JPH0557550U - 磁性流体アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】磁性流体アクチュエータＡを、固定壁１１にダ
イヤフラム１２本体を気密状態に連結して形成し、内部
に磁性流体１３を封入した定容積のシリンダ１０と、同
シリンダの前壁に設けた貫通孔１４を通してシリンダ内
の磁性流体中に進入可能なプランジャ１５と、磁性流体
とプランジャとの間に介設した伸縮自在なベローズ１６
と、シリンダの外周に設け、磁性流体に磁場勾配を発生
する電磁コイル２１と、同電磁コイルに制御電流を通電
可能な電源とから構成し、ダイヤフラム本体の背面に初
期圧調整プラグ２５の先端を当接し、シリンダ内の磁性
流体の初期圧力を調整可能とする。 【効果】電磁コイルへ通電する電流値を制御すること
で、プランジャは磁場強さに対応した移動量が得られ
る。また、部品点数をかなり削減でき、小型化が可能と
なり、かつ、ネジ部をなくすことでバックラッシュシを
回避でき、さらに、駆動部分を液体にしたので、摺動部
をなくし、摩耗が避けられる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、局部洗浄便座に用いる自動開閉弁やフラッシュ弁等の、微小量運動 制御を必要とする弁駆動装置として好適に用いることができる磁性流体アクチュ エータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、上記を目的とした弁駆動装置として、電磁石とリードねじを用いたリニ アステッピングモータがあり、同モータは、ねじピッチや磁石の配置により、微 小量運動制御が可能となる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、リニアステッピングモータは、ねじ部があるため、バックラッシュに よる出入ガタが不可避的に生じ、また、摩耗部分が多く、さらに、磁石の配置間 隔が有限なため、超微小制御は不可であった。

【０００４】 また、かかるリニアステッピングモータは、部品点数が多く、小型化が困難で あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、固定壁にダイヤフラムを気密状態に連結して形成し、内部に磁性流 体を封入した定容積のシリンダと、同シリンダの前壁に設けた貫通孔を通してシ リンダ内の磁性流体中に進入可能なプランジャと、磁性流体とプランジャとの間 に介設した伸縮自在なベローズと、シリンダの外周に設け、磁性流体に磁場勾配 を発生する電磁コイルと、同電磁コイルに制御電流を通電可能な電源とを具備す る磁性流体アクチュエータに係るものである。

【０００６】 本考案は、また、上記構成において、ダイヤフラムの背面に初期圧調整プラグ の先端を当接し、シリンダ内の磁性流体の初期圧力を調整可能としたことにも特 徴を有する。

【０００７】 本考案は、さらに、ダイヤフラムを、周縁部を固定壁の周縁部に連結した可撓 性のダイヤフラム本体と、同ダイヤフラム本体を補強する剛性のダイヤフラム本 体補強板とから形成したことにも特徴を有する。

【０００８】

【実施例】

以下、添付図に示す実施例に基づいて、本考案を具体的に説明する。

【０００９】 (構成) 図１に示すように、磁性流体アクチュエータＡの外殻体を形成するシリンダ10 は、後端開口の筒状の固定壁11と、同固定壁11の後部に密封状態に連結した可撓 性のダイヤフラム12とからなり、ダイヤフラム12は、本実施例では、固定壁11の 後部に気密状態に連結した可撓性のダイヤフラム本体12a と、同ダイヤフラム本 体12a を補強する剛性のダイヤフラム補強板12b とから形成されている。

【００１０】 そして、かかるシリンダ10内には、油中にコロイド状にマグネタイト粒子を分 散した磁性流体13が充填ないし封入されている。なお、油以外の液体を用いるこ ともでき、また、磁性粒子としてマグネタイト粒子以外の粒子を用いることがで きる。

【００１１】 また、シリンダ10の前壁10a には貫通孔14が設けられており、同貫通孔14を通 して、軸線方向に、プランジャ15の後端が磁性流体13内に進入している。

【００１２】 さらに、プランジャ15と磁性流体13との間には、伸縮自在なベローズ16が介設 されており、同ベローズ16は、その中央部16a の裏面をプランジャ15の後端面に 接着するとともに、その周縁部16b を、シリンダ10の前壁10a の貫通孔14周りの 部分に接着している。

