KR20230069263A - 밸브 제어 장치, 구동 제어 장치 및 유체 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
밸브의 조정에 적합한 밸브 제어 장치, 구동 제어 장치 및 유체 제어 장치를 제공하는 것. 밸브 제어 장치는, 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 밸브 시트간의 접촉력을 가변시키는 봉 형상의 회전자와, 회전자를 협지하고, 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자와, 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자를 포함하는 이동부와, 상기 압전 소자에, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한 전압 파형을 인가하여, 한 쌍의 접촉자에 의해 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 회전자와 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜, 회전자를 임의의 방향으로 회전시킴으로써 밸브체와 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 밸브체와 밸브 시트간의 접촉력을 제어하는 구동 제어부를 구비한다.
Description
본 발명은, 유로에 흐르는 유체의 조정에 사용되는 밸브를 제어하는 밸브 제어 장치, 구동 제어 장치 및 유체 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터, 유로를 흐르는 유체의 유량이나 유속이나 압력을 조정하는 조정 기기(예를 들면, 스피드 컨트롤러나 레귤레이터)가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이와 같은 조정 기기는, 밸브를 구비하고 있고 작업원이 밸브의 개방도를 조정하는 것에 의해 유체의 유량이나 유속이나 압력이 조정된다.
작업원이, 조정 작업의 마지막에 밸브의 위치가 고정되도록 고정 너트로 조임을 행할 때에 백래시((backlash)라고도 한다. 소위, 덜컥거림)에 의해 고정 너트가 조임 위치로부터 약간 어긋나 버려, 이것에 대응하여 밸브가 조정된 위치로부터 어긋나 버리는 경우가 있었다. 이 결과, 밸브의 조정 정밀도가 저하되는 경우가 있었다.
본 발명은, 상기 과제의 해결을 위해서 이루어진 것으로, 밸브의 조정에 적합한 밸브 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시형태에 따른 밸브 제어 장치는, 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력을 가변시키는 봉 형상의 회전자와, 상기 회전자를 협지하고, 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자와, 상기 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자를 포함하는 이동부와, 상기 압전 소자에, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한 전압 파형을 인가하고, 상기 전압 파형의 상기 상승의 경사 및 상기 하강의 경사 중, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜, 상기 회전자를 임의의 방향으로 회전시킴으로써 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력을 가변시켜 제어하는 구동 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 밸브의 조정에 적합한 밸브 제어 장치, 구동 제어 장치 및 유체 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 밸브 조정 기구의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3b는 환산 테이블 TB를 나타내는 개념도이다.
도 3c는 제어 장치의 기능을 나타내는 기능 블럭도이다.
도 4는 제어부의 회전자 구동부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 5a는 회전자를 시계방향 회전으로 정회전시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 시계방향 회전으로 정회전하는 회전자의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 5c는 회전자를 반시계방향 회전으로 역회전시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 유체 제어 장치(1a)를 나타내는 일부 단면도이다.
도 2는 밸브 조정 기구의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 제어부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3b는 환산 테이블 TB를 나타내는 개념도이다.
도 3c는 제어 장치의 기능을 나타내는 기능 블럭도이다.
도 4는 제어부의 회전자 구동부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 5a는 회전자를 시계방향 회전으로 정회전시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 시계방향 회전으로 정회전하는 회전자의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 5c는 회전자를 반시계방향 회전으로 역회전시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 유체 제어 장치(1a)를 나타내는 일부 단면도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태를 설명한다. 도 1은, 제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)의 구성도이다. 보다 구체적으로는, 도 1(a)는, 유체 조정 장치(30)(일례로서, 스피드 컨트롤러(유량 조정 밸브))를 제어하는 밸브 제어 장치(1)의 구성도이고, 도 1(b)는, 유체 조정 장치(30)(일례로서, 레귤레이터(감압 밸브))를 제어하는 밸브 제어 장치(1)의 구성도이다. 도 2는, 밸브 조정 기구(10)의 구성을 개략적으로 나타내고 있고, 밸브 조정 기구(10)를 상방에서 평면시(平面視)함과 더불어, 제어 장치(20)를 모식적으로 나타내고 있다.
도 1∼도 2에 있어서, 각각 서로 직교하는 x, y 및 z의 좌표축이 도시되어 있다. 이들의 좌표축에 의해, 예를 들면 도 2를 기준으로 하여 방향을 알 수 있도록 되어 있다. 도 2에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 밸브 조정 기구(10)(압전 관성 회전 기구라고도 함)를 상방에서 평면시한 경우, 한 쌍의 접촉자인 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 길이 방향을 x축의 방향(폭 방향이라고도 함), 전후 방향을 y축의 방향(깊이 방향이라고도 함), 높이 방향을 z축의 방향(수직 방향이라고도 함)으로 하고 있다. 또, 도면 중의 「○」의 안에 「×」가 기재된 것(예를 들면 도 1의 y축)은 도면의 앞으로부터 뒤를 향하는 화살표를 의미하고, 도면 중의 「○」의 안에 작은 「●」가 기재된 것(예를 들면 도 2의 z축)은, 도면의 뒤로부터 앞을 향하는 화살표를 의미한다.
이하에서 설명하는 「유로」란, 유체용 통로라고도 하고, 유체(기체 또는 액체이고, 압력 유체라고도 함)가 흐르는 경로를 말한다. 그리고, 이하에서 설명하는 유체 조정 장치(30)(스피드 컨트롤러(30a)나 레귤레이터(30b))는, 유로의 소정의 개소에 배치되는 것이고, 스피드 컨트롤러(30a) 또는 레귤레이터(30b)가 구비하는 제 1 포트(301a) 또는 제 1 포트(301b), 제 2 포트(302a) 또는 제 2 포트(302b), 통로(303a) 또는 통로(303b)는, 유로에 연통하여 유로의 일부로서 기능한다.
또, 이하에서 설명하는 「밸브부(310a)의 개폐」나 「밸브부(310b)의 개폐」란, 밸브체(311a)나 밸브체(311b)가 의도한 대로 제어되는 것을 나타내고, 보다 구체적으로는, 「밸브부(310a)가 구비하는 밸브체(311a)와 당해 밸브체(311a)에 의해 폐쇄되는 밸브 시트(312a)의 상대적인 위치가 가변되는 것」, 또는, 「밸브체(311b)와 밸브 시트(312b)간의 접촉력이 가변되는 것」을 가리킨다. 한편 「밸브부(310a)의 개폐」에는, 「밸브체(311a)(또는 밸브체(311b))와 밸브 시트(312a)(또는 밸브 시트(312b))의 상대적인 위치가 가변된 결과로서, 밸브체(311a)(또는 밸브체(311b))와 밸브 시트(312a)(또는 밸브 시트(312b))간의 접촉력이 가변되는 것」도 포함된다.
또, 이하의 설명에서는 회전자(104)가 정회전 또는 역회전하여 z축 방향으로 진퇴하지만, 여기에서는 「정회전」은, 도 2에 나타내는 바와 같이 밸브 조정 기구(10)를 상방에서 평면시했을 때의 시계방향 회전이고, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 닫는 방향의 회전을 가리킨다. 「역회전」은, 도 2에 나타내는 바와 같이 밸브 조정 기구(10)를 상방에서 평면시했을 때의 반시계방향 회전이고, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 여는 방향의 회전을 가리킨다.
또, 이하에서 설명하는 「직접적으로 접속」이란, 예를 들면, 밸브체(311a)와 밸브 조정 기구(10)가 구비하는 회전자(104)가 일체적으로 형성되거나, 밸브체(311a)와 회전자(104)가 직접 닿도록 연결되거나 하고 있는 상태를 가리킨다.
「간접적으로 접속」이란, 예를 들면, 공간적으로 이간된 상태의 밸브체(311b)와 회전자(104)가 소정의 부재를 통하여 서로 접속되어 있는 상태를 가리킨다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 밸브 제어 장치(1)는, 밸브 조정 기구(10) 및 제어 장치(20)(구동 제어 장치)를 적어도 구비한다. 밸브 제어 장치(1)는, 제어 장치(20)에 구동이 제어된 밸브 조정 기구(10)가, 유체 조정 장치(30) 내의 밸브를 개폐하는 장치이고, 이 결과 유체의 유량, 유속 또는 압력 중 적어도 하나가 조정된다.
또한 이 제 1 실시형태에서는, 유체 조정 장치(30)는, 제어 장치(1)에 의한 제어 대상이며 밸브 제어 장치(1)에는 포함되어 있지 않지만, 유체 조정 장치(30)를 밸브 제어 장치(1)에 포함시켜도 된다.
유체 조정 장치(30)는, 스피드 컨트롤러(30a)나 레귤레이터(30b)로 한정되지 않고, 유체의 유량, 유속 또는 압력 중 적어도 하나를 조정 가능하면, 예를 들면 스로틀 밸브 등 다양한 장치가 해당한다.
(스피드 컨트롤러(30a))
도 1(a)에 나타내는 바와 같이 스피드 컨트롤러(30a)는, 본체(300a) 및 밸브부(310a)를 적어도 구비한다. 한편, 스피드 컨트롤러(30a)에는, 다양한 구성 및 형상의 베리에이션이 알려져 있고, 스피드 컨트롤러(30a)의 구성 및 형상은, 도 1에 나타내는 구성 및 형상으로 한정되지 않는다.
