JP4472919B2 - Micro valve - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流れを制御するマイクロバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、マイクロエレクトロニクス分野や医療用のエレクトロニクス分野などにおいて、微量な流体の流れを制御するポンプとして、シリコン基板のような半導体基板をマイクロマシンニング技術により加工して形成したマイクロ構造体を用いたマイクロバルブが各所で研究開発されている。この種のマイクロバルブとしては、例えば積層型ピエゾアクチュエータを一体化したものが提案されている（例えば、特許文献１）。上記特許文献１に開示されているマイクロバルブは、ガラス基板からなるベース基板に２つの弁口を設けるとともに、マイクロ構造体に２つの弁体を設け、ベース基板におけるマイクロ構造体との対向面側で両弁体間の部位に流体センサを集積化したものであって、小型であり微小流量を高速に精度良く制御することができるという特徴があり、特に、圧力が低く微量な流体を制御する用途に適している。
【０００３】
また、マイクロバルブとしては、マイクロ構造体に形成したダイヤフラムを静電引力を利用して駆動する静電型アクチュエータが一体化されたものも提案されている。このような静電型アクチュエータが一体化されたマイクロバルブでは、流体の圧力（流体圧）に打ち勝ってダイヤフラムを駆動する必要がある。しかしながら、マイクロバルブの小型化を図る場合、アクチュエータも小型化する必要があるので、アクチュエータの駆動力が小さくなってしまい、流体圧の低い流体の制御にしか適応できなかった。したがって、流体としてガスを採用する場合には流体圧を低圧にしなければならないし、流体としてガスに比べて粘性抵抗がはるかに大きな液体を採用する場合には、流体圧を更に低圧にしなければならず、適用できない場合もあり得る。
【０００４】
一方、流体圧の高い流体に適用できるように上述の積層型ピエゾアクチュエータにおける駆動力を大きくしようとすると、印加電圧を数１０Ｖ以上にする必要がある。しかしながら、数Ｖレベルの電圧しか発生させることができない電池（例えば、燃料電池など）のような電源を採用するには昇圧回路を必要とし、消費電力が増加してしまう。
【０００５】
また、流体圧の高い流体に適用可能なマイクロバルブとして、厚み方向に離間した２つのダイヤフラム（プレート）を設けるとともに両ダイヤフラムの中央部同士を柱体で連結したマイクロ構造体を用いたものが提案されている（非特許文献１）。ここに、非特許文献１に開示されたマイクロバルブでは、両ダイヤフラム間に流体が流入するようにして圧力バランスをとり、より高圧の流体に対応できるようにしている。しかしながら、上記非特許文献１に開示されたマイクロバルブは、弁口の開閉時に圧力バランスが崩れてしまうという不具合や、マイクロ構造体を形成するにあたって２枚のシリコン基板を接合しなければならず、製造プロセスが複雑で製造コストが高くなってしまうという不具合があった。
【０００６】
また、近年では、高圧の流体に対応可能としたマイクロバルブとして、図３５および図３６に示すように、弁口１１を形成したガラス製のベース基板１０と、ベース基板１１の一表面（図３５における上面）側に固着される構造体であって上記一表面から離間したダイヤフラム２２およびダイヤフラム２２から突出し弁口１１を開閉する弁体２３を一体に有する半導体材料からなるマイクロ構造体２０と、ダイヤフラム２２を駆動するアクチュエータたる圧電ユニモルフ９０とを備えた構成のものが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
ここにおいて、特許文献２のマイクロバルブにおけるマイクロ構造体２０は、マイクロマシンニング技術によりシリコン基板を加工することで形成されており、ベース基板１０の上記一表面に固着される枠状のフレーム２１と、フレーム２１の内側領域を占める上記ダイヤフラム２２と、ダイヤフラム２２におけるベース基板１０との対向面から突出し弁口１１を開閉する上記弁体２３とを一体に備えている。また、圧電ユニモルフ９０は、ダイヤフラム２２におけるベース基板１０との対向面とは反対側の面に貼着されたステンレスもしくは青銅からなる薄板状の弾性体９１と、弾性体９１に貼着された圧電素子９２とで構成されている。なお、弾性体９１および圧電素子９２の厚さ寸法はいずれも０．１ｍｍ程度に設定してある。
【０００８】
