JPH109315A - Temperature sensitive coil spring and control valve using temperature sensitive coil spring - Google Patents
Temperature sensitive coil spring and control valve using temperature sensitive coil springInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、周囲の温度によっ
て荷重や形状が変化する感温コイルばね及びそれを用い
た調節弁に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature-sensitive coil spring whose load and shape change depending on ambient temperature, and a control valve using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、形状記憶合金を利用した各種
の温度応答装置が提案されている。例えば温度によって
リリーフ圧が変化するリリーフ弁や、温度によって熱水
と冷水の混合比を変化させて、水温を一定に保つように
した水温調節弁や、温度によって流路を切換える流路切
換弁などである。2. Description of the Related Art Conventionally, various temperature response devices using a shape memory alloy have been proposed. For example, a relief valve that changes the relief pressure depending on the temperature, a water temperature control valve that changes the mixing ratio of hot water and cold water depending on the temperature, and a flow path switching valve that switches the flow path according to the temperature, etc. It is.
【0003】ところで、形状記憶合金には、変態点以上
の温度になると形状復帰するが、再度変態点以下の温度
になっても外力を加えないとそのままの形状を維持する
一方向性のものと、変態点以上の温度になって形状復帰
した後、再び変態点以下の温度になると最初の形状に戻
る二方向性のものとが知られている。[0003] By the way, shape memory alloys return to a shape when the temperature becomes higher than the transformation point. However, even when the temperature becomes lower than the transformation point again, the shape memory alloy retains its shape without applying an external force. It is also known that the two-way type returns to the original shape when the temperature returns to a temperature below the transformation point after returning to the shape after the temperature has reached the temperature above the transformation point.
【0004】一方向性の形状記憶合金を用いてアクチュ
エータのような往復動作をさせるには、形状記憶合金ば
ねとバイアスばねとを組合せた装置が一般に用いられ
る。この装置では、変態点以上の温度では、形状記憶合
金ばねの弾性力が勝って形状記憶合金ばねの付勢方向に
作動し、変態点以下の温度では、バイアスばねの弾性力
が勝って、バイアスばねの付勢方向に作動する。In order to perform a reciprocating operation like an actuator using a one-way shape memory alloy, a device combining a shape memory alloy spring and a bias spring is generally used. In this device, at a temperature above the transformation point, the elastic force of the shape memory alloy spring prevails and operates in the biasing direction of the shape memory alloy spring. Operates in the biasing direction of the spring.
【0005】また、二方向性の形状記憶合金を用いた場
合には、バイアスばねを用いなくても、それ単独でアク
チュエータのような往復動作をさせることができる。When a two-way shape memory alloy is used, a reciprocating motion like an actuator can be performed by itself without using a bias spring.
【0006】二方向性の形状記憶合金製コイルばねとし
ては、例えば特開平7−150314号に記載されたも
のが知られている。これは、特定組成のTi−Ni合金
線材を、ピッチ間隔を開けた状態で円柱体に螺旋状に巻
付けて、600℃以上で熱処理し、TiNi単相のピッ
チコイルばねを得た後、より半径が小さい円柱体にピッ
チ間を密着の状態で巻付け、600℃以下の温度で拘束
時効処理することにより得られる二方向性コイルばねで
ある。As a coil spring made of a two-way shape memory alloy, for example, a coil spring disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-150314 is known. This is because, after obtaining a TiNi single-phase pitch coil spring, a Ti-Ni alloy wire rod of a specific composition is spirally wound around a columnar body with a pitch interval, and heat-treated at 600 ° C. or more. This is a bidirectional coil spring obtained by winding a pitch around a cylindrical body having a small radius in close contact with each other and subjecting it to a constraint aging treatment at a temperature of 600 ° C. or lower.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】一方向性の形状記憶合
金ばねとバイアスばねとを組合せた温度応答装置は、作
動が確実で安定しているという利点があるものの、バイ
アスばねとの組合せであるから設置スペースをとり、装
置のコンパクト化を図れず、部品点数が増えて組立作業
が複雑になるという欠点があった。A temperature responsive device in which a one-way shape memory alloy spring and a bias spring are combined has the advantage that operation is reliable and stable, but is a combination with a bias spring. However, there is a disadvantage in that the installation space is increased, the size of the apparatus cannot be reduced, the number of parts increases, and the assembling work becomes complicated.
【0008】二方向性の形状記憶合金ばねは、上記のよ
うな欠点を解消できるものの、作動がバラツキやすく不
安定で、信頼性が十分に得られないという欠点があっ
た。また、例えば−20℃以下というような極低温にな
ると、形状記憶合金ばねの荷重が0になってしまうとい
う問題があった。Although the two-way shape memory alloy spring can solve the above-mentioned drawbacks, it has a drawback that its operation is apt to be unstable and unstable, and sufficient reliability cannot be obtained. Further, when the temperature becomes extremely low, for example, -20 ° C. or less, there is a problem that the load of the shape memory alloy spring becomes zero.
【0009】したがって、本発明の目的は、バイアスば
ねを用いることなく、二方向性の形状変化をさせたり、
あるいは、ばね荷重を温度によって変化させることがで
き、極低温になっても荷重が0にならない感温コイルば
ね、それを用いたリリーフ弁及び水温調節弁を提供する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to change the shape in two directions without using a bias spring,
Another object of the present invention is to provide a temperature-sensitive coil spring in which the spring load can be changed depending on the temperature and the load does not become zero even at extremely low temperatures, and a relief valve and a water temperature control valve using the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のような構成からなっている。すなわ
ち、本発明の第1は、芯線とその外周を覆うチューブと
からなり、前記芯線及び前記チューブのうち、一方が形
状記憶合金からなり、他方がばね鋼材からなる複合線材
が、コイル状に成形され、所定形状にて形状記憶処理さ
れていることを特徴とする感温コイルばねである。In order to achieve the above object, the present invention has the following arrangement. That is, a first aspect of the present invention is that a composite wire comprising a core wire and a tube covering the outer periphery thereof, one of the core wire and the tube is formed of a shape memory alloy and the other is formed of a spring steel material is formed into a coil shape. This is a temperature-sensitive coil spring that has been subjected to shape memory processing in a predetermined shape.
