JPH03244882A - Flow quantity control valve - Google Patents

Flow quantity control valve

Info

Publication number
JPH03244882A
JPH03244882A JP4337590A JP4337590A JPH03244882A JP H03244882 A JPH03244882 A JP H03244882A JP 4337590 A JP4337590 A JP 4337590A JP 4337590 A JP4337590 A JP 4337590A JP H03244882 A JPH03244882 A JP H03244882A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
valve
flow rate
valve seat
displacement element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4337590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Watanabe
純一 渡辺
Yoshiyuki Watabe
嘉幸 渡部
Shigeru Sadamura
定村 茂
Takahiro Sometsugi
孝博 染次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP4337590A priority Critical patent/JPH03244882A/en
Publication of JPH03244882A publication Critical patent/JPH03244882A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To improve the stability and the reliability by providing a thin plate diaphragm over a communicating part, and making a thin plate composing a lamination type displacement element of the electric mechanism converting material of which piezoelectric distorsion constant in a range of the specified temperature shows a constant value approximately. CONSTITUTION:A thin plate 24 composing a lamination type displacement element 21 is made of a lamination type displacement element (electric mechanism displacement material) of which piezoelectric distorsion constant d33 in a range from an ordinary temperature to a high temperature area more than 100 deg.C shows a constant value approximately. When a direct voltage is applied to the element 21, the element 21 is extended in the laminated direction to push down the central part of a diaphragm 17 downward through a valve rod 22, against the reaction force of a compression coil spring 27, and a space between the diaphragm 17 and a valve seat 15 is reduced, namely, the open degree of a valve port 16 is reduced to reduce a gas flow quantity. When the applying voltage to the element 21 is cancelled, the diaphragm 17 is returned to its original position. In this case, since a sliding part does not exist between the diaphragm 17 and the valve seat 15, the metal powder is never mixed with the gas.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は1例えば半導体工業においてガス流量を精密に
制御するために多用される流量制御用バルブに関するも
のであり、特に積層型変位素子を駆動源とする流量制御
用バルブに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a flow rate control valve that is often used for precisely controlling gas flow rate in the semiconductor industry, in particular, for driving a laminated displacement element. The present invention relates to a flow rate control valve used as a source.

〔従来の技術] 従来の積層型変位素子を駆動源とする流量制御用バルブ
としては1例えば特開昭61−127983号公報に開
示されるような構成のものがある。
[Prior Art] As a conventional flow control valve using a laminated displacement element as a driving source, there is one having a structure as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 127983/1983.

第7図は上記2itt *+御用バルブを示す要部縦断
面図であり、所謂ノーマルオープン型と称されるもので
ある。第7図において11は本体であり例えばステンレ
ス鋼のような構造材料によりブロック状に形成すると共
に、上方に開口する連通部12と、この連通部12に開
口する流入流路13および流出流路14を設ける。15
は弁座であり。
FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of the essential parts of the 2itt*+ valve, which is so-called a normally open type valve. In FIG. 7, reference numeral 11 denotes a main body, which is formed into a block shape from a structural material such as stainless steel, and includes a communicating portion 12 that opens upward, and an inflow passage 13 and an outflow passage 14 that open to this communication portion 12. will be established. 15
is the valve seat.

連通部12の下部に設けると共に、流出流路14に連通
する弁口16を設ける0次に17はダイヤフラムであり
、金属材料によって薄板状に形成し連通部12の上方を
密閉するように設けると共に。
A valve port 16 is provided in the lower part of the communication part 12 and communicates with the outflow passage 14.Next, 17 is a diaphragm, which is formed in a thin plate shape from a metal material and is provided to seal the upper part of the communication part 12. .

その下面に弁体18を前記弁口16に臨むように一体に
固着する。次に19はハウジングであり。
A valve body 18 is integrally fixed to the lower surface thereof so as to face the valve port 16. Next, 19 is a housing.

前記本体11と同様な材料により、中空筒状に形成して
、連通部12を密閉するように本体11の上方に押さえ
金20を介して固着する。21は積層型変位素子であり
、下端部に弁棒22を固着すると共に、弁体22がダイ
ヤフラム17と接触するようにハウジング19内に挿着
する。23は開度調整ねしであ−1す、その下端部が積
層型変位素子21と接触するようにハウジング19の上
端部に螺着する。なお積層型変位素子21は1例えば圧
電セラミンク材料からなる直径10〜20閤、厚さ0.
1−0.2mmの′fs板24と、導電性金属材料から
なる内部電極25とを交互に300〜400枚宛積層し
て形成する。そして前記内部電極25を1枚置きに一方
の外部電極(図示せず)に接続し、他の内部電極25を
1枚置きに他方の外部電極(図示せず)に接続し、これ
らの外部電極をリード線を介して直流電圧源(図示せず
)と接続する。
It is formed into a hollow cylindrical shape from the same material as the main body 11, and is fixed above the main body 11 via a presser metal 20 so as to seal the communication portion 12. Reference numeral 21 denotes a laminated displacement element, which has a valve rod 22 fixed to its lower end and is inserted into the housing 19 so that the valve body 22 contacts the diaphragm 17. Reference numeral 23 denotes an opening adjustment screw, which is screwed onto the upper end of the housing 19 so that its lower end comes into contact with the laminated displacement element 21. The laminated displacement element 21 is made of a piezoelectric ceramic material, for example, and has a diameter of 10 to 20 mm and a thickness of 0.5 mm.
300 to 400 'fs plates 24 of 1-0.2 mm and internal electrodes 25 made of a conductive metal material are laminated alternately. Then, every other internal electrode 25 is connected to one external electrode (not shown), and every other internal electrode 25 is connected to the other external electrode (not shown), and these external electrodes is connected to a DC voltage source (not shown) via a lead wire.

