JP2021008892A - 圧電式バルブ及び該圧電式バルブの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる圧電式バルブを提供する。【解決手段】外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体２０と、バルブ本体の内部に配設されるプレート２５と、プレートに固定され、プレートともにバルブ本体の内部に配設されるアクチュエータ３０と、を備える圧電式バルブにおいて、バルブ本体は、前面が開口するケースであって、プレートには、気体排出路２６１及び気体排出路を開閉するアクチュエータの弁体３１が当接する弁座２６が設けられており、ケースの開口を閉鎖する蓋材２８は、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口２８５を有し、気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部でケースの先端面に溶着固定されている。【選択図】図５
Description
本発明は、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブ、及び該圧電式バルブの製造方法に関する。
従来、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行い、圧縮気体を噴出する圧電式バルブが知られている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
前記圧電式バルブは、高速応答性能に優れる積層型圧電素子の特性を利用するものであり、前記積層型圧電素子の小さな変位をテコの原理に基づき拡大する変位拡大機構を備えるものである。
特許文献１，２に記載された圧電式バルブは、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に配設される弁座プレートと、弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記弁座プレートの両面に固定され、前記弁座プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える。また、前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、該ケースの開口が前記弁座プレートの前面に設けられる蓋材により閉鎖される。
ところで、特許文献１に記載された圧電式バルブは、弁座プレート毎に一体に設けられる蓋材を、バルブ本体のケース前面に中間スペーサ及びガスケットを介してネジにより組み付ける構造のため、外形寸法が大きくなるとともに、エア漏れが生じる懸念がある。
また、特許文献１に記載された圧電式バルブは、前記弁座プレート毎に前記蓋材を、前記バルブ本体のケース前面に中間スペーサ及びガスケットを介してネジにより組み付ける構造のため、組み立てが煩雑となる問題がある。
他方、特許文献２に記載された圧電式バルブは、弁座プレートの前面に設けられる蓋材を、バルブ本体のケース開口部内に嵌入して組み付ける構造のため、外形寸法が制限される場合には、ケース開口部の肉厚を確保することができず、剛性が不足して圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らみエア漏れが生じる懸念がある。
また、特許文献２に記載された圧電式バルブは、前記蓋材に形成される開口部に前記弁座プレートの前方突出部を嵌合して組み付ける構造のため、前記蓋材の前記開口部からエア漏れが生じる懸念がある。
さらに、特許文献２に記載された圧電式バルブは、前記蓋材の前記開口部に前記弁座プレートの前方突出部を嵌合し、前記蓋材の下面四隅に垂下される部材にピンを挿入して前記弁座プレートを抜け止めする構造のため、組み立てが煩雑となる問題がある。
そこで、本発明は、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる圧電式バルブ、及び該圧電式バルブの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
本発明の圧電式バルブは、
前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
上記目的を達成するため、本発明は、
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
本発明の圧電式バルブは、
前記蓋材が、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
前記蓋材が、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
また、上記目的を達成するため、本発明は、
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする。
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、
前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設することが好ましい。
前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設することが好ましい。
上記目的を達成するため、本発明は、
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする。
外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、
複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定することが好ましい。
複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定することが好ましい。
本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材の前記気体排出用開口からのエア漏れを防止することができる。
本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されているので、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができるため、圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる。
