JPS6376969A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は流体の方向切換弁に関し、より詳しくは従来の
電磁式にかえて圧電素子を用いる例えば自動車の空気圧
力切換用等に適用される切換弁に関するものである。

（従来の技術） 従来、自動車等に広（用いられているこの種切換弁の代
表的な例としては第２図に示すものがある。

これは、所謂３ポート電磁弁であり、鉄心２を囲んでコ
イル１が配設され、前記鉄心２の先端には圧縮スプリン
グ７を介してプランジャ３が対向設置されている。同プ
ランジャ３の反鉄心側端面中夫にはゴム等によるシール
面４が形成され、同シール面４により通常は１の入カポ
−）５ａを閉塞している。前記鉄心２はその軸心に沿っ
て穴が貫通しており、同大が他の入力ポート５ｂを構成
する。

一方、前記プランジャ３が収容されている室と連通して
本体の一部に出力ポートロが形成されている。

プランジャ３は前記室内を移動可能であり、前記鉄心２
は電磁弁本体９に固設されている。

以上の構成にあって、コイルｌに通電されていないと鉄
心は励磁されないため、スプリング７の付勢でプランジ
ャ３は図面左方に押されシール面４をもって一方の入カ
ポ−）５ａを閉塞している、この状態にあるとき、他方
の入力ポート５ｂはプランジャ３と鉄心２間の間隙及び
電磁弁本体９とプランジャ３間の空隙を通して出力ポー
トロと連通している。

コイル１に電圧が印加されて電流が流れると、鉄心２は
励磁されてプランジャ３を吸引する。

そのため、シール面４は入力ポート５ａから離脱し、同
ポート５ａと出力ポートロとが連通ずることになる。

この種電磁弁では、このようにしてコイル１に対する通
電・非通電により弁体の切換え操作を行ない、３ポート
のうちの２つのポート間を選択して連通させるようにす
るものであるが、電磁弁である限りにおいて次のような
不具合を避けることができない。

即ち、電磁弁は上記した如く、巻線からなるコイル１、
固定鉄心２、可動鉄心であるプランジャ３、ヨーク８等
が磁気回路の構成部品として必須であり、従って部品点
数が多く且つ重量も大きくならざるを得ないというもの
である。

また、プランジャ３を吸引し続ける場合には、その間通
電を続行しなければならず、それだけ消費電力が太き（
なる。

そして、電磁弁を配管系内に取付けるにあたっても、そ
の重量が大きいため配管部に直接連結すれば足りるもの
でなく、周辺の固定物に例えばブラケット等の取付部材
を介してしっかりと固定することが必要となる。

（発明が解決しようとする問題点） つまり、電磁式切換弁を使う限りにおいて、弁本体とし
ての部品点数が多く軽量化が困難であり、プランジャを
吸引状態におかんとすると、その間通電を持続させてお
く必要があって消費電力も大きくなり、更には弁本体の
取付けにあたっては他に取付部品が必要であり、それだ
け取付けが面倒な上に相当のスペースを要し、簡単には
取付けがなし得ない等の様々な問題点があり、これらの
点を回避しようとしても不可能なものであった。

そこで、本発明は、これらの問題点が電磁式であるがた
めに生じるものであると認識し、電磁式を排除して全く
新たな手段を採用し、操作性・応答性等においても一段
と優れている切換弁を得ることを目的としてなされたも
のである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） このため本発明は、弁体が２ボ一ト間を移動することに
より流体の方向を切換える切換弁において、各ポートが
連通ずる空間内に装填されて自由動する弁体と、電圧の
印加で前記弁体を対向ポート側へ飛ばす圧電素子と、同
弁体を保持し前記対向ポートを閉鎖する弁体保持部材と
からなることを構成とし、これをもって上記問題点の解
決手段とするものである。

