CN1279302C - 压电式流体控制阀 - Google Patents

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Abstract

一种常开型压电型式流体控制阀，在受到开阀方向的弹性力作用的隔膜阀(11)与阀簧机构(25)之间配置通过加电压而伸长的压电元件层压体(20)，使该压电元件层压体(20)伸长时的应变量(a)比隔膜阀(11)的开闭行程(b)大，并根据其差(c)使弹簧座(28)离开第2限动部(30)地设定，这样，当上述压电元件层压体(20)伸长而使隔膜阀(11)进入到阀座(10)时，上述阀簧(29)受到压缩，其弹性力通过压电元件层压体(20)作用于上述隔膜阀(11)，由该弹性力将隔膜阀(11)推压在阀座(10)。这样，可通过将压电元件层压体的伸长力变换成弹簧的弹性力而以该弹簧力获得闭阀力，并使耐久性优良。

Description

压电式流体控制阀
技术领域
本发明涉及一种由压电元件对流体控制阀进行开闭操作的压电式流体控制阀，更为详细地说，涉及一种在非操作时维持开阀状态的常开型压电式流体控制阀。
背景技术
由层压了多个压电元件的压电元件层压体对流体控制阀进行开闭操作的压电式流体控制阀记载于例如特开平11-173440号公报中，已为公众所知。该流体控制阀具有利用上述压电元件层压体的伸缩力开闭阀构件从而获得大的操作力的优点，一般构成为常闭型。该常闭型的流体控制阀在上述压电元件层压体不通电的非操作状态下由阀簧的弹性力将阀构件维持在闭锁状态，当压电元件层压体通电时，阀簧由该压电元件层压体的伸长力压缩，将阀构件开放。
可是，根据流体控制阀用途的不同，有时使用常开型较有利，所以，也提出有具有常开型构成的流体控制阀。在特开平11-108227号公报中，示出这样的常开型流体控制阀的例。该例为由金属隔膜阀开闭阀座的形式，当不在压电元件层压体加电压而处于非操作状态时，由复位弹簧的弹性力使压电元件层压体朝从金属隔膜阀离开的方向移动，从而使金属隔膜阀在自身弹性力的作用下开放阀座，当在压电元件层压体加上电压时，该压电元件层压体由其伸长力压缩复位弹簧，将金属隔膜阀推压在阀座上。
然而，现有的常开型流体控制阀由压电元件层压体的大伸长力将隔膜阀直接推压在阀座上，所以，隔膜阀和阀座易于变形或破损，在耐久性和安全性上存在问题。
发明内容
本发明的技术课题在于提供一种常开型压电式流体控制阀，该常开型压电式流体控制阀的设计构造合理而且耐久性良好，通过将压电元件层压体的伸长力变换成弹簧的弹性力，可由该弹簧的弹性力获得闭阀力。
为了解决上述问题，本发明提供一种压电式流体控制阀，该压电式流体控制阀具有由隔膜阀的位移开闭流体流路的阀机构部和开闭上述隔膜阀的压电式操作部。上述阀机构部在第1阀壳内具有流体流路、设于该流体流路中的阀座、通过接离该阀座而开闭上述流体流路的上述隔膜阀、及接触在该隔膜阀背面的推压件。另外，上述压电式操作部在第2阀壳内具有通过加电压而伸长的压电元件层压体、将该压电元件层压体的伸长力传递到上述推压件以使隔膜阀进入到阀座的第1构件、在压电元件层压体伸长时与第2构件一起位移的弹簧座、及由该弹簧座的位移产生弹性变形的阀簧，上述压电元件层压体伸长时的应变量设定为这样的大小，由该大小，在压下上述推压件使隔膜阀进入到阀座的同时，可朝相反方向推压上述弹簧座使阀簧弹性变形。
在具有上述构成的本发明的流体控制阀中，当处于该非操作状态时，上述隔膜阀在自身弹性力的作用下从阀座离开，维持开阀状态。在该状态下，当在上述压电元件层压体加上规定的电压时，该压电元件层压体朝轴方向伸长，压下上述推压件，使隔膜阀进入阀座，同时，朝相反方向推压上述弹簧座，使阀簧产生弹性变形。为此，该阀簧的弹性力通过压电元件层压体作用于上述隔膜阀，由该弹性力将隔膜阀推压到阀座上。即，将压电元件层压体的伸长力变换成阀簧的弹性力，由该弹性力获得隔膜阀的入座力。结果，由于没有在隔膜阀和阀座直接作用压电元件层压体的大的伸长力，所以，它们不会变形或破损，耐久性和安全性提高。
按照本发明的优选具体实施形式，上述第1阀壳和第2阀壳在将该第2阀壳的一端嵌合于第1阀壳的阀孔内的状态下相互接合，在该第2阀壳的前端部与上述阀孔的周底部之间气密地夹持上述隔膜阀外周部将其固定，并在该第2阀壳内部可自由移动地保持上述推压件。
按照本发明的另一具体实施形式，上述弹簧座可自由调整位置地安装在调整螺钉，该调整螺钉由上述第2构件改变位置。
在本发明中，上述压电式操作部的第2阀壳具有第1限动部和第2限动部，该第1限动部通过在未向该压电元件层压体通电时与上述推压件接合，从而限定隔膜阀的开放行程端，该第2限动部通过与上述弹性座接合而限定阀簧的伸长端。
在本发明中，上述推压件与第1构件可通过嵌合在形成于相向面中心的凹坑的球体相互接合。
按照本发明的另一具体实施形式，上述第1阀壳在与连接于第2阀壳的一侧的相反侧的端面具有用于安装到装置基板的安装面，在该安装面设有与上述流体流路连接的多个流体出入口。
附图说明
图1为示出本发明压电式流体控制阀一实施形式的非操作状态的断面图。
图2为图1所示流体控制阀在操作状态下的断面图。
图3为示出本发明流体控制阀的动作状态的线图。
