JP2001141091A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バルブヘッドのストロークを増大させることが
可能な流量制御弁を得る。 【解決手段】流量制御弁３０Ａは、圧電アクチュエータ
５２と、該圧電アクチュエータ５２の変位量Ｌａを増幅
する変位量増幅機構５４を備えている。変位量増幅機構
５４で増幅された増幅変位量Ｌｂはバルブヘッド４８に
伝えられ、このバルブヘッド４８によって、バルブボデ
ィ４４中の流入路４０と流出路４２との間を通じさせる
連通路４６を通る流体の流量が調節される。変位量増幅
機構５４は、軸線Ｃに沿って変位する入力部８０および
出力部８２と、回転変位する変位伝達部７４を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量制御弁に関
し、一層詳細には、例えば、マスフローコントローラを
構成し、流体の流量を高精度かつ安定的に制御すること
が可能な流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造プロセスにおける薄膜生成
装置、乾式エッチング装置等においては、プロセス機器
へ供給するプロセスガスの流量を高精度に制御すること
が要求される。このため、プロセス機器へプロセスガス
を供給する管路中に、該プロセスガスの流量を制御する
ためのマスフローコントローラが挿入されている。この
場合、マスフローコントローラは、制御電圧の値に応じ
て流量を調節するように構成された流量制御弁を備えて
いる。

【０００３】流量制御弁は、例えば、流体の流路が形成
されたバルブボディと、前記バルブボディに対して変位
し、前記流路を流れる前記流体の流量を調節するバルブ
ヘッドと、前記バルブヘッドに連結され、該バルブヘッ
ドを変位させるアクチュエータを備えている。

【０００４】そして、近時、アクチュエータとして圧電
アクチュエータを備えた流量制御弁の実用化が進められ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電アクチ
ュエータによる変位量は、一般に微少である。従って、
圧電アクチュエータを備えた上述の流量制御弁において
は、バルブヘッドのストローク不足によって、以下の不
都合が生じるおそれがある。 （１） 制御可能な流量範囲の極小化、（２） 塵埃等
によるつまりの発生、（３） 流量制御弁をマスフロー
コントローラに使用した場合における、クリーニングガ
ス（窒素ガス等）によるメンテナンス時間の増大。

【０００６】本発明は、前記の不都合を解決するために
なされたものであり、バルブヘッドのストロークを増大
させることができ、さらに、流体の流量を高精度かつ安
定的に制御することが可能な流量制御弁を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る流量制御弁
は、流体の流路が形成されたバルブボディと、前記バル
ブボディに対して変位し、前記流路を流れる前記流体の
流量を調節するバルブヘッドと、電流または電圧の供給
に伴って、該電流または該電圧の値に応じた変位量だけ
変位を生じる電気／変位変換手段と、前記電気／変位変
換手段からの前記変位量を増幅して前記バルブヘッドに
伝える変位量増幅手段とを有している（請求項１記載の
発明）。

【０００８】このように、電気／変位変換手段の変位を
変位量増幅手段で増幅してバルブヘッドに伝えるように
することによって、バルブヘッドのストロークを増大さ
せることができる。

【０００９】この場合、前記変位量増幅手段は、支点を
中心として回転するとともに、前記電気／変位変換手段
からの変位量を入力点で受け、かつ、増幅した変位量を
出力点において前記バルブヘッドに対して付与する回転
部を有している（請求項２記載の発明）。

【００１０】また、前記変位量増幅手段は、前記電気／
変位変換手段による変位の方向を変換する機能を有して
いる（請求項３記載の発明）。

【００１１】そして、前記電気／変位変換手段による変
位の方向と、前記バルブヘッドの移動方向はほぼ平行し
ており、前記変位量増幅手段は、前記支点に対する前記
入力点と前記出力点との位置関係に応じて、前記電気／
変位変換手段の変位の方向を、同方向または逆方向に変
換して前記バルブヘッドに伝えるようにしている（請求
項４記載の発明）。

