JPH0612146B2 - ノーマルクローズ型流量制御バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体の流量制御をするバルブに関し、特に積
層型圧電素子を用いたノーマルクローズタイプの流体の
流量制御バルブに関する。

［従来の技術］ 従来の積層型圧電素子を用いたノーマルクローズタイプ
の流体を制御バルブは特開昭61-127983号公報に開示さ
れており、これを第４図に示す。

バルブ本体１はその左側に入口ポート４をその右側に出
口ポート５を、さらに中央に流体室を有し、この流体室
は入口ポート４および出口ポート５と連通している。弁
座３はバルブ本体１の流体室内に設置し、弁座３により
流体室は入口ポート側と出口ポート側に２分されてい
る。弁座３の中央に貫通孔をあけ弁口３ａとなり、この
弁口３ａには下部から押圧ばね14の押圧力を受けたテー
パ部を有する弁体15が弁口３ａの下面に嵌合している。
この押圧ばね14の押圧力により弁体15が弁口３ａの下面
に押付けられ常時閉の状態となっているノーマルクロー
ズタイプの流量制御バルブである。

押圧ばね14の押圧力の調節はバルブ本体１の底部に設け
た調節ねじ17によって行う。一方、バルブ本体１の上端
面に筒状部材２を立設し、この筒状部材２の押え部材11
およびボルトによって筒状部材２はバルブ本体１と固定
されている。

筒状部材２の内部には積層型圧電素子８（ピエゾスタッ
ク）を設けてあり、この下端部が加圧部で積層型圧電素
子８の歪力によって、下端部の下にあるダイヤフラム７
を加圧し変位させる。ダイヤフラム７は金属製の円形状
薄板で、この外周部がバルブ本体１に固定されている。
この固定はダイヤフラム７をバルブ本体１の上面と筒状
部材２の下面との間に挾着されている。ダイヤフラム７
の下で積層型圧電素子８の加圧部に対向した位置に弁体
15の開閉部材16があり、この開閉部材16は弁体15の上に
固定されている。

ここで積層型圧電素子８のリード線８ｅと８ｆとの間に
ＤＣ電圧をかけると積層型圧電素子８の歪変位が生じ歪
力によってダイヤフラム７を下側へ変位させ、開閉部材
16を加圧して、弁体15を下方へ押圧し、弁口３ａが開か
れる構造となっている。そして通常は押圧ばね14によっ
て弁体15が弁座３の分口３ａに押付けられており、閉の
状態となっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上説明した積層型圧電素子を用いたノーマルクローズ
タイプの流量制御バルブは、弁座３の下方側、すなわち
流体室の入口ポート４側に弁体15,押圧ばね14および調
整ねじ17を設けている。このため、半導体製造装置等の
超清浄度が要求される腐食性のガス等を流量制御するの
に用いる場合では、上記の弁体15，押圧ばね14および調
整ねじ17の可動部分が直接接触するので可動にに供なう
金属摩耗によって生じる金属微粉や微粉粒子が流体中に
混入し、更に流体と接触する面積が大きくなるので腐食
性のガスによってそれだけ流体室内が余分に汚染され
る。又洗浄するのも上記部品が流体室内にあるので洗浄
が困難である。

又調整ねじ17を流体室内に設けてあるので調整ねじとバ
ルブ本体とのシール構造が不安定となり、流体室内の流
体が外部に洩出する恐れがある。

本発明の目的は、上記の問題を解消した積層型圧電素子
を用いたノーマルクローズタイプの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］ 本発明は、流入口と流出口をつなぐ流路を有するバルブ
本体と、該バルブ本体の流路の一部に設けられた弁座
と、該弁座に対向して配置し、自己弾性復元力を有し、
前記弁座に対し当接と離間をするダイヤフラムと、該ダ
イヤフラムに関して弁座とは反対側で上下動自在に設け
た弁棒と、該弁棒を弁座方向に変位させ、前記ダイヤフ
ラムを弁座に当接させる押圧力を生じる付勢手段と、電
圧を印加することにより長さが伸長し、一端が前記バル
ブ本体で支持されると共に、他端が前記弁棒に当接した
積層型圧電素子とを有し、該積層型圧電素子の長さが伸
長したとき、前記付勢手段の押圧力に抗して前記弁棒を
押上げダイヤフラム自身が弁座から離間することを特徴
とするノーマルクローズ型流量制御バルブである。

