JP7045738B1 - 常時閉型流量制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は熱影響なしでピエゾ素子の長さ変化を正確且つ迅速に伝達でき常時閉型流量制御バルブを提供する。【解決手段】流量制御バルブＡはベースブロック１と弁開閉機構部１０とを備える。ベースブロック１は液体原料Ｌが通流する弁座３と、該弁座３に接離して該弁座３を開閉するダイヤフラム５とが設置された弁室４を備える。前記弁開閉機構部１０はスライド軸受け部２０、支柱部３０、ピエゾアクチュエータ部４０、弁作動部５０を備える。スライド軸受け部２０はベースブロック１に設置され軸受２４を備える。支柱部３０は軸受２４にスライド自在に挿通され、ダイヤフラム方向に上下移動する支柱３１を備える。ピエゾアクチュエータ部４０は支柱部３０をダイヤフラム５から離間する方向に押し上げるピエゾ素子４５を装備している。弁作動部５０支柱部３０の上下動によって前記ダイヤフラム５を開閉駆動する。支柱３１は低熱膨張部材で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体の製造工程において、液体原料を気化するのに用いられる気化装置に設置され、ピエゾ素子を用いた常時閉型流量制御バルブに関する。

液体原料の流量制御を行う流量制御バルブは、近年、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などへの適用が求められている。このような用途では、高速な（周期が非常に短い）パルス状の制御信号によって制御バルブを開閉し、流量の切り替えを短時間のうちに高速に行うことが要求される。このようなパルス流量制御に対応可能で応答性に優れた弁開閉駆動部品として電圧のオン・オフと同時に伸縮するピエゾ素子がある。

このピエゾ素子を弁駆動部に用いた液体原料の流量制御バルブは「常時開型」が一般的であった。常時開型の流量制御バルブでは、バルブ駆動用のピエゾ素子に印加される電圧がゼロのときに弁が開放となり、次の気化器に設けられた気化室へ液体原料が供給されるように構成されているので、ピエゾアクチュエータの故障や停電等により電圧が印加されなくなったときには、気化室へ液体原料が供給されてしまう。そして、ピエゾアクチュエータの修理後または停電回復後に運転を再開すると、気化室へ流れ込んだ液体原料がガス化されて反応炉へ一気に供給され、半導体ウエハ等が損傷されるおそれがあった。

そこで、ピエゾ素子を用いた「常時閉型」の流体制御バルブが提案された（特許文献１）。特許文献１に記載の「常時閉型」の流体制御バルブは、バルブ本体の上面に固定した円筒状部材内に中空の弁棒を設け、前記円筒状部材の天井面と弁棒の上端段部との間に押圧ばねを介在させて前記弁棒を、バルブ本体に設けたダイヤフラムを介して弁座側に押圧させて「閉状態」とし、弁棒内の空間内にピエゾ素子を設け、該素子の上面は弁棒の空間の上部内面に当接させると共に素子の下面をバルブ本体に固定され、ピエゾ素子の長さ変化の基準となるブリッジに当接させ、前記素子に電圧を印加することにより弁棒を上方に押上げることでダイヤフラムを弁座から離間させて「開状態」とするものである。

特開平１－５５４８７号公報

このバルブでは上記のように、ピエゾ素子のオン・オフでダイヤフラムを駆動し、オンで「常閉状態」から「開状態」に、オフで「開状態」から「閉状態」にするものであるが、ピエゾ素子の長さ変化は僅かなものであるから、ピエゾ素子の長さ変化を伝達する弁棒やこれを内包する円筒状部材の熱膨張が非常に重要となる。特許文献１では、弁棒と円筒状部材が通常の金属部材（例えば、ステンレス）で形成されているので、バルブ本体や周囲から熱が伝わると、弁棒と円筒状部材それ自体の長さが変わり、ピエゾ素子の長さ変化をダイヤフラムに正確に伝えることが出来ない。

また、弁棒による弁座へのダイヤフラムの押圧力は弁座の閉鎖性能（押圧力が弱ければ液漏れを生じ、強すぎると弁座を痛める）に影響するので、押圧ばねの最適化への調整機能もこのような常時閉型流量制御バルブには不可欠な機能であるが、特許文献１に記載のバルブにはそのような調整機能が欠如している。

