JP5585178B2 - Fluid control device - Google Patents
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Description
本発明は、流体の制御を行う装置に係り、特に、ディーゼル自動車用の燃料噴射装置において使用することが出来る流体制御装置に関する。 The present invention relates to a fluid control device, and more particularly to a fluid control device that can be used in a fuel injection device for a diesel vehicle.
近年、圧縮着火内燃機関である、ディーゼル自動車用の燃料供給装置(燃料噴射装置)として、コモンレール装置(コモンレールシステム)が用いられるようになり、一般的になっている。 In recent years, a common rail device (common rail system) has come to be used as a fuel supply device (fuel injection device) for a diesel automobile, which is a compression ignition internal combustion engine.
コモンレール装置は、1.超高圧の燃料が噴射出来る、2.燃料噴射量の制御が容易である、などの理由から、燃料の微粒化を行い、燃料と空気との混合を促進し、黒煙やPM(微粒子)を低減することが可能となっている。また、コモンレール装置は、燃料の噴射量や時期を変えることで、燃焼温度を低減させ、NOx(窒素酸化物)を低減することが可能となっている。 Common rail devices are: 1. Super high pressure fuel can be injected. For reasons such as easy control of the fuel injection amount, it is possible to atomize the fuel, promote mixing of the fuel and air, and reduce black smoke and PM (fine particles). Further, the common rail device can reduce the combustion temperature and NOx (nitrogen oxide) by changing the fuel injection amount and timing.
現在のコモンレール装置では、燃料を噴射する穴を開閉するニードルを動かすために、ソレノイドを有する電磁弁を使用している。また、コモンレール装置には、より応答性の高い装置として、ピエゾ素子(圧電素子)を用いたピエゾアクチュエータでニードルを動かすものもある。 In the current common rail device, an electromagnetic valve having a solenoid is used to move a needle that opens and closes a hole for injecting fuel. Further, as a common rail device, there is a device that moves a needle by a piezo actuator using a piezo element (piezoelectric element) as a more responsive device.
ソレノイドによるニードルの駆動では、ソレノイドへの通電に応じて、ニードルを動かすようにニードルに油圧をかける仕組みのものが多い。また、ピエゾ素子によるニードルの駆動は、特許文献1に開示されるもののように、ピエゾ素子によるニードルの直接駆動を採用する仕組みとなっている。 In many cases, the drive of a needle by a solenoid applies a hydraulic pressure to the needle so as to move the needle in response to energization of the solenoid. Further, the driving of the needle by the piezo element is a mechanism that employs the direct driving of the needle by the piezo element as disclosed in Patent Document 1.
まず、ソレノイドによるニードル駆動の問題点を挙げる。 First, problems with needle drive by solenoids are listed.
ソレノイドによるニードルの駆動では、ソレノイドを上下することで、制御室へ流入する油圧、油量を調整している。そのため、ソレノイド→制御室→ニードルのように、段階的なニードルの制御(間接駆動)を行っているといえ、応答性が悪くなる可能性が否定できない。また、ニードルの駆動に油圧を介していることから減衰運動の発生が考えられる。 In driving the needle by a solenoid, the hydraulic pressure and the amount of oil flowing into the control chamber are adjusted by moving the solenoid up and down. For this reason, it can be said that stepwise needle control (indirect drive) is performed as solenoid → control room → needle, but the possibility of poor response cannot be denied. In addition, since the needle is driven via hydraulic pressure, it is considered that the damping motion is generated.
次に、ピエゾ素子によるニードル駆動の問題点を挙げる。 Next, the problem of needle driving by a piezo element will be listed.
ソレノイドのように、間接駆動を行ってはいないため、ソレノイドによるニードル駆動のような問題点はないが、以下の事象がピエゾ素子を使用するために発生する。 Since the indirect drive is not performed unlike the solenoid, there is no problem like the needle drive by the solenoid, but the following event occurs because the piezo element is used.
