JPS60136680A - 圧電素子駆動の３位置切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 本発明は圧電素子駆動の切換弁に関し特に１つの圧電素
子を使用した３位置切換の可能な圧電素子駆動の切換弁
に関する。本発明の切換弁は車両等のアンデスキッド制
御用ブレーキ液圧制御弁に使用して有効である。

し従来技術］ 最近、一般産業機械、車両などの制御の高速化に伴ない
、従来の電磁ソレノイド駆動の電磁切換弁に変えて応答
性、耐久性に優れた圧電素子駆動の切換弁が提案されて
いる。ところがこの種の圧電素子を使用した３位置切換
弁は２個の圧電素子を使用する関係から形状が人形化し
、ＩＩが重くなり、かつコストが高くなるなどの難点が
あり、例えば高速で走行する車両等においては小形化軽
量化が要求されるのでこれらのアンチスキッド制陣用液
圧制御装置の切換弁に使用しがたいという問題点があっ
た。

［発明の目的］ 本発明はこのような事情を背景としてなされたものであ
り、本発明の目的とするところは小形軽量化を図り得る
圧電素子駆動の３位置切換可能な切換弁を提供すること
にある。

［発明の構成］ このような目的を達成する為になされた本発明の要旨と
するところは、 流路を間開し得る２つの弁体を１つの圧電素子によって
動作させ得る圧電素子駆動の３位置切換弁であって、 圧力流体を供給するポートＰと流体を排出するポートＲ
とを連通する流路と、前記流路の中間部に一端部が接続
され他端部はアクチュエータに接続するためのポートＡ
に連通された流路とを有する弁本体と、 前記両流路の接続部と前記ポートＰとの流路中間部、前
記接続部と前記ポートＲとの流路中間部にそれぞれ設け
られ各流路を間開し得る２つの弁体と、 電圧を印加覆ることにより変位を生じる１つの圧電素子
と、 前記圧電素子により生じる変位を各弁体に伝え得る変位
伝達機構とを備え、 しかも変位伝達機構には少なくとも一方の弁体に圧電素
子の変位を拡大して伝え得る液圧変位増幅機構を設けか
ついずれか一方の弁体と変位伝達機構との間に一定の隙
間を設け、印加される電圧を変えることにより圧電素子
に第１と第２の変位を生じさせ各弁体を動作させること
によってポートＰＡ間を連通しポートＲを遮断させ得る
位置と、各ポート間を遮断させ得る位置と、ボートＡＲ
間を連通しポートＰを遮断させ得る位置とに切換可能に
構成したことにある。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図において、切換弁２には有底円孔を有するハウジ
ング４の一端部に弁本体をなす本体部材６と本体部材８
とが、Ｏリング１０．１２を介してボルト（図示せず）
によってとりつけられている。本体部材８に形成された
ポートＰとポートＡは流路１４、室１６、流路１８、室
２Ｏによって連通されている。本体部材６に形成された
ポートＲは環状の室２２に連通され、さらに室２２は流
路２４によって本体部材８の室２Ｏに連通されている。

本体部材６と８には前記流路２４の軸心方向に内孔が形
成されその内孔には０リング２６．２８によってシール
された外周部に環状のテーパ部を有する中空状の弁体と
してのポペット弁体３Ｏが、摺動可能に嵌合され圧縮コ
イルばね３１によって常時ボーｈ　Ｒと室２Ｏとの連通
が■１じる方向に付勢されている。ポペット弁体３Ｏの
嵌合された前記内孔の一端部にはやや小径の段付孔が貫
通され、その開口部付近には、一端にフランジ部を有し
Ｏリング３２によフてシールされたビストン３４が摺動
可能に嵌合されている。ピストン３４は、ポペット弁体
３０内部に設けられた圧縮コイルばね３３によってピス
トン３４先端部がハウジング４の有底円孔端部に形成さ
れた凹部側に突出づるよう付勢されている。なおボベツ
１−弁体３０の端部とピストン３４の端部との間には一
定の隙間３５が生ずるようにされている。

本体部材６の凹部と、本体部材８の至１６との間に設け
られた貫通孔にはポペット弁体３６が摺動可能に設けら
れている。ポペット弁体３６は、Ｏリング３８によって
シールされたスリーブ４Ｏと、スリーブ４Ｏの中心部に
設けられた有底円孔に先端部がテーパ状の１ｉＬＩＪ１
部材４２が摺動可能【こ嵌合され、その両部材４０．４
２の中間にはクッションゴム４４が焼付けによって固着
され、両者が一体となるように構成されている。そして
、開閉部材４２の先端のテーパ状部は流路１４の開口端
に形成されたシート部に押付けられることによってボー
トＰＡ間を連通ずる流路を開閉し得るようにされている
。ポペット弁体３６は圧縮コイルばね４８によって、常
時流路１４を開放しポートＰＡ間を連通させる方向に付
勢されている。

