JP2002022045A - バルブ装置 - Google Patents

バルブ装置

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JP2002022045A
JP2002022045A JP2001157152A JP2001157152A JP2002022045A JP 2002022045 A JP2002022045 A JP 2002022045A JP 2001157152 A JP2001157152 A JP 2001157152A JP 2001157152 A JP2001157152 A JP 2001157152A JP 2002022045 A JP2002022045 A JP 2002022045A
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control rocker
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ベルガー ロルフ
Martin Maichl
マイクル マルチン
Markus Hoffmann
ホフマン マルクス
Jurgen Stingel
シュティンゲル ユルゲン
Wolfgang Soblik
ゾルビック ウォルフガンク
Michael Weinmann
ワインマン ミカエル
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Festo SE and Co KG
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    • F15C3/10—Circuit elements having moving parts using nozzles or jet pipes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的ストレスが緩和されたコンパクトなバ
ルブ装置を提供する。 【解決手段】 コントロールチャンバ８内には、少なく
とも一つの流体ダクト開口２５ａ，２５ｂを制御するた
めに作用すると共に、二つの終点位置３１ａ，３１ｂ間
を移動可能な少なくとも一つの揺動コントロールロッカ
部材１２が備えられる。コントロールロッカ部材１２の
一つの揺動位置は、電気的に駆動される可撓性要素３７
によって動かされる。この可撓性要素３７は、コントロ
ールチャンバ８内で、コントロールロッカ部材１２の作
動部４２に作用することができる。コントロールロッカ
部材１２は、バネ手段３６によって、第１の終点位置３
１ａに付勢される。一方、可撓性要素３７は、電気的に
能動化されていない状態において、機械的ストレスを受
けることなく、且つバネによって付勢されることなく、
コントロールロッカ部材１２の作動部４２と係合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コントロールチャ
ンバを画定するバルブハウジングを備えたバルブ装置に
関するものであり、特に、上記コントロールチャンバに
通じて複数の流体ダクトが開口すると共に、上記コント
ロールチャンバにおいて、コントロールロッカ部材が、
流体ダクト開口の少なくとも一つを制御するために配置
されると共に、少なくとも二つの終点位置間で揺動し、
その揺動位置は、電気的に駆動される可撓性要素によっ
て動かされ、上記可撓性要素は、上記コントロールロッ
カ部材の作動部に作用することを特徴とするバルブ装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】このタイプのバルブ装置は、ヨーロッパ
特許公報第０，７４１，２４８ Ａ２号において開示さ
れている。ここでは、コントロールチャンバが、バルブ
ハウジングの内部に画定され、このバルブハウジング内
には、揺動性可動コントロールロッカ部材が配設される
と共に、揺動軸の延長上にコントロールロッカ部材の作
動部が、バルブハウジングのコントロールチャンバから
突出して設けられている。コントロールロッカ部材の揺
動位置を動かすために、例えば、圧電可撓性要素を作動
部に作用させることが可能である。このコントロールロ
ッカ部材は、コントロールチャンバ内部において、揺動
位置に応じて開閉可能な二つの流体ダクト開口即ちポー
トと対向して設けられている。又、同様のバルブ装置
が、ドイツ特許（実用新案）公報第２９，９０１，８５
５号においても開示されているが、ここでは、上記ヨー
ロッパ特許公報第０，７４１，２４８ Ａ２号の設計か
ら離れて、制御されるべき流体ダクトは、コントロール
ロッカ部材の長手側に配置されている。
【０００３】これら二つの周知のバルブ装置の場合、漏
洩を生じさせることなく、且つ揺動性を確保しながら、
作動部がコントロールチャンバの外に延在可能となるよ
うに、広範囲にわたるシール手段が必要である。更に、
定位置にあるコントロールロッカ部材を二つの終点位置
の一方に付勢するために、作動用に用いられる圧電可撓
性要素に対する機械的付勢作用が必要とされる。可撓性
要素の機械的ストレス緩和は、時に機能上の欠陥が生じ
ることを意味する。
【０００４】同じような問題は、米国特許第５，７７
９，２１８号によるバルブ装置の場合にも生じる。ここ
では、所定の終点位置を設定するために、圧電可撓性要
素が、付勢力を受けて所望の位置に配置される。従っ
て、ヨーロッパ特許公報第０，５４７，０２２ Ｂ１号
では、補償のために圧電可撓性要素に作用する機械的バ
ネを用いて、ストレス緩和の問題に対処することへの提
案が既になされている。しかしながら、この方法を用い
ると、バルブ装置の高さが全体的に高くなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の一つ
の目的は、簡単でコンパクトなバルブ構成を用いて、ス
トレス緩和に関する問題を少なくとも実質的範囲まで解
決する、冒頭で述べたようなタイプのバルブ装置を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】この目的
及び／又は本明細書、特許請求の範囲、及び図面から明
らかとなる他の目的を達成するために、本発明では、作
動部を含むコントロールロッカ部材は、コントロールチ
ャンバに収容され、二つの終点位置の第１の位置に対し
て可撓性要素とは関係なくバネ手段によって付勢され、
可撓性要素は、電気的に能動化されていない状態では、
コントロールチャンバ内で実質的に機械的ストレスから
解放され、バネによる付勢なしで、コントロールロッカ
部材の第１の終点位置でコントロールロッカ部材の作動
部と係合する。
【０００７】上記構造によれば、可撓性要素が活性化さ
れていない状態で、コントロールロッカ部材が、一つの
終点位置に付勢される。このために用いられるバネ力
は、この時、可撓性要素とは関係なく、コントロールロ
ッカ部材に伝達される。その結果、可撓性要素自体は、
機械的ストレス、即ちストレス緩和から本質的に解放さ
れた状態で、コントロールロッカ部材と係合することが
可能となり、ストレス緩和性向を補償するために、可撓
性要素に作用するバネによる付勢が必要とされない。結
果として、可撓性要素は、完全に付勢を受けない状態
で、あるいは少なくともわずかな付勢力を受けるに過ぎ
ない状態で取り付けられるため、より明確には、可撓性
要素を適切な場所に配置するだけで良いため、バルブ装
置を比較的簡単に組み立てることが可能となる。更に、
この場合、可撓性要素は、コントロールチャンバ内でコ
ントロールロッカ部材と協働するため、コントロールロ
ッカ部材とバルブハウジングとの間のシール面に関する
問題も生じない。バルブ装置は、全体として、極めて小
さい寸法で設計することが可能となる。
【０００８】電気的に活性化される可撓性要素として
は、特に、圧電可撓性要素が用いられる。又、原則とし
ては、そのような可撓性要素として、形状記憶合金又は
バイメタルを用いることも可能である。上述のバルブ装
置に基づいて、例えば、“常閉”及び“常開”の特性を
有するバルブといった、別のタイプのバルブを安価で製
造することも可能である。
【０００９】好ましい実施例では、コントロールチャン
バが、コントロールロッカ部材によって制御される二つ
の流体ダクト開口を備え、この流体ダクト開口は、それ
ぞれ、別の流体ダクトと連通すると共に、コントロール
ロッカ部材の二つの終点位置によって、交互に閉じたり
開いたりする。つまり、一方の流体ダクト開口の閉塞
が、同時に、他方の流体ダクト開口の開放をもたらす。
この点に関して、二つの被制御流体ダクト開口が、コン
トロールロッカ部材の異なるロッカアームによって制御
されることが好ましく、従って、バルブハウジングが複
数の部分からなる場合には、それら二つの被制御流体ダ
クト開口を、同一のハウジング部分上、且つコントロー
ルロッカ部材の同一側に配置することが可能である。
【００１０】コントロールロッカ部材が、制御されるべ
きそれぞれの流体ダクト開口と協働する部分にシール部
材の層を有するように構成すると効果的である。それと
同時に、コントロールロッカ部材は、ハウジング上の支
点を軸に揺動可能となるように設けられることが好まし
く、その揺動の支持部に、素材及び厚みに関してシール
