JP2002200597A - 半導体マイクロアクチュエータ及びこれを用いた半導体マイクロバルブ - Google Patents
半導体マイクロアクチュエータ及びこれを用いた半導体マイクロバルブInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動エレメントを片持支持する構造におい
て、回転動作に伴って生じる可動エレメントの傾斜の不
具合を解消することができる半導体マイクロアクチュエ
ータ、及びこれを用いた半導体マイクロバルブを提供す
る。 【解決手段】 半導体基板１と、外部要因により変位す
る可動エレメント２と、半導体基板１と可動エレメント
２を連結し温度変化により撓んで可動エレメント２を基
板厚み方向に変位させる片持ち梁４とを備え、片持ち梁
４から可動エレメント２を吊り下げる弾性連結部７を備
えている。
て、回転動作に伴って生じる可動エレメントの傾斜の不
具合を解消することができる半導体マイクロアクチュエ
ータ、及びこれを用いた半導体マイクロバルブを提供す
る。 【解決手段】 半導体基板１と、外部要因により変位す
る可動エレメント２と、半導体基板１と可動エレメント
２を連結し温度変化により撓んで可動エレメント２を基
板厚み方向に変位させる片持ち梁４とを備え、片持ち梁
４から可動エレメント２を吊り下げる弾性連結部７を備
えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも２つの
部材の熱膨張係数の差を利用して可動エレメントの変位
を得る半導体マイクロアクチュエータ及び半導体マイク
ロバルブに関するものである。
部材の熱膨張係数の差を利用して可動エレメントの変位
を得る半導体マイクロアクチュエータ及び半導体マイク
ロバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体マイクロアクチュエータと
して、例えば特開２０００−３１７８９７号公報には、
シリコンなどからなる略矩形状の枠体である半導体基板
と、この半導体基板と結合され外部要因により変位する
可動エレメントと、前記半導体基板の対向する両辺から
前記可動エレメントを十字型に両持支持する可撓部とに
よって構成されたものが開示され、前記可撓部は、異な
った熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料からなる
２層を組み合わせたバイメタル構造で形成されており、
この可撓部を加熱することで、それらの熱膨張係数の異
なりから、伸び率の少ない層を内側にして湾曲する。そ
して、この可撓部が撓むことによって可動エレメントが
変位する構造になっている。この可動エレメントを両持
支持する構造が故に、回転動作を伴うことなく真直に可
動エレメントを変位させることができる反面、可撓部に
引張応力がかかるために大きな変位が得難いものであっ
た。これに対して、可動エレメントを片持支持すれば、
可撓部の撓みを最大限利用して可動エレメントの変位を
大きくすることができるようになる。
して、例えば特開２０００−３１７８９７号公報には、
シリコンなどからなる略矩形状の枠体である半導体基板
と、この半導体基板と結合され外部要因により変位する
可動エレメントと、前記半導体基板の対向する両辺から
前記可動エレメントを十字型に両持支持する可撓部とに
よって構成されたものが開示され、前記可撓部は、異な
った熱膨張係数を有する少なくとも２つの材料からなる
２層を組み合わせたバイメタル構造で形成されており、
この可撓部を加熱することで、それらの熱膨張係数の異
なりから、伸び率の少ない層を内側にして湾曲する。そ
して、この可撓部が撓むことによって可動エレメントが
変位する構造になっている。この可動エレメントを両持
支持する構造が故に、回転動作を伴うことなく真直に可
動エレメントを変位させることができる反面、可撓部に
引張応力がかかるために大きな変位が得難いものであっ
た。これに対して、可動エレメントを片持支持すれば、
可撓部の撓みを最大限利用して可動エレメントの変位を
大きくすることができるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この片持支
持構造では可動エレメントの変位に回転動作を伴うた
め、変位した可動エレメントの作用点は回転動作の分だ
けずれてしまうという欠点がある。例えば、可動エレメ
ントを他の対象物に変位接触させて使用する半導体マイ
クロアクバルブや半導体マイクロリレーにこのアクチュ
エータを用いる場合、回転動作に起因して対象物への可
動エレメントの接触面に傾きが生じ、良好な面接触が得
難いというものであった。
持構造では可動エレメントの変位に回転動作を伴うた
め、変位した可動エレメントの作用点は回転動作の分だ
けずれてしまうという欠点がある。例えば、可動エレメ
ントを他の対象物に変位接触させて使用する半導体マイ
クロアクバルブや半導体マイクロリレーにこのアクチュ
エータを用いる場合、回転動作に起因して対象物への可
動エレメントの接触面に傾きが生じ、良好な面接触が得
難いというものであった。
【０００４】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、可動エレメントを片持支持する構
造を採用したにも関わらず、回転動作に伴って生じる可
動エレメントの傾斜の不具合を解消することができる半
導体マイクロアクチュエータ、及びこれを用いた半導体
マイクロバルブを提供することにある。
であり、その目的は、可動エレメントを片持支持する構
造を採用したにも関わらず、回転動作に伴って生じる可
動エレメントの傾斜の不具合を解消することができる半
