JPH0637944B2 - 三方弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は三方弁に関し、特に、弁の切換えに圧電性素
子を用いた三方弁に関するものである。

〔従来技術およびその問題点〕

現在、圧電性素子を用いた弁としては、特開昭６０年第
１２９４８１号公報、特開昭６０年第１２９４８２号公
報および特開昭６０年第１３６６８０号公報に示されて
いるものが知られているが、これらのものにあっては、
圧電性素子の電圧印加時の変位を直接に液圧変換して圧
電性素子の電圧印加時の変位を拡大して取出すようにな
っているが、液圧変換のための機構が大型化し、弁の全
体が大きくなってしまうとともに、圧電性素子の電圧印
加時の変位は微小であるために精度が充分でないという
問題点を有していた。

この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決
してものであって、弁全体をを小型とすることができる
とともに、圧電性素子の電圧印加時の変位を確実に取出
すことのできる三方弁を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は前記の問題点を解決するために、本体内に、
温度補償部材を介して後端が取り付けられるとともに、
電圧の印加時に伸長変位する圧電性素子と、スチールボ
ールを介在させた状態で前記圧電性素子の先端と当接す
るとともに、その当接する一端側寄りが前記本体に枢着
されて前記圧電性素子の変位を拡大するアームを有する
テコ機構と、異径シリンダで構成された液圧室を有し、
かつ、この液圧室の大径部に位置しているピストンが前
記テコ機構のアームと連結されるとともに、この大径部
側のピストンが液体を介して小径部に位置するピストン
に連結され、前記テコ機構の作動によって拡大された変
位をさらに拡大する変位拡大機構と、この変位拡大機構
の小径部に位置するピストンに連結されるアームを有す
るとともに、このアームを介して付勢部材で付勢される
ポペットを有し、前記変位拡大機構の作動によりポペッ
トが第１流路と第２流路とを切り換える弁機構とを具
え、前記弁機構は、前記圧電性素子への非電圧印加時
に、前記付勢材によって前記ポペットが直接付勢されて
いずれか一方の流路のみを開放した状態に保持するとと
もに、電圧印加時に、前記付勢部材の付勢力に抗してい
ずれか他方の流路のみを開放するという手段を採用した
ものである。

〔作用〕

上記の手段を採用したことによりこの発明は、圧電性素
子の微小な変位を２段階に拡大することにより大きな変
位としてポペットを移動させることができ、しかも、周
囲の環境の温度変化に影響されることなく弁を開閉させ
ることができることとなる。

〔実施例〕

以下、図面に示すこの発明の実施例について説明する。

第１図にはこの発明による三方弁の一部断面図が示され
ていて、本体１の内部に、圧電性素子２の配設室３、テ
コ駆動室４、液圧室５およびポペット室６が形成されて
いるとともに、本体１自体は低熱膨張係数の材質により
形成されている。

そして、前記本体１に設けられた圧電性素子２の配設室
３内には本体１の内壁に、本体１を構成する材質の熱膨
張係数の約３倍の熱膨張係数を有する台座７の後端を固
設するとともに、この台座７の先端には、圧電性素子
（ＰＺＴ）２の後端を固着し、また、圧電性素子２の先
端にはボル受け８を設けて、このボール受け８の円錐孔
８ａ内にスチールボール９を位置させてある。

一方、前記テコ駆動室４の内部には圧電性素子２の配設
室３側がシャフト１０によって本体１に枢着されている
アーム１１が回動可能に設けられ、このアーム１１の前
記圧電性素子２の先端に位置するスチールボール９に対
応する部分には前記ボール受け８との間でスチールボー
ル９を挾持するための窪み部１２ａが先端に設けられて
いるソケットスクリュー１２が螺合されているととも
に、このソケットスクリュー１２はナット１３によって
前記アーム１１に固定されている。

また、前記アーム１１のソケットスクリュー１２が設け
られている側と反対側には、液圧室５の大径部５ａに位
置するピストン１５の後端ロッド部１５ａがピン１４に
よって枢着され、このピストン１５の後端ロッド部１５
ａと、前記本体１にマニュアルガイド１６を介して取付
けられたマニュアルピン１７との間にはばね１８が設け
られて前記ピストン１５が液圧室５の大径部５ａの容積
を減少するように付勢されている。

また、前記液圧室５の小径部５ｂ内にはピストン１９が
設けられ、このピストン１９にはアーム２０の一端が固
着されているとともに、このアーム２０は、ポペット室
６内に位置する３つの弁箱２１、２２、２３間を貫通し
て延びていて、他端が最外部に位置する弁箱２３の内部
に至り、そして、アーム２０の他端には弁受け２４が固
着されている。

