專利名稱：壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及作為設(shè)在半導(dǎo)體制造設(shè)備等的氣體控制管線中的壓力式流量控 制裝置的控制閥或質(zhì)量流量控制器的流量控制部的控制閥所使用的常開(kāi)型壓電元件驅(qū)動(dòng) 式金屬隔膜型控制閥的改良，特別涉及設(shè)置成即使在使用高溫反應(yīng)氣體等的高溫環(huán)境下， 也要進(jìn)行高精度的穩(wěn)定的流量控制的常開(kāi)型壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥。
背景技術(shù)：
近年，在半導(dǎo)體制造設(shè)備和化學(xué)品制造設(shè)備等方面，廣泛地利用壓力式流量控制 裝置代替質(zhì)量流量控制器。在壓力式流量控制裝置中，基于耐蝕性高、產(chǎn)生灰塵少、氣體的 置換性良好、開(kāi)閉速度快等方面的考慮，多使用所謂金屬隔膜型控制閥。另外，作為壓力式 流量控制裝置的驅(qū)動(dòng)裝置，多使用推力大且響應(yīng)性或控制特性優(yōu)良的壓電元件驅(qū)動(dòng)式的驅(qū) 動(dòng)裝置。迄今，作為使用壓電元件驅(qū)動(dòng)式驅(qū)動(dòng)裝置的金屬隔膜型控制閥，公知具有特開(kāi)平 7-310842號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)和特開(kāi)2004-197754號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)等揭示的構(gòu)造的 控制閥。S卩，專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的控制閥(圖示省略)是這樣一種常開(kāi)型的控制閥，即，如 果由于電壓的施加，壓電元件(壓電致動(dòng)器)伸長(zhǎng)，則金屬隔膜通過(guò)下部支承臺(tái)、滾珠及隔 膜壓塞向閥座側(cè)壓緊，于是，金屬隔膜落入了閥座，變成閉閥狀態(tài)，另外，一旦解難除對(duì)壓電 元件的施加電壓，壓電元件就從伸長(zhǎng)狀態(tài)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度尺寸，并且加在金屬隔膜上的 壓緊力失卻，從而金屬隔膜因其彈性力恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，從閥座上離坐，變成開(kāi)閥狀態(tài)。該控制閥由于將壓電元件的作用力通過(guò)下部支承臺(tái)、滾珠及隔膜壓塞向金屬隔膜 傳遞，隔膜由于壓電元件的伸長(zhǎng)而觸接到閥座后，構(gòu)成了壓電元件的作用力直接加到閥座 部(由閥座和與金屬隔膜的閥座觸接的部分構(gòu)成)。其結(jié)果，加在控制閥的閥座部的力僅依 賴于壓電元件的作用力，其調(diào)整變得困難，壓電元件的大作用力加到閥座部，因此存在金屬 隔膜及閥座等損傷等的問(wèn)題。另一方面，專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的控制閥(圖示省略)是這樣一種常開(kāi)型控制閥， 即，如壓電元件(壓電致動(dòng)器)因施加電壓而伸長(zhǎng)，則壓電元件的位移量用杠桿結(jié)構(gòu)的位移 放大機(jī)構(gòu)放大，金屬隔膜通過(guò)閥桿及隔膜壓塞向閥座側(cè)壓緊并落入了閥座，變成閉閥狀態(tài)， 另外，一旦解除對(duì)壓電元件的施加電壓，壓電元件就從伸長(zhǎng)狀態(tài)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度尺寸的 同時(shí)，位移放大機(jī)構(gòu)用設(shè)于其上的復(fù)位彈性體恢復(fù)到原來(lái)的形態(tài)，于是，加在金屬隔膜上的 壓緊力失卻，金屬隔膜因彈性力而恢復(fù)成原來(lái)的狀態(tài)，離開(kāi)閥座而成為開(kāi)閥狀態(tài)。由于該控制閥設(shè)有向金屬隔膜傳遞壓電元件的作用力的位移放大機(jī)構(gòu)在向金屬
3隔膜的閥座坐落時(shí)吸收壓電元件伸長(zhǎng)的恒壓彈性體(緩沖用碟形彈簧)，金屬隔膜落入了 閥座后，恒壓彈性體吸收壓電元件的伸長(zhǎng)，于是，在閥座部上被施加了對(duì)應(yīng)于恒壓彈性體的 位移量的反彈力。其結(jié)果，加在控制閥的閥座部上的力成為恒壓彈性體的反彈力，可以一邊 使金屬隔膜向閥座緩沖，一邊使其坐落，在金屬隔膜及閥座上不會(huì)加上壓電元件的大作用 力，可以防止金屬隔膜及閥座的損傷。可是，在無(wú)緩沖用碟形彈簧的控制閥中，例如，如果將壓電元件的施加電壓每IV 的位移量設(shè)為0. 333 u m，壓電元件的施加電壓每IV的作用力設(shè)為約5N，則每單位壓電元件 位移量的作用力為5/0. 333 ≈ 15N/um0另外，對(duì)于設(shè)有緩沖用碟形彈簧的控制閥，根據(jù)碟 形彈簧的彈性常數(shù)，每單位碟形彈簧位移量的作用力為約0. 