JPS62224781A - 圧電バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、各種の流体の流量を電気的に制御できる圧電
バルブに関するものである。

［従来の技術］ 流量制振バルブには作動力等の相違により様々な形式の
ものが知られており、その一つに圧電素子を用いたバル
ブがある。

従来の圧電バルブは、バイモルフ型の圧電素子をノズル
の開閉を行うフラッパに使眉したものであり、この圧電
素子に電圧をかけて撓み変形を生じさせ、それによって
ノズルの開度を調節制御する構造である。

このような圧電バルブは電磁バルブに比して小型化並び
に低消費電力化が可能であり、磁気の影響を受けないの
で設置場所が制限されず、また高速応答が可能である等
の利点を有する。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが従来構造の圧電バルブでは、前記のようにノズ
ルを塞ぐような形で、即ちノズルの軸方向とほぼ直角な
方向に圧電素子が設置されてノズルの開閉を行うため、
小型化し難く、特に細径化できないし、フラッパによっ
て流れが極端に乱され、更に開口面積を大きくできない
等の欠点がある。

本発明の目的は、従来の圧電バルブ同様、低消費電力化
できること並びに高速応答性を有すること等の優れた特
徴を具備し、しかも上記従来技術に示されているような
欠点を解消して、著しい小型化並びに細径化が可能であ
り、流体の流れがあまり乱されず、開口面積を大きくで
き、流入側と流出側とを同軸上に設けることも可能であ
るような改良された圧電バルブを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、３
枚以上の板状の圧電素子を、それらの各辺が互いに接す
るように筒状に組み合わせ、その一端を開口させて流体
の流通口とし、他端を端板で閉塞してなる圧電バルブで
ある。

ここで用いる圧電素子としては、例えば金属や炭素繊維
等の弾性薄板の片面もしくは両面に圧電セラミックス板
を貼り合わせた構造のものである。特に限定されるもの
ではないが、製作する上では４枚の圧電素子を４角筒状
に組み合わせるのが都合が良い。

［作用］ 各圧電素子に電圧を印加すると撓み変形を生ずる。各圧
電素子は両端が固定され圧電素子の隣接する各辺は単に
接するだけで接続されてはいないから、その隣接辺部分
が開くように変形する。この開口度合は電圧の単純な関
数で表され、電圧印加を制御することによって容易にそ
の開度を調整できる。

本発明によれば、圧電素子を長くすることによって開口
面積を非常に大きくすることができ、広い範囲にわたっ
て流量の調節が可能である。

つまり各圧電素子に電圧が印加され撓み変形が生じると
、例えば一端に位置している流通口を通って流入した流
体は圧電素子同士の隣接辺部分の開口部を通ってそのま
ま流出する。

勿論、流体の流れ方向を逆にして、隣接辺部分の開口部
から流入し、流通口を通って流出するようにしてもよい
。

〔実施例］ 第１ｒｙＪは本発明に係る圧電バルブの一例を示す概念
図である。同図Ａに示すように４枚の板状の圧電素子１
０がそれらの各辺が互いに接するように４角筒状に組み
金わせられ、その一端が開口して流体の流入口１２とな
り、他端が端板１４で閉塞した構造である。各圧電素子
１０の両端はそれぞれ固定され、圧電素子同士が接する
辺は接続されずフリーな状態にある。つまり各圧電素子
１０は両持ち式に支持された構造である。

各圧電素子ＩＯに電圧を印加しなければ同図へに示すよ
うに各圧電素子１０は平板状に延び、それらの隣接辺は
互いに密着し、流通口１２から白抜き矢印方向に流体が
流入しても該流体は流出しない、つまりバルブが閉じら
れた状態である。

次に各圧電素子１０に電圧を印加すると、同図已に示す
ように各圧電素子１０は撓み変形する。前述のように圧
電素子１０の隣接辺は接続されていないから隙間１６が
生じ、流入口１２から流入してきた液体はその隙間１６
の部分を通って白抜き矢印方向に流出する。つまりバル
ブが開の状態となる。

バルブの開度は圧電素子１０の撓み変形の度合に依存す
る。この撓み変形の度合は各圧電素子ｌＯに印加する電
圧によって変化するから、結局バルブの開度は印加電圧
によって正確に制御できることになる。

第２図は本発明に係る圧電バルブの実施例を示す説明図
である。基本的な構成は第１図に示すものと同じである
から、理解を容易ならしめるため対応する部分に同一符
号を付す。圧電バルブ本体２０は、４枚の圧電素子１０
を組み合わせた４角筒状構造である。各圧電素子１０は
弾性板２２の外側に圧電セラミック板２４を貼着した構
造である。このような圧電バルブ２０の流入口１２側に
流入側配管２６が固着され、また該流入側配管２６の壁
面から前記圧電バルブ２０の外側を覆うように流出側配
管２８が接続される。

圧電素子１０に電圧を印加していない状態では、各圧電
素子１０の隣接辺は密着しており、流入側配管２６から
流入口１２を通って流入してくる流体の流れは止められ
る。それに対して各圧電素子ｌＯに電圧を印加すると、
それが撓み変形して、その隣接辺部分が仮想線で示すよ
うに開くため、流入してくる流体はその開いた隙間を通
って流出側配管に抜は流れる。かくしてバルブの開閉も
流量制御を行うことができる。

本実施例のような構造とすると、流入側配管２６と流出
側配管２８とは同軸上に位置する。

また流体の流れは隙間を通って一方向に流れ出るだけだ
から乱流の発生が少なくなる。圧電素子１０の軸方向長
さを長くすれば、形成される隙間も大きくなり、流量制
御の範囲を拡げることができる。

上記の実施例はいずれも４枚の圧電素子を４角筒状に組
み合わせた構造であるが、３枚の圧電素子によって３角
筒状に、あるいは５枚以上の圧電素子を組み合わせて多
角形状に構成することがでのることは言うまでもない、
また流出側配管の形状を変えれば、配管のエルボの部分
にこの圧電バルブを組み込むことも可能となる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、３枚以上の板状の圧電素子を各
辺が互いに接するように筒状に組み合わせた構造の圧電
バルブだから、小型化し易く、また著しく細径化するこ
とができるし、開口面積を大きくできるため流量の制御
範囲を広くでき、また流量を制御する開閉部の接触面積
が大きく採れるため信頼性を高くできる効果がある。

また本発明では各圧電素子は両持ち方式で支持されるか
ら、開口は電圧の単純な関数で表され制御が比較的容易
であるし、扱える圧力範囲も広くなる。

更に本発明は流入側配管と出力側配管を同軸上に設ける
こともでき、また流れ方向が極端に変化しないため乱流
の発生が少ない等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは本発明に係る圧電バルブの一例の概念説
明図、第２図は本発明に係る圧電パルプの一実施例を示
す説明図である。 １０・・・圧電素子、１２・・・流入口、１４・・・端
板、１６・・・隙間、２０・・・圧電バルブ本体、２２
・・・弾性板、２４・・・圧電セラミック板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、３枚以上の板状の圧電素子を、それらの各辺が互い
   に接するように筒状に組み合わせ、その一端を開口させ
   て流体の流通口とし、他端を端板で閉塞した圧電バルブ
   。