JP4986286B2

JP4986286B2 - Fluid control device

Info

Publication number: JP4986286B2
Application number: JP2007093893A
Authority: JP
Inventors: 康一鈴森; 岳文神田; 一俊河野; 良太郎大場
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008249083A

Description

本発明は流体圧作動機器に対して供給される圧縮空気等の流体の流量や圧力を制御するための流体制御装置に関する。 The present invention relates to a fluid control device for controlling the flow rate and pressure of a fluid such as compressed air supplied to a fluid pressure operating device.

空気圧を作動流体とするアクチュエータには空気圧シリンダや空気圧モータ等の空気圧機器があり、これらの空気圧機器を有する空気圧システムには、空気圧源からの圧縮空気の圧力を調整して空気圧機器に供給する圧力制御弁や圧縮空気の流量を調整して空気圧機器に供給する流量制御弁が設けられている。流量制御弁としてはアクチュエータに供給またはアクチュエータから排出される空気の流量を調整してアクチュエータの速度制御や空気圧回路内の流量を一定に保つために絞り弁があり、絞り弁には固定式のものと可変式のものがある。可変式の絞り弁は、調整ねじにより弁開度を調節して空気流量を規制するようにしており、通常はニードル弁が使用されている。このため、空気流量を設定するには調整ねじを手動で回転させる必要がある（非特許文献１参照）。 There are pneumatic devices such as pneumatic cylinders and pneumatic motors in actuators that use pneumatic pressure as a working fluid. In a pneumatic system having these pneumatic devices, the pressure supplied to the pneumatic devices by adjusting the pressure of compressed air from the pneumatic pressure source A flow rate control valve for adjusting the flow rate of the control valve and compressed air and supplying the pneumatic device to the pneumatic equipment is provided. As a flow control valve, there is a throttle valve to adjust the flow rate of air supplied to or exhausted from the actuator to keep the flow rate in the actuator constant or to control the flow rate in the pneumatic circuit. There is a variable type. The variable throttle valve regulates the air flow rate by adjusting the valve opening with an adjusting screw, and a needle valve is usually used. For this reason, in order to set the air flow rate, it is necessary to manually rotate the adjusting screw (see Non-Patent Document 1).

空気圧機器に供給される圧縮空気の圧力を制御するための圧力制御弁としては、上記非特許文献１に記載されるように一次側ポートと二次側ポートを開閉する主弁と、二次側ポートの圧力に応じて主弁の開度を調整するダイヤフラム弁とを有する減圧弁がある。
日本油空圧学会編「油空圧便覧」株式会社オーム社 1989年２月２５日発行（第463頁、第467頁） As a pressure control valve for controlling the pressure of the compressed air supplied to the pneumatic equipment, as described in Non-Patent Document 1, the main valve for opening and closing the primary side port and the secondary side port, and the secondary side There is a pressure reducing valve having a diaphragm valve that adjusts the opening of the main valve according to the pressure of the port.
Japan Hydraulics and Pneumatics Society "Hydraulic and pneumatic manual" Ohm Co., Ltd. Published February 25, 1989 (pp. 463, 467)

従来の可変式絞り弁は、弁開度を調整するには作業者が手動で調整ねじを操作する必要があり、電気信号により弁開度を調整することはできない。また、従来の圧力制御弁のようにダイヤフラム弁を用いると、ダイヤフラムの受圧面積を確保するために圧力制御弁の大型化が避けられない。 In a conventional variable throttle valve, an operator needs to manually operate an adjustment screw to adjust the valve opening, and the valve opening cannot be adjusted by an electric signal. In addition, when a diaphragm valve is used like a conventional pressure control valve, an increase in the size of the pressure control valve is inevitable in order to secure a pressure receiving area of the diaphragm.

本発明の目的は、電気信号により弁開度を調整することができる小型の流体制御弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small fluid control valve capable of adjusting the valve opening degree by an electric signal.

本発明の流体制御装置は、流体の流入口が設けられた弁ケーシングと、前記弁ケーシング内に前記流入口に連通する弁室を形成するとともに前記弁室から流出口に流体をそれぞれ連通させる複数の連通孔が形成されるオリフィス板と、前記弁室内に収容され、前記連通孔の内径よりも大きな粒径を有する複数の粒子と、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して前記オリフィス板を振動させる振動子と、前記振動子に前記オリフィス板を共振させる周波数の交流電圧を供給する電力制御器とを有し、前記オリフィス板の共振によって前記粒子を前記連通孔から引き離して複数の前記連通孔と複数の前記粒子との間に隙間を発生させて、複数の前記連通孔全体により形成される連通面積を変化させることを特徴とする。
The fluid control apparatus according to the present invention includes a valve casing provided with a fluid inlet, a valve chamber communicating with the inlet in the valve casing, and a plurality of fluids respectively communicating from the valve chamber to the outlet. An orifice plate having a communication hole formed therein, a plurality of particles housed in the valve chamber and having a particle size larger than an inner diameter of the communication hole, and converting the electrical energy into mechanical energy, the orifice plate A vibrator that vibrates, and a power controller that supplies an AC voltage having a frequency that causes the orifice plate to resonate with the vibrator. The particles are separated from the communication hole by resonance of the orifice plate, and a plurality of the communication is provided. A gap is generated between the hole and the plurality of particles to change a communication area formed by the plurality of the communication holes as a whole .

