JPH0356342B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電歪素子を用いた弁に関し、特に、
電歪素子の弯曲変形によつて弁体を駆動する構造
の電歪素子を用いた弁に関する。

［従来の技術］ 通常、電歪素子によつて弁体を駆動する構造の
弁においては、弁体の比較的大きな変位を実現す
るため、いわゆるバイモルフ構造の電歪素子が用
いられる。

すなわち、所定の金属板を介して圧電磁器など
を貼り合わせ、さらに、各々の圧電磁器の表面に
電極を被着させて電歪素子を構成し、金属板と電
極との間に所定の直流電圧を印加することによつ
て、一方の圧電磁器の伸び変形と他方の圧電磁器
の縮変形を同時に発生させ、電歪素子全体を所定
の厚さ方向に弯曲させるとともに、印加される直
流電圧の極性を逆にすることにより、弯曲の方向
が逆転されるようにしたものである。

また、金属板の一面に圧電磁器などを貼り付け
た、いわゆるユニモルフ構造のものでも、同様に
上記のような弯曲変形を得ることができる。

このような電歪素子によつて弁体を駆動する構
造の弁では、弁の駆動電力の低減や小型化、さら
には動作時の騒音の低減などが可能であり、実用
上種々の利点を有するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、一般にバイモルフまたはユニモ
ルフ構造の電歪素子によつて弁体を駆動する構造
では、弁体の変位量が比較的小さい上に、弁体を
弁座などに押圧する付勢力が比較的小さく、さら
に、電歪素子の弯曲変形による付勢力が時間の経
過とともに弛緩されたり、変形を繰り返す間に電
歪素子自体の形状が変化するため、弁体と弁座の
密着状態、すなわち弁の閉止状態を安定かつ確実
に維持できず、流体の漏洩を生じやすいという問
題がある。

本発明の目的は、閉止状態を安定かつ確実に維
持することが可能な電歪素子を用いた弁を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、組立および保守作業を簡
便に行うことが可能な電歪素子を用いた弁を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の電歪素子を用いた弁は、本体と、この
本体の内部に形成された弁体室と、弁体室の内部
に互いに対向して開口された入口流路および排気
流路と、弁体室の所望の位置に開口された出口流
路と、弁体室における入口流路および排気流路の
開口部にそれぞれ突設された第１および第２の弁
座と、強磁性体からなる金属板の両側面に圧電磁
器および電極がそれぞれ被着され、第１および第
２の弁座の間に配置される電歪素子と、この電歪
素子の第１および第２の弁座に臨む両側面に固定
され、当該電歪素子の弯曲変形によつて、第１お
よび第２の弁座に対する互いに逆の接離動作を行
う第１および第２の弁体と、第１の弁座の近傍に
設けられ、第１の弁体が入口流路の第１の弁座に
密着する方向に電歪素子を吸引する第１の磁力印
加手段と、第２の弁体が排気流路の第２の弁座に
密着する方向に電歪素子を吸引する第２の磁力印
加手段と、電歪素子を挟持し、電歪素子の作動方
向における固定位置を外部から制御する弾性部材
および調整ねじとを備えてなるものである。

［作用］ 上記した手段によれば、電歪素子の弯曲変形に
よる押圧力に加えて、第１および第２の磁力印加
手段から電歪素子に作用する比較的大きく、経時
的に安定な付勢力によつて、第１および第２の弁
体の第１および第２の弁座に対する密着力（シー
ト力）が、経時的に安定に確保され、弁の閉止状
態を安定かつ確実に維持することができる。

また、電歪素子の作動方向における固定位置を
外部から制御する弾性部材および調整ねじを備え
ているので、組立時における電歪素子の形状のば
らつきや、使用中の電歪素子の形状の経時変化を
容易に補正することができ、組立および保守作業
を簡便に行うことが可能となる。

