JPH0325466Y2 - - Google Patents

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JPH0325466Y2
JPH0325466Y2 JP3487587U JP3487587U JPH0325466Y2 JP H0325466 Y2 JPH0325466 Y2 JP H0325466Y2 JP 3487587 U JP3487587 U JP 3487587U JP 3487587 U JP3487587 U JP 3487587U JP H0325466 Y2 JPH0325466 Y2 JP H0325466Y2
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valve
valve seat
piezoelectric
piezoelectric actuator
actuators
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は方向切換弁に関するものであり、さら
に詳しくは、圧電アクチユエータによつて弁座を
開閉する方向切換弁に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a directional control valve, and more particularly, to a directional control valve whose valve seat is opened and closed by a piezoelectric actuator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電素子が通電により歪曲する性質を利用し
て、該圧電素子を使用した圧電アクチユエータに
設けた弁体よつて弁座を開閉する方向切換弁は、
特開昭56−76779号公報、実開昭61−152872号公
報などで既に知られている。
A directional control valve that utilizes the property of a piezoelectric element to be distorted when energized and opens and closes a valve seat using a valve body provided in a piezoelectric actuator using the piezoelectric element,
This is already known from Japanese Patent Application Laid-open No. 56-76779 and Japanese Utility Model Application No. 61-152872.

しかしながら、上記公知の方向切換弁は、一端
または両端を弁本体等に固定した1個の圧電アク
チユエータによつて弁座を開閉するものであるか
ら、弁体のシール力が小さく、使用可能な流量、
圧力が制限されるという問題がある。
However, since the above-mentioned known directional control valve opens and closes the valve seat using a single piezoelectric actuator fixed at one or both ends to the valve body, the sealing force of the valve body is small and the usable flow rate is low. ,
The problem is that the pressure is limited.

この問題を解決するためには、複数の圧電アク
チユエータによつて弁体を駆動することが考えら
れるが、圧電アクチユエータの性能にばらつきが
あるために、単に圧電アクチユエータの数を増加
させるのみでは、各圧電アクチユエータの作用力
が干渉してアクチユエータの効率が低下するの
で、十分なシール力を発揮させることができない
という新たな問題が生ずる。
In order to solve this problem, it is conceivable to drive the valve body using multiple piezoelectric actuators, but since the performance of the piezoelectric actuators varies, it is difficult to simply increase the number of piezoelectric actuators. Since the acting forces of the piezoelectric actuator interfere and the efficiency of the actuator decreases, a new problem arises in that a sufficient sealing force cannot be exerted.

〔考案が解決しようとする課題〕[The problem that the idea aims to solve]

本考案が解決しようとする課題は、圧電アクチ
ユエータの作用力を有効に発揮させて、大きな力
で弁座を閉鎖できる方向切換弁を提供することに
ある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a directional control valve that can effectively utilize the acting force of a piezoelectric actuator to close a valve seat with a large force.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題を解決するため、本考案は、弁本体の
弁室に形設した弁座を、端部を上記弁本体に固定
した圧電アクチユエータに設けた弁体で開閉する
方向切換弁において、上記圧電アクチユエータ
を、弁座の開閉方向に階層的に複数配設するとと
もに、これらの歪曲端に上記弁体を設け、これら
の階層的圧電アクチユエータの変位量を、弁座側
から弁座の閉鎖方向と反対方向に向けて順次大き
くし、弁座側の圧電アクチユエータが、上記弁座
を閉鎖するに足る変位量を有していることを特徴
としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a directional control valve in which a valve seat formed in a valve chamber of a valve body is opened and closed by a valve body provided on a piezoelectric actuator whose end portion is fixed to the valve body. A plurality of actuators are arranged hierarchically in the opening and closing direction of the valve seat, and the above-mentioned valve body is provided at the bent end of these actuators, and the displacement amount of these hierarchical piezoelectric actuators is determined from the valve seat side in the closing direction of the valve seat. It is characterized in that the piezoelectric actuator on the valve seat side has a displacement amount that is gradually increased in the opposite direction and is sufficient to close the valve seat.

