JP2000508043A - 圧電アクチベータ作動の制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、弁要素（１０）を作動させるために、制御弁の作用に悪影響を及ぼす潜在的熱膨張を補償するように作動する二つの圧電レギュレータ（１２，１４）を有する制御弁に関し、レギュレータ（１２，１４）はその一端で支持面（１６）に支えられ、少なくとも一方のレギュレータ（１４）は制御弁の固定要素（２２）に支えられてそれと支持面（１６）との間に配置され、他方のレギュレータ（１２）は弁要素（１０）を有する。支持面（１６）は弾性を有する可撓性コネクタ（２０）を介して制御弁の固定部分（２２）に接続され、コネクタ（２０）はレギュレータ（１２，１４）を取り囲み、圧電レギュレータ（１２，１４）はその分極方向を弁要素（１０）の作動方向と平行にして配列されているので、あらゆる妨害要因に影響されずに高い信頼性を以て作動する制御弁が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電アクチベータ作動の制御弁 本発明は、弁要素を作動させるための少なくとも二つの圧電レギュレータ要素 を有する制御弁に関し、これら二つの要素は潜在的な熱膨張を相互に独立して補 償し合って、これが制御弁の操作に及ぼす悪影響を除くように構成され、第１の レギュレータ要素はその一端を支持面に支えられ、これらレギュレータ要素の少 なくとも一方はその一端を制御弁の固定要素に支えられると共に、制御弁と前記 支持面との間に配置され、他方のレギュレータ要素は弁要素を有している。 ドイツ特許公報37 23 287 C2に記載されている制御弁は電気的に作動可能であ り、流体の流れの制御用に使用されている。この制御弁は、一つのハウジングと 、このハウジングに取り囲まれた圧電的に作動する材料で作られた二つのレギュ レータ要素と、接続電極とを具え、このレギュレータ要素は平行な接触表面を有 する回転対称体の形状をなし、ハウジングの適宜な形状の中空空間内に密着嵌入 され、その被覆表面によってシールされている。一方のレギュレータ要素は外部 環状体で構成され、他方のレギュレータ要素は内部円盤体で構成され、第１レギ ュレータ要素の中に嵌合してこれにシールされている。これらのレギュレータ要 素の電気特性は、円盤体が収縮し環状体が膨張することによって、張力下で円盤 体と環状体とが作用し合って流体漏洩間隙を形成するように選ばれており、環状 体は湾曲可能にその外周面に沿ってシールされて支持されている。 この公知の構成によれば、簡単な弁の構成によって、環境温度の変化に無関係 に大量の流体通過を制御することが可能である。非常 に大きな力の下で、圧電アクチベータは基本的に非常に小さい調整通路しか形成 せず、一方、この問題を解決するのに使用される調整通路増大手段はかなりの力 で操作する必要があり、圧電積層体の高い剛性が失われると共に、システムの動 特性がかなり損なわれる。その結果、ドイツ特許公報37 23 287 C2に記載されて いるような、流体を通過させるために圧電レギュレータ要素によって直接的に間 隙を形成するやり方は、大量の流体からなる主流体流に直接的に影響を与えるに は好ましくない。圧電アクチベータの元々小さい変位は、これらの要素の機械的 誤差、摩擦、熱膨張、締め付け力又は静圧による力等の影響によって更に悪影響 を受け、このタイプの公知の弁の作動確実性を減少させる。 同じことは、ドイツ特許公報42 20 177 A1に記載された制御弁についても当て はまる。ここには、二つの圧電トランスレータを具えた駆動装置が開示され、こ れらのトランスレータは制御弁のベース体と弁要素の制御用操作レバーとの間に 互いに平行でない操作方向に挿入され、操作の際にこれらのトランスレータが、 ベース体と操作レバーとに比べて、操作レバーの旋回軸に平行な軸を中心に動き 得るように構成されている。実際に、この装置は、温度変化に起因する非電気的 膨張の影響に限ってこれを補償する。積層体の形の両方の圧電レギュレータ要素 において同様であり、作動確実性を維持しつつすべてのタイプの妨害の影響を克 服することはできず、大量の流体を確実に制御することはできない。 ドイツ特許公報31 16 687 Aに記載されているように、このタイプの制御弁で は、支持面に支えられた二つの圧電アクチベータ積層体が使用され、この公知の 制御弁における熱膨張を補償するように構成されている。この構成においては、 等方性熱膨張は補償できるが、圧電アクチベータや積層アクチベータにおいて古 くから知られ ている非常に特異な異方性膨張（熱効果[pyroeffect]）は補償できない。更に、 これに対応して作動中における好ましくないレギュレータ要素の発熱が生じ、前 記熱膨張の補償を妨げる。 流体弁の操作や制御の分野では、形状、寸法が電圧の印加によって変化する圧 電レギュレータ又はトランスレータも公知である。