JPS61189374A - 圧電形切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧電形切換弁に関し、特にたとえば圧電素子
を用いて気体または液体の流れを切り換える、圧電形切
換弁に関する。

（従来技術） 従来、気体または液体などの流体の流れ方向を切り換え
るために、第３図および第４図に示すような電磁式切換
弁ｌが提案されていた。この電磁式切換弁１は、ケース
２で囲まれた室３を含み、ケース２の上部には、外気を
導入するための入口ポートないし第１ポート４が形成さ
れ、その下面には第２ポート５および第３ポート６が形
成される。室３内には、その上下動によって第１ポート
４または第３ポート６を閉塞するための弁を含む金属可
動片７が収納される。第１ポート４の周囲部分には、コ
イル８が巻回される。第１ポート４の上部には、フィル
タ９を支持するための支持部２ａが形成される。

コイル８に電圧が印加されずかつ第３ポート６が１／２
気圧の真空で引かれている状態では、第３図に示すよう
に、金属可動片７が下側位置となって第３ポート６を閉
塞した状態となる。応じて、外気が第１ポート４および
室３を通って第２ポート５から導入され得る。

一方、コイル８に電圧が印加されると、コイル８の電磁
力により金属可動片７が上方に変位し、金属可動片７が
、第４図に示すように、第１ポート４を閉塞した状態と
なる。この状態において、第３ポート６に１／２気圧真
空の負圧を加えると、空気などが第２ポート５および室
３を通って第３ポート６に流れる。このようにして、第
２および第３ポート５および６を通して気体を循環させ
ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） 電磁式切換弁は、コイルの電磁力によって弁を切り換え
ているため、大型化し、消費電力が大きいという問題が
あった。たとえば、コイルの印加電圧を直流１８〜２０
Ｖとすれば、消費電力は約５．５Ｗとなり、電池や蓄電
池を用いた機器では省電力化の要請に反することにもな
る。また、コイルを用いているためその断線や焼損など
によって動作不良が生じ易い。

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型かつ消費電
力の小さい、圧電形切換弁を提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、ケースと、ケースに形成された第１のポー
トと、ケースの第１のポートに対向する立置に形成され
る第２のポートと、第３のポートと、一方が固定的に支
持されて片持梁とされる圧電素子と、圧電素子の自由端
の両面に形成される弁座とを含む、圧電形切換弁である
。

（作用） 圧電素子に電圧が印加されない状態では、一方の弁座が
第２のポートを閉塞して、第１のポートと第３のポート
を連通状態にさせる。圧電素子に電圧が印加されると、
他方の弁座が第１のポートを閉塞して、第２のポートと
第３のポートを連通させる。

（発明の効果） この発明によれば、片持梁とされた圧電素子を用いて弁
の切り換えを行っているため、電磁弁形の従来のものに
比べて消費電力を大幅に低減できる。また、コイルを用
いないので、全体の形状を大幅に小型化できるばかりで
なく、コイルの焼損や断線などの故障がなく、しかも巻
線作業が不要となり、量産に適する。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図および第２図は、この発明の一実施例の圧電形切
換弁の断面図であり、特に第１図は圧電素子に電圧を印
加しない状態を示し、第２図は圧電素子に電圧を印加し
た状態を示す。

第１図および第２図を参照して、圧電形切換弁１０はケ
ース１２を含む。ケース１２は、樹脂材料を成型して作
られる上ケース１２ａと下ケース１２ｂとを突き合わせ
て構成される。上ケース１２ａと下ケース１２ｂとで囲
まれる部分が室１４となる。上ケース１２の一方側（図
示では左側）近傍の上面には、たとえば外気の入口とな
る第１のポート１６が形成される。上ケース１２ａの上
面の第１のポート１６を囲む部分には、フィルタ１８を
支持するための支持部２０が形成される。

フィルタ１８は、外気中の塵やほこりを除去する働きを
する。一方、下ケース１２ｂには、第１のポート１６に
対向する位置に第２のポート２２が形成され、第２のポ
ート２２から少し離れた位置に第３のポート２４が形成
される。しかしながら、第３のポート２４の位置は適宜
変更されてもよい。

室１４内には、圧電素子２６が収納される。圧電素子２
６は、その−万端が上ケース１２ａおよび下ケース１２
ｂに形成された支持部２８によって固定的に支持され、
その他方端が室１４内で開放されて自由端とされて、片
持梁として構成される。このように、圧電素子２６を片
持梁として支　〜持する理由は、自由端の変位量を大き
くするためである。このような圧電素子２６は、その変
位量をさらに大きくするために、好ましくは、たとえば
幅の狭い板状または棒状の形状をした多層構造のもの（
すなわち多層圧電素子）が用いられる。