まず、特許文献2の[発明が解決しようとする課題]においても取り上げられているように、ピエゾ素子を積層したピエゾスタックの個体間ばらつきや、経時劣化が考えられる。また、特許文献3の[発明の詳細な説明]の[背景技術]において、ピエゾスタックはピエゾ素子を重ねて層状に配置されているために、ピエゾスタックに制御電圧を印加した場合、ピエゾスタック内に引っ張り応力が発生し、亀裂が発生するとしている。 First, as taken up in [Problems to be Solved by the Invention] in Patent Document 2, there are variations between individual piezo stacks in which piezo elements are stacked, and deterioration over time. Further, in [Background Art] of [Detailed Description of the Invention] in Patent Document 3, since the piezo stack is arranged in a layered manner with the piezo elements stacked, when a control voltage is applied to the piezo stack, It is said that a tensile stress is generated and a crack is generated.
このような問題は、ピエゾ素子を「層状」に重ねたために発生したと特許文献3の[背景技術](段落0004)に記載されている。 It is described in [Background Art] (paragraph 0004) of Patent Document 3 that such a problem occurs because the piezo elements are stacked in a “layered state”.
そこで、本発明の目的は、圧電素子を用いて、より高速で、高応答な流体の制御を行う装置を提供し、又、圧電素子が応力によって破損する危険性が少ない流体制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a device that controls a fluid at a higher speed and with a higher response using a piezoelectric element, and also provides a fluid control device that reduces the risk of the piezoelectric element being damaged by stress. There is.
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流れる管と、前記管の途中に形成された孔を上流側から閉塞する栓と、電圧の印加により伸長する第1圧電素子と、前記第1圧電素子の一端部を固定すると共に前記管によって支持された第1固定材と、前記第1圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ線状の第1張力材と、前記第1固定材及び前記第1圧電素子を貫通して形成されて前記第1張力材と流体とを通過させる第1挿通孔と、前記栓に対して前記第1圧電素子とは反対側に対向配置されて電圧の印加により伸長する第2圧電素子と、前記第2圧電素子の一端部を固定すると共に前記管によって支持された第2固定材と、前記第2圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ線状の第2張力材と、前記第2固定材及び前記第2圧電素子を貫通して形成されて前記第2張力材と流体とを通過させる第2挿通孔と、を備え、前記第1圧電素子に電圧を印加することで前記第1圧電素子を伸長させると共に、前記第2圧電素子への電圧印加を解除することで前記第2圧電素子を縮退させ、前記第1圧電素子によって前記第1張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、前記第1圧電素子への電圧印加を解除することで前記第1圧電素子を縮退させると共に、前記第2圧電素子に電圧を印加することで前記第2圧電素子を伸長させ、前記第2圧電素子によって前記第2張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pipe through which a fluid flows , a plug that closes a hole formed in the middle of the pipe from the upstream side, a first piezoelectric element that extends by application of a voltage, and the first A first fixing member that fixes one end of one piezoelectric element and is supported by the tube, a linear first tension member that connects the other end of the first piezoelectric element and the plug, and the first fixing A first insertion hole formed through the material and the first piezoelectric element to allow the first tension material and fluid to pass therethrough, and opposed to the plug on the opposite side of the first piezoelectric element. A second piezoelectric element that is elongated by application of a voltage; a second fixing member that fixes one end of the second piezoelectric element and is supported by the tube; and the other end of the second piezoelectric element and the plug. A linear second tension member to be connected, and the second fixing member and the second piezoelectric element are penetrated. Is provided with a second insertion hole for passing said second tension member and the fluid, Rutotomoni is extended the first piezoelectric element by applying a voltage to the first piezoelectric element, said second piezoelectric element The second piezoelectric element is degenerated by releasing the voltage application to the first piezoelectric element, the plug is opened by pulling the first tension member by the first piezoelectric element, and the voltage application to the first piezoelectric element is performed. The first piezoelectric element is degenerated by releasing, the second piezoelectric element is extended by applying a voltage to the second piezoelectric element, and the second tension member is pulled by the second piezoelectric element. The stopper is closed .
ここで、前記第1及び第2圧電素子は、単一の結晶からなっても良い。 Here, the first and second piezoelectric elements may be made of a single crystal.