これは、特に、特殊なセラミ ック円盤又はプレートの逆圧電効果によって得られ、分極方向に存在する電界に よってセラミック円盤やプレートの長さ方向の変化が生じる。電極から離した複 数のセラミック円盤やプレートを一列に並べることによって、これに対応する大 きな長さ方向の変化を得ることができる。 こうした現状の技術レベルから出発して、本発明の目的は、作動の際に如何な る妨害効果の影響も受けずに確実に作動する圧電レギュレータを具えた制御弁を 提供することにあり、該制御弁は良好な冷却特性を有し、特に多通路弁等の弁を 制御するサーボ弁として、又は高級絞り弁や蝶型弁として好適である。この目的 は、請求の範囲第１項に記載の特徴部分を有する制御弁によって達成される。 請求の範囲第１項によれば、支持面は弾性を有する可撓性コネクタ部材を介し て制御弁の固定要素に接続され、前記コネクタ部材は半径方向にレギュレータ要 素を取り囲んで配置され、この圧電レギュレータ要素は弁要素の作動方向に平行 にその分極方向に配向され、前記コネクタ部材は一種の弾性スプリングとして機 能して、広範囲の妨害の影響を補償し、一方、同じコネクタ部材は圧電レギュレ ータ要素の制御損失のための冷却面を形成し、少なくとも一方のレギュレータ要 素に対して機械的プレストレスを与え、これらの弁要素の静摩擦を同時に低下さ せて潜在的締め付け力を補償すると共に、レギュレータ要素の潜在熱膨張を補償 し、これらは弁要素によって制御可能である。こうして、圧電レギュレータ要素 の強力な冷却 が可能となる。 分極された圧電アクチベータを使用すれば、作動要素の等方性熱膨張を補償す るだけでなく、作動要素の積層体によって非常に明瞭に規定される異方性膨張− 熱効果も補償する。本発明の構成によれば、圧電レギュレータ要素が非励起状態 にある場合、たとえ温度や油圧等の妨害の影響があったとしても弁要素と圧電レ ギュレータとの間及び弁要素とその座との間に、殆ど力が掛からない状態での密 着が得られる。共通の支持面及び弾性コネクタ部材を介しての制御弁との接続に より、一方のレギュレータ要素は確実に密着し、第２のレギュレータ要素は、圧 力だけが移転されるが損傷を与えるような牽引力や横方向の力は移転されないよ うに弁要素に接触したままに維持される。 この制御弁はモジュラーアタッチメントの形状を有し、従来型の弁や作動要素 に取付けられて制御を行う。本発明の装置によれば油圧発生装置が実現され、こ れによってレギュレータ通路とレギュレータ力が相互に完全に分離される。その 結果、この構成は純粋に力の補強手段として働き、この補強効果は作動要素、レ ギュレータ要素及び弁要素の表面積の比によって決められる。この制御弁によっ て制御されるべき弁によって予め決められた表面積の比は、同様に制御可能であ る。 本発明の制御弁の好適実施例においては、弁要素を有するレギュレータ要素は 、両レギュレータ要素の間に分離チャンバが形成されるように、その外周に沿っ て配置された隣接するレギュレータ要素に取り囲まれ、該分離チャンバには流体 を満たすことができる。流体を満たすことのできる分離チャンバによって、レギ ュレータ要素を冷却するためのもう一つの可能性が得られ、これらの部材の間に は機械的な取り外し手段が設けられ、熱膨張を完全に補償すること ができる。 本発明の制御弁の特に好ましい実施例においては、コネクタ部材が波型チュー ブであり、その一端はレギュレータ要素に対する支持面を有し、他端は固定要素 に接続され、波型チューブと隣接レギュレータ要素との間には流体を満たすこと のできるもう一つの分離チャンバが形成されている。このコネクタ部材は弾性を 有する可撓性の波型チューブの形をなし、コネクタ部材として必要なスプリング 特性を持つ。流体を満たすことのできる形成されたこの他方の分離チャンバは、 同様に制御弁の冷却に役立ち、この結果、作動の際に圧電素子の強力な冷却が可 能となる。 レギュレータ要素がその端部を支持面の反対側に向け、固定要素及び／又は弁 要素の分極接触面に接触している場合、圧電アクチベータ積層体の形の両レギュ レータ要素のための完全に平坦な接触面が形成される。分極接触面は、レギュレ ータ要素の作動通路に関して精密に規定可能な基準平面を形成し、一種の「作業 点」が位置決めされ、これは一定の電界を介して少なくとも一方のレギュレータ 要素に対して調整可能である。更に、すべての製造許容誤差がこれら二つの分極 工程によって補償される。 本発明の制御弁の別の好適実施例においては、すべてのレギュレータ要素は、 同一の作動方向特に膨張方向を持つと共に、同一の異方性膨張行動を有し、これ によって波型チューブによって予備付勢されたレギュレータ要素は機械的に振動 する。すべての圧電レギュレータ要素は同じ作動方向を有しているので、これら の要素を計算によって容易に配置し、そのパワーを簡単なやり方で制御すること ができ、そのためには、最大制御張力、弾性モジュラス及び熱膨張を知る必要が ある。