(57)【要約】【課題】  高精度な流量制御を可能にしつつ小型化が可能な流量調整弁を提供する。  【解決手段】  供給孔１４ａを介して流体が供給される作動室１４を有する弁本体２と、作動室１４に供給された流体を排出する排出孔１２ａが形成された振動部材１２と、振動部材１２に微小振動を付与する駆動手段２２と、作動室１４に収容され排出孔１２ａを閉塞可能なプラグ１８とを有する流量調整弁である。  【選択図】  図１
2006342856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給孔を介して流体が供給される作動室を有する弁本体と、
前記作動室に供給された流体を排出する排出孔が形成された振動部材と、
前記振動部材に微小振動を付与する駆動手段と、
前記作動室に収容され前記排出孔を閉塞可能なプラグとを有する流量調整弁。
【請求項２】
前記駆動手段は、印加される電気信号の制御により前記振動部材の振動振幅又は振動周波数を制御することができる請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記駆動手段は、ピエゾ素子から構成されている請求項２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記振動部材を前記排出孔の軸方向に振動させる請求項１から３のいずれかに記載の流量調整弁。
【請求項５】
前記供給孔及び排出孔は、互いに対向するように配置されている請求項１から４のいずれかに記載の流量調整弁。
【請求項６】
前記プラグは、球状である請求項１から５のいずれかに記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全面や環境面を考慮して、ゴム人工筋アクチュエータなど空気圧を動力源としたアクチュエータの研究・開発がさかんに行われている。空気圧アクチュエータの作動制御は、作動流体である圧縮空気の流量を流量調整弁により制御することによって行われる。従来の流量調整弁の一般的な構成として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された流量調整弁は、図５に示すように、弁本体５１における流体入口室５２と流体出口室５３との間に弁座５４が設けられている。弁座５４には、弁体５５の弁傘部５５ａが着座可能であり、この弁傘部５５ａは弁軸５５ｂを介してプランジャ５７に連結されている。プランジャ５７は、電磁コイル５８の内部に挿通されており、ばね５９，６０によって、弁傘部５５ａが弁座５４に着座するように支持されている。
【０００４】
この構成によれば、電磁コイル５８に電流を印加して磁界を発生させることにより、ばね５９，６０の付勢力に抗してプランジャ５７が吸引され、弁体５５が下方へ移動する。これにより、弁傘部５５ａが弁座５４から離れ、流体入口室５２から流体出口室５３へ流体が流れる。弁本体５１を通過する流体の流量制御は、電磁コイル５８への印加電流を調整して弁開度を制御することにより行うことができる。
【特許文献１】特開平８−１８４３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空気圧アクチュエータは、装具などへの応用が期待されることから、これに用いられる流量調整弁には、小型・軽量化の要求が高まりつつある。
【０００６】
ところが、上述した従来の流量調整弁は、弁軸５５ｂがプランジャ５７に連結されることによって弁傘部５５ａの移動が規制されるため、弁傘部５５ａが小さくなると、弁閉状態において弁座５４への正確な着座ができずに流体の漏れを生じるおそれがあった。
【０００７】
また、流量の調整が、弁傘部５５ａと弁座５４との間に保持する間隙の大きさを制御することにより行われるため、弁傘部５５ａが小さくなるにつれて、弁座５４との位置合わせ精度を高める必要があり、小型化が困難となっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、高精度な流量制御を可能にしつつ小型化が可能な流量調整弁の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の前記目的は、供給孔を介して流体が供給される作動室を有する弁本体と、前記作動室に供給された流体を排出する排出孔が形成された振動部材と、前記振動部材に微小振動を付与する駆動手段と、前記作動室に収容され前記排出孔を閉塞可能なプラグとを有する流量調整弁により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高精度な流量制御を可能にしつつ小型化が可能な流量調整弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実態の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る流量調整弁の断面図である。この流量調整弁は、例えば、空気圧アクチュエータの作動制御用として好適に用いることができる。
【００１２】
図１に示すように、流量調整弁１は、円筒状の弁本体２の開口両端が、それぞれ第１の端板４及び第２の端板６により覆われて構成されており、第１の端板４の中央には入口ポート４ａが形成され、第２の端板６の中央には出口ポート６ａが形成されている。第１の端板４及び第２の端板６と弁本体２との間にはＯリング８，８が介在されており、第１の端板４と第２の端板６とがボルト・ナット等の連結具１０により結合されている。
【００１３】
弁本体２の内部は、Ｏリング１１を介して弁本体２の内壁面の段部２ａと当接する振動部材１２によって仕切られており、振動部材１２の上流側（入口ポート４ａ側）に作動室１４が形成され、振動部材１２の下流側（出口ポート６ａ側）に流路室１６が形成されている。
【００１４】
振動部材１２は、中央にオリフィスとなる排出孔１２ａを有する金属製の円板状部材であり、排出孔１２ａの周縁部から出口ポート６ａ側に向けて突出する円筒状の突部１２ｂが設けられている。突部１２ｂの側壁には、複数の連通孔１２ｃが周方向に沿って等間隔に形成されている。
【００１５】
作動室１４は、入口ポート４ａと連通する供給孔１４ａを介して流体を供給可能に構成されており、内部に鉄などの金属製の球体からなるプラグ１８が収容されている。プラグ１８は、排出孔１２ａを閉塞するのに適した大きさとされており、例えば、供給孔１４ａの直径が２ｍｍの場合に、プラグ１８の直径を６ｍｍとすることができる。プラグ１８は、振動部材１２が微小振動した際に移動自在となるように、作動室１４の内壁面との間に隙間をあけて収容される必要があるが、この隙間は、大きすぎるとプラグ１８が排出孔１２ａから大きく外れて閉塞できなくなるおそれがあることから、必要最小限とすることが好ましい。