【0011】本発明の第2は、前記芯線が形状記憶合金
からなり、前記チューブがばね鋼材からなる感温コイル
ばねである。A second aspect of the present invention is a temperature-sensitive coil spring in which the core wire is made of a shape memory alloy and the tube is made of a spring steel material.
【0012】本発明の第3は、前記複合線材が所定コイ
ル長となるようにコイル成形され、荷重をかけない自由
長のまま形状記憶処理されている感温コイルばねであ
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a temperature-sensitive coil spring in which the composite wire is coil-formed so as to have a predetermined coil length, and the shape of the composite wire is subjected to shape memory processing with a free length without load.
【0013】本発明の第4は、前記複合線材がコイル状
に成形され、そのコイルを引き伸ばした状態で形状記憶
処理されている感温コイルばねである。A fourth aspect of the present invention is a temperature-sensitive coil spring in which the composite wire is formed into a coil shape and subjected to shape memory processing in a state where the coil is stretched.
【0014】本発明の第5は、前記複合線材がコイル状
に成形され、そのコイルを圧縮した状態で形状記憶処理
されている感温コイルばねである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a temperature-sensitive coil spring in which the composite wire is formed into a coil shape and subjected to shape memory processing in a state where the coil is compressed.
【0015】本発明の第6は、流体圧が所定値を超えた
とき、流体をリリーフさせる調節弁において、弁体の押
圧手段として、前記本発明の第1〜5の感温コイルばね
を用いたことを特徴とする調節弁である。According to a sixth aspect of the present invention, in the control valve for relieving fluid when the fluid pressure exceeds a predetermined value, the first to fifth temperature-sensitive coil springs of the present invention are used as a means for pressing a valve body. It is a control valve characterized by having been.
【0016】本発明の第7は、熱水流出口と冷水流出口
との間で移動し、それぞれの流出口の開口面積を変化さ
せて、熱水と冷水との混合比を変化させることにより、
水温調節を行う調節弁において、前記本発明の第4又は
第5の感温コイルばねに弁体が連結支持され、温度が高
いときには、前記弁体が前記熱水流出口を閉じる方向に
移動し、温度が低いときには、前記弁体が前記冷水流出
口を閉じる方向に移動するようにされていることを特徴
とする調節弁である。A seventh aspect of the present invention is to move between the hot water outlet and the cold water outlet, change the opening area of each outlet, and change the mixing ratio of hot water and cold water.
In a control valve for controlling water temperature, a valve element is connected and supported by the fourth or fifth temperature-sensitive coil spring of the present invention, and when the temperature is high, the valve element moves in a direction to close the hot water outlet, When the temperature is low, the valve body moves in a direction to close the cold water outlet.
【0017】本発明の第1によれば、芯線及びチューブ
のうち、一方を形状記憶合金とし、他方をばね鋼材とし
た複合線材を用いて、コイルを成形し、所定形状で形状
記憶処理したものからなるので、例えば、引張りコイル
ばね又は圧縮コイルばねとして用いる場合には、ばね鋼
材からなるコイル部分は、温度に関係なく所定のばね定
数に従った荷重を常に付与し、形状記憶合金からなるコ
イル部分は、温度によって変化する荷重を付与する。そ
の結果、温度によって荷重が変化すると共に、極低温に
なっても荷重が0とならないコイルばねを提供すること
ができる。According to the first aspect of the present invention, a coil is formed by using a composite wire having one of a core wire and a tube made of a shape memory alloy and the other made of a spring steel, and is subjected to shape memory processing in a predetermined shape. Therefore, for example, when used as a tension coil spring or a compression coil spring, the coil portion made of a spring steel material always applies a load according to a predetermined spring constant regardless of temperature, and a coil made of a shape memory alloy. The part applies a load that varies with temperature. As a result, it is possible to provide a coil spring in which the load changes depending on the temperature and the load does not become 0 even when the temperature becomes extremely low.
【0018】また、最初のコイル成形形状と、記憶処理
形状とを変えた場合には、温度が低いときには、ばね鋼
材からなるコイル部分の弾性力が相対的に強くなるの
で、最初の成形形状に近い形状となり、温度が高いとき
(変態温度以上のとき)には、形状記憶合金からなるコ
イル部分の弾性力が相対的に強くなるので、記憶処理し
た形状に近い形状となる。このように温度変化によって
形状が可逆的に変化し、単独で温度応答アクチュエータ
の駆動源とすることができる。この場合、上記ばね鋼材
からなるコイル部分は、バイアスばねと同様な作用をな
すので、従来の二方向性形状記憶合金ばねに比べて作動
が安定し、信頼性が高く、ストロークも大きくとること
ができる。When the initial coil shape and the memory shape are changed, when the temperature is low, the elastic force of the coil portion made of the spring steel material becomes relatively strong. When the temperature is high (when the temperature is equal to or higher than the transformation temperature), the elasticity of the coil portion made of the shape memory alloy becomes relatively strong. As described above, the shape is reversibly changed due to the temperature change, and it can be used alone as a drive source of the temperature responsive actuator. In this case, since the coil portion made of the spring steel material performs the same operation as the bias spring, the operation is stable, the reliability is high, and the stroke can be increased as compared with the conventional two-way shape memory alloy spring. it can.
【0019】本発明の第2によれば、芯線が形状記憶合
金からなり、チューブがばね鋼材からなるので、チュー
ブの製造が容易となり、コイル成形するときのチューブ
の挫屈が生じにくくなる。According to the second aspect of the present invention, since the core wire is made of a shape memory alloy and the tube is made of a spring steel material, the tube can be easily manufactured, and buckling of the tube during coil forming is less likely to occur.
