(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の構造の簡素化と小型化、組立と保守点検の容易化が可能な弁を提供する。【解決手段】弁本体１と、金属ダイヤフラム弁体２と、押さえねじ５と、弁本体１の弁室用孔部１ａ内へ垂直状に装着した、下部にダイヤフラム押さえ３を有する下部支持体２２に螺合された上部支持筒体２３と、上部支持体２３の外周に装着したガイド体２４と、下部支持体２２の底壁上に皿バネ受け台８を介して配設した皿バネ１８と、上部支持筒体２１内に設けた下部受け台９と、上部支持筒体２１内へボール９ａを介在させて装着した圧電素子１０と、圧電素子１０の上部に配設したベアリング１４と、上部支持筒体２３の上方に配設した位置決め部材１２、１３とから流量制御弁を構成する。【選択図】図１
2014190387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に弁座を有する上方開放の弁室用孔部とこれに連通する流体入口通路及び流体出口通路を備えた弁本体と、前記弁座の上方にこれと対抗状に配設されて外周縁を弁室用孔部の底面へ気密に固定した逆皿形の金属ダイヤフラム弁体と、前記弁室用孔部へ螺挿されて金属ダイヤフラム弁体の外周縁を押圧固定する押えねじと、当該押えねじ内を通して弁室用孔部内へ挿入した、先端部の底壁下方にダイヤフラム押えを備えると共に側壁の上端から中間部に亘る長方形の切欠きを側壁に貫通状に設けた下部支持筒体と、当該下部支持筒体の上端部へ螺着されて支持筒体を形成する円筒状の上部支持筒体と、前記下部支持筒体の底壁上に載置した皿バネ保持部を有する皿バネ受台と、当該皿バネ受台上に載置した皿バネと、前記下部支持筒体の切欠きを挿通して水平に配設した、中央に前記皿バネ保持部の先端部を保持する皿バネ受台ガイド孔を有すると共に両端部に固定用ボルトのボルト挿入孔を設けた支持架台と、当該支持架台の皿バネ受台ガイド孔の上方に載置した下部受台と、当該下部受台上方の支持筒体内に挿入した圧電素子と、ガイド筒とその下端部から両側へ突出する鍔部とを備え、前記支持筒体をガイド筒内へ上下方向へ移動可能に挿通させると共に鍔部を支持架台の両端部へ対向させ、固定用ボルトにより前記支持架台と共にバルブ本体へ固定したガイド体と、前記上部支持筒体の上端部に螺着した位置決めナットとから成り、前記圧電素子の伸長により支持筒体を上方へ押上げ、金属ダイヤフラム弁体の弾性力によりこれを弁座から離座させる構成としたことを特徴とする流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項２】
二つの並置した底面に弁座を有する上方開放の弁室用孔部とこれに夫々連通する流体入口通路及び流体出口通路を備えた弁本体と、前記各弁座の上方にこれと対抗状に配設されて外周縁を弁室用孔部の底面へ気密に固定した逆皿形の金属ダイヤフラム弁体と、前記各弁室用孔部へ螺挿されて金属ダイヤフラム弁体の外周縁を押圧固定する押えねじと、当該各押えねじ内を通して弁室用孔部内へ挿入した、先端部の底壁下方にダイヤフラム押えを備えると共に側壁の上端から中間部に亘る長方形の切欠きを側壁に貫通状に設けた下部支持筒体と、当該各下部支持筒体の上端部へ螺着されて支持筒体を形成する円筒状の上部支持筒体と、前記各下部支持筒体の底壁上に載置した皿バネ保持部を有する皿バネ受台と、当該各皿バネ受台上に載置した皿バネと、前記両下部支持筒体の切欠きを挿通して水平に配設した、中間部に間隔を置いて前記各皿バネ保持部の先端部を保持する二つの皿バネ受台ガイド孔を有すると共に両端部に固定用ボルトのボルト挿入孔を設けた支持架台と、当該支持架台の各皿バネ受台ガイド孔の上方に載置した下部受台と、当該各下部受台上方の支持筒体内に挿入した圧電素子と、二つのガイド筒と各ガイド筒の下端部から外方向へ突出する鍔部とを備え、前記各支持筒体を各ガイド筒内へ上下方向へ移動可能に挿通させると共に鍔部を支持架台）の両端部へ対向させ、固定用ボルトにより前記支持架台と共にバルブ本体へ固定した２連用ガイド体と、前記各上部支持筒体の上端部に螺着した位置決めナットとから成り、前記各圧電素子の伸長により各支持筒体を上方へ押上げ、金属ダイヤフラム弁体の弾性力によりこれを弁座から離座させる構成としたことを特徴とする流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項３】
下部支持筒体の上端部外周面にねじを設けると共に上部支持筒体の下端部内周面にねじを設け、両ねじの螺合により両支持筒体を連結して支持筒体を形成するようにした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項４】
