JPH1054478A - 弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より確実かつ効果的に動作させることのでき
る弁を提供する。 【解決手段】 少なくとも２つの接続口部を持つ弁は、
少なくとも２つの設定位置の間を前後に移動可能なスラ
イド部材を備えている。このスライド部材は、一方の設
定位置において少なくとも１つの接続口部を閉鎖し、他
方の設定位置においてこれを開放する。スライド部材の
位置決め機能を実行するための位置決め手段と、閉鎖機
能を実行するための閉鎖手段が設けられ、位置決め手段
は位置決めアクチュエータを備え、閉鎖手段は閉鎖アク
チュエータを備えている。これらのアクチュエータは、
互いに独立して制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分に記載された弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】弁は、非常に多様な用途をもつものとし
てよく知られている。弁は、少なくとも２つの接続口部
と、少なくとも２つの設定位置の間を前後に移動可能な
スライド部材を持ち、このスライド部材は、一方の設定
位置において少なくとも１つの接続口部を閉鎖し、他方
の設定位置においてこれを開放する。さらに、スライド
部材の位置決め機能を実行するための位置決め手段と、
閉鎖機能を実行するための閉鎖手段が設けられている。

【０００３】燃料用としての電磁注入弁が米国特許第４
６７９０００号に開示されており、ここでは、スライド
部材は一方の設定位置において２つの接続口部間の連通
を開放し、他方の設定位置においてこれを閉鎖する。電
磁アクチュエータの制御により、スライド部材は閉鎖位
置に案内され、その前端が対応する閉鎖弁座に接触す
る。すなわち、電磁アクチュエータは一方では位置決め
力を発生し、他方ではスライド部材に対する閉鎖力を発
生する。閉鎖位置では、スライド部材は圧電素子により
把持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の弁にお
いては、電磁アクチュエータは比較的大きな構造をも
つ。これは、一方では、スライド部材の調節距離を比較
的大きくとらなければならず、他方では、閉鎖位置にお
いて比較的大きな閉鎖力を印加しなければならないから
である。

【０００５】従って、本発明の目的は、より効果的かつ
より確実にセットできるように改良された弁を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は請求項１記載の特徴により達成される。位置決め手
段は位置決めアクチュエータを備え、閉鎖手段は閉鎖ア
クチュエータを備え、これらは、互いに独立して制御さ
れる。すなわち、弁動作を達成するためのスライド部材
の「位置決め」ならびに「閉鎖」機能は、複数個の独立
したアクチュエータにより達成することができる。この
場合、各アクチュエータを、それぞれの機能に対して、
特に、調節距離と調節力に関して最適に設計することが
できる。すなわち、位置決めアクチュエータについては
比較的大きい調節距離と小さい調節力が必要とされ、一
方、閉鎖アクチュエータについては要件は逆になる。す
なわち、小さい調節距離と大きい調節力が必要となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【０００８】図１に、装置接続口部１と、圧力接続口部
２と、排気接続口部３を備えた３／２方弁を示す。スラ
イド部材４が、２つの設定位置の間を前後に移動可能に
配置されている。図示の設定位置では、スライド部材４
は排気接続口部３を閉鎖し、装置接続口部１と圧力接続
口部２間を連通させている。他方の設定位置では、スラ
イド部材４は排気接続口部３を開放し、これにより、装
置接続口部１と排気接続口部３間を連通させる。

【０００９】位置決め機能を実行するための位置決め手
段がスライド部材４に接続され、これら位置決め手段
は、位置決めアクチュエータ５ａと、弾性部材、すなわ
ち、第１のばね部材５ｂにより構成されている。閉鎖機
能を実行するために、閉鎖アクチュエータ６ａと第２の
ばね部材６ｂからなる閉鎖手段が設けられている。本実
施の形態においては、位置決めアクチュエータ５ａと閉
鎖アクチュエータ６ａはいずれも、片側で把持された圧
電屈曲舌片により形成されている。

