JP2581915B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、形状記憶合金を駆動源として動作する弁装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、人力以外の駆動源により駆動される弁として
は、通常、電磁弁が使用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、電磁弁は、コイル、アーマチュアおよ
びステータを具備しなければならないという構造上、必
然的に大型化するとともに、重量が重くなるという問題
点があった。また、動作させるのに比較的に大きな電流
および高い電圧を必要とするという問題点もあった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、形状記憶合金を用いることにより、通電によ
って開閉でき、従来の電磁弁に比較し、飛躍的に小型化
および軽量化が可能であるとともに、低電圧、低電流で
動作させることが可能であり、しかも形状記憶合金が過
熱し、塑性変形してしまったり、焼損する虞を防止で
き、かつ形状記憶合金から大きな形状回復力を取り出す
ことができるとともに高速に動作させることができる弁
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による弁装置は、弁口と、この弁口を開閉する
弁体と、この弁体が前記弁口を閉じる向き（または開く
向き）に移動されると、伸び変形を受けることとなる関
係で前記弁体に連係された線材状の形状記憶合金と、前
記弁体を前記弁口を閉じる向き（または開く向き）に付
勢する付勢手段と、前記形状記憶合金に通電する電力供
給手段と、前記電力供給手段から前記形状記憶合金への
通電回路中に介在されており、前記弁体が前記弁口を閉
じる位置（もしくは開く位置）または該位置を含む所定
の移動区間にあるときは互いに接触して前記通電回路を
閉じさせる一方、前記弁体がそれ以外の移動区間にある
ときは離間して前記通電回路を開放する一対の接点とを
有してなるものである。

〔作用〕

本発明においては、形状記憶合金に通電されていない
状態では、付勢手段によって付勢されることにより形状
記憶合金は伸び変形を受け、弁体は弁口を閉じて（また
は開いて）おり、この状態では一対の接点は互いに接触
されている。

次に、電力供給手段がオンになると、該電力供給手段
から接点および通電回路を介して形状記憶合金に電流が
流され、形状記憶合金が一定温度以上に加熱され、形状
記憶効果を発言し、記憶長さに戻ろうとする形状回復力
を発生し、付勢手段に抗して収縮し、弁体に弁口を開か
せる。また、このようにして接点を離間する位置まで弁
体が移動すると、形状記憶合金には電流が流れなくなる
ので、形状記憶合金は冷却し、付勢手段の付勢力により
再び伸び変形を受け、弁体が弁口を閉じる（または開
く）方向に戻される。すると、また接点が互いに接触
し、電流が形状記憶合金に流れ、該形状記憶合金が加熱
されて収縮し、弁体が弁口を開く（または閉じる）方向
に移動される。

以下、同様の動作が繰り返されることにより、弁体は
弁口を開こうとする方向および閉じようとする方向に繰
り返し往復動する。これにより、弁体は実質的に弁口を
開いた（または閉じた）状態となる。なお、この際の弁
口の実質的な開度は、形状記憶合金に供給される電力の
大きさや、接点が互いに接触する区間をどう設定するか
によって変わってくる。

このように本発明の弁装置においては、電磁弁と同様
に通電によって開閉できる。

また、本発明の弁装置においては、形状記憶合金によ
って駆動され、コイル、アーマチュアおよびステータは
必要でないので、従来の電磁弁に比較し、飛躍的に小型
化および軽量化が可能であり、しかも低電圧、低電流で
動作させることが可能である。

また、本発明の弁装置においては、動作時、接点が断
続を繰り返し、形状記憶合金に連続的に通電がなされな
いようになっているので、形状記憶合金が過熱し、塑性
変形してしまったり、焼損する虞を防止できる。

その上、次の理由により、従来の形状記憶合金を用い
た弁より形状記憶合金から大きな力を取り出すことがで
きるとともに、動作速度を速くすることができる。

一般に、形状記憶合金の形状回復力は、曲げ変形やね
じり変形からの形状回復の場合より、伸び変形からの形
状回復の場合の方が著しく大きい。そして、これに伴な
い、形状記憶合金が変形状態から記憶形状に回復する速
度も、曲げ変形やねじり変形からの形状回復の場合よ
り、伸び変形からの形状回復の場合の方が著しく速くな
る。

