JPH0285587A - 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、止水栓や湯水混合栓等のように流体を制御す
る開閉弁として有効に用いることができる自動開閉弁に
関する。

（ロ）従来の技術 第６図は、特公昭４９−４４２３号公報に記載されてい
る従来のパイロット式電磁弁からなる自動開閉弁の断面
図である。

弁Ｎ５０内には、流入路５１と流出路５２間に、主井孔
５３が形成され、主井孔５３の上端開口周縁に設けた主
弁座５４上には、主井孔５３を開閉するリテイナー５５
付のダイヤフラム５６が当接ないし接離自在に配設され
ている。

そして、リテイナ−５５の中央には、縦長のパイロット
井孔５７が形成され、ダイヤフラム５６の背部に設けた
ダイヤフラム背室５８と流入路５１間には、パイロシト
井孔５７より小径のブリード孔５９が形成されている。

パイロット井孔５７上には、ソレノイド６０で駆動され
るプランジャ６１が配設され、プランジャ６１の下端に
取付けられた弁体６２で、パイロシト井孔５７の開閉が
行われる。

かかる構成において、ソレノイド６０が非通電となり、
プランジャ６１がコイルバネ６３で押し下げられて、弁
体６２がパイロット井孔５７の弁座に当接し、同パイロ
ット井孔５７を閉止すると、流入路５１−ブリード孔５
９−ダイヤフラム背室５８の経路で、流体がダイヤフラ
ム背室５８に流入し、流入した流体圧でダイヤフラム５
６が主弁座５４に押し付けられ、主井孔５４が閉しる。

また、図の閉止状態において、ソレノイド６０が通電さ
れ、プランジャ６１がコイルバネ６３に抗して鉄心６４
に吸引されると、弁体６２がパイロシト井孔５７の弁座
から離隔して、同パイロット井孔５７が開く。すると、
ダイヤフラム５６中の流体が、同パイロット井孔５７を
通過して流出路５２側に流出する。

このとき、ブリード孔５９の径よりパイロシト井孔５３
の径が大きいので、ダイヤフラム背室５８への流入量よ
り流出量が多くなり、ダイヤフラム背室５８中の圧力が
低下する。その結果、流入路５１から流入した流体の圧
力で、ダイヤフラム５６が押し上げられ、ダイヤフラム
５６が主弁座５４から離隔して、主井孔５３を開く。

（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、未だ、以下の問題
点を有していた。

即ち、第６図に示すように、主井孔５３の開閉を制御す
るパイロット井孔５７は、ダイヤフラム５６と一体をな
すリテイナ−５５の中央部に形成されており、かかる主
井孔５３の開閉制御は、プランジャ６１の先端に設けた
弁体６２を直接リテイナーｒに当［妾することによって
行っている。

従って、パイロット井孔５７を開閉するためには、プラ
ンジャ６１を、ダイヤフラム５６と同一リフト量ないし
ストロークだけ昇降しなければならない。

例えば、ダイヤフラム５６のリフト量がｌＩｎｌ１１必
要な場合、プランジャ６１も１ＰＡＩ１１だけリフトし
なければならない。

そのため、プランジャ６１の駆動ストロークが長くなり
、それだけ消費エネルギーも大きなものとなっていた。

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、弁箱内に設けた流入路と流出路との間にダイ
ヤフラム弁を開閉自在に介設し、同ダイヤフラム弁の背
面にダイヤフラム背室を形成してなる自動開閉弁におい
て、流入路とダイヤフラム背室との間にブリード孔を穿
設し、同ブリード孔を通して両者を連通し、かつ、ダイ
ヤフラム背室と流出路とを、弁箱内でダイヤフラム背室
を迂回して形成したパイロット流路を介して連通し、さ
らに、ダイヤフラム背室とパイロット流路の連通部分に
パイロシト井孔を設け、同パイロット井孔をプランジャ
の先端により開閉するべく構成してなる自動開閉弁に係
るものである。

また、本発明は、ダイヤフラム弁の背面側にダイヤフラ
ム室内杆を突設し、同ダイヤフラム案内杆をダイヤフラ
ム背室の側壁に形成したダイヤフラム案内溝内に遊嵌す
るべく構成したことにも特徴を有するものである。