上部支持筒体の内周面に螺着したロック用ねじにより、下部支持筒体と上部支持筒体との螺着による連結部をロックするようにした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項５】
下部受台の上端面と圧電素子の下端面の間にボールを介設する構成とした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項６】
圧電素子の上端面と位置決めナットの間にベアリングを介設する構成とした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項７】
ガイド体の内周面と支持筒体の外周面の間にＯリングを介設するようにした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【請求項８】
ガイド体の鍔部の下方に支持架台の挿入溝を設ける構成とした請求項１または請求項２に記載の流量制御装置用の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置用の流量制御弁の改良に関するものであり、流量制御弁を構成する圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の構造の簡素化と小型化、組立と保守点検の容易化を図ることにより、当該流量制御弁を備えた流量制御装置や当該流量制御装置を用いた半導体製造装置用集積化ガス供給装置等の一層の小型化を達成できるようにした流量制御装置用の流量制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等で用いる集積化ガス供給装置は、一般に図１２に示すように、ガス流路を設けたブロック体５４〜５８を用いて二方開閉弁５１Ａ、５１Ｂ、三方開閉弁５２Ａ、５２Ｂ、流量制御装置５３等を直列状に連結して一つのガス供給ラインを形成すると共に、この複数のガス供給ラインをブロック体５５、５９に並列状に配列固定することにより構成されている（特開平５−１７２２６５号等）。
【０００３】
また、前記流量制御装置５３としては、熱式質量流量制御装置若しくは圧力式質量流量制御装置が使用されており、各流量制御装置５３の内部には流量制御弁とその制御回路装置が設けられている。更に、前記流量制御弁には、圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁５３aが多く利用されており、その弁開度を自動制御することにより、所望の流体流量に調整するよう構成されている（特開平８−３３８５４６号等）。
【０００４】
図１３は、上記流量制御弁、即ち、ノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の一例を示すものであり、集積化ガス供給装置の流量制御装置等に多く使用されているものである。当該金属ダイヤフラム制御弁は、上面に孔部１aを有する弁本体１、金属ダイヤフラム弁体２、ダイヤフラム押え３、押えアダプタ４、前記孔部１a内へ垂直状に挿入した圧電素子支持筒体２３、支持筒体２３の底壁上に設けた皿ばね１８と、支持筒体２３の下方内部へ挿着した割リベース２７と、支持筒体２３内に設けた下部受台９と、支持筒体２３の固定・ガイド体２４と、支持筒体２３内に設けた圧電素子１０等から構成されている（特開２００３−１２０８３２号）。
【０００５】
また、図１４は、圧電素子支持筒体２３と支持筒体２３内に設けた下部受台９との間に与圧ばね２８を設け、圧電素子１０に常時加える圧縮力を適宜に調節することにより、圧電素子１０が縮むときに掛かる張力を緩和して圧電素子１０の破損を防止する構成とした流量制御部弁の一例を示すものである（特許第4933936号）。
【０００６】
上記図１３及び図１４の圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁に於いては、定常時には、皿ばね１８の弾性力により圧電素子支持筒体２３が下向きに押圧され、ダイヤフラム押え３により金属ダイヤフラム弁体２が弁座へ当接されて閉弁状態になっている。
そして、圧電素子１０へ電圧（制御信号）が印加されると、圧電素子１０が伸長し、支持筒体２３が上方へ押し上げられることにより、開弁状態となる。何故なら、圧電素子１０の下端面が、ボール８a及び下部受台９を介して割リベース２７上に支持されているため、上端部を圧電素子１０の上部へ固定した支持筒体２３が、圧電素子１０の伸長により皿ばね１８の弾性力に抗して上方へ押し上げられ、これにより、押圧されていた金属ダイヤフラム弁体２がその弾性により復元し、弁座からから離れるからである。
【０００７】
