JPS6228585A - 圧電駆動式弁 - Google Patents
圧電駆動式弁Info
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- JPS6228585A JPS6228585A JP16816385A JP16816385A JPS6228585A JP S6228585 A JPS6228585 A JP S6228585A JP 16816385 A JP16816385 A JP 16816385A JP 16816385 A JP16816385 A JP 16816385A JP S6228585 A JPS6228585 A JP S6228585A
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- JP
- Japan
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- valve
- piezoelectric
- valve body
- flow rate
- piezoelectric element
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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。
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、圧電体を駆動源として弁体の位置を調整し流
体の流量を制御する方式の弁（本明細書では圧電駆動式
弁という）の改良に関するものであり、特に、比較的小
流量域の流体を精度良く制御するに適した圧＠駆動式弁
の構成に関するものである。
体の流量を制御する方式の弁（本明細書では圧電駆動式
弁という）の改良に関するものであり、特に、比較的小
流量域の流体を精度良く制御するに適した圧＠駆動式弁
の構成に関するものである。
［従来の技術］
従来、毎分数ｃｃ〜数十ρ程度の比較的小流量域の流体
を取り扱う場合に使用される弁としては、例えば、ソレ
ノイドを利用したソレノイドバルブ。
を取り扱う場合に使用される弁としては、例えば、ソレ
ノイドを利用したソレノイドバルブ。
あるいは金属の熱膨張を利用したサーマルバルブＣＵ、
Ｓ、Ｐ ３，６５０，５０５）等が知られている。
Ｓ、Ｐ ３，６５０，５０５）等が知られている。
しかしながら、ソレノイドバルブは、微小流量を精度良
く制御することが比較的離しいこと、ソレノイドの励磁
による鉄損や抵抗損等で発熱し易いこと、摘造部品が多
く比較的複雑なため生産性および保守性において劣るこ
と等の難点があった。
く制御することが比較的離しいこと、ソレノイドの励磁
による鉄損や抵抗損等で発熱し易いこと、摘造部品が多
く比較的複雑なため生産性および保守性において劣るこ
と等の難点があった。
また、サーマルバルブは、比較的精度の良い制御が可能
でありへ型の制御弁が実現できる等の利点があるものの
、金属の熱膨張を利用して弁を駆動するため応答時間が
遅いという問題点があった。
でありへ型の制御弁が実現できる等の利点があるものの
、金属の熱膨張を利用して弁を駆動するため応答時間が
遅いという問題点があった。
［発明が解決しようとする問題点コ
かかる従来技術の問題点を解消するものとして、最近、
圧電駆動式弁が提案され実用化され始めている。すなわ
ち、例えば流路内に円柱状圧電体を挿入し該圧電体の軸
方向変化により生ずる流路断面積の増減によって流量を
制御するもの（特開昭５５−１４９４７０号公報）、高
分子圧電材料フィルムより成る複数のバイモルフ型圧電
積層体の周辺部を固定し圧電積層体の変位により連結さ
れたダイヤフラム弁を開閉するもの（特開昭５７−２９
８０１号公報）などがある。
圧電駆動式弁が提案され実用化され始めている。すなわ
ち、例えば流路内に円柱状圧電体を挿入し該圧電体の軸
方向変化により生ずる流路断面積の増減によって流量を
制御するもの（特開昭５５−１４９４７０号公報）、高
分子圧電材料フィルムより成る複数のバイモルフ型圧電
積層体の周辺部を固定し圧電積層体の変位により連結さ
れたダイヤフラム弁を開閉するもの（特開昭５７−２９
８０１号公報）などがある。
しかしながら、上記円柱状圧電体を用いたものは、圧電
体の軸方向の変位を利用しており、その変位量がμｍ以
下のオーダーであるため流量の調整代が極く僅かである
。また、上記高分子圧電材料フィルムを用いたものは、
素子の中央部分の変位を利用するため、その変位量は通
常１００μｍ前後と大きいものの、所望の駆動力を得る
ためには多数枚の圧電体を使用しなければならないため
、構造が複雑となり信頼性や応答性に難点がある。この
ため、微小流量域の流体を精度良く制御できる小型の流
量制御弁の出現が望まれていた。
