JPH0350152B2 - - Google Patents
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- JPH0350152B2 JPH0350152B2 JP29748386A JP29748386A JPH0350152B2 JP H0350152 B2 JPH0350152 B2 JP H0350152B2 JP 29748386 A JP29748386 A JP 29748386A JP 29748386 A JP29748386 A JP 29748386A JP H0350152 B2 JPH0350152 B2 JP H0350152B2
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- fluid
- piezoelectric
- valve body
- valve
- deflection element
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧電たわみ素子の電圧印加によるた
わみ変形を利用したノルマル・オープン型の圧電
式選択バルブおよびその駆動方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a normally open piezoelectric selection valve that utilizes deflection deformation of a piezoelectric deflection element due to voltage application, and a method for driving the same.
［従来の技術］
従来、流体回路、例えば空気圧回路において制
御弁として圧電体を使用したものが提案されてい
る。[Prior Art] Conventionally, a fluid circuit, for example, a pneumatic circuit, using a piezoelectric body as a control valve has been proposed.
例えば実開昭60−75775号および実開昭60−
75776号公報には、バイモルフ構造の圧電たわみ
素子を用いた圧電バルブが開示されている。 For example, Utility Model Application No. 75775 and Utility Model Application No. 60-
Publication No. 75776 discloses a piezoelectric valve using a piezoelectric deflection element having a bimorph structure.
［本発明が解決しようとする問題点］
上記公報に開示されたバイモルフ構造の圧電た
わみ素子を利用した圧電バルブをノルマル・オー
プン型の圧電バルブとして使用した場合、圧電た
わみ素子に電圧を印加しない時に弁体が流体入口
を閉じるようになつている。そしてこの閉状態に
おける弁体による流体入口のシールを十分にする
ため、予め、圧電たわみ素子を強制的に機械的に
たわませ、弁体を流体入口に押しつけた状態とし
ている。[Problems to be Solved by the Present Invention] When the piezoelectric valve using the piezoelectric deflection element with the bimorph structure disclosed in the above publication is used as a normally open type piezoelectric valve, when no voltage is applied to the piezoelectric deflection element, A valve body is adapted to close the fluid inlet. In order to sufficiently seal the fluid inlet by the valve body in this closed state, the piezoelectric deflection element is forcibly bent mechanically in advance to press the valve body against the fluid inlet.
圧電板としては、一般にセラミツクスが使用さ
れるが、セラミツクスは引張変形に対する強度が
比較的弱いので弾性たわみ変形により凸面とされ
た方の圧電板には機械的なクリープ現象が発生し
易く、この為バルブを長期間使用した場合には弁
体を流体入口に押圧する力が低下して十分なシー
ル状態を維持することができなくなるという問題
点があつた。 Ceramics are generally used as piezoelectric plates, but since ceramics have relatively low strength against tensile deformation, mechanical creep tends to occur on the piezoelectric plate that has a convex surface due to elastic flexural deformation. When the valve is used for a long period of time, there is a problem in that the force for pressing the valve body against the fluid inlet decreases, making it impossible to maintain a sufficient sealing state.
［問題点を解決する為の手段］
本発明者は、前記問題点を解決し、且つ複数種
の流体の流れを制御するノルマル・オープン型の
圧電式選択バルブを得る方法として、弁が開の状
態では圧電たわみ素子には何ら機械的変形を与え
ず、且つ電圧を印加しないようにし、また弁を閉
の状態にする際には、流体入口を押圧してシール
する代わりに、圧電たわみ素子に電圧を印加する
ことにより発生するたわみ変形と、流体入口ポー
トより流入した流体とによる押圧力でシールする
ようにすれば、弁体は連通ポート部のノズルに確
実に押圧され、ノルマル・オープン型の圧電式選
択バルブを長期間にわたつて使用できることを見
い出した。[Means for Solving the Problems] The present inventor has proposed a method for solving the above-mentioned problems and for obtaining a normally open piezoelectric selection valve that controls the flow of multiple types of fluids. In this state, the piezoelectric deflection element is not subjected to any mechanical deformation and no voltage is applied, and when closing the valve, instead of pressing the fluid inlet to seal it, the piezoelectric deflection element is If the seal is created by the deflection deformation generated by applying a voltage and the pressing force of the fluid flowing in from the fluid inlet port, the valve body will be reliably pressed against the nozzle of the communication port, and the normally open type It has been discovered that a piezoelectric selection valve can be used for a long period of time.
本発明は、上記知見に基づくものである。 The present invention is based on the above findings.
本発明によれば、下記(1)〜(3)のノルマル・オー
プン型の圧電式選択バルブおよびその駆動方法が
提供される。 According to the present invention, the following normally open piezoelectric selection valves (1) to (3) and methods for driving the same are provided.
