JPH03272373A

JPH03272373A - 高温域用流量制御バルブおよびマスフローコントローラならびに高温域用積層型変位素子

Info

Publication number: JPH03272373A
Application number: JP2211405A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Watabe; 嘉幸渡部; Junichi Watanabe; 純一渡辺; Shigeru Sadamura; 定村　茂; Takahiro Sometsugu; 孝博染次
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1991-12-04
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2740342B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は１例えば半導体工業においてガス流量を精密に
制御するために多用される流量制御バルブに関するもの
であり、特に積層型変位素子を駆動源とし、かつ常温よ
り高い温度領域における使用に適した高温域用流量制御
バルブおよびマスフローコントローラならびにこれらの
用途に適した高温域用積層型変位素子に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の積層型変位素子を駆動源とする流量制御バルブと
しては１例えば特開昭６１−１２７９８３号公報に開示
されるような構成のものがある。

第９図は上記流量制御バルブの一例を示す要部縦断面図
であり、所謂ノーマルオープン型と称されるものである
。第９図において１１は本体であり１例えばステンレス
鋼のような構造材料によりブロック状に形成すると共に
、上方に開口する弁室１２と、この弁室１２に連通する
流入流路１３および流出流路１４を設ける。１５は弁座
であり弁室１２の下部に設けると共に、流出流路１４に
連通ずる弁口１６を設ける０次に１７はダイヤフラムで
あり、金属材料によって薄板状に形成し弁室１２の上方
を密閉するように設けると共にその下面に弁体１８を前
記弁口１６に臨むように一体に固着する０次に１９はハ
ウジングであり前記本体１１　と同様な材料により、中
空筒状に形成して、弁室１２を密閉するように本体１１
の上方に押さえ金２０を介して固着する。２】　は積層
型変位素子であり、下端部に弁棒２２を固着すると共に
、弁棒２２がダイヤフラム１７と接触するようにハウジ
ング１９内に挿着する。３３は開度調整ねしであり、そ
の下端部が積層型変位素子２１　と接触するようにハウ
ジング１９の上端部に螺着する。

上記の構成により、弁座１５と弁体１８との間には所定
の間隙が確保されるから、流入流路１３から弁室１２お
よび弁口１６を介して流出流路１４にガス等の流体が流
れる０次に積層型変位素子２１に、直流電圧を印加する
と、積層方向に伸長する。従って弁棒２２が下方に押し
下げられ更に弁体１８が下方に変位する。これにより弁
体ｌＢと弁座１５との間隙、すなわち弁ロ１６０開度が
小さくなる。一方積層型変位素子２１に印加した直流電
圧を除去すると、積層型変位素子２１は、前記電圧印加
による伸長骨だけ収縮する。従って弁体１８はダイヤフ
ラム１７の復元力によって元の位１に復帰し、弁口１６
の開度もまた元の状態にｉｊ！！帰する。以上のように
して積層型変位素子２１に印加する直流電圧によって弁
口１６の開度を調整することができ、この結果流出流Ｂ
　１４からのガス等の流体の流量を制御することができ
るのである。

次に上記流量制御バルブに使用されている積層型変位素
子について記述する。

最近は積層型変位素子として例えば特公昭５９３２０４
０号公報に記載のように、原料粉末にバインダーを添加
、混練したペースト状の圧電セラミック材料を、所定の
厚さの薄板に形成し、この薄板の一方の面若しくは両面
に銀−パラジウム等の導電材料を塗布して内部電極を形
成し、上記薄板を所定枚数積層して圧着し、更に所定の
形状に加工した後、焼成することによってセラミック化
し。

積層体の両側面に外部電極を形成した積層チップコンデ
ンサ構造方式のものが実用化されている。

上記構成の積層型変位素子は、圧電セラミック材料から
なる薄板と内部電極の接合部の密着性に優れ、長期間に
亘って劣化が極めて少ない等の利点がある。

第１Ｏ図は上記積層型変位素子の構成の例であり所謂交
互電極型と称されるものである。第１０図において、３
１は薄板であり圧電セラミック材料によって形成し、正
負の内部電極３２ａ、　３２ｂを交互に挟着して積層し
、積層体３５を形成する。内部電極３２ａ、　３２ｂは
各々一方の端縁部が外方に突出若しくは露出するように
形成し、各々積層方向に延設した外部電極３３ａ、　３
３ｂと接続し、はんだ３７を介してリード線３６を接続
する。

