JPH05248569A - Valve drive method and valve device - Google Patents
Valve drive method and valve deviceInfo
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- JPH05248569A JPH05248569A JP4916592A JP4916592A JPH05248569A JP H05248569 A JPH05248569 A JP H05248569A JP 4916592 A JP4916592 A JP 4916592A JP 4916592 A JP4916592 A JP 4916592A JP H05248569 A JPH05248569 A JP H05248569A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、弁体の駆動方法及びそ
の駆動方法を用いた弁に関し、さらに詳しくは膜状の形
状記憶合金を利用した駆動方法及び弁に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve body driving method and a valve using the driving method, and more particularly to a driving method and a valve using a film-shaped shape memory alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、油圧用、空気圧用、水圧用な
ど、種々の流体の制御のための弁が提供されている。こ
れら従来の弁は、弁体の移動によって弁穴を開閉するも
のであるが、弁体の駆動のためにソレノイドが一般的に
用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, valves for controlling various fluids such as hydraulic fluid, pneumatic fluid, and hydraulic fluid have been provided. These conventional valves open and close a valve hole by moving a valve body, but a solenoid is generally used to drive the valve body.
【０００３】また、近年における油空圧機器及びこれら
を用いた機械装置の小型化に伴って、それらを制御する
弁の一層の小型化が要求されている。Further, with recent miniaturization of hydraulic / pneumatic equipment and mechanical devices using them, further miniaturization of valves for controlling them has been required.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ソレノイドに
よって弁体を駆動する場合には、ソレノイド自体の構造
が複雑であるため、また弁体の駆動に必要な力を出すた
めにソレノイドの寸法形状が大きくなり、ソレノイド及
び弁全体の小型化を図ることに限界があった。However, when the valve body is driven by the solenoid, the structure of the solenoid itself is complicated, and the size and shape of the solenoid must be adjusted in order to generate the force required to drive the valve body. However, the size of the solenoid and the entire valve has been limited in size.
【０００５】また、ソレノイドの構造及びソレノイドの
駆動力を弁体に伝達するための機構が複雑であるため、
弁を構成する部品点数及びその組み立てのための工数を
多く必要とし、これが弁のコストダウン及び信頼性向上
を妨げているという問題もあった。Further, since the structure of the solenoid and the mechanism for transmitting the driving force of the solenoid to the valve body are complicated,
There is also a problem that a large number of parts constituting the valve and man-hours for assembling the valve are required, which hinders cost reduction and reliability improvement of the valve.
【０００６】この問題を解決するために、ピエゾ素子に
よって弁体を駆動する方法が提案されている。しかし、
ピエゾ素子によって弁体を駆動する場合には、ピエゾ素
子に高い電圧を印加する必要があるため、駆動時に高電
圧を発生して供給するための駆動回路が複雑となる。さ
らに、ピエゾ素子は変位量が少ないため、多数の素子を
積層して貼合わせる必要があり、駆動素子の製作が容易
ではないという問題がある。In order to solve this problem, a method of driving a valve body by a piezo element has been proposed. But,
When a valve element is driven by a piezo element, it is necessary to apply a high voltage to the piezo element, so that a drive circuit for generating and supplying a high voltage during driving becomes complicated. Further, since the piezo element has a small amount of displacement, it is necessary to stack and attach a large number of elements, which causes a problem that the drive element is not easily manufactured.
【０００７】本発明は、上述の問題に鑑み、簡単な構造
及び駆動回路によって弁体を駆動することができ、弁の
小型化を図ることのできる弁体の駆動方法及び弁を提供
することを目的としている。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a valve body driving method and a valve which can drive the valve body with a simple structure and a driving circuit and can achieve miniaturization of the valve. Has a purpose.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の駆動方
法は、上述の課題を解決するため、形状記憶合金からな
る膜状体によって弁体を駆動することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the driving method of the present invention is characterized in that the valve body is driven by a film-shaped body made of a shape memory alloy.
【０００９】請求項２の発明の駆動方法は、形状記憶合
金からなる膜状体によって弁体を構成し、前記弁体に電
流を流すことにより発生するジュール熱によって当該弁
体を加熱し、前記弁体が開いたときに流れる流体によっ
て当該弁体を冷却し、前記弁体の加熱及び冷却によって
当該弁体を変形し又は回復させて当該弁体を駆動する。According to a second aspect of the present invention, a valve body is constituted by a film body made of a shape memory alloy, and the valve body is heated by Joule heat generated by passing an electric current through the valve body. The valve body is cooled by the fluid flowing when the valve body is opened, and the valve body is driven by deforming or recovering the valve body by heating and cooling the valve body.
【００１０】請求項３の発明の弁は、形状記憶合金から
なる膜状体によって弁体が駆動されるように構成する。
請求項４の発明の弁では、前記弁体が前記膜状体によっ
て構成される。According to the third aspect of the invention, the valve element is configured to be driven by the film-shaped body made of a shape memory alloy.
