JP2022061858A - Fluid control valve - Google Patents

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Abstract

To reduce shearing force applied to a piezoelectric element, in a fluid control valve including the piezoelectric element and a mechanical amplifier for enlarging displacement of the piezoelectric element.SOLUTION: A fluid control valve 10 has: a case 12 including an inner chamber 40 and openings A, P as gateways of a fluid; a piezoelectric element 44 telescopic along a telescopic shaft X; and a mechanical amplifier 54 for enlarging displacement of the piezoelectric element and displacing a valve portion 84 for opening and closing the openings. The mechanical amplifier includes: a support portion 60 disposed on the case and connected to an axial one end of the telescopic shaft of the piezoelectric element; a displacement portion 66 connected to the axial other end of the piezoelectric element; an arm 64 connected to the displacement portion at one end, connected to the support portion at an intermediate portion through a deformable amplifier hinge portion 62, and opening and closing one of the openings at the other end; and a balance mechanism 68 for applying a load in a direction opposite to a load of the direction orthogonal to the telescopic shaft, applied to the displacement portion by expansion of the piezoelectric element.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、流路の切り換えや、流量を調整するための流体制御弁に関する。 The present invention relates to a fluid control valve for switching a flow path and adjusting a flow rate.

流体の流れ方向を切り替える電気式切換弁が公知である(例えば、特許文献1)。特許文献1の電気式切換弁はスプール式のものであって、スプールの両側にはスプール液室が形成されている。スプール液室にはそれぞれノズルが接続され、ノズルはタンクラインに繋がる排出流路に接続されている。 An electric switching valve that switches the flow direction of a fluid is known (for example, Patent Document 1). The electric switching valve of Patent Document 1 is a spool type, and spool liquid chambers are formed on both sides of the spool. Nozzles are connected to each of the spool liquid chambers, and the nozzles are connected to the discharge flow path connected to the tank line.

排出通路のそれぞれにはノズルを開閉する開閉機構が設けられている。開閉機構は、積層型の圧電素子(電歪素子)と、圧電素子の変位を拡大するメカニカルアンプ(変位拡大機構)とを有している。メカニカルアンプは、電気式切換弁のハウジングに固定された支持アームと、支持アームにヒンジを介して連結されたL字状のレバーとを有する。レバーは一端においてノズルを封止し、他端において圧電素子に接続されている。 Each of the discharge passages is provided with an opening / closing mechanism for opening / closing the nozzle. The opening / closing mechanism includes a laminated piezoelectric element (electrostrain element) and a mechanical amplifier (displacement expansion mechanism) that expands the displacement of the piezoelectric element. The mechanical amplifier has a support arm fixed to the housing of the electric switching valve and an L-shaped lever connected to the support arm via a hinge. The lever seals the nozzle at one end and is connected to the piezoelectric element at the other end.

圧電素子に電圧が加わると圧電素子が伸長し、レバーはヒンジを中心として回転して、ノズルが開放される。ノズルが開放されると、一方のスプール液室が排出流路を介してタンクラインに連通し、スプール液室の液圧が排出される。これにより、両スプール液室の液圧の差が生じて、スプールが移動し、流体の流れ方向が切り替えられる。 When a voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands, the lever rotates around the hinge, and the nozzle is opened. When the nozzle is opened, one of the spool liquid chambers communicates with the tank line through the discharge flow path, and the liquid pressure in the spool liquid chamber is discharged. As a result, a difference in hydraulic pressure between the two spool liquid chambers is generated, the spool moves, and the fluid flow direction is switched.

このように、圧電素子を用いて開閉機構を構成することによって、ソレノイド式の開閉機構よりも高速な応答が可能となる。また、L字状をなす一本のレバーを用いて開閉が行われているため、複数のレバーを用いた場合や、直線状のレバーを用いた場合に比べて、電気式切換弁の小型化が図られている。 By constructing the opening / closing mechanism using the piezoelectric element in this way, it is possible to respond at a higher speed than the solenoid type opening / closing mechanism. In addition, since opening and closing is performed using a single L-shaped lever, the size of the electric switching valve is smaller than when multiple levers are used or when a linear lever is used. Is planned.

実公平3―43501号公報Jitsufuku 3-43501 Gazette

特許文献1の電気式切換弁では圧電素子が伸長すると、レバーが概ねヒンジを中心として回転するため、レバーと支持アームとの接続部分は概ねそのヒンジを中心とする弧に沿って移動する。そのため、圧電素子とレバーとの結合部分には伸長方向に直交する方向の成分を有する荷重が加わる。その荷重のうち、伸長方向に直交する方向の成分は圧電素子へのせん断力となるため、圧電素子に負荷がかかり、電磁切換弁の耐久性が低下する虞がある。 In the electric switching valve of Patent Document 1, when the piezoelectric element is extended, the lever rotates about the hinge, so that the connection portion between the lever and the support arm moves along the arc around the hinge. Therefore, a load having a component in the direction orthogonal to the extension direction is applied to the coupling portion between the piezoelectric element and the lever. Of the load, the component in the direction orthogonal to the extension direction becomes a shearing force on the piezoelectric element, so that a load is applied to the piezoelectric element and the durability of the electromagnetic switching valve may decrease.

本発明が解決しようとする課題は、圧電素子、及び、圧電素子の変位を拡大するメカニカルアンプを備えた流体制御弁において、圧電素子に加わるせん断力の低減を図ることである。 An object to be solved by the present invention is to reduce the shear force applied to the piezoelectric element in the piezoelectric element and the fluid control valve provided with the mechanical amplifier that expands the displacement of the piezoelectric element.

本発明の一つの実施形態による流体制御弁(10、110、210、310、410)は、内室(40)、及び、前記内室に連通して流体の出入口となる少なくとも2つの開口(A、P)を備えたケース(12)と、所定の伸縮軸(X)に沿って伸縮可能な圧電素子(44)と、前記圧電素子の変位を拡大し、前記開口の少なくとも一つを開閉する弁部(84)を変位させるメカニカルアンプ(54)とを有し、前記メカニカルアンプは、前記ケースに設けられ、前記圧電素子の前記伸縮軸の軸方向における一端に接続された支持部(60)と、前記圧電素子の前記軸方向における他端に結合された変位部(66)と、一端において前記変位部に接続され、中間部において前記支持部に変形可能なアンプヒンジ部(62)を介して接続され、他端において前記開口の少なくとも一つを開閉するアーム(64)と、前記圧電素子の伸長によって前記変位部に加わる前記伸縮軸に直交する方向の荷重に対して逆向きの荷重を加えるバランス機構(68)とを含む。 The fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410) according to one embodiment of the present invention has an inner chamber (40) and at least two openings (A) that communicate with the inner chamber and serve as an inlet / outlet for fluid. , P), a piezoelectric element (44) that can be expanded and contracted along a predetermined expansion and contraction axis (X), and the piezoelectric element is expanded in displacement to open and close at least one of the openings. It has a mechanical amplifier (54) that displaces the valve portion (84), and the mechanical amplifier is provided in the case and is connected to one end of the expansion / contraction shaft of the piezoelectric element in the axial direction (60). And, via a displacement portion (66) coupled to the other end of the piezoelectric element in the axial direction, and an amplifier hinge portion (62) connected to the displacement portion at one end and deformable to the support portion at the intermediate portion. An arm (64) that opens and closes at least one of the openings at the other end, and a load in the direction opposite to the load in the direction orthogonal to the expansion and contraction axis applied to the displacement portion by the extension of the piezoelectric element. Includes a balance mechanism (68) to be added.

圧電素子に結合された変位部が変位し、その変位が変位部に接続されたアームの一端に入力される。アンプヒンジ部を支点とする、いわゆるてこの原理によって、アームの他端には、一端側の変位が増幅されて出力されて、開口が開かれる。このとき、アームの一端の伸縮軸の軸方向とはずれた方向に変位するため、この変位によって、変位部を介して圧電素子の他端に伸長方向に直交する方向に荷重が加わり、圧電素子にせん断力が加わる虞がある。 The displacement portion coupled to the piezoelectric element is displaced, and the displacement is input to one end of the arm connected to the displacement portion. By the so-called lever principle with the amplifier hinge portion as a fulcrum, the displacement on one end side is amplified and output to the other end of the arm, and an opening is opened. At this time, since one end of the arm is displaced in a direction deviated from the axial direction of the telescopic shaft, this displacement causes a load to be applied to the other end of the piezoelectric element via the displacement portion in a direction orthogonal to the extension direction, and the piezoelectric element is loaded. Shearing force may be applied.

上記の構成によれば、変位部に伸縮軸に直交する方向の成分を有する荷重が加わると、バランス機構からその成分を相殺するように荷重が加えられる。そのため、変位部を介して圧電素子の他端に伸長方向に直交する方向に荷重が伝わることが防止され、圧電素子に伸長方向に直交する方向のせん断力が低減される。 According to the above configuration, when a load having a component in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis is applied to the displacement portion, a load is applied from the balance mechanism so as to cancel the component. Therefore, the load is prevented from being transmitted to the other end of the piezoelectric element in the direction orthogonal to the extension direction through the displacement portion, and the shearing force in the direction orthogonal to the extension direction is reduced to the piezoelectric element.

上記流体制御弁において、より好ましくは、前記バランス機構は、前記変位部に結合された擬アーム(80)と、前記擬アームと前記支持部とに結合され、変形可能なバランスヒンジ部(82)を含み、前記アーム及び前記変位部の結合部分と、前記擬アーム及び前記変位部の結合部分とは前記伸縮軸を介して対峙している。 In the fluid control valve, more preferably, the balance mechanism is a pseudo arm (80) coupled to the displacement portion, and a balance hinge portion (82) coupled to the pseudo arm and the support portion and deformable. The joint portion between the arm and the displacement portion and the joint portion between the pseudo arm and the displacement portion face each other via the expansion / contraction shaft.

この構成によれば、変位部はアームとバランスヒンジ部とに伸縮軸を介して対峙する位置で結合される。そのため、変位部にバランスヒンジ部を介して、アームから加わる伸縮軸に直交する方向の成分を有する荷重が加わったときに、その成分に対向する逆向きの荷重を加えることができる。 According to this configuration, the displacement portion is coupled to the arm and the balance hinge portion at positions facing each other via the telescopic shaft. Therefore, when a load having a component in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis applied from the arm is applied to the displacement portion via the balance hinge portion, a load in the opposite direction facing the component can be applied.

上記流体制御弁(10)において、より好ましくは、前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部(60B)及び第2支持部(60C)を含み、前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記バランスヒンジ部は前記アンプヒンジ部と同形な断面を有して前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部(72)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部(74)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部(76)とを有し、前記変位部は前記伸縮軸に対して軸対称をなし、前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端(82A)は前記アンプヒンジ部の基端(62A)よりも前記圧電素子の前記一端の側に位置する。 In the fluid control valve (10), more preferably, the support portion extends in the direction of the expansion / contraction shaft, and the first support portion (60B) and the second support portion are arranged at positions facing each other via the piezoelectric element. (60C) is included, the amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic axis, and the balance hinge portion has a cross section having the same shape as the amplifier hinge portion and is described from the second support portion. The displacement portion extends along the telescopic shaft, and the displacement portion extends from the cap portion (72) coupled to the other end of the piezoelectric element and the cap portion along the telescopic shaft, and is connected to the arm. It has a uniaxially extending portion (74) and a second axially extending portion (76) extending from the cap portion along the telescopic axis and connected to the pseudo arm, and the displacement portion is described above. It is axially symmetric with respect to the telescopic axis, and in the axial direction, the base end (82A) of the balance hinge portion is located closer to the one end side of the piezoelectric element than the base end (62A) of the amplifier hinge portion.

この構成によれば、バランスヒンジ部の基端と、アンプヒンジ部の基端とが、伸縮軸の軸方向に揃う位置にあるときよりも、変位部にバランスヒンジ部を介して、アームから加わる伸縮軸に直交する方向の荷重をより相殺するように、荷重を加えることができる。 According to this configuration, the base end of the balance hinge portion and the base end of the amplifier hinge portion are added to the displacement portion from the arm via the balance hinge portion rather than when they are aligned in the axial direction of the telescopic shaft. The load can be applied so as to more cancel the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis.

上記流体制御弁(210)において、より好ましくは、前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部(60B)及び第2支持部(60C)を含み、前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記バランスヒンジ部は前記アンプヒンジ部と同形な断面を有して前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部(72)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部(74)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部(76)とを有し、前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端(82A)は前記アンプヒンジ部の基端(62A)と整合する位置にあり、前記圧電素子の前記他端の側に位置する前記アームの側縁は、前記圧電素子の前記他端の側に位置する前記擬アームの側縁よりも、前記圧電素子の前記他端の側に位置する。 In the fluid control valve (210), more preferably, the support portion extends in the direction of the expansion / contraction shaft, and the first support portion (60B) and the second support portion arranged at positions facing each other via the piezoelectric element. (60C) is included, the amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic axis, and the balance hinge portion has a cross section having the same shape as the amplifier hinge portion and is described from the second support portion. The displacement portion extends along the expansion / contraction shaft, and the displacement portion extends from the cap portion (72) coupled to the other end of the piezoelectric element and the cap portion along the expansion / contraction shaft, and is connected to the arm. It has a uniaxial extending portion (74) and a second axial extending portion (76) extending from the cap portion along the telescopic axis and connected to the pseudo arm, and in the axial direction, The base end (82A) of the balance hinge portion is located at a position consistent with the base end (62A) of the amplifier hinge portion, and the side edge of the arm located on the other end side of the piezoelectric element is the piezoelectric element. It is located on the other end side of the piezoelectric element with respect to the side edge of the pseudo arm located on the other end side of the piezoelectric element.

