JPS636282A - 積層形圧電素子を駆動源とした開閉弁 - 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 本発明は、積層形圧電素子を駆動源とした開閉弁に関す
る。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点積層形圧
電素子を駆動源とした開閉弁の一般的な構造は、ボディ
の流入口と流出口の間に設けた弁口に接離して開閉する
弁体に、その弁体を押して開弁方向に駆動する弁杆を係
合して、その弁杆に、電圧の印加により厚さの変化する
圧電板を多数枚積層した積層形圧電素子を、その積層形
圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構を介して係合
し、弁体をばね弾力で閉弁方向に付勢するとともに、積
層形圧電素子に電圧を印加してその伸長により弁杆を開
弁方向に移動させるようになっている。

ところで、積属形圧電素子は、電圧の印加により伸長す
る際に、伸長量が増すに従って逆に駆動力が減少して最
大伸長時には駆動力がＯとなるから、積層形圧電素子を
無負荷として自由に伸長し得る状態で使用すると、最大
伸長時の近くでは弁杆の駆動力が不足し、従って、伸長
量をある程度犠牲にしても弁杆を駆動するのに要する一
定以上の駆動力が得られるように、積層形圧電素子には
予圧と称して一定の荷重を予め加えておく必要がある。

また−方、弁が閉じたときに、弁口をシールして流体の
洩れが生じないように、弁体を弁口に押し付けておくこ
とも必要である。

そこで、従来、この予圧力とシール力を得るためには、
弁体とボディの間に圧縮コイルばねを装着して弁体を弁
口に押し付けておき、ボディに装着した調節ねじをねじ
込んで、積層形圧電素子を変位拡大機構を介して弁杆に
押し付けることによって予圧力を与える方法が採られて
いたが、弁体が剛体であってこの弁体に弁杆が直結され
た構造であることから、この弁体や、弁杆あるいは変位
拡大機構の構成部品の持つわずかな弾性限度内において
それらを弾性変形させて、予圧力を付与しているのであ
って、長時間の使用により変位拡大機構の構成部品が摩
耗した場合には、積層形圧電素子の予圧力が急激に減少
して弁杆の駆動が不能となり、また、初めの積層形圧電
素子の押し込みの際に、その押込量が少しでも大き過ぎ
ると、直ちに弁体が弁口から離間し、シール力が全く得
られなくなる不具合があった。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するための手段として１本発明の積
層形圧電素子を駆動源とした開閉弁は、弁体を、弁口に
接触して閉弁している状態において、ばね弾力により、
そのばね弾力を受ける面が弁口に接触する面に接近する
ように弾性変形可能とし、かつ、弁杆を、弁体の受圧面
が接触面に接近する弾性変形に伴って閉弁方向に過剰に
移動するようにその弁体に係合した構成とした。

作用及び効果 本発明は上記の構成になり、弁体にばね弾力が作用する
際、弁体が弁口に接触したのち、弁体がそのばね弾力を
受けて、受圧面が接触面に接近するように弾性変形し、
これに伴って、弁杆が閉弁方向に過剰に移動して変位拡
大機構を介して積層形圧電素子を押し付けることにより
、積層形圧電素子に予圧が加えられるとともに、弁体の
接触面がその復元弾力で弁口に押し付けられて、弁口が
シールされるのであって、弁体を受圧面が接触面に接近
するように弾性変形可能とし、かつ、受圧面の接触面へ
の接近に伴って弁杆が閉弁方向に過剰に移動し得るよう
にしたから、ばね弾力で、積層形圧電素子を予圧する力
と、弁口をシールする力の両方を得ることができ、しか
も、積層形圧電素子の押込量を調節することにより、予
圧力とシール力を任意の比率に振り分けることが可能で
あり、また、変位拡大機構の構成部品が摩耗した場合に
も、弁体が弾性変形しなから弁杆が閉弁方向に移動して
、予圧力を回復させることができる効果がある。

実施例 以下、本発明の第１実施例を第１図によって説明する。

図において、１は、内部に流体の流入口２と流出口３を
連通ずる流通路４を形成したボディであって、その流通
路４の途中に弁口５が形成されており、ボディ１の上面
の透孔７と、ボディ１の上面に取り付けられた詳しくは
後記するアクチュエータ２５の底面の透孔２６に嵌着し
たブツシュ８内に、弁杆１０の上端部が上下方向の摺動
自由に嵌装され、弁杆１０とボディ１の透孔７の間が洩
れ止め用のベローズ１１で被われているとともに。