上記の構成により、弁座15と弁体18との間には所定
の間隙が確保されるから、流入流路13から連通部12
および弁口16を介して流出流路14にガスが流れる0
次に積層型変位素子21に例えば直流150■を印加す
ると、積層方向に30〜40μ請伸長する。従って弁棒
22が下方に押し下げられ、更に弁体18が下方に変位
する。これにより弁体18と弁座15との間隙、すなわ
ち弁口16の開度が小さ(なる。一方積層型変位素子2
1に印加した直流電圧を除去すると、積層型変位素子2
1は、前記電圧印加による伸長分だけ収縮する。従って
弁体18はダイヤフラム17の復元力によって元の位置
に復帰し、弁口16の開度もまた元の状態に復帰する。
With the above configuration, a predetermined gap is ensured between the valve seat 15 and the valve body 18, so that from the inflow channel 13 to the communication section 12.
and gas flows into the outflow channel 14 through the valve port 16.
Next, when a DC current of 150 cm, for example, is applied to the laminated displacement element 21, it expands by 30 to 40 μm in the lamination direction. Therefore, the valve stem 22 is pushed downward, and the valve body 18 is further displaced downward. As a result, the gap between the valve body 18 and the valve seat 15, that is, the opening degree of the valve port 16 becomes small.On the other hand, the laminated displacement element 2
When the DC voltage applied to 1 is removed, the laminated displacement element 2
1 contracts by the amount of expansion caused by the voltage application. Therefore, the valve body 18 returns to its original position due to the restoring force of the diaphragm 17, and the opening degree of the valve port 16 also returns to its original state.

以上のようにして積層型変位素子21に印加する直流電
圧によって弁口16の開度を調整することができ、この
結果流出流路14からのガスの流量を制御することがで
きるのである。
As described above, the opening degree of the valve port 16 can be adjusted by the DC voltage applied to the laminated displacement element 21, and as a result, the flow rate of gas from the outflow channel 14 can be controlled.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来の流量制御用バルブにおいては、ガスが流通す
る連通部12内に弁体18が存在し、この弁体18は弁
座15に設けた弁口16内に出入することによって流量
制御を行うような構成である。そして弁体18はガス流
の遮断時においては。
In the conventional flow control valve described above, a valve body 18 is present in the communication portion 12 through which gas flows, and this valve body 18 controls the flow rate by entering and exiting the valve port 16 provided in the valve seat 15. The structure is as follows. The valve body 18 is used when the gas flow is interrupted.

弁口16の端部と接触し、また流量制御時においては弁
口16の端部、・内周面と摺動するがら2摩耗によって
発生する金属粉がガスに混入するという問題点がある。
There is a problem in that metal powder that comes into contact with the end of the valve port 16 and is generated by abrasion while sliding on the end of the valve port 16 and the inner circumferential surface during flow rate control gets mixed into the gas.

なお図示を省略したが、ノーマルクローズ型の流量制御
用バルブにおいては、上記弁体18と弁口16との接触
、摺動の頻度はノーマルオープン型と比較して遥かに大
であるため摩耗による金属粉の発生量もまた大であり、
上記問題点は更に深刻となる。
Although not shown in the drawings, in a normally closed type flow control valve, the frequency of contact and sliding between the valve body 18 and the valve port 16 is much higher than in a normally open type, so it may be caused by wear. The amount of metal powder generated is also large,
The above problems become even more serious.

上記問題点を解消するために1本出願人は弁体18を省
略し、ダイヤフラム17を直接に弁座15と当接離脱自
在に形成した流量制御用バルブについてすでに出願して
いる(例えば特願平194492号)。
In order to solve the above problems, the present applicant has already filed an application for a flow control valve in which the valve body 18 is omitted and the diaphragm 17 is formed directly in contact with and detachable from the valve seat 15 (for example, a patent application No. 194492).

第1図は上記流量制御用バルブを示す要部縦断面図であ
り、同一部分は前記第7図と同一の参照符号で示す。第
1図において、26はダイヤフラム押さえであり、中空
椀状に形成し、ハウジング19と本体11との間に挟着
し、ダイヤフラム17を固着する。27は圧縮コイルば
ねであり弁棒22とダイヤフラム押さえ26との間に弁
棒22を上方に押圧するように介装する。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a main part of the flow control valve, and the same parts are designated by the same reference numerals as in FIG. 7. In FIG. 1, a diaphragm retainer 26 is formed in the shape of a hollow bowl and is sandwiched between the housing 19 and the main body 11 to fix the diaphragm 17. A compression coil spring 27 is interposed between the valve stem 22 and the diaphragm retainer 26 so as to press the valve stem 22 upward.

