JP4844847B2 - 中空バルブ - Google Patents

Description

本発明は中空バルブに関し、詳しくは内燃機関の排気バルブに適用して好適な中空バルブに関する。

近年、ガソリンエンジン等の内燃機関においては、高出力化や低燃費化が強く要求されてきている。しかし、高出力化や低燃費化の要求に応えるべくエンジン性能の改善を行うと、燃焼室の温度が高くなる。このため、特に排気バルブへの熱負荷が増大する。

従来、傘部から軸部（ステム部）にかけて中空孔を形成し、この中空孔内にＮａ、Ｓｎ−Ｂｉ合金やＳｎ−Ｂｉ−Ｚｎ合金等の低融点金属よりなる冷媒を封入した中空バルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この中空バルブでは、Ｎａ等の低融点金属が融点以上の高温時に融解する。このため、中空孔内の温度が低融点金属の融点以上となるバルブの高温作動時に、液状金属が中空孔内で撹拌されるので、大きな熱交換作用によりバブルを冷却することができる。
特開平９−１８４４０４号公報

ところで、エンジン始動時や低負荷運転時においては、特に直噴式エンジンの場合、燃料の気化促進のために燃焼室を速やかに昇温させたい。燃焼室の温度が低すぎると、燃料が燃焼せずに未燃焼ガスになる場合があり、ＨＣエミッションや燃費の悪化を招くことがある。

ところが、上記した従来の中空バルブでは、以下に説明するように、エンジン始動時などに、燃焼室を速やかに昇温させることが困難である。

一般に、金属は液相のときの熱伝導率よりも固相のときの熱伝導率の方が高くなる。そして、冷媒として主に用いられるＮａの融点は純粋なＮａで約９８℃である。このため、エンジン始動時には、冷媒としてのＮａは固相として傘部から軸部にかけての中空孔内に存在している。固相のＮａの熱伝導率は１３２〜１３７Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、バルブに用いられる耐熱鋼の熱伝導率よりも高い。そうすると、エンジン始動後から数十秒間は燃焼室内の温度がＮａの融点よりも低いため、熱伝導率の高い固相Ｎａを介する高熱伝導作用によりバルブからの放熱が大きくなる。したがって、燃焼室を速やかに昇温させることが困難である。

仮に、もっと融点が低く、かつ固相で熱伝導率の低い低融点合金を冷媒として用いた場合、エンジン始動直後において固相冷媒を介する高熱伝導作用を小さくすることができる。しかし、固相で熱伝導率の低い低融点合金を冷媒として用いると、一般に液相でさらに熱伝導率が低くなるため、燃焼室の温度が高温になる高負荷時にバルブを冷却するという冷媒本来の機能を損なうおそれがある。また、この場合であっても、融点以上に加熱されて液化した冷媒が中空孔内で撹拌されることにより、燃焼室、バブルの傘部、液相冷媒、バルブの軸部、軸部の上端側が接触するバルブガイド及びヘッド冷却水へと順に続く大きな熱流が発生する。このため、やはりエンジン始動後に燃焼室内を速やかに昇温させることが困難である。

したがって、上記従来の中空バルブでは、エンジン始動時などで未燃焼ガスが増大してＨＣエミッションや燃費の悪化を招くおそれがある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動時や低負荷運転時には燃焼室を速やかに昇温させることができ、かつ内燃機関の高負荷運転時にはバルブが過度に高温になることを防ぐことのできる中空バルブを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決する本発明の中空バルブは、軸部と軸部の下端に設けられた傘部とからなり、該傘部から該軸部にかけて中空孔を有する中空バルブであって、前記中空孔内に封入され、低融点物質よりなる冷媒と、前記中空孔内に配設され、該中空孔内を上室と下室とに区画するとともに、該中空孔内の温度に応じて開動作及び閉動作することにより該上室と該下室との連通口を開放及び閉鎖する温度感応開閉弁装置と、を備え、前記温度感応開閉弁装置は、前記中空孔内が昇温する過程で開動作を行い、かつ該中空孔内が降温する過程で閉動作を行い、前記温度感応開閉弁装置が開動作を行う開動作設定温度及び該温度感応開閉弁装置が閉動作を行う閉動作設定温度が、前記中空孔内の温度変化範囲内の温度で、かつ前記低融点物質の融点よりも高い温度に設定されていることを特徴とする。

