專利名稱：壓電式流體控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由壓電元件對流體控制閥進行開閉操作的壓電式流體控制閥，更為詳細(xì)地說，涉及一種在非操作時維持開閥狀態(tài)的常開型壓電式流體控制閥。
由層壓了多個壓電元件的壓電元件層壓體對流體控制閥進行開閉操作的壓電式流體控制閥記載于例如特開平11-173440號公報中，已為公眾所知。該流體控制閥具有利用上述壓電元件層壓體的伸縮力開閉閥構(gòu)件從而獲得大的操作力的優(yōu)點，一般構(gòu)成為常閉型。該常閉型的流體控制閥在上述壓電元件層壓體不通電的非操作狀態(tài)下由閥簧的彈性力將閥構(gòu)件維持在閉鎖狀態(tài)，當(dāng)壓電元件層壓體通電時，閥簧由該壓電元件層壓體的伸長力壓縮，將閥構(gòu)件開放。
可是，根據(jù)流體控制閥用途的不同，有時使用常開型較有利，所以，也提出有具有常開型構(gòu)成的流體控制閥。在特開平11-108227號公報中，示出這樣的常開型流體控制閥的例。該例為由金屬隔膜閥開閉閥座的形式，當(dāng)不在壓電元件層壓體加電壓而處于非操作狀態(tài)時，由復(fù)位彈簧的彈性力使壓電元件層壓體朝從金屬隔膜閥離開的方向移動，從而使金屬隔膜閥在自身彈性力的作用下開放閥座，當(dāng)在壓電元件層壓體加上電壓時，該壓電元件層壓體由其伸長力壓縮復(fù)位彈簧，將金屬隔膜閥推壓在閥座上。
然而，現(xiàn)有的常開型流體控制閥由壓電元件層壓體的大伸長力將隔膜閥直接推壓在閥座上，所以，隔膜閥和閥座易于變形或破損，在耐久性和安全性上存在問題。
本發(fā)明的技術(shù)課題在于提供一種常開型壓電式流體控制閥，該常開型壓電式流體控制閥的設(shè)計構(gòu)造合理而且耐久性良好，通過將壓電元件層壓體的伸長力變換成彈簧的彈性力，可由該彈簧的彈性力獲得閉閥力。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種壓電式流體控制閥，該壓電式流體控制閥具有由隔膜閥的位移開閉流體流路的閥機構(gòu)部和開閉上述隔膜閥的壓電式操作部。上述閥機構(gòu)部在第1閥殼內(nèi)具有流體流路、設(shè)于該流體流路中的閥座、通過接離該閥座而開閉上述流體流路的上述隔膜閥、及接觸在該隔膜閥背面的推壓件。另外，上述壓電式操作部在第2閥殼內(nèi)具有通過加電壓而伸長的壓電元件層壓體、將該壓電元件層壓體的伸長力傳遞到上述推壓件以使隔膜閥進入到閥座的第1構(gòu)件、在壓電元件層壓體伸長時與第2構(gòu)件一起位移的彈簧座、及由該彈簧座的位移產(chǎn)生彈性變形的閥簧，上述壓電元件層壓體伸長時的應(yīng)變量設(shè)定為這樣的大小，由該大小，在壓下上述推壓件使隔膜閥進入到閥座的同時，可朝相反方向推壓上述彈簧座使閥簧彈性變形。
在具有上述構(gòu)成的本發(fā)明的流體控制閥中，當(dāng)處于該非操作狀態(tài)時，上述隔膜閥在自身彈性力的作用下從閥座離開，維持開閥狀態(tài)。在該狀態(tài)下，當(dāng)在上述壓電元件層壓體加上規(guī)定的電壓時，該壓電元件層壓體朝軸方向伸長，壓下上述推壓件，使隔膜閥進入閥座，同時，朝相反方向推壓上述彈簧座，使閥簧產(chǎn)生彈性變形。為此，該閥簧的彈性力通過壓電元件層壓體作用于上述隔膜閥，由該彈性力將隔膜閥推壓到閥座上。即，將壓電元件層壓體的伸長力變換成閥簧的彈性力，由該彈性力獲得隔膜閥的入座力。結(jié)果，由于沒有在隔膜閥和閥座直接作用壓電元件層壓體的大的伸長力，所以，它們不會變形或破損，耐久性和安全性提高。
