專利名稱：壓電閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在壓電元件撓曲的作用下，通過使隔膜變位控制流體輸入并控制流體流量的壓電閥。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來，為控制流體輸出或其流量而使用的壓電閥有，例如美國(guó)專利第5628411號(hào)公報(bào)所揭示的方案。該壓電閥1采用如

圖13所示的讓設(shè)置有壓電元件2的隔膜3可以接近或離開輸出口管4的閥座5的結(jié)構(gòu)。在這種場(chǎng)合下，從輸入口7導(dǎo)入壓力室6中的壓縮氣體的壓力為P時(shí)，作用在輸出口管4上的力Fp為Fp＝π/4×D2×P(D輸出口管4的開口部的直徑)一方面，當(dāng)隔膜3經(jīng)過變位量x1的變位使輸出口管4關(guān)閉時(shí)，該隔膜3的恢復(fù)力Fs為Fs＝k1×x1(k1彈性系數(shù))于是，利用該壓電閥，通過設(shè)定Fp＝Fs的壓縮空氣的壓力P，可以維持關(guān)閉狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)輸出口管4打開時(shí)，借助于作用到壓電元件2上的驅(qū)動(dòng)電力，使壓電元件2的撓曲量發(fā)生變化，隔膜3離開閥座5。結(jié)果，壓縮空氣從壓力室6漏出到輸出口管4處。
但是，在上述已往技術(shù)中，壓縮空氣的壓力P變動(dòng)時(shí)，如圖14所示，作用在隔膜3上的力Fp也發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)恢復(fù)力Fs大于力Fp時(shí)，存在著隔膜3離開閥座5壓縮空氣從輸出口管4漏出的問題。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種可避免由于供給流體壓力的變動(dòng)流體從壓力室漏出的問題的壓電閥。

發(fā)明內(nèi)容
為了完成上述目的，本發(fā)明的壓電閥包括
配設(shè)在供給來自輸入口管流體的隔膜室中并構(gòu)成閥體的隔膜；設(shè)置在上述隔膜一側(cè)面上、使該隔膜變位的壓電元件；與上述壓電元件相對(duì)的、設(shè)置在形成上述隔膜室的殼體上的緩沖部件；設(shè)置在開口于上述殼體內(nèi)的輸出口管上、可與上述隔膜的另一個(gè)面接觸的閥座，在沒有把驅(qū)動(dòng)電力施加給上述壓電元件的狀態(tài)下，上述隔膜不儲(chǔ)蓄彈性能量，與上述閥座相接觸，使上述輸出口管處于閉合狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，在沒有把驅(qū)動(dòng)電力施加給上述壓電元件的狀態(tài)下，不會(huì)由于供給流體的壓力變化使隔膜離開閥座，因此可避免因壓力變化引起的流體從輸出口的導(dǎo)出。此外，上述壓電元件過分地變形時(shí)，壓電元件與緩沖部件相接觸，由此可避免該壓電元件本身的損傷。
在這種場(chǎng)合，若在上述隔膜與上述殼體之間形成與隔膜分成兩個(gè)的上述隔膜室連通的間隙，導(dǎo)入上述隔膜室的流體經(jīng)過上述間隙自由地流動(dòng)時(shí)，不需要另外設(shè)置把流體導(dǎo)入上述隔膜的一側(cè)面與另一側(cè)面的通路，可以簡(jiǎn)單地構(gòu)成該壓電閥。
另外，在最佳實(shí)施例中，上述閥座的與隔膜接觸的部位作成平滑形狀，而且，上述隔膜由金屬板形成，隔膜與閥座接觸的部位也作成平滑形狀，這樣，可以提高隔膜的強(qiáng)度，同時(shí)，當(dāng)隔膜與閥座接觸時(shí)，能避免流體從該閥座泄漏就更好了。
進(jìn)一步，在上述緩沖部件的面對(duì)上述壓電元件的面上形成槽部，用于防止壓電元件貼在該緩沖部件上。
而且，上述壓電元件與殼體之間設(shè)置有向閥座的方向?qū)Ω裟て檬┝Φ膹椥圆考?，另外，在上述壓電元件上設(shè)有用于安裝上述彈性部件的支承部件，利用彈性部件可防止上述壓電元件與上述緩沖部件的貼附，同時(shí)，當(dāng)隔膜與閥座接觸時(shí)，彈性部件能可靠地把上述輸出口管保持在關(guān)閉狀態(tài)。
另外，本發(fā)明還提供一種壓電閥，該壓電閥包括
配設(shè)在供給來自輸入口管流體的隔膜室中并構(gòu)成閥體的數(shù)個(gè)隔膜；分別設(shè)置在上述隔膜上、使該隔膜變位的壓電元件；設(shè)置在開口于形成上述的隔膜室的殼體內(nèi)的數(shù)個(gè)輸出口管上、分別可與上述隔膜接觸的閥座，其中，在沒有把驅(qū)動(dòng)電力施加給上述壓電元件的狀態(tài)下，上述隔膜不儲(chǔ)蓄彈性能量地與上述閥座接觸，使上述輸出口管處于閉合狀態(tài)，同時(shí)，使上述數(shù)個(gè)隔膜有選擇地變位或同時(shí)變位，由此而有選擇地或同時(shí)把上述流體導(dǎo)出到上述數(shù)個(gè)輸出口管中。