ハウジング４の有底内孔には段付状のピストン５ｏが摺
動可能に嵌合され、その中心部に形成されｌＣ凹部には
圧電素子（ＰＺＴ）５２の一端部が嵌め込まれ、圧電素
子５２の他端部は有底円孔底部に設けられたホルダ５４
の凹部に嵌め込まれて取付けられている。ピストン５０
の小径部５６は本体部材６に設けられた凹部に摺動可能
に嵌合され、圧電索子５２は前記凹部に設けられた皿ば
ね５８によってピストン５Ｏを介し常時ホルダ５４側に
押付けるようにされている。本体部材６の凹部とピスト
ンの小径部５６とで囲まれた空間部には、切換弁２の作
動油と同じ油が密封されて液体室６Ｏを形成している。

６２．６４はＯリングである。また、ハウジング４の有
底円孔の開口端部付近に形成された環状段付凹部は、本
体部材６とピストン５０の大径部６６、小径部５６基端
部とによってとり囲まれて空間部を形成し、この空間部
には前記液体室６Ｏと同様な油が密封されて液体室６８
を形成しておる。なお両液体室６０１６８に密封される
作動油は、他の液体を使用することも可能であるが液も
れが生じた場合を考慮すれば作動油と同一の油を使用す
ることが望ましい。

圧電素子５２はうすい円板状のセラミック素子を多数枚
電極をはさんで積層形成されたものでありリードｌ１１
７０を通じて電圧を印加することによってその電圧に応
じてその積層方向に伸縮可能とされている。すなわち、
印加電圧を低レベルと高レベルとすることにより、第１
と第２の変位を生じさせることができる。スリーブ４０
とピストンの小径部５６と液体室６０内の油とによって
液体変位増幅機構が構成され、またピストンの大径部６
６とピストン３４と液体室６８内の油とによって液圧変
位増幅機構が構成されている。ピストンの小径部５６と
スリーブ４０との面積比は約２０とされ、また液体室６
８におけるピストンの大径部６６の横断面積とピストン
３４の横断面積の比は同じ＜２０とされている。従って
圧電素子に電圧が印加され、ピストン５０が変位したと
きそれぞれの液体室６０．６８内の油が圧縮されること
によってスリーブ４０およびピストン３４が押し出され
た時の移動量は圧電索子５２の変位量の約２０倍に拡大
されるようにされている。

ポペット弁体３Ｏには小孔７２が設けられ、室２２とポ
ペット弁体３０の内部空間部と連通さＪ−ようにされて
いる。また、ポペット弁体３６の開閉部材４２には、小
孔７４が設（プられ、スリーブ４０の内孔と連通ずるよ
うにされている。

以上のように構成された本実施例の切換弁２の作動につ
いて説明ターる。リード線７Ｏによって圧電素子５２に
電圧が印加されない場合には、第１図に示すようにポー
トＡＰ間は連通され、ボー１へＲとの連通は遮断されて
いる。ついで、圧電素子５２に電圧が印加されるとピス
トン５ｏが左方に移動し、ピストン５Ｏの小径部５６が
液体室６゜の油を圧縮し、ポペット弁３６を押し出しポ
ー１−Ｐに連通ずる流路を遮断させる。この場合、液体
室６８内の油も圧縮され他のビス１へン３４も左方に移
動されるが、ピストン３４端部とポペット弁体３Ｏ端部
には一定の隙間３５が設けられているので、両者が当接
せずそのポペット弁体３０は移動しない。ついで、圧電
素子５２にさらに高い電圧が印加されるとピストン５０
はさらに左方に移動し、ピストン３４を移動させポペッ
ト弁体３Ｏを押圧してこれを左方に移動させ、流路２４
端部れ に形成さ悸たシート部４６とポペット弁体３０のテーバ
部との間に隙間を生じさせ、室２０と流路２４を連通さ
せボートＡとボートＲとを連通させる。なお、この場合
ボベツ１へ弁体３Ｏには内外部を連通ずる小孔７２が設
けられているので、ピストン３４の移動時ポペット弁体
３Ｏ内の圧力は、流路２２内の圧力と同じとなり、ポペ
ット弁体３０の移動が阻害されることはない。また、ポ
ペット弁体３６は圧電素子５２の第２番目の変位によっ
て、さらにシート部に押し付けられるが、クッションゴ
ム４４によってその変位は吸収される。

