CN101360941A - 常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀 - Google Patents

Abstract

在高温环境下也能进行高精度的稳定流量控制，并可无需拆卸控制阀自身来调整加在压电元件上的压力。具体由下列构件构成：形成有阀室7a′和阀座7c的阀体7；设置在阀室7a′内，可落入或离开阀座7c的金属隔膜8；固定在阀体7侧的致动器壳体10；设置在致动器壳体10内，因电压的施加而向下方伸长，通过金属隔膜压塞12加压于金属隔膜8的压电元件13；在金属隔膜8向阀座7c坐落时吸收压电元件13的伸长，并可向阀座7c等施加预定压力的碟形弹簧机构14；在压电元件13上常时施加向上的压力，并可从外部调整加在压电元件13上的压力的预压机构21。

Description

常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀

技术领域

本发明主要涉及作为设在半导体制造设备等的气体控制管线中的压力式流量控制装置的控制阀或质量流量控制器的流量控制部的控制阀所使用的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀的改良，特别涉及设置成即使在使用高温反应气体等的高温环境下，也要进行高精度的稳定的流量控制的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀。

背景技术

近年，在半导体制造设备和化学品制造设备等方面，广泛地利用压力式流量控制装置代替质量流量控制器。在压力式流量控制装置中，基于耐蚀性高、产生灰尘少、气体的置换性良好、开闭速度快等方面的考虑，多使用所谓金属隔膜型控制阀。另外，作为压力式流量控制装置的驱动装置，多使用推力大且响应性或控制特性优良的压电元件驱动式的驱动装置。

迄今，作为使用压电元件驱动式驱动装置的金属隔膜型控制阀，公知具有特开平7-310842号公报(专利文献1)和特开2004-197754号公报(专利文献2)等揭示的构造的控制阀。

即，专利文献1中公开的控制阀(图示省略)是这样一种常开型的控制阀，即，如果由于电压的施加，压电元件(压电致动器)伸长，则金属隔膜通过下部支承台、滚珠及隔膜压塞向阀座侧压紧，于是，金属隔膜落入了阀座，变成闭阀状态，另外，一旦解难除对压电元件的施加电压，压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸，并且加在金属隔膜上的压紧力失却，从而金属隔膜因其弹性力恢复到原来状态，从阀座上离坐，变成开阀状态。

该控制阀由于将压电元件的作用力通过下部支承台、滚珠及隔膜压塞向金属隔膜传递，隔膜由于压电元件的伸长而触接到阀座后，构成了压电元件的作用力直接加到阀座部(由阀座和与金属隔膜的阀座触接的部分构成)。其结果，加在控制阀的阀座部的力仅依赖于压电元件的作用力，其调整变得困难，压电元件的大作用力加到阀座部，因此存在金属隔膜及阀座等损伤等的问题。

另一方面，专利文献2中公开的控制阀(图示省略)是这样一种常开型控制阀，即，如压电元件(压电致动器)因施加电压而伸长，则压电元件的位移量用杠杆结构的位移放大机构放大，金属隔膜通过阀杆及隔膜压塞向阀座侧压紧并落入了阀座，变成闭阀状态，另外，一旦解除对压电元件的施加电压，压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸的同时，位移放大机构用设于其上的复位弹性体恢复到原来的形态，于是，加在金属隔膜上的压紧力失却，金属隔膜因弹性力而恢复成原来的状态，离开阀座而成为开阀状态。

由于该控制阀设有向金属隔膜传递压电元件的作用力的位移放大机构在向金属隔膜的阀座坐落时吸收压电元件伸长的恒压弹性体(缓冲用碟形弹簧)，金属隔膜落入了阀座后，恒压弹性体吸收压电元件的伸长，于是，在阀座部上被施加了对应于恒压弹性体的位移量的反弹力。其结果，加在控制阀的阀座部上的力成为恒压弹性体的反弹力，可以一边使金属隔膜向阀座缓冲，一边使其坐落，在金属隔膜及阀座上不会加上压电元件的大作用力，可以防止金属隔膜及阀座的损伤。

