JPH01203777A - 自動開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、流体の流れを制御する自動開閉弁に関する。

（ロ）従来の技術 従来、かかる自動開閉弁としては各種形態ものが知られ
ており、例えば、ソレノイドを用いた電磁開閉弁や、モ
ータ駆動の電動弁等がある。

そして、かかる自動開閉弁は、センサや各種スイッチを
用いて、自動的に作動させることができる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる従来の自動開閉弁は、駆動源がソレノイ
ドやモータであるため、高精度の位置決めを行うことが
できず、流量制御を精密に行うことができなかった。

本発明は、上記問題点を解決することができる自動開閉
弁を提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、ケーシングの一側に一側流路を設けるととも
に、他側に他側流路を設け、一側流路を他側流路と連通
し、同連通部に弁体を開閉自在に取付け、同弁体を微小
距離無段階駆動式アクチュエータによって駆動可能とし
、かつ同アクチュエータのプランジャーの先端に、受圧
面積を小さくした縮径先端部を形成したことを特徴とす
る自動開閉弁に係るものである。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステンピングリニャモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波モータ（回転式）と回転ねじの組み合わせ、
ステッピングモータ（回転式）と回転ねじとの組み合わ
せ等をいう。

（ホ）作用及び効果 以上述べてきた構成により、本発明は、以下の作用及び
効果を奏する。

■微小距離無段階駆動式アクチュエータによって弁体を
駆動可能に構成したので、例えば、μｍオーダ或いはサ
ブμｍのオーダによって弁体を進退することができ、精
密な流量調整を行うことができる。

■微小距離無段階駆動式アクチュエータによって弁体を
駆動可能に構成したので、アクチュエータと弁体との間
に減速機構を介在させなくてもよく、自動開閉弁の全体
構造を著しくコンパクトにすることができる。

■プランジャの先端に受圧面積を小さくした縮径先端部
を形成したので、プランジャにかかるスラスト力を可及
的に小さくすることができ、プランジャを正確に駆動す
ることができる。従って、自動制御弁の駆動をより正確
かつ精密に行うことができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説す
る。

第１図において、ｌＯは自動開閉弁Ｃの本体を構成する
５字筒形状のケーシングであり、同ケーシング１０は、
内部に一側流路１１を形成する流入側管１２と、内部に
他側流路１３を形成する流出側管１４とから構成されて
いる。

そして、流入側管１２はその上端を端壁１２ａによって
閉塞するとともに、その一側止部側壁１２ｂに開口１５
を設けており、また、同開口１５には、ダイヤフラム弁
からなる弁体１６が取付けられている。

一方、流出側管１４は、その基端側筒状部１４ａを貫通
して、上記開口１５まで伸延しており、その先端を弁体
１６に接離自在に当接している。

かかる構成によって、後述する圧電アクチュエータＡを
駆動して弁体１６を開閉することによって、流入側管１
２内に形成した一側流路１１と流出側管１４内に形成し
た他側流路１３とを連通連結したり遮断することができ
る。

なお、一側流路１１は、その外側開口端を給水配管１７
と連通しており、他側流路１３は送水管１８と連通して
いる。

また、ケーシング１０の一側側壁１２ｂには、弁体１６
と同軸的に、微小距離無段階式アクチュエータの一つで
ある圧電アクチュエータＡが取付られており、同アクチ
ュエータＡを駆動することによって、弁体１６を開閉す
ることができる。

そして、各圧電アクチュエータＡは、本実施例では、第
１図に示すように、前後壁ａ、ｂを具備する筒状のアク
チュエータケーシングＣ内に、同心円的にかつ軸線に沿
って進退自在にプランジャｄを取付け、同プランジャｄ
の先端を弁体１６の後部と当接自在となし、さらに、プ
ランジャｄの外周面上に、同心円的に、４つの圧電素子
ｅ＋Ｌｇ＋ｈからなる圧電素子組立体Ｂを配設すること
によって構成している。

また、図示の実施例において、圧電素子ｇ、ｈは、アク
チュエータケーシングＣの中央部に配設されており、ア
クチュエータケーシングＣに基端を固定した保持具Ｈの
先端に固着されている。

