JPH0599356A - ピエゾ素子をダイヤフラムで支持した流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピエゾ素子を利用したマスフローコントロー
ラーにおいて、膨張後ピエゾ素子を元の位置に復帰させ
るベローズを廃止すること。及び、長寿命で応答性の良
好な流量制御弁を得ること。 【構成】 弁頭を押圧するピエゾ素子をケースに薄膜状
ダイヤフラムによって支持した。また、ダイヤフラムを
ケースの一端に溶接し、シールのケースの他端に固着し
てケース内を気密に保ち、その内部でピエゾ素子を支持
した。ケース内を減圧して、ピエゾ素子の腐食を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層式ピエゾ素子を用
いたマスフローコントローラー用又は圧力制御用の流量
制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の流量制御弁５０の断面図
である。この種の流量制御弁５０は、ベースブロック５
１に形成された上流側流体通路６１と下流側流体通路６
２との間で流体の流量を制御するためのものである。圧
縮ばね５２により常時上方に付勢された弁頭５３を下方
に押圧して、ベースブロック５１と弁頭５３との間の隙
間を変化させることにより、流量を制御するようになっ
ている。通電されたピエゾ素子６３はプランジャ６４を
介して弁頭５３を下方に押圧する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような流量制御弁
５０は、一般的に、微小な流量を制御するために使用さ
れることから、ベースブロック５１と弁頭５３との間の
隙間を極めて正確に制御する必要がある。ところが、バ
ルブアクチュエータであるピエゾ素子６３とプランジャ
６４は、ベローズ６５によってケース６６に支持されて
いるので、ピエゾ素子６３が膨張する際に、ベローズ６
５がこの作動に抵抗して、正確な作動及び応答性の良好
な作動を得ることができなかった。また、ピエゾ素子６
３の発生力を消失させる方向にベローズ６５が作用する
ため、ピエゾ素子６３の変位を有効に使用することが困
難であった。

【０００４】次に、積層式ピエゾ素子の場合、高電圧負
荷によりいわゆるエレクトロマイグレーションを発生す
る問題がある。エレクトロマイグレーションの発生原因
は、現在のところ定かではないが、空気中に存在する酸
素と水分が原因と考えられている。

【０００５】本発明の目的は、ベローズを排除して長寿
命でかつ応答性の良好な流量制御弁を提供することであ
る。本発明の他の目的は、エレクトロマイグレーション
の発生原因をなくしてさらに長寿命の流量制御弁を提供
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空ケース内
に配置されたピエゾ素子を通電することにより一対の流
体通路を覆う弁頭を押圧して前記流体通路間の流量の制
御を行なう流量制御弁において、前記ピエゾ素子が前記
中空ケースに固定されたダイヤフラムにより支持されて
いる構成により前記課題を解決した。

【０００７】

【作用】通電されたピエゾ素子は、膨張してダイヤフラ
ムを変形させ、弁頭を押圧して一対の流体通路間の隙間
を変化させる。これにより、流体通路間の流体の流量が
制御される。通電が解かれると、ピエゾ素子の収縮及び
ダイヤフラムの復元力により元の形状に復帰する。

【０００８】なお、継続使用によりピエゾ素子にはエレ
クトロマイグレーションが発生する恐れがある。そのた
め、ピエゾ素子の周囲から酸素及び水分をなくすことが
要求される。本発明では、一端を閉塞したケースの閉塞
端にピエゾ素子を当接させ、ピエゾ素子の他端をダイヤ
フラムで支持し、このように気密に保たれた中空ケース
内を減圧することにより、ピエゾ素子にエレクトロマイ
グレーションが発生することを防止している。ダイヤフ
ラムは、ピエゾ素子を支持するだけでなく、中空ケース
内を気密に保つ機能もある。なお、ピエゾ素子が膨張す
るときは、一端が閉塞端に当接しているので、膨張によ
る作用量は全部ダイヤフラム側、すなわち、弁頭側に作
用する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は実施例の流量制御弁１０を示す断面図であ
る。流量制御弁１０は、上流側流体通路１２及び下流側
流体通路１３を有するベース本体１１に固定され、上流
側及び下流側流体通路１２，１３に整列する一対の流体
通路２１，２２を有する弁座２０、これらの通路２１，
２２の上方を覆う弁頭２３、弁ブロック２４、中空ケー
ス３０及びピエゾ素子３１等からなる。この種の流量制
御弁１０は、ピエゾ素子３１を通電することにより、弁
頭２３を弁座２０方向に押圧して、弁頭２３及び弁座２
０の隙間を変化させることにより流体の流量を制御する
ようになっている。

