压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 本申请是下述申请的分案申请 ： 申请号 ： 200680051269.6 申请日 ： 2006 年 11 月 13 日技术领域 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常开型压电元件驱动 式金属隔膜型控制阀的改良， 特别涉及设置成即使在使用高温反应气体等的高温环境下， 也要进行高精度的稳定的流量控制的常开型压电元件驱动式金属隔膜型控制阀。
背景技术
近年， 在半导体制造设备和化学品制造设备等方面， 广泛地利用压力式流量控制 装置代替质量流量控制器。在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， 多使用所谓金属隔膜型控制阀。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或控制特性优良的压电元件驱动式的驱 动装置。
迄今， 作为使用压电元件驱动式驱动装置的金属隔膜型控制阀， 公知具有特开平 7-310842 号公报 ( 专利文献 1) 和特开 2004-197754 号公报 ( 专利文献 2) 等揭示的构造的 控制阀。
即， 专利文献 1 中公开的控制阀 ( 图示省略 ) 是这样一种常开型的控制阀， 即， 如 果由于电压的施加， 压电元件 ( 压电致动器 ) 伸长， 则金属隔膜通过下部支承台、 滚珠及隔 膜压塞向阀座侧压紧， 于是， 金属隔膜落入了阀座， 变成闭阀状态， 另外， 一旦解难除对压电 元件的施加电压， 压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸， 并且加在金属隔膜上的 压紧力失却， 从而金属隔膜因其弹性力恢复到原来状态， 从阀座上离坐， 变成开阀状态。
该控制阀由于将压电元件的作用力通过下部支承台、 滚珠及隔膜压塞向金属隔膜 传递， 隔膜由于压电元件的伸长而触接到阀座后， 构成了压电元件的作用力直接加到阀座 部 ( 由阀座和与金属隔膜的阀座触接的部分构成 )。 其结果， 加在控制阀的阀座部的力仅依 赖于压电元件的作用力， 其调整变得困难， 压电元件的大作用力加到阀座部， 因此存在金属 隔膜及阀座等损伤等的问题。
另一方面， 专利文献 2 中公开的控制阀 ( 图示省略 ) 是这样一种常开型控制阀， 即， 如压电元件 ( 压电致动器 ) 因施加电压而伸长， 则压电元件的位移量用杠杆结构的位移 放大机构放大， 金属隔膜通过阀杆及隔膜压塞向阀座侧压紧并落入了阀座， 变成闭阀状态， 另外， 一旦解除对压电元件的施加电压， 压电元件就从伸长状态恢复到原来的长度尺寸的 同时， 位移放大机构用设于其上的复位弹性体恢复到原来的形态， 于是， 加在金属隔膜上的 压紧力失却， 金属隔膜因弹性力而恢复成原来的状态， 离开阀座而成为开阀状态。
由于该控制阀设有向金属隔膜传递压电元件的作用力的位移放大机构在向金属隔膜的阀座坐落时吸收压电元件伸长的恒压弹性体 ( 缓冲用碟形弹簧 )， 金属隔膜落入了 阀座后， 恒压弹性体吸收压电元件的伸长， 于是， 在阀座部上被施加了对应于恒压弹性体的 位移量的反弹力。 其结果， 加在控制阀的阀座部上的力成为恒压弹性体的反弹力， 可以一边 使金属隔膜向阀座缓冲， 一边使其坐落， 在金属隔膜及阀座上不会加上压电元件的大作用 力， 可以防止金属隔膜及阀座的损伤。
可是， 在无缓冲用碟形弹簧的控制阀中， 例如， 如果将压电元件的施加电压每 1V 的位移量设为 0.333μm， 压电元件的施加电压每 1V 的作用力设为约 5N， 则每单位压电元件 位移量的作用力为 5/0.333 ≈ 15N/μm。另外， 对于设有缓冲用碟形弹簧的控制阀， 根据碟 形弹簧的弹性常数， 每单位碟形弹簧位移量的作用力为约 0.267N/μm。因而， 加在设有缓 冲用碟形弹簧的控制阀的阀座部上的力成为加在无碟形弹簧的控制阀的阀座上的力的约 1/56。其结果， 设有碟形弹簧的控制阀可以防止金属隔膜及阀座的损伤。
图 6 是对控制阀的阀座部的负荷与加到压电元件上的电压的关系曲线图， 从图 6 的曲线显见， 设有碟形弹簧的控制阀与不设碟形弹簧的控制阀相比， 加到阀座部的负荷极 小。