上記の構成により、弁座15とダイヤフラム17との間
には所定の間隔が確保されるから、流入流路13から弁
口16および連通部12を介して流出流路14にガスが
流れる。そして積層型変位素子21に直!電圧を印加す
ると、積層方向に伸長し、圧縮コイルばね27の反発力
に抗して弁棒22を介してダイヤフラム17の中央部を
下方に押し下げ、ダイヤフラム17と弁座15との間隔
を縮小させ、すなわち弁口16の開度を縮小するから、
ガスの流量を減少することができる。積層型変位素子2
1への印加電圧を解除すれば弁棒22およびダイヤフラ
ム17は元の位置に復帰する。従って前記第7図におけ
るものと同様にガスの流量を制御することができる。
With the above configuration, a predetermined distance is secured between the valve seat 15 and the diaphragm 17, so that gas flows from the inflow channel 13 to the outflow channel 14 via the valve port 16 and the communication portion 12. And directly to the laminated displacement element 21! When a voltage is applied, it expands in the stacking direction, pushes down the center of the diaphragm 17 via the valve rod 22 against the repulsive force of the compression coil spring 27, and reduces the distance between the diaphragm 17 and the valve seat 15. In other words, since the opening degree of the valve port 16 is reduced,
The gas flow rate can be reduced. Laminated displacement element 2
1, the valve stem 22 and diaphragm 17 return to their original positions. Therefore, the gas flow rate can be controlled in the same way as in FIG. 7.

上記第1図に示すものにおいては、ダイヤフラム17は
弁座15と当接離脱するのみで1両者間には摺動作用は
存在しないため、第7図に示すものにおけるような摩耗
による金属粉が発生せず。
In the device shown in FIG. 1 above, the diaphragm 17 only comes into contact with and separates from the valve seat 15, and there is no sliding movement between the two, so metal powder due to wear as shown in FIG. 7 is generated. Did not occur.

従って金属粉がガスに混入することがない。しかしなが
ら、上記第1図に示すような流量制御用バルブにおいて
は、積層型変位素子21の変位量が大なることが要求さ
れており、従ってこれに使用される電気機械変換材料の
圧電歪定数d3ffが大であることが必要である。なお
圧電歪定数d1.は次式によって算出される。
Therefore, metal powder is not mixed into the gas. However, in the flow rate control valve as shown in FIG. needs to be large. Note that the piezoelectric strain constant d1. is calculated by the following formula.

dl、=ム77E M ’ 373 ’ K33但し、
ε。:真空の誘電率 ε、lT+ ’比誘電率 S 7z ’弾性コンプライアンス Ko:電気機械結合係数 上式のうち1弾性コンプライアンスS33は圧電セラミ
ックスにおいては略15X10−” rd/Nであり、
ift気機械結合係数K。は0.6〜0.7程度が限界
であることから2通常圧電セラミックスのキュリー温度
Tcを低くして、室温近傍における比誘電率ε、T3を
大きくすることによって圧電歪定数d、を大きくする手
段が採られている。このため従来の積層型変位素子に使
用される圧電セラミックスのキュリー温度Tcは150
℃未満であり、高温高速応答マスフローコントローラ用
制御バルブのように室温近傍から130℃程度までの範
囲において略一定の変位量が要求される用途には使用で
きないという問題点がある。すなわち積層型変位素子の
温度が100℃を超えると圧電歪定数d13が急激に減
少し、変位量が激減し、所定の変位量を確保することが
できなくなる。
dl,=mu77E M '373' K33However,
ε. : Vacuum dielectric constant ε, lT + 'relative permittivity S 7z ' Elastic compliance Ko: Electromechanical coupling coefficient 1 Elastic compliance S33 in the above equation is approximately 15X10-''rd/N in piezoelectric ceramics,
ift mechanical coupling coefficient K. Since the limit is about 0.6 to 0.7, the piezoelectric strain constant d is usually increased by lowering the Curie temperature Tc of piezoelectric ceramics and increasing the relative permittivity ε and T3 near room temperature. Measures are being taken. Therefore, the Curie temperature Tc of piezoelectric ceramics used in conventional laminated displacement elements is 150.
C., and there is a problem in that it cannot be used in applications that require a substantially constant displacement in the range from near room temperature to about 130.degree. C., such as control valves for high-temperature, high-speed response mass flow controllers. That is, when the temperature of the laminated displacement element exceeds 100° C., the piezoelectric strain constant d13 decreases rapidly, the amount of displacement decreases drastically, and it becomes impossible to secure a predetermined amount of displacement.

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、常温
から100℃以上の高温領域までの範囲において、変位
量が略一定であり、安定性、かつ信転性の高い流量制御
用バルブを提供することを目的とする。
The present invention solves the problems existing in the above-mentioned prior art, and provides a flow control valve that has a substantially constant displacement and is highly stable and reliable in the range from normal temperature to a high temperature range of 100°C or higher. The purpose is to provide.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために1本発明においては。[Means to solve the problem] In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is as follows.

本体内に上方に開口する連通部とこの連通部に開口する
流入流路および流出流路とを設けると共に流入流路若し
くは流出流路の開口部に弁座を設け、前記連通部の上方
に密閉するように金属材料からなる薄板状のダイヤフラ
ムを設け、前記本体の上方に設けたハウジング内に前記
ダイヤフラムを前記弁座に当接離脱自在に駆動するよう
に形成した積層型変位素子を設けると共に、この積層型
変位素子を構成する薄板を常温から100℃以上の高温
領域までの範囲における圧電歪定数d。が略一定値を示
すような電気機械変換材料によって形成する。という技
術的手段を採用した。
A communication part that opens upward in the main body, an inflow passage and an outflow passage that open to this communication part are provided, and a valve seat is provided at the opening of the inflow passage or the outflow passage, and a valve seat is provided above the communication part in a sealed manner. A thin plate-like diaphragm made of a metal material is provided, and a laminated displacement element is provided in a housing provided above the main body so as to drive the diaphragm so as to be able to come into contact with and detach from the valve seat, and The piezoelectric strain constant d of the thin plate constituting this laminated displacement element in the range from room temperature to a high temperature region of 100° C. or higher. It is formed from an electromechanical transducer material that exhibits a substantially constant value. A technical method was adopted.