按照本發(fā)明的優(yōu)選具體實施形式，上述第1閥殼和第2閥殼在將該第2閥殼的一端嵌合于第1閥殼的閥孔內(nèi)的狀態(tài)下相互接合，在該第2閥殼的前端部與上述閥孔的周底部之間氣密地夾持上述隔膜閥外周部將其固定，并在該第2閥殼內(nèi)部可自由移動地保持上述推壓件。
按照本發(fā)明的另一具體實施形式，上述彈簧座可自由調(diào)整位置地安裝在調(diào)整螺釘，該調(diào)整螺釘由上述第2構(gòu)件改變位置。
在本發(fā)明中，上述壓電式操作部的第2閥殼具有第1限動部和第2限動部，該第1限動部通過在未向該壓電元件層壓體通電時與上述推壓件接合，從而限定隔膜閥的開放行程端，該第2限動部通過與上述彈性座接合而限定閥簧的伸長端。
在本發(fā)明中，上述推壓件與第1構(gòu)件可通過嵌合在形成于相向面中心的凹坑的球體相互接合。
按照本發(fā)明的另一具體實施形式，上述第1閥殼在與連接于第2閥殼的一側(cè)的相反側(cè)的端面具有用于安裝到裝置基板的安裝面，在該安裝面設(shè)有與上述流體流路連接的多個流體出入口。


圖1為示出本發(fā)明壓電式流體控制閥一實施形式的非操作狀態(tài)的斷面圖。
圖2為圖1所示流體控制閥在操作狀態(tài)下的斷面圖。
圖3為示出本發(fā)明流體控制閥的動作狀態(tài)的線圖。
圖1示出本發(fā)明壓電式流體控制閥的優(yōu)選典型實施形式。該流體控制閥為在非操作時維持開閥狀態(tài)的常開型閥，通過一體接合用于對加工用氣體等流體的流動進行控制的閥機構(gòu)部1和操作該閥機構(gòu)部1的壓電式操作部2而構(gòu)成。
上述閥機構(gòu)部1具有實質(zhì)上呈圓柱狀的第1閥殼5。在該第1閥殼5的軸線方向一端側(cè)的端面形成用于安裝到半導(dǎo)體晶片制造裝置等中的氣體控制裝置的裝置基板4的安裝面6，在該安裝面6開有多個流體出入口7、8。另外，在該第1閥殼5的內(nèi)部形成連接這些出入口7、8的流路7a、8a、這些流路7a、8a所開口的閥孔9、及在該閥孔9內(nèi)圍繞一方的流路7a的開口部的閥座10，在該閥孔9內(nèi)設(shè)置隔膜閥11，該隔膜閥11通過與上述閥座10接離而對流路7a進行開閉。該隔膜閥11由金屬制成，通過氣密地將其外周部夾在壓電式操作部2的第2閥殼15與閥孔周底部之間從而固定在該閥孔9內(nèi)，并被賦予從閥座10離開的方向上的彈性力。
在上述隔膜閥11的背面配置推壓件13，該推壓件13接觸在該隔膜閥11并一起朝其開閉方向產(chǎn)生位移。該推壓件13收容在呈圓筒形的上述第2閥殼15的前端內(nèi)部，當(dāng)開放隔膜閥11時與第2閥殼15前端的第1限動部14接合，由此限定上述隔膜閥11的開放行程端。
壓電式操作部2具有上述第2閥殼15。該第2閥殼15在將其前端部嵌合于上述第1閥殼5的閥孔9內(nèi)的狀態(tài)下，將接合于外周的凸緣部15a的螺母構(gòu)件18螺旋接合到第1閥殼5，從而相互同軸地接合到該第1閥殼5。
在上述第2閥殼15的內(nèi)部，配置有壓電元件層壓體20和蓋形的第1構(gòu)件21和第2構(gòu)件22，該壓電元件層壓體20通過層壓多個壓電元件20a而形成，并在加上電壓時沿軸線方向伸長，該蓋形第1構(gòu)件21和第2構(gòu)件22接觸在該壓電元件層壓體20的兩端，隨著該壓電元件層壓體20的伸縮朝軸線方向產(chǎn)生位移。其中，第1構(gòu)件21配合于壓電元件層壓體20的前端部，用于將該壓電元件層壓體20的伸長力傳遞到上述推壓件13，使隔膜閥11進入到閥座10，該第1構(gòu)件21通過球體23與上述推壓件13相互接觸，該球體23嵌合在分別形成于相向面中心的凹坑內(nèi)。第2構(gòu)件22安裝于壓電元件層壓體20的后端部，在該第2構(gòu)件22與固定于第2閥殼15端部的板24間設(shè)置閥簧機構(gòu)25。