この構成によれば、圧電素子の他端の側に位置するアームの側縁と圧電素子の他端の側に位置する擬アームの側縁とが伸縮軸の軸方向に揃う位置にあるときよりも、変位部にバランスヒンジ部を介して、アームから加わる伸縮軸に直交する方向の荷重をより相殺するように、荷重を加えることができる。 According to this configuration, the side edge of the arm located on the other end side of the piezoelectric element and the side edge of the pseudo arm located on the other end side of the piezoelectric element are aligned in the axial direction of the expansion / contraction axis. Also, a load can be applied to the displacement portion via the balance hinge portion so as to more cancel the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis applied from the arm.

上記流体制御弁(310)において、より好ましくは、前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部(60B)及び第2支持部(60C)を含み、前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記バランスヒンジ部は前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部(72)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部(74)と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部(76)とを有し、前記変位部は前記伸縮軸に対して軸対称をなし、前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端(82A)は前記アンプヒンジ部の基端(62A)と整合する位置にあり、前記バランスヒンジ部の断面積は一部において他の部分とは異なる。 In the fluid control valve (310), more preferably, the support portion extends in the direction of the expansion / contraction shaft, and the first support portion (60B) and the second support portion are arranged at positions facing each other via the piezoelectric element. (60C) is included, the amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic shaft, the balance hinge portion extends from the second support portion along the telescopic shaft, and the displacement portion extends. A cap portion (72) coupled to the other end of the piezoelectric element, a first axial extending portion (74) extending from the cap portion along the telescopic axis and connected to the arm, and the above. It has a second axial extension portion (76) extending from the cap portion along the telescopic axis and connected to the pseudo-arm, the displacement portion being axially symmetric with respect to the telescopic axis, and the axis. In the direction, the base end (82A) of the balance hinge portion is in a position consistent with the base end (62A) of the amplifier hinge portion, and the cross-sectional area of the balance hinge portion is partially different from other portions.

この構成によれば、バランスヒンジ部の断面積を調整することによって、変位部にバランスヒンジ部を介して、アームから加わる伸縮軸に直交する方向の荷重をより相殺するように、荷重を加えることができる。 According to this configuration, by adjusting the cross-sectional area of the balance hinge portion, a load is applied to the displacement portion via the balance hinge portion so as to more offset the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis applied from the arm. Can be done.

上記流体制御弁(10、110、210、310、410)において、より好ましくは、前記バランスヒンジ部の屈曲点(P2)、及び、前記アンプヒンジ部の屈曲点(P1)は前記伸縮軸を中心として軸対称をなす。 In the fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410), more preferably, the bending point (P2) of the balance hinge portion and the bending point (P1) of the amplifier hinge portion are centered on the expansion / contraction shaft. Axisymmetric as.

この構成によれば、バランスヒンジ部の屈曲点とアンプヒンジ部の屈曲点とが伸縮軸を中心として軸対称でない場合に比べて、変位部にバランスヒンジ部を介して、アームから加わる伸縮軸に直交する方向の荷重をより相殺するように、荷重を加えることができる。 According to this configuration, as compared with the case where the bending point of the balance hinge portion and the bending point of the amplifier hinge portion are not axisymmetric with respect to the expansion / contraction axis, the expansion / contraction shaft applied from the arm to the displacement portion via the balance hinge portion. Loads can be applied to more offset the loads in the orthogonal directions.

上記流体制御弁(10、110、210、310、410)において、より好ましくは、前記ケースには、前記内室を、前記圧電素子を収容する第1の空間(90、190)と、2つの前記開口を接続する通路を含む第2の空間(92、192)とに区画する仕切壁(94)が設けられている。 In the fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410), more preferably, in the case, the inner chamber is a first space (90, 190) for accommodating the piezoelectric element, and two. A partition wall (94) is provided to partition the second space (92, 192) including the passage connecting the openings.

この構成によれば、内室が、圧電素子が設けられた第1の空間と、流体が2つの貫通孔を介して流通する第2の空間とに分離される。そのため、圧電素子が設けられた空間への流体の侵入が防止でき、圧電素子の保護を図ることができる。 According to this configuration, the inner chamber is separated into a first space provided with the piezoelectric element and a second space through which the fluid flows through the two through holes. Therefore, it is possible to prevent the fluid from entering the space provided with the piezoelectric element, and it is possible to protect the piezoelectric element.

上記流体制御弁(10、110、210、310、410)において、好ましくは、前記仕切壁は、前記アームを通過させるアーム通路(32A、130)の少なくとも一部を画定する壁体(30D、126A,126B,126D)と、前記アーム及び前記通路を画定する壁面の間に設けられ、弾性変形可能なシール部材(70、170)とを含む。 In the fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410), preferably the partition wall defines at least a part of the arm passage (32A, 130) through which the arm passes (30D, 126A). , 126B, 126D) and elastically deformable seal members (70, 170) provided between the arm and the wall surface defining the passage.

この構成によれば、アーム及び通路との間が弾性変形可能なシール部材によってシールされているため、内室を第1の空間と第2の空間とに区画した状態で、アームを変位させることができる。更に、アームに発生した振動をシール部材によって減衰させることができる。 According to this configuration, since the space between the arm and the passage is sealed by an elastically deformable sealing member, the arm is displaced while the inner chamber is divided into a first space and a second space. Can be done. Further, the vibration generated in the arm can be damped by the seal member.

上記流体制御弁(10、210、310、410)において、好ましくは、前記壁体は前記アーム通路を画定する貫通孔(32)を備え、前記シール部材は、前記貫通孔を画定する壁面と、前記アームとの間に設けられている。 In the fluid control valve (10, 210, 310, 410), preferably, the wall body has a through hole (32) defining the arm passage, and the sealing member has a wall surface defining the through hole. It is provided between the arm and the arm.

この構成によれば、内室を第1の空間と第2の空間とに区画するとともに、アームを変位可能とすることができる。 According to this configuration, the inner chamber can be divided into a first space and a second space, and the arm can be displaced.

上記流体制御弁(110)において、好ましくは、前記壁体は前記内室を画定する壁面と協働して前記アーム通路を画定し、前記シール部材(170)は、前記壁体及び前記内室を画定する壁面と、前記アームとの間に設けられている。 In the fluid control valve (110), preferably, the wall body defines the arm passage in cooperation with the wall surface defining the inner chamber, and the seal member (170) is the wall body and the inner chamber. Is provided between the wall surface defining the arm and the arm.

この構成によれば、内室を第1の空間と第2の空間とに区画するともに、アームを変位可能とすることができる。 According to this configuration, the inner chamber can be divided into a first space and a second space, and the arm can be displaced.

上記流体制御弁(10、110、210、310、410)において、好ましくは、前記第1の空間は、前記ケースの外部にコネクタ孔(42)を介して連通し、前記コネクタ孔に整合する位置に、前記圧電素子に電圧を供給するためのコネクタ(C)が設けられている。 In the fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410), preferably, the first space communicates with the outside of the case via the connector hole (42) and is aligned with the connector hole. Is provided with a connector (C) for supplying a voltage to the piezoelectric element.

この構成によれば、容易にコネクタを組み付けることができ、シール機能を有するコネクタ孔を用いる必要がないため、流体制御弁を小型化することができる。 According to this configuration, the connector can be easily assembled and it is not necessary to use the connector hole having a sealing function, so that the fluid control valve can be miniaturized.

上記流体制御弁(10、110、210、310、410)において、好ましくは、前記アームの前記一端にはエラストマー製の弁体が一体形成されている。 In the fluid control valve (10, 110, 210, 310, 410), an elastomer valve body is preferably integrally formed at one end of the arm.

この構成によれば、弁体によって開口の封止がより確実に行われる。 According to this configuration, the valve body more reliably seals the opening.

上記流体制御弁(410)において、好ましくは、前記アームによって開閉される前記開口には、エラストマーによって構成された弁座(52)が設けられている。 In the fluid control valve (410), a valve seat (52) made of an elastomer is preferably provided in the opening opened and closed by the arm.

この構成によれば、弁体によって開口の封止がより確実に行われる。 According to this configuration, the valve body more reliably seals the opening.

本発明によれば、圧電素子、及び、圧電素子の変位を拡大するメカニカルアンプを備えた流体制御弁において、圧電素子に加わるせん断力の低減を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the shearing force applied to the piezoelectric element in the piezoelectric element and the fluid control valve provided with the mechanical amplifier that expands the displacement of the piezoelectric element.

第1実施形態に係る流体制御弁の斜視図Perspective view of the fluid control valve according to the first embodiment (A)図1のII―II断面図、及び、(B)その2点鎖線で囲まれた部分の拡大図(A) A cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 and (B) an enlarged view of the portion surrounded by the two-dot chain line. 図1のIII-III断面図Section III-III sectional view of FIG. 第1実施形態に係る流体制御弁の分解斜視図An exploded perspective view of the fluid control valve according to the first embodiment. 圧電素子が伸長したときの流体制御弁の断面図Cross-sectional view of the fluid control valve when the piezoelectric element is extended (A)バランスヒンジ部の基端とアンプヒンジ部の基端とが左右方向に揃っている場合と、(B)バランスヒンジ部の基端がアンプヒンジ部の基端よりも左側に位置する場合とにおいて、圧電素子が伸長したときのプレートの内部の応力分布を示す図(A) When the base end of the balance hinge part and the base end of the amplifier hinge part are aligned in the left-right direction, and (B) When the base end of the balance hinge part is located on the left side of the base end of the amplifier hinge part. A diagram showing the stress distribution inside the plate when the piezoelectric element is stretched. 第2実施形態に係る流体制御弁の斜視図Perspective view of the fluid control valve according to the second embodiment 図7のVIII―VIII断面図VIII-VIII sectional view of FIG. 図7のIX-IX断面図IX-IX sectional view of FIG. 第2実施形態に係る流体制御弁の分解斜視図An exploded perspective view of the fluid control valve according to the second embodiment. 第3実施形態に係る流体制御弁の(A)プレートの形状、及び(B)圧電素子が伸長したときのプレートの内部の応力分布を示す図The figure which shows the shape of the plate (A) of the fluid control valve which concerns on 3rd Embodiment, and (B) the stress distribution inside the plate when the piezoelectric element is extended. 第4実施形態に係る流体制御弁のプレートの形状を説明するための説明図Explanatory drawing for explaining the shape of the plate of the fluid control valve which concerns on 4th Embodiment 第5実施形態に係る流体制御弁の断面図Sectional drawing of the fluid control valve which concerns on 5th Embodiment

以下に、本発明による流体制御弁は、流路をそれぞれ画定する複数のポートの接続状態を制御するために使用される。以下、本発明を2つのポートの接続状態を制御する流体制御弁に適用した4つの実施形態について説明する。以下では、図1に示した矢印に従って、上下、前後、及び左右方向を便宜的に定めて説明を行う。 Hereinafter, the fluid control valve according to the present invention is used to control the connection state of a plurality of ports each defining a flow path. Hereinafter, four embodiments in which the present invention is applied to a fluid control valve that controls the connection state of two ports will be described. In the following, according to the arrows shown in FIG. 1, the vertical, front-back, and left-right directions are conveniently determined and described.

<<第1実施形態>>
第1実施形態に係る流体制御弁10は、図1に示すように、上下、前後、及び左右の各方向に向く面を有する略直方体状をなしている。流体制御弁10の上面には、圧縮空気等の流体の入口となる供給ポートPと、流体の出口となる出力ポートAとが設けられている。供給ポートPと出力ポートAとは左右に並ぶように配置されている。
<< First Embodiment >>
As shown in FIG. 1, the fluid control valve 10 according to the first embodiment has a substantially rectangular parallelepiped shape having surfaces facing in each of the vertical, front-rear, and left-right directions. On the upper surface of the fluid control valve 10, a supply port P that serves as an inlet for a fluid such as compressed air and an output port A that serves as an outlet for the fluid are provided. The supply port P and the output port A are arranged side by side.

図1~図4に示すように、流体制御弁10は略直方体状のケース12を有している。ケース12はその前下半部を構成するケース本体14と、その上半部を構成する上部材16と、その後下半部を構成するカバー部材18とによって構成されている。 As shown in FIGS. 1 to 4, the fluid control valve 10 has a case 12 having a substantially rectangular parallelepiped shape. The case 12 is composed of a case main body 14 constituting the front lower half portion thereof, an upper member 16 constituting the upper half portion thereof, and a cover member 18 constituting the lower half portion thereafter.

上部材16は左右に延びる直方体状をなし、上下に貫通する2つのポート用貫通孔20L、20Rを備えている。2つのポート用貫通孔20L、20Rは左右に並ぶように配置されている。左側のポート用貫通孔20Lの上端開口部分によって出力ポートAが、右側のポート用貫通孔20Rの上端開口部分によって供給ポートPがそれぞれ画定されている。 The upper member 16 has a rectangular parallelepiped shape extending to the left and right, and is provided with two through holes 20L and 20R for ports that penetrate vertically. The two port through holes 20L and 20R are arranged so as to be arranged side by side. The output port A is defined by the upper end opening portion of the port through hole 20L on the left side, and the supply port P is defined by the upper end opening portion of the port through hole 20R on the right side.

本実施形態では、図2(A)及び図3に示すように、上部材16はその上部を構成する第1上部材16Uと、その下部を構成する第2上部材16Dと、第1上部材16U及び第2上部材16Dとの間に設けられた筒部材22とによって構成されている。第1上部材16U(第2上部材16D)には上下方向に貫通する2つの貫通孔24LU、24RU(24LD、24RD)が左右に並設されている。第1上部材16Uの2つの貫通孔24LU、24RUと、第2上部材16Dの右側の貫通孔24RDとはそれぞれ円形をなし、第2上部材16Dの左側の貫通孔24LDは左右方向に延びる長孔状をなしている。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 3, the upper member 16 includes a first upper member 16U constituting the upper portion thereof, a second upper member 16D constituting the lower portion thereof, and a first upper member. It is composed of a tubular member 22 provided between the 16U and the second upper member 16D. Two through holes 24LU and 24RU (24LD, 24RD) penetrating in the vertical direction are arranged side by side in the first upper member 16U (second upper member 16D). The two through holes 24LU and 24RU of the first upper member 16U and the through hole 24RD on the right side of the second upper member 16D each form a circle, and the through hole 24LD on the left side of the second upper member 16D has a length extending in the left-right direction. It has a hole shape.