上記図１３及び図１４等に示した圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁は、応答性や流量制御性の点で優れた効用を具備するものである。しかし、圧電素子支持筒体２３の両側部からその内方へ鍔付きの半割リ状の割リベース片２７aを挿入して割リベース２７を形成し、その上面に、ボール８a及び下部受台９を介して圧電素子１０を支持する構成としているため、圧電素子１０の支持機構の複雑化とこれに伴う制御弁組立の困難化が不可避となり、製造コストの引下げを図り難いと云う難点がある。
【０００８】
また、鍔付きの割リベース２７を用いると共に、この鍔付きの割リベース２７を支持筒体２３の固定・ガイド体２４により弁本体１へ固定する構成としているため、固定・ガイド体２４の外径寸法が必然的に大きくなり、制御弁の細径化を十分に図れないと云う問題がある。
【０００９】
更に、前記図１２に示した集積化ガス供給装置では、固定用ボルトを上方より外すことにより各ガス供給ラインを形成する制御機器類を容易に交換することができ、また、ガス供給ラインの増設等にも比較的容易に対応できると云う高い効用を有するものである。
しかし、必要とするガス供給ライン数が増加してくると、必然的に集積化ガス供給装置の奥行寸法Ｌが増加することになり、集積化ガス供給装置が大型化することになる。
何故なら、流量制御装置５３には、前記流量制御弁の構造上その奥行寸法（厚み寸法）Loに一定の限界があり，熱式流量制御装置（マスフローコントローラ）の場合でも、圧力式流量制御装置の場合でも、２０〜２５ｍｍ以上の厚み寸法Loを必要とするからである。
【００１０】
特に、近年、半導体製造装置の集積化ガス供給装置に於いては、必要とするガス供給ライン数、即ち供給ガス種の増加が強く要求されており、十数種以上のガス供給が可能な集積化ガス供給装置が現実に要求されている。
また、これと同時に、集積化ガス供給装置の大幅な小型化も強く要求されており、例えば、１チャンバマルチプロセス方式に於いては、１６種のガス供給ラインを設けた集積化ガス供給装置を横幅Ｗ３５０ｍｍ、奥行Ｌ２５０ｍｍ、高さＨ２５０ｍｍ以下の容積スペース内に納めることが、現実に要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１７２２６５号公報
【特許文献２】特開平８−３３８５４６号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０８３２２号公報
【特許文献４】特許第４９３３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明は、従前のこの流量制御装置用の流量制御弁に於ける上述の如き問題、即ち、イ  圧電素子支持筒体２３の両側部の開口からその内方へ鍔付きの半割リ状の半割リベース片２７aを挿入して割リベース２７を形成し、その上面にボール８a及び下部受台９を介して圧電素子１０を支持する構成としているため、圧電素子１０の支持機構が複雑になると共に、制御弁の組立も複雑になり、製造コストの引下げが図れないこと、ロ  鍔付きの割リベース２７を支持筒体２３の固定・ガイド体２４を用いて弁本体１へ固定する構成としているため、固定・ガイド体２４の外径寸法が大きくなり、流量制御弁の細径化が図れないこと、ハ  流量制御弁の細径化が十分に図れないため、流量制御装置５３の奥行き寸法Loを２０〜２５mm以下にすることが出来ず、その結果、ガス供給ライン数が増加してくると、必然的に集積化ガス供給装置の奥行寸法Ｌが増加することになり、集積化ガス供給装置の大幅な小型化が図れないこと、等の問題を解決せんとするものであり、流量調整装置用の流量制御弁を、割りベース２７を用いない圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁、又は、二つの圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁を割りベース２７を用いることなしに一体的に組合せした構造の流量制御弁とすることにより、構造の簡単化と組立ての簡単化、組立て精度の向上、機器の小型化及び製造コストの引下等が図れ、しかも、集積すべきガス供給ライン数の増加及び集積装置の小型化に対する要望にも容易に対応できるようにした流量制御装置用の流量制御弁を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者等は、これまで各種のノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の製造、開発及び公開をしてきたが、これ等の製造、開発を通して、ノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の大幅な小型化、組立の簡単化及び組立て精度の向上を図ることにより、流量制御装置装置を小型化するとともに製造コストを削減をすることを着想し、これに用いる制御弁を開発した（第１実施形態）。
