中古 堀場エステック Stec ピエゾバルブ PV-1101MC

ピエゾバルブの動作原理と仕組み

ピエゾバルブは、「逆ピエゾ効果（圧電体に電圧を印加すると物理的に変形する現象）」を利用して流体の制御を行うバルブです。内部に組み込まれたピエゾ素子（圧電セラミック）に電圧をかけると、素子が瞬時に伸縮します。このわずかな変位を直接、あるいはてこなどの拡大機構を介して弁体に伝えることで、流路の開閉や流量の調整を行います。

従来の電磁弁（ソレノイドバルブ）は、コイルに電流を流して磁界を発生させ、金属製のプランジャを移動させる仕組みです。これに対し、ピエゾバルブは素子自体の結晶構造の変化を利用するため、磁界の発生を待つ時間が不要であり、ミリ秒からマイクロ秒単位という超高速な応答が可能です。また、印加する電圧の大きさに比例して素子の伸び量が変化するため、弁の開き具合を連続的かつ緻密にコントロールでき、微小な流量調整を極めて高い精度で行うことができます。

ピエゾバルブの主な特徴

ピエゾバルブには、従来のバルブと比較して以下のような優れた特徴があります。

まず挙げられるのが、圧倒的な高速応答性と高周波数駆動です。電圧をかけてから弁が反応するまでの時間が極めて短いため、1秒間に数千回といった高速での開閉動作（パルス駆動）が可能です。

次に、高い制御精度と再現性です。電圧に対する変位の追従性が非常に高いため、ナノリットルやピコリットルといった極小量の液体やガスの吐出・制御が可能です。

また、省電力および低発熱性も大きなメリットです。ピエゾ素子は電気的にコンデンサのような性質を持つため、弁の開状態または閉状態を保持する際にはほとんど電力を消費しません。コイルの抵抗熱が発生しないため、熱に弱い薬品や生体試料の制御、温調が厳密な環境下での使用に適しています。

さらに、機械的な摩擦部分が少ない構造であるため磨耗が起きにくく、数億回から数十億回以上の連続駆動に耐える長寿命を実現します。可動部が小さく軽量であることから、バルブ自体の小型化・軽量化が容易である点も特徴です。

ピエゾバルブの主な用途

ピエゾバルブはその高速性、高精度性、低発熱性を生かし、最先端の産業・医療分野で幅広く活用されています。

半導体・電子部品製造分野では、スマートフォンやパソコンの小型基板に対する接着剤、ハンダペースト、アンダーフィル材などの超高速・高精度ディスペンス（塗布）装置に不可欠な存在です。非接触で微小な液滴を飛翔させるジェットディスペンサの駆動源として広く採用されています。また、半導体製造装置内の精密なガス流量制御（マスフローコントローラ）にも用いられます。

医療・バイオ・分析機器分野では、DNAシーケンサーや微小流路（マイクロフルイディクス）チップへの微量試薬の導入、人工呼吸器における患者の呼吸に合わせた高精度な空気圧制御、ガスクロマトグラフィーなどの分析装置におけるキャリアガスの制御に使用されています。

産業用選別（ソート）機器では、高速カメラと連動して不良品や異物をエア噴射で除去する装置に組み込まれています。例えば、米や豆などの農産物選別機、リサイクルプラントにおけるプラスチックの高速選別機などで、ターゲットだけをピンポイントで弾き飛ばす高速エアバルブとして活躍しています。