ところで、特許文献２に開示されたマイクロバルブは、図３５に示すように、弁体２３が弁口１１を閉止した状態においてベース基板１０の弁口１１の周部を弁体２３が押圧する押圧力を発生するように、弁体２３の厚さ寸法とダイヤフラム２２の厚さ寸法との合計寸法をフレーム２１の厚さ寸法よりもやや大きく設定してある。言い換えれば、弁体２３におけるベース基板１０との対向面は、フレーム２１におけるベース基板１０との対向面を含む仮想平面に対してオフセットを設けてある。したがって、マイクロ構造体２０とベース基板１０とを重ねて固着すると、弁体２３がベース基板１０により押し上げられることになり、ダイヤフラム２２がベース基板１０から離れる向きに膨らんだ形となって、弁体２３がベース基板１０の弁口１１の周部を所定の押圧力で押圧することになる。
【０００９】
上記特許文献２に開示されたマイクロバルブでは、クローズ時に流体がダイヤフラム２２を押し上げる圧力よりも、上記オフセットに起因して弁体２３がベース基板１０における弁口１１の周部を押圧する圧力を高くすれば、圧電ユニモルフ９０に電圧を印加しない状態で弁体２３が弁口１１を閉止した状態となるので、ノーマリクローズ型のバルブとして使用することができる。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示されたマイクロバルブは、弁体２３により弁口１１を閉止した状態で流体が漏れるのを防ぐために、ベース基板１０における弁体２３との対向面に環状の凹溝１８を設け、当該凹溝１８に弁体２３の先端面と当接するシール部材１９を配設しておき、ボディ８１とカバー８２とからなるハウジング８０内にベース基板１０とマイクロ構造体２０とを重ね合わせた形で収納することによりマイクロ構造体２０をベース基板１０に押し付けて、マイクロ構造体２０とベース基板１０およびハウジング８０とを固着する。ここに、マイクロ構造体２０とベース基板１０およびハウジング８０とを密着固定するための接合材としては接着剤や半田を用いることが考えられるが、接着剤を用いる場合には、上記シール部材１９の耐熱温度よりも硬化温度の低い接着剤を選ぶ必要があり、半田を用いる場合には、上記シール部材１９の耐熱温度よりも溶融温度が低い半田を選ぶ必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−９５７４５号公報（第２頁−第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平７−１５８７５７号公報（第３頁−第４頁、図１）
【非特許文献１】
Michael A.Huff，et al、「Flow Characteristics of Pressure-Balanced Microvalve」，The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuation，ｐ９８−１０１
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献２に開示されたマイクロバルブは、ダイヤフラム２２に圧電ユニモルフ９０が積層されているので、圧電ユニモルフ９０の厚さ寸法とダイヤフラム２２の厚さ寸法と弁体２３の厚さ寸法との合計寸法に対するフレーム２１の厚さ寸法を適宜調整することによって、高圧の流体に対応することができる。
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２に開示されたマイクロバルブでは、圧電ユニモルフ９０が弾性体９１と堅牢な材料からなる圧電素子９２とで構成されているので、弁体２３のストロークを大きくする（つまり、圧電ユニモルフ９０が積層されたダイヤフラム２２の変形量を大きくする）ためには、かなり大きな駆動力が必要となる。実際、圧電ユニモルフ型のアクチュエータを用いたマイクロバルブにおいてアクチュエータに適切な駆動力を発生させるためには、一般的に数１０Ｖ〜数１００Ｖの電圧を印加しなければならず、容量が大きな電源や昇圧回路などが必要なので、全体としてのサイズが非常に大きくなってしまう。このため、数１０Ｖ以下の電源を用いる小型の電子機器には、圧電ユニモルフ型のアクチュエータを用いたマイクロバルブは適用し難く、特に小型で軽量であることが要求される携帯機器には採用できないのが現状である。
【００１４】
また、圧電ユニモルフ９０をダイヤフラム２２上の所定位置に精度良く貼り合わせることが困難で、最新型の実装貼り合わせ機を用いたとしても±５０μｍの精度しか出せない。また、ベース基板１０の凹溝１８にシール部材１９を貼り付ける工程も同様で、±５０μｍレベルの位置合わせ精度しか出せない。
