JPH023018Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案は、電歪素子に設けられた弁体で直接弁
座の開閉を行なう電子弁に関し、特にそのような
電歪素子を弁座ごとに対応させて設け操作性を向
上させた電子弁に関する。

（背景技術） 空気圧回路に用いられている方向制御弁として
電歪素子を用いて弁座を直接開閉する電子弁が注
目されている。

本件出願人は、電歪素子を予め本体に固定した
のち、電歪素子に設けられた弁体で開閉される弁
座を調整して位置決めし、電歪素子を作動させる
ことにより、製造、組立が簡単であるとともに、
電歪素子の構造を改良することにより圧接力を増
加させ弁の開閉動作を確実にできる電子弁をすで
に提案している（実願昭58−168166）。

まず、前記考案に係る電子弁の基本構成を説明
する。

第１図は電子弁の基本構成を示す断面図であ
る。弁本体１は中央部に上方が開口した空気空間
１００が形成されている。また、本体１にはイン
ポートIN、アウトポートOUT、排気ポート
EXHが設けられている。インポートINは、流路
１０１を介して円環状の空気空間１０２に連通し
ている。アウトポートOUTは、空気空間１００
に直接連通している。排気ポートEXHは流路１
０６を介して円環状の空気空間１０７に連通して
いる。さらに、本体には弁座部材１１，１２が設
けられている。

弁座部材１１，１２は先端に円錐状の弁座１１
ａ，１２ａを有する円筒形の部材であつて、円筒
外周にねじ部１１ｂ，１２ｂが設けられている。
弁座部材１１，１２の後端には埋金１３，１４で
封止されており、内部に空気空間１０４，１０９
を形成し、空気空間１０４，１０９には外周に連
通する流路１０３，１０８と弁座１１ａ，１２ａ
の開口に連通する流路１０５，１１０が設けられ
ている。流路１０５，１１０の直径は弁の容量、
すなわち流路１０５，１１０を通る空気の流量を
決定する。

弁座部材１１，１２はＯリング９１，９２を介
して本体１に気密を保ちながら、ねじ部１１ｂ，
１２ｂで位置決め固定される。このとき、インポ
ートINに連通する空気空間１０２は弁座部材１
１の流路１０３、空気空間１０４、流路１０５を
介して本体１の空気空間１００に連通する。同様
に、排気ポートEXHに連通する空気空間１０７
は弁座部材１２の流路１０８、空気空間１０９、
流路１１０を介して本体１の空気空間１００に連
通する。なお、弁座部材１１，１２の弁座１１
ａ，１２ａは対面して設けられている。

電歪素子３は２枚の圧電磁器３１，３２と異種
材料からなる金属板３３とを貼り合わせたバイモ
ルフ構造を有する素子である。電歪素子３１，３
２の表面には焼付により銀電極が設けられてい
る。圧電磁器３１，３２は圧電係数の比較的大き
なものが適しており、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（PZT）系の磁器が用いられる。金属板３３
は電極として用いられており、例えば黄銅が適し
ている。

電歪素子３はリード線６１，６２に接続されて
おり、圧電磁器３１，３２の表面側にはリード線
６１が、金属板３３側にはリード線６２がそれぞ
れ半田付けされている。リード線６１，６２間に
は抵抗体７が接続されている。そして、電歪素子
３の上端とリード線６１，６２、抵抗体７との接
続部は高分子材料８により、素子ホルダ５１，５
２内で一体的にモールドされている。これは電歪
素子３の高速作動に対して接触不良や断線などの
事故を防止してバルブの信頼性を向上させるため
である。抵抗体７が挿入されているのは、非導通
にしたときには電歪素子３に蓄積された電荷を放
電して、電歪素子３を復帰しやすくするためでも
ある。素子ホルダ５２はＯリング９３で本体１に
気密に嵌合されており、蓋５４で押えられてい
る。蓋５４はねじ５５，５５で本体１に固定さ
れ、蓋５４の中央部はブツシユ５３で封止されて
いる。電歪素子３の先端には弁体４１，４２が弁
座部材１１，１２の弁座１１ａ，１２ａに対面し
て設けられている。

電歪素子３が本体１に固定されたのち、弁座部
材１１，１２のねじ部１１ｂ，１２ｂを回動させ
て、電歪素子３を通電しない状態で弁体４１が弁
座１１ａを閉じ、弁体４２が弁座１２ａを開き、
通電した状態で弁体４１が弁座１１ａを開き、弁
体４２が弁座１２ｂを閉じるように調整する。