【００１４】
また、本願発明者等は、２基のノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁を一体化した連結連結とすると共に制御弁を細径化することにより、これを用いた流量制御器の大幅な小型化を図り、これによって集積化ガス供給装置の奥行Ｌを従前の装置の約１／２にすることを着想した（第２実施形態）。
【００１５】
本願発明は上記各着想を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、底面に弁座６を有する上方開放の弁室用孔部１aとこれに連通する流体入口通路７a及び流体出口通路７bを備えた弁本体１と、前記弁座６の上方にこれと対抗状に配設されて外周縁を弁室用孔部１aの底面へ気密に固定した逆皿形の金属ダイヤフラム弁体２と、前記弁室用孔部１aへ螺挿されて金属ダイヤフラム弁体２の外周縁を押圧固定する押えねじ５と、当該押えねじ５内を通して弁室用孔部１a内へ挿入した、先端部の底壁下方にダイヤフラム押え３を備えると共に側壁の上端から中間部に亘る長方形の切欠き２２aを側壁の両側に対向して貫通状に設けた下部支持筒体２２と、当該下部支持筒体２２の上端部へ螺着されて支持筒体２３を形成する円筒状の上部支持筒体２１と、前記下部支持筒体２２の底壁上に載置した皿バネ保持部８aを有する皿バネ受台８と、当該皿バネ受台８上に載置した皿バネ１８と、前記下部支持筒体２２の切欠き２２aを挿通して水平に配設した、中央に前記皿バネ保持部８aの先端部を保持する皿バネ受台ガイド孔１９を有すると共に両端部に固定用ボルト１７のボルト挿入孔２０を設けた支持架台１６と、当該支持架台１６の皿バネ受台ガイド孔１９の上方に載置した下部受台９と、当該下部受台９上方の支持筒体２３内に挿入した圧電素子１０と、ガイド筒２４aとその下端部から両側へ突出する鍔部２４cとを備え、前記支持筒体２３をガイド筒２４a内へ上下方向へ移動可能に挿通させると共に鍔部２４cを支持架台１６の両端部へ対向させ、固定用ボルト１７により前記支持架台１６と共にバルブ本体１へ固定したガイド体２４と、前記上部支持筒体２１の上端部に螺着した位置決めナット１２とから成り、前記圧電素子１０の伸長により支持筒体２３を上方へ押上げ、金属ダイヤフラム弁体２の弾性力によりこれを弁座６から離座させる構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１６】
請求項２の発明は、並置した二つの底面に弁座６を有する上方開放の弁室用孔部１a、１aとこれに夫々連通する流体入口通路７a、７a及び流体出口通路７b、７bを備えた弁本体１と、前記各弁座６の上方にこれと対抗状に配設されて外周縁を弁室用孔部１aの底面へ気密に固定した逆皿形の金属ダイヤフラム弁体２と、前記各弁室用孔部１aへ螺挿されて金属ダイヤフラム弁体２の外周縁を押圧固定する押えねじ５と、当該各押えねじ５内を通して弁室用孔部１a内へ挿入した、先端部の底壁下方にダイヤフラム押え３を備えると共に側壁の上端から中間部に亘る長方形の切欠き２２aを側壁の両側に対向して貫通状に設けた下部支持筒体２２と、当該各下部支持筒体２２の上端部へ螺着されて支持筒体２３を形成する円筒状の上部支持筒体２１と、前記各下部支持筒体２２の底壁上に載置した皿バネ保持部８aを有する皿バネ受台８と、当該各皿バネ受台８上に載置した皿バネ１８と、前記両下部支持筒体２２の切欠き２２aを挿通して水平に配設した、中間部に間隔を置いて前記各皿バネ保持部８aの先端部を保持する二つの皿バネ受台ガイド孔１９、１９を有すると共に両端部に固定用ボルト１７のボルト挿入孔２０を設けた支持架台１６と、当該支持架台１６の各皿バネ受台ガイド孔１９の上方に載置した下部受台９と、当該各下部受台９上方の支持筒体２３内に挿入した圧電素子１０と、二つのガイド筒２４a、２４aと各ガイド筒２４aの下端部から外方向へ突出する鍔部２４cとを備え、前記各支持筒体２３を各ガイド筒２４a内へ上下方向へ移動可能に挿通させると共に鍔部２４cを支持架台１６の両端部へ対向させ、固定用ボルト１７により前記支持架台１６と共にバルブ本体１へ固定した２連用のイド体２４と、前記各上部支持筒体２１の上端部に螺着した位置決めナット１２とから成り、前記各圧電素子１０の伸長により各支持筒体２３を上方へ押上げ、金属ダイヤフラム弁体２の弾性力によりこれを弁座６から離座させる構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、下部支持筒体２２の上端部外周面にねじ２２cを設けると共に上部支持筒体２１の下端部内周面にねじ２１ｃを設け、両ねじ２２c、２１ｃの螺合により両支持筒体２２、２１を連結して支持筒体２３を形成するようにしたものである。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、上部支持筒体２１の内周面に螺着したロック用ねじ２６により、下部支持筒体２２と上部支持筒体２１との螺着による連結部をロックするようにしたものである。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、下部受台９の上端面と圧電素子１０の下端面の間にボール９aを介設する構成としたものである。