본체(300a)에는, 제 1 포트(301a), 제 2 포트(302a) 및 이들과 연통하는 통로(303a)가 형성되어 있다.
밸브부(310a)는, 밸브체(311a) 및 밸브 시트(312a)를 구비한다. 밸브부(310a)는, 예를 들면 니들 밸브이다. 밸브부(310a)는, 밸브 시트(312a)를 경계로 하여 통로(303a)를 제 1 통로(304a)와 제 2 통로(305a)로 구분한다. 통로(303a)의 소정의 개소에는, 불필요한 부위에 유체가 유입하는 것을 방지하기 위한 O링(306)이 마련된다.
밸브체(311a)는, 니들 형상으로 형성되어 있고, 일단측은, 밸브 조정 기구(10)가 구비하는 회전자(104)의 일단측과 직접적으로 접속되고, 이 일단측과는 역측(逆側)의 단부는 밸브 시트(312a)를 폐쇄한다.
한편, 도 1에 나타내는 스피드 컨트롤러(30a)에서는, 밸브체(311a)는, 회전자(104)의 일단측과 직접적으로 접속되어 있지만, 간접적으로 접속되어 있어도 된다.
이상과 같이 구성된 스피드 컨트롤러(30a)에서는, 밸브 조정 기구(10)의 회전자(104)가 회전하여 z축 방향(축 L 방향)으로 이동하는 것에 의해, 밸브체(311a)도 z축 방향으로 이동하여, 밸브 시트(312a)의 구멍부(313a)를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제한다(즉, 밸브부(310a)가 개폐됨). 한편, 회전자(104)의 회전에 대해서는 후술한다.
밸브부(310a)가 개폐됨으로써 제 1 통로(304a)로부터 제 2 통로(305a)를 향해 유체가 흐른다. 이때, 밸브부(310a)의 개방도에 의해 유체의 유량이 조정된다. 한편, 반대로 제 2 통로(305a)로부터 제 1 통로(304a)를 향해 유체가 흐르도록 해도 된다.
(레귤레이터(30b))
도 1(b)에 나타내는 바와 같이 레귤레이터(30b)는, 본체(300b), 밸브부(310b), 조정 스프링(320), 다이어프램(330), 스프링 받침 접시(340), 접속 로드(350) 및 소(小)스프링(360)을 적어도 구비한다. 한편, 레귤레이터(30b)에는, 다양한 구성 및 형상의 베리에이션이 알려져 있고, 레귤레이터(30b)의 구성 및 형상은, 도 1에 나타내는 구성 및 형상으로 한정되지 않는다.
본체(300b)는, 제 1 포트(301b), 제 2 포트(302b) 및 이들과 연통하는 통로(303b)를 구비한다.
밸브부(310b)는, 밸브체(311b), 밸브 시트(312b)를 구비한다. 밸브부(310b)는, 밸브 시트(312b)를 경계로 하여 통로(303b)를 제 1 통로(304b)와 제 2 통로(305b)로 구분한다.
밸브체(311b)는, 조정 스프링(320), 다이어프램(330), 스프링 받침 접시(340), 접속 로드(350) 등을 통하여, 간접적으로 회전자(104)에 접속되어 있다. 밸브체(311b)는, 소스프링(360)에 의해 상시 밸브 시트(312b)의 구멍부(313b)를 폐쇄하는 방향으로 가압되어 있다. 밸브체(311b)는, 대략 원뿔 형상으로 형성된 선단부(370)를 갖는 대략 원기둥 형상의 부재이고, 그 꼭대기부(371)(접속부)에는 접속 로드(350)가 접속되고, 경사면(372)이 구멍부(313b)(폐쇄부)를 폐쇄한다.
이상과 같이 구성된 레귤레이터(30b)에서는, 밸브 조정 기구(10)의 회전자(104)가 회전하여 z축 방향으로 이동하는 것에 의해, 다이어프램(330)이, 조정 스프링(320)이나 스프링 받침 접시(340)를 통하여 가압되거나, 이 가압이 해제되거나 한다. 이때, 밸브부(310b)가 개폐되고 밸브체(311b)와 밸브 시트(312b)의 접촉력이 가변되어, 유체의 압력이 조정된다. 한편, 스피드 컨트롤러(30a)와 마찬가지로 유체는 제 1 통로(304b)로부터 제 2 통로(305b)를 향해 흐르지만, 반대로 제 2 통로(305b)로부터 제 1 통로(304b)를 향해 흐르도록 해도 된다.
(밸브 조정 기구(10))
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 밸브 조정 기구(10)는, 한 쌍의 접촉자인 접촉자(101) 및 접촉자(102), 압전 소자(103)(이동부), 회전자(104), 관성 모멘트 부재(105)를 적어도 구비한다.
밸브 조정 기구(10)는, 유체 조정 장치(30)에 수용된다. 단, 도시하지 않은 밸브 조정 기구(10) 전용의 하우징을 준비하고, 이 하우징 내에 밸브 조정 기구(10)를 배치하여 유체 조정 장치(30)에 장착하도록 구성(즉, 외장의 구성으로)해도 된다.
접촉자(101)는, 대략 L자 형상을 이루고, 그 단변부(101a)가 압전 소자(103)의 제 1 접촉단(103a)에 장착되어 있다. 또, 접촉자(102)는, 대략 L자 형상을 이루고, 그 단변부(102a)가 압전 소자(103)의 제 1 접촉단(103a)과는 반대측인 제 2 접촉단(103b)에 장착되어 있다. 접촉자(101) 및 접촉자(102)는, 예를 들면, 스테인리스강으로 구성되어 있다.
회전자(104)는, 원판 형상(또는 원기둥 형상)을 이루고, 축 L을 중심으로 하여 회전 가능하게 되어 있고, 그 주면이 접촉자(101)의 장변부(101b) 및 접촉자(102)의 장변부(102b)에 협지되어 있다. 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에는, 필요한 정마찰력을 가지게 하는 압력이 인가되어 있다. 회전자(104)는, 예를 들면, 스테인리스강으로 구성되어 있다.
한편, 안정한 정마찰력을 얻기 위해, 회전자(104)에 수나사를 자르고, 접촉자(101) 및 접촉자(102)에는 대응하는 홈을 자르는 것도 가능하다.
압전 소자(103)로서는, 밸브 형상의 압전체가 전극을 사이에 두고 복수 적층되어 구성된 적층 타입인 것을 이용할 수 있다. 압전체를 구성하는 압전 재료로서는, 압전 효과를 갖는 세라믹 재료가 이용되고, 예를 들면 타이타늄산 지르콘산납(Pb(Zr, Ti)O3; PZT)을 이용할 수 있다. 압전 소자(103)의 형상은, 직육면체, 삼각기둥, 육각기둥, 원기둥 등의 여러 가지의 형상으로 할 수 있다.
관성 모멘트 부재(105)는, 회전자(104)에 대해 동축적(同軸的)으로 고정하여 마련되어, 회전자(104)보다도 대경(大徑)을 이루고, 회전자(104)에 대해서 관성 모멘트를 준다. 관성 모멘트 부재(105)는, 예를 들면, 황동, 스테인리스강 등으로 구성되어 있다.
이상과 같이 구성된 밸브 조정 기구(10)는, 압전 소자(103)의 구동에 의해 접촉자(101) 및 접촉자(102)가 서로 상대적으로 이동(이하, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 구동이라고도 함)하고, 결과적으로 회전자(104)가 정회전 또는 역회전하고, 회전 방향으로 대응하여 z축 방향으로 이동(진퇴)한다. 한편, 이것은 뒤에 상술한다.
(제어 장치(20))
다음에 도 3a∼도 4를 이용하여 제어 장치(20)에 대해 설명한다. 도 3a는, 제어 장치(20)의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 3b는, 환산 테이블 TB의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 3c는, 제어 장치(20)의 제어부(240)의 기능을 나타내는 기능 블럭도이다. 도 4는, 제어 장치(20)의 회전자 구동부(250)의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(20)는, 전원부(210), I/O부(220), 메모리 장치(230), 제어부(240) 및 회전자 구동부(250)(드라이버라고도 함)를 구비하고 있다. 한편 제어 장치(20)의 배치 위치는 특별히 한정되지 않고, 밸브 조정 기구(10)와 마찬가지로 유체 조정 장치(30)에 수용되어도 되고, 유체 조정 장치(30)에는 수용되지 않고 공간적으로 이간된 위치에 배치되어도 된다.
또, 제어 장치(20)가 구비하는 일부의 구성은 유체 조정 장치(30)에 수용되고, 그 밖의 일부의 구성은 유체 조정 장치(30)에는 수용되지 않고 공간적으로 이간된 위치에 배치되도록 구성해도 된다. 예를 들면, I/O부(220)나 회전자 구동부(250)는, 유체 조정 장치(30)에 수용되고, 전원부(210), 메모리 장치(230), 제어부(240)는 유체 조정 장치(30)에는 수용되지 않고 공간적으로 이간된 위치에 배치되지 않도록 구성해도 된다.
