(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-28
(45)【発行日】2022-11-08
(54)【発明の名称】ダイヤフラムバルブおよび流量制御装置
(51)【国際特許分類】
F16K 31/02 20060101AFI20221031BHJP
F16K 31/126 20060101ALI20221031BHJP
F16K 31/165 20060101ALI20221031BHJP
F16K 7/17 20060101ALI20221031BHJP
G05D 7/06 20060101ALI20221031BHJP
【ＦＩ】
F16K31/02 A
F16K31/126 Z
F16K31/165
F16K7/17 Z
G05D7/06 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2018151129
(22)【出願日】2018-08-10
(65)【公開番号】P2020026829
(43)【公開日】2020-02-20
【審査請求日】2021-04-05
(73)【特許権者】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】110002893
【氏名又は名称】弁理士法人ＫＥＮ知財総合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100186750
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 健司
(72)【発明者】
【氏名】相川 献治
(72)【発明者】
【氏名】執行 耕平
(72)【発明者】
【氏名】稲田 敏之
(72)【発明者】
【氏名】篠原 努
【審査官】笹岡 友陽
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１９７７５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０１４０３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０５－０３６１７３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平１１－３５３０３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５０６４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｋ ３１／０２
Ｆ１６Ｋ ３１／１２６
Ｆ１６Ｋ ３１／１６５
Ｆ１６Ｋ ７／１７
Ｇ０５Ｄ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ダイヤフラムを作動させる積層された圧電素子を内蔵する圧電アクチュエータと、第１の開口部と前記第１の開口部よりも面積の小さい第２の開口部とを有し内部に液体が充填される液圧室と、前記第１の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てかつ前記圧電アクチュエータの伸びが入力される第１の隔離部材と、
前記第２の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てる第２の隔離部材と、を備える液圧式変位拡大機構と、を有し、
前記圧電アクチュエータの伸びが前記液圧式変位拡大機構の第１の隔離部材に直接的に入力されるように前記圧電アクチュエータを保持しつつ前記液圧式変位拡大機構と連結された保持機構を有し、
前記保持機構は、前記圧電アクチュエータの長手方向に沿って延在しかつ前記圧電アクチュエータの側面に嵌合する第１および第２の柱部を有し、
前記第１および第２の柱部は、先端部が互いに連結され、基端部が前記液圧式変位拡大機構の前記液圧室を画定する液室部材にそれぞれ連結される、ダイヤフラムバルブ。
【請求項2】
前記第１の隔離部材と前記第２の隔離部材とは、前記液圧室を介して対向配置されている、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項3】
前記第１および第２の隔離部材の少なくとも一方がダイヤフラムからなる、請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項4】
前記第1の隔離部材が、ダイヤフラムからなり、前記第２の隔離部材がベローズからなる、請求項１ないし３のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項5】
前記第１および第２の柱部の先端部を連結する連結部は、前記圧電アクチュエータの一端を受け止める受け止め面を有する、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項6】
請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブを有する流量制御装置。
【請求項7】
上流側から下流側に向かって複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、前記複数の流体機器は、請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項６に記載の流量制御装置を含む、流体制御装置。
【請求項8】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項６に記載の流量制御装置を用いる、半導体製造装置。
