(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を有する弁本体と、
前記弁本体の内部において前記弁本体に形成された弁孔に収容され、回転自在な円柱形状をした弁体であって、円柱状の円柱部を有し、前記円柱部の円周方向に回転する弁体とを備え、
前記流体通路は流路と流入路と流出路とを有し、
前記流路は前記弁体と前記弁孔によって形成され、
前記流入路と前記流出路の少なくとも一方は、前記弁孔のうち前記弁体の前記円柱部に対応する位置に連通するように形成され、
前記弁体が回転して前記流路の流路断面積が変更されることで前記流体通路の開度が調整される流量調整絞り弁であって、
前記弁本体の内部に設けられ、圧電素子を有する振動アクチュエータであって、前記弁体の前記円柱部の円周方向表面に当接する当接部を有すると共に、前記圧電素子の振動により前記弁体を回転させる振動アクチュエータをさらに備え、
前記弁体は、前記弁本体の外部に露出しないように前記弁本体の内部に収容される流量調整絞り弁。
【請求項２】
前記振動アクチュエータは、
前記当接部が前記圧電素子の振動により楕円運動することで、前記弁体を回転させる
請求項１に記載の流量調整絞り弁。
【請求項３】
前記弁本体は、
前記弁本体の内部に弾性部材を有し、
前記弾性部材は、
前記振動アクチュエータの前記当接部を前記弁体に押し付ける請求項１または２に記載の流量調整絞り弁。
【請求項４】
前記弁体は、
前記円柱部に、前記弁体の前記回転の方向に沿って形成された溝部を有し、
前記溝部は、
前記弁孔と共に前記流路を形成し、
前記弁体の前記回転の方向に沿って、前記回転の方向と垂直な断面積が変化するように形成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の流量調整絞り弁。
【請求項５】
前記弁体の前記溝部は、前記弁体の前記回転の中心軸に対して垂直な面に関して対称な形状の断面形状を有する
請求項４に記載の流量調整絞り弁。
【請求項６】
前記弁体は、
前記弁体の前記回転の中心軸に対して斜めに交わる斜端面を有し、
前記斜端面と前記弁孔により前記流路が形成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の流量調整絞り弁。
【請求項７】
前記弁体は、
前記斜端面と前記弁体における前記斜端面に対向する対向端面とが連通する連通路を有する
請求項６に記載の流量調整絞り弁。
【請求項８】
前記振動アクチュエータは、
複数の圧電素子板及び複数の電極板を積層させた前記圧電素子と、
前記圧電素子に前記圧電素子板及び前記電極板の積層方向に連結され且つ前記当接部を先端に有する先端ピースとを有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の流量調整絞り弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は圧電素子を備えるアクチュエータを使用した流量調整絞り弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアージェット織機における圧縮空気、冷凍装置における冷媒、油圧機器におけるオイル等の流体の流量を調節する流量調整絞り弁について、弁体を駆動させるためにアクチュエータが使用されるが、そのようなものには多様な提案がなされている。
例えば、特許文献１の流量調整絞り弁は、圧電素子をアクチュエータに使用している。
この流量調整絞り弁は、その本体の内部に流体の流入路が連通し、また、本体に形成された弁口を介して流体の流出路が連通する。さらに、本体の内部には、弁口に当接してこれを塞ぐ弁体が設けられ、弁体はバネの付勢力によって弁口に押し付けられている。弁口に対する弁体の当接面には円弧状の溝が形成されており、弁口は、この円弧状の溝を介して、本体の内部空間、さらには流入管に連通する。円弧状の溝は、その深さが円弧に沿って変化しており、弁体を円弧状の溝の周方向に回転させることにより、弁口と溝との連通箇所における流路断面積が変化し、弁口より流出される流体の流量が調整される。
【０００３】
また、本体の外部には圧電素子が設けられており、圧電素子は弾性体及び振動子を介して弁体に接触している。この圧電素子によって弾性体を介して振動子が振動し、この振動子の振動によって弁体が回転する。従って、弁体が回転されることによって、流量調整絞り弁の流量が調整される。
【特許文献１】特開２０００−１９９５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された流量調整絞り弁において、弁体と弁口との当接面における流体の漏れを防ぐために、弁体と弁口との間にシールを設けるか、又は弁体を弁口に強く押し付ける必要がある。よって、シール抵抗や押し付け力により弁体の回転に対する抵抗が増大するため、圧電素子を使用したアクチュエータに必要とされる駆動力は大きくなる。また、流量調整絞り弁の本体の内部を流通する流体によって、弁体は弁口との当接面の方向に押圧力を受けるため、弁体を回転させるアクチュエータにはさらに大きな駆動力が必要とされる。従って、アクチュエータの大型化が必要となり、それに伴い流量調整絞り弁が大型化するという問題がある。