【００１２】このため、一方向に変位を生じる電気／変
位変換手段を用いて、バルブヘッドが電気／変位変換手
段の変位方向と同じ方向に変位する流量制御弁と、バル
ブヘッドが電気／変位変換手段の変位方向と逆の方向に
変位する流量制御弁の両方を構成することができる。す
なわち、Ｎ／Ｏタイプの流量制御弁およびＮ／Ｃタイプ
の流量制御弁の両方を構成することができる。従って、
これら流量制御弁の製造コストの低廉化を図ることがで
きる。

【００１３】また、前記変位量増幅手段は、前記変位量
を所定の増幅率で増幅し、前記増幅率は、前記支点と前
記入力点をそれぞれ通り、前記バルブヘッドの移動方向
と平行する線の間の距離と、前記支点と前記出力点をそ
れぞれ通り、前記バルブヘッドの移動方向と平行する線
の間の距離との比で設定されている（請求項５記載の発
明）。

【００１４】なお、前記電気／変位変換手段を圧電アク
チュエータで構成するようにしてもよい（請求項６記載
の発明）。

【００１５】また、前記流量制御弁によって、マスフロ
ーコントローラを構成することもできる（請求項７記載
の発明）。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る流量制御弁について
好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

【００１７】まず、本実施の形態に係る流量制御弁が組
み込まれるマスフローコントロールシステムについて説
明する。

【００１８】図１は、マスフローコントロールシステム
１０の概略的な構成を示している。マスフローコントロ
ールシステム１０は、プロセスガスを送り出すプロセス
ガス源１２と、プロセスガス源１２から送られるプロセ
スガスの流量を調節するマスフローコントローラ１４
と、該マスフローコントローラ１４を制御する制御装置
１６を備えている。そして、マスフローコントローラ１
４を通過したプロセスガスは、例えば、半導体の製造プ
ロセスにおける薄膜生成装置、乾式エッチング装置等を
構成するプロセス機器２０に供給される。

【００１９】この場合、マスフローコントローラ１４の
入口側には、入口弁２２が設けられており、また、マス
フローコントローラ１４の出口側には、出口弁２４が設
けられている。

【００２０】マスフローコントローラ１４は、本実施の
形態に係る流量制御弁３０と、該流量制御弁３０を駆動
するピエゾ駆動回路３２と、流量制御弁３０の下流側に
おけるプロセスガスの流量Ｐを検出する流量センサ３４
を備えている。

【００２１】後述するように、流量制御弁３０として
は、Ｎ／Ｏ（ノーマルオープン：通常／開）タイプの流
量制御弁３０Ａを用いるようにしてもよく、または、Ｎ
／Ｃ（ノーマルクローズ：通常／閉）タイプの流量制御
弁３０Ｂを用いるようにしてもよい。

【００２２】図２は、ピエゾ駆動回路３２、および流量
制御弁３０を構成する後述する圧電素子６０の構成を示
している。ピエゾ駆動回路３２は、制御装置１６から電
圧値としての不平衡入力Ｖａが供給されると、この不平
衡入力Ｖａを増幅して平衡出力（差動出力）Ｖｂとして
出力する。この平衡出力Ｖｂは、流量制御弁３０を構成
する圧電素子６０の端子６２ａ、６２ｂ間に印加され、
これに伴って圧電素子６０が駆動される。

【００２３】図１に示すように、流量センサ３４は、検
出したプロセスガスの流量Ｐを制御装置１６にフィード
バックする。制御装置１６は、この流量Ｐに基づいて、
ピエゾ駆動回路３２に供給すべき不平衡入力Ｖａの値を
調節する。そして、ピエゾ駆動回路３２は、この不平衡
入力Ｖａに基づいて、流量制御弁３０を駆動する。すな
わち、制御装置１６は、ピエゾ駆動回路３２を介して流
量制御弁３０を制御する。