弁杆１０の下端部が弁口５を貫通してその下面側に突出
し、この弁杆１０の下端部に、弁口５の下側の口縁に接
離して開閉する弁体１２が取り付けられている。

この弁体１２は、断面円形の基部１５の外周に肉厚の薄
い易屈曲部１６を介して環形の接触部１７を連成したゴ
ム製の閉塞体１４の下面に、この閉塞体１４の基部１５
に当るスペーサ１８を重ね、さらにその下面に受圧板１
９を重ねたものであって、それらの中心孔が弁杆１０の
下端部に嵌装され、上下両面が、弁杆１０の段部１０ａ
に係止するｎ２１と、弁杆１０の下端に突成した鍔２２
で挟み付けられて取り付けられており、この弁体１２の
受圧板１９とボディ１の底面の間に圧縮コイルばね２３
が装着されるようになっている。

ボディｌの上面には、前記した弁杆１０を駆動するため
のアクチュエータ２５が取り付けられており、このアク
チュエータ２５は、基体２７内に形成した取付凹部２８
に、変位拡大機構３０を構成する３本のレバー３１が交
互に逆向きに配置されて、夫々の基端部が揺動自由に軸
支され、−番下のレバー３１の先端部の鋼球３２が、真
中のレバー３１の基端部の耐摩耗性に優れた係合板３３
に、真中のレバー３１の先端部の鋼球３２が、−番下の
レバー３１の基端部の係合板３３に夫々光てられ、−番
下のレバー３１の先端部の鋼球３２が、前記した弁杆１
０の上端面に当てられているとともに、基体２７の一番
上のレバー３１の基端部の上方に対応する位置に、上下
方向の嵌装孔３５が透設され、その下端部に嵌着された
筒形のホルダ３６内に、積層形圧電素子３７が収容され
ており、この積層形圧電素子３７は、電圧の印加により
厚さの変化する圧電板を多数枚積層して電気接続したも
のであって、通電により軸線方向に伸長し、通電を遮断
すると原形に収縮するようになっており、この積層形圧
電素子３７の下面が、当て板３９を介して一番上のレバ
ー３１の基端部の鋼球３２に当てられているとともに、
前記の嵌装孔３５の上端部の雌ねじに調節ねじ４０が螺
合され、この調節ねじ４０が当て板４１を介して積層形
圧電素子３７の上面に当てられるようになっている。

次に、本実施例の作動を説明する。

まず、調節ねじ４０を緩めた状態では、弁体１２及び弁
杆１０が圧縮コイルばね２３の弾拡力を受けて上動して
、閉塞体１４の接触部１７が弁口５の口縁に接触したの
ちは、閉塞体１４が、易屈曲部１６を屈曲して基部１５
を上方に突き上げた山形に弾性変形しながら、受圧板１
９及び弁杆１０がさらに上動した状態となって、圧縮コ
イルばね２３の弾拡力がすべて弁口５をシールする力と
して作用しており、続いて、調節ねじ４０をねじ込むこ
とにより、積層形圧電素子３７を下動させて一番上のレ
バー３１を押圧すると、その押圧力が順次に下方のレバ
ー３１に伝達されて、−番下のレバー３１が弁杆ｌＯを
押し、弁杆１０及び受圧板１９が、圧縮コイルばね２３
を弾縮しながら、また、閉塞体１４を山形の姿勢から元
の平板な姿勢に少しずつ戻しながら下動し、調節ねじ４
０を一定量ねじ込んだところでねじ込みを停止すると、
圧縮コイルばね２３の弾拡力が、弁杆１０及び変位拡大
機構３０を介して積層形圧電素子３７の下面に作用して
、積層形圧電素子４０に予圧が加えられるとともに、閉
塞体１４の接触部１７が、易屈曲部１６の復元弾力によ
り弁口５の口縁に強く押し付けられて、弁口５がシール
される。

この場合、調節ねじ４０のねじ込み量が大きいと、圧縮
コイルばね２３の弾縮量が大となることから、積層形圧
電素子３７の予圧力が増大して、弁口５のシール力が減
少し、逆にねじ込み量が小さいと、圧縮コイルばね２３
の弾縮量が小さくなって、予圧力が減少してシール力が
増大するのであって、調節ねじ４０のねじ込み量の調節
により、予圧力とシール力が任意の比率に捩り分けられ
る。

