JP2669464B2

JP2669464B2 - 自動開閉弁

Info

Publication number: JP2669464B2
Application number: JP33301087A
Authority: JP
Inventors: 修筒井
Original assignee: 東陶機器株式会社
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1997-10-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JPH01176873A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、流体の流れを制御する自動開閉弁に関す
る。（ロ）従来の技術従来、かかる自動開閉弁としては各種形態ものが知ら
れており、例えば、ソレノイドを用いた電磁開閉弁や、
モータ駆動の電動弁等がある。そして、かかる自動開閉弁は、センサや各種スイッチ
を用いて、自動的に作動させることができる。（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、駆動源がソレノ
イドやモータであるため、高精度の位置決めを行うこと
ができず、流量制御を精密に行うことができなかった。本発明は、上記問題点を解消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、ケーシングの一側に二つの一側流路を設け
るとともに、他側に一つの他側流路を設け、一側流路を
他側流路と連通し、同連通部に弁体を開閉自在に取付
け、同弁体をともに圧電アクチュエータによって駆動可
能とし、かつ、同圧電アクチュエータに、プランジャ
を、非クランプ時に待機位置に復帰させる復帰スプリン
グを取付けたことを特徴とする自動開閉弁に係るもので
ある。（ホ）作用及び効果以上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。圧電アクチュエータによって弁体を駆動可能に構成し
たので、電圧の印加回数に応じて、μｍオーダ或いはサ
ブμｍのオーダによって弁体を進退することができ、精
密な流量調整を行うことができる。圧電アクチュエータによって弁体を駆動可能に構成し
たので、アクチュエータと弁体との間に減速機構を介在
させなくてもよく、自動開閉弁の全体構造を著しくコン
パクトにすることができる。圧電アクチュエータは、非クランク状態のプランジャ
を待機位置に復帰させる復帰スプリングを具備している
ので、例えば、停電時において、非クランプ状態にある
プランジャを、容易に弁完全閉塞位置まで復帰スプリン
グの復元力により移動して、弁を完全に閉塞して、流体
の流出や漏出を確実に防止することができる。（ヘ）実施例以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説
する。なお、本実施例は、本発明に係る自動開閉弁を湯
水混合栓として用いた場合を示している。第１図において、10は円筒状の箱状をなすケーシング
であり、同ケーシング10は、その一側側壁に、二つの両
端開口の筒体11,12を突設しており、その内部に一側流
路13,14を形成している。そして、一側流路13,14は湯水混合栓の給水流路及び
給湯流路として機能するものであり、その外側開口端13
a,14aは、それぞれ給水配管15と給湯配管16と連通して
いる。一方、一側流路13,14の内側開口端13b,14bは、それぞ
れ、ケーシング10の両端に形成した隔室17,18と連通し
ている。また、ケーシング10の他側側壁には、両端開口のＴ字
状筒体19が突設されており、同Ｔ字状筒体19内には、Ｔ
字状の他側流路20が形成されている。そして、かかる他側流路20は、湯水混合栓の混合水流
路として機能するものであり、その外側開口端20aは、
混合水配管21と連通しており、一方、その内側二股状開
口端20b,20cは隔壁17,18と連通している。さらに、Ｔ字状筒体19の内側二股状開口部には、それ
ぞれ弁座22,23が設けられており、同弁座22,23には、ケ
ーシング10内を軸線方向に進退して弁座22,23と接離
し、内側二股状開口端20b,20cを開閉するダイアフラム
弁からなる弁体24,25が配設されている。さらに、ケーシング10の両端には、それぞれ圧電アク
チュエータＡが取付られている。そして、各圧電アクチュエータＡは、本実施例では、
第２図に示すように、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ｄを取付け、同プランジャｄ
