特許 7181546 圧電式バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-22

(45)【発行日】2022-12-01

(54)【発明の名称】圧電式バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/02 20060101AFI20221124BHJP

   H02N 2/04 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

F16K31/02 A

H02N2/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018179492

(22)【出願日】2018-09-25

(65)【公開番号】P2020051476

(43)【公開日】2020-04-02

【審査請求日】2021-07-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000001812

【氏名又は名称】株式会社サタケ

(73)【特許権者】

【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】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100158702

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 卓也

(73)【特許権者】

【識別番号】000204240

【氏名又は名称】株式会社ＴＡＩＹＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100158702

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 卓也

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆文

(72)【発明者】

【氏名】松下 忠史

(72)【発明者】

【氏名】徐 世傑

(72)【発明者】

【氏名】水野 義宣

(72)【発明者】

【氏名】樋口 俊郎

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０６１４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４０７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４２６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５５１１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／０２

Ｈ０２Ｎ ２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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低透湿性フィルムに表面を覆われ、
前記積層型圧電素子は、前記変位拡大機構の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われ、
前記変位拡大機構は、前記積層型圧電素子の変位を拡大する変位拡大部と、前記積層型圧電素子の変位を前記変位拡大部に伝達する変位伝達部を有し、
前記積層型圧電素子は、前記変位伝達部の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われ、
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位置する一対の突条片が設けられ、
前記積層型圧電素子は、前記変位伝達部の表面に貼着され、前記一対の突条片により当該積層型圧電素子の表面に非接触状態に支持される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われることを特徴とする圧電式バルブ。

【請求項2】

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、
前記配線に接続される前記積層型圧電素子のリード線は、前記変位伝達部の表面後部に貼着される絶縁用低透湿性フィルム上に配置され、
前記積層型圧電素子は、前記リード線上から前記変位伝達部の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われる請求項１記載の圧電式バルブ。

【請求項3】

前記積層型圧電素子は、前記変位伝達部を構成するＵ字状のベース部材の空間内に配設され、前記ベース部材の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われる請求項１又は２に記載の圧電式バルブ。

【請求項4】

前記低透湿性フィルムは、低透湿性材料からなる樹脂フィルムである請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電式バルブ。

【請求項5】

前記低透湿性フィルムは、低透湿加工を施した樹脂フィルムである請求項１乃至３のいずれか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、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関する。

【背景技術】

【0002】

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（特許文献１を参照。）。

【0003】

特許文献１に記載された圧電式バルブは、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ものであり、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ものである。

【0004】

前記圧電式バルブは、前記積層型圧電素子に電圧を印加すると、該積層型圧電素子の伸長方向への変位が前記変位拡大機構を介して弁体に伝わり、該弁体を速やかに移動させて開弁する。
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。

【0005】

ところで、積層型圧電素子は、動作に伴う消費エネルギーが少なく、高速動作に適し、小型である等の優れた特長をもつ。
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。

【0006】

また、前記積層型圧電素子は、高湿環境に弱いため、前記圧電式バルブを高湿環境下で使用する場合には、前記積層型圧電素子に湿気が侵入して該圧電式バルブの寿命が短くなるおそれがある。

【0007】

そこで、本発明者らは、前記積層型圧電素子の表面をポリオレフィン系樹脂により被覆することを提案した（特許文献２を参照。）。

【0008】

特許文献２に記載された圧電式バルブは、ヤング率が小さく柔軟性に優れる特性を有し、かつ、透湿度が小さく耐水性に優れる特性を有するポリオレフィン系樹脂により覆われる積層型圧電素子を利用するので、当該圧電式バルブの使用に際し圧縮気体とともに前記積層型圧電素子の破損片が噴出することがなく、高湿環境下で使用した場合でも前記積層型圧電素子に湿気が侵入して寿命が短くなるおそれがない。

【0009】

ところが、前記積層型圧電素子の高温・高湿環境下での絶縁抵抗の低下を防ぐため、前記ポリオレフィン系樹脂による被覆層の厚みを増す場合には、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１３－１２４６９５号公報

【文献】特開２０１６－６１４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

そこで、本発明は、使用に際し圧縮気体とともに積層型圧電素子の破損片が噴出したり、高湿環境下で使用した場合でも前記積層型圧電素子に湿気が侵入して寿命が短くなるおそれがなく、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない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】

【0012】

上記目的を達成するため、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低透湿性フィルムに表面を覆われることを特徴とする。

【0013】

本発明は、
前記積層型圧電素子が、前記変位拡大機構の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われる。前記低透湿性フィルムは前記積層型圧電素子の表面には貼着されない。

