JP2712672B2 - 超音波モータ駆動流路開閉弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、例えば車両用空調装置の吸入空気口を切換
える内外気切換ドア（以下、インテークドアと呼ぶ）な
どに用いて好適な流路開閉弁に関する。

B.従来の技術 従来の流路開閉弁として車両用空調装置のインテーク
ドアを例に説明する。

このインテークドアは、車室内の空気を空調装置内に
取り入れる室内側吸気口と、車室外の空気を空調装置内
に取り入れる外気側吸気口との間に配置され、一方の吸
気口を閉じると他方の吸気口が開くようになっている。
このインテークドアの開閉は、小型のDCモータの回転数
を数百分の一に減速して行われていた。

C.発明が解決しようとする課題 しかしながら従来のこの種の流路開閉弁は、小型DCモ
ータにより開閉駆動されているから、弁をある開閉角度
に保持するのに必要な保持トルクを出すため減速機でモ
ータ出力を減速している。そのため、減速機内のギアに
より騒音が大きく、かつ開閉速度が遅かった。なお、大
容量のDCモータを使用すればこのような問題を解決でき
るが、配置スペースなどの面から採用しにくい。

本発明は、小型で充分な保持トルクを有し、騒音が少
なく、開閉速度が速い流路開閉弁を提供することを目的
とする。

D.課題を解決するための手段 一実施例である第１図および第２図に対応づけて本発
明を説明すると、本発明は、例えば第４図に示すように
流路に設けられた第１の開口64（64A,64B）と第２の開
口66（66A,66B）とはそれぞれ線対称位置に各一対配置
され、第１および第２の開口64A,64B,66A,66Bの開閉を
一対の弁体4A,4Bで互いに相反する方向に制御する流路
開閉弁に適用され、上述の目的は、次のような構成で達
成できる。

本発明に係る超音波モータ流路開閉弁は圧電素子と弾
性体よりなるステータ20を固定台18に固定し、弾性体に
圧接されたロータ26の中心にモータ軸10を設けた超音波
モータ２と、モータ軸10の両端にその軸中心に点対称に
配置固定した一対のアーム12A,12Bと、一対のアーム12
A,12Bの同一方向の回転により一対の弁体4A,4Bを同期動
作させるリンク機構14A,14B,16A,16Bとを具備する E.作用 超音波モータ２のロータ26と一体化されたモータ軸10
の回転によりアーム12A,12Bが回転する。一対のアーム1
2A,12Bおよび一対のドア4A,4Bはそれぞれモータ軸10に
対して対称的な位置に設けられており、ドア4A,4Bの開
閉動作を対称的に行われる。このため流体がドア4A,4B
におよぼす力によって生じるモータ軸回りのトルクは２
つのドア間で相殺され、小さなトルクでドアを開閉で
き、またドアを所定の角度に保持するための保持トルク
も小さくできる。さらに、同一方向の回転でドアの開閉
を行うことができるので、超音波モータの回転を制御す
るための回路が簡素化される。

なお、本発明の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項で
は、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いた
が、これにより本発明が実施例に限定されるものではな
い。

F.実施例 以下本発明の一実施例を第１図〜第８図において説明
する。

第１図は超音波モータの要部を詳しく説明する拡大
図、第２図は超音波モータで駆動される流路開閉弁をイ
ンテークドアに用いた実施例を示す正面図、第３図は第
２図の縦断面図、第４図はインテークドアの動作説明図
である。

第２図〜第４図に示すように、超音波モータ２はダク
ト５の外壁６にブラケット８を介して取り付けられてい
る。ダクト５には、第４図に示すように外気側吸気口64
A,64Bと、室内側吸気口66A,66Bとがダクト５内の流路5A
の軸線に対称に設けられ、同様にその軸線に対称に配置
されて超音波モータ２で駆動される一対のドア4A,4Bに
より外気側吸気口64A,64Bと室内側吸気口66A,66Bとが相
反する方向に開閉制御される。

第１図に示すように、超音波モータ２のモータ軸10の
両端には、モータ軸10を挟んで点対称に一対のアーム12
A,12Bがそれぞれモータ軸10に直角に設けられている。
各アーム12A,12Bの先端にはそれぞれリンク部材14A,14B
の一端がピン結合され、各リンク部材14A,14Bの他端に
はドアリンク16A,16Bがピン結合されている。このドア
リンク16A,16Bはドア４に対し固定されており、ダクト
外壁６の外側に位置して内側のドア４を回動するように
なっている。