ここに、中空孔内の温度変化範囲とは、中空バルブの作動中における中空孔内の温度変化範囲のことである。

この中空バルブでは、中空孔内の温度が温度感応開閉弁装置の開動作設定温度よりも低く、かつ冷媒を構成する低融点物質の融点よりも低いときは、温度感応開閉弁装置が中空孔内の上室と下室との連通口を閉鎖しており、また、中空孔内に封入された冷媒は固相として中空孔内の下室に存在する。そして、中空孔内の温度が冷媒を構成する低融点物質の融点よりも高くなると、冷媒が液化する。このとき、中空孔内の温度が開動作設定温度に達していなければ、温度感応開閉弁装置は中空孔内の上室と下室との連通口を未だ閉鎖している。このため、中空孔内の下室に存在する液相の冷媒が連通口を介して中空孔内の上室に移動することはなく、液相の冷媒が中空孔内全体で撹拌されることはない。したがって、液相冷媒の撹拌を介する熱流はバルブの軸部の上端側へ続くことがなく途中で遮断される。その結果、液相冷媒を介して、バルブの軸部の上端側が接触するバルブガイドからヘッド冷却水へ放熱されることを防ぐことができる。

よって、内燃機関の始動時などで燃焼室の温度が低く、そのため中空孔内の温度が温度感応開閉弁装置の開動作設定温度よりも低いときは、液相冷媒を介してバルブの軸部の上端側からバルブガイド及びヘッド冷却水へ放熱されることがない。その結果、内燃機関の始動時や低負荷運転時には燃焼室を速やかに昇温させることができる。

一方、中空孔内の温度が上昇して温度感応開閉弁装置の開動作設定温度に到達すると、温度感応開閉弁装置は中空孔内の上室と下室との連通口を開放する。そうすると、既に液化しており中空孔内の下室に在った液相冷媒が連通口の開放と同時に連通口を介して中空孔内の上室に移動し、液相の冷媒が中空孔内全体で撹拌される。したがって、燃焼室、バブルの傘部、液相冷媒、バルブの軸部、軸部の上端側が接触するバルブガイド及びヘッド冷却水へと順に続く大きな熱流が速やかに発生する。

よって、内燃機関の高負荷運転時などで燃焼室の温度が高く、そのため中空孔内の温度が温度感応開閉弁装置の開動作設定温度よりも高いときは、中空孔の全体で撹拌される液相冷媒を介してバルブの軸部の上端側からバルブガイド及びヘッド冷却水へ放熱される。また、中空孔内の温度が温度感応開閉弁装置の開動作設定温度よりも高くなれば、速やかに上記放熱が起こる。その結果、内燃機関の高負荷運転時にはバルブが過度に高温になることを確実に防ぐことができる。

（２）本発明の中空バルブは、上記（１）項に記載の中空バルブにおいて、前記温度感応開閉弁装置が、少なくとも一部が形状記憶合金よりなり前記連通口を開閉する弁体と、該弁体を閉方向に付勢するバイアスばねと、を備え、前記弁体が、前記バイアスばねの付勢力に抗する前記形状記憶合金の形状回復により開動作を行い、かつ、少なくとも一部の結晶構造がマルテンサイト相に相変態している該形状記憶合金が該バイアスばねの付勢力によって変形することにより閉動作を行うことに特徴がある。

この構成によると、弁体の少なくとも一部を構成する形状記憶合金が、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：オーステナイト相からマルテンサイト相への変態が開始する温度）よりも低くなるまで冷却されると、オーステナイト相からマルテンサイト相への相変態によって、柔らかくなって変形し易くなる。このため、中空孔内の温度がマルテンサイト変態開始温度よりも低くなる降温過程で、少なくとも一部の結晶構造がマルテンサイト相に相変態した形状記憶合金がバイアスばねの付勢力によって変形することにより、弁体が閉動作を行う。

一方、形状記憶合金は、マルテンサイト相からオーステナイト相への逆変態によって、変形前の形状に戻り硬くなる。このため、中空孔内の温度が逆変態開始温度（Ａｓ点：マルテンサイト相からオーステナイト相への逆変態が開始する温度）よりも高くなる昇温過程で、バイアスばねの付勢力に抗して、弁体の少なくとも一部を構成する形状記憶合金が形状回復することにより、弁体が開動作を行う。