実施例 １ 第１図は、本発明の一実施例である電歪素子を
用いた弁の断面図である。

本実施例の弁の本体１は上部本体１ａと下部本
体１ｂとをねじ（図示せず）などで結合した多層
状構造である。

本体１の内部には弁体室Ａが形成され、この弁
体室Ａには、本体１の壁面を貫通して入口流路２
が形成されている。この入口流路２の弁体室Ａの
内部における開口部には、たとえばゴムなどから
なる弁座３（第１の弁座）が設けられている。

また、入口流路２と対向する位置には、本体１
の壁面を貫通して排気流路４が形成され、この排
気流路４の弁体室Ａの内部における開口部にはゴ
ムなどからなる弁座５（第２の弁座）が設けられ
ている。

前記弁座３と弁座５との間には、一端の両面に
弁体６（第１の弁体）および弁体７（第２の弁
体）が係止された板状の電歪素子８が位置されて
おり、この電歪素子８の他端部は、絶縁片９およ
び絶縁片１０を介して、コイルばね１１と本体１
に螺着される調整ねじ１２とによつて挟持される
ことにより本体１に片持ち式に支持されている。

そして、調整ねじ１２を適宜回動させることに
より、対向する弁体６および７と弁座３および５
との間〓が所望の状態に調整されるものである。

この電歪素子８は、たとえば、第２図に示され
るように、金属板８ａを介して、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（PZT）系の磁器などからなる圧電磁器
８ｂおよび圧電磁器８ｃを貼り合わせ、さらに、
圧電磁器８ｂおよび８ｃの各々の表面には焼付な
どによつて銀などの電極８ｄおよび電極８ｅが被
着された、いわゆるバイモルフとして構成されて
いる。

電歪素子８を構成する前記金属板８ａは、たと
えば軟鋼板などの強磁性体で構成されている。

そして所定の直流電源V_Dから、金属板８ａと
電極８ｄおよび８ｅとの間に所望の極性で直流電
圧を印加することにより、破線で示されるような
所望の方向への弯曲変形が得られ、電歪素子８に
係止されている弁体６および７の弁座３および５
に対する着脱動作が実現されるものである。

この場合、入口流路２の弁座３の周囲には、永
久磁石などの磁力印加手段１３（第１の磁力印加
手段）が設けられ、電歪素子８を構成する、強磁
性体からなる金属板８ａに磁力を作用させること
により、弁体６を弁座３に接近させる方向に付勢
力が発生する構造となつている。

また、入口流路２と対向する排気流路４の弁座
５の周囲には、永久磁石などの磁力印加手段１４
（第２の磁力印加手段）が設けられ、電歪素子８
を構成する金属板８ａに磁力を作用させることに
より、弁体７を弁座５に密着させる方向に付勢力
が発生する構造となつている。

また、本体１の壁面には、弁体室Ａと外部とを
連通させる出口流路１５が形成されており、入口
流路２から弁体室Ａの内部に流入する圧縮空気な
どが出口流路１５を通じて外部に供給されるよう
に構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、電歪素子８に対して直流電源V_Dから電
圧を印加せず、電歪素子８が真直な自然状態で、
調整ねじ１２を適宜回動させて電歪素子８の位置
を調整することにより、電歪素子８に係止された
弁体６が入口流路２の弁座３に当接される。

そして、電歪素子８の金属板８ａと電極８ｄお
よび８ｅとの間に所定の極性の直流電圧を印加
し、該電歪素子８を、コイルばね１１と調整ねじ
１２とによつて挟持された端部を支点として、弁
体６が入口流路２の弁座３に接近する方向の弯曲
変形を発生させることにより、弁体６は、経時的
に安定な磁力印加手段１３の付勢力および電歪素
子８の弯曲変形による押圧力によつて弁座３に密
着され、入口流路２が確実に閉止される。

次に、電歪素子８の金属板８ａと電極８ｄおよ
び８ｅとの間に前述の場合と逆の極性の直流電圧
を印加すると、該電歪素子８は、コイルばね１１
と調整ねじ１２とによつて挟持された端部を支点
として、磁力印加手段１３の磁力に抗して排気流
路４の弁座５の側に弯曲し、弁体６が弁座３から
離脱されて入口流路２が開放されるとともに、磁
力印加手段１４の付勢力および電歪素子８の弯曲
変形による押圧力によつて弁体７が弁座５に密着
して排気流路４が閉止され、外部から入口流路２
を作用する圧縮空気は弁体室Ａを介して出口流路
１５に流入し、該出口流路１５に接続されている
図示しないシリンダ装置などが駆動される。

