JPH02163580A

JPH02163580A - 圧電素子を用いた流体制御バルブ

Info

Publication number: JPH02163580A
Application number: JP63314883A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Iida; 和樹飯田
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1988-12-15
Publication date: 1990-06-22
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0694909B2

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）この発明は圧電素子を用いた流体制御バルブに関し、特
に同バルブの高速応答Ｊ３よび高出力化を図るものであ
る。

〔従来の技術）従来、圧電素子を用いた流体制御バルブとしては例えば
特公昭６０−１４９５４号に示すも・のいピストンを動
作することにより前記封入液体を介して断面積の小さな
ピストンを作動させ、これにより両ビスｌ〜ンの断面積
化分の変位増幅を行なうようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この従来方式は、封入液体の圧縮性によって
変位の大部分がこの封入液体に吸収される問題を有して
おり、圧電素子のような変位の小さいアクチュエータの
増幅方式には有効でない。

また、この従来装置において、封入液体による変位吸収
率を小さくしようとすると、圧電素子の寸法が大きくな
り、バルブ構成が大型化する問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、変
位拡大＠構による変位吸収を無くし、高速応答および高
出力化を図るようにした圧電素子を用いた流体制御バル
ブを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕そこでこの発
明では、圧電素子と弁体どの間変位は、この一体型弾性
体内でてこ化分だけ変位拡大されて伝達され、該拡大さ
れた変位が弁体に作用する。

（実施例）以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。

第１図はこの発明にかかる流体制御バルブの実施例を示
すものであり、このバルブはシムＳＭを境にして大ぎく
はバルブドライブ部１とポペット弁座部２どて構成され
る。

バルブドライブ部１は、微小位置決め機構３、ｆｆ電素
子４、一体結合型弾性体５、変位検出体６、変位センサ
７等で構成されており、これらがケース８、プレート９
によって形成された空間に収容されている。圧電素子４
のリード線１０はケース８の孔１１を介して装置外へ導
出されている。

微小位置決め機構３は、第２図ｆａ）、　ｆｂ）に示ブ
ーように、左右対称に外側へ屈曲した２本の柱状体１２
．１３を支持部材１４．．１５によって上下で支持固定
し、これら柱状体１２．１３をボルト伸張することにな
り、上記ポル１〜１６およびナツト１７の締め具合を調
整することにより、上下方向の微小位置決めを行なうこ
とができる。なお、第２図の構成では、外側に屈曲した
２本の柱状体を用いるようにしたが、第１図に示づ゛よ
うな１字状の中空部を有する一体成形部拐を用いて上下
方向の位置決めを行なうようにしてもよい。

微小位置決め機構３は、ビス１８によってプレー１へ９
に結合され、また接着剤で圧電素子４と固着されている
。圧電素子４の下端にはピン２０が設けられ、これが一
体結合型弾性体５のＶノツチ部２１に着座されており、
このＶノツチ部２１に圧電素子４の圧電効果による力が
作用する。

一体結合型弾性体５は、例えばリン青銅で作られた一体
型の切欠き形状であり、２Ｆｊてこの原理により変位拡
大の作用をなす。第３図にその拡大図を示す。圧電素子
４によって弾性体５のＶノツチ部２１に力ｆが加えられ
たとすると、肉厚の薄り各ヒンジ部が弾性変形し、この
変位はほぼてこ比の分だけ拡大されて伝達され、この拡
大変位はてこ作用が働き、また２段目５ｂにおいては点
Ｐ３を力点、点Ｐ４を支点、点Ｐｏを作用点とするてこ
作用が働き、この結果弾性体５全体としての変位拡大機
構■ｄ／ａｃとなる。この一体結合型弾性体５は、てこ
の原理に基づき動作する純機械的な変位拡大機構であり
、摺動部もないため、変位吸収が無く、大きな変位拡大
率を得ることができる。

一体結合型弾性体５には変位検出体６が設ｃノられてお
り、変位センサ７で変位検出体６の上下方向変位を検出
することで、一体結合型弾性体５の出力取出部の上下変
位を検出する。変位センサ７はこの場合磁気抵抗式のも
のであり、カバー２２を介してビス４２でケース８に固
着されている。

ポペット弁座部２は、油路３１，３２が形成されたボデ
ィ３３、きのこ形のポペット弁３４、ピン３０、スプリ
ング３６等で構成されている。ポペット弁３４の上側に
設けられたピン３ｏは一体結合型弾性体５からポペット
弁３４への力伝達体としての作用をなすもので、ボディ
３３との間に結合型弾性体５から力を受けてピン３０が
下方に移動すると、これに伴ってボペッ１〜弁３／ｌも
下方に移動し、これによりボペッ１〜弁３４の傘部３７
がボデ′イ３３から離れる。この結果、油路３１ど油路
３２とが導通し、油路３１を介して流入した流体が油路
３２を介して外部へ流出づることになり、被作動体（図
示ゼず）を作動する。

ポペット弁３４はスプリング３６によって支持されてお
り、圧電素子４への電圧印加が停止されると、ポペット
弁３４はスプリング３６によって押上けられ、油路３１
と油路３２を遮断する。なお、ボディ３３とカバー３８
どはＯリング３９ににってシールされている。