第１図により本実施例の超音波モータの概略構造を詳
細に説明する。

固定台18の上に固定されるステータ20は、弾性体22の
下面に圧電セラミックス24を接着固定してなり、図示し
ないボルトなどにより弾性体22を介して固定台18に固定
されている。ステータ20にはロータ26が皿ばね28によっ
て圧接され、その圧接面には耐摩耗材であるフィルム34
が貼着されている。モータ軸10の一端にはナット32と36
でアーム12Aが挟着され、モータ軸10の他端には他方の
アーム12Bが一体的に設けられている。上述したとお
り、２つのアーム12A,12Bはモータ軸10を挟んで点対称
な位置に配置されている。上述した皿ばね28はナット32
とロータ26との間に介在されている。なお、モータ軸10
は固定台18に設けられたベアリング30で回転可能に支持
されている。

周知のように超音波モータにおける圧電セラミックス
24は周方向に２つに分割され、その中で互い違いに極性
が逆となるように分極され、これりにより、これら分割
された一対の圧電セラミックス24に互いに90゜位相のず
れた交流電圧を印加すると弾性体22に振動性進行波を発
生させる。

この交流電圧を印加するための回路を第５図および第
６図において説明する。

第５図において、超音波モータ２のモニタ電極2Cから
取り出される交流電圧信号はF/Vコンバータ38で周波数
（回転速度に比例する）に応じた電圧に変換され、その
アナログ電圧信号は差動増幅器40の一方の入力端子に入
力される。差動増幅器40の他方の入力端子には所望回転
速度に応じた基準電圧42が入力されているから、差動増
幅器40は検出回転速度と基準回転速度との差に応じた電
圧を電圧制御発信器（VCO）44の入力端子に印加する。
これにより、VCO44は入力電圧に応じた周波数を有する
いわゆる周波信号（第６図（ａ））を出力する。VCO44
の周波信号は分周位相器46で分周されるとともに、第６
図の（ｂ）〜（ｅ）に示すような互いに位相が90度づれ
たパルス信号として分周位相器46から出力される。パワ
ートランジスタ48〜54はこのパルス信号がオンしている
間だけ順次にオンし、トランス56a,56bの２次巻線側に
それぞれ90度位相のづれたsin波とcos波である交流電圧
信号が現れ、超音波モータ２の駆動電極2a,2bにそれぞ
れ印加される。そして、この電極2a,2bを介して上述し
た一対の圧電セラミックス24に交流電圧信号が印加さ
れ、超音波モータ２が所望の速度で回転する。

次に、本実施例のリンク機構の動作を第４図により説
明する。

外気側吸気口64A,64Bおよび室内側吸気口66A,66Bは、
同一方向（時計回り方向）にのみ回転するモータ軸10に
回転に伴って一対のドア4A,4Bにより開閉される。各ド
アの動きは同じであり、以下では、左のドア4Aに着目し
て説明する。

第４図（ａ）は、外気側吸気口64Aが閉じ、室内側吸
気口66Aが開いた状態を示している。この時、ドアリン
ク16Aはリンク部材14Aにより最も引っ張られた状態とな
っている。同図（ｂ）に示すように、アーム12Aが90度
回転するとリンク部材14Aがドアリンク16Aを押し、外気
側吸気口64Aおよび室内側吸気口66Aが半分開いた（ハー
フ）状態となる。同図（ｃ）のように、アーム12Aがさ
らに90度回転すると、リンク部材14Aはドアリンク16Aを
完全に押した状態となり、ドア4Aは室内側吸気口66Aを
完全に閉じ、外気側吸気口64Aを完全に開いた状態とな
る。同図（ｄ）のようにさらに90度回転すると、リンク
部材14Aはドアリンク16Aを引っ張り室内側吸気口66Aお
よび外気側吸気口64Aを半分開いた（ハーフ）状態とな
る。

次に、このようなドア４の開閉制御について第７図お
よび第８図を中心に説明する。

第７図に示すスプリングタイプのスイッチ素子が弾性
体22の上面58に取り付けられるとともに、ロータ26側に
はスイッチ板60（第１図）が取り付けられている。ロー
タ26の回転に伴いこのスイッチ板60がスプリングタイプ
のスイッチ素子の各端子62a,62b,62cに接触すると、そ
れに応じた３種類の信号を形成する。クローズ用の端子
62aに接触すればクローズ信号が、ハーフ端子62bに接触
すればハーフ信号が、オープン端子62cに接触すればオ
ープン信号が出力される。

