JPH0225020Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、流体の流れを切換制御する切換弁に
に関し、特にそのアクチユエータとして圧電素子
を用いることにより高速でしかも電力消費量を軽
減し得るようにした切換弁に関する。

〔従来の技術〕

たとえば空気圧などといつた流体の流れを切換
制御する切換弁装置として従来は、電磁切換弁が
一般に採用されている。そして、制御すべき流体
の流量があまり大きくない場合でも切換制御動作
に高速化が要求される場合には、上述した電磁切
換弁以外には高速化を達成し得るものは見当たら
ず、その使用を避けることはできないものであつ
た。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような電磁切換弁は、その
流体制御を迅速かつ確実に行なえ、高速化が図れ
る反面、その駆動電力が非常に大きいという欠点
があり、特に上述したように制御すべき流体の流
量があまり大きくない場合にはその切換周波数が
せいぜい10〜20Hz程度と低いにもかかわらず、駆
動電力が非常に大きくなり、電力消費量が多いと
いう欠点があつた。

特に、パルス幅変調を用いて流体の流れや圧力
制御を行なう場合等にあつては、その切換制御動
作にスピードが要求されるもので、上述した電磁
切換弁以外の簡易型の切換弁を構成するうえで、
何らかの対策を講じることが望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本考案に係る切
換弁は、流体圧供給側通路と流体圧出力側通路と
が開口している流体圧室と、この流体圧室に接続
通路を介して接続されるとともに大気孔が開口し
ている大気室と、これら流体圧室および大気室の
内部にそれぞれ片持ち支持されて配置されるバイ
モルフ型圧電素子または電歪素子などによる第１
および第２の板状圧電素子と、前記流体圧室内で
流体供給側通路を導入する部分に設けられ前記第
１の圧電素子の揺動変位により開閉される第１の
導圧用ノズルと、前記大気室内で接続通路を導入
する部分に設けられ前記第２の圧電素子の揺動変
位により開閉される第２の導圧用ノズルとを備え
てなる構成としたものである。

〔作用〕

本考案によれば、第１および第２の板状圧電素
子で開閉される第１および第２の導圧用ノズルに
よる開閉弁機構を、それぞれ独立して形成された
流体圧室および大気室に設けるとともに、該導圧
用ノズルをそれぞれの室内への流体圧導入側通路
部分に設け、流体の流れの方向を統一しているた
め、各導圧用ノズルを開閉するそれぞれの圧電素
子に対しノズル閉塞時に作用する流体の流れによ
る流体圧力と各室内での流体圧との圧力差関係を
揃え、圧電素子によるノズルの開閉動作を安定し
た作動特性とすることが可能で、これにより流体
の流れの切換制御を、安定性を保つて行なえる。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図は本考案に係る切換弁の原理を説明する
ためのものであつて、同図において、全体を符号
１で示す切換弁は、その弁筐体２内に密閉室３を
有し、かつこの密閉室３内に対向して開口する第
１および第２の導圧用ノズル４ａ，５ａをその先
端部に有する第１および第２の流体圧通路４，５
と、その上方において密閉室３内から外部に導出
される出力用通孔６とが設けられている。ここ
で、図中Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は上述した通路４，５
および通孔６が接続される、たとえば流体圧供給
側、大気連通側、および流体圧出力側を示してい
る。

また、このような弁筐体２の密閉室３内でその
可動端７ａが揺動動作し得るように片持ち支持さ
れた板状圧電素子としてのバイモルフ型圧電素子
７を設けてなり、このバイモルフ型圧電素子７の
揺動変位により前記導圧用ノズル４ａ，５ａを開
閉し得るように構成している。なお、図中８は弁
筐体２に片持ち支持されたバイモルフ型圧電素子
７の基部を絶縁状態で保持する絶縁シール材、９
はバイモルフ型圧電素子７に駆動電圧（Ｖ）を印
加するための駆動電圧部である。

そして、このような構成によれば、バイモルフ
型圧電素子７に所望の方向への揺動変位を得る電
圧を印加することで、その可動端７ａが第１およ
び第２の通路４，５の導圧用ノズル４ａ，５ａの
いずれか一方を閉塞し、かつ他方を開放するた
め、通路４または５が出力用通孔６側に選択的に
連通され流体の流れまたは流体圧力が切換制御さ
れることとなる。

