JPS6199780A

JPS6199780A - 圧電式制御弁

Info

Publication number: JPS6199780A
Application number: JP22177984A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kobayashi; 幸雄小林
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1986-05-17

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〕内燃機関の燃料噴射弁などのように高速動作を要する弁
装置においては、圧電素子に信号電圧を印加して変形さ
せることで、弁体を駆動する構成が提案されている。本
発明は、このように圧電素子を利用して弁体を駆動する
圧電式の制御弁に関する。

〔従来の技術〕

第８図は従来の圧電式制御弁を示す断面図である。筒状
の本体ｌの下端に弁口（ノズル）２が、上端に流入口３
が開けられている。本体１中には、円筒状の圧電素子４
が配設され、その中に弁棒５が挿入されている。該弁棒
５および圧電素子４の上端は、バネ受け６を介してコイ
ルバネ７で押圧されている。いまリード線８から圧電素
子５に信号電圧が印加されると、圧電現象によって圧電
素子５が伸長し、コイルバネ７に抗してバネ受け６を引
き上げる。すると弁棒５が上昇して、下端の弁体５■が
弁口２から離れ、開弁される。したがって流入口３から
流入して、本体１中に溜っている燃料が、弁口２から噴
出する。圧電素子４へ信号電圧が入力しなくなると、圧
電素子４は収縮し、弁棒５がコイルバネ７で押し下げら
れるため、弁体５ｖが弁口２を閉止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが圧電素子の変形量は極めて小さいため、圧電素
子４の変形のみで弁口２を開閉するには、圧電素子４を
充分長くする必要があり、大型でかつ歪量の大きい高価
な圧電素子を使用しなければならない、また駆動電圧も
高くする必要があり、電力消費が大きくなる。

本発明の技術的課題は、従来の圧電式制御弁におけるこ
のような問題を解消し、小型の圧電素子でも弁体の変位
量を充分に得られるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題点を解決するために講じた本発明による技術的
手段は、圧電素子に電気信号を印加し、該圧電素子の変
形を利用して弁体を移動させる制御弁であって、球体等のような転動体の列を複数配列すると共に、片方
の列の各転動体が他方の列の各転動体間に入り込む配列
とすること、各転動体に、列方向と直角方向からの押圧力を加えるた
めの圧電素子を配設すること、転動体列の一端に、転動
体が移動できないようにストッパー手段を配設し、転動
体列の他方の端部の移動で駆動される弁体を配設するこ
と、を要件とする構成を採っている。転動体としては、
球体、円柱状のコロやニードル、パイプ（円管）などが
有るが、以下説明の便宜上、球体を代表例として説明す
る。

〔作用〕

この技術的手段によれば、圧電素子は、球体の列方向に
対し直角方向に伸縮する。そのため、圧電素子が伸長す
ると、該圧電素子側の列の各球体が、他方の列の各球体
の間に押し込まれる。その結果、他方の列の各球体の間
隔が、押し拡げられ、また圧電素子側の列の各球体も、
他方の列の各球体によって間隔が押し拡げられる。そし
て最終的には、球体列が２列の場合であれば、２列の球
体が１列に並ぼうとするが、実際には、元の２列に復元
させる必要から、復元が可能な範囲で、押し込まれる。

このように圧電素子側の列の各球体が他方の列の各球体
間に割って入ると、列の長さが長くなる。

一方球体の列は、一端は、ストッパー手段で移動できな
いように位置決めされているので、他端の球体のみが自
由に移動でき、球体列が伸長した長さだけ移動する。こ
の自由端側の球体で、弁体を駆動するため、弁体は球体
列が伸長した量だけ移動して、弁体を開く。

各球体列の自由端側は、復帰バネなどで、列が短縮する
方向に押圧されているため、圧電素子への信号電圧が入
力されなくなり、圧電素子が収縮すると、復帰バネで２
列の球体が列方向に押圧される。すると、圧電素子側の
列の各球体が、他方の列の各球体の間から押し出され、
元のとおりそれぞれの列において隣接する球体同士が接
近する状態となって、列の長さが短縮する。これにより
弁体も、球体の列が短縮した量だけ復帰して、弁口を閉
止する。

なお圧電素子が電圧印加されているときに閉弁し、電圧
が印加されていないときに開弁状態とすることも可能な
事は言うまでもない。

〔実施例〕

次に本発明による圧電式制御弁が実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第１図は本発明による
圧電式制御弁の実施例を示す縦断面図、第２図は第１図
のｎ−ｎ断面図である。９．１０が圧電素子であり、先
端は加圧部材１１に固定され、他端は調節ネジ１２．１
３に押圧されている。１４は圧電式制御弁の本体であり
、第２図にも示すように溝１５が形成され、縦溝１５の
開口側に、縦溝１５の開口と連通ずる幅広のガイド溝１
６が形成されている。このガイド溝１６中に前記加圧部
材１１が挿入され、加圧部材１１の凸条１７の先端が、
前記溝１５に嵌入している。溝１５中には、球体１８・
・・の列と球体１９・・・の列と、計２列の球体が内蔵
されている。即ち球体１８・・・の列は、ｔ１１５の底
側に、球体１９・・・の列は、凸条１７側に配設されて
いる。