이와 같이, 제어 장치(20)의 전체, 또는 적어도 일부가, 유체 조정 장치(30)에 수용되지 않는 구성을 갖는 밸브 제어 장치(1)를 밸브 제어 시스템(1)이라고도 한다. 밸브 제어 시스템(1)에서는, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터(PC) 등의 전자 기기를 제어 장치(20)로서 이용할 수 있다.
여기에서는 도시를 생략한 예를 들면 키보드 등의 입력 장치로부터의 입력(예를 들면, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개폐를 지시하는 조작)을 제어 장치(20)가 접수하도록 구성할 수도 있고, 이와 같은 입력에 근거하여 유체 조정 장치(30)를 제어하도록 해도 된다. 또, 예를 들면, 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 표시 장치를 접속하기 위한 포트를 제어 장치(20)가 구비해도 된다.
전원부(210)는, 직류 전원(DC 전원)으로서의 기능을 적어도 갖고, 각 부에 전력을 공급한다. 전원부(210)는, 도시하지 않은 여러 가지의 전기 회로 및/또는 전자 회로를 갖고 있고, 전류나 전압을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전원부(210)는, 예를 들면, 트랜스, 오실레이터, 스위칭 레귤레이터, 인버터 또는 컨버터 등 중 적어도 하나의 기능을 구비할 수 있다.
I/O부(220)는, 제어 장치(20)의 각 부(예를 들면, 회전자 구동부(250))와 압전 소자(103)를 전기적으로 접속하기 위한 인터페이스이고, 압전 소자(103)의 구동 제어(즉 회전자(104)의 회전 제어)는, I/O부(220)를 통하여 행해진다.
또 I/O부(220)는, 제어 장치(20)가 외부의 장치와 통신을 행하기 위한 인터페이스로서의 기능도 구비할 수도 있다. 통신은 유선이어도 무선이어도 어느 쪽이어도 된다.
I/O부(220)에 의해 다양한 신호를 외부의 장치와 송수신 가능하게 된다. 이 신호에는, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개폐를 지시하는 신호나, 유체 조정 장치(30) 내를 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력 중 적어도 하나를 나타내는 정보 등, 유체 조정 장치(30)의 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개폐에 필요한 다양한 정보를 포함시킬 수 있다.
메모리 장치(230)는, 예를 들면, ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory)이다. 메모리 장치(230)에는, 예를 들면, 회전자 구동부(250)를 제어하기 위한 프로그램이나, 데이터(예를 들면, 이 후 설명하는 환산 테이블 TB), 다양한 설정값(예를 들면, 이 후 설명하는 회전자 구동부(250)에 공급하는 여러 가지의 전압이나 전류의 값이나 공급 타이밍 등을 나타내는 정보)이 기억된다.
제어부(240)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro-processing Unit), 시스템 LSI, 시스템 LSI보다 소규모인 IC 칩군 등이다. 제어부(240)가 프로그램을 실행함으로써 본 실시형태에서 설명하는 여러 가지의 기능이 실현된다.
도 3b에 나타내는 바와 같이 메모리 장치(230)에는, 환산 테이블 TB가 기억된다. 제어 장치(20)가 도시하지 않은 네트워크를 통하여 서버나 PC 등과 통신 가능하게 구성되는 경우에는, 메모리 장치(230)에 환산 테이블 TB를 기억하지 않아도 된다. 이 경우, 환산 테이블 TB에 저장되는 여러 가지의 수치는, 네트워크를 통하여 적절히 송수신된다.
환산 테이블 TB에는 적어도 「구동 횟수」, 「회전량」 및 「제어 대상량」이 대응지어져 있다. 환산 테이블 TB에는 「구동 횟수」에 대응시켜 구동 방향(즉, 회전자(104)의 회전 방향)을 나타내는 정보를 포함시켜도 된다.
환산 테이블 TB의 각 값은, 다양한 것이 이용되지만, 여기에서는 일례로서 「구동 횟수」는, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 상대적인 이동 횟수(왕복 횟수)로 한다.
또 「회전량」은, 상기한 「구동 횟수」에서 상대적으로 이동한 접촉자(101) 및 접촉자(102)에 의해 회전한 회전자(104)의 변위량으로 한다. 회전량은, 예를 들면, 회전수(회)여도 되고, 회전 각도(도)여도 되고, 회전 각도(라디안: rad)여도 되고, 이동 거리(상기한 [nm] 등)여도 된다(도 3b에서는 일례로서 「rad」로 하고 있다). 또, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개방도(%)여도 되고, 밸브체(311b)와 밸브 시트(312b)간의 접촉력이어도 된다. 접촉력은, [N](뉴턴) 등 여러 가지의 단위로 표현할 수 있다.
개방도는, 예를 들면 0%∼100%(밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))가 완전하게 닫힌 상태∼밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))가 전체 개방인 상태)로 표시된다. 개방도는 구동 횟수 및 구동 방향으로부터 제어 장치(20)가 산출해도 된다.
「제어 대상량」은, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개폐에 의해 제어되는 제어 대상의 소정의 물리량(물리값)으로 한다. 제어 대상량은, 예를 들면 유체 조정 장치(30)를 흐르는 유체의 유량(단위의 예로서는 체적 유량[m^3/s]), 유속(단위의 예로서는 [m/s]), 압력(단위의 예로서는 [Pa]) 중 적어도 하나이다.
단, 상기의 체적 유량 이외에도 예를 들면, 질량 유량[kg/s]이어도 되고, 유량[slm(standard liter(리터)/min)]이나 유량[ccm(cc/min)]이어도 된다(도 3b에서는 일례로서 「m^3/s」로 하고 있다). 마찬가지로 유속이나 압력도 적절히 설정된다.
환산 테이블 TB에 의해, 예를 들면, 유체 조정 장치(30)를 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력 중 적어도 하나를 소정의 값으로 하고자 하는 경우에, 어느 정도의 회전량으로 회전자(104)를 회전시키면 될지, 그리고 그것을 위한 구동 횟수는 몇 회인지를 제어 장치(20)가 취득 또는 산출할 수 있다.
또, 환산 테이블 TB에 의해, 예를 들면, 소정의 구동 횟수 및 방향으로 회전자(104)를 회전시킨 결과, 유체 조정 장치(30)를 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력이 어느 정도의 값이 되는지를 제어 장치(20)가 취득 또는 산출할 수 있다.
한편, 환산 테이블 TB를 구동 횟수와 제어 대상량을 대응시킨 테이블로 해도 된다.
도 3c에 나타내는 바와 같이, 제어부(240)는, 적어도 신호 수신부(241), 값 산출부(242) 및 회전자 구동부용 제어부(243)로서 기능한다.
신호 수신부(241)는, I/O부(220)를 통하여 여러 가지의 신호를 수신한다. 예를 들면, 신호 수신부(241)는, 상기한 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개폐를 지시하는 신호나, 목표로 하는 조정량을 외부로부터 수신한다.
값 산출부(242)는, 신호 수신부(241)가 수신한 여러 가지의 신호에 대응시켜, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 제어에 필요한 다양한 값을 환산 테이블 TB로부터 취득 또는 산출한다. 보다 구체적으로는, 값 산출부(242)는, 환산 테이블 TB를 참조하여, 각 값(예를 들면, 구동 횟수나 회전량이나 제어 대상량의 값)을 취득한다. 또 값 산출부(242)는, 상기한 바와 같이 필요에 따라서 개방도를 산출할 수도 있다.
값 산출부(242)는, 예를 들면, 개방도 0%의 상태를 기준으로 하여, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 구동 횟수에 대응시켜 구동 횟수의 적산을 포함하는 여러 가지의 연산을 행하고, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 구동 후의 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개방도를 산출한다. 이때, 값 산출부(242)는, 구동 방향을 가미하여 적산값을 적절히 증감시킨다. 결과로서 0∼100%까지의 소정의 개방도가 산출된다.
한편, 값 산출부(242)는, 회전량이나 제어 대상량으로부터 개방도를 산출할 수도 있다. 또, 값 산출부(242)는, 예를 들면 소정의 개방도(가령 제 1 개방도로 함)로부터 이 소정의 개방도와는 상이한 개방도(가령 제 2 개방도로 함)로 변경하기 위한 구동 횟수나 구동 방향을 산출할 수도 있다.
값 산출부(242)는, 개방도를 연산하는 것과 마찬가지로, 환산 테이블 TB를 참조하여 구동 횟수나 회전량이나 제어 대상량의 값을 필요에 따라서 산출할 수도 있다.
회전자 구동부용 제어부(243)는, 값 산출부(242)가 취득 또는 산출한 값에 대응시켜, 도 3a에 나타낸 회전자 구동부(250)를 제어한다. 보다 구체적으로는, 회전자 구동부용 제어부(243)는, 값 산출부(242)가 취득 또는 산출한 값에 대응시켜, 이 후 도 4를 참조하여 설명하는 차지(charge) 동작 지령 신호, 차지 전류 제한값 지정 전압(차지 전류 제한값 지령 전압이나 차지 전류 최대값 지정 전압이라고도 함), 디스차지(discharge) 동작 지령 신호 및 디스차지 전류 제한값 지정 전압(디스차지 전류 제한값 지령 전압이나 디스차지 전류 최대값 지정 전압이라고도 함)을 회전자 구동부(250)에 입력한다. 이들의 신호 및 전압에 의해, 회전자 구동부(250)에 의한 압전 소자(103)의 구동 제어가 가능하게 되어, 결과적으로 회전자(104)가 회전 및 z축 방향으로 이동하고, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))가 개폐된다.