根據(jù)本發(fā)明，用一個(gè)壓電閥可以控制導(dǎo)出到數(shù)個(gè)輸出口管中的壓縮空氣流量，不需要準(zhǔn)備數(shù)個(gè)壓電閥，可以簡(jiǎn)化使用該壓電閥的機(jī)器構(gòu)成。
圖面的簡(jiǎn)單說明圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電閥和安裝該壓電閥的基板的透視圖。
圖2是表示圖1的壓電閥的蓋部件拆去狀態(tài)的主視圖。
圖3是圖2壓電閥的Ⅲ-Ⅲ截面的剖視圖。
圖4是用于圖1壓電閥的緩沖部件的透視圖。
圖5是表示圖3壓電閥的通路打開狀態(tài)的縱剖視圖。
圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電閥的縱剖視圖。
圖7是圖6壓電閥的緩沖部件、螺旋彈簧及支承部件的局部分解透視圖。
圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電閥的縱剖視圖。
圖9是表示圖8壓電閥的一個(gè)閥體卸下的狀態(tài)的主視圖。
圖10是在圖8的壓電閥中設(shè)置一個(gè)連接器情況下的局部放大縱剖視圖。
圖11是表示圖8壓電閥的局部分解透視圖。
圖12是圖8壓電閥與安裝該壓電閥的基板的透視圖。
圖13是已往技術(shù)的壓電閥的簡(jiǎn)要縱剖視圖。
圖14是表示已往技術(shù)的壓電閥的由流體壓力作用到隔膜上的力及隔膜恢復(fù)力的關(guān)系的示意圖。
圖15是表示第一、第三實(shí)施例的壓電閥的壓力流體壓力作用到隔膜上的力與隔膜恢復(fù)力的關(guān)系的示意圖。
圖16是表示第二實(shí)施例的壓電閥的壓力流體壓力作用到隔膜上的力與隔膜恢復(fù)力的關(guān)系的示意圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳形式。
下文，參照附圖，以最佳實(shí)施例的形式詳細(xì)說明本發(fā)明的壓電閥。
在圖1～圖3中，參考符號(hào)10是本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電閥。該壓電閥10具有殼體12，在殼體12的外部突出地形成壓縮空氣輸入口管14a、14b和輸出口管16。在輸入口管14a、14b和輸出口管16的外周分別設(shè)置有O形圈18。在殼體12上形成安裝壓電閥時(shí)所使用的彈性地可自由撓曲的桿部20a、20b，在桿部20a、20b的端部形成卡合爪22a、22b。
在上述殼體12的內(nèi)部劃分形成與輸入口管14a、14b連通的隔膜室24a，隔膜室24a由蓋部件26封閉，借助于殼體12和蓋部件26進(jìn)一步劃分形成隔膜室24b。在殼體12上的由蓋部件26封閉的開口部附近設(shè)有密封部件28，由該密封部件28阻止壓縮空氣從隔膜室24a、24b的泄漏。在構(gòu)成隔膜室24a的壁部，向隔膜室24a、24b的中央每偏位90°突出地形成數(shù)個(gè)支持部30，在各支持部30上劃分形成導(dǎo)向孔32。導(dǎo)向孔32與蓋部件26上所形成的凸部34配合，對(duì)蓋部件26定位。在各個(gè)支持部30上分別形成臺(tái)階部36。在臺(tái)階部36上劃分形成凹部37，在凹部37中嵌有密封部件39。
上述密封部件39壓接地支持著構(gòu)成閥體的隔膜38，隔膜38由密封部件39和蓋部件26夾持。另外，隔膜部件38的晃動(dòng)也是靠密封部件39來防止的。隔膜部件38由有彈性的不銹鋼等金屬大致制成圓形，隔膜38的一個(gè)面上層疊地固定有大致為圓形的壓電元件42。隔膜38的另一個(gè)面作成平滑面43。在隔膜38的周緣部每隔90°劃分形成數(shù)個(gè)彎曲凹部44，該凹部44與支持部30配合，對(duì)隔膜38定位(參照?qǐng)D2)。在隔膜38的周緣部與構(gòu)成隔膜室24a、24b的壁部之間形成間隙45，利用該間隙45使隔膜室24a與24b處于連通狀態(tài)。固定壓電元件42的一側(cè)面的由金屬形成的隔膜38與電線46連接，壓電元件42的另一側(cè)面與電線48連接，各電線46、48通過連接器50與圖中未示的控制裝置相連。因此，由控制裝置輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在壓電元件42的一側(cè)面與另一側(cè)面上。
在上述隔膜室24a的中央突出地形成可與隔膜38接觸的環(huán)狀閥座52，在該閥座52上形成與輸出口管16連通的通路54。閥座52與隔膜38接觸的部位作成平滑形狀，這樣，隔膜38的平滑面43與閥座52接觸時(shí)，隔膜38與閥座52之間可以密封接觸，而不會(huì)產(chǎn)生間隙，可防止流體從隔膜室24a向通路54的泄漏。