(1) 気密隔壁によつて主室と２以上の副室とに分
割されたバルブであり、主室には側壁を貫通す
る流体出口ポートおよび気密隔壁を貫通し主室
と副室とを連通する連通ポートが設けられてお
り、副室には側壁を貫通する流体入口ポートが
設けられており、第１のノルマル・オープン部
の副室内には圧電板をバネ性を有する基板に貼
りつけた圧電たわみ素子の一端をバルブケース
に固定部材により固定し、該圧電たわみ素子の
固定部より離れた位置に弁体を付設し、且つ該
圧電たわみ素子のバネ性を有する基板の延長端
部を支持し、該弁体を先端が副室に向けられた
連通ポート部のノズルから一定の距離だけ離す
ようにし、他のノルマル・クローズ部の副室内
には圧電たわみ素子の一端を固定部材により固
定し、且つ、自由端とした他端に弁体を付設し
て連通ポート部のノズルに接するように配置
し、流体入口ポートからバルブの副室中に流入
した流体の圧力によつて弁体を連通ポート部の
ノズルに圧着することにより流体をシールする
ようにし、ノルマル・オープン部の副室内の圧
電たわみ素子に電圧を印加することによつて発
生するたわみ変形と、流体入口ポートより該副
室内に流入した流体とによる押圧力で、弁体を
連通ポート部のノズルに圧着することにより流
体をシールする様に構成し、流体の種類を切り
換える際にはノルマル・クローズ部の副室内の
圧電たわみ素子に電圧を印加することによつて
生じるたわみ変形によつて弁体を連通ポート部
のノズルから離して、異なる流体を主室中に流
出させ、主室の流体出口ポートから流出させる
ように構成してなることを特徴とする圧電式選
択バルブ。(1) A valve that is divided into a main chamber and two or more auxiliary chambers by an airtight partition, and the main chamber has a fluid outlet port that penetrates the side wall and a fluid outlet port that penetrates the airtight partition and connects the main chamber and the auxiliary chambers. A fluid inlet port is provided in the sub-chamber that penetrates the side wall, and a piezoelectric plate is attached to a substrate having spring properties in the sub-chamber of the first normally open part. One end of the piezoelectric deflection element is fixed to the valve case by a fixing member, a valve body is attached at a position remote from the fixed part of the piezoelectric deflection element, and the extended end of the substrate having spring properties of the piezoelectric deflection element is supported. Then, the valve body is separated by a certain distance from the nozzle of the communication port part whose tip is directed toward the subchamber, and one end of the piezoelectric deflection element is fixed with a fixing member in the subchamber of the other normally closed part. , and a valve body is attached to the other free end and arranged so as to be in contact with the nozzle of the communication port portion, and the valve body is communicated by the pressure of the fluid flowing into the subchamber of the valve from the fluid inlet port. The fluid is sealed by crimping the nozzle of the port part, and the deflection deformation that occurs by applying voltage to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally open part and the pressure inside the subchamber from the fluid inlet port are prevented. The valve body is configured to seal the fluid by crimping the valve body to the nozzle of the communication port part by the pressing force of the inflowing fluid, and when switching the type of fluid, a piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally closed part is used. The valve body is separated from the nozzle of the communication port part by the deflection deformation caused by applying a voltage to the valve body, so that a different fluid flows into the main chamber and flows out from the fluid outlet port of the main chamber. A piezoelectric selection valve that is characterized by
(2) 主室には側壁を貫通する流体出口ポート、流
体排出ポートおよび流体排出ノズルと、気密隔
壁を貫通し主室と副室とを連通する連通ポート
とが設けられており、主室内には圧電たわみ素
子の一端を固定し、且つ、自由端とした他端に
弁体を付設し、該弁体を流体排出ノズルに接す
るように配置し、流体の種類を切り換える際、
主室内の圧電たわみ素子に電圧を印加して主室
内を排気して異種流体の混合を防止する様に構
成してなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の圧電式選択バルブ。(2) The main chamber is provided with a fluid outlet port, a fluid discharge port, and a fluid discharge nozzle that penetrate the side wall, and a communication port that penetrates the airtight partition and communicates the main chamber and the subchamber. In this method, one end of the piezoelectric deflection element is fixed, and a valve body is attached to the other free end, and the valve body is arranged so as to be in contact with a fluid discharge nozzle, and when switching the type of fluid,
2. The piezoelectric selection valve according to claim 1, wherein the piezoelectric selection valve is configured to apply a voltage to a piezoelectric deflection element in the main chamber to exhaust the main chamber to prevent mixing of different types of fluids.
(3) 気密隔壁によつて主室と２以上の副室とに分
割されたバルブであり、主室には側壁を貫通す
る流体出口ポートおよび気密隔壁を貫通し主室
と副室とを連通する連通ポートが設けられてお
り、副室には側壁を貫通する流体入口ポートが
設けられており、第１のノルマル・オープン部
の副室内には圧電板をバネ性を有する基板に貼
りつけた圧電たわみ素子の一端をバルブケース
に固定部材により固定し、該圧電たわみ素子の
固定部より離れた位置に弁体を付設し、且つ該
圧電たわみ素子のバネ性を有する基板の延長端
部を支持し、該弁体を先端が副室に向けられた
連通ポート部のノズルから一定の距離だけ離す
ようにし、他のノルマル・クローズ部の副室内
には圧電たわみ素子の一端を固定部材により固
定し、且つ、自由端とした他端に弁体を付設し
て連通ポート部のノズルに接するように配置
し、流体入口ポートからバルブの副室中に流入
した流体の圧力によつて弁体を連通ポート部の
ノズルに圧着することにより流体をシールする
ようにし、ノルマル・オープン部の副室内の圧
電たわみ素子に電圧を印加することによつて発
生するたわみ変形と、流体入口ポートより該副
室内に流入した流体とによる押圧力で、弁体を
連通ポート部のノズルに圧着することにより流
体をシールする様に構成し、流体の種類を切り
換える際にはノルマル・クローズ部の副室内の
圧電たわみ素子に電圧を印加することによつて
生じるたわみ変形によつて弁体を連通ポート部
のノズルから離して、異なる流体を主室中に流
出させ、主室の流体出口ポートから流出させる
ように構成してなることを特徴とする圧電式選
択バルブにおいて、ノルマル・クローズ部の副
室内の圧電たわみ素子に電圧を印加してたわみ
変形を起こさせ該副室内の流体を流出させる
際、弁体が連通ポート部のノズルから離れる短
時間のみ高い電圧を加え、すぐに脱分極が起こ
り難い低い電圧に切り換えるようにし、流体の
流出を止める際には初め加えた電圧とは逆の極
性の電圧を短時間だけ印加するようにし、ノル
マル・オープン部の副室内の圧電たわみ素子に
電圧を印加することによつて発生するたわみ変
形と、該副室内に流入した流体とによる押圧力
の合算で弁体をノズルに圧着させ該副室内の流
