JPH11315947A - 圧電バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて種々の媒体の制御を特に簡単かつ安価
に行うことができ、バルブ全体を再び破壊せずに分解
し、再利用できるような圧電バルブを提供する。 【解決手段】 圧電曲げエレメント７が片側からバルブ
のケーシング１内にシールされて挿入されて保持され、
その保持されていない側で印加された制御電圧に応じて
少なくとも１つの弁座３、４を制御する。曲げエレメン
ト７が少なくともケーシング１の内室２内に位置する範
囲で、少なくとも部分的に弾性の絶縁材料から成る被覆
１０を備えており、この被覆１０は保持された側で同時
にケーシング１の内室２をも外に向かってシールする。
これにより、曲げエレメント７は電気的に絶縁され、制
御されるべき媒体に対してシールされ、電気的接触位置
もバルブの動作室の外部にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電バルブであっ
て、ほぼ一体的なケーシングと、ケーシングの内室に配
置された少なくとも１つの制御可能な弁座と、片側から
ケーシング内に密封状態で挿入されて片側がケーシング
内で保持されている圧電曲げエレメントとを有してお
り、圧電曲げエレメントの保持されていない側が印加さ
れた制御電圧に応じて弁座を閉鎖または開放する形式の
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヨーロッパ特許公開第０１９１０１１号
明細書により、曲げエレメントが、一方の端部で３点で
支承されるようにケーシング内に組み入れられており、
そのうち１点が調節可能であって同時に中心電極を接触
させる働きをする、圧電セラミックス製曲げ変換器が公
知である。この曲げエレメント自体は独立の操作ばねと
固く結合されている。操作ばねそれ自体はケーシングと
結合されていて、同時に曲げエレメントを支承点に押圧
する働きをする。曲げエレメントの自由端により、印加
された制御電圧に応じて給気ノズルもしくは排気ノズル
が交互に閉鎖または開放され得る。圧電曲げエレメント
のための電気的接点は、ケーシングから引き出されてシ
ールされている。

【０００３】曲げエレメントの電極およびケーシングの
内部に位置している接点部分は保護または絶縁されてお
らず、流動媒体に直接曝露されているので、この公知の
配置構成を導電性の液体で運転することは不可能であ
る。ケーシングの内部に結露が形成されると短絡の危険
があり、また接触箇所では腐食の危険がある。ケーシン
グの内部の接触箇所は動作室から分離されていないの
で、電気的接点はケーシングから気密状態で引き出され
なければならない。できるだけ少ない漏れ値を達成する
ためには、曲げエレメントと制御されるべき開口部もし
くはノズルとの間のシーリングは、高価値の表面および
相互の正確な位置を必要とする。上述したすべての事情
から、比較的手間がかかり、かつ高価な製造プロセスが
生じ、またケーシングは接着によって組み立てられた後
で破壊しなければ開くことができないので、たとえば組
立もしくは調整の誤りがあった後に、比較的高価な曲げ
エレメントを取り出して再利用することができなくなる
という追加的な欠点が生じる。

【０００４】上記と類似の構造を有する曲げ変換器が、
たとえばドイツ連邦共和国特許第４４１０１５３号明細
書によって公知である。ここですでに曲げエレメントに
絶縁被膜を設けることが提案されている。このことは攻
撃的な液体または導電性の液体の制御を可能にするが、
ここでも上述したその他の欠点がほぼ残っている。

【０００５】最後に、たとえば世界知的所有権機構国際
公開第９７／０９５５５号明細書から、ほぼ一体的なケ
ーシングが曲げエレメントを挿入するための側方開口部
を有しており、この開口部が組立完了時に充填材で永久
的に閉じられる、冒頭に記載した種類の圧電バルブが公
知である。これによりケーシングの内室の比較的単純な
シーリングと、同時に片側で曲げエレメントを固持もし
くは固定することが可能であるが、分解はやはり破壊的
にしか行われ得ない。さらに、ここでも曲げエレメント
自体の絶縁が設けられていないので、このバルブの応用
には再び最初に述べた限界がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の圧電バルブを改良して、公知の同じバル
ブまたは類似のバルブの欠点を回避し、極めて種々の媒
体の制御を特に簡単かつ安価に行うことができ、たとえ
ば組立または調整の誤りが生じた場合にバルブ全体を再
び破壊せずに分解し、少なくともその個別部材を再利用
できるような圧電バルブを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の構成では、圧電曲げエレメントが少なくと
もケーシングの内室に位置する範囲で、少なくとも部分
的に弾性の絶縁材料から成る被覆を備えており、この被
覆が保持された側で同時にケーシングの内室をも外に向
かってシールしているようにした。したがって、たとえ
ば冒頭に引用したドイツ連邦共和国特許第４４１０１５
３号明細書との関連で公知の曲げエレメントの絶縁被覆
は、ここでは同時にケーシングの内室を外に向かってシ
ールする働きをする。これにより、内室は接着や、その
他の方法で広範囲にシールされる必要はない。被覆およ
びケーシングの側方挿入口のためのシーリングを有する
曲げエレメントは、組立および調整の後でもなおも簡単
にケーシングから引き抜かれ得るので、たとえば曲げエ
レメント自体は問題なく再利用できる。

