JPH0979408A - 流量調節装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない消費電力で流体の流量を調節すること
のできる流量調節装置及びその製造方法の提供を目的と
する 【解決手段】 流体導入口１２と吐出口５を有するケー
シング１６に、一端が固定された圧電素子板２が設けら
れる。圧電素子板２の他端はケーシング内において前記
流体吐出口５の近傍に位置すると共に、電圧の印加によ
り厚さ方向に可逆的に変位して前記流体吐出口５に対し
接近または離間する。これにより流体吐出口５の開度を
調節する。更に、望ましくは、圧電素子板２への電圧無
印加状態において、圧電素子板２への初期の機械的変位
を付与することにより、流体吐出口５の初期開度を設定
する初期開度設定手段が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスまたは液体
等の流体の流量を調節する装置に関し、特に流体の流路
を電気的に開閉して流量を調節し得る流量調節装置及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、ガスコンロ、ガスス
トーブ等のガス器具において、燃焼状態等を自動コント
ロールするために、ガスの流路に設けられたバルブを電
気的に開閉してガスの流量を調節することが行われてい
る。このような流量調節装置は一般的に大きな電力を必
要とするため、乾電池等でバルブの開閉をする駆動機構
に電力を供給する場合、乾電池の消耗が激しく頻繁な取
換えを必要とし、その煩に耐えない。また商用電源によ
って該駆動機構に電力を供給する場合、コンセントの位
置等の関係上、使用場所が制限されるという問題があっ
た。

【０００３】そこで、加熱によって起電力を生じる熱発
電素子を用いて、ガスの燃焼エネルギーの一部を電力に
変換し、バルブ開閉の駆動用に利用することが提案され
ている。

【０００４】しかしながら、このような熱発電素子から
得られる電力は一般的に小さいため、大きな電力を必要
とする従来の流量調節装置には適用することが困難であ
った。 この発明は、このような技術的背景に鑑みてな
されたものであって、少ない消費電力で流体の流量を調
節することのできる流量調節装置及びその製造方法の提
供を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る流量調節装置は、図面の符号を参照
して説明すると、流体導入口（１２）と吐出口（５）を
有するケーシング（１６）と、一端が前記ケーシング
（１６）に固定され他端がケーシング（１６）内におい
て前記流体吐出口（５）の近傍に配置されると共に、電
圧の印加により他端が厚さ方向に可逆的に変位して前記
流体吐出口（５）に対し接近または離間する圧電素子板
（２）とを備え、該圧電素子板（２）の流体吐出口
（５）に対する接近または離間方向の変位により流体吐
出口（５）の開度を調整するものとなされていることを
特徴とするものである。

【０００６】上述の構成によれば、前記圧電素子板
（２）の流体吐出口に対する接近または離間方向への変
位を利用して吐出口（５）の開度を調節するから、圧電
素子板（２）の変位量を印加する電圧によって調節する
ことにより吐出口（５）を通過する流体の流量を調節す
ることができる。

【０００７】また、前記圧電素子板（２）は電流をほと
んど必要としないため、少ない消費電力で変位させるこ
とができるとともに、圧電素子板（２）の変位により直
接的に吐出口（５）の開度を調節できるから、装置全体
に要するエネルギが少なくて済む。

【０００８】また、圧電素子板（２）の変位により流体
吐出口（５）の開度を直接調節するから、構成単純で部
品点数が少なくてすみ、全体を小形化することができ
る。したがって、一つのケーシングに複数の流量調節装
置をコンパクトに設けることもでき、限られた空間でも
流体を分配しそれぞれに対して制御を行うことが可能と
なる。

【０００９】また、望ましくは、圧電素子板（２）への
電圧無印加状態において、圧電素子板（２）に初期の機
械的変位を付与することにより、流体吐出口（５）の初
期開度を設定する初期開度設定手段（６）が設けらるこ
とも推奨される。

【００１０】前記初期開度設定手段（６）を設けた場
合、初期開度を確実に所定の値に設定することができ、
例えば初期開度を零に設定しておくことにより、圧電素
子板（２）への電圧無印加状態で、流体の流通を確実に
遮断することができ、極めて安全性の高い流量調節装置
とすることができる。