另一方面，在上述蓋部件26上，在隔膜室24b側(cè)固定有由樹脂、橡膠等彈性材料形成的緩沖部件56。即使說，該蓋部件26的與上述閥座52相對(duì)的面上形成圓形凹部57，在該凹部57中嵌有上述緩沖部件56。緩沖部件56如圖4所示，作成大致的圓盤狀，其兩個(gè)面上劃分成放射狀的數(shù)個(gè)槽部58。
該壓電閥10安裝在長(zhǎng)形基板60上(參照?qǐng)D1)。在基板60的下部形成把該基板60安裝到其它部件上的斷面大致為T形的安裝槽62。另外，在基板60的上面劃分形成斷面大致為L(zhǎng)形的槽部64a、64b，桿部20a、20b的卡合爪22a、22b可與該槽部64a、64b的壁部自由卡合。即是說，通過讓桿部20a、20b相互接近地?fù)锨?，把其卡合?2a、22b插入前述槽部64a、64b中，這時(shí)，若桿部20a、20b張開的話，前述卡合爪22a、22b與前述槽部64a、64b配合，可以防止壓電閥10被拔出。在基板60上沿長(zhǎng)度方向劃分形成壓力流體供給通路66，該供給通路66與圖中未示的壓縮空氣供給源連通。供給通路66與在基板60的上面開口的供給孔68連通，在供給孔68上可拆卸地安裝壓電閥10的一個(gè)輸入口管14a。另外，在基板60的上面劃分形成安裝另一輸入口管14b的孔部70和安裝輸出口管16的輸出孔72。輸出孔72與基板60側(cè)方開口的輸出口74連通。
第一實(shí)施例的壓電閥10基本上采用上述構(gòu)成，下文敘述其動(dòng)作。
當(dāng)沒有把驅(qū)動(dòng)信號(hào)從控制裝置(圖中未示)通過連接器50施加給壓電元件42時(shí)，壓電元件42不變形，而且只要隔膜室24a、24b內(nèi)的壓力與通路54內(nèi)的壓力相同，或達(dá)到稍高于通路54內(nèi)的壓力的程度，隔膜38不儲(chǔ)存彈性能量，并保持平坦的狀態(tài)。這時(shí)，隔膜38與閥座52接觸，關(guān)閉通路54。
當(dāng)圖中未示的壓縮空氣供給源施加能量、把壓縮空氣供給基板60的供給通路66時(shí)，壓縮空氣通過輸入口管14a被導(dǎo)入隔膜室24a、24b中。也就是說，通過隔膜38的緣部與隔膜室24a、24b的壁部間的間隙45使隔膜室24a與24b連通。這時(shí)，隔膜室24a、24b內(nèi)的壓力因壓縮空氣而高于通路54內(nèi)的壓力，所以壓縮空氣的壓力沿箭頭A方向作用在隔膜38上(參照?qǐng)D3)。
通路54的直徑為D時(shí)，壓縮空氣的壓力P引起的作用在隔膜38上的沿箭頭A方向的力Fp的大小為Fp＝π/4×D2×P一方面，隔膜38雖然有彈力，但由于隔膜38由閥座52支持，所以壓縮空氣的壓力作用不會(huì)使隔膜38變形，而是保持平坦的狀態(tài)，不儲(chǔ)蓄彈性能量。因此作用在隔膜38上的沿箭頭B方向的恢復(fù)力Fs的大小為Fs＝0壓縮空氣的壓力P變化時(shí)的力Fp、恢復(fù)力Fs的變化如圖15所示。即使這時(shí)的壓縮空氣的壓力P變動(dòng)，力Fp的大小始終大于恢復(fù)力Fs，因此，只要隔膜室24a、24b內(nèi)的壓力與通路54內(nèi)的壓力相同或達(dá)到高于通路54內(nèi)的壓力的程度，可以保持隔膜38與閥座52接觸的狀態(tài)。由于閥座52與隔膜38接觸的部位作成平滑狀的，且隔膜38的表面為平滑面43，也是作成平滑狀的，所以閥座52與隔膜38在無間隙的狀態(tài)下密封接觸，從而不會(huì)把壓縮空氣從隔膜室24a、24b內(nèi)導(dǎo)出到通路54中。
另一方面，把來自控制裝置(圖中未示)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過連接器50施加給壓電元件42時(shí)，壓電元件42撓曲，產(chǎn)生使隔膜38沿箭頭B方向變位的力。該力較壓縮空氣作用在隔膜38上的力Fp與通路54內(nèi)的壓力作用在隔膜38上的力之間的壓差大時(shí)，隔膜38離開閥座52，使隔膜室24a與通路54連通。因此壓縮空氣從通路54經(jīng)過輸出口管16導(dǎo)出到輸出口74。
驅(qū)動(dòng)信號(hào)繼續(xù)施加給壓電元件42、使壓電元件42過分地?fù)锨鷷r(shí)，壓電元件42本身會(huì)沖擊地進(jìn)行接觸，這種情況有破壞壓電元件42的可能。但是，在本實(shí)施例中，通過讓壓電元件42與緩沖部件56接觸，可以緩和沖擊，同時(shí)可阻止壓電元件42過分地?fù)锨?，克服上述的使壓電元?2破壞的可能性。
此外，當(dāng)該壓電元件42與緩沖部件56接觸時(shí)，壓電元件42與緩沖部件56貼緊，會(huì)帶來壓電元件42不能沿箭頭A方向復(fù)位的問題，但是，由于壓縮空氣從緩沖部件56上所形成的槽部58進(jìn)入壓電元件42與緩沖部件56之間，因此阻止了壓電元件42與緩沖部件56的貼緊，消除了該壓電元件42恢復(fù)到原位的障礙。