予備付勢されたレギュレータ要素を小さな交流電界によって機械的に振動 させると、この振動は流体に伝えられ、 その結果、弁の狭い制御間隙に汚れが付着することがなく、そして沈殿物は溶解 される。 本発明の制御弁の特に好ましい実施例においては、弁要素は固定要素の内部に 弁座を有し、これは密着接続部を介して変形可能且つ可動に固定要素に接続され ている。弁要素を介してレギュレータ要素に伝達される力であって、このレギュ レータ要素を不都合に変形させるのに充分な力は、レギュレータ要素に悪影響を 与えることなく、前記固定要素カプリングを介して制御弁の固定構造要素に伝達 される。更に、弁の作業プロセスにおける静水圧の影響を補償することができ、 これは従来のパワー装置では不可能である。固定体カプリングは、制御弁の固定 要素の内部に設けられた環状切り込みによって得られる。 この制御弁が従来型の弁や弁装置に取付けられる場合、弁要素はサーボコーン の形状をなしていることが好ましく、これが開放位置にある場合に、弁のサーボ チャンバと無圧接続部特にタンク（reservoir）接続部との間、及びサーボチャ ンバと制御弁の二つの分離チャンバとの間における流体搬送通路が形成される。 サーボチャンバを設けることによって、レギュレータ要素によってサーボコーン を僅かに動かすだけで非常に大きい流体の流れを生じることができる。 この制御弁は、多通路弁特に多通路スライドバルブに使用することが好ましく 、この制御弁要素は多通路スライドバルブのバルブスライド上で作動し、該多通 路弁は圧力搬送接続部と制御弁の間に流体搬送接続部を形成し、バルブスライド の設定位置に応じて、多通路弁のハウジングの内部の複数の流体搬送接続部を相 互に接続し、又は相互に分離する。多通路弁特に多通路スライドバルブは、ピス トンがハウジングのボアホールに可動に配置された弁であり、ハウ ジング内部の環状チャンバをその制御運動によって分離・接続するように構成さ れている。従来型の多通路弁は、サーボピストン（パイロット弁）を有する磁気 的に制御されるサーボ弁を介して、又はノズル反射プレートシステム（サーボ弁 ）を駆動するトルクモータによって制御されるサーボコントロール手段によって アクセス可能である。サーボ弁として作動する本発明の制御弁によって、多通路 弁のピストンの制御手段は非常に高速で作動することができる。 この多通路弁の好適実施例においては、バルブスライドは中央通路を有し、該 通路は圧力ポンプと接続可能で流体を搬送可能であると共にダイアフラム即ち狭 窄部を有し、該ダイアフラムは制御弁の少なくとも一つのサーボチャンバに開い ている。このようにして、流体は、中央通路とダイアフラム即ち狭窄部を通じて 多通路弁の圧力ラインから出てサーボチャンバに入り、ピストンの推進運動を助 ける。 この多通路弁の好適実施例においては、バルブスライドの両端にレギュレータ 弁が設けられ、弁要素と該バルブスライドの端との間に力又はパワー蓄積器が設 けられ、この多通路弁が作動していない場合に二つの蓄積器がバルブスライドを 不作動位置即ち中間位置に保持する。このようにして、スライドの運動の両方向 において、この多通路弁は制御弁によって制御可能である。しかし、一つだけの 制御弁によって一方の側だけの多通路弁を制御を行うことも可能である。 本発明の制御弁の好ましい実施例においては、弁開放用の一方のレギュレータ 要素と弁閉鎖用の他方のレギュレータ要素が、電圧の印加によって作動可能であ る。この場合、個々の圧電レギュレータ要素の間の電気的負荷が始動又は復帰運 動と交換されるので、レギュレータ通路が二重に設けられ、電気的効率が向上す る。 本発明の制御弁の他の好適実施例においては、作動したレギュレータ要素が、 作動していない他方のレギュレータ要素のポンプ接続部と制御接続部との間の流 体搬送接続部を開き、逆作動によってこの接続部が閉ざされ、制御接続部とタン クとの間の流体搬送接続部が開く。この実施例においては、制御潤滑油を使用せ ずに、制御出力に所定の圧力を保持することができる。 図面を参照して本発明の制御弁を詳細に説明する。 図１は、二つの制御弁が両端に取付けられた多通路スライドバルブの長手方向 断面図である。 図２は、制御弁の一実施例の基本的構成を示す。 図３は、制御弁の他の実施例の基本的構成を示す。 弁要素１０を作動させるために、図１の制御弁は、制御弁の作用に悪影響を与 える潜在的熱膨張を補償するように互いに独立して作動する二つの圧電レギュレ ータ要素１２，１４を有している。各レギュレータ要素１２，１４は、その一端 を固体の基板１８の一部をなす支持面１６上に支えられ、波型チューブ２０の形 をした弾性を有する可撓性コネクタ部材を介して制御弁の固定要素２２に接続さ れている。該固定要素は、制御弁を符号２４で示されている制御対象の弁ユニッ トにねじ込み接続する役目を有する。波型チューブ２０はレギュレータ要素１２ ，１４を外側から取り囲み、外側のレギュレータ要素１４は制御弁の固定要素２ ２に支えられている。