本発明の流体制御装置において、前記振動子は圧電素子であることを特徴とする。 In the fluid control apparatus of the present invention, the vibrator is a piezoelectric element.

本発明の流体制御装置は、前記オリフィス板を流体の流れ方向に振動させることを特徴とする。また、本発明の流体制御装置は、前記オリフィス板を流体の流れを横切る方向に振動させることを特徴とする。さらに、本発明の流体制御装置は、前記オリフィス板を前記弁ケーシングの径方向と円周方向の少なくともいずれか一方に振動させことを特徴とする。 The fluid control device according to the present invention is characterized in that the orifice plate is vibrated in a fluid flow direction. The fluid control device of the present invention is characterized in that the orifice plate is vibrated in a direction crossing a fluid flow. Furthermore, the fluid control device of the present invention is characterized in that the orifice plate is vibrated in at least one of a radial direction and a circumferential direction of the valve casing.

本発明によれば、オリフィス板を振動子により振動させると、オリフィス板に形成された複数の連通孔から粒子が引き離なされて連通孔と粒子との間に隙間が発生し、複数の連通孔全体による連通面積が設定されるので、振動子によるオリフィス板の振動量を変化させることによって、連通面積による弁開度を調整することができる。オリフィス板を振動子により振動させて弁開度を調整するようにしたので、流体制御装置の小型化を達成することができる。 According to the present invention, when the orifice plate is vibrated by the vibrator, the particles are separated from the plurality of communication holes formed in the orifice plate, and gaps are generated between the communication holes and the particles. Since the communication area as a whole is set, the valve opening degree according to the communication area can be adjusted by changing the vibration amount of the orifice plate by the vibrator. Since the orifice plate is vibrated by the vibrator to adjust the valve opening, the fluid control device can be reduced in size.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

この流体制御装置は弁基台１０を有し、弁基台１０には空気案内孔１１が形成され、この空気案内孔１１に連通させて弁基台１０にはほぼ円筒形状の弁ケーシング１２が取り付けられている。弁ケーシング１２の一端部には弁基台１０の取付孔１３に固定されるフランジ部１４が設けられ、フランジ部１４の内側は空気案内孔１１に連通する流体の流入口１５となっており、他端部は流出口１６となっている。弁基台１０に空気案内孔１１に連通して形成された流入ポート１７には、流体である空気を案内する図示しない一次側の空気配管が接続され、流出口１６には図示しない二次側の空気配管が接続されるようになっている。 This fluid control device has a valve base 10, an air guide hole 11 is formed in the valve base 10, and a substantially cylindrical valve casing 12 is connected to the valve base 10 in communication with the air guide hole 11. It is attached. A flange portion 14 is provided at one end of the valve casing 12 to be fixed to the mounting hole 13 of the valve base 10, and the inside of the flange portion 14 is a fluid inlet 15 communicating with the air guide hole 11. The other end is an outlet 16. An inflow port 17 formed in the valve base 10 in communication with the air guide hole 11 is connected to a primary air pipe (not shown) for guiding air as fluid, and a secondary side (not shown) is connected to the outlet 16. The air piping is connected.

弁ケーシング１２にはオリフィス板２１が一体に設けられており、このオリフィス板２１により弁ケーシング１２内は流入口１５に連通する弁室２２と流出口１６とに仕切られており、オリフィス板２１には複数の連通孔２３が弁開度を調整する弁孔として形成されている。連通孔２３は、図２に示すように、オリフィス板２１の中心部から径方向外方に向けて一定間隔置きに直線状に複数列形成されているが、オリフィス板２１全体に分散させて連通孔２３を形成するようにしても良い。弁室２２内にはそれぞれの連通孔２３の内径よりも大きな粒径を有する複数の粒子２４が収容されており、粒子２４の個数は連通孔２３の数よりも多い数となっている。図１に示す連通孔２３の内径は0.5mmとし、粒子２４としては粒径が0.8mmの鉄球を用いた。 The valve casing 12 is integrally provided with an orifice plate 21. The orifice plate 21 divides the inside of the valve casing 12 into a valve chamber 22 communicating with the inlet 15 and the outlet 16. A plurality of communication holes 23 are formed as valve holes for adjusting the valve opening. As shown in FIG. 2, the communication holes 23 are formed in a plurality of lines in a straight line at regular intervals from the center of the orifice plate 21 toward the outer side in the radial direction. The hole 23 may be formed. A plurality of particles 24 having a particle diameter larger than the inner diameter of each communication hole 23 are accommodated in the valve chamber 22, and the number of particles 24 is larger than the number of communication holes 23. The communication hole 23 shown in FIG. 1 has an inner diameter of 0.5 mm, and the particles 24 are iron balls having a particle diameter of 0.8 mm.

