JP5129609B2 - Piezoelectric element driven diaphragm type control valve - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体製造設備や化学品製造設備等の圧力式流量制御装置等に適用される圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁に係り、特に、圧電素子の変位を拡大して弁棒に伝える圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁に関する。 The present invention relates to a piezoelectric element driven diaphragm type control valve applied to a pressure type flow rate control device for semiconductor manufacturing equipment, chemical manufacturing equipment, etc., and in particular, enlarges the displacement of the piezoelectric element and transmits it to a valve stem. The present invention relates to a piezoelectric element driven diaphragm type control valve.
従来、この種の制御弁として、上下方向に複数段配置した梃子体により、圧電素子の変位を拡大して弁棒に伝える変位拡大機構を備えた圧電素子駆動式ダイヤフラム制御弁が知られている（特許文献１）。
上記従来の制御弁は、上下方向に複数段配置した梃子体により、圧電素子から弁棒へ伝わる力は減少するが、変位量の小さい圧電素子の変位を拡大して弁棒に伝えるという点で優れた技術である。しかしながら、組み込まれている皿バネやコイルバネのバネ特性のバラツキ、変位拡大機構の構成等に起因して、製品ごとに応答性能のバラツキがあり、個別に調整が必要となるという問題があった。 In the conventional control valve described above, the force transmitted from the piezoelectric element to the valve stem is reduced by the insulators arranged in a plurality of stages in the vertical direction, but the displacement of the piezoelectric element with a small displacement amount is enlarged and transmitted to the valve stem. It is an excellent technology. However, due to variations in the spring characteristics of the disc springs and coil springs incorporated, the configuration of the displacement enlarging mechanism, etc., there is a variation in response performance from product to product, and there is a problem that individual adjustment is required.
上記問題を解消するため、本発明に係る圧電素子駆動式ダイヤフラム制御弁は、流路が形成された弁本体と、前記流路に設けられた弁座を開状態にして前記弁本体に保持された金属製ダイヤフラムと、前記金属製ダイヤフラムの開弁方向あるいは閉弁方向へ移動可能に支持され、該金属製ダイヤフラムを介して前記弁座を閉鎖可能な弁棒と、前記金属製ダイヤフラムの閉弁方向への移動を阻止されるとともに該金属製ダイヤフラムの開弁方向への変形による変位を許容された状態で支持された圧電素子と、前記圧電素子の変位を許容された側の端部に当接することによって支持された作動部材と、前記弁棒の軸線を中心として放射状に配置され、前記圧電素子の変位に伴う作動部材の変位を拡大して前記弁棒に伝えるように揺動自在に支持された複数の梃子体と、前記弁本体に固定され、前記梃子体を揺動自在に支持するベースと、を有し、前記ベースは、前記圧電素子の一端を該ベースに当接させることによって前記金属製ダイヤフラムの閉弁方向への該圧電素子の移動を阻止するとともに、前記作動部材を前記弁棒の軸線方向に摺動自在に案内することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a piezoelectric element drive type diaphragm control valve according to the present invention is held in the valve body with a valve body formed with a flow path and a valve seat provided in the flow path opened. and a metal diaphragm, is movably supported to the valve opening direction or closing valve direction of the metal diaphragm, the valve stem closeable said valve seat via the metal diaphragm, the closing valve of the metal diaphragm a piezoelectric element supported in a state where the displacement is permitted by the deformation of the valve opening direction of the metallic diaphragm with is prevented from moving in the direction against the end of the allowed side displacement of the piezoelectric element An operation member supported by contact and a radial arrangement centered on the axis of the valve stem, and swingably supported so that the displacement of the operation member accompanying the displacement of the piezoelectric element is enlarged and transmitted to the valve stem The A plurality of lever members were, fixed to the valve body, has a base for supporting the lever member swingably, wherein the base, the one end of the piezoelectric element by abutting on the base The movement of the piezoelectric element in the valve closing direction of the metal diaphragm is prevented, and the operating member is slidably guided in the axial direction of the valve rod .
さらに、前記作動部材は、前記圧電素子を収容し且つ該圧電素子の他端に当接するキャップ体と、該キャップ体に連結されて前記ベースに摺動自在に案内された複数の連結ロッドと、該複数の連結ロッドに連結されて前記複数の梃子体に係合する係合部材と、を備えていることが好ましい。 Further, the actuating member includes a cap body that houses the piezoelectric element and abuts the other end of the piezoelectric element, and a plurality of connecting rods coupled to the cap body and slidably guided to the base; It is preferable to include an engaging member that is connected to the plurality of connecting rods and engages with the plurality of insulators.
