JPH06331053A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用中に圧電素子が引張力を受けて破壊する
恐れがなく信頼性の高いバルブ装置を得ること。 【構成】 流入流路、流出流路、およびこれらに通じる
開口部を有するバルブ本体と、該バルブ本体に形成した
弁座と、該弁座に直接、当接とかい離をし前記バルブ本
体の開口部を密閉する金属ダイヤフラム弁体と、圧電薄
板と内部電極とを交互に積層して印加される電圧に対応
して変位する積層型変位素子を有し、該積層型変位素子
に電圧を印加しないときには前記開口部が開放され、電
圧の印加に応じて前記開口部の閉止が制御されるノーマ
ルオープン型のバルブ装置において前記積層型変位素子
は、この積層方向が前記弁体の作動方向に対して実質的
に直交する方向になるように設置されることを特徴とす
るバルブ装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルブ装置に係り、特
にマスフローコントローラ等に利用する積層型変位素子
を用いたノーマルオープン型のバルブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体製造工程のＣＶＤ装
置のように毎分数ｃｃ〜数千ｃｃ程度の比較的小流量域
の流体を取り扱う場合に使用される弁として、数１０μ
ｍの小さなストローク範囲内で大きな推力変化を生ぜし
めて精度良く弁開度を制御できる積層型変位素子を用い
たバルブ装置が開発され、用いられるようになった。一
例として、本願出願人によるガス流量制御装置用バルブ
に係る発明が特開平４−８９７４号公報に開示されてい
る。このバルブは、ガスが通過するバルブ本体内に弁体
がないので弁体が弁口等とこすり合うことがなく、摩耗
による金属粉等（パーティクル）の発生がないという優
れた効果が得られる。また、バルブ装置に使用される積
層型圧電素子として、例えば特開昭５８−１９６０７４
号公報に記載されるような、電圧の印加によって素子が
伸張するタイプのものが使用されている（以下、「伸張
型素子」と略称する）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−８９７４号公報に開示した構成にあっては、積層型
変位素子は伸張型素子を使用しているため、電圧の印加
による変位の方向とダイヤフラムの変位方向が反対であ
る。ここで注意すべきことは、伸張型素子はその変位方
向への外部からの引張強度が低いということである。積
層方向に直交する力が積層体を剥離しようとする方向に
作用するからである。従って、バルブ装置の制御に際し
て、例えば弁室内の気圧が負になったり、あるいは高速
で素子が伸縮し、電荷の注入・除去速度に素子の質量が
追従しなかった場合、伸張型素子に引張力が作用し素子
が破壊してしまうという問題点があった。周知の通り、
半導体製造装置に要求される信頼性は高度なものであ
り、従ってそれに用いられるバルブ装置にも高度の信頼
性が要求される。そこで、本発明はバルブ装置の制御に
際して圧電素子に引張力が作用する場合でも素子が破壊
しない様にしてバルブ装置の信頼性を向上するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、流入流路、流出流路、およびこれらに
通じる開口部を有するバルブ本体と、該バルブ本体の前
記開口部と前記流入流路との間に形成した弁座と、該弁
座に直接、当接とかい離をし前記バルブ本体の開口部を
閉止するダイヤフラムと、薄板と内部電極とを交互に積
層して印加される電圧に対応して変位する積層型変位素
子を有し、該積層型変位素子に電圧を印加しないときに
は前記開口部が開放され、電圧の印加に応じて前記開口
部の閉止が制御されるノーマルオープン型のバルブ装置
において、前記積層型変位素子はこの積層方向が前記弁
体の作動方向に対して実質的に直交する方向になるよう
に設置されることを特徴とするバルブ装置である。