連通孔２３の弁室２２側の開口部には粒子２４の外径に対応した円弧面形状のテーパ部２５が形成されており、粒子２４が自重により容易にテーパ部２５に入り込んで連通孔２３を確実に閉じるようになっている。テーパ部２５の形状としては、円弧面形状に代えて円錐面形状としても良い。 An arcuate tapered portion 25 corresponding to the outer diameter of the particle 24 is formed in the opening portion of the communication hole 23 on the valve chamber 22 side, and the particle 24 easily enters the tapered portion 25 by its own weight and communicates with the communication hole 23. Is surely closed. The shape of the tapered portion 25 may be a conical surface shape instead of the arc surface shape.

弁ケーシング１２の外側にはオリフィス板２１に対応させて径方向外方に突出させて環状の振動板２６が弁ケーシング１２に一体に設けられており、振動板２６には電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して振動板２６を介してオリフィス板２１を振動させる振動子として圧電素子２７が取り付けられている。この圧電素子２７としては、板状のセラミック振動子が使用されており、圧電素子２７は弁ケーシング１２の軸方向に分極している。圧電素子２７には制御手段としての電力制御器２８から電力が供給されるようになっている。電力制御器２８からは、オリフィス板２１と振動板２６を含めた固有振動数に対応した共振周波数の交流電圧が圧電素子２７に供給されるようになっており、この電力制御器２８により圧電素子２７に加えられる電圧に応じてオリフィス板２１の振幅量が調整される。 An annular diaphragm 26 is integrally provided on the valve casing 12 so as to protrude outward in the radial direction corresponding to the orifice plate 21 on the outside of the valve casing 12, and electrical energy is mechanically supplied to the diaphragm 26. A piezoelectric element 27 is attached as a vibrator that converts the energy into energy and vibrates the orifice plate 21 via the vibration plate 26. A plate-shaped ceramic vibrator is used as the piezoelectric element 27, and the piezoelectric element 27 is polarized in the axial direction of the valve casing 12. Electric power is supplied to the piezoelectric element 27 from a power controller 28 as control means. An AC voltage having a resonance frequency corresponding to the natural frequency including the orifice plate 21 and the diaphragm 26 is supplied from the power controller 28 to the piezoelectric element 27. The amount of amplitude of the orifice plate 21 is adjusted according to the voltage applied to 27.

図３は圧電素子２７に電力制御器２８から交流電圧を供給してオリフィス板２１を振動させてオリフィス板２１が弁室２２に向けて最大振幅となって変形した状態を示す断面図である。図３に示すように、圧電素子２７により環状の振動板２６はその外周部が弁ケーシング１２の軸方向に変位するように振動するので、振動板２６と一体となったオリフィス板２１は弁ケーシング１２の部分を基点として中心部が最も大きく空気の流れ方向に変位するように振動する。振動モードとしては、オリフィス板２１の中心部が振動の腹となり、外周端部が節となるように一次振動モードで振動させても、高次の振動モードで振動させるようにしても良い。この振動によって、粒子２４が連通孔２３から引き離なされて連通孔２３と粒子２４との間に隙間を発生させることにより複数の連通孔２３全体による連通面積が変化し、流入口１５と流出口１６との連通面積が変化する。オリフィス板２１が図３に示すように変位すると、オリフィス板２１のそれぞれの連通孔２３を塞いでいる粒子２４のうち、オリフィス板２１の中心部の連通孔２３を塞いでいる粒子２４には周辺部の連通孔２３を塞いでいる粒子２４よりも大きな加速度が加わり、中心部の連通孔２３を塞いでいる粒子２４は周辺部の連通孔２３を塞いでいる粒子２４よりもオリフィス板２１から大きく離れることになる。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which an alternating current voltage is supplied to the piezoelectric element 27 from the power controller 28 to vibrate the orifice plate 21 and the orifice plate 21 is deformed with a maximum amplitude toward the valve chamber 22. As shown in FIG. 3, the annular diaphragm 26 is vibrated by the piezoelectric element 27 so that the outer periphery of the annular diaphragm 26 is displaced in the axial direction of the valve casing 12, so that the orifice plate 21 integrated with the diaphragm 26 is a valve casing. The center part vibrates so that the center part is the largest and is displaced in the air flow direction with the 12 part as a base point. As the vibration mode, the vibration may be performed in the primary vibration mode so that the central portion of the orifice plate 21 is an antinode and the outer peripheral end portion is a node, or may be vibrated in a higher-order vibration mode. Due to this vibration, the particles 24 are separated from the communication holes 23 and a gap is generated between the communication holes 23 and the particles 24, thereby changing the communication area of the plurality of communication holes 23 as a whole. The communication area with 16 changes. When the orifice plate 21 is displaced as shown in FIG. 3, among the particles 24 blocking the respective communication holes 23 of the orifice plate 21, the particles 24 blocking the communication hole 23 in the central portion of the orifice plate 21 are surrounded by the periphery. A larger acceleration is applied than the particles 24 closing the communication holes 23 in the part, and the particles 24 closing the communication holes 23 in the central part are larger from the orifice plate 21 than the particles 24 closing the communication holes 23 in the peripheral part. I will leave.