具体实施方式
图1示出本发明压电式流体控制阀的优选典型实施形式。该流体控制阀为在非操作时维持开阀状态的常开型阀，通过一体接合用于对加工用气体等流体的流动进行控制的阀机构部1和操作该阀机构部1的压电式操作部2而构成。
上述阀机构部1具有实质上呈圆柱状的第1阀壳5。在该第1阀壳5的轴线方向一端侧的端面形成用于安装到半导体晶片制造装置等中的气体控制装置的装置基板4的安装面6，在该安装面6开有多个流体出入口7、8。另外，在该第1阀壳5的内部形成连接这些出入口7、8的流路7a、8a、这些流路7a、8a所开口的阀孔9、及在该阀孔9内围绕一方的流路7a的开口部的阀座10，在该阀孔9内设置隔膜阀11，该隔膜阀11通过与上述阀座10接离而对流路7a进行开闭。该隔膜阀11由金属制成，通过气密地将其外周部夹在压电式操作部2的第2阀壳15与阀孔周底部之间从而固定在该阀孔9内，并被赋予从阀座10离开的方向上的弹性力。
在上述隔膜阀11的背面配置推压件13，该推压件13接触在该隔膜阀11并一起朝其开闭方向产生位移。该推压件13收容在呈圆筒形的上述第2阀壳15的前端内部，当开放隔膜阀11时与第1阀壳15前端的第1限动部14接合，由此限定上述隔膜阀11的开放行程端。
压电式操作部2具有上述第2阀壳15。该第2阀壳15在将其前端部嵌合于上述第1阀壳5的阀孔9内的状态下，将接合于外周的凸缘部15a的螺母构件18螺旋接合到第1阀壳5，从而相互同轴地接合到该第1阀壳5。
在上述第2阀壳15的内部，配置有压电元件层压体20和盖形的第1构件21和第2构件22，该压电元件层压体20通过层压多个压电元件20a而形成，并在加上电压时沿轴线方向伸长，该盖形第1构件21和第2构件22接触在该压电元件层压体20的两端，随着该压电元件层压体20的伸缩朝轴线方向产生位移。其中，第1构件21配合于压电元件层压体20的前端部，用于将该压电元件层压体20的伸长力传递到上述推压件13，使隔膜阀11进入到阀座10，该第1构件21通过球体23与上述推压件13相互接触，该球体23嵌合在分别形成于相向面中心的凹坑内。第2构件22安装于压电元件层压体20的后端部，在该第2构件22与固定于第2阀壳15端部的板24间设置阀簧机构25。
上述阀簧机构25包含调整螺钉27、弹簧座28、及螺旋状阀簧29，该调整螺钉27与上述第2构件22外侧端面接触并与该第2构件22一起朝第2阀壳15的轴线方向产生位移，该弹簧座28可自由调整位置地螺旋接合在该调整螺钉27，该螺旋状阀簧29设置在该弹簧座28与上述板24之间。上述弹簧座28在控制阀的非操作状态下通过与设于第2阀壳15后端部的第2限动部30接合，限定阀簧29的最大伸长位置，由此防止该阀簧29的弹性力作用在压电元件层压体20和隔膜阀11，另外，当操作控制阀时，由上述压电元件层压体20通过第2构件22朝离开第2限动部30的方向推动，使阀簧29产生弹性变形，将该阀簧29的弹性力作用在压电层压体20。
如图3所示，使上述压电元件层压体20的伸长时的变形量(伸长量)a与隔膜阀11的开闭行程b和弹簧座28的位移量c的和相同或比其大地进行设定，这样，当上述压电元件层压体20伸长时，上述弹簧座28离开第2限动部30，使阀簧29产生弹性变形。
图中的符号31为用于向压电元件层压体20供电的导线，通过形成于上述第2构件22、调整螺钉27、及板24的孔导出到第2阀壳15的外部，与控制回路32相连。该控制回路32例如在图1中由点划线所示那样，可设置在安装于第2阀壳15的外罩33的内部，在该场合，通过设于该外罩33的连接器34连接到未示出的控制器。
在具有上述构成的流体控制阀中，当不操作时，即在压电元件层压体20完全没有加上电压或仅加上获得用于保持第1构件21与推压件13之间和第2构件22与调整螺钉27之间的接触所需伸长那样程度的小量电压的状态下，如图1所示，由于压电元件层压体20没有处于所需伸长状态，所以，隔膜阀11由自身的弹性力从阀座10离开，维持开阀状态。在该状态下，推压件13与第1限动部14接合，同时，弹簧座28与第2限动部30接合，不在压电元件层压体20和隔膜阀11作用阀簧29的弹性力。
在该状态下，当在上述压电元件层压体20作用一定大小的电压时，如图2所示，该压电元件层压体20朝轴线方向伸长，通过第1构件21对推压构件13进行推压，使隔膜阀11进入到阀座10，同时，朝相反方向推压上述弹簧座28，使其离开第2限动部30，从而使阀簧29产生弹性变形。为此，该阀簧29的弹性力通过压电元件层压体20作用于上述隔膜阀11，由该弹性力将隔膜阀11推压在阀座10。即，压电元件层压体20的伸长力变换成阀簧29的弹簧力，由该弹簧力获得隔膜阀11进入阀座10的入座力。因此，如由图3所看出的那样，由于在隔膜阀11或阀座10不直接作用压电元件层压体20的大的伸长力，所以，它们不会变形或破损，耐久性和安全性得到提高。
在上述实施例中，作为阀簧29示出了螺旋弹簧，但也可为板簧、橡胶、或其它弹性构件。
这样按照本发明，可获得常开型压电式流体控制阀，该常开型压电式流体控制阀，通过将压电元件层压体的伸长力变换成弹簧弹性力，可由该弹簧的弹性力获得闭阀力，其设计构造合理而且耐久性良好。

