| 【発明の名称】 |
流量制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 義峰
【氏名】石川 啓一
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、その目的は、圧電素子およびリード線を作動流体と隔離するとともに、入口および出口パイプが直線状となる取付けの自由度の高い、低コストで小型の超音波モータによる流量制御弁の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の流量制御弁は、内面に駆動子が設けられた角筒状の弾性体内にスライダを配設し、前記スライダ端部には弁体と当金を設け、前記スライダの当金側には流体の流入部を、またスライダの弁体側には流体の流出部を気密的に形成することによって制御弁本体を構成し、前記弾性体の外壁面に圧電素子もしくは電歪素子を接合してなる振動子を形成し、スライダの移動により適宜な形態の弁体を移動させるようにしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】角筒状の弾性体(７)の内面に駆動子(５)を設け、前記弾性体(７)内には適宜な付勢手段によって駆動子(５)に圧接されてなるスライダ(４)を配設し、前記スライダ(４)の一端部には弁体(６)を設けると共に他端部には当金(１９)を設け、前記スライダ(４)の当金(１９)側には流体の流入部(１０)を気密的に形成すると共にスライダ(４)の弁体(６)側には流体の流出部(１３)を気密的に形成して制御弁本体(１)を構成し、一方、前記弾性体(７)の外壁面に圧電素子もしくは電歪素子（２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄ）を接合して振動子(１４)を形成し、前記振動子(１４)に長さ方向伸縮モードと筒口開閉屈曲モードの複合共振を生じさせることによりスライダ(４)を移動させ、該スライダ(４)の移動により、流体通路面積を可変するようにしたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】流入部(１０)としてはパイプ固定具(９)に入口パイプ(８)を固定し、また流出部(１３)としては弁座(１１)に出口パイプ(１２)を固定し、振動子(１４)に発生する流入部側の節位置にパイプ固定具(９)を、一方、流出部側の節位置には弁座(１１)を配設したことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気調和装置、冷凍冷蔵庫等に接続され、冷媒等の流量を制御するために用いる超音波モータ利用の流量制御弁に係わり、特に圧電素子とリード線を作動流体から隔離できるようにした制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、圧電素子を利用した制御弁は応答性に優れた高精度な制御弁を構成することができる。図４は、従来の圧電素子を利用した制御弁の一例を示した図である。（特開平２−６２４８７号）
２４はボディ、８は入口パイプ、１２は出口パイプ、１１は入口パイプ８と出口パイプ１２を連通する弁座、６は弁座１１に対する球状の弁体であり、コイルスプリング２５により弁体６は弁座１１に付勢された状態である。また、前記ボディ２４の弁座１１と同心に形成された通孔２６には、ロッド２７が摺動自在に挿通され、該ロッド２７に対する圧電素子２８がボディ２４の底部に配設され、該圧電素子２８を気密保持するキャップ２９がボディ２４に取り付けられている。なお、該圧電素子２８は複数枚積層された、いわゆる積層型の圧電素子であり、２０は圧電素子２８に接続されたリード線である。次に動作について説明する。圧電素子２８に電圧が印加されていない状態では、弁体６がコイルスプリング２５により弁座１１を閉塞した状態を維持している。圧電素子２８に電圧を印加すると圧電素子２８の伸長しロッド２７を介して、弁体６をコイルスプリング２５に対抗して弁座１１から離れ、流体を流通させることができる。したがって、圧電素子２８に印加する電圧の大きさや時間を制御することによって流量を制御する制御弁が構成できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の圧電素子利用の制御弁は、圧電素子およびリード線が流体の雰囲気にさらされるため、電気的絶縁手段が必要であるとともに、リード線においては、外部に引き出す際の気密性の確保が難しく高コストの要因となっていた。加えて、従来の制御弁は入口パイプ、出口パイプの位置関係が直線状にならないため、取り付けの自由度が少ないという問題があった。本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧電素子およびリード線を作動流体と隔離するとともに、入口および出口パイプが直線状となる取付けの自由度の高い、低コストで小型の超音波モータによる流量制御弁を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するために、本発明の制御弁は、内面に駆動子が設けられた角筒状の弾性体内にスライダを配設し、前記スライダ端部には弁体と当金を設け、前記スライダの当金側には流体の流入部を、またスライダの弁体側には流体の流出部を気密的に形成することによって制御弁本体を構成し、前記弾性体の外壁面に圧電素子もしくは電歪素子を接合してなる振動子を形成し、スライダの移動により適宜な形態の弁体を移動させることにより、問題解決の手段とするものである。
【０００５】すなわち、本願に係る第一の発明は、角筒状の弾性体７の内面に駆動子５を設け、前記弾性体７内には適宜な付勢手段によって駆動子５に圧接されてなるスライダ４を配設し、前記スライダ４の一端部には弁体６を設けると共に他端部には当金１９を設け、前記スライダ(４)の当金１９側には流体の流入部１０を気密的に形成すると共にスライダ４の弁体６側には流体の流出部１３を気密的に形成して制御弁本体１を構成し、一方、前記弾性体７の外壁面に圧電素子もしくは電歪素子２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄを接合して振動子１４を形成し、前記振動子１４に長さ方向伸縮モードと筒口開閉屈曲モードの複合共振を生じさせることによりスライダ４を移動させ、該スライダ４の移動により、流体通路面積を可変するようにしたことを特徴とする流量制御弁である。
【０００６】また、本願の第二の発明は、流入部１０としてはパイプ固定具９に入口パイプ８を固定し、また流出部１３としては弁座１１に出口パイプ１２を固定し、振動子１４に発生する流入部側の節位置にパイプ固定具９を、また流出部側の節位置には弁座１１を配設したことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁である。