【００１１】また、この発明に係る製造方法の一つは、
流体吐出口（５）を有する基盤（１）と、一端が該基盤
に固定され他端が前記流体吐出口（５）の近傍に配置さ
れると共に、電圧の印加により他端が厚さ方向に可逆的
に変位して前記流体吐出口（５）に対し接近または離間
する圧電素子板（２）とを備えた装置ユニット（１８）
を予め製作しておき、該装置ユニットと他の構成部材を
組み合わせることを特徴とするものである。

【００１２】この製造方法によれば、例えば、流体を分
配しそれぞれの分配比率を調節し得るような装置を作る
場合でも、一つの流体導入口に対し複数の流体の吐出口
として装置ユニット（１８）を適用すれば良く、同一装
置ユニット（１８）を共通して使用することができるた
め、量産時には同一部品を大量に作ることでコストの低
下を図ることができる。また、該装置ユニット（１８）
は構造が簡単で各部材を広範囲の方向から確認すること
ができるため、ユニットの段階で圧電素子板（２）と流
体吐出口（５）との位置関係等を調節しやすく、作業効
率や装置の精度の向上が見込めるものである。

【００１３】更に、この発明に係る他の製造方法は、流
体吐出口（５）を有する基盤（１）と、一端が該基盤に
固定され他端が前記流体吐出口（５）の近傍に配置され
ると共に、電圧の印加により他端が厚さ方向に可逆的に
変位して前記流体吐出口（５）に対し接近または離間す
る圧電素子板（２）とを備えた装置ユニット（１８）を
予め製作しておき、この装置ユニット（１８）の２個
を、各基板（１）が外側に各圧電素子板（２）が内側に
位置する向きで重ね合わせ状態に組み合わせることを特
徴とするものである。

【００１４】この製造方法は、装置ユニット（１８）を
最もコンパクトに配置することができる方法であり、こ
の製造方法により製作される装置は、小型でありながら
流体を分配し、なおかつその分配比率を調節し得る装置
となされる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明に係る流量調節装
置をガス流量調節バルブに適用した実施の形態に基づい
て説明する。

【００１６】図１、図２はこの発明の一実施の形態を示
すものである。これらの図において（１６）は箱形のケ
ーシングであり、該ケーシング（１６）は、底面を形成
する平板状の基盤（１）と、該基盤（１）に上方から被
せられた下面開口の皿状の上蓋（１１）とからなる。

【００１７】前記基盤（１）の長さ方向の一端部には、
絶縁体よりなる固定部材（７）が取り付けられ、この固
定部材（７）に圧電素子板（２）が取り付けられてい
る。また、基盤（１）の他端部近傍にはねじ溝付きの円
孔が形成されるとともに、この円孔に筒状のブッシュ
（９）が螺着され、さらにブッシュ（９）の貫通孔の上
端部に短筒状の弁座（４）が螺着されて、この弁座
（４）の貫通孔が流体吐出口（５）となされている。ま
た、ブッシュ（９）の貫通孔の下端部には下向きのノズ
ル（８）が螺着され、装置ユニット（１８）が構成され
る。

【００１８】一方、前記上蓋（１１）の上面にもねじ溝
付きの円孔が形成されるとともに、この円孔にガス管等
を接続する筒状の接続部材（１３）が螺着され、この接
続部材（１３）の開口部がケーシング内への流体導入口
（１２）となされている。そして、該流体導入口（１
２）からケーシング内に流入したガスは、前記流体吐出
口（５）からノズル（８）へと至り、ノズル先端から噴
出されるものとなされている。

【００１９】前記圧電素子板（２）は、１枚の金属片を
２枚の薄板状圧電素子片で挟んだサンドイッチ構造をな
すものである。この２枚の圧電素子片の一方が長さ方向
に縮むように、他方が長さ方向に伸びるように各圧電素
子片に電圧を印加することにより、圧電素子板（２）を
厚さ方向にたわんだ状態に湾曲させ得るものとなされい
る。また、印加していた電圧を解除したときには金属片
の弾性力により平坦状に復帰し得るものとなされてい
る。

