JPH0337669B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、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、さらに詳しく言えば、
そのような電歪素子の駆動電源を弁本体に一体に
設けた電子弁に関する。

（従来の技術） 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。

まず、本件出願人が既に提案している電子弁の
基本構成を説明する。

第４図は電子弁の基本構成を示す断面図、第５
図はその電子弁に用いられている電歪素子の例を
示した斜視図である。

弁本体１は中央部に上方が開口した空気空間１
００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１０
１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１０６
を介して円環状の空気空間１０７に連通してい
る。

本体１には弁座部材１１，１２が設けられてい
る。弁座部材１１，１２は先端に弁座１１ａ，１
２ａ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には外周の空気空間
１０２，１０７にそれぞれ連通する流路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。

弁座部材１１，１２はＯリング１５，１５ａ，
１６，１６ａ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て
いる。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１１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１
０８、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１１ａ，１２ａは対面して設け
られている。

電歪素子３は、第５図ａに示すように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。圧電磁器３１，３２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。第５図ｂのように
電歪素子３を２枚重ね合せれば、歪による力を２
倍にすることができる。

電歪素子３はリード線３５，３６に接続されて
おり、２枚の圧電磁器の表面側および金属板３３
側に半田付けされている。リード線３５，３６に
は抵抗体３４が接続されている。電歪素子３の上
端とリード線３５，３６と抵抗体３４との接続部
は高分子材料１８により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３４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
やすくするためである。蓋１０はねじ１９，１９
で本体１に固定され、蓋１０の中央部はブツシユ
１０ａ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１１
ａ，１２ａに対面して設けられている。素子ホル
ダ１７は空気空間１００の上部と外部との空気を
シールし、さらに高分子材料１８で完全にシール
した。素子ホルダ１７はゴム等の弾性体で電歪素
子３に沿つた長方形に形成され、本体１に嵌装さ
れている。これはバルブ形状を小さくして、空気
空間１００の容量を小さくし負荷の応答性を向上
させるためである。

つぎに、基本構成の電子弁の動作を説明する。

リード線３５，３６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１０５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３５，３６に通電されたとする
と、電歪素子３は右側に歪む。したがつて、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１
０２、流路１０３、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１０
０を通り、アウトポートOUTに流れる。

リード線３５，３６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す
る。したがつて、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１０６を介して排気ポート
EXHから排気される。

（発明が解決しようとする問題点） このような電子弁に用いられている電歪素子
は、消費電力が極端に少ないため、IC等で直接
駆動できるメリツトがある。

しかしながら、IC等の電源は、３〜18V位であ
り、電歪素子は印加電圧に略比例した歪が得られ
るため、低電圧であるICの電源を直接印加した
のでは、通常の電歪素子は、歪とシート力が不十
分で、バルブとしての機能を発揮することができ
ない。

本発明の目的は、電子弁に電歪素子駆動電源を
一体に設けることにより、電子制御回路からの微
弱信号により直接駆動できる電子弁を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による電子弁
は電子制御回路からの制御信号により、バイモル
フ構造の電歪素子に設けられた弁体で、弁本体に
設けられた弁座を開閉する電子弁において、発振
器と、前記発振器の出力を複数倍電圧に整流する
複数倍電圧整流回路と、前記電歪素子が並列に接
続されており、前記複数倍電圧整流回路の出力端
に接続された半導体スイツチと、前記制御信号が
あるときには前記発振器をオンして前記半導体ス
イツチをオフし、前記制御信号がないときには前
記発振器をオフして前記半導体スイツチをオンす
る駆動回路からなる電歪素子駆動電源と当該電子
弁本体とを一体にして構成されている。

（実施例） 以下、図面等を参照して、実施例につき本発明
を詳細に説明する。

第１図は、本発明による電子弁の実施例を示し
た断面図である。なお、前述の従来例と同様の機
能を有する部分には同一の符号が付してある。

本体１の上側にはステー５０を介して回路基板
５が設けられている。回路基板５上には、電子部
品群で構成された電歪素子駆動電源６が実装され
ている。この回路基板５には電歪素子３からのリ
ード線が半田付等で固定接続されている。回路基
板５は、蓋１０とともに、ステー５０，５０ａを
介してねじ１９，１９で本体１に固定されてい
る。回路基板５からはリード線５１，５２，５３
が導出されている。リード線５１は電源用であ
り、リード線５２はアース用であり、リード線５
３は制御信号用のリード線である。

第２図は、本発明による電子弁に用いられてい
る電歪素子駆動電源の実施例を示した回路図であ
る。

電歪素子駆動電源６は、発振器６１と、複数倍
電圧整流回路６２と、半導体スイツチ６３と、駆
動回路６４とから構成されている。

発振器６１は、インバータIn₁，In₂とコンデン
サC₁とダイオードD₁と抵抗R₁，R₂等とから構成
されており、その出力は、複数倍電圧整流回路６
２に接続されている。

複数倍電圧整流回路６２は、発振器６１の出力
を複数倍電圧に整流するための回路であり、イン
バータIn₃〜In₅とコンデンサC₂〜C₅とダイオード
D₂〜D₆と抵抗R₄等とから構成されており、その
出力は、半導体スイツチ６３に接続されている。

半導体スイツチ６３は、電歪素子３が並列に接
続されており、複数倍電圧整流回路６２の出力端
に接続されており、トランジスタTRと抵抗R₅，
R₆とから横成されている。トランジスタTRのベ
ースには、駆動回路６４からの出力が接続されて
いる。

