JPH0252149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶合金よりなる駆動体の温度変
化による変位を利用して弁孔の開口を制御した制
御弁に関するものである。

形状記憶合金は熱弾性型マルテンサイト変態で
生じた低温相が変形を受けた後、加熱によつて高
温相に逆変態する際に生起する現象を利用するも
ので、変態点を境にしてこれより高温側でオース
テナイト構造に変化し、低温側でマルテンサイト
構造に変化する。この形状記憶合金を高温側より
冷却するとオーステナイト構造からマルテンサイ
ト構造への変態が起こり、超弾性を有し、逆に低
温側から加熱していくマルテンサイト構造からオ
ーステナイト構造に変態して成形工程で記憶され
た形状に戻るものである。そしてかかる形状記憶
効果を奏する合金はニツケル−チタン、銅−アル
ミニウム−ニツケル、銅−アルミニウム等が知ら
れており、これらの形状記憶合金の温度変化に伴
なう変位によつて弁孔の開閉を行つたものは実開
昭56−56969号公報や特開昭57−25572号公報等で
知られている。

然しながら実開昭56−56969号公報に示される
弁開閉の為の動作手段は開閉手段を形状記憶合金
にて形成し、弁本体を流下する制御流体の温度に
よるものであり、かかる構造によると、制御流体
の温度変化が必要不可決となるものでありそれら
温度変化を得ることのできないものにおいては不
適であり巾広い制御弁の用途に適さないという欠
点があつた。

また特開昭57−25572号公報によると形状記憶
合金よりなる弁駆動素子をヒーターで直接的に加
熱して弁孔を開閉制御した構造が示されている
が、かかる構造によるとヒーターのみの加熱であ
るので大電力が必要となるものであり、さらにヒ
ーターは一般的に線径の小径なるものが使用され
るが、加熱、冷却のくり返し及び弁駆動素子の往
復動に伴なうヒーターの断線の危険を含むもので
あり制御弁の開閉制御機能が劣るものであつた。

さらにまた弁駆動素子に直接的にヒーターを巻
回す構造においてはヒーターのそれら素子との絶
縁を得る為に絶縁被膜を配置する必要があり、こ
れによると効率的な加熱が困難となるものであつ
た。

本発明の形状記憶合金を利用した制御弁は前記
不具合点に鑑み成されたもので、弁体を駆動する
駆動体を制御流体等の環境温度によつて加熱、冷
却することなく直接的にしかも電気的に加熱した
ものであり、制御弁として巾広く使用することが
できるとともに駆動体をヒーターにて直接的に加
熱して弁の開閉を行つて制御弁に比較して小電力
にて大発熱量を得ることができ、しかもリングよ
り直接的に駆動体を加熱し、加熱特性の秀れた弁
の開閉制御性の良好な制御弁を得ることを目的と
したものである。

以下、本発明になる形状記憶合金を利用した制
御弁の一実施例を第１図により説明する。

１は磁性材料よりなる鉄心であり、該鉄心は磁
性材料よりなる上側コアー１Ａと下側平板１Ｂと
によつて磁気的に閉回路が構成される。そしてこ
の鉄心１は上側コアー１Ａと下側平板１Ｂの中心
部に案内されて移動自在に立設されたものであ
り、鉄心１の下端部には弁本体２の流路３に設け
た弁孔４を開閉制御する弁部５が配置される。ま
た鉄心１に周囲には形状記憶合金よりなる駆動体
６としてのコイルスプリングが配置され、このコ
イルスプリングの下端部は下側平板１Ｂに係止さ
れ、一方上端部は鉄心１の上部鍔部１Ｃに係止さ
れる。そして前記駆動体６の周囲には導電性材質
よりなるリング７が配置され、さらにリング７の
周囲にはコイル８が囲繞して配置される。

そして前記形状記憶合金よりなる駆動体６とし
てのコイルスプリングは、マルテンサイト変態開
始点（M_s点）において、温度が低下すると、駆
動体６の収縮変形が開始し、マルテンサイト変態
終了点（M_f点）に達してこの変形が中止し、一
方温度上昇によつて逆変態開始点（A_s点）にお
いて、形状の復元が開始して伸張変形が開始し、
逆変態終了点（A_f点）において伸張が終了して
設定した形状に復するものである。