In the valve of the invention of claim 4, the valve body is constituted by the film-shaped body.
【００１１】請求項５の発明の弁では、前記膜状体に電
流を流すための電極が設けられて構成される。請求項６
の発明の弁では、形状記憶合金からなる膜状の弁体と、
前記弁体の変形によって開閉される弁穴と、前記弁体を
変形させて弁穴を閉状態又は開状態にするための弾性部
材と、前記弾性部材による変形を回復させて前記弁穴を
開状態又は閉状態とするよう、前記弁体を加熱するため
の電流を流すための電極とを有して構成される。According to the fifth aspect of the present invention, the valve is provided with an electrode for passing a current through the film. Claim 6
In the valve of the invention, a film-shaped valve body made of a shape memory alloy,
A valve hole that is opened and closed by the deformation of the valve body, an elastic member that deforms the valve body to bring the valve hole into a closed state or an open state, and a deformation that is restored by the elastic member to open the valve hole. And an electrode for passing an electric current for heating the valve body so that the valve body is brought into a closed state or a closed state.
【００１２】請求項７の発明の弁では、断面が円形の弁
室内に張られた膜状の形状記憶合金からなる弁体と、前
記弁体によって仕切られた弁室の一方の側に設けられ、
前記弁体を変形させるための弾性部材と、前記弁体によ
って仕切られた弁室の他方の側に設けられ、前記弾性部
材による前記弁体の変形によって閉じられる弁穴と、前
記弾性部材による変形を回復させて前記弁穴を開けるよ
う、前記弁体にジュール熱を発生させる電流を流すため
の電極と、前記弁室の一方の側と他方の側とを連通する
ための連通路とを有して構成される。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a valve body made of a film-shaped shape memory alloy stretched in a valve chamber having a circular cross section, and provided on one side of the valve chamber partitioned by the valve body. ,
An elastic member for deforming the valve body, a valve hole provided on the other side of the valve chamber partitioned by the valve body and closed by deformation of the valve body by the elastic member, and deformation by the elastic member So as to open the valve hole by recovering the temperature of the valve body and an electrode for passing an electric current for generating Joule heat in the valve body, and a communication passage for communicating one side of the valve chamber with the other side. Configured.
【００１３】[0013]
【作用】形状記憶合金に記憶された形状と、外力によっ
て変形された形状との間の変位によって、弁体が駆動さ
れる。形状記憶合金に記憶された形状に復帰するため
に、例えば形状記憶合金自体に電流を流してジュール熱
を発生させる。The valve element is driven by the displacement between the shape stored in the shape memory alloy and the shape deformed by the external force. In order to return to the shape stored in the shape memory alloy, for example, an electric current is applied to the shape memory alloy itself to generate Joule heat.
【００１４】例えば、弁体は弾性部材などによって弁穴
に向かって押され、常温においては、それによって変形
されて弁座の表面に押しつけられ、弁穴を閉じている。
この状態で、例えば電極に電圧を印加して電流を流す
と、それによってジュール熱が発生し、弁体は加熱され
る。これによって、弁体は変形が回復し、弾性部材に抗
して元の形状に復帰し、弁座から離れて弁穴を開放す
る。For example, the valve body is pushed toward the valve hole by an elastic member or the like, and at room temperature, it is deformed and pressed against the surface of the valve seat to close the valve hole.
In this state, for example, when a voltage is applied to the electrodes and a current is caused to flow, Joule heat is generated thereby, and the valve body is heated. As a result, the valve body recovers its deformation, returns to its original shape against the elastic member, and leaves the valve seat to open the valve hole.
【００１５】[0015]
【実施例】図１は本発明における弁体１１の駆動原理を
説明するための弁１を模式的に示す断面正面図である。
図１（ａ）は弁体１１が閉位置にある状態を示し、図１
（ａ）は弁体１１が開位置にある状態を示す。1 is a sectional front view schematically showing a valve 1 for explaining a driving principle of a valve body 11 in the present invention.
FIG. 1A shows a state in which the valve body 11 is in the closed position.
(A) shows the state where the valve body 11 is in the open position.
【００１６】図１において、弁１は、弁体１１、断面が
円形の弁室１３を形成するハウジング１２、弁穴１５、
弁穴１５を囲み球面状に凹んだ弁座１６、圧縮バネ１
７、及び弁座１６の表面形状に対応した形状を有する押
当部材１８、弁体１１の両端に設けられて弁体１１に電
流を流すための電極１９ａ，１９ｂからなる。In FIG. 1, a valve 1 comprises a valve body 11, a housing 12 forming a valve chamber 13 having a circular cross section, a valve hole 15,
A valve seat 16 which surrounds the valve hole 15 and is recessed in a spherical shape, a compression spring 1
7 and a pressing member 18 having a shape corresponding to the surface shape of the valve seat 16, and electrodes 19a and 19b provided at both ends of the valve body 11 for supplying a current to the valve body 11.