【０００８】本発明の好ましい構成において、被覆が曲
げエレメントの保持された側で、曲げエレメントの回り
に当該曲げエレメントの長手方向延在に対してほぼ直角
に延びている、好ましくは一体的に成形された密封隆起
部を有しており、この密封隆起部はバルブを組み立てた
状態でケーシングと、片側を保持された被覆付きの曲げ
エレメントと共に外から挿入可能なクランプシューとの
間で固く締め付けられている。このようにすると、被覆
に成形された密封隆起部により、被覆もしくはケーシン
グにおける挿入口のシーリングを非常に簡単に形成でき
る。密封隆起部は、ケーシングとクランプシューとの間
でケーシングの内室の外側に対する必要なシーリングを
実現する。

【０００９】本発明の別の好ましい構成において、クラ
ンプシューは曲げエレメントの電気的接点の少なくとも
部分をも有することができる。これらの部分は曲げエレ
メントを側方のケーシング開口部に挿入する際に同様に
電気的接触に必要な位置に入る。

【００１０】本発明のさらに別の好ましい構成によれ
ば、バルブを組み立てた状態でケーシングと係合し、必
要に応じて外から外せる掛止用突起が、クランプシュー
に設けられてよい。このことはバルブの組立および場合
によっては分解を非常に簡単にし、組み立てられたエレ
メントもしくはアセンブリ相互の相対的位置を非常に簡
単かつ再現可能に規定する。しかしもちろん上記の構成
とは別に、相応の構成において掛止用突起がケーシング
に設けられ、クランプシューと掛止してもよいであろ
う。

【００１１】本発明の好ましい構成において、被覆は薄
肉の、好ましくは密封隆起部および／または弁座の範囲
で強化されたエラストマから成る。この薄肉性によっ
て、特にノズル範囲で熱膨張および膨潤による効果が少
なく押さえられる。この場合、曲げエレメントの機械的
運動の自由がごくわずかしか損なわれないことが追加的
な利点である。

【００１２】本発明の別の有利な構成において、被覆の
長さは、組み立てられていない状態では、組み立てられ
た状態で曲げエレメントの被覆された長さよりわずかに
小さい。これにより、組立時の延伸によって曲げエレメ
ント上における被覆の良好な定着が確保される。

【００１３】被覆の内部が曲げエレメントの表面粗さお
よび／または曲げエレメントの追加的な凹部、溝、通路
などを介して、ならびにクランプシューを通して周囲に
排気されている。これにより、運転圧力に依存して被覆
が曲げエレメントの表面に追加的に押圧され、特にノズ
ル範囲で持ち上がるのが妨げられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳細に説明する。

【００１５】図示された圧電バルブはほぼ一体的なケー
シング１を有している。ケーシング１は、ここでは電気
空気式曲げ変換器として形成されたバルブの機能のため
に、内室２で互いに向き合って配置された制御可能な２
つの弁座３、４と、同様に内室２に開口している１つの
信号出力５とを有している。ここで、弁座３は給気を制
御し、ねじ部６内に形成されており、したがって調節可
能な弁座４が排気を制御する。

【００１６】圧電曲げエレメント７は、図１の表現で左
側からケーシング１の側方開口部８（図３参照）内に密
封状態で挿入され、この片側でケーシング１内に保持さ
れている。曲げエレメント７の保持されていない右側
は、印加された制御電圧に応じて弁座３と４の間を動く
ことができ、それによってこれらの弁座は閉鎖されたり
開放されたりし、信号出力５は給気または排気と結合し
ている。それにより、図示されたバルブは、たとえばパ
イロットバルブとして使用できる。