〔作 用〕[Effect]

圧電アクチユエータに所定の極性の電圧を印加
すると、各圧電アクチユエータが一方向に歪曲し
て弁体が弁座を閉鎖する。
When a voltage of a predetermined polarity is applied to the piezoelectric actuators, each piezoelectric actuator is distorted in one direction and the valve body closes the valve seat.

この場合、階層的に配設した複数の圧電アクチ
ユエータの変位量を、弁座側から弁座の閉鎖方向
と反対方向に向けて順次大きくするとともに、弁
座側の圧電アクチユエータの変位量を弁座を閉鎖
するに足る大きさとしたことにより、弁座側の圧
電アクチユエータには、弁座と反対側に位置する
圧電アクチユエータの大きな変位量によつて弁座
を閉鎖する方向の作用力が作用し、しかも各圧電
アクチユエータの変位量を順次大きくしたので、
各圧電アクチユエータの作用力が干渉することが
なく、その作用力を有効に利用することができ
る。したがつて、弁体は、複数の圧電アクチユエ
ータの作用力の和によつて弁座に強力に押し付け
られる。
In this case, the amount of displacement of the plural piezoelectric actuators arranged hierarchically is increased sequentially from the valve seat side toward the direction opposite to the closing direction of the valve seat, and the amount of displacement of the piezoelectric actuator on the valve seat side is increased from the valve seat side to the direction opposite to the closing direction of the valve seat. Due to the large displacement of the piezoelectric actuator located on the opposite side of the valve seat, a force acting in the direction of closing the valve seat acts on the piezoelectric actuator on the valve seat side due to the large displacement of the piezoelectric actuator located on the opposite side of the valve seat. Moreover, since the displacement of each piezoelectric actuator was gradually increased,
The acting forces of each piezoelectric actuator do not interfere with each other, and the acting forces can be used effectively. Therefore, the valve body is strongly pressed against the valve seat by the sum of the acting forces of the plurality of piezoelectric actuators.

圧電アクチユエータの電圧の印加を解除し、ま
たは逆極性の電圧を印加すると、アクチユエータ
及び弁体が元の状態に復帰して弁座を開放する。
When the voltage applied to the piezoelectric actuator is removed or a voltage of opposite polarity is applied, the actuator and the valve body return to their original states and open the valve seat.

〔実施例〕〔Example〕

第1図及び第2図は、本考案の方向切換弁を3
ポート弁とした場合の第1実施例を示し、弁本体
1は、本体部分1a,1bを、適宜の手段で一体
化することによつて構成し、内部に弁座2が形成
されており、本体部材1a,1bには、弁室2に
通ずる入口ポート3と排出ポート4が、その弁座
3a,4aを対向させて開設されており、弁室2
には出力ポート5が開口している。
Figures 1 and 2 show three directional control valves of the present invention.
A first embodiment is shown in which a port valve is used, and a valve body 1 is constructed by integrating body portions 1a and 1b by appropriate means, and a valve seat 2 is formed inside. An inlet port 3 and a discharge port 4 communicating with the valve chamber 2 are opened in the main body members 1a and 1b with their valve seats 3a and 4a facing each other, and the valve chamber 2
An output port 5 is open to the.

