JPH0650449A - 超音波モータバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 貫通孔２０を有する弁座板１５と、これと接
触しつつ回転可能に設けられ回転位置により貫通孔２０
に連通する連通孔３８を有する弁体板２６と、これを回
転させる超音波振動子１７とを具備する。 【効果】 弁体をストロークさせて開閉作動するのでは
なく弁体板２６を回転させることにより開閉を行なうた
め、全体寸法が大きくなることがなく、コンパクトにす
ることができる。しかも、バルブの開閉が弁体板２６の
動きのみにより行なわれるので構造が簡単であり、少な
い部品点数で製作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体、気体等の流路の
連通・遮断を制御したり、その流量を調節できる電気制
御式のバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気制御式のバルブとしては、例
えばソレノイドバルブがあり、これは、弁体にプランジ
ャを設け、電磁コイルへ通電することにより、このプラ
ンジャをストロークさせて、弁座に弁体を離着座させる
ようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のソレノイド
バルブは、プランジャをストロークさせる方向に電磁コ
イルが突出しており、バルブの全体寸法が大きくなって
しまうという問題があった。また、ソレノイドバルブは
消費電力が大きく、機器に組み込んで電池で駆動するに
は不向きであるという問題があった。さらに、電磁コイ
ルに通電してプランジャをストロークさせて開弁するた
め、プランジャを途中に止めることが非常に困難で、通
過流量を調節することが困難であるという問題があっ
た。したがって、本発明の目的は、バルブの全体寸法が
小さくでき、消費電力が小さく電池で駆動することに好
適で、さらに、通過流量を調節することを可能とする超
音波モータバルブを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の超音波モータバルブは、貫通孔を有する弁
座板と、該弁座板と接触しつつ回転可能に設けられ、回
転位置により前記貫通孔に連通する連通孔を有する弁体
板と、該弁体板を回転させる超音波振動子とを具備する
ことを特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明の超音波モータバルブによれば、超音波
振動子により弁体板を回転させることにより、該弁体板
に設けられた連通孔の位置を弁座板の貫通孔の位置に合
せてこれらを開閉させることになる。したがって、弁体
をストロークさせて開閉作動するのではなく弁体板を回
転させることにより開閉を行なうため、全体寸法が大き
くなることがない。また、ソレノイドを用いるのではな
く超音波振動子を用いるため、消費電力が大きくなるこ
とがない。さらに、容易に弁体板の停止位置を調節でき
るため、連通孔と弁座板の貫通孔との相互の連通量（す
なわち流体の通過流量）を容易に調節することが可能と
なる。

【０００６】

【実施例】本発明の第１実施例による超音波モータバル
ブを図１〜図４を参照して以下に説明する。図１は第１
実施例の超音波モータバルブを示しており、この超音波
モータバルブは外側バルブケース１と内側バルブケース
２と蓋体３とを有している。外側バルブケース１は、円
筒部４とその一端側を閉塞する底部５とを有しており、
底部５にはその中央に軸線方向に沿う孔部６が貫通して
いて、この孔部６の、円筒部４に反する側の内周面には
図示せぬ流入側の管を接続するための管接続ネジ部７が
形成されている。また円筒部４の開口側の内周面には、
蓋体３を螺合させるための係合メネジ部８が形成されて
いる。

【０００７】内側バルブケース２は、円筒部９とその一
端側を閉塞する底部１０とを有しており、底部１０の外
面を上記外側バルブケース１の底部５の内面に当接させ
て該外側バルブケース１内に収納固定されている。そし
て、その底部１０には、収納状態において外側バルブケ
ース１の孔部６と同軸同径となる孔部１１が貫通形成さ
れている。

【０００８】蓋体３は、概略円柱状をなしており、その
中間部分は若干径方向外方に突出している。そして、こ
の部分には上記外側バルブケース１の係合メネジ部８に
螺合する係合オネジ部１２が設けられており、螺合時
に、その内面（図１における上面）側に上記内側バルブ
ケース２の開口側の端面を当接させるようになってい
る。なお、蓋体３の中央には孔部１３が貫通していて、
この孔部１３の、内側バルブケース２に対して反対側の
内周面には図示せぬ流出側の管を接続するための管接続
ネジ部１４が形成されている。

