JPH028570A

JPH028570A - 圧電素子を用いた方向制御弁

Info

Publication number: JPH028570A
Application number: JP15629888A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yamada; 敏夫山田; Saburo Ito; 三郎伊藤
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 1988-06-24
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1990-01-12
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0694908B2

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、圧電素子を用いた方向制御弁に関し、特に圧
電素子に係る負荷を小さくすることができる方向制御弁
に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

流体圧の流れを制御する方向制御弁としては、圧電素子
の変位を利用して流れを制御できる構造のものがあり、
たとえば、流体圧が流入する作動用流体室と、この作動
用流体室の流入路に接離することにより開閉する圧電素
子と、作動用流体室の流体圧の上昇により作動部材を介
して作動されて流路を切り換える弁体とを備えた構造と
されている。

また、圧電素子の駆動方法には、連続電圧の印加で片側
変位させる方法、交番電圧の印加で交番変位させる方法
が考えられる。

たとえば、圧電素子を連続電圧の印加で片側変位させる
駆動方法とした場合、バイモルフ構造である片側は常に
分極方向と逆方向に電圧が印加され、かつ−刃側に変位
することにより作動用流体室の流入路の開閉が行われる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記のような圧電素子の駆動方法による方向制
御弁では、圧電素子を構成するバイモルフ構造の片側は
、常に分極方向と逆方向に電圧が印加されるので、連続
電圧の印加が長時間行われると、バイモルフ構造の圧電
素子に分極現象による分極劣化が発生される。

さらに、圧電素子の変位方向は一方側に限られるので、
同じく連続電圧の印加が長時間行われると、圧電素子は
クリープ現象による変形を生じてく　る。

特に、圧電素子は機械的強度が比較的小さいためにこの
ような問題点を生じ易い。

そこで、本発明の目的は、パルス電圧の印加による駆動
によって、圧電素子に係る負荷を小さくすることができ
、流体の漏れ防止と、作動の安定性および長い寿命を持
つ圧電素子を用いた方向制御弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧電素子を用いた方向制御弁は、作動用流体室
の流体圧によって変位する作動部材と、前記作動部材の
変位によって流路を制御することのできる弁体を形成す
る主軸とを備えた方向制御弁であって、前記作動用流体
室の流体圧を可変するために、パルス電圧の印加によっ
て片側変位する圧電素子により開閉するパイロット用弁
体を備えたものである。

また、本発明の方向制御弁は、ダブルパイロット形方向
制御弁であり、前記主軸を設けた弁本体部の両側に駆動
部が設けられ、前記作動部材が前記両部動部において前
記主軸の両側に設けられ、かつ、前記圧電素子およびパ
イロット用弁体は前記両部動部に設けられて、前記弁本
体部およびその両側の駆動部に形成された流入路の両端
のノズルを開閉するものである。

〔作用〕

前ε己した手段によれば、パルス電圧の印加された圧電
素子は、パルス幅の時間だけ片側変位して作動用流体室
の流入路を開放し、作動用流体室の流体圧の上昇により
、作動部材を介して作動される弁体を形成する主軸によ
って、流体圧の流れを制御することができる。

一方、パルス幅の時間以外の時、圧電素子は通常状態に
復帰していて、バイモルフ構造の圧電素子への電圧の印
加が長時間連続で行われることはない。

それにより、流体の漏れを防止し、また安定した作動と
長い寿命を持つ圧電素子を用いた方向制御弁を得ること
が可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である圧電素子を用いた方向
制御弁の断面図、第２図は本実施例の供給電圧電源とし
てＤＣ１ｉ源の昇圧回路を用いた場合のタイミング線図
、第３図は本実施例の供給電圧電源としてＡＣ電源の全
波整流回路を用いた場合のタイミング線図である。

本実施例の圧電素子を用いた方向制御弁は、たとえば、
空気作動形のダブルパイロット形方向制御弁とされ、弁
本体部１と、前記弁本体部１を挟んだ駆動部２ａ、２ｂ
とが同軸状に結合され、前記駆動部２ａ、２ｂの電圧源
として電源部３が接続されている。

