WO2011067891A1 - 圧電駆動式バルブ及び圧電駆動式流量制御装置 - Google Patents

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平田薫
永瀬正明
池田信一
土肥亮介
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Definitions

  • the collar portion 26c receives a pressing force from the lower end of the cylindrical body fixing / guide body 24 and presses the presser adapter 4, and the insertion hole 26d has a piezoelectric actuator supporting cylindrical body.
  • the wall of the reduced diameter portion 23d is inserted, and the fitting portion 26e is located between the lower pedestal 9 and the wall of the support cylinder 23, and the three members 9, 23, 26 Acts to perform positioning.
  • the pressure type flow control device adjusts the pressure P1 by the control valve on the upstream side of the orifice under a state where the upstream pressure P1 of the orifice is maintained at about twice or more of the downstream pressure P2, and thereby the downstream side of the orifice is controlled.
  • the control valve is assembled by the piezoelectric actuator support cylinder 23 in which the metal diaphragm valve body 2, the presser adapter 4, and the diaphragm presser 3 are fixed in the hole 1 a of the valve body 1, the elastic member 18, the split base 26, and the lower base 9.
  • the piezoelectric actuator support cylinder 23 is inserted into the valve body 1 via the cylinder fixing / guide body 24.
  • the ball 8a, the piezoelectric actuator 10, the upper pedestal 11, and the bearing 28 in this order into the piezoelectric actuator support cylinder 23, and adjusting the tightening amount of the positioning bag nut 12 that forms the positioning material.
  • the operation stroke of the metal diaphragm valve body 2 by the piezoelectric actuator 10 is finely adjusted to a set value.
  • the split base 26, the support cylinder body 23, the lower pedestal 9, the elastic member 18, the diaphragm retainer 3, the diaphragm valve body 2 and the like are all in a predetermined position as described above.
  • the shafts of the ball 8a, the piezoelectric actuator 10, the support cylinder 23, and the like are made to coincide with each other with extremely high accuracy by tightening the positioning member 12.
  • a pushing force of about 40 to 80 kgf acts on the piezoelectric actuator support cylinder 23, and the piezoelectric actuator support cylinder 23 is held in the elastic member 18 in a state where the shaft core is held by the O-ring 25 of the cylinder fixing / guide body 24. It rises by the set value against the elastic force. As a result, the diaphragm valve body 2 is separated from the valve seat by the elastic force and is opened.
  • the required operation time from the fully closed valve to the fully opened state is about 30 msec or less.
  • the support cylinder further includes a support cylinder that accommodates and supports both the piezoelectric actuator and the heat dissipation spacer, and the support cylinder is made of a material having at least the same thermal expansion coefficient as the heat dissipation spacer. Preferably it is formed.
  • the second cylinder portion 23L is formed of the same material as the heat dissipation spacer 40.
  • the second cylindrical portion 23L is preferably formed of a material having a low coefficient of thermal expansion (preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less) such as an invar material such as invar, super invar, or stainless invar.
  • the first tube portion 23U is also preferably formed of a material having a small thermal expansion coefficient, and can be formed of the same material as the second tube portion 23L.
  • the heat dissipation spacer 40 is preferably a highly heat conductive material such as a metal or an alloy, and an Invar material is also suitable in this respect.
  • the support cylinder 23A is supported so as to be movable up and down.
  • the upper wall 26b of the split base 26 passes through a hole 23a formed in the lower portion of the side wall of the support cylinder 23A and extends to the lower portion of the heat dissipation spacer 40 to constitute a support portion that supports the heat dissipation spacer 40.
  • the elastic member 18 is accommodated in the lower portion of the upper wall 26b of the split base 26 that constitutes the support portion. Therefore, the elastic member 18 urges the support cylinder 23A downward in the drawing so that the valve body 2 closes the fluid flow path 1b by the drag from the upper wall 26b of the split base 26 constituting the support portion. To do.
  • the piezoelectric actuator 10 since the heat dissipation spacer 40 lifts and supports the piezoelectric actuator 10, the piezoelectric actuator 10 is disposed on a drive path for opening and closing the valve body 2. That is, the heat dissipation spacer 40 forms an extension structure that substantially extends the length of the piezoelectric actuator 10 in the extending direction, that is, the piezoelectric element stacking direction.