また、ｉ、ｊ　はその基端を圧電素子ｇ、ｈに固着する
とともにその先端を前後壁ａ、ｂに向けて伸延する片持
ち梁状の弾性ブリッジである。

そして、同弾性ブリッジｉ、ｊ　の先端は、その外周面
に圧電アクチュエータｅ、ｆを取付けるとともに、その
内周面に、ブレーキシューに、ｌを固着している。

そして、この圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、電源をオフし
た際に縮むように構成されている。

即ち、圧電素子ｅｌｆは、通電状態では伸びてその内径
を拡径してプランジャｄのクランプを解除するとともに
、通電していない状態では縮んで内径を縮径してプラン
ジャｄをクランプする。

一方、圧電素子ｇ、ｈは、通電状態ではプランジャｄ上
を軸線方向に伸びた状態にあり、通電していない状態で
は、プランジャｄ上を軸線方向に縮み、その軸線方向の
全長を短くすることになる。

そして、プランジャｄは、かかる４つの圧電素子ｅ＋ｆ
＋ｇＪへの電圧印加手順を後述する制御装置Ｃによって
制御することにより、軸線方向に移動することができる
。

圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、第１図及び第２図に示すよ
うに、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯方向に積
層して形成した円筒状の素子で、円筒の両端に電極が設
けられており、この両端に電圧を印加することにより、
伸びるように構成されている。

なお、圧電素子片は、例えば、圧電セラミックスを用い
ることができ、かかる圧電セラミックスとしては、ＡＢ
Ｏ３ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料であ
ってＰＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ。

Ｔｔ）０３）系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）
０３　）、ＰＴ　（ＰｂＴｉＯ３）系、あるいはＰＺＴ
を基にした３成分系のものを用いることができる。

また、圧電素子ｅ＋　ｆ　ｔ　Ｌ　ｈは、第３図に示す
ように、多数の薄肉リング状の圧電素子片をプランジャ
ｄの軸芯廻りに軸線方向に積層して形成することもでき
る。この場合、電圧の印加方向を９０度変えることにな
る。

また、第１図において、ｍはアクチュエータＡの水密性
を高めるために設けた摺動抵抗の小さいＵパツキンであ
る。

なお、上記構成において、圧電素子”＋ＬｇＪは、円形
断面のみでなく、例えば、矩形断面等とすることもでき
、また、第４図及び第５図に示す如く、分割片から形成
することもできる。

また、プランジャｄは、ブレーキシューに、ｌによって
多数回クランプされるものであるため、線膨張係数が小
さく、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく
、さらに、加工精度が高いものが望ましく、例えば、セ
ラミック素材としたものが考えられる。

さらに、本実施例では、圧電アクチュエータＡは、その
後壁すの中央であって、プランジャｄと対向する個所に
、手動復帰ボタンｐを取付けている。そして、同手動復
帰ボタンｐは、押圧することによってその前面が前方に
突出してプランジャｄの後端に当接し、プランジャｄを
圧電素子ｅ、ｆのクランプ力に抗して前方向に押圧移動
することができる。

従って、停電時等において、プランジャｄが自動開閉弁
Ｂの弁部を開けた状態で停止した場合には、速やかに手
動復帰ボタンｐを押して完全に自動開閉弁Ｃを閉じるこ
とができる。

また、本実施例では、プランジャｄは、その先端に縮径
先端部ｑを形成しており、同先端部ｑは、その端面面積
（受圧面積）を、プランジャｄの断面積より著しく小さ
いものとしている。

なお、縮径先端部ｑの先端には、弾性体が取付けられて
いる。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャｄが受けるスラス
ト力を最小にすることができ、プランジャｄの駆動への
スラスト力の影響を最小にすることができ、圧電アクチ
ュエータＡの正確な駆動が可能となる。

また、プランジャｄの段部を、プランジャｄが一定距離
前方向に移動した状態（例えば、全閉１或いはそれより
僅かに進んだ位置）で前壁ａの後面と当接するようにし
ておけば、プランジャｄのそれ以上の前進を規制でき、
過度の前進に起因する開閉弁のダイヤフラム等の損傷を
確実に防止することができる。

また、第６図に、上記圧電アクチュエータＡを制御する
ための制御装置Ｃの構成を示している。

図示するように、制御装置Ｃは、マイクロプロセッサｒ
と、入出力インターフェースｓ、ｔと、上記圧電素子ｅ
１ｆ＋Ｌｈの駆動順序プログラムを記憶したメモリＵと
から構成される。