圧電素子２６の自由端部分は、平面的にみて第１のポー
ト１６および第２のポート２２に対向する位置に配置さ
れる。この圧電素子２６の自由端の上面および下面には
、シール材たとえばゴムパツキンなどの弁座３０ａおよ
び３０ｂがそれぞれ形成される。したがって、弁座３０
ｂは圧電素子２６に電圧が印加されないとき第２のポー
ト２２を閉塞する弁として働き、弁座３０ａは圧電素子
２６に電圧が印加されたとき第１のポート１６を閉塞す
る弁として働く。

圧電素子２６の他方端は、リード線３２を介して端子３
４に電気的に接続される。なお、図示では断面を示すた
め、端子３４が１つだけしか示されないが、実際には奥
行き方向に十極と一極の２つの端子が形成される。

動作において、第２のポート２２には、たとえば常時１
／２気圧真空の負圧が加えられる。そして、圧電素子２
６に電圧が印加されないときは、第１図に示すように、
圧電素子２６が変位しないので、圧電素子２６の自由端
の弁座３０ｂが第２のポート２２を閉塞した状態となる
。このとき、外気がフィルタ１８で濾過され、第１のポ
ート１６および室１４を通って第３のポート２４から導
入される。この状態では、圧電素子２６に電圧が印加さ
れていないので、消費電力が０である。このように、圧
電素子２６に電圧を印加しない状態が定常状態であるよ
うにすれば、消費電力を少なくすることができるのであ
る。

一方、圧電素子２６に電圧が印加されると、圧電素子２
６は片持梁として支持されているので、その自由端が上
方に大きく変位する。このため圧電素子２６の自由端上
面に形成された弁座３０ａが第１のポート１６を閉塞す
る。したがって、第２のポート２２が開かれる。この状
態では、気体が第３のポート２４および室１４を通って
第２のポート２２へ流れ込む。このため、第２のポート
２２および第３のポート２４を通して気体を循環させる
ことができる。

実験によれば、この実施例のように圧電素子２６を片持
梁としかつ多層構造にすれば、従来の電磁式切換弁と同
じ使用条件において、消費電力は、０．０５Ｗとなり、
約１／１００に低減できた。

この実施例では、圧電素子２６に電圧を印加しない定常
状態において、圧電素子２６の弁座３０ｂが１／２気圧
真空の負圧で吸引されているので、第２のポート２２を
確実に閉塞することができる。

また、第３のポート２４が１／２気圧真空の負圧を加え
られる第２のポート２２より圧電素子２６の支持部側に
配置されるので、室１４内での気体の流れがスムーズに
なり、しかも小型化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例の圧電形切換
弁の断面図であり、第１図は圧電素子に電圧を印加しな
い状態を示し、第２図は圧電素子に電圧を印加した状態
を示す。 第３図および第４図は従来の電磁式切換弁の断面図であ
り、第３図はコイルに電圧を電圧を印加しない状態を示
し、第４図はコイルに電圧を印加した状態を示す。 図において、１０は圧電形切換弁、１２はケース、１４
は室、１６は第１のポート、２２は第２のポート、２４
は第３のポート、２６は圧電素子、３０ａおよび３０ｂ
は弁座を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　室を含むケース、 前記ケースの一方面に形成される第１のポート、前記ケ
   ースの他方面の前記第１のポートに対向する位置に形成
   される第２のポート、 前記ケースに形成される第３のポート、 その一方が前記ケースの一部で固定的に支持されて片持
   梁とされかつその自由端が前記室内に配置され、電圧の
   印加によってその自由端が変位される圧電素子、および 前記圧電素子の自由端の前記第１のポートと前記第２の
   ポートのそれぞれに対向する面に形成され、前記圧電素
   子の自由端の変位に応じてそれぞれ対向する前記第１の
   ポートまたは前記第２のポートを閉塞する弁座を備え、 一方の前記弁座が前記第２のポートを閉塞したとき前記
   第１のポートと前記第３のポートとが連通され、他方の
   前記弁座が前記第１のポートを閉塞したとき前記第２の
   ポートと前記第３のポートを連通させる、圧電形切換弁
   。 ２　前記圧電素子は電圧が印加されないとき前記一方の
   弁座が前記第２のポートを閉塞し、かつ電圧が印加され
   たときその自由端が変位して前記他方の弁座が前記第１
   のポートを閉塞するように構成される、特許請求の範囲
   第１項記載の圧電形切換弁。 ３　前記圧電素子は、多層構造とされる、特許請求の範
   囲第２項または第３項記載の圧電形切換弁。