JPH0637943B2

JPH0637943B2 - 三方弁

Info

Publication number: JPH0637943B2
Application number: JP61056645A
Authority: JP
Inventors: 政吉川田
Original assignee: エヌオーケー株式会社
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPS62215176A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は三方弁に関し、特に、弁の切換えに圧電性素
子を用いた三方弁に関するものである。

〔従来技術およびその問題点〕

現在、圧電性素子を用いた弁としては、特開昭６０年第
１２９４８１号公報、特開昭６０年第１２９４８２号公
報および特開昭６０年第１３６６８０号公報に示されて
いるものが知られているが、これらのものにあっては、
圧電性素子の電圧印加時の変位を直接に液圧変換して圧
電性素子の電圧印加時の変位を拡大して取出すようにな
っているが、液圧変換のための機構が大型化し、弁の全
体が大きくなってしまうとともに、圧電性素子の電圧印
加時の変位は微小であるために精度が充分でないという
問題点を有していた。

この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決
してものであって、弁全体をを小型とすることができる
とともに、圧電性素子の電圧印加時の変位を確実に取出
すことのできる三方弁を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は前記の問題点を解決するために、本体内に、
互いに先端が対向し、かつ、軸線が上下方向にずれた状
態で後端が温度補償部材を介して取り付けられ、調整ね
じによって互いに接離する方向に調整可能であり、か
つ、電圧の印加時に互いに接近する方向に変位する一対
のの圧電性素子を配設し、該一対の圧電性素子の先端間
に、それらとの間に上下方向にずれた状態のスチールボ
ールを介在した状態で位置するとともに、両圧電性素子
の軸線間で前記本体に枢着されたアーマチュアと、該ア
ーマチュアに連結されたアームとからなり、前記圧電性
素子の変位を拡大するためのテコ機構を配設し、前記テ
コ機構によって作動され、弁体で第１流路と第２流路と
を切り換えるとともに、前記両圧電性素子への非電圧印
加時に、付勢部材によって前記弁体が直接付勢されて一
方の流路のみを開放した状態に保持されるとともに、電
圧印加時に、前記付勢部材の付勢力に抗して他方の流路
のみを開放するという手段を採用したものである。

〔作用〕

上記の手段を採用したことによりこの発明は、圧電性素
子の微小な変位を拡大することにより大きな変位として
弁体を移動させることができ、しかも、周囲の環境の温
度変化に影響されることなく弁を開閉させることができ
るととなる。

〔実施例〕

以下、図面に示すこの発明の実施例について説明する。

第１図にはこの発明による三方弁の一部断面図が、ま
た、第２図には作動要素の拡大図がそれぞれ示されてい
て、ボディ１と、その上部に設けられたケース２とから
なる本体３の内部に、圧電性素子４の配設室５および弁
室６が形成されているとともに、前記圧電性素子４の配
設室５と弁室６との間は連通部７を介して連通され、ま
た、本体３自体、特にケース２は低熱膨張係数の材質に
より形成されている。

そして、前記本体３に設けられた圧電性素子４の配設室
５内の両側には、本体３を構成する材質の熱膨張係数の
約３倍の熱膨張係数を有するとともに、調整ねじ８、８
によって調整可能となっている台座９、９をそれぞれ設
け、この両台座９、９のの先端には、圧電性素子（ＰＺ
Ｔ）４、４の後端をそれぞれ固着して、両圧電性素子
４、４の先端を対向させるとともに、両圧電性素子４、
４を前記調整ねじ８、８によって水平方向に移動可能と
し、しかも、両圧電性素子４、４は、その軸線が第１図
および第２図において示すように互いに上下方向にずれ
るように前記台座９、９に設けてある。

そして、前記両圧電性素子４、４の先端間にはテコ機構
を構成するとともに、アーム１０と連結されているアー
マチュア１１が位置し、このアーマチュア１１は前記両
圧電性素子４、４の軸線間に位置する部分が前記本体１
のケース２との間でシャフト１２で枢着され、さらに、
前記両圧電性素子４、４の先端にそれぞれボール受け１
９、１９が設けられ、この各ボール受け１９、１９と、
前記アーマチュア１１の側部との間にはスチールボール
１８、１８がそれぞれ位置している。