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Abstract

　圧電アクチュエータの使用範囲温度を超える温度の流体でも制御可能な圧電駆動式バルブ及び圧電駆動式流体制御装置を提供する。　流体流路１ｂを開閉するための弁体２と、圧電素子の伸長を利用して弁体２を開閉駆動するための圧電アクチュエータ１０と、圧電アクチュエータ１０を流体流路１ｂから遠ざけるように持上げ支持するとともに、流体流路１ｂを流れる流体から圧電アクチュエータ１０へ伝わる熱を放熱するための放熱スペーサ４０と、を備え、さらに、好ましくは、圧電アクチュエータ１０及び放熱スペーサ４０の双方を収容して支持する支持筒体２３Ａと、を有し、支持筒体２３Ａは、少なくとも放熱スペーサ４０を収容する部分が放熱スペーサ４０と同じ熱膨張係数を有する材料で形成されている。

Description

圧電駆動式バルブ及び圧電駆動式流量制御装置
　本発明は、圧電アクチュエータを利用して弁体を開閉制御することにより流体流量を制御する圧電駆動式バルブ及び該圧電駆動式バルブを備える圧電駆動式流量制御装置に関する。
　従来、この種の圧電駆動式バルブ及び圧電駆動式流量制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１、２等）。
　従来の圧電駆動式バルブを備える圧電駆動式流量制御装置の一例を、図２～図６を参照して以下に説明する。図２において、１は弁本体、１ａは弁本体に設けた孔部、２は金属ダイヤフラム弁体、３はダイヤフラム押え、４は押えアダプター、８ａはボール、９は下部受台、１０は圧電アクチュエータ、１１は上部受台、１２は位置決め用袋ナット、１３はロックナット、１４は保護ケース、１５はコネクター、１８は皿ばねを積み重ねた弾性部材である。また、２３は圧電アクチュエータ支持筒体、２４は筒体固定・ガイド体、２５はＯリング、２６は割りベース、２７は取付用ボルト、２８はベアリングである。
　尚、図２に示した例では、下部受台９と圧電アクチュエータ１０との間に別途に形成したボール８ａを介挿するようにしているが、圧電アクチュエータ１０の下端面の中央に先端が球面状の突起体を一体的に形成し、これをボール８ａとして下部受台９へ接当させる構成とすることもある。
　弁本体１はステンレス鋼製であり、弁室の一部を形成する孔部１ａ及び流体入口、流体出口、流体通路、弁室及び弁座等を夫々備えている。また、金属ダイヤフラム弁体２はニッケルクロム合金鋼の薄板により形成されており、中央部が上方へ僅かに膨出した逆皿形に形成されている。尚、金属ダイヤフラム弁体２の形状は平板状であってもよく、また、材質もステンレス鋼やインコネル合金やその他の合金鋼であってもよい。更に、金属ダイヤフラム弁体２は、１枚のダイヤフラムを使用するか、或いは、２～３枚のダイヤフラムを積層したダイヤフラム弁体とすることもある。
　金属ダイヤフラム弁体２は、前記弁座と対向状に弁室内へ配設され、押えアダプター４、割りベース２６及び筒体固定・ガイド体２４を介設して取付けボルト２７を弁本体１へ締め込むことにより、金属ダイヤフラム弁体２の外周縁が弁本体１側へ気密に保持固定されている。尚、前記押えアダプター４、筒体固定・ガイド体２４、割りベース２６等はステンレス鋼等の金属製である。
　圧電アクチュエータ（ピエゾスタック）１０の圧電アクチュエータ支持筒体２３は、熱膨脹率の小さなインバー材により円筒状に形成されており、図３及び図４に示すように、上方部は圧電アクチュエータ１０を収納する太径部２３ｃに、またその下方部は下部受台９及び弾性部材１８等を収納する縮径された円筒状の縮径部２３ｄが形成されている。
　また、支持筒体２３の最下端部はダイヤフラム押え３を嵌着するための腔部２３ｅが形成されており、ここに図２に示す如くダイヤフラム押え３が挿入固定されている。
　図３は圧電アクチュエータ支持筒体２３の縦断面図、図４は図３のイーイ視断面図であり、圧電アクチュエータ支持筒体２３の太径部２３ｃと縮径部２３ｄの境界近傍には、その外壁部の両側部を一定の長さ及び深さに亘って削除することにより、図５の割りベース片２６ａを両側から対向状に挿入組合せするための孔部２３ａが形成されている。即ち、孔部２３ａの両側から、後述する割りベース２６を形成する半割り状の割りベース片２６ａが対向状に組み付けされ、筒体固定・ガイド体２４により割りベース２６として一体的に保持固定される。尚、割りベース片２６ａを組付けする前に縮径部２３ｄの底部２３ｂへ図２に示す如く弾性部材１８が挿着される。
