JP2002228031A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用流体の圧力が小さい場合において適切な
気密構造であって、低コストで組付、製造ができる構成
の超音波モータによる制御弁の提供を目的とする。 【解決手段】 バルブボディと弾性体並びにバルブボデ
ィと弁口を有するバルブシートとを各々Ｏリングにより
気密的にシールすると共に、前記弾性体の上方に上蓋を
嵌合固定して制御弁本体を設け、前記制御弁本体のバル
ブシートには流出管につながる弁口を設けるとともに前
記バルブシートもしくはバルブボディに流入管を設け、
前記弾性体の上面に圧電素子もしくは電歪素子を接合し
て振動子を構成させると共に弾性体の下面に駆動子を設
け、前記制御弁本体内には、適宜な付勢手段によって前
記駆動子側に付勢されたロータと該ロータと共回りをす
る弁体を設け、前記駆動子に圧接されてなるロータの回
転により流出管への流量を制御するようにしたことを特
徴とする流量制御弁である。

Description

【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て冷媒等の流量、または気体（酸
素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、ハロゲン、ブタン
等）、もしくは液体（水、オイル等）、気体液体混合状
態のあらゆる流体の流量を制御する超音波モータ利用の
流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧電素子を超音波領域の高周波
電圧で駆動する超音波モータを制御弁に組み合せると、
小型で制御性の優れた制御弁を構成することができる。
図３は、従来の超音波モータを用いた制御弁の一例であ
る。以下、従来技術を図３に基づき説明する。

【０００３】従来技術における制御弁は、制御弁本体１
と圧電素子２と前記制御弁本体１に収納されるロータ３
と駆動子４および弁体５により構成され、前記ロータ３
は駆動子４側にライニング材６を介して適宜な付勢手段
によって圧接されている。なお、ライニング材６はロー
タ３に接着固定されている。前記制御弁本体１は、弾性
体７とバルブボディ８と弁口９ａおよび９ｂを有するバ
ルブシート１０とが各々溶接等により密閉構造に接合し
て形成したものである。また、前記弾性体７の上面には
圧電素子２もしくは電歪素子が接合されて振動子１１を
構成すると共に、弾性体７の下面には駆動子４が設けら
れている。また、前記弁体５は、前記駆動子４側に付勢
されたロータ３と共回りして弁口９ａ、９ｂの開度を制
御できるものである。また、１２はバルブシート１０に
取り付けられた流入管。１３ａ、１３ｂはそれぞれ弁口
９ａ、９ｂに接続された流出管を示している。

【０００４】１４は、スラストスプリングであり、駆動
子４側およびバルブシート１０側にスラスト荷重を与
え、かつ該スラストスプリング１４はロータ３および弁
体５の回転と共回りさせるようになっている。２１は圧
入等によりバルブシート１０に固定されたシャフトであ
り、弁体５の中心部に形成された円筒状の穴との嵌合に
より該弁体５の回転の芯を出している。

【０００５】図４は、弁体５のバルブシート１０との摺
動面側から見た斜視図である。２２は弁体５の内側に設
けられたドーム状の閉塞部を示している。また、図５は
弁体５の動作と弁口９ａ、９ｂ、流入管１２の弁口２４
との関係を示した概略図である。図５（ａ）は、弁体５
の閉塞部２２が流入管１２の弁口２４の上で止まった状
態、つまり全閉状態を示した図である。一方、図５
（ｂ）は、弁体５の閉塞部２２が流入管１２の弁口２４
と流出管１３ａの弁口９ａとの間で止まった状態、つま
り全開状態を示した図である。なお、図５（ａ）、図５
（ｂ）ともに、弁体５の回転は、該弁体の内側に設けら
れたストッパー部２３によりストッパーピン１９に当接
して止まるようになっている。

【０００６】次に、従来の制御弁の動作について説明す
る。動作原理の説明は省略するが、いわゆる定在波駆動
方式もしくは進行波駆動方式の超音波モータである。従
来技術は、このロータ３の回転運動を利用して、弁体５
の閉塞部２２が回転することにより、流出管１３ａ、１
３ｂへの流量を制御するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の超
音波モータによる制御弁の制御弁本体１は、弾性体７と
バルブボディ８と弁口９ａおよび９ｂを有するバルブシ
ート１０とが各々溶接等により密閉構造に接合し形成さ
れたものである。したがって、使用流体圧力が小さい場
合においては、溶接やろう付けによる密閉構造は過剰品
質であったり、溶接やろう付けにより組付工数、製造時
間がコスト高の要因になるという問題があった。さら
に、バルブシートが溶接やろう付けによる熱影響により
歪みが生じ、弁体との間でクリアランスが発生し弁洩れ
の原因になる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、使用流体の圧力が小さい場合において適切な気
密構造であって、低コストで組付、製造ができる構成の
超音波モータによる制御弁を提供することにある。