これは、次の理由による。形状記憶合金の形状回復力
は、一定の範囲内において形状記憶合金の変形量が大き
い場合ほど大きくなる。しかるに、形状記憶合金の横断
面をとってみてみると、曲げ変形やねじり変形の場合、
横断面全体が一様に変形するのではなく、中心に近付く
ほど変形量は小さくなり、中心では変形量は零となると
いう変形量の分布で変形するので、横断面全体としての
変形量が小さく、ひいては全体として形状回復力が小さ
くなってしまう。ところが、引張り変形の場合は、形状
記憶合金が理想的には横断面全体に渡って一様に変形す
るので、全体として形状回復力が大きくなる（言い換え
れば、曲げ変形やねじり変形の場合は、形状記憶合金の
中心付近は形状回復力の発生に寄与しないので、形状回
復力発生の効率が悪いが、伸び変形の場合は、形状記憶
合金の中心付近も形状回復力の発生に寄与するので、形
状回復力発生の効率がよい）。

したがって、同一断面積とした場合、前述のように形
状記憶合金の形状回復力は、曲げ変形やねじり変形から
の形状回復の場合より、伸び変形からの形状回復の場合
の方が著しく大きくなり、形状回復の速度も速くなるの
である。

ここにおいて、本発明においては、前述のように形状
記憶合金の伸び変形からの形状回復力を利用するので、
形状記憶合金から大きな力を取り出すこができるととも
に動作速度を高速にすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

第１図から４図までは本発明の一実施例を示す。本実
施例の弁装置は、流量または圧力をアナログ的に制御で
きる。

ケース１は電気絶縁材料からなり、大略筒状をなして
いる。前記ケース１には、横断面円形の貫通孔２が長手
方向に設けられている。前記ケース１の一端部の外周面
には、雄ネジ部1aが設けられている。この雄ネジ部1aに
は、金属等の導電材料からなるキャップ状の調整ネジ材
３の内周面に設けられた雌ネジ部3aが螺合されている。
前記調整ネジ材３の中央部には、横断面円形の凸部3bが
設けられており、この凸部3bは貫通孔２の端部に回転可
能かつ軸方向に移動可能に嵌合されている。

前記ケース１の調整ネジ材３側の端部付近には、図示
しない空気圧供給源に接続される弁入口４が設けられて
おり、この弁入口４は貫通孔２に連通されている。前記
貫通孔２のネジ材２と反対側の端部付近の壁面には、適
当数の溝５が設けられている。第２図はこれらの溝５設
置部の横断面を示す。

前記ケース１の溝５側の端部には、金属等の導電材料
からなり、接点としての機能も果たす先端部材６が接続
されている。この先端部材６は、弁出口８と、この弁出
口８と貫通孔２との間に位置する弁口７とを形成してい
る。前記弁出口８には図示しない負荷が接続される。

９は金属等の導電材料から構成され、接点としての機
能をも果す弁体であり、円柱状部9aと、この円柱状部9a
の先端側に設けられた円錐状部9bとを一体的に有してな
る。そして、前記円柱状部9aは、貫通孔２の溝５設置部
に軸方向に移動可能に嵌合されている。前記弁体９の円
錐状部9bは、弁体９が軸方向に移動することにより弁口
７を開閉するようになっている。

前記弁体９の円柱状部9aには、Ti-Ni合金からなる線
状（ワイヤ状）の形状記憶合金10の一端部が取り付けら
れており、この形状記憶合金10の他端部は調整ネジ材３
の凸部3bに、取り付けられている。ただし、形状記憶合
金10は調整ネジ材３に対して相対的に回転可能な状態で
取り付けられている。ここで、前記形状記憶合金10は第
１図の状態より短い長さを記憶している。すなわち、第
１図の状態においては、弁体９の円錐状部9bが弁口７に
接触し、弁口７を完全に閉じているが、形状記憶合金10
が記憶している長さ（以下、記憶長さという）に戻る
と、形状記憶合金10の長さは第１図の状態より短くな
り、弁体９は弁口７から調整ネジ材３側に離されること
となるようになっている。

前記調整ネジ材３と弁体９との間には、圧縮コイルバ
ネ11が貫通孔２内において介装されており、このバネ11
は弁体９を、弁口７を閉じさせる方向に付勢している。

12は、制御命令信号Siを入力されて該信号を電力増幅
する増幅器であり、この増幅器12の出力は調整ネジ材３
と先端部材６とに電気的に接続されている。第４図は本
実施例の電気的接続関係を示す回路構成図である。

