JPS6039914B2 - 電気的作動弁組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、互いに蓮通した入口孔及び出口孔と、前記入
口孔及び出口孔の間にある弁座と、前記弁座を閉じて前
記両孔間の蓮通を遮断する第一位置及び前記弁座から隔
遣されて前記両孔間の蓮通を開く第二位置の間を移動し
得る熱応敷サーモスタット弁装置と、前記熱応動サーモ
スタット弁装置を加熱して前記弁位置のうちの一方の位
置から他方の位置へ移動できるように通電及び不通電を
選択しうる電気加熱装置とを有する種類の電気的作動弁
組立体に関する。

従来の遠隔操作式の弁はほとんどがソレノイド等を備え
ていて信頼性が低く、全体的に寸法が大きく高価である
。

本発明の目的は遠隔位置から電気的に作動させることの
できる弁組立体を提供すること、時間遅れ弁として利用
でき、かつその遅れ時間が周囲温度の関数となるような
弁組立体を提供すること、冷却効果に応じて作動するこ
とのできる弁綬立体を提供すること、種々のハウジング
に内蔵したユニットとして据付けに便利なコンパクトの
カプセルに主な弁構成要素を組込んだ熱応動弁組立体を
提供すること、そして経済的に製作することができかつ
操作に信頼性のある弁組立体を提供することである。

本発明の他の目的及び特徴は後で部分的に明らかにしか
つ指摘する。本発明の構成は、前記した種類の電気的作
動弁組立体において、前記熱応動サーモスタット弁装置
を加熱して選択されたトリツプ温度まで加熱した時に一
方向に曲がった姿勢から反対方向に曲がった姿勢まで曲
がっている状態を急に変え且つ円板を選択され，たリセ
ツト温度まで冷却した時に前記反対方向へ曲つた姿勢か
ら前記一方向へ曲がった円板位置まで曲がっている状態
を急に戻す全体的に円形皿状のサーモスタット円板と、
前記円板が前記弁座の方へ曲げられて弁座に対して弁閉
鎖位置に前記円板を維持するに充分な力を加える前記第
一位債の方へ前記円板を押圧するばね装置と、前記円板
が前記第一位直にある時円板から離れ、該円板が第二位
置にあるとき、該円板の周縁に接触してその位置を保持
するように構成された接触部材とを有し、かつ前記電気
加熱装置は前記選択されたトリップ温度より低い温度に
おいて第一の低抵抗高熱発生状態及び前記選択されたト
リップ温度より高い温度において第二の高抵抗低熱発生
状態となる正の温度係数の抵抗率の自己安定性の電気抵
抗ヒータを有し、前記ヒー外ま通電された後前記高熱発
生状態に自己加熱されかつ前記サーモスタット円板を前
記選択されたトリップ温度まで加熱するため該円板と伝
熱関係に置かれており、そして該加熱装置があとで不通
電とされるまで、該円板を前記選択された弁位置に保持
するに充分な温度で前記低熱発生状態に安定するように
構成されたことを特徴とする。