但是， 即便对于设有碟形弹簧的控制阀， 也还有要解决的问题。 即， 在将控制阀置于 100℃以上那样的高温环境下使用时， 由于收容压电元件的支 持筒 ( 致动器壳体 ) 的热膨胀， 压电元件的上端部与螺纹联接在支持筒体上端部的调整用 盖形螺母之间发生间隙， 在压电元件伸长时， 其发生的力不能向金属隔膜可靠且良好地传 递， 高精度的流量控制变得困难。 特别是由于压电元件的位移量极其微小， 即便是构成控制 阀的各构件 ( 支持筒体等 ) 的微量热膨胀， 也会给其流量控制特性带来大的影响。
为了解决这个问题 ( 由支持筒体的热膨胀引起的间隙的发生 )， 控制阀的理想的 构造是， 将控制阀自身预先从外部对压电元件加上 200N 左右的压力的结构， 但现状是这样 的控制阀还没有开发。
另外， 在特开 2004-197754 号公报 ( 专利文献 2) 揭示的控制阀及特开平 2-203087 号公报 ( 专利文献 3) 揭示的控制阀中， 公开了能够对压电元件加压的复位弹性体或负荷弹 簧。
但是， 用于这些控制阀的复位弹性体或负荷弹簧都是为了使控制阀的构件 ( 位移 放大机机构或阀杆 ) 复位至原来位置。另外， 由于复位弹性体或负荷弹簧均设置在控制阀 内部， 若使用大弹性力的复位弹性体或负荷弹簧 .， 则由于复位弹性体或负荷弹簧的体积 大， 存在控制阀自身大型化的问题。而且， 对于在内部设置复位弹性体或负荷弹簧的控制 阀， 在要调整其弹性力时需拆卸控制阀， 将内部的复位弹性体或弹簧与别的复位弹性体或 负荷弹簧交换， 存在控制阀的拆装费事的问题。
[ 专利文献 1] 特开平 7-310842 号公报
[ 专利文献 2] 特开 2004-197754 号公报
[ 专利文献 3] 特开平 2-203087 号公报
发明内容 本发明是鉴于上述问题所作的发明， 其目的在于， 提供即使在高温环境下也可以 进行高精度的稳定的流量控制， 同时， 无需拆卸控制阀自身， 做到可以筒单且容易地调整加
在压电元件上的压力的常开型压电元件驱动式金属隔膜控制阀。另外， 本发明提供压电元 件驱动式金属隔膜型控制阀， 其设有碟形弹簧机构， 以在金属隔膜向阀座坐落时， 能够调整 向金属隔膜施加预定按压力的碟形弹簧的弹性力。
为了达成上述目的， 本发明提供一种压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 设有通 过压电元件 13 的伸长经由隔膜压塞 12 向阀座 7c 坐落或从阀座 7c 离开的金属隔膜 8， 其 特征在于， 配设在压电元件 13 和金属隔膜 8 之间的碟形弹簧机构 14 由下列部分构成 ： 隔膜 压塞支承座 22， 其下端部插入隔膜压塞 12， 上端部形成上方敞开的收容空间 22b ； 多个碟形 弹簧 23， 配设在隔膜压塞支承座 22 的收容空间 22b ； 滚珠支承 24， 置放在最上位的碟形弹 簧 23 的上面， 位于压电元件 13 的下方， 将压电元件 13 的伸长向碟形弹簧 23 传递 ； 以及弹 簧调整用螺母 25， 调整碟形弹簧 23 的反弹力并防止滚珠支承 24 及碟形弹簧 23 脱出地螺接 于隔膜压塞支承座 22。
此外， 还具有特征 ： 设有配设在压电元件 13 和碟形弹簧机构 14 之间的总是对压电 元件 13 施加向上的压力的预压机构 21。
此外， 还具有特征 ： 预压机构 21 配设在压电元件 13 的正下方位置， 并设为通过弹 簧的弹性力经由滚珠 16 向压电元件 13 的下端面施加向上的压力的结构。
此外， 预压机构 21 设为能够调整施加到压电元件 13 的向上的压力的结构。
发明效果
本发明的常开型压电元件驱动式金属隔膜型控制阀具有下列优良效果。
(1) 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀由于设有在压电元件上始终施加 向上压力的预压机构， 即使在例如， 将控制阀在高温环境下使用时， 收容压电元件的致动器 壳体由于热膨胀而伸长， 也可通过预压机构而在压电元件上始终施加一定压力。 其结果， 本 发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀在压电元件伸长时， 可以将其发生的力向金属隔 膜可靠且良好地传递， 进行高精度的流量控制。
