WO2020261645A1 - 圧電式バルブ及び該圧電式バルブの製造方法 - Google Patents

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gas discharge
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valve
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伊藤　隆文
松下　忠史
樋口　俊郎
世傑 徐
義宣 水野
敏忠 平田
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株式会社サタケ
有限会社メカノトランスフォーマ
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric valve that opens and closes a valve by utilizing the displacement of a laminated piezoelectric element, and a method for manufacturing the piezoelectric valve.
  • the piezoelectric valve utilizes the characteristics of a laminated piezoelectric element having excellent high-speed response performance. Further, it is provided with a displacement expanding mechanism that expands a small displacement of the laminated piezoelectric element based on the principle of leverage.
  • the piezoelectric valves described in Patent Documents 1 and 2 include a valve body having a gas pressure chamber for receiving a compressed gas supplied from the outside, a valve seat plate disposed inside the valve body, and a valve body. It has a laminated piezoelectric element that generates a driving force required for the operation of the valve body as a displacement. Further, the piezoelectric valve has a displacement expanding mechanism that expands the displacement of the laminated piezoelectric element and acts on the valve body, is fixed to both sides of the valve seat plate, and together with the valve seat plate, the valve body. It is provided with an actuator arranged inside. Further, the valve body is a case in which the front surface opens, and the opening of the case is closed by a lid material provided on the front surface of the valve seat plate.
  • the piezoelectric valve described in Patent Document 1 has a structure in which a lid material integrally provided for each valve seat plate is attached to the front surface of the case of the valve body with screws via an intermediate spacer and a gasket, so that the external dimensions are large. As it grows larger, there is a concern that air leakage will occur.
  • the piezoelectric valve described in Patent Document 1 has a structure in which the lid material is attached to the front surface of the case of the valve body with screws via an intermediate spacer and a gasket for each valve seat plate, so that the assembly is complicated. There is a concern.
  • the piezoelectric valve described in Patent Document 2 has a structure in which a lid material provided on the front surface of a valve seat plate is fitted into a case opening of a valve body and assembled. Therefore, when the external dimensions are limited, , The wall thickness of the case opening cannot be secured. Therefore, there is a concern that the rigidity is insufficient and the opening of the case swells due to the supply pressure of the compressed gas, causing air leakage.
  • the front protruding portion of the valve seat plate is fitted into the opening of the lid material, and pins are inserted into members hanging from the four corners of the lower surface of the lid material. Since the valve seat plate is prevented from coming off, there is a concern that the assembly becomes complicated.
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric valve that can prevent air leakage and can be easily assembled, and a method for manufacturing the piezoelectric valve.
  • a valve body with a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from the outside A plate disposed inside the valve body and A valve body that opens and closes a gas discharge path that discharges compressed gas from the gas pressure chamber, a laminated piezoelectric element that generates a driving force required for the operation of the valve body as a displacement, and an enlarged displacement of the laminated piezoelectric element.
  • a piezoelectric valve having a displacement expanding mechanism acting on the valve body an actuator fixed to the plate, and both the plate and the plate are arranged inside the valve body.
  • the valve body is a case in which the front surface is open.
  • the plate is provided with a valve seat to which the gas discharge path and the valve body of the actuator that opens and closes the gas discharge path abut.
  • the lid material that closes the opening of the case has a gas discharge opening that communicates with the gas discharge path of the plate, and the gas discharge path of the plate opens at an annular welding portion that surrounds the gas discharge opening. It is characterized in that it is welded and fixed to the front surface thereof, and is welded and fixed to the tip surface of the case by an annular welded portion on the outer peripheral portion.
  • the plate is molded with wiring that supplies power to the laminated piezoelectric element of the actuator.
  • the lid material further has a wiring opening in which the wiring exposed on the front surface of the plate extends forward, and an annular welding portion surrounding the gas discharge opening and an annular welding portion surrounding the wiring opening. It is preferable that the plate is welded and fixed to the front surface of the plate.
  • a valve body with a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from the outside A plate disposed inside the valve body and A valve body that opens and closes a gas discharge path that discharges compressed gas from the gas pressure chamber, a laminated piezoelectric element that generates a driving force required for the operation of the valve body as a displacement, and an enlarged displacement of the laminated piezoelectric element.
  • a piezoelectric valve having a displacement expanding mechanism acting on the valve body an actuator fixed to the plate, and both the plate and the plate are arranged inside the valve body.
  • the valve body is a case in which the front surface is open.
  • the plate is provided with a valve seat to which the gas discharge path and the valve body of the actuator that opens and closes the gas discharge path abut, and a wiring for supplying power to the laminated piezoelectric element of the actuator is molded.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate and a wiring opening in which the wiring exposed on the front surface of the plate extends forward, and the gas.
  • An annular welding portion surrounding both the discharge opening and the wiring opening is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge passage is opened, and an annular welding portion on the outer peripheral portion is welded and fixed to the tip surface of the case. It is characterized by being.
  • the lid material is welded and fixed to the front surface of the plurality of plates.
  • a valve body with a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from the outside A plate disposed inside the valve body and A valve body that opens and closes a gas discharge path that discharges compressed gas from the gas pressure chamber, a laminated piezoelectric element that generates a driving force required for the operation of the valve body as a displacement, and an enlarged displacement of the laminated piezoelectric element.
  • a method for manufacturing a piezoelectric valve which has a displacement expanding mechanism that acts on the valve body, is fixed to the plate, and includes an actuator that is arranged inside the valve body together with the plate.
  • the valve body is a case in which the front surface is open.
  • the plate is provided with a valve seat to which the gas discharge path and the valve body of the actuator that opens and closes the gas discharge path abut.
  • the lid material that closes the opening of the case has a gas discharge opening that communicates with the gas discharge path of the plate.
  • a laser beam is irradiated from above the lid material along an annular locus surrounding the gas discharge opening to weld and fix the lid material to the front surface of the plate where the gas discharge path opens, and the plate is fixed to the valve body.
