JP4753086B2 - 逆止弁 - Google Patents

Description

本発明は、配管に取り付けて流体の一方向の流れは許すが、その逆方向の流れは止める逆止弁に関し、特に、流体機械、小型ポンプ等の入口、出口の配管に適した形状記憶合金を使用した逆止弁に関する。

従来、形状記憶合金を使用した逆止弁として、図２に示すものが知られている。
この逆止弁は、蒸気配管系に取り付ける逆止弁であって、弁座５の外周の入口側部材１の内端に環状の溝を形成し、この溝と弁体７の前面の間に温度応動部材としてのコイル状の形状記憶合金１２を配置する。形状記憶合金１２は流体の温度に応じて変形する。形状記憶合金１２の低温時の変形力はディスク状弁体７の自重とコイルばね９の弾性力よりも少し強く形成する。図２は流体温度が所定以下であり、形状記憶合金１２は母相からマルテンサイト相にマルテンサイト変態しており、伸び記憶させておいた長い形状であり、弁体７をコイルばね９の付勢力に対抗して開弁方向に付勢せしめている。
流体温度が所定以上になると、形状記憶合金１２はマルテンサイト相から母相に逆変態して縮み記憶させておいた短い形状になり、弁座５の先端面よりも後退して弁体７の動きに関与しなくなる。入口３の流体圧力が出口４よりも高ければ、弁体７はコイルばね９を圧縮して出口側に変位し、開弁する。出口４の流体圧力が入口３よりも高くなれば、弁体７は流体圧力とコイルばね９の作用を受けて、入口側に変位し、弁座５に気密的に接する。このため、低温時に温度応動部材としての形状記憶合金製のコイルばねが弁体を大きく開弁せしめるので、低温の水や空気を短時間に素早く排出でき、立上げ時間を短縮できる。

特開平６−１１０５７号公報

上記した従来の逆止弁は、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）より低い温度のマルテンサイト相またはマルテンサイト相＋オーステナイト相の２相領域で利用する場合には加熱するだけで元の形状に回復する形状記憶効果を利用したものである。
このような形状記憶効果を利用したものでは、温度変化のない状態で使用することができない。また、形状記憶合金をコイルばね形状にして用いているため、小型の逆止弁等の極めて弱いバネ定数で弁を支持しなければならないものには利用できない。

一方、小型の逆止弁においては、構造が簡単なため低圧力から高圧力に至るまで安定した逆止弁効果を発揮するものがなかった。

本発明は、錆に強いニッケルチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）合金等の形状記憶合金を用い、極めて弱いバネ定数で弁を支持できる逆止弁を提供することを目的とするものである。

本発明の原理は、ニッケルチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）合金等の形状記憶合金の有する超弾性効果、すなわち、母相状態にある合金を変形すると、弾性変形に続いて応力誘起によるマルテンサイト変態が生じ、荷重を増加しなくても変形が続くが、この変形歪みは応力を除くと、加熱しなくても元の状態に戻る、という性質を利用したものである。
上記目的を達成するため本発明の逆止弁は、弁体としての球体を流体入口側である弁座に弾性的に圧接させる構造の逆止弁装置において、３本以上の形状記憶合金製の線状部材を流体の出口側から入口側に向けて前記弁座の中心軸の周囲に等間隔に位置するように立設し、各線状部材は基部固定端から先端にいくにしたがい中心に向けて曲線状に折り曲げられた内方向曲線部と、該内方向曲線部に続いて中心から離れるように曲線状に折り曲げられた外方向曲線部とを有し、前記球体を３本以上の線状部材の外方向曲線部で弁座に弾性的に圧接させるよう支持することを特徴としている。
また、本発明の逆止弁は、線状部材がニッケルチタン合金より形成されていることを特徴としている。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）形状記憶合金の超弾性効果を利用することによりコイルスプリングを用いることなく線状部材をバネとして使用できるため、構造が簡単な小型の逆止弁においても低圧力から高圧力に至るまで安定した逆止弁効果を奏する逆止弁を得ることができる。
（２）極めて弱いバネ定数で弁体を支持できる。
（３）形状記憶合金の任意形状に形状転写させたバネであることから製作が容易である。
（４）流路の周囲に配置されたコイルスプリングのように流路をふさぐことがない。
（５）形状記憶合金としてニッケルチタン合金を採用することにより、表面に酸化被膜が形成されるため、水等の環境で使用しても長期間使用できる。