(2) 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 由于用预压机构将压电元件始 终向上方施压， 不会有压电元件的重量加在金属隔膜上的问题， 可以减轻加在金属隔膜上 的重量， 当金属隔膜用其弹性力从阀座离坐时， 加在金属隔膜上的负载变小， 可以延长金属 隔膜的寿命。
(3) 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 将始终加压于压电元件的预压 机构的预压弹簧设置在致动器壳体周围， 同时由于可以用螺纹联接在位于致动器壳体外侧 的第 2 预压引导件上的预压调整用螺母调整加在压电元件上的压力， 即使在使用具有大的 弹性力的预压弹簧时， 也不会有致动器壳体等大型化的问题， 另外， 无需拆卸控制阀自身， 可以自由调整加在压电元件上的压力。
(4) 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 由于将预压机构的第 2 预压引 导件、 预压调整用螺母及预压弹簧设置在致动器壳体周围， 装配也较简单且容易进行。
(5) 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 由于在设于金属隔膜的上面侧 的隔膜压塞与压电元件之间设置碟形弹簧机构， 在金属隔膜落入了阀座时， 该机构吸收压 电元件的伸长， 同时向阀座及与金属隔膜的阀座触接的部分 ( 阀座部 ) 施加预定压力， 在金 属隔膜落入了阀座后， 碟形弹簧机构吸收压电元件的伸长， 消除了压电元件的大作用力直 接加到阀座部的问题， 可以防止金属隔膜及阀座的损伤。(6) 碟形弹簧机构由下列构件构成 ： 隔膜压塞支承座， 形成了上方敞开的收容空 间； 多枚碟形弹簧， 设置在隔膜压塞支承座的收容空间 ； 滚珠支承， 设置在最上的碟形弹簧 上面 ； 以及弹簧调整用螺母， 上下方向自由移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座上， 调整 碟形弹簧的反弹力， 同时防止滚珠支承及碟形弹簧脱出 ； 从而， 由于作为通过调整弹簧调整 用螺母的拧入量， 本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀具有可调整碟形弹簧的反弹 力的结构， 无需将碟形弹簧与别的碟形弹簧交换， 可以自由调整碟形弹簧的反弹力。 附图说明 图 1 是使用本发明实施例的常开型压电元件驱动式金属隔膜型控制阀的压力式 流量控制装置的正面剖视图。
图 2 是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的正面剖视图。
图 3 是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的纵断侧面图。
图 4 是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀要部的侧面剖视图。
图 5 是表示本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀与未设置预压机构的通 常的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀的使用温度与位移量关系的曲线图。
图 6 是表示控制阀的阀座部上的负荷与压电元件上所加电压的关系的曲线图。
标记说明
1 是压电元件驱动式金属隔膜型控制阀， 7 是阀体， 7a′是阀室， 7c 是阀座， 8 是金 属隔膜， 10 是致动器壳体， 10c 是导向孔， 12 是隔膜压塞， 13 是压电元件， 14 是碟形弹簧机 构， 15 是下侧滚珠， 16 是上侧滚珠， 21 是预压机构， 22 是隔膜压塞支承座， 22b 是收容空间， 23 是碟形弹簧， 24 是滚珠支承， 25 是弹簧调整用螺母， 26 是第 1 预压引导件， 27 是第 2 预压 引导件， 28 是连接销， 29 是预压调整用螺母， 30 是预压弹簧。