つぎに、動作を説明する。

リード線６に通電されていないときには、電歪
素子３は歪んでいないので、電歪素子３に設けら
れている弁体４１が弁座１１ａを閉じている。こ
のため、インポートINから流路１０１、空気空
間１０２、流路１０３、空気空間１０４、流路１
０５を介して供給される空気圧は遮断されてい
る。

いま、リード線６に通電されたとすると、電歪
素子３は第１図右側に歪むので、電歪素子３に設
けられている弁体４１は弁座１１ａを開き、弁体
４２が弁座１２ａを閉じる。このため、インポー
トINから流路１０１、空気空間１０２、流路１
０３、空気空間１０４、流路１０５を介して供給
されてきた空気圧は、空気空間１００を通り、ア
ウトポートOUTに流れる。

リード線６への通電が停止されると、電歪素子
３は自らの剛性により元の状態に復帰して、弁体
４１が弁座１１ａを閉じ、弁体４２が弁座１２ａ
を開く。このため、アウトポートOUTからの空
気圧は、空気空間１００、流路１１０、空気空間
１０９、流路１０８、空気空間１０７、流路１０
６を介して排気ポートEXHから排気される。

このような電子弁では、リード線６に通電した
場合に、弁体４１が弁座１１ａを開いてから弁体
４２が弁座１２ａを閉じるまでの間、構造的に一
定時間を要するので、その間に空気洩れが生ずる
という問題があつた。

（考案の目的） 本考案の目的は、本体内の空気空間にそれぞれ
の弁座に対応させて２枚の電歪素子を設けること
により前記空気洩れ等の問題を解決し、さらに、
操作性の向上、用途の拡大等を図つた改良された
電子弁を提供することにある。

（考案の構成） 前記目的を達成するために本考案による電子弁
は、第１のポートが第１の弁座に、第２のポート
が第２の弁座に、第３のポートが本体内の空気空
間にそれぞれ接続されており、前記第１および第
２の弁座を開閉することにより動作流体の方向を
切換える制御弁において、前記本体に基部で固定
され、先端に前記第１の弁座に対面して設けられ
た第１の弁体を有するバイモルフ構造の第１の電
歪素子と、前記本体に基部で固定され、先端に前
記第２の弁座に対面して設けられた第２の弁体を
有するバイモルフ構造の第２の電歪素子とから構
成されている。

前記構成によれば本考案の目的は完全に達成で
きる。

（実施例） 以下、図面等を参照して本考案をさらに詳しく
説明する。

第２図は本考案による電子弁の実施例を示した
断面図である。

前述の基本構成と同一の符号は同一の機能を有
する部分である。本考案では、本体１の空気空間
１００内に２枚の電歪素子３，３ａが設けられて
いる。

電歪素子３はリード線６１，６２に接続されて
おり、圧電磁器３１，３２の表面側にはリード線
６１が、金属板３３側にはリード線６２がそれぞ
れ半田付けされている。リード線６１，６２間に
は抵抗体７が接続されている。電歪素子３ａはリ
ード線６１ａ，６２ａに接続されており、圧電磁
器３１ａ，３２ａの表面側にはリード線６１ａ
が、金属板３３ａ側にはリード線６２ａがそれぞ
れ半田付けされている。リード線６１ａ，６２ａ
間には抵抗体７ａが接続されている。そして、電
歪素子３の上端とリード線６１，６２、抵抗体７
との接続部および電歪素子３ａの上端とリード線
６１ａ，６２ａ、抵抗体７ａとの接続部は高分子
材料８により、素子ホルダ５１，５２内で一体的
にモールドされている。素子ホルダ５２はＯリン
グ９３で本体１に気密に嵌合されており、蓋５４
で押えられている。蓋５４はねじ５５，５５で本
体１に固定されている。電歪素子３の先端には弁
体４１が弁座部材１１の弁座１１ａに対面して設
けられている。電歪素子３ａの先端には弁体４１
ａが弁座部材１２の弁座１２ａ対面して設けられ
ている。

弁座部材１１の弁座１１ａの開口はポートＡに
接続され、弁座部材１２の弁座１２ａの開口はポ
ートＢに接続され、本体１の空気空間１００はポ
ートＣに接続されている。

つぎに、本考案による電子弁の実施例の動作を
説明する。

本考案による電子弁は、電歪素子３，３ａへの
電圧の印加の仕方によりつぎつぎの４通りの動作
が可能である。

第１の動作は、電歪素子３，３ａの双方に電圧
を印加しない場合である。この場合には電歪素子
３の弁体４１は弁座１１ａを閉じており、電歪素
子３ａの弁体４１ａは弁座１２ａを開いている
（第２図の状態）。したがつて、ポートＡは何れの
ポートとも接続されない。また、ポートＢはポー
トＣに連通する。