次に、本実施例の作動を説明する。

増幅器12の出力がなく、形状記憶合金10が低温の状態
では、弁体９はバネ11の力により円錐状部9bにおいて弁
口７に当接し、弁口７を完全に閉じている。

しかしながら、弁体９が弁口７を閉じている状態にお
いて、増幅器12の出力が一定以上になり、増幅器12から
調整ネジ材３−形状記憶合金10−弁体９−先端部材６の
経路（またはその逆の経路）で電流が流れることによ
り、形状記憶合金10に一定以上の電力が供給されると、
形状記憶合金10はジュール熱により一定温度以上に加熱
される。

すると、形状記憶合金10は形状記憶効果を発言し、記
憶長さに戻ろうとする形状回復力を発生し、バネ11に抗
して収縮し、第３図のように弁体９に弁口７を開かせ
る。また、このようにして弁体９が弁口７から離れる
と、形状記憶合金10には電流が流れなくなるので、形状
記憶合金10は冷却し、バネ11の力により再び伸び変形を
受け、弁体９が再び弁口７に接触し、該弁口７を閉じ
る。すると、また電流が形状記憶合金10に流れ、該形状
記憶合金10が加熱されて収縮し、弁体９を弁口７から離
間させて弁口７を開く。

以下、同様の動作を繰り返すことにより、弁体９は弁
口７を繰り返し開閉する。

ここで、適当な範囲内においては、形状記憶合金10に
与えられる電力が大きくなり、形状記憶合金10が大きく
加熱されるほど、形状記憶合金10の形状回復量が大きく
なり、形状記憶合金10は大きく収縮する。したがって、
前述のように弁体９が弁口７を繰り返し開閉している状
態においても、均してみると、形状記憶合金10に与えら
れる電力が大きいほど、弁口７の開度および弁口７が開
かれている時間が増大し、弁口７の実質的な開度が増大
する。

このため、前記空気圧源の圧力および負荷側の圧力が
一定であるとすると、形状記憶合金10に与えられる電圧
または電流と弁装置を流れる流量との関係は第５図のよ
うになり、一定範囲において電圧または電流が大きくな
るほど、流量が大きくなる（この第５図から分るように
本実施例の弁装置は電圧または電流と流量との関係の直
線性が優れている）。なお、増幅器12の出力は制御命令
信号Siを増幅したものであるから、本実施例では制御命
令信号Siによって流量または圧力を制御することができ
る。また、自動制御系中でこの弁装置を用いれば、一層
正確な流量（または圧力）の制御を行うことができる。

なお、本実施例では、空気は弁入口４−貫通孔32−溝
５−弁口７−弁出口８の経路で弁装置を通過することに
なる。

この弁装置においては、動作時、接点6,9が断続を繰
り返し、形状記憶合金10に連続的に通電がなされないよ
うになっているので、形状記憶合金10が過熱し、塑性変
形してしまったり、焼損する虞を防止できる。また、形
状記憶合金10の伸び変形からの形状回復を利用するの
で、形状記憶合金10から大きな力を取り出すことができ
るとともに、動作速度を速くすることができる。

次に、第６〜８図を用いて本実施例の弁装置の動作特
性についてさらに詳しく説明する。

第６図の曲線Ａは弁体９の変位（すなわち、形状記憶
合金10の伸び変形量）と形状記憶合金10が低温時に変形
されるときに示す抵抗力との関係、同図曲線Ｂは弁体９
の変位と過熱されたときの形状記憶合金10の形状回復力
との関係、曲線Ｃは弁体９の変位とバネ10の力との関係
をそれぞれ示している。なお、第６図においては、形状
記憶合金10が記憶長さにある位置を原点としている。

第７図の曲線Ｃは第６図の曲線Ｃの一部（この第７図
はこの弁装置の動作範囲付近のみを取り出して拡大して
示している）、同図曲線Ｄは弁体９の変位と該弁体９の
前後の圧力差（弁入口４と弁出口８との圧力差）により
該弁体９に作用する力との関係の例、同図曲線Ｅは弁体
９の変位とバネ10の力（曲線Ｃの力）および前記圧力差
による力（曲線Ｄの力）の合成力との関係をそれぞれ示
している。

ここにおいて、前記バネ10の力と圧力差による力との
合成力（曲線Ｅの力）が弁装置を閉じさせる方向に作用
する力であり、この力はまた形状記憶合金10に対するバ
イアス力となっている。

