JP3976571B2 - 電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを実装した電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、流量、圧力制御機器、分析装置、等の幅広い産業分野において、電子式流体制御装置が用いられているが、電子式流体制御装置を構成するバルブやセンサ等が大型であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ｓ））規格、すなわちマイクロエレクトロニクスとマイクロマシニングを統合する技術体系として、マイクロチップバルブ（厚さ２ｍｍ×幅６ｍｍ×長さ６ｍｍ）が気体、液体の両方用に開発され、またマイクロチップセンサも高集積化（厚さｌｍｍ×幅２ｍｍ×長さ２ｍｍ）され、高感度検出及び高い耐久性を有しているが、これらのマイクロチップを流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができなかった。
【０００４】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることが可能な電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、第１の基板と第２の基板とを接合した積層構造であり、
第１の基板は、溝と、この溝に連通する入口側及び出口側の孔と、を有し、
第２の基板は、対応する前記入口側の孔と前記出口側の孔との間に、上流側に前記溝に連通する一対の孔を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を有し、
さらに、上流側の前記溝に連通する一対の孔を囲む取付溝を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を囲む取付溝を有し、
前記上流側の取付溝にマイクロチップバルブを取り付け、前記下流側の取付溝にマイクロチップセンサを取り付け、
前記溝と前記孔とにより入口と出口とを有するモジュール流体流路を形成し、
前記モジュール流体流路に前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを備えることを特徴とする電子式高集積化モジュールである。
【０００７】
この請求項１に記載の発明によれば、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路を形成し、モジュール流体流路にマイクロチップバルブとマイクロチップセンサを備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサをモジュール流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子式高集積化モジュールを、入口流路と出口流路とを有するベースの凹部に嵌合して組み付け、
前記電子式高集積化モジュールの入口を前記入口流路と連通し、出口を前記出口流路と連通し、
前記ベースの凹部に組み付けた前記電子式高集積化モジュールを覆うように、前記ベースに前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを制御する制御部を実装する電子回路基板を備えることを特徴とする電子式流体制御装置である。
【０００９】
この請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の電子式高集積化モジュールをベースの凹部に嵌合して組み付け、電子回路基板により電子式高集積化モジュールを覆うように備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の断面図、図２は電子式高集積化モジュールの下基板の平面図、図３は電子式高集積化モジュールの上基板の平面図、図４はベースの平面図、図５は図４のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００１２】
この実施の形態の電子式流体制御装置１は、電子式高集積化モジュール２、ベース３、電子回路基板４を備えている。電子式高集積化モジュール２は、例えばガラス板で形成された第１の下基板２０と第２の上基板２１とを有している。
【００１３】
下基板２０には、溝２０ａ１，２０ａ２と孔２０ｂ１，２０ｂ２がレーザー、切削、研磨加工やエッチングなどで微細に形成され、溝２０ａ２は途中に絞り部２０ａ２１を有する。
【００１４】
上基板２１には、取付溝２１ａ１，２１ａ２，２１ａ３と孔２１ｂ１１，２１ｂ１２，２１ｂ２，２１ｂ３がレーザー、切削、研磨加工やエッチングなどで微細に形成されている。
【００１５】
この下基板２０と上基板２１とを、熱融合又は接着し、基板を接合して積層構造とし、入口２０ｃと出口２０ｄとを有するモジュール流体流路Ａを形成する。
【００１６】
上基板２１の取付溝２１ａ１には、マイクロチップバルブ５が組み付けられ、取付溝２１ａ２には、第１のマイクロチップ圧力センサ６が組付けられ、取付溝２１ａ３には、第２のマイクロチップ圧力センサ７が組付けられ、モジュール流体流路Ａにマイクロチップバルブ５と第１のマイクロチップ圧力センサ６と第２のマイクロチップ圧力センサ７とを備える。
【００１７】
マイクロチップバルブ５は、例えば、ＭＥＭＳ規格のマイクロチップバルブ（厚さ２ｍｍ×幅６ｍｍ×長さ６ｍｍ）が用いられ、また第１のマイクロチップ圧力センサ６と第２のマイクロチップ圧力センサ７も高集積化（厚さｌｍｍ×幅２ｍｍ×長さ２ｍｍ）され、高感度検出及び高い耐久性を有している。
【００１８】
第１のマイクロチップ圧力センサ６は、絞り部２０ａ２１の上流側に設けられ、第２のマイクロチップ圧力センサ７は、絞り部２０ａ２１の上流側に設けられている。
【００１９】
マイクロチップバルブ５、第１のマイクロチップ圧力センサ６及び第２のマイクロチップ圧力センサ７は、それぞれ取付溝２１ａ１、取付溝２１ａ２、取付溝２１ａ３に形成された接着剤注入部２１ａ１１、２１ａ２１、２１ａ３１から接着剤を注入して接着される。
【００２０】