また、開閉部材４２が流路１４のシート部に押し付けら
れた際、スリーブ４Ｏ内の形成された内孔を圧縮するが
、内孔は小孔７４によって外部に連通されているので、
開閉部材４２の動きを阻害することはない。このように
、切換弁２は第２図に示すａ、ｂＸｃの各切換機能を有
する。すなわち、圧電素子（ＰＺＴ）５２にかかる電圧
がゼロレベルの時にはノーマル位置すなわちａ位置、圧
電素子５２に印加される電圧が高レベルの時にはＣ位置
、低レベルの時はｂ位置に切換えられる。本実施例によ
れば圧電素子の使用が１つで足りるので、切換弁の軽量
小形化ができ、またコストを軽減させ得る。

第１図において、液体室６０の底面とボルダ５４端而と
の距離を９．１、ピストン５Ｏの小径部５６＠面と圧電
素子５２の端面との寸法を立３、圧電素子５２の寸法を
立２、圧電素子５２端而とホルダ５４の他の端面との寸
法を９．４、本体部材６とハウジング４とピストン５０
とを同じ材質とし、立１、立２、立３、立４８５分の各
部材の熱膨張係数をそれぞれλ１、λ２、λ３、λ４と
すれば、次式 ％式％（１） が成立づるように各部の寸法、熱膨張係数が決定される
。例えば、本体部材６、ハウジング４およびピストン５
０を鉄製とすればその熱膨張係数は大きいが、圧電素子
５２は熱Ｐ＃服係数が非常に小さいので、ホルダ５４と
しては鉄等に比し熱膨張係数のさらに大きなアセタール
樹脂等を使用しく１）式を満足し得るようにする。従っ
て、熱膨張、収縮によって各部材が変位しても両液体重
６Ｏ１６８の容積が変化せず、常に２つのポペット弁体
の開閉位置を正常に作動させることができる。

第３図は本発明の他の実施例で示す切換弁７８であり、
段付状のピストン８０と圧電素子（ＰＺＴ）８２を備え
たハウジング８４と前記実施例同様にボートＰＡＲ間を
それぞれ連通づる流路を有する本体部材８６．８８が前
記同様にして取りつけられている。８５は蓋部材である
。本体部材８６とハウジング８４の間に形成されｌ〔凹
部には油の密封された液体ｖ９０が形成され、その液体
室９Ｏにピストン８０の大径部９２が左方に移動するこ
とによって液体室９０内の油を圧縮し前記実施例同様に
構成されたポペット弁体９４のスリーブ９６を押しつけ
、ボートＰに連通する流路を遮断するようにされている
。またピストン８Ｏの中心部に突出された小径部９８は
本体部材８６に設けた貫通孔に１習動可能に嵌合され、
前記実施例と同様に構成されたポペット弁体１０Ｏを押
圧するようにされている。ピストン８Ｏ＠部とポペット
弁体１０Ｏ端部との間には前記実施例と同様に一定の隙
間１０１が生ずるようにされている。また液体室９Ｏ内
に設けられた皿ばね５８によって圧電素子８２はピスト
ン８０を介して常時ハウジング他端部の方向に付勢され
ている。この場合も圧電素子８２に電圧が印加されピス
トン８０が変位するとポペット弁体９４が左方に押し出
されるがその際圧電素子の変位を拡大して伝え１りるに
うにスリーブ９６の断面積と液体室９０に対するピスト
ンの大径部９２との面積比が決定されている。

圧電素子８２に電圧が印加されると前記実施例の場合と
同様にピストン８Ｏによって圧縮された液体室９０の油
はポペット弁体９４を押し出しボ−卜ＰＡ間の連通を遮
断し、さらに圧電素子に高い電圧が印加されると、ビス
１へン８Ｏの小径部９Ｂはポペット弁体１００を左方に
押し出しポートＡＲ間を連通させる。すなわち切換弁７
８は第２図の場合と同様な切換機能を有する。ビス１へ
ン８Ｏはポペット弁体１００に刻する変位伝達機構をな
し、ピストン８０と液体室９０内の油とが液体変位増幅
機構を構成している。変更を要しない場合は前記実施例
と同じ番号を付し説明を省略する。