以上の構成により、外部電極３３ａ、　３３ｂに正負の
電圧を印加すると、前記内部電極３２ａ、　３２ｂ間に
電界が発生し、薄板３１は圧電セラミック材料の縦効果
により厚さ方向に伸びて変位を生ずる。

次に第１１図に示すものは他の積層型変位素子の例であ
り、圧電変位効率を向上させた所謂全面電極型と称され
るものである（例えば特開昭５８１９６０６８号公報等
参照）、第１１図において同一部分は前記第１０図と同
一の参照符号で示すが、内部電極３２ａ、　３２ｂば薄
板３１の表面全域に及ぶように形成して５所要枚数を前
記同様に積層する０次に上記のようにして形成した積層
体３５の一方の側面において、内部電極３２ａ、　３２
ｂの端縁に一層おきに（例えば内部電極３２ｂのみに）
絶縁材料からなる被覆３４を設けるとともに、被覆３４
の上から導電性材料からなる外部電極３３ａを被着させ
る。

一方積層体３５の他の側面においては、上記被覆３４を
設けなかった内部電極（例えば３２ａ）の端縁に前記と
同様に被覆３４を設け、その上から外部電極３３ｂを被
着させるのである。以上の構成による作用は前記第１Ｏ
図におけるものと同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第９図に示す従来の流量制御バルブにおいては５ガ
スが流通する弁室１２内に弁体１８が存在し、この弁体
１８は弁座１５に設けた弁口１６内に出入することによ
って流量制御を行うような構成である。そして弁体１８
はガス流の遮断時においては、弁口１６の端部と接触し
、また流量制御時においては弁口１６の端部、内周面と
摺動するから１８！耗によって発生する金属粉がガスに
混入するという問題点がある。なお図示を省略したが、
ノーマルクローズ型の流量制御バルブにおいては、上記
弁体１８と弁口１６との接触、摺動の頻度はノーマルオ
ーブン型と比較して温かに大であるため８摩耗による金
属粉の発生量もまた大であり、上記問題点は更に深刻と
なる。

上記問題点を解消するために１本出願人は弁体１８を省
略し、ダイヤフラム１７を直接に弁座１５と当接離脱自
在に形成した流量制御バルブについてすでに出願してい
る（例えば特願平１９４４９２号）。

第１図は上記流量制御バルブを示す要部縦断面図であり
、同一部分は前記第９図と同一の参照符号で示す。第１
図において、２６はダイヤフラム押さえであり、ハウジ
ング１９と本体１１　との間に挟着し、ダイヤフラム１
７を固着する。２７は圧縮コイルばねであり、弁棒２２
とダイヤフラム押さえ２６との間に弁棒２２を上方に押
圧するように介装する。

上記の構成により、弁座１５とダイヤフラム１７との間
には所定の間隔が確保されるから、流入流路１３から弁
口１６および弁室１２を介して流出流路１４にガスが流
れる。そして積層型変位素子２１に積層方向に伸長する
ように直流電圧を印加すると、圧縮コイルばね２７の反
発力に抗して弁棒２２を介してダイヤフラム１７の中央
部を下方に押し下げ、ダイヤフラム１７と弁座１５との
間隔を縮小させ、すなわち弁口１６の開度を縮小するか
ら、ガスの流量を減少することができる。

積層型変位素子２１への印加電圧を解除すれば圧縮コイ
ルばね２７の復元力により弁棒２２は元の位置に復帰し
、ダイヤフラムＩ７も元の位置に復帰する。従って前記
第９図におけるものと同様にガスの流量を制御すること
ができる。

上記第１図に示すものにおいては、ダイヤフラム１７は
弁座１５と当接離脱するのみで１両者間には摺動作用は
存在しないため、第９図に示すものにおけるような摩耗
による金属粉が発生せずまた圧縮コイルばね２７もガス
流路外に設けられているため、その作動による金属粉の
発生もなく。

従って金属粉がガスに混入することがない。しかしなが
ら、従来の流量制御バルブにおいて使用されている積層
型変位素子２１の変位量は積層方向の長さが４０　ｆｉ
のものであっても３０〜４０μ霧程度にすぎない。この
種の圧電バルブにおけるガスの流量は弁座１５とダイヤ
フラム１７との間隙寸法によって定まるため、上記変位
量によっては微少流量しか確保できない、従って流量の
大なる圧電バルブを実現するためには、積層型変位素子
２１を構成する薄板３１および内部電極３２ａ。