この実施の形態では、下基板２０と上基板２１とで２段の積層構造であるが、これに限定されず、３段、４段あるいは、さらに複数の基板を接合して積層構造とし、立体的なモジュール流体流路Ａを有する電子式流体高集積化モジュール２としてもよい。
【００２１】
この電子式流体高集積化モジュール２は、ベース３の凹部３ａに嵌合し、凹部３ａにねじ止めされて着脱可能であるが、ワンタッチで嵌め込み着脱可能にしてもよい。ベース３には、入口流路３ｂと出口流路３ｃとを有し、入口流路３ｂはベース３の一方の側部から凹部３ａに開口し、出口流路３ｃはベース３の他方の側部から凹部３ａに開口している。
【００２２】
電子式高集積化モジュール２は、ベース３の凹部３ａに組付けることで、電子式高集積化モジュール２の入口２０ｃが入口流路３ｂと連通し、出口２０ｄが出口流路３ｃと連通する。この入口２０ｃと入口流路３ｂとの連通部は、シール材３０によりシールされ、出口２０ｄと出口流路３ｃとの連通部は、シール材３０によりシールされている。
【００２３】
このベース３には、電子回路基板４が２段に備えられ、この電子回路基板４の両面には、ＩＣ等の電子部品８が実装されている。電子部品８により構成される制御部Ｃは、第１のマイクロチップ圧力センサ６と第２のマイクロチップ圧力センサ７からの流体圧力情報に基づき演算処理をして、マイクロチップバルブ５を所定の流量になるようにフィードバック制御を行なう。このように、電子式流体制御装置１はマスフローコントローラとして用いられる。
【００２４】
図６は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の他の実施の形態の断面図である。この実施の形態では、電子式流体高集積化モジュール２のモジュール流体流路Ａに、１個のマイクロチップ圧力センサ９を備え、このマイクロチップ圧力センサ９から得られる流体圧力に基づいてマイクロチップバルブ５を所定の圧力になるように制御し、電子式流体制御装置１はレギュレータとして用いられる。
【００２５】
このように、図１乃至図５に示す電子式流体制御装置１はマスフローコントローラとして用い、図６に示す電子式流体制御装置１はレギュレータとして用いており、これらは制御が異なるだけで同じ部品で構成し、部品の共通化を図り、低コストにしている。
【００２６】
また、電子式高集積化モジュール２は、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路Ａを形成し、モジュール流体流路Ａにマイクロチップバルブとマイクロチップ圧力センサ等のマイクロチップを備えることで、マイクロチップをモジュール流体流路Ａに、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップを使用することにより拡張機能を備え、かつ流量、圧力制御機器、分析装置、等の幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明では、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路を形成し、モジュール流体流路にマイクロチップバルブとマイクロチップセンサを備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサをモジュール流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子式高集積化モジュールをベースの凹部に嵌合して組み付け、電子回路基板により電子式高集積化モジュールを覆うように備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の断面図である。
【図２】電子式高集積化モジュールの下基板の平面図である。
【図３】電子式高集積化モジュールの上基板の平面図である。
【図４】ベースの平面図である。
【図５】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図６】電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の他の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１ 電子式流体制御装置
２ 電子式高集積化モジュール
３ ベース
４ 電子回路基板
５ マイクロチップバルブ
６ 第１のマイクロチップ圧力センサ
７ 第２のマイクロチップ圧力センサ
２０ 下基板
２１ 上基板
Ａ モジュール流体流路
Ｃ 制御部
Claims (2)
- 第１の基板と第２の基板とを接合した積層構造であり、
第１の基板は、溝と、この溝に連通する入口側及び出口側の孔と、を有し、
第２の基板は、対応する前記入口側の孔と前記出口側の孔との間に、上流側に前記溝に連通する一対の孔を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を有し、
さらに、上流側の前記溝に連通する一対の孔を囲む取付溝を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を囲む取付溝を有し、
前記上流側の取付溝にマイクロチップバルブを取り付け、前記下流側の取付溝にマイクロチップセンサを取り付け、
前記溝と前記孔とにより入口と出口とを有するモジュール流体流路を形成し、
前記モジュール流体流路に前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを備えることを特徴とする電子式高集積化モジュール。 - 請求項１に記載の電子式高集積化モジュールを、入口流路と出口流路とを有するベースの凹部に嵌合して組み付け、
前記電子式高集積化モジュールの入口を前記入口流路と連通し、出口を前記出口流路と連通し、
前記ベースの凹部に組み付けた前記電子式高集積化モジュールを覆うように、前記ベースに前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを制御する制御部を実装する電子回路基板を備えることを特徴とする電子式流体制御装置。
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