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JP2996599B2 - Multilayer piezoelectric actuator type piezoelectric element valve - Google Patents
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JP2996599B2 - Multilayer piezoelectric actuator type piezoelectric element valve - Google Patents

Multilayer piezoelectric actuator type piezoelectric element valve

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JP2996599B2
JP2996599B2 JP6233172A JP23317294A JP2996599B2 JP 2996599 B2 JP2996599 B2 JP 2996599B2 JP 6233172 A JP6233172 A JP 6233172A JP 23317294 A JP23317294 A JP 23317294A JP 2996599 B2 JP2996599 B2 JP 2996599B2
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piezoelectric element
arm
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laminated piezoelectric
gas
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一 平塚
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、積層圧電アクチュエ
ータを用いた圧電素子弁に関するものである。さらに詳
しくは、この発明は、核融合装置への原料ガス注入設備
における原料ガス注入弁、真空試験装置の圧力調整にお
けるガス制御弁等に好適な積層圧電アクチュエータ型圧
電素子弁に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element valve using a laminated piezoelectric actuator. More specifically, the present invention relates to a laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve suitable for a source gas injection valve in a source gas injection facility for a nuclear fusion device, a gas control valve in pressure adjustment of a vacuum test device, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】核融合装置への原料ガス注入設備におけ
る原料ガス注入弁、真空試験装置の圧力調整におけるガ
ス制御弁としては、従来より、ピエゾ効果(圧電効果)
を利用した、(a)バイモルフ型圧電素子を用いた圧電
素子弁や、(b)積層型圧電素子を用いた積層型圧電素
子弁および流量制御型圧電素子弁等のような圧電素子弁
が利用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezo effect (piezoelectric effect) has been used as a source gas injection valve in a source gas injection facility for a fusion device and a gas control valve in pressure adjustment of a vacuum test device.
(A) a piezoelectric element valve using a bimorph type piezoelectric element, and (b) a piezoelectric element valve such as a laminated type piezoelectric element valve using a laminated type piezoelectric element and a flow control type piezoelectric element valve are used. Have been.

【0003】このうちの(a)バイモルフ型圧電素子弁
の一例を示したものが図6である。この図6に示したよ
うに、出口側フランジ(31)の上面盤の中央部に弁座
(32)が固定され、この弁座(32)の頭部には、円
盤形状のバイモルフ型圧電素子(33)の中央部に配設
されたシール部材(34)が当接している。また、この
バイモルフ型圧電素子(33)は絶縁板(35)上に載
置され、押え板(36)で固定されており、絶縁板(3
5)は調整座(37)を介し出口側フランジ(31)に
固定されている。バイモルフ型圧電素子(33)の中央
部にはバイトン、ニトリルゴム等からなるシール部材
(34)が接着剤等により固定されている。このシール
部材(34)の上面にはスプリング(38)が当接さ
れ、その下方への付勢力によりシール部材(34)の下
面と弁座(32)の頭部とが当接し、ガスが流出しない
ように封止されている。そして、バイモルフ型圧電素子
(33)に直流電圧を印加することで、バイモルフ型圧
電素子(33)の中央付近に変位を集中させスプリング
(38)による付勢力に抗し上方に向けてバイモルフ型
圧電素子(33)を円弧状に変形させ、弁座(32)と
シール部材(34)とを離間させて両者の間に間隙を生
じさせることで、この間隙を通してガスを入口側フラン
ジ(39)のガス導入管部(39a)から出口側フラン
ジ(31)のガス導出管部(31a)に流出させること
ができるようにしている。
FIG. 6 shows an example (a) of a bimorph type piezoelectric element valve. As shown in FIG. 6, a valve seat (32) is fixed to the center of the upper surface plate of the outlet side flange (31), and a disk-shaped bimorph type piezoelectric element is mounted on the head of the valve seat (32). A seal member (34) disposed at the center of (33) is in contact with the seal member. The bimorph type piezoelectric element (33) is placed on an insulating plate (35) and fixed by a holding plate (36).
5) is fixed to the outlet side flange (31) via the adjustment seat (37). At the center of the bimorph type piezoelectric element (33), a seal member (34) made of viton, nitrile rubber or the like is fixed by an adhesive or the like. A spring (38) is in contact with the upper surface of the seal member (34), and the lower surface of the seal member (34) is in contact with the head of the valve seat (32) due to the downward biasing force, so that gas flows out. Not sealed. By applying a DC voltage to the bimorph-type piezoelectric element (33), the displacement is concentrated near the center of the bimorph-type piezoelectric element (33), and the bimorph-type piezoelectric element (33) is directed upward against the urging force of the spring (38). By deforming the element (33) into an arc shape and separating the valve seat (32) and the sealing member (34) to form a gap between the two, gas is passed through the gap to the inlet side flange (39). The gas can be discharged from the gas introduction pipe (39a) to the gas outlet pipe (31a) of the outlet flange (31).

【0004】また、(b)積層型圧電素子を用いた積層
型圧電素子弁および流量制御型圧電素子弁は、その作動
原理によって、図7に示されるように積層型圧電素子の
伸縮によりシール部材を弁座から接離させるようにした
リフト式の積層型圧電素子弁と、図8および9に示され
るように積層型圧電素子の伸縮をアームに伝達し、てこ
の原理を利用してアームを回動させシール部材を弁座か
ら接離させるようにした、てこ式積層型圧電素子弁およ
び流量制御型圧電素子弁とに大別される。
(B) A multi-layer piezoelectric element valve and a flow control type piezoelectric element valve using a multi-layer piezoelectric element use a sealing member by expansion and contraction of the multi-layer piezoelectric element as shown in FIG. And a lift-type multi-layer piezoelectric element valve that moves the arm to and away from the valve seat, and transmits the expansion and contraction of the multi-layer piezoelectric element to the arm as shown in FIGS. It is roughly divided into a lever-type laminated piezoelectric element valve and a flow control piezoelectric element valve which are rotated so that the seal member comes into contact with and separate from the valve seat.

【0005】図7に示したリフト式の積層型圧電素子弁
においては、出口側フランジ(41)の上面盤の中央部
に弁座(42)が固定され、この弁座(42)の頭部に
は下部ブラケット(43)に設けられた弁体(44)に
接着されたシール部材(45)が当接している。下部ブ
ラケット(43)は連結ボルト(46)、(46)によ
って上部ブラケット(47)に連結され、上部ブラケッ
ト(47)は発生力の大きい積層型圧電素子(48)、
または、類似の特性を有する積層型圧電素子を2個以上
直列に接続したものの上端面によって支持され、これに
よって下部ブラケット(43)は吊り上げられるように
なっている。積層型圧電素子(48)の下端面は受座
(49)上に配設されており、上部ブラケット(47)
はスプリング(50)によって下方に付勢されており、
弁座(42)の頭部と下部ブラケット(43)に設けら
れたシール部材(45)とが当接しガスが流出しないよ
うに封止している。受座(49)は出側フランジ(4
1)の上面盤に固定されている。こういったことから弁
自体の構造が大型となっている。そして、積層型圧電素
子(48)に直流電圧を印加することで、積層型圧電素
子(48)をスプリング(50)に抗し伸長させ、上部
ブラケット(47)、連結ボルト(46)、(46)、
下部ブラケット(43)を上方に持ち上げ、シール部材
(45)と弁座(42)の頭部とを離間させて両者の間
に間隙を生じさせることで、この間隙を通してガスを入
口側フランジ(51)のガス導入管部(51a)から出
口側フランジ(41)のガス導出管部(41a)に流出
させることができるようにしている。
In the lift type laminated piezoelectric element valve shown in FIG. 7, a valve seat (42) is fixed to a center portion of an upper surface plate of an outlet side flange (41), and a head of the valve seat (42) is provided. A seal member (45) adhered to a valve body (44) provided on the lower bracket (43). The lower bracket (43) is connected to the upper bracket (47) by connecting bolts (46) and (46), and the upper bracket (47) is a laminated piezoelectric element (48) having a large generating force.
Alternatively, two or more laminated piezoelectric elements having similar characteristics are connected in series and supported by the upper end surface, whereby the lower bracket (43) is lifted. The lower end surface of the multilayer piezoelectric element (48) is disposed on the seat (49), and the upper bracket (47)
Is urged downward by a spring (50),
The head of the valve seat (42) and the seal member (45) provided on the lower bracket (43) are in contact with each other and sealed so that gas does not flow out. The receiving seat (49) is located on the outlet flange (4).
It is fixed to the upper panel of 1). For these reasons, the structure of the valve itself is large. Then, by applying a DC voltage to the laminated piezoelectric element (48), the laminated piezoelectric element (48) is expanded against the spring (50), and the upper bracket (47), the connecting bolts (46), (46) are extended. ),
By lifting the lower bracket (43) upward and separating the sealing member (45) from the head of the valve seat (42) to form a gap between the two, gas can be passed through the gap and the inlet-side flange (51). ) Can be allowed to flow out from the gas introduction pipe part (51a) to the gas outlet pipe part (41a) of the outlet side flange (41).