更に、レギュレータ要素１４は長さ方向に支持面１６と固 定要素２２によって形成された接触面２６との間に延在している。レギュレータ 要素１２は他方のレギュレータ要素の内部とコネクタ部材２０の内部とを自由に 動くことができ、弁要素１０によって形成された接触面２８に一端を支えられて いる。制御弁が不作動位置を占めている場合に、圧縮スプリングの形をしたパワ ー蓄積器３０が、固定要素 ２２に形成された弁座３２に弁要素１０を保持している。 弁要素１０と連携して作動するレギュレータ要素１２はその外周を隣り合うレ ギュレータ要素１４に取り囲まれ、両レギュレータ要素１２，１４の間を通って 流体で満たすことのできる第１分離チャンバ３４が形成される。波型チューブ２ ０は外側のレギュレータ要素１４を取り囲み、一端にレギュレータ要素１２，１ ４用の接触面１６を有し、他端は固定要素２２に接続されている。外側レギュレ ータ要素１４は、流体で満たすことのできる第２の分離チャンバ３６が半径方向 に若干の距離を隔てて形成されるように配置されている。固定要素２２又は弁要 素１０の接触面２６，２８は分極され、一種の基準面を形成している。使用され る両レギュレータ要素１２，１４は、基板１８に導かれた接続ライン３８に電力 が供給されると、膨張して同じ方向に作動するように配置されている。その後、 使用される両レギュレータ要素１２，１４は同じ膨張係数にわたって配置され、 交流電圧が印加されると少なくとも外側レギュレータ要素１４はこれに対応する 機械的振動を生じる。 固定要素２２によって形成された弁座３２と連携する弁要素１０は、その閉鎖 位置において、可撓性を維持しながら密着カプリング４０上を可動に固定要素２ ２の弁座３２に密着する。密着カプリング４０のために、固定部２２はそのフラ ンジ拡大部分に環状切り込み４２を有する。該切り込みはその一方の側で第２分 離チャンバ３６内に開き、固定要素２２の残りの部分の材料断面を脆弱にして、 弁要素１０による弁座３２の回動が密着カプリング４０の残りの材料断面を中心 として起こり易くしている。制御弁のすべての可動要素は回転対称形状をなし、 レギュレータ要素１２，１４は円筒体を形成していることが望ましい。しかし、 正方形断面でもよく、特に外側レギュレータ要素１４は複数の別々の棒材で構成 してもよい。 特にこの図に示すように、弁要素１０はサーボコーン(servo-cone)として構成 されており、その両端は円錐状に拡大し、図示しない開放位置において、弁のサ ーボチャンバ４４と無圧接続部特にタンク接続部Ｔとの間及びサーボチャンバ４ ４と二つの分離チャンバ３４，３６との間に流体搬送接続部を形成する。サーボ チャンバ４４は制御弁と連携し、従来型の弁ユニット上にモジュールの構造要素 としてねじ固定される。しかし、図示の場合には、サーボチャンバは全体として 符号２４で示された弁ユニットの一要素を構成している。サーボコーンが円錐構 造をなしているので、調整運動が小さくても比較的大きい自由開放断面が得られ 、流体の主流の制御が可能となる。 横方向通路４６はサーボチャンバ４４と無圧接続部Ｔとの間に流体搬送接続部 を形成し、流体を搬送する環状切り込み４２を通り、弁ユニット２４の端部の方 に曲がり、固定要素２２で開いて大気中に出る。 横方向通路４６をタンクラインＴ及びこれと同様なサーボチャンバ４４におけ る弁要素１０とのシール接続点に接続させるために、従来型の遮断シール４８が 設けられている。サーボコーンの受けスピンドル上に、制御弁の方を向いた圧縮 スプリング３０の端部が支持されている。サーボコーン、圧縮スプリング３０及 び制御用圧電要素である内側レギュレータ要素１２は直接被駆動シートバルブを 形成し、適宜な構成によって補助パワー機構の一要素となり、制御弁は流れの力 に対して補償される。 制御弁が開くと、流体即ち制御潤滑油がサーボチャンバ４４から放出され、横 方向通路４６を経てタンクラインＴに入り、二つの分離チャンバ３４と３６は流 体で満たされる。波型チューブ２０は一種のスプリングを形成し、レギュレータ 要素１２，１４中への制御 漏洩のための冷却表面を形成する。更に、波型チューブ２０は、振動圧電素子で ある外側レギュレータ要素１４の機械的予備付勢を行う。振動圧電素子１４を予 備付勢することによって、圧電素子１２，１４の潜在的熱膨張の補償と締め付け 力の補償が、固定体カプリング９の助けによって行われ、すべてのタイプの妨害 要因を解消して制御弁の作動確実性を保証し、種々の弁作用、特により多くの弁 ユニットの制御を行うことができる。このことを更に明らかにするために、多通 路弁特に多通路スライドバルブを有する制御弁の用法について次に詳細に述べる 。 図示の弁ユニット２４は多通路スライドバルブであるが、ここでは油圧、電気 、機械的な構造的に複雑な公知のサーボ機構は省略されている。棒状のバルブス ライド５０が多通路スライドバルブのハウジング５２のボアホールの中に延在し て長手方向に保持されている。