JPH01229179A - 自動開閉弁及び湯水混合栓 - 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及び湯水混
合栓に関する。

（ロ）従来の技術 従来、かかる自動開閉弁として各種形態のものが知られ
ており、例えば、ソレノイドを用いた電磁開閉弁や、モ
ータ駆動の電磁弁等がある。

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、高粘度の位置決めを行うことか
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、弁体を開閉するプランジャーを、微小距離無
段階駆動式アクチュエータによって進退可能に構成し、
かつ、同微小距離無段階駆動式アクチュエータを、超音
波モータと、同超音波モークとプランジャー間に介設し
た回転・直線移動変換機構とから構成したことを特徴と
する自動開閉弁及び湯水混合栓に係るものである。

また、本発明は、上記自動開閉弁及び湯水混合栓におい
て、超音波モータと回転・直線移動変換機構音波モータ
とを、プランジャーの周りに同心円的に配設した構成に
も特徴を有する。

（ホ）作用及び効果 かかる構成により、本発明は、以下の作用及び効果を奏
する。

■超音波モータと回転・直線移動変換機構との組み合わ
せ体によって弁体を駆動可能に構成したので、例えは、
μｍオーダ或いはザブμｆｉ１オークによってプランジ
ャーを進退して弁体を開閉することができ、精密な流量
調整及び湯水の混合比率すなわち温度の調整を行うこと
ができる。

■超音波モータと回転・直線移動変換機構との組み合わ
せ体をプランジャーの周りに同心円的に配設したので、
微小距離無段階駆動式アクチュエータの全長を著しく短
くすることができ、自動開閉弁及び湯水混合栓をコンバ
ク］−な形状にすることができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、オ、発明を詳説
する。

第１図に本発明に係る自動開閉弁を組み込んだ自動水栓
Ａを具備した洗面器Ｂを示す。

なお、自動開閉弁は湯水混合栓Ｃとして示されている。

図示する如く、自動水栓Ａは、本実施例では、洗面ボウ
ル１０の奥部載置面１０ａ上に固定状態に載置されてい
る。なお、１１は洗面ボウル１０を取付けてなる洗面カ
ウンターである。

第２図及び第３図に自動水栓Ａの内部構造を示しており
、２０は水栓本体であり、同水栓本体は、垂直基部２０
ａの上部に傾斜吐出部２０ｂの基端を連設した筒状体か
らなる。

そして、水栓本体２０の垂直基部２Ｏａ　Ｌこは、本発
明にかかる自動開閉弁を構成する湯水混合栓Ｃを一体的
に組み込んでおり、同湯水混合栓Ｃは、後述するように
、その流入側を給水配管２１及び給湯配管２２と連通連
結するとともに、その流出側を、先端側２４ａを吐出口
２３と連通してなる吐出側流路２４の基端側２４ｂと連
通連結している。

また、第２図から明らかなように、水栓本体２０の傾斜
吐出部２Ｏｂ内には、隔壁４０によって同吐出部２０を
分割して吐出側流路２４が形成されているとともに、同
吐出側流路２４の上方には、水密状態に制御装置等設置
空間Ｓが形成されている。

そして、この制御装置等設置空間Ｓ内には、湯水混合栓
Ｃの駆動を制御する制御装置りと、制御装置りに駆動信
号を送る起動部ＩＥ、Ｆとか設りられている。

このように、本実施例においては、湯水混合栓Ｃや制御
装置りは、コンパクトに水栓本体２０内に組め込まれて
いるので、自動水栓への必要設置空間を最小限とするこ
とができ、洗面室等の空間を最大限に利用でき、配線を
簡素化して電気工事等も最小限のものとすることができ
る。

また、湯水混合栓Ｃは、水栓本体２０の、！４！：部に
設けたので、自動水栓への安定性、座り具合が向上する
。また、湯水の混合を水栓本体への基部で行うので、湯
水混合栓Ｃと吐出口２３との間に、十分な長さの吐出側
流路２４を形成でき、同流路２４で湯水を十分に混合し
て、均一温度の混合湯水を形成して、吐出口２３から吐
出することができる。

ついで、本発明の要旨をなす自動開閉弁を形成する湯水
混合栓Ｃの構成について説明する。

第３図において、３０．３１は、水栓本体２０の垂直基
部２０ａの下部に垂直方向に形成した一対の一側流路で
ある。

そして、−・側流路３０．３１は湯水混合栓Ｃの給水流
路及び給湯流路として機能するものであり、その下部開
口端は、それぞれ給水配管２１と給湯配管２２に連通し
ている。