また、前記梃子体と前記弁棒との間に可動体が配置され、前記可動体と前記弁棒とは、各々の対向する側の端面に錐状凹部が形成され、前記対向する錐状凹部に球体が介在されており、前記係合部材は、前記複数の連結ロッドに連結された連結プレートと、該連結プレートに突設されて前記梃子体に係合する凸部と、を備えており、前記可動体は、前記連結プレートを貫通して該連結プレートに摺動自在に案内されていることが好ましい。 In addition, a movable body is disposed between the insulator body and the valve stem, and the movable body and the valve stem have conical recesses formed on end surfaces on the opposing sides, and the opposing conical recesses And the engagement member includes a connection plate connected to the plurality of connection rods, and a protrusion protruding from the connection plate and engaging with the insulator. The movable body is preferably slidably guided through the connection plate through the connection plate.
前記複数の梃子体は、少なくとも３本の梃子体が、等角度間隔で配置されていることが好ましい。 In the plurality of insulators, it is preferable that at least three insulators are arranged at equiangular intervals.
本発明に係る圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁によれば、梃子体を作動させる作動部材は、圧電素子の変位側端部に当接して支持されているため、作動部材や梃子体を作動後に原位置へ復帰させるため等の皿バネやコイルバネを省くことができる。その結果、個体間のバラツキを減少させることができる。また、放射状に配置された複数の梃子体が弁棒を作動させるので、複数の梃子体の各々から弁棒に伝えられる力は、弁棒の軸線方向に向く分力を合成され、弁棒の軸線方向に対して傾斜する方向へ向く分力を打ち消しあうことができる。これらの結果、制御弁としての応答安定性が向上する。弁棒の軸線方向に対して傾斜する方向へ向く分力を打ち消し合わせるためには、３本以上の梃子体を等角度間隔で配置することが、より好ましい。 According to the piezoelectric element driven diaphragm type control valve of the present invention, the actuating member for actuating the insulator is supported in contact with the displacement side end of the piezoelectric element. A disc spring and a coil spring for returning to the original position can be omitted. As a result, variation among individuals can be reduced. In addition, since the plurality of radially arranged insulators actuate the valve stem, the force transmitted from each of the plurality of insulators to the valve stem is combined with the component force directed in the axial direction of the valve stem, It is possible to cancel the component forces directed in the direction inclined with respect to the axial direction. As a result, the response stability as the control valve is improved. In order to cancel out the component forces in the direction inclined with respect to the axial direction of the valve stem, it is more preferable to arrange three or more insulators at equal angular intervals.
作動部材が弁棒の軸線方向に摺動自在に案内される構成は、作動部材の傾きやガタつきを防止して、制御弁としての応答安定性の向上に寄与し得る。作動部材が複数の連結ロッドを備え、該連結ロッドが摺動自在に案内される構成とすれば、作動部材をガイドする個所が増すことにより、応答安定性はいっそう向上し得る。 The configuration in which the actuating member is slidably guided in the axial direction of the valve stem can prevent the actuating member from tilting and rattling, and can contribute to the improvement of response stability as a control valve. If the actuating member includes a plurality of connecting rods and the connecting rods are slidably guided, the response stability can be further improved by increasing the number of locations for guiding the actuating members.
梃子体と弁棒との間に配置する可動体は、弁棒の軸ぶれを減少させる効果があるが、可動体を作動部材の連結プレートに摺動自在に案内させることで、可動体の軸ぶれを抑制して、弁棒の軸ぶれ防止効果を高め、制御弁としての応答安定性を高め得る。 The movable body arranged between the insulator body and the valve stem has the effect of reducing the shaft shake of the valve stem. However, the movable body shaft can be slidably guided to the connecting plate of the operating member. It is possible to suppress blurring, increase the shaft blurring preventing effect of the valve stem, and improve response stability as a control valve.
