JP3526485B2 - 超音波モータを用いた弁アクチュエータ - Google Patents
超音波モータを用いた弁アクチュエータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータを用いた弁
アクチュエータに関する。
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は手動ハンドル式仕切弁の模式図で
ある。図１０は手動ハンドル式仕切弁の断面図である。
ある。図１０は手動ハンドル式仕切弁の断面図である。
【０００３】ガス、水、油、ＬＰＧ、ＬＮＧ、蒸気等を
流通させる配管には各種のバルブが使用されている。こ
れらバルブの開閉調節はバルブの弁箱内の弁体に固定さ
れている弁棒に螺合させた手動ハンドルの操作で行う
か、または制御用弁アクチュエータを装着し、これで弁
棒を自動的に操作して行っている。手動ハンドルで操作
する場合、手動ハンドルが弁棒とともに上下動するもの
と、手動ハンドルが回転するのみで上下動しないものが
あり、本発明の弁アクチュエータを装着しようとするの
は基本的に後者の構造を有する弁である。
流通させる配管には各種のバルブが使用されている。こ
れらバルブの開閉調節はバルブの弁箱内の弁体に固定さ
れている弁棒に螺合させた手動ハンドルの操作で行う
か、または制御用弁アクチュエータを装着し、これで弁
棒を自動的に操作して行っている。手動ハンドルで操作
する場合、手動ハンドルが弁棒とともに上下動するもの
と、手動ハンドルが回転するのみで上下動しないものが
あり、本発明の弁アクチュエータを装着しようとするの
は基本的に後者の構造を有する弁である。
【０００４】図９および図１０の手動ハンドル式仕切弁
１は、弁箱２の内部を上下動して流体の流れ（矢印Ａ）
を制御する弁体３と、流体の流れ方向に直角に弁体に取
り付けられた弁棒４と、弁箱２に固定したヨーク５に回
転自在に支持され且つ弁棒４に形成されている雄ねじ６
が螺合する雌ねじ部７を内壁に備えたねじ孔７を有する
カップリング８すなわちスリーブ８を有している。この
スリーブ８にハンドル車９が固定されている。したがっ
て、スリーブ８とハンドル車９は一体となってヨーク上
を回転する。ハンドル車９を数回ないし数十回回転する
ことにより弁棒４と共に弁体３が上下動して仕切弁１を
全開（図９に実線で示す）または全閉（図９に仮想線で
示す）して流体を流動させたり停止させるようになって
いる。なお、弁棒４が弁箱２から突出する部分にグラン
ドパッキン１０を充填して流体が外部に漏れるのを防止
している。
１は、弁箱２の内部を上下動して流体の流れ（矢印Ａ）
を制御する弁体３と、流体の流れ方向に直角に弁体に取
り付けられた弁棒４と、弁箱２に固定したヨーク５に回
転自在に支持され且つ弁棒４に形成されている雄ねじ６
が螺合する雌ねじ部７を内壁に備えたねじ孔７を有する
カップリング８すなわちスリーブ８を有している。この
スリーブ８にハンドル車９が固定されている。したがっ
て、スリーブ８とハンドル車９は一体となってヨーク上
を回転する。ハンドル車９を数回ないし数十回回転する
ことにより弁棒４と共に弁体３が上下動して仕切弁１を
全開（図９に実線で示す）または全閉（図９に仮想線で
示す）して流体を流動させたり停止させるようになって
いる。なお、弁棒４が弁箱２から突出する部分にグラン
ドパッキン１０を充填して流体が外部に漏れるのを防止
している。
【０００５】従来、弁制御用アクチュエータとして、エ
アーモータ型、エアーシリンダ型、電動機型等が使用さ
れている。直径数インチ以上の配管系で一番使用頻度の
高い仕切弁等のアクチュエータとしては、エアーモータ
型、電動機型等が良く使用されているが、これらのアク
チュエータに要求される特徴としては、低速型（１分間
に数回転程度）の高トルク型（数十Ｎｍ程度以上）であ
る。さらに、開時および閉時における噛み込み現象を防
止する性能等も必要であった。数十インチ以上の大型の
仕切弁等では、油圧シリンダ、油圧モータ、大型エアー
シリンダ、特殊電動機等も弁アクチュエータとして使用
されている。図示していないが、例えば電動機型弁アク
チュエータは電動機に減速機を介してギアを連結し、ス
リーブにハンドル車の代わりに固定したギアと噛み合わ
せ、電動機により自動的に仕切弁を開閉するようにした
ものである。
アーモータ型、エアーシリンダ型、電動機型等が使用さ
れている。直径数インチ以上の配管系で一番使用頻度の
高い仕切弁等のアクチュエータとしては、エアーモータ
型、電動機型等が良く使用されているが、これらのアク
チュエータに要求される特徴としては、低速型（１分間
に数回転程度）の高トルク型（数十Ｎｍ程度以上）であ
る。さらに、開時および閉時における噛み込み現象を防
止する性能等も必要であった。数十インチ以上の大型の
仕切弁等では、油圧シリンダ、油圧モータ、大型エアー
シリンダ、特殊電動機等も弁アクチュエータとして使用
されている。図示していないが、例えば電動機型弁アク
チュエータは電動機に減速機を介してギアを連結し、ス
リーブにハンドル車の代わりに固定したギアと噛み合わ
せ、電動機により自動的に仕切弁を開閉するようにした
ものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の弁アクチュエータには次のような欠点があ
る。 （１）電磁弁の場合は、その駆動力が小さいため、１イ
ンチ程度までの小口径配管用バルブにしか適用できず、
また、全開または全閉のみに作動し、それらの途中で停
止できない欠点がある。 （２）エアーモータやエアーシリンダでは、駆動源とな
る空気圧力７〜８ｋｇ／の高価な計装エアー設備が必要
であり、また開閉制御用のエアー用電磁弁が必要であ
る。計装エアー設備の無いとこでは採用が困難であっ