【0006】図8に示したてこ式積層型圧電素子弁にお
いては、出側フランジ(61)の上面盤の中央部に弁座
(62)が固定され、該弁座(62)の頭部には弁体
(63)の下端に設けられたシール部材(64)が当接
している。弁体(63)は、受座(65)に設けられた
枢支ピン(66)を支点として回動可能なアーム(6
7)のほぼ中央部にねじ等により固定され、受座(6
5)の弁体貫通孔を通って下方に突出している。受座
(65)は出側フランジ(61)の上面盤に固定されて
いる。アーム(67)の一端と縦置きされた1個の積層
型圧電素子(68)の下端面とはピン(69)によって
回動可能にされた素子取付板(72)を介して連結され
ており、積層型圧電素子(68)の上端は受座(65)
に立設された素子受座(65)に設けられた素子取付板
(72)に固定されている。また、アーム(67)の他
端は、スプリング(73)によって下方に付勢されてい
る。そして、積層型圧電素子(68)に直流電圧を印加
することで、積層型圧電素子(68)を伸長させ枢支ピ
ン(66)を支点としてスプリング(73)の付勢力に
抗してアーム(67)を回動させ、シール部材(64)
と弁座(62)の頭部とを離間させて両者の間に間隙を
生じさせ、この間隙を通してガスを入口側フランジ(7
4)のガス導入管部(74a)から出口側フランジ(6
1)のガス導出管部(61a)に流出させることができ
るようにしている。
In the lever type laminated piezoelectric element valve shown in FIG. 8, a valve seat (62) is fixed to the center of the upper surface plate of the outlet flange (61), and the valve seat (62) is attached to the head of the valve seat (62). Is in contact with a seal member (64) provided at the lower end of the valve body (63). The valve body (63) includes an arm (6) rotatable around a pivot pin (66) provided on a receiving seat (65).
7) is fixed to a substantially central portion by screws or the like, and
It protrudes downward through the valve body through hole of 5). The receiving seat (65) is fixed to the upper panel of the outlet flange (61). One end of the arm (67) and the lower end surface of one vertically stacked piezoelectric element (68) are connected via an element mounting plate (72) rotatable by a pin (69). The upper end of the multilayer piezoelectric element (68) has a seat (65).
Is fixed to an element mounting plate (72) provided on an element receiving seat (65) provided upright. The other end of the arm (67) is urged downward by a spring (73). Then, by applying a DC voltage to the laminated piezoelectric element (68), the laminated piezoelectric element (68) is extended, and the arm () is supported against the urging force of the spring (73) with the pivot pin (66) as a fulcrum. 67), and the sealing member (64) is rotated.
The head and the head of the valve seat (62) are separated from each other to form a gap therebetween, through which gas flows into the inlet flange (7).
4) From the gas introduction pipe part (74a) to the outlet side flange (6).
The gas can be discharged to the gas outlet pipe section (61a) of 1).

【0007】図9に示したてこ式流量制御型圧電素子弁
においては、出側フランジ(81)の上面盤の中央部に
弁座(82)が固定され、この弁座(82)の頭部には
L字型アーム(83)の下面に接着されたシール部材
(84)が当接している。このL字型アーム(83)
は、出側フランジ(81)の上面盤に立設された受座
(85)に設けられた枢支ピン(86)を支点として回
動可能となっている。また、L字型アーム(83)の垂
直部と横置きされた積層型圧電素子(87)の一端面は
ピン(88)によって回動可能にされた素子取付板(8
9)を介して連結されており、積層型圧電素子(87)
の他端面はコの字型の素子受座(90)に固定されてい
る。また、L字型アーム(83)の他端は、スプリング
(91)によって下方に付勢されている。弁座(82)
には圧力変換器(92)が横設されている。そして、積
層型圧電素子(87)に直流電圧を印加することで、積
層型圧電素子(87)を伸長させ枢支ピン(86)を支
点としてスプリング(91)の付勢力に抗してL字型ア
ーム(83)を回動させ、シール部材(84)と弁座
(82)の頭部とを離間させて両者の間に間隙を生じさ
せ、この間隙を通してガスを入口側フランジ(93)の
ガス導入管部(93a)から出口側フランジ(81)の
ガス導出管部(81a)に流出させる。その際、弁座
(82)に横設された圧力変換器(92)によって流量
を絶えずモニターし、所定量のガスを流出させるように
積層型圧電素子(87)に印加する直流電圧を制御する
ことができる。これら、積層型圧電素子弁のシール部材
としては、主にバイトン、ニトリルゴム等のゴム類が使
用され、弁座と対向する部位に接着剤等によって固定さ
れている。
In the lever type flow control type piezoelectric element valve shown in FIG. 9, a valve seat (82) is fixed to the center of the upper surface plate of the outlet flange (81), and the head of the valve seat (82) is fixed. The seal member (84) adhered to the lower surface of the L-shaped arm (83) is in contact with. This L-shaped arm (83)
Is rotatable around a pivot pin (86) provided on a receiving seat (85) provided upright on the upper panel of the outlet flange (81). The vertical portion of the L-shaped arm (83) and one end surface of the laminated piezoelectric element (87) placed laterally are attached to an element mounting plate (8) rotatable by a pin (88).
9), and are connected via a multilayer piezoelectric element (87).
Is fixed to a U-shaped element receiving seat (90). The other end of the L-shaped arm (83) is urged downward by a spring (91). Valve seat (82)
Is provided with a pressure transducer (92). Then, by applying a DC voltage to the laminated piezoelectric element (87), the laminated piezoelectric element (87) is extended, and the L-shaped against the urging force of the spring (91) with the pivot pin (86) as a fulcrum. The mold arm (83) is rotated to separate the seal member (84) from the head of the valve seat (82) to form a gap between the two, and through this gap gas flows into the inlet side flange (93). The gas is discharged from the gas inlet pipe (93a) to the gas outlet pipe (81a) of the outlet flange (81). At this time, the flow rate is constantly monitored by a pressure transducer (92) provided laterally on the valve seat (82), and a DC voltage applied to the laminated piezoelectric element (87) is controlled so that a predetermined amount of gas flows out. be able to. Rubbers such as viton and nitrile rubber are mainly used as a seal member of the laminated piezoelectric element valve, and are fixed to a portion facing the valve seat with an adhesive or the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示したような従来のバイモルフ型圧電素子弁は、前述の
如くバイモルフ型圧電素子(33)への直流印加電圧を
制御することで、バイモルフ型圧電素子(33)の中央
付近に変位を集中させ、スプリング(38)による付勢
力に抗し上方に向けてバイモルフ型圧電素子(33)を
円弧状に変形させ、弁座(32)とシール部材(34)
とを離間させて両者の間に間隙を生じさせることで、こ
の間隙を通してガスを入口側フランジ(39)のガス導
入管部(39a)から出口側フランジ(31)のガス導
出管部(31a)に流出させ、他方、印加電圧を解除す
ることでスプリング(38)の付勢力によりシール部材
(34)と弁座(32)の頭部とを当接させてガスの流
出を阻止しているが、ガスが可燃性の場合、バイモルフ
型圧電素子(33)が着火源になる可能性がある。ま
た、使用するガスの種類、温度等によっては、ガスがバ
イモルフ型圧電素子(33)の特性に影響を与え、バイ
モルフ型圧電素子(33)の印加電圧に対する変位量、
発生力等が変化し、印加電圧による弁座(32)の頭部
とシール部材(34)との間の間隙が変わってしまい、
流出量が不安定になるという問題がある。
However, the conventional bimorph-type piezoelectric element valve as shown in FIG. 6 controls the direct-current applied voltage to the bimorph-type piezoelectric element (33) as described above, so that the bimorph-type piezoelectric element (33) is controlled. The displacement is concentrated near the center of the piezoelectric element (33), and the bimorph-type piezoelectric element (33) is deformed upward in an arc shape against the urging force of the spring (38), thereby forming a valve seat (32) and a sealing member. (34)
Are separated from each other to form a gap therebetween, so that gas can be passed through the gap from the gas introduction pipe section (39a) of the inlet flange (39) to the gas outlet pipe section (31a) of the outlet flange (31). By releasing the applied voltage, the sealing member (34) is brought into contact with the head of the valve seat (32) by the urging force of the spring (38) to prevent the gas from flowing out. If the gas is flammable, the bimorph type piezoelectric element (33) may become the ignition source. Further, depending on the type, temperature, etc. of the gas used, the gas affects the characteristics of the bimorph type piezoelectric element (33), and the displacement of the bimorph type piezoelectric element (33) with respect to the applied voltage,
The generated force changes, and the gap between the head of the valve seat (32) and the seal member (34) changes due to the applied voltage,
There is a problem that the outflow becomes unstable.