【００２０】
請求項６の発明は、求項１又は請求項２の発明に於いて、圧電素子１０の上端面と位置決めナット１３の間にベアリング１４を介設するようにしたものである。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、ガイド筒２４aの内周面と支持筒体２３の外周面の間にＯリング２５を介設するようにしたものである。
【００２２】
請求項８の発明は、求項１又は請求項２の発明に於いて、ガイド体２４の鍔部２４cの下方に支持架台１６の挿入溝２４bを設ける構成としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本願請求項１の発明に於いては、弁室用孔部１aへ螺挿した押えねじ５により金属ダイヤフラム弁体２の外周縁を押圧固定すると共に、当該押えねじ５内を通して弁室用孔部１a内へ、先端部の底壁下方にダイヤフラム押え３を備え且つ上端から中間部に亘る長方形の切欠き２２aを側壁の両側に対向して貫通状に設けた下部支持筒体２２を挿入し、当該下部支持筒体２２の上端部へ上部支持筒体２１を螺着することにより支持筒体２３を形成し、また、前記下部支持筒体２２の底壁上に皿バネ保持部８aを有する皿バネ受台８及びこれに保持した皿バネ１８を載置すると共に、下部支持筒体２２の切欠き２２aを挿通させて中間部に皿バネ保持部８aの先端部を保持する皿バネ受台ガイド孔１９を有し両端部に固定用ボルト１７のボルト挿入孔２０を設けた支持架台１６を水平に配設し、更に、支持架台１６の各皿バネ受台ガイド孔１９の上方に下部受台９を載置しその上に圧電素子１０を設けると共に、支持筒体２３を各ガイド筒２４a内へ上下動可能に挿通させ、その鍔部２４cを支持架台１６の両端部へ対向させて固定用ボルト１７により前記支持架台１６と共に弁本体１へガイド体２４及び支持架台１６を一体的に固定するようにしている。
【００２４】
そのため、制御弁を構成する部材、特に皿バネ１８や圧電素子１０の支持機構が大幅に簡単化できると共に、各部材を弁室用孔部１aの中心軸線を基準として配列組合せすることにより、制御弁の組立を行うことが出来る。その結果、制御弁の構造の簡素化及び組立精度の向上が可能となる。
【００２５】
本願請求項２の発明においては、ガイド体２４及び支持架台１６を２連用とすると共に、弁本体１に二つの弁室用孔部１aを所定の間隔を置いて並置する構成としているため、１基の弁本体に二つの制御弁を極近接して配置することができ、しかも、二つの制御弁を同時に組付け製作することができる。その結果、制御弁の大幅な細径化が可能になると共に、従前の１基の流量調整装置の容積に略近い容積でもって２基の制御弁を組み付けすることが可能となり、集積化ガス供給装置等の大幅な小型化や供給ライン数の増加の要求にも、容易に適応することができる可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るに係るノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の縦断面図である。
【図２】図１のイ−イ視断面概要図である。
【図３】(a)上部筒体の縦断面図、(b)下部筒体の縦断面図及び(c)下部筒体のイーイ視断面図である。
【図４】(a)支持架台の平面図及び(b)側面図である。
【図５】皿ばね受台の正面図である。
【図６】下部受台の正面図である。
【図７】(a)押えねじの正面図及び平面図、(b)ロック用ねじの正面図及び平面図である。
【図８】(a)支持筒体のガイド体の縦断面図及び(b)側面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るに係るノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の縦断面図である。
【図１０】２連用の支持架台の平面図である。
【図１１】２連用のガイド体の縦断面図である。
【図１２】(a)公知の集積化ガス供給装置の斜面図及び（b）流体流路の系統図である（特開平5-172265号）。
【図１３】公知のノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の縦断面図である（特開2003−120832号）。