本発明に係る圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁の一実施形態について、以下に図１〜図１４を参照して説明する。 An embodiment of a piezoelectric element driven diaphragm type control valve according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
本発明に係る圧電素子駆動式ダイヤフラム制御弁１は、図１に示すように、流路２ａ、２ｂが形成された弁本体３と、流路２ａに設けられた弁座３ａを開状態にして弁本体３に保持された金属製のダイヤフラム４と、ダイヤフラム４の開弁方向あるいは閉弁方向へ移動可能に支持されダイヤフラム４を介して弁座３ａを閉鎖可能な弁棒５と、ダイヤフラム４の閉弁方向への移動を阻止されるとともにダイヤフラム４の開弁方向への変形による変位を許容された状態で支持された圧電素子６と、圧電素子６の変位を許容された側の端部に当接することによって支持された作動部材７と、弁棒５の軸線Ｘを中心として放射状に配置され圧電素子６の変形に伴う作動部材７の変位を拡大して弁棒５を変位させるように揺動自在に支持された複数の梃子体８と、を有する。 As shown in FIG. 1, the piezoelectric element drive type diaphragm control valve 1 according to the present invention opens a valve body 3 having flow paths 2a and 2b and a valve seat 3a provided in the flow path 2a. a metal diaphragm 4 held in the valve body 3, a valve stem 5 closeable valve seat 3a through a diaphragm 4 is movably supported to the valve opening direction or closing valve direction of the diaphragm 4, the diaphragm 4 a piezoelectric element 6 which is supported in a state where the displacement is permitted by the deformation of the valve opening direction of the diaphragm 4 while being prevented from moving in the closing valve direction, the end on the side which allowed the displacement of the piezoelectric element 6 The actuating member 7 supported by the abutment is swayed so as to displace the valve stem 5 by enlarging the displacement of the actuating member 7 which is arranged radially about the axis X of the valve stem 5 and deforms the piezoelectric element 6. Multiple cages supported movably It has a body 8, a.
弁本体３には、流入路２ａおよび流出路２ｂを含む流路が形成されており、流入路２ａに環状の弁座３ａが形成されている。 A flow path including an inflow path 2a and an outflow path 2b is formed in the valve body 3, and an annular valve seat 3a is formed in the inflow path 2a.
ダイヤフラム４は、板バネ弾性を有する金属製ダイヤフラムが使用される。ダイヤフラム４は、ダイヤフラム４の周縁部が、弁本体３に載置されるとともに、インサート部材９を介して、弁棒５を軸線Ｘ方向に摺動自在に案内しているガイド部材１０、及び、押えナット１１によって、弁本体３に押圧固定されている。ダイヤフラム４は、いわゆるノーマルオープンタイプであり、非作動状態、すなわち、圧電素子６への非通電時には、図１に示すように、上側に凸に湾曲することによって流入ロ２ａを開き、流入口２ａと流出口２ｂとを連通させている。
The diaphragm 4, a metal diaphragm having a plate spring elasticity Ru is used. The diaphragm 4 has a guide member 10 in which the peripheral edge of the diaphragm 4 is mounted on the valve body 3 and guides the valve stem 5 slidably in the direction of the axis X via the insert member 9; The presser nut 11 is pressed and fixed to the valve body 3. The diaphragm 4 is a so-called normal open type. When the diaphragm 4 is in a non-operating state, that is, when the piezoelectric element 6 is not energized, as shown in FIG. And the outlet 2b are communicated with each other.
弁棒５は、球面状の下端面を有し、該下端面がダイヤフラム４の上面に載っており、ダイヤフラム４の保有弾性によって支持されている。 The valve stem 5 has a spherical lower end surface, the lower end surface rests on the upper surface of the diaphragm 4, and is supported by the retained elasticity of the diaphragm 4.
弁棒５に形成されている鍔部５ａがガイド部材１０に形成されている段部１０ａに当接することによって、弁棒５の移動範囲が画定されている（図１及び図１４参照）。弁棒５をダイヤフラム４の側へ押せば、ダイヤフラム４が弾性変形して弁座３ａに押し付けられ、流入ロ２ａが閉じられる（図１４参照）。 The movement range of the valve stem 5 is demarcated by the flange portion 5a formed on the valve stem 5 coming into contact with the stepped portion 10a formed on the guide member 10 (see FIGS. 1 and 14). When the valve stem 5 is pushed toward the diaphragm 4, the diaphragm 4 is elastically deformed and pressed against the valve seat 3a, and the inflow rod 2a is closed (see FIG. 14).
ガイド部材１０にベース１２が、ボルト１４によって固定されている。ベース１２は、上部ベース１２ａ及び下部ベース１２ｂからなり、これら上部ベース１２ａ及び下部ベース１２ｂがボルト１３（図２参照）によって互いに連結固定されている。 A base 12 is fixed to the guide member 10 with bolts 14. The base 12 includes an upper base 12a and a lower base 12b, and the upper base 12a and the lower base 12b are connected and fixed to each other by bolts 13 (see FIG. 2).
