具体实施方式

图1A是表示本发明的一实施方式的阀装置1的结构的剖视图，示出了阀全闭时的状态。图1B是阀装置1的俯视图，图1C是阀装置1的致动器部的放大纵剖视图，图1D是与图1C相差90度的方向上的致动器部的放大纵剖视图，图1E是图1A的圆A内的放大剖视图。此外，在以下的说明中，将图1A的A1设为上方向，将A2设为下方向。

阀装置1具有设于支承板302上的收纳箱301、设置于收纳箱301内的阀主体2、以及设置于收纳箱301的顶部的压力调节器200。

在图1A～图1E中，附图标记10表示阀体，附图标记15表示阀座，附图标记20表示隔膜，附图标记25表示按压转接件，附图标记27表示致动器承受件，附图标记30表示阀盖，附图标记40表示操作构件，附图标记48表示隔膜按压件，附图标记50表示壳体，附图标记60表示主致动器，附图标记70表示调整体，附图标记80表示致动器按压件，附图标记85表示位置检测机构，附图标记86表示磁传感器，附图标记87表示磁体，附图标记90表示螺旋弹簧，附图标记100表示作为调整用致动器的压电致动器，附图标记120表示碟形弹簧，附图标记130表示分隔壁构件，附图标记150表示供给管，附图标记160表示限位开关，附图标记OR表示作为密封构件的O型密封圈，附图标记G表示作为驱动流体的压缩空气。此外，驱动流体并不限定于压缩空气，也能够使用其他流体。

阀体10由不锈钢等金属形成，划定了流路12、13。流路12在一端具有在阀体10的一侧面开口的开口部12a，管接头501通过焊接与开口部12a连接。流路12的另一端12b与阀体10的沿着上下方向A1、A2延伸的流路12c连接。流路12c的上端部在阀体10的上表面侧开口，上端部在形成于阀体10的上表面侧的凹部11的底面开口，下端部在阀体10的下表面侧开口。在流路12c的下端侧的开口设有压力传感器400，封闭流路12c的下端侧的开口。

在流路12c的上端部的开口的周围设有阀座15。阀座15是合成树脂(PFA、PA、PI、PCTFE等)制的，嵌合固定于在流路12c的上端侧的开口周缘设置的安装槽。此外，在本实施方式中，通过嵌塞加工将阀座15固定于安装槽内。

流路13的一端在阀体10的凹部11的底面开口，且在另一端具有在阀体10的与流路12相反的一侧的另一侧面开口的开口部13a，管接头502通过焊接与开口部13a连接。

隔膜20配置于阀座15的上方，该隔膜20划定将流路12c和流路13连通的流路，并且其中央部上下移动而相对于阀座15落座离座，由此对流路12、13进行开闭。在本实施方式中，隔膜20通过使特殊不锈钢等金属制薄板和镍·钴合金薄板的中央部向上方鼓出而设为向上凸的圆弧状为自然状态的球壳状。将3片该特殊不锈钢薄板和1片镍·钴合金薄板层叠而构成隔膜20。

隔膜20的外周缘部载置于在阀体10的凹部11的底部形成的突出部上，将向凹部11内插入的阀盖30的下端部向阀体10的螺纹部拧入，由此，借助不锈钢合金制的按压转接件25将该隔膜20向阀体10的所述突出部侧按压，从而该隔膜20在气密状态下被夹持固定。此外，镍·钴合金薄膜也能够使用其他结构的薄膜作为配置于接触气体侧的隔膜。

操作构件40是用于操作隔膜20的构件，以使隔膜20对流路12与流路13之间进行开闭，形成为大致圆筒状，上端侧开口。操作构件40借助O型密封圈OR嵌合于阀盖30的内周面(参照图1C、图1D)，被支承为在上下方向A1、A2上移动自如。

在操作构件40的下端面安装有隔膜按压件48，该隔膜按压件48具有与隔膜20的中央部上表面抵接的聚酰亚胺等合成树脂制的按压部。

在形成于隔膜按压件48的外周部的凸缘部48a的上表面与阀盖30的顶面之间设有螺旋弹簧90，操作构件40被螺旋弹簧90始终朝向下方向A2施力。因此，在主致动器60未动作的状态下，隔膜20被向阀座15按压，流路12和流路13之间成为关闭的状态。

在致动器承受件27的下表面与隔膜按压件48的上表面之间设有作为弹性构件的碟形弹簧120。

壳体50由上侧壳体构件51和下侧壳体构件52构成，下侧壳体构件52的下端部内周的螺纹与阀盖30的上端部外周的螺纹螺合。另外，上侧壳体构件51的下端部内周的螺纹与下侧壳体构件52的上端部外周的螺纹螺合。