３２ｂの積層数を増大させる必要があり、必然的に圧電
バルブが大型になり、占有空間を増大させるという問題
点がある。このため従来の圧電バルブは微少流量用のも
のに限定され、大流量用のものには不適とされていた。

また大流量用に使用する場合、若しくは広範囲の流量制
御用として使用する場合には、数個の圧電バルブを必要
とし、占有空間若しくは占有床面積の増大を招来するの
みならず、保守点検および管理が煩雑であるという問題
点も併存する。

また近年半導体製造分野においては、より高純度、高温
度の反応ガスを使用することが検討されており、そのた
めその機器類も高温に耐えるものが要望されている。し
かるに上記従来の流量制御バルブを例えば１００℃以上
のような高い温度領域において使用する場合には、薄板
３１を形成する電気機械変換材料の変位量や静電容量が
温度によって大幅に変化するため、所定の機能を発揮で
きないという問題点がある。すなわち９例えば一般に使
用されている電気機械変換材料のキュリー温度（圧電特
性を喪失する温度）は１５（１℃前後であるため、素子
の温度が１００℃を超えると圧電歪定数ｄ！３が急激に
減少し、変位量が激減し、所定の変位量を確保すること
ができなくなるという問題点がある。特に近年において
は１上記流量制御バルブの用途が２００℃前後の高温度
領域にまで拡大すると共に、従来以上の厳しい仕様が要
求されており１使用雰囲気温度の如何に拘わらず、安定
した制御機能を具有する流量制御バルブの出現が強く望
まれている。

また上記のような温度上昇により、外部電極３３ａ、　
３３ｂとリード線３６とを接続するはんだ３７の溶融に
よる導通不良等の不都合を招来する。

更に例えば高湿度雰囲気による絶縁破壊防止および強度
向上のために、素子の表面にエポキシ樹脂材料（エポキ
シ−芳香族ジアミン、ポリアミンナイロンおよび脂肪族
アミン系）からなる被膜を設けた構成のものにおいては
、被膜が溶融若しくは剥離して、素子のｉ１１能を阻害
するという問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、使用
雰囲気温度が高い温度であっても、変位量および静電容
量等の特性を所定の水準に確保し得ると共に、安定性が
あり、かつ信転性の高い高温域用流量制御バルブを提供
することを目的とする。

また本発明は上記高温域用流量制御バルブを使用したマ
スフローコントローラを提供することを目的とする。

更に本発明は高温雰囲気において使用しても圧電歪定数
ｄ）３が充分に大なる値を保持し、導通不良その他の不
都合を発生することなく、所定の変位を安定して発生し
得る高温域用積層型変位素子を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、第１の発明においては、開口
端を有する弁室と一端をこの弁室と通じ他端を開口する
ように形成した流入流路および流出流路とを設けた本体
と、流入流路または流出流路の弁室に通じる端部に設け
た弁座と、前記弁室の開口端を密閉するように設けた金
属材料からなる薄板状のダイヤフラムと、前記本体の弁
室開口端に配設したハウジングと、このハウジング内に
設けた積層型変位素子とを有する流量制御バルブにおい
て、積層型変位素子を常温より高い温度領域において圧
電歪定数ｄ３ｆｆが最大値を示すような電気機械変換材
料によって形成し、前記ダイヤフラムを前記弁座に当接
離脱自在に駆動するように構成する。という技術的手段
を採用した。

次に第２の発明においては、前記第１の発明に電気機械
変換材料の圧電歪定数ｄｆｆ３が最大値を示す温度領域
近傍の温度で積層型変位素子が作動するように加熱手段
を設ける。という技術的手段を付加した。

第３の発明においては、流量制御バルブの流入流路また
は流出流路に配設した流量検出器と、この流量検出器の
出力に応じて前記流量制御バルブを制御する制御手段と
を有し、前記流量制御バルブとして第１の発明若しくは
第２の発明の高温域用流量制御バルブを使用する。とい
う技術的手段を採用した。

更に第４の発明においては、！気機械変換材料からなる
薄板と導電材料からなる内部電極とを各々複数個交互に
積層して積層体を形成し、この積層体の側面に前記内部
電極と１層おきに接続する１対の外部電極を設けてなる
積層型変位素子において、！気機械変換材料として１０
０℃以上の温度領域において圧電歪定数ｄ３３が最大値
を示す材料を使用する。という技術的手段を採用した。

