JPWO2017033423A1 - 圧電式リニアアクチュエータ、圧電駆動バルブ及び流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電式リニアアクチュエータ、圧電駆動バルブ、及び流量制御装置を薄型化する。【解決手段】 積層圧電アクチュエータ２と、積層圧電アクチュエータ２を支持すると共に、該積層圧電アクチュエータ２の左右側方に延びる下部支持部材３と、積層圧電アクチュエータ２の左右両側に沿って延びると共に、下部支持部材３に対して上下動可能に交差し且つ積層圧電アクチュエータ２の圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材５と、下部支持部材３の下方において一対の変位伝達部材５に係止されて両変位伝達部材５の下端部同士を連結する出力部８とを備えた圧電式リニアアクチュエータ１であって、前記変位伝達部材５のそれぞれは、積層圧電アクチュエータ２の外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、各変位伝達部材５の下端部に、下部支持部材３が挿通される縦長のガイド穴５ａが対向状に形成されており、該ガイド穴５ａの下方側の内周縁部に前記出力部８が係止されており、前記出力部８は、上端部が一対の変位伝達部材５の下端部間に挿入される円柱状部８ａと、円柱状部８ａの外周面に下部支持部材３に沿って突出形成され、一対の変位伝達部材５のガイド穴５ａの下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部８ｂとを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、積層圧電アクチュエータを用いた圧電式リニアアクチュエータ、該圧電式リニアアクチュエータを備える圧電駆動バルブ及び該圧電駆動バルブを備える流量制御装置に関するものである。

従来、リニアアクチュエータの駆動部やバルブの駆動部において圧電素子を積層して構成された積層圧電アクチュエータが多用され、積層圧電アクチュエータを用いた圧電駆動バルブにより流量を制御する流量制御装置も知られている。

この種の流量制御装置の一例として、図２３に示す流量制御装置３０は、ボディ３１の内部の流路３２に介在された金属ダイヤフラム弁等の弁体３３を、ボディ３１に取り付けられた積層圧電アクチュエータ３４によって開閉操作できるようになっている（特許文献１〜３等）。

図２３に示す流量制御装置３０は、圧力式流量制御装置と呼ばれ、流路３２に介在されたオリフィス３５の下流側圧力Ｐ_２と上流側圧力Ｐ_１との間に（Ｐ_１／Ｐ_２）≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されていると、オリフィス３５を流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）の関係となる。

このような関係を利用して、圧力検出器３６で検出される上流側圧力Ｐ_１を上流側のバルブを用いてフィードバック制御することにより流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、弁体３３の上流側ガスの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないと言う優れた特性を発揮することができる。上流側圧力Ｐ_１の高精度の制御は、応答性の優れた積層圧電アクチュエータ３４を用いた圧電駆動バルブにより成され得る。

特開２００３−１２０８３２号公報 特開平８−３３８５４６号公報 特開２０１０−１５１６９８号公報

近年、特に半導体製造装置の分野においては、ガス供給系の小型化が求められているため、ガス供給系を構成するバルブや流量制御装置について小型化が求められている。

しかしながら、バルブの開閉動作に必要とされる推力は、バルブに流れるガスの流量や圧力等の条件により決定されるため、単純に積層圧電アクチュエータを小型化することはできず、流量制御装置全体の小型化を阻害していた。

