JPH0333578A - 感温バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ５発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種温度調節装置、 ボイラー　自動 車等に使用するための、流体温度に感応して自動的に流
体流路の開閉動作を行う感温バルブに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来この種の感温バルブには、安価で構造が簡単に構成
出来るバイメタルが使われていた。しかし、バイメタル
は構造がバイモルフ型のため、温度の変化に対して機械
的な変位が小さいため、大出力、大ストロークが得られ
ず、これを実現しようとすると構造が複雑になりバイメ
タルの利点が損なわれ、又、動作の中間制御が難しいた
め、主としてスナップアクションを利用して単純なオン
・オフ制御を行うものであり、最近の自動車のラジェー
タなどに求められているきめ細かい温度制御の要求には
適用出来ないと云う問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本づろ明では、温度変化に感応して作動するアクチュエ
ータに、流体の温度調節範囲でマルテンサイト・オース
テナイト変態を行い、記憶された形状に変位する形状記
憶合金製のコイルばねと、形状記憶合金ばねの動作に連
動して形状記憶合金ばねの伸縮方向に作動するスライド
弁とにより、弁の作動時の動作力の大きい、又ストロー
クも大きい大流量、高流体圧、高流体粘度にも使用可能
な感温バルブを提供するにある。又本発明の感温バルブ
は流体の流路に形状記憶合金ばねを設置し、連動する弁
は流体が低温状態にある時の流出路と高温側にある時の
流出路の開閉を切替え弁体の形状にし、しかも弁体は流
路の切替え口ではどの位置にあっても流体がどちらかの
流出路へ流れるような構造としたもので流量に脈動が生
じることもなく、さらに低温側流出路、高温側流出路側
の断面形状を四角形や長円形にすることにより、切替え
弁体の移動による流路断面積の変化を直線的にすること
が出来る。又組合せる通常ばね（以下バイアスばねとも
称す）と形状記憶合金ばねとの作動する時の力の割合を
適正に選ぶことにより、バイメタルのようなオン・オフ
切替えでなく、連続的なきめ細かい流量切替えの制御や
、温度制御が可能な感温バルブが構成出来る。

口５発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 モル％でＮｉが５０．５％ないし４９．０％のＮｉ−Ｔ
ｉ合金の形状記憶合金は、前記組成範囲で２０℃ないし
１００℃の温度範囲で低温側でマルテンサイト相、高温
側でオーステナイト相となる相変態を生じ、同じ変位量
に対しての発生力は、オーステナイト相の時はマルテン
サイト相の時に比べてほぼ３倍以上も強いこと、又オー
ステナイト相で記憶した形状を常に記憶し、マルテンサ
イト相で８％程迄の塑性変形をしても、再び昇温しオー
ステナイト相に戻すと、記憶した形状に戻ると云う極め
て特異な動作を示す。

本発明では形状記憶合金の持つ形状記憶特性と、マルテ
ンサイト相とオーステナイト相では同じ変位量で発生力
が３倍以上も異なると云う特性を利用し、形状記憶合金
を用いたばねと、変位量に比例した発生力を生ずる通常
ばねとを組合せ、形状記憶合金のばねがマルテンサイト
相の温度では形状記憶合金ばねの発生力を通常ばねの発
生力に比べて低くし、形状記憶合金ばねが高温側のオー
ステナイト相になった時には通常ばねの発生力に比べて
形状記憶合金ばねの発生力を高い値になる様な形状記憶
合金ばねと通常ばねとを組合せ、又高温側でオーステナ
イト相で形状記憶合金ばねは伸長した形状に記憶してあ
り、形状記憶合金ばねと通常ばねとを制御する流体が流
れる同一の流路」二に２つのばねを直列に配置し、形状
記憶合金ばねと通常ばねの間には２つのばねに接し、流
路の壁に沿い、壁に密接して流体の流れる方向の前後に
ばねの伸縮に伴って移動する内部に流体を通す貫通孔を
有する切替え弁体を取付け、流体の温度が高い時と低い
時に２つのばねにより切替え弁体を流体が流れる前後方
向に移動させ、流入口からの流体を、低温流出路と高温
流出路に切替え、流体の温度により流体の流路を自動的
に切替えれる様にした感温バルブを構成する。

又、モル％でＮｉが５０．３％ないし５１．０％のＮｉ
−Ｔｉ合金では７００℃付近での形状記憶処理と、４０
０℃〜５００℃範囲での形状記憶処理を行うことにより
、同一の形状記憶合金ばねにより、常温ないし１００℃
範囲で変位する所謂二方向性形状記憶合金ばねを作るこ
とが出来る。従って、二方向性形状記憶合金ばねにより
１つの形状記憶合金ばねと切替え弁体を一体に固定する
ことにより、形状記憶合金ばねのみにより低温流体流出
路と高温流体流出路を切替える感温バルブを構成出来る
。