【００１０】対応する電圧を加えることにより、位置決
めアクチュエータ５ａが活性化され、スライド部材４を
ばね部材５ｂの力に抗して左向きに移動させる。同時
に、閉鎖アクチュエータ６ａは、第２のばね部材６ｂに
よりスライド部材４上に加えられる閉鎖力を相殺するよ
うに活性化される。第２のばね部材６ｂによるスライド
部材４の移動のあとで、閉鎖アクチュエータ６ａが復帰
し、これにより閉鎖力が発生する。スライド部材４の移
動のあとでは、２つのアクチュエータ５ａおよび６ａ
は、スライド部材４に対してさらに力を伝達してはなら
ない。このことは、屈曲舌片によって構成されたアクチ
ュエータにおいて、いわゆる「クリープ」が起り得ない
という大きな利点を有している。このクリープは、特
に、比較的長時間にわたって屈曲舌片を撓ませなければ
ならない場合に生じるおそれがある。これは、そのよう
な場合には、アクチュエータにおける接着層の滑りが生
じ得ることによる。

【００１１】スライド部材４の両端の位置は、２つのス
トッパ７および８により制限されている。

【００１２】位置決めアクチュエータ５ａとは対照的
に、閉鎖アクチュエータ６ａには短い調節距離で充分で
ある。製造時の誤差を補償できるように、第２のばね部
材６ｂの弾性力が調節ねじ９により設定される。スライ
ド部材４は、たとえば、弾性被覆材であるシール部材４
ａを備えている。このシール部材４ａは、対応する接続
口部に対し動作的に連結するものであり、スライド部材
４の、その移動方向に関して横方向の側面に設けられて
いる。

【００１３】図２を参照して、第２の実施の形態におい
ても、３／２方弁が用いられている。但し、ここでは、
排気接続口部３´は、弁の別の側にある装置接続口部１
および圧力接続口部２に対して横向きにに配置されてい
る。スライド部材４は、やはり、位置決めアクチュエー
タ５ａにより、２つの位置の間を前後に移動可能であ
る。閉鎖手段は、第２のばね部材６ｂと閉鎖アクチュエ
ータ６ａ´により構成され、閉鎖アクチュエータ６ａ´
は電磁的に作動可能なアーマチュアとして設けられてい
る。

【００１４】スライド部材４を移動させるために、閉鎖
アクチュエータ６ａ´は、まず、第２のばね部材６ｂの
ばね力を相殺するように駆動されるため、位置決めアク
チュエータ５ａの制御が可能となる。図示の実施の形態
において、位置決めアクチュエータ５ａはやはり、片側
で把持された圧電屈曲舌片により構成されている。スラ
イド部材４の復帰は、位置決めアクチュエータ５ａによ
る弾力により達成される。しかしながら、この構成にお
いては、上述した「クリーピング」が生じる可能性があ
る。

【００１５】図示の実施の形態において、排気接続口部
３´は、装置接続口部１と圧力接続口部２に対して直交
する向きに配置されている。このことは、スライド部材
４を排気接続口部３´に対して内側から押圧するシステ
ム圧力が、スライド部材４がまだ移動していない時にの
み作用するという利点を有している。スライド部材４が
排気接続口部３´からわずかに持ち上げられるとすぐ
に、圧力は弱まり、それにより位置決めアクチュエータ
５ａに作用する力も弱まる。この力の向きは、位置決め
アクチュエータ５ａに抗して作用する。この位置決めア
クチュエータ５ａは、圧電屈曲舌片として構成され、最
小の撓みで最高の力に到達できる。

【００１６】図２と比較して、図１の実施の形態には、
排気接続口部３に対する圧力がスライド部材４の摩擦力
に直交する力として作用し、なおかつ、より長い通路に
わたって作用するという弱点がある。

【００１７】図３を参照して、第３の実施の形態として
は、２／２方弁が示されている。この２／２方弁におい
ては、装置接続口部１と圧力接続口部２のみが設けられ
ている。スライド部材４は、一方の設定位置において圧
力接続口部２を開放し、他方の設定位置においてこれを
閉鎖する。

【００１８】スライド部材４の位置決め動作は、ここで
は、電磁位置決めアクチュエータ５ａ´によって達成さ
れ、この電磁位置決めアクチュエータ５ａ´は第１のば
ね部材５ｂと協動する。