第５の発明においては、上記第４の発明に、積層体の表
面に耐熱絶縁性樹脂材料からなる被膜を設ける。という
技術的手段を付加した。

第６の発明においては、前記第４の発明若しくは第５の
発明に、液相温度２００℃以上のはんだにより外部電極
にリード線を接続する。という技術的手段を付加した。

また第７の発明においては、ｔｉｌｌ械変換材料からな
る薄板と導電材料からなる内部電極とを各々複数個交互
に積層して積層体を形成し、この積層体の側面に前記内
部電極と１層おきに接続する１対の外部電極を設けてな
る積層型変位素子において、１気機械変換材料として１
重量比で。

Ｐｂ０６１〜６６％、５ｒＣＯｓ　２〜５％Ｔ　＋　Ｏ
ｚ　１０．５〜１２％、　Ｚ　ｒ　Ｏｚ　　２０〜２２
％５ｂ２０３０．１〜２．０％の組成からなり、１００
℃以上の温度領域において圧電歪定数ｄ３３が最大値を
示す材料を使用する。という技術的手段を採用した。

〔作　用〕

上記の構成により、第１の発明ないし第３の発明におい
ては、ダイヤフラムを弁座に対して当接離脱自在とする
ことができ、流量制御ができると共に、常温より高い温
度領域においても流量制御バルブ若しくはマスフローコ
ントローラとしての所定の機能を充分に発揮させること
ができるのである。

また第４の発明ないし第７の発明においては常温より高
い温度領域においても導通不良その他の不都合を招来す
ることなく、積層型変位素子としての所定の変位を充分
に確保しつつ、安定した作動を行い得るのである。

〔実施例〕

第２図（ａｌないしくｄ＋は夫々本発明の実施例におけ
る積層型変位素子を構成する積層体の例を示す斜視図で
ある。まず第２図ｆａ＋において薄板３１を次のように
して形成する。化学組成式においてＰ　ｂｙ　Ｓｒ＋−
ｘＺ　ｒ、　Ｔｉｔ−ｙ○３＋Ｚｗｔ％５ｂｚＯｓとな
るようにＰｂＯ，５ｒＣＯｚ、ＴｉＯ，、Ｚｒ０ｘＳｂ
ｘＯｓからなる原材料を第１表に示すように配合する。

なお階６は従来から積層型変位素子用圧電材料として広
く使用されている０、５Ｐ　ｂ　　（Ｎ　ｉ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏｘ　　Ｏ，３５ＰｂＴｉＯｓ　　０．１５Ｐ
ｂＺｒＯｘを示す。

（以下余白）第　　１　　表 −ａにｉ量ｉｘｍバルブにおいては、駆動源である積層
型変位素子の変位量が大であることが要求されており、
従ってこれに使用される圧電材料の圧電歪定数ｄ、が大
であることが必要である。なお圧電歪定数ｄＳＳは次式
によって算出される。

ｄ２．＝９６゜　・　”３３・Ｓ３３・Ｋ。

但し、１．：真空の誘電率６晶：比誘電率Ｓ晶：弾性コンプライアンスＫｏ：電気機械結合係数上式のうち２弾性コンプライアンスＳ晶は圧電セラミッ
クスにおいては略１５　ＸＩＯ，−”ｄ／Ｎであり、！
気機械結合係数に！３は、従来材料では０．６〜０．１
程度が限界であることから１通常圧電セラミックスのキ
ュリー温度Ｔｃを低くして、室温近傍における比誘電率
ε晶を大きくすることによって圧電歪定数ｄ３ｆｆを大
きくする手段が採られていた。