部材の層と同一の素材の層を有するようにすると効果的
である。そのような素材の層は、特に、シール部材の層
と一貫して形成されるのが好ましい。これは、シール部
材の膨張が、コントロールロッカ部材と制御されるべき
バルブダクト開口との間に生じるバルブ間隙に、何ら影
響を及ぼさないことを意味する。つまり、シール部材の
膨張は、同時に、支持部に存在する素材層の同一の膨張
をもたらすため、これによって、コントロールロッカ部
材は、単に平行に変位されるのみで、実質的に、バルブ
間隙に対する影響はない。
【００１１】可撓性要素が、コントロールロッカ部材に
関して、その揺動軸から横に一定間隔離れた場所に位置
する取付点から出発して、制御されるべき少なくとも一
つの流体ダクト開口とは反対の側で、コントロールロッ
カ部材と部分的に重なり合いながら、コントロールロッ
カ部材に向かって延在するように配置すると効果的であ
る。この場合、可撓性要素と協働するコントロールロッ
カ部材の作動部は、取付点とは反対の揺動軸側に、揺動
軸から離れて配置されても良い。この点に関して、バネ
手段が、作動部とは反対の揺動軸側でコントロールロッ
カ部材と係合するようにすることが好ましい。
【００１２】更に、この点に関して、異なるレバー長さ
を持たせることによって、可撓性要素のストローク力特
性への最適な適合が成し遂げられるようにすることが好
ましい。可撓性要素の取付点は、必要であれば、コント
ロールチャンバ内に直接配置されるようにしても良い。
同じく効果的な設計としては、その取付点が、バルブハ
ウジング内の、コントロールチャンバに隣接する取付チ
ャンバ内に位置し、そこから可撓性要素の前端部がコン
トロールチャンバ内に延在するように構成される。可撓
性要素を適位置に固定すると同時に、電気接続部をシー
ルするために、取付チャンバは、例えば、埋込み又はキ
ャスティング構造で満たされても良い。
【００１３】更に、電気的に能動化されていない状態で
可撓性要素がとる定位置が、バルブ装置の組立時に、可
撓性要素がコントロールロッカ部材の作動部上及びハウ
ジング上の少なくとも一つの支点上に置かれた後で、可
撓性要素がその自重によってとる位置と一致するように
すると効果的である。この場合、製造誤差による影響を
受けることなく、遊びを伴わずに、且つ後の調節の必要
無しに、ただその自重に基づいて可撓性要素の取付を行
うことが可能となる。
【００１４】コントロールロッカ部材の選択された終点
位置を予め定めるバネ手段は、コントロールチャンバ内
に直接配置されることが好ましい。この点に関して、バ
ネ手段は、同時にコントロールロッカ部材を保持する機
能を果たすように設計されても良い。特に、バネ手段
が、可撓性要素の作動力と平行に働くバネ力によって、
コントロールロッカ部材に対して作用するようにすると
効果的である。
【００１５】製造が特に簡単な本発明の実施例によれ
ば、バネ手段は、一端がハウジング上に、他端がコント
ロールロッカ部材に固定される少なくとも一つのバネラ
グを備える。このバネラグは、アンカー部を介して、ハ
ウジングに対して固定可能なバネユニットの一部であ
る。アンカー部及びバネラグは、一体的に形成されるこ
とが好ましく、この場合には、バネユニット全体を、例
えば、バネ鋼といった弾性材料で形成すると効果的であ
る。
【００１６】バネ手段の更なる実施例では、コントロー
ルロッカ部材を付勢するために用いられるバネ力は、揺
動軸と同方向に配列されると共に、コントロールロッカ
部材とバルブハウジングとの間に延在し、更に、好まし
くは揺動軸を直接規定することが可能であるトーション
ロッド要素を用いて得られる。このトーションロッド要
素のハウジングへの取付は、バルブハウジングの二つの
部分に設けられた保持面間で保持される取付部を用いて
行うことができる。この場合、コントロールロッカ部
材、トーションロッド要素、及び取付部を、一体的な一
つの構成要素として設計することが可能である。更に、
一方ではコントロールロッカ部材が第１の終点位置に付
勢されるように、そして他方では所望の付勢力を生成す
るために、トーションロッド要素が更にねじられる形
で、バルブハウジングの保持面が取付部に対して作用す
るように配置されることが好ましい。
【００１７】それぞれの取付部と協働する保持面は、そ
の一方がバルブハウジングの底部に、そして他方がその
頂部に設けられるようにすると最適であり、この場合、
二つのハウジング部分を組み立てることによって直接付
勢が得られる。可撓性要素は、コントロールロッカ部材
の駆動手段の一構成要素として構成することができる。
この時、コントロールロッカ部材は、更に、その段階的
揺動を可能にするための手段を備え、この手段が、例え
ば、ラチェット機構又は自己ロッキング機構を規定す
る。これは、可撓性要素の相対的に小さい設定力及び可
撓性要素の小さい揺動ストロークを用いて、結果的に生
じる大きい設定力及び開放ストロークを、大径のバルブ
シートに対して与えることが可能であることを意味す
る。この点に関して、双安定バルブ機能を実現するため
に、可撓性要素による一度の作動で、コントロールロッ
カ部材が一つの揺動段階分だけ開き、新たな作動で、再
び閉じるような設計にしても良い。
【００１８】コントロールロッカ部材と、それに関わる
バネ手段とを合わせて、第１コントロールユニットと呼
ぶことができる。この第１コントロールユニットに加え
て、適切に設計された第２のコントロールユニットが設
けられても良い。この第２コントロールユニットは、少
なくとも一つの更なる流体ダクト開口又はポートを制御
するために働き、この場合、二つのコントロールユニッ
トのコントロールロッカ部材は、どちらも、可撓性要素
によって共に作動することが可能なように設計される。
そして、例えば、バルブ装置が、３／３バルブ機能を果
たすように設計されても良い。第２のコントロールロッ
カ部材は、第１のコントロールロッカ部材に対して左右
相称となるように、可撓性要素の反対側に配置されるこ
とが好ましい。
【００１９】制御されるべき流体ダクト開口に対して位
置付けられる、コントロールロッカ部材の揺動軸の位置
を多様に設定することを可能にする調節手段が設けられ
ると有利である。このようにして、バルブ間隙を調節す
ることが可能となる。これは、又、バルブ装置の組立の
間に、可撓性要素が無くても成し遂げることが可能であ
ることが好ましく、特に、バルブ装置が二つのコントロ
ールロッカ部材を有する場合に適している。
【００２０】可撓性要素に対する作動電圧の無段階の印
加を可能にするための手段が存在する場合、コントロー
ルロッカ部材の連続的な制御を行うことが極めて簡単に
なる。又、この場合、揺動の所望の位置を、必要に応じ
て予め設定することも可能である。
【００２１】本発明の更に有利な展開及び便利な形状
は、付随の図面を参照に、幾つかの実施例を開示した以
下の詳細な説明から理解されるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】先ず第１に、図１〜図７に示され
た本発明の実施例について説明する。ここに図示された
バルブ装置１は、好ましくは平行六面体に形成され、例
えば、比較的平らな形状を有するバルブハウジング２を
備える。このようなハウジング２は、プラスチック材料
から作られることが好ましく、複数の部分からなる構造
を有する。本実施例では、ハウジング２は、底部３ａと
頂部３ｂとからなり、底部は長方形に形成された床４を
有すると共に、この床４の縁部から延在し周囲を取り囲
む外周側壁５を有する。
【００２３】床４に対向する側壁５の上部側には、好ま
しくはそれを取り巻いて延在する棚状突起が設けられる
ことにより段が形成され、その結果、受入手段６が規定
されている。この受入手段６には、蓋を構成し、好まし
くはプレート状に設計された頂部３ｂが挿入される。底
部３ａと頂部３ｂとは、例えば、接着剤による接合又は
溶接といったジョイント接続によって、気密状態で共に
固定されることが好ましい。こうすることによって、密
封剤の中間的な位置決め作業を別途行う必要がなくなる
ためである。
【００２４】バルブハウジング２は、浅くて平らな長形
のハウジング内部空間７をその内部に画定する。この内
部空間７は、長手方向に順に配列された二つの部分に分
けられ、この二つの部分を、以下コントロールチャンバ
８及び取付チャンバ９と呼ぶ。この内部空間の長さ方向
の大部分は、ここではコントロールチャンバ８によって
占められている。
【００２５】取付チャンバ９と反対側のコントロールチ
ャンバ８の前方部分には、揺動部材が配設され、この揺
動部材は、流体の流動を制御するために働き、以下コン
トロールロッカ部材１２と呼ばれる。このコントロール
ロッカ部材１２は、コントロールチャンバ８の内部に完
全に配置され、揺動軸１３を中心にバルブハウジング２
に対して揺動可能となっている。その揺動軸１３は、バ
ルブハウジング２の長手軸（列方向）１４に対して垂直
に、そして床４の広がりの平面に対して平行に延在す
る。
【００２６】本実施例では、ハウジングの内側４の支点
に支点突起１５を設けることにより、揺動軸１３が規定
されている。この支点突起１５は、長手軸１４を横切っ
て延在すると共に、ドーム状に形成され、所望であれ
ば、その上方に向けられた面はわずかに放射状に形成さ
れても良い。二重矢印で示された、一方から他方にシー