【００２４】次に、本実施の形態に係るＮ／Ｏタイプの
流量制御弁３０Ａについて説明する。

【００２５】図３は、流量制御弁３０Ａの構成を示して
いる。この図３に示すように、流量制御弁３０Ａは、流
体（プロセスガス）の流入路４０および流出路４２が形
成されたバルブボディ４４と、流入路４０から流出路４
２へ通じる連通路４６の断面積を変化させて、プロセス
ガスの流量を調節するバルブヘッド４８を有するバルブ
機構５０と、バルブヘッド４８を駆動するための駆動源
としての圧電アクチュエータ５２と、該圧電アクチュエ
ータ５２の変位量Ｌａを増幅する変位量増幅機構（変位
量増幅手段）５４を備えている。

【００２６】圧電アクチュエータ５２は、流量制御弁３
０Ａの、図３中、上部側に配置された中空状の枠体５６
に挿入され、該枠体５６の上端部に装着されたナット状
部材５８によって該枠体５６に取り付けられている。具
体的には、ナット状部材５８に設けられたフランジ部５
９と、変位量増幅機構５４（ボール６６）との間に挟ま
れて固定されている。

【００２７】圧電アクチュエータ５２は、例えば、積層
型の圧電素子６０（図２参照）を内部に備えており、ピ
エゾ駆動回路３２から端子６２ａ、６２ｂを介してこの
圧電素子６０に印加される平衡出力Ｖｂに応じた変位量
Ｌａだけ先端部６４の方向（図３中、流量制御弁３０Ａ
の軸線Ｃに沿った下向き方向）に変位する。すなわち、
圧電アクチュエータ５２は、電気／変位変換手段として
構成されている。なお、磁歪素子（超磁歪素子）を用い
て電気／変位変換手段を構成するようにしてもよい。

【００２８】図３に示すように、圧電アクチュエータ５
２の先端部６４は、ボール６６を介して、変位量増幅機
構５４を構成する後述する入力部８０の上端部と接して
おり、圧電アクチュエータ５２による変位量Ｌａは、こ
の入力部８０に伝えられる。

【００２９】変位量増幅機構５４は、支持部７０を備え
ており、この支持部７０を介して前記枠体５６と組み付
けられている。

【００３０】また、変位量増幅機構５４は、支点部７２
を介して支持部７０と連結された変位伝達部（回転部）
７４と、支持部７０の間に配置され、変位伝達部７４と
入力点部７６を介して連結された入力部８０と、変位伝
達部７４と出力点部７８を介して連結された出力部８２
を備えている。

【００３１】変位伝達部７４は、入力部８０の下側に配
置されている。また、変位伝達部７４は、図３中、左右
に分割されており（または、分割されて略リング状に配
列されており）、分割された変位伝達部７４に、支点部
７２、入力点部７６および出力点部７８がそれぞれ結合
されている。

【００３２】この場合、支点部７２、入力点部７６およ
び出力点部７８は、軸線Ｃから最も離れた位置から軸線
Ｃ側に向かって、支点部７２、入力点部７６、出力点部
７８の順に並ぶように設けられている。また、図４Ａに
示すように、入力点部７６と支点部７２を結ぶ直線と、
出力点部７８と支点部７２を結ぶ直線との交差角度は、
９０度より小さく、ほぼ０度である。

【００３３】図３に示すように、入力部８０の下端部に
おけるほぼ中心部分には凹部８３が形成されており、こ
の凹部８３に出力部８２の上端部が収容されている。ま
た、出力部８２は、変位伝達部７４の間に配置されてい
る。そして、出力部８２の下端部は、ボール８４を介し
て、バルブ機構５０を構成する後述するばね押部材１０
０と接している。

【００３４】支点部７２、入力点部７６および出力点部
７８は、それぞれ、容易に変形させることができるよう
に、薄肉な形状に形成されている。一方、支持部７０、
変位伝達部７４、入力部８０および出力部８２は、容易
に変形しないように、厚肉な形状に形成されている。

