JPH0141988Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は形状記憶合金を用いた感温弁に関す
る。

周知のように形状記憶合金は熱弾性型マルテン
サイト変態を利用して、温度に関連した形状記憶
効果をもたせることができるから、その応用とし
て例えば特開昭56−150680号公報に見られるよう
に、温度に応じて開閉動作する感温弁に利用され
ている。

上記感温弁の原理は第１図に例示したように、
流体通路ａ，ｂを有する弁箱ｃに弁体ｄを収容す
るとともに、この弁体ｄと弁箱ｃとの間に形状記
憶合金からなる形状記憶ばねｅを圧縮した状態で
収容している。そしてこの形状記憶ばねｅは、そ
の変態点を超える高温度域においてコイルが伸張
するような形状記憶効果をもたせておく。また、
変態点以下の低温度域では形状記憶ばねｅを圧縮
できるように、復帰用のバイアスばねｆを用いる
ようにしている。そして上記バイアスばねｆとし
ては、従来は圧縮コイルばねのような線形荷重特
性を有するバネを用いている。

しかしながらバイアスばねｆを用いた場合、以
下に述べるような問題があつた。すなわち第２図
に示されるように、バイアスばねｆは弁体ｄの位
置に応じて線形の荷重−撓み特性を有し、圧縮量
が大きくなるほど強い反発力を生じる。一方形状
記憶ばねｅは、変態点以上の高温度域ではバイア
スばねｆの反発力に打ち勝つて伸張して弁体ｄを
例えば開弁方向に移動させ、また変態点以下の低
温度域ではマルテンサイト変態によりバイアスば
ねｆの反発力に負けて圧縮され弁体ｄを閉じるよ
うにする必要がある。

従つて、同第２図に示されるようにバイアスば
ねｆの反発力は、高温度域で生じる形状記憶ばね
の反発力より小さく、かつ低温度域で生じる形状
記憶ばねの反発力よりは大きくなるような荷重範
囲Ｆに入るようにばねの諸元を設定しなければな
らない。すなわち圧縮コイルばねのような荷重−
撓み特性を有するものをバイアスばねとして用い
た場合、ばね定数が大きくなるほど上記荷重範囲
Ｆを大きくとる必要があり、従つて所要のバイア
ス力に対抗させるためには、より大形で強力な形
状記憶ばねｆを必要とすることになる。

一例として従来の感温弁（第１図参照）におい
て弁作動出力が500ｇで弁作動ストロークが20mm
のものを得るには、線径1.6mm、コイル中心径8.4
mm、有効巻数14、自由長70mm、重量5.5ｇのTi−
Ni製形状記憶ばねｅを必要とし、この場合、バ
イアスばねｆとしては、ばね用ステンレスを素材
として、線径1.0mm、コイル中心径10.2mm、有効
巻数25、自由長145mm、重量5.3ｇのものを必要と
している。

以上のことから判るように、バイアスばねを用
いた従来の感温弁では大形で重い形状記憶ばねを
必要とし、高価な形状記憶合金を多量に使用する
ためコストが高く、しかもバイアスばねという余
計な部品を必要とするためユニツトも大形化する
という欠点があつた。

本考案は上記事情にもとづきなされたもので、
その目的とするところは、形状記憶ばねの小形軽
量化が図れるとともに、バイアスばねを省略でき
ることによつてユニツト全体の小形化が可能とな
る感温弁を提供することにある。

すなわち本考案は、従来のバイアスばねに代る
ものとして、弁体に、形状記憶合金の変態点以下
の低温度域では形状記憶ばねの反発力に打ち勝つ
て弁体を移動させ、また変態点を超える高温度域
においては形状記憶ばねの反発力に負けるような
重量を有するウエイトを設け、またはこのウエイ
トに相当する自重を弁体に与え、この重量でバイ
アス力を発揮させるようにした感温弁である。