ついで、かかる構成を有する圧電アクチュエータＡによ
るプランジャｄの移動について、第７図〜第９図を参照
して説明する。

第６図に示すように、アクチュエータ駆動ボタンＶを押
すと、制御装置Ｃが、メモリＵから読み出した駆動順序
プログラムに従って、第７図に示すように、圧電素子ｅ
の電圧の印加を解除してその内径を縮径してプランジャ
ｄをクランプさせるとともに、圧電素子ｆに電圧を印加
してその内径を拡径してプランジャｄのクランプを解除
する。

次に、第８図に示すように、圧電素子ｇ、ｈに電圧を印
加して伸ばすと、圧電素子ｅ、ｆが矢印方向に移動し、
これに伴って圧電素子ｅがクランプするプランジャｄも
矢印方向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子ｅに電圧を印加
してその内径を拡径してプランジャｄのクランプを解除
するととともに、圧電素子ｇ＋ＦｌＯ印加電圧を解除す
ると、圧電素子ｇ＋１１は矢印方向に縮み、プランジャ
ｄはさらに矢印方向に伸びる。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャｄ
を、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロークで尺
とり生状に移動することができ、各種装置や機械等の精
密に動作させることができる。

しかして、本実施例では、上述したように、圧電アクチ
ュエータＡのプランジャｄは、その先端に縮径先端部ｑ
を形成しているので、プランジャｄが受けるスラスト力
を最小にすることができ、プランジャｄの駆動へのスラ
スト力の影響を最小にすることができ、圧電アクチュエ
ータＡの正確な駆動が可能となる。

ついで、上記構成を有する自動開閉弁りの作動を、第１
図を参照して説明する。

即ち、所望の制御部または操作部を作動して、自動開閉
弁の圧電アクチュエータＡを作動させると、弁体１６が
設定開度で開閉して、一側流路１１から他側流路１３へ
設定流量の流体を流すことになる。

そして、かかる作用において、本実施例においては、弁
体１６は圧電アクチュエータＡによって作動するように
しているので、流量制御を確実かつ精密に行うことがで
きる。

さらに、本実施例では、上述したように、圧電アクチュ
エータＡのプランジャｄは、その先端に縮径先端部ｑを
形成しているので、圧電アクチュエータＡの正確な駆動
が可能となり、流量制御をさらに確実かつ精密に行うこ
とができる。

以上述べてきた如く、本実施例は、以下の作用及び効果
を奏する。

■圧電アクチュエータＡによって弁体２０を駆動可能に
構成したので、電圧の印加回数に応じて、μｍオーダ或
いはサブμｍのオーダによって弁体２０を進退すること
ができ、精密な流量調整を行うことができる。

■圧電アクチュエータＡによって弁体２０を駆動可能に
構成したので、アクチュエータＡと弁体２０との間に減
速機構を介在させなくてもよ（、自動開閉弁の全体構造
を著しくゴンパクトにすることができる。

■圧電アクチュエータＡのプランジャｄは、その先端に
縮径先端部ｐを形成しているので、水圧等を受ける受圧
面積を小さくでき、圧電アクチュエータＡの正確な駆動
が可能となり、流量制御をさらに確実かつ精密に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動開閉弁の内部構造を示す断面
側面図、第２図は第１図ＩＩ線による横断面図、第３図
〜第５図は他の実施例に係る圧電素子の横断面図、第６
図は制御装置の構成説明図、第７図〜第９図は圧電アク
チュエータの作動状！：、説明図である。 図中、 Ａ：圧電アクチュエータ Ｂ：圧電素子組立体 Ｃ：自動開閉弁 １０：ケーシング　　　　１１ニー側流路１３：他側流
路　　　　　１６：弁体 ｄニブランジャ ｑ：縮径先端部 特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ケーシング（１０）の一側に一側流路（１１）を設
   けるとともに他側に他側流路（１３）を設け、一側流路
   （１１）を他側流路（１３）と連通し、同連通部に弁体
   （１６）を開閉自在に取付け、同弁体（１６）を微小距
   離無段階駆動式アクチュエータによって駆動可能とし、
   かつ同アクチュエータのプランジャー（ｄ）の先端に、
   受圧面積を小さくした縮径先端部（ｑ）を形成したこと
   を特徴とする自動開閉弁。