JP2740596B2 - 開閉弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気圧シリンダ等に供給
する空気等の流体を断続するための開閉弁に関し、さら
に詳細には２枚の有孔盤状部材を離間または当接させる
ことにより開閉を行う弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気圧シリンダ等への空気の供給
の断続に図８に示す電磁弁が使用されている。これら電
磁弁においては、ソレノイド４０内に固定された固定鉄
心４１と摺動可能な可動鉄心４２とを設け、さらに弁体
４３と一体となっている可動鉄心４１を弁座４４に当接
させる方向に付勢する復帰バネ４５を備える構成になっ
ている。そしてソレノイド４０に通電してこれを励磁さ
せると、可動鉄心４２は復帰バネ４５の弾拡力に抗して
固定鉄心４１に吸引されるので、弁体４３が弁座４４か
ら離間されて開弁する。また、ソレノイド４０の通電を
オフすると、復帰バネ４５の弾拡力により可動鉄心４２
が固定鉄心４１から引き離され、弁体４３が弁座４４に
当接し閉弁する。

【０００３】しかし、このような弁開閉、特に開弁動作
を電磁石装置にて行うことは必ずしも理想的ではない。
その理由は、開弁動作のために必要とされる駆動力特性
と、電磁石装置が実際に発生する出力特性が一致しない
ことにある。以下具体的に説明する。まず、必要な駆動
力の特性について考察する。電磁石装置の出力以外に可
動鉄心４２および弁体４３にかかる力として、流体圧に
より弁体４３に働く力、復帰バネ４５の弾拡力、および
可動鉄心４２および弁体４３の自重力がある。ここで復
帰バネ４５の弾拡力はほぼ一定であり、可動鉄心４２お
よび弁体４３の合計自重は当然一定であり、これらは閉
弁方向に働くものであるので、電磁石装置はこれらに対
抗しなければならない。

【０００４】一方、流体圧により弁体４３に働く力は閉
弁方向に働く。すなわち、閉弁時には、弁体４３および
可動鉄心４２の下面のうち弁座４４より内側の部分だけ
に流体の一次圧がかかるが、開弁し始めると弁座４４と
弁体４３との間に生じたギャップａを通じて弁座４４内
側に流体が流れ込むので、弁座４４内側の流体圧が上昇
する。そしてギャップａが大きくなるほど、弁座４４内
側の流体圧が上昇するので、流体圧により弁体４３に働
く開弁方向の力が減少する。したがって開弁動作のため
に必要な駆動力Ｆは、ギャップａが０のとき（すなわち
開弁動作開始時）が最大で、弁開度ギャップａが大きく
なるほど流体圧による援助が増すので小さくなる。これ
を図９のグラフ中に示すと、カーブＡのような右下がり
の特性になる。図９は弁開度ギャップａを横軸に、駆動
力Ｆを縦軸にとったグラフである。

【０００５】次に、電磁石装置が実際に発生する出力特
性について考察する。電磁石装置が発生する力は、励磁
された固定鉄心と可動鉄心とが磁気的クーロン力により
互いに吸引し合う力であるため、図８中の鉄心ギャップ
ｂが小さいほど大きい。鉄心ギャップｂと弁開度ギャッ
プａとは当然相補的な関係にあるので、電磁石装置の発
生出力は、必要とされる駆動力とは逆に弁開度ギャップ
ａが０のとき最小であることになり、図９のグラフ中で
は右上がりの特性である。このため電磁石は、その最小
出力をもってすでに、必要とされる最大の駆動力を発生
していなければ開弁動作を開始できないので、図９中で
はカーブＢのような出力特性が要求されることになる。

