JP2001141092A

JP2001141092A - 半導体マイクロバルブ

Info

Publication number: JP2001141092A
Application number: JP32434599A
Authority: JP
Inventors: Kenji Toyoda; 憲治豊田; Hironori Katayama; 弘典片山; Kimiaki Saito; 公昭齊藤; Keiko Fujii; 圭子藤井; Shigeaki Tomonari; 恵昭友成; Hiroshi Kawada; 裕志河田; Hitoshi Yoshida; 仁吉田; Masaari Kamakura; 將有鎌倉; Kazuji Yoshida; 和司吉田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】電力当たりのビームの変位量が大きな半導体マ
イクロバルブを提供する。【解決手段】第１の基板１０は、厚み方向に貫設された
弁口１２を中央部に有し、第２の基板２０側の一面にお
いて弁口１２の周縁には、第２の基板２０に設けられた
弁体２３が離接する弁座１３が突設されている。第２の
基板２０は、シリコン基板よりなり、該第２の基板２０
の周部２１である支持部に複数のビーム２２を介して支
持されるとともにビーム２２の撓みに応じて上記弁座１
３に離接する上記弁体２３とを備えている。ビーム２２
上には、ビーム２２とともにバイメタルを構成するバイ
メタル素膜２４が積層されている。弁口１２を通して流
入した流体をビーム２２近傍を通さずに排出可能とする
位置に排出孔３０が設けられ、ビーム２２および弁体２
３を覆うように支持部２１の上面に全周にわたって第２
の基板２０に結合されたパッケージ４０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、流体の流量制御に
用いられる半導体マイクロバルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気体などの流体の流量制御に
用いられる半導体マイクロバルブとして、図４および図
５に示す構成のものが提案されている。図４および図５
に示した半導体マイクロバルブは、常開型のバルブであ
って、厚み方向に重なり互いの周部１１，２１同士が結
合された第１の基板１０および第２の基板２０を備えて
いる。

【０００３】第１の基板１０は、厚み方向に貫設された
弁口１２を中央部に有し、第２の基板２０側の一面にお
いて弁口１２の周縁には、第２の基板２０に設けられた
弁体２３が離接する弁座１３が突設されている。なお、
第１の基板１０としてはシリコン基板もしくはガラス基
板が用いられる。

【０００４】一方、第２の基板２０は、シリコン基板よ
りなり、該第２の基板２０の周部２１である支持部に複
数のビーム２２を介して支持されるとともにビーム２２
の撓みに応じて上記弁座１３に離接する上記弁体２３と
を備えている。

【０００５】また、ビーム２２上には、ビーム２２とと
もにバイメタルを構成するバイメタル素膜２４が積層さ
れている。要するに、図４および図５に示した半導体マ
イクロバルブでは、ビーム２２を変形させる駆動部とし
てバイメタルを利用しており、ビーム２２の湾曲量を制
御できるようになっている。すなわち、駆動部は、ビー
ム２２の材料とバイメタル素膜２４の材料との熱膨張係
数差を利用してビーム２２を湾曲変位させている。

【０００６】以上説明した半導体マイクロバルブでは、
弁口１２から流入した流体は弁体２３と弁座１３との間
のギャップ２５を通り、さらにビーム２２間に形成され
た開口部２７を排出孔として排出されるようになってい
る。なお、図４中および図５中の各矢印は流体の流れる
経路を示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成の半導体マイクロバルブでは、弁口１２を通して流入
した流体がビーム２２近傍の開口部２７を通って排出さ
れるので、ビーム近傍２２を通る流体により上記駆動部
の熱が奪われて駆動部の温度が低下してしまい、電力当
たりのビーム２２の変位量が小さくなるから、弁体２３
の変位量が小さくなってしまうという不具合があった。

【０００８】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電力当たりのビームの変位量が大き
な半導体マイクロバルブを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、厚み方向に重なり互いの周部同
士が結合された第１および第２の基板を備え、第１の基
板の厚み方向に貫設された弁口を有し、第２の基板が半
導体基板よりなり、第２の基板の周部である支持部にビ
ームを介して支持されるとともに第１の基板の上記弁口
を開閉する弁体が形成され、熱膨張を利用してビームを
変形させる駆動部がビームに設けられ、弁口を通して流
入した流体をビーム近傍を通さずに排出可能とする位置
に排出孔が設けられ、弁口を通して流入した流体を排出
孔に向かうように案内する案内手段を備えてなることを
特徴とするものであり、弁口を通して流入した流体がビ
ーム近傍を通りにくくなるので、弁口を通して流入した
流体によって駆動部の温度が低下するのを抑制すること
ができ、電力当たりのビームの変位量を大きくすること
ができる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記案内手段は、ビームおよび弁体を覆うように支
持部の全周にわたって第２の半導体基板に結合されたパ
ッケージよりなることを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、第１の基板は、第２の基板側の一面において弁口の
周縁から厚み方向に突設され上記弁体が離接する弁座を
有し、上記弁体は、弁座の外周を全周にわたって囲む外
周形状に形成され、弁座の外周よりも外側に位置する部
位が上記案内手段を構成するので、上記案内手段として
の部材を別途に用意する必要がないから、請求項２の発
明に比べて低コスト化および小型化を図ることができ
る。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記案内手段は、上記弁口を通して流入した流体が
排出孔に向かうように弁体から突設されたリブよりなる
ことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の半導
体マイクロバルブの基本構成は図４および図５に示した
従来構成と略同じであって、図１に示すように、厚み方
向に重なり互いの周部１１，２１同士が結合された第１
の基板１０および第２の基板２０を備えている。