【０００５】
この発明は、これらのような問題点を解決するためになされたもので、弁体を開閉動作させる駆動力を低減することによってアクチュエータの小型化を図り、それによって弁構造の小型化を可能とする流量調整絞り弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る流量調整絞り弁は、流体通路を有する弁本体と、弁本体の内部において弁本体に形成された弁孔に収容され、回転自在な円柱形状をした弁体であって、円柱状の円柱部を有し、円柱部の円周方向に回転する弁体とを備え、流体通路は流路と流入路と流出路とを有し、流路は弁体と弁孔によって形成され、流入路と流出路の少なくとも一方は、弁孔のうち弁体の円柱部に対応する位置に連通するように形成され、弁体が回転して流路の流路断面積が変更されることで流体通路の開度が調整される流量調整絞り弁であって、弁本体の内部に設けられ、圧電素子を有する振動アクチュエータであって、弁体の円柱部の円周方向表面に当接する当接部を有すると共に、圧電素子の振動により弁体を回転させる振動アクチュエータをさらに備え、弁体は、弁本体の外部に露出しないように弁本体の内部に収容されることを特徴とするものである。
圧電素子によって作動する振動アクチュエータは小型化が可能であるため、弁本体の内部に弁体と共に収容される。また、このとき、弁本体の外部に露出しない弁体には、弁本体との間にシールが不要となる。よって、弁体の回転部分に回転動作の抵抗となる部材が設けられないため、弁体を回転動作させる駆動力を低減することができ、駆動力の小さい小型の振動アクチュエータによっても弁体は回転動作する。従って、この流量調整絞り弁は小型化を可能にする。
【０００７】
振動アクチュエータは、当接部が圧電素子の振動により楕円運動することで、弁体を回転させてもよい。振動アクチュエータにおける弁体との当接部が楕円運動することにより、振動アクチュエータは、この当接部で弁体の表面を引っ掻くようにして弁体を回転させる。
弁本体は、弁本体の内部に弾性部材を有し、弾性部材は、振動アクチュエータの当接部を弁体に押し付けてもよい。振動アクチュエータは、弾性部材により弁体に押し付けられる力である予圧力を付与されることによって、弁体に当接し、弁体を回転させる。また、振動アクチュエータは、停止時において弾性部材によって弁体に押し付けられ、弁体を固定する。従って、弁体の状態維持、すなわち流量維持のために保持電気等を必要としない。
【０００８】
弁体は、円柱部に、弁体の回転の方向に沿って形成された溝部を有し、溝部は、弁孔と共に流路を形成し、弁体の回転の方向に沿って、回転の方向と垂直な断面積が変化するように形成されてもよい。溝部が流体通路を連通し、流体通路の一部を構成する。よって、弁体が回転することにより、流体通路を形成する溝部の断面積、すなわち流路断面積が変化するため、流量調整絞り弁の流量が変化する。
弁体の溝部は、弁体の回転の中心軸に対して垂直な面に関して対称な形状の断面形状を有してもよい。弁体の溝部にかかる流体の圧力は、弁体の回転の中心軸に対して垂直な面に関して等しくなる。よって、流体の圧力によって弁体はその回転中心軸の方向の、弁本体等に押し付けられるような力を受けないため、流体の圧力の大きさによって弁体を回転動作させる駆動力も影響を受けない。従って、高圧流体の流通時においても、駆動力の小さい振動アクチュエータによる弁体の回転動作を可能にすると共に、流路調整絞り弁をさらに小型化にする。
【０００９】
弁体は、弁体の回転の中心軸に対して斜めに交わる斜端面を有し、斜端面と弁孔により流路が形成されてもよい。弁体の斜端面部分は流体通路の流路断面の少なくとも一部を遮断する。弁体が回転することによって、弁体の斜端面部分により遮られる流体通路の流路断面積が変化するため、流量調整絞り弁の流量が変化する。
弁体は、斜端面と弁体における斜端面に対向する対向端面とが連通する連通路を有してもよい。流体による弁体の斜端面に作用する押圧力と、連通路を介して流通する流体による弁体の対向端面に作用する押圧力とが等しくなる。すなわち、斜端面及び対向端面にかかる流体による押圧力は、弁体の回転中心軸の方向で相殺されるため、弁体は流体によって回転中心軸方向の、弁本体等に押し付けられるような力を受けない。よって、流体の圧力の大きさによって弁体を回転動作させる駆動力は影響を受けない。従って、高圧流体の流通時においても、駆動力の小さい振動アクチュエータによる弁体の回転動作を可能にすると共に、流路調整絞り弁をさらに小型化にする。
振動アクチュエータは、複数の圧電素子板及び複数の電極板を積層させた圧電素子と、圧電素子に圧電素子板及び電極板の積層方向に連結され且つ当接部を先端に有する先端ピースとを有してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、流量調整絞り弁は、弁体を開閉動作させる駆動力の低減を可能とすると共に、その構造の小型化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１〜５を使用して、この発明の実施の形態１に係る流量調整絞り弁１０１の構成を示す。