具体实施方式
以下， 根据附图详细说明本发明的实施例。图 1 表示将本发明实施例的常开型压 电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 作为压力式流量控制装置用的控制阀使用的情况， 上述 压力式流量控制装置由如下部分构成 ： 压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 ； 连接在压电 元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的上游侧的入口侧块 2 ； 连接在压电元件驱动式金属隔膜 型控制阀 1 的下游侧的出口侧块 3 ； 设置在压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的下游侧 的流量控制用小孔套 4 ； 设于小孔套 4 的上游侧的、 检测小孔套 4 的上游侧压力的压力传感 器5； 设于压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的上游侧的垫圈过滤器 6 ； 以及控制压电元 件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的控制电路 ( 图示省略 ) 等， 一边根据小孔套 4 上游侧压力 计算小孔套通过流量， 一边用压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的开闭控制小孔套通过 流量。
如图 1 所示， 上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 由阀体 7、 金属隔膜 8、 压套 适配器 9、 致动器壳体 10、 基座压套 11、 隔膜压塞 12、 压电元件 13( 压电致动器 )、 碟形弹簧 机构 14、 下侧滚珠 15、 上侧滚珠 16、 轴承支架 17 ； 轴承 18、 调整用盖形螺母 19、 锁紧螺母 20 及预压机构 21 等构成， 该阀是在高温反应气体等的高温环境下使用也能进行高精度稳定 流量控制的常开型控制阀。具体地说如图 1 所示， 阀体 7 用不锈钢材料块状地形成， 其中设有 ： 形成有上方敞 开的阀室 7a′的凹部 7a ； 连通于阀室 7a′的入口通路 7b ； 形成在阀室 7a′的底面的环状 阀座 7c ； 连通于阀室 7a′的出口通路 7d ； 插入压力传感器 5 的传感器插入孔 7e ； 插入垫片 过滤器 6 的过滤器插入孔 7f ； 插入小孔套 4 的小孔套插入孔 7g。
在该阀体 7 的上游侧用多根螺栓 ( 图示略 ) 连接不锈钢制的入口侧块 2， 其中设 有： 连通到阀体 7 的入口侧通路的导入通路 2a ； 形成于导入通路 2a 的出口侧的过滤器插 入孔 2b ； 用以检查流体漏泄的漏泄口 2c 的。另外， 在阀体 7 的下游侧用多根螺栓 ( 图示省 略 ) 连接不锈钢材制的出口侧块 3， 其中设有 ： 连通于阀体 7 的出口通路 7d 的排出通路 3a ； 形成在排出通路 3a 的入口侧的小孔套插入孔 3b ； 用以检查流体漏泄的漏泄口 3c。
金属隔膜 8 如图 2 所示， 用将钴、 镍作为基底， 加入钨、 钼、 钛、 铬等耐久性、 耐蚀性、 耐热性优良的高弹性合金 (SPRON100) 制的极薄板材， 形成为其中央部向上隆起的反碟形， 配置在凹部 7a 内， 使其与阀座 7c 相对， 分别插入在凹部 7a 内的筒状压套适配器 9、 致动器 壳体 10 的下端部及基座压套 11 用多根螺栓 31 拧入固定在阀体 7 侧， 金属隔膜 8 的外周边 缘部用压套适配器 9 等对阀体 7 侧气密状态地保持固定。
另外， 金属隔膜 8 的材质是不锈钢或镍铬铁合金， 也可为其它合金， 另外， 也可以 是多枚金属隔膜 8 层叠而成的金属隔膜 8。 致动器壳体 10 如图 2 所示， 用热膨胀率小的殷钢材料形成为筒状， 在致动器壳体 10 的下端部外周面上， 形成用基座压套 11 下压的台阶部 10a， 同时在致动器壳体 10 的上端 部外周面上， 形成上下方向自由移动调整地拧着调整用盖形螺母 19 及锁紧螺母 20 的外螺 纹 10b。 另外， 在致动器壳体 10 的下端部周壁上， 贯通状地形成以松配合状态穿过作为预压 机构 21 的构件的两根连接销 28 的纵长的导向孔 10c。