【００１７】圧電曲げエレメント７は、ケーシング１の
内室２に位置する範囲で、少なくとも部分的に弾性の絶
縁材料から成る被覆１０を備えている。この被覆１０
は、曲げエレメント７の保持された側１１で同時にケー
シング１の内室２をも外に向かってシールする。被覆１
０はこのほかに、曲げエレメント７の保持された側１１
で、曲げエレメント７の回りに当該曲げエレメント７の
長手方向延在に対してほぼ直角に延びている一体的に成
形された密封隆起部１２を有している（図２参照）。こ
の密封隆起部１２はバルブを組み立てた状態でケーシン
グ１と、片側で保持された曲げエレメント７と被覆１０
と共に外から挿入可能なクランプシュー１３との間で固
く締め付けられている。このクランプシュー１３は、曲
げエレメント７の電気的接点の少なくとも部分、ここで
は接点ピン１４と接点ばね１５とを有している（これに
ついて図２も参照せよ）。

【００１８】図３に示す表現で左からケーシング１の開
口部８に挿入可能なクランプシュー１３は、さらにバル
ブを組み立てた状態（図１参照）でケーシング１と係合
し、必要に応じて外から外せる掛止用突起１６を有して
いる。掛止用突起１６はケーシング１と協働して、クラ
ンプシュー１３が固定された位置で当該クランプシュー
１３が接点ばね１５を被覆１０の密封隆起部１２と一緒
にケーシング１における衝止面１７に押し付け、その結
果としてケーシング１の内室２が確実にシールされる。

【００１９】接点ばね１５は、一方の端部１８でクラン
プシュー１３の支承部に載っており、接点ピン１４の範
囲で下から曲げエレメント７を押圧する。接点ばね１５
の他方の端部１９の範囲では、図１に示された曲げエレ
メント７を挿入した状態で、接点は第２の調節可能な接
点ピン２０もしくはその内側延長部２０′によって形成
されている。

【００２０】曲げエレメント７の被覆１０が比較的薄肉
に形成されていて、好ましくは密封隆起部１２の範囲で
のみ（もしくは図２に略示された形式で弁座３または４
の範囲でも）強化されている。使用されるエラストマは
電気的絶縁性を有し、それ以外の性質（たとえば耐薬品
性など）も使用に適したものにされている。被覆１０の
長さは、組み立てられていない状態では、組み立てられ
た状態で曲げエレメント７の被覆された長さよりわずか
に小さい。それにより、被覆１０は組み立てた状態で密
封隆起部１２における固定と自由端９との間でやや緊定
され、それによって曲げエレメント７上に確実に定着す
る。被覆１０の内部は、ここでは詳しく図示されない形
式で追加的に、たとえば曲げエレメント７の表面粗さ、
または追加的な通路などを介して、クランプシュー１３
を通って周囲に排気されてよい。その結果として、印加
された運転圧力のもとで被覆１０が曲げエレメント７の
表面を能動的に押圧し、ひいてはより良好に定着する。

【００２１】被覆１０の薄肉性によって、特に弁座３、
４の範囲で熱膨張もしくは膨潤による否定的な効果が少
なく押さえられる。この際さらに、曲げエレメント７の
機械的運動の自由がごくわずかしか損なわれない。被覆
の弾性により、同時に弁座３、４におけるシール作用も
著しく改善され、同時に弁座のジオメトリおよび表面品
質に対する要求はより少ない。

【００２２】図２に従い押し開かれた接点ばね１５と一
緒にクランプシュー１３内に挿入された曲げエレメント
７は、３つの支承点でクランプシュー１３内に固持され
る。このうち接点ピン１４によって形成された１つの支
承点が調節可能であり、同時に曲げエレメント７の中心
電極を接触させる働きをする。さらに、クランプシュー
１３は、曲げエレメント７を側方で位置固定する側方セ
ンタリング面を備えている。支承点を押圧し、外側電極
を接触させるために、図１および図２に見える前述の接
点ばね１５が用いられる。接点ばね１５は密封隆起部１
２の範囲で曲げエレメントを取り囲んでおり、両側でば
ね状の接合板により表面を接触させる（図２参照）。こ
れらの接合板は、曲げエレメント７が実用的に挿入され
得るのみで、接点ばね１５から引き抜こうとするとセル
フロック式に固定されるように形成されている。このよ
うにすることによって、組立後に曲げエレメント７がク
ランプシュー１３に当たってその長手方向で位置固定さ
れることができる。

【００２３】クランプシュー１３を側方からケーシング
１に挿入して組み立てる際に（図３参照）、ケーシング
１内で接点ばね１２に予荷重がかかる。その際さらに、
環状密封隆起部１２はケーシング１の上記の支承面１７
に押圧され、掛止用突起１６が開口部２１内で掛止され
る。密封隆起部１２の押圧は対抗力を生じ、この対抗力
が図１の表現でクランプシュー１３の係止用突起１６を
ケーシング開口部２１の左側に当て、これにより組み立
てられた状態で曲げエレメント自体の正確な位置が確保
されている。