また、形状記憶合金10が低温のときには、前記形状記
憶合金10の変形抵抗力（曲線Ａの力）がそれと反対方向
に作用する。

また、形状記憶合金10が高温のときは、前記形状記憶
合金10の形状回復力（曲線Ｂ）が弁装置を開く方向に作
用する。

第８図は、この弁装置の動作範囲において前記曲線
Ａ、ＢおよびＥを拡大して示したもので、形状記憶合金
10が低温時には曲線ＥとＡとの差が弁体９に閉方向に作
用し、形状記憶合金10が高温時には、曲線ＢとＥとの差
の力が弁体９に開方向に作用する。

これらの図から明らなように、弁閉位置においてはバ
ネ11の変形量が小さくなるため、バネ11による力のみで
は弁装置を閉じる力が弱くなるが、この弁装置において
は、バネ11の力のみならず弁体９の前後の圧力差による
力も弁装置を閉じる方向に作用し、しかもこの圧力差に
よる力は弁閉位置において最も大きくなるため、形状記
憶合金10冷却時に弁装置を閉じる力を大きくすることが
できる。また、形状記憶合金10加熱時には、弁閉位置に
おいて最も形状記憶合金10の形状回復力が大きくなるの
で（これは、弁閉位置において形状記憶合金10の変形量
が最も大きくなっているからである）、上述のようにし
て強い力で閉じられている弁装置を開くことができる。

なお、本実施例では、弁体９の変位と形状記憶合金10
の伸び変形量、ひいては形状回復力との関係は、調整ネ
ジ３を回転することにより調整できる。

また、本実施例では、弁内を流れる空気により形状記
憶合金10が冷却されるので、形状記憶合金10に対する通
電が停止されたとき（弁体９と弁口７とが離れたとき）
の形状記憶合金10の冷却速度が速くなり、弁装置の応答
性が向上する。

また、弁入口４に供給される入力空気圧と形状記憶合
金10に供給される電力が一定である場合において、弁出
口８に接続される負荷の圧力が高くなったとすると、弁
装置の開度がそのままでは、空気の流量が減少してしま
うが、本実施例では、上述のように負荷の圧力が高くな
ると、弁体９の前後に作用する圧力差が小さくなり、弁
体９に閉方向に作用する力が小さくなるので、弁体９が
弁口７を開く度合が大きくなり、流量を一定にしようと
するフィードバックがかかることになる。

また、この弁装置においては、形状記憶合金を駆動源
とするので低電圧、低電流（電圧1V以下でも動作可能で
ある）で弁装置を駆動することができる。

なお、形状記憶合金10は、交流でも、直流でも、パル
ス電流でも動作させることができ、パルス電流を用いる
場合はパルス幅変調等のパルス変調方式を用いて弁装置
の動作を制御することが可能である。

また、前記実施例では空気を弁装置の制御対象として
いるが、本発明による弁装置は、空気のみならず他の気
体や液体も制御対象とすることができる。

第９図および第10図は本発明の他の実施例を示し、こ
の実施例はオン、オフ的に開閉を行うものである。

ケース21は電気絶縁材料からなり、大略筒状をなして
いる。前記ケース21には、横断面円形の貫通孔22が長手
方向に設けられている。前記ケース21の一端部の外周面
には、雄ネジ部21aが設けられている。この雄ネジ部21a
には、金属等の導電材料からなるキャップ状の調整ネジ
材23の内周面に設けられた雄ネジ部23aが螺合されてい
る。前記調整ネジ材23の中央部には、横断面円形の凸部
23bが設けられており、この凸部23bは貫通孔22の端部に
回転可能かつ軸方向に移動可能に嵌合されている。

前記ケース21の調整ネジ材23側の端部付近には、図示
しない空気圧供給源に接続される弁入口24が設けられて
おり、この弁入口24は貫通孔22に連通されている。前記
貫通孔22のネジ材23と反対側の端部付近の壁面には、前
記実施例の溝５と同様の溝25が適当数設けられている。

前記ケース21の溝25側の端部には、先端部材26が接続
されている。この先端部材26は、弁出口28と、この弁出
口28と貫通孔22との間に位置する弁口27とを形成してい
る。前記弁出口28には図示しない負荷が接続される。

29は金属等の導電材料から構成され、接点としての機
能をも果す弁体であり、円柱状部29aと、この円柱状部2
9aの先端側に設けられた先細部29bとを一体的に有して
なる。そして、前記円柱状部29aは、貫通孔22の溝25設
置部に軸方向に移動可能に嵌合されている。前記弁体29
の先細部29bは、弁体29が軸方向に移動することにより
弁口27を開閉するようになっている。