【0014】

本発明は、
前記変位拡大機構が、前記積層型圧電素子の変位を拡大する変位拡大部と、前記積層型圧電素子の変位を前記変位拡大部に伝達する変位伝達部を有し、
前記積層型圧電素子が、前記変位伝達部の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われる。

【0015】

本発明は、
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位置する一対の突条片が設けられ、
前記積層型圧電素子が、前記変位伝達部の表面に貼着され、前記一対の突条片により当該積層型圧電素子の表面に非接触状態に支持される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われる。

【0016】

本発明は、
前記変位拡大機構が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、
前記配線に接続される前記積層型圧電素子のリード線が、前記変位伝達部の表面後部に貼着される絶縁用低透湿性フィルム上に配置され、
前記積層型圧電素子が、前記リード線上から前記変位伝達部の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われることが好ましい。

【0017】

本発明は、
前記積層型圧電素子が、前記変位伝達部を構成するＵ字状のベース部材の空間内に配設され、前記ベース部材の表面に貼着される前記低透湿性フィルムにより表面を覆われることが好ましい。

【0018】

ここで、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／ｍ^２・２４ｈｒ以下の樹脂フィルムをいう。
本発明は、
前記低透湿性フィルムが、低透湿性材料からなる樹脂フィルムであることが好ましい。
前記低透湿性材料からなる樹脂フィルムとしては、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。

【0019】

本発明は、
前記低透湿性フィルムが、低透湿加工を施した樹脂フィルムであることが好ましい。
前記低透湿加工を施した樹脂フィルムとしては、フッ素等の低透湿剤をコーティングする等、低透湿加工を施した樹脂フィルムを用いることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の圧電式バルブは、積層型圧電素子が、アクチュエータに一体化された状態で低透湿性フィルムに表面を覆われるので、使用に際し圧縮気体とともに前記積層型圧電素子の破損片が噴出するおそれがなく、高湿環境下で使用した場合でも前記積層型圧電素子に湿気が侵入して寿命が短くなるおそれがない。

【0021】

また、本発明の圧電式バルブは、積層型圧電素子が、従来のようにポリオレフィン系樹脂により表面を覆われるのでなく、前記アクチュエータに一体化された状態で低透湿性フィルムに表面を覆われるので、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない。

【0022】

本発明の圧電式バルブは、積層型圧電素子が、変位拡大機構の表面に貼着されるが当該積層型圧電素子の表面に貼着されない低透湿性フィルムにより表面を覆われることとすれば、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない。

【0023】

本発明の圧電式バルブは、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位置する一対の突条片が設けられ、前記積層型圧電素子が、変位伝達部の表面に貼着され、一対の突条片により当該積層型圧電素子の表面に非接触状態に支持される低透湿性フィルムにより表面を覆われるので、前記積層型圧電素子と前記低透湿性フィルムが接触しないため、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない。

【0024】

本発明の圧電式バルブは、前記変位拡大機構が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、前記配線に接続される前記積層型圧電素子のリード線が、前記変位伝達部の表面後部に貼着される絶縁用低透湿性フィルム上に配置され、前記積層型圧電素子が、前記リード線上から前記変位伝達部の表面に貼着される低透湿性フィルムにより表面を覆われることとすれば、リード線の金属材料への接触を防ぐことができるとともに、前記リード線が固定されるため前記リード線が微妙な振動で揺れて前記配線との接続部の半田が外れることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】積層型圧電素子の断面図。

【図2】圧電式バルブの斜視図。

【図3】圧電式バルブの組立分解図。

【図4】アクチュエータの説明図。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】実施例１の圧電式バルブにおけるアクチュエータの平面図。

【図8】低透湿性フィルムの平面図。

【図9】実施例２の圧電式バルブにおけるアクチュエータの平面図（その１）。

【図10】絶縁用低透湿性フィルムの平面図。

【図11】実施例２の圧電式バルブにおけるアクチュエータの平面図（その２）。

【図12】実施例２の圧電式バルブにおける弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の平面図。

【図13】図１２のＡ－Ａ断面図。

【図14】実施例２の圧電式バルブから噴出するエアの噴出圧特性を示すグラフ。

【図15】比較例の圧電式バルブから噴出するエアの噴出圧特性を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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。
本発明の実施の形態において、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。

【0027】

図２は圧電式バルブの斜視図を示す。図３は圧電式バルブの組立分解図を示す。図４はアクチュエータの説明図を示す。図５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６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を示す。
本発明の実施の形態において、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。

【0028】

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。

【0029】

前記バルブ本体２０と前記コネクタ部５０の間には、圧電素子３２に給電するための配線基板５５が配設され、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。

【0030】

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の前面には、前記ケースの開口を閉鎖する蓋材２８が取り付けられる。当該蓋材２８には、前記弁座２６の弁座面から前記コネクタ部５０の前面に開口する前記排出口５２へ連通する気体排出路が形成される。さらに、前記蓋材２８には、前記コネクタ部５０の前面に開口する吸入口５１から前記バルブ本体２０内に連通する気体吸入路が形成される。
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。