下部ベース１２ｂは、図３、図４に示すように、４隅に支柱部材１２ｂ−１が立設されている。この支柱部材１２ｂ−１は、上部ベース１２ａを固定するボルト１３を螺入するための雌螺子孔１２ｂ−２が形成されている。また、下部ベース１２ｂは、ガイド部材１０の上部及び弁棒５の通る孔１２ｂ−３（図３）が中央に形成されている。さらに、下部ベース１２ｂには、下部ベース１２ｂをガイド部材１０に固定するためのボルト１４（図１）を通す孔１２ｂ−４（図３，４参照）が形成されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the lower base 12 b has support members 12 b-1 standing upright at four corners. The column member 12b-1 is formed with a female screw hole 12b-2 for screwing a bolt 13 for fixing the upper base 12a. The lower base 12b has a hole 12b-3 (FIG. 3) through which the upper part of the guide member 10 and the valve stem 5 pass. Furthermore, a hole 12b-4 (see FIGS. 3 and 4) through which a bolt 14 (FIG. 1) for fixing the lower base 12b to the guide member 10 is passed is formed in the lower base 12b.
上部ベース１２ａは、図５〜図７を参照すると、矩形のプレート１２ａ−１と、プレート１２ａ−１に突設され、梃子体８（図１３参照）を揺動自在に支持するブラケット１２ａ−２とを備えている。また、上部ベース１２ａは、後述する連結ロッド７ｂ（図１）を摺動自在に貫通させる孔１２ａ−３が形成されている。ブラケット１２ａ−２には、軸孔１２ａ−４が形成されている。軸孔１２ａ−４に軸受け１２ａ−５（図１３参照）が挿入され、この軸受け１２ａ−５に梃子体８の支点となる揺動軸８ａ（図１、図１３参照）が挿入されている。 5 to 7, the upper base 12 a is a rectangular plate 12 a-1 and a bracket 12 a-2 that protrudes from the plate 12 a-1 and supports the insulator 8 (see FIG. 13) in a swingable manner. And. Further, the upper base 12a is formed with a hole 12a-3 through which a connecting rod 7b (FIG. 1) described later is slidably passed. A shaft hole 12a-4 is formed in the bracket 12a-2. A bearing 12a-5 (see FIG. 13) is inserted into the shaft hole 12a-4, and a swing shaft 8a (see FIGS. 1 and 13) serving as a fulcrum of the insulator body 8 is inserted into the bearing 12a-5.
図１、図６、図７を参照すれば、上部ベース１２ａの上面に、圧電素子６の一端（図１の下端）が当接している。上部ベース１２ａの上面には、圧電素子６の一端に設けられた突起６ａを受け入れる円錐状凹部１２ａ−５が形成されている。圧電素子６に被せられているキャップ体７ｃが、圧電素子６の他端（図１の上端）に当接している。キャップ体７ｃは、キャップ体７ｃの下端部に可動ベース７ｄ（図１，２，８，９参照）が固定されている。可動ベース７ｄは、連結ロッド７ｂを介して連結プレート７ａに連結されている。 Referring to FIGS. 1, 6, and 7, one end of the piezoelectric element 6 (the lower end in FIG. 1) is in contact with the upper surface of the upper base 12a. On the upper surface of the upper base 12a, a conical recess 12a-5 that receives a projection 6a provided at one end of the piezoelectric element 6 is formed. A cap body 7c covering the piezoelectric element 6 is in contact with the other end (the upper end in FIG. 1) of the piezoelectric element 6. The cap body 7c has a movable base 7d (see FIGS. 1, 2, 8, and 9) fixed to the lower end portion of the cap body 7c. The movable base 7d is coupled to the coupling plate 7a via the coupling rod 7b.
キャップ体７ｃは、圧電素子６の周囲を包む筒状部７ｃ−１と、筒状部７ｃ−１の上端に螺合したカバーナット７ｃ−２と、カバーナット７ｃ−２内に収容されたベアリング７ｃ−３及びベアリング受け７ｃ−４と、カバーナット７ｃ−２を固定するための止めナット７ｃ−５とを備えている。カバーナット７ｃ−２は、止めナット７ｃ−５により、筒状部７ｃ−１の軸線方向に位置調整可能である。筒状部７ｃ−１は、可動ベース７ｄに螺入され、ナット２０によって固定さている。 The cap body 7c includes a cylindrical portion 7c-1 that wraps around the piezoelectric element 6, a cover nut 7c-2 that is screwed onto the upper end of the cylindrical portion 7c-1, and a bearing that is accommodated in the cover nut 7c-2. 7c-3 and bearing receiver 7c-4, and a lock nut 7c-5 for fixing the cover nut 7c-2. The position of the cover nut 7c-2 can be adjusted in the axial direction of the cylindrical portion 7c-1 by a set nut 7c-5. The cylindrical portion 7 c-1 is screwed into the movable base 7 d and is fixed by the nut 20.
