KR101301484B1 - Piezoelectric Valve - Google Patents

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김홍희
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경원산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 압전 밸브에 관한 것으로서, 유입구 및 노즐, 유출구, 유로가 구성되며, 내부에 챔버(Chamber)가 형성된 하우징;과, 상기 노즐의 상부를 커버하도록 위치하고, 전압이 인가되면 굴곡 변위를 일으켜 상기 노즐을 개폐하는 압전 액추에이터;를 포함하며, 상기 챔버는 상기 압전 액추에이터의 양 측단이 상기 챔버에 고정되지 아니하고 상하 유동할 수 있는 공간 및 양 측벽이 상기 압전 액추에이터 양 측단과 밀착되어 지지하는 안착부;가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 본 발명은 압전 액추에이터를 완전 고정했을 때 발생하는 변위 감소가 없으며 고유진동수가 높아서 상대적으로 빠른 응답성을 보이며, 한쪽을 완전 고정하는 구조보다 발생 변위는 떨어지나 높은 발생력을 가짐으로써, 공기의 유동에 의해 발생하는 외력이 크게 영향을 미치는 대유량 밸브에 적합한 장점이 있다.The present invention relates to a piezoelectric valve, comprising an inlet, a nozzle, an outlet, and a flow path, a housing having a chamber formed therein, and a cover positioned to cover an upper portion of the nozzle, causing a bending displacement when a voltage is applied. And a piezoelectric actuator for opening and closing a nozzle, wherein the chamber includes: a seating portion for supporting both side ends of the piezoelectric actuator, which are not fixed to the chamber, and both sidewalls of the piezoelectric actuator, in close contact with both sides of the piezoelectric actuator; Characterized in that is formed.
As a result, the present invention has no displacement reduction occurring when the piezoelectric actuator is completely fixed, has a high natural frequency, and exhibits relatively quick response. There is an advantage in large flow valves in which the external force generated by the flow is greatly affected.

Description

압전 밸브{Piezoelectric Valve}Piezoelectric Valves {Piezoelectric Valve}

본 발명은 공기 이젝터(air ejector)에 적용되는 압전 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압에 의해 굴곡변위를 일으키는 압전액추에이터의 유동 자유도를 향상시켜서 빠른 개폐 응답성을 보이는 압전 밸브에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric valve applied to an air ejector, and more particularly, to a piezoelectric valve which exhibits quick opening and closing responsiveness by improving the degree of freedom of flow of a piezoelectric actuator causing bending displacement by voltage.

공기 이젝터(air ejector)는 고압의 공기를 노즐로부터 분출시킴으로써 공기를 노즐로부터 분사시켜 배출하거나 응축시키는 장치를 일컫는다.An air ejector refers to a device that ejects or condenses air by ejecting high pressure air from the nozzle.

이러한 공기 이젝터에서 고압의 공기를 배출하기 위하여 부압을 형성하는 장치로 압전밸브가 사용된다.A piezoelectric valve is used as a device for forming a negative pressure in order to discharge the high pressure air from the air ejector.

일반적으로 사용되는 종래의 압전밸브는 변위를 발생시키는 압전 액추에이터가 한쪽만 고정되어 구동하도록 구성된다.Conventionally used piezoelectric valves are configured such that a piezoelectric actuator for generating displacement is fixed and driven on one side.

즉, 종래의 압전 밸브는 압전 액추에이터의 한쪽 끝을 고정하여 다른 끝단에서 발생하는 변위를 이용하여 대변위를 발생시키거나 압전 다이아프램을 적용하여 다이아프램 중앙의 변위를 이용한다.That is, the conventional piezoelectric valve uses one displacement of the piezoelectric actuator to generate a large displacement by using a displacement generated at the other end or a piezoelectric diaphragm to use the displacement of the diaphragm center.