根據(jù)上述本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電閥10，在沒有把驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件42的狀態(tài)下，即使導(dǎo)入隔膜室24a、24b的壓縮空氣的壓力發(fā)生變動(dòng)，由于隔膜38始終與閥座52接觸，因而，可以消除壓力變動(dòng)引起的壓縮空氣從隔膜室24a、24b導(dǎo)出到通路54中的危險(xiǎn)。
此外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件42使其發(fā)生撓曲時(shí)，壓電元件42與緩沖部件56接觸，可阻止其發(fā)生過分變形，消除了損傷壓電元件42之虞。
進(jìn)一步，構(gòu)成隔膜室24a的壁部與隔膜38的緣部之間形成有間隙45，使隔膜室24a與24b連通，因而，壓縮空氣可在隔膜38的一側(cè)面與另一側(cè)面(即隔膜室24a與24b之間)自由地流動(dòng)。結(jié)果，不需要另外設(shè)置使壓縮空氣導(dǎo)入前述一側(cè)面與另一側(cè)面所使用的通路，可以簡(jiǎn)單地構(gòu)成這種壓電閥10。
再者，由于閥座52與隔膜38接觸的部位作成平滑結(jié)構(gòu)，而且，隔膜38與閥座52接觸的面也作成平滑面43，因而，隔膜38與閥座52接觸時(shí)，兩者是以無間隙接觸，從而避免了流體從隔膜室24a向通路54的漏出。
下文，參照?qǐng)D6說明第二實(shí)施例的壓電閥100。此外，與第一實(shí)施例相同的構(gòu)成要素用相同的參考符號(hào)表示，其詳細(xì)說明省略。
壓電閥100上所設(shè)置的蓋部件102的內(nèi)壁部劃分形成有凹部104，在該凹部104嵌入由樹脂、橡膠等有彈性的材料形成的大致為圓盤狀的緩沖部件106。在緩沖部件106的一個(gè)面上形成如圖7所示的凸部108，在凸部108上呈放射狀地劃分形成數(shù)個(gè)槽部110。此外，在緩沖部件106的中央劃分形成孔部112。
如圖6及圖7所示，在緩沖部件106的緣部附近，形成臺(tái)階部107。螺旋彈簧(彈性部件)114的一端座落在該臺(tái)階部107上，螺旋彈簧114的另一端裝在固定于壓電元件42的支承部件116上。支承部件116由樹脂、橡膠等有彈性的材料大體制成圓盤狀，其緣部向緩沖部件106方向彎曲。通過采用這種結(jié)構(gòu)，螺旋彈簧114始終沿箭頭A給壓電元件42施力，同時(shí)可消除由螺旋彈簧114損傷壓電元件42之虞。
第二實(shí)施例的壓電閥100采用上述基本構(gòu)成，下文敘述其動(dòng)作。
來自控制裝置(圖中未示)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)未施加給壓電元件42時(shí)，壓電元件42不變形，而且只要隔膜室24a、24b內(nèi)的壓力與通路54內(nèi)的壓力相同，或達(dá)到稍高于通路54內(nèi)的壓力，隔膜38就不儲(chǔ)存彈性能量，并保持平坦的狀態(tài)。這時(shí)，隔膜38與閥座52接觸，關(guān)閉通路54。另外，隔膜38在螺旋彈簧114彈力的作用下可靠地與閥座52接觸，可避免空氣等從隔膜室24a漏出到通路54中。
當(dāng)從輸入口管14a、14b供給壓縮空氣(參照?qǐng)D2)時(shí)，壓縮空氣被導(dǎo)入隔膜室24a、24b中，壓縮空氣的壓力沿箭頭A方向作用在隔膜38上。
作用在隔膜38上的箭頭A方向的力F的大小為壓縮空氣的壓力P所產(chǎn)生的力Fp與螺旋彈簧114的彈力f之和，因而，在螺旋彈簧114的彈性系數(shù)為k2、螺旋彈簧114配設(shè)在緩沖部件106與支承部件116之間時(shí)該螺旋彈簧114的退縮長(zhǎng)度為x2的條件下，有下式成立F＝Fp+f＝π/4×D2×P+k2×x2
這里，F(xiàn)p＝π/4×D2×P，而f＝k2×x2。一方面，隔膜38雖然有彈力，但由于隔膜38由閥座52所支持并保持成平坦?fàn)?，并不?chǔ)蓄彈性能量。因此作用在隔膜38上的沿箭頭B方向的恢復(fù)力Fs的大小為Fs＝0壓縮空氣的壓力P變化時(shí)的力F、恢復(fù)力Fs的變化如圖16所示。即使這時(shí)的壓縮空氣的壓力P變動(dòng)時(shí)，力F始終大于恢復(fù)力Fs，所以可維持隔膜38與閥座52的接觸狀態(tài)。另外，即使隔膜室24a、24b內(nèi)的壓力P降低、與通路54內(nèi)的壓力大致相同，螺旋彈簧114彈力的作用也會(huì)把隔膜38壓向箭頭A所示的方向。結(jié)果，即使隔膜室24a、24b或通路54內(nèi)的壓力變動(dòng)，隔膜38也能可靠地關(guān)閉通路54。