（ホ）作用及び効果 以北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。

即ち、本発明では、ダイヤフラム背室と流出路とを、ダ
イヤフラム背室を迂回したバイロフト流路を介して連通
し、さらに、ダイヤフラム背室とパイロット流路の連通
部分にパイロット井孔を設け、同パイロット井孔をプラ
ンジャの先端により開閉するべく構成している。

このように、本考案では、プランジャが直接ダイヤフラ
ム弁に当接接触するのを防止することができるので、プ
ランジャをパイロット井孔の開閉に必要なわずかなリフ
ト量だけ昇降すれば、同開閉によってダイヤフラムを十
分なストロークでリフトすることができ、主井孔を十分
な量で開閉することができる。

従って、プランジャのストローク量を最小限にすること
ができるのて、アクチュエータの消費エネルギーを著し
く低減することができる。

また、外部パイロット方式としたため、プランジャにか
かるスラスト力は、止水時は、パイロット井孔のロ径×
ダイヤフラム背室の圧力となるので極めて小さくなり、
プランジャの先端に流体圧がかからなくなるため、スラ
スト力が発生しない。

従って、１ランジヤには最小の保持力とスラスト力とを
与えればよく、この点からも、アクチュエータの消費エ
ネルギーを最小限にすることができる。

さらに、グイ、ヤフラム昇降案内溝内に、ダイヤフラム
昇降案内杆を昇降自在に遊嵌し、昇降動におけるダイヤ
フラムの横振れを確実に防止することができるので、全
閉位置と全開位置との間の中間開度位置においてもダイ
ヤプラム弁の開度を保持することができ、安定した流量
調整を行うことができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を具体的
に説明する。

第１図に示す自動開閉弁Ａにおいて、１０は弁箱であり
、それぞれ両側に、−次側配管１１と二次側配管１２と
連通連結する流入路１３と流出路１４とを設けている。

また、弁ｎ１０内において、流入路１３と流出路１４と
の間には、主井孔１５が形成され、主井孔１５の上端開
口周縁には主弁座１６が形成されている。

そして、主弁座１６上には、主井孔１５を開閉するリテ
イナ−１７とダイヤフラム１８とからなるダイヤフラム
弁が当接ないし接離自在に配設されている。

そして、主弁座１６の上方にはダイヤフラム背室１９が
形成されており、同ダイヤフラム背室１９は、ダイヤフ
ラム１８の周縁部に設けたブリード孔２０を介して流入
路１３と連通している。

また、ダイヤフラム背室１９の上部には、隔壁２１を介
して外部パイロット室２２が形成されている。

そして、同隔壁２１の中央部には、下方に向けて開口し
たダイヤフラム昇降案内溝２３が形成されており、同昇
降案内溝２３内には、リテイナー１７の上面に設けた昇
降案内杆２４がＥｌ嵌状態に嵌入されている。

そして、同昇降案内溝２３の直上をなす隔壁２１の部分
には、ダイヤフラム背室１９と外部パイロット室２２と
を連通ずるパイロット井孔２５が穿設されている。

従って、ダイヤフラム背室１９は、昇隣案内溝２３と昇
降案内杆２４との間に形成された環状間隙及びパイロッ
ト井孔２５とを通して外部パイロット室２２と連通ずる
ことになる。

なお、外部パイロット室２２はバイパス流路２９によっ
て流出路１４ないし二次側配管１２と連通しており、外
部パイロット室２２とバイパス流路２９とによってパイ
ロット流路が形成されることになる。

さらに、第１図において、２６はリテイナ−１７の上面
と隔壁２１との間に介設した圧力調整用スプリングであ
り、常時ダイヤフラム１８を主井孔１５に向けて一定の
スラスト力で付勢するため用いるものである。

また、主井孔１５の上方には、上下方向に進退自在なプ
ランジャ２７が配設されており、同プランジャ２７の先
端には、プランジャ２７の進退によって隔壁２１に設け
たパイロット井孔２５を開閉する弁体２８が取付けられ
ている。