【００１９】閉鎖力は、両側で位置決め力を増加させる
ように設計された圧電屈曲片６ａ´により発生される。
図示の実施の形態において、閉鎖アクチュエータ６ａ
は、スライド部材４に抗するばね部材を追加することな
く作動する。この場合、必要なばね力は、例えば閉鎖ア
クチュエータの予荷重により発生させることができる。
図４を参照して、第４の実施の形態は再び、その外部接
続において図１に示すものと同様な３／２方弁に対応し
ている。位置決め手段は、圧電屈曲片として構成された
位置決めアクチュエータ５ａと第１のばね部材５ｂとに
より構成されている。閉鎖力は、ばね部材６ｂにより発
生され、一方、この閉鎖力の相殺は、多層圧電体として
構成された閉鎖アクチュエータ６ａにより行なわれる。
レバー１０が、閉鎖アクチュエータ６ａの撓みを増加さ
せるために用いられる。

【００２０】図示のスライド部材４´は、穴４ｂ´を有
し、開放状態、すなわち、装置接続口部１が圧力接続口
部２と連通している時に、媒体がこの穴４ｂ´を通過す
る。スライド部材４のこの構成の利点は、弁内部の圧力
充填容量が小さいため、圧力の上昇に要する時間が短く
なることである。

【００２１】本発明の範囲内で、各実施の形態に示され
た構成要素は、互いに互換可能である。全ての実施の形
態において特別な構成は、「位置決め」機能と「閉鎖」
機能が互いに独立した２つのアクチュエータによって実
行されることである。位置決めアクチュエータは、可能
な限り最長の調節通路を必要とし、一方、閉鎖アクチュ
エータは、可能な限り最大の閉鎖力を必要とする。従っ
て、各アクチュエータは、それぞれの機能について最適
に設計することができる。位置決めアクチュエータと閉
鎖アクチュエータはスライド部材４および４´に対して
異なる方向に作用するため、これらの機能もまた、互い
に明確に分離することができる。場合によっては、閉鎖
アクチュエータは、閉鎖機能に加えてスライド部材を把
持する機能も果たす。

【００２２】図５ａ〜５ｃには、３つのグラフ図が示さ
れている。図５ｃは、外側から見た弁全体の制御を示
す。図５ａは、位置決めアクチュエータの制御を示し、
図５ｂは、閉鎖アクチュエータの制御を示す。３つの全
ての場合において、制御電圧Ｕは、時間ｔに関して示さ
れている。時刻ｔ１〜ｔ２の間に、弁を開放するために
は、まず、閉鎖アクチュエータを時刻ｔ１に作動させる
（図５ｂ）。位置決めアクチュエータは同時、または、
多少の遅れをもって駆動される（図５ａ）。

【００２３】閉鎖力を相殺する際に、スライド部材は自
動的に復帰するため、時刻ｔ２において弁を閉鎖するた
めには、図（ｂ）に示すように、閉鎖アクチュエータを
制御するだけでよい。

【００２４】図６ａ〜６ｃに図示された弁の他の制御で
ある双安定制御において、電気的インパルスを用いて
「開放」位置と「閉鎖」位置をそれぞれ切りかえてい
る。パルスを用いて他方の弁状態に変化させるために
は、弁の各回の最終の位置（開放または閉鎖）を記憶装
置に一時的に格納しなければならない。信号が到着した
時、記憶装置の内容に応じて、両方のアクチュエータを
弁の開放のために作動させるか、または、閉鎖アクチュ
エータのみを弁の閉鎖のために作動させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による弁の概略図である。

【図２】第２の実施の形態による弁の概略図である。

【図３】第３の実施の形態による弁の概略図である。

【図４】第４の実施の形態による弁の概略図である。

【図５】ａ〜ｃは第１の制御方式による弁の制御特性を
示す。

【図６】ａ〜ｃは第２の制御方式による制御特性を示
す。

【符号の説明】

１ 装置接続口部 ２ 圧力接続口部 ３、３´ 排気接続口部 ４、４´ スライド部材 ４ａ シール部材 ４ｂ´ 穴 ５ａ、５ａ´ 位置決めアクチュエータ ５ｂ 第１のばね部材 ６ａ 閉鎖アクチュエータ ６ａ´ 圧電屈曲片 ６ｂ 第２のばね部材 ７、８ ストッパ １０ レバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597075890 Ｅｃｋｅｎｅｒｓｔｒ．４−６，30179 Ｈａｎｎｏｖｅｒ，ＦＥＤＥＲＡＬ ＲＥ ＰＵＢＬＩＣ ＯＦ ＧＥＲＭＡＮＹ (72)発明者 ヤン−ペーター オッセンブリュッケ ドイツ連邦共和国，30853 ランゲンハー ゲン，コンラート−アデナウア−シュトラ ーセ 38 (72)発明者 ホルスト グローフェ ドイツ連邦共和国，30851 ランゲンハー ゲン，ベーメヴェック 29 (72)発明者 フランツ リエック ドイツ連邦共和国，31303 ブルクドルフ, ドロッセルシュトラーセ １アー