第２の動作は、電歪素子３，３ａの双方に所定
の電圧を印加する場合である。この場合には電歪
素子３の弁体４１は弁座１１ａを開いており、電
歪素子３ａの弁体４１ａは弁座１２ａを開じる。
したがつて、ポートＡはポートＣに連通する。ま
た、ポートＢは何れのポートにも接続されない。

第３の動作は、電歪素子３には所定の電圧を印
加し、電歪素子３ａには電圧を印加しない場合で
ある。この場合には電歪素子３の弁体４１は弁座
１１ａを、電歪素子３ａの弁体４１ａは弁座１２
ａをそれぞれ開いている。したがつて、ポート
Ａ、ポートＢ、ポートＣはすべてのポートとお互
いに連通する。

第４の動作は、電歪素子３には電圧を印加せ
ず、電歪素子３ａには所定の電圧を印加する場合
である。この場合には電歪素子３の弁体４１は弁
座１１ａを、電歪素子３ａの弁体４１ａは弁座１
２ａをそれぞれ閉じている。したがつて、ポート
Ａ、ポートＢ、ポートＣはそれぞれいずれのポー
トにも接続されない。

また、電歪素子３，３ａは独立して動作するの
で、一方の弁座を完全に閉じてから他方の弁座を
開くように電圧の印加のタイミングを調節するこ
とにより空気洩れを解消している。

さらに、電歪素子３，３ａに印加される電圧値
を調節することにより弁体４１，４１ａと弁座１
１ａ，１２ａとの間隙を可変して圧縮空気の流量
を調節することができる。

（応用例） (a) ３ポート弁として利用する場合 ３ポート弁とはインポート、アウトポート、排
気ポートの３ポートを有する弁をいう。３ポート
弁として利用する場合には、例えばポートＡをイ
ンポート、ポートＢを排気ポート、ポートＣをア
ウトポートに対応させて所定の空気回路に接続す
ればよい。

３ポート弁としての動作はつぎの通りである。
まず、電歪素子３，３ａの双方に電圧を印加せ
ず、弁座１１ａが閉じられ弁座１２ａが開かれて
いる状態にする。したがつて、インポート（ポー
トＡ）からの圧縮空気は何れのポートにも接続さ
れない。つぎに、電歪素子３ａに所定の電圧を印
加したのち一定時間経過後に電歪素子３に所定の
電圧を印加すれば、弁座１２ａが完全に閉じたの
ち弁座１１ａが開く。したがつて、空気洩れがな
く、インポート（ポートＡ）からアウトポート
（ポートＣ）に圧縮空気が流れる。さらに、電歪
素子３に所定の電圧の印加を停止したのち一定時
間経過後に電歪素子３ａの電圧の印加を停止すれ
ば、弁座１１ａが閉じてから弁座１２ａが開く。
したがつて、アウトポート（ポートＣ）からの空
気は排気ポート（ポートＢ）へ流れ排気される。

このように、本考案による電子弁は空気洩れの
ない３ポート弁しての利用が可能になる。

なお、ポートの対応は上記の組合わせに限ら
ず、ポートＢをインポート、ポートＡを排気ポー
ト、ポートＣをアウトポートすることにより常開
形の３ポート弁とすることもできる。

(b) 比例弁として使用する場合 比例弁とは、操作信号に比例して圧縮空気の流
量を調節することができる弁をいう。電歪素子
３，３ａを独立して作動できることと、印加する
電圧値により歪量が変化する性質を利用したもの
である。

比例弁として使用するにはつぎのようにすれば
よい。電歪素子３ａ側を閉じておき、電歪素子３
に印加する電圧値を調節すればよい。電歪素子３
ａに所定の電圧を印加すれば、弁体４１ａは対向
する弁座１２ａを閉じる。このとき、電歪素子３
に印加される電圧値によつて弁体４１に対向する
弁座１１ａとの間隙を可変することによりポート
ＡからポートＣに流れる圧縮空気の流量を調節す
ることができる。