筒部材22は上下に貫通する内孔22Aを備えた筒状をなしている。内孔22Aは左右方向に延びる長孔状の断面を有している。筒部材22は第2上部材16Dの左側の貫通孔24LDに収容されている。第1上部材16U及び第2上部材16Dはケース本体14の上面に共締めされて、ケース本体14の上面に結合されている。このとき、第1上部材16Uの左側の貫通孔24LUと第2上部材16Dの左側の貫通孔24LDは上下に整合して左側のポート用貫通孔20Lを構成し、第1上部材16Uの右側の貫通孔24RUと第2上部材16Dの右側の貫通孔24RDは上下に整合して右側のポート用貫通孔20Rを構成する。 The tubular member 22 has a tubular shape with an inner hole 22A penetrating vertically. The inner hole 22A has an elongated cross section extending in the left-right direction. The tubular member 22 is housed in the through hole 24LD on the left side of the second upper member 16D. The first upper member 16U and the second upper member 16D are co-tightened to the upper surface of the case main body 14 and coupled to the upper surface of the case main body 14. At this time, the through hole 24LU on the left side of the first upper member 16U and the through hole 24LD on the left side of the second upper member 16D are vertically aligned to form the through hole 20L for the port on the left side, and the right side of the first upper member 16U. The through hole 24RU and the right through hole 24RD of the second upper member 16D are vertically aligned to form the right through hole 20R for the port.

図2(A)に示すように、筒部材22はその下端が第2上部材16Dの下面よりも下側に突出した状態で、第2上部材16Dの左側の貫通孔24LDに収容されている。本実施形態では、筒部材22は金属製の部材によって構成されている。 As shown in FIG. 2A, the tubular member 22 is housed in the through hole 24LD on the left side of the second upper member 16D in a state where the lower end thereof projects below the lower surface of the second upper member 16D. .. In this embodiment, the tubular member 22 is made of a metal member.

図3、及び図4に示すように、ケース本体14はその上部を構成する本体上部26と、本体上部26の下面前部から下方に延びる本体下部28とを備えている。 本体上部26は左右方向に延びる直方体状をなしている。本体上部26の上面には、長方形状の開口を有して下方に凹む上側凹部30が設けられている。図2(A)、及び図3に示すように、上側凹部30の底壁30D(下壁)の右縁には上下に貫通する貫通孔32が設けられている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the case main body 14 includes a main body upper portion 26 constituting the upper portion thereof and a main body lower portion 28 extending downward from the lower front portion of the lower surface front portion of the main body upper portion 26. The upper part 26 of the main body has a rectangular parallelepiped shape extending in the left-right direction. The upper surface of the upper portion 26 of the main body is provided with an upper concave portion 30 having a rectangular opening and denting downward. As shown in FIGS. 2 (A) and 3 (A), a through hole 32 penetrating vertically is provided on the right edge of the bottom wall 30D (lower wall) of the upper recess 30.

本体下部28は前後方向を向く主面を有する長方形板状をなしている。図2(A)及び図4に示すように、本体下部28の後面には前方に凹む収容凹部34と、収容凹部34と同様に前方に凹み、収容凹部34の右下縁から下方に延びる溝部36とが設けられている。 The lower part 28 of the main body has a rectangular plate shape having a main surface facing in the front-rear direction. As shown in FIGS. 2A and 4, the rear surface of the lower portion 28 of the main body has an accommodation recess 34 that is recessed forward, and a groove portion that is recessed forward like the accommodation recess 34 and extends downward from the lower right edge of the accommodation recess 34. 36 is provided.

カバー部材18は前後方向を向く面を有する板状をなしている。カバー部材18は本体下部28に整合する長方形板状をなし、本体下部28の後側面に締結されている。カバー部材18の右下縁であって、溝部36に整合する位置には上方向に方形に切り欠かれた切欠部38が設けられている。 The cover member 18 has a plate shape having a surface facing in the front-rear direction. The cover member 18 has a rectangular plate shape that matches the lower portion 28 of the main body, and is fastened to the rear side surface of the lower portion 28 of the main body. A notch 38 notched upward in a square shape is provided at a position on the lower right edge of the cover member 18 that matches the groove 36.

ケース本体14の収容凹部34がカバー部材18によって閉じられ、ケース本体14の上面に上部材16が締結されることによって、ケース12の内部には、2つのポート用貫通孔20L、20Rに接続する(すなわち、供給ポートP及び出力ポートAに連通する)内室40が形成されている。図3に示すように、内室40は溝部36を介して外部に連通する。すなわち、溝部36が設けられることによって、ケース12には内室40を外部に連通させるコネクタ孔42が形成されている。 The accommodating recess 34 of the case body 14 is closed by the cover member 18, and the upper member 16 is fastened to the upper surface of the case body 14, so that the inside of the case 12 is connected to the two port through holes 20L and 20R. An inner chamber 40 (that is, communicating with the supply port P and the output port A) is formed. As shown in FIG. 3, the inner chamber 40 communicates with the outside through the groove 36. That is, by providing the groove portion 36, the case 12 is formed with a connector hole 42 that allows the inner chamber 40 to communicate with the outside.

図2(A)及び図4に示すように、内室40には、圧電素子44と、筒部材22の下端に当接して左側のポート用貫通孔20Lの下端を閉じる弁体46と、圧電素子44の変位を弁体46に伝えるプレート48とが収容されている。 As shown in FIGS. 2A and 4, the inner chamber 40 includes a piezoelectric element 44, a valve body 46 that abuts on the lower end of the tubular member 22 and closes the lower end of the port through hole 20L on the left side, and piezoelectric. A plate 48 that transmits the displacement of the element 44 to the valve body 46 is housed.

圧電素子44は複数の圧電体44Aが積層されることによって構成された積層型の圧電アクチュエータであって、本実施形態では圧電体44Aの積層方向が左右方向となるように配置されている。圧電体44Aの間には電極が設けられている。圧電体44Aの間の電極はそれぞれ圧電素子44の側面に設けられた対応するプラス又はマイナスの端子に接続されている。端子にはそれぞれ配線50が接続されている。2つの配線50の間に所定の電圧を印加すると、圧電体44Aが変形し、圧電素子44はその積層方向に伸長し、電圧がゼロになると、圧電素子44は縮まり、元の大きさに戻る。 The piezoelectric element 44 is a laminated piezoelectric actuator configured by laminating a plurality of piezoelectric bodies 44A, and is arranged so that the stacking direction of the piezoelectric bodies 44A is the left-right direction in the present embodiment. An electrode is provided between the piezoelectric bodies 44A. The electrodes between the piezoelectric bodies 44A are connected to the corresponding positive or negative terminals provided on the side surfaces of the piezoelectric element 44, respectively. Wiring 50 is connected to each terminal. When a predetermined voltage is applied between the two wirings 50, the piezoelectric body 44A is deformed, the piezoelectric element 44 expands in the stacking direction thereof, and when the voltage becomes zero, the piezoelectric element 44 shrinks and returns to its original size. ..

圧電素子44は積層方向に延びる平板状をなしている。圧電素子44は主面が前後方向を向き、積層方向(すなわち、伸縮方向)が左右方向になるように配置されている。以下、圧電素子44の中心を通過し、積層方向(左右方向)に延びる軸線を伸縮軸Xと記載する。圧電素子44は伸縮軸Xを中心として上下対称をなす。圧電素子44は荷重が加わっていないか、又は、伸縮軸Xに沿う荷重のみが加わっているときには伸縮軸Xに沿って伸長する。 The piezoelectric element 44 has a flat plate shape extending in the stacking direction. The piezoelectric element 44 is arranged so that the main surface faces the front-rear direction and the stacking direction (that is, the expansion / contraction direction) is the left-right direction. Hereinafter, the axis that passes through the center of the piezoelectric element 44 and extends in the stacking direction (left-right direction) will be referred to as an expansion / contraction axis X. The piezoelectric element 44 is vertically symmetrical with respect to the expansion / contraction axis X. The piezoelectric element 44 extends along the telescopic shaft X when no load is applied or only a load along the telescopic shaft X is applied.

圧電素子44に接続された配線50はコネクタCに接続されている。コネクタCはコネクタ孔42の下側において溝部36に収容され、ケース本体14の前面に結合されている。 The wiring 50 connected to the piezoelectric element 44 is connected to the connector C. The connector C is housed in the groove 36 on the lower side of the connector hole 42 and is coupled to the front surface of the case body 14.

弁体46は弾性変形可能な樹脂(エラストマー)製のシート状の部材であり、筒部材22の下端に当接して筒部材22を封止する。すなわち、筒部材22の下端は、弁体46を受ける部分、すなわち弁座52を構成している。本実施形態では、弁体46は弾性変形可能な樹脂製のシート材を長方形状に切り出し、切り出されたシート状の部材をプレート48に溶着することによって、プレート48に一体的に形成されている。 The valve body 46 is a sheet-like member made of elastically deformable resin (elastomer), and abuts on the lower end of the tubular member 22 to seal the tubular member 22. That is, the lower end of the tubular member 22 constitutes a portion that receives the valve body 46, that is, the valve seat 52. In the present embodiment, the valve body 46 is integrally formed on the plate 48 by cutting out an elastically deformable resin sheet material into a rectangular shape and welding the cut out sheet-shaped member to the plate 48. ..

プレート48は所定の形状に加工された金属製の板状部材であって、本実施形態では、低膨張合金(インバー)によって構成されている。本実施形態では、プレート48は一枚の金属製の板材をプレス成形、又は、ワイヤーカット放電加工することによって製造されている。 The plate 48 is a metal plate-shaped member processed into a predetermined shape, and is made of a low expansion alloy (Invar) in the present embodiment. In the present embodiment, the plate 48 is manufactured by press-molding a single metal plate or wire-cut electric discharge machining.

プレート48は圧電素子44の端部に発生する変位量を増幅(拡大)して弁体46に伝える、いわゆるメカニカルアンプ54(変位拡大機構)として機能する。以下、図2(A)及び図2(B)を参照して、プレート48の構造を詳細に説明する。 The plate 48 functions as a so-called mechanical amplifier 54 (displacement expansion mechanism) that amplifies (enlarges) the amount of displacement generated at the end of the piezoelectric element 44 and transmits it to the valve body 46. Hereinafter, the structure of the plate 48 will be described in detail with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B).

プレート48は、ケース12に固定され、圧電素子44を支持する支持部60と、支持部60にアンプヒンジ部62を介して接続されたアーム64と、圧電素子44とアーム64とを接続する変位部66と、バランス機構68とを含む。 The plate 48 is fixed to the case 12, and the support portion 60 that supports the piezoelectric element 44, the arm 64 that is connected to the support portion 60 via the amplifier hinge portion 62, and the displacement that connects the piezoelectric element 44 and the arm 64. A unit 66 and a balance mechanism 68 are included.

支持部60は上下方向に延びる長方形板状の支持基部60Aと、支持基部60Aの上端から右方向(伸縮軸Xの方向)に延びる長方形板状の第1支持柱部60B(第1支持部)と、支持基部60Aの下端から第1支持柱部60Bの延出方向(伸縮軸Xの軸方向、右方向)に延出する長方形板状の第2支持柱部60C(第2支持部)とを備えている。支持基部60Aの右縁中央には右方に長方形板状をなして突出する支持凸部が設けられている。圧電素子44の左端(伸縮軸Xの軸方向における一端)は、支持凸部の右端に接続され、第1支持柱部60B及び第2支持柱部60Cは圧電素子44を介して上下に対峙している。第1支持柱部60B及び第2支持柱部60Cにはそれぞれ貫通孔が設けられ、締結具(ねじ)によって、ケース本体14の収容凹部34の底面(前面)に締結されている。これにより、支持部60はケース12に固定されている。 The support portion 60 has a rectangular plate-shaped support base portion 60A extending in the vertical direction and a rectangular plate-shaped first support pillar portion 60B (first support portion) extending in the right direction (direction of the expansion / contraction axis X) from the upper end of the support base portion 60A. And a rectangular plate-shaped second support pillar portion 60C (second support portion) extending from the lower end of the support base portion 60A in the extension direction of the first support pillar portion 60B (axial direction of the expansion / contraction axis X, to the right). It is equipped with. At the center of the right edge of the support base 60A, a support convex portion that protrudes in the shape of a rectangular plate is provided to the right. The left end of the piezoelectric element 44 (one end in the axial direction of the telescopic shaft X) is connected to the right end of the support convex portion, and the first support pillar portion 60B and the second support pillar portion 60C face each other up and down via the piezoelectric element 44. ing. Through holes are provided in the first support pillar portion 60B and the second support pillar portion 60C, respectively, and are fastened to the bottom surface (front surface) of the accommodating recess 34 of the case body 14 by fasteners (screws). As a result, the support portion 60 is fixed to the case 12.

第1支持柱部60Bと第2支持柱部60Cの左縁は上下に揃う位置に設けられている。本実施形態では、第1支持柱部60Bの左右方向(伸縮軸Xの軸方向)の長さは、第2支持柱部60Cの左右方向の長さよりも長く、第1支持柱部60Bの右縁は第2支持柱部60Cの右縁よりも右側に(すなわち、第2支持柱部60Cの右縁は第1支持柱部60Bの左側に)位置している。 The left edges of the first support pillar portion 60B and the second support pillar portion 60C are provided at positions aligned vertically. In the present embodiment, the length of the first support pillar portion 60B in the left-right direction (axial direction of the expansion / contraction axis X) is longer than the length of the second support pillar portion 60C in the left-right direction, and is to the right of the first support pillar portion 60B. The edge is located to the right of the right edge of the second support column 60C (that is, the right edge of the second support column 60C is to the left of the first support column 60B).