【０００８】

【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、バルブボディと弾性体並びにバルブボディと弁口
を有するバルブシートとを各々Ｏリングにより気密的に
シールすると共に、前記弾性体の上方に上蓋を嵌合固定
して制御弁本体を設けることにより、問題解決の手段と
するものである。

【０００９】つまり、第１の発明に係る制御弁は、バル
ブボディと弾性体並びにバルブボディと弁口を有するバ
ルブシートとを各々Ｏリングにより気密的にシールする
と共に、前記弾性体の上方に上蓋を嵌合固定して制御弁
本体を設け、前記制御弁本体のバルブシートには流出管
につながる弁口を設けるとともに前記バルブシートもし
くはバルブボディに流入管を設け、前記弾性体の上面に
圧電素子もしくは電歪素子を接合して振動子を構成させ
ると共に弾性体の下面に駆動子を設け、前記制御弁本体
内には、適宜な付勢手段によって前記駆動子側に付勢さ
れたロータと該ロータと共回りをする弁体を設け、前記
駆動子に圧接されてなるロータの回転により流出管への
流量を制御するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、第２の発明は、バルブボディと弾性
体並びにバルブボディと弁口を有するバルブシートとを
各々Ｏリングにより気密的にシールすると共に、前記弾
性体の上面中心にスリーブを一体的もしくは別体にて設
け、該スリーブを介して弾性体の上方に上蓋を嵌合固定
して制御弁本体を設け、前記制御弁本体のバルブシート
には流出管につながる弁口を設けるとともに、前記バル
ブシートもしくはバルブボディに流入管を設け、前記弾
性体の上面に圧電素子もしくは電歪素子を接合して振動
子を構成させると共に弾性体の下面に駆動子を設け、前
記制御弁本体内には、適宜な付勢手段によって前記駆動
子側に付勢されたロータと該ロータと共回りをする弁体
を設け、前記駆動子に圧接されてなるロータの回転によ
り流出管への流量を制御するようにしたことを特徴とす
る流量制御弁である。

【００１１】また、第３の発明は、前記のバルブボディ
と弾性体との間に設けられたＯリングが、前記振動子の
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
加した際に発生する振動波の少なくとも一つの節円位置
近傍に設けられたことを特徴とする請求項１または請求
項２記載の流量制御弁である。

【００１２】また、第４の発明は、前記弾性体および該
弾性体と嵌合する上蓋の中心部の形状を、前記振動子の
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
加した際に発生する振動波の節直径位置と合致させるよ
うに各々多角形の凹凸形状により前記振動子の回り止め
を形成したことを特徴とする請求項１、請求項２及び請
求項３記載の流量制御弁である。

【００１３】また、第５の発明は、前記弾性体と上蓋と
を嵌合させる形状を六角形の凹凸形状にしたことを特徴
とする請求項１、請求項２、請求項３及び請求項４記載
の流量制御弁である。

【００１４】

【発明の作用】本発明によれば、バルブボディと弾性体
並びにバルブボディと弁口を有するバルブシートとを各
々Ｏリングにより気密的にシールすると共に、前記弾性
体の上方に上蓋を嵌合固定して制御弁本体を設け、弾性
体の外部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、内部の駆動子に圧接され
ているロータが回転することにより、ロータと嵌合され
ている弁体はバルブシートの上を摺動しながら回転する
ことになる。したがって、弁体の回転動作により流入管
から入った流体の流出管への流量を制御する。

【００１５】

【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１の実施例を示した
断面図である。

【００１６】本発明の実施例を図１に基づいて説明す
る。第１の実施例に係る制御弁は、制御弁本体１と圧電
素子２と前記制御弁本体１に収納されるロータ３と駆動
子４および弁体５により構成され、前記ロータ３は駆動
子４側にライニング材６を介して適宜な付勢手段によっ
て圧接されている。なお、ライニング材６はロータ３に
接着固定されている。前記制御弁本体１は、弾性体７と
バルブボディ８とをＯリング２６により、一方、弁口９
ａおよび９ｂを有するバルブシート１０とバルブボディ
８とをＯリング２７によりシール構造を形成し、前記弾
性体と嵌合固定する上蓋２８にて構成されたものであ
る。なお、バルブシート１０とバルブボディ８は、各々
に設けられた小判型の形状により回り止めを形成してい
る。また、前記弾性体７の上面には圧電素子２もしくは
電歪素子が接合されて振動子１１を構成すると共に、弾
性体７の下面には駆動子４が設けられている。