  • the lid material After being disposed inside the lid material, the lid material is welded and fixed to the tip surface of the case by irradiating a laser beam from above the lid material along an annular locus on the outer peripheral portion of the lid material. ..
  • a method for manufacturing a piezoelectric valve according to another aspect of the present invention is described.
  • the plate is molded with wiring that supplies power to the laminated piezoelectric element of the actuator.
  • the lid material further has a wiring opening in which the wiring exposed on the front surface of the plate extends forward.
  • the lid material is placed on the front surface of the plate where the gas discharge path is opened by irradiating a laser beam along the annular locus surrounding the gas discharge opening and the annular locus surrounding the wiring opening from above the lid material. It is preferable that the plate is welded and fixed and the plate is arranged inside the valve body.
  • a valve body with a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from the outside A plate disposed inside the valve body and A valve body that opens and closes a gas discharge path that discharges compressed gas from the gas pressure chamber, a laminated piezoelectric element that generates a driving force required for the operation of the valve body as a displacement, and an enlarged displacement of the laminated piezoelectric element.
  • a method for manufacturing a piezoelectric valve which has a displacement expanding mechanism that acts on the valve body, is fixed to the plate, and includes an actuator that is arranged inside the valve body together with the plate.
  • the valve body is a case in which the front surface is open.
  • the plate is provided with a valve seat to which the gas discharge path and the valve body of the actuator that opens and closes the gas discharge path abut, and a wiring for supplying power to the laminated piezoelectric element of the actuator is molded.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate and a wiring opening in which the wiring exposed on the front surface of the plate extends forward.
  • the lid material is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path opens by irradiating a laser beam from above the lid material along an annular locus surrounding both the gas discharge opening and the wiring opening.
  • the lid material is welded to the tip surface of the case by irradiating a laser beam from above the lid material along an annular locus on the outer peripheral portion of the lid material. It is characterized by being fixed.
  • a method for manufacturing a piezoelectric valve according to another aspect of the present invention is described. It is preferable to weld and fix the lid material to the front surface of the plurality of plates.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate, and the annular welding portion surrounding the gas discharge opening is the said of the plate. Since the gas discharge path is welded and fixed to the front surface of the opening, it is possible to prevent air leakage from the gas discharge opening of the lid material.
  • the lid material for closing the opening of the case is welded and fixed to the tip surface of the case by an annular welding portion on the outer peripheral portion, so that the external dimensions are limited. Even in this case, since the wall thickness of the case opening can be secured, the case opening does not swell due to the supply pressure of the compressed gas, and air leakage from the case opening can be prevented.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate, and the annular shape surrounding the gas discharge opening. Since the plate is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path is opened at the welded portion, after the plate welded and fixed to the lid material is arranged inside the valve body, the lid material is attached to the case. It can be easily assembled by welding and fixing it to the tip surface.
  • the plate in the piezoelectric valve, is molded with wiring for supplying power to the laminated piezoelectric element of the actuator, and the wiring for exposing the lid material to the front surface of the plate is provided. If a wiring opening extending forward is further provided, and the annular welding portion surrounding the gas discharge opening and the annular welding portion surrounding the wiring opening are welded and fixed to the front surface of the plate, the said It is possible to prevent air leakage from the gas discharge opening and the wiring opening of the lid material.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate and the wiring exposed on the front surface of the plate is forward. Since it has a wiring opening extending to, and is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path opens at an annular welding portion surrounding both the gas discharge opening and the wiring opening, the above. It is possible to prevent air leakage from the gas discharge opening and the wiring opening of the lid material.
  • the piezoelectric valve if the lid material is welded and fixed to the front surface of the plurality of the plates, the piezoelectric valve also prevents air leakage even when the number of valves increases. It can be assembled and easily assembled.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate, and the lid material has an opening for gas discharge. Since the lid material is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path opens by irradiating a laser beam along an annular locus surrounding the gas discharge opening, the gas discharge opening of the lid material It is possible to manufacture a piezoelectric valve capable of preventing air leakage from the gas.
  • a laser beam is irradiated from above the lid material along an annular locus on the outer peripheral portion of the lid material, and the tip surface of the case is covered with the lid. Since the material is welded and fixed, the wall thickness of the case opening can be secured even when the external dimensions are limited, so that the case opening does not swell due to the supply pressure of the compressed gas, and the case opening does not swell. It is possible to manufacture a piezoelectric valve capable of preventing air leakage.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate, and the lid material has an opening for gas discharge.
  • the lid material is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path opens by irradiating a laser beam along an annular locus surrounding the gas discharge opening, and the plate is arranged inside the valve body. After that, a laser beam is irradiated from above the lid material along an annular locus on the outer peripheral portion of the lid material to weld and fix the lid material to the tip surface of the case, so that the piezoelectric valve can be easily assembled. Can be done.
  • the plate in the method of manufacturing a piezoelectric valve, is molded with a wiring for supplying power to the laminated piezoelectric element of the actuator, and the lid material is a front surface of the plate.
  • the wiring exposed to the surface further has a wiring opening extending forward, and a laser is provided along the annular locus surrounding the gas discharge opening and the annular locus surrounding the wiring opening from above the lid material. If the lid material is welded and fixed to the front surface of the plate where the gas discharge path opens by irradiating light, air leakage from the gas discharge opening and the wiring opening of the lid material is prevented. Piezoelectric valves that can be manufactured can be manufactured.
  • the lid material for closing the opening of the case is exposed to the gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate and the front surface of the plate.
  • the plate has a wiring opening in which the wiring extends forward, and a laser beam is irradiated from above the lid material along an annular locus surrounding both the gas discharge opening and the wiring opening. Since the lid material is welded and fixed to the front surface where the gas discharge path opens, it is possible to manufacture a piezoelectric valve capable of preventing air leakage from the gas discharge opening and the wiring opening of the lid material. it can.