　図５は割りベース２６の組付け状態を示す平面図、図６は図５のイーイ視断面図である。図５及び図６からも明らかなように、各割りベース片２６ａは上壁２６ｂを備えた短円筒体の下端外周に鍔部２６ｃを形成すると共に、上壁２６ｂに挿通孔２６ｄと嵌合部２６ｅを形成したものを、中央部から二つ割りにしたものであり、両割りベース片２６ａを対向状に組み付けることにより割りベース２６が形成されている。
　即ち、図２に示すように、鍔部２６ｃは筒体固定・ガイド体２４の下端により押圧力を受けて押えアダプター４を押圧する作用をし、また、前記挿通孔２６ｄは圧電アクチュエータ支持筒体２３の縮径部２３ｄの壁体を挿通させるものであり、更に前記嵌合部２６ｅは下部受台９と支持筒体２３の壁体間に位置して、３つの部材９、２３、２６の位置決めを行なう作用をする。
　ベアリング２８はベアリング受２８ａと小球２８ｂとから形成されており、上部受台１１の上方に配設され、位置決め用袋ナット１２の回動を円滑化する。
　尚、図２に示された制御弁は、圧力式流量制御装置用の制御弁として主に使用されるため、図２に示す如く、弁本体１にオリフィスガイド３０ａ、ガスケット３０ｂ、オリフィス３０ｃ等から成るオリフィス取付部３０と、圧力センサ３１ａ、ガスケット３１ｂ、コネクター３１ｃ、押えフランジ３１ｄ、固定用ボルト３１ｅ等から成る圧力センサ取付部３１と、接続ガイド２９ａ、ガスケット２９ｂ等から成る一次接続部２９等が設けられている。また３２は、保護ケース１４内に設けた圧電アクチュエータ等のための制御回路取付板である。
　圧力式流量制御装置は、オリフィス上流側圧力Ｐ１を下流側圧力Ｐ２の約２倍以上に保持した状態下に於いてオリフィス上流側の制御弁により前記圧力Ｐ１を調整し、これによってオリフィス下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ１（但し、Ｋは常数）により演算して所定の設定値に制御することを基本原理とするものであり、特開平８－３３８５４６号等に開示されている。
　制御弁の組立ては、弁本体１の孔部１ａ内へ金属ダイヤフラム弁体２、押えアダプター４、ダイヤフラム押え３を固定した圧電アクチュエータ支持筒体２３、弾性部材１８、割りベース２６、下部受台９の順に組み付け、筒体固定・ガイド体２４を介して圧電アクチュエータ支持筒体２３を弁本体１へ挿着する。次に、圧電アクチュエータ支持筒体２３内へボール８ａ、圧電アクチュエータ１０、上部受台１１、ベアリング２８の順に挿着し、位置決め材を形成する位置決め袋ナット１２の締込量を調整することにより、圧電アクチュエータ１０による金属ダイヤフラム弁体２の作動ストロークを設定値に微調整する。
　筒体固定・ガイド体２４の締込み固定により、前述の如く割りベース２６と支持筒体２３と下部受台９と弾性部材１８とダイヤフラム押え３とダイヤフラム弁体２等は、全て所定の位置に整然と自動的に固定されると共に、位置決め材１２の締込みによりボール８ａや圧電アクチュエータ１０、支持筒体２３等の軸芯は極めて高精度に一致されることになる。
　図２を参照して、制御回路（図示省略）からコネクター１５を介して開弁信号が入力（入力電圧０～１２０ｖ）されると、圧電アクチュエータ１０は設定値（０～４５μｍの間）だけ伸長する。
　これにより、約４０～８０ｋｇｆの押し上げ力が圧電アクチュエータ支持筒体２３に働き、筒体固定・ガイド体２４のＯリング２５により軸芯を保持された状態で圧電アクチュエータ支持筒体２３が弾性部材１８の弾性力に抗して上記設定値だけ上昇する。その結果、ダイヤフラム弁体２がその弾性力によって弁座から離座し、開弁される。
　逆に、開弁入力がｏｆｆになると、圧電アクチュエータ１０が元の長さ寸法の状態に復帰し、その結果、弾性部材１８の弾性力により圧電アクチュエータ支持筒体２３の底部が下方向へ押し下げられ、ダイヤフラム押え３により金属ダイヤフラム弁体２が弁座へ当座し、閉弁状態となる。