【0009】図7、図8および図9に示した積層型圧電
素子弁においては、ガスが可燃性の場合、積層型圧電素
子の残留歪みや積層型圧電素子の高速伸縮による衝撃等
により変位を生じ、その際の発生電圧によって可燃性の
ガスが着火する可能性がある。そして、使用するガスの
種類、温度等によっては、ガスが積層型圧電素子の特性
に影響を与え、積層型圧電素子の印加電圧に対する変位
量、発生力等が変化し、印加電圧による弁座の頭部とシ
ール部材との間の間隙が当初と比べ変わってしまう。そ
の結果、流出量が不安定になるという問題がある。ま
た、積層型圧電素子弁においては、積層型圧電素子の印
加電圧による伸縮および発生力が下部ブラケット(4
3)、アーム(67)、L字型アーム(83)に面接触
により伝達されるようになっていることから、環境の変
化により、積層型圧電素子との当接面が不安定になり、
積層型圧電素子の印加電圧による伸縮が弁体(44)、
(63)に均一にしかも安定して伝達されず、その結
果、ガスの流量が不安定になる。
In the multi-layer piezoelectric element valve shown in FIGS. 7, 8 and 9, when the gas is flammable, the displacement is caused by the residual strain of the multi-layer piezoelectric element or the shock due to the high-speed expansion and contraction of the multi-layer piezoelectric element. Then, the flammable gas may be ignited by the generated voltage at that time. Depending on the type of gas used, the temperature, etc., the gas affects the characteristics of the laminated piezoelectric element, the amount of displacement of the laminated piezoelectric element with respect to the applied voltage, the generated force, and the like change. The gap between the head and the sealing member is different from the initial one. As a result, there is a problem that the amount of outflow becomes unstable. In the multilayer piezoelectric element valve, the expansion and contraction and the generated force due to the applied voltage of the multilayer piezoelectric element are reduced by the lower bracket (4).
3) Since the power is transmitted to the arm (67) and the L-shaped arm (83) by surface contact, the contact surface with the laminated piezoelectric element becomes unstable due to a change in environment,
The expansion and contraction of the laminated piezoelectric element due to the applied voltage is caused by the valve body (44),
(63) is not transmitted uniformly and stably, and as a result, the gas flow rate becomes unstable.

【0010】また、シール部材は、バイモルフ型圧電素
子(33)の中央部、下部ブラケット(43)に設けら
れた弁体(44)、アーム(67)に設けられた弁体
(63)、または、L字型アーム(83)の下面に接着
固定されていることから、接着剤の劣化により、また
は、圧電素子の高速伸縮による弁座の頭部とシール部材
との高速当接または離間、スプリングの高速応答動作に
よる振動の発生等により、シール部材と弁座の頭部との
当接位置がずれたり、または、シール部材が剥離したり
して、ガスのシールリークが発生したりするという問題
があった。
The sealing member may be a valve body (44) provided on a central portion of the bimorph type piezoelectric element (33), a lower bracket (43), a valve body (63) provided on an arm (67), or , The lower surface of the L-shaped arm (83) is adhered and fixed, so that the high-speed contact or separation between the head of the valve seat and the seal member due to the deterioration of the adhesive or the high-speed expansion and contraction of the piezoelectric element, the spring The problem is that the contact position between the seal member and the head of the valve seat shifts or the seal member peels off due to the occurrence of vibration due to the high-speed response operation of the valve, and the gas seal leaks. was there.

【0011】なお、積層型圧電素子弁の中には、シール
部材としてテトラフルオロエチレンやポリイミド樹脂を
下部ブラケット(43)、アーム(67)、L字型アー
ム(83)にビス等で固定することも採用されている
が、ビス等が弛みやすくシール部材を頻繁に取り替えな
ければならないといった使用上の煩雑さがあった。そこ
で、この発明は、上記の通りの従来技術の欠点を解決す
るためなされたものであって、ガスの種類、温度等によ
る積層型圧電素子の印加電圧に対する変位量、発生力等
の特性を変化させることがなく、安定したガスの流出を
確保することができ、積層型圧電素子の残留歪みや積層
型圧電素子の高速伸縮による衝撃等により変位を生じた
場合でも、発生電圧を遮断することができ、可燃性のガ
スに着火する恐れがないものとし、さらには、積層型圧
電素子の高速伸縮による弁座の頭部とシール部材との高
速当接または離間、スプリングの高速応答動作による振
動の発生等により、シール部材と弁座の頭部との当接位
置がずれたり、シール部材が剥離したり、ガスのシール
リークが発生したりすることがない、小型で簡素な構造
のてこ式積層型圧電素子弁を提供することを目的として
いる。
In the laminated piezoelectric element valve, tetrafluoroethylene or polyimide resin is fixed to the lower bracket (43), arm (67), L-shaped arm (83) with a screw or the like as a seal member. However, there is a problem in that the screws and the like are easily loosened and the seal member must be replaced frequently, which makes the operation complicated. Therefore, the present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and changes the characteristics such as the amount of displacement and the generated force with respect to the applied voltage of the multilayer piezoelectric element due to the type of gas, temperature, and the like. It is possible to secure stable outflow of gas without disturbing, and it is possible to cut off the generated voltage even when displacement occurs due to residual strain of the multilayer piezoelectric element or shock due to high-speed expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element. It is possible that there is no danger of igniting flammable gas, and furthermore, high-speed contact or separation between the head of the valve seat and the seal member due to high-speed expansion and contraction of the laminated piezoelectric element, and vibration of the spring due to high-speed response operation of the spring Lever type stacking with a small and simple structure that does not cause displacement of the contact position between the seal member and the head of the valve seat due to occurrence, peeling of the seal member, or occurrence of gas seal leak And its object is to provide a piezoelectric element valve.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するも
のとして、この発明は、中間部に枢支ピンを有し、この
該枢支ピンを支点として回動可能とされたアームの上面
側の一方に積層型圧電素子の作用端部が当接されるとと
もに、アームの上面側の他方には復帰用の弾性力付与手
段が当接され、かつ、アームの下面側に設けられたシー
ル部材には弁座の頭部が当接され、積層型圧電素子へ電
圧を印加することにより積層型圧電素子を伸縮させ、こ
の伸縮を積層型圧電素子の作用端部を介してアームに伝
達し、枢支ピンを支点としてアームを回動させ、アーム
のシール部材と弁座との間に間隙を生じさせることで、
この間隙を通しガスを弁座から流出させる積層型圧電素
子弁において、不活性ガスを封入する伸縮可能な金属ケ
ース内に積層型圧電素子が収納された積層圧電アクチュ
エータが具備されていることを特徴とする積層圧電アク
チュエータ型圧電素子弁(請求項1)を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a pivot pin at an intermediate portion and an upper surface of an arm rotatable around the pivot pin. The working end of the laminated piezoelectric element is in contact with one of the above, and the elastic force applying means for return is in contact with the other on the upper surface side of the arm, and a seal member provided on the lower surface side of the arm The head of the valve seat is in contact with, and expands and contracts the laminated piezoelectric element by applying a voltage to the laminated piezoelectric element, and transmits this expansion and contraction to the arm via the working end of the laminated piezoelectric element, By rotating the arm with the pivot pin as a fulcrum and creating a gap between the seal member of the arm and the valve seat,
In the laminated piezoelectric element valve for allowing gas to flow out of the valve seat through the gap, a laminated piezoelectric actuator in which the laminated piezoelectric element is housed in a stretchable metal case that seals an inert gas is provided. (Claim 1).

