(57)【要約】【課題】シール性が良好な流体バルブを提供する。【解決手段】流入口（１１）と吐出口（１２）を備えた流体通路を内部に有するケーシング（１）と、ケーシング（１）内に保持された形状記憶合金ばね（２）と接続された弁体（３）と、弁体（３）の外面を受容する内面を持つ弁体ガイド部（５）とを備えた流体バルブ（１００）において、弁体ガイド部（５）の内面にその中心軸線に関して非対称の穴（７）が設けられ、穴（７）を介して流入口（１１）と吐出口（１２）が連通するように、弁体ガイド部（５）がケーシング（１）内に留められており、流体温度がばね（２）の変態点以上で弁体（３）が弁体ガイド部（５）の穴（７）に隣接せずに穴（７）を開放し、かつ流体温度が変態点未満で、流体の圧力で弁体（３）が穴（７）と当接して穴（７）を閉塞すべく、弁体（３）が弁体ガイド部（５）の穴（７）に隣接するように、形状記憶合金ばね（２）が設定されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口及び吐出口を備えた流体通路を内部において有するケーシングと、
前記ケーシングの内面に一端が保持された形状記憶合金ばねの他端と接続された弁体と、
前記弁体の外面を受容する内面を持つ中空部を有する弁体ガイド部とを備え、
前記弁体ガイド部の内面には、その中心軸線に関して非対称である穴が設けられており、
前記流入口と前記弁体ガイド部の中空部が連通し、かつ前記中空部と前記吐出口が前記穴を介して連通するように、前記弁体ガイド部が前記ケーシング内に留められており、
前記形状記憶合金ばねに接触する流体の温度が前記ばねの変態点以上又は前記変態点未満の一方の場合に前記弁体が前記弁体ガイド部の前記穴に隣接しない位置に位置し、かつ前記ばねに接触する流体の温度が前記変態点以上又は前記変態点未満の他方の場合に前記弁体が前記弁体ガイド部の前記穴に隣接する位置に位置するように前記形状記憶合金ばねが設定されていることを特徴とする流体バルブ。
【請求項２】
前記弁体ガイド部に設けられた穴は、前記弁体ガイド部の長手方向における寸法が前記弁体ガイド部の周方向における寸法よりも小さい長穴状であることを特徴とする請求項１に記載の流体バルブ。
【請求項３】
前記弁体ガイド部の穴に面しない周方向の領域における前記弁体の外径は、前記弁体ガイド部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体バルブ。
【請求項４】
前記弁体ガイド部には、又は前記弁体ガイド部と前記ケーシングの間には、前記中空部と前記吐出口を連通する微小穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体バルブ。
【請求項５】
前記微小穴は、前記弁体の外面を受容する内面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の流体バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を用いて流体の流量を制御する流体バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、形状記憶合金を用いて流体の流量を制御する流体バルブとしては、ピストン形の弁体の内部に形状記憶合金ばねを配置する構成である、ピストン弁のタイプがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−１７５８９０号公報
【０００４】
このタイプの流体バルブでは、配管の径が大きくなるに従って弁体及び形状記憶合金ばねの寸法が大きくしなければならず、形状記憶合金ばねの原料であるチタンなどの貴金属の必要量が増大し、製造コストが大幅に増大するという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、弁体とケーシングの間に弁体ガイド部を設け、弁体とケーシングの間に流路空間を形成すると共に弁体の全周を流路ゲートとするタイプが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献２】
特開昭５８−１２１３７８号公報
【０００７】
しかしながら、この流体バルブのタイプでは、弁体ガイド部との隙間をシールするために、弁体の摺動面にＯリングを配置しているが、このＯリングが弁体ガイド部と摺動する抵抗が大きいので、形状記憶合金ばねに要求される力が大きくなり、形状記憶合金の大型化を招き、やはり製造コストが大幅に増大してしまう。
【０００８】
