特開 2022-87582 圧電式バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022087582

(43)【公開日】2022-06-13

(54)【発明の名称】圧電式バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/02 20060101AFI20220606BHJP

   F16K 27/00 20060101ALI20220606BHJP

【ＦＩ】

F16K31/02 A

F16K27/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020199582

(22)【出願日】2020-12-01

(71)【出願人】

【識別番号】000001812

【氏名又は名称】株式会社サタケ

(71)【出願人】

【識別番号】502254796

【氏名又は名称】有限会社メカノトランスフォーマ

(74)【代理人】

【識別番号】100158702

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 卓也

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆文

(72)【発明者】

【氏名】徐 世傑

【テーマコード（参考）】

3H051

3H062

【Ｆターム（参考）】

3H051AA01

3H051BB02

3H051CC11

3H051CC15

3H062AA02

3H062CC07

3H062DD01

3H062EE06

3H062HH02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】バルブ本体前面の複数の気体排出口のピッチが流体機器の複数の排気通路のピッチより小さい場合でも前記流体機器に装着して利用できる圧電式バルブの提供。
【解決手段】複数のアクチュエータを内部に収納するバルブ本体２０を備え、バルブ本体前面には、内部に圧縮気体を吸入する気体吸入口及び吸入した圧縮気体を複数の弁体の開弁駆動によって排出する複数の気体排出口を有し、バルブ本体前面に設けられるコネクタ部５０を介して流体機器６０に脱着可能とされる圧電式バルブにおいて、前記コネクタ部は、一端を前記気体吸入口と連通する一方、他端を流体機器の給気通路と連通可能とする吸入通路、及び一端を前記複数の気体排出口と連通する一方、他端を流体機器の複数の排気通路６５と連通可能とする複数の排出通路を有し、前記複数の排出通路の他端側の開口ピッチを、一端側の開口ピッチよりも大きくした。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電素子の変位を利用して複数の弁体をそれぞれ個別に駆動する複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータを内部に収納するバルブ本体と、を備える圧電式バルブであって、
前記バルブ本体の前面には、前記バルブ本体の内部に圧縮気体を吸入する気体吸入口、及び、前記気体吸入口から前記バルブ本体の内部に吸入した前記圧縮気体を前記複数の弁体の開弁駆動によって排出する複数の気体排出口を有し、
前記バルブ本体の前面に設けられるコネクタ部を介して流体機器に脱着可能とされる圧電式バルブにおいて、
前記コネクタ部は、一端を前記気体吸入口と連通する一方、他端を前記流体機器に形成される給気通路と連通可能とする吸入通路、及び、一端を前記複数の気体排出口とそれぞれ連通する一方、他端を前記流体機器に形成される複数の排気通路とそれぞれ連通可能とする複数の排出通路を有し、前記複数の排出通路の前記他端側の開口ピッチを、前記一端側の開口ピッチよりも大きくしたことを特徴とする圧電式バルブ。

【請求項2】

前記複数の弁体とそれぞれ個別に接離する弁座及び排出路を複数有し、前記複数のアクチュエータを固定する弁座プレートをさらに備え、
前記複数のアクチュエータは、前記弁座プレートとともに前記バルブ本体の内部に収納されてなり、
前記気体吸入口から前記バルブ本体の内部に吸入した前記圧縮気体を、前記複数の弁体と前記複数の弁座との離間によって前記弁座プレートの前記複数の排出路を介して前記複数の気体排出口からそれぞれ個別に排出する請求項１に記載の圧電式バルブ。

【請求項3】

前記流体機器はマニホールドであって、圧縮気体源から供給される圧縮気体を、前記給気通路から前記コネクタ部の前記吸入通路を介して前記バルブ本体の内部に給気する一方、前記バルブ本体の内部から排出される圧縮気体を、前記コネクタ部の前記複数の排出通路を介して前記複数の排気通路から排気する請求項１又は２に記載の圧電式バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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関する。