【００１３】 また、シリンダ10の外周には、磁性流体13に磁場をかけるための磁場発生手段 17が形成されている。

【００１４】 即ち、かかる磁場発生手段17は、シリンダ10の前壁10a に一側コイル取付ヨー ク18を取付け、一方、シリンダ10の後端側に支持筒体19を介して他側コイル取付 ヨーク20を取付け、両コイル取付ヨーク18,20 間には、シリンダ10と同心円的に 、環状の電磁コイル21が配設されている。電磁コイル21には開閉スイッチ23を介 して制御電流を同電磁コイル21に通電可能な電源22が接続されている。

【００１５】 そして、かかる電磁コイル21に電源22から通電することによって、電磁場を発 生し、シリンダ10内の磁性流体13の圧力分布に変動を生じさせることができる。

【００１６】 さらに、他側コイル取付ヨーク20の裏面にはブラケット24が取付けられており 、同ブラケット24の中央部には、プランジャ15と同軸をなす初期圧調整プラグ25 が螺着されており、同初期圧調整プラグ25の先端はスプリング26を介してダイヤ フラム補強板12b の裏面に当接している。また、初期圧調整プラグ25の後端には 調整ハンドル27が一体的に連設されており、同調整ハンドル27を回転することに よって、ダイヤフラム補強板12b を介してシリンダ10内の磁性流体13へ付与する 初期圧力を調整することができる。

【００１７】 (動作) 以下、図１(a) 及び図１(b) を参照して本考案に係る磁性流体アクチュエー
タ Ａの作動について説明する。なお、図１(a) は電磁コイル21へ非通電状態の場合 であり、図１(b) は電磁コイル21へ通電状態の場合である。

【００１８】 図１(a) は電磁コイル21へ非通電状態の場合であり、磁性流体13内の圧力は、 初期圧調整プラグ25によって付与された圧力であり、シリンダ10の内部の全体に わたって均一になっている。

【００１９】 次に、開閉スイッチ23を閉にすることによって、図１(b) に示すように、電磁 コイル21へ通電状態とした場合、シリンダ10内に磁場が発生すると、その磁場の かかった部分、即ち、環状部分Ｙの圧力が中央部分Ｘの圧力より上昇することに なる。ところで、シリンダ10内の磁性流体13の体積は変わらないため、結果とし て、ベローズ16が後方に向けて伸び、同ベローズ16に後端を結着したプランジャ 15は一体的に後方に移動することになる。

【００２０】 しかして、プランジャ15の移動量ΔＬ_b は、以下の出力計算から明らかなよう に、電磁コイル21へ通電される電流値によって決まる磁性流体13の圧力変動量Δ Ｐに基づいて容易かつ正確に求めることができる。

【００２１】 (出力計算) 計算に際しては、簡単化のため、図２に示すようなモデルを考える。なお、図 中、斜線部は固定壁11である。

【００２２】 また、ベローズ16とダイヤフラム12の有効径を、それぞれ、φｄ, φＤとする とともに、ベローズ16とダイヤフラム12のバネ定数を、それぞれ、ｋ_b , ｋ_d と する。

【００２３】 なお、一側コイル取付ヨーク18の中心孔18a の内径は、ベローズ16の有効径φ ｄに等しくしている。

【００２４】 いま、シリンダ10内に磁場を発生させると、磁性流体13において、ベローズ16 下の部分Ｘとその周辺Ｙの間に磁場勾配ができ、圧力差が生じる。

【００２５】 ここで、ダイヤフラム12の右方( 図２において) への移動量をΔＬ_d,ベローズ 16の伸び量をΔＬ_b,Ｘ部の圧力減少量をΔＰ₂,Ｙ部の圧力増加量をΔＰ₁ とする と、次の式が成り立つ。

【００２６】

【数１】

【００２７】

【数２】

【００２８】 従って、電磁コイル21へ通電される電流値を制御することによって、プランジ ャ15の移動量ΔＬ_b を正確に制御することができ、ひいては、各種弁の弁開度制 御を極めて正確に行うことができる。

【００２９】 次に、上記磁性流体アクチュエータＡの使用例を、図３を参照して説明する。

【００３０】 図３は、本考案に係る磁性流体アクチュエータＡでダイヤフラム型の弁体Ｖを 駆動するように構成した自動弁V₁であり、30は弁箱であって、それぞれ、一次配 管と二次配管とに連通連結する流入路31と流出路32とを設けている。