267N/um0因而，加在設(shè)有緩 沖用碟形彈簧的控制閥的閥座部上的力成為加在無(wú)碟形彈簧的控制閥的閥座上的力的約 1/56。其結(jié)果，設(shè)有碟形彈簧的控制閥可以防止金屬隔膜及閥座的損傷。圖6是對(duì)控制閥的閥座部的負(fù)荷與加到壓電元件上的電壓的關(guān)系曲線圖，從圖6 的曲線顯見(jiàn)，設(shè)有碟形彈簧的控制閥與不設(shè)碟形彈簧的控制閥相比，加到閥座部的負(fù)荷極 小。但是，即便對(duì)于設(shè)有碟形彈簧的控制閥，也還有要解決的問(wèn)題。即，在將控制閥置于100°C以上那樣的高溫環(huán)境下使用時(shí)，由于收容壓電元件的支 持筒(致動(dòng)器殼體)的熱膨脹，壓電元件的上端部與螺紋聯(lián)接在支持筒體上端部的調(diào)整用 蓋形螺母之間發(fā)生間隙，在壓電元件伸長(zhǎng)時(shí)，其發(fā)生的力不能向金屬隔膜可靠且良好地傳 遞，高精度的流量控制變得困難。特別是由于壓電元件的位移量極其微小，即便是構(gòu)成控制 閥的各構(gòu)件(支持筒體等)的微量熱膨脹，也會(huì)給其流量控制特性帶來(lái)大的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題(由支持筒體的熱膨脹引起的間隙的發(fā)生)，控制閥的理想的 構(gòu)造是，將控制閥自身預(yù)先從外部對(duì)壓電元件加上200N左右的壓力的結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)狀是這樣 的控制閥還沒(méi)有開(kāi)發(fā)。另外，在特開(kāi)2004-197754號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)揭示的控制閥及特開(kāi)平2-203087 號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)揭示的控制閥中，公開(kāi)了能夠?qū)弘娫訅旱膹?fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧
o但是，用于這些控制閥的復(fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧都是為了使控制閥的構(gòu)件(位移 放大機(jī)機(jī)構(gòu)或閥桿)復(fù)位至原來(lái)位置。另外，由于復(fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧均設(shè)置在控制閥 內(nèi)部，若使用大彈性力的復(fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧.，則由于復(fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧的體積 大，存在控制閥自身大型化的問(wèn)題。而且，對(duì)于在內(nèi)部設(shè)置復(fù)位彈性體或負(fù)荷彈簧的控制 閥，在要調(diào)整其彈性力時(shí)需拆卸控制閥，將內(nèi)部的復(fù)位彈性體或彈簧與別的復(fù)位彈性體或 負(fù)荷彈簧交換，存在控制閥的拆裝費(fèi)事的問(wèn)題。[專利文獻(xiàn)1]特開(kāi)平7-310842號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2004-197754號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開(kāi)平2-203087號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題所作的發(fā)明，其目的在于，提供即使在高溫環(huán)境下也可以 進(jìn)行高精度的穩(wěn)定的流量控制，同時(shí)，無(wú)需拆卸控制閥自身，做到可以筒單且容易地調(diào)整加在壓電元件上的壓力的常開(kāi)型壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜控制閥。另外，本發(fā)明提供壓電元 件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，其設(shè)有碟形彈簧機(jī)構(gòu)，以在金屬隔膜向閥座坐落時(shí)，能夠調(diào)整 向金屬隔膜施加預(yù)定按壓力的碟形彈簧的彈性力。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，設(shè)有通 過(guò)壓電元件13的伸長(zhǎng)經(jīng)由隔膜壓塞12向閥座7c坐落或從閥座7c離開(kāi)的金屬隔膜8，其 特征在于，配設(shè)在壓電元件13和金屬隔膜8之間的碟形彈簧機(jī)構(gòu)14由下列部分構(gòu)成隔膜 壓塞支承座22，其下端部插入隔膜壓塞12，上端部形成上方敞開(kāi)的收容空間22b ；多個(gè)碟形 彈簧23，配設(shè)在隔膜壓塞支承座22的收容空間22b ；滾珠支承24，置放在最上位的碟形彈 簧23的上面，位于壓電元件13的下方，將壓電元件13的伸長(zhǎng)向碟形彈簧23傳遞；以及彈 簧調(diào)整用螺母25，調(diào)整碟形彈簧23的反彈力并防止?jié)L珠支承24及碟形彈簧23脫出地螺接 于隔膜壓塞支承座22。