【００３５】また、支持部７０、変位伝達部７４、入力
部８０および出力部８２、並びに支点部７２、入力点部
７６および出力点部７８は、軸線Ｃに対して対称となる
ように形成されている。さらに、これら支持部７０、入
力部８０、変位伝達部７４および出力部８２、並びに支
点部７２、入力点部７６および出力点部７８は、金属製
材料、樹脂製材料等（図３に示す例では、金属製材料）
から、一体または別体で形成されている。

【００３６】図５に示すように、圧電アクチュエータ５
２の変位が入力部８０に伝わると、入力部８０は、軸線
Ｃに沿って下方向に変位する。そして、入力部８０は、
入力点部７６を介して、変位伝達部７４を下方向に押
す。このとき、変位伝達部７４は、支点部７２を中心に
回転する。この場合、分割された変位伝達部７４の回転
方向は、軸線Ｃに対して対称である。これは、支点部７
２および入力点部７６の位置が、軸線Ｃに対して対称で
あるからである。

【００３７】回転した変位伝達部７４は、出力点部７８
を介して、出力部８２を下方向に押す。その結果、出力
部８２は、軸線Ｃに沿って下方向に変位する。これは、
出力部８２における出力点部７８が結合されている位置
が、軸線Ｃに対して対称となる位置であるからである。
すなわち、変位量増幅機構５４は、圧電アクチュエータ
５２の変位を、軸線Ｃに沿って同方向かつ直線的に伝え
る機能を有している。

【００３８】図４Ａに示すように、支点部７２から入力
点部７６までの距離を入力距離Ｌ１と記し、支点部７２
から出力点部７８までの距離を出力距離Ｌ２と記すと、
これら入力距離Ｌ１と出力距離Ｌ２との間には、Ｌ１＜
Ｌ２の関係が成り立っている。

【００３９】なお、入力距離Ｌ１は、支点部７２と入力
点部７６をそれぞれ通り、軸線Ｃと平行する仮想の線の
間の距離としても得ることができ、また、出力距離Ｌ２
は、支点部７２と出力点部７８をそれぞれ通り、軸線Ｃ
と平行する仮想の線の間の距離としても得ることができ
る。

【００４０】図４Ｂに示すように、入力部８０が変位量
Ｌａ（圧電アクチュエータ５２の変位量）だけ下方向に
変位すると、出力部８２は、変位量ＬａのＬ２／Ｌ１倍
の変位量（増幅変位量）Ｌｂだけ下方向に変位すること
となる。すなわち、変位量増幅機構５４は、入力部８０
に入力された変位量Ｌａを変位伝達部７４によってＬ２
／Ｌ１倍の増幅率で増幅して、増幅変位量Ｌｂとして出
力する機能を有している。

【００４１】図３に示すように、バルブ機構５０は、前
記バルブヘッド４８を備えた弁部材９０を有している。
この弁部材９０は、枠部９２と、この枠部９２とダイヤ
フラム部９４を介して連結された前記バルブヘッド４８
とから一体的に形成されている。この場合、枠部９２、
ダイヤフラム部９４およびバルブヘッド４８は、軸線Ｃ
に対して対称となるように形成されている。

【００４２】弁部材９０の材質としては、腐食性を有す
るガスにも対応することができるように、耐腐蝕性を有
する金属（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）等を採用すること
が好ましい。

【００４３】枠部９２は、その上部側に配置された中空
の枠体９５を介して、前記変位量増幅機構５４の支持部
７０に組み付けられるとともに、該枠部９２の下部側に
配置されたバルブボディ４４とも組み付けられている。
また、枠部９２とバルブボディ４４の間は、Ｏリング９
６によって密閉されている。

【００４４】バルブヘッド４８には、フランジ部９８を
備えたばね押部材１００が取り付けられている。また、
枠部９２には、フランジ状のばね支部材１０２が取り付
けられている。この場合、これらばね押部材１００およ
びばね支部材１０２の形状は、それぞれ、軸線Ｃに対し
て対称である。