アーム64は上下方向に延びるアーム基部64Aと、アーム基部64Aの上端から左右方向(紙面左方向)に延びるアーム延出部64Bと、アーム基部64Aの下縁右端から下方に延出するアーム基端部64Cとを含み、前後方向視でL字状をなす。弁体46はアーム64の左端(延出端。又は、遊端ともいう)の上面に設けられている。図2(A)に示すように、アーム基端部64C及びアーム延出部64Bの左端部はアーム64の両端部分を構成し、アーム基部64Aはアーム64の中間部に位置している。 The arm 64 has an arm base 64A extending in the vertical direction, an arm extending portion 64B extending in the left-right direction (leftward on the paper) from the upper end of the arm base 64A, and an arm base end extending downward from the lower right end of the arm base 64A. It includes a portion 64C and forms an L-shape when viewed in the anteroposterior direction. The valve body 46 is provided on the upper surface of the left end (extended end, also referred to as a free end) of the arm 64. As shown in FIG. 2A, the left end portions of the arm base end portion 64C and the arm extension portion 64B form both end portions of the arm 64, and the arm base portion 64A is located in the middle portion of the arm 64.

図2(A)に示すように、アーム基部64Aは壁体(上側凹部30の底壁30D)に設けられた貫通孔32を通過している。換言すれば、アーム基部64Aは貫通孔32によって画定されたアーム用の通路(アーム通路32A)の内部を通過している。アーム基部64Aの外周面と貫通孔32を画定する壁面との間にはその隙間を密閉するシール部材70が設けられている。 As shown in FIG. 2A, the arm base portion 64A passes through the through hole 32 provided in the wall body (bottom wall 30D of the upper recess 30). In other words, the arm base 64A passes through the inside of the arm passage (arm passage 32A) defined by the through hole 32. A sealing member 70 is provided between the outer peripheral surface of the arm base 64A and the wall surface defining the through hole 32 to seal the gap.

アンプヒンジ部62は左右方向に延びる板状をなしている。アンプヒンジ部62の上下方向(延在方向に直交する方向)の幅は、第1支持柱部60Bの上下方向の幅、第2支持柱部60Cの上下方向の幅、及び、アーム基部64Aの左右方向の幅のいずれよりも小さく、第1支持柱部60B、第2支持柱部60C、及びアーム基部64Aのいずれよりも容易に変形可能である。詳細には、アンプヒンジ部62は第1支持柱部60Bの右端下部及びアーム基部64Aの左端下部を接続している。 The amplifier hinge portion 62 has a plate shape extending in the left-right direction. The width of the amplifier hinge portion 62 in the vertical direction (direction orthogonal to the extending direction) is the vertical width of the first support pillar portion 60B, the vertical width of the second support pillar portion 60C, and the arm base portion 64A. It is smaller than any of the widths in the left-right direction, and is more easily deformable than any of the first support column portion 60B, the second support column portion 60C, and the arm base portion 64A. Specifically, the amplifier hinge portion 62 connects the lower right end of the first support pillar portion 60B and the lower left end of the arm base portion 64A.

図2(B)に示すように、変位部66は、圧電素子44の右端に結合されたキャップ部72と、キャップ部72の右縁上端から右方(すなわち、伸縮軸Xに沿って)に延びる第1軸方向延出部74と、キャップ部72の下縁下端から右方に延びる第2軸方向延出部76とを備えている。第1軸方向延出部74は右端においてアーム基端部64Cの左縁に接続している。 As shown in FIG. 2B, the displacement portion 66 has a cap portion 72 coupled to the right end of the piezoelectric element 44 and the cap portion 72 to the right (that is, along the expansion / contraction axis X) from the upper end of the right edge of the cap portion 72. A first axial extension portion 74 extending and a second axial extension portion 76 extending to the right from the lower end of the lower edge of the cap portion 72 are provided. The first axial extension portion 74 is connected to the left edge of the arm base end portion 64C at the right end.

図2(A)に示すように、本実施形態では、変位部66は伸縮軸Xに対して軸対称をなしている。 As shown in FIG. 2A, in the present embodiment, the displacement portion 66 is axisymmetric with respect to the expansion / contraction axis X.

バランス機構68は圧電素子44に加わる荷重にバランスする荷重を加えて、圧電素子44に加わるせん断力を低減するための機構であって、図2(B)に示すように、変位部66に結合された擬アーム80と、擬アーム80及び支持部60に結合されたバランスヒンジ部82とを含む。擬アーム80はアーム基端部64Cと伸縮軸Xについて対称な位置にあり、上左縁において第2軸方向延出部76の右縁に接続し、下方に延びている。バランスヒンジ部82は、第2支持柱部60Cの右上縁から右方に延出し、右端上縁において擬アーム80の左下縁に接続している。 The balance mechanism 68 is a mechanism for applying a load that balances the load applied to the piezoelectric element 44 to reduce the shearing force applied to the piezoelectric element 44, and is coupled to the displacement portion 66 as shown in FIG. 2 (B). The pseudo-arm 80 is included, and the pseudo-arm 80 and the balance hinge portion 82 coupled to the support portion 60 are included. The pseudo-arm 80 is located symmetrically with respect to the arm base end portion 64C and the telescopic axis X, is connected to the right edge of the second axial extension portion 76 at the upper left edge, and extends downward. The balance hinge portion 82 extends to the right from the upper right edge of the second support pillar portion 60C, and is connected to the lower left edge of the pseudo arm 80 at the upper right edge.

変位部66はキャップ部72において圧電素子44の右端(伸縮軸Xの軸方向における他端)に、第1軸方向延出部74の右縁においてアーム基端部64Cの下左縁に、第1軸方向延出部74の右縁において擬アーム80の上左縁にそれぞれ接続されている。 The displacement portion 66 is located at the right end of the piezoelectric element 44 (the other end in the axial direction of the telescopic shaft X) in the cap portion 72, and at the lower left edge of the arm base end portion 64C at the right edge of the first axial extension portion 74. The right edge of the uniaxial extending portion 74 is connected to the upper left edge of the pseudo arm 80, respectively.

アーム64及び変位部66の結合部分(より詳細には、アーム基端部64Cと第1軸方向延出部74の結合部分)と、擬アーム80及び変位部66(第2軸方向延出部76)の結合部分とは伸縮軸Xを介して(より詳細には、伸縮軸Xを中心として)上下に対峙した位置にある。 The joint portion between the arm 64 and the displacement portion 66 (more specifically, the joint portion between the arm base end portion 64C and the first axial extension portion 74), and the pseudo arm 80 and the displacement portion 66 (second axial extension portion). The joint portion of 76) is located at a position facing up and down via the expansion / contraction axis X (more specifically, about the expansion / contraction axis X).

バランスヒンジ部82の上下方向の幅(延在方向に直交する方向の幅)は、第1支持柱部60Bの上下方向の幅、第2支持柱部60Cの上下方向の幅、及び、アーム基部64Aの左右方向の幅のいずれよりも小さく、第1支持柱部60B、第2支持柱部60C、及びアーム基部64Aのいずれよりも容易に弾性変形可能である。本実施形態では、バランスヒンジ部82の上下方向の幅は、アンプヒンジ部62の上下方向の幅と等しい。バランスヒンジ部82の横断面は、アンプヒンジ部62の横断面と同形をなし、両者の横断面積は互いに等しい。更に、第1軸方向延出部74、及び、第2軸方向延出部76もまた、バランスヒンジ部82及びアンプヒンジ部62と概ね同様の上下方向の幅を有し、第1支持柱部60B、第2支持柱部60C、及びアーム基部64Aのいずれよりも容易に弾性変形可能である。 The vertical width of the balance hinge portion 82 (the width in the direction orthogonal to the extending direction) is the vertical width of the first support pillar portion 60B, the vertical width of the second support pillar portion 60C, and the arm base portion. It is smaller than any of the widths in the left-right direction of 64A, and can be elastically deformed more easily than any of the first support column portion 60B, the second support column portion 60C, and the arm base portion 64A. In the present embodiment, the vertical width of the balance hinge portion 82 is equal to the vertical width of the amplifier hinge portion 62. The cross section of the balance hinge portion 82 has the same shape as the cross section of the amplifier hinge portion 62, and the cross-sectional areas of both are equal to each other. Further, the first axial extension portion 74 and the second axial extension portion 76 also have substantially the same vertical width as the balance hinge portion 82 and the amplifier hinge portion 62, and the first support pillar portion. It is more easily elastically deformable than any of the 60B, the second support column portion 60C, and the arm base portion 64A.

本実施形態では、図2(B)に示すように、バランスヒンジ部82の基端82A(左端)は、アンプヒンジ部62の基端62A(左端)よりも左側、すなわち、圧電素子44の支持部60に固定された端部(左端)の側に位置している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the base end 82A (left end) of the balance hinge portion 82 is on the left side of the base end 62A (left end) of the amplifier hinge portion 62, that is, the support of the piezoelectric element 44. It is located on the side of the end (left end) fixed to the portion 60.

次に、このように構成した第1実施形態に係る流体制御弁10の動作、及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the fluid control valve 10 according to the first embodiment configured in this way will be described.

圧電素子44に電圧が印加されていないときには、弁体46は弁座52に当接し、弁体46によって左側のポート用貫通孔20Lの下端が封じられている。これにより、供給ポートPと出力ポートAとを繋ぐ流路が閉じられた状態となる。 When no voltage is applied to the piezoelectric element 44, the valve body 46 abuts on the valve seat 52, and the valve body 46 seals the lower end of the port through hole 20L on the left side. As a result, the flow path connecting the supply port P and the output port A is closed.

図5に示すように、コネクタCに電源を接続し、配線50間に所定の電圧を加えると、圧電素子44はその積層方向に伸長する。これにより、キャップ部72が右方向に押し出されて(黒矢印参照)、キャップ部72に接続されたアーム基部64Aの下端もまた右方向に押し出される。これにより、アンプヒンジ部62が弾性変形し、図5の白抜き矢印に示すように、アーム64はアンプヒンジ部62上の点P0を中心に概ね回転するように変位する。これにより、弁体46は弁座52から離れるように移動して左側のポート用貫通孔20Lの下端が開放される。これにより、供給ポートPと出力ポートAとを繋ぐ流路が形成され、開かれた状態となる。このように、アーム64は左端において、圧電素子44に加わる電圧に応じて、左側のポート用貫通孔20Lを開閉する弁部84を構成する。 As shown in FIG. 5, when a power supply is connected to the connector C and a predetermined voltage is applied between the wirings 50, the piezoelectric element 44 extends in the stacking direction thereof. As a result, the cap portion 72 is pushed out to the right (see the black arrow), and the lower end of the arm base 64A connected to the cap portion 72 is also pushed out to the right. As a result, the amplifier hinge portion 62 is elastically deformed, and as shown by the white arrow in FIG. 5, the arm 64 is displaced so as to substantially rotate around the point P0 on the amplifier hinge portion 62. As a result, the valve body 46 moves away from the valve seat 52, and the lower end of the port through hole 20L on the left side is opened. As a result, a flow path connecting the supply port P and the output port A is formed and is in an open state. As described above, the arm 64 constitutes a valve portion 84 at the left end, which opens and closes the left port through hole 20L according to the voltage applied to the piezoelectric element 44.

このとき、アーム64と変位部66との結合部分を力点、アンプヒンジ部62上の点P0を支点とする、いわゆるてこの原理によって、作用点となるアーム延出部64Bの左端の変位は、圧電素子44の右端の変位よりも大きくなる。このように、プレート48は圧電素子44の変位量を拡大して弁体46の変位量として出力するメカニカルアンプ54(変位拡大機構)として機能する。メカニカルアンプ54を用いて圧電素子44の変位を増幅することによって、弁体46を弁座52から離すことのできる十分大きなストロークを容易に確保することができる。更に、アーム延出部64Bの左右方向の長さを調整することによって増幅率を調節することができるため、弁体46を弁座52から離すためのストロークの確保が容易である。また、圧電素子44に印加する電圧によって圧電素子44の伸長量を調整することによって、弁体46と筒部材22の下端開口部分との間の隙間を調整することができるため、供給ポートPと出力ポートAとの間の流量(より具体的には、供給ポートPと出力ポートAとを繋ぐ流路のコンダクタンス)を調整することができる。 At this time, the displacement of the left end of the arm extension portion 64B, which is the point of action, is determined by the so-called lever principle, in which the coupling portion between the arm 64 and the displacement portion 66 is the force point and the point P0 on the amplifier hinge portion 62 is the fulcrum. It is larger than the displacement of the right end of the piezoelectric element 44. In this way, the plate 48 functions as a mechanical amplifier 54 (displacement expansion mechanism) that expands the displacement amount of the piezoelectric element 44 and outputs it as the displacement amount of the valve body 46. By amplifying the displacement of the piezoelectric element 44 by using the mechanical amplifier 54, it is possible to easily secure a sufficiently large stroke that can separate the valve body 46 from the valve seat 52. Further, since the amplification factor can be adjusted by adjusting the length of the arm extending portion 64B in the left-right direction, it is easy to secure a stroke for separating the valve body 46 from the valve seat 52. Further, by adjusting the extension amount of the piezoelectric element 44 by the voltage applied to the piezoelectric element 44, the gap between the valve body 46 and the lower end opening portion of the tubular member 22 can be adjusted, so that the supply port P and the supply port P can be adjusted. The flow rate between the output port A (more specifically, the conductance of the flow path connecting the supply port P and the output port A) can be adjusted.