如图 1 所示， 压电元件 13( 压电致动器 ) 设置在致动器壳体 10 内， 压着金属隔膜 8。该压电元件 13 经由轴承支架 17 及轴承 18 支持在其上端部侧螺纹联接在致动器壳体 10 的上端部上的调整用盖形螺母 19 上， 电压的施加使其向下方伸长， 就会通过上侧滚珠 16、 预压机构 21 的第 1 预压引导件 26、 下侧滚珠 15、 碟形弹簧机构 14 及隔膜压塞 12 将金属隔 膜 8 的中央部向阀座 7c 侧压紧。
另外， 压电元件 13 采用工作温度范围为 -20℃～ 150℃的层叠型的压电元件。
碟形弹簧机构 14 在设于金属隔膜 8 的上面侧的隔膜压塞 12 与设于压电元件 13 的正下方位置的预压机构 21 的第 1 预压引导件 26 之间， 金属隔膜 8 由于压电元件 13 的伸 长而向阀座 7c 坐落时吸收压电元件 13 的伸长， 同时向控制阀 1 的阀座部 ( 由阀座 7c 及金 属隔膜 8 的与阀座 7c 触接的部分构成 ) 施加预定压力。
亦即， 如图 2 所示， 碟形弹簧机构 14 由下列部分构成， 即： 其下端部具有插入隔膜 压塞 12 的向下的插入孔 22a， 上端部设有上方敞开的收容空间 22b， 中间部形成隔壁 22c 的 筒状的隔膜压塞支承座 22 ； 收容在隔膜压塞支承座 22 的收容空间 22b 中， 承载于隔壁 22c 上的多枚碟形弹簧 23 ； 置放于最上的碟形弹簧的上面， 在上面中心部具有承载上侧滚珠 15 的圆锥状的滚珠支承沟 24a， 并在下端部外周面上设有凸缘部 24b 的滚珠支承 24 ； 上下方向 可自由移动调整地螺纹联接在形成在隔膜压塞支承座 22 的上端部外周面上的外螺纹 22d 上， 挡住滚珠支承 24 的凸缘部 24b 并防止滚珠支承 24 及碟形弹簧 23 从隔膜压塞支承座 22 的收容空间 22b 脱出， 同时调整碟形弹簧 23 的反弹力的弹簧调整用螺母 25。 可通过调整弹
簧调整用螺母 25 的拧入量来自由调整碟形弹簧 23 的反弹力。
另外， 隔膜压塞支承座 22、 滚珠支承 24 及弹簧调整用螺母 25 分别用热膨胀率小的 殷钢材料形成。另外， 隔膜压塞 12 用聚酰亚胺或热膨胀率小的殷钢材料形成。
预压机构 21 设置在压电元件 13 的下端部与碟形弹簧机构 14 之间以及致动器壳 体 10 的周围， 构成为始终在压电元件 13 上施加向上的压力， 并可从外部调整加在压电元件 13 上的压力。
即， 预压机构 21 如图 2 至图 4 所示， 由下列部分构成 ： 自由升降地配置在压电元件 13 的正下方位置， 经由上侧滚珠 16 与压电元件 13 的下端面相触接的圆盘状的第 1 预压引 导件 26 ； 上下自由移动地套在致动器壳体 10 的外周面上的筒状的第 2 预压引导件 27 ； 贯 通状地插入在第 1 预压引导件 26 和第 2 预压引导件 27 中， 连接第 1 预压引导件 26 与第 2 预压引导件 27， 并沿形成在致动器壳体 10 上的纵长的导向孔 10c 上下移动的两根平行的 连接销 28 ； 可上下自由移动调整地螺纹联接在第 2 预压引导件 27 的上端部外周面上的预 压调整用螺母 29 ； 在其上端部触接预压调整用螺母 29 的状态下设置在致动器壳体 10 的周 围， 上推第 1 预压引导件 26、 连接销 28、 第 2 预压引导件 27、 预压调整用螺母 29， 始终加压 于压电元件 13 的预压弹簧 30。通过预压调整用螺母 29、 第 2 预压引导件 27、 连接销 28 及 第 1 预压引导件 26 将预压弹簧 30 的反弹力施加到压电元件 13 上， 从而始终加压于压电元 件 13， 另外， 可通过改变预压调整用螺母 29 的拧入量， 自由调整加在压电元件 13 上的压力。 具体地说， 第 1 预压引导件 26 用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成为圆盘 状， 可自由升降地设置在压电元件 13 的下端部与碟形弹簧机构 14 之间。在该第 1 预压引 导件 26 的上面中心部上， 形成承载设置在压电元件 13 的下端面的上侧滚珠 16 的圆锥状的 滚珠支承沟 26a， 同时在第 1 预压引导件 26 的下面中心部上， 形成插入承载在滚珠支承 24 的下侧滚珠 15 的倒圆锥状的滚珠支承沟 26b。另外， 在第 1 预压引导件 26 上， 以第一预压 引导件 26 的轴心为中心左右对称地形成将两根连接销 28 以水平姿势且平行状态插入的两 个插入孔 26c。该两个插入孔 26c 形成为与致动器壳体 10 的纵长的导向孔 10c 相对。
