JPH0674279A - Passage area adjusting mechanism - Google Patents
Passage area adjusting mechanismInfo
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- JPH0674279A JPH0674279A JP23041292A JP23041292A JPH0674279A JP H0674279 A JPH0674279 A JP H0674279A JP 23041292 A JP23041292 A JP 23041292A JP 23041292 A JP23041292 A JP 23041292A JP H0674279 A JPH0674279 A JP H0674279A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体の変位を変位拡
大機構を用いて拡大し、その拡大した変位によりバルブ
を移動させて流路面積を変化させる流路面積可変機構に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow passage area variable mechanism for changing the flow passage area by expanding the displacement of a piezoelectric body using a displacement expanding mechanism and moving the valve by the expanded displacement.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、自動車・産業機械・プラント等の
多くの分野において、油・空気・冷却水等の流体の流量
を高精度かつ高速(リアルタイム)に制御したいという
要望がある。その流路面積を変化させるのに従来の電磁
弁では応答性・精度において問題がある。そこで、以上
を両立するものとして、ピエゾ素子等の圧電体をアクチ
ュエータに用いたものが知られている。2. Description of the Related Art Recently, in many fields such as automobiles, industrial machines and plants, there is a demand for controlling the flow rate of fluids such as oil, air and cooling water with high precision and high speed (real time). The conventional solenoid valve has a problem in response and accuracy in changing the flow passage area. In order to satisfy both of the above, a piezoelectric actuator such as a piezoelectric element is known.
【0003】圧電体は、印加された電圧に対して極めて
応答性よく伸縮を起こすため駆動源としては好適である
が、変位が極めて微小である。例えば、100枚程度の
円盤状圧電体を積層して構成した積層型圧電体でも変位
が数10ミクロン程度であるため、実用段階では変位を
拡大して利用されている。A piezoelectric body is suitable as a driving source because it expands and contracts with extremely high responsiveness to an applied voltage, but its displacement is extremely small. For example, even a laminated piezoelectric body formed by laminating about 100 disc-shaped piezoelectric bodies has a displacement of about several tens of microns, so the displacement is expanded and used in a practical stage.
【0004】この積層型圧電体の微小変位を拡大するた
めの機構として従来用いられていたのが、いわゆるパス
カルの原理を用いた拡大機構である。これは、積層型圧
電体の伸縮により駆動される大断面積のピストンの変位
を、作動油を介して小断面積のピストンに伝達し、その
断面積比に相当する変位に拡大するというものである
(例えば、特開平1−312283号の「圧電体アクチ
ュエータを備えた油圧切換弁」等参照)。これにより、
数10ミクロンの積層型圧電体の変位が、1ミリ程度の
変位として小断面積のピストンより得られる。この小断
面積ピストンによりバルブ等を移動させ、流路面積を変
化させていた。An enlargement mechanism using the so-called Pascal's principle has been conventionally used as a mechanism for magnifying a minute displacement of the laminated piezoelectric material. This is to transfer the displacement of a piston with a large cross-sectional area driven by the expansion and contraction of a laminated piezoelectric material to a piston with a small cross-sectional area via hydraulic oil, and expand it to a displacement corresponding to the cross-sectional area ratio. (For example, refer to “Hydraulic switching valve equipped with piezoelectric actuator” in Japanese Patent Laid-Open No. 1-312283). This allows
A displacement of the laminated piezoelectric substance of several tens of microns can be obtained from a piston having a small sectional area as a displacement of about 1 mm. A valve or the like was moved by this small cross-sectional area piston to change the flow passage area.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た積層型圧電体と変位拡大機構とを組み合わせた従来例
では、流路面積可変機構に加えて、パスカルの原理を用
いた変位拡大機構を備えており、それらはどちらも精密
構造を有する。その従来の変位拡大機構においては、油
もれを極力少なくしたシリンダとピストンを用いるが、
それでもシリンダ内の作動油が漏れ出すと、元々1ミリ
程度の変位しかない小断面積ピストンのストロークが減
少してしまい、正常な切替動作ができなくなってしま
う。However, in the conventional example in which the above-mentioned laminated piezoelectric body and the displacement magnifying mechanism are combined, a displacement magnifying mechanism using the principle of Pascal is provided in addition to the flow channel area varying mechanism. And they both have a fine structure. In the conventional displacement magnifying mechanism, a cylinder and piston that minimize oil leakage are used.
Even if the hydraulic oil in the cylinder leaks out, the stroke of the small cross-sectional area piston, which originally has a displacement of about 1 mm, is reduced, and normal switching operation cannot be performed.