圧電素子44に印加された電圧を零にすると、圧電素子44は縮まって元の長さに戻り、弁体46によって左側のポート用貫通孔20Lの下端が封じられる。これにより、供給ポートPと出力ポートAとを繋ぐ流路が閉じられる。 When the voltage applied to the piezoelectric element 44 is reduced to zero, the piezoelectric element 44 contracts and returns to its original length, and the valve body 46 seals the lower end of the port through hole 20L on the left side. As a result, the flow path connecting the supply port P and the output port A is closed.

圧電素子44に電圧が印加されて伸長したときには、図5の白抜き矢印に示すようにアーム64が移動する。これにより、支持部60にアーム64から伸縮軸X(すなわち左右方向)とは異なる方向の荷重が加わる。この荷重の伸長方向に直交する方向(上下方向)の成分は圧電素子44へのせん断力として機能するため、流体制御弁10の耐久性を低下させる要因となる。 When a voltage is applied to the piezoelectric element 44 to extend it, the arm 64 moves as shown by the white arrow in FIG. As a result, a load is applied to the support portion 60 from the arm 64 in a direction different from the expansion / contraction axis X (that is, in the left-right direction). Since the component in the direction orthogonal to the extension direction (vertical direction) of this load functions as a shearing force on the piezoelectric element 44, it becomes a factor that lowers the durability of the fluid control valve 10.

変位部66はアーム64部とバランスヒンジ部82とに伸縮軸Xを介して互いに上下に対峙する位置で結合されている。そのため、支持部60にアーム64から上向き成分を持つ荷重が加わると、変位部66にはバランスヒンジ部82を介して、その荷重の上向き成分に対向する下向き成分を持つ荷重が加えられる。これにより、支持部60にアーム64から加わる荷重の上向き成分が、バランスヒンジ部82から加わる荷重の下向き成分によって相殺される。すなわち、バランスヒンジ部82によって、変位部66にアーム64から加わる荷重の上方向(伸縮軸Xに直交する方向)の成分を相殺するべく、その成分に対向する逆向きの荷重(すなわちバランスする荷重)を変位部66に加えるバランス機構68が構成される。このバランス機構68によって、変位部66を介して圧電素子44の右端に上下方向に向くせん断力が加わることが防止することができ、圧電素子44が発生する力を有効に利用することができる。 The displacement portion 66 is coupled to the arm 64 portion and the balance hinge portion 82 at positions facing each other up and down via a telescopic shaft X. Therefore, when a load having an upward component is applied to the support portion 60 from the arm 64, a load having a downward component facing the upward component of the load is applied to the displacement portion 66 via the balance hinge portion 82. As a result, the upward component of the load applied to the support portion 60 from the arm 64 is offset by the downward component of the load applied from the balance hinge portion 82. That is, in order to cancel the component of the load applied to the displacement portion 66 from the arm 64 in the upward direction (direction orthogonal to the expansion / contraction axis X) by the balance hinge portion 82, the load in the opposite direction facing the component (that is, the load to be balanced). ) Is added to the displacement portion 66 to form a balance mechanism 68. By this balance mechanism 68, it is possible to prevent a shearing force in the vertical direction from being applied to the right end of the piezoelectric element 44 via the displacement portion 66, and the force generated by the piezoelectric element 44 can be effectively utilized.

図2(A)に示すように、プレート48には一つのアーム64が伸縮軸Xからずれた位置に設けられている。これにより、プレート48は伸縮軸Xに対して非対称をなす。そのため、プレート48のうち図2に示す一点鎖線で囲まれた部分を伸縮軸Xに対して対称をなすようにした場合には、圧電素子44が伸長したときに、プレート48は伸縮軸Xに対して非対称に変形し、圧電素子44の右端に伸縮軸Xに対して直交する方向に荷重が加わることが予測される。 As shown in FIG. 2A, one arm 64 is provided on the plate 48 at a position deviated from the telescopic axis X. As a result, the plate 48 is asymmetric with respect to the telescopic axis X. Therefore, when the portion of the plate 48 surrounded by the alternate long and short dash line is made symmetrical with respect to the expansion / contraction axis X, the plate 48 becomes the expansion / contraction axis X when the piezoelectric element 44 is extended. On the other hand, it is predicted that the piezoelectric element 44 is deformed asymmetrically and a load is applied to the right end of the piezoelectric element 44 in a direction orthogonal to the expansion / contraction axis X.

図6(A)には、図2に示す一点鎖線で囲まれた部分が伸縮軸Xに対して対称をなしている場合の、図6(B)にはバランスヒンジ部82の基端82Aがアンプヒンジ部62の基端62Aよりも左側に位置する場合の、圧電素子44が伸長したときのプレート48の形状、及び、応力分布のシミュレーションが示されている。図6(A)では、バランスヒンジ部82の基端82A及びアンプヒンジ部62の基端62Aが左右方向において揃う位置にあり、且つ、第1支持柱部60Bの右端及び第2支持柱部60Cの右端が左右方向において揃う位置にある。図6(A)及び(B)では、応力が大きくなるほど濃くなるように示され、圧電素子44の伸長によるプレート48の変形前の形状が二点鎖線で示されている。 6 (A) shows the base end 82A of the balance hinge portion 82 in FIG. 6 (B) when the portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. 2 is symmetrical with respect to the telescopic axis X. A simulation of the shape of the plate 48 and the stress distribution when the piezoelectric element 44 is extended when it is located on the left side of the base end 62A of the amplifier hinge portion 62 is shown. In FIG. 6A, the base end 82A of the balance hinge portion 82 and the base end 62A of the amplifier hinge portion 62 are aligned in the left-right direction, and the right end of the first support pillar portion 60B and the second support pillar portion 60C. The right end of is aligned in the left-right direction. In FIGS. 6A and 6B, it is shown that the stress becomes thicker as the stress increases, and the shape of the plate 48 before deformation due to the elongation of the piezoelectric element 44 is shown by a two-dot chain line.

図6(A)及び(B)を比較すると、図6(B)の応力分布は、図6(A)の応力分布に比べて、伸縮軸Xについてより対称であることが分かる。より詳細には、アンプヒンジ部62の応力が最も高く、最も強く屈曲する点(以下、屈曲点)をP1、バランスヒンジ部82の屈曲点をP2とすると、図6(B)では、図6(A)に比べて、P1とP2との左右方向のずれδが十分小さく、P1とP2とが伸縮軸Xについてより対称に近いことが理解できる。 Comparing FIGS. 6 (A) and 6 (B), it can be seen that the stress distribution in FIG. 6 (B) is more symmetric with respect to the telescopic axis X than the stress distribution in FIG. 6 (A). More specifically, assuming that the point at which the amplifier hinge portion 62 has the highest stress and bends most strongly (hereinafter referred to as the bending point) is P1 and the bending point of the balance hinge portion 82 is P2, FIG. 6B is shown in FIG. It can be understood that the lateral deviation δ between P1 and P2 is sufficiently smaller than that in (A), and P1 and P2 are closer to symmetry with respect to the expansion / contraction axis X.

このように、バランスヒンジ部82の基端82Aがアンプヒンジ部62の基端62Aよりも左側となるように設定することで、両基端82A、62Aが左右方向に揃う場合に比べて、応力分布を伸縮軸Xに対してより対称にすることができる。よって、バランスヒンジ部82の基端82Aがアンプヒンジ部62の基端62Aよりも左側に位置する場合には、両基端が左右方向に揃う場合に比べて、変位部66にバランスヒンジ部82を介して、アーム64から加わる伸縮軸Xに直交する方向の荷重をより相殺するように荷重を加えることができ、圧電素子44にせん断力が加わることを防止することができる。 In this way, by setting the base end 82A of the balance hinge portion 82 to be on the left side of the base end 62A of the amplifier hinge portion 62, the stress is compared with the case where both base ends 82A and 62A are aligned in the left-right direction. The distribution can be made more symmetric with respect to the telescopic axis X. Therefore, when the base end 82A of the balance hinge portion 82 is located on the left side of the base end 62A of the amplifier hinge portion 62, the balance hinge portion 82 is located on the displacement portion 66 as compared with the case where both base ends are aligned in the left-right direction. The load can be applied so as to more cancel the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis X applied from the arm 64, and the shearing force can be prevented from being applied to the piezoelectric element 44.

図2(A)及び図3に示すように、アーム基部64Aの外周面と上側凹部30の底壁30Dの貫通孔32を画定する壁面との間にはその隙間を密閉するシール部材70が設けられている。これにより、ケース12の内室40には、圧電素子44が設けられた第1の空間90と、流体が2つのポート用貫通孔20L、20Rを介して流通する(すなわち、供給ポートP及び出力ポートAに連通する)第2の空間92とに分離する仕切壁94が形成される。内室40が仕切壁94によって第1の空間90と第2の空間92とに分離されることで、供給ポートPから供給された流体が、圧電素子44の設けられた第1の空間90に侵入することが防止できる。よって、供給ポートPから供給される流体内に水分が含まれる場合であっても、流体制御弁10に、圧電素子44を保護するべく、除水や除湿をするための構造(冷凍式ドライヤや、吸着式ドライヤ等)を別途設ける必要がない。また、圧電素子44が設けられた第1の空間90と、流体が流通する第2の空間92とが分離されているため、流体の種類に依らず、流体制御弁10を流路に設置することができる。 As shown in FIGS. 2A and 3, a sealing member 70 is provided between the outer peripheral surface of the arm base 64A and the wall surface defining the through hole 32 of the bottom wall 30D of the upper recess 30 to seal the gap. Has been done. As a result, the fluid flows through the first space 90 provided with the piezoelectric element 44 and the through holes 20L and 20R for the two ports (that is, the supply port P and the output) in the inner chamber 40 of the case 12. A partition wall 94 that separates from the second space 92 (which communicates with the port A) is formed. The inner chamber 40 is separated into the first space 90 and the second space 92 by the partition wall 94, so that the fluid supplied from the supply port P enters the first space 90 provided with the piezoelectric element 44. It can be prevented from invading. Therefore, even if the fluid supplied from the supply port P contains water, the fluid control valve 10 has a structure for removing water or dehumidifying in order to protect the piezoelectric element 44 (a refrigerating dryer or a refrigerating dryer). , Adsorption type dryer, etc.) does not need to be provided separately. Further, since the first space 90 in which the piezoelectric element 44 is provided and the second space 92 through which the fluid flows are separated, the fluid control valve 10 is installed in the flow path regardless of the type of fluid. be able to.

仕切壁94はアーム64を通過させるアーム通路32Aを画定する貫通孔32を備えた底壁30Dと、アーム64及び貫通孔32を画定する壁面の間に設けられ、弾性変形可能なシール部材70とを含む。これにより、アーム64及びアーム通路32Aを画定する壁面の間がシール部材70によって密閉されて、内室40は第1の空間90と第2の空間92とに区画される。また、シール部材70は弾性変形可能であるため、アーム64及び通路の間を密閉した状態で、アーム64が変位可能であり、圧電素子44が伸長してアーム64が変位した場合であっても、第1の空間90と第2の空間92との間に流体が流通しない分離した状態が保たれる。更に、アーム64に伝わる振動はシール部材70によって減衰する。これにより、メカニカルアンプ54が共振する条件下で用いた場合であっても、メカニカルアンプ54の振動を減衰させることができる。 The partition wall 94 is provided between the bottom wall 30D having a through hole 32 defining the arm passage 32A through which the arm 64 is passed, and the wall surface defining the arm 64 and the through hole 32, and is provided with an elastically deformable seal member 70. including. As a result, the wall surface defining the arm 64 and the arm passage 32A is sealed by the sealing member 70, and the inner chamber 40 is divided into a first space 90 and a second space 92. Further, since the seal member 70 is elastically deformable, the arm 64 can be displaced while the space between the arm 64 and the passage is sealed, and even when the piezoelectric element 44 is extended and the arm 64 is displaced. , A separated state is maintained in which no fluid flows between the first space 90 and the second space 92. Further, the vibration transmitted to the arm 64 is damped by the seal member 70. As a result, the vibration of the mechanical amplifier 54 can be attenuated even when the mechanical amplifier 54 is used under the condition of resonance.

本実施形態では、シール部材70はアーム基部64Aと貫通孔32を画定する壁面との間に設けられている。このように、シール部材70を支点P0(図5参照)により近い位置に設けることで、アーム64の変位がシール部材70によって阻害され難くなる。 In the present embodiment, the seal member 70 is provided between the arm base 64A and the wall surface defining the through hole 32. By providing the seal member 70 at a position closer to the fulcrum P0 (see FIG. 5) in this way, the displacement of the arm 64 is less likely to be obstructed by the seal member 70.

アーム64の左端にエラストマー製の弁体46が一体形成されている。そのため、弁体46によって左側のポート用貫通孔20Lを封じるときに、弁体46の形状が弁座52に合うように弾性変形するため、開口の封止をより確実に行うことができる。 An elastomer valve body 46 is integrally formed at the left end of the arm 64. Therefore, when the valve body 46 seals the port through hole 20L on the left side, the shape of the valve body 46 elastically deforms to fit the valve seat 52, so that the opening can be sealed more reliably.

圧電素子44が設けられる第1の空間90と流体の流通する第2の空間92とは分離されているため、第1の空間90を外部に通じるようにコネクタ孔42を設けた場合であっても、コネクタ孔42をシールする必要がないため、コネクタCの組付が容易になる。更に、シール構造を備えないコネクタよりも大きなシール構造を備えたコネクタを用いてコネクタ孔42をシールする必要がないため、流体制御弁10を小型化することができる。 Since the first space 90 in which the piezoelectric element 44 is provided and the second space 92 through which the fluid flows are separated, the connector hole 42 is provided so as to pass the first space 90 to the outside. However, since it is not necessary to seal the connector hole 42, the connector C can be easily assembled. Further, since it is not necessary to seal the connector hole 42 by using a connector having a larger sealing structure than a connector having no sealing structure, the fluid control valve 10 can be miniaturized.