本発明において1を気l!械変換材料のキュリー温度が
150”C以上とすることができる。
1 in the present invention! The Curie temperature of the mechanical conversion material can be 150''C or higher.

〔作 用〕[For production]

上記の構成により、ダイヤフラムを弁座に対して当接離
脱自在とすることができ、流量制御ができると共に、常
温から100’C以上の高温領域までの範囲において、
所定の機能を充分に発揮させることができるのである。
With the above configuration, the diaphragm can be moved into and out of contact with the valve seat, and the flow rate can be controlled.
This allows the predetermined function to be fully performed.

〔実施例] 第2図(a)ないしくC)は夫々本発明の実施例におけ
る積層型変位素子を構成する積層体の例を示す斜視図で
ある。まず第2図(a)において薄板1を次のようにし
て形成する。まず原料を下記重量比で配合する。すなわ
ち。
[Example] FIGS. 2(a) to 2C are perspective views showing examples of laminated bodies constituting laminated displacement elements in examples of the present invention. First, in FIG. 2(a), a thin plate 1 is formed in the following manner. First, the raw materials are mixed in the following weight ratio. Namely.

に3b、03(wt%)を表に示す割合で配合する。3b and 03 (wt%) are blended in the ratio shown in the table.

従来例 上記の原材料を24時間ボールミルで混合後。Conventional example After mixing the above raw materials in a ball mill for 24 hours.

800℃で1時間仮焼する。仮焼粉末を粉砕後1この仮
焼粉末にポリビニールブチラールを添加しトリクレン中
に分散させてスラリー化し、この混合材料をドクターブ
レード法により、厚さ100μmのソート状のIFiI
に形成する。次にこの薄板1の表面全域に内部1iii
2a、2bを形成する白金導電ペースト若しくは銀−パ
ラジウムペーストをスクリーン印刷する。上記のように
形成した内部電極2a、2bを有する薄板lを交互に例
えば100枚積層して圧着した後、所定の寸法形状に切
断して積層体とし、500℃で脱バインダーを行った後
、酸素中1050〜1200℃で1〜5時間焼結して、
所定寸法に切断して積層体5を形成する。
Calcinate at 800℃ for 1 hour. After pulverizing the calcined powder, polyvinyl butyral is added to the calcined powder and dispersed in trichlene to form a slurry, and this mixed material is processed into sorted IFiI with a thickness of 100 μm using a doctor blade method.
to form. Next, the inside 1iii is applied to the entire surface of this thin plate 1.
Screen print the platinum conductive paste or silver-palladium paste forming 2a, 2b. For example, 100 thin plates l having the internal electrodes 2a and 2b formed as described above are alternately laminated and crimped, then cut into a predetermined size and shape to form a laminate, and after removing the binder at 500 ° C. Sintering in oxygen at 1050-1200°C for 1-5 hours,
A laminate 5 is formed by cutting into a predetermined size.

この積層体5の寸法は例えば5x5xlOj!(閣)で
ある。次にこの積層体5の相隣る側面に絶縁材料からな
る被覆7a、7bを、内部電極2a、2bを横断するよ
うに設ける。第2図(blにおいて8a、8bは溝であ
り3例えばダイサー等により被覆7a、7bの内部電極
2a、2bに対応する位置に刻設する。第2図(C)に
おいて外部電極3a3bを被覆7a、7b上に、前記溝
8a、8bを横断するように設ければ、外部電極3a、
3bと内部電極2a、2bとを各々対応して接続するこ
とができる1次に外部11Hii3 a 、  3 b
と電圧供給用のリード線をはんだ(何れも図示せず)を
介して接続するのであるが、はんだとしては1重量比5
n25% Pb74.5% Sb0.5%からなると共
に、液相温度260℃のものを使用する。上記のように
形成した積層体5に1.5に■/Wの分極を施して特性
を測定した結果を表に併記した。
The dimensions of this laminate 5 are, for example, 5x5xlOj! (Kaku). Next, coatings 7a and 7b made of an insulating material are provided on adjacent side surfaces of this laminate 5 so as to cross the internal electrodes 2a and 2b. In FIG. 2(C), 8a and 8b are grooves, which are carved using a dicer or the like at positions corresponding to the internal electrodes 2a and 2b of the coatings 7a and 7b.In FIG. , 7b so as to cross the grooves 8a, 8b, the external electrodes 3a,
3b and the internal electrodes 2a, 2b can be connected correspondingly to the primary external 11Hii3a, 3b.
and voltage supply lead wires are connected via solder (none of which is shown), but the solder has a 1 weight ratio of 5.
It consists of n25%, Pb74.5%, Sb0.5%, and has a liquidus temperature of 260°C. The laminate 5 formed as described above was subjected to polarization of 1.5 to 1/W and its characteristics were measured. The results are also shown in the table.