そして、前記アーマチュア１１に一端が連結されたアー
ム１０は前記連通部７内を延びて、その他端が前記弁室
６に至り、また、前記圧電性素子４、４の配設室５と、
弁室６との間の連通部７において、前記アーム１０とア
ーマチュア１１との連結部と、前記本体３のボディ１と
ケース２との連結部との間にはダイアフラム１３が設け
られていて、前記弁室６と圧電性素子４、４の配設室５
との間の連通は阻止されている。

前記弁室６内において、前記アーム１０の他端には、弁
体１４がピン１５によって枢着されていて、前記アーム
１０に対して回動可能となっており、また、前記弁室６
内に開口するように前記本体３のボディ１に螺着された
一対のノズル１６、１６と、このノズル１６、１６の孔
１６ａ、１６ｂと連通するように本体３のボディ１に穿
設された孔２０、２１、２２によって流体の流路が形成
されている。

すなわち、孔２０、ノズル１６の孔１６ａ、弁室６の内
部および孔２１からなる第１流路と、孔２２、ノズル１
６の孔１６ｂ、弁室６の内部および孔２１からなる第２
流路とが形成されている。

また、前記アーム１０の他端に枢着された弁体１４は、
それ１４と一方のノズル１６との間に配設されたばね１
７によって第１流路を閉塞するように付勢されている。

なお、２３は前記圧電性素子に電圧を印加するための端
子、２４はガイドピンである。

そして、上記のように構成されているものを作動させる
場合について説明すると、第２図には作動要素の拡大が
示されていて、まず、端子２３を介して前記両圧電性素
子４、４に電圧を印加すると、この印加電圧に応じて前
記両圧電性素子４、４が変位して矢印Ａで示す方向に先
端が伸張する。

したがって、前記両圧電性素子４、４の先端が伸長変位
するとスチールボール１８、１８を介して、前記アーマ
チュア１１をそれぞれ押圧することになるが、この場
合、既述のように、両圧電性素子４、４の先端に位置す
るスチールボール１８、１８の位置、すなわち、押圧位
置がアーマチュア１１の枢着の中心点Ｏに対して互いに
反対方向にδだけずれており、その位置において押圧方
向が反対側となっているので、両圧電性素子４、４への
電圧印加時に両圧電性素子４、４が伸長した際には、前
記アーマチュア１１は矢印Ｂの方向に回動され、これに
よって、アーマチュア１１に連結されたアーム１０も一
体に同一方向に回動する。

そして、前記アーム１０の他端には弁体１４が枢着され
ており、しかも、ノズル１６との間に張設されたばね１
７によって一方の流路を閉塞している第１図および第２
図に示す状態から、前記ばね１７の付勢力に抗して移動
して前記一方の流路を開放するとともに、他方の流路を
閉塞する。

この状態は、前記圧電性素子４、４に電圧が印加されて
いる間継続して行われる。

したがって、本体１に穿設した孔２０と孔２１との間の
第１流路は開放されるとともに、孔２１と孔２２との間
の第２流路が閉塞されることとなり、これによって流路
を確実に切換えることができるものである。

この場合、圧電性素子に印加する電圧、変位量および発
生する力との関係は第３図および第４図に示すようにな
っているので最適な状態を選定して作動させるものであ
り、圧電性素子の通電電位の３７％〜５０％、通電変位
発生力の５０％前後を用いるように考慮しておけばよ
く、圧電性素子の変位量の４０〜７０倍の変位となるよ
うにテコ機構を介して拡大すれば、変位発生力は１／４
０〜１／７０に減少するが、このぐらいの設定により三
方弁として充分に機能し得るようになる。

また、弁の必要とするストローク、密封力により、その
変倍率を設定することにより、比例制御を非常に簡単に
行うことができることとなる。

こののち、再び流路を切換える場合には、前記両圧電性
素子４、４への電圧印加を停止すれば、圧電性素子４、
４は初期に状態に復帰し、これによってアーム１０への
押圧は解除し、弁体１４はばね１７の付勢力によって右
方に移動して第１流路を閉塞して、第２流路を開放する
こととなり、これによって初期の状態に復帰するととも
に、流路を切り換えるものである。

このような作動時に、周囲の環境温度が変化したとして
も、既述のように両圧電性素子４、４は本体を構成する
材質の約３倍の熱膨張係数を有する台座９、９によって
取付けられているために、圧電性素子４、４の先端とア
ーマチュア１１の枢着点との距離は変化しないこととな
る。