【００１７】弁体１１は、形状記憶合金によって膜状
（薄膜状）に形成されており、弁室１３内において、弁
座１６の最も近い位置から距離δを隔てて、平面視が円
形となるように張られている。弁室１３は、弁体１１に
よって、内側１３ａと外側１３ｂとに分離されている。
内側１３ａと外側１３ｂとは、図示しない連通路によっ
て互いに連通されている。弁室１３の圧力はＰｏ、弁穴
１５内の圧力はＰｓである。The valve element 11 is formed of a shape memory alloy in a film shape (thin film shape), and has a circular shape in plan view at a distance δ from the closest position of the valve seat 16 in the valve chamber 13. Is stretched out. The valve chamber 13 is separated by a valve body 11 into an inner side 13a and an outer side 13b.
The inner side 13a and the outer side 13b are communicated with each other by a communication passage (not shown). The pressure in the valve chamber 13 is Po, and the pressure in the valve hole 15 is Ps.
【００１８】ところで、形状記憶合金は、任意の形状を
予め記憶させておくと、マルテンサイト変態終了温度以
下の低温相で変形を加えても、加熱してオーステナイト
変態終了温度以上の高温相にすることにより変形前の元
の形状に復帰する性質をもった合金である。このような
合金としては、例えば、ニッケル・チタン合金、銅・亜
鉛・アルミニウム合金などがある。このような形状記憶
合金は、常温では５Ｋｇｆ／ｍｍ2 の力で変形すること
ができるのに対し、回復力は５０Ｋｇｆ／ｍｍ 2 にもな
る。By the way, the shape memory alloy has an arbitrary shape.
If you memorize it in advance, it will be below the martensite transformation end temperature.
Even if deformation is applied in the lower low temperature phase, it will be heated and austenite
By using a high temperature phase above the transformation end temperature,
It is an alloy that has the property of returning to the shape of. like this
Examples of alloys include nickel-titanium alloys and copper-tin alloys.
Lead / aluminum alloy, etc. Such shape memory
The alloy is 5 kgf / mm at room temperature2To be deformed by the force of
Whereas the recovery power is 50 kgf / mm 2Nina
It
【００１９】弁体１１は、圧縮バネ１７によって、押当
部材１８を介し弁穴１５に向かって推力ｆｓで押されて
おり、常温においては、それによって変形されて弁座１
６の表面に押しつけられ、弁穴１５を閉じている〔図１
（ａ）に示す状態〕。The valve body 11 is pushed by the compression spring 17 toward the valve hole 15 through the pressing member 18 with the thrust fs, and is deformed by the thrust force fs at room temperature to cause the valve seat 1 to move.
6 is pressed against the surface of the valve 6, and the valve hole 15 is closed [Fig.
State shown in (a)].
【００２０】この状態で、電極１９ａ，１９ｂに電圧を
印加して弁体１１に電流を流すと、それによってジュー
ル熱が発生し、弁体１１は加熱される。これによって、
弁体１１は変形が回復し、圧縮バネ１７の推力ｆｓに抗
して元の形状に復帰し、弁座１６から離れて弁穴１５を
開放する。In this state, when a voltage is applied to the electrodes 19a and 19b and a current is passed through the valve body 11, Joule heat is generated thereby, and the valve body 11 is heated. by this,
The deformation of the valve body 11 is recovered, the valve body 11 returns to its original shape against the thrust force fs of the compression spring 17, and is separated from the valve seat 16 to open the valve hole 15.
【００２１】弁体１１に流れる電流を遮断すると、弁穴
１５から弁室１３に流れ込んでいる空気流によって弁体
１１は急速に冷却され、圧縮バネ１７の推力ｆｓによっ
て変形されて弁穴１５を再度閉じる。When the electric current flowing through the valve body 11 is cut off, the valve body 11 is rapidly cooled by the air flow flowing into the valve chamber 13 from the valve hole 15 and is deformed by the thrust force fs of the compression spring 17 so that the valve hole 15 is closed. Close again.
【００２２】ここで、上述した弁体１１の開閉動作につ
いて詳しく説明する。 （１）形状記憶合金の変形と歪の関係 まず、形状記憶合金（膜状の弁体１１）の変形時の面積
Ｓａを求める。Now, the opening / closing operation of the valve body 11 will be described in detail. (1) Relationship between Deformation and Strain of Shape Memory Alloy First, the area Sa of the shape memory alloy (film-shaped valve element 11) at the time of deformation is obtained.
【００２３】球の表面積は、図２に示すようにｒ，θ，
φをとり、次の（１）式のようにθとφについて積分す
ることにより求められる。The surface area of the sphere is r, θ, as shown in FIG.
It is obtained by taking φ and integrating with respect to θ and φ as in the following equation (1).