上述閥簧機構(gòu)25包含調(diào)整螺釘27、彈簧座28、及螺旋狀閥簧29，該調(diào)整螺釘27與上述第2構(gòu)件22外側(cè)端面接觸并與該第2構(gòu)件22一起朝第2閥殼15的軸線方向產(chǎn)生位移，該彈簧座28可自由調(diào)整位置地螺旋接合在該調(diào)整螺釘27，該螺旋狀閥簧29設(shè)置在該彈簧座28與上述板24之間。上述彈簧座28在控制閥的非操作狀態(tài)下通過與設(shè)于第2閥殼15后端部的第2限動部30接合，限定閥簧29的最大伸長位置，由此防止該閥簧29的彈性力作用在壓電元件層壓體20和隔膜閥11，另外，當(dāng)操作控制閥時，由上述壓電元件層壓體20通過第2構(gòu)件22朝離開第2限動部30的方向推動，使閥簧29產(chǎn)生彈性變形，將該閥簧29的彈性力作用在壓電層壓體20。
如圖3所示，使上述壓電元件層壓體20的伸長時的變形量(伸長量)a與隔膜閥11的開閉行程b和彈簧座28的位移量c的和相同或比其大地進行設(shè)定，這樣，當(dāng)上述壓電元件層壓體20伸長時，上述彈簧座28離開第2限動部30，使閥簧29產(chǎn)生彈性變形。
圖中的符號31為用于向壓電元件層壓體20供電的導(dǎo)線，通過形成于上述第2構(gòu)件22、調(diào)整螺釘27、及板24的孔導(dǎo)出到第2閥殼15的外部，與控制回路32相連。該控制回路32例如在圖1中由點劃線所示那樣，可設(shè)置在安裝于第2閥殼15的外罩33的內(nèi)部，在該場合，通過設(shè)于該外罩33的連接器34連接到未示出的控制器。
在具有上述構(gòu)成的流體控制閥中，當(dāng)不操作時，即在壓電元件層壓體20完全沒有加上電壓或僅加上獲得用于保持第1構(gòu)件21與推壓件13之間和第2構(gòu)件22與調(diào)整螺釘27之間的接觸所需伸長那樣程度的小量電壓的狀態(tài)下，如圖1所示，由于壓電元件層壓體20沒有處于所需伸長狀態(tài)，所以，隔膜閥11由自身的彈性力從閥座10離開，維持開閥狀態(tài)。在該狀態(tài)下，推壓件13與第1限動部14接合，同時，彈簧座28與第2限動部30接合，不在壓電元件層壓體20和隔膜閥11作用閥簧29的彈性力。
在該狀態(tài)下，當(dāng)在上述壓電元件層壓體20作用一定大小的電壓時，如圖2所示，該壓電元件層壓體20朝軸線方向伸長，通過第1構(gòu)件21對推壓構(gòu)件13進行推壓，使隔膜閥11進入到閥座10，同時，朝相反方向推壓上述彈簧座28，使其離開第2限動部30，從而使閥簧29產(chǎn)生彈性變形。為此，該閥簧29的彈性力通過壓電元件層壓體20作用于上述隔膜閥11，由該彈性力將隔膜閥11推壓在閥座10。即，壓電元件層壓體20的伸長力變換成閥簧29的彈簧力，由該彈簧力獲得隔膜閥11進入閥座10的入座力。因此，如由圖3所看出的那樣，由于在隔膜閥11或閥座10不直接作用壓電元件層壓體20的大的伸長力，所以，它們不會變形或破損，耐久性和安全性得到提高。
在上述實施例中，作為閥簧29示出了螺旋彈簧，但也可為板簧、橡膠、或其它彈性構(gòu)件。
這樣按照本發(fā)明，可獲得常開型壓電式流體控制閥，該常開型壓電式流體控制閥，通過將壓電元件層壓體的伸長力變換成彈簧彈性力，可由該彈簧的彈性力獲得閉閥力，其設(shè)計構(gòu)造合理而且耐久性良好。
權(quán)利要求