前記弁体29の円柱状部29aには、Ti-Ni合金からなる線
状の形状記憶合金30の一端部が取り付けられており、こ
の形状記憶合金30の他端部は調整ネジ材23の凸部23bに
取り付けられている。ただし、形状記憶合金30が調整ネ
ジ材23に対して相対的に回転可能な状態で取り付けられ
ている。ここで、前記形状記憶合金30は第９図の状態よ
り短い長さを記憶している。すなわち、第９図の状態に
おいては、弁体29の先細部29bが弁口27に接触し、該弁
口27を完全に閉じているが、形状記憶合金30が記憶長さ
に戻ると、形状記憶合金30の長さは第９図の状態より短
くなり、弁体29は弁口27から調整ネジ材23側に離される
ようになっている。

前記調整ネジ材23と弁体29との間には、圧縮コイルバ
ネ31が貫通孔22内において介装されており、このバネ31
は弁体29を、弁口27を閉じさせる方向に付勢している。

なお、バネ31と調整ネジ材23との間には、電気絶縁材
料からなるワッシャ39が介装されている。

前記先端部材26内には、板バネからなる接点32が取り
付けられている。この接点32は、その弾性により、弁体
29が弁口27に接触し、該弁口７を完全に閉じている位置
（第９図の位置）から弁体29が弁口27を完全に開放する
ある位置までの移動区間で弁体29に接触するようになっ
ており、弁体29が前記弁口27を完全に開放する位置より
さらに調整ネジ材23側に移動すると始めて該弁体29と非
接触になるようになっている。前記調整ネジ材23は電源
34の一方の極に電気的に接続され、この電源34の他方の
極はスイッチ35を介して接点32に電気的に接続されてい
る。なお、図では電源34は直流電源として示している
が、本実施例においても、直流電源の代りに交流電源や
パルス電流源を用いることができる。

次に、本実施例の作動を説明する。

スイッチ35が開かれ、形状記憶合金30が冷却している
状態においては、形状記憶合金30に電流が流れないの
で、弁体29はバネ31の力および弁体29の前後の圧力差に
よる弁口27に接触されており、該弁口27を完全に閉じて
いる。

しかし、この状態からスイッチ35が閉じられると、電
源34からスイッチ35−接点32−弁体29−形状記憶合金30
−調整ネジ材23の経路で電流が流れるので、形状記憶合
金30は加熱され、記憶長さに戻ろうとして、バネ31およ
び前記圧力差に抗して収縮するため、第10図のように弁
体29は弁口27から離れて該弁口27を開く。そして、弁体
29が前記弁口27を完全に開放する位置からさらに調整ネ
ジ材23側に移動しようとすると、弁体29が接点32から離
れ、形状記憶合金30に電流が流れなくなるので、形状記
憶合金30は冷却し、バネ31の力により再び伸び変形を受
け、弁体29が再び接点32に接触する。すると、また電流
が形状記憶合金30に流れ、形状記憶合金30が加熱されて
収縮し、弁体29が接点32から離間させる。

以下、同様の動作が繰り返されることにより、弁体29
が弁口27を完全に開放している状態において、弁体29と
接点32は断続を繰り返す。

そして、再びスイッチ35が開かれると、形状記憶合金
30に対する通電が持続的に停止されて該形状記憶合金30
が大きく冷却するので、形状記憶合金30はバネ31の力お
よび前記圧力差により大きく変形され、弁体29が弁口27
を閉じる。

したがって、先に述べたように、本実施例において
は、オン、オフ的に弁装置が開閉される。

本実施例においても、前述のように弁体29が弁口27を
完全に開放している状態において、弁体29と接点32とが
断続を繰り返し、形状記憶合金30に連続的に通電がなさ
れないようにするので、形状記憶合金30の過熱が防止さ
れる。

第11図は本発明のさらに他の実施例を示す。前記各実
施例の場合は、弁装置を流れる流体が接点および通電さ
れる形状記憶合金に接れるため、弁装置を流れる流体が
可燃性の場合には問題を生じる。しかし、この第11図の
実施例は、可燃性の気体を扱う場合に好適なように防爆
型とされている。

ケース41は電気絶縁材料からなり、大略筒状をなして
いる。前記ケース41には、横断面円形の貫通孔42が長手
方向に設けられている。前記ケース41の一端部の外周面
には、雄ネジ部41aが設けられている。この雄ネジ部41a
には、金属等の導電材料からなるキャップ状の調整ネジ
材43の内周面に設けられた雌ネジ部43aが螺合されてい
る。前記貫通孔43のネジ材43と反対側の端部付近は段階
的に径を拡大されている。