ここで、上述したバイモルフ型圧電素子７は、
周知のように、一対の板状圧電物質が積層される
とともに、その外側面および両板材間に電極層が
形成され、かつこれら電極層に対し適宜通電電流
が供給されることにより、その固定端を揺動支点
として揺動動作するものである。また、このよう
な圧電素子７は、たとえば単結晶物質の水晶、チ
タン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン
酸鉛などのペロブスカイト型構造のセラミツク
ス、さらに有機物質のポリフツ化ビニリデンなど
といつた圧電物質によつて形成されているもので
あり、力を加えると電圧を生じ、センサとして機
能し得るとともに、これとは逆に電圧を加えると
力を発生し、アクチユエータとして機能し得るも
ので、近年注目されているものである。そして、
このようなバイモルフ型圧電素子７を、流路切換
手段として用いることで、この圧電素子７の応答
性に優れしかもその電力消費量がきわめて少ない
等の利点を巧みに利用し得るものである。

ところで、このような構成による切換弁１で
は、次のような問題を生じる。すなわち、バイモ
ルフ型圧電素子７により開閉される弁機構として
の導圧用ノズル４ａ，５ａを同じ流体圧室内に設
けると、一方では必ず室内から流体の流れが生じ
る。また、このようなバイモルフ型圧電素子７に
て導圧用ノズル４ａ，５ａを開閉する弁機構で
は、通路を閉塞するだけで完全な締切り状態は得
られず、漏れがあるもので、圧電素子７の可動端
７ａに両側から差圧力が加わると、室堵側からの
流体の流出が生じる大気連通側のノズル５ａでは
圧電素子可動端７ａに押付け力が室内側から閉塞
方向に働くことになる。そして、このようなノズ
ル５ａを開閉する際の圧電素子７の作動性が、室
内側に流体圧が流入する側のノズル４ａを開閉す
る場合との間で特性面で大きな差を生じ、切換弁
１全体の動きから見ると、安定性能に欠けるとい
う問題を避けられないものである。

さて、本考案によれば、上述したバイモルフ型
圧電素子７を用いて切換弁１を構成するにあたつ
て、上述した問題点を生じることがないように、
第２図に示すような構成を採用したところに特徴
を有している。すなわち、本考案に係る切換弁１
では、第１の流体圧通路４を、弁筐体２内に形成
された流体圧室としての密閉室３内に第１の導圧
用ノズル４ａを介して開口させて設け、これを流
体圧供給側に接続するとともに、この密閉室３と
並列して弁筐体２内に形成された大気室１１に対
しこの密閉室３を接続する接続通路となる第２の
流体通路５の導圧用ノズル５ａを開口させて設
け、かつ前記各室３，１１内で揺動動作し前記ノ
ズル４ａ，５ａを開閉する第１および第２のバイ
モルフ型圧電素子７Ａ，７Ｂを配設するようにし
ているものである。

なお、図中１０は前記密閉室３をシールするガ
スケツト、１２は大気室１１を外部に連通させる
大気孔、１３は第１の流体圧通路４に接続され流
体圧として供給空気圧Psupを供給する空気圧供
給路、１４はこの密閉室３内の流体圧Poutを出
力する流体圧出力側通路となる空気圧出力路で、
さらに１３ａ，１４ａは弁筐体２とその固定部と
の間をシールするＯリングである。また、その他
の構成部分において第１図と同一または相当する
部分には同一番号を付して説明は省略する。

さらに、このような構成において、第１および
第２のバイモルフ型圧電素子７Ａ，７Ｂに対し互
いに相反する方向すなわちそれぞれの可動端７
ａ，７ｂにてノズル４ａ，５ａを、一方が開状態
のとき他方を閉塞するように動作させることによ
り、前述した第１図による原理図の場合と同様に
流体の流れを切換制御し得るものである。ここ
で、上述した密閉室３は出力圧を平滑化するボリ
ユーム室として機能する。

そして、上述した構成によれば、第１および第
２の圧電素子７Ａ，７Ｂで開閉される第１および
第２の導圧用ノズル４ａ，５ａによる開閉弁機構
を、それぞれ独立して形成された密閉室３および
大気室１１に設けるとともに、該導圧用ノズル４
ａ，５ａをそれぞれの室３，１１内への流体圧導
入側通路部分（第１および第２の通路４，５）に
設け、流体の流れ方向を統一しているため、各導
圧用ノズル４ａ，５ａを開閉するそれぞれの圧電
素子７Ａ，７Ｂに対しノズル閉塞時に作用する流
体の流れによる流体圧力と各室内での流体圧との
圧力差関係を揃え、両方の圧電素子７Ａ，７Ｂに
よる導圧用ノズル４ａ，５ａの開閉動作を安定し
た作動特性とすることが可能で、これにより流体
の流れの切換制御を、安定性を保つて行なえるこ
とになる。