　尚、開弁ストロークが４５μｍで弁座の口径１ｍｍφの場合、弁の全閉から全開に至る所要作動時間は約３０ｍｓｅｃ以下である。
特許第４１１９１０９号公報 特許第４１１３４２５号公報
　上記圧電駆動式バルブに内蔵されている圧電アクチュエータは、いわゆる金属密封型積層圧電アクチュエータと呼ばれるもので、積層された圧電素子（ピエゾスタックともいう。）が金属ケース内に密封されており、許容温度範囲が例えば－２０～１２０℃である。そのため、制御する流体の温度に制限があった。
　そこで、本発明は、圧電アクチュエータの許容温度範囲を超える温度の流体でも制御可能な圧電駆動式バルブ及び圧電駆動式流体制御装置を提供することを主たる目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る圧電駆動式バルブは、流体流路を開閉するための弁体と、圧電素子の伸長を利用して前記弁体を開閉駆動するための圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータを前記流体流路から遠ざけるように持上げ支持するとともに、前記流体流路を流れる流体から前記圧電アクチュエータへ伝わる熱を放熱するための放熱スペーサと、を備えることを特徴とする。
　前記圧電アクチュエータ及び前記放熱スペーサの双方を収容して支持する支持筒体を更に有し、該支持筒体は、少なくとも前記放熱スペーサを収容する部分が該放熱スペーサと同じ熱膨張係数を有する材料で形成されていることが好ましい。
　前記支持筒体は、前記圧電アクチュエータを収容する第１筒部と、前記放熱スペーサを収容する第２筒部とを有し、前記第１筒部と第２筒部とが共通の収容空間を形成するように連結可能に構成され、前記第２筒部が前記放熱スペーサと同じ熱膨張係数を有する材料で形成されていることが好ましい。
　前記弁体は自己弾性復帰型の金属ダイヤフラムによって形成され、前記支持筒体は上下動可能に支持され、前記弁体が前記流体流路を閉鎖するように前記支持筒体を付勢する弾性部材と、前記支持筒体の側壁を通過して前記放熱スペーサの下部に延び、前記圧電アクチュエータが伸長したときに前記弾性部材の弾性力に抗して前記支持筒体を持上げて前記弁体が前記流体流路を開通させるように、前記放熱スペーサを支持する支持部と、を有することが好ましい。
　前記放熱スペーサは、インバー材で形成されていることが好ましい。
　前記放熱スペーサは、前記圧電アクチュエータと同じ形状及び寸法を有していることが好ましい。
　前記放熱スペーサは、前記流体流路を流れる流体から受けた熱が該放熱スペーサの下端部から上端部へ伝熱する間の放熱により該上端部の温度が前記圧電アクチュエータの耐熱温度以下となるように、前記下端部と上端部との間の長さが設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、本発明に係る圧電駆動式流量制御装置は、上記した本発明に係る圧電駆動式バルブを備えることを特徴とする。
　本発明に係る圧電駆動式流量制御装置は、前記弁体の下流側の流体流路に介在されたオリフィスと、該オリフィスと前記弁体の間の流体流路に配設された圧力センサと、該圧力センサの検出値に基づいて前記圧電アクチュエータを制御する制御部と、を更に有することが好ましい。
　本発明に係る圧電駆動式流量制御装置は、前記弁体の上流側に配置した熱式の流量センサの検出値に基づいて前記圧電アクチュエータを制御するように構成しても良い。
本発明に係る圧電駆動式流量制御装置の一実施形態を示す中央縦断面図である。 従来の圧電駆動式流量制御装置の縦断面図である。 図２の圧電駆動式流量制御装置の構成部品である支持筒体を示す縦断面図である。 図３のイ－イ視断面図である。 圧電駆動式流量制御装置の構成部品を拡大して示す平面図である。 図５のイ－イ視断面図である。
　以下、本発明に係る圧電駆動式バルブを備える圧電駆動式流量制御装置の実施形態について、図１を参照して説明する。なお、以下の説明において、図２～図６を用いて説明した従来の圧電駆動式流量制御装置と同一又は類似の構成部分については、同符号を付して、重複説明を省略することがある。
