压电元件驱动式金属隔膜型控制阀制造技术

本发明专利技术提供一种压电元件驱动式金属隔膜型控制阀。在高温环境下也能进行高精度的稳定流量控制，并可无需拆卸控制阀自身来调整加在压电元件上的压力。具体由下列构件构成：形成有阀室７ａ′和阀座７ｃ的阀体７；设置在阀室７ａ′内，可落入或离开阀座７ｃ的金属隔膜８；固定在阀体７侧的致动器壳体１０；设置在致动器壳体１０内，因电压的施加而向下方伸长，通过金属隔膜压塞１２加压于金属隔膜８的压电元件１３；在金属隔膜８向阀座７ｃ坐落时吸收压电元件１３的伸长，并可向阀座７ｃ等施加预定压力的碟形弹簧机构１４；在压电元件１３上常时施加向上的压力，并可从外部调整加在压电元件１３上的压力的预压机构２１。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及作为设在半导体制造设备等的气体控制管线中的压力式流量控 制装置的控制阀或质量流量控制器的流量控制部的控制阀所使用的常开型压电元件驱动 式金属隔膜型控制阀的改良，特别涉及设置成即使在使用高温反应气体等的高温环境下， 也要进行高精度的稳定的流量控制的常开型压电元件驱动式金属隔膜型控制阀。
技术介绍
近年，在半导体制造设备和化学品制造设备等方面，广泛地利用压力式流量控制 装置代替质量流量控制器。在压力式流量控制装置中，基于耐蚀性高、产生灰尘少、气体的 置换性良好、开闭速度快等方面的考虑，多使用所谓金属隔膜型控制阀。另外，作为压力式 流量控制装置的驱动装置，多使用推力大且响应性或控制特性优良的压电元件驱动式的驱 动装置。迄今，作为使用压电元件驱动式驱动装置的金属隔膜型控制阀，公知具有特开平 7-310842号公报(专利文献1)和特开2004-197754号公报(专利文献2)等揭示的构造的 控制阀。S卩，专利文献1中公开的控制阀(图示省略)是这样一种常开型的控制阀，即，如 果由于电压的施加，压电元件(压电致动器)伸长，则金属隔膜通过下部支承台、滚珠及隔 膜压塞向阀座侧压紧，于是，金属隔膜落入了阀座，变成闭阀状态，另外，一旦解难除对压电 元件的施加电压，压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸，并且加在金属隔膜上的 压紧力失却，从而金属隔膜因其弹性力恢复到原来状态，从阀座上离坐，变成开阀状态。该控制阀由于将压电元件的作用力通过下部支承台、滚珠及隔膜压塞向金属隔膜 传递，隔膜由于压电元件的伸长而触接到阀座后，构成了压电元件的作用力直接加到阀座 部(由阀座和与金属隔膜的阀座触接的部分构成)。其结果，加在控制阀的阀座部的力仅依 赖于压电元件的作用力，其调整变得困难，压电元件的大作用力加到阀座部，因此存在金属 隔膜及阀座等损伤等的问题。另一方面，专利文献2中公开的控制阀(图示省略)是这样一种常开型控制阀， 即，如压电元件(压电致动器)因施加电压而伸长，则压电元件的位移量用杠杆结构的位移 放大机构放大，金属隔膜通过阀杆及隔膜压塞向阀座侧压紧并落入了阀座，变成闭阀状态， 另外，一旦解除对压电元件的施加电压，压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸的 同时，位移放大机构用设于其上的复位弹性体恢复到原来的形态，于是，加在金属隔膜上的 压紧力失却，金属隔膜因弹性力而恢复成原来的状态，离开阀座而成为开阀状态。由于该控制阀设有向金属隔膜传递压电元件的作用力的位移放大机构在向金属3隔膜的阀座坐落时吸收压电元件伸长的恒压弹性体(缓冲用碟形弹簧)，金属隔膜落入了 阀座后，恒压弹性体吸收压电元件的伸长，于是，在阀座部上被施加了对应于恒压弹性体的 位移量的反弹力。其结果，加在控制阀的阀座部上的力成为恒压弹性体的反弹力，可以一边 使金属隔膜向阀座缓冲，一边使其坐落，在金属隔膜及阀座上不会加上压电元件的大作用 力，可以防止金属隔膜及阀座的损伤。可是，在无缓冲用碟形弹簧的控制阀中，例如，如果将压电元件的施加电压每IV 的位移量设为0. 333 u m，压电元件的施加电压每IV的作用力设为约5N，则每单位压电元件 位移量的作用力为5/0. 333 ≈ 15N/um0另外，对于设有缓冲用碟形弹簧的控制阀，根据碟 形弹簧的弹性常数，每单位碟形弹簧位移量的作用力为约0. 267N/um0因而，加在设有缓 冲用碟形弹簧的控制阀的阀座部上的力成为加在无碟形弹簧的控制阀的阀座上的力的约 1/56。其结果，设有碟形弹簧的控制阀可以防止金属隔膜及阀座的损伤。图6是对控制阀的阀座部的负荷与加到压电元件上的电压的关系曲线图，从图6 的曲线显见，设有碟形弹簧的控制阀与不设碟形弹簧的控制阀相比，加到阀座部的负荷极 小。但是，即便对于设有碟形弹簧的控制阀，也还有要解决的问题。