JP7254285B2 - 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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Description
また、前記圧電式バルブは、前記積層型圧電素子への電圧印加を解除すると、該積層型圧電素子の原状復帰に伴う復帰力が前記変位拡大機構を介して前記弁体に伝わり、該弁体を速やかに弁座に当接させて閉弁する。
しかしながら、前記積層型圧電素子は、圧電セラミック層を有するために構造的に脆く、前記圧電式バルブの使用に際し、圧縮気体とともに破損片が噴出するおそれがある。
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であって、
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、
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、
前記積層型圧電素子が、前記アクチュエータに一体化された状態でシリコーンにより表面を被覆されていることを特徴とする。
前記積層型圧電素子が、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記積層型圧電素子との間に隙間を空けて位置する一対の突条片の間に充填されたシリコーンにより表面を被覆されている。
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートをさらに備え、前記アクチュエータは前記プレートに固定され、該プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるものであって、
前記プレートの表面には、前記アクチュエータが前記プレートに固定された際、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記隙間を空けて位置する前記一対の突条片が設けられており、
前記積層型圧電素子が、前記アクチュエータが前記プレートに固定された状態で前記一対の突条片の間に充填されたシリコーンにより表面を被覆されていることが好ましい。
また、作業性を考慮して、一液型の常温硬化タイプのシリコーンゴムを用いることが好ましく、例えば、信越化学工業株式会社製の低粘度シリコーンゴム「KE-3475(品名)」等を用いることが好ましい。
前記変位拡大機構は金属材料により形成される一方で、樹脂材料により形成される前記プレートには前記積層型圧電素子に給電するための配線がモールドされてなり、
前記プレートから露出する前記配線の電極が、前記積層型圧電素子のリード線と接続された状態で絶縁性材料により被覆されていることが好ましい。
前記変位拡大機構が金属材料により形成されてなり、
前記積層型圧電素子のリード線が、前記変位拡大機構の表面に貼着される絶縁用フィルム上に配置されることが好ましい。
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であって、
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、
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、
前記アクチュエータに一体化された前記積層型圧電素子の表面上にシリコーンを供給し、前記シリコーンにより前記積層型圧電素子の表面を被覆することを特徴とする。
前記アクチュエータに一体化された前記積層型圧電素子の表面上にシリコーンを供給し、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記積層型圧電素子との間に隙間を空けて位置する一対の突条片の間に充填される前記シリコーンにより前記積層型圧電素子の表面を被覆する。
前記バルブ本体の内部に配設されるプレートをさらに備え、前記アクチュエータは前記プレートに固定され、該プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるものであって、
前記プレートの表面には、前記アクチュエータが前記プレートに固定された際、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記隙間を空けて位置する前記一対の突条片が設けられており、
前記積層型圧電素子を前記アクチュエータに一体化し、前記アクチュエータを前記プレートに固定した後、前記積層型圧電素子の表面上にシリコーンを供給し、前記一対の突条片の間に充填される前記シリコーンにより前記積層型圧電素子の表面を被覆することが好ましい。
図1は、積層型圧電素子(以下、「圧電素子」という)の代表例であって断面図を示す。
図1に示す圧電素子1は、圧電セラミック層2と内部電極層3を交互に積層した積層体4を有する。前記積層体4は、対向する側面に前記内部電極層3が露出し、前記各側面のそれぞれにおいて前記露出した内部電極層3が一層おきに絶縁層5で被覆され、さらに、前記絶縁層5を覆いかつ前記絶縁層5によって被覆されていない前記内部電極層3と導通する外部電極6を有する。
図2乃至図6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。
また、前記バルブ本体20の前面には、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。
前記弁座プレート25は、例えば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への配線がモールドされる。
また、前記弁座プレート25の後方位置には、図8に後述するように前記圧電素子32のリード線57と接続される前記配線の電極58が露出する。
前記圧電素子32には、図1に示す圧電素子を用いることができる。また、前記圧電素子32には、内部電極層3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もできる。
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ヒンジ39の一端は前記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の一端は前記キャップ部材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、該第1板バネ42の他端には前記弁体31の一方側の側端部が接合される。
ここで、前記変位拡大機構33は、例えば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。