体をシールするようにし、弁を元の開の状態に
切り換える際には、該副室内の圧重たわみ素子
に弁を閉にする際に印加した電圧とは逆極性の
電圧を短時間だけ印加するようにして動作させ
ることを特徴とする圧電式選択バルブの駆動方
法。(3) A valve that is divided into a main chamber and two or more auxiliary chambers by an airtight partition, and the main chamber has a fluid outlet port that penetrates the side wall and a fluid outlet port that penetrates the airtight partition and connects the main chamber and the auxiliary chambers. A fluid inlet port is provided in the sub-chamber that penetrates the side wall, and a piezoelectric plate is attached to a substrate having spring properties in the sub-chamber of the first normally open part. One end of the piezoelectric deflection element is fixed to the valve case by a fixing member, a valve body is attached at a position remote from the fixed part of the piezoelectric deflection element, and the extended end of the substrate having spring properties of the piezoelectric deflection element is supported. Then, the valve body is separated by a certain distance from the nozzle of the communication port part whose tip is directed toward the subchamber, and one end of the piezoelectric deflection element is fixed with a fixing member in the subchamber of the other normally closed part. , and a valve body is attached to the other free end and arranged so as to be in contact with the nozzle of the communication port portion, and the valve body is communicated by the pressure of the fluid flowing into the subchamber of the valve from the fluid inlet port. The fluid is sealed by crimping the nozzle of the port part, and the deflection deformation that occurs by applying voltage to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally open part and the pressure inside the subchamber from the fluid inlet port are prevented. The valve body is configured to seal the fluid by crimping the valve body to the nozzle of the communication port part by the pressing force of the inflowing fluid, and when switching the type of fluid, a piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally closed part is used. The valve body is separated from the nozzle of the communication port part by the deflection deformation caused by applying a voltage to the valve body, so that a different fluid flows into the main chamber and flows out from the fluid outlet port of the main chamber. In the piezoelectric selection valve, when voltage is applied to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally closed part to cause deflection deformation and fluid in the subchamber flows out, the valve body connects to the communication port. Apply a high voltage for a short period of time when moving away from the nozzle, then immediately switch to a lower voltage that is less likely to cause depolarization, and when stopping the flow of fluid, apply a voltage of the opposite polarity to the initially applied voltage for a short period of time. The valve body is moved into the nozzle by the sum of the deflection deformation generated by applying voltage to the piezoelectric deflection element in the sub-chamber of the normally open part and the pressing force due to the fluid flowing into the sub-chamber. The fluid in the auxiliary chamber is crimped, and when switching the valve back to its original open state, a voltage of opposite polarity to that applied to the pressure deflection element in the auxiliary chamber when closing the valve is applied. A method for driving a piezoelectric selection valve, characterized in that the piezoelectric selection valve is operated by applying a voltage for only a short period of time.
［実施例］
以下図面を参照しながら本発明の具体的な実施
例を説明する。[Example] Specific examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は、本発明におけるノルマル・オープン
型の圧電式選択バルブを示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a normally open type piezoelectric selection valve according to the present invention.
第１図において１はバルブケースであり気密隔
壁１４によつて主室１０と流体の種類だけの副室
１１に分割される。図では２種類の流体について
の場合である。ノルマル・オープン部の副室１１
Ａ内にはバネ性を有する金属基板（ステンレス
板）３２の両面に圧電板３１を貼り付けた圧電た
わみ素子３ａの一端部が固定部材２によつて支持
され、該圧電板の延長端部は金属基板３２の方が
圧電板３１より長くなるように構成されている。
圧電板３１の自由端部には弁体４ａが付設されて
いる。弁体４ａと連通ポート５ａ部のノズル６ａ
との間の距離は流体の流入を防げない距離になる
ようにノズル位置調節機構９によつて調節する。
圧電たわみ素子３ａにおいて圧電板３１の端部よ
り延長したバネ性を有する金属基板３２の部分は
板バネの役割を持たせる。金属基板３２の延長部
の自由端に対向する位置に支点となる支持材１６
を副室１１Ａ内に配置し、支持材位置調節機構１
７で支持材１６の頭部が該金属基板３２の自由端
部に接するように調節する。調節の際該金属基板
３２がたわみ変形を起こさないように留意する。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a valve case, which is divided by an airtight partition wall 14 into a main chamber 10 and an auxiliary chamber 11 for only the type of fluid. The figure shows the case of two types of fluids. Normal open section sub-room 11
Inside A, one end of a piezoelectric flexible element 3a, which has a piezoelectric plate 31 attached to both sides of a metal substrate (stainless steel plate) 32 having spring properties, is supported by a fixing member 2, and the extended end of the piezoelectric plate is The metal substrate 32 is configured to be longer than the piezoelectric plate 31.