以下本考案の第１実施例について第３図ないし
第５図を参照して説明する。第３図において図中
１は弁箱であつて、この弁箱１には水平方向に流
体通路２，３が形成されているとともに、鉛直方
向に弁体収容孔４が形成されている。１ａは底蓋
である。そして上記弁体収容孔４に弁体５が昇降
自在に収容されている。この弁体５はその上下方
向中間部に流通路６を有しており、弁体５の上昇
時にはこの流通路６が上記流体通路２，３に連通
し、弁体５が降下すると流通路６が閉じるように
なつている。

そして弁体５と弁箱１との間、すなわち弁体５
と底蓋１ａとの相互対向面間に、例えばTi−Ni
合金などの形状記憶合金からなるコイル状の形状
記憶ばね８が圧縮した状態で収容されている。

この形状記憶ばね８は、弁体５を押し上げる方
向、つまり開弁方向に弁体５を付勢している。そ
しての形状記憶ばね８は、その変態点を超える高
温度域では、コイルが伸張するような形状記憶効
果をもたせてある。従つて、変態点以下の低温度
域ではマルテンサイト変態により、圧縮に対する
反発力が約60％弱くなるという特性をもつ。

そして上記弁体５にウエイト９が設けられてい
る。このウエイト９の重量は、形状記憶ばね８が
上記変態点以下の低温度域にあつて圧縮に対する
反発力が弱まつている状態においては、第３図に
示すように重力によつて弁体５を押し下げ、また
形状記憶ばね８が変態点を超える高温度域に達し
て逆マルテンサイト変態を生じ、自由長が伸びる
方向に形状復帰した場合には、形状記憶ばね８の
反発力に負けて弁体５の上昇を許容するような重
さに設定されている。

すなわち弁体５とウエイト９によつて得られる
荷重は、第５図で示されるように、高温度域で生
じる形状記憶ばねの反発力よりは小さく、かつ低
温度域で生じる形状記憶ばねの反発力よりは大き
くなるような荷重範囲Ｆの内側に入るようにして
ある。そしてこの荷重、すなわち重力にもとずく
バイアス力は弁体５の上下位置にかかわらず常に
一定である。

本実施例は以上のように構成されるから、形状
記憶ばね８が所定の温度に達するまでウエイト９
と弁体５による荷重が形状記憶ばね８を圧縮さ
せ、弁体５を閉弁させる。そして変態点を超える
と、逆マルテンサイト変態によつて形状記憶ばね
８は伸張する方向に形状が復帰しようとするた
め、その反発力が大となつて弁体５を押し上げ、
第４図に示されるように流通路６が開く。従つて
この状態では流体通路２，３は連通状態となり、
流体の流通が可能となる。

そして再び温度が低下してマルテンサイト変体
を生じれば、弁体５とウエイト９による荷重がバ
イアス力となつて働らき、形状記憶ばね８が圧縮
されつつ弁体５が降下し、再び第３図のように閉
弁状態となる。

以上のように本実施例によれば、弁体５とウエ
イト９の重みが常に一定のバイアス力となつて弁
体５に作用するから、従来品（第１図、第２図参
照）のように線形の荷重撓み特性をもつバイアス
ばねを用いた場合に比べて、バイアス力の変化が
ない分だけ形状記憶ばね８の能力に余裕をもたせ
ることができる。つまり、従来品ではバイアスば
ねの圧縮量が大きくなるほど反発力が大となり、
しかもこの状態では形状記憶ばねが伸張した状態
となつてその反発力が弱まるから、バイアスばね
の反発力に打ち勝つためには大形で強力な形状記
憶ばねを必要とするが、本実施例によれば第５図
に示されるように弁体の位置にかかわらずバイア
ス力が常に一定であるから、バイアス力に対応す
る形状記憶ばね８も小形でかつ線径の細いものを
使用できる。

一例として本実施例では、弁作動出力が500ｇ
で弁作動ストロークが20mmのものを得るのに線径
0.6mm、コイル中心径7.8mm、有効巻数11、総巻数
13、自由長45mm、重量0.58ｇの形状記憶ばね８
と、40ｇのウエイトを用いて従来品と同等の性能
を発揮でき、従来品に比べて形状記憶ばね８の大
幅な小形化と軽量化を図ることができた。

