JP2608981B2 - 小形流量制御素子 - Google Patents
小形流量制御素子Info
- Publication number
- JP2608981B2 JP2608981B2 JP2254081A JP25408190A JP2608981B2 JP 2608981 B2 JP2608981 B2 JP 2608981B2 JP 2254081 A JP2254081 A JP 2254081A JP 25408190 A JP25408190 A JP 25408190A JP 2608981 B2 JP2608981 B2 JP 2608981B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- film
- hole
- thin film
- leaf spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給す
るための小形流量制御素子に関する。
るための小形流量制御素子に関する。
［従来の技術］ 近年、シリコンの異方性エッチングを用い、シリコン
基板上に多数の素子を形成したマイクロファブリケイシ
ョン技術を利用した圧力センサー、加速度センサー、歪
ゲージ、薄膜スイッチ、STM用の探針、マイクロモータ
ー、静電力によりマイクロアクチュエータ、静電力また
はピエゾアクチュエータを利用した液体または気体のマ
イクロポンプ、マイクロバルブすなわち小形流量制御素
子等が試作されている。
基板上に多数の素子を形成したマイクロファブリケイシ
ョン技術を利用した圧力センサー、加速度センサー、歪
ゲージ、薄膜スイッチ、STM用の探針、マイクロモータ
ー、静電力によりマイクロアクチュエータ、静電力また
はピエゾアクチュエータを利用した液体または気体のマ
イクロポンプ、マイクロバルブすなわち小形流量制御素
子等が試作されている。
従来の小形流量制御素子は、一例を第３図に示すよう
に、シリコン基板31上に形成された内部に導電体薄膜3
3、34を有する相対する上部誘電体薄膜35と下部誘電体
薄膜38から成り、直流電圧を二枚の導電体薄膜33と34の
間に与え、直流電圧をかけない場合に開いていた上部誘
電体薄膜35を閉じることにより出口36を閉じ液体または
気体の流れを止めたり、あるいは必要量に制御するよう
になっていた。
に、シリコン基板31上に形成された内部に導電体薄膜3
3、34を有する相対する上部誘電体薄膜35と下部誘電体
薄膜38から成り、直流電圧を二枚の導電体薄膜33と34の
間に与え、直流電圧をかけない場合に開いていた上部誘
電体薄膜35を閉じることにより出口36を閉じ液体または
気体の流れを止めたり、あるいは必要量に制御するよう
になっていた。
［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の小形流量制御素子は、上部誘電体薄膜
35は片持ち梁であり気体または液体の出口36側の解放端
の変位量が大きいため入口37での上部誘電体薄膜35と下
部誘電体薄膜38の接触が十分ではなく漏れを生ずること
があるので、フォトリソグラフィ技術のみで作製できる
ため小形化は可能であるという利点はあるものの、流量
を変えることはできるが完全にゼロにすることはでき
ず、ストップバルブとしての役目が果せないという欠点
がある。
35は片持ち梁であり気体または液体の出口36側の解放端
の変位量が大きいため入口37での上部誘電体薄膜35と下
部誘電体薄膜38の接触が十分ではなく漏れを生ずること
があるので、フォトリソグラフィ技術のみで作製できる
ため小形化は可能であるという利点はあるものの、流量
を変えることはできるが完全にゼロにすることはでき
ず、ストップバルブとしての役目が果せないという欠点
がある。
本発明の目的は、気体または液体を微量かつ一定量ず
つ供給するとともに、流量を完全にゼロにすることがで
きてストップバルブとしての役目が果せる、小形高精度
で十分な寿命を有する小形流量制御素子を提供すること
である。
つ供給するとともに、流量を完全にゼロにすることがで
きてストップバルブとしての役目が果せる、小形高精度
で十分な寿命を有する小形流量制御素子を提供すること
である。
［課題を解決するための手段］ 本発明の小形流量制御素子は、 穴が形成された非磁性体基板と、 該非磁性体基板の穴の周辺に周辺部が固定され、前記
穴に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央
部に底面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料
による薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合
薄膜で両端固定梁の板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲ん
で設置された薄膜状のコイルと、 前記板ばね構造体と磁気結合し、かつ該板ばね構造体
とともに前記コイルを挟んで形成され、磁性薄膜または
磁性薄膜と絶縁膜との複合膜からなる薄膜構造体とを有
し、 前記薄膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記
板ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体
の穴から流入または流出する流体が流出または流入する
唯一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で
