JPH02190683A - Pilot valve device - Google Patents

Pilot valve device

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JPH02190683A
JPH02190683A JP947589A JP947589A JPH02190683A JP H02190683 A JPH02190683 A JP H02190683A JP 947589 A JP947589 A JP 947589A JP 947589 A JP947589 A JP 947589A JP H02190683 A JPH02190683 A JP H02190683A
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JP
Japan
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chamber
diameter piston
valve
small
piston
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Application number
JP947589A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Takagi
弘和 高木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the compressive load to a piezoelectric element body by keeping a back chamber formed between a large-diameter piston and the piezoe lectric element body at the system pressure when amplifying the displacement of the large-diameter piston and conveying it to a small-diameter piston to open a seat face. CONSTITUTION:A small-diameter piston 11 is connected to the upper end section of a valve 3 via a fine-diameter rod 10, and the valve 3 opens or closes the seat face 6 of a valve chamber 2 via the vertical movement of the piston 11 slidably stored in a high-pressure chamber 5. A fluid guide hole 7 and a fluid discharge hole 8 are formed on a pilot valve device main body 1, and the fluid flowing into the chamber 5 through the hole 7 flows to the outside of the main body 1 through the hole 8. A compression chamber 9 is formed on the main body 1 at the upper section of the chamber 5, and a large-diameter piston 12 is slidably stored. A small-diameter projection 12a erected at the upper section of the piston 12 is slidably inserted into a bulkhead 19 formed on the main body 1. A back chamber 20 is formed with the back of the piston 12, the fluid is fed through a communicating port 21 communicated to the back chamber 20, and the back chamber 20 is kept at the fixed pressure.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、液圧を用いた電力用遮断器の操作機構に用い
られるパイロット弁装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a pilot valve device used in an operating mechanism of a power circuit breaker using hydraulic pressure.

(従来の技術) 送変電系統の大容量化および超高電圧化などにより、こ
れらの回路に設置される遮断器の性能向上は著しく、ま
た、その性能向上に対する要求も増大している。このた
め、最近においては、SF8ガス絶縁の遮断器が数多く
実用化され、その操作機構として液圧操作方式が主に用
いられている。液圧操作装置は、空気圧を利用するもの
に比べて高圧化が容品であるため、その小形化が可能で
あり、かつ、遮断操作時に生ずる騒音も著しく軽減され
、さらに操作流体が非圧縮性であるため応答性が優れて
いるなどの利点がある。さらに、電力系統保護の見地か
ら、電力系統の故障除去時間が短いほどその安全性が向
上するため、遮断器の動作が高速度であることが必須要
件となっている。このため、遮断器を動作させる液圧操
作装置に用いるピストンに作用する液圧を制御する弁の
動作応答性が問題となっていた。
(Prior Art) As the capacity and ultra-high voltage of power transmission and substation systems increase, the performance of circuit breakers installed in these circuits has significantly improved, and demands for improved performance have also increased. Therefore, in recent years, many SF8 gas-insulated circuit breakers have been put into practical use, and a hydraulic operation method is mainly used as their operating mechanism. Hydraulic operating devices can handle higher pressures than those that use air pressure, so they can be made smaller, and the noise generated during shutoff operations is significantly reduced, and the operating fluid is incompressible. Therefore, it has advantages such as excellent responsiveness. Furthermore, from the viewpoint of power system protection, the shorter the fault clearing time of the power system, the higher the safety of the power system, so it is essential that circuit breakers operate at high speed. For this reason, the operational responsiveness of a valve that controls the hydraulic pressure acting on a piston used in a hydraulic operating device for operating a circuit breaker has been a problem.