　圧電駆動式流量制御装置は、図１に示すように、流体流路１ｂを開閉するための弁体２と、弁体２を開閉駆動するための圧電アクチュエータ１０と、圧電アクチュエータ１０を流体流路１ｂから遠ざけるように持上げ支持するとともに、流体流路１ｂを流れる流体から圧電アクチュエータ１０へ伝わる熱を放熱するための放熱スペーサ４０を有している。
　圧電駆動式流量制御装置は、さらに、圧電アクチュエータ１０及び放熱スペーサ４０の双方を収容して支持する支持筒体２３Ａを備えることができ、支持筒体２３Ａは、少なくとも放熱スペーサ４０を収容する部分が放熱スペーサ４０と同じ材料で形成されている。
　弁体２は、図示例においては、自己弾性復帰型の金属ダイヤフラムが採用されている。金属ダイヤフラムは、ニッケルクロム合金鋼等の薄板により形成されており、中央部が上方へ僅かに膨出した逆皿形に形成されている点は、従来と同様である。
　圧電アクチュエータ１０は、圧電素子を積層したピエゾスタックを金属容器内に密封した金属密封型積層圧電アクチュエータを用いることができ、この種の金属密封型積層圧電アクチュエータは、例えば株式会社日本セラテック等から販売されているものを使用することができる。
　支持筒体２３Ａは、図示例のように、圧電アクチュエータ１０を収容する第１筒部２３Ｕと、放熱スペーサ４０を収容する第２筒部２３Ｌとを有し、第１筒部２３Ｕと第２筒部２３Ｌとが共通の収容空間を形成するように連結可能に構成することができる。図示例では、第１筒部２３Ｕと第２筒部２３Ｌとが、互いに螺子結合されている。また、図示例において、第２筒部２３Ｌは、図２に示す従来の圧電アクチュエータ支持筒体２３と同形状であり、従来の圧電アクチュエータ支持筒体２３を利用することも可能である。なお、支持筒体２３Ａは、図示例のように第１筒部２３Ｕと第２筒部２３Ｌとが別体ではなく、一体構造とすることもできる。
　第２筒部２３Ｌは、放熱スペーサ４０と同じ材料で形成されている。第２筒部２３Ｌは、インバー、スーパーインバー、ステンレスインバー等のインバー材のように熱膨張係数の小さい材料（好ましくは、２×１０－６／Ｋ以下）で形成されることが好ましい。第１筒部２３Ｕも熱膨張係数の小さい材料で形成することが好ましく、第２筒部２３Ｌと同じ材料で形成することができる。なお、放熱スペーサ４０は、放熱効率の観点から、金属、合金等の高熱伝導性材料が好ましく、その点でもインバー材は適している。
　放熱スペーサ４０は、流体流路１ｂを流れる流体から受けた熱を放熱スペーサ４０の下端部から上端部へ伝える間に放熱することにより、放熱スペーサ４０の上端部の温度、即ち、図示例では、放熱スペーサ４０と圧電アクチュエータ１０とが接する箇所の温度が、圧電アクチュエータ１０の耐熱温度以下となるように、放熱スペーサ４０の長さ（高さ寸法）が設定されている。
　好ましくは、放熱スペーサ４０は、図示例のように、圧電アクチュエータ１０と高さ及び直径が同じ円柱状に形成される。そうすることで、第２筒部２３Ｌは、従来において圧電アクチュエータ１０を収容するために用いられていた圧電アクチュエータ支持筒体をそのまま利用することができる。図示例の放熱スペーサ４０は、図２に示された従来の下部受台９に相当する部分が、放熱スペーサ４０の下部に一体的に形成されている。
　支持筒体２３Ａは、上下動可能に支持されている。割りベース２６の上壁２６ｂは、支持筒体２３Ａの側壁下部に形成された孔部２３ａを通過して放熱スペーサ４０の下部に延び、放熱スペーサ４０を支持する支持部を構成している。また、図示例において、弾性部材１８は、前記支持部を構成する割りベース２６の上壁２６ｂの下部に収容されている。したがって、弾性部材１８は、前記支持部を構成する割りベース２６の上壁２６ｂからの抗力により、弁体２が流体流路１ｂを閉鎖するように、支持筒体２３Ａを図の下方に付勢する。一方、圧電アクチュエータ１０は、通電により伸長することにより、前記支持部を構成する割りベース２６の上壁２６ｂ、及び上壁２６ｂに支持されている放熱スペーサ４０からの抗力により、弾性部材１８の弾性力に抗して支持筒体２３Ａを図の上方へ持上げる。支持筒体２３Ａが持上げられると、弁体２を形成している金属ダイヤフラムが弾性復帰して流体流路１ｂを開通させる。
