JPH11270727A - 急動弁 - Google Patents

急動弁

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JPH11270727A
JPH11270727A JP10373057A JP37305798A JPH11270727A JP H11270727 A JPH11270727 A JP H11270727A JP 10373057 A JP10373057 A JP 10373057A JP 37305798 A JP37305798 A JP 37305798A JP H11270727 A JPH11270727 A JP H11270727A
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交換時間が短く、大きな弁の開口度が得られ
る弁の提供。 【解決手段】 弁は、ハウジング(10)の中に、弁体(19)
により閉鎖される弁座(17)が配されているチャンバ(11)
を有する。弁座(17)は、アクチュエータ(15)により急激
に移動させられ、弁体(19)は自身の慣性のためにその動
きに追随できず、弁座(17)がごくわずか開く。その後、
弁体(19)は、アクチュエータ(15)によって、弁座(17)と
一緒に動かされたプランジャ(20)にぶつかる。この衝撃
によって、弁体(19)は弁座(17)から全く離され、その結
果、流出口(13)が完全に開放される。それから、流れ
が、閉鎖位置に弁体(19)を追い戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流入口と、流出口
と、移動が可能な弁体によって閉鎖される弁座とを有す
るチャンバを備えた急動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある種の用途においては、液体を急激に
流せるとともに、高頻度の交換が可能な急動弁が必要で
ある。このような弁の使用例としては、マイクロシステ
ム技術の分野のみならず、体積を厳密に限定した気体試
料を分光分析にかける試料分光計、衛星制御ノズルへの
電圧印加等がある。このような用途では、かなり短い交
換時間と高い反復頻度の弁が要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】米国特許5,037,062 に
より、弁座に球が配置された急動玉弁が周知である。弁
座を横切る方向に作動する作動装置を使い、球に側面か
ら衝撃を加えることによって球を取り除くことができ
る。球のこの変位により起きた流れが球を弁座の上に戻
す。このタイプの弁は衝撃を加える装置の正確な心合わ
せを必要とし、また同じ衝撃を加える動作の再現が難し
い。
【０００４】先行公報PCT/EP98/05091（後に公告）は、
作動信号に応じて、弁体が追随できないほど速く弁座を
弁体から離すアクチュエータによって弁座が支持されて
いる急動弁を開示している。この設計では、弁座からの
弁体の距離は、弁座が移動する量によって決まる。従っ
て、これらの弁の開放時間は比較的短い時間でしかな
い。
【０００５】本発明は、短時間で交換できる一方、弁体
を弁座からかなりの距離離れさせ、その結果、弁の開口
が完全に開放され、より長時間開放されている、気体及
び液体のための急動弁の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１発明の急動弁は、流
入口と、流出口と、移動が可能な弁体により閉鎖される
弁座とを有するチャンバを備えた急動弁において、弁座
を支持し、作動信号に応じて、弁座を弁体に対して変位
させるアクチュエータと、弁座につながっており、弁座
が変位されることによって弁体に衝撃を加えるプランジ
ャとを備えたことを特徴とする。即ち、本発明の急動弁
は、弁体を収納し、弁座を指示するハウジングを備えて
おり、その内部に前記チャンバを有する。
【０００７】第２発明の急動弁は、第１発明のアクチュ
エータが圧電体であることを特徴とする。
【０００８】第３発明の急動弁は、第２発明のアクチュ
エータが、それぞれの間に電極層が配された複数の圧電
層を含むことを特徴とする。
【０００９】周知の弁と比べた場合、本発明の弁は、ア
クチュエータがプランジャと一緒に弁座を動かすことに
より開放される。プランジャと弁座との間には関連した
動作は起きない。球が、最初は自身の慣性だけで弁座か
ら移動し、そしてプランジャにぶつかり、この一撃によ
って弁座から向こうへ押しやられるほど、弁座の動きが
速い。アクチュエータの動きは、最初は弁座から球を離
す役目をする。ここで、プランジャは、弁座から離れた
ばかりの球に、反対方向へ弁座から押しやるほどの強い
一撃を加える。従って、球が弁座から完全に移動し、弁
の開口は、開くだけではなく、単なる変位で開くであろ
うよりも大きく開放される。
【００１０】本発明の急動弁は、100 μs 以下のオーダ
ーの短い交換時間が得られるように設計することができ
る。実際には、400 〜1000Hzの反復頻度が達成された。
もちろん、応答速度と反復頻度とは弁の構造寸法によっ
て決まり、特に弁体の質量によっても決まる。質量を小
