JPH01203779A - 単水路用の自動開閉弁 - 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 この発明は、単水路用の自動開閉弁に関する。

（ロ）　従来の技術 従来、単水路用のパルプに使用される自動開閉弁におい
て、弁の開閉作動を行うアクチュエータは、機械的に作
動するものや、電気的に作動するものや、流体により作
動するもの等各種のアクチュエータが用いられている。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点しかし、これら
のアクチュエータでは、いづれも高精度の作動位置決め
が行えず、微妙な流体バルブの開閉調節が困難であると
共に、機構的にも複雑となりコンパクト化に難点があり
、更には、例えば電気的作動を行うアクチュエータでは
、停電時に、そのままの状態でアクチュエータが停止し
てしまうと、アクチュエータに連動連結したパルプが開
放状態のままとなって流水が流れ放しになるという欠点
があり、また、パルプにアクチュエータの作動力が直接
的にかかるなめ、バルブの開閉が多数回継続するに従い
、バルブの損傷も生起しやすいという欠点があった。

（ニ）　問題点を解決するための手段 この発明では、流水入口と流水出口との間を流路で連通
連結し、流路の中途部に弁体を介設し、同弁体の開閉作
動にて流路の連通・遮断を行うべく構成すると共に、弁
体の背面に、同弁体を作動させるためのアクチュエータ
を配設し、しかも同アクチュエータは、アクチュエータ
ケーシング内に筒状プランジャを進退自在に収納し、同
筒状プランジャ中にプランジャヘッドを先端突出状に収
納し、同ヘッドを筒状プランジャ中に収納したスプリン
グで先端方向に付勢し、かつプランジャヘッドと筒状プ
ランジャとを筒状プランジャの退去方向で係合すべく構
成し、しかもプランジャヘッドの先端を、弁体の背面に
押圧或は背面から離反することにより弁体の開閉作動を
行うべく構成してなる単水路用の自動開閉弁を提供せん
とするものである。

（ホ）　作用・効果 この発明では、次のような作用効果を奏する。

■アクチュエータの作動、すなわちプランジャの進退作
動を微小距離無段階駆動としなので、電圧の印加回数に
応じてオーダの差異によりプランジャを進退させること
ができ、弁体を精密に作動させることができる。

■プランジャを筒状とし、その中にプランジャヘッドを
、先端方向への付勢状態で収納したので、停電時にプラ
ンジャのクランプを解くと、プランジャヘッドは自動的
に先端方向に進行し、アクチュエータの自動復帰作動が
行えるために、停電時に、アクチュエータがその状態で
停止しても、弁体はアクチュエータの自動復帰にともな
い自動的に作動して流路の遮断を行うことができ、流水
の流れ放しを防止できる。

■プランジャを先端進行方向に作動させるときに、最終
段階においてプランジャヘッドの付勢力を利用すること
によって、急激な進行作動を防止し、緩慢なプランジャ
ヘッドへの押圧が行えるため、弁体に常時押圧当接作動
が行われていても弁体の損傷を可及的に防止することが
できる。

（へ）　実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、第１図は
、本発明の単水路用の自動開閉弁に用いられる微小距離
無段階駆動式アクチュエータの一形態としての圧電アク
チュエータ（Ａ）の断面図を示すものである。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、ｙａｍ式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアク
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）と回転ねじの組み合わせ
、ステッピングモータ（回転式）と回転ねじの組み合わ
せ等をいう。

前後壁（１）（２）を具備する筒状のアクチュエータケ
ーシング（３）内に同心円的にかつ軸線に沿って進退自
在に筒状プランジャ（４）を取付けており、同筒状プラ
ンジャ（４）は先端に係合縁（５）を設けて係合縁（５
）の中央にプランジャヘッド（６）が挿通する孔（７）
を形成しており、筒状のプランジャ（４）中にはプラン
ジャヘッド（６）を先端突出状に収納している。なお、
プランジャヘッド（６）の先端は弾性体によって形成し
ている。