前記弁本体部１の下側面には、図示しない流体圧源に接
続されている入力ポート４と、排出ポー）５ａ、５ｂと
が開設され、また弁本体部１の上側面には、出力ポート
ロａ、６ｂが開設されている。

弁本体部１の内部には、その軸方向に沿って流路７が形
成され、この流路７の内周面には、その軸方向に沿って
所定の間隔をおいて弁座８ａ〜８ｄが周設されている。

前記流路７には、主軸９がその軸方向に沿って変位自在
に設けられ、この主軸９には、弁座８ａ〜８ｄにそれぞ
れ接離される主軸弁体１０ａ〜１０ｄが軸方向に所定の
間隔をおいて形成されている。

主軸９０両端面には、この主軸９の作動部材としてのピ
ストンｌｌａ、ｌｌｂが、この主軸９の端面に対して固
定または非固定で設けられ、このピストンｌｌａ、ｌｌ
ｂは２つの作動用流体室１２ａ、１２ｂに仕切り、これ
らの作動用流体室１２ａ、１２ｂ内で軸方向に沿って変
位自在に収容されている。

これらの作動用流体室１２ａ、１２ｂのうち、第１図に
おいて左側の作動用流体室１２ａは、ブリード孔１３ａ
を通じて外部に連通されていて、かつ、貫通孔１４ａを
通じて流体室１５ａに連通されている。

また、流体室１５ａ内には圧電素子１６ａが設けられ、
この圧電素子１６ａは、一端（第１図では下端）側にお
いて固定され、他端が非固定の片持ち式の構造となって
いる。

そして、圧電素子１６ａの非固定側端部の一側面（第１
図の右側面）には、パイロット用弁体１７ａが固定され
、他側面（同図の左側面）には、パイロット用弁体１７
ａを第１図の右方向に付勢するスプリング２０ａが設け
られている。

パイロット用弁体１７ａは、スプリング２０ａで付勢さ
れて、通常時は、人力ポート４に連通ずる流入路１８の
ノズル１９ａを閉塞する。

一方、パイロット用弁体１７ａは、電源部３で圧電素子
１６ａを駆動させることにより、この圧電素子１６ａを
スプリング２０ａの付勢力に抗して第１図の左側に湾曲
変位させることによって、このノズル１９ａを開くよう
になっている。

ピストンｌｌａおよび圧電素子１６ａ、パイロット用弁
体１７ａなどについて上記した構造は、第１図で見て主
軸９の右端側に同様に設けられたピストンｌｌｂおよび
圧電素子１６ｂ１パイロツト用弁体１７ｂなどについて
も同様であるので、後者の説明は、前者と同一数字に接
尾記号すを付して省略する。

また、前記電源部３は、回路駆動用のスイッチ２１を備
えたワンショットパルス回路２２よりなり、このワンシ
ョットパルス回路２２には供給電圧Ｅが印加されている
。

そして、このワンショットパルス回路２２のスイッチ２
１がＯＮまたはＯＦＦの状態にされると、パルス電圧と
しての駆動電圧が、このワンショットパルス回路２２か
ら圧電素子１６ａまたは１６ｂに印加される。

次に、本実施例の作用を、ワンショットパルス回路２２
への供給電圧Ｅの電源電圧として、ＤＣ電源の昇圧回路
を用いた場合と、ＡＣ電源の全波整流回路を用いた場合
とについて、それぞれ、第２図と第３図を参照しながら
説明する。

まず、第２図は、ＤＣ電源の昇圧回路を用いた場合のタ
イミング線図である。

この場合に、ワンショットパルス回路２２に接続されて
いるスイッチ２１の状態を第２図（ａ）のようにＯＮに
すると、ＤＣ電源の昇圧回路によって、同図（ｂ）のよ
うな１パルスの駆動電圧が電源部３のワンショットパル
ス回路２２から、たとえば、方の圧電素子１６ａに印加
される。

この時、圧電素子１６ａの自由端は、スプリング２０ａ
の付勢力に抗して１パルスの幅の時間だけ、第１図の左
側に湾曲変位する。

それにより、パイロット用弁体１７ａは、第１図の状態
のように１パルスの幅に相当する時間だけノズル１９ａ
を開放する。第１図左側の圧電素子１６ａは、パルス電
圧が印加されている状態図である。

