(57)【要約】【課題】大流量での流量制御を高精度に実現することができ、簡単な構造で小型化が容易に実現可能な流量調整弁を提供する。【解決手段】上下の固定構造部１１ａ、１１ｂの間に断面積可変部１１ｃを挟んだ構造の管体１１の中空部は流路１１ｄを構成している。断面積可変部１１ｃの外壁面には加熱により収縮する形状記憶合金コイルばね１２が巻き付けられ、断面積可変部１１ｃの内壁面には戻しばね１３が設置されている。コイルばね１２に通電し加熱すると、コイルばねが収縮し、これに伴って断面積可変部１１ｃの断面積が縮小して、流路１１ｄを通る流体の流量が減少する。コイルばね１２への通電を停止すると、コイルばね１２は元の形状に戻り、戻しばね１３の弾性力により断面積可変部１１ｃの断面積も元の状態に戻る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を構成する中空円筒形の管体と、前記管体の外壁面または内壁面に接して設置された、熱により拡大または収縮するコイルばねと、前記コイルばねに通電を行なうための一対の電極と、を備え、前記管体は、前記コイルばねが熱により拡大または収縮したときに前記コイルばねの形状変化に伴ってその断面形状が拡大若しくは縮小し、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に元の形状に復帰するように構成されていることを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
前記管体の内壁側または外壁側には、弾性体からなる戻しばねが設置され、これにより前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体が元の形状に戻されることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記戻しばねは、前記中空円筒形の構造物に螺旋状のスリットが入れられたものであることを特徴とする請求項２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記管体の内壁側または外壁側には、熱により収縮または拡大する螺旋状の戻し用コイルばねと、該戻し用コイルばねに通電を行なうための一対の電極とが設置され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記戻し用コイルばねに通電を行なうことにより前記管体が元の形状に戻されることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項５】
前記コイルばねまたは前記戻し用コイルばねが形状記憶合金で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流量調整弁。
【請求項６】
前記管体の少なくとも一部は弾性体によって形成され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体自身の弾性力によって前記管体が元の形状に戻されることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項７】
前記管体は、前記コイルばねの拡大力または収縮力により弾性変形する断面積可変部と前記コイルばねの拡大力または収縮力によって弾性変形しない固定構造体部分とを有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流量調整弁。
【請求項８】
前記管体の前記断面積可変部と前記固定構造体部分との間には、断熱材が挿入されていることを特徴とする請求項７に記載の流量調整弁。
【請求項９】
前記コイルばねまたは前記戻し用コイルばねに通電を行なうための前記電極は、前記管体の前記固定構造体部分に設置されていることを特徴とする請求項７に記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整弁に関し、特に形状記憶合金を使用して液体や気体などの各種流体の流量を制御する小型バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、流量調整弁としては、絞り弁がよく知られており、ニードル型やスライド型のものが広く用いられている。