可是，在无缓冲用碟形弹簧的控制阀中，例如，如果将压电元件的施加电压每1V的位移量设为0.333μm，压电元件的施加电压每1V的作用力设为约5N，则每单位压电元件位移量的作用力为5/0.333≈15N/μm。另外，对于设有缓冲用碟形弹簧的控制阀，根据碟形弹簧的弹性常数，每单位碟形弹簧位移量的作用力为约0.267N/μm。因而，加在设有缓冲用碟形弹簧的控制阀的阀座部上的力成为加在无碟形弹簧的控制阀的阀座上的力的约1/56。其结果，设有碟形弹簧的控制阀可以防止金属隔膜及阀座的损伤。

图6是对控制阀的阀座部的负荷与加到压电元件上的电压的关系曲线图，从图6的曲线显见，设有碟形弹簧的控制阀与不设碟形弹簧的控制阀相比，加到阀座部的负荷极小。

但是，即便对于设有碟形弹簧的控制阀，也还有要解决的问题。

即，在将控制阀置于100℃以上那样的高温环境下使用时，由于收容压电元件的支持筒(致动器壳体)的热膨胀，压电元件的上端部与螺纹联接在支持筒体上端部的调整用盖形螺母之间发生间隙，在压电元件伸长时，其发生的力不能向金属隔膜可靠且良好地传递，高精度的流量控制变得困难。特别是由于压电元件的位移量极其微小，即便是构成控制阀的各构件(支持筒体等)的微量热膨胀，也会给其流量控制特性带来大的影响。

为了解决这个问题(由支持筒体的热膨胀引起的间隙的发生)，控制阀的理想的构造是，将控制阀自身预先从外部对压电元件加上200N左右的压力的结构，但现状是这样的控制阀还没有开发。

另外，在特开2004-197754号公报(专利文献2)揭示的控制阀及特开平2-203087号公报(专利文献3)揭示的控制阀中，公开了能够对压电元件加压的复位弹性体或负荷弹簧。

但是，用于这些控制阀的复位弹性体或负荷弹簧都是为了使控制阀的构件(位移放大机机构或阀杆)复位至原来位置。另外，由于复位弹性体或负荷弹簧均设置在控制阀内部，若使用大弹性力的复位弹性体或负荷弹簧.，则由于复位弹性体或负荷弹簧的体积大，存在控制阀自身大型化的问题。而且，对于在内部设置复位弹性体或负荷弹簧的控制阀，在要调整其弹性力时需拆卸控制阀，将内部的复位弹性体或弹簧与别的复位弹性体或负荷弹簧交换，存在控制阀的拆装费事的问题。

[专利文献1]特开平7-310842号公报

[专利文献2]特开2004-197754号公报

[专利文献3]特开平2-203087号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题所作的发明，其目的在于，提供即使在高温环境下也可以进行高精度的稳定的流量控制，同时，无需拆卸控制阀自身，做到可以简单且容易地调整加在压电元件上的压力的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀。

为了解决上述发明的课题，本发明的权利要求1的发明的特征在于由下列构件构成，这些构件是：阀体，在上方敞开的阀室底面上形成有阀座；金属隔膜，在外周边缘部密封于阀室内的状态下与阀座相对地配置，通过向下方的压紧落入了阀座，并在压紧力失却时以其弹性力从阀座离坐；致动器壳体，设置在金属隔膜的上面侧；压电元件，设置在阀室上方，下端部固定在阀体侧上的；隔膜压塞，设置在致动器壳体内，通过施加电压而向下方伸长并经由隔膜压塞压紧金属隔膜；碟形弹簧机构，设在隔膜压塞与压电元件之间，金属隔膜落入了阀座时吸收压电元件的伸长，同时向由阀座和与金属隔膜的阀座触接的部分构成的阀座部施加预定压力；以及预压机构，设置在压电元件和碟形弹簧机构之间及致动器外壳的周围，总是在压电元件上施加向上的压力，同时能够从外部调整加在压电元件上的压力。

