JPH01176873A

JPH01176873A - 自動開閉弁

Info

Publication number: JPH01176873A
Application number: JP33301087A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsutsui; 修筒井
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-07-13
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2669464B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、上記問題点を解決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！、
！：Ｌ、、かつ、両圧電アクチエエータに、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、μ−オーダ或いはサ
ブμ―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、非クランプ状態のプランジ中
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。

（へ）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は円筒状の箱体をなすケーシング
であり、同ケーシング１０は、その一側倒壁に、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
１３ａ、　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、　１４
ｂ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１字
状筒体１９が突設されており、同丁字状筒体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は隔室１７．１８と連通して
いる。

さらに、１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゜２
３には、ケーシング１０内を軸線方向に進退して弁座２
２，２３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、各圧電アクチエエータ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
中性土を縮み、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、この両端に電圧が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、Ａ　
Ｂ　Ｏｓ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）Ｏ，系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）０
、）、ＰＴ　（ＰｂＴｉＯ，）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、
電圧の印加力向を、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の後端と後壁すとの間に介設し
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パツキンである。

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、同収納室に内には、
復帰スプリング受板１．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に螺着した螺杵０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、螺杵ｎを回転して
両スプリング受板１．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１Ｏ図に示すように、圧電素子ｆの電圧全解
除してプランジャｄのクランプ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
とり生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、圧電アクチエエータ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、Ｈによって多
数回クランプされるものであるため、線膨張係数が小さ
く、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が太き（、
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
の中央部で保持体り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、ｒ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（、本実施例に係る発明は、以下の作
用及び効果を奏する。

■圧電アクチエエータ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
ーダ或いはサフ゛μ蒙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２４．２
５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１−１線及び■−■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９横断面図、第８図〜第１
１図は圧電アクチエ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ニー側流路１４ニー側
流路　　　　　　２０：他側流路２４：弁体　　　　　
　　　２５：弁体特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims

【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。