【００４５】ばね押部材１００のフランジ部９８と、ば
ね支部材１０２との間には、弾性部材（例えば、ばね）
１０４が設けられており、ばね押部材１００は、この弾
性部材１０４によって、軸線Ｃに沿った上方向の力を受
けている。また、ばね押部材１００の中心部は、ボール
８４を介して、変位量増幅機構５４を構成する出力部８
２の下端部と接している。

【００４６】このため、圧電アクチュエータ５２に変位
が生じていない状態において、バルブヘッド４８とバル
ブボディ４４との間には、隙間δが形成されている。こ
の場合、この隙間δが、流入路４０と流出路４２との間
を通じさせる連通路４６として機能する。

【００４７】ここで、図４Ｂおよび図５に示すように、
圧電アクチュエータ５２に変位量Ｌａの変位が生じ、こ
の変位量Ｌａが変位量増幅機構５４で増幅されて増幅変
位量Ｌｂとしてバルブヘッド４８に伝えられると、バル
ブヘッド４８は、弾性部材１０４の弾発力に抗しなが
ら、または、弾性部材１０４に押し戻されて、軸線Ｃに
沿って上下方向に変位する。このとき、増幅変位量Ｌｂ
の大きさに応じて、連通路４６の断面積が変化し、その
結果、連通路４６を通るプロセスガスの流量が調節され
る。

【００４８】図５に示すように、バルブヘッド４８がさ
らに下方向に変位して、着座部としてのバルブボディ４
４の上端部に押し当てられると、該バルブヘッド４８に
よって流入路４０の上端部が塞がれる。これによって、
流入路４０と流出路４２との間が閉塞される。すなわ
ち、流量制御弁３０Ａが閉じた状態となる。

【００４９】次に、本実施の形態に係るＮ／Ｃタイプの
流量制御弁３０Ｂについて説明する。

【００５０】図６は、流量制御弁３０Ｂの構成を示して
いる。この図６に示すように、流量制御弁３０Ｂは、バ
ルブボディ４４と、バルブヘッド１１２を有するバルブ
機構１１４と、圧電アクチュエータ５２と、変位量増幅
機構１２０を備えている。なお、バルブボディ４４およ
び圧電アクチュエータ５２、並びに枠体５６およびナッ
ト状部材５８の構成は、図３に示す流量制御弁３０Ａと
同じであるため、同じ符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００５１】変位量増幅機構１２０は、上側に配置され
た枠体５６と下側に配置された枠体１２１の間に挟まれ
て、これら枠体５６および枠体１２１に組み付けられた
支持部１２２と、支持部１２２の間に配置された入力部
１２４と、これら支持部１２２および入力部１２４とそ
れぞれ支点部１２６および入力点部１２８を介して連結
された変位伝達部（回転部）１３０と、該変位伝達部１
３０と出力点部１３２を介して連結された出力部１３４
を備えている。

【００５２】変位伝達部１３０は、支持部１２２および
入力部１２４の下側に配置され、また、出力部１３４
は、変位伝達部１３０の下側に配置されている。

【００５３】変位伝達部１３０は、図６中、左右に分割
されており（または、分割されて略リング状に配列され
ており）、分割された変位伝達部１３０に支点部１２
６、入力点部１２８および出力点部１３２がそれぞれ結
合されている。

【００５４】この場合、支点部１２６、入力点部１２８
および出力点部１３２は、軸線Ｃから最も離れた位置か
ら軸線Ｃ側に向かって、出力点部１３２、支点部１２
６、入力点部１２８の順に並べられている。また、図７
Ａに示すように、出力点部１３２と支点部１２６を結ぶ
直線と、入力点部１２８と支点部１２６を結ぶ直線との
交差角度は、９０度より大きく１８０度に近い値であ
る。

【００５５】図６に示すように、支点部１２６、入力点
部１２８および出力点部１３２は、それぞれ、容易に変
形させることができるように、薄肉な形状に形成されて
いる。一方、支持部１２２、入力部１２４、変位伝達部
１３０および出力部１３４は、容易に変形しないよう
に、厚肉な形状に形成されている。