上記のように、圧電素子６は、キャップ体７ｃに収容され、キャップ体７ｃを含む作動部材７によってベース１２上に立設されている。一方、キャップ体７ｃが圧電素子６の上端部に支持されることによって、作動部材７は、弁本体３及びベース１２上に、圧電素子６を介して支持されている。なお、図示例では、圧電素子６はキャップ体に７ｃによって圧電素子６の側面を支持されているが、これに代えて、例えば、可動ベース７ｄに圧電素子６の嵌る筒体（図示せず）を形成し、該筒体によって圧電素子６の側面を支持することもできる。 As described above, the piezoelectric element 6 is accommodated in the cap body 7c and is erected on the base 12 by the operating member 7 including the cap body 7c. On the other hand, the cap member 7 c is supported on the upper end portion of the piezoelectric element 6, whereby the operating member 7 is supported on the valve body 3 and the base 12 via the piezoelectric element 6. In the illustrated example, the piezoelectric element 6 is supported on the side surface of the piezoelectric element 6 by the cap body 7c, but instead, for example, a cylindrical body (not shown) in which the piezoelectric element 6 fits in the movable base 7d. And the side surface of the piezoelectric element 6 can be supported by the cylindrical body.
圧電素子６は、積層タイプを使用でき、上部にリード端子６ｂ、６ｃを備えている。リード端子６ｂ、６ｃは、カバーナット７ｃ−２の開口から引き出される。 The piezoelectric element 6 can be a laminated type, and has lead terminals 6b and 6c on the top. The lead terminals 6b and 6c are pulled out from the opening of the cover nut 7c-2.
連結プレート７ａは、図１，１０〜１２に示すように、複数の凸部７ａ−１が突設されている。連結プレート７ａと凸部７ａ−１とによって、梃子体８に係合する係合部材が構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 10 to 12, the connecting plate 7 a has a plurality of protruding portions 7 a-1 protruding therefrom. An engaging member that engages with the insulator 8 is constituted by the connecting plate 7a and the convex portion 7a-1.
凸部７ａ−１は、力点としての梃子体８の後端部に、ピン１５（図１）を介して、係合している。作用点としての梃子体８の先端部は、可動体１６の上端面に当接している。 The convex part 7a-1 is engaged with the rear end part of the insulator 8 as a power point via the pin 15 (FIG. 1). The distal end portion of the insulator body 8 as an action point is in contact with the upper end surface of the movable body 16.
可動体１６は、円柱状をしており、連結プレート７ａの中央に形成された通孔７ａ−２（図１０〜１２参照）に摺動自在に案内されている。可動体１６は、所定の厚みを有する連結プレート７ａの通孔７ａ−２を形成している内周面によって摺動自在に案内されることにより、軸ぶれの少ない状態で弁棒５上に支持されている。 The movable body 16 has a cylindrical shape and is slidably guided in a through hole 7a-2 (see FIGS. 10 to 12) formed in the center of the connecting plate 7a. The movable body 16 is slidably guided by the inner peripheral surface forming the through-hole 7a-2 of the connecting plate 7a having a predetermined thickness, so that the movable body 16 is supported on the valve stem 5 with little shaft shake. Has been.
可動体１６の下端面には、錘状凹部１６ａが形成されており、この錘状凹部１６ａに球体１７の上部が嵌っている。球体１７の下部は、弁棒５の上端面に形成された錘状凹部５ｂに嵌っている。球体１７を介して可動体１６と弁棒５とが連接することにより、可動体１６と弁棒５との軸ぶれを吸収し得る。 A weight-shaped recess 16a is formed on the lower end surface of the movable body 16, and the upper portion of the sphere 17 is fitted in the weight-shaped recess 16a. The lower part of the sphere 17 is fitted in a weight-like recess 5 b formed on the upper end surface of the valve stem 5. By connecting the movable body 16 and the valve stem 5 via the spherical body 17, the axial shake between the movable body 16 and the valve stem 5 can be absorbed.
なお、図示しないが、可動体１６および球体１７を省いて、弁棒５を上方へ延設し、弁棒５と梃子体８の先端部とが直接係合するように構成しても良い。また、可動体１６または弁棒５と、梃子体８との係合は、図示例のように互いに当接し合う構成に限らず、たとえば、図示しないが、ピン結合、リンク結合等による連結によって係合させても良い。 Although not shown, the movable body 16 and the sphere 17 may be omitted, the valve rod 5 may be extended upward, and the valve rod 5 and the tip of the insulator 8 may be directly engaged. Further, the engagement between the movable body 16 or the valve stem 5 and the insulator body 8 is not limited to the configuration in which the movable body 16 or the valve body 5 abuts each other as shown in the illustrated example. May be combined.