【0006】そのため、シリンダ内からの作動油の流出
を補償するためのチェック弁機構を設け、シリンダ内の
作動油が不足したときにはチェック弁を介してシリンダ
内に給油する必要があり、その結果、構造が複雑になっ
てコストアップにもつながっていた。また、積層型圧電
体の変位を印加電圧等で制御しても、上記作動油の漏れ
によりバルブの位置を一定に定めることができないた
め、流路面積を連続的に最適な状態に切り替えられず、
制御性が劣っていた。Therefore, it is necessary to provide a check valve mechanism for compensating the outflow of hydraulic oil from the inside of the cylinder, and to supply oil into the cylinder through the check valve when the hydraulic oil in the cylinder is insufficient. The structure became complicated, leading to higher costs. Further, even if the displacement of the laminated piezoelectric body is controlled by the applied voltage or the like, the valve position cannot be fixed because of the leakage of the hydraulic oil, so that the flow passage area cannot be continuously switched to the optimum state. ,
The controllability was poor.
【0007】さらに、変位の拡大率は大断面積のピスト
ンと小断面積のピストンとの断面積比で決まるため、例
えば30倍の拡大率を得るためには断面積比も30倍に
する必要がある。従って、必ず小断面積ピストンと、そ
のの30倍の断面積を持つ大断面積ピストンが必要とな
り、また小断面積のピストンの大きさも極端には小さく
できないため、必然的に拡大機構の所要スペースも大き
くなってしまう。Further, since the magnification of displacement is determined by the cross-sectional area ratio between the piston having a large cross-sectional area and the piston having a small cross-sectional area, the cross-sectional area ratio also needs to be 30 times in order to obtain a magnification of 30 times, for example. There is. Therefore, a small cross-sectional area piston and a large cross-sectional area piston having a cross-sectional area 30 times larger than that are required, and the size of the piston with a small cross-sectional area cannot be extremely reduced. Will also grow.
【0008】そこで本発明は、簡易な構成で、所要スペ
ースも相対的に小さくすることが可能でありながら、流
路面積の可変幅も大きく設定可能かつ圧電体のストロー
クに対して流路面積を線形に変化可能な流路面積可変機
構を提供することを課題とする。In view of the above, the present invention has a simple structure, and the required space can be made relatively small, while the variable width of the flow passage area can be set large, and the flow passage area can be set with respect to the stroke of the piezoelectric body. An object of the present invention is to provide a flow path area variable mechanism that can change linearly.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の流路面積可変機構は、流体通路の一部をなす
流路溝が内周に形成されたバルブ外筒内において、該バ
ルブ外筒に内接するバルブ内筒を軸方向に摺動させるこ
とにより上記流路溝の開口状態を変化させ、流路面積を
変化可能な流路面積可変機構であって、印加された電圧
に応じて伸縮する圧電体により駆動され、該圧電体の伸
縮方向に摺動可能な摺動部材と、平板状に形成され上記
摺動部材の摺動方向と略平行にされており、その一端は
位置が固定され他端は上記摺動部材に当接され、且つ上
記圧電体への非印加状態時には初期たわみが生じるよう
に配置された弾性を有するたわみ板とを備え、上記バル
ブ内筒を、該たわみ板のたわみ中心部に当接させ、たわ
み方向に移動可能に配置すると共に、上記流路溝の形状
を、上記圧電体のストロークに対して上記流路面積が線
形に変化するよう構成したことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the flow path area varying mechanism of the present invention is characterized in that a flow path groove forming a part of a fluid passage is formed in an outer cylinder of a valve. A flow passage area variable mechanism that can change the opening state of the flow passage groove by sliding the valve inner cylinder that is inscribed in the valve outer cylinder in the axial direction to change the flow passage area according to the applied voltage. It is driven by a piezoelectric body that expands and contracts in response to the sliding member and is slidable in the expansion and contraction direction of the piezoelectric body, and is formed in a flat plate shape and is substantially parallel to the sliding direction of the sliding member. The valve inner cylinder is provided with a flexible plate having a fixed position and the other end abutting on the sliding member, and having an elastic deflection plate arranged so as to cause an initial deflection when the piezoelectric body is not applied. Can be moved in the bending direction by contacting the bending center of the bending plate. With placing, the shape of the flow path grooves, the flow passage area relative to the stroke of the piezoelectric body is characterized by being configured to vary linearly.
【0010】[0010]
【作用】本発明のショックアブソーバの流路面積可変機
構によれば、電圧を印加して圧電体を伸張させると、摺
動部材が圧電体の摺動方向に摺動し、その摺動部材に押
圧されたたわみ板は、摺動部材に当接している側の端が
他端に近づく。このように両端間の距離が短くなること
によって、たわみ板は初期たわみが生じていた側にさら
にたわみ、バルブ内筒を軸方向に移動させる。バルブ内
筒がバルブ外筒内を移動することにより流路溝の開口状
態が変化して流路面積が変化するが、流路面積は圧電体
のストロークに対して線形に変化する。従って、印加電
圧を制御することにより流路面積を連続的に最適な状態
に切り替えられ、制御性が向上する。According to the flow path area varying mechanism of the shock absorber of the present invention, when the piezoelectric body is expanded by applying a voltage, the sliding member slides in the sliding direction of the piezoelectric body, and the sliding member moves. The end of the pressed flexible plate that is in contact with the sliding member approaches the other end. By shortening the distance between the both ends in this way, the flexible plate further flexes toward the side where the initial flexure has occurred, and moves the valve inner cylinder in the axial direction. When the valve inner cylinder moves in the valve outer cylinder, the opening state of the flow path groove changes and the flow path area changes, but the flow path area changes linearly with the stroke of the piezoelectric body. Therefore, the flow path area can be continuously switched to the optimum state by controlling the applied voltage, and the controllability is improved.