体の軸方向の変位を利用しており、その変位量がμｍ以
下のオーダーであるため流量の調整代が極く僅かである
。また、上記高分子圧電材料フィルムを用いたものは、
素子の中央部分の変位を利用するため、その変位量は通
常１００μｍ前後と大きいものの、所望の駆動力を得る
ためには多数枚の圧電体を使用しなければならないため
、構造が複雑となり信頼性や応答性に難点がある。この
ため、微小流量域の流体を精度良く制御できる小型の流
量制御弁の出現が望まれていた。
この発明は、上記要望に鑑み、流量の微調整が容易で発
熱が少なく、しかも応答性の良い小型の圧電駆動式弁を
提供することを目的とする。
熱が少なく、しかも応答性の良い小型の圧電駆動式弁を
提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するために本発明は、印加する電圧に対
応して生ずる圧電体の変位を利用して弁体を駆動し、弁
体を弁座に着座または離間させることにより流量制御を
行なう圧電駆動式弁において、圧電セラミックスを用い
た圧電素子から前記弁体を構成したことを特徴とするも
のである。
応して生ずる圧電体の変位を利用して弁体を駆動し、弁
体を弁座に着座または離間させることにより流量制御を
行なう圧電駆動式弁において、圧電セラミックスを用い
た圧電素子から前記弁体を構成したことを特徴とするも
のである。
第１図は、本発明による圧電駆動式弁の基本構成を説明
するための断面図である。図において。
するための断面図である。図において。
１は弁本体であり、入口ポート２および弁孔３に連通す
る流路４と、出口ボート５に連通する流路６とが設けら
れており、前記弁孔３を囲んで弁座７が形成されている
。一方、弁の開閉を行なうための弁体８は、弁体８をは
さんで弁本体１の反対側に位置するハウジング９と弁本
体との間に挟持され、弁体８と弁本体１との間に弁孔３
および流路６に連通する孔１０を流出入口とする弁室１
１が形成される。弁本体１とハウジング７とはボルト等
公知の結合手段（図示せず）によって固着される。
る流路４と、出口ボート５に連通する流路６とが設けら
れており、前記弁孔３を囲んで弁座７が形成されている
。一方、弁の開閉を行なうための弁体８は、弁体８をは
さんで弁本体１の反対側に位置するハウジング９と弁本
体との間に挟持され、弁体８と弁本体１との間に弁孔３
および流路６に連通する孔１０を流出入口とする弁室１
１が形成される。弁本体１とハウジング７とはボルト等
公知の結合手段（図示せず）によって固着される。
第２図は、本発明における弁体８の構成例を示す斜視図
である。本発明においては、図（ａ）に示すようなダイ
ヤフラム板１２の一方の面に圧電セラミックス体を固着
してなるいわゆる圧電ユニモルフ、または図（ｂ）に示
すようなダイヤフラム板１２の両方の面に圧電セラミッ
クス体Ｌ４ａ、 １４ｂを固着してなるいわゆる圧電バ
イモルフなどの圧電素子から弁体８を構成する。
である。本発明においては、図（ａ）に示すようなダイ
ヤフラム板１２の一方の面に圧電セラミックス体を固着
してなるいわゆる圧電ユニモルフ、または図（ｂ）に示
すようなダイヤフラム板１２の両方の面に圧電セラミッ
クス体Ｌ４ａ、 １４ｂを固着してなるいわゆる圧電バ
イモルフなどの圧電素子から弁体８を構成する。
［作用コ
上記構成の本発明圧電駆動式弁は１次のように作用する
。圧電ユニモルフまたは圧電バイモルフ等の圧電セラミ
ックス１３または１４ａ、 １４ｂに直流電圧を印加す
ると圧電素子は外周部から中央部にかけて凸ないしは凹
に屈曲する。本発明においては、この圧電素子自身で弁
体８を形成しているため、圧電素子すなわち弁体８の屈
曲運動により、弁体が弁座７に着座または離間して、流
体の流量をコントロールするものである。
。圧電ユニモルフまたは圧電バイモルフ等の圧電セラミ
ックス１３または１４ａ、 １４ｂに直流電圧を印加す
ると圧電素子は外周部から中央部にかけて凸ないしは凹
に屈曲する。本発明においては、この圧電素子自身で弁
体８を形成しているため、圧電素子すなわち弁体８の屈
曲運動により、弁体が弁座７に着座または離間して、流
体の流量をコントロールするものである。
すなわち、本発明においては、圧電素子に直流電圧を印
加したときに生ずる圧電素子の屈曲運動を利用して弁体
を駆動し、弁本体から弁室への流出入口の開口部断面積
を変化せしめることにより流量を制御するところに特徴
がある。
加したときに生ずる圧電素子の屈曲運動を利用して弁体
を駆動し、弁本体から弁室への流出入口の開口部断面積
を変化せしめることにより流量を制御するところに特徴
がある。
［実施例コ
以下、本発明を実施例に基づいて、より詳細に説明する
。
。
（実施例１）
直径３２ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの黄銅製振動板１２に
