JPH02173483A - 高速流量制御弁 - Google Patents

高速流量制御弁

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JPH02173483A
JPH02173483A JP63325540A JP32554088A JPH02173483A JP H02173483 A JPH02173483 A JP H02173483A JP 63325540 A JP63325540 A JP 63325540A JP 32554088 A JP32554088 A JP 32554088A JP H02173483 A JPH02173483 A JP H02173483A
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JP
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flow control
displacement amount
control valve
piezoelectric actuator
spool
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JP63325540A
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Kazuo Ota
一男 太田
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Komatsu Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F16K31/007Piezoelectric stacks
    • F16K31/008Piezoelectric stacks for sliding valves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/8593Systems
    • Y10T137/86493Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574Supply and exhaust
    • Y10T137/86622Motor-operated

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Servomotors (AREA)

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、ロボット等に使用される流量制御弁に係わり
、特に中高圧用として高速応答性に優れ、かつ、連続制
御を容易に行い得る高速流量制御弁に関する。
〔従来の技術〕
従来、圧電体を駆動源とする、この種の流量制御弁とし
て、特開昭62−283273号及び特開昭6:2−2
83274号で開示されたものがある。これを第7図及
び第8図を参照し説明すると、前者流量制御弁は、第7
図に示す通り、高範囲、かつ、高精度の流量制御を達成
するため、弁室内C1に、中央部に弁座C2を備えたバ
イモルフ構造の圧電磁気板C3を横架し、この圧電磁気
板C3の撓みを利用して前記弁座C2と、弁室壁に設け
た気体流通孔C4とを開閉するようにした構成のもので
ある。後者流量制御弁は、第8図に示す通り、高速、か
つ、安定的な流量制御を達成するため、弁室内D1に、
■側に弁の閉め方向に付勢したバネD2を備えた弁座D
3を設けることにより、かつ、他側に回動せしめるため
の支点D4と、この支点D4の近傍位置に備えた電歪素
子D5とを備えたアームD6を設けることにより、前記
電歪素子D5の直動変位量△χを前記アームD6により
拡大して前記弁座D3と、弁室壁に設けた気体流通孔D
7とを開閉するようにした構成のものである。これらい
ずれの流量制御弁も、空圧等、低圧用の流量制御弁とし
て使用するに便利と考えられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明者は、圧電体を駆動源とする流量制御弁について
、中高圧用として高速応答性に優れ、かつ、連続的な流
量制御が可能な流量制御弁の提供を目的としている。か
かる目的において上記従来の流量制御弁についてみれば
、これら流量制御弁を中高圧用として使用するには下記
するような不都合が考えられる。
(1)前者流量制御弁にあっては、高速時、圧電磁気板
C3に撓み振動を起こせしめて、弁座C2と気体流通孔
C4とを開閉せしめることになる。
本流量制御弁はこのように容易に高速制御を行えるが、
弁の開閉力が、最大でも約100gが限度と思われるた
め、これを中高圧用として使用することに困難がある。
(2)後者流量制御弁にあっては、バネD2はアムD6
に影響を与えない範囲のバネ定数のものにしなければな
らないという制限がある。このため、大きなバネ定数を
必要とする中高圧用の流量制御弁には不適当ということ
になる。仮に現状のままで中高圧用の流量制御として使
用すると、バネ定数が低いため、流体圧の反力によって
弁座の変位ロスが大きくなり、流体制御を高精度に行う
ことができないという不都合が生ずる。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、圧電体を駆動源と
する流量@御弁について、従来と別構成の、中高圧用と
しての、高速応答性に優れ、かつ、連続的な流量制御が
可能な高速流量制御弁の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明に係わる高速流量制御
弁は、駆動源である積層型圧電アクチj。
エータと、この積層型圧電アクチュエータの直動変位量
を回転変位量に変換する第1変換手段と、前記回転変位
量を直動変位量に戻す第2変換手段と、この第2変換手
段に連動する流量制御弁とからなる構成とした。
〔作用〕
かかる構成であれば、積層型圧電アクチュエタの直動変
位量は、第1変換手段により一旦回転変位量に変換され
、更に第2変換手段により直動変位量に戻される。その
後、この第2変換手段に連動する流量制御弁を作動せし
める。尚、この流量制御弁いわゆるスプール型、ポペッ
ト型その他流量制御機能を備えた弁をいう。かかる作用
により、積層型圧電アクチュエータの直動変位量を第1
変換手段及び/又は第2変換手段で変更することが可能
となる。また第2変換手段では回転変位量を直動変位量
に再度戻しているため、この直動変位量は、元の積層型
圧電アクチュエータの直動変位量に対し、比例量(リニ
ア量)となり得る。
また、第1変換手段及び/又は第2変換手段を機械的強
度のある手段とした場合、流体圧の高低に係わりな(、
流量を制御することが可能となり、この結果、これを中
高圧用として使用することができるようになる。更に、
積層型圧電アクチュエタの駆動は扱い易い電気制御によ
り生じているため、かつ、前述の通り、例えその直動変
位が僅かであっても又如何なる位置であっても、これら
に係わりなく元の積層型圧電アクチュエータの直動変位
に比例したリニア量を出力するため、高速応答性に優れ
、かつ、連続制御が可能な流量制御弁となり得る。
〔実施例〕
以下図面を参照し、本発明に係わる高速流量制御弁の実
施例及びその使用例を述べる。第1図(a)は本発明に
係わる高速流量制御弁の第1実施例図、同図(b)は前
記第1図の部分断面図(XX視図)、第2図は本発明に
係わる高速流量制御弁の第2実施例図、第3図及び第4
図は上記第1実施例の使用例図、第5図及び第6図は上
記第2実施例の使用例図である。
第1実施例の高速流量制御弁は、第1図に示す通り、積
層型圧電アクチュエータAllの直動変位量Δχをカム
及び歯車機構により回転変位量に拡大し、更にランク機
構によりこれを直動変位量に戻し、流量制御弁A2のス
プールA23を直動せしめる構成である。詳しくは、同
図(a)、(b)において、高速流量制御弁は流量制御
弁A2と変換部AIとに別れ、前者A2は流体の人出孔
A2]を前記スプールA23で調節しつつ開閉し、流量
を制御するという戻しバネA22付きスプル型の方向流
量切替弁であり、後者A1は、そのケース内に、積層型
圧電アクチュエータAllと、カム及びレバー付きシャ
フトA14と、歯車及びランク付きシャフトA18とか
らなる変換部である。前記シャフトA14は回転自在と
なるように軸受A13によりケースに支持されると共に
、同シャフトの軸心に対して偏心(偏心量e)するカム
A12と、先端に歯車A16 (歯数Zl)を備えたレ
バーA 1.5とを備えた構成となっている。他方シャ
フトA1Bもまた回転自在となるように軸受A13によ
りケースに支持されており、更に、前記レバーA15の
歯車A16に噛み合う歯車A17(歯数22)を備える
と共に、ケース外に突出した該シャフトA18の端部に
ビニオンギアA19を備えた構成となっている。また、
積層型圧電アクチュエータAllの端面とカムA12の
表面とは、スプール戻しバネA22により、ビニオンギ
アA19及び歯車A16.A17(7)バックラッシュ
が常時零補正されているため、常時接触し、歯車A16
と歯車A17とは常時噛み合い、かつ、ビニオンギアA
19は流量制御弁A2のスプール端部に備えられたラン
クに常時噛み合っている。つまり、かかる構成では、第
1変換手段はカムA12からシャフトA18までを指し
、他方第1変換手段はビニオンギアA19を指す。
作用を述べれば、積層型圧電アクチュエータA11が駆
動し、これに直動変位量△χが生ずると、この直動変位
量△χは、偏心カムA12とシャフトA18とを介して
レバーA15を拡大回転(回転角−tan−’(△χ/
e))せしめ、更に、このレバーA15端の歯車A16
と、シャフトA18の歯車A17及びビニオンギアA1
9とを介し、流量制御弁A2のスプールA23を直動せ
しめる。そこで、このスプールA23の直動変位1sは
(jan−’(△χ/e))・(Z1/Z2)r)#(
△χ/e)・ (Z工/Z2)・r (尚、rはビニオ
ンギアA19のピッチ円半径)となり、スプールA23
の直動変位量Sは積層型圧電アクチュエータAllの駆
動直動変位量△χに対し常時比例拡大する。従って、積
層型圧電アクチュエータAllの微小駆動変位も連続的
に、かつ、高速に拡大制御することができる。更に、本
実施例の変換部A1は機械的構成としであるため、高強
度であり、このため、流体圧の高低に左右されることな
くスプールA23を変位せしめることができる。
第2実施例の高速流量制御弁は、第2図に示す通り、並
列の積層型圧電アクチュエータBllの直動変位量△χ
をリードネジ機構により拡大し、流量制御弁B2のスプ
ールB23を直動せしめる構成である。詳しくは、同図
において、本実施例の高速流量制御弁もまた流量制御弁
B2と変換部B1とに別れ、前者B2は流体の人出孔B
21を前記スプールB23で調節しつつ開閉し流量制御
するという戻しバネB22及びB24付きスプル型の方
向流量切替弁であり、後者B1はそのケス内に、並列す
る2個の積層型圧電アクチュエタ81.1と、これらの
端面に横架したリードめねじB13付きプレートB12
と、リードおねじB14及びカムB17付きシャフトB
16とからなる変換部である。前記プレートB12は2
個の積層型圧電アクチュエータBllの端面に常時圧着
するように、ケースに備えられたバネB181の反力を
受けている。またケースにはリードシャフト81Bが植
えつけられると共に、プレートB12のリードホールに
案内されることにより、このプレートB12はシャフト
B16の軸心に平行移動し得るようになっている。前記
シャツ)B16は回転自在となるように軸受B15によ
りケスに支持されると共に、そのオネジB14が前記プ
レートB12のメネジB13に噛み合うようになってお
り、更に、ケース外に突出した該シャフト端部にカムB
17を備えている。このカムB17の表面は前記流量制
御弁B2のスプールB23の端面と接している。作用を
述べれば、積層型圧電アクチュエータBllが駆動し、
これに直動変位量△χが生ずると、この直動変位量△χ
はブレトB12を図示上下に平行移動せしめ、プレトB
12内のメネジB13と、おねしB14とを介してシャ
フトB16を回転せしめる。このとき、ネジピッチによ
り回転角が拡大する。更に、この拡大回転はカムB17
を介し、流量制御弁B2のスプールB23を直動せしめ
る。かかる構成において、第1変換手段はプレートB1
2からシャツ)B16までを指し、他方第2変換手段は
カムB17を指す。本実施例の効果を説明すれば、スプ
ール戻しバネB22、B24、B181によりネジB1
3、B14のバックラッシュは常時零補正されているた
め、スプールB23の直動変位量Sは積層型圧電アクチ
ュエータBllの駆動直動変位量△χに対し連続的に作
動することができると共に、積層型圧電アクチュエータ
Bllの微小駆動変位でも正確に、かつ、高速に拡大す
ることができる。更に、本実施例の変換部B1は機械的
構成としであるため、高強度であり、このため、流体圧
の高低に左右されることなくスプールB23を変位せし
め、流量を制御することができる。
次に、上記各々の使用例について説明すれば、上記各々
の実施例に位置センサ5を連装した上、外部制御機器と
して、指令発信器1、比較器2、演算回路3、アンプ4
及びデイザ発信回路6(但し、デイザ発信回路6は第2
実施例の使用例のみに装着してみた)を用いて構成した
ものである。
即ち、指令発信器1から発信された指令値vOは、比較
器2において、位置センサ5で検出された積層型圧電ア
クチュエータの変位量Voutと比較(Vo −Vou
t )され、この結果を、必要に応じては更にデイザを
与えた後、アンプ4を介して積層型圧電アクチュエータ
に与えこれを駆動するものである。尚、上記使用例の詳
細はフローチャトと共に図面(第1実施例の使用例の構
成は第3図に、またそのフローチャートは第4図に示し
、他方第2実施例の使用例の構成は第5図に、またその
フローチャートは第6図に示しである)に示したので詳
細説明を省略する。かかる使用例からも分かるように、
本実施例の周辺制御もまた容易に構成することができる
〔発明の詳細な説明〕
以上説明したように、本発明に係わる高速流量制御弁は
、駆動源である積層型圧電アクチュエタと、この積層型
圧電アクチュエータの直動変位量を回転変位量に変換す
る第1変換手段と、前記回転変位量を直動変位量に戻す
第2変換手段と、この第2変換手段に連動する流量制御
弁とからなる構成としであるため、中高圧用として高速
応答性に優れ、かつ、連続制御を容易に行い得る高速流
量制御弁となることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明に係わる高速流量制御弁の第1実
施例図、同図(b)は前記第1図の部分断面図<X−X
視図)、第2図は第2実施例図、第3図及び第4図は上
記第1実施例の使用例図であって、第3図はその構成図
、第4図はそのフロチャート図、第5図及び第6図は上
記第2実施例の使用例図であって、第5図はその構成図
、第6図はそのフローチャート図である。 A12  、 A13  、 A14 1 、A 15 A16  、 A19  ・ A22  、 A23 、 △χ 、 ・カム ・軸受 B16、B10・・シャフト ・レバ ・歯車 ・ビニオンギア B22、B24・ ・バネ ・スプール ・プレート ・リードめねじ ・リードおねじ ・偏心量 ・直動変位量 B17  ・ B15  ・ AlB  、 A17  ・ B 181 、 B23  ・ S ・ ・

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 駆動源である積層型圧電アクチュエータと、この積層型
    圧電アクチュエータの直動変位量を回転変位量に変換す
    る第1変換手段と、前記回転変位量を直動変位量に戻す
    第2変換手段と、この第2変換手段に連動する流量制御
    弁とからなる構成を特徴とする高速流量制御弁。
JP63325540A 1988-12-23 1988-12-23 高速流量制御弁 Pending JPH02173483A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63325540A JPH02173483A (ja) 1988-12-23 1988-12-23 高速流量制御弁
PCT/JP1989/001272 WO1990007667A1 (en) 1988-12-23 1989-12-18 High-speed flow rate control valve
US07/691,025 US5148833A (en) 1988-12-23 1989-12-18 High-speed flow control valve
EP19900901014 EP0450078A4 (en) 1988-12-23 1989-12-18 High-speed flow rate control valve

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EP (1) EP0450078A4 (ja)
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WO (1) WO1990007667A1 (ja)

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