【０００６】したがって弁開度ギャップａが大きいとき
（すなわち開弁動作の後半）には、電磁石装置は必要な
駆動力に対して大幅に過剰な出力を発生していることに
なる。このことから、電磁石装置は必要以上に強力なも
のを用いなければならず、装置が大形化し消費電力も大
きい。さらに、開弁動作終了時に最大出力が発生してい
るので、固定鉄心４１と可動鉄心４２とが激しく衝突
し、衝撃音を発生するばかりでなく、鉄心の機械的破損
の原因ともなる。また、電磁石装置のもう一つの欠点と
して応答性の悪さが挙げられる。このため、例えばデジ
タル制御サーボ方式により電磁弁を制御して空気圧シリ
ンダの精密な位置決めをしようとしても、充分な精度が
得られないのである。これに対して、電磁石装置のコイ
ルインダクタンスや鉄心の鉄損を減らすことにより、電
磁弁の応答性を若干改善することができるが、なお不充
分である。

【０００７】上記問題を解決するために、弁の駆動機構
として、電磁石装置に比べて応答時間が極めて短いこと
が知られている、ピエゾ素子や磁歪素子（一般論として
電磁石の応答時間が１０〜１５ｍｓであるのに対し、ピ
エゾ素子では０．２ないし１ｍｓ、磁歪素子では０．０
１ないし０．５ｍｓとされており、応答性ははるかによ
いといえる）のような固体アクチュエータを、電磁石装
置にかえて採用することが試みられるに至っている。こ
こで、これら固体アクチュエータは図９中ではカーブＣ
で示される右下がりの出力特性を有すことが知られてお
り、必要な駆動力特性を無駄なく得ることが可能なので
ある。さらにカーブＣの特性では、弁動作の進行にとも
ない出力が減少するので、電磁石装置における可動鉄心
と固定鉄心との衝突のような問題がない。この固体アク
チュエータを利用した開閉弁の例を図１０に示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
固体アクチュエータも万能ではなく、変位が小さい（５
０μｍ程度）という欠点を有している。このため従来の
電磁弁の電磁石装置をそのままこれらの素子で置き換え
ると、開弁時の開弁ギャップが不足し必要な流量が得ら
れない。以下にその理由を説明する。

【０００９】まず、図１１のような弁形状の場合、その
流路は円形のオリフィス部（図１１中Ｄの文字がある部
分、断面積はπＤ² ／４）と円筒面形部分（矢印Ｅで示
す弁座４７と弁体４６との隙間、面積はπＤｇ、以下ペ
リフェラル部という）との直列になっていると考えるこ
とができるので、これらのうち面積が小さい方によって
全体の流量がほぼ決定されてしまうのである。すなわ
ち、両者の面積に著しい差があるときは、大きい面積を
持つ方の部分の過剰面積は流路としてはほとんど機能し
ないのである。そして図１１ではｇ＜＜Ｄ／４であるた
めペリフェラル部の面積がオリフィス部の断面積より圧
倒的に小さく、ペリフェラル部が制限条件となってい
る。ここで、例えば弁径Ｄを大きくすると、ペリフェラ
ル部の面積が弁径Ｄの一次関数であるのに対しオリフィ
ス部の面積は弁径Ｄの二次関数であるため両者の面積の
アンバランスは増大するので、弁本体が大形化するばか
りで流量容量の増大にはつながらないのである。

【００１０】さらに、図１０または図１１のような弁機
構の場合、図８の電磁弁と異なり、弁体には流体の一次
圧により閉弁方向の力が働く。そしてこの力はオリフィ
ス部の断面積に比例して増大するので、かかる断面積が
大きい場合、開弁動作を行う固体アクチュエータの負担
は非常に大きくなり、スムーズな動作ができなくなる。
したがってこの場合、オリフィス部の面積を拡大する
ことなく、ペリフェラル部の面積を大きくしなければな
らない。

【００１１】一方固定アクチュエータを使用するための
手段として、固体アクチュエータの変位を拡大してギャ
ップｇ自体を大きくすることが考えられる。例えば図１
２に示すように複数の固体アクチュエータを用意し、こ
れらといわゆるてこの原理との協働による、倍変位機構
を用いることが試みられている。しかしこの種の方法は
必然的に構造が複雑化するので、コスト高と装置の大形
化とを招く。また信頼性も問題となる。これらのことか
ら、小さい開弁ギャップにて大きなペリフェラル部面積
を得られる弁機構が必要とされていたのである。