【００１７】また、前記弁体５は、前記駆動子４側に付
勢されたロータ３と共回りして弁口９ａ、９ｂの開度を
制御できるものである。この弁体５の構成においては、
図４及び図５に示す従来技術の制御弁と全く同じである
ため、説明は省略する。また、１２はバルブシート１０
に取り付けられた流入管(図示しないが流入管１２はバ
ルブボディ８に接続してもよい。)１３ａ、１３ｂはそ
れぞれ弁口９ａ、９ｂに接続された流出管を示してい
る。なお、本発明における弁体５及びバルブシート１０
の形状は、図面に示したものに限定されないのはいうま
でもない。

【００１８】１４は、スラストスプリングであり、駆動
子４側およびバルブシート１０側にスラスト荷重を与
え、かつ該スラストスプリング１４はロータ３および弁
体５の回転と共回りさせるようになっている。２１は、
圧入等によりバルブシート１０に固定されたシャフトで
あり、弁体５の中心部に形成された円筒状の穴との嵌合
により該弁体５の回転の芯を出している。

【００１９】前記Ｏリング２６の位置は、前記振動子１
１の圧電素子２に超音波領域の電気信号を印加した際に
発生する振動波の少なくとも一つの節円位置２５近傍に
配置している。ところで、Ｏリング２６の配置位置は弾
性体７の側面部も考えられる。しかしながら、弾性体７
の側面部は、圧電素子２に超音波領域の電気信号を印加
した際に発生する振動が外周部であるため大きく変位し
ている場所となり、Ｏリング２６のシール効果が期待で
きない可能性がある。また、Ｏリング２６には常に振動
が加わることとなり、Ｏリング２６への振動ストレスに
よる疲労も懸念される。したがって、振動子１１に発生
する振動波の節位置である節円位置２５近傍にＯリング
２６を配置している。

【００２０】また、前記振動子１１は、ロータ３を回転
させるために該振動子１１の弾性体７を回らないように
回り止めを形成する必要がある。本発明においては、バ
ルブボディ８と弾性体７の間にＯリング２６を使用して
いるため、該弾性体７の回り止めはバルブボディ８と、
例えば二面幅などにより回り止めを有して嵌合、固定さ
れている上蓋２８との間で行うのが適している。なぜな
ら、弾性体７とバルブボディ８の間で回り止めを形成す
ることは可能であるが、この場合、振動子の振動を抑制
することになってしまい、ロータ３の回転を効率良く行
えないという問題が生じるためである。

【００２１】また、弾性体７と上蓋２８との間で行なう
回り止めの位置としては、弾性体７が圧電素子２により
振動子１１を構成して振動波を発生するため、振動の節
位置で行うのが適切である。したがって、回り止めを形
成しやすく、ロータ３の回転方向によって変化しない、
常時節位置となる中心部が最適である。弾性体７と上蓋
２８との間で行なう回り止めの形状は、一般に知られて
いる方法として、Ｄカット、二面幅等が考えられる。し
かしながら、弾性体７に設けた回り止め形状が、振動波
の形態つまり、節直径の位置の出現位置を規制して、ロ
ータ３の回転を抑制することが考えられる。以上によ
り、弾性体７および該弾性体７と嵌合する上蓋の中心部
の形状は、前記振動子１１の圧電素子２に超音波領域の
電気信号を印加した際に発生する振動波の節直径位置と
合致させるように各々多角形の凹凸形状により前記振動
子の回り止めを形成している。また、中心部の形状を六
角形にした場合は、振動のバランスが比較的良いため、
節直径位置の出現への影響を低レベルで行えるため、六
角形でも構わない。

【００２２】次に、本発明の制御弁の動作について説明
する。本発明の制御弁については、従来技術の制御弁と
全く同じであるため、説明は省略する。

【００２３】図２は、本発明の第二の実施例を示したも
のであり、第一の実施例との相違点についてのみ説明す
る。本発明は、弾性体７にスリーブ２９を一体もしく
は、別ピースにて構成しているものである。この利点
は、スリーブ２９により、弾性体７の固定を強固なもの
にして、振動波のエネルギーを効率良くロータ３に与え
るものである。つまり、第一の実施例では上蓋２８が弾
性体７の固定と回り止めの両方を行っているため、振動
波のエネルギーの極一部が上蓋２８に伝搬することが考
えられる。第二の実施例は、この点の改善策である。な
お、スリーブ２９と上蓋２８は、一般に知られているＤ
カット、二面幅等により回り止めを形成している。

【００２４】また特に図示しないが、バルブボディ８、
流入管１２、流出管１３および、バルブシートを樹脂成
形等により一体に構成したものでも本発明は成立する。

【００２５】また、バルブシートに設けられた弁口の数
は、２個以上でも本発明は成立する。さらに、特に図示
しないが、弁体の閉塞部は、流入管を閉塞する形でな
く、流出管を閉塞する形状でも本発明は成立する。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、第１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バルブボディ部を兼ねた形
状であるから、部品点数の大幅な低減が図れる。また、
Ｏリングによりシール構造を形成しているので、安価な
制御弁を提供可能である。

