JP2001235056A

JP2001235056A - マイクロバルブ

Info

Publication number: JP2001235056A
Application number: JP2000047342A
Authority: JP
Inventors: Masaari Kamakura; 將有鎌倉; Shigeaki Tomonari; 恵昭友成; Hiroshi Kawada; 裕志河田; Hitoshi Yoshida; 仁吉田; Kazuji Yoshida; 和司吉田; Hironori Katayama; 弘典片山; Kimiaki Saito; 公昭齊藤; Keiko Fujii; 圭子藤井; Kenji Toyoda; 憲治豊田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】良好なシール性をもつマイクロバルブを提供
すること。【解決手段】弁座３と、該弁座に対向する弁体４とを
有し、該弁体の変位により前記弁座と前記弁体との間の
開口を開閉して、流体の流れを制御するマイクロバルブ
において、前記弁座及び前記弁体の少なくともいずれか
一方に、複数個の突起形状を形成した。そして、前記突
起形状を三角形状または矩形状とした。また、前記弁座
及び前記弁体の両者に、前記複数個の突起形状を形成
し、前記弁座の複数個の突起形状と前記弁体の複数個の
突起形状とが互いに嵌合するようにし、前記嵌合する部
位に間隙を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体やガラスの
基板にマイクロ加工により形成され、流体の流れの制御
を行うマイクロバルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロバルブとしては、例えば
本出願人が特願平１１−０４５６１５で示した図７のよ
うなマイクロバルブの構造が知られている。図７はマイ
クロバルブの断面構造を示す図である。マイクロバルブ
は、基板１ａに流体の流路となる貫通孔２が設けられる
とともに、この貫通孔２の周囲には弁座３が形成されて
いる。そして、基板１ｂには弁座３に対向するように弁
体４が形成されており、弁体４は肉薄で撓み可能な可撓
部５で支持されている。この可撓部５の撓みにより弁体
４は図において上下に変位し、弁座３と弁体４との間の
開口７を開閉する構造となっている。ここで、開口７が
閉じられたときには流路が閉じられ、開口７が開かれた
ときには流路が開かれることになる。可撓部５の表面に
は、バイメタル層６が形成され、この可撓部５及びバイ
メタル層６の部位への加熱手段（図示せず）を備えて、
この温度制御により弁体４の変位の制御を行い、流路の
開閉制御が行なわれる。ここで、一般には、基板１ａの
材料には半導体（シリコン）もしくはガラスが用いら
れ、基板１ｂには半導体（シリコン）が用いられること
が多い。

【０００３】以上が従来のマイクロバルブの構成及び動
作であるが、流路が閉じられた状態（バルブ閉状態）で
は、前述のように弁座３に弁体４が接触（密着）して、
流体が漏れないようにシール（封止）が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シール
は、弁座３と弁体４を形成する基板１ａ，１ｂ（シリコ
ン材料等）の平面を用いているため、弁座３や弁体４
の、厚みのばらつきや、表面上のキズ、表面粗さや微細
な凹凸があり、十分なシール性が得られなかったり、シ
ール部に微細なパーティクル（微粒子）が存在すると、
バルブ閉時に開口７を完全に閉じきれず、シール性が低
下するという問題があった。

【０００５】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、良好なシール性をもつマ
イクロバルブを提供することにある。

【０００６】

【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記載の発明は、弁座と、該弁座に対向する
弁体とを有し、該弁体の変位により前記弁座と前記弁体
との間の開口を開閉して、流体の流れを制御するマイク
ロバルブにおいて、前記弁座及び前記弁体の少なくとも
いずれか一方に、複数個の突起形状を形成してなること
を特徴とするものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載のマ
イクロバルブにおいて、前記突起形状を三角形状とした
ことを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載のマ
イクロバルブにおいて、前記突起形状を矩形状としたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載のマイクロバルブにおいて、前記
弁座及び前記弁体の両者に、前記複数個の突起形状を形
成し、前記弁座の複数個の突起形状と前記弁体の複数個
の突起形状とが互いに嵌合することを特徴とするもので
ある。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載のマ
イクロバルブにおいて、前記嵌合する部位に間隙を設け
たことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
マイクロバルブについて図１乃至図６にもとづき説明す
る。

【００１２】図１に本発明の第１の実施の形態のマイク
ロバルブを示す。尚、図１（ａ）は、特に弁座３及び弁
体４の部位の断面図を示すものである。基板１ａに流体
の流路となる貫通孔２が設けられるとともに、この貫通
孔２の周囲には弁座３が形成されている。ここで、弁座
３には、三角形状の複数個の突起形状３ａが、弁座３の
幅全体にわたって形成されている。弁座３の上面図を同
図（ｂ）に示す。複数個の突起形状３ａは貫通孔２を囲
むように形成されている。