【００２４】[0024]
【数１】 [Equation 1]
【００２５】したがって、弁体１１のうち、図３に示さ
れる中心角θｎの球面部分の面積Ｓ１は、（１）式を０
から（θｎ／２）まで積分することにより次の（２）式
により求められる。Therefore, the area S1 of the spherical portion of the valve body 11 having the central angle θn shown in FIG.
From (θn / 2) to obtain by the following equation (2).
【００２６】 Ｓ１＝２πｒ2 （１−ｃｏｓθｎ／２） ……（２） 次に、弁体１１の残余の部分の面積Ｓ２は、断頭円錐の
側面積として次の（３）式により求められる。S1 = 2πr 2 (1-cos θn / 2) (2) Next, the area S2 of the remaining portion of the valve body 11 is obtained by the following expression (3) as the side area of the truncated cone.
【００２７】[0027]
【数２】 [Equation 2]
【００２８】したがって、変形後の面積Ｓａは、Ｓ１と
Ｓ２の和として求められる。変形後の面積Ｓａを変形前
の元の面積Ｓｂで除すことにより面積歪が求められる。
ここで、面積歪を次のように定義する。図４に示すよう
に面積が変化したとすると、元の面積の（１＋ε）2 倍
に変化したと考えられる。εは線歪であり、これは微小
であるとするとその２乗の項を無視し得るので、面積歪
は線歪εの２倍に近似することができる。 （２）応用と発生力の関係 上述の（１）項で求めた歪により、応力σはフックの法
則から次の（４）式で求めることができる。Therefore, the area Sa after deformation is obtained as the sum of S1 and S2. The area strain is obtained by dividing the area Sa after the deformation by the original area Sb before the deformation.
Here, the area strain is defined as follows. If the area is changed as shown in FIG. 4, it is considered that the area is changed by (1 + ε) 2 times. ε is a linear strain, and if it is minute, its squared term can be ignored, so that the area strain can be approximated to twice the linear strain ε. (2) Relationship between application and generated force Due to the strain obtained in the above item (1), the stress σ can be obtained by the following equation (4) from Hooke's law.
【００２９】σ＝Ｅε ……（４） 但し、Ｅ：縦弾性係数 膜状体（弁体１１）の張力ｄＴは、図５に示すように、
微小角ｄβをとることにより次の（５）式で求めること
ができる。Σ = Eε (4) However, E: longitudinal elastic modulus The tension dT of the film body (valve body 11) is as shown in FIG.
By taking the minute angle dβ, it can be obtained by the following equation (5).
【００３０】 ｄＴ＝σｂ（ｄβ・ｄｎ／２） ……（５） 次に、図３に示した張力Ｔ方向の力を求める。そのた
め、この膜状体の張力ｄＴによって弁体１１に作用する
軸方向の成分ｆＴは、張力ｄＴにｓｉｎ（θｎ／２）を
乗じたものをｄβにより全周積分することにより、次の
（６）式のように求めることができる。DT = σb (dβ · dn / 2) (5) Next, the force in the tension T direction shown in FIG. 3 is obtained. Therefore, the axial component fT that acts on the valve body 11 by the tension dT of the film-shaped body is calculated by multiplying the tension dT by sin (θn / 2) over the entire circumference by dβ to obtain the following (6 ) Can be calculated as
【００３１】[0031]
【数３】 [Equation 3]
【００３２】（３）圧力差による力 図１を参照して、弁体１１の両面に作用する圧力差によ
る縦軸方向の力ｆｐは、弁穴１５の内径をｄ、弁穴１５
内の圧力をＰｓ、弁室１３における圧力をＰｏとおく
と、次の（７）式で求めることができる。(3) Force Due to Pressure Difference Referring to FIG. 1, the force fp in the vertical axis direction due to the pressure difference acting on both sides of the valve body 11 is the inner diameter d of the valve hole 15 and the valve hole 15
If the pressure inside is Ps and the pressure in the valve chamber 13 is Po, it can be calculated by the following equation (7).
【００３３】 ｆｐ＝（Ｐｓ−Ｐｏ）×πｄ2 ／４ ……（７） （４）弁体１１が開くための条件 弁体１１が開くためには、圧縮バネ１７の推力ｆｓに対
して次の（８）式の条件を満足しなければならない。The following for fp = (Ps-Po) × πd 2/4 ...... (7) (4) to open condition the valve element 11 to the valve body 11 is opened, the thrust fs of the compression spring 17 The condition of formula (8) must be satisfied.
【００３４】ｆＴ＋ｆｐ＞ｆｓ ……（８） しかし、弁体１１を開くと圧力差がなくなって圧力差に
よる項は消えるため、上の（８）式は結局次の（９）式
のように書き換えられる。FT + fp> fs (8) However, when the valve element 11 is opened, the pressure difference disappears and the term due to the pressure difference disappears. Therefore, the above equation (8) is rewritten as the following equation (9). Be done.