【００１４】第１の基板１０は、厚み方向に貫設された
弁口１２を中央部に有し、第２の基板２０側の一面にお
いて弁口１２の周縁には、第２の基板２０に設けられた
弁体２３が離接する弁座１３が突設されている。なお、
第１の基板１０としてはガラス基板を用いているが、シ
リコン基板を用いてもよい。

【００１５】一方、第２の基板２０は、シリコン基板よ
りなり、該第２の基板２０の周部２１である支持部に複
数のビーム２２を介して支持されるとともにビーム２２
の撓みに応じて上記弁座１３に離接する上記弁体２３と
を備えている。

【００１６】また、ビーム２２上には、ビーム２２とと
もにバイメタルを構成するバイメタル素膜２４が積層さ
れている。要するに、本実施形態においても、ビーム２
２を変形させる駆動部としてバイメタルを利用してお
り、ビーム２２の湾曲量を制御できるようになってい
る。すなわち、本実施形態の半導体マイクロバルブはバ
イメタル型の半導体マイクロバルブであって、駆動部
は、ビーム２２の材料とバイメタル素膜２４の材料との
熱膨張係数差を利用してビーム２２を湾曲変位させてい
る。なお、ビーム２２の表面側には拡散抵抗層（図示せ
ず）が形成され、図示しない配線を通して拡散抵抗層に
通電することによりバイメタルを加熱することができる
ようになっており、拡散抵抗層と配線とでバイメタルを
加熱する加熱手段を構成している。

【００１７】ところで、本実施形態では、弁口１２を通
して流入した流体をビーム２２近傍を通さずに排出可能
とする位置に排出孔３０が設けられ、ビーム２２および
弁体２３を覆うように支持部２１の上面（図１における
上面）に全周にわたって第２の基板２０に気密的に結合
されたパッケージ４０を備えている点に特徴がある。こ
こにおいて、排出孔３０は、第１の基板１０と第２の基
板２０とを結合する前に、図１における第２の基板２０
の周部２１の下面側の一部をエッチング加工しておくこ
とにより容易に形成することができる。なお、排出孔３
０は、第１の基板１０の周部１１の上面側の一部を加工
しておくことにより形成してもよいし、両基板１０，２
０それぞれの周部１１，２１を加工しておくことにより
形成してもよい。

【００１８】また、本実施形態では、パッケージ４０
が、弁口１２を通して流入した流体を排出孔３０に向か
うように案内する案内手段を構成している。

【００１９】しかして、本実施形態では、弁口１２を通
して流入した流体は図１中に矢印で示すように第１のシ
リコン基板１０の表面に沿って流れて排出孔３０から排
出され、ビーム２２近傍を通りにくくなる（つまり、図
４および図５に示した従来構成で説明した開口部２７を
通りにくくなる）ので、弁口１２を通して流入した流体
によって駆動部の温度が低下するのを抑制することがで
き、電力当たりのビーム２２の変位量を大きくすること
ができるから、結果として電力当たりの弁体２３の変位
量を大きくすることができ、低消費電力化も図ることが
できる。

【００２０】（実施形態２）本実施形態の半導体マイク
ロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであり、図２
に示すように、排出孔３０が第１の基板１０の弁口１２
近傍に設けられるとともに、弁体２３が弁座１３の外周
を全周にわたって囲む外周形状に形成され、弁体２３の
うち弁座１３の外周よりも外側に位置する部位が、弁口
１２を通して流入した流体を排出孔３０に向かうように
案内する案内手段を構成している点に特徴がある。な
お、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付し
て説明を省略する。

【００２１】しかして、本実施形態では、弁口１２を通
して流入した流体は上記案内手段により排出孔３０に案
内され（つまり、図２中に矢印で示すように流体が流れ
る）、ビーム２２近傍を通りにくくなる（つまり、図４
および図５に示した従来構成で説明した開口部２７を通
りにくくなる）ので、弁口１２を通して流入した流体に
よって駆動部の温度が低下するのを抑制することがで
き、電力当たりのビーム２２の変位量を大きくすること
ができるから、結果として電力当たりの弁体２３の変位
量を大きくすることができ、低消費電力化を図ることも
できる。