【００１５】
また、上記特許文献２に開示されたマイクロバルブでは、ダイヤフラム２２上に圧電ユニモルフ９０を積層したマイクロ構造体２０をハウジング８０で押し付けながらベース基板１０と接着する場合、接着剤や半田などの接合材はマイクロ構造体２０のフレーム２１をベース基板１０およびハウジング８０に密着固定することで押し潰されるので、その厚さの精度が±１０μｍレベルであって管理が難しく、弁体２３のストローク量（変位）をμｍオーダで調整できないという不具合があった。また、ハウジング８０で押し付けながらマイクロ構造体２０を密着固定する組立方法は、自動化が極めて困難で、ダイヤフラム２２の撓みにより位置ずれが発生し、位置合わせ精度が悪くなる。また、個々のチップに対し、１個ずつこのような組み立てを行わなければならないので、製造コストが高く生産性が非常に悪いという不具合があった。
【００１６】
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、小型化および駆動電圧の低電圧化を図りながらも高圧の流体に対応可能なマイクロバルブを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、弁口が厚み方向に貫設されたベース基板と、前記ベース基板の一表面に固着された枠状のフレームおよび前記フレームの内側に配置され前記弁口を開閉する弁体および前記フレームと前記弁体とを連結するダイヤフラム状の撓み部を一体に有する半導体材料からなるマイクロ構造体と、前記撓み部における前記弁体とは反対側の面に配設され前記弁体を静電力により前記厚み方向へ変位させるための可動電極と、前記マイクロ構造体における前記ベース基板とは反対側で前記フレームに固着され且つ前記可動電極に対向する固定電極が設けられた固定電極支持基板とを備え、前記マイクロ構造体と前記ベース基板との間に前記弁口を通して外部と連通する流体空間が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記ベース基板とで構成されて前記流体空間を外部と隔てる第１の隔壁に流体の流入口が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記固定電極支持基板とで構成される第２の隔壁により囲まれた閉鎖空間に受圧媒体が封入され、前記第２の隔壁の一部に、前記流体空間に流入した流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積が縮小するように変形することで前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させる圧力伝達手段が設けられてなることを特徴とする。この請求項１の発明の構成によれば、前記可動電極と前記固定電極との間に適宜電圧を印加すれば前記可動電極と前記固定電極との間に静電力が作用して前記可動電極が前記固定電極に当接するように前記撓み部が撓んで前記弁口が開放されるから、小型化および低電圧化を図ることができ、しかも、前記圧力伝達手段が前記流体空間に流入した流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積を縮小するように変形して前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させるので、前記撓み部が流体から直接受ける圧力である流体圧と前記受圧媒体から受ける圧力とのバランスをとることが可能となり、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加していないときに流体の流体圧によって前記撓み部が押し上げられて弁口が開くのを防止することができるから、流体圧の高い流体に適用することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる連通部が形成されてなることを特徴とする。この請求項２の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段が前記流入口から導入された流体の流体圧を受けて前記撓み部へ前記ベースに近づく向きの圧力を作用させることになる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記圧力伝達手段は、前記マイクロ構造体において前記閉鎖空間と前記第２室とを隔てる部位に設けられてなることを特徴とする。