（作用） 弁体が一方の入力ポート側の保持部材により保持された
状態で、弁体を挟んで各入力ポート側に配設された圧電
素子のうち前記弁体が保持されている側の圧電素子に電
圧を印加すると、同圧電素子は瞬間的に変形を起こしミ
その変形時の衝撃が前記弁体に伝わって同弁体を対向す
る入力ポート側へ飛ばす、対向する入力ポート側にも例
えば永久磁石の如き弁体の保持部材が設けられているた
め、前記圧電素子の瞬間的な衝撃力により飛ばされてき
た弁体を同対向入力ポート側に保持し、同時に同人力ポ
ートを閉鎖する。

このようにして、閉鎖されているポート側の圧電素子に
電圧を印加して弁体を対向するポート側に飛ばすと同時
に同ポートを閉鎖し、弁の切換えを行なうものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例である切換弁を図面に基づいて
詳述する。

第１図は本実施例に係る切換弁の断面図である。

同切換弁は図示の如き形態を採っており、弁本体は２つ
のケース１０．１１から構成され、一方のケース１０に
は第１人力ポート１２が形成されており、他方のケース
１１には第２人力ポート１３と出力ポート１４が直交す
る如く形成されている。

これら２つのケースは第１人力ポート１２と第２人力ポ
ート１３が同一軸線上に対向する如く配されて両ケース
１０．１１を嵌合し保持部材１５をもって一体化する。

従って、両ケース１０．１１が一体化されたとき、内部
には３つの各ポート間を連通ずる空間が形成され、各入
カポ−）　１２．１３の前記空間側の端部は夫々が円筒
状突設部１７．１８・として互いに対向するようになっ
ている。また、両ケース１０．１１を嵌合一体化したと
きにできる前記空間の一部には０リング１６が装着され
、内部圧力が両ケースの当接面から外部に洩れないよう
にシールしている。

１９は弁体であり、その形状は円盤部の両面にその中心
から夫々プランジャ２０．２１が突出形成され、同プラ
ンジャ２０．２１の一部外周面には軸線に平行して溝が
形成されている。また、前記円盤部の外周面にはシール
用ゴム２２が焼付けられる。

２３．２４は圧電素子であり、同圧電素子２３．２４は
再入力ポート１２．１３のケース内に突出した円筒状突
設部１７．１８に夫々係合して取付けられており、０リ
ング２５．２６をもって各入力ポート１２．１３の圧力
をシールしている。各圧電素子２３．２４の各対向端面
には、中心に入力ポートの径とほぼ同一径の穴が明けら
れた円盤状プレート２７　、２８が同心的に接着剤で固
着され、両プレート２７．２８間には圧縮ばね２９が装
填されている。同圧縮ばね２９は前記両プレート２７．
２８を互いに逆方向に押し付けて、振動等の外力により
各圧電素子ｌＬ１２が容易にがたつかないように固定す
るものである。

圧電素子１１．１２は直方体のものを輪状に配列して用
いても良いし、或は円筒状のものをそのまま使用するこ
ともできる。前記各プレート２７゜２８は比較的固い材
質からなり、ケース１０．１１の間でシール面を形成す
る。

３０．３１は各人カポ−１−１２，１３の前記各円筒状
突設部１７．１８の突端面に対向して前記各圧電素子２
３．２４の内側にその外周面が接着固定された円筒マグ
ネットである。この円筒マグネット３０．３１の内径は
各入力ポート１２．１３の径にほぼ等しく、同時に前記
弁体のプランジャ２０．２１の径にもほぼ等しくされて
おり、同プランジャ２０．２１は夫々前記各円筒マグネ
ット３０．３１の内径部に案内されて摺動が可能とされ
ている。

以上の構成からなる本実施例に係る切換弁の作動につい
て説明すると、図示の状態は弁体１９が第１人力ポート
１２側の圧電素子２３に固着されたプレート２７にその
シール用ゴム２２を当接している状態を示している。こ
のとき、弁体１９の図示左側のプランジャ２０は第１人
力ポート１２側の円筒マグネット３０の内径部に侵入し
ており、弁体１９は同マグネット３０の磁力によりプレ
ート２７を介して吸引され同プレート２７に保持される
。