이상을 요컨대 제어부(240)가 환산 테이블 TB를 참조하는 것에 의해, 압전 소자(103)가 제어되고, 회전자(104)가 회전하여 도 1에 나타낸 z축 방향으로 이동한다. 결과적으로 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))가 개폐된다.
도 4에 나타내는 바와 같이 회전자 구동부(250)는, 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)를 구비한다.
차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)는 스위칭 회로를 구성하고 있다. 차지 전류 제한 회로(251)는, 전원부(210)와 압전 소자(103)를 접속하여 압전 소자(103)에 전류를 차지하고, 디스차지 전류 제한 회로(252)는, 압전 소자(103)로부터 전류를 디스차지한다.
차지 전류 제한 회로(251)는, 제어부(240)(도 3c 참조)의 회전자 구동부용 제어부(243)로부터 입력되는 차지 동작 지령 신호(전류 차지 동작을 지령하는 신호)가 ON인 동안에는, 전원부(210)와 압전 소자(103)의 사이를 접속하여 압전 소자(103)에 전류를 차지한다.
그때에 압전 소자(103)에 유입하는 차지 전류값은, 제어부(240)의 회전자 구동부용 제어부(243)로부터 입력되는 차지 전류 제한값 지정 전압에 따라 제한된다.
즉, 차지 전류 제한값 지정 전압은, 전원부(210)와 압전 소자(103)의 사이를 접속했을 때에 압전 소자(103)에 유입하는 전류의 제한값(최대값)을 지정하는 것으로, 유입하는 전류의 최대값에 비례하여 설정된다.
디스차지 전류 제한 회로(252)는, 제어부(240)의 회전자 구동부용 제어부(243)로부터 입력되는 디스차지 동작 지령 신호(압전 소자(103)로부터의 전류 디스차지 동작을 지령하는 신호)이고, 디스차지 동작 지령 신호가 ON인 동안에는 부하인 압전 소자(103)와 어스(earth)간을 접속하여, 압전 소자(103)의 전류를 디스차지한다.
그때에 압전 소자(103)로부터 유출되는 전류값은 디스차지 전류 제한값 지정 전압에 따라 제한된다.
즉, 디스차지 전류 제한값 지정 전압은, 압전 소자(103)와 어스간을 접속했을 때에 압전 소자(103)로부터 유출되는 전류의 제한값(최대값)을 지정하는 것으로, 유출되는 전류의 최대값에 비례하여 지정된다.
(동작의 설명)
이하, 도 5a∼도 5c를 참조하여, 회전자(104)를 회전시킬 때의 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)에 의한 압전 소자(103)의 구동 제어에 대해 설명한다.
도 5a는, 회전자를 시계방향 회전으로 정회전(상기한 바와 같이, 도 2에 나타내는 바와 같이 밸브 조정 기구(10)를 상방에서 평면시했을 때의 시계방향 회전이고, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 닫는 방향의 회전)시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 5b는, 시계방향 회전으로 정회전하는 회전자의 모습을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5c는, 회전자를 반시계방향 회전으로 역회전(도 2에 나타내는 바와 같이 밸브 조정 기구(10)를 상방에서 평면시했을 때의 반시계방향 회전이고, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 여는 방향의 회전)시킬 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 회전자(104)를 정회전시키는 경우에 대해 설명한다.
도 5a에 나타내는 바와 같이, 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)에 있어서, 차지 전류 제한값 지정 전압 및 디스차지 전류 제한값 지정 전압은, 차지 동작 지령 신호 및 디스차지 동작 지령 신호가 ON이 되는 시점의 전에 미리 인가되어 있다.
차지 전류 제한값 지정 전압값은 비교적 낮은 값으로 설정되고, 디스차지 전류 제한값 지령 전압은 비교적 높은 값으로 설정되어 있다.
차지 동작 지령 신호가 ON이 되면 전원부(210)와 부하인 압전 소자(103)의 사이는 접속되지만, 차지 전류 제한값 지정 전압값이 비교적 낮기 때문에, 압전 소자(103)에 유입하는 전류값(압전 소자 구동 전류 파형)은 낮고, 압전 소자(103)의 양단 전압(압전 소자 구동 전압 파형)은 비교적 완만한 경사로 상승한다.
즉, 압전 소자(103)는 콘덴서와 유사한 전기적 성질을 가지고 있기 때문에, 이하에 설명하는 바와 같이, 콘덴서와 마찬가지로, 전류값이 낮은 경우는 전압 경사가 완만해지는 것이다.
콘덴서에 일정 전류원으로부터 전류를 공급하면, 콘덴서의 양단 전압은 시간에 비례하는 전압이 된다. 만일 콘덴서의 정전 용량을 C, 전류원으로부터의 공급 전류를 I로 하면, 콘덴서 양단 전압 V 및 전압의 시간 경사는 각각 (1)식 및 (2)식과 같이 된다.
V=I/C·t (1)
dV/dt=I/C (2)
전류값 I가 낮은 경우는 (2)식에 나타내는 바와 같이 dV/dt는 낮고, 전압 경사는 완만해진다.
그리고, 전압이 전원부(210)의 DC 전원 전압에 도달하면 유입하는 전류는 자동적으로 정지한다. 압전 소자(103)는 콘덴서의 기능을 가지므로, 유입하는 전류가 정지한 후에도 양단 전압은 유지된다. 이때에 차지 동작 지령 신호는 OFF가 된다.
계속해서, 디스차지 동작 지령 신호가 ON이 되면, 어스와 압전 소자(103)의 사이는 접속되지만, 디스차지 전류 제한값 지정 전압값이 높기 때문에, 압전 소자(103)에 유입하는 전류값(압전 소자 구동 전류 파형)은 높고, 전술한 차지 시점과는 반대로, 압전 소자(103)의 양단 전압은 급격한 경사로 하강한다. 그리고, 전압이 어스 전위에 도달하면 유출되는 전류는 자동적으로 정지한다. 이때, 압전 소자 양단 전압은 제로로 유지된다. 이때에 디스차지 동작 지령 신호는 OFF가 된다.
이와 같이 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)에 의한 전류의 차지 또는 디스차지에 의해 압전 소자(103)의 양단에 대략 톱니파 형상의 전압(압전 소자 구동 전압 파형)이 주어지고, 압전 소자(103)가 신축하여, 접촉자(101)와 접촉자(102)의 사이에 상대적인 이동을 발생시키게 할 수 있다.
이때, 접촉자(101)와 접촉자(102)의 상대적인 이동의 가속도에 의해 관성 모멘트 부재(105)에 생기는 회전 운동의 가속도에 의한 발생력이, 회전자(104)와 접촉자(101), 및 회전자(104)와 접촉자(102)의 사이의 정마찰력 이하인 경우에는, 회전자(104)는 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 상대적인 이동에 의해 회전 운동하고, 정마찰력보다 큰 경우에는, 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에는 미끄럼을 발생시킨다.
보다 구체적으로는, 압전 소자(103)에 완만한 전압 변화를 주는 것에 의해, 접촉자(102)가 완만하게 이동하고, 정마찰력에 의해 회전자(104)를 회전시킬 수 있고, 또한, 급준한 전압 변화를 주는 것에 의해, 접촉자(102)가 급격하게 이동하여 마찰력을 극복함과 더불어, 관성 모멘트 부재(105)가 작용하고, 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에 미끄럼이 생겨, 접촉자(101)와 접촉자(102)만을 이동시킬 수 있다. 따라서, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한, 이른바 톱니 형상파와 유사한 전압 파형을 주는 것에 의해 회전자(104)의 회전 운동을 소정 기간 계속하게 할 수 있다.
즉, 도 5a에 나타낸 바와 같은 제어의 경우에는, 차지 전류에 의해 생기는 완만한 전압 상승에 의한 압전 소자(103)의 신장(도 5b의 화살표 Ar1 참조)에 의해, 단변부(101a)와는 반대측인 장변부(101b)의 선단측이 회전자(104)에 가까워지는 방향(도 5b의 화살표 Ar2 참조)으로 접촉자(101) 전체가 후퇴하고, 단변부(102a)와는 반대측인 장변부(102b)의 선단측이 회전자(104)로부터 멀어지는 방향(도 5b의 화살표 Ar3 참조)으로 접촉자(102) 전체가 진출하여, 회전자(104)가 시계방향 회전 방향(도 5b의 화살표 Ar4 참조)으로 회전한다. 그 다음에, 디스차지 전류에 의해 생기는 급준한 전압 하강에 의한 압전 소자(103)의 축퇴(원래로 되돌아감)에 의해, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에 미끄럼이 생겨, 회전자(104)가 회전한 상태인 채, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 위치가 원래로 되돌아간다. 이것을 반복하는 것에 의해, 회전자(104)의 시계방향 회전 방향의 회전 운동이 계속된다. 회전한 회전자(104)는, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 닫도록 z축 방향으로 이동한다.