【0031】

前記アクチュエータ３０は、図４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。

【0032】

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（以下、「中心線」という。）に対して対称に配置される。

【0033】

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。

【0034】

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字状底部と前記キャップ部材３７との間に組み込まれ、前記ベース基板３６のＵ字状底部を塑性変形させることで、前記一端が前記ベース基板３６のＵ字状底部に接合され、前記他端が前記キャップ部材３７に接合される。

【0035】

前記変位拡大部３４は、前記中心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。

【0036】

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３ヒンジ４３の一端は前記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、該第２板バネ４６の他端には前記弁体３１の他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。

【0037】

上記アクチュエータ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。

【0038】

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、前記気体排出路を開放する。

【0039】

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、前記気体排出路を閉鎖する。

【0040】

［実施例１］
図７は実施例１の圧電式バルブにおけるアクチュエータの平面図を示す。図８は低透湿性フィルムの平面図を示す。
図７に示すように、実施例１の圧電式バルブにおけるアクチュエータ３０は、変位拡大機構３３における変位伝達部３５の表面に低透湿性フィルム６１が貼着され、前記低透湿性フィルム６１により圧電素子３２の表面が覆われる。

【0041】

図８に示すように、前記低透湿性フィルム６１の片面には、当該低透湿性フィルム６１が前記変位伝達部３５の表面に貼着される際、Ｕ字状のベース基板３６の表面に貼着されるが前記圧電素子３２の表面には貼着されないよう、斜線で示す位置にアクリル系貼着剤塗布層６１１が設けられている。
そのため、実施例１の圧電式バルブにおけるアクチュエータ３０は、前記圧電素子３２が、当該圧電素子３２の表面に貼着されない前記低透湿性フィルム６１により表面を覆われている。

【0042】

なお、前記低透湿性フィルム６１は、前記圧電素子３２の長手方向前方に位置する前記変位伝達部３５のキャップ部材３７、及びベース基板３６の前記圧電素子３２の長手方向後方に位置する表面には貼着されないが、前記低透湿性フィルム６１と、前記キャップ部材３７及び前記ベース基板３６の前記圧電素子３２の長手方向後方に位置する表面との間を隙間のない状態とすることで、破損片が噴出することを防止できる。

【0043】

［実施例２］
図９及び図１１は実施例２の圧電式バルブにおけるアクチュエータの平面図を示す。図１０は絶縁用低透湿性フィルムの平面図を示す。
図９に示すように、実施例２の圧電式バルブにおけるアクチュエータ３０は、変位拡大機構３３における変位伝達部３５の表面後部位置に絶縁用低透湿性フィルム６２が貼着される。
図１０に示すように、前記絶縁用低透湿性フィルム６２の片面には、斜線で示す全体位置にアクリル系貼着剤塗布層６２１が設けられている。

【0044】

前記アクチュエータ３０が取り付けられる弁座プレートには、配線基板５５から圧電素子３２への配線がモールドされており、前記絶縁用低透湿性フィルム６２上に前記アクチュエータ３０の変位拡大機構３３を構成する金属材料との接触を防ぐよう前記圧電素子３２の図示しないリード線が配置され、前記配線と半田により接続される。

【0045】

そして、図１１に示すように、前記リード線が微妙な振動で揺れて前記半田が外れないよう、前記リード線上から図８に示す低透湿性フィルム６１が前記変位伝達部３５の表面に貼着され、前記低透湿性フィルム６１により圧電素子３２の表面が覆われる。

【0046】

図１２は実施例２の圧電式バルブにおける弁座プレートにアクチュエータを固定した状態の平面図を示す。図１３は図１２のＡ－Ａ断面図を示す。
図１２に示すように、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が当該弁座プレート２５に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。

【0047】

図１３に示すように、前記一対の突条片２７は、前記弁座プレート２５に固定された前記アクチュエータ３０の変位拡大機構３３における変位伝達部３５のＵ字状のベース基板３６の表面の高さよりも高く形成されている。
そのため、実施例２の圧電式バルブは、前記圧電素子３２が、前記一対の突条片２７により当該圧電素子３２の表面に非接触状態に支持される前記低透湿性フィルム６１により表面を覆われている。

【0048】

ここで、本発明の実施の形態において、低透湿性フィルム６１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／ｍ^２・２４ｈｒ以下の樹脂フィルムをいう。
本発明の実施の形態において、低透湿性フィルム６１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、本発明の実施の形態において、低透湿性フィルム６１には、フッ素等の低透湿剤をコーティングするなど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。