表から明らかなように、5bzOtの添加混合量の増加
によって圧電歪定数d31は増大させ得るが一方キユリ
ー温度Tcが低下する。なお本組成系は電気機械結合係
数に3.が0.75と極めて大きいことから、キュリー
温度が150℃以上でも、圧電歪定数d31が極めて大
であることがわかる。律4においては、Sb、O,量が
多すぎて1結晶内にSb、Otが完全に固溶せず、圧電
歪定数d33の低下が認められる。隨1〜3においては
キュリー温度Tcが150℃以上であり、圧電歪定数d
33もまた大である。従って高温度領域においても大な
る変位を発生し得ることがわかる。
As is clear from the table, the piezoelectric strain constant d31 can be increased by increasing the amount of 5bzOt added, but on the other hand, the Curie temperature Tc is decreased. This composition system has an electromechanical coupling coefficient of 3. is extremely large at 0.75, which indicates that the piezoelectric strain constant d31 is extremely large even when the Curie temperature is 150° C. or higher. In case 4, the amounts of Sb and O are too large to form a complete solid solution in one crystal, and a decrease in the piezoelectric strain constant d33 is observed. In numbers 1 to 3, the Curie temperature Tc is 150°C or higher, and the piezoelectric strain constant d
33 is also large. Therefore, it can be seen that a large displacement can be generated even in a high temperature region.

第3図は温度と発生変位との関係を示す図であり、同図
中の隘は前記表中の階と対応する。なお第3図における
発生変位は印加電圧150Vに対するものである。第3
回から明らかなように比較例すなわち従来例であるNα
4においては1発生変位は温度の上昇に伴って次第に減
少し、100℃以上の高温領域において著しく低い値と
なる。これに対して本実施例に対応する阻1〜3におい
ては常温における発生変位の値が何れも大であると共に
、100℃以上の高温領域まで10μ閣以上の略一定の
値を保持している。但し、上記構成の積層体を120℃
の高温雰囲気において、  150V、  10セの条
件で1000時間駆動試験を行ったところ供試個数夫々
100個中発生変位、!気機械変換材料の機能劣化およ
び導通不良が皆無であることを確認した。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between temperature and generated displacement, and the holes in the diagram correspond to the floors in the table above. Note that the generated displacement in FIG. 3 is for an applied voltage of 150V. Third
As is clear from the comparison example, that is, the conventional example Nα
In No. 4, the displacement generated by 1 gradually decreases as the temperature rises, and becomes a significantly low value in the high temperature region of 100° C. or higher. On the other hand, in Cases 1 to 3 corresponding to the present example, the values of generated displacement at room temperature are all large, and they maintain a substantially constant value of 10 μm or more up to a high temperature region of 100° C. or higher. . However, the laminate with the above structure should be heated to 120°C.
When we conducted a driving test for 1,000 hours under the conditions of 150V and 10 seconds in a high-temperature atmosphere, the displacement occurred in each of 100 test pieces. It was confirmed that there was no functional deterioration or conduction failure of the air-mechanical conversion material.

次に上記Nα1の材料による積層体(5X5X10ff
i(m))をポリイミド系の接着剤を介して4個積層し
て長さ40 mの積層型変位素子に形成し、−前記第1
図に示す流量制御用バルブ内に組み込んで流量の温度依
存性を測定した。この場合流体としてN2ガスを使用し
、弁座15のダイヤフラム17との接触部外径を2.2
M、弁口16の内径を2.0■とじた。すなわち、まず
積層型変位素子21に直流150■を印加し、Nzガス
を流した状態で(差圧3kg/c−d)開度調整ねじ2
3を下方にねじ込み、弁棒22を介してダイヤフラム1
7を弁座15に当接させ、N!ガスの流量が0になるよ
うに調整する。次に積層型変位素子21への直流電圧の
印加を解除すると、圧縮コイルばね27がその反発力に
より弁棒22を押し上げるから。
Next, a laminate made of the material Nα1 (5X5X10ff
i(m)) are laminated via a polyimide adhesive to form a laminated displacement element with a length of 40 m, - the first
The temperature dependence of flow rate was measured by incorporating it into the flow rate control valve shown in the figure. In this case, N2 gas is used as the fluid, and the outer diameter of the contact part of the valve seat 15 with the diaphragm 17 is set to 2.2
M, the inner diameter of the valve port 16 was closed to 2.0 mm. That is, first, a direct current of 150 cm was applied to the laminated displacement element 21, and the opening adjustment screw 2 was adjusted while Nz gas was flowing (differential pressure 3 kg/c-d).
3 downward and connect the diaphragm 1 through the valve stem 22.
7 in contact with the valve seat 15, and press N! Adjust the gas flow rate to 0. Next, when the application of the DC voltage to the laminated displacement element 21 is released, the compression coil spring 27 pushes up the valve stem 22 due to its repulsive force.

ダイヤフラム17は弁座15から上方に離脱し弁口16
を開口する。この時のN2ガス流量は最大値を示す。
The diaphragm 17 separates upward from the valve seat 15 and opens into the valve port 16.
Open. The N2 gas flow rate at this time shows the maximum value.