［作用］ 本発明のバルブは、通常は付勢手段の押圧力によって弁
棒はダイヤフラムを介してバルブ本体に設けた弁座に当
接されバルブは閉止状態にある。

一方電圧を印加することにより長さが伸長する積層型圧
電素子は、その一端がバルブ本体で支持され、他端が弁
棒に当接している。このため積層型圧電素子に電圧を印
加したとき伸長によって生じる力は、上記付勢手段の押
圧力に抗して弁棒を上方に押し上げる力として作用し、
結果として弁棒を押し上げる。このときダイヤフラム自
身が弾性的な復元力を有しているので弁棒の上昇に追従
して弁座から離れ、バルブは開状態となる。

以上により、流体室、特に入口ポート側には押圧ばねや
調整ねじ等の可動部材を設けなくてもすむので摩耗金属
粉の発生と流体内への混入がない。また腐食性流体と接
触する金属面積を最小にできるのでバルブ本体内を清浄
に保つものである。

［実施例］ 本発明による第１実施例を第１図，第２図および第３図
に示す。第１図は第１実施例の積層型圧電素子を用いた
ノーマルクローズの流体・流量制御弁の縦断面図で流体
の流れ方向縦断面図、第２図は第１図の中心線方向縦断
面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線で切断した断面図であ
る。

図において、バルブ本体１は、左側に流入口ポート４を
中央に流入口ポート４に連通する垂直流路６を、この垂
直流路６の上方にダイヤフラム７を収容する上部開放の
流体室10を、右側に流体室10と連通する流出口ポート５
を有し、垂直流路６の上部は弁口３ａとなって弁口３ａ
の上面は弁座３となっている。流体室10内の弁座３の上
面には薄板で円板状のダイヤフラム７を流体室10の側壁
に形成した段差部に載せてこのダイヤフラム７の上面外
周をリング状のダイヤフラム押え９により押え、流体室
10側壁段差部との間で挾着する。さらにダイヤフラム押
え９の上面外周部は円筒状部材２によって押え、この円
筒状部材２はリング状の円筒状部材押え11によって押
え、この円筒状部材押え11はバルブ本体１の上面にボル
ト締結によって締結固定してある。このボルト締結によ
って円筒状部材２、ダイヤフラム押え９およびダイヤフ
ラム７も本体上面に固定されている。ここで弁座３にダ
イヤフラム７が接触したりあるいは離れたりして、弁の
開閉が行われる。

次に弁の開閉を行なう駆動部について説明する。上記本
体１と固定した円筒状部材２内に弁棒12を設け、弁棒12
の下端面をダイヤフラム７の中央部上面に接触さる。弁
棒１２は中間部に第１図で示すごとくこの軸直角方向に
下部の端部および中間部の上端部を残して溝状の貫通穴
空間21を形成し、上部外面を中間部の外径より小径の円
筒状にしてこの段差部と円筒部材２の上部内面との間に
付勢手段である押圧ばね14を設け弁棒12を下方に押圧し
ている。そして弁棒上部の小径円筒部内面にめねじを設
け、該めねじに調節用ボルト18を螺合し止めナット19を
設けて調節用ボルト18の下端面を貫通孔空間21内に突出
させてある。

この弁棒12の貫通穴空間21の下部において、貫通穴空間
21を貫通し弁棒12の両側に突出した四角柱状のブリッジ
13をダイヤフラム押え９の上面に渡る様に載せる。ブリ
ッジ13の底面は弁棒12の貫通穴空間21の底部と弁棒が上
昇する分以上の隙間をあけておく。そしてブリッジ13の
中央部で貫通孔空間21内に柱状の積層型圧電素子８を裁
置して設ける。従って積層型圧電素子８の下端はブリッ
ジ13を介してバルブ本体１で支持され、且つ上端は弁棒
12に当接している。積層型圧電素子８は、従来技術の積
層型圧電素子と同様であり、板状の圧電素子と金属薄板
を交互に重ね合せ積層したものである。この積層型圧電
素子８にリード線８ａ，８ｂを通じて圧電をかけると、
積層方向に歪を生じ変位し、例えば数10μ伸びる。この
積層型圧電素子８の上端面は、弁棒12の上部に螺合する
調節用ボルト18の下端面とねじり防止部品20を介在させ
て当接する様装着してある。

円筒状部材２は、下部外周面が拡径の段差部を有しこの
段差部を円筒状部材押え11で押えることによってブリッ
ジ13もダイヤフラム押え９上に固定される。円筒状部材
２の中間部にはこの下部内径と同径の内周面を有しリー
ド線８ａおよびリード線８ｂが貫通する貫通孔があいて
いる。円筒状部材２の上部内面は弁棒12の上部外周面と
ゆるく嵌合する内周面を有し弁棒は摺動できる様になっ
ている。

