JP2001150391A - 半導体マイクロアクチュエータ - Google Patents

半導体マイクロアクチュエータ

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JP2001150391A
JP2001150391A JP33355499A JP33355499A JP2001150391A JP 2001150391 A JP2001150391 A JP 2001150391A JP 33355499 A JP33355499 A JP 33355499A JP 33355499 A JP33355499 A JP 33355499A JP 2001150391 A JP2001150391 A JP 2001150391A
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JP
Japan
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thin film
flexible portion
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movable element
regions
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JP33355499A
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English (en)
Inventor
Kimiaki Saito
公昭 齊藤
Hironori Katayama
弘典 片山
Kenji Toyoda
憲治 豊田
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
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低電力で駆動できる半導体マイクロアクチュエ
ータを提供する。 【解決手段】半導体マイクロアクチュエータは、所定の
位置に貫通孔10を有する第1の基板1と、貫通孔10
に対応する位置に配置される弁体11と、熱膨張係数の
異なる2種の材料からなる薄膜部6及び金属薄膜7を接
合して形成され、電気的作用による発熱を駆動源として
変位する可撓部3と、弁体11が可撓部3を介して枠部
5に連結され、第1の基板1に接合される第2の基板2
とで構成される。可撓部3を構成する薄膜部6及び金属
薄膜7には、弁体11と枠部5とを連結する方向と略直
交する方向において薄膜部6及び金属薄膜7を2つの領
域に分割する隙間8が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体マイクロア
クチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の半導体マイクロアクチュエ
ータの一部破断せる斜視図である。この半導体マイクロ
アクチュエータは、例えばガラスからなる第1の基板1
と、例えばシリコンからなる第2の基板2とを接合した
構成となっている(例えば、特開平7−4538号公報
参照)。
【0003】第1の基板1の中央部には貫通孔10が設
けられ、ここから流体が流入する。この貫通孔10と相
対して第2の基板2の中央部には可動エレメントたる弁
体11が設けられており、貫通孔10上面のシート部
(弁座)12と弁体11との間に、わずかな隙間13が
形成される。弁体11は上面が四角形状に開口し、下方
に向かうにつれて幅が狭くなる四角錐台形状に形成され
ている。そして、弁体11の開口部の4辺は、それぞ
れ、熱によりバイメタル的に変形可能な可撓部3を介し
て第2の基板2の枠部5に連結され、可撓部3は弁体1
1を挟んで十字に配置されている。また、枠部5と弁体
11との間の隙間の内、可撓部3以外の部位は空隙とな
っており、この空隙により貫通孔10から流入した流体
を外部に流出させる流出口15が構成される。
【0004】可撓部3は第2の基板2の一部を、半導体
加工プロセスを用いて薄膜状にした薄膜部6の上面に、
アルミニウムやニッケルなどの金属薄膜7を例えばスパ
ッタリングなどにより形成しており、薄膜部6と金属薄
膜7の熱膨張率の差を利用して、可撓部3が変位するよ
うになっている。すなわち、薄膜部6及び金属薄膜7か
らバイメタル部3aが構成される。
【0005】可撓部3には例えば電気抵抗配線等を利用
したヒーター(図示せず)が配設され、このヒーターに
