(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電バルブであって、ほぼ一体的なケーシング（１）と、前記ケーシング（１）の内室（２）に配置された少なくとも１つの制御可能な弁座（３、４）と、片側から前記ケーシング（１）内に密封状態で挿入されて片側が前記ケーシング（１）内で保持されている圧電曲げエレメント（７）とを有しており、該圧電曲げエレメント（７）の保持されていない側（９）が印加された制御電圧に応じて前記弁座（３、４）を閉鎖または開放する形式のものにおいて、
前記圧電曲げエレメント（７）が少なくとも前記ケーシング（１）の前記内室（２）に位置する範囲で、少なくとも部分的に弾性の絶縁材料から成る被覆（１０）を備えており、該被覆（１０）が保持された側（１１）で同時に前記ケーシング（１）の前記内室（２）をも外に向かってシールしており、前記被覆（１０）が前記圧電曲げエレメント（７）の前記保持された側（１１）で、前記圧電曲げエレメント（７）の回りに該圧電曲げエレメント（７）の長手方向延在に対してほぼ直角に延びている、一体的に成形された密封隆起部（１２）を有しており、該密封隆起部（１２）が当該圧電バルブを組み立てた状態で前記ケーシング（１）と前記クランプシュー（１３）との間で固く締め付けられており、前記被覆（１０）の内室が前記圧電曲げエレメント（７）の表面粗さおよび／または該圧電曲げエレメント（７）の付加的な凹部、溝、通路などを介してかつクランプシュー（１３）を通って周囲に排気されていることを特徴とする、圧電バルブ。
【請求項２】
前記クランプシュー（１３）が前記圧電曲げエレメント（７）の電気的接点の少なくとも部分（１４、１５）を有している、請求項１記載の圧電バルブ。
【請求項３】
当該圧電バルブを組み立てた状態で前記ケーシング（１）と係合し、必要に応じて外から外せる掛止用突起（１６）が、前記クランプシュー（１３）に設けられている、請求項１または２記載の圧電バルブ。
【請求項４】
前記被覆（１０）が薄肉の、前記密封隆起部（１２）および／または前記弁座（３、４）の範囲で肉厚にされたエラストマから成る、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧電バルブ。
【請求項５】
前記被覆（１０）の長さが、当該圧電バルブの組み立てられていない状態では、当該圧電バルブの組み立てられた状態で前記圧電曲げエレメント（７）が被覆された長さよりわずかに小さい、請求項２から４までのいずれか１項記載の圧電バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電バルブであって、ほぼ一体的なケーシングと、ケーシングの内室に配置された少なくとも１つの制御可能な弁座と、片側からケーシング内に密封状態で挿入されて片側がケーシング内で保持されている圧電曲げエレメントとを有しており、圧電曲げエレメントの保持されていない側が印加された制御電圧に応じて弁座を閉鎖または開放する形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許公開第０１９１０１１号明細書により、曲げエレメントが、一方の端部で３点で支承されるようにケーシング内に組み入れられており、そのうち１点が調節可能であって同時に中心電極を接触させる働きをする、圧電セラミックス製曲げ変換器が公知である。この曲げエレメント自体は独立の操作ばねと固く結合されている。操作ばねそれ自体はケーシングと結合されていて、同時に曲げエレメントを支承点に押圧する働きをする。曲げエレメントの自由端により、印加された制御電圧に応じて給気ノズルもしくは排気ノズルが交互に閉鎖または開放され得る。圧電曲げエレメントのための電気的接点は、ケーシングから引き出されてシールされている。
【０００３】