【０００９】内側バルブケース２の内側には、底部１０
の中央に固定される、所定厚の円板状の弁座板１５と、
該弁座板１５を穴部１６に嵌合させた状態で底部１０に
固定される、弁座板１５と同厚の有孔円板状の超音波振
動子１７とが設けられており、超音波振動子１７の外径
は内側バルブケース２の円筒部９の内径より所定量小径
となっている。なお、弁座板１５および超音波振動子１
７を内側バルブケース２の底部１０に当接固定すること
により、これらの、底部１０に対し反対側の面１８，１
９は同一平面をなしている。そして、弁座板１５には、
図２に示すように同心かつ相互に１８０゜をなす所定位
置に貫通孔２０が二カ所、厚さ方向に貫通して設けられ
ている。これら貫通孔２０は、弁座板１５と同心状に設
けられた内弧面２１およびその外側の外弧面２２と、内
弧面２１および外弧面２２の端部をそれぞれ連結させる
各連結面２３とで形成されている。なお、対となる連結
面２３同士のなす角度は９０゜より所定角度小さくなっ
ている。また、超音波振動子１７は、ハーネス２４を介
して外部の駆動電源２５に接続されている。

【００１０】嵌合状態にある弁座板１５および超音波振
動子１７の、面１８および面１９側には、超音波振動子
１７の振動により回転する回転子である円板状の弁体板
２６が、後述する一対の皿バネ２７の付勢力により超音
波振動子１７との間に所定の接触圧を発生させるよう押
圧されて設けられている。ここで、弁体板２６は、内側
バルブケース２の円筒部９の内周面により回転自在にガ
イドされており、その中央付近には、内弧面２１ａ、外
弧面２２ａおよび各連結面２３ａとで形成された、上記
弁座板１５の貫通孔２０と同形状をなす連通孔２８が、
図３に示すように同心かつ相互に１８０゜をなす所定位
置に二カ所、厚さ方向に貫通して設けられている。そし
て、各連通孔２８を結んだ軸線が各貫通孔２０を結んだ
軸線と一致したときに、各連通孔２８は対応する貫通孔
２０に完全に連通するようになっており、一方、前記軸
線同士が直交する位置にあるときには各連通孔２８はい
ずれの貫通孔２０にも連通しないようになっている。そ
して、弁座板１５および弁体板２６の相対回転角度を調
節することにより、連通孔２８と貫通孔２０との連通量
（すなわち流体の通過流路面積）を適宜調節できるよう
になっている。なお、上記のように貫通孔２０および連
通孔２８を構成することにより、通過する流体によって
押され弁体板２６が超音波振動子１７に偏って押し付け
られて弁体板２６に回転ムラが生じるのを防止すること
ができる。

【００１１】弁体板２６の、弁座板１５に対し反対側に
は、円板状のスライドシート２９を介して、一対のテー
パ状をなす皿バネ２７が設けられている。皿バネ２７
は、外側バルブケース１に取り付けられた蓋体３に当接
しており、この蓋体３により押圧されて幅方向に縮まっ
て、スライドシート２９を介して弁体板２６を超音波振
動子１７側に付勢するものである。これらスライドシー
ト２９および皿バネ２７には、中央に孔部３０および孔
部３１がそれぞれ形成されている。ここで、スライドシ
ート２９は、回転時の弁体板２６と皿バネ２７との摩擦
抵抗を低減するために設けられるもので、例えばフッ素
樹脂等の低摩擦材からなっている。

【００１２】なお、弁体板２６には、超音波振動子１
７、弁座板１５、スライドシート２９および内側バルブ
ケース２との接触部分に、低摩擦材あるいは耐摩耗材
（例えばフッ素あるいはチタン化合物）を選択的にコー
ティングして、回転時の摩擦抵抗や摩耗を低減するよう
になっている。また弁体板２６と接触する超音波振動子
１７、弁座板１５および内側バルブケース２の内面にも
同様の処理を施してある。また、弁体板２６を超音波振
動子１７の振動を効率よく伝えるために弁体板２６を超
音波振動子１７に押し付けることができるものであれ
ば、上記皿バネ２７の代りに、例えばコイルバネ等を用
いることも勿論可能である。さらに、貫通孔２０および
連通孔２８は、通過する流体により押され弁体板２６が
超音波振動子１７に偏って押し付けられて弁体板２６に
回転ムラが生じるのを防止する構成であれば、図４
（ａ）〜（ｃ）に示すような種々の形状を適用すること
ができる。ここで、図４（ａ）は貫通孔２０および連通
孔２８を三つとしたもの、図４（ｂ）は貫通孔２０およ
び連通孔２８を四つとしたもの、図４（ｃ）は貫通孔２
０および連通孔２８を五つとしたものである。

【００１３】ここで、上記した内側バルブケース２は必
ずしも必要ではなく、これを除くことも可能である。そ
して、上記内側バルブケース２、超音波振動子１７、弁
座板１５は、あらかじめ一体的に組み立てておくことが
できる。

