JPH0626585A - 調節弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁機構の簡素化や制御応答性の向上等を図る
調節弁を提供することを目的とする。 【構成】 流路管５の外周部に振動波モータＵＳＭを配
置すると共に、流路管５内に、開口を有する回転盤３を
開口を有する固定盤４に対して回転可能に配置し、振動
波モータＵＳＭのロータ１を回転盤３に固定する。振動
波モータＵＳＭの駆動により回転するロータ１によって
回転盤３を直接回転駆動し、流量等を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は調節弁の機構およびその
駆動装置に関するものであり、多くの産業分野、例えば
化学、電力、上下水道等の流体を扱う自動プロセスにお
ける、流量あるいは圧力制御の技術分野において使用さ
れるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の一例として、遠隔制御式のグ
ローブ弁を図６に示す。遠隔制御を行う駆動部１１に
は、空気式、油圧式、電気式アクチュエータ等が用いら
れ、これによってバルブプラグ１２を上下して流体を制
御する構成である。

【０００３】駆動部には、上述のように種々のアクチュ
エータが用いられ得るわけだが、空気式、油圧式アクチ
ュエータの場合、加圧機などの付属設備が必要であり規
模としても大がかりなものとなっていた。

【０００４】一方、電気式アクチュエータは、比較的小
型化できるうえ電気信号による遠隔操作が可能であるこ
となどから現在最も広く用いられている。しかし、動力
源は回転形の電磁モータを用いるのが普通で、バルブス
トロークとしての直動変位を得るためには、ナット・ネ
ジを用いた変換機構が必要となる。このため流路管上に
モータ・運動変換機構のユニットを図６の様に付設する
ものであり、込み入った配管群のなかでは最適箇所に設
置できなかったり、全体としてのスペース効率を低下さ
せる問題があった。また、減速変換が基本であるので、
応答性を向上させることは難しかった。

【０００５】また、使用されるプラントの保安上の問題
は重要である。電気式アクチュエータは電磁ノイズの発
生源であり、ノイズ条件の厳しい環境ではそのままでは
使用できなかった。更に、電機子・ブラシからはアーク
を発生するものであるから、対象流体が可燃性ガスの場
合、ガスへの引火を防止するための特殊な防爆シールド
を施す必要があり、甚だ高価なものとなっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】本発明は、上述の
従来技術において問題となっていた、弁機構の簡易化、
線形性向上、駆動部分の省スペース、全体としての低価
格化、信頼性向上、制御応答性向上及び安全性確保など
の課題を、一度に解決しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するための手段は、進行波型モータの中核である円環状
のステータとロータにそれぞれに弁Ｃｖ値を可変とする
形状を持った固定盤と回転盤を接合する構成をとること
である。

【０００８】先ず、弁のアクチュエータとして進行波型
モータを使用することの利点を示そう。進行波型モータ
は基本的には、２枚の接したリング、即ち振動盤である
ステータと振動から駆動力を得て回転をするロータから
なる。簡易な構成であることとリング状という特殊な形
状は、流路管に付設するアクチュエータとして適したも
のである。また、ステータに固着された圧電素子による
超音波機械振動が駆動源であるので、静粛性がよい、電
磁ノイズを発生しない、アークを飛ばさないこと等、電
磁モータに比べて環境に対して極めてクリーンといえ
る。

【０００９】弁構造、即ち流体絞り機構については、ロ
ータの回転変位が直接弁の絞り変位となる手段をとる。
前記ステータとロータそれぞれに部分的に開口部を設け
た絞り盤を接する形で設置し、ロータ回転変位に従い２
枚併せた開口部面積が変更される構成とする。開口部の
形状は、流体の粘性を考慮して、ロータ変位に対して弁
Ｃｖ値が比例するように選ぶ。

【００１０】

【実施例】図１は本発明による調節弁の第１実施例を示
す断面図である。

【００１１】図において、５は液体又は気体等の流体が
流れる流路管で、流れ方向に直交して回転盤３と固定盤
４とが接して配置されている。進行波型モータは駆動部
である公知の円環形状に形式されたロータ１と、ロータ
１が接する円環形状のステータ２を主要な部材として構
成されている。

【００１２】ここで、進行波型モータの駆動原理を簡単
に説明すると、図２に示すように、ステータ２の片面側
には分極処理の施された圧電素子１０が接着固定され、
この圧電素子１０に位相の異なる交流電圧を印加する
と、ステータ２の他面側に進行性の振動波が形成され、
この他面側に接するロータ１を進行性振動波により摩擦
駆動するものである。