そこで、本発明は、積層圧電アクチュエータは従来と同じであるにもかかわらず、圧電式リニアアクチュエータを薄型化すること、圧電式リニアアクチュエータを備える圧電駆動バルブを小型化すること、及び圧電駆動バルブを備える流量制御装置を小型化することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第１の側面は、円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第２の側面は、前記第１の側面において、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第３の側面は、前記第２の側面において、前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第４の側面は、前記第１の側面において、前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第５の側面は、前記第４の側面において、前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの第６の側面は、前記第４の側面において、前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第１の側面は、円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されている圧電式リニアアクチュエータと、
前記圧電式リニアアクチュエータが取り付けられ、内部に流路が形成されたボディと、
前記圧電式リニアアクチュエータの前記出力部と兼用の弁棒と、
前記弁棒の操作により前記流路を開閉する弁体と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第２の側面は、前記圧電駆動バルブの第１の側面において、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第３の側面は、前記圧電駆動バルブの第２の側面において、前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第４の側面は、前記圧電駆動バルブの第１の側面において、前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第５の側面は、前記圧電駆動バルブの第４の側面において、前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第６の側面は、前記圧電駆動バルブの第４の側面において、前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る圧電駆動バルブの第７の側面は、前記圧電駆動バルブの第１の側面において、前記弁体が金属ダイヤフラム弁体であることを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第１の側面は、円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されている圧電式リニアアクチュエータと、
前記圧電式リニアアクチュエータが取り付けられ、内部に流路が形成されたボディと、前記出力部と兼用の弁棒と、前記弁棒の操作により前記流路を開閉する弁体とを備える圧電駆動バルブと、
前記圧電駆動バルブを開閉制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第２の側面は、前記流量制御装置の第１の側面において、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第３の側面は、前記流量制御装置の第２の側面において、前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第４の側面は、前記流量制御装置の第１の側面において、前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第５の側面は、前記流量制御装置の第４の側面において、前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第６の側面は、前記流量制御装置の第４の側面において、前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第７の側面は、前記流量制御装置の第１の側面において、前記弁体の下流側の流路内に介在されたオリフィスと、前記オリフィスの上流側の流路内の圧力を検出する圧力検出器と、を更に備え、前記制御装置は、前記圧力検出器の検出値に基づいて前記圧電駆動バルブを開閉制御することを特徴とする。

本発明に係る流量制御装置の第８の側面は、前記流量制御装置の第１の側面において、前記ボディに連結され、前記ボディの上流側の流路に連通する入口側流路を有する入口側ブロックと、前記ボディに連結され、前記ボディの下流側の流路に連通する出口側流路を有すると共に、前記出口側流路内の圧力を検出する圧力検出器を設けた出口側ブロックと、を更に備えていることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成を採用したことにより、積層圧電アクチュエータの左右に構成部材を集約し、構成部材の幅寸法を積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法にそれぞれ形成することで、圧電式リニアアクチュエータを極限まで、即ち、積層圧電アクチュエータの幅寸法まで薄型化が可能となり、斯かる積層圧電アクチュエータを用いた圧電駆動バルブ及び流量制御装置も大幅な薄型化が可能となる。

本発明に係る圧電式リニアアクチュエータの一実施形態を示す正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの側面図である。 圧電式リニアアクチュエータの平面図である。 圧電式リニアアクチュエータの拡大縦断正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの拡大縦断側面図である。 圧電式リニアアクチュエータの構成部材である下部支持部材の平面図である。 下部支持部材の縦断正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの構成部材である押圧部材の平面図である。 押圧部材の縦断正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの構成部材である一対の変位伝達部材の斜視図である。 一対の変位伝達部材の側面図である。 一対の変位伝達部材の縦断正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの構成部材である上部連結部材の平面図である。 上部連結部材の縦断正面図である。 圧電式リニアアクチュエータの構成部材である出力部の平面図である。 出力部の底面図である。 出力部の縦断正面図である 圧電式リニアアクチュエータの構成部材であるボンネットの平面図である。 ボンネットの縦断正面図である。 本発明に係る流量制御装置の一実施形態を示す縦断正面図である。 流量制御装置の側面図である。 流量制御装置の平面図である。 従来の圧力式流量制御装置を示す縦断正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４は本発明に係る圧電式リニアアクチュエータ１の一実施形態を示すものであり、当該圧電式リニアアクチュエータ１は、円柱状の積層圧電アクチュエータ２と、積層圧電アクチュエータ２を支持すると共に、該積層圧電アクチュエータ２の左右側方に延びる下部支持部材３と、積層圧電アクチュエータ２を上部から押圧する押圧部材４と、積層圧電アクチュエータ２の左右両側に沿って延びると共に、下部支持部材３に対して上下動可能に交差し且つ積層圧電アクチュエータ２の圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材５と、一対の変位伝達部材５の上端部同士を連結する上部連結部材６と、上部連結部材６に設けられ、一対の変位伝達部材５の前記押圧部材４に対する相対高さ位置を調節可能な調節螺子７と、下部支持部材３の下方において一対の変位伝達部材５に係止されて両変位伝達部材５の下端部同士を連結する出力部８と、下部支持部材３と出力部８との間に介設され、出力部８を下方に付勢する弾性体９と、下部支持部材３が固定されるボンネット１０とを備えている。

