JPH01238782A - 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、自動開閉弁に関する。

＜１−７）　　従来の技術 従来、自動開閉弁で、弁体をアクチュエータに連結して
、アクチュエータの作動によって量弁を開閉作動させる
ようにしたものがあり、アクチュエータで主弁を直接駆
動するものであるが、主として、自動開閉弁をタイヤフ
ラム弁に構成し、同タイヤフラム弁のパイ１７ツト弁体
とアクチュエータとを連動連結して、パイロット弁体の
作動にともなうタイヤフラムの作動により主弁を開閉す
るようにして、小容量のアクチュエータで自動開閉弁の
開閉作動及び流量調整作動を行えるようにしたものが用
いられている。

そして、上記弁体の作動は、制御装置でアクチュエータ
を制御して行われ、自動開閉弁の開閉作動及び流量調整
作動に際し、弁体の開閉方向の移動は両方とし制御装置
によって行われており、止水に際しても、弁体の作動が
制御出力でアクチュエータを駆動することにより行われ
るようになっていた。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点上記のように、
弁体の作動が、開閉とも制御装置からの出力によって行
われているため、ノイズ等で制御装置が誤動作するなど
の原因で弁体か弁座に圧着した止氷点を超えて閉方向に
駆動された場合、弁体及び弁座に過大なストレスがかか
り、弁体と弁座とを損傷することかあった。

特に、ダイヤフラム弁の場合はパイロット弁座かダイヤ
フラムに設けられているため、パイロット弁体が過大な
力で同弁座に圧着されると、タイヤフラムを損傷すると
いう弊害があった。

なお、上記の弊害を解消するには、弁体が止氷点に達し
たことを検出するセンサ等を要し、Ｊ７ｆ４造が複雑と
なり、特にダイヤフラム弁の場合は、ダイヤフラムの位
置か移動するので更に構造か複雑になるという欠点があ
る。

よた止水位置にプランジャを移動するなめにアクチュエ
ータを継続的に駆動せしめるための電力消費が大きかっ
た。

（ニ）　発明が解決するしようとする問題点この発明で
は、アクチュエータのケーシング内に軸線に沿って進退
自在にプランジャを取付け、同プランジャをクランプす
る複数のクランプ部材と、同タランプ部材間に設けた伸
縮部材を制御装置の信号により動作させることによりプ
ランジャを軸線方向に駆動して、同プランジャにより弁
体を開閉すべく構成した自動開閉弁において、プランジ
ャを止水方向に付勢した弾性部材を設けると共に、止水
モードを検知したときにクランプ部材のクランプを解除
する信号を制御装置に発生せしめる止水モード検知部を
備えたことを特徴とする自動開閉弁を提供するものであ
る。

（ポ）　作用・効果 この発明によれば、弁体は常に止氷点方向に付勢されて
おり、アクチュエータによる弁体の拘束を解くと、弁体
は直ちに弁座を閉じて自動開閉弁を閉弁させる。従って
、次の効果を奏する。

■アクチュエータを、同アクチュエータに制御装置から
の出力電圧が印加されていないとき、弁体の拘束が解け
るようにしておけば、自動開閉弁を閉弁させるとき、弁
体及びダイヤフラムのそれまでの位置とは関係なく単に
上記出力電圧の印加を止めるだけで自動開閉弁に閉弁動
作を行わせることが可能となる。

従って、閉弁動作のための制御回路構成又はプログラム
を極めて簡単なものとすることができ、また閉弁動作に
電力を要しないことから省電力にもなる。

■弁体の弁座への圧着力か弾性部材の付勢力を超えるこ
とかないため、弁体、弁座及びダイヤフラムに過大なス
レトスがかからず、これらの損傷を防止することかでき
る。

■弁体の止水点位置が弾性部材の機械的付勢力によって
定められるので、弁体が止氷点に達したことを検出する
センサ等を要せず構造を簡単にすることかできる。

■上記のように弁体の止氷点か機械的に定まるので、止
氷点を弁体作動位置の原点とし、止氷点に弁体が達する
たびごとに、制御装置かカウントした弁体の位置を較正
するようにすれば、それまでに生じた弁体の真の位置と
、制御装置がカウントした弁体位置との誤差が消去され
、正確な弁体位置の制御を行うことができる。

また、本発明は制御装置により使用者の手などを検出し
て自動的に水の吐出及び停止を行う自動水栓、又は制御
装置と連携して所望の温度の混合湯水の吐出、停止及び
吐出量調整を行うようにした湯水混合装置に適用するこ
とができ、自動水栓に適用した場合は、止水モード検知
部が不使用を検知したとき、アクチュエータの電圧印加
を止めるだけで、前記■■■■の効果を得ることができ
、また、吐水中に停電か発生してアクチュエータへの印
加電圧が消失しても自動的に同水栓か止水し、水が流れ
放しになることか防止される。