た。さらに駆動時に大量のエアーを必要とするので、計
装エアー設備からのエアー配管系にクッションタンク等
の設備も必要であった。 （３）電動機（１５００〜１０００ｒｐｍ）では、数
百：１程度以上の高減速型の減速機が必要であり、ま
た、開時および閉時の噛み込み防止のため複雑なトルク
制限制御（通称：リミトルク機構）も必要であった。さ
らに停電時にも駆動可能とするためには、電動機の起動
時容量（定格容量の６倍程度）を考慮した専用ＵＰＳ設
備等が必要であった。 （４）油圧シリンダや油圧モータでは、専用の油圧駆動
設備が必要であり、また開閉制御用のエアー電磁弁が必
要である。 （５）ＬＮＧ等の極低温仕様や蒸気等の高温仕様ではバ
ルブのグランド部が長いので、従来の弁アクチュエータ
の場合はバルブ上部に大きな重量を掛けづらく弁に補強
が必要な場合もあった（後述するように本発明の弁アク
チュエータは軽量であるのでバルブ上部に大重量が作用
しない）。
うな従来の弁アクチュエータには次のような欠点があ
る。 （１）電磁弁の場合は、その駆動力が小さいため、１イ
ンチ程度までの小口径配管用バルブにしか適用できず、
また、全開または全閉のみに作動し、それらの途中で停
止できない欠点がある。 （２）エアーモータやエアーシリンダでは、駆動源とな
る空気圧力７〜８ｋｇ／の高価な計装エアー設備が必要
であり、また開閉制御用のエアー用電磁弁が必要であ
る。計装エアー設備の無いとこでは採用が困難であっ
た。さらに駆動時に大量のエアーを必要とするので、計
装エアー設備からのエアー配管系にクッションタンク等
の設備も必要であった。 （３）電動機（１５００〜１０００ｒｐｍ）では、数
百：１程度以上の高減速型の減速機が必要であり、ま
た、開時および閉時の噛み込み防止のため複雑なトルク
制限制御（通称：リミトルク機構）も必要であった。さ
らに停電時にも駆動可能とするためには、電動機の起動
時容量（定格容量の６倍程度）を考慮した専用ＵＰＳ設
備等が必要であった。 （４）油圧シリンダや油圧モータでは、専用の油圧駆動
設備が必要であり、また開閉制御用のエアー電磁弁が必
要である。 （５）ＬＮＧ等の極低温仕様や蒸気等の高温仕様ではバ
ルブのグランド部が長いので、従来の弁アクチュエータ
の場合はバルブ上部に大きな重量を掛けづらく弁に補強
が必要な場合もあった（後述するように本発明の弁アク
チュエータは軽量であるのでバルブ上部に大重量が作用
しない）。
【０００７】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、従来の配管用の手動ハンドル式のバルブに簡単・
容易に安価に取り付けることができ、軽量・小型の防爆
構造に製作することができ、制御が単純・容易な低速高
トルク性能を有する弁アクチュエータを提供することを
目的とする。
ので、従来の配管用の手動ハンドル式のバルブに簡単・
容易に安価に取り付けることができ、軽量・小型の防爆
構造に製作することができ、制御が単純・容易な低速高
トルク性能を有する弁アクチュエータを提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、弁箱内を上下動して流体の流れを制御す
る弁体と、流体の流れ方向に直角に前記弁体に取り付け
られた弁棒と、前記弁箱に回転自在に支持され且つ前記
弁棒の螺合するねじ部を備えたスリーブとを有する仕切
弁に装着された弁アクチュエータにおいて、前記スリー
ブにそれと同一軸線上に固定されたギアと、前記ギアに
噛み合うピニオンと、前記ピニオンの上下に対をなして
前記弁箱に対面固定された超音波モータとを具備し、前
記超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一軸線
上で係合させたことを特徴とする。
成するために、弁箱内を上下動して流体の流れを制御す
る弁体と、流体の流れ方向に直角に前記弁体に取り付け
られた弁棒と、前記弁箱に回転自在に支持され且つ前記
弁棒の螺合するねじ部を備えたスリーブとを有する仕切
弁に装着された弁アクチュエータにおいて、前記スリー
ブにそれと同一軸線上に固定されたギアと、前記ギアに
噛み合うピニオンと、前記ピニオンの上下に対をなして
前記弁箱に対面固定された超音波モータとを具備し、前
記超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一軸線
上で係合させたことを特徴とする。
【０００９】また、本発明は前記超音波モータが耐圧防
爆構造のケースに封入されていることを特徴とする。
爆構造のケースに封入されていることを特徴とする。
【００１０】また、本発明は前記ピニオンの上下に対を
なして配置された前記超音波モータが前記ギアの周囲に
複数対設けられたことを特徴とする。
なして配置された前記超音波モータが前記ギアの周囲に
複数対設けられたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明は超音波モータのそれぞれに
専用ドライバーを取り付けたことを特徴とする。
専用ドライバーを取り付けたことを特徴とする。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】従来の全種類の手動式バルブに本発明を容易に
実施することができる。使用する超音波モータは弾性体
と、電圧を加えた時伸び縮みが交互になるように厚み方
向に分極された圧電セラミックを接着したステータに超
音波領域の電圧を加え、弾性体の表面に生じた屈曲振動
を回転運動に転換したものであるから、減速機構等を使
わずに負荷をダイレクトに駆動し、低速回転、高トルク
性を与えることができ、軽量、薄型となり、応答性およ
び制御性が良くなり、無通電時にメカニカルブレーキと
して役立ち出力軸の保持ができ、回転音が静粛であり、