  • the lid material for closing the opening of the case has a gas discharge opening communicating with the gas discharge path of the plate and a wiring exposed on the front surface of the plate. It has a wiring opening that extends forward, and irradiates a laser beam from above the lid material along an annular locus that surrounds both the gas discharge opening and the wiring opening to irradiate the gas on the plate.
  • the lid material is welded and fixed to the front surface where the discharge path opens, the plate is arranged inside the bulb body, and then laser light is emitted from above the lid material along an annular locus on the outer peripheral portion of the lid material. Since the lid material is welded and fixed to the tip surface of the case by irradiating, the piezoelectric valve can be easily assembled.
  • the method for manufacturing a piezoelectric valve is to weld and fix the lid material to the front surface of a plurality of the plates, air leakage will be similarly performed even when the number of valves is increased. It is possible to manufacture a piezoelectric valve capable of preventing the above, and it is possible to easily assemble the piezoelectric valve.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric valve.
  • FIG. 2 is an assembled exploded view of the piezoelectric valve.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the actuator.
  • FIG. 4 is an explanatory view of a state in which the actuator is fixed to the valve seat plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the piezoelectric valve, and is an explanatory view of a state in which the valve seat plate is arranged inside the valve body.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a state in which the lid material is welded and fixed to the front surface of the valve seat plate of FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory view of an intermediate assembly in which a lid material is welded and fixed to the front surface of the valve seat plate of FIG.
  • FIG. 8 is a front view of the intermediate assembly of FIG. 9 is a plan view of the intermediate assembly of FIG. 7, and is an explanatory view of a locus of irradiating a laser beam.
  • FIG. 10 is a plan view of the intermediate assembly of FIG. 7, and is an explanatory view of another example of the trajectory of irradiating the laser beam.
  • FIG. 11 is an explanatory view of how the intermediate assembly of FIG. 7 is assembled to the valve body.
  • FIG. 12 is an explanatory view of a valve assembly in which the intermediate assembly of FIG. 7 is assembled to the valve body and welded and fixed.
  • FIG. 13 is a plan view of the bulb assembly of FIG. 12, and is an explanatory view of a locus of irradiating a laser beam.
  • FIG. 1 is an example of a piezoelectric valve and shows a perspective view.
  • FIG. 2 shows an exploded view of the piezoelectric valve of FIG.
  • FIG. 3 shows an explanatory view of the actuator.
  • FIG. 4 shows an explanatory view of a state in which the actuator is fixed to the valve seat plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the piezoelectric valve of FIG. 1, and shows an explanatory view of a state in which the valve seat plate is arranged inside the valve body.
  • the piezoelectric valves 10 shown in FIGS. 1 to 5 are provided on both sides of the valve body 20, the valve seat plate 25 arranged inside the valve body 20 and fixed to the valve body 20, and the valve seat plate 25.
  • the actuator 30 is fixed with a screw.
  • the valve body 20 is a case in which the front surface is open, and includes a gas pressure chamber inside which a compressed gas is supplied from an external compressed gas supply source (not shown). Further, a connector portion 50 is provided on the front side of the valve body 20. A gas suction port 51 for sucking compressed gas and a gas discharge port 52 for discharging the compressed gas are opened in the valve body 20 on the front surface of the connector portion 50.
  • a wiring board 55 for supplying power to the laminated piezoelectric element 32 (hereinafter referred to as "piezoelectric element") is arranged between the valve body 20 and the connector portion 50. Further, a wiring connector 29 for supplying power to the piezoelectric element 32 via the wiring board 55 is arranged at one side end of the connector portion 50 and at a lateral position of the valve body 20.
  • the valve seat plate 25 is provided with mounting portions for the actuator 30 on both sides, and has a valve seat 26 to which the valve body 31 described later of the actuator 30 abuts. Further, the valve seat plate 25 is formed with a gas discharge path 261 that communicates from the valve seat surface of the valve seat 26 to the gas discharge port 52 of the connector portion 50, and the gas discharge path 261 is the valve seat plate. It opens to the front surface of the front protrusion 251 of 25.
  • the valve seat plate 25 is molded from a synthetic resin material, and a wiring 263 for supplying power from the wiring board 55 to the piezoelectric element 32 is molded, and the tip of the wiring 263 is exposed to the front surface of the front protrusion 251. To do. Further, at the rear position of the valve seat plate 25, an electrode of the wiring connected to the lead wire of the piezoelectric element 32 (not shown) is exposed.
  • a lid member 28 for closing the opening of the case of the valve body 20 is provided on the front surface of the front protrusion 251 of the valve seat plate 25.
  • a gas discharge opening 285 communicating with the gas discharge path 261 of the valve seat plate 25 and the wiring 263 exposed on the front surface of the front protrusion 251 of the valve seat plate 25 are forward.
  • An extending wiring opening 286 is formed.
  • the lid material 28 is formed with a gas suction path 282 that communicates with the inside of the valve body 20 from the gas suction port 51 that opens on the front surface of the connector portion 50.
  • the actuator 30 is made of rubber, preferably a slippery rubber valve body 31, a piezoelectric element 32 generated with a driving force required for the operation of the valve body 31 as a displacement, and a displacement of the piezoelectric element 32.
  • a displacement expanding mechanism 33 that expands and acts on the valve body 31.
  • the piezoelectric element 32 for example, a resin exterior type piezoelectric element in which the entire peripheral surface including the side surface where the internal electrode layer is exposed is thinly coated with epoxy resin can be used.
  • the displacement expanding mechanism 33 has a displacement expanding unit 34 that expands the displacement of the piezoelectric element 32, and a displacement transmitting unit 35 that transmits the displacement of the piezoelectric element 32 to the displacement expanding unit 34.
  • the displacement expansion mechanism 32 is arranged symmetrically with respect to an axis in the operating direction of the valve body 31, here, a straight line connecting the valve body 31 and the longitudinal axis of the piezoelectric element 32.
  • the displacement transmission unit 35 has a U-shaped base substrate 36 to which one end of the piezoelectric element 32 is joined, and a cap member 37 to which the other end of the piezoelectric element 32 is joined.