【００１４】以上のような構成の第１実施例の超音波モ
ータバルブによれば、図１中矢印で示すように管接続ネ
ジ部７から管接続ネジ部１４へ流体を流すべく、駆動電
源２５により超音波振動子１７を駆動し振動させると、
弁体板２６が所定の方向に回転し、これにより、該弁体
板２６に設けられた連通孔２８の位置が弁座板１５の貫
通孔２０の位置に合うにしたがって徐々に流路が開かれ
て管接続ネジ部７から管接続ネジ部１４へ流体が流れる
ことになり、完全に位置が合うと流路面積が最大とな
る。そして、その回転の途中で超音波振動子１７の駆動
を停止させれば、所定の流路面積を確保した状態を維持
できる、すなわち流体の通過流量を調節できることにな
る。さらに弁体板２６を回転させることにより、連通孔
２８が貫通孔２０から離れるにしたがって徐々に流路が
閉じられ、最終的には完全に閉じられる。

【００１５】以上に述べたようにして超音波モータバル
ブは開閉させられることになる。したがって、弁体をス
トロークさせて開閉作動するのではなく弁体板２６を回
転させることにより開閉を行なうため、全体寸法が大き
くなることがなく、コンパクトにすることができる。し
かも、超音波モータバルブの開閉が弁体板２６の回転作
動のみにより行なわれるので構造が簡単であり、少ない
部品点数で製作することができる。また、ソレノイドを
用いるのではなく超音波振動子１７を用いるため、消費
電力が大きくなることがない。したがって、機器に組み
込んで電池で駆動することができる。さらに、上述した
ように、容易に弁体板２６の停止位置を調節できるた
め、連通孔２８と弁座板１５の貫通孔２０との相互の連
通量（すなわち流体の通過流量）を容易に調節すること
が可能となる。しかも、ソレノイドのように開状態を維
持するのに電力供給を必要としないため省電力となる。

【００１６】次に、本発明の第２実施例による超音波モ
ータバルブについて図５を参照して以下に説明する。な
お、以下の説明においては、第１実施例に対する相違部
分を中心に説明し、同様の部分には同一の符号を付しそ
の説明は略す。第２実施例においては、弁座板１５の厚
みを超音波振動子１７の厚みより薄く形成し、この弁座
板１５と内側バルブケース２の底部１０との間に、ゴム
等の弾性材料からなる円板状の弁座台３３を設けてい
る。そして、この弁座台３３を介して弁座板１５は内側
バルブケース２に固定されており、この弁座台３０には
底部１０の孔部１１に合せて厚み方向に貫通する孔部３
４が設けられている。ここで、弁座台３３と弁座板１５
とを加えた厚みは、超音波振動子１７の厚みより所定量
大きくなっており、皿バネ２７による付勢力で弁体板２
６に押圧されて弁座台３３が弾性変形することにより、
弁座板１５および超音波振動子１７の、それぞれの弁体
板２６側の面１８および面１９が同一平面をなすように
なっている。この弁座台３３の変形により弁座板１５は
弁体板２６に対し高い気密性が確保されることになる。
なお、弁座台３３をバネとすることも可能である。

【００１７】以上の構成とすることにより、第２実施例
の超音波モータバルブは、上記第１実施例で述べた効果
を奏することは勿論、さらに弁座板１５と超音波振動子
１７の厚みの誤差を弁座台３３の弾性変形により吸収で
きるため、弁座板１５と超音波振動子１７とを正確に同
一平面に形成する必要がなく、製造コストを低減するこ
とができる。なお、上記内側バルブケース２、超音波振
動子１７、弁座板１５および弁座台３３はあらかじめ一
体的に組み立てておくことができる。

【００１８】次いで、本発明の第３実施例による超音波
モータバルブについて図６を参照して以下に説明する。
なお、以下の説明においては、第１実施例に対する相違
部分を中心に説明し、同様の部分には同一の符号を付し
その説明は略す。第３実施例においては、弁体板２６の
弁座板１５側に、該弁座板１５の外径とほぼ同径をなす
所定深さの弁体穴３５が設けられている。この弁体穴３
５には、ゴム等の弾性材料からなる円板状の弁体台３６
が挿入固定されており、その上にさらに円板状の弁体３
７（弁体台３６とともに弁体板２６の一部を構成）が挿
入固定されている。ここで、弁体３７には、第１実施例
において弁体板２６に設けられた連通孔２８と同様の連
通孔３８が設けられており、また、弁体板２６および弁
体台３６には、連通孔３８に連通するよう形成された孔
部４０および孔部４１がそれぞれ設けられている。そし
て、弁体３７および弁体台３６を加えた厚さは、弁体板
２６の弁体穴３５の深さよりも若干大きくなっており、
この弁体台３６の弾性変形により、取付時に、弁座板１
５と弁体３７との間に高い気密性が確保されるととも
に、弁座板１５と超音波振動子１７との厚みの誤差を弁
体台３６の弾性変形により吸収できるため、弁座板１５
と超音波振動子１７とを正確に同一平面に形成する必要
がなく、製造コストを低減することができる。なお、弁
体台３６をバネとすることも可能である。

