JPS59206682A - 感温駆動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度によって形状を変える形状記憶合金を使用
したもので、その動作温度を調節可能ならしめた感温駆
動体に関するものである。

従来１周囲温度を検出して流体の流れ等を制御するアク
チュエータの感温材にはバイメタル、ワックス等が使用
されている。第１図は感温材にバイメタルを使用したア
クチュエータを有する感温弁の一例を縦断面で示したも
のである。この感温弁の駆動機構はバイメタル８４によ
ってバルブ８３を上下方向に駆動し、流体通路３１．８
２を開閉するものである。この場合、バルブ８８を動作
させるためには、高荷重、大ストロークを発生するパイ
メタ゛ル８４を使用する必要がある。これを実現するた
めにはバイメタルの寸法を大きくしたり。

二枚以上の金属板を重ねて製作する必要があり。

バルブ駆動機構が大型とならざるを得なかった。

駆動機構が大型化すると、駆動部の熱容量が大きくなり
、動作温度にばらつきが生じやすいとともに温度に対す
る応答性が低下する欠点がある。また、耐振性も悪く振
動する装置への取り付けに防振対策が必要であった。そ
こでＷ＆温材として、形状記憶合金を使用することが広
く、試みられている。しかし該合金で種々の形状の伸縮
材を成形して、所望の形状を記憶させても、各伸縮体で
その形状９寸法に若干の差が生じる。この差がアクチー
エータの動作温度にばらつきを与える原因とな合金を感
湿材として使用した従来のアクチーニー値に脚整できる
ようにした感温駆動体を提供することである。

本発明は、一端に開口部１４を有し、他端に孔１２を有
する円筒状の容器ｌと、該容器ｌ内においてその軸方向
に移動可能に挿置され、上記孔１２に突出させた主部２
１を有する駆動部材２と、同じ（上記容器１内に配置さ
れ、形状記憶合金にて構成し、温度変化に応じて上記駆
動部材２を、その軸方向に移動させるための伸縮体５と
より成ると共［こ、上記容器ｌの開口部１４には上記駆
動部けて成ることを特徴とするＦｆｘ温駆温体動体る。

本発明にかかるｗ＆湛駆動体は、容器１に設けた端部材
１１を軸方向に移動可能な構造としたために、その動作
温度を所望値に設定できる特長を有する。

第２図に本発明の一態様を示す。まず本態様により本発
明をより詳細に説明する。

本態様の感温駆動体は、筒状の容器ｌと、その端部に有
する孔１２から、その主部２１を突出すとともに、フワ
ンジ部２２を容器１内に向けて摺動可能に配設したＷ、
ｔ！１部材２と、該７′５ンジ部２２と容′ａ１の端部
１８との間に挾持せしめたバイアスバネ８と、上記駆動
部材２０７ヲンジ部側端面に、同軸に結合したロッド６
と、該ロッド６の軸部６２に遊貫した座金７と、該座金
７と７ヲンジ部２２の間に挾持したリリーフバイアスバ
ネ４と。

座金７と端部材１１０間に挾持した形状記憶合金にて構
成した伸縮材５とからなり、これらの各要素は同軸に配
設する。そして、ロッド６によってコイル状リリーフバ
イアスバネ４に発生スルバネ力を調整できるようになっ
ている。この調整は。

駆動部材２に螺合した口、ドロを回転することにめて行
なってもよい。また、コイル状に成形した形状記憶合金
の一端を当接する端部材１１は容器１内で、軸方向に移
動できるように、容器１と結端部材１１によってバイア
スバネ８のバネ力あるいは、駆動部材２の容器１からの
突出量をシμ整できるようになっている。

バイアスバネ３およびリリーフバイアスバネ４は。

コイル状のバネで、そのピッチおよび直径は一定であっ
てもよいし、変化していてもよい。これらのバネの材質
は鋼糸、あるいは、リン青銅、洋白等の非鉄系の金属で
もよい。

伸縮体５はｒ　Ｎｉ−Ｔｉ＋Ｃｕ−Ａｌ　Ｎｉ＋Ｃｕ　
Ｚｎ−Ａ１等、従来から公知の形状記憶合金線材を、上
記バネと同様、コイル状に成型したのち、熱処理によっ
て所望形状を記憶せしめたものである。形状の記憶はｇ
　−ｗａｙ記憶、すなわち可逆５２種類の の形状を記憶であってもよいし、１−ｗａｙ記憶。

