CN111288199B - 流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电致动器(100)和流体控制阀(200)，例如与以往相比能够效率良好地使液体材料气化，为此压电致动器(100)包括：压电堆(1)，交替层叠有压电陶瓷层和电极层；直流电压施加电路(2)，向所述压电堆(1)的至少一部分施加直流电压而使其位移；以及振动电压施加电路(3)，向所述压电堆(1)的至少一部分施加规定频率以上的电压而使其振动。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及一种压电致动器，该压电致动器包括层叠有压电陶瓷层和电极层的压电堆。

背景技术

例如在半导体的制造工序中，向液体材料导入载气并通过鼓泡而气化来生成向室内供给的处理气体。通过具备设置在流道中的压电致动器等的流体控制阀，控制以上述方式生成的处理气体的例如流量和浓度(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2008-10510号

并且，近年来为了在半导体的制造工序中制造更高功能的半导体，尝试使用与以往使用的处理气体不同的组成的处理气体。可以认为这种新的材料与以往相比沸点非常高而在上述方式的处理气体的生成方法中不能充分气化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种例如与以往相比能够效率良好地使液体材料气化的压电致动器和流体控制阀。

即，本发明提供一种压电致动器，其特征在于包括：压电堆，交替层叠有压电陶瓷层和电极层；直流电压施加电路，向所述压电堆的至少一部分施加直流电压而使其位移；以及振动电压施加电路，向所述压电堆的至少一部分施加规定频率以上的电压而使其振动。

在此，规定频率以上的电压是并不限定于正弦波、矩形波和三角波状的正负交替的电压，也包括正负不交替的周期性的脉冲电压的概念。此外，由振动电压施加电路施加的电压不仅是频率保持固定的固定频率的电压，例如还包括像PWM信号那样频率随时间变化的可变频率的电压的概念。

按照这种方式，能够由所述直流电压施加电路使所述压电堆产生规定的位移，并且能够在该状态下使所述压电堆振动。例如，如果将这种压电致动器用作流体控制阀的致动器，则通过所述压电致动器的位移来控制由所述直流电压施加电路确定液体的供给量的阀体的开度，此外，所述振动电压施加电路使所述压电致动器振动，由此能够容易使与阀体接触的液体雾化而气化。

为了通过简单的结构使由所述直流电压施加电路实现的位移的方向与由所述振动电压施加电路实现的振动的方向一致，可以是所述压电堆具备：与所述直流电压施加电路连接的驱动模块；以及与所述振动电压施加电路连接的振动模块，所述驱动模块和所述振动模块排成一列设置。

如果是所述振动电压施加电路施加使所述振动模块进行超声波振动的频率的交流电压，则例如能够通过振动使与由压电致动器驱动的对象接触的液体成为微小的飞沫而雾化。

为了能够使所述压电堆整体的可动范围足够大并附加振动功能，可以是所述驱动模块的压电陶瓷层和电极层的层叠数比所述振动模块多。

能够控制液体的供给量并能够在使通过的液体雾化的状态下输出，例如作为用作液体的气化装置适合的流体控制阀，可以列举的是，所述流体控制阀的特征在于包括：本发明的压电致动器；阀体，由所述压电致动器驱动而调节相对于阀座的位置，所述直流电压施加电路对所述压电堆施加直流电压，使所述阀体相对于所述阀座的位置成为规定位置，所述振动电压施加电路使所述阀体在所述规定位置的周边振动。

作为本发明的流体控制阀的具体的应用例的一个可以列举的是，对所述阀体供给液体，通过所述阀体的振动使所述液体雾化。

由此，按照本发明的压电致动器，能够通过所述直流施加电路使所述压电堆产生所希望的位移，此外能够通过所述振动电压施加电路使所述压电堆振动。由于所述压电致动器能够同时实现位移和振动，所以例如能够在使液体气化时调节液体的供给量，并且能够向液体施加振动而容易使其雾化并蒸发。