在下侧壳体构件52的上端部和上侧壳体构件51的与该上端部相对的相对面51f之间固定有环状的隔板65。隔板65的内周面与操作构件40的外周面之间以及隔板65的外周面与上侧壳体构件51的内周面之间分别由O型密封圈OR密封。

主致动器60具有环状的第1～第3活塞61、62、63。第1～第3活塞61、62、63与操作构件40的外周面嵌合，能够与操作构件40一起沿着上下方向A1、A2移动。第1～第3活塞61、62、63的内周面与操作构件40的外周面之间、以及第1～第3活塞61、62、63的外周面与上侧壳体构件51、下侧壳体构件52、阀盖30的内周面之间由多个O型密封圈OR密封。

如图1C和图1D所示，圆筒状的分隔壁构件130以在与操作构件40的内周面之间具有间隙GP1的方式固定于该操作构件40的内周面。间隙GP1由设于分隔壁构件130的上端侧以及下端侧的外周面与操作构件40的内周面之间的多个O型密封圈OR1～OR3密封，成为作为驱动流体的压缩空气G的流通路径。由该间隙GP1形成的流通路径与压电致动器100呈同心状地配置。在后述的压电致动器100的壳体101与分隔壁构件130之间形成有间隙GP2。

如图1D所示，在第1～第3活塞61、62、63的下表面侧分别形成有压力室C1～C3。

在操作构件40形成有在与压力室C1、C2、C3连通的位置沿半径方向贯通的流通路径40h1、40h2、40h3。在操作构件40的周向上等间隔地形成有多个流通路径40h1、40h2、40h3。流通路径40h1、40h2、40h3分别与由上述间隙GP1形成的流通路径连接。

在壳体50的上侧壳体构件51形成有流通路径51h，该流通路径51h在上表面开口并沿上下方向A1、A2延伸且与压力室C1连通。在流通路径51h的开口部借助管接头152连接有供给管150。由此，自供给管150供给的压缩空气G通过上述的各流通路径向压力室C1、C2、C3被供给。

壳体50内的第1活塞61的上方的空间SP通过调整体70的贯通孔70a而与大气相连。

如图1C所示，限位开关160设置于壳体50上，可动销161贯通壳体50而与第1活塞61的上表面接触。限位开关160根据可动销161的移动来对第1活塞61(操作构件40)在上下方向A1、A2上的移动量进行检测。

位置检测机构

如图1E所示，位置检测机构85设于阀盖30和操作构件40，该位置检测机构85包括沿着阀盖30的半径方向埋入的作为固定部的磁传感器86、以及以与该磁传感器86相对的方式埋入于操作构件40的周向上的局部的作为可动部的磁体87。

磁传感器86的布线86a向阀盖30的外部导出，布线86a包括供电线和信号线，信号线与后述的控制部300电连接。作为磁传感器86，例如能够举出利用了霍尔元件的磁传感器、利用了线圈的磁传感器、利用了电阻值根据磁场的强度、朝向而变化的AMR元件的磁传感器等，通过与磁体组合，能够非接触地进行位置检测。

磁体87既可以在上下方向A1、A2上被磁化，也可以在半径方向上被磁化。另外，磁体87也可以形成为环状。

此外，在本实施方式中，将磁传感器86设于阀盖30，将磁体87设于操作构件40，但并不限定于此，能够适当进行变更。例如，也能够在按压转接件25设置磁传感器86，在形成于隔膜按压件48的外周部的凸缘部48a的相对的位置设置磁体87。优选的是，在相对于阀体10移动的一侧设置磁体87，在阀体10或相对于阀体10不移动的一侧设置磁传感器86。

在此，参照图2对压电致动器100的动作进行说明。

压电致动器100在图2所示的圆筒状的壳体101内置有未图示的层叠起来的压电元件。壳体101为不锈钢合金等金属制的，半球状的顶端部102侧的端面以及基端部103侧的端面封闭。通过对层叠起来的压电元件施加电压而使其伸长，壳体101的顶端部102侧的端面弹性变形，半球状的顶端部102在长度方向上移位。若将层叠起来的压电元件的最大行程设为2d，则通过预先施加压电致动器100的伸长成为d的预定电压V0，压电致动器100的全长成为L0。并且，若施加比预定电压V0高的电压，则压电致动器100的全长最大成为L0+d，若施加比预定电压V0低的电压(包括无电压)，则压电致动器100的全长最小成为L0-d。因此，能够在上下方向A1、A2上使自顶端部102至基端部103的全长伸缩。此外，在本实施方式中，将压电致动器100的顶端部102设成了半球状，但并不限定于此，顶端部也可以是平坦面。