本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材に溶着固定された前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材を前記ケースの先端面に溶着固定することで、容易に組み立てることができる。
本発明の圧電式バルブは、前記プレートには、アクチュエータの積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、前記蓋材が、前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されていれば、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる。
また、本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる。
本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材に溶着固定された前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材を前記ケースの先端面に溶着固定することで、容易に組み立てることができる。
本発明の圧電式バルブは、前記蓋材が、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されていれば、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定するので、前記蓋材の前記気体排出用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができるため、圧縮気体の供給圧力によりケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、前記蓋材が、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定することとすれば、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
また、本発明の圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定するので、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
本発明の圧電式バルブの製造方法は、複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定することとすれば、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができるとともに、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は圧電式バルブの一例であって斜視図を示す。図２は図１の圧電式バルブの組立分解図を示す。図３はアクチュエータの説明図を示す。図４は弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の説明図を示す。図５は図１の圧電式バルブの断面図であって、弁座プレートをバルブ本体内部に配設した状態の説明図を示す。
図１乃至図５に示す圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０、前記バルブ本体２０の内部に配設されるとともに該バルブ本体２０に固定される弁座プレート２５、前記弁座プレート２５の両面にネジで固定されるアクチュエータ３０を備える。
図１は圧電式バルブの一例であって斜視図を示す。図２は図１の圧電式バルブの組立分解図を示す。図３はアクチュエータの説明図を示す。図４は弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の説明図を示す。図５は図１の圧電式バルブの断面図であって、弁座プレートをバルブ本体内部に配設した状態の説明図を示す。
図１乃至図５に示す圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０、前記バルブ本体２０の内部に配設されるとともに該バルブ本体２０に固定される弁座プレート２５、前記弁座プレート２５の両面にネジで固定されるアクチュエータ３０を備える。
前記バルブ本体２０は、前面が開口するケースであって、内部には外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室を備える。
また、前記バルブ本体２０の前側には、コネクタ部５０が設けられる。前記コネクタ部５０の前面には、該バルブ本体２０内に圧縮気体を吸入する気体吸入口５１及び前記圧縮気体を排出する気体排出口５２が開口する。
また、前記バルブ本体２０の前側には、コネクタ部５０が設けられる。前記コネクタ部５０の前面には、該バルブ本体２０内に圧縮気体を吸入する気体吸入口５１及び前記圧縮気体を排出する気体排出口５２が開口する。
前記バルブ本体２０と前記コネクタ部５０の間には、積層型圧電素子３２（以下、「圧電素子」という）に給電するための配線基板５５が配設され、前記コネクタ部５０の一側端であって前記バルブ本体２０の側方位置に、前記配線基板５５を介して前記圧電素子３２に給電するための配線コネクタ２９が配設される。
前記弁座プレート２５は、前記アクチュエータ３０の取り付け部を両面に備えるとともに、前記アクチュエータ３０の後述する弁体３１が当接する弁座２６を有する。また、前記弁座プレート２５には、前記弁座２６の弁座面から前記コネクタ部５０の前記気体排出口５２へ連通する気体排出路２６１が形成され、前記気体排出路２６１は前記弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に開口する。
前記弁座プレート２５は合成樹脂材料により成形され、前記配線基板５５から前記圧電素子３２へ給電するための配線２６３がモールドされており、前記配線２６３の先端が前記前方突出部２５１の前面に露出する。
また、前記弁座プレート２５の後方位置には、図示しない前記圧電素子３２のリード線と接続される前記配線の電極が露出する。
また、前記弁座プレート２５の後方位置には、図示しない前記圧電素子３２のリード線と接続される前記配線の電極が露出する。
前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面には、前記バルブ本体２０の前記ケースの開口を閉鎖する蓋材２８が設けられる。