【００１３】このように、進行波型モータは電磁ノイズ
等の発生がなく、またロータ１の回転を直接利用するこ
とができ、さらにカメラのフォーカス用モータとして用
いられているのと同様に、流路管５の周囲に配置されて
いるため場所をとらないという大きな特長を有してい
る。

【００１４】本実施例ではロータ１の片面側に玉軸受６
を配置すると共に、流路管５のフランジ５ａと玉軸受６
との間に板バネ８を配し、ロータ１の回転を保証しつ
つ、ロータ１をステータ２に加圧接触させ、駆動に要す
る摩擦力を得ている。

【００１５】一方、回転盤３は、ロータ１に固定され、
固定盤４はステータ２に固定され、ロータ１の回転によ
り回転盤３は固定盤４に対して回転する。なお、振動波
モータＵＳＭの外周はハウジング９により覆われてい
る。

【００１６】他方、流体の絞り機構をなす回転盤３と固
定盤４には、図３に示すように、扇形状の開口３ａ，４
ａとが夫々形成されており、図４に両盤を合わせた場合
の絞り作用を示す。

【００１７】図４に於いて、ハッチングを与えている部
分が流体の通過する開口部である。また、図５に於いて
はロータ回転変位角度に対する、開口部面積と弁Ｃｖ値
の関係をグラフ化して説明したものである。ここで云う
Ｃｖ値とは ｆ＝Ｃｖ√（２ΔＰ／ρ） なる関係における流量係数の意味である。ここで、ｆは
流量、ΔＰは前後差圧、ρは流体密度である。

【００１８】図５に示すように流体粘性に応じて変位−
面積曲線を変更することによって直線性の良い変位−Ｃ
ｖ特性が得られる。変位−面積曲線は概ね次のような関
係式で実験的に決定されるものである。

【００１９】Ｓ＝κθσ ここで、Ｓは開口部面積、θはロータ変位角度、κは常
数であり、指数σは１．０未満の正の値である。粘性の
小さいガスの場合は、乱流を無視すればσ≒１である。

【００２０】本実施例に於いては、流体のシール技術に
ついては特に記していないが、流路管と進行波型モータ
との隔離には硬化ゴム等を用いればよい。進行波型モー
タは低速回転で高いトルク特性を有しているので駆動負
荷としての懸念には及ばない。また、流路遮断について
は、通常は別個にソレノイド型遮断弁を用いるのが普通
であるのでここでは取り立てて記述しない。

【００２１】［他の実施例］絞り盤の開口部形状は、上
記実施例以外にも容易に変形例が考えられようが、形状
の具体例についてはこれ以上記さない。観点を変え、弁
の圧損を低減する形状について図７の例を挙げておく。
これは図３の回転盤３に対応するものである。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、進行波型モータ用いて
いるため、特に防爆シールを設けたり、減速機等を設け
る必要がなく、また調節弁として特に、スペース効率が
よい、安全性に富む、応答性がよい、及び安価に製造で
きる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を表す全体図。

【図２】アクチュエータである進行波型モータのロータ
とステータを表す部分図。

【図３】弁機構絞り部分の開口部形状の一例を示す簡易
図。

【図４】ロータの回転変位に対して図１の実施例の作用
を表す説明図。

【図５】ロータの回転変位に対して図１の実施例の作用
を表す説明図。

【図６】従来の技術を代表するグローブ弁である。

【図７】その他の実施例として調節弁の一部分を簡単に
示したものである。

【符号の説明】

１…ロータ ２…ステータ ３…回転盤 ４…固定盤 ５…管 ６…玉軸受け ７…リング ８…板バネ ９…ハウジング １０…圧電素子 １１…駆動部 １２…バルブプ
ラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の通過する管において、流路に直交
   する向きに固定盤と回転盤を接したかたちで設置し、こ
   れら固定盤と回転盤にはそれぞれ開口部と閉口部とが与
   えられており回転盤の回転角度により両盤合わせた流体
   通過部面積が可変となる関係であり、固定盤と回転盤の
   外周には円環状進行波型モータのステータとロータがそ
   れぞれに具備されており、該ステータにより回転盤を駆
   動することを特徴とする調節弁。
2. 【請求項２】 請求項１において、固定盤と回転盤何れ
   か或は両方には、流体の粘性に応じて、回転角度とＣｖ
   値とが線形になるように開口部形状が選定されているこ
   とを特徴とする調節弁。