이러한 압전 액추에이터를 가지는 종래의 압전밸브는 그 크기에 비해 고유진동수가 상대적으로 낮아서 빠른 응답성을 기대할 수 없으며, 때때로 고유진동수가 운용하고자 하는 주파수 영역에 위치하여 원하지 않는 구동모드를 발생함으로써 올바른 제어가 되지 않는 문제점이 있다.Conventional piezoelectric valves having such piezoelectric actuators are relatively low in natural frequency compared to their size, and thus cannot be expected to have fast response. Sometimes, the natural frequency is located in the frequency region where the natural frequency is intended to operate, thereby generating an undesired driving mode. There is a problem.

이를 해결하기 위해서 유니모프 형태의 다이아프램 액추에이터를 적용하여 구현한 밸브를 이용한 공기 이젝터가 제안되었지만, 이러한 다이아프램 밸브는 비교적 강한 발생력과 큰 변위를 발생하는 특성이 있는 반면, 원반모양의 액추에이터 사용으로 인해 비교적 크기가 크며 밸브의 출구가 다이아프램 액추에이터의 중심에서부터 시작해서 기구물의 가장자리로 연결되어야 하기 때문에 출구의 유로가 필연적으로 길어짐에 따라서 출구에서의 압력 손실이 발생하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, an air ejector using a valve implemented by applying a unimorph diaphragm actuator has been proposed, but such a diaphragm valve has a characteristic of generating a relatively strong generating force and a large displacement, while using a disc shaped actuator Due to the relatively large size and the outlet of the valve should be connected to the edge of the instrument starting from the center of the diaphragm actuator, there is a problem that the pressure loss at the outlet occurs as the flow path of the outlet is necessarily longer.

또한, 밸브 구동 중에 취성이 강한 압전 세라믹이 출구의 노즐에 직접 부딪혀서 압전세라믹이 파손되어서 내구성이 떨어지며, 단층의 압전세라믹을 적용하여 비교적 높은 전압이 인가되어야 하는 문제점이 있다.In addition, the brittle piezoelectric ceramic hits the nozzle of the outlet directly while driving the valve, and thus the piezoceramic is damaged and the durability thereof is reduced, and a relatively high voltage is applied by applying a single layer of piezoceramic.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 압전 액추에이터의 한쪽을 완전 고정하는 구조가 아니라, 압전 액추에이터의 양단을 단순 지지하는 구조로, 완전 고정했을 때 발생하는 변위 감소가 없으며 고유진동수가 높아서 상대적으로 빠른 응답성을 이며, 한쪽을 완전 고정하는 구조보다 발생 변위는 떨어지나 높은 발생력을 가짐으로써, 공기의 유동에 의해 발생하는 외력이 크게 영향을 미치는 대유량 밸브에 적합한 압전밸브를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is not a structure for completely fixing one side of the piezoelectric actuator, but a structure for simply supporting both ends of the piezoelectric actuator. This is to provide a piezoelectric valve suitable for large flow valves, which have a quick response and have a higher generating force than the structure of completely fixing one side, but have a high generating force. There is this.

또한, FRP가 부재로 적용된 압전 액추에이터를 사용하여 기존 액추에이터 대비 강한 발생력과 높은 발생변위를 가지며, 기존 밸브와 달리 폭이 좁은 판형의 압전 액추에이터를 사용하여 밸브의 출구가 액추에이터의 중앙에 위치하여도 출구의 유로가 길어지지 않아 출구의 압력 손실을 최소화하는데 목적이 있다.In addition, using a piezoelectric actuator with FRP as a member, it has stronger generating force and higher generating displacement than the existing actuator, and unlike the existing valve, it uses a narrow plate-shaped piezoelectric actuator so that the outlet of the valve is located at the center of the actuator. The purpose is to minimize the pressure loss at the outlet because the flow path is not long.

또한, 본 발명에서는 노즐과 닿는 압전체 면에 폴리머를 도포하여 종래의 압전 밸브보다 기밀성과 내구성을 개선하고자 하는 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to improve the airtightness and durability than the conventional piezoelectric valve by applying a polymer to the piezoelectric surface in contact with the nozzle.