ソーのように揺れる揺動運動を行うために、コントロー
ルロッカ部材１２は、揺動の中心となる支持部１６を有
する。
【００２７】コントロールロッカ部材１２を適切な位置
に固定し、その滑りを防ぐために、コントロールロッカ
部材１２は、ハウジング上に設けられた固定手段１８と
互いに噛み合う形で係合するように構成され、その結
果、確かな揺動の実現が可能となる。図示された実施例
では、これらの固定手段１８は、バルブハウジング２の
二つの横の側壁５ａの内面のすぐ近傍に位置する二つの
先端部に形成された、プレート状の平らなコントロール
ロッカ部材１２の周縁凹部２２に嵌め込まれる突起を備
える。
【００２８】コントロールロッカ部材１２は、揺動軸１
３の両側に配設された第１及び第２のロッキングアーム
２３ａ，２３ｂを有する。コントロールロッカ部材１２
が揺動する時、二つのロッキングアームの対応する一方
が、バルブハウジング２の床４に向かって移動する一方
で、他方のロッキングアームは、二つのアーム部を有す
るてこと同様に、床４から遠ざかる方向へ持ち上げられ
る。この場合、コントロールロッカ部材１２は、それ自
体が剛性の構成要素からなる。
【００２９】複数の流体ダクト２４は、コントロールチ
ャンバ８に通じて開口している。本実施例では、三つの
流体ダクトが設けられ、それらの一端はハウジング２の
外面（図示なし）まで延在し、そこで更なる流体ダクト
と接続され、例えば、流体ラインを形成するようにして
も良い。
【００３０】コントロールチャンバ８の内部に位置する
流体ダクト開口の少なくとも一つは、流体の通過に関し
て、コントロールロッカ部材１２によって制御される。
本実施例では、二つの流体ダクト２４がそれによって制
御され、それぞれの流体ダクト２４は、以下第１及び第
２被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂと呼ばれる、制
御されるべき流体ダクト開口を有する。第３の流体ダク
ト開口２６は、常時開いた状態となっている。
【００３１】第１被制御流体ダクト開口２５ａは、第１
ロッキングアーム２３ａと対向し、第２被制御流体ダク
ト開口２５ｂは、第２ロッキングアーム２３ｂと対向す
るように配置される。これは、二つの被制御流体ダクト
開口２５ａ，２５ｂが、それぞれの開口断面に関して、
コントロールロッカ部材１２の異なるロッキングアーム
によって制御可能であることを意味する。好ましくは、
二つの被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂは、コント
ロールロッカ部材１２の同じ側に配設され、ロッキング
アーム２３ａ，２３ｂの両側に渡って延在すると同時
に、コントロールロッカ部材１２を横切って延在する制
御側のロッカ面２７が、それらと対向して配置される。
その結果、被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂは、コ
ントロールロッカ部材１２によって、その同一側で閉じ
られると共に、同一のバルブハウジング部分上、本実施
例の場合には底部３ａの床４上に配置される。
【００３２】従って、被制御流体ダクト開口２５ａ，２
５ｂ、及び本実施例で支点突起１５によって規定される
支点は、同一のハウジング部分上に配置される。二重矢
印１７で示された、揺動軸１３を中心としたコントロー
ルロッカ部材１２の揺動によって、コントロールロッカ
部材１２は、二つの終点位置に交互に動かされる。図６
に示された第１終点位置３１ａでは、コントロールロッ
カ部材１２は、第１ロッキングアーム２３ａ側に設けら
れた、第１被制御流体ダクト開口２５ａ上に位置する第
１閉塞部３２ａを有し、第１被制御流体ダクト開口２５
ａを気密状態で閉塞する。これに対して、図７に示され
た第２終点位置３１ｂでは、コントロールロッカ部材１
２は、第２ロッキングアーム２３ｂ側に設けられ、第２
被制御流体ダクト開口２５ｂ上に位置してそれを密閉す
る第２閉塞部３２ｂを有する。この場合、それぞれ他方
のロッキングアームは、同時に、そして常に、それぞれ
対応する被制御流体ダクト開口を開くように、そこから
離れて持ち上げられた状態となる。このため、適切な揺
動による位置付けによって、二つの被制御流体ダクト開
口２５ａ，２５ｂを交互に開閉することが可能となり、
一方の流体ダクト開口が閉じられると、他方の流体ダク
ト開口が開けられる状態となる。
【００３３】バルブ装置１は、例えば、３／２ウェイバ
ルブとして設計されても良い。この場合、例えば、圧縮
空気のような圧力媒体が、第１被制御流体ダクト開口２
５ａと連結された流体ダクトを介して、継続的に供給さ
れる。第２被制御流体ダクト開口２５ｂと連結された流
体ダクト２４は、通気ダクトとして構成され、大気と連
通する。常に開かれた第３流体ダクト開口２６から延び
た流体ダクトは、動力ダクトを構成し、例えば、流体の
力によって作動する駆動装置のような負荷装置と接続さ
れても良い。
【００３４】従って、第１終点位置３１ａでは、動力ダ
クトが、第２被制御流体ダクト開口２５ｂを通じて逃げ
口を与えられ、それと同時に、第１被制御流体ダクト開
口２５ａに通じる供給ダクトは閉塞される。反対に、第
２終点位置３１ｂでは、通気ダクトが閉じられる一方
で、供給ダクトが、開かれた第１被制御流体ダクト開口
２５ａを介して、動力ダクトの開かれた第３流体ダクト
開口２６と接続される。従って、圧力媒体が、それぞれ
開かれた流体ダクト開口間で、つまりコントロールチャ
ンバ８を通じて流動することが可能となる。
【００３５】二つの閉塞部３２ａ，３２ｂは、それぞ
れ、適切なシール部材の層によって構成されており、以
下この層を第１及び第２シール部材層３３ａ，３３ｂと
呼ぶ。この第１及び第２シール部材層３３ａ，３３ｂ
は、コントロールロッカ部材１２の主要本体３４上のそ
れぞれ対応する側に施され、この層は、金属で製造され
るのが最適である。従って、制御側のロッカ面２７は、
少なくとも部分的にシール部材層３３ａ，３３ｂの表面
によって構成される。
【００３６】コントロールロッカ部材１２の特に有益な
点は、主要本体３４が、更に、揺動の支点の位置に素材
の層３５を備えていることである。この素材層３５は、
材料特性及び層の厚さに関して、それぞれのシール部材
層３３ａ，３３ｂと同一であり、コントロールロッカ部
材１２は、支点突起１５の上部側にこの素材層３５を有
する。
【００３７】シール部材による層が一様に施されるよう
に、シール部材層３３ａ，３３ｂは、素材層３５と一体
化されて形成されるように設計することが好ましい。こ
の場合、その一様なシール部材層は、制御側のロッカ面
２７の少なくとも大部分を形成することができる。
【００３８】バルブ装置が作動している間、例えば、膨
張により、シール部材の層の厚さにわずかな変化が生じ
る可能性がある。これは、通常、対応する被制御流体ダ
クト開口２５ａ，２５ｂからの距離に変化をもたらすも
のである。しかしながら、支持点にも適切な素材による
層が形成されているため、シール部材の厚さにおける変
化は自動的に埋め合わされる。これは、コントロールロ
ッカ部材全体が持ち上げられるため、シール部材とシー
ル座を形成している流体ダクト開口２５ａ，２５ｂとの
間の間隙は変化しないためである。シール部材のそれぞ
れの長さ、つまり、バルブシート上のコントロールロッ
カ部材の端部の高さは、極めて小さいままの状態に保つ
ことが可能であるため、開位置における間隙に対する熱
膨張の影響は、最小のまま留められる。更なるポイント
は、コントロールチャンバ８に流通している内圧による
ハウジング部分３ａ，３ｂの屈曲でさえ、自動的に埋め
合わされるということである。これは、コントロールロ
ッカ部材の揺動点も、同様に移動するためである。二つ
のハウジング部分３ａ，３ｂ間の間隙の大きさに関する
製造誤差は、バルブ装置の機能に全く影響を与えない。
なぜなら、全ての関連した構成要素は、底部３ａに取り
付けられ、頂部３ｂは、バルブの機能部分、つまり、以
下で説明される機能部分に影響を及ぼさないためであ
る。
【００３９】更に、バルブ装置１は、コントロールロッ
カ部材１２と同様、コントロールチャンバ８の内部に完
全に収められた、バルブハウジング２とコントロールロ
ッカ部材１２との間で直接効力を有するバネ手段３６を
備える。このバネ手段３６は、一方でバルブハウジング
２によって支持され、他方では、以下で説明される可撓
性要素と協働することなく、コントロールロッカ部材１
２がいずれかの終点位置に付勢されるように、コントロ
ールロッカ部材１２に対して作用する。いずれかの終点
位置とは、本実施例の場合、第１終点位置３１ａを意味
し、この位置が、同時に、活性化されていない状態にお
けるバルブ装置１の定位置に相当する。
【００４０】バネ手段３６は、バネ力ＦFをもって、第
１レバーアーム“ｆ”と呼ばれる揺動軸１３からの距離
の地点で、コントロールロッカ部材１２に対して作用す
る。これによって生じるトルクが、コントロールロッカ
部材１２を第１終点位置３１ａへと傾ける。
【００４１】コントロールロッカ部材１２の位置をもう
一方の第２終点位置３１ｂに切り換えるために、バルブ
ハウジング２内に統合された駆動手段３８の電気的に駆
動される可撓性要素３７を用いて、作動力ＦBが生成さ
れ、この作動力ＦBによってコントロールロッカ部材１