1.一種壓電式流體控制閥，其特征在于具有由隔膜閥的位移開閉流體流路的閥機構(gòu)部和開閉上述隔膜閥的壓電式操作部；上述閥機構(gòu)部在第1閥殼內(nèi)具有上述流體流路、設(shè)于該流體流路中間的閥座、通過接離該閥座而開閉上述流體流路并被賦予離開該閥座的方向的彈性力的上述隔膜閥、及接觸在該隔膜閥背面并一起朝開閉方向移動的推壓件；上述壓電式操作部在與上述第1閥殼接合的第2閥殼內(nèi)具有通過加電壓而伸長的壓電元件層壓體、配置在該壓電元件層壓體一端側(cè)的用于將該壓電元件層壓體的伸長力傳遞到上述推壓件以使隔膜閥進入到閥座的第1構(gòu)件、可自由移動地配置在上述壓電元件層壓體另一端側(cè)的第2構(gòu)件、在上述壓電元件層壓體伸長時與該第2構(gòu)件一起位移的彈簧座、及由該彈簧座的位移產(chǎn)生彈性變形從而對上述壓電元件層壓體成為反彈狀態(tài)的閥簧；上述壓電元件層壓體伸長時的應(yīng)變量設(shè)定為這樣的大小，由該大小，在壓下上述推壓件使隔膜閥進入到閥座的同時，可朝相反方向推壓上述彈簧座使閥簧彈性變形。
2.如權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于閥機構(gòu)部的上述第1閥殼和壓電式操作部的圓筒形的上述第2閥殼在將該第2閥殼一端嵌合到第1閥殼的設(shè)于閥座的閥孔內(nèi)的狀態(tài)下相互接合，在該第2閥殼的前端部與上述閥孔的周底部之間氣密地夾持上述隔膜閥外周部將其固定，并在該第2閥殼內(nèi)部可自由移動地保持上述推壓件。
3.如權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于上述彈簧座可自由調(diào)整位置地安裝在調(diào)整螺釘，該調(diào)整螺釘由上述第2構(gòu)件改變位置。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的流體控制閥，其特征在于上述壓電式操作部的第2閥殼具有第1限動部和第2限動部，該第1限動部通過在未向該壓電元件層壓體通電時與上述推壓件接合，從而限定隔膜閥的開放行程端，該第2限動部通過與上述彈性座接合而限定閥簧的伸長端。
5.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的流體控制閥，其特征在于上述推壓件與第1構(gòu)件可通過嵌合在形成于相向面中心的凹坑的球體相互接合。
6.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的流體控制閥，其特征在于上述第1閥殼在與連接于第2閥殼的一側(cè)相反側(cè)的端面具有用于安裝到裝置基板的安裝面，在該安裝面設(shè)有與上述流體流路連接的多個流體出入口。
全文摘要
一種常開型壓電型式流體控制閥，在受到開閥方向的彈性力作用的隔膜閥11與閥簧機構(gòu)25之間配置通過加電壓而伸長的壓電元件層壓體20，使該壓電元件層壓體20伸長時的應(yīng)變量a比隔膜閥11的開閉行程b大，并根據(jù)其差c使彈簧座28離開第2限動部30地設(shè)定，這樣，當(dāng)上述壓電元件層壓體20伸長而使隔膜閥11進入到閥座10時，上述閥簧29受到壓縮，其彈性力通過壓電元件層壓體20作用于上述隔膜閥11，由該彈性力將隔膜閥11推壓在閥座10。這樣，可通過將壓電元件層壓體的伸長力變換成彈簧的彈性力而以該彈簧力獲得閉閥力，并使耐久性優(yōu)良。
文檔編號F16K31/00GK1472457SQ0111678
公開日2004年2月4日 申請日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月8日
發(fā)明者桜井豐信, 井豐信 申請人:速睦喜股份有限公司