상기 목적은 본 발명에 따라, 유입구, 노즐, 유출구 및 유로를 구비하며, 내부에 챔버가 형성된 하우징;전압 인가에 의해 변위를 일으키는 압전체와, 섬유강화플라스틱(FRP)으로 형성된 심(shim)부재가 상호 접합하며 형성되는 압전 액추에이터; 및 상기 챔버의 양 측벽에 형성되며, 상기 압전 액추에이터의 양 측단을 밀착 지지하는 안착부;를 포함하며, 상기 압전 액추에이터는 상기 안착부에 고정되지 않으며 폭이 좁은 직사각형 으로 형성되고, 상기 유입구는 상기 챔버를 이루는 일측벽 하부에 형성되어 상기 챔버와 직접 연결되고, 상기 유출구는 상기 챔버를 이루는 타측벽 아래에 형성되고, 상기 유로는 상기 챔버 중앙부에 형성된 노즐의 하부와 상기 유출구가 연통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브를 제공한다.According to the present invention, a housing having an inlet, a nozzle, an outlet and a flow path, the chamber is formed therein; a piezoelectric member causing displacement by voltage application, and a shim member formed of fiber reinforced plastic (FRP) Piezoelectric actuators formed to be bonded to each other; And a seating part formed on both sidewalls of the chamber and tightly supporting both side ends of the piezoelectric actuator, wherein the piezoelectric actuator is not fixed to the seating portion and is formed in a narrow rectangular shape, and the inlet is It is formed under the one side wall constituting the chamber is directly connected to the chamber, the outlet is formed under the other side wall constituting the chamber, the flow path is formed in communication with the bottom of the nozzle formed in the center of the chamber and the outlet A piezoelectric valve is provided.

또한, 상기 압전 액추에이터는 길이방향으로 상기 심부재의 길이가 상기 압전체의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 압전 밸브를 제공한다.In addition, the piezoelectric actuator provides a piezoelectric valve characterized in that the length of the core member in the longitudinal direction is longer than the length of the piezoelectric body.

또한, 상기 압전 액추에이터는 상기 노즐과 접촉되는 부위에 기밀부재가 도포되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브를 제공한다.In addition, the piezoelectric actuator provides a piezoelectric valve, characterized in that an airtight member is applied to a portion in contact with the nozzle.

또한, 상기 기밀부재는 고무 또는 우레탄 또는 실리콘 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브를 제공한다.In addition, the hermetic member provides a piezoelectric valve, characterized in that formed of any one of rubber, urethane or silicone.

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상기와 같이 구성된 본 발명은, 압전 액추에이터의 한쪽을 완전 고정하는 구조가 아니라, 압전 액추에이터의 양단을 단순 지지하는 구조로, 완전 고정했을 때 발생하는 변위 감소가 없으며 고유진동수가 높아서 상대적으로 빠른 응답성을 보이며, 한쪽을 완전 고정하는 구조보다 발생 변위는 떨어지나 높은 발생력을 가짐으로써, 공기의 유동에 의해 발생하는 외력이 크게 영향을 미치는 대유량 밸브에 적합한 장점이 있다.The present invention configured as described above is not a structure for completely fixing one side of the piezoelectric actuator, but a structure for simply supporting both ends of the piezoelectric actuator, and there is no reduction in displacement that occurs when fully fixed and relatively high response speed due to high natural frequency. It shows that, since the displacement is lower than the structure to completely fix one side, but has a high generating force, there is an advantage that is suitable for large flow valves in which the external force generated by the flow of air significantly affects.

또한, FRP가 부재로 적용된 압전 액추에이터를 사용하여 기존 액추에이터 대비 강한 발생력과 높은 발생변위를 가지며, 기존 밸브와 달리 폭이 좁은 판형의 압전 액추에이터를 사용하여 밸브의 출구가 액추에이터의 중앙에 위치하여도 출구의 유로가 길어지지 않아 출구의 압력 손실을 최소화하는 효과가 있다.In addition, using a piezoelectric actuator with FRP as a member, it has stronger generating force and higher generating displacement than the existing actuator, and unlike the existing valve, it uses a narrow plate-shaped piezoelectric actuator so that the outlet of the valve is located at the center of the actuator. Since the flow path is not long, there is an effect of minimizing the pressure loss at the outlet.

