(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】2023-06-21
(45)【発行日】2023-06-29
(54)【発明の名称】圧電式バルブ及び該圧電式バルブの製造方法
(51)【国際特許分類】
F16K 31/02 20060101AFI20230622BHJP
【FI】
F16K31/02 A
(21)【出願番号】P 2019121551
(22)【出願日】2019-06-28
【審査請求日】2022-04-06
(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
【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
【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】弁理士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】樋口 俊郎
(72)【発明者】
【氏名】徐 世傑
(72)【発明者】
【氏名】平田 敏忠
(72)【発明者】
【氏名】水野 義宣
【審査官】加藤 昌人
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-124695(JP,A)
【文献】特開2016-061412(JP,A)
【文献】特開2003-164985(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16K 31/00-31/05
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項2】
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に記載の圧電式バルブ。
【請求項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。
【請求項4】
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3に記載の圧電式バルブの製造方法。
【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、及び該圧電式バルブの製造方法に関する。
【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(例えば、特許文献1,2を参照。)。
【0003】
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】
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、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と、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。
【0005】
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。
【0006】
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問題がある。
【0007】
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ず、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。
【0008】
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。
【0009】
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問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開2013-124695号公報
【文献】特開2017-51894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、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。
【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、
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。
【0013】
本発明の圧電式バルブは、
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。
【0014】
上記目的を達成するため、参考発明は、
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。
【0015】
本発明の圧電式バルブは、
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。
【0016】
また、上記目的を達成するため、本発明は、
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。
【0017】
本発明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。
【0018】
上記目的を達成するため、参考発明は、
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。
【0019】
本発明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。
【発明の効果】
【0020】
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。
【0021】
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、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。
【0022】
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。
【0023】
本発明の圧電式バルブは、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。
【0024】
また、参考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。
【0025】
参考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。
【0026】
本発明の圧電式バルブは、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。
【0027】
本発明の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。
【0028】
本発明の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。
【0029】
本発明の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。
【0030】
本発明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。
【0031】
また、参考発明の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。
【0032】
参考発明の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。
【0033】
本発明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。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【
図4】
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】
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】
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】
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9】
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】
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12】
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】
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。
【発明を実施するための形態】
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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、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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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、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、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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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48に設けられている。
【0048】
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で、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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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とともに、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。
【0054】
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。
【0055】
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。
参考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。
【0056】
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し、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。
【0057】
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。
【0058】
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し、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。
【0059】
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。
【0060】
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く、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を組み立てたり、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。
【0061】
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。
【0062】
また、参考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こととしても、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。
【0063】
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。
【0064】
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とし、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。
【0065】
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ので、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。
【0066】
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】
【0067】
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。
【符号の説明】
【0068】
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
263 配線
28 蓋材
282 気体吸入路
285 気体排出用開口
286 配線用開口
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
361 U字状底部
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
48 設置部
50 コネクタ部
51 気体吸入口
52 気体排出口
55 配線基板
60 中間組立体
70 バルブ組立体
a,b,c,d 走査軌跡