したがって、オリフィス板２１から大きく離れる粒子２４と、僅かにしか離れない粒子２４とが混在し、全ての連通孔２３により流入口１５と流出口１６とを連通させる連通面積が設定される。 Therefore, the particles 24 that are largely separated from the orifice plate 21 and the particles 24 that are only slightly separated are mixed, and the communication area that allows the inflow port 15 and the outflow port 16 to communicate with each other is set.

圧電素子２７に供給される電圧を変化させると、それぞれの粒子２４に加えられる加速度が変化し、オリフィス板２１に形成された複数の連通孔２３全体により設定される連通面積が変化する。連通面積の変化割合は、連通孔２３の数と数の粒子２４の数に応じて圧電素子２７によるオリフィス板２１の振動によって粒子２４により閉塞される連通孔２３の数と開放状態となる連通孔２３の数と開放状態の連通孔２３と粒子２４との距離によって設定されることになり、連通面積の変化割合は粒子２４のこのような挙動の確率により設定される。これにより、圧電素子２７に供給される電圧を高めると、連通孔２３から大きく離れる粒子２４の数が増加して連通孔２３全体の開口面積が大きくなる。したがって、この流体制御装置を空気の流量を調整する流量調整弁や絞り弁として使用すると、圧電素子２７に供給される電圧に応じて空気の流量を制御することができる。 When the voltage supplied to the piezoelectric element 27 is changed, the acceleration applied to each particle 24 changes, and the communication area set by the plurality of communication holes 23 formed in the orifice plate 21 changes. The change rate of the communication area is determined by the number of communication holes 23 closed by the particles 24 by the vibration of the orifice plate 21 by the piezoelectric element 27 according to the number of the communication holes 23 and the number of the particles 24 and the communication holes in the open state. The number of 23 and the distance between the open communication hole 23 and the particle 24 are set, and the change rate of the communication area is set by the probability of such behavior of the particle 24. Accordingly, when the voltage supplied to the piezoelectric element 27 is increased, the number of particles 24 that are greatly separated from the communication hole 23 is increased, and the opening area of the entire communication hole 23 is increased. Therefore, when this fluid control device is used as a flow rate adjusting valve or a throttle valve for adjusting the air flow rate, the air flow rate can be controlled in accordance with the voltage supplied to the piezoelectric element 27.

弁基台１０の流入ポート１７近傍には弁室２２内の粒子２４が外部に飛び出すのを防止するために網目状部材２９が取り付けられている。この網目状部材２９は粒子２４よりも小さい多数の連通孔を有し、流体制御装置を運搬する際に内部の粒子２４が外部に飛び出すのが防止される。この網目状部材２９を弁ケーシング１２の流入側端部に設けるようにしても良い。この流体制御装置は粒子２４の自重により連通孔２３を塞ぐようにしているので、弁ケーシング１２を上下方向に向けて使用することが好ましいが、自重によって粒子２４が連通孔２３を塞ぐことができれば、傾斜した状態で使用するようにしても良い。 A mesh member 29 is attached in the vicinity of the inflow port 17 of the valve base 10 to prevent the particles 24 in the valve chamber 22 from jumping out. The mesh member 29 has a large number of communication holes smaller than the particles 24, so that the internal particles 24 are prevented from jumping out when the fluid control device is transported. The mesh member 29 may be provided at the end of the inflow side of the valve casing 12. Since this fluid control device is configured to block the communication hole 23 by its own weight, the valve casing 12 is preferably used in the vertical direction. However, if the particle 24 can block the communication hole 23 by its own weight. It may be used in an inclined state.