一方、−側流路３０．３１の上部開口端は、それぞれ、
水栓本体２０の垂直基部２０ａの両側壁に形成した隔室
３２．３３と連通している。

また、水栓本体２０の垂直基部２０ａの中央には、Ｔ字
状流路３４が形成されている。

そして、かかる′１゛字状流路３４は、湯水混合栓Ｃ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
３４ａは、吐出側流路２４と連通しており、一方、その
内側二股状開口端は隔室３２．３３と連通している。

さらに、Ｔ字状流路３４の内側二股状開口部には、それ
ぞれ弁座３５，３６が設けられており、同弁座３５゜３
６には、水栓本体２０の垂直基部２Ｏａ内を、左右水平
方向に進退して弁座３５，３６と接離し、内側二股状開
口端を開閉するダイアフラム弁からなる弁体３７．３８
が配設されている。

さらに、水栓本体２０の基部の両側壁には、それぞれ微
小距離無段階駆動式アクチュエータＩが取付られている
。

そして、各微小距離無段階駆動式アクチュエータＩは、
本実施例では、第３図及び第４図に示すように、Ｔｉ１
７後壁ａ、ｂを具備する筒状のアクチュエータゲージン
グＣ内に、同心円的にかつ軸線に沿って、進退自在にプ
ランジャーｄを取付け、同プランジャｄの先端を、弁体
３７．３８の後部と当接目在となし、さらに、プランジ
ャーｄの外周面上に、同心円的に超音波モータＭと、回
転・直線移動変換機構Ｎとを配設することによって構成
している。

即ち、超音波モータＭは、第４図に示すように、前壁ａ
に締結ポルｌ−ｅによって固定連結された圧電セラミッ
クスからなる環状振動子ｆと、同環状振動子ｆと対向状
態に配設した環状回転板ｇと、同環状回転板ｇの後部に
配設し、環状回転板ｇの前面に設けた噛合面を環状振動
子［の対向面に設けた噛合面に弾性的に噛合させる皿ハ
ネｈとから構成されている。

かかる構成によって、圧電セラミックスからなる環状振
動子ｆに電圧を印加すると、環状振動子ｆが円周方向に
振動し、同振動によって、環状回転板ｇが回転すること
になる。

一方、回転・直線移動変換機構Ｎは、第４図に示すよう
に、外周面に設けた外歯部を環状回転板ｇの内周面に設
けた内歯部と噛合させるとともに、内周面に設けた雌ね
じ部をプランジャーｄの中央部の外周面に設けた雄ねし
部と螺合してなる回転ねし筒ｉと、基端を後壁すの内面
に突設し、先端をプランジャーｄの後部に偏心して設り
た軸孔Ｊ内に挿通したプランジャー回り止めピンにと、
回転ねじ筒ｌの後部フランジ部！と後壁すとの間に介設
したスラストヘアリングｎ１とからなる。

かかる構成によって、超音波モータＭの駆動によって環
状回転板ｇが回転すると、電圧の印加数に応じて所定角
度回転ねじ筒ｌも一体的に回転する。

しかるに、プランジャーｄの回転は、プランジャー回り
止めピンｋによって完全に阻止されているので、回転ね
し筒！の回転は、プランジャー（Ｉの直線移動、即し軸
線方向の進退動に変換されることになる。

そして、このプランジャー（Ｉの進退動によって、ダイ
ヤフラム弁からなる弁体３７．３８を開閉することがで
きる。

しかして、かかる超音波モータＭは、電圧印加回数に応
じて、微小円周方向角度で環状回転板ｇを回転すること
ができるので、同様に、プランジャーｄも、微小距離無
段階駆動式に、例えば、μｍオーダ或いはサブμｒｎオ
ーダによって進退することができる。

従って、湯水混合栓Ｃは、精密な湯水混合側７ｆｆｌｌ
、即ち、温度制御及び流量制御を行うことかできる。

また、本実施例においては、超音波モータＭと回転・直
線移動変換機構Ｎとの組み合わ一已体をプランジャーｄ
の周りに同心円的Ｇこ配設したの゛（、微小距離無段階
駆動式アクチュエータｌの全長を著しく短くすることが
でき、自動開閉弁としての湯水混合栓Ｃの構造をコンパ
クトにすることができ、さらに、かかる湯水混合栓Ｃを
具備する自動水栓への構造もコンパクトにすることがで
きる。