回転トルクがフラットなため全開、全閉時に噛み込みを
発生せず、防爆対応性も良くなる。
実施することができる。使用する超音波モータは弾性体
と、電圧を加えた時伸び縮みが交互になるように厚み方
向に分極された圧電セラミックを接着したステータに超
音波領域の電圧を加え、弾性体の表面に生じた屈曲振動
を回転運動に転換したものであるから、減速機構等を使
わずに負荷をダイレクトに駆動し、低速回転、高トルク
性を与えることができ、軽量、薄型となり、応答性およ
び制御性が良くなり、無通電時にメカニカルブレーキと
して役立ち出力軸の保持ができ、回転音が静粛であり、
回転トルクがフラットなため全開、全閉時に噛み込みを
発生せず、防爆対応性も良くなる。
【００１５】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は本発明に係る弁アクチュエータの概
略構成を示す模式図である。図２は本発明に係る弁アク
チュエータの要部の平面図である。図３は図２のIII −
III線上断面矢視図である。
略構成を示す模式図である。図２は本発明に係る弁アク
チュエータの要部の平面図である。図３は図２のIII −
III線上断面矢視図である。
【００１７】図１、２、３に示す本発明の弁アクチュエ
ータは図９、１０について説明した従来の手動ハンドル
式仕切弁１を改良し、そのハンドル車９の代わりに大型
減速ギア（ギアと略称する）９Ａを取付ける等改造した
ものである。
ータは図９、１０について説明した従来の手動ハンドル
式仕切弁１を改良し、そのハンドル車９の代わりに大型
減速ギア（ギアと略称する）９Ａを取付ける等改造した
ものである。
【００１８】図１、２、３において、弁箱２の内部を上
下動して流体の流れ（矢印Ａ）を制御する弁体３と、流
体の流れ方向に直角に弁体３に取り付けられた弁棒４
と、弁箱２に固定したヨーク５に回転自在に支持され且
つ弁棒４に形成されている雄ねじが螺合する雌ねじ部を
内壁に備えたねじ孔を有するカップリング８すなわちス
リーブ８を有している。このスリーブ８にそれと同一軸
線上に大型減速ギア（ギアと略称する）９Ａが固定され
ている。したがって、スリーブ８とギア９Ａは一体とな
ってヨーク５上を回転し、ギア９Ａを数回ないし数十回
回転することにより弁棒４と共に弁体３が上下動して仕
切弁１を全開または全閉して流体を流動させたり停止さ
せるようになっている。なお、弁棒４が弁箱２から突出
する部分にグランドパッキン１０を充填して流体が外部
に漏れるのを防止している。ギア９Ａの外周にこれと噛
み合うピニオン（小歯車）１１が配置されている。
下動して流体の流れ（矢印Ａ）を制御する弁体３と、流
体の流れ方向に直角に弁体３に取り付けられた弁棒４
と、弁箱２に固定したヨーク５に回転自在に支持され且
つ弁棒４に形成されている雄ねじが螺合する雌ねじ部を
内壁に備えたねじ孔を有するカップリング８すなわちス
リーブ８を有している。このスリーブ８にそれと同一軸
線上に大型減速ギア（ギアと略称する）９Ａが固定され
ている。したがって、スリーブ８とギア９Ａは一体とな
ってヨーク５上を回転し、ギア９Ａを数回ないし数十回
回転することにより弁棒４と共に弁体３が上下動して仕
切弁１を全開または全閉して流体を流動させたり停止さ
せるようになっている。なお、弁棒４が弁箱２から突出
する部分にグランドパッキン１０を充填して流体が外部
に漏れるのを防止している。ギア９Ａの外周にこれと噛
み合うピニオン（小歯車）１１が配置されている。
【００１９】超音波モータ１５がピニオン１１の上下の
２段に対をなし、且つ互いに対面してヨーク５に固定さ
れている。上下１対の超音波モータ１５の出力軸１６が
それぞれ同一のピニオン１１の中心軸の両端と同一軸線
上で連結している。図の実施例ではピニオン１１の軸端
に角穴が形成され、この角穴に超音波モータ１５の出力
軸１６の先端の角部が嵌合するようになっている。実験
によれば、上下１対の超音波モータ１５により毎分約９
０回転で約１ニュートンメータのトルクを出すことがで
きる。
２段に対をなし、且つ互いに対面してヨーク５に固定さ
れている。上下１対の超音波モータ１５の出力軸１６が
それぞれ同一のピニオン１１の中心軸の両端と同一軸線
上で連結している。図の実施例ではピニオン１１の軸端
に角穴が形成され、この角穴に超音波モータ１５の出力
軸１６の先端の角部が嵌合するようになっている。実験
によれば、上下１対の超音波モータ１５により毎分約９
０回転で約１ニュートンメータのトルクを出すことがで
きる。
【００２０】超音波モータ１５はロータ組立体１５Ａ、
ステータ組立体１５Ｂおよび大ベアリング１５Ｃ等を一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース１５Ｄに封入し、出力
軸１６の先端のみをケース１５Ｄから突出したものであ
る。ロータ組立体１５Ａはスライダー（セラミックの薄
いリング）とロータ（アルミ円板）からなり、ステータ
組立体１５Ｂは真鍮製弾性体１５Ｂと、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。
ステータ組立体１５Ｂおよび大ベアリング１５Ｃ等を一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース１５Ｄに封入し、出力
軸１６の先端のみをケース１５Ｄから突出したものであ
る。ロータ組立体１５Ａはスライダー（セラミックの薄
いリング）とロータ（アルミ円板）からなり、ステータ
組立体１５Ｂは真鍮製弾性体１５Ｂと、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。
【００２１】図４、５、６は本発明の弁アクチュエータ
内における超音波モータの別の配置を示す平面図であ