【００２２】要するに、本実施形態では、実施形態１で
説明したパッケージ４０のような別部材を用いることな
しに電力当たりのビーム２２の変位量を大きくすること
ができるので、低コスト化および小型化を図ることがで
きる。

【００２３】（実施形態３）本実施形態の半導体マイク
ロバルブの基本構成は実施形態２と略同じであって、図
３に示すように、上記弁口１２を通して流入した流体が
排出孔３０に向かうように弁体２３からリブ２９を突設
してある点に特徴がある。ここに、リブ２９は、弁口１
２を通して流入した流体の流れが排出孔３０に向かうよ
うに弁体２３からの突出方向を設定してある。本実施形
態においては、該リブ１９も弁口１２を通して流入した
流体を排出孔３０に向かうように案内する案内手段を構
成する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の
符号を付して説明を省略する。また、リブ１９は、第２
の基板２０の一部により構成してある。

【００２４】しかして、本実施形態では、上記リブ１９
が設けられているので、図３中に矢印で示すように流体
が流れ、弁口１２を通して流入した流体を実施形態２よ
りも確実に排出孔３０へ案内することができて、ビーム
２２近傍を一層通りにくくなるので、弁口１２を通して
流入した流体によって駆動部の温度が低下するのをさら
に抑制することができ、電力当たりのビーム２２の変位
量を大きくすることができる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明は、厚み方向に重なり互
いの周部同士が結合された第１および第２の基板を備
え、第１の基板の厚み方向に貫設された弁口を有し、第
２の基板が半導体基板よりなり、第２の基板の周部であ
る支持部にビームを介して支持されるとともに第１の基
板の上記弁口を開閉する弁体が形成され、熱膨張を利用
してビームを変形させる駆動部がビームに設けられ、弁
口を通して流入した流体をビーム近傍を通さずに排出可
能とする位置に排出孔が設けられ、弁口を通して流入し
た流体を排出孔に向かうように案内する案内手段を備え
てなるものであり、弁口を通して流入した流体がビーム
近傍を通りにくくなるので、弁口を通して流入した流体
によって駆動部の温度が低下するのを抑制することがで
き、電力当たりのビームの変位量を大きくすることがで
きるという効果がある。

【００２６】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、第１の基板は、第２の基板側の一面において弁口の
周縁から厚み方向に突設され上記弁体が離接する弁座を
有し、上記弁体は、弁座の外周を全周にわたって囲む外
周形状に形成され、弁座の外周よりも外側に位置する部
位が上記案内手段を構成するので、上記案内手段として
の部材を別途に用意する必要がないから、請求項２の発
明に比べて低コスト化および小型化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略断面図である。

【図２】実施形態２を示す概略断面図である。

【図３】実施形態３を示す概略断面図である。

【図４】従来例を示す一部破断した斜視図である。

【図５】同上の概略断面図である。

【符号の説明】

１０第１の基板１２弁口１３弁座２０第２の基板２２ビーム２３弁体２４バイメタル素膜３０排出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齊藤公昭大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者藤井圭子大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者友成恵昭大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者河田裕志大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者吉田仁大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者鎌倉將有大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者吉田和司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3H057 AA16 BB11 BB41 CC05 DD12 FA22 FB06 FB16 HH01 HH05 HH11 3H062 AA15 BB06 CC06 CC08 DD13 FF21 GG04 HH01 HH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に重なり互いの周部同士が結合
された第１および第２の基板を備え、第１の基板の厚み
方向に貫設された弁口を有し、第２の基板が半導体基板
よりなり、第２の基板の周部である支持部にビームを介
して支持されるとともに第１の基板の上記弁口を開閉す
る弁体が形成され、熱膨張を利用してビームを変形させ
る駆動部がビームに設けられ、弁口を通して流入した流
体をビーム近傍を通さずに排出可能とする位置に排出孔
が設けられ、弁口を通して流入した流体を排出孔に向か
うように案内する案内手段を備えてなることを特徴とす
る半導体マイクロバルブ。
【請求項２】上記案内手段は、ビームおよび弁体を覆
うように支持部の全周にわたって第２の基板に結合され
たパッケージよりなることを特徴とする請求項１記載の
半導体マイクロバルブ。
【請求項３】第１の基板は、第２の基板側の一面にお
いて弁口の周縁から厚み方向に突設され上記弁体が離接
する弁座を有し、上記弁体は、弁座の外周を全周にわた
って囲む外周形状に形成され、弁座の外周よりも外側に
位置する部位が上記案内手段を構成することを特徴とす
る請求項１記載の半導体マイクロバルブ。
【請求項４】上記案内手段は、上記弁口を通して流入
した流体が排出孔に向かうように弁体から突設されたリ
ブよりなることを特徴とする請求項１記載の半導体マイ
クロバルブ。