溝１５およびガイド溝１６の後端側に、後側板２０が配
設され、本体１４にネジ止めされている。この後側板２
０で、ガイド溝１６の後端が閉鎖され、また調節ネジ２
１が螺合支持されている。この調節ネジ２１と前記球体
列の端部との間に、床受はプランジャー２２が挿入され
、球体の移動阻止用ストッパーとなっている。

溝１５およびガイド溝１６の前端側には、前側板２３が
配設され、ガイド溝１６の前端が閉鎖されている。

そしてこの前側板２３の外側から、ノズル（弁口）２４
が形成されたノズル部本体２５を重ねて、ネジ２６で前
側＠、２３と共に、本体１４に取り付は固定されている
。前側板２３および後側板２０に、前記関節ネジ１２．
１３が螺合された蓋板３９がネジ止めされている。

前側板２３およびノズル部本体２５には、溝１５のほぼ
中心線上に、大径のガイド孔２７が形成され、ノズル部
本体２５には、該ガイド孔２７と同じ軸心上に、ノズル
２４が形成されている。ガイド孔２７中には、バネ圧調
節ネジ２日が挿入され、該バネ圧調節ネジ２８と前記球
体列の前端との間に床受はプランジャー２９が挿入され
ている。そしてバネ圧調節ネジ２８に、弁ロンド３０の
端部のオネジ部３１が螺合挿通され、かつオネジ部３１
の先端が床受はプランジャー２９に螺合固定されている
。バネ圧調節ネジ２８とノズル部本体２５との間には、
復帰バネ３２が挿入され、バネ圧調節ネジ２８を介して
、弁体３３をノズル２４の弁座に押圧している。この押
圧力は、オネジ部３１に対してバネ圧調節ネジ２８を回
転させることで、調節できる。なお調節後、ダブルナフ
ト３４でロンジされる。３６．３７は、シール用のＯリ
ングである。

次に本圧電式制御弁の動作を説明する。圧ｍ素子９．１
０に信号電圧が印加されていない状態では、第１図およ
び第３図（イ）のように、２つの列の球体１８・・・お
よび１９・・・は、復帰バネ３２で押圧されるために、
それぞれの列において互いに接近し、図示例の様に接触
している。また復帰バネ３２で弁体３３がノズル２４の
弁座に押圧されているため、ノズル２４は閉止している
。

いま並列に結線されたリード線３５で、圧電素子９．１
０に信号電圧を印加すると、圧電素子９．１０が矢印ａ
１方向に微小量（数μｎ＋）伸長し、第３図（ロ）のよ
うに、加圧部材１１も矢印ａ１方向に微小量Ｓだけ移動
する。このとき（ロ）のように、加圧部材１１例の球体
Ｉ９・・・が溝１５の底側の各球体１８・・・の間に、
クサビ状に入り込む。すると、球体１８・・・も球体１
９・・・も、隣接する球体の間隔が拡大され、その結果
球体列の長さがＬで示すように伸長する。

そして端部の球体１８で、床受はプランジャー２９が、
復帰バネ３２に抗して矢印ａ２方向に押されて移動し、
弁体３３がノズル２４を開く。その結果、ノズル部本体
２５の流入口３８から流入した被制御流体が、大径ガイ
ド孔２７を通過して、ノズル２４から噴出する。

措定された時間ノズル２４を開放した後、圧電素子９、
ＩＯへの信号電圧の印加が解除され、圧電素子９．１０
が矢印ａ１と逆向きに縮小する。すると球体１８・・・
１９・・・の列が、復帰バネ３２によって矢印ａ２と逆
向きに押圧され、球体１８・・・１９・・・が床受はプ
ランジャー２９側から押し縮められて、再び元のｌの長
さになる。このように球体１８・・・１９・・・が移動
して列の長さが短くなるために、床受はプランジャー２
９およびバネ圧調節ネジ２８と共に、弁棒３０が球体列
側に移動して、ノズル２４が閉止される。