  • the displacement expanding mechanism 33 is arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the piezoelectric element 32.
  • the piezoelectric element 32 is incorporated in the space of the U-shaped base substrate 36 between the U-shaped bottom portion 361 of the base substrate 36 and the cap member 37, for example, via an adhesive. ..
  • the U-shaped bottom portion 361 of the base substrate 36 By plastically deforming the U-shaped bottom portion 361 of the base substrate 36, one end of the piezoelectric element 32 is joined to the U-shaped bottom portion 361 of the base substrate 36, and the other end is joined to the cap member 37.
  • the displacement expanding portion 34 is composed of first and second displacement expanding portions 34a and 34b arranged symmetrically with respect to a straight line connecting the valve body 31 and the longitudinal axis of the piezoelectric element 32.
  • the first displacement expanding portion 34a includes first and second hinges 39, 40, first arm 41, and first. It has a leaf spring 42.
  • the first arm 41 is integrated with one end of the U-shaped base substrate 36 by the first hinge 39, and is integrated with the cap member 37 by the second hinge 40.
  • One end of the first leaf spring 42 is joined to the outer tip of the first arm 41.
  • the second displacement expanding portion 34b has third and fourth hinges 43, 44, a second arm 45, and a second leaf spring 46.
  • the second arm 45 is integrated with the other end of the U-shaped base substrate 36 by the third hinge 43, and is integrated with the cap member 37 by the fourth hinge 44.
  • One end of the second leaf spring 46 is joined to the outer tip of the second arm 45.
  • the displacement expanding mechanism 33 can be integrally formed by punching out a metal material such as a stainless steel material including an invar material, except for the first and second leaf springs 42 and 46, for example.
  • first leaf spring 42 and the second leaf spring 46 can be formed from, for example, one metal plate material.
  • first leaf spring 42 and the second leaf spring 46 are symmetrical with respect to the longitudinal axis of the piezoelectric element 32, and the installation portion 48 of the valve body 31 at the central portion, for example, the piezoelectric element 32. It is formed on both side portions of a single metal plate material formed into a shape having a flat installation surface orthogonal to the longitudinal axis.
  • One ends of the first and second leaf springs 42 and 46 are joined to the outer tip portions of the first and second arms 41 and 45, respectively.
  • the valve body 31 is provided in the installation portion 48 located between the other ends of the first and second leaf springs 42 and 46 and on the longitudinal axis of the piezoelectric element 32.
  • the first leaf spring 42 and the second leaf spring 46 are formed by separate members, and one side end of the valve body 31 is joined to the other end of the first leaf spring 42 to form the second leaf spring 42.
  • the other end of the valve body 31 may be joined to the other end of the leaf spring 46.
  • the valve body 31 can be provided between the other ends of the first and second leaf springs 42 and 46.
  • the piezoelectric element 32 When the piezoelectric element 32 is energized in the valve closed state of the actuator 30, the piezoelectric element 32 extends.
  • the first and third hinges 39 and 43 are fulcrums
  • the second and fourth hinges 40 and 44 are power points
  • the first and second hinges are the points of effort. It is expanded by the principle of leverage with the outer tips of the arms 41 and 45 as points of action. As a result, the outer tip portions of the first and second arms 41 and 45 are largely displaced.
  • the piezoelectric element 32 contracts, and the contraction causes the valve body 31 to be seated on the valve seat 26 via the displacement expansion mechanism 33. , The gas discharge path 261 is closed.
  • FIG. 6 shows an explanatory view of a state in which the lid material is welded and fixed to the front surface of the valve seat plate of FIG.
  • FIG. 7 shows an explanatory view of an intermediate assembly in which a lid material is welded and fixed to the front surface of the valve seat plate of FIG.
  • FIG. 8 shows a front view of the intermediate assembly of FIG.
  • FIG. 9 is a plan view of the intermediate assembly of FIG. 7, and shows an explanatory view of a locus of irradiating a laser beam.
  • the lid material 28 that irradiates the laser beam along the scanning locus shown in FIG. 9 and closes the opening of the case of the valve body 20 is placed on the front surface of the front protrusion 251 of the valve seat plate 25.
  • the intermediate assembly 60 is assembled by welding and fixing.
  • an example is shown in which two valve seat plates 25 are welded and fixed to the lid material 28 to form an intermediate assembly 60.
  • each wiring 263 exposed on the front surface of the front protrusion 251 of each valve seat plate 25 is inserted into the two wiring openings 286 formed in the lid material 28 and extended forward. Further, four gas discharge openings 285 formed in the lid material 28 are positioned on the gas discharge passages 261 of the valve seat plates 25, and the lower surface of the lid material 28 is placed on the valve seat plates 25. It comes into contact with the front surface of the front protrusion 251.
  • a laser beam is irradiated from above the lid material 28 along the annular scanning locus a surrounding the four gas discharge openings 285, and the lid material 28 is subjected to the above.
  • An annular welding portion surrounding each gas discharge opening 285 is welded and fixed to the front surface of each front protrusion 251 of each valve seat plate 25.
  • laser light is irradiated from above the lid material 28 by a laser head along the annular scanning locus b surrounding the two wiring openings 286, and the lid material 28 is provided with an annular shape surrounding each wiring opening 286.
  • the welded portion is welded and fixed to the front surface of the front protruding portion 251 of the valve seat plate 25.
  • FIG. 10 is a plan view of the intermediate assembly of FIG. 7 and shows an explanatory view of another example of the trajectory of irradiating the laser beam.
  • the lid material 28 that irradiates the laser beam along the scanning locus shown in FIG. 10 and closes the opening of the case of the valve body 20 is placed on the front surface of the front protrusion 251 of the valve seat plate 25.
  • the intermediate assembly 60 can also be assembled by welding and fixing.
  • the laser head is used from above the lid material 28 along the annular scanning locus c that surrounds all of the two gas discharge openings 285 and one wiring opening 286 for each valve seat plate 25. Irradiate with laser light. Then, the lid material 28 is attached to the front surface of the front protruding portion 251 of each valve seat plate 25 by an annular welding portion surrounding both the gas discharge opening 285 and the wiring opening 286 for each valve seat plate 25. Weld and fix to.