第4図は温度と最大流量との関係を示す図である。第4
図から明らかなように、温度が上昇しても最大流量は1
80℃近傍の高温領域まで略一定である。すなわち前記
第1図に示すダイヤフラム17のストロークが常温から
100℃以上の高温領域に至る範囲において略一定であ
ることを示している。これは積層型変位素子21の変位
が大であること、および常温から高温領域まで圧電歪定
数d iiが略一定であることに起因するものである。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between temperature and maximum flow rate. Fourth
As is clear from the figure, even if the temperature rises, the maximum flow rate remains at 1.
It remains approximately constant up to a high temperature region around 80°C. That is, the stroke of the diaphragm 17 shown in FIG. 1 is approximately constant in the range from room temperature to a high temperature region of 100° C. or more. This is due to the large displacement of the laminated displacement element 21 and the fact that the piezoelectric strain constant d ii is approximately constant from room temperature to high temperature range.

このような特性は従来の圧電材料を使用したものにおい
ては到底得られないものであり、上記特性は例えばTM
G ()リメチルガリウム)等の有機金属ガスの流量制
御用のバルブに有効である。すなわち有機金属ガス、よ
沸点が高いため(例えばジメチル亜鉛44℃,テトラメ
チル錫78℃,トリエチルガリウム142.6℃等)給
送配管系を加熱保温しでおく必要があり、必然的に流量
制御用バルブも高温状態で使用される。従って温度上昇
に伴って変位が減少する傾向のある従来のものによって
は9例えば第1図におけるダイヤフラム17のストロー
クが減少してしまうため、充分なガス流量を得られない
のである。
Such characteristics cannot be obtained by using conventional piezoelectric materials.
It is effective for valves for controlling the flow rate of organometallic gases such as G () (limethyl gallium). In other words, since organometallic gases have high boiling points (e.g. dimethylzinc 44℃, tetramethyltin 78℃, triethylgallium 142.6℃, etc.), it is necessary to heat and keep the supply piping system warm, which inevitably requires flow rate control. valves are also used in high temperature conditions. Therefore, in some conventional devices where the displacement tends to decrease as the temperature rises, for example, the stroke of the diaphragm 17 in FIG. 1 decreases, making it impossible to obtain a sufficient gas flow rate.

第5図は本発明の他の実施例を示す要部構成図であり、
上記有機金属ガス制御用のマスフローコントローラの例
である。第5図において、30は流量制御用バルブであ
り1例えば前記第1図に示す構成とし、駆動用の積層型
変位素子21として前記表中のNtllに示す材料から
なるものを使用した。31.32は各々流入流路および
流出流路であり、矢印方向に流体が流れる。33は流量
センサであり、流入流路31に例えばU字型に接続する
と共に、流入流路31の流体流量の例えば10%が流通
するように形成する。34は測定素子であり、流量セン
サ33に巻回すると共に、ブリッジ回路35と電気的に
接続する。次に36.37.38゜39は夫々増幅回路
1位相補償回路、比較回路および駆動回路であり、前記
ブリッジ回路35に直列に接続し、ブリッジ回路35の
出力信号を順次伝達可能に形成する。40は設定信号出
力部であり、比較回路38と接続する。なお駆動回路3
9の出力電圧は流量制御用バルブ30を構成する積層型
変位素子30aに入力可能に形成する。
FIG. 5 is a main part configuration diagram showing another embodiment of the present invention,
This is an example of the mass flow controller for controlling the organometallic gas. In FIG. 5, reference numeral 30 denotes a flow rate control valve 1, which has the structure shown in FIG. 1, for example, and the laminated displacement element 21 for driving is made of the material shown in Ntll in the table above. 31 and 32 are an inflow channel and an outflow channel, respectively, through which fluid flows in the direction of the arrow. Reference numeral 33 denotes a flow rate sensor, which is connected to the inflow channel 31 in a U-shape, for example, and is formed so that, for example, 10% of the fluid flow rate of the inflow channel 31 flows therethrough. 34 is a measuring element, which is wound around the flow rate sensor 33 and electrically connected to the bridge circuit 35. Next, reference numerals 36, 37, 38, and 39 denote an amplifier circuit, a phase compensation circuit, a comparator circuit, and a drive circuit, respectively, which are connected in series to the bridge circuit 35 so as to be able to sequentially transmit the output signals of the bridge circuit 35. 40 is a setting signal output section, which is connected to the comparison circuit 38. Note that drive circuit 3
The output voltage No. 9 is formed so as to be input to the laminated displacement element 30a constituting the flow rate control valve 30.

上記の構成により、設定信号出力部40から例えばO〜
5vの信号を比較回路38に入力させると、この信号に
対応する直流電圧を駆動回路39を介して積層型変位素
子30aに印加するから1前記第1図に示すように弁口
16が開き、流体を第5図矢印のように流通させること
ができる。なお流体の流量は、流量センサ33に巻回し
た測定素子34と接続したブリッジ回路35の出力信号
を増幅回路36および位相補償回路37を介して出力部
40aに出力し、この信号から測定することができる。
With the above configuration, the setting signal output unit 40 outputs, for example, O to
When a 5V signal is input to the comparator circuit 38, a DC voltage corresponding to this signal is applied to the laminated displacement element 30a via the drive circuit 39, so that the valve port 16 opens as shown in FIG. The fluid can be made to flow as shown by the arrows in FIG. Note that the flow rate of the fluid can be measured by outputting an output signal of a bridge circuit 35 connected to a measuring element 34 wound around a flow rate sensor 33 to an output section 40a via an amplifier circuit 36 and a phase compensation circuit 37, and using this signal. I can do it.