上記の原材料を２４時間ボールミルで混合後８００℃で
１時間仮焼する。仮焼粉末を粉砕後、この仮焼粉末にポ
リビニールブチラールを添加し２トリクレン中に分散さ
せてスラリー化し、この混合材料をドクターブレード法
により、厚さ１００μ−のシート状の薄板３１に形成す
る０次にこの薄板３１の表面全域に内部電極３２ａ、　
３２ｂを形成する白金導電ペースト若しくは銀−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３２ａ、　３２ｂを有する薄板３Ｉ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、５００℃で脱バインダーを行っ
た後、＃素中１０５０〜１２００℃で１〜５時間焼結し
て、所定寸法に切断して積層体３５を形成する。この積
層体３５の寸法は例えば５Ｘ５Ｘ１０Ｉｌ（腫）若しく
は１０　Ｘ　１０　Ｘ　１０１　（ｖｍ　）である０次
にこの積層体３５の相隣る側面に絶縁材料からなる被覆
３７ａ、　３７ｂを、内部電極３２ａ、　３２ｂを横断
するように設ける。第２図（ｂ）において３８ａ、　３
８ｂは溝であり１例えばグイサー等により、被覆３７ａ
３７ｂの内部電極３２ａ、　３２ｂに対応する位１に刻
設する。第２図（Ｃ）において外部電極３３ａ、　３３
ｂを被覆３７ａ、　３７ｂ上に、前記溝３８ａ、　３８
ｂを横断するように設ければ、外部電極３３ａ、　３３
ｂと内部電極３２ａ、　３２ｂとを各々対応して接続す
ることができる０次に外部電極３３ａ、　３３ｂと電圧
供給用のリード線をはんだ（何れも図示せず）を介して
接続するのであるが、はんだとしては１重量比５ｎ２５
％、Ｐｂ７５％からなると共に、液相温度２６０’Ｃの
ものを使用する０次に第２図（ｄ）において３９は被膜
であり、ポリイミド系樹脂を流動浸漬法若しくは静電塗
装法によって外部電極およびはんだ（何れも図示せず）
を含む積層体３５の表面に設ける。上記のように形成し
た積層体３５に１．５に■／−の分極を施して特性を測
定した結果を表に併記した。　１１ｈ６は比較例である
従来使用されている材料によって形成した積層体に対す
るものである。

表から明らかなように、従来材による胤６においてはキ
ュリー温度が】４５°Ｃであるのに対して。

本発明の圧電材料であるＮｃｔｌ〜５に示すようなＰ　
ｂｔ　５ｒ１−＋＋Ｚ　ｒ、　Ｔｉ＋−ｙｏｔ　＋Ｚｗ
ｔ％Ｓｂ、０３系のものは、！気機械結合係数に３．が
０．８前後の極めて大なる値を示すことから、キュリー
温度Ｔｃを１８０’Ｃ以上の比較的高温度に保つことが
可能であり、従って１５０°Ｃ以上の高温度領域におい
ても使用が可能である。

第３図は温度と発生変位との関係を示す図であり、同図
中の麹は前記表中の階と対応する。なお第３図における
発生変位（圧電歪定数ｄ。に比例する）は印加電圧１５
０ｖに対するものである。第３図から明らかなように、
比較例である階６においては、温度の上昇に伴って発生
変位が減少し特に１００℃を越えるとその減少が急激で
ある。これに対して本発明に対応する階１〜５において
は温度の上昇に伴って発生変位（すなわち圧電歪定数ｄ
８．）が増大し、１００℃以上の温度領域において最大
値を示しており１発生変位１３〜１５μ園で作動させる
ことができる。

上記構成の本発明による積層体を１５０℃の高温雰囲気
において、　　１５０Ｖ、　　１０　Ｈｚの条件で１０
００時間駆動試験を行ったところ、供試個数夫々１００
個中発生変位１を気機械変換材料の機能劣化および導通
不良が皆無であることを確認した。一方前記第１０図お
よび第１１図に示す構成の積層型変位素子を１例えば高
温雰囲気下で使用する流体ｌｉＩＪｍ弁用アク弁用アク
チュエータ向動車用燃料噴射弁用アクチュエータ等に使
用した場合には、薄板３１を形成する電気機械変換材料
の機能の劣化が起こる。これは前記同様に圧電歪定数が
急激に減少することによる。

次に上記積層体（５ｘ５Ｘ１０１　（■））をポリイミ
ド系の接着側を介して４個積層して長さ４０■の積層型
変位素子に形成し、前記第１図に示す流量制御バルブ内
に組み込んで流量の温度依存性を測定した。この場合流
体としてＮ８ガスを使用し。

弁座１５のダイヤフラム１７との接触部外径を２．２鶴
、弁口１６の内径を２．０鶴とした。すなわち、まず積
層型変位素子２１に直１１５ｏｖを印加し、Ｎｔガスを
流した状態で（差圧３　ｋｇ／ｃｉ）開度調整ねじ３３
を下方にねじ込み、弁棒２２を介してダイヤフラム１７
を弁座１５に当接させ、Ｎ！ガスの流量が０になるよう
に調整する０次に積層型変位素子２１への直流電圧の印
加を解除すると。