２に作用するためにもたらされる反対のトルクが生成さ
れる。力の転移は、支持部１６から第２レバーアーム
“ｂ”と呼ばれる一定距離の間隔を空けて設けられた、
コントロールロッカ部材１２の作動部４２において行わ
れる。
【００４２】バネ力ＦF及び作動力ＦBが、コントロール
ロッカ部材１２に対して揺動の逆方向に作用するよう
に、それぞれの力が付与される地点が、揺動軸１３の直
径的に対向する側に位置付けられるように設計がなされ
る。上述の可撓性要素３７は、例えば、室温で定位置を
とる、いわゆる形状記憶合金から製造することができ
る。この形状記憶合金は、電流によって加熱されると、
その定位置から外れるように歪められ、電流の遮断によ
って冷却されると、再び元の定位置へ戻る。しかしなが
ら、本実施例のように、可撓性要素３７は、圧電要素、
つまり、ビーム状可撓性トランスデューサとして形成さ
れることが好ましい。この圧電要素は、後端部が固定さ
れた形で取り付けられると共に、その前端部は、電流が
印加されると、その長手方向を横切って横に逸れるよう
に構成されている。
【００４３】図４及び図５において明らかに示されたよ
うに、可撓性要素３７は、一般に、バルブハウジング２
の長手方向に延在すると共に、ハウジングの内部空間７
に収められる。その後端部４３は、取付チャンバ９に設
けられた取付点４４でしっかりと固定され、その前端部
４５は、コントロールチャンバ８の内部をコントロール
ロッカ部材１２に向かって延在する。
【００４４】本実施例では、取付チャンバ９における可
撓性要素３７の固定は、取付チャンバ９を満たすと共
に、それによって可撓性要素３７の後端部４３を取り巻
く埋込み構造４６を用いて実現されている。この埋込み
構造４６は、同時に、電気接続線４７及びそれに関連し
た、そこを介して電気接続コンタクト手段４８との接続
がなされる接続ポイントを大切に保護する役割を果た
す。このコンタクト手段４８は、作動電圧の付与を可能
にするために、バルブハウジング２の後方側壁５ｂを抜
けて外部に延在する。
【００４５】本実施例において、バネ手段３６のバネ力
を付与する地点５２は、揺動軸１３、即ち支持部１６
の、後端部４３に面した長手側に位置付けられている。
本実施例では隆起部として形成されたコントロールロッ
カ部材１２の作動部４２は、支持部１６の、取付点４４
と反対側の長手側に配置されている。従って、コントロ
ールロッカ部材１２は、制御側のロッカ面２７と反対の
上部側で、少なくとも部分的に可撓性要素３７と重なり
合う。この場合、コントロールロッカ部材１２が、可撓
性要素３７の前端部４５と完全に重なり合うようにする
ことも可能である。
【００４６】バルブ装置の設計は、図４に示されたよう
に、可撓性要素３７が、電気的に能動化されていない状
態にある時、つまり、作動電流が印加されていない時、
定位置に位置付けられるようになされる。この定位置に
ある時、可撓性要素３７は、コントロールチャンバ８の
内部で、少なくとも本質的に機械的ストレスを受けない
状態にある。言い換えると、可撓性要素３７は、バネ手
段３６によって設定された通り第１終点位置３１ａにあ
る時、作動部４２上で、ストレスから完全に自由な状
態、又は極めて小さい付勢を受けるに過ぎない。この点
に関して、可撓性要素を介在させることなく、又可撓性
要素３７自体はバネによる付勢を受けることなく、バネ
手段が、コントロールロッカ部材１２に対して直接作用
することに着目すべきである。結果的に、定位置にある
可撓性要素３７によってコントロールロッカ部材１２に
付与される作動力ＦBは、ゼロに等しい。
【００４７】可撓性要素３７が屈曲する性向により、作
動力ＦBが生成されるのは、所望の作動電圧が、電気接
続コンタクト手段４８を介して圧電可撓性要素に加えら
れた場合のみである。そして、この作動力ＦBによっ
て、ストレスを受けた第１終点位置３１ａから第２終点
位置３１ｂへのコントロールロッカ部材１２の切換、即
ち揺動が引き起こされる。
【００４８】作動電圧が再び遮断され、可撓性要素３７
が無負荷の状態になると、可撓性要素３７は再び定位置
に戻り、それと同時にコントロールロッカ部材１２が、
バネ手段３６によって切り換えられ、再び第１終点位置
３１ａへと戻る。本実施例においては、バルブ装置１
は、いわゆる“常閉”の特性を有するものとして設計さ
れている。即ち、バルブ装置１が非活性化状態にある
時、供給圧力を供給する第１被制御流体ダクト開口２５
ａが、バネ手段３６によって閉じられた状態となってい
る。単に二つの被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂの
ダクト機能を切り換えることによって、“常開”の特性
を有するバルブ装置を製造することも、容易に可能であ
る。
【００４９】電気的に能動化されていない定位置にある
時の可撓性要素３７の機械的に付勢されていない状態
は、バルブ装置を組み立てる際に、非常に容易に設定可
能である。上記定位置は、実際、バルブ装置１を組み立
てる間、頂部３ｂが取り除かれた状態で、コントロール
ロッカ部材１２及びバネ手段３６が既に据え付けられた
底部３ａにおいて、可撓性要素が最初に置かれる位置に
相当する。その後、可撓性要素３７の前端部４５が作動
部４２上に配置される一方で、その後端部４３は、底部
３ａ上の、ハウジングの内部空間７に設けられた支持部
５３上に配置される。この場合、支持部５３は、作動部
４２と共に、可撓性要素３７を置くための三点の支持部
を構成するように設計されることが好ましい。この支持
部５３は、長手軸１４を横切って延在し、同時に取付チ
ャンバ９とコントロールチャンバ８とを隔てる隔壁とし
ても機能する、床に設けられた隆起部として形成されて
も良い。
【００５０】適切に配置された可撓性要素３７は、その
自重によってのみ作動部４２に対して作用する。この状
態で、上述のようなストレスを受けない可撓性要素３７
の機械的コンディションが確立されるように、後端部４
３が上述の方法で固定される。
【００５１】バルブシートとして設計されることが最適
である二つの被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂは、
同一のハウジング部分３ａ上に、又コントロールロッカ
部材１２の同一側に配置されるため、製造及び組立に際
しての、関連する一連の製造誤差は、一つの誤差項目を
含むに過ぎない。制御ダイアフラム上に施されたシール
部材の膨張、ハウジングの機械的歪み、及び二つのハウ
ジング部分３ａ，３ｂの組立に関しての製造誤差は、バ
ルブの機能性に実質的に影響を及ぼさない。更に、圧電
可撓性要素３７のストレス緩和及びコントロールロッカ
部材１２のスイッチングストロークにおける付随の有害
な減少が避けられる。これに関しては、バネ手段３６
が、圧電可撓性要素３７に対して作用するのではなく、
コントロールロッカ部材１２に対して直接作用する構造
が利点となっている。例えば、上述の米国特許第５，７
７９，２１８号において記載されているように、圧電可
撓性要素を予め入念に付勢する必要はない。圧電可撓性
要素を機械的に付勢しなくても、コントロールロッカ部
材１２のバネ付勢を利用して、ある一定のスイッチング
位置、つまり閉位置か開位置のいずれかを可撓性要素３
７の定位置として設定することが可能であるため、スト
レス緩和を補うために機能する圧電可撓性要素３７のバ
ネ付勢を不要にすることも可能である。その結果、図面
において明らかに示されているように、バルブハウジン
グ２の平坦な形状が実現される。
【００５２】上述のバルブ装置１の更なる利点は、被制
御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂによって構成されるバ
ルブシートが、可撓性要素３７に対して別途調節される
必要がないことである。更に、可撓性要素３７の厚さに
おける避けることのできない製造誤差、つまり揺動平面
の寸法の変動は、トータル的な一連の誤差には影響を及
ぼさない。
【００５３】更に、バルブ装置１においては、可撓性要
素３７のストローク力特性に最適な釣り合いを得るため
に、第１及び第２レバーアーム“ｆ”，“ｂ”の長さを
調節することが可能である。異なるアーム長さを有する
コントロールロッカ部材１２を用いることによって、可
撓性要素３７からより大きな機械的エネルギーを得るこ
とが可能となる。その結果、同じバネ力ＦFに対して、
より大きなスイッチングストロークをもつこと及び／又
は同じスイッチングストロークに対して、より大きな作
動力を得ることが可能となる。可撓性要素３７のストロ
ーク力特性に合わせた、トラブルのない適合が可能とな
る。この点に関して、スイッチングストロークという言
葉は、対応する被制御流体ダクト開口が開位置、ここで
は終点位置にある時の、対応する被制御流体ダクト開口
２５から閉塞部３２ａ，３２ｂまでの距離を意味する。
この結果、スイッチング経路は、コントロールロッカ部
材１２の揺動角及び揺動軸１６から閉塞部３２ａ，３２
ｂまでの距離に左右される。このことから、被制御流体
ダクト開口２５ａ，２５ｂの直径が異なって選択された
場合には、適切に選択された異なるスイッチングストロ
ークを有するために、揺動軸１３から被制御流体ダクト
開口２５ａ，２５ｂまでの距離を、それぞれ異なるよう
