JP2009222204A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】管路の外部に開閉駆動力発生装置を有する流体制御弁において、開閉駆動力が比較的小さくてすみ、小型化が可能となる上、弁を開いた状態での脈流が生じることのない流体制御弁を提供する。
【解決手段】流体を流す管路５内に弁座３を設ける。管路５内にその内径より小さな直径を有する球状の弁体１２を収容する。管路５，６の外部に、弁体１２を管路５の内壁に接触させながら偏心回転させる振動モータ８等の回転駆動装置を設ける。弁体１２を偏心回転させる力は、流体の流れに逆らって弁を開く力に比較して小さい力ですむため、弁の小型化が可能になる。また、弁体１２を偏心回転させている間は弁孔２が開いているので、弁の下流側に脈流を生じることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流れを制御する流体制御弁に係わり、特に小型の流体制御弁に関する。

空気等の流体の流れのオンオフ制御等を行う従来の流体制御弁のうち、特許文献１に示すように、管路内の弁体操作用駆動体を挿入し、外部にコイル等の駆動装置を設けたものがある。このような構成にすれば、気液密性の良い流体制御弁が得られる。この流体制御弁は、管路の外部に設けたコイルにより発生する電磁力により、管路内のプランジャを流体の流れ（圧力）に抗して動かして弁体を弁座から離し、弁を開く構成である。

また、外部から開閉操作可能な従来の別の流体制御弁として、特許文献２に記載されているように振動方式のものがある。この振動方式の流体制御弁は、弁座を圧電素子やソレノイド等により振動させて弁体との間に隙間を形成して流量を調整するものである。特許文献２には、この弁座を管路外から操作して振動させることが記載されている。
特開２０００−９２４６ 特開２００６−３４２８５６

特許文献１に記載のように、コイルにより発生する電磁力によってプランジャを動かす構成の流体制御弁は、開閉動作時に弁体に加わる流体力が大きく変化する。そして、その流体力に打ち勝つために、操作する弁体に比較して大きなサイズや質量のコイルやプランジャを必要とするという問題点がある。

一方、特許文献２に記載の弁座振動方式の流体制御弁のうち、弁座を流体の流れる方向に振動を発生させるものにおいては、前記特許文献１に記載の場合と同様に、流体圧力に打ち勝つために、操作する弁体に比較して大きなサイズや質量のコイルや圧電素子を必要とするという問題点がある。また、弁座を振動させる場合には、流体制御弁の下流で脈流を生じる。このような脈流は、弁の下流で駆動される被駆動体の円滑な動きを妨げるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、管路の外部に開閉駆動力発生装置を有する流体制御弁において、開閉駆動力が比較的小さくてすみ、小型化が可能となる上、弁を開いた状態での脈流が生じることのない流体制御弁を提供することを目的とする。

本発明の流体制御弁は、流体を流す管路内に設けられた弁座と、
前記弁座の弁孔を閉塞、開放可能に前記管路内に収容され、前記管路の内径より小さな直径を有する球状の弁体と、
前記管路の外部に設けられ、前記弁体を前記管路内壁に接触させながら偏心回転させて前記弁座の弁孔を開く回転駆動装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の流体制御弁は、前記回転駆動装置が、前記管路を偏心回転させることにより前記弁体を偏心回転させる振動モータからなることを特徴とする。

また、本発明の流体制御弁は、前記管路内に、前記弁体が前記弁座から離れる距離を制限するストッパを設けたことを特徴とする。

本発明の流体制御弁は、球状の弁体を管路の内壁に接触させながら偏心回転させることにより、弁孔から弁体を離して弁を開くものである。このため、弁体を流体の圧力に逆らって移動させるものに比較して弁体を軸心から逸れさせる小さな力で弁を開くことができる。このため、弁の小型化が可能となる。また、本発明の流体制御弁は、弁体を偏心回転させている間は弁孔が開いているため、弁の下流に脈流も生じることがない。このため、脈流によって被駆動体に脈動等を生じることがない。

本発明の流体制御弁において、振動モータを回転駆動装置に用いれば、管路内にプランジャや振動体を設ける必要がなく、流体を流す管路内に弁体と弁座のみを設け、振動モータを管路の外側に取付けるという簡単な構成で実現でき、作製容易となる。

本発明の流体制御弁において、前記管路内に、前記弁体が前記弁座から離れる距離を制限するストッパを設ければ、弁体が弁座に付いて弁が閉塞されるまでの時間が短縮され、迅速な応答が可能となる。