、面域２９ｎ＋ｍ 、厚さ０．１１１１０１のＰＺＴ系
圧電セラミックス体工体重接着してユニモルフ型圧電素
子を作製し、第２図（ａ）に示したような構成の弁体８
を得た。
、面域２９ｎ＋ｍ 、厚さ０．１１１１０１のＰＺＴ系
圧電セラミックス体工体重接着してユニモルフ型圧電素
子を作製し、第２図（ａ）に示したような構成の弁体８
を得た。
この弁体のダイヤフラム板（すなわち圧電素子の振動板
）１２の周辺部分をステンレス鋼からなる弁本体１とハ
ウジング９とで挟持し、第１図で示したような構成の圧
電駆動式弁を製造した。なお、本実施例においては、弁
本体とハウジングによりダイヤスラム板を挟持するに際
し、ハウジングとダイヤフラム板との間にＯ−リング（
図示せず）を介在させて固定することにより、弁室１１
の密封度を上げて流体の洩れを防止したが、Ｏ−リング
をダイヤフラム板と弁本体との間に設けても良く、さら
にはその両方に用いて構成しても良いことは言うまでも
ない。
）１２の周辺部分をステンレス鋼からなる弁本体１とハ
ウジング９とで挟持し、第１図で示したような構成の圧
電駆動式弁を製造した。なお、本実施例においては、弁
本体とハウジングによりダイヤスラム板を挟持するに際
し、ハウジングとダイヤフラム板との間にＯ−リング（
図示せず）を介在させて固定することにより、弁室１１
の密封度を上げて流体の洩れを防止したが、Ｏ−リング
をダイヤフラム板と弁本体との間に設けても良く、さら
にはその両方に用いて構成しても良いことは言うまでも
ない。
また、本実施例のものは、圧電セラミックス板１３に電
圧を印加しない状態では弁座７に弁体８が着座するよう
に構成した。したがって、電圧無印加時には弁は閉じら
れおり、流体の流れは阻止されている。しかし、本発明
が、流量の制御を主体とする圧電駆動式弁を作製する場
合などに適用されるとき等には、開閉動作は他の弁の作
用にまかせ、電圧無印加時でも所定の距離弁座から離間
するように構成することもある。
圧を印加しない状態では弁座７に弁体８が着座するよう
に構成した。したがって、電圧無印加時には弁は閉じら
れおり、流体の流れは阻止されている。しかし、本発明
が、流量の制御を主体とする圧電駆動式弁を作製する場
合などに適用されるとき等には、開閉動作は他の弁の作
用にまかせ、電圧無印加時でも所定の距離弁座から離間
するように構成することもある。
第３図は、本実施例における印加電圧と圧電弁中央部の
変位量との相関を示したものである。印加電圧を上げる
につれて変位量も大きくなっており、印加電圧により圧
電弁の変位量が調整できることを示している。したがっ
て、印加電圧値に対応して得られる圧電素子の変位によ
り弁体は弁孔（すなわち、弁室への流出入口開口部）よ
り離れ。
変位量との相関を示したものである。印加電圧を上げる
につれて変位量も大きくなっており、印加電圧により圧
電弁の変位量が調整できることを示している。したがっ
て、印加電圧値に対応して得られる圧電素子の変位によ
り弁体は弁孔（すなわち、弁室への流出入口開口部）よ
り離れ。
流路の大きさが調整される。
なお、図において電圧の上昇時と下降時とで変位量が若
干具なるのは、圧電セラミックス１３のヒステリシス特
性によるものであり、この程度の差異は、変位量や流量
を測定し、その結果を印加電圧にフィードバックするこ
と等により改善が比較的容易に可能である。
干具なるのは、圧電セラミックス１３のヒステリシス特
性によるものであり、この程度の差異は、変位量や流量
を測定し、その結果を印加電圧にフィードバックするこ
と等により改善が比較的容易に可能である。
第４図は、本実施例における圧電駆動式弁をガスの流量
制御に適用したときの圧電素子への印加電圧の大きさと
ガス流量との相関をまとめたものでる。図から明らかな
ように、本発明によれば、印加電圧を調整することによ
りガス流量が極めて高精度に制御できることが示されて
いる。
制御に適用したときの圧電素子への印加電圧の大きさと
ガス流量との相関をまとめたものでる。図から明らかな
ように、本発明によれば、印加電圧を調整することによ
りガス流量が極めて高精度に制御できることが示されて
いる。
（実施例２）
第５図は、本発明の他の実施例を説明するものである。
圧電素子は、直径１６ｍ＋ｍ、厚さ０．Ｉｎ＋ｍの黄銅
による振動板に、直径１２ｍｍ 、厚さ０．２７ｍｍの
圧電セラミックス体を接着してなる圧電ユニモルフを用
い、さらに振動板の片面に厚さ０．０５ｍｍのゴム１５
を接着し、振動板の周辺部を０−リングで固定すること
により、圧電駆動式弁を構成した。
による振動板に、直径１２ｍｍ 、厚さ０．２７ｍｍの
圧電セラミックス体を接着してなる圧電ユニモルフを用
い、さらに振動板の片面に厚さ０．０５ｍｍのゴム１５
を接着し、振動板の周辺部を０−リングで固定すること
により、圧電駆動式弁を構成した。
本実施例によるものは、弁座との接触部分が弾性体から