또한, 상기 노즐과 닿는 압전체 면에 폴리머를 도포하여 종래의 압전 밸브보다 기밀성과 내구성을 개선한 효과가 있다.In addition, by applying a polymer to the piezoelectric surface in contact with the nozzle has an effect of improving the airtightness and durability than the conventional piezoelectric valve.

도 1은 본 발명에 따른 압전 밸브의 단면을 도시한 사시도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 압전 밸브의 정면을 도시한 단면도이고,
도 2b는 본 발명에 따른 압전 밸브의 측면을 도시한 단면도이고,
도 3a은 본 발명에 따른 압전 밸브의 동작을 도시한 정면 단면도이고,
도 3b은 본 발명에 따른 압전 밸브의 동작을 도시한 측면 단면도이다.1 is a perspective view showing a cross section of a piezoelectric valve according to the present invention;
Figure 2a is a cross-sectional view showing the front of the piezoelectric valve according to the present invention,
Figure 2b is a cross-sectional view showing the side of the piezoelectric valve according to the present invention,
3A is a front sectional view showing the operation of the piezoelectric valve according to the present invention;
Figure 3b is a side cross-sectional view showing the operation of the piezoelectric valve according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 압전 밸브의 단면을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전 밸브의 정면과 측면을 도시한 단면도이다.1 is a perspective view showing a cross section of a piezoelectric valve according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the front and side of the piezoelectric valve according to the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 밸브(100)는 공압에 의해 공기가 유입되는 유입구(130)와, 상면이 상기 유입구(130)와 연통된 노즐(140)과, 노즐(140)의 하부를 둘러싸며 공기가 통과하는 유로(145)가 형성된 유출구(150)와, 노즐(140)의 상부를 커버하도록 위치하고 전압이 인가되면 굴곡 변위를 일으켜 상기 노즐(140)을 개폐하는 압전 액추에이터(110)와, 유입구(130) 및 노즐(140), 유출구(150)가 위치하고, 내부에 상기 압전 액추에이터(110)의 안착공간인 챔버(Chamber)(121)가 형성된 하우징(120)을 포함한다.1 and 2, the piezoelectric valve 100 according to the present invention includes an inlet 130 through which air is introduced by pneumatic pressure, a nozzle 140 having an upper surface communicating with the inlet 130, and a nozzle ( An outlet 150 formed with a flow path 145 through which air passes and surrounding the lower portion of the 140, and a piezoelectric body that opens and closes the nozzle 140 by causing a bending displacement when a voltage is applied to the outlet port 150. An actuator 110, an inlet 130, a nozzle 140, and an outlet 150 are located and include a housing 120 in which a chamber 121, which is a seating space of the piezoelectric actuator 110, is formed. do.

하우징(120)은 육면체 형상으로 하부 일측면에 상기 유입구(130)가 형성되고, 타측면에 유입된 유체가 배출되는 유출구(150)가 형성되며, 상기 하우징(120)의 중앙 하부에는 유출구(150)와 연통되는 상기 노즐(140)이 형성된다. The housing 120 has a hexahedral shape, the inlet 130 is formed on one side of the lower side, the outlet 150 for discharging the fluid introduced to the other side is formed, the outlet 150 in the center lower portion of the housing 120 And the nozzle 140 is formed.

상기 유출구(150)와 노즐(140) 사이에는 상호 연통되는 유로(145)가 형성되며, 상기 유입구(130)와 노즐(140)은 챔버(121) 공간을 통하여 공기가 흐를 수 있도록 구성되며, 상기 노즐(140)은 공기의 흐름을 원활하게 하기 위하여 외부는 상부로 갈수록 단면이 좁아지는 사다리꼴 모양의 원통형으로 이루어지며, 내부는 공기가 흐르는 통기공이 형성된다.A flow path 145 is formed between the outlet 150 and the nozzle 140 to communicate with each other, and the inlet 130 and the nozzle 140 are configured to allow air to flow through the chamber 121 space. The nozzle 140 is made of a trapezoidal cylindrical shape of which the cross section is narrowed toward the top in order to smooth the flow of air, and the inside is formed with a ventilation hole through which air flows.

유로(145)는 상기 노즐(140)에서부터 하우징(120) 일측면의 유출구(150)와 연통되도록 상기 하우징(120) 하부면 중앙을 가로지르는 방향으로 형성되며, 배출되는 공기의 압력손실을 줄이기 위하여 유로(145)의 길이를 종래의 압전 밸브(100)보다 짧게 형성된다.The flow path 145 is formed in a direction crossing the center of the lower surface of the housing 120 to communicate with the outlet 150 of one side of the housing 120 from the nozzle 140, to reduce the pressure loss of the discharged air The length of the flow path 145 is formed shorter than that of the conventional piezoelectric valve 100.

상기 하우징(120) 상부에는 상기 압전 액추에이터(110)가 안착되는 챔버(121)가 형성되는데, 챔버(121)는 상기 압전 액추에이터(110)의 상하 굴곡변이에 의해 유입된 공기가 상기 노즐(140)에 원활히 유동할 수 있는 크기로 형성된다.A chamber 121 in which the piezoelectric actuator 110 is seated is formed on the housing 120, and the chamber 121 has air introduced by the up and down bending of the piezoelectric actuator 110. It is formed to a size that can flow smoothly.

여기서 상기 챔버(121)의 양측 내면에는 상기 압전 액추에이터(110) 양측단과 맞닿아 있지만, 압전 액추에이터(110)를 고정하지 않도록 구성되며, 챔버(121)의 양단 하부에는 압전 액추에이터(110)의 양측 단부가 안착되는 안착부(125)가 마련된다.Here, both inner surfaces of the chamber 121 are in contact with both ends of the piezoelectric actuator 110, but are configured not to fix the piezoelectric actuator 110, and both ends of the piezoelectric actuator 110 are disposed at both lower ends of the chamber 121. There is provided a seating portion 125 to be seated.

여기서, 상기 안착부(125)는 노즐(140)의 상부 돌출면과 유사한 높이를 가지도록 하여 안착부(125)에 안착된 압전 액추에이터(110)의 타측 단부가 노즐(140)을 커버하는 위치에 위치될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Here, the seating portion 125 has a height similar to the upper protruding surface of the nozzle 140 so that the other end of the piezoelectric actuator 110 seated on the seating portion 125 covers the nozzle 140. It is desirable to be able to position it.

압전 액추에이터(110)는 판형으로 전기를 입력 에너지로 하여 기계적 변위를 발생시키는 특성을 갖는다. The piezoelectric actuator 110 has a plate-like property of generating mechanical displacement by using electricity as input energy.

상기 압전 액추에이터(110)는 가로나 세로 중 어느 한 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 형상으로 이루어지며, 전압인가에 의하여 변위를 발생시키는 압전체(111)와, 섬유강화플라스틱(FRP)로 마련되어 굴곡 변위에 유연성을 가지는 심(shim)부재(115)가 상호 접합 형성된다. The piezoelectric actuator 110 is formed in a shape in which the length of either the horizontal or vertical direction is longer than the length of the other direction, is provided with a piezoelectric member 111 for generating a displacement by applying a voltage, and a fiber-reinforced plastic (FRP) Shim members 115 having flexibility in bending displacement are formed to be bonded to each other.

상기 압전체(111)는 압전 세라믹으로 구성되며, 다수의 전극들이 압전체(111) 내재되어 있어서, 전극들을 통해 압전 세라믹의 양면에 전압이 인가되면, 압전 세라믹에 전계가 발생하여 압전체(111)의 길이 방향 변위가 발생할 수 있다.The piezoelectric material 111 is composed of a piezoelectric ceramic, and a plurality of electrodes are embedded in the piezoelectric material 111, and when voltage is applied to both surfaces of the piezoelectric ceramic through the electrodes, an electric field is generated in the piezoelectric ceramic so that the length of the piezoelectric material 111 is formed. Directional displacement may occur.

심부재(115)는 압전체(111)의 어느 한 면에 접합되어, 압전체(111)의 굴곡 변위를 일으킬 수 있도록 한다. 여기서, 심부재(115)는 판 형상으로 이루어지며, 어느 한 면이 압전체(111)의 어느 한 면과 마주한 상태에서 압전체(111)에 접합될 수 있다. The core member 115 is bonded to one surface of the piezoelectric material 111 to cause bending displacement of the piezoelectric material 111. Here, the core member 115 may be formed in a plate shape and may be bonded to the piezoelectric material 111 in a state in which one surface thereof faces one surface of the piezoelectric material 111.

따라서, 상기 압전체(111)에 길이 방향 변위가 발생할 때, 압전체(111)의 양면 중 심부재(115)와 접합된 면은 심부재(115)에 의해 변위 발생이 억제됨으로써, 압전체(111)의 굴곡 변위를 일으킬 수 있게 한다. Therefore, when a longitudinal displacement occurs in the piezoelectric body 111, the surface bonded to the center member 115 of both surfaces of the piezoelectric body 111 is suppressed by displacement of the core member 115. Allows for bending displacement.

상기 압전 액추에이터(110)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 상기 심부재(115)의 길이가 상기 압전체(111)의 길이보다 소정 길이 이상 길이방향으로 길게 접합 형성되는데, 이는 압전 액추에이터(110)의 굴곡변위 발생 시 상기 심부재(115)만 챔버(121)와 접촉되게 하여 압전체(111)의 기계적 마찰을 없애서 압전체(111)의 마찰 충격에 의한 내구성 저하를 방지하기 위함이다.As shown in FIG. 2A, the piezoelectric actuator 110 is formed by joining a length of the core member 115 longer than a length of the piezoelectric member 111 in a lengthwise direction, which is a piezoelectric actuator ( This is to prevent the deterioration of durability due to the frictional impact of the piezoelectric member 111 by removing the mechanical friction of the piezoelectric member 111 by only contacting the core member 115 with the chamber 121 when the bending displacement occurs in the 110.

상기 압전 액추에이터(110)는 상기 노즐(140)과 접촉되는 부위에 기밀부재가 도포된다.The piezoelectric actuator 110 is coated with an airtight member at a portion in contact with the nozzle 140.

상기 기밀부재는 상기 압전체(111)의 연동에 의한 노즐(140)의 개폐시 압전체(111)의 접촉에 충격손상을 방지하며, 상기 노즐(140)의 밀폐도를 향상시켜서 노즐(140)을 통해 배출되는 공기의 역류를 막을 수 있도록 한다.The hermetic member prevents impact damage to the contact of the piezoelectric member 111 when the nozzle 140 is opened and closed by interlocking of the piezoelectric member 111 and improves the sealing degree of the nozzle 140 through the nozzle 140. Make sure to prevent backflow of the exhaust air.

상기 기밀부재는 상기 노즐(140)의 상부 개폐단면과 면접함으로써 노즐(140)을 커버하는 것으로 탄성 재질로 형성되며 고무, 우레탄, 실리콘 등의 폴리머 소재가 일정 두께 이상 도포되는 것이 바람직하다.The hermetic member covers the nozzle 140 by interviewing the upper opening and closing end face of the nozzle 140, and is formed of an elastic material, and preferably, a polymer material such as rubber, urethane, silicone, or the like is coated at a predetermined thickness or more.

도 3은 본 발명에 따른 압전 밸브의 동작을 도시한 단면도로, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 압전 밸브의 동작과정을 설명하기로 한다.3 is a cross-sectional view showing the operation of the piezoelectric valve according to the present invention, with reference to Figure 3 will be described the operation of the piezoelectric valve according to the present invention.

먼저, 압전 액추에이터(110)에 연결된 전극에 전원을 인가하면 압전체(111)가 위치하고 있는 면으로 압전 액추에이터(110)의 양단이 휘는 변위 발생하며, 상대적으로 압전 액추에이터(110)의 중앙은 심부재(115) 중심 방향으로 휘는 변위 발생한다.First, when power is applied to an electrode connected to the piezoelectric actuator 110, a displacement occurs at both ends of the piezoelectric actuator 110 toward the surface where the piezoelectric member 111 is located, and the center of the piezoelectric actuator 110 is relatively the core member ( 115) Displacement bends toward the center.

압전 밸브(100)의 초기 상태는 압전 액추에이터(110)가 노즐(140)을 막고 있으며, 유입구(130)에서 공기압이 가해졌을 때 압전 액추에이터(110)와 노즐(140)이 닿아서 형성된 원형의 영역을 제외하면 모두 똑같은 압력이 작용하게 되고 압전 액추에이터(110)와 노즐(140)이 닿아서 형성된 원형의 영역은 대기압 상태가 된다.In the initial state of the piezoelectric valve 100, the piezoelectric actuator 110 blocks the nozzle 140, and when the pneumatic pressure is applied at the inlet 130, the piezoelectric actuator 110 and the nozzle 140 are in contact with each other. Except for all the same pressure is applied and the circular region formed by the contact between the piezoelectric actuator 110 and the nozzle 140 is in the atmospheric pressure state.

따라서, 압전 액추에이터(110)의 상하면에는 제외된 원형 영역에 작용하는 공압에 의한 힘만큼 외력의 차이가 발생하여 그 외력의 차이만큼 압전 액추에이터(110)를 노즐(140) 방향으로 누르게 되고, 이때 압전 액추에이터(110)를 누르는 힘은 가해지는 공압에 비례하여 증가하므로 공압이 높아질수록 더 높은 기밀성을 보인다.Therefore, the difference in the external force is generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric actuator 110 by the force of the pneumatic force acting on the excluded circular region, and the piezoelectric actuator 110 is pressed toward the nozzle 140 by the difference in the external force. Since the force pushing the actuator 110 increases in proportion to the applied pneumatic pressure, the higher the pneumatic pressure, the higher the airtightness.

압전 액추에이터(110)에 전압이 순간적으로 인가되면 압전 액추에이터(110)는 1차 공진모드와 유사한 거동을 보이면 굴곡 변위 발생하는데, 이때의 압전 액추에이터(110)의 동작 속도는 공진주파수로 압전 액추에이터(110)를 구동할 때와 유사하다.When a voltage is momentarily applied to the piezoelectric actuator 110, the piezoelectric actuator 110 exhibits bending displacement when the piezoelectric actuator 110 exhibits a similar behavior to that of the primary resonance mode. Is similar to driving.

상기와 같이 압전 액추에이터(110)가 굴곡 변위를 일으키게 되면 출구의 유로(145)가 열리게 되어 입구로부터 공급되어 챔버(121) 내에 머물고 있은 가압된 공기는 노즐(140)을 통해 출구로 방출된다.When the piezoelectric actuator 110 causes the bending displacement as described above, the flow path 145 of the outlet is opened, and the pressurized air, which is supplied from the inlet and stays in the chamber 121, is discharged to the outlet through the nozzle 140.

이때 유출구(150)로 방출되는 공기에 의해 상기 노즐(140)과 근접해 있는 압전 액추에이터(110)의 압전체(111)의 일부 표면에는 부압(負壓, Negative Pressure)이 작용하여 압전 액추에이터(110)를 노즐(140) 쪽으로 잡아당기는 힘이 발생한다.At this time, a negative pressure acts on a part of the surface of the piezoelectric element 111 of the piezoelectric actuator 110 which is in close proximity to the nozzle 140 by the air discharged to the outlet 150, thereby operating the piezoelectric actuator 110. The force pulling toward the nozzle 140 is generated.

즉, 압전 액추에이터(110)의 표면에 작용하는 부압에 의해 압전 액추에이터(110)에서 상기 노즐(140)에 인접한 영역이 주위보다 낮은 압력이 작용하여 액추에이터의 상하면에 가해지는 압력의 합이 액추에이터를 아래로 누르는 힘으로 작용한다.That is, due to the negative pressure acting on the surface of the piezoelectric actuator 110, the pressure adjacent to the nozzle 140 in the piezoelectric actuator 110 acts lower than the surroundings so that the sum of the pressures applied to the upper and lower surfaces of the actuator is lowered. Acts as a pressing force.

전압을 인가하여 굴곡된 압전 액추에이터(110)의 압전체(111)에 충전된 전하를 방전하게 되면 압전 액추에이터(110)는 원상태로 돌아가게 된다.When the electric charge charged in the piezoelectric member 111 of the curved piezoelectric actuator 110 is discharged by applying a voltage, the piezoelectric actuator 110 returns to its original state.

여기서, 상기 노즐(140)이 완전히 닫혀서 공기의 유동이 없어지기 전까지는 압전체(111)의 일부 표면에 부압이 계속 작용하고 있으므로 부압에 의한 힘으로 인해 압전 액추에이터(110)는 굴곡될 때보다 더 빠른 속도로 원상태로 돌아가게 된다.Here, since the negative pressure continues to act on a part of the surface of the piezoelectric element 111 until the nozzle 140 is completely closed and the flow of air disappears, the piezoelectric actuator 110 is faster than when the nozzle 140 is bent due to the force caused by the negative pressure. The speed is returned to its original state.

이상, 본 명세서에 기재된 내용 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that the terminology used herein should not be construed in a purely literal sense but that the inventor may properly define the concepts of the terms to best describe his invention And should be construed in light of the meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 뿐만 아니라 도면에 도시된 형상 및 구성은 본 발명의 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Accordingly, the shapes and configurations shown in the drawings as well as the embodiments described herein do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of filing of the present invention. It will be appreciated that variations may exist.

100 : 압전 밸브 110: 압전 액추에이터
111 : 압전체 115 : 심부재
120 : 하우징 121 : 챔버
125 : 안착부 130 : 유입구
140 : 노즐 145 : 유로
150 : 유출구100: piezoelectric valve 110: piezoelectric actuator
111: piezoelectric 115: core member
120 housing 121 chamber
125: seating portion 130: inlet
140: nozzle 145: flow path
150: outlet

Claims (6)

유입구, 노즐, 유출구 및 유로를 구비하며, 내부에 챔버가 형성된 하우징;
전압 인가에 의해 변위를 일으키는 압전체와, 섬유강화플라스틱(FRP)으로 형성된 심부재가 상호 접합하며 형성되는 압전 액추에이터; 및
상기 챔버의 양 측벽에 형성되며, 상기 압전 액추에이터의 양 측단을 밀착 지지하는 안착부;를 포함하며,
상기 압전 액추에이터는 상기 안착부에 고정되지 않으며 폭이 좁은 직사각형 으로 형성되고, 상기 유입구는 상기 챔버를 이루는 일측벽 하부에 형성되어 상기 챔버와 직접 연결되고, 상기 유출구는 상기 챔버를 이루는 타측벽 아래에 형성되고, 상기 유로는 상기 챔버 중앙부에 형성된 노즐의 하부와 상기 유출구가 연통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브.
A housing having an inlet, a nozzle, an outlet, and a flow path, the chamber having a chamber formed therein;
A piezoelectric actuator in which a piezoelectric member causing displacement by a voltage application and a core member formed of fiber reinforced plastic (FRP) are bonded to each other; And
It is formed on both side walls of the chamber, the seating portion for closely supporting both side ends of the piezoelectric actuator; includes;
The piezoelectric actuator is not fixed to the seating portion and is formed in a narrow rectangle. The inlet is formed under one side wall constituting the chamber and is directly connected to the chamber, and the outlet port is under the other side wall constituting the chamber. And the flow passage is formed by communicating the lower portion of the nozzle formed in the chamber center with the outlet.
제1항에 있어서,
상기 압전 액추에이터는 길이방향으로 상기 심부재의 길이가 상기 압전체의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 압전 밸브.
The method of claim 1,
The piezoelectric actuator is a piezoelectric valve, characterized in that the length of the core member in the longitudinal direction longer than the length of the piezoelectric body.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압전 액추에이터는 상기 노즐과 접촉되는 부위에 기밀부재가 도포되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브.
3. The method according to claim 1 or 2,
The piezoelectric actuator is a piezoelectric valve, characterized in that the airtight member is applied to a portion in contact with the nozzle.
제3항에 있어서,
상기 기밀부재는 고무 또는 우레탄 또는 실리콘 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 밸브.The method of claim 3,
The airtight member is formed of any one of rubber, urethane or silicon piezoelectric valve. 삭제delete 삭제delete
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