また、前記栓が、第3圧電素子からなっても良い。 The stopper may be a third piezoelectric element.
また、前記栓の一部又は全部を保護材で覆っても良い。 It may also cover some or all of the pre-hexene with a protective material.
また、前記栓と前記保護材との間に緩衝材を挟み込んでも良い。 Further, a buffer material may be sandwiched between the stopper and the protective material.
本発明によれば、圧電素子を用いて、より高速で、高応答な流体の制御を行う装置を提供し、又、圧電素子が応力によって破損する危険性が少ない流体制御装置を提供することが出来るという優れた効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide a device that controls a fluid at a higher speed and with a higher response using a piezoelectric element, and to provide a fluid control device that reduces the risk of the piezoelectric element being damaged by stress. There is an excellent effect of being able to.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係る流体制御装置10は、例えば、車両に搭載されるディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射装置において使用される。
The
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る流体制御装置10は、流体が流れる流路11の途中に形成された孔12を上流側から閉塞する栓(弁体)13と、電圧の印加により伸長する圧電素子14と、圧電素子14の一端部(図示例では、下端部)を固定する固定材15と、圧電素子14の他端部(図示例では、上端部)と栓13(図示例では、栓13の上端部)とを繋ぐ張力材16とを最小構成要素として備えた機構である。なお、図2中、符号17は圧電素子14に電圧を印加するための電気回路を示す。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
流路11は、コモンレール(蓄圧器)に接続され、例えば、固定材15が取り付けられるケーシング(図示せず)の内部に形成される。流路11の途中に孔12が設けられており、孔12は上流側から下流側に向かい縮径されるテーパ状のシート面18を有している。
The
本実施形態の栓13は逆円錐台形に形成されている。つまり、張力材16が取り付けられた部分(上端部)を栓13の基端側とすると、栓13は先端側に向かい幅(外径)が小さくなるような形状とされる。栓13によって孔12を閉塞する際には、栓13の外周面が孔12のシート面18に密着(当接)するようになっている。栓13は、例えば金属材料(例えば、鉄、アルミニウムなど)からなる。
The
本実施形態の圧電素子14はピエゾ素子からなる。電気回路17をONして圧電素子14に電圧を印加することで圧電素子14を伸長させ、電気回路17をOFFして圧電素子14への印加電圧を解除することで圧電素子14を縮退させるようになっている。圧電素子14には、張力材16を圧電素子14の上端部に取り付けるために、張力材16を通す挿通穴19が圧電素子14の上面と下面とを貫通して形成されている。本実施形態の圧電素子(ピエゾ素子)14は、単一の結晶からなり、円錐台形に形成されている。
The
本実施形態の張力材16は、線状に形成されている。本実施形態では、圧電素子14の上面に円板状の接続材20が固定されており、その接続材20の下面に張力材16の上端部が固定されている。張力材16は、例えば金属材料(例えば、鉄、アルミニウムなど)からなる。
The
本実施形態の固定材15は、四角板状に形成された一対の固定板21を有する。本実施形態では、一方の固定板21を他方の固定板21に対して圧電素子14の伸縮方向と直交する方向(図示例では、左右方向)に離間して配置することで、固定板21間の隙間22に圧電素子14と栓13とを繋ぐ張力材16を通すようになっている。圧電素子14の下端部を各固定板21の上面に固定し、電気回路17をONして圧電素子14に電圧を印加することで、圧電素子14を固定板21から上方向に変位させることが可能となる。固定板21は、例えば金属材料(例えば、鉄、アルミニウムなど)からなる。
The
本実施形態では、圧電素子14及び固定板21は流路11外部に配置されており、張力材16が、流路11を構成する壁部分を貫通する貫通穴23に挿通されている。貫通穴23と張力材16との間のクリアランスを比較的小さくし、或いは、貫通穴23と張力材16との間にシール材(図示せず)を介設することで、貫通穴23を通じて流路11外部に漏れる流体の量を最小限とすることが好ましい。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る流体制御装置10の作動を図2により説明する。