【0011】一方、電圧の印加をやめると圧電体は元の
状態に復帰し、たわみ板は自身の弾性復元力によって元
の初期たわみ状態に復帰する。それに伴い、バルブ内筒
も元の位置に戻り、流路面積も元の状態に復帰する。こ
こで、たわみ板の両端の距離が短くなった変位と、たわ
み板のたわみ量との関係、すなわち変位拡大率に関して
説明する。まず、たわみ板を円弧の一部と仮想し、その
変位拡大率k1を図6(A)を参照して説明する。初期
たわみ状態(図中記号aで示す。)での曲率半径をR、
円弧の両端間の直線距離が変位△xだけ短くなった後
(図中記号bで示す。)の曲率半径をrとし、円弧の中
心部の変位分をk1・△xとすると、図6(A)に示す
幾何学的関係より、変位拡大率k1は、次式のように示
される。On the other hand, when the voltage application is stopped, the piezoelectric body returns to its original state, and the flexible plate returns to its original initial flexible state due to its elastic restoring force. Along with this, the valve inner cylinder also returns to its original position, and the flow path area also returns to its original state. Here, the relationship between the displacement at which the distance between both ends of the flexible plate is shortened and the amount of flexure of the flexible plate, that is, the displacement magnification rate will be described. First, the deflection plate is assumed to be a part of a circular arc, and the displacement magnifying power k1 will be described with reference to FIG. The radius of curvature in the initial flexure state (indicated by the symbol a in the figure) is R,
Assuming that the radius of curvature after the linear distance between both ends of the arc is shortened by the displacement Δx (indicated by the symbol b in the figure) is r and the displacement of the center of the arc is k1Δx, From the geometrical relationship shown in A), the displacement magnifying power k1 is expressed by the following equation.
【0012】[0012]
【数1】 [Equation 1]
【0013】そして、変位△x=0.025mmとした
場合の、曲率半径R及び図6(A)中の角度θと変位拡
大率k1との関係を示すグラフを図6(B)に示す。こ
のグラフからも判るように、円弧と見なした場合には、
20倍程度までの拡大率が得られる。FIG. 6B is a graph showing the relationship between the radius of curvature R and the angle θ in FIG. 6A and the displacement enlargement factor k1 when the displacement Δx = 0.025 mm. As you can see from this graph, when it is regarded as an arc,
A magnification of up to about 20 times can be obtained.
【0014】次に、たわみ板の中央付近のたわみ度合が
他の部分より大きい場合のように、三角形で近似可能な
場合の変位拡大率k2を図7(A)を参照して説明す
る。初期たわみ状態(図中記号cで示す。)から、両端
間の直線距離が変位△xだけ短くなった後(図中記号d
で示す。)の中心部の変位分をk2・△xとすると、図
7(A)に示す幾何学的関係より、変位拡大率k2は、
次式のように示される。Next, the displacement magnifying power k2 in the case where the degree of deflection near the center of the flexible plate can be approximated by a triangle, as in the case where the degree of deflection is larger than other portions, will be described with reference to FIG. 7 (A). After the initial deflection state (indicated by the symbol c in the figure), the linear distance between both ends is shortened by the displacement Δx (the symbol d in the figure).
Indicate. ), Where k2 · Δx is the displacement of the central portion, the displacement enlargement factor k2 is calculated from the geometrical relationship shown in FIG.
It is expressed as the following equation.
【0015】[0015]
【数2】 [Equation 2]
【0016】そして、△x=0.025mm、L=20
mmとした場合の、図7(A)中の角度θと変位拡大率
k2との関係を示すグラフを図7(B)に示す。このグ
ラフからも判るように、三角形と見なした場合には、2
5倍程度までの拡大率が得られる。[Delta] x = 0.025 mm, L = 20
FIG. 7B is a graph showing the relationship between the angle θ and the displacement magnifying power k2 in FIG. 7A when mm is set. As can be seen from this graph, when it is regarded as a triangle, 2
A magnification of up to 5 times can be obtained.
【0017】このように、圧電体の微小変位をたわみ板
により拡大し、そのたわみ板のたわみによりバルブ内筒
を移動させて流路面積の変更を行なうため、簡易な構成
で所要スペースも相対的に小さくすることが可能であり
ながら、十分な変位拡大率も得られ、流路面積の可変幅
も大きく設定可能かつ圧電体のストロークに対して流路
面積を線形に変化可能で制御性も向上可能である。As described above, since the minute displacement of the piezoelectric body is magnified by the flexure plate and the flexure of the flexure plate moves the valve inner cylinder to change the flow passage area, the required space is relatively small with a simple structure. Although it can be made extremely small, a sufficient displacement expansion rate can be obtained, the variable width of the flow passage area can be set large, and the flow passage area can be changed linearly with respect to the stroke of the piezoelectric body, improving controllability. It is possible.