ところで、従来の遮断器の液圧操作装置の液圧系統は、
第4図の液圧系統図に示すように構成されている。すな
わち、遮断器CBを開閉するピストンPとSとからなる
操作部Mは、パイロット弁Pvで開閉制御される主弁M
Vにより駆動されるようになっている。また、パイロッ
ト弁Pvは、投入用と遮断用の2つのパイロット弁pv
1゜Pv2からなり、それぞれに付設した電磁ソレノイ
ドCC,DCを附勢させることにより、主弁MV内へ配
管系に設けたアキュムレータACCとポンプPFから圧
油を給排させ操作部Mを制御するようになっている。な
お、主弁MVの応答性を良くするために、パイロット弁
PV  Pv2と1’ アキュムレータACCとをつなぐ流路間にはそれぞれ絞
りDが設けられている。
By the way, the hydraulic system of the conventional circuit breaker hydraulic operating device is as follows:
It is constructed as shown in the hydraulic system diagram in FIG. That is, the operation part M consisting of the pistons P and S that opens and closes the circuit breaker CB is the main valve M whose opening and closing are controlled by the pilot valve Pv.
It is designed to be driven by V. In addition, the pilot valve Pv has two pilot valves pv for closing and shutting off.
1゜Pv2, and by energizing the electromagnetic solenoids CC and DC attached to each, pressure oil is supplied and discharged from the accumulator ACC and pump PF provided in the piping system into the main valve MV, and the operating part M is controlled. It looks like this. In addition, in order to improve the responsiveness of the main valve MV, a throttle D is provided between each flow path connecting the pilot valve PV Pv2 and the 1' accumulator ACC.

また、ソレノイドによるパイロット弁などの流体制御弁
の駆動は、コイルのアンペアターンで決まるので、高出
力を得るためにコイルの巻数あるいは電流値を増やす必
要がある。しかし、この場合には、インダクタンスの増
加による応答性の低下やジュール熱によるコイルの焼損
などの問題が生じる。そのため、ソレノイド駆動方式を
用いて高速動作弁を得ようとすると、必然的に巻数の少
ないコイルに大電流を流すことになるが、その実用上多
くの制約条件があるので弁の応答速度を速くすることは
自ずと限度がある。この欠点を解消するために、従来、
圧電効果によって圧電素子体の伸縮動作を行う応答性の
良いパイロット弁装置が用いられていた。
Furthermore, since the drive of a fluid control valve such as a pilot valve by a solenoid is determined by the ampere turns of the coil, it is necessary to increase the number of turns of the coil or the current value in order to obtain high output. However, in this case, problems arise such as a decrease in responsiveness due to an increase in inductance and burnout of the coil due to Joule heat. Therefore, if you try to obtain a high-speed operating valve using a solenoid drive system, you will inevitably have to pass a large current through a coil with a small number of turns, but there are many practical constraints, so the response speed of the valve can be made faster. There are limits to what you can do. In order to eliminate this drawback, conventionally,
A highly responsive pilot valve device that expands and contracts a piezoelectric element using a piezoelectric effect has been used.

すなわち、第5図に示すように、パイロット弁装置本体
1に形成した弁室2内には、弁3がバネ4により弾性保
持され、弁室2の弁座のシート面6に着座している。弁
3には細径のロッド10を介してその上端部に小径ピス
トン11が連結されていて、高圧室5に摺動自在に収容
され小径ピストン11の上下動により弁3が弁室2のシ
ート面6を開閉するようになっている。また、パイロッ
ト弁装置本体1には、流体供給源に連通した流体導入孔
7と流出排出孔8が形成されていて、流体導入孔7から
高圧室5に流入した流体は、流体排出孔8から本体1の
外部に流出されるようになっている。高圧室5の上部の
本体1には圧縮室9が形成され、この圧縮室9内には大
径ピストン12が摺動自在に収容されている。小径ピス
トン11はこの大径ピストン12により作動流体を介し
て上下動される。さらに、大径ピストン12の上面背部
には、適当枚数積層されたセラミッーク材料からなる圧
電素子体13が固設されていて、この圧電素子体13の
圧電効果による伸縮動作によって、大径ピストン12が
圧縮室9内を上下動するようになっている。なお、この
圧電素子体13は本体1の上端部に固定されたカバー1
4に取付けられている。また、高圧室5と圧縮室9とは
連通孔15によって連絡され、この連通孔15の途中に
はチェック弁16が設けられている。このチェック弁1
6は、チェック弁体16aとバネ16bとからなり、高
圧室から圧縮室9へのみ流体の通過12と小径ピストン
11の摺動部には、それぞれパツキン18a、18bが
嵌入されていて、圧縮室9内の流体が本体1の外部へ漏
れないようにしである。なお、圧電素子13には、その
電極に電圧を印加するためのリード線17a、17bが
連結されている。
That is, as shown in FIG. 5, a valve 3 is elastically held in a valve chamber 2 formed in a pilot valve device main body 1 by a spring 4 and is seated on a seat surface 6 of a valve seat of the valve chamber 2. . A small-diameter piston 11 is connected to the upper end of the valve 3 via a small-diameter rod 10. The small-diameter piston 11 is slidably accommodated in the high-pressure chamber 5, and the vertical movement of the small-diameter piston 11 moves the valve 3 into the seat of the valve chamber 2. The surface 6 can be opened and closed. Further, the pilot valve device body 1 is formed with a fluid introduction hole 7 and an outflow discharge hole 8 that communicate with a fluid supply source, and the fluid that flows into the high pressure chamber 5 from the fluid introduction hole 7 is passed through the fluid discharge hole 8. It is designed to flow out of the main body 1. A compression chamber 9 is formed in the main body 1 above the high pressure chamber 5, and a large diameter piston 12 is slidably accommodated in the compression chamber 9. The small diameter piston 11 is moved up and down by the large diameter piston 12 via the working fluid. Furthermore, a piezoelectric element body 13 made of a ceramic material laminated in an appropriate number is fixed on the back of the upper surface of the large-diameter piston 12, and the large-diameter piston 12 is expanded and contracted by the piezoelectric effect of the piezoelectric element body 13. It is designed to move up and down within the compression chamber 9. Note that this piezoelectric element body 13 is connected to a cover 1 fixed to the upper end of the main body 1.
It is attached to 4. Further, the high pressure chamber 5 and the compression chamber 9 are communicated through a communication hole 15, and a check valve 16 is provided in the middle of the communication hole 15. This check valve 1
Reference numeral 6 consists of a check valve body 16a and a spring 16b, and gaskets 18a and 18b are fitted into the sliding part of the small-diameter piston 11 and the passage 12 of fluid only from the high pressure chamber to the compression chamber 9, and the compression chamber This is to prevent the fluid inside 9 from leaking to the outside of the main body 1. Note that lead wires 17a and 17b are connected to the piezoelectric element 13 for applying voltage to its electrodes.

このようにして構成された従来のパイロット弁装置では
、まず、弁3が弁室2のシート面6を閉止した状態では
、高圧室9内は高圧状態に保持されている。ここで圧電
素子体13に電圧が印加されると、その圧電効果によっ
て圧電素子体13が伸び、これに応じて大径ピストン1
2が下方へ変位する。大径ピストン12の変位は、増幅
されて小径ピストン11に伝わり、ついで、小径ビスト
ン11の変位はロッド10を介して弁3に伝わり、これ
によりシート面6を開いて高圧室5内の流体が本体1の
外部に排出されるようになる。圧電素子体13への電圧
印加が解除されると、圧電素子体13は縮んで元の状態
に復元し、弁3はバネ4によってシート面を再び閉止す
ることになる。
In the conventional pilot valve device configured in this way, first, when the valve 3 closes the seat surface 6 of the valve chamber 2, the inside of the high pressure chamber 9 is maintained at a high pressure state. When a voltage is applied to the piezoelectric element body 13 here, the piezoelectric element body 13 expands due to the piezoelectric effect, and the large diameter piston 1
2 is displaced downward. The displacement of the large diameter piston 12 is amplified and transmitted to the small diameter piston 11, and then the displacement of the small diameter piston 11 is transmitted to the valve 3 via the rod 10, which opens the seat surface 6 and allows the fluid in the high pressure chamber 5 to flow. It comes to be discharged to the outside of the main body 1. When the voltage application to the piezoelectric element body 13 is released, the piezoelectric element body 13 contracts and returns to its original state, and the valve 3 closes the seat surface again by the spring 4.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の圧電素子体を用いたパ
イロット弁装置では、弁3の閉止時には、圧縮室9内は
弁3によって制御される高圧室5内の圧力と等しい圧力
を有する流体により満される。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in a pilot valve device using such a conventional piezoelectric element body, when the valve 3 is closed, the pressure in the compression chamber 9 is lower than the pressure in the high pressure chamber 5 controlled by the valve 3. is filled with a fluid having a pressure equal to .

さらに、従来のパイロット弁装置が高圧システムとして
用いられる場合には、圧縮室9内も高圧状態に保持され
、大径ピストン12を介して圧電素子体13に大きな圧
縮力が作用することになる。
Further, when the conventional pilot valve device is used as a high pressure system, the inside of the compression chamber 9 is also maintained at a high pressure state, and a large compression force is applied to the piezoelectric element body 13 via the large diameter piston 12.

この圧縮力は大径ピストン12の受圧面積に比例して増
大し、ときには、圧電素子体13の圧縮破壊荷重を越え
ることもある。また、この圧縮力が静的にこの破壊荷重
以下であっても、圧電素子体13の動作時に、圧縮室9
内で瞬間的に振動圧力が発生するなど動的に高い圧縮力
を受けることもある。そのため弁装置を連続操作すると
圧電素子体の破壊を招くことになる。さらに、圧電素子
体13が大径ピストン12の背面に接着剤などにより一
様に固設されていても、大径ピストン12に均一に圧力
がかからず、大径ピストン12自体が僅かに傾くことが
ある。このとき、圧電素子体13は、偏心した高い集中
荷重を受けることとなり、結局、圧電素子体13が曲げ
荷重などにより破壊することもあり得る。このように、
従来のパイロット弁装置では、圧電素子体13の機械的
強度およびその耐久性などの点で数多くの問題点があり
、そのため、高い動作信頼性を得ることが困難であった
This compressive force increases in proportion to the pressure-receiving area of the large-diameter piston 12, and sometimes exceeds the compressive breaking load of the piezoelectric element body 13. Furthermore, even if this compressive force is statically less than this breaking load, when the piezoelectric element body 13 operates, the compression chamber 9
They may also be dynamically subjected to high compressive forces, such as momentary oscillating pressure generated inside. Therefore, continuous operation of the valve device may lead to destruction of the piezoelectric element body. Furthermore, even if the piezoelectric element body 13 is fixed uniformly to the back surface of the large-diameter piston 12 with an adhesive or the like, pressure is not applied uniformly to the large-diameter piston 12, and the large-diameter piston 12 itself is slightly tilted. Sometimes. At this time, the piezoelectric element body 13 is subjected to an eccentric and highly concentrated load, and the piezoelectric element body 13 may eventually be destroyed by the bending load or the like. in this way,
Conventional pilot valve devices have many problems in terms of the mechanical strength and durability of the piezoelectric element body 13, and as a result, it has been difficult to obtain high operational reliability.

一方、このような問題点を回避するためには、従来のパ
イロット弁装置は低圧システムにしか利用できず、その
ためパイロット弁装置の適用範囲が限定されてしまうと
する問題点があった。
On the other hand, in order to avoid such problems, conventional pilot valve devices can only be used in low-pressure systems, resulting in the problem that the range of application of the pilot valve device is limited.

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、高速度切換が可能であり、かつ、耐久性などの
動作信頼性が高く、さらに適用されるシステムの圧力が
限定されない圧電素子体を用いたパイロット弁装置を提
供することを目的としている。
The present invention was made in order to solve these problems, and it is a piezoelectric material that is capable of high-speed switching, has high operational reliability such as durability, and is not limited to the pressure of the system to which it is applied. The object of the present invention is to provide a pilot valve device using an element body.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明は、バネにより弁室のシート面に弾性保持された
弁の開閉動作により弁室内の液圧を制御するパイロット
弁装置において、弁に連結された小径ピストンと、この
小径ピストンを流体圧を介して駆動する小径突起を立設
した大径ピストンと、小径突起に連結されかつ圧電効果
により伸縮動作して大径ピストンを駆動する圧電素子体
と、弁と小径ピストンとの間に形成された高圧室と、大
径ピストンと小径ピストンとの間に形成されかつ流体を
封入上た圧縮室と、大径ピストンと圧電素子体との間に
形成された隔壁と、この隔壁と大径ピストンとの間に形
成された背室とからなり、高圧室と圧縮室とをチェック
弁を介して連通して高圧室から圧縮室・・のみ流体の流
入を許容するとともに、背室を連通ポートを介して流体
供給源に連通したことを特徴とするパイ、ロット弁装置
に関する。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a pilot valve device that controls hydraulic pressure in a valve chamber by opening and closing a valve elastically held on a seat surface of the valve chamber by a spring, and a small diameter piston connected to the valve. a large-diameter piston with a small-diameter protrusion that drives the small-diameter piston via fluid pressure; a piezoelectric element body that is connected to the small-diameter protrusion and expands and contracts due to the piezoelectric effect to drive the large-diameter piston; and a valve. A high pressure chamber formed between the small diameter piston, a compression chamber filled with fluid and formed between the large diameter piston and the small diameter piston, and a partition wall formed between the large diameter piston and the piezoelectric element body. It consists of a back chamber formed between this partition wall and a large diameter piston, and communicates the high pressure chamber and compression chamber via a check valve, allowing fluid to flow only from the high pressure chamber to the compression chamber. The present invention also relates to a pie-rot valve device characterized in that a back chamber is communicated with a fluid supply source through a communication port.

(作 用) 上記のように構成された本発明のパイロット弁装置では
、圧電素子体に電圧を印加すると、その圧電効果によっ
て圧電素子体が伸び、これに応じて大径ピストンが下方
へ駆動され、大径ピストンの下方への変位が圧縮室内の
増幅作用によりさらに増幅されて小径ピストンに伝わり
、弁をシート面より開放して高圧室内の制御された流体
を外部へ排出する。このとき、背室内は、静止持のシス
テム圧力に保持されるため、大径ピストンを介して電圧
素子体に作用する圧縮荷重は、背室内の圧力により一部
打ち消されることになる。
(Function) In the pilot valve device of the present invention configured as described above, when a voltage is applied to the piezoelectric element body, the piezoelectric element body expands due to the piezoelectric effect, and the large diameter piston is driven downward in response. The downward displacement of the large-diameter piston is further amplified by the amplification effect in the compression chamber and transmitted to the small-diameter piston, and the valve is opened from the seat surface to discharge the controlled fluid in the high-pressure chamber to the outside. At this time, the inside of the back chamber is maintained at a stationary system pressure, so that the compressive load acting on the voltage element body via the large diameter piston is partially canceled out by the pressure inside the back chamber.

(実施例) 本発明のパイロット弁装置の実施例を第1図について説
明する。
(Example) An example of the pilot valve device of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図に示すように、パイロット弁装置本体1に形成し
た弁室2内には、弁3がバネ4により弾性保持され、弁
室2の弁座のシート面6に着座している。弁3には細径
のロッド10を介してその上端部に小径ピストン11が
連結されていて、高圧室5に摺動自在に収容され小径ピ
ストン11の上下動(駆動)により弁3が弁室2シ一ト
面6を開閉するようになっている。また、パイロット弁
装置本体1には、それぞれ流体導入孔7と流出排出孔8
が形成されていて、流体導入孔7から高圧室5に流入し
た流体は、流体排出孔8から本体lの外部に流出するよ
うになっている。高圧室5の上部の本体1には圧縮室9
が形成され、この圧縮室9内には大径ピストン12が摺
動自在に収容されている。
As shown in FIG. 1, within a valve chamber 2 formed in a pilot valve device main body 1, a valve 3 is elastically held by a spring 4 and is seated on a seat surface 6 of a valve seat of the valve chamber 2. A small-diameter piston 11 is connected to the upper end of the valve 3 via a small-diameter rod 10. The small-diameter piston 11 is slidably accommodated in the high-pressure chamber 5, and the vertical movement (drive) of the small-diameter piston 11 moves the valve 3 into the valve chamber. The two seat surfaces 6 can be opened and closed. In addition, the pilot valve device main body 1 includes a fluid introduction hole 7 and an outflow discharge hole 8, respectively.
is formed, and the fluid flowing into the high pressure chamber 5 from the fluid introduction hole 7 flows out from the fluid discharge hole 8 to the outside of the main body l. A compression chamber 9 is located in the main body 1 above the high pressure chamber 5.
is formed, and a large diameter piston 12 is slidably accommodated in this compression chamber 9.

また、大径ピストン12の上部には小径突起12aが立
設され、この小径突起12aを本体1に形成した隔壁1
9の貫通孔にパツキン18ごを介して摺動自在に挿入し
である。これにより、大径ピストン12の背面との間に
背室20が形成され、この背室20に連通した連通ポー
ト21によって流体が供給され、背室20内が一定圧に
保たれるようになる。さらに、連通ポート21は、例え
ば流体導入孔7あるいはアキュムレータACCやポンプ
PFなどに連通するようになっている。
Further, a small diameter protrusion 12a is erected on the upper part of the large diameter piston 12, and a partition wall 1 having this small diameter protrusion 12a formed on the main body 1
It is slidably inserted into the through hole 9 through the packing 18. As a result, a back chamber 20 is formed between the back chamber 20 and the back surface of the large-diameter piston 12, and fluid is supplied through the communication port 21 communicating with this back chamber 20, so that the inside of the back chamber 20 is maintained at a constant pressure. . Furthermore, the communication port 21 communicates with, for example, the fluid introduction hole 7, the accumulator ACC, the pump PF, or the like.

さらに、大径ピストン12の小径突起12aの上面背部
には、適当枚数積層されたセラミック材料からなる電圧
素子体13が固設されていて、1この圧電素子体13の
圧電効果による伸縮動作によって、大径ピストン12が
圧縮室9内を上下動(駆動)するようになっている。な
お、この圧電素子体13は本体1の上端部に固定された
カバー14に取付けられている。また、高圧室5と圧縮
室9とは連通孔15によって連絡され、この連通孔15
の途中にはチェック弁16が設けられている。このチェ
ック弁16は、チェック弁体16aとバネ16bとから
なり、高圧室5から圧縮室9へのみ流体の通過を許す逆
止弁の役目をしている。
Further, on the back of the upper surface of the small diameter protrusion 12a of the large diameter piston 12, a voltage element body 13 made of a ceramic material laminated in an appropriate number is fixed. A large diameter piston 12 is configured to move up and down (drive) within the compression chamber 9. Note that this piezoelectric element body 13 is attached to a cover 14 fixed to the upper end of the main body 1. Further, the high pressure chamber 5 and the compression chamber 9 are connected through a communication hole 15, and the communication hole 15
A check valve 16 is provided in the middle. This check valve 16 is made up of a check valve body 16a and a spring 16b, and serves as a check valve that allows fluid to pass only from the high pressure chamber 5 to the compression chamber 9.

大径ピストン12と小径ピストン11の摺動部には、そ
れぞれパツキン18a、18bが嵌入されていて、圧縮
室9内の流体が本体1の外部へ漏れないようにしである
。なお、圧電素子体13には、その電極に電圧を印加す
るためのリード線17a。
Gaskets 18a and 18b are fitted into the sliding parts of the large-diameter piston 12 and the small-diameter piston 11, respectively, to prevent the fluid in the compression chamber 9 from leaking to the outside of the main body 1. Note that the piezoelectric element body 13 includes a lead wire 17a for applying a voltage to its electrode.

17bが連結されている。17b are connected.

このように構成された本発明の実施例のパイロット弁装
置では、弁3が弁室2のシート面6を閉止した状態では
、圧縮室9と背室20内の圧力は等圧力に保持されてい
る。そのため、背室20の圧力が大径ピストン12の背
面の受圧面積に作用して生じる荷重は、圧縮室9内の圧
力が大径ピストン12の前面の受圧面積に作用して生ず
る荷重が大径ピストン12とその小径突起12aを介し
て電圧素子体13に作用する荷重の一部を打ち消すよう
に働くことになる。
In the pilot valve device of the embodiment of the present invention configured as described above, when the valve 3 closes the seat surface 6 of the valve chamber 2, the pressures in the compression chamber 9 and the back chamber 20 are maintained at the same pressure. There is. Therefore, the load generated when the pressure in the back chamber 20 acts on the pressure-receiving area on the back surface of the large-diameter piston 12 is the same as the load generated when the pressure in the compression chamber 9 acts on the pressure-receiving area on the front surface of the large-diameter piston 12. This acts to cancel out a part of the load acting on the voltage element body 13 via the piston 12 and its small diameter projection 12a.

さらに、圧電素子体13に加わる圧縮荷重は、先の圧力
と小径突起12,11の断面積との積に相当するから、
従来のパイロット弁装置より圧縮荷重を小さくすること
が可能となる。ここで、圧電素子体13に電圧が印加さ
れると、その圧電効果によって圧電素子体13が伸び、
これに応じて小径突起12aを介して大径ピストン12
が下方へ変位(駆動)する。大径ピストン12の変位は
、圧縮室9内の変位増幅作用により増幅されて小径ピス
トン11に伝わり、小径ピストン11の変位はロッド1
0を介して弁3に伝わり、これによりシート面6を開い
て高圧室5内の制御された流体が本体1の外部に排出さ
れることになる。このとき、背室20内は、静止時のシ
ステム圧力に保持されるため、大径ピストン12を介し
て圧電素子体13に作用する圧縮荷重としては、圧縮室
9内に過渡的に生じる圧力上昇分が新たな荷重として加
わることになる。なお、この圧力上昇は、弁の移動時の
抵抗力に起因する時間遅れなどによって生じる。また、
本発明の実施例では、背室20を設けたことにより圧縮
室9内の変位増幅作用の低下など弁の動特性に影響を与
えない。むしろ、静止時における圧電素子体13に対す
る負荷荷重が低減されるため、圧電素子体13の変位量
を従来のものより大きくすることが可能となる。すなわ
ち、第2図に示すように、圧電素子体の変位量pは、初
期負荷荷重が一定に保たれた場合には、負荷荷重がある
程度加わっても無負荷時と等しい変位量が得られる。し
かし、過度に大きな荷重が加わると、その変位量が低下
する性質を有する。したがって、第2図に示すように静
止時における圧電素子体の初期負荷荷重(F o)を小
さくすると、従来のパイロット弁装置のように破壊荷重
に近い値(Fo’)で使用する場合よりも圧電素子体1
3の変位量(N)を大きくできCD :l ’ ) 、
そのため、弁3の変位量が大となり全体として弁の動特
性が向上する。
Furthermore, since the compressive load applied to the piezoelectric element body 13 corresponds to the product of the previous pressure and the cross-sectional area of the small diameter protrusions 12 and 11,
It is possible to reduce the compressive load compared to conventional pilot valve devices. Here, when a voltage is applied to the piezoelectric element body 13, the piezoelectric element body 13 expands due to the piezoelectric effect.
Accordingly, the large diameter piston 12 is inserted through the small diameter projection 12a.
is displaced (driven) downward. The displacement of the large diameter piston 12 is amplified by the displacement amplification effect in the compression chamber 9 and transmitted to the small diameter piston 11.
0 to the valve 3, which opens the seat surface 6 and allows the controlled fluid in the high pressure chamber 5 to be discharged to the outside of the body 1. At this time, the inside of the back chamber 20 is maintained at the system pressure at rest, so the compression load acting on the piezoelectric element body 13 via the large-diameter piston 12 includes a transient pressure increase inside the compression chamber 9. will be added as a new load. Note that this pressure increase is caused by a time delay caused by a resistance force when the valve moves. Also,
In the embodiment of the present invention, the provision of the back chamber 20 does not affect the dynamic characteristics of the valve, such as a reduction in the displacement amplification effect within the compression chamber 9. Rather, since the load on the piezoelectric element body 13 when it is stationary is reduced, it becomes possible to increase the amount of displacement of the piezoelectric element body 13 compared to the conventional one. That is, as shown in FIG. 2, when the initial load is kept constant, the displacement p of the piezoelectric element body is the same as when no load is applied even if a certain amount of load is applied. However, when an excessively large load is applied, the amount of displacement decreases. Therefore, as shown in Fig. 2, if the initial load (F o) of the piezoelectric element body at rest is reduced, it will be lower than when used with a value close to the breaking load (Fo') as in the conventional pilot valve device. Piezoelectric element body 1
The displacement amount (N) of 3 can be increased CD:l'),
Therefore, the amount of displacement of the valve 3 is large, and the dynamic characteristics of the valve as a whole are improved.

また、本発明の他の実施例としては、第3図に示すよう
に、背室20内を外部圧力(大気圧)に保持し、背室2
0の内部に隔壁19の接するように皿バネ22を配設し
て、常に、この皿バネ22により大径ピストン12を下
方に押圧して圧電素子体13にかかる圧縮荷重を低減す
ることも可能である。この実施例では、大径ピストン1
2の駆動時(下方に変位する時)には、この皿バネ22
は、開放される方向にある。しかし、その変位量は、圧
電素子体13の微小変位量(数10am)に相当する程
度であるので、皿バネ22の押圧荷重の低下はない。
Further, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the inside of the back chamber 20 is maintained at external pressure (atmospheric pressure),
It is also possible to reduce the compressive load applied to the piezoelectric element body 13 by disposing a disc spring 22 inside the piezoelectric element 0 so as to be in contact with the partition wall 19, so that the disc spring 22 always presses the large diameter piston 12 downward. It is. In this embodiment, the large diameter piston 1
2 (when displacing downward), this disc spring 22
is in the direction of being opened. However, since the amount of displacement is equivalent to a minute amount of displacement (several tens of am) of the piezoelectric element body 13, the pressing load of the disc spring 22 does not decrease.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、圧電効果によって微小伸縮動作を行う
圧電体素子の変位を小径突起を介して大径ピストンに伝
達して、大径ピストンの変位を圧縮室内で増幅して小径
ピストンに伝え、弁を移動させてシート面を開(際、小
径突起により形成された大径ピストンと圧電素子体との
間に形成された背室内をパイロット弁装置に用いるシス
テム圧力に保持するようにした。このため、圧電素子体
にかかる圧縮荷重が大幅に低減でき、その結果、圧電素
子体の機械的強度と耐久性が向上し、かつ、圧電素子体
の変位量を従来のものよりも大きくとれるので、パイロ
ット弁装置の性能が大幅に向上し、このパイロット弁装
置を適用するシステムの圧力範囲が限定されることがな
い。全体として高性能・高信頼性をもつパイロット弁装
置が得られる。
According to the present invention, the displacement of the piezoelectric element that performs minute expansion and contraction operations due to the piezoelectric effect is transmitted to the large-diameter piston via the small-diameter protrusion, and the displacement of the large-diameter piston is amplified within the compression chamber and transmitted to the small-diameter piston. The valve was moved to open the seat surface (while maintaining the back chamber formed between the large diameter piston formed by the small diameter projection and the piezoelectric element body at the system pressure used for the pilot valve device. Therefore, the compressive load applied to the piezoelectric element body can be significantly reduced, and as a result, the mechanical strength and durability of the piezoelectric element body are improved, and the amount of displacement of the piezoelectric element body can be larger than that of conventional ones. The performance of the pilot valve device is greatly improved, and the pressure range of the system to which this pilot valve device is applied is not limited.Overall, a pilot valve device with high performance and high reliability is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例を示し、第1図は本発明の実施例
のパイロ・ソト弁装置の縦断面図、第2図は圧電体変位
量と負荷荷重の関係を示す線図、第3図は本発明の他の
実施例のパイロット弁装置の縦断面図、第4図はパイロ
ット弁装置を適用する遮断器液圧装置の液圧系統図、第
5図は従来のパイロット弁装置の縦断面図を示す。 1・・・パイロット弁装置本体、2・・・弁室、3・・
・弁、4・・・バネ、5・・・高圧室、9・・・圧縮室
、11・・・小径ピストン、12・・・大径ピストン、
13・・・圧電素子、14・・・カバー、15・・・連
通孔、16・・・チェック弁、19・・・隔壁、20・
・・背室、21・・・連通ポート。
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a pyro-soto valve device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between piezoelectric displacement amount and applied load, and FIG. The figure is a longitudinal sectional view of a pilot valve device according to another embodiment of the present invention, FIG. 4 is a hydraulic system diagram of a circuit breaker hydraulic system to which the pilot valve device is applied, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a conventional pilot valve device. Show the front view. 1...Pilot valve device main body, 2...Valve chamber, 3...
・Valve, 4... Spring, 5... High pressure chamber, 9... Compression chamber, 11... Small diameter piston, 12... Large diameter piston,
13... Piezoelectric element, 14... Cover, 15... Communication hole, 16... Check valve, 19... Partition wall, 20...
...Back chamber, 21...Communication port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  バネにより弁室のシート面に弾性保持された弁の開閉
動作により弁室内の液圧を制御するパイロット弁装置に
おいて、前記弁に連結された小径ピストンと、この小径
ピストンを流体圧を介して駆動する小径突起を立設した
大径ピストンと、前記小径突起に連結されかつ圧電効果
により伸縮動作して前記大径ピストンを駆動する圧電素
子体と、前記弁と小径ピストンとの間に形成された高圧
室と、前記大径ピストンと小径ピストンとの間に形成さ
れかつ流体を封入した圧縮室と、前記大径ピストンと圧
電素子体との間に形成された隔壁と、この隔壁と前記大
径ピストンとの間に形成された背室とからなり、前記高
圧室と圧縮室とをチェック弁を介して連通して前記高圧
室から圧縮室へのみ流体の流入を許容するとともに、前
記背室を連通ポートを介して流体供給源に連通したこと
を特徴とするパイロット弁装置。
In a pilot valve device that controls hydraulic pressure in a valve chamber by opening and closing a valve that is elastically held on the seat surface of the valve chamber by a spring, a small-diameter piston connected to the valve and this small-diameter piston are driven via fluid pressure. a large-diameter piston having a small-diameter protrusion erected thereon; a piezoelectric element body connected to the small-diameter protrusion and configured to expand and contract due to a piezoelectric effect to drive the large-diameter piston; and a piezoelectric element body formed between the valve and the small-diameter piston. a high-pressure chamber; a compression chamber formed between the large-diameter piston and the small-diameter piston and containing a fluid; a partition wall formed between the large-diameter piston and the piezoelectric element body; and a back chamber formed between the piston and the high pressure chamber and the compression chamber through a check valve to allow fluid to flow only from the high pressure chamber to the compression chamber. A pilot valve device characterized in that it communicates with a fluid supply source through a communication port.
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