JPH0314111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度に応じて流体通路の切換えあるい
は開閉を自動的に行なうサーモバルブに関する。

流体の温度に応じて動作するサーモバルブは従
来から種々のものが知られている。たとえば自動
車のエンジン冷却水をラジエータに断続させる機
能をもつサーモバルブとしては、第１図に一例を
示したように、弁座ａに対し弁対ｂを接離可能に
設けるとともに、ケーシングｃ内にワツクス等の
熱応動物質を充填し、冷却水が設定温度に達する
とワツクスの熱膨張が大となつて弁体ｂを駆動
し、弁体ｂを弁座ａから離間させて冷却水を通過
させるようになつている。ｄは復帰用のばねであ
る。

また、サーモバルブの他の従来例として第２図
に示したようなものもある。すなわち第２図のサ
ーモバルブは、ワツクスｇが熱膨張することによ
りロツドｈを押上げ、これに連動する弁体ｉが弁
座ｊから離れることによつて入口ｍと出口ｎとが
互いに連通するようになつており、たとえば自動
車の負圧切換弁として利用される。ｐは復帰用の
スプリングである。

しかして上記のように熱応動物質としてワツク
スを用いた場合、ワツクスの熱伝導率が低いため
に熱に対する応答性が悪く、弁の開閉に時間遅れ
を生じるという問題がある。特にエンジン冷却水
制御用サーモバルブの場合には、作動時間遅れの
ためにハンチング現象を生じ、極端な場合にはラ
ジエータの構造材に熱衝撃を与えて破損の原因に
なることもある。

また、これら従来例では弁体が直線方向に往復
動するために弁体を収容する弁箱等の外形も大き
くなる。また、弁体復帰用のスプリングなど余計
な部品も必要となるから部品点数が多く、コスト
高の一因ともなつている。また、流圧の加わる方
向に弁体が動くために弁作動時に大きな反力が弁
体に加わり、弁体あるいは弁体を支持している部
材の耐久性に問題があつた。

本発明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、熱応答性が良く作動が確
実であるとともに、流体による無理な力が弁体に
作用せず耐久性が向上し、また復帰用スプリング
も省略することのできるサーモバルブを提供する
ことにある。

すなわち本発明のサーボバルブは、内部にシリ
ンダボア状の弁室を有するとともに、この弁室に
導通する流体通路を形成した弁箱と、上記弁室内
に回転可能に収容される中空円筒形をなし側壁の
外面がこの弁室の内面に摺接し、かつこの側壁に
上記流体通路と連通可能な連通孔を形成した弁体
と、上記弁体に収容されるコイル部を有し、この
コイル部の外径が上記弁体の内径に略等しく、か
つこのコイル部の一端が上記弁箱側に取付けられ
るとともに他端が上記弁体側に取付けられ、上記
弁体内の流体の温度に応じて変形して上記弁体を
回転駆動する形状記憶合金からなるコイルスプリ
ングとを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、形状記憶合金からな
るコイルスプリングは弁体内の流体の温度に応じ
てねじれ変形し、これにより弁体が回転駆動さ
れ、この弁体の側壁に形成した連通孔が流体通路
に連通して弁体内と流体通路とを導通させ、流体
の流れを切換えたり、連通させたり、また弁体の
側壁に形成した連通孔が流体通路の開口部と非導
通となつて遮断する等の作動が可能になる。

しかも本発明の構造は、形状記憶合金からなる
コイルスプリングが弁体内の流体と常に接触して
いるので流体の熱が形状記憶合金に確実にかつ速
やかに伝わり、形状記憶合金の熱応動変形が迅速
に進行し、またコイルスプリングは表面積が大き
いので流体の熱を容易に受け入れることができ、
熱応答性が良好になる。

以下本発明の第１実施例について第３図ないし
第６図を参照して説明する。図中１はサーモバル
ブ、２はこのバルブの弁箱であつて、この弁箱２
内にはシリンダボア状に形成した弁室３と、この
弁室３にそれぞれ開口する第１流体通路４と第２
流体通路５および第３流体通路６が形成されてい
る。第２流体通路５は弁室３にその軸方向から連
通しており、これに対し第１流体通路４および第
３流体通路６は上記弁室３の内面に開口し、つま
り弁室３の軸方向に対して交差して形成されてい
る。なお、第１流体通路４と第３流体通路６は弁
室３を挟んで180°の角度で対向されていることが
望ましい。