另一方面，把來自控制裝置(圖中未示)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件42時(shí)，壓電元件42撓曲，產(chǎn)生使隔膜38沿箭頭B方向變位的力。該力較壓縮空氣作用在隔膜38上的力Fp和螺旋彈簧114的彈力f之和與通路54內(nèi)的壓力作用在隔膜38上的力之間的差大時(shí)，隔膜38離開閥座52，使隔膜室24a與通路54連通。因此壓縮空氣從通路54導(dǎo)出到輸出口管16。
驅(qū)動(dòng)信號(hào)繼續(xù)施加給壓電元件42、使壓電元件42過分地?fù)锨鷷r(shí)，壓電元件42本身會(huì)沖擊地接觸，這種情況有破壞壓電元件42的可能。但是，由于壓電元件42通過支承部件116與緩沖部件106接觸，可以緩和沖擊，同時(shí)可阻止壓電元件42過分地?fù)锨朔鲜龅氖箟弘娫?2破壞的可能性。
此外，當(dāng)支承部件116與緩沖部件106接觸時(shí)，支承部件116與緩沖部件106貼緊，會(huì)帶來壓電元件42不能沿箭頭A方向復(fù)位的問題。但是，由于螺旋彈簧114沿箭頭A方向給壓電元件42施加偏置力，壓縮空氣從緩沖部件106上所形成的槽部110進(jìn)入支承部件116與緩沖部件106之間，因此阻止了支承部件116與緩沖部件106的貼緊。
根據(jù)第二實(shí)施例的壓電閥100，由于螺旋彈簧114朝閥座52的方向給壓電元件42施力，在沒有驅(qū)動(dòng)壓電元件42的場(chǎng)合，隔膜38可靠地與閥座52接觸，并使通路54關(guān)閉。
下文，參照?qǐng)D8及圖9敘述本發(fā)明的第三實(shí)施例的壓電閥200。
構(gòu)成該壓電閥200的殼體202具有相互對(duì)峙地固定著的第一閥體204、第二閥體206以及固定在第一閥體204、第二閥體206下部的口座208。
第一閥體204、第二閥體206上分別劃分形成有凹部210、212，并形成與凹部210、212相互連通的隔膜室214a、214b。在第一閥體204與第二閥體206之間，如圖9所示，圍繞隔膜室214a、214b設(shè)置有墊圈216。該墊圈216可防止壓力流體從第一閥體204與第二閥體206之間泄漏。在構(gòu)成隔膜室214a、214b的壁部，每偏位90°朝向隔膜室214a、214b的中央突出地形成數(shù)個(gè)支持部218。在墊圈216上面對(duì)前述隔膜室214a、214b形成夾持部220(參照?qǐng)D8)。
在支持部218上，在第一閥體204側(cè)設(shè)置有第一隔膜222，在第二閥體206側(cè)設(shè)置有第二隔膜224。第一隔膜222與第二隔膜224由夾持部220在彼此隔開規(guī)定間隔的位置支持著。第一隔膜222與第二隔膜224由有彈性的不銹鋼等金屬制成，其緣部與構(gòu)成隔膜室214a、214b的壁部之間形成間隙225。在第一隔膜222與第二隔膜224的兩個(gè)面上，分別固定有平面大致為圓形的壓電元件226a～226d。在固定著壓電元件226a、226b中一個(gè)的面的第一隔膜222上連接有電線228a，在壓電元件226a與226b另一個(gè)面上連接有電線228b。各電線228a、228b通過連接器230與圖中未示的控制裝置連接。此外，在固定著壓電元件226c、226d中一個(gè)的面的第二隔膜224上連接有電線228c，在壓電元件226c與226d另一個(gè)面上連接有電線228d。各電線228c、228d通過連接器232與控制裝置(圖中未示)連接。這樣，由控制裝置輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件226a～226d的一個(gè)面與另一個(gè)面上。在這種場(chǎng)合，第一隔膜222、第二隔膜224及壓電元件226a～226d也可以如圖10所示那樣，只與一個(gè)連接器233連接。
在構(gòu)成凹部210、212的底部形成可與第一隔膜222、第二隔膜224的壓電元件226a、226d接觸的環(huán)狀第一閥座236、第二閥座238。在第一閥座236、第二閥座238的中央，形成通路240、242。通路240、242分別通過口座208上所形成的第一輸出口管244、第二輸出口管246連通。