付勢されたとき前記板ばね構造体上の円錐形磁性体が周
囲に当接する穴が形成されている。
穴に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央
部に底面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料
による薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合
薄膜で両端固定梁の板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲ん
で設置された薄膜状のコイルと、 前記板ばね構造体と磁気結合し、かつ該板ばね構造体
とともに前記コイルを挟んで形成され、磁性薄膜または
磁性薄膜と絶縁膜との複合膜からなる薄膜構造体とを有
し、 前記薄膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記
板ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体
の穴から流入または流出する流体が流出または流入する
唯一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で
付勢されたとき前記板ばね構造体上の円錐形磁性体が周
囲に当接する穴が形成されている。
［作用］ コイルが一定値以上の電流で付勢されると、板ばね構
造体上の円錐形磁性体が薄膜構造体の穴の周囲に当接す
るので、該板ばね構造体の穴と前記薄膜構造体の穴との
間の流体の流れが停止され、また前記コイルを付勢する
電流値によって前記円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との
間隔を一定に保って流体の流量を制御することができ
る。
造体上の円錐形磁性体が薄膜構造体の穴の周囲に当接す
るので、該板ばね構造体の穴と前記薄膜構造体の穴との
間の流体の流れが停止され、また前記コイルを付勢する
電流値によって前記円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との
間隔を一定に保って流体の流量を制御することができ
る。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図（ａ）は本発明の小形流量制御素子の第１の実
施例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断
面図である。
施例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断
面図である。
この小形流量制御素子は、穴23が開けられたシリコン
基板11上に、ニッケル、コバルト、鉄あるいはこれらを
含む合金の結晶性膜やアモルファス膜等の磁性膜をスパ
ッタ、蒸着、CVD等の手段を用いて形成し、そのあと素
子の寸法に従ってフォトリソグラフィ技術により必要な
部分を残すことによって板ばね構造体としての磁性膜12
が形成されている。磁性膜12は窒化シリコン、窒化珪素
等のばね材になる膜を施した上に上述した磁性膜を付与
した複合磁性膜であってもよい。また、磁性膜12には十
字形に交叉する両端固定梁25ができるように４個の正方
形の穴26がエッチングにより明けられている。磁性膜12
の周辺部上に窒化シリコン、あるいは窒化珪素等を付着
させ金属マスク21によるパターニングで必要部分を残す
ことによって絶縁膜13が形成されている。絶縁膜13の上
には銅を付着させパターニングで必要部分を残すことに
よって導電性膜14が形成されている。ここで、導電性膜
14はアルミニウム等の金属で形成されてもよい。導電性
膜14の上には絶縁膜13、15と導電性膜14はコイルを形成
しており、このコイルは端子部24により外部から直流に
より付勢される。ここでコイルの付勢は交流によること
もできる。コイルで囲まれた空間16をフォトレジスト等
の充填材で埋めて絶縁膜15の上面と一面となるように平
坦化し、その上に磁性体膜を薄くしかも後で充填材を取
り去った場合に庇状にその形状を維持できる程度の剛性
を持つような厚さだけ付着しパターニングして磁性膜17
が形成されている。磁性膜17が形成される際、中央部に
のちに微小円錐形磁性体を堆積するための微小な穴18が
明けられ、磁性膜17が形成されると溶剤を用いて磁性膜
17の下の充填材が除去されて空間16が形成されている。
薄い磁性体膜17の上に余分な磁性膜が素子外に付着しな
いように金属マスク21等でマスキングして十分に厚い磁
性膜19が形成されている。磁性膜19の形成中に微小な穴
18を通してシリコン基板11上の磁性膜12の中央部の十字
形の両端固定梁25の中心に微小円錐形磁性体22が形成さ
れている。磁性膜19を形成中に絶縁膜端面にも薄く磁性
膜20が付着するのでシリコン基板11上の磁性膜12と薄い
磁性膜17および厚い磁性膜19が磁気的に結合し、磁気回
路が構成されている。シリコン素子11には最後の工程で
シリコン基板裏側から異方性エッチングを利用して正方
形の穴23が形成されている。
基板11上に、ニッケル、コバルト、鉄あるいはこれらを
含む合金の結晶性膜やアモルファス膜等の磁性膜をスパ
ッタ、蒸着、CVD等の手段を用いて形成し、そのあと素
子の寸法に従ってフォトリソグラフィ技術により必要な
部分を残すことによって板ばね構造体としての磁性膜12
が形成されている。磁性膜12は窒化シリコン、窒化珪素