此外，還具有特征設(shè)有配設(shè)在壓電元件13和碟形彈簧機(jī)構(gòu)14之間的總是對(duì)壓電 元件13施加向上的壓力的預(yù)壓機(jī)構(gòu)21。此外，還具有特征預(yù)壓機(jī)構(gòu)21配設(shè)在壓電元件13的正下方位置，并設(shè)為通過(guò)彈 簧的彈性力經(jīng)由滾珠16向壓電元件13的下端面施加向上的壓力的結(jié)構(gòu)。此外，預(yù)壓機(jī)構(gòu)21設(shè)為能夠調(diào)整施加到壓電元件13的向上的壓力的結(jié)構(gòu)。發(fā)明效果本發(fā)明的常開(kāi)型壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥具有下列優(yōu)良效果。(1)本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥由于設(shè)有在壓電元件上始終施加 向上壓力的預(yù)壓機(jī)構(gòu)，即使在例如，將控制閥在高溫環(huán)境下使用時(shí)，收容壓電元件的致動(dòng)器 殼體由于熱膨脹而伸長(zhǎng)，也可通過(guò)預(yù)壓機(jī)構(gòu)而在壓電元件上始終施加一定壓力。其結(jié)果，本 發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥在壓電元件伸長(zhǎng)時(shí)，可以將其發(fā)生的力向金屬隔 膜可靠且良好地傳遞，進(jìn)行高精度的流量控制。(2)本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，由于用預(yù)壓機(jī)構(gòu)將壓電元件始 終向上方施壓，不會(huì)有壓電元件的重量加在金屬隔膜上的問(wèn)題，可以減輕加在金屬隔膜上 的重量，當(dāng)金屬隔膜用其彈性力從閥座離坐時(shí)，加在金屬隔膜上的負(fù)載變小，可以延長(zhǎng)金屬 隔膜的壽命。(3)本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，將始終加壓于壓電元件的預(yù)壓 機(jī)構(gòu)的預(yù)壓彈簧設(shè)置在致動(dòng)器殼體周圍，同時(shí)由于可以用螺紋聯(lián)接在位于致動(dòng)器殼體外側(cè) 的第2預(yù)壓引導(dǎo)件上的預(yù)壓調(diào)整用螺母調(diào)整加在壓電元件上的壓力，即使在使用具有大的 彈性力的預(yù)壓彈簧時(shí)，也不會(huì)有致動(dòng)器殼體等大型化的問(wèn)題，另外，無(wú)需拆卸控制閥自身， 可以自由調(diào)整加在壓電元件上的壓力。(4)本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，由于將預(yù)壓機(jī)構(gòu)的第2預(yù)壓引 導(dǎo)件、預(yù)壓調(diào)整用螺母及預(yù)壓彈簧設(shè)置在致動(dòng)器殼體周圍，裝配也較簡(jiǎn)單且容易進(jìn)行。(5)本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，由于在設(shè)于金屬隔膜的上面?zhèn)?的隔膜壓塞與壓電元件之間設(shè)置碟形彈簧機(jī)構(gòu)，在金屬隔膜落入了閥座時(shí)，該機(jī)構(gòu)吸收壓 電元件的伸長(zhǎng)，同時(shí)向閥座及與金屬隔膜的閥座觸接的部分(閥座部)施加預(yù)定壓力，在金 屬隔膜落入了閥座后，碟形彈簧機(jī)構(gòu)吸收壓電元件的伸長(zhǎng)，消除了壓電元件的大作用力直 接加到閥座部的問(wèn)題，可以防止金屬隔膜及閥座的損傷。
(6)碟形彈簧機(jī)構(gòu)由下列構(gòu)件構(gòu)成隔膜壓塞支承座，形成了上方敞開(kāi)的收容空 間；多枚碟形彈簧，設(shè)置在隔膜壓塞支承座的收容空間；滾珠支承，設(shè)置在最上的碟形彈簧 上面；以及彈簧調(diào)整用螺母，上下方向自由移動(dòng)調(diào)整地螺紋聯(lián)接在隔膜壓塞支承座上，調(diào)整 碟形彈簧的反彈力，同時(shí)防止?jié)L珠支承及碟形彈簧脫出；從而，由于作為通過(guò)調(diào)整彈簧調(diào)整 用螺母的擰入量，本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥具有可調(diào)整碟形彈簧的反彈 力的結(jié)構(gòu)，無(wú)需將碟形彈簧與別的碟形彈簧交換，可以自由調(diào)整碟形彈簧的反彈力。