【0049】

本発明の実施の形態における圧電式バルブは、圧電素子３２が、アクチュエータ３０に一体化された状態で、変位拡大機構３３における変位伝達部３５の表面に貼着される低透湿性フィルム６１により表面を覆われるので、使用に際し圧縮気体とともに前記圧電素子３２の破損片が噴出するおそれがなく、高湿環境下で使用した場合でも前記圧電素子３２に湿気が侵入して寿命が短くなるおそれがない。

【0050】

また、本発明の実施の形態における圧電式バルブは、圧電素子３２が、従来のようにポリオレフィン系樹脂により表面を覆われるのでなく、アクチュエータ３０に一体化された状態で低透湿性フィルム６１により表面を覆われるので、前記圧電素子３２の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない。

【0051】

さらに、本発明の実施の形態における圧電式バルブは、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が前記弁座プレート２５にネジで固定された際、圧電素子３２の長手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、前記圧電素子３２が、前記一対の突条片２７により当該圧電素子３２の表面に非接触状態に支持される低透湿性フィルム６１により表面を覆われるので、前記圧電素子３２と前記低透湿性フィルム６１が接触しないため、前記圧電素子３２の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがない。

【0052】

図１４は、実施例２の圧電式バルブから噴出するエアの噴出圧特性を示すグラフであって、低透湿性フィルムにより圧電素子の表面が覆われない場合と比較するグラフを示す。
実施例２の圧電式バルブには、低透湿性フィルム６１として、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート製のフィルムを用いた。また、前記低透湿性フィルム６１の圧電素子３２の表面からの高さが２５μｍとなるよう、前記低透湿性フィルム６１を変位伝達部３５に貼着した。

【0053】

実験は、特開２０１７－１６０９７３号公報の［実施例］に記載された方法に基づいて行われた。実験条件は以下のとおりである。
（１）圧縮エア供給圧力：０．２０ＭＰａ（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：５２Ｌ／ｍｉｎ
（４）入力信号：第１プレパルス時間 ｔ１＝０．１４５ｍｓ
第１休止時間 ｔ２＝０．０６５ｍｓ
第２プレパルス時間 ｔ３＝０．４５０ｍｓ
第２休止時間 ｔ４＝０．０４０ｍｓ
メインパルス時間 ｔ５＝０．３００ｍｓ
（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

【0054】

図１４において、破線は、低透湿性フィルムにより圧電素子の表面を覆う実施例２の圧電式バルブの結果を示す。また、実線は、低透湿性フィルムにより圧電素子の表面を覆わない圧電式バルブの結果を示す。
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、実施例２の圧電式バルブでは圧電素子の動きが妨げられていないことが分かる。

【0055】

［比較例］
図１５は、特許文献２に記載された、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面が覆われた比較例の圧電式バルブから噴出するエアの噴出圧特性を示すグラフであって、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面が覆われない場合と比較するグラフを示す。
実験は、特開２０１７－１６０９７３号の［比較例］に記載された方法に基づいて行われた。実験条件は以下のとおりである。
（１）圧縮エア供給圧力：０．２０ＭＰａ
（２）駆動電圧：７２Ｖ
（３）圧縮エア設定流量：５２Ｌ／ｍｉｎ
（４）入力信号：プレパルス時間 ｔ６＝０．１５２ｍｓ
休止時間 ｔ７＝０．０７ｍｓ
メインパルス時間 ｔ８＝０．７７８ｍｓ
（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

【0056】

図１５において、破線は、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面を覆う比較例の圧電式バルブの結果を示す。また、実線は、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面を覆わない圧電式バルブの結果を示す。
両者を比較した場合、比較例の圧電式バルブにおいてエアの噴出圧特性が劣っており、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面を覆うことで、圧電素子の動きが影響を受けていることが分かる。

【0057】

図１４及び図１５の結果から、本発明の実施の形態における圧電式バルブは、特許文献２に記載された、ポリオレフィン系樹脂により圧電素子の表面が覆われた圧電式バルブと異なり、低透湿性フィルムにより圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがないことが確認できた。

【0058】

本発明は、上記実施の形態に限るものでなく、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】

【0059】

本発明の圧電式バルブは、使用に際し圧縮気体とともに積層型圧電素子の破損片が噴出したり、高湿環境下で使用した場合でも前記積層型圧電素子に湿気が侵入して寿命が短くなるおそれがなく、前記積層型圧電素子の動きが妨げられてストロークが小さくなったり、正確な動作をしなくなったりするおそれがないため、極めて有用である。

【符号の説明】

【0060】

１ 積層型圧電素子
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
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
６１ 低透湿性フィルム
６１１ アクリル系貼着剤塗布層
６２ 絶縁用低透湿性フィルム
６２１ アクリル系貼着剤塗布層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】