【請求項9】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項６に記載の流量制御装置を用いる、半導体製造方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイヤフラムバルブ、流量制御装置、流体制御装置、流体制御方法、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、圧力センサとオリフィスによってガスの流量を測定し、測定された流量値を基に積層圧電アクチュエータにより駆動されるダイヤフラムバルブをフィードバック制御することで、指示された流量のガスを流すことができ、かつ、小型化された圧力式流量制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開番号ＷＯ２０１７／０３３４２３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような流量制御装置を小型化しつつ大流量化するためには、積層圧電アクチュエータにより駆動されるダイヤフラムバルブの開度を拡大する必要がある。
しかしながら、積層圧電アクチュエータのストローク量が十分でなく、ストローク量を伸ばすには積層圧電アクチュエータも大型化する必要があり、小型化の要求に応えることが困難であった。
しかしながら、積層圧電アクチュエータのストローク量が十分でなく、ストローク量を伸ばすには積層圧電アクチュエータも大型化する必要があり、小型化の要求に応えることが困難であった。
【0005】
本発明の目的の一つは、小型化を維持しつつ大流量化された積層圧電アクチュエータを用いたダイヤフラムバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のダイヤフラムバルブは、ダイヤフラムを作動させる積層された圧電素子を内蔵する圧電アクチュエータと、
第１の開口部と前記第１の開口部よりも面積の小さい第２の開口部とを有し内部に液体が充填される液圧室と、前記第１の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てかつ前記圧電アクチュエータの伸びが入力される第1の隔離部材と、前記第２の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てる第２の隔離部材と、を備える液圧式変位拡大機構と、を有する。
第１の開口部と前記第１の開口部よりも面積の小さい第２の開口部とを有し内部に液体が充填される液圧室と、前記第１の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てかつ前記圧電アクチュエータの伸びが入力される第1の隔離部材と、前記第２の開口部に変位可能又は変形可能に設けられ前記液圧室と外部とを隔てる第２の隔離部材と、を備える液圧式変位拡大機構と、を有する。
【0007】
好適には、前記第１の隔離部材と前記第２の隔離部材とは、前記液圧室を介して対向配置されている、構成を採用できる。
さらに好適には、前記第１および第２の隔離部材の少なくとも一方がダイヤフラムからなる、構成を採用できる。
さらに好適には、前記第１および第２の隔離部材の少なくとも一方がダイヤフラムからなる、構成を採用できる。
【0008】
代替的には、前記第１の隔離部材が、ダイヤフラムからなり、前記第２の隔離部材がベローズからなる、構成を採用できる。
【0009】
本発明のダイヤフラムバルブは、前記圧電アクチュエータの伸びが前記液圧式変位拡大機構の第1の隔離部材に直接的に入力されるように前記圧電アクチュエータを保持しつつ前記液圧式変位拡大機構と連結された保持機構を有する。
【0010】
好適には、前記保持機構は、前記圧電アクチュエータの長手方向に沿って延在しかつ前記圧電アクチュエータの外周面に嵌合する第１および第２の柱部を有し、
前記第１および第２の柱部は、先端部が互いに連結され、基端部が前記液圧式変位拡大機構の前記液圧室を画定する液室部材にそれぞれ連結される、構成とすることができる。
前記第１および第２の柱部は、先端部が互いに連結され、基端部が前記液圧式変位拡大機構の前記液圧室を画定する液室部材にそれぞれ連結される、構成とすることができる。
【0011】
本発明の流量制御装置は、上記構成のダイヤフラムバルブを有する。
【0012】
本発明の流体制御装置は、上流側から下流側に向かって複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含む。
前記複数の流体機器は、上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含む。
【0013】
本発明の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を用いる。
【0014】
本発明の半導体製造情報は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を用いる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、小型化を維持しつつ積層圧電アクチュエータの伸びを増幅してダイヤフラムバルブの開度を拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータユニットの外観斜視図。
【図3A】本発明の一実施形態に係る液圧式変位拡大機構の斜視図。
【図4】液圧式変位拡大機構の動作を説明するための断面図。
【図5】本発明の一実施形態に係る流量制御装置の外観斜視図。
【図7】操作部材と圧電アクチュエータユニットとの関係を示す断面斜視図。
【図8】本発明の他の実施形態に係る液圧式変位拡大機構の拡大断面図。
【図9】本発明のダイヤフラムバルブの半導体製造プロセスへの適用例を示す概略図。