【００１３】そして、弁座３に対向するように弁体４が
形成されており、弁体４は肉薄で撓み可能な可撓部５で
支持されている。この可撓部５の撓みにより弁体４は図
において上下に変位し、弁座３と弁体４との間の開口７
を開閉する構造となっている。ここで、開口７が閉じら
れたときには流路が閉じられ、開口７が開かれたときに
は流路が開かれることになる。可撓部５の表面には、バ
イメタル層６（図示せず，図７参照）が形成され、この
可撓部５及びバイメタル層６の部位への加熱手段（図示
せず）を備えて、この温度制御により弁体４の変位の制
御を行い流路の開閉制御が行なわれる。

【００１４】ここで、弁座３に三角形状の複数個の突起
形状３ａが形成されていることから、流路が閉じられた
状態、すなわち弁座３と弁体４が接触する際に、突起形
状３ａの先端部が弾性変形しやすく、弁体４側に多少の
表面粗さがあってもそれを吸収することができる。ま
た、弁体４との接触面積が小さくなることから、接触圧
力が大きくなりシール性が向上する。さらに、パーティ
クルが存在しても複数個の突起形状３ａの凹部（溝）に
入ることになり、弁座３と弁体４との接触面にパーティ
クルが介在することを防止することができる。

【００１５】このように、弁座３に三角形状の複数個の
突起形状３ａを形成したので、弁座３及び弁体４に表面
粗さがあってもそれを吸収することができるとともに、
弁座３と弁体４との接触圧力が大きくなり、さらにパー
ティクルの介在を防止して、弁座３と弁体４とが接触し
た際のシール性を確保することができるという効果を奏
する。

【００１６】図２は、本発明の第２の実施の形態のマイ
クロバルブを示すもので、特に弁座３及び弁体４の部位
の断面図を示すものである。本実施の形態では、弁体４
に、三角形状の複数個の突起形状４ａが、弁座３に対向
する部位の幅全体にわたって形成されている。効果は第
１の実施の形態と同様である。

【００１７】また、弁座３及び弁体４の両者において、
三角形状の複数個の突起形状（３ａ，４ａ）を形成して
も同様の効果が得られる。

【００１８】図３に本発明の第３の実施の形態のマイク
ロバルブを示す。尚、図３（ａ）は特に弁座３及び弁体
４の部位の断面図を示すものであり、同図（ｂ）は、弁
座３の上面図を示すもである。本実施の形態では、弁座
３に、矩形状の複数個の突起形状３ｂが、弁座３の幅全
体にわたって形成されている。

【００１９】ここで、弁座３に矩形状の複数個の突起形
状３ｂが形成されていることから、弁座３及び弁体４の
厚みにばらつきが存在する（弁座３と弁体４との間の距
離が一定でない）場合でも、複数個の突起形状３ｂの
内、最低１箇所は弁体４と接触することになり、シール
性を確保することができる。また、弁座３と弁体４が接
触する際に、弁体４との接触面積が小さくなることから
接触圧力が大きくなりシール性が向上する。さらにパー
ティクルが存在しても、複数個の突起形状３ｂの凹部
（溝）に入ることになり、弁座３と弁体４との接触面に
パーティクルが介在することを防止することができる。

【００２０】このように、弁座３に矩形状の複数個の突
起形状３ｂを形成したので、弁座３及び弁体４の厚みに
ばらつきが存在する場合でも複数個の突起形状３ｂの
内、最低１箇所は弁体４と接触することになり、シール
性を確保することができるとともに、弁座３と弁体４と
の接触圧力が大きくなり、さらにパーティクルの介在を
防止して、弁座３と弁体４とが接触した際のシール性を
確保することができるという効果を奏する。

【００２１】図４は、本発明の第４の実施の形態のマイ
クロバルブを示すもので、特に弁座３及び弁体４の部位
の断面図を示すものである。本実施の形態では、弁体４
に、矩形状の複数個の突起形状４ｂが、弁座３に対向す
る部位の幅全体にわたって形成されている。効果は第３
の実施の形態と同様である。

【００２２】また、弁座３及び弁体４の両者において、
矩形状の複数個の突起形状（３ｂ，４ｂ）を形成しても
同様の効果が得られる。

【００２３】図５は、本発明の第５の実施の形態のマイ
クロバルブを示すもので、特に弁座３及び弁体４の部位
の断面図を示すものである。本実施の形態では、弁座３
及び弁体４の両者において、三角形状の複数個の突起形
状３ｃ，４ｃが形成されるとともに、突起形状３ｃと突
起形状４ｃとが互いに嵌合する構造となっている。この
嵌合構造により弁座３と弁体４の接触部すなわちシール
部の長さが長くなり、シール性及び、低流量領域での制
御性を向上させることができる。

【００２４】このように複数個の突起形状３ｃ，４ｃが
互いに嵌合する構造であるため、シール部の長さが長く
なり、第１乃至第４の実施形態の効果に加え、シール性
及び、低流量領域での制御性を向上させることができる
という効果を奏する。

【００２５】図６に本発明の第６の実施の形態のマイク
ロバルブを示す。尚、図６（ａ）は特に弁座３及び弁体
４の部位の断面図を示すものである。本実施の形態で
は、弁座３及び弁体４の両者おいて、矩形状の複数個の
突起形状３ｄ，４ｄが形成されるとともに、突起形状３
ｄと突起形状４ｄとが互いに嵌合する構造となってい
る。第５の実施の形態と同様、この嵌合構造により弁座
３と弁体４の接触部すなわちシール部の長さが長くな
り、シール性及び、低流量領域での制御性を向上させる
ことができる。