다음에 도 5c를 참조하여, 회전자(104)를 반시계방향 회전으로 역회전시키는 경우에 대해 설명한다. 회전자(104)를 반시계방향 회전으로 역회전시키는 경우에 있어서도, 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)에 있어서, 차지 전류 제한값 지정 전압 및 디스차지 전류 제한값 지정 전압은, 차지 동작 지령 신호 및 디스차지 동작 지령 신호가 ON이 되는 시점의 전에 미리 인가되어 있다.
차지 전류 제한값 지정 전압은 비교적 높은 값으로 설정되고, 디스차지 전류 제한값 지정 전압은 비교적 낮은 값으로 설정되어 있다.
차지 동작 지령 신호가 ON이 되면 전원부(210)와 압전 소자(103)의 사이는 접속되지만, 차지 전류 최대값 지정 전압값이 높기 때문에, 압전 소자(103)에 유입하는 전류값(압전 소자 구동 전류 파형)은 높고, 압전 소자(103)의 양단 전압은 급격한 경사로 상승하여, DC 전원 전압에 도달하면 유입하는 전류는 자동적으로 정지한다.
계속해서, 디스차지 동작 지령 신호가 ON이 되면, 어스와 압전 소자(103)의 사이는 접속되지만, 디스차지 전류 제한값 지정 전압값이 비교적 낮기 때문에, 압전 소자(103)에 유입하는 전류값(압전 소자 구동 전류 파형)은 낮고, 압전 소자 양단 전압은 완만한 경사로 하강하여, 어스 전위에 도달하면 유출되는 전류는 자동적으로 정지한다.
도 5c에 나타내는 바와 같은 압전 소자 구동 파형에 의해, 차지 전류에 의해 관성 모멘트 부재(105)에 대해서 생기는 가속도에 의해 발생하는 힘은, 회전자(104)와 접촉자(101), 및 회전자(104)와 접촉자(102)간의 정마찰력을 초과하고, 한편, 디스차지 전류에 의해 관성 모멘트 부재(105)에 대해서 생기는 가속도에 의해 발생하는 힘은 회전자(104)와 접촉자(101), 및 회전자(104)와 접촉자(102)간의 정마찰력을 초과하지 않도록 구성된다.
즉, 도 5c의 경우에는, 차지 전류에 의해 생기는 급준한 전압 상승에 의한 압전 소자(103)의 신장에 의해, 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에 미끄럼이 생긴다. 그 다음에, 디스차지 전류에 의해 생기는 완만한 전압 하강에 의한 압전 소자(103)의 축퇴(원래로 되돌아옴)에 의해, 접촉자(101) 및 접촉자(102)가 원래로 되돌아가도록 이동하여, 회전자(104)가 반시계방향 회전 방향으로 회전한다(즉, 회전자(104)는, 도 5b에 나타낸 상태와는 역방향으로 회전함). 이것을 반복하는 것에 의해, 회전자(104)의 반시계방향 회전 방향의 회전 운동이 계속된다. 회전한 회전자(104)는, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 열도록 z축 방향으로 이동한다.
이상과 같이, 차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252)에 의한 압전 소자(103)로의 차지 전류 또는 디스차지 전류에 의해, 압전 소자(103)의 압전 소자 구동 전압 파형은, 상승과 하강으로 경사가 상이한 톱니파 형상이 되지만, 상승의 경사와 하강의 경사 각도가 상이하다면, 압전 소자 구동 전압 파형은, 소위 삼각파에 근사하는 파형 형상이나 사다리꼴 형상의 파형 형상이어도 된다
또, 회전자 구동부용 제어부(243)는, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))에 무리한 힘이 가해지는 방향으로 회전자(104)가 회전하지 않도록 회전자 구동부(250)를 제어할 수 있다.
「밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))에 무리한 힘이 가해지는 방향」이란, 예를 들면, 개방도가 0%를 초과하고 또한 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 닫는 방향이다. 마찬가지로 개방도가 100%를 초과하고 또한 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))를 여는 방향이다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 회전축(축 L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체(밸브체(311a) 또는 밸브체(311b))에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트(밸브 시트(312a) 또는 밸브 시트(312b))의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력을 가변시키는 봉 형상의 회전자(회전자(104))와, 상기 회전자를 협지하고, 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자(접촉자(101) 및 접촉자(102))와, 상기 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자(압전 소자(103))를 포함하는 이동부와, 상기 압전 소자에, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한 전압 파형을 인가하고, 상기 전압 파형의 상기 상승의 경사 및 상기 하강의 경사 중, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜, 상기 회전자를 임의의 방향으로 회전시킴으로써 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치를 제어하는 구동 제어부(회전자 구동부(250))를 구비하는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)에서는, 회전자(104)는, 압전 소자(103)가 구동되지 않는 상태일 때에는, 위치가 고정되기 때문에, 밸브체(311a)(또는 밸브체(311b))의 조정 작업의 마지막에 밸브체(311a)(또는 밸브체(311b))의 위치가 고정되는 록(lock) 기구(예를 들면, 고정 너트)를 구비하지 않아도 되게 된다. 이 결과, 예를 들면, 니들 밸브의 축심 방향으로의 조정 후에 고정 너트의 백래시에 의해 조정이 어긋나 버리는 것이 방지된다.
고정 너트를 구비하는 경우, 예를 들면, 대형 기계가 가동하고 있는 공장에서는 진동에 의해 고정 너트가 느슨해져, 조정 위치가 어긋나 버리는 경우가 있지만, 밸브 제어 장치(1)는, 고정 너트를 구비하지 않아도 되므로, 이와 같은 장소에 사용되는 데에 적합하다.
또, 회전자(104)는, 나노미터(nm), 마이크로미터(μm), 밀리미터(mm) 등 작은 단위로 회전하므로, 작업원의 수작업에 의한 조정보다도 정밀한 조정이 가능하다. 또, 작업원의 수작업에 의한 조정보다도 조정의 재현성이 극히 높아, 복수회 조정하는 경우의 각 회의 조정 오차를 줄일 수 있다. 즉, 안정된 조정이 가능해진다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)의 상기 구동 제어부(회전자 구동부(250))는, 상기 회전자의 제 1 위치부터 제 2 위치까지의 회전량의 값과, 당해 회전량이 되기 위해서 상기 한 쌍의 접촉자를 구동시키는 횟수(구동 횟수)의 값과, 상기 유체에 관한 물리값(제어 대상량)이 대응지어진 테이블(환산 테이블 TB)로부터 얻어지는 이들의 값 중 어느 하나의 값에 대응시켜 상기 회전자(회전자(104))를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, DC 모터나 엔코더를 이용하여 회전자(104)의 회전 위치를 검출하는 구성도 생각되지만, 이들을 이용하는 경우 구조가 복잡화되거나, 장치가 거대화되거나 할 우려가 있다.