A valve body 4a is attached to the free end of the piezoelectric plate 31. Valve body 4a and nozzle 6a of communication port 5a
The distance between them is adjusted by the nozzle position adjustment mechanism 9 so that the inflow of fluid is not prevented.
In the piezoelectric bending element 3a, a portion of the metal substrate 32 having spring properties extending from the end of the piezoelectric plate 31 is made to play the role of a leaf spring. A support member 16 serving as a fulcrum is located at a position opposite to the free end of the extension of the metal substrate 32.
is placed in the subchamber 11A, and the support material position adjustment mechanism 1
At step 7, the head of the support member 16 is adjusted so as to be in contact with the free end of the metal substrate 32. Care must be taken to avoid bending and deforming the metal substrate 32 during adjustment.
副室１１Ａは圧電たわみ素子３ａに電圧を印加
しない状態で弁は開の状態、即ちノルマル・オー
プンの状態におかれ、副室１１Ａ内の流体は連通
ポート９部を経て主室１０に流入し、流体出口ポ
ート８より流出している。この状態で圧電たわみ
素子３ａは機械的変形を受けないのでクリープ現
象等は起こらない。 The subchamber 11A is placed in an open state, that is, a normally open state, with no voltage applied to the piezoelectric deflection element 3a, and the fluid in the subchamber 11A flows into the main chamber 10 through the communication port 9. , outflows from the fluid outlet port 8. In this state, the piezoelectric deflection element 3a is not subjected to mechanical deformation, so no creep phenomenon or the like occurs.
一方、ノルマル・クローズ部の副室１１Ｂ内に
は固定部材２によつて圧電たわみ素子３ｂの一端
部が固定支持されている。圧電たわみ素子３ｂの
自由端部には弁体４ｂが付設されている。 On the other hand, one end portion of the piezoelectric deflection element 3b is fixedly supported within the subchamber 11B of the normally closed portion by a fixing member 2. A valve body 4b is attached to the free end of the piezoelectric deflection element 3b.
図には示していないが圧電たわみ素子３ａ，３
ｂに接続した電圧印加用のリード線は適切な方法
でバルブケース１に対して絶縁および気密化され
ている。該弁体４ａ，４ｂは例えばゴム材からな
る。 Although not shown in the figure, piezoelectric deflection elements 3a, 3
The voltage application lead wire connected to b is insulated and airtight with respect to the valve case 1 by an appropriate method. The valve bodies 4a, 4b are made of a rubber material, for example.
弁体４ｂと対向する位置に連通ポート部のノズ
ル６ｂを通じて主室１０に通じる連通ポート５ｂ
が設けられている。弁体４ｂの位置は連通ポート
部のノズル６ｂの先端に接触するようにノズル位
置調節機構９によつて調節する。調節の際、圧電
たわみ素子３ｂ自身がたわみ変形を起こさないよ
うに留意する。圧電たわみ素子３ｂは機械的変形
を受けないのでクリープ現象等は起こらない。副
室１１Ｂ内の流体は、流体自身の圧力でシールさ
れ主室１０内には流出しない。 A communication port 5b that communicates with the main chamber 10 through a nozzle 6b of the communication port portion is located at a position facing the valve body 4b.
is provided. The position of the valve body 4b is adjusted by the nozzle position adjustment mechanism 9 so that it contacts the tip of the nozzle 6b of the communication port portion. During adjustment, care must be taken not to cause the piezoelectric deflection element 3b itself to undergo deflection deformation. Since the piezoelectric deflection element 3b is not subjected to mechanical deformation, creep phenomena and the like do not occur. The fluid in the auxiliary chamber 11B is sealed by its own pressure and does not flow into the main chamber 10.
圧電たわみ素子３ａに電圧を印加することによ
つて発生するたわみ変形と、流体自身の圧力によ
るシール力との合算で弁体４ａを連通ポート部の
ノズル９に押圧すれば副室１１Ａ内の流体はシー
ルされる。このとき副室１１Ｂ内の圧電たわみ素
子３ｂにも電圧を印加して弁体４ｂを連通ポート
部のノズルから離すことにより、１１Ｂ内の流体
は連通ポート５ｂのノズル６ｂを経て主室１０内
に流入し、流体出口ポート８より流出する。 When the valve body 4a is pressed against the nozzle 9 of the communication port part by the sum of the deflection deformation generated by applying a voltage to the piezoelectric deflection element 3a and the sealing force due to the pressure of the fluid itself, the fluid in the subchamber 11A is is sealed. At this time, by applying a voltage to the piezoelectric deflection element 3b in the auxiliary chamber 11B to separate the valve body 4b from the nozzle of the communication port, the fluid in 11B flows into the main chamber 10 through the nozzle 6b of the communication port 5b. The fluid flows in and flows out from the fluid outlet port 8.
第２図は種類の異なつた流体同志が主室１０内
で混じることを防ぐため、主室１０内に排気用圧
電たわみ素子３ｃの一端を固定部材２によつて固
定支持し、他端に付設した弁体４ｃに対向する位
置に流体排出ノズル１３に続いた流体排出ポート
１２をバルブケース１に配設してある。主室１０
内に残留する流体は一旦排出ポート１２から排出
した後、別の流体を流入させれば、主室内に残留
する流体と新たに主室内に流入させた流体との混
合を防止することができる。 In order to prevent fluids of different types from mixing in the main chamber 10, FIG. A fluid discharge port 12 connected to a fluid discharge nozzle 13 is provided in the valve case 1 at a position facing the valve body 4c. Main room 10
By once discharging the fluid remaining in the main chamber from the discharge port 12 and then allowing another fluid to flow in, it is possible to prevent the fluid remaining in the main chamber from mixing with the fluid newly introduced into the main chamber.