Claims (6)

1.一种压电式流体控制阀，其特征在于：具有由隔膜阀的位移开闭流体流路的阀机构部和开闭上述隔膜阀的压电式操作部；上述阀机构部在第1阀壳内具有上述流体流路、设于该流体流路中间的阀座、通过接离该阀座而开闭上述流体流路并被赋予离开该阀座的方向的弹性力的上述隔膜阀、及接触在该隔膜阀背面并一起朝开闭方向移动的推压件；上述压电式操作部在与上述第1阀壳接合的第2阀壳内具有通过加电压而伸长的压电元件层压体、配置在该压电元件层压体一端侧的用于将该压电元件层压体的伸长力传递到上述推压件以使隔膜阀进入到阀座的第1构件、可自由移动地配置在上述压电元件层压体另一端侧的第2构件、在上述压电元件层压体伸长时与该第2构件一起位移的弹簧座、及由该弹簧座的位移产生弹性变形从而对上述压电元件层压体成为反弹状态的阀簧；上述压电元件层压体伸长时的应变量设定为这样的大小，由该大小，在压下上述推压件使隔膜阀进入到阀座的同时，可朝相反方向推压上述弹簧座使阀簧弹性变形。
2.如权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于：阀机构部的上述第1阀壳和压电式操作部的圆筒形的上述第2阀壳在将该第2阀壳一端嵌合到第1阀壳的设于阀座的阀孔内的状态下相互接合，在该第2阀壳的前端部与上述阀孔的周底部之间气密地夹持上述隔膜阀外周部将其固定，并在该第2阀壳内部可自由移动地保持上述推压件。
3.如权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于：上述弹簧座可自由调整位置地安装在调整螺钉上，该调整螺钉由上述第2构件改变位置。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的流体控制阀，其特征在于：上述压电式操作部的第2阀壳具有第1限动部和第2限动部，该第1限动部通过在未向该压电元件层压体通电时与上述推压件接合，从而限定隔膜阀的开放行程端，该第2限动部通过与上述弹簧座接合而限定阀簧的伸长端。
5.如权利要求1-3中任何一项所述的流体控制阀，其特征在于：上述推压件与第1构件可通过嵌合在形成于相向面中心的凹坑的球体相互接合。
6.如权利要求1-3中任何一项所述的流体控制阀，其特征在于：上述第1阀壳在与连接于第2阀壳的一侧相反侧的端面具有用于安装到装置基板的安装面，在该安装面设有与上述流体流路连接的多个流体出入口。
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