の先端を弁体24,25の後部と当接自在となし、さらに、
プランジャｄの外周面上に、同心円的に、三つの圧電素
子e,f,gからなる圧電素子組立体Ｂを配設することによ
って構成している。そして、この圧電素子e,f,gは、電源をオフした際に
縮むように構成されている。即ち、圧電素子e,fは、通電していない状態では縮ん
でプランジャｄを非クランプ状態にするとともに、通電
状態では伸びてプランジャｄをクランプする。一方、圧
電素子ｇは、通電していない状態ではプランジャｄ上を
軸線方向に伸びた状態にあり、通電状態では、プランジ
ャｄ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ｄは、かかる三つの圧電素子e,f,
gを適当に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は、第２図及び第３図に示すように、多
数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯廻りに同心円的に
積層して形成したリング状の素子であり、リングがプラ
ンジャｄと接する内側と同様に外側に電極が取付えられ
ており、電圧が印加されると、このリングが伸びるよう
に構成されている。また、圧電素子ｇは、第２図及び第４図に示すよう
に、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯と直角に積
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、
縮むように構成されている。なお、圧電素子片は、例えば、圧電セラミックスを用
いることができ、かかる圧電セラミックスとしては、AB
O₃ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料であっ
てPZT（Pb（Zr,Ti）O₃系、やPLZT（Pb（Zr,Ti）O₃）,PT
（PbTiO₃）系、あるいはPZTを基にした３成分系のもの
を用いることができる。また、圧電素子e,fは、第５図に示すように、多数の
薄肉リング状の圧電素子片をプランジャｄの軸芯周りに
軸線方向に積層して形成することもできる。この場合、
電圧の印加方向を、90度変えることになる。一方、圧電素子ｇも、第５図に示すように、多数の長
尺薄肉筒状の圧電素子片をプランジャｄの周りに同心円
的に積層して形成することもできる。なお、この場合
も、電圧の印加方向を、90度変えることになる。さらに、ｈは圧電素子ｇの後端と後壁ｂとの間に介設
した皿バネ等の弾性体であり、圧電素子e,f,gを常時前
壁ａに向けて弾性的に押圧して圧電素子組立体Ｂの一体
化を図るものである。また、第１図において、i,jは圧電アクチュエータＡ
の水密性を高めるために設けたＵパッキンである。また、ｋはアクチュエータケーシングａの後壁ｃの背
部に設けたスプリング収納室であり、同収納室ｋ内に
は、復帰スプリング受板l,mが配設されている。そして、一側スプリング受板ｌは、プランジャｄと一
体的に連結されており、他側スプリング受板ｍは、補助
壁ｎに螺着した螺杆ｏと一体的に連結されている。かかる構成によって、プランジャｄが非クランプ状態
のときは、プランジャｄを、復帰スプリングＳの復元力
によって、待機位置に相当する最大前進位置まで伸出す
ることができる。また、復帰スプリングＳの復元力は、螺杆ｎを回転し
て両スプリング受板l,m間の間隔を調節することによっ
て容易に行うことができる。なお、上記構成において、圧電素子e,f,gは、円形断
面のみでなく、例えば、矩形断面等とすることもでき、
また、第６図や第７図に示す如く分割片から構成するこ
ともできる。以下、かかる圧電素子組立体Ｂによるプランジャｄの
移動について説明する。第８図に示すように、圧電素子ｆをそのままにしてプ
ランジャｄをクランプさせるとともに、圧電素子ｅの電
圧を解除して縮め、プランジャｅのクランプを解除す
る。次に、第９図に示すように、圧電素子ｇに電圧を印加
して縮めると、圧電素子ｆが矢印方向に移動し、これに
伴って圧電素子ｆがクランプするプランジャｄも同一方
向に移動する。その後、第10図に示すように、圧電素子ｆの電圧を解
除してプランジャｄのクランクを解除するとともに圧電
素子ｇに加えていた電圧を解除すると、圧電素子ｇは矢
印方向に伸び、圧電素子ｆも同一方向に伸びる。その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャ
ｄを、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロークで
尺とり虫状に移動することができ、弁体24,25の開閉
量、即ち、混合水の混合割合を微調整することができ
る。また、圧電アクチュエータＡは、非クランプ状態のプ
ランジャｄを待機位置に復帰させる復帰スプリングＳを
具備しているので、例えば、停電時において、第11図に
示すごとく、非クランプ状態にあるプランジャｄを、容
易に待機位置まで復帰させることができる。なお、第１図において、40は他側流路20内に設けた温
度センサであり、混合水の温度を検出し、検出値を制御
部にフィードバックして、制御部に検出値に基づいて自
動開閉弁の圧電アクチュエータＡを作動させ、適温制御
をさせるものである。なお、プランジャｄは、圧電素子e,f,gによって多数
回クランプされるものであるため、線膨脹係数が小さ
く、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく、
さらに、加工精度が高いものが望ましく、例えば、セラ
ミック素材としたものが考えられる。ついで、上記構成を有する自動開閉弁の作動を、湯水
混合栓として用いた場合について、第１図を参照して具
体的に説明する。即ち、温度センサ40からの検出値を制御部にフィード
バックして、制御部に検出値に基づいて自動開閉弁の両
圧電アクチュエータＡをそれぞれ別個に作動させると、
弁体24,25が設定開度で開閉して、一側流路13,14から他
側流路20に流れる給水量と給湯量を一定の混合割合で混
合することができる。そして、かかる作用において、弁体24,25は圧電アク
チュエータＡによって作動するようにしているので、流
量制御をより確実に行うことができ、適温制御をより確
実に行うことができる。また、停電時等のおいては、プランジャｄが非クラン
プ状態となっても、復帰スプリングＳによって容易に弁
閉塞位置にプランジャｄを移動して、弁を完全に閉塞し
て流出事故等を防止することができる。なお、本実施例では、自動開閉弁を湯水混合栓として
用いたが、自動開閉弁は他の用途にも使用可能なもので
あり、例えば、他側流路から一側流路に向けて流体を分
岐させる場合にも用いることができる。第12図に本発明の他の実施例を示す。本図において、圧電素子e,f,gは圧電素子ｇの中央部
で保持体ｈによりアクチュエータケーシングｃに相対位
置を保つべく保持されている。ｔは、圧電素子e,fをｇと弾性的に連結するブリッジ
部であり、ｕは、圧電素子e,fによりプランジャｄを拘
束するのに適した摩擦力、耐摩耗性を有するライニング
材である。以上述べてきた如く、本実施例に係る発明は、以下の
作用及び効果を奏する。圧電アクチュエータＡによって弁体24,25を駆動可能
に構成したので、電圧の印加回数に応じて、μｍオーダ
或いはサブμｍのオーダによって弁体24,25を進退する
ことができ、精密な流量調整を行うことができる。圧電アクチュエータＡによって弁体24,25を駆動可能
に構成したので、アクチュエータＡと弁体24,25との間
に減速機構を介在させなくてもよく、自動開閉弁の全体
構造を著しくコンパクトにすることができる。圧電アクチュエータＡは、非クランプ状態のプランジ
ャｄを待機位置に復帰させる復帰スプリングＳを具備し
ているので、例えば、停電時において、非クランプ状態
にあるプランジャｄを、容易に弁完全閉塞位置まで復帰
スプリングＳの復元力により移動して、弁を完全に閉塞
して、流体の流出や漏出を確実に防止することができ
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内部構造を示す断面
側面図、第２図は要部拡大説明図、第３図と第４図は第
２図Ｉ−Ｉ線及びII−II線による横断面図、第５図〜第
７図は他の実施例の圧電素子の横断面図、第８図〜第11
図は圧電アクチュエータの作動状態説明図、第12図は本
発明に係る自動開閉弁の他の実施例の内部構造を示す断
面側面図である。図中、 A:圧電アクチュエータ B:圧電素子組立体 S:復帰スプリング 10:ケーシング、13:一側流路 14:一側流路、20:他側流路 24:弁体、25:弁体

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．ケーシング（10）の一側に二つの一側流路（13）
（14）を設けるとともに、他側に一つの他側流路（20）
を設け、一側流路（13）（14）を他側流路（20）と連通
し、同連通部に弁体（24）（25）を開閉自在に取付け、
同弁体（24）（25）をそれぞれ圧電アクチュエータ
（Ａ）によって駆動可能とし、かつ同圧電アクチュエー
タ（Ａ）に、プランジャ（ｄ）を、非クランプ時に待機
位置に復帰させる復帰スプリング（Ｓ）を取付けたこと
を特徴とする自動開閉弁。