図４は本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、この流体制御装置は円筒形状の弁基台１０ａを有し、その内部には弁ケーシング１２が環状支持板３１を介して取り付けられており、弁ケーシング１２内は環状支持板３１により流入口１５と流出口１６とに仕切られている。弁ケーシング１２は円筒形状の部材により形成され、流出口１６側の端部にはオリフィス板２１が取り付けられており、弁ケーシング１２には円筒形状の圧電素子２７ａが振動子として取り付けられている。この圧電素子２７ａは弁ケーシング１２の軸方向に分極している。オリフィス板２１には上述した流体制御装置と同様に複数の連通孔２３が形成され、弁ケーシング１２内に形成される弁室２２内に収容された複数の粒子２４によりそれぞれの連通孔２３が閉塞されるようになっている。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to another embodiment of the present invention. This fluid control apparatus has a cylindrical valve base 10a, in which a valve casing 12 has an annular support plate. The valve casing 12 is partitioned into an inlet 15 and an outlet 16 by an annular support plate 31. The valve casing 12 is formed of a cylindrical member, an orifice plate 21 is attached to the end on the outlet 16 side, and a cylindrical piezoelectric element 27a is attached to the valve casing 12 as a vibrator. The piezoelectric element 27 a is polarized in the axial direction of the valve casing 12. A plurality of communication holes 23 are formed in the orifice plate 21 in the same manner as the fluid control device described above, and each communication hole 23 is blocked by a plurality of particles 24 accommodated in a valve chamber 22 formed in the valve casing 12. It has come to be.

弁ケーシング１２の固有振動数に対応する振動数の交流電圧を圧電素子２７ａに供給すると、弁ケーシング１２が環状支持板３１の外周部を基点として空気の流れ方向に振動し、これに取り付けられたオリフィス板２１も全体的に空気の流れ方向に振動することになる。したがって、弁室２２内に収容されたそれぞれの粒子２４にはほぼ均一に加速度が加えられて、粒子２４はオリフィス板２１から離れることになる。この離れる距離は圧電素子２７ａに供給される電圧によって変化し、複数の連通孔２３全体による連通面積が変化する。これにより、流入口１５と流出口１６との連通面積が変化する。 When an AC voltage having a frequency corresponding to the natural frequency of the valve casing 12 is supplied to the piezoelectric element 27a, the valve casing 12 vibrates in the air flow direction with the outer peripheral portion of the annular support plate 31 as a base point, and is attached thereto. The orifice plate 21 also vibrates in the air flow direction as a whole. Therefore, acceleration is applied to each particle 24 accommodated in the valve chamber 22 almost uniformly, and the particles 24 are separated from the orifice plate 21. This separation distance changes depending on the voltage supplied to the piezoelectric element 27a, and the communication area of the plurality of communication holes 23 as a whole changes. Thereby, the communication area of the inflow port 15 and the outflow port 16 changes.

図１に示した流体制御装置ではオリフィス板２１を湾曲させるように振動変形させているが、図４に示すように、弁ケーシング１２を軸方向に振動させることによりオリフィス板２１を振動させるようにしても流入口１５と流出口１６との連通面積を変化させることができる。 In the fluid control apparatus shown in FIG. 1, the orifice plate 21 is vibrated and deformed so as to bend. However, as shown in FIG. 4, the orifice plate 21 is vibrated by vibrating the valve casing 12 in the axial direction. Even in this case, the communication area between the inlet 15 and the outlet 16 can be changed.

図５は本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、この流体制御装置においては、図４に示した流体制御装置と同様に環状支持板３１を介して円筒形状の弁基台１０ａに弁ケーシング１２が取り付けられている。この弁ケーシング１２は円筒形状の圧電素子２７ａにより形成されており、圧電素子２７ａは流入口１５の部分で環状支持部材３１に取り付けられ、流出口１６側の端部にはオリフィス板２１が取り付けられている。したがって、図５に示す流体制御装置においても、圧電素子２７ａに交流を供給すると、弁ケーシング１２が環状支持板３１の外周部を基点として空気の流れ方向に振動し、これに取り付けられたオリフィス板２１も全体的に空気の流れ方向に振動することになる。これにより、弁室２２内に収容されたそれぞれの粒子２４にはほぼ均一に加速度が加えられて、粒子２４はオリフィス板２１から離れることになる。この離れる距離は圧電素子２７ａに供給される電圧によって変化し、複数の連通孔２３全体による連通面積が変化する。これにより、流入口１５と流出口１６との連通面積が変化する。このように弁室２２を形成するための弁ケーシング１２自体を圧電素子２７ａにより形成するようにしても良い。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to another embodiment of the present invention. In this fluid control apparatus, a cylindrical shape is interposed via an annular support plate 31 as in the fluid control apparatus shown in FIG. A valve casing 12 is attached to the valve base 10a. The valve casing 12 is formed by a cylindrical piezoelectric element 27a. The piezoelectric element 27a is attached to the annular support member 31 at the inlet 15 portion, and the orifice plate 21 is attached to the end on the outlet 16 side. ing. Therefore, also in the fluid control device shown in FIG. 5, when alternating current is supplied to the piezoelectric element 27a, the valve casing 12 vibrates in the air flow direction with the outer peripheral portion of the annular support plate 31 as a base point, and the orifice plate attached thereto 21 also vibrates in the air flow direction as a whole. As a result, acceleration is applied to each of the particles 24 accommodated in the valve chamber 22 almost uniformly, and the particles 24 are separated from the orifice plate 21. This separation distance changes depending on the voltage supplied to the piezoelectric element 27a, and the communication area of the plurality of communication holes 23 as a whole changes. Thereby, the communication area of the inflow port 15 and the outflow port 16 changes. In this way, the valve casing 12 itself for forming the valve chamber 22 may be formed by the piezoelectric element 27a.