在口座208上形成輸入口管250，輸入口管250內(nèi)的通路在口座208內(nèi)分叉(圖中未示)，并與通路254、256連通(參照?qǐng)D11)。通路254、256與第一閥體204、第二閥體206上劃分形成的隔膜室214a、214b連通。此外，在第一閥體204、第二閥體206上劃分形成與隔膜室214a、214b連通的通路253、255，在口座208轉(zhuǎn)動(dòng)180°的情況下，并當(dāng)該口座208安裝在第一閥體204、第二閥體206上時(shí)，通路253、255與輸入口管250連通。在口座208上形成安裝于第一閥體204、第二閥體206上的板狀部251。在該板狀部251的短尺寸的短邊緣部，如圖12所示，自第一閥體204、第二閥體206傾斜并突出地形成安裝部252a、252b，在該安裝部252a、252b上劃分形成螺釘257a、257b插入用的孔部258a、258b。
該壓電閥200安裝在長(zhǎng)形基板260上，通過把螺釘257a、257b擰入螺釘孔262a、262b，由此便把壓電閥200固定在基板260上。在基板260上沿其長(zhǎng)度方向劃分形成壓力流體(最好是壓縮空氣)的供給通路264，該供給通路264與圖中未示的壓縮空氣供給源連通。供給通路264與朝基板260上面開口的供給孔266連通，在供給孔266中裝有壓電閥200的輸入口管250。此外，在基板260的上面劃分形成安裝第一口管244的第一輸出孔270和安裝第二口管246的第二輸出孔272，第一輸出孔270、第二輸出孔272彎曲地形成，朝基板260側(cè)方開口。
在基板260上，以能安裝數(shù)個(gè)壓電閥200的方式劃分形成數(shù)個(gè)供給孔266、第一輸出孔270、第二輸出孔272。
第三實(shí)施例的壓電閥200采用以上基本構(gòu)成，下文敘述其動(dòng)作。
來自控制裝置(圖中未示)驅(qū)動(dòng)信號(hào)未通過連接器230、232施加給壓電元件226a～226d時(shí)，壓電元件226a～226d不變形，而且只要隔膜室214a、214b內(nèi)的壓力與通路240、242內(nèi)的壓力相同，或達(dá)到稍高于通路240、242內(nèi)的壓力，第一隔膜222、第二隔膜224就不儲(chǔ)存彈性能量，并保持平坦的狀態(tài)。這時(shí)，固定在第一隔膜222、第二隔膜224上的壓電元件226a、226d分別與第一閥座236、第二閥座238接觸，關(guān)閉通路240、242。
當(dāng)圖中未示的壓縮空氣供給源賦能而把壓縮空氣供給基板260的供給通路264時(shí)，壓縮空氣通過輸入口管250被導(dǎo)入隔膜室214a、214b中。這時(shí)，隔膜室214a、214b內(nèi)的壓力因壓縮空氣而高于通路240、242內(nèi)的壓力，所以壓縮空氣的壓力分別朝向第一閥座236、第二閥座238的方向，作用于第一隔膜222及第二隔膜224上，即、沿箭頭A1所示的方向作用在第一隔膜222上，沿箭頭A2所示的方向作用在第二隔膜224上。
另一方面，第一隔膜222及第二隔膜224雖然有彈力，但由于第一隔膜222及第二隔膜224分別由第一閥座236、第二閥座238支持，所以壓縮空氣的壓力作用不會(huì)使各隔膜222、224變形，而是讓其保持平坦的狀態(tài)，不儲(chǔ)蓄彈能。
這樣，分別沿箭頭A1、A2方向作用到第一隔膜222、第二隔膜224上的力Fp以及朝相反方向的箭頭B1、B2方向的恢復(fù)力Fs的大小，與第一實(shí)施例同樣，在第一、第二隔膜222、224上有下式成立Fp＝π/4×D2×PFs＝0如圖15所示，即使壓縮空氣的壓力P變化時(shí)，由于力Fp的大小始終大于恢復(fù)力Fs，因此，只要隔膜室214a、214b內(nèi)的壓力與通路240、242內(nèi)的壓力相同或達(dá)到高于通路240、242內(nèi)的壓力，則可以保持第一、第二隔膜222、224與第一閥座236、第二閥座238接觸的狀態(tài)。使通路240、242關(guān)閉。
把來自控制裝置(圖中未示)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給第一隔膜222的壓電元件226a、226b時(shí)，壓電元件226a、226b撓曲，產(chǎn)生使第一隔膜222沿箭頭B1方向變位的力。該力較壓縮空氣作用在第一隔膜222上的力Fp與通路240內(nèi)的壓力作用在第一隔膜222上的力之間的壓差大時(shí)，第一隔膜222離開閥座236，使隔膜室214a與通路240連通。因此壓縮空氣從通路240經(jīng)過第一輸出口管244導(dǎo)出到第一輸出孔270。
另外，把驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給第二隔膜224的壓電元件226c、226d時(shí)，與前述同樣，產(chǎn)生使第二隔膜224沿箭頭B2方向變位的力。把壓縮空氣從通路242導(dǎo)出到第二輸出孔272。
進(jìn)一步，當(dāng)把驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給第一隔膜222的壓電元件226a、226b與第二隔膜224的壓電元件226c、226d的雙方時(shí)，第一隔膜222、第二隔膜224分別沿箭頭B1、B2方向變位，把壓縮空氣同時(shí)導(dǎo)出到第一輸出孔270、第二輸出孔272雙方的里面。