【００２０】上記の圧電素子板（２）は、長さ方向の一
端部近傍が上下１対の固定部材（７）（７）によって挟
着固定され、該固定部材（７）を介して基盤（１）の一
端部に固定されている。かつ、圧電素子板（２）の他端
部は、基盤（１）の上方において基盤（１）と同一長さ
方向に平行に伸びるとともに、基盤（１）の他端部より
も手前の位置で無支持状態に放置されている。また、固
定部材（７）（７）を通って基盤（１）より後方へ突出
した圧電素子板（２）の一端部には、給電端子（１０）
が装着されており、該給電端子（１０）を介して圧電素
子板（２）の各圧電素子片に所望の電圧を印加し得るも
のとなされている。そして、圧電素子板（２）への電圧
印加によって、圧電素子板（２）は固定部材（７）
（７）を起点として基盤（１）と離れる方向に湾曲する
一方、印加電圧を除去すると現状に復帰するものとなさ
れている。なお、印加電圧と圧電素子板（２）の湾曲の
度合いはほぼ比例関係にある。

【００２１】前記圧電素子板（２）における基盤（１）
側の面には、前記弁座（４）と対向する位置において、
円形の弁板（３）が接着剤によって固着されている。こ
の弁板（３）は、圧電素子板（２）の吐出口（５）に対
する接近、離間方向の変位に伴って弁座（４）に接触し
あるいは離間することにより、流体吐出口（５）の開閉
動作を司るものである。このために、弁板（３）は、吐
出口（５）の閉塞時において弁座（４）への十分な圧接
力を付与し得るように、シリコンゴム等の弾性材料によ
り形成されている。

【００２２】前記固定部材（７）の上端には、圧電素子
板（２）と平行に内方に突出する補助板（６ｃ）が取り
付けられている。一方、圧電素子板（２）の長さ方向の
中間部における固定部材（７）寄りの部位には、図２に
示すように、厚さ方向の両面にゴム製小片（６ｂ）（６
ｂ）が接着されている。また、これらゴム製小片（６
ｂ）（６ｂ）に対応する位置において、基盤（１）及び
前記補助板（６ｃ）をそれぞれ貫通してねじ孔が形成さ
れ、これらねじ孔に、先端が該ゴム製小片（６ｂ）（６
ｂ）に当接可能となされた調節ねじ（６ａ）（６ａ）が
進退自在にねじ込まれている。これら調節ネジ（６ａ）
（６ａ）は、圧電素子板（２）への電圧無印加状態にお
ける吐出口（５）の初期開度を設定する初期開度設定手
段（６）を構成するものである。即ち、両調節ねじ（６
ａ）（６ａ）の進退量の調節により、圧電素子板（２）
の先端部のたわみ量（変位量）が変化するため、電圧無
印加状態において予め所定のたわみ量を与えて圧電素子
板（２）に固着された弁板（３）と吐出口（５）との距
離を初期設定し、もって吐出口（５）の開度を調節する
ものである。この実施形態では、電圧無印加状態におい
て弁板（３）が弁座（４）に十分密着して、吐出口
（５）を閉塞するように、初期設定されている。

【００２３】なお、上蓋（１１）と基盤（１）とは、基
盤下面周端部において該基盤（１）を上向きに貫通して
上蓋（１１）にねじ込まれた複数個のビス（１７）によ
り固定され、これにより密閉状のケーシング（１６）が
構成されている。

【００２４】図３は、上記圧電素子板（２）に電圧を印
加して変位させるための制御回路である。これらの図に
おいて、（３０）はスイッチングレギュレーター等を備
えた直流可変電源回路、（２０）は前記可変電源回路か
ら電力供給を受けて圧電素子板に電圧を印加する駆動回
路、（４０）はガス流量を設定調節するためのガス流量
設定器である。このガス流量設定器（４０）は、圧電素
子板（２）への印加電圧を変化させ、ひいては圧電素子
板の湾曲変位にともなう弁板（３）の変位量を変化させ
るものである。なお、流量の自動調節を行わせる場合に
は、燃焼条件に応じてコンピューターから送出される信
号をガス流量設定器（４０）にそのまま接続しても良い
し、またマニュアル設定できるようにガス流量設定器
（４０）を構成しても良い。

