JPH0325466Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は方向切換弁に関するものであり、さら
に詳しくは、圧電アクチユエータによつて弁座を
開閉する方向切換弁に関するものである。

〔従来の技術〕

圧電素子が通電により歪曲する性質を利用し
て、該圧電素子を使用した圧電アクチユエータに
設けた弁体よつて弁座を開閉する方向切換弁は、
特開昭56−76779号公報、実開昭61−152872号公
報などで既に知られている。

しかしながら、上記公知の方向切換弁は、一端
または両端を弁本体等に固定した１個の圧電アク
チユエータによつて弁座を開閉するものであるか
ら、弁体のシール力が小さく、使用可能な流量、
圧力が制限されるという問題がある。

この問題を解決するためには、複数の圧電アク
チユエータによつて弁体を駆動することが考えら
れるが、圧電アクチユエータの性能にばらつきが
あるために、単に圧電アクチユエータの数を増加
させるのみでは、各圧電アクチユエータの作用力
が干渉してアクチユエータの効率が低下するの
で、十分なシール力を発揮させることができない
という新たな問題が生ずる。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案が解決しようとする課題は、圧電アクチ
ユエータの作用力を有効に発揮させて、大きな力
で弁座を閉鎖できる方向切換弁を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本考案は、弁本体の
弁室に形設した弁座を、端部を上記弁本体に固定
した圧電アクチユエータに設けた弁体で開閉する
方向切換弁において、上記圧電アクチユエータ
を、弁座の開閉方向に階層的に複数配設するとと
もに、これらの歪曲端に上記弁体を設け、これら
の階層的圧電アクチユエータの変位量を、弁座側
から弁座の閉鎖方向と反対方向に向けて順次大き
くし、弁座側の圧電アクチユエータが、上記弁座
を閉鎖するに足る変位量を有していることを特徴
としている。

〔作 用〕

圧電アクチユエータに所定の極性の電圧を印加
すると、各圧電アクチユエータが一方向に歪曲し
て弁体が弁座を閉鎖する。

この場合、階層的に配設した複数の圧電アクチ
ユエータの変位量を、弁座側から弁座の閉鎖方向
と反対方向に向けて順次大きくするとともに、弁
座側の圧電アクチユエータの変位量を弁座を閉鎖
するに足る大きさとしたことにより、弁座側の圧
電アクチユエータには、弁座と反対側に位置する
圧電アクチユエータの大きな変位量によつて弁座
を閉鎖する方向の作用力が作用し、しかも各圧電
アクチユエータの変位量を順次大きくしたので、
各圧電アクチユエータの作用力が干渉することが
なく、その作用力を有効に利用することができ
る。したがつて、弁体は、複数の圧電アクチユエ
ータの作用力の和によつて弁座に強力に押し付け
られる。

圧電アクチユエータの電圧の印加を解除し、ま
たは逆極性の電圧を印加すると、アクチユエータ
及び弁体が元の状態に復帰して弁座を開放する。

〔実施例〕

第１図及び第２図は、本考案の方向切換弁を３
ポート弁とした場合の第１実施例を示し、弁本体
１は、本体部分１ａ，１ｂを、適宜の手段で一体
化することによつて構成し、内部に弁座２が形成
されており、本体部材１ａ，１ｂには、弁室２に
通ずる入口ポート３と排出ポート４が、その弁座
３ａ，４ａを対向させて開設されており、弁室２
には出力ポート５が開口している。

上記本体部材１ａ，１ｂの周壁には、等長の圧
電アクチユエータ７，８，９の一端近くが気密
に、かつ階層的に嵌着されており、これらの圧電
アクチユエータ７，８，９の他端には、後述する
弁体１０が圧電アクチユエータと一体移動するよ
うに設けられている。圧電アクチユエータ７，
８，９は、基板１１の両面に電圧の印加極性によ
つて互いに伸縮する圧電素子１２ａ，１２ｂを張
り合わせて構成されるバイモルフ型等のもので、
所定の極性で電圧が印加されると一方向に歪曲
し、電圧の印加を解除するかまたは逆極性の電圧
を印加すると、上記と反対の方向に歪曲するもの
で、圧電アクチユエータ７，８，９の極性は、す
べて同一にされている。

上記弁体１０は、第１図及び第３図に示すよう
に、弁座３ａ，４ａに当接する弁部材１４、並び
に該弁部材１４の長手方向の両側に嵌合した弾性
材料よりなる弁枠１５，１６及び該弁枠１５，１
６間の連結枠１７を備え、弁枠１５，１６の端部
に形設された縮径部１５ａ，１６ａが弁部材１４
両端の嵌合部１４ａ，１４ａに嵌着することによ
つて、弁部材１４と枠１５，１６，１７が一体に
されている。

上記枠１５，１６，１７は、いずれも圧電アク
チユエータの基材１１の歪曲端１１ａが若干の間
〓を有して挿入される挿入孔１８，……が開設さ
れており、弁部材１４が挿入孔１８，……に挿入
された歪曲端１１ａの貫通孔１１ｂを挿通するこ
とによつて、弁体１０が圧電アクチユエータ７，
８，９と一体化され、該弁体１０は、弁室２内に
縮設された復帰ばね１９によつて、弁座４ａを開
放する方向に付勢されている。

圧電アクチユエータ７，８，９は、第４図に示
すように、抵抗器２０とともに電源に並列に接続
され、アクチユエータ８及び９の回路には、抵抗
器２１及び２１，２２がそれぞれ直列に接続され
ており、これによつて圧電アクチユエータ９，
８，７に印加される電圧が順次増加してアクチユ
エータ９，８，７の変位量が順次大きくなるよう
にされ、圧電アクチユエータ９の変位量は、弁座
４ａを閉鎖するに足るものにしている。

第４図中符号２４及び２５は、圧電アクチユエ
ータの放電を促進するために付設する回路中のダ
イオード及び抵抗器である。

なお、図示を省略しているが、弁座３ａ，４ａ
は、本体部材１ａ，１ｂに螺着した中空のねじ部
材に形設することができ、この場合には、ねじ部
材の進退によつて弁体１０のストロークを調整す
ることができる。

上記第１実施例は、第１図に示すように、弁体
１０が弁座３ａを閉鎖し弁座４ａを開放している
状態において、圧電アクチユエータ７，８，９に
所定の極性の電圧を印加すると、圧電アクチユエ
ータ７，８，９は本体部材１ａ，１ｂとの嵌合部
分を固定部として同一方向に歪曲するので、弁体
１０は弁座３ａを開放して弁座４ａを閉鎖する。
したがつて、入口ポート３からの圧力流体は出口
ポート５から流出する。

この場合、圧電アクチユエータ８の給電回路に
は抵抗器２１が、圧電アクチユエータ９の給電回
路には抵抗器２１，２２がそれぞれ直列に接続さ
れているので、アクチユエータ９，８，７に印加
される電圧が順次増加し、変位量も順次大きくな
る。

このため、圧電アクチユエータの性能に多少の
ばらつきがあつても、アクチユエータ８及び９に
は、アクチユエータ７及び７，８によつて弁座４
ａを閉鎖する方向の力が作用するので、複数段設
けたアクチユエータの作用力の干渉がなく、各ア
クチユエータの作用力を有効に利用することがで
きる。したがつて、これらのアクチユエータの歪
曲端１１ａに設けた弁体１０は、アクチユエータ
７，８，９の作用力の和よりなる大きな力で弁座
４ａを閉鎖するので、流量、圧力の使用範囲を拡
大することができる。

第５図は本考案の第２実施例を示し、弁本体３
１における本体部材３１ａ，３１ｂの側壁３２
ａ，３２ｂは、弁座４ａに向けて順次肉厚が厚く
され、厚さが異なる箇所毎に圧電アクチユエータ
３３，３４，３５がそれぞれ気密に嵌着されてお
り、圧電アクチユエータ３５，３４，３３の変位
長さを順次長くすることによつて、その変位量を
順次大きくしている。

第２実施例の他の構成及び作用は、抵抗器２
１，２２が不要なほかは第１実施例と同じである
から、図中同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

〔考案の効果〕

本考案は、弁座の開閉方向に階層的に配設した
複数の圧電アクチユエータの変位量を、弁座側か
ら弁座の閉鎖方向と反対方向に向けて順次大きく
したことにより、複数のアクチユエータの作用力
が互いに干渉しないので、複数設置したアクチユ
エータの作用力を有効に利用することができ、こ
れらの圧電アクチユエータの歪曲端に連結した弁
体は、大きな作用力で弁座を閉鎖するので、圧電
アクチユエータを利用した方向切換弁の流量、圧
力の使用範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の縦断正面図、第
２図は同上要部の平面図、第３図は同上弁体の分
解斜視図、第４図は第１実施例の圧電アクチユエ
ータへの給電の一例を示す回路図、第５図は本考
案の第２実施例の縦断正面図である。 １，３１……弁本体、２……弁室、４ａ……弁
座、７，８，９，３３，３４，３５……圧電アク
チユエータ、１０……弁体、１１ａ……歪曲端。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 弁本体の弁室に形設した弁座を、端部を上記弁
   本体に固定した圧電アクチユエータに設けた弁体
   で開閉する方向切換弁において、 上記圧電アクチユエータを、弁座の開閉方向に
   階層的に複数配設するとともに、これらの歪曲端
   に上記弁体を設け、 これらの階層的圧電アクチユエータの変位量
   を、弁座側から弁座の閉鎖方向と反対方向に向け
   て順次大きくし、 弁座側の圧電アクチユエータが、上記弁座を閉
   鎖するに足る変位量を有している、 ことを特徴とする方向切換弁。