【００１２】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、微小なギャップにて充分に
大きい流量に対応でき、したがって変位の小さい固体ア
クチュエータから倍変位機構なく直動で作動し、しかも
機械的破損のおそれなく高速作動が可能な、小形で信頼
性の高い弁機構を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため本発明の開閉弁は、内部を流体が流れる長孔状の
連通孔が形成された盤状の弁座と、連通孔と互いに重畳
しない位置に形成された連通経路を有する盤状の弁体
と、弁体を駆動するアクチュエータとを有している。ま
た、本発明の開閉弁は、内部を流体が流れる長孔状の連
通孔が形成された盤状の弁座と、連通孔と互いに重畳し
ない位置に形成された連通経路を有する盤状の弁体と、
弁体を駆動するアクチュエータとを有し、弁座に形成さ
れた連通孔の幅が０．２ｍｍ以内である。

【００１４】また、本発明の開閉弁は、内部を流体が流
れる長孔状の連通孔が形成された盤状の弁座と、連通孔
と互いに重畳しない位置に形成された連通経路を有する
盤状の弁体と、弁体を駆動するアクチュエータと、アク
チュエータを１００ヘルツより高い周波数のパルス信号
で駆動する制御手段を有している。また、本発明の開閉
弁は、内部を流体が流れる長孔状の連通孔が形成された
盤状の弁座と、幅が０．２ｍｍ以内である連通孔と互い
に重畳しない位置に形成された連通経路を有する盤状の
弁体と、弁体を駆動するアクチュエータと、アクチュエ
ータを１００ヘルツより高い周波数のパルス信号で駆動
する制御手段を有している。

【００１５】また、本発明の開閉弁は、内部を流体が流
れる長孔状の連通孔が形成された盤状の弁座と、連通孔
と互いに重畳しない位置に形成された連通経路を有する
盤状の弁体と、弁体を駆動するアクチュエータと、アク
チュエータを電力を変化させたアナログ信号で駆動する
制御手段を有している。また、本発明の開閉弁は、内部
を流体が流れる長孔状の連通孔が形成された盤状の弁座
と、幅が０．２ｍｍ以内である連通孔と互いに重畳しな
い位置に形成された連通経路を有する盤状の弁体と、弁
体を駆動するアクチュエータと、アクチュエータを電力
を変化させたアナログ信号で駆動する制御手段を有して
いる。

【００１６】

【作用】前記構成を有する本発明の弁では、アクチュエ
ータが縮状態にあるとき弁体が弁座に当接している。そ
して弁体が弁座に当接している場合、弁座の連通孔と弁
体の連通経路とは互いに重畳しない位置に形成されてい
るので、流体の入側と出側との連通は遮断されている。
アクチュエータに通電して、アクチュエータを伸状態に
すると弁体がアクチュエータ側に吸引され、弁座と弁体
との間に隙間が生じる。このとき、弁体の連通経路、弁
体と弁座との間の隙間、弁座の連通孔を通じて流体の入
側と出側とが連通する。

【００１７】このとき、連通孔の幅は微小であるが、長
手方向に距離を有しているので、一定の量の流体を流す
ことが可能である。さらに、制御手段が１００ヘルツよ
り高い周波数のパルス信号によりアクチュエータを駆動
するので、流量をデジタルパルス数で制御できるため、
正確な流量制御を行うことができる。あるいは、アナロ
グ方式の制御手段を採用して、アクチュエータの移動量
をコントロールすることによって、リアルタイムに流量
制御を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を具体化した開閉弁の実施例を
図面を参照して説明する。図１は本実施例の開閉弁の断
面図である。図１に示す開閉弁１は、上ケース２と下ケ
ース６とが間に中間体３を挟持しながら固定的に組み合
わされ、本体をなしている。かかる開閉弁１のうち本発
明の主要部分をなすのは、中間体３の一部として一体に
形成されている、すなわち本体に対して固定されている
弁座４と、下ケース６の内部に移動可能に挿入されてい
る弁体９であるが、説明の都合上まず開閉弁１全体の構
成および作動について説明し、後に弁座４および弁体９
について詳細な説明をする。