また、前記３つの弁箱２１、２２、２３によって形成さ
れた室内には本体１に穿設された孔２５、２６、２７が
それぞれ連通していて流路が形成され、また、中央部の
弁箱２２内に位置するアーム２０の部分には、中央部の
弁箱２２と両側の弁箱２１、２３との間の流体の連通を
阻止するためのポペット２８が取付けられ、さらに、前
記アーム２０の他端に設けられた前記弁受け２４と最外
部の弁箱２３との間にはばね２９が設けられていて、前
記ピストン１９が液圧室５の小径部５ｂの容積を減少す
るように付勢している。

この場合、前記両ばね１８、２９の付勢力に関しては、
弁受け２４を右方に付勢するばね２９の方が他のばね１
８よりも大きな付勢力を作用するようになっていて、し
たがって、初期の状態にあっては第１図に示す状態より
もピストン１５、１９、ポペット２８等が右方にあり、
ポペット２８が右側の弁箱２１と当接して中央部の弁箱
２２と右側の弁箱２１との間の流通、すなわち、孔２
５、弁箱２１、２２の内部および孔２６によって形成さ
れる第１流路の流通を阻止して、中央部の弁箱２２と左
側の弁箱２３との流通、すなわち、孔２６、弁箱２２、
２３および孔２７によって形成される第２流路の流通を
許容している状態となっている。

なお、３０は前記圧電性素子２に電圧を印加するための
端子、３１は前記液圧室５の大径部５ａに位置するピス
トン１５を案内するためのピストンガイドである。

そして、上記のように構成されているものを作動させる
に際しては、まず、端子３０を介して前記圧電性素子２
に電圧を印加すると、この印加電圧に応じて前記圧電性
素子２が変位して伸張し、前記圧電性素子２の先端が伸
長変位するとスチールボール９を介して、前記アーム１
１を前記シャフト１０を支点として回動させることにな
る。

この場合、既述の如く、アーム１１はその中央よりも圧
電性素子２側に支点が位置しているためにアーム１１の
反対端、すなわち液圧室５側においては前記圧電性素子
２の変位は拡大されることとなる。

さらに、前記アーム１１の反対側には液圧室５の大径部
５ａ内に位置しているピストン１５の後端が枢着されて
いるので、アーム１１の回動時にピストン１５は第１図
の左方に移動して液圧室５の大径部５ａの容積を減少さ
せることとなる。

したがって、大径部５ａと連通している小径部５ｂ内の
ピストン１９をばね２９の付勢力に抗してアーム１１と
一体に左方に移動し、しかも、大径部５ａ内のピストン
１５の移動量よりも拡大して移動させるることになる。

そして、このアーム１１に一体に取付けられているポペ
ット２８も同時に左方に移動させることとなるので右側
の弁箱２１の孔を閉塞している状態から、そこを開放し
て中央の弁箱２２の孔を閉塞する状態に変化する。

したがって、本体１に穿設した孔２５と孔２６との間の
第１流路は開放されるとともに、孔２６と孔２７との間
の第２流路が閉塞されることとなり、これによって流路
を確実に切換えることができるものである。

この場合、圧電性素子に印加する電圧、変位量および発
生する力との関係は第２図および第３図に示すようにな
っているので最適な状態を選定して作動させるものであ
り、圧電性素子の発生変位量の３０％〜４０％の範囲を
用いるように印加電圧を考慮しておけば、発生力の４０
％〜６０％の力を得ることができ、この力をテコ、すな
わち、アーム１１を用いて圧電性素子２自体の変位量の
４〜８倍に拡大して、発生力の１／４〜１／８を伝達す
ることができ、さらに拡大された変位量を、１／１０〜
１／２０の面積比の異径シリンダによって発生力を失う
ことなく前記ポペット２８に伝達することができる。

こののち、再び流路を切換える場合には、前記圧電性素
子２への電圧印加を停止すれば、圧電性素子２は初期の
状態に復帰し、これによってアーム１１への押圧は解除
し、ポペット２８および両ピストン１５、１９等はばね
２９の付勢力によって右方に移動して第１流路を閉塞し
て、第２流路を開放することとなり、これによって初期
の状態に復帰するとともに、流路を切り換えるものであ
る。

第４図にはこの発明によるものの他の実施例が示されて
いて、この実施例に示すものにあっては、前記実施例の
ものと圧電性素子２の取付け状態が異なっており、その
部分だけを示してあるが、本体１の内部に、プレート４
０との間にサポート軸４１を介して台座であるサポート
４２を取付け、このサポート４２に圧電性素子２の後端
を取付けてあり、このように構成することによっても前
記実施例と同様に作動するものである。