すなわち、プランジャヘッド（６）は基端を先端より大
径とし、段部を形成した係合部（８）を有しており、同
係合部（８）は、筒状プランジャ（４）中に収納されて
、筒状プランジャ（４）の退去作動にともなって係合縁
（５）と係合自在であり、グランジャヘッド（６）の先
端は孔（７）を通って筒状プランジャ（４）先端より突
出状となっている。

また、筒状プランジャ（４）中においては係合部（８）
の後端面とアクチュエータケーシング（３）の後壁（２
）との間にスプリング（Ｓ）が介設されており、プラン
ジャヘッド（６）は同スプリング（５）にて常時先端進
行方向に付勢されて、係合部（８）を筒状プランジャ（
４）の係合縁（５）に常時当接状態としている。

筒状プランジャ（４）の外周側には、圧電素子が縮径・
拡径自在で、かつ伸長・短縮自在に配設されている。

すなわち、圧電素子の（ＣＨｄ）は筒状プランジャ（４
）の中央部に配設され、アクチュエータケーシング（３
）に基端を固定した断面略し字状の筒状の保持具（９）
によって支持されている。

また、別の圧電素子（ａ）（ｂ）は、筒状プランジャ（
４）の前後端部に弾性ブリッジ（１０）（１１）によっ
て支持配設され、同弾性ブリッジ（１０）（１１）は、
基端を圧電素子（ａ）（ｂ）に固着し、その先端をアク
チュエータケーシング（３）の前後壁（１）（２）に向
けて伸延した片持ち状態に形成されており、同ブリッジ
（１０）（１１）の内周面には、ブレーキシュー（１２
）（１３）を固着している。

かかる圧電素子（ａ）　（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、非通電
状態にすると短縮するように構成されている。

即ち、圧電素子（ａ）（ｂ）は、通電状態では短縮して
、内径は縮径し、筒状プランジャ（４）を外周よりクラ
ンプすると共に、通電していない状態では伸長して内径
は拡径して筒状プランジャ（４）のクランプを解除する
。

一方、圧電素子（Ｃ）（ｄ）は通電している状態では、
筒状プランジャ（４）上を軸線方向に伸長した状態にあ
り、通電していない状態では筒状プランジャ（４）上を
短縮し、その軸線方向の全長を短くすることになる。

そして、筒状プランジャ（４）は、かかる４個の圧電素
子（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を適宜制御することによっ
て、軸線方向に進退作動することになる。

圧電素子（ａ）　（ｂ）　（ｃ）（ｄ）は、第１図及び
第２図に示すように、多数の圧電素子片を筒状プランジ
ャ（４）の軸心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、縮径・伸長するように構成され
ている。

なお、圧電素子片の素材は、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、
ＡＢＯ３ペロプ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　）Ｏａ　］系や
、ＰＬＺＴ　［Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏａ］　、ＰＴ（
ＰｂＴｉＯａ　）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（ａ）（ｂ）　（ｃ）（ｄ）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筒状プ
ランジャ（４）の軸芯廻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。

また、第１図において、（１４）はアクチュエータ（Ａ
）の水密性を高めるために設けな摺動抵抗の小さいＵパ
ツキンである。

なお、上記構成において、圧電素子（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）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図に示すように分割
片から形成することもできる。

また、筒状プランジャ（４）は、ブレーキシュー（１２
）（１３）を介して圧電素子（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
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、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０図示す
るように、制御装置（Ｃ）は、マイクロプロセッサ（「
）と、入出力インターフェース（Ｓ）（１）と、上記圧
電素子（ｅ）（ｆ）（ａ）（ｈ）のの駆動順序プログラ
ムを記憶したメモリ（Ｕ）とから構成される。