本発明は、上記従来例の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的とする処の第１は、熱影響を受けることなく、ピエゾ素子の長さ変化を正確且つ迅速に伝達でき、第２には、弁座へのダイヤフラムの押圧力を適正に調節できる常時閉型流量制御バルブを提供するにある。

請求項１に記載した液体原料気化装置の流量制御バルブＡは、
液体原料Ｌが通流する弁座３と、該弁座３に接離して該弁座３を開閉するダイヤフラム５とが設置された弁室４を備えるベースブロック１と、前記ダイヤフラム５を開閉駆動する弁開閉機構部１０とを備える常時閉型流量制御バルブＡであって、
前記弁開閉機構部１０は、
前記ベースブロック１に設置され、軸受２４を備えたスライド軸受け部２０と、
前記軸受２４にスライド自在に挿通され、ダイヤフラム方向に上下移動する支柱３１を備えた支柱部３０と、
前記スライド軸受け部２０と前記支柱部３０との間に配置され、電圧の印加によって伸長し、前記スライド軸受け部２０を基準として前記支柱部３０をダイヤフラム５から離間する方向に押し上げるピエゾ素子４５を装備したピエゾアクチュエータ部４０と、
前記支柱部３０から前記ダイヤフラム５に向かって設けられ、前記支柱部３０の上下動によって前記ダイヤフラム５を開閉駆動する弁作動部５０とで構成され、
前記支柱部３０の支柱３１が低熱膨張部材で構成され、
前記スライド軸受け部２０は、上面開口有底の軸受下部２５と、前記軸受下部２５にネジにて螺進螺退可能に挿入され、前記支柱３１が挿通された軸受２４が設けられた軸受上部２１とで構成され、
前記支柱部３０は、前記支柱３１と、前記支柱３１の上端に設けられ、前記ピエゾアクチュエータ部４０の上端が当接する上端支持部材３３と、前記軸受上部２１と前記軸受下部２５との間に配置された下端支持部材３７とで構成され、
前記軸受上部２１と前記下端支持部材３７との間に弾発部材６０が設置されていることを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載した液体原料気化装置の流量制御バルブＡにおいて、
前記ベースブロック１は、弁室４が形成されているベースブロック下部１ａと前記スライド軸受け部２０が設けられているベースブロック上部１ｂとで構成され、
前記ベースブロック上部１ｂには冷却用空間Ｒと冷却フィン８の少なくともいずれか一方が設置されていることを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２に記載した液体原料気化装置の流量制御バルブＡにおいて、
前記弁作動部５０は、前記支柱部３０から前記ダイヤフラム５に向かって設けられたプランジャ５１と、ダイヤフラム５の上面に平面状に接する保護プレート５２と、前記プランジャ５１と前記保護プレート５２との間に配置された鋼球Ｐ３とで構成されていることを特徴とする。

本発明は、上記構成によりピエゾ素子４５を用いた「常時閉型」の流量制御バルブＡであり、支柱３１を低熱膨張部材で構成することで、常時閉型の流量制御バルブＡにおいて、周囲の温度変化に影響されずピエゾ素子４５の伸縮を弁作動部５０に正確に伝達することが出来、ダイヤフラム５の弁開閉を正確に行える。更に、ベースブロック上部１ｂに冷却用空間Ｒと冷却フィン８の少なくともいずれか一方を設置することで、ベースブロック下部１ａ側の熱が支柱部３０側に伝達されることを遮断し、支柱部３０側のピエゾ素子４５の長さ変化Δｔそのもの及びその伝達に熱影響が出ないようにすることが出来た。
また、軸受上部２１と下端支持部材３７との間に弾発部材６０が設置され、軸受上部２１が軸受下部２５にネジにて螺進螺退可能に挿入されているので、ダイヤフラム５の閉鎖時の弾発部材６０の押圧力Ｆを適正に調整できるようになった。
保護プレート５２によって、鋼球Ｐ３によるダイヤフラム５への点接触を排除して面接触とすることが出来たので、鋼球Ｐ３によるダイヤフラム５の損傷をなくすことが出来た。なお、保護プレート５２とプランジャ５１の間に鋼球Ｐ３を介在させることで、プランジャ５１の押圧力Ｆが保護プレート５２、ひいてはダイヤフラム５に垂直に加えることが出来、ダイヤフラム５への保護プレート５２の面接触を完全なものにすることが出来た。

