JPH02163581A - 電気式切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、バイモルフ電歪素子を使用して流体の流れ方
向を切換える電気式切換弁に関する。

（従来技術） 従来、この種の電気式切換弁としては、一般に第１−０
図に示す電磁式切換弁がある。

第１−０図において、１は切換スプール２を摺動自在に
内蔵したバルブボディであり、切換スブール２の両側に
は電磁ソレノイド３，４が配置され、電磁ソレノイド３
，４の非通電時は図示のようにスプリングの押圧で切換
スプール２は中立位置に置かれ、電磁ソレノイド３又は
４に通電するとプランジャ５又は６が切換スプール２を
押し、左または右の切換位置に切換わる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の電磁ソレノイドを使用
した電気式切換弁にあっては、電磁ソレノイドのユニッ
トに占める割合が大きく切換弁が大型となり、当然に電
磁ソレノイドの占めるコストも大きく、また、切換状態
では電磁ソレノイドに通電し続けていることから消費電
流が大きく発熱の問題もあり、更に、切換スプールを切
換途中の中間位置では制御することができないという問
題があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、流体の流れ方向を切換える電気式切換弁において
、スプリングの押圧で中立位置に置かれた切換スプール
の一方または両側にパイロット液圧が供給されたスプー
ル液室を形成し、このスプール液室からタンクラインに
連通ずる排出流路を設けると共に、この排出流路をバイ
モルフ電歪素子で開閉制御するように構成したものであ
る。

（作用） このような本発明の構成によれば、バイモルフ電歪素子
への非通電時には排出流路が閉鎖されることで切換スプ
ールの両端の液圧がバランスし、スプリングの押圧で切
換スプールは中立位置に置かれ、バイモルフ電歪素子に
通電すると素子の電歪現象による変位室の排出流路が開
放されてパイロット液圧が抜け、スプールを切換位置に
移動させる。

（発明の効果） 以上の構成及び作用をもつ本発明の電気式切換弁にあっ
ては、次の効果が得られる。

第１に電磁ソレノイドに比ベバイモルフ電歪素子は極く
小さいことから切換弁を大幅に小型軽量化できる。

第２に構造が簡単なため故障がなく、略メンテナンスフ
リーとすることができる。

第３にバイモルフ電歪素子の駆動は電圧の印加たけて良
く、電流消費が略零であり、消費電力の節減と発熱防止
を図ることができる。

第４にバイモルフ電歪素子は印加電圧に応じて変位量が
変えられるので、切換途中の中間位置での制御ができる
。

（実施例） 第１図は４方向切換弁を例にとって本発明の一実施例を
示した断面図である。

まず構成を説明すると、１０はバルブボディであり、バ
ルブボディー０の内部に切換スプール１２を摺動自在に
設け、切換スプール１２の４箇所にランド１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ及び１２ｄを形成している。切換スプール１
２の両端にはスプール液圧室１３，１４が形成され、こ
のスプール液圧室１３，１４のそれぞれにはポンプライ
ンＰからの液圧が絞り１５を介してパイロット液圧とし
て供給されている。また、スプール液圧室１３゜１４の
それぞれには切換スプール１２を中立位置に保つための
スプリング１６ａ、、１６ｂが収納されている。

スプール液圧室１３，１４の外側にはノズル１７．１８
及び連通路１９．２０をもってタンクラインＴに至る排
出流路が形成され、ノズル１７゜１８の先端に非通電状
態で図示のようにノズル開口部を閉鎖したバイモルフ電
歪素子２１．２２のそれぞれを固定部２３．２４による
片持支持で装着しており、バイモルフ素子２１．２２は
一対のリード端子線２５ａ、２５ｂ及び２６ａ、２６ｂ
により、外部より駆動電圧が印加できるようにしている
。

尚、バルブボディ１０にはポンプ液圧を供給するポンプ
ラインＰ１タンクに連通したタンクラインＴの他に切換
ラインＡ、　　Ｂが形成され、図示の中立位置で切換ラ
インＡ、ＢはポンプラインＰ及びタンクラインＴから切
り離された状態にある。

第２図は第１図の実施例に示すノズルフラッパー構造を
有するバイモルフ電歪素子２１．２２の駆動電圧に対す
る変位量を示したもので、バイモルフ電歪素子２１．２
２に対する印加電圧に略比例して変位量が増加する。尚
、−度、駆動電圧を印加してから電圧を下げたときには
破線で示すヒステリシスをもった変位量の変化となる。

