JPS60211176A

JPS60211176A - バルブ

Info

Publication number: JPS60211176A
Application number: JP59067122A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yamada; 邦雄山田; Sadayuki Takahashi; 高橋　貞行
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1985-10-23

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】（産業上の利用分野）本発明は、水、空気、ガス、油、蒸気等の流量制御に用
いられるバルブに関する。

（従来技術）この種のパルプとしては電磁パルプがよく知られており
、実用に供されている。

第１図は電磁パルプの構成を説明するための模式図であ
る。第１図において１は流体の入ロアおよび出口８を有
する本体で非動作時にはプランジで流体のパルプ内への
流入を防いでいる。４は鉄心であり巻線５に電流を流し
たとき、鉄心４は磁巻線５への電流を停止したときプラ
ンジャ２の重量とプランジャ２のばね力でプランジャ２
の底部全下方に押しつけ、出入口間は再び適数される。

６はハウジングであり、以上述べた部品の格納および機
械的強度を保つ上で不可欠なものである。

以上述べた動作原理に従えば１巻線５に電流は流す時間
が長い程入ロアから出口８へ流入する流量は大きいこと
になる。

（従来技術の問題）上記の構成を有する電磁パルプにおいて問題になるのは
、巻ＷＡ５に電流合流したときに生ずる漏洩磁束が他の
機器におよぼすノイズ的問題がある。

近来、ディジタル回路およびマイクロコンピュータの進
展と、小型化に伴ない、電磁バルブの制御も以上述べた
電子機器で行うことが避けられなくなってきている。デ
ィジタル回路はＴＴＬレベルの小レベルの信号で制御さ
れ、かつ大規模集積化された基板内にはインダクタンス
成分金有するリレー等の部品が多いため、漏洩磁束がイ
ンダクタンス成分と結合してノイズ源となって誤動作の
原因となる。従って電磁バルブからの漏洩磁束の問題を
解決するために電磁シールド等の対策を講じなけねばな
らない。

もう一つの大きな問題は、上記の電磁バルブの動作原理
から分るように、流量の細かな制御が行えないことであ
る。すなわち、プランジャの移動距離は定まっているの
で、流量を小さくしようとすればコイルの電流のオンオ
フ間隔や電流値金車さくするしかない。またプランジャ
バネの動作時間は、ディジタル化時代に要求される速さ
には遅く、高速度でオン・オフ動作をさせる場合にはバ
ネの周波数特性を解決したプランジャバネ′（ｉｌ−特
別に設計しなければならない。また上記の電流値を制御
しても電流値の変化などにより正確なプランジャの制御
を行うことが難しい。また上記のバネ等の問題により、
電磁バルブは将来の微細で高速性を要求される流量バル
ブとしては不適当とみなされている。

すなわち、上記のようにディジタル回路およびマイクロ
コンビエータの進展にともない、システムの動作速度お
よび経済性を高めるために、流量の制御はより微細であ
り、かつ高速であるものを要求される。

一方、上記のプランジャの開閉用の制御に圧電素子全採
用し、上記の電磁バルブの欠点全解決したバルブ全作成
する考えもある。

第４図は圧電素子の基本的性質を説明するための模式図
である。分極した圧電素子９（矢印は分極方向を示す。

）の両端に電極１０．１０’ｔ−設け、電源Ｂｌがスイ
ッチＳｌｆ介して接続される。

スイッチ８１　ｆ閉じ、電界を図のようにかけると圧電
素子９は電界方向に伸び、スイッチＳｌｉ切るともとの
寸法に縮み、電界の変化に数１０　ｎ５ｅｃの速度で追
従する。しかし圧電素子の欠点は伸縮率が小さいことで
ある。圧電材料の伸縮率は電界強度にほぼ比例するため
、圧電素子の肉厚を大きくして伸縮量を稼ごうとすれば
、高電圧電源を必要とする。具体的に例を示せば伸び量
は肉厚１ｍｌ′ｒ１の圧電素子に６００Ｖの電圧を印加
して２〜３μｍである。原理的には印加電圧を大きくし
て伸縮量を稼ぐことはできるが、より高速でバルブ全動
作させる上で好ましくなく、また高電圧電源使用のため
安全性の上からも好ましくない。