また、第１図において、Ｂは上記プランジャ２７を進退
駆動させるためのアクチュエータであり、弁箱ｌＯの上
部に取付けられている。

ついで、上記構成を有する自動開閉弁への作動について
説明する。

まず、アクチュエータＢの駆動によって、プランジャ２
７が進出し、プランジャ２７の先端に取付けた弁体２８
がパイロット井孔２５の弁座に当接し、同パイロット井
孔２５を閉止すると、流入路１３−ブリード孔２０−ダ
イヤフラム背室１９の経路で、流体がダイヤフラム背室
１９に流入し、流入した流体圧と圧力調整用スプリング
２６の付勢力の合計が流出路１４又は二次側配管１２の
二次側圧より大きくなると、ダイヤフラム１８が主弁座
１６に押し付けられ、主井孔１５を閉じる。

かかる自動開閉弁Ａの閉弁動作において、プランジャ２
７はダイヤフラム１８と直接接触していないので、例え
ば０．１　ｍｓだけ進出することによってパイロット井
孔２５を閉塞することができ、そして、同閉塞によって
、ダイヤフラム１８を、上記プランジャ２７の進出量の
例えば１０倍に相当する１、０１＋ｌ下降させて主弁座
１６に当接させて主井孔１５を閉塞することができる。

また、図の閉止状態において、アクチュエータＢを駆動
してプランジャ２７を上方に後退させると、弁体２８が
隔壁２１に設けたパイロ７ト井孔２５の弁座から離隔し
て、同パイロット井孔２５が開く。すると、ダイヤフラ
ム背室１９中の流体が、ダイヤフラム案内溝２３とダイ
ヤフラム案内杆２４との間に形成した環状流路とパイロ
ット井孔２５を通して外部パイロット室２２内に流入し
、その後、バイパス流路２９と通して二次側配管１２内
に流出する。

このとき、ブリード孔２０の径よりパイロット井孔２５
の径が大きいので、ダイヤフラム背室１９への流入量よ
り流出量が多くなり、ダイヤフラム背室２５中の圧力が
低下する。その結果、流入路１３から流入した流体の圧
力で、ダイヤフラム１８が押し上げられ、ダイヤフラム
１８が主弁座１６から離隔して、主井孔１５を開く。

これによって、流入路１３から流体が流出路１４に向け
て、主井孔１５を通して流出することになる。

そして、かかる自動開閉弁Ａの開弁動作において、プラ
ンジャ２７はダイヤフラム１８と直接接触していないの
で、例えば０．１　ＩＩｍだけ後退することによってパ
イロット井孔２５を開口することができ、そして、同開
口によって、ダイヤフラム１８を、上記プランジャ２７
の進出量の１０倍に相当する１、０　ｍｍ上昇させて主
弁座１６から離隔して主井孔１５を十分な開度で開口す
ることができる。

以上説明してきたように、本実施例では、プランジャ２
７が直接ダイヤフラム１８に当接接触するのを防止する
ことができるので、プランジャ２７をパイロット井孔２
５の開閉に必要なわずかなリフト量だけ昇降すれば、同
開閉によってダイヤフラム１８を十分なストロークでリ
フトすることができ、主井孔１５を十分な量で開閉する
ことができる。

従って、プランジャ２７のストローク量を最小限にする
ことができるので、アクチュエータＢの消費エネルギー
を著しく低減することができる。

また、外部パイロ７ト井孔としたため、プランジャ２７
にかかるスラスト力は、止水時は、パイロット井孔２５
のロ径×ダイヤフラム背室２０の圧力となるので掻めて
小さくなり、また、流水時はダイヤフラム背室２０の圧
力と外部パイロット室２２との圧力がバランスするため
にプランジャ２７の先端に流体圧がかからな（なるため
、スラスト力が発生しない。

従って、プランジャ２７には最小の保持力とスラスト力
とを与えればよく、この点からも、アクチエエータの消
費エネルギーを最小限にすることができる。

さらに、本実施例において、アクチュエータＢとして以
下に説明する圧電アクチュエータを用い、かつ、圧力調
整用スプリング２６の付勢力、ブリード孔２０の口径、
パイロット井孔２５の口径等を適宜設定することによっ
て主井孔１５を完全閉塞位置と完全開口位置のみならず
、その中間位置にも保持して流量制御可能に構成してい
る。