【００３５】ｆＴ≧ｆｓ ……（９） 結局、この（９）式が弁体１１を開く条件のうち最も厳
しいものであるので、（９）式を満足すれば弁体１１を
開くことができる。 （５）弁体１１が閉じるための条件 弁体１１が閉じるためには、形状記憶合金を変形すると
きの力の上下方向の成分をｆｍとおいたとき、次の（１
０）式の条件を満足する必要がある。FT ≧ fs (9) After all, since the formula (9) is the most severe condition for opening the valve body 11, the valve body 11 can be opened if the formula (9) is satisfied. .. (5) Conditions for closing the valve body 11 In order to close the valve body 11, when the vertical component of the force for deforming the shape memory alloy is set to fm,
It is necessary to satisfy the condition of expression 0).
【００３６】ｆｍ＋ｆｐ≦ｆｓ ……（１０） 以上のことから、（９）式及び（１０）式の両方の条件
を満たすように、形状記憶合金（弁体１１）の膜厚を決
定する必要がある。Fm + fp≤fs (10) From the above, it is necessary to determine the film thickness of the shape memory alloy (valve body 11) so as to satisfy the conditions of both equations (9) and (10). is there.
【００３７】ここで、上に説明した理論に基づいて計算
した結果の一例を次に示す。計算を行うに当たっては、
弁体１１に与える歪を変化させるため、距離δの異なる
３種類の弁１を考えた（図１参照）。Here, an example of the result calculated based on the theory described above will be shown. In performing the calculation,
In order to change the strain applied to the valve body 11, three types of valves 1 having different distances δ were considered (see FIG. 1).
【００３８】すなわち、距離δを、０．２、０．４、
０．６の３種類とし、それぞれの弁１に対して、（９）
式の等号値で計算した結果を次の表１に示し、（１０）
式の等号値で計算した結果を表２に示す。That is, the distance δ is 0.2, 0.4,
There are three types of 0.6, and for each valve 1, (9)
The result calculated by the equal sign of the formula is shown in the following Table 1, and (10)
Table 2 shows the result calculated by using the equal sign of the formula.
【００３９】 すなわち、δ＝０．２のものでは膜厚が２０〜１６８
（μｍ）、δ＝０．４のものでは膜厚が３〜２８（μ
ｍ）、δ＝０．６のものでは膜厚が２〜１０（μｍ）の
範囲内に入るように設計することによって、弁体１１が
開閉動作を行うことができ、弁１が作動する。すなわ
ち、上述の計算によって得られた結果からすると、形状
記憶合金からなる膜状体によって弁体１１を構成し、そ
の膜厚を約２〜１６８μｍとすれば、その弁１は動作可
能であると言える。[0039] That is, when δ = 0.2, the film thickness is 20 to 168.
(Μm) and δ = 0.4, the film thickness is 3 to 28 (μ
m) and δ = 0.6, by designing the film thickness to fall within the range of 2 to 10 (μm), the valve body 11 can open and close and the valve 1 operates. That is, according to the results obtained by the above calculation, if the valve body 11 is made of a film-shaped body made of a shape memory alloy and the thickness thereof is about 2 to 168 μm, the valve 1 can be operated. I can say.
【００４０】上述のように、形状記憶合金からなる膜状
体により弁体１１を構成し、形状記憶合金の歪（変形）
と回復とによって弁体１１自体を駆動することにより、
次に述べる利点がある。 弁体１１の駆動を、弁体１１に電流を流してジュー
ル熱を発生させることにより簡単に行うことができる。 一般に熱によって形状記憶合金の動作を制御する場
合には、昇温は通電によるジュール熱によって簡単に実
現できるが、降温は、複雑な装置を用いないとすると放
熱冷却以外に有効な手段がない。しかし、形状記憶合金
を弁に利用する場合には、弁を通過する流体によって合
金を冷却することができるため、一般には困難となる降
温が簡単にしかも迅速に行える。 形状記憶合金を薄膜化することにより合金の熱容量
が小さくなり、通電時の温度上昇及び通電遮断時の温度
降下が早くなるため合金の変形速度が早く、高い応答性
を持つ弁が構成できる。 形状記憶合金を駆動するために必要な電圧は、ピエ
ゾ素子などの駆動電圧に比べ非常に低く、したがって駆
動回路が簡単になる。 薄膜形状合金は変位量を大きくとり易く、ピエゾ素
子に見られるような積層や貼合わせの必要がなく、スパ
ッタリングなどによって簡単に製作が可能である。 形状記憶合金の膜状体自体がアクチュエータとなり
且つ弁体となり、構造が簡単であるから弁の小型化が容
易である。As described above, the valve body 11 is made of a film-shaped body made of a shape memory alloy, and the strain (deformation) of the shape memory alloy is generated.
