JPH09105473A

JPH09105473A - リリーフ弁

Info

Publication number: JPH09105473A
Application number: JP28801995A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Oshima; 利幸大嶋
Original assignee: Piolax Inc
Current assignee: Piolax Inc
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: JP3207731B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度が低いときにはリリーフ圧が高くなり、
温度が高いときにはリリーフ圧が低くなるように調整で
きるリリーフ弁を提供する。【解決手段】流体の入口１３と出口１４とを有する弁
ケーシング１２の入口１３の内側に、前記入口１３に連
通する開口部２０を有する弁座１９をスライド可能に配
置する。この弁座１９の前記入口１３とは反対側に、前
記開口部２０を開閉する弁体２２を設ける。この弁座１
９を前記入口１３側に押圧する形状記憶合金製の弁座ば
ね１７と、前記弁体１９を前記弁座１９の開口部２０を
閉じる方向に押圧する弁ばね２３とを設け、前記入口１
３に連通する空間に、前記弁座１９の前記入口１３側の
面の少なくとも一部が露出して受圧されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度が所定
値以下のときには、リリーフ圧を大きくし、流体の温度
が所定値を超えると、リリーフ圧が小さくなるようにし
たリリーフ弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】形状記憶合金の特性を利用して、温度に
よって動作する各種の弁が提案されている。例えば特公
平２−４１６７９号には、図５に示すような温度応動弁
が開示されている。すなわち、弁ケーシング５１の一端
に流体の入口５２を形成し、他端に流体の出口５３を形
成し、入口５２に隣接して弁座６１を設け、この弁座６
１に対して弁体５５の弁頭６２を接離可能に配置する。
弁体５５の中間部は角柱状をなし、その外周と弁ケーシ
ング５１の内周との間を流体が通過できるようになって
いる。そして、複数の孔５９を有する隔壁５８を出口５
３に固着し、この隔壁５８と前記弁体５５の後端部との
間に形状記憶合金ばね５７を配置する。また、弁頭６２
と前記弁座６１との間にバイアスばね５６を配置して、
弁を構成したものである。

【０００３】この弁では、所定温度以下においては、バ
イアスばね５６の付勢力が形状記憶合金ばね５７の付勢
力に勝って、弁体５５を後方にスライドさせ、弁座６１
の開口部を開いて流体を入口５２から出口５３に流通さ
せる。また、所定温度を超えると、形状記憶合金の形状
復帰力により、形状記憶合金ばね５７の付勢力が、バイ
アスばね５６の付勢力に勝って、弁体５５を前方にスラ
イドさせ、弁座６１の開口部を弁頭６２で閉塞し、入口
５２から流体が流入することを阻止する。

【０００４】しかしながら、上記弁は、形状記憶合金の
形状復帰力を利用して、流体の温度に応じて弁を開閉動
作させるだけのものであり、しかも流体の温度が高いと
きに弁を閉じる作用をなすものである。

【０００５】ところで、例えば、エンジンの冷却オイル
供給管に取付けられるリリーフ弁においては、油温が低
いときには油の粘性が高く、そのため同じ供給油量でも
油圧が高くなる傾向があり、油温が高くなると油の粘性
が低くなって、おなじ供給油量でも油圧が低くなる傾向
があるので、一定のリリーフ圧で制御すると、油温が低
いときに、多量の油がリリーフされてしまい、エンジン
へのオイル供給量が不足してしまうという可能性があっ
た。このため、油温が低いときにはリリーフ圧が高くな
り、油温が高いときにはリリーフ圧が低くなるように調
整できるリリーフ弁の開発が望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、形状記
憶合金ばねを利用して、上記のような作用をもつリリー
フ弁を開発することは、まだあまり試みられていないの
が現状である。

【０００７】上記のようなリリーフ弁を開発しようとし
た場合、前記図５の弁の形状記憶合金ばねとバイアスば
ねとの配置を逆にして、図６に示すような弁を構成する
ことが考えられる。

【０００８】すなわち、図６に示す弁は、全体として筒
状をなす弁ケーシング７１の一方の端面に流体の入口７
２を形成し、側壁に流体の出口７３を形成し、他方の端
面を板７４で閉塞し、内部には、先端が球面状をなす弁
体７５を軸方向移動可能に配置している。そして、弁体
７５の後端外周にはフランジ７６を形成し、このフラン
ジ７６と弁ケーシング７１の入口７２側の端面との間
に、形状記憶合金ばね７７を介在させ、フランジ７６と
弁ケーシング７１の他方の端面の板７４との間にバイア
スばね７８を介在させて構成している。

【０００９】バイアスばね７８の付勢力Ｈ₂ は、形状記
憶合金ばね７７の付勢力Ｈ₁ よりも常時大きくなるよう
に設定し、弁体７５を入口７２の内面にＨ₂ −Ｈ₁ の力
で付勢するようにしている。形状記憶合金ばね７７の付
勢力Ｈ₁ は、形状記憶合金の変態点以下においては小さ
く、上記変態点を超えると形状記憶合金の形状復帰力に
よって大きくなるようにされている。

【００１０】図７は、バイアスばね７８の荷重Ｈ₂ 、形
状記憶合金ばね７７の荷重Ｈ₁ 及び温度の関係を示して
おり、バイアスばね７８の荷重Ｈ₂ は、温度が変わって
も一定であるのに対し、形状記憶合金ばね７７の荷重Ｈ
₁ は、変態点Ｔを境にして変化する。その結果、変態点
Ｔよりも低いところでは、弁体７５を入口７２の内面に
押し付ける出力荷重が図中Ａで示す差となり、変態点Ｔ
を超えたところでは、上記出力荷重が図中Ｂで示す差と
なる。これによって、変態点Ｔを境にして、リリーフ圧
を変化させることが可能となる。

【００１１】しかしながら、上記のような弁において
も、次のような問題があった。すなわち、弁体７５を入
口７２の内面に押し付ける出力荷重がＨ₂ −Ｈ₁ で求め
られるため、形状記憶合金ばね７７及びバイアスばね７
８の弾性力を厳密に調整しなければならず、特に形状記
憶合金ばね７７の弾性力は、形状記憶処理条件によって
ばらつきが生じやすいので、正確なリリーフ圧を得るこ
とが困難であるという問題があった。

【００１２】したがって、本発明の目的は、温度が低い
ときにはリリーフ圧が高くなり、温度が高いときにはリ
リーフ圧が低くなるように調整できるリリーフ弁であっ
て、形状記憶合金ばねの荷重精度がそれほど高くなくて
も、正確なリリーフ圧を得ることが可能なものを提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のリリーフ弁は、流体の入口と出口とを有す
る弁ケーシングと、この弁ケーシングの前記流体入口の
内側に、前記弁ケーシング内でスライド可能に配置さ
れ、前記流体入口に連通する開口部を有する弁座と、こ
の弁座の前記流体入口とは反対側に配置され、前記弁座
の前記開口部を開閉するように移動できる弁体と、前記
弁座を前記弁ケーシングの前記流体入口側に押圧する形
状記憶合金製の弁座ばねと、前記弁体を前記弁座の開口
部を閉じる方向に押圧する弁ばねとを備え、前記弁ケー
シングの前記流体入口に連通する空間に、前記弁座の前
記流体入口側の面の少なくとも一部が露出していること
を特徴とする。

【００１４】本発明のリリーフ弁によれば、形状記憶合
金製の弁座ばねは、その変態点以下の温度では、弾性力
が極めて小さい。このため、流体入口から流体が流入し
て、リリーフ圧以下ではあるが所定値以上の流体圧が弁
座にかかると、弁座ばね及び弁ばねの両方が圧縮され
て、弁座が弁ケーシングの流体入口とは反対側に移動す
る。したがって、この状態でのリリーフ圧は、圧縮され
た弁ばねを更に圧縮させるのに必要な圧力、すなわち高
い圧力となる。

【００１５】次に、流体の温度が高くなって、形状記憶
製の弁座ばねがその変態点を超えるまで加熱されると、
形状記憶合金の形状復帰力によって、弁座ばねの弾性力
が著しく高くなり、弁座を流体入口側に移動させて押し
付ける。その結果、弁ばねが伸長する。したがって、こ
の状態でのリリーフ圧は、伸長した弁ばねを圧縮させる
のに必要な圧力、すなわち低い圧力となる。