従って、この状態では第１人力ポート１２から伝えられ
る圧力が弁体１９によりシールされ、出カポ−）１４に
は第２人力ポート１３の圧力が伝達されている。

本実施例では弁体１９を保持しているのは、前記の如く
円筒マグネット２１の磁力であり、この場合弁体１９の
本体は当然に磁性体により構成される。この保持部材と
しては、円筒マグネット２１に代えて例えば弁体１９の
プランジャ２０を掴持する機構を採用することも可能で
ある。

いま、弁体１９が前記状態にあるとき、第１人力ポート
１２側の圧電素子２３に図示せぬリード線を介して電圧
が加えられると、同圧電素子２３は圧縮ばね２１のばね
力に打ち勝って瞬間的に図中右方向に変位する。このと
きの衝撃力が弁体１９に作用し、弁体１９は円筒マグネ
ット３０の磁力による保持から解放されると共にはじき
飛ばされ、対向する第２人力ポート１３例のプレート２
８に当接する。ここで、弁体１９は同じく第２人力ポー
ト１３側の円筒マグネット３１の磁力を受けて前記プレ
ート２８に当接した状態で保持され、第２人力ポート１
３の圧力がシールされる。一方、第１人力ポート１２側
では弁体１９が作用しなくなるため、出力ポート１４に
は第１人力ポート１２の圧力が伝達されるようになる。

この後、第２人力ポート１３側の圧電素子２４に電圧が
印加されると、前記したと同様に弁体１９は第１人力ポ
ート１２側へ飛ばされ、同ポート側のプレート２７に当
接し、円筒マグネット３０の磁力が作用して図示の状態
を維持するようになる。

このようにして、弁体１９を挟んで対向して設けられた
圧電素子２３．２４の一方に電圧を印加することにより
、弁体１９は瞬間的な衝撃力を受けて対向する入力ポー
ト側に飛ばされ、そこで円筒マグネットにより保持され
て同人力ポートからの圧力をシールすると同時に他方の
入力ポートの圧力を出力ポートに伝えるようにする。従
って、対向する圧電素子に交互に電圧を印加すれば弁を
切換えることが可能となる。

なお、本発明は図示実施例に限るものでなく、その趣旨
を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であるこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した如く、本発明によれば弁体に推力
を与えるための駆動力を、電圧印加時における圧電素子
の瞬間的な変位に求めるようにしたため、圧電素子自体
が小型・軽量であることと相撲って構造を簡単なものと
することができ、かつ必要とする部品点数も少なく、ま
た弁の切換時には電圧を数ｎ＋ｓｅｃ加えるだけで、そ
の後は何ら電力を使うことなく切換状態を維持するもの
であるから、消費電力が一段と低下するものである。

そして、本発明に係る切換弁の他の重要な特徴は、前記
の如き圧電素子自体が例えば数關角の小型寸法であるた
め弁本体を大巾に小型・軽量化することが可能となるも
ので、その結果、例えば自動車の空気切換用システムに
おけるゴムホース配管中に本発明に係る切換弁を組み込
もうとするときも、何ら他に弁を保持固定するための部
材を必要とせず、直接ゴムホースに取付けることが可能
であり、かつスペース的にも極めて有効であるという点
にある。

更に、本発明に係る切換弁はその応答性においても、従
来の電磁式切換弁に比して一段と擾れたものであり、発
明者等の実験によれば従来の７〜９倍の程度の速度で切
換えが可能であることが確かめられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す切換弁の断面図、第２
図は従来の電磁弁の断面図である。 図の主要部分の説明 １２、ＬＬ−一一人カポート １４−出力ポート １９−弁体 ２３．２４−・圧電素子 ２７．２８−　プレート ３０．３１−円筒マグネット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁体が２ポート間を移動することにより流体の方向を切
   換える切換弁において、各ポートが連通する空間内に装
   填されて自由動する弁体と、電圧の印加で前記弁体を対
   向ポート側へ飛ばす圧電素子と、同弁体を保持し前記対
   向ポートを閉鎖する弁体保持部材とからなることを特徴
   とする切換弁。