  • the lid member 28 can be welded and fixed to the front surface of the valve seat plate 25 to assemble the intermediate assembly 60. it can.
  • FIG. 11 shows an explanatory view of how the intermediate assembly of FIG. 7 is assembled to the valve body.
  • FIG. 12 shows an explanatory view of the valve assembly in which the intermediate assembly of FIG. 7 is assembled to the valve body and welded and fixed.
  • FIG. 13 is a plan view of the bulb assembly of FIG. 12, and shows an explanatory view of a trajectory for irradiating a laser beam.
  • a laser beam is irradiated along the scanning locus shown in FIG. 13, and the lid material 28 of the intermediate assembly 60 is welded and fixed to the case tip surface of the valve body 20 to form a valve assembly.
  • Assemble 70 is a laser beam is irradiated along the scanning locus shown in FIG. 13, and the lid material 28 of the intermediate assembly 60 is welded and fixed to the case tip surface of the valve body 20 to form a valve assembly.
  • Assemble 70 is a laser beam is irradiated along the scanning locus shown in FIG. 13, and the lid material 28 of the intermediate assembly 60 is
  • the valve seat plate 25 of the intermediate assembly 60 is arranged inside the valve body 20, as shown in FIG. 13, along the annular scanning locus d on the outer peripheral portion of the lid member 28.
  • the laser head irradiates the lid material 28 with a laser beam.
  • the lid material 28 is welded and fixed to the tip surface of the case at the annular welding portion on the outer peripheral portion.
  • the double scanning locus d is shown, but the present invention is not limited to this, and can be changed according to conditions such as laser output and scanning speed.
  • a well-known light-transmitting resin material that sufficiently transmits laser light can be used for the lid material 28. Further, a well-known light-absorbing resin material that sufficiently absorbs laser light can be used for the valve seat plate 25 and the valve body 20.
  • the two valve seat plates 25 are welded and fixed to the lid material 28 to assemble the intermediate assembly 60 is shown, but the present invention is not limited thereto.
  • the intermediate assembly 60 may be assembled by welding and fixing one valve seat plate 25 to the lid member 28. Further, the intermediate assembly 60 can be assembled by welding and fixing three or more valve seat plates 25 to the lid member 28.
  • the wiring 263 exposed on the front surface of the plate 25 has a wiring opening 286 extending forward. Therefore, even if the annular welding portion surrounding both the gas discharge opening 285 and the wiring opening 286 is welded and fixed to the front surface of the front protruding portion 251 where the gas discharge passage 261 of the valve seat plate 25 opens. , It is possible to prevent air leakage from the gas discharge opening 285 and the wiring opening 286 of the lid material 28.
  • the lid material 28 that closes the opening of the case of the valve body 20 is welded and fixed to the tip surface of the case by an annular welded portion on the outer peripheral portion. Therefore, even when the external dimensions are limited, the wall thickness of the case opening can be secured, the case opening does not swell due to the supply pressure of the compressed gas, and air leakage from the case opening is prevented. can do.
  • the lid material 28 that closes the opening of the case of the valve body 20 is welded and fixed to the front surface of the front protrusion 251 of the valve seat plate 25 to form an intermediate assembly 60. Then, after the valve seat plate 25 of the intermediate assembly 60 is arranged inside the valve body 20, the lid member 28 is welded and fixed to the tip surface of the case to form the valve assembly 70. It can be easily assembled.
  • valve seat plates 25 can be welded and fixed to the lid material 28 that closes the opening of the case of the valve body 20. Therefore, even if the number of valves increases, air leakage can be prevented and the valve can be easily assembled.
  • the piezoelectric valve of the present invention can be used as a piezoelectric valve that opens and closes the valve by utilizing the displacement of the laminated piezoelectric element.

Abstract

外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、バルブ本体の内部に配設されるプレートと、プレートに固定され、プレートともにバルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、バルブ本体は、前面が開口するケースであって、プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されている。

Description

圧電式バルブ及び該圧電式バルブの製造方法
　本発明は、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブ、及び該圧電式バルブの製造方法に関する。
　従来、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行い、圧縮気体を噴出する圧電式バルブが知られている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
　前記圧電式バルブは、高速応答性能に優れる積層型圧電素子の特性を利用する。また、前記積層型圧電素子の小さな変位をテコの原理に基づき拡大する変位拡大機構を備える。