【００１９】まず、開閉弁１全体の構成について説明す
る。開閉弁１の上ケース２の内部には、ピエゾ素子を内
蔵するアクチュエータ７が挿入されている。そして、上
ケース２の上端中央には、アジャスタ１７が設けられア
クチュエータ７の上下方向の位置の微調整ができるよう
になっている。また、アクチュエータ７のピエゾ素子に
伸縮信号を印加するケーブル１８は、ここを経由して上
ケース２の外部に出て、図示しない駆動回路に接続され
る。ピエゾ素子は電圧信号の印加により伸縮するので、
かかる伸縮作用にともないアクチュエータ７の下端の位
置が上下するようになっている。

【００２０】開閉弁１の中間体３の中心にはベアリング
１６を介して、シャフト８が上下方向に摺動可能に嵌装
されている。かかるシャフト８の下端は下ケース６の中
央に嵌装されている。またシャフト８は、その上端に当
接するアクチュエータ７の伸縮と内復帰バネ１２の弾拡
力との協働により位置決めされている。また弁体９は、
外復帰バネ１１の弾拡力によりシャフト８のツバ部１９
に押圧される形で下ケース６の内部に挿入されている。
弁座４により、下ケース６の内部は上室２０と下室２１
とに分離されている。また下ケース６には、下室２１に
連通する入口ポート１３と上室２０に連通する出口ポー
ト１４とが形成され、図示しない流体源および負荷に接
続されている。

【００２１】次に、以上の構成を有する開閉弁１の全体
の動作について説明する。まず、アクチュエータ７が縮
状態にあるとき内復帰バネ１２の弾拡力によりシャフト
８は上方に押し上げられる。これにともない弁体９は、
外復帰バネ１１の弾拡力により上方に押し上げられ、弁
座４に当接する。この状態は後述するように弁として閉
状態である。図１はこの状態を示している。

【００２２】ピエゾ素子に信号を印加し、アクチュエー
タ７を伸状態にするとシャフト８は内復帰バネ１２の弾
拡力に抗して下方に移動する。したがって弁体９も外復
帰バネ１１の弾拡力に抗して下方に移動し、弁座４から
離間するので、弁体９と弁座４との間にギャップが生じ
る（図２参照）。この状態は後述するように弁として開
状態である。ここで、アクチュエータ７の変位量は５０
μｍであるので、開弁時（図２）における弁体９と弁座
４との間のギャップも５０μｍである。ここで、アクチ
ュエータ７に使用されているピエゾ素子は図９のグラフ
中のカーブＣのような出力特性を有しているので、弁動
作の進行とともに出力が減少するため、電磁弁における
可動鉄心と固定鉄心との衝突による機械的破損や騒音発
生の問題はない。

【００２３】続いて、弁座４および弁体９について詳細
な説明をする。弁座４には連通孔５が形成されており、
上室２０と下室２１とは連通孔５を経由して連通してい
る。そして、弁体９にも同様の連通孔１０が形成されて
いる。さらに弁体９の外径は、下室２１の内径より小さ
いので、下室２１の内壁との間に周辺隙間１５が存在し
ている。ここにおいて弁座４の連通孔５は、すべて弁体
９の外径相当部分より内側に形成されており、かつ、弁
座４の連通孔５と弁体９の連通孔１０とは互いに重畳し
ない位置に形成されている。この様子を図３の部分斜視
図に示す。さらに図４は弁座４および弁体９の上面図で
ある。