図１は本発明の流体制御弁の一実施の形態を示す一部断面側面図、図２はそのＥ−Ｅ断面図である。１は弁本体であり、この弁本体１の一端側には弁孔２を有する弁座３が形成される。また、弁本体１の弁孔２を設けた部分の下流側には、孔の直径が弁孔２より拡大された管路４が形成される。この弁本体１は例えばアクリル樹脂のような硬質の合成樹脂または金属により作製される。

５は弁の上流側管路、６は弁の下流側管路であり、これらの管路５，６は変形可能な例えばポリウレタン樹脂等からなる可撓性の樹脂により作製される。上流側管路５は弁本体１の一端側に設けた弁座３の外周に嵌合され、溶着または接着によって弁座３の外周に固定される。下流側管路６は弁本体１の管路４に嵌合され、溶着または接着によって管路４の外周に固定される。

弁本体１は中間部に大径に形成した駆動装置取付け部７を有する。この駆動装置取付け部７は、図２に示すように、駆動装置として備えた振動モータ８を嵌合して取付ける凹部７ａを有する。この振動モータ８は、出力軸９に偏心錘１０を取付けたものである。この振動モータ８は、駆動装置取付け部７の凹部７ａに嵌め、振動モータ８と共に駆動装置取付け部７に巻いたバンド１１によって駆動装置取付け部７に固定される。すなわち振動モータ８は、その出力軸９が弁本体１や管路５，６に対して平行をなすように取付けられる。この振動モータ８は、駆動装置取付け部７にボルトやナットにより固定するかあるいは接着により固定してもよい。

１２は鋼等の金属製あるいは硬質樹脂製の球状をなす弁体である。この弁体１２は上流側管路５内に収容される。この弁体１２の直径は、上流側管路５の内径より小さく形成される。１３は弁座３から弁体１２が流体の流れ方向に離れすぎることを防止するために管路５内に設けたストッパである。このストッパ１３は筒状をなし、その内径は弁体１２の外径よりやや小さく形成される。

なお、実施例においては、管路５，６の内径は２．５ｍｍ、管路５，６の外径は４ｍｍ、弁孔２の直径は０．５ｍｍ、弁体１２の直径は２．０ｍｍ、ストッパ１３から管路４の端部に至る長さは２０ｍｍである。また、取付け部７と振動モータ８を含めた部分の幅は１０ｍｍ、振動モータ８の偏心錘１０を含めた部分の長さは２０ｍｍとした。これらの振動モータ８、弁本体１、ストッパ１３および管路４とその回りの管路５，６の部分を含めた全体のサイズは約１ｃｃである。

この流体制御弁を使用する際には、管路５，６の弁本体１から離れた部分を支持しておき、弁本体１や振動モータ８を浮かせた状態としておく。そして振動モータ８を駆動しない状態では、図１、図２に示すように、弁体１２が空気等の流体の圧力により弁座３側に押圧され、弁体１２が弁孔２を塞ぐ。この弁閉状態で、インパルス状の振動が加わった場合、弁体１２が動いて弁が開くことはあるものの、弁体１２は流体の圧力により管路５の中心にただちに移動し、自動的に弁孔２を塞ぐ。このため、外乱があっても弁が開いた状態を持続することはない。

振動モータ８を駆動して偏心錘１０を回転させると、振動モータ８がその軸心を中心に偏心回転する。このため、振動モータ８と共に弁本体１が偏心回転する。これにより、弁本体１と共に管路５，６も偏心回転する。これに伴い、図３および図４に示すように、弁体１２も弁孔２から離れ、弁体１２が管路５の内壁に接触しながら矢印１４で示すように偏心回転する。これにより、弁が開状態となる。

この流体制御弁は、弁体１２を偏心回転させている間は弁孔２が開いているため、常に一定の開口面積で弁孔２が開いた状態となる。このため、弁座を振動させて弁を開く構成の流体制御弁のような脈流も生じることがない。

また、この流体制御弁は、弁体１２を偏心回転させて弁を開くため、弁体１２を開く力の方向が流体の流れ方向に対して直交する方向である。このため、弁体を流体の流れに逆らって移動させる従来のものに比較して弁体１２を小さな力で弁を開くことができる。このため、弁を開くための駆動力が小さくてすみ、小型化が可能となる。