【0018】[0018]
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図1
は本実施例の流路面積可変機構の断面図、図2は図1の
A−A断面図、図3は図2のB−B断面図であり可変バ
ルブ部周辺のみ示す。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure 1
2 is a sectional view of the flow path area varying mechanism of the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line BB of FIG.
【0019】図1に示すように、中空のシリンダ15の
下端には、略円筒形の第1ハウジング17が螺合され、
その第1ハウジング17の下端には、さらに略円筒形の
第2ハウジング18が螺合されている。シリンダ15内
には積層型圧電体27、積層型圧電体27の下端に当接
する第1ピストン30が順番に内蔵されている。As shown in FIG. 1, a substantially cylindrical first housing 17 is screwed into the lower end of the hollow cylinder 15,
A substantially cylindrical second housing 18 is screwed onto the lower end of the first housing 17. In the cylinder 15, a multi-layer piezoelectric body 27 and a first piston 30 that contacts the lower end of the multi-layer piezoelectric body 27 are sequentially installed.
【0020】また、第1ハウジング17の中央部には、
第1ピストン30の摺動突起30aが摺動可能な摺動孔
24を有する仕切り部26が設けられている。第1ピス
トン30は、仕切り部26との間にプリセットスプリン
グ35を挟み、かつ摺動突起30aを摺動孔24に挿通
した状態で配置されている。プリセットスプリング35
は加圧された状態で設置されており、第1ピストン30
を介して積層型圧電体27に押圧力を加えている円板状
のスプリングである。Further, in the central portion of the first housing 17,
A partition portion 26 having a slide hole 24 through which the slide protrusion 30a of the first piston 30 can slide is provided. The first piston 30 is arranged such that the preset spring 35 is sandwiched between the first piston 30 and the partition portion 26, and the sliding protrusion 30 a is inserted into the sliding hole 24. Preset spring 35
Is installed in a pressurized state, and the first piston 30
It is a disk-shaped spring that applies a pressing force to the laminated piezoelectric body 27 via the.
【0021】仕切り部26を挟んで積層型圧電体27の
反対側には、本発明における摺動部材としての第2ピス
トン40、可変バルブ部70、固定台43、たわみ板4
5、エンドロッド48等が収納されている。第2ピスト
ン40は、略円盤形状にされており、第1ハウジング1
7の内周に沿って軸線方向に摺動可能にされている。A second piston 40 as a sliding member in the present invention, a variable valve portion 70, a fixed base 43, and a flexible plate 4 are provided on the opposite side of the laminated piezoelectric body 27 with the partition portion 26 interposed therebetween.
5, the end rod 48 and the like are stored. The second piston 40 has a substantially disk shape, and the first housing 1
It is slidable in the axial direction along the inner circumference of 7.
【0022】たわみ板45は、ばね用鋼板等で製作され
長方形の板状にされており、第2ピストン40と固定台
43の下部に設けられたつば部44との間に、予めその
中央部分を内方に少したわまされた状態で挟み込まれて
いる。つば部44に、たわみ板45の端部の位置決めを
するための係合溝44aが設けられている。本実施例で
は、図4(A)に示すように、たわみ板45の端面と係
合溝44aの底部が曲面状に形成されており、たわみ板
45の端面を支点としてたわみ板45自身が揺動し易く
されている。一方、図4(B)に示すように、第2ピス
トン40にも同様の係合溝40aが設けられており、そ
の係合溝40a及び係合するたわみ板45の端面も曲面
状にされている。The flexible plate 45 is made of a spring steel plate or the like and has a rectangular plate shape. The flexible plate 45 has a central portion between the second piston 40 and the collar portion 44 provided at the lower portion of the fixed base 43 in advance. It is sandwiched in a slightly bent state. The flange portion 44 is provided with an engagement groove 44a for positioning the end portion of the flexible plate 45. In this embodiment, as shown in FIG. 4 (A), the end surface of the flexible plate 45 and the bottom of the engagement groove 44a are formed in a curved shape, and the flexible plate 45 itself swings with the end surface of the flexible plate 45 as a fulcrum. It is easy to move. On the other hand, as shown in FIG. 4 (B), the second piston 40 is also provided with a similar engaging groove 40a, and the engaging groove 40a and the end surface of the flexible plate 45 to be engaged are also curved. There is.
【0023】ここで、たわみ板45に初期たわみを与え
る方法を説明する。本実施例では、エンドロッド48の
外周にねじが形成されており、第1ハウジング17の下
端よりエンドロッド48をねじ込んでいくことができ
る。そして、固定台43は、エンドロッド48上に載置
されているだけなので、エンドロッド48をねじ込んで
いくと、第2ピストン40と固定台43のつば部44と
の距離が短くなるので、たわみ板45をたわませること
ができるのである。Here, a method of giving an initial deflection to the deflection plate 45 will be described. In this embodiment, a screw is formed on the outer circumference of the end rod 48, and the end rod 48 can be screwed in from the lower end of the first housing 17. Since the fixed base 43 is only placed on the end rod 48, when the end rod 48 is screwed in, the distance between the second piston 40 and the flange portion 44 of the fixed base 43 becomes shorter, so The plate 45 can be bent.