そして、主井孔１５にかかる中間位置を安定状態に取ら
せるべく、本実施例では、上記したように隔壁２１の下
部にダイヤフラム昇降案内溝２３を設けるとともに、同
昇降案内溝２３内に、リテイナ−１７の上面に設けたダ
イヤフラム昇降案内杆２４を昇降自在に遊嵌し、昇降動
におけるダイヤフラム１８の横振れを確実に防止してい
る。

なお、本実施例において、アクチュエータＢとしては各
種形態のものを用いることができるが、本実施例では、
アクチュエータＢを圧電アクチュエータによって構成し
ており、その全体構成を第１図を参照して簡単に説明す
る。

図示するように、アクチュエータＢは、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２７を
取付け、さらに、プランジャ２７の外周面上に、同心円
的に、それぞれクランプ部材に、Ｉを具備する一対のク
ランプ用圧電素子ｅ。

「と、ストローク用圧電素子ｇとを配設することによっ
て構成している。

即ち、図示の実施例において、クランプ用圧電素子ｅは
アクチュエータケーシングＣの中央部に取付ボルトｈに
よって取付けた保持具Ｈの左側に配設・支持されており
、一方、クランプ用圧電素子ｆとストローク用圧電素子
ｇとは保持具Ｈの右側に配設・支持されている。

そして、上記各圧電素子ｅ、ｆ、ｇの配設・支持状態に
ついて説明すると、以下の如くなる゛。

まず、クランプ用圧電素子ｅの配設・支持状態について
説明すると、第１図において、保持具１１の内周に軸線
方向に設けた雌ねじ部には、ケーシングＣの前壁ａ方向
に伸延する筒状のクランプ部材にの基端を着脱自在に連
結している。

また、クランプ部材にの外周面上には、第１図に示すよ
うに、同心円的に筒状のクランプ力調整用くさび１が着
脱自在かつ軸線方向に移動自在に配設されている。

また、第１図に示すように、筒状のクランプ力調整用く
さびＷ、は、その先端外周面に、後述す石ように多数の
圧′Ｆ４仮を積層して形成した圧電素子ｅを接着剤を用
いて取付けている。

一方、筒状のクランプ力調整用くさび−、の外周面上で
あって圧電素子ｅの後部をなす位置には、環状のスプリ
ング保持用ブラケットｊが突設されている。

そして、同スプリング保持用ブラケットｊの後面と保持
具Ｈの前面との間には、圧縮コイルスプリングからなる
クランプ力調整用スプリングｍが介設されている。

次に、ストローク用圧電素子ｇとクランプ用圧電素子ｆ
の配設・支持状態について説明する。

第１図に示すように、保持具Ｈは、そのケーシング後壁
側側面にストローク用圧電素子ｇの基端を接着しており
、一方、その先端をケーシングＣの後壁すに向けて伸延
しており、同伸延端には、クランプ用圧電素子ｒを支持
するための環状支持具ｎを取付けている。

そして、第１図において、環状支持具ｎの内周に軸線方
向に設けた雌ねじ部には、ケーシングＣの後壁す方向に
伸延する筒状のクランプ部材ｌの基端を着脱自在に連結
されており、同クランプ部材ｌの先端に形成したクラン
プ部の外周面には、クランプ用圧電素子ｆが、前記した
クランプ用圧電素子ｅと同じ要領で着脱自在に取付けら
れている。

また、クランプ部材ｌの外周面上には、第１図に示すよ
うに、同心円的に筒状かつスリット付のクランプ力調整
用くさびｈが着脱自在かつ軸線方向に移動自在に配設さ
れている。

また、第１図に示すように、筒状のクランプ力調整用く
さび６は、その先端外周面にクランプ用圧電素子ｒを接
着剤を用いて取付けている。

一方、筒状のクランプ力調整用くさび１１！の外周面上
であってクランプ用圧電素子ｒの前部をなす位置には、
環状のスプリング保持用ブラケッ）Ｉ）が突設されてい
る。

そして、同スプリング保持用ブラケットｐの後面と支持
具ｎの前面との間には、圧縮コイルスプリングからなる
クランプ力調整用スプリングｑが介設されている。

次に、各圧電素子ｅ、ｆ、ｇの作用及び具体的構成につ
いて説明すると、以下のようになる。

即ち、圧電素子ｅ、ｆは、非通電状態では一定のクラン
プ力Ｆでプランジャ２７をクランプしており、正の電圧
を印加することによってクランプ力Ｆ÷αでクランプす
ることになり、負の電圧を印加することによりクランプ
力Ｆ−αの力でクランプすることになる。なお、クラン
プ力は、Ｆ−α〉０とする。即ち、負の電圧が印加され
ている場合であっても、圧電素子ｅ、ｆは、一定のクラ
ンプ力でプランジャ２７をクランプすることになる。