図１を参照すると、流量調整絞り弁１０１は、略直方体形状の弁本体であるボディ１を備える。ボディ１の上面となる面１ｆには、この面１ｆに垂直な円柱形状の弁孔１ａが形成されており、弁孔１ａは、ボディ１を貫通せずその途中まで鉛直下方に延びている。また、面１ｆには、略直方体形状の凹部１ｄが形成されており、凹部１ｄは、弁孔１ａの円柱部において弁孔１ａに連通する。さらに、凹部１ｄの下部には、ボディ１の外部に連通する経路１ｅが形成され、経路１ｅは凹部１ｄの下部より鉛直下方向に延びた後、垂直に屈折して水平方向に延びている。
【００１２】
さらに、図２を参照すると、ボディ１には、弁孔１ａの中心軸に対して垂直な方向に延び、弁孔１ａをボディ１の外部にそれぞれ連通する同形状をした流入路１ｂ及び流出路１ｃが形成されている。流入路１ｂ及び流出路１ｃは、円形断面を有しており、その中心軸は同一であるが、弁孔１ａの中心軸に対して偏芯している。なお、流入路１ｂ及び流出路１ｃは流体通路を構成している。
【００１３】
図１に戻り、ボディ１の弁孔１ａには、弁孔１ａの内周面と整合する円柱形状をした弁体４が挿入され、弁孔１ａ内において、弁体４はその円柱部である円柱部４ｃに沿って回転自在となっている。また、弁体４の円柱部４ｃの表面における流入路１ｂと当接する位置には、弁体４の回転方向である外周方向に深さが連続的に変化する三角形状の断面を有するＶ字状溝４ａが形成され、Ｖ字状溝４ａは弁体４の回転中心軸と垂直な方向に延び、溝部を構成している。よって、Ｖ字状溝４ａは弁体４の回転方向に沿って、この回転方向と垂直な断面積が連続的に変化する形状を有している。
なお、Ｖ字状溝４ａの三角形断面は二等辺三角形の形状を有しており、この二等辺三角形の等辺部分がＶ字状溝４ａの底面を構成している。すなわち、Ｖ字状溝４ａは、そのＶ字状底面の頂点を通ると共に、弁体４の回転中心軸に対して垂直な平面、つまり水平面に関して対称な形状を有している。
【００１４】
また、Ｖ字状溝４ａ及び弁孔１ａによって空間が形成され、この空間は、流入路１ｂ及び流出路１ｃ（図２参照）を連通する流路４ｂを構成する。よって、流路４ｂは、流入路１ｂ及び流出路１ｃと共に流体通路を構成している。
さらに、流路４ｂは、その流路断面積を、流入路１ｂ及び流出路１ｃ（図２参照）の中心軸に垂直な平面のうちで最小断面部の面積としており、例えば、図１及び２に示す状態においては、図２に示す幅αの位置における断面の断面積が流路断面積である。
なお、流体が流路４ｂを通過する際、流体の圧力は、弁体４に対して、そのＶ字状溝４ａの２つの底面、すなわち上下方向に対称になった底面に作用するため、弁体４に作用する上下方向の力は相殺され、バランスがとられている。つまり、弁体４は、いわゆる圧力バランス形状を有している。よって、弁体４は、流体の圧力により上下方向に押し付けられることがなく、その回転動作において流体の圧力による影響を受けない。
【００１５】
また、凹部１ｄには、圧電素子を備える振動アクチュエータ１０が設けられている。さらに、振動アクチュエータ１０は、凹部１ｄの弁体４と対向する側面に設けられた弾性部材であるバネ７と接続されている。よって、振動アクチュエータ１０は、バネ７によって弁体４に付勢され、その先端を弁体４に押し付けている。すなわち、バネ７は振動アクチュエータ１０に弁体４に対する予圧力を付与している。さらに、振動アクチュエータ１０は、経路１ｅを通る配線１０ａによって、ボディ１の外部に設けられた駆動装置９と電気的に接続されている。駆動装置９は、振動アクチュエータ１０に交流電圧を印加し、その動作を制御する。なお、経路１ｅにおける駆動装置９側の出口は、シール機能を有するキャップ８によって密封されている。
【００１６】
さらに、ボディ１は、その内部に弁体４及び振動アクチュエータ１０を備えた状態で、面１ｆを蓋部２によって閉じられる。なお、ボディ１及び蓋部２の間は固定シールであるシール材３によって密封される。
また、弁体４の円柱部４ｃの表面における蓋部２側には、永久磁石５が埋め込まれており、さらに、蓋部２の外表面には、永久磁石５と対向する位置に、ホールセンサ６が設けられている。ホールセンサ６は、ホールセンサ６と永久磁石５との相対位置が変わることによって変化する永久磁石５の磁束により、永久磁石５の相対位置を求めるものである。よって、ホールセンサ６により、永久磁石５と共に回転する弁体４の回転角度が求められる。また、ホールセンサ６は駆動装置９と電気的に接続されており、ホールセンサ６によって検知された弁体４の回転角度情報が駆動装置９に送られる。
【００１７】
ここで、振動アクチュエータ１０の構成について示す。
図３に示すように、振動アクチュエータ１０は、円柱がその途中から先細になった形状をした先端ピース１０ｂ及び円柱形状をした基部ピース１０ｃを有している。先端ピース１０ｂ及び基部ピース１０ｃは、これらの間に略円環板状の第１圧電素子部１１及び第２圧電素子部１２を挟み、内部を通る連結ボルト１０ｄによって互いに連結されている。さらに、第１圧電素子部１１及び第２圧電素子部１２はそれぞれ、配線１０ａ（図１参照）によって駆動装置９（図１参照）に電気的に接続されている。また、先端ピース１０ｂの先端部には、さらに小径の円柱形状をした凸部１０ｂａが形成されている。一方、基部ピース１０ｃには、バネ７が接続されている。なお、先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａは当接部を構成し、振動アクチュエータ１０は凸部１０ｂａにおいて弁体４（図２参照）に当接する。また、第１圧電素子部１１及び第２圧電素子部１２は圧電素子を構成している。