すなわち１種類の形状の記憶でもよい。

すなわち、形状記憶合金は材質によって決まる温度を境
にしてその形状を変えることができるものである。前記
バイアスバネ３は、形状記憶合金が変形する時、この変
形を助けるための力を付与するものである。特に伸縮体
５の形状記憶が１−ｗａｙの場合には、該伸縮体に可逆
的な変形動作を行なわせるために、バイアスバネ８を使
用するのが望ましい。２−　ｗａｙ記憶の場合でも、一
方の形状への変形を補助すると、変形動作がなめらかに
付なわれるので、バイアスバネを使用するのが望ましい
。また、該バイアスバネ８は、駆動部材２を容器１内に
引き込む役目も有している。

におさえる役目を果す。すなわち、リリーフバイアＺバ
ネ４がないと、伸縮体５が伸びて、駆動部材２を移動せ
しめ、＃駆動部材２が移動限界まで達すると、形状記憶
合金にて構成した伸縮体５には過大な応力が発生する。

、該過大応力が該合金の降伏応力を越えると、該合金は
塑性変形し、その記憶を失ない、以後の動作における再
現性が悪化するとともに、き裂が発生して破壊すること
もある。バイアスバネ８とリリーフバイアスバネ４のバ
ネ力の大小関係は、伸縮体５が伸長するときには、リリ
ーフバイアスパネルのバネ力がバイアスバネ３の力を上
回るように、調整しておく。この調整は、パキ自体に上
記特性を持たせることはもちろんであるが、端部材１１
あるし＼はロッド６あるいは両者で調整することもでき
る。

次に該感温駆動体の動作ｔこついて説明する。第該感温
駆動体周囲の温度が上昇して、伸縮体５を構成する合金
の変態温度を越えると、伸縮体５は伸び始めるとする。

バイアスバネ８は収縮せしめられる。その結果。

駆動部材２は容器ｌからの突き出し量を増加し。

被駆動部（図示せず）に力を供給することができる。こ
のとき、すＩＪ−７バイアスバネ４が少々収縮すること
もある。駆動部材２が移動限界に達して、突き出し量が
増加しなくなると、第３図に示すように伸縮体すは、リ
リーフバイアスバネ４を収縮せしめるので、伸縮体の余
分の伸びを吸収し。

該伸縮体５ｔこは過大な力が発生しない。それ故。

伸縮体が塑性変形することもな（、ましてやぎ袋が発生
して該伸縮体５が破壊することもない。リリーフバイア
スバネ４に上記リリーフ機能ヲ充分に発揮させるために
は、ロッド６によりてバネ力を、あらかじめ適正値に調
整しておくことができる。リリーフバイアスバネ４のバ
ネ力を太キ（シたし入場合にはロッド６を駆動部材２に
ねじ込むとともに、端部材１１をも容器１中へ押し込む
とよい０逆に、バネ力を小さくしたし＼場合には、上記
と逆にすればよい。このようにして、伸縮体６にｈ／ｌ
″ｌ：／ 回内で使用することができモニユ蝉剰、伸縮体５の寿命
が長くなる。

次に１周囲温度が低下して、伸縮体すが再び収縮する場
合を説明する。

この場合、伸縮体すがＱ　−ｗａｙの記憶を有しておれ
ば、伸縮体５は、リリーフバイアスバネ４の反撥力を補
助力として収縮する。すなわち、該リリーフバイアスバ
ネ４は、上述のリリーフバネとしての役目を果すととも
に、バイアスバネとしての作用も有している。伸縮体５
が収縮してゆくとリリーフバイアスバネ４の端部に当接
している本座金７がストッパ６１に当るので、リリーフ
バイアスバネ４はこれ以上伸びることはできない。

当然、座金７がストッパ６１に当る前にバイアスバネ８
が伸び始めることもあるが、その後は、バイアスバネ８
が駆動部材２を容器１内に引き込むとともに、伸縮体５
に収縮方向に補助力を与える。

それ故、伸縮体５は確実にもとの状態に収縮する。

伸縮体５がｌ　−ｗａｙの記憶を有している場合にして
は、この力が発生し得るバネであることが必要である。

バイアスバネ８のパキカを調整するたス” めには、端部材１１を容器ｌ内を移動させて行なうこと
ができる。

次に本発明にかかる感温駆動体の第二の態様を縦断面図
で第４図に示す。

各バネの構成作用は第１の態様に比べてほとんど変らな
いが、リリーフバイアスバネ４を伸縮体５の内側に配設
し、［温駆動体の全長を短かくコンパクトにしたところ
に特徴がある。