（ａ）本発明の一実施例の電圧非印加時の縦断面図、（ｂ）同電圧印加時の縦断面図である。 図１に示す本発明の一実施例において、弾性部材が無負荷の組み立て初期状態の縦断面図である。 （ａ）図１（ｂ）のＷ－Ｗ矢視図、（ｂ）同図のＸ－Ｘ矢視図、（ｃ）同図のＹ－Ｙ矢視図、（ｄ）同図のＺ－Ｚ矢視図である。 （ａ）図１のダイヤフラムが閉じた状態の弁室の部分拡大図、（ｂ）同ダイヤフラムが開いた状態の弁室の部分拡大図である。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。液体原料気化装置の流量制御バルブＡは、ベースブロック１と弁開閉機構部１０とで構成されている。
ベースブロック１は、本実施例では、ベースブロック下部１ａ、及びベースブロック上部１ｂの２ブロックで構成されている。
そして、ベースブロック下部１ａは、第１下部１ａ１とその上に取り付けられた第２下部１ａ２で構成されている。
弁室４は、第１下部１ａ１と第２下部１ａ２との間に設けられた平面視円形の空間部分である。この弁室４は後述するダイヤフラム５にて液密状に上下に分割されており、ダイヤフラム５を境に下の第１下部１ａ１側の部分を弁室下部４ａ、上の第２下部１ａ２側の部分を弁室上部４ｂとする。上記のように液密状に上下に分割されているので、弁室下部４ａから弁室上部４ｂへ液体原料Ｌが漏れることはない。

第１下部１ａ１には、貯蔵タンク（図示せず）から送り込まれた液体原料Ｌが通過する液体原料導入路６が穿設されており、本実施例では、弁室下部４ａの底部に凹設された弁座収納穴４ｓを通って、該弁座収納穴４ｓに収納された弁座３に連通している。平面視円形の弁座収納穴４ｓは弁座３の台座部分３ａが嵌り込む深さに形成されている。弁座収納穴４ｓの周囲にはリング状凸畝部４ｔが突設されている。弁座収納穴４ｓの底部はリング状凸畝部４ｔより一段低く形成されている。
この流量制御バルブＡが接続されている気化器（図示せず）の気化室１００に弁室４の弁室下部４ａに流れ込んだ液体原料Ｌを供給する液体原料供給路９が弁室下部４ａの底部から第１下部１ａ１の側面に向けて穿設されている。本実施例では、液体原料導入路６は弁座収納穴４ｓから弁座３に連通し、液体原料供給路９は弁室下部４ａの底部に開口するようになっている。図示していないが、逆に、弁室下部４ａの底部に開口する通路を液体原料導入路とし、弁座３に連通する通路を液体原料供給路とし、気化室に接続するようにしてもよい。

第２下部１ａ２には、弁室上部４ｂが設けられている。弁室上部４ｂの天井部分にはプランジャガイド孔４ｈが穿設され、弁開閉機構部１０を構成するプランジャ５１がガイドされて上下にスライドするようになっている。

