[发明专利]压电阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电阀、详细地说涉及一种采用弯曲变形的压电元件作为阀芯的有源阀。

背景技术

现有，作为便携式电脑等的电源，一直在开发使用燃料电池的电源。作为燃料采用的是例如甲醇这样的液体燃料，利用微型泵向反应炉供给这种燃料，从而反应炉发生燃料和空气反应，进行发电。这种燃料电池系统中，泵停止时也有可能由于重力等因素产生意料之外的燃料正向流动，而向反应炉进行不必要的燃料供给，导致过剩的发电。尽管微型泵配备有止回阀，但是要使其止回阀本身具有可靠的防正向功能，却不利于泵效率的提高。从而，要想可靠地阻止意料之外的燃料流动，必须与泵分开设置有源阀。

专利文献1揭示了一种压电阀，其包括具有流体的流入口和流出口的阀体和具有板状压电元件的阀芯。图19是专利文献1所示的结构，阀芯50的外周部在阀体51上保持固定。通过对压电元件52外加电压，从而能够使阀芯50向板厚方向弯曲变位，利用这种弯曲变位来开闭流入口53。还有，在此示出了阀芯50开闭流入口53的例子，不过，也可以开闭流出口54。作为阀芯50有图示那样的在金属制隔膜55的一面的中央部粘贴压电元件52的单压电晶片型和在金属制隔膜两面粘贴压电元件的双压电晶片型。

如前所述当将阀芯50外周部固定保持在阀体51上时，即使对压电元件52外加电压，也由于阀芯50周边部被阀体51束缚，因此阀芯50中心部和周边部变位相互抵消，阀芯50中央部的变位量极小。即使升高对压电元件52外加的电压，最大变位也只有大约20μm左右。从而，开阀时通过阀座和阀芯50之间的流体阻力变大，成为压力损失的原因。

专利文献2揭示了一种压电阀，其是如图20(a)、(b)所示，将具有压电元件的阀芯56周围无束缚地支承在阀体57上，阀芯56开闭流出口58，同时在阀体57上设置连通部59以使阀芯56里外两面的压力几乎同等。流入口60形成在与流出口58对置的位置。这种情况下，由于只不过是将阀芯56周围无束缚地支承在阀体57上，因此能够使阀芯56中央部发生较大变位。可是，不能牢固地保持阀芯56周围，因此很难向压电元件进行电压供给，同时随着阀芯56的持续的弯曲运动而使阀芯56本身的可靠性下降。另外，还存在的问题是由于支承部的刚性低，因而不能封闭具有压力差的流路口58(闭阀压力降低)。

专利文献3揭示了一种气体流量控制阀，其结构是使用长方形状的单压电晶片作为阀芯，将该单压电晶片的长度方向两端部支承在阀体上。这种情况下，利用硅橡胶等弹性树脂弹性保持单压电晶片的两端部，以使能够容许单压电晶片的变位。不过，存在的问题是由于每当驱动单压电晶片时其两端部就会变位，因此很难对压电元件稳定地供给电压，同时随着弹性树脂的时效恶化，保持部的可靠性降低。另外，由于支承部分的刚性低，因而无法获得高的闭阀压力。

专利文献1：特开昭62-28585号公报

专利文献2：特开平3-223580号公报

专利文献3：特开昭62-283272号公报

发明内容

本发明的最佳实施方式的目的在于，提供一种压电阀，能够同时解决确保由压电元件构成的阀芯和阀体的保持部上的可靠性、扩大压电元件的变位量(阀开度)、提高闭阀压力等问题。

为了实现所述目的，本发明提供一种压电阀，包括：具有开闭流路口的阀体；由板状的压电元件构成的阀芯，该压电元件随着外加电压而沿板厚方向弯曲变位，并利用该弯曲变位开闭所述开闭流路口，所述压电阀的特征在于，所述压电元件的两端部或外周部被固定保持在所述阀体上，所述压电元件具有中央侧或中心侧的第一区域和两端侧或周边侧的第二区域，利用对所述压电元件外加的电压使所述第一区域和所述第二区域向反方向弯曲变位。

现有的压电元件有单压电晶片型和双压电晶片型，不过，任意一种情况下都会随着电压的外加而向一致的方向弯曲。当将这种压电元件两端部固定保持在阀体上时，压电元件中央部的变位量极小，相反，当压电元件两端部被变位自如地支承时，变位量增加，不过，支承部的可靠性下降，闭阀压力也下降。为此，本发明的特征在于，将压电元件的两端或外周部固定保持在阀体上，同时，压电元件具有中央侧或中心侧的第一区域和两端侧或周边侧的第二区域，利用对压电元件外加的电压将第一区域和第二区域向反方向弯曲变位。由于采用这样的构成，能够确保压电元件和阀体的保持部上的可靠性，扩大压电元件的变位量，进而能够提高闭阀压力。