【０００５】

【作用】本発明は以上のように構成したので、薄板と内
部電極とを交互に積層してなる積層型変位素子は、その
積層方向が上記弁体の作動方向と実質的に直交するよう
に設置されている。即ち、図１に示されているように、
圧電素子１は、電圧の印加によって伸張する従来の伸張
型素子とは異なり、電圧の印加によって収縮する収縮型
素子を用いたものである。従って、なんらかの原因でバ
ルブ装置の制御中に積層型圧電素子に引張力が作用して
も引張力が作用する方向と積層方向が直交するために圧
電素子が破壊することはない。

【０００６】

【実施例】まず、本発明に係る収縮型素子の製造方法の
一例を略述する。例えばＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ₃ 粉末
に、有機バインダーとしてＰＶＢ、可塑剤としてＢＰＢ
Ｇ、有機溶剤としてトリクレンを夫々添加して混合し、
この混合材料をドクタープレード法により厚さ１００μ
ｍのシート状の薄板に形成する。次にこの薄板の表面全
域に内部電極を形成する銀−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を有す
る薄板を交互に例えば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、１０５０〜１２０
０℃で１〜５時間焼成した。次に積層体の側面には外部
電極を設ける。以上の工程により、素子寸法１０×１０
×４０ｍｍの収縮型積層圧電素子を得た。

【０００７】このようにして得られた収縮型素子１を図
１に一例を示す本発明のバルブ装置に組み込む。図１を
用いて本発明のバルブ装置の動作を説明する。収縮型素
子１は保持体２に固着され、保持体２はフランジ５を介
してバネ４に当接する。このバネは本構造の場合除外し
ても、十分に特性を得ることができるが、再現性を考慮
した上で、保持体２へのプリ荷重印加用として設けた。
また、保持体２のフランジ５の下部には開口部が設けら
れ本体３の中間梁６が貫装される。保持体２の底部７に
はダイヤフラム８（ＳＵＳ３０４製、φ２０mm、ｔ＝
０．３mm）が固着されている。初期の設定は先端を平坦
に加工した位置決め微調整ねじ１０によって行い、ネジ
に連動して保持体２は下方に押し下げられ、ダイアフラ
ム８と弁座９の隙間を適当な位置になるよう設定すると
共に収縮素子１を保持体２と中間梁６との間に固定す
る。設定後は、位置ズレを防止するためネジ１０をダブ
ルナットで強固に固定した。ここで、保持体とネジ間に
ある真球１３は、保持体の傾きを緩和し、強いては収縮
素子の偏荷重緩和効果も備えている。この状態で収縮素
子１に電圧が印加されない場合には、ダイヤフラム８は
実線で示されるように弁座９に当接せず、流体は流入路
１１から流入して流出口１２から流出する開放状態であ
る。次に、収縮型素子１に電圧を印加するとそれに応じ
て素子１が収縮し、フランジ５がバネ４に押し下げられ
て保持体２の底部７に接しているダイヤフラム８が押し
下げられ破線に示すように流路を縮め流量を制御する。
このようにして得られた本発明のバルブ装置をランダム
プログラミングによって種々の試験モードの繰り返しで
試験したところ、破壊が全く見られず、安定した流量制
御特性が得られた。

【０００８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバルブ装
置によれば、使用中に圧電素子が引張力を受けて破壊す
る恐れが全くないために、信頼性の高いバルブ装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルブ装置の一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 積層型圧電素子（収縮型素子） ８ ダイヤフラム ９ 弁座

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入流路、流出流路、およびこれらに通
   じる開口部を有するバルブ本体と、該バルブ本体に形成
   した弁座と、該弁座に直接、当接とかい離をし前記バル
   ブ本体の開口部を密閉する金属ダイヤフラム弁体と、圧
   電薄板と内部電極とを交互に積層して印加される電圧に
   対応して変位する積層型変位素子を有し、該積層型変位
   素子に電圧を印加しないときには前記開口部が開放さ
   れ、電圧の印加に応じて前記開口部の閉止が制御される
   ノーマルオープン型のバルブ装置において、前記積層型
   変位素子は、この積層方向が前記弁体の作動方向に対し
   て実質的に直交する方向になるように設置されることを
   特徴とするバルブ装置。