　特許文献１，２に記載された圧電式バルブは、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に配設される弁座プレートと、弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子を有する。また、圧電式バルブは、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記弁座プレートの両面に固定され、前記弁座プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータを備える。また、前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、該ケースの開口が前記弁座プレートの前面に設けられる蓋材により閉鎖される。
　ところで、特許文献１に記載された圧電式バルブは、弁座プレート毎に一体に設けられる蓋材を、バルブ本体のケース前面に中間スペーサ及びガスケットを介してネジにより組み付ける構造のため、外形寸法が大きくなるとともに、エア漏れが生じる懸念がある。
　また、特許文献１に記載された圧電式バルブは、前記弁座プレート毎に前記蓋材を、前記バルブ本体のケース前面に中間スペーサ及びガスケットを介してネジにより組み付ける構造のため、組み立てが煩雑となる懸念がある。
　他方、特許文献２に記載された圧電式バルブは、弁座プレートの前面に設けられる蓋材を、バルブ本体のケース開口部内に嵌入して組み付ける構造のため、外形寸法が制限される場合には、ケース開口部の肉厚を確保することができない。そのため、剛性が不足して圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らみエア漏れが生じる懸念がある。
　また、特許文献２に記載された圧電式バルブは、前記蓋材に形成される開口部に前記弁座プレートの前方突出部を嵌合して組み付ける構造のため、前記蓋材の前記開口部からエア漏れが生じる懸念がある。
　さらに、特許文献２に記載された圧電式バルブは、前記蓋材の前記開口部に前記弁座プレートの前方突出部を嵌合し、前記蓋材の下面四隅に垂下される部材にピンを挿入して前記弁座プレートを抜け止めする構造のため、組み立てが煩雑となる懸念がある。
特開２０１３－１２４６９５号公報 特開２０１７－５１８９４号公報
　そこで、本発明は、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる圧電式バルブ、及び該圧電式バルブの製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一つの態様では、
　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
　本発明の他の態様の圧電式バルブは、
　前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモール
ドされており、
　前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
　上記目的を達成するため、本発明の他の態様では、
　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする。
　本発明の他の態様の圧電式バルブは、
　前記蓋材が、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されていることが好ましい。
　また、上記目的を達成するため、本発明の他の態様では、
　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、
　前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする。
　本発明の他の態様の圧電式バルブの製造方法は、
　前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
　前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、
　前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設することが好ましい。
　上記目的を達成するため、本発明の他の態様では、
　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、
　前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を
溶着固定することを特徴とする。
　本発明の他の態様の圧電式バルブの製造方法は、
　複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定することが好ましい。
　本発明の圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材の前記気体排出用開口からのエア漏れを防止することができる。
　本発明の一の態様によれば、圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されているので、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができるため、圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材に溶着固定された前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材を前記ケースの先端面に溶着固定することで、容易に組み立てることができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブは、前記プレートには、アクチュエータの積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、前記蓋材が、前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されていれば、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる。
　また、本発明の他の態様によれば、圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブは、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用
開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定されているので、前記蓋材に溶着固定された前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材を前記ケースの先端面に溶着固定することで、容易に組み立てることができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブは、前記蓋材が、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されていれば、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定するので、前記蓋材の前記気体排出用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができるため、圧縮気体の供給圧力によりケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートをバルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、前記蓋材が、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定することとすれば、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
また、本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定するので、前記蓋材の前記気体排出用開口及び前記配線用開口からのエア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、ケースの開口を閉鎖する蓋材が、プレートの気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口の両方を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定するので、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
　本発明の他の態様によれば、圧電式バルブの製造方法は、複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定することとすれば、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができる圧電式バルブを製造することができるとともに、圧電式バルブを容易に組み立てることができる。
図１は圧電式バルブの斜視図である。 図２は圧電式バルブの組立分解図である。 図３はアクチュエータの説明図である。 図４は弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の説明図である。 図５は圧電式バルブの断面図であって、弁座プレートをバルブ本体内部に配設した状態の説明図である。 図６は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定する様子の説明図である。 図７は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定した中間組立体の説明図である。 図８は図７の中間組立体の正面図である。 図９は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図である。 図１０は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の他の例の説明図である。 図１１は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付ける様子の説明図である。 図１２は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付けて溶着固定したバルブ組立体の説明図である。 図１３は図１２のバルブ組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図である。
　本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１は圧電式バルブの一例であって斜視図を示す。図２は図１の圧電式バルブの組立分解図を示す。図３はアクチュエータの説明図を示す。図４は弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の説明図を示す。図５は図１の圧電式バルブの断面図であって、弁座プレートをバルブ本体内部に配設した状態の説明図を示す。