曲げエレメントの電極およびケーシングの内部に位置している接点部分は保護または絶縁されておらず、流動媒体に直接曝露されているので、この公知の配置構成を導電性の液体で運転することは不可能である。ケーシングの内部に結露が形成されると短絡の危険があり、また接触箇所では腐食の危険がある。ケーシングの内部の接触箇所は動作室から分離されていないので、電気的接点はケーシングから気密状態で引き出されなければならない。できるだけ少ない漏れ値を達成するためには、曲げエレメントと制御されるべき開口部もしくはノズルとの間のシーリングは、高価値の表面および相互の正確な位置を必要とする。上述したすべての事情から、比較的手間がかかり、かつ高価な製造プロセスが生じ、またケーシングは接着によって組み立てられた後で破壊しなければ開くことができないので、たとえば組立もしくは調整の誤りがあった後に、比較的高価な曲げエレメントを取り出して再利用することができなくなるという追加的な欠点が生じる。
【０００４】
上記と類似の構造を有する曲げ変換器が、たとえばドイツ連邦共和国特許第４４１０１５３号明細書によって公知である。ここですでに曲げエレメントに絶縁被膜を設けることが提案されている。このことは攻撃的な液体または導電性の液体の制御を可能にするが、ここでも上述したその他の欠点がほぼ残っている。
【０００５】
最後に、たとえば世界知的所有権機構国際公開第９７／０９５５５号明細書から、ほぼ一体的なケーシングが曲げエレメントを挿入するための側方開口部を有しており、この開口部が組立完了時に充填材で永久的に閉じられる、冒頭に記載した種類の圧電バルブが公知である。これによりケーシングの内室の比較的単純なシーリングと、同時に片側で曲げエレメントを固持もしくは固定することが可能であるが、分解はやはり破壊的にしか行われ得ない。さらに、ここでも曲げエレメント自体の絶縁が設けられていないので、このバルブの応用には再び最初に述べた限界がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の圧電バルブを改良して、公知の同じバルブまたは類似のバルブの欠点を回避し、極めて種々の媒体の制御を特に簡単かつ安価に行うことができ、たとえば組立または調整の誤りが生じた場合にバルブ全体を再び破壊せずに分解し、少なくともその個別部材を再利用できるような圧電バルブを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の構成では、圧電曲げエレメントが少なくともケーシングの内室に位置する範囲で、少なくとも部分的に弾性の絶縁材料から成る被覆を備えており、この被覆が保持された側で同時にケーシングの内室をも外に向かってシールしているようにした。したがって、たとえば冒頭に引用したドイツ連邦共和国特許第４４１０１５３号明細書との関連で公知の曲げエレメントの絶縁被覆は、ここでは同時にケーシングの内室を外に向かってシールする働きをする。これにより、内室は接着や、その他の方法で広範囲にシールされる必要はない。被覆およびケーシングの側方挿入口のためのシーリングを有する曲げエレメントは、組立および調整の後でもなおも簡単にケーシングから引き抜かれ得るので、たとえば曲げエレメント自体は問題なく再利用できる。
【０００８】
本発明の好ましい構成において、被覆が曲げエレメントの保持された側で、曲げエレメントの回りに当該曲げエレメントの長手方向延在に対してほぼ直角に延びている、好ましくは一体的に成形された密封隆起部を有しており、この密封隆起部はバルブを組み立てた状態でケーシングと、片側を保持された被覆付きの曲げエレメントと共に外から挿入可能なクランプシューとの間で固く締め付けられている。このようにすると、被覆に成形された密封隆起部により、被覆もしくはケーシングにおける挿入口のシーリングを非常に簡単に形成できる。密封隆起部は、ケーシングとクランプシューとの間でケーシングの内室の外側に対する必要なシーリングを実現する。
【０００９】
本発明の別の好ましい構成において、クランプシューは曲げエレメントの電気的接点の少なくとも部分をも有することができる。これらの部分は曲げエレメントを側方のケーシング開口部に挿入する際に同様に電気的接触に必要な位置に入る。
【００１０】
本発明のさらに別の好ましい構成によれば、バルブを組み立てた状態でケーシングと係合し、必要に応じて外から外せる掛止用突起が、クランプシューに設けられてよい。このことはバルブの組立および場合によっては分解を非常に簡単にし、組み立てられたエレメントもしくはアセンブリ相互の相対的位置を非常に簡単かつ再現可能に規定する。しかしもちろん上記の構成とは別に、相応の構成において掛止用突起がケーシングに設けられ、クランプシューと掛止してもよいであろう。
【００１１】