上記本体部材1a,1bの周壁には、等長の圧
電アクチユエータ7,8,9の一端近くが気密
に、かつ階層的に嵌着されており、これらの圧電
アクチユエータ7,8,9の他端には、後述する
弁体10が圧電アクチユエータと一体移動するよ
うに設けられている。圧電アクチユエータ7,
8,9は、基板11の両面に電圧の印加極性によ
つて互いに伸縮する圧電素子12a,12bを張
り合わせて構成されるバイモルフ型等のもので、
所定の極性で電圧が印加されると一方向に歪曲
し、電圧の印加を解除するかまたは逆極性の電圧
を印加すると、上記と反対の方向に歪曲するもの
で、圧電アクチユエータ7,8,9の極性は、す
べて同一にされている。
Near one ends of piezoelectric actuators 7, 8, 9 of equal length are fitted airtightly and hierarchically into the peripheral walls of the main body members 1a, 1b, and the other ends of these piezoelectric actuators 7, 8, 9 are fitted in a hierarchical manner. A valve body 10, which will be described later, is provided so as to move together with the piezoelectric actuator. piezoelectric actuator 7,
Reference numerals 8 and 9 are of a bimorph type or the like, which are constructed by pasting piezoelectric elements 12a and 12b on both sides of a substrate 11, which expand and contract depending on the polarity of voltage application.
When a voltage with a predetermined polarity is applied, the piezoelectric actuators 7, 8, 9 are distorted in one direction, and when the voltage is removed or a voltage of the opposite polarity is applied, the piezoelectric actuators 7, 8, 9 are distorted in the opposite direction. All have the same polarity.

上記弁体10は、第1図及び第3図に示すよう
に、弁座3a,4aに当接する弁部材14、並び
に該弁部材14の長手方向の両側に嵌合した弾性
材料よりなる弁枠15,16及び該弁枠15,1
6間の連結枠17を備え、弁枠15,16の端部
に形設された縮径部15a,16aが弁部材14
両端の嵌合部14a,14aに嵌着することによ
つて、弁部材14と枠15,16,17が一体に
されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the valve body 10 includes a valve member 14 that abuts the valve seats 3a and 4a, and a valve frame made of an elastic material fitted on both sides of the valve member 14 in the longitudinal direction. 15, 16 and the valve frame 15, 1
The valve member 14 is provided with a connecting frame 17 between the valve frames 15 and 16, and reduced diameter portions 15a and 16a formed at the ends of the valve frames 15 and 16 are connected to the valve member 14.
The valve member 14 and the frames 15, 16, 17 are integrated by fitting into the fitting portions 14a, 14a at both ends.

上記枠15,16,17は、いずれも圧電アク
チユエータの基材11の歪曲端11aが若干の間
〓を有して挿入される挿入孔18,……が開設さ
れており、弁部材14が挿入孔18,……に挿入
された歪曲端11aの貫通孔11bを挿通するこ
とによつて、弁体10が圧電アクチユエータ7,
8,9と一体化され、該弁体10は、弁室2内に
縮設された復帰ばね19によつて、弁座4aを開
放する方向に付勢されている。
Each of the frames 15, 16, 17 has an insertion hole 18, into which the bent end 11a of the base material 11 of the piezoelectric actuator is inserted with a slight gap, and into which the valve member 14 is inserted. By passing through the through hole 11b of the distorted end 11a inserted into the holes 18, .
8 and 9, the valve body 10 is biased by a return spring 19 contracted within the valve chamber 2 in a direction to open the valve seat 4a.

圧電アクチユエータ7,8,9は、第4図に示
すように、抵抗器20とともに電源に並列に接続
され、アクチユエータ8及び9の回路には、抵抗
器21及び21,22がそれぞれ直列に接続され
ており、これによつて圧電アクチユエータ9,
8,7に印加される電圧が順次増加してアクチユ
エータ9,8,7の変位量が順次大きくなるよう
にされ、圧電アクチユエータ9の変位量は、弁座
4aを閉鎖するに足るものにしている。
As shown in FIG. 4, the piezoelectric actuators 7, 8, and 9 are connected in parallel to a power supply together with a resistor 20, and resistors 21, 21, and 22 are connected in series to the circuits of the actuators 8 and 9, respectively. As a result, the piezoelectric actuator 9,
The voltage applied to actuators 8 and 7 is sequentially increased so that the amount of displacement of actuators 9, 8, and 7 becomes larger in order, and the amount of displacement of piezoelectric actuator 9 is made sufficient to close valve seat 4a. .