如图1A、图1C所示，向压电致动器100的供电利用布线105来进行。布线105通过调整体70的贯通孔70a而向外部导出。

如图1C、图1D所示，压电致动器100的基端部103的上下方向上的位置经由致动器按压件80而被调整体70的下端面限定。设于调整体70的外周面的螺纹部与形成于壳体50的上部的螺纹孔螺合，对调整体70的上下方向A1、A2上的位置进行调整，从而调整体70能够对压电致动器100的上下方向A1、A2上的位置进行调整。

如图1A所示，压电致动器100的顶端部102与形成于圆盘状的致动器承受件27的上表面的圆锥面状的承受面抵接。致动器承受件27成为能够沿着上下方向A1、A2移动。

压力调节器200在初级侧借助管接头201而连接有供给管203，在次级侧连接有设于供给管150的顶端部的管接头151。

压力调节器200是公知的提升阀式的压力调节器，省略详细说明，但进行控制，以将通过供给管203供给的高压的压缩空气G降低至期望的压力，使次级侧的压力成为预先设定的被调节后的压力。在通过供给管203供给的压缩空气G的压力存在由脉动、干扰引起的变动的情况下，抑制该变动，并将该压缩空气G向次级侧输出。

图3表示将本实施方式的阀装置1应用于半导体制造装置的工艺气体控制系统的例子。

图3的半导体制造装置1000例如是用于执行基于ALD法的半导体制造工艺的装置，附图标记800是压缩空气G的供给源，附图标记810是工艺气体PG的供给源，附图标记900A～900C是流体控制装置，附图标记VA～VC是开闭阀，附图标记1A～1C是本实施方式的阀装置，附图标记CHA～CHC是处理腔室。

在基于ALD法的半导体制造工艺中，需要精密地调整工艺气体的流量，并且由于基板的大口径化，也需要确保工艺气体的流量。

流体控制装置900A～900C是为了将准确计量后的工艺气体PG分别向处理腔室CHA～CHC供给而将开闭阀、调节器、质量流量控制器等各种流体设备集成化而成的集成化气体系统。

阀装置1A～1C通过上述的隔膜阀20的开闭来精密地控制来自流体控制装置900A～900C的工艺气体PG的流量，分别向处理腔室CHA～CHC供给。

为了使阀装置1A～1C进行开闭动作，开闭阀VA～VC根据控制指令执行压缩空气G的供给切断。

在上述那样的半导体制造装置1000中，自共用的供给源800供给压缩空气G，但分别独立地驱动开闭阀VA～VC。

自共用的供给源800始终输出大致一定压力的压缩空气G，但当分别独立地使开闭阀VA～VC开闭时，受到阀开闭时的压力损失等的影响，分别向阀装置1A～1C供给的压缩空气G的压力发生变动，并不为一定。

若向阀装置1A～1C供给的压缩空气G的压力变动，则存在基于上述的压电致动器100的流量调整量变动的可能性。为了解决该问题，设有上述的压力调节器200。

接着，参照图4对本实施方式的阀装置1的控制部进行说明。

如图4所示，控制部300被输入磁传感器86的检测信号，而对压电致动器100进行驱动控制。控制部300例如包括未图示的处理器、存储器等硬件和所需的软件、以及驱动压电致动器100的驱动器。后述控制部300对压电致动器100的控制的具体例。

接着，参照图5和图6，对本实施方式的阀装置1的基本动作进行说明。

图5示出了阀装置1的阀全闭状态。在图5所示的状态下，未供给压缩空气G。在该状态下，碟形弹簧120已经被某种程度压缩而弹性变形，在该碟形弹簧120的复原力的作用下，致动器承受件27始终被朝向上方向A1施力。由此成为这样的状态：压电致动器100也始终被朝向上方向A1施力，基端部103的上表面被按压于致动器按压件80。由此，压电致动器100承受上下方向A1、A2上的压缩力，相对于阀体10配置于预定位置。压电致动器100未与任何构件连结，因此能够相对于操作构件40在上下方向A1、A2上相对地移动。

碟形弹簧120的个数、朝向能够根据条件适当变更。另外，除了使用碟形弹簧120以外，也能够使用螺旋弹簧、板簧等其他弹性构件，但若使用碟形弹簧，则具有容易调整弹簧刚性、行程等这样的优点。