【００５６】また、支持部１２２、入力部１２４、変位
伝達部１３０および出力部１３４、並びに支点部１２
６、入力点部１２８および出力点部１３２は、軸線Ｃに
対して対称となるように形成されている。さらに、これ
ら支持部１２２、入力部１２４、変位伝達部１３０およ
び出力部１３４、並びに支点部１２６、入力点部１２８
および出力点部１３２は、金属製材料、樹脂製材料等
（図６に示す例では、金属製材料）から、一体または別
体で形成されている。

【００５７】入力部１２４の上端部は、ボール６６を介
して圧電アクチュエータ５２の先端部６４と接してい
る。また、出力部１３４の下端部には、断面略Ｔ字状の
切り欠き部１３６が形成されており、この切り欠き部１
３６には、バルブヘッド１１２の上端部に形成された、
前記切り欠き部１３６とほぼ同じ形状の突起部１３８が
はめ込まれている。このように、切り欠き部１３６に突
起部１３８をはめ込むことによって、出力部１３４とバ
ルブヘッド１１２が連結される。

【００５８】図８に示すように、圧電アクチュエータ５
２の変位が入力部１２４に伝わると、入力部１２４は、
軸線Ｃに沿って下方向に変位する。そして、入力点部１
２８を介して、変位伝達部１３０を下方向に押す。この
とき、変位伝達部１３０は、支点部１２６を中心に回転
する。この場合、分割された変位伝達部１３０の回転方
向は、軸線Ｃに対して対称である。これは、支点部１２
６および入力点部１２８の位置が、軸線Ｃに対して対称
であるからである。

【００５９】回転した変位伝達部１３０は、出力点部１
３２を介して、出力部１３４を上方向に引く。その結
果、出力部１３４は、軸線Ｃに沿って上方向に変位す
る。これは、出力部１３４における出力点部１３２が結
合されている位置が、軸線Ｃに対して対称となる位置で
あるからである。すなわち、変位量増幅機構１２０は、
圧電アクチュエータ５２の変位を逆方向に変換するとと
もに、軸線Ｃに沿って直線的に伝える機能を有してい
る。

【００６０】図７Ａに示すように、変位伝達部１３０に
おける、支点部１２６と入力点部１２８を結ぶ線分に対
する、軸線Ｃと直交する方向の寸法成分を入力距離Ｌ３
と記し、また、支点部１２６と出力点部１３２を結ぶ線
分に対する、軸線Ｃと直交する方向の寸法成分を出力距
離Ｌ４と記すと、これら入力距離Ｌ３と出力距離Ｌ４と
の間には、Ｌ３＜Ｌ４の関係が成り立っている。

【００６１】なお、入力距離Ｌ３は、支点部１２６と入
力点部１２８をそれぞれ通り、軸線Ｃと平行する仮想の
線の間の距離としても得ることができ、また、出力距離
Ｌ４は、支点部１２６と出力点部１３２をそれぞれ通
り、軸線Ｃと平行する仮想の線の間の距離としても得る
ことができる。

【００６２】図７Ｂに示すように、入力部１２４が変位
量Ｌａ（圧電アクチュエータ５２の変位量）だけ下方向
に変位すると、出力部１３４は、変位量ＬａのＬ４／Ｌ
３倍の変位量（増幅変位量）Ｌｃだけ上方向に変位する
こととなる。すなわち、変位量増幅機構１２０は、入力
部１２４に入力された変位量Ｌａを変位伝達部１３０に
よってＬ４／Ｌ３倍の増幅率で増幅して、増幅変位量Ｌ
ｃとして出力する機能を有している。

【００６３】図６に示すように、バルブ機構１１４は、
前記バルブヘッド１１２を備えた弁部材１４０を有して
いる。この弁部材１４０は、枠部１４２と、この枠部１
４２とダイヤフラム部１４４を介して連結された前記バ
ルブヘッド１１２とから一体的に形成されている。この
場合、枠部１４２、ダイヤフラム部１４４およびバルブ
ヘッド１１２は、軸線Ｃに対して対称となるように形成
されている。