ダイヤフラム５は、同心円の突畝が形成された円板状の弾発性に富む薄板で形成され、中央部分が平板状で弁座３に離して接離する弁部分５ａとなっており、その外周部分が第１下部１ａ１と第２下部１ａ２との間に液密状に挟み込まれている。弁部分５ａに押圧力が掛かっていない状態では、ダイヤフラム５の張力でその中央の弁部分５ａは、図４（ｂ）に示すように弁座３の開閉口３ｋから離間した状態となり、この状態で組み込まれる。後述するように、弁開閉機構部１０の一部である弁作動部５０によって弁部分５ａが押圧されると、図４（ａ）に示すように弁座３の開閉口３ｋに接触して弁座３の開閉口３ｋを閉塞する。閉塞時の押圧力Ｆは後述するように、スライド軸受け部２０の軸受下部２５に対する軸受上部２１の螺入量による当該部分に配設されている弾発部材６０の撓み量で調整される。弁座３の閉塞解除はピエゾ素子４５の伸長作動（電圧印加）によりプランジャ５１からの押圧力Ｆがなくなり、これに伴って弁座３の開閉口３ｋからダイヤフラム５の中央の弁部分５ａがその復帰張力で離間してこれを開口することで実行される。

ベースブロック上部１ｂはベースブロック下部１ａ上に搭載されている。本実施例のベースブロック上部１ｂは、間隔をあけて立設された複数（ここでは３本）の柱部材で構成され、その中間部分に円板状の冷却フィン８が設置されている。柱部材の間の空間が冷却用空間Ｒである。柱部材の断面積は第２下部１ａ２より小さいので、第２下部１ａ２からの熱の伝導はこの部分で抑制される。加えて、冷却フィン８はベースブロック下部１ａ側からの熱を放熱すると共にベースブロック下部１ａ側からの放射熱を抑制している。これにより、冷却用空間Ｒと相俟ってベースブロック下部１ａ側からの弁開閉機構部１０への熱影響を抑制している。
冷却フィン８の中央には弁作動部５０の一部であるプランジャ５１が挿通される通孔８ｈが穿設されている。冷却フィン８の外径は少なくともベースブロック下部１ａの第２下部１ａ２より大きく形成されており、ベースブロック下部１ａ側からの弁開閉機構部１０への放射熱を遮断している。

弁開閉機構部１０は、スライド軸受け部２０、支柱部３０、ピエゾ素子４５を備えるピエゾアクチュエータ部４０、弁作動部５０、及び弾発部材６０とで構成されている。弁開閉機構部１０は、ピエゾ素子４５の伸縮を正確且つ迅速に伝えてダイヤフラム５の開閉を正確且つ迅速に行わせる役目を有するので、本発明の流量制御バルブＡの弁開閉機構部１０は熱影響による誤差の発生を極力抑制する構造となっている。即ち、本発明では上記断熱構造と相俟って低線膨張率の支柱３１を用いると共にピエゾ素子４５の伸縮をダイヤフラム５に直接伝えることで、正確且つ迅速な弁開閉を行えるようにした。

スライド軸受け部２０は、軸受上部２１と軸受下部２５で構成されている。
軸受下部２５は上面開口有底筒状部材で、上部内周面に雌ネジが刻設され、底部中央に通孔２５ｈが穿設されている。軸受下部２５はベースブロック上部１ｂ上に搭載されている。
軸受上部２１は、円柱状ブロックで、中央に上面開口の素子収納穴２２が穿設され、その周囲に複数（本実施例では３箇所）の支柱保持孔２３が上下に貫通して設けられている。支柱保持孔２３は本実施例では同一円周上で等角度の位置に形成され、内部に軸受２４がセットされている。この軸受２４に支柱３１が挿通されている。この軸受上部２１の外周下部に雄ネジが刻設され、軸受下部２５に螺進螺退可能に螺装され、軸受下部２５への挿入代を調節できるようになっている。
この軸受上部２１の素子収納穴２２の底部には後述するピエゾ素子４５の底部に点接触してピエゾ素子４５の伸縮の基準となる第２鋼球Ｐ２が嵌まり込む鋼球固定孔２１ｋが穿設されており、素子収納穴２２の底部の反対側（下面）にはバネ上部保持孔２１ｈが凹設されている。

支柱部３０は、複数本（本実施例では３本）の支柱３１と、該支柱３１の上部に取り付けられた上端支持部材３３と、下部に取り付けられた下端支持部材３７とで構成されている。
支柱３１は、線膨張率がゼロに近い金属（例えば、鉄―ニッケル合金：アンバー）を使用した円柱状部材である。この支柱３１は、スライド軸受け部２０の軸受２４に挿通されており、上下方向にスムーズにスライドする。