前記積層圧電アクチュエータ２には、円筒状の金属製のケーシング内に積層型の圧電素子を収容して密封した、所謂円柱状の金属密封型積層圧電アクチュエータが用いられている。この積層圧電アクチュエータ２は、圧電素子の伸縮に伴ってケーシングの先端部に設けた半球状凸部２ａが積層圧電アクチュエータ２の軸心に沿って往復移動するようになっている。

前記下部支持部材３は、ステンレス材等の金属材により積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の幅寸法の板状部材に形成されており、図４に示す如く、二本の平行ピン１１により位置決めされた状態でボンネット１０上に設置されている。ここで同程度の寸法とは、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法に対して±１ｍｍ位の範囲内の寸法を言う。以下、同程度の寸法とは、前記の数値の範囲内の寸法を言う。尚、この実施形態では、下部支持部材３の最大幅寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し小さめの寸法に形成されている。

また、下部支持部材３の中央部上面には、積層圧電アクチュエータ２の半球状凸部２ａが支持載置される円錐状窪み部３ａが形成されていると共に、下部支持部材３の左右両側には、固定ボルトが挿通される貫通孔３ｂがそれぞれ形成されている（図６及び図７参照）。

更に、下部支持部材３は、図６に示す如く、長手方向の中間部分（一対の変位伝達部材５の下端部と交差する部分）が両端部分よりも細幅に形成されており、一対の変位伝達部材５への組み立て時には、一対の変位伝達部材５の下端部に形成したガイド穴５ａに挿通させてから長さ方向軸線回りに９０°回転させることにより、板面を水平にした状態にされる。

前記押圧部材４は、ステンレス材等の金属材により積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の幅（直径）寸法の円盤状部材に形成されており、押圧部材４の上面の中央位置には、調節螺子７の先端が押圧状態で当接する円錐状窪み部４ａが形成されていると共に、押圧部材４の下面には、積層圧電アクチュエータ２の上端が密着状態で嵌合される皿状窪み部４ｂが形成されている（図８及び図９参照）。尚、この実施形態では、押圧部材４の幅（直径）寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも若干大きめの寸法に形成されている。

また、押圧部材４の外周縁部には、図８に示す如く、積層圧電アクチュエータ２のリード端子（図示省略）を通すための切欠溝４ｃが対向状に形成されている。

前記一対の変位伝達部材５は、熱膨張係数の小さいインバー材等の金属材により積層圧電アクチュエータ２の外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる平行な側面を有する長尺板状に形成されている。

即ち、一対の変位伝達部材５は、積層圧電アクチュエータ２を囲う大きさの金属製円筒状部材の対向する部分を平行状にカットし、円筒状部材を長手方向に沿って二つに分割した形態を呈している（図１０参照）。その結果、一対の変位伝達部材５の最大幅は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）と同一若しくは同程度の寸法に形成されることになる。この実施形態においては、一対の変位伝達部材５の最大幅寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し大きめの寸法に形成されている。

また、一対の変位伝達部材５の下端部には、下部支持部材３が水平姿勢で挿通される縦長のガイド穴５ａが対向状に形成されていると共に、該ガイド穴５ａの下方側の内周縁部を出力部８が係止される係止部５ｂとしている（図１０〜図１２参照）。尚、縦長のガイド穴５ａは、一対の変位伝達部材５の下端部を下部支持部材３に対して上下動可能になし得る寸法に形成されている。また、係止部５ｂは、平面形状において円弧形状に形成されている。

更に、一対の変位伝達部材５の上端部には、上部連結部材６を止め螺子１２により固定するための雌螺子孔５ｃが対向状に形成されている。

前記上部連結部材６は、ステンレス材等の金属材により積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の幅寸法の略逆Ｕ字状部材に形成されており、押圧部材４に対向する平板部６ａと、平板部６ａの両端に連設され、一対の変位伝達部材５の上端部外周面に面接触する一対の円弧部６ｂとを備えている（図１３及び図１４参照）。この実施形態においては、上部連結部材６の最大幅寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し大きめの寸法に形成されている。