に選択することが可能であることは明らかである。
【００５４】又、バルブ装置１のスイッチング動作は、
より大きい又はより小さいバネ力を有する力手段３６を
用いることによって左右されても良い。バルブ装置１の
更なる利点は、可撓性要素３７とコントロールロッカ部
材１２との協働が、包み込まれるようにハウジングの内
部空間７におけるコントロールチャンバ８内の環境から
切り離されていることである。このため、コントロール
ロッカ部材１２とハウジングの内部空間７における他の
構成要素との間の可動接続部を密封する必要がない。更
に、可撓性要素３７が、バルブシート、即ち被制御流体
ダクト開口２５ａ，２５ｂに対して、シーリング機能を
果たさないことも利点である。このため、作動部４２と
接触する領域について、可撓性要素３７は、そこで生じ
る摩擦力に対して最適な材料から作られても良い。作動
部４２の揺動半径が、作動部４２と接触する可撓性要素
３７の作用部５４のそれよりも小さいため、摩擦は、上
記接触領域において、スイッチング動作の間、作用部５
４と作動部４２とが互いに摺動するように生じる。
【００５５】本実施例におけるバルブ装置１の特徴は、
それを組み立てる間、可撓性要素３７を取り付ける前
に、コントロールロッカ部材１２による被制御流体ダク
ト開口２５ａ，２５ｂの適切な閉塞に関して、そのシー
リング効果の検査が可能であることである。更に、可撓
性要素３７の挿入、取付後であっても、バルブ装置１を
最終的に閉鎖するための頂部３ｂを取り付ける前であれ
ば、機能をチェックし、既に取り付けられた構成要素に
関して、適切な時期に必要な修正を行うことが可能であ
る。ここでは、頂部３ｂが、純粋に蓋としての機能を果
たし、支持機能をもたないということが、非常に効果的
となっている。
【００５６】本実施例では、コントロールロッカ部材１
２への作動力ＦBの付与は、可撓性要素３７の可能な揺
動運動の経路を最適に利用することができるように、実
質的に可撓性要素３７の最も外側の前端部にて行われ
る。図１〜３において示されたように、二つの閉塞部３
２は、翼状に揺動軸１３から離れてそれぞれ反対方向に
延在し、被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂと同様、
二つの側壁５ａの一方の近傍に、バルブハウジング２の
長手軸１４に隣接して、横に一定の間隔を置いて配置さ
れた、第１及び第２制御部５５ａ，５５ｂ上に位置する
ことが好ましい。これに対して、作動部４２及びバネ力
が転移する地点５２は、長手軸１４及び可撓性要素３７
の長手軸５６が延在する平面に配置されることが好まし
い。その結果、設定力がコントロールロッカ部材１２に
付与されるそれらの領域によって損なわれることがない
ように、閉塞部３２ａ，３２ｂを設計することが可能と
なる。
【００５７】図１〜図７に示された実施例において、バ
ネ手段３６は、少なくとも一つのバネラグ５７によって
構成されている。本実施例では、そのようなラグが一つ
だけ設けられている。このバネラグ５７は、バネユニッ
ト５８の構成要素の一つであり、バネユニット５８のア
ンカー部６２で固定されることによって、ハウジングに
対して取り付けられる。このバネユニット５８は、バネ
鋼等の弾性材料からなる一体的要素として製造されるこ
とが好ましい。このバネユニット５８におけるアンカー
部６２は、両側に弾性つめを備えた平らな形状の支持部
６３を有する。固定されていない状態でのアンカー部６
２の幅は、つめ６４を考慮に入れて、二つの横の側壁５
ａ間で測定したコントロールチャンバ８の内のり幅より
もわずかに大きく形成されている。平板状の支持部６３
は、支持部６３の前方側からラグ状に延在するバネラグ
５７の一端部と一体的に接続されている。
【００５８】バネユニット５８は、コントロールチャン
バ８内の、コントロールロッカ部材１２と取付チャンバ
９、即ちそれを画定している支点５３との間に取り付け
られる。組立は、アンカー部６２を底部３ａの開いた上
端側の上にした状態で、支持部６３が床４の内面に接触
するまで、バネユニット５８をコントロールチャンバ８
内に挿入することによって行われる。それと同時に、つ
め６４が、横の側壁５ａの内面と接触し、バネの復元力
に抗してわずかに歪められる。その結果生じる付勢効果
によって、つめ６４は、プラスチック材料からなる横の
側壁５ａをしっかりとらえる。このようにして、バネユ
ニット５８は、付加的な取付要素を用いることなく、底
部３ａに取り付けられる。
【００５９】バネラグ５７は、コントロールロッカ部材
１２に向かって前方に延在し、その前端部６５が、コン
トロールロッカ部材１２上の、バネ力を付与する地点５
２と係合する。バネユニット５８を適位置に取り付ける
前の状態で、バネラグ５７は、支持部６３と同じ一平面
上に延在するようにしても良い。あるいは、その前端部
６５に向かってわずかに上向きに傾斜する形で構成され
ても良い。いずれの場合にも、バネユニット５８が取り
付けられた時、バネラグ５７が、所望のバネ力ＦFをも
って、コントロールロッカ部材１２に抗して支えられる
ような配置に設計する。
【００６０】従って、コントロールロッカ部材１２及び
バネラグ５７は、揺動軸１３を横切る方向に、互いに並
べて配置される。この方向を、列配置方向と呼ぶ。この
場合、可撓性要素３７は、列配置方向と平行に配置され
て、バネラグ５７及びコントロールロッカ部材１２をま
たぐ。
【００６１】バネユニット５８は、バルブハウジング２
内に固定され、その前端部６５が、コントロールロッカ
部材１２に対して、上方から床４に向かって作用するた
めに、コントロールロッカ部材１２が、バネユニット５
８によって、つまり、バネ手段３６によってバルブハウ
ジング上に保持されるという利点が生じる。従って、更
なる保持手段は必要とされない。
【００６２】バネ手段を間に介在させることなく、可撓
性要素３７が、コントロールロッカ部材１２に対して直
接作用するように構成するのが最適である。コントロー
ルロッカ部材１２を付勢して第１終点位置３１ａに位置
付ける役割を果たすバネ手段３６は、バネ力ＦFと作動
力ＦBとが平行な周方向に働くように作用する。
【００６３】バルブハウジング２の蓋又はカバーとして
の機能を果たす頂部３ｂが、一つ以上の凹部６６を有す
るように構成されても良い。この凹部６６によって、圧
力媒体が、可撓性要素３７の周囲を流れたり、又は、頂
部３ｂに対する可撓性要素３７の所望でない付着を防ぐ
ために、可撓性要素３７の裏側を冷却する効果をもたら
すことができる。
【００６４】コントロールチャンバ８内の開口２５ａ，
２５ｂと、バルブハウジング２の外面上に設けられたダ
クト開口（図示なし）との間に延在する流体ダクト２４
は、相対的に短く構成することが可能であるため、それ
に対応して、短くて最適な流体通路を実現することがで
きる。
【００６５】必要な場合には、頂部３ｂが、バネユニッ
ト５８に対して、付加的な保持機能を果たすように構成
されても良い。このために、受入手段６に挿入された状
態で、頂部３ｂが、その端部近傍の内面によって、上方
に延在するつめ６４の端部に作用し、一種の押え手段と
してこのつめ６４を適切な位置に保持することにより、
支持部６３と床４との間の当接が確保されるように配置
がなされる。
【００６６】図８は、バルブ装置１を幾分変形した構造
を示している。ここでは、対応する構成要素について
は、同一の参照番号が付されている。図１〜図７に示さ
れた実施例では、コントロールロッカ部材１２とバネ手
段３６とからなる単一のコントロールユニット（以下、
第１コントロールユニット６７と呼ぶ）が、バルブハウ
ジング２の内部に設けられている。一方、図８に示され
た発明の実施例によれば、更に付加的な第２のコントロ
ールユニット６８が設けられる。この第２コントロール
ユニット６８は、第１コントロールユニット６７と極め
て同様に設計され、第１コントロールユニット６７と反
対側の可撓性要素３７の長手側に取り付けられる。この
場合、二つのコントロールユニット６７，６８は、電気
的に能動化されていない可撓性要素３７が延在する平面
６９に対して、左右相称に設計及び配置されることが好
ましい。最適な収納を確保するために、ここでは、頂部
３ｂにも、底部３ａと同様の、周囲を取り囲む側壁５を
設けることが可能である。
【００６７】この変形例は、特別なバルブ機能を実現す
るために用いられる。図８に示された実施例のバルブ装
置は、３／３機能を有する。この場合、二つの被制御流
体ダクト開口２５ａ，２５ｂは、それぞれ、二つのコン
トロールロッカ部材の一方と連結され、バネ手段３６に
よって第１終点位置に付勢されたロッキングアーム２３
ａに隣接して配置されるのが最適である。この結果、非
能動化状態での可撓性要素３７の定位置において、被制
御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂが、どちらも閉じられ
た状態となる。常に開いた第３流体ダクト開口２６は、
前実施例と同様に配設可能であるが、コントロールチャ
ンバ８内の別の位置に配設されても良い。この第３流体
ダクト開口２６の位置の変更は、図１〜図７に示された
実施例においても適用可能である。
【００６８】このようにして、電気的に能動化されてい
ない状態での可撓性要素３７の定位置、つまり、常閉型