【0020】本発明の第3によれば、複合線材が所定コ
イル長となるようにコイル成形され、荷重をかけない自
由長のまま形状記憶処理されているので、引張りコイル
ばね又は圧縮コイルばねとして用いたとき、温度によっ
て荷重が変化するコイルばねを提供することができる。According to the third aspect of the present invention, since the composite wire is coil-formed so as to have a predetermined coil length and is subjected to shape memory processing with a free length without applying a load, it is used as a tension coil spring or a compression coil spring. When used, a coil spring whose load changes with temperature can be provided.
【0021】本発明の第4によれば、複合線材が所定コ
イル長となるようにコイル成形され、そのコイルを引き
伸ばした状態で形状記憶処理されているので、温度が低
いときには当初のコイル長に近い形状となり、温度が高
いとき(変態温度以上のとき)にはそれよりも伸びた形
状となる可逆的な形状変化を行うコイルばねを提供する
ことができる。According to the fourth aspect of the present invention, since the composite wire is formed into a coil having a predetermined coil length and subjected to shape memory processing in a state where the coil is stretched, when the temperature is low, the coil length is reduced to the initial coil length. It is possible to provide a coil spring that has a shape close to the shape and has a reversible shape change in which the shape is extended when the temperature is high (when the temperature is equal to or higher than the transformation temperature).
【0022】本発明の第5によれば、複合線材が所定コ
イル長となるようにコイル成形され、そのコイルを圧縮
した状態で形状記憶処理されているので、温度が低いと
きには当初のコイル長に近い形状となり、温度が高いと
き(変態温度以上のとき)にはそれよりも圧縮した形状
となる可逆的な形状変化を行うコイルばねを提供するこ
とができる。According to the fifth aspect of the present invention, the composite wire is formed into a coil having a predetermined coil length, and is subjected to shape memory processing in a state where the coil is compressed. It is possible to provide a coil spring that has a close shape and has a reversible shape change that becomes a shape compressed when the temperature is high (when the temperature is equal to or higher than the transformation temperature).
【0023】本発明の第6によれば、弁体の押圧手段と
して、前記本発明の第1〜5の感温コイルばねを用いた
ことにより、温度によって弁体の押圧荷重が変化し、し
たがってリリーフ圧が変化すると共に、極低温になって
も上記押圧荷重が0になることはない、例えばエンジン
の油圧調節弁等に適した調節弁を提供することができ
る。According to the sixth aspect of the present invention, by using the first to fifth temperature-sensitive coil springs of the present invention as the valve body pressing means, the pressing load of the valve body changes depending on the temperature. It is possible to provide a control valve suitable for, for example, an oil pressure control valve of an engine, in which the pressing load does not become zero even when the relief pressure changes and the temperature becomes extremely low.
【0024】本発明の第7によれば、前記本発明の第4
又は第5の感温コイルばねに弁体を連結支持させ、温度
が高いときには、弁体が熱水流出口を閉じる方向に移動
し、温度が低いときには、弁体が冷水流出口を閉じる方
向に移動するようにしたことにより、温度が高いときに
は冷水の比率が高まり、温度が低いときには熱水の比率
が高まるので、常に一定の温度の温水が流出するように
調節することができる調節弁を提供できる。According to a seventh aspect of the present invention, the fourth aspect of the present invention is provided.
Alternatively, the valve body is connected to and supported by the fifth temperature-sensitive coil spring. When the temperature is high, the valve body moves in a direction to close the hot water outlet, and when the temperature is low, the valve body moves in a direction to close the cold water outlet. By doing so, the ratio of cold water increases when the temperature is high, and the ratio of hot water increases when the temperature is low. Therefore, it is possible to provide a control valve that can always adjust so that hot water at a constant temperature flows out. .
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】図1には、本発明のよる感温コイ
ルばねの具体的形状が示されている。図1において、1
0は感温コイルばね、11、11a、11bは芯線、1
2、12a、12bはチューブである。FIG. 1 shows a specific configuration of a temperature-sensitive coil spring according to the present invention. In FIG. 1, 1
0 is a temperature-sensitive coil spring, 11, 11a and 11b are core wires, 1
2, 12a and 12b are tubes.
【0026】図1(a)に示す例では、芯線11aが形
状記憶合金、チューブ12aがばね鋼材からなる。ま
た、(b)に示す例では、芯線11bがばね鋼材、チュ
ーブ12bが形状記憶合金からなる。本発明において
は、上記(a),(b)のいずれであってもよいが、チ
ューブ12の製造が容易で、コイル成形のときに挫屈し
にくい材質とするために、(a)が好ましい。なお、以
下の説明においては、上記(a),(b)のいずれの場
合も含めて、芯線を11、チューブを12として説明す
る。In the example shown in FIG. 1A, the core wire 11a is made of a shape memory alloy, and the tube 12a is made of a spring steel material. In the example shown in (b), the core wire 11b is made of a spring steel material, and the tube 12b is made of a shape memory alloy. In the present invention, any of the above (a) and (b) may be used, but (a) is preferable because it is a material that is easy to manufacture the tube 12 and does not easily buckle during coil forming. In the following description, the core wire is assumed to be 11 and the tube is assumed to be 12 in both cases (a) and (b).
【0027】芯線11とチューブ12との複合化は、チ
ューブ12に芯線11を挿入するだけでもよいが、好ま
しくは、チューブ12に芯線11を挿入した状態で、延
伸加工し、引き抜き線として複合化することが好まし
い。チューブ12に芯線11を挿入しただけでは、コイ
ル成形したときにチューブ12が挫屈しやすいが、引き
抜き線とした場合には、両者が一体化して密着している
ことから、そのような問題が生じないからである。The composite of the core wire 11 and the tube 12 may be performed simply by inserting the core wire 11 into the tube 12. However, preferably, the core wire 11 is inserted into the tube 12, and the drawing is performed to form a composite wire. Is preferred. When the core wire 11 is simply inserted into the tube 12, the tube 12 is easily buckled when formed into a coil. However, when a drawn wire is used, such a problem arises because both are integrated and adhered to each other. Because there is no.