【００１８】
また、説明の便宜上、基部ピース１０ｃから先端ピース１０ｂへ向かう基部ピース１０ｃの中心軸をｚ軸と規定し、ｚ軸に対して垂直上方向にｙ軸が、ｙ軸及びｚ軸に対して垂直にｘ軸がそれぞれ延びているものとする。このとき、第１圧電素子部１１及び第２圧電素子部１２はそれぞれ、ｘｙ平面と平行になっている。
【００１９】
さらに、図４を参照すると、先端ピース１０ｂ、第１圧電素子部１１、第２圧電素子部１２及び基部ピース１０ｃの詳細な構成が示される。
第１圧電素子部１１は、それぞれ略円環板形状を有する電極板１１ａ、圧電素子板１１ｂ、電極板１１ｃ、圧電素子板１１ｄ及び電極板１１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第２圧電素子部１２は、それぞれ略円環板形状を有する電極板１２ａ、圧電素子板１２ｂ、電極板１２ｃ、圧電素子板１２ｄ及び電極板１２ｅが順次重ね合わされた構造を有している。さらに、先端ピース１０ｂ及び第１圧電素子部１１は略円環状の絶縁シート１３によって絶縁されており、同様に、第１圧電素子部１１及び第２圧電素子部１２は絶縁シート１４によって絶縁され、第２圧電素子部１２及び基部ピース１０ｃは絶縁シート１５によって絶縁されている。
【００２０】
第１圧電素子部１１の両端面部分に配置されている電極板１１ａ及び電極板１１ｅと、第２圧電素子部１２の両端面部分に配置されている電極板１２ａ及び電極板１２ｅとがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１圧電素子部１１の一対の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄの間に配置されている電極板１１ｃと、第２圧電素子部１２の一対の圧電素子板１２ｂ及び１２ｄの間に配置されている電極板１２ｃとがそれぞれ駆動装置９（図１参照）に電気的に接続されている。
【００２１】
さらに、図５に示すとおり、第１圧電素子部１１の一対の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄのそれぞれは、全体がｚ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されている。つまり圧電素子板１１ｂと１１ｄとの間に配置される電極板１１ｃ（図４参照）に交流電圧が印加された際に、協働して凸部１０ｂａ（図３参照）をｚ軸方向に振動させるように、圧電素子板１１ｂと圧電素子板１１ｄは互いに裏返しに配置されている。一方、第２圧電素子部１２の一対の圧電素子板１２ｂ及び１２ｄのそれぞれは、ｘ軸方向に離れるような形状に２分割されており、その各部分が互いに逆極性を有し、それぞれｚ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されている。つまり圧電素子板１２ｂと１２ｄとの間に配置される電極板１２ｃ（図４参照）に交流電圧が印加された際に、協働して凸部１０ｂａ（図３参照）をｙ軸回り（ｘｚ平面内）に振動させるように、圧電素子板１２ｂと圧電素子板１２ｄとは互いに裏返しに配置されている。
【００２２】
次に、振動アクチュエータ１０の動作について説明する。
図５を参照すると、駆動装置９（図１参照）が、第１圧電素子部１１の電極板１１ｃ（図４参照）に振動アクチュエータ１０（図３参照）の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１圧電素子部１１の一対の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄがｚ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、先端ピース１０ｂ（図３参照）にｚ軸方向の縦振動を発生する。同様に、駆動装置９（図１参照）が、第２圧電素子部１２の電極板１２ｃ（図４参照）に交流電圧を印加すると、第２圧電素子部１２の一対の圧電素子板１２ｂ及び１２ｄの２分割された部分がｚ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、先端ピース１０ｂ（図３参照）に対してｘｚ平面上のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。
【００２３】
そこで、図３を参照して、駆動装置９（図１参照）の制御に従って、第１圧電素子部１１の電極板１１ｃ（図４参照）と第２圧電素子部１２の電極板１２ｃ（図４参照）との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧を印加すると、ｚ軸方向の縦振動とｙ軸回りに揺動させるたわみ振動とが組み合わされて、先端ピース１０ｂの先端の凸部１０ｂａにｘｚ面内の楕円振動が発生する。すなわち、先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａは、ｙ軸回りの楕円振動をする。なお、印加する交流電圧の位相は、第１圧電素子部１１の電極板１１ｃ（図４参照）に対して第２圧電素子部１２の電極板１２ｃ（図４参照）を９０度進ませるか遅らせることによって、楕円運動の回転方向が方向Ｐ１０及びＱ１０のいずれかに選択可能である。