圧縮コイルばね２７がその反発力により弁棒２２を押し
上げるから、ダイヤフラム１７は弁座１５から上方に離
脱し、弁口１６を開口する。この時のＮ２ガス流量は最
大値を示す。

第４図は温度と最大流量との関係を示す図であり、同図
中の隊は前記第３図におけるものと夫々対応する。第４
図から明らかなように、何れも温度の上昇と共に最大流
量が増加し、１３０〜１８０℃の高温領域において最大
値を示している。すなわち前記第１図に示すダイヤフラ
ム１７のストロークが高温領域において増大することを
示している。

これは積層型変位素子２１の変位が大であることおよび
高温領域において最大値を有することに起因するもので
あり、第３図に示す発生変位の温度依存性によるもので
ある。このような特性は従来の圧電材料を使用したもの
においては到底得られないものであり、上記特性は有機
金属ガスの流量制御用のバルブに有効である。すなわち
有機金属ガスは沸点が高いため（例えばジメチル亜鉛４
４℃、テトラメチル錫７８℃、トリエチルガリウム１４
２．６℃等）給送配管系を加熱保温しておく必要があり
、必然的に流量１１１ｍバルブも高温状態で使用される
。

第５図は有機金属ガスの温度と蒸気圧との関係を示す図
である。有機金属ガスは蒸気圧によって配管内を流れる
が、第５図に示すように夫々の有機金属ガスの蒸気圧は
温度に依存して高くなる。

蒸気圧が高くなるとガス流量も増加するが、温度上昇に
伴って変位が減少する傾向のある従来のものによっては
１例えば第１図におけるダイヤフラム１７のストローク
が減少してしまうため、充分なガス流量を得られず１例
えば減圧ＣＶＤ等における製膜の際に、充分な量のガス
が供給できなくなる。この結果製膜時間が長くなり、量
産化が難しくなると共に、不純物の混入を住する可能性
がある等の問題がある。

第６図は本発明の他の実施例を示す要部構成図であり、
上記有機金属ガス制御用のマスフローコントローラの例
である。第６図において、　　４０は流量制御バルブで
あり２例えば前記第１図に示す構成とし、駆動用の積層
型変位素子２１として前記表中の嵐３に示す材料からな
るものを使用した。

４１、４２は各々流入流路および流出流路であり。

矢印方向に流体が流れる。４３は流量センサであり、流
入流路４１に例えばＵ字型に接続すると共に、流入流路
４１の流体流量は例えば１０％が流通するように形成す
る。４４は測定素子であり。

流量センサ４３に巻回すると共に、ブリッジ回路４５と
電気的に接続する０次に４６．４７．４８．４９は夫々
増幅回路１位相補償回路、比較回路および駆動回路であ
り、前記ブリフジ回路４５に直列に接続し、ブリフジ回
路４５の出力信号を順次伝達可能に形成する。５０は設
定信号出力部であり。

比較回路４８と接続する。なお駆動回路４９の出力電圧
は流量制御バルブ４０を構成する積層型変位素子４０ａ
に人力可能に形成する。

上記の構成により、設定信号出力部５０から例えばＯ〜
５■の信号を比較回路４８に入力させると、この信号に
対応する直流電圧を駆動回路４９を介して積層型変位素
子４０ａに印加するから、前記第１図に示すように弁口
１６が開き、流体を第６図矢印のように流通させること
ができる。なお流体の流量は１流量センサ４３に巻回し
た測定素子４４と接続したブリッジ回路４５の出力信号
を増幅回路４６および位相補償回路４７を介して出力部
５０ａに出力し、この信号から測定することができる。

なおこの信号は比較回路４８にも出力されるから、設定
信号との比較により駆動回路４９を介して流量制御バル
ブ４０の開度を制御する。

第７図は設定電圧と制御流量との関係を示す図であり、
前記第６図に示すようなマスフローコントローラによす
、トリエチルガリウムガス（ＴＥＧ）の流量制御を行っ
た場合のものである。この場合マスフローコントローラ
を１６０℃に加熱しガスの差圧はＴＥＧの謂気圧として
行った。第７図から明らかなように設定電圧と制御流量
とは完全に比例関係にあることを示している。またマス
フローコントローラを構成する流量制御バルブのダイヤ
フラム（第１図における符号１７）のストロークを大に
することができるため、目詰まりおよび汚れの付着を防
止できると共に、低差圧においても充分に大なる流量を
得ることができる。