【００６４】弁部材１４０の材質としては、耐触性を有
する金属（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）等を採用すること
が好ましい。

【００６５】枠部１４２は、その上部側に配置された枠
体１２１を介して前記変位量増幅機構１２０の支持部１
２２に組み付けられるとともに、該枠部１４２の下部側
に配置されたバルブボディ４４とも組み付けられてい
る。また、バルブボディ４４と枠部１４２の間は、Ｏリ
ング１４３によって密閉されている。

【００６６】枠部１４２には、フランジ部１４６を備え
たばね支部材１４８が取り付けられている。また、バル
ブヘッド１１２には、フランジ状のばね押部材１５０が
取り付けられている。この場合、これらばね支部材１４
８およびばね押部材１５０の形状は、それぞれ、軸線Ｃ
に対して対称である。

【００６７】ばね支部材１４８のフランジ部１４６と、
ばね押部材１５０との間には、弾性部材（例えば、ば
ね）１５２が設けられており、ばね押部材１５０は、こ
のばね１５２によって、軸線Ｃに沿った下方向の力を受
けている。このため、圧電アクチュエータ５２に変位が
生じていない状態において、バルブヘッド１１２は、弁
座部としてのバルブボディ４４の上端部に押し当てら
れ、流入路４０と流出路４２との間を閉塞している。

【００６８】ここで、図７Ｂおよび図８に示すように、
圧電アクチュエータ５２に変位量Ｌａの変位が生じ、こ
の変位量Ｌａが変位量増幅機構１２０で増幅され、か
つ、方向が変換されて増幅変位量Ｌｃとしてバルブヘッ
ド１１２に伝えられると、バルブヘッド１１２が弾性部
材１５２の弾発力に抗しながら、軸線Ｃに沿って上方向
に変位する。また、変位量Ｌａが減少すると、バルブヘ
ッド１１２は、弾性部材１５２に押し戻されて、軸線Ｃ
に沿って下方向に変位する。

【００６９】すなわち、バルブヘッド１１２の変位に伴
って、バルブヘッド１１２とバルブボディ４４との間に
隙間εが形成され、この隙間εが、流入路４０と流出路
４２との間を通じさせる連通路１５４として機能する。
この場合、増幅変位量Ｌｃの大きさに応じて、連通路１
５４の断面積が変化し、その結果、連通路１５４を通る
プロセスガスの流量が調節される。

【００７０】このように、本実施の形態に係るＮ／Ｏタ
イプの流量制御弁３０ＡおよびＮ／Ｃタイプの流量制御
弁３０Ｂは、圧電アクチュエータ５２による微少な変位
量Ｌａを増幅してバルブヘッド４８およびバルブヘッド
１１２に伝えるように構成されている。このため、バル
ブヘッド４８およびバルブヘッド１１２のストロークを
増大させることができる。

【００７１】また、流量制御弁３０Ａおよび流量制御弁
３０Ｂは、同じ構造のバルブボディ４４を用いて構成さ
れている。このため、これら２種類の流量制御弁３０Ａ
および流量制御弁３０Ｂを低コストで製造することがで
きる。

【００７２】さらに、変位量増幅機構５４および変位量
増幅機構１２０は、それぞれ、圧電アクチュエータ５２
の変位を同方向または逆方向に変換するように構成され
ている。このため、一方向に変位する圧電アクチュエー
タ５２を用いて、Ｎ／Ｏタイプの流量制御弁３０Ａおよ
びＮ／Ｃタイプの流量制御弁３０Ｂの両方を構成するこ
とができる。従って、２種類の流量制御弁３０Ａおよび
流量制御弁３０Ｂを一層低コストで製造することができ
る。

【００７３】さらにまた、流量制御弁３０Ａおよび流量
制御弁３０Ｂを構成するバルブボディ４４においては、
流入路４０、流出路４２等の接ガス部の構造が簡素であ
る。このため、プロセスガスとの接触面積を小さくする
ことができる。