如图5所示，在隔膜20与阀座15抵接而阀关闭的状态下，在致动器承受件27的下表面侧的限制面27b与安装于操作构件40的隔膜按压件48的上表面侧的抵接面48t之间形成有间隙。限制面27b的上下方向A1、A2上的位置成为未进行开度调整的状态下的开位置OP。限制面27b和抵接面48t的间隙的距离相当于隔膜20的上升量Lf。上升量Lf规定阀的开度即流量。能够通过对上述的调整体70的上下方向A1、A2上的位置进行调整来变更上升量Lf。图6所示的状态下的隔膜按压件48(操作构件40)在以抵接面48t为基准时位于闭位置CP。当该抵接面48t向与致动器承受件27的限制面27b抵接的位置即开位置OP移动时，隔膜20自阀座15离开上升量Lf的量。

若通过供给管150将压缩空气G向阀装置1内供给，则如图6所示，在主致动器60产生将操作构件40向上方向A1推起的推力。压缩空气G的压力被设定为足以使操作构件40克服从螺旋弹簧90以及碟形弹簧120作用于操作构件40的下方向A2上的施力而向上方向A1移动的值。当供给这样的压缩空气G时，如图6所示，操作构件40进一步压缩碟形弹簧120且向上方向A1移动，隔膜按压件48的抵接面48t与致动器承受件27的限制面27b抵接，致动器承受件27从操作构件40承受朝向上方向A1的力。该力通过压电致动器100的顶端部102，作为在上下方向A1、A2压缩压电致动器100的力发挥作用。因此，作用于操作构件40的上方向A1上的力被压电致动器100的顶端部102承受，操作构件40的A1方向上的移动在开位置OP被限制。在该状态下，隔膜20自阀座15离开上述的上升量Lf。

接着，参照图7对在阀装置1中产生流量变动的主要原因进行说明。

作为在阀装置1中流量经时地变化的主要原因，能够举出阀座15的变形。将图7的(a)所示的状态设为不存在变形的初始状态，将VOP设为自阀座15的座面离开上述的上升量Lf的开位置。

隔着隔膜20由隔膜按压件48对阀座15反复施加应力，因此，例如如图7的(b)所示，阀座15被压溃。若将阀座15的由压溃引起的变形量设为α，则阀开度成为座面和开位置VOP的距离Lf+α，与初始状态相比流量增加。

阀座15被暴露于高温气氛，因此，如图7的(c)所示，阀座15热膨胀。若将阀座15的由热膨胀引起的变形量设为β，则阀开度成为座面和开位置VOP的距离Lf-β，与初始状态相比流量减少。

接着，参照图8A和图8B对阀装置1的流量调整的一例进行说明。

首先，上述的位置检测机构85始终对图5和图6所示的状态下的阀体10和磁传感器86的相对位移进行检测。能够将图6示出的闭阀状态下的磁传感器86和磁体87之间的相对位置关系设为位置检测机构85的原点位置。

在此，图8A和图8B的中心线Ct的左侧表示图5所示的状态，中心线Ct的右侧示出了对操作构件40的上下方向A1、A2上的位置进行了调整后的状态。

在向使流体的流量减少的方向进行调整的情况下，如图8A所示，使压电致动器100伸长，使操作构件40向下方向A2移动。由此，作为隔膜20和阀座15的距离的调整后的上升量Lf-变得比调整前的上升量Lf小。压电致动器100的伸长量也可以设为由位置检测机构85检测出的阀座15的变形量。

在向使流体的流量增加的方向进行调整的情况下，如图8B所示，使压电致动器100缩短，使操作构件40向上方向A1移动。由此，作为隔膜20和阀座15的距离的调整后的上升量Lf+变得比调整前的上升量Lf大。压电致动器100的缩小量也可以设为由位置检测机构85检测出的阀座15的变形量。

在本实施方式中，隔膜20的上升量Lf的最大值为100μm～200μm左右，基于压电致动器100的调整量为±20μm左右。

即，压电致动器100的行程无法覆盖隔膜20的上升量，但通过并用利用压缩空气G进行动作的主致动器60和压电致动器100，能够利用行程相对较长的主致动器60确保阀装置1所供给的流量，并且能够利用行程相对较短的压电致动器100精密地进行流量调整，不需要利用调整体70等手动地进行流量调整，因此能够大幅削减流量调整工时。