第８図は本発明の更に他の実施例における減圧ＣＶＤ装
置を模式的に示す要部説明図である。第８図において５
１は加熱チャンバであり、ＴＥＧ８（テトラエトキシシ
ラン）を収容する。５２は加熱し−タであり、加熱チャ
ンバ５１を包囲するように設ける。５３は反応炉であり
、−次側５３ａに前記第６図に示すような構成のマスフ
ローコントローラ５４を介して加熱チャンバ５１を接続
し二次側５３ｂにはロータリポンプ（図示せず）を接続
する。なお加熱チャンバ５１から反応炉５３に至るすべ
ての配管系（マスフローコントローラ５４を含む）を１
５０℃に加熱した。

上記の構成により７反応炉５３内にガラス基板を設置し
、３００℃に加熱後１反応炉５３の二次側５３ｂをロー
タリポンプ（図示せず）によって１０−　”Ｔｏｒｒに
減圧し、ガラス基板上にＳｉＯ□膜を製膜した。なお比
較のために従来の構成のマスフローコントローラを介装
して上記同様の製膜を行った結果を第２表に示す。

（以下余白）第２表第２表から明らかなように、第８図におけるマスフロー
コントローラ５４として従来品を使用した場合には、駆
動源としての圧電素子の特性上使用温度としては８０℃
が限度であり、蒸気圧が４０　ｆｉｌ（ｇ　、最大流量
において３００ｃｃ／分しかガスを流すことができない
、これに対して本発明品のマスフローコントローラを使
用した場合には１５０℃まで加熱することができ、更に
この温度近傍においてバルブのストロークの最大値を示
すため、４５０ｍＨｇに上昇した蒸気圧に対し、最大流
量も２５００　ｃｃＺ分という高い値が得られた。上記
の結果製膜速度において、従来品における２〜３μ−７
時間に対し１本発明品においては７〜８〃−／時間とい
う大なる値が得られた。

本実施例においては流量制御バルブ全体を加熱する例に
ついて記述したが、積層型変位素子のみを電熱コイル若
しくは面ヒータ等の加熱手段によって加熱してもよい、
なお加熱手段としては流体自体の保有する熱を利用して
もよい、また流量制御バルブはノーマルオーブン型のみ
でなく、ノーマルクローズ型であってもよく、更に対象
流体はガスのみでなく液体であってもよく、また高温流
体以外に低温流体および常温流体にも通用できる。

次に積層型変位素子は第２図および第１１図に示す全面
電極型素子のみでなく、所謂交互電極型素子であっても
１また薄板の両面に内部電極を設けそれらを積重ねある
いは接着した方式の素子にも当然に適用可能である。ま
た薄板および内部電極の平面投影形状は矩形以外に、正
方形１円形、楕円形その他の幾何学的形状とすることが
できる。

あるいはより大きな変位を得るために、前記素子を耐熱
性接着剤で複数本接着して使用することも可能である。

更にリード線を省略し、積層体の上下端面にリード部材
を固着する型式のものにも適用できる。なお上記の実施
例においては、内部電極および外部電極の形成手段とし
てスクリーン印刷法を使用した例について記述したが、
これに限定せず、メツキ、蒸着、塗布等の他の手段によ
っても作用は同一である。更に前記の実施例においては
、電気機械変換材料として１５０°Ｃ近傍において最大
発生変位、すなわち圧電歪定数ｄｊ３が最大値を示す材
料である場合について示したが、！！成を選ぶことによ
り、２５０°Ｃまでの他の温度において最大値を示すも
のも使用でき、積層型変位素子の使用温度を勘案して適
宜選定可能である。

なお本実施例においては、耐熱性樹脂としてポリイミド
樹脂を使用する例について記述したが上記以外のもので
も２００℃以上の耐熱性を有する樹脂１例えばエポキシ
フェノール、エポキシノボラック、シリコーン、変性シ
リコーン、ポリベンズイミダゾール、フッ素樹脂等も当
然適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の高温域用流量制御バルブおよびそれを使用した
マスフローコントローラは１以上記述のような構成およ
び作用であるから１例えば沸点が５０〜１５０℃である
有機金属ガスを対象としても積層型変位素子を構成する
材料の圧電歪定数（１３３が充分に大なる値を保持する
ため、ダイヤフラムのストロークが大であり、充分な流
量を得ることができる。また流体による弁座およびダイ
ヤフラムの目詰まり、汚染がなく、信転性を大幅に同上
させ得る。なお積層型変位素子のみを加熱して圧電歪定
数ｄ。が最大値を示す温度領域で作動させれば、常温若
しくは低温より大なるダイヤフラムストロークが得られ
るから、対象流体として低温および常温のものにも適用
可能であり、用途を拡大することができるという効果が
ある。