【００２４】
従って、図２に戻ると、振動アクチュエータ１０はバネ７によって弁体４に対して予圧力を付与されているため、ｙ軸回りとなる方向Ｐ１０又はＱ１０に楕円運動する先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａは、弁体４を引っ掻くようにしてｙ軸回りとなる方向Ｐ又はＱに回転させる。なお、先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａが方向Ｐ１０に楕円運動を行うとき、弁体４は方向Ｐに回転し、先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａが方向Ｑ１０に楕円運動を行うとき、弁体４は方向Ｑに回転する。
【００２５】
次に、図１、２、６及び７を使用して、この発明の実施の形態１に係る流量調整絞り弁１０１の動作を示す。
図１を参照して、気体又は液体による流体は、流量調整絞り弁１０１に対して、流入路１ｂより流入し、弁体４のＶ字状溝４ａ及び弁孔１ａによって形成される流路４ｂを通過して、流出路１ｃ（図２参照）より流出される。
そこで、流量調整絞り弁１０１の流量を調整し所定の流量とする際、駆動装置９は、弁体４の現状の回転位置から所定の流量とするための弁体４の回転方向及び回転角度を算出後、振動アクチュエータ１０に電圧を印加して作動させ、弁体４を所定の方向に回転させる。
このとき、図２を参照して、振動アクチュエータ１０は、弁体４の回転方向に合わせて駆動装置９（図１参照）によって電圧を印加にされ、その凸部１０ｂａが方向Ｐ１０或いはＱ１０の楕円運動を行う。さらに、弁体４は、凸部１０ｂａの楕円運動の回転方向である方向Ｐ１０或いはＱ１０に応じて、方向Ｐ或いはＱに回転し、流路４ｂの流路幅、すなわち流路断面積が連続的変化する。
【００２６】
また、図１を参照して、ホールセンサ６によって検知された弁体４の回転角度情報は駆動装置９に送られ、弁体４の回転角度が設定値、すなわち流路４ｂの流路断面積が設定値に達すると、駆動装置９は振動アクチュエータ１０を停止する。なお、振動アクチュエータ１０は、バネ７によって弁体４に押し付けられているため、その振動を停止した状態において先端を弁体４に押し付けて、弁体４を固定する。
【００２７】
さらに、図６及び７を参照して、弁体４の動作について説明する。
まず、図６を参照すると、流路４ｂの流路断面積は、流入路１ｂ及び流出路１ｃの中心軸に垂直な平面のうちで流路４ｂの断面が最小となる位置の断面積である。すなわち、状態（ａ１）に示す状態においては、流路４ｂにおける流路幅が幅α１である位置、また、状態（ｂ１）に示す状態においては、流路４ｂにおける流路幅が幅α２である位置における断面積が流路断面積となる。
そこで、弁体４の円柱部４ｃの表面に対するＶ字状溝４ａの深さが最大となる部位４ａａが流路４ｂの流路幅α１を形成する状態、すなわち状態（ａ１）に示す状態において、流路４ｂはその流路断面積を最大とし、流量調整絞り弁１０１の流量が最大となる。なお、この流路４ｂの流路断面積が最大となる状態における流路４ｂの流路断面、すなわち流路幅α１となる流路４ｂの流路断面は、図７の状態（ａ２）において斜線で示される断面４ｂａによって示される。
【００２８】
また、この状態から弁体４を方向Ｐに回転させると、流路４ｂはその流路幅を連続的に減少する。さらに、状態（ｂ１）に示す状態において、流路４ｂはその流路幅を幅α２として、その流路断面積を最小とし、流量調整絞り弁１０１の流量が最小となる。なお、状態（ｂ１）に示す状態は、弁孔１ａの部位１ａａにおいて弁体４と弁孔１ａとのシールが可能な状態で、弁体４を方向Ｐに最大限まで回転させた状態である。なお、この流路４ｂの流路断面積が最小となる状態における流路４ｂの流路断面、すなわち流路幅α２となる流路４ｂの流路断面は、図７の状態（ｂ２）において斜線で示される断面４ｂｂによって示される。
【００２９】
従って、弁体４は状態（ａ１）に示す状態及び状態（ｂ１）に示す状態の間において回転動作することによって、流路４ｂの開度が調整され、流量調整絞り弁１０１の流量が調整される。すなわち、弁体４が状態（ａ１）に示す状態から状態（ｂ１）に示す状態に向かって方向Ｐに回転されると、流路４ｂの流路断面積は最大値から最小値に向かって連続的になだらかに減少し、それに伴い流量調整絞り弁１０１の流量が最大値から最小値に向かって連続的になだらかに減少する。また、弁体４は、状態（ｂ１）に示す状態から状態（ａ１）に示す状態に向かって方向Ｑに回転されると、流路４ｂの流路断面積は最小値から最大値に向かって連続的になだらかに増加し、それに伴い流量調整絞り弁１０１の流量が最小値から最大値に向かって連続的になだらかに増加する。