尚、９は鉄心１に対して、図において下方のば
ね力を付勢するスプリングであり、一端が下側平
板１Ｂに他端が弁部５に係合されて圧縮状態にあ
る。

次にその作動について述べると、コイル８に非
通電の状態においては、形状記憶合金よりなる駆
動体６に何等の熱が付与されることがないので、
駆動体６は逆変態温度（A_s点）迄に上昇するこ
とはなく、従つて駆動体６は収縮状態に保持され
るものであり、この状態において駆動体３の張力
に比し、スプリング９の張力を大きく設定するこ
とにより弁部４を含む鉄心１は下方に押圧され、
弁部５によつて弁孔４を閉塞し、流路３を遮断状
態に保持するものである。

次いで、コイル８に通電すると、鉄心１を磁気
的に閉回路としたことによつて鉄心１内には磁束
が通り、この通過磁束によつてリング７に電流が
誘起される。

そしてリング８内を流れる誘導電流によつてジ
ユール熱がリング７に発生し、リング７自体の温
度を急速に上昇させるものである。このリング７
の温度上昇によると、リング７に近接して配置し
た駆動体６もまたリング７からの伝熱を受けて温
度上昇をみるものであり、駆動体６の温度が逆変
態開始点（A_s点）より上昇するにつれて駆動体
６は伸張を開始し、更に温度上昇が進み逆変態終
了点（A_f点）に至つて伸張が完了するものであ
り、この駆動体６の伸張に伴なう張力をスプリン
グ９の張力より大きく設定することによつて弁部
５を含む鉄心１は図において上方へ変位し、弁孔
４を開口して流路３を開放状態に保持するもので
ある。

尚、本実施例ではマルテンサイト変態開始点
（M_s点）において温度が低下すると駆動体６が収
縮変形し、一方温度上昇によつて逆変態開始点
（A_s点）において伸張変形させたが、この変形を
逆としてマルテンサイト変態開始点（M_s点）に
おいて温度が低下すると駆動体６を伸張変形させ
てもよいものである。

前述の如き形状記憶合金よりなる駆動体を利用
した制御弁によると、コイル８への通電によつて
鉄心１内に生起する磁束によつてリング７に誘導
電流を発生せしめ、もつてリング７を自己発熱さ
せたので、リング７の発熱は小電流によつて大発
熱量を得ることができたものであり、さらにリン
グ７に対して直接的に電源電流を結線していない
のでリング７と駆動体６との間に絶縁被膜を配置
する必要はなく前述した大発熱量と合わせて駆動
体６に対する加熱特性の向上を図ることができた
ものである。従つて電力消費が少なくしかも弁の
開閉制御性の良好な制御弁を提供できるものであ
る。また線材よりなるヒーターに比較して発熱部
分がリング状となつたので加熱、冷却のくり返し
及び外部振動等に対する断線の危険は解決でき長
時間安定した制御性を有する制御弁を提供できる
ものである。

また第２図に示す如く鉄心１の周囲にリング７
を配置し、さらにその外周に駆動体６を配置した
構造によると、リング７の周長を鉄心１に近接し
て短縮できるので大誘導電流を得ることが可能と
なり、これによるとリング７の発熱量を増加で
き、加熱特性の向上を図ることができ応答性の秀
れた制御弁を提供できるものである。

さらに又第３図に示す如く鉄心１を角型にし、
一方の鉄心１Ａの周囲にコイル８を巻回し、他方
の鉄心１Ｂの周囲に駆動体６とリング７を配置
し、さらに駆動体６の端部に弁部４を備えた動作
体１０を備えたものであり、その作用は前記実施
例と同一なるものであるが、コイル８の設計的自
由度を増すことができたものである。

