JPS63199977A - ピエゾバルブ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電体を用いて弁体を駆動するピエゾバルブに
関する。

（従来技術） 圧電体のピエゾ現象を利用して弁体な駆動するピエゾバ
ルブが知られており、第９図は従来知られているこの種
のとニジバルブの一例である。

このとニジバルブは、ハウジング１内に、弾性体２によ
り支持された圧電体３と、この圧電体３の自由端に設け
られたピストン４と、リターン用のスプリング７に保持
された弁体６とが内蔵されており、ハウジング１とピス
トン４と弁６とから構成される油圧室５と流体の入口と
は連通路８て連通されており、その連通路８にチェック
バルブ９が設けられている。

弁体６はスプリング７により上方に付勢され流体の流路
を閉じているが、圧電体３に所定電圧が印加されると圧
電体３は伸長しピストン４を押し下げ、油圧室５中の流
体を加圧するので弁体６は、その受圧部の面積とピスト
ンの加圧部の面積との比によりスプリング７の力に抗し
てストロークを拡大されて押し下げられ、流体の流路な
開く、このとき圧電体３が発生する過剰な応力は弾性体
２により吸収される。

圧電体３に印加する電圧を０とすると圧電体３は通常の
長さに復帰するので弁体６はスプリング７の力により押
し上げられて流体の流路を閉じ、その後、流体のハウジ
ングｌと弁体６とのすき間を通した油圧室５からの漏れ
による不足分かチェックバルブ９から油圧室５に補給さ
れ、油圧室５中の流体の量は適量に保持される。

以上説明したような開閉を高速で行い、開時間と閉時間
との比を調整することにより流体の流量を調整すること
が可能となる。

このようなピエゾハルツにおいては、圧電体の伸縮によ
る弁の開閉方向と流体の進行方向とが同一であるため弁
の開口量が流体の流速に影響されたり、スプリングのハ
ネ定数に依存するため流量かばらつくという問題があっ
た。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、流体の
流速に影響されず正確に流量制御ができるピエゾバルブ
を提供することを目的とし、この目的を達成するために
、流体通路の一部に設ける圧電体駆動の弁部材の開閉方
向を流体の流れ方向と異なるように構成した。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１および第２図は、本発明によるピエゾバルブの一実
施例を示す。

ピエゾバルブは第１図に示すように圧電体を内蔵した円
筒状ハウジングｌＯの中央に流体導管２０を直交させて
設けたもので、ハウジング１０内には第２図に示すよう
に高分子材料（たとえば樹脂）などから成る弾性体１６
．１７により支持されハウジングｌＯの軸方向に伸縮す
る積層圧電体１２．１３が内蔵されており、積層圧電体
１２と１３の対向端には弁部材１４．１５が所定距離だ
け離間してそれぞれ設けられている。流体導管２０の流
路はこの弁部材１４．１５により形成される間隙Ｇに連
通している。

積層圧電体１２．１３は第４図に示すような円盤上の縦
効果圧電体１２ａを第５図に示すように複数枚積層して
円柱状としたもので、各圧電板は厚さ方向に分極Ｐを生
ずる。そこで圧電板１２ａの分極Ｐの方向に電圧Ｖが印
加されると、厚さ方向に微小の伸びが生ずる。

第Ｓ図に示すように、積層圧電体１２に電圧を印加する
と、積層圧電体１２の全変位は各電圧板の厚さ方向の伸
びによる変位に積層枚数を乗じた伸び値である。

さて、上述したような構造のピエゾバルブにおぃて、積
層圧電体１２および１３に電圧が印加されていない場合
には、各圧電板の伸び変位がないから弁部材１４および
１５は第３図（イ）に示すように離間しているため、弁
としては開状態にある。ところが積層電圧体１２．１３
に電圧を印加していくと各圧電板は伸び変位を生ずるた
め弁部材１４と１５が第３図（ロ）に示すように接触し
、弁として閉じていき、所定の電圧で完全な閉状態とな
る。この開状態と閉状態との間で、印加電圧を変えるこ
とにより弁の開口面積を自由に変えることができる。ま
た閉状態とある所定の開口面積の開状態との間で繰り返
し弁の開閉を行うことにより流体の流量制御を行うこと
ができる。なお、閉状態において積層圧電体１２および
ｌｉにより生じる過剰な応力は、両端に設けられた弾性
体１６．１７により吸収される。さらに、積層圧電体に
よる変位を変位拡大機構と組み合わせて用いれば、開口
面積を広範囲にわたって精度よく制御てきる。− 第６図、第７図および第８図は本発明によるピエゾバル
ブの他の実施例を示しており、第６図は平面断面図、第
８図は第６図のＢ−Ｂ断面図である。