　図１乃至図５に示す圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０、前記バルブ本体２０の内部に配設されるとともに該バルブ本体２０に固定される弁座プレート２５、前記弁座プレート２５の両面にネジで固定されるアクチュエータ３０を備える。
　前記バルブ本体２０は、前面が開口するケースであって、内部には外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室を備える。
　また、前記バルブ本体２０の前側には、コネクタ部５０が設けられる。前記コネクタ部５０の前面には、該バルブ本体２０内に圧縮気体を吸入する気体吸入口５１及び前記圧縮気体を排出する気体排出口５２が開口する。
　前記バルブ本体２０と前記コネクタ部５０の間には、積層型圧電素子３２（以下、「圧電素子」という）に給電するための配線基板５５が配設される。また、前記コネクタ部５０の一側端であって前記バルブ本体２０の側方位置に、前記配線基板５５を介して前記圧電素子３２に給電するための配線コネクタ２９が配設される。
　前記弁座プレート２５は、前記アクチュエータ３０の取り付け部を両面に備えるとともに、前記アクチュエータ３０の後述する弁体３１が当接する弁座２６を有する。また、前記弁座プレート２５には、前記弁座２６の弁座面から前記コネクタ部５０の前記気体排出口５２へ連通する気体排出路２６１が形成され、前記気体排出路２６１は前記弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に開口する。
　前記弁座プレート２５は合成樹脂材料により成形され、前記配線基板５５から前記圧電素子３２へ給電するための配線２６３がモールドされており、前記配線２６３の先端が前記前方突出部２５１の前面に露出する。
　また、前記弁座プレート２５の後方位置には、図示しない前記圧電素子３２のリード線と接続される前記配線の電極が露出する。
　前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面には、前記バルブ本体２０の前記ケースの開口を閉鎖する蓋材２８が設けられる。
　前記蓋材２８には、前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５、及び前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に露出する前記配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６が形成される。
　また、前記蓋材２８には、前記コネクタ部５０の前面に開口する気体吸入口５１から前記バルブ本体２０内に連通する気体吸入路２８２が形成される。
　前記アクチュエータ３０は、図３に示すように、ゴム製好ましくは滑性ゴムの弁体３１、該弁体３１の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子３２、前記圧電素子３２の変位を拡大して前記弁体３１に作用させる変位拡大機構３３を備える。
　前記圧電素子３２には、例えば内部電極層が露出する側面を含む全周面がエポキシ樹脂で薄く被覆された樹脂外装型圧電素子を用いることができる。
　前記変位拡大機構３３は、前記圧電素子３２の変位を拡大する変位拡大部３４と、前記圧電素子３２の変位を前記変位拡大部３４に伝達する変位伝達部３５を有する。変位拡大機構３２は、前記弁体３１の動作方向の軸線、ここでは、前記弁体３１と前記圧電素子３２の長手方向軸線を結ぶ直線に対して対称に配置される。
　前記変位伝達部３５は、前記圧電素子３２の一端が接合されるＵ字状のベース基板３６と、前記圧電素子３２の他端が接合されるキャップ部材３７を有する。前記圧電素子３２が前記Ｕ字状のベース基板３６の空間内に配設されることで、前記変位拡大機構３３は前記圧電素子３２の長手方向軸線を中心として対称な配置とされる。
　ここで、前記圧電素子３２は、前記Ｕ字状のベース基板３６の空間内であって該ベース基板３６のＵ字状底部３６１と前記キャップ部材３７との間に例えば接着剤を介して組み込まれる。前記ベース基板３６のＵ字状底部３６１を塑性変形させることで、圧電素子３２は、前記一端が前記ベース基板３６のＵ字状底部３６１に接合され、前記他端が前記キャップ部材３７に接合される。
　前記変位拡大部３４は、前記弁体３１と前記圧電素子３２の長手方向軸線を結ぶ直線に対して対称な配置とされる第１及び第２変位拡大部３４ａ，３４ｂから構成される。
　前記第１変位拡大部３４ａは、第１及び第２ヒンジ３９，４０、第１アーム４１及び第１
板バネ４２を有する。前記第１アーム４１は前記第１ヒンジ３９により前記Ｕ字状のベース基板３６の一方側先端に対し一体とされ、前記第２ヒンジ４０により前記キャップ部材３７に対し一体とされる。前記第１アーム４１の外側先端部には、前記第１板バネ４２の一端が接合される。
　他方、前記第２変位拡大部３４ｂは、第３及び第４ヒンジ４３，４４、第２アーム４５及び第２板バネ４６を有する。前記第２アーム４５は前記第３ヒンジ４３により前記Ｕ字状のベース基板３６の他方側先端に対し一体とされ、前記第４ヒンジ４４により前記キャップ部材３７に対し一体とされる。前記第２アーム４５の外側先端部には、前記第２板バネ４６の一端が接合される。
　ここで、前記変位拡大機構３３は、例えば前記第１及び第２板バネ４２，４６を除き、インバー材を含むステンレス材等の金属材料を打ち抜いて一体に成形することができる。
　また、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６は、例えば一枚の金属板材から成形することができる。ここでは、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６は、前記圧電素子３２の長手方向軸線に対し対称であって中央部分に前記弁体３１の設置部４８、例えば前記圧電素子３２の長手方向軸線に直交する平坦な設置面を有する形状に成形された一枚の金属板材の両側部分に形成されている。そして、前記第１及び第２板バネ４２，４６の一端は、それぞれ前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部に接合されている。前記弁体３１は、前記第１及び第２板バネ４２，４６の他端間であって前記圧電素子３２の長手方向軸線上に位置する前記設置部４８に設けられている。
　なお、前記第１板バネ４２と前記第２板バネ４６を別部材により成形し、前記第１板バネ４２の他端に前記弁体３１の一方側の側端部を接合し、前記第２板バネ４６の他端に前記弁体３１の他方側の側端部を接合することもできる。これにより、前記第１及び第２板バネ４２，４６の他端間に前記弁体３１を設けることもできる。
　前記アクチュエータ３０は、閉弁状態において前記圧電素子３２に通電すると、当該圧電素子３２が伸長する。当該圧電素子３２の伸長に伴う変位は、前記変位拡大機構３３において、前記第１及び第３ヒンジ３９，４３を支点、前記第２及び第４ヒンジ４０，４４を力点、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部を作用点としてテコの原理により拡大される。これにより、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部を大きく変位させる。
　そして、前記第１及び第２アーム４１，４５の外側先端部の変位は、前記第１及び第２板バネ４２，４６を介して前記弁体３１を前記弁座２６から離間させ、前記気体排出路２６１を開放する。
　他方、上記アクチュエータ３０は、前記圧電素子３２への通電が解除されると該圧電素子３２が収縮し、当該収縮が前記変位拡大機構３３を介して前記弁体３１を前記弁座２６に着座させ、前記気体排出路２６１を閉鎖する。
　図６は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定する様子の説明図を示す。図７は図４の弁座プレートの前面に蓋材を溶着固定した中間組立体の説明図を示す。図８は図７の中間組立体の正面図を示す。図９は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図を示す。
　本発明の実施の形態では、図９に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てる。ここでは、前記蓋材２８に２つの弁座プレート２５を溶着固定して中間組立体６０とする例を示す。
　まず、前記蓋材２８に形成される２つの配線用開口２８６に前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に露出する各配線２６３を挿通して前方へ延出させる。また、前記蓋材２８に形成される４つの気体排出用開口２８５を前記各弁座プレート２５の各気体排出路２６１上に位置させて、前記蓋材２８の下面を前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に当接させる。
　次に、図９に示すように、４つの前記気体排出用開口２８５を囲む環状の走査軌跡ａに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記各気体排出用開口２８５を囲む環状の溶着部で前記各弁座プレート２５の前記各前方突出部２５１の前面に溶着固定する。また、２つの前記配線用開口２８６を囲む環状の走査軌跡ｂに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射し、前記蓋材２８を、前記各配線用開口２８６を囲む環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に溶着固定する。
　図１０は図７の中間組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の他の例の説明図を示す。
　本発明の実施の形態では、図１０に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
　その場合、図１０に示すように、弁座プレート２５毎に２つの気体排出用開口２８５及び１つの配線用開口２８６の全てを囲む環状の走査軌跡ｃに沿って蓋材２８上からレーザー
ヘッドによりレーザー光を照射する。そして、前記蓋材２８を、前記弁座プレート２５毎に前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６の両方を囲む環状の溶着部で前記各弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の前面に溶着固定する。
　なお、図９に示す走査軌跡ａ，ｂと、図１０に示す走査軌跡ｃを組み合わせることで、前記蓋材２８を前記弁座プレート２５の前面に溶着固定して中間組立体６０を組み立てることもできる。
　図１１は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付ける様子の説明図を示す。図１２は図７の中間組立体をバルブ本体に組み付けて溶着固定したバルブ組立体の説明図を示す。図１３は図１２のバルブ組立体の平面図であって、レーザー光を照射する軌跡の説明図を示す。
