(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブケーシング（１）と、流体噴出用オリフィス（７）に向けて進退作動自在となるように、前記バルブケーシング（１）に配置された流量調節用のニードル弁体（９）と、該ニードル弁体の進退方向と直交する方向においてニードル弁体の両側に配置されるとともに、電圧の印加により前記ニードル弁体（９）と接近または離間する方向の機械的変位を生じる１対の圧電素子板（10）（10）と、該圧電素子板（10）（10）と前記ニードル弁体（９）とを連結して圧電素子（10）の前記機械的変位をニードル弁体（９）の進退作動に変換する、薄肉帯状の弾性片で構成されている連結作動片（20）とを備えたことを特徴とするバルブの流量調節装置。
【請求項２】
圧電素子板（10）（10）への電圧無印加状態において、圧電素子板（10）（10）へ初期の機械的変位を付与してニードル弁体（９）を所定の位置に配置させる初期位置設定手段（15）が設けられている請求項１に記載のバルブの流量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ガスまたは液体等の流体の流量を調整するバルブの流量調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および解決しようとする課題】
例えば、ガスコンロ、ガスストーブ等のガス器具において、燃焼条件等に応じてガス流量をバルブで自動コントロールすることが行われている。このような制御のための電源として、乾電池や商用電源が用いられているが、乾電池では頻繁な取換えを必要とし、その煩に耐えない。また商用電源を用いる場合は、使用場所が制限されるという問題がある。
【０００３】
そこで、加熱によって起電力を生じる熱発電素子を用いるとともに、ガスの燃焼を利用して熱発電素子を加熱し、発生した電力を電源として用いることが提案されている。
【０００４】
しかしながら、このような熱発電素子から得られる電力は一般に小さいため、大きな電力を必要とする従来のバルブは使用することができなかった。
【０００５】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、小電力で動作可能なバルブの流量調節装置の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、図面の符号を参照して説明すると、バルブケーシング（１）と、流体噴出用オリフィス（７）に向けて進退作動自在となるように、前記バルブケーシング（１）に配置された流量調節用のニードル弁体（９）と、該ニードル弁体の進退方向と直交する方向においてニードル弁体の両側に配置されるとともに、電圧の印加により前記ニードル弁体（９）と接近または離間する方向の機械的変位を生じる１対の圧電素子板（１０）（１０）と、該圧電素子板（１０）（１０）と前記ニードル弁体（９）とを連結して圧電素子（１０）の前記機械的変位をニードル弁体（９）の進退作動に変換する連結作動片（２０）とを備えたことを特徴とするバルブの流量調節装置を要旨とする。
【０００７】
また、前記連結作動片（20）が薄肉帯状の弾性片で構成されている。
【０００８】
さらに、圧電素子板（１０）（１０）への電圧無印加状態において、圧電素子板（１０）（１０）へ初期の機械的変位を付与してニードル弁体（９）を所定の位置に配置させる初期位置設定手段（１５）を設けることも推奨される。
【０００９】
【作用】
圧電素子板（１０）（１０）に電圧を印加しあるいは解除することにより、圧電素子板（１０）（１０）は、ニードル弁体（９）の進退方向と直交する方向においてニードル弁体（９）と接近または離間する方向の機械的変位を生じる。この機械的変位は連結作動片（２０）によってニードル弁体（９）に伝達され、該ニードル弁体（９）は進退作動し、オリフィス（７）から噴出される流体の流量が調節される。このように、電力消費の少ない圧電素子板（１０）（１０）の変位を利用して流体の流量調節を行うから、装置全体の消費電力が少なくなる。しかも、ニードル弁体の進退方向と直交する方向における圧電素子板（１０）（１０）の機械的変位を、連結作動片（２０）によってニードル弁体（９）の進退作動に変換するから、圧電素子板（１０）（１０）のわずかな機械的変位でニードル弁体（９）を大きく進退作動させることができる。
【００１０】
【実施例】
次に、この発明をガス流量調節バルブに適用した実施例に基いて説明する。
【００１１】