【図10】本実施形態の一実施形態に係る流量制御装置およびダイヤフラムを用いる流体制御装置の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。説明において同様の要素には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータユニット５０の外観斜視図であり、図２は図１の圧電アクチュエータユニット５０の縦断面図である。なお、図２において、圧電アクチュエータ２は断面としていない。
圧電アクチュエータユニット５０は、後述するように、ダイヤフラムバルブのダイヤフラムを作動させるのに用いられる。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータユニット５０の外観斜視図であり、図２は図１の圧電アクチュエータユニット５０の縦断面図である。なお、図２において、圧電アクチュエータ２は断面としていない。
圧電アクチュエータユニット５０は、後述するように、ダイヤフラムバルブのダイヤフラムを作動させるのに用いられる。
【0018】
圧電アクチュエータユニット５０は、圧電アクチュエータ２と、変位拡大機構１００と、保持機構としての保持部材１２０とを有する。
圧電アクチュエータ２は、円筒状のケース２ｈに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケース２ｈは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部２ａ側の端面２ｂおよび基端部側の端面２ｄが閉塞している。ケース２ｈは、積層された圧電素子に電圧を印可して伸長させることで、ケース２ｈの先端部２ａ側の端面２ｂが弾性変形し、半球状の先端部２ａが長手方向において変位する。すなわち、ケース２ｈは、積層された圧電素子に電圧を印可することで、先端部２ａから端面２ｄまでの全長が伸びる。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ２の先端部２ａを半球状としたが、これに限定されるわけではなく、先端部が平坦面であってもよい。
圧電アクチュエータ２は、円筒状のケース２ｈに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケース２ｈは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部２ａ側の端面２ｂおよび基端部側の端面２ｄが閉塞している。ケース２ｈは、積層された圧電素子に電圧を印可して伸長させることで、ケース２ｈの先端部２ａ側の端面２ｂが弾性変形し、半球状の先端部２ａが長手方向において変位する。すなわち、ケース２ｈは、積層された圧電素子に電圧を印可することで、先端部２ａから端面２ｄまでの全長が伸びる。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ２の先端部２ａを半球状としたが、これに限定されるわけではなく、先端部が平坦面であってもよい。
【0019】
保持部材１２０は、金属材料等で略円筒状に形成されており、圧電アクチュエータ２を挟むようにかつ圧電アクチュエータ２の長手方向に沿って延在する第１および第２の柱部１２１，１２１と、第１および第２の柱部１２１，１２１の先端部を連結する連結部１２２と、第１および第２の柱部１２１，１２１の基端部から外方に向けてそれぞれ突出する連結部１２３とを有する。第１および第２の柱部１２１，１２１の圧電アクチュエータ２の外周面２ｃに対向する面は、当該外周面２ｃに嵌合するように円弧状に湾曲している。連結部１２２は、圧電アクチュエータ２が伸長した際に、圧電アクチュエータ２の端面２ｄを受け止める受け止め面１２２ｂとなっている。保持部材１２０は、一体的に形成され、上記構造により、圧電アクチュエータ２を保持している。保持部材１２０の円筒状部分を第１および第２の柱部１２１，１２１に分けたのは、後述するダイヤフラムバルブに組み込んだ際に、幅方向の寸法が拡大するのを防ぐためである。
【0020】
変位拡大機構１００は、図３Ａ，図３Ｂに示すように、液室部材１０１と、大径ダイヤフラム１０５と、小径ダイヤフラム１０６と、液室部材１０１の内部に充填されたシリコンオイル等の液体Ｌとを有する。なお、液体Ｌはシリコンオイルに限られない。
液室部材１０１は、金属合金製で、上面１０１ａおよび下面１０１ｂの外輪郭形状は、保持部材１２０の下端面の外輪郭形状に略一致するように形成されている。液室部材１０１の円筒状の外周面１０１ｃは、幅方向の寸法が拡大するのを防ぐため、対向する２箇所が面取りされて平行な平坦面１０１ｄとなっている。外周面１０１ｃの対向する２箇所から外方に突出して形成された連結部１０３，１０３には、上面１０１ａから下面１０１ｂに向けて貫通するねじ孔１０４が形成されている。ねじ孔１０４にボルトＢＴをねじ込むことにより、保持部材１２０の連結部１２２は、液室部材１０１の上面１０１ａに固定される。
液圧室１０２は、上面１０１ａ側に形成された大径の液圧室１０２ａと、これに連通するとともに同心かつ小径の液圧室１０２ｂで形成されている。大径の液圧室１０２ａは、上面１０１ａで開口する開口部１０２ｃを有し、小径の液圧室は下面１０１ｂで開口する開口部１０２ｄを有する。
上面１０１ａ側の開口部１０２ｃは、下面１０１ｂ側の開口部１０２ｄよりも大きな面積を有している。
上面１０１ａには、開口部１０２ｃを閉塞するように平板状の大径ダイヤフラム１０５が固定されている。
下面１０１ｂには、開口部１０２ｄを閉塞するように平板状の小径ダイヤフラム１０６が固定されている。
大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６は、例えば、ニッケル合金薄板、ステンレス鋼薄板、ニッケル・コバルト合金薄板等の金属板で形成され、外力を受けると弾性変形可能となっている。
大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６は、液室部材１０１の上面１０１ａおよび下面１０１ｂに、例えば、溶接によって固定される。