第 2 预压引导件 27 用不锈钢材料或膨胀率小的殷钢材料形成为圆筒状， 可上下方 向自由滑动地套在致动器壳体 10 的外周面上。在该第 2 预压引导件 27 的下端部上， 形成 分别将插入在第 1 预压引导件 26 的插入孔 26c 上的两根平行的连接销 28 的两端部插入的 插入孔 27a， 同时在第 2 预压引导件 27 的上端部外周面上， 形成用以联接预压调整用螺母 29 的外螺纹 27b。
两根连接销 28 用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成为轴状， 贯通地插入 在第 1 预压引导件 26 和第 2 预压引导件 27 上， 将第 1 预压引导件 26 与第 2 预压引导件 27 联接。这时， 两个连接销 28 以松配合状态穿过致动器壳体 10 的纵长的导向孔 10c 中， 可沿 导向孔 10c 上下移动， 并成为被收容在形成于基座压套 11 的上面的凹下部 11a 中的状态。
预压调整用螺母 29 用不锈钢材料或热膨胀率小的殷钢材料形成， 可上下自由移 动调整地螺纹联接在形成于第 2 预压引导件 27 的上端部外周面上的外螺纹 27b 上。
预压弹簧 30 在上端部分别触接在预压调整用螺母 29 的下面、 下端部分别触接在 基座压套 11 的上面的状态下， 设置在在致动器壳体 10 的周围， 用其反弹力上推第 1 预压引 导件 26、 连接销 28、 第 2 预压引导件 27、 预压调整用螺母 29， 从而始终加压于压电元件 13。 该预压弹簧 30 采用压簧。另外， 预压弹簧 30 可通过调整预压调整用螺母 29 的拧入量来自
由变更加在压电元件 13 上的压力。
再者， 上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 通过对调整用盖形螺母 19 的拧入 量的调整， 使由压电元件 13 产生的金属隔膜 8 的动作行程达到设定值。另外， 压电元件驱 动式金属隔膜型控制阀 1 通过对预压调整用螺母 29 的拧入量的调整， 使由预压弹簧 30 产 生的向压电元件 13 的压力达到设定值。此例中， 设定为压电元件 13 上始终被施加 200N 左 右的压力。再者， 压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 在组装后， 隔膜压塞 12、 碟形弹簧机 构 14 的各构件、 下侧滚珠 15、 第 1 预压引导件 26、 上侧滚珠 16、 压电元件 13 等的轴心成为 高度一致的状态。
于是， 依据上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1， 如果从控制电路 ( 图示省 略 ) 通过连接器向压电元件 13 施加驱动电压， 则压电元件 13 按照施加电压伸长设定值。
这时， 由于用预压机构 21 始终向上方对压电元件 13 施加压力， 例如， 将控制阀在 高温环境下使用时， 即使收容压电元件 13 的致动器壳体 10 等由于热膨胀而伸长， 也不会在 压电元件 13 的上端部与调整用盖形螺母 19 之间产生间隙， 可以通过预压机构 21 向压电元 件 13 始终加一定压力。其结果， 该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 在压电元件 13 的 伸长时， 可以将其发生的力向金属隔膜 8 侧可靠且良好地传递。