図６は本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、図７は図６に示された弁ケーシング１２を示す斜視図である。図６に示すように、円筒形状の弁基台１０ａに内方に突出して設けられた環状支持部材３１には弁ケーシング１２の上端面が取り付けられており、弁ケーシング１２は環状の圧電素子２７ｂにより形成されている。環状の圧電素子２７ｂの内側は粒子２４を収容する弁室２２となっており、圧電素子２７ｂの端面にはオリフィス板２１が取り付けられている。圧電素子２７ｂは円周方向に分極されており、電力を供給すると、オリフィス板２１は円周方向に振動することになる。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing the valve casing 12 shown in FIG. As shown in FIG. 6, the upper end surface of the valve casing 12 is attached to an annular support member 31 provided to project inwardly from a cylindrical valve base 10a, and the valve casing 12 has an annular piezoelectric element 27b. It is formed by. Inside the annular piezoelectric element 27b is a valve chamber 22 for accommodating particles 24, and an orifice plate 21 is attached to the end face of the piezoelectric element 27b. The piezoelectric element 27b is polarized in the circumferential direction. When power is supplied, the orifice plate 21 vibrates in the circumferential direction.

したがって、オリフィス板２１が円周方向に振動すると、弁室２２内に収容されたそれぞれの粒子２４とオリフィス板２１は相対的に円周方向にずれ移動し、オリフィス板２１の周辺部の連通孔２３と粒子との相対的ずれ距離は、オリフィス板２１の中心部の連通孔２３と粒子との相対的なずれ距離よりも大きくなる。このずれ距離は圧電素子２７ｂに供給される電圧によって変化し、粒子２４が連通孔２３から引き離なされて連通孔２３と粒子２４との間に隙間を発生させることにより複数の連通孔２３全体による連通面積が変化する。これにより、流入口１５と流出口１６との連通面積が変化する。なお、図７に示すオリフィス板２１には連通孔２３が全体に分散して形成されているが、図２に示すように、放射方向に直線状に整列させて連通孔２３を形成するようにしても良い。 Accordingly, when the orifice plate 21 vibrates in the circumferential direction, the respective particles 24 accommodated in the valve chamber 22 and the orifice plate 21 are displaced relative to each other in the circumferential direction, and the communication holes in the peripheral portion of the orifice plate 21 are moved. The relative displacement distance between the particles 23 and the particles is larger than the relative displacement distance between the communication holes 23 at the center of the orifice plate 21 and the particles. This deviation distance varies depending on the voltage supplied to the piezoelectric element 27 b, and the particles 24 are separated from the communication holes 23 to generate gaps between the communication holes 23 and the particles 24. The communication area changes. Thereby, the communication area of the inflow port 15 and the outflow port 16 changes. In addition, although the communication holes 23 are dispersed throughout the orifice plate 21 shown in FIG. 7, the communication holes 23 are formed so as to be linearly aligned in the radial direction as shown in FIG. May be.

図８は本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、図６に示した流体制御装置と同様に環状の圧電素子２７ｂによって弁ケーシング１２が形成されている。この弁ケーシング１２は円筒形状の弁基台１０ａに内方に突出して設けられた環状支持部材３１にオリフィス板２１が乗せられるように環状支持部材３１の上に配置されており、圧電素子２７ｂの流入口１５側の端部は弁基台１０ａに固定されている。したがって、この流体制御装置においても、オリフィス板２１が円周方向に振動すると、弁室２２内に収容されたそれぞれの粒子２４とオリフィス板２１は相対的に円周方向にずれ移動し、オリフィス板２１の周辺部の連通孔２３と粒子との相対的ずれ距離は、オリフィス板２１の中心部の連通孔２３と粒子との相対的なずれ距離よりも大きくなる。このずれ距離は圧電素子２７ｂに供給される電圧によって変化し、流入口１５と流出口１６との連通面積が変化する。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to another embodiment of the present invention. Like the fluid control apparatus shown in FIG. 6, the valve casing 12 is formed by an annular piezoelectric element 27b. The valve casing 12 is disposed on the annular support member 31 so that the orifice plate 21 is placed on the annular support member 31 that protrudes inwardly from the cylindrical valve base 10a. The end on the inlet 15 side is fixed to the valve base 10a. Therefore, also in this fluid control apparatus, when the orifice plate 21 vibrates in the circumferential direction, the respective particles 24 accommodated in the valve chamber 22 and the orifice plate 21 are displaced relative to each other in the circumferential direction. The relative displacement distance between the communication holes 23 in the peripheral portion of the 21 and the particles is larger than the relative displacement distance between the communication holes 23 in the center of the orifice plate 21 and the particles. This deviation distance changes depending on the voltage supplied to the piezoelectric element 27b, and the communication area between the inlet 15 and the outlet 16 changes.