液体Ｌは、液室部材１０１に形成された図示しない供給口を通じて液圧室１０２内に充填され、充填ののちに供給口が封止される。大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６および液圧室１０２によって画定される閉空間内には、液体Ｌが充填される。
液室部材１０１は、金属合金製で、上面１０１ａおよび下面１０１ｂの外輪郭形状は、保持部材１２０の下端面の外輪郭形状に略一致するように形成されている。液室部材１０１の円筒状の外周面１０１ｃは、幅方向の寸法が拡大するのを防ぐため、対向する２箇所が面取りされて平行な平坦面１０１ｄとなっている。外周面１０１ｃの対向する２箇所から外方に突出して形成された連結部１０３，１０３には、上面１０１ａから下面１０１ｂに向けて貫通するねじ孔１０４が形成されている。ねじ孔１０４にボルトＢＴをねじ込むことにより、保持部材１２０の連結部１２２は、液室部材１０１の上面１０１ａに固定される。
液圧室１０２は、上面１０１ａ側に形成された大径の液圧室１０２ａと、これに連通するとともに同心かつ小径の液圧室１０２ｂで形成されている。大径の液圧室１０２ａは、上面１０１ａで開口する開口部１０２ｃを有し、小径の液圧室は下面１０１ｂで開口する開口部１０２ｄを有する。
上面１０１ａ側の開口部１０２ｃは、下面１０１ｂ側の開口部１０２ｄよりも大きな面積を有している。
上面１０１ａには、開口部１０２ｃを閉塞するように平板状の大径ダイヤフラム１０５が固定されている。
下面１０１ｂには、開口部１０２ｄを閉塞するように平板状の小径ダイヤフラム１０６が固定されている。
大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６は、例えば、ニッケル合金薄板、ステンレス鋼薄板、ニッケル・コバルト合金薄板等の金属板で形成され、外力を受けると弾性変形可能となっている。
大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６は、液室部材１０１の上面１０１ａおよび下面１０１ｂに、例えば、溶接によって固定される。
液体Ｌは、液室部材１０１に形成された図示しない供給口を通じて液圧室１０２内に充填され、充填ののちに供給口が封止される。大径ダイヤフラム１０５および小径ダイヤフラム１０６および液圧室１０２によって画定される閉空間内には、液体Ｌが充填される。
【0021】
図４を参照して変位拡大機構１００の動作を説明する。
大径ダイヤフラム１０５は、外力が作用していない状態では平坦な状態であるが、図４に示すように、図示しない圧電アクチュエータ２の先端部２ａの変位により液圧室１０２内に向けて弾性変形する。これにより、液圧室１０２内の液体に圧力が印可され、小径ダイヤフラム１０６にも圧力が作用することで、小径ダイヤフラム１０６も弾性変形して下面１０１ｂから下方に向けて膨出する。
大径ダイヤフラム１０５の液室部材１０１の上面１０１ａからの最大変位をｄ１とし、小径ダイヤフラム１０６の液室部材１０１の下面１０１ｂからの最大変位をｄ２とすると、出力側の最大変位ｄ２は入力側の最大変位ｄ１よりも大きくなる。大径ダイヤフラム１０５が受圧面積は、開口部１０２ｃの面積で決まり、小径ダイヤフラム１０６の受圧面積は開口部１０２ｄの面積で決まる。したがって、大径ダイヤフラム１０５に入力された圧電アクチュエータ２の変位量(伸び)は、開口部１０２ｃと開口部１０２ｄとの面積比に応じて、拡大(増幅)される。
変位拡大機構１００では、圧電アクチュエータ２の伸びが大径ダイヤフラム１０５に入力され、これが拡大増幅されて小径ダイヤフラム１０６から小径ダイヤフラム１０６の変形量として出力される。
大径ダイヤフラム１０５は、外力が作用していない状態では平坦な状態であるが、図４に示すように、図示しない圧電アクチュエータ２の先端部２ａの変位により液圧室１０２内に向けて弾性変形する。これにより、液圧室１０２内の液体に圧力が印可され、小径ダイヤフラム１０６にも圧力が作用することで、小径ダイヤフラム１０６も弾性変形して下面１０１ｂから下方に向けて膨出する。
大径ダイヤフラム１０５の液室部材１０１の上面１０１ａからの最大変位をｄ１とし、小径ダイヤフラム１０６の液室部材１０１の下面１０１ｂからの最大変位をｄ２とすると、出力側の最大変位ｄ２は入力側の最大変位ｄ１よりも大きくなる。大径ダイヤフラム１０５が受圧面積は、開口部１０２ｃの面積で決まり、小径ダイヤフラム１０６の受圧面積は開口部１０２ｄの面積で決まる。したがって、大径ダイヤフラム１０５に入力された圧電アクチュエータ２の変位量(伸び)は、開口部１０２ｃと開口部１０２ｄとの面積比に応じて、拡大(増幅)される。
変位拡大機構１００では、圧電アクチュエータ２の伸びが大径ダイヤフラム１０５に入力され、これが拡大増幅されて小径ダイヤフラム１０６から小径ダイヤフラム１０６の変形量として出力される。
【0022】
図５および図６に、上記した圧電アクチュエータユニット５０によりダイヤフラムバルブが駆動される圧力式の流量制御装置１を示す。
図５において、流量制御装置１の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置１は、圧電アクチュエータユニット５０に加えて、バルブボディ１６、下流側ブロック２５、操作部材８、ばね９、ダイヤフラム１７、ダイヤフラム押え１９、押えアダプタ２０、圧力検出器２２、オリフィス２１、Ｏリング１４、圧力検出器２６、位置決めピン１１、支持プレート３、ボンネット１０、一対の変位伝達部材５、連結部材６、調節ねじ７および緩み止めナット１３を有する。