また、上部連結部材６の平板部６ａの中央位置には、調節螺子７が上下動可能に螺着される雌螺子孔６ｃが形成されていると共に、上部連結部材６の一対の円弧部６ｂには、通孔６ｄが対向状に形成されている（図１３参照）。

更に、上部連結部材６の平板部６ａの両側面には、図１３に示す如く、押圧部材４の切欠溝４ｃに合致し且つ積層圧電アクチュエータ２のリード端子（図示省略）を通すための切欠溝６ｅが対向状に形成されている。

そして、前記上部連結部材６は、一対の変位伝達部材５の上端部に被せ、上部連結部材６の通孔６ｄに挿通した止め螺子１２を一対の変位伝達部材５の雌螺子孔５ｃに締め付けることにより、一対の変位伝達部材５の上端部同士を連結することができ、また、上部連結部材６の雌螺子孔６ｃに調節螺子７を螺挿し、調節螺子７の先端を押圧部材４の円錐状窪み部４ａに当接させ、調節螺子７の締め付け度合いを調節することにより、押圧部材４に対する一対の変位伝達部材５の相対高さ位置を調節可能となっている。尚、調節螺子７には、緩み止めナット１３が螺着されている。

前記出力部８は、ステンレス材等の金属材により形成されており、上端部が一対の変位伝達部材５の下端部間に挿入される円柱状部８ａと、円柱状部８ａの中間部外周面に下部支持部材３に沿う姿勢で突出形成され、一対の変位伝達部材５の各係止部５ｂにそれぞれ係止される一対のアーム部８ｂとを備えている（図１５〜図１７参照）。この出力部８の円柱状部８ａの最大幅（最大直径）寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の幅寸法に形成されており、この実施形態では、出力部８の円柱状部８ａの最大幅（最大直径）寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し小さめの寸法に形成されている。

また、出力部８の各アーム部８ｂの下面には、図１６及び図１７に示す如く、一対の変位伝達部材５の係止部５ｂに着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部５ｂと同じ円弧形状の係止溝８ｃがそれぞれ形成されている。前記一対の変位伝達部材５の係止部５ｂと出力部８の係止溝８ｃとは、平面形状において同一円周上に位置している。

更に、出力部８の円柱状部８ａの下部外周面には、図１７に示す如く、環状のシール部材１４（例えば、Ｏリング）が嵌合される環状溝８ｄが形成されている。

そして、前記出力部８は、その円柱状部８ａの上端部を一対の変位伝達部材５の下端部間に挿入し、一対のアーム部８ｂの係止溝８ｃを一対の変位伝達部材５の各係止部５ｂにそれぞれ係止させることにより、一対の変位伝達部材５の下端部同士を連結することができる。このように、出力部８の係止溝８ｃを一対の変位伝達部材５の係止部５ｂに係止させるだけで、両変位伝達部材５の下端部同士を位置決めした状態で連結することができるため、一対の変位伝達部材５の下端部同士の連結を簡単且つ容易に行える。

前記弾性体９は、出力部８の円柱状部８ａの上端部に外嵌された状態で下部支持部材３と出力部８との間に介設されており、出力部８及び一対の変位伝達部材５を下方へ付勢している。この実施形態においては、弾性体９には、直径が積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成された複数枚の皿バネが使用されている。この皿バネの弾性力により一対の変位伝達部材５が強い力で押し付けられ、押圧部材４等を介して積層圧電アクチュエータ２を下部支持部材３へ押圧しているため、積層圧電アクチュエータ２及び一対の変位伝達部材５が振れるのを防止することができる。

前記ボンネット１０は、ステンレス材等の金属材により積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法と同一若しくは同程度の幅寸法を有する横長の板状部材に形成されており、上端部には、二本の平行ピン１１が設けられている。この実施形態においては、ボンネット１０の最大幅寸法は、積層圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し大きめの寸法に形成されている。尚、前記二本の平行ピン１１は、省略しても良い。

また、ボンネット１０には、一対の変位伝達部材５の下端部、出力部８の円柱状部８ａの上部、出力部８の一対のアーム部８ｂ及び弾性体９が収容される凹部１０ａと、出力部８の円柱状部８ａの下部が上下動可能に挿入される通孔１０ｂとがそれぞれ形成されている（図１８及び図１９参照）。前記通孔１０ｂには、出力部８の円柱状部８ａの下端部がシール部材１４を介して上下方向へ収納可能に支持されている。