圖1是使用本發(fā)明實(shí)施例的常開(kāi)型壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥的壓力式 流量控制裝置的正面剖視圖。圖2是壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥要部的正面剖視圖。圖3是壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥要部的縱斷側(cè)面圖。圖4是壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥要部的側(cè)面剖視圖。圖5是表示本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥與未設(shè)置預(yù)壓機(jī)構(gòu)的通 常的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥的使用溫度與位移量關(guān)系的曲線圖。圖6是表示控制閥的閥座部上的負(fù)荷與壓電元件上所加電壓的關(guān)系的曲線圖。標(biāo)記說(shuō)明1是壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，7是閥體，7a'是閥室，7c是閥座，8是金 屬隔膜，10是致動(dòng)器殼體，10c是導(dǎo)向孔，12是隔膜壓塞，13是壓電元件，14是碟形彈簧機(jī) 構(gòu)，15是下側(cè)滾珠，16是上側(cè)滾珠，21是預(yù)壓機(jī)構(gòu)，22是隔膜壓塞支承座，22b是收容空間， 23是碟形彈簧，24是滾珠支承，25是彈簧調(diào)整用螺母，26是第1預(yù)壓引導(dǎo)件，27是第2預(yù)壓 引導(dǎo)件，28是連接銷，29是預(yù)壓調(diào)整用螺母，30是預(yù)壓彈簧。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1表示將本發(fā)明實(shí)施例的常開(kāi)型壓 電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1作為壓力式流量控制裝置用的控制閥使用的情況，上述 壓力式流量控制裝置由如下部分構(gòu)成壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1 ；連接在壓電 元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的上游側(cè)的入口側(cè)塊2 ；連接在壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜 型控制閥1的下游側(cè)的出口側(cè)塊3 ；設(shè)置在壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的下游側(cè) 的流量控制用小孔套4 ；設(shè)于小孔套4的上游側(cè)的、檢測(cè)小孔套4的上游側(cè)壓力的壓力傳感 器5 ；設(shè)于壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的上游側(cè)的墊圈過(guò)濾器6 ；以及控制壓電元 件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的控制電路(圖示省略)等，一邊根據(jù)小孔套4上游側(cè)壓力 計(jì)算小孔套通過(guò)流量，一邊用壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的開(kāi)閉控制小孔套通過(guò) 流量。如圖1所示，上述壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1由閥體7、金屬隔膜8、壓套 適配器9、致動(dòng)器殼體10、基座壓套11、隔膜壓塞12、壓電元件13 (壓電致動(dòng)器)、碟形彈簧 機(jī)構(gòu)14、下側(cè)滾珠15、上側(cè)滾珠16、軸承支架17 ；軸承18、調(diào)整用蓋形螺母19、鎖緊螺母20 及預(yù)壓機(jī)構(gòu)21等構(gòu)成，該閥是在高溫反應(yīng)氣體等的高溫環(huán)境下使用也能進(jìn)行高精度穩(wěn)定 流量控制的常開(kāi)型控制閥。
具體地說(shuō)如圖1所示，閥體7用不銹鋼材料塊狀地形成，其中設(shè)有形成有上方敞 開(kāi)的閥室7a'的凹部7a;連通于閥室7a'的入口通路7b ；形成在閥室7a'的底面的環(huán)狀 閥座7c ；連通于閥室7a'的出口通路7d ；插入壓力傳感器5的傳感器插入孔7e ；插入墊片 過(guò)濾器6的過(guò)濾器插入孔7f ；插入小孔套4的小孔套插入孔7g。在該閥體7的上游側(cè)用多根螺栓(圖示略)連接不銹鋼制的入口側(cè)塊2，其中設(shè) 有連通到閥體7的入口側(cè)通路的導(dǎo)入通路2a ；形成于導(dǎo)入通路2a的出口側(cè)的過(guò)濾器插 入孔2b ；用以檢查流體漏泄的漏泄口 2c的。另外，在閥體7的下游側(cè)用多根螺栓(圖示省 略)連接不銹鋼材制的出口側(cè)塊3，其中設(shè)有連通于閥體7的出口通路7d的排出通路3a; 形成在排出通路3a的入口側(cè)的小孔套插入孔3b ；用以檢查流體漏泄的漏泄口 3c。