The operation of the
図2(a)に示すように、流体の流路11中に栓13を配置して、流路11の途中に設けられた孔12を栓13で閉塞することで、栓13より手前側(上流側)の流路11内の流体の圧力を高めることが出来る。ここで、図2(b)に示すように、電気回路17をONして圧電素子14に電圧を印加することで、圧電素子14を固定板21から上方向に変位させ(圧電素子14を伸長させ)、圧電素子14に接続された張力材16を上方向に引っ張り上げて、栓13を孔12のシート面18から離間させることで、栓13を開栓する。つまり、張力材16によって張力をもって栓13を引っ張り上げて栓(弁体)13を開栓(開弁)するのである。栓13を開栓して孔12を開放することによって、圧力が保たれた上流側の流路11から、孔12を通じて流路11外部に流体が出ていくことになる。
As shown in FIG. 2A, a
そして、図2(a)に示すように、電気回路17をOFFして圧電素子14への電圧印加を解除することで、圧電素子14を縮退させる。すると、張力材16が圧電素子14によって引っ張られなくなるので、栓13が流体の流れ(圧力)によって孔12側へと押されて、栓13が自ずと閉栓する。つまり、流体の流れ(圧力)を利用して栓(弁体)13を閉栓(閉弁)するのである。
Then, as shown in FIG. 2A, the
なお、流路11を流れる流体には、固体、液体、固液二相流、気液二相流、固気二相流などを用いることが出来る。
In addition, solid, liquid, a solid-liquid two-phase flow, a gas-liquid two-phase flow, a solid-gas two-phase flow etc. can be used for the fluid which flows through the
圧電素子14は、低い周波数から、100MHz程度までの振動を発生することが可能で、孔12(噴射孔)の開閉時間を短くすることで、ごく微量の流量(噴射量、噴射時間)に制御することが出来る。
The
ところで、現在では、ディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射装置においては、燃料をおよそ200MPa(2000気圧)に加圧して噴射を行っている。そのため、本実施形態に係る流体制御装置10をコモンレール式燃料噴射装置において使用した場合、圧電素子14にも200MPa程度の流体圧力(燃料圧力)が加わることになる。また、その200MPa程度の流体圧力(燃料圧力)に抗して、圧電素子14は、張力材16を引っ張り上げることになる。一般的な圧電素子14は、静的荷重においては、少なくとも400MPa以上の荷重に耐えることが出来、繰り返し荷重においては、σmin/σmax=0.05のとき、100MPa程度では未破壊となることが知られている。このため、電圧印加時には、これよりも低い値を示すことが予想されるが、材料自体の改良によって、以上に示したような、圧電素子14の適用は可能である。
By the way, at present, in a common rail fuel injection device of a diesel engine, fuel is pressurized to approximately 200 MPa (2000 atm) and injection is performed. Therefore, when the
本実施形態によれば、流体が流れる流路11の途中に形成された孔12を上流側から閉塞する栓13と、電圧の印加により伸長する圧電素子14と、圧電素子14の一端部を固定する固定材15と、圧電素子14の他端部と栓13とを繋ぐ張力材16とを備え、圧電素子14に電圧を印加することで圧電素子14を伸長させ、圧電素子14によって張力材16を引っ張ることで栓13を開栓するようにして流体制御装置10を構成したので、圧電素子14によって栓13(ニードル)を直接駆動することが出来、或いは、流体(燃料)の供給を直接制御することが出来、圧電素子14を用いて、より高速で、高応答な流体の制御を行う装置を提供することが可能になる。
According to the present embodiment, the
また、本実施形態では、圧電素子14が単一の結晶からなるので、ピエゾ素子を重ねて層状に配置した際に層間に生じ得る引っ張り応力の問題点はないので、圧電素子14が応力によって破損する危険性が少ない流体制御装置10を提供することが可能となる。
Further, in the present embodiment, since the
また、圧電素子14、張力材16、固定材15及び栓13の微細加工精度、張力材16の制作材料によって、ミリメートルオーダーからナノメートルオーダーまで流体制御装置10を構成することが可能であることから、流体制御装置10をコモンレール式燃料噴射装置において使用した場合、これまでにない燃料噴射量の流量制御が可能となる。さらに、構成要素(圧電素子14、張力材16、固定材15及び栓13)を微小化し、燃料出口に流体制御装置10を配置することで、より高速で、高応答な流体の制御を行う装置を提供することが出来る。
In addition, the
