JPH0481665B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は各種弁においてその通路開閉用可動
機構の改良に関するものである。

（従来の技術） 弁は流体を通したり止めたり制御したりするた
めに通路を開閉することができる可動機構を持つ
機器の総称であり、特に流れの形を変えたり圧力
または流量を制御したりする制御弁は機能上方向
制御弁、圧力制御弁、流量制御弁に大別されてい
る。

従来、弁体の可動機構としては比例ソレノイド
方式が多く利用されている。その一例として第３
図に示す圧力制御弁においては、弁室２に弁座３
が設けられ、入口ポート４側の通路５と出口ポー
ト６側の通路７とがこの弁座３及び弁室２を介し
て連通されている。弁室２内には可動子２５が移
動可能に嵌め込まれ、この可動子２５の外周には
ソレノイド２６が配設されている。可動子２５の
弁体保持部２５ａには弁体２７が圧縮コイルばね
２８を介して取付けられ、この弁体２７が弁座３
に対し開閉可能に圧接されている。そして、ソレ
ノイド２６に電流が印加されると、可動子２５が
移動して圧縮コイルばね２８が圧縮され、弁座３
に対する弁体２７の圧接力が増加する。この電流
値に応じてソレノイド推力は比例的に変化する。
このソレノイド推力と圧縮コイルばね２８とが釣
り合つたところで可動子２５が停止して圧縮コイ
ルばね２８の撓み量が決まり、弁座３に対する弁
体２７の圧接力も決まる。入口ポート４側の圧力
が上昇して弁体２７に働く力が圧縮コイルばね２
８の弾性力に打ち勝つと、弁体２７が弁座３を開
いて入口ポート４側と出口ポート６側とが連通
し、入口ポート４側の圧力が下がる。従つて、入
口ポート４側の過度な昇圧を防止する。弁体２７
に働く力と圧縮コイルばね２８の弾性力が釣り合
つたところで弁体２７は弁座３を閉じる。この動
作が繰り返されて入口ポート４側の圧力がほぼ一
定になる。このようにして入口ポート４側の設定
圧力をソレノイド２６の電流値の変更により調節
することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この比例ソレノイド方式において
は、(イ)電流比例の推力を得るための構造上の原因
によりソレノイド推力が余り大きくなく、又ソレ
ノイドのインダクタンス等による消磁遅れのた
め、弁体の切換えが遅くなつて応答性が悪い、(ロ)
ソレノイドの推力特性は熱影響により変わり易い
ため、設定圧力にばらつきが生ずる、(ハ)ソレノイ
ドの吸引作用は可動子ばかりでなくボデイにも働
くため、ヒステリシス損が発生し、ソレノイド推
力が低下して可動子の動作遅れの原因になる、(ニ)
比例ソレノイドは磁気回路に特殊な加工が必要で
ある、等の特有の欠点がある。

そこで、このような種々の欠点を有する比例ソ
レノイド方式を採用せず、それらに代えて新規な
圧電素子方式を採用したものが本発明である。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） すなわち、この発明はボデイ内の弁室に弁座を
設けて入口ポート側の通路と出口ポート側の通路
とをこの弁座及び弁室を介して連通し、弁室には
弁座に対し開閉動作可能に弁体を設けた弁におい
て、前記弁室内には、弁体制御用圧電素子積層体
を備え、この弁体制御用圧電素子積層体への電圧
印加に基づき前記弁体の開閉動作方向へ伸縮可能
で且つその伸縮方向へ弁室内を移動可能な可動体
と、この可動体に取付けたばねにより弁座に対し
圧接される弁体と、前記可動体に弁体制御用圧電
素子積層体とは伸縮方向が異なるように取着され
たクランプ用圧電素子積層体を備え、このクラン
プ用圧電素子積層体への電圧印加に基づいて伸縮
し、その収縮時には可動体と共に弁室内を移動可
能であり、伸長時には弁室内面に圧接固定可能な
位置決め装置と、弁室内面に摺接し、前記可動体
又は位置決め装置と共に弁室内を移動可能な区画
部材とを設け、前記区画部材により弁室内に弁座
に対応する弁体収容室とその反対側の背圧室とを
形成し、前記背圧室と入口ポート側の通路とをパ
イロツト通路により連通したものである。