そのため、この流体バルブのタイプでは、Ｏリングを弁体の摺動部の端部に配置する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献３】
特開２００１−９９３４８号公報
【００１０】
この方法では、弁体に対向して当接している形状記憶合金ばねとバイアスばねの押圧力を均衡させるように設定するのが難しい上、製造時の誤差や経時劣化で形状記憶合金ばねの押圧力が弱いとＯリングが弁体の摺動面に食い込んで弁体がロックしてしまい、また、逆にバイアスばねの押圧力が弱いとＯリングが所定位置に当接せずシール不良となる。
【００１１】
また、Ｏリングを採用しない方法としては、弁体と弁体ガイド部の隙間を極微小に維持してこの隙間からの流体の洩れ量を低減する方法が提案されているが、この方法を実現するためには、弁体及び弁体ガイド部の寸法精度を高くしなければならず、やはり製造コストが増大してしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、シール性が良好な流体バルブを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る流体バルブによれば、流入口及び吐出口を備えた流体通路を内部において有するケーシングと、ケーシングの内面に一端が保持された形状記憶合金ばねの他端と接続された弁体と、弁体の外面を受容する内面を持つ中空部を有する弁体ガイド部とを備え、弁体ガイド部の内面には、その中心軸線に関して非対称である穴が設けられており、流入口と弁体ガイド部の中空部が連通し、かつ中空部と吐出口が穴を介して連通するように、弁体ガイド部がケーシング内に留められており、形状記憶合金ばねに接触する流体の温度がばねの変態点以上又は変態点未満の一方の場合に弁体が弁体ガイド部の穴に隣接しない位置に位置し、かつばねに接触する流体の温度が変態点以上又は変態点未満の他方の場合に弁体が弁体ガイド部の穴に隣接する位置に位置するように形状記憶合金ばねが設定されている。これにより、流体温度が形状記憶合金ばねの変態点以上又は未満の時、弁体が弁体ガイド部の穴に隣接しないで弁体は穴を開放して開弁し、又は、弁体が弁体の穴に隣接し、弁体は流入口側から流入する流体の圧力により弁体ガイド部に押圧されて穴を閉塞して閉弁するので、良好にシールすることができる。また、流体の圧力で弁体を弁体ガイド部の穴を閉塞することができ、弁体と弁体ガイド部の間の距離をシールのために特別に小さくする必要がないので、製造コストを低減すると共に、弁体と弁体ガイド部の間に異物を噛み込む可能性を低減することができる。また、形状記憶合金ばねに必要とされる長さは、弁体ガイド部内の穴の開放／閉塞の切り替えに必要とされる弁体の移動量に対応するので、流体通路の大きさに関係なく、形状記憶合金ばねを小さくてコストを低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る流体バルブによれば、弁体ガイド部に設けられた穴は、弁体ガイド部の長手方向における寸法が弁体ガイド部の周方向における寸法よりも小さい長穴状である。このように、弁体ガイド部の長手方向における穴の寸法を小さいので、弁体の必要移動量を一層短くし、形状記憶合金ばねに必要とされる長さをさらに短くし、コストを低減することができる。
【００１５】
請求項３に係る流体バルブによれば、弁体ガイド部の穴に面しない周方向の領域における弁体の外径は、弁体ガイド部の内径よりも小さくなっている。これにより、弁体と弁体ガイド部の接触面積をさらに小さくすることにより、弁体の弁体ガイド部に対する摺動抵抗を小さくすることができ、必要な力を低減し、形状記憶合金ばねを小さくしてコストを低減することができる。
【００１６】
請求項４に係る流体バルブによれば、弁体ガイド部には、又は弁体ガイド部とケーシングの間には、中空部と吐出口を連通する微小穴が設けられている。これにより、流体バルブを用いるシステムがシステム上、流体の微小な洩れを許容する場合、流入口と吐出口を連通する微小穴を設けることにより、閉弁時においても微小穴を通した流体の吐出口への流れを形成することにより、形状記憶合金ばねに接触する流体を滞留させずに流すので、流体バルブと連通した流体回路中の流体温度とほぼ同じ温度の流体を形状記憶合金ばねに接触させることができ、弁の応答性を向上させることができる。
【００１７】