*밸브 제어 장치(1)에서는, 환산 테이블 TB로부터 얻어지는 값에 의해, 압전 소자(103)를 구동시켜 회전자(104)를 회전시키므로 구조를 단순화시키기 쉬워진다. 또, DC 모터나 엔코더 대신에 스텝 모터를 이용하여 회전자(104)를 회전시키는 구성도 생각되지만, 스텝 모터를 이용하는 경우도 장치가 거대화될 우려가 있다. 이것에 비해, 압전 소자(103)를 이용한 회전자(104)의 회전 기구는, 장치의 소형화에 적합하다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 압전 소자(압전 소자(103))에 전력을 공급하는 직류 전원(전원부(210))을 더 구비하고, 상기 구동 제어부(회전자 구동부(250))가, 상기 직류 전원 및 상기 압전 소자간의 전류의 흐름을 제어하고, 상기 압전 소자의 단자간에 인가되는 전압의 상기 전압 파형을 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)에서는, 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상의 전압 파형에 의해 회전자(104)를 적합하게 구동시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 유체용 통로(유로)에 연통하는 제 1 연결부(제 1 포트(301a))와 제 2 연결부(제 2 포트(302a))를 갖고, 또한, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부를 연통하는 통로(통로(303a))를 갖는 본체(본체(300a))를 구비하고, 상기 회전자(회전자(104))의 일단측은, 상기 본체 내에서 상기 밸브체(밸브체(311a))에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있고, 상기 밸브체 및 상기 밸브 시트(밸브 시트(312a))의 상기 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 상기 접촉력의 가변에 의해 상기 통로를 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력 중 적어도 하나가 조정되는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)는, 유체의 유량, 유속, 압력 중 적어도 하나를 적합하게 조정할 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 밸브체(밸브체(311a)) 및 상기 밸브 시트(밸브 시트(312a))는, 상기 본체(본체(300a)) 내부에 배치된 개폐 가능한 니들 밸브 기구인 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)는, 니들 밸브의 개폐 제어에 적합하다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 통로(통로(303a))는, 상기 밸브 시트(밸브 시트(312a))에 의해 제 1 통로(제 1 통로(304a))와 제 2 통로(제 2 통로(305a))로 구분되고, 상기 밸브 시트는, 상기 유체가 통과해서 제 1 통로로부터 제 2 통로에 흐르기 위한 구멍부(구멍부(313a))를 구비하고, 상기 밸브체(밸브체(311a))는, 상기 회전자(회전자(104))의 일단측과 직접적 또는 간접적으로 접속되는 제 1 단부와, 당해 제 1 단부는 역측이고 상기 구멍부를 폐쇄 가능한 제 2 단부를 구비하고, 상기 구동 제어부(회전자 구동부(250))가, 상기 회전자를 임의의 방향으로 회전시키는 것에 의해, 상기 밸브체가 상기 구멍부를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제하는 방향으로 이동하여 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 밸브체와 밸브 시트간의 접촉력이 가변되고, 상기 유체의 압력, 유량 및 유속 중 적어도 하나가 조정되는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)는, 회전자 구동부(250)가 회전자(104)를 임의의 방향으로 회전시키는 것에 의해, 밸브체(311a)와 밸브 시트(312a)의 상대적인 위치 또는 밸브체(311a)와 밸브 시트(312a)의 접촉력을 용이하게 가변할 수 있다. 이 결과, 상기와 같이 구성된 장치에 있어서의 유체의 압력, 유량 및 유속 중 적어도 하나를 적합하게 조정할 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 통로(통로(303b))는, 상기 밸브 시트(밸브 시트(312b))에 의해 제 1 통로(제 1 통로(304b))와 제 2 통로(제 2 통로(305b))로 구분되고, 상기 밸브 시트는, 상기 유체가 통과해서 상기 제 1 통로로부터 상기 제 2 통로에 흐르기 위한 구멍부(구멍부(313b))를 구비하고, 상기 밸브체(밸브체(311b))는, 상기 회전자(회전자(104))의 일단측에 탄성체(조정 스프링(320) 및/또는 다이어프램(330))를 통하여 접속되는 접속부(꼭대기부(371))와, 상기 구멍부를 폐쇄 가능한 폐쇄부(경사면(372))를 구비하고, 상기 구동 제어부(회전자 구동부(250))가, 상기 회전자(회전자(104))를 임의의 방향으로 회전시키는 것에 의해, 상기 밸브체가 상기 구멍부를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제하는 방향으로 이동하여 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상기 접촉력이 가변되고 상기 유체의 압력이 조정되는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)는, 회전자 구동부(250)가 회전자(104)를 임의의 방향으로 회전시키는 것에 의해, 밸브체(311b)가 구멍부(313b)를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제하는 방향으로 이동하여 밸브체(311b)와 밸브 시트(312b)의 접촉력을 용이하게 가변할 수 있다. 이 결과, 상기와 같이 구성된 장치에 있어서의 유체의 압력의 조정에 적합하다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 구동 제어부(회전자 구동부(250))는, 상기 직류 전원(전원부(210))에 접속되고, 상기 압전 소자(압전 소자(103))에 전류를 차지함과 더불어, 상기 차지 전류를 제한하는 차지 전류 제한 회로(차지 전류 제한 회로(251))와, 상기 압전 소자로부터 전류를 디스차지함과 더불어, 상기 디스차지 전류를 제한하는 디스차지 전류 제한 회로(디스차지 전류 제한 회로(252))를 갖고, 상기 차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 직류 전원으로부터 상기 압전 소자로의 전류 차지 동작을 지령하는 차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자에 유입하는 전류의 제한값을 지정하는 차지 전류 제한값 지령 전압(차지 전류 제한값 지정 전압)이 입력되고, 상기 디스차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 압전 소자로부터의 전류 디스차지 동작을 지령하는 디스차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자로부터 유출되는 전류의 제한값을 지정하는 디스차지 전류 제한값 지령 전압(디스차지 전류 제한값 지정 전압)이 입력되는 것을 특징으로 한다.
또, 제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 차지 동작 지령 신호(차지 전류 제한값 지정 전압)는, 상기 압전 소자(압전 소자(103))에 인가되는 전압값이 상기 직류 전원(전원부(210))의 전압까지 이르기까지의 임의의 전압에 도달했을 때에 정지되는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)에서는, 회전자 구동부(250)가 상기 구성을 구비하는 것에 의해, 압전 소자(103)의 양단에 대략 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상의 전압(압전 소자 구동 전압 파형)을 줄 수 있다. 이 결과, 압전 소자(103)를 신축시키고, 접촉자(101)와 접촉자(102)의 사이에 상대적인 이동을 발생시켜, 회전자(104)를 회전시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 회전자(회전자(104))에 대해 동축적으로 고정되고, 상기 회전자에 대해서 관성 모멘트를 주는 관성 모멘트 부재(관성 모멘트 부재(105))를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
관성 모멘트 부재(105)는, 회전자(104)에 관성 모멘트를 줄 수 있고, 급준한 전압 변화가 주어진 압전 소자(103)의 구동에 의해, 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에 미끄럼을 발생시키는 데에 적합하다.
제 1 실시형태에 따른 밸브 제어 장치(1)는, 상기 한 쌍의 접촉자(접촉자(101) 및 접촉자(102))의 상대 이동의 가속도에 의해 상기 관성 모멘트 부재(관성 모멘트 부재(105))에 생기는 회전 운동의 가속도에 의한 발생력이, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 정마찰력 이하인 경우에, 상기 회전자는 회전 운동하고, 상기 한 쌍의 접촉자의 상대 이동의 가속도에 의해 상기 관성 모멘트 부재에 생기는 회전 운동의 가속도에 의한 발생력이, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 정마찰력보다 큰 경우에, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이에 미끄럼이 생기는 것을 특징으로 한다.
밸브 제어 장치(1)에서는, 회전자(104)를 회전 운동시키는 것과, 회전자(104)와, 접촉자(101) 및 접촉자(102)의 사이에 미끄럼이 생기게 하는 것을 교대로 반복하는 것에 의해, 한쪽 방향(예를 들면, 정회전의 방향) 또는 반대의 한쪽 방향(예를 들면, 역회전의 방향)으로 회전자(104)를 계속 회전시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 제어 장치(20)는, 회전축(축 L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체(밸브체(311a) 또는 밸브체(311b))에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트(밸브 시트(312a) 또는 밸브 시트(312b))의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력을 가변시키는 봉 형상의 회전자(회전자(104))와, 소정의 압력으로 상기 회전자를 협지하고, 서로의 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자(접촉자(101) 및 접촉자(102))를 갖고, 압전 소자(압전 소자(103))에, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한 전압 파형을 인가하고, 상기 전압 파형의 상기 상승의 경사 및 상기 하강의 경사 중, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시키는 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치로서, 직류 전원(전원부(210))과, 상기 압전 소자에 대해서 전류의 차지 및 디스차지를 행하고, 차지 전류 및 디스차지 전류를 제한하는 스위칭 회로(차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252))를 갖고, 상기 스위칭 회로는, 상기 압전 소자에 대한 상기 차지 전류와 상기 디스차지 전류의 전류값을 상이하게 하는 것에 의해, 상기 압전 소자에, 상기 전압 파형을 인가하는 것을 특징으로 한다.
제어 장치(20)는, 상기 구성을 구비하는 것에 의해, 압전 소자(103)의 양단에 대략 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상의 전압(압전 소자 구동 전압 파형)을 줄 수 있다. 이 결과, 압전 소자(103)를 신축시키고, 접촉자(101)와 접촉자(102)의 사이에 상대적인 이동을 발생시켜, 회전자(104)를 회전시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 제어 장치(20)는, 상기 스위칭 회로(차지 전류 제한 회로(251) 및 디스차지 전류 제한 회로(252))는, 상기 직류 전원(전원부(210))에 접속되고, 상기 압전 소자(압전 소자(103))에 전류를 차지함과 더불어, 상기 차지 전류를 제한하는 차지 전류 제한 회로(차지 전류 제한 회로(251))와, 상기 압전 소자로부터 전류를 디스차지함과 더불어, 상기 디스차지 전류를 제한하는 디스차지 전류 제한 회로(디스차지 전류 제한 회로(252))를 갖고, 상기 차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 직류 전원으로부터 상기 압전 소자로의 전류 차지 동작을 지령하는 차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자에 유입하는 전류의 제한값을 지정하는 차지 전류 제한값 지령 전압(차지 전류 제한값 지정 전압)이 입력되고, 상기 디스차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 압전 소자로부터의 전류 디스차지 동작을 지령하는 디스차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자로부터 유출되는 전류의 제한값을 지정하는 디스차지 전류 제한값 지령 전압(디스차지 전류 제한값 지정 전압)이 입력되는 것을 특징으로 한다.
또, 제 1 실시형태에 따른 제어 장치(20)는, 상기 차지 동작 지령 신호는 상기 압전 소자(압전 소자(103))에 인가되는 전압값이 상기 직류 전원(전원부(210))의 전압까지 이르기까지의 임의의 전압에 도달했을 때에 정지되는 것을 특징으로 한다.
제어 장치(20)가 상기 구성을 구비하는 것에 의해, 압전 소자(103)의 양단에 대략 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상의 전압(압전 소자 구동 전압 파형)을 줄 수 있다. 이 결과, 압전 소자(103)를 신축시키고, 그리고 접촉자(101)와 접촉자(102)의 사이에 상대적인 이동을 발생시켜, 회전자(104)를 회전시킬 수 있다.