また、弁体４を状態（ａ１）に示す状態から方向Ｑに回転させた場合も、流路４ｂの流路断面積及び流量調整絞り弁１０１の流量は同様に変化する。
【００３０】
このように、実施の形態１に係る流量調整絞り弁１０１は、流入路１ｂ及び流出路１ｃを有するボディ１と、ボディ１の内部において形成された弁孔１ａに収容され回転自在な弁体４であって、円柱部４ｃを有して円柱部４ｃの円周方向に回転する弁体とを備える。弁体４及び弁孔１ａは流路４ｂを形成すると共に、流路４ｂ、流入路１ｂ及び流出路１ｃは流体通路を形成し、流入路１ｂ及び流出路１ｃの少なくとも一方は、弁孔１ａのうち弁体４の円柱部４ｃに対応する位置に連通する。さらに、弁体４が回転して流路４ｂの流路断面積が変更されることで、流路４ｂ、流入路１ｂ及び流出路１ｃからなる流体通路の開度が調整される。また、流量調整絞り弁１０１は、ボディ１の内部に設けられ、圧電素子部１１，１２を有する振動アクチュエータ１０であって、弁体４に当接する凸部１０ｂａを有すると共に、圧電素子部１１，１２の振動により弁体４を回転させる振動アクチュエータ１０をさらに備える。
【００３１】
また、振動アクチュエータ１０は、ボディ１の内部に弁体４と共に収容される。これによって、ボディ１の外部に露出しない弁体４には、ボディ１との間にシールが不要となる。よって、弁体４の回転部分に回転動作の抵抗となる部材が設けられないため、弁体４を回転動作させる駆動力を低減することができ、駆動力の小さい小型の振動アクチュエータ１０によっても弁体４を回転動作させることが可能である。従って、流量調整絞り弁１０１は小型化を図ることを可能にする。
【００３２】
また、弁体４の回転部分にシールを不要とする構成により、流量調整絞り弁１０１におけるシール構造は固定シールであるシール材３及びキャップ８によるものでよく、シール構造を簡易とする共に、流量調整絞り弁１０１の外部への流体の漏れを容易に防ぐことが可能になる。
また、振動アクチュエータ１０は、磁場を発生しない。そのため、弁体４の駆動機構として振動アクチュエータ１０を使用することにより、流量調整絞り弁１０１は、磁場の影響を受けやすい電子機器と一体とすることが可能であり、例えば、流量調整絞り弁１０１の制御装置と組み合わせることができ、さらなる小型化を図ることが可能になる。
【００３３】
また、振動アクチュエータ１０の停止時において、振動アクチュエータ１０の先端ピース１０ｂの凸部１０ｂａがバネ７によって弁体４に押し付けられるため、弁体４は固定される。よって、弁体４の状態維持、すなわち流量維持のために保持電力等を必要としないため、流量調整絞り弁１０１の消費電力を低減することが可能になる。
また、弁体４のＶ字状溝４ａは、弁体４の回転中心軸に対して垂直な面、すなわち水平方向の面に関して対称な三角形状の断面形状を有する。よって、Ｖ字状溝４ａにかかる流体の圧力は、上下方向で相殺されるため、弁体４は流体の圧力によって上下方向に力を受けず、ボディ１又は蓋部２に上下方向に押し付けられることがない。すなわち、弁体４は圧力バランス形状を有している。従って、流体の圧力の大きさによって弁体４を回転動作させる駆動力が影響を受けないため、高圧流体の流通時においても、小さい駆動力による弁体４の回転動作を可能にする。よって、駆動力の小さい小型の振動アクチュエータ１０の使用を可能とするため、流量調整絞り弁１０１のさらなる小型化を図ることができる。
【００３４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る流量調整絞り弁１０２は、図８に示すように、実施の形態１の流量調整絞り弁１０１に対して、弁体４を回転させる振動アクチュエータ１０の構造を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
まず、図８及び９を使用して、流量調整絞り弁１０２の振動アクチュエータ２０の構造を示す。
図９を参照すると、振動アクチュエータ２０は、平板状をした１つの圧電素子板２０ｂを備える。圧電素子板２０ｂの上面には、４つの同形状をした矩形状の電極板２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが格子状に貼り付けられている。
さらに、電極板２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、配線２０ａ（図８参照）によって駆動装置９（図８参照）に電気的に接続されている。この４つの電極板２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを市松模様に交流電圧を印加すると、その周波数に共振し縦方向共振運動と横方向共振運動が合成され、圧電素子板２０ｂの先端のフィンガーチップ２０ｃは、ｘｚ面内の楕円運動を行う。
このとき、振動アクチュエータ２０はバネ７によって弁体４に対して予圧力を付与されているため、楕円運動するフィンガーチップ２０ｃは、実施の形態１の凸部１０ｂａと同様に弁体４を引っ掻くようにしてｙ軸回りとなる方向に回転させる。（図８参照）
【００３６】
また、この発明の実施の形態２に係る流量調整絞り弁１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態２における流量調整絞り弁１０２において、上記実施の形態１の流量調整絞り弁１０１と同様な効果が得られる。
