JPH0343501Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、積層構造のバイモルフ電歪素子を使
用して流体の流れ方向を切換える電気式切換弁に
関する。

（従来技術） 従来、この種の電気式切換弁としては、一般に
第７図に示す電気式切換弁がある。

第７図において、１は切換スプール２を摺動自
在に内蔵したバルブボデイであり、切換スプール
２の両側には電磁ソレノイド３，４が配置され、
電磁ソレノイド３，４の非通電時は図示のように
スプリングの押圧で切換スプール２は中立位置に
置かれ、電磁ソレノイド３又４に通電するとプラ
ンジヤ５又は６が切換スプール２を押し、左また
は右の切換位置に切換わる。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の電磁ソレノイ
ドを使用した電気式切換弁にあつては、電磁ソレ
ノイドのユニツトに占める割合が大きく切換弁が
大型となり、当然に電磁ソレノイドの占めるコス
トも大きく、また切換状態では電磁ソレノイドに
通電し続けていることから消費電流が大きく発熱
の問題もあり、更に、切換スプールを切換途中の
中間位置では制御することができないという問題
があつた。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、流体の流れ方向を切換える電気式
切換弁において、駆動電圧を印加したときの発生
荷重が大き積層構造のバイモルフ圧電素子を電磁
ソレノイドに代わりに使用し、スプリングの押圧
で中立位置に置かれた切換スプールの両側に形成
したスプール液室からタンクラインに連通する排
出流路を設け、積層構造をもつたバイモルフ電歪
素子の変位置が小さいころからリンク機構で動き
を拡大して弁機構に伝え、スプール液室からの排
出流路を開閉するる構成としたものである。

（作 用） このような本考案の構成によれば、バイモルフ
電歪素子に通電すると、バイモルフ電歪素子が積
層方向に充分な駆動荷重をもつて変位ち、この変
位はリンク機構で拡大されて弁機構に伝えられて
スプール液圧室の排出流路を開放し、一方のスプ
ール液圧室がタンクラインに連通することで他方
のスプール液圧室のパイロツト液圧の作用を受け
てスプールが切換移動される。

（考案の効果） 以上の構成及び作用をもつ本考案の電気式切換
弁にあつては、次の効果が得られるる。

第１に積層構造のバイモルフ電歪素子を使用し
ていることから駆動荷重が高く、スプール切換の
ための動きを作用液圧が高くとも確実に行なうこ
とができる。

第２の積層構造によりバイモルフ電歪素子の変
位量が小さくともリンク機構による動きの拡大で
スプール切換えに充分な変位量を得ることができ
る。

第３に電磁ソレノイドに比べバイモルフ電歪素
子による切換機構は極く小さいことから切換弁を
大幅に小型軽量化できる。

第４に構造が簡単なため故障がなく、略メンテ
ナンスフリーとすることができる。

第５にバイモルフ電歪素子の駆動は電圧の印加
だけで良く、電流消費が略零であり、消費電力の
節減と発熱防止を図ることができる。

第６にバイモルフ電歪素子は印加電圧に応じて
変位量が変えられるので、切換途中の中間位置で
の制御ができる。

第７に電歪素子は電磁ソレノイドに比べ磁界を
発生しないから周辺電子機器に外乱を与えること
がない。

（実施例） 第１図は本考案の一実施例を示した断面図であ
る。

まず構成を説明すると、１０はバルブボデイで
あり、バルブボデイ１０の内部に切換スプール１
２が摺動自在に設けられ、切換スプール１２の４
箇所にランド１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ｄ
が形成されてる。切換スプール１２の両側にはス
プール液圧室１３，４が形成され、このスプール
液圧室１３，１４に対してはポンプラインＰより
絞り１５を介してパイロツト液圧が供給されてい
る。また、スプール液圧室１３，１４には切換ス
プール１２を図示の中立位置に据置くためのスプ
リング１６ａ，１６ｂが組み込まれている。

スプール液圧室１３，１４の外側にはノズル１
７，１８が形成され、ノズル１７，１８の出口側
は連通路１９，２０を介してタンクラインＴに連
通する排出流路を形成している。

ノズル１７，１８が開口した室２１，２２のそ
れぞれには積層構造のバイモルフ電歪素子を使用
した排出流路の開閉機構が設けられる。即ち、２
３，２４は績層構造をもつたバイモルフ電歪素子
であり、外部から駆動電圧を印加すると電歪現象
により積層方向の変位を生ずる。

第２図は第１図の実施例で用いるバイモルフ電
歪素子の印加電圧に対する績層方向の変位量を示
した図であり、印加電圧が大きくなるにつれて変
位量も増加しており、更に電圧を印加してから下
げた場合は破線で示す変位量の変化を起こすヒス
テリシス特性をもつている。