前記ケース41のネジ材43と反対側の端部には、先端部
材44が接続されている。この先端部材44は、弁入口46、
弁口45および弁出口47を形成している。

前記先端部材44内に形成される空間と貫通孔42とは、
ダイヤフラム48により仕切られている。前記ダイヤフラ
ム48の中心部には、電気絶縁材料からなる弁体49が取り
付けられており、この弁体49の先端側は先端部材44内の
空間に突出し、弁口45を開閉するようになっている。ま
た、前記弁体49の後端側は貫通孔42内に突出しており、
ケース41に固定された環状かつ板状の第一の接点51の中
心部を貫通している。該弁体49の後端部には、円柱状部
50aとこの円柱状部50aの先端側に設けられた皿状部50b
とを一体的に有する第二の接点50が固定されている。そ
して、前記円柱状部50aは貫通孔42に軸方向に移動可能
に嵌合されている。また、前記皿状部50bは弾性に富ん
でおり、弁体49が弁口45に接触している位置（第11図の
位置）から弁体49が弁口45を完全に開放するある位置ま
での移動区間で第一の接点51に接触するようになってお
り、弁体49が前記弁口45を完全に開放する位置からさら
に調整ネジ材43側に移動すると始めて第一の接点51と非
接触になるようになっている。

前記弁体49の円柱状部49aには、Ti-Ni合金からなる線
状の形状記憶合金52の一端部が取り付けられており、こ
の形状記憶合金52の他端部は調整ネジ材43に取り付けら
れている。ただし、形状記憶合金52は調整ネジ材43に対
して相対的に回転可能な状態で取り付けられている。こ
こで、前記形状記憶合金52は第11図の状態より短い長さ
を記憶している。すなわち、第11図の状態においては、
弁体49の先細部49bが弁口45に接触し、弁口45を完全に
閉じているが、形状記憶合金52が記憶長さに戻ると、形
状記憶合金52の長さは第11図の状態より短くなり、弁体
49は弁口45から調整ネジ材43側に離されるようになって
いる。

前記調整ネジ材43と弁体49との間には、圧縮コイルバ
ネ53が貫通孔43内において介装されており、このバネ53
は弁体49を、弁口45を閉じさせる方向に付勢している。
なお、前記バネ53と調整ネジ材43との間には、電気絶縁
材料からなるワッシャ59が介装されている。

前記第一の接点51は電源54の一方の極に電気的に接続
されており、この電源54の他方の極はスイッチ55を介し
て調整ネジ材43に電気的に接続されている。なお、図で
は電源54は直流電源として示しているが、本実施例にお
いても、直流電源の代りに交流電源やパルス電流源を用
いることができる。

次に、本実施例の作動を説明する。

スイッチ55が開かれ、形状記憶合金52が冷却している
状態においては、形状記憶合金52に電流が流れないの
で、弁体49はバネ53の力および弁体49の前後の圧力差に
より弁口45に接触されて、該弁口45を完全に閉じてい
る。

しかし、この状態からスイッチ55が閉じられると、電
源54から第一の接点51−第二の接点50−形状記憶合金52
−調整ネジ材43−スイッチ55の経路で電流が流れるの
で、形状記憶合金52は加熱され、記憶長さに戻ろうとし
て、バネ53および前記圧力差に抗して収縮するため、弁
体49は弁口45から離れて該弁口45を開く。そして、弁体
49が前記弁口45を完全に開放する位置からさらに調整ネ
ジ材43側に移動しようとすると、第二の接点50が第一の
接点51から離れ、形状記憶合金52に電流が流れなくなる
ので、形状記憶合金52は冷却し、バネ53の力により再び
伸び変形を受け、第二の接点50が再び第一の接点51に接
触する。すると、また電流が形状記憶合金52に流れ、該
形状記憶合金52が加熱されて収縮し、第二の接点50を第
一の接点51から離間させる。

以下、同様の動作が繰り返されることにより、弁体49
が弁口45を完全に開放している状態において、第二の接
点50と第一の接点51が断続を繰り返す。

そして、再びスイッチ55が開かれると、形状記憶合金
52に対する通電が持続的に停止されて形状記憶合金52が
大きく冷却するので、形状記憶合金52はバネ53の力およ
び前記圧力差により大きく変形され、弁体49が弁口45を
閉じる。

