JPH03229079A - 流量制御弁 - Google Patents

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、油圧、空圧等の流体圧機器やロボットの流体
圧回路内に用いられる流量制御弁に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の流量制御弁において、最近その応答性を高める
ために、積層型の圧電アクチュエータによって弁体を駆
動する構造の流量制御弁（例えば特開昭６２−２８３２
７４号公報）か、またシート状の圧電材料の振動により
弁座を開閉するようにした流量制御弁（例えば特開昭１
１ｉ２−２Ｈ７７７号公報）等が知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記従来の圧電アクチュエータを用いた流量制御弁のう
ち前者は、圧電アクチュエータの直動変位を拡大機構に
よって増幅し、所望のＡ量を確保できるが、変位拡大部
のばね剛性か低い構成であるため、流体圧反力による変
位ロスか太き（、中高圧での使用に耐えなかった。

また後者のものにあっては、シート状の圧電材料の振動
により弁座を開閉するもので、高速であるが、発生力が
１００ｇ以下と小さく、低圧用にしか使用できなかった
。

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、圧電ア
クチュエータの変位をリニアに変換できて負荷反力によ
るパワーロスを小さくて中高圧用として使用でき、また
高速で連続制御が可能で、さらに構造かンンブルでコン
パクトにできる流量制御弁を提供することを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る流量制御弁は
、回転自在に支持されたレバーの回転中心に対して微小
長さｐの一方のアームの先端部をカムフォロアを介して
制御系にて制御される積層型の圧電アクチュエータの先
端に当接し、上記一方のアームより長くした他方のアー
ムの先端部をカムフォロアを介してポペ・ソト弁のポペ
ットの端面に当接した構成となっている。

また上記ポペット弁のポペットの動作を検出する位置に
、制御系に検出信号を印加する非接触型の変位センサを
対設する。

また上記ポペット弁のポペットを圧電アクチュエータの
変位方向にばね予圧を作用させる。

〔作　用〕

圧電アクチュエータが直動変位することにより、この変
位かレバーによって増幅してポペットに伝達されてポペ
ット弁が開動あるいは閉動される。このときのポペット
の動きは変位センサにて検出される。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図中１は積層型の圧電アクチュエータであり、この圧電
アクチュエータ１はこれに人力された制御電圧に対応し
て直動変位ΔＸか発生するものである。２は上記圧電ア
クチュエータ１の変位方向と直角方向に軸心を向け、か
つ圧電アクチュエータ〕の作用線から微小長さｇだけず
れた位置に固着された支軸２てあり、この支軸２にヘル
クランク状のレバー４の中間部が回転自在に支持されて
いる。そしてこのレバー４の一方のアーム５ａに、圧電
アクチュエータ１の先端で、かつこれの自然状態におけ
る中心部に接触するカムフォロア６ａを回転自在に支持
し、また他方のアーム５ｂには、ポペット弁７のポペッ
ト８の端面の中心部に接触するカムフォロア６ｂが回転
自在に支持されている。上記他方のアーム５ｂの長さし
は（１＜＜Ｌの関係になっている。ポペット弁７のポペ
ット８はレバー・４のカムフォロア６ｂを押し上げる方
向、すなわち、圧電アクチュエータ１の変位方向に対抗
する方向にばね９にて付勢されている。

上記ポペット弁７は上記ばね９にて開方向に付勢されて
おり、自然状態では全開となり入口ポート１０から出口
ポート１１に連通ずるようになっている。

レバー４の他方のアーム５ｂの上方に非接触型の変位セ
ンサ３か対設しである。

１２は上記圧電アクチュエータ１を制御する制御系を示
すもので、変位センサ３の検出出力Ｖｆと指令部１３か
らの指令信号Ｖｉｎが比較器１４に入力されており、比
較器１４はこれの偏差△Ｖをとって、これをＰＩＤ（微
分、積分、比例）制御部１５に入力する。ＰＩＤ制御部
１５は入力された偏差出力△■を圧電アクチュエータ１
の駆動信号としてパワーアンプ１６に入力する。パワー
アンプ１６にて増幅された制御電圧■は圧電アクチュエ
ータ１に入力され、この制御電圧Ｖにより圧電アクチュ
エータ１か作動されるようになっている。

上記構成において、圧電アクチュエータ１に制御電圧Ｖ
が作用することによりΔＸだけ直動変位置し、この直動
変位がレバー４を介してポペット弁７のポペット８に増
幅して伝えられてポペット８がばね９に抗して移動し、
これによりポペット弁７か開閉される。