根据本实施方式，仅通过使施加于压电致动器100的电压变化就能够进行精密的流量调整，因此能够即刻执行流量调整，并且也能够实时地进行流量控制。

在上述实施方式中，使用了压电致动器100作为利用了将被施加的电力转换为伸缩的力的被动元件的调整用致动器，但并不限定于此。例如，能够将包括根据电场的变化而变形的化合物的电驱动材料用作致动器。能够利用电流或电压来改变电驱动材料的形状、大小，而改变所规定的操作构件40的开位置。这样的电驱动材料既可以是压电材料，也可以是压电材料以外的电驱动材料。在采用压电材料以外的电驱动材料的情况下，能够采用电驱动型高分子材料。

电驱动型高分子材料也被称为电活性高分子材料(Electro Active Polymer：EAP)，例如存在被外部电场、库仑力驱动的电性EAP、以及利用电场使溶胀聚合物的溶剂流动并变形的非离子型EAP、通过基于电场的离子、分子的移动来进行驱动的离子型EAP等，能够使用上述材料中的任一种或组合。

在上述实施方式中，列举所谓的常闭型的阀为例，但并不限定于此，本发明也能够应用于常开型的阀。

在上述应用例中，例示了将阀装置1用于基于ALD法的半导体制造工艺的情况，但并不限定于此，本发明能够应用于例如原子层蚀刻法(ALE：Atomic Layer Etching法)等需要精密的流量调整的所有对象。

在上述实施方式中，使用了内置于通过气体压力进行动作的缸室的活塞作为主致动器，但本发明并不限定于此，能够根据控制对象选择各种最佳的致动器。

在上述实施方式中，例示了包括磁传感器和磁体的位置检测机构作为位置检测机构，但并不限定于此，能够采用光学式的位置检测传感器等非接触式位置传感器。

参照图9，对应用本发明的阀装置的流体控制装置的一例进行说明。

在图9所示的流体控制装置设有沿着宽度方向W1、W2排列并且沿着长度方向G1、G2延伸的金属制的基板BS。此外，附图标记W1示出了正面侧的方向，附图标记W2示出了背面侧的方向，附图标记G1示出了上游侧的方向，附图标记G2示出了下游侧的方向。在基板BS隔着多个流路块992而设有各种流体设备991A～991E，利用多个流路块992分别形成有供流体从上游侧G1朝向下游侧G2流通的未图示的流路。

在此，“流体设备”是对流体的流动进行控制的流体控制装置所使用的设备，是具有划定供流体流路的主体并且具有在该主体的表面开口的至少两个流路口的设备。具体而言，包括开闭阀(双通阀)991A、调节器991B、压力计991C、开闭阀(三通阀)991D、质量流量控制器991E等，但并不限定于此。此外，导入管993与上述未图示的流路的上游侧的流路口连接。

本发明能够应用于上述的开闭阀991A、991D、调节器991B等各种阀装置。

附图标记说明

1、1A、1B、1C、阀装置；2、阀主体；10、阀体；11、凹部；12、流路；12a、开口部；12b、另一端；12c、13、流路；15、阀座；20、隔膜；25、按压转接件；27、致动器承受件；27b、限制面；30、阀盖；40、操作构件；40h1、40h2、40h3、流通路径；48、隔膜按压件；48a、凸缘部；48t、抵接面；50、壳体；51h、流通路径；51、上侧壳体构件；51f、相对面；52、下侧壳体构件；60、主致动器；61、第1活塞；62、第2活塞；63、第3活塞；65、隔板；70、调整体；70a、贯通孔；80、致动器按压件；85、位置检测机构；86、磁传感器；86a、布线；87、磁体；90、螺旋弹簧；100、压电致动器(调整用致动器)；101、壳体；102、顶端部；103、基端部；105、布线；120、碟形弹簧；130、分隔壁构件；150、供给管；151、152、管接头；160、限位开关；161、可动销；200、压力调节器；201、管接头；203、供给管；300、控制部；301、收纳箱；302、支承板；400、压力传感器；501、502、管接头；800、810、供给源；900A-900C、流体控制装置；A、圆；A1、上方向；A2、下方向；C1-C3、压力室；CHA、CHB、CHC、处理腔室；CP、闭位置；Ct、中心线；G、压缩空气(驱动流体)；GP1、GP2、间隙；Lf、上升量；OP、开位置；OR、O型密封圈；PG、工艺气体；SP、空间；V0、预定电压；VA-VC、开闭阀；VOP、开位置；991A-991E、流体设备；992、流路块；993、导入管；1000、半导体制造装置。