更に、ボンネット１０の左右両側には、下部支持部材３の貫通孔３ｂに合致して固定ボルトが挿通される貫通孔１０ｃがそれぞれ形成されている。

上記構成の圧電式リニアアクチュエータ１は、積層圧電アクチュエータ２に電圧を印加することで、積層圧電アクチュエータ２が伸長し、弾性体９の弾性力に抗して押圧部材４、上部連結部材６及び一対の変位伝達部材５を押し上げ、出力部８を上昇させる。また、印加電圧を遮断することで、弾性体９の弾性力により押圧部材４、上部連結部材６及び一対の変位伝達部材５が元位置に復帰し、出力部８も降下して元位置に復帰する。

前記圧電式リニアアクチュエータ１においては、下部支持部材３、押圧部材４、一対の変位伝達部材５、上部連結部材６、調節螺子７、出力部８、弾性体９及びボンネット１０が積層圧電アクチュエータ２の幅寸法と同一若しくは同程度の寸法にそれぞれ形成されているため、圧電式リニアアクチュエータ１自体の大幅な薄型化が図られている。この圧電式リニアアクチュエータ１は、従来の圧電式リニアアクチュエータ１に比較して半分以下の幅寸法に収めることができる。

図２０〜図２２は、上記構成の圧電式リニアアクチュエータ１を備える流量制御装置を示している。図２０〜図２２の例は、圧力式流量制御装置１５であるが、圧力式流量制御装置１５の基本構成は従来と同様であるので詳細な説明を適宜省略する。

前記圧力式流量制御装置１５は、圧電式リニアアクチュエータ１が取り付けられると共に、内部に流路１６ａが形成されたボディ１６と、圧電式リニアアクチュエータ１の出力部８と兼用の弁棒と、出力部８と兼用の弁棒の操作によりボディ１６の流路１６ａを開閉する弁体１７と、を含む圧電駆動バルブを備える。

尚、圧電式リニアアクチュエータ１は、下部支持部材３及びボンネット１０に形成した貫通孔３ｂ，１０ｃに固定ボルト１８を挿通し、固定ボルト１８の先端部をボディ１６に螺着することにより、ボンネット１０に取り付け固定されている。また、弁棒を構成する出力部８の先端には、弁体１７を押圧する合成樹脂製の弁体押え１９が取り付けられている。更に、弁体１７は、金属ダイヤフラム弁体であり、ボンネット１０の下端及び環状の押えアダプター２０によって外周縁部がボディ１６側へ気密状に押圧固定されている。

また、圧力式流量制御装置１５は、弁体１７の下流側の流路１６ａ内に介在されたオリフィス２１（この実施形態では、ガスケット型オリフィス）と、オリフィス２１の上流側の流路１６ａ内の圧力を検出する上流側の圧力検出器２２と、ボディ１６にシール用のガスケット２３を介して固定ボルト１８により連結され、ボディ１６の上流側の流路１６ａに連通する入口側流路２４ａを有する入口側ブロック２４と、ボディ１６に固定ボルト１８により連結され、ボディ１６の下流側の流路１６ａに連通する出口側流路２５ａを有すると共に、出口側流路２５ａ内の圧力を検出する下流側の圧力検出器２６を設けた出口側ブロック２５と、各圧力検出器２２，２６の検出値に基づいて圧電駆動バルブを開閉制御する制御装置（図示省略）と、を備えている。

尚、入口側ブロック２４をボディ１６に固定するには、固定ボルト１８を２本使用するが、一方の固定ボルト１８は入口側ブロック２４側から挿入され、もう一方の固定ボルト１８はボディ１６側から挿入される（図２０参照）。このように、２本の固定ボルト１８を対向状に配置して使用することで、固定ボルト１８が入口側流路２４ａと干渉することを避けている。
同様に、出口側ブロック２５をボディ１６に固定するには、固定ボルト１８を２本使用するが、一方の固定ボルト１８は出口側ブロック２５側から挿入され、もう一方の固定ボルト１８はボディ１６側から挿入される（図２０参照）。このように、２本の固定ボルト１８を対向状に配置して使用することで、固定ボルト１８が出口側流路２５ａと干渉することを避けている。