上端支持部材３３は、円板状の上端支持プレート３４と、支柱３１に合わせて上端支持プレート３４の下面に垂設された補助柱３５とで構成され、補助柱３５の下端に支柱３１の上端がねじ止めされている。上端支持プレート３４の中央には、固定ネジ３６用の雌ネジ孔３４ｈが螺設されている。支柱３１の長さは補助柱３５よりかなり長く、補助柱３５の長さ方向の熱膨張を無視できるようになっている。（なお、図示しないが、補助柱３５を省略して支柱３１を上端支持プレート３４に直接、ねじ止めしてもよい。）

下端支持部材３７は、円板状の部材で、上端支持プレート３４と同様、支柱３１に合わせて取付孔が穿設されており、この取付孔に支柱３１の下端がねじ止めされている。下端支持部材３７の下面中央にはプランジャ５１を押圧する突起３７ｔが突設されている。この突起３７ｔは上記軸受下部２５の通孔２５ｈに挿通されている。また、下端支持部材３７の上面中央には、軸受上部２１のバネ上部保持孔２１ｈに対応してバネ下部保持孔３７ｈが凹設されている。このバネ上部保持孔２１ｈとバネ下部保持孔３７ｈとの間に弾発部材６０が配置されており、所定の弾発力となるように軸受下部２５に対する軸受上部２１の螺入代が調整される。この弾発力は後述するようにダイヤフラム５の弁座閉鎖力（押圧力Ｆ）と関係する。（上記バネ上部保持孔２１ｈ及びバネ下部保持孔３７ｈは、弾発部材６０の位置を確定するためのものであるが、なくても差し支えない。）

ピエゾアクチュエータ部４０は、ピエゾ素子４５、ピエゾ素子４５の上端に取り付けられたボールガイド４１とで構成されている。
ピエゾ素子４５は、印加電圧の大きさに応じてその長さが瞬時に変化するものであり、印加電圧がゼロのときには、伸長長さはゼロであり、印加電圧が大きくなるほど伸長長さは長くなる。ピエゾ素子４５に対する印加電圧がゼロの時の長さをＴとし、電圧が印加された時のピエゾ素子４５の伸びをΔｔとする。ここでピエゾ素子４５の伸び測定の基準面Ｍをピエゾ素子４５の底面とする。

ピエゾ素子４５の上記基準面Ｍの位置は、後述するように、ピエゾ素子４５の伸長長さΔｔがゼロ（即ち、印加電圧がゼロ）の時に、上記弾発部材６０が最適の弾発力を以ってダイヤフラム５を押圧し、これによって弁座３の開閉口３ｋが確実且つ適正な押圧力Ｆで閉鎖され得るように調整される。
なお、ピエゾ素子４５は、印加電圧に対する応答速度が非常に速く、ピエゾ素子４５に印加する電圧をパルス状に微小時間間隔に設定した場合であっても、印加電圧に応じて伸長長さΔｔを瞬時に変化させることができる。
このピエゾ素子４５の下端面（基準面Ｍ）と、軸受上部２１の素子収納穴２２の底面との間に両者の点接触用の第２鋼球Ｐ２が鋼球固定孔２１ｋに嵌め込まれた状態で設置されている。

ボールガイド４１は、ピエゾ素子４５の上端に取り付けられた円柱状の部材で、その中央に第１鋼球Ｐ１が嵌り込む位置決め用の穴４２が穿設されている。そして、上端支持プレート３４の中央の雌ネジ孔３４ｈに固定ネジ３６が螺入されている。固定ネジ３６の挿入下端に取り付けられている第１鋼球Ｐ１は、前記位置決め用の穴４２の直上に位置し、固定ネジ３６は後述する軸受上部２１の螺入量よりも大きいクリアランスＧを持って上端支持プレート３４の中央の雌ネジ孔３４ｈに螺入されている。前記クリアランスＧは、第１鋼球Ｐ１と位置決め用の穴４２の接触点間の距離で表される。取り付けられている弾発部材６０は自由長で、その長さをＳ１とする（図２）。