電流を流すことによって、ジュール熱を発生させ、バイ
メタル部3aの温度を上昇させることで可撓部3を上に
凸な形状に湾曲させる。尚、可撓部3の前後、つまり中
央の弁体11側及び第2の基板2の枠部5側の両方に
は、熱絶縁領域4を設けてあり、熱絶縁領域4によりバ
イメタル部3aの熱の拡散が少なくなり、低電力で動作
させることができる。
【0006】ここで、ヒーターに通電すると、バイメタ
ル部3aの温度が上昇して、可撓部3が上に凸な形状に
湾曲するので、弁体11がシート部12に当接し、弁体
11とシート部12との間の隙間13がなくなって、流
体の流入が遮断される。その後、ヒーターへの通電を停
止すると、バイメタル部3aの温度が低下し、可撓部3
は湾曲している状態から平らな形状に変形するので、流
入口14から貫通孔10を介して流体が吸い込まれ、流
出口15から外部に送出される。而して、ヒーターへの
通電をオン/オフすることにより、弁体11が上下に往
復運動し、流入口14から貫通孔10を介して吸い込ま
れた流体が流出口15から外部に送出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の半導体マイ
クロアクチュエータでは、バイメタル部3aを構成する
薄膜部6と金属薄膜7との熱膨張率の差を利用し、バイ
メタル部3aを加熱することによって可撓部3を湾曲さ
せているのであるが、バイメタル部3aを加熱すると、
可撓部3は枠部5と弁体11との間を連結する方向Aに
おいて湾曲すると同時に、上記方向Aと略直交する方向
Bにおいても湾曲する。ここで、可撓部3が方向Bにお
いて湾曲すると、方向Aにおいて可撓部3の剛性が高く
なるため、可撓部3が変形しにくくなり、可撓部3を駆
動するために大きな電力を必要とするという問題があっ
た。
【0008】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、その目的とするところは、低電力で駆動するこ
とのできる半導体マイクロアクチュエータを提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明では、所定の位置に貫通孔を有する
第1の基板と、前記貫通孔を遮蔽する位置と前記貫通孔
を開放させる位置との間で移動自在に設けられた可動エ
レメントと、熱膨張係数の異なる2種の材料からなる薄
膜を接合して形成され、電気的作用による発熱を駆動源
として変位する可撓部と、可撓部を介して可動エレメン
トが連結された第2の基板とを備え、可撓部を構成する
2つの薄膜の内、少なくとも何れか一方の薄膜には、可
動エレメントと第2の基板とを連結する方向と交差する
方向において該薄膜を複数の領域に分割する隙間を形成
したことを特徴とし、可撓部は熱膨張係数の異なる2種
の材料からなる薄膜を接合して形成され、可動エレメン
トと第2の基板とを連結する方向と交差する方向におい
て、可撓部を構成する2つの薄膜の内、少なくとも何れ
か一方を複数の領域に分割し、隣接する領域の間に隙間
を設けているので、可撓部を加熱した際に、可動エレメ
ントと第2の基板とを連結する方向と交差する方向にお
いて可撓部が湾曲したとしても、可動エレメントと第2
の基板とを連結する方向における可撓部の剛性を小さく
でき、したがって可撓部を動作させるのに必要な電力が
小さくなり、低電力で駆動できる半導体マイクロアクチ
ュエータを実現できる。
【0010】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、可動エレメントと第2の基板とを連結する方向と
交差する方向において、可撓部を構成する2つの薄膜を
両方共に複数の領域に分割する隙間を形成したことを特
徴とし、2つの薄膜を両方共に複数の領域に分割してい
るので、可撓部を加熱した際に、可動エレメントと第2
の基板とを連結する方向と交差する方向において可撓部
が湾曲したとしても、可動エレメントと第2の基板とを
連結する方向における可撓部の剛性をさらに小さくで
き、したがって可撓部を動作させるのに必要な電力が小
さくなり、低電力で駆動できる半導体マイクロアクチュ
エータを実現できる。
【0011】請求項3の発明では、請求項1の発明にお
いて、可動エレメントと第2の基板とを連結する方向と
交差する方向において、可撓部を構成する2つの薄膜の
内、一方の薄膜のみを複数の領域に分割する隙間を形成
したことを特徴とし、2つの薄膜が両方共に複数の領域
に分割されている場合、可撓部の変形量のばらつきが大
きくなる虞があるが、一方の薄膜のみが複数の領域に分
割され、他方の薄膜は一体に形成されており、可撓部が