導体マイクロアクチュエータ、及びこれを用いた半導体
マイクロバルブを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータは、
半導体基板と、外部要因により変位する可動エレメント
と、前記半導体基板と前記可動エレメントを連結し温度
変化により撓んで前記可動エレメントを基板厚み方向に
変位させる片持ち梁とを備え、前記片持ち梁から前記可
動エレメントを吊り下げる弾性連結部を備えたことを特
徴とするものである。
に、請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータは、
半導体基板と、外部要因により変位する可動エレメント
と、前記半導体基板と前記可動エレメントを連結し温度
変化により撓んで前記可動エレメントを基板厚み方向に
変位させる片持ち梁とを備え、前記片持ち梁から前記可
動エレメントを吊り下げる弾性連結部を備えたことを特
徴とするものである。
【０００６】この半導体マイクロアクチュエータによる
と、前記片持ち梁を加熱して撓みを利用して、前記可動
エレメントを変位させ下方に設けたスイッチや弁等を押
圧したときに、前記弾性連結部が有する弾性により前記
可動エレメントの傾きを修正して、押圧面に対して前記
可動エレメントを平行に保つことができる。
と、前記片持ち梁を加熱して撓みを利用して、前記可動
エレメントを変位させ下方に設けたスイッチや弁等を押
圧したときに、前記弾性連結部が有する弾性により前記
可動エレメントの傾きを修正して、押圧面に対して前記
可動エレメントを平行に保つことができる。
【０００７】請求項２記載の半導体マイクロバルブは、
請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータに対向す
るようにして弁口を有する弁座を配置し、前記可動エレ
メントの変位により前記弁口を開閉自在としたことを特
徴とするものであり、前記可動エレメントが変位して前
記弁座を押圧したときに、前記弾性連結部が有する弾性
により前記可動エレメントの傾きが修正され、押圧面に
対して前記可動エレメントを平行に保つことができる。
請求項１記載の半導体マイクロアクチュエータに対向す
るようにして弁口を有する弁座を配置し、前記可動エレ
メントの変位により前記弁口を開閉自在としたことを特
徴とするものであり、前記可動エレメントが変位して前
記弁座を押圧したときに、前記弾性連結部が有する弾性
により前記可動エレメントの傾きが修正され、押圧面に
対して前記可動エレメントを平行に保つことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導
体マイクロアクチュエータの構造を示す斜視断面図であ
り、図２は、本発明の実施形態に係る半導体マイクロア
クチュエータの構造を示す表面図であり、図３は、本発
明の実施形態に係る半導体マイクロアクチュエータを用
いた半導体マイクロバルブの動作構造を示す断面図であ
る。
づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導
体マイクロアクチュエータの構造を示す斜視断面図であ
り、図２は、本発明の実施形態に係る半導体マイクロア
クチュエータの構造を示す表面図であり、図３は、本発
明の実施形態に係る半導体マイクロアクチュエータを用
いた半導体マイクロバルブの動作構造を示す断面図であ
る。
【０００９】この半導体マイクロアクチュエータは、図
１、図２に示すように、シリコン等からなる略矩形状の
枠体である半導体基板１と、この半導体基板１の内側に
片持ち梁４を介して結合される可動エレメント２を備え
ている。この可動エレメント２は、シリコンで形成され
ており、表面が四角形状で、下方に向かうにつれて幅が
狭くなっている四角錐台形状に形成されている。また、
片持ち梁４は、シリコンからなる四角片状で形成されて
おり、半導体基板１とは一箇所で結合され、可動エレメ
ント２を片持ちで支える構造になっている。
１、図２に示すように、シリコン等からなる略矩形状の
枠体である半導体基板１と、この半導体基板１の内側に
片持ち梁４を介して結合される可動エレメント２を備え
ている。この可動エレメント２は、シリコンで形成され
ており、表面が四角形状で、下方に向かうにつれて幅が
狭くなっている四角錐台形状に形成されている。また、
片持ち梁４は、シリコンからなる四角片状で形成されて
おり、半導体基板１とは一箇所で結合され、可動エレメ
ント２を片持ちで支える構造になっている。
【００１０】さらに、この半導体マイクロアクチュエー
タは、片持ち梁４の表面に薄膜５が設けられている。こ
の薄膜５は、片持ち梁４を構成する材料（本実施形態の
場合はシリコン）の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を持
つものであればよく、アルミニウムやニッケル等が用い
られる。また、この薄膜５と熱膨張係数の異なるシリコ
ンからなる片持ち梁４とによって、バイメタル構造を形
成してなる可撓部３を備えている。この可撓部３のバイ
メタル構造はシリコン層の上にボロン拡散層、その上に
シリコン窒化膜または酸化膜、さらにその上にニッケル
層で構成されている。また、片持ち梁４には、これを加
熱するための加熱手段として拡散抵抗等を備えた電熱回
路６が設けられている。
タは、片持ち梁４の表面に薄膜５が設けられている。こ
の薄膜５は、片持ち梁４を構成する材料（本実施形態の
場合はシリコン）の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を持
つものであればよく、アルミニウムやニッケル等が用い