なお、第４図に示す実施例におけるその他の構成につい
て説明すると、ｎは、好ましくは弾性素材から形成した
回転ねじ筒ｉとプランジャーｄの中央部に設けた雄ねし
部との螺合を確実にし、遊びを無（した密着リング、０
は微小距離無段階駆動式アクチュエータＣの水密性をＪ
（めるために設けた摺動抵抗の少ないＵ字形又はＹ字形
パツキンである。また、ｐはプランジャーｄの先端に形
成した縮径先端部であり、プランジャーｄの受圧面積を
小さくしてプランジャーｄへのスラスト力を小さくし、
プランジャーｄの駆動力の影響を無くずことができるも
のである。

ついで、同水栓本体２０の傾斜吐出部２０ｂ内に配設し
、上記微小距離無段階駆動式アクチュエータ１の駆動を
制御する制御装置りと、１ｂ制御装置りに駆動信号を送
る起動部Ｅ、　　Ｆ及びそれらに関連した構成について
説明する。

第２図に示す如く、制御装置等収納空間Ｓ内にはプリン
ト基板５０が配設されており、制御装置Ｃは、実質的に
同基板２０上に形成される。

次に起動部Ｅの構成について説明すると、かかる起動部
Ｅは、本実施例では、傾斜吐出部２０ｂの先端に設けた
タッチスイッチとして形成されている。

即ち、傾斜吐出部２０ｂの先端をなすスイッチ取付空間
５１の前方をなす傾斜壁５２には、第５図に示すように
、電源スィッチ５３と、温度設定スイッチ５４と、流量
設定スイッチ５５とが取付けられている。

そして、かかるタッチスイッチ５３．５４及び５５を作
動することによって、制御装置りを介して上記した湯水
混合栓Ｃを駆動し、所望温度の混合湯水を所望量だけ、
吐出口２３より吐出することができる。

なお、タッチスイッチ５３．５４及び５５を取付りた傾
斜壁５２には、第５し１に示すような表示がされた薄肉
可撓性板からなる表示板５６が貼付されているため、使
用者は容易かつ確実に制御装置ｌ〕に駆動信号を送るこ
とができる。

また、起動部Ｆは、傾斜吐出部２０ｂの裏面側であって
、吐出口２３の近接部位に設けられており、同部位に傾
斜吐出部２０ｂと一体的に形成したセンサ取付筒６０と
、同センサ取付筒６０内に装着した手感知センサ６１は
、使用者が手を吐出口２３の前に差し出した時に手を感
知して出力信号を発生し、同出力信号に基づいて、制御
装置りを介して湯水混合装置Ｃを駆動し、出湯を開始さ
せることができなお、手感知センサ６１としては、デュ
アルタイプの焦電センサ等を用いることができる。

また、第２図において、７０は水栓本体２０の垂直基部
２０ａに設けた温度センサであり、そのセンサ素子を吐
出側流路２４の先端に伸延させている。なお、７１は防
水用カバーである。

かかる構成によって、温度セン−’１−７０は、出湯温
度Ｔｍを検出し、その検出値と温度設定スイッチ５４で
設定した設定温度Ｔｓの出力値との差に基づいて制御装
置りをＰＩＤ制御し湯水混合栓Ｃの微小距離無段階駆動
式アクチュエータＩを駆動することかできる。

また、第２図において制御装置等収納空間Ｓ内まで伸延
した保護管８０内には、制御装置Ｄ、タッチスイッチ５
３，５４．５５及び手感知センザ７０等に接続するリー
ド線が保護されている。

また、第６図に示すように制御装置りは、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、微小距離無段階駆動式アクチュエータｌの駆動順
序プログラム及び温度セン−１＋７０の出力に基づ＜　
ＰＩＤ制御を行うプログラムを記憶したメモリＵとから
構成されている。

そして、入力インターフェースＳには、電源スイッチ５
３．温度設定スイッチ５４．流量設定スイッチ５５、手
感知センサ６１及び温度センサ７０が接続されている。

一方、出力インターフェースｔには、水側と湯側の圧電
アクチュエータＥが接続されている。

ついで、上記構成を有する自動水栓Ａの作動を、第２図
〜第６図を参照して説明する。

第６図に示すように、温度設定スイッチ５４を押して設
定温度と選択するとともに、流量設定スイッチ５５を押
して、設定流量を選択する。

その後、使用者が吐出口２３の前に手を差し出すと、手
感知センサ６１が出力信号を発生する。

そして、この出力信号に基ついて、制御装置りは、メモ
リｕから微小距離無段階駆動式アクチュエータ■の駆動
順序プログラムを読みだし、同プログラム及び温度設定
ボタン５４と流量設定ボタン５５とによって制御装置り
に入力した温度設定値及び流量設定値に基づいて、ＰＩ
Ｄ制御を行い、湯水混合栓Ｃからの混合湯水の温度及び
流量を制御するとともに、吐出口２３から吐出すること
ができる。