【0013】また、この発明は、上記の圧電素子弁にお
いて、積層圧電アクチュエータの伸縮可能な金属ケース
がベローズであって、積層圧電アクチュエータの作用端
部にはアームとの当接用錐状凹部が設けられ、アームに
は該当接用錐状凹部に当接する錐状凸部が設けられてい
ること(請求項2)や、シール部材がアームの下面側に
設けられた凹部に配設されるとともに、弁座の頭部を受
け入れる孔が穿設されたシール部材押え板を介し、この
シール部材をアームに固定すること(請求項3)、弁座
が出側フランジの上面盤の出側フランジの軸心より偏心
した位置に固定されていること(請求項4)等をその態
様としている。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned piezoelectric element valve, the extendable metal case of the laminated piezoelectric actuator is a bellows, and a conical concave portion for contact with an arm is provided at the working end of the laminated piezoelectric actuator. The arm is provided with a conical convex portion that contacts the corresponding conical concave portion (Claim 2), and the seal member is disposed in the concave portion provided on the lower surface side of the arm. The seal member is fixed to the arm through a seal member holding plate provided with a hole for receiving the head of the valve seat (Claim 3). That aspect is that it is fixed at a position eccentric from the axis (claim 4).

【0014】[0014]

【作用】上記の通りの請求項の発明では、積層型圧電素
子へ直流電圧を印加することにより積層圧電アクチュエ
ータを伸縮させ、この伸縮を積層圧電アクチュエータの
作用端部を介してアームに伝達し、枢支ピンを支点とし
てアームを回動させ、アームのシール部材と弁座との間
に間隙を生じさせることにより、この間隙を通しガスを
弁座から流出させ、また、直流電圧の印加を停止させる
ことで、復帰用の弾性力付与手段の付勢力によりアーム
のシール部材が弁座の頭部を封止しガスの流出が停止さ
れる。その際、積層型圧電素子が、不活性ガスを封入す
る伸縮可能な金属ケース内に収納されていることから、
積層型圧電素子がガスと直接接触することがなくなり、
ガスの種類、温度等による積層型圧電素子の印加電圧に
対する変位量、発生力等の特性の変化を防止でき、圧電
素子の変位量、および、発生力等を一定化することで、
安定したガスの流出を確保することができるとともに、
積層型圧電素子の残留歪みや積層型圧電素子の高速伸縮
による衝撃等により変位を生じた場合でも、発生電圧を
遮断することができる。可燃性のガスに着火させる恐れ
がなくなる。
According to the invention as described above, the laminated piezoelectric actuator is expanded and contracted by applying a DC voltage to the laminated piezoelectric element, and the expansion and contraction is transmitted to the arm through the working end of the laminated piezoelectric actuator. By rotating the arm with the pivot pin as a fulcrum and creating a gap between the seal member of the arm and the valve seat, gas flows out of the valve seat through this gap, and application of the DC voltage is stopped. By doing so, the sealing member of the arm seals the head of the valve seat by the biasing force of the elastic force applying means for return, and the outflow of gas is stopped. At that time, since the multilayer piezoelectric element is housed in a stretchable metal case that seals an inert gas,
The laminated piezoelectric element no longer comes in direct contact with the gas,
It is possible to prevent a change in characteristics such as a displacement amount and a generated force with respect to an applied voltage of the laminated piezoelectric element due to a type of gas, a temperature, and the like.
While ensuring stable outflow of gas,
Even when displacement occurs due to residual strain of the laminated piezoelectric element or impact due to high-speed expansion and contraction of the laminated piezoelectric element, the generated voltage can be cut off. There is no danger of igniting combustible gas.

【0015】また、請求項2の発明によれば、構造が簡
単なベローズにより積層型圧電素子が不活性ガス中に封
入され、積層型圧電素子の伸縮が支障なく行うことがで
きる。請求項3の発明によれば、シール部材をシール押
え板により、確実、かつ、堅固にアームに固定すること
ができる。積層型圧電素子の高速伸縮による弁座の頭部
とシール部材との高速当接または離間、スプリングの高
速応答動作による振動の発生等により、シール部材と弁
座の頭部との当接位置がずれたり、シール部材が剥離し
たり、ガスのシールリークが発生したりすることがな
く、シール性が向上できる。
According to the second aspect of the present invention, the multilayer piezoelectric element is sealed in the inert gas by the bellows having a simple structure, and the expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element can be performed without any trouble. According to the invention of claim 3, the seal member can be securely and firmly fixed to the arm by the seal holding plate. The contact position between the sealing member and the head of the valve seat is caused by the high-speed contact or separation between the head of the valve seat and the sealing member due to the high-speed expansion and contraction of the laminated piezoelectric element, and the occurrence of vibration due to the high-speed response operation of the spring. The sealability can be improved without displacement, peeling of the seal member, or occurrence of gas seal leak.

【0016】さらにまた、請求項4の発明によれば、弁
座が出側フランジの上面盤の出側フランジの軸心より偏
心した位置に固定されていることから、積層圧電アクチ
ュエータ型圧電素子弁全体が小型化できる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the valve seat is fixed at a position eccentric from the axis of the outlet flange of the upper surface plate of the outlet flange, the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve is provided. The whole can be reduced in size.

【0017】[0017]

【実施例】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明
について説明する。もちろんこの発明は以下の例によっ
て限定されるものではない。すなわち、添付した図面の
図1は積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁の断面図、
図2は積層圧電アクチュエータの側面図、図3は弁座の
断面図、図4はアームの側面図、図5はシール部材押え
板の断面図である。
The present invention will be described below in more detail with reference to examples. Of course, the present invention is not limited by the following examples. That is, FIG. 1 of the attached drawings is a cross-sectional view of a laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve,
2 is a side view of the laminated piezoelectric actuator, FIG. 3 is a cross-sectional view of a valve seat, FIG. 4 is a side view of an arm, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a seal member holding plate.