また前記鉄心１をケイ素鋼板にて積層及び折り
曲げ積層とすることによつて鉄心１の磁束効率の
向上を図ることができこれによると誘導電流を増
すことができリング７の発熱量を増すことができ
て加熱特性の向上を図ることができる。

また第４図に示す如く、鉄心１の内部を複数の
鉄心１Ｄ，１Ｅに分岐し、それら鉄心１Ｄ，１Ｅ
の各々を囲繞するリング１１を配置すると、鉄心
内に複数の磁束通路が構成され、従つてリング１
１内に各々誘導電流が生起し、リング１１に対す
る熱特性は更に向上するもので小電流によつて駆
動体３に対する大きな加熱を与えることができ応
答性の秀れた制御弁を提供できる。

また、第５図に示す如く、駆動体６の端末６
Ａ，６Ｂを接続して電気的に閉回路を構成する
と、鉄心１の通過磁束によつてリング７及び駆動
体６に誘導電流が発生し、前述の如くリング７の
誘導電流による自己発熱に合かせて駆動体６もま
た誘導電流によつて自己発熱が生じ、駆動体６の
加熱特性を著しく向上できるものであり、さらに
また駆動体６が自己発熱したことによつて駆動体
６は均一に暖められその温度上昇に伴なう動特性
の向上を図ることができ制御性の秀れた制御弁を
提供できたものである。

以上の如く、本発明になる制御弁によると、鉄
心の周囲にコイルを巻回すとともに鉄心の周囲に
形状記憶合金よりなる駆動体と導電性材質よりな
るリングを配置し、鉄心に発生する磁束により、
リングに誘導電流による自己発熱を生起せしめ、
もつてリングによつて駆動体を加熱し、駆動体の
変位に応じて移動する弁体にて弁孔を制御したの
で、小電流によつて大発熱量を得ることができ、
さらにはリングと駆動体との絶縁被膜を配置する
必要がなくリングより駆動体へ直接的に伝熱がで
きるので加熱特性の向上を図ることができ、熱応
答性の秀れた制御弁を得ることができたものであ
る。さらには発熱部を線材よりなるヒーターより
リングとしたので断線の危険は全くなくなり長期
間に渡つて安定した制御作用をなす制御弁を得る
ことができるものである。

また、鉄心を積層及び折り曲げ積層とすること
によつて鉄心の磁束効率の向上を図ることができ
小電流にてリングの発熱量を増すことができるも
のであり、また鉄心により形成される磁束通路を
複数となし、それら各磁束通路の周囲にリングを
配置することによつてリング内に生起する誘導電
流を増加することができてリングの発熱量を増す
ことができる。さらにまた駆動体を電気的に閉回
路とすると、駆動体が自己発熱するものであり、
リングによる発熱に加え加熱特性の向上が望まれ
るものであり、あわせて駆動体が自己発熱するこ
とによつて駆動体自身は均一に暖められ動特性が
一段と向上するものであり、いずれにおいても小
電流によつて熱応答性の秀れた制御弁を得ること
ができたものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明になる形状記憶合金を利用した制御
弁の一実施例を示す縦断面図であり、第１図、第
２図、第３図、第４図、第５図は各実施例を示す
ものである。 １……鉄心、６……形状記憶合金よりなる駆動
体、７……リング、８……コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性材料よりなり磁気的に閉回路をなす鉄心
   の周囲にコイルを巻回すとともに該鉄心の周囲に
   形状記憶合金よりなる駆動体と導電材料よりなる
   リングを配置し、コイルへの通電によつて、鉄心
   に発生する磁束によりリングに誘導電流による自
   己発熱を生起せしめ、もつて駆動体を加熱し、駆
   動体の変位に応じて移動する弁体にて弁孔を制御
   してなる制御弁。 ２ 鉄心を積層としてなる特許請求の範囲第１項
   記載の制御弁。 ３ 鉄心により形成される磁束通路を複数とな
   し、それら各磁束通路の周囲にリングを配置して
   なる特許請求の範囲第１項記載の制御弁。 ４ 形状記憶合金よりなる駆動体を電気的に閉回
   路としてなる特許請求の範囲第１項記載の制御
   弁。