JP2002228030A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の流出管への流量を制御出来る超音波モ
ータによる制御弁の提供を目的とする。 【解決手段】 弾性体とバルブボディと弁口を有するバ
ルブシートとを各々溶接等により密閉構造に形成して制
御弁本体を設け、前記制御弁本体のバルブシートには少
なくとも２つ以上の流出管につながる弁口を設けるとと
もに、前記バルブシートもしくはバルブボディに流入管
を設け、前記弾性体の上面に圧電素子もしくは電歪素子
を接合して振動子を構成し、該振動子の振動により回転
するロータと該ロータの回転を適宜な付勢手段によって
流量を制御する超音波モータ利用の制御弁であって、前
記ロータと共回りをする弁体には流入管及び流出管につ
ながる何れかの弁口の開度を制御する閉塞部を設け、前
記駆動子に圧接されてなるロータの回転により流出管へ
の流量を制御するようにしたことを特徴とする流量制御
弁である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和装置、冷凍
冷蔵庫等に接続されて冷媒等の流量、または気体（酸
素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、ハロゲン、ブタン
等）、もしくは液体（水、オイル等）、気体液体混合状
態のあらゆる流体の流量を制御する超音波モータ利用の
流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧電素子を超音波領域の高周波
電圧で駆動する超音波モータを制御弁に組み合せると、
小型で制御性の優れた制御弁を構成することができる。
図６は従来の超音波モータを用いた制御弁の一例であり
本出願人が特願平１１−１９０５７６号にて出願してい
る。以下、従来技術を図５に基づき説明する。

【０００３】従来技術における制御弁は、制御弁本体１
と圧電素子２と該制御弁本体１に収納されるロータ３と
駆動子４および弁体５とにより構成され、前記ロータ３
は耐摩耗材料からなるライニング材６を介して、駆動子
４側に適宜な付勢手段によって圧接されている。前記制
御弁本体１は、弾性体７とバルブボディ８と弁口９を有
するバルブシート１０とが各々溶接等により密閉構造に
接合して形成したものである。また、前記弾性体７の上
面には圧電素子２もしくは電歪素子が接合されて振動子
１１を構成すると共に、弾性体７の下面には駆動子４が
設けられている。また、前記弁体５は、前記駆動子４側
に付勢されたロータ３と共回りして弁口９の開度を制御
できるものである。また、１２は該バルブボディに取り
付けられた流入管、１３は弁口９に接続された流出管で
ある。

【０００４】１４はスラストスプリングであり、駆動子
４側およびバルブシート１０側にスラスト荷重を与え、
かつ該スラストスプリング１４はロータ３および弁体５
の回転と共回りさせるようになっている。１５は弁体５
の中心部に形成された円筒状の穴に挿入されたスプリン
グであり、該スプリングを介してボール１６をバルブシ
ート１０の中心部に形成された凹部１７に当接させてい
る。なおスラストスプリング１４は、スプリング１５に
比べ、ばね力が大きく設定してあるので、常時弁体５の
下面をバルブシート１０に圧接するとともに、常時ロー
タ３を介して駆動子４の方向にも圧接している。図６
は、前記の弁体５の下面図を示している。該弁体５の下
面には、中心より半径ｒの同心円上の約３／４に渡って
バルブシート１０との距離が順次大きくなる(溝が深く
なる)ように一定幅Ｗの流通溝１８を形成するととも
に、該流通溝１８の最終端部（Ｓ部）は、弁体５の外周
側面まで延長されている。なお、このＳ部は、流入管１
２から入った流体を弁体５の流通溝１８へ結ぶ経路であ
り、該流通溝１８に入った流体は弁口９を通り流出管１
３へと流れる。また、弁体５とロータ３の対向する嵌合
部は、例えば、互いに逆向きの階段状の切欠き等を形成
してはめ合せることにより、ロータ５の回転運動を確実
に弁体５へ伝達するようになっている。１９はバルブシ
ート１０に固定されたストッパーピン、２０は、圧電素
子に給電するリード線である。なお、図中、二点鎖線で
示した弁口９は、弁体の中心から半径ｒの位置でバルブ
シート１０に設けられている。