さらに、ノズル１９ａは、１パルスの時間だけ開放され
た後、すぐに閉塞される。

従って、入力ポート４から流入路１８、ノズル１９ａ１
さらには、流体室１５ａ１貫通孔１４ａを経て作動用流
体室！２ａに流体圧が１パルス分だけ流入される。

その結果、圧電素子１６ａの変位による若干の遅れ時間
をもって作動用流体室１２ａの流体圧は第２図（Ｃ）の
ように増加し、ピストンｌｌａを作動用流体室１２ａの
右方向に押動するので、主軸９は第１図の右方向に移動
する。

さらに、作動用流体室１２ａの流体圧は、圧電素子１６
ａへの駆動電圧の印加が終わると同時に、ブリード孔１
３ａから１パルス分の流体圧が外部へ放出されるので、
第２図（Ｃ）のように徐々に低下する。

また、作動用流体室１２ａの流体圧の増加によるピスト
ンｌｌａと主軸９の変位の僅かな遅れ時間をもって、入
力ポート４から出カポ−）５ａに流体が流入して、この
出カポ−）５ａの流体圧は第２図（６）のように増加し
、入力ポート４の供給流体圧で飽和状態となる。

この時、出力ポートロｂから流体圧が排出ポート５ｂを
経て排出されるので、この出力ポートロｂの流体圧は第
２図（匂のように低下する。

さらに、スイッチ２１の状態を第２図（ａ）のようにＯ
ＦＦにすると、圧電素子１６ｂにＤＣ電源の昇圧回路に
よって、ワンショットパルス回路２２から第２図（ｅ）
のような１パルスの駆動電圧が印加される。

この時、圧電素子１６ｂの自由端は、スプリング２０ｂ
の付勢力に抗して、１パルスの幅に相当する時間だけ第
１’！ＩＩＪの右側に変位し、パイロット用弁体１７ｂ
はノズル１９ｂを開放する。

さらに、ノズル１９ｂは、１パルスの時間だけ開放され
た後、すぐに閉塞される。

従って、入力ポート４からの流体圧が流入路１８、ノズ
ル１９ｂ１流体室１５ｂ１貫通孔１４ｂを経て作動用流
体室１２ｂに流体圧が１パルス分だけ流入される。

その結果、圧電素子１６ｂの変位による若干の遅れ時間
をもって作動用流体室１２ｂの流体圧は第２図（ｆ）の
ように増加し、ピストンｌｌｂを作動用流体室１２ｂ内
で第１図の左方向に押動するので、主軸９も第１図の左
方向に移動する。

さらに、作動用流体室１２ｂの流体圧は、圧電素子１６
ｂへの駆動電圧の印加が終わると同時に、ブリード孔１
３ｂから１パルス分の流体圧が外部へ放出されるので、
第２図（ｆ）のように徐々に低下する。

また、入力ポート４は出力ポートロｂと連通されるので
、作動用流体室１２．ｂの流体圧によるピストンＩｌｂ
および主＄１１１９の変位の僅かな遅れ時間をもって、
出カポ−）６ｂの流体圧は第２図（（至）のように増加
し、人力ポート４の供給流体圧で飽和状態となる。

この時、出カポ−）５ａは排出ポート５ａと連通される
ので、この出カポ−）６ａの流体圧は第２図（６）のよ
うに低下する。

次に、ワンショットパルス回路２２の供給電圧Ｅの電源
回路として、ＡＣ電源の全波整流回路を用いた場合の本
実施例の作用を第３図のタイミング線図により説明する
。

この場合、第３図（ｂ）、（ｅ）のように、圧電素子１
６ａ、１６ｂの駆動電圧は、第２図（ｂ）、（ｅ）ノヨ
うな方形波ではなく、交流波の全波整流波形になること
の他、第３図（Ｃ）、（０のように作動用流体室１２ａ
、１２ｂの流体圧の増加時の立上がり波形なども第２図
（Ｃ）、（ｆ）の場合とは異なるものの、基本的には第
３図（ａ）〜（印のタイミング線図は、第２図（ａ）〜
（ｌｉｏのものと対応している。