即ち本発明は、　・ １、流体流入路、低温流出路、及び高温流出路を持つ本
体と、本体内の流体流路内に一方向性形状記憶合金ばね
と、該形状記憶合金ばねの発生力に対向する通常ばねを
取付け、形状記憶合金ばねと通常ばねは発生力方向に移
動する切替え弁体で連結し、流入流体の温度の変化によ
り、前記２つのばねのつり合い点で保持されている前記
切替え弁体の前後の移動により、低温流出路及び高温流
出路から流出するそれぞれの流体の量を調整するよう構
成したことを特徴とする感温バルブ。

２、流体流入路、低温流出路、及び高温流出路を持つ本
体と、本体内の流体流路内に設けた二方向性形状記憶合
金ばねと、該形状記憶合金ばねに固定保持され流路内で
前後に移動可能な切替え弁体とにより、該形状記憶合金
が低温時に記憶している形状では該切替え弁体によって
流体が低温流出路へ流れ、逆に高温時に記憶している形
状では高温流出路へ流れるように構成したことを特徴と
する感温バルブ。

３、流体流入路、及び高温流出路を持つ本体と、本体内
の流体流路内に一方向性形状記憶合金ばねと該形状記憶
合金ばねの発生力に対向する通常ばねを取付け、形状記
憶合金ばねと通常ばねはばね発生力方向に移動する切替
え弁体で連結し、流入流体の温度の変化により前記２つ
のばねのつり合い点で保持されている前記切替え弁体が
前後に移動することにより、高温流出路から流出する流
体の量を調整出来るよう構成したことを特徴とする感温
バルブである。

〔作用〕

モル％でＮｉが５０．５％ないし４９．０％のＮｉ−Ｔ
ｉ合金である一方向作動の形状記憶合金は２０℃ないし
１００℃の温度範囲で低温側でマルテンサイト相、高温
側でオーステナイト相となり、しかもマルテンサイト相
とオーステナイト相の時の抗張力の値は３倍も異なるた
め、コイルばねとした時は同じ変位量に対し、発生力は
第５図に示す様に、マルテンサイト相における発生力Ｆ
ｘｉよオーステナイト相における発生力ＦＡの３倍も異
なったものとなる。一方従来の通常ばねは変位量に比例
した発生力を示すことから、形状記憶合金ばねと通常ば
ねとを組合せて、形状記憶合金ばねが低温側にありマル
テンサイト相にある時は通常ばねの発生力の方を大きく
、又高温側で形状記憶合金ばねがオーステナイト相にあ
る時は発生力を通常ばねより大きくし、又オーステナイ
ト相で形状記憶合金ばねはコイルが伸長した形状に記憶
しておく。従って低温側のマルテンサイト相では形状記
憶合金ばねは通常コイルばねで圧縮され、又高温側では
形状記憶合金ばねは伸長し、２つのばねを流体の流路に
設置し、２つのコイルばねの間に内部を流体が流れる貫
通孔を設けた切替え弁体を取付け、液体の温度が変化す
る時の形状記憶合金ばねと通常ばねの伸縮による切替え
弁体の流路内の移動により流体の流路を切替える。

即ち、流体が高温側にある時は形状記憶ばねは伸長して
流体は切替え弁体の内部に設けである貫通孔を通って高
温流出路に流出し、流体が低温側にある時は形状記憶合
金ばねは通常ばねの発生力に押されて圧縮され、高温流
出路は切替え弁体により閉じられ、流体は低温流出路に
流出する。尚、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金においては、
Ｎｉの組成比が高い程マルテンサイト、オーステナイト
変態温度が低温側に移り、即ち形状記憶合金の組成比の
異なる形状記憶合金ばねを用いることにより作動温度の
異なる感温バルブを構成出来る。

又、Ｎｉがモル％で５０．３％ないし５１．０％のＮｉ
−Ｔｉ形状記憶合金は高温側での熱処理による形状記憶
処理と、低温側での熱処理による形状記憶処理により、
マルテンサイト相とオーステナイト相での形状変化を伴
う二方向の形状記憶特性を持ち、この二方向形状記憶特
性を用い１つの形状記憶合金ば＝１０ ねにより流体の温度変化により伸長と収縮の動作が行え
、切替え弁体との組合せにより本発明の感温バルブを構
成するものである。