したがつて、このような構成によれば、高速で
しかも小さい駆動電圧にて駆動されるバイモルフ
型圧電素子７の可動端７ａにて通路４，５を通孔
６に対しその一方が連通するように動作させ得る
ため、流体の流れの切換制御を簡単かつ適切に行
なえるとともに、その高速化と駆動電力の削減化
とを達成し得るもので、特にその制御する流体の
流量があまり大きくない場合における切換弁１と
して用いて効果を発揮させ得るものである。

なお、本考案は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を、適宜変形、変更する
ことは自由で、種々の変形例が考えられよう。ま
た、上述した実施例では、その具体的な図示を省
略したが、バイモルフ型圧電素子７，７Ａ，７Ｂ
にて開閉されるノズル４ａ，５ａの先端部分は、
揺動変位して当接する可動端７ａ，７ｂにて確実
な閉塞状態が得られるような弁座形状に形成され
ているものである。

さらに、上述した各実施例では、ノズル４ａ，
５ａを開閉するために、バイモルフ型圧電素子７
を用いた場合について説明したが、これに限定さ
れず、板状を呈しその先端が揺動変位する電歪素
子を用いても同様の作用効果が得られることは言
うまでもない。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案に係る切換弁によれ
ば、流体圧供給側通路と流体圧出力側通路とが開
口している流体圧室と、この流体圧室に接続通路
を介して接続されるとともに大気孔が開口してい
る大気室と、これら流体圧室および大気室の内部
にそれぞれ片持ち支持されて配置されるバイモル
フ型圧電素子または電歪素子などによる第１およ
び第２の板状圧電素子と、前記流体圧室内で流体
供給側通路を導入する部分に設けられ前記第１の
圧電素子の揺動変位により開閉される第１の導圧
用ノズルと、前記大気室内で接続通路を導入する
部分に設けられ前記第２の圧電素子の揺動変位に
より開閉される第２の導圧用ノズルとを備えてな
る構成としたので、簡単かつ安価な構成にもかか
わらず、各導圧用ノズルを開閉するそれぞれの圧
電素子に対しノズル閉塞時に作用する流体の流れ
による流体圧力と各室内での流体圧との圧力差関
係を揃え、圧電素子によるノズルの開閉動作を安
定した作動特性とすることが可能で、これにより
流体の流れの切換制御を、安定性を保つて行なえ
る。そして、このような構成によれば、流体の流
れの切換制御を、簡単かつ確実に行なえるととも
にその高速化を図れることができ、さらに圧電素
子を用いていることから電力消費量を必要最小限
とし、特に制御し得る流体流量があまり大きくな
い場合に用いてその効果を発揮させることが可能
となる等の実用上種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る切換弁の原理説明図、第
２図は本考案に係る切換弁の一実施例を示す概略
断面図である。 １……切換弁、２……弁筐体、３……密閉室
（流体圧室）、４……第１の流体圧通路（流体圧供
給側通路）、５……第２の流体圧通路（接続通
路）、４ａ，５ａ……第１および第２の導圧用ノ
ズル、６……出力用通孔（流体圧出力側通路）、
７，７Ａ，７Ｂ……バイモルフ型圧電素子（板状
圧電素子）、７ａ，７ｂ……可動端、９……駆動
電圧部、１１……大気室、１２……大気孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流体圧供給側通路と流体圧出力側通路とが開口
   している流体圧室と、この流体圧室に接続通路を
   介して接続されるとともに大気孔が開口している
   大気室と、これら流体圧室および大気室の内部に
   それぞれ片持ち支持されて配置される第１および
   第２の板状圧電素子と、前記流体圧室内で流体供
   給側通路を導入する部分に設けられ前記第１の圧
   電素子の揺動変位により開閉される第１の導圧用
   ノズルと、前記大気室内で接続通路を導入する部
   分に設けられ前記第２の圧電素子の揺動変位によ
   り開閉される第２の導圧用ノズルとを備えてなる
   ことを特徴とする切換弁。