JPS62242188A - 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〕 本発明は圧電板の電圧印加による伸縮を利用した圧電バ
ルブに関する。

〔従来の技術〕

従来、流体回路たとえば空気圧回路または油圧回路にお
いて制御弁として圧電体を用いたものが提案されている
。

たとえば、実開昭６０−７５７７５号公報及び実開昭６
０−７５７７６号公報には、２枚の圧電板を金属板を挟
んで貼合わせてなるバイモルフ構造の圧電たわみ素子を
用いた圧電バルブが開示されている。この圧電バルブに
おいては、動作時に圧電印加により一方の圧電板が長い
方向に伸び且つ他方の圧電板が長さ方向に縮むことによ
り全体として一方向にたわみ、これにより弁体を移動さ
せている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上の様なバイモルフ構造の圧電たわみ
素子の動作時には、一方の圧電板には必ず残留分極の向
きとは逆向きの電界が印加されるので、該圧電板に説分
極現象に基づく分極劣化が発生するのを防止するために
印加電圧を余り高くすることができず、また比較的低い
印加電圧であっても印加時間が長い゛と徐々に分極劣化
が進行し初期特性が損われるので信頼性が低いという様
な問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、圧電板をバネ性を存する基板の片面に貼
付けてユニモルフ型の圧電たわみ素子とし、該圧電たわ
み素子の一端を固定部材により固定支持し且つ他端を自
由端とし該自由端に弁体を付設し、該弁体を流体出入口
に対向させ、上記圧電板に該圧電板の残留分極と同じ極
性の電圧を印加する様に構成してなることを２以上有す
る、、圧電バルブが提供゛される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は本発明による圧電バルブの第１の実施例を示す
断面図である。

第１図において、２はパルプケースであり、該ケース内
には固定部材４が固定配置されている。

該固定部材４には圧電たわみ素子６の一端部が固定支持
されている。該圧電たわみ素子は基板８に圧電板１０を
貼合わせたものからなる。

第１図の部分拡大図に示されている様に、圧電板１０の
両面には電極１２．１３が付されており、また基板８と
電極１２との間には接着剤層１４が介在している。尚、
圧電板１０には矢印で示される様な一方の電極１２側か
ら他方の電極１３側へと向いた残留分極が存在する。ま
た、電極１２゜１３にはそれぞれバルブケース２外へと
延びているリード′ｆＩＡ１６．１７が接続されている
。該リード線の端部間にはリード線１６側を正としリー
ド線１７側を負とする電圧を印加できる様になっている
。

この様なユニモルフ型圧電たわみ素子６は、たとえば、
通常の焼成方法で調製した圧電材料を板状に切出し両面
研摩して圧電板１０を得た後に、該圧電板の両面に銀ペ
ーストで電極１２．１３を付与し、該電極間に２０００
　Ｖ／ｎ＋程度の高電圧を印加して残留分極を生ぜしめ
、しかる後に金属板またはセラミック板等のバネ性（即
ち、復元性）を有する材料からなる基板８の一面と電極
１２の表面とを接着剤層１４で接合することにより作製
される。尚、リード線１６．１７は基板８の接合の前に
接続してもよいし、あるいは後加工により接続してもよ
い。

上記圧電材料は、圧電セラミックスの外、圧電ポリマー
、あるいは圧電セラミックスと圧電ポリマーとの複合体
のいづれであってもよい。

上記圧電たわみ素子６の自由端部側（即ち固定部材４に
より支持されている端部と反対側の端部側）の下面には
電極１３面上に弁体１８が付設されている。該弁体はた
とえばゴム材からなる。

バルブケース２には、上記弁体１８と対向する位置に流
体圧入力ポート２０が設けられており、また該パルプケ
ース２には流体圧出力ポート２２が設けられている。

次に、本実施例における動作を説明する。

第１図に示される状態においては、弁体１８は入力ポー
ト２０を閉じてはおらず、従って人力ボート２０からバ
ルブケース２内に流体が流入し且つ出力ポート２２から
流体が流出する。

第２図は本実施例の動作説明のための断面図であり、第
２図に示される状態においては、リード線１６と１７と
の間にリード線１６側が正となる様な電圧を印加し圧電
板１０内に残留分極の向きと同一の向きの電界を発生さ
せることにより、該圧電板が収縮し且つ基板８は伸縮し
ないので圧電たわみ素子６は全体として自由端側か下方
へと移動する様にたわんでいる。このたわみは圧電板１
０の収縮力が基板８のバネ力に打勝つことにより実現さ
れる。そして、このたわみにより弁体１８が入ボート２
０を閉じる。かくして、入力ポート２０からバルブケー
ス２内への流体流入はなく且つ出力ポート２２からの流
体流出もない。