上記のように構成された流量制御バルブＡの初期状態は、図２に示すように、弾発部材６０の長さが自由長Ｓ１の状態であり、この状態で軸受上部２１のバネ上部保持孔２１ｈと下端支持部材３７のバネ下部保持孔３７ｈとの間に配設されている。この時点で軸受上部２１は上記のように軸受下部２５に螺入されている。一方、ダイヤフラム５は変形しておらず、その張力で弁座３の座面から離間し、開閉口３ｋは「開状態」となっている。

弁作動部５０は、ダイヤフラム５に当接してこれを開閉作動させるもので、本実施例では、プランジャ５１と第３鋼球Ｐ３、及び保護プレート５２がこれに該当する。
第３鋼球Ｐ３はプランジャ５１の下端に固定され、保護プレート５２に当接している。
保護プレート５２は、円形の金属プレートで上面中央に第３鋼球Ｐ３の下部が嵌り込む半球状の窪みが形成され、下面は平坦でダイヤフラム５の中央の弁部分５ａに面接触するように配置されている。窪みの深さは第３鋼球Ｐ３の半径より小さく、プランジャ５１の下面と保護プレート５２の上面との間には隙間があり、プランジャ５１に加えられた押圧力Ｆは第３鋼球Ｐ３を介して保護プレート５２に垂直に掛かるようになっている。なお、保護プレート５２の下面は平坦でダイヤフラム５の中央の弁部分５ａに面接触するので面圧は低く、該弁部分５ａは保護プレート５２によって保護され変形しない。
プランジャ５１の上端は下端支持部材３７の突起３７ｔに当接しており、突起３７ｔの上下動に合わせて上下動する。このプランジャ５１は冷却フィン８の通孔８ｈと第２下部１ａ２のプランジャガイド孔４ｈに挿通されている。

弾発部材６０は、本実施例では、圧縮コイルスプリングが使用されている。それ以外のバネ部材の使用も可能である。

この初期状態から弾発部材６０を撓めてダイヤフラム５による適正な弁閉止力（押圧力Ｆ）を得るようにする。即ち、この初期状態（図２）から軸受上部２１をねじ込んで軸受下部２５内を下に向かって螺進させると、弾発部材６０を介して下端支持部材３７が押し下げられ、下端支持部材３７の突起３７ｔがプランジャ５１を押し下げる。プランジャ５１は第３鋼球Ｐ３、及び保護プレート５２を介して「開状態」のダイヤフラム５に接触しているので、ダイヤフラム５が押し込まれ、ダイヤフラム５は弁座３に向かって撓むことになる。

軸受上部２１の螺入を続けると、最終的にはダイヤフラム５が弁座３に接触する状態まで撓むことになり、この状態でダイヤフラム５の撓みは停止する。この時点ではダイヤフラム５が弁座３に単に接触しているだけなので、液体原料導入路６からの圧力を受けると液漏れが生じる。それ故、この状態から軸受上部２１の螺入を更に続けることになる。軸受上部２１の螺入を更に続けると、弾発部材６０だけが撓み、ダイヤフラム５の弁座３を押す押圧力Ｆが漸増する。そしてダイヤフラム５が弁座３の液漏れを阻止できる押圧力Ｆで閉塞する状態となった処で軸受上部２１の螺入を止め、ダブルナット、又はねじ部分を例えば接着剤で固定する。これにより軸受上部２１と軸受下部２５は一体となり、弾発部材６０の撓み量の設定が終了する。この時の弾発部材６０の長さをＳ２で表す（図１（ａ））。これにより軸受上部２１と軸受下部２５は一体となり、弾発部材６０の撓み量の設定が終了する。この時の弾発部材６０の長さをＳ２で表す（図１（ａ））。」
軸受上部２１の軸受下部２５への螺入の間、固定ネジ３６の第１鋼球Ｐ１はボールガイド４１の位置決め用の穴４２に対して十分なクリアランスＧを以って離れているので、弾発部材６０の撓み量の設定終了時点でも接触していない。
そして、この撓み量の設定が終わった後に、固定ネジ３６の第１鋼球Ｐ１がボールガイド４１に接触するまで締め込む。この時、締め込みすぎて弾発部材６０の撓み量を変化させると液漏れしてしまうので、締め込み量はあくまで接触させるだけに留める。
これにより本流量制御バルブＡは「常時閉型」として機能する。即ち、ダイヤフラム５は弾発部材６０の弾発力（押圧力Ｆ）で撓み、弁座３が常時閉塞される状態となる。