【００３７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁１０３は、実施の形態１の流量調整絞り弁１０１に対して、弁体４の構造を変更したものである。
まず、図１０及び１１を使用して、この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁１０３の構成を示す。
図１０を参照すると、流量調整絞り弁１０３は、実施の形態１と同様にして、そのボディ３１において、弁孔３１ａ及び振動アクチュエータ１０を収納する凹部３１ｄが形成されている。なお、弁孔３１ａは、凹部３１ｄの底部と同じ位置から上方側においてその内径が拡径された拡径部３１ａａと拡径していない円柱部３１ａｂとを有している。
【００３８】
さらに、図１１を参照すると、ボディ３１には、弁孔３１ａをボディ３１の外部に連通する流入路３１ｂ及び流出路３１ｃが形成されている。流入路３１ｂは、弁孔３１ａの底面に設けられている。一方、流出路３１ｃは、弁孔３１ａの底部付近（図１０参照）に設けられている。流入路３１ｂは流入路３１ｂの中心軸が弁孔３１ａの中心軸と同軸になるように配置されている。一方、流出路３１ｃは流出路３１ｃの中心軸が弁孔３１ａの中心軸に対して垂直に交わるように配置されている。
【００３９】
また、図１０に戻り、弁孔３１ａ内には、弁孔３１ａの内周面に整合するような円柱形状をした弁体３４が回転自在に挿入されている。なお、弁体３４は、弁孔３１ａの円柱部３１ａｂに整合する円柱部３４ｃ、及び弁孔３１ａの拡径部３１ａａに整合する拡径部３４ｄを有している。さらに、弁体３４は、その下端から斜め上方に延びる斜端面３４ａにおいて下端部が切断されたような形状を有している。また、弁体３４には、弁体３４の回転中心軸の位置に沿って弁体３４を鉛直方向に貫通する連通路である貫通孔３４ｆが形成されている。すなわち、貫通孔３４ｆは、弁体３４の下端面である斜端面３４ａと上端面である対向端面３４ｅとを連通する。また、斜端面３４ａ及び弁孔３１ａによって、流入路３１ｂ及び流出路３１ｃを連通する流路３４ｂが形成されている。
【００４０】
また、ボディ３１を上側から閉じる蓋部３２の下面には、円柱形状をした凹部３２ａが形成されている。なお、凹部３２ａは弁孔３１ａに対向し、拡径していない弁孔３１ａの円柱部３１ａｂと同径になっている。凹部３２ａ及び弁孔３１ａの拡径部３１ａａは、弁体３４の拡径部３４ｄを上下方向に拘束している。さらに、凹部３２ａは、流路３４ｂと同じ容積で形成されており、弁体３４の貫通孔３４ｆによって流路３４ｂに連通する。
【００４１】
ここで、流入路３１ｂから流路３４ｂに流入する流体の圧力により、弁体３４は上方に押し上げられる力を受ける。また、流路３４ｂに流入した流体は貫通孔３４ｆを通って凹部３２ａにも流入し、凹部３２ａに流入した流体の圧力によって、弁体３４は下方に押し下げられる力を受ける。これら２つの力によって弁体３４に作用する上下方向の力はバランスがとられているため、弁体３４は蓋部３２又は弁孔３１ａの拡径部３１ａａに上下方向に押し付けられることがなく、流体の圧力によりその回転動作に影響を受けない。
また、この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁１０３のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４２】
次に、図１０及び１１を使用して、この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁１０３の動作を示す。
図１１を参照して、気体又は液体による流体は、流量調整絞り弁１０３に対して、流入路３１ｂより流入し、流路３４ｂを通過して、流出路３１ｃより流出される。
さらに、図１０を参照すると流量調整絞り弁１０３の流量を調整し所定の流量とする際、実施の形態１と同様にして、駆動装置９により作動及び停止する振動アクチュエータ１０の振動によって、弁体３４は方向Ｐ又はＱ（図１１参照）に所定の回転角度だけ回転される。
ここで、図１０に示す状態においては、流出路３１ｃの弁孔３１ａに対する流出開口３１ｃａは弁体３４の斜端面３４ａ部によってその一部が塞がれており、流出開口３１ｃａのうちで斜端面３４ａによって規制され流路３４ｂに開口する流出部３１ｃｂが、流路３４ｂから流出路３１ｃへの有効な流出口となっている。
【００４３】
例えば、弁体３４が図１１において、図１０及び１１に示す状態から方向Ｑに回転すると、流出部３１ｃｂの面積は連続的に減少し、さらに回転が進むと流出部３１ｃｂの面積は０となり、流出開口３１ｃａは弁体３４によって完全に塞がれる。そして、流出部３１ｃｂの断面積が０になると流路３４ｂの流路断面積も０となる。
また、さらにこの状態から、弁体３４を反対方向となる方向Ｐに回転させると、流出部３１ｃｂの断面積と共に流路３４ｂの流路断面積が増加し、図１１に示す状態に戻る。
一方、図１１に示す状態から方向Ｐに弁体３４を回転させると、流路３４ｂの流路断面積はさらに増加し、流出部３１ｃｂの断面積が流出開口３１ｃａに一致すると最大流量になる。