上記構成を有する圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁は、圧電素子６に電圧が印加されると、圧電素子６が変形する（伸びる）ことによりキャップ体７ｃを押し上げる。キャップ体７ｃが押し上げられることによって、作動部材７はダイヤフラム４から離れる方向（図１の上方）へ摺動する。作動部材７の図１の上方への摺動により、図１４に示すように、凸部７ａ−１が梃子体８…の力点である後端部を、支点である揺動軸８ａに対して図の上方へ押し上げ、その反作用として複数の梃子体８…が同時に揺動して、これら梃子体８…の先端部が梃子の作用点として可動体１６を押し下げる。その結果、可動体１６から球体１７を介して弁棒５が押し下げられ、ダイヤフラム４が便座３ａに当接し、流入ロ２ａが閉じられる。電圧をオフにすると、圧電素子が縮むことによって作動部材７は自重で下方へ移動し、一方、弁棒５はダイヤフラム４の弾性復元によって持ち上げられ、原位置（図１の配置）に戻る。 When a voltage is applied to the piezoelectric element 6, the piezoelectric element driving diaphragm type control valve having the above configuration pushes up the cap body 7c by deforming (extending) the piezoelectric element 6. When the cap body 7c is pushed up, the operating member 7 slides in a direction away from the diaphragm 4 (upward in FIG. 1). As the operating member 7 slides upward in FIG. 1, as shown in FIG. 14, the rear end portion where the projecting portion 7 a-1 is the power point of the insulator body 8. As a reaction, the plurality of lever bodies 8 are simultaneously swung, and the distal ends of these lever bodies 8 push down the movable body 16 as a lever action point. As a result, the valve rod 5 is pushed down from the movable body 16 via the spherical body 17, the diaphragm 4 comes into contact with the toilet seat 3a, and the inflow rod 2a is closed. When the voltage is turned off, the actuating member 7 moves downward due to its own weight due to contraction of the piezoelectric element, while the valve stem 5 is lifted by the elastic recovery of the diaphragm 4 and returns to the original position (arrangement of FIG. 1).
上記構成を有する圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁は、梃子体８の原位置復帰等のために、ダイヤフラム以外の弾性部材を使用しないことにより、バネの特性バラツキによる影響を受けず、制御弁の個体間のバラツキを減少させ得る。 The piezoelectric element-driven diaphragm type control valve having the above-described configuration is not affected by variations in the characteristics of the spring by not using an elastic member other than the diaphragm for returning the insulator body 8 to its original position. The variation between individuals can be reduced.
また、圧電素子６の変位は、作動部材７から、弁棒５の軸線Ｘ周りに放射状に配置された複数の梃子体８…を通じ、可動体１６及び球体１７を介して、弁棒５に伝達される。一本の梃子体８が弁棒に加える力の方向は、梃子体８の揺動中、弁棒５の軸線Ｘに対して傾斜するが、放射状に配置された複数本の梃子体８…により弁棒５を押す構成とすることにより、各梃子体８…から弁棒５に加わる力のうち、弁棒５の軸線Ｘに対して傾斜する力の成分が互いに打ち消しあい、弁棒５の軸線Ｘ方向に向く力の成分が合成されて弁棒５を押す力となる。その結果、制御弁としての応答性能を向上させ得る。放射状に配置された梃子体８…は、弁棒５の軸線Ｘを中心として等角度間隔で配置されていることが好ましい。梃子体８は、２本とすることもできるが、３本以上を配置することがより望ましい。 Further, the displacement of the piezoelectric element 6 is transmitted from the actuating member 7 to the valve stem 5 via the movable body 16 and the spherical body 17 through the plurality of insulators 8 arranged radially around the axis X of the valve stem 5. Is done. The direction of the force applied by one insulator 8 to the valve stem is inclined with respect to the axis X of the valve stem 5 while the insulator 8 is swinging. However, due to the plurality of radially arranged insulators 8. By adopting a configuration in which the valve stem 5 is pushed, the components of the force inclined with respect to the axis X of the valve stem 5 out of the forces applied to the valve stem 5 from the respective insulators 8. The components of the force directed in the X direction are combined to become a force that pushes the valve stem 5. As a result, the response performance as a control valve can be improved. The radially arranged insulators 8 are preferably arranged at equiangular intervals with the axis X of the valve stem 5 as the center. Although the number of the insulators 8 can be two, it is more desirable to arrange three or more insulators.