【0018】図1に例示したように、この発明の積層圧
電アクチュエータ型圧電素子弁(A)は、後述する積層
圧電アクチュエータを用いた弁機構(B)を備えた出口
側フランジ(1)の上面盤(1a)と、弁機構を収納す
ることのできるケーシング部(2a)を有する入口側フ
ランジ(2)の環状部(2b)とが対接され、ボルトと
ナットにより一体化された構造とされている。
As exemplified in FIG. 1, the multilayered piezoelectric actuator type piezoelectric element valve (A) of the present invention has an upper surface of an outlet side flange (1) provided with a valve mechanism (B) using a multilayered piezoelectric actuator described later. The panel (1a) and the annular portion (2b) of the inlet side flange (2) having the casing portion (2a) capable of accommodating the valve mechanism are in contact with each other, and have a structure integrated by bolts and nuts. ing.

【0019】弁機構(B)は、中間部に枢支ピン(3)
を有し、この枢支ピン(3)を支点として回動可能とさ
れたアーム(4)の上面側の一方に積層圧電アクチュエ
ータ(5)の作用端部が当接され、アーム(4)の上面
側の他方にはスプリング(6)が当接され、アーム
(4)の下面側に設けられたシール部材(7)には弁座
(8)の頭部が当接されている。
The valve mechanism (B) has a pivot pin (3) at an intermediate portion.
The working end of the laminated piezoelectric actuator (5) is brought into contact with one of the upper surfaces of the arm (4) rotatable about the pivot pin (3) as a fulcrum. A spring (6) is in contact with the other on the upper surface, and the head of a valve seat (8) is in contact with a seal member (7) provided on the lower surface of the arm (4).

【0020】弁座(8)は、図3にも例示したように、
軸方向にガス流出孔(8a)が穿設された円錐状の頭部
を有する管状部(8b)と、加工、メンテナンスを容易
とするための矩形状のフランジ部(8c)とを備えてお
り、このフランジ部(8c)を出口側フランジ(1)の
上面盤(1a)に載置しボルトで固定している。弁座の
ガス流出孔(8a)は、出口側フランジ(1)の上面盤
(1a)の出口側フランジ(1)の軸心より所定量偏心
した位置に穿設されたガス導出孔(1b)と連通するよ
うに合致され、リテーナリング(9)とOリング(1
0)とを介して弁座(8)が出口側フランジ(1)の上
面盤(1a)に固定される。
The valve seat (8) is, as exemplified in FIG.
It has a tubular portion (8b) having a conical head with a gas outlet hole (8a) drilled in the axial direction, and a rectangular flange portion (8c) for easy processing and maintenance. This flange portion (8c) is placed on the upper surface plate (1a) of the outlet side flange (1) and fixed with bolts. The gas outlet hole (8a) of the valve seat is provided with a gas outlet hole (1b) drilled at a position eccentric from the axis of the outlet flange (1) of the upper panel (1a) of the outlet flange (1) by a predetermined amount. And the O-ring (1)
0), the valve seat (8) is fixed to the upper panel (1a) of the outlet side flange (1).

【0021】また、出口側フランジ(1)の上面盤(1
a)には一対の支持部材(11)が立設されており、こ
の支持部材(11)には両側に立脚部を有するブロック
(12)が横架され、ボルトで固定されている。ブロッ
ク(12)の上盤には積層圧電アクチュエータ(5)を
収納するカバー(13)の下部外周に刻設された雄ねじ
部が螺設できる雌ねじ孔(12a)が穿設され、立脚部
にはアーム(4)の枢支ピン(3)が架設されている。
Further, the upper surface plate (1) of the outlet side flange (1) is provided.
A pair of support members (11) are provided upright in (a), and a block (12) having upright portions on both sides is laid on the support members (11) and fixed by bolts. A female screw hole (12a) is formed in the upper part of the block (12), into which a male screw part engraved on the lower periphery of the cover (13) for accommodating the laminated piezoelectric actuator (5) can be screwed. A pivot pin (3) of the arm (4) is erected.

【0022】積層圧電アクチュエータ(5)を収納する
カバー(13)は筒状をしており、その外周上部にも雄
ねじが刻設されている。このカバー(13)の下部の雄
ねじはブロック(12)の雌ねじ孔(12a)に螺合さ
れ、固定ナット(14)を締め付けることでブロック
(12)にカバー(13)が固定されている。一方、上
部の雄ねじにはカップ状をした調整ナット(15)が螺
合され、固定ナット(16)を締め付けることで積層圧
電アクチュエータ(5)の軸方向長さを調整し、調整ナ
ット(15)をカバー(13)に固定している。調整ナ
ット(15)の頂部には積層型圧電素子(5d)の端子
(5a)、(5b)を露呈させるための端子孔(15
a)、(15b)が穿設されている。この端子(5
a)、(5b)は、出口側フランジ(1)に設けられた
図示されていない電流導入端子と電気的接続され、外部
から積層型圧電素子(5d)に直流電圧を印加すること
ができるようになっている。
The cover (13) for accommodating the laminated piezoelectric actuator (5) has a cylindrical shape, and an external thread is also engraved on the upper part of the outer periphery. The male screw at the bottom of the cover (13) is screwed into the female screw hole (12a) of the block (12), and the cover (13) is fixed to the block (12) by tightening the fixing nut (14). On the other hand, a cup-shaped adjusting nut (15) is screwed into the upper male screw, and the axial length of the laminated piezoelectric actuator (5) is adjusted by tightening the fixing nut (16). Is fixed to the cover (13). Terminal holes (15) for exposing the terminals (5a) and (5b) of the laminated piezoelectric element (5d) are provided at the top of the adjustment nut (15).
a) and (15b) are drilled. This terminal (5
(a) and (5b) are electrically connected to a current introducing terminal (not shown) provided on the outlet side flange (1) so that a DC voltage can be externally applied to the laminated piezoelectric element (5d). It has become.

【0023】積層圧電アクチュエータ(5)は、図2に
も例示したように、金属製ベローズ(5c)の中に積層
型圧電素子(5d)が不活性ガスとともに封入されてお
り、積層型圧電素子(5d)への直流電圧の印加による
伸縮に応じて容易にベローズ(5c)が伸縮できるよう
になっている。そして、このベローズ(5c)と積層型
圧電素子(5d)の下面には、図4に示したアーム
(4)の円錐状凸部(4a)が当接する円錐状凹部(5
e)が設けられている。ベローズ(5c)の頂面から積
層型圧電素子(5d)の端子(5a)、(5b)が突出
されており、ベローズ(5c)内に封入される不活性ガ
スが漏洩しないように適宜の封入手段によって封入され
ている。なお、不活性ガスとしては、He、Ar、Ne
等が利用できる。
As shown in FIG. 2, the laminated piezoelectric actuator (5) has a laminated piezoelectric element (5d) sealed together with an inert gas in a metal bellows (5c). The bellows (5c) can easily expand and contract in response to expansion and contraction due to application of a DC voltage to (5d). On the lower surfaces of the bellows (5c) and the multilayer piezoelectric element (5d), a conical concave portion (5) with which the conical convex portion (4a) of the arm (4) shown in FIG.
e) is provided. The terminals (5a) and (5b) of the laminated piezoelectric element (5d) protrude from the top surface of the bellows (5c), and are appropriately sealed so that the inert gas sealed in the bellows (5c) does not leak. Enclosed by means. In addition, He, Ar, Ne are used as the inert gas.
Etc. are available.