【0024】次に、可変バルブ部70及びその周辺の構
造について説明する。固定台43上には、半円柱形の溝
が形成されたバルブホルダ71が固定されており、バル
ブホルダ71は、図3に示すように両側をスペーサ72
で挟持されている。そして、そのバルブホルダの溝には
まるように、円筒形のバルブ外筒60が固定されてい
る。バルブ外筒60の中央付近の内周には流路溝77が
形成されている。この流路溝77の形状については後に
詳述する。Next, the structure of the variable valve section 70 and its surroundings will be described. A valve holder 71 having a semi-cylindrical groove is fixed on the fixed base 43. The valve holder 71 has spacers 72 on both sides as shown in FIG.
It is sandwiched between. A cylindrical valve outer cylinder 60 is fixed so as to fit in the groove of the valve holder. A flow passage groove 77 is formed in the inner periphery of the valve outer cylinder 60 near the center thereof. The shape of the flow channel 77 will be described later in detail.
【0025】上述したバルブホルダ71の溝底部には作
動油の通る貫通孔73が設けられており、固定台43に
おいて、その軸線方向に沿って設けられた縦穴53と連
通している。そして、バルブ外筒60の流路溝77内に
は、貫通孔73と連通する連通孔79が設けられてい
る。A through hole 73 through which hydraulic oil passes is provided at the bottom of the groove of the valve holder 71 described above, and communicates with a vertical hole 53 provided along the axial direction of the fixed base 43. A communication hole 79 that communicates with the through hole 73 is provided in the flow path groove 77 of the valve outer cylinder 60.
【0026】一方、バルブ外筒60内には、バルブ外筒
60の内径よりもほんの僅かに小さな外径を持ち(クリ
アランスが1〜6μm程度)、バルブ外筒60の内周を
軸線に沿って自由に摺動可能なバルブ内筒63が配置さ
れている。そして、バルブ内筒63のシャフト部65の
先端は、たわみ板45の中央部45aに当接させられて
いる。On the other hand, the valve outer cylinder 60 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the valve outer cylinder 60 (clearance is about 1 to 6 μm), and the inner circumference of the valve outer cylinder 60 is along the axis. A valve inner cylinder 63 that is freely slidable is arranged. The tip of the shaft portion 65 of the valve inner cylinder 63 is brought into contact with the central portion 45 a of the flexible plate 45.
【0027】また、バルブ外筒60は、シャフト部65
の反対側に、後述するリターンスプリング81を受ける
ためのつば部67を備えている。そして、バルブ外筒6
0の両開口部の内、たわみ板45が配置されている側と
は反対側の開口部は、略コの字状の固定板83で塞がれ
ており、固定板の両端は第2ハウジング18の内周に当
接している。The valve outer cylinder 60 has a shaft portion 65.
A flange portion 67 for receiving a return spring 81, which will be described later, is provided on the opposite side of the. And the valve outer cylinder 6
Of the two openings 0, the opening on the side opposite to the side on which the flexible plate 45 is arranged is closed by a substantially U-shaped fixing plate 83, and both ends of the fixing plate are in the second housing. It is in contact with the inner circumference of 18.
【0028】従って、バルブ内筒63はリターンスプリ
ング81の反力によってたわみ板45側に付勢されてお
り、たわみ板45の頂点付近に押し付けられた状態で移
動が規制されている。なお、積層型圧電体27に電圧を
印加しない状態では、バルブ内筒63により流路溝77
は全て塞がれる全閉状態となる。Therefore, the valve inner cylinder 63 is biased toward the flexible plate 45 side by the reaction force of the return spring 81, and its movement is restricted while being pressed near the apex of the flexible plate 45. It should be noted that when no voltage is applied to the laminated piezoelectric body 27, the flow passage groove 77 is formed by the valve inner cylinder 63.
Is in a fully closed state where all are closed.
