JPH02203087A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造装置、あるいは蒸着装置等に用い
られるプロセスガスの流量制御弁に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体製造に用いられるプロセスガスには、含まれるパ
ーティフルの数が少ないクリーンなガスが要求される。

従って配管系の接ガス部には樹脂やゴム等の発塵性のあ
るものは使用できない。これは、弁においても同様で、
接ガス部は全てメタルにすることが望ましい。

この種の弁としては、メタルダイアフラム弁がよく知ら
れており、実用化されている。ダイアフラムは金属の薄
板で形成されており、この弁体を弁座に密着したり離し
たりすることによって、そこを流れる流体の量を制御す
るものである。

第４図に従ってその動作を説明する。ガスはガス入口１
６より流入し、弁座４を介して、ガス流出口１７へと流
れる。ダイアフラム５は弁座４と対向するように構成さ
れており、ハンドル１１を回転させることによりネジ付
スピンドル１４を下方へ下げると、その先端に取り付け
られた弁棒２により、ダイアフラム５を下方へと押す。

これにより、弁座４とダイアフラム５のすきまが小さく
なり、流れるガスの量は減少する。上記と逆方間にハン
ドル１１を回すと、ネジ付スピンドル１４は上方へ上が
り、同時にダイアフラム５のばね力により弁棒２は上方
へ持ち上げられ、弁座４とダイアフラム５のすきまが太
き（なり、流れるガスの量は増える。弁座４は本体その
ものを使用できることもあって、シート面の構造自体が
比較的簡単にできる。また、流体は本体より上部へはダ
イアフラムがあるので行くことはない。従ってパツキン
やパツキン押さえは不要な構造となっている。

バルブ内部を点検する時には配管を取りはずさなくても
、バルブ上部のフタを取りはずしただけで充分である。

さらに構造が一種のピンチバルブであるので、小さなリ
フトで円滑な流Ｎ調節を行なえる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のダイアフラム弁は、その動作が手
動であるため、自動化が出来ず、さらにネジ付スピンド
ルの動きで流量が変化するため、特に微小な流量の制’
＋Ｂが行いにくいという問題点がある。また、弁棒の上
方への復元力は、ダイアフラムのばね力にたよっている
。ダイアフラムは周辺をダイアフラム固定ネジにより固
定されており、長期的に弁の開閉動作を行うと、その位
置ずれを起こし、ひいては弁棒上方への復元力の劣化に
つながる。

本発明の目的は、ダイアフラムバルブを電気的に制御し
、かつ微小な流量の制御も可能で長期的に再現性のある
流量制御弁を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の流体制御弁は、ダイ
アフラム板の表面と流体の吹き出し口になる弁座を対向
するよう取付け、前記ダイアフラムと前記弁棒間のすき
まにより流体の流量が決定すべく構成された流量制御弁
において、積層型圧電素子を、試験管状に加工した弁棒
の内底に、圧電素子の先端を固定し、前記圧電素子の変
位に応じて、前記弁棒の先端位置が変化し、ダイアフラ
ムを動かすように構成された弁棒の上方への復元力を外
部の荷重ばねにより与える手段とから構成したものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明をす
る。第１図において、積層型圧電素子１は試験管状の弁
棒２内に収納されており、もう−方の面はアクチュエー
タキャップ８及び芯出し球９を介して、調整ねじ６の先
端に連絡している。

これにより弁棒２の先端の位置は、調整ねじ６により決
定される。さらに、前記弁棒２はダイアフラム５の背面
に接触しているため、調整ねじ６を動かすと、同時にダ
イアフラム５も動き、弁座４と弁座５の間のすき間も変
化する。

本発明においては、圧電素子１への印加電圧をゼロとし
た際にガスを流し、調整ねじ６によりダイアフラム５を
下方へ押し、弁座４と弁座５の間のすきまを決定し、ガ
スの流量を調整する。これを初期設定流量（圧電体への
印加電圧ゼロの時に流れるガスの流量のこと）を便宜上
定義する。ここで、圧電素子１に電圧を印加すると、圧
電素子１は伸びて、弁棒２を下方へと押し下げる。これ
により、弁座４とダイアフラム５の間のすき間は小さく
なり、壕れるガスの流量は減少する。そしてさらに電圧
を印加すると、やがて弁棒４とダイアフラム５は密着し
、ガス流量はゼロになる。次にこの状態から圧電素子１
への印加電圧を下げていくと、圧電素子ｌは元の形状に
戻ろうとするため縮む。この際に、図中３の荷重ばねが
弁棒２を上方へと押し上げようとするため、ダイアフラ
ム５への復元力の負担は小さくなり、さらにダイアフラ
ム５と弁棒２を接着することにより、ダイアフラム５の
経時的なばね力の劣化をも補償することが可能となる。