（作用） 弁体制御用及びクランプ用圧電素子積層体に電
圧指令がない場合には、可動体と位置決め装置及
び区画部材は弁室内を移動可能であり、又、入口
ポートから供給される圧油は弁座と弁体との間を
通つて出口ポートへ流れる。

まず、クランプ用圧電素子積層体に電圧を印加
すると、この圧電素子積層体の伸長に基づき位置
決め装置が弁室の内面に固定される。次いで、弁
体制御用圧電素子積層体に電圧を印加すると、こ
の圧電素子積層体は印加電圧に応じた寸法だけ伸
長と、この伸長寸法によりばねの弾性力が変わつ
て弁座に対する弁体の圧接力が決まる。

クランプ用圧電素子積層体の印加電圧が短時間
切られると、入口ポート側からパイロツト通路を
通つて背圧室に流入された圧油により区画部材が
押圧されるため、可動体と収縮状態にある位置決
め装置及び区画部材は弁座側へ移動し、弁座に対
する弁体の圧接力が増大する。

短時間の後、再びクランプ用圧電素子積層体に
電圧が印加されると、この圧電素子積層体の伸長
に基づき位置決め装置は前記移動後の位置で弁室
内面に圧接固定される。従つて、弁体制御用圧電
素子積層体の印加電圧の変更及びクランプ用圧電
素子積層体の印加電圧の入切調節により、入口ポ
ート側の圧力を任意の設定値に保つことが可能と
される。

（実施例） まず、この発明を圧力制御弁に具体化した第一
実施例を第１図に従つて説明する。

ボデイ１内には弁室２が設けられ、その左側に
弁座３が形成されている。ボデイ１の左側には入
口ポート４及び出口ポート６が設けられ、入口ポ
ート４側の通路５と出口ポート６側の通路７とは
弁座３及び弁室２を介して連通されている。

前記弁室２内には弁体制御用圧電素子積層体１
０からなる可動体９が配設されている。弁体制御
用圧電素子積層体１０は１mm厚前後の圧電素子を
その伸縮方向が同一となるように積層したもので
あり、電圧印加に基づくその伸縮方向は弁座３に
対する弁体１５の開閉動作方向と同じにされてい
る。従つて、可動体９は前記弁体制御用圧電素子
積層体１０により伸縮可能であり、その伸縮方向
へ弁室２内を移動可能になつている。

前記可動体９の基端（第１図において右端）に
は位置決め装置８を構成するクランプ用圧電素子
積層体１８が取着されている。このクランプ用圧
電素子積層体１８は電圧印加に基づく伸縮方向が
前記弁体制御用圧電素子積層体１０の伸縮方向と
直交するように配設されている。従つて、前記位
置決め装置８はクランプ用圧電素子積層体１８の
収縮時には可動体９と共に弁室２内を移動可能で
あるが、その圧電素子積層体１８の伸長時には弁
室２の内面に圧接固定されるようになつている。

そして、前記可動体９と位置決め装置８とは区
画部材を構成する左右一対のガイド１１，１２に
より一体的に挟着されている。この両ガイド１
１，１２は弁室２の内周面に摺接されて弁体制御
用圧電素子積層体１０の伸縮方向へ移動可能にな
つている。弁座３に対応する左側ガイド１１には
Ｏリング１３が嵌め込まれ、このガイド１１と弁
座３との間には弁体収容室２ａが設けられてい
る。このガイド１１には弁座３に向けて突起１４
が突設され、この突起１４と対応して弁体１５に
も突起１５ａが設けられている。そして、弁体１
５と可動体９の左側ガイド１１との間には前記両
突起１４，１５ａを挿通する弁体用圧縮コイルば
ね１９が介在され、このばね１９により弁体１５
を弁座３の方向へ付勢するようになつている。ま
た、弁体収容室２ａにはその内面と左側ガイド１
１との間において可動体リターン用圧縮コイルば
ね２０が介在されている。一方、右側ガイド１２
にはＯリング２１が嵌め込まれ、前記弁体収容室
２ａの反対側に背圧室２ｂが設けられている。こ
の背圧室２ｂと入口ポート４側の通路５とはパイ
ロツト通路２２により連通され、このパイロツト
通路２２と入口ポート４側との間において入口ポ
ーツト４側の通路５には絞り２３が設けられてい
る。右側ガイド１２に対応してボデイ１の右側に
は調節ねじ１６が螺合され、その内端がこのガイ
ド１２に当接し得るようになつている。