金屬隔膜8如圖2所示，用將鈷、鎳作為基底，加入鎢、鉬、鈦、鉻等耐久性、耐蝕性、 耐熱性優(yōu)良的高彈性合金(SPR0N100)制的極薄板材，形成為其中央部向上隆起的反碟形， 配置在凹部7a內(nèi)，使其與閥座7c相對(duì)，分別插入在凹部7a內(nèi)的筒狀壓套適配器9、致動(dòng)器 殼體10的下端部及基座壓套11用多根螺栓31擰入固定在閥體7側(cè)，金屬隔膜8的外周邊 緣部用壓套適配器9等對(duì)閥體7側(cè)氣密狀態(tài)地保持固定。另外，金屬隔膜8的材質(zhì)是不銹鋼或鎳鉻鐵合金，也可為其它合金，另外，也可以 是多枚金屬隔膜8層疊而成的金屬隔膜8。致動(dòng)器殼體10如圖2所示，用熱膨脹率小的殷鋼材料形成為筒狀，在致動(dòng)器殼體 10的下端部外周面上，形成用基座壓套11下壓的臺(tái)階部10a，同時(shí)在致動(dòng)器殼體10的上端 部外周面上，形成上下方向自由移動(dòng)調(diào)整地?cái)Q著調(diào)整用蓋形螺母19及鎖緊螺母20的外螺 紋10b。另外，在致動(dòng)器殼體10的下端部周壁上，貫通狀地形成以松配合狀態(tài)穿過(guò)作為預(yù)壓 機(jī)構(gòu)21的構(gòu)件的兩根連接銷28的縱長(zhǎng)的導(dǎo)向孔10c。如圖1所示，壓電元件13(壓電致動(dòng)器)設(shè)置在致動(dòng)器殼體10內(nèi)，壓著金屬隔膜 8。該壓電元件13經(jīng)由軸承支架17及軸承18支持在其上端部側(cè)螺紋聯(lián)接在致動(dòng)器殼體10 的上端部上的調(diào)整用蓋形螺母19上，電壓的施加使其向下方伸長(zhǎng)，就會(huì)通過(guò)上側(cè)滾珠16、 預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的第1預(yù)壓引導(dǎo)件26、下側(cè)滾珠15、碟形彈簧機(jī)構(gòu)14及隔膜壓塞12將金屬隔 膜8的中央部向閥座7c側(cè)壓緊。另外，壓電元件13采用工作溫度范圍為-20°C 150°C的層疊型的壓電元件。碟形彈簧機(jī)構(gòu)14在設(shè)于金屬隔膜8的上面?zhèn)鹊母裟喝?2與設(shè)于壓電元件13 的正下方位置的預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的第1預(yù)壓引導(dǎo)件26之間，金屬隔膜8由于壓電元件13的伸 長(zhǎng)而向閥座7c坐落時(shí)吸收壓電元件13的伸長(zhǎng)，同時(shí)向控制閥1的閥座部(由閥座7c及金 屬隔膜8的與閥座7c觸接的部分構(gòu)成)施加預(yù)定壓力。亦即，如圖2所示，碟形彈簧機(jī)構(gòu)14由下列部分構(gòu)成，即其下端部具有插入隔膜 壓塞12的向下的插入孔22a，上端部設(shè)有上方敞開(kāi)的收容空間22b，中間部形成隔壁22c的 筒狀的隔膜壓塞支承座22 ；收容在隔膜壓塞支承座22的收容空間22b中，承載于隔壁22c 上的多枚碟形彈簧23 ；置放于最上的碟形彈簧的上面，在上面中心部具有承載上側(cè)滾珠15 的圓錐狀的滾珠支承溝24a，并在下端部外周面上設(shè)有凸緣部24b的滾珠支承24 ；上下方向 可自由移動(dòng)調(diào)整地螺紋聯(lián)接在形成在隔膜壓塞支承座22的上端部外周面上的外螺紋22d 上，擋住滾珠支承24的凸緣部24b并防止?jié)L珠支承24及碟形彈簧23從隔膜壓塞支承座22 的收容空間22b脫出，同時(shí)調(diào)整碟形彈簧23的反彈力的彈簧調(diào)整用螺母25。可通過(guò)調(diào)整彈簧調(diào)整用螺母25的擰入量來(lái)自由調(diào)整碟形彈簧23的反彈力。另外，隔膜壓塞支承座22、滾珠支承24及彈簧調(diào)整用螺母25分別用熱膨脹率小的 殷鋼材料形成。另外，隔膜壓塞12用聚酰亞胺或熱膨脹率小的殷鋼材料形成。預(yù)壓機(jī)構(gòu)21設(shè)置在壓電元件13的下端部與碟形彈簧機(jī)構(gòu)14之間以及致動(dòng)器殼 體10的周圍，構(gòu)成為始終在壓電元件13上施加向上的壓力，并可從外部調(diào)整加在壓電元件 13上的壓力。S卩，預(yù)壓機(jī)構(gòu)21如圖2至圖4所示，由下列部分構(gòu)成自由升降地配置在壓電元件 13的正下方位置，經(jīng)由上側(cè)滾珠16與壓電元件13的下端面相觸接的圓盤狀的第1預(yù)壓引 導(dǎo)件26 ；上下自由移動(dòng)地套在致動(dòng)器殼體10的外周面上的筒狀的第2預(yù)壓引導(dǎo)件27 ；貫 通狀地插入在第1預(yù)壓引導(dǎo)件26和第2預(yù)壓引導(dǎo)件27中，連接第1預(yù)壓引導(dǎo)件26與第2 預(yù)壓引導(dǎo)件27，并沿形成在致動(dòng)器殼體10上的縱長(zhǎng)的導(dǎo)向孔IOc上下移動(dòng)的兩根平行的 連接銷28 ；可上下自由移動(dòng)調(diào)整地螺紋聯(lián)接在第2預(yù)壓引導(dǎo)件27的上端部外周面上的預(yù) 壓調(diào)整用螺母29 ；在其上端部觸接預(yù)壓調(diào)整用螺母29的狀態(tài)下設(shè)置在致動(dòng)器殼體10的周 圍，上推第1預(yù)壓引導(dǎo)件26、連接銷28、第2預(yù)壓引導(dǎo)件27、預(yù)壓調(diào)整用螺母29，始終加壓 于壓電元件13的預(yù)壓彈簧30。