この請求項３の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段が前記流入口から導入された流体の流体圧を受けて前記撓み部へ前記ベースに近づく向きの圧力を作用させることになる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記ベース基板は、前記第１室に連通する流通口が前記弁口から離間して前記厚み方向に貫設されてなることを特徴とする。この請求項４の発明の構成によれば、前記弁口と前記第１室と前記流通口とで流体の流路が形成されることになるので、前記撓み部において前記第１室側から受ける圧力と前記圧力伝達手段によって前記閉鎖空間側から受ける圧力とを別々に調整することができる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる第１の連通部が形成され、前記フレームに厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、前記フレームに前記貫通孔と前記第２室とを連通させる第２の連通部が形成されてなることを特徴とする。この請求項５の発明の構成によれば、前記弁口を開くことにより、前記貫通孔を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記流入口が前記ベース基板に設けられ、前記固定電極支持基板には流通口が厚み方向に貫設され、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記フレームに厚み方向に貫通する貫通孔が形成されるとともに、前記フレームに前記貫通孔と前記第１室とを連通させる第１の連通部が形成されてなることを特徴とする。この請求項６の発明の構成によれば、前記弁口を開くことにより、前記流通口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる連通部が形成され、前記中間フレームが前記第１室を全周にわたって囲むように形成され、前記圧力伝達手段が前記中間フレームを全周にわたって囲むように形成されてなることを特徴とする。この請求項７の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段における前記流体空間側および前記閉鎖空間側それぞれの面積を大きくすることができる。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記圧力伝達手段は、平板状に形成されてなることを特徴とする。この請求項８の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術により容易に形成することができる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記圧力伝達手段は、断面コルゲート板状に形成されてなることを特徴とする。この請求項９の発明の構成によれば、請求項８の発明に比べて前記圧力伝達手段を撓みやすくすることができる。
【００２６】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の発明において、前記圧力伝達手段は、前記厚み方向において前記固定電極支持基板よりも前記ベース基板に近い側に設けられてなることを特徴とする。この請求項１０の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段の撓みを大きくすることが可能となり、より高い流体圧の流体に適用可能となる。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項８ないし請求項１０の発明において、前記圧力伝達手段は、金属材料からなることを特徴とする。この請求項１１の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術によって容易に形成することが可能となる。
【００２８】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１の発明において、前記流入口は、前記ベース基板に形成されてなることを特徴とする。この請求項１２の発明の構成によれば、前記流入口と前記弁口とを前記ベース基板に同時に形成することができ、製造が容易になるとともに、前記流入口と前記弁口との相対位置の管理が容易になる。