第4図中符号24及び25は、圧電アクチユエ
ータの放電を促進するために付設する回路中のダ
イオード及び抵抗器である。
Reference numerals 24 and 25 in FIG. 4 are diodes and resistors in a circuit provided to promote discharge of the piezoelectric actuator.

なお、図示を省略しているが、弁座3a,4a
は、本体部材1a,1bに螺着した中空のねじ部
材に形設することができ、この場合には、ねじ部
材の進退によつて弁体10のストロークを調整す
ることができる。
Although not shown, the valve seats 3a, 4a
can be formed in a hollow screw member screwed onto the main body members 1a, 1b, and in this case, the stroke of the valve body 10 can be adjusted by moving the screw member back and forth.

上記第1実施例は、第1図に示すように、弁体
10が弁座3aを閉鎖し弁座4aを開放している
状態において、圧電アクチユエータ7,8,9に
所定の極性の電圧を印加すると、圧電アクチユエ
ータ7,8,9は本体部材1a,1bとの嵌合部
分を固定部として同一方向に歪曲するので、弁体
10は弁座3aを開放して弁座4aを閉鎖する。
したがつて、入口ポート3からの圧力流体は出口
ポート5から流出する。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a voltage of a predetermined polarity is applied to the piezoelectric actuators 7, 8, and 9 in a state where the valve body 10 closes the valve seat 3a and opens the valve seat 4a. When the voltage is applied, the piezoelectric actuators 7, 8, and 9 are distorted in the same direction using the fitting portions with the main body members 1a and 1b as fixed portions, so that the valve body 10 opens the valve seat 3a and closes the valve seat 4a.
Pressure fluid from inlet port 3 thus flows out through outlet port 5.

この場合、圧電アクチユエータ8の給電回路に
は抵抗器21が、圧電アクチユエータ9の給電回
路には抵抗器21,22がそれぞれ直列に接続さ
れているので、アクチユエータ9,8,7に印加
される電圧が順次増加し、変位量も順次大きくな
る。
In this case, the resistor 21 is connected in series to the power supply circuit of the piezoelectric actuator 8, and the resistors 21 and 22 are connected in series to the power supply circuit of the piezoelectric actuator 9, so that the voltage applied to the actuators 9, 8, and 7 is increases sequentially, and the amount of displacement also increases sequentially.

このため、圧電アクチユエータの性能に多少の
ばらつきがあつても、アクチユエータ8及び9に
は、アクチユエータ7及び7,8によつて弁座4
aを閉鎖する方向の力が作用するので、複数段設
けたアクチユエータの作用力の干渉がなく、各ア
クチユエータの作用力を有効に利用することがで
きる。したがつて、これらのアクチユエータの歪
曲端11aに設けた弁体10は、アクチユエータ
7,8,9の作用力の和よりなる大きな力で弁座
4aを閉鎖するので、流量、圧力の使用範囲を拡
大することができる。
For this reason, even if there is some variation in the performance of the piezoelectric actuators, the actuators 8 and 9 have the valve seat 4
Since a force is applied in the direction of closing a, there is no interference between the forces of the actuators provided in multiple stages, and the forces of each actuator can be used effectively. Therefore, since the valve body 10 provided at the bent end 11a of these actuators closes the valve seat 4a with a force greater than the sum of the acting forces of the actuators 7, 8, and 9, the usable range of flow rate and pressure is limited. Can be expanded.

第5図は本考案の第2実施例を示し、弁本体3
1における本体部材31a,31bの側壁32
a,32bは、弁座4aに向けて順次肉厚が厚く
され、厚さが異なる箇所毎に圧電アクチユエータ
33,34,35がそれぞれ気密に嵌着されてお
り、圧電アクチユエータ35,34,33の変位
長さを順次長くすることによつて、その変位量を
順次大きくしている。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, in which the valve body 3
Side walls 32 of main body members 31a, 31b in 1
a, 32b have a wall thickness that gradually increases toward the valve seat 4a, and piezoelectric actuators 33, 34, and 35 are hermetically fitted at each location where the thickness differs. By sequentially increasing the displacement length, the displacement amount is sequentially increased.