【0028】こうして複合化した線材を、図1(c)に
示すようにコイル成形し、更に所定形状にて形状記憶処
理することにより、本発明の感温コイルばね100を得
ることができる。なお、形状記憶処理は、例えば350 〜
450 ℃で、30〜60分間程度、拘束時効処理することによ
り行うことができる。The composite wire is formed into a coil as shown in FIG. 1 (c) and subjected to shape memory processing in a predetermined shape, whereby the temperature-sensitive coil spring 100 of the present invention can be obtained. Note that the shape memory processing is, for example, 350 to
It can be carried out by restraining aging at 450 ° C. for about 30 to 60 minutes.
【0029】本発明の感温コイルばねは、コイル成形形
状や、記憶処理形状を種々選択することによって、温度
によって荷重が変化するばね、あるいは温度によって形
状が可逆的に変化するばねなど、各種のばねを提供でき
る。図2〜5には、本発明の感温コイルばねのそれぞれ
異なる実施例が示されている。The temperature-sensitive coil spring of the present invention has various types of springs, such as a spring whose load changes with temperature or a spring whose shape changes reversibly with temperature by selecting various coil forming shapes and memory processing shapes. A spring can be provided. 2 to 5 show different embodiments of the temperature-sensitive coil spring of the present invention.
【0030】図2の感温コイルばね101は、芯線11
及びチューブ12の複合線材を、同図(a)に示すよう
にコイルピッチが開いた状態でコイル成形し、同図
(b)に示すようにその形状のまま記憶処理して得られ
たもので、低温時にも同図(c)に示すようにコイルピ
ッチが開いた状態をなす。The temperature-sensitive coil spring 101 shown in FIG.
And the composite wire of the tube 12 is obtained by forming a coil with the coil pitch open as shown in FIG. 3A and storing the shape as it is as shown in FIG. At a low temperature, the coil pitch is open as shown in FIG.
【0031】この感温コイルばね101は、圧縮コイル
ばねとして用いることにより、低温時には荷重を低く、
高温時(変態温度以上)には荷重を高くすることがで
き、しかも−20℃以下というような極低温でも荷重が
0になることがない。When the temperature-sensitive coil spring 101 is used as a compression coil spring, the load is low at low temperatures.
The load can be increased at a high temperature (above the transformation temperature), and the load does not become zero even at an extremely low temperature of -20 ° C or lower.
【0032】図3の感温コイルばね102は、芯線11
及びチューブ12の複合線材を、同図(a)に示すよう
にコイルピッチが閉じた状態でコイル成形し、同図
(b)に示すようにその形状のまま記憶処理して得られ
たもので、低温時にも同図(c)に示すようにコイルピ
ッチが閉じた状態をなす。The temperature-sensitive coil spring 102 shown in FIG.
The composite wire of the tube 12 is obtained by forming a coil in a state where the coil pitch is closed as shown in FIG. 4A and storing the shape as it is as shown in FIG. At a low temperature, the coil pitch is closed as shown in FIG.
【0033】この感温コイルばね102は、引張りコイ
ルばねとして用いることにより、低温時には荷重を低
く、高温時(変態温度以上)には荷重を高くすることが
でき、しかも−20℃以下というような極低温でも荷重
が0になることがない。By using the temperature-sensitive coil spring 102 as a tension coil spring, the load can be reduced at a low temperature and increased at a high temperature (above the transformation temperature). The load does not become zero even at extremely low temperatures.
【0034】図6には、図2、3に示した感温コイルば
ね101、102のたわみと荷重との関係が示されてい
る。図中、aはばね鋼材からなるコイル部分のばね特
性、bは形状記憶合金からなるコイル部分の変態温度以
下のときのばね特性、cは形状記憶合金からなるコイル
部分の変態温度以上のときのばね特性である。また、d
は変態温度以下のときのばね鋼材からなるコイル部分と
形状記憶合金からなるコイル部分とを合わせたばね特
性、すなわちaとbとを合成した特性である。更に、e
は変態温度以上のときのばね鋼材からなるコイル部分と
形状記憶合金からなるコイル部分とを合わせたばね特
性、すなわちaとcとを合成した特性である。FIG. 6 shows the relationship between the deflection and the load of the temperature-sensitive coil springs 101 and 102 shown in FIGS. In the figure, a is the spring characteristic of the coil portion made of a spring steel material, b is the spring characteristic when the temperature is lower than the transformation temperature of the coil portion made of the shape memory alloy, and c is the spring characteristic when the temperature is higher than the transformation temperature of the coil portion made of the shape memory alloy. Spring characteristics. Also, d
Is a spring characteristic obtained by combining a coil portion made of a spring steel material and a coil portion made of a shape memory alloy when the temperature is lower than the transformation temperature, that is, a characteristic obtained by combining a and b. Furthermore, e
Is a spring characteristic obtained by combining a coil portion made of a spring steel material and a coil portion made of a shape memory alloy at a temperature equal to or higher than the transformation temperature, that is, a characteristic obtained by combining a and c.
【0035】したがって、感温コイルばね101、10
2は、温度が低いとき(変態温度以下のとき)には、図
6中dで示すようなばね特性となり、温度が高いとき
(変態温度以上のとき)には、図6中eで示すようなば
ね特性となるため、たわみ量を一定にした場合には、温
度によって荷重が変化する。また、−20℃以下のよう
な極低温下で形状記憶合金からなるコイル部分の荷重が
0になっても、ばね鋼材からなるコイル部分の荷重は低
下しないので、荷重が0になることはない。Therefore, the temperature-sensitive coil springs 101, 10
When the temperature is low (below the transformation temperature), the spring characteristic 2 becomes as shown by d in FIG. 6, and when the temperature is high (above the transformation temperature), as shown by e in FIG. When the deflection amount is constant, the load changes depending on the temperature. Further, even if the load on the coil portion made of a shape memory alloy becomes 0 at an extremely low temperature of -20 ° C. or lower, the load on the coil portion made of a spring steel material does not decrease, so that the load does not become 0. .
