JP3160091B2 - 圧電式弁 - Google Patents

圧電式弁

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は少なくとも１つの制御可
能な媒体接続部を備えたケーシングを有する圧電式弁で
あって、このケーシング内に圧電的な曲げ部材が配置さ
れており、この曲げ部材が、印加された制御電圧に相応
して弾性的な対抗力に逆らって運動可能なシール領域を
有しており、このシール領域が、制御電圧無印加時の第
１の切換位置で前記媒体接続部の座着部から持上がって
おり、制御電圧の作用下の第２の切換位置では、遮断す
べき媒体の圧力により助成されてシール作用下で前記座
着部に座着している形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の弁は例えばＤＥ−Ａ１ ３４０
０６４５号、ＥＰ−Ａ１ １９１０１１号、ＥＰ−Ａ１
４６４３１号、ＤＥ−Ａ１ ２５１１７５２号又はＤ
Ｅ−Ｕ１ ８６０７０９４．０号に基づき公知である。
これらすべての場合において、圧電的な曲げ部材は弁ケ
ーシング内で入口座着部と出口座着部との間で運動可能
であり、これにより、媒体出口が入口側又は出口側に接
続される。その場合必要なことは、出口座着部を遮断す
る切換位置で曲げ部材を電圧下で保持することである
が、このことの欠点とするところは、特に稼働温度増大
時に圧電的な曲げ部材が、圧電材料の特性に起因して、
長時間電圧により負荷されていると永久変形してしまう
ことにある。それゆえ、曲げ部材に電圧が印加されてい
る切換位置を、少なくとも室温からそれた稼働温度では
比較的短く保つことを考慮しなければならず、このこと
により、この種の弁若しくは信号変換器の使用分野が狭
まる。それというのは、電圧に負荷される時間中に曲げ
部材が著しく永久変形して電圧の排除後にもはや戻し切
換ができなくなってしまうことのないような考慮があら
ゆる場合に払われなければならないからである。
【０００３】
【発明の課題】本発明の課題は、前述の欠点を排除する
と共に、特に、稼働温度が高い場合でも曲げ部材の永久
変形の危険ひいては機能の障害を生じることなく、両方
の切換位置が任意に長時間維持できるようにこの種の弁
を形成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の要旨は、制御可能な媒体接続部の座着部のシール可
能な面は、第２の切換位置で作用する媒体圧に相応して
生じる曲げ部材のシール領域の閉鎖力が前記弾性的な対
抗力に比して大きくなるようにかつこの対抗力と制御電
圧の印加時に作用する圧電的な戻し力との和に比して小
さくなるような大きさを有していることにある。
【０００５】
【発明の効果】このように構成したことにより、遮断す
べき媒体の圧力が作用した場合には、この媒体の圧力が
曲げ部材の可動なシール領域へ作用するだけで、制御可
能な接続部のシールが実現される。遮断すべき媒体の圧
力が発生し、かつ短時間の電圧印加の後に圧電的な曲げ
部材により媒体接続部がシール作用下で閉鎖された場
合、圧電的な曲げ部材の電圧負荷をゼロに戻すか、又は
場合により安全の理由で曲げ部材の若干程度規定された
電圧負荷を維持する要求がある場合にはこの電圧負荷を
少なくとも大幅に軽減することができる。圧電的な曲げ
部材のシール領域を第２の切換位置に保持するのに必要
な電圧負荷の排除又は少なくとも著しい軽減により、稼
働温度が高い場合でもすでに述べたような圧電的な曲げ
部材の永久変形の危険が著しく軽減される。
【０００６】制御可能な媒体接続部の座着部を再び開放
する第１の切換位置へ圧電的な曲げ部材を戻し切換えす
るためには、普通に極をかえる電圧パルスを短時間だけ
圧電的な曲げ部材に印加すれば足りる。要するに、その
つど他方の切換位置への切換えのためにのみ両切換位置
で圧電的な曲げ部材に電圧を印加すれば足り、これによ
り、曲げ部材への給電及び絶縁等が簡単化されるばかり
でなく、比較的高い稼働温度での曲げ部材の永久変形に
伴う前述の問題が信頼性よく回避される。
【０００７】本発明の特に有利な構成では、圧電式弁が
３ポート２位置弁として形成されており、ケーシング内
