JPS61103081A

JPS61103081A - 形状記憶合金利用弁

Info

Publication number: JPS61103081A
Application number: JP22652284A
Authority: JP
Inventors: Ichita Sogabe; 曽我部　一太
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1986-05-21

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、形状記憶用合金を利用した制御弁に関するも
のであって、特に小型な制御弁として用いて有効である
。

〔従来の技術〕

従来は、例えば特開昭５９−７７１８０号公報に開示さ
れた様に、形状記憶合金によって弁体゛を駆動するもの
が考案されている。これは、形状記憶合金に両端からパ
ルス電流を通電して加熱することにより、形状記憶合金
を変形させ、スプリングの付勢力に抗して弁体を変位さ
せて流量を調整するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のものにおいて弁体の変位速度の速いものが要求さ
れる場合には、形状記憶合金の単位時間当たりの発熱量
を多くすることが必要である。その第１の手段としては
、形状記憶合金を長くすることにより抵抗値を増加させ
る方法、第２の手段としては、パルス電流として供給す
る電力を増加させる方法が考えられる。ところが、第１
の方法は、制御弁の駆動部分が太き（なって小型化でき
ない、第２の方法は、パルス電流を供給する制御機器等
のコストアップとなる、という問題が考えられる。

そこで本発明は、上記′の点を鑑みてなされるものであ
って、その目的は、小型で、安価となり得る形状記憶合
金利用弁を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する手段としてはケースに両端が固定
された線状の形状記憶合金（１）と、この形状記憶合金
（１）の途中に係わって前記形状記憶合金の伸縮変位に
よって移動する移動部材（３）と、この移動部材ととも
に従動する弁体（４ａ）と、この弁体とともに弁作用を
なす弁座（９）と、前記形状記憶合金の引張り方向に前
記弁体を付勢するスプリング（２）とを備えることを特
徴とする。

〔実施例〕

以下図面に基づいて一実施例を説明する。

■は、形状記憶合金（以下ＳＭＥと記す）の線材であり
、材料としてはＴｉ−Ｎ１（チタン・ニッケル）合金、
又はＣｕ−Ｚｎ−Ａ４合金、等を用いる。ＳＭＥ線ｌを
略Ｕ字形とし、その両端はエンドプレート６に電気的な
絶縁をして、機械的にケース１０に固定されている。ｌ
ａ、ｌｂは絶縁部材をかねた固定端である。

２はバイアス用スプリング（以下スプリングと記す）で
あり、ＳＭＥ線１の引伸ばす方向のハイアスカで付勢し
、スプリング２の端面の一端はケース１０に固定された
プレート５に当接固定され、他端は、出力軸４は一体の
弁体部４ａと一体に固定された可動プレート部４ｂに当
接している。

３は電気的絶縁部材よりなる滑車であり、前記の可動プ
レート４ｂに回転自在に固定されている。

滑車３にＳＭＥ線１が巻付けられており、スプリング２
のセント荷重は、可動プレート４ｂ＝？ｉ車３−３ＭＥ
線ｌと伝搬され、ＳＭＥ線１ヘバイアス荷重が印加され
る。

７．８はＳＭＥ線１線熱加熱用流供給用のリード線であ
り、第５図に結線図を示す。

９は弁座であり、ケース１０の１０ｃ部に固定され、弁
体４ａとで流体の人、出カポ−）１０ｂ、１０ｃとの流
体の流量を制御している。１１は出力軸４の直進運動可
能に保持する軸受であり、ボス１２を介してケースＩＯ
に固定されている。１３．１４は０リングであり、流体
がＳＭＥ線１の収納室へ浸入するのを防止している。

まずＳＭＥ線１にどのような形状記憶をさせ、温度変化
によりＳＭＥ線１がどのように作動するかについて、そ
の作動原理から説明する。

ＳＭＥ線１に形状記憶させる状態を第２図に示す。第２
図（ａ）は形状記憶させていない素材のままのＳＭＥ線
１であり、（ｂｌは圧縮させて歪量ε１だけ線材を短か
く形状記憶した形状記憶寸法Ｌ１の状態を示す。

次に前記のごとく形状記憶したＳＭＥ線１に温度を加え
た時の作動を第３図で説明する。

（ａｌは冷時でバイアス荷重Ｗが印加されていない状態
であり、（ｂｌは冷時にバイアス荷重ＷによりＳＭＥ線
１がε２だけ伸びた状態を示しその寸法はＬ３である。

（Ｃ）はバイアス荷重が印加された状態でＳＭＥ線１を
熱時オーステナイト変＋ａ　Ｉｎｎ度Ａｆ以上に加熱し
、形状記憶寸法り目こもどった状態を示す。尚、この時
のバイアス荷重ＷはＳＭＥ線１の発生応力以下の荷重で
ある。

前述の作動原理を用いた一実施例が第１図、第４図であ
り、第１図は流体制御弁として活用した一実施例、第４
図は冷却時、加熱時のそれぞれの作動状態を示し、（ａ
ｌは冷却時、（ｂｌは加熱時の状態である。　　゛第１図に示しているのは冷却時の状態であり、ＳＭＥ線
１にはスプリング２のバイアス荷重がスプリング２−可
動プレート４ｂ−滑車３−５　Ｍ　Ｅ線１と伝達され、
ＳＭＥ線１の固定端を１３．１ｂとして歪量ε２だけ引
伸ばされる。ＳＭＥ線ｌ引伸ばされることによりＪホ３
、可動プレート４ト、及び可動プレー）４ｂと一体に構
成した出力軸４、弁体部４ａがバイアス荷重方向に移動
し弁体部４ａは弁座９と当接して静止している。この時
、弁体４ａ、弁座９は当接し、流体の入出ボ）１０ｂＸ
　１０ｃ間の流れを遮断する。