すなわち、前に述べた圧電素子の動作原理から分るよう
に、圧電素子をより高速に伸縮させるにはスイッチＳｓ
　ｆ高速度で動作させることが必要であり、トランジス
タが用いられる。従って、圧電素子の印加電圧を大きく
することは、等画的に高電圧で高速度で動作するトラン
ジスタの開発が必要である。

第３図（ａ）およびｔｂ）は電力用の合金形接合トラン
ジスタの構造を説明するための模式図で、１１はベース
、１２はエミッタ％　１３はコレクタ、１４は半導体基
板を示す。図から分るように、エミヴタ、コレクタの面
積をできるだけ大キくシて、電流密度が過大にならない
よう工夫されている。スイッチング速度が早くなればな
るほど、表皮効果の影響で、電極表面の近傍しか電流が
流れなくなるため、さらに電極の表面積を大きくする工
夫が必要である。従って、高速で高耐圧のトランジスタ
になればなるほど、半導体および電極の表面積も大きく
なり、低耐圧のものに比べて歩留りも悪く高価になる。

また複数個の低耐圧のトランジスタを用いて高電圧を分
割してスイッチングさせる方法もあるが、ディレィの問
題や各トランジスタのバランスの問題全解決するための
調整時間を必要とする。上記の理由で、圧電素子の印加
電圧をさらに大きくして伸縮量を稼ぐことは、より高速
でバルブを動作させる上で好ましくなく、バルブの廉価
性、小型化を計る上で大きな障害と・なっている。

以上、説明したとおり、従来のバルブは電磁バルプにせ
よまた圧電素子バルブにしても、近来のエレクトロニク
スの進展に伴ない要求される。高速度化、耐ノイズ特性
、高性能化および経済性等の要求を満足できないという
問題点がある。

（発明の目的）本発明の目的は、上記の問題点を解消することにより、
より微細に高速で制御でき、かつノイズの発生もなく安
定に動作するところのバルブを提供することにある。

（発明の構成）本発明のバルブは、薄板状圧電素子を積層一体化してな
る積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の印加電界によ
る軸方向の変位を拡大する変位拡大機構と、該変位拡大
機構に連結されたプランジャとを含むことから構成され
る。

（ＩＮ成の詳細な説明）本発明は、上記の構成をとることにより従来技術の欠点
を解決したものである。すなわち、圧電素子として従来
の接着剤上用いて薄板状圧電素子を積層した積層を圧電
素子に代夕て、接着剤によらず薄板状圧電素子を積層セ
ラミヅクコンデンサの技術を応用することで積層一体化
してなる積層型圧電素子（電子通信学会超音波研究会資
料ＵＳ８３−８．頁５５〜５９．昭和５８年５月。）と
、この積層型圧電素子の変位を拡大する変位拡大機構全
プランジャに連結することにより、前記積層を圧電素子
の高性能と前記変位拡大機構による変位の拡大とにより
、低電圧・高速駆動全可能としたものである。

（実施例）以下１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第４図は本発明の一実施例の構成を説明するための模式
図、第５図は本実施例に用いる積層型圧電素子を説明す
るための模式図である。

本実施例は、薄板状圧電素子としての圧電セラミック板
２０′金積層一体化してなる積層型圧電素子２０と、こ
の積層型圧電素子２０の印加電界による軸方向の変位を
拡大する変位拡大機構しての油圧ポンプ２２と、この油
圧ポンプ２２に連結されたプランジャ２３とを含むこと
から構成される。

なお、第４図において、２１は本体、２４゜２４′およ
び２５はそれぞれ積層型圧電素子の外部電極および内部
電極、２６はハウジング、２７はボルト、２８は入口％
２９は出口で、積層を圧電素子２０の外部電極２４と２
４′は可変式の電−源Ｅ２がスイッチ８２ｆ介して接続
されている。