この弁箱２内には弁体７が収容されている。弁
体７は両端が開放された中空円筒形をなしてお
り、その外周面が上記弁室３の内面に対して回転
自在に摺接するようになつている。そして、この
弁体７の一端、例えば図示の下端は上記第２流体
通路５に連通する連通孔９をなし、この連通孔９
を介して弁体７の内部には第２流体通路５の流体
が導入されるようになつている。この弁体７の側
壁には他の連通孔８および１０が形成されてお
り、これら連通孔８および１０は弁体７の回動に
伴つて前記第１流体通路４および第３流体通路６
とそれぞれ導通および遮断される。なお、上記連
通孔８と連通孔１０は、互いに180°以外の角度で
対向されている。

このような弁体７には形状記憶合金からなるコ
イルスプリング１５が収容されている。このコイ
ルスプリング１５は熱弾性マルテンサイト変態を
示す形状記憶効果をもつ金属からなり、このコイ
ルスプリング１５は、コイル部およびこれに続く
端部を有し、コイル部が上記弁体７に収容されて
いる。つまりコイル部の外径は上記弁体７の内径
に略等しくなつており、このコイル部は弁体７の
内面に沿うように配置されている。このコイル部
の一端１５ａは弁箱２に形成したストツパ部１６
に固定され、また他端１５ｂすなわち自由端側は
弁体７に形成した固定部１７に、かしめ等によつ
て固定されている。そして上記コイルスプリング
１５は、設定温度以下つまり低温領域では第４図
に示すように弁体７の連通孔１０が第３流体通路
６と連通する位置にあり、設定温度を超えるとコ
イルが軸まわりにねじれて、第３図に示すように
他方の連通孔８が第１流体通路４と連通する方向
に弁体７を駆動するような形状記憶効果をもたせ
てある。１８は蓋であつて、この蓋１８はガスケ
ツト１９を介してボルト２０により弁箱２に固定
されている。

上記構成のサーモバルブ１は、たとえば第６図
に示したように自動車等のエンジン冷却水循環系
に使用される。すなわち、２５はエンジン、２６
はラジエータ、２７はウオータポンプである。

そしてエンジン冷却水の温度が低いうちは、第
４図に示したように第３流体通路６と連通孔１０
が互いに重なる位置に弁体７が位置する。したが
つて、第３流体通路６と第２流体通路５が互いに
連通するとともに、第１流体通路４は遮断され
る。したがつてエンジン２５からの冷却水は第３
流体通路６を通り、ウオータポンプ２７によつて
エンジン２５に戻される。

そして冷却水が設定温度を超えると、形状記憶
合金からなるコイルスプリング１５のねじれが始
まり、弁体７を回転駆動する。そして冷却水の温
度が設定温度より僅かに高いときは弁体７のねじ
れ角が小さいため、第１流体通路４の一部が連通
孔８と重なり、冷却水の一部が第１流体通路４を
通つてラジエータ２６に流れる。また、他方の連
通孔１０が第３流体通路６から多少位置ずれする
ために、第３流体通路６を通る冷却水の量は減少
する。すなわち、冷却水の一部のみがラジエータ
２６を通るため、冷却水の温度が低くなり過ぎる
ことはなく、冷却水温を一定に保つことができ
る。

そして冷却水の温度が高まるにつれて形状記憶
合金からなるコイルスプリング１５のねじれ角は
大きくなり、冷却水が高温になると形状記憶合金
１５のねじれ角は最大となる。つまり第３図に示
されるように第３流体通路６が遮断されるととも
に、第１流体通路４と連通孔８が合致し、第１流
体通路４の開口が最大になる。したがつて、エン
ジン２５からの冷却水は全て第１流体通路４を通
りラジエータ２６に送られるため、エンジン２５
を充分に冷却することができる。