バルブスライド５０は、四つのバルブスライド５ ４を有し、これらはバルブロッド５６に比べて大きな直径を有し、ハウジングの ボアホールに精密に嵌合して長手方向に移動可能となっている。小径のバルブロ ッド５６は、図に示すように、弁ユニット２４が不作動位置に設定されている場 合には開放チャンバを形成し、これによって接続部Ｔ，Ａ，Ｐ及びＢを開放する 。ここでＴはタンク接続部であり、Ｐは圧力ポンプ接続部であり、ＡとＢはユー ザー接続部でる。バルブロッド５６の中央の長手方向には中央通路５８が設けら れ、孔６０を通ってポンプＰへの圧力搬送流体接続部となっている。バルブスラ イド５０の端部で、中央通路５８はバルブロッド５６を出て、その開放直径断面 に設けられたダイアフラム６２によって狭くなっている。圧縮スプリング３０は 、サーボコーンと反対側の端部で、スライドバルブ５０と連携する保持プレート ６４に支持されている。該保持プレート６４は、バルブロッド５６を有するハ ウジングのボアホールと反対側の領域に大きな断面を有している。スプリングの 他方の端部は、バルブハウジングの外側でバルブロッド５６に支持されている。 バルブスライド５０が左から右に移動すると、保持プレート６４は、隣接するバ ルブスライド５４の基準側面に沿ってそれと同方向に導かれ、ハウジングの座か ら持ち上げられるので、圧縮スプリング３０は付勢される。 理解を助けるために、本発明の制御弁を、全体として符号２４で示された弁ユ ニット型の多通路スライドバルブに使用した例について詳しく述べる。不作動位 置において、左右に取付けられた制御弁の二つのスプリング３０は、バルブスラ イド５０を図示のように中央位置に保持する。それぞれが制御弁ユニットである 振動圧電素子１４と制御圧電素子１２は、弁ユニット２４に対面する両端が一つ の同一基準平面にあるように機械加工されている。スプリング３０による一方の 制御弁の制御圧電素子１２の機械的予備付勢は、波型チューブ２０と固体カプリ ング４０によって振動圧電素子１４にも同じ予備付勢を与える。振動圧電素子１ ４と制御圧電素子１２の平坦性即ち平面性によって作業点が得られ、それは振動 圧電素子１４に印加される一定の電界によって調節可能である。 ポンプが作動すると、供給部Ｐは流体で満たされ、流体と圧力を搬送し、バル ブスライド５０に設けられた二つの端部供給ダイアフラム６２を経て、サーボチ ャンバ４４は圧縮潤滑油で満たされ、サーボコーン１０を弁座３２に押し付ける 。両サーボチャンバ４４は圧縮潤滑油の作用を受けるので、バルブスライド５０ の接触側面には圧力の差は生ぜず、圧力下にあっても中央位置に保たれる。サー ボコーン１０を介して、もし固体カプリング４０が無ければ制御圧電素子１２は 変形するであろう力が、制御圧電素子１２に作用し、ベースプレート１８に伝わ り、波型チューブ２０に伝わる。これに よって、当然に振動圧電素子１４と制御弁の固定要素２２との間の密着が緩む。 しかし、これは前述の固体カプリング４０によって防がれる。振動圧電素子１４ と制御圧電素子１２は同じ材料で作られ、同じ作用特性を有するので、かなりの 熱膨張が生じても、制御圧電素子１２の好ましくない持ち上がりは起こらない。 振動圧電素子１４が小さな交流電界によって機械振動すると、この振動は、固定 要素２２、サーボコーン１０及び圧縮スプリング３０を経てバルブスライドピス トン５０に伝達され、弁ユニット２４の両端に設けられた振動圧電素子の位相逆 転制御部によって、バルブスライド５０は振動せしめられ、ハウジングの壁面５ ２に対するバルブスライド５０の潜在的接着が除去され、所定の長手方向運動が 停滞することなく行われる。 バルブスライド５０を図示の中央位置から左方に動かす場合には、接続されて いる流体ポンプの強力をストロークを得るために、図の左側の制御圧電素子１２ に電圧が印加される。この圧電積層体は振動圧電素子１４に比して約１００μｇ （？）伸長し、サーボコーンをバルブスライド５０の方向に動かす。すると、サ ーボコーン１０の弁座３２上に環状間隙が現れ、その大きさは、最大でダイアフ ラム６２の開放寸法の１０倍に達する。こうして、左側のサーボチャンバ４４内 で、元のサーボ圧力の約５％の圧力低下が生じる。すると、中央通路５８の右側 では制御潤滑油がダイアフラム６２からサーボチャンバ４４内に放出され、左側 では制御潤滑油が横方向通路４６を経て無圧タンク接続部Ｔに供給されるので、 バルブスライド５０に圧力差が生じる。その結果、バルブスライド５０が接触す るか、又は制御圧電素子１２が前記環状間隙を再び閉じるまで、スライドは図で 左方に移動する。バルブスライド５０が左方に動くと、ポンプ接続部Ｐはユーザ ー接続部Ａに接続し、逆に動くと、ポン プ接続部Ｐはユーザー接続部Ｂに接続する。 バルブスライドが所望の作業位置に到達すると、流れ力、ユーザーからのフィ ードバック等の主流体流の残りの調整力は、両端から弁ユニット２４に付与され る必要がある。このために、バルブスライド５０に圧力差が生じて、それが必要 な調整力にその開放接触面積を掛けた値と等しくなるまで、弁要素１０の環状間 隙は閉鎖される。