の３／３バルブを製造することができる。可撓性要素３
７は、作動電圧の適切な極性によって、確実に反らされ
るように、つまり、二つの相対する方向に動くように設
計されている。その反りの方向によって、これまで閉じ
られていた被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂの一方
が開かれて、常に開いた第３流体ダクト開口２６と接続
される。この時、他方の被制御流体ダクト開口は、閉じ
られた状態となる。
【００６９】特に、可撓性トランスデューサとして形成
された可撓性要素３７を、作動電圧を用いて連続的に制
御することが可能であるため、いかなる所望の中間位置
も実現することが可能である。このため、バルブ装置
は、位置決め及び比例適用に極めて適切である。更に、
図１〜図７に示されたバルブ装置の場合、作動電圧の無
段階の適用による連続的な制御も可能である。
【００７０】二つのコントロールロッカ部材１２の正反
対の配置のために、組立に際して製造誤差による問題が
生じる可能性がある。それにも関わらず、正確な組立及
び対応するハウジング部分の調節を可能にするために、
既に前もって組み立てられた可撓性要素をセンサとして
用いることが可能である。コントロールロッカ部材が可
撓性要素３７に接触した場合、電圧パルスが生成され
る。従って、ハウジング部分、即ち第２コントロールロ
ッカ部材は、付勢や遊び無しで、可撓性要素３７に接触
することが可能となる。
【００７１】又、図８において鎖線で示されたように、
付加的な設定手段７２を設けても良い。この設定手段７
２は、支点突起１５に隣接して、バルブハウジング２の
一部分に抗して支えられ、制御されるべき流体ダクト開
口に対する揺動軸１３の位置を変更するように、コント
ロールロッカ部材１２に対して作用する。この場合、コ
ントロールロッカ部材１２を支持するバルブハウジング
上の支持面は、平面６９の広がりに対して直角となるよ
うに実質的に調節される。これは、可撓性要素３７の揺
動経路を更に有効に利用することが可能であることを意
味し、これによって、圧電曲げ手段を用いることなく調
節を行うことも可能となる。
【００７２】図１２及び図１３は、バルブ装置の更なる
実施例を示し、相互に対応する構成要素については、同
じく同一の参照番号で示されている。この構造は、特
に、異なる設計のバネ手段３６によって特徴付けられ
る。この場合、バネ手段３６は、揺動軸１３と同じ方向
に延在すると共に、好ましくはその揺動軸１３を直接規
定するトーションロッド要素７３によって構成される。
このようなトーションロッド要素７３は、コントロール
ロッカ部材１２の各長手側から、揺動軸１３と一直線に
並んで、つまり同軸で延在し、このトーションロッド要
素７３は、コントロールロッカ部材１２と反対側の外側
端部で、揺動軸１３に対して垂直に延在すると共に、好
ましくは棒状に形成された取付部７４を備える。このよ
うな配列において、コントロールロッカ部材１２、トー
ションロッド要素７３及び取付部７４は、金属又はプラ
スチック材料からなる一体的アセンブリ７５として設計
されることが最適である。この場合、そのアセンブリ７
５が取り付けられていない状態で、コントロールロッカ
部材１２と取付部７４とが、共通の平面に配置されるよ
うにすることが好ましい。このため、アセンブリ７５
は、打ち抜き加工によって、極めて簡単に製造されるこ
とが可能である。
【００７３】アセンブリ７５が取り付けられた状態で
は、二つの取付部７４が、それぞれ、揺動軸１３に対し
て垂直に配列された第１及び第２保持面７６，７７の間
で保持される。この保持面７６，７７は、それぞれ対向
する対の形で、二つのハウジング部分３ａ，３ｂに設け
られている。これらの保持面７６，７７は、可撓性要素
３７が広がる平面に対して、終点位置にある時のコント
ロールロッカ部材１２の傾きよりも大きな角度で傾斜す
る形で延在する。従って、バルブ装置１を組み立てる際
に、第１終点位置３１ａが形成されるように、アセンブ
リ７５が底部３ａに配置された時、取付部７４と、それ
ぞれ対応する底部３ａの第１傾斜保持面７６との間に、
Ｖ字形テーパ状の中空間７８が形成される。
【００７４】続いて、可撓性要素３７を前もって適切な
位置に配置した後で、頂部３ｂを上から被せると、頂部
３ｂは、その第２保持面７７によって、取付部７４に対
して下向きに作用する。こうして、取付部７４は、（中
空間７８が次第に減少し）最終的に相互に平行な保持面
７６，７７の傾斜に対応した傾斜の設定に達するまで、
回転軸である揺動軸１３を中心に、第１終点位置３１ａ
に位置付けられたコントロールロッカ部材１２に対して
ねじれるように回転する。保持面７６，７７の傾斜は、
コントロールロッカ部材１２の傾斜よりも急であるた
め、付勢された不活性時の位置に対して、一定の回転角
だけトーションロッド要素７３のねじれが生じる。この
結果、コントロールロッカ部材１２にトルクを及ぼし、
所望の力で、コントロールロッカ部材１２を第１終点位
置３１ａへと付勢するバネ効果が生じる。
【００７５】図９〜図１１は、様々な作動段階におけ
る、バルブ装置１の更なる実施例の一部を示している。
このバルブ装置の場合、可撓性要素３７が、コントロー
ルロッカ部材１２を駆動するための駆動手段８２の一構
成要素となっていることが、特に大きな特徴である。こ
の駆動装置８２は、コントロールロッカ部材１２の段階
的な揺動運動を可能にする位置決め手段８３を備える。
本実施例では、この位置決め手段８３は、ラチェット機
構として設計されている。図９〜図１１は、非常に概略
的なものであり、ここではシステムの原理を示すためだ
けに取り上げられる。
【００７６】ラチェット機構として構成された位置決め
手段８３は、コントロールロッカ部材１２の段階的な回
転運動、つまり、段階的なバルブの操作を可能にする。
この場合、可撓性要素３７は、可動設定アーム８４を繰
り返し押し付ける。この可動設定アーム８４は、詳細に
図示されていない第１歯を有する。この第１歯は、コン
トロールロッカ部材１２に設けられた第２歯に対向して
設けられている。可撓性要素３７による各作動は、設定
アーム８４の変位を意味し、この変位によって、第１歯
が、第２歯８５と係合すると共に、コントロールロッカ
部材を一定量回転させる。この作動動作が、図１０及び
図１１に示されている。
【００７７】揺動即ち回転の間、第２歯８５は、弾性的
に揺動するロッキングレバー８６に設けられた第３歯８
７に沿って移動し、この第３歯８７は、その瞬間に達成
された揺動位置を保持するために、可撓性要素３７の戻
り運動の後も、第２歯８５と係合したままの状態で保た
れる。このような可撓性要素３７の更なる屈曲ストロー
クは、コントロールロッカ部材１２が更なる角変位を通
じて切り換えられ、この結果、被制御流体ダクト開口２
５ａが段階的に開かれることを意味する。
【００７８】結果として、相対的に小さい作動力ＦB及
び可撓性要素３７の小さい揺動ストロークにも関わら
ず、大径のバルブシートに対して、結果として生じる大
きな設定力及びスイッチングストロークを供給すること
が可能となる。バネ手段３６によって成し遂げられるコ
ントロールロッカ部材１２の初期の第１終点位置３１ａ
への戻り運動は、例えば、コントロールロッカ部材１２
が第２終点位置に到達した際に、揺動レバー８３とコン
トロールロッカ部材１２との間の係合を解除することに
よって、コントロールロッカ部材１２が跳ね返ることに
より行われるようにしても良い。
【００７９】ラチェット機構の適切な位置に、摩擦性自
己ロッキング機構を用いた場合には、スイッチング動作
は、（段階的に行われる代わりに）段階的な運動を伴わ
ずに行われるようにすることが可能である。図９〜図１
１において示されたように、コントロールロッカ部材１
２の戻り運動は、付加的な戻り機構８８によって行われ
るようにしても良いし、それの補助により行われるよう
にしても良い。この場合、電流供給の反転及び／又は可
撓性要素３７の双方向の動作を用いて、可撓性要素３７
がコントロールロッカ部材１２から離れる反りの運動が
もたらされる。この運動によって、可撓性要素３７が、
第２及び第３歯８５，８７の間の係合を解除するために
揺動レバー８６を少しの間反らせる働きをする可動解除
部材８９に作用する。
【００８０】可撓性要素３７が電気的に能動化されてい
ない定位置にある時にも、解除部材８９が、第２及び第
３歯８５，８７を互いに係合から外された状態で保持す
るように、可撓性要素３７が解除部材８９に作用するよ
うにしても良い。この場合、バルブを開くためには、ス
イッチング動作の間の係合解除を防ぐために、低電圧と
高電圧との間で切換が行われる。電気供給が停止に切り
換えられると直ちに、又は電力が不足している間、可撓
性要素３７は、自動的に定位置に切り換えられ、被制御
流体ダクト開口が閉じられるように解除をもたらす。こ
れは、いわゆるフェイルセーフ特性が実行されることを
意味する。
【００８１】位置決め手段８３は、一般に、可撓性要素
３７の一回の、又は複数回の作動によって、バルブを段
階的に少しずつ開くことを可能にするために設けられ
る。更に、続く第２の駆動の後で初期位置に戻すため
に、コントロールロッカ部材１２が、可撓性要素３７に
よって、ある角度段階分だけ一方向に回転させられるよ
うに設計されても良い。このようにして、双安定バルブ
