JPH0769024B2

JPH0769024B2 - 流体制御弁

Info

Publication number: JPH0769024B2
Application number: JP19594487A
Authority: JP
Inventors: 行則尾崎; 白井　　滋; 芳雄山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1987-08-05
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPS6440771A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ガスや石油などの流体燃料を用いた燃焼機器
や空気圧を用いた制御機構に応用される流量調節用の流
体制御弁に関するものである。

従来の技術駆動源として圧電素子を利用した流体制御弁としては第
７図に示したものがある。（例えば特開昭60−4682号公
報）これは２枚の圧電素子１と２をスペーサ３で連結
し、上側の圧電素子１へは前記圧電素子１との当接面４
を有するピン５の一端が挿入され他端はケーシング６に
固着されている。また下側の圧電素子２へは前記圧電素
子２との当接面７を有するピン８の一端が挿入され他端
には弁体９が挿入されていると共に、スプリング10によ
り上方向に付勢されている。通電しない状態においては
弁体９は弁座11から離れた状態となっている。12、13は
入力端子である。

この流量制御弁において、入力端子12、13に直流電圧が
印加されると圧電素子１の端部は矢印Ａの方向に移動し
湾曲状態となる。一方圧電素子２の端部は矢印Ｂの方向
に移動し湾曲状態となる。この結果ピン８はＡ′方向に
移動し弁体９を弁座11に近づけて行くことにより流量を
制御するものである。

発明が解決しようとする問題点上記のような構成においては弁体９の変位量が物間によ
って異なる、即ち物間による変位量のバラツキが大きく
なると言う問題を有している。

これは圧電素子１、２を構成する材料のバラツキ、加工
バラツキにより、圧電素子１のピン５が挿入されている
部分、及び圧電素子２のピン８が挿入されている部分が
最大変位位置とならない場合が存在するからである。即
ち従来においてはピン５及びピン８の当接面４及び７よ
り外側に外れた位置が圧電素子１、２の最大変位位置と
なり、結局ピン５、８の位置では最大変位量を取ること
ができない場合もあり、弁体９の変位量にバラツキを発
生させる原因となっていた。

本発明はかかる従来の問題を解消するもので、圧電素子
の最大変位位置が圧電素子の中心部からずれた時におい
ても、弁体の変位量を一定寸法とし物間により弁体の変
位量が異なる物間バラツキを少なくすることを目的とす
るものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明の流体制御弁は、板
状の圧電素子と、この圧電素子の最大変位位置である重
心近傍を支持し前記圧電素子の表面と当接するつば部を
有する圧電素子支持体と、前記圧電素子の周縁部を遊嵌
支持する遊嵌支持部材と、前記圧電素子支持体の動きに
連動して流量を可変する弁体とを備え、前記圧電素子支
持体のつば部は、最大変位位置が前記重心位置からずれ
たときに、その最大変位位置の変位量を前記圧電素子支
持体に伝達することのできる大きさとしたという構成を
備えたものである。

作用本発明は上記構成によって、圧電素子の最大変位位置が
前記圧電素子の重心近傍から外れた時においても、圧電
素子の最大変位位置を圧電素子支持体のつば部に当接さ
せることにより、圧電素子の最大変位を前記圧電素子支
持体の動きとしてとらえ、これに連動する弁体の変位を
確保することができるものである。