次に、本流量制御バルブＡの作用について説明する。本流量制御バルブＡは、公知の例えば半導体製造システムに組み込まれて使用される。本流量制御バルブＡは、貯蔵タンク（図示せず）に接続され、貯蔵タンクから液体原料Ｌの供給を受ける。供給された液体原料Ｌは、液体原料導入路６を通って弁座３に至る。

弁座３は、図１（ａ）の「常時閉状態」では、ダイヤフラム５によって閉塞され、開閉口３ｋで止まっている。液体原料Ｌの気化作業が始まると、ピエゾ素子４５に電圧が印加される。印加電圧に合わせてピエゾ素子４５が基準面Ｍから上方に瞬時に伸び、固定ネジ３６を介して上端支持プレート３４が伸び分だけ上に押し上げられる。この伸びをΔｔとする。これにより支柱３１と、その下端に設けられた下端支持部材３７がその分（伸びΔｔ）だけ上に瞬時に移動し、上記の様に軸受下部２５に固定された軸受上部２１に押圧されて弾発部材６０が（伸びΔｔ）だけ圧縮される。圧縮された弾発部材６０の長さをＳ３とする（図１（ｂ））。

プランジャ５１を押圧していた下端支持部材３７の突起３７ｔがピエゾ素子４５の伸長に合わせて上昇すると、この上昇に合わせてダイヤフラム５の撓みが復帰方向に変形し、プランジャ５１を押し上げて弁座３の開閉口３ｋを開く。この時、弾発部材６０の下端は下端支持部材３７に保持されているので、その弾発力は支柱３１を介して伸びたピエゾ素子４５に掛かるが、ダイヤフラム５には掛らない。従って、ダイヤフラム５は自身の復帰方向の張力で復帰し、弁座３から離間する。それ故、その離間幅は上記Δｔに一致する。そして、開かれた開閉口３ｋから液体原料Ｌが弁室下部４ａに流入し、その底部に開口した液体原料供給路９を通って気化器の気化室１００に流れ込む。

この状態から弁座３を「閉」にする場合は、ピエゾ素子４５への印加電圧をゼロにする。印加電圧がゼロになると、ピエゾ素子４５は瞬時に元の長さＴに戻る。この収縮に追随して支柱部３０の下端支持部材３７は下に下がり、プランジャ５１を介してダイヤフラム５を押し下げる。ダイヤフラム５は上記のように弾発部材６０の押圧力Ｆで押し下げられて弁座３を閉じる。これにより、指令された流量の液体原料Ｌがタイムラグなく正確に気化室１００に送られる。

上記の弁開閉動作において、本発明の流量制御バルブＡは、ベースブロック下部１ａと弁開閉機構部１０とがベースブロック上部１ｂで分割され、且つ冷却用空間Ｒと冷却フィン８とがベースブロック上部１ｂに設けられているので、ベースブロック下部１ａ側から伝わった熱は冷却フィン８にて放熱されると同時に冷却用空間Ｒでベースブロック上部１ｂが空冷され、弁開閉機構部１０が、弁室４を備えたベースブロック下部１ａの熱影響を受けることがない。また、ベースブロック上部１ｂが断面の細い複数本の柱部材で構成されているので、ベースブロック下部１ａからの熱伝導が抑制される。

また、弁開閉機構部１０側ではピエゾ素子４５の線膨張率はゼロに近く、支柱３１に利用されている合金の線膨張率とほぼ一致するため、ピエゾ素子４５の寸法変化Δｔは、正確かつ瞬時にダイヤフラム５に伝達される。