また、バイモルフ電歪素子の変位は駆動電圧の印加のみ
でよく、消費電流はほとんど流れることがない。

次に、第１図の実施例の動作を説明する。

まず、図示の中立位置にあってはバイモルフ電歪素子２
１．２２に駆動電圧が印加されておらず、ノズル１７．
１８の開口部に面積してタンクラインＴへの排出流路を
閉鎖している。このため、スプール液圧室１．３，１．
４には絞り１５を介してポンプラインＰからの液圧が作
用して液圧バランス状態にあり、両側のスプリング１６
．１７の押圧で切換スプール１−２は中立位置に置かれ
る。この中立位置では切換スプール１２のランド１２ｂ
。

１２ｃが切換ラインＡ、　　Ｂを閉鎖し、ポンプライン
Ｐ及びタンクラインＴも切り離した状態にある。

次に、左側に設けたバイモルフ電歪素子２１にリード線
２５ａ、２５ｂを介して外部より駆動電圧を印加したと
すると、第３図に示すようにバイモルフ電歪素子２１が
外側に湾曲し、ノズル１−７を開放する。このノズル１
７の開放でスプール液圧室１−３が連通路１９を介して
タンクラインＴに連通し、絞り１−５を介してポンプラ
インＰよりスプール液圧室１３に液が流れ込むようにな
り、スプール液圧室１３の液圧は絞り１５の発生差圧分
だけポンプラインＰの液圧より低い液圧となる。

一方、右側のスプール液圧室１４にはポンプラインＰの
液圧がそのまま作用しているため、切換スプール１２は
スプール液圧室１３と１−４の差圧に応じた力で押され
て左側に移動し、ポンプラインＰが切換ラインＡに連通
ずると共に切換ラインＢがタンクラインＴに連通した切
換状態となる。

このような切換動作は右側のバイモルフ電歪素子２２に
駆動電圧を印加した場合にも同様に、スプール液圧室１
４がタンクラインＴに連通し、絞り１５で定まるスプー
ル液圧室１４とポンプラインＰの液圧を受けたスプール
液圧室１３との差圧に基づいた力で切換スプール１２が
右側に押されて移動し、ポンプラインＰを切換ラインＢ
に連通すると共に、切換ラインＡをタンクラインＴに連
通ずる切換状態が得られる。

第４図は第１図の実施例で用いられるバイモルフ電歪素
子を用いたノズルフラッパー構造の他の実施例を示した
説明図であり、この実施例はバイモルフ電歪素子に駆動
電圧を印加したときの変位でノズル開口部を閉鎖させる
ようにしたことを特徴とする。

第４図において、フラッパ一部材２７は一対のバイモル
フ電歪素子２８．２９で挟まれたサンドイッチ構造をも
って固定部３１によりバルブボディ１０に片持支持され
ている。フラッパ一部材２７の先端に相対してノズル３
０が設けられ、ノズル３０にはスプール液圧室３３より
直径ｄのノズル孔３１が開口されており、ノズル孔３１
の開口部に直径りのフラット面３２を形成している。こ
こで、ノズル孔３１の直径ｄに対しフラット面３２の直
径りは２倍以上の大きさとしており、フラッパ一部材２
７のフラット面３２に対する隙間が狭くなったとき、ノ
ズル孔３１からの噴流による吸着力を利用してノズル３
０を閉鎖できるようにしている。

即ち、バイモルフ電歪素子２８．２９に駆動電圧を印加
すると、フラッパ一部材２７をノズル３０のフラット面
３２に圧着させる変位が得られ、このフラッパ一部材２
７の変位でノズル３０のフラット面３２との隙間が狭く
なったとき、第５図に示すようにノズル孔３１よりフラ
ット面３２とフラッパ一部材２７との間を通る噴流によ
りノズル孔３１の近傍では正圧となるが、外側に向かう
につれて負圧となって吸着力が発生する。従って、フラ
ッパ一部材２７によるノズル３０の閉鎖はバイモルフ電
歪素子２８．２９による変位とノズル孔３１からの噴流
で得られる吸着力で実現され、バイモルフ電歪素子２８
．２９によるフラッパー部材２７の駆動力が小さくとも
噴流による吸着力の発生で確実にノズル３０を閉鎖する
ことができる。