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの接続口部（１、２、
   ３、３´）と少なくとも２つの設定位置の間を前後に移
   動可能であり、一方の設定位置において少なくとも１つ
   の接続口部を閉鎖し、他方の設定位置においてこれを開
   放するスライド部材（４、４´）と、 上記スライド部材の位置決め機能を実行するための電気
   的に制御可能な位置決め手段（５ａ、５ｂ、５ａ´）
   と、 閉鎖機能を実行するための電気的に制御可能な閉鎖手段
   （６ａ、６ｂ、６ａ´）とを有し、 上記位置決め手段は位置決めアクチュエータ（５ａ、５
   ａ´）を備え、上記閉鎖手段は閉鎖アクチュエータ（６
   ａ、６ａ´）を備え、上記位置決めアクチュエータなら
   びに上記閉鎖アクチュエータは互いに独立して制御され
   ることを特徴とする弁。
2. 【請求項２】 上記位置決めアクチュエータおよび上記
   閉鎖アクチュエータはスライド部材（４、４´）に対し
   て異なる方向に作用することを特徴とする請求項１記載
   の弁。
3. 【請求項３】上記２つのアクチュエータの少なくとも一
   方は、これと反作用する弾性部材（５ｂ、６ｂ）、すな
   わち、ばね部材と協動することを特徴とする請求項１記
   載の弁。
4. 【請求項４】 閉鎖力を発生するための上記閉鎖手段
   は、弾性部材（６ｂ）を備え、上記閉鎖アクチュエータ
   （６ａ、６ａ´）は、閉鎖力を相殺するように上記弾性
   部材に反作用することを特徴とする請求項１記載の弁。
5. 【請求項５】 上記位置決めアクチュエータ（５ａ、５
   ａ´）は、比較的長い調節通路と比較的小さい調節力を
   有し、上記閉鎖アクチュエータ（６ａ、６´ａ）は比較
   的短い調節通路と比較的大きい調節力を有することを特
   徴とする請求項１記載の弁。
6. 【請求項６】 上記２つのアクチュエータ（５ａ´、６
   ａ´）の少なくとも一方は、電磁的構成要素から構成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の弁。
7. 【請求項７】 上記２つのアクチュエータ（５ａ、６
   ａ）の少なくとも一方は、圧電構成要素から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の弁。
8. 【請求項８】 上記２つのアクチュエータ（５ａ、６
   ａ）の少なくとも一方は、圧電屈曲片から構成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の弁。
9. 【請求項９】 上記２つのアクチュエータの少なくとも
   一方は、両側で把持された圧電屈曲片から構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の弁。
10. 【請求項１０】 上記アクチュエータの少なくとも一方
    は、多層圧電体として構成されていることを特徴とする
    請求項１記載の弁。
11. 【請求項１１】 上記多層圧電体がレバー（１０）によ
    り上記スライド部材（４´）に連結されていることを特
    徴とする請求項１０記載の弁。
12. 【請求項１２】 上記位置決め手段（５ａ、５ｂ、５ａ
    ´）の動作方向が、上記閉鎖手段（６ａ、６ｂ、６ａ
    ´）の動作方向に対し実質的に直交して延在することを
    特徴とする請求項１記載の弁。
13. 【請求項１３】 上記スライド部材（４、４´）は、接
    続口部（１、２、３、３´）と動作的に結合し、上記ス
    ライド部材のその移動方向に関して横方向の側面に設け
    られたシール部材（４ａ）を備えていることを特徴とす
    る請求項１記載の弁。
14. 【請求項１４】 上記スライド部材を現在の位置に保持
    または解放する把持手段を備えたことを特徴とする請求
    項１記載の弁。
15. 【請求項１５】 上記把持手段の機能が上記閉鎖手段に
    より行われることを特徴とする請求項１４記載の弁。
16. 【請求項１６】 上記弁が多方向弁により構成されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の弁。