図５において、流量制御装置１の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置１は、圧電アクチュエータユニット５０に加えて、バルブボディ１６、下流側ブロック２５、操作部材８、ばね９、ダイヤフラム１７、ダイヤフラム押え１９、押えアダプタ２０、圧力検出器２２、オリフィス２１、Ｏリング１４、圧力検出器２６、位置決めピン１１、支持プレート３、ボンネット１０、一対の変位伝達部材５、連結部材６、調節ねじ７および緩み止めナット１３を有する。
【0023】
バルブボディ１６には、流路１６ａ，１６ｂ、１６ｃが形成されており、流路１６ａは
バルブボディ１６の上部で開口し、この開口周囲にダイヤフラム１７が当接離隔するバルブシートが形成されている。ダイヤフラム１７の外周縁部は環状の押えアダプタ２０が接触しており、押えアダプタ２０を介してボンネット１０の下端部によりバルブボディ１６に押圧されて気密に固定されている。ダイヤフラム１７がダイヤフラム押え１９により押圧されてバルブシートに当接することにより、流路１６ａと流路１６ｂとの連通が遮断され、ダイヤフラム１７がバルブシートから離隔することにより、流路１６ａと流路１６ｂとが連通する。このように、流量制御装置１内ではダイヤフラムバルブが構成されている。
バルブボディ１６の上部で開口し、この開口周囲にダイヤフラム１７が当接離隔するバルブシートが形成されている。ダイヤフラム１７の外周縁部は環状の押えアダプタ２０が接触しており、押えアダプタ２０を介してボンネット１０の下端部によりバルブボディ１６に押圧されて気密に固定されている。ダイヤフラム１７がダイヤフラム押え１９により押圧されてバルブシートに当接することにより、流路１６ａと流路１６ｂとの連通が遮断され、ダイヤフラム１７がバルブシートから離隔することにより、流路１６ａと流路１６ｂとが連通する。このように、流量制御装置１内ではダイヤフラムバルブが構成されている。
【0024】
操作部材８は、ステンレス合金等の金属材料で形成され、その先端部には、ダイヤフラム１７を押圧する合成樹脂製のダイヤフラム押え１９が取り付けられている。ダイヤフラム１７は、本実施形態では、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板及びニッケル・コバルト合金薄板の中央部を上方へ膨出させることにより、上に凸の円弧状が自然状態の球殻状とされている。ダイヤフラム１７は、例えば、ステンレス、ＮｉＣｏ系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。
【0025】
ばね９は、操作部材８と支持プレート３との間に配置され、操作部材８をダイヤフラム１７に向けて付勢している。
ダイヤフラム１７の下流側の流路１６ｂ内にオリフィス２１（この実施形態では、ガスケット型オリフィス）が設けられている。オリフィス２１の上流側の流路１６ｃ内には、圧力を検出する上流側の圧力検出器２２が設けられている。
下流側ブロック２５は、バルブボディ１６にボルトにより連結され、バルブボディ１６の下流側の流路１６ｂに連通する下流側流路２５ａを有し、下流側流路２５ａ内の圧力を検出する下流側の圧力検出器２６が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器２２，２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブが開閉制御される。
ダイヤフラム１７の下流側の流路１６ｂ内にオリフィス２１（この実施形態では、ガスケット型オリフィス）が設けられている。オリフィス２１の上流側の流路１６ｃ内には、圧力を検出する上流側の圧力検出器２２が設けられている。
下流側ブロック２５は、バルブボディ１６にボルトにより連結され、バルブボディ１６の下流側の流路１６ｂに連通する下流側流路２５ａを有し、下流側流路２５ａ内の圧力を検出する下流側の圧力検出器２６が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器２２，２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブが開閉制御される。
【0026】
バルブボディ１６は、上流側の圧力検出器２２に接続される流路１６ｃと、流路１６ｃとガスケット型のオリフィス２１とを接続する流路１６ｂとを備えている。本実施形態においては、流路１６ｂ及び流路１６ｃは、円形の断面形状を有し、その内径を０．５ｍｍ～１．０ｍｍとしている。その結果、圧電駆動バルブのダイヤフラム１７とガスケット型のオリフィス２１との間の流路１６ｂの内容積を従来の圧力式流量制御装置に比較して略半分以下にすることができ、流量制御装置１の立下り特性を向上させることができる。
バルブボディ１６、各圧力検出器２２，２６及び下流側ブロック２５は、圧電アクチュエータ２と略同幅に設計されている。
バルブボディ１６、各圧力検出器２２，２６及び下流側ブロック２５は、圧電アクチュエータ２と略同幅に設計されている。
【0027】
流量制御装置１は、バルブボディ１６、各圧力検出器２２，２６及び下流側ブロック２５も、圧電アクチュエータ２と略同幅に形成されているため、装置全体の薄型化が図られている。
【0028】
支持プレート３は、ステンレス材等の金属材により圧電アクチュエータ２の外形寸法と同一若しくは同程度の幅寸法に形成されており、二本の位置決めピン１１により位置決めされた状態でボンネット１０上に設置されている。ここで同程度の寸法とは、圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法に対して±１ｍｍ位の範囲内の寸法を言う。以下、同程度の寸法とは、前記の数値の範囲内の寸法を言う。尚、この実施形態では、支持プレート３の最大幅寸法は、圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し小さめの寸法に形成されている。
圧電アクチュエータユニット５０の変位拡大機構１００の小径ダイヤフラム１０６は、支持プレート３の上面に接している。