る。
内における超音波モータの別の配置を示す平面図であ
る。
【００２２】図２の実施例では、ピニオン１１の上段お
よび下段に対をなした超音波モータ１５が６組（Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．６）配置されているので２段６組方式と称し
ているが、図４に示すよう２段２組方式、図５に示すよ
う２段３組方式、図６に示すよう２段４組方式などと組
数を適当に増加することができる。しかし、これらの超
音波モータ１５の組はギア９Ａの外周にバランスを取っ
て配置し、弁棒４に曲げ応力が作用しないようにするこ
とが重要である。また、すべての超音波モータ１５を含
むアクチュエータ全体を例えば耐圧防爆構造のケース１
７に封入することも可能である。その際、ケース１７と
超音波モータ１５の間や、超音波モータ１５同士の間に
適当な接続スペーサ１８が挿入される。
よび下段に対をなした超音波モータ１５が６組（Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．６）配置されているので２段６組方式と称し
ているが、図４に示すよう２段２組方式、図５に示すよ
う２段３組方式、図６に示すよう２段４組方式などと組
数を適当に増加することができる。しかし、これらの超
音波モータ１５の組はギア９Ａの外周にバランスを取っ
て配置し、弁棒４に曲げ応力が作用しないようにするこ
とが重要である。また、すべての超音波モータ１５を含
むアクチュエータ全体を例えば耐圧防爆構造のケース１
７に封入することも可能である。その際、ケース１７と
超音波モータ１５の間や、超音波モータ１５同士の間に
適当な接続スペーサ１８が挿入される。
【００２３】図７は本発明の弁アクチュエータに使用す
る超音波モータの別の実施例の概略構成を示す図であ
る。
る超音波モータの別の実施例の概略構成を示す図であ
る。
【００２４】図７において、２段組の超音波モータ２５
がピニオン１１の上下の２段に対をなし、且つ互いに対
面してヨーク５（図３参照）に固定されている。超音波
モータ２５の出力軸１６がピニオン１１の軸と同一軸線
上で係合している。図面ではピニオン１１の軸芯に角穴
が形成され、この角穴に超音波モータ２５の出力軸１６
の先端角部が嵌合している。なお、上下段の超音波モー
タ２５の出力軸１６が同一のピニオン１１と係合してい
る。図７の超音波モータ２５が図３の超音波モータ１５
と異なる点は専用ドライバー２４を有することである。
専用ドライバー２４は超音波ドライブ回路や過電流回路
等を含んだものである。
がピニオン１１の上下の２段に対をなし、且つ互いに対
面してヨーク５（図３参照）に固定されている。超音波
モータ２５の出力軸１６がピニオン１１の軸と同一軸線
上で係合している。図面ではピニオン１１の軸芯に角穴
が形成され、この角穴に超音波モータ２５の出力軸１６
の先端角部が嵌合している。なお、上下段の超音波モー
タ２５の出力軸１６が同一のピニオン１１と係合してい
る。図７の超音波モータ２５が図３の超音波モータ１５
と異なる点は専用ドライバー２４を有することである。
専用ドライバー２４は超音波ドライブ回路や過電流回路
等を含んだものである。
【００２５】超音波モータ２５は専用ドライバー２４、
ロータ組立体１５Ａ、ステータ組立体１５Ｂ、大ベアリ
ング１５Ｃおよび押さえバネと小ベアリング１５Ｅを一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース１５Ｄに封入し、出力
軸１６の先端のみをケース１５Ｄから突出したものであ
る。ロータ組立体１５Ａはスライダーとロータからな
り、ステータ組立体１５Ｂは弾性体と、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。 上記実施例では、
スリーブ８を従来の手動ハンドル式仕切弁のカップリン
グ８すなわちスリーブ８をそのまま使用するものとして
説明したが、本発明の弁アクチュエータを既設の各種配
管バルブ（手動式）に容易に適用可能とするためには、
それらの弁箱等の形状・寸法と、使用する大型減速ギア
の形状・寸法に適応した専用の簡易なスリーブを作るこ
とが望ましい。
ロータ組立体１５Ａ、ステータ組立体１５Ｂ、大ベアリ
ング１５Ｃおよび押さえバネと小ベアリング１５Ｅを一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース１５Ｄに封入し、出力
軸１６の先端のみをケース１５Ｄから突出したものであ
る。ロータ組立体１５Ａはスライダーとロータからな
り、ステータ組立体１５Ｂは弾性体と、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。 上記実施例では、
スリーブ８を従来の手動ハンドル式仕切弁のカップリン
グ８すなわちスリーブ８をそのまま使用するものとして
説明したが、本発明の弁アクチュエータを既設の各種配
管バルブ（手動式）に容易に適用可能とするためには、
それらの弁箱等の形状・寸法と、使用する大型減速ギア
の形状・寸法に適応した専用の簡易なスリーブを作るこ
とが望ましい。
【００２６】上記構造を有する本発明の弁アクチュエー
タは次のように駆動制御される。
タは次のように駆動制御される。
【００２７】図８は本発明による弁アクチュエータの駆
動回路のブロック図である。
動回路のブロック図である。
【００２８】上述したように、図２の実施例は超音波モ
ータ１５がピニオン１１の上段および下段に対をなして
６組（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）配置されている２段６組方
式である。この実施例について図８を参照してその駆動
方法を説明する。各組の超音波モータ１５の駆動回路は