　図２に示す従来装置と同様に、図１に示す本発明装置例においても、弁体２の下流側の流体流路１ｂにオリフィス３０ｃが介在されている。オリフィス３０ｃと弁体２の間の流体流路１ｂに圧力センサ３１ａが配設されている。圧電駆動式流量制御装置の外部に設けられた制御部（図示せず。）は、圧力センサ３１ａの検出値に基づいて圧電アクチュエータ１０を制御する。図示しない前記制御部は、例えば、オリフィス上流側圧力Ｐ１（圧力センサ３１ａの検出値）を下流側圧力Ｐ２（図示しない圧力検出器による検出値）の約２倍以上に保持した状態下に於いてオリフィス上流側の制御弁（制御されるべき弁体２）により前記圧力Ｐ１を調整することによって、オリフィス下流側の流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ１（但し、Ｋは常数）により演算して所定の設定値になるように圧電アクチュエータ１０を制御する。
　上記構成を有する圧電駆動式流量制御装置は、放熱スペーサ４０は、圧電アクチュエータ１０を持上げ支持しているため、圧電アクチュエータ１０が弁体２を開閉駆動する駆動経路上に配置されることとなる。すなわち、放熱スペーサ４０は、圧電アクチュエータ１０の伸長方向、即ち、圧電素子積層方向の長さ寸法を実質的に延長するエクステンション構造を形成する。
　また、放熱スペーサは、圧電アクチュエータ１０を流体流路１ｂから遠ざけるようにリフトアップした位置に支持しているので、流体流路１ｂを流れる高温流体の熱の一部は、圧電アクチュエータ１０に伝熱する前に、放熱スペーサ４０によって放熱される。その結果、流体流路１ｂを流れる流体の温度が圧電アクチュエータの許容温度範囲を超えていても、圧電アクチュエータ１０の温度を許容温度範囲内に抑えることが可能となる。
　したがって、放熱スペーサ４０は、圧電アクチュエータ１０による弁体２の開閉駆動を確保しつつ、熱源となる流体流路から遠ざける働きをする。
　さらに、放熱スペーサ４０と圧電アクチュエータ１０を収容して支持している支持筒体２３Ａは、少なくとも放熱スペーサ４０を収容する部分が放熱スペーサ４０と同じ材料で形成されているため、放熱スペーサ４０の熱による伸びと、放熱スペーサ４０の周囲を囲む部分の支持筒体２３Ａの熱による伸びとを、等しいかほぼ等しくすることができる。その結果、例えば５０μｍ以下という微小リフトのバルブリフトを制御する場合であっても、精度よく制御することが可能となる。
　次に、実施例として、温度降下を測定した実験結果を表１に示す。実験に使用した圧電駆動式流量制御装置は、図１に示すものと同じ構造である。使用した圧電アクチュエータは、株式会社日本セラテック社製金属密封型積層圧電アクチュエータＰＲＢ３０６０であり、直径１３ｍｍ、高さ寸法４７．４ｍｍ、仕様書の使用温度範囲が－２０～１２０℃である。使用した放熱スペーサは、インバー（Ｆｅ－３６％Ｎｉ）で形成してある。支持筒体も、上部筒体、下部筒体ともにインバー（Ｆｅ－３６％Ｎｉ）製とした。弾性部材（皿バネ）は、ＳＵＳ６３１製である。流体流路を流れる流体の温度を２５０℃に調整し、図１に示す各測定ポイントＡ点～Ｄ点を、熱電対温度計によって測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１の結果から、圧電アクチュエータ下部での温度が、金属ダイヤフラム部の温度に比較して、かなり低くなっていることが分かる。すなわち、制御する流体の温度が２５０℃であっても、圧電アクチュエータ下部の温度は９０℃となっており、保障された使用温度範囲内にある。
　次に、比較例として、図２に示された形式の従来の圧電駆動式流量制御装置について、図２に示す各測定ポイントＥ点～Ｈ点を測定することにより、同様の温度降下測定試験を実施した結果を下の表２に示す。なお、比較例の実験装置は、上記実施例と同じ金属密封型積層圧電アクチュエータを用い、構成材料も同じものを使用した。流体流路を流れる流体温度は、１５０℃に設定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記表２の結果から、圧電アクチュエータ下部の温度は、流体温度（１５０℃）に比べてあまり下がっていないことが分かる。比較例では、制御する流体の温度が１５０℃の場合、圧電アクチュエータ下部の温度が１３０℃であり、使用保証温度範囲を超えてしまっている。