この調節ねじ１６は前記クランプ用圧電素子積
層体１８の収縮時に弁体１５が圧電素子積層体１
０の伸縮（矢印Ａ方向）により弁座３を閉じる方
向へ動くときその反力を受けるように可動体９の
右方への移動を規制する。一方、前記クランプ用
圧電素子積層体１８の伸長時には、位置決め装置
８が弁室２の内面に圧接固定されるため、この伸
長時には前記調節ねじ１６に代わつて、このクラ
ンプ用圧電素子積層体１８からなる位置決め装置
８によつて弁座３に対する圧接力の反力が受けら
れる。

前記弁体制御用及びクランプ用の両圧電素子積
層体１０，１８の各圧電素子は圧力設定器１７に
接続されている。この圧力設定器１７は入口ポー
ト４側の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）
からの入力に基づき所定の電圧指令を圧電素子に
出力するようになつている。なお、弁体制御用圧
電素子積層体１０の一部を感圧センサとして用
い、前記圧力センサの代用とすることも可能であ
る。

さて、弁体制御用及びクランプ用圧電素子積層
体１０，１８に電圧指令がない場合には、可動体
９及び位置決め装置８は弁室２内を移動可能であ
り、弁体１５は弁座３に対する圧接力がなく弁座
３に対して離れているか、又は離間可能な状態に
なつている。入口ポート４から供給される圧油は
弁座３と弁体１５との間を通つて出口ポート６へ
流れる。

この状態から、まず調節ねじ１６を操作して可
動体９の移動規制位置を決め、その後圧力設定器
１７によりクランプ用圧電素子積層体１８に電圧
を印加すると、クランプ用圧電素子積層体１８が
伸長して位置決め装置８は弁室２の内面に圧接固
定される。次いで、圧力設定器１７により弁体制
御用圧電素子積層体１０に電圧を印加すると、弁
体制御用圧電素子積層体１０は印加電圧に応じた
寸法だけＡ矢印方向へ伸ばされる。このとき、可
動体９は位置決め装置８により位置決めされてい
るため、可動体９はこの位置を中心にして弁座３
側へ伸長される。この伸長により、弁体用圧縮コ
イルばね１９が圧縮され、弁体１５が弁座３に圧
接される。弁体１５により弁座３が閉じられる
と、入口ポート４側から出口ポーツト６側への流
れは遮断され、入口ポート４側の圧力は上昇す
る。

この状態で、クランプ用圧電素子積層体１８の
印加電圧が短時間切られると、位置決め装置８に
よる弁室２内面への圧接固定状態が解除される。
すると、入口ポート４側からパイロツト通路２２
を通つて背圧室２ｂに流入された圧油が右側ガイ
ド１２に作用する。これにより、可動体９と位置
決め装置８及び両ガイド１１，１２は可動体リタ
ーン用圧縮コイルばね２０の付勢力に抗して弁座
３側へ移動し、弁座３に対する弁体１５の圧接力
が増大する。短時間の後再びクランプ用圧電素子
積層体１８に電圧が印加されると、クランプ用圧
電素子積層体１８が伸長して、この伸長により位
置決め装置８は弁室２の内面に圧接固定され、こ
の移動位置で位置決めされる。

入口ポート４側の圧力は圧力センサにより検出
され、この検出圧力は圧力設定器１７に入力され
る。この検出圧力が入口ポート４側の圧力の設定
値よりも高くなると、弁体１５に働く力が弁体用
圧縮コイルばね１９の弾性力に打ち勝ち、弁体１
５が弁座３を開いて入口ポート４側と出口ポート
６側とが連通し、入口ポート４側の圧力が下が
る。従つて、入口ポート４側の過度な昇圧を防止
し、入口ポート４側の圧力を任意の設定値に保つ
ことができる。

弁体制御用圧電素子積層体１０の印加電圧が変
更されると、その印加電圧に応じて弁体制御用圧
電素子積層体１０が伸縮し、弁体用圧縮コイルば
ね１９の撓み量が変わる。この撓み量に応じて弁
座３に対する弁体１５の圧接力が決まり、入口ポ
ート４側の設定圧力を変更することができる。