第2実施例の他の構成及び作用は、抵抗器2
1,22が不要なほかは第1実施例と同じである
から、図中同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
Other configurations and operations of the second embodiment include the resistor 2
Since it is the same as the first embodiment except that 1 and 22 are unnecessary, the same reference numerals are given in the drawings and detailed explanation will be omitted.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

本考案は、弁座の開閉方向に階層的に配設した
複数の圧電アクチユエータの変位量を、弁座側か
ら弁座の閉鎖方向と反対方向に向けて順次大きく
したことにより、複数のアクチユエータの作用力
が互いに干渉しないので、複数設置したアクチユ
エータの作用力を有効に利用することができ、こ
れらの圧電アクチユエータの歪曲端に連結した弁
体は、大きな作用力で弁座を閉鎖するので、圧電
アクチユエータを利用した方向切換弁の流量、圧
力の使用範囲を拡大することができる。
In this invention, the displacement of the plurality of piezoelectric actuators arranged hierarchically in the opening/closing direction of the valve seat is gradually increased from the valve seat side toward the direction opposite to the closing direction of the valve seat. Since the acting forces do not interfere with each other, the acting forces of multiple actuators installed can be used effectively.The valve body connected to the distorted end of these piezoelectric actuators closes the valve seat with a large acting force, so the piezoelectric It is possible to expand the usage range of flow rate and pressure of a directional control valve using an actuator.

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

第1図は本考案の第1実施例の縦断正面図、第
2図は同上要部の平面図、第3図は同上弁体の分
解斜視図、第4図は第1実施例の圧電アクチユエ
ータへの給電の一例を示す回路図、第5図は本考
案の第2実施例の縦断正面図である。 1,31……弁本体、2……弁室、4a……弁
座、7,8,9,33,34,35……圧電アク
チユエータ、10……弁体、11a……歪曲端。
Fig. 1 is a longitudinal sectional front view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of the main parts of the same, Fig. 3 is an exploded perspective view of the valve body, and Fig. 4 is the piezoelectric actuator of the first embodiment. FIG. 5 is a longitudinal sectional front view of the second embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31... Valve body, 2... Valve chamber, 4a... Valve seat, 7, 8, 9, 33, 34, 35... Piezoelectric actuator, 10... Valve body, 11a... Distorted end.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 弁本体の弁室に形設した弁座を、端部を上記弁
本体に固定した圧電アクチユエータに設けた弁体
で開閉する方向切換弁において、 上記圧電アクチユエータを、弁座の開閉方向に
階層的に複数配設するとともに、これらの歪曲端
に上記弁体を設け、 これらの階層的圧電アクチユエータの変位量
を、弁座側から弁座の閉鎖方向と反対方向に向け
て順次大きくし、 弁座側の圧電アクチユエータが、上記弁座を閉
鎖するに足る変位量を有している、 ことを特徴とする方向切換弁。
[Claims for Utility Model Registration] A directional control valve in which a valve seat formed in a valve chamber of a valve body is opened and closed by a valve body provided on a piezoelectric actuator whose end portion is fixed to the valve body, the piezoelectric actuator comprising: A plurality of piezoelectric actuators are arranged hierarchically in the opening/closing direction of the valve seat, and the above-mentioned valve bodies are provided at the bent ends of these piezoelectric actuators, and the displacement amount of these hierarchical piezoelectric actuators is changed from the valve seat side to the direction opposite to the closing direction of the valve seat. A directional control valve, wherein the piezoelectric actuator on the valve seat side has a displacement amount sufficient to close the valve seat.
JP3487587U 1987-03-10 1987-03-10 Expired JPH0325466Y2 (en)

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JPS63142482U JPS63142482U (en) 1988-09-20
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