なお、本実施例ではプランジャ５１と第３鋼球Ｐ３を弁作動部５０としたが、下端支持部材３７の突起３７ｔを伸ばしてプランジャ５１の代わりとし、前記突起３７ｔと第３鋼球Ｐ３を弁作動部５０としてもよい。

Ａ：流量制御バルブ、Ｆ：押圧力、Ｇ：クリアランス、Ｌ：液体原料、Ｍ：基準面、Ｐ１～Ｐ３：第１～第３鋼球、Ｒ：冷却用空間、Ｓ：自由長、Ｔ：ピエゾ素の初期長さ、Δｔ：伸び
１：ベースブロック、１ａ：ベースブロック下部、１ａ１：第１下部、１ａ２：第２下部、１ｂ：ベースブロック上部、３：弁座、３ａ：台座部分、３ｋ：開閉口、４：弁室、４ａ：弁室下部、４ｂ：弁室上部、４ｈ：プランジャガイド孔、４ｓ：弁座収納穴、４ｔ：リング状凸畝部、５：ダイヤフラム、５ａ：弁部分、６：液体原料導入路、８：冷却フィン、８ｈ：通孔、９：液体原料供給路、１０：弁開閉機構部、２０：スライド軸受け部、２１：軸受上部、２１ｈ：バネ上部保持孔、２１ｋ：鋼球固定孔、２２：素子収納穴、２３：支柱保持孔、２４：軸受、２５：軸受下部、２５ｈ：通孔、３０：支柱部、３１：支柱、３３：上端支持部材、３４：上端支持プレート、３４ｈ：雌ネジ孔、３５：補助柱、３６：固定ネジ、３７：下端支持部材、３７ｈ：バネ下部保持孔、３７ｔ：突起、４０：ピエゾアクチュエータ部、４１：ボールガイド、４２：位置決め用の穴、４５：ピエゾ素子、５０：弁作動部、５１：プランジャ、５２：保護プレート、６０：弾発部材、１００：気化室、

Claims (3)

1. 液体原料が通流する弁座と、該弁座に接離して該弁座を開閉するダイヤフラムとが設置された弁室を備えるベースブロックと、前記ダイヤフラムを開閉駆動する弁開閉機構部とを備える常時閉型流量制御バルブにおいて、
   前記弁開閉機構部は、
   前記ベースブロックに設置され、軸受を備えたスライド軸受け部と、
   前記軸受にスライド自在に挿通され、ダイヤフラム方向に上下移動する支柱を備えた支柱部と、
   前記スライド軸受け部と前記支柱部との間に配置され、電圧の印加によって伸長し、前記スライド軸受け部を基準として前記支柱部をダイヤフラムから離間する方向に押し上げるピエゾ素子を装備したピエゾアクチュエータ部と、
   前記支柱部から前記ダイヤフラムに向かって設けられ、前記支柱部の上下動によって前記ダイヤフラムを開閉駆動する弁作動部とで構成され、
   前記支柱部の支柱が低熱膨張部材で構成され、
   前記スライド軸受け部は、上面開口有底の軸受下部と、前記軸受下部にネジにて螺進螺退可能に挿入され、前記支柱が挿通される軸受が設けられた軸受上部とで構成され、
   前記支柱部は、前記支柱と、前記支柱の上端に設けられ、前記ピエゾアクチュエータ部の上端が当接する上端支持部材と、前記軸受上部と前記軸受下部との間に配置された下端支持部材とで構成され、
   前記軸受上部と前記下端支持部材との間に弾発部材が設置されていることを特徴とする常時閉型流量制御バルブ。
2. 前記ベースブロックは、弁室が形成されているベースブロック下部と前記スライド軸受け部が設けられているベースブロック上部とで構成され、
   前記ベースブロック上部には冷却用空間と冷却フィンの少なくともいずれか一方が設置されていることを特徴とする請求項１に記載した常時閉型流量制御バルブ。
3. 前記弁作動部は、前記支柱部から前記ダイヤフラムに向かって設けられたプランジャと、ダイヤフラムの上面に平面状に接する保護プレートと、前記プランジャと前記保護プレートとの間に配置された鋼球とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載した常時閉型流量制御バルブ。
   

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