請求項５に係る流体バルブによれば、微小穴は、弁体の外面を受容する内面に設けられている。このように、弁体ガイド部の弁体を受容する内面に微小穴を設けることにより、弁体と弁体ガイド部の間に異物が侵入した場合にも、弁体と弁体ガイド部の間で異物を噛み込むことなく異物を微小穴から排出させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。最初に本発明の第一実施例の流体バルブを図１を参照して説明する。本実施例では、流体の流れを制御する流体バルブを車両のエンジンに対する水冷方式の冷却システムに配備された流体バルブに適用する。図１（Ａ）は本発明の第一実施例の流体バルブの縦断面図であり、図１（Ｂ）は本発明の第一実施例の流体バルブの線Ａ−Ａに沿った断面図である。本発明の流体バルブ１００は、流入口１１及び吐出口１２を備えた流体通路を内部において有するケーシング１と、ケーシング１の内面に一端が保持された形状記憶合金ばね２の他端と接続された弁体３と、弁体３の外面を受容する内面を持つ中空部、及び流入口１１側と吐出口１２側とを連通する穴７を備えた弁体ガイド部５とで概ね構成されている。
【００１９】
ケーシング１は、形状記憶合金ばね２、弁体３、バイアスばね４及び弁体ガイド部５をケーシング１の内部の所定位置に配置して固定するためのキャップ６をさらに備えている。本実施例では、弁体ガイド部５は、中空部５３を有する筒状部５１と、筒状部５１と偏倚した円盤部５２とで構成されており、一方、ケーシング１は、弁体ガイド部５の筒状部５１及び円盤部５２を受容する内面が設けられているので、ケーシング１内で弁体ガイド部５を回転方向に固定でき、さらにキャップ６により弁体ガイド部５を長手方向に固定することができる。また、こうして固定された弁体ガイド部５の外面は、ケーシング１の内面と共に吐出口１２側の流路空間部９を形成している。
【００２０】
次に弁体３と弁体ガイド部５について説明する。図２（Ａ）は本発明の第一実施例の弁体３の正面図であり、図２（Ｂ）は本発明の第一実施例の弁体の側面図である。弁体３の２つの側面３１、３２には、それぞれ受容部３１、３２が設けられている。すなわち、弁体３の流入口１１側の受容部３１は、ケーシング１の内面に一端が受容された圧縮ばねである形状記憶合金ばね２の他端を受容し、キャップ６側の受容部３２は、キャップ６の内面に一端が受容された圧縮ばねであるバイアスばね４を受容する。弁体３は、形状記憶合金ばね２とバイアスばね４の両方から押されている。
【００２１】
図３（Ａ）は本発明の第一実施例の弁体ガイド部５の縦断面図であり、図３（Ｂ）は本発明の第一実施例の弁体ガイド部５の底面図である。弁体ガイド部５の中空部５３は、流入口側の広い内面５４と、弁体ガイド部５の半径方向に延びている環状部５６と、キャップ側の狭い内面５５とによって区画されている。弁体３は、中空部５３の内面５４上において、流入口１１側のケーシング１の内面と、弁体ガイド部５の環状部５６との間で移動することができる。
【００２２】
弁体ガイド部５の内面５４には、弁体ガイド部５の中心軸線に関して非対称である穴７が設けられている。また、弁体ガイド部５は、流入口１１と弁体ガイド部５の中空部５３が連通しかつ流入口１１と吐出口１２が穴７を介して連通するようにケーシング１内に留められている。それゆえ、弁体３が穴７に隣接する時、図１に示すように、弁体３は流入口１１側から流入する流体の圧力により弁体ガイド部５に押圧されて穴を閉塞して閉弁し、一方、弁体３が穴７に隣接しない時、図４に示すように、開弁する。このように、閉弁時には、流体圧力を利用することにより良好にシールすることができ、かつ弁体３と弁体ガイド部５の間の距離をシールのために特別に小さくする必要がないので、製造コストを低減すると共に、弁体３と弁体ガイド部５の間で異物を噛み込む可能性を低減することができる。また、形状記憶合金ばね２に必要とされる長さは、弁体ガイド部５の穴７の開放又は閉塞の切り替えに必要とされる弁体３の移動量、すなわち、弁体ガイド５の長手方向における穴７の寸法に対応するので、流体通路の大きさに関係なく形状記憶合金ばね２を小さくしてコストを低減することができる。
【００２３】
好ましくは、穴７は、弁体ガイド部５の長手方向における寸法が弁体ガイド部５の周方向における寸法よりも小さい長穴形状である。このように、弁体ガイド部５の長手方向における穴寸法に対応する弁体３の必要移動量を一層短くし、形状記憶合金ばね２に必要とされる長さをさらに短くし、コストを低減することができる。
【００２４】