そして、第８図のフローチャートを示すように、図示
しない操作パネル上のクローズ，ハーフ，オープンのい
ずれかのスイッチが押されると（ステップS1）、ステッ
プS2でモータを駆動する。そして、その押されたスイッ
チに対応する位置の端子（62a,62b,62cのいずれか）に
スイッチ板60が達すると（ステップS3）、ステップS4で
モータが停止され、ステップS5で図示しないLED（発光
ダイオード）などを備えた表示器によりその位置になっ
たことが表示され、ドライバーによって確認できる。

本実施例のように、超音波モータ駆動流路開閉弁を車
両用空調装置のインテークドアに使用することにより以
下のような効果を得る。

任意の開閉角度にある一対のドア4A,4Bに作用する空
気流により各ドアが超音波モータ軸10に及ぼすトルクは
互いに相殺されるから、必要なトルクを小さくできる。

すなわち、第４図に示すように、外気側吸気口64およ
び室内側吸気口66は互いに軸対称に配置された各々２つ
の吸気口64A,64B,66A,66Bを有し、２つのドア4A,4Bはモ
ータ軸10に対し線対称な位置に配置されており、開閉動
作も線対称な状態で行われる。したがって、それぞれの
ドアに作用する空気流による力がモータ軸10回りに発生
させるトルクは互いに逆向き方向に生じ、相殺される。
これによるモータ軸10に加わるトルクは小さくなり、ド
ア４を一定の角度に保持するに必要なトルクも小さくで
きる。また、小さなトルクでドア４の開閉を行うことが
可能となる。

そして超音波モータの保持トルクはもともとDCモータ
よりも大きく、上述したような低減された必要保持トル
クよりも大きい保持トルクを小型容量のモータでも備え
ている。したがって、従来のようにモータの回転数を減
速する必要がない。その結果、騒音を小さくできる上、
部品点数を減らし装置全体を小型化できる。さらに、減
速する必要がないのでドアの開閉速度を早くできる。因
に、本発明者の実験では、従来４秒かかったものが本発
明により１秒とすることができた。

G.発明の効果 以上説明したように、本発明の超音波モータ駆動流路
開閉弁によれば、超音波モータにより大きなトルクを出
すことができ、かつ２つのドアを対称的な位置に設け対
称的に開閉動作を行わせることにより必要な保持トルク
を小さくできる。したがって、より小型の超音波モータ
を用いることができる。さらに、一方向の回転で済むの
でモータ駆動回路も簡素化される。このように小型化が
図れるにもかかわらず、保持トルクが大きいから減速装
置を用いる必要がなく、ギアによる騒音がなく静粛な弁
装置となる。また、減速しないので開閉速度を早くでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の要部を示す拡大断面図、第２図は本
実施例の超音波モータ駆動流路開閉弁が使用されたカー
エアコンのダクト部の概略正面図、第３図は第２図の縦
断面側面図、第４図は本実施例の動作を説明する図、第
５図は本実施例の超音波モータを駆動するための駆動回
路図、第６図は第５図の回路中の波形を示す図、第７図
は本実施例に用いられるスプリングタイプのスイッチ素
子の平面図、第８図はドア開閉制御の手順を示すフロー
チャートである。 2:超音波モータ、4:ドア 5:ダクト、5a:流路 6:外壁、10:モータ軸 12A,12B:アーム 14A,14B:リンク部材 16A,16B:ドアリンク 18:固定台、20:ステータ 22:弾性体、24:圧電セラミックス 26:ロータ、28:皿ばね 30:ベアリング、60:スイッチ板 64（64A,64B）：外気側吸込口 66（66A,66B）：室内側吸入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 任田 正之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−70215（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−52212（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−24609（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路に設けられた第１の開口と第２の開口
   とはそれぞれ線対称位置に各一対配置され、第１および
   第２の開口の開閉を一対の弁体で互いに相反する方向に
   制御する流路開閉弁において、 圧電素子と弾性体よりなるステータは固定台に固定され
   弾性体に圧接されたロータの中心にはモータ軸が設けら
   れた超音波モータと、 前記モータ軸の両端にその軸中心に点対称に配置固定さ
   れた一対のアームと、 前記一対のアームの同一方向の回転により前記一対の弁
   体を線対称に同期動作させるリンク機構とを具備するこ
   とを特徴とする超音波モータ駆動流路開閉弁。