By driving the valve body 11 itself by
There are the following advantages. The valve body 11 can be easily driven by passing a current through the valve body 11 to generate Joule heat. Generally, when the operation of the shape memory alloy is controlled by heat, the temperature rise can be easily realized by Joule heat by energization, but the temperature fall can be achieved only by radiative cooling unless a complicated device is used. However, when a shape memory alloy is used for a valve, the alloy can be cooled by a fluid passing through the valve, so that generally difficult temperature reduction can be performed easily and quickly. By thinning the shape memory alloy, the heat capacity of the alloy is reduced, and the temperature rise upon energization and the temperature drop upon interruption of energization are accelerated, so that the deformation rate of the alloy is high and a valve with high responsiveness can be constructed. The voltage required to drive the shape memory alloy is much lower than the drive voltage of the piezo element and the like, thus simplifying the drive circuit. The thin-film alloy can be easily displaced by a large amount, does not require the lamination and bonding as seen in piezo elements, and can be easily manufactured by sputtering or the like. The shape memory alloy film body itself serves as an actuator and also serves as a valve body, and since the structure is simple, the valve can be easily miniaturized.
【００４１】次に、形状記憶合金を用いた弁２の具体例
について説明する。図６は本発明に係る弁体３３を用い
た弁２の断面正面図、図７は図６の弁２の左側面図であ
る。Next, a specific example of the valve 2 using a shape memory alloy will be described. FIG. 6 is a sectional front view of the valve 2 using the valve element 33 according to the present invention, and FIG. 7 is a left side view of the valve 2 of FIG.
【００４２】弁２は、下部ブロック３１、上部ブロック
３２、弁体３３、端子３４，３５、蓋体３６、端子台３
７，３８、端子抑え３９，４０などからなっている。下
部ブロック３１には、弁室５１、弁穴５２、弁室５１に
連通するポート５３、弁穴５２に連通するポート５４な
どが設けられている。The valve 2 includes a lower block 31, an upper block 32, a valve body 33, terminals 34 and 35, a lid body 36, and a terminal block 3.
7, 38, terminal retainers 39, 40, etc. The lower block 31 is provided with a valve chamber 51, a valve hole 52, a port 53 communicating with the valve chamber 51, a port 54 communicating with the valve hole 52, and the like.
【００４３】上部ブロック３２には、弁室穴６１が設け
られており、その段部６２と押当部材６３との間に圧縮
バネ６４が装着されている。弁室穴６１と弁室５１と
は、連通穴５５，６５によって連通され、互いに同一の
圧力となっている。なお、連通穴５５，６５は、プラグ
７１，７１によって閉塞されている。A valve chamber hole 61 is provided in the upper block 32, and a compression spring 64 is mounted between the stepped portion 62 and the pressing member 63. The valve chamber hole 61 and the valve chamber 51 are communicated with each other by the communication holes 55 and 65 and have the same pressure. The communication holes 55 and 65 are closed by the plugs 71 and 71.
【００４４】弁体３３は、形状記憶合金からなって下部
ブロック３１と上部ブロック３２との間に挟まれた長方
形状の膜状体ＴＦのうち、弁室５１に臨む円形の部分で
ある。弁体３３は、平板状の形状を記憶している。膜状
体ＴＦは、連通穴５５，６５の境界部分において、連通
のための穴６６が設けられている。The valve body 33 is a circular portion facing the valve chamber 51 of the rectangular film body TF which is made of a shape memory alloy and is sandwiched between the lower block 31 and the upper block 32. The valve element 33 remembers a flat plate shape. The film body TF is provided with a hole 66 for communication at the boundary between the communication holes 55 and 65.
【００４５】弁体３３は、圧縮バネ６４によって、押当
部材６３を介して弁穴５２を閉塞する方向に押されてお
り、端子３４，３５間に電圧を印加しない状態では、圧
縮バネ６４による推力によって弁体３３が変形され、弁
穴５２が閉塞されている。The valve body 33 is pushed by the compression spring 64 in the direction of closing the valve hole 52 via the pressing member 63, and when the voltage is not applied between the terminals 34 and 35, the compression spring 64 is used. The valve element 33 is deformed by the thrust, and the valve hole 52 is closed.
【００４６】その状態では、ポート５４に供給された流
体が弁体３３により遮断され、ポート５３への流通が阻
止されている。端子３４，３５間に電圧を印加すると、
弁体３３に電流が流れてジュール熱が発生し、これによ
って弁体３３が加熱され、圧縮バネ６４により加えられ
ていた変形が回復して平板状に戻る。In this state, the fluid supplied to the port 54 is blocked by the valve element 33, and the flow to the port 53 is blocked. When voltage is applied between terminals 34 and 35,
An electric current flows through the valve element 33 to generate Joule heat, which heats the valve element 33, and the deformation applied by the compression spring 64 is recovered and returns to a flat plate shape.
【００４７】弁体３３が平板状に戻ることによって、弁
体３３と弁穴５２との間に間隙が生じ、これによって弁
穴５２が開放され、ポート５４に供給された流体は、弁
穴５２から弁室５１に流入し、ポート５３から流出す
る。When the valve element 33 returns to the flat plate shape, a gap is created between the valve element 33 and the valve hole 52, whereby the valve hole 52 is opened, and the fluid supplied to the port 54 becomes the valve hole 52. Flow into the valve chamber 51 and flow out from the port 53.