弁体３を押圧するばね２、４に必要とされる押圧力を低減してコストを低減するために、弁体３と弁体ガイド部５の摺動抵抗を小さくすることが好ましい。本実施例では、そのため、弁体３と弁体ガイド部５が接触する領域を弁体３が穴７を閉塞する、すなわち、穴７に面する領域のみに限定する。図２（Ｂ）に示すように、穴７に面する領域においては、弁体３が穴７を閉塞するように、弁体３の外面３４の外径が弁体ガイド部５の内径とほぼ同じである。一方、穴７に面しない領域においては、弁体３が弁体ガイド部５内で相対的に移動しないように弁体ガイド部５の内径とほぼ同じ外径である突部３３以外では、弁体３の外面３５の外径が弁体ガイド部５の内径より小さい。
【００２５】
また、弁体３がその軸線回りで弁体ガイド部５内で回転するのを防止するために、弁体３と弁体ガイド部５は互いに係合する形状をそれぞれ有している。弁体３は、外面３４と外面３５の間に延びている二つの係合部３６を有する。一方、弁体ガイド部５の内面には、弁体３の二つの係合部３６と係合する二つのガイド部５７が設けられている。
【００２６】
形状記憶合金ばね２及びバイアスばね４の押圧力は、形状記憶合金ばね２の接触する温度が変態点未満の場合に、バイアスばね４の押圧力が形状記憶合金ばね２の押圧力よりも大きく、弁体３は、形状記憶合金ばね２側、すなわち、穴７に隣接し、一方、形状記憶合金ばね２の接触する温度が変態点以上の場合に、形状記憶合金ばね２の押圧力がバイアスばね４の押圧力よりも大きく、図４に示すように、弁体３は、バイアスばね４側、すなわち、穴７に隣接しないように選択される。
【００２７】
次に本発明の流体バルブの作用について説明する。まず、流入口１１から流入して形状記憶合金ばね２に接触する流体の温度が変態点未満である時には、バイアスばね４の押圧力が形状記憶合金ばね２の押圧力よりも大きいので、図１（Ａ）に示すように、弁体３が、形状記憶合金ばね２側に位置する、すなわち、弁体ガイド部５の穴７に隣接する。それにより、流入口１１側から流入する流体の圧力が生じるので弁体ガイド部５に押圧されて弁体３が穴７を閉塞して閉弁状態となるので、良好にシールすることができる。
【００２８】
一方、形状記憶合金ばね２の接触する温度が変態点以上である時には、形状記憶合金ばね２の押圧力がバイアスばね４の押圧力よりも大きいので、図４に示すように、弁体３は、バイアスばね４側に位置する、すなわち、弁体ガイド部５の穴７に隣接しない。それゆえ、穴７が開放されて開弁状態となる。
【００２９】
次に本発明の第二実施例の流体バルブについて説明する。図５は本発明の第二実施例の閉弁時の流体バルブの縦断面図である。第二実施例は、弁体ガイド部５に微小穴８が設けられている点のみが第一実施例と異なっている。この微小穴８は本バルブを用いるシステムがシステム上、流体の微小な洩れを許容する場合に、弁の応答性を向上するため、または異物による噛み込みの可能性を低減することを目的に設定するもので、図５に示すように、弁体ガイド部５に選択的に設けられる。例えば、流体バルブ１００がエンジンなどの熱源から遠くに配置されている場合などにおいてこの微小穴８を設けることが好ましい。閉弁時において微小穴８が弁体３に対して流入口１１と反対側である場合には、弁体３の形状は例えば筒状とすることにより、流体が流入口１１から弁体３を通って微小穴８に到達しうる。この微小穴８により閉弁時においても流体が吐出口１２側へ流れるので、形状記憶合金ばね２に接触する流体は、滞留したものでなく流体回路中を流れている流体であるので、形状記憶合金ばね２の応答性、すなわち、弁の応答性が向上する。なお、微小穴８の位置が弁体ガイド部５の内面５４上であると、弁体と弁体ガイド部の間に異物が侵入した場合にも、弁体３と弁体ガイド部５の間で異物を噛み込むことなく異物を微小穴８から排出させることができるので好ましい。このように微小穴８を設けることにより、従来において同様な効果を得るために弁体ガイド部５とケーシング１の間に隙間を形成する方法に比べると、本発明では一箇所に設けた穴の形態であるので、同一面積を実現する場合において、微小穴８の縦と横の寸法を共に大きくとることができ、より大きな異物を排出させることができるという利点がある。また、従来の隙間に対して、本発明の穴形状はその大きさを製造上比較的管理することが容易なので、流体の微小な洩れ量を管理し易く比較的低コストでシステムの信頼性を確保できる。
【００３０】
本発明の流体バルブの作用時には、本バルブを用いるシステムがシステム上流体の微小な洩れを許容する場合においては、弁体ガイド部５の微小穴８により、閉弁時においても流体が吐出口１２へ流れ、形状記憶合金ばね２に接触する流体が滞留せず、流体回路中を流れている流体であるので、形状記憶合金ばね２の応答性、すなわち、弁の応答性が向上する。
【００３１】