【００１０】弁座２０、弁頭２３及び弁ブロック２４は
互いに溶接されている。ケース３０の下端には調節用ね
じ３２が固定され、弁ブロック２４に形成されたねじ部
２５に螺合される。ケース３０及び調節ねじ３２を回転
させることにより、ケース３０の上下位置関係が調節さ
れる。所定位置に達したときは、ロックナット２６が締
付けられ、ケース３０と弁ブロック２４は固定される。

【００１１】ケース３０内には積層式ピエゾ素子３１が
収納されている。ピエゾ素子３１は両端において、支持
部材３３，３４に固定されている。支持部材３３，３４
はケース３０内部に遊嵌され、ピエゾ素子３１を垂直に
保持する。３５は、ケース３０の上端に嵌合されるいわ
ゆるハーメチックシールである。３６はケースの下端近
傍に溶接される薄膜状のダイヤフラムである。３７は、
ハーメチックシール３５を介してピエゾ素子３１に通電
を行なうための導線である。

【００１２】ピエゾ素子３１は、ケース３０、ハーメチ
ックシール３５及びダイヤフラム３６で区画された空間
内に、支持部材３３，３４とともに配置されている。そ
の結果、ケース３０内は気密に保たれる。

【００１３】ダイヤフラム３６は下部支持部材３４を上
方に付勢しており、その結果、上部支持部材３３はハー
メチックシール３５に当接している。従って、ピエゾ素
子３１は、膨張しても、上方に伸張することはなく、そ
の作用量は全部弁頭２３に向って働く。３８はプランジ
ャであって、ケース３０とピエゾ素子３１等との材質が
異なるために、熱膨張による寸法変化を補正する機能を
有する。

【００１４】ケース３０には、さらに、減圧用ポート３
９が形成されている。気密に保たれたケース３０内の空
気は、減圧ポート３９を介して外部ポンプ（図示せず）
によって排出される。

【００１５】

【発明の効果】本発明では、ベローズに替えてダイヤフ
ラムによってピエゾ素子を支持することにより、継続使
用においても耐久性を具えた流量制御弁を提供すること
ができる。また、ダイヤフラムを薄膜状にすることによ
り、軽微な押圧力によっても弁頭が作動するので、応答
性の良好な流量制御弁を得ることができる

【００１６】請求項２の流量制御弁では、ケース内を減
圧してピエゾ素子を作動させ得るので、エレクトロマイ
グレーションによるピエゾ素子の腐食を防止することが
でき、積層式ピエゾ素子特有の問題を解決することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である流量制御弁の断面図であ
る。

【図２】従来の流量制御弁の断面図である。

【符号の説明】

１０ 流量制御弁 １１ ベース本体 １２ 上流側流体通路 １３ 下流側流体通路 ２０ 弁座 ２１ 流体流路 ２２ 流体流路 ２３ 弁頭 ２４ 弁ブロック ２６ ロックナット ３０ ケース ３１ ピエゾ素子 ３２ 調節ねじ ３３ 上部支持部材 ３４ 下部支持部材 ３５ ハーメチックシール ３６ ダイヤフラム ３７ 導線 ３８ プランジャ ３９ 減圧用ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空ケース内に配置されたピエゾ素子を
   通電することにより一対の流体通路を覆う弁頭を押圧し
   て前記流体通路間の流量の制御を行なう流量制御弁にお
   いて、前記ピエゾ素子が前記中空ケースに固定されたダ
   イヤフラムにより支持されていることを特徴とする、流
   量制御弁。
2. 【請求項２】 前記中空ケースは一端が閉塞され、該閉
   塞端に当接する前記ピエゾ素子はその他端において前記
   ダイヤフラムに支持されており、前記ケースには減圧用
   ポートが形成されている、請求項１記載の流量制御弁。