完全に分離されていないため、可撓部の変形量のばらつ
きを小さくできる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1(a)に本実施形態の半導体
マイクロアクチュエータの一部破断せる斜視図を示す。
本実施形態では、図3に示す従来の半導体マイクロアク
チュエータにおいて、可撓部3を構成する薄膜部6と金
属薄膜7とを、枠部5と弁体11との間を連結する方向
と略直交する方向において複数(本実施形態では例えば
2つ)の領域6a,6b,7a,7bに分割する隙間8
を設けている。尚、可撓部3以外の構成は、図3に示す
従来の半導体マイクロアクチュエータと同様であるの
で、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明
を省略する。
【0013】ここで、バイメタル部3aを加熱すると、
薄膜部6と金属薄膜7との熱膨張率の差によって、バイ
メタル部3aが、枠部5と弁体11との間を連結する方
向Aにおいて湾曲すると同時に、上記方向Aと略直交す
る方向Bにおいても湾曲するが、上述のように薄膜部6
と金属薄膜7とは、枠部5と弁体11との間を連結する
方向と略直交する方向において2つの領域6a,6
b,,7a,7bに分割され、各領域の間に隙間8が設
けられているので、バイメタル部3aが方向Bにおいて
湾曲したとしても方向Aにおけるバイメタル部3aの剛
性が小さくなる。したがって、可撓部3を駆動するため
に必要な電力を小さくでき、低消費電力の半導体マイク
ロアクチュエータを実現することができる。
【0014】また、枠部5と弁体11との間を連結する
方向と略直交する方向において、薄膜部6及び金属薄膜
7の両方を複数の領域に分割した場合、薄膜部6又は金
属薄膜7の一方のみを複数の領域に分割した場合に比べ
て、枠部5と弁体11との間を連結する方向と略直交す
る方向において可撓部3が湾曲した際に、枠部5と弁体
11との間を連結する方向における可撓部3の剛性がさ
らに小さくなるから、可撓部3を動作させるのに必要な
電力をさらに小さくできる。
【0015】尚、本実施形態では、薄膜部6及び金属薄
膜7の両方に、枠部5と弁体11との間を連結する方向
と略直交する方向において、薄膜部6及び金属薄膜7を
複数の領域に分割する隙間8を形成しているが、薄膜部
6及び金属薄膜7の内の何れか一方に、枠部5と弁体1
1との間を連結する方向と略直交する方向において、薄
膜部6又は金属薄膜7を複数の領域に分割する隙間を形
成しても良く、例えば図2に示すように金属薄膜7のみ
に金属薄膜7を2つの領域7a,7bに分割する隙間を
形成しても良い。ここで、薄膜部6及び金属薄膜7の内
の何れか一方のみに、薄膜部6又は金属薄膜7を複数の
領域に分割する隙間を形成した場合、隙間の形成されて
いない薄膜部6又は金属薄膜7は一体に形成され、可撓
部3が完全に分離されていないため、可撓部3の変形量
のばらつきを小さくできる。
【0016】
【発明の効果】上述のように、請求項1の発明は、所定
の位置に貫通孔を有する第1の基板と、前記貫通孔を遮
蔽する位置と前記貫通孔を開放させる位置との間で移動
自在に設けられた可動エレメントと、熱膨張係数の異な
る2種の材料からなる薄膜を接合して形成され、電気的
作用による発熱を駆動源として変位する可撓部と、可撓
部を介して可動エレメントが連結された第2の基板とを
備え、可撓部を構成する2つの薄膜の内、少なくとも何
れか一方の薄膜には、可動エレメントと第2の基板とを
連結する方向と交差する方向において該薄膜を複数の領
域に分割する隙間を形成したことを特徴とし、可撓部は
熱膨張係数の異なる2種の材料からなる薄膜を接合して
形成され、可動エレメントと第2の基板とを連結する方
向と交差する方向において、可撓部を構成する2つの薄
膜の内、少なくとも何れか一方を複数の領域に分割し、
隣接する領域の間に隙間を設けているので、可撓部を加
熱した際に、可動エレメントと第2の基板とを連結する
方向と交差する方向において可撓部が湾曲したとして
も、可動エレメントと第2の基板とを連結する方向にお
ける可撓部の剛性を小さくでき、したがって可撓部を動
作させるのに必要な電力が小さくなり、低電力で駆動で
きる半導体マイクロアクチュエータを実現できるという
効果がある。
【0017】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、可動エレメントと第2の基板とを連結する方向と交
差する方向において、可撓部を構成する2つの薄膜を両