したがって、本実施例においては、オン、オフ的に弁
装置が開閉される。

さて、本実施例においては、弁体50,51および形状記
憶合金52は、弁入口46から弁装置内に入り、弁口45を経
て弁出口47から弁装置外に流出する流体とダイラフラム
48により仕切られているので、防爆が図られる。

なお、本実施例においても、第二の接点50に大きな弾
性をもたせず、弁体49が弁口45から離れると、第二の接
点50が接点51から離れるようにすれば、最初の実施例の
場合と同様にアナログ的な動作を行わせることが可能で
ある。

第12図および第13図は、本発明のさらに別の実施例を
示し、この実施例は本発明をスプール弁に適用したもの
である。

ケース61は電気絶縁材料からなり、大略筒状をなして
いる。前記ケース61には、横断面円形の貫通孔62が長手
方向に設けられている。前記ケース61の一端部の内周面
には、雌ネジ部61aが設けられている。この雌ネジ部61a
には、金属等の導電材料からなる調整ネジ材63に設けら
れた雄ネジ部63aが螺合されている。前記ケース61に
は、調整ネジ材63と反対側の端部付近において、第一の
給気口64、第二の給気口65、第一の排気口66、および第
二の排気口67が設けられており、第一の給気口64と第一
の排気口66および第二の給気口65と第二の排気口67とは
それぞれケース61の長さ方向に関し同一位置において互
いに対向されている。前記ケース61の給気口64,65およ
び排気口66,67側の端部には、金属等の導電材料からな
る蓋材68が結合されている。そして、この蓋材68内には
貫通孔62に連続する横断面円形の孔が形成されている。

前記貫通孔62には、金属等の導電材料からなるスプー
ル69が軸線方向に移動可能に嵌合されている。なお、本
実施例においては、スプール69が本発明における弁体、
第一の給気口64、第二の給気口65、第一の排気口66およ
び第二の排気口67が本発明における弁口を構成する。

前記スプール69の蓋材68側の端面には、第一の接点70
が固定されている。72は第二の接点であり、この第二の
接点72は該第二の接点72と蓋材68との間に設けられた導
電材料からなる圧縮コイルバネ71により、スプール69が
第一の吸気口64および第一の排気口66を開き、第一の吸
気口65および第二の排気口67を閉じる位置（第12図の位
置）から第一の吸気口64および第一の排気口66を閉じ、
第二の吸気口65および第二の排気口67を開く位置（第13
図の位置）までの移動区間で第一の接点70に接触するよ
うになっており、スプール69が第13図の位置からさらに
調整ネジ材63側に移動すると始めて第一の接点70と非接
触になるようになっている。

前記スプール69の調整ネジ材63側の端部には、Ti-Ni
合金からなる線状の形状記憶合金73の一端部が取り付け
られており、この形状記憶合金73の他端部は調整ネジ材
63に取り付けられている。ただし、形状記憶合金73は調
整ネジ材63に対して相対的に回転可能な状態で取り付け
られている。ここで、前記形状記憶合金73は第12図の状
態より短い長さを記憶しており、形状記憶合金73が記憶
長さに戻ると、スプール69は第13図の位置よりさらに若
干調整ネジ材63側に移動されることとなっている。

前記調整ネジ材63とスプール69との間には、圧縮コイ
ルバネ74が貫通孔62内において介装されており、このバ
ネ74はスプール69を第12図の位置に向かって付勢してい
る。なお、前記バネ74と調整ネジ材63との間には、電気
絶縁材料からなるワッシャ79が介装されている。

前記蓋材68は電源75の一方の極に電気的に接続されて
おり、該電源75の他方の極はスイッチ76を介して調整ネ
ジ部材63に電気的に接続されている。なお、図では電源
54は直流電源として示しているが、本実施例において
も、直流電源の代りに交流電源やパルス電流源を用いる
ことができる。

次に、本実施例の作動を説明する。

本実施例においては、スイッチ76が開かれているとき
は、形状記憶合金73に電流が流れないため、形状記憶合
金73はバネ74の力により伸び変形を受け、スプール26は
第12図の位置に移動されており、該スプール69は第一の
給気口64および第一の排気口66を開き、第二の給気口65
および第二の排気口67を閉じている。

しかしながら、スイッチ76が閉じられると、電源75−
蓋材68−バネ71−第二の接点72−第一の接点70−スプー
ル69−形状記憶合金73−調整ネジ材63−スイッチ76−電
源75の経路で電流が流れ、形状記憶合金73が加熱される
ので、形状記憶合金73は記憶長さに戻ろうとして収縮
し、スプール69を第13図の位置まで調整ネジ材63側に移
動させる。これにより、今度はスプール69は第一の給気
口64および第一の排気口66を閉じる一方、第二の給気口
65および第二の排気口67を開く。