如上文所述，根據(jù)第三實(shí)施例的壓電閥200，用一個(gè)壓電閥200，就可以使壓縮空氣從第一輸出口管244與第二輸出口管246的任何一方或雙方導(dǎo)出。
工業(yè)上的應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的壓電閥，具有能得到以下效果的優(yōu)點(diǎn)。在沒有把驅(qū)動(dòng)力施加給壓電元件的狀態(tài)下，即使導(dǎo)入隔膜室中的流體壓力發(fā)生變動(dòng)，由于隔膜始終能與閥座接觸，所以消除了漏出流體之虞。即使在壓電元件過分變形的場(chǎng)合，由于壓電元件與緩沖部件接觸，所以，避免了損傷壓電元件的問題發(fā)生。從而提高了壓電閥的可靠性。
此外，流體經(jīng)過隔膜的緣部與隔膜室的壁部之間的間隙流動(dòng)，因而不需要設(shè)置把流體導(dǎo)入隔膜的一側(cè)面與另一側(cè)面所使用的通路，可以簡(jiǎn)化該壓電閥的構(gòu)成，降低壓電閥的制造費(fèi)用。
進(jìn)一步，通過用彈性部件朝閥座方向向壓電部件施力，在不驅(qū)動(dòng)壓電元件的場(chǎng)合，能使壓電元件可靠地與隔膜接觸，可避免壓力流體的泄漏，進(jìn)一步提高了壓電閥的可靠性。
再者，由于設(shè)置了數(shù)個(gè)隔膜，各個(gè)隔膜可有選擇地變位，因而，通過一個(gè)壓電閥，就能控制導(dǎo)出到數(shù)個(gè)輸出口的壓縮空氣的流動(dòng)，不需要準(zhǔn)備數(shù)個(gè)壓電閥，可以簡(jiǎn)化使用該壓電閥的機(jī)器構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種壓電閥(10、100)，其特征是，包括配設(shè)在供給來自輸入口管(14a、14b)流體的隔膜室(24a、24b)中并構(gòu)成閥體的隔膜(38)；設(shè)置在上述隔膜(38)一個(gè)面上、使該隔膜(38)變位的壓電元件(42)；與上述壓電元件(42)相對(duì)的、設(shè)置在形成上述隔膜室(24a、24b)的殼體(12)上的緩沖部件(56、106)；設(shè)置在開口于上述殼體(12)內(nèi)的輸出口管(16)上、可與上述隔膜(38)的另一個(gè)面接觸的閥座(52)，其中，在沒有把驅(qū)動(dòng)電力施加給上述壓電元件(42)的狀態(tài)下，上述隔膜(38)不儲(chǔ)蓄彈性能量，與上述閥座(52)接觸，使上述輸出口管(16)處于閉合狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，在上述隔膜(38)與上述殼體(12)之間形成與隔膜(38)分成兩個(gè)的上述隔膜室(24a、24b)連通的間隙(45)，導(dǎo)入上述隔膜室(24a、24b)的流體經(jīng)過上述間隙(45)自由地流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，上述閥座(52)的與隔膜(38)接觸的部位作成平滑狀，另外，上述隔膜(38)由有彈性的金屬板形成，隔膜(38)與閥座(52)接觸的部位也作成平滑狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，在上述壓電元件(42)的固定于由金屬板形成的隔膜(38)的面上，通過該隔膜(38)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，上述隔膜(38)由不銹鋼，例如金屬板制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，在上述緩沖部件(56、106)上，在面對(duì)上述壓電元件(42)的面上形成用于防止該緩沖部件(56、106)與該壓電元件(42)粘合貼緊的槽部(58、110)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，上述緩沖部件(56、106)嵌入上述殼體(12)上所形成的凹部(57、104)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，上述緩沖部件(56、106)由有彈性的樹脂或橡膠制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，上述壓電元件(42)與殼體(12)之間設(shè)置有向閥座(52)的方向?qū)Ω裟?38)施加偏置力的彈性部件(114)，另外，在上述壓電元件(42)上設(shè)有用于安裝上述彈性部件(114)的支承部件(116)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所記載的壓電閥(100)，其特征是，上述彈性部件(114)是螺旋彈簧。