【００１６】このように流体の温度が低いときにはリリ
ーフ圧を高くし、流体の温度が高いときにはリリーフ圧
を低くすることができる。

【００１７】また、形状記憶合金製の弁座ばねは、その
変態点以下においては、弁座を流体入口とは反対側に移
動させることが可能となるように低い弾性力となり、そ
の変態点以上においては、弁座を流体入口側に押し付け
ることが可能となるように高い弾性力となるように、そ
の出力荷重を調整されればよく、リリーフ圧は、あくま
でも弁ばねの弾性力によって定まるため、形状記憶合金
製の弁座ばねの荷重精度はそれほど要求されないです
む。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１には、本発明によるリリーフ
弁の一実施例が示されている。図中（ａ）は温度が低い
状態での断面図、（ｂ）は温度が高い状態での断面図で
ある。

【００１９】すなわち、このリリーフ弁１１は、全体と
して筒状をなす弁ケーシング１２を有し、その一方の端
面には流体の入口１３が形成され、側壁には流体の出口
１４が形成され、他方の端面１５は閉塞されている。そ
して、弁ケーシング１２の内部には、入口１３側から拡
径部１６、中間部１７、縮径部１８が順次形成されてい
る。

【００２０】上記拡径部１６には、弁座１９が内壁に摺
接して移動可能に配置され、その中央部には、入口１３
よりも内径の小さな開口部２０が形成され、開口部２０
の下縁部はテーパ状に形成されている。弁座１９は、そ
の上端移動位置を弁ケーシング１２の端面に規制され、
下端移動位置を弁ケーシング１２の中間部１７に規制さ
れている。

【００２１】中間部１７には、上記弁座１９と縮径部１
８との間に、形状記憶合金製の弁座ばね２１が介装され
ており、弁座１９を弁ケーシング１２の入口１３側の端
面に向けて付勢している。この形状記憶合金製の弁座ば
ね２１は、伸長された形状に記憶処理され、変態点を超
えると、形状復帰力によって付勢力が高くなるようにさ
れている。なお、変態点は、リリーフ弁１１の用途に応
じて定められる。

【００２２】また、中間部１７には、ボール弁２２が、
上記弁座１９の開口部２０の下縁部に当接して配置され
ている。そして、このボール弁２２と弁ケーシング１２
の下方の端面１５との間に、弁ばね２３が介装されてお
り、この弁ばね２３によってボール弁２２は、弁座１９
の開口部２０の下縁部に押し付けられている。

【００２３】次に、このリリーフ弁１１の動作について
説明する。まず、流体が流れないときには、図１（ｂ）
に示すように、弁座１９が、弁座ばね２１及び弁ばね２
３の付勢力を受けて、弁ケーシング１２の入口１３側の
端面に押し付けられている。

【００２４】そして、形状記憶合金製の弁座ばね２１の
変態点以下の温度の流体が入口１３から流入し、リリー
フ圧以下ではあるが所定値を超える流体圧が弁座１９に
かかると、弁座ばね２１の弾性力が著しく小さいため、
弁座ばね２１及び弁ばね２３のいずれも圧縮されて、弁
座１９が入口１３とは反対側に移動する。

【００２５】弁座１９が弁ケーシング１２の入口１３側
の端面から一旦離れると、その受圧面積がＳ２からＳ３
に広がり、弁座１９は弁ケーシング１２の中間部１７に
突き当たるまで移動して、図１（ａ）に示す状態とな
る。

【００２６】その結果、弁ばね２３は、Ｌ₁ で示される
長さに圧縮され、ボール弁２２を押し下げるのに必要な
リリーフ圧は高くなる。なお、図中Ｓ１は、ボール弁２
２にかかる受圧面積であり、この面積Ｓ１は、常時変わ
らないので、リリーフ圧は、弁ばね２３の弾性力だけで
定まる。

【００２７】次に、流体の温度が上昇して、形状記憶合
金製の弁座ばね２１の温度がその変態点を超えると、形
状記憶合金の形状復帰力によって弁座ばね２１の弾性力
が著しく高くなり、弁座１９が弁ケーシング１２の入口
１３側の端面に押し付けられて、図１（ｂ）に示す状態
となる。

