[发明专利]压电元件驱动式控制阀

说明书

技术领域

本发明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压电元件驱动式控制阀的改良，特别涉及一种 压电元件驱动式控制阀，其不但能够缓解压电促动器收缩时施加在压 电元件上的张力而防止压电元件的破坏，而且即使在使用高温反应气 体等的高温环境下，也能够进行高精度的稳定的流量控制。

背景技术

近年来，在半导体制造设备和化学品制造设备等领域， 广泛地利用压力式流量控制装置代替质量流量控制器。在这种压力式 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，常使用所谓的金属隔膜型控制阀。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和控制 特性优良的压电元件驱动式的驱动装置(压电促动器)。

传统上，作为在驱动装置中采用压电促动器(压电定位器) 的金属隔膜型控制阀，公知例如特开2003-120832号公报(专利文献1) 等中公开的结构。

即，如图11所示，上述控制阀30由如下部分构成：形 成阀室31a和阀座31b等的主体31；配设在阀室31a内的、抵接或离 开阀座31b的金属隔膜32；向主体31侧气密状地推压金属隔膜32的 外周缘部的压按适配器33；向主体31侧推压压按适配器33的半分割 结构的分割基座34；将压按适配器33和分割基座34固定在主体31 侧的基座压按件35；自由升降地支撑于基座压按件35的促动器盒36； 插接于促动器盒36的下端的、与金属隔膜32抵接的隔膜压按件37； 设置在分割基座34和促动器盒36之间的、向下方推压并驱策促动器 盒36的碟形弹簧38；容纳在促动器盒36内的、下端侧借助于球支承 39支撑于分割基座34上的压电促动器40(压电定位器)；螺接于促动 器盒36的上端部的、借助于轴承座41和轴承42可调整位置地支撑 压电促动器40的上端侧的调整用盖形螺母43等，其构造成这样的常 闭型的压电元件驱动式控制阀，即：若压电促动器40因电压的施加 而伸长，促动器盒36在支撑于基座压按件35的状态下逆着碟形弹簧 38的弹性力上升，伴随于此，金属隔膜32在该弹性力的作用下从阀 座31b离开而切换至开阀状态，另外，若解除向压电促动器40的施 加电压，则压电促动器40从伸长状态恢复为原来的长度尺寸，且促 动器盒36在碟形弹簧38的弹性力的作用下被下压，伴随于此，隔膜 压按件37向下方推压金属隔膜32使其抵接阀座31b而切换至闭阀状 态。

该压电元件驱动式控制阀30具有能够自动地实现各部件 的轴心的一致、大幅度提高组装精度、减少组装精度的偏差和开闭工 作时的阀行程的滞后现象的优点。

然而，上述压电元件驱动式控制阀30采用的压电促动器 40(压电定位器)中，如图12所示，使用将层叠型的压电元件40b密封 状地容纳在金属制的壳体40a内的层叠型的压电促动器40。该层叠型 的压电促动器40中，伴随着压电元件40b的伸缩，设于壳体40a的顶 端部的半球状的变位部40c沿压电促动器40的轴心往复移动。

然而，上述层叠型的压电促动器40存在以下问题：由于 伸缩时压电元件40b比变位部40c的伸缩速度快，收缩时在压电元件 40b之间产生的张力会导致压电元件40b自身的破坏和产品寿命缩短。 因此，为了使层叠型的压电促动器40实时动作，需要提供这样一种 结构，其预先给抗张力比较弱的压电元件40b施加压缩方向的预压载 荷，缓解在压电元件40b之间产生的张力，防止压电元件40b的破坏。

在图11中示出的传统的压电元件驱动式控制阀30中， 由于通过碟形弹簧38的弹性力向下方推压并驱策促动器盒36，所以 压电促动器40处于由碟形弹簧38的弹性力加载预压的状态。 但是，该压电元件驱动式控制阀30使用的碟形弹簧38，由于向 下方推压并驱策促动器盒36，通过隔膜压按件37使金属隔膜32抵接 阀座31b，所以在使用具有非常大的弹性力的碟形弹簧38的情况下会 损伤金属隔膜32和阀座31b。因此，对于压电元件驱动式控制阀30 的碟形弹簧38，不能使用具有非常大的弹性力的碟形弹簧38。其结 果是，在压电促动器40上也不能加载大的预压载荷，在向压电元件 40b有大的抗张应力作用时，存在压电元件40b被破坏的问题。