前記蓋材２８には、前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５、及び前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に露出する前記配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６が形成される。
また、前記蓋材２８には、前記コネクタ部５０の前面に開口する気体吸入口５１から前記バルブ本体２０内に連通する気体吸入路２８２が形成される。
前記蓋材２８には、前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５、及び前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に露出する前記配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６が形成される。
また、前記蓋材２８には、前記コネクタ部５０の前面に開口する気体吸入口５１から前記バルブ本体２０内に連通する気体吸入路２８２が形成される。
前記アクチュエータ３０は、図３に示すように、ゴム製好ましくは滑性ゴムの弁体３１、該弁体３１の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子３２、前記圧電素子３２の変位を拡大して前記弁体３１に作用させる変位拡大機構３３を備える。
前記圧電素子３２には、例えば内部電極層が露出する側面を含む全周面がエポキシ樹脂で薄く被覆された樹脂外装型圧電素子を用いることができる。
前記圧電素子３２には、例えば内部電極層が露出する側面を含む全周面がエポキシ樹脂で薄く被覆された樹脂外装型圧電素子を用いることができる。
前記変位拡大機構３３は、前記圧電素子３２の変位を拡大する変位拡大部３４と、前記圧電素子３２の変位を前記変位拡大部３４に伝達する変位伝達部３５を有し、前記弁体３１の動作方向の軸線、ここでは、前記弁体３１と前記圧電素子３２の長手方向軸線を結ぶ直線に対して対称に配置される。
前記変位伝達部３５は、前記圧電素子３２の一端が接合されるＵ字状のベース基板３６と、前記圧電素子３２の他端が接合されるキャップ部材３７を有する。前記圧電素子３２が前記Ｕ字状のベース基板３６の空間内に配設されることで、前記変位拡大機構３３は前記圧電素子３２の長手方向軸線を中心として対称な配置とされる。
ここで、前記圧電素子３２は、前記Ｕ字状のベース基板３６の空間内であって該ベース基板３６のＵ字状底部３６１と前記キャップ部材３７との間に例えば接着剤を介して組み込まれ、前記ベース基板３６のＵ字状底部３６１を塑性変形させることで、前記一端が前記ベース基板３６のＵ字状底部３６１に接合され、前記他端が前記キャップ部材３７に接合される。
前記変位拡大部３４は、前記弁体３１と前記圧電素子３２の長手方向軸線を結ぶ直線に対して対称な配置とされる第１及び第２変位拡大部３４ａ，３４ｂから構成される。
前記第１変位拡大部３４ａは、第１及び第２ヒンジ３９，４０、第１アーム４１及び第１板バネ４２を有する。前記第１アーム４１は前記第１ヒンジ３９により前記Ｕ字状のベース基板３６の一方側先端に対し一体とされ、前記第２ヒンジ４０により前記キャップ部材３７に対し一体とされる。前記第１アーム４１の外側先端部には、前記第１板バネ４２の一端が接合される。
前記第１変位拡大部３４ａは、第１及び第２ヒンジ３９，４０、第１アーム４１及び第１板バネ４２を有する。前記第１アーム４１は前記第１ヒンジ３９により前記Ｕ字状のベース基板３６の一方側先端に対し一体とされ、前記第２ヒンジ４０により前記キャップ部材３７に対し一体とされる。前記第１アーム４１の外側先端部には、前記第１板バネ４２の一端が接合される。
他方、前記第２変位拡大部３４ｂは、第３及び第４ヒンジ４３，４４、第２アーム４５及び第２板バネ４６を有する。前記第２アーム４５は前記第３ヒンジ４３により前記Ｕ字状のベース基板３６の他方側先端に対し一体とされ、前記第４ヒンジ４４により前記キャップ部材３７に対し一体とされる。前記第２アーム４５の外側先端部には、前記第２板バネ４６の一端が接合される。
ここで、前記変位拡大機構３３は、例えば前記第１及び第２板バネ４２，４６を除き、インバー材を含むステンレス材等の金属材料を打ち抜いて一体に成形することができる。
ここで、前記変位拡大機構３３は、例えば前記第１及び第２板バネ４２，４６を除き、インバー材を含むステンレス材等の金属材料を打ち抜いて一体に成形することができる。
また、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６は、例えば一枚の金属板材から成形することができる。ここでは、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６は、前記圧電素子３２の長手方向軸線に対し対称であって中央部分に前記弁体３１の設置部４８、例えば前記圧電素子３２の長手方向軸線に直交する平坦な設置面を有する形状に成形された一枚の金属板材の両側部分に形成されている。そして、前記第１及び第２板バネ４２，４６の一端は、それぞれ前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部に接合されており、前記弁体３１は、前記第１及び第２板バネ４２，４６の他端間であって前記圧電素子３２の長手方向軸線上に位置する前記設置部４８に設けられている。
なお、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６を別部材により成形し、前記第１板バネ４２の他端に前記弁体３１の一方側の側端部を接合し、前記第２板バネ４６の他端に前記弁体３１の他方側の側端部を接合することで、前記第１及び第２板バネ４２，４６の他端間に前記弁体３１を設けることもできる。
前記アクチュエータ３０は、閉弁状態において前記圧電素子３２に通電すると、当該圧電素子３２が伸長する。当該圧電素子３２の伸長に伴う変位は、前記変位拡大機構３３において、前記第１及び第３ヒンジ３９，４３を支点、前記第２及び第４ヒンジ４０，４４を力点、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部を作用点としてテコの原理により拡大され、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部を大きく変位させる。