図１〜４はこの発明の一実施例を示すものである。これらの図において、（１）は上面開口の箱状のバルブケーシングである。このバルブケーシング（１）の先端面にはガス流入部（２）が突出形成されるとともに、ガス流入部（２）の内部には中空のガス流入空間（３）が形成されている。ガス流入部（２）の下面には、ガス流入空間（３）に連通する開口部（４）が形成されるとともに、この開口部（４）にガス供給管（５）（図３参照）がねじ止め接続されるものとなされている。なお、バルブケーシング（１）の上面開口部には蓋が取り付けられるが、この実施例では蓋は省略してある。
【００１２】
さらに、ガス流入部（２）の前面にも開口部が形成されるとともに、この開口部にはガス噴出用口金（６）がねじにより固着されている。このガス噴出用口金（６）は、内部が中空となされてガス流入空間（３）の一部を形成する一方、先端面中央部にはガス流入空間に連通するガス噴出用オリフィス（７）が形成されている。
【００１３】
前記オリフィス（７）と同一軸線上において、バルブケーシング（１）の前壁を貫通して、先端部がガス流入空間（３）に後端部がバルブケーシング（１）内の後部に位置する小径の案内管（８）が配置され、さらに案内管（８）を貫挿してニードル弁体（９）が進退作動自在に配置されている。
【００１４】
前記バルブケーシング（１）の内部には、２枚の長方形状の圧電素子板（１０）（１０）が、バルブケーシング（１）の両側壁の内側に沿ってニードル弁体（９）と同一方向にかつ平行状態に配置されている。各圧電素子板（１０）は、それぞれ金属片を２枚の薄板状圧電素子片で挟んだサンドイッチ構造をなすものである。そして、２枚の圧電素子片の一方が縮み方向の力を他方が伸び方向の力を生じるように各圧電素子片に電圧を印加することにより、圧電素子板（１０）を厚さ方向に湾曲させうるものとなされるとともに、電圧を解除したときには金属片の弾性力により平坦状に復帰しうるものとなされている。
【００１５】
各圧電素子板（１０）（１０）の前部寄りの位置には、偏平リング状のゴムブュシュ（１１）が装着されるとともに、このゴムブッシュ（１１）は、バルブケーシング（１）の前壁両端部に設けられたＵ形切欠き部（１２）に嵌入固定されている。さらに、ゴムブッシュ（１１）を通ってバルブケーシング（１）前方へと突出した各圧電素子板（１０）（１０）の前端部には、給電端子（１３）が装着されており、これらの給電端子（１３）を介して各圧電素子板（１０）（１０）の圧電素子片に所望の電圧を印加し得るものとなされている。そして、各圧電素子板（１０）（１０）への電圧印加によって、各圧電素子板は固定されたゴムブッシュ部分を起点として、後端部がバルブケーシング（１）の外方に湾曲してニードル弁体（９）との距離が離間する方向の機械的変位を生じる一方、印加電圧を除去すると原状に復帰するものとなされている。なお、印加電圧と機械的変位量とはほぼ比例関係にある。
【００１６】
前記各圧電素子板（１０）（１０）の後端縁には、樹脂製のカップリング（１６）が取付けられている。かつ、これらのカップリング（１６）にはさらに、薄板帯状の１枚の金属製弾性片からなる連結作動片（２０）の両端縁が連結されている。また、連結作動片（２０）の長さ方向中央部には小孔があけられており、この小孔にニードル弁体（９）が通されるとともに、同じくニードル弁体に通された前後の挟着体（２１）（２１）により、連結作動片（２０）はニードル弁体（９）の後部位置においてニードル弁体（９）と一体的に連結されている。また、各圧電素子板（１０）（１０）の後端縁は、ニードル弁体（９）の後端縁よりも後方に位置しており、従って、左右の圧電素子板（１０）（１０）の後端部とニードル弁体（９）の後端部とは、前方凸の逆向きく字状に曲がった１枚の連結作動片（２０）によって相互に連結されている。この連結作動片（２０）は、ニードル弁体（９）の進退方向と直交する方向における圧電素子板（１０）（１０）の前記機械的変位をニードル弁体（９）の進退作動に変換する役割を果たすものである。つまり、圧電素子板（１０）（１０）が相互に離間する方向に変位すると、く字状に湾曲した連結作動片（２０）は真直状態となる方向に変形するから、連結作動片（２０）に連結されたニードル弁体（９）は連結作動片（２０）によって後方への力を受けて後退する。一方、圧電素子板（１０）（１０）の変位が消失すると圧電素子板が相互接近する方向に原状復帰して連結作動片（２０）は再びく字状に湾曲し、ニードル弁体（９）は連結作動片（２０）に押し出されて前方に進出する。このように、ニードル弁体の進退方向と直交する方向における圧電素子板（１０）（１０）の機械的変位を、連結作動片（２０）によってニードル弁体（９）の進退作動に変換するから、圧電素子板（１０）（１０）のわずかな機械的変位が連結作動片（２０）により増幅されてニードル弁体（９）に伝達され、ニードル弁体（９）を大きく進退作動させることができるもとなされている。