【００２４】したがって図１に示すように弁座４と弁体
９とが当接しているときには、弁座４のすべての連通孔
５は弁体９によって閉鎖されており、かつ、弁体９のす
べての連通孔１０および周辺隙間１５は弁座４により閉
鎖されていることになる。したがってこの状態では、上
室２０と下室２１との連通は遮断されており、弁は閉状
態である。そして図２に示すように、弁座４と弁体９と
が離間しているときには、弁座４と弁体９との間に生じ
たギャップにより、前記各連通孔の閉鎖が解かれ、上室
２０と下室２１との連通が回復する。このとき入口ポー
ト１３から、下室２１、弁体９の連通孔１０または周辺
隙間１５、弁座４と弁体９との間のギャップ、弁座４の
連通孔５、そして上室２０を経由して出口ポート１４ま
で連通している。すなわち、弁は開状態となっている。

【００２５】次に、図１１で考察したオリフィス部面積
とペリフェラル部面積との関係を本実施例の弁機構にお
いて考察する。本実施例の弁機構における流体の流路
は、第１のオリフィス、ギャップ、そして第２のオリフ
ィスの直列になっていると考えることができる。ここに
おいて、第１のオリフィスとは弁体９の連通孔１０また
は周辺隙間１５であり、第２のオリフィスとは弁座４の
連通孔５である。そしてここでは連通孔１０と連通孔５
とはそれぞれ複数形成されているので、それぞれ個々の
連通孔５、連通孔１０および周辺隙間１５についてオリ
フィス部面積とペリフェラル部面積とのバランスがとれ
ていて、かつ、第１のオリフィスすなわち弁体９の連通
孔１０および周辺隙間１５の合計流量と、第２のオリフ
ィスすなわち弁座４の連通孔５の合計流量とが等しいと
きには、全体として効率よく流量容量を稼ぐことができ
る。

【００２６】そこで、ある一つの連通孔５におけるオリ
フィス部面積とペリフェラル部面積とについて考察す
る。その連通孔５のオリフィス部面積とは、その連通孔
５の断面積を指し、その連通孔５のペリフェラル部面積
とは、その連通孔５の周辺長とギャップ長との積であ
る。したがって、その連通孔５の長さをｌ、幅をｗと
し、ギャップ長をｇとすれば、その連通孔５のオリフィ
ス部面積は概ねｌｗであり、その連通孔５のペリフェラ
ル部面積は概ね２ｌｇであるので、ｗ＝２ｇとすれば、
すなわち連通孔５の幅がギャップ長の２倍程度であれ
ば、オリフィス部面積とペリフェラル部面積とがほぼ等
しくなり、その連通孔５においては両部分の面積が流路
として有効に機能していることになる。もしｗ＞＞２ｇ
であると、図１１で考察したものと同様に、オリフィス
部面積が流路として有効に機能しないばかりか、開弁動
作を行うアクチュエータ７の負担が大きくなりスムーズ
な動作ができなくなるので好ましくない。

【００２７】連通孔１０についても同様の考察により、
個々の連通孔１０がそれぞれ、ギャップ長の２倍程度の
幅を有していれば、必要な流路を確保することができ
る。ただし連通孔１０については、そのオリフィス部面
積が必要以上に大きくても、アクチュエータ７の負担を
大きくすることがないので、特に弊害はない。したがっ
て連通孔１０の幅は、連通孔５と連通孔１０とが重畳す
ることがないように定めればよい。

【００２８】このことを考慮し本例では、個々の連通孔
５および連通孔１０は、いずれもその幅が１００μｍと
なるように形成されている。さらにこのように、弁座４
の各連通孔５が上記したように細幅形状となっているの
で、オリフィス部面積が過剰に大きいことはなく、した
がって開弁動作開始時の固体アクチュエータ７の負担も
過大なものではない。