できているために、弁座との密着性が良く、したがって
、閉塞時の信頼性が高いという利点がある。
できているために、弁座との密着性が良く、したがって
、閉塞時の信頼性が高いという利点がある。
上記実施例においては、いずれも、圧電素子として圧電
ユニモルフを用いたが、本発明で用いる圧電素子の形状
は上記実施例に限定されるものではなく、圧電ユニモル
フと同等の機能を持つ圧電バイモルフであっても良いこ
とは勿論である。
ユニモルフを用いたが、本発明で用いる圧電素子の形状
は上記実施例に限定されるものではなく、圧電ユニモル
フと同等の機能を持つ圧電バイモルフであっても良いこ
とは勿論である。
また、上記実施例においては、流体の流量を制御するに
際し、圧電素子に印加する直流電圧の大きさを調整した
が、本発明においては、電圧の大きさを調整するととも
に若しくは別個に、印加する電圧のパルス巾や周波数を
調整することによって制御するようにしても良い。
際し、圧電素子に印加する直流電圧の大きさを調整した
が、本発明においては、電圧の大きさを調整するととも
に若しくは別個に、印加する電圧のパルス巾や周波数を
調整することによって制御するようにしても良い。
また、上記実施例では、電圧を加えることによって流体
の流量を増加させたが、電圧を逆方向に加えることによ
り、ガスなどの流体の流量を減少させる方向で制御して
も良い。
の流量を増加させたが、電圧を逆方向に加えることによ
り、ガスなどの流体の流量を減少させる方向で制御して
も良い。
なお、本発明において、圧電素子には直流電源や発振器
等により所定の周波数をもつ電圧を発生し、直接あるい
は増幅器を介して電圧が印加されるようになっている。
等により所定の周波数をもつ電圧を発生し、直接あるい
は増幅器を介して電圧が印加されるようになっている。
［発明の効果］
以上、詳述したことから明らかなように、本発明による
圧電駆動式弁は、次のような特有の効果を有するもので
ある。
圧電駆動式弁は、次のような特有の効果を有するもので
ある。
（１）変位量の比較的大きな圧電ユニモルフや圧電バイ
モルフにより弁の移動を行なうことにより、極小量から
比較的大きな量まで連続的に制御することができる。
モルフにより弁の移動を行なうことにより、極小量から
比較的大きな量まで連続的に制御することができる。
（２）圧電素子に印加する電圧の大きさやパルス巾、周
波数等を変化させることにより、容易に流５体の流量が
調整できる。
波数等を変化させることにより、容易に流５体の流量が
調整できる。
（３）一般に数μｓｅｃから数ｍ５ｅｃと応答速度の早
い圧電素子自身により弁が構成されているため。
い圧電素子自身により弁が構成されているため。
流体の流量制御時の応答性が良い。
（４）圧電素子自身の厚みは数ｍｍ程度であり、弁全体
の構造が非常に小型に形成できる。
の構造が非常に小型に形成できる。
（５）圧電セラミックスは、絶縁体であり、電流がほと
んど流れないため、発熱量が非常に少ない。
んど流れないため、発熱量が非常に少ない。
第１図は本発明による圧電駆動式弁の基本構成説明用概
略断面図、第２図は本発明による圧電駆動式弁の弁体の
構成例を示す図、第３図は本実施例における印加電圧と
圧電弁中央部の変位量との相関を示したもの、第４図は
第３図に示す実施例の圧電駆動式弁をガスの流量制御に
適用したときの圧電素子への印加電圧の大きさとガス流
量との相関図、第５図は本発明の他の実施例を示す弁体
の構成図である。 １：弁本体、２：入口ボート、３：弁孔、４；６：流路
、５：出口ポート、７：弁座、８：弁体。 ９：ハウジング、１１：弁室、１２：ダイヤフラム板、
１３；１４：圧電セラミック体。 図面の浄書（内容に変更なし） 第 ７ 図 第２回 （ａ） （ん 第３図 第４図 ０ ／（Ｘ） ２００ ０
１００ ２００臼カロ定圧（Ｖル
斧加電圧（Ｖ）第５図 ノ５ コーム 事件の表示 昭和６０年特許願第１６８１６３号 ６Ｆ、 明（１） 名ｈ 圧電駆動式弁補正をする者 ６ 体 １５０ｇ＋ 日立金属株式会社代 理
人 居 所 東京都千代［ｎ区丸の内１丁目１番２跨
補正の対象 図 面 補正の内容 に隻に最初に添付した図面り 浄書（内容に変更なし）
略断面図、第２図は本発明による圧電駆動式弁の弁体の
構成例を示す図、第３図は本実施例における印加電圧と
圧電弁中央部の変位量との相関を示したもの、第４図は
第３図に示す実施例の圧電駆動式弁をガスの流量制御に
適用したときの圧電素子への印加電圧の大きさとガス流
量との相関図、第５図は本発明の他の実施例を示す弁体
の構成図である。 １：弁本体、２：入口ボート、３：弁孔、４；６：流路
、５：出口ポート、７：弁座、８：弁体。 ９：ハウジング、１１：弁室、１２：ダイヤフラム板、
１３；１４：圧電セラミック体。 図面の浄書（内容に変更なし） 第 ７ 図 第２回 （ａ） （ん 第３図 第４図 ０ ／（Ｘ） ２００ ０