本発明の好ましい構成において、被覆は薄肉の、好ましくは密封隆起部および／または弁座の範囲で強化されたエラストマから成る。この薄肉性によって、特にノズル範囲で熱膨張および膨潤による効果が少なく押さえられる。この場合、曲げエレメントの機械的運動の自由がごくわずかしか損なわれないことが追加的な利点である。
【００１２】
本発明の別の有利な構成において、被覆の長さは、組み立てられていない状態では、組み立てられた状態で曲げエレメントの被覆された長さよりわずかに小さい。これにより、組立時の延伸によって曲げエレメント上における被覆の良好な定着が確保される。
【００１３】
被覆の内部が曲げエレメントの表面粗さおよび／または曲げエレメントの追加的な凹部、溝、通路などを介して、ならびにクランプシューを通して周囲に排気されている。これにより、運転圧力に依存して被覆が曲げエレメントの表面に追加的に押圧され、特にノズル範囲で持ち上がるのが妨げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳細に説明する。
【００１５】
図示された圧電バルブはほぼ一体的なケーシング１を有している。ケーシング１は、ここでは電気空気式曲げ変換器として形成されたバルブの機能のために、内室２で互いに向き合って配置された制御可能な２つの弁座３、４と、同様に内室２に開口している１つの信号出力５とを有している。ここで、弁座３は給気を制御し、ねじ部６内に形成されており、したがって調節可能な弁座４が排気を制御する。
【００１６】
圧電曲げエレメント７は、図１の表現で左側からケーシング１の側方開口部８（図３参照）内に密封状態で挿入され、この片側でケーシング１内に保持されている。曲げエレメント７の保持されていない右側は、印加された制御電圧に応じて弁座３と４の間を動くことができ、それによってこれらの弁座は閉鎖されたり開放されたりし、信号出力５は給気または排気と結合している。それにより、図示されたバルブは、たとえばパイロットバルブとして使用できる。
【００１７】
圧電曲げエレメント７は、ケーシング１の内室２に位置する範囲で、少なくとも部分的に弾性の絶縁材料から成る被覆１０を備えている。この被覆１０は、曲げエレメント７の保持された側１１で同時にケーシング１の内室２をも外に向かってシールする。被覆１０はこのほかに、曲げエレメント７の保持された側１１で、曲げエレメント７の回りに当該曲げエレメント７の長手方向延在に対してほぼ直角に延びている一体的に成形された密封隆起部１２を有している（図２参照）。この密封隆起部１２はバルブを組み立てた状態でケーシング１と、片側で保持された曲げエレメント７と被覆１０と共に外から挿入可能なクランプシュー１３との間で固く締め付けられている。このクランプシュー１３は、曲げエレメント７の電気的接点の少なくとも部分、ここでは接点ピン１４と接点ばね１５とを有している（これについて図２も参照せよ）。
【００１８】
図３に示す表現で左からケーシング１の開口部８に挿入可能なクランプシュー１３は、さらにバルブを組み立てた状態（図１参照）でケーシング１と係合し、必要に応じて外から外せる掛止用突起１６を有している。掛止用突起１６はケーシング１と協働して、クランプシュー１３が固定された位置で当該クランプシュー１３が接点ばね１５を被覆１０の密封隆起部１２と一緒にケーシング１における衝止面１７に押し付け、その結果としてケーシング１の内室２が確実にシールされる。
【００１９】
接点ばね１５は、一方の端部１８でクランプシュー１３の支承部に載っており、接点ピン１４の範囲で下から曲げエレメント７を押圧する。接点ばね１５の他方の端部１９の範囲では、図１に示された曲げエレメント７を挿入した状態で、接点は第２の調節可能な接点ピン２０もしくはその内側延長部２０′によって形成されている。
【００２０】
曲げエレメント７の被覆１０が比較的薄肉に形成されていて、好ましくは密封隆起部１２の範囲でのみ（もしくは図２に略示された形式で弁座３または４の範囲でも）強化されている。使用されるエラストマは電気的絶縁性を有し、それ以外の性質（たとえば耐薬品性など）も使用に適したものにされている。被覆１０の長さは、組み立てられていない状態では、組み立てられた状態で曲げエレメント７の被覆された長さよりわずかに小さい。それにより、被覆１０は組み立てた状態で密封隆起部１２における固定と自由端９との間でやや緊定され、それによって曲げエレメント７上に確実に定着する。被覆１０の内部は、ここでは詳しく図示されない形式で追加的に、たとえば曲げエレメント７の表面粗さ、または追加的な通路などを介して、クランプシュー１３を通って周囲に排気されてよい。その結果として、印加された運転圧力のもとで被覆１０が曲げエレメント７の表面を能動的に押圧し、ひいてはより良好に定着する。