【００１６】
流路室１６は、出口ポート６ａ側に配置された支持板２０と、振動部材１２の突部１２ｂとの間に挟持されたピエゾ素子２２が設けられている。ピエゾ素子２２は、本実施形態においては積層型を用いており、不図示の外部駆動回路から電気信号を印加することにより、図１の上下方向に伸縮して、振動部材１２に排出孔１２ａの軸方向に沿った微小振動を生じさせる駆動手段として機能する。支持板２０は、複数の切欠部２０ａが放射状に形成されており、流路室１６は、切欠部２０ａを介して出口ポート６ａと連通している。
【００１７】
次に、上記構成を備える流量調整弁１の作動を説明する。入口ポート４ａから作動室１４に加圧空気等の流体が供給されると、作動室１４の内部圧力が上昇し、プラグ１８は、振動部材１２に向けて押圧されて排出孔１２ａを閉塞する。本実施形態においては、供給孔１４ａ及び排出孔１２ａが互いに対向するように配置されているので、供給孔１４ａから供給された流体の流れによってプラグ１８が排出孔１２ａに向けて移動し、排出孔１２ａの閉塞をスムーズに行うことができる。
【００１８】
排出孔１２ａがプラグ１８により閉塞された状態でピエゾ素子２２に電気信号を印加すると、振動部材１２に微小振動が生じ、図２に示すように、振動部材１２とプラグ１８との間に隙間が形成される。これにより、作動室１４に供給された流体は、排出孔１２ａ及び連通孔１２ｃを介して流路室１６に導入され、支持板２０の切欠部２０ａを経て出口ポート６ａから排出される。
【００１９】
出口ポート６ａから排出される流体の流量は、振動部材１２の振動周波数又は振動振幅の一方又は双方を制御することによって所望の値とすることができ、これらの制御は、ピエゾ素子２２に印加する電気信号を制御することによって行うことができる。即ち、ピエゾ素子２２に印加する電圧の周波数を変化させることにより、振動部材１２の振動周波数が変化する。また、ピエゾ素子２２に印加する電圧値をＰＷＭ（Pulse Width Moduration）制御などによって変化させることにより、振動部材１２の振動振幅が変化する。ピエゾ素子２２に印加する電気信号の制御は、出口ポート６ａの近傍に設置した圧力センサ（図示せず）が検出する吐出側の圧力値が所望の値となるように、フィードバック制御により行ってもよい。ピエゾ素子２２への通電を停止すると、排出孔１２ａはプラグ１８により再び閉塞され、弁閉状態となる。本実施形態においては、プラグ１８が球状であるため、振動部材１２の振動中にプラグ１８自身が回転しても、排出孔１２ａの閉塞を確実に行うことができる。
【００２０】
本実施形態の流量制御弁１によれば、振動部材１２の微小振動により、排出孔１２ａとプラグ１８との間に隙間を形成して流量調整を行うように構成されており、排出孔１２ａを開閉するためのプラグ１８を、作動室１４内に移動の規制を受けずに収容することができる。したがって、小型化を図る場合においても、プラグ１８による排出孔１２ａの閉塞を確実に行うことができると共に、流量制御を精度良く行うことができる。
【００２１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様が上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、プラグ１８と接触する振動部材１２の表面が平面状に形成されているが、図３に示すように、振動部材１２の表面を浅いすり鉢状に形成して、このすり鉢状の底部に排出孔１２ａを形成してもよい。このような構成とすることにより、弁閉状態における排出孔１２ａの閉塞をより確実に行うことができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、振動部材１２の振動方向を排出孔１２ａの軸方向としているが、プラグ１８が振動部材１２の表面に沿って移動するように、排出孔１２ａの軸方向に直交する面に沿って振動部材１２を振動させるように構成してもよい。
【００２３】
また、本実施形態においては、プラグ１８を球状としているが、必ずしも球状である必要はなく、例えば図４に示すように、円錐状に形成してもよい。この場合、排出孔１２ａの形状をプラグ１８の形状に対応させて、振動部材１２を排出孔１２ａの軸方向に振動させることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、本実施形態においては、振動部材１２を微小振動させるための駆動手段としてピエゾ素子２２を使用しているが、入力された電気信号に応じて長さや位置を高速に変化させることができるものであれば他のアクチュエータを用いることも可能である。このようなアクチュエータとして、例えば、超音波振動子、ソレノイド、ポリマーアクチュエータなどを挙げることができる。駆動手段は、本実施形態のように流路室１６に配置する以外に、作動室１４に配置することも可能であり、或いは、弁本体２の外部に配置してもよい。
【００２５】
また、本実施形態においては、プラグ１８が作動室１４内に拘束を受けることなく収容されているが、例えば、プラグ１８がバネなどの弾性体により排出孔１２ａに向けて付勢されるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量調整弁の断面図である。
【図２】図１に示す流量調整弁の作動状態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る流量調整弁の要部断面図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態に係る流量調整弁の要部断面図である。
【図５】従来の流量調整弁の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  流量調整弁
２  弁本体
１２  振動部材
１２ａ  排出孔
１４  作動室
１４ａ  供給孔
１８  プラグ
２２  ピエゾ素子（駆動手段）
【図１】
2006342856.tif 000003
【図２】
2006342856.tif 000004
【図３】
2006342856.tif 000005
【図４】
2006342856.tif 000006
【図５】
2006342856.tif 000007