第４図は本発明の他の実施例の切換弁１０２であり、内
部に圧電素子を佑えたハウジング１０７端部に前記実施
例と同様なボートＰＡＲ問を連通ずる流路が形成され、
かつ同様な２つのポペット弁体９４．１００を有する本
体部材１０３．１０４がポルｌ〜によって取り付けられ
ている。この切換弁１０２は前記実施例と異なり２つの
液体室１Ｏ５，１１５が構成されている。ずなわち一方
のポペット弁体９４に接する液体室１０５の油を圧縮づ
るピストン１０６は、中心部に貫通孔を有し、その貫通
孔内にさらに小径のピストン１０８が摺動可能に嵌合さ
れている。大径側のピストン１０６の端部は直接圧電素
子１０９に当接されているが、小径側のビス１へン１０
８は圧電素子中心部を貫通して設けられた間隔保持部材
１１０の端面に当接し、圧電素子１０９に電圧が印加さ
れていない時圧電素子１０９との間に一定の隙間１１２
が生ずるようにされている。本体部材１０３のポペット
弁体１００嵌合穴周辺の端部には突出部が設けられ、前
記大径側ピストン１０６の内孔に摺動可能に嵌合し得る
ようにされている。また、その突出部端部と小径ピスト
ン１０８との間には設（）られた皿ばね１１６によって
常時ピストン１０８が間隔保持部材１１０に押しつけら
れるようにされ、また大径側ピストン１０６は皿ばね１
１７によって、常時圧電素子１０９に当接する方向に付
勢されている。この切換弁１０２は圧電素子１Ｏ９に二
段階の電圧が印加された時それぞれポペット弁体９４．
１００が左方に移動し、ボー］〜ＰＡＲ間を連通または
遮断し、第２図に示す切換弁２と同様な切換機能を有す
る。

次に前記各実施例の切換弁２を車両のアンチスキッド制
御用液圧装置におけるブレーキ液圧制御弁として使用し
た例を第５図に基づいて説明する。

切換弁７８．１０２を使用した場合も同様である。

マスクシリンダ１２０と左右前輪Ｗｌ　、Ｗ２のホイー
ルシリンダ１２２．１２４とを連通ターる各管路にボー
トＰ、、Ａが接続された切換弁２が設けられ、さらに前
記各切換弁２のボートＲは管路によりリザーバ１２６に
接続され、さらにリザーバ１２６は逆止弁１２８．１３
Ｏ１液圧ポンプ１３２を介して管路によりマスクシリン
ダ１２０に連通されている。後輪についても同様に構成
されるが、後輪の左右を同時に制御してもよい。また、
車輪には、車輪速度を検出する車速センサＤ１、Ｄ２が
段【ノられ、この車速センサから得られたφ軸回転速度
に比例したパルス信号はコントロールユニツ］〜１３４
に入力として加えられ、車両速度、スリップ率、減速度
などを演算し、制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。これら
のυ制御信号Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ両制御弁２の圧電素
子（Ｐ７Ｔ）に供給される。ホイールシリンダ１２２．
１２４のブレーキ液圧を増圧させる場合には制御信号ｓ
ｉ、ｓ２はゼロレベルであるが、ブレーキ液圧を減圧さ
せる場合には制御信号Ｓ１、Ｓ２は高レベルであり、ブ
レーキ液圧を一定に保持り“る場合には制御信号Ｓ１、
Ｓ２は低レベルとなる。切換弁２は、制御信号Ｓ１、＄
２が高レベルのときはそれぞれ圧電素子に電圧が印加さ
れＣ位置におかれ、制御信＠Ｓ１、Ｓ２が低レベルのと
きは１）位置におかれ、制御信号Ｓ１、Ｓ２がゼロレベ
ルのときはａ位置におかれる。

以上のように構成されたアンチスキッド制御用液圧装置
について、以下その作用について説明する。

いま仮りに車両が等速状態にあるとき運転者がブレーキ
ペダル１３６を踏み始めると、ブレーキ間始時点におい
てはコントロールユニツＩ−１３４は車輪が所定の減速
度、スリップ率に達していないことを判断し、制御信号
ｓｉ、ｓはゼロレベルの状態にある。従って各制御弁は
ａ位置に切換えられ、車輪にブレーキが掛けられる。す
なわち増圧モードとなる。

ブレーキ液圧が上昇し、車輪が所定の減速度、またはス
リップ率に達し、これを越えようとすると、制御信号Ｓ
１、Ｓ２は高レベルとなり各制御弁はＣ位置に切換えら
れ、ホイールシリンダがリザーバ側に連通され、ブレー
キ液圧が減圧される。

すなわち減圧モードとなる。

車輪の減速度が所定の減速度に回復し、これより小さく
なろうとするときには制御信号Ｓ１、Ｓ２は低レベルと
なり、切換弁は１位置に切換えられ、マスクシリンダに
連通する流路はずべて閉鎖され、ブレーキ液圧は一定に
保持される。すなわち保持モードとなる。

