JPH0453448Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、入力ポートと出力ポートとの間の連
通遮断を行なう主弁に連接されたダイヤフラムに
作用するパイロツト圧をノズルフラツパ機構のフ
ラツパの変位により制御し、出力ポート側の検出
圧力に基づいてノズルフラツパの変位を電気的に
制御する電空変換器におけるノズルフラツパ機構
に関するものである。

［従来の技術］ この種の電空変換器が実開昭58−47712号公報
及び特開昭60−231001号公報に開示されている。
実開昭58−47712号公報では一対の圧電素子板間
にフラツパとなる金属薄板を挾着したバイモルフ
型圧電素子において、この金属薄板の中央部に比
較的大きな透孔を設けている。一対の圧電素子板
はそれらの厚み方向かつ同一向きに分極してお
り、両圧電素子板の厚み方向への電圧を互いに逆
方向へ印加することにより一方の圧電素子板が伸
長すると共に、他方の圧電素子板が収縮し、これ
により金属薄板の先端側が湾曲変位して前記ノズ
ルとの間隙調整が行われる。金属薄板の曲げ抵抗
は前記透孔の存在により減少し、電圧印加に伴う
両圧電素子板の先端側の湾曲変位量を増大するこ
とができる。特開昭60−231001号公報では出力ポ
ート側の流体圧力がダイヤフラムに直接作用しな
いようにしてフラツパを構成する一対の圧電素子
板の電圧印加に伴う圧電素子板の先端側の湾曲変
位量が比較的小さくても動作できるようにして一
対の圧電素子板の負荷軽減を図つている。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、圧電素子板本来の湾曲変位量そ
のものが僅かであるため、前記のような変位増大
手段をもつてしても変位増大量は僅かであり、ノ
ズルとフラツパとの間隙調整が難しい。しかも、
圧電素子板の湾曲変位によりフラツパがノズルに
対して平行移動ではなく略円弧状の運動をしてお
り、精密な間隙調整をさらに困難にしている。
又、ノズルから吹き出す流体の断熱膨張により圧
電素子板自体に結露が発生し、この結露により電
極間の絶縁破壊が起こつて圧電素子の性能劣化が
避けられない。さらに、バイモルフ型の圧電素子
体では一方向の電圧印加を連続して行なうと、圧
電素子板と電極板との間の接着層の塑性変形によ
りフラツパの動作点がずれ、正確な圧力制御を行
なうことができない。そのため、例えば特開昭59
−138922号公報に開示されるようにフラツパの動
作点のずれを回避するための複雑な駆動回路が必
要となる。

供給流体の供給を停止した状態では出力ポート
側の圧力が低下し、この圧力検出結果に基づいて
印加電圧が最大となる。このような最大電圧印加
を放置しておくと、印加電圧方向とは逆方向に分
極している圧電素子の脱分極が起こり、圧電素子
の伸縮性能が低下する。

本考案は、圧電素子を用いたフラツパの動作点
調整の容易性、フラツパの動作点のずれ防止、圧
電素子の絶縁破壊防止、脱分極防止を図り得る電
空変換器を提供することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ そのために本考案では、固定基部と、固定基部
の両側に揺動可能に対称に支持された一対の変位
拡大レバー部と、両変位拡大レバー部の力点部間
に介在された圧電積層体と、両変位拡大レバー部
の作用部間に架設された座屈ばねからなるフラツ
パとによりフラツパ駆動機構を構成し、圧電積層
体は積層方向へ伸長するように分極処理を施し
た。

［作用］ 圧電積層体に電圧を印加すると、圧電積層体は
積層方向へ印加電圧に応じた伸長変位を示す。こ
の伸長変位は両変位拡大レバーを介してフラツパ
に拡大伝達し、フラツパが大きく平行変位する。
この大きな平行変位によりノズルとフラツパとの
間隔調整が容易となり、しかも圧電積層体がノズ
ルから離れているためにノズルから吹き出す流体
の断熱膨脹に起因する結露が圧電積層体に発生す
ることはなく、圧電積層体の絶縁破壊が防止され
る。又、圧電素子板と電極板との積層構成により
一方向電圧の連続印加によつても圧電素子板と電
極板との間の接着層が塑性変形することはなく、
しかも電圧の印加方向が分極方向に一致している
ことからして供給流体の供給を絶つたまま電圧印
加を放置しておいても脱分極が生じることはな
い。

［実施例］ 以下、本考案を具体化した一実施例を第１〜３
図に基づいて説明する。

１はバルブハウジングであり、バルブハウジン
グ１内には主弁２が上下にスライド可能に収容さ
れている。主弁２はバルブハウジング１に形成さ
れた入力ポート１ａと出力ポート１ｂとを接続す
る内部通路を開閉する。バルブハウジング１の上
端には支持キヤツプ３が接合固定されており、バ
ルブハウジング１と支持キヤツプ３との間の空間
部にはダイヤフラム組立４が上下にスライド可能
に収容されている。ダイヤフラム組立４上部の小
径フランジ部４ａとバルブハウジング１内周面と
の間にはダイヤフラム５が設けられていると共
に、大径フランジ部４ｂと支持キヤツプ３内周面
との間にもダイヤフラム６が設けられており、両
ダイヤフラム５，６により前記空間部が排気ポー
ト１ｃに通じる排気室S₁とパイロツト室S₂とに区
画される。