また、湯水混合装置に適用した場合は、同装置には、水
側の流量調整弁、湯側の流量調整弁、吐出水の流量調整
弁等の多数の自動弁が配設されているため、制御装置が
複雑なものとなっているが、このうち、前記の■■によ
って多弁の止水のための制御回路又はプログラムが簡単
になることで、全体の制御回路構成又はプログラムを大
幅に簡素化することができる。

また、制御装置に設けた【（′−水スイッチ等から同装
置に止水命令が入力し、同装置か止水モードになると多
弁が止水動作を行うのであるが、多弁が止水位置に達す
ると前記■によって弁体位１の較正が行われることから
、爾後の各弁体の作動か正確であり、湯水の混合のよう
に、湯側と水側の流量調整弁を正確に連携作動させる必
要があるものに特に適している。

また、停電に際し、前記自動水栓と同様に自動的に止水
するので水の流れ放しを防止すると共に、停電により制
御機能か失われた湯水混合装置から高温の湯か吐出され
る危険が防止される。

まな、止水に際し、湯側の流量調整弁に配設されたアク
チュエータへの印加電圧か、他のアクチュエータへの印
加電圧よりも早くドロップするようにしておけは更に安
全性が高くなる。

（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
、自動開閉弁（Ｖ）を示し、同舟（Ｖ）は、略り半筒状
の本体（１）の−側に流入管（２）を、下方に流出管（
３）を形成し、流出管（３）を流入管（２）との交差部
の内部に延出させて、間管（３）の端面に主弁座（４）
を形成し、同主弁座（４）の外周を囲繞した流入管（２
）の上端面にタイヤフラム（５）を張設し、同タイヤフ
ラム（５）の中央にパイロット弁座（６）、同周縁部に
オリフィス（７）を設けＣ１それぞれ流出管（３）と流
入管（２）とに連通させ、タイヤフラム（５）の上方を
アクチュエータ取付基台（８）で閉塞して、同基台（８
）とタイヤフラム（５）との間に圧力室（９）を形成し
ている。

アクチュエータ取付基台（８）の上面には、後述の微小
距離無段階駆動式アクチュエータ（Ｄ）が配設されてお
り、同アクチュエータｆＤ）の筒状プランジャ（１０）
から延出した弁体（１１）と、前記パイロット弁座（６
）との接離によりタイヤフラム（５）を作動させること
で、主弁座（４）とタイヤフラム（５）下面とを接離さ
せて自動開閉弁（Ｖ）の開閉を行うように構成している
９ 自動開閉弁（ｖ）に設けた微小距離無段階駆動式アクチ
ュエータ（Ｄ）は、同アクチュエータの一形態をなす圧
電アクチュエータであり、第１図で示すように、アクチ
ュエータ（Ｄ）は、前後壁（ａ）（ｂ）を具備する筒状
ケーシング（Ｅ）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（１０）を取付け、さらに、筒
状プランジャ（１０）の外周面上に同心円的に、４個の
圧電素子ｆｅ）（ｆＨｇ）（ｈ）からなる圧電組織組立
体を配設することによって構成している。

そして、圧電素子（ｇＮｈ）は保持具（１１）の先端に
取付Ｃｊられている。

また、（ｉ）（ｊ）はその基端を圧電索子（ｖ）（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（ｉ）ｆｊ）の先端は、その外
周面に圧電素子ｔｅｌｆ）を取付けるとともに、その内
周面に、ブレーキシュー（ｋ）（１）を固着している。

そして、この圧電素子（ｅ）（ｆ）ｆｇ）（ｈ）のうち
圧電素子（ｅ）ｆｆ）はクランプ部材として機能するも
のであり、電源をオンした際に、圧電素子（ｑ）（ｈ）
は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、通電状態では縮んでそ
の内径を縮径して筒状プランジャ（１０）をクランプす
るとともに、通電していない状態では伸びて内径を拡径
して筒状プランジャ（１０）を解除する。

一方、圧電素子（ｇ）（ｈ）は、通電していない状態で
は筒状プランジャ（１０）上を軸線方向に縮んだ状態に
あり、通電状態では、筒状プランジャ（１０）上を伸び
、その軸線方向の全長を長くすることになる。

そして、筒状プランジャ（１０）は、かかる４つの圧電
素子ｆｅ）ｆｆ）（ｇ）（ｈ）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）（ｇＨｈ）は、第２図及び第３図
に示すように多数の圧電素子片を筒状プランジへ・（１
０）の軸線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りられており、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
ることかでき、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ｗＪ造をもつ強誘電材料で
あってＰＺＴ　［Ｐｂ　（Ｚｒ。