另外，本发明的权利要求2的发明的特征在于，在权利要求1的发明中，预压机构由下列构件构成：圆盘状的第1预压构件，设在压电元件的正下位置，经由滚珠与压电元件的下端面触接；筒状的第2预压构件，上下自由移动地套在致动器壳体的外周面上；连接销，贯通地插在第1预压构件及第2预压构件上，连接第1预压构件与第2预压构件，同时沿形成在致动器壳体上的纵长的导向孔上下移动；预压调整用螺母，可上下自由移动调整地螺纹联接在第2预压构件的上端部外周面上；以及预压弹簧，在上端部触接预压调整用螺母的状态下，被设置在致动器壳体周围，上推第1预压构件、连接销、第2预压构件、预压调整用螺母，始终加压于压电元件；构成为可通过调整预压调整用螺母的拧入量，调整加在压电元件上的压力。

并且，本发明的权利要求3的发明的特征在于，在权利要求1或权利要求2的发明中，碟形弹簧机构由下列构件构成：隔膜压塞支承座，下端部上插入隔膜压塞，上端部上形成上方敞开的收容空间；多枚碟形弹簧，设置在隔膜压塞支承座的收容空间；滚珠支承，设置在最上的碟形弹簧的上面，在上面中心部上支持并安置与预压机构的第1预压构件触接的滚珠；以及弹簧调整用螺母，上下方向自由移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座的上端部外周面上，调整碟形弹簧的反弹力，同时防止滚珠支承及碟形弹簧脱出；可通过调整弹簧调整用螺母的拧入量，调整碟形弹簧的反弹力。

发明效果

本发明的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀具有下列优良效果。

(1)本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀由于设有在压电元件上始终施加向上压力的预压机构，即使在例如，将控制阀在高温环境下使用时，收容压电元件的致动器壳体由于热膨胀而伸长，也可通过预压机构而在压电元件上始终施加一定压力。其结果，本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀在压电元件伸长时，可以将其发生的力向金属隔膜可靠且良好地传递，进行高精度的流量控制。

(2)本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，由于用预压机构将压电元件始终向上方施压，不会有压电元件的重量加在金属隔膜上的问题，可以减轻加在金属隔膜上的重量，当金属隔膜用其弹性力从阀座离坐时，加在金属隔膜上的负载变小，可以延长金属隔膜的寿命。

(3)本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，将始终加压于压电元件的预压机构的预压弹簧设置在致动器壳体周围，同时由于可以用螺纹联接在位于致动器壳体外侧的第2预压构件上的预压调整用螺母调整加在压电元件上的压力，即使在使用具有大的弹性力的预压弹簧时，也不会有致动器壳体等大型化的问题，另外，无需拆卸控制阀自身，可以自由调整加在压电元件上的压力。

(4)本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，由于将预压机构的第2预压构件、预压调整用螺母及预压弹簧设置在致动器壳体周围，装配也较简单且容易进行。

(5)本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，由于在设于金属隔膜的上面侧的隔膜压塞与压电元件之间设置碟形弹簧机构，在金属隔膜落入了阀座时，该机构吸收压电元件的伸长，同时向阀座及与金属隔膜的阀座触接的部分(阀座部)施加预定压力，在金属隔膜落入了阀座后，碟形弹簧机构吸收压电元件的伸长，消除了压电元件的大作用力直接加到阀座部的问题，可以防止金属隔膜及阀座的损伤。

(6)碟形弹簧机构由下列构件构成：隔膜压塞支承座，形成了上方敞开的收容空间；多枚碟形弹簧，设置在隔膜压塞支承座的收容空间；滚珠支承，设置在最上的碟形弹簧上面；以及弹簧调整用螺母，上下方向自由移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座上，调整碟形弹簧的反弹力，同时防止滚珠支承及碟形弹簧脱出；从而，由于作为通过调整弹簧调整用螺母的拧入量，本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀具有可调整碟形弹簧的反弹力的结构，无需将碟形弹簧与别的碟形弹簧交换，可以自由调整碟形弹簧的反弹力。

附图说明

图1是使用本发明实施例的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀的压力式流量控制装置的正面剖视图。

图2是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的正面剖视图。

图3是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的纵断侧面图。

图4是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的侧面剖视图。

图5是表示本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀与未设置预压机构的通常的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀的使用温度与位移量关系的曲线图。