圧電アクチュエータユニット５０の変位拡大機構１００の小径ダイヤフラム１０６は、支持プレート３の上面に接している。
【0029】
一対の変位伝達部材５は、熱膨張係数の小さいインバー材等の金属材料で形成され、圧電アクチュエータユニット５０の外周面に沿う円弧状内周面を有し且つ円弧状内周面に連なる平行な側面を有する長尺板状に形成されている。一対の変位伝達部材５は、圧電アクチュエータユニット５０を囲う大きさの金属製円筒状部材の対向する部分を平行状にカットし、円筒状部材を長手方向に沿って二つに分割した形態を呈している。その結果、一対の変位伝達部材５の最大幅は、圧電アクチュエータユニット５０の幅（直径）と同一若しくは同程度の寸法に形成されることになる。この実施形態においては、一対の変位伝達部材５の最大幅寸法は、圧電アクチュエータユニット５０の幅（直径）寸法よりも少し大きめの寸法に形成されている。
【0030】
一対の変位伝達部材５の上端部は、連結部材６により連結されている。連結部材６は、止め螺子１２により各変位伝達部材５に固定されている。連結部材６の最大幅寸法は、圧電アクチュエータ２の幅（直径）寸法よりも少し大きめの寸法に形成されている。
【0031】
連結部材６の中央部には、調節ねじ７が上下動可能に螺合しており、調節ねじ７の先端部が保持部材１２０の凹部１２２ａに当接している。
調節ねじ７の締め付け度合いを調節することにより、保持部材１２０に対する一対の変位伝達部材５の相対高さ位置を調節可能となっている。調節ねじ７には、緩み止めナット１３が螺合されている。
調節ねじ７の締め付け度合いを調節することにより、保持部材１２０に対する一対の変位伝達部材５の相対高さ位置を調節可能となっている。調節ねじ７には、緩み止めナット１３が螺合されている。
【0032】
ここで、図７を参照して、圧電アクチュエータユニット５０とダイヤフラム１７を操作する操作部材８との関係について説明する。
操作部材８は、図７に示すように、一対の変位伝達部材５の下端部に形成された各係止部５ａがそれぞれ係合するアーム部８ａを備えている。操作部材８は、上記したように、ばね９により下方向Ａ２に付勢されている。圧電アクチュエータ２が伸長すると、圧電アクチュエータ２の伸びが、変位拡大機構１００の大径ダイヤフラム１０５に入力され、図４において説明したように、大径ダイヤフラム１０５の変形が増幅され、小径ダイヤフラム１０６から出力される。小径ダイヤフラム１０６が液室部材１０１の下面１０１ｂから膨出すると、液室部材１０１の下面１０１ｂが支持プレート３の上面３ａから上方向Ａ１に向けて移動し、保持部材１２０が上方向Ａ１に押し上げられ、一対の変位伝達部材５も上方向Ａ１に押し上げられる。その結果、操作部材８もばね９の付勢力に抗して一対の変位伝達部材５により上方向Ａ１に引き上げられる。
操作部材８の上方向Ａ１への移動量は、変位拡大機構１００により圧電アクチュエータ２単体のみの伸びよりも拡大されている。操作部材８の先端部のダイヤフラム押え１９の上方向Ａ１へのリフト量も圧電アクチュエータ２のみの伸びよりも拡大されるので、図７において図示しないダイヤフラム１７のバルブシートからのリフト量も圧電アクチュエータ２単体のみの伸びよりも拡大される。ダイヤフラム１７のリフト量が拡大されることで、ダイヤフラムバルブの大流量化が可能となる。
操作部材８は、図７に示すように、一対の変位伝達部材５の下端部に形成された各係止部５ａがそれぞれ係合するアーム部８ａを備えている。操作部材８は、上記したように、ばね９により下方向Ａ２に付勢されている。圧電アクチュエータ２が伸長すると、圧電アクチュエータ２の伸びが、変位拡大機構１００の大径ダイヤフラム１０５に入力され、図４において説明したように、大径ダイヤフラム１０５の変形が増幅され、小径ダイヤフラム１０６から出力される。小径ダイヤフラム１０６が液室部材１０１の下面１０１ｂから膨出すると、液室部材１０１の下面１０１ｂが支持プレート３の上面３ａから上方向Ａ１に向けて移動し、保持部材１２０が上方向Ａ１に押し上げられ、一対の変位伝達部材５も上方向Ａ１に押し上げられる。その結果、操作部材８もばね９の付勢力に抗して一対の変位伝達部材５により上方向Ａ１に引き上げられる。
操作部材８の上方向Ａ１への移動量は、変位拡大機構１００により圧電アクチュエータ２単体のみの伸びよりも拡大されている。操作部材８の先端部のダイヤフラム押え１９の上方向Ａ１へのリフト量も圧電アクチュエータ２のみの伸びよりも拡大されるので、図７において図示しないダイヤフラム１７のバルブシートからのリフト量も圧電アクチュエータ２単体のみの伸びよりも拡大される。ダイヤフラム１７のリフト量が拡大されることで、ダイヤフラムバルブの大流量化が可能となる。
【0033】
本実施形態によれば、変位拡大機構１００の液圧室１０２をプレート状の液室部材１０１で形成し、この液室部材１０１の上面１０１ａ，下面１０１ｂに薄板からなる大径ダイヤフラム１０５，小径ダイヤフラム１０６を固定している。このため、変位拡大機構１００を薄型化できる。加えて、変位拡大機構１００の外形状を保持部材１２０の外形状と略同形状にしているので、圧電アクチュエータユニット５０全体の寸法の拡大も可能な限り抑制できる。
変位拡大機構１００は薄型化されているので、応答性が高く、圧力検出器２２，２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブをフィードバック制御する制御系の周波数特性を高く維持することができる。
本実施形態では、変位拡大機構１００を圧電アクチュエータ２と支持プレート３との間に配置する構成としたが、これに限定されるわけではなく、変位拡大機構１００の配置は適宜変更可能である。
本実施形態では、変位拡大機構１００と圧電アクチュエータ２とを保持部材１２０で連結してユニット化することにより、ユニット単体で検査することが可能となる。なお、変位拡大機構１００と圧電アクチュエータ２と別々に配置することも可能である。