このように構成された本発明の電気的作動弁組立体は次
のような作用及び効果を奏する。

すなわち、熱応動サーモスタット弁装置の円形皿状のサ
ーモスタット円板がその曲がっている状態を選択された
トリツプ温度において一方向に曲がった姿勢から反対方
向に曲がった姿勢まで急に変え、かつ次に円板がリセツ
ト温度まで冷却された時にその曲がった状態を元の姿勢
へ急に戻るようになっており、この円板が弁座、反作用
を受ける当綾部材、ばね及び通電可能な電気加熱装置と
組合されて作動可能な弁として作用する。すなわち自己
安定型の正の温度係数の抵抗率の電気抵抗ヒータがサー
モスタット円板と組合されており、ヒータが通電される
と円板の曲がった状態を急激に変えるに充分な熱を円板
に急激に伝達して弁作用を行なうように、円板に対する
ヒータの熱伝達特性とが選定され、ヒータは所定の熱量
を発生する安定温度において安定するが、この安定温度
でその低熱発生状態においてヒータは不通軍になるまで
円板をその作動された弁位置に保持するに充分な熱をサ
ーモスタット円板へ伝達し続け、ついで円板がその元位
置へ戻るようになつおり、このようにして前記した本発
明の目的を完全に達成すると共にコンパクトで簡単な構
造を有し且つ効率が高く選択的に作動し得る弁を提供す
ることができる。次に、図示した本発明の実施例を説明
する。添付図面を参照すると、全体的に番号１で表わさ
れた本発明による電気的作動弁組立体が示されており、
該弁組立体は全体的に番号３で示されたカプセルを包含
し、該カプセルは好ましくは電気的および熱的な伝導性
のよい金属でつくられており、その１つの面は（例えば
、第１図および第２図に示したような下面）には１つあ
るいはそれ以上の入口孔５を有し、カプセルの他の面に
は出口孔７を有しており、カプセル内では該孔間は運通
している（第２図の矢印参照）。出口孔７はその上に形
成された弁座９を有している。カプセル内には全体的に
番号１１で示された弁装置が設けられており、該弁装置
は弁座９と係合、分離するように可動的になっており、
入口孔と出口孔との間の蓮通を選択的に断つことができ
る。孔５と７とに対する“入口”、“出口”という呼称
は図示した弁組立体を説明するためのものであり、流体
は孔７を通って弁組立体内に入り、孔５を通って出てい
ってもよいことは理解できるであろう。さらに詳細にに
いうと、弁装置１１は全体的に円形をした、皿形のばね
仕掛け状のバイメタルサーモスタット円板１３を包含し
ており、該サーモスタット円板は温度変化に応じてその
第一位層即ち閉位置（第１図）と第二位置則ち開位置（
第２図）との間でその曲がり具合を急激に変え、第一位
暦においては円板は弁座９の方へ曲がり弁座と係合し、
これによって孔５と７との蓮通が断たれ、第二位置にお
いては円板は弁座から離れる方向に曲がり、孔５と７と
の間を流体が流れることができる。

カプセルの内部ではその１つの面（例えばその下面）と
円板との間にばねあるいは座金１５が設けられており、
円板がその閉位置にある場合には円板を弁座９に係合さ
せ、円板を弁座に対して閉位置に保持するために円板に
対して十分な力を加えるようになっている。弁組立体１
はさらにカプセル３の内面に対して熱伝達関係に固定あ
るいは接着された電気ヒーター７、好ましくは自己制御
型のヒータを包含しており、これによって該ヒータが電
気的に通電されると円板１３は所定のそり返り温度にま
で加熱され、この場合に円板はある位置から別の位置へ
その曲がり具合を急速に逆転されるであろう。

さらに詳しくいうと、ヒータ１７は電気抵抗材料ででき
た小球あるいは円板であり、好ましくはある種の濃液処
理されたバリウムチタンのような大きな正の温度係数（
ピー・ティー・シー）の低抗率の自己安定抵抗材料で形
成される。この材料の抵抗は比較的狭い温度領域内であ
る。“しきい温度”を越えると鋭く増加する。ピー・テ
ィー・シーヒータの詳しい説明は米国特許第３，４８９
９７６を参照されたい。カプセル３は全体的に円筒形状
にしており、黄銅あるいは他の適当な材料でできた第一
部分あるいはカップ型部分１９とカバー２１とを有して
いる。