以下、流体制御装置10の最小構成要素の補足を挙げ、説明を行う。
Hereinafter, the supplement of the minimum component of the
〔圧電素子と張力材との接続〕
圧電素子14に設けられる張力材16を通す挿通穴19は、圧電素子14の張力材16が通過する箇所に開ければ良く、張力材16が圧電素子14の中間部に取り付けられている場合も考えられる(図3(b)参照)。その場合、挿通穴19は、圧電素子14の上面と下面とを貫通している必要はなく、圧電素子14の下面から中間部まで延びていれば良い。
[Connection between piezoelectric element and tension material]
The
圧電素子14と張力材16とを接続するために、張力材16を直接圧電素子14に取り付けても良く(図3(a)及び(b)参照)、張力材16を圧電素子14と接続材20とで挟み込む形にして圧電素子14に取り付けても良い。
In order to connect the
張力材16の上端部を圧電素子14の上面に張り付けても良く(図3(a)参照)、張力材16の上端部を圧電素子14内部に埋め込んでも良い(図3(b)参照)。また、張力材16は圧電素子14に張り付くような形状ではなく、画鋲のうち、針の部分が長くなったような形状の張力材16を圧電素子14の上方から挿通穴19に差し込むことも考えられる(図3(c)参照)。これらの場合、圧電素子14と張力材16とを繋ぐための接続材20は必要なくなる。
The upper end portion of the
〔圧電素子〕
圧電素子14は、円錐台形である必要はない。例えば、圧電素子14を、円筒形又は円柱形(図4(a)参照)、直方体形又は立方体形(図4(b)参照)、逆円錐台形(図4(c)参照)、四角錐台形(図4(d)参照)などの形状とすることが考えられる。
〔Piezoelectric element〕
The
また、本発明では、基本的に圧電素子14は、単一の結晶からなることが望ましいが、圧電素子14を応力が加わらない範囲で層状に構成することも出来る。
In the present invention, it is basically desirable that the
〔固定材〕
固定材15(固定板21)の存在は必須である。圧電素子14を固定板21から下方向に変位させたいときは、固定板21を圧電素子14の上部に取り付ければ良い。
[Fixing material]
The presence of the fixing material 15 (fixing plate 21) is essential. In order to displace the
〔張力材〕
張力材16は、線状になるものなら、その素材の構成原子の種類は問わない。例えば、張力材16を、鉄のワイヤー、アルミ線、フッ素樹脂の線、アラミド繊維の線などから構成することが考えられる。
[Tension material]
As long as the
また、圧電素子14をナノスケール(ナノメートルオーダー)で加工した場合、張力材16として、カーボンナノチューブを使用すると、その高い引張強度から、高圧力下などの条件で圧力に抗して栓13の移動を行うのに適していると考えられる。
Further, when the
また、張力材16を比較的太く棒状に形成して、その張力材16によって栓13を押すことで栓13を閉栓するようにしても良い。
Alternatively, the
〔栓〕
図5に示すように、栓13自体を圧電素子で構成することも可能である。この場合、栓13への電圧印加で、栓13の移動(変形)が可能になるため、極微少量の流量制御が可能になる。この場合、圧電素子14への電圧印加と、栓13自体への電圧印加とを独立に行うことで、より複雑な栓13の位置制御を行うことが出来る。栓13への電力供給は張力材16を導電性素材から構成することにより可能となる。なお、図5中、符号24は栓13に電圧を印加するための電気回路を示す。
〔plug〕
As shown in FIG. 5, the
例えば、電気回路17による圧電素子14への電圧印加を行わず、電気回路24によって栓13自体への電圧印加のみを行うことで栓13を伸長させて栓13を孔12のシート面18に密着させることにより、栓13により孔12を閉塞し(図5(a)参照)、電気回路24による栓13自体への電圧印加を解除することで栓13を縮退させて、栓13と孔12のシート面18との間に隙間を生じさせることで(図5(b)参照)、極微少量の流量制御が可能になる。
For example, the voltage is not applied to the
また、栓13自体を圧電素子で構成した場合、栓13と孔12のシート面18との接触によって、栓13に傷が出来る可能性がある。そこで、図6に示すように、栓13の外部を保護する保護材25で、栓13の一部又は全部を覆うことも考えられる。保護材25は、例えば金属材料(例えば、鉄、アルミニウムなど)からなる。また、栓13と保護材25との間に緩衝材26を挟み込み、衝撃を吸収することも可能である(図6(a)参照)。
Further, when the
〔その他〕
流体制御装置10の最小構成要素としては、上述したものを挙げたが、その他、現在燃料噴射装置に用いられている、バネ材の使用も可能である。例えば、栓13を孔12側に付勢して閉栓するために、バネ材を用いることが考えられる。
