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公開番号2025041975
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2025000111,2022502122
出願日2025-01-06,2020-07-13
発明の名称予圧型圧電アクチュエータ及び当該アクチュエータを使用したガスバルブ
出願人ピヴォタルシステムズコーポレーション
代理人個人,個人
主分類H02N 2/04 20060101AFI20250318BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ガス流を正確に制御でき、高温で作動可能でありながら、圧電素子を保護し周囲の湿気による損傷を受けにくい圧電ベースのアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ100は、管状ハウジング115と、ハウジング内に配置され、ハウジングの外に延びダイヤフラムに結合された駆動延長部129を有し、ハウジング内を滑動可能に構成されたプランジャー125と、プランジャー内に配置された圧電体105と、圧電体にプランジャーを押し付けるように力をかけるプリローダー135とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アクチュエータであって、当該アクチュエータは、
キャップを受け入れるように構成された第１の端部と、駆動開口部を有する第２の端部
とを有する長い管状ハウジングと、
前記第１の端部に堅固に取り付けられるように構成されたキャップと、
前記ハウジング内に位置し前記ハウジング内において滑動するように構成され、肩部及
び駆動延長部を含む駆動端部を有するプランジャーであって、前記駆動延長部の大きさは
、前記駆動開口部に嵌合し、前記駆動開口部を通って前記ハウジングの外に延びるような
大きさであるプランジャーと、
前記プランジャー内に配置され前記駆動端部の内壁と当接する少なくとも１つの圧電素
子と、
前記少なくとも１つの圧電素子に取り付けられた導線と、
前記ハウジング内に配置され前記第２の端部と前記肩部との間で圧縮される少なくとも
１つの予圧要素と、を備えるアクチュエータ。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記キャップは、前記キャップが前記第１の端部に堅固に取り付けられると、前記圧電
素子を前記予圧要素に押し付けるように構成されている請求項１に記載のアクチュエータ
。
【請求項３】
前記予圧要素は、少なくとも１つのばね座金を含む請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記予圧要素は、少なくとも１つの皿ばねを含む請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記キャップは、前記導線用の通路を備える請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記圧電素子は、直列に積み重ねられた複数の圧電トランスデューサを含む請求項１に
記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記ハウジング及び前記プランジャーの少なくとも１つは、インバー（ＩＮＶＡＲ；登
録商標）、Ｉｎｏｖｃｏ又はコバールを含む請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記キャップと前記圧電素子との間に配置されたストッパーをさらに備える請求項１に
記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記ストッパーは、前記ストッパーと前記プランジャーとの間に空隙を画定する大きさ
の凹部を含む請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの圧電素子は、直列に積み重ねられた複数の圧電素子を含み、前記
導線は、前記複数の圧電素子のそれぞれに個別に取り付けられた複数のリード線を含む請
求項１に記載のアクチュエータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
［相互参照］
本願は、２０１９年７月１２日出願の米国仮出願第１６／５１０，６７１号の利益を主
張し、その開示のすべてが参照により本明細書に援用される。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
［背景］
１．分野
本開示は、環境から素子を保護しながら圧電素子の膨張を伝達する圧電アクチュエータ
及び構造体に関するものである。本開示はまた、ガス流を制御するバルブ、特に、圧電ア
クチュエータを使用するバルブに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第７，８５９，１６９号明細書
米国特許第５，８８１，７６７号明細書
米国特許出願公開第２０１８／０１６３８８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２．関連技術及び解決すべき課題
電位印加による圧電素子の膨張を用いるアクチュエータが、当該技術において知られて
いる。圧電素子に予圧を与えるための構成が、例えば、米国特許第７，８５９，１６９号
明細書に開示されているが、本公開及び他の公開では、環境から圧電素子を保護するため
の対処がされていない。
【０００５】
それゆえ、圧電素子に予圧及び保護を与える圧電素子の構成が必要とされている。また
、例えば２００℃までの高温で作動し周囲の湿気から保護することができる構成が、必要
とされている。
【０００６】
ガス流は、バルブを使用して制御することができる。ごく少量のガス流を正確に制御す
る必要がある場合、流量は、駆動装置として圧電素子を使用して制御することができる。
ごく少量のガス流の非常に正確な制御は、例えば半導体製造設備において必要とされてい
る。
【０００７】
圧電素子を用いたガス流バルブが、例えば、米国特許第５，８８１，７６７号明細書及
び米国特許出願公開第２０１８／０１６３８８６号明細書に開示された。これらのバルブ
は、一部の環境では適切に機能することができるが、圧電素子に適切に予圧を与える対処
も、高温かつ高湿度の環境で作動するように圧電素子を保護する対処も開示されていない
。
【０００８】
それゆえ、ガス流を正確に制御でき、高温で作動可能でありながら、圧電素子を保護し
周囲の湿気による損傷を受けにくい圧電ベースのアクチュエータが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の発明の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解をしてもらうた
めにある。この発明の概要は、本発明の広範囲の概略ではなく、それ自体特に本発明の不
可欠又は重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図したもので
はない。その唯一の目的は、本発明の一部の着想を、簡易な形で、以下に提示するさらに
詳細な説明の序章として提示することである。
【００１０】
圧電素子の予圧及び保護を与える圧電アクチュエータ用の構成を提供する。圧電素子は
、圧電素子を保護するハウジング内に封入されており、その一方で、ハウジングの外側に
おける動きによる駆動を伝達可能ととするものである。特定の実施形態において、ハウジ
ングは、一定の予圧を維持するために熱膨張を最小限にする材料からなる。このような実
施形態では、ケーシングは、ペンシルベニア州フィラデルフィアのＣａｒｐｅｎｔｅｒ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているインバー３６（ＩＮ
ＶＡＲ；登録商標）などインバー（ＩＮＶＡＲ；登録商標）とも呼ばれるニッケル－鉄合
金から作製可能である。他の実施形態では、ハウジングは、ＣａｒｐｅｎｔｅｒＴｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているコバールなどニッケルコバ
ルト合金から作製される。さらに他の実施形態では、ハウジングは、バージニア州ロアノ
ークのＮｏｒｄｔＥＰＭから市販されているＩｎｏｖｃｏから作製される。
（【００１１】以降は省略されています）

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