【０００５】次に、従来技術の動作について説明する。
従来技術の駆動機構は、圧電素子２により駆動子４が振
動し、これによってロータ３が回転する超音波モータで
ある。動作原理の説明は省略するが、いわゆる定在波駆
動の超音波モータである。従来技術は、このロータ３の
回転運動を利用して、弁体５が回転することにより、バ
ルブシート１０の弁口９と弁体５の流通溝の間隙が変化
し、弁口９への流量を制御するものである。前記弁体５
の外周部の一部は、外側に凸形状を有しており、弁体５
の基準位置（全閉状態）が弁口９に達したときに、バル
ブシート１０に固定されたストッパーピン１９に当接し
てロータ３の回転が止まるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の超
音波モータによる制御弁は、流出管が１本であるため流
入管の流量を１本の流出管に対して流量制御するもので
あるから、複数の流出管への流量を制御するようなシス
テムに対しては適用出来ないという問題があった。本発
明は上記のような問題点を解決するためになされたもの
であり、その目的は、複数の流出管への流量を制御出来
る超音波モータによる制御弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、バルブボディもしくはバルブシートに流入管を設
け、バルブシートに少なくとも２つ以上の流出管を設け
るとともに、ロータと共回りをする弁体を設け、駆動子
に圧接されてなるロータの回転により該弁体を回動させ
ることにより流出管への流量を制御することにより、問
題解決の手段とするものである。

【０００８】つまり、第１の発明に係る制御弁は、弾性
体とバルブボディと弁口を有するバルブシートとを各々
溶接等により密閉構造に形成して制御弁本体を設け、前
記制御弁本体のバルブシートには少なくとも２つ以上の
流出管につながる弁口を設けるとともに、前記バルブシ
ートもしくはバルブボディに流入管を設け、前記弾性体
の上面に圧電素子もしくは電歪素子を接合して振動子を
構成し、該振動子の振動により回転するロータと該ロー
タの回転を適宜な付勢手段によって流量を制御する超音
波モータ利用の制御弁であって、前記ロータと共回りを
する弁体には流入管及び流出管につながる何れかの弁口
の開度を制御する閉塞部を設け、前記駆動子に圧接され
てなるロータの回転により流出管への流量を制御するよ
うにしたことを特徴とするものである。

【０００９】また、第２の発明は、圧電素子もしくは電
歪素子に超音波領域の電気信号を印加した際に発生する
振動波の少なくとも一つの節円位置近傍にバルブボディ
を形成し、略π型形状を構成する振動子と、前記弁口を
有するバルブシートを溶接等により密閉構造に形成した
ことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁である。

【００１０】また、第３の発明は、前記ロータと弁体と
の間にスラストスプリングを配置し、該スラストスプリ
ングによるスラスト荷重を駆動子側およびバルブシート
側に与え、かつ該スラストスプリングをロータおよび弁
体の回転と共回りさせることを特徴とする請求項１およ
び請求項２記載の流量制御弁である。

【００１１】また、第４の発明は、バルブシートの軸心
に回動自在に軸支された弁体の下面には、軸心に対する
弁口までの距離と同じ位置に流入管側もしくは流出管側
の流体の通路を閉塞とするためのシール部が設けられ、
該弁体を回転することにより流出管の流量を制御するこ
とを可能にしたことを特徴とする請求項１、請求項２お
よび、請求項３記載の流量制御弁である。

【００１２】

【発明の作用】本発明によれば、弾性体とバルブボディ
と弁口を有するバルブシートとを各々溶接等により密閉
構造にし、弾性体の外部に接合してなる圧電素子もしく
は電歪素子に超音波領域の電気信号を印加し、内部の駆
動子に圧接されているロータが回転することにより、ロ
ータと嵌合されている弁体はバルブシートの上を摺動し
ながら回転することになる。したがって、弁体の回転動
作により流入側と一方の流出側の弁口開度もしくは２つ
の流出側の弁口開度を制御することによって、流入管か
ら入った流体の流出管への流量を制御する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１は、本発明の一実施例を示した断面
図である。