【００４８】なお、下部ブロック３１、上部ブロック３
２、端子台３７，３８、端子抑え３９，４０などは、例
えば合成樹脂などの絶縁材料からなり、端子３４，３５
は例えば銅などの導電材料からなる。図６において、７
２，７３，７４はＯリングである。The lower block 31 and the upper block 3
2, the terminal blocks 37, 38, the terminal retainers 39, 40, etc. are made of an insulating material such as synthetic resin, and the terminals 34, 35
Is made of a conductive material such as copper. In FIG. 6, 7
2, 73 and 74 are O-rings.
【００４９】上述の弁２は、従来のようなソレノイドが
なく、弁体１１自体がアクチュエータであるため、構造
が簡単であり、部品点数が少なく、小型である。上述の
実施例において、膜状の形状記憶合金からなる弁体１
１，３３に、弁座に当接して弁穴１５，５２を閉じるた
めの当接部材を取り付けてもよい。膜状の形状記憶合金
によって弁体１１，３３を構成したが、弁体を別に設
け、その弁体を形状記憶合金によって駆動するようにし
てもよい。形状記憶合金を加熱するためのヒータ、又は
冷却するための冷却器を別に設けることもできる。Since the valve 2 described above does not have a solenoid as in the prior art and the valve body 11 itself is an actuator, the structure is simple, the number of parts is small, and the size is small. In the above embodiment, the valve body 1 made of a film-shaped shape memory alloy
A contact member for contacting the valve seat and closing the valve holes 15 and 52 may be attached to 1, 33. Although the valve elements 11 and 33 are made of a film-shaped shape memory alloy, a valve element may be separately provided and the valve element may be driven by the shape memory alloy. A heater for heating the shape memory alloy or a cooler for cooling may be provided separately.
【００５０】上述の実施例においては、弁体３３の両面
を同一の圧力とするために連通穴５５，６５を設けた
が、連通穴５５，６５を設けることなく、弁体３３自体
に連通用の穴を設けてもよい。弁体３３の両面の室を連
通させることなく、適当な圧力調整手段によって同一又
は同一に近い圧力としてもよい。また、圧力が極めて低
い場合、又は弁体３３の回復力を充分に大きくとれる場
合には、弁体３３の両面に圧力差が発生していてもよ
い。In the above-described embodiment, the communication holes 55 and 65 are provided in order to keep the pressure on both sides of the valve body 33 at the same pressure. However, the communication holes 55 and 65 are not provided, but the valve body 33 is used for communication. Holes may be provided. The pressure may be the same or close to the same pressure by a suitable pressure adjusting means without connecting the chambers on both sides of the valve body 33. Further, when the pressure is extremely low, or when the recovery force of the valve element 33 can be made sufficiently large, a pressure difference may occur on both sides of the valve element 33.
【００５１】上述の実施例においては、弁体１１，３３
の変形により弁穴１５，５２を閉じたが、その逆に、弁
体の変形により弁穴を開き、回復により弁穴を閉じるよ
うにしてもよい。弁体１１，３３の両面に弁穴を設け、
いずれかの弁穴を交互に開閉するようにしてもよい。弁
体１１，３３によって複数の弁穴を開閉することも可能
である。In the above embodiment, the valve elements 11, 33 are
Although the valve holes 15 and 52 are closed by the deformation of, the conversely, the valve hole may be opened by the deformation of the valve body and the valve hole may be closed by the recovery. Providing valve holes on both sides of the valve bodies 11, 33,
You may make it open and close either valve hole alternately. It is also possible to open and close a plurality of valve holes by the valve bodies 11 and 33.
【００５２】上述の実施例においては、弁体１１，３３
の形状を円形としたが、四角形などの多角形、長方形、
楕円形など、種々の形状とすることができる。膜状体Ｔ
Ｆの形状は、弁体１１，３３の形状に合わせて種々変更
することができる。形状記憶合金の種類、形状、寸法、
材料などは、上述した以外に種々変更することができ
る。弁１，２の構造、種類、方式などは、上述した以外
に種々変更することができる。In the above embodiment, the valve elements 11, 33 are
Although the shape of is a circle, a polygon such as a square, a rectangle,
It can have various shapes such as an elliptical shape. Membrane T
The shape of F can be variously changed according to the shape of the valve bodies 11 and 33. Shape memory alloy type, shape, dimensions,
The material and the like can be variously changed other than the above. The structures, types, methods, etc. of the valves 1 and 2 can be modified in various ways other than those described above.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明によると、簡単な構造及び駆動回
路によって弁体を駆動することができ、弁の小型化を図
ることができる。According to the present invention, the valve element can be driven with a simple structure and drive circuit, and the valve can be miniaturized.
