JPH01203778A - 自動開閉弁 - Google Patents

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
ドやモーフであるため、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、同弁体をそれぞれ微小距離無段階駆動式アク
チュエータによって駆動可能とし、かつ同アクチュエー
タのプランジャーの先端に、受圧面積を小さくした縮径
先端部を形成したことを特徴とする自動開閉弁に係るも
のである。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルファクチ
ュエータ、ステッピングリニヤモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波モータ（回転式）と回転ねじとの組み合わせ
、ステッピングモータ　（回転式）と回転ねじとの組み
合わせ等という。

（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。

■微小距離無段階駆動式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
ｍ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。

■微小距離無段階駆動式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。

■プランジャの先端に受圧面積を小さくした縮径先端部
を形成したので、プランジャにかかるスラスト力を可及
的に小さくすることができ、プランジャを正確に駆動す
ることができる。従って、自動開閉弁の駆動を精密かつ
正確に制御することができる。

（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りを湯
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、その一側倒壁内部に一対
の一側流路１１．１２を形成している。

そして、一側流路１１．１２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
は、それぞれ給水配管１３と給湯配管１４と連通してい
る。

一方、一側流路１１．１２の内側開口端は、それぞれ、
ケーシング１００両端に形成した隔室１５．１６と連通
している。

また、ケーシング１０の他側側壁内には、Ｔ字状の他側
流路１７が形成されている。

そして、かかる他側流路１７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
端は隔室１５．１６と、ダイヤフラム弁からなる弁体１
９，２０を介して連通している。

さらに、ケーシング１０の両端には、それぞれ微小距離
無段階駆動式アクチュエータの一形態である圧電アクチ
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
１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、４つの圧
電素子ｅ、ｆ。

ｇ＋１１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。

また、図示の実施例において、圧電素子ｇ、ｈは、アク
チュエータケーシングＣの中央部に配設されており、ア
クチュエータケーシングＣに基端を固定した保持具Ｈの
先端に固着されている。

また、ｔ、ｊ　はその基端を圧電素子ｇ＋ｈに固着する
とともにその先端を前後壁ａ、ｂに向けて伸延する片持
ち梁状の弾性ブリッジである。

そして、同弾性ブリッジＬＪ　の先端は、その外周面に
圧電アクチュエータｅ、ｆを取付けるとともに、その内
周面に、ブレーキシューに、ｌを固着している。

そして、この圧電素子ｅ　＋　ｆ　＋　ｇ　＋　ｈ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、通電状態では伸びて、その内
径を拡径したプランジャｄのクランプを解除するととも
に、通電していない状態では縮んで内径を縮径してプラ
ンジャｄをクランプする。

一方、圧電素子ｇ＋ｈは、通電状態では、プランジャｄ
上を軸線方向に伸びた状態にあり、非通電状態では、プ
ランジャｄ上を軸線方向に縮み、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４つの圧電素子ｅ、ｆ
１ｇ＋ｈへの電圧印加手順を後述する制御装置Ｃによっ
て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、ｇ、ｈは、第２図に示すように、多数
の圧電素子片をプランジャｄの軸芯方向に積層して形成
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、伸びるよう
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）Ｏ：＋）系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ
）０３　）、ＰＴ　（ＰｂＴｉＯ３）系、あるいはＰＺ
Ｔ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、ｇ、ｈは、第３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
芯廻り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。

また、第１図において、ｍはアクチュエータＡの水密性
を高めるために設けた摺動抵抗の少ないＵパツキンであ
る。

なお、上記構成において、圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈ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４図及び第５図に示す如く、分割片から
形成するこ・ともできる。

また、プランジャｄは、ブレーキシューに、Ｉ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。

また、本実施例では、圧電アクチュエータＡは、その後
壁すの中央であって、プランジャｄと対向する個所に、
手動復帰ボタンｐを取付けている。

そして、同手動復帰ボタンｐは、押圧することによって
その前面が前方に突出してプランジャｄの後端に当接し
、プランジャｄを、圧電素子ｅ、ｆのクランプ力に抗し
て前方向に押圧移動することができる。

従って、停電時等において、プランジャｄが自動開閉弁
Ｂの弁部を開けた状態で停止した場合には、速やかに手
動復帰ボタンｐを押して完全に自動開閉弁りを閉じるこ
とができる。

また、本実施例では、プランジャｄは、その先端に縮径
先端部ｑを形成しており、同先端部ｑは、その端面面積
（受圧面積）を、プランジャｄの断面積より著しく小さ
いものとしている。

なお、縮径先端部ｑの先端には、弾性体が取付けられて
いる。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャｄが受けるスラス
ト力を最小にすることができ、プランジャｄの駆動への
スラスト力の影響を最小にすることができ、圧電アクチ
ュエータＡの正確な駆動が可能となる。

また、プランジャｄの段部を、プランジャｄが一定距離
前方向に移動した状態、（例えば、全閉位置或いはそれ
より僅かに進んだ位置）で前壁ａの後面と当接するよう
にしておけば、プランジャーｄのそれ以上の前進を規制
でき、過度の前進に起因する弁体の損傷を確実に防止す
ることができる。

また、第６図に、上記圧電アクチュエータＡを制御する
ための制御装置Ｃの構成を示している。

図示するように、制御装置Ｃは、マイクロプロセッサｒ
と、入出力インターフェースｓ、ｔと、上記圧電素子ｅ
、　ｆ　、　ｇ、　ｈの駆動順序プログラムを記憶した
メモリＵとからなる。

ついで、かかる構成を有する圧電アクチュエータＡによ
るプランジャｄの移動について、第７図〜第９図を参照
して説明する。

第６図に示すアクチュエータ駆動ボタンＶを押すと、制
御装置Ｃが、メモリＵから読み出した駆動順序プログラ
ムに従って、第７図に示すように、圧電素子ｅの電圧の
印加を解除してその内径を縮径してプランジャｄをクラ
ンプさせるとともに、圧電素子ｆに電圧を印加してその
内径を拡径してプランジャｄのクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子ｇ、ｈに電圧を印
加して伸ばすと、圧電素子ｅ、ｆが矢印方向に移動し、
これに伴って圧電素子ｅがクランプするプランジャｄも
矢印方向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子ｅに電圧を印加
して伸ばしプランジャｄのクランプを解除するとととも
に、圧電素子ｇ＋ｔｌＯ印加電圧を解除すると、圧電素
子ｇ、ｈは矢印方向に縮み、プランジャｄはさらに矢印
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、圧電アクチュエータＡ
を精密に動作させることができる。

しかして、本実施例では、上述したように、圧電アクチ
ュエータＡは、手動復帰ボタンｐを取付けているので、
停電時等において、プランジャｄが自動開閉弁りの弁部
を開けた状態で停止した場合には、速やかに手動復帰ボ
タンｐを押して完全に自動開閉弁りを閉じることができ
る。

なお、第１図において、３０は他側流路１７内に設けた
温度センサであり、混合水の温度を検出し、検出値を上
記した制御装置Ｃにフィードバックして、同制御装置Ｃ
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、ＰＩＤ制御等の適温制御をさせるもので
ある。

ついで、上記構成を有する自動開閉弁りの作動を、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３０からの検出値を制御装置Ｃにフィ
ードバックして、制御装置Ｃ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１９，２０が設定開度で開閉して、一側流
路１１．１２から他側流路１７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１９，２０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。

そして、かかる作用において、本実施例においては、弁
体１９，２０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かつ精密に行
うことができる。

また、圧電アクチュエータＡのプランジャｄは、その先
端に縮径先端部ｑを形成しており、同先端部ｑは、その
端面面積（受圧面積）を、プランジャｄの断面積より著
しく小さいものとしている。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャｄが受けるスラス
ト力を最小にすることができ、プランジャｄの駆動への
スラスト力の影響を最小にすることができ、さらに、自
動開閉弁りの流量制御を精密かつ正確なものとすること
ができる。

なお、本実施例では、自動開閉弁りを湯水混合栓として
用いたが、自動開閉弁り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。

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２０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２０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２０を駆動可能に
構成したので、アクチュエータＡと弁体２０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のプランジャｄは、その先端に
縮径先端部ｑを形成しているので、プランジャｄが受け
るスラスト力を最小にすることができ、プランジャｄの
駆動へのスラスト力の影響を最小にすることができ、自
動開閉弁りの流量制御を精密かつ正確なものとすること
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図は第１図１−Ｉ線による横断面図、第３
図〜第５図は他の実施例の圧電素子の横断面図、第６図
は制御装置の構成説明図、第７図〜第９図は圧電アクチ
ュエータの作動状態説明図である。 図中、 Ａ：圧電アクチュエータ Ｂ：圧電素子組立体 Ｃ：制御装置 Ｄ：自動開閉弁 ｄニブランジャ ｑ：縮径先端部 １０：ケーシング　　　　　１１ニー側流路１２ニー側
流路　　　　　　１７：他側流路１９：弁体　　　　　
　　　２０：弁体特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ケーシング（１０）の一側に二つの一側流路（１１
   ）（１２）を設けるとともに、他側に一つの他側流路（
   １７）を設け、一側流路（１１）（１２）を他側流路（
   １７）と連通し、同連通部に弁体（１９）（２０）を開
   閉自在に取付け、同弁体（１９）（２０）をそれぞれ微
   小距離無段階駆動式アクチュエータ（Ａ）によって駆動
   可能とし、かつ同アクチュエータ（Ａ）のプランジャー
   （ｄ）の先端に、受圧面積を小さくした縮径先端部（ｑ
   ）を形成したことを特徴とする自動開閉弁。