球体１８・・・１９・・・としては、鋼球や炭素球、セ
ラミック球などが有効である。また球体１８・・・１９
・・・は、第４図〜第７図のような構成により、回動移
動がより円滑に行なわれる。第１図は、２つの圧電素子
９、ＩＯへの通電、非通電が同時に行なわれるが、第４
図はまずストッパー用法受け１ランジヤー２２側の圧電
素子９が先に電圧印加される。すると第４図（イ）のよ
うに、加圧部材１１はストッパー用法受はプランジャー
２２側のみ矢印ａ１方向に押圧されて、図示のように傾
斜する。このとき各球体１８・・・１９・・・は、弁体
３３側に押し出される。そしてわずかに遅れて、もう一
方の圧電素子１０が１ｆｆｌ電され、（ロ）のように加
圧部材１１の弁体３３側も矢印ａ１方向に押圧され、球
体１８・・・１９・・・が円滑かつ確実に、列方向に移
動できる。

２つの圧電素子９と１０を交互に電圧印加して、加圧部
材１１の両端を左右交互に遅延動作させ、パイプレート
加圧することもできる。加圧部材１１のストロークＳは
、６μｍ程度しか得られないが、このように２つの圧電
素子９．１０の駆動時間をずらすことで、球体１８・・
・１９・・・を円滑、確実に移動できる。

第５図は、ストッパー用法受はプランジャー２２と調節
ネジ２１との間に、更に圧電素子４０を追加し、前記圧
電素子９や１０を駆動して球体１８・・・１９・・・を
移動させる初期の時点で、圧電素子４０も前記圧電素子
９や１０と同時に駆動して、各球体１８・・・１９・・
・を弁体３３側にわずかでも移動させることで、球体１
８・・・１９・・・の初期移動が容易になる。

第６図は更に別の例で、球体１８・・・１９・・・は、
それぞれアイドルスライドプレート４１．４２と接触し
ている。そして上側のアイドルスライドプレート４１と
加圧部材１１との間には、該アイドルスライドプレート
４１のスライド動作を円滑にするためのニードルローラ
ないしコロ４３が介在し、下側のアイドルスライドプレ
ート４２と溝１５の底との間にも、該アイドルスライド
プレート４２のスライド動作を円滑にするためのニード
ルローラないしコロ４４が介在している。この構成によ
れば、ニードルローラないしコロ４３．４４に支持され
ているアイドルスライドプレート４１．４２により、球
体１８・・・１９・・・の転動移動が円滑になる。なお
アイドルスライドプレート４１と前側板２３との間には
、圧縮コイルバネ４５が挿入されている。

第７図は球体列を３列にした例であり、真中の球体１８
・・・の列の両側に、球体１９・・・の列と球体４６・
・・の列が配設されている。そして真中の列における隣
接する球体１８・・・の間の両側の窪みに、両側の列の
球体１９・・・４６・・・が位置している。この例では
、外側の球体１９・・・の列と球体４６・・・の列の両
側に、加圧部材１１．１１が配設され、それぞれが圧電
素子で加圧される。その結果、真中の球体１８・・・の
列に、両側から球体１９・・・４６・・・が割り込んで
球体１８・・・の間隔を押し拡げるので、真中の列の球
体１８は伸長移動が容易になる。

第４図〜第７図の実施例は、併用することも可能である
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の技術的手段によれば、球体１８・
・・１９・・・の列を、列と直角方向から圧電素子で押
圧し、列の長さを伸長させることで、圧電素子のわずか
のストロークを拡大することができ、ノズルを開閉する
弁体の移動量を充分得ることができる。このように圧電
素子の変位量を充分拡大できるので、圧電素子自体を長
くする必要はなく、小型でかつ安価に実現でき、印加電
圧も高くする必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧電式制御弁の実施例を示す縦断
面図、第２図は第１図のｎ−ｎ断面図、第３図は球体の
動作を示す拡大図、第４図〜第７図は球体の動きを円滑
にするための各種実施例を示す断面図、第８図は従来の
圧電制御弁を示す断面図である。図において、９．１０は圧電素子、１１は加圧部材、１
５は１Ｌ１８・・・１９・・・は球体、２２はストッパ
ー用法受はプランジャー、２４はノズル（弁口）、２８
はバネ圧調節ネジ、２９は床受はプランジャー、３０は
弁ロッド、３３は弁体をそれぞれ示す。特許出願人　　　　シーケーディ株式会社代理人　弁理
士　　福　島　　康　文第３図（イン　　　　　　　　　　　　（ロ）（イ）　　　　
　　　　　　　（ロ）第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】圧電素子に電気信号を印加し、該圧電素子の変形を利用
して弁体を移動させる制御弁であって、球体等のような
転動体の列を複数列配列すると共に、片方の列の各転動
体が他方の列の各転動体間に入り込む配列とすること、各転動体に、列方向と直角方向からの押圧力を加えるた
めの圧電素子を配設すること、転動体列の一端に、転動体が移動できないようにストッ
パー手段を配設し、転動体列の他方の端部の移動で駆動
される弁体を配設すること、を要件とする圧電式制御弁
。