等のばね材になる膜を施した上に上述した磁性膜を付与
した複合磁性膜であってもよい。また、磁性膜12には十
字形に交叉する両端固定梁25ができるように４個の正方
形の穴26がエッチングにより明けられている。磁性膜12
の周辺部上に窒化シリコン、あるいは窒化珪素等を付着
させ金属マスク21によるパターニングで必要部分を残す
ことによって絶縁膜13が形成されている。絶縁膜13の上
には銅を付着させパターニングで必要部分を残すことに
よって導電性膜14が形成されている。ここで、導電性膜
14はアルミニウム等の金属で形成されてもよい。導電性
膜14の上には絶縁膜13、15と導電性膜14はコイルを形成
しており、このコイルは端子部24により外部から直流に
より付勢される。ここでコイルの付勢は交流によること
もできる。コイルで囲まれた空間16をフォトレジスト等
の充填材で埋めて絶縁膜15の上面と一面となるように平
坦化し、その上に磁性体膜を薄くしかも後で充填材を取
り去った場合に庇状にその形状を維持できる程度の剛性
を持つような厚さだけ付着しパターニングして磁性膜17
が形成されている。磁性膜17が形成される際、中央部に
のちに微小円錐形磁性体を堆積するための微小な穴18が
明けられ、磁性膜17が形成されると溶剤を用いて磁性膜
17の下の充填材が除去されて空間16が形成されている。
薄い磁性体膜17の上に余分な磁性膜が素子外に付着しな
いように金属マスク21等でマスキングして十分に厚い磁
性膜19が形成されている。磁性膜19の形成中に微小な穴
18を通してシリコン基板11上の磁性膜12の中央部の十字
形の両端固定梁25の中心に微小円錐形磁性体22が形成さ
れている。磁性膜19を形成中に絶縁膜端面にも薄く磁性
膜20が付着するのでシリコン基板11上の磁性膜12と薄い
磁性膜17および厚い磁性膜19が磁気的に結合し、磁気回
路が構成されている。シリコン素子11には最後の工程で
シリコン基板裏側から異方性エッチングを利用して正方
形の穴23が形成されている。
本実施例の小形流量制御素子ではシリコン基板11上の
磁性膜12の中央部が板ばねの役割を担う。この結果、コ
イルに直流電流を一定値以上に付加した場合、磁化され
た微小円錐形磁性体22が薄い磁性膜17および厚い磁性膜
19に吸引され、微小な穴18を閉じて全体としてストップ
バルブを構成する。コイルを付勢する電流が一定値であ
る場合、円錐上部の一部が微小な穴18に入り込み微小な
穴18の実効面積を減少させ、流量を制御するバルブとな
る。電流を取り去った場合、微小な穴18が開放された元
の状態に戻る。このようにして気体または液体を微量か
つ一定量ずつ供給できるバルブあるいは連続して供給し
たり止めたりできるストップバルブとしての役を果す。
磁性膜12の中央部が板ばねの役割を担う。この結果、コ
イルに直流電流を一定値以上に付加した場合、磁化され
た微小円錐形磁性体22が薄い磁性膜17および厚い磁性膜
19に吸引され、微小な穴18を閉じて全体としてストップ
バルブを構成する。コイルを付勢する電流が一定値であ
る場合、円錐上部の一部が微小な穴18に入り込み微小な
穴18の実効面積を減少させ、流量を制御するバルブとな
る。電流を取り去った場合、微小な穴18が開放された元
の状態に戻る。このようにして気体または液体を微量か
つ一定量ずつ供給できるバルブあるいは連続して供給し
たり止めたりできるストップバルブとしての役を果す。
なお、本実施例ではシリコン基板11の穴23は正方形で
あるが、正方形以外の多角形や円形等であってもよく、
また、板ばね構造体に明けられた穴26も正方形である
が、正方形以外の多角形または円形等であってもよいこ
とはいうまでもなく、また穴26の形成はシリコン基板11
の穴23を形成したのちにすることもできる。
あるが、正方形以外の多角形や円形等であってもよく、
また、板ばね構造体に明けられた穴26も正方形である
が、正方形以外の多角形または円形等であってもよいこ
とはいうまでもなく、また穴26の形成はシリコン基板11
の穴23を形成したのちにすることもできる。
第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例の
縦断面図である。
縦断面図である。
この小形流量制御素子では第１図の小形流量制御素子
のシリコン基板11上の磁性膜12をエッチング後、絶縁膜
13Aのパターニングを中央部のみに行うようにしたもの
で、コイル用の導電性膜14Aを形成したのち、さらに絶
縁膜15Aも同様に中央部のみのパターニングを行い、上
部の薄い磁性膜17Aおよび厚い磁性膜19Aは第１図の場合
と同様のパターニングを行って形成されている。また、
厚い磁性膜19Aを堆積するとき金属マスク21Aは第１図の
場合と比較して磁性膜19Aの上面に極く近く設定してお
き、余分な磁性膜が絶縁膜15A上に堆積しないようにし
ておくことによって薄い磁性膜17および厚い磁性膜19A
と磁性膜12とは直接接続されていない。しかし、この場
合でも磁性膜17Aおよび19Aと磁性膜12とは外周端でのも
れ磁界で閉磁路を作るので磁気的に結合し、第１図の場
合と大差のない機能を持っている。
のシリコン基板11上の磁性膜12をエッチング後、絶縁膜
13Aのパターニングを中央部のみに行うようにしたもの
で、コイル用の導電性膜14Aを形成したのち、さらに絶
縁膜15Aも同様に中央部のみのパターニングを行い、上
部の薄い磁性膜17Aおよび厚い磁性膜19Aは第１図の場合
と同様のパターニングを行って形成されている。また、
厚い磁性膜19Aを堆積するとき金属マスク21Aは第１図の