また、第３図（ａ）〜（ｇ）の各タイミングにおける第
１図の実施例の主軸９およびピストンｌｌａ、１１ｂや
圧電素子１６ａ、１６ｂおよびパイロット用弁体１７ａ
、１７ｂなどの動作は、第２図（ａ）〜（ｇ）の場合と
同様であるので、第３図（ａ）〜（ｇ）に関する重複説
明は省略する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例では、圧電素子１６ａ、１６ｂによ
る主軸９の変位のための作動部材としてヒストンｌｌａ
、ｌｌｂを使用したが、このピストン１１ａ、１１ｂの
代わりにダイヤプラムを使用することもできる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものについ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

（１）、バイモルフ構造の圧電素子は、パルス電圧の印
加によって駆動され、この圧電素子でパイロット用弁体
を開閉するようにしたことにより、圧電素子に対する電
圧の印加が長時間連続で行われることがないので、分極
現象による分極劣化の発生を防ぐことができる。

（２）、圧電素子は、パルス電圧の印加によって、パル
ス幅の時間だけ片側変位するのみであるので、クリープ
現象による変形を防ぐことができる。

（３）、前記（１）、（２）により、流体の漏れがなく
、作動の安定性および長い寿命を持つ圧電素子を用いた
方向制御弁を得ることができる。

（４）、圧電素子は、作動用流体室の流体圧を制御でき
るだけの有効断面積があればよいので、圧電素子にかか
る負荷を小さくすることができるために、方向制御弁の
形状を小さくすることが可能である。

（５）、ダブルパイロット形の方向制御弁とすることに
より、ダブルパイロット形の弁は、シングルパイロット
形の弁に比べて最低作動圧が低いので、ワンショットパ
ルス回路のようなパルス幅の時間だけの駆動電圧によっ
て制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である圧電素子を用いた方向
制御弁の断面図、第２図は本実施例の供給電圧電源とし
てＤＣ電源の昇圧回路を用いた場合のタイミング線図、
第３図は本実施例の供給電圧電源としてＡＣ電源の全波
整流回路を用いた場合のタイミング線図である。１・・・・・・・弁本体部、２ａ、２ｂ・・・駆動部、３・・・・・・・電源部、４・・・・・・・人力ポート、５ａ、５ｂ・・・排出ポート、５ａ、５ｂ・・・出力ポート、７・・・・・・・流路、８ａ〜８ｄ・・・弁座、９・・・・・・・主軸、１０ａ〜１０ｄ・・主軸弁体、１１ａ、ｌｌｂ・・ピストン（作動部材）、１２ａ、１
２ｂ・・作動用流体室、１３ａ、１３ｂ＝ブリード孔、１４ａ、１４ｂ・・貫通孔、１５ａ、１５ｂ・・流体室、１６ａ、１６ｂ・・圧電素子、１７ａ、１７ｂ・・パイロット用弁体、１８　・　・　
・　・１９ａ、１９２０ａ、２０２１　・　・　・　・２２　・　・　・　・Ｅ　・　・　・　・流入路、ノズル、スプリング、スイッチ、ワンショットパルス回路、供給電圧。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

１．作動用流体室の流体圧によって変位する作動部材と
、前記作動部材の変位によって流路を制御することので
きる弁体を形成する主軸とを備えた方向制御弁であって
、パルス電圧の印加によって片側変位する圧電素子によ
り開閉するパイロット用弁体を備えたことを特徴とする
圧電素子を用いた方向制御弁。
２．ダブルパイロット形方向制御弁であり、前記主軸を
設けた弁本体部の両側に駆動部が設けられ、前記作動部
材が前記両駆動部において前記主軸の両側に設けられ、
かつ、前記圧電素子およびパイロット用弁体は前記両駆
動部に設けられて、前記弁本体部およびその両側の駆動
部に形成された流入路の両端のノズルを開閉することを
特徴とする請求項１記載の圧電素子を用いた方向制御弁
。