【００１７】
さらに、連結作動片（２０）の幅方向両縁には、ニードル弁体（９）と各圧電素子板（１０）（１０）との間の部位において、折曲リブ（２２）が設けられている。このリブ（２２）は、連結作動片の撓みを阻止して真っ直ぐな状態を保持することにより、圧電素子板（１０）（１０）の変位に伴うニードル弁体（９）の進退作動に際しての移動量を可及的に大きく確保する役割を果たすものである。
【００１８】
また、この実施例では、ゴムブッシュ部分の後方位置において各圧電素子板（１０）（１０）の外面にゴム製小片（１４）が接着されるとともに、この小片（１４）に、バルブケーシング（１）の左右側壁を貫通してねじ込まれかつバルブケーシング（１）内に突出した調節ねじ（１５）の先端が当接するものとなされている。この調節ねじ（１５）は、バルブケーシング（１）内への突出量を調節することにより、圧電素子板（１０）（１０）への電圧無印加状態において圧電素子板（１０）（１０）へ初期の機械的変位を付与し、もってニードル弁体（９）を所定の初期位置に配置させる初期位置設定手段として機能するものである。
【００１９】
図５は、上記圧電素子板（１０）（１０）に変位を生じさせるための駆動回路である。これらの図において、（３０）はスイッチングレギュレータ等を備えた直流可変電源回路、（４０）は前記可変電源回路から電力供給を受けて圧電素子板に電圧を印加する駆動回路、（５０）はガス流量を設定調節するためのガス流量設定器である。このガス流量設定器（５０）は、圧電素子板（１０）（１０）への印加電圧を変化させ、ひいては圧電素子板の変位に伴うニードル弁体（９）の進退量を変化させるものである。なお、流量の自動調節を行わせる場合には、燃焼条件に応じてコンピュータから送出される信号をガス流量設定器（５０）にそのまま接続しても良いし、またマニュアル設定できるようにガス流量設定器（５０）を構成しても良い。
【００２０】
次に、図１〜４に示したバルブの流量調節装置の動作を説明する。
【００２１】
まず、圧電素子板（１０）（１０）に電圧が印加されないときには、図２、図３に示すように、両圧電素子板（１０）（１０）とニードル弁体（９）とは最大接近しており、ニードル弁体（９）の先端は初期位置であるオリフィス（７）の内部またはその近傍に位置しており、ガスの流通が遮断されてバルブは閉塞状態にある。なお、ニードル弁体（９）の初期位置は、調節ねじ（１５）のバルブケーシング（１）への突出量を調整することにより予め設定されている。
【００２２】
次に、圧電素子板（１０）（１０）に電圧が印加されると、図４に示すように、圧電素子板（１０）（１０）は相互離間方向に変位する。このため、圧電素子板（１０）（１０）とニードル弁体（９）との距離は広がろうとするが、圧電素子板（１０）（１０）とニードル弁体（９）とは連結作動片（２０）で連結されているから、ニードル弁体（９）は連結作動片（２０）によって後方へ押される。その結果、ニードル弁体（２０）は案内管（８）に案内されながら軸線上を退出方向に移動して、ニードル弁体（９）の先端部はオリフィス（７）から遠ざかる。従って、ガス流通の遮断が解除され、ガス供給管（５）からガス流入空間（３）に流入したガスは、オリフィス（７）から噴出される。圧電素子板（１０）（１０）への印加電圧を変化させることにより、圧電素子板の変位量も変化するから、ニードル弁体（９）の退入量も変化し、流量を調節することができる。この際、圧電素子板（１０）（１０）の変位量は連結作動片（２０）で増幅されるから、圧電素子板（１０）（１０）のわずかな変位量でニードル弁体（９）の進退量を大きく確保でき、微小なエネルギで効率的な進退動作を行わせることができる。しかも、連結作動片（２０）は真直状態に復帰しようとする弾性力を圧電素子板（１０）（１０）に常時付与しているから、この弾性力を利用しつつ圧電素子板を外方に変位させれば良く、従って益々微小なエネルギでニードル弁体（９）を後方へ退出させることができる。
【００２３】