また、ボペッ１−弁座部２とバルブドライブ部１との間
にはシムＳＭが設りられてＪ５す、該シムＳＭによっで
」二下位置の粗調整ができるようになっている。

すなわち、かかる流体制御バルブにおいでは、圧電素子
４にリード線１０を介して電圧を印ｈ１すると、圧電素
子４が変位し、ピン２０を介して−のてこ化分だけ拡大
して伝達され、この拡大された変位によって−・体結合
型弾性体５がピン３０を介してポペット弁３４を押下げ
る。この結果、油路３１，３２が導通し、バルブは開状
態となって図示しない被作動体を作動する。圧電素子４
への電圧印加を中止すると、圧電素子４は元の状態に復
帰し、この結果スプリング３６の作用によってポペット
弁３４が押上げられ、バルブは閉状態に戻る。

ところで、かかる流体副部バルブの組立ての際には、ま
ずバルブドライブ部１とポペット弁座部２とを別個に組
立てた後、シムＳＭによってピン３０と一体結合型弾性
体５の上下位置の粗調整を行った後、ボルト４０を締め
てこれらを結合する。

次に貫通孔４１を介して微小位置決め［ｌｔ３のポル１
〜１６を回し、微小位置決め１１４ｆ＊３の柱状体１２
．１３の上下方向長さを調整することによりピン３０と
一体結合型弾性体５どの上下位置の微調整を行なう。

また、この実施例装置においでは、第４図に示時性に関
して第５図に示づように大きなヒステリシスを持つが、
変位セン１）７の出力によるフィトパックループを組む
ことにより変位特性は第６図に示すにうにヒステリシス
が大幅に低減されたものになり、これにより高速応答お
よび高精度の圧電素子駆動が可能となる。

第７図および第８図はかかる流量制御弁を４個並列接続
したバルブ６０の構成を示すものであり、このバルブ６
０では４個の流量制御弁ＰＡ、ＰＢ。

ΔＴ　ｄ５よびＢＴの各ポペット弁座部２をモジュール
化して１つのボディに組込むようにしており、このバル
ブ６０によってモータＭを正逆転駆動する。各流量制御
弁ＰＡ、ＰＢ、ＡＴおよびＢＴは駆動回路５０からの指
令信号によって開閉および流量制御される。

かかる構成において、モータＭを正転するときには、駆
動回路５０は流量制御弁ＰＡ、ＢＴを開、流量制御弁Ｐ
Ｂ、ＡＴを閉とする。これにより、ポンプＰからの油は
まず入カポ−１−５５（第８図）に流入した後、実線矢
印Ｒで示すように、流量副駆動回路５０は流量制御弁Ｐ
Ｂ、ＡＴを開、流出制御弁ＰＡ、ＢＴを閉とする。これ
により、入力ボート５５に流入したポンプＰからの油は
、点鎖線矢印で示すように、流量制御弁ＰＢ、（ＢＴ）
　、を経た後、モータＭのポー１〜Ｂに流入し、ざらに
モータＭのボー１−　Ａ、流出制御弁ＡＴを経た後タン
クＴにドレンされる。

かかるバルブ構成によれば、４個の流量制御弁を１つの
ボディに組込むようにしたので、装置のコンパクト化を
図れるとともに、各バルブに対して独立に流出コン］・
ロールかできるため、例えば急激な負荷変動に対しても
好適な対応をなし得る。

なａ５、本発明は上述した実施例に限定されることなく
適宜の変更実施が可能なものであり、例えば弁形状もボ
ベッ１〜形に限るわけでなく、圧電素子の圧電力と弾性
体（スプリング）の反発力によって往復駆動されるもの
であれば任意のバルブに本発明を適用することができる
。また、一体結合型弾性体の形状も実施例の形状に限定
されるものでなく、任意である。

型弾性体によって純機械的に圧電素子の変位拡大を行な
うようにしたので、変位吸収がなくなり、高出力変位を
得ることができ、もって高速応答可能なバルブを実現゛
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ
ｌｂ）は微小位置決め機構を拡大して示す正面図、側面
図、第３図は一体結合型弾性体の拡大図、第４図は圧電
素子の駆動回路を例示するブロック図、第５図はフィー
ドバックが無いときの印加電圧−変位特性を示すグラフ
、第６図はフィードバックが有るときの指令電圧−変位
特性を示すグラフ、第７図は第１図に示した実施例バル
ブを４個並列接続したバルブ構成を例示する液圧回路図
、第８図はその断面図である。１・・・バルブドライブ部、２・・・ボペツ１〜弁座部
、３・・・微小位置決め機構、４・・・圧電素子、５・
・・一体結合型弾性体、６・・・変位検出体、７・・・
変位センサ、８・・・ケース、９・・・プレート、１０
・・・リード線、１１．４１・・・貫通孔、１２．１３
・・・柱状体、１６゜４０・・・ポル１〜．１７・・・
ナツト、１８．４２・・・ビス、２０．３０・・・ビン
、２１・・・Ｖノツチ部、３１゜３２・・・油路、３３
・・・ボディ、３４・・・ポペット弁、３．５・・・ゴ
ムスペーザ、３６・・・スプリング、２２゜３８・・・
カバー、３９・・・Ｏリング、ＳＭ・・・シム。５０・・・駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】　往復移動可能な弁体の両側に圧電素子および弾性体を
配し、これら圧電素子および弾性体によつて前記弁体を
移動することによりバルブ開閉動作を行なう圧電素子を
用いた流体制御バルブにおいて、前記弁体と圧電素子の間に、肉厚の薄い部位を有し、て
こ作用によって変位拡大を行なう切欠き形状の一体型弾
性体を介在させるようにした圧電素子を用いた流体制御
バルブ。