部分１９はその内部に円筒状凹所２３を有しており、該
凹所は円板１３と波板ばね座金１５とを受け留めるよう
になっており、凹所の底部には入口孔５が位置している
。第１図ないし第３図に示したように、カバー２１はそ
の中心部出口孔７において穴２４を有し、また凹所２３
の中へのび込んだ肩部２５によって構成された外周緑部
を有し、該外周縁部は、円板がその第一位層即ち閉位置
にある場合に（第１図参照）円板１３の外周縁端から離
隔し、また円板が中心部を越えてその第二位贋即ち開位
置へ移動する場合に、円板の肩部が押し付けられる当綾
部材として作用する。円板１３は凹所２３よりも直径が
小さく、また第３図に示したように、肩部２５には２７
で示したような切り込みがいれられており、孔５から孔
７への流体の遍路となる（第２図の矢印を参照）。カバ
ー２１は全体的に平坦であり、該カバーの外周綾部の周
りでカップ型部分１９の部分を折り曲げてフランジ部２
８を形成することによってカップ型部分１９に対して密
封的に固定されている。第１図および第２図に示したよ
うに、弁座９はカバー２１の下側上において穴２４を取
囲む円形状隆起部２９によって構成され、弁装置１１は
出口孔７の近くで円板１３の表面に固定された、合成ゴ
ムのよう，な適当な幾らか弾性のある材料でできた弾性
的な可榛性円形パッド３０を包含する。該パッドは円板
１３の穴３２を通して挿入可能なボタン３１によって、
円板１３上の所定位置に保持される。該ボタンはパッド
３０と一体的になっており、最初は穴３２を容易に通る
ことのできる細長いタブ（図示せず）を有していてもよ
く、該タブは該穴を通してボタンを引くために引っ張ら
れる。ボタンが穴３２の中に挿入されると、ボタンはパ
ッドから切り離してもよい。弁装置１１の他の実施例が
第４図に示されており、カバー２１の穴２４の中には弾
性材料（例えば適当な合成あるいは天然ェラストマー）
でできたはと目部材３３が挿入されている。

はと目部材の面３４は弁座として作用する。円板１３は
その第一位層則ち閉位置にある時にははと目部材の面３
４と係合可能になっており、これによってカプセル内の
蓮通が断たれる。カプセル３は流体係統の中に連結する
ために、全体的に３５に示されたような各種ハウジング
の中に都合よく取付けられたりあるいは受け留められた
りする。

もっと詳しくいうと、ハウジング３５は好ましくは適当
な絶縁材料（例えば合成樹脂）でつくられた、２つの同
様なハウジング部分即ち半体３７ａ，３７ｂを包含する
。各ハウジング部分３７ａ，３７ｂはカプセル３の一部
分を受け留めるためにそれぞれその中に凹所３９ａ，３
９ｂを有し、また液体係統の流体源あるいは他の構成体
に連結するためのニツプル４１ａ，４１ｂを有する。各
ハウジング部分はまた、それぞれ、外部フランジ４３ａ
，４３ｂを有し、それらはカプセル３のフランジ２８と
密封的に係合するようになっている。このようにして、
流体（例えば空気）はカプセル３の孔５と７を通り、１
つのハウジング部分の凹所から他のハウジング部分の凹
所へ流れることができる。各ハウジング部分はまたそれ
ぞれ、電気端子４５ａ，４５ｂを有し、それらはそれぞ
れ４９ａ，４９ｂにおいてリベットによって該ハウジン
グに結合され、凹所３９ｂ内にはヒータ１７と係合する
ようになった連結アーム４７ｂが設けられ、また凹所３
９ａ内にはカバー２１と係合するようになった連結アー
ム４７ａが設けられ、これによってヒータ１７の電気回
路が構成される。ハウジング部分３７ａ，３７ｂが組立
てられ、凹所３９ａ，３９ｂ内にカプセルが受け留めら
れるとカップ型のカプセル部分１９は凹所３９ｂ内に位
置し、この凹所は入口孔５を運速した入口通路を構成し
、またカバー２１は凹所３９ａ内に受け留められ、該凹
所は出口孔７と蓬通した出口通路を構成する。もちろん
、カプセル３は同様なハウジング部分の中でさかさまの
位置にしても取付けることができる。円板１３は、バイ
メタルサーモスタット円板であり、所定の高い温度（即
ちトリツプ温度）にまで加熱されると、第２図に示され
た曲がり位置から、中心部を急激にそり返らせ、第１図
に示された反対側の曲がり位置に移る。