제 1 실시형태에 따른 제어 장치(20)는, 상기 회전자(회전자(104))의 제 1 위치부터 제 2 위치까지의 회전량의 값과, 당해 회전량이 되기 위해서 상기 한 쌍의 접촉자를 구동시키는 횟수(구동 횟수)의 값과, 상기 유체에 관한 물리값(제어 대상량)이 대응지어진 테이블(환산 테이블 TB)로부터 얻어지는 이들의 값 중 어느 하나의 값에 대응시켜 상기 회전자를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
제어 장치(20)에서는, 제어 대상량의 값을 환산 테이블 TB로부터 참조함으로써, 회전자(104)를 어느 정도 회전시키면 될지(또는 접촉자(101)와 접촉자(102)를 몇 회 구동시키면 될지)와 같은 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 즉, 조정 목표로 하는 제어 대상량까지의 회전자(104)의 회전 제어가 환산 테이블 TB를 참조함으로써 용이하게 된다.
(제 2 실시형태)
다음에, 도 6을 이용하여 밸브 제어 장치(1)의 제 2 실시형태인 유체 제어 장치(1a)에 대해 설명한다. 도 6은, 밸브 제어 장치(1)의 제 2 실시형태에 대해 설명하기 위한 일부 단면도이다. 이하의 설명에서는, 제 1 실시형태와 대응하는 구성에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 유체 제어 장치(1a)는, 밸브 제어 장치(1)를, 에어 실린더(40)의 제어에 적용하는 실시형태이다. 에어 실린더(40)는, 에어의 힘으로 실린더 본체(410) 내부의 피스톤 로드(411)가 왕복 이동하도록 구성되어 있다.
에어 실린더(40)에는, 밸브 조정 기구(10)를 수용한 복수의 유체 조정 장치(30)(예를 들면, 한 쌍의 스피드 컨트롤러(30a))가 장착되어 있다.
이와 같은 구성에서는, 스피드 컨트롤러(30a)의 밸브부(310a)의 개방도에 의해, 에어의 유량을 제어하여 피스톤 로드(411)의 이동 속도를 적절히 변경할 수 있고, 한 쌍의 스피드 컨트롤러(30a) 중의 한쪽의 밸브부(310a)의 개방도와, 다른 한쪽의 스피드 컨트롤러(30a)의 밸브부(310a)의 개방도를 상이하게 함으로써, 예를 들면, 피스톤 로드(411)의 왕로(往路)와 복로(復路)에서 이동 스피드를 상이하도록 하는 등 다양한 제어가 가능해진다.
제어 장치(20)의 제어부(240)는, 환산 테이블 TB에 근거하여 한 쌍의 스피드 컨트롤러(30a)를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 한편, 밸브 제어 장치(1)의 적용예는 에어 실린더로 한정되지 않고, 액체에 의해 실린더를 이동시키는 구성에도 적용 가능하다.
제 2 실시형태에 따른 유체 제어 장치(1a)는, 제어부(240)가 한 쌍의 스피드 컨트롤러(30a)를 제어하는 것이지만, 제어부(240)가 더 많은 스피드 컨트롤러(30a)를 각각 독립적으로 제어하도록 해도 된다. 또, 적어도 하나의 스피드 컨트롤러(30a)와 적어도 하나의 레귤레이터(30b)를 혼재시켜, 제어부(240)가 각각을 독립적으로 제어하도록 해도 된다.
제 2 실시형태에 따른 유체 제어 장치(1a)는, 회전축(축 L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체(밸브체(311a) 또는 밸브체(311b))에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트(밸브 시트(312a) 또는 밸브 시트(312b))의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력을 가변시키는 봉 형상의 회전자(회전자(104))와, 상기 회전자를 협지하고, 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자(접촉자(101) 및 접촉자(102))와, 상기 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자(압전 소자(103))를 포함하는 이동부를 구비하는 복수의 압전 관성 회전 기구(밸브 조정 기구(10))와, 개개의 압전 관성 회전 기구에 대해, 상기 압전 소자에, 상승의 경사와 하강의 경사가 상이한 전압 파형을 인가하고, 상기 전압 파형의 상기 상승의 경사 및 상기 하강의 경사 중, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜, 상기 회전자를 임의의 방향으로 회전시킴으로써 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치를 제어하는 구동 제어부(제어 장치(20))와, 상기 복수의 압전 관성 회전 기구가 장착되는 본체부(실린더 본체(410))와, 상기 본체부 내에 배치되고, 상기 구동 제어부에 의해 제어된 상기 밸브체와 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력의 가변에 의해 이동이 제어되는 피스톤부(피스톤 로드(411))를 구비하는 에어 실린더(에어 실린더(40))를 구비하는 것을 특징으로 한다.
유체 제어 장치(1a)에서는, 제어 장치(20)가 복수의 밸브 조정 기구(10)를 제어하는 것에 의해 에어 실린더(40)의 이동을 제어할 수 있다. 유체 제어 장치(1a)에서는, 밸브 제어 장치(1)와 마찬가지의 상기한 효과를 얻을 수 있고, 에어 실린더(40)를 적합하게 제어할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
본원 발명은, 상기 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태로 한정되지 않고, 나아가 여러 가지의 변형·변경이 가능하다. 예를 들면, 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개방도가 제어될 때마다, 이 개방도를 계수(計數)하여 표시하는 계수기를 갖도록 해도 된다. 밸브 제어 장치(1)에서는, 제어부(240)가 밸브 조정 기구(10)를 기계적으로 제어하여 밸브부(310a)(또는 밸브부(310b))의 개방도를 제어하므로, 개방도의 계수를 용이하게 행할 수 있다.
또, 밸브 제어 장치(1)에 외부 센서(예를 들면, 압력 센서나 유량계 등)가 마련되어도 된다. 압력 센서를 마련하면, 예를 들면, 밸브체(311b)와 밸브 시트(312b)간의 접촉력을 실시간으로 계측하여 제어할 수 있다. 동일하게, 유량계를 마련하면, 예를 들면, 밸브체(311a)와 밸브 시트(312a)의 개폐 위치를 실시간으로 계측하여 제어할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은, 밸브의 조정에 적합한 밸브 제어 장치를 제공할 수 있다.
1 : 밸브 제어 장치
1a : 유체 제어 장치
10 : 밸브 조정 기구
20 : 제어 장치
30 : 유체 조정 장치
30a : 스피드 컨트롤러
30b : 레귤레이터
40 : 에어 실린더
101 : 접촉자
102 : 접촉자
103 : 압전 소자
104 : 회전자
105 : 관성 모멘트 부재
210 : 전원부
220 : I/O부
230 : 메모리 장치
240 : 제어부
241 : 신호 수신부
242 : 값 산출부
243 : 회전자 구동부용 제어부
250 : 회전자 구동부
251 : 차지 전류 제한 회로
252 : 디스차지 전류 제한 회로
300 : 본체
300a : 본체
300b : 본체
301 : 제 1 포트
302 : 제 2 포트
303 : 통로
304a : 제 1 통로
304b : 제 1 통로
305a : 제 2 통로
305b : 제 2 통로
306 : O링
310a : 밸브부
310b : 밸브부
311a : 밸브체
311b : 밸브체
312a : 밸브 시트
312b : 밸브 시트
313a : 구멍부
320 : 조정 스프링
330 : 다이어프램
340 : 스프링 받침 접시
350 : 접속 로드
360 : 소스프링
370 : 선단부
371 : 꼭대기부
372 : 경사면
411 : 피스톤 로드
1a : 유체 제어 장치
10 : 밸브 조정 기구
20 : 제어 장치
30 : 유체 조정 장치
30a : 스피드 컨트롤러
30b : 레귤레이터
40 : 에어 실린더
101 : 접촉자
102 : 접촉자
103 : 압전 소자
104 : 회전자
105 : 관성 모멘트 부재
210 : 전원부
220 : I/O부
230 : 메모리 장치
240 : 제어부
241 : 신호 수신부
242 : 값 산출부
243 : 회전자 구동부용 제어부
250 : 회전자 구동부
251 : 차지 전류 제한 회로
252 : 디스차지 전류 제한 회로
300 : 본체
300a : 본체
300b : 본체
301 : 제 1 포트
302 : 제 2 포트
303 : 통로
304a : 제 1 통로
304b : 제 1 통로
305a : 제 2 통로
305b : 제 2 통로
306 : O링
310a : 밸브부
310b : 밸브부
311a : 밸브체
311b : 밸브체
312a : 밸브 시트
312b : 밸브 시트
313a : 구멍부
320 : 조정 스프링
330 : 다이어프램
340 : 스프링 받침 접시
350 : 접속 로드
360 : 소스프링
370 : 선단부
371 : 꼭대기부
372 : 경사면
411 : 피스톤 로드
Claims (19)
- 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 정회전 또는 역회전 중 적어도 일방에 의해 회전축 방향으로 진퇴하고, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전하여 상기 회전축 방향으로 이동하는 것에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 접촉력 중 적어도 어느 하나를 가변시키는 봉 형상의 회전자와,
상기 회전자를 협지하고, 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자와,
상기 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자를 포함하는 이동부와,
상기 압전 소자에, 소정의 전압 파형을 인가하여, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시켜서 상기 회전자가 상기 회전축 방향으로 이동함으로써 상기 밸브체와 상기 밸브 시트와의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 접촉력 중 적어도 어느 하나를 제어하는 구동 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 구동 제어부는,
상기 회전자의 회전량과 대응하는 상기 한 쌍의 접촉자의 구동량과, 상기 유체에 관한 물리값이 대응지어진 정보에 기초하여 상기 회전자를 회전시키는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압전 소자에 전력을 공급하는 직류 전원을 더 구비하고,
상기 구동 제어부가, 상기 직류 전원 및 상기 압전 소자 사이의 전류의 흐름을 제어하고, 상기 압전 소자의 단자간에 인가되는 전압의 상기 소정의 전압 파형을 톱니파 형상 또는 사다리꼴 형상 중 적어도 어느 하나로 제어하는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
유체용 통로에 연통하는 제 1 연결부와 제 2 연결부를 갖고, 또한, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부를 연통하는 통로를 갖는 본체를 구비하고,