支持キヤツプ３にはパイロツトポート３ａが設
けられており、このパイロツトポート３ａは入力
ポート１ａへ圧力流体を供給する圧力流体源１５
に連通されていると共に、オリフイス７を介して
パイロツト室S₂に連通されている。又、支持キヤ
ツプ３には圧力センサ８が内蔵されており、出力
ポート１ｂ側の圧力が検出されるようになつてい
る。

支持キヤツプ３の上面にはノズル９がパイロツ
ト室S₂に連通するように横置き支持されており、
ノズル９の噴射口９ａの延長方向にはフラツパ駆
動機構１０に支持されたフラツパ１１がノズル９
と対向して配置されている。パイロツト室S₂内の
圧力は噴射口９ａに対するフラツパ１１の開閉動
作により制御され、パイロツト室S₂内の圧力が上
昇すれば主弁２が下動して入力ポート１ａと出力
ポート１ｂとが連通し、パイロツト室S₂内の圧力
が減少すれば主弁２が上昇して入力ポート１ａと
出力ポート１ｂとが遮断される。さらに、パイロ
ツト室S₂内の圧力が低くなるとダイヤフラム組立
４が上動し、出力ポート１ｂ側の圧力流体が排気
ポート１ｃから排出される。

第２図に示すように、フラツパ１１の前記動作
をもたらすフラツパ駆動機構１０は、固定基部１
０ａと、固定基部１０ａの両側に左右対称に一対
に連結形成された一対の変位拡大レバー部１０ｂ
と、両変位拡大レバー部１０ｂの力点部１０ｃ間
に介在された圧電積層体１２とからなり、薄板状
の座屈ばねからなるフラツパ１１が両変位拡大レ
バー部１０ｂの作用点部１０ｄ間に架設されてい
る。そして、固定基部１０ａがボルト１３により
支持キヤツプ３上に締付けられており、フラツパ
１１中央の作用部１１ａがノズル９の噴射口９ａ
に対向するように設定されている。フラツパ１１
は作用部１１ａがノズル９側へ若干突出するよう
に湾曲形成されており、両変位拡大レバー部１０
ｂの作用点部１０ｄが互いに接近すれば作用部１
１ａがノズル９側へ平行移動する。

圧電積層体１２は、第３図に示すように圧電素
子板１２ａと電極板１２ｂとを交互に接着して積
層構成されており、圧電素子板１２ａの分極方向
と電圧印加方向とが一致するように設定されてい
る。従つて、電極板１２ｂに直流電圧を印加すれ
ば第２図に鎖線で示すように各圧電素子板１２ａ
が印加電圧値に応じて厚み方向へ伸長し、圧電積
層体１２全体が積層方向へ伸長する。圧電積層体
１２への電圧印加は支持キヤツプ３上に嵌着され
たカバー内の制御回路（図示略）により制御さ
れ、この制御回路は出力ポート１ｂ側の圧力を検
出する圧力センサ８からの圧力情報に基づいて圧
電積層体１２に対する印加電圧を制御する。

フラツパ駆動機構１０を構成する両変位拡大レ
バー部１０ｂは固定基部１０ａとの連結部位を支
点部１０ｅとしており、支点部１０ｅと作用点部
１０ｄとの距離L₁は支点部１０ｅと力点部１０
ｃとの距離L₂よりも大きく設定されている。圧
電積層体１２にある値の電圧が印加されると、こ
の印加電圧値に応じて圧電積層体１２が積層方向
へ伸長変位する。この伸長変位量Δは僅かである
が、両変位拡大レバー部１０ｂの作用点部１０ｄ
はフラツパ１１のばね作用に抗して支点部１０ｅ
を中心としてΔ・L₁／L₂だけ接近し、これによ
りフラツパ１１の作用部１１ａがノズル９側へ平
行移動する。この実施例ではL₁／L₂≒８であり、
両変位拡大レバー部１０ｂの作用点部１０ｄの接
近変位量σが圧電積層体１２の伸長変位量Δの略
８倍程度になる。

第２図に示すように両変位拡大レバー部１０ｂ
の支点部１０ｅからフラツパ１１の作用部１１ａ
の境界端までの距離をｌとすると、作用部１１ａ
の平行変位量δは次式(1)で表される。

l²≒δ²＋（ｌ−１／２・Δ・L₁／L₂）² ……(1) 式(1)を書き変えれば次式(2)となる。

δ≒〔lΔ・L₁／L₂−（１／２・Δ・L₁／L₂）²〕^1/
２ ……(2) 従つて、L₁／L₂≒８かつｌ≫Δであることか
らして平行変位量δは比較的大きくなり、作用部
１１ａの平行変位作用とあいまつてノズル９の噴
射口９ａとフラツパ１１の作用部１１ａとの間隔
調整を精度良く行なうことができる。