【００２４】曲げエレメント７の電気的接触箇所は、ケ
ーシング１の内室２の外部でクランプシューの側面に配
置されており、したがって制御媒体で満たされたバルブ
の動作室から分離されている。このことは、これらの箇
所における腐食の点で有利である。

【００２５】接着箇所またははんだ箇所などを完全にな
くすことによって、バルブ全体は常に破壊しないで分解
できる。このために、本質的には単に図１に示す掛止用
突起１６を押し下げることによって外し、その後でクラ
ンプシュー１３を曲げエレメント７、被覆１０、接点ピ
ン１４およい接点ばね１５と一緒に再びケーシング１か
ら側方に抜き出すことができる（図３参照）。

【００２６】ケーシングは、ケーシング１に対して相対
的な曲げエレメント７の絶縁およびシーリングならびに
上述した形式のバルブの構造および組立により、たとえ
ばプラスチック射出成形技術によって形成され得る。こ
れはバルブの製造を総じて簡単かつ安価にする。クラン
プシューもプラスチックから成り、射出成形技術によっ
て形成されてよく、それによって上述の形式の単純な安
価なバルブが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって形成された圧電バルブの縦断面
図である。

【図２】図１に示したバルブを組み立てる際の１段階の
分解斜視図である。

【図３】図１に示したバルブを組み立てる際の別の段階
の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ ケーシング、 ２ 内室、 ３ 弁座、 ４ 弁
座、 ５ 信号出力、７ 曲げエレメント、 ９ 保持
されていない側、 １０ 被覆、 １２ 密封隆起部、
１３ クランプシュー、 １４ 接点部分、 １５
接点部分、 １６ 係止用突起

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電バルブであって、ほぼ一体的なケー
   シング（１）と、ケーシング（１）の内室（２）に配置
   された少なくとも１つの制御可能な弁座（３、４）と、
   片側からケーシング（１）内に密封状態で挿入されて片
   側がケーシング（１）内で保持されている圧電曲げエレ
   メント（７）とを有しており、圧電曲げエレメント
   （７）の保持されていない側（９）が印加された制御電
   圧に応じて弁座（３、４）を閉鎖または開放する形式の
   ものにおいて、 圧電曲げエレメント（７）が少なくともケーシング
   （１）の内室（２）に位置する範囲で、少なくとも部分
   的に弾性の絶縁材料から成る被覆（１０）を備えてお
   り、この被覆（１０）が保持された側（１１）で同時に
   ケーシング（１）の内室（２）をも外に向かってシール
   していることを特徴とする圧電バルブ。
2. 【請求項２】 被覆（１０）が曲げエレメント（７）の
   保持された側（１１）で、曲げエレメント（７）の回り
   に当該曲げエレメント（７）の長手方向延在に対してほ
   ぼ直角に延びている、好ましくは一体的に成形された密
   封隆起部（１２）を有しており、この密封隆起部（１
   ２）がバルブを組み立てた状態でケーシング（１）と、
   片側で保持された曲げエレメント（７）と被覆（１０）
   と共に外から挿入可能なクランプシュー（１３）との間
   で固く締め付けられている、請求項１記載の圧電バル
   ブ。
3. 【請求項３】 クランプシュー（１３）が曲げエレメン
   ト（７）の電気的接点の少なくとも部分（１４、１５）
   を有している、請求項２記載の圧電バルブ。
4. 【請求項４】 バルブを組み立てた状態でケーシング
   （１）と係合し、必要に応じて外から外せる掛止用突起
   （１６）が、クランプシュー（１３）に設けられてい
   る、請求項２または３記載の圧電バルブ。
5. 【請求項５】 被覆（１０）が薄肉の、好ましくは密封
   隆起部（１２）および／または弁座（３、４）の範囲で
   強化されたエラストマから成る、請求項１から４までの
   いずれか１項記載の圧電バルブ。
6. 【請求項６】 被覆（１０）の長さが、組み立てられて
   いない状態では、組み立てられた状態で曲げエレメント
   （７）の被覆された長さよりわずかに小さい、請求項２
   から５までのいずれか１項記載の圧電バルブ。
7. 【請求項７】 被覆（１０）の内部が曲げエレメント
   （７）の表面粗さおよび／または曲げエレメント（７）
   の追加的な凹部、溝、通路などを介して、クランプシュ
   ー（１３）を通って周囲に排気されている、請求項２か
   ら６までのいずれか１項記載の圧電バルブ。