に媒体出口が設けられており、曲げ部材のシール領域が
第１の切換位置でケーシング内に設けた入口座着部にシ
ール作用下で予圧されており、かつ第２の切換位置では
この入口座着部から持上げられかつほぼこの入口座着部
に対向してケーシング内に配置された出口座着部に当接
しており、かつ、曲げ部材のシール領域によりシールさ
れる、出口座着部の面が、入口座着部の対応する面に比
して大きい。このような構成によれば、圧電式弁の双安
定的な切換挙動のための上述の条件を維持することがで
きると共に、電圧パルスの印加により曲げ部材が弾性的
な予圧を克服しつつ入口座着部から持上がって出口座着
部に密着するまでは、入口座着部を曲げ部材のシール領
域の弾性的な予圧下で閉じたままにすることができる。
このように出口座着部に密着した後、制御電圧が圧電的
な曲げ部材から再び排除され、次いで曲げ部材は遮断す
べき媒体により曲げ部材のシール領域へ作用する圧力に
よって閉鎖されたままとなる。
【０００８】入口座着部を遮断する切換位置への戻し切
換えのためには、再び逆の電圧パルスを必要とするだけ
である。それというのは、出口座着部からの曲げ部材の
シール領域の持上がり後に圧力の助成が失われ、曲げ部
材の予圧が可動のシール領域を再び遮断すべき入口座着
部へ向けて運動させるからである。
【０００９】
【実施例】図示のエレクトロニューマチック式信号変換
器１は媒体出口若しくは信号出口２を有するケーシング
３を備えており、このケーシング内に圧電的な曲げ部材
４が配置されている。この曲げ部材４は図面でみて右側
の端面でばね５，６によりエッジ状の支持部７と接続接
点８とに締め付けられている。これにより、ほぼストリ
ップ状に形成された曲げ部材４の該当端面の固定がおこ
なわれている。
【００１０】サンドイッチ状にまとめ合わされた曲げ部
材４の両方の層１０，１１の互いに向き合って位置する
表面は導電被覆されており、この表面は接続接点８及接
続線９を介して図示しない電圧制御装置に接続されてお
り、この電圧接続装置を介して、曲げ部材４の機械的な
偏倚のために役立つ、適当な大きさ、継続時間、パルス
形状、極性などを有する電圧が印加される。
【００１１】図１に示す無電圧時の曲げ部材４若しくは
接続接点８及び接続線９の位置では、曲げ部材４若しく
はその図面左側の端部の可動なシール領域１４が、ケー
シング３内に配置された入口座着部１２にシール作用下
で予圧されている。この場合、信号出口２は出口座着部
１３に連通している。適当な電圧が接続接点８若しくは
接続線９を介して曲げ部材４に印加されると、この曲げ
部材４が逆圧電効果に相応して図２に示す位置へ偏倚す
る。その際、曲げ部材４若しくはその左側の端部のシー
ル領域１４が入口座着部１２から持ち上がり、出口座着
部１３にシール下で密着する。
【００１２】図１及び図２で示す両方の切換位置が、層
１０，１１の圧電特性に基づく曲げ部材４の永久変形の
危険ひいては信号変換器１の機能の障害を生じることな
く、信号変換器の稼働温度の高い場合でも任意に長時間
維持されるようにするために、出口座着部１３の流れ横
断面が入口座着部１２の流れ横断面に比して大きく形成
されていると共に、出口座着部１３のシール可能な面
は、第２の切換位置で作用する入口圧力に相応して生じ
る曲げ部材４のシール領域１４の閉鎖力が曲げ部材４の
弾性的に生じる対抗力に比して大きく、かつこの対抗力
と制御電圧印加時に生じる圧電的な戻し力との和に比し
て小さくなるような大きさを有している。
【００１３】この構成の利点とするところは、入口圧力
の作用する図２に示す切換位置の維持のためにもはや曲
げ部材の電圧負荷が不要となり、曲げ部材４は入口圧力
の作用によって出口座着部１３に圧着されたままとなる
ことにある。曲げ部材４の適当な逆の電圧負荷の後に、
この曲げ部材４は再び図１に示す位置へ戻され、この位
置でも曲げ部材４はやはり電圧なしに保持される。
【００１４】本発明によれば、図示はしないが曲げ部材
の構成、締付け、接触並びにケーシング、入口座着部へ
の入口導管若しくは出口座着部からの出口導管に関して
別の実施例が可能である。要点は一方の切換位置が曲げ