【００２９】
請求項１３の発明は、請求項１の発明において、前記圧力伝達手段は、前記マイクロ構造体の一部であって前記厚み方向を含む一平面に沿って形成された薄肉部よりなることを特徴とする。この請求項１３の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術によって容易に形成することが可能となる。
【００３０】
請求項１４の発明は、請求項１の発明において、前記固定電極支持基板が前記第１の隔壁および前記第２の隔壁それぞれの一部を構成し、前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記圧力伝達手段が前記第２の隔壁の一部を兼ねてなることを特徴とする。この請求項１４の発明の構成によれば、前記弁口を開くことにより、前記流入口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができ、また、前記圧力伝達手段をマイクロ構造体と一体に形成する場合に比べて製造が容易になる。
【００３１】
請求項１５の発明は、請求項１４の発明において、前記圧力伝達手段は、弾性力を有する有機薄膜からなることを特徴とする。この請求項１５の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段の弾性特性を適宜設定することが可能となる。
【００３２】
請求項１６の発明は、請求項１４の発明において、前記圧力伝達手段は、金属薄膜からなることを特徴とする。この請求項１６の発明の構成によれば、前記圧力伝達手段の弾性特性を適宜設定することが可能となる。
【００３３】
請求項１７の発明は、弁口が厚み方向に貫設されたベース基板と、前記ベース基板の一表面に固着された枠状のフレームおよび前記フレームの内側に配置され前記弁口を開閉する弁体および前記フレームと前記弁体とを連結するダイヤフラム状の撓み部を一体に有する半導体材料からなるマイクロ構造体と、前記撓み部における前記弁体とは反対側の面に配設され前記弁体を静電力により前記厚み方向へ変位させるための可動電極と、前記マイクロ構造体における前記ベース基板とは反対側で前記フレームに固着され且つ前記可動電極に対向する固定電極が設けられた固定電極支持基板とを備え、前記マイクロ構造体と前記ベース基板との間に前記弁口を通して外部と連通する流体空間が形成され、前記固定電極支持基板と前記マイクロ構造体と前記ベース基板とで構成されて前記流体空間を外部と隔てる第１の隔壁に流体の流入口が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記固定電極支持基板とで構成される第２の隔壁により囲まれた閉鎖空間に受圧媒体が封入され、前記第２の隔壁の一部に、流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積が縮小するように変形することで前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させる圧力伝達手段が設けられてなるものであり、前記固定電極支持基板が前記第１の隔壁および前記第２の隔壁それぞれの一部を構成し、前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記固定電極支持基板において前記撓み部との間に形成される空間に対応する部位に貫通孔が貫設され、前記流入口の周部に固着された流路管と、前記流路管から分岐され前記固定電極支持基板における前記貫通孔の周部に固着されるチューブとを備え、前記圧力伝達手段は、前記チューブ内に設けられて前記第２の隔壁の一部を兼ねることを特徴とする。この請求項１７の発明の構成によれば、前記可動電極と前記固定電極との間に適宜電圧を印加すれば前記可動電極と前記固定電極との間に静電力が作用して前記可動電極が前記固定電極に当接するように前記撓み部が撓んで前記弁口が開放されるから、小型化および低電圧化を図ることができ、しかも、前記圧力伝達手段が前記流体空間に流入した流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積を縮小するように変形して前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させるので、前記撓み部が流体から直接受ける圧力である流体圧と前記受圧媒体から受ける圧力とのバランスをとることが可能となり、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加していないときに流体の流体圧によって前記撓み部が押し上げられて弁口が開くのを防止することができるから、流体圧の高い流体に適用することができる。また、この請求項１７の発明の構成によれば、前記弁口を開くことにより、前記流入口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができる。