상기 회전자의 일단측은, 상기 본체 내에서 상기 밸브체에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있고,
상기 밸브체 및 상기 밸브 시트의 상기 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 상기 접촉력 중 적어도 어느 하나의 가변에 의해 상기 통로를 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력 중 적어도 하나가 조정되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 밸브체 및 상기 밸브 시트는, 본체 내부에 배치된 개폐 가능한 니들 밸브 기구인 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 통로는, 상기 밸브 시트에 의해 제 1 통로와 제 2 통로로 구분되고,
상기 밸브 시트는, 상기 유체가 통과해서 상기 제 1 통로로부터 상기 제 2 통로에 흐르기 위한 구멍부를 구비하고,
상기 밸브체는, 상기 회전자의 일단측과 직접적 또는 간접적으로 접속되는 제 1 단부와, 당해 제 1 단부와는 역측(逆側)이고 상기 구멍부를 폐쇄 가능한 제 2 단부를 구비하고,
상기 구동 제어부가, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시켜서 상기 회전자가 상기 회전축 방향으로 이동하는 것에 의해, 상기 밸브체가 상기 구멍부를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제하는 방향으로 이동하여 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 접촉력 중 적어도 어느 하나가 가변되고, 상기 유체의 압력, 유량 및 유속 중 적어도 하나가 조정되는 것
을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 통로는, 상기 밸브 시트에 의해 제 1 통로와 제 2 통로로 구분되고,
상기 밸브 시트는, 상기 유체가 통과해서 상기 제 1 통로로부터 상기 제 2 통로에 흐르기 위한 구멍부를 구비하고,
상기 밸브체는, 상기 회전자의 일단측에 탄성체를 통하여 접속되는 접속부와, 상기 구멍부를 폐쇄 가능한 폐쇄부를 구비하고,
상기 구동 제어부가, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시켜서 상기 회전자가 상기 회전축 방향으로 이동하는 것에 의해, 상기 밸브체가 상기 구멍부를 폐쇄하거나 또는 폐쇄를 해제하는 방향으로 이동하여 상기 밸브체와 상기 밸브 시트와의 상기 접촉력이 가변되고 상기 유체의 압력이 조정되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소정의 전압 파형은, 상승 경사와 하강 경사가 상이한 전압 파형이며,
상기 구동 제어부는, 상기 전압 파형의 상기 상승 경사 및 상기 하강 경사 중에서, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜서, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시키는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동 제어부는,
직류 전원에 접속되고, 상기 압전 소자에 전류를 차지(charge)함과 더불어, 차지 전류를 제한하는 차지 전류 제한 회로와,
상기 압전 소자로부터 전류를 디스차지(discharge)함과 더불어, 디스차지 전류를 제한하는 디스차지 전류 제한 회로를 갖고,
상기 차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 직류 전원으로부터 상기 압전 소자로의 전류 차지 동작을 지령하는 차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자에 유입하는 전류의 제한값을 지정하는 차지 전류 제한값 지령 전압이 입력되고,
상기 디스차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 압전 소자로부터의 전류 디스차지 동작을 지령하는 디스차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자로부터 유출되는 전류의 제한값을 지정하는 디스차지 전류 제한값 지령 전압이 입력되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 차지 동작 지령 신호는, 상기 압전 소자에 인가되는 전압값이 상기 직류 전원의 전압까지 이르기까지의 임의의 전압에 도달했을 때에 정지되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전자에 대해 동축적(同軸的)으로 고정되고, 상기 회전자에 대해서 관성 모멘트를 주는 관성 모멘트 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 한 쌍의 접촉자의 상대 이동의 가속도에 의해 상기 관성 모멘트 부재에 생기는 회전 운동의 가속도에 의한 발생력이, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 정마찰력 이하인 경우에, 상기 회전자는 회전 운동하고,
상기 한 쌍의 접촉자의 상대 이동의 가속도에 의해 상기 관성 모멘트 부재에 생기는 회전 운동의 가속도에 의한 발생력이, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 정마찰력(靜摩擦力)보다 큰 경우에, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이에 미끄럼이 생기는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치.
- 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 정회전 또는 역회전에 의해 회전축 방향으로 진퇴하며, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전하여 상기 회전축 방향으로 이동하는 것에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 접촉력 중 적어도 어느 하나를 가변시키는 봉 형상의 회전자와, 소정의 압력으로 상기 회전자를 협지하고, 서로의 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자를 갖고, 압전 소자에, 소정의 전압 파형을 인가하여, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시켜 상기 회전자가 상기 회전축 방향으로 이동하는 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치로서,
직류 전원과,
상기 압전 소자에 대해서 전류의 차지를 행하고, 차지 전류를 제한하는 스위칭 회로
를 갖고,
상기 스위칭 회로는, 상기 압전 소자에 대한 상기 차지 전류에 의해, 상기 압전 소자에, 상기 소정의 전압 파형을 인가하는 것
을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 스위칭 회로는,
상기 직류 전원에 접속되고, 상기 압전 소자에 전류를 차지함과 더불어, 차지되는 전류를 제한하는 차지 전류 제한 회로와,
상기 압전 소자로부터 전류를 디스차지함과 더불어, 디스차지되는 전류를 제한하는 디스차지 전류 제한 회로
를 갖고,
상기 차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 직류 전원으로부터 상기 압전 소자로의 전류 차지 동작을 지령하는 차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자에 유입하는 전류의 제한값을 지정하는 차지 전류 제한값 지령 전압이 입력되고,
상기 디스차지 전류 제한 회로에는, 제어 입력으로서, 상기 압전 소자로부터의 전류 디스차지 동작을 지령하는 디스차지 동작 지령 신호와, 상기 압전 소자로부터 유출되는 전류의 제한값을 지정하는 디스차지 전류 제한값 지령 전압이 입력되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치.
- 제14항에 있어서,
상기 차지 동작 지령 신호는, 상기 압전 소자에 인가되는 전압값이 상기 직류 전원의 전압까지 이르기까지의 임의의 전압에 도달했을 때에 정지되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 회전자의 회전량에 대응하는 상기 한 쌍의 접촉자의 구동량과, 상기 유체에 관한 물리값이 대응지어진 정보에 기초하여 상기 회전자를 회전시키는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 소정의 전압 파형은, 상승 경사와 하강 경사가 상이한 전압 파형이고,
상기 전압 파형의 상기 상승 경사 및 상기 하강 경사 중에서, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜서, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시키는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 장치에 이용하는 구동 제어 장치.
- 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되고, 정회전 또는 역회전에 의해 회전축 방향으로 진퇴하며, 유체가 흐르는 유로 내에 적어도 일부가 위치되는 밸브체에 일단측이 직접적 또는 간접적으로 접속되고, 회전하여 상기 회전축 방향으로 이동하는 것에 의해, 상기 밸브체와 당해 밸브체에 의해 폐쇄되는 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트 사이의 접촉력 중 적어도 어느 하나를 가변시키는 봉 형상의 회전자와, 상기 회전자를 협지하고, 상대 이동에 의해, 상기 회전자의 회전을 가능하게 하는 한 쌍의 접촉자와, 상기 한 쌍의 접촉자에 상대 이동을 발생시키는, 압전 소자를 포함하는 이동부를 구비하는 복수의 압전 관성 회전 기구와,
개개의 압전 관성 회전 기구에 대해, 상기 압전 소자에, 소정의 전압 파형을 인가하여, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키켜서, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시켜서 상기 회전자를 상기 회전축 방향으로 이동시킴으로써 상기 밸브체와 상기 밸브 시트의 상대적인 위치를 제어하는 구동 제어부와,
상기 복수의 압전 관성 회전 기구가 장착되는 본체부와, 상기 본체부 내에 배치되고, 상기 구동 제어부에 의해 제어된 상기 밸브체와 밸브 시트의 상대적인 위치 또는 상기 밸브체와 상기 밸브 시트간의 접촉력 중 적어도 어느 하나의 가변에 의해 이동이 제어되는 피스톤부를 구비하는 에어 실린더
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
- 제18항에 있어서,
상기 소정의 전압 파형은, 상승 경사와 하강 경사가 상이한 전압 파형이고,
상기 전압 파형의 상기 상승 경사 및 상기 하강 경사 중에서, 완만한 쪽에 의해, 상기 한 쌍의 접촉자에 의해 상기 회전자를 회전시키고, 급준한 쪽에 의해, 상기 회전자와 상기 한 쌍의 접촉자의 사이의 미끄럼을 발생시켜서, 상기 회전자를 정회전 또는 역회전시키는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
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