逆に、電歪素子３側を閉じておき、電歪素子３
ａに印加する電圧値を調節することもできる。電
歪素子３に所定の電圧を印加しなければ、弁体４
１は対向する弁座１１ａを閉じている。このと
き、電歪素子３ａに印加される電圧値によつて弁
体４１ａに対向する弁座１２ａとの間隙を可変す
ることによりポートＣからポートＢに流れる圧縮
空気の流量を調節することができる。

この比例弁は切換弁として使用しているときに
流量を調節することはいうまでもない。

(c) 分流弁として使用する場合 分流弁とは、空気圧源から２以上の流路に分流
されるときに、一定比率で流量を分割して流す弁
をいう。このときには、ポートＣをインポート、
ポートＡとポートＢを共にアウトポートとする。

従来の３ポート弁ではポートＣからポートＡ，
ポートＣからポートＢへと別個に切換えることは
できた。しかし、ポートＣからポートＡ、ポート
Ｂに同時に圧縮空気を流したり、ポートＡ、ポー
トＢに同時に流さないようにすることはできなか
つた。

本考案による電子弁では、電歪素子３に所定の
電圧を印加し、電歪素子３ａに電圧を印加しなけ
れば、弁座１１ａ，１２ａは共に開いていること
になり、ポートＣからの圧縮空気をポートＡ、ポ
ートＢに同時に分流させることができる。電歪素
子３に電圧を印加せず、電歪素子３ａに所定の電
圧を印加すれば、弁座１１ａ，１２ａは共に閉じ
ていることになり、ポートＣからの圧縮空気をポ
ートＡ、ポートＢに流れないようにすることがで
きる。

なお、ポートＡ、ポートＢに分流させるとき
に、印加する電圧を調節しておけば、供給する流
量も調節することができる。

(d) 切換弁として使用する場合 切換弁とは、２つ以上の流れを持ち、２つ以上
のポートをもつ方向制御弁をいう。この場合に
は、ポートＡとポートＢを共にインポート、ポー
トＣをアウトポートとする。

従来の３ポート切換弁でもポートＡからポート
Ｃ、ポートＢからポートＣへと別個に切換えるこ
とはできた。しかし、ポートＡとポートＢからの
流れを同時にポートＣへ流したり、ポートＡとポ
ートＢからの流れを同時に止めることはできなか
つた。

本考案による電子弁では、電歪素子３に所定の
電圧を印加し、電歪素子３ａに電圧を印加しなけ
れば、弁座１１ａ，１２ａは共に開いていること
になり、ポートＡ，ポートＢの双方からの圧縮空
気をポートＣに同時に供給することができる。電
歪素子３に電圧を印加せず、電歪素子３ａに所定
の電圧を印加すれば、弁座１１ａ，１２ａは共に
閉ていることになり、ポートＡ、ポートＢの双方
からの圧縮空気をポートＣに流れないようにする
ことができる。

（考案の効果） 以上詳しく説明したように、本考案によれば弁
座に対向させて２枚の電歪素子を設けたので、独
立に操作することができ空気洩れ等の問題が解消
した。さらに、２枚の電歪素子により電子弁の操
作能力が向上したので、比例弁、分流弁等に応用
すれば、他の機能も持たせることができる。それ
らの弁の用途を拡大させることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子弁の基本構成を示す断面図、第２
図は本考案による電子弁の実施例を示す断面図で
ある。 １……本体、１１，１２……弁座部材、１１
ａ，１２ａ……弁座、１１ｂ，１２ｂ……ねじ
部、３，３ａ……電歪素子、３１，３１ａ，３
２，３２ａ……圧電磁器、３３，３３ａ……金属
板、４１，４１ａ，４２……弁体、５１，５２…
…素子ホルダ、５３……ブツシユ、５４……蓋、
５５……ねじ、６，６１，６１ａ，６２，６２ａ
……リード線、７，７ａ……抵抗体、８……高分
子材料、９１，９２，９３……Ｏリング。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１のポートが第１の弁座に、第２のポートが
   第２の弁座に、第３のポートが本体内の空気空間
   にそれぞれ接続されており、前記第１および第２
   の弁座を開閉することにより動作流体の方向を切
   換える制御弁において、前記本体に基部で固定さ
   れ、先端に前記第１の弁座に対面して設けられた
   第１の弁体を有するバイモルフ構造の第１の電歪
   素子と、前記本体に基部で固定され、先端に前記
   第２の弁座に対面して設けられた第２の弁体を有
   するバイモルフ構造の第２の電歪素子とから構成
   したことを特徴とする電子弁。