本発明に係る逆止弁の最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。

図１は、本発明に係る逆止弁の断面を示した図である。
逆止弁を収容するケーシング２０は、流体入口側の入口配管２１及び流体出口側の出口配管２２と接続されており、側板２３がボルト等の固定部材により着脱自在に設けられている。
ケーシング２０の流体入口側には弁座２４が形成されており、該弁座２４に弁体である球体２５が接離自在なように配置される。球体２５及び弁座２４の密閉度を高めるため弁座２４をゴムで形成するのが望ましい。

球体２５は、ニッケルチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）合金等の超弾性効果を有する形状記憶合金からなるバネにより弁座２４に弾性的に圧接されるよう支持されている。バネは、３本以上の形状記憶合金製の線状部材２６から構成されており、各線状部材２６は、流体の出口側から入口側に向けて弁座２４の中心軸ｘ−ｘの周囲に等間隔に位置するように立設される。図１では、４本の線状部材２６が等間隔に配置された状態を示したもので、３本の線状部材２６が見えている。
各線状部材２６は、基部２７がケーシング２０の出口側部材２８の取付穴に嵌入され溶着等の手段で固定されており、基部固定端２７から先端にいくにしたがい弁座２４の中心軸ｘ−ｘに向けて曲線状に折り曲げられた内方向曲線部２９と、内方向曲線部２９に続いて中心軸ｘ−ｘから離れるように曲線状に折り曲げられた外方向曲線部３０とを有している。前記球体２５は４本の線状部材２６の外方向曲線部３０で弁座２４に弾性的に圧接されるよう支持されている。なお、線状部材２６は、合計で少なくとも３本、あるいはそれ以上設けられる。

線状部材２６は、その径が例えば０．２ｍｍ程度のニッケルチタン（Ｎｉ−Ｔｉ）合金製の線材から形成されており、急激なカーブは線状部材の断面積を増減させるため緩やかなカーブを用い、形状を転写している。線状部材２６の外方向曲線部３０がバネとなり球体２５を弾性的に支える構造となっている。

図１は、弁体である球体２５が弁座２４に密着している状態を示しており、この時、線状部材２６は母相状態にある。
今、流体が入口配管２１から流入すると、球体２５に圧力が作用し、線状部材２６が変形する。この時、線状部材２６は、弾性変形に続いて応力誘起によるマルテンサイト変態を生じ、加重を増加しなくとも変形歪みの状態を続ける。このため、流体は入口配管２１から出口配管２２に流れる。
次に、流体が出口配管２２から入口配管２１に向けて逆流しようとすると、球体２５が弁座２４方向に移動するので、線状部材２６に作用していた応力は除去される。このため、線状部材２６の変形歪みは解消され、加熱しなくても瞬時に元の形状に回復する。これは、母相が安定な温度域にあるため、そのまま母相に逆変態するからである。したがって、球体２５は弁座２４に密着し、流体の流れを遮断する。

本発明の実施の形態に係る逆止弁の断面を示した図である。 形状記憶合金を使用した従来の逆止弁を説明する断面図である。

符号の説明

２０ ケーシング
２１ 入口配管
２２ 出口配管
２３ 側板
２４ 弁座
２５ 弁体である球体
２６ 形状記憶合金製の線状部材
２７ 線状部材の基部固定端
２８ ケーシングの出口側部材
２９ 内方向曲線部
３０ 外方向曲線部

Claims (2)

1. 弁体としての球体を流体入口側である弁座に弾性的に圧接させる構造の逆止弁装置において、３本以上の形状記憶合金製の線状部材を流体の出口側から入口側に向けて前記弁座の中心軸の周囲に等間隔に位置するように立設し、各線状部材は基部固定端から先端にいくにしたがい中心に向けて曲線状に折り曲げられた内方向接曲線部と、該内方向接曲線部に続いて中心から離れるように曲線状に折り曲げられた外方向接曲線部とを有し、前記球体を３本以上の線状部材の外方向接曲線部で弁座に弾性的に圧接させるよう支持することを特徴とする逆止弁。
2. 線状部材がニッケルチタン合金から形成されていることを特徴とする請求項１記載の逆止弁。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images