<<第2実施形態>>
第2実施形態に係る流体制御弁110は、ケース12の形状が第1実施形態とは異なる。その他の構成は第1実施形と同様であるため、その他の構成については、説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
The shape of the case 12 of the fluid control valve 110 according to the second embodiment is different from that of the first embodiment. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description of other configurations will be omitted.

図7に示すように、第2実施形態に係る流体制御弁110のケース12は第1実施形態と同様に、ケース12はその前下半部を構成するケース本体14と、その上半部を構成する上部材16と、その後下半部を構成するカバー部材18とによって構成されている。第2実施形態に係るケールの上部材16の構成は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。 As shown in FIG. 7, the case 12 of the fluid control valve 110 according to the second embodiment has the same as the first embodiment, and the case 12 has a case main body 14 constituting the front lower half thereof and the upper half thereof. It is composed of an upper member 16 constituting the upper member and a cover member 18 constituting the lower half portion thereafter. Since the configuration of the kale upper member 16 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

図8に示すように、ケース本体14はその左上部を構成する本体左上部126と、本体左上部126から下方及び右方に延びる本体主部128とを備えている。図8及び図9に示すように、本体左上部126は前後に対をなす前壁126A及び後壁126Bと、前壁126A及び後壁126Bの左縁をそれぞれ接続する左壁126Cと、前壁126A、後壁126B、及び左壁126Cの下縁を接続する下壁126Dとを有し、上方及び右方に向かって開口した直方体箱状をなしている。本体左上部126には、前壁126A、後壁126B、左壁126C、及び下壁126Dによって画定され、下方に凹む溝部127が形成されている。溝部127は本体左上部126の左部から右方に延び、本体左上部126の右縁にまで達している。 As shown in FIG. 8, the case main body 14 includes a main body upper left portion 126 constituting the upper left portion thereof, and a main body main portion 128 extending downward and to the right from the main body upper left portion 126. As shown in FIGS. 8 and 9, the upper left portion 126 of the main body has a front wall 126A and a rear wall 126B paired back and forth, a left wall 126C connecting the left edges of the front wall 126A and the rear wall 126B, respectively, and a front wall. It has a 126A, a rear wall 126B, and a lower wall 126D connecting the lower edges of the left wall 126C, forming a rectangular parallelepiped box that opens upward and to the right. The upper left portion 126 of the main body is defined by the front wall 126A, the rear wall 126B, the left wall 126C, and the lower wall 126D, and a groove portion 127 recessed downward is formed. The groove portion 127 extends from the left portion of the upper left portion 126 of the main body to the right and reaches the right edge of the upper left portion 126 of the main body.

図10に示すように、ケース本体14の上面には、第1実施形態と同様に、上部材16が締結されている。上部材16がケース本体14の上面に締結されることによって、上部材16、左壁126C、前壁126A、後壁126B、及び下壁126Dによって画定されたアーム通路130が形成されている。上部材16には、第1実施形態と同様に、上下に貫通する2つのポート用貫通孔20L、20Rが設けられている。アーム通路130はケース12の上部において左右に延び、2つのポート用貫通孔20L、20Rにそれぞれ接続している。 As shown in FIG. 10, the upper member 16 is fastened to the upper surface of the case body 14 as in the first embodiment. By fastening the upper member 16 to the upper surface of the case body 14, the arm passage 130 defined by the upper member 16, the left wall 126C, the front wall 126A, the rear wall 126B, and the lower wall 126D is formed. Similar to the first embodiment, the upper member 16 is provided with two through holes 20L and 20R for ports that penetrate vertically. The arm passage 130 extends to the left and right at the upper part of the case 12, and is connected to the two port through holes 20L and 20R, respectively.

本体左上部126には第1実施形態と同様に、前方に凹む収容凹部34が形成されている。収容凹部34は本体左上部126の右側及び下側において、後方視で逆L字状をなすように形成されている。本体左上部126には第1実施形態と同様に前方に凹む溝部36が設けられ、コネクタCはその溝部127に収容された状態でケース本体14に結合されている。 Similar to the first embodiment, the upper left portion 126 of the main body is formed with a housing recess 34 recessed forward. The accommodating recess 34 is formed on the right side and the lower side of the upper left portion 126 of the main body so as to form an inverted L shape in rear view. Similar to the first embodiment, the upper left portion 126 of the main body is provided with a groove portion 36 recessed forward, and the connector C is coupled to the case main body 14 in a state of being accommodated in the groove portion 127.

カバー部材18は本体主部128に対応する形状をなしている。カバー部材18は、第1実施形態と同様に溝部36と対応する位置に上方に切り欠かれた切欠部38を備えている。カバー部材18が本体主部128に締結されると、収容凹部34は後方から封じられる。 The cover member 18 has a shape corresponding to the main body 128. Similar to the first embodiment, the cover member 18 includes a notch 38 notched upward at a position corresponding to the groove 36. When the cover member 18 is fastened to the main body 128, the accommodating recess 34 is sealed from the rear.

図8に示すように、アーム延出部64Bはケース12の上部において左右に延びるアーム通路130の内部を通過するように配置されている。アーム通路130の上下又は前後の境界を画定する壁面とアーム延出部64Bとの間にはそれらの間の隙間を埋めるシール部材170が設けられている。シール部材170は第1実施形態と同様に、弾性変形可能な樹脂によって構成されている。 As shown in FIG. 8, the arm extending portion 64B is arranged so as to pass through the inside of the arm passage 130 extending to the left and right in the upper part of the case 12. A seal member 170 is provided between the wall surface defining the upper and lower or front-rear boundaries of the arm passage 130 and the arm extending portion 64B to fill the gap between them. Similar to the first embodiment, the seal member 170 is made of an elastically deformable resin.

シール部材170と下壁126Dとによって、前後方向視で逆L字状に延在する仕切壁194が構成されている。仕切壁194はケース12の内室40を、第1実施形態と同様に、圧電素子44を含む第1の空間190と、2つのポート用貫通孔20L、20Rに接続する(すなわち、供給ポートP及び出力ポートAに連通する)アーム通路130を含み、流体が流通する第2の空間192とに区画している。 The sealing member 170 and the lower wall 126D constitute a partition wall 194 extending in an inverted L shape when viewed in the front-rear direction. The partition wall 194 connects the inner chamber 40 of the case 12 to the first space 190 including the piezoelectric element 44 and the through holes 20L and 20R for two ports (that is, the supply port P), as in the first embodiment. It includes an arm passage 130 (which communicates with the output port A) and is partitioned into a second space 192 through which the fluid flows.

次に、第2実施形態に係る流体制御弁110の効果について説明する。流体制御弁110では、第1実施形態と同様に、圧電素子44が設けられた第1の空間190と、流体が流通する第2の空間192とに区画されているため、圧電素子44が設けられた空間への流体の侵入が防止できる。更に、アーム64及びアーム通路130との間が弾性変形可能なシール部材170によってシール(封止)されているため、内室40を第1の空間190と第2の空間192とに区画した状態で、アーム64を変位させることができる。 Next, the effect of the fluid control valve 110 according to the second embodiment will be described. In the fluid control valve 110, as in the first embodiment, the piezoelectric element 44 is provided because it is partitioned into the first space 190 in which the piezoelectric element 44 is provided and the second space 192 in which the fluid flows. It is possible to prevent fluid from entering the space. Further, since the space between the arm 64 and the arm passage 130 is sealed by an elastically deformable seal member 170, the inner chamber 40 is divided into a first space 190 and a second space 192. Then, the arm 64 can be displaced.

更に、アーム64に発生した振動をシール部材170によって減衰させることができる。第2実施形態に係る流体制御弁110は、圧電素子44の伸長によって揺動しやすいシール部材170を、アーム延出部64Bとアーム通路130を画定する壁面との間に設けられているため、アーム64に発生した振動をより効果的に抑制することができる。 Further, the vibration generated in the arm 64 can be damped by the seal member 170. Since the fluid control valve 110 according to the second embodiment is provided with a seal member 170 that easily swings due to the extension of the piezoelectric element 44 between the arm extension portion 64B and the wall surface defining the arm passage 130. The vibration generated in the arm 64 can be suppressed more effectively.

<<第3実施形態>>
第3実施形態に係る流体制御弁210は、プレート248の形状のみが異なり、他の構成については、第1実施形態と同様であるため、プレート248の形状以外の説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
The fluid control valve 210 according to the third embodiment differs only in the shape of the plate 248, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description other than the shape of the plate 248 will be omitted.

図11(A)に示すように、第3実施形態に係るプレート248は、第1実施形態に係るプレート248に比べて、少なくとも、バランスヒンジ部82の基端82A(左端)の位置及びアンプヒンジ部62の基端62A(左端)が左右方向に揃った(整合する)位置にあり、且つ、第1支持柱部60Bの右端及び第2支持柱部60Cの右端が左右方向に揃った位置にある点が異なる。更に、第3実施形態に係るプレート248は、第1実施形態に係るプレート248に比べて、アーム64(より詳細には、アーム基部64A及びアーム基端部64C)の右縁64Rが擬アーム80の右縁80Rの右側に位置している点が異なる。すなわち、第2軸方向延出部76の右端及びバランスヒンジ部82の右端とはそれぞれ第1実施形態に比べて左側に位置し、バランスヒンジ部82の左右方向の長さが第1実施形態よりも短い。これにより、変位部66は伸縮軸Xに対して上下に非対称となっている。 As shown in FIG. 11A, the plate 248 according to the third embodiment has at least the position of the base end 82A (left end) of the balance hinge portion 82 and the amplifier hinge as compared with the plate 248 according to the first embodiment. The base end 62A (left end) of the portion 62 is aligned (aligned) in the left-right direction, and the right end of the first support pillar portion 60B and the right end of the second support pillar portion 60C are aligned in the left-right direction. There is a difference. Further, in the plate 248 according to the third embodiment, the right edge 64R of the arm 64 (more specifically, the arm base portion 64A and the arm base end portion 64C) is a pseudo arm 80 as compared with the plate 248 according to the first embodiment. The difference is that it is located on the right side of the right edge 80R of. That is, the right end of the second axial extension portion 76 and the right end of the balance hinge portion 82 are located on the left side of the first embodiment, respectively, and the length of the balance hinge portion 82 in the left-right direction is longer than that of the first embodiment. Is also short. As a result, the displacement portion 66 is vertically asymmetric with respect to the expansion / contraction axis X.

次に、第3実施形態に係る流体制御弁210の効果について、図6(A)、及び、図11(B)を参照して説明する。図11(B)には、図6(A)と同様に、圧電素子44が伸長したときのプレート248の応力分布のシミュレーションが示されている。但し、図6(A)では、アーム64の右縁64Rが擬アーム80の右縁80Rに左右方向に揃うように設定されている。 Next, the effect of the fluid control valve 210 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 11 (B). FIG. 11B shows a simulation of the stress distribution of the plate 248 when the piezoelectric element 44 is extended, as in FIG. 6A. However, in FIG. 6A, the right edge 64R of the arm 64 is set to be aligned with the right edge 80R of the pseudo arm 80 in the left-right direction.

図6(A)及び図11(B)を比較すると、アンプヒンジ部62の屈曲点P1とバランスヒンジ部82の屈曲点P2との左右方向のずれδが図11(B)では、図6(A)に比べて小さく、図11(B)の応力分布は、図6(A)の応力分布に比べて、伸縮軸Xについて対称であることが分かる。 Comparing FIGS. 6 (A) and 11 (B), the lateral deviation δ between the bending point P1 of the amplifier hinge portion 62 and the bending point P2 of the balance hinge portion 82 is shown in FIG. 6 (B). It is smaller than A), and it can be seen that the stress distribution in FIG. 11 (B) is symmetrical with respect to the expansion / contraction axis X as compared with the stress distribution in FIG. 6 (A).

すなわち、アーム64の右縁64Rが擬アーム80の右縁80Rよりも右方に位置するように構成することで、両縁が左右方向に揃う場合に比べて、応力分布を伸縮軸Xに対してより対称にすることができる。よって、アーム64の右縁64Rが擬アーム80の右縁80Rの右側に位置する場合には、アーム64の右縁64R及び擬アーム80の右縁が左右方向に揃う場合に比べて、変位部66にバランスヒンジ部82を介して、アーム64から加わる伸縮軸Xに直交する方向の荷重をより相殺するように荷重を加えることができ、圧電素子44にせん断力が加わることを防止することができる。 That is, by configuring the right edge 64R of the arm 64 to be located to the right of the right edge 80R of the pseudo arm 80, the stress distribution is distributed with respect to the expansion / contraction axis X as compared with the case where both edges are aligned in the left-right direction. Can be made more symmetrical. Therefore, when the right edge 64R of the arm 64 is located on the right side of the right edge 80R of the pseudo arm 80, the displacement portion is compared with the case where the right edge 64R of the arm 64 and the right edge of the pseudo arm 80 are aligned in the left-right direction. A load can be applied to the 66 via the balance hinge portion 82 so as to more cancel the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis X applied from the arm 64, and it is possible to prevent the shearing force from being applied to the piezoelectric element 44. can.