图6是表示控制阀的阀座部上的负荷与压电元件上所加电压的关系的曲线图。

标记说明

1是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，7是阀体，7a′是阀室，7c是阀座，8是金属隔膜，10是致动器壳体，10c是导向孔，12是隔膜压塞，13是压电元件，14是碟形弹簧机构，15是下侧滚珠，16是上侧滚珠，21是预压机构，22是隔膜压塞支承座，22b是收容空间，23是碟形弹簧，24是滚珠支承，25是弹簧调整用螺母，26是第1预压构件，27是第2预压构件，28是连接销，29是预压调整用螺母，30是预压弹簧。

具体实施方式

以下，根据附图详细说明本发明的实施例。图1表示将本发明实施例的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀1作为压力式流量控制装置用的控制阀使用的情况，上述压力式流量控制装置由如下部分构成：压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1；连接在压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的上游侧的入口侧块2；连接在压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的下游侧的出口侧块3；设置在压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的下游侧的流量控制用小孔套4；设于小孔套4的上游侧的、检测小孔套4的上游侧压力的压力传感器5；设于压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的上游侧的垫圈过滤器6；以及控制压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的控制电路(图示省略)等，一边根据小孔套4上游侧压力计算小孔套通过流量，一边用压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的开闭控制小孔套通过流量。

如图1所示，上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1由阀体7、金属隔膜8、压套适配器9、致动器壳体10、基座压套11、隔膜压塞12、压电元件13(压电致动器)、碟形弹簧机构14、下侧滚珠15、上侧滚珠16、轴承支架17；轴承18、调整用盖形螺母19、锁紧螺母20及预压机构21等构成，该阀是在高温反应气体等的高温环境下使用也能进行高精度稳定流量控制的常开型控制阀。

具体地说如图1所示，阀体7用不锈钢材料块状地形成，其中设有：形成有上方敞开的阀室7a′的凹部7a；连通于阀室7a′的入口通路7b；形成在阀室7a′的底面的环状阀座7c；连通于阀室7a′的出口通路7d；插入压力传感器5的传感器插入孔7e；插入垫片过滤器6的过滤器插入孔7f；插入小孔套4的小孔套插入孔7g。

在该阀体7的上游侧用多根螺栓(图示略)连接不锈钢制的入口侧块2，其中设有：连通到阀体7的入口侧通路的导入通路2a；形成于导入通路2a的出口侧的过滤器插入孔2b；用以检查流体漏泄的漏泄口2c的。另外，在阀体7的下游侧用多根螺栓(图示省略)连接不锈钢材制的出口侧块3，其中设有：连通于阀体7的出口通路7d的排出通路3a；形成在排出通路3a的入口侧的小孔套插入孔3b；用以检查流体漏泄的漏泄口3c。

金属隔膜8如图2所示，用将钴、镍作为基底，加入钨、钼、钛、铬等耐久性、耐蚀性、耐热性优良的高弹性合金(SPRON100)制的极薄板材，形成为其中央部向上隆起的反碟形，配置在凹部7a内，使其与阀座7c相对，分别插入在凹部7a内的筒状压套适配器9、致动器壳体10的下端部及基座压套11用多根螺栓31拧入固定在阀体7侧，金属隔膜8的外周边缘部用压套适配器9等对阀体7侧气密状态地保持固定。

另外，金属隔膜8的材质是不锈钢或镍铬铁合金，也可为其它合金，另外，也可以是多枚金属隔膜8层叠而成的金属隔膜8。

致动器壳体10如图2所示，用热膨胀率小的殷钢材料形成为筒状，在致动器壳体10的下端部外周面上，形成用基座压套11下压的台阶部10a，同时在致动器壳体10的上端部外周面上，形成上下方向自由移动调整地拧着调整用盖形螺母19及锁紧螺母20的外螺纹10b。另外，在致动器壳体10的下端部周壁上，贯通状地形成以松配合状态穿过作为预压机构21的构件的两根连接销28的纵长的导向孔10c。

如图1所示，压电元件13(压电致动器)设置在致动器壳体10内，压着金属隔膜8。该压电元件13经由轴承支架17及轴承18支持在其上端部侧螺纹联接在致动器壳体10的上端部上的调整用盖形螺母19上，电压的施加使其向下方伸长，就会通过上侧滚珠16、预压机构21的第1预压构件26、下侧滚珠15、碟形弹簧机构14及隔膜压塞12将金属隔膜8的中央部向阀座7c侧压紧。