一方、形状記憶合金を用いた流量調整弁やバルブとして、形状記憶合金により形成されたコイルの巻き線間の隙間を拡縮または接離して流量を調整するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたものは、熱による伸長力または収縮力を得る形状記憶合金よりなるコイルと、該コイルが熱による拡大力または収縮力をもたないときコイル弁を復帰させる戻しばねとを流路内に配備したものである。また、別の例として、形状記憶合金からなるワイヤの収縮を利用して可動構造体を可動させることによりオリフィスを封止するようにした小型バルブがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１５２９２号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に用いられているニードル型やスライド型の絞り弁では、流路断面は弁座に嵌合される棒状の弁により形成されるリング状の１箇所となるため流路抵抗が大きく乱流が発生しやすく、発生した乱流により流れが不安定になる。また、一般的なニードル弁では、微小流量の制御は可能であるが、大流量での流量制御は難しいという問題がある。また、特許文献１に開示された従来例では、流路抵抗を小さくして乱流の発生を防いで安定した流れを得ているもののコイルばねと戻しばねが直列に繋がる構造のため小型化が難しいという問題がある。一方、特許文献２に開示された従来例では、流路抵抗が大きく、大流量での流量制御は困難である。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、大流量での流量制御を高精度に実現することができ、簡単な構造で小型化が容易に実現可能な流量調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、流路を構成する中空円筒形の管体と、前記管体の外壁面または内壁面に接して設置された、熱により拡大または収縮するコイルばねと、前記コイルばねに通電するための一対の電極と、を備え、前記管体は、前記コイルばねが熱により拡大または収縮したときに前記コイルばねの形状変化に伴ってその断面形状が拡大若しくは縮小し、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に元の形状に復帰するように構成されていることを特徴とする流量調整弁、が提供される。
【０００５】
そして、好ましくは、前記管体の内壁側または外壁側には、弾性体からなる戻しばねが設置され、これにより前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体が元の形状に戻される。あるいは、前記管体の内壁側または外壁側には、熱により収縮または拡大する螺旋状の戻し用コイルばねと、該戻し用コイルばねに通電するための一対の電極とが設置され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記戻し用コイルばねに通電を行なうことにより前記管体が元の形状に戻される。あるいは、前記管体の少なくとも一部は弾性体によって形成され、前記コイルばねが熱による拡大力または収縮力を持たない場合に前記管体自身の弾性力によって前記管体が元の形状に戻される。
【０００６】
［作用］
管体の外壁面あるいは内壁面上に設置されたコイルばねに通電を行ない加熱することにより、コイルばねは拡大または収縮する。例えば、コイルばねが温度が上がると収縮し、温度が下がると拡大するように形成された場合には、コイルばねは管体の外壁面上に設置される。この場合、コイルばねに通電を行なうと、加熱されて高温状態になって収縮し、コイルばねの内径は縮小する。これに伴って管体の流路断面積が小さくなり、流路を通過する流量が減少する。逆に、温度が上がると拡大し、温度が下がると収縮するコイルばねを用いた場合は、コイルばねを管体の内壁面上に設置する。この場合、コイルばねに通電を行なうと、加熱されて高温状態になって拡大するため、コイルばねの外径が拡大する。これに伴って管体の流路断面積が大きくなり、流路を通過する流量が増加する。そして、コイルばねへの通電を停止すると、冷却されて低温状態（常温状態）に戻ってコイルばねは拡大または縮小するため、流路断面積の変形はもとに戻される。これにより、流路を通過する流体の流量が増大もしくは減少する。このようにして、本発明の流量調整弁は、コイルばねに通電する電流値を制御することにより、流路内の断面積を自由に変えることができるため、流量を高精度に制御することが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、流量の調整が流路の径の変化によって行なわれるため、低流路抵抗での流量調整が可能である。また、コイルばねに通電する電流の制御により流路断面積を調整することができるため、大流量での流量制御を高精度に実現することができる。また、構造が簡単で小型化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図であって、図１は本発明の第１の実施の形態を示す斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ線での縦断面図であり、図３は第１の実施の形態において用いられている戻しばねの斜視図である。図１〜図３において、１１は、上部固定構造体部１１ａと下部固定構造体部１１ｂとの間に断面積可変部１１ｃを挟んでなる管体であって、その中空部が流路１１ｄとなっている。