　本発明の実施の形態では、図１３に示す走査軌跡に沿ってレーザー光を照射し、前記中間組立体６０の蓋材２８を、前記バルブ本体２０のケース先端面に溶着固定してバルブ組立体７０を組み立てる。
　本発明の実施の形態では、中間組立体６０の弁座プレート２５をバルブ本体２０の内部に配設した後、図１３に示すように、蓋材２８の外周部における環状の走査軌跡ｄに沿って前記蓋材２８上からレーザーヘッドによりレーザー光を照射する。そして、前記蓋材２８を、前記外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定する。
　図１３に示す例では、二重の走査軌跡ｄを示しているが、これに限定されるものでなく、レーザーの出力や走査速度等の条件に応じて変更することができる。
　本発明の実施の形態において、前記蓋材２８には、レーザー光を十分に透過する周知の光透過性樹脂材料を用いることができる。また、前記弁座プレート２５及び前記バルブ本体２０には、レーザー光を十分に吸収する周知の光吸収性樹脂材料を用いることができる。
　上記本発明の実施の形態では、前記蓋材２８に２つの前記弁座プレート２５を溶着固定して中間組立体６０を組み立てる例を示したが、これに限定されるものでない。前記蓋材２８に１つの前記弁座プレート２５を溶着固定して前記中間組立体６０を組み立ててもよい。また、前記蓋材２８に３つ以上の前記弁座プレート２５を溶着固定して前記中間組立体６０を組み立てたりすることもできる。
　本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、弁座プレート２５の気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５及び前記弁座プレート２５の前面に露出する配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６を有し、前記気体排出用開口２８５を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口２８６を囲む
環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１が開口する前方突出部２５１の前面に溶着固定されるので、前記蓋材２８の前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６からのエア漏れを防止することができる。
　また、本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、弁座プレート２５の気体排出路２６１に連通する気体排出用開口２８５及び前記弁座プレート２５の前面に露出する配線２６３が前方へ延出する配線用開口２８６を有する。そのため、前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６の両方を囲む環状の溶着部で前記弁座プレート２５の前記気体排出路２６１が開口する前方突出部２５１の前面に溶着固定されるとしても、前記蓋材２８の前記気体排出用開口２８５及び前記配線用開口２８６からのエア漏れを防止することができる。
　本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８が、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されている。そのため、外形寸法が制限される場合でも、ケース開口部の肉厚を確保することができ、圧縮気体の供給圧力により前記ケース開口部が膨らむことがなく、前記ケース開口部からのエア漏れを防止することができる。
　本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８を、弁座プレート２５の前方突出部２５１の前面に溶着固定して中間組立体６０とする。そして、前記中間組立体６０の前記弁座プレート２５を前記バルブ本体２０の内部に配設した後、前記蓋材２８を前記ケースの先端面に溶着固定してバルブ組立体７０とすることで、容易に組み立てることができる。
　本発明の実施の形態における圧電式バルブは、バルブ本体２０のケースの開口を閉鎖する蓋材２８に３つ以上の弁座プレート２５を溶着固定することができる。そのため、バルブ数が増加した場合でも同様に、エア漏れを防止することができるとともに、容易に組み立てることができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、その構成を適宜変更できることはいうまでもない。
　本発明の圧電式バルブは、積層型圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブに利用することができる。

Claims (8)

  1. 　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
    　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
    　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
    　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
    　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
    　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする圧電式バルブ。
  2. 　前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
    　前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有し、前記気体排出用開口を囲む環状の溶着部及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記前面に溶着固定されている請求項１記載の圧電式バルブ。
  3. 　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
    　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
    　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブにおいて、
    　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
    　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
    　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有し、前記気体排出用開口及び前記配線用開口を囲む環状の溶着部で前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に溶着固定され、外周部における環状の溶着部で前記ケースの先端面に溶着固定されていることを特徴とする圧電式バルブ。
  4. 　前記蓋材は、複数の前記プレートの前記前面に溶着固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電式バルブ。
  5. 　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
    　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
    　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
    　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
    　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられており、
    　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口を有しており、
    　前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする圧電式バルブの製造方法。
  6. 　前記プレートには、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
    　前記蓋材は、前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口をさらに有しており、
    　前記蓋材上から前記気体排出用開口を囲む環状の軌跡及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設する請求項５記載の圧電式バルブの製造方法。
  7. 　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
    　前記バルブ本体の内部に配設されるプレートと、
    　前記気体圧力室から圧縮気体を排出する気体排出路を開閉する弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する積層型圧電素子、前記積層型圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートに固定され、前記プレートともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備える圧電式バルブの製造方法において、
    　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
    　前記プレートには、前記気体排出路及び前記気体排出路を開閉する前記アクチュエータの前記弁体が当接する弁座が設けられるとともに、前記アクチュエータの前記積層型圧電素子に給電する配線がモールドされており、
    　前記ケースの開口を閉鎖する蓋材は、前記プレートの前記気体排出路に連通する気体排出用開口及び前記プレートの前面に露出する前記配線が前方へ延出する配線用開口を有しており、
    　前記蓋材上から前記気体排出用開口及び前記配線用開口を囲む環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記プレートの前記気体排出路が開口する前面に前記蓋材を溶着固定し、前記プレートを前記バルブ本体の内部に配設した後、前記蓋材上から前記蓋材の外周部における環状の軌跡に沿ってレーザー光を照射して前記ケースの先端面に前記蓋材を溶着固定することを特徴とする圧電式バルブの製造方法。
  8. 　複数の前記プレートの前記前面に前記蓋材を溶着固定する請求項５乃至７のいずれかに記載の圧電式バルブの製造方法。
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