部材の適当な構成、配置若しくは機械的な応力又は予圧
により無電圧で維持され、他方の切換位置が、遮断すべ
き媒体の圧力若しくは入口の圧力の作用により又はこれ
によって助成されて極めて低い予圧で維持されることに
ある。さらに、弁若しくは変換器などの形式に無関係に
図示の３ポート２位置方向制御弁の代わりに、他の適当
な形状の弁若しくは弁構造をこのような形式で圧電的に
制御することができる。例えば、２方向弁では入口が常
時開いており、出口がすでに述べた構成に応じて圧電的
な曲げ部材によって制御されてもよい。曲げ部材が無電
圧の休止位置で出口座着部から持あがっていて、入口座
着部が開いたままとなっていてもよい。圧電的な曲げ部
材への制御電圧の印加時に再び出口座着部のすでに述べ
たシールが生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の一方の切換位置を示す断面
図である。
【図２】同実施例の他方の切換位置を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 信号変換器、 ２ 信号出口、 ３ ケーシング、
４ 曲げ部材、 ５，６ ばね、 ７ 支持部、 ８
接続接点、 ９ 接続線、 １０，１１ 層、 １２
入口座着部、 １３ 出口座着部、 １４ シール
領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−209203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−208611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−187218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−256001（ＪＰ，Ａ) 米国特許5163463（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開46431（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 31/00 - 31/02 F15B 5/00 F15C 3/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの制御可能な媒体接続部
    を備えたケーシングを有する圧電式弁であって、このケ
    ーシング内に圧電的な曲げ部材が配置されており、この
    曲げ部材が、印加された制御電圧に相応して弾性的な対
    抗力に逆らって運動可能なシール領域を有しており、こ
    のシール領域が、制御電圧無印加時の第１の切換位置で
    前記媒体接続部の座着部から持上がっており、制御電圧
    の作用下の第２の切換位置では、遮断すべき媒体の圧力
    により助成されてシール作用下で前記座着部に座着して
    いる形式のものにおいて、制御可能な媒体接続部の座着
    部(１３)のシール可能な面は、第２の切換位置で作用す
    る媒体圧に相応して生じる曲げ部材(４)のシール領域
    (１４)の閉鎖力が前記弾性的な対抗力に比して大きくな
    ると共にこの対抗力と制御電圧の印加時に作用する圧電
    的な戻し力との和に比して小さくなるような大きで形成
    されていることを特徴とする圧電式弁。
  2. 【請求項２】 圧電式弁が３ポート２位置弁として形成
    されており、ケーシングに媒体出口が設けられており、
    曲げ部材のシール領域が第１の切換位置でケーシングに
    設けた入口座着部にシール作用下で予圧されており、か
    つ第２の切換位置ではこの入口座着部から持上げられて
    ほぼこの入口座着部に対向してケーシングに設けられた
    出口座着部に当接しており、かつ、曲げ部材（４）のシ
    ール領域（１４）によりシールされる、出口座着部（１
    ３）の面が、入口座着部（１２）の対応する面に比して
    大きい請求項１記載の圧電式弁。
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