（３）本発明の中空バルブは、上記（１）〜（２）項のいずれか一つに記載の中空バルブにおいて、前記低融点物質の融点が６５℃未満であることに特徴がある。

この構成によると、中空孔内の温度が６５℃以上になれば、冷媒が液体状態となる。このため、中空孔内の温度が６５℃以上になっても尚、熱伝導率の高い固相冷媒を介する高熱伝導作用によりバルブからの放熱が大きくなるようなことはない。

（４）本発明の中空バルブは、上記（１）〜（３）項のいずれか一つに記載の中空バルブにおいて、前記低融点物質がＮａ−Ｋ合金よりなることに特徴がある。

この構成によると、Ｎａ−Ｋ合金中のＫ含有量を多くすれば、低融点物質の融点を下げることができる。したがって、Ｎａ−Ｋ合金中のＫ含有量の変更により、低融点物質の融点を容易に調整することができる。

（５）本発明の中空バルブは、上記（４）項に記載の中空バルブにおいて、前記低融点物質の融点が４０℃以上であることに特徴がある。

上述のとおり、Ｎａ−Ｋ合金中のＫ含有量が多くなれば、低融点物質の融点が下がる。一方、Ｎａ−Ｋ合金中のＫ含有量が多くなれば、Ｎａ−Ｋ合金が液体状態となったときの熱伝導率が下がる。そうすると、Ｎａ−Ｋ合金よりなる低融点物質を冷媒として採用した場合、低融点物質の融点を下げるべく、Ｎａ−Ｋ合金中のＫ含有量を多くすれば、液相冷媒の撹拌による熱交換作用が小さくなる。その点、Ｎａ−Ｋ合金よりなる低融点物質の融点が４０℃以上であれば、液相冷媒の撹拌による十分な熱交換作用が発揮される。

（６）本発明の中空バルブは、上記（１）〜（５）項のいずれか一つに記載の中空バルブにおいて、前記開動作設定温度及び前記閉動作設定温度が７０℃±５℃であることに特徴がある。

この構成によると、中空孔内の温度が７０℃±５℃の範囲にあるときに、温度感応開閉弁装置が開動作及び閉動作を行う。このため、中空孔内の温度が少なくとも６５℃以上になれば、温度感応開閉弁装置が開動作を行い、液相冷媒の撹拌による熱交換作用が発揮される。

したがって、本発明の中空バルブによると、内燃機関の始動時や低負荷運転時には燃焼室を速やかに昇温させることができ、かつ内燃機関の高負荷運転時にはバルブが過度に高温になることを防ぐことができる。

よって、エンジン始動時などで未燃焼ガスが増大することによるＨＣエミッションや燃費の悪化を抑えることが可能になる。また、バルブの熱損傷を抑えることが可能になる。

以下、本発明の中空バルブの実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の中空バルブは、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の中空バルブは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

（実施形態１）
図１〜図３に示される本実施形態の中空バルブは、軸部１と軸部１の下端に連設された傘部２とからなり、傘部２から軸部１にかけて形成された中空孔３を有している。

この中空バルブは、軸部１の上端部及び中間部を構成するステム体１０と、軸部１の下端部及び傘部２を構成する傘体２０と、傘体２０の下端面を構成する蓋体３０と、中空孔３内に収容された温度感応開閉弁装置４０と、中空孔３内に封入された冷媒５０とを構成要素とする。

ステム体１０、傘体２０及び蓋体３０は、いずれも耐熱鋼よりなる。ステム体１０は、ステム体１０の下端面からステム体１０の上端部付近まで延びる孔１０ａが形成されている。また、ステム体の下端部の内周面には孔１０ａの内径よりも大きな内径を有する凹段部１０ｂが形成されている。傘体２０には、下端面から上端面まで貫通する貫通孔２０ａが形成されている。

ステム体１０と傘体２０とは、ステム体１０の凹段部１０ｂに温度感応開閉弁装置４０を保持させてから、溶接により接合される。傘体２０と蓋体３０とは、ステム体１０と傘体２０とを接合し、かつ中空孔３内に冷媒５０を投入してから、溶接により接合される。

冷媒５０は、低融点物質よりなる。低融点物質としては、低融点合金又は低融点化合物を用いることができる。

冷媒５０に用いる低融点物質としては、融点が６５℃未満のものを用いることが好ましい。融点が６５℃以上の低融点物質を冷媒５０に用いると、中空孔３内の温度が６５℃以上になっても尚、冷媒５０が液相よりも高熱伝導となる固相であるため、熱伝導率の高い固相の冷媒５０を介する高熱伝導作用によりバルブからの放熱が大きくなる。