【0036】次に、図4の感温コイルばね103は、芯
線11及びチューブ12の複合線材を、同図(a)に示
すようにコイルピッチが開いた状態でコイル成形し、そ
のコイルを圧縮して、同図(b)に示すようにコイルピ
ッチが閉じた状態で記憶処理して得られたものである。Next, the temperature-sensitive coil spring 103 shown in FIG. 4 forms the composite wire of the core wire 11 and the tube 12 with the coil pitch open as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3B, the memory pitch is obtained by performing the storing process with the coil pitch closed.
【0037】この感温コイルばね103は、低温時(変
態温度以下のとき)には同図(c)に示すようにコイル
ピッチが開いた状態に戻り、高温時(変態温度以上のと
き)には同図(b)に示すようにコイルピッチが閉じた
状態になるので、それ単独で感温アクチュエータを構成
することができる。The temperature-sensitive coil spring 103 returns to the open state at a low temperature (when the temperature is lower than the transformation temperature) as shown in FIG. 4C, and at a high temperature (when the temperature is higher than the transformation temperature). Since the coil pitch is closed as shown in FIG. 4B, the temperature-sensitive actuator can be constituted by itself.
【0038】更に、図5の感温コイルばね104は、芯
線11及びチューブ12の複合線材を、同図(a)に示
すようにコイルピッチが閉じた状態でコイル成形し、そ
のコイルを引き伸ばして、同図(b)に示すようにコイ
ルピッチを開けた状態で記憶処理して得られたものであ
る。Further, in the temperature-sensitive coil spring 104 shown in FIG. 5, the composite wire of the core wire 11 and the tube 12 is formed into a coil with the coil pitch closed as shown in FIG. As shown in FIG. 2B, the memory pitch is obtained by performing a storage process with the coil pitch opened.
【0039】この感温コイルばね104は、低温時(変
態温度以下のとき)には同図(c)に示すようにコイル
ピッチが閉じた状態に戻り、高温時(変態温度以上のと
き)には同図(b)に示すようにコイルピッチが開いた
状態になるので、それ単独で感温アクチュエータを構成
することができる。The temperature-sensitive coil spring 104 returns to a closed state at a low temperature (when the temperature is lower than the transformation temperature) as shown in FIG. 4C, and at a high temperature (when the temperature is higher than the transformation temperature). Since the coil pitch is open as shown in FIG. 7B, the temperature-sensitive actuator can be constituted by itself.
【0040】図7には、図5に示した感温コイルばね1
04のばね長と荷重との関係が示されている。図中、A
はコイル成形したときの初期コイル長、Bは記憶処理す
るときのコイル長である。また、aはばね鋼材からなる
部分のばね長−荷重特性、bは形状記憶合金からなる部
分の低温時(変態温度以下のとき)のばね長−荷重特
性、cは形状記憶合金からなる部分の高温時(変態温度
以上のとき)のばね長−荷重特性である。FIG. 7 shows the temperature-sensitive coil spring 1 shown in FIG.
4 shows the relationship between the spring length and the load. In the figure, A
Is the initial coil length when the coil is formed, and B is the coil length when the memory processing is performed. In addition, a is a spring length-load characteristic of a portion made of a spring steel material, b is a spring length-load characteristic of a portion made of a shape memory alloy at a low temperature (below the transformation temperature), and c is a portion of a shape memory alloy. It is a spring length-load characteristic at the time of high temperature (when it is higher than the transformation temperature).
【0041】この感温コイルばね104のばね長は、ば
ね鋼材からなる部分の荷重と、形状記憶合金からなる部
分の荷重とがバランスしたところになるため、低温時
(変態温度以下のとき)には、図中Cで示される長さと
なり、高温時(変態温度以上のとき)には図中Dで示さ
れる長さとなる。すなわち、ばね長が温度によってCと
Dの間で変化する感温アクチュエータを提供することが
できる。The spring length of the temperature-sensitive coil spring 104 is such that the load on the portion made of a spring steel material and the load on the portion made of a shape memory alloy are balanced, so that the temperature is low at a low temperature (below the transformation temperature). Has a length indicated by C in the figure, and has a length indicated by D in the figure at a high temperature (above the transformation temperature). That is, it is possible to provide a temperature-sensitive actuator in which the spring length changes between C and D depending on the temperature.
【0042】図8には、図5に示した感温コイルばね1
01をエンジンの油圧調節弁に適用した実施例が示され
ている。図中、21はオイルの循環流路、22は循環流
路21に設けた開口、23はこの開口22に連通するば
ね収容室、24は前記開口22に連通するバイパス流路
である。そして、ばね収容室23に配置された感温コイ
ルばね101によって、ボール弁25が開口22を閉塞
するように押圧されて配置されている。なお、26は、
これらの循環流路21、ばね収容室23、バイパス流路
24を形成する外壁である。FIG. 8 shows the temperature-sensitive coil spring 1 shown in FIG.
An embodiment in which 01 is applied to a hydraulic pressure control valve of an engine is shown. In the figure, 21 is an oil circulation channel, 22 is an opening provided in the circulation channel 21, 23 is a spring housing chamber communicating with the opening 22, and 24 is a bypass channel communicating with the opening 22. The ball valve 25 is pressed and arranged so as to close the opening 22 by the temperature-sensitive coil spring 101 arranged in the spring accommodating chamber 23. 26 is
An outer wall that forms the circulation flow path 21, the spring storage chamber 23, and the bypass flow path 24.
【0043】オイルは、図示しないエンジンのクランク
室内に配置されたポンプ等によって吸い上げられ、通常
は、循環流路21を矢印A方向に通過し、オイル冷却器
等を経て冷却された後、エンジンの各部に循環される。
しかし、油圧が過剰になると、ボール弁25が感温コイ
ルばね101に付勢力に抗して押し下げられ、オイルの
少なくとも一部が開口22を図中矢印B、C方向に抜け
て、直接エンジンの各部に戻される。The oil is sucked up by a pump or the like arranged in the crank chamber of the engine (not shown), and normally passes through the circulation passage 21 in the direction of arrow A, is cooled through an oil cooler or the like, and is cooled. Circulated to each part.