附图说明

图1是表示本发明一种实施方式的压电致动器、流体控制阀和雾化装置的示意图。

图2是同一实施方式的流体控制阀的阀座和阀体部分的示意性放大图。

附图标记说明

300…雾化装置

200…流体控制阀

100…压电致动器

1…压电堆

11…驱动模块

12…振动模块

2…直流电压施加电路

21…直流电源

3…振动电压施加电路

31…交流电源

4…阀座体

41…阀座

42…第一内部流道

43…第二内部流道

5…阀体

51…隔膜

52…栓塞

6…位置传感器

61…靶

62…检测器

7…控制器

71…开度控制部

72…振荡控制部

L…液体材料

M…液体材料雾化的状态

具体实施方式

参照各图，对本发明一种实施方式的压电致动器100、流体控制阀200和雾化装置300进行说明。

本实施方式的雾化装置300用于例如在半导体的制造工序中使有机金属化合物等的液体材料L气化而生成处理气体。

如图1所示，该雾化装置300包括：将压电致动器100作为驱动源的流体控制阀200；以及控制流体控制阀200的动作的控制器7。

流体控制阀200包括：形成有阀座41的阀座体4；相对于阀座41离合的阀体5；驱动阀体5的压电致动器100；以及检测阀体5的位置的位置传感器6。在该流体控制阀200中，由压电致动器100控制阀体5和阀座41之间的分离距离，并且通过使阀体5进行超声波振动使与阀体5接触的液状的液体材料L雾化。在液状的液体材料L成为雾化的状态M后，向流体控制阀200的外部导出。以下说明中的液体材料在液状的液体材料的情况下赋予附图标记L，在雾化的状态的液体材料的情况下赋予附图标记M。

对各部分进行说明。

阀座体4为大体圆筒形状，并形成有：第一内部流道42，具备在阀座体4的侧面开口的流入口和在阀座41侧的端面开口的流出口，将液体材料L向阀座41和阀体5之间引导；以及第二内部流道43，以贯通阀座41的方式形成有流入口，将在阀体5内雾化的液体材料M向流体控制阀200的外部导出。

阀体5包括：隔膜51，配置成与阀座41相对；以及栓塞52，形成为从其中央部向压电致动器100侧突出。栓塞52的位置根据压电致动器100的伸缩而变化，其结果，阀座41与隔膜51的中央部的分离距离发生变化。如图2所示，在阀体5的隔膜51上液状的液体材料L例如以因重力而与其接触的方式配置并使隔膜51的阀座41侧的面成铅垂向上。

压电致动器100包括交替层叠有压电陶瓷层和电极层的压电堆1。该压电堆1由驱动用途分别不同的驱动模块11和振动模块12排成一列设置。

具体地说，驱动模块11与直流电压施加电路2连接，被施加规定的直流电压。即，驱动模块11用于通过保持因施加直流电压而发生位移的状态来控制阀座41与阀体5的分离距离。此外，如图1所示，驱动模块11配置在与振动模块12相比远离阀座41和阀体5的位置。此外，驱动模块11的伸缩方向的长度尺寸比振动模块12长，压电陶瓷层和电极层的层叠数也比振动模块12多。因此，驱动模块11能够产生的位移量比振动模块12大。

振动模块12与振动电压施加电路3连接，被施加规定频率以上的电压。在本实施方式中，施加使阀体5产生超声波振动的频率的电压。例如作为电压，通过振动电压施加电路3对振动模块12施加具有20kHz以上的频率的交流电压。如图2所示，阀体5的隔膜51通过超声波振动对液状的液体材料L施加振动，液状的液体材料L从第一内部流道42被供给到阀体5和阀座41之间。其结果，液状的液体材料L成为雾化的状态M，通过位于隔膜51上方的第二内部流道43向外部导出。

如图1所示，位置传感器6例如是静电容量式的位移传感器，其包括：在流体控制阀200内固定了其位置的靶61；以及固定于栓塞52并与阀体5一起移动的检测器62。通过该位置传感器6检测表示阀座41和阀体5之间的间隙大小的开度，并且将表示该开度的信号向控制器7输出。