そして、高価な形状記憶合金の使用量が従来品
に比べて大幅に減少するため、コストダウンを図
る上できわめて有効である。また、バイアスばね
を内蔵する必要がないため、従来品に比してユニ
ツトの体積比が30％に減少した。また、従来品で
は形状記憶ばねの歪率を2.1％としていたが、本
実施例によれば、歪率が1.0％でよく、耐久性が
向上するものである。なお、上記実施例では弁体
５とは別にウエイト９を設けているが、このウエ
イト９に相当する重量を弁体５にもたせれば、特
にウエイトを別体に設ける必要はない。

なお、第６図は本考案の第２実施例を示すもの
であり、この場合弁箱１に流体通路２，３を鉛直
方向に形成し、ウエイトを兼ねた弁体５によつて
上記流体通路２，３を開閉するようにしている。
８は形状記憶ばねである。上記弁体５は第１実施
例で説明したと同様に、形状記憶ばね８の変態点
以下の低温度域では、形状記憶ばね８の反発力に
打ち勝つて弁体を降下させ、また変態点以上の高
温度域では形状記憶ばね８の反発力に負けて弁体
５の上昇を許容するような自重をもたせてある。

このように構成される第２実施例によれば、上
下方向に形成される流体通路２，３の開閉制御が
行なえるとともに、弁体５がウエイトを兼用する
ため構造の簡略化が図れるものである。

また、上記第１、第２実施例では弁体５を上下
動させるようにしたが、本考案は例えば第７図に
示されるように、レバー１０を介してウエイト９
の重さを弁体５に作用させるようにすることもで
きる。このようにレバー１０あるいはリンク等を
用いて重力を弁体に伝達するような構造にすれば
弁体５が水平方向あるいは斜め方向に移動する場
合にも適用でき、弁体の移動方向が制約されない
という利点がある。

また、本考案は開閉弁に限ることなく、例えば
流量調整弁や方向制御弁などにも勿論適用可能で
ある。

本考案は前記したように、バイアス力を弁体に
設けたウエイトあるいはウエイトに相当する自重
を有する弁体によつて生じさせるようにしたもの
であるから、従来のバイアスばねのように撓みの
変化によつてバイアスが変化することがなくな
り、常に一定のバイアス力を付与することができ
る。従つて、従来に比して小形軽量の形状記憶ば
ねであつてもバイアス力に対応させることがで
き、形状記憶合金の使用量を大幅に減らすことが
できるため、コストを大幅に低減できる。また、
バイアス力に変化がないから形状記憶ばねの歪率
も少なくて済み、耐久性が向上するとともに設計
の自由度も大きい。そして、バイアスばねを内蔵
する必要がなくなるためユニツトを小形化するこ
とができるなど、大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の感温弁の一例を示す概略断面
図、第２図は同従来例において弁体の位置と荷重
との関係を示す相関図。第３図ないし第５図は本
考案の一実施例を示し、第３図および第４図は互
いに異なる作動状態を示す縦断面図、第５図は弁
体の位置と荷重との関係を示す荷重−撓み線図、
第６図および第７図はそれぞれ本考案の他の実施
例を示す縦断面図である。 １……弁箱、２，３……流体通路、５……弁
体、８……形状記憶ばね、９……ウエイト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流体通路を設けた弁箱に、上記流体通路を開閉
   する方向に摺動自在な弁体を収容し、かつこの弁
   体と弁箱との間には弁体を開弁方向または閉弁方
   向のいずれか一方向に付勢する形状記憶合金から
   なる形状記憶ばねを収容し、更に上記弁体には、
   上記形状記憶合金の変態点以下の低温度域では形
   状記憶ばねの反発力に打ち勝つて弁体を移動さ
   せ、また変態点を超える高温度域においては形状
   記憶ばねの反発力に負けるような重量を有するウ
   エイトを設け、またはこのウエイトに相当する自
   重を弁体に与えたことを特徴とする感温弁。