【００１４】本発明の実施例を図１に基づいて説明す
る。第１の発明に係る制御弁は、制御弁本体１と圧電素
子２と前記制御弁本体１に収納されるロータ３と駆動子
４および弁体５により構成され、前記ロータ３は駆動子
４側にライニング材６を介して適宜な付勢手段によって
圧接されている。なお、ライニング材６はロータ３に接
着固定されている。前記制御弁本体１は、弾性体７とバ
ルブボディ８と弁口９ａおよび９ｂを有するバルブシー
ト１０とが各々溶接等により密閉構造に接合して形成し
たものである。また、前記弾性体７の上面には圧電素子
２もしくは電歪素子が接合されて振動子１１を構成する
と共に、弾性体７の下面には駆動子４が設けられてい
る。また、前記弁体５は、前記駆動子４側に付勢された
ロータ３と共回りして弁口９ａ、９ｂの開度を制御でき
るものである。また、１２はバルブシート１０に取り付
けられた流入管(図示しないが流入管１２はバルブボデ
ィ８に接続してもよい。この場合弁口２４は省略され
る。)である。１３ａ、１３ｂはそれぞれ弁口９ａ、９
ｂに接続された流出管を示している。

【００１５】１４はスラストスプリングであり、駆動子
４側およびバルブシート１０側にスラスト荷重を与え、
かつ該スラストスプリング１４はロータ３および弁体５
の回転と共回りさせるようになっている。２１は圧入等
によりバルブシート１０に固定されたシャフトであり、
弁体５の中心部に形成された円筒状の穴との嵌合により
該弁体５の回転の芯を出している。

【００１６】図２は弁体５のバルブシート１０との摺動
面側から見た斜視図である。２２は弁体５の内側に設け
られたドーム状の閉塞部を示している。また、図３は弁
体５の動作と弁口９ａ、９ｂ、流入管１２の弁口２４と
の関係を示した概略図である。図３（ａ）は、弁体５の
閉塞部２２が流入管１２の弁口２４の上で止まった状
態、つまり全閉状態を示した図である。一方、図３
（ｂ）は、弁体５の閉塞部２２が流入管１２の弁口２４
と流出管１３ａの弁口９ａとの間で止まった状態、つま
り全開状態を示した図である。なお、図３（ａ）、図３
（ｂ）ともに、弁体５の回転は、該弁体の内側に設けら
れたストッパー部２３によりストッパーピン１９に当接
して止まるようになっている。

【００１７】次に、本発明の制御弁の動作について説明
する。本発明の制御弁については、従来技術の制御弁と
の相違点についてのみ説明する。本発明の制御弁は、従
来技術の制御弁と同様にロータの回転により、弁体を回
転させる点は、全く同じであるが、弁体の構成が図２の
ようになっており、弁体５の閉塞部２２が回転すること
により、流出管１３ａ、１３ｂへの流量を制御するもの
である。

【００１８】図４は本発明の第二の実施例を示したもの
であり、第一の実施例との相違点についてのみ説明す
る。本発明は、制御弁本体１の構成において、振動子１
１の圧電素子２に超音波領域の電気信号を印加した際に
発生する振動波の少なくとも一つの節円位置近傍２５に
バルブボディ８を形成し、略π型形状の振動子とした点
が、従来技術との相違点である。つまり、本発明の利点
は、振動子で発生した振動をバルブボディ８への伝搬を
防止する効果が得られる。

【００１９】また特に図示しないが、バルブボディの形
状は円筒に限らず多角形であったり、肉厚が途中で変わ
っているもの、テーパー形状、コルゲート形状等でも本
発明は成立する。また、バルブボディとバルブシートの
接合部においては、バルブボディの先端が必ずしもバル
ブシートと一致していなくても良い。さらに言えば、本
発明は弾性体とバルブボディと弁口を有するバルブシー
トとを各々溶接等により密閉構造に形成して制御弁本体
を設けていれば、本発明は成立する。

【００２０】またバルブシートに設けられた弁口の数
は、２個以上でも本発明は成立する。さらに、特に図示
しないが、弁体の閉塞部は、流入管を閉塞する形でな
く、流出管を閉塞する形状でも本発明は成立する。（流
入管をバルブボディに設ける場合。）

