JPS62292977A - 制御弁用アクチユエ−タ - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用アンチスキッド制？ＴＩ等で
、高応答性が要求される制御弁用アクチュエータに関す
る。

〔従来の技術〕

従来、制御弁用アクチュエータとしてはソレノイドを利
用したものが多く用いられていたが、最近、ｌ　ｍ５ｅ
ｃ以下の高応答性が要求される場合にはＰＺＴ圧電素子
積層体を動作駆動源として制御弁の開閉を行う方法が用
いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のソレノイドを利用した制御弁用アクチュエータで
は、１　ｍ５ｅｃ代あるいはそれ以下の高応答性を要求
される場合に、ソレノイドでは追従できにクク、また、
周辺装置も大がかりなものとなる。

これに対応するために、最近、ＰＺＴ圧電素子積層体を
動作駆動体としてニードル弁の開閉を行う制御弁用アク
チュエータが用いられているが、これには、まだニード
ル弁の開閉についての応答性、制御性、バルブシート部
の耐久性、ニードル・シャフトの周辺部の油漏れ等に種
々の問題点がある。

これを更に詳しく述べると、ＰＺＴ圧電素子積層体に於
ては正電荷を与えた場合に圧電素子積層体の体積が膨張
して軸方向の変位が増加し、負電荷を与えた場合には逆
に収縮して変位が減少するが、正電圧を与えた場合の方
が負電圧の場合よりも変位量が大きく、応答性が良好と
なる。ところが、常時閉とした高応答性のニードル弁を
用いる場合には、通常のＰＺＴ圧電素子積層体では第６
図に示すようにバルブ閉時には変位量の大きい伸びの方
向に、作動時の開のときには圧電素子の縮みの方向にば
ね力を加えて作用させているために応答性、制御性が悪
く、また、閉弁のときには圧電素子の伸び力によりバル
ブシート部を損傷させ、或はＰＺＴ圧電素子自体に損傷
を招（等の欠点がある。

また、応答性、制御性を良くするために、圧電素子積層
体とニードル・バルブとの間にオイル室を設け、油圧に
よるストローク拡大機構が用いられているが、この場合
には、オイル室内のオイルがニードル・シャフトを伝っ
て、ニードル弁に漏出して、その作動が不良になる欠点
がある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記の問題点
を解決するために本発明に於ては、常時は閉鎖され、こ
のときは圧電素子は収縮された状態にあり、前記圧電素
子積層体に正電圧が印加されてその容積が膨張した場合
にその軸線方向の伸びの方向にニードル・シャフトが移
動することにより開弁するようにニードル弁を設定し、
ＰＺＴ圧電素子積層体の作動時の弁の動きを上述の第６
図の場合と反対とすることにより、バルブ・シート部の
損傷やＰＺＴ圧電素子自体の損傷を招くことを防いだ。

このためにドーナツ状のＰＺＴ圧電素子積層体をシリン
ダ内に設置し、その圧電素子積層体の軸心を貫通させて
ニードル・シャフトを配置することにより、圧電素子積
層体の伸びの方向と開弁時のニードル・シャフトの動き
の方向が一致するようにした。

また、前記オイル室よりの油漏れがあった場合に、この
オイルがニードル・シャフトを伝りでニードル弁に漏出
するのを防止するために、ニードル・シャフトの外周を
囲んで円筒状の隔壁を設け、さらにオイル・シール等を
併用することにより、漏油が直接ニードル・シャフトに
触れることのないようにした。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第２図に示す。

１０はニードル・シャフトでその先端部がニードル１０
ａとなって、バルブ基体１４と共にニードル・バルブ１
６を形成している。１８はＰＺＴ圧電素子積層体で、ド
ーナソツ状のＰＺＴ素子が並列に継がれており、ケース
ボディ２０内のシリンダ２２に納められている。２６は
絶縁体平板、２４は金属平板であり、共にＰＺＴ圧電素
子積層体１８のホルダとなっている。２８　、３０はＰ
ＺＴ圧電素子積層体１８に対する絶縁カバーである。３
２はＰＺＴ圧電素子積層体１８のホルダ・プレートであ
り３４は前記ホルダ・プレートも兼ねた加圧ピストンで
ある。３２　、３４は絶縁カバー２８　、３０がずれな
いように支える役目もしている。３６は皿ばねであり、
ＰＺＴ圧電素子積層体にその隙間をなくするためのオフ
セント荷重をかけている。３８は受圧シリンダ基体であ
り、本実施例においては３ケ所に受圧シリンダを有する
。受圧シリンダ基体３８が皿ばね３６と接する部分には
溝が形成されており、オイルがせき止められないように
している。受圧シリンダ基体３８は、加圧ピストン３４
とシリンダ２２と受圧ピストン４４ａと共に囲んだ空間
内にオイル室４２を形成し、該受圧シリンダ基体３８の
一端は第１図で左方に円筒状に伸びて円筒状隔壁３８ａ
を形成し、このオイル室４２、加圧ピストン３４、ＰＺ
Ｔ圧電素子積層体１８の共通の軸心を貫通し、その円筒
状隔壁３８ａの中心の空胴内をニードル・シャフト１０
が摺動自在に貫通している。したがって、ニードル・シ
ャフト１０は直接オイル室を通ることなくニードル１０
ａの方向に伸びているために、ニードル弁１６へのオイ
ル漏れが防がれている。また、この円筒状隔壁の末端、
すなわち第１図で左方の一端はスクリュウ・ホルダ４０
によりねじ締めされ、これと皿ばね３６とによりＰＺＴ
圧電子素子積層体１８にオフセット荷重がかけられてい
る。４４は受圧ピストン基体であり、これは３本の受圧
ピストン４４ａを持ち、これらが受圧シリンダ基体３８
の受圧シリンダ孔４８に入る。またこの受圧ピストン基
体４４はニードル・シャフト１０にナツト５０により固
定されている。５２はニードル１０ａをニードル弁のシ
ート部へ押し付けるためのスプリング、５４はスプリン
グ５２固定用ねしである。