即，在将控制阀置于100°C以上那样的高温环境下使用时，由于收容压电元件的支 持筒(致动器壳体)的热膨胀，压电元件的上端部与螺纹联接在支持筒体上端部的调整用 盖形螺母之间发生间隙，在压电元件伸长时，其发生的力不能向金属隔膜可靠且良好地传 递，高精度的流量控制变得困难。特别是由于压电元件的位移量极其微小，即便是构成控制 阀的各构件(支持筒体等)的微量热膨胀，也会给其流量控制特性带来大的影响。为了解决这个问题(由支持筒体的热膨胀引起的间隙的发生)，控制阀的理想的 构造是，将控制阀自身预先从外部对压电元件加上200N左右的压力的结构，但现状是这样 的控制阀还没有开发。另外，在特开2004-197754号公报(专利文献2)揭示的控制阀及特开平2-203087 号公报(专利文献3)揭示的控制阀中，公开了能够对压电元件加压的复位弹性体或负荷弹簧o但是，用于这些控制阀的复位弹性体或负荷弹簧都是为了使控制阀的构件(位移 放大机机构或阀杆)复位至原来位置。另外，由于复位弹性体或负荷弹簧均设置在控制阀 内部，若使用大弹性力的复位弹性体或负荷弹簧.，则由于复位弹性体或负荷弹簧的体积 大，存在控制阀自身大型化的问题。而且，对于在内部设置复位弹性体或负荷弹簧的控制 阀，在要调整其弹性力时需拆卸控制阀，将内部的复位弹性体或弹簧与别的复位弹性体或 负荷弹簧交换，存在控制阀的拆装费事的问题。特开平7-310842号公报特开2004-197754号公报特开平2-203087号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题所作的专利技术，其目的在于，提供即使在高温环境下也可以 进行高精度的稳定的流量控制，同时，无需拆卸控制阀自身，做到可以筒单且容易地调整加在压电元件上的压力的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀。另外，本专利技术提供压电元 件驱动式金属隔膜型控制阀，其设有碟形弹簧机构，以在金属隔膜向阀座坐落时，能够调整 向金属隔膜施加预定按压力的碟形弹簧的弹性力。为了达成上述目的，本专利技术提供一种压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，设有通 过压电元件13的伸长经由隔膜压塞12向阀座7c坐落或从阀座7c离开的金属隔膜8，其 特征在于，配设在压电元件13和金属隔膜8之间的碟形弹簧机构14由下列部分构成隔膜 压塞支承座22，其下端部插入隔膜压塞12，上端部形成上方敞开的收容空间22b ；多个碟形 弹簧23，配设在隔膜压塞支承座22的收容空间22b ；滚珠支承24，置放在最上位的碟形弹 簧23的上面，位于压电元件13的下方，将压电元件13的伸长向碟形弹簧23传递；以及弹 簧调整用螺母25，调整碟形弹簧23的反弹力并防止滚珠支承24及碟形弹簧23脱出地螺接 于隔膜压塞支承座22。此外，还具有特征设有配设在压电元件13和碟形弹簧机构14之间的总是对压电 元件13施加向上的压力的预压机构21。此外，还具有特征预压机构21配设在压电元件13的正下方位置，并设为通过弹 簧的弹性力经由滚珠16向压电元件13的下端面施加向上的压力的结构。此外，预压机构21设为能够调整施加到压电元件13的向上的压力的结构。专利技术效果本专利技术的常开型压电元件驱动式金属隔膜型控制阀具有下列优良效果。(1)本专利技术的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀由于设有在压电元件上始终施加 向上压力的预压机构，即使在例如，将控制阀在高温环境下使用时，收容压电元件的致动器 壳体由于热膨胀而伸长，也可通过预压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件驱动式金属隔膜型控制阀，设有通过压电元件（１３）的伸长经由隔膜压塞（１２）向阀座（７ｃ）坐落或从阀座（７ｃ）离开的金属隔膜（８），其特征在于，配设在压电元件（１３）和金属隔膜（８）之间的碟形弹簧机构（１４）由下列部分构成：隔膜压塞支承座（２２），其下端部插入隔膜压塞（１２），上端部形成上方敞开的收容空间（２２ｂ）；多个碟形弹簧（２３），配设在隔膜压塞支承座（２２）的收容空间（２２ｂ）；滚珠支承（２４），置放在最上位的碟形弹簧（２３）的上面，位于压电元件（１３）的下方，将压电元件（１３）的伸长向碟形弹簧（２３）传递；以及弹簧调整用螺母（２５），调整碟形弹簧（２３）的反弹力并防止滚珠支承（２４）及碟形弹簧（２３）脱出地螺接于隔膜压塞支承座（２２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本笃咨，平田薰，土肥亮介，池田信一，西野功二，
申请(专利权)人：株式会社富士金，
类型：发明
国别省市：JP[日本]