【００２９】弁体９の周辺隙間１５については、そのオ
リフィス部面積とは弁体９の外周と下室２１の内壁との
隙間の総面積であり、そのペリフェラル部面積とは弁体
９の外周長とギャップ長との積である。したがって、弁
体９の外周長をｂとし、弁体９の外周と下室２１の内壁
とのクリアランスをｃとすれば、オリフィス部面積はｂ
ｃであり、ペリフェラル部面積はｂｇである。よってｃ
＝ｇであれば、すなわちクリアランスとギャップ長が同
程度であれば周辺隙間１５は流路として有効に機能して
いることになる。そして周辺隙間１５も連通孔１０と同
様、その幅が必要以上に大きくても、連通孔５と重畳し
ない限り特に弊害はない。本例における弁体９は、その
半径を下室２１の半径より５０μｍ小さくして周辺隙間
１５を形成したものである。

【００３０】このように個々の第２オリフィス、すなわ
ち連通孔５が上述したようにについてギャップ長の２倍
程度の幅を有し、かつ、弁体９の連通孔１０および周辺
隙間１５の合計流量が弁座４の連通孔５の合計流量と同
程度かそれ以上であれば、すなわち、弁体９の連通孔１
０および周辺隙間１５の総断面積が弁座４の連通孔５の
総断面積と同程度かそれ以上であれば、全体として流れ
の効率がよく、かつ、アクチュエータ７に過大な負担が
かからない。したがって上述の関係を保ちながら、長孔
状の連通項をふやして弁座４の連通孔５の総断面積と弁
体９の連通孔１０の総断面積とを大きくすれば、弁体９
と弁座４との間のギャップを拡大することなく効率よ
く、すなわち弁装置を過度に大きくする必要なく、流量
容量の大きな開閉弁を実現できる。ここにおいて、上述
の諸数値およびそれらの間の関係が厳密なものである必
要はないことはもちろんである。

【００３１】そして、本例の弁装置１では、応答時間の
短いピエゾ素子による固体アクチュエータ７を使用して
いるので、応答性が非常によい。このため、本例の弁装
置１を高速開閉作動させることにより、図５に示す空気
圧シリンダの精密位置制御に応用することができる。図
５（ａ）は、本例の弁装置２式による空気圧シリンダの
位置決め制御のブロック図である。図５（ａ）の位置決
め制御では、供給圧Ｐs から空気圧シリンダ５１の作用
室Ｐp への断続を弁装置１Ａが、該作用室Ｐp から大気
圧Ｐa への断続を弁装置１Ｂが、それぞれ受け持つ。

【００３２】そしてポテンショメータ５２が、空気圧シ
リンダ５１のピストン５６の位置を検出し、Ａ／Ｄ変換
器５３によりデジタル信号に変換され、マイクロコンピ
ュータ５４に送られる。マイクロコンピュータ５４で
は、図示しないＲＯＭテーブルに基づき、ピストン５６
を目標位置へ駆動するべく、インタフェース５５を介し
て弁装置１Ａおよび弁装置１Ｂの固体アクチュエータ
（７Ａおよび７Ｂ）へ開閉信号を送る。そして弁装置１
Ａおよび弁装置１Ｂは、該信号の指令に基づき開閉す
る。ここにおいて、ピエゾ素子の応答時間は前述のよう
に０．２ないし１ｍｓと短いので、１００ヘルツより高
い周波数のパルス信号でアクチュエータを駆動しても、
図５（ｂ）に示す高速動作に充分追従し、空気圧シリン
ダ５１の作用室Ｐpの圧力を所望の値にし、結果として
ピストン５６の位置の精密制御が可能なのである。

【００３３】また、図５（ａ）において、Ａ／Ｄ変換器
５３、マイクロコンピュータ５４およびインタフェース
５５からなるデジタル制御に替えて、アナログ制御によ
りピエゾ素子に印加するエネルギーを変化させ、弁装置
の弁間ギャップを変化させ、流量を制御することも可能
である。この場合も、ピエゾ素子の応答時間が短いこと
により、弁間ギャップは印加信号によく追随するので、
リアルタイムに流量をコントロールすることができる。
なお、アナログ制御手段の内容は、一般的なものである
ので説明は省略した。