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更することが可能である。例えば、上記実施形態においては圧力制御式の流量制御装置について説明したが、本発明は、圧力制御式以外の制御方式、例えば、熱式センサによる熱式の流量制御装置（所謂マスフローコントローラ、MFC）にも適用可能である。また、上記実施形態においては自己弾性による弾性復帰型の金属ダイヤフラム弁体を備える流体制御装置について説明したが、本発明は、金属ダイヤフラム以外の弁体についても適用可能であることは当業者であれば自明である。
１ｂ　流体流路
１０　圧電アクチュエータ
２３Ａ　支持筒体
２３Ｕ　第１筒部
２３Ｌ　第２筒部
１８　弾性部材
４０　放熱スペーサ

Claims (10)

  1. 　流体流路を開閉するための弁体と、
    　圧電素子の伸長を利用して前記弁体を開閉駆動するための圧電アクチュエータと、
    　前記圧電アクチュエータを前記流体流路から遠ざけるように持上げ支持するとともに、前記流体流路を流れる流体から前記圧電アクチュエータへ伝わる熱を放熱するための放熱スペーサと、を備えることを特徴とする圧電駆動式バルブ。
  2. 　前記圧電アクチュエータ及び前記放熱スペーサの双方を収容して支持する支持筒体を更に有し、
    　該支持筒体は、少なくとも前記放熱スペーサを収容する部分が該放熱スペーサと同じ熱膨張係数を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動式バルブ。
  3. 　前記支持筒体は、前記圧電アクチュエータを収容する第１筒部と、前記放熱スペーサを収容する第２筒部とを有し、前記第１筒部と第２筒部とが共通の収容空間を形成するように連結可能に構成され、前記第２筒部が前記放熱スペーサと同じ熱膨張係数を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電駆動式バルブ。
  4. 　前記弁体は、自己弾性復帰型の金属ダイヤフラムによって形成され、
    　前記支持筒体は、上下動可能に支持され、
    　前記弁体が前記流体流路を閉鎖するように前記支持筒体を付勢する弾性部材と、
    　前記支持筒体の側壁を通過して前記放熱スペーサの下部に延び、前記圧電アクチュエータが伸長したときに前記弾性部材の弾性力に抗して前記支持筒体を持上げて前記弁体が前記流体流路を開通させるように、前記放熱スペーサを支持する支持部と、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の圧電駆動式バルブ。
  5. 　前記放熱スペーサは、インバー材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動式バルブ。
  6. 　前記放熱スペーサは、前記圧電アクチュエータと同じ形状及び寸法を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動式バルブ。
  7. 　前記放熱スペーサは、前記流体流路を流れる流体から受けた熱が該放熱スペーサの下端部から上端部へ伝熱する間の放熱により該上端部の温度が前記圧電アクチュエータの耐熱温度以下となるように、前記下端部と上端部との間の長さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動式バルブ。
  8. 　請求項１～７の何れかに記載の圧電駆動式バルブを備えた圧電駆動式流量制御装置。
  9. 　前記弁体の下流側の流体流路に介在されたオリフィスと、該オリフィスと前記弁体の間の流体流路に配設された圧力センサと、該圧力センサの検出値に基づいて前記圧電アクチュエータを制御する制御部と、を更に有することを特徴とする請求項８に記載の圧電駆動式流量制御装置。
  10. 　前記弁体の上流側に配置した熱式の流量センサの検出値に基づいて前記圧電アクチュエータを制御することを特徴とする請求項８に記載の圧電駆動式流量制御装置。
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