全く同一であるから、図８には代表して第１組の超音波
モータ１５の駆動回路について詳細に示してある。
ータ１５がピニオン１１の上段および下段に対をなして
６組（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）配置されている２段６組方
式である。この実施例について図８を参照してその駆動
方法を説明する。各組の超音波モータ１５の駆動回路は
全く同一であるから、図８には代表して第１組の超音波
モータ１５の駆動回路について詳細に示してある。
【００２９】第１組の超音波モータＮｏ．１は上側と下
側の２段からなり、上下２段の超音波モータのロータは
同一の出力軸１６に固定されているので、回転方向は互
いに逆方向となるが、駆動回路の構成は全く同じであ
る。そこで、上側の超音波モータの駆動回路の構成要素
には参照数字の後に「ａ」を付し、下側の超音波モータ
の駆動回路の構成要素には参照数字の後に「ｂ」を付し
て示す。また、図中「Ｆ」はロータの時計方向回転を、
「Ｒ」はロータの反時計方向回転を意味する。
側の２段からなり、上下２段の超音波モータのロータは
同一の出力軸１６に固定されているので、回転方向は互
いに逆方向となるが、駆動回路の構成は全く同じであ
る。そこで、上側の超音波モータの駆動回路の構成要素
には参照数字の後に「ａ」を付し、下側の超音波モータ
の駆動回路の構成要素には参照数字の後に「ｂ」を付し
て示す。また、図中「Ｆ」はロータの時計方向回転を、
「Ｒ」はロータの反時計方向回転を意味する。
【００３０】超音波モータの駆動回路は、Ｆ回転信号ま
たはＲ回転信号を受けてそれぞれの駆動信号を生成する
ドライブ回路１０ａ、１０ｂと、一定電圧（たとえば５
Ｖ）を発生するレギュレータ１１ａ、１１ｂと、レギュ
レータ１１ａ、１１ｂの出力電圧をそれぞれ受けて駆動
周波数（たとえば約４０ＫＨｚ）の信号を発生する発振
回路１２ａ、１２ｂと、ドライブ回路１０ａ、１０ｂか
ら出力するＦ回転用駆動信号またはＲ回転用駆動信号を
電圧変換する出力トランス１３ａ1 、１３ａ2および１
３ｂ1 、１３ｂ2 と、超音波モータの速度を設定、制御
するための速度設定／制御回路１４ａ、１４ｂと、超音
波モータに過電流が流れるのを防止する過電流リミット
回路／カウンタ１５ａ、１５ｂとで構成されている。超
音波モータ駆動用電源としてＤＣ電源２０が用意されて
いる。
たはＲ回転信号を受けてそれぞれの駆動信号を生成する
ドライブ回路１０ａ、１０ｂと、一定電圧（たとえば５
Ｖ）を発生するレギュレータ１１ａ、１１ｂと、レギュ
レータ１１ａ、１１ｂの出力電圧をそれぞれ受けて駆動
周波数（たとえば約４０ＫＨｚ）の信号を発生する発振
回路１２ａ、１２ｂと、ドライブ回路１０ａ、１０ｂか
ら出力するＦ回転用駆動信号またはＲ回転用駆動信号を
電圧変換する出力トランス１３ａ1 、１３ａ2および１
３ｂ1 、１３ｂ2 と、超音波モータの速度を設定、制御
するための速度設定／制御回路１４ａ、１４ｂと、超音
波モータに過電流が流れるのを防止する過電流リミット
回路／カウンタ１５ａ、１５ｂとで構成されている。超
音波モータ駆動用電源としてＤＣ電源２０が用意されて
いる。
【００３１】いま、スイッチＳＷをａ接点に接続する
と、上側超音波モータのドライブ回路１０ａにはＦ回転
信号が与えられ、下側超音波モータのドライブ回路１０
ｂにはＲ回転信号が与えられるので、それぞれ駆動信号
が出力され、出力トランス１３ａ1 、１３ｂ 2で電圧変
換されてロータには発振回路１２ａ、１２ｂにより発生
された駆動周波数の信号が供給される。その結果上側の
超音波モータは時計方向に、また下側の超音波モータは
反時計方向に同一の速度で回転される。
と、上側超音波モータのドライブ回路１０ａにはＦ回転
信号が与えられ、下側超音波モータのドライブ回路１０
ｂにはＲ回転信号が与えられるので、それぞれ駆動信号
が出力され、出力トランス１３ａ1 、１３ｂ 2で電圧変
換されてロータには発振回路１２ａ、１２ｂにより発生
された駆動周波数の信号が供給される。その結果上側の
超音波モータは時計方向に、また下側の超音波モータは
反時計方向に同一の速度で回転される。
【００３２】説明は省略するが、他の組（Ｎｏ．２〜Ｎ
ｏ．６）の超音波モータも同様にして第１組と同じ回転
方向に回転され弁アクチュエータが駆動される。これに
より仕切弁１は開方向に移動する。
ｏ．６）の超音波モータも同様にして第１組と同じ回転
方向に回転され弁アクチュエータが駆動される。これに
より仕切弁１は開方向に移動する。
【００３３】６組（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）の超音波モー
タにある時間通電すると、弁アクチュエータが駆動され
て仕切弁１が全開位置に達するが、全開位置に達しても
なお駆動電流が流れ続けると、図示の過電流リミット回
路／カウンタ１５ａ、１５ｂが次のように動作して超音
波モータの回転を停止する。すなわち、過電流リミット
回路／カウンタ１５ａ、１５ｂはそれぞれ上段および下
段の超音波モータのロータに流れる電流Ｉを常に検出し
ており、この電流Ｉが過電流設定値Ｉｒを超えると、発
振回路１２ａ、１２ｂの発振を１秒間だけ停止させると
ともにカウンタのカウント値を１だけアップする。１秒
後になおＤＣ電源２０から給電されていれば、発振回路
１２ａ、１２ｂは再び発振動作を開始する。それにより
ロータは再び回転を開始する。その結果仕切弁１は全開
位置でなお開方向に動く力を受ける（しかし、仕切弁１
はすでに全開位置に達しているので実際には動かな
い）。そのために超音波モータのロータには過電流設定
値Ｉｒ以上の電流が流れ続けるので、上の動作が繰り返
される。すなわち、発振回路１２ａ、１２ｂの発振動作