円板１３は互いに背と背を合わせた関係で接着された２
枚の金属層を有し、そのうちの１層は他層よりも大きな
熱膨脹係数を有している。第１図に示したように、円板
１３はその高膨脹側を弁座９から離れた側に配置しても
よく、この場合には円板が周囲温度状態にあると弁組立
体は普通閉じられ、ヒータ１７が通電されて円板がその
トリツプ温度にまで加熱されるると、円板は中央部がそ
り返って弁組立体を開く。円板は円板がリセット温度（
即ち、円板がその閉位置に戻る時の温度）以上に維持さ
れている限り、開いたままである。反対に、円板１３は
高膨脹側を升座９に近い方に配置してもよく、この場合
には円板がそのトリツプ温度以下にあると、弁組立体は
普通開いており、ヒータ１７が通軍されると、円板１３
は中心部がそり返って孔５と７との運遺を断つ。上述し
たように、ヒータ１７は好ましくは自己制御式のビー・
ティー・シーヒータであり、ある温度以下における第一
の、低抵抗で高い高熱発生状態と、該温度以上の温度に
おける第二の、高低抗で低い熱発生状態とを有する。

従って、ピー・ティー・シーヒータ１７が通電されると
、その温度はその第一の熱発生状態にある間は急速に上
昇し、これによって円板１３はそのトリップ温度にまで
急速に加熱される。ヒータがその遷移温度にまで到達す
ると、その抵抗は、比較的低い熱がヒータによって発生
されるような値に増加する。このようにして、ヒータは
ある安定状態になる。円板のトリップ温度は、ヒータが
高い熱発生状態となって円板がそのそり返り温度まで加
熱されるような温度であり、また円板の中心部がそり返
ると、ヒータは低い熱発生状態に入り、円板の温度をそ
のリセツト温度以上に維持する。従って、弁組立体１は
時間遅れ弁として機能し孔５と７との運適を開いたりあ
るいは閉じたりするのに、ヒータ１７の通電（又は切電
）と円板１３の作動との間に時間遅れ間隔が存在する。

弁組立体１の実際の時間遅れ間隔は各種の機能や状態に
よって左右され、そこにはヒータ１７の加熱特性、ヒー
タに加えられる電流、電圧、室温の状態、ヒータから円
板への熱伝達、およびカプセル３を流れる流体の加熱効
果あるいは冷却効果などがある。室温において円板が弁
座９から離れた第二位置にあるような（第２図参照）円
板１３を有し、所定の高いトリップ温度においてその中
心部が急激にそり返る弁組立体１に関していうと、ヒー
タ１７が通電された瞬間から円板１３がトリップ温度に
到達する瞬間までの間に第一の時間遅れが存在する。ま
た第二の時間遅れはヒータ１７が功露にされた時間と円
板１３がそのリセット温度以下にまで冷える時間との間
に存在し、該遅れ時間周期はいずれも周囲温度状態に依
存する。例えば、出口孔７を閉じるために円板をそのト
リップ温度にまで加熱し、与えられたヒータ特性とヒー
タに加えられる一定の電圧とを有するような弁組立体１
においては、円板をそのトリップ温度にまで加熱するの
に必要な時間は、第５図に示された曲線に従って、室温
とともに変化する。

７００Ｆ（２１，１００）の室温においては、円板はほ
ぼ同時にトリップ温度に到達し、００Ｆ（一１６，２℃
）においては円板をそのトリップ温度にまで加熱するの
に約２９砂かかることに気がつくであろう。