図９は本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図であり、この流体制御装置は弁基台１０ａに設けられた環状支持部材３１の上には図８に示した環状の圧電素子２７ｂにより形成される弁ケーシング１２が径方向に移動自在に配置されている。圧電素子２７ｂは円周方向に分極されており、電力を供給すると、オリフィス板２１は円周方向に振動することになる。さらに、圧電素子２７ｂには弁基台１０ａに取り付けられた振動発生器３２により径方向に振動するようになっており、圧電素子２７ｂからなる弁ケーシング１２は振動発生器３２により径方向にも振動するようになっている。この振動発生器３２を圧電素子により形成するようにしても良い。また、圧電素子２７ｂにより弁ケーシング１２を形成することなく、環状の部材により弁ケーシング１２を形成し、弁ケーシング１２を振動発生器３２により径方向にのみ振動させるようにしても良い。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fluid control apparatus according to another embodiment of the present invention. This fluid control apparatus has an annular support member 31 provided on the valve base 10a on the annular support member 31 shown in FIG. The valve casing 12 formed by the piezoelectric element 27b is arranged so as to be movable in the radial direction. The piezoelectric element 27b is polarized in the circumferential direction. When power is supplied, the orifice plate 21 vibrates in the circumferential direction. Further, the piezoelectric element 27b is vibrated in a radial direction by a vibration generator 32 attached to the valve base 10a, and the valve casing 12 including the piezoelectric element 27b is vibrated in a radial direction by the vibration generator 32. It is supposed to be. The vibration generator 32 may be formed of a piezoelectric element. Alternatively, the valve casing 12 may be formed by an annular member without forming the valve casing 12 by the piezoelectric element 27 b, and the valve casing 12 may be vibrated only in the radial direction by the vibration generator 32.

図１に示す流体制御装置を用いて流量制御特性を測定した。粒子２４がオリフィス板２１から離れる際に必要な条件を求めると、以下の通りである。粒子２４の質量をｍ、空気圧をｐ、オリフィス板２１に形成された連通孔２３の半径をｒとしたときの粒子２４が連通孔２３から離れる際に必要なオリフィス板２１の加速度αは、α>（πｒ²ｐ±ｍｇ）／ｍとなる。ここで、空気圧を0.30Mpa、連通孔２３の半径を0.25mmとすると、粒子２４を外径0.8mmの鉄球としたので、質量は2.11×１０^-6kgとなる。このときの加速度は2.84×１０⁴ｍ/ｓ²を目標加速度として設定する。 The flow rate control characteristics were measured using the fluid control device shown in FIG. The conditions required for the particles 24 to leave the orifice plate 21 are as follows. The acceleration α of the orifice plate 21 required when the particle 24 leaves the communication hole 23 when the mass of the particle 24 is m, the air pressure is p, and the radius of the communication hole 23 formed in the orifice plate 21 is r is α > (Πr ² p ± mg) / m. Here, if the air pressure is 0.30 Mpa and the radius of the communication hole 23 is 0.25 mm, the particle 24 is an iron ball having an outer diameter of 0.8 mm, so the mass is 2.11 × 10 ⁻⁶ kg. The acceleration at this time is set to 2.84 × 10 ⁴ m / s ² as a target acceleration.

図１に示す形状の流体制御装置において高次のモードで目標加速度αを達成できる形状を有限要素法による解析によって求めたところ、オリフィス板２１の厚みを0.8mm、内径8mm、振動板２６の直径を19mm、半径方向の寸法を10mmとしたとき、５次のモードで高い加速度が得られた。 In the fluid control apparatus having the shape shown in FIG. 1, the shape that can achieve the target acceleration α in the higher-order mode is obtained by analysis using the finite element method. Was 19 mm and the radial dimension was 10 mm, high acceleration was obtained in the fifth mode.