ついで、車輪の回転が所定の加速度以上に回復すると制
御信号Ｓ１、Ｓ２は再びゼロレベルとなり、切換弁は８
位置に切換えられ車輪に対するブレーキ力が増加する。

アンチスキッド制御装置においては前述のようにブレー
キ作用時に切換弁を３位置に切換制御させてブレーキ液
圧を適正に維持させるものであるが、本発明の実施例に
よれば１つの圧電素子によって３位置切換が可能であり
、従来例のように圧電素子を２つ使用しなければならな
いものに比し、軽量、小形化を図ることができ、部品の
軽聞小形化を必要とする車両等に対する要求を満すこと
が可能となる。まｌ〔、圧電素子は応答性がよいので、
制御信号に応じて迅速に切換弁を開閉でき、ブレーキ液
圧の適確な制御が可能となる。既述の如く第１図に示す
実施例の切換弁によれば温度の変化に伴なう弁開度の変
動をなくすようにされているので、車両等のように周囲
湿度、使用温度の変動する範囲が非常に広い場合におい
ても制御弁が正常に作動し、ブレーキ液圧の緻密な制御
が可能となる。

前記各実施例の切換弁は液体に限らず気体についても使
用できる。

以上本発明の二、三の実施例について説明したが本発明
はこのような実施例に何等限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲にＪ５いて種々なる態様で実
施し得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳記したように、本発明によれば、圧電素子の変位
を各弁体に伝える変位伝３！機構は２つの弁体のうち少
なくとも一方が液圧増幅機構によって変位を拡大し得る
ようにされ、かつ一方の弁体と変位伝達ａｍとの間に一
定の隙間を設けるようにされているので、圧電素子の印
加電圧を変えることと相まって２つの弁体の動作タイミ
ングを１つの圧電素子で変えることができ、その結果１
つの圧電素子で３位置切換が可能な切換弁を構成するこ
とができ、切換弁の小形化、軽量化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＩＩｉ［１図、第２図
はそのシンボル図、第３図は本発明の他の実施例を示す
断面図、第４図は本発明のさらに他の実施例を示す断面
図、第５図は前記実施例を車両のアンチスキッド制御装
置に適用した例を示す液圧回路図である。 ２．７８．１０２・・・切換弁 ６．８．８６．８８．１０３．１０４ ・・・本体部材（弁本体） ３０．３６．９４．１００・・・ポペット弁体（弁体） ５２．８２．１０９・・・圧電素子 ３５．１Ｏ１，１１２・・・隙間 代理人　弁理士　定立　勉 他１名 第１図 ／ 第２図 第３図 ８ ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　流路を開閉じ得る２つの弁体を１つの圧電素子によ
   って動作させ得る圧電素子駆動の３位置切換弁であって
   、 圧力流体を供給するボートＰと流体を排出するボートＲ
   とを連通ずる流路と、前記流路の中間部に一端部が接続
   され他端部はアクチュエータに接続するためのボートＡ
   に連通された流路とを有する弁本体と、 前記両流路の接続部と前記ボートＰとの流路中間部、前
   記接続部と前記ボートＲとの流路中間部にそれぞれ設け
   られ各流路を間開し得る２つの弁体と、 電圧を印加することにより変位を生じる１つの圧電素子
   と、 前記圧電素子により生じる変位を各弁体に伝え得る変位
   伝達機構とを備え、 しかも変位伝達機構には少なくとも一方の弁体に圧電素
   子の変位を拡大して伝え得る液圧変位増幅機構を設けか
   ついずれか一方の弁体と変位伝達機構との間に一定の隙
   間を設け、印加される電圧を変えることにより圧電素子
   に第１と第２の変位を生じさせ各弁体を動作させること
   によってボートＰＡ問を連通しボートＲを遮断させ得る
   位置と、各ボート間を遮断させ得る位置と、ボートＡＲ
   間を連通しボートＰを遮断させ得る位置とに切換可能に
   構成した圧電素子駆動の３位置切換弁。 ２　液圧変位増幅機構は径の異なる２つのピストンの一
   端部側を液体の密封された液体室に互いに液圧を及ぼし
   合う状態に嵌合してなる特許請求の範囲第１項記載の圧
   電素子駆動の３位置切換弁。 ３　前記２つの弁体は常時間と常時閉どのものからなり
   、常時間の弁体には第２の変位を吸収するクッション手
   段を設け、常時閉の弁体には第１の変位を吸収するため
   の隙間を該弁体と変位伝達機構との間に設けたものであ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の圧電素子駆
   動の３位置切換弁。 ４　変位伝達機構は各弁体を個別に変位させ得る２つの
   液圧変位増幅機構を有するものである特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の圧電素子駆動の３
   位置切換弁。