次に第三実施例について説明する。図６は本発明の第三実施例の流体バルブの断面図である。第一及び第二実施例の穴７は弁体ガイド部５に包囲された形態であるが、本実施例の穴７は、弁体ガイド部５の先端面において開放した切欠き形状部分と、ケーシング１側の内面とによって形成されている。（図６では便宜上形状記憶合金ばね２は省略してある。）このような構成により、弁体ガイド部５の製造がより容易になる。
【００３２】
次に第四実施例について説明する。図７は本発明の第四実施例の流体バルブの断面図である。第二実施例の微小穴８は弁体ガイド部５に包囲された形態であるが、本実施例の微小穴８は、図７に示すように、弁体ガイド部５の先端部に設けた溝と、ケーシング１又はキャップ６の内面とで形成されている。また、本実施例の微小穴８の変形例として、図８に示すように、穴７から弁体ガイド部５の長手方向に延伸した溝の形態や、図９に示すように、弁体ガイド部５の内面において穴７から弁体ガイド部５の長手方向に延伸した溝の形態が挙げられる。このように、微小穴７を溝状とすることにより、弁体ガイド部５の製造がより容易になる。
【００３３】
次に第五実施例について説明する。第一から第四実施例では、弁体３の流入口１１側に形状記憶合金ばね２を接続し、弁体３のキャップ６側にバイアスばね４を配置した構成であるが、バイアスばね４と形状記憶合金ばね２の配置を逆にした構成でもよい。当然、この場合でも、弁体ガイド部５に設ける穴７の位置は、変態点以上で弁体３が穴７と隣接しかつ変態点未満で弁体３が穴７と隣接するように、弁体ガイド部５の穴７、形状記憶合金ばね２及びバイアスばね４を定める必要がある。また、形状記憶合金ばね２として２方向性のタイプを採用してこのばね２を弁体３とケーシング１に固定することにより、バイアスばね４を用いない構成とすることもできる。
【００３４】
次に第六実施例について説明する。第一から第五の実施例では、弁体ガイド部５とケーシング１が別体であるが、弁体ガイド部５はケーシング１と一体でもよいし、キャップ６と一体でもよい。この場合、製造時において流体バルブ１００の構成要素を組み付けるのが容易になる。
【００３５】
次に第七実施例について説明する。図１０は本発明の第七実施例の流体バルブの断面図である。第一から第六の実施例では、流体通路の流入口１１と吐出口１２が直交した流体バルブ１００の例を説明したが、本実施例では、流体通路の流入口１１と吐出口１２が整列された流体バルブ１００の例を示している。この場合、図９に示すように、流入口１１と吐出口１２が弁体ガイド部５の側面を包囲するように対向して配置されており、かつ開弁時及び閉弁時の両方において開放している穴５８が弁体ガイド部５の流入口１１側の側面において設けられているという点のみが異なっており、他の点については上記実施例と構成、作用及び効果は同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の第一実施例の閉弁時の流体バルブの縦断面図であり、図１（Ｂ）は本発明の第一実施例の流体バルブの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明の第一実施例の弁体の正面図であり、図２（Ｂ）は本発明の第一実施例の弁体の側面図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の第一実施例の弁体ガイド部の縦断面図であり、図３（Ｂ）は本発明の第一実施例の弁体ガイド部の底面図である。
【図４】本発明の第一実施例の開弁時の流体バルブの縦断面図である。
【図５】本発明の第二実施例の閉弁時の流体バルブの縦断面図である。
【図６】本発明の第三実施例の流体バルブの縦断面図である。
【図７】本発明の第四実施例の弁体ガイド部の縦断面図である。
【図８】本発明の第四実施例の変形例の弁体ガイド部の断面図である。
【図９】本発明の第四実施例の変形例の弁体ガイド部の断面図である。
【図１０】本発明の第七実施例の流体バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング
２…形状記憶合金ばね
３…弁体
５…弁体ガイド部
７…穴
１１…流入口
１２…吐出口
５３…中空部
１００…流体バルブ
【図１】
2004301144.tif 000003
【図２】
2004301144.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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