图 5 的曲线图用来确认预压机构 21 的效果， 将设有预压机构 21 的本发明的压电 元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 与未设预压机构 21 的通常的压电元件驱动式金属隔膜型 控制阀的使用温度与位移量的关系用曲线表示。如图 5 的曲线所示， 设有预压机构 21 的本 发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 能够比未设预压机构 21 的压电元件驱动式金 属隔膜型控制阀向金属隔膜 8 更可靠地传递压电元件 13 的作用力。
一旦向压电元件 13 施加的电压使压电元件 13 伸长， 用压电元件 13 的作用力就通 过上侧滚珠 16、 第 1 预压引导件 26、 下侧滚珠 15 及碟形弹簧机构 14 下压隔膜压塞 12， 于 是， 向阀座 7c 侧下压金属隔膜 8 并坐落在阀座 7c 上， 成为闭阀状态。
金属隔膜 8 向阀座 7c 坐落后， 夹设在压电元件 13 的下端部与隔膜压塞 12 之间的 碟形弹簧机构 14 吸收压电元件 13 的伸长， 在阀座部 ( 由阀座 7c 和金属隔膜 8 的与阀座 7c 触接的部分构成 ) 上施加对于碟形弹簧 23 的位移量的反弹力。其结果， 该压电元件驱动式 金属隔膜型控制阀 1 不存在压电元件 13 的大作用力直接加到阀座部上的问题， 可防止金属 隔膜 8 及阀座 7c 的损伤。
另一方面， 向压电元件 13 的施加电压一旦解除， 压电元件 13 就从伸长状态恢复到 原来的长度尺寸， 同时加到金属隔膜 8 上的压紧力失却， 于是， 金属隔膜 8 由于其弹性力恢 复到原来的状态， 从阀座 7c 离坐而成为开阀状态。
这时， 在压电元件 13 上， 由于预压机构 21 始终向上方加有施压压电元件 13 的压 力， 不存在压电元件 13 的重量加在金属隔膜 8 上的问题， 加在金属隔膜 8 上的重量为隔膜 压塞 12 的重量与碟形弹簧机构 14 重量之和。其结果， 采用该压电元件驱动式金属隔膜型 控制阀 1 可以减轻加在金属隔膜 8 上的重量， 从而减小了金属隔膜 8 靠其弹性力从阀座 7c 离开时加在金属隔膜 8 上的负载， 可以延长金属隔膜 8 的使用寿命。
再者， 上述压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 中， 始终加压于压电元件 13 的预 压机构 21 的预压弹簧 30 设在致动器壳体 10 的周围， 并可用螺纹联接在位于致动器壳体 10 的外侧的第 2 预压引导件 27 上的预压调整用螺母 29 调整加在压电元件 13 上的压力， 因此，即便使用具有大弹性力的预压弹簧 30， 也不存在致动器壳体等形体增大的问题， 另外， 无需 拆卸控制阀本体就可自由调整加于压电元件 13 的压力。
另外， 压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 中， 预压机构 21 的第 2 预压引导件 27、 预压调整用螺母 29 及预压弹簧 30 设在致动器壳体 10 的周围， 装配简单且容易进行。
再有， 该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 的碟形弹簧机构 14 的构成部分包 括： 形成了上方敞开的收容空间的隔膜压塞支承座 22 ； 设置在隔膜压塞支承座 22 的收容空 间上的多枚碟形弹簧 23 ； 置放在最上的碟形弹簧 23 的上面的滚珠支承 24 ； 上下方向自由 移动调整地螺纹联接在隔膜压塞支承座 22 上， 可调整碟形弹簧 23 的反弹力， 并可防止滚珠 支承 24 及碟形弹簧 23 脱出的弹簧调整用螺母 25。该压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 具有可通过改变弹簧调整用螺母 25 的拧入量来调整碟形弹簧 23 的反弹力的结构， 无需将 碟形弹簧 23 更换为其他碟形弹簧 23 就可自由调整碟形弹簧 23 的反弹力。
产业上的利用可能性
本发明的压电元件驱动式金属隔膜型控制阀 1 主要用在半导体制造设备等的气 体控制管线中， 但其应用对象不限于上述的半导体制造装置等， 也可用于化学、 药品、 食品 工业等中的各种装置的气体供给管线。