【背景技術】

【0002】

従来、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は周知である（特許文献１～３を参照。）。

【0003】

前記圧電式バルブは、高速応答性能に優れる圧電素子の特性を利用するものであり、前記圧電素子の変位を利用して弁体を開閉動作させるアクチュエータを備えるものである。

【0004】

特許文献２，３に記載された圧電式バルブは、複数の弁体をそれぞれ個別に駆動する複数のアクチュエータをバルブ本体の内部に収納し、前記複数のアクチュエータにより前記複数の弁体をそれぞれ開弁駆動することにより、前記バルブ本体の内部に供給される圧縮気体を前記バルブ本体の前面に有する複数の気体排出口からそれぞれ個別に排出するものであり、流体機器に装着して利用することができる。

【0005】

特許文献３には、前記圧電式バルブを光学式選別機におけるエジェクタに利用する例が記載されており、前記エジェクタは、圧縮エア源から圧縮エアが供給されるマニホールドと、前記マニホールドに形成される複数の排気通路に連通する複数のノズル孔を有するノズル部材と、前記マニホールドに対しコネクタ部を介して連続状に装着される複数の前記圧電式バルブを備えるものである。

【0006】

ところで、特許文献３に記載されたエジェクタにおいて、前記複数のノズル孔のピッチ、即ち、前記マニホールドに形成される前記複数の排気通路のピッチと、前記圧電式バルブのバルブ本体の前面に有する前記複数の気体排出口のピッチは、同一であることが前提である。

【0007】

そのため、前記マニホールドに形成される前記複数の排気通路のピッチと、前記圧電式バルブのバルブ本体の前面に有する前記複数の気体排出口のピッチが異なる場合には、前記マニホールドに対し前記圧電式バルブを装着して利用することができない問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００４－３１６８３５号公報

【特許文献2】特開２０１３－１２４６９５号公報

【特許文献3】特開２０１５－１３７６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで、本発明は、バルブ本体の前面に有する複数の気体排出口のピッチが、流体機器に形成される複数の排気通路のピッチより小さい場合でも、前記流体機器に装着して利用することができる圧電式バルブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明は、
圧電素子の変位を利用して複数の弁体をそれぞれ個別に平行な面内で駆動する複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータを内部に収納するバルブ本体と、を備える圧電式バルブであって、
前記バルブ本体の前面には、前記バルブ本体の内部に圧縮気体を吸入する気体吸入口、及び、前記気体吸入口から前記バルブ本体の内部に吸入した前記圧縮気体を前記複数の弁体の開弁駆動によって排出する複数の気体排出口を有し、
前記バルブ本体の前面に設けられるコネクタ部を介して流体機器に脱着可能とされる圧電式バルブにおいて、
前記コネクタ部は、一端を前記気体吸入口と連通する一方、他端を前記流体機器に形成される給気通路と連通可能とする吸入通路、及び、一端を前記複数の気体排出口とそれぞれ連通する一方、他端を前記流体機器に形成される複数の排気通路とそれぞれ連通可能とする複数の排出通路を有し、前記複数の排出通路の前記他端側の開口ピッチを、前記一端側の開口ピッチよりも大きくしたことを特徴とする。

【0011】

本発明は、
前記複数の弁体とそれぞれ個別に接離する弁座及び排出路を複数有し、前記複数のアクチュエータを固定する弁座プレートをさらに備え、
前記複数のアクチュエータは、前記弁座プレートとともに前記バルブ本体の内部に収納されてなり、
前記気体吸入口から前記バルブ本体の内部に吸入した前記圧縮気体を、前記複数の弁体と前記複数の弁座との離間によって前記弁座プレートの前記複数の排出路を介して前記複数の気体排出口からそれぞれ個別に排出することが好ましい。

【0012】

本発明は、
前記弁座プレートの前記複数の排出路の先端側の開口を、前記複数の気体排出口とすることができる。

【0013】

本発明は、
前記流体機器がマニホールドであって、圧縮気体源から供給される圧縮気体を、前記給気通路から前記コネクタ部の前記吸入通路を介して前記バルブ本体の内部に給気する一方、前記バルブ本体の内部から排出される圧縮気体を、前記コネクタ部の前記複数の排出通路を介して前記複数の排気通路から排気することが好ましい。

