流体制御装置
【課題】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する。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１６７７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５１８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１０１６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
まず、ソレノイドによるニードル駆動の問題点を挙げる。
【０００８】
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。
【０００９】
次に、ピエゾ素子によるニードル駆動の問題点を挙げる。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流れる流路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圧電素子と、該圧電素子の一端部を固定する固定材と、前記圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ張力材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓するものである。
【００１５】
ここで、前記圧電素子は、単一の結晶からなっても良い。
【００１６】
また、前記栓が、圧電素子からなっても良い。
【００１７】
また、圧電素子からなる前記栓の一部又は全部を保護材で覆っても良い。
【００１８】
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。
【００１９】
また、前記栓を中心に、前記圧電素子とは反対方向に対向圧電素子を配置し、該対向圧電素子の一端部を対向固定材に固定し、前記対向圧電素子の他端部と前記栓とを対向張力材で繋ぎ、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させると共に、前記対向圧電素子への電圧印加を解除することで前記対向圧電素子を縮退させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、前記圧電素子への電圧印加を解除することで前記圧電素子を縮退させると共に、前記対向圧電素子に電圧を印加することで前記対向圧電素子を伸長させ、前記対向圧電素子によって前記対向張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓するようにしても良い。
【００２０】
また、前記対向圧電素子は、単一の結晶からなっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は「閉栓」状態を示し、（ｂ）は「開栓」状態を示す。
【図３】張力材と圧電素子との接続の変形例を示す斜視図である。
【図４】圧電素子の構造の変形例を示す斜視図である。
【図５】他の実施形態に係る流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は「閉栓」状態を示し、（ｂ）は「開栓」状態を示す。
【図６】栓の変形例を示す側断面図である。
【図７】流体制御装置からなる流体制御弁の構造を示す概略斜視図である。
【図８】流体制御装置からなる流体制御弁の構造を示す概略斜視図である。
【図９】図８に示す流体制御弁の側断面図であり、（ａ）は「開栓」状態を示し、（ｂ）は「閉栓」状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
〔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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
〔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。
【００４６】
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。
【００４７】
〔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。
【００４８】
〔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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
〔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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
〔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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１６７７９号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５１８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１０１６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
まず、ソレノイドによるニードル駆動の問題点を挙げる。
【０００８】
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。
【０００９】
次に、ピエゾ素子によるニードル駆動の問題点を挙げる。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流れる流路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圧電素子と、該圧電素子の一端部を固定する固定材と、前記圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ張力材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓するものである。
【００１５】
ここで、前記圧電素子は、単一の結晶からなっても良い。
【００１６】
また、前記栓が、圧電素子からなっても良い。
【００１７】
また、圧電素子からなる前記栓の一部又は全部を保護材で覆っても良い。
【００１８】
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。
【００１９】
また、前記栓を中心に、前記圧電素子とは反対方向に対向圧電素子を配置し、該対向圧電素子の一端部を対向固定材に固定し、前記対向圧電素子の他端部と前記栓とを対向張力材で繋ぎ、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させると共に、前記対向圧電素子への電圧印加を解除することで前記対向圧電素子を縮退させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、前記圧電素子への電圧印加を解除することで前記圧電素子を縮退させると共に、前記対向圧電素子に電圧を印加することで前記対向圧電素子を伸長させ、前記対向圧電素子によって前記対向張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓するようにしても良い。
【００２０】
また、前記対向圧電素子は、単一の結晶からなっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は「閉栓」状態を示し、（ｂ）は「開栓」状態を示す。
【図３】張力材と圧電素子との接続の変形例を示す斜視図である。
【図４】圧電素子の構造の変形例を示す斜視図である。
【図５】他の実施形態に係る流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は「閉栓」状態を示し、（ｂ）は「開栓」状態を示す。
【図６】栓の変形例を示す側断面図である。
【図７】流体制御装置からなる流体制御弁の構造を示す概略斜視図である。
【図８】流体制御装置からなる流体制御弁の構造を示す概略斜視図である。
【図９】図８に示す流体制御弁の側断面図であり、（ａ）は「開栓」状態を示し、（ｂ）は「閉栓」状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
〔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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
〔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。
【００４６】
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。
【００４７】
〔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。
【００４８】
〔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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
〔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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
〔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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路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圧電素子と、該圧電素子の一端部を固定する固定材と、前記圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ張力材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓することを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、単一の結晶からなる請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記栓が、圧電素子からなる請求項１又は２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
圧電素子からなる前記栓の一部又は全部を保護材で覆った請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記栓と前記保護材との間に緩衝材を挟み込んだ請求項４に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記栓を中心に、前記圧電素子とは反対方向に対向圧電素子を配置し、該対向圧電素子の一端部を対向固定材に固定し、前記対向圧電素子の他端部と前記栓とを対向張力材で繋ぎ、
前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させると共に、前記対向圧電素子への電圧印加を解除することで前記対向圧電素子を縮退させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、
前記圧電素子への電圧印加を解除することで前記圧電素子を縮退させると共に、前記対向圧電素子に電圧を印加することで前記対向圧電素子を伸長させ、前記対向圧電素子によって前記対向張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓する
請求項１から５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記対向圧電素子は、単一の結晶からなる請求項６に記載の流体制御装置。
【請求項１】
流体が流れる流路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圧電素子と、該圧電素子の一端部を固定する固定材と、前記圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ張力材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓することを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、単一の結晶からなる請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記栓が、圧電素子からなる請求項１又は２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
圧電素子からなる前記栓の一部又は全部を保護材で覆った請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記栓と前記保護材との間に緩衝材を挟み込んだ請求項４に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記栓を中心に、前記圧電素子とは反対方向に対向圧電素子を配置し、該対向圧電素子の一端部を対向固定材に固定し、前記対向圧電素子の他端部と前記栓とを対向張力材で繋ぎ、
前記圧電素子に電圧を印加することで前記圧電素子を伸長させると共に、前記対向圧電素子への電圧印加を解除することで前記対向圧電素子を縮退させ、前記圧電素子によって前記張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、
前記圧電素子への電圧印加を解除することで前記圧電素子を縮退させると共に、前記対向圧電素子に電圧を印加することで前記対向圧電素子を伸長させ、前記対向圧電素子によって前記対向張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓する
請求項１から５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記対向圧電素子は、単一の結晶からなる請求項６に記載の流体制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２０４９２（Ｐ２０１１−２２０４９２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２４２１（Ｐ２０１０−９２４２１）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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