このように上記サーモバルブ１によれば、弁体
７を駆動する部材として形状記憶合金からなるコ
イルスプリング１５を用いたから、冷却水の温度
に応じた流路の切換えと流量配分の調節が可能と
なる。しかも、本実施例では弁体７を中空円筒形
に形成し、この弁体７内に流体が流れる空間を形
成し、この空間に形状記憶合金からなるコイルス
プリング１５を配置したので、コイルスプリング
１５と流体が直接接触するようになり、流体の熱
がコイルスプリング１５に確実に伝わるようにな
る。しかも、コイルスプリング１５は金属である
から従来のワツクス使用のものに比べて熱伝導性
が良く、またコイルスプリング１５は表面積が大
きいので流体の熱が容易に伝達し、流体の温度に
応じた変形が迅速に発生する。このため弁体７を
速やかに回動変位させ、連通孔８や１０と流体通
路４や６の相対的位置を変化させ、流体通路の導
通や切換えまたは遮断を流体温度に応じて高精度
に調整することができ、応答性が格段に優れてい
る。

また、コイルスプリング１５は、そのコイル部
の外径が上記弁体７の内径に略等しくなつてお
り、このコイル部が弁体７の内面に沿うようにし
て弁体７に収容されているので、弁体７の内部に
流体が通過する空間を確保することができ、また
連通孔８，１０より出入りする流体はスプリング
の〓間を容易に通過するので液体の流れを妨げる
こともない。したがつて冷却水温に応じて迅速に
動作でき、ハンチング現象を殆んど生じないとい
う利点がある。

また、形状記憶合金からなるコイルスプリング
１５は温度に応じてそれ自身が変形するものであ
るから、従来のサーモバルブのような復帰用のス
プリングが不要であつて、部品点数の削減と構造
の簡単化が図れる。

また、弁体７がその軸のまわり方向に回転して
流体通路の切換えを行なうものであるから、従来
のように流圧の加わる方向に弁体が往復動するも
のに比べて弁体およびその周辺部の構造体に無理
な力が加わらず、耐久性の高いサーモバルブが得
られる。

なお第７図は上記サーモバルブ１の他の適用例
を示すものであり、配管構造が多少異なるがサー
モバルブ１自体の構造と機能は上記のものと同様
である。すなわち、設定温度に達する前は冷却水
はラジエータ２６を通ることなく、第３流体通路
６→連通孔１０→第２流体通路５の流れでエンジ
ン２５に戻される。また、設定温度に達した場合
には、この流れ以外に冷却水の一部がラジエータ
２６を通り、第１流体通路４→連通孔８→第２流
体通路５の経路でエンジン２５に戻される。そし
て、 冷却水が所定温度を超えて高温になると、第３
流体通路６は全閉し冷却水はラジエータ２６を通
つてエンジン２５に戻されるものである。

なお、第８図は本発明の第２実施例を示し、基
本的構成は前記第１実施例と共通であるから共通
部位に同一符号を付して説明を省略するが、この
第２実施例の場合、バイアススプリング３０を形
状記憶合金からなるコイルスプリング１５の内側
に配してある点が第１実施例と異なる。すなわ
ち、形状記憶合金の特性として、温度変化に伴な
う変位に対して反対方向に力を加えるとヒステリ
シスが小さくなることが知られているから、この
反力を作用させるためのバイアススプリング３０
を設けることによつて、第９図に示されるように
バイアススプリング有りの時のヒステリシスH₁
を、バイアススプリング無しの時のヒステリシス
H₂に比べて縮小することが可能である。したが
つてこの第２実施例によれば、熱応答性の更に優
れたサーモバルブを提供できる。なお、上記バイ
アススプリング３０の巻き径あるいはピツチ、弾
性力の強さ、取付構造などは形状記憶合金３０の
特性に合わせて最適のものを使用すればよいか
ら、上記実施例に制約されるものではない。

なお本発明のサーモバルブは上記各実施例に限
ることなく、本発明の要旨に反しない限りにおい
て種々に変形して実施可能である。たとえば弁体
７の外周面にゴム膜等のシール部材を設けること
により弁室３の内面との密着性を更に高めるよう
にしてもよい。