なおこの信号は比較回路38にも出力されるから、設定
信号との比較により駆動回路39を介して流量制御用バ
ルブ30の開度を制御する。
Since this signal is also output to the comparison circuit 38, the opening degree of the flow rate control valve 30 is controlled via the drive circuit 39 by comparison with the setting signal.

第6図は設定電圧と制御流量との関係を示す図であり、
前記第5図に示すようなマスフローコントローラにより
、トリエチルガリウムガス(TEG)の流量制御を行っ
た場合のものである。この場合マスフローコントローラ
を160℃に加熱シガスの差圧はTEGの蒸気圧として
行った。第6図から明らかなように設定電圧と制御流量
とは完全に比例関係にあることを示している。またマス
フローコントローラを構成する流量制御用バルブのダイ
ヤフラム(第1図における符号17)のストロークを大
にすることができるため、目詰まりおよび汚れの付着を
防止できると共に、低差圧においても充分に大なる流量
を得ることができる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between set voltage and control flow rate,
This is a case where the flow rate of triethyl gallium gas (TEG) is controlled by a mass flow controller as shown in FIG. In this case, the mass flow controller was heated to 160° C. The differential pressure of the gas was set as the vapor pressure of TEG. As is clear from FIG. 6, the set voltage and the controlled flow rate are in a completely proportional relationship. Furthermore, since the stroke of the diaphragm (numeral 17 in Figure 1) of the flow control valve that constitutes the mass flow controller can be increased, clogging and dirt adhesion can be prevented, and the stroke is sufficiently large even at low differential pressures. It is possible to obtain a flow rate of

本実施例においては、ノーマルオープン型の場合につい
て記述したが、ノーマルクローズ型であっても作用は同
一である。なお対象流体はガスのみでなく液体であって
もよく、また高温流体以外に低温流体および常温流体に
も適用できる。次に積層型変位素子は第2図に示す全面
電橋型素子のみでなく、所謂交互電極型素子であっても
、また薄板の両面に内部電極を設け、それらを積重ねあ
るいは接着した方式の素子にも当然に適用可能である。
In this embodiment, a normally open type case has been described, but the operation is the same even if a normally closed type is used. Note that the target fluid may be not only a gas but also a liquid, and it is also applicable to low-temperature fluids and normal-temperature fluids in addition to high-temperature fluids. Next, the laminated displacement element includes not only the full-surface electric bridge type element shown in Figure 2, but also a so-called alternating electrode type element, and an element in which internal electrodes are provided on both sides of a thin plate, and these are stacked or glued. Naturally, it can also be applied to

また薄板および内部電極の平面投影形状は矩形以外に、
正方形5円形、楕円形その他の幾何学的形状とすること
ができる。あるいはより大きな変位を得るために、前記
素子を耐熱性接着剤で複数本接着して使用することも可
能である。更にリード線を省略し、積層体の上下端面に
リード部材を固着する型式のものにも通用できる。なお
上記の実施例においては、内部電極および外部電極の形
成手段としてスクリーン印刷法を使用した例について記
述したが、これに限定せず、メツキ蒸着、塗布等の他の
手段によっても作用は同一である。
In addition, the planar projection shape of the thin plate and internal electrodes is not only rectangular but also
It can be a square, a circle, an oval or other geometric shapes. Alternatively, in order to obtain a larger displacement, it is also possible to use a plurality of the elements bonded together with a heat-resistant adhesive. Furthermore, it is also applicable to a type in which lead wires are omitted and lead members are fixed to the upper and lower end surfaces of the laminate. In the above embodiment, an example was described in which screen printing was used as a means of forming the internal electrodes and external electrodes, but the method is not limited to this, and the same effect can be achieved by other methods such as plating vapor deposition or coating. be.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから2
例えば沸点が50〜150℃である有機金属ガスを対象
としても、積層型変位素子を構成する材料の圧電歪定数
dff3が充分に大なる値を保持するため、ダイヤフラ
ムのストロークが大であり充分な流量を得ることができ
る。また流体による弁座およびダイヤフラムの目詰まり
、汚染がな(信転性を大幅に向上させ得る。なお積層型
変位素子を構成する材料の圧電歪定数d33は、常温か
ら100℃以上の高温領域まで略一定であるから、対象
流体の温度が広範囲に変化する場合でも適用可能であり
、用途を拡大することができるという効果がある。
Since the present invention has the structure and operation as described above, 2
For example, even if the target is an organometallic gas with a boiling point of 50 to 150°C, the piezoelectric strain constant dff3 of the material constituting the laminated displacement element maintains a sufficiently large value, so the stroke of the diaphragm is large and sufficient flow rate can be obtained. In addition, the valve seat and diaphragm are not clogged or contaminated by fluid (reliability can be greatly improved).The piezoelectric strain constant d33 of the material constituting the laminated displacement element is stable from room temperature to high temperature range of 100℃ or more. Since it is substantially constant, it can be applied even when the temperature of the target fluid changes over a wide range, and has the effect of expanding the range of applications.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す要部縦断面図第2図(a
)ないしくC)は夫々本発明の実施例における積層型変
位素子を構成する積層体の例を示す斜視図、第3図は温
度と発生変位との関係を示す図第4図は温度と最大流量
との関係を示す図、第5図は本発明の他の実施例を示す
要部構成図、第6図は設定電圧と制御n流量との関係を
示す図、第7図は従来の流量制御用バルブを示す要部縦
断面図である。 1:I板、5:積層体、1に本体、15:弁座17;ダ
イヤフラム、21:積層型変位素子。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the main part showing an embodiment of the present invention.
) or C) are respectively perspective views showing examples of laminated bodies constituting laminated displacement elements in embodiments of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between temperature and generated displacement, and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between temperature and maximum displacement. FIG. 5 is a diagram showing the main part configuration of another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between set voltage and control n flow rate, and FIG. 7 is a conventional flow rate diagram. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a main part showing a control valve. 1: I plate, 5: Laminated body, 1: Main body, 15: Valve seat 17: Diaphragm, 21: Laminated displacement element.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)本体内に上方に開口する連通部とこの連通部に開
口する流入流路および流出流路とを設けると共に流入流
路若しくは流出流路の開口部に弁座を設け、前記連通部
の上方に密閉するように金属材料からなる薄板状のダイ
ヤフラムを設け、前記本体の上方に設けたハウジング内
に前記ダイヤフラムを前記弁座に当接離脱自在に駆動す
るように形成した積層型変位素子を設けると共に、この
積層型変位素子を構成する薄板を常温から100℃以上
の高温領域までの範囲における圧電歪定数d_3_3が
略一定値を示すような電気機械変換材料によって形成し
たことを特徴とする流量制御用バルブ。
(1) A communicating part opening upwardly in the main body, an inflow passage and an outflow passage opening to this communication part are provided, and a valve seat is provided at the opening of the inflow passage or the outflow passage, and a valve seat is provided at the opening of the inflow passage or the outflow passage. A laminated displacement element is provided with a thin plate-shaped diaphragm made of a metal material so as to be sealed upwardly, and is formed in a housing provided above the main body so as to drive the diaphragm so as to be able to come into contact with and detach from the valve seat. A flow rate characterized in that the thin plate constituting the laminated displacement element is formed of an electromechanical transducer material whose piezoelectric strain constant d_3_3 exhibits a substantially constant value in the range from room temperature to a high temperature region of 100° C. or more. Control valve.
(2)電気機械変換材料のキュリー温度が150℃以上
である請求項(1)記載の流量制御用バルブ。
(2) The flow rate control valve according to claim (1), wherein the Curie temperature of the electromechanical conversion material is 150° C. or higher.
JP4337590A 1990-02-23 1990-02-23 Flow quantity control valve Pending JPH03244882A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4337590A JPH03244882A (en) 1990-02-23 1990-02-23 Flow quantity control valve