また、１２は形状記憶合金コイルばね、１３は戻しばね、１４は第１の電極、１５は第２の電極である。図に示されるように、断面積可変部１１ｃの上下面がそれぞれ上部固定構造体部１１ａ、下部固定構造体部１１ｂに固定されている。そして、熱により拡大または収縮するように形成された形状記憶合金コイルばね１２が、管体１１の外壁面に螺旋状に巻きつけられており、また管体１１の断面積可変部１１ｃの内壁面には、形状記憶合金コイルばね１２が熱による拡大力または収縮力を持たない場合に形状記憶合金コイルばね１２および断面積可変部１１ｃを元の形状に復帰させる戻しばね１３が設置されている。戻しばね１３は、弾性を有する材料を用いて形成された中空円筒体に、図３に示されるように、螺旋状のスリット１３ａが入れられたものである。さらに、上部固定構造体部１１ａおよび下部固定構造体部１１ｂの外壁面に、形状記憶合金コイルばね１２に通電を行ないこれを加熱するための第１の電極１４および第２の電極１５が固定されており、第１、第２の電極１４、１５に形状記憶合金コイルばね１２の端部がそれぞれ固着されている。ここで、上部固定構造体部１１ａと第１の電極１４、下部固定構造体部１１ｂと第２の電極１５はそれぞれ電気的に絶縁されている。また、上部固定構造体部１１ａおよび下部固定構造体部１１ｂは断熱材（図示なし）を挟んで断面積可変部１１ｃと固定されており、形状記憶合金コイルばね１２に通電した時に発熱の影響が少なくなるような構造となっている。さらに、上部固定構造体部１１ａおよび下部固定構造体部１１ｂには線膨張係数の小さい材料を使用しており、断面積可変部１１ｃは形状記憶合金コイルばね１２の拡大力または収縮力により弾性変形する材料を使用している。固定構造体１１ａ、１１ｂの形状としては、図１および図２にはフランジ付の構造を示しているが、フランジのない円筒型でもよい。
【０００９】
[動作]
次に、本実施の形態の流量調整弁の動作説明図である図４を参照して本実施の形態の動作について説明する。形状記憶合金コイルばね１２は、温度が上がると収縮し、温度が下がると拡大するように形成されている。図４（ａ）に、形状記憶合金コイルばね１２に通電が行なわれていない、初期状態が示されている。いま、第１の電極１４と第２の電極１５を介して形状記憶合金コイルばね１２に通電すると、加熱されて高温状態になって収縮しコイルの断面積が縮小するため、これに伴って図４（ｂ）に示すように断面積可変部１１ｃの断面積も縮小する。従って、流路１１ｄの断面積が小さくなり、流路１１ｄを通過する流量が減少する。次に、形状記憶合金コイルばね１２への通電を停止すると、冷却されて低温状態（常温状態）に戻って形状記憶合金コイルばね１２に生じていた収縮力は消失する。そして、戻しばね１３の弾性力により、断面積可変部１１ｃに生じていた変形は矯正され、形状記憶合金コイルばね１２と共に元の状態に戻される。これにより、流路１１ｄの断面積が大きくなり、流路１１ｄを通過する流量が多くなる。このようにして、本発明の流量調整弁は、形状記憶合金コイルばね１２に通電する電流値を制御することにより、流路１１ｄの断面積を自由に変えることができるため、流量を高精度に制御することが可能である。
【００１０】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図である。図５において、図２に示した第１の実施の形態での部材と同等の機能を有するものには下１桁が共通する参照符号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態の、第１の実施の形態と相違する点は、戻しばね１３に代えて、熱により拡大する形状記憶合金戻し用コイルばね２３を用いたことである。形状記憶合金戻し用コイルばね２３は断面積可変部２１ｃの内壁面に接して設置され、第１の実施の形態の形状記憶合金コイルばね１２と同様に形状記憶合金戻し用コイルばね２３の両端が上部固定構造体部２１ａおよび下部固定構造体部２１ｂにそれぞれ固定された第３の電極および第４の電極（いずれも図示なし）に接続されている。ここで、第３の電極と上部固定構造体部２１ａ、第４の電極と下部固定構造体部２１ｂは、それぞれ電気的に絶縁されている。第１の実施の形態では、形状記憶合金コイルばね１２への通電を停止した場合、形状記憶合金コイルばね１２は拡大し、また戻しばね１３の復元力によって断面積可変部１１ｃに生じた変形を元の形状に戻していたが、本実施の形態では、形状記憶合金コイルばね２２への通電を停止するとともに形状記憶合金戻し用コイルばね２３に通電し、これを加熱すると形状記憶合金戻し用コイルばね２３は拡大し、形状記憶合金コイルばね２２の収縮力によって流路断面積が小さくなっている断面積可変部２１ｃに復元力が働き、流路断面積が元の大きさに戻される。