よって、電圧を下げると弁棒が上方へ押し上げられて、
ダイアフラム５と弁座４のすき間が大きくなり、再びガ
スは流れ始める。

本実施例では、圧電素子には、チタン酸ジルコン酸鉛系
の圧電素子を用い、その寸法は口５鶴×４Ｏｎとし、・
印加電圧１５０Ｖに対し最大発生変化量が３５μｍのも
のを用いた。そして、ダイアフラムの実効直径はφ２０
ｍｍ、厚みｔ　＝　０．２　ｌｌ１１のものを用い、弁
座の先端は内径φ２鰭、外径φ２゜４ｆｉとした。尚、
荷重ばねは、ｋ＝３ｋｇ／鶴のものを用い、圧電素子に
は定常的に約１０ｋｇｆの力がかかるよう構成した。

上記の実施例の結果を示す。

第２図は、上記流量制御弁の圧電素子への印加電圧と、
ガス出口より流れ出る流量の関係を示したものである。

実験のパラメータとして、ガス入口とガス出口のガス差
圧を、θ、　５　ｋｇｆ／ｃｄとした場合と、３．　Ｏ
ｋｇｆ／ｃｆｆｌとした場合の流量特性をとったが０．
５１ｇｆ／ｃｄの場合、初期設定流量が約１１／ｗｉｎ
であるのに対し、３．０　ｋｇｆ／ａｄの場合、約３１
７ｍ１ｒｉとなっている。また、電圧を印加していくと
、両者共に流量は減少してゆき、０．５１ｇｆ／−の場
合、約８０ｖで流量はゼロになり、３．０にぎｆ　／　
ｃｄの場合、約１２０Ｖでゼロになる。これにより、ダ
イアフラム弁を電気的に制御することが可能であること
を確認できた。

次に荷重ばねの効果を確認するため、上記流量制御弁に
おいて、荷重ばねにより主復元力を与えた場合と、荷重
ばねを取り除き、ダイ”アフラムのばね力のみに復元力
を与えた場合の長期的な再現性を確認した。第３図にそ
の結果を示した。実験方法は、ガス差圧０．５ｋｇｆ／
−の際に調整ねじにより、初期設定流量を決定し、圧電
圧へ交番電圧（０，２Ｈ２，０←１５０Ｖ）を印加し、
その印加回数を横軸にとり、縦軸には初期設定流量の変
化をとった。図からもわかるように、明らかに′Ｉ：＠
重ぼねを装着した方が、その再現性及び長期安定性が優
れていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の流量制御弁によれば次の効果
が得られる。

（１）ダイアフラム弁を電気的に制御することが可能と
なるため、流量制御の自動化が可能となる。

（２）アクチュエータに圧電素子を用いているため、精
密な流量の制御が容易に行える。

（３）荷重ばねの装着により、制御弁の再現性及び長期
安定性が極めて向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流量制御弁の一実施例を示す断面
図、第２図は本発明に係る流量制御弁の電圧−流量特性
、第３図は本発明に係る流量制御弁の再現性である。第
４図は従来ダイアフラム弁を示す断面図である。 １・・・積層型圧電素子、２・・・弁棒、３・・・荷重
ばね、４・・・弁座、５・・・ダイアフラム、６・・・
調整ねし、７・・・ハウジング、８・・・アクチュエー
タキャップ、９・・・芯出し球、１０・・・アクリルキ
ャップ、１１・・・ハンドル、１２・・・弁開度指示器
、１３・・・スラストベアリング、１４・・・ネジ付ス
ピンドル、１５・・・ダイアフラム固定ネジ、１６・・
・ガス入口、１７・・・ガス出口 第１図 第 図 印加電圧 ［ｖｌ 第 図 ；荷重はね、装着 ；荷重ばねなし 電圧印加回数回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試験管状弁棒の内室に積層型圧電素子を配設してなるア
   クチュエータと、前記アクチュエータの一端の移動位置
   を規制する調整機構と、前記アクチュエータの他端であ
   る弁棒先端に接合されたダイアフラムと、常に前記圧電
   素子を圧縮する方向に力がかかるようにして前記弁棒の
   外周部に設けた荷重ばねとを有し、前記ダイアフラムの
   表面と流体の吹き出し口になる弁座を対向するよう構成
   し、前記ダイアフラムと前記弁棒間のすきまにより流体
   の流量が決定すべく構成されたことを特徴とする流量制
   御弁。