【0029】本流路面積可変機構の基本的作動について
説明する。積層型圧電体27に電圧が印加されると、積
層型圧電体27は保存されている電荷量に比例した変位
を発生する。積層型圧電体27が伸張すると、プリセッ
トスプリング35に逆らって第1ピストン30を押し下
げる。通常、第2ピストン40は、たわみ板45のたわ
み力によって第1ピストン30に押し付けられているの
で、第1ピストン30の動きと同調して、積層型圧電体
27の変位分だけ軸線方向に押し下げられる。The basic operation of the flow path area varying mechanism will be described. When a voltage is applied to the laminated piezoelectric body 27, the laminated piezoelectric body 27 generates a displacement proportional to the stored charge amount. When the laminated piezoelectric body 27 expands, it depresses the first piston 30 against the preset spring 35. Normally, the second piston 40 is pressed against the first piston 30 by the bending force of the flexure plate 45, so that the second piston 40 is pushed down in the axial direction by the displacement of the laminated piezoelectric body 27 in synchronization with the movement of the first piston 30. To be
【0030】そのため、第2ピストン40と、固定台4
3のつば部44との間の距離が短くなり、たわみ板45
は、初期たわみ状態よりさらに内方にたわむ。この場合
のたわみ板中央部45aのたわみ量は、積層型圧電体2
7の変位に対して10〜25倍程度に拡大されたものと
なる。この変位拡大に関する原理については、上記「作
用」の欄でも説明したので、詳しい説明は省略する。Therefore, the second piston 40 and the fixed base 4
The distance between the rib portion 3 and the collar portion 44 becomes shorter, and the flexible plate 45
Bends further inward than the initial flexed state. In this case, the bending amount of the central portion 45a of the bending plate is equal to that of the laminated piezoelectric body 2
The displacement is enlarged 10 to 25 times with respect to the displacement of 7. The principle of this displacement enlargement has already been described in the above-mentioned “Operation” section, and thus detailed description thereof will be omitted.
【0031】たわみ板45の中央部45aが内方に移動
することにより、バルブ内筒63も固定板83側に移動
し、流路溝77が開口する。すると、例えば上室側より
第2ハウジング18の開口部18aを通ってバルブ内筒
63に流入してきた作動油等の流体は、流路溝77より
連通孔79、貫通孔73、縦穴53を順番に通り、下室
側に流出していく。When the central portion 45a of the flexible plate 45 moves inward, the valve inner cylinder 63 also moves to the fixed plate 83 side, and the flow path groove 77 opens. Then, for example, a fluid such as hydraulic oil that has flowed into the valve inner cylinder 63 from the upper chamber side through the opening portion 18a of the second housing 18 passes through the flow passage groove 77 through the communication hole 79, the through hole 73, and the vertical hole 53 in order. , And flow out to the lower chamber side.
【0032】ここで、流路溝77の形状について詳しく
説明する。まず、積層型圧電体27のストロークをX、
たわみ板45の中央部45aのたわみ量をLとすると、
XとLとの関係は、 L=α・ln(x+1) …(1) と近似できる。但し、αは、積層型圧電体27のストロ
ーク範囲であり、たわみ板45の長さ、初期たわみの曲
率半径等から決まる定数である。上記(1)式におい
て、LとXとが線形関係にないため、流路溝77による
流路面積Sが、それら両者の非線形性をキャンセルし積
層型圧電体27のストロークXと流路面積Sとが線形関
係となるようにするのが、本発明の狙いである。Here, the shape of the flow channel 77 will be described in detail. First, the stroke of the laminated piezoelectric body 27 is X,
If the amount of deflection of the central portion 45a of the flexible plate 45 is L,
The relationship between X and L can be approximated as L = α · ln (x + 1) (1). However, α is a stroke range of the laminated piezoelectric body 27, and is a constant determined by the length of the flexible plate 45, the radius of curvature of the initial deflection, and the like. In the above formula (1), since L and X do not have a linear relationship, the flow passage area S due to the flow passage groove 77 cancels the non-linearity between them and the stroke X and the flow passage area S of the laminated piezoelectric body 27. It is an object of the present invention to make the and have a linear relationship.
【0033】流路溝77の満たす条件を以下に説明す
る。まず、流路面積Sは図5(B)中に斜線で示された
部分となる。なお、図5(A)はバルブ外筒60の縦断
面図、図5(B)は、流路溝77が形成されている部分
の横断面を模式的に示した説明図である。但し、どちら
も、流路溝77の形状の理解を容易にするため、寸法等
は、図1に示したものとは異なっている。The conditions satisfied by the flow path groove 77 will be described below. First, the flow path area S is a shaded portion in FIG. 5A is a vertical cross-sectional view of the valve outer cylinder 60, and FIG. 5B is an explanatory view schematically showing a horizontal cross-section of the portion where the flow path groove 77 is formed. However, in both cases, in order to facilitate understanding of the shape of the flow channel 77, the dimensions and the like are different from those shown in FIG.
【0034】ここで、バルブ外筒60の中心線をZ軸と
する円筒座標系を考える。図5(A)において、流路は
Z=Z0 で全閉、Z=Z1 で全開するものとし。式の簡
略化のため、Z0 =0、Z1 =Lとする。図5(B)に
おいて、バルブ外筒60の内径をr、流路溝77の深さ
をh、流路面積Sの半分となる頂点ABCDで形成され
る扇形の中心角をθとすると、その中心角θは、頂点A
BCDの軌跡を考慮しZの関数として以下のように得ら
れる。Here, consider a cylindrical coordinate system in which the Z axis is the center line of the valve outer cylinder 60. In FIG. 5A, it is assumed that the flow path is fully closed when Z = Z0 and fully opened when Z = Z1. For simplification of the equation, Z0 = 0 and Z1 = L. In FIG. 5B, assuming that the inner diameter of the valve outer cylinder 60 is r, the depth of the flow channel groove 77 is h, and the central angle of the sector formed by the apex ABCD that is half the flow channel area S is θ, The central angle θ is the vertex A
Considering the BCD trajectory, it is obtained as a function of Z as follows.