第３図ＡおよびＢは本発明のノルマル・オープ
ン型の圧電式選択バルブの駆動方法を示すもの
で、第１図の圧電式選択バルブの圧電たわみ素子
に加える電圧印加パターンを示す図である。第３
図Ａはノルマル・オープン部の副室内の圧電たわ
み素子３ａへの圧電印加パターンを、第３図Ｂは
ノルマル・クローズ部の副室内の圧電たわみ素子
３ｂへの電圧印加パターンを示す図である。 3A and 3B show a method of driving a normally open type piezoelectric selection valve of the present invention, and are diagrams showing voltage application patterns applied to the piezoelectric deflection element of the piezoelectric selection valve of FIG. 1. Third
FIG. 3A shows a piezoelectric voltage application pattern to the piezoelectric deflection element 3a in the subchamber in the normally open section, and FIG. 3B shows a voltage application pattern to the piezoelectric deflection element 3b in the subchamber in the normally closed section.
副室１１Ａ内の圧電たわみ素子３ａは、例えば
次のような構成とし、バルブケース１に取り付け
ることができる。長さ30mm、巾20mm、厚み0.2mm
のチタン酸・ジルコン酸鉛系の圧電板３１の両面
に、Ag電極を焼き付け、接着剤で厚さ0.1mmのバ
ネ性を有する金属基板３２（ステンレス板）の両
面に貼りつけたバイモルフ構造の圧電たわみ素子
３ａの圧電板３１の端部に、厚さ0.5mmのEPTゴ
ムからなる弁体４ａを貼り付け、圧電板３１の端
部から金属基板３２の自由端部までの長さを15mm
として、圧電たわみ素子３ａを構成する。この圧
電たわみ素子３ａを、弁体４が流体出口ノズル５
の先端より200μｍ離れるように、支持材１６で
金属基板３２の自由端部より１mmの位置を支点と
することによりバルブケース１に配設した。 The piezoelectric deflection element 3a in the auxiliary chamber 11A can have, for example, the following configuration and be attached to the valve case 1. Length 30mm, width 20mm, thickness 0.2mm
A piezoelectric device with a bimorph structure in which Ag electrodes are baked on both sides of a titanate/lead zirconate piezoelectric plate 31 and attached with adhesive to both sides of a metal substrate 32 (stainless steel plate) with a spring property of 0.1 mm thickness. A valve body 4a made of EPT rubber with a thickness of 0.5 mm is attached to the end of the piezoelectric plate 31 of the deflection element 3a, and the length from the end of the piezoelectric plate 31 to the free end of the metal substrate 32 is 15 mm.
The piezoelectric deflection element 3a is configured as follows. The valve body 4 connects this piezoelectric deflection element 3a to the fluid outlet nozzle 5.
The metal substrate 32 was disposed in the valve case 1 by using a supporting member 16 as a fulcrum at a position 1 mm from the free end of the metal substrate 32 so as to be 200 μm away from the tip of the metal substrate 32 .
また副室１１Ｂ内の圧電たわみ素子３ｂは、例
えば次のような構成とし、バルブケース１に取り
付けることができる。前記と同様な圧電板を使用
し、両面にAg電極をつけ、接着剤で厚さ0.1mmの
バネ性を有する基板３２（ステンレス板）の両面
に貼りつけたバイモルフ構造の圧電たわみ素子３
ｂの自由端部に厚さ0.5mmのEPTゴムからなる弁
体４ｂを貼り付け、弁体４ｂを直径1.2mmの連通
ポート部のノズル６ｂに接する様にしてバルブケ
ース１内におさめた。 Further, the piezoelectric deflection element 3b in the auxiliary chamber 11B can be attached to the valve case 1, for example, with the following configuration. A bimorph piezoelectric deflection element 3 using the same piezoelectric plate as above, with Ag electrodes attached on both sides, and attached with adhesive to both sides of a 0.1 mm thick spring substrate 32 (stainless steel plate).
A valve body 4b made of EPT rubber with a thickness of 0.5 mm was attached to the free end of the valve body 4b, and the valve body 4b was placed in the valve case 1 so as to be in contact with the nozzle 6b of the communication port portion with a diameter of 1.2 mm.
圧力が５Kg／cm2のN2ガス流体を上記構造のバ
ルブケース１内に側壁１５を貫通する流体入口ポ
ート７ａより流入させ、一方流体入口ポート７ｂ
に５Kg／cm2の圧縮空気を導入し、ノルマル・オー
プン部の副室内の圧電たわみ素子３ａに70Vの直
流電圧を印加しバルブの状態を閉とした時のもれ
量は、0.5ml／minであり、電磁バルブに関して
のJIS B8373で規定したもれ量を下まわつた。 N 2 gas fluid with a pressure of 5 kg/cm 2 is introduced into the valve case 1 having the above structure through the fluid inlet port 7a penetrating the side wall 15, while the fluid inlet port 7b
When compressed air of 5 kg/cm 2 is introduced into the auxiliary chamber, a DC voltage of 70 V is applied to the piezoelectric deflection element 3a in the auxiliary chamber of the normally open part, and the valve is closed, the amount of leakage is 0.5 ml/min. This was less than the amount of leakage stipulated by JIS B8373 for electromagnetic valves.