【００３４】
請求項１８の発明は、請求項１ないし請求項１７の発明において、前記受圧媒体は、不活性ガスからなることを特徴とする。この請求項１８の発明の構成によれば、開閉動作が安定するとともに信頼性が向上する。
【００３５】
請求項１９の発明は、請求項１ないし請求項１７の発明において、前記受圧媒体は、電気絶縁性を有する液体からなることを特徴とする。この請求項１９の発明の構成によれば、開閉動作が安定するとともに信頼性が向上する。
【００３６】
請求項２０の発明は、請求項１ないし請求項１９の発明において、前記マイクロ構造体は、前記弁体における前記ベース基板との対向面に受圧面積を増大させるための凹部が形成されてなることを特徴とする。この請求項２０の発明の構成によれば、前記凹部の形状や寸法を調整することで前記弁口を通して前記弁体にかかる圧力を調整することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本実施形態のマイクロバルブについて図１ないし図８を参照しながら説明する。なお、後述の撓み部２２などについては変形量を誇張して記載している。
【００３８】
本実施形態のマイクロバルブは、弁口１１が厚み方向に貫設されたガラス製のベース基板１０と、ベース基板１０の厚み方向の一表面（図１における上面）側に固着された半導体材料（本実施形態では、シリコン）からなるマイクロ構造体２０とを備えている。ここにおいて、マイクロ構造体２０は、ベース基板１０の上記一表面に固着された矩形枠状のフレーム２１（図５、図６参照）と、フレーム２１の内側に配置され弁口１１を開閉するように上記厚み方向に変位可能な弁体２３と、フレーム２１と弁体２３とを連結するダイヤフラム状の撓み部２２とを一体に有している。つまり、弁体２３は撓み部２２を介してフレーム２１に支持されている。また、マイクロ構造体２０の弁体２３は、撓み部２２におけるベース基板１０との対向面から弁口１１へ向かって突出している。
【００３９】
ベース基板１０における弁口１１は、後述の流入口１２と同時に、サンドブラスト法やフッ酸系の薬液によるエッチングによって形成している。
【００４０】
マイクロ構造体２０は、シリコン基板からなる半導体基板をマイクロマシンニング技術により加工することで形成してあり、具体的には、リソグラフィ技術、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングや深堀加工が可能なドライエッチング装置を用いたドライエッチングのようなエッチング技術などを利用して、フレーム２１および撓み部２２および弁体２３を形成している。ここに、撓み部２２の厚さ寸法は、例えば、数μｍ〜２０μｍの範囲で設定すればよい。また、ベース基板１０としてはシリコンと熱膨張係数が略等しく且つ耐熱性を有するパイレックス（登録商標）を採用すればよい。
【００４１】
ところで、本実施形態のマイクロバルブでは、マイクロ構造体２０のフレーム２１とベース基板１０とを接着剤や半田などの接合材を用いることなく陽極接合により固着しているので、弁体２３のストローク量の管理が容易になる。ただし、本実施形態では、マイクロ構造体２０のフレーム２１とベース基板１０とを陽極接合により固着する際に弁体２３がベース基板１０における弁口１１の周部に接合されないように、弁口１１の周部に金属材料（例えば、アルミニウムなど）からなる接合防止膜（図示せず）を形成してある。なお、陽極接合の条件は、マイクロ構造体とベース基板１０とを重ね合わせて、マイクロ構造体２０を陽極（正極）側、ベース基板１０を陰極（負極）側として３５０℃〜５００℃に加熱した状態で３００〜１０００Ｖの電圧を印加する。
【００４２】