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4337590A JPH03244882A (en) 1990-02-23 1990-02-23 Flow quantity control valve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03244882A true JPH03244882A (en) 1991-10-31

Family

ID=12662088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4337590A Pending JPH03244882A (en) 1990-02-23 1990-02-23 Flow quantity control valve

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03244882A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002358127A (en) * 2001-06-01 2002-12-13 Masaki Esashi Corrosion-resistant integrated mass flow controller

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002358127A (en) * 2001-06-01 2002-12-13 Masaki Esashi Corrosion-resistant integrated mass flow controller
JP4576597B2 (en) * 2001-06-01 2010-11-10 株式会社フジキン Corrosion-resistant integrated mass flow controller

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5092360A (en) Flow rated control valve using a high-temperature stacked-type displacement device
US5281885A (en) High-temperature stacked-type displacement device
EP0561616A2 (en) Piezoelectric/electrostrictive element having auxiliary electrode disposed between piezoelectric/electrostrictive layer and substrate
US5798168A (en) Method of producing ceramic diaphragm structure having convex diaphragm portion and diaphragm structure produced by the same method
EP0656665B1 (en) Piezoelectric device
Wise Displacement properties of RAINBOW and THUNDER piezoelectric actuators
EP0468796A1 (en) Piezoelectric/electrostrictive actuator having ceramic substrate
US7728493B2 (en) Piezoelectric/electrostrictive material, piezoelectric/electrostrictive body, and piezoelectric/electrostrictive element
US5504388A (en) Piezoelectric/electrostrictive element having electrode film(s) with specified surface roughness
EP0395018A3 (en) Stack-type piezoelectric element and process for production thereof
JP2740342B2 (en) Flow control valve and mass flow controller for high temperature range and laminated displacement element for high temperature range
US20060061240A1 (en) Piezoelectric/electrostrictive device
JPH03244882A (en) Flow quantity control valve
JP5795127B2 (en) Piezoelectric actuator and mass flow controller including the same
EP3091586B1 (en) High temperature flexural mode piezoelectric dynamic pressure sensor and method of forming the same
WO2013146974A1 (en) Piezoelectric/electrostrictive film type element and method for producing piezoelectric/electrostrictive film type element
JPH07131086A (en) Piezoelectric film type element and its treatment method and drive method
Barron et al. Temperature dependent characteristics of Cerambow actuators
JP3422770B2 (en) Actuator
JP2509068B2 (en) Valve device and method of using the same
JPH08186302A (en) Piezoelectric actuator responding to reducing gas
WO2013146975A1 (en) Piezoelectric/electrostrictive film type element and method for producing piezoelectric/electrostrictive film type element
JP3729781B2 (en) Actuator control method
KR950000114B1 (en) Plzt gradient funtional piezo electirc actuator and manufacturing method thereof
JPH06296049A (en) Laminated type piezoelectric electrostrictive device