【００２８】その結果、弁ばね２３は、Ｌ₂ で示される
長さに伸長され、ボール弁２２を押し下げるのに必要な
リリーフ圧は低くなる。

【００２９】したがって、流体の温度が低いときはリリ
ーフ圧を高くし、流体の温度が高いときはリリーフ圧を
低くすることができる。

【００３０】また、弁座ばね２１の荷重をＦ１、弁ばね
２３の荷重をＦ２としたとき、変態点以下の温度におい
ては、Ｆ１＋Ｆ２が、Ｓ１＋Ｓ２にかかるリリーフ圧以
下の流体圧よりも小さくなるように、Ｆ１が設定されれ
ばよく、変態点を超える温度においては、Ｆ１＋Ｆ２
が、Ｓ１＋Ｓ３にかかるリリーフ圧以下の流体圧よりも
大きくなるように、Ｆ１が設定されればよい。

【００３１】したがって、弁座ばね２１の荷重精度は、
変態点以下では上記条件を満たす程度に十分に小さく、
変態点を超えると上記条件を満たす程度に十分に大きく
なるように調整されればよく、その製造は比較的容易で
ある。

【００３２】次に、図２を参照して、本発明によるリリ
ーフ弁の他の実施例を説明する。図中（ａ）は温度が低
い状態での断面図、（ｂ）は温度が高い状態での断面図
である。なお、図１と実質的に同一部分には、同符号を
付してその説明を省略することにする。

【００３３】このリリーフ弁３１も、全体として筒状の
弁ケーシング１２を有し、弁ケーシング１２の一方の端
面には流体の入口１３が形成され、側壁には出口１４が
形成され、他方の端面１５は閉塞されている。弁ケーシ
ング１２の内部は、入口１３の奥方で拡径し、そのまま
ストレートな筒状の空間をなすが、その閉塞端面１５側
の下半部にはスリーブ３２が挿入されて縮径されてい
る。スリーブ３２には、出口１４に連通する開口３２ａ
が形成されている。そして、この実施例の大きな相違点
は、弁座３３及び弁体３７の形状にある。

【００３４】図３には上記弁座３３の形状が示されてお
り、図中（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底
面図である。弁座３３は、円板状の台座３４を有し、そ
の中心部に開口部３５が設けられている。台座３４の下
面には、４本の支柱３６が垂下されており、これらの支
柱３６の内側に、上記弁体３７の上半部周面が摺接する
ようになっている。

【００３５】図４には上記弁体３７の形状が示されてお
り、図中（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）
は底面図である。弁体３７は、全体として円柱状をな
し、その中間よりやや下方よりにフランジ３８が形成さ
れている。また、周壁上方部分の２箇所に開口し、円柱
状の本体の中心部を通って下方に伸び、下端面に開口す
る流路３９が形成されている。

【００３６】再び図２を参照すると、形状記憶合金製の
弁座ばね２１は、上記弁座３３の台座３４の下面と、ス
リーブ３２の上端との間に介装されており、弁ばね２３
は、上記弁体３７のフランジ３８の下面と、弁ケーシン
グ１２の下方の端面１５との間に介装されている。

【００３７】このリリーフ弁３１においては、流体圧が
リリーフ圧以下のときには、弁体３７が、弁ばね２３に
よって、フランジ３８が弁座３３の支柱３６に当接する
まで押し付けられている。

【００３８】このリリーフ弁３１の動作は、前記実施例
のリリーフ弁１１と実質的に同じである。すなわち、形
状記憶合金製の弁座ばね２１の変態点以下の温度の流体
が入口１３から流入し、リリーフ圧以下ではあるが所定
値を超える流体圧が弁座３３にかかると、弁座ばね２１
の弾性力が著しく小さいため、弁座ばね２１及び弁ばね
２３のいずれも圧縮されて、弁座３３が入口１３とは反
対側に弁座ばね２１が密着するまで移動し、図２（ａ）
に示す状態となる。この状態では、弁ばね２３が圧縮さ
れているため、リリーフ圧が高くなる。