そして、予圧力とシール力を付与した状態で、積層形圧
電素子３７に通電すると、積層形圧電素子３７が一定長
さ伸長し、その伸長量が変位拡大機構３０で増幅されて
弁杆１０に伝達されて、弁杆１０が圧縮コイルばね２３
を弾縮しつつ押し下げられ、弁杆１０の下降し始めにお
いては、閉塞体１４の接触部１７が弁口５の口縁に接触
したままで閉塞体１４が元の平板な姿勢に復元しつつ。

受圧板１９が下動し、閉塞体１４が元の平板な姿勢に復
元したのちは、閉塞体１４と受圧板１９が一緒に下降し
て、同図の実線に示すように、接触部１７が弁口５の口
縁から離間することによって弁口５が開き、積層形圧電
素子３７への通電を遮断すると、積層形圧電素子３７が
原形に収縮して。

圧縮コイルばね２３の弾拡力で弁体１２及び弁杆１０が
押し上げられ、同図の鎖線に示すように、閉塞体１４の
接触部１７が弁口５に接触したのち、易屈曲部１６を屈
曲させつつさらに弁杆１０が上動して、積層形圧電素子
３７に予圧が加えられるとともに、弁口５のシールが行
なわれる。

第２図に示す第２実施例は、弁杆１０の下端に、受圧板
５３がその上面にばね受５４を重ねた状態で、弁杆１０
に突成した鍔５８．５９で挟まれて固着され、その上方
に、閉塞板５５が相対的摺動自由に嵌められて、閉塞板
５５とばね受５４の間に、受圧板５３の下面に装着され
る圧縮コイルばね２３よりも弱いばね力の圧縮コイルば
ね５６が装着され、閉塞板５５の上動が弁杆１０の段部
１０ａに係止して規制されるようになっていて、これら
の閉塞板５５．圧縮コイルばね５６及び受圧板５３によ
って、弁口５の口縁に接離して開閉する弁体５２が構成
されており、受圧板５３の下面に圧縮コイルばね２３の
弾拡力が作用すると、弁体５２並びに弁杆１０が上動し
、閉塞板５５が弁口５の口縁に接触したのち、受圧板５
３にさらに圧縮コイルばね２３の弾拡力が作用すると、
図の＃１線に示すように、圧縮コイルばね５６を弾縮し
つつ受圧板５３が上動して、これに伴って弁杆１０がさ
らに上動し、積層形圧電素子３７に予圧が加えられると
ともに、圧縮コイルばね５６の弾拡力で接触板５５が弁
口５に押し付けられて、弁口５がシールされるようにな
っており、積層形圧電素子３７の駆動力で弁杆１０が押
し下げられると、ます受圧板５３のみが押し下げられ、
弁杆ｌＯの段部１０ａが閉塞板５５に当ったのちは閉塞
板５５が一緒に押し下げられて、図の実線に示すように
弁口５が開く。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は第２実
施例の部分断面図である。 １：ボディ　２：流入口　３：流出口　５：弁口　１０
：弁杆　１２：弁体　１４：閉塞体１６：屈曲部　１７
：接触部　１９：受圧板２３：圧縮コイルばね　３０：
変位拡大機構３１ニレバー　３７：積層形圧電素子　５
２：弁体　５３：受圧板　５５：閉塞板　５６：圧縮コ
イルばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボディの流入口と流出口の間に設けた弁口に接離して開
   閉する弁体に、該弁体を押して開弁方向に駆動する弁杆
   を係合して、該弁杆に、電圧の印加により厚さの変化す
   る圧電板を多数枚積層した積層形圧電素子を、該積層形
   圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構を介して係合
   し、前記弁体をばね弾力で閉弁方向に付勢するとともに
   、前記積層形圧電素子に電圧を印加してその伸長により
   前記弁杆を開弁方向に移動させるようにした開閉弁にお
   いて、前記弁体を、前記弁口に接触して閉弁している状
   態において、前記ばね弾力により、該ばね弾力を受ける
   面が前記弁口に接触する面に接近するように弾性変形可
   能とし、かつ、前記弁杆を、前記弁体の前記受圧面が前
   記接触面に接近する弾性変形に伴つて閉弁方向に過剰に
   移動するように該弁体に係合したことを特徴とする積層
   形圧電素子を駆動源とした開閉弁