この実施例は、積層圧電体を内蔵した２本の円筒状ハウ
ジング３０と４０を互いに直交するように設け、その中
央に流体導管５０を両ハウジング３０．４０に直交させ
て設けたものである。ここで注意をする点は、一方の円
筒状ハウジング３０と他方の円筒状ハウジング４０とは
流体導管５０の軸方向にややずれて段違いとなっている
点である。

各円筒状ハウジングの内部構造は第１の実施例と全く同
じであり、第７図に示すように、円筒状ハウジング３０
には弾性体２１．２２で支持されたｌ対の積層圧電体２
３．２４が内蔵されていて、これらの積層圧電体２３．
２４の対向端にはそれぞれ弁部材２５．２６が所定距離
だけ離間して設けられている。もう一方の円筒状ハウジ
ング４０には弾性体２７．２８で支持された１対の積層
圧電体２９．３０が内蔵されており、これらの積層圧電
体２９．３０の対向端にはそれぞれ弁部材３１．３２か
所定距離だけ離間して設けられている。流体導管５０の
流路はこれらの弁部材２５と２６および３１と３２によ
り形成される間隙Ｇに連通している。

各円筒状ハウジング内の積層圧電体の動作は前述した第
１の実施例と全く同じである。従って両積層圧電体２３
．２４および２９．３０のいずれにも電圧を印加しない
ときは弁部材２５と２６との間隙および弁部材３１と３
２との間隙がそのままであるので弁としては完全な開状
態にあるが。

いずれか一方の円筒状ハウジング、たとえば円筒状ハウ
ジング３０の積層圧電体２３と２４にのみ電圧を印加す
ると、伸び変位を生じて弁部材２５と２６との間隙が狭
くなり流路が絞られて通過流量が減少する。この状態で
さらに円筒ハウジング４０の積層圧電体２９．３０に電
圧を印加すると、同様にして弁部材３１．３２間の間隙
が狭くなり、ざらに流路が絞られて流量が減少する。な
お、流路開口の閉状態において積層圧電体により生ずる
過剰な応力は弾性体２１．２２．２７．２８により吸収
されることは第１の実施例の場合と同じである。

このように伸縮方向か仲なる２組の圧電体を用いて同一
流路の開口面積を絞ることにより細かな精度のよい流量
制御ができる。

この実施例でも変位拡大機構と組合せることにより流路
の開口面圀を広範囲にわたり精度よく制御できる。

上記実施例では２つの円筒状ハウジングを直交させたが
、特にその必要はなく任意の角度にしてよい。また、バ
ルブとしての構造、形状は複雑になるが、２つの円筒状
ハウジングを流体導管に対して流体の流れ方向に異なる
位置に結合させてもよいことはもちろんである。さらに
、同一の流体導管の流路面積を制御するこの種のとニジ
バルブは２以上複数個設けてよいことは当然である。

なお、上記２−）の実施例において、積層圧電体の対向
端に設けられた弁部材は過剰な応力により弁部材間の密
着性を高め流体の漏れを防止する効果かある。

また、上記実施例では流体の流路なはさんで両側に積層
圧電体とそれにより変位される弁部材とを設けたか、積
層圧電体とそれにより変位される弁部材は流路の一方の
側だけに設けてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、流体通路の一
部に設ける圧電体駆動の弁部材の開閉方向を流体の流れ
方向と異なるようにしたので、流路の開口面精が流速に
影響されることがなくなり、精度のよい流量制御ができ
る。また、弁の開閉にスプリング作用を用いないためス
プリングのバネ定数の影響を受けなく正確な流量制御が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるピエゾバルブの一実施例の斜視図
、第２図は第１図のＡ−ＡＩＢ面図、第３図は本発明に
よるとニジバルブの開口状態を示しており、（イ）は開
状態、（ロ）は閉状態、第４図は本発明で用いる圧電板
、第５図は本発明で用いる積層圧電体、第６図は本発明
によるピエゾバルブの他の実施例の斜視図、第７図は第
６図に示したとニジバルブの平面断面図、第８図は第６
図のＢ−Ｂ断面図、第９図は従来のとニジバルブの一例
の縦断面図である。 １０−・・円筒ハウジング、２ｏ・・・流体通路１２．
１３・・・積層圧電体、１４．１５・・・弁部材１６．
１７・・・弾性体 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　　鈴　木　弘　男 第６図 ↓ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧電体の変位力により開閉する弁部材を流体通路の一
   部に設けて成るピエゾバルブにおい て、前記弁部材の開閉方向が流体の流れ方向と異なるよ
   うにしたことを特徴とするピエゾバルブ。