另外，压电元件13采用工作温度范围为-20℃～150℃的层叠型的压电元件。

碟形弹簧机构14在设于金属隔膜8的上面侧的隔膜压塞12与设于压电元件13的正下位置的预压机构21的第1预压构件26之间，金属隔膜8由于压电元件13的伸长而向阀座7c坐落时吸收压电元件13的伸长，同时向控制阀1的阀座部(由阀座7c及金属隔膜8的与阀座7c触接的部分构成)施加预定压力。

亦即，如图2所示，碟形弹簧机构14由下列部分构成，即：其下端部具有插入隔膜压塞12的向下的插入孔22a，上端部设有上方敞开的收容空间22b，中间部形成隔壁22c的筒状的隔膜压塞支承座22；收容在隔膜压塞支承座22的收容空间22b中，承载于隔壁22c上的多枚碟形弹簧23；置放于最上的碟形弹簧的上面，在上面中心部具有承载上侧滚珠15的圆锥状的滚珠支承沟24a，并在下端部外周面上设有凸缘部24b的滚珠支承24；上下方向可自由移动调整地螺纹联接在形成在隔膜压塞支承座22的上端部外周面上的外螺纹22d上，挡住滚珠支承24的凸缘部24b并防止滚珠支承24及碟形弹簧23从隔膜压塞支承座22的收容空间22b脱出，同时调整碟形弹簧23的反弹力的弹簧调整用螺母25。可通过调整弹簧调整用螺母25的拧入量来自由调整碟形弹簧23的反弹力。

另外，隔膜压塞支承座22、滚珠支承24及弹簧调整用螺母25分别用热膨胀率小的殷钢材料形成。另外，隔膜压塞12用聚酰亚胺或热膨胀率小的殷钢材料形成。

预压机构21设置在压电元件13的下端部与碟形弹簧机构14之间以及致动器壳体10的周围，构成为始终在压电元件13上施加向上的压力，并可从外部调整加在压电元件13上的压力。

即，预压机构21如图2至图4所示，由下列部分构成：自由升降地配置在压电元件13的正下位置，经由上侧滚珠16与压电元件13的下端面相触接的圆盘状的第1预压构件26；上下自由移动地套在致动器壳体10的外周面上的筒状的第2预压构件27；贯通状地插入在第1预压构件26和第2预压构件27中，连接第1预压构件26与第2预压构件27，并沿形成在致动器壳体10上的纵长的导向孔10c上下移动的两根平行的连接销28；可上下自由移动调整地螺纹联接在第2预压构件27的上端部外周面上的预压调整用螺母29；在其上端部触接预压调整用螺母29的状态下设置在致动器壳体10的周围，上推第1预压构件26、连接销28、第2预压构件27、预压调整用螺母29，始终加压于压电元件13的预压弹簧30。通过预压调整用螺母29、第2预压构件27、连接销28及第1预压构件26将预压弹簧30的反弹力施加到压电元件13上，从而始终加压于压电元件13，另外，可通过改变预压调整用螺母29的拧入量，自由调整加在压电元件13上的压力。

具体地说，第1预压构件26用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成为圆盘状，可自由升降地设置在压电元件13的下端部与碟形弹簧机构14之间。在该第1预压构件26的上面中心部上，形成承载设置在压电元件13的下端面的上侧滚珠16的圆锥状的滚珠支承沟26a，同时在第1预压构件26的下面中心部上，形成插入承载在滚珠支承24的下侧滚珠15的倒圆锥状的滚珠支承沟26b。另外，在第1预压构件26上，以第一预压构件26的轴心为中心左右对称地形成将两根连接销28以水平姿势且平行状态插入的两个插入孔26c。该两个插入孔26c形成为与致动器壳体10的纵长的导向孔10c相对。

第2预压构件27用不锈钢材料或膨胀率小的殷钢材料形成为圆筒状，可上下方向自由滑动地套在致动器壳体10的外周面上。在该第2预压构件27的下端部上，形成分别将插入在第1预压构件26的插入孔26c上的两根平行的连接销28的两端部插入的插入孔27a，同时在第2预压构件27的上端部外周面上，形成用以联接预压调整用螺母29的外螺纹27b。

两根连接销28用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成为轴状，贯通地插入在第1预压构件26和第2预压构件27上，将第1预压构件26与第2预压构件27联接。这时，两个连接销28以松配合状态穿过致动器壳体10的纵长的导向孔10c中，可沿导向孔10c上下移动，并成为被收容在形成于基座压套11的上面的凹下部11a中的状态。

预压调整用螺母29用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成，可上下自由移动调整地螺纹联接在形成于第2预压构件27的上端部外周面上的外螺纹27b上。

预压弹簧30在上端部分别触接在预压调整用螺母29的下面、下端部分别触接在基座压套11的上面的状态下，设置在在致动器壳体10的周围，用其反弹力上推第1预压构件26、连接销28、第2预压构件27、预压调整用螺母29，从而始终加压于压电元件13。该预压弹簧30采用压簧。另外，预压弹簧30可通过调整预压调整用螺母29的拧入量来自由变更加在压电元件13上的压力。

再者，上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1通过对调整用盖形螺母19的拧入量的调整，使由压电元件13产生的金属隔膜8的动作行程达到设定值。另外，压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1通过对预压调整用螺母29的拧入量的调整，使由预压弹簧30产生的向压电元件13的压力达到设定值。此例中，设定为压电元件13上始终被施加200N左右的压力。再者，压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1在组装后，隔膜压塞12、碟形弹簧机构14的各构件、下侧滚珠15、第1预压构件26、上侧滚珠16、压电元件13等的轴心成为高度一致的状态。

于是，依据上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1，如果从控制电路(图示省略)通过连接器向压电元件13施加驱动电压，则压电元件13按照施加电压伸长设定值。

这时，由于用预压机构21始终向上方对压电元件13施加压力，例如，将控制阀在高温环境下使用时，即使收容压电元件13的致动器壳体10等由于热膨胀而伸长，也不会在压电元件13的上端部与调整用盖形螺母19之间产生间隙，可以通过预压机构21向压电元件13始终加一定压力。其结果，该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1在压电元件13的伸长时，可以将其发生的力向金属隔膜8侧可靠且良好地传递。

图5的曲线图用来确认预压机构21的效果，将设有预压机构21的本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1与未设预压机构21的通常的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀的使用温度与位移量的关系用曲线表示。如图5的曲线所示，设有预压机构21的本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1能够比未设预压机构21的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀向金属隔膜8更可靠地传递压电元件13的作用力。

一旦向压电元件13施加的电压使压电元件13伸长，用压电元件13的作用力就通过上侧滚珠16、第1预压构件26、下侧滚珠15及碟形弹簧机构14下压隔膜压塞12，于是，向阀座7c侧下压金属隔膜8并坐落在阀座7c上，成为闭阀状态。

金属隔膜8向阀座7c坐落后，夹设在压电元件13的下端部与隔膜压塞12之间的碟形弹簧机构14吸收压电元件13的伸长，在阀座部(由阀座7c和金属隔膜8的与阀座7c触接的部分构成)上施加对于碟形弹簧23的位移量的反弹力。其结果，该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1不存在压电元件13的大作用力直接加到阀座部上的问题，可防止金属隔膜8及阀座7c的损伤。

另一方面，向压电元件13的施加电压一旦解除，压电元件13就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸，同时加到金属隔膜8上的压紧力失却，于是，金属隔膜8由于其弹性力恢复到原来的状态，从阀座7c离坐而成为开阀状态。

这时，在压电元件13上，由于预压机构21始终向上方加有施压压电元件13的压力，不存在压电元件13的重量加在金属隔膜8上的问题，加在金属隔膜8上的重量为隔膜压塞12的重量与碟形弹簧机构14重量之和。其结果，采用该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1可以减轻加在金属隔膜8上的重量，从而减小了金属隔膜8靠其弹性力从阀座7c离开时加在金属隔膜8上的负载，可以延长金属隔膜8的使用寿命。

再者，上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1中，始终加压于压电元件13的预压机构21的预压弹簧30设在致动器壳体10的周围，并可用螺纹联接在位于致动器壳体10的外侧的第2预压构件27上的预压调整用螺母29调整加在压电元件13上的压力，因此，即便使用具有大弹性力的预压弹簧30，也不存在致动器壳体等形体增大的问题，另外，无需拆卸控制阀本体就可自由调整加于压电元件13的压力。