さらに、作動部材７は、ベース１２に摺動自在に案内されているので、直線移動安定性に優れる。作動部材７の直線移動安定性は、梃子体８…の作動安定性に貢献し、その結果、本発明制御弁の応答性能を向上させる。 Furthermore, since the operation member 7 is slidably guided by the base 12, it is excellent in linear movement stability. The linear movement stability of the actuating member 7 contributes to the actuating stability of the insulator bodies 8... As a result, the response performance of the control valve of the present invention is improved.
作動部材７の直線移動安定性は、作動部材７の複数本の連結ロッド７ｂがベース１２に摺動自在に案内されることによって、いっそう向上する。 The linear movement stability of the operating member 7 is further improved by the plurality of connecting rods 7b of the operating member 7 being slidably guided by the base 12.
なお、図示しないが、連結プレート７ａを、ベース１２、たとえば、支柱部材１２ｂ−１にガイドさせるように構成しても良い。 In addition, although not shown in figure, you may comprise so that the connection plate 7a may be guided to the base 12, for example, the support | pillar member 12b-1.
上記構成を有する本発明制御弁の応答性能について、従来品との比較試験を行った。従来品は、特開２００４−１９７７５４号公報の第１例に開示された制御弁と同じ構造のものを用いた。 The response performance of the control valve of the present invention having the above configuration was compared with a conventional product. A conventional product having the same structure as the control valve disclosed in the first example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-197754 was used.
応答性能は、図１５にブロック図で示すような流体制御回路を用いてテストした。図１５において、３０は圧力指令信号発生器、３１はＰＩＤコントローラ、３２は信号反転回路、３３が不活性ガス源、３４はレギュレータ、３５は真空計、３６はテスト対象の制御弁、３７は圧力センサー、３８は絞り弁、３９は真空ポンプ、を示す。 Response performance was tested using a fluid control circuit as shown in the block diagram of FIG. In FIG. 15, 30 is a pressure command signal generator, 31 is a PID controller, 32 is a signal inversion circuit, 33 is an inert gas source, 34 is a regulator, 35 is a vacuum gauge, 36 is a control valve to be tested, and 37 is pressure. A sensor, 38 is a throttle valve, and 39 is a vacuum pump.
ここで、圧力指令信号発生器３０は、横河電機株式会社製７６５１を使用し、ＰＩＤコントローラ３１は、株式会社エム・システム技研製Ｍ２ＦＣを使用した。制御容量は１００ｃｃであり、絞り弁３８を５０００ｓｃｃｍで５０Ｔｏｒｒとなるように調整し、真空計３５の指示値が１００Ｔｏｒｒになるようにレギュレータ３４を調整した。圧力指令信号発生器３０からの設定信号ＳＶをＰＩＤコントローラ３１に送り、圧力センサー３７の圧力出力信号ＰＶをＰＩＤコントローラ３２にフィードバックし、ＰＩＤコントローラ３２からのバルブ指令信号ＭＶによって、制御弁３６の開度をＰＩＤ制御し、制御容量の圧力制御を行った。なお、信号反転回路は、ＰＩＤコントローラ３１の出力値０〜１０Ｖを１０〜０Ｖに変換して制御弁３６に出力している。 Here, the pressure command signal generator 30 used 7651 manufactured by Yokogawa Electric Corporation, and the PID controller 31 used M2FC manufactured by M Systems Giken Co., Ltd. The control capacity was 100 cc, the throttle valve 38 was adjusted to 50 Torr at 5000 sccm, and the regulator 34 was adjusted so that the indicated value of the vacuum gauge 35 was 100 Torr. The setting signal SV from the pressure command signal generator 30 is sent to the PID controller 31, the pressure output signal PV of the pressure sensor 37 is fed back to the PID controller 32, and the control valve 36 is opened by the valve command signal MV from the PID controller 32. The degree of pressure was controlled by PID, and the pressure of the control capacity was controlled. The signal inversion circuit converts the output value 0-10V of the PID controller 31 to 10-0V and outputs it to the control valve 36.
試験結果のグラフを図１６〜図１９に示す。図１６及び図１７のグラフは、本発明制御弁の応答性能を示し、図１８及び図１９のグラフは従来品の応答性能を示している。図１６及び図１８のグラフは、圧力指令信号発生器３０の設定値を１Ｔｏｒｒに設定した場合であり、図１７及び図１９は圧力指令信号発生器３０の設定値を５Ｔｏｒｒに設定した場合である。図１６〜図１９のいずれの場合も、ＰＩＤ値を共通（Ｐ：３０、Ｉ：０．２、Ｄ：０）とした。 The graph of a test result is shown in FIGS. The graphs of FIGS. 16 and 17 show the response performance of the control valve of the present invention, and the graphs of FIGS. 18 and 19 show the response performance of the conventional product. The graphs of FIGS. 16 and 18 show the case where the set value of the pressure command signal generator 30 is set to 1 Torr, and FIGS. 17 and 19 show the case where the set value of the pressure command signal generator 30 is set to 5 Torr. . In any case of FIGS. 16 to 19, the PID values are common (P: 30, I: 0.2, D: 0).