但し、本実施例の圧電バルブにおいては流力ボート２０
からの流体圧力が大きいと、上記圧電たわみ素子６のた
わみ力に基づく弁体１８の押圧力に打勝って入力ポート
２０からバルブケース２内に流体が流入する。この圧力
の臨界値は電極１６゜１７間に印加する電圧の大きさに
より適宜設定することができる。

尚、本実施例においては電極１６．１７間に印加する電
圧を解除することにより、基板８のバネ性に基づき第２
図に示される状態から第１図に示される状態へと変化す
ることはいうまでもない。

第３図は本発明による圧電バルブの第２の実施例を示す
断面図である。本図において第１図におけると同様の部
材には同一の符号が付されている。

本実施例は圧電たわみ素子が２つ並設されている点のみ
上記第１の実施例と異なる。即ち、一方の圧電たわみ素
子６の上方に他方の圧電たわみ素子６ａが配置されてい
る。該圧電たわみ素子６ａにおいて、基板８及び圧電板
１０等は上記圧電たわみ素子６におけると同一であるが
、該圧電たわみ素子６の弁体１８に対応する位置には絶
縁スペーサ１８ａが配置されている。

第４図は本実施例の動作説明のための断面図であり、上
記第２図と同様の図である。

本実施例における動作は基本的には上記第１実施例にお
けると同一である。即ち、２つのたわみ素子６，６ａに
は同一の電圧が印加され、同様なたわみ変形を行なう。

これにより、本実施例においては上記第１の実施例の場
合と同一の駆動電圧にて弁体１８による入力ポート２０
の押圧力を２倍に高めることができる。

第５図は本発明による圧電バルブの第３の実施例を示す
断面図である。本図において第１図におけると同様の部
材には同一符号が付されている。

本実施例においては、圧電たわみ素子が２つの反対向き
に配置されており、一方のたわみ素子６に付された弁体
１８に対向する位置に入力ポート２０が配設されており
、他方のたわみ素子６ｂに付された弁体１８に対向する
位置に排出ボート２４が配設されている点のみ上記第１
の実施例と異なる。

第６図及び第７図は本実施例の動作説明のための断面図
であり、上記第２図と同様の図である。

本実施例において、たわみ素子６，６ｂの動作は上記第
１の実施例におけるたわみ素子６の動作と同一である。

第５図に示される状態においては、たわみ素子６．６ｂ
の弁体１８はいづれも入力ポート２０及び排出ボート２
４を閉じてはおらず、従って入力ポート２０から流体が
流入し且つ排出ボート２４から流体が系外へと排出され
る。

第６図に示される状態においては、たわみ素子６ｂの弁
体のみが排出ボート２４を閉じているの−で、入力ポー
ト２０から流体が流入し且つ出力ボート２２から流体が
流出する。

第７図に示される状態においては、たわみ素子６の弁体
が入力ポート２０を閉じているので、入カポ−）２０か
らの流体流入はなく且つ出力ボート２２及び排出ボート
２４からの流体の流出及び排出もない。

第８図は本発明による圧電バルブの第４の実施例を示す
断面図である０本図において第１〜６図におけると同様
の部材には同一符号が付されている。

本実施例は上記第３実施例において圧電たわみ素子６，
６ｂの弁体１８の押圧力を高めるため上記第２実施例の
様にそれぞれ圧電たわみ６ａを並設したものである。

以上の様な本発明の圧電バルブにおいては、使用する゛
流体の温度変化や周囲環境の温度変化等が激しいことも
予想されるので、温度変化に対するバルブ特性変化を抑
制するため圧電たわみ素子を構成する基板としては圧電
板と線膨張係数がほぼ等しいものを選ぶのが好ましい。

〔発明の効果〕

以上の如き本発明によれば、圧電板にはその残留分極の
向きと同一の向きの電界のみが印加されるので脱分極現
象による分極劣化は発生せず、従って高電圧印加が可能
で長寿命且つ高信幀性の圧電バルブが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明圧電バルブの断面図である。 ２：バルブケース、４：固定部材、６，６ａ。 ６ｂ：圧電たわみ素子、８：基板、１０：圧電板、ｉｚ
、ｔａ：電極、１４：接着剤層、１６．１’７：リード
線、１８；弁体、１８ａ：絶縁スペーサ、２０、　２２
．　２４１ボート。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電板をバネ性を有する基板の片面に貼付けてユ
   ニモルフ型の圧電たわみ素子とし、該圧電たわみ素子の
   一端を固定部材により固定支持し且つ他端を自由端とし
   該自由端に弁体を付設し、該弁体を流体出入口に対向さ
   せ、上記圧電板に該圧電板の残留分極と同じ極性の電圧
   を印加する様に構成してなることを特徴とする、圧電バ
   ルブ。
2. （２）圧電たわみ素子と流体出入口との組を２以上有す
   る、特許請求の範囲第１項の圧電バルブ。