【００２５】上記構成のガス流量調節バルブを製造する
にあたっては、基盤（１）に、固定部材（７）、圧電素
子板（２）、弁板（３）、弁座（４）、初期開度設定手
段（６）、ブッシング（９）等を組み付けた装置ユニッ
ト（１８）を予め製作しておき、該ユニット（１８）の
状態で流体吐出口（５）の開度を、初期開度設定手段
（６）で設定する。ここで、該装置ユニット（１８）
は、流体吐出口（５）及びその上方に位置する圧電素子
板（２）等が露出しており視認性が良いため、初期開度
設定手段（６）による流体吐出口（５）の初期開度の設
定や、圧電素子板（２）への印加した電圧に対する開度
の確認等を容易に行うことができる。また、前記吐出口
（５）の初期開度を零に設定しておけば、圧電素子板
（２）への電圧無印加状態ではガスが吐出されない状態
となされるため、安全性の高いガス流量調節バルブとす
ることができる。続いて、接続部材（１３）が螺着され
た上蓋（１１）を、圧電素子板（２）等を内包するよう
に基盤（１）に被せ、基盤（１）の下方からねじ（１
７）を通して両者を固定し、ガス流量調節バルブを完成
させる。

【００２６】このガス流量調節バルブを使用するには、
上蓋（１１）に設けられた接続部材（１３）にガス管を
接続し、流体導入口（１２）からケーシング（１６）内
にガスを導入する。一方、圧電素子板（２）に電圧を印
加していない状態では、初期開度設定手段（６）により
弁板（３）と弁座（４）は閉塞状態であるため、ガスは
流体吐出口（５）から吐出されない。而して、圧電素子
板（２）に電圧を印加することによって、該圧電素子板
（２）の他端部は上方に変位して、弁板（３）と弁座
（４）が図４に示すような離間状態となり、ケーシング
（１６）内に導入されたガスが、流体吐出口（５）を通
過して噴出される。また、圧電素子板（２）へ印加する
電圧に対応して圧電素子板（２）の変位量が変化し、従
って、流体吐出口（５）の開度が調節できるため、ガス
の噴出量を調整することができる。

【００２７】次に図５、６はこの発明の他の実施の形態
を示すものである。この実施の形態は、基盤（１）、圧
電素子板（２）、弁板（３）、弁座（４）、初期開度設
定手段（６）等、先の実施の形態と同様の構成となされ
た装置ユニット（１８）の２個を、各基板（１）が外側
に各圧電素子板（２）が内側に位置する向きで上下重ね
合わせ状態に組み合わせている。また、上下一組の基盤
（１）（１）を平面視コ字状の枠（１５）を介してねじ
（１７）によって接合しケーシング（１６）を形成して
いる。そして、一方下側の装置ユニット（１８）に係る
基盤（１）にはガス吐出用のノズル（８）が螺着されて
おり、他方上側の装置ユニット（１８）に係る基盤
（１）には点火用の種火を常時灯しておく口火用の口火
ノズル（１４）が螺着されている。また、枠（１５）の
側面には図２に示す上蓋（１１）と同様のねじ溝付きの
貫通孔が設けられており、該貫通孔に接続部材（１３）
が外向きに螺着されて流体導入口（１２）が形成されて
いる。なお、図５、６において、図１、図２に示したも
のと同一名称部分については同一の符号を付す。

【００２８】上記流量調節バルブは、枠（１５）に螺着
された接続部材（１３）にガス管を接続してケーシング
（１６）内にガスを導入し、一方、二つの圧電素子板
（２）（２）にはそれぞれのガスの吐出量が所定の量に
なるように電圧を印加し、流体吐出口（５）（５）の開
度をそれぞれ調節して使用される。

【００２９】上記ガス流量調節バルブは、装置ユニット
（１８）が最もコンパクトに配置されているため、小型
の装置でありながら、ガスを二つに分配し、なおかつそ
れぞれのガスの配分比を電気的に調節し得るものとなさ
れている。したがって、このガス流量調節バルブを利用
したガス機器は小型かつ低消費電力でありながら、燃焼
状況に応じた複雑なガスの制御を行うことが可能とな
る。

【００３０】

【発明の効果】この発明は、上述の次第であり、流体吐
出口の開度を圧電素子板の変位により調整することを特
徴とするものである。また、該圧電素子板は小電力で変
位を得ることができるものであるため、この発明に係る
流量調節装置は小電力で吐出口を開閉し流体の流量を調
節することができるものである。更に、圧電素子板の変
位により流体吐出口の開度を直接調節するため、機械的
な構造が単純で部品点数が少なくてすみ、装置全体を小
型化することができる。

【００３１】また、圧電素子板への電圧無印加状態にお
いて、圧電素子板へ初期の機械的変位を付与して流体吐
出口の初期開度を設定する初期開度設定手段が設けられ
ている場合には、初期開度を確実に設定することがで
き、例えば初期開度を流体吐出口の閉塞位置に設定して
おくことにより、流体の流通を確実に遮断し得て、極め
て安全性の高い流量調節装置となり得る。

【００３２】次に、流体吐出口を有する基盤と、圧電素
子板等を備えた装置ユニットを予め製作しておき、該装
置ユニットと他の構成部材を組み合わせて製造すれば、
同一の装置ユニットを共通部品とし、これをいろいろな
機器に応用することができるため、量産効果によってコ
ストの低減が図れる。しかも、圧電素子板等が露出して
いるユニットの段階で、流体吐出口の開度を確認しなが
らその調整等ができるため、作業効率や装置精度の向上
が見込めこととなる。

【００３３】更に、上記ユニットの２個を、各基板が外
側に各圧電素子板が内側に位置する向きで重ね合わせで
組み合わせることによって、最もコンパクトな流量調節
装置が形成でき、この流量調節装置を利用したガス機器
などの装置の小形化高性能化に大きく貢献するものとな
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態を示す分解斜視図で
ある。

【図２】 図１におけるII−II線断面図である。

【図３】 圧電素子板に電圧を印加させるための制御回
路を示すブロック図である。

【図４】 圧電素子板に電圧を印加した状態を示す断面
図である。

【図５】 この発明の他の実施の形態を示す分解斜視図
である。

【図６】 図５におけるVI−VI線断面図である。

【符号の説明】

１…基盤 ２…圧電素子板 ３…弁板 ４…弁座 ５…流体吐出口 ６…初期位置設定手段 ７…固定部材 12…流体導入口 16…ケーシング 18…装置ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体導入口（１２）と吐出口（５）を有
   するケーシング（１６）と、一端が前記ケーシング（１
   ６）に固定され他端がケーシング（１６）内において前
   記流体吐出口（５）の近傍に配置されると共に、電圧の
   印加により他端が厚さ方向に可逆的に変位して前記流体
   吐出口（５）に対し接近または離間する圧電素子板
   （２）とを備え、該圧電素子板（２）の流体吐出口
   （５）に対する接近または離間方向の変位により流体吐
   出口の開度を調整するものとなされていることを特徴と
   する流量調節装置。
2. 【請求項２】 圧電素子板（２）への電圧無印加状態に
   おいて、圧電素子板（２）に初期の機械的変位を付与す
   ることにより、流体吐出口（５）の初期開度を設定する
   初期開度設定手段（６）が設けらていることを特徴とす
   る請求項１に記載の流量調節装置。
3. 【請求項３】 流体吐出口（５）を有する基盤（１）
   と、一端が該基盤に固定され他端が前記流体吐出口
   （５）の近傍に配置されると共に、電圧の印加により他
   端が厚さ方向に可逆的に変位して前記流体吐出口（５）
   に対し接近または離間する圧電素子板（２）とを備えた
   装置ユニット（１８）を予め製作しておき、該装置ユニ
   ットと他の構成部材を組み合わせることを特徴とする流
   量調節装置の製造方法。
4. 【請求項４】 流体吐出口（５）を有する基盤（１）
   と、一端が該基盤に固定され他端が前記流体吐出口
   （５）の近傍に配置されると共に、電圧の印加により他
   端が厚さ方向に可逆的に変位して前記流体吐出口（５）
   に対し接近または離間する圧電素子板（２）とを備えた
   装置ユニット（１８）を予め製作しておき、この装置ユ
   ニット（１８）の２個を、各基板（１）が外側に各圧電
   素子板（２）が内側に位置する向きで重ね合わせ状態に
   組み合わせることを特徴とする流量調節装置の製造方
   法。