【図１】本発明における弁体の駆動原理を説明するため
の弁を模式的に示す断面正面図である。FIG. 1 is a cross-sectional front view schematically showing a valve for explaining a driving principle of a valve body according to the present invention.
【図２】球の表面積を求めるための図である。FIG. 2 is a diagram for determining the surface area of a sphere.
【図３】変形した膜状体の断面を示す図である。FIG. 3 is a view showing a cross section of a deformed film body.
【図４】面積歪を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining area distortion.
【図５】膜状体の張力の状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a tension state of a film body.
【図６】本発明に係る弁体を用いた弁の断面正面図であ
る。FIG. 6 is a sectional front view of a valve using the valve body according to the present invention.
【図７】図６の弁の左側面図である。FIG. 7 is a left side view of the valve of FIG.
１，２ 弁 １１ 弁体 １５ 弁穴 １７ 圧縮バネ（弾性部材） １９ａ，１９ｂ 電極 ３３ 弁体 ３４，３５ 端子（電極） ５１ 弁室（弁室の他方の側） ５２ 弁穴 ５５，６５ 連通穴（連通路） ６１ 弁室穴（弁室の一方の側） ６４ 圧縮バネ（弾性部材） 1, 2 valve 11 valve body 15 valve hole 17 compression spring (elastic member) 19a, 19b electrode 33 valve body 34, 35 terminal (electrode) 51 valve chamber (other side of valve chamber) 52 valve hole 55, 65 communication hole (Communication passage) 61 Valve chamber hole (one side of valve chamber) 64 Compression spring (elastic member)
Claims (7)
を駆動することを特徴とする弁体の駆動方法。1. A method for driving a valve body, which comprises driving the valve body with a film-shaped body made of a shape memory alloy.
を構成し、 前記弁体に電流を流すことにより発生するジュール熱に
よって当該弁体を加熱し、 前記弁体が開いたときに流れる流体によって当該弁体を
冷却し、 前記弁体の加熱及び冷却によって当該弁体を変形し又は
回復させて当該弁体を駆動することを特徴とする弁体の
駆動方法。2. A valve body is formed of a film-shaped body made of a shape memory alloy, and the valve body is heated by Joule heat generated by passing an electric current through the valve body, and flows when the valve body is opened. A method for driving a valve body, comprising: cooling the valve body with a fluid; and deforming or recovering the valve body by heating and cooling the valve body to drive the valve body.
が駆動されてなることを特徴とする弁。3. A valve characterized in that the valve body is driven by a film-shaped body made of a shape memory alloy.
徴とする弁。4. The valve according to claim 3, wherein the valve body is composed of the film-shaped body.
とを特徴とする弁。5. The valve according to claim 3 or 4, wherein an electrode for passing an electric current is provided in the film body.
めの弾性部材と、 前記弾性部材による変形を回復させて前記弁穴を開状態
又は閉状態とするよう、前記弁体を加熱するための電流
を流すための電極とを有してなることを特徴とする弁。6. A film-shaped valve body made of a shape memory alloy, a valve hole opened and closed by the deformation of the valve body, and an elasticity for deforming the valve body to bring the valve hole into a closed state or an open state. A member and an electrode for supplying an electric current for heating the valve body so that the deformation by the elastic member is recovered to open or close the valve hole. valve.
記憶合金からなる弁体と、 前記弁体によって仕切られた弁室の一方の側に設けら
れ、前記弁体を変形させるための弾性部材と、 前記弁体によって仕切られた弁室の他方の側に設けら
れ、前記弾性部材による前記弁体の変形によって閉じら
れる弁穴と、 前記弾性部材による変形を回復させて前記弁穴を開ける
よう、前記弁体にジュール熱を発生させる電流を流すた
めの電極と、 前記弁室の一方の側と他方の側とを連通するための連通
路とを有してなることを特徴とする弁。7. A valve body made of a film-shaped shape memory alloy stretched in a valve chamber having a circular cross section, and provided on one side of the valve chamber partitioned by the valve body to deform the valve body. Elastic member, a valve hole provided on the other side of the valve chamber partitioned by the valve body, and closed by the deformation of the valve body by the elastic member; It has an electrode for passing an electric current that generates Joule heat in the valve body so as to make a hole, and a communication passage for communicating one side and the other side of the valve chamber. Valve.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04049165A JP3024854B2 (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Valve driving method and valve |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04049165A JP3024854B2 (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Valve driving method and valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05248569A true JPH05248569A (en) | 1993-09-24 |
| JP3024854B2 JP3024854B2 (en) | 2000-03-27 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3024854B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012509455A (en) * | 2008-11-20 | 2012-04-19 | ダンフォス アクチ−セルスカブ | Expansion valve with diaphragm and at least two outlet openings |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP04049165A patent/JP3024854B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2012509455A (en) * | 2008-11-20 | 2012-04-19 | ダンフォス アクチ−セルスカブ | Expansion valve with diaphragm and at least two outlet openings |
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| JP3024854B2 (en) | 2000-03-27 |
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