第３図は績層構造をもつたバイモルフ電歪素子
の変位量に対する発生荷重Ｆを示したもので、、
変位量に対し発生荷重Ｆは反比例の関係にあり、
例えば変位量18μmまでで10Kg以上という充分な
駆動荷重を得ることができる。

再び第１図を参照するに、積層構造をもつたバ
イモルフ電歪素子２３，２４はその変位量を拡大
するリンク機構２５，２６に装着される。このリ
ンク機構２５，２６は支持アーム部２７との連結
部を支点Ｐとした逆Ｌ字型のレバー２８，２９を
備え、レバー２８側を積層構造をもつたバイモル
フ電歪素子２３，２４の上部に固定し、下方に下
がつたレバー２９をノズル１７，１８に圧着して
排出流路を閉鎖している。

尚、バルブボデイ１０にはポンプラインＰ、タ
ンクラインＴ及び切換ラインＡ，Ｂが設けらら
れ、図示の中立位置で切換スプール１２のランド
１２ｂ，１２ｃにより切換ラインＡ，Ｂが閉鎖さ
れ、またポンプラインＰもタンクラインＴから切
り離されている。

次に、第１図の実施例の切換動作を説明する。

まず、積層構造をもつたバイモルフ電歪素子２
３，２４に電圧を印加していない状態では、リン
ク機構２５，２６におけるレバー２９がノズル１
７，１８を閉鎖し、このためスプール液圧室１
３，１４にはオリフイス１５を介してポンプライ
ンＰの液圧が作用したバランス状態にあり、スプ
リング１６ａと１６ｂの押圧と相まつて切換スプ
ール１２は図示の切換位置に置かれる。

次に、例えば左側に設けたバイモルフ電歪素子
２３に所定の駆動電圧を印加したとすると、第４
図に取り出して示すように、バイモルフ電歪素子
２３は積層方向に伸びる変位を生じ、バイモルフ
電歪素子２３の変位を受けてリンク機構２５のレ
バー２９が支点Ｐを中心に矢印で示すように、ノ
ズル１７を開放する拡大された動きを起こし、ス
プール液圧室１３の液圧が連通路１９を通つてタ
ンクラインＴに排出される。

このため、、スプール液圧室１３の液圧はオリ
フイス１５の発生差圧分だけ低い液圧に下がり、
切換スプール１２はポンプラインＰの液圧ががそ
のまま加わつた右側のスプール液圧室１４の液圧
とタンクラインＴに連通されて下がつたスプール
液圧室１３の液圧との差圧に応じた力を受けて左
側に移動し、ポンプラインＰを切換ラインＡに連
通すると同時に切換ラインＢをタンクラインＴに
連通した切換状態となる。

このようなスプール切換は、右側のバイモルフ
電歪素子２４に駆動電圧を印加した場合も同様に
して行なわれ、切換スプール１２が右側に移動し
てポンプラインＰを切換ラインＢに連通すると同
時に、切換ラインＡをタンクラインＴに連通する
切換状態となる。

第５図は本考案の他の実施例を示した断面図で
あり、この実施例はリンク機構２５，２６におけ
るレバー２９の先端に針弁２７，２８を装着し、
この針弁２７，２８でノズル１７，１８を開閉す
るようにしたことを特徴とし、第１図のようにレ
バー２９で直接、ノズル１７，１８を開閉する場
合に比べ、開閉作動をより確実に行なうことがで
きる。尚、他の構成は第１図の実施例と同じであ
ることから、同一番号を付してその説明は省略す
る。

第６図は本考案の他の実施例を示した断面図で
あり、その実施例ではバイモルフ電歪素子の動き
をリンク機構に拡大してパイロツトスプールを作
動することによりメインスプールの切換えを行な
うようにしたことを特徴とする。

第６図において、切換スプール１２の両側に形
成されたスプリング１６ａ，１６ｂを内蔵したス
プール液圧室１３，１４は第１図の実施例と同じ
であるが、スプール液圧室１３，１４にパイロツ
トライン２８，２９を連通し、このパイロツトラ
イン２８，２９をランド３０ａ，３０ｂと有する
パイロツトスプール３０でポンプラインＰとタン
クラインＴに対して切換るようにしている。パイ
ロツトスプール３０の左側に形成された室３１に
は積層構造をもつたバイモルフ電歪素子３２と、
バイモルフ電歪素子３２の積層方向の変位量を拡
大するリンク機構３３が設けられ、このリンク機
構３３は逆Ｌ字型のレバー２８，２９の中央をバ
イモルフ電歪素子の上部に固定し、水平なレバー
２８の端部を支持アーム部２７に連結すると共
に、下側に下がつたレバー２９の先端にパイロツ
トスプール３０をワイヤ３４により連結してい
る。

この実施例で、バイモルフ電歪素子３２に対し
ては極性の異なつた駆動電圧を印加するようにし
ており、例えば駆動電圧の印加でバイモルフ電歪
素子３２が積層方向に伸びると共に、駆動電圧の
極性を反転すると、バイモルフ電歪素子３２は積
層方向に縮むようになる。