【図１４】他の公知のノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の縦断面図である（特許4933936号）。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。尚、図１乃至図１１に於いて前記図１２乃至図１４と同一の部位、部材には、これと同じ参照番号を付すものとする。
［第１実施形態］
図１乃至図８は本発明の第１実施形態を示すものであり、図１は、本発明の第１実施形態に係るノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の縦断面図、図２は図１のイーイ視断面概要図である。
【００２８】
当該制御弁は、弁室用孔部１aを設けた弁本体１、弁室用孔部１aの底面に形成した弁座６と対向状に配置した金属ダイヤフラム弁体２、弁室用孔部１aの金属ダイヤフラム弁体上方に挿入した圧電素子の下部支持筒体２２、下部支持筒体２２の下方部を水平方向に挿通して弁本体１に固定した支持架台１６、支持架台１６と下部支持筒体２２の底壁２１c間に挿着した皿バネ受台８及び皿ばね１８、下部支持筒体２２内の支持架台１６上に載置した下部受台９、下部支持筒体２２の上端部に螺合した上部支持筒体２１、下部受台９上に載置した圧電素子１０、圧電素子１０と上部支持筒体２１間を連結する位置決めナット１２、上部支持筒体２１と下部支持筒体２２から成る支持筒体２３、支持筒体２３のガイド体２４、ダイヤフラム弁体２の押えアダプタ４及び押え六角ナット５、下部支持筒体２２の下端に設けたダイヤフラム押え３等から構成されている。
【００２９】
前記弁本体１はステンレス鋼等から形成されたブロック体であり、その上面側には弁室用孔部１a及びこれに連通する流体入口通路７a及び流体出口通路7bが設けられている。尚、当該制御弁を流量制御装置の制御弁とする場合には、弁本体1に圧力検出器の取付孔や圧力導入通路(図示省略)等が別に設けられることは勿論である。
また、当該弁室用孔部１aの底面には弁座６が形成されており、更に、孔部１aの内周面には、後述する押えねじ５をねじ込むための内ねじ１ｂが形成されている。
【００３０】
前記金属ダイヤフラム弁体２は、コバルト、ニッケルを基ベースにタングステン、モリブデン、チタン、クロム等を加えた耐久性、耐食性、耐熱性に優れた高弾性合金（例えば、スプロン１００）製の極薄板材により中央部が上方へ膨出した逆皿型に形成されており、前記弁座６と対向状に配置され、押えアダプタ４を介して前記弁室用孔部１aの内ねじ内へ１ｂにねじ込みした押えねじ５により、その外周縁部が弁本体１側へ気密に押圧固定されている。
尚、図７（a）は当該押えねじ５の平面図及び正面図であり、中央の６角型の孔部５a内へ後述する下部支持筒体２２が挿入されている。
【００３１】
また、当該金属ダイヤフラム弁体２は、下方への押圧により弁座６へ気密に当接すると共に、押圧力の喪失により、その弾性力にとって膨出させた状態の原形に復元し、弁座６から離座することになる。また、金属ダイヤフラム弁体２の材質は、ステンレス鋼やインコネル、その他の合金鋼であっても良く、更に、複数枚の薄板を積層した構造のものであっても良い。
【００３２】
前記圧電素子の支持筒体２３は、図３(a)に示した上部支持筒体２１と図３（b）に示した下部支持筒体２２とをねじ連結することにより形成されている。
即ち、上部支持筒体２１の上端部外周面には、位置決めナット１２やロックナット１３のねじ込み用の外ねじ２１cが形成されており、また、その下方部の内周面には、下部支持筒体２２をねじ込み固定するために内ねじ２１bが形成されている。
尚、上部支持筒体２１と下部支持筒体２２のねじ込み固定をより確実なものとするために、前記上部支持筒体２１の下方内周面の内ねじ２１bへ図７(b)に示すよなロック用ねじ２６をねじ込み、下部支持筒体２２の上端面を押圧固定してねじ連結部をロックするようにしている。尚、２６aはロック用ねじ２６の外ねじである。
【００３３】
また、前記下部支持筒体２２は、図３(b),(c)に示すように有底の短い筒体に形成されており、その両側の壁面には、上端から中間部に亘って長方形状の切欠き２２aが対抗して貫通状に設けられていて、当該切欠き２２aを挿通して後述する支持架台１６が水平方向に配置されることになる。
尚、当該下部支持筒体２２の上部外周面には、前記上部支持筒体２１の下方内周面の内ねじ２１bへねじ込み固定するための外ねじ２２dが設けられている。また、下部支持筒体２２の底壁２２cの下方には窪部２２bが設けられており、この窪部２２bへダイヤフラム押え３が嵌合されている。
【００３４】