【0035】 A:r=r+h, θ=π(eZ −1)/(eL −1),Z=Z …(2) B:r=r+h, θ=0, Z=Z …(3) C:r=r, θ=0, Z=Z …(4) D:r=r, θ=π(eZ −1)/(eL −1),Z=Z …(5) また、図5(B)において、線分BCに対して頂点A,
Bと対称な頂点a,bを考えると、 a:r=r+h, θ=−π(eZ −1)/(eL −1),Z=Z …(6) d:r=r, θ=−π(eZ −1)/(eL −1),Z=Z …(7) となる。従って、上記(2),(5),(6),(7)
式の条件を満たすような頂点A,a,d,Dを有する扇
形に、流路溝77を形成することにより、積層型圧電体
27のストロークXと流路面積Sとの線形関係が満たさ
れる。A: r = r + h, θ = π (e Z −1) / (e L −1), Z = Z (2) B: r = r + h, θ = 0, Z = Z (3) C: r = r, θ = 0, Z = Z (4) D: r = r, θ = π (e Z −1) / (e L −1), Z = Z (5) Further, FIG. 5 (B), the vertex A with respect to the line segment BC,
B and symmetrical vertices a, Given b, a: r = r + h, θ = -π (e Z -1) / (e L -1), Z = Z ... (6) d: r = r, θ = -π (e Z -1) / (e L -1), the Z = Z ... (7). Therefore, the above (2), (5), (6), (7)
By forming the flow passage groove 77 in a fan shape having the vertices A, a, d, and D that satisfy the condition of the expression, the linear relationship between the stroke X of the laminated piezoelectric body 27 and the flow passage area S is satisfied. .
【0036】このように、積層型圧電体27の微小変位
をたわみ板45により拡大し、そのたわみ板45のたわ
みによりバルブ内筒63を移動させて流路面積Sの変更
を行なうため、簡易な構成で所要スペースも相対的に小
さくすることが可能でありながら、十分な変位拡大率も
得られ、流量制御幅も大きくとれる。さらに、流路溝7
7は、積層型圧電体27のストロークに対して流路面積
Sが線形に変化するよう構成されているため、流量制御
が容易に実現できる。In this way, the minute displacement of the laminated piezoelectric element 27 is enlarged by the bending plate 45, and the valve inner cylinder 63 is moved by the bending of the bending plate 45 to change the flow passage area S. Although the required space can be relatively reduced by the configuration, a sufficient displacement expansion rate can be obtained and the flow rate control width can be increased. Furthermore, the channel groove 7
In No. 7, since the flow passage area S changes linearly with respect to the stroke of the laminated piezoelectric body 27, flow rate control can be easily realized.
【0037】以上本発明は、このような実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々なる態様で実施し得る。例えば、たわみ板
45の中央部分の板厚を薄くすれば、たわみ板45の中
央部45aの曲がり度合がさらに大きくなり、三角形近
似により近づき、さらに大きな変位拡大率を得ることが
できる。なお、板厚を薄くするのではなく、たわみ板4
5の幅を小さくしても同様の効果が得られる。The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be carried out in various modes without departing from the scope of the present invention. For example, if the thickness of the central portion of the flexible plate 45 is reduced, the degree of bending of the central portion 45a of the flexible plate 45 is further increased, and it becomes closer to the triangular approximation, and a larger displacement enlargement ratio can be obtained. In addition, the flexible plate 4 is not made thin.
Even if the width of 5 is reduced, the same effect can be obtained.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流路面積
可変機構によれば、圧電体の微小変位をたわみ板により
拡大し、その切替用たわみ板のたわみによりバルブ内筒
を移動させて流路面積の変更を行なうため、簡易な構成
で所要スペースも相対的に小さくすることが可能であり
ながら、十分な変位拡大率も得られ、流量制御幅も大き
くとれ、また、圧電体のストロークに対して流路面積が
線形に変化するよう構成されているため、流量制御が容
易に実現できるという効果を奏する。As described above, according to the flow path area varying mechanism of the present invention, the minute displacement of the piezoelectric body is enlarged by the flexure plate, and the valve inner cylinder is moved by the flexure of the switching flexure plate. Since the flow passage area is changed, the required space can be made relatively small with a simple structure, but a sufficient displacement expansion rate can be obtained, the flow control width can be made large, and the stroke of the piezoelectric body can be increased. On the other hand, since the flow path area is configured to change linearly, the flow rate can be easily controlled.
【図1】 本発明の一実施例の流路面積可変機構の断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a channel area variable mechanism according to an embodiment of the present invention.
【図2】 図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図3】 図2のB−B断面図である。3 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図4】 (A)は固定台つば部とたわみ板との係合状
態を示す断面図、(B)は第2ピストンとたわみ板との
係合状態を示す断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing an engagement state between a fixing stand collar portion and a flexible plate, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing an engagement state between a second piston and the flexible plate.