次に圧電たわみ素子３ａに70Vの直流電圧を印
加した状態で、ノルマル・クローズ部の副室内の
圧電たわみ素子３ｂに、v1＝100，v2＝70V，v3
＝−70V，t1＝１秒，t2＝３秒，t3＝１秒の条件
で電圧を印加したところ印加電圧に対して流量は
鋭敏に立ち上がり、且つ、一定流量に達する時間
は短かつた。この様子を第４図Ａに示す。 Next, with a DC voltage of 70V applied to the piezoelectric deflection element 3a, v 1 = 100, v 2 = 70V, v 3 are applied to the piezoelectric deflection element 3b in the subchamber of the normally closed part.
When voltage was applied under the conditions of = -70V, t 1 = 1 second, t 2 = 3 seconds, and t 3 = 1 second, the flow rate rose sharply with respect to the applied voltage, and the time to reach a constant flow rate was short. Ta. This situation is shown in FIG. 4A.
これに対して、比較例として弁体がノズルから
離れる際に高い電圧を加えないで、v2＝70Vで３
秒間印加した後、v3＝−70Vを１秒間加えた時の
流出される流体の流量と印加電圧とを対比させ
た。この様子を第４図Ｂに示す。図から明らかな
ように弁の開放時における流量の立ち上がりには
にぶく、且つ、一定流量に達していないことがわ
かる。 On the other hand, as a comparative example, when the valve body separates from the nozzle, high voltage is not applied and the voltage is 3 at v 2 = 70V.
The applied voltage was compared with the flow rate of the fluid flowing out when v 3 =-70V was applied for 1 second after the voltage was applied for a second. This situation is shown in FIG. 4B. As is clear from the figure, the flow rate rises slowly when the valve is opened, and does not reach a constant flow rate.
次にノルマル・クローズ部の副室内の圧電たわ
み素子３ｂに電圧を印加しない状態で、ノルマ
ル・オープン型の副室内の圧電たわみ素子３ａに
−100Vを1.0秒間だけ印加したところ、元の開状
態に戻つた。 Next, with no voltage applied to the piezoelectric deflection element 3b in the auxiliary chamber of the normally closed part, -100V was applied for only 1.0 seconds to the piezoelectric flexure element 3a in the auxiliary chamber of the normally open type, and the original open state was restored. I went back.
尚実施例ではバネ性を有する金属基板の例とし
てステンレス基板を用いたが、これに限定するも
のではない。 In the embodiment, a stainless steel substrate is used as an example of a metal substrate having spring properties, but the present invention is not limited to this.
［発明の効果］
本発明によれば、バルブが開の状態時には何ら
ノルマル・オープン部の副室内の圧電たわみ素子
に対し電圧を印加することなく、且つ機械的なた
わみ変形も与えず、バルブが閉の状態時には流体
をシールするための押圧力を主として流体自身の
流体圧によつており、しかもバルブを閉状態から
開状態へする際には、圧電たわみ素子に電圧を印
加することにより発生するたわみ変形とバネ性を
有する基板のバネ反発力とを利用している。一方
ノルマル・クローズ型の副室内の圧電たわみ素子
に対しては通常は電圧を印加せず、バルブを開に
する短時間のみ電圧を印加するようにしている。
このため、バルブの弁体の開閉の動作が確実で、
且つ脱分極による特性の劣化が起こりにくい。従
つて長期間にわたり使用することができるノルマ
ル・オープン型の圧電式選択バルブ及びその駆動
方法が提供される。[Effects of the Invention] According to the present invention, when the valve is in the open state, no voltage is applied to the piezoelectric deflection element in the sub-chamber of the normally open portion, and no mechanical deflection deformation is applied. In the closed state, the pressing force to seal the fluid is mainly generated by the fluid pressure of the fluid itself, and when the valve is changed from the closed state to the open state, it is generated by applying voltage to the piezoelectric deflection element. It utilizes the deflection deformation and the spring repulsive force of the springy substrate. On the other hand, normally no voltage is applied to the piezoelectric bending element in the normally closed subchamber, and the voltage is applied only for a short time to open the valve.
For this reason, the opening and closing operations of the valve body are reliable.
In addition, deterioration of characteristics due to depolarization is less likely to occur. Therefore, a normally open piezoelectric selection valve that can be used for a long period of time and a method for driving the same are provided.
第１図および第２図は本発明のノルマル・オー
プン型の圧電式選択バルブを示す概略図である。
第３図ＡおよびＢは本発明のノルマル・オープン
型の圧電式選択バルブの駆動方法である圧電たわ
み素子への電圧印加パターンを示す図である。第
４図Ａ〜Ｂは第１図の圧電式選択バルブにおい
て、圧電たわみ素子へ電圧を印加したときの流量
変化挙動を示す図である。
１：バルブケース、２：固定部材、３ａ，３
ｂ，３ｃ：圧電たわみ素子、３１：圧電板、３
２：バネ性を有する基板、４ａ，４ｂ，４ｃ：弁
体、５ａ，５ｂ：連通ポート、６ａ，６ｂ：連通
ポート部のノズル、７ａ，７ｂ：流体入口ポー
ト、８：流体出口ポート、９：ノズル位置調節機
構、１０：主室、１１Ａ，１１Ｂ：副室、１２：
流体排出ポート、１３：流体排出ノズル、１４：
気密隔壁、１５：側壁、１６：支持材、１７：支
持材位置調節機構。
1 and 2 are schematic diagrams showing a normally open type piezoelectric selection valve of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a voltage application pattern to a piezoelectric deflection element, which is a method for driving a normally open type piezoelectric selection valve according to the present invention. 4A and 4B are diagrams showing flow rate change behavior when voltage is applied to the piezoelectric deflection element in the piezoelectric selection valve of FIG. 1. 1: Valve case, 2: Fixing member, 3a, 3
b, 3c: piezoelectric deflection element, 31: piezoelectric plate, 3
2: Substrate having spring properties, 4a, 4b, 4c: Valve body, 5a, 5b: Communication port, 6a, 6b: Nozzle of communication port section, 7a, 7b: Fluid inlet port, 8: Fluid outlet port, 9: Nozzle position adjustment mechanism, 10: Main chamber, 11A, 11B: Sub-chamber, 12:
Fluid discharge port, 13: Fluid discharge nozzle, 14:
Airtight bulkhead, 15: side wall, 16: support material, 17: support material position adjustment mechanism.