【００３４】次に、本発明の第２の実施例について図６
および図７に基づいて説明する。本例は、前記の実施例
の弁機構を三方弁に応用したものである。図６は本例に
かかる三方弁２３の断面図である。図６に示す三方弁２
３は、上部分２４と下部分２５とが中部分２６を挟持し
ながら組み合わされ、本体をなしている。

【００３５】まず、かかる三方弁２３全体の構成および
作動を説明し、しかるのちに本発明の主要部分を説明す
ることとする。三方弁２３においては、上部分２４の一
部として上弁座２７が、下部分２５の一部として下弁座
２８が形成されており、本体内部空間は上弁座２７と下
弁座２８とにより、上室３４、中室３５、および下室３
６に分離されている。そして中部分２６には、それぞれ
上室３４、中室３５、および下室３６に連通する上出口
ポート３７、入口ポート３８、および下出口ポート３９
が形成されている。中室３５には上下２層からなる弁体
２９が挿入されている。中室３５の上下方向の幅は、弁
体２９の全厚にアクチュエータ３１の伸縮変位量を加え
たものとなっている。よって弁体２９は上下方向に移動
可能であり、弁体２９は前記の実施例の弁体９同様、シ
ャフト３０により伝えられるアクチュエータ３１の伸縮
作用と、外復帰バネ３２および内復帰バネ３３の弾拡力
によって位置決めされている。

【００３６】したがって三方弁２３は次のように動作す
る。アクチュエータ３１が縮状態にあるとき、弁体２９
は外復帰バネ３２により上方へ移動するので、弁体２９
の上層が上弁座２７に当接するとともに、弁体２９の下
層は下弁座２８から離間する。一方、アクチュエータ３
１が伸状態にあるとき、弁体２９はシャフト３０により
下方に移動するので、弁体２９の下層が下弁座２８に当
接するとともに、弁体２９の上層は上弁座２７から離間
する。

【００３７】そして、三方弁２３における本発明として
の主要部分は、上弁座２７と弁体２９の上層とにそれぞ
れ、前述の開閉弁１の弁座４と弁体９とにおけるものと
同様に、互いに重畳しない位置に連通孔が形成されてお
り、これらが先の実施例で述べた特徴を有する開閉弁と
なっていること、および、下弁座２８と弁体９の下層と
も同様に開閉弁となっていることである。

【００３８】したがって、アクチュエータ３１が縮状態
にあるとき、弁体２９の上層が上弁座２７に当接してい
るので、上室３４と中室３５とは連通しておらず、一方
弁体２９の下層は下弁座２８から離間しているので、中
室３５と下室３６とは連通している。すなわち、入口ポ
ート３８と下出口ポート３９とは連通しているが、上出
口ポート３７は閉鎖されどことも連通していない。図６
はこの状態を示している。逆に、アクチュエータ３１が
伸状態にあるとき、弁体２９の上層が上弁座２７から離
間しているので、上室３４と中室３５とは連通してお
り、一方弁体２９の下層は下弁座２８に当接しているの
で、中室３５と下室３６とは連通していない。すなわ
ち、入口ポート３８と上出口ポート３７とは連通してい
るが、下出口ポート３９は閉鎖されどことも連通してい
ない。図７はこの状態を示している。

【００３９】すなわち、三方弁２３においては、アクチ
ュエータ３１の状態により、入口ポート３８からの連通
先が、上出口ポート３７と下出口ポート３９とのいずれ
であるかが決定されるのである。そしてこの三方弁２３
も前記開閉弁１と同様に、機械的破損のおそれなく高速
動作が可能であることはもちろんである。