Ｔｉ　）　０３　］系、やＰＬＺ”Ｖ［Ｐ　ｂ　（Ｚ　
ｒ　、　Ｔ　ｉ　）Ｏａ　］　、ＰＴ　（ＰｂＴｉ　Ｏ
３）系、あるいはｐｚ′Ｆを基にした３成分系のものを
用いることがてきる。

また、圧電素子ｆｅ）（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筒状プ
ランジャ（１０）の軸芯廻りにラジアル方向に積層して
形成することもできる。この場合、電ＦＦの印−１１＝ 加方向を９０度変えることになる。

なお、上記構成において、圧電素子（ｅＨｆ）（ｇ）（
旧は円形断面のみでなく、例えは、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、筒状プランジャ（１０）は、ブレーキシュー（ｋ
Ｈｌ）によって多数回クランプされるものであるため、
線膨張係数か小さく、硬変、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、例えは、セラミック素材としてものが考えられる。

次に、かかる構成を有するアクチュエータＦＤ）による
筒状プランジャ（１０）及びそれに一部挿入付勢された
弁体（１１）の移動について、第６図へ第８図を参照し
て説明する。

後述する制御装置！’、　（ＣＩから、駆動プログラム
に従って、圧′屯素了（ｅ）に電圧が印加されると、第
６図に示すように、縮径作動せしめて筒状プランジャ（
１０）をクランプさせるとともに、圧電素子（ｆ）の電
圧を解除して拡径させて圧電素子（ｆ）による筒状プラ
ンジャ（１０）のクランプを解除する。

次に、第７図に示すように、圧電素子（ｇ）（ｈ）に電
圧を印加して伸長せしめると、圧電素子（０）ｆｆ）が
矢印方向に移動し、これに伴って圧電素子［ｅ）かクラ
ンプする筒状プランジャ（１０）も矢印方向に移動する
。

その後第８図に示すように、圧電素子け）に電圧を印加
して筒状プランジャ（１０）をクランプさせ、ついで圧
電素子（ｅ）の印加電圧を解除して拡径作動せしめて、
筒状プランジャ（１０）のクランプを解除すると共に、
圧電素子（ｇ）（ｈ）の印加電圧を解除すると、圧電素
子（ｐ）（ｈ）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（１０）をμｍｍオクタはサブμｍオーダのストロ−
つて尺とり車状に移動することができ、筒状プランジャ
（１０）先端の弁体（１１）に連結、接わ“Ｃ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、第１図で示すように、弁体（１１）がスプリ＝　
１３− ンク（Ｓ）で進行方向に付勢されているので、筒状プラ
ンジャ（１０）が先端方向に進行すると、弁体（１１）
は、その分だＧつスプリング（Ｓ）の付勢によって同時
に進行し、係合部（１４）が係合縁（１２）に係合する
まで進行して止まり、他方筒状プランジャ（１０）が後
退する場合には、筒状プランジャ（１０）の係合縁（１
２）に係合した係合部（１４）が後退方向に引張られて
、弁体（１１）の後退作動を行うことになるものであり
、止水のためにアクチュエータへの電圧印加を解除した
とき又は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（ｅＨｆ）は、拡径して筒状プランジャ
（１０）はフリー状態となり、スプリング（Ｓ）によっ
て弁体（１１）と共に先端方向に進行する。

また、筒状プランジャ（１０）を先端方向に進行させる
べく圧電素子（ｃ）（ｆ）（ｑ）（ｈ）への電圧印加操
作を行う場合において、同プランジャ（１０）が先端方
向限度まで進行した時には、弁体（１１）は、スプリン
グ（Ｓ）の付勢によって同プランジャ（１０）と共に進
行するため、弁体（１１）の進行作動は専らスプリ＝　
１４− ンク（Ｓ）の付勢力による作動となり、アクチュエータ
の強い作動力を軽減できる。

次に、−上記アクチュエータｆＤ）を制御する制御装置
［Ｃ）について説明づる。

同制御装置（Ｃ）は第９図で示すように、止水モード検
知部（２１）を含むマイクロプロセッサ（１５）と、吐
水、止水ボタン（１６）（１７）及び、手感知スイッチ
（２２）と接続した入力インターフェース（１８）、止
水モード検知部（２１）、アクチュエータ制御及び駆動
プＸ７クラムを記憶したメモリ（１９）及び圧電アクチ
ュエータ（Ｄ）と接続した出力インターフェース（２０
）とで構成されており、吐水ボタン（１６）が押される
と、制御装置（Ｃ）から圧電アクチュエータＦＤ）に開
弁の駆動電圧が出力されるものであり、同吐水ボタン（
１６）を押し絞りでいる間は同１１区動電圧を出力し続
けさせ、同ボタン（１６）を離すと同駆動電圧の出力が
止まるようにしている。従って、吐水ボタン（１６）を
押圧する時間によって、自動開閉弁（■）の流量を調整
できるものである。また、手感知スイッチ（２２）が手
を感知すると所定量の水が吐出される。