本実施形態では、上記接合防止膜の膜厚を１μｍに設定してあるが、この膜厚は特に限定するものではない。ここに、弁体２３とベース基板１０における弁口１１の周部との接合を防止する手段としては、弁体２３におけるベース基板１０との対向面に絶縁膜（例えば、膜厚が１５０ｎｍ以上のシリコン窒化膜、膜厚が５００ｎｍ以上のシリコン酸化膜、膜厚が５０ｎｍ以上のアルミナ薄膜など）からなる接合防止膜を設けるようにしてもよいし、ベース基板１０における弁口１１の周部をサンドブラスト法などによって粗面化して接合防止部を設けるようにしてもよいし、弁体２３にベース基板１０における弁口１１の周部に当接する複数の微小突起からなる接合防止部を設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態のマイクロバルブは、対向配置される一対の電極間に作用する静電力によって弁体２３をベース基板１０の厚み方向に変位させるものであって、上記一対の電極の一方を構成する可動電極２４が撓み部２２における弁体２３とは反対側に形成され、マイクロ構造体２０のフレーム２１にベース基板１０とは反対側で固着されるガラス製の固定電極支持基板３０に上記一対の電極の他方を構成する固定電極３１が設けられている。ここに、固定電極支持基板３０としてはシリコンと熱膨張係数が略等しく且つ耐熱性を有するパイレックス（登録商標）を採用すればよい。なお、弁体２３によって弁口１１を閉止した状態において可動電極２４と固定電極３１との間に形成されるギャップは、数μｍ程度に設定してあるが、本実施形態では、マイクロ構造体２０のフレーム２１と固定電極支持基板３０とを接着剤や半田などの接合材を用いることなく陽極接合により固着しているので、上記ギャップを高精度に制御することができる。
【００４４】
ここにおいて、本実施形態のマイクロバルブは、両電極２４，３１間にそれぞれ接続された後述のパッド２６ａ，２６ｂを介して両電極２４，３１間に電圧を印加していない状態では図１に示すように弁口１１が弁体２３により閉止され、両電極２４，３１間に規定電圧以上の電圧を印加すると図２に示すように弁体２３が弁口１１から離れる向きに変位して弁口１１が開放されるノーマリクローズ型のマイクロバルブを構成している。つまり、弁体２３の先端面（図１における下面）が弁口１１を塞ぐ閉止面になる。なお、本実施形態では、撓み部２２の厚さ寸法と弁体２３の厚さ寸法と上記接合防止膜の厚さ寸法の合計寸法がフレーム２１の厚さ寸法と等しくなるように弁体２３の厚さ寸法を設定してある。
【００４５】
可動電極２４は、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、金などの金属薄膜により構成されており、フレーム２１の一表面側に露出した上記パッド２６ａに拡散配線からなる配線２５ａを介して電気的に接続されている。なお、可動電極２４は、例えば、撓み部２２において固定電極支持基板３０側の表面の中央部に形成した凹部を埋めこむように例えばスパッタ法や蒸着法などによって形成すればよいが、凹部を設けずに撓み部２２の表面に積層するようにしてもよいし、ｐ形またはｎ形不純物を高濃度にドーピングした導電体領域としてもよい。
【００４６】
一方、固定電極３１は、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、金などの金属薄膜により構成されており、フレーム２１の上記一表面側に露出した上記パッド２６ｂに電気的に接続されている。ここに、固定電極３１と上記パッド２６ｂとは、固定電極支持基板３０におけるマイクロ構造体２０との対向面側に配設された金属配線からなる配線３２（図３および図７参照）およびマイクロ構造体２０のフレーム２１の上記一表面側に形成された拡散配線からなる配線２５ｂを介して電気的に接続されている。配線３２と固定電極３１とは同じ金属材料により形成してある。ただし、配線３２と配線２５ｂとは、固定電極支持基板３０において配線３２の一端部に設けたコンタクト部３３と、マイクロ構造体２０のフレームにおいて配線２５ｂの一端部に設けた軟らかい金属材料からなるコンタクト部２７とが固定電極支持基板３０とマイクロ構造体２０との陽極接合時に圧接して電気的に接続される。なお、マイクロ構造体２０側のコンタクト部２７を例えば凸状に形成し、固定電極支持基板３０とマイクロ構造体２０とを接合するときにコンタクト部２７が固定電極支持基板３０側のコンタクト部３３に埋め込まれるようにしても電気的接続の信頼性を高めるようにしてもよい。また、図１中のベース基板１０は図４に示した平面図におけるＡ−Ａ’断面を、図１中のマイクロ構造体２０は図５、図６それぞれにおけるＡ−Ａ’断面を、図１中の固定電極支持基板３０は図７におけるＡ−Ａ’断面を示している。一方、図３中のマイクロ構造体２０は図５におけるＢ−Ｂ’断面を示している。
【００４７】