【００１９】次に、本発明の第４実施例による超音波モ
ータバルブについて図７〜図９を参照して以下に説明す
る。なお、以下の説明においては、第１実施例に対する
相違部分を中心に説明し、同様の部分には同一の符号を
付しその説明は略す。本実施例においては、外側バルブ
ケース１とこれに収納されている内側バルブケース２と
を貫通するセンサ取付孔４２が、弁体板２６の外周面２
６ａに対応する位置に設けられており、外側バルブケー
ス１のセンサ取付孔４２にはメネジ４３が形成されてい
る。そして、このメネジ４３に螺合するオネジ４４が頭
部４５に形成されたセンサ４６が、その検出部４７を弁
体板２６の外周面２６ａに対向させた状態で取り付けら
れている。このセンサ４６は、外部に設けられた、この
センサ４６からの信号にしたがって弁体板２６の回転角
度を検出する回転角度検出器４８に接続されており、こ
の回転角度検出器４８は、回転角比較器４９に接続され
ている。この回転角比較器４９は、外部入力等により超
音波モータバルブの開閉の指示および開度（すなわち流
体の通過流量）等の指示をする回転角指示器５０に接続
されるとともに超音波振動子１７を駆動するための駆動
電源２５に接続している。そして、回転角指示器５０に
より設定された超音波モータバルブの開度から割り出さ
れる弁座板２６の回転角度と、実際の弁座板２６の回転
角度とを比較して、これらが一致するまで駆動電源２５
による超音波振動子１７への駆動を行なわせるように信
号を出力するようになっている。

【００２０】ここで、弁体板２６の外周面２６ａには、
その角度をセンサ４６に検知させるために、図８に示す
ような切欠部５１が周方向に等ピッチで複数カ所（図示
例は八カ所）設けられている。そして、センサ４６はこ
の切欠部５１を検知してその信号を回転角検出器４８に
送り、該回転角検出器４８では、この信号により切欠部
５１間のピッチから逆算して弁体板２６の回転角度を演
算するようになっている。なお、弁体板２６の角度検出
の方法としては、図９に示すように弁体板２６の外周面
２６ａに磁性体５２を塗布しこの部分にあらかじめ信号
を磁化して記憶しておいて、この信号を磁気センサで読
み取る方法や、弁体板２６の外周面２６ａに厚さ方向に
複数の線を等ピッチで書き込んでおき、この線を光学的
なセンサで読み取る方法等を採用することができる。

【００２１】以上のように構成された第４実施例の超音
波モータバルブによれば、上述した第１実施例と同様の
効果を奏することは勿論、さらに、超音波モータバルブ
の開度（すなわち流体の通過流量）を正確に制御するこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の超音波モ
ータバルブによれば、弁体をストロークさせて開閉作動
するのではなく弁体板を回転させることにより開閉を行
なうため、全体寸法が大きくなることがなく、コンパク
トにすることができる。しかも、超音波モータバルブの
開閉が弁体板の動きのみにより行なわれるので構造が簡
単であり、少ない部品点数で製作することができる。ま
た、ソレノイドを用いるのではなく超音波振動子を用い
るため、消費電力が大きくなることがない。したがっ
て、機器に組み込んで電池で駆動することができる。さ
らに、容易に弁体板の停止位置を調節できるため、連通
孔と弁座板の貫通孔との相互の連通量（すなわち流体の
通過流量）を容易に調節することが可能となる。しか
も、ソレノイドのように開状態を維持するのに電力供給
を必要としないため省電力となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例による超音波モータバル
ブを概略的に示す断面図である。

【図２】 本発明の第１実施例による超音波モータバル
ブの内側バルブケース、超音波振動子および弁座板を示
す平面図である。

【図３】 本発明の第１実施例による超音波モータバル
ブの弁体板を示す平面図である。

【図４】 本発明の第１実施例による超音波モータバル
ブの貫通孔および連通孔の形状の別の例を示す平面図で
ある。

【図５】 本発明の第２実施例による超音波モータバル
ブを概略的に示す断面図である。

【図６】 本発明の第３実施例による超音波モータバル
ブを概略的に示す断面図である。

【図７】 本発明の第４実施例による超音波モータバル
ブを概略的に示す断面図である。

【図８】 本発明の第４実施例による超音波モータバル
ブの弁体板の一例を示す斜視図である。

【図９】 本発明の第４実施例による超音波モータバル
ブの弁体板の別の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１５ 弁座板 １７ 超音波振動子 ２０ 貫通孔 ２６ 弁体板 ２８ 連通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 実 福島県いわき市常磐下船尾町字杭出作23− 31 日本オートマチックマシン株式会社い わき工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔を有する弁座板と、 該弁座板と接触しつつ回転可能に設けられ、回転位置に
   より前記貫通孔に連通する連通孔を有する弁体板と、 該弁体板を回転させる超音波振動子とを具備することを
   特徴とする超音波モータバルブ。