この力は、圧力搬送ラインＰ内の圧力及び環状間隙の自由表面 とダイアフラム６２の自由表面との比にのみ依存している。 本発明の制御弁は、前述した及びその他の多くの弁用途に適したサーボ弁とし て使用される。複雑で高価であるにもかかわらず、必ずしも信頼性の高くない、 公知の電気−機械的、油圧的に作動するサーボ装置を省略することができる。 制御弁の二つの実施例について詳細に説明する。前記実施例で使用されたのと 同じ部品については同じ符号に１００を加えて示している。これらの部品につい ては前に述べたのと同じである。 図２に示す実施例においては、ポンプ接続部Ｐと制御接続部１４４が固定ハウ ジング要素１２２内に開いている。ポンプ接続部Ｐはダイアフラム１６２によっ てその径が小さくなっている。ポンプ接続部Ｐと制御接続部１４４の端部は、圧 縮スプリング１３０の形の力発生器を収容した通路チャンバ１６６内に開いてい る。圧縮スプリング１３０は、その両端でそれぞれ通路チャンバ１６６の限定壁 面とコーン状弁部材１１０とに支持され、この弁部材１１０を弁座１３２の閉鎖 位置に付勢している。弁部材又は弁要素１１０は、ポンプ接続部Ｐ、ダイアフラ ム１６２、通路チャンバ１６６及び制御接続部１４４を通る流体の流通方向を横 切って動く。 制御接続部１４４に平行にハウジング要素１２２内にタンク接続部Ｔが延在し 、流体を搬送して分離チャンバ１３４と１３６に開口 している。元の流体圧の１０％までの圧力低下をポンプラインＰに生じさせる狭 窄部即ちダイアフラム１６２を、タンクラインＴに設けてもよい。弁を閉じるた めに、圧電レギュレータ要素１１４が操作され、ベースプレート１１８を図２で 左方に動かし、これによってレギュレータ要素１１２を図で下方に動かし、これ に密着して設けられた弁要素１１０を液密閉鎖位置に移動させる。こうして、可 撓性の波型チューブ１２０が予備付勢される。図２に示すように、外側のレギュ レータ要素１１４は張力又は電圧を印加せずに保持され、張力又は電圧は接続ラ イン１３８を介して内側レギュレータ要素１１２に印加され、これによってレギ ュレータ要素１１２は伸長し、弁要素１１０は弁座１３２から持ち上がり、閉鎖 位置においてポンプ接続部Ｐと制御接続部１４４の間で行われていた流体搬送の 少なくとも一部が、タンク接続部Ｔに向けられる。この構成によって、二つのレ ギュレータ通路が得られ、個々の圧電レギュレータ要素１１２と１１４を作動さ せるのに必要な電力ラインをこれら二つの圧電素子の間で交替させて、この装置 の電気効率を高めることができる。 図３に示す制御弁の別の実施例においては、ポンプ接続部Ｐ、タンク接続部Ｔ 及び制御接続部２４４の三つの接続部が、固定ハウジング要素２２２に設けられ ている。ポンプ接続部Ｐは、固定ハウジング要素２２２を長手方向に貫通して設 けられ、その自由端を第１分離チャンバ２３４の弁座２３２の領域に開いている 。第１分離チャンバは第１レギュレータ要素２１２を取り囲んでいる。直角に捩 じると、制御接続部２４４とタンク接続部Ｔは弁座２３２から外れて第１分離チ ャンバ２３４内に開く。この場合、可撓性を有する弾性波型チューブ２２０が専 らパワー発生器２３０として機能し、レギュレータ要素に作用を及ぼす。この場 合、バルブプレートが、弁 要素２１０として、内側圧電レギュレータ要素２１２の端部に設けられている。 電圧又は張力が印加されないリラックス状態では、内側レギュレータ要素がポ ンプ接続部Ｐと制御接続部２４４との間の流体搬送を遮断している。外側レギュ レータ要素２１４は制御接続部２４４とタンク接続部Ｔとの間を遮断し、波型チ ューブスプリング２２０が閉鎖力を発生している。外側レギュレータ要素２１４ に電圧が印加されると、該要素は波型チューブスプリング２２０の作用方向と反 対方向に伸長し、内側レギュレータ要素２１２を持ち上げ、弁座２３２から弁要 素２１０を離す。この作用によって、ポンプ接続部Ｐと制御接続部２４４に達す る環状通路との間が接続される。この相互接続状態が図３に示されている。別の 操作をすれば、内側レギュレータ要素２１２が伸長し、制御接続部２４４がタン クＴから切り離される。この構成によれば、制御のために一定の圧力を得るのに 、制御潤滑油が不要となる。 本発明の制御弁又はレギュレータ弁機構によって、弁システムの多くの問題点 が解決される。これは汎用のサーボ弁として使用可能であるが、特に少量の流体 用の高級絞り弁又は蝶型弁として有用である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月３０日（１９９７．６．３０） 【補正内容】 請求の範囲 １．