【0024】アーム(4)は枢支ピン(3)によって回
動可能とされており、枢支ピン(3)の左側のアーム
(4)上面には積層圧電アクチュエータ(5)の下面に
設けられた円錐状凹部(5e)に当接する円錐状凸部
(4a)が突設されている。なお、これら凹凸部は円錐
状に限定されず、当接が容易となる形状ならば他の錐状
であってもよい。枢支ピン(3)の右側のアーム(4)
の上面にはスプリング(6)の下端が当接する円形の凹
部(4b)が刻設されている。
The arm (4) is rotatable by a pivot pin (3). The arm (4) is provided on the upper surface of the left arm (4) of the pivot pin (3) on the lower surface of the laminated piezoelectric actuator (5). A conical convex portion (4a) abutting the conical concave portion (5e) protrudes. Note that these concavo-convex portions are not limited to a conical shape, and may have another conical shape as long as the shape allows easy contact. Right arm (4) of pivot pin (3)
A circular concave portion (4b) with which the lower end of the spring (6) abuts is formed in the upper surface of the.

【0025】スプリング(6)は、その付勢力によって
アーム(4)を時計方向に回動するようになっている。
スプリング(6)の上端にはバネ押え(17)が当接さ
れており、このバネ押え(17)には調整ねじ(18)
が設けられ、調整ねじ(18)を回動することで付勢力
を調整することができるようになっている。この調整ね
じ(18)は出口側フランジ(1)の上面盤(1a)に
アーム(4)および弁座(8)を跨いで立設されたバネ
ホルダー(19)のブリッジ部に穿設された雌ねじ(1
9a)に螺合している。
The spring (6) rotates the arm (4) clockwise by the urging force.
A spring retainer (17) is in contact with the upper end of the spring (6), and an adjusting screw (18) is attached to the spring retainer (17).
Is provided, and the biasing force can be adjusted by rotating the adjusting screw (18). The adjusting screw (18) is bored in a bridge portion of a spring holder (19) which stands on the upper surface plate (1a) of the outlet side flange (1) across the arm (4) and the valve seat (8). Female screw (1
9a).

【0026】一方、アーム(4)の下面の弁座(8)の
頭部に対接する位置には凹部(4c)が設けられ、この
凹部(4c)にはシール部材(7)が配設されている。
そして、シール部材(7)は押え板(20)によってア
ーム(4)下面に固定されている。押え板(20)は矩
形状をしており、ほぼ中央部には弁座(8)の頭部が嵌
挿される円形の孔(20a)が穿設されるとともにアー
ム(4)下面に固定するためのねじ孔が穿設されてい
る。図5に例示したように、円形の孔(20a)は弁座
(8)の円錐状頭部を受け入れるため、円錐状頭部の直
径よりもやや大きめでシール部材(7)が落下しない程
度の直径で、弁座(8)の頭部とシール部材(7)との
当接およびガスの流入に支障がないようにテーパを有し
ている。なお、シール部材(7)はアーム(4)に接着
しないで固定することができることからバイトンやニト
リルゴム等のゴム類、テトラフルオロエチレン、ポリイ
ミド樹脂等の適宜の材料を選択して使用できる。
On the other hand, a recess (4c) is provided at a position on the lower surface of the arm (4) in contact with the head of the valve seat (8), and a seal member (7) is provided in the recess (4c). ing.
The sealing member (7) is fixed to the lower surface of the arm (4) by a holding plate (20). The holding plate (20) has a rectangular shape, and a circular hole (20a) into which the head of the valve seat (8) is inserted is formed substantially in the center, and is fixed to the lower surface of the arm (4). Screw holes are drilled. As illustrated in FIG. 5, since the circular hole (20a) receives the conical head of the valve seat (8), the diameter is slightly larger than the diameter of the conical head and the sealing member (7) is not dropped. It has a diameter and is tapered so as not to hinder the contact between the head of the valve seat (8) and the sealing member (7) and the flow of gas. Since the seal member (7) can be fixed without adhering to the arm (4), an appropriate material such as rubbers such as viton and nitrile rubber, tetrafluoroethylene, and polyimide resin can be selected and used.

【0027】そして、入口側フランジ(2)の円筒状の
ケーシング部(2a)に連なったガス導入管(図示せ
ず)との接続部(2c)には、ガス導入管を介しガス供
給源に接続されるようにねじ孔が設けられている。ま
た、出口側フランジ(1)の上面盤(1a)の周囲に凹
環状部(1e)が刻設され、この凹環状部(1e)には
リテーナリング(21)とガスケット(22)が埋設さ
れている。そして、弁機構(B)を出口側フランジ
(1)の上面盤(1a)に配設し、入口側フランジ
(2)の環状部(2b)とを合体させ、ねじで入口側フ
ランジ(2)と、出口側フランジ(1)を一体化させて
積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁(A)を組み立て
ることができるようにしている。出口側フランジ(1)
の上面盤(1a)からはガス導出管部(1c)が延長さ
れ、ガス注入管との接続部(1d)が設けられている。
A connection (2c) with a gas introduction pipe (not shown) connected to the cylindrical casing part (2a) of the inlet side flange (2) is connected to a gas supply source via the gas introduction pipe. A screw hole is provided so as to be connected. A concave annular portion (1e) is engraved around the upper surface plate (1a) of the outlet side flange (1), and a retainer ring (21) and a gasket (22) are embedded in the concave annular portion (1e). ing. Then, the valve mechanism (B) is disposed on the upper surface plate (1a) of the outlet side flange (1), the annular portion (2b) of the inlet side flange (2) is combined, and the inlet side flange (2) is screwed. And the outlet side flange (1) are integrated so that the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve (A) can be assembled. Outlet flange (1)
The gas outlet pipe portion (1c) is extended from the upper surface plate (1a), and a connection portion (1d) for connecting to a gas injection pipe is provided.

【0028】積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁は以
上のように構成されているため、電流導入端子を経て端
子(5a)、(5b)に印加された直流電圧により積層
圧電アクチュエータ(5)が伸長し、この伸長を積層圧
電アクチュエータ(5)の円錐状凹部(5e)を介しア
ーム(4)の円錐状凸部(4a)に伝達し、枢支ピン
(3)を支点としてスプリング(6)の時計方向への付
勢力に抗して、アーム(4)を反時計方向に回動させシ
ール部材(7)と弁座(8)の頭部との間に間隙を生じ
させ、ガスを入口側フランジ(2)から弁座の流出孔
(8a)、出口側フランジ(1)のガス導出孔(1
b)、ガス導出管部(1c)を経て供給側から設備側に
流出させる。この時、積層型圧電素子(5d)がベロー
ズ(5c)内に不活性ガスとともに封入されていること
から、積層型圧電素子(5d)とガスとが直接接触せず
ガスの種類、温度等による積層型圧電素子の印加電圧に
対する変位量、発生力等の特性の変化を防止でき、圧電
素子の変位量、および、発生力等を一定化することで、
安定したガスの流出を確保することができるとともに、
積層型圧電素子の残留歪みや積層型圧電素子の高速伸縮
による衝撃等により変位を生じた場合でも、発生電圧を
遮断することができ、可燃性のガスに着火させる恐れが
ない。そして、直流電圧の印加を停止すると、積層圧電
アクチュエータ(5)が収縮し、スプリング(6)の付
勢力によりアーム(4)は時計方向に回動され弁座
(8)の頭部とアームのシール部材(7)とが当接し、
ガスの流出が停止される。
Since the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve is configured as described above, the laminated piezoelectric actuator (5) is extended by the DC voltage applied to the terminals (5a) and (5b) via the current introducing terminals. This extension is transmitted to the conical convex portion (4a) of the arm (4) via the conical concave portion (5e) of the laminated piezoelectric actuator (5), and the clock of the spring (6) is pivoted about the pivot pin (3). The arm (4) is rotated counterclockwise against the urging force in the direction to create a gap between the sealing member (7) and the head of the valve seat (8), and gas is introduced into the inlet side flange. From (2), the outlet hole (8a) of the valve seat and the gas outlet hole (1) of the outlet side flange (1).
b) Outflow from the supply side to the equipment side via the gas outlet pipe section (1c). At this time, since the multi-layer piezoelectric element (5d) is sealed in the bellows (5c) together with the inert gas, the multi-layer piezoelectric element (5d) does not directly contact the gas, and depends on the type and temperature of the gas. The displacement of the laminated piezoelectric element with respect to the applied voltage, and the change in the characteristics such as the generated force can be prevented, and the displacement of the piezoelectric element and the generated force can be made constant,
While ensuring stable outflow of gas,
Even when displacement occurs due to residual strain of the laminated piezoelectric element or impact due to high-speed expansion and contraction of the laminated piezoelectric element, the generated voltage can be cut off, and there is no danger of igniting the flammable gas. Then, when the application of the DC voltage is stopped, the laminated piezoelectric actuator (5) contracts, and the arm (4) is rotated clockwise by the urging force of the spring (6), so that the head of the valve seat (8) and the arm are moved. The sealing member (7) comes into contact with the
The outflow of gas is stopped.