本実施形態では、大径ダイヤフラム１０５と小径ダイヤフラム１０６とを対向するように配置したが、これに限定されるわけではなく、大径ダイヤフラム１０５と小径ダイヤフラム１０６との相対位置は任意に設定できる。
変位拡大機構１００は薄型化されているので、応答性が高く、圧力検出器２２，２６の検出値に基づいてダイヤフラムバルブをフィードバック制御する制御系の周波数特性を高く維持することができる。
本実施形態では、変位拡大機構１００を圧電アクチュエータ２と支持プレート３との間に配置する構成としたが、これに限定されるわけではなく、変位拡大機構１００の配置は適宜変更可能である。
本実施形態では、変位拡大機構１００と圧電アクチュエータ２とを保持部材１２０で連結してユニット化することにより、ユニット単体で検査することが可能となる。なお、変位拡大機構１００と圧電アクチュエータ２と別々に配置することも可能である。
本実施形態では、大径ダイヤフラム１０５と小径ダイヤフラム１０６とを対向するように配置したが、これに限定されるわけではなく、大径ダイヤフラム１０５と小径ダイヤフラム１０６との相対位置は任意に設定できる。
【0034】
図８に本発明の他の実施形態に係る変位拡大機構を示す。
本実施形態に係る変位拡大機構１００Ａと上記の変位拡大機構１００との間で異なる点は、小径ダイヤフラム１０６に代えてベローズ１０７を設けた点である。
ベローズ１０７は、金属材料又は合成樹脂材料で形成されている。大径ダイヤフラム１０５の変形量が拡大されてベローズ１０７が伸長するようになっている。
ベローズ１０７を採用することにより、ダイヤフラムと比べて、変形量を大きくとることが容易となる。
本実施形態に係る変位拡大機構１００Ａと上記の変位拡大機構１００との間で異なる点は、小径ダイヤフラム１０６に代えてベローズ１０７を設けた点である。
ベローズ１０７は、金属材料又は合成樹脂材料で形成されている。大径ダイヤフラム１０５の変形量が拡大されてベローズ１０７が伸長するようになっている。
ベローズ１０７を採用することにより、ダイヤフラムと比べて、変形量を大きくとることが容易となる。
【0035】
上記各実施形態では、第1の隔離部材として大径ダイヤフラム１０５、第２の隔離部材として小径ダイヤフラム１０６またはベローズ１０７を採用した場合を例示したが、本発明はこれらに限定されるわけではない。例えば、大径ダイヤフラム１０５の代わりにベローズを採用することも可能であるし、第1および第２の隔離部材として液圧室に対してピストンを変位可能に設けることも可能である。
【0036】
次に、図９を参照して、上記したダイヤフラムバルブの他の適用例について説明する。
図９に示す半導体製造装置９８０は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 法）による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。例えば、ＡＬＤ法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８６に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
タンク９８３は、ガスボックス９８２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
開閉バルブ９８４は、上記した変位拡大機構を内蔵したダイヤフラムバルブである。
制御部９８５は、開閉バルブ９８４への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８６は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ９８７は、処理チャンバ９８６内を真空引きする。
図９に示す半導体製造装置９８０は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 法）による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。例えば、ＡＬＤ法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８６に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム（流体制御装置）である。
タンク９８３は、ガスボックス９８２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
開閉バルブ９８４は、上記した変位拡大機構を内蔵したダイヤフラムバルブである。
制御部９８５は、開閉バルブ９８４への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８６は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ９８７は、処理チャンバ９８６内を真空引きする。
【0037】
上記のようなシステム構成によれば、制御部９８５から開閉バルブ９８４に制御指令を送れば、処理ガスの流量制御が可能になる。
【0038】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、上記適用例では、開閉バルブ９８４をＡＬＤ法による半導体製造プロセスに用いる場合について例示したが、これに限定されるわけではなく、本発明は、例えば原子層エッチング法（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ 法）等、精密な流量調整が必要なあらゆる対象に適用可能である。
【0039】