【００２７】また、第２の発明によれば、スリーブによ
り、弾性体の固定を強固なものにして、振動波のエネル
ギーを効率良くロータに与えるものである。このため、
振動波のエネルギーの極一部が上蓋に伝搬することがな
い。

【００２８】また、第３の発明によれば、Ｏリングを配
置位置は、圧電素子もしくは電歪素子に超音波領域の電
気信号を印加した際に発生する振動波の節円位置近傍で
ありながら、組付け方向にＯリングを撓ませてシールす
る構造であるから、シール性が十分確保できる利点を有
する。

【００２９】また、第４、第５の発明の発明によれば、
弾性体と上蓋もしくはスリーブと上蓋との間で行なう回
り止めの形成は、振動子の外周部はバルブボディと干渉
しないようにクリアランスが確保するために構成された
ものであるから、振動子の振動を阻害することがないた
め、振動波のエネルギーを効率良くロータに供給擦るこ
とが出きる利点を有するという効果は絶大なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による流量制御弁の第一実施例の断面
図

【図２】 本発明による流量制御弁の第ニ実施例の断面
図

【図３】 従来の超音波モータ利用の流量制御弁概念図

【図４】 従来の超音波モータ利用の流量制御弁に係る
弁体の斜視図

【図５】（ａ）従来の超音波モータ利用の流量制御弁に
係る弁体の全開状態図、（ｂ）従来の超音波モータ利用
の流量制御弁に係る弁体の全閉状態図 １ 制御弁本体 ２ 圧電素子 ３ ロータ ４
駆動子 ５ 弁体 ６ ライニング材 ７ 弾性体 ８ バルブボディ
９、９ａ、９ｂ 弁口 １０ バルブシート １１ 振動子 １２ 流入管 １３、１３ａ、１３ｂ 流出管 １４ スラストスプ
リング １５ スプリング １６ ボール １７ バルブシート１０の中心部に形成さ
れた凹部 １８流通溝 １９ ストッパーピン ２０ リード線 ２１ シャフト ２２ 弁体５の内側に設けられたドー
ム状の閉塞部 ２３ 弁体５の内側に設けられたストッパー部 ２４
流入管１２の弁口 ２５ 節円位置 ２６、２７ Ｏリング ２８ 上
蓋 ２９ スリーブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブボディと弾性体並びにバルブボディ
   と弁口を有するバルブシートとを各々Ｏリングにより気
   密的にシールすると共に、前記弾性体の上方に上蓋を嵌
   合固定して制御弁本体を設け、前記制御弁本体のバルブ
   シートには流出管につながる弁口を設けるとともに前記
   バルブシートもしくはバルブボディに流入管を設け、前
   記弾性体の上面に圧電素子もしくは電歪素子を接合して
   振動子を構成させると共に弾性体の下面に駆動子を設
   け、前記制御弁本体内には、適宜な付勢手段によって前
   記駆動子側に付勢されたロータと該ロータと共回りをす
   る弁体を設け、前記駆動子に圧接されてなるロータの回
   転により流出管への流量を制御するようにしたことを特
   徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】バルブボディと弾性体並びにバルブボディ
   と弁口を有するバルブシートとを各々Ｏリングにより気
   密的にシールすると共に、前記弾性体の上面中心にスリ
   ーブを一体的もしくは別体にて設け、該スリーブを介し
   て弾性体の上方に上蓋を嵌合固定して制御弁本体を設
   け、前記制御弁本体のバルブシートには流出管につなが
   る弁口を設けるとともに、前記バルブシートもしくはバ
   ルブボディに流入管を設け、前記弾性体の上面に圧電素
   子もしくは電歪素子を接合して振動子を構成させると共
   に弾性体の下面に駆動子を設け、前記制御弁本体内に
   は、適宜な付勢手段によって前記駆動子側に付勢された
   ロータと該ロータと共回りをする弁体を設け、前記駆動
   子に圧接されてなるロータの回転により流出管への流量
   を制御するようにしたことを特徴とする流量制御弁。
3. 【請求項３】前記のバルブボディと弾性体との間に設け
   られたＯリングが、前記振動子の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た際に発生する振
   動波の少なくとも一つの節円位置近傍に設けられたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の流量制御
   弁。
4. 【請求項４】前記弾性体および該弾性体と嵌合する上蓋
   の中心部の形状を、前記振動子の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た際に発生する振
   動波の節直径位置と合致させるように各々多角形の凹凸
   形状により前記振動子の回り止めを形成したことを特徴
   とする請求項１、請求項２及び請求項３記載の流量制御
   弁。
5. 【請求項５】前記弾性体と上蓋とを嵌合させる形状を六
   角形の凹凸形状にしたことを特徴とする請求項１、請求
   項２、請求項３及び請求項４記載の流量制御弁。