次に、かかる構成を有するアクチュエータ（＾）による
筒状プランジャ（４）及びそれに一部挿入付勢されたプ
ランジャヘッド（６）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（Ｕ）を押すと
、制御装置（Ｃ）が、メモリ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（ａ
）に電圧を印加して縮径作動せしめて筒状プランジャ（
４）をクランプさせるとともに、圧電素子（ｂ）の電圧
を解除して拡径させて圧電素子（ｂ）による筒状プラン
ジャ（４）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（ｃ）（ｄ）に電
圧を印加して伸長せしめると、圧電素子（Ｃ）（ｄ）が
矢印方向に移動し、これに伴って圧電素子（ａ）がクラ
ンプする筒状プランジャ（４）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（ａ）の印加電圧
を解除して拡径作動せしめると、筒状プランジャ（４）
のクランプを解除すると共に、圧電素子（ｃ）（ｄ）の
印加電圧を解除すると、圧電素子（Ｃ）（ｄ）は矢印方
向に短縮し、筒状プランジャ（４）はさらに矢印方向に
移動する。

その後、上記動作を繰り返すことにより、筒状プランジ
ャ（４）をμｍオーダ或はサブ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、筒状プランジャ（
４）先端のプランジャヘッド（６）に連結、接続した各
種作動装置を精密に動作させることができることになる
。

特に、筒状プランジャ（４）が先端方向に進行すると、
プランジャヘッド（６）は、その分だけスプリング（Ｓ
）の付勢によって同一に進行し、係合部（８）が係合縁
（５）に係合するまで進行して止まり、他方筒状プラン
ジャ（４）が後退する場合には、筒状プランジャ（４）
の係合縁（５）に係合した保合部（８）が後退方向に引
張られて、プランジャヘッド（６）の後退作動を行うこ
とになるものであり、停電時等に圧電素子への電圧印加
が全くなくなると、圧電素子（ａ）（ｂ）は、拡径して
筒状プランジャ（４）はフリー状態となり、スプリング
（Ｓ）によってプランジャヘッド（６）と共に先端方向
に進行する。

また、筒状プランジ（４）を先端方向に進行させるべく
圧電素子（ａ）（ｂ）　（ｃ）（ｄ）への電圧印加操作
を行う場合において、同プランジャ（４）が先端方向限
度まで進行した時には、プランジャヘッド（６）は、ス
プリング（Ｓ）の付勢によって同プランジャ（４）と共
に進行するため、プランジャヘッド（６）の進行作動は
専らスプリングの付勢力による作動となり、急激な作動
力を緩慢に軽減できる。

以上のように構成されたアクチュエータ（Ａ）は、重水
路用の第１０図に示す自動開閉弁（Ｂ）に使用されてい
るものであり、次のように構成されている。

すなわち、アクチュエータケーシング（３）には、プラ
ンジャヘッド（６）の先端方向においてバルブケース（
１６）が一体的に連設されており、従って、アクチュエ
ータケーシング（３）とバルブケース（１６）とは螺合
連設等をすることにより一体の筒状ケースで構成されて
おり、同バルブケース（１６）は略し字状に折曲形成さ
れており、一方は、流水入口（１７）、他方は流水出口
（１８）とし、流水入口（１７）から流水出口（１８）
に至る流路（Ｗ）は、バルブケース（１６）に沿った略
し字状に形成され、略し字状の折曲部分にはダイアフラ
ム弁からなる弁体（１９）が配設されている。

弁体（１９）の後側壁のパイロット孔（１９°）には、
プランジャヘッド（６）が当接自在であり、プランジャ
ヘッド（６）の進退作動によってダイヤフラム弁の機能
により、弁体（１９）が流路（１４）の開閉を行うべく
構成されている。

（２０）は、流水入口（１７）に連通した入水流路、（
２１）は流水出口（１８）に連通しした出水流路であり
、（２２）は入水流路（２０）と出水流路（２１）との
間に介設した隔壁であり、（２３）は出水流路（２１）
の基部に形成した弁受体を示しており、真木的には、出
水流路（２１）を形成する出水パイプ（２１°）の基端
開口部が弁受体（２３）を形成し、出水ン＜イブ（２１
′）の基部には、直角方向から、入水流路（２０）を形
成する入水パイプ（２０°）が連設され、出水パイプ（
２１′）の基部外周に入水パイプ（２０’）と連通した
空間（Ｇ）を形成し、この空間（Ｇ）と、出水パイプ（
２１°）の基端開口部とをダイヤプラム弁を介して連通
せしめているものである。