次に加熱時、弁体４ａと弁座９が開放し、流体が人、出
力ポート１０ｂ、１００間を流れる場合の作動について
説明する。

ＳＭＥ線１が加熱されると、第３図（Ｃ）に示すごと（
形状記憶寸法Ｌ１まで収縮し、ＳＭＥ線１の全長が短く
なることにより滑車３、可動プレート４ｂ、及び可動プ
レート４ｂと一体に固定された出力軸４、弁体部４ａは
第４図の上方向に引上げられ、スプリング２も圧縮され
る。前記の作動により、弁体部４ａと弁座９は開離し、
流体は人出ポート１０ｂ、ｔＯＣ間を流れる。

また、ＳＭＥ線１の加熱方法としては、第５図の結線図
に示すごと＜　ＳＭＥ線１に電流を流し、ＳＭＥ線１の
比較的に高い固有抵抗をヒートワイヤーとして活用し、
消費電力による自己発熱によりＳＭＥ線１を加熱するこ
とができる。

第１の実施例として単純な１個の滑車３を用い（）　　
　　　　たが、第６図の第２実施例に示すごと（動滑車
３ｂ、定滑車３ｂ、及び、定滑車２０の複数個の滑車を
組合せて、機構学で用いるＳＭＥ線ｌへの応力軽減手段
を用いてもよい。上記の構成を取ることによりＳＭＥ線
１の引張り応力軽減手段のみならず、ＳＭＥ線１の全長
が長くなり、抵抗値を大きくなり自己発熱時のＳＭＥ線
１に流れる電流を抑制する効果も生じる。

前述の構成、作動原理を用いることにより、下記の効果
を発揮し、外径の小さい小型のペンシル型の制御弁が提
供できる。

１）従来、形状記憶合金のコイルハネを利用したものも
あるが、これはコイルのネジレ歪率を大きく取る（１％
以上）と熱サイクル疲労が生じて作動耐久性の信頼性が
問題となり、形状記憶合金のコイルに大きなたわみ量δ
が取れなくコイル発生力も小さい。この問題解決にはコ
イル外径を大きくする必要がある。

一方、本発明の構成を取ることによりＳＭＥ線１には引
張応力が加わるのみでネジレ応力は生しなく前述の問題
は生じない。また、合圧の引張許容応力は一般的にネジ
レ許容応力τと比較して約１．６倍大きく、従来の形状
記憶合金コイルを利用したアクチュエータと比較して小
型化が可能であり、大きな力を発生させることができる
。

２）滑車３の活用により下記の効果がある。

ａ）ＳＭＥ線１を単線で使用するに対して、ＳＭＥ線に
加わる引張り応力を１／２とすることができる。また、
出力軸４との機械的な結合が容易である。　・ｂｉ　ＳＭＥ線１への電流供給で自己発熱させる時電流
値が大きすぎることは電気的制御機器（スイッチ１６、
その他）のコストが高（、また実用面での多くの障害と
なり好ましくない。その解決手段として電流値を小さく
するにはＳＭＥ線１を長くする必要があるが、アクチュ
エータの体格が大きくなり小型化に逆向することとなる
。

そこで、滑車３を用いてＳＭＥ線ｌをＵ字型に処理する
ことにより、アクチュエータの長さを短くすることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に形状記憶合金の両端をケースに固定し、
その途中に移動部材を設けて形状記憶合金の伸縮変位に
よって弁体を変位する構成としたことより、形状記憶合
金の配設される空間容積が約半分程度となり、小型かつ
軽量の制御弁とすることができる。

さらに、上述の構成により形状記憶合金に加わる引張り
応力を軽減することが可能となるため、形状記憶合金の
引張り方向に付勢するスプリングの設定力を大きくする
ことができる。即ち、スプリングの設定力を大きくする
ことにより、弁体が弁座と当接する閉弁時のシール性を
高めることができるため、弁体に高い流体圧力が加わる
場合においても良好に閉弁作用をなす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の弁を示す断面図、第２図（ａ）、（ｂ
ｌ及び第３図（ａｌ、（ｂｌ、（Ｃ１は形状記憶合金の
作りＪを説明するに供する図、第４図（ａ）、［ｂｌは
第１図に図示した弁の作動説明に供する要部図、第５図
は形状記憶合金に通電するための回路図、第６図は他の
実施例を示す要部図である。１・・・形状記憶合金、２・・・スプリング、３・・・
滑車（移動部材）、４ａ・・・弁体部、９・・・弁座、
１０・・・ケース。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケースに両端が固定された線状の形状記憶合金と
、この形状記憶合金の途中に係わって前記形状記憶合金
の伸縮変位によって移動する移動部材と、この移動部材
とともに従動する弁体と、この弁体とともに弁作用をな
す弁座と、前記形状記憶合金の引張り方向に前記弁体を
付勢するスプリングとを備える形状記憶合金利用弁。
（２）前記移動部材は電気絶縁材であって、前記形状記
憶合金はその両端より自己発熱用の電流が供給される特
許請求の範囲第１項記載の形状記憶合金利用弁。
（３）前記移動部材は、前記形状記憶合金の伸縮変位に
よって移動する動滑車である特許請求の範囲第１項記載
の形状記憶合金利用弁。