第６図は、切換スプールの片側にのみバイモルフ電歪素
子を用いたフラッパー構造によるパイロット液圧切換機
構を備えた本発明の他の実施例を示した断面図であり、
従来の片方向電磁ソレノイド式切換弁に相当する。

第６図の実施例にあっては、切換スプール１２の右側に
ついては中立位置に戻すスプリング１．６ｂを除いた点
のみが異なり、他の構成は同様にバイモルフ電歪素子２
２でスプール液圧室１４の排出流路を開閉するノズルフ
ラッパー構造が設けられる。一方、切換スプール１２の
左側についてはタンクラインＴに連通した液圧室１３が
形成され、このスプール液圧室１，３には切換スプール
］２を中立位置に戻すためのスプリング１６ａのみが組
み込まれている。

この第６図の実施例の切換動作は、バイモルフ電歪素子
２２に駆動電圧を印加していないときにはバイモルフ電
歪素子２２がノズル１８の開口部に固着して排出流路を
閉鎖しており、スプール液圧室１４にはオリフィス１５
を介してポンプラインＰの液圧がそのまま作用し、左側
のスプリング１３に抗して切換スプール１２を中立位置
においている。

続いて、バイモルフ電歪素子２２に駆動電圧を印加する
と、図示のようにバイモルフ電歪素子２２が外側に湾曲
してノズル１８を開き、スプール液圧室１−４の液圧が
下がることでスプリング１６の押圧で切換スプール１２
が図示のように右側に移動し、ポンプラインＰを切換ラ
インＡに連通ずると共に切換ラインＢをタンクラインＴ
に連通した切換状態が得られる。

尚、第６図の実施例において、バイモルフ電歪素子２２
は、第２図に示したように駆動電圧によって変位量が変
わることから、駆動電圧を２段階に切換え、バイモルフ
電歪素子２２に駆動電圧を印加していないスプール１４
の閉鎖状態で得られるスプール液圧室１４の液圧で切換
スプール１２を左側の切換位置に置き、次に第１の駆動
電圧をバイモルフ電歪素子２２に印加すると、例えば図
示の右側への切換位置におけるノズル１４との隙間の半
分となる隙間を与える変位を作り、スプリング１６きノ
ズル１４の開口部における絞り作用で得られるスプール
液圧室１４のパイロット液圧とのバランスで切換スプー
ルを中立位置におき、更に第１の駆動電圧より高い第２
の駆動電圧の印加で図示の右側への切換状態を得るよう
にしてもよい。

第７図はバイモルフ電歪素子により圧力バランス型針弁
を作動してスプール切換えを行なうようにした本発明の
他の実施例を示した断面図である。

まず構成を説明すると、バルブボディ１０の内部にはラ
ンド１２ａ、１２ｂ、１−２ｃ及び」、２ｄを有する切
換スプール１，２が摺動自在に設けられ、切換スプール
１２０両側にスプリング１６ａ、１６ｂを備えたスプー
ル液圧室１．３．１４が形成され、スプール液圧室１３
，１４は圧カバランス型側弁３４，３５を介して連通路
１９．２０によりタンクラインＴに至る排出流路を形成
している。

圧力バランス型針弁３４．３５のそれぞれは、ワイヤ３
６．３７により固定部２３．２４でバルブボディ１０に
片持支持されたバイモルフ電歪素子２１．２２の先端に
連結されている。

この第７図の実施例の動作は、まずバイモルフ電歪素子
２１．２２に駆動電圧を印加していない状態ではスプー
ル液圧室１３，１４のタンクラインＴに対する排出流路
は圧力バランス型針弁３４゜３５により閉鎖されている
。

この圧力バランス型針弁による閉鎖状態において、例え
ば左側の圧力バランス型針弁３４を取り出して示した第
８図に示すように、圧力バランス型針弁３４のスプール
内側にポンプラインＰからの液圧が作用し、矢印で示す
ように針弁スプール内側の両面に作用する液圧が等しい
ことから、バイモルフ電歪素子２１の収納部がタンクラ
インＴに連通していていも、圧力バランスにより針弁ス
プールを小さい力で移動させることができる。