また、ストッパ６１が端部材１γ詰口部１１１に近くな
り、リリーフバイアスバネの初期バネ力を調整しやすい
という特長をも有する。

さらに１本発明にかかる感温駆動体の第三の態様を第５
図に示す。本態様は第一の態様におけるリリーフバイア
ス４と伸縮体δとを置きかえ１口ラド６を端部材１１に
結合したものである。この態様の動作も第一態様とほと
んど変らないが、リリーフバイアスバネ４の初期バネ力
の調整が容易であるという特長を有する。

以下１本発明の詳細な説明する。

実施例１ 粒度２００番のぺ一黄銅粉０粒度８５０番以下のアルミ
ニウム粉、および粒度２００番の銅粉その後、この成形
体を窒素ガス中で温度９００℃。

１時間保持の熱処理を行ない、焼結した。さらに。

この焼結体を８５０℃で熱間押し出しし、直径１節の線
材とした。この線材の合金組成は１分析随で亜鉛が１８
．２ｗｔ％、アルミニウムが５．９ｗｔ％。

残部が銅であった。

この線材を有効径５ｍ、巻＠５のコイルに巻き。

全長を３５朋に伸ばして石英管中に固定した。このコイ
ルを石英管とともに７２０℃で５分間加熱したのち水冷
し、高温における形状を記憶せしめた。

次に、このコイルを０℃の水中で、線間が密着するまで
縮め、低温における形状を記憶させ１本発明における伸
縮体を得た。

一方、線径がＱ、　４　ｔｍ　、有効径が６ｍ　、有効
巻数が４．バネ定数２５ｆ／ｆｉｌの鋼製バネを２個用
意し、１個をパイアヌパネ、他の１個を本発明における
リリーフバイアスバネとした。

これらのバネと形状記憶合金よりなる伸縮体を別に用意
した銅製の容器に駆動部材等とともに絹付け１本発明の
第三態様の感温駆動体を８００個製した。

次に、これらの感温駆動体を、空気開閉弁の駆動部とし
て組込んだ流量制御弁を製作した。第６図は流量制御弁
の一部欠載図であり、気体流通部１０１の気体通路１０
２を１本発明にかかるＷ＆温馳駆動体１００駆動部材２
により開閉するようにしたものである。

この流量制御弁の気体通路１０２に２０ｅ／分の空気を
通し、感温駆動体を水中に置き、水の温度を２０℃〜６
０℃まで上下し、流量制御弁の動作点を端部材１１を回
転させることによって調節した。

上記８０個の感温駆動体の動作点のばらつきは１０℃近
くあったが、上記調節をすることによって、絆ヰ表に示
す範囲内に入れることができ１本発明における調整機構
が有効であることがわかった。

耕十表 また、これらの流量制御弁の応答性は開、閉弁温度に達
してから８〜８秒で弁は所期の動作をした。

り さらに、弁の開閉をＩＯＡ回繰返しの耐久試験を行なっ
た結果、安定に動作し、耐久性にも優れていることがわ
かった。

なお、駆動部材２の先端を円錐状に形成したために、気
体の流量をある程度連続的に変化させることができる。

また、該駆動部材に当接する弁座を円錐面にすると、よ
り連続的に流量を調節することが可能となる。

実施例２ 直径１朋のＮｉ−Ｔｉ合金線材を、常温で有効径６ａｍ
　、有効巻数６のコイＩし状に巻回し、伸縮体用素材を
用意した。このコイル状素材を全長が約５ＣＩＮとなる
ように引き伸ばし１石英管内に固定し。

アルゴンガス中で温度４００℃、１５分の加熱処理を行
ない、そののち水冷した。さらに、実施例１と同様、温
度０℃の水中で線材が密着するように縮め、高温時、低
温時の形状を記憶せしめ本発明における伸縮体５を得た
。さらに、これと同様の伸縮体を９個製作した。

一方、線径０．５５酊、有効径４３　ｍ　、有効巻数６
゜バネ定数６０ｇ／ＩＩの鋼製バネを２ケ用意し、それ
ぞれをバイアスバネ、リリーフバイアスバネとした。

上記伸縮体とバネを別に用意した容器に駆動部材等とと
もに組付け１本発明の第１の態様にかかる感温駆動体を
］０個装作した。

本実施例における感温駆動体は、第７図にその断面図で
示すように、容器１の内部に気体あるいは液体を流通せ
しめ得るようにしたものである。この構造は、気体ある
いは液体の熱が直接伸縮体５ｊ・こ伝達できる特長を有
するので、温度変化に対する応答性に優れた駆動体を必
要とする場合に有効である。