すなわち、圧電性素子４、４の熱膨張係数は約２９×１
０^-7であり、本体の熱膨張係数は約９〜１１×１０^-6で
あるが、この差をなくすような熱膨張係数を有する材質
で前記台座９、９が構成されているものであるため、本
体１が伸縮した場合であっても、圧電性素子も台座と一
体に伸縮し、しかも熱膨張係数のの差によって圧電性素
子の先端とアーマチュアの枢着点との距離の変化は生じ
ないものである。

そして、上記のような三方弁は、そのシンボル部は第５
図に示すようになるものである。

また、第６図は、前記三方弁を比例制御弁として用いた
場合の、電圧・流量特性を示しており、前記圧電性素子
は印加電圧に応じてその伸長量が比例的に変化するため
に印加電圧を制御するだけの簡単な設定作業で比例制御
弁として用いることができ、この場合のシンボル図は第
７図に示すようになる。

〔発明の効果〕

この発明は前記のように構成したことにより、圧電性素
子の微小な変位を拡大して正確に取出すことができ、こ
れによって作動精度の高い弁とすることができ、しか
も、圧電性素子を用いているために全体を小型とするこ
とができるとともに、周囲の環境温度の変化に対しても
圧電性素子の変位量については何等影響を受けることが
なく、さらに、比例制御も行うことができるなどのすぐ
れた効果を有するものである。

また、調整ねじによって、圧電性素子の位置が調整可能
となるようにしたことにより、その調整ねじの操作で弁
体の初期位置を容易に変更・設定することができる。さ
らに、付勢部材により弁体を直接流路に対して付勢した
ので、弁体による流路の開閉切り換え操作を確実にする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明を示し、第１図は実施例の一部断面図、
第２図は第１図のものの作動要素を示す図、第３図は圧
電性素子の印加電圧と変位量との関係を示す図、第４図
は圧電性素子の変位量と発生力との関係を示す図、第５
図はシンボル図、第６図は第１図に示すものを比例制御
弁として用いた場合の印加電圧と流量との関係を示す
図、第７図は第６図に示すもののシンボル図である。１……ボディ２……ケース３……本体４……圧電性素子５……圧電性素子の配設室６……弁室７……連通部８……調整ねじ９……台座１０……アーム１１……アーマチュア１２……シャフト１３……ダイアフラム１４……弁体１５……ピン１６……ノズル１６ａ、１６ｂ、２０、２１、２２……孔１７……ばね１８……スチールボール１９……ボール受け２３……端子２４……ガイドピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体（３）内に、互いに先端が対向し、か
つ、軸線が上下方向にずれた状態で後端が温度補償部材
（９、９）を介して取り付けられ、調整ねじ（８、８）
によって互いに接離する方向に調整可能であり、かつ、
電圧の印加時に互いに接近する方向に変位する一対の圧
電性素子（４、４）を配設し、該一対の圧電性素子
（４、４）の先端間に、それらとの間に上下方向にずれ
た状態のスチールボール（１８、１８）を介在した状態
で位置するとともに、両圧電性素子（４、４）の軸線間
で前記本体（３）に枢着されたアーマチュア（１１）
と、該アーマチュア（１１）に連結されたアーム（１
０）とからなり、前記圧電性素子（４、４）の変位を拡
大するためのテコ機構を配設し、前記テコ機構によって
作動され、弁体（１４）で第１流路と第２流路とを切り
換えるとともに、前記両圧電性素子（４、４）への非電
圧印加時に、付勢部材（１７）によって前記弁体（１
４）が直接付勢されて一方の流路のみを開放した状態に
保持されるとともに、電圧印加時に、前記付勢部材（１
７）の付勢力に抗して他方の流路のみを開放することを
特徴とする三方弁。
【請求項２】前記温度補償部材は、前記本体（３）の約
３倍の熱膨張係数を有している特許請求の範囲第１項記
載の三方弁。
【請求項３】前記テコ機構は、前記アーマチュア（１
１）の前記本体（３）との枢着点とずれた両側を、前記
両圧電性素子の変位時に押圧されることで前記アーム
（１０）は回動してその他端が前記圧電性素子（４、
４）の変位量の４０〜７０倍の変位量に拡大するように
なっている特許請求の範囲第１項記載の三方弁。