圧電積層体１２の変位方向が積層方向であるた
め、連続して直流電圧を印加しても圧電素子板１
２ａと電極板１２ｂとの接着層（図示略）が塑性
変形することはなく、圧電積層体１２全体の塑性
変形は生じない。従つて、ノズル９の噴射口９ａ
に対するフラツパ１１の動作点がずれることはな
い。又、直流電圧の印加方向が各圧電素子板１２
ａの分極方向に一致しているため、最大電圧を印
加し続けた場合にも脱分極が発生することはな
く、フラツパ１１の変位制御は安定して行われ
る。さらに、圧電積層体１２がノズル９から離間
していると共に、圧電積層体１２とノズル９との
間に固定基部１０ａが介在するため、吹き出し流
体の断熱膨脹に起因する結露が圧電積層体１２上
に発生することはなく、圧電積層体１２の絶縁破
壊は確実に回避される。

本考案は勿論前記実施例にのみ限定されるもの
ではなく、例えば第４，５図に示す実施例も可能
である。この実施例ではノズル９がパイロツト室
S₂に連通するように支持キヤツプ３上に立設され
ており、フラツパ１４がノズル９の直上で噴射口
９ａに対向配置されている。フラツパ１４は前記
実施例と同様に座屈ばねからなり、前記実施例と
同様のフラツパ駆動機構１０を構成する両変位拡
大レバー部１０ｂの作用点部１０ｄ間にて下向き
に架設支持されている。従つて、圧電積層体１２
の伸長変位によりフラツパ１４の作用部１４ａが
噴射口９ａ側へ平行変位し、しかもフラツパ１４
の作用部１４ａの平行変位量も前記実施例と同程
度であることからして前記実施例と同様にフラツ
パ１４と噴射口９ａとの間隔調整を精度良く行な
うことができる。

又、前記各実施例の固定基部１０ａと変位拡大
レバー部１０ｂとを別体形成し、両者の連結部位
を支点部とする実施例も可能である。

さらに、パイロツト弁を省略したノズルフラツ
パ機構部だけの電空変換器にも適用可能である。

［考案の効果］ 以上詳述したように本考案は、圧電積層体の伸
長変位を変位拡大レバーを介してフラツパの平行
変位に拡大変換するようにしたので、フラツパの
平行変位による調整性の向上、塑性変形防止、脱
分極防止が可能となり、これにより圧電積層体の
絶縁破壊を回避しつつパイロツト圧の制御精度を
向上し得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本考案を具体化した一実施例を示
し、第１図は電空変換器全体の縦断面図、第２図
はフラツパ駆動機構の斜視図、第３図は圧電積層
体の要部拡大断面図、第４図は本考案の別例の電
空変換器全体を示す縦断面図、第５図はフラツパ
駆動機構の斜視図である。 入力ポート……１ａ、出力ポート……１ｂ、主
弁……２、ダイヤフラム……５，６、圧力センサ
……８、ノズル……９、フラツパ駆動機構……１
０、フラツパ……１１，１４、固定基部……１０
ａ、変位拡大レバー部……１０ｂ、力点部……１
０ｃ、作用点部……１０ｄ、支点部……１０ｅ、
作用部……１１ａ，１４ａ、圧電積層体……１
２、圧電素子板……１２ａ、電極板……１２ｂ、
伸長変位量……Δ、平行変位量……δ、パイロツ
ト室……S₂。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入力ポート１ａと出力ポート１ｂとの間の連通
   遮断を行なう主弁２に連接されたダイヤフラム組
   立４に作用するパイロツト圧をノズルフラツパ機
   構のフラツパ１１，１４の変位により制御し、出
   力ポート１ｂ側の検出圧力に基づいてノズルフラ
   ツパ１１，１４の変位を電気的に制御する電空変
   換器において、固定基部１０ａと、固定基部１０
   ａの両側に揺動可能に対称に支持された一対の変
   位拡大レバー部１０ｂと、両変位拡大レバー部１
   ０ｂの力点部１０ｃ間に介在された圧電積層体１
   ２と、両変位拡大レバー部１０ｂの作用点部１０
   ｄ間に架設された座屈ばねからなるフラツパ１
   １，１４とによりフラツパ駆動機構を構成し、圧
   電素子板１２ａと電極板１２ｂとを交互に積層し
   た圧電積層体１２に対して前記検出圧力に応じた
   電圧を各電圧素子板１２ａの分極方向へ印加し、
   これにより積層方向へ伸長変位する圧電積層体１
   ２の変位Δを両変位拡大レバー部１０ｂを介して
   フラツパ１１，１４の変位δに拡大変換するよう
   にしたことを特徴とする電空変換器。