さくするためには、弁体の密度が低くなくてはならな
い。例えば、弁体が空洞であってもよい。
【００１１】本発明の弁は、特に気体の交換を意図して
いる。しかし、液体の交換にも用いることができる。こ
の弁は、例えば内燃機関の燃料噴射に適している。
【００１２】弁座を支持しているアクチュエータは、作
動信号に応じて収縮する圧電収縮体として設計されるこ
とが好ましい。代わりに、アクチュエータは、例えば電
気機械的に作動するものであってもよい。弁座の加速度
が、少しの時間、媒体の圧力により弁体に加わる加速度
より高くなることが必要である。
【００１３】
【発明の実施の形態】弁は、周囲から密閉されているチ
ャンバ11を囲むハウジング10を備えている。チャンバ11
は、共通の軸線上に配列された流入口12と流出口13とを
有する。流入口12は交換すべき媒体の圧力源（不図示）
に連結しており、一方、流出口13は負荷もしくはユーザ
に連結している。
【００１４】ハウジング10を支持しているアクチュエー
タ15は、固定された搭載手段14の上に配置されている。
さらに、搭載手段14は、流入口12に連結されている可撓
性パイプ又はホース管16を固定する役目もしている。
【００１５】アクチュエータ15は、それぞれの間に薄い
金属のシートが配された複数の圧電層を含む圧電収縮体
である。従って、圧電素材により、複数のコンデンサが
誘電体として形成されている。シートに電圧が印加され
ると、シートの間の圧電層が膨張する。この電圧が下げ
られるか、遮断されると、層は再び収縮する。
【００１６】弁は流出口13の部分に弁座17を有し、弁座
は、弁体19、本発明の場合は球、によって密封されるこ
とが可能である。ハウジング10には、固定されたピン形
のプランジャ20が設けられており、弁体19である球が閉
鎖位置にあるとき、プランジャ20は球の径方向に沿って
中心に向く。プランジャ20はアクチュエータ15の軸方向
に向けられており、言い換えれば、アクチュエータ15が
衝撃を加える方向と同じ方向を向いている。閉鎖位置に
ある弁体19とプランジャ20との間には、数μmオーダー
のすきま又はギャップ21が設けられている。弁体19及び
プランジャ20は金属製であることが好ましい。
【００１７】図示した弁は以下のように動く。閉鎖位置
において、管16から与えられた圧力がチャンバ11に達
し、これにより、弁体19が弁座17に押し付けられる。従
って、流出口13が閉鎖される。弁体19はプランジャ20の
わずか上に位置している。弁を短時間開放するために、
アクチュエータ15に電気パルス信号が与えられ、それに
よってアクチュエータ15は長手方向に急激に膨張する。
それによって、ハウジング10は弁座17を横切る方向へ加
速される。弁体19は、自身の慣性のために弁座17の動き
に追随できず、その結果、弁座17をわずかに開放する。
その後、プランジャ20が弁体19にぶつかる。この弾性衝
撃のために、弁体19はプランジャ20と反対の方向へ弁座
17から押しやられる。プランジャ20は弁座17の平面と平
行方向に向けられており、プランジャ20の衝撃面又は端
面は弁座17の平面と垂直な方向に展延している。プラン
ジャ20の助力で弁座から弁体19を押しのけることによっ
て弁が開き、いまや液体は弁体19を超え、流出口13を通
って流れることができる。この流れの作用によって、弁
体19は再び弁座17の方へ動かされ、ついには弁座を再び
閉じる。励起電圧が遮断されると、アクチュエータ15は
収縮状態に戻る。
【００１８】弁は、図中における水平方向だけの動きが
可能なだけではなく、他のいかなる方向にも動く。これ
は、もしも、流入と流出との間に十分な差圧があるとす
れば、弁座17の方向に弁体19を押し戻す流力が重力より
はるかに大きいという事実が理由である。
【００１９】
【発明の効果】本発明の急動弁は、短時間で交換できる
一方、弁体を弁座からかなりの距離離れさせ、その結
果、弁の開口が完全に開放され、より長時間開放されて
いるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の急動弁の長手方向断面の模式図であ
る。
【符号の説明】
10 ハウジング 11 チャンバ 12 流入口 13 流出口 14 搭載手段 15 アクチュエータ 16 ホース管 17 弁座 19 弁体 20 プランジャ 21 ギャップ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入口と、流出口と、移動が可能な弁体
    により閉鎖される弁座とを有するチャンバを備えた急動
    弁において、 弁座を支持し、作動信号に応じて、弁座を弁体に対して
    変位させるアクチュエータと、 弁座につながっており、弁座が変位されることによって
    弁体に衝撃を加えるプランジャとを備えたことを特徴と
    する急動弁。
  2. 【請求項２】 アクチュエータが圧電体である請求項１
    記載の急動弁。
  3. 【請求項３】 アクチュエータが、それぞれの間に電極
    層が配された複数の圧電層を含む請求項２記載の急動
    弁。
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