However, when the hydraulic pressure becomes excessive, the ball valve 25 is pushed down against the urging force of the temperature-sensitive coil spring 101, and at least a part of the oil passes through the opening 22 in the directions of arrows B and C in the drawing, and directly enters the engine. It is returned to each part.
【0044】上記のような油圧調節弁においては、エン
ジンの始動時など、まだオイルの温度が低いときには、
オイルを冷却器で冷却してエンジンの各部に返送する
と、エンジンの内部温度がなかなか上がらず、アイドル
運転時間を長くとらなければならないという問題があ
る。In the above-described hydraulic control valve, when the oil temperature is still low, such as when the engine is started,
When the oil is cooled by the cooler and returned to various parts of the engine, the internal temperature of the engine does not rise easily, and there is a problem that the idling operation time must be extended.
【0045】ところが、この実施例の油圧調節弁におい
ては、温度が低いとき(形状記憶合金の変態温度以下の
とき)には、図6に示した原理により感温コイルばね1
01の荷重が小さくなるので、ボール弁25が容易に開
口22から離れ、開口22を通ってバイパス流路24に
抜けるオイル量が多くなるので、オイルの多くの部分が
冷却されることなく循環され、エンジンの内部温度の上
昇を助ける。However, in the hydraulic pressure control valve of this embodiment, when the temperature is low (when the temperature is below the transformation temperature of the shape memory alloy), the temperature-sensitive coil spring 1 according to the principle shown in FIG.
01, the ball valve 25 easily separates from the opening 22 and the amount of oil flowing through the opening 22 to the bypass passage 24 increases, so that a large part of the oil is circulated without cooling. Helps raise the internal temperature of the engine.
【0046】また、温度が高いとき(形状記憶合金の変
態温度以上のとき)には、感温コイルばね101の荷重
が大きくなるので、ボール弁25は開口22を閉塞した
状態から容易には動かず、オイルの大部分が循環流路2
1を矢印A方向に抜けて、オイル冷却器を経た後、エン
ジンの各部に循環されるので、オイルの温度が過剰に高
くなったりすることを防止できる。Further, when the temperature is high (when the temperature is equal to or higher than the transformation temperature of the shape memory alloy), the load of the temperature-sensitive coil spring 101 increases, so that the ball valve 25 can be easily moved from the state in which the opening 22 is closed. Most of the oil
After passing through 1 in the direction of arrow A and passing through an oil cooler, the oil is circulated to various parts of the engine, so that it is possible to prevent the oil temperature from becoming excessively high.
【0047】図9は、温度とリリーフ圧との関係につい
て、上記感温コイルばね101と、従来の形状記憶合金
ばねとを比較して示す図表である。図中、aは本発明の
感温コイルばね101を用いた場合の温度とリリーフ圧
との関係を示す特性曲線、bは形状記憶合金コイルばね
だけを用いた場合の温度とリリーフ圧との関係を示す特
性曲線である。FIG. 9 is a table showing the relationship between temperature and relief pressure by comparing the temperature-sensitive coil spring 101 with a conventional shape memory alloy spring. In the figure, a is a characteristic curve showing the relationship between the temperature and the relief pressure when the temperature-sensitive coil spring 101 of the present invention is used, and b is the relationship between the temperature and the relief pressure when only the shape memory alloy coil spring is used. FIG.
【0048】このように形状記憶合金コイルばねだけの
場合も、温度が上昇するにつれてリリーフ圧を高めるこ
とはできるが、−30℃というような極低温になると荷
重が0になってリリーフ圧が0になってしまい、オイル
が全てリリーフされてエンジンの焼き付きの虞れが生じ
る。As described above, in the case of using only the shape memory alloy coil spring, the relief pressure can be increased as the temperature rises. However, when the temperature becomes extremely low such as -30 ° C., the load becomes zero and the relief pressure becomes zero. And the oil is all relieved, and there is a risk that the engine will burn.
【0049】これに対して、本発明の感温コイルばね1
01を用いた場合は、−30℃というような極低温にな
っても、ばね鋼材の部分の荷重は変化しないため、最低
限のリリーフ圧が維持され、エンジンの焼き付きの虞れ
がない。On the other hand, the temperature-sensitive coil spring 1 of the present invention
When 01 is used, the load on the spring steel material does not change even at a very low temperature of -30 ° C., so that the minimum relief pressure is maintained and there is no danger of engine seizure.
【0050】図10には、図5に示した感温コイルばね
104を水温調節弁に適用した実施例が示されている。
図において、31は熱水流出口、32は冷水流出口、3
3は混合室、34は円筒状の弁体、35はシールリン
グ、36は混合水の流出路、37はケーシングである。
また、感温コイルばね104は、その一端をケーシング
37に固着され、他端を弁体34に固着されている。し
たがって、弁体34は、感温コイルばね104のばね長
の変化によって移動する。FIG. 10 shows an embodiment in which the temperature-sensitive coil spring 104 shown in FIG. 5 is applied to a water temperature control valve.
In the figure, 31 is a hot water outlet, 32 is a cold water outlet, 3
3 is a mixing chamber, 34 is a cylindrical valve body, 35 is a seal ring, 36 is a mixed water outflow path, and 37 is a casing.
The temperature-sensitive coil spring 104 has one end fixed to the casing 37 and the other end fixed to the valve body 34. Therefore, the valve element 34 moves due to a change in the length of the temperature-sensitive coil spring 104.
【0051】熱水流出口31と冷水流出口32は、弁体
34の位置によって開口面積が変化し、それによって混
合室33に流入する熱水Hと冷水Cとの比率が変化し、
両者が混合した混合水Mの温度が変化する。The opening area of the hot water outlet 31 and the cold water outlet 32 varies depending on the position of the valve element 34, whereby the ratio of the hot water H and the cold water C flowing into the mixing chamber 33 varies.
The temperature of the mixed water M in which both are mixed changes.