融点が６５℃未満の低融点合金として、例えば、Ｎａ−Ｋ合金、Ｂｉ−Ｐｂ系合金やＢｉ−Ｓｎ系合金を挙げることができる。Ｂｉ−Ｐｂ系合金としては、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｉｎ合金（例えば、融点が１９℃のＢｉ−２３％Ｐｂ−８％Ｓｎ−５％Ｃｄ−１９％Ｉｎ合金）やＢｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合金（例えば、融点が６１℃のＢｉ−２５％Ｐｂ−１３％Ｓｎ−１３％Ｃｄ合金）を挙げることができ、Ｂｉ−Ｓｎ系合金としては、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ合金（例えば、融点が６０℃のＢｉ−１９％Ｓｎ−１７％Ｐｂ−１１％Ｉｎ合金）を挙げることができる。これらの合金の中では、Ｋ含有量の変更により融点を容易に調整することができるＮａ−Ｋ合金を用いることが好ましい。

Ｎａ−Ｋ合金におけるＫ含有量を、例えば１７質量％としたとき融点が６５℃となり、２５質量％としたとき融点が５０℃となり、３２質量％としたとき融点が４０℃となり、また４４質量％としたとき融点が１９℃となる。

このため、Ｎａ−Ｋ合金におけるＫ含有量は、融点を６５℃未満にするべく１７質量％よりも多くすることが好ましい。

一方、冷媒５０に用いる低融点物質としては、融点が２０℃（室温）以上のものを用いることが好ましい。内燃機関の始動前は冷媒５０を構成する低融点物質が固相であり、かつ内燃機関が始動してから低融点物質が融解するようにするためである。

このため、Ｎａ−Ｋ合金におけるＫ含有量は、融点を２０℃以上にするべく４３質量％以下とすることが好ましい。

また、Ｎａ−Ｋ合金におけるＫ含有量が多すぎると、液相になったときに熱伝導率が低くなりすぎる。このため、液相になったときに熱伝導率を高く維持する観点より、Ｎａ−Ｋ合金におけるＫ含有量は、２５質量％以下にすることがより好ましい。

中空孔３は、軸部１の下方域における中空孔３内に収容された温度感応開閉弁装置４０により上室３ａと下室３ｂとに区画されている。温度感応開閉弁装置４０は、中空孔３内の温度に応じて開動作及び閉動作することにより、上室３ａと下室３ｂとの連通口４１ａを開放及び閉鎖する。

温度感応開閉弁装置４０は、有底筒状の筺体４１と、弁本体４２と、Ｎｉ−Ｔｉばね４３と、バイアスばね４４と、座金４５とを構成要素とする。なお、弁本体４２とＮｉ−Ｔｉばね４３とにより本発明における弁体が構成される。

筺体４１及び弁本体４２は、いずれも耐熱鋼よりなる。座金４５はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）よりなる。バイアスばね４４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）やばね鋼（ＳＷＰ−Ｂ等）よりなる。Ｎｉ−Ｔｉばね４３の一端は座金４５に固定され、Ｎｉ−Ｔｉばね４３の他端は弁本体４２に固定されている。バイアスばね４４の一端は座金４５に固定され、バイアスばね４４の他端は弁本体４２に固定されている。筺体４１と座金４４とは接着剤等により接合されている。

筺体４１の上壁には、中空孔３の上室３ａと下室３ｂとを連通する連通口４１ａが貫設されている。この連通口４１ａは、弁本体４２により開閉される。弁本体４２はバイアスばね４４により常に閉方向（連通口４１ａを閉鎖する方向）に付勢されている。座金４５には通孔４５ａが貫設されている。このため、連通口４１ａが開放されているときは、連通口４１ａ及び座金４５の通孔４５ａを介して、中空孔３内の上室３ａと下室３ｂとが連通される。