本発明による弁組立体１はヒータ１７の切電に対して遅
れ応答で操作することもでき、円板が所定温度にある場
合、円板は周囲温度状態によって定まる時間をおいてそ
のリセット温度にまで到達することがわかるであろう。
また、円板１３をその開位置において（第２図参照）リ
セット温度よりわずかに高い温度に維持することもでき
、この場合、弁組立体を通る空気流が増えると円板がリ
セット温度以下に冷却され、従って弁が閉じられる。こ
のようにして、本発明による弁組立体は冷却効果、ある
いは室温の変化を検知し、それに応答するような作用を
果すであろう。さらに、該弁組立体は遠隔位置からの電
気的通電を行なうのに特に有利である。上述したことか
ら、本発明の幾つかの目的は達成され、他の有益な結果
が得られるであろう。

上述した構造においては、本発明の範囲を逸脱すること
なく各種の変更を行ってもよく、上述の説明の中に含ま
れ、あるいは添付した図面の中に示された全てのものは
説明的なものとして解決すべきで限定的なものではない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は弁組立体の入口孔と出口孔との間の連絡を断つ
ために弁座と係合した第一位直にあるサーモスタット円
板を説明する。 本発明の弁組立体の縦断面図、第２図は弁座から離れた
第二位置にあるサーモスタット円板を説明する第１図に
類似した図、第３図は明確化のために幾つかの部分を省
略した第１図の線３一３からみた横断面図、第４図は本
発明の他の実施例を説明する拡大した部分断面図、第５
図は室温の関数としての弁組立体の時間遅れ操作のプロ
ット図である。図において、１・・…・弁組立体、３…
…カプセル、５…・・・入口孔、７…・・・出口孔、９
・・・・・・弁座、１１・・・・・・弁装置、１３・・
・・・・サーモスタット円板、１５・・・・・・ばね装
置、１７…・・・ヒータ、３５．．・．．・ハウジング
、３７ａ，ｂ・・・・・・ハウジング部分、４１ａ，ｂ
・・・・・・ニップル、４５ａ，ｂ・・・・・・電気端
子である。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互に連通した入口孔及び出口孔と、前記入口孔及び
   出口孔の間にある弁座と、前記弁座を閉じて前記両孔間
   の連通を遮断する第１位置及び前記弁座から隔置されて
   前記両孔間の連通を開く第二位置の間を移動しうる熱応
   動サーモスタツト弁装置と、前記熱応動サーモスタツト
   弁位置を加熱して前記弁位置のうち一方の位置から他方
   の位置へ移動できるように通電及び不通電を選択しうる
   電気加熱装置とを有する電気的作動弁組立体において、
   前記弁装置が選択されたトリツプ温度まで加熱した時に
   一方向に曲がつた姿勢から反対方向に曲がつた姿勢まで
   曲がつている状態を急に変え且つ円板を選択されたリセ
   ツト温度まで冷却したときに前記反対方向へ曲がつた姿
   勢から前記一方向へ曲がつた円板位置まで曲がつている
   状態を急に戻す全体的に円形皿状のサーモスタツト円板
   と、前記円板が前記弁座の方へ曲げられて弁座に対して
   弁閉鎖位置に前記円板を維持するに充分な力を加える前
   記第一位置の方へ前記円板を押圧するばね装置と、前記
   円板が前記第一位置にあるとき円板から離れ、該円板が
   第二位置にあるとき該円板の周縁に接触してその位置を
   保持するように構成された接触部材を有し、前記電気加
   熱装置は前記選択されたトリツプ温度より低い温度にお
   いて第一の低抵抗高熱発生状態級び選択されたトリツプ
   温度より高い温度において第二の高抵抗低熱発生状態と
   なる正温度係数の抵抗率を有する自己安定性の電気抵抗
   ヒータを有し、前記ヒータは通電された後記高熱発生状
   態に自己加熱されかつ前記サーモスタツト円板を前記選
   択されたトリツプ温度へ加熱するために該円板と伝熱関
   係に置かれており、そして該加熱装置が、あとで不通電
   とされるまで前記選択された弁位置に該円板を保持する
   のに充分な温度で前記低熱発生状態に安定するように構
   成されたことを特徴とする電気作動弁組立体。