が１秒間だけ停止してカウンタがカウントアップしてい
き、再び発振動作が開始する。こうしてカウンタのカウ
ント値がｎ（たとえば１０）に達した時発振回路１２
ａ、１２ｂは以後の発振動作を停止する。これにより弁
アクチュエータの動作は停止し、仕切弁１の開動作は終
了する。こうすることにより弁アクチュエータや仕切弁
１に無理な力が働くのを防ぐことができる。その後スイ
ッチＳＷをｃ接点に移すことによりＤＣ電源２０からの
電圧供給は遮断され、これにより過電流リミット回路／
カウンタ１５ａ、１５ｂのカウンタはリセットされる。
タにある時間通電すると、弁アクチュエータが駆動され
て仕切弁１が全開位置に達するが、全開位置に達しても
なお駆動電流が流れ続けると、図示の過電流リミット回
路／カウンタ１５ａ、１５ｂが次のように動作して超音
波モータの回転を停止する。すなわち、過電流リミット
回路／カウンタ１５ａ、１５ｂはそれぞれ上段および下
段の超音波モータのロータに流れる電流Ｉを常に検出し
ており、この電流Ｉが過電流設定値Ｉｒを超えると、発
振回路１２ａ、１２ｂの発振を１秒間だけ停止させると
ともにカウンタのカウント値を１だけアップする。１秒
後になおＤＣ電源２０から給電されていれば、発振回路
１２ａ、１２ｂは再び発振動作を開始する。それにより
ロータは再び回転を開始する。その結果仕切弁１は全開
位置でなお開方向に動く力を受ける（しかし、仕切弁１
はすでに全開位置に達しているので実際には動かな
い）。そのために超音波モータのロータには過電流設定
値Ｉｒ以上の電流が流れ続けるので、上の動作が繰り返
される。すなわち、発振回路１２ａ、１２ｂの発振動作
が１秒間だけ停止してカウンタがカウントアップしてい
き、再び発振動作が開始する。こうしてカウンタのカウ
ント値がｎ（たとえば１０）に達した時発振回路１２
ａ、１２ｂは以後の発振動作を停止する。これにより弁
アクチュエータの動作は停止し、仕切弁１の開動作は終
了する。こうすることにより弁アクチュエータや仕切弁
１に無理な力が働くのを防ぐことができる。その後スイ
ッチＳＷをｃ接点に移すことによりＤＣ電源２０からの
電圧供給は遮断され、これにより過電流リミット回路／
カウンタ１５ａ、１５ｂのカウンタはリセットされる。
【００３４】以上は仕切弁１の開時の動作について説明
したが、閉時の動作はスイッチＳＷをｂ接点に接続する
ことにより超音波モータの回転方向が逆になり、過電流
リミット回路／カウンタ１５ａ、１５ｂの動作は全く同
じである。なお、弁開閉時のスイッチＳＷの操作および
過電流リミット回路／カウンタ１５ａ、１５ｂの出力に
よるスイッチＳＷの接点の切換えは図示しないコントロ
ーラや遠隔操作により行なうことができる。
したが、閉時の動作はスイッチＳＷをｂ接点に接続する
ことにより超音波モータの回転方向が逆になり、過電流
リミット回路／カウンタ１５ａ、１５ｂの動作は全く同
じである。なお、弁開閉時のスイッチＳＷの操作および
過電流リミット回路／カウンタ１５ａ、１５ｂの出力に
よるスイッチＳＷの接点の切換えは図示しないコントロ
ーラや遠隔操作により行なうことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弁
箱内を上下動して流体の流れを制御する弁体と、流体の
流れ方向に直角に弁体に取り付けられた弁棒と、弁箱に
回転自在に支持され且つ前記弁棒の螺合するねじ部を備
えたスリーブとを有する仕切弁に装着されたアクチュエ
ータにおいて、スリーブにそれと同一軸線上に固定され
たギアと、ギアに噛み合うピニオンと、ピニオンの上下
に対をなして弁箱に対面固定された超音波モータとを具
備し、超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一
軸線上で係合させたので、次のように極めて優れた効果
が得られる。 （１）本発明の弁アクチュエータを従来のハンドル仕様
の安価な仕切弁に容易に取り付けることができ、バルブ
自動化に伴うバルブ本体の改造費用がほとんど不要であ
る。すなわち、従来のハンドルに代えて本発明の弁アク
チュエータを固定するのみである。 （２）使用する超音波モータの数を調節することによ
り、一般に広く使用されている直径２〜１２インチ程度
の配管用ハンドル式仕切弁等に適用することができる。 （３）耐圧防爆型に製作することが容易であり、軽量に
製作することができ、且つ広く適用可能である。特に、
従来はＬＮＧ等の極低温仕様や蒸気等の高音仕様ではバ
ルブのグランド部が長く、バルブ上部に大きな加重をか
けづらかったが、本発明では軽量のため自動化が容易と
なる。 （４）超音波モータ特有の回転トルクがフラットである
点を活かせるので、全開、全閉時の噛み込み防止機構
（リミトルク）が不要であり、シンプルな制御で対応可
能である。 （５）弁が全開または全閉となっても、超音波モータに
閉または開の指令が入力されていても、弁の噛込みがな
く自動的に全開または全閉となる。 （６）弁の経年劣化などにより弁の開閉途中に「せる」
（大トルクが必要な）位置があっても、数回の寸動の繰
返しにより運転を継続することができる（歯車の僅かな
あそび分の寸動ができ、「せる」位置を越せる）。
箱内を上下動して流体の流れを制御する弁体と、流体の
流れ方向に直角に弁体に取り付けられた弁棒と、弁箱に
回転自在に支持され且つ前記弁棒の螺合するねじ部を備
えたスリーブとを有する仕切弁に装着されたアクチュエ
ータにおいて、スリーブにそれと同一軸線上に固定され
たギアと、ギアに噛み合うピニオンと、ピニオンの上下
に対をなして弁箱に対面固定された超音波モータとを具
備し、超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一
軸線上で係合させたので、次のように極めて優れた効果