Claims (1)
割されたバルブであり、主室には側壁を貫通する
流体出口ポートおよび気密隔壁を貫通し主室と副
室とを連通する連通ポートが設けられており、副
室には側壁を貫通する流体入口ポートが設けられ
ており、第１のノルマル・オープン部の副室内に
は圧電板をバネ性を有する基板に貼りつけた圧電
たわみ素子の一端をバルブケースに固定部材によ
り固定し、該圧電たわみ素子の固定部より離れた
位置に弁体を付設し、且つ該圧電たわみ素子のバ
ネ性を有する基板の延長端部を支持し、該弁体を
先端から副室に向けられた連通ポート部のノズル
から一定の距離だけ離すようにし、他のノルマ
ル・クローズ部の副室内には圧電たわみ素子の一
端を固定部材により固定し、且つ、自由端とした
他端に弁体を付設して連通ポート部のノズルに接
するように配置し、流体入口ポートからバルブの
副室中に流入した流体の圧力によつて弁体を連通
ポート部のノズルに圧着することにより流体をシ
ールするようにし、ノルマル・オープン部の副室
内の圧電たわみ素子に電圧を印加することによつ
て発生するたわみ変形と、流体入口ポートより該
副室内に流入した流体とによる押圧力で、弁体を
連通ポート部のノズルに圧着することにより流体
をシールする様に構成し、流体の種類を切り換え
る際にはノルマル・クローズ部の副室内の圧電た
わみ素子に電圧を印加することによつて生じるた
わみ変形によつて弁体を連通ポート部のノズルか
ら離して、異なる流体を主室中に流出させ、主室
の流体出口ポートから流出させるように構成して
なることを特徴とする圧電式選択バルブ。 ２ 主室には側壁を貫通する流体出口ポート、流
体排出ポートおよび流体排出ノズルと、気密隔壁
を貫通し主室と副室とを連通する連通ポートとが
設けられており、主案内には圧電たわみ素子の一
端を固定し、且つ、自由端とした他端に弁体を付
設し、該弁体を流体排出ノズルに接するように配
置し、流体の種類を切り換える際、主室内の圧電
たわみ素子に電圧を印加して主室内を排気して異
種流体の混合を防止する様に構成してなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電式選
択バルブ。 ３ 気密隔壁によつて主室と２以上の副室とに分
割されたバルブであり、主室には側壁を貫通する
流体出口ポートおよび気密隔壁を貫通し主室と副
室とを連通する連通ポートが設けられており、副
室には側壁を貫通する流体入口ポートが設けられ
ており、第１のノルマル・オープン部の副室内に
は圧電板をバネ性を有する基板に貼りつけた圧電
たわみ素子の一端をバルブケースに固定部材によ
り固定し、該圧電たわみ素子の固定部より離れた
位置に弁体を付設し、且つ該圧電たわみ素子のバ
ネ性を有する基板の延長端部を支持し、該弁体を
先端が室に向けられた連通ポート部のノズルから
一定の距離だけ離すようにし、他のノルマル・ク
ローズ部の副室内には圧電たわみ素子の一端を固
定部材により固定し、且つ、自由端とした他端に
弁体を付設して連通ポート部のノズルに接するよ
うに配置し、流体入口ポートからバルブの副室中
に流入した流体の圧力によつて弁体を連通ポート
部のノズルに圧着することにより流体をシールす
るようにし、ノルマル・オープン部の副室内の圧
電たわみ素子に電圧を印加することによつて発生
するたわみ変形と、流体入口ポートより該副室内
に流入した流体とによる押圧力で、弁体を連通ポ
ート部のノズルに圧着することにより流体をシー
ルする様に構成し、流体の種類を切り換える際に
はノルマル・クローズ部の副室内の圧電たわみ素
子に電圧を印加することによつて生じるたわみ変
形によつて弁体を連通ポート部のノズルから離し
て、異なる流体を主室中に流出させ、主室の流体
出口ポートから流出させるように構成してなるこ
とを特徴とする圧電式選択バルブにおいて、ノル
マル・クローズ部の副室内の圧電たわみ素子に電
圧を印加してたわみ変形を起こさせ該副室内の流
体を流出させる際、弁体が連通ポート部のノズル
から離れる短時間のみ高い電圧を加え、すぐに脱
分極が起こり難い低い電圧に切り換えるように
し、流体の流出を止める際には初め加えた電圧と
は逆の極性の電圧を短時間だけ印加するように
し、ノルマル・オープン部の副室内の圧電たわみ
素子に電圧を印加することによつて発生するたわ
み変形と、該副室内に流入した流体とによる押圧
力の合算で弁体をノズルに圧着させ該副室内の流
体をシールするようにし、弁を元の開の状態に切
り換える際には、該副室内の圧電たわみ素子に弁
を閉にする際に印加した電圧とは逆極性の電圧を
短時間だけ印加するようにして動作させることを
特徴とする圧電式選択バルブの駆動方法。[Claims] 1. A valve divided into a main chamber and two or more sub-chambers by an airtight partition, the main chamber having a fluid outlet port penetrating a side wall, and a fluid outlet port penetrating the airtight partition wall forming a main chamber and two or more sub-chambers. A communication port communicating with the chamber is provided, a fluid inlet port penetrating the side wall is provided in the sub-chamber, and a piezoelectric plate is placed in the sub-chamber of the first normally open portion. one end of the piezoelectric deflection element affixed to the valve case is fixed to the valve case by a fixing member, a valve body is attached at a position distant from the fixed part of the piezoelectric deflection element, and an extension of the substrate having spring properties of the piezoelectric deflection element The end of the valve body is supported by a certain distance from the nozzle of the communication port section directed from the tip to the auxiliary chamber, and one end of the piezoelectric deflection element is fixed in the auxiliary chamber of the other normally closed section. The valve body is fixed by a member, and a valve body is attached to the other end which is made free, and is arranged so as to be in contact with the nozzle of the communication port part, and the valve body is fixed by the pressure of the fluid flowing into the subchamber of the valve from the fluid inlet port. The valve body is crimped to the nozzle of the communication port section to seal the fluid, and the deflection deformation caused by applying voltage to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally open section and the fluid inlet port are prevented. The structure is configured to seal the fluid by pressing the valve body against the nozzle of the communication port part by the pressing force of the fluid that has flowed into the subchamber, and when switching the type of fluid, The valve body is separated from the nozzle of the communication port part by the deflection deformation caused by applying a voltage to the piezoelectric deflection element of the valve body, and a different fluid flows into the main chamber and flows out from the fluid outlet port of the main chamber. A piezoelectric selection valve characterized by being configured as follows. 