【００１１】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図である。図６において、図２に示した第１の実施の形態での部材と同等の機能を有するものには下１桁が共通する参照符号が付せられているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態の、第１の実施の形態と相違する点は、戻しばね３３が、管体３１の断面積可変部３１ｃの外壁面に螺旋状に巻きつけられており、断面積可変部３１ｃの内壁面には、熱により拡大する形状記憶合金コイルばね３２が設置されていることである。ここで、戻しばね３３は、図３に示される戻しばね１３と同様の形態を有するものである。さらに、形状記憶合金コイルばね３２の両端は上部固定構造体部３１ａおよび下部固定構造体部３１ｂにそれぞれ固定された第１の電極および第２の電極（いずれも図示なし）に接続されている。
【００１２】
形状記憶合金コイルばね３２に通電していない時は、断面積可変部３１ｃの外壁面に巻きつけられた戻しばね３３の弾性力により、管体３１の断面積可変部３１ｃには変形が生じ、流路３１ｄの断面積は図示した状態より小さくなる。一方、第１の電極、第２の電極を介して、形状記憶合金コイルばね３２に通電を行ない、これを加熱すると、形状記憶合金コイルばね３２の外径は、戻しばね３３の弾性力に抗して拡大し、断面積可変部３１ｃは元の形状（図示された状態）に戻るため、非通電時より流路３１ｄの断面積が大きくなる。
【実施例】
【００１３】
図７に、本発明の適用例であるダイアフラム型液体搬送器を示す。本発明の流量調整弁を流入弁５６ａ、流出弁５６ｂとして用いている。シールゴム５５およびダンパーゴム５３で支持固定された薄板状アクチュエータ５４（例えば、バイモルフ型圧電振動子、以下圧電振動子と略記）に電圧を印加すると圧電振動子５４は屈曲振動を行う。圧電振動子５４の屈曲振動に応じて流入弁５６ａ、流出弁５６ｂを以下のように動作させる。圧電振動子５４が上に凸に変形した場合、流出弁５６ｂの形状記憶合金コイルばねに通電することにより流出弁５６ｂの流路断面積が小さくなり、流入弁５６ａに比べて流路抵抗が大きくなるため、流入弁５６ａより液体が流入する。一方、圧電振動子５４が下に凸に変形した場合、流入弁５６ａの形状記憶合金コイルばねに通電することにより流入弁５６ａの流路断面積が小さくなり流出弁５６ｂに比べて流路抵抗が大きくなるため、流出弁５６ｂより液体が流出する。本発明の流量調整弁は、流路断面積を自由に変えることができるため、流入弁５６ａ、流出弁５６ｂの流路抵抗を高精度に制御できる。したがって、高精度に流量調整が可能なダイアフラム型液体搬送器を提供できる。
【００１４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施の形態では、管体は円筒形であったが多角筒形状としても良い。また、戻しばねとして通常の金属材料からなる線材を用いて形成したコイルばねを用いてもよい。また、管体の断面積可変部の断面積を元の状態に復帰させるのに、戻しばねや戻し用コイルばねを用いていたが、断面積可変部自体の弾性力により元の形状に復帰させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明の活用例として、ノートパソコン等の電子機器や電子部品の冷却装置や燃料電池に用いられているポンプがある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態において用いられている戻しばねの斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の動作説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図。
【図７】本発明の適用例を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１１、２１、３１  管体
１１ａ、２１ａ、３１ａ  上部固定構造体部
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ  下部固定構造体部
１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ  断面積可変部
１１ｄ、２１ｄ、３１ｄ  流路
１２、２２、３２  形状記憶合金コイルばね
１３、３３  戻しばね
１３ａ  スリット
１４  第１の電極
１５  第２の電極
２３  形状記憶合金戻し用コイルばね
５１  蓋
５２  ポンプベース
５３  ダンパーゴム
５４  圧電振動子
５５  シールゴム
５６ａ  流入弁
５６ｂ  流出弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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