【0014】

本発明は、
前記マニホールドが前記複数の排気通路の先端にそれぞれノズル孔を有し、前記バルブ本体の内部から排出される圧縮気体を、前記コネクタ部の前記複数の排出通路を介して前記複数の排気通路から排気し前記各ノズル孔から噴射することが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の圧電式バルブは、前記コネクタ部が、一端を前記バルブ本体の前面に有する前記気体吸入口と連通する一方、他端を前記流体機器に形成される前記給気通路と連通可能とする吸入通路、及び、一端を前記バルブ本体の前面に有する前記複数の気体排出口とそれぞれ連通する一方、他端を前記流体機器に形成される前記複数の排気通路とそれぞれ連通可能とする複数の排出通路を有し、前記複数の排出通路の前記他端側の開口ピッチを、前記一端側の開口ピッチよりも大きくしたので、バルブ本体の前面に有する複数の気体排出口のピッチが、流体機器に形成される複数の排気通路のピッチより小さい場合でも、前記バルブ本体の前面に設けられるコネクタ部を適切なものとすることで、前記流体機器に装着して利用することができる。

【0016】

本発明の圧電式バルブは、前記流体機器がマニホールドであって、圧縮気体源から供給される圧縮気体を、前記給気通路から前記コネクタ部の前記吸入通路を介して前記バルブ本体の内部に給気する一方、前記バルブ本体の内部から排出される圧縮気体を、前記コネクタ部の前記複数の排出通路を介して前記複数の排気通路から排気することとすれば、前記マニホールドに装着することで、例えば、光学式選別機におけるエジェクタに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】圧電式バルブの斜視図である。

【図2】圧電式バルブの組立分解図である。

【図3】アクチュエータの説明図である。

【図4】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】圧電式バルブの側面断面図であって、弁座プレートをバルブ本体の内部に配設した状態の説明図である。

【図6】エジェクタを正面側から見た説明図である。

【図7】図６のＦ－Ｆ断面図である。

【図8】従来のエジェクタを正面側から見た概略説明図である。

【図9】本発明のエジェクタを正面側から見た概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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は図１の圧電式バルブに用いるアクチュエータの説明図を示す。図４は図１の圧電式バルブに用いる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の圧電式バルブの側面断面図であって、弁座プレートをバルブ本体の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。

【0019】

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の前面には、コネクタ部５０がネジにより取り付けられる。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吸入口５１及び前記圧縮気体を排出する複数の排出口５２が開口する。
ここでは、前記コネクタ部５０の前面に、４つの前記排出口５２が開口する例を示している。

【0020】

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の前方突出部２５１には、前記弁座２６の弁座面から前記コネクタ部５０の前記排出口５２へ連通する複数の気体排出路２６１が形成される。

【0021】

前記弁座プレート２５の前面には、前記バルブ本体２０の開口を閉鎖する蓋材２８が取り付けられる。前記蓋材２８には、前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１が嵌合する開口部２８１が形成される。また、前記蓋材２８には、前記コネクタ部５０の前記吸入口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。

【0022】

ここで、前記蓋材２８には、前記開口部２８１を形成することに代えて、気体排出用の開口を形成し、前記蓋材２８に前記弁座プレート２５の前記前方突出部２５１の先端面を当接させて前記複数の気体排出路２６１を前記気体排出用の開口に連通させることもできる。

【0023】

前記アクチュエータ３０は、図３に示すように、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。

【0024】

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を有し、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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。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おり、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に設けられている。

【0029】

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、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。

【0030】

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。

【0031】

他方、前記アクチュエータ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。

【0032】

図６及び図７は光学式選別機におけるエジェクタの説明図であって、図６はエジェクタを正面側から見た説明図、図７は図６のＦ－Ｆ断面図であってエジェクタを側面側から見た説明図を示す。
図６及び図７に示すエジェクタ８０は、図示しない圧縮エア供給源から圧縮エアが供給されるエア空間６３を内部に有するマニホールド６０と、前記コネクタ部５０を介して前記マニホールド６０に装着される前記圧電式バルブ１０と、前記マニホールド６０に取り付けられるノズル部材７０を備える。

【0033】

前記マニホールド６０は、前記エア空間６３と連通する多数の給気通路６４及び多数の排気通路６５を長手方向に有し、前記多数の排気通路６５にはそれぞれ前記ノズル部材７０のノズル孔７１が連通して設けられる。