さらに、電歪素子８に印加される直流電圧の極
性を逆転させると、電歪素子８は、弁体６を弁座
３に密着させる方向に再び変形し、磁力印加手段
１３の付勢力および電歪素子８の弯曲変形による
押圧力によつて弁体６が弁座３に密着し、入口流
路２が安定かつ確実に閉止されると同時に、弁体
７が弁座５から離脱して排気流路４が開放され、
出口流路１５および弁体室Ａの内部の残圧などが
速やかに外部に排出される。

また、稼働中において電歪素子８の形状に経時
変化が生じた場合には、外部から適宜調整ねじ１
２を回動させ、電歪素子８の位置を当該経時変化
を打ち消す方向に移動させることで、常時、最適
な電歪素子８の状態を維持することができる。

このように、本実施例においては、経時的に安
定な磁力印加手段１３の付勢力および電歪素子８
の弯曲変形による押圧力によつて弁体６を弁座３
に密着させることにより入口流路２の閉止が行わ
れる構造であるため、たとえば、入口流路２の閉
止を電歪素子８の弯曲変形による比較的小さく不
安定な押圧力のみによつて行う場合などに比較し
て、弁体６と弁座３とを比較的大きな力で密着さ
せることができるとともに、開閉動作を繰り返す
間に、電歪素子８に残留する歪などに起因して弁
体６を弁座３に密着させる力が経時的に不安定と
なることがなく、弁体６と弁座３との密着、すな
わち入口流路２の閉止が、長時間にわたつて安定
かつ確実に行われ、入口流路２の閉止状態におけ
る圧縮空気などの流体の漏洩を防止できる。

また、上述したように調整ねじ１２を外部から
回転させるという簡単な操作で、組立調整や保守
管理作業を簡便かつ的確に行うことができる。

実施例 ２ 第３図は、本発明の他の実施例である電歪素子
を用いた弁の断面図である。

本実施例においては、本体１の内部の弁体室Ａ
に位置される電歪素子８の中央部の両面に弁体６
および７が係止され、両端部をコイルばね１１ａ
と調整ねじ１２ａおよびコイルばね１１ｂと調整
ねじ１２ｂとでそれぞれ挟持されることによつて
本体１に両持ち式に支持されているものである。

また、電歪素子８とコイルばね１１ａおよび１
２ａとの間には、絶縁片９ａおよび１０ａが介設
され、同様に、電歪素子８とコイルばね１１ｂお
よび調整ねじ１２ｂとの間には絶縁片９ｂおよび
絶縁片１０ｂが介設されている。

本実施例２の両持ち式の構造においても、前記
実施例１の片持ち式の構造の場合と同様の効果を
得ることができる。

なお、本発明は、前記実施例になんら限定され
るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることは言うまでもない。

たとえば、電歪素子に係止された弁体の周辺に
強磁性体を配設し、この強磁性体に対して磁力印
加手段から磁力を作用させることにより、弁体を
弁座に密着させる方向の付勢力を得る構造として
もよい。