【００４０】以上詳細に説明したとおり本実施例にかか
る弁機構では、微少なギャップにて充分に大きい流量に
対応でき、したがって変位の小さい固体アクチュエータ
から倍変位機構なく直動で高速動作し、機械的破損のお
それもない、小形で信頼性の高い弁を提供できる。な
お、前記実施例は本発明を限定するものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、改良
が可能であることはもちろんである。例えば前記実施例
では弁体を駆動するのに、ピエゾ素子による固体アクチ
ュエータを用いたが、磁歪素子による固体アクチュエー
タを用いてもよい。また、弁座および弁体における個々
の連通孔の形状は、図４に示した同心円状に限らず、細
幅形状のものであればどんな形状であってもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の開閉弁では、内部を流体が流れる長孔状の連通孔が
形成された盤状の弁座と、連通孔と互いに重畳しない位
置に形成された連通経路を有する盤状の弁体と、弁体を
駆動するアクチュエータとを有しているので、微小なギ
ャップにて充分に大きい流量に対応でき、したがって変
位の小さい固体アクチュエータから倍変位機構なく直動
で作動し、しかも機械的破損なく高速作動が可能な、小
形で信頼性の高い開閉弁を提供できる。

【００４２】また、本発明の開閉弁は、内部を流体が流
れる長孔状の連通孔が形成された盤状の弁座と、連通孔
と互いに重畳しない位置に形成された連通経路を有する
盤状の弁体と、弁体を駆動するアクチュエータと、アク
チュエータを１００ヘルツより高い周波数のパルス信号
で駆動する制御手段を有しているので、微小なギャップ
にて充分に大きい流量に対応でき、したがって変位の小
さい固体アクチュエータから倍変位機構なく直動で作動
し、デジタルパルス信号で流量をリアルタイムで制御で
きるため、所定の流量を正確に流せる小形で信頼性の高
い開閉弁を提供できる。また、デジタルパルス信号によ
る流量のリアルタイム制御以外に、固体アクチュエータ
にアナログ信号を与えることにより、弁座と弁体との間
のギャップをコントロールして流量をリアルタイム制御
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一実施例の開閉弁全体の閉状態
における断面図である。

【図２】第一の実施例の開閉弁全体の開状態における断
面図である。

【図３】第一の実施例の開閉弁の主要部分の部分斜視図
である。

【図４】第一の実施例の開閉弁の弁座および弁体の上面
図である。

【図５】第一の実施例の開閉弁を利用した空気圧シリン
ダの制御機構である。

【図６】本発明に係る第二の実施例の三方弁全体の断面
図である。

【図７】第二の実施例の三方弁全体の断面図である。

【図８】従来技術にかかる電磁弁の断面図である。

【図９】弁機構における弁開度と必要な駆動力、および
電磁石または固体アクチュエータの発生出力との関係を
示すグラフである。

【図１０】従来技術にかかる弁機構に固体アクチュエー
タを組み合わせた弁の断面図である。

【図１１】従来技術にかかる弁機構における弁座と弁体
との断面図である。

【図１２】倍変位機構の一例を示す図である。

【符号の説明】

４ 弁座 ５ 弁座の連通孔 ７ 固体アクチュエータ ９ 弁体 １０ 連通孔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を流体が流れる長孔状の連通孔が形
   成された盤状の弁座と、該連通孔と互いに重畳しない位
   置に形成された長孔状の連通経路を有する盤状の弁体と
   を有し、前記弁体が前記弁座に対して当接または離間す
   ることにより流体の流れを制御する開閉弁において、 前記弁座に形成された前記長孔状の前記連通孔の幅ｗ
   と、前記弁座と前記弁体とが離間しているときの距離ｇ
   とにおいて、 前記連通孔の幅ｗ＝約２ｇとなるように定めたことを特
   徴とする開閉弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する開閉弁において、 前記アクチュエータを１００ヘルツより高い周波数のパ
   ルス信号で駆動することにより、前記弁体を前記弁座に
   対して前記高い周波数で当接及び離間させる制御手段を
   有することを特徴とする開閉弁。