【００３９】次に、流体の温度が上昇して、形状記憶合
金製の弁座ばね２１の温度がその変態点を超えると、形
状記憶合金の形状復帰力によって弁座ばね２１の弾性力
が著しく高くなり、弁座３３が弁ケーシング１２の入口
１３側の縮径部に押し付けられて、図２（ｂ）に示す状
態となる。この状態では、弁ばね２３が伸長されるの
で、リリーフ圧が低くなる。

【００４０】なお、上記いずれかの状態で、リリーフ圧
以上の流体圧がかかったときは、弁体３７が押し下げら
れて、流体は、弁座３３の開口部３５を通り、支柱３６
の隙間を通って弁体３７の流路３９に流入し、流路３９
の下端開口から弁ケーシング１２の内部空間を通り、出
口１４から流出することになる。

【００４１】

【実施例】図２に示すリリーフ弁３１において、弁ケー
シング１２の入口１３の内径を４ｍｍ、入口１３の下方
の拡径部の内径を６５ｍｍ、弁座３３の開口部３５の内
径を３ｍｍとした。

【００４２】また、形状記憶合金製の弁座ばね２１の線
径を０．７ｍｍ、コイル径を５．３ｍｍ、自由長を９．
５ｍｍ、（ａ）の状態での長さを４．６ｍｍ、（ｂ）の
状態での長さを６．３ｍｍとし、その変態点を６０℃と
した。

【００４３】更に、弁ばね２３の材質をＳＵＳ３０４
ＷＰＢ、線径を０．４ｍｍ、コイル径を３．６ｍｍ、自
由長を２１ｍｍ、（ａ）の状態での長さを１３．４ｍ
ｍ、（ｂ）の状態での長さを１５．５ｍｍ、ばね定数を
０．０５とした。

【００４４】こうして得られたリリーフ弁３１に、流体
として水を流入させ、上記変態点以下の温度でのリリー
フ圧を測定したところ、５ｋｇｆ／ｃｍ² であった。ま
た、上記変態点を超える温度でのリリーフ圧を測定した
ところ、３．５ｋｇｆ／ｃｍ² であった。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
形状記憶合金の特性を利用して、流体の温度が所定値以
下のときには、リリーフ圧を大きくし、流体の温度が所
定値を超えると、リリーフ圧が小さくなるようにしたリ
リーフ弁を提供することができる。また、形状記憶合金
の荷重精度がそれほど高くなくても、正確なリリーフ圧
を得ることができ、設計及び製造が容易である。

【００４６】本発明のリリーフ弁は、上記特性を有する
ことから、例えばエンジンの冷却オイルの油圧制御弁、
トルクコンバータの油圧制御、給湯器のリリーフ弁な
ど、各種の用途に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリリーフ弁の一実施例を示す図であ
り、（ａ）は温度が低い状態での断面図、（ｂ）は温度
が高い状態での断面図である。

【図２】本発明のリリーフ弁の他の実施例を示す図であ
り、（ａ）は温度が低い状態での断面図、（ｂ）は温度
が高い状態での断面図である。

【図３】図２のリリーフ弁の弁座を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図であ
る。

【図４】図２のリリーフ弁の弁体を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は底面図
である。

【図５】従来の温度応動弁の一例を示す断面図である。

【図６】温度によってリリーフ圧が変化するようにした
リリーフ弁であって、本発明以外の例を示す断面図であ
る。

【図７】図６のリリーフ弁の形状記憶合金ばねとバイア
スばねの温度−荷重特性を示す図表である。

【符号の説明】

１１、３１リリーフ弁１２弁ケーシング１３流体の入口１４流体の出口１９、３３弁座２２ボール弁３７弁体２１弁座ばね２３弁ばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の入口と出口とを有する弁ケーシン
グと、この弁ケーシングの前記流体入口の内側に、前記
弁ケーシング内でスライド可能に配置され、前記流体入
口に連通する開口部を有する弁座と、この弁座の前記流
体入口とは反対側に配置され、前記弁座の前記開口部を
開閉するように移動できる弁体と、前記弁座を前記弁ケ
ーシングの前記流体入口側に押圧する形状記憶合金製の
弁座ばねと、前記弁体を前記弁座の開口部を閉じる方向
に押圧する弁ばねとを備え、前記弁ケーシングの前記流
体入口に連通する空間に、前記弁座の前記流体入口側の
面の少なくとも一部が露出していることを特徴とするリ
リーフ弁。