控制器7是包括CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器和各种输入输出设备的所谓的计算机，通过执行存储在存储器内的控制程序，如图1所示至少实现作为开度控制部71和振荡控制部72的功能。

开度控制部71使用户设定例如表示液体材料L的供给流量的设定值，并且控制直流电压施加电路2的直流电源21的输出，以使与该设定值对应的目标开度与由位置传感器6测量的测量开度的偏差变小。例如，在测量开度与目标开度一致并稳定后结束测量开度的反馈，并且切换直流电源21的控制来继续保持此时的电压。此外，开度控制部71在直流电源21的开度反馈控制完成的时点向振荡控制部72输出动作许可指令。

振荡控制部72在输入了动作许可指令的情况下，使振动电压施加电路3的交流电源31动作，使振动模块12进行超声波振动。即，在本实施方式中，利用开度控制部71的控制并通过驱动模块11的位移，隔膜51配置到从阀座41分离与设定值对应的位置。并且，以由驱动模块11的位移实现的位置作为中心，隔膜51和栓塞52通过振动模块12的超声波振动而振动。此时，振动的振幅例如由振荡控制部72设定为比当前的阀座41和隔膜51之间的间隙小的值，并控制成使隔膜51不与阀座41发生干扰。

按照以上述方式构成的压电致动器100、流体控制阀200和雾化装置300，能够通过驱动模块11的位移来控制供给的液体材料L的量，通过由振动模块12形成的阀体5的超声波振动使液体材料L雾化后，从第二内部流道43向外部导出。

因此，即使是沸点高的液体材料，也能够将供给量保持为一定并以容易气化的状态进行供给。

对其他实施方式进行说明。

在所述实施方式中，振动电压施加电路对振动模块施加交流电压，但是也可以对振动模块施加矩形波、三角波等正负周期性交替切换的电压、或正负不交替的周期性的脉冲电压。此外，作为规定频率的一例列举了产生超声波振动的规定频率，但是例如只要是能够使液体材料雾化的频率，也可以是比产生超声波的频率低的频率或高的频率。

在所述实施方式中，压电堆分为驱动模块和振动模块两个模块，但是也可以分割为更多个模块。例如驱动模块可以进一步分为两个模块，并且分别连接直流电压施加电路。按照这种方式，即使在一方的驱动模块中发生了绝缘破坏也能够使阀体位移一定程度，从而能够防止变得突然不能控制。

此外，在压电堆内，可以有驱动模块的一部分和振动模块的一部分重叠的区域。例如也可以构成为在对压电堆的一部分或全部施加直流电压的状态下，进一步叠加振动电压。

本发明的压电致动器也可以用于雾化装置以外的用途。

此外，只要不违反本发明的宗旨，可以改变实施方式的一部分或将各实施方式的一部分彼此组合。

Claims (5)

1.一种流体控制阀，其特征在于，包括压电致动器和阀体，

所述压电致动器包括：

压电堆，交替层叠有压电陶瓷层和电极层；

直流电压施加电路，向所述压电堆的至少一部分或全部施加直流电压而使其位移；以及

振动电压施加电路，向所述压电堆的至少一部分或全部施加规定频率以上的电压而使其振动，

所述阀体由所述压电致动器驱动而调节相对于阀座的位置，

所述直流电压施加电路对所述压电堆施加直流电压，使所述阀体相对于所述阀座的位置成为与设定值对应的规定位置，

所述振动电压施加电路使所述阀体在所述规定位置的周边振动。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

所述压电堆具备：

与所述直流电压施加电路连接的驱动模块；以及

与所述振动电压施加电路连接的振动模块，

所述驱动模块和所述振动模块排成一列设置。

3.根据权利要求2所述的流体控制阀，其特征在于，所述振动电压施加电路施加使所述振动模块进行超声波振动的频率的交流电压。

4.根据权利要求2或3所述的流体控制阀，其特征在于，所述驱动模块的压电陶瓷层和电极层的层叠数比所述振动模块多。

5.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，对所述阀体供给液体，通过所述阀体的振动使所述液体雾化。