実施例以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第１図〜第３図において14はバルブ本体であり、バ
ルブ本体14の内部はバルブ部15とアクチエータ部16に分
かれており、バルブ部15にはゴムシール面17と弁軸18を
有する弁体19が弁座20に対してスプリング21で付勢され
ている。一方アクチエータ部16には、円板状でその中心
部である重心位置22、22′に貫通孔23、23′を有するユ
ニモルフ圧電素子24及び25が設けられている。このユニ
モルフ圧電素子24及び25は一例として鉄−ニッケル薄板
26とチタン酸ジルコン酸鉛27を材料とするセラミック材
料が接着され更にその上に電極面28が設けられて構成さ
れている。これらのユニモルフ圧電素子24及び25はチタ
ン酸ジルコン酸鉛27が互いに対向する方向に設けられ鉄
−ニッケル薄板26の周縁部29は遊嵌支持部材であるスペ
ーサ30により支持されている。このスペーサ30は鉄−ニ
ッケル薄板26の周縁部29に設けられた孔31に先端部32、
33を入れた後前記先端部32、33を熱加工し遊嵌状態で支
持している。またユニモルフ圧電素子24の重心位置22に
は、貫通孔23に入り前記重心位置22を支持する突起34と
ユニモルフ圧電素子24の表面と当接する円形状のつば部
35を有する圧電素子支持体である支持材A36が設けられ
ている。この支持材A36の圧電素子24への非当接面37は
バルブ本体14に設けられた調節ネジ38で支持されてい
る。一方、ユニモルフ圧電素子25の重心位置22′には、
貫通孔23′に入り重心位置22′を支持する突起39とユニ
モルフ圧電素子25の表面と当接する円形状のつば部40を
有する支持材B41が設けられている。この支持材B41の圧
電素子25への非当接面側には円筒部42が構成されてい
る。43は永久磁石でありこの永久磁石43はマグネットホ
ルダー44と前記支持材B41の円筒部42により保持されて
いる。このマグネットホルダー44の外周面45とバルブ部
15のシール面46は磁性流体47を介して構成しており、バ
ルブ部15とアクチエータ部16をシールしている。48は電
極面28から引き出されたリード線でプラス側端子49に配
線されている。50は鉄−ニッケル薄板26から引き出され
たリード線でマイナス側端子51に配線されている。52は
入口、53は出口である。

次に上記構成における動作を第３図により説明するとプ
ラス側端子49及びマイナス側端子51に直流電圧を印加し
電圧上昇するとスペーサ30で支持されたユニモルフ圧電
素子24、25は鉄−ニッケル薄板26側に向って湾曲に変位
する。ユニモルフ圧電素子24は貫通孔23に対して左右共
に均一に変位している。一方ユニモルフ圧電素子25は貫
通孔23′に対してユニモルフ圧電素子25右側Ｃ部に最大
変位位置が存在している。この時には前記Ｃ部が支持材
B41のつば部40に当接している。この時前記Ｃ部は支持
材B41の中心からずれているが、支持材B41は外周面45と
シール面46でガイドされているため支持材B41は垂直に
移動する。ユニモルフ圧電素子24は支持材A36を介して
調節ネジ38で図中下側へは移動出来ないため、ユニモル
フ圧電素子24、25の変位は弁体19を開成状態とする。弁
体19の変位量はユニモルフ圧電素子24、25に印加する電
圧を調節することにより変化させることができる。つば
部40及び35の直径は、ユニモルフ圧電素子25の直径に対
して８分の１から８分の３程度の直径を持っている。こ
の範囲はユニモルフ圧電素子24、25の加工バラツキ、材
料バラツキの精度により設定される。本実施例において
は下記に示す効果を有している。

（１）ユニモルフ圧電素子を使用し直流駆動しているた
め分極劣化の心配がない。

（２）円板形状の圧電素子を使用することにより圧電素
子の表面積を広く取ることが出来るため、剛性が大きく
なり流体圧が変化しても圧電素子のたわみ量が変化する
ことがなく弁動作が安定している。

（３）ユニモルフ圧電素子24、25中心部の貫通孔23、2
3′に突起34、39で支持されているためユニモルフ圧電
素子24、25が左右にずれることがなく安定動作が得られ
る。

（４）対向して設けられた圧電素子を複数枚使用するこ
とにより、変位を増すことが可能となり流体通路部の流
路面積を大きくし圧損低減が可能となる。

次に本発明の他の実施例を第４図〜第６図により説明す
ると、先ず第４図は支持材B41の第２の実施例であり中
央の円筒部54からは桟55が空間部56を有してつば部57を
構成している。第５図は支持材B41の第３の実施例であ
るが、つば部58は空気層59を有する発泡体で構成されて
いる。第６図は支持材A36の第２の実施例であるが、つ
ば部60は空間部61を有する桟62で構成されている。

これらの支持材Ａ、及びＢはいずれも軽量化を目的とし
た構成となっている。この軽量化による効果としては下
記の通りである。

（１）支持部材Ａが重い場合、この重さが圧電素子に作
用するため圧電素子の発生力は効率よく弁体を開成する
力として利用出来なくなる。即ち支持材Ａも持ち上げる
ことになるから支持材Ａを軽くすることにより圧電素子
の力を弁開力として有効に利用出来る。