機能が成し遂げられる。
【００８２】位置決め手段８３との関連で、バルブ装置
１は、異なる流れ断面を規定する流体チョークとして利
用されても良い。この場合、電力の供給がなくても、設
定されたバルブが維持されることが有利な点である。最
後に、本発明によるバルブ装置と共に、始動制御電子回
路を用いることも可能である。これによって、コントロ
ールロッカ部材１２を被制御流体ダクト開口２５ａ，２
５ｂ上、即ちそれらによって構成されるバルブシート上
に静かに載せるために、好ましくは圧電性の可撓性要素
３７を穏やかに始動させることが可能となる。従って、
シール部材及びバルブシートの消耗が最小に抑えられ
る。開閉動作を適切に最適化することによって、より明
確に言えば、被制御流体ダクト開口２５ａ，２５ｂ近傍
での可撓性要素３７の反り運動、及びそれらの開口近傍
における急速な運動を抑制することによって、素早いス
イッチング動作を確実に行うことが可能となる。
【００８３】バルブ装置１は、あらゆる流体の制御に適
するが、特に、空気圧セクタにおいて用いるのに適して
いる。製造誤差の影響を最小限に抑えることに関して有
利である可能な構造によって、可撓性要素のストローク
の完全利用が可能となる。可撓性要素３７は、機械的ス
トレス緩和から自由であるように、バルブの定位置即ち
非活性時の位置において機械的に負荷されない。
【００８４】バルブ装置のあらゆる細部は、単独で、又
はいかなる所望の組み合わせにおいても採用可能であ
る。このため、支持手段、バネ荷重効果又は付勢の生
成、あるいはシール部材層の形成に関して、例えば、バ
ルブ装置におけるコントロールロッカ部材の設計を採用
することが可能である。この場合、作動力ＦBは、別の
方法によって、例えば、付勢された可撓性要素を用いて
生成される。そして、これは、位置決め手段にも適用す
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例によるバルブ装置の分
解斜視図である。
【図２】 頂部及び可撓性要素が取り除かれた図１のバ
ルブ装置を、図１における矢印ＩＩで示された斜め上の
方向から見下ろした平面図である。
【図３】 図２の装置をわずかに回転させた方向から見
た一部切欠斜視図である。
【図４】 図１〜図３のバルブ装置を、図３の切断線Ｉ
Ｖ−ＩＶに沿って長手方向に切断した時の定位置の断面
図である。
【図５】 図１〜図３のバルブ装置を、図３の切断線Ｖ
−Ｖに沿って切断した時の長手方向断面図である。
【図６】 図４のバルブ装置の前端部における、コント
ロールロッカ部材近傍の拡大図である。
【図７】 図６と同様にバルブ装置の一部を示したもの
であり、可撓性要素が電気的に能動化され、それに応じ
てコントロールロッカ部材が第２終点位置に揺動した状
態を示す図である。
【図８】 ３／３ウェイバルブを実現するために、二つ
の制御ユニットを備えたバルブ装置の更なる実施例の長
手方向断面図である。
【図９】 コントロールロッカ部材の段階的揺動運動を
実現するために、ラチェット機構を備えたバルブ装置の
更なる実施例を示す図である。
【図１０】 コントロールロッカ部材の段階的揺動運動
を実現するために、ラチェット機構を備えたバルブ装置
の更なる実施例を示す図である。
【図１１】 コントロールロッカ部材の段階的揺動運動
を実現するために、ラチェット機構を備えたバルブ装置
の更なる実施例を示す図である。
【図１２】 本発明の更なる実施例によるバルブ装置の
分解斜視図である。
【図１３】 図１２に示すバルブ装置の組立途中を示す
図であり、その上に取り付けられるべき可撓性要素及び
蓋状頂部が取り付けられる前の、コントロールロッカ部
材が適位置に置かれた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・バルブ装置、 ２・・・バルブハ
ウジング、３ａ・・・底部、 ３ｂ・
・・頂部、４・・・床、 ５・・
・側壁、６・・・受入手段、 ７・・・
内部空間、８・・・コントロールチャンバ、 ９・・
・取付チャンバ、１２・・・コントロールロッカ部材、
１３・・・揺動軸、１４・・・長手軸、
１５・・・支点突起、１６・・・支持部、
１８・・・固定手段、２２・・・周縁凹部、
２３ａ・・・第１ロッキングアーム、２３ｂ
・・・第２ロッキングアーム、２４・・・流体ダクト、
２５・・・被制御流体ダクト開口、 ２５ａ・・・第１
被制御流体ダクト開口、２５ｂ・・・第２被制御流体ダ
クト開口、２６・・・第３流体ダクト開口、２７・・・
ロッカ面、 ３１ａ・・・第１終点位置、
３１ｂ・・・第２終点位置、 ３２・・・閉塞
部、３２ａ・・・第１閉塞部、 ３２ｂ・・・
第２閉塞部、３３ａ・・・シール部材層、 ３４
・・・主要本体、３５・・・素材層、
３６・・・バネ手段、３７・・・可撓性要素、
３８・・・駆動手段、４２・・・作動部、
４３・・・後端部、４４・・・取付点、
４５・・・前端部、４６・・・埋込み構造、
４８・・・電気接続コンタクト手段、５３
・・・支持部、 ５４・・・作用部、５
６・・・長手軸、 ５７・・・バネラ
グ、５８・・・バネユニット、 ６２・・・ア
ンカー部、６３・・・支持部、 ６５・
・・前端部、６６・・・凹部、 ６７
・・・第１コントロールユニット、６８・・・第２コン
トロールユニット、６９・・・平面、７２・・・設定手
段、 ７３・・・トーションロッド要素、
７４・・・取付部、 ７６・・・第１保
持面、７７・・・第２保持面、 ８２・・・
駆動手段、８２・・・駆動装置、 ８３・
・・位置決め手段、８３・・・揺動レバー、
８４・・・可動設定アーム、８４・・・設定アーム、
８５・・・第２歯、８６・・・ロッキング
レバー、 ８６・・・揺動レバー、８７・・・第３
歯、 ８８・・・戻り機構、８９・・・
解除部材、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591034361 Ｒｕｉｔｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ 82, 73734Ｅｓｓｌｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎ ｙ (72)発明者 マルチン マイクル ドイツ連邦共和国 73084 ザラヒ ラン ゲ シュトラーセ ４ (72)発明者 マルクス ホフマン ドイツ連邦共和国 72649 ウォルフシュ ルゲン ヘルダーリン シュトラーセ 11 (72)発明者 ユルゲン シュティンゲル ドイツ連邦共和国 70180 シュトゥット ガルトコッタ シュトラーセ 35 (72)発明者 ウォルフガンク ゾルビック ドイツ連邦共和国 73786 レムゼック ミュンジンゲル ベク ４ (72)発明者 ミカエル ワインマン ドイツ連邦共和国 73655 プルデルハウ ゼン レヒベルク シュトラーセ １ Ｆターム(参考） 3H051 AA01 BB01 BB02 CC05 3H052 AA01 BA25 CD02 3H062 AA02 AA12 BB30 CC05 CC08 EE06

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コントロールチャンバを画定するバルブ
    ハウジングを備えるバルブ装置であって、前記コントロ
    ールチャンバ内には、複数の流体ダクト開口が設けられ
    ると共に少なくとも一つの流体ダクト開口を制御するた
    めに配置され少なくとも２つの終点位置間を揺動するよ
    うにされたコントロールロッカ部材が備えられ、その揺
    動位置が前記コントロールロッカ部材の作動部に作用す
    る電気的に作動される可撓性要素によって影響され、前
    記作動部を含む前記コントロールロッカ部材はコントロ
    ールチャンバに収容され、２つの終点位置の第１の位置
    に対して前記可撓性要素とは関係なくバネ手段によって
    付勢され、前記可撓性要素は電気的に能動化されていな
    い状態では前記コントロールチャンバ内で実質的に機械
    的ストレスから解放され、前記バネ手段による付勢なし
    で、前記コントロールロッカ部材の前記第１の終点位置
    で前記コントロールロッカ部材の前記作動部と係合す
    る、バルブ装置。
  2. 【請求項２】 前記可撓性要素が圧電材料から形成され
    た圧電可撓性要素である、請求項１記載のバルブ装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の終点位置において、前記コン
    トロールロッカ部材は流体ダクトの開口を閉じるか開
    き、それによりバルブ装置が常開あるいは常閉の特性を
    もつ、請求項１または２記載のバルブ装置。
  4. 【請求項４】 前記コントロールチャンバ内において、
    ２つの流体ダクト開口がコントロールロッカ部材によっ
    て制御されるように設けられ、前記２つの終点位置にお
    いて、前記２つの流体ダクト開口が交互に開閉され、一
    方の流体ダクト開口を閉じると、他方の流体ダクト開口
    が開けられる、請求項１ないし３のいずれかに記載のバ
    ルブ装置。
  5. 【請求項５】 前記２つの制御される流体ダクト開口が