従って、流量調整絞り弁１０３は、弁体３４を回転させることにより、流路３４ｂの流路断面積、すなわち流量調整絞り弁１０３の流量を最大流量の状態〜０まで変化させる。
また、この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁１０３のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
このように、実施の形態３における流量調整絞り弁１０３において、上記実施の形態１の流量調整絞り弁１０１と同様な効果が得られる。
また、弁体３４の対向端面３４ｅ及び斜端面３４ａにかかる流体の圧力は、上下方向で相殺されるため、弁体３４は流体の圧力によって上下方向に力を受けず、ボディ３１又は蓋部３２に上下方向に押し付けられることがない。よって、流体の圧力の大きさによって弁体３４を回転動作させる駆動力は影響を受けない。従って、高圧流体の流通時においても、小さい駆動力による弁体３４の回転動作を可能にする。すなわち、駆動力の小さい小型の振動アクチュエータ１０の使用を可能とするため、流量調整絞り弁１０３のさらなる小型化を図ることができる。
【００４５】
また、他の実施の形態として、実施の形態１の流量調整絞り弁１０１において、Ｖ字状溝４ａが形成された弁体４を、弁体の回転中心軸に対して垂直な方向である水平方向の貫通孔を有する弁体としてもよい。この貫通孔は、流入路１ｂを流出路１ｃに連通するものであり、弁体が回転することにより貫通孔と流入路１ｂ及び流出路１ｃとの連通部の面積を変化させ、流量調整絞り弁を流通する流体の流量を変化させるものである。
また、実施の形態３においては斜端面３４ａを設けた弁体３４を用いたが、斜端面３４ａを設けずに弁体３４の下端を弁孔３１ａの底面まで伸ばし、流入路３１ｂに対応する位置に回転軸と同軸になるような軸方向通路と、軸方向通路と流出路３１ｃを連通する連通路を設けてもよい。この場合、弁体が回転することにより連通路と流出路３１ｃの連通する面積が変化し、流体の流量を変化させることができる。
【００４６】
また、実施の形態１〜３においては経路１ｅ，３１ｅは凹部１ｄ，３１ｄから−ｙ軸方向へ伸びた後、−ｚ軸方向へ伸びてボディ１，３１の外部へつながるように形成されていたが、凹部１ｄ，３１ｄからｘ軸または−ｘ軸方向へ伸びた後、−ｚ軸方向へ伸びてボディ１，３１の外部へつながるように形成しても良い。また、経路１ｅ、３１ｅ内を通る配線のシールはキャップ８以外にも、接着剤・シール材等を用いても良い。
また、実施の形態１，３において当接部としての凸部１０ｂａは円柱部としての円柱部４ｃに当接することで弁体４を回転させたが、当接する部分は円柱部に限らず、弁体４のどこでも良い。
また、当接部としての凸部１０ｂａ、フィンガーチップ２０ｃは楕円運動をさせたが、弁体を回転させる振動であればよい。楕円運動もｘｚ面内に限らず、ｙ軸成分を持った運動でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る流量調整絞り弁の構成を示す断面側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図４】図３の振動アクチュエータの圧電素子に係る構成を示す部分断面図である。
【図５】図３の振動アクチュエータで用いられた圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面の模式図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面の模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る流量調整絞り弁の構成を示す断面側面図である。
【図９】図８の振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る流量調整絞り弁の構成を示す断面側面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，３１  ボディ、１ｂ，３１ｂ  流入路（流体通路）、１ｃ，３１ｃ  流出路（流体通路）、４，３４  弁体、７  バネ（弾性部材）、４ａ  Ｖ字状溝（溝部）、４ｂ，３４ｂ  流路（流体通路）、４ｃ，３４ｃ  円柱部、１０，２０  振動アクチュエータ、１０ｂａ  凸部（当接部）、１１，１２            圧電素子部（圧電素子）、２０ｃ  フィンガーチップ（当接部）、２１，２２，２３，２４  圧電素子部（圧電素子）、３４ａ  斜端面、３４ｆ  貫通孔（連通路）、３４ｅ  対向端面、１０１，１０２，１０３  流量調整絞り弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005092891.tif 000007
【図７】
0005092891.tif 000008
【図８】
0005092891.tif 000009
【図９】
0005092891.tif 000010
【図１０】
0005092891.tif 000011
【図１１】
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