Ｎｉ−Ｔｉばね４３は、形状記憶合金としてのＮｉ−Ｔｉ合金よりなる。Ｎｉ−Ｔｉ合金は、Ｎｉ含有量を変更することにより相変態温度を調整することができる。

例えば、Ｎｉ−Ｔｉ合金におけるＮｉ含有量を５４．８〜５５．１質量％とすることで、形状回復温度（Ａｆ点：マルテンサイト相からオーステナイト相への逆変態終了温度）を７０℃とすることができる。また、Ｎｉ−Ｔｉ合金におけるＮｉ含有量を５４．９〜５５．２質量％とすることで、形状回復温度を６５℃とすることができ、Ｎｉ−Ｔｉ合金におけるＮｉ含有量を５４．７〜５５．０質量％とすることで、形状回復温度（Ａｆ点）を７５℃とすることができる。

ここに、温度感応開閉弁装置４０が開動作を行う開動作設定温度及び温度感応開閉弁装置４０が閉動作を行う閉動作設定温度は、この中空バルブの作動中における中空孔３内の温度変化範囲（室温（２０℃）〜７００℃程度の範囲）内の温度で、かつ冷媒５０の低融点物質の融点よりも高い温度に設定されている。

また、形状記憶合金としてのＮｉ−Ｔｉ合金よりなるＮｉ−Ｔｉばね４３が、Ｎｉ−Ｔｉばね４３が縮んで弁本体４２が連通口４１ａを開放している状態を示す図３に示される形状で形状記憶されている。また、バイアスばね４４は、外力が付与されていない自然状態で、バイアスばね４４が伸びて弁本体４２が連通口４１ａを閉鎖している状態を示す図２に示される形状よりも長いばね長を有する（図２に示される状態にあるバイアスばね４４は所定量圧縮されている）。さらに、バイアスばね４４のばね力は、Ｎｉ−Ｔｉ合金がマルテンサイト変態しているときのＮｉ−Ｔｉばね４３のばね力よりも大きい。

このため、中空孔３内がＮｉ−Ｔｉ合金の形状回復温度（Ａｆ点：例えば７０℃）以上の温度になって、Ｎｉ−Ｔｉ合金がオーステナイト相に逆変態してＮｉ−Ｔｉばね４３が形状記憶された形状に形状回復しているとき、このＮｉ−Ｔｉばね４３は、バイアスばね４４のばね力に抗して該バイアスばね４４を圧縮し、弁本体４２を開状態（連通口４１ａを開放している状態）に維持する（図３参照）。すなわち、中空孔３内の温度が昇温する過程でＮｉ−Ｔｉ合金の形状回復温度（Ａｆ点：例えば７０℃）以上の温度になると、Ｎｉ−Ｔｉ合金の逆変態によりＮｉ−Ｔｉばね４３が形状回復し、これにより弁本体４２が開動作して連通口４１ａを開放する。

一方、中空孔３内の温度がＮｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：例えば４８℃）以下であり、Ｎｉ−Ｔｉ合金がマルテンサイト変態してＮｉ−Ｔｉ合金の少なくとも一部がマルテンサイト相となって柔らかくなっているときは、Ｎｉ−Ｔｉばね４３のばね力はバイアスばね４４のばね力よりも小さく、Ｎｉ−Ｔｉばね４３はバイアスばね４４により伸張される。その結果、弁本体４２は、バイアスばね４４により付勢されて閉状態（連通口４１ａを閉鎖している状態）に維持される（図２参照）。すなわち、中空孔３内の温度が降温する過程でＮｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：例えば４８℃）以下の温度になると、Ｎｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態によりＮｉ−Ｔｉばね４３が柔らかくり、その結果バイアスばね４４の付勢力により弁本体４２が閉動作して連通口４１ａを閉鎖する。

なお、本実施形態では、Ｎｉ−Ｔｉばね４３を構成するＮｉ−Ｔｉ合金の形状回復温度（Ａｆ点：例えば７０℃）が温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度となる。また、Ｎｉ−Ｔｉばね４３を構成するＮｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：例えば４８℃）が温度感応開閉弁装置４０の閉動作設定温度となる。