また、シール用のガスケット２３は、単なるガスケットの場合もあるが、フィルタ機能を併せ持つガスケット型フィルタとされる場合もある。このフィルタ機能を併せ持つガスケット型フィルタは、ガスの流量を確保するためにあまり小型化（外径を小さく）することができない。そのため、前記ガスケット型フィルタを使用する場合には、ガスケット型フィルタの対向する外周縁部を平行状にカットし、ガスケット型フィルタのカットした部分の幅（直径）がボディ１６及び入口側ブロック２４の幅寸法の範囲内に収まるようにする。これにより、ガスケット型フィルタを使用しても、圧力式流量制御装置１５全体の薄型化を図れる。

更に、圧力式流量制御装置１５は、圧電駆動バルブと上流側の圧力検出器２２とがボディ１６に対して対向状に配置されていると共に、ガスケット型のオリフィス２１が圧電駆動バルブに対して直交状に配置されており、圧電駆動バルブの弁体１７と上流側の圧力検出器２２とを出来るだけ近づけて配置すると共に、ガスケット型のオリフィス２１を圧電駆動バルブ側へ出来るだけ近づけて配置している。

そして、ボディ１６に形成した流路１６ａは、上流側の圧力検出器２２に接続される垂直通路部１６ａ′と、垂直通路部１６ａ′とガスケット型のオリフィス２１とを接続する水平通路部１６ａ″とを備えている。前記垂直通路部１６ａ′及び水平通路部１６ａ″は、その内容積を出来るだけ小さくするため、出来るだけ小さい内径とすることが好ましい。この実施形態においては、垂直通路部１６ａ′及び水平通路部１６ａ″は、何れも断面形状を円形とし、その内径を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとしている。その結果、圧電駆動バルブの弁体１７とガスケット型のオリフィス２１との間の流路１６ａの内容積を従来の圧力式流量制御装置に比較して略半分以下にすることができ、圧力式流量制御装置１５の立下り特性を向上させることができる。

尚、前記ボディ１６、各圧力検出器２２，２６、入口側ブロック２４及び出口側ブロック２５は、積層圧電アクチュエータ２と略同幅に設計されている。

図２０〜図２２に示す圧力式流量制御装置１５は、ボディ１６、各圧力検出器２２，２６、入口側ブロック２４及び出口側ブロック２５も、積層圧電アクチュエータ２と略同幅に形成されているため、装置全体の薄型化が図られている。

上記の実施形態では、圧力式流量制御装置１５について説明したが、本発明の積層圧電アクチュエータ２を利用する他の流量制御装置にも適用可能である。

１：圧電式リニアアクチュエータ
２：積層圧電アクチュエータ
２ａ：半球状凸部
３：下部支持部材
３ａ：円錐状窪み部
３ｂ：貫通孔
４：押圧部材
４ａ：円錐状窪み部
４ｂ：皿状窪み部
４ｃ：切欠溝
５：変位伝達部材
５ａ：ガイド穴
５ｂ：係止部
５ｃ：雌螺子孔
６：上部連結部材
６ａ：平板部
６ｂ：円弧部
６ｃ：雌螺子孔
６ｄ：通孔
６ｅ：切欠溝
７：調節螺子
８：出力部
８ａ：円柱状部
８ｂ：アーム部
８ｃ：係止溝
８ｄ：環状溝
９：弾性体
１０：ボンネット
１０ａ：凹部
１０ｂ：通孔
１０ｃ：貫通孔
１１：平行ピン
１２：止め螺子
１３：緩み止めナット
１４：シール部材
１５：圧力式流量制御装置
１６：ボディ
１６ａ：流路
１６ａ′：垂直通路部
１６ａ″：水平通路部
１７：弁体
１８：固定ボルト
１９：弁体押え
２０：押えアダプター
２１：オリフィス
２２：上流側の圧力検出器
２３：ガスケット
２４：入口側ブロック
２４ａ：入口側流路
２５：出口側ブロック
２５ａ：出口側流路
２６：下流側の圧力検出器

Claims (21)