流体制御弁210の開閉速度を高めると、アーム延出部64Bからバランス機構68に加わる荷重が問題となる場合がある。本実施形態では、擬アーム80の右縁80Rがアーム64の右縁64Rよりも短く、バランスヒンジ部82の左右方向の長さが、第2実施形態の流体制御弁110に比べて短い。そのため、本実施形態に係る流体制御弁210では、第2実施形態の流体制御弁110に比べてバランスヒンジ部82の剛性が高く、本実施形態に係る流体制御弁210は高速な開閉動作が求められる場合に特に有効である。 When the opening / closing speed of the fluid control valve 210 is increased, the load applied to the balance mechanism 68 from the arm extending portion 64B may become a problem. In the present embodiment, the right edge 80R of the pseudo arm 80 is shorter than the right edge 64R of the arm 64, and the length of the balance hinge portion 82 in the left-right direction is shorter than that of the fluid control valve 110 of the second embodiment. Therefore, in the fluid control valve 210 according to the present embodiment, the rigidity of the balance hinge portion 82 is higher than that of the fluid control valve 110 of the second embodiment, and the fluid control valve 210 according to the present embodiment is required to have a high-speed opening / closing operation. It is especially effective when it is used.

<<第4実施形態>>
第4実施形態に係る流体制御弁310は、プレート348の形状のみが異なり、他の構成については、第1実施形態と同様であるため、プレート348の形状以外の説明を省略する。
<< Fourth Embodiment >>
The fluid control valve 310 according to the fourth embodiment differs only in the shape of the plate 348, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description other than the shape of the plate 348 will be omitted.

図12に示すように、第4実施形態に係るプレート348は、第1実施形態に係るプレート348に比べて、少なくとも、バランスヒンジ部82の基端82A(左端)の位置及びアンプヒンジ部62の基端62A(左端)の位置と、第1支持柱部60Bの右端及び第2支持柱部60Cの右端の位置とが左右方向に揃った(整合する)位置にある点が異なる。 As shown in FIG. 12, the plate 348 according to the fourth embodiment has at least the position of the base end 82A (left end) of the balance hinge portion 82 and the amplifier hinge portion 62 as compared with the plate 348 according to the first embodiment. The difference is that the position of the base end 62A (left end) and the position of the right end of the first support pillar portion 60B and the position of the right end of the second support pillar portion 60C are aligned (matched) in the left-right direction.

更に、第4実施形態に係るプレート348は、第1実施形態に係るプレート348に比べて、バランスヒンジ部82の断面積が一様ではない点が異なる。 Further, the plate 348 according to the fourth embodiment is different from the plate 348 according to the first embodiment in that the cross-sectional area of the balance hinge portion 82 is not uniform.

より詳細には、バランスヒンジ部82の断面積は一部において他の部分とは異なっている。本実施形態では、図12に示すように、バランスヒンジ部82の右半部には金属製の板部材が溶着されることによって形成された厚肉部82Bが設けられている。これにより、バランスヒンジ部82の断面積は厚肉部82Bにおいて他の部分とは異なり、他の部分に比べて大きくなっている。 More specifically, the cross-sectional area of the balance hinge portion 82 is partially different from other portions. In the present embodiment, as shown in FIG. 12, a thick portion 82B formed by welding a metal plate member is provided on the right half portion of the balance hinge portion 82. As a result, the cross-sectional area of the balance hinge portion 82 is larger than that of the other portion in the thick portion 82B, unlike the other portions.

次に、第4実施形態に係る流体制御弁310の効果について説明する。バランスヒンジ部82の断面積を右半部において大きくすることによって、バランスヒンジ部82の屈曲点P2は左側に移動することが予測される。これにより、アンプヒンジ部62の屈曲点P1とバランスヒンジ部82の屈曲点P2との左右方向のずれδを小さくすることができ、プレート348の内部の応力分布を伸縮軸Xに対して上下対称とすることができる。よって、変位部66にバランスヒンジ部82を介して、アーム64から加わる伸縮軸Xに直交する方向の荷重をより相殺するように荷重を加えることができ、圧電素子44にせん断力が加わることを防止することができる。 Next, the effect of the fluid control valve 310 according to the fourth embodiment will be described. By increasing the cross-sectional area of the balance hinge portion 82 in the right half portion, it is predicted that the bending point P2 of the balance hinge portion 82 will move to the left side. As a result, the lateral deviation δ between the bending point P1 of the amplifier hinge portion 62 and the bending point P2 of the balance hinge portion 82 can be reduced, and the stress distribution inside the plate 348 is vertically symmetrical with respect to the expansion / contraction axis X. Can be. Therefore, a load can be applied to the displacement portion 66 via the balance hinge portion 82 so as to further cancel the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis X applied from the arm 64, and the shearing force is applied to the piezoelectric element 44. Can be prevented.

このように、バランスヒンジ部82の断面積は一部において他の部分とは異なるように構成することで、バランスヒンジ部82の断面積の分布を調整することが可能となり、圧電素子44にせん断力が加わることを防止することができる。 In this way, by configuring the cross-sectional area of the balance hinge portion 82 to be different from that of the other parts in a part, it is possible to adjust the distribution of the cross-sectional area of the balance hinge portion 82, and the piezoelectric element 44 is sheared. It is possible to prevent the force from being applied.

<<第5実施形態>>
第5実施形態に係る流体制御弁410は、図13に示すように、第1実施形態に比べて、アーム延出部64Bに設けられた弁体46が設けられていない点と、筒部材22の下縁にはリング部材423が設けられている点とが異なる。他の構成については第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
<< Fifth Embodiment >>
As shown in FIG. 13, the fluid control valve 410 according to the fifth embodiment is not provided with the valve body 46 provided in the arm extending portion 64B as compared with the first embodiment, and the tubular member 22 is not provided. It differs from the point that the ring member 423 is provided on the lower edge. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

リング部材423は筒部材22の下縁に沿って延在する環状の部材であり、弾性変形可能な樹脂、すなわちエラストマーによって形成されている。リング部材423は筒部材22の下縁を下方から覆うように配置されて、筒部材22に固定されている。 The ring member 423 is an annular member extending along the lower edge of the tubular member 22, and is formed of an elastically deformable resin, that is, an elastomer. The ring member 423 is arranged so as to cover the lower edge of the tubular member 22 from below, and is fixed to the tubular member 22.

筒部材22は第1上部材16Uと第2上部材16Dとに挟まれた状態で、ケース本体14に結合されている。このとき、リング部材423は筒部材22の下縁に沿って配置されて、左側のポート用貫通孔20Lの下縁を画定するとともに、上部材16の下縁よりも下側(内室40側)に突出した状態で、ケース本体14に固定されている。これにより、アーム延出部64Bの左端上面が弁体46として機能し、アーム延出部64Bは弁部84を構成する。また、エラストマー製のリング部材423によって弁座52が構成される。 The tubular member 22 is coupled to the case body 14 in a state of being sandwiched between the first upper member 16U and the second upper member 16D. At this time, the ring member 423 is arranged along the lower edge of the tubular member 22, defines the lower edge of the port through hole 20L on the left side, and is lower than the lower edge of the upper member 16 (inner chamber 40 side). ), It is fixed to the case body 14. As a result, the upper surface of the left end of the arm extending portion 64B functions as the valve body 46, and the arm extending portion 64B constitutes the valve portion 84. Further, the valve seat 52 is configured by the ring member 423 made of elastomer.

次に、このように構成した流体制御弁410の効果について説明する。弁座52がエラストマー製のリング部材423によって構成される。これにより、アーム延出部64Bの上面が弁座52に当接した場合に、弁座52がアーム延出部64Bの上面に合わせて弾性変形する。これにより、弁体46による左側のポート用貫通孔20Lの開口部分の封止をより確実に行うことができる。 Next, the effect of the fluid control valve 410 configured in this way will be described. The valve seat 52 is composed of an elastomer ring member 423. As a result, when the upper surface of the arm extending portion 64B abuts on the valve seat 52, the valve seat 52 is elastically deformed in accordance with the upper surface of the arm extending portion 64B. This makes it possible to more reliably seal the opening portion of the port through hole 20L on the left side by the valve body 46.

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The present invention has been described above with respect to preferred embodiments thereof, but as can be easily understood by those skilled in the art, the present invention is not limited to such embodiments and deviates from the gist of the present invention. It can be changed as appropriate to the extent that it does not.

上記第1~第3実施形態、及び第5実施形態ではそれぞれ、プレート48(変位拡大機構)は一枚の金属板材によって構成されていたが、この態様には限定されない。例えば、プレート48は複数の部材を組み合わせることによって構成されていてもよい。但し、プレート48を一枚の金属板材によって構成することで、ねじ止め、溶接、溶着等が不要であるため、流体制御弁10、110、210、410の製造工程が簡素になり、製造に要するコストを低減することができる。 In each of the first to third embodiments and the fifth embodiment, the plate 48 (displacement expansion mechanism) is composed of one metal plate material, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, the plate 48 may be configured by combining a plurality of members. However, since the plate 48 is made of a single metal plate, screwing, welding, welding, etc. are not required, so that the manufacturing process of the fluid control valves 10, 110, 210, 410 is simplified and required for manufacturing. The cost can be reduced.

上記実施形態では、本発明を2つのポートを有し、1つのポートを開閉することによって、1つの流路を開閉する流体制御弁に適用した場合について記載したが、この態様には限定されない。本発明は3つ以上のポートを開閉する流体制御弁(例えば、三方弁)にも適用することができる。 In the above embodiment, the present invention has been described when the present invention is applied to a fluid control valve having two ports and opening and closing one port to open and close one flow path, but the present invention is not limited to this embodiment. The present invention can also be applied to a fluid control valve (for example, a three-way valve) that opens and closes three or more ports.

上記第5実施形態ではリング部材423が筒部材22に設けられることによって、エラストマー製の弁座52が構成されていたが、この態様には限定されない。エラストマー製の弁座52が設けられる態様であればいかなる態様であってもよく、例えば、筒部材22がエラストマーによって構成されていてもよい。 In the fifth embodiment, the valve seat 52 made of an elastomer is configured by providing the ring member 423 on the tubular member 22, but the present invention is not limited to this embodiment. Any aspect may be used as long as the valve seat 52 made of an elastomer is provided, and for example, the tubular member 22 may be made of an elastomer.

上記実施形態では、バランスヒンジ部82によって、バランス機構68が構成されていたがこの態様には限定されない。例えば、バランス機構68は、変位部66に加わる荷重が伸縮方向となるように矯正すべく、バランスする荷重を加えるものであればいかなる態様であってもよい。例えば、バランス機構68は、第2支持柱部60Cと、変位部66とを接続する板バネ片を含んでいてもよい。また、プレート48は第1実施形態においてバランスヒンジ部82の基端82Aと、アンプヒンジ部62の基端62Aとは左右方向に揃うように配置され、図2に示す一点鎖線で囲まれた部分が対称をなすように構成されていてもよい。 In the above embodiment, the balance mechanism 68 is configured by the balance hinge portion 82, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, the balance mechanism 68 may have any embodiment as long as it applies a balanced load so that the load applied to the displacement portion 66 is corrected so as to be in the expansion / contraction direction. For example, the balance mechanism 68 may include a leaf spring piece connecting the second support column portion 60C and the displacement portion 66. Further, the plate 48 is arranged so that the base end 82A of the balance hinge portion 82 and the base end 62A of the amplifier hinge portion 62 are aligned in the left-right direction in the first embodiment, and is a portion surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. May be configured to be symmetrical.

上記実施形態では、第1実施形態、及び、第3実施形態ではそれぞれ、シミュレーションによって得られた応力分布に基づく屈曲点P1、P2の位置が左右方向に揃うように、形状を変更した例が示されている。図6(A)と、図6(B)及び図11との比較で理解できるように、プレートの形状を設定するパラメータを調整することで、2つの屈曲点P1、P2の左右方向のずれδを小さくし、屈曲点P1、P2の位置が伸縮軸Xについてより対称となるようにすることができ、屈曲点P1、P2の位置が伸縮軸Xについて実質的に対称となるようにすることができる。 In the above embodiment, an example in which the shapes are changed so that the positions of the bending points P1 and P2 based on the stress distribution obtained by the simulation are aligned in the left-right direction is shown in the first embodiment and the third embodiment, respectively. Has been done. As can be understood by comparing FIG. 6 (A) with FIG. 6 (B) and FIG. 11, by adjusting the parameters for setting the shape of the plate, the two bending points P1 and P2 are displaced in the left-right direction δ. Can be made smaller so that the positions of the bending points P1 and P2 are more symmetrical with respect to the telescopic axis X, and the positions of the bending points P1 and P2 are substantially symmetrical with respect to the telescopic axis X. can.

また、流体の出入口となる少なくとも2つの開口、及び、2つの開口それぞれに通じる内室40を備え、内室40に収められた圧電素子44によって駆動する流体制御弁において、圧電素子44への液体の侵入が問題となる場合には、内室40を、圧電素子44を収容する第1の空間90と、ポートを接続する通路を含む第2の空間92とに区画する仕切壁94を備えるように構成すればよく、その他の構成は上記態様には限定されない。例えば、流体制御弁のプレートの構造は上記態様には限定されず、流体制御弁は、バランス機構68を持たない、いわゆるシングルアームの電気式流体制御弁であっても、複数のアームを持つ電気式流体制御弁であってもよい。 Further, in a fluid control valve having at least two openings serving as inlets and outlets for fluid and an inner chamber 40 communicating with each of the two openings and driven by the piezoelectric element 44 housed in the inner chamber 40, the liquid to the piezoelectric element 44 is provided. If the intrusion is a problem, the inner chamber 40 is provided with a partition wall 94 for partitioning the inner chamber 40 into a first space 90 for accommodating the piezoelectric element 44 and a second space 92 including a passage connecting the ports. The other configurations are not limited to the above aspects. For example, the structure of the plate of the fluid control valve is not limited to the above embodiment, and the fluid control valve is an electric fluid control valve having a plurality of arms even if it is a so-called single-arm electric fluid control valve having no balance mechanism 68. It may be a type fluid control valve.