【0034】

前記圧電式バルブ１０は前記マニホールド６０に装着され、前記コネクタ部５０の前記吸入口５１が前記マニホールド６０の前記給気通路６４と連通し、前記コネクタ部５０の複数の前記排出口５２が前記マニホールド６０の複数の前記排気通路６５と連通する。

【0035】

前記マニホールド６０には、１本の給気通路６４と４本の排気通路６５を対として、当該給気通路６４と排気通路６５の対が、前記マニホールド６０に装着される前記圧電式バルブ１０の数だけ長手方向に沿って形成される。

【0036】

図８は従来のエジェクタを正面側から見た概略説明図であって、マニホールドと圧電式バルブの流路の関係を示す模式図（圧電式バルブのコネクタ部については断面模式図）を示す。
前記圧電式バルブ１０における前記コネクタ部５０には、一端が前記バルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１と連通する一方、他端が前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５と連通する複数の排出通路５２１が形成される。

【0037】

図８に示すように、従来のエジェクタ８０は、前記圧電式バルブ１０における前記バルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１のピッチ及び前記コネクタ部５０に形成される前記複数の排出通路５２１のピッチと、前記ノズル部材７０の前記複数のノズル孔７１のピッチ及び前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５のピッチが、同一であることが前提であった。

【0038】

そのため、前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５のピッチと、前記圧電式バルブ１０のバルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１のピッチが異なる場合、前記マニホールド６０に対し前記圧電式バルブ１０を装着して利用することができない問題があった。

【0039】

図９は本発明のエジェクタを正面側から見た概略説明図であって、マニホールドと圧電式バルブの流路の関係を示す模式図（圧電式バルブのコネクタ部については断面模式図）を示す。
図９に示すように、本発明のエジェクタ８０は、前記コネクタ部５０に形成される前記複数の排出通路５２１であって、前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５と連通する側の開口ピッチを、前記バルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１と連通する側の開口ピッチよりも大きくした。

【0040】

その結果、前記バルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１のピッチが、前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５のピッチより小さい場合でも、前記圧電式バルブ１０を前記マニホールド６０に装着して利用することが可能となった。

【0041】

本発明の圧電式バルブ１０によれば、前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５のピッチ毎に専用品を準備する必要がなく、前記バルブ本体２０の前面に開口する前記複数の気体排出路２６１のピッチが、前記マニホールド６０に形成される前記複数の排気通路６５のピッチより小さい場合でも、前記コネクタ部５０を適切なものとすることで、前記マニホールド６０に装着して利用することができる。

【0042】

上記本発明の実施の形態において、前記圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０のケース内に４つのアクチュエータ３０を配設し、前記バルブ本体２０の前面に４つの気体排出路２６１が開口する場合を例として説明したが、これに限定されるものでなく、バルブ本体のケース内に２つ以上のアクチュエータを配設し、前記バルブ本体２０の前面に２つ以上の気体排出路２６１が開口するものであればよい。

【0043】

上記本発明の実施の形態において、前記圧電式バルブ１０は、アクチュエータ３０を固定する弁座プレート２５を備え、前記アクチュエータ３０が、前記弁座プレート２５とともに前記バルブ本体２０の内部に収納される場合を例として説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、弁座プレートを利用することなくアクチュエータを直接、バルブ本体の内部に収納することもできる。

【0044】

本発明の圧電式バルブにおいて、前記アクチュエータは、圧電素子の変位を利用して弁体を駆動するものであればよく、上記実施の形態のものに限定されない。

【0045】

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。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明の圧電式バルブは、バルブ本体の前面に有する複数の気体排出口のピッチが、流体機器に形成される複数の排気通路のピッチより小さい場合でも、前記流体機器に装着して利用することができるものであり、極めて有用である。

【符号の説明】

【0047】

１０ 圧電式バルブ
２０ バルブ本体
２５ 弁座プレート
２５１ 前方突出部
２６ 弁座
２６１ 気体排出路
２８ 蓋材
２８１ 開口部
２８２ 気体吸入路
３０ アクチュエータ
３１ 弁体
３２ 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 キャップ部材
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 吸入口
５２ 排出口
５２１ 排出通路
６０ 流体機器（マニホールド）
６３ エア空間
６４ 給気通路
６５ 排気通路
７０ ノズル部材
７１ ノズル孔
８０ エジェクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】