JPH0210316Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、真空装置内に各種のガスを安定した
流量で導入し、真空装置内のガス圧力を一定に保
持する目的で用いられるガス導入装置に関する。

（従来技術とその問題点） 従来の真空装置のガス導入装置は、手操作によ
るものを除くと、電気的加熱によつて弁軸を伸縮
させるか、ソレノイドのコイルに流す電流の電磁
力によつて弁軸を移動させるか、等でニードル弁
の開度を調節するものであつた。しかしこれらに
は調節に時間がかゝる欠点があり、ガス導入装置
を流量センサー、電気回路と組合せてマスフロー
コントローラを構成したときの応答性（設定値の
例えば±２％に達するまでの時間）は、応答の速
いものでせいぜい３〜４秒が限界であつて、
MOCVD、メタルシリサイド、メタルCVDなど
の真空装置用には、より高速のガス導入装置の開
発が望まれていた。

応答の高速性を満足するものとして、電圧印加
時の圧電素子の変形をバルブの開閉に利用するピ
エゾバルブが、最近用いられはじめた。

第３図にピエゾバルブの一例を示す。その構成
と作用を説明すると、入口１から流入したガス
は、フイルター２、細孔３を経由してガス室４に
入り待機するが、板状圧電素子５の両面に設けら
れた電極（図示せず）に図示しない電源から電圧
が印加されると、圧電素子５はその電圧にほゞ比
例して湾曲し、圧電素子５に貼付されたバルブ６
がバルブシート７から離れ、ガス室４のガスがバ
ルブシート体１１の央部の細孔８を通つて出口９
に導入される。バルブシート体１１には圧縮スプ
リング１０の圧下力が働いているが、ネジ１２が
その圧下を阻止しており、バルブの開度はこのネ
ジ１２の回転で微細に調節できるようになつてい
る。

このピエゾバルブには、圧電素子に印加する直
流電圧によつて殆んど瞬間的に（ｍ sec台の速
さで）弁の開閉が完了し、しかも開閉駆動に電力
を要せず小型、軽量の長所があるが、その反面次
の欠点がある。即ち、電圧印加時の圧電素子の変
形が極めて僅小であるため、弁開閉のストローク
が小さく、殊に小流量時の弁の開度が余りに微少
であつて、温度変化に基く弁軸、弁体部の膨張、
収縮の影響を受け易く、弁座部の仕上げによつて
は大きい非直線性を生ずるということである。こ
のため、マスフローコントローラを作つたとき、
応答は速いが、オフセツト量が大きく、またそれ
が温度などで浮動するという問題を生じている。

（考案の目的） 本考案は、上記問題を解決し、温度や仕上げの
影響を受けることが少く、しかも応答速度の充分
に速い、真空装置のガス導入装置の提供を目的と
する。

（考案の構成） 本考案は、ピエゾバルブを使用する真空装置の
ガス導入装置において、該ピエゾバルブの圧電素
子に周期的に電圧パルスを印加し、その電圧パル
スのデユーテイを変化させることで、ガス導入流
量を調節する真空装置のガス導入装置によつて前
記目的を達成したものである。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図に基いて説明する。

第１図は、本考案の実施例のガス導入装置３０
を、マスフローコントローラに使用した状態で略
示するものであつて、真空計２１と排気装置２２
を備える真空容器２０に導入されるガスは、ガス
供給装置２６から送り出されたのち、ピエゾバル
ブ２５、流量センサー２３を経由するようになつ
ている。

ピエゾバルブ２５に内蔵される圧電素子は、パ
ルス電圧発生装置２４の出力する、波高値Ｖ、周
期ａ、パルス幅ｂ（従つてデユーテイ Ｄ＝ｂ／
ａ）のパルス電圧で駆動される。第２図Ａ，Ｂに
は駆動パルス電圧の例を示した。波高値Ｖとして
はピエゾバルブ全開電圧またはそれに近いものが
選ばれ、周期ａは10ｍ sec以上、通常は20〜50
ｍ secが使用され、パルス幅ｂは比較器２７の
出力電圧で変更される。比較器２７は流量センサ
ー２３の流量検出電圧と、流量設定器２８であら
かじめ設定されている流量設定電圧とを比較し
て、その差に応じた電圧を出力する。

さて、従来、ピエゾバルブの圧電素子に与えら
れていた電圧は、第２図Ｃに示すｅのようなもの
であつた。（但しｂ／ａ＝ｅ／ｖ）。バルブはこの
直流電圧ｅに比例してその開度を変えるので、ｅ
の値が小さくなるとバルブ開度が極めて小さいも
のになり、温度変化にもとずくバルブ開度の浮動
変化値ｆ（電圧に換算）に近接して、オフセツト
量を大きくしたり、流量設定を不確かなもの（開
度ｅを得るつもりのときに、開度がｅ−ｆにな
る）にしていたことは、前述の通りである。

本考案のパルス駆動では上記の不具合が消失す
る。何故ならバルブは、駆動される毎に必ず全開
又はそれに近い開度のＶ（相当開度）までいつぱ
いに開かれ、このＶはｆと較べて充分に大きい値
だからである。弁座の仕上がりの影響で実質的開
度が非直線的を帯びる、などの不都合も同じ理由
で生じなくなる。

ピエゾバルブは１ｍ sec程度の短時間で全開
又は全閉する。従つて、周期ａを短かく、例えば
100ｍ sec以内などに選ぶ限り、第１図などの制
御系の応答時間は、従来と同様充分に短いものに
できる。即ち、パルス駆動によつて失なわれるも
のはない。

（考案の効果） 本考案は、温度変化や弁座、弁部の機械仕上げ
の良否の影響を受けることが少く、かつ応答速度
の充分に速い、真空装置のガス導入装置を提供す
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例のガス導入装置を、
その使用状態で略示する図。第２図はピエゾバル
ブの駆動の電圧−時間のグラフであつて、Ａ，Ｂ
はパルス駆動の場合の図、Ｃはパルス駆動と従来
の駆動の比較を示す図。第３図は、ピエゾバルブ
の一例を示す図。 ２０……真空容器、２２……排気装置、２３…
…流量センサー、２４……パルス電圧発生装置、
２５……ピエゾバルブ、２６……ガス供給装置、
２７……比較器、２８……流量設定器、３０……
ガス導入装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ピエゾバルブを使用する真空装置のガス導入装
   置において、該ピエゾバルブの圧電素子に周期的
   に電圧パルスを印加し、その電圧パルスのデユー
   テイを変化させることで、ガス導入流量を調節し
   たことを特徴とする真空装置のガス導入装置。