第８図は、容器ｌの実施例を示すもので、孔１２亀 の周囲に気体あるいは液体の流通孔１５を樺数実個を設
けたものである。

第９図は座金７の実施例を示すもので、流体が流れ得る
ように、切欠き７１を設けたもの雪ある。

第１０図は、駆動部材２の実施例を示すもので。

７ラング部へ２２に流体が通過できるように孔２２１を
設けたものである。

以上のように構成した感温駆動体を、第１１図のための
暖房用水制御弁としてキャブレタ１００に取り付けた。

すなわち、キャブレタ１００のスロットルバルブ１０１
おヨヒスローｇ　−トｔ　Ｏ２の周辺に設けた暖房用水
通路１０３の出口に、感ン晶駆動体１０４．弁座１０５
とから構成した制御弁を取りつげた。

の このキャブレタを排気Ｊｉ　９．　ＯＯＯｃ　％ソ１】
ンコンジンに糸目みつけた。暖房用水通路１０３の入口
は、エンジン冷却水用ポンプに、弁座１０５の旧房用水
出口は冷却水戻し日へ接続し、エンジンバ却水の一部を
暖房用水通路に流通できるようにした。

次に、上記ガソリンエンジンを温度Ｏ℃、相苅相席湿度
％の算囲気でアイドル運転し、キへ・ブレク）００のス
ロットルバルブ１０１．ヌローボー計１０２附近への結
氷状況を観察した。

まず、暖房用水を流さずに運転すると、ヌローポート１
０２の近辺に結氷が見られた。

次に、暖房用水を流通せしめてエンジンを運転したが結
氷は見られなかった。しかし、９個の感温駆動体を順次
取り換えて同様の試験を行なった結果、結氷、あるいは
逆に暖房されすぎて過多の燃料が滲み出す、いわゆるバ
ーコレーシβン現象が生じない温度３５℃を中心として
、±１０′Ｃの範囲内で動作温度がばらついた。このた
め、ばらりぎの上限ではバーコレーシＮンが、下限では
結氷が牛じた。

そこで、キャブレターのヌローボ−１−１０２近辺ｔこ
熱電対を取りつけて測温しながら再運転した。

ソ それぞれの感温駆動体の端部材１１によずて動作温度を
調整することによって、スローボート１０２近辺の温度
を３５±２℃の範囲に収めることかできた。その結果、
結氷も、パーコレーシ望ンも化シス、エンジンのアイド
リングも安定した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バイメタｐを使用した従来型の感温駆動体を
利用した感温弁を示す縦断面図。第２図。 １　第４図および第５図はそれぞれ本発明にかかる感温
駆動体の各態様を示す縦断面図で、形状記憶合金よりな
る伸縮体が収縮した状態を示す。第８図は、第２図に示
す態様で、形状記憶合金よりなる伸縮体が伸長した状態
を示す縦断面図である。 例であり、内部を流体が通過しうるよう（こ構成した感
温駆動体の縦断面図、第８図は第７図に示す感温駆動体
に使用する容器の外観斜視図、第９図は第７図に示す感
温駆動体に使用する座金の外観斜視図、第１Ｏ図は、第
７図に示す感温駆動体に使用する駆動部材の外観斜視図
である。第１１図は本発明にかかる感温駆動体により暖
房用水を制御するようにした内燃機関用キャブレタの縦
断面図である。 １・・・　容器、２・・・駆動部材、８・・・　バイア
スバネ、４・・・　リリーフバイアスバネ。 ５・・・伸縮体、６・・・　ロッド、７・・・　座金。 １１・・・端部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端に開口部１４を有し、他端に孔１２を有する円筒状
   の容器１と、該容器１内においてその軸方向に移動可能
   に挿置され上記孔１２に突出させた主部２１を有する駆
   動部材２と、同じく上記容器ｌ内に配置され形状記憶合
   金にて構成し、温度変化に応じて上記駆動部材２をその
   軸方向に移動させるための伸縮体５とより成ると共に・
   上記容器ｌの開口部１４には上記駆動部材２の突出し量
   を幅整するための端部材１１を設けて成ることを特徴と
   する感温駆動体。