【0052】そこで今、混合水Mの温度が低く、形状記
憶合金の変態温度以下であると、感温コイルばね104
のばね長は、図5の(c)のように短くなるので、弁体
34が図中右方向に移動して冷水流出口32の開口面積
を小さくし、熱水流出口31の開口面積を大きくする。
その結果、熱水Hの流入量が相対的に増して、混合水M
の温度が上昇する。Therefore, if the temperature of the mixed water M is low and not higher than the transformation temperature of the shape memory alloy, the temperature-sensitive coil spring 104
5 becomes shorter as shown in FIG. 5 (c), the valve element 34 moves rightward in the figure to reduce the opening area of the cold water outlet 32 and increase the opening area of the hot water outlet 31. I do.
As a result, the inflow amount of the hot water H relatively increases, and the mixed water M
Temperature rises.
【0053】また、混合水Mの温度が高く、形状記憶合
金の変態温度以上であると、感温コイルばね104のば
ね長は、図5の(b)のように長くなるので、弁体34
が図中左方向に移動して熱水流出口31の開口面積を小
さくし、冷水流出口32の開口面積を大きくする。その
結果、冷水Cの流入量が相対的に増して、混合水Mの温
度が下降する。When the temperature of the mixed water M is high and is equal to or higher than the transformation temperature of the shape memory alloy, the spring length of the temperature-sensitive coil spring 104 becomes longer as shown in FIG.
Move to the left in the figure to reduce the opening area of the hot water outlet 31 and increase the opening area of the cold water outlet 32. As a result, the inflow of the cold water C relatively increases, and the temperature of the mixed water M decreases.
【0054】上記のように、熱水Hと冷水Cとの混合比
を、混合水Mの温度によって調整するため、混合水Mの
温度を常に一定に保つことが可能となる。As described above, since the mixing ratio between the hot water H and the cold water C is adjusted by the temperature of the mixed water M, the temperature of the mixed water M can be kept constant.
【0055】[0055]
【実施例】外径2.5 mm、内径1.9 mm、壁厚0.3 mmの形状
記憶合金チューブに、直径1mmのステンレス線からなる
芯線を挿入し、常温下で巻線して、コイル長33mm、コイ
ル径23mm、巻数7.5 のコイルばねを成形した。[Example] A core wire made of a stainless steel wire having a diameter of 1 mm was inserted into a shape memory alloy tube having an outer diameter of 2.5 mm, an inner diameter of 1.9 mm, and a wall thickness of 0.3 mm, and wound at room temperature to obtain a coil length of 33 mm and a coil diameter of 33 mm. A coil spring having a length of 23 mm and a number of turns of 7.5 was formed.
【0056】このコイルばねを圧縮してコイル長20mmの
密着巻き状態にし、拘束状態で形状記憶処理した。This coil spring was compressed into a tightly wound state having a coil length of 20 mm, and was subjected to shape memory processing in a restricted state.
【0057】その結果、20℃以下で33mmのばね長にな
り、80℃以上で27mmのばね長になる、ストローク6mmの
感温アクチュエータが得られた。As a result, a temperature-sensitive actuator with a stroke of 6 mm having a spring length of 33 mm below 20 ° C. and a spring length of 27 mm above 80 ° C. was obtained.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の感温コイ
ルばねによれば、形状記憶合金とばね鋼材とを複合化し
た線材を用いてコイル成形し、所定形状にて記憶処理し
てなるので、温度によって荷重が変化すると共に、極低
温になっても荷重が0とならないコイルばねを提供する
ことができる。また、温度変化によって形状が可逆的に
変化し、単独で温度応答アクチュエータの駆動源とする
ことができ、従来の二方向性形状記憶合金ばねに比べて
作動が安定し、信頼性が高く、ストロークも大きくとる
ことができるコイルばねを提供することができる。As described above, according to the temperature-sensitive coil spring of the present invention, a coil is formed by using a wire obtained by combining a shape memory alloy and a spring steel, and the coil is formed and stored in a predetermined shape. Therefore, it is possible to provide a coil spring in which the load changes depending on the temperature and the load does not become 0 even when the temperature becomes extremely low. In addition, the shape changes reversibly due to temperature change, and it can be used alone as a drive source for the temperature-responsive actuator. The operation is more stable and more reliable than the conventional two-way shape memory alloy spring. It is possible to provide a coil spring that can be made large.
【0059】また、本発明の調節弁の一つによれば、上
記本発明の感温コイルばねを用いることによって、温度
によって弁体の押圧荷重が変化し、したがってリリーフ
圧が変化すると共に、極低温になっても上記押圧荷重が
0になることはない、例えばエンジンの油圧調節弁等に
適した調節弁を提供することができる。Further, according to one of the control valves of the present invention, by using the temperature-sensitive coil spring of the present invention, the pressing load of the valve body changes depending on the temperature, so that the relief pressure changes and the extreme pressure changes. It is possible to provide a control valve suitable for, for example, a hydraulic control valve of an engine, in which the pressing load does not become zero even when the temperature becomes low.
【0060】更に、本発明の調節弁のもう一つによれ
ば、上記本発明の感温コイルばねを用いることにより、
弁体を温度によって移動させ、熱水と冷水の混合比率を
変化させて、常に一定の温度の温水が流出するように調
節することができる。また、バイアスばねと組合せる必
要がないので、ばね収容スペースを小さくして装置を小
型化でき、ばね鋼材のコイル部分がバイアスばねと同様
な作用をするので、従来の二方向性の形状記憶合金ばね
を用いた場合に比べて、作動の信頼性が高く、ストロー
クを長くとることができる。Further, according to another control valve of the present invention, by using the temperature-sensitive coil spring of the present invention,
By moving the valve body depending on the temperature and changing the mixing ratio of hot water and cold water, it is possible to adjust so that hot water of a constant temperature always flows out. In addition, since there is no need to combine with a bias spring, the spring accommodating space can be reduced to reduce the size of the device. Since the coil portion of the spring steel works in the same manner as the bias spring, the conventional two-way shape memory alloy can be used. As compared with the case where a spring is used, the operation reliability is higher and the stroke can be made longer.