られる。また、この薄膜５と熱膨張係数の異なるシリコ
ンからなる片持ち梁４とによって、バイメタル構造を形
成してなる可撓部３を備えている。この可撓部３のバイ
メタル構造はシリコン層の上にボロン拡散層、その上に
シリコン窒化膜または酸化膜、さらにその上にニッケル
層で構成されている。また、片持ち梁４には、これを加
熱するための加熱手段として拡散抵抗等を備えた電熱回
路６が設けられている。
【００１１】また、この半導体マイクロアクチュエータ
は、片持ち梁４から可動エレメント２を吊り下げる弾性
連結部７を備えている。この弾性連結部７は、熱絶縁機
能を有し、片持ち梁４の可動エレメント２連結側の端部
と可動エレメント２表面の略中心部とを連結している。
また、この弾性連結部７が有する弾性は、一辺が２００
μｍで高さが４００μｍの直方体で形成するといった形
状的に得られるものであってもよいし、それ自体を形成
する材質の弾性から得られるものであってもよい。
は、片持ち梁４から可動エレメント２を吊り下げる弾性
連結部７を備えている。この弾性連結部７は、熱絶縁機
能を有し、片持ち梁４の可動エレメント２連結側の端部
と可動エレメント２表面の略中心部とを連結している。
また、この弾性連結部７が有する弾性は、一辺が２００
μｍで高さが４００μｍの直方体で形成するといった形
状的に得られるものであってもよいし、それ自体を形成
する材質の弾性から得られるものであってもよい。
【００１２】次に、この半導体マイクロアクチュエータ
の動作について、下方に弁口を有する弁座８を設けた半
導体マイクロバルブを構成して、図３を参照して説明す
る。この半導体マイクロバルブは、電熱回路６によって
電流を流し、可撓部３を構成する片持ち梁４を加熱し温
度変化させると、シリコンからなる片持ち梁４とアルミ
ニウムやニッケル等からなる薄膜５との熱膨張係数の違
いから、可撓部３は、伸び率の少ないシリコンからなる
片持ち梁４を内側にして湾曲する。この可撓部３の撓み
によって可動エレメント２は下方向へ変位し、下方に設
けられた弁座８を押圧するのである。このとき、可動エ
レメント２は、可撓部３の撓みに伴って傾きながら変位
し、弁座８に傾いたまま接触する。弾性を有する弾性連
結部７は、弁座押圧時において、下方変位時に生じた可
動エレメント２の傾きを修正するのである。従って、弁
座８の押圧面に対して可動エレメント２を平行に保つこ
とができ、押圧点に対して力を均等にかけることができ
る。
の動作について、下方に弁口を有する弁座８を設けた半
導体マイクロバルブを構成して、図３を参照して説明す
る。この半導体マイクロバルブは、電熱回路６によって
電流を流し、可撓部３を構成する片持ち梁４を加熱し温
度変化させると、シリコンからなる片持ち梁４とアルミ
ニウムやニッケル等からなる薄膜５との熱膨張係数の違
いから、可撓部３は、伸び率の少ないシリコンからなる
片持ち梁４を内側にして湾曲する。この可撓部３の撓み
によって可動エレメント２は下方向へ変位し、下方に設
けられた弁座８を押圧するのである。このとき、可動エ
レメント２は、可撓部３の撓みに伴って傾きながら変位
し、弁座８に傾いたまま接触する。弾性を有する弾性連
結部７は、弁座押圧時において、下方変位時に生じた可
動エレメント２の傾きを修正するのである。従って、弁
座８の押圧面に対して可動エレメント２を平行に保つこ
とができ、押圧点に対して力を均等にかけることができ
る。
【００１３】なお、本発明の半導体マイクロアクチュエ
ータは、下方にスイッチ等を設けて半導体マイクロリレ
ーとして構成することもできる。
ータは、下方にスイッチ等を設けて半導体マイクロリレ
ーとして構成することもできる。
【００１４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、片持ち梁から可動エレメントを吊り下げる弾性連結
部を備えているので、変位させた可動エレメントをスイ
ッチや弁等の対象物に押圧接触させて使用する場合、こ
の弾性連結部が有する弾性により可動エレメントの傾き
を修正して、対象物の被接触面に対して可動エレメント
の接触面を平行に保つことができ、良好な接触状態が得
られる。
ば、片持ち梁から可動エレメントを吊り下げる弾性連結
部を備えているので、変位させた可動エレメントをスイ
ッチや弁等の対象物に押圧接触させて使用する場合、こ
の弾性連結部が有する弾性により可動エレメントの傾き
を修正して、対象物の被接触面に対して可動エレメント
の接触面を平行に保つことができ、良好な接触状態が得
られる。
【図１】本発明の実施形態に係る半導体マイクロアクチ
ュエータの構造を示す斜視断面図である。
ュエータの構造を示す斜視断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体マイクロアクチ
ュエータの構造を示す表面図である。
ュエータの構造を示す表面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体マイクロアクチ
ュエータを用いた半導体マイクロバルブの動作構造を示
す断面図である。
ュエータを用いた半導体マイクロバルブの動作構造を示
す断面図である。
１ 半導体基板 ２ 可動エレメント ４ 片持ち梁 ７ 弾性連結部 ８ 弁座
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 鎌倉 将有 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 AA02 AA06 BB06 CC04 DD12 EE10 FA01 FA11 HH07 HH11 3H062 AA02 AA12 BB04 CC29 HH02 HH06 HH10