前記クランプ用圧電素子積層体１８の切時間を
変更すると、パイロツト通路２２を通つて背圧室
２ｂに流入した圧油の作用により位置決め装置８
の固定位置が変わる。従つて、弁体制御用圧電素
子積層体１０による弁体１５の圧接力の調節に加
えて、前記クランプ用圧電素子積層体１８の切時
間変更によつても弁体１５の圧接力を調節するこ
とができる。

弁体制御用及びクランプ用圧電素子積層体１
０，１８の印加電圧を切ると、弁体制御用圧電素
子積層体１０が反Ａ矢印方向へ収縮し、弁座３が
開いて入口ポート４側の圧油は出口ポート６側へ
流れる。この入口ポート４側の通路５には絞り２
３があるため、この絞り２３と弁座３との間が低
圧になり、背圧室２ｂの圧油がパイロツト通路２
２を通つて入口ポート４側の通路５に逆流する。
これにより、可動体９と位置決め装置８及び両ガ
イド１１，１２は可動体リターン用圧縮コイルば
ね２０により右方へ戻されて調節ねじ１６に当接
したところで止まる。

第２図に示す第二実施例は前記第一実施例にお
ける可動体リターン用圧縮コイルばね２０に代え
て、背圧室２ｂに可動体リターン用引張コイルば
ね２４を設け、その両端を右側ガイド１２及び背
圧室２ｂの内面に固着したものであり、この第二
実施例の作用は第一実施例の場合と同様である。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば、可動
体に備えた弁体制御用圧電素子積層体による弁体
圧接力の調節に加えて、位置決め装置に備えたク
ランプ用圧電素子積層体及びパイロツト通路によ
る弁体圧接力の調節が行えるので、細かく広範囲
の圧力制御が可能となり弁の制御性が良くなると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例に係る圧力制御弁を示す断
面図、第２図は第二実施例に係る圧力制御弁を示
す断面図、第３図は従来の圧力制御弁を示す断面
図である。 図中、２は弁室、２ａは弁体収容室、２ｂは背
圧室、３は弁座、４は入口ポート、５は入口ポー
ト側通路、６は出口ポート、８は位置決め装置、
９は可動体、１０は弁体制御用圧電素子積層体、
１１，１２は区画部材としての左右ガイド、１５
は弁体、１８はクランプ用圧電素子積層体、１９
は弁体用圧縮コイルばね、２２はパイロツト通
路、２３は絞りである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボデイ内の弁室に弁座を設けて入口ポート側
   の通路と出口ポート側の通路とをこの弁座及び弁
   室を介して連通し、弁室には弁座に対し開閉動作
   可能に弁体を設けた弁において、 前記弁室２内には、 弁体制御用圧電素子積層体１０を備え、この弁
   体制御用圧電素子積層体１０への電圧印加に基づ
   き前記弁体１５の開閉動作方向へ伸縮可能で且つ
   その伸縮方向へ弁室２内を移動可能な可動体９
   と、 この可動体９に取付けたばね１９により弁座３
   に対し圧接される弁体１５と、 前記可動体９に弁体制御用圧電素子積層体１０
   とは伸縮方向が異なるように取着されたクランプ
   用圧電素子積層体１８を備え、このクランプ用圧
   電素子積層体１８への電圧印加に基づいて伸縮
   し、その収縮時には可動体９と共に弁室２内を移
   動可能であり、伸長時には弁室２内面に圧接固定
   可能な位置決め装置８と、 弁室２内面に摺接し、前記可動体９又は位置決
   め装置８と共に弁室２内を移動可能な区画部材１
   １，１２とを設け、 前記区画部材１１，１２により弁室２内に弁座
   ３に対応する弁体収容室２ａとその反対側の背圧
   室２ｂとを形成し、前記背圧室２ｂと入口ポート
   ４側の通路５とをパイロツト通路２２により連通
   した圧電素子式弁。 ２ パイロツト通路２２と入口ポート４との間に
   おいて入口ポート４側の通路５には絞り２３が設
   けられている特許請求の範囲第１項に記載の圧電
   素子式弁。