５６はオイル室入口通路にある小径の孔でしぼりの役目
をなし、他端は図示していないがオイル圧供給装置、例
えばポンプ室又は一定圧をかけたオイル・リザーバ等へ
配管を通じて連結される。

５８はスペーサである。６０はＰＺＴ圧電素子積層体１
８のリード線であり、図示していないが、駆動回路に導
通している。なお図示の如く、シールが必要な部分には
０リングが備えである。なお、第２図に、第１図の■−
■断面図を示す。

前記構成要素における作用を以下に説明する。

オイル室４２にはオイル（例えばシリコンオイル）が満
たされており、しぼり５６を通して圧力供給装置（図示
せず）により所定の圧力がかけられている。またオイル
室４２は上述の通り加圧ピストン３４と受圧シリンダ基
体３８と受圧ピストン４４ａとシリンダ２２により形成
されており、これらによってストローク拡大機構６２を
構成している。すなわち加圧ピストン３４の横断面積を
八とし、受圧ピストン４４ａ１個の横断面積をＢとした
場合、本実施例に於ては受圧ピストンが３個あるので、
この場合のストロークの拡大の割合は、両者のχ、！面
積の比Ａ／３Ｂとなる。

以上の状態に於てＰＺＴ圧電素子積層体１８に正電圧を
加えると、該圧電素子積層体１８は膨張してニードル・
シャフト１０の軸線方向に、ホルダ・プレート３２を支
点として第１図に於ける右方向に伸び、このために加圧
ピストン３４が同じく右方向に動かされる。このために
皿ばね３６が縮み、オイル室４２内の圧力が一瞬上昇す
るがオイルの圧縮率は非常に小さく、また、しぼり５６
を十分に小さくしておけば、そのしぼり効果があるので
この加圧ピストンの動きはほとんどそのま＼受圧ピスト
ン４４ａに伝えられ、前記のストローク拡大機構６２に
よって受圧ピストン４４ａはそのストロークが拡大され
て右方向に動かされる。受圧ピストン４４ａは受圧ピス
トン基体４４と一体であり、ニードル・シャフト１０は
、受圧ピストン基体４４とナツト５０によって直接接合
されているので、ニードル・シャフト１０はこの拡大さ
れたストロークで右方向に動き、ニードル弁１０ａが開
く。

次にＰＺＴ圧電素子積層体１８の電源を切るかあるいは
負電圧をかけると該圧電素子積層体は収縮し、このため
にスプリング５２により受圧ピストン基体４４が第１図
中左方向に押されて動き、ニードル・シャフト１０も左
方向に移動してニードル弁１６が閉じられる。

ＰＺＴ圧電素子積層体１８は非常に高い応答性を有して
いるために上述の作用が瞬時に行なわれ、ｌ　ｍ５ｅｃ
代あるいはその以下の高応答性の制？？＋１弁が可能と
なる。

次に本発明の第２実施例を第３図７第５図Ｏこ示す。ス
クリュウ・ホルダ７０は第１実施例におけるスクリュウ
・ホルダ４０とホルダ・プレート３２を一体にしたもの
で、さらに第４図で示すように、オイル排出溝７Ｑａ、
７０ｂおよびケースボディにあけられてこれに連通ずる
オイル排出孔２０ａが設けてあり、さらに０リングが追
加されている。

また第１実施例では一体であった受圧ピストン基体４４
と受圧ピストン４４ａとが分離され、受圧ピストン基体
７２と受圧ピストン７３となっている。

さらに、ベローズ隔膜７４の一端がリングプレート７６
によりねし止めされ、他端はニードル・シャフト１０と
受圧ピストン基体７２によって固定されている。そして
、スペーサ５８にはオイル排出孔５８ａ、ケース・ボデ
ィ２０にはオイル排出孔２０ｂが設けられ、両者により
大気に開放されている（第５図参照）。また第１実施例
のしぼり５６の代りに逆止弁７８が設置されている。