[Others]
Although the above-mentioned thing was mentioned as the minimum component of the
以下、流体制御装置10からなる流体制御弁10Aの構造を図7から図9に基づいて説明する。なお、図1から図6と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図7(b)の下部分は図7(a)の下部分と同様であるので図示省略する。
Hereinafter, the structure of the
図7に示すように、先に説明した、圧電素子14、張力材16、固定材15及び栓13などから構成される、流体制御のための最小構成要素に、栓13と密着出来る部分(孔12のシート面18)と、固定材15を支えることの出来る部分を持つ管27(図示例では、円管)(或いは筒)を組み合わせることで、流体制御弁10Aを作ることが出来る。
As shown in FIG. 7, the portion (hole) that can be in close contact with the
図7(a)においては、圧電素子14及び固定材15を流路11内に配置している。固定材15は、管27によって支持される円板状の固定板28からなり、その中心部に張力材16と流体とが同時に通過する挿通穴29が設けられている。また、圧電素子14の中心部に張力材16と流体とが同時に通過する挿通穴30を設け、張力材16の上端部を圧電素子14の上面に張り付けている。
In FIG. 7A, the
図7(a)では、圧電素子14及び固定板28の中心部に張力材16と流体とが同時に通過する挿通穴30、29をそれぞれ設けたが、図7(b)では、圧電素子14及び固定板28の中心部にそれぞれ設けられた張力材16及び流体が通過する挿通穴30、29以外にも、圧電素子14及び固定板28に、流体が通過する流体通過穴31、32をそれぞれ設けている。
In FIG. 7A, insertion holes 30 and 29 through which the
図7に示されるような流体制御弁10Aは、圧電素子14、張力材16、管27の加工方法次第で、ミリスケールから、ナノスケール程度の微小なものまで、作成することが可能であると考えられる。
The
図8及び図9に示す流体制御弁10Aは、圧電素子14、張力材16及び固定材15などから構成される、最小構成要素を二個用い、一つの栓13を二つの張力材16が引っ張るように、最小構成要素(圧電素子14、張力材16、固定材15)を管27内に対向配置したものである。即ち、栓13を中心に、圧電素子14とは反対方向に対向圧電素子14Aを配置し、対向圧電素子14Aの一端部(図示例では、上端部)を対向固定材15A(対向固定板28Aの下端部)に固定し、対向圧電素子14Aの他端部(図示例では、下端部)と栓13(栓13の下端部)とを対向張力材16Aで繋いでいる。また、栓13自体を圧電素子から構成している。さらに、栓13への電力供給は、導電性素材から構成した張力材16により行う。なお、図8中、符号33は対向圧電素子14Aに電圧を印加するための電気回路を示す。
The
図9に示すように、栓13を中心に、互いに反対方向に配置した二つの圧電素子14、対向圧電素子14Aによって、図8及び図9中上側の圧電素子14の電圧印加が「ON」、下側の対向圧電素子14Aの電圧印加が「OFF」のときは、栓13を「開栓」とし(図9(a)参照)、上側の圧電素子14の電圧印加が「OFF」、下側の対向圧電素子14Aの電圧印加が「ON」のときは、栓13を「閉栓」とする(図9(b)参照)ことが出来る。即ち、電気回路17によって圧電素子14に電圧を印加することで圧電素子14を伸長させると共に、電気回路33による対向圧電素子14Aへの電圧印加を解除することで対向圧電素子14Aを縮退させ、圧電素子14によって張力材16を引っ張ることで栓(弁体)13を開栓(開弁)し(図9(a)参照)、一方、電気回路17による圧電素子14への電圧印加を解除することで圧電素子14を縮退させると共に、電気回路33によって対向圧電素子14Aに電圧を印加することで対向圧電素子14Aを伸長させ、対向圧電素子14Aによって対向張力材16Aを引っ張ることで栓(弁体)13を閉栓(閉弁)するようにしている。
As shown in FIG. 9, the voltage application of the upper
図8及び図9に示すものでは、下側の対向圧電素子14Aにより栓13を閉栓するときも栓13を下方向に引っ張ることが出来るので、栓13と接触する、孔12のシート面18に力を加え、密着度を増し、栓13の閉栓時の流体の漏れを少なくすることが出来る。また、栓13の開栓及び閉栓を引っ張りのみで行うことが出来るため、栓13が孔12のシート面18と接触する際や、開栓する際に、ダンピングの挙動が生じにくいと考えられる。そのため、微小領域での開閉には最適な構造であると考えられる。また、図8及び図9に示すものでは、栓13自体を圧電素子から構成したので、電気回路24による栓13への電圧印加で、栓13の移動(変形)が可能になるため、極微少量の流量制御が可能になる。また、圧電素子14及び対向圧電素子14Aへの電圧印加と、栓13自体への電圧印加とを独立に行うことで、より複雑な栓13の位置制御を行うことが出来る。
8 and 9, when the