〔実施例〕

本発明の感温バルブを図面を用い説明する。

第１図は本発明による感温バルブの外観斜視図で、本体
ｌには流体流入路２、低温流出路３、高温流出路４があ
り、流入する流体はＡから入り低温側Ｂ、及び高温側Ｃ
へ流出し、本体内部には温度により伸縮する形状記憶合
金ばね、バイアスばね、切替え弁体が収められている。

第２図は第１図に示す本発明による感温バルブのＤ−Ｄ
断面図で。

第２図（ａ）は流体が低温時で、流体流入路からの流体
は低温流出路３側に排出されている時の図である。第２
図（ｂ）は高温時で、流体が高温流出路４から排出され
ている時の図である。本発明の感温バルブは中央が狭く
くびれ、中央に流体が流れる貫通孔を持つ仕切り１ｃを
設けた本体１の内部に、コイル状の一方向性形状記憶合
金で作られた形状記憶合金ばね１１を収めた形状記憶合
金ばね収納部１ａ、コイル状の通常ばね１２を収めた通
常ばね収納部１ｂとがあり、形状記憶合金ばねと通常ば
ねとの間に２つのばねに互いに押された切替え弁体１３
が取付けられている。切替え弁体１３は、両端は径が大
きく中央が細くくびれた桿状をしており、切替え弁体の
中央の弁頭部接続部１３ｃは本体中央の仕切り１ｃを通
り、形状記憶ばね側弁頭部１３ａ２通常ばね側弁頭部１
３ｂを接続している。形状記憶合金ばね１１に接する弁
頭部１３ａは、そのＦ−Ｆ断面図を第２図（ｃ）に示す
が、中央に流体を通す貫通孔１４ａがあり、通常ばねに
接する弁頭部１３ｂには、Ｅ−Ｅ断面図を第２図（ｄ）
に示すが弁頭部外側に流体を通す貫通孔１４ｂが取り付
けである。一方通常ばね収納部１ｂの切替え弁体の弁頭
部１３ｂの本体の仕切り１ｃに対面する圧接面１６ｂは
、通常ばねが伸長した時は仕切りＩＣの通常ばね収納部
仕切り壁面１５ｂに接し、流体の高温流出路側への流出
は停止する。−吉兆の時、切替え弁体の弁頭部接続部１
３ｃは図の左方に移り、形状記憶合金ばね１１は収縮し
、弁頭部１３ａは本体の仕切りの形状記憶合金ばね収納
部仕切り壁面１５ａから離れ低温流出路３の出口は開き
、流体は低温流出路３へ流出する。

ついで流体が高温側へ昇温し形状記憶合金ばね１１がオ
ーステナイト相になると、形状記憶合金ばねは記憶され
た形状に戻り、形状記憶合金ばねは伸長し第２図（ｂ）
の位置となり、切替え弁体１３は通常ばね１２を押して
右方向に移動し、弁頭部１３ａは本体仕切りＩＣの仕切
り壁面１５ａに達し、弁頭部１３ａの側面は低温流出路
３の出口を閉じる。一方弁頭部１３ｂは本体仕切りの仕
切り壁面１５ｂより離れ、流体は弁頭部１３ｂの外側貫
通孔１４ｂを通り高温流出路４側へ流出する。

本発明における実施例として、６０℃で動作する一方向
形状記憶合金による形状記憶合金ばねは、モル％でＮｉ
が４９．５％、Ｔｉが５０．５％のＮｉ−Ｔｉ形状記憶
合金線で、高温時のコイルが伸長した状態で、径が１０
ｍｍ、線径１．　Ｏｍｍ、ピッチ４　ｍｍ、巻数１３回
のコイル状のばねであり、通常ばねは１８％Ｃｒ、８％
Ｎｉ−Ｃｒ系ステンレス材を使用した径が１０ｍｍ、　
線径０．５ｍｍ、ピッチ３．２ｍｍ、巻数１５回のコイ
ルばねである。此の３ 時の形状記憶合金のコイルばねはマルテンサイト相でつ
ぶれている時の発生力は１００ｇｒ、オーステナイト相
の時の高温時の発生力は３００ｇｒ、形状記憶合金ばね
が収縮した時の長さは２５ｍｍであり、通常ばねのコイ
ル常数は、伸びている時１３０ｇｒ、圧縮されている時
２３０ｇｒであり、此の条件での切替え弁体のストロー
クは１０ｍｍで、作動温度６０℃での温度ヒステリシス
が５℃の巾を持つばねにより感温バルブを構成している
。