上記実施形態では、開閉バルブ９８４を流体制御装置としてのガスボックス９８２の外部に配置する構成としたが、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した流体制御装置に上記実施形態のダイヤフラムバルブを含ませることも可能である。
【0040】
図１０を参照して、本発明が適用される流体制御装置の他の例を説明する。
図１０に示す流体制御装置には、幅方向Ｗ１，Ｗ２に沿って配列され長手方向Ｇ１，Ｇ２に延びる金属製のベースプレートＢＳが設けられている。なお、Ｗ１は正面側、Ｗ２は背面側，Ｇ１は上流側、Ｇ２は下流側の方向を示している。ベースプレートＢＳには、複数の流路ブロック９９２を介して各種流体機器９９１Ａ～９９１Ｅが設置され、複数の流路ブロック９９２によって、上流側Ｇ１から下流側Ｇ２に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
図１０に示す流体制御装置には、幅方向Ｗ１，Ｗ２に沿って配列され長手方向Ｇ１，Ｇ２に延びる金属製のベースプレートＢＳが設けられている。なお、Ｗ１は正面側、Ｗ２は背面側，Ｇ１は上流側、Ｇ２は下流側の方向を示している。ベースプレートＢＳには、複数の流路ブロック９９２を介して各種流体機器９９１Ａ～９９１Ｅが設置され、複数の流路ブロック９９２によって、上流側Ｇ１から下流側Ｇ２に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
【0041】
ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するボディを備え、このボディの表面で開口する少なくとも２つの流路口を有する機器である。具体的には、開閉弁（２方弁）９９１Ａ、レギュレータ９９１Ｂ、プレッシャーゲージ９９１Ｃ、開閉弁（３方弁）９９１Ｄ、マスフローコントローラ９９１Ｅ等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管９９３は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。
【0042】
本発明は、上記した開閉弁９９１Ａ、９９１Ｄ、レギュレータ９９１Ｂ等の種々のダイヤフラムバルブに適用可能である。
【符号の説明】
【0043】
１ ：流量制御装置
２ ：圧電アクチュエータ
２ａ ：先端部
２ｂ ：端面
２ｄ ：端面
２ｈ ：ケース
３ ：支持プレート
３ａ ：上面
５ ：変位伝達部材
５ａ ：係止部
６ ：連結部材
７ ：調節ねじ
８ ：操作部材
８ａ ：アーム部
９ ：皿ばね
１０ ：ボンネット
１１ ：位置決めピン
１２ ：止め螺子
１３ ：止めナット
１４ ：Ｏリング
１６ ：バルブボディ
１６ａ ：流路
１６ｂ ：流路
１６ｃ ：流路
１７ ：ダイヤフラム
１９ ：ダイヤフラム押え
２０ ：押えアダプタ
２１ ：オリフィス
２２ ：圧力検出器
２５ ：下流側ブロック
２５ａ ：下流側流路
２６ ：圧力検出器
５０ ：圧電アクチュエータユニット
１００，１００Ａ ：変位拡大機構
１０１ ：液室部材
１０１ａ ：上面
１０１ｂ ：下面
１０１ｃ ：外周面
１０１ｄ ：平坦面
１０２ ：液圧室
１０２ａ ：液圧室
１０２ｂ ：液圧室
１０２ｃ ：開口部
１０２ｄ ：開口部
１０３ ：連結部
１０４ ：ねじ孔
１０５ ：大径ダイヤフラム
１０６ ：小径ダイヤフラム
１０７ ：ベローズ
１２０ ：保持部材
１２１ ：第２の柱部
１２２ ：連結部
１２２ａ ：凹部
１２２ｂ ：受け止め面
１２３ ：連結部
９８０ ：半導体製造装置
９８２ ：ガスボックス
９８３ ：タンク
９８４ ：開閉バルブ
９８５ ：制御部
９８６ ：処理チャンバ
９８７ ：排気ポンプ
９９１Ａ～９９１Ｅ ：流体機器
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
Ａ１ ：上方向
Ａ２ ：下方向
ＢＳ ：ベースプレート
ＢＴ ：ボルト
Ｇ１ ：長手方向（上流側）
Ｇ２ ：長手方向（下流側）
Ｌ ：液体
Ｗ１，Ｗ２ ：幅方向
ｄ１ ：最大変位
ｄ２ ：最大変位
２ ：圧電アクチュエータ
２ａ ：先端部
２ｂ ：端面
２ｄ ：端面
２ｈ ：ケース
３ ：支持プレート
３ａ ：上面
５ ：変位伝達部材
５ａ ：係止部
６ ：連結部材
７ ：調節ねじ
８ ：操作部材
８ａ ：アーム部
９ ：皿ばね
１０ ：ボンネット
１１ ：位置決めピン
１２ ：止め螺子
１３ ：止めナット
１４ ：Ｏリング
１６ ：バルブボディ
１６ａ ：流路
１６ｂ ：流路
１６ｃ ：流路
１７ ：ダイヤフラム
１９ ：ダイヤフラム押え
２０ ：押えアダプタ
２１ ：オリフィス
２２ ：圧力検出器
２５ ：下流側ブロック
２５ａ ：下流側流路
２６ ：圧力検出器
５０ ：圧電アクチュエータユニット
１００，１００Ａ ：変位拡大機構
１０１ ：液室部材
１０１ａ ：上面
１０１ｂ ：下面
１０１ｃ ：外周面
１０１ｄ ：平坦面
１０２ ：液圧室
１０２ａ ：液圧室
１０２ｂ ：液圧室
１０２ｃ ：開口部
１０２ｄ ：開口部
１０３ ：連結部
１０４ ：ねじ孔
１０５ ：大径ダイヤフラム
１０６ ：小径ダイヤフラム
１０７ ：ベローズ
１２０ ：保持部材
１２１ ：第２の柱部
１２２ ：連結部
１２２ａ ：凹部
１２２ｂ ：受け止め面
１２３ ：連結部
９８０ ：半導体製造装置
９８２ ：ガスボックス
９８３ ：タンク
９８４ ：開閉バルブ
９８５ ：制御部
９８６ ：処理チャンバ
９８７ ：排気ポンプ
９９１Ａ～９９１Ｅ ：流体機器
９９２ ：流路ブロック
９９３ ：導入管
Ａ１ ：上方向
Ａ２ ：下方向
ＢＳ ：ベースプレート
ＢＴ ：ボルト
Ｇ１ ：長手方向（上流側）
Ｇ２ ：長手方向（下流側）
Ｌ ：液体
Ｗ１，Ｗ２ ：幅方向
ｄ１ ：最大変位
ｄ２ ：最大変位
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】