また、止水ボタン（１７）が押されるなり手感知スイッ
チ（２２）が手を感知しなくなったり、吐水ボタン（１
６）が押されてから所定時間を経過すると、制御装置（
Ｃ）の止水モード検知部（２１）が止水モードを検知し
て同制御装置（Ｃ）に各圧電素子ｆｅ）（ｆ）（ｇ）（
ｈ）への電圧印加を解除する信号を発生させ、筒状プラ
ンジャ（１０）のクランプを解除し、スプリングｆｓ）
の付勢により、自動開閉弁ｆＶ）が自動的に閉弁する。

このように、自動開閉弁（Ｖ）の閉弁動作がスプリング
（Ｓ）の付勢で機械的に行われることから、筒状プラン
ジャ（１０）の止水位置が制御装置（Ｃ）の状態とは関
係なく定まり、この止水位置を原点として、筒状プラン
ジャ（１０）の作動位置を制御するようにプログラムし
ておけは、自動開閉弁（Ｖ）の止水動作のたびごとに、
制御装置（Ｃ）がカウントした筒状グランジャ（１０）
の作動位置が較正されることになり、爾後、正確な筒状
プランジャ（１０）の作動制御を行うことができる。

また、第１０図は、前記同様の構成を有する自動開閉弁
２個をそれぞれ湯側流量調整弁（ｖｌ）及び水側流量調
整弁（ｖ２）として用いた湯水混合装置（Ｂ）を示して
おり、（５０）は湯管、（５１）は水管、（５２）は混
合湯水管を示し、各流量調整弁（ｖｌ）（ｖ２）の流量
比を調整して、手感知センサ（Ｐ）又は吐出スイッチ（
Ｒ）の信号により所望の温度の混合湯水を得るように構
成されている。

なお、また、第１１図と第１２図に上記湯水混合装置（
Ｂ）を自動水栓に用いた場合を示しており、（５４）は
吐出口、（５５）（５６）は操作部（Ｑ）に設けた温度
設定、及び流量設定ボタンである。

（５３）は温度センサで、同センサ（５３）で混合湯水
の温度を検出して、制御装置（Ｃ２）を介して、各流量
調整弁（ｖｌ）　［Ｖ２　）に配設したアクチュエータ
（Ｄｌ）　（Ｃ２）の筒状プランジャ（１０°）　（１
０”）を進退作動させて上記の流量比を調整するもので
あり、各流量調整弁（ｖｌ）　（Ｖ２　）の筒状プラン
ジャ（１０’）（１０”）の作動が制御装置での演算に
より連携して行われることから特に正確なことが要求さ
れているか、本発明では、各流量調整弁（■１）（ｖ２
）の止水動作のたびに、スプリング（Ｓ゛）（Ｓ”）に
より各プランジャ（１０’）（１０”）の止水位置が機
械的に決定されるので、筒状プランジャ（１０’）（１
０°°）の真の位置と、制御装置かカウントした同プラ
ンジャ（１０’）（１０”）の位置との誤差を消去する
ことができ、同誤差の集積をなくして両方の筒状プラン
ジャ（１０°）（１０°′）に正確な連携作動を行わせ
ることができる。

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〜第８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９図は制御装置の構成説明図、第１０図
は第１実施例の湯水混合装置の断面図、第１１図は上記
湯水混合装置の適用例である自動水栓の断面説明図、第
１２図は同水栓の操作部の正面図。

（Ｄ）：微小距離無段階駆動式アクチュエータ（Ｓ）ニ
スプリンタ （ｉｉ）　：弁体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アクチュエータ（Ｄ）の筒状ケーシング（Ｅ）内に
   軸線に沿って進退自在にプランジャ（１０）を取付け、
   同プランジャ（１０）をクランプする複数のクランプ部
   材と、同クランプ部材間に設けた伸縮部材を制御装置（
   Ｃ）の信号により動作させることによりプランジャ（１
   ０）を軸線方向に駆動して、同プランジャ（１０）によ
   り弁体を開閉すべく構成した自動開閉弁（Ｖ）において
   、 プランジャ（１０）を止水方向に付勢した弾性部材（Ｓ
   ）を設けると共に、止水モードを検知したときにクラン
   プ部材のクランプを解除する信号を制御装置（Ｃ）に発
   生せしめる止水モード検知部（２１）を備えたことを特
   徴とする自動開閉弁。