弁受体（２３）には、ダイアフラム弁からなる弁体（１
９）が圧接、離反自在であり、プランジャヘッド（６）
が進行作動すると弁体（１９）背面のパイロット孔（１
９°）に当接し弁体（１９）が弁受体（２３）に圧接さ
れ、出水流路（２１）の基部が弁体（１９）により閉塞
されて流路（１４）が遮断される。

他方、プランジャヘッド（６）が退去作動すると、パイ
ロット孔（１９°）から同プランジャヘッド（６）が離
反し、ダイヤプラム弁の両側面の水圧差にもとづき弁体
（１９）が弁受体（２３）から離反して出水流路（２１
）の基部が開放されて流路（１４）が連通し、流水入口
（１７）からの流水が流水出口Ｃｌ８）から流出するこ
とになるものである。

また、プランジャヘッド（６）の前後移動範囲を、アク
チュエータ（Ａ）の圧電素子（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
の作用にて微調節することにより、弁体（１９）の開放
度合いを調整して流水量の調整も行えるものである。

この発明の実施例は上記のように構成されているもので
あり、アクチュエータ（＾）が圧電素子（ａＨｂ）　（
ｃ）（ｄ）によって作動するために精密な進退作動を可
能とし、流路（Ｗ）の中途部で開閉作動する弁体（１９
）の微妙な動きを制御し、流路調整、止水等の正確な調
整作動が可能となり、しかも停電時には、圧電素子への
電荷を解くことにより、スプリング（Ｓ）によって、プ
ランジャヘッド（６）が自動的に先端方向へ進行するた
め、弁体（１９）も自動的に閉塞されて湯水の流れ放し
を防止でき、また、プランジャヘッド（６）の最終進行
作動時には、スプリング（Ｓ）の付勢力によって同ヘッ
ド（６）が弁体（１９）に当接することになるため、直
接的にプランジャ（６）が圧電素子に基づいて弁体に強
制作動するのと比較して緩慢に弁体（１９）へ圧接作用
が及ぶことになり、ダイヤプラムを利用した弁体（１９
）への過押圧を防止し、弁体の損傷を可及的に小さくす
ることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動開閉弁に使用する圧電アクチュエ
ータを示す断面説明図、第２図は第１図Ｉ−Ｉ線による
断面図、第３図〜第５図は圧電素子の他の具体例の説明
図、第６図は制御装置の構成説明図、第７〜９図は、本
発明の自動開閉弁に使用するアクチュエータの作動順序
を示す説明図。 第１０図は、本発明の単水路用の自動開閉弁の断面説明
図である。 （Ａ）：左右アクチュエータ （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）　：圧電素子（Ｓ）ニスプリ
ング （３）：アクチュエータゲーシング （４）二部状１ランジャ （５）：係合縁 （６）ニブランジャヘッド （１７）　：流水入口 （１８）　：流水：出口 （１９）　：弁体 （１４）　　：流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）流水入口（１７）と流水出口（１８）との間を流路
   （Ｗ）で連通連結し、流路（Ｗ）の中途部に弁体（１９
   ）を介設し、同弁体（１９）の開閉作動にて流路（Ｗ）
   の連通・遮断を行うべく構成すると共に、弁体（１９）
   の背面に同弁体（１９）を作動させるための微小距離無
   段階駆動式アクチュエータ（Ａ）を配設し、しかも同ア
   クチュエータ（Ａ）は、アクチュエータケーシング（３
   ）内に筒状プランジャ（４）を進退自在に収納し、同筒
   状プランジャ（４）中にプランジャヘッド（６）を先端
   突出状に収納し、同ヘッド（６）を筒状プランジャ（４
   ）中に収納したスプリング（Ｓ）で先端方向に付勢し、
   かつプランジャヘッド（６）と筒状プランジャ（４）と
   を筒状プランジャの退去方向で係合すべく構成し、しか
   もプランジャヘッド（６）の先端を、弁体（１９）の背
   面に押圧或は背面から離反することにより弁体（１９）
   の開閉作動を行うべく構成してなる単水路用の自動開閉
   弁。