第１図に示す圧電アクチュエータ１はこれに制御電圧■
が印加されて伸長方向に直動変位し・これによりポペッ
ト弁７が閉状態になっている状態か示されており、以下
に、この状態からの制御作用を第２図に示すフローチャ
ートに従って説明する。

まずポペット弁７の開方向への所望のストローク△Ｓに
対応する指令信号Ｖｉｎを指令部Ｉ３より入力する（ス
テップ］）。

変位センサ３からの検出出力Ｖｆと上記指令信号Ｖｉｎ
か比較され（ステップ２）、その両者の差かゼロとなれ
ば流量制御完了である。

上記検出出力Ｖｆと指令信号Ｖｉｎに差がある場合には
、ＰＩＤ制御部１５より偏差出力△Ｖか出力される（ス
テップ３）。このとき△Ｖ−に＋　　（Ｖｉｎ−Ｖｆ） であり、Ｋ１はＰＩＤゲインである。

上記偏差出力△Ｖはパワーアンプ１６にて増幅されてこ
こから制御電圧Ｖか出力される（ステップ４）。このと
き、 Ｖ−に２△Ｖ であり、Ｋ２はパワーアンプゲインである。

上記制御電圧■か圧電アクチュエータ１に印加され、こ
れにより圧電アクチュエータ１に変位△Ｘが発生される
（ステップ５）。このとき、△Ｘ−に３Ｖ となり、Ｋ３はアクチュエータゲインμｍ　／　Ｖであ
る。

圧電アクチュエータ１の変位△Ｘはレバー４にて増幅さ
れポペット弁７のポペット８はストローク△Ｓにわたっ
て移動し、ポペット弁７の開度が調整される（ステップ
６）。

このとき、 ユ　＝（ａｘ）、。

となる。

上記ポペット８の動きは変位センサ３にて検出され、そ
の検出信号Ｖｆか制御系１２の比較器１４へ出力する（
ステップ７）。このとき、Ｖｆ＝に４△Ｓ となり、Ｋ４はセンサゲインである。

このステップ７の検出出力Ｖｆはステップ２て指令信号
Ｖｉｎと再び比較される。

上記ステップ６におけるポペット８のストロークΔＳは
、第１図において、Ωか１ｍｍ、Ｌが３０ｍｍ、△Ｘか
１５μｍの場合、ΔＳは０．４５＋ａｍとなり、十分な
バルブリフト量が得られた。

また上記圧電アクチュエータ１へ印加される制御電圧■
とポペット８のストローク△Ｓの関係を示すと第３図に
示すようになる。なお図中白丸はばね９を圧縮する方向
へのストロークであり、黒丸は戻り方向のストロークを
示し、両ストロークともわずかなずれ率（約３，８％）
で平行の直線となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、圧電アクチュエータ１の変位△Ｘをリ
ニアに変換できて負荷反力によるパワーロスを小さくし
て中高圧、例えばＭＡＸ２］Ｏｋｇ／ｃｄのサーボ弁に
も適用できる。また高速で連続制御か可能となる。さら
に構造かシンプルでコンパクトにできる。そしてさらに
アクチュエータに圧電アクチュエータ１を用いたことに
より、変形していないときには駆動電圧もセロですみ、
省エネルギタイプの流量制御弁を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成説明図、第２図はフ
ローチャート、第３図は圧電アクチュエータへ印加され
る制御電圧とポペットのストロークとの関係を示す線図
である。 １は圧電アクチュエータ、３は変位センサ、４はレバー
　５ａ、５ｂはアーム、６ａ、６ｂはカムフォロア、７
はポペット弁、８はポペット、９はばね、１２は制御系
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転自在に支持されたレバー４の回転中心に対し
   て微小長さｌの一方のアーム５ａの先端部をカムフォロ
   ア６ａを介して制御系１２にて制御される積層型の圧電
   アクチュエータ１の先端に当接し、上記一方のアーム５
   ａより長くした他方のアーム５ｂの先端部をカムフォロ
   ア６ｂを介してポペット弁７のポペット８の端面に当接
   したことを特徴とする流量制御弁。
2. （２）ポペット弁７のポペット８の動作を検出する位置
   に、制御系１２に検出信号を印加する非接触型の位置検
   出センサ３を設けたことを特徴とする請求項（１）記載
   の流量制御弁。
3. （３）ポペット弁７のポペット８を圧電アクチュエータ
   １の変位方向にばね予圧を作用させたことを特徴とする
   請求項（１）記載の流量制御弁。