場合と比較して磁性膜19Aの上面に極く近く設定してお
き、余分な磁性膜が絶縁膜15A上に堆積しないようにし
ておくことによって薄い磁性膜17および厚い磁性膜19A
と磁性膜12とは直接接続されていない。しかし、この場
合でも磁性膜17Aおよび19Aと磁性膜12とは外周端でのも
れ磁界で閉磁路を作るので磁気的に結合し、第１図の場
合と大差のない機能を持っている。
本実施例の小形流量制御素子は第１図の場合に比し製
造工程が簡単となっているが略同様の作用効果をもたら
すものである。
造工程が簡単となっているが略同様の作用効果をもたら
すものである。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、コイルを一定値以上の
電流で付勢したとき、板ばね構造体上の円錐形磁性体を
薄膜構造体の穴の周囲に当接させることにより、前記板
ばね構造体の穴と薄膜構造体の穴との間の流体の流れが
停止され、かつ前記コイルを付勢する電流値によって前
記円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との間隔を一定値に保
って流量の制御ができるので、ストップバルブとしての
機能をもち、気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給
する高精度で十分な寿命を有する小形流量制御素子が実
現するという効果がある。
電流で付勢したとき、板ばね構造体上の円錐形磁性体を
薄膜構造体の穴の周囲に当接させることにより、前記板
ばね構造体の穴と薄膜構造体の穴との間の流体の流れが
停止され、かつ前記コイルを付勢する電流値によって前
記円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との間隔を一定値に保
って流量の制御ができるので、ストップバルブとしての
機能をもち、気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給
する高精度で十分な寿命を有する小形流量制御素子が実
現するという効果がある。
第１図（ａ）は本発明の小形流量制御素子の第１の実施
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断面
図、第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例
の縦断面図、第３図は小形流量制御素子の従来例の縦断
面図である。 11……シリコン基板、 12、17、17A、19、19A……磁性膜、 13、15、15A……絶縁膜、14、14A……導電性膜、 16……空間、18、23、26……穴、 21……金属マスク、 22……微小円錐形磁性体、 24……コイル端子部、 25……両端固定梁。
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断面
図、第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例
の縦断面図、第３図は小形流量制御素子の従来例の縦断
面図である。 11……シリコン基板、 12、17、17A、19、19A……磁性膜、 13、15、15A……絶縁膜、14、14A……導電性膜、 16……空間、18、23、26……穴、 21……金属マスク、 22……微小円錐形磁性体、 24……コイル端子部、 25……両端固定梁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−84270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−55489（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−94986（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】穴が形成された非磁性体基板と、 該非磁性体基板の穴の周辺に周辺部が固定され、前記穴
に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央部
に側面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料に
よる薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合薄
膜で形成された両端固定梁の板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲んで
設置された薄膜状のコイルと、 前記板ばね構造体と磁気結合し、かつ該板ばね構造体と
ともに前記コイルを挟んで形成され、磁性薄膜または磁
性薄膜と絶縁膜との複合膜からなる薄膜構造体とを有
し、 前記薄膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記板
ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体の
穴から流入または流出する流体が流出または流入する唯
一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で付
勢されたとき前記板ばね構造体の円錐形磁性体が周囲に