即ち、第４図に示す圧電セラミックスからなる環状振動
子ｆに電圧を駆動順序プログラムに基づいて印加して微
振動させ、同振動によって環状回転板ｇを微小円周角度
で回転させ、同回転によって微小距離でプランジャーｄ
を進退させることによって、弁体３７，３８を精密に開
閉することができる。

そして、上記進退動作を繰り返すことにより、プランジ
ャーｄを、μｒｎオーダ或いはサブμｍｎオーダのスト
ロークで尺とり虫状に移動ずろことができ、微小距離無
段階駆動式アクチュエータ１．１の弁体３７　、３８を
開閉して混合湯水の温度及びに量を精密かつ正確に制御
して、所望温度かつ所望量の混合湯水を吐出口２３から
吐出するごとかてきる。

また、混合湯水の出湯温度または出湯量を変えたい場合
は、それぞれ温度設定スイッチ５４又は流量設定スイッ
チ５５を押しことによっ°ζ容易に行うことができる。

この場合、吐出側流路２４に流量センナを設りれば、実
流量を検出し、制御装置りに入力して流量を制御するこ
とができる。

以上性べてきた構成によって、本実施例は、以下の効果
を奏する。

■超音波モータＭと回転　直線移動変換機構Ｎの組み合
わせ体によって弁体３７　、３８を駆動可能に構成した
ので、例えば、μｍオーダ或いはサラ８ｍオーダによっ
てプランジャーｄを進退して弁体３７．３８を開閉する
ことができ、精密な流量調整及１Ｆ） び混合湯温調整を行うことができる。

■超音波モータＭと回転・直線移動変換機構Ｎとの組み
合わせ体をプランジャーｄの周りに同心円的に配設した
ので、微小距離無段階駆動式アクチュエータＩの全長を
著しく短くすることができ、湯水混合栓Ｃをコンパクト
な形状にすることができる。

なお、上記実施例において、自動開閉弁として湯水混合
栓Ｃの場合を示したが、本発明に係る自動開閉弁は、か
かる湯水混合栓Ｃに何ら限定されるものではなく、その
他の弁、例えば、流量調整弁、単水弁等としても用いる
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動開閉弁（湯水混合栓）を内蔵
する自動水栓を具備する洗面器の正面図、第２図は同自
動水栓の全体構成を示す断面側面図、第３図は第２図１
−１線による断面図、第４図は微小距％ｌｌｌ無段階駆
動式アクチュエークの要部拡大説明図、第５図は第２図
ｍ−ｎ線による矢視図、第６図は制御装置の構成説明図
である。 図中、 Ａ：自動水栓　　　　　Ｂ　洗面器 Ｃ：湯水混合栓　　　　Ｄ　制御装置 Ｅ：起動部　　　　　　Ｆ：起動部 Ｉ−微小距離無段階駆動式アクチュエータＭ：超音波モ
ータ Ｎ：回転・直線移動変換機構 ２０：水栓本体　　　　　２３：吐出口２４：吐出側流
路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弁体を開閉するプランジャー（ｄ）を、微小距離無
   段階駆動式アクチュエータ（Ｉ）によって進退可能に構
   成し、かつ、同微小距離無段階駆動式アクチュエータ（
   Ｉ）を、超音波モータ（Ｍ）と、同超音波モータ（Ｍ）
   とプランジャー（ｄ）間に介設した回転・直線移動変換
   機構（Ｎ）とから構成したことを特徴とする自動開閉弁
   。 ２、超音波モータ（Ｍ）と回転・直線移動変換機構（Ｎ
   ）とを、プランジャー（ｄ）の周りに同心円的に配設し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動開
   閉弁。 ３、弁体を開閉するプランジャー（ｄ）を、微小距離無
   段階駆動式アクチュエータ（Ｉ）によって進退可能に構
   成し、かつ、同微小距離無段階駆動式アクチュエータ（
   Ｉ）を、超音波モータ（Ｍ）と、同超音波モータ（Ｍ）
   とプランジャー（ｄ）間に介設した回転・直線移動変換
   機構（Ｎ）とから構成したことを特徴とする湯水混合栓
   。 ４、超音波モータ（Ｍ）と回転・直線移動変換機構（Ｎ
   ）とを、プランジャー（ｄ）の周りに同心円的に配設し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の湯水混
   合栓。