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、外部要因により変位する
可動エレメントと、前記半導体基板と前記可動エレメン
トを連結し温度変化により撓んで前記可動エレメントを
基板厚み方向に変位させる片持ち梁とを備え、 前記片持ち梁から前記可動エレメントを吊り下げる弾性
連結部を備えたことを特徴とする半導体マイクロアクチ
ュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体マイクロアクチュ
エータに対向するようにして弁口を有する弁座を配置
し、前記可動エレメントの変位により前記弁口を開閉自
在としたことを特徴とする半導体マイクロバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000402271A JP2002200597A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 半導体マイクロアクチュエータ及びこれを用いた半導体マイクロバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000402271A JP2002200597A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 半導体マイクロアクチュエータ及びこれを用いた半導体マイクロバルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002200597A true JP2002200597A (ja) | 2002-07-16 |
Family
ID=18866599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000402271A Pending JP2002200597A (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 半導体マイクロアクチュエータ及びこれを用いた半導体マイクロバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002200597A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007170469A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Kawamura Inst Of Chem Res | 温度応答性バルブおよびその製造方法 |
| KR20120095362A (ko) * | 2009-10-15 | 2012-08-28 | 피포탈 시스템즈 코포레이션 | 가스 유동 제어를 위한 방법 및 장치 |
| US8857456B2 (en) | 2008-01-18 | 2014-10-14 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for in situ testing of gas flow controllers |
| US9400004B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-07-26 | Pivotal Systems Corporation | Transient measurements of mass flow controllers |
| US10401202B2 (en) | 2015-07-10 | 2019-09-03 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for gas flow control |
-
2000
- 2000-12-28 JP JP2000402271A patent/JP2002200597A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9523435B2 (en) | 2009-10-15 | 2016-12-20 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for gas flow control |
| KR101718570B1 (ko) * | 2009-10-15 | 2017-03-21 | 피포탈 시스템즈 코포레이션 | 가스 유동 제어를 위한 방법 및 장치 |
| US9904297B2 (en) | 2009-10-15 | 2018-02-27 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for gas flow control |
| US9983595B2 (en) | 2009-10-15 | 2018-05-29 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for gas flow control |
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| US10401202B2 (en) | 2015-07-10 | 2019-09-03 | Pivotal Systems Corporation | Method and apparatus for gas flow control |
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