10 流体制御装置
11 流路
12 孔
13 栓(弁体)
14 圧電素子
14A 対向圧電素子
15 固定材
15A 対向固定材
16 張力材
16A 対向張力材
25 保護材
26 緩衝材
DESCRIPTION OF
14
Claims (5)
前記第1圧電素子に電圧を印加することで前記第1圧電素子を伸長させると共に、前記第2圧電素子への電圧印加を解除することで前記第2圧電素子を縮退させ、前記第1圧電素子によって前記第1張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、
前記第1圧電素子への電圧印加を解除することで前記第1圧電素子を縮退させると共に、前記第2圧電素子に電圧を印加することで前記第2圧電素子を伸長させ、前記第2圧電素子によって前記第2張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓することを特徴とする流体制御装置。 A pipe through which a fluid flows , a plug that closes a hole formed in the middle of the pipe from the upstream side, a first piezoelectric element that expands when a voltage is applied, and one end of the first piezoelectric element that is fixed and the pipe a first fixing member which is supported by, formed through the a first piezoelectric element and the first tension member and the other end linear connecting the said plug, said first fixing member and the first piezoelectric element A first insertion hole that allows the first tension member and fluid to pass therethrough, a second piezoelectric element that is disposed opposite to the plug on the opposite side of the first piezoelectric element, and extends by application of a voltage; A second fixing member that fixes one end of the second piezoelectric element and is supported by the tube; a linear second tension member that connects the other end of the second piezoelectric element and the plug; 2 Passing through the second tension member and the fluid formed through the second fixing member and the second piezoelectric element It includes a second insertion hole for a,
The first Rutotomoni is extended the first piezoelectric element by applying a voltage to the piezoelectric element, wherein to degenerate the second piezoelectric element by the second to release the voltage applied to the piezoelectric element, said first piezoelectric The plug is opened by pulling the first tension member by an element,
The first piezoelectric element is degenerated by releasing the voltage application to the first piezoelectric element, and the second piezoelectric element is expanded by applying a voltage to the second piezoelectric element, and the second piezoelectric element The fluid control device according to claim 1, wherein the stopper is closed by pulling the second tension member .
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