【００２１】
被覆１０の薄肉性によって、特に弁座３、４の範囲で熱膨張もしくは膨潤による否定的な効果が少なく押さえられる。この際さらに、曲げエレメント７の機械的運動の自由がごくわずかしか損なわれない。被覆の弾性により、同時に弁座３、４におけるシール作用も著しく改善され、同時に弁座のジオメトリおよび表面品質に対する要求はより少ない。
【００２２】
図２に従い押し開かれた接点ばね１５と一緒にクランプシュー１３内に挿入された曲げエレメント７は、３つの支承点でクランプシュー１３内に固持される。このうち接点ピン１４によって形成された１つの支承点が調節可能であり、同時に曲げエレメント７の中心電極を接触させる働きをする。さらに、クランプシュー１３は、曲げエレメント７を側方で位置固定する側方センタリング面を備えている。支承点を押圧し、外側電極を接触させるために、図１および図２に見える前述の接点ばね１５が用いられる。接点ばね１５は密封隆起部１２の範囲で曲げエレメントを取り囲んでおり、両側でばね状の接合板により表面を接触させる（図２参照）。これらの接合板は、曲げエレメント７が実用的に挿入され得るのみで、接点ばね１５から引き抜こうとするとセルフロック式に固定されるように形成されている。このようにすることによって、組立後に曲げエレメント７がクランプシュー１３に当たってその長手方向で位置固定されることができる。
【００２３】
クランプシュー１３を側方からケーシング１に挿入して組み立てる際に（図３参照）、ケーシング１内で接点ばね１２に予荷重がかかる。その際さらに、環状密封隆起部１２はケーシング１の上記の支承面１７に押圧され、掛止用突起１６が開口部２１内で掛止される。密封隆起部１２の押圧は対抗力を生じ、この対抗力が図１の表現でクランプシュー１３の係止用突起１６をケーシング開口部２１の左側に当て、これにより組み立てられた状態で曲げエレメント自体の正確な位置が確保されている。
【００２４】
曲げエレメント７の電気的接触箇所は、ケーシング１の内室２の外部でクランプシューの側面に配置されており、したがって制御媒体で満たされたバルブの動作室から分離されている。このことは、これらの箇所における腐食の点で有利である。
【００２５】
接着箇所またははんだ箇所などを完全になくすことによって、バルブ全体は常に破壊しないで分解できる。このために、本質的には単に図１に示す掛止用突起１６を押し下げることによって外し、その後でクランプシュー１３を曲げエレメント７、被覆１０、接点ピン１４およい接点ばね１５と一緒に再びケーシング１から側方に抜き出すことができる（図３参照）。
【００２６】
ケーシングは、ケーシング１に対して相対的な曲げエレメント７の絶縁およびシーリングならびに上述した形式のバルブの構造および組立により、たとえばプラスチック射出成形技術によって形成され得る。これはバルブの製造を総じて簡単かつ安価にする。クランプシューもプラスチックから成り、射出成形技術によって形成されてよく、それによって上述の形式の単純な安価なバルブが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって形成された圧電バルブの縦断面図である。
【図２】図１に示したバルブを組み立てる際の１段階の分解斜視図である。
【図３】図１に示したバルブを組み立てる際の別の段階の分解斜視図である。
【符号の説明】
１  ケーシング、  ２  内室、  ３  弁座、  ４  弁座、  ５  信号出力、  ７  曲げエレメント、  ９  保持されていない側、  １０  被覆、  １２  密封隆起部、  １３  クランプシュー、  １４  接点部分、  １５  接点部分、  １６  係止用突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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