が得られる。 （１）本発明の弁アクチュエータを従来のハンドル仕様
の安価な仕切弁に容易に取り付けることができ、バルブ
自動化に伴うバルブ本体の改造費用がほとんど不要であ
る。すなわち、従来のハンドルに代えて本発明の弁アク
チュエータを固定するのみである。 （２）使用する超音波モータの数を調節することによ
り、一般に広く使用されている直径２〜１２インチ程度
の配管用ハンドル式仕切弁等に適用することができる。 （３）耐圧防爆型に製作することが容易であり、軽量に
製作することができ、且つ広く適用可能である。特に、
従来はＬＮＧ等の極低温仕様や蒸気等の高音仕様ではバ
ルブのグランド部が長く、バルブ上部に大きな加重をか
けづらかったが、本発明では軽量のため自動化が容易と
なる。 （４）超音波モータ特有の回転トルクがフラットである
点を活かせるので、全開、全閉時の噛み込み防止機構
（リミトルク）が不要であり、シンプルな制御で対応可
能である。 （５）弁が全開または全閉となっても、超音波モータに
閉または開の指令が入力されていても、弁の噛込みがな
く自動的に全開または全閉となる。 （６）弁の経年劣化などにより弁の開閉途中に「せる」
（大トルクが必要な）位置があっても、数回の寸動の繰
返しにより運転を継続することができる（歯車の僅かな
あそび分の寸動ができ、「せる」位置を越せる）。
【図１】本発明に係る弁アクチュエータの概略構成を示
す模式図である。
す模式図である。
【図２】本発明に係る弁アクチュエータの要部の平面図
である。
である。
【図３】図２のIII −III 線上断面矢視図である。
【図４】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。
ータの別の配置を示す平面図である。
【図５】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。
ータの別の配置を示す平面図である。
【図６】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。
ータの別の配置を示す平面図である。
【図７】本発明の弁アクチュエータに使用する超音波モ
ータの別の実施例の概略構成を示す図である。
ータの別の実施例の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の弁アクチュエータの駆動回路のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図９】手動ハンドル式仕切弁の模式図である。
【図１０】手動ハンドル式（外ネジ式）仕切弁の断面図
である。
である。
１ 仕切弁
２ 弁箱
３ 弁体
４ 弁棒
５ ヨーク
６ 雄ねじ
７ ねじ孔
８ スリーブまたはカップリング
９ ハンドル車
９Ａ ギア
１０ グランドパッキン
１０ａ ドライブ回路
１０ｂ ドライブ回路
１１ ピニオン
１１ａ レギュレータ
１１ｂ レギュレータ
１２ａ 発振回路
１２ｂ 発振回路
１３ａ1 出力トランス
１３ａ2 出力トランス
１３ｂ1 出力トランス
１３ｂ2 出力トランス
１４ａ 速度設定／制御回路
１４ｂ 速度設定／制御回路
１５ 超音波モータ
１５Ａ ロータ組立体（スライダーとロータ）
１５Ｂ ステータ組立体（真鍮製弾性体と圧電セラミッ
ク） １５Ｃ 軸受ベアリング（大ベアリング） １５Ｄ ケース １５Ｅ 加圧スプリング（押えバネ）と小ベアリング １５ａ 過電流リミット回路／カウンタ １５ｂ 過電流リミット回路／カウンタ １６ 出力軸 １７ ケース １８ 接続スペーサ ２０ ＤＣ電源 ２４ 専用ドライバー ２５ 超音波モータ ＳＷ スイッチ
ク） １５Ｃ 軸受ベアリング（大ベアリング） １５Ｄ ケース １５Ｅ 加圧スプリング（押えバネ）と小ベアリング １５ａ 過電流リミット回路／カウンタ １５ｂ 過電流リミット回路／カウンタ １６ 出力軸 １７ ケース １８ 接続スペーサ ２０ ＤＣ電源 ２４ 専用ドライバー ２５ 超音波モータ ＳＷ スイッチ
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(56)参考文献 特開 平３−96776（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−301355（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−77672（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭59−22377（ＪＰ，Ｕ)
特許3209391（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16K 31/00 - 31/05
Claims (4)
- 【請求項１】 弁箱内を上下動して流体の流れを制御す
る弁体と、流体の流れ方向に直角に前記弁体に取り付け
られた弁棒と、前記弁箱に回転自在に支持され且つ前記
弁棒の螺合するねじ部を備えたスリーブとを有する仕切
弁に装着された弁アクチュエータにおいて、前記スリー
ブにそれと同一軸線上に固定されたギアと、前記ギアに
噛み合うピニオンと、前記ピニオンの上下に対をなして
前記弁箱に対面固定された一組の超音波モータとを具備
し、前記超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同
一軸線上で係合させたことを特徴とする超音波モータを
用いた弁アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記超音波モータが耐圧防爆構造のケー
スに封入されていることを特徴とする請求項１に記載の