そして、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部の変位は、前記第１及び第２板バネ４２，４６を介して前記弁体３１を前記弁座２６から離間させ、前記気体排出路２６１を開放する。
他方、上記アクチュエータ３０は、前記圧電素子３２への通電が解除されると該圧電素子３２が収縮し、当該収縮が前記変位拡大機構３３を介して前記弁体３１を前記弁座２６に着座させ、前記気体排出路２６１を閉鎖する。
図６は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定する様子の説明図を示す。図７は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定した中間組立体の説明図を示す。図８は図７の中間組立体の正面図を示す。図９は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図を示す。
本発明の実施の形態では、図９に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てる。ここでは、前記蓋材２８に２つの弁座プレート２５を溶着固定して中間組立体６０とする例を示す。
本発明の実施の形態では、図９に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てる。ここでは、前記蓋材２８に２つの弁座プレート２５を溶着固定して中間組立体６０とする例を示す。
まず、前記蓋材２８に形成される２つの配線用開口２８６に前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に露出する各配線２６３を挿通して前方へ延出させるとともに、前記蓋材２８に形成される４つの気体排出用開口２８５を前記各弁座プレート２５の各気体排出路２６１上に位置させて、前記蓋材２８の下面を前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に当接させる。
次に、図９に示すように、４つの前記気体排出用開口２８５を囲む環状の走査軌跡ａに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記各気体排出用開口２８５を囲む環状の溶着部で前記各弁座プレート２５の前記各前方突出部２５１の前面に溶着固定する。また、２つの前記配線用開口２８６を囲む環状の走査軌跡ｂに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記各配線用開口２８６を囲む環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に溶着固定する。
図１０は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の他の例の説明図を示す。
本発明の実施の形態では、図１０に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
本発明の実施の形態では、図１０に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
その場合、図１０に示すように、弁座プレート２５毎に２つの気体排出用開口２８５及び１つの配線用開口２８６の全てを囲む環状の走査軌跡ｃに沿って蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記弁座プレート２５毎に前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６の両方を囲む環状の溶着部で前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に溶着固定する。
なお、図９に示す走査軌跡ａ，ｂと、図１０に示す走査軌跡ｃを組み合わせることで、前記蓋材２８を前記弁座プレート２５の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
なお、図９に示す走査軌跡ａ，ｂと、図１０に示す走査軌跡ｃを組み合わせることで、前記蓋材２８を前記弁座プレート２５の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
図１１は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付ける様子の説明図を示す。図１２は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付けて溶着固定したバルブ組立体の説明図を示す。図１３は図１２のバルブ組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図を示す。
本発明の実施の形態では、図１３に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、前記中間組立体６０の蓋材２８を、前記バルブ本体２０のケース先端面に溶着固定してバルブ組立体７０を組み立てる。
本発明の実施の形態では、図１３に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、前記中間組立体６０の蓋材２８を、前記バルブ本体２０のケース先端面に溶着固定してバルブ組立体７０を組み立てる。
本発明の実施の形態では、中間組立体６０の弁座プレート２５をバルブ本体２０の内部に配設した後、図１３に示すように、蓋材２８の外周部における環状の走査軌跡ｄに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定する。
図１３に示す例では、二重の走査軌跡ｄを示しているが、これに限定されるものでなく、レーザーの出力や走査速度等の条件に応じて変更することができる。
図１３に示す例では、二重の走査軌跡ｄを示しているが、これに限定されるものでなく、レーザーの出力や走査速度等の条件に応じて変更することができる。
本発明の実施の形態において、前記蓋材２８には、レーザー光を十分に透過する周知の光透過性樹脂材料を用いることができる。また、前記弁座プレート２５及び前記バルブ本体２０には、レーザー光を十分に吸収する周知の光吸収性樹脂材料を用いることができる。
上記本発明の実施の形態では、前記蓋材２８に２つの前記弁座プレート２５を溶着固定して中間組立体６０を組み立てる例を示したが、これに限定されるものでなく、前記蓋材２８に１つの前記弁座プレート２５を溶着固定して前記中間組立体６０を組み立てたり、前記蓋材２８に３つ以上の前記弁座プレート２５を溶着固定して前記中間組立体６０を組み立てたりすることもできる。