    前記コントロールロッカ部材の異なるロッキングアーム
    の制御により行われる、請求項４記載のバルブ装置。
  6. 【請求項６】 前記２つの制御される流体ダクト開口
    が、ロッカ面とは反対のコントロールロッカ部材の同じ
    側に結合して配置され、該ロッカ面が両方のロッキング
    アームの上に延び、同時にコントロールロッカ部材の揺
    動軸を横切って配置された、請求項５記載のバルブ装
    置。
  7. 【請求項７】 前記バルブハウジングが複数の部分から
    構成され、前記２つの制御される流体ダクト開口が同じ
    ハウジング部分に設けられ、前記コントロールロッカ部
    材が前記２つの制御された流体ダクト開口を有するハウ
    ジング部分の上に設けられる、請求項４ないし６のいず
    れかに記載のバルブ装置。
  8. 【請求項８】 前記コントロールロッカ部材がシール部
    材の層を有し、その位置で各流体ダクト開口と協働す
    る、請求項１ないし７のいずれかに記載のバルブ装置。
  9. 【請求項９】 前記コントロールロッカ部材がその側面
    にシール材を有し、前記ハウジング上の支点突起によっ
    て揺動自在に支持され、その支持側にシール材の層の素
    材及び厚みに関して適した素材の層を有し、該層は前記
    コントロールロッカ部材上のシール材の層と一体化し
    た、請求項８記載のバルブ装置。
  10. 【請求項１０】 前記可撓性要素は前記コントロールロ
    ッカ部材から離れた取付位置から前記コントロールロッ
    カ部材に向かって延び、該可撓性要素は制御されるべき
    少なくとも１つの流体ダクト開口とは反対の側で前記コ
    ントロールロッカ部材と少なくとも部分的に重なり合
    う、請求項１ないし９のいずれかに記載のバルブ装置。
  11. 【請求項１１】 前記可撓性要素と協働する、前記コン
    トロールロッカ部材の前記作動部が、前記取付点とは反
    対の揺動軸側であって該揺動軸から離れて配置された、
    請求項１０記載のバルブ装置。
  12. 【請求項１２】 前記バネ手段が前記作動部とは反対の
    揺動軸側上で前記コントロールロッカ部材と係合する、
    請求項１１記載のバルブ装置。
  13. 【請求項１３】 前記取付点が該取付点近傍の取付チャ
    ンバ内に位置し、該チャンバ内で前記可撓性要素がその
    固定された後端部を有し、そこから可撓性要素の前端部
    が前記コントロールチャンバ内に延びる、請求項１０な
    いし１２のいずれかに記載のバルブ装置。
  14. 【請求項１４】 前記電気的に能動化されていない状態
    にある前記可撓性要素の定位置が、該バルブ装置が組み
    立てられるときに前記コントロールロッカ部材の前記作
    動部上に可撓性要素が配置された後に自重により前記可
    撓性要素がとる位置であり、且つ前記ハウジング上の少
    なくとも１つの支持部に置かれる、請求項１ないし１３
    のいずれかに記載のバルブ装置。
  15. 【請求項１５】 前記コントロールロッカ部材が揺動軸
    を規定するために支点突起に関して揺動自在に支点突起
    上に配置され、該コントロールロッカ部材が前記ハウジ
    ング上の固定手段と係合し、該コントロールロッカ部材
    を所定位置に固定し、且つ揺動運動を確実にするように
    された、請求項１ないし１４のいずれかに記載のバルブ
    装置。
  16. 【請求項１６】 バネ手段が前記コントロールチャンバ
    内に全体的に配置されている、請求項１ないし１５のい
    ずれかに記載のバルブ装置。
  17. 【請求項１７】 前記コントロールロッカ部材が前記バ
    ルブハウジング上の前記バネ手段によって保持されてい
    る、請求項１ないし１６のいずれかに記載のバルブ装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記バネ手段が、前記可撓性要素の作
    動力と平行して向けられたバネ力でもって前記コントロ
    ールロッカ部材に作用する、請求項１ないし１７のいず
    れかに記載のバルブ装置。
  19. 【請求項１９】 前記バネ手段が、一方が前記ハウジン
    グに固定され、他方が前記コントロールロッカ部材に係
    合する少なくとも１つのバネラグを有する、請求項１な
    いし１８のいずれかに記載のバルブ装置。
  20. 【請求項２０】 前記バネラグ及び前記コントロールロ
    ッカ部材が、前記コントロールロッカ部材の揺動軸を横
    切る列方向に交互に配置された、請求項１９記載のバル
    ブ装置。
  21. 【請求項２１】 前記可撓性要素が前記列方向と平行に
    前記バネラグ及び前記コントロールロッカ部材を跨ぐ、
    請求項２０記載のバルブ装置。
  22. 【請求項２２】 前記バネラグがバネユニットを構成
    し、該バネユニットは前記バネラグを保持するアンカー
    部を有し、該バネユニットはそのようなアンカー部によ
    って前記ハウジングに関して固定される、請求項１９な
    いし２２のいずれかに記載のバルブ装置。
  23. 【請求項２３】 前記アンカー部は横方向に延びる弾性
    つめを有する平坦な支持部を備え、該アンカー部は前記
    バルブハウジングの壁上に位置する制御空間内で前記つ
    めによって固定される、請求項２２記載のバルブ装置。
  24. 【請求項２４】 前記バネ手段が、前記揺動軸と同一の
    方向に配列されたトーションロッド要素を含み、該トー
    ションロッド要素が前記コントロールロッカ部材と前記
    バルブハウジングとの間に延在し、同時に前記揺動軸を
    規定する、請求項１ないし２３のいずれかに記載のバル
    ブ装置。
  25. 【請求項２５】 更に、前記コントロールロッカ部材と
    は反対に位置するトーションロッド要素の端部をバルブ
    ハウジング上に固定するための取付部を備えた、請求項
    ２４記載のバルブ装置。
  26. 【請求項２６】 前記コントロールロッカ部材が、前記
    トーションロッド要素及び前記取付部と一体的に形成さ
    れた、請求項２５記載のバルブ装置。
  27. 【請求項２７】 前記取付部が２つのハウジング部の保
    持面間に保持され、バルブハウジングの組立の間、コン
    トロールロッカ部材が前記第１の終点に付勢され、更に
    前記トーションロッド要素が所定の付勢力を生じるよう
    にストレスを受けない不活性位置から所定の角度をもつ
    ように回動するようにされる、請求項２５又は２６記載
    のバルブ装置。
  28. 【請求項２８】 前記保持面が前記バルブハウジングの
    長手軸に関して傾斜して延びる、請求項２７記載のバル
    ブ装置。
  29. 【請求項２９】 前記バルブハウジングが、床及び周回
    する側壁を有する底部と蓋を構成する頂部とを含み、こ
    れらの間に前記制御空間が規定される、請求項１ないし
    ２８のいずれかに記載のバルブ装置。
  30. 【請求項３０】 前記取付部が２つのハウジング部の保
    持面間に保持され、バルブハウジングの組立の間、コン
    トロールロッカ部材が前記第１の終点に付勢され、更に
    前記トーションロッド要素が所定の付勢力を生じるよう
    にストレスを受けない不活性位置から所定の角度をもつ
    ように回動するようにされ、各取付部と協働する前記保
    持面の一方が前記底部に設けられ、他方が前記頂部に設
    けられる、請求項２９記載のバルブ装置。
  31. 【請求項３１】 前記可撓性要素が、前記コントロール
    ロッカ部材を駆動するための駆動手段の一構成部品であ
    り、更に、前記コントロールロッカ部材を段階的に回転
    可能にし、ラチェット機構又は自己ロッキング機構を有
    する位置決め手段を備える、請求項１ないし３０のいず
    れかに記載のバルブ装置。
  32. 【請求項３２】 前記第一の制御ユニット、前記コント
    ロールロッカ部材及び前記バネ手段に加えて、第二の制
    御ユニットが少なくとも１つの別の流体ダクト開口を制
    御するために適用され、両者の制御ユニットのコントロ
    ールロッカ部材が、前記可撓性要素によって操作され
    る、請求項１ないし３１のいずれかに記載のバルブ装
    置。
  33. 【請求項３３】 前記２つのコントロールユニットが前
    記可撓性要素の延びた面に関して左右相称に配置され
    た、請求項３２記載のバルブ装置。
  34. 【請求項３４】 更に、制御されるべき流体ダクト開口
    に関して、コントロールロッカ部材の揺動軸の位置を調
    節するための調節手段を備える、請求項１ないし３３の
    いずれかに記載のバルブ装置。
  35. 【請求項３５】 前記可撓性要素の操作電圧が、前記コ
    ントロールロッカ部材の連続的制御動作を得る目的で無
    段階に適用される、請求項１ないし３４のいずれかに記
    載のバルブ装置。
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