前記支持架台１６は、図４(a),(b)に示すように略長方形状の柱状体であり、中央部に後述する皿バネ受台ガイド孔１９が形成され、更に、その両側に当該支持架台１６を弁本体１の外表面へ固定するための固定ボルト１７の挿通孔２０が形成されている。
【００３５】
前記皿バネ受台８は、図５の示すような逆T型に形成されており、保持部８aの先端を前記皿バネ受台ガイド孔１９内へ 望ませた状態で、下部支持筒体２２の底壁２２cと支持架台１６の下面との間に配置されている。
【００３６】
前記圧電素子１０の下部受台９は、下部支持筒体２２内の支持架台１６の上面に載置されており、図６に示すような短円柱型を呈しており、その上面にはボール９aの受溝９ｂが設けられている。
【００３７】
また、前記皿バネ１８は、当該皿バネ受台８の保持部８aの外周部に装着されている。
圧電素子１０へ弁駆動用電圧が入力されることにより、底面がボール９a及び下部受台９を介して支持架台６上に支持された圧電素子１０が伸長し、位置決めナット１２に連結された上部支持筒体２１及びこれに連結した下部支持筒体２２が皿バネ１８の弾性力に抗して上方へ引き揚げられる。これにより、金属ダイヤフラム弁体２が原形に復元し、開弁される。
【００３８】
前記支持筒体２３のガイド体２４は、図８（a）,(b)に示すように、短円筒体であるガイド筒２４aとその下端部から水平に両側へ突出させた鍔部２４cとから形成されており、鍔部２４cの下側には、鍔部２４cとその両側部を下方へ延設した側壁２４dとからからなる支持架台１６の挿通溝２４bが形成されている。尚、当該ガイド体２４は、ガイド筒２４a内へ支持筒体２３を挿通させてその鍔部２４cを支持架台１６の上面へ当接させ、挿通溝２４b内に支持架台１６を挟み付けした状態で固定用ボルト１７により、弁本体１の外表面へ固定されている。尚、図８(a)の２４eはボルト挿入孔である。
【００３９】
次に、第１実形態に係る制御弁の組立てとその作動について説明する。
図１を参照して、先ず、弁本体１の弁室を形成する弁室用孔部１aの弁座６上に金属ダイヤフラム弁体２を載置し、その外周縁の上方へ押えアダプタ４を挿着し、弁室用孔部１a内へ押えねじ５を締込みして、金属ダイヤフラム弁体２を気密に固定する。
【００４０】
次に、弁室用孔部１a内の金属ダイヤフラム弁体２の上方へ下部支持筒体２２を挿入し、下部支持筒体２２の下方部を前記ロック用ねじ２５の内方へ挿入させると共に、当該下部支持筒体２２内へ皿ばね受台８、皿バネ１８、支持架台１６を配設する。その後、上部支持筒体２１の下端部を下部支持筒体２２の上端部へねじ込み、更に、ロック用ねじ２６をねじ込むことにより、両支持筒体２２、２１のねじ込み部をロックして、その緩みを防止する。
【００４１】
また、上部支持筒体２１を挿通させて支持筒体２３のガイド体２４を弁本体１上に装着し、ガイド体２４の鍔部２４cを支持架台１６に当設させて、固定用ボルト１７によりガイド体２４及び支持架台１６を一緒に弁本体１へ固定する。そして、これと同時又はその後に、上部支持筒体２１の上方開口より下部受台９ボール９a、圧電素子１０を順次支持筒体２３内へ挿入し、最後に、位置決めナット１２及びロックナット１３の締め込み量を調整して、金属ダイヤフラム弁体２のストローク調整をする。
尚、図１において、９aはボール、１１はリード線、１４はベアリング、１５はコネクタ、２１aはＯリング挿入溝、２５はＯリングである。
【００４２】
当該第１実施形態の制御弁においては、制御弁の構成部材を極めて少なくすることができると共に、その組立て及び調整等を極簡単に行うことが出来るようになり、従前のこの種ノーマルクローズ型圧電素子駆動式金属ダイヤフラム制御弁の製造コストの大幅な引下げと、弁開度制御の高精度化が可能となる。
【００４３】
［第２実施形態］
図９乃至図１１は、本発明の第２実施形態を示すものである。
当該第２実施形態は、弁本体１上に２基の制御弁を並列に近接して配置する構成としたものであり、２基の制御弁を一体的に組み付けする構造となっている。
【００４４】
即ち、弁本体１の上面側には、図９に示すように所定の間隔を置いて二つの弁室用孔部１aが設けられており、各弁室用孔部１aの底面には弁座６が設けられている。また、弁本体１には、弁室用孔部１aに連通する流体入口通路７a１，７a2及び流体出口通路７b１、7ｂ2が夫々設けられている。更に、各弁室用孔部１a内には弁座６と対向状に金属ダイヤフラム弁体２が設けられ、押えアダプタ４を介して押えねじ５により、外周縁部が弁本体１へ気密に固定されていると共に、その上方に、下部支持筒体２２及び上部支持筒体２１から成る支持筒体２３や皿バネ受台８、皿バネ１８、下部受台９、圧電素子１０等が夫々配設されていることは、前記図１の制御弁の場合と同一である。
【００４５】