本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、弁座プレート２５の気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５及び前記弁座プレート２５の前面に露出する配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６を有し、前記気体排出用開口２８５を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口２８６を囲む環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１が開口する前方突出部２５１の前面に溶着固定されるので、前記蓋材２８の前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６からのエア漏れを防止することができる。
また、本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、弁座プレート２５の気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５及び前記弁座プレート２５の前面に露出する配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６を有し、前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６の両方を囲む環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１が開口する前方突出部２５１の前面に溶着固定されることとしても、前記蓋材２８の前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６からのエア漏れを防止することができる。
本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されているので、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができるため、圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる。
本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０とし、前記中間組立体６０の前記弁座プレート２５を前記バルブ本体２０の内部に配設した後、前記蓋材２８を前記ケースの先端面に溶着固定してバルブ組立体７０とすることで、容易に組み立てることができる。
本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８に３つ以上の弁座プレート２５を溶着固定することができるので、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、その構成を適宜変更できることはいうまでもない。
本発明の圧電式バルブは、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブに利用することができる。
１０ 圧電式バルブ
２０ バルブ本体
２５ 弁座プレート
２５１ 前方突出部
２６ 弁座
２６１ 気体排出路
２６３ 配線
２８ 蓋材
２８２ 気体吸入路
２８５ 気体排出用開口
２８６ 配線用開口
２９ 配線コネクタ
３０ アクチュエータ
３１ 弁体
３２ 積層型圧電素子
３３ 変位拡大機構
３４ 変位拡大部
３５ 変位伝達部
３６ ベース基板
３６１ Ｕ字状底部
３７ キャップ部材
３９ 第１ヒンジ
４０ 第２ヒンジ
４１ 第１アーム
４２ 第１板バネ
４３ 第３ヒンジ
４４ 第４ヒンジ
４５ 第２アーム
４６ 第２板バネ
４８ 設置部
５０ コネクタ部
５１ 気体吸入口
５２ 気体排出口
５５ 配線基板
６０ 中間組立体
７０ バルブ組立体
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 走査軌跡
２０ バルブ本体
２５ 弁座プレート
２５１ 前方突出部
２６ 弁座
２６１ 気体排出路
２６３ 配線
２８ 蓋材
２８２ 気体吸入路
２８５ 気体排出用開口
２８６ 配線用開口
２９ 配線コネクタ
３０ アクチュエータ
３１ 弁体
３２ 積層型圧電素子
３３ 変位拡大機構
３４ 変位拡大部
３５ 変位伝達部
３６ ベース基板
３６１ Ｕ字状底部
３７ キャップ部材
３９ 第１ヒンジ
４０ 第２ヒンジ
４１ 第１アーム
４２ 第１板バネ
４３ 第３ヒンジ
４４ 第４ヒンジ
４５ 第２アーム
４６ 第２板バネ
４８ 設置部
５０ コネクタ部
５１ 気体吸入口
５２ 気体排出口
５５ 配線基板
６０ 中間組立体
７０ バルブ組立体
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 走査軌跡
Claims (8)
- 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする圧電式バルブ。 - 前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されている請求項１記載の圧電式バルブ。 - 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする圧電式バルブ。 - 前記蓋材は、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電式バルブ。
- 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする圧電式バルブの製造方法。 - 前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設する請求項５記載の圧電式バルブの製造方法。 - 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、
前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする圧電式バルブの製造方法。 - 複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定する請求項５乃至７のいずれかに記載の圧電式バルブの製造方法。
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