超音波モータを用いた弁アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記ピニオンの上下に対をなして配置さ
れた前記超音波モータが前記ギアの周囲に複数対設けら
れたことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータを
用いた弁アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記超音波モータのそれぞれに専用ドラ
イバーを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の
超音波モータを用いた弁アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09911995A JP3526485B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 超音波モータを用いた弁アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09911995A JP3526485B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 超音波モータを用いた弁アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296757A JPH08296757A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3526485B2 true JP3526485B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=14238906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09911995A Expired - Fee Related JP3526485B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 超音波モータを用いた弁アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3526485B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10527189B2 (en) | 2015-11-13 | 2020-01-07 | Ihi Corporation | Valve actuator for an electrically actuated poppet valve including a continuously variable transmission and a power free latching mechanism |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080154540A1 (en) * | 2004-07-22 | 2008-06-26 | Shouzou Katamachi | Roundness Measurement Apparatus |
| US7159563B1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-01-09 | Delphi Technologies, Inc. | Piezo electronic throttle control actuator |
| JP5110824B2 (ja) * | 2006-08-21 | 2012-12-26 | キヤノン株式会社 | 複数の振動波モータを駆動源として用いる駆動装置の制御方法、該制御方法をコンピュータに実行させるプログラム、及び該駆動装置の制御装置 |
| CN110578825A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-17 | 贵州航天朝阳科技有限责任公司 | 一种基于超声波马达伺服器的流量调节方法及调节阀 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3209391B2 (ja) | 1995-06-09 | 2001-09-17 | 東京瓦斯株式会社 | 超音波モータを用いたアクチュエータ |
-
1995
- 1995-04-25 JP JP09911995A patent/JP3526485B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3209391B2 (ja) | 1995-06-09 | 2001-09-17 | 東京瓦斯株式会社 | 超音波モータを用いたアクチュエータ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10527189B2 (en) | 2015-11-13 | 2020-01-07 | Ihi Corporation | Valve actuator for an electrically actuated poppet valve including a continuously variable transmission and a power free latching mechanism |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08296757A (ja) | 1996-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040210 |
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