図１０は上述した寸法に設定した流体制御装置における空気の流量変化特性を示すグラフである。空気の供給圧力（MPa）をそれぞれ[1]は0.10とし、[2]は0.15とし、[3]は0.20とし、[4]は0.25とした。圧電素子２７による振動周波数は27kHzとした。図１０に示すように、印加電圧が増加するほど流量が増加し、空気の供給圧力が高いほど流量が変化し始める印加電圧が高く、供給圧力が低いほど印加電圧の増加に伴う流量の増加割合が多くなった。このように、本発明の流体制御装置においては、圧電素子に供給する電圧を調整すると、連通孔２３を介して流入口１５と流出口１６の連通開口面積が変化し、空気の流量制御を行うことができる。 FIG. 10 is a graph showing the flow rate variation characteristics of air in the fluid control apparatus set to the above-described dimensions. The air supply pressure (MPa) was 0.10 for [1], 0.15 for [2], 0.20 for [3], and 0.25 for [4]. The vibration frequency by the piezoelectric element 27 was 27 kHz. As shown in FIG. 10, as the applied voltage increases, the flow rate increases. As the supply pressure of air increases, the applied voltage starts to change, and as the supply pressure decreases, the flow rate increases as the applied voltage increases. Increased. As described above, in the fluid control device of the present invention, when the voltage supplied to the piezoelectric element is adjusted, the communication opening area of the inlet 15 and the outlet 16 changes through the communication hole 23 to control the air flow rate. be able to.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する流体制御装置は空気の流量を制御するために適用されているが、空気以外の他の流体の流量を制御するためにも適用することができる。また、空気の圧力を制御するための圧力制御装置としても本発明を適用することができる。その場合には、二次側の空気の圧力を検出し、電力制御器２８に対してフィードバック信号を送るようにすることになる。図４〜図９に示す流体制御装置においても、弁室２２内からの粒子２４の飛び出しを防止するために網目状部材２９を弁基台１０ａや弁ケーシング１２の流入口側に設けるようにしても良い。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, although the illustrated fluid control device is applied to control the flow rate of air, it can also be applied to control the flow rate of fluids other than air. The present invention can also be applied as a pressure control device for controlling the pressure of air. In that case, the pressure of the air on the secondary side is detected, and a feedback signal is sent to the power controller 28. Also in the fluid control device shown in FIGS. 4 to 9, the mesh member 29 is provided on the inlet side of the valve base 10 a and the valve casing 12 in order to prevent the particles 24 from jumping out from the valve chamber 22. Also good.

本発明の一実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is one embodiment of this invention. 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 図１に示す圧電素子に電力制御機から交流電圧を供給してオリフィス板を振動させている状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which supplies the alternating voltage from a power controller to the piezoelectric element shown in FIG. 1, and vibrates an orifice plate. 本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is other embodiment of this invention. 図６に示された弁ケーシングを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the valve casing shown by FIG. 本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である流体制御装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluid control apparatus which is other embodiment of this invention. 図１に示した流体制御装置における空気の流量変化特性を示すグラフである。It is a graph which shows the flow volume change characteristic of the air in the fluid control apparatus shown in FIG.

Explanation of symbols

１０，１０ａ弁基台
１１空気案内孔
１２弁ケーシング
１４フランジ部
１５流入口
１６流出口
１７流入ポート
２１オリフィス板
２２弁室
２３連通孔
２４粒子
２５テーパ部
２６振動板
２７，２７ａ，２７ｂ圧電素子（振動子）
２８電力制御器
３１環状支持板
３２振動発生器 10, 10a Valve base 11 Air guide hole 12 Valve casing 14 Flange part 15 Inlet 16 Outlet 17 Inlet port 21 Orifice plate 22 Valve chamber 23 Communication hole 24 Particle 25 Tapered part 26 Diaphragm 27, 27a, 27b Piezoelectric element ( Vibrator)
28 Electric Power Controller 31 Annular Support Plate 32 Vibration Generator

Claims

A valve casing provided with a fluid inlet;
An orifice plate that forms a valve chamber that communicates with the inflow port in the valve casing and that has a plurality of communication holes that respectively communicate fluid from the valve chamber to the outflow port;
A plurality of particles housed in the valve chamber and having a particle size larger than the inner diameter of the communication hole;
A vibrator that converts electrical energy into mechanical energy to vibrate the orifice plate;
A power controller for supplying an AC voltage having a frequency for resonating the orifice plate to the vibrator;
By generating a gap between the plurality of the communication holes and a plurality of said particles by far the particles from the communication hole by the resonance of the orifice plate, changing the communication area formed by all of the plurality of the communication holes A fluid control device.

The fluid control apparatus according to claim 1, wherein the vibrator is a piezoelectric element.

3. The fluid control apparatus according to claim 1, wherein the orifice plate is vibrated in a fluid flow direction.

3. The fluid control apparatus according to claim 1, wherein the orifice plate is vibrated in a direction across a fluid flow.

5. The fluid control apparatus according to claim 4, wherein the orifice plate is vibrated in at least one of a radial direction and a circumferential direction of the valve casing.