方共に複数の領域に分割する隙間を形成したことを特徴
とし、2つの薄膜を両方共に複数の領域に分割している
ので、可撓部を加熱した際に、可動エレメントと第2の
基板とを連結する方向と交差する方向において可撓部が
湾曲したとしても、可動エレメントと第2の基板とを連
結する方向における可撓部の剛性をさらに小さくでき、
したがって可撓部を動作させるのに必要な電力が小さく
なり、低電力で駆動できる半導体マイクロアクチュエー
タを実現できるという効果がある。
【0018】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、可動エレメントと第2の基板とを連結する方向と交
差する方向において、可撓部を構成する2つの薄膜の
内、一方の薄膜のみを複数の領域に分割する隙間を形成
したことを特徴とし、2つの薄膜が両方共に複数の領域
に分割されている場合、可撓部の変形量のばらつきが大
きくなる虞があるが、一方の薄膜のみが複数の領域に分
割され、他方の薄膜は一体に形成されており、可撓部が
完全に分離されていないため、可撓部の変形量のばらつ
きを小さくできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の半導体マイクロアクチュエータを
示し、(a)は一部破断せる斜視図であり、(b)は要
部拡大図である。
【図2】同上の別の半導体マイクロアクチュエータの要
部拡大図である。
【図3】従来の半導体マイクロアクチュエータの一部破
断せる斜視図である。
【符号の説明】
1 第1の基板 2 第2の基板 3 可撓部 5 枠部 6 薄膜部 7 金属薄膜 8 隙間 10 貫通孔 11 弁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02N 2/00 H02N 2/00 B (72)発明者 豊田 憲治 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 AA05 BB41 BB49 CC06 DD12 FC02 FD19 HH11 3H062 AA02 AA12 BB33 EE11 FF21 HH10 3H077 AA01 AA11 BB10 CC02 CC09 DD00 EE02 FF07 FF09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の位置に貫通孔を有する第1の基板
    と、前記貫通孔を遮蔽する位置と前記貫通孔を開放させ
    る位置との間で移動自在に設けられた可動エレメント
    と、熱膨張係数の異なる2種の材料からなる薄膜を接合
    して形成され、電気的作用による発熱を駆動源として変
    位する可撓部と、可撓部を介して可動エレメントが連結
    された第2の基板とを備え、可撓部を構成する2つの薄
    膜の内、少なくとも何れか一方の薄膜には、可動エレメ
    ントと第2の基板とを連結する方向と交差する方向にお
    いて該薄膜を複数の領域に分割する隙間を形成したこと
    を特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
  2. 【請求項2】可動エレメントと第2の基板とを連結する
    方向と交差する方向において、可撓部を構成する2つの
    薄膜を両方共に複数の領域に分割する隙間を形成したこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体マイクロアクチュ
    エータ。
  3. 【請求項3】可動エレメントと第2の基板とを連結する
    方向と交差する方向において、可撓部を構成する2つの
    薄膜の内、一方の薄膜のみを複数の領域に分割する隙間
    を形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体マイ
    クロアクチュエータ。
JP33355499A 1999-11-25 1999-11-25 半導体マイクロアクチュエータ Withdrawn JP2001150391A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003016204A1 (fr) * 2001-08-21 2003-02-27 Advantest Corporation Actionneur et commutateur
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Effective date: 20070206