本発明の感温バルブは第２図に示す様に、流体は低温側
から高温側へ、又高温側から低温側へ切替え弁体により
切替えられるが、切替え弁体の移動による低温流出路、
高温流出路への流体の流れの過渡状態では、流体は常に
低温流出路、高温流出路側へ互いに分流して流れるので
、切替え弁体の切替えの際に流体に脈流は発生しない。

第３図は二方向性形状記憶合金のコイルばねを用いた本
発明の第２の実施例を示す感温バルブを示す。図に示す
符号は、二方向性形状記憶合金コイルばね２１を除き第
２図と同様である。二方向性４ 形状記憶合金コイルばね２１は、Ｎｉがモル％で５１．
０％ないし５０．３％のＮｉ−Ｔｉ合金で、７００℃で
１時間〜１００時間の熱処理により低温側での形状を記
憶し、４００℃ないし５００℃において１時間の熱処理
より高温側での形状を記憶することにより、又Ｎｉ−Ｔ
ｉの組成比の組合せにより室温〜１００℃にわたる２方
向性の形状記憶特性を付与するコイルばねとすることが
出来る。二方向性形状記憶合金ばね２１は、通常ばね、
即ちバイアスばねと紹合せることなく切替え弁体１３に
固定し、第２図に示す感温バルブと同一動作をさせるこ
とが出来る。尚、形状記憶合金ばねの低温側、高温側で
の記憶形状の熱処理は、どちらかが伸び、どちらかが縮
む形状の何れでも可能である。

第４図は本発明による第３の実施例の感温バルブの例で
、本体ｌには流体流入路２と高温流出路４のみが取付け
られ、低温流出路３は取付けられていない。第４図（ａ
）は流体が低温で形状記憶合金ばね１１の光出力に比べ
て通常ばね１２の発生力が大きい時、流体は切替え弁体
により流路を閉じられた状態となる。第４図（ｂ）は流
体が高温となり、形状記憶合金コイルばね１１はオース
テナイト相となり記憶された形状に戻り、形状記憶合金
ばねは伸長し切替え弁体１３は伸び、流体は高温流出路
へ流れ出る。従って第４図に示す感温バルブは流体が高
温時のみ流体を流出する間欠動作の感温バルブとなる。

尚、第２図に示す感温バルブにおいて流体流入路２側の
形状記憶合金ばね収納部ｌａ側に通常ばね１２を、通常
ばね収納部１ｂ側に形状記憶合金ばね１１を収めて第２
図の感温バルブを構成する時は、低温流出路３には高温
流体が流れ出、高温流出路４に低温流体が流出すると共
に、高温流出路に流出する流体は形状記憶合金ばねのの
持つマルテンサイト・オーステナイト変態温度により自
動的に開閉する感温バルブを構成出来る。

又第４図に示す感温バルブにおいて、流体流入路２に続
く形状記憶合金ばね収納部１ａに、通常ばね１２を、通
常ばね収納部１ｂに形状記憶合金ばね１１を収めた時に
は、高温流出路４からは感温バルブが動作する温度以下
の流体が流出することになる。

尚、本発明の実施例は形状記憶合金にＮｉ−Ｔｉ合金に
よる形状記憶合金ばねの例により構成した感温バルブと
したが、他の形状記憶合金であるＣｕ−Ｚｎ系や他のＣ
ｕ系形状記憶合金、又はＦｅ−Ｍｎ系形状記憶合金等を
用いても本発明の感温バルブを構成し得ることは当然で
ある。

ハ０発明の効果 〔グ６明の効果〕　　。

本発明による感温バルブは、一方向性形状記憶合金ばね
と通常ばねとを組合せ、２つのばねは流体路内に設置さ
れ、一方向性形状記憶合金ばねと通常ばねとの間には流
路を切替える切替え弁体を設け、又二方向性形状記憶合
金ばねには切替え弁体を固定した構造で、形状記憶合金
ばねの周囲を流れる流体の温度によってオーステナイト
相、マルテンサイト相に変態する形状記憶合金ばねのオ
ーステナイト相での形状記憶特性と発生力の差を利用し
構成しであるので、流体の温度により切替え弁体を自動
的に移動し、低温流出路、高温流出７ 路への流体の切替えを自動的に行える簡単な構造で発生
力の大きい、又ストローク中の大きい感温バルブが構成
出来た。