次に、第６図の実施例の切換動作を説明する。

まず、バイモルフ電歪素子３２に駆動電圧を印
加していないときには、パイロツトスプール３０
は図示の中立位置に置かれ、パイロツトライン２
８，２９をポンプラインＰ及びタンクラインＴか
ら切り離している。従つて、切換スプール（メイ
ンスプール）１２は両側のスプリング１６ａと１
６ｂによる荷重バランスで図示の中立位置に置か
れる。

次に、バイモルフ電歪素子３２に積層方向に変
位量を生ずる極性の駆動電圧を印加したとする
と、リンク機構３３による変位量の拡大をもつて
ワイヤ３４を介してパイロツトスプール３０は右
側に移動し、パイロツトライン２９にポンプライ
ンＰを連通すると共に、パイロツトライン２８に
タンクラインＴを連通する。このため、スプール
液圧室１４にポンプラインＰの液圧が加わり、切
換スプール１２は左側の移動してポンプラインＰ
を切換ラインＡに連通すると同時に切換ラインＢ
をタンクラインＴに連通する切換状態となる。

一方、バイモルフ電歪素子３２に対する駆動電
圧の極性を反転すると、バイモルフ電歪素子３２
は積層方向に縮み、この変位をリンク機構３３で
拡大してワイヤ３４を介してパイロツトスプール
３０を左側に移導する。このため、パイロツトラ
イン２８がポンプラインＰに連通されると同時
に、パイロツトライン２９はタンクラインＴに連
通し、左側のスプール液圧室１３にポンプライン
Ｐの液圧が加わることで切換スプール１２を右側
に移動し、ポンプラインＰを切換ラインＢに連通
すると同時に、切換ラインＡをタンクラインＴに
連通した切換状態となる。

尚、上記の実施例はバイモルフ電歪素子に所定
の駆動電圧を印加させて切換スプールのオン・オ
フ切換を例にとるものであつたが、第２図のグラ
フから明らかなように、駆動電圧に応じて変位量
が変わることから、駆動電圧の調整で切換スプー
ルを切換位置の途中に制御することができる。

また、本考案は上記の実施例に限定されず、従
来の切換弁における電磁ソレノイドに代えて、上
記の実施例に示した積層構造のバイモルフ電歪素
子と、拡大リンク機構を備えたものをすべて含
む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示した断面図、第
２図は第１図の実施例で用いるバイモルフ電歪素
子の駆動電圧に対する変位置を示したグラフ図、
第３図はバイモルフ電歪素子の変位量に対する発
生荷重を示したグラフ図、第４図は第１図の実施
例の切換状態を示した部分断面図、第５図は針弁
を用いた本考案の他の実施例を示した断面図、第
６図はパイロツトスプールを用いた本考案の他の
実施例を示した断面図、第７図は従来例を示した
断面図である。 １０：バルブボデイ、１２：切換スプール、１
２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：ランド、１３，
１４：スプール液圧室、１５：絞り、１６ａ，１
６ｂ：スプリング、１７，１８：ノズル、１９，
２０：連通路、２３，２４，３２：バイモルフ電
歪素子、２５，２６：リンク機構、２７：保持ア
ーム部、２８，２９：レバー、３０：パイロツト
スプール、３４：ワイヤ、３５，３６：パイロツ
トライン、４０，４２：針弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 流体の流れ方向を切換える電気式切換弁に於
   いて、 スプリングの押圧で中立位置に支持された切
   換スプールと；該切換スプールの両端に形成さ
   れたスプール液圧室と；該スプール液圧室に供
   給されたパイロツト液圧を排出する排出流路
   と、；積層構造を有し駆動電圧の印加で積層方
   向に変位するバイモルフ電歪素子と、該バイモ
   ルフ電歪素子の変位を拡大する為に一端をバイ
   モルフ電歪素子に接合し一部を支持アーム部２
   ７と弾性変形により回動可能に固定された支点
   を有するレバー２８，２９を備え、上記バイモ
   ルフ電歪素子とレバー２８の接合部も弾性変形
   により回動可能に固定された支点となるリンク
   機構と、該リンク機構により前記排出流路を開
   放又は閉鎖して前記切換スプール切換位置に移
   動させる弁機構とを備えたことを特徴とする電
   気式切換弁。 (2) 前記スプール液圧室の排出流路をノズル構造
   とし、前記バイモルフ電歪素子の変位をリンク
   機構で拡大して該ノズルを開閉する構造とした
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の電気式切換弁。 (3) 前記弁機構は前記バイモルフ電歪素子の変位
   を拡大したリンク機構により作動されるパイロ
   ツトスプール弁を有し、該パイロツトスプール
   で前記スプール液圧室のいずれか一方にパイロ
   ツト液圧を供給すると共に他方をタンクライン
   に連通するようにしたことを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の電気式切換弁。