上記実施形態では、支持部60はケース12と別体に設けられていたが、この態様には限定されない。支持部60はケース12と一体であってもよく、また、ケース12の一部をなしていてもよい。 In the above embodiment, the support portion 60 is provided separately from the case 12, but the present invention is not limited to this embodiment. The support portion 60 may be integrated with the case 12, or may form a part of the case 12.

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。 In addition, not all of the components shown in the above embodiments are indispensable, and they can be appropriately selected as long as they do not deviate from the gist of the present invention.

10 :第1実施形態に係る流体制御弁
12 :ケース
14 :ケース本体
16 :上部材
16D :第2上部材
16U :第1上部材
18 :カバー部材
20L :ポート用貫通孔
20R :ポート用貫通孔
22 :筒部材
22A :内孔
24LD :貫通孔
24LU :貫通孔
24RD :貫通孔
24RU :貫通孔
26 :本体上部
28 :本体下部
30 :上側凹部
30D :底壁
32 :貫通孔
32A :アーム通路
34 :収容凹部
36 :溝部
38 :切欠部
40 :内室
42 :コネクタ孔
44 :圧電素子
44A :圧電体
46 :弁体
48 :プレート
50 :配線
52 :弁座
54 :メカニカルアンプ
60 :支持部
60A :支持基部
60B :第1支持柱部
60C :第2支持柱部
62 :アンプヒンジ部
62A :基端
64 :アーム
64A :アーム基部
64B :アーム延出部
64C :アーム基端部
64R :アームの右縁(圧電素子の他端の側に位置するアームの側縁)
66 :変位部
68 :バランス機構
70 :シール部材
72 :キャップ部
74 :第1軸方向延出部
76 :第2軸方向延出部
80 :擬アーム
80R :擬アームの右縁(圧電素子の他端の側に位置する擬アームの側縁)
82 :バランスヒンジ部
82A :基端
82B :厚肉部
84 :弁部
90 :第1の空間
92 :第2の空間
94 :仕切壁
110 :第2実施形態に係る流体制御弁
126 :本体左上部
126A :前壁
126B :後壁
126C :左壁
126D :下壁
127 :溝部
128 :本体主部
130 :アーム通路
170 :シール部材
190 :第1の空間
192 :第2の空間
194 :仕切壁
210 :第3実施形態に係る流体制御弁
248 :プレート
310 :第4実施形態に係る流体制御弁
348 :プレート
410 :第5実施形態に係る流体制御弁
423 :リング部材
A :出力ポート
C :コネクタ
P :供給ポート
P0 :支点
P1 :屈曲点
P2 :屈曲点
X :伸縮軸
δ :ずれ
10: Fluid control valve according to the first embodiment 12: Case 14: Case body 16: Upper member 16D: Second upper member 16U: First upper member 18: Cover member 20L: Port through hole 20R: Port through hole 22: Cylindrical member 22A: Inner hole 24LD: Through hole 24LU: Through hole 24RD: Through hole 24RU: Through hole 26: Main body upper part 28: Main body lower part 30: Upper concave portion 30D: Bottom wall 32: Through hole 32A: Arm passage 34: Accommodating recess 36: Groove 38: Notch 40: Inner chamber 42: Connector hole 44: Piezoelectric element 44A: Piezoelectric body 46: Valve body 48: Plate 50: Wiring 52: Valve seat 54: Mechanical amplifier 60: Support part 60A: Support Base 60B: First support pillar 60C: Second support pillar 62: Amp hinge 62A: Base 64: Arm 64A: Arm base 64B: Arm extension 64C: Arm base end 64R: Right edge of the arm ( Side edge of the arm located on the other end side of the piezoelectric element)
66: Displacement part 68: Balance mechanism 70: Seal member 72: Cap part 74: First axial extension part 76: Second axial extension part 80: Pseudo arm 80R: Right edge of pseudo arm (other than piezoelectric element) Side edge of pseudo-arm located on the side of the end)
82: Balance hinge portion 82A: Base end 82B: Thick portion 84: Valve portion 90: First space 92: Second space 94: Partition wall 110: Fluid control valve 126 according to the second embodiment: Upper left portion of the main body 126A: Front wall 126B: Rear wall 126C: Left wall 126D: Lower wall 127: Groove 128: Main body 130: Arm passage 170: Seal member 190: First space 192: Second space 194: Partition wall 210: Fluid control valve 248 according to the third embodiment: Plate 310: Fluid control valve according to the fourth embodiment 348: Plate 410: Fluid control valve according to the fifth embodiment 423: Ring member A: Output port C: Connector P: Supply port P0: fulcrum P1: bending point P2: bending point X: expansion / contraction axis δ: deviation

Claims (13)

内室、及び、前記内室に連通して流体の出入口となる少なくとも2つの開口を備えたケースと、
所定の伸縮軸に沿って伸縮可能な圧電素子と、
前記圧電素子の変位を拡大し、前記開口の少なくとも一つを開閉する弁部を変位させるメカニカルアンプとを有し、
前記メカニカルアンプは、
前記ケースに設けられ、前記圧電素子の前記伸縮軸の軸方向における一端に接続された支持部と、
前記圧電素子の前記軸方向における他端に結合された変位部と、
一端において前記変位部に接続され、中間部において前記支持部に変形可能なアンプヒンジ部を介して接続され、他端において前記開口の少なくとも一つを開閉するアームと、
前記圧電素子の伸長によって前記変位部に加わる前記伸縮軸に直交する方向の荷重に対して逆向きの荷重を加えるバランス機構とを含む流体制御弁。
An inner chamber and a case having at least two openings that communicate with the inner chamber and serve as an inlet / outlet for fluid.
Piezoelectric elements that can expand and contract along a predetermined expansion and contraction axis,
It has a mechanical amplifier that expands the displacement of the piezoelectric element and displaces the valve portion that opens and closes at least one of the openings.
The mechanical amplifier is
A support portion provided in the case and connected to one end of the expansion / contraction shaft of the piezoelectric element in the axial direction.
A displacement portion coupled to the other end of the piezoelectric element in the axial direction,
An arm that is connected to the displacement portion at one end, connected to the support portion via a deformable amplifier hinge portion at the intermediate portion, and opens and closes at least one of the openings at the other end.
A fluid control valve including a balance mechanism that applies a load in the direction opposite to the load in the direction orthogonal to the expansion / contraction axis applied to the displacement portion by extension of the piezoelectric element.
前記バランス機構は、前記変位部に結合された擬アームと、前記擬アームと前記支持部とに結合され、変形可能なバランスヒンジ部を含み、
前記アーム及び前記変位部の結合部分と、前記擬アーム及び前記変位部の結合部分とは前記伸縮軸を介して対峙している請求項1に記載の流体制御弁。
The balance mechanism includes a pseudo arm coupled to the displacement portion and a balance hinge portion coupled to the pseudo arm and the support portion and deformable.
The fluid control valve according to claim 1, wherein the coupling portion of the arm and the displacement portion and the coupling portion of the pseudo arm and the displacement portion face each other via the expansion / contraction shaft.
前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部及び第2支持部を含み、
前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記バランスヒンジ部は前記アンプヒンジ部と同形な断面を有して前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部とを有し、
前記変位部は前記伸縮軸に対して軸対称をなし、
前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端は前記アンプヒンジ部の基端よりも前記圧電素子の前記一端の側に位置する請求項2に記載の流体制御弁。
The support portion extends in the direction of the telescopic shaft and includes a first support portion and a second support portion arranged at positions facing each other via the piezoelectric element.
The amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic axis.
The balance hinge portion has a cross section having the same shape as the amplifier hinge portion, and extends from the second support portion along the expansion / contraction axis.
The displacement portion includes a cap portion coupled to the other end of the piezoelectric element, a first axial extension portion extending from the cap portion along the expansion / contraction axis and connected to the arm, and the cap portion. It has a second axial extension portion extending from the telescopic axis along the telescopic axis and connected to the pseudo arm.
The displacement portion is axisymmetric with respect to the expansion and contraction axis.
The fluid control valve according to claim 2, wherein the base end of the balance hinge portion is located closer to the one end side of the piezoelectric element than the base end of the amplifier hinge portion in the axial direction.
前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部及び第2支持部を含み、
前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記バランスヒンジ部は前記アンプヒンジ部と同形な断面を有して前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部とを有し、
前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端は前記アンプヒンジ部の基端と整合する位置にあり、
前記圧電素子の前記他端の側に位置する前記アームの側縁は、前記圧電素子の前記他端の側に位置する前記擬アームの側縁よりも、前記圧電素子の前記他端の側に位置する請求項2に記載の流体制御弁。
The support portion extends in the direction of the telescopic shaft and includes a first support portion and a second support portion arranged at positions facing each other via the piezoelectric element.
The amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic axis.
The balance hinge portion has a cross section having the same shape as the amplifier hinge portion, and extends from the second support portion along the expansion / contraction axis.
The displacement portion includes a cap portion coupled to the other end of the piezoelectric element, a first axial extension portion extending from the cap portion along the expansion / contraction axis and connected to the arm, and the cap portion. It has a second axial extension portion extending from the telescopic axis along the telescopic axis and connected to the pseudo arm.
In the axial direction, the base end of the balance hinge portion is located at a position consistent with the base end of the amplifier hinge portion.
The side edge of the arm located on the other end side of the piezoelectric element is closer to the other end side of the piezoelectric element than the side edge of the pseudo arm located on the other end side of the piezoelectric element. The fluid control valve of claim 2 located.
前記支持部は前記伸縮軸の方向に延び、前記圧電素子を介して対峙する位置に配置された第1支持部及び第2支持部を含み、
前記アンプヒンジ部は前記第1支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記バランスヒンジ部は前記第2支持部から前記伸縮軸に沿って延出し、
前記変位部は、前記圧電素子の前記他端に結合されたキャップ部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記アームと接続された第1軸方向延出部と、前記キャップ部から前記伸縮軸に沿って延び、前記擬アームに接続された第2軸方向延出部とを有し、
前記変位部は前記伸縮軸に対して軸対称をなし、
前記軸方向において、前記バランスヒンジ部の基端は前記アンプヒンジ部の基端と整合する位置にあり、
前記バランスヒンジ部の断面積は一部において他の部分とは異なる請求項2に記載の流体制御弁。
The support portion extends in the direction of the telescopic shaft and includes a first support portion and a second support portion arranged at positions facing each other via the piezoelectric element.
The amplifier hinge portion extends from the first support portion along the telescopic axis.
The balance hinge portion extends from the second support portion along the telescopic axis.
The displacement portion includes a cap portion coupled to the other end of the piezoelectric element, a first axial extension portion extending from the cap portion along the expansion / contraction axis and connected to the arm, and the cap portion. It has a second axial extension portion extending from the telescopic axis along the telescopic axis and connected to the pseudo arm.
The displacement portion is axisymmetric with respect to the expansion and contraction axis.
In the axial direction, the base end of the balance hinge portion is located at a position consistent with the base end of the amplifier hinge portion.
The fluid control valve according to claim 2, wherein the cross section of the balance hinge portion is partially different from that of other portions.
前記バランスヒンジ部の屈曲点、及び、前記アンプヒンジ部の屈曲点は前記伸縮軸を中心として軸対称をなす請求項2~請求項4のいずれか1つの項に記載の流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 2 to 4, wherein the bending point of the balance hinge portion and the bending point of the amplifier hinge portion are axially symmetric with respect to the expansion / contraction axis. 前記ケースには、前記内室を、前記圧電素子を収容する第1の空間と、2つの前記開口に連通する通路を含む第2の空間とに区画する仕切壁が設けられている請求項1~請求項6のいずれか1つの項に記載の流体制御弁。 Claim 1 is provided with a partition wall for dividing the inner chamber into a first space for accommodating the piezoelectric element and a second space including a passage communicating with the two openings. The fluid control valve according to any one of claims 6. 前記仕切壁は、前記アームを通過させるアーム通路の少なくとも一部を画定する壁体と、前記アーム及び前記通路を画定する壁面の間に設けられ、弾性変形可能なシール部材とを含む請求項7に記載の流体制御弁。 7. The partition wall includes a wall body that defines at least a part of an arm passage through which the arm passes, and a sealing member that is provided between the arm and the wall surface that defines the passage and is elastically deformable. The fluid control valve described in. 前記壁体は前記アーム通路を画定する貫通孔を備え、
前記シール部材は、前記貫通孔を画定する壁面と、前記アームとの間に設けられている請求項8に記載の流体制御弁。
The wall body comprises a through hole defining the arm passage.
The fluid control valve according to claim 8, wherein the seal member is provided between the wall surface defining the through hole and the arm.
前記壁体は前記内室を画定する壁面と協働して前記アーム通路を画定し、
前記シール部材は、前記壁体及び前記内室を画定する壁面と、前記アームとの間に設けられている請求項8に記載の流体制御弁。
The wall body cooperates with the wall surface defining the inner chamber to define the arm passage.
The fluid control valve according to claim 8, wherein the sealing member is provided between the wall surface defining the wall body and the inner chamber and the arm.
前記第1の空間は、前記ケースの外部にコネクタ孔を介して連通し、
前記コネクタ孔に整合する位置に、前記圧電素子に電圧を供給するためのコネクタが設けられている請求項7~請求項10のいずれか1つの項に記載の流体制御弁。
The first space communicates with the outside of the case via a connector hole.
The fluid control valve according to any one of claims 7 to 10, wherein a connector for supplying a voltage to the piezoelectric element is provided at a position matching the connector hole.
前記アームの前記他端にはエラストマー製の弁体が一体形成されている請求項1~請求項11のいずれか1つの項に記載の流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 11, wherein an elastomer valve body is integrally formed at the other end of the arm. 前記アームによって開閉される前記開口には、エラストマーによって構成された弁座が設けられている請求項1~請求項12のいずれか1つの項に記載の流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 12, wherein a valve seat made of an elastomer is provided in the opening opened and closed by the arm.
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