【図1】本発明の感温コイルばねを示す説明図で、
(a),(b)はそれぞれ異なる例の断面図、(c)は
側面図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a temperature-sensitive coil spring of the present invention;
(A) and (b) are cross-sectional views of different examples, and (c) is a side view.
【図2】本発明の感温コイルばねの一実施例を示す製造
工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing one embodiment of the temperature-sensitive coil spring of the present invention.
【図3】本発明の感温コイルばねの他の実施例を示す製
造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing another embodiment of the temperature-sensitive coil spring of the present invention.
【図4】本発明の感温コイルばねの更に他の実施例を示
す製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing still another embodiment of the temperature-sensitive coil spring of the present invention.
【図5】本発明の感温コイルばねの更に他の実施例を示
す製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram showing still another embodiment of the temperature-sensitive coil spring of the present invention.
【図6】図2、3に示した実施例の感温コイルばねのた
わみと荷重との関係を示す図表である。FIG. 6 is a table showing the relationship between the deflection and the load of the temperature-sensitive coil spring of the embodiment shown in FIGS.
【図7】図5に示した実施例の感温コイルばねの荷重と
ばね長との関係を示す図表である。7 is a table showing the relationship between the load and the spring length of the temperature-sensitive coil spring of the embodiment shown in FIG.
【図8】本発明の感温コイルばねをエンジンの油圧調節
弁に適用した実施例を示す部分拡大断面図である。FIG. 8 is a partially enlarged sectional view showing an embodiment in which the temperature-sensitive coil spring of the present invention is applied to a hydraulic pressure control valve of an engine.
【図9】上記油圧調節弁における温度とリリーフ圧との
関係を示す図表である。FIG. 9 is a table showing a relationship between temperature and relief pressure in the hydraulic pressure control valve.
【図10】本発明の感温コイルばねを水温調節弁に適用
した実施例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing an embodiment in which the temperature-sensitive coil spring of the present invention is applied to a water temperature control valve.
11 芯線 11a 形状記憶合金の芯線 11b ばね鋼材の芯線 12 チューブ 12a ばね鋼材のチューブ 12b 形状記憶合金のチューブ 100、101、102、103、104 感温コイル
ばね 21 循環流路 22 開口 23 ばね収容室 24 バイパス流路 25 ボール弁 31 熱水流入口 32 冷水流入口 33 混合室 34 弁体 36 混合水の流出路 H 熱水 C 冷水 M 混合水Reference Signs List 11 core wire 11a core wire of shape memory alloy 11b core wire of spring steel material 12 tube 12a tube of spring steel material 12b tube of shape memory alloy 100, 101, 102, 103, 104 temperature-sensitive coil spring 21 circulation channel 22 opening 23 spring storage chamber 24 Bypass flow path 25 Ball valve 31 Hot water inlet 32 Cold water inlet 33 Mixing chamber 34 Valve element 36 Outflow path of mixed water H Hot water C Cold water M Mixed water
Claims (7)
り、前記芯線及び前記チューブのうち、一方が形状記憶
合金からなり、他方がばね鋼材からなる複合線材が、コ
イル状に成形され、所定形状にて形状記憶処理されてい
ることを特徴とする感温コイルばね。1. A composite wire comprising a core wire and a tube covering the outer periphery thereof, wherein one of the core wire and the tube is formed of a shape memory alloy and the other is formed of a spring steel material, and is formed into a coil shape. A temperature-sensitive coil spring, which has been subjected to shape memory processing.
チューブがばね鋼材からなる請求項1記載の感温コイル
ばね。2. The temperature-sensitive coil spring according to claim 1, wherein said core wire is made of a shape memory alloy, and said tube is made of a spring steel material.
にコイル成形され、荷重をかけない自由長のまま形状記
憶処理されている請求項1又は2記載の感温コイルば
ね。3. The temperature-sensitive coil spring according to claim 1, wherein the composite wire is coil-formed so as to have a predetermined coil length, and is subjected to shape memory processing with a free length in which no load is applied.
のコイルを引き伸ばした状態で形状記憶処理されている
請求項1又は2記載の感温コイルばね。4. The temperature-sensitive coil spring according to claim 1, wherein the composite wire is formed into a coil shape and subjected to shape memory processing in a state where the coil is stretched.
のコイルを圧縮した状態で形状記憶処理されている請求
項1又は2記載の感温コイルばね。5. The temperature-sensitive coil spring according to claim 1, wherein the composite wire is formed into a coil, and the coil is compressed and subjected to shape memory processing.
リーフさせる調節弁において、弁体の押圧手段として、
請求項1〜5のいずれか1つに記載の感温コイルばねを
用いたことを特徴とする調節弁。6. A control valve for relieving a fluid when a fluid pressure exceeds a predetermined value, as a pressing means of a valve body.
A control valve using the temperature-sensitive coil spring according to claim 1.
し、それぞれの流出口の開口面積を変化させて、熱水と
冷水との混合比を変化させることにより、水温調節を行
う調節弁において、請求項4又は5記載の感温コイルば
ねに弁体が連結支持され、温度が高いときには、前記弁
体が前記熱水流出口を閉じる方向に移動し、温度が低い
ときには、前記弁体が前記冷水流出口を閉じる方向に移
動するようにされていることを特徴とする調節弁。7. Adjustment for moving water temperature by moving between a hot water outlet and a cold water outlet, changing an opening area of each outlet, and changing a mixing ratio of hot water and cold water. 6. The valve, wherein the valve body is connected and supported by the temperature-sensitive coil spring according to claim 4 or 5, wherein when the temperature is high, the valve body moves in a direction to close the hot water outlet, and when the temperature is low, the valve body is used. Is moved in a direction to close the cold water outlet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18419496A JPH109315A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Temperature sensitive coil spring and control valve using temperature sensitive coil spring |
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JP18419496A JPH109315A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Temperature sensitive coil spring and control valve using temperature sensitive coil spring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH109315A true JPH109315A (en) | 1998-01-13 |
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ID=16149009
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