【0029】また、ガスがシール部材(7)と弁座
(8)の頭部の間隙から流出する際の間隙は、使用する
積層圧電アクチュエータ(5)やアーム(4)のてこ比
によって相違するが、ガス注入弁やガス制御弁として利
用する場合は約数十マイクロメーター(μm)であるこ
とから、アーム(4)の下面に設けられたシール部材
(7)は押え板(20)から剥離したりずれたりするこ
となく安定して保持される。
The gap when the gas flows out of the gap between the sealing member (7) and the head of the valve seat (8) differs depending on the leverage ratio of the laminated piezoelectric actuator (5) and the arm (4) used. However, when used as a gas injection valve or a gas control valve, the seal member (7) provided on the lower surface of the arm (4) is peeled off from the holding plate (20) because it is about several tens of micrometers (μm). It is held stably without dripping.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したように
構成されているので、以下に記載されるような効果を奏
する。 (i)中間部に枢支ピンを有し該枢支ピンを支点として
回動可能とされたアームの上面側の一方に積層型圧電素
子の作用端部が当接され、アームの上面側の他方に復帰
用の弾性力付与手段が当接され、アームの下面側に設け
られたシール部材に弁座の頭部が当接されてなり、積層
型圧電素子へ電圧を印加することにより積層型圧電素子
を伸縮させ、この伸縮を積層型圧電素子の作用端部を介
してアームに伝達し、枢支ピンを支点としてアームを回
動させ、アームのシール部材と弁座との間に間隙を生じ
させることで、この間隙を通しガスを弁座から流出させ
るようにしてなる積層型圧電素子弁において、不活性ガ
スを封入する伸縮可能な金属ケース内に積層型圧電素子
を収納した積層圧電アクチュエータを具備することか
ら、積層型圧電素子へ直流電圧を印加することにより積
層圧電アクチュエータを伸縮させ、該伸縮を積層圧電ア
クチュエータの作用端部を介してアームに伝達し、枢支
ピンを支点としてアームを回動させ、アームのシール部
材と弁座との間に間隙を生じさせることで、この間隙を
通しガスを弁座から流出させ、また、直流電圧の印加を
停止することにより復帰用の弾性力付与手段の付勢力に
よりアームのシール部材が弁座の頭部を封止しガスの流
出を停止することができる。その際に、積層型圧電素子
が、不活性ガスを封入する伸縮可能な金属ケース内に収
納していることから、積層型圧電素子がガスと直接接触
することがなく、ガスの種類、温度等による積層型圧電
素子の印加電圧に対する変位量、発生力等の特性を変化
を防止でき、圧電素子の変位量、および、発生力等を一
定化することで、安定したガスの流出を確保することが
できるとともに、積層型圧電素子の残留歪みや積層型圧
電素子の高速伸縮による衝撃等により変位を生じた場合
でも、発生電圧を遮断することができる。可燃性のガス
に着火させる恐れがなく安全である。
Since the present invention is configured as described in detail above, it has the following effects. (I) The working end of the multilayer piezoelectric element is in contact with one of the upper surfaces of the arm having a pivot pin at an intermediate portion and rotatable about the pivot pin, and the upper end of the arm. An elastic force applying means for return is in contact with the other, and the head of the valve seat is in contact with a sealing member provided on the lower surface side of the arm. The piezoelectric element is expanded and contracted, and the expansion and contraction is transmitted to the arm through the working end of the laminated piezoelectric element, and the arm is rotated with the pivot pin as a fulcrum, so that a gap is provided between the seal member of the arm and the valve seat. In the multilayer piezoelectric element valve configured to cause the gas to flow out of the valve seat through the gap, a multilayer piezoelectric actuator in which the multilayer piezoelectric element is housed in a stretchable metal case that seals an inert gas. To provide a multilayer piezoelectric element The laminated piezoelectric actuator is expanded and contracted by applying a DC voltage, the expansion and contraction is transmitted to the arm via the working end of the laminated piezoelectric actuator, and the arm is rotated with the pivot pin as a fulcrum. By forming a gap between the arm and the seat, the gas flows out of the valve seat through the gap, and by stopping the application of the DC voltage, the energizing force of the elastic force applying means for the return is used to seal the arm. Can seal the head of the valve seat and stop outflow of gas. At this time, since the multilayer piezoelectric element is housed in a stretchable metal case that seals an inert gas, the multilayer piezoelectric element does not come into direct contact with the gas, and the gas type, temperature, etc. Characteristics of the laminated piezoelectric element against applied voltage due to applied voltage, generated force, etc. can be prevented from changing, and by stabilizing the amount of displacement and generated force of the piezoelectric element, stable gas outflow can be ensured. In addition to the above, even when displacement occurs due to residual strain of the multilayer piezoelectric element or impact due to high-speed expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element, the generated voltage can be cut off. It is safe without igniting flammable gas.

【0031】また、(ii)積層圧電アクチュエータの
伸縮可能な金属ケースをベローズとし、積層圧電アクチ
ュエータの作用端部にはアームとの当接用錐状凹部を設
け、アームには当接用錐状凹部に当接する錐状凸部を設
けることにより、構造が簡単なベローズにより積層型圧
電素子が不活性ガス中に封入され、積層型圧電素子の伸
縮が支障なく行うことができる。
(Ii) The expandable and contractible metal case of the laminated piezoelectric actuator is a bellows, and the working end of the laminated piezoelectric actuator is provided with a conical concave portion for contact with an arm, and the arm has a conical concave shape for contact. By providing the conical convex portion in contact with the concave portion, the multilayer piezoelectric element is sealed in an inert gas by a bellows having a simple structure, and the expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element can be performed without any trouble.

【0032】また、(iii)シール部材をアームの下
面側に設けられた凹部に配設し、弁座の頭部を受け入れ
る孔が穿設されたシール部材押え板を介しこのシール部
材をアームに固定することにより、シール部材をシール
押え板により、確実、かつ、堅固にアームに固定するこ
とができ、積層型圧電素子の高速伸縮による弁座の頭部
とシール部材との高速当接または離間、スプリングの高
速応答動作による振動の発生等により、シール部材と弁
座の頭部との当接位置がずれたり、または、シール部材
が剥離したりし、ガスのシールリークが発生したりする
ことを阻止し、シール性を向上させることができる。
(Iii) The seal member is provided in a concave portion provided on the lower surface side of the arm, and the seal member is attached to the arm through a seal member holding plate having a hole for receiving the head of the valve seat. By fixing, the seal member can be securely and firmly fixed to the arm by the seal holding plate, and the high-speed contact or separation between the head of the valve seat and the seal member due to the high-speed expansion and contraction of the laminated piezoelectric element. The contact position between the seal member and the head of the valve seat is shifted or the seal member peels off due to the occurrence of vibration due to the high-speed response operation of the spring, or the gas seal leak occurs. , And the sealing performance can be improved.