駆動回路６４には、マイクロコンピユータ等に
より構成された電子制御回路７からの制御信号が
接続されている。駆動回路６４は、電子制御回路
７からの制御信号があるときには発振器６１をオ
ンして半導体スイツチ６３をオフし、その制御信
号がないときには発振器６１をオフして半導体ス
イツチ６３をオンするための回路であり、インバ
ータIn₆とダイオードD₇，D₈等から構成されてい
る。

つぎに、本発明による電子弁の実施例の動作を
説明する。

電子制御回路７からの制御信号が、ローレベル
の場合には、駆動回路６４のインバータIn₆の出
力がハイレベルになるので、発振器６１がオフに
なるとともに、半導体スイツチ６３のトランジス
タTRが導通し、電歪素子３は非導通である。こ
のとき、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１
０１、空気空間１０２、流路１０３、空気空間１
０４、流路１０５を介して供給される空気圧は遮
断されている。

電子制御回路７からの制御信号が、ハイレベル
になると、半導体スイツチ６３がオフになるとと
もに、発振器６１がオンになり、その出力が複数
倍電圧整流回路６２により複数倍に増幅されて、
電歪素子３に接続される。このとき、電歪素子３
に右側に歪む。したがつて、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１０
３、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。

第３図は、本発明による電子弁の他の実施例を
示した斜視図である。

なお、本実施例では、電子弁のヘツド部分を中
心に説明するものとし、前述の実施例と同様の機
能を発揮する部分には同一の符号が付してある。

本体１の開口を封止する高分子材料１８には、
電歪素子３に接続されたコネクタ用ピン３５ａ，
３６ａが設けられている。本体１の上面には、ピ
ン３５ａ，３６ａと接続されるコネクタ３５ｂ，
３６ｂを有するコネクタ部材５４が設けられてい
る。このコネクタ部材５４の上には、ステー５０
を介して基板５上に搭載された電歪素子駆動電源
６が設けられている。この基板５は、ステー５０
ａを介して、蓋１０とともにねじ１９，１９で本
体１に固定されている。なお、５１ａ，５２ａ，
５３ａは、リード線５１，５２，５３に接続され
たコネクタ用ピンである。

第１図に示したような構成にすれば、製造コス
トが安く、小形化できるメリツトがある。

一方、第３図に示したような構成にすれば、コ
ネクタを切り離すことにより、電歪素子駆動電源
とは別の電源で駆動できる。また、取り付け、取
り外しや故障時の交換等のメインテナンスが容易
である。さらに、駆動電源が故障したときは、駆
動電源だけ交換すればよく、コストが安くなる等
のメリツトがある。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明によれば、
電歪素子駆動電源を電子弁と一体に設けて、電歪
素子に増幅した電圧を印加しているので、マイク
ロンピユータ等の電子制御回路からの微弱信号に
より直接駆動できる。

例えば、第２図の例では、IC用電源の約５倍
弱の電圧が得られる。つまり、IC用電源を9Vと
すると約45Vの電圧によつて、電歪素子を駆動す
ることができるため、バルブとしての十分な機能
（歪とシート力）が得られる。

このため、乾電池１個で電子弁を長時間駆動す
ることができる。また、電子弁用電源と電子制御
用電源を別に備える必要がなく、電子制御用電源
１個で電子弁を駆動することができる。さらに、
電子弁駆動のための電子制御用回路が簡単にな
り、省スペースになる等々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子弁の実施例を示し
た断面図である。第２図は、本発明による電子弁
に用いられている電歪素子駆動電源の実施例を示
した回路図である。第３図は、本発明による電子
弁の他の実施例を示した斜視図である。第４図
は、電子弁の基本構成を示す断面図、第５図は、
その電子弁に用いられている電歪素子の例を示し
た斜視図である。 １…本体、１０…蓋、１０ａ…ブツシユ、１
１，１２…弁座部材、１１ａ，１２ａ…弁座、１
１ｂ，１２ｂ…ねじ部、１５，１５ａ，１６，１
６ａ…Ｏリング、１７…素子ホルダ、１８…高分
子材料、１９…ねじ、３…電歪素子、３１，３２
…圧電磁器、３３…金属板、３４…抵抗、３５，
３６…リード線、４１，４２…弁体、５…回路基
板、５０，５０ａ…ステー、５４…コネクタ部
材、６…電歪素子駆動電源、６１…発振器、６２
…複数倍電圧整流回路、６３…半導体スイツチ、
６４…駆動回路、７…電子制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子制御回路からの制御信号により、バイモ
   ルフ構造の電歪素子に設けられた弁体で、弁本体
   に設けられた弁座を開閉する電子弁において、発
   振器と、前記発振器の出力を複数倍電圧に整流す
   る複数倍電圧整流回路と、前記電歪素子が並列に
   接続されており、前記複数倍電圧整流回路の出力
   端に接続された半導体スイツチと、前記制御信号
   があるときには前記発振器をオンして前記半導体
   スイツチをオフし、前記制御信号がないときには
   前記発振器をオフして前記半導体スイツチをオン
   する駆動回路からなる電歪素子駆動電源と当該電
   子弁本体とを一体にしたことを特徴とする電子
   弁。 ２ 前記電歪素子駆動電源は前記電歪素子との電
   気的接続を前記駆動電源に接続されたピンと前記
   電歪素子に接続されたピンとを嵌合して電気接続
   するコネクタ部材で行うものである特許請求の範
   囲第１項記載の電子弁。