又、合金組成比の異なる形状記憶合金ばねを用いること
により、作動温度の異なる感温バルブを構成出来る。

一方切替え弁体による低温流出路、高温流出路への流体
の切替えは、該弁体の移動により弁体の移動距離に比例
して夫々の流出路の出口を開閉する構造であるので、低
温流出路、高温流出路に脈流を生ずることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による感温バルブの外観斜視図。 第２図は本５発明による一方向性形状記憶合金ばねと通
常ばねとの組合せによる感温バルブの縦断面図で、第２
図（ａ）は流体が低温状態で、形状記憶合金ばねが収縮
し切替え弁体が低温流出路を開いている縦断面図、第２
図（ｂ）は流体が高温状態で、形状記憶合金ばねが伸長
し、切替え弁体が高温流８ 出路を開いている縦断面図、第２図（ｃ）は第２図（ａ
）のＦ−Ｆ断面図で、切替え弁体弁頭部１３ａの断面図
、第２図（ｄ）は第２図（ｂ）のＥ−Ｅ断面図で、切替
え弁体弁頭部１３ｂの断面図。 第３図は本発明による二方向性形状記憶合金ばねを用い
た感温バルブの縦断面図で、第３図（ａ）は流体が低温
で切替え弁体が低温流出路を開いている縦断面図、第３
図（ｂ）は流体が高温で切替え弁体が高温流出路を開い
ている縦断面図。第３図（ｃ）は第３図（ａ）のＦ−Ｆ
断面図で、切替え弁体弁頭部１３ａの断面図、第３図（
ｄ）は第３図（ｂ）のＥ−Ｅ断面図で、切替え弁体弁頭
部１３ｂの断面図。 第４図は本発明による一方向性形状記憶合金ばねと通常
ばねとの組合せによる流体制御感温バルブの縦断面図で
、第４図（ａ）は流体が低温で、切替え弁体が高温流出
路を閉じている状態を示す縦断面図、第４図（ｂ）は流
体が高温で、切替え弁体が高温流出路を開いている状態
を示す縦断面図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）のＦ−Ｆ
断面図で、切替え弁体弁頭部１３ａの断面図、第４図（
ｄ）は第４図（ｂ）のＥ−Ｅ断面図で、切替え弁体弁頭
部１３ｂの断面図。 第５図は一方向性形状記憶合金のマルテンサイト相、オ
ーステナイト相の時の変位量と発生力を示す一実施例の
相関図。 １・・・本体、１ａ・・・形状記憶ばね収納部、１ｂ・
・・通常ばね収納部、１ｃ・・・仕切り、２・・・流体
流入路、３・・・低温流出路、４・・・高温流出路、１
１・・・形状記憶合金ばね、１２・・・通常ばね（バイ
アスばね）、１３・・・切替え弁体、１３ａ・・・形状
記憶ばね側弁頭部、１３ｂ・・・通常ばね側弁頭部、１
３ｃ・・・弁頭部接続部、１４ａ・・・形状記憶ばね側
弁頭部貫通孔、１４ｂ・・・通常ばね側弁頭部貫通孔、
１５ａ・・・形状記憶ばね収納部仕切り壁面、１５ｂ・
・・通常ばね収納部仕切り壁面、１６ａ、　１６ｂ・・
・圧接面、２１・・・二方向性形状記憶合金ばね、ＦＭ
・・・マルテンサイト相の発生力、ＦＡ・・・オーステ
ナイト相の発生力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体流入路、低温流出路、及び高温流出路を持つ本
   体と、本体内の流体流路内に一方向性形状記憶合金ばね
   と、該形状記憶合金ばねの発生力に対向する通常ばねを
   取付け、形状記憶合金ばねと通常ばねは発生力方向に移
   動する切替え弁体で連結し、流入流体の温度の変化によ
   り、前記２つのばねのつり合い点で保持されている前記
   切替え弁体の前後の移動により、低温流出路及び高温流
   出路から流出するそれぞれの流体の量を調整するよう構
   成したことを特徴とする感温バルブ。 ２、流体流入路、低温流出路、及び高温流出路を持つ本
   体と、本体内の流体流路内に設けた二方向性形状記憶合
   金ばねと、該形状記憶合金ばねに固定保持され流路内で
   前後に移動可能な切替え弁体とにより、該形状記憶合金
   が低温時に記憶している形状では該切替え弁体によって
   流体が低温流出路へ流れ、逆に高温時に記憶している形
   状では高温流出路へ流れるように構成したことを特徴と
   する感温バルブ。 ３、流体流入路、及び高温流出路を持つ本体と、本体内
   の流体流路内に一方向性形状記憶合金ばねと該形状記憶
   合金ばねの発生力に対向する通常ばねを取付け、形状記
   憶合金ばねと通常ばねはばね発生力方向に移動する切替
   え弁体で連結し、流入流体の温度の変化により前記２つ
   のばねのつり合い点で保持されている前記切替え弁体が
   前後に移動することにより、高温流出路から流出する流
   体の量を調整出来るよう構成したことを特徴とする感温
   バルブ。