【００３１】 また、弁箱30内において、流入路31と流出路32との間には、主弁孔33が形成さ れ、主弁孔33の上端開口周縁には主弁座34が形成されている。

【００３２】 そして、主弁座34上には、主弁孔33を開閉する主弁体を兼ねたダイヤフラム３
５ が配設されている。

【００３３】 ダイヤフラム３５の上方にはダイヤフラム背室36が形成されており、同ダイヤ
フ ラム背室36は、ダイヤフラム35の周縁に設けたオリフィス37を介して流入路31と 連通している。

【００３４】 38はダイヤフラム35に穿設したパイロット弁孔であり、ダイヤフラム背室36と 流出路32とを連通させている。

【００３５】 パイロット弁孔38の上方には磁性流体アクチュエータＡのプランジャ15の下端 に設けたパイロット弁体39を対峙させて、磁性流体アクチュエータＡの作動によ りパイロット弁孔38を開閉させる。

【００３６】 上記の構成により、自動弁V₁はダイヤフラム型の弁体Ｖが有するセルフサーボ 作用で、ダイヤフラム35が磁性流体アクチュエータＡのプランジャ15の動きに追 従して主弁座34を開閉することができ、自動弁V₁を流れる流量を精密に調整する ことができる。

【００３７】

【考案の効果】

以上説明してきたように、本考案では、磁性流体アクチュエータを、固定壁に ダイヤフラム本体を気密状態に連結して形成し、内部に磁性流体を封入した定容 積のシリンダと、同シリンダの前壁に設けた貫通孔を通してシリンダ内の磁性流 体中に進入可能なプランジャと、磁性流体とプランジャとの間に介設した伸縮自 在なベローズと、シリンダの外周に設け、磁性流体に磁場勾配を発生する電磁コ イルと、同電磁コイルに制御電流を通電可能な電源とから構成している。また、 上記構成において、ダイヤフラム本体の背面に初期圧調整プラグの先端を当接し 、シリンダ内の磁性流体の初期圧力を調整可能としている。

【００３８】 従って、電磁コイルへ通電する電流値を制御することによって、プランジャは 磁場強さに対応した移動量が得られる。また、他のリニアアクチュエータに比べ 、部品点数をかなり削減でき、小型化が可能となり、かつ、ネジ部をなくすこと によりバックラッシュシを回避でき、さらに、駆動部分を液体にすることにより 、摺動部をなくし、摩耗を避けることができる。

【００３９】 従って、本考案に係る磁性流体アクチュエータは、制御分解能を無限にでき、 超精密なプランジャの移動量の制御が可能となり、精密な流量制御等を行うこと ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る磁性流体アクチュエータの非通電
状態及び通電状態における全体断面構成図である。

【図２】本考案に係る磁性流体アクチュエータの出力計
算モデルを示す概念図である。

【図３】本考案に係る磁性流体アクチュエータを応用し
た自動弁の断面正面図である。

【符号の説明】

Ａ 磁性流体アクチュエータ 10 シリンダ 11 固定壁 12 ダイヤフラム 13 磁性流体 14 貫通孔 15 プランジャ 16 ベローズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 内村 好信 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)考案者 堀内 啓史 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)考案者 廣川 英夫 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定壁(11)にダイヤフラム(12)を気密状態
   に連結して形成し、内部に磁性流体(13)を封入した定容
   積のシリンダ(10)と、同シリンダ(10)の前壁(10a) に設
   けた貫通孔(14)を通してシリンダ(10)内の磁性流体(13)
   中に進入可能なプランジャ(15)と、磁性流体(13)とプラ
   ンジャ(15)との間に介設した伸縮自在なベローズ(16)
   と、シリンダ(10)の外周に設け、磁性流体(13)に磁場勾
   配を発生する電磁コイル(21)と、同電磁コイル(21)に制
   御電流を通電可能な電源(22)とを具備する磁性流体アク
   チュエータ。
2. 【請求項２】ダイヤフラム(12)の背面に初期圧調整プラ
   グ(25)の先端を当接し、シリンダ(10)内の磁性流体(13)
   の初期圧力を調整可能としたことを特徴とする請求項１
   記載の磁性流体アクチュエータ。
3. 【請求項３】ダイヤフラム(12)は周縁部を固定壁(11)の
   周縁部に連結した可撓性のダイヤフラム本体(12a) と、
   同ダイヤフラム本体(12a) を補強する剛性のダイヤフラ
   ム本体補強板(12b) とからなることを特徴とする請求項
   ２記載の磁性流体アクチュエータ。