（２）軽量化を図ることにより、つば部の径を大きくす
ることが可能となり、圧電素子の最大変位位置が大きく
ずれてもその変位を有効に利用出来るものである。

発明の効果以上のように本発明の流量制御弁は、板状の圧電素子
と、この圧電素子の最大変位位置である重心近傍を支持
し前記圧電素子の表面と当接するつば部を有する圧電素
子支持体と、前記圧電素子の周縁部を遊嵌支持する遊嵌
支持部材と、前記圧電素子支持体の動きに連動して流量
を可変する弁体とを備え、前記圧電素子支持体のつば部
は、最大変位位置が前記重心位置からずれたときに、そ
の最大変位位置の変位量を前記圧電素子支持体に伝達す
ることのできる大きさとしたことにより下記の効果を有
する。

（１）圧電素子の材料バラツキ、加工バラツキにより最
大変位位置が物間により異なっていても、弁体の変位量
としては物間による差を極めて少なくすることができ
る。これは圧電素子の最大変位位置がずれても圧電素子
支持体のつば部が前記圧電素子の最大変位位置に当接す
る構成であるため、前記最大変位位置のずれの有無に関
係なく常に圧電素子の最大変位位置を圧電支持体が移動
することになり、これに連動した弁体の変位量は、物間
による差が極めて少なくなる。

（２）圧電素子が圧電素子支持体のつば部で安定支持さ
れるため、流量制御弁が傾斜して取り付けた場合におい
ても圧電素子の力を有効に弁体の開成力として利用する
ことが出来安定した動作を得ることができる。即ち、圧
電素子支持体にはつば部を有しているため、圧電素子へ
の非通電時には、圧電素子はつば部の表面に当接支持さ
れつば部と圧電素子の間に平行が保たれている。このた
め水平取り付時はもちろんのこと、傾斜して取り付けら
れた場合においても圧電素子とつば部は当接して平行が
保たれることにより圧電素子の力を直接圧電素子支持体
に伝達することができ安定動作が得られる。特に電圧素
子を駆動源とする場合、圧電素子の周縁部がバルブ本体
等の他部材に接触しない設計は圧電素子の発生力を効果
的に得るために重要なポイントであり、この様な場合に
おいては、本発明の圧電素子支持体の思想は極めて効果
的なものである。

本発明の板状の圧電素子とは、実施例に示した円板状の
圧電素子に限定されるものではなく、例えば短冊形状の
圧電素子であってもその効果は同様である。また本実施
例においては圧電素子２枚をスペーサで支持した圧電素
子が説明されているが、単に２枚に限定されるものでは
なく、１枚或は２枚以上であっても本発明の思想は適用
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す流量制御弁の断面図、
第２図は同流体制御弁のアクチエータ部構成部品の分解
斜視図、第３図は同流体制御弁の動作時における断面
図、第４図は同第２の実施例を示す流体制御弁の支持材
Ｂの斜視図、第５図は同第３の実施例を示す支持材Ｂの
斜視図、第６図は同第２の実施例流体制御弁の支持材Ａ
のを示す斜視図、第７図は従来例における流体制御弁の
断面図である。 19……弁体、24、25……圧電素子（ユニモルフ圧電素
子）、29……周縁部、30……遊嵌支持部材（スペー
サ）、35……つば部、36、41……圧電素子支持体（支持
材Ａ、支持材Ｂ）。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−218879（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−65968（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−4682（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の圧電素子と、この圧電素子の最大変
位位置である重心近傍を支持し前記圧電素子の表面と当
接するつば部を有する圧電素子支持体と、前記圧電素子
の周縁部を遊嵌支持する遊嵌支持部材と、前記圧電素子
支持体の動きに連動して流量を可変する弁体とを備え、
前記圧電素子支持体のつば部は、最大変位位置が前記重
心位置からずれたときに、その最大変位位置の変位量を
前記圧電素子支持体に伝達することのできる大きさとし
た流体制御弁。
【請求項２】圧電素子は重心位置に貫通孔を有する円板
型である特許請求の範囲第１項記載の流体制御弁。
【請求項３】圧電素子はユニモルフ圧電素子とした特許
請求の範囲第１項記載の流体制御弁。
【請求項４】圧電素子支持体は前記重心位置を支持する
突起部と円板形状のつば部で構成した特許請求の範囲第
２項記載の流体制御弁。
【請求項５】圧電素子支持体は空間部を有するつば部で
構成した特許請求の範囲第１項記載の流体制御弁。
【請求項６】圧電素子は複数で構成した特許請求の範囲
第１項記載の流体制御弁。