したがって、本実施形態の中空バルブでは、中空孔３内の温度が温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度よりも低く、かつ冷媒５０を構成する低融点物質の融点より低いときは、温度感応開閉弁装置４０が中空孔３内の上室３ａと下室３ｂとの連通口４１ａを閉鎖しており、また、中空孔３内に封入された冷媒５０は固相として中空孔３内の下室３ｂ内に存在する。そして、中空孔３内の温度が冷媒５０を構成する低融点物質の融点よりも高くなると、冷媒５０が液化する。このとき、中空孔３内の温度が開動作設定温度に達していなければ、温度感応開閉弁装置４０は連通口４１ａを未だ閉鎖している。このため、中空孔３内の下室３ｂ内に存在する液相の冷媒５０が連通口４１ａを介して中空孔３内の上室３ａに移動することはなく、液相の冷媒５０が中空孔３内全体で撹拌されることはない。したがって、液相の冷媒５０の撹拌を介する熱流はバルブの軸部１の上端側へ続くことがなく途中で遮断される。その結果、液相の冷媒５０を介して、バルブの軸部１の上端側が接触するバルブガイド６（図１参照）からヘッド冷却水へ放熱されることを防ぐことができる。

よって、エンジンの始動時などで燃焼室の温度が低く、そのため中空孔３内の温度が温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度よりも低いときは、液相の冷媒５０を介してバルブの軸部１の上端側からバルブガイド６及びヘッド冷却水へ放熱されることがない。その結果、エンジンの始動時や低負荷運転時には燃焼室を速やかに昇温させることができる。

一方、中空孔３内の温度が上昇して温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度に到達すると、温度感応開閉弁装置４０は連通口４１ａを開放する。そうすると、既に液化しており中空孔３内の下室３ｂ内に在った液相の冷媒５０が連通口４１ａの開放と同時に連通口４１ａを介して中空孔３内の上室３ａに移動し、液相の冷媒５０が中空孔３内全体で撹拌される。したがって、燃焼室、バブルの傘部２、液相の冷媒５０、バルブの軸部１、軸部１の上端側が接触するバルブガイド６及びヘッド冷却水へと順に続く大きな熱流が速やかに発生する。

よって、エンジンの高負荷運転時などで燃焼室の温度が高く、そのため中空孔３内の温度が温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度よりも高いときは、中空孔３の全体で撹拌される液相の冷媒５０を介してバルブの軸部１の上端側からバルブガイド６及びヘッド冷却水へ放熱される。また、中空孔３内の温度が温度感応開閉弁装置４０の開動作設定温度よりも高くなれば、速やかに上記放熱が起こる。その結果、エンジンの高負荷運転時にはバルブが過度に高温になることを確実に防ぐことができる。

（実施形態２）
図４〜図７に示される本実施形態の中空バルブは、実施形態１の中空バルブにおける温度感応開閉弁装置４０の構造を変更したものである。

実施形態２における温度感応開閉弁装置４０は、有底筒状の筺体４１と、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６と、バイアスばね４４と、座金４５とを構成要素とする。すなわち、実施形態２における温度感応開閉弁装置４０では、実施形態１における温度感応開閉弁装置４０の弁本体４２及びＮｉ−Ｔｉばね４３の代わりに、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６を採用している。

Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６は、段階的に外径が縮小する略円錐台形状を呈している。Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６は、連通口４１ａを開閉する頂壁４６ａを有している。また、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６は、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６の内外（上下）を連通する複数の通孔４６ｂを側壁に有している。このため、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６の頂壁４６ａが連通口４１ａを開放しているときは、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６の複数の通孔４６ｂ及び座金４５の通孔４５ａ並びに連通口４１ａを介して、中空孔３内の上室３ａと下室３ｂとが連通する。

Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６を構成する形状記憶合金としては、実施形態１で説明したものと同様のものを用いることができる。

また、形状記憶合金としてのＮｉ−Ｔｉ合金よりなるＮｉ−Ｔｉ弁体４６は、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６が縮んで頂壁４６ａが連通口４１ａを開放している状態を示す図５に示される形状で形状記憶されている。また、バイアスばね４４は、外力が付与されていない自然状態で、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６が伸びて頂壁４６ａが連通口４１ａを閉鎖している状態を示す図４に示される形状よりも長いばね長を有する（図４に示される状態にあるバイアスばね４４は所定量圧縮されている）。さらに、バイアスばね４４のばね力は、Ｎｉ−Ｔｉ合金がマルテンサイト変態しているときのＮｉ−Ｔｉ弁体４６の発生力よりも大きい。