当接する穴が形成されている小形流量制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254081A JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254081A JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136577A JPH04136577A (ja) | 1992-05-11 |
| JP2608981B2 true JP2608981B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=17259963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2254081A Expired - Fee Related JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2608981B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2749231B2 (ja) * | 1992-08-05 | 1998-05-13 | 日本電信電話株式会社 | 電磁駆動形小形弁 |
| JP5066678B2 (ja) * | 2007-03-22 | 2012-11-07 | 並木精密宝石株式会社 | 磁歪式ガスバルブ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0384270A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Yokogawa Electric Corp | マイクロバルブ |
-
1990
- 1990-09-26 JP JP2254081A patent/JP2608981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04136577A (ja) | 1992-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0435237B1 (en) | Electrostatic miniature valve and method for its fabrication | |
| US4581624A (en) | Microminiature semiconductor valve | |
| US5244537A (en) | Fabrication of an electronic microvalve apparatus | |
| US4821999A (en) | Valve element and process of producing the same | |
| US7026696B2 (en) | Thin film-structure and a method for producing the same | |
| US4826131A (en) | Electrically controllable valve etched from silicon substrates | |
| US5050838A (en) | Control valve utilizing mechanical beam buckling | |
| US5180623A (en) | Electronic microvalve apparatus and fabrication | |
| JPH04282085A (ja) | 多層構造のマイクロ弁 | |
| US5927325A (en) | Microelectromechanical machined array valve | |
| Yanagisawa et al. | Electromagetically driven microvalve | |
| JPH05502079A (ja) | 静電動作可能な超小形ポンプ | |
| JPH097826A (ja) | 電磁マイクロアクチュエータおよびそれを製造するための方法 | |
| KR20040091248A (ko) | 전자기력 구동 유량 제어 밸브 및 그의 제조방법과 이를이용한 열 교환 장치 | |
| WO2005062332A1 (ja) | Ｍｅｍｓスイッチ | |
| JP2608981B2 (ja) | 小形流量制御素子 | |
| US6943928B1 (en) | Electromagnetic actuator, manufacturing method, and optical scanner using the electromagnetic actuator | |
| JP2628019B2 (ja) | 静電駆動型マイクロアクチュエータとバルブの製作方法、及び静電駆動型ポンプ | |
| US6083410A (en) | Thin film magnetic head and process for producing same | |
| KR100403969B1 (ko) | 자성유체를 이용한 구동기 및 그 구동기의 제작방법 | |
| JP2738054B2 (ja) | マイクロバルブ | |
| JP2749231B2 (ja) | 電磁駆動形小形弁 | |
| JPH10103558A (ja) | マイクロバルブ | |
| JP3388991B2 (ja) | 圧電駆動型小形弁 | |
| JP2778879B2 (ja) | 小形駆動機構の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |