冷却液流量調整弁

【課題】弁を用いないので温度に対する応答性が良く、液温を高精度且つ、急速に制御することができるうえに、金型冷却装置に組込みが可能な冷却液流量調整弁を目的とする。
【解決手段】流入口４１ａと流出口４２ａを備えた弁本体４０部に流路を分岐させる連通孔４８を周壁に形成した筒体４３を嵌挿するとともに、分岐された流路の一方を常時開放される最小流量孔４７が形成される第１流路４４とし、分岐された流路の他方を液温が閾値以下のときバイアスばね５０の弾性力により密着巻き状態となって連通孔４８を閉塞し液温が閾値を越えて上昇するとバイアスばね５０の弾性力より高くなっていく弾性力によりコイルピッチを漸増的に拡張して連通孔４８を漸増的に開放する形状記憶合金製のコイルばね５２を巻装した第２流路４５としたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主にアルミダイカスト成形金型の冷却装置に用いて冷却液体の流量を液温に応じて制御する冷却液流量調整弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミダイカスト成形金型等の冷却装置は金型内に形成された冷却液孔に冷却液を循環供給させて金型の冷却を行うのが一般的であるため、長時間休止していた金型を起動した直後、金型温度と冷却液温度は成形に適しない低温となっている。低温のまま成形を行うと成形不良が発生するため、金型温度や冷却液温が成形に適した温度になるまでの数ショット、試し打ち成形を行わねばならなかった。金型の初期起動時に行われる試し打ち成形は大量の廃棄物を発生させることとなり、廃棄処理費用が嵩むというという問題があった。
【０００３】
冷却液の温度管理に、冷媒通路を開閉する弁を常時閉弁方向に付勢する第１のバネと、弁を開放方向に付勢する形状記憶合金からなる第２のばねとを設け、変態点温度以下の時は、第２のバネを第１のバネの付勢圧により縮小させて弁を閉じ、変態点温度以上の時は、第２のバネの付勢力により弁を開くものがある（例えば、特許文献１参照）。また、液温に応じて液流量の管理に、形状記憶合金製のばねと補助ばねにより保持される弁を入水温度が高いときには弁を開け出湯量を多くし、入水温度が低い時には弁を閉じ出湯量を少なくするものや、形状記憶合金バネとバイアスバネとのバランスにより絞り通路の開度を変更可能なバイパス絞り弁を設けたものがある（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００４】
しかし、これらのものはいずれも弁を用いるため、弁のもつ比熱によって温度変化に対する応答性が低下するという問題があるうえに、弁の摺動抵抗やゴミにより作動が遅れたり不安定になったり、弁の重さが慣性力として作用し弁の開閉動作に振動が発生しやすくリニアに制御することが難しく高精度の温度制御ができないうえに製造コストが上昇するという問題があった。そこで本出願人は形状記憶合金よりなるコイルを弁とするコイル弁を設けた流量調整弁を発明した（特許文献４参照）が、制御できる冷却液流量が少なく金型冷却装置に組み込むことは難しいという問題があった。
【特許文献１】特開平８−２９０４５２号公報
【特許文献２】特開平６−１４７６３９号公報
【特許文献３】特開２０００−８８３５０号公報
【特許文献４】特開２００５−３１５２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、弁を用いないので温度に対する応答性が良く、液温を高精度且つ、急速に制御することができるうえに、金型冷却装置に組込みが可能な冷却液流量調整弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流入口と流出口を備えた弁本体の内部に流路を分岐させる連通孔を周壁に形成した筒体を嵌挿するとともに、分岐された流路の一方を常時開放される最小流量孔が形成される第１流路とし、分岐された流路の他方を液温が閾値以下のときバイアスばねの弾性力により密着巻き状態となって連通孔を閉塞し液温が閾値を越えて上昇するとバイアスばねの弾性力より高くなっていく弾性力によりコイルピッチを漸増的に拡張して連通孔を漸増的に開放する形状記憶合金製のコイルばねを巻装した第２流路とした冷却液流量調整弁を基本とする。なお、前記した冷却液流量調整弁における、形状記憶合金製のコイルばねを押圧するバイアスばねの弾性力を変えてコイルばねの動作温度を調整するものとしたり、流出口に最大通過流量を調整自在とする絞り弁を設けたりすればより好ましいものとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、流入口と流出口を備えた弁本体の内部に流路を分岐させる連通孔を周壁に形成した筒体を嵌挿するとともに、分岐された流路の一方を常時開放される最小流量孔が形成される第１流路とし、分岐された流路の他方を液温が閾値以下のときバイアスばねの弾性力により密着巻き状態となって連通孔を閉塞し液温が閾値を越えて上昇するとバイアスばねの弾性力より高くなっていく弾性力によりコイルピッチを漸増的に拡張して連通孔を漸増的に開放する形状記憶合金製のコイルばねを巻装した第２流路としたから、開閉動作を行う弁が不要となり、弁を用いる場合のように、摩擦や弁の重さによる慣性力が作用して動作に遅れが生じたり、弁動作が安定せず収束に時間がかかることがないので、温度応答性が高く液温をリニア、且つ急速に制御することができる。
【０００８】
さらに、冷却液が流出するコイル間隔は連通孔全体にわたり均等に分散形成されるので、乱流の発生を抑えることができ、冷却液の流れを安定させることができる。このような冷却液流量制御弁を金型の冷却装置に用いるものとすれば、第１、第２流路を形成することにより金型冷却に必要な冷却液量を確保できるものとなるうえに、冷却液温を高精度、且つ迅速に制御できるので、成形不良品の発生を低減できるものとなる。また、温度センサや温度センサ用の電子回路を用いなくても温度管理ができるので、故障が生じ難く長期耐用できるうえに安価なものととなる。さらに、節水効果もありランニングコストを削減できるものとなる。
【０００９】
また請求項２のように、形状記憶合金製のコイルばねを押圧するバイアスばねの弾性力を変えてコイルばねの動作温度を調整するものとすれば、成形材料の違いや金型の形状の違い等による冷却液温の違いに対応でき、最適な冷却条件を容易に得ることができので、汎用性が高く種々の液温制御に用いることができる。
【００１０】
請求項３のように、流出口に最大通過流量を調整自在とする絞り弁を設けたものとすれば、成形材料の違いや金型の違いによる冷却液量の調整をきめ細かく行うことができ、節水効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の冷却液流量制御弁が組み込まれた金型冷却装置を図に基づいて詳細に説明する。
図９中、１は金型冷却装置であり、該金型冷却装置１は冷却回路２と、該冷却回路２と接続される冷却孔３０が形成される金型３とからなる。前記冷却回路２は冷却液タンク２０と、冷却液を吸上げるポンプ２１と、圧力調整弁２２と、流量調整弁２３と、流量計２４と、金型３の長細穴に嵌挿される冷却ピン２５と、金型３あるいは冷却ピン２５より排出される冷却液を通過させる本発明の冷却液流量調整弁２６とからなり、冷却液タンク２０よりストレーナ２８を介してポンプ２１により吸上げられる冷却液は、その圧および流量を圧力調整弁２２と流量調整弁２３とにより調整されたうえ金型３の冷却孔３０および冷却ピン２５に供給されて金型３を冷却するものである。冷却液流量調整弁２６は冷却ピン２５を介して長細穴を冷却して戻されてくる冷却液の流入量を制御しながら冷却液タンク２０に排出するものと、冷却穴３０を冷却して戻ってくる冷却液の流入量を制御しながら冷却液タンク２０に排出するものとが設けられている。
【００１２】
前記冷却液流量調整弁２６の第１の実施例は図１〜６に示されるように、流入口４１ａと流出口４２ａとが形成される弁本体４０には常時開放される第１流路４４と、流路の閉塞と流路の開度を調整自在とする第２流路４５とが分岐形成されている。弁本体４０の一端に形成される流入口４１ａは接続用の入口継手４１に形成され、弁本体４０の他端に形成される流出口４２ａは接続用の出口継手４２に形成されている。また、筒状の弁本体４０内には流入側の始端をばね受４３ａにより閉塞し、流出口４２ａに臨む流出側の終端を開口させ、周壁に連通孔４６が形成される筒体４３が嵌挿されている。前記ばね受４３ａは図２に示されるように、流入路を形成するための開口４３ｂが周縁に４箇所形成された円板状のものとしている。また、出口継手４２には図４に示されるように複数個の最小流量孔４７が形成されている。
【００１３】
前記第１流路４４は弁本体４０の中心孔と筒体４３の外周間に形成される環状孔４６と、該環状孔４６と連通する複数の最小流量孔４７とにより形成されるもので、図１、図６（コイルばね動作説明図）に示されるように流入口４１ａより流入した冷却液は環状孔４６、最小流量孔４７を経て流出口４２ａより排出される。また、第２流路４５は筒体４３の周壁に形成される複数の連通孔４８と、筒体４３の中空孔とにより形成されるもので、図５、図６に示されるように流入口４１ａから環状孔４６に流入した冷却液は筒体４３の連通孔４８を通じて筒体４３の中空孔に流入して流出口４２ａより排出されるものである。
【００１４】
前記した第２流路４５に設けられる流量調整手段４９は、排出されてくる冷却液温に応じて冷却液の流量を制御して金型温度を成形に適した温度に維持させるためのものであり、該流量調整手段４９は筒体４３の始端に嵌合されるばね受４３ａに基端を係止させて筒体４３に巻装されるバイアスばね５０と、該バイアスばね５０の先端にスライドばね受５１を介して基端を当接させるとともに先端を出口継手４２に当接させた形状記憶合金製のコイルばね５２と、筒体４３の周壁に複数形成される連通孔４８とからなる。
【００１５】
バイアスばね５０とコイルばね５２とは図７に示されるように、突き合せて釣り合い状態が維持されるもので、形状記憶合金製のコイルばね５２は液温が閾値以下のとき、バイアスばね５０の弾性力によりコイルを密着巻き状態として連通孔４８を閉塞できる長さを持つものであり、液温が閾値を越えて上昇する場合、コイルピッチを漸増的に拡張して連通孔４８の開口度を漸増的に拡大させるものである。連通孔４８の大きさとコイルばね５２の長さは金型３が必要とする最大冷却能力に基いて設定されるものとしている。
【００１６】
また、前記スライドばね受５１は筒体４３に嵌挿される短筒体よりなり、スライドばね受５１を介してコイルばね５２とバイアスばね５０とを当接させることにより、密着巻き状態のコイルばね５２の基端をシールして冷却液がコイルばね５２の基端から筒体４３との細隙に浸入することを防止するとともにバイアスばね５０とコイルばね５２との動きを円滑にする働きをもつものである。また、スライドばね受５１は設計変更等により連通孔４８の長さとコイルばね５２の長さが若干変わった際、その短筒体の長さを変更することによってコスト負担が大きい連通孔４８やコイルばね５２の設計変更を行うことなく寸法差を吸収することができる。
【００１７】
形状記憶合金製のコイルばね５２の横弾性係数は、図７に示されるように、約４０℃〜７０℃の温度範囲内で約１９６００ＭＰａ〜２４５００ＭＰａとし、４０℃以下の変態点以下で例えば約４９００ＭＰａの横弾性係数となるものとした場合、バイアスばね５０の横弾性係数を例えば１００００ＭＰａ程度としておけば、冷却液温４０℃以下でコイルばね５２は筒体４３に密着巻き状態となり連通孔４８を閉塞して第２流路４５を閉じる。しかし、冷却液温が４０℃を越えて上昇するとコイルばね５２の横弾性係数はバイアスばね５０の横弾性係数より大きくなるのでコイルピッチは漸増的に拡張されて連通孔４８の開度は拡がり第２流路４５は開かれ、冷却液温７０℃でコイルピッチが最大に拡張され流量は最大となる。
【００１８】
バイアスばね５０とコイルばね５２は突き合せて釣り合い状態が維持されるものであるため、図８に示されるように、バイアスばね５０の弾性力を変更することにより、コイルばね５２のコイルピッチが拡大される温度を４０℃から例えば４５℃に変更することができる。
【００１９】
このように構成されたものは、ダイカスト成形機を起動し、金型冷却装置１の金型３に冷却液を供給する。金型３より排出されてくる冷却液温度は大気温度と略同じで、ダイカスト成形温度としては低温すぎるので、流量調整手段４９の形状記憶合金よりなるコイルばね５２はバイアスばね５０の弾性力により密着巻き状態を維持することとなり、流入口４１ａより流入する冷却液は最小流量孔４７により絞られて最小流量が流出口４２ａより排出される。この状態で試し打ちのダイカスト成形を行えば金型３から排出される冷却液は少ないので、金型３内の冷却液温は溶湯により急速に上昇することとなる。
【００２０】
この試し打ちで金型３の冷却液温は急速にダイカスト成形に適した温度に達するので、その後は試し打ち成形を止めて本ダイカスト成形を行えばよく、試し打ち数を削減できるので試し打ち成形により発生する廃棄物量を大幅に削減できることとなる。そして、ダイカスト成形により冷却液温が例えば４０℃を越えると、形状記憶合金製のコイルばね５２の横弾性係数は約１９６００ＭＰａに上昇し、バイアスばね５０のもつ１００００ＭＰａの横弾性係数より大きくなるので、コイルばね５２は密着巻き状態からコイルピッチを拡大し始める。コイルばね５２のコイルピッチが拡大されるため筒体４３の連通孔４８との開口は拡大され冷却液の流出量は増加し始めることとなる。
【００２１】
コイルばね５２は約７０℃で横弾性係数を最大の２４５００ＭＰａとなり図５、または図６の下半部分に示されるようにコイルピッチは最大に拡張される。コイルピッチのこのような拡張に従って冷却液の流量は増加するので、金型３は確実に冷却されて過熱されることがない。
【００２２】
また、冷却液温が７０℃以下となるとコイルばね５２の横弾性係数は下がり始めるので、バイアスばね５０の弾性力によりコイルピッチは狭まり冷却液量は減少し金型３の冷却は抑えられることとなる。このように冷却液の流量を液温に応じて迅速、且つリニアに調整することができるので、金型３の温度を精度よくダイカスト成形に適した温度にでき、成形不良品の発生を抑えることができる。しかも無駄な冷却水を使用しないので節水効果も高くランニングコストを低減できる。
【００２３】
また図１０〜１７に示される流量調整弁の第２の実施例は、流量調整弁２６にバイアスばね５０への弾性力を変える調整機構７０と絞り弁６３とを組み込んだもので、調整機構７０によりバイアスばね５０の弾性力を変えてコイルばね５２の動作温度を調整自在とするとともに、流出口４２ａに設けた絞り弁６３により最大通過流量を調整自在とする点が第１の実施例と相違する。
【００２４】
次に、第２の実施例の流量調整弁２６を第１の実施例との相違点に基いて詳細に説明し、第１の実施例と同様の構成は説明を省略する。図１０に示されるように、一端に流入口４１ａが形成される接続用の入口継手４１を取り付け、他端に流出口４２ａが形成される接続用の出口継手４２を取り付けた筒状の弁本体４０内に流入側の始端をプラグ６０により閉塞するとともに、流出側の終端開口を流出口４２ａに臨ませた筒体４３を嵌挿させたものである。該弁本体４０には常時開放される第１流路４４と流路の閉塞と流路の開度を調整自在とする第２流路４５とが分岐形成されている。
【００２５】
前記、第２流路４５に設けられる流量調整手段４９は、金型３を冷却した後の冷却液温に応じて通過流量を制御して金型３の温度を急速且つ、リニアに所定温度に移行させるものであり、流量調整手段４９は筒体４３の始端部外周に嵌合される位置調整自在なばね受４３ａに基端が係止されるバイアスばね５０と、該バイアスばね５０の先端にスライドばね受５１を介して当接される形状記憶合金製のコイルばね５２と、筒体４３の周壁に形成される連通孔４８とよりなり、形状記憶合金製のコイルばね５２は液温が閾値以下のとき、バイアスばね５０の弾性力によりコイルを密着巻き状態として連通孔４８を閉塞できる長さを持つものであり、液温が閾値を越えて上昇する場合、コイルピッチを漸増的に拡張して連通孔４８の開口度を漸増的に拡大させるものである。連通孔４８の大きさとコイルばね５２の長さは金型３が必要とする最大冷却能力に基いて設定されるものとしている。
【００２６】
また、前記バイアスばね５０への弾性力を変える調整機構７０は、前記筒体４３の始端部にスライド自在に嵌合されるバイアスばね５０のばね受４３ａと、該ばね受４３ａの外面に先端縁を当接させて弁本体４０に螺挿される入口継手４１とからなり、調整機構７０としての入口継手４１の弁本体４０内へ螺挿量を調整することによりバイアスばね５２の弾発力を調整して形状記憶合金製のコイルばね５２が作動する温度を変更することができる。６１はばね受４３ａを入口継手４１に圧接させる支えばねであり、該支えばね６１によりばね受４３ａの動作を安定させて温度調整が確実に行われるようにしている。また、６２は入口継手４１に螺着される弛み止めナットであり、該弛み止めナット６２により入口継手４１を確実に動き止めすることによりばね受４３ａの位置が振動などによりずれることがないようにしている。
【００２７】
６３は絞り弁であり、該絞り弁６３は流出口４２ａと軸線を一致させることができる弁孔を形成した弁体の軸線を流出口４２ａと直交させて出口継手４２に嵌挿したもので、弁体を回転させることにより冷却液の最大通過流量を調整するものである。該絞り弁６３の弁孔は弁体の軸線と直交する方向に形成されているため、弁体を回転させることにより弁孔が流出口４２ａの軸線と一致する全開状態から弁孔が流出口４２ａの軸線から９０°回転した全閉状態に移行していく範囲内で開度を調整することができ、通過する最大流量が調整できるものとなっている。
【００２８】
このように構成された流量調整弁２６の調整機構７０は、図１６に示されるように、コイルばね５２の作動温度を変更する場合は、弛み止めナット６２を緩めたうえ、入口継手４１を回転させて弁本体４０への螺挿量を例えば、一点鎖線に示されるように移動させれば、バイアスばね５０は圧縮されて弾発力が変えられることとなる。
【００２９】
コイルばね５２は４０℃以下の変態点以下で、例えば４９００ＭＰａの横弾性係数をもっているため、バイアスばね５０の横弾性係数を１００００ＭＰａ前後とすることにより、冷却液温が４０℃を越えるとコイルばね５２は横弾性係数が１９６００ＭＰａとなり、バイアスばね５０の弾発力に抗してコイルばね５２はコイルピッチを拡張するものとなっているが、入口継手４１の弁本体４０への螺挿量が変わり、バイアスばね５０は圧縮されて横弾性係数が、例えば２００００ＭＰａとなることにより、コイルばね５２の作動開始温度を、例えば４５℃とすることができる。
【００３０】
なお、前記第１、２の実施例では、筒体４３の始端を閉塞し終端を開口させたものとしているが、筒体４３の始端を開口させ終端を閉塞させたものとしても良いことは勿論である。始端を開口させ終端を閉塞させた場合、最小流量を維持する第１流路４４を新たに別設する必要が生じることとなるが、筒体４３の閉塞された終端に最小流量孔４７を形成して第１流路４４を筒体４３内に形成すれば新たに別設する必要がなく安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】同じくＡ−Ａ側面図である。
【図３】同じくＢ−Ｂ側面図である。
【図４】同じくＣ−Ｃ側面図である。
【図５】同じく状態を異にして示す断面図である。
【図６】コイルばねの動作状態を示す説明図である。
【図７】バイアスばねとコイルばねとの釣合い状態を示すグラフである。
【図８】バイアスばねの横弾性係数を変えた場合における、コイルばねの動作温度の変遷を示すグラフである。
【図９】本発明の流量調整弁を組み込んだ金型冷却装置を示す正面図である。
【図１０】流量調整弁の第２の実施例を示す断面図である。
【図１１】同じくＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】同じくＥ−Ｅ断面図である。
【図１３】同じくＦ−Ｆ断面図である。
【図１４】同じくＧ−Ｇ断面図である。
【図１５】同じく状態を異にして示す断面図である。
【図１６】コイルばねの動作状態及びバイアスばねを圧縮して横弾性係数を変動させる状態を示す説明図である。
【図１７】バイアスばねとコイルばねとの釣合い状態においてバイアスばねの横弾性係数を変えた場合のコイルばねの動作温度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
40 弁本体
4１a 流入口
42a 流出口
43 筒体
44 第１流路
45 第２流路
48 連通孔
50 バイアスばね
52 コイルばね
47 最小流量孔
63 絞り弁

【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口を備えた弁本体の内部に流路を分岐させる連通孔を周壁に形成した筒体を嵌挿するとともに、分岐された流路の一方を常時開放される最小流量孔が形成される第１流路とし、分岐された流路の他方を液温が閾値以下のときバイアスばねの弾性力により密着巻き状態となって連通孔を閉塞し液温が閾値を越えて上昇するとバイアスばねの弾性力より高くなっていく弾性力によりコイルピッチを漸増的に拡張して連通孔を漸増的に開放する形状記憶合金製のコイルばねを巻装した第２流路としたことを特徴とする冷却液流量調整弁。
【請求項２】
形状記憶合金製のコイルばねを押圧するバイアスばねの弾性力を変えてコイルばねの動作温度を調整することを特徴とする請求項１に記載の冷却液流量調整弁。
【請求項３】
流出口に最大通過流量を調整自在とする絞り弁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却液流量調整弁。

【図１】