【００７４】また、以上のように構成された流量制御弁
３０Ａおよび流量制御弁３０Ｂによれば、流体の流量を
高精度かつ安定的に制御することができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明に係る流量制御弁によれば、電気
／変位変換手段による変位量を変位量増幅手段によって
増幅するように構成されている。このため、バルブヘッ
ドのストロークを増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る流量制御弁が適用さ
れるマスフローコントロールシステムの概略的な構成を
示すブロック図である。

【図２】ピエゾ駆動回路と、流量制御弁を構成する圧電
素子の構成を示すブロック図である。

【図３】Ｎ／Ｏタイプの流量制御弁の構成を示す断面図
である。

【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、図３の流量制御弁を構
成する変位量増幅機構の動作を示す説明図である。

【図５】図３の流量制御弁の動作を示す一部省略断面図
である。

【図６】Ｎ／Ｃタイプの流量制御弁の構成を示す断面図
である。

【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、図６の流量制御弁を構
成する変位量増幅機構の動作を示す説明図である。

【図８】図６の流量制御弁の動作を示す一部省略断面図
である。

【符号の説明】

１０…マスフローコントロールシステム １４…マスフローコントローラ ３０、３０Ａ、３０
Ｂ…流量制御弁 ４４…バルブボディ ４８、１１２…バル
ブヘッド ５０、１１４…バルブ機構 ５２…圧電アクチュ
エータ ５４、１２０…変位量増幅機構 ６０…圧電素子 ７０、１２２…支持部 ７２、１２６…支点
部 ７４、１３０…変位伝達部 ７６、１２８…入力
点部 ７８、１３２…出力点部 ８０、１２４…入力
部 ８２、１３４…出力部 Ｌ１、Ｌ３…入力距
離 Ｌ２、Ｌ４…出力距離

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流路が形成されたバルブボディと、 前記バルブボディに対して変位し、前記流路を流れる前
   記流体の流量を調節するバルブヘッドと、 電流または電圧の供給に伴って、該電流または該電圧の
   値に応じた変位量だけ変位を生じる電気／変位変換手段
   と、 前記電気／変位変換手段からの前記変位量を増幅して前
   記バルブヘッドに伝える変位量増幅手段と、 を有することを特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】請求項１記載の流量制御弁において、 前記変位量増幅手段は、支点を中心として回転するとと
   もに、前記電気／変位変換手段からの変位量を入力点で
   受け、かつ、増幅した変位量を出力点において前記バル
   ブヘッドに対して付与する回転部を有することを特徴と
   する流量制御弁。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の流量制御弁におい
   て、 前記変位量増幅手段は、前記電気／変位変換手段による
   変位の方向を変換する機能を有することを特徴とする流
   量制御弁。
4. 【請求項４】請求項３記載の流量制御弁において、 前記電気／変位変換手段による変位の方向と、前記バル
   ブヘッドの移動方向はほぼ平行しており、 前記変位量増幅手段は、前記支点に対する前記入力点と
   前記出力点との位置関係に応じて、前記電気／変位変換
   手段の変位の方向を、同方向または逆方向に変換して前
   記バルブヘッドに伝えることを特徴とする流量制御弁。
5. 【請求項５】請求項４記載の流量制御弁において、 前記変位量増幅手段は、前記変位量を所定の増幅率で増
   幅し、 前記増幅率は、前記支点と前記入力点をそれぞれ通り、
   前記バルブヘッドの移動方向と平行する線の間の距離
   と、前記支点と前記出力点をそれぞれ通り、前記バルブ
   ヘッドの移動方向と平行する線の間の距離との比で設定
   されることを特徴とする流量制御弁。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の流量
   制御弁において、 前記電気／変位変換手段は、圧電アクチュエータである
   ことを特徴とする流量制御弁。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の流量
   制御弁において、 前記流量制御弁は、マスフローコントローラを構成して
   いることを特徴とする流量制御弁。