【００２６】さらに本実施形態では、この嵌合構造にお
いて、突起形状３ｄと突起形状４ｄとの間に間隙を設け
るようにした。図６（ｂ）に示すように、弁座３の突起
部の間隔（凹部）の幅Ｗ１に対して、弁体４ｄの突起部
の間隔の幅Ｗ２を小さくなるようにして、間隙ｓ、ｓ’
を設けている。パーティクルが弁座３と弁体４との接触
面に介在するとシール性が劣化するが、この間隙を設け
ることにより、パーティクルをこの間隙部に逃がすこと
ができ、弁座３と弁体４の接触面にパーティクルが介在
する確率を低減することができる。

【００２７】このように弁座３と弁体４に、互いに嵌合
する矩形状の複数個の突起形状３ｄ，４ｄを設け、さら
に突起形状３ｄと突起形状４ｄとの間に間隙を設けるよ
うにしたので、弁座３と弁体４の接触部すなわちシール
部の長さが長くなり、シール性及び、低流量領域での制
御性を向上させることができるとともに、パーティクル
をこの間隙部に逃がして、弁座３と弁体４の接触面にパ
ーティクルが介在する確率を低減して、シール性の劣化
を防止することができるという効果を奏する。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の発
明によれば、弁座と、該弁座に対向する弁体とを有し、
該弁体の変位により前記弁座と前記弁体との間の開口を
開閉して、流体の流れを制御するマイクロバルブにおい
て、前記弁座及び前記弁体の少なくともいずれか一方
に、複数個の突起形状を形成してなるようにしたので、
良好なシール性をもつマイクロバルブを提供することが
できた。

【００２９】請求項２記載の発明においては、前記突起
形状を三角形状としたので、弁座及び弁体に表面粗さが
あってもそれを吸収することができるとともに、弁座と
弁体４との接触圧力が大きくなり、さらにパーティクル
の介在を防止して、弁座と弁体４とが接触した際のシー
ル性を確保することができるという効果を奏する。

【００３０】請求項３記載の発明においては、前記突起
形状を矩形状としたので、弁座及び弁体の厚みにばらつ
きが存在する場合でも複数の突起形状の内、最低１箇所
は弁体と接触することになり、シール性を確保すること
ができるとともに、弁座と弁体との接触圧力が大きくな
り、さらにパーティクルの介在を防止して、弁座と弁体
とが接触した際のシール性を確保することができるとい
う効果を奏する。

【００３１】請求項４記載の発明においては、前記弁座
及び前記弁体の両者に、前記複数個の突起形状を形成
し、前記弁座の複数個の突起形状と前記弁体の複数個の
突起形状とが互いに嵌合するようにしたので、弁座と弁
体の接触部すなわちシール部の長さが長くなり、シール
性及び、低流量領域での制御性を向上させることができ
るという効果を奏する。

【００３２】請求項５記載の発明においては、前記嵌合
する部位に間隙を設けるようにしたので、パーティクル
をこの間隙部に逃がすことができ、弁座と弁体の接触面
にパーティクルが介在する確率を低減することができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロバルブで
あり、（ａ）は弁座及び弁体部の断面図であり、（ｂ）
は弁座部の上面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態のマイクロバルブの
弁座及び弁体部の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態のマイクロバルブで
あり、（ａ）は弁座及び弁体部の断面図であり、（ｂ）
は弁座部の上面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態のマイクロバルブの
弁座及び弁体部の断面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態のマイクロバルブの
弁座及び弁体部の断面図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態のマイクロバルブで
あり、（ａ）は弁座及び弁体部の断面図であり、（ｂ）
は弁座と弁体部との嵌合部の断面図である。

【図７】従来のマイクロバルブの断面図である。

【符号の説明】

１基板２貫通孔３弁座４弁体５可撓部６バイメタル層７開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者片山弘典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Ｆターム(参考） 3H057 AA05 BB04 CC05 DD12 EE01 FA11 FA22 FC02 FC08 3H062 AA02 AA15 BB28 CC29 HH10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁座と、該弁座に対向する弁体とを有
し、該弁体の変位により前記弁座と前記弁体との間の開
口を開閉して、流体の流れを制御するマイクロバルブに
おいて、前記弁座及び前記弁体の少なくともいずれか一
方に、複数個の突起形状を形成してなることを特徴とす
るマイクロバルブ。
【請求項２】前記突起形状を三角形状としたことを特
徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。
【請求項３】前記突起形状を矩形状としたことを特徴
とする請求項１記載のマイクロバルブ。
【請求項４】前記弁座及び前記弁体の両者に、前記複
数個の突起形状を形成し、前記弁座の複数個の突起形状
と前記弁体の複数個の突起形状とが互いに嵌合すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
マイクロバルブ。
【請求項５】前記嵌合する部位に間隙を設けたことを
特徴とする請求項４記載のマイクロバルブ。