【図5】 (A)はバルブ外筒の縦断面図、(B)は、
流路溝が形成されている部分の横断面を模式的に示した
説明図である。FIG. 5A is a vertical cross-sectional view of a valve outer cylinder, and FIG.
It is explanatory drawing which showed typically the cross section of the part in which the flow path groove is formed.
【図6】 (A)はたわみ板を円弧で近似した場合の幾
何学的関係を示す説明図、(B)は曲率半径R及び角度
θと変位拡大率k1との関係を示すグラフである。FIG. 6A is an explanatory diagram showing a geometrical relationship when a flexible plate is approximated by a circular arc, and FIG. 6B is a graph showing a relationship between a radius of curvature R and an angle θ, and a displacement magnifying power k1.
【図7】 (A)はたわみ板を三角形で近似した場合の
幾何学的関係を示す説明図、(B)は角度θと変位拡大
率k2との関係を示すグラフである。7A is an explanatory diagram showing a geometrical relationship when a flexible plate is approximated by a triangle, and FIG. 7B is a graph showing a relationship between an angle θ and a displacement magnifying power k2.
17…第1ハウジング、 18…第2ハウジング、 2
7…積層型圧電体、30…第1ピストン、 30a…摺
動突起、 35…プリセットスプリング、40…第2ピ
ストン、 40a…係合溝、 43…固定台、
45…たわみ板、 45a…中央部、 6
0…バルブ外筒、63…バルブ内筒、 70…可変
バルブ部、 71…バルブホルダ、73…貫通孔、
77…流路溝、 79…連通孔、81
…リターンスプリング、 83…固定板17 ... 1st housing, 18 ... 2nd housing, 2
Reference numeral 7 ... Multilayer piezoelectric body, 30 ... First piston, 30a ... Sliding protrusion, 35 ... Preset spring, 40 ... Second piston, 40a ... Engaging groove, 43 ... Fixing base,
45 ... Deflection plate, 45a ... Central part, 6
0 ... Valve outer cylinder, 63 ... Valve inner cylinder, 70 ... Variable valve part, 71 ... Valve holder, 73 ... Through hole,
77 ... Flow path groove, 79 ... Communication hole, 81
… Return spring, 83… Fixed plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森脇 淳二 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junji Moriwaki 1-1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture Nihon Denso Co., Ltd.
Claims (1)
成されたバルブ外筒内において、該バルブ外筒に内接す
るバルブ内筒を軸方向に摺動させることにより上記流路
溝の開口状態を変化させ、流路面積を変化可能な流路面
積可変機構であって、 印加された電圧に応じて伸縮する圧電体により駆動さ
れ、該圧電体の伸縮方向に摺動可能な摺動部材と、 平板状に形成され上記摺動部材の摺動方向と略平行にさ
れており、その一端は位置が固定され他端は上記摺動部
材に当接され、且つ上記圧電体への非印加状態時には初
期たわみが生じるように配置された弾性を有するたわみ
板とを備え、 上記バルブ内筒を、該たわみ板のたわみ中心部に当接さ
せ、たわみ方向に移動可能に配置すると共に、 上記流路溝の形状を、上記圧電体のストロークに対して
上記流路面積が線形に変化するよう構成したことを特徴
とする流路面積可変機構。1. A flow path groove formed in an inner periphery of a flow path groove forming a part of a fluid passage, wherein a flow path is formed by axially sliding a valve inner cylinder inscribed in the valve outer cylinder. A flow path area variable mechanism capable of changing the flow path area by changing the opening state of the groove, which is driven by a piezoelectric body that expands and contracts according to an applied voltage, and is slidable in the expansion and contraction direction of the piezoelectric body. The sliding member is formed in a flat plate shape and is substantially parallel to the sliding direction of the sliding member. One end of the sliding member is fixed in position and the other end is brought into contact with the sliding member. And an elastic flexible plate arranged so as to generate an initial flexure in the non-applied state, the valve inner cylinder is brought into contact with the flexible center of the flexible plate to be movable in the flexible direction. , The shape of the flow path groove to the stroke of the piezoelectric body Flow area varying mechanism, characterized by being configured such that the flow area varies linearly Te.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23041292A JPH0674279A (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Passage area adjusting mechanism |
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JP23041292A JPH0674279A (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Passage area adjusting mechanism |
Publications (1)
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JPH0674279A true JPH0674279A (en) | 1994-03-15 |
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ID=16907485
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2552236A (en) * | 2017-04-13 | 2018-01-17 | Detroit Electric Ev Ltd | Suspension system of a vehicle and method of operation |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP23041292A patent/JPH0674279A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2552236A (en) * | 2017-04-13 | 2018-01-17 | Detroit Electric Ev Ltd | Suspension system of a vehicle and method of operation |
GB2552236B (en) * | 2017-04-13 | 2019-07-10 | Detroit Electric Ev Ltd | Suspension system of a vehicle and method of operation |
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