通過(guò)預(yù)壓調(diào)整用螺母29、第2預(yù)壓引導(dǎo)件27、連接銷28及 第1預(yù)壓引導(dǎo)件26將預(yù)壓彈簧30的反彈力施加到壓電元件13上，從而始終加壓于壓電元 件13，另外，可通過(guò)改變預(yù)壓調(diào)整用螺母29的擰入量，自由調(diào)整加在壓電元件13上的壓力。具體地說(shuō)，第1預(yù)壓引導(dǎo)件26用不銹鋼材料或熱膨脹率小的殷鋼材料形成為圓盤 狀，可自由升降地設(shè)置在壓電元件13的下端部與碟形彈簧機(jī)構(gòu)14之間。在該第1預(yù)壓引 導(dǎo)件26的上面中心部上，形成承載設(shè)置在壓電元件13的下端面的上側(cè)滾珠16的圓錐狀的 滾珠支承溝26a，同時(shí)在第1預(yù)壓引導(dǎo)件26的下面中心部上，形成插入承載在滾珠支承24 的下側(cè)滾珠15的倒圓錐狀的滾珠支承溝26b。另外，在第1預(yù)壓引導(dǎo)件26上，以第一預(yù)壓 引導(dǎo)件26的軸心為中心左右對(duì)稱地形成將兩根連接銷28以水平姿勢(shì)且平行狀態(tài)插入的兩 個(gè)插入孔26c。該兩個(gè)插入孔26c形成為與致動(dòng)器殼體10的縱長(zhǎng)的導(dǎo)向孔IOc相對(duì)。第2預(yù)壓引導(dǎo)件27用不銹鋼材料或膨脹率小的殷鋼材料形成為圓筒狀，可上下方 向自由滑動(dòng)地套在致動(dòng)器殼體10的外周面上。在該第2預(yù)壓引導(dǎo)件27的下端部上，形成 分別將插入在第1預(yù)壓引導(dǎo)件26的插入孔26c上的兩根平行的連接銷28的兩端部插入的 插入孔27a，同時(shí)在第2預(yù)壓引導(dǎo)件27的上端部外周面上，形成用以聯(lián)接預(yù)壓調(diào)整用螺母 29的外螺紋27b。兩根連接銷28用不銹鋼材料或熱膨脹率小的殷鋼材料形成為軸狀，貫通地插入 在第1預(yù)壓引導(dǎo)件26和第2預(yù)壓引導(dǎo)件27上，將第1預(yù)壓引導(dǎo)件26與第2預(yù)壓引導(dǎo)件27 聯(lián)接。這時(shí)，兩個(gè)連接銷28以松配合狀態(tài)穿過(guò)致動(dòng)器殼體10的縱長(zhǎng)的導(dǎo)向孔IOc中，可沿 導(dǎo)向孔IOc上下移動(dòng)，并成為被收容在形成于基座壓套11的上面的凹下部Ila中的狀態(tài)。預(yù)壓調(diào)整用螺母29用不銹鋼材料或熱膨脹率小的殷鋼材料形成，可上下自由移 動(dòng)調(diào)整地螺紋聯(lián)接在形成于第2預(yù)壓引導(dǎo)件27的上端部外周面上的外螺紋27b上。預(yù)壓彈簧30在上端部分別觸接在預(yù)壓調(diào)整用螺母29的下面、下端部分別觸接在 基座壓套11的上面的狀態(tài)下，設(shè)置在在致動(dòng)器殼體10的周圍，用其反彈力上推第1預(yù)壓引 導(dǎo)件26、連接銷28、第2預(yù)壓引導(dǎo)件27、預(yù)壓調(diào)整用螺母29，從而始終加壓于壓電元件13。 該預(yù)壓彈簧30采用壓簧。另外，預(yù)壓彈簧30可通過(guò)調(diào)整預(yù)壓調(diào)整用螺母29的擰入量來(lái)自由變更加在壓電元件13上的壓力。再者，上述壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1通過(guò)對(duì)調(diào)整用蓋形螺母19的擰入量的調(diào)整，使由壓電元件13產(chǎn)生的金屬隔膜8的動(dòng)作行程達(dá)到設(shè)定值。另外，壓電元件驅(qū) 動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1通過(guò)對(duì)預(yù)壓調(diào)整用螺母29的擰入量的調(diào)整，使由預(yù)壓彈簧30產(chǎn) 生的向壓電元件13的壓力達(dá)到設(shè)定值。此例中，設(shè)定為壓電元件13上始終被施加200N左 右的壓力。再者，壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1在組裝后，隔膜壓塞12、碟形彈簧機(jī) 構(gòu)14的各構(gòu)件、下側(cè)滾珠15、第1預(yù)壓引導(dǎo)件26、上側(cè)滾珠16、壓電元件13等的軸心成為 高度一致的狀態(tài)。于是，依據(jù)上述壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1，如果從控制電路(圖示省 略)通過(guò)連接器向壓電元件13施加驅(qū)動(dòng)電壓，則壓電元件13按照施加電壓伸長(zhǎng)設(shè)定值。