弁要素（１０，１１０，２１０）を作動させるために少なくとも２つの圧 電レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４，２１２，２１４）を有し、 該レギュレータ要素は制御弁の動作に悪影響を与える潜在的熱膨張を補償するよ うに相互に独立して作動し、圧電レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１ ４，２１２，２１４）は、その一端で支持面（１６，１１６，２１６）に支持さ れ、少なくとも一方のレギュレータ要素（１４，１１４，２１４）は、その分極 方向が弁要素（１０，１１０，２１０）の作動方向に平行になるように整列され 、制御弁の固定要素（２２，１２２，２２２）に支持されてこれらと支持面（１ ６，１１６，２１６）との間に配置されている制御弁であって、他方のレギュレ ータ要素（１２，１１２，２１２）が弁要素（１０，１１０，２１０）を有し、 支持面（１６，１１６，２１６）は弾性を有する可撓性コネクタ部材（２０，１ ２０，２２０）を介して制御弁の固定要素（２２，１２２，２２２）に接続され 、コネクタ部材（２０，１２０，２２０）はレギュレータ要素（１２，１４，１ １２，１１４，２１２，２１４）を取り囲んでいることを特徴とする制御弁。 ２．弁要素（１０，１１０，２１０）を有するレギュレータ要素（１２，１１ ２，２１２）がその外周を隣接するレギュレータ要素（１４，１１４，２１４） によって取り囲まれ、両方のレギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４， ２１２，２１４）の間に、その全長に沿って、流体を満たすことのできる分離チ ャンバ（３４，１３４，２３４）が形成されるように配置されていることを特徴 とする請求項１記載の制御弁。 ７．力蓄積器（３０，１３０）の作用方向に逆らって作動する少 なくとも一つのレギュレータ要素（１２，１１２）が、弁要素（１０，１１０） と連携作用を行い、及び／又は蓄積器（２３０）が弾性接続部材（２２０）の一 部としての形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記 載の制御弁。 ８．弁要素（１０，１１０）がサーボコーンであり、それが開放位置にある場 合には、サーボチャンバ（４４）又は弁の制御接続部（１４４）と無圧接続部特 にタンク接続部（Ｔ）との間、並びにサーボチャンバ（４４）又は制御接続部（ １４４）と二つの分離チャンバ（３４，３６，１３４，１３６）との間に流体搬 送接続が形成されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項記載の制御弁 。 １０．一方のレギュレータ要素（２１４）が作動すると不作動の他方のレギュ レータ要素（２１２）がポンプ接続部（Ｐ）と制御接続部（２４４）との間の流 体搬送接続を開放し、逆に作動するとこの接続が閉鎖されると共に、制御接続部 （２４４）とタンク（Ｔ）との間の流体接続が開放されることを特徴とする請求 項１〜８のいずれか１項記載の制御弁。 １１．請求項１〜７のいずれか１項記載の制御弁を１つ有する多通路弁であっ て、弁要素（１０）が多通路弁のバルブスライド（５０）に作用して、圧力搬送 接続部（Ｐ）と制御弁との間に流体搬送接続を形成し、多通路弁ハウジング（５ ２）の内部の複数の流体搬送接続部（Ａ，Ｂ）を、バルブスライド（５０）の位 置に応じて互いに接続させたり分離したりすることを特徴とする多通路弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁要素（１０，１１０，２１０）を作動させるために少なくとも二つの圧 電レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４，２１２，２１４）を有し、 該レギュレータ要素は制御弁の動作に悪影響を与える潜在的熱膨張を補償するよ うに相互に独立して作動し、レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４， ２１２，２１４）は、その一端で支持面（１６，１１６，２１６）に支持され、 少なくとも一方のレギュレータ要素（１４，１１４，２１４）は制御弁の固定要 素（２２，１２２，２２２）に支持されてこれらと支持面（１６，１１６，２１ ６）との間に配置され、他方のレギュレータ要素（１２，１１２，２１２）は弁 要素（１０，１１０，２１０）を有している、制御弁であって、支持面（１６， １１６，２１６）は弾性を有する可撓性コネクタ部材（２０，１２０，２２０） を介して制御弁の固定要素（２２，１２２，２２２）に接続され、コネクタ部材 （２０，１２０，２２０）はレギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４， ２１２，２１４）を取り囲み、圧電レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１ １４，２１２，２１４）は、弁要素（１０，１１０，２１０）の作動方向に平行 に分極して配列されていることを特徴とする制御弁。 ２．