また、形状記憶合金からなるコイルスプリング
１５の一端１５ａを弁箱２に固定する構造として
は、弁箱２の一部に形成した係止凹部に上記一端
１５ａを嵌め込む構造でもよいが、ねじ止め、か
しめなどの固定手段を用いてもよい。また、他端
１５ｂを弁体７に固定する手段としては、かしめ
に限らず、ろう付け接着でもよい。この場合、ろ
う付け時に高温となるから、ろう付け後に熱処理
を行なつて形状記憶効果を付与することが望まし
い。

また、形状記憶合金からなるコイルスプリング
１５の断面形状は実施例で示したような円形断面
に限らず、矩形その他の断面形状であつてもよ
く、好ましくは断面２次モーメントの大きい形状
のものを採用する。

さらにまた、弁箱に設ける流体通路の数、形
状、位置等の具体的態様は種々に変形して実施可
能であり、要するに流体の切換え、あるいは流
通・遮断・流量調節等をなすような流体通路を設
けてあればよく、したがつて弁体の形状もこれら
流体通路の数、位置、形状等に応じて種々に変形
して実施できる。

なお本発明は要するに熱に応動して弁体を回転
駆動するものであればよいから、上記した各実施
例以外の用途にも適用できることは言うまでもな
い。

以上説明したように本発明によれば、形状記憶
合金よりなるコイルスプリングで弁体を回動駆動
して流体通路を切換え、あるいは連通・遮断また
は開度調節するようにしたから、ワツクスを使用
した従来のものに比べて熱応答性が良くなる。特
に形状記憶合金からなるコイルスプリングを弁体
に収容して弁体内の流体と常に接触させるように
したので流体の熱が形状記憶合金に確実に、かつ
速やかに伝わり、形状記憶合金からなるコイルス
プリングの熱応動変形が迅速に進行する。またコ
イルスプリングは表面積が大きいので流体の熱を
容易に受け入れることができ、熱応用性が格段に
向上し、流体の温度変化に追従して高精度な作動
が可能になる。

また、コイルスプリングは、そのコイル部の外
径が弁体の内径に略等しくなつており、このコイ
ル部が弁体の内面に沿うようにして弁体に収容さ
れているので、弁体の内部に流体が通過する空間
を十分確保することができるとともに、連通孔よ
り出入りする流体はスプリングの〓間を容易に通
過するので流体の流れを妨げることもない。

そしてまた、弁体は形状記憶合金からなるコイ
ルスプリングにより軸回りに回動されるから、直
線移動タイプの弁体に比べて小型に構成でき、弁
体作動時に流体による無理な力が弁体に作用しな
いから耐久性を向上し、場合により復帰用バネを
省略することもできる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来のサーモバ
ルブを示す断面図。第３図ないし第６図は本発明
の一実施例を示し、第３図はサーモバルブの断面
図、第４図は異なる作動状態の断面図、第５図は
第３図中の−線に沿う弁体の横断面図、第６
図はエンジン冷却水循環系の概略図、第７図はエ
ンジン冷却水循環系の異なる態様を示す概略図。
第８図は本発明の第２実施例を示すサーモバルブ
の断面図、第９図は同サーモバルブにおける形状
記憶合金のヒステリシスを表わした特性図であ
る。 １……サーモバルブ、２……弁箱、３……弁
室、４，５，６……流体通路、７……弁体、１５
……形状記憶合金からなるコイルスプリング、３
１，３２，３３……流体通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部にシリンダボア状の弁室を有するととも
   に、この弁室に連通する流体通路を備えた弁箱
   と、 上記弁室内に回転可能に収容される中空円筒形
   をなし、側壁の外面がこの弁室の内面に摺接し、
   かつこの側壁に上記流体通路に連通可能な連通孔
   を形成した弁体と、 上記弁体に収容されるコイル部を有し、このコ
   イル部の外径が上記弁体の内径に略等しく、かつ
   このコイル部の一端が上記弁箱側に取付けられる
   とともに他端が上記弁体側に取付けられ、上記弁
   体内の流体の温度に応じて変形して上記弁体を回
   転駆動する形状記憶合金からなるコイルスプリン
   グとを具備したことを特徴とするサーモバルブ。