第５図を参照すると、積層型圧電素子２ｏは。

多数の圧電セラミック板２０′が積層され一つのセラミ
ックブロックとして一体化されたもので、多数の内部電
極層２５がセラミック内部に層状に埋め込まれており、
素子端面で露出している形状をなしている。この露出し
ている内部電極２５を一つおきに絶縁体３０で覆い、こ
の上から外部電極２４．２４’が被着せしめられている
ため、各内部電極層２５は互に電気的に並列に接続され
ることになる。また圧電セラミック板２０′は厚み方向
に分極処理が施されているために、外部電極素子２０は
３Ｑｍｍφで長さが５３ｍｍであり内部電極間隔は５０
μｍのものがもちいてあり、電源Ｅ２　として１００ｖ
の電圧を印加した場合に１０８着され、上面は油圧ポン
プ２２の上面のピストン部に接続されている。油圧ポン
プ２２はハウジング２６に固定されている。油圧ポンプ
２２の下面のピストン部には、プランジャ２３が連結さ
れて圧電素子２０の変位量２５倍の２７００μｍに拡大
できる。従来の電磁バルブでは変位量は８００μｍ程度
なので変位量としては３倍以上大きくとれる。

効率よく伝わるようになっている。また、電源Ｅ２とス
イッチＳ２は実際にはコンビーータ制御される。

本実施例を用いて動作試験を行った結果、電源電圧ｌｏ
ｏ　ｖで、従来の電磁バルブよりも動作速度は５倍早く
、かつ微細に制御でき、雑音は全く生じなかった。

（発明の効果）以上詳細説明したとおり１本発明のパルプは、プランジ
ャの位置制御に小形高性能な積層賊圧電素子全採用した
構成により（１）ノイズ的問題がない。

（２）流量の微細かつ高速な制御ができる。

（３）　低電圧駆動化が可能であり、装置、駆動回路の
簡略化、小形化が可能である。

等の効果を有している。従って、経済的９機能的。

信頼性的に優れたバルブ全得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁パルプの一例のｔｌｏり成會説明す
るための模式図、第２図は圧電素子の基本的性質を説明
するための模式図、第３図は電力用の含金形接合トラン
ジスタ全説明するための模式図、第４図は本発明の一実
施例の構成全説明するだめの模式図、第５図は本実施例
に使用される積層載圧電素子を説明するための模式図で
ある。１・・・・・・本体、２・・・・・・プランジャ、３・
・・・・・プランジャはね、４・・・・・・鉄心、５・
・・・・・巻線、６・・・・・・ハウジング、７・・・
・・・入口、８・・・・・・出口、９・・−・・・圧電
素子、１０．１０’・・・・・・電極、１１．１１’・
・・・・・ベース、１２．１２’・・・・・・エミッタ
、１３．１３’・・・・・・コレクタ、１４・・・・・
Ｊ半導体基板、２０・・・・・・積層壁圧電素子、２０
′・・・・・・圧覧包ラミー・７板、２１・・・・・・
本体、２２・・・・・・油圧ポンプ、２３・・・・・・
プランジャ、２４，２４　’・・・・・・外部電極、２
５・・・・・・内部電極、２６・・・・・・ハウジング
、２７・・・・・・ボルト、２８・・・・・・入口、２
９・・・・・・出口、３０・・・・・・絶縁物。Ｅｌ、Ｅ２・・・・・・電源、８１．８２・・・・・・
スイッチ。代理人　弁理士　内　原　晋（゛）・　−１〉′ 榮１ヅ竿２日Ｙ左ン

Claims

【特許請求の範囲】

薄板状圧電素子全積層一体化してなる積層載圧電素子と
、該積層を圧電素子の印加電界による軸方向の変位全拡
大する変位拡大機構と、該変位拡大機構に連結されたプ
ランジャとを含むことを特徴とするバルブ。