另外，压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1中，预压机构21的第2预压构件27、预压调整用螺母29及预压弹簧30设在致动器壳体10的周围，装配简单且容易进行。

再有，该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1的碟形弹簧机构14的构成部分包括：形成了上方敞开的收容空间的隔膜压塞支承座22；设置在隔膜压塞支承座22的收容空间上的多枚碟形弹簧23；置放在最上的碟形弹簧23的上面的滚珠支承24；上下方向自由移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座22上，可调整碟形弹簧23的反弹力，并可防止滚珠支承24及碟形弹簧23脱出的弹簧调整用螺母25。该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1具有可通过改变弹簧调整用螺母25的拧入量来调整碟形弹簧23的反弹力的结构，无需将碟形弹簧23更换为其他碟形弹簧23就可自由调整碟形弹簧23的反弹力。

产业上的利用可能性

本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀1主要用在半导体制造设备等的气体控制管线中，但其应用对象不限于上述的半导体制造装置等，也可用于化学、药品、食品工业等中的各种装置的气体供给管线。

Claims (3)

1.一种常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀，其特征在于，由下列部分构成：阀体(7)，在上方敞开的阀室(7a′)的底面上形成有阀座(7c)；金属隔膜(8)，在阀室(7a′)内将外周边缘部密封的状态下，与阀座(7c)对向设置，通过下压而坐落在阀座(7c)上，并在压紧力失却时靠其弹性力而离开阀座(7c)；隔膜压塞(12)，设置在金属隔膜(8)的上面侧；致动器壳体(10)，设置在阀室(7a′)的上方，其下端部固定在阀体(7)侧；压电元件(13)，设置在致动器壳体(10)内，因电压的施加而向下方伸长，通过隔膜压塞(12)触压金属隔膜(8)；碟形弹簧机构(14)，夹在隔膜压塞(12)与压电元件(13)之间，在金属隔膜(8)向阀座(7c)坐落时吸收压电元件(13)的伸长，并向由阀座(7c)和金属隔膜(8)的与阀座(7c)触接的部分构成的阀座部施加预定压力；以及预压机构(21)，设在压电元件(13)与碟形弹簧机构(14)之间及致动器壳体(10)的周围，常时对压电元件(13)施加向上的压力，可从外部调整加于压电元件(13)的压力。

2.如权利要求1所述的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀，其特征在于，预压机构(21)由下列部分构成：圆盘状的第1预压构件(26)，设置在压电元件(13)的正下位置，通过滚珠(16)触接于压电元件(13)的下端面；筒状的第2预压构件(27)，可上下自由移动地套在致动器壳体(10)的外周面上；连接销(28)，贯通地插接在第1预压构件(26)和第2预压构件(27)上，将第1预压构件(26)和第2预压构件(27)联接，并可沿形成于致动器壳体(10)的纵长的导向孔(10c)上下移动；预压调整用螺母(29)，可上下自由移动调整地螺纹联接在第2预压构件(27)的上端部外周面上；以及预压弹簧(30)，在其上端部触接预压调整用螺母(29)的状态下设置在致动器壳体(10)的周围，将第1预压构件(26)、连接销(28)、第2预压构件(27)、预压调整用螺母(29)上推，常时加压于压电元件(13)；具有可通过调整预压调整用螺母(29)的拧入量来调整加于压电元件(13)的压力的结构。

3.如权利要求1或权利要求2所述的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀，其特征在于，碟形弹簧机构(14)由下列部分构成：隔膜压塞支承座(22)，其下端部插入隔膜压塞(12)，上端部形成上方敞开的收容空间(22b)；多个碟形弹簧(23)，设置在隔膜压塞支承座(22)的收容空间(22b)内；滚珠支承(24)，置放在最上的碟形弹簧(23)的上面，其上面中心部上承载与预压机构(21)的第1预压构件(26)触接的滚珠(15)；以及弹簧调整用螺母(25)，可上下自由移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座(22)的上端部外周面上，调整碟形弹簧(23)的反弹力，并防止滚珠支承(24)及碟形弹簧(23)脱出；具有可通过调整弹簧调整用螺母(25)的拧入量来调整碟形弹簧(23)的反弹力的结构。

Images