這時(shí)，由于用預(yù)壓機(jī)構(gòu)21始終向上方對(duì)壓電元件13施加壓力，例如，將控制閥在 高溫環(huán)境下使用時(shí)，即使收容壓電元件13的致動(dòng)器殼體10等由于熱膨脹而伸長(zhǎng)，也不會(huì)在 壓電元件13的上端部與調(diào)整用蓋形螺母19之間產(chǎn)生間隙，可以通過(guò)預(yù)壓機(jī)構(gòu)21向壓電元 件13始終加一定壓力。其結(jié)果，該壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1在壓電元件13的 伸長(zhǎng)時(shí)，可以將其發(fā)生的力向金屬隔膜8側(cè)可靠且良好地傳遞。圖5的曲線圖用來(lái)確認(rèn)預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的效果，將設(shè)有預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的本發(fā)明的壓電 元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1與未設(shè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的通常的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型 控制閥的使用溫度與位移量的關(guān)系用曲線表示。如圖5的曲線所示，設(shè)有預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的本 發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1能夠比未設(shè)預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金 屬隔膜型控制閥向金屬隔膜8更可靠地傳遞壓電元件13的作用力。一旦向壓電元件13施加的電壓使壓電元件13伸長(zhǎng)，用壓電元件13的作用力就通 過(guò)上側(cè)滾珠16、第1預(yù)壓引導(dǎo)件26、下側(cè)滾珠15及碟形彈簧機(jī)構(gòu)14下壓隔膜壓塞12，于 是，向閥座7c側(cè)下壓金屬隔膜8并坐落在閥座7c上，成為閉閥狀態(tài)。金屬隔膜8向閥座7c坐落后，夾設(shè)在壓電元件13的下端部與隔膜壓塞12之間的 碟形彈簧機(jī)構(gòu)14吸收壓電元件13的伸長(zhǎng)，在閥座部(由閥座7c和金屬隔膜8的與閥座7c 觸接的部分構(gòu)成)上施加對(duì)于碟形彈簧23的位移量的反彈力。其結(jié)果，該壓電元件驅(qū)動(dòng)式 金屬隔膜型控制閥1不存在壓電元件13的大作用力直接加到閥座部上的問(wèn)題，可防止金屬 隔膜8及閥座7c的損傷。另一方面，向壓電元件13的施加電壓一旦解除，壓電元件13就從伸長(zhǎng)狀態(tài)恢復(fù)到 原來(lái)的長(zhǎng)度尺寸，同時(shí)加到金屬隔膜8上的壓緊力失卻，于是，金屬隔膜8由于其彈性力恢 復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，從閥座7c離坐而成為開(kāi)閥狀態(tài)。這時(shí)，在壓電元件13上，由于預(yù)壓機(jī)構(gòu)21始終向上方加有施壓壓電元件13的壓 力，不存在壓電元件13的重量加在金屬隔膜8上的問(wèn)題，加在金屬隔膜8上的重量為隔膜 壓塞12的重量與碟形彈簧機(jī)構(gòu)14重量之和。其結(jié)果，采用該壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型 控制閥1可以減輕加在金屬隔膜8上的重量，從而減小了金屬隔膜8靠其彈性力從閥座7c 離開(kāi)時(shí)加在金屬隔膜8上的負(fù)載，可以延長(zhǎng)金屬隔膜8的使用壽命。再者，上述壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1中，始終加壓于壓電元件13的預(yù) 壓機(jī)構(gòu)21的預(yù)壓彈簧30設(shè)在致動(dòng)器殼體10的周圍，并可用螺紋聯(lián)接在位于致動(dòng)器殼體10 的外側(cè)的第2預(yù)壓引導(dǎo)件27上的預(yù)壓調(diào)整用螺母29調(diào)整加在壓電元件13上的壓力，因此，即便使用具有大彈性力的預(yù)壓彈簧30，也不存在致動(dòng)器殼體等形體增大的問(wèn)題，另外，無(wú)需 拆卸控制閥本體就可自由調(diào)整加于壓電元件13的壓力。另外，壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1中，預(yù)壓機(jī)構(gòu)21的第2預(yù)壓引導(dǎo)件27、 預(yù)壓調(diào)整用螺母29及預(yù)壓彈簧30設(shè)在致動(dòng)器殼體10的周圍，裝配簡(jiǎn)單且容易進(jìn)行。