2 The main chamber is provided with a fluid outlet port, a fluid discharge port, and a fluid discharge nozzle that penetrate the side wall, and a communication port that penetrates the airtight partition wall and communicates the main chamber and the subchamber. One end of the deflection element is fixed, and a valve body is attached to the other free end, and the valve body is placed in contact with the fluid discharge nozzle. When switching the type of fluid, the piezoelectric deflection element in the main chamber 2. The piezoelectric selection valve according to claim 1, wherein the piezoelectric selection valve is configured to apply a voltage to exhaust the main chamber to prevent mixing of different types of fluids. 3 A valve divided into a main chamber and two or more auxiliary chambers by an airtight partition, and the main chamber has a fluid outlet port penetrating the side wall and a communication passage passing through the airtight partition to communicate the main chamber and the auxiliary chamber. The sub-chamber is provided with a fluid inlet port penetrating the side wall, and the sub-chamber of the first normally open part is equipped with a piezoelectric deflection plate made of a piezoelectric plate attached to a substrate having spring properties. one end of the element is fixed to the valve case by a fixing member, a valve body is attached at a position remote from the fixing part of the piezoelectric deflection element, and an extended end of a substrate having spring properties of the piezoelectric deflection element is supported; The valve body is separated by a certain distance from the nozzle of the communication port part whose tip is directed toward the chamber, and one end of the piezoelectric deflection element is fixed by a fixing member in the subchamber of the other normally closed part, and A valve body is attached to the other free end and placed in contact with the nozzle of the communication port. The fluid is sealed by crimping the nozzle, and the deflection deformation that occurs by applying voltage to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally open part and the fluid flowing into the subchamber from the fluid inlet port. The structure is configured to seal the fluid by compressing the valve body to the nozzle of the communication port section with the pressing force generated by The valve body is separated from the nozzle of the communication port part by the deflection deformation caused by the application of fluid, and a different fluid is caused to flow into the main chamber and from the fluid outlet port of the main chamber. In the piezoelectric selection valve characterized by Apply a high voltage only for a short period of time when moving away from the tube, then immediately switch to a lower voltage that is less likely to cause depolarization, and when stopping the flow of fluid, apply a voltage with the opposite polarity to the voltage that was initially applied for a short period of time. Then, the valve body is pressed against the nozzle by the sum of the deflection deformation generated by applying a voltage to the piezoelectric deflection element in the subchamber of the normally open part and the pressing force due to the fluid flowing into the subchamber. To seal the fluid in the antechamber, and to switch the valve back to its original open state, a voltage of opposite polarity to the voltage applied to close the valve is briefly applied to the piezoelectric deflection element in the antechamber. A method for driving a piezoelectric selection valve, characterized in that the piezoelectric selection valve is operated by applying only the voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29748386A JPS63152783A (en) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Piezoelectric selection valve and its driving method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29748386A JPS63152783A (en) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Piezoelectric selection valve and its driving method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63152783A JPS63152783A (en) | 1988-06-25 |
| JPH0350152B2 true JPH0350152B2 (en) | 1991-07-31 |
Family
ID=17847083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29748386A Granted JPS63152783A (en) | 1986-12-16 | 1986-12-16 | Piezoelectric selection valve and its driving method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63152783A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT396392B (en) * | 1991-09-30 | 1993-08-25 | Hoerbiger Fluidtechnik Gmbh | PIEZO VALVE |
-
1986
- 1986-12-16 JP JP29748386A patent/JPS63152783A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63152783A (en) | 1988-06-25 |
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