図１６〜図１９のグラフから、本発明制御弁は、従来品に比較して、圧力設定値が異なる場合に共通のＰＩＤ値を使用しても圧力出力の安定性が優れていることが確認された。 From the graphs of FIGS. 16 to 19, it is confirmed that the control valve of the present invention is superior in stability of pressure output even when a common PID value is used when the pressure setting value is different from the conventional product. It was done.
１ 圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁
２ａ、２ｂ 流路
３ 弁本体
４ ダイヤフラム
５ 弁棒
５ｂ 錐状凹部
６ 圧電素子
７ 作動部材
７ｃ キャップ体
７ｂ 連結ロッド
７ａ 連結プレート
７ａ−１ 凸部
８ 梃子体
１２ ベース
１６ 可動体
１６ａ 錐状凹部
１７ 球体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element drive type diaphragm type control valve 2a, 2b Flow path 3 Valve body 4 Diaphragm 5 Valve rod 5b Conical recessed part 6 Piezoelectric element 7 Actuating member 7c Cap body 7b Connecting rod 7a Connecting plate 7a-1 Convex part 8 Insulator body 12 Base 16 Movable body 16a Conical recess 17 Sphere
Claims (4)
前記流路に設けられた弁座を開状態にして前記弁本体に保持された金属製ダイヤフラムと、
前記金属製ダイヤフラムの開弁方向あるいは閉弁方向へ移動可能に支持され、該金属製ダイヤフラムを介して前記弁座を閉鎖可能な弁棒と、
前記金属製ダイヤフラムの閉弁方向への移動を阻止されるとともに該金属製ダイヤフラムの開弁方向への変形による変位を許容された状態で支持された圧電素子と、
前記圧電素子の変位を許容された側の端部に当接することによって支持された作動部材と、
前記弁棒の軸線を中心として放射状に配置され、前記圧電素子の変位に伴う作動部材の変位を拡大して前記弁棒に伝えるように揺動自在に支持された複数の梃子体と、
前記弁本体に固定され、前記梃子体を揺動自在に支持するベースと、を有し、
前記ベースは、前記圧電素子の一端を該ベースに当接させることによって前記金属製ダイヤフラムの閉弁方向への該圧電素子の移動を阻止するとともに、前記作動部材を前記弁棒の軸線方向に摺動自在に案内することを特徴とする圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁。 A valve body in which a flow path is formed;
A metal diaphragm held in the valve body by opening a valve seat provided in the flow path;
Is movably supported to the valve opening direction or closing valve direction of the metal diaphragm, the valve stem closeable said valve seat via the metal diaphragm,
A piezoelectric element while being prevented from moving in the closing valve direction of the metallic diaphragm is supported in a state of being allowed the displacement due to the deformation of the valve opening direction of the metallic diaphragm,
An actuating member supported by abutting the end of the piezoelectric element allowed to be displaced;
A plurality of insulators arranged radially about the axis of the valve stem, and supported so as to be swingable so as to expand and transmit the displacement of the actuating member accompanying the displacement of the piezoelectric element to the valve stem;
A base fixed to the valve body and supporting the lever body in a swingable manner,
The base prevents the movement of the piezoelectric element in the valve closing direction of the metal diaphragm by bringing one end of the piezoelectric element into contact with the base, and slides the operating member in the axial direction of the valve rod. A piezoelectric element driven diaphragm type control valve characterized by being guided movably .
前記可動体と前記弁棒とは、各々の対向する側の端面に錐状凹部が形成され、
前記対向する錐状凹部に球体が介在されており、
前記係合部材は、前記複数の連結ロッドに連結された連結プレートと、該連結プレートに突設されて前記梃子体に係合する凸部と、を備えており、
前記可動体は、前記連結プレートを貫通して該連結プレートに摺動自在に案内されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子駆動式ダイヤフラム型制御弁。 A movable body is disposed between the insulator body and the valve stem,
The movable body and the valve stem are each formed with a conical recess on the end surface on the opposite side,
A sphere is interposed in the opposing conical recess,
The engagement member includes a connection plate connected to the plurality of connection rods, and a protrusion that protrudes from the connection plate and engages the insulator body.
The piezoelectric element driven diaphragm type control valve according to claim 2 , wherein the movable body is slidably guided through the connecting plate and through the connecting plate.
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