【０００７】
【発明の作用】本発明によれば、角筒状の弾性体と、入口パイプおよびパイプ固定具を有する流入部と、弁座および出口パイプを有する流出部とを、各々溶接等により気密構造に形成して制御弁本体を設け、前記弾性体の外壁面に接合してなる圧電素子もしくは電歪素子に超音波領域の電気信号を印加し、内壁面の駆動子に圧接されているスライダを介して流量を制御する弁体が移動する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１は、本発明の第一の実施例を示した断面図である。第一の発明に係る制御弁は、制御弁本体１と、圧電素子２〜３と、前記制御弁本体１に収納されるスライダ４と駆動子５および弁体６により構成されている。また、前記スライダ４は駆動子５側に適宜な付勢手段によって圧接されている。前記制御弁本体１は角筒状の弾性体７と、入口パイプ８およびパイプ固定具９を有する流入部１０と、弁座１１および出口パイプ１２を有する流出部１３とを、各々溶接等により気密構造に形成したものである。また、前記弾性体７の外表四面に、ほぼ中心対称位置に、中心を境界に分極方向を異にして接合された圧電素子２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄが接合され振動子１４を構成すると共に、弾性体７の内壁面に各対向１対に配設された駆動子５ａ、５ｂが設けられており、該駆動子５ａ、５ｂには、ライニング材１５が圧接状態にて配置されている。
【０００９】前記スライダ４は、前記ライニング材１５と、板ばね１６と、弁体６を有するシャフト１７から構成されている。該シャフト１７の左端部は、スプリング１８を介在させて、弁体６をかしめ等によって固定している。一方、シャフト１７の右端部は前記板ばね１６が該シャフト１７を覆うごとくかぶせられると共に、先端部に当金１９をかしめ等により固定している。なお、図示していないが、リード線２０は前記圧電素子２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄに接続されている。
【００１０】図２は、本発明の第二の実施例を示した断面図である。第二の発明に係る制御弁は、第一の発明に係る振動子１４に超音波領域の電気信号を印加させた時に発生する流入部側の節位置２２にはパイプ固定具９を、一方、流出部側の節位置２３には弁座１１を配置している。
【００１１】図３は、第一および第二の発明に係る制御弁本体１の部品構成を簡略化したものである。つまり、第一および第二の発明に係る角筒状の弾性体７の長さをＬとすると、第三の発明に係る制御弁本体１は、長さを約１／２Ｌとした弾性体７ａと、一端部に底面を有する長さ約１／４Ｌの弾性体７ｂに入口パイプ８を接合してなる流入部１０と、一端部に底面および弁座１１を有し、長さ約１／４Ｌの弾性体７ｃに出口パイプ１２を接合してなる流出部１３とを、各々溶接等により気密構造に形成したものである。
【００１２】以下、本発明の動作について説明する。本発明の駆動機構は、圧電素子２および３により、駆動子５ａ、５ｂが振動子し、これによってスライダ４が移動する超音波モータである。動作原理の詳細な説明は省略するが、振動子の長さ方向伸縮モードと四角筒交互開閉屈曲モードの両方の振動を同時に発生させる、いわゆる複合共振利用の超音波モータである。本発明は、このスライダ４の直線運動を利用して、弁体６が直線運動することにより、弁座１１との間隙が変化し、流量を制御するものである。
【００１３】前記スライダ４が左方に移動し、弁座１１を弁体６が閉弁した後、シャフト１７に格納されたスプリング１８が圧縮され、さらに弁座１１のストッパー部２１とスライダ４が当接して、スライダの移動が止まるようになっている。したがって、弁体６が弁座１１に必要以上の力でシールすることないため、かじりなどが起こらないように該ストッパーにて規制している。一方、スライダ４が右方向に移動し、弁座１１を弁体６が開弁した後は、スライダ４の右端部に固定された当金１９がパイプ固定具９に当接して、スライダの移動が止まるようになっている。
【００１４】なお、以上の実施例では、振動子が角筒状の弾性体からなる長さＬの場合を挙げたが、外表四角で内側断面が円形の場合、六角形、八角形等の偶数角形にした場合でも同様に成立する。また、駆動子の設置場所は左右に設けてもよいし、片側だけの設置、駆動子を設けなくても成立する。
【００１５】本発明は、冷媒の流量制御以外のものにも具体化することが勿論可能である。例えば、気体（酸素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、ハロゲン、ブタン等）、液体（水、オイル等）、気体液体混合状態であっても構わない。さらに、圧力制御弁、切替弁等としても、本発明は成立する。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、第一の発明によれば、圧電素子およびリード線を流体から隔離できるため、電気的絶縁手段が不要となる利点を有するとともに、振動子の形状が弁構造の一部である角筒を兼ねた形状であるとともに、スライダも弁体と一体となった構造を形成することができるため、部品点数の大幅な低減が図れ、小型で安価な制御弁を提供可能である。
【００１７】また、第二の発明によれば、振動子に長さ方向伸縮モードと筒口開閉屈曲モードの複合共振を生じさせた時に発生する節位置に入口パイプを有する流入部と出口パイプを有する流出部を配置することにより、振動状態が変わらず出力低減の問題がない超音波モータ利用の制御弁を提供することができる。
【００１８】さらに、第一および第二の発明によれば、流入部と流出部は入口パイプおよび出口パイプを形成するためのものだけでなく、スライダの移動量を規制するためのストッパーの役割も果たしているため部品点数の削減および小型化に大きく寄与するという効果は絶大である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８１６１０８２
【氏名又は名称】伊藤 義峰
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| 【出願日】 |
平成１１年７月５日（１９９９．７．５） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１０５７（Ｐ２００１−２１０５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月２６日（２００１．１．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１９０５７５ |
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