【0033】また、(iv)弁座が出側フランジの上面
盤(1a)の出側フランジの軸心より偏心した位置に固
定することにより、弁座が出口側フランジの上面盤(1
a)の出口側フランジの軸心より偏心した位置に固定で
きることから、積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁全
体が小型化できる。
Also, (iv) the valve seat is fixed at a position eccentric from the axis of the outlet flange of the upper surface plate (1a) of the outlet flange, so that the valve seat can be fixed to the upper surface plate (1) of the outlet flange.
Since it can be fixed at a position eccentric from the axis of the outlet side flange of a), the whole laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の積層圧電アクチュエータ型圧電素子
弁の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve of the present invention.

【図2】図1に示された積層圧電アクチュエータ型圧電
素子弁に用いられる積層圧電アクチュエータの側面図で
ある。
FIG. 2 is a side view of the laminated piezoelectric actuator used in the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve shown in FIG.

【図3】図1に示された積層圧電アクチュエータ型圧電
素子弁の弁座の断面図である。
3 is a sectional view of a valve seat of the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve shown in FIG. 1;

【図4】図1に示された積層圧電アクチュエータ型圧電
素子弁のアームの側面図である。
FIG. 4 is a side view of an arm of the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve shown in FIG. 1;

【図5】図1に示された積層圧電アクチュエータ型圧電
素子弁のシール部材押え板の断面図である。
5 is a cross-sectional view of a sealing member pressing plate of the laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve shown in FIG.

【図6】従来のバイモルフ型圧電素子弁の一例を示す断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing an example of a conventional bimorph type piezoelectric element valve.

【図7】従来のリフト式積層型圧電素子弁の一例を示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional lift-type laminated piezoelectric element valve.

【図8】従来のてこ式積層型圧電素子弁の断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view of a conventional lever-type laminated piezoelectric element valve.

【図9】てこ式流量制御型圧電素子弁の一例を示す断面
図である。
FIG. 9 is a sectional view showing an example of a lever type flow control type piezoelectric element valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁 B 弁機構 1 出側フランジ 1a 上面盤 1b ガス導出孔 1c ガス導出管部 1d 接続部 1e 凹環状部 2 入側フランジ 2a ケーシング部 2b 環状部 2c 接続部 3 枢支ピン 4 アーム 4a 円錐状凸部 4b 円形凹部 4c 凹部 5 積層圧電アクチュエータ 5a、5b 端子 5c ベローズ 5d 積層型圧電素子 5e 円錐状凹部 6 スプリング 7 シール部材 8 弁座 8a ガス流出孔 8b 管状部 8c フランジ部 9 レテーナリング 10 Oリング 11 支持部材 12 ブロック 12a 雌ねじ孔 13 カバー 14 固定ナット 15 調整ナット 15a、15b 端子孔 17 バネ押え 18 調整ねじ 19 バネホルダー 19a 雌ねじ 20 押え板 20a 四形孔 21 レテーナリング 22 ガスケット Reference Signs List A Multilayer piezoelectric actuator type piezoelectric element valve B Valve mechanism 1 Outlet flange 1a Upper panel 1b Gas outlet hole 1c Gas outlet tube portion 1d Connecting portion 1e Concave annular portion 2 Inlet flange 2a Casing portion 2b Annular portion 2c Connecting portion 3 Pivot Pin 4 Arm 4a Conical convex part 4b Circular concave part 4c Concave part 5 Multilayer piezoelectric actuator 5a, 5b Terminal 5c Bellows 5d Multilayer piezoelectric element 5e Conical concave part 6 Spring 7 Seal member 8 Valve seat 8a Gas outlet hole 8b Tubular part 8c Flange part Reference Signs List 9 retainer ring 10 O-ring 11 support member 12 block 12a female screw hole 13 cover 14 fixing nut 15 adjustment nut 15a, 15b terminal hole 17 spring retainer 18 adjustment screw 19 spring holder 19a female screw 20 retainer plate 20a square hole 21 retainer ring 22 gasket

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−366076(JP,A) 特開 平1−266375(JP,A) 特開 昭61−105383(JP,A) 実開 平2−109084(JP,U) 実開 平2−76859(JP,U) 実開 平5−3753(JP,U) 実開 昭63−141379(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16K 31/00 - 31/05 H01L 41/083 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-366076 (JP, A) JP-A-1-266375 (JP, A) JP-A-61-105383 (JP, A) 109084 (JP, U) JP 2-76859 (JP, U) JP 53753 (JP, U) JP 63-141379 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F16K 31/00-31/05 H01L 41/083

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中間部に枢支ピンを有し、この枢支ピン
を支点として回動可能とされたアームの上面側の一方に
積層型圧電素子の作用端部が当接されるとともに、アー
ムの上面側の他方には復帰用の弾性力付与手段が当接さ
れ、かつ、アームの下面側に設けられたシール部材には
弁座の頭部が当接され、積層型圧電素子へ電圧を印加す
ることにより積層型圧電素子を伸縮させ、この伸縮を積
層型圧電素子の作用端部を介してアームに伝達し、枢支
ピンを支点としてアームを回動させ、アームのシール部
材と弁座との間に間隙を生じさせることで、この間隙を
通しガスを弁座から流出させる積層型圧電素子弁におい
て、不活性ガスを封入する伸縮可能な金属ケース内に積
層型圧電素子が収納された積層圧電アクチュエータが具
備されていることを特徴とする積層圧電アクチュエータ
型圧電素子弁。
An intermediate end has a pivot pin, and the working end of the laminated piezoelectric element is brought into contact with one of the upper surfaces of an arm rotatable about the pivot pin, and An elastic force applying means for return is in contact with the other side of the upper surface of the arm, and the head of the valve seat is in contact with a seal member provided on the lower surface of the arm. Is applied to expand and contract the laminated piezoelectric element, the expansion and contraction is transmitted to the arm via the working end of the laminated piezoelectric element, and the arm is rotated with the pivot pin as a fulcrum. In the laminated piezoelectric element valve in which a gas flows out of the valve seat through the gap by generating a gap between the valve and the seat, the laminated piezoelectric element is housed in a stretchable metal case that seals an inert gas. That the laminated piezoelectric actuator is provided. Characterized by a laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve.
【請求項2】 積層圧電アクチュエータの伸縮可能な金
属ケースがベローズであって、積層圧電アクチュエータ
の作用端部にはアームとの当接用錐状凹部が設けられ、
アームには該当接用錐状凹部に当接する錐状凸部が設け
られたことを特徴とする請求項1記載の積層圧電アクチ
ュエータ型圧電素子弁。
2. The expandable and contractible metal case of the laminated piezoelectric actuator is a bellows, and the working end of the laminated piezoelectric actuator is provided with a conical concave portion for contact with an arm,
2. The laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve according to claim 1, wherein the arm is provided with a conical convex portion abutting on the corresponding conical concave portion.
【請求項3】 シール部材がアームの下面側に設けられ
た凹部に配設されるとともに、弁座の頭部を受け入れる
孔が穿設されたシール部材押え板を介し、このシール部
材をアームに固定したことを特徴とする請求項1または
2記載の積層圧電アクチュエータ型圧電素子弁。
3. A seal member is provided in a concave portion provided on the lower surface side of the arm, and the seal member is attached to the arm through a seal member holding plate having a hole for receiving a head of a valve seat. 3. The laminated piezoelectric actuator type piezoelectric element valve according to claim 1, wherein the piezoelectric element valve is fixed.
【請求項4】 弁座が出側フランジの上面盤の出側フラ
ンジの軸心より偏心した位置に固定されたことを特徴と
する請求項1、2、または3記載の積層圧電アクチュエ
ータ型圧電素子弁。
4. The multilayer piezoelectric actuator type piezoelectric element according to claim 1, wherein the valve seat is fixed at a position eccentric from an axis of the outlet flange of the upper surface plate of the outlet flange. valve.
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