【００２１】また上記実施例において例示した定在波駆
動方式を、いわゆる進行波駆動方式によるもので行って
もかまわない。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、圧
電素子およびリード線を流体から隔離できるため、電気
的絶縁手段が不要となる利点を有するとともに、振動子
の形状が弁構造の一部であるバルブボディを兼ねた形状
であるから、部品点数の大幅な低減が図れ、小型で安価
な制御弁を提供可能である。また、第２の発明によれ
ば、圧電素子もしくは電歪素子に超音波領域の電気信号
を印加した際に発生する振動波の少なくとも一つの節円
位置近傍にバルブボディを形成し、略π型形状を構成す
る振動子としているため、バルブボディに振動が伝搬し
にくいという利点を有する。また、第３の発明によれば
スラストスプリングはロータを介して駆動子側にスラス
ト荷重を与えてトルクを発生させる目的のみならず、流
出管側から流体を流す場合の流体圧力による弁体の浮上
を防止するようにスラスト荷重が発生している利点を有
する。さらに、スラストスプリングをロータと弁体の回
転と共回りさせることにより、部品点数の大幅な低減が
図れる。さらに、第３〜第４の発明によれば、弁体の構
成が簡素であるため部品点数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による流量制御弁の第一実施例の断面
図。

【図２】 本発明の弁体の斜視図。

【図３】（ａ）本発明の弁体の全開状態図、（ｂ）本発
明の弁体の全閉状態図。

【図４】 本発明による流量制御弁の第ニ実施例の断面
図。

【図５】 従来の超音波モータ利用の流量制御弁概念
図。

【図６】 従来の超音波モータ利用の流量制御弁に係る
弁シートの下面図。 １ 制御弁本体 ２ 圧電素子 ３ ロータ ４
駆動子 ５ 弁体 ６ ライニング材 ７ 弾性体 ８ バルブボディ
９、９ａ、９ｂ弁口 １０ バルブシート １１ 振動子 １２ 流入管 １３、１３ａ、１３ｂ 流出管 １４ スラストスプ
リング １５ スプリング １６ ボール １７ バルブシート１０の中心部に形成された凹部
１８流通溝 １９ ストッパーピン ２０ リード線 ２１ シャ
フト ２２ 弁体５の内側に設けられたドーム状の閉塞部 ２３ 弁体５の内側に設けられたストッパー部 ２４ 流入管１２の弁口 ２５ 節円位置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体とバルブボディと弁口を有するバル
   ブシートとを各々溶接等により密閉構造に形成して制御
   弁本体を設け、前記制御弁本体のバルブシートには少な
   くとも２つ以上の流出管につながる弁口を設けるととも
   に、前記バルブシートもしくはバルブボディに流入管を
   設け、前記弾性体の上面に圧電素子もしくは電歪素子を
   接合して振動子を構成し、該振動子の振動により回転す
   るロータと該ロータの回転を適宜な付勢手段によって流
   量を制御する超音波モータ利用の制御弁であって、前記
   ロータと共回りをする弁体には流入管及び流出管につな
   がる何れかの弁口の開度を制御する閉塞部を設け、前記
   駆動子に圧接されてなるロータの回転により流出管への
   流量を制御するようにしたことを特徴とする流量制御
   弁。
2. 【請求項２】前記圧電素子もしくは電歪素子に超音波領
   域の電気信号を印加した際に発生する振動波の少なくと
   も一つの節円位置近傍にバルブボディを形成し、略π型
   形状を構成する振動子と、前記弁口を有するバルブシー
   トを溶接等により密閉構造に形成したことを特徴とする
   請求項１記載の流量制御弁。
3. 【請求項３】前記ロータと弁体との間にスラストスプリ
   ングを配置し、該スラストスプリングによるスラスト荷
   重を駆動子側およびバルブシート側に与え、かつ該スラ
   ストスプリングをロータおよび弁体の回転と共回りさせ
   ることを特徴とする請求項１および請求項２記載の流量
   制御弁。
4. 【請求項４】バルブシートの軸心に回動自在に軸支され
   た弁体の下面には、軸心に対する弁口までの距離と同じ
   位置に流入管側もしくは流出管側の流体の通路を閉塞と
   するためのシール部が設けられ、該弁体を回転すること
   により流出管の流量を制御することを可能にしたことを
   特徴とする請求項１、請求項２および、請求項３記載の
   流量制御弁。