このような作動時に、周囲の環境温度が変化したとして
も、既述のように圧電性素子２は本体１を構成する材質
の約３倍の熱膨張係数を有する台座７またはサポート４
２によって取付けられているために、圧電性素子２の先
端とアーム１１の枢着点との距離は変化しないこととな
る。

すなわち、前記圧電性素子２の熱膨張係数は約２９×１
０^-7であり、本体の熱膨張係数は約９〜１１×１０^-6で
あるが、この差をなくすような熱膨張係数を有する材質
によって前記台座７およびサポート４２が構成されてい
るものであるために、本体１が伸縮した場合であって
も、圧電性素子２も台座７またはサポート４２と一体に
伸縮し、しかも、熱膨張係数の差によって圧電性素子２
の先端とアーム１１の枢着点との距離の変化は生じない
ものである。

そして、上記のような三方弁は、その作動要素図は第５
図に示すように、また、シンボル部は第６図に示すよう
になるものである。

〔発明の効果〕

この発明は前記のように構成したことにより、圧電性素
子の微小な変位は２段階で拡大することにより、正確に
取出すことができ、これによって作動精度の高い弁とす
ることができ、しかも、圧電性素子を用いているために
全体を小型とすることがきるなどのすぐれた効果を有す
るものである。

また、付勢部材によりポペットを直接流路に対して付勢
したので、ポペットによる流路の開閉切り換え操作を確
実にすることができる。さらに、単一のポペットで複数
の流路を開閉するようにしたことにより、弁機構の構成
を簡単化することができ、小型化実現に貢献するという
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明を示し、第１図は第１実施例の一部断面
図、第２図は圧電性素子の印加電圧と変位量との関係を
示す図、第３図は圧電性素子の変位量と発生力との関係
を示す図、第４図は他の実施例の要部を示す図、第５図
は作動要素図、第６図はシンボル図である。 １……本体 ２……圧電性素子 ３……圧電性素子の配設室 ４……テコ駆動室 ５……液圧室 ５ａ……大径部 ５ｂ……小径部 ６……ポペット室 ７……台座 ８……ボール受け ８ａ……円錐孔 ９……スチールボール １０……シャフト １１、２０……アーム １２……ソケットスクリュー １２ａ……窪み部 １３……ナット １４……ピン １５、１９……ピストン １５ａ……後端ロッド部 １６………マニュアルガイド １７……マニュアルピン １８、２９……ばね ２１、２２、２３……弁箱 ２４……弁受け ２５、２６、２７……孔 ２８……ポペット ３０……端子 ３１……ピストンガイド ４０……プレート ４１……サポート軸 ４２……サポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体（１）内に、温度補償部材（７）を介
   して後端が取り付けられるとともに、電圧の印加時に伸
   長変位する圧電性素子（２）と、スチールボール（９）
   を介在させた状態で前記圧電性素子（２）の先端と当接
   するとともに、その当接する一端側寄りが前記本体
   （１）に枢着されて前記圧電性素子（２）の変位を拡大
   するアーム（１１）を有するテコ機構と、異径シリンダ
   で構成された液圧室（５）を有し、かつ、この液圧室
   （５）の大径部に位置しているピストン（１５）が前記
   テコ機構のアーム（１１）と連結されるとともに、この
   大径部側のピストン（１５）が液体を介して小径部に位
   置するピストン（１９）に連結され、前記テコ機構の作
   動によって拡大された変位をさらに拡大する変位拡大機
   構と、該変位拡大機構の小径部に位置するピストン（１
   ９）に連結されるアーム（２０）を有するとともに、こ
   のアーム（２０）を介して付勢部材（２９）で付勢され
   るポペット（２８）を有し、前記変位拡大機構の作動に
   よりポペット（２８）が第１流路と第２流路とを切り換
   える弁機構とを具え、前記弁機構は、前記圧電性素子
   （２）への非電圧印加時に、前記付勢部材（２９）によ
   って前記ポペット（２８）が直接付勢されていずれか一
   方の流路のみを開放した状態に保持するとともに、電圧
   印加時に、前記付勢部材（２９）の付勢力に抗していず
   れか他方の流路のみを開放することを特徴とする三方
   弁。
2. 【請求項２】前記温度補償部材（７）は、前記本体
   （１）の約３倍の熱膨張係数を有している特許請求の範
   囲第１項記載の三方弁。