図7に示すアクチュエータは、圧電素子32が一体化された状態で、当該圧電素子32の表面、即ち、前記圧電素子32の少なくとも内部電極層が露出する側面がシリコーン8により被覆されている。
本発明の実施の形態における圧電式バルブにおいて、弁座プレート25の表面におけるアクチュエータ30の取り付け部には、前記アクチュエータ30がネジで固定された際、前記圧電素子32と前記変位伝達部35の間であって前記圧電素子32の長手方向(伸縮方向)両側に隙間を空けて位置する一対の突条片27が設けられる。
また、作業性を考慮して、一液型の常温硬化タイプのシリコーンゴムを用いることが好ましく、例えば、信越化学工業株式会社製の低粘度シリコーンゴム「KE-3475(品名)」等を用いることが好ましい。
本発明において、低透湿性フィルムとは、厚み1mmの材料の温度40℃、相対湿度95%の環境下における透湿度が0.5g/m2・24hr以下の樹脂フィルムをいう。
前記低透湿性フィルムには、低透湿性材料からなる樹脂フィルム、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリオレフィン系樹脂フィルムを用いることができる。また、前記低透湿性フィルムには、フッ素等の低透湿剤をコーティングする等の低透湿加工を施した樹脂フィルムを用いることもできる。
(1)圧縮エア供給圧力:0.15MPa(大気圧下のゲージ圧値)
(2)駆動電圧:72V
(3)圧縮エア設定流量:39L/min
(4)入力信号:第1プレパルス時間 t1=0.098ms
第1休止時間 t2=0.08ms
第2プレパルス時間 t3=0.6ms
第2休止時間 t4=0.03ms
メインパルス時間 t5=0.192ms
(圧電素子の通電時間:1ms)
(5)エア噴出圧検出位置:気体排出路先端より2mm
両者を比較した場合、エアの噴出圧特性はほぼ一致しており、本発明の実施の形態における圧電式バルブでは、圧電素子の高温・高湿環境下での絶縁抵抗の低下を防ぐために、前記圧電素子の表面を前記シリコーンによりある程度厚く被覆する場合でも、圧電素子の動きが妨げられていないことが確認できた。
2 セラミック層
3 内部電極層
4 積層体
5 絶縁層
6 外部電極
7 リード線
8 シリコーン
10 圧電式バルブ
20 バルブ本体
25 弁座プレート
26 弁座
27 突条片
28 蓋材
29 配線コネクタ
30 アクチュエータ
31 弁体
32 積層型圧電素子
33 変位拡大機構
34 変位拡大部
35 変位伝達部
36 ベース基板
37 キャップ部
39 第1ヒンジ
40 第2ヒンジ
41 第1アーム
42 第1板バネ
43 第3ヒンジ
44 第4ヒンジ
45 第2アーム
46 第2板バネ
50 コネクタ部
51 気体吸入口
52 気体排出口
55 配線基板
57 リード線
58 電極
62 絶縁用フィルム
Claims (6)
- 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であって、
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、
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、
前記積層型圧電素子は、前記アクチュエータに一体化された状態で前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記積層型圧電素子との間に隙間を空けて位置する一対の突条片の間に充填されたシリコーンにより表面を被覆されていることを特徴とする圧電式バルブ。 - 前記バルブ本体の内部に配設されるプレートをさらに備え、前記アクチュエータは前記プレートに固定され、該プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるものであって、
前記プレートの表面には、前記アクチュエータが前記プレートに固定された際、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記隙間を空けて位置する前記一対の突条片が設けられており、
前記積層型圧電素子は、前記アクチュエータが前記プレートに固定された状態で前記一対の突条片の間に充填されたシリコーンにより表面を被覆されている請求項1記載の圧電式バルブ。 - 前記変位拡大機構は金属材料により形成される一方で、前記プレートには前記積層型圧電素子に給電するための配線がモールドされてなり、
前記プレートから露出する前記配線の電極が、前記積層型圧電素子のリード線と接続された状態で絶縁性材料により被覆されている請求項2記載の圧電式バルブ。 - 前記変位拡大機構は金属材料により形成されてなり、
前記積層型圧電素子のリード線は、前記変位拡大機構の表面に貼着される絶縁用フィルム上に配置される請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電式バルブ。 - 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であって、
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、
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、
前記アクチュエータに一体化された前記積層型圧電素子の表面上にシリコーンを供給し、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記積層型圧電素子との間に隙間を空けて位置する一対の突条片の間に充填される前記シリコーンにより前記積層型圧電素子の表面を被覆することを特徴とする圧電式バルブの製造方法。 - 前記バルブ本体の内部に配設されるプレートをさらに備え、前記アクチュエータは前記プレートに固定され、該プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるものであって、
前記プレートの表面には、前記アクチュエータが前記プレートに固定された際、前記積層型圧電素子の長手方向両側に前記隙間を空けて位置する前記一対の突条片が設けられており、
前記積層型圧電素子を前記アクチュエータに一体化し、前記アクチュエータを前記プレートに固定した後、前記積層型圧電素子の表面上にシリコーンを供給し、前記一対の突条片の間に充填される前記シリコーンにより前記積層型圧電素子の表面を被覆する請求項5記載の圧電式バルブの製造方法。
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