以上の構成によりニードル・シャフト１ｏおよびニード
ル１０ａはオイル室４２の中のオイルから分離されてお
り、ニードル弁１６にオイルが洩れることはない。すな
わち、オイル室の圧が一瞬上がり、シール部のＯリング
から洩れたとしても、受圧ピストン７３側ではベローズ
隔膜７４で完全にシールされ、さらにオイル排出孔５８
ａ、２０ｂより外部へ出る。また、ＰＺＴ圧電素子積層
体１８側へオイルが伝ってきてもスクリュウ・ホルダ７
０のオイル排出溝７Ｑａ、７０ｂおよびオイル排出孔２
０ａにより外部へ出される。よって、オイルがニードル
弁１６へ洩れることはなくなる。また、受圧ピストン７
３と受圧ピストン基体７２とを分離したことにより、部
品の製作が容易になると同時に、ベローズ隔膜７４の装
着も容易となる。なお、受圧ピストン７３と受圧ピスト
ン基体７２とは互いにオイルの圧力およびスプリング力
で押えられるため、それらが一体となったと同様の働き
をする。逆止弁７８はオイル圧供給装置（図示せず）か
らのオイルは通すがオイル室側からのオイルは通さない
ため、第１実施例の場合と比べより応答性が高くなり、
ストロークも大きい。

なお、上記の各実施例に於て、受圧ピストン４４ａおよ
び７３はいづれも３個用いているが、この数は、ストロ
ーク拡大比に応じて決定されるもので、その状況に応じ
て増減して差支えない。

〔発明の効果〕

上述の通り、本発明の構成によれば、ＰＺＴ圧電素子積
層体の伸びの方向とニードル弁の開きの方向が同一であ
るので、常時閉弁型の弁として用いた場合に、制御性が
良くまたバルブ・シートやＰＺＴ圧電素子の損傷につい
ても懸念がなく、信頼性のある制御弁を提供することが
できる。

またニードル・シャフトは直接オイル室を貫通しないで
、受圧シリンダ基体が延長した円筒状隔壁の中を通る構
造としているために、オイル室とは完全に隔離され、こ
れにオイルシール等を併用することにより、オイル室か
らの油漏れがニードル・シャフトを伝ってニードル弁に
漏出することによるニードル弁の作動不良を防止する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る制御弁アクチュエー
ターの縦断面図、第２図は第１図のｎ−■断面図、第３
図は第２実施例の縦断面図、第４図は第３図のｒｌ／−
ＴＶ断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ断面図、第６図は
従来技術によるＰＺＴ圧電素子積層体を用いたニードル
弁の構成概略図を示す。 １０・・・ニードル・シャフト、１６・・・ニードル弁
、１８・・・ＰＺＴ圧電素子積層体、 ２２・・・シリンダ、　　　３４・・・加圧ピストン、
３８ａ・・・円筒状隔壁、　　４２・・・オイル室、４
４ａ、７３・・・受圧ピストン　　５６・・・しぼり、
６２・・・ストローク拡大機構、７８・・・逆止弁。 ４チＱ 北 ［＋−Ｉｔ断面図 第２図 ３８・　受圧ンリノダ基体　　　　６２・・・ストロー
ク拡大機構第３図 伸び 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ＰＺＴ圧電素子積層体を動作駆動源としてニードル
   弁の開閉を行う制御弁用アクチュエータに於て、 シリンダ内に設定されたドーナッツ状のＰＺＴ圧電素子
   積層体と、 該圧電素子積層体に接して、同軸に設けられたドーナッ
   ツ状の加圧ピストンと、 前記加圧ピストンとシリンダによって区画設定され、常
   に一定圧のオイルがオイル圧供給源より供給されている
   オイル室と、 前記加圧ピストンと、該加圧ピストンの変位量をオイル
   室のオイルを介して拡大して変位駆動される複数の受圧
   ピストンとにより構成されたストローク拡大機構と、 前記圧電素子積層体と加圧ピストンの軸心を摺動自在に
   貫通し、前記ストローク拡大機構と接合して前記受圧ピ
   ストンと等しいストロークで連動するニードル・シャフ
   トと、 常時は閉鎖され、前記圧電素子積層体に電圧が印加され
   てその容積が膨張した場合にその軸線方向の伸びの方向
   にニードル・シャフトが移動することにより開弁するよ
   うに設定されたニードル弁と、 オイル室よりニードル弁へのオイル漏れを防止するため
   にニードル・シャフトの外周を囲んで設けた円筒状の隔
   壁部を具備することを特徴とする制御弁用アクチュエー
   タ。
2. ２．オイル室へのオイル圧供給源よりの入口通路に、ニ
   ードル弁の応答性を良好にするために、しぼりまたは逆
   止弁を具備した特許請求の範囲第１項記載の制御弁用ア
   クチュエータ。