1. 円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする圧電式リニアアクチュエータ。
2. 前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電式リニアアクチュエータ。
3. 前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする請求項２に記載の圧電式リニアアクチュエータ。
4. 前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電式リニアアクチュエータ。
5. 前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電式リニアアクチュエータ。
6. 前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電式リニアアクチュエータ。
7. 円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されている圧電式リニアアクチュエータと、
   前記圧電式リニアアクチュエータが取り付けられ、内部に流路が形成されたボディと、
   前記圧電式リニアアクチュエータの前記出力部と兼用の弁棒と、
   前記弁棒の操作により前記流路を開閉する弁体と、
   を備えることを特徴とする圧電駆動バルブ。
8. 前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする請求項７に記載の圧電駆動バルブ。
9. 前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする請求項８に記載の圧電駆動バルブ。
10. 前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電駆動バルブ。
11. 前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電駆動バルブ。
12. 前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電駆動バルブ。
13. 前記弁体が金属ダイヤフラム弁体であることを特徴とする請求項７に記載の圧電駆動バルブ。
14. 円柱状の積層圧電アクチュエータと、前記積層圧電アクチュエータを支持すると共に、該積層圧電アクチュエータの左右側方に延びる下部支持部材と、前記積層圧電アクチュエータの左右両側に沿って延びると共に、前記下部支持部材に対して摺動可能に交差し且つ前記積層圧電アクチュエータの圧電効果による変位を伝達する一対の変位伝達部材と、前記下部支持部材の下方において前記一対の変位伝達部材に係止されて前記両変位伝達部材の下端部同士を連結する出力部とを備えた圧電式リニアアクチュエータであって、前記変位伝達部材のそれぞれは、前記積層圧電アクチュエータの外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる側面を有する長尺部材状に形成されており、前記各変位伝達部材の下端部に、前記下部支持部材が挿通される縦長のガイド穴が対向状に形成されており、該ガイド穴の下方側の内周縁部に前記出力部が係止されており、前記出力部は、上端部が前記一対の変位伝達部材の下端部間に挿入される円柱状部と、前記円柱状部の外周面に前記下部支持部材に沿って突出形成され、前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部に係止される一対のアーム部とを備え、前記一対の変位伝達部材の幅寸法が、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されている圧電式リニアアクチュエータと、
    前記圧電式リニアアクチュエータが取り付けられ、内部に流路が形成されたボディと、前記出力部と兼用の弁棒と、前記弁棒の操作により前記流路を開閉する弁体とを備える圧電駆動バルブと、
    前記圧電駆動バルブを開閉制御する制御装置と、
    を備えることを特徴とする流量制御装置。
15. 前記一対の変位伝達部材のガイド穴の下方側の内周縁部を、前記出力部の各アームが係止される係止部とし、前記出力部の各アーム部の下面に、前記係止部に着脱自在に嵌合されて位置決めされる前記係止部と同じ形状の係止溝を形成したことを特徴とする請求項１４に記載の流量制御装置。
16. 前記係止部及び前記係止溝は、平面形状において同一円周上に位置する円弧形状としたことを特徴とする請求項１５に記載の流量制御装置。
17. 前記下部支持部材が連結されるボンネットを更に備え、該ボンネットには、前記一対の変位伝達部材の下端部、前記円柱状部の上部、前記一対のアーム部及び前記弾性体が収容される凹部と、前記円柱状部の下部が摺動可能に挿入される通孔とが形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の流量制御装置。
18. 前記出力部は、前記円柱状部の下部外周面に形成した環状溝に嵌合された環状のシール部材を介して前記通孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１７に記載の流量制御装置。
19. 前記ボンネットは、前記積層圧電アクチュエータの幅寸法と同一若しくは同程度の寸法に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の流量制御装置。
20. 前記弁体の下流側の流路内に介在されたオリフィスと、前記オリフィスの上流側の流路内の圧力を検出する圧力検出器と、を更に備え、
    前記制御装置は、前記圧力検出器の検出値に基づいて前記圧電駆動バルブを開閉制御することを特徴とする請求項１４に記載の流量制御装置。
21. 前記ボディに連結され、前記ボディの上流側の流路に連通する入口側流路を有する入口側ブロックと、前記ボディに連結され、前記ボディの下流側の流路に連通する出口側流路を有すると共に、前記出口側流路内の圧力を検出する圧力検出器を設けた出口側ブロックと、を更に備えていることを特徴とする請求項１４に記載の流量制御装置。

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