次に、例えば第９図に示すように左側のバイモルフ電歪
素子２１に駆動電圧を印加したとすると、バイモルフ電
歪素子２１は外側に変位し、ワイヤ３６を介して圧力バ
ランス型針弁３４のスプールを引き出し、スプール液圧
室１３の液圧をタンクラインＴ側に排出させる。このと
き、第８図に示したように、針弁スプールは圧力バラン
ス型であるため、バイモルフ電歪素子２１の変位による
力が小さくても、側弁スプールを簡単に移動して排出流
路を形成することができる。

勿論、第９図に示すようなバイモルフ電歪素子２１によ
る圧力バランス型針弁３４の作動状態で、第７図に示す
スプール液圧室１−３のパイロット液圧が下がり、切換
スプール１２が左側に移動し、ポンプラインＰを切換ラ
インＡに連通ずると共に切換ラインＢをタンクラインＴ
に連通ずる切換状態となる。

尚、本発明は上記の実施例に限定されず、従来の電磁ソ
レノイドを用いた各種の切換弁について、電磁ソレノイ
ドをバイモルフ電歪素子に置き代えたものをすべて含む
。

（実施例の効果） 次に、実施例特有の効果を説明すると、次の通りである
。

まず、第４図の実施例に示すノズルフラッパー構造にあ
っては、バイモルフ電歪素子の変位による力に加えてノ
ズルからの噴流による吸着力を利用しているため、バイ
モルフ電歪素子の変位力が小さくとも確実に高圧の液流
が噴出するノズルを閉鎖することができ、逆にバイモル
フ電歪素子の駆動力が小さくてよいことから、バイモル
フ電歪素子に対する駆動電圧を小さくすることができる
。

次に、第７図の実施例にあっては、スプール切換えにバ
イモルフ電歪素子で作動する圧力バランス型針弁を使用
しているため、バイモルフ電歪素子の変位力が小さくて
も確実にスプール切換えを行なうことができ、第４図の
実施例と同様にバイモルフ電歪素子の駆動力が小さくて
済むことから、駆動電圧を下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は第
１図の実施例で用いるバイモルフ電歪素子の駆動電圧に
対する変位量を示したグラフ図、第３図は第１図の実施
例の切換状態を示した断面図、第４図は本発明で用いる
他のフラッパーノズル構造の説明図、第５図は第４図の
フラッパーノズル構造における流体の噴流による吸着力
の発生を示した説明図、第６図は片側切換構造をもつ本
発明の他の実施例を示した断面図、第７図は圧力バラン
ス型針弁を用いた本発明の他の実施例を示した断面図、
第８，９図は第７図の圧カバランス型針弁の作用説明図
、第１０図は従来例を示した断面図である。 １０：バルブボディ １２：切換スプール １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：ランド１．３．　１
．４．　３３　ニスプール液圧室１５：絞り １６ａ、１６ｂニスプリング １．７，１８，３０：ノズル １９．２０：連通路 ２１．２２，２８，２９：バイモルフ電歪素子２３．２
４：固定部 ２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ　：リード端子線２７
：ノズルフラツパ一部材 ３１；ノズル孔 ３２：フラット面 ３４．３５：圧力バランス ３６．３７：ワイヤ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の流れ方向を切換える電気式切換弁に於いて
   、 スプリングの押圧で中立位置に支持された切換スプール
   と；該切換スプールの一方または両方のスプール端面に
   形成されパイロット液圧が供給されたスプール液圧室と
   ；該スプール液圧室に供給されたパイロット液圧を排出
   する排出流路と；駆動電圧の印加で変位して排出流路を
   開放又は閉鎖し前記切換スプールを切換位置に移動させ
   るバイモルフ電歪素子とを備えたことを特徴とする電気
   式切換弁。
2. （２）前記スプール液圧室の排出流路をノズル構造とし
   、前記バイモルフ電歪素子は該ノズルを開閉するノズル
   フラッパ構造としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電気式切換弁。
3. （３）前記バイモルフ電歪素子でなるノズルフラッパが
   相対するノズル開口部のフラット面の直径をノズル孔直
   径の２倍以上としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の電気式切換弁。
4. （４）前記スプール液圧室の排出流路に前記バイモルフ
   電歪素子により駆動される圧力バランス型針弁を設けた
   特許請求の範囲第１項記載の電気式切換弁。