弁要素（１０，１１０，２１０）を有するレギュレータ要素（１２，１１ ２，２１２）がその外周を隣接するレギュレータ要素（１４，１１４，２１４） によって取り囲まれ、両方のレギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４， ２１２，２１４）の間に、その全長に沿って、流体を満たすことのできる分離チ ャンバ（３４，１３４，２３４）が形成されるように配置されていることを特徴 とする請求項１記載の制御弁。 ３．接続部材が波型チューブ（２０，１２０，２２０）であり、その一端には レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４，２１２，２１４）のための支 持面が設けられ、その他端は固定要素（２２，１２２，２２２）に接続され、波 型チューブ（２０，１２０，２２０）と隣接レギュレータ要素（１４，１１４， ２１４）との間に、流体を満たすことのできるもう一つの分離チャンバ（３６， １３６，２３６）が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の制御 弁。 ４．レギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４，２１２，２１４）が、 支持面（１６，１１６，２１６）と反対側の端部を固定要素（２２，１２２，２ ２２）及び／又は弁要素（１０，１１０，２１０）の分極接触面に接触させて配 置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の制御弁。 ５．すべてのレギュレータ要素（１２，１４，１１２，１１４，２１２，２１ ４）が同じ作動方向、特に同じ膨張方向を有すると共に、異方性膨張行動を許容 する同じ構成を有し、少なくとも一つのレギュレータ要素（１２，１４，１１２ ，１１４，２１２，２１４）が機械的振動を行うことを特徴とする、請求項１〜 ４のいずれか１項に記載の制御弁。 ６．弁要素（１０，１１０，２１０）が固定要素（２２，１２２，２２２）の 内部に弁座（３２，１３２，２３２）を有し、該弁座は固定カプリング（４０， １４０，２４０）を介して固定要素（２２，１２２，２２２）に可撓的且つ可動 に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の制御弁。 ７．力蓄積器（３０，１３０）の作用方向に逆らって作動する少なくとも一つ のレギュレータ要素（１２，１１２）が、弁要素（１０，１１０）と連携作用を 行い、及び／又は蓄積器（２３０）が弾 性コネクタ部材（２２０）の一部としての形成されていることを特徴とする請求 項１〜６のいずれか１項記載の制御弁。 ８．弁要素（１０，１１０）がサーボコーンであり、それが開放位置にある場 合には、サーボチャンバ（４４）又は弁の制御接続部（１４４）と無圧接続部特 にタンク接続部（Ｔ）との間、並びにサーボチャンバ（４４）又は制御接続部（ １４４）と二つの分離チャンバ（３４，３６，１３４，１３６）との間に流体搬 送接続が形成されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項記載の制御弁 。 ９．弁を開放するための一方のレギュレータ要素（１１２）と弁を閉鎖するた めの他方のレギュレータ要素（１１４）が電圧の印加によって作動することを特 徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の制御弁。 １０．一方のレギュレータ要素（２１４）が作動すると不作動の他方のレギュ レータ要素（２１２）がポンプ接続部（Ｐ）と制御接続部（２４４）との間の流 体搬送接続を開放し、逆に作動するとこの接続が閉鎖されると共に、制御接続部 （２４４）とタンク（Ｔ）との間の流体接続が開放されることを特徴とする請求 項１〜８のいずれか１項記載の制御弁。 １１．請求項１〜７のいずれか１項記載の制御弁を少なくとも１つ有する多通 路弁、特に多通路スライドバルブであって、弁要素（１０）が多通路弁のバルブ スライド（５０）に作用して、圧力搬送接続部（Ｐ）と制御弁との間に流体搬送 接続を形成し、多通路弁ハウジング（５２）の内部の複数の流体搬送接続部（Ａ ，Ｂ）が、バルブスライド（５０）の位置に応じて互いに分離されたり接続され たりすることを特徴とする多通路弁。 １２．バルブスライド（５０）が圧力ポンプ（Ｐ）に流体接続可 能な中央通路（５８）を有し、且つその端部の近傍にダイアフラム（６２）又は 狭窄部を具え、該通路は制御弁の少なくとも一つのサーボチャンバ（４４）に開 いていることを特徴とする請求項１１記載の多通路弁。 １３．バルブスライド（５０）の各端部にはレギュレータ弁が設けられ、弁要 素（１０）とバルブスライド（５０）との間には蓄積器（３０）が配置され、多 通路弁が作動していない場合には、二つの蓄積器（３０）がバルブスライド（５ ０）を中央の不作動位置に保持することを特徴とする請求項１１又は１２記載の 多通路弁。