このため、中空孔３内がＮｉ−Ｔｉ合金の形状回復温度（Ａｆ点：例えば７０℃）以上の温度になって、Ｎｉ−Ｔｉ合金がオーステナイト相に逆変態してＮｉ−Ｔｉ弁体４６が形状記憶された形状に形状回復しているとき、このＮｉ−Ｔｉ弁体４６は、バイアスばね４４のばね力に抗して、連通口４１ａを開放する（図５参照）。すなわち、中空孔３内の温度が昇温する過程でＮｉ−Ｔｉ合金の形状回復温度（Ａｆ点：例えば７０℃）以上の温度になると、Ｎｉ−Ｔｉ合金の逆変態によりＮｉ−Ｔｉ弁体４６が形状回復し、これによりＮｉ−Ｔｉ弁体４６が開動作して連通口４１ａを開放する。

一方、中空孔３の温度がＮｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：例えば４８℃）以下であり、Ｎｉ−Ｔｉ合金がマルテンサイト変態してＮｉ−Ｔｉ合金の少なくとも一部がマルテンサイト相となって柔らかくなっているときは、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６の発生力はバイアスばね４４のばね力よりも小さく、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６はバイアスばね４４により伸張される。その結果、Ｎｉ−Ｔｉ弁体４６は、バイアスばね４４により付勢されて連通口４１ａを閉鎖する。すなわち、中空孔３内の温度が降温する過程でＮｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点：例えば４８℃）以下の温度になると、Ｎｉ−Ｔｉ合金のマルテンサイト変態によりＮｉ−Ｔｉ弁体４６が柔らかくり、その結果バイアスばね４４の付勢力によりＮｉ−Ｔｉ弁体４６が閉動作して連通口４１ａを閉鎖する。

その他の構成及び作用効果は前記実施形態１と同様であるため、その説明を援用して省略する。

実施形態１に係る中空弁の全体構成を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成を示し、温度感応開閉弁装置が閉状態にあるときの断面図である。 実施形態１に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成を示し、温度感応開閉弁装置が開状態にあるときの断面図である。 実施形態２に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成を示し、温度感応開閉弁装置が閉状態にあるときの断面図である。 実施形態２に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成を示し、温度感応開閉弁装置が開状態にあるときの断面図である。 実施形態２に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成要素である、弁体を示す斜視図である。 実施形態２に係る中空弁における温度感応開閉弁装置の構成要素である、弁体を示す平面図である。

符号の説明

１…軸部 ２…傘部
３…中空孔 ３ａ…上室
３ｂ…下室 ４０…温度感応開閉弁装置
５０…冷媒 ４１ａ…連通口
４２…弁本体（弁体） ４３…Ｎｉ−Ｔｉばね（弁体）
４４…バイアスばね ４６…Ｎｉ−Ｔｉ弁体

Claims (6)

1. 軸部と軸部の下端に設けられた傘部とからなり、該傘部から該軸部にかけて中空孔を有する中空バルブであって、
   前記中空孔内に封入され、低融点物質よりなる冷媒と、
   前記中空孔内に配設され、該中空孔内を上室と下室とに区画するとともに、該中空孔内の温度に応じて開動作及び閉動作することにより該上室と該下室との連通口を開放及び閉鎖する温度感応開閉弁装置と、を備え、
   前記温度感応開閉弁装置は、前記中空孔内が昇温する過程で開動作を行い、かつ該中空孔内が降温する過程で閉動作を行い、
   前記温度感応開閉弁装置が開動作を行う開動作設定温度及び該温度感応開閉弁装置が閉動作を行う閉動作設定温度が、前記中空孔内の温度変化範囲内の温度で、かつ前記低融点物質の融点よりも高い温度に設定されていることを特徴とする中空バルブ。
2. 前記温度感応開閉弁装置は、少なくとも一部が形状記憶合金よりなり前記連通口を開閉する弁体と、該弁体を閉方向に付勢するバイアスばねと、を備え、
   前記弁体は、前記バイアスばねの付勢力に抗する前記形状記憶合金の形状回復により前記開動作を行い、かつ、少なくとも一部の結晶構造がマルテンサイト相に相変態している該形状記憶合金が該バイアスばねの付勢力によって変形することにより前記閉動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の中空バルブ。
3. 前記低融点物質の融点が６５℃未満であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一つに記載の中空バルブ。
4. 前記低融点物質はＮａ−Ｋ合金よりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の中空バルブ。
5. 前記低融点物質の融点が４０℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の中空バルブ。
6. 前記開動作設定温度及び前記閉動作設定温度が７０℃±５℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の中空バルブ。

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