また、スプール69がそれよりさらに調整ネジ部材63側
に移動しようとすると、第一の接点70と第二の接点72が
離間する。したがって、以後、スイッチ76が閉じられて
いる間、スプール69が第一の給気口64および第一の排気
口66を閉じる一方、第二の給気口65および第二の排気口
67を開いている状態において、第一の接点70と第二の接
点72が断続を繰り返す。

そして、再びスイッチ76が開かれると、形状記憶合金
74に対する通電が持続的に停止されて形状記憶合金73が
大きく冷却するので、形状記憶合金73はバネ74の力によ
り大きく変形され、スプール69は第12図の位置に移動さ
れて、第一の給気口64および第一の排気口66を開き、第
二の給気口65および第二の排気口67を閉じる。

なお、前記各実施例においては、弁体および形状記憶
合金をバネにより付勢しているが、バネ以外の手段によ
り形状記憶合金を付勢してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による弁装置は、 （イ） 通電によって開閉できる、 （ロ） 従来の電磁弁に比較し、飛躍的に小型化および
軽量化が可能であるとともに、低電圧、低電流で動作さ
せることが可能である、 （ロ） 動作時、接点が断続を繰り返し、形状記憶合金
に連続的に通電がなされないようになっているので、形
状記憶合金が過熱し、塑性変形してしまったり、焼損す
る虞を防止できる、 （ニ） 形状記憶合金の伸び変形からの形状回復力によ
って駆動されるので、形状記憶合金から大きな形状回復
力を取り出すことができるとともに高速に動作させるこ
とができる、 等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による弁装置の一実施例を閉状態におい
て示す断面図、第２図は第１図のII-II線における断面
図、第３図は開状態における該実施例の弁体付近を示す
断面図、第４図は該実施例の電気的接続関係を示す回路
構成図、第５図は該実施例における、形状記憶合金に与
えられる電圧（または電流）と流量との関係を示す特性
図、第６図は該実施例における弁体の変位と形状記憶合
金の低温時の変形抵抗力、形状記憶合金の高温時の形状
回復力およびバネの力との関係を示す特性図、第７図は
該実施例における弁体の変位とバネの力、弁体の前後の
圧力差により弁体に作用する力、バネの力および前記圧
力差による力を合成した力との関係を示す特性図、第８
図は弁体の変位と形状記憶合金の低温時の変形抵抗力、
形状記憶合金の高温時の形状回復力、およびバネの力お
よび前記圧力差による力を合成した力との関係を示す特
性図、第９図は本発明の他の実施例を閉状態において示
す断面図、第10図は開状態における該施例の弁体付近を
示す断面図、第11図は本発明のさらに他の実施例を示す
断面図、第12図は本発明のさらに別の実施例を示す断面
図、第13図はスプールの位置が切り換えられた状態にお
ける該実施例を示す断面図である。 ６……先端部材（接点）、７……弁口、９……弁体（接
点）、10……形状記憶合金、11……バネ、12……増幅器
（電力供給手段）、27……弁口、29……弁体（接点）、
30……形状記憶合金、31……バネ、32……接点、34……
電源（電力供給手段）、45……弁口、49……弁体、50…
…第二の接点、51……第一の接点、52……形状記憶合
金、53……バネ、54……電源（電力供給手段）、64……
第一の給気口、65……第二の給気口、66……第一の排気
口、67……第二の排気口、69……スプール、73……形状
記憶合金、70……第一の接点、72……第二の接点、74…
…バネ、75……電源（電力供給手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁口と、この弁口を開閉する弁体と、この
   弁体が前記弁口を閉じる向き（または開く向き）に移動
   されると、伸び変形を受けることとなる関係で前記弁体
   に連係された線材状の形状記憶合金と、前記弁体を前記
   弁口を閉じる向き（または開く向き）に付勢する付勢手
   段と、前記形状記憶合金に通電する電力供給手段と、前
   記電力供給手段から前記形状記憶合金への通電回路中に
   介在されており、前記弁体が前記弁口を閉じる位置（も
   しくは開く位置）または該位置を含む所定の移動区間に
   あるときは互いに接触して前記通電回路を閉じさせる一
   方、前記弁体がそれ以外の移動区間にあるときは離間し
   て前記通電回路を開放する一対の接点とを有してなる弁
   装置。