尚、当該第２実施形態においては、弁本体１の弁室用孔部１aが２個設けられている点、及び支持架台１６とガイド体２４が夫々２連用に形成されている点を除いて、その他の構成は前記第１実施形態の場合と殆ど同一である。そのため、これ等の各点の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図９〜図１１を参照して、当該第２実施形態の制御弁においては、支持架台１６が図１０に示すように２連用に形成されており、２個の皿バネ受台ガイド孔１９が所定の間隔を置いて設けられている。
また、当該第２実施形態においては、支持筒体２３のガイド体２４が図１１に示すように２連用に形成されており、２つのガイドイ筒２４aが連結した状態で形成されている点を除いて、その他の構成は前記第１実施形態の場合と同一である。
【００４７】
当該第２実施形態に係る制御弁の組立に際しては、先ず、両弁室用孔部１a内へ金属ダイヤフラム弁体２を装着し、押えねじ５を螺挿することによりこれを気密に固定する。次に、金属ダイヤフラム弁体２を固定したの両弁室用孔部１a内へ、下端面にダイフラム押え３を固定した下部支持筒体２２を押えねじ５の内部を挿通させて挿入する。そして、両下部支持筒体２２内へ皿バネ１８を装着した皿バネ受台８を挿入した後、下部支持筒体２２の切欠き２２aを通して支持架台１６を水平方向に挿入して、当該支持架台１６の各皿バネ受台ガイド孔１９内へ、各皿バネ受台８の保持部８aの先端部を臨ませる。
【００４８】
その後、上部支持筒体２１を下部支持筒体２２の上端へねじ込み、ロック用ねじ２６の締め込みによりねじ連結部をロック固定すると共に、各上部支持筒体２１の上方より、Ｏリング２５を装着した両支持筒体２３をガイド筒２４a内へ挿通させることにより、ガイド体２４を弁本体１上に装着そる。そして、ガイド体２４の鍔部２４cと支持架台１６とを固定用ボルト１７により弁本体１へ締め付け固定する。
【００４９】
その後、ロック用ねじ２６の締め付けを行い、下部受台９、ボール９a、圧電素子１０、ベアリング１４及びコネクタ１５等を支持筒体２３内へ装着すると共に、位置決めナット１２及びロックナット１３を螺挿して、支持筒体２３の上下方向位置、即ち制御弁の閉弁時の金属ダイヤフラム弁体２の押圧力等を調整する。
【００５０】
当該第２実施形態に於いては、２基の制御弁を並列状に近接して配置することができると共に、支持架台１６を共通にする構造としているため、制御弁の弁本体２の横幅寸法を、単体の制御弁を２基並置する場合の弁本体の横幅寸法の約６０％以下にすることができる。
また、２基の制御弁を同時に平行して組立できるため、制御弁の組立工数が一基の制御弁の組立の場合と比較して大幅に増加することがなく、高能率でしかも精度の高い組立てを行なうことができる。
【００５１】
また、前記図１２に示したような集積化ガス供給装置へに本願第２実施形態に係る制御弁を適用した場合には、集積化ガス供給装置の奥行き寸法Lを半分以下に減少させることができ、集積化ガス供給装置の設置スペースの大幅な増加を招くことなしに、供給ガスラインの増加の要求に容易に適応することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、半導体製造装置の分野に於ける流体の流路の開閉用制御弁や流量制御装置用制御弁、集積化ガス供給装置用制御弁のみならず、あらゆる産業分野に於ける流体流路の開閉制御や流体の流量制御に使用されるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１  弁本体
１a  弁室用孔部
１b  内ねじ
２  金属ダイヤフラム弁体
３  ダイヤフラム押え
４  押えアダプタ
５  押えねじ
５a  孔部
６  弁座
７a・７a1  流体入口通路
７b・７b2   流体出口通路
８  皿バネ受台
８a  保持部
９  下部受台
９a ボール
１０  圧電素子
１１  リード線
１２  位置決めナット
１３  ロックナット
１４  ベアリング
１５  コネクタ
１６  支持架台
１７  固定用ボルト
１８  皿バネ
１９  皿バネ受台ガイド孔
２０  ボルト挿入孔
２１  上部支持筒体
２１a Ｏリング挿入溝
２１b 内ねじ
２１c 外ねじ
２１d 側壁
２１e ボルト挿入孔
２２  下部支持筒体
２２a  切欠き
２２b  窪部
２２c  底壁
２２d  外ねじ
２３  支持筒体
２４  ガイド体
２４a ガイド筒
２４b  支持架台挿通溝
２４c  鍔部
２４d  側壁
２４e  ボルト挿入孔
２５  Ｏリング
２６  ロック用ねじ
２６a 外ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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