次に、圧電素子板（１０）（１０）への電圧印加を解除すると、圧電素子板の変位が消失し、圧電素子板（１０）（１０）は自己の有する弾性力によって原状復帰する。このため、圧電素子板（１０）（１０）とニードル弁体（９）との距離は縮まろうとし、ニードル弁体（９）は連結作動片（２０）に押されて、軸線上を前方に移動し、ニードル弁体（９）はオリフィス（７）方向に進出する。このため、ガスの流通がニードル弁体（９）に妨げられて、再び遮断状態となる。こうして、圧電素子板（１０）（１０）への電圧印加および解除によってガス流量を調節することができる。
【００２４】
なお、図示実施例では、各圧電素子板（１０）（１０）はニードル弁体（９）に対して対称に配置されているから、ニードル弁体（９）は各圧電素子板（１０）（１０）の変位量に基く均等な力を左右に存在する連結作動片（２０）から同時に受け、スムーズに進退作動する。
【００２５】
図６はこの発明の他の実施例を示すものである。この実施例では、圧電素子板（１０）（１０）の後端側をゴムブッシュ（１１）を介してバルブケーシング（１）に固定するとともに、圧電素子板（１０）（１０）の前端側をフリーにして変位させ、かつ圧電素子板（１０）（１０）の前端部とニードル弁体（９）の後端部とを連結作動片（２０）で連結したものである。この場合は、ニードル弁体（９）の長さが短くなるとともに、ニードル弁体（９）を案内する案内管（８）の長さが短くなるため、圧電素子板（１０）（１０）の変位量にアンバランスを生じた場合には、ニードル弁体（９）の進退作動時にニードル弁体（９）の外周面が案内管（８）の開口縁に当たって、スムーズな進退作動を妨げ易いものとなる。このため、図１〜４に示した実施例の方が、案内管（８）の長さを長くできてニードル弁体（９）のスムーズな進退作動を確保できる点で好ましい。なお、図７において、図１〜５に示したものと同一名称部分については同一の符号を付す。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は、上述の次第で、バルブケーシングと、流体噴出用オリフィスに向けて進退作動自在となるように、前記バルブケーシングに配置された流量調節用のニードル弁体と、該ニードル弁体の進退方向と直交する方向においてニードル弁体の両側に配置されるとともに、電圧の印加により前記ニードル弁体と接近または離間する方向の機械的変位を生じる１対の圧電素子板と、該圧電素子板と前記ニードル弁体とを連結して圧電素子の前記機械的変位をニードル弁体の進退作動に変換する連結作動片（２０）とを備えたことを特徴とするものである。このため、ニードル弁体の流体噴出用オリフィスに向けての進退作動のみで流量を調整できるから、ニードル弁体を移動させるためのエネルギーが小さくて済むのに加え、圧電素子を利用するものであって電流量を必要としないから、消費電力も少なくて済み、小電力で動作可能なバルブの流量調節装置となしうる。
【００２７】
しかも、ニードル弁体の進退方向と直交する方向における圧電素子板の機械的変位を、連結作動片によってニードル弁体の進退作動に変換するから、圧電素子板のわずかな機械的変位でニードル弁体を大きく進退作動させることができる。また、連結作動片が薄肉帯板状の弾性片で構成されているから、ニードル弁体の進退作動に追随して連結作動片は適度に撓みながら圧電素子板の機械的変位をニードル弁体の進退量に正確に反映させることができ、精度の高い流量調節装置となしうる。
【００２８】
また、圧電素子板への電圧無印加状態において、圧電素子板へ初期の機械的変位を付与してニードル弁体を所定の位置に配置させる初期位置設定手段が設けられている場合には、ニードル弁体の初期位置を確実に設定することができ、例えば初期位置をバルブの閉塞位置に設定しておくことにより、流体流通を確実に遮断し得て極めて安全性の高い流量調節装置となしうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ  −ＩＩＩ  線断面図である。
【図４】圧電素子板を変位させたときの図２相当断面図である。
【図５】圧電素子板に変位を生じさせるための駆動装置を示すブロック図である。
【図６】この発明の他の実施例を示す図２相当断面図である。
【符号の説明】
１…バルブケーシング
７…オリフィス
９…ニードル弁体
１０…圧電素子板
２０…連結作動片
【図１】
0003586301.tif 000002
【図２】
0003586301.tif 000003
【図３】
0003586301.tif 000004
【図４】
0003586301.tif 000005
【図５】
0003586301.tif 000006
【図６】
0003586301.tif 000007