１００ ２００臼カロ定圧（Ｖル
斧加電圧（Ｖ）第５図 ノ５ コーム 事件の表示 昭和６０年特許願第１６８１６３号 ６Ｆ、 明（１） 名ｈ 圧電駆動式弁補正をする者 ６ 体 １５０ｇ＋ 日立金属株式会社代 理
人 居 所 東京都千代［ｎ区丸の内１丁目１番２跨
補正の対象 図 面 補正の内容 に隻に最初に添付した図面り 浄書（内容に変更なし）
Claims (3)
- （１）印加する電圧に対応して生ずる圧電体の変位を利
用して弁体を駆動し、弁体を弁座に着座または離間させ
ることにより流量制御を行なう圧電駆動式弁において、
前記弁体が圧電セラミックスを用いた圧電素子から構成
されていることを特徴とする圧電駆動式弁。 - （２）上記圧電素子がユニモルフ型圧電素子であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電駆動式弁
。 - （３）上記弁体における弁座対向面に弾性体を固着した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載の圧電駆動式弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16816385A JPS6228585A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 圧電駆動式弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16816385A JPS6228585A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 圧電駆動式弁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6228585A true JPS6228585A (ja) | 1987-02-06 |
Family
ID=15862972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16816385A Pending JPS6228585A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 圧電駆動式弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6228585A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5961096A (en) * | 1996-04-03 | 1999-10-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ferroelectric fluid flow control valve |
| WO1999058841A1 (de) * | 1998-05-08 | 1999-11-18 | Infineon Technologies Ag | Mikroventil |
| US6086041A (en) * | 1997-04-07 | 2000-07-11 | Mccord Winn Textron Inc. | Multi-valve module having a ceramic piezoelectric actuator |
| US6189858B1 (en) * | 1997-12-12 | 2001-02-20 | Smc Kabushiki Kaisha | Piezoelectric valve |
| JP2008522653A (ja) * | 2004-12-06 | 2008-07-03 | ヴィスマン・エッセエッレエッレ | 生体力学刺激を用いて筋原線維の反応協調力を調整する装置及び方法 |
| DE112007003042T5 (de) | 2006-12-27 | 2009-10-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo | Piezoelektrisches Ventil |
| US8480057B2 (en) | 2008-06-27 | 2013-07-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Microvalve and valve seat member |
| KR101301484B1 (ko) * | 2011-01-26 | 2013-08-29 | 경원산업 주식회사 | 압전 밸브 |
-
1985
- 1985-07-30 JP JP16816385A patent/JPS6228585A/ja active Pending
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