再有，該壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1的碟形彈簧機(jī)構(gòu)14的構(gòu)成部分包 括形成了上方敞開(kāi)的收容空間的隔膜壓塞支承座22 ；設(shè)置在隔膜壓塞支承座22的收容空 間上的多枚碟形彈簧23 ；置放在最上的碟形彈簧23的上面的滾珠支承24 ；上下方向自由 移動(dòng)調(diào)整地螺紋聯(lián)接在隔膜壓塞支承座22上，可調(diào)整碟形彈簧23的反彈力，并可防止?jié)L珠 支承24及碟形彈簧23脫出的彈簧調(diào)整用螺母25。該壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1 具有可通過(guò)改變彈簧調(diào)整用螺母25的擰入量來(lái)調(diào)整碟形彈簧23的反彈力的結(jié)構(gòu)，無(wú)需將 碟形彈簧23更換為其他碟形彈簧23就可自由調(diào)整碟形彈簧23的反彈力。產(chǎn)業(yè)上的利用可能件本發(fā)明的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥1主要用在半導(dǎo)體制造設(shè)備等的氣 體控制管線中，但其應(yīng)用對(duì)象不限于上述的半導(dǎo)體制造裝置等，也可用于化學(xué)、藥品、食品 工業(yè)等中的各種裝置的氣體供給管線。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，設(shè)有通過(guò)壓電元件(13)的伸長(zhǎng)經(jīng)由隔膜 壓塞(12)向閥座(7c)坐落或從閥座(7c)離開(kāi)的金屬隔膜(8)，其特征在于，配設(shè)在壓電元件(13)和金屬隔膜(8)之間的碟形彈簧機(jī)構(gòu)(14)由下列部分構(gòu)成隔膜壓塞支承座(22)，其下端部插入隔膜壓塞(12)，上端部形成上方敞開(kāi)的收容空間 (22b)；多個(gè)碟形彈簧(23)，配設(shè)在隔膜壓塞支承座(22)的收容空間(22b)；滾珠支承(24)，置放在最上位的碟形彈簧(23)的上面，位于壓電元件(13)的下方，將 壓電元件(13)的伸長(zhǎng)向碟形彈簧(23)傳遞；以及彈簧調(diào)整用螺母(25)，調(diào)整碟形彈簧(23)的反彈力并防止?jié)L珠支承(24)及碟形 彈簧(23)脫出地螺接于隔膜壓塞支承座(22)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，其中，設(shè)有配設(shè)在壓電元 件(13)和碟形彈簧機(jī)構(gòu)(14)之間的總是對(duì)壓電元件(13)施加向上的壓力的預(yù)壓機(jī)構(gòu) (21)。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，其中，預(yù)壓機(jī) 構(gòu)(21)配設(shè)在壓電元件(13)的正下方位置，并設(shè)為通過(guò)彈簧的彈性力經(jīng)由滾珠(16)向壓 電元件(13)的下端面施加向上的壓力的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，其中，預(yù)壓機(jī) 構(gòu)(21)設(shè)為能夠調(diào)整施加到壓電元件(13)的向上的壓力的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥，其中，預(yù)壓機(jī)構(gòu)(21)設(shè)為 能夠調(diào)整施加到壓電元件(13)的向上的壓力的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電元件驅(qū)動(dòng)式金屬隔膜型控制閥。在高溫環(huán)境下也能進(jìn)行高精度的穩(wěn)定流量控制，并可無(wú)需拆卸控制閥自身來(lái)調(diào)整加在壓電元件上的壓力。具體由下列構(gòu)件構(gòu)成形成有閥室7a′和閥座7c的閥體7；設(shè)置在閥室7a′內(nèi)，可落入或離開(kāi)閥座7c的金屬隔膜8；固定在閥體7側(cè)的致動(dòng)器殼體10；設(shè)置在致動(dòng)器殼體10內(nèi)，因電壓的施加而向下方伸長(zhǎng)，通過(guò)金屬隔膜壓塞12加壓于金屬隔膜8的壓電元件13；在金屬隔膜8向閥座7c坐落時(shí)吸收壓電元件13的伸長(zhǎng)，并可向閥座7c等施加預(yù)定壓力的碟形彈簧機(jī)構(gòu)14；在壓電元件13上常時(shí)施加向上的壓力，并可從外部調(diào)整加在壓電元件13上的壓力的預(yù)壓機(jī)構(gòu)21。
文檔編號(hào)F16K7/14GK101994870SQ201010226949
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者土肥亮介, 平田薰, 松本篤咨, 池田信一, 西野功二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社富士金