一方、圧電素子ｇは正の電圧を印加した場合はプランジ
ャ２７上を軸線方向に伸びた状態にあり、負の電圧を印
加した場合は、プランジ中２７上を縮み、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２７は、かかる３つの圧電素子ｅ、
ｒ、ｇへの押圧印加手！ＩＩＩ′ｔ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は、多数の圧電板Ｘ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。

また、第１図において、「はアクチエエータＢの水蜜性
を高めるために設けた摺動抵抗の小さいＵ字状又はＹ字
状パツキンである。

また、第２図に上記構成を有するアクチエエータＢ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、人出
力インターフェースｓ、′ｒと、上記圧電素子ｅ、ｆ、
ｇ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アクチュエータＢによるプ
ランジャ２７の作動について、第３図〜第５図を参照し
て説明する。

第２図に示す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１頃序プログ
ラムに従って、第３図に示すように圧電素子Ｃに負の電
圧を印加してプランジャｄへのクランプ力をＦ−αに低
減するとともに、圧電素子［に正の電圧を印加してクラ
ンプ力をＦトαに増加してプランジャ２７をクランプさ
せる。

次に第４図に示すように、圧電素子８へ負の電圧の印加
して縮めると、圧電素子ｇは矢印の方向に移動し、これ
に伴って圧電素子ｆがクランブカＦ十αでクランプする
プランジャ２７も矢印方向に移動する。

その後、第５図に示すように、圧電素子ｒに負の電圧を
印加してクランプ力をＦ−αに低減するとともに、圧電
素子ｅに正の電圧を印加してクランプ力をＦトαに増加
してプランジャ２７をクランプさせる。そして、圧電素
子ｇに正の電圧を印加して伸ばすと圧電素子ｇは矢印方
向に移動する。

ついで、上記動作を繰り返すことにより、プランジャ２
７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る。

従って、上記アクチュエータＢを用いることによって、
上記した外部パイロ７）方式の弁体構造と協働して、本
実施例に係る自動開閉弁Ａは、主井孔１５を全閉位置と
全開位置のみならず、その中間の任意位置において正確
かつる′信実に保持することができ、開弁、閉弁のみな
らず、流量調整も精密に行うことができる。

なお、図示しないが、本発明に係る自動開閉弁は、実施
例に示した小弁構造のみならず、複弁構造にも適用でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る自動開閉弁の断面側面図、第２
図は制御装置の概念的構成説明図、第３図〜第５図は圧
電アクチュエータの作動状態説明図、第６図は従来の自
動開閉弁の断面側面図である。 図中、 Ａ：自動開閉弁　　　　Ｂ：アクチュエータＣ：制御装
置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弁箱（１０）内に設けた流入路（１３）と流出路（
   １４）との間にダイヤフラム弁を開閉自在に介設し、同
   ダイヤフラム弁の背面にダイヤフラム背室（１９）を形
   成してなる自動開閉弁において、流入路（１３）とダイ
   ヤフラム背室（１９）との間にブリード孔（２０）を穿
   設し、同ブリード孔（２０）を通して両者を連通し、か
   つ、ダイヤフラム背室（１９）と流出路（１４）とを、
   ダイヤフラム背室（１９）を迂回して弁箱（１０）内に
   形成したパイロット流路を介して連通し、さらに、ダイ
   ヤフラム背室（１９）とパイロット流路の連通部分にパ
   イロット井孔（２５）を設け、同パイロット井孔（２５
   ）をプランジャ（２７）の先端により開閉するべく構成
   してなる自動開閉弁。 ２、ダイヤフラム弁の背面側にダイヤフラム案内杆（２
   ４）を突設し、同ダイヤフラム案内杆（２４）をダイヤ
   フラム背室（１９）の側壁に形成したダイヤフラム案内
   溝（２３）内に遊嵌するべく構成してなる特許請求の範
   囲第１項記載の自動開閉弁。