次にこの第１実施例の積層型圧電素子を用いたノーマル
クローズタイプの流体制御弁の開閉機構について説明す
る。まず、リード線８ａおよびリード線８ｂを通じてＤ
Ｃ圧電をかけると積層型圧電素子８が歪み変位し僅かに
伸長する。この積層型圧電素子８の伸長により、この下
端面はブリッジ13上に載置し、固定されているので弁棒
12の上部に螺合した調節用ボルト18の下端面を弁棒12と
ともに、押圧ばね14に打ち勝って押上げる。

このとき、弁棒12の上昇によりダイヤフラム７も追随し
て上昇し弁座３とダイアフラム７の下面が開き、流体は
弁口３ａから流体室10へ流れて弁が開となる。

次に弁を閉にするには、積層型圧電素子８に印加してい
た圧電をストップすると積層型圧電素子８は収縮し押圧
ばね14の荷重によって弁棒12が下降しダイアフラム７の
上面を押圧して弁が閉となる。この弁の開閉に際し、ダ
イヤフラム７を金属製としこれの変形を弾性変形域にし
ておけば、弁棒12の上下移動に追従してダイヤフラム７
が変形して弁の開閉が行える。このダイヤフラム７の弾
性変形域を大きく取るため、ダイヤフラム７の中央部を
ふくらませた形状例えば部分球殻形状、断面形状でいえ
ば上側に向って凸円弧状にするとよい。

以上説明した第１実施例の積層型圧電素子を用いたノー
マルクローズタイプの流体制御弁は、本体内の流路およ
び流体室内に調整部や可動部分をなくしたので本体内か
ら流体の漏れる問題がなく、さらにバルブ内を通過する
流体と接触するばね、弁体、さらには弁体の開閉のため
の部材をなくしたので、これらの接触部における摩耗し
た金属粉等の発生がなく、又腐食性流体との接触面積が
少ないので流体への異物の混入がなく弁内は清浄に保た
れる。

［発明の効果］ 本発明による積層型圧電素子を用いたノーマルクローズ
タイプの流体制御バルブは、流体室特に入口ポート側に
押圧ばねや調整ねじ等の可動部材を設けなくとも済むの
で金属間接触による金属粉の発生がなく流体内への金属
粉の混入がない。又流体と接触する金属面積を最少にで
きるのでバルブ本体は常に清浄に保たれ、又本体内から
流体が漏れる問題が解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例の流量制御弁の縦断面
図、第２図は第２図中心線方向の縦断面図、第３図は第
２図のＡ−Ａ線断面図、第４図は従来例を示す流体流量
制御弁の縦断面図である。 １……バルブ本体，２……円筒状部材， ３……弁座，６……垂直流路， ７……ダイヤフラム，８……積層型圧電素子， ９……ダイヤフラム押え，10……流体室， 12……弁棒，15……弁体， 11……筒状部材押え，13……ブリッジ， 14……押圧ばね，18……調節用ボルト， 19……ナット，21……貫通孔空間，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 悟 三重県桑名市大福２番地 日立金属株式会 社桑名工場内 (56)参考文献 特開 昭62−177384（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流入口と流出口をつなぐ流路を有するバル
   ブ本体と、 該バルブ本体の流路の一部に設けられた弁座と、 該弁座に対向して配置し、自己弾性復元力を有し、前記
   弁座に対し当接と離間をするダイヤフラムと、 該ダイヤフラムに関して弁座とは反対側で上下動自在に
   設けた弁棒と、 該弁棒を弁座方向に変位させ、前記ダイヤフラムを弁座
   に当接させる押圧力を生じる付勢手段と、 電圧を印加することにより長さが伸長し、一端が前記バ
   ルブ本体で支持されると共に、他端が前記弁棒に当接し
   た積層型圧電素子とを有し、 該積層型圧電素子の長さが伸長したとき、前記付勢手段
   の押圧力に抗して前記弁棒を押上げダイヤフラム自身が
   弁座から離間することを特徴とするノーマルクローズ型
   流量制御バルブ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、前記
   弁棒の上部に調整ねじ部材を設け、該ねじ部材の端部を
   前記積層型圧電素子の上部に係止させたことを特徴とす
   るノーマルクローズ型流量制御バルブ。