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所記載的壓電閥(100)，其特征是，上述支承部件(116)由有彈性的樹脂、橡膠等材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，在上述殼體(12)上朝隔膜室(24a、24b)突出地設(shè)置有支持部(30)，上述隔膜(38)由該支持部(30)保持。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的壓電閥(10、100)，其特征是，在上述殼體(12)上設(shè)置有用于安裝壓電閥(10、100)的彈性的且可自由撓曲的桿部(20a、20b)，在桿部(20a、20b)上形成與安裝上述壓電閥(10、100)的機(jī)器配合的卡合爪(22a、22b)。
14.一種壓電閥(200)，其特征是，包括配設(shè)在供給來自輸入口管(250)流體的隔膜室(214a、214b)中并構(gòu)成閥體的數(shù)個(gè)隔膜(222、224)；分別設(shè)置在上述隔膜(222、224)上、使該隔膜(222、224)變位的壓電元件(226a～226d)；設(shè)置在開口形成上述的隔膜室(214a、214b)的殼體(202)內(nèi)的數(shù)個(gè)輸出口管(244、246)上、分別可與上述隔膜(222、224)接觸的閥座(236、238)，在沒有把驅(qū)動(dòng)電力施加給上述壓電元件(226a～226d)的狀態(tài)下，上述隔膜(222、224)不儲(chǔ)蓄彈性能量，與上述閥座(236、238)接觸，使上述輸出口管(244、246)處于閉合狀態(tài)，同時(shí)，使上述數(shù)個(gè)隔膜(222、224)有選擇地變位或同時(shí)變位，由此，有選擇地或同時(shí)把上述流體導(dǎo)出到上述數(shù)個(gè)輸出口管(244、246)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所記載的壓電閥(200)，其特征是，上述隔膜(222、224)、輸出口管(244、246)及閥座(236、238)分別各設(shè)置兩個(gè)，而且，上述兩個(gè)閥座(236、238)相對(duì)地配置著，在上述兩個(gè)閥座(236、238)之間相互平行地配設(shè)上述兩個(gè)隔膜(222、224)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所記載的壓電閥(200)，其特征是，在上述隔膜(222、224)與殼體(202)之間形成與由該隔膜(222、224)劃分成兩個(gè)的上述隔膜室(214a、214b)連通的間隙(225)，導(dǎo)入上述隔膜室(214a、214b)的流體可通過該間隙(225)自由地流動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所記載的壓電閥(200)，其特征是，上述隔膜(222、224)由有彈性的金屬板制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所記載的壓電閥(200)，其特征是，在上述壓電元件(226a～226d)的固定于由金屬板形成的隔膜(222、224)的面上，通過該隔膜(222、224)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所記載的壓電閥(200)，其特征是，上述隔膜(222、224)由不銹鋼的例如金屬板制成。
全文摘要
一種壓電閥,具有隔膜,在沒有把驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件的狀態(tài)下,上述隔膜與上述閥座接觸,把隔膜室與通路隔開,即使引入隔膜室中的流體壓力發(fā)生變化,隔膜不會(huì)產(chǎn)生任何變形,能可靠地與閥座接觸。通路由蓋部件可靠地封閉著,由此,能減少流體泄漏。另一方面,當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給壓電元件時(shí),隔膜產(chǎn)生撓曲,允許隔膜室與通路連通,把流體導(dǎo)入通路中。如果使壓電元件過分地?fù)锨?由于壓電元件與緩沖部件接觸,可防止壓電元件過分地變形,減少了損壞壓電元件的可能。
文檔編號(hào)F16K15/18GK1247593SQ98802496
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月12日
發(fā)明者宮添真司, 石川誠(chéng) 申請(qǐng)人:Smc株式會(huì)社