また本発明の高温域用積層型変位素子は１以上記述のよ
うな構成および作用であるから５例えば１００〜２５０
℃のような高温雰囲気において使用しても、圧電歪定数
６３３が充分に大なる値を保持し。

導通不良その他の不都合を発生することなく、所定の変
位を安定して発生することができると共に積層型変位素
子の信転性を大幅に向上させ５がっ用途を拡大すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部縦断面図。第２図（８）ないし＋ｄｌは夫々本発明の実施例におけ
る積層型変位素子を構成する積層体の例を示す斜視図１
第３図は温度と発生変位との関係を示す図第４図は温度
と最大流量との関係を示す図、第５図は有機金属ガスの
温度と葵気圧との関係を示す図、第６図は本発明の他の
実施例を示す要部構成図、第７図は設定電圧と制御流量
との関係を示す図、第８図は本発明の更に他の実施例に
おける減圧ＣＶＤ装置を模式的に示す要部説明図、第９
図は従来の流量制御バルブを示す要部縦断面図、第１０
図および第１１図は各々従来の積層型変位素子の例を模
式的に示す側面図である。１に本体５：弁座。７：ダイヤフラム。第口１：積層型変位素子１：、薄板５：積層体。９：被膜５０：流量制御バルブ５４　：マスフローコントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）開口端を有する弁室と一端をこの弁室と通じ他端
を開口するように形成した流入流路および流出流路とを
設けた本体と、流入流路または流出流路の弁室に通じる
端部に設けた弁座と、前記弁室の開口端を密閉するよう
に設けた金属材料からなる薄板状のダイヤフラムと、前
記本体の弁室開口端に配設したハウジングと、このハウ
ジング内に設けた積層型変位素子とを有する流量制御バ
ルブにおいて、積層型変位素子を常温より高い温度領域
において圧電歪定数ｄ＿３＿３が最大値を示すような電
気機械変換材料によって形成し、前記ダイヤフラムを前
記弁座に当接離脱自在に駆動するように構成したことを
特徴とする高温域用流量制御バルブ。
（２）電気機械変換材料の圧電歪定数ｄ＿３＿３が最大
値を示す温度領域近傍の温度で積層型変位素子が作動す
るように加熱手段を設けたことを特徴とする請求項（１
）記載の高温域用流量制御バルブ。
（３）流量制御バルブの流入流路または流出流路に配設
した流量検出器と、この流量検出器の出力に応じて前記
流量制御バルブを制御する制御手段とを有し、前記流量
制御バルブとして請求項（１）若しくは（２）記載の高
温域用流量制御バルブを使用したことを特徴とするマス
フローコントローラ。
（４）電気機械変換材料からなる薄板と導電材料からな
る内部電極とを各々複数個交互に積層して積層体を形成
し、この積層体の側面に前記内部電極と１層おきに接続
する１対の外部電極を設けてなる積層型変位素子におい
て、電気機械変換材料として１００℃以上の温度領域に
おいて圧電歪定数ｄ＿３＿３が最大値を示す材料を使用
したことを特徴とする高温域用積層型変位素子。
（５）積層体の表面に耐熱絶縁性樹脂材料からなる被膜
を設けたことを特徴とする請求項（４）記載の高温域用
積層型変位素子。
（６）液相温度２００℃以上のはんだにより外部電極に
リード線を接続したことを特徴とする請求項（４）若し
くは（５）記載の高温域用積層型変位素子。
（７）電気機械変換材料からなる薄板と導電材料からな
る内部電極とを各々複数個交互に積層して積層体を形成
し、この積層体の側面に前記内部電極と１層おきに接続
する１対の外部電極を設けてなる積層型変位素子におい
て、電気機械変換材料として、重量比で、ＰｂＯ６１〜
６６％、ＳｒＣＯ＿３２〜５％、ＴｉＯ＿２１０．５〜
１２％、ＺｒＯ＿２２０〜２２％、Ｓｂ＿２Ｏ＿３０．
１〜２．０％の組成からなり、１００℃以上の温度領域
において圧電歪定数ｄ＿３＿３が最大値を示す材料を使
用したことを特徴とする高温域用積層型変位素子。