具体的には、流体である空気の供給圧力が５０ｋPa〜５００ｋPa程度で流量が２Ｌ／min〜１５Ｌ／min程度の弁を従来の電磁弁で構成した場合、重量で１５ｇ〜２０ｇ、サイズで１５cc〜２５ccのものが必要になる。一方、前記実施例の場合には、重量が２ｇ、サイズが前述のように１cc程度で済む。このため、重量で１／１０〜１／７．５程度、サイズで１／２５〜１／１５程度と非常に小型、軽量化される。

この流体制御弁は、前述のような小型の流体制御弁として好適に用いることができる。一例として、伸縮可能な複数の管を人の腕や足等の回りに装着した人工筋肉に用いることができる。すなわち人工筋肉を構成する管への加圧空気の導入、排出を行う弁として用いることができる。また、本発明の流体制御弁は、従来の電磁弁の代わりに、シール性が求められる他の小型の流体制御弁に好適に用いることができる。特に本発明の流体制御弁は、電池で開閉できるような小型の流体制御弁として用いる場合に好適である。

また、この実施の形態においては、弁体１２が弁座３から離れる距離を制限するストッパ１３を設けたため、弁を開いた状態であっても、弁体１２は弁座３に近接した位置に留まる。このため、振動モータ８を停止すると、弁体１２が流体の圧力により弁座３側に迅速に戻り、弁開閉が迅速に行われる。

図５は本発明の流体制御弁の他の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は、弁座３の弁体１２に接する受面３ａをテーパー形に形成したものである。他の部分の構成は図１、図２に示した通りである。このように弁座３の弁体１２の受面３ａをテーパー形に形成すれば、弁体１２が受面３ａの中央に接した弁閉状態が外乱により弁孔２から離脱しにくくなる。また、弁を開くための駆動力はやや大きくなるが、弁閉状態は安定する。さらに、弁体１２が弁孔２が離脱しても、弁体１２の偏心回転が止まると弁体１２が弁孔２に迅速に戻る。このため、弁体１２を閉塞する状態への復帰が迅速になる。

図６は本発明の流体制御弁の他の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は、弁体１２を収容しかつストッパ１３を設けた管路１５を弁本体１内に固定して設けたものである。他の部分の構成は図１、図２に示した通りである。この実施の形態によれば、ストッパ１３を弁本体１に固着することができ、長期使用によるストッパ１３の位置ずれを防止できる。また、弁本体１が硬質の樹脂等により剛性のある部材で構成されるため、弁体１２と弁座３との相対的位置関係を長期にわたり安定的に維持できる。

図７は本発明の流体制御弁の他の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は、弁体１２およびストッパ１３を設けた弁本体１を流体を流す管路１６内に収容したものである。振動モータ８はこの管路１６の外部にバンド１１によって取付けている。この実施の形態においては、管路１６と弁本体１との間に継ぎ目を設ける必要がないため、流体制御弁における流体の漏れを完全に防止することができる。

本発明を実施する場合、弁本体１、弁座３、ストッパ１３の構造やこれらの相互の組み合わせ構造あるいはこれらと弁体１２との相互の組み合わせ構造については、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態以外に種々に変更可能である。

本発明の流体制御弁の一実施の形態を示す一部断面側面図である。 図１のＥ−Ｅ断面図である。 この流体制御弁の弁開状態を示す断面図である。 図３のF−F断面図である。 本発明の流体制御弁の他の実施の形態を示す一部断面側面図である。 本発明の流体制御弁の他の実施の形態をさらに示す一部断面側面図である。 本発明の流体制御弁の他の実施の形態をさらに示す一部断面側面図である。

符号の説明

１：弁本体、２：弁孔、３：弁座、４：管路、５：上流側管路、６：下流側管路、７：駆動装置取付け部、８：振動モータ、９：出力軸、１０：偏心錘、１１：バンド、１２：弁体、１３：ストッパ、１５：管路、１６：管路

Claims (3)

1. 流体を流す管路内に設けられた弁座と、
   前記弁座の弁孔を閉塞、開放可能に前記管路内に収容され、前記管路の内径より小さな直径を有する球状の弁体と、
   前記管路の外部に設けられ、前記弁体を前記管路内壁に接触させながら偏心回転させて前記弁座の弁孔を開く回転駆動装置とを備えたことを特徴とする流体制御弁。
2. 請求項１に記載の流体制御弁において、
   前記回転駆動装置が前記管路を偏心回転させることにより前記弁体を偏心回転させる振動モータからなることを特徴とする流体制御弁。
3. 請求項１または２に記載の流体制御弁において、
   前記管路内に、前記弁体が前記弁座から離れる距離を制限するストッパを設けたことを特徴とする流体制御弁。

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