また、電歪素子としては、バイモルフを多重に
して用いてもよく、あるいはユニモルフなどであ
つてもよい。

［発明の効果］ (1) 本体と、この本体の内部に形成された弁体室
と、弁体室の内部に互いに対向して開口された
入口流路および排気流路と、弁体室の所望の位
置に開口された出口流路と、弁体室における入
口流路および排気流路の開口部にそれぞれ突設
された第１および第２の弁座と、強磁性体から
なる金属板の両側面に圧電磁器および電極がそ
れぞれ被着され、第１および第２の弁座の間に
配置される電歪素子と、この電歪素子の第１お
よび第２の弁座に臨む両側面に固定され、当該
電歪素子の弯曲変形によつて、第１および第２
の弁座に対する互いに逆の接離動作を行う第１
および第２の弁体と、第１の弁座の近傍に設け
られ、第１の弁体が入口流路の第１の弁座に密
着する方向に電歪素子を吸引する第１の磁力印
加手段と、第２の弁体が排気流路の第２の弁座
に密着する方向に電歪素子を吸引する第２の磁
力印加手段と、電歪素子を挟持し、電歪素子の
作動方向における固定位置を外部から制御する
弾性部材および調整ねじとを備えてなる構造で
あるため、電歪素子の弯曲変形による押圧力に
加えて、第１および第２の磁力印加手段から電
歪素子に作用する比較的大きく、経時的に安定
な付勢力によつて、第１および第２の弁体の第
１および第２の弁座に対する密着力（シート
力）を、経時的に安定に確保することが可能と
なり、弁の閉止状態を安定かつ確実に維持する
ことができる。

また、電歪素子の作動方向における固定位置
を外部から制御する弾性部材および調整ねじを
備えているので、組立時における電歪素子の形
状のばらつきや、使用中の電歪素子の形状の経
時変化を容易に補正することができ、組立およ
び保守作業を簡便に行うことが可能となる。

(2) 前記(1)の結果、電歪素子が弁として必要なシ
ート力による応力弛緩や繰り返し変形による曲
がりなどの歪みを生じても、電歪素子自体の弯
曲変形と第１および第２の磁力印加手段からの
付勢力とにより、入口流路および排気流路を確
実かつ安定に閉止できるとともに、電歪素子の
作動方向における固定位置を外部から制御する
弾性部材および調整ねじによつて当該電歪素子
の動作位置を適切に補正でき、初期シート力を
維持できる。

(3) 前記(1)，(2)の結果、電歪素子を用いた弁の動
作の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電歪素子を用
いた弁の断面図、第２図は電歪素子の拡大略断面
図、第３図は本発明の他の実施例である電歪素子
を用いた弁の断面図である。 １…本体、１ａ…上部本体、１ｂ…下部本体、
２…入口流路（流体通路）、３…弁座（第１の弁
座）、４…排気流路、５…弁座（第２の弁座）、６
…弁体（第１の弁体）、７…弁体（第２の弁体）、
８…電歪素子、８ａ…金属板、８ｂ，８ｃ…圧電
磁器、８ｄ，８ｅ…電極、９，９ａ，９ｂ…絶縁
片、１０，１０ａ，１０ｂ…絶縁片、１１，１１
ａ，１１ｂ…コイルばね、１２，１２ａ，１２ｂ
…調整ねじ、１３…磁力印加手段（第１の磁力印
加手段）、１４…磁力印加手段（第２の磁力印加
手段）、１５…出口流路、Ａ…弁体室、V_D…直流
電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 本体と、この本体の内部に形成された弁体室
   と、前記弁体室の内部に互いに対向して開口され
   た入口流路および排気流路と、前記弁体室の所望
   の位置に開口された出口流路と、前記弁体室にお
   ける前記入口流路および排気流路の開口部にそれ
   ぞれ突設された第１および第２の弁座と、強磁性
   体からなる金属板の両側面に圧電磁器および電極
   がそれぞれ被着され、前記第１および第２の弁座
   の間に配置される電歪素子と、この電歪素子の前
   記第１および第２の弁座に臨む両側面に固定さ
   れ、当該電歪素子の弯曲変形によつて、前記第１
   および第２の弁座に対する互いに逆の接離動作を
   行う第１および第２の弁体と、前記第１の弁座の
   近傍に設けられ、前記第１の弁体が入口流路の第
   １の弁座に密着する方向に前記電歪素子を吸引す
   る第１の磁力印加手段と、前記第２の弁体が排気
   流路の第２の弁座に密着する方向に前記電歪素子
   を吸引する第２の磁力印加手段と、前記電歪素子
   を挟持し、当該電歪素子の作動方向における固定
   位置を外部から制御する弾性部材および調整ねじ
   とを備えてなる電歪素子を用いた弁。