固定電極３１は、例えば、スパッタ法、蒸着法、めっき法などによって形成すればよい。また、各配線２５ａ，２５ｂは、例えば、マイクロ構造体２０の基材となるシリコン基板に高濃度のｐ形不純物（例えば、ボロン）を拡散することによって形成すればよい。また、各パッド２６ａ，２６ｂの材料としては、例えば、アルミニウムや、アルミニウムとシリコンとの合金を採用すればよい。また、配線３２は、上述のように金属配線により構成されているが、固定電極支持基板３０におけるマイクロ構造体２０との対向面に溝を形成して当該溝に配線３２をスパッタ法などによって埋め込むようにすれば、配線３２の表面と固定電極支持基板３０におけるマイクロ構造体２０との対向面とを同一平面上に揃えることが可能となる。
【００４８】
ところで、本実施形態のマイクロバルブでは、固定電極支持基板３０が矩形板状に形成されており、固定電極支持基板３０とマイクロ構造体２０のフレーム２１とを陽極接合することによって、固定電極支持基板３０とマイクロ構造体２０との間に閉鎖空間５０が形成されている。ここに、閉鎖空間には気体（例えば、窒素、アルゴン、キセノン、ヘリウムなどの不活性ガスや空気など）若しくは液体（例えば、フロリナート、シリコーンオイル、フレオン、シリコーンゲルなど）からなる受圧媒体が封入されている。ここに、受圧媒体として用いる液体として電気絶縁性を有するものが好ましく、導電性を示すものや分極したり帯電したりするものは好ましくない。これは、本実施形態のマイクロバルブでは、弁体２３によって弁口１１を閉じた状態において可動電極２４と固定電極３１との間に形成されるギャップが数μｍ程度であり、両電極２４，３１間に導電性の物質やイオンなどが挟まると、静電気力による弁体２３の駆動に支障をきたす恐れがあるからである。また、受圧媒体として気体を採用する場合には、不活性ガスを用いた方が空気を用いた場合よりも長期的な信頼性が向上し安定した開閉動作が得られる。
【００４９】
また、本実施形態のマイクロバルブでは、ベース基板１０とマイクロ構造体２０との間に弁口１１を通して外部と連通する流体空間４０が形成されており、ベース基板１０には厚み方向に貫通し上記流体空間４０へ流体を導入可能とする流入口１２が弁口１１と離間して形成されており、弁体２３を弁口１１から離れる向きに変位させることによって、弁口１１と流体空間４０と流入口１２とが連通し流体の流路を構成する。ここに、本実施形態では、ベース基板１０とマイクロ構造体２０とで上記流体空間４０を外部と隔てる第１の隔壁を構成しており、第１の隔壁に流入口１２が形成されている。なお、流入口１２は、弁口１１と同様に、サンドブラスト法、ドライエッチング、フッ酸などの薬液を用いたウェットエッチング、超音波ホーンを用いた超音波加工などにより容易に形成できる。
【００５０】
ところで、マイクロ構造体２０は、流体空間４０を弁口１１に連通する第１室４１と第２室４２とに分ける中間フレーム２９を一体に備えている。ここにおいて、中間フレーム２９は厚さ寸法をフレーム２１の厚さ寸法と同じ値に設定してあり、厚み方向の一面がベース基板１０に接合され、厚み方向の他面が固定電極支持基板３０に接合されているが、この中間フレーム２９には第１室４１と第２室４２とを連通させる凹溝からなる連通部２９ａ（図６参照）が形成されている。また、マイクロ構造体２０は、中間フレーム２９によって閉鎖空間５０も２つの空間に分けられているが、中間フレーム２９には当該２つの空間を連通させる凹溝からなる連通部２９ｂ（図５参照）が形成されている。なお、前者の連通部２９ａとなる凹溝は、ベース基板１０との対向面（上記一面）に形成され、後者の連通部２９ｂとなる凹溝は、固定電極支持基板３０との対向面（上記他面）に形成されている。
【００５１】
また、本実施形態のマイクロバルブでは、流体空間４０に流入した流体の流体圧を受けて閉鎖空間５０の容積が縮小するように変形することで撓み部２２へベース基板１０に近づく向きの圧力を作用させる断面コルゲート板状（断面波板状）の圧力伝達部２８がマイクロ構造体２０に一体に形成されている。ここにおいて、圧力伝達部２８は、マイクロ構造体２０において流体空間４０の上記第２室４２と閉鎖空間５０とを隔てる部位に形成されている。したがって、本実施形態のマイクロバルブでは、第２室４２に流体が流れ込んで圧力伝達部５０が閉鎖空間５０側へ押されると圧力伝達部５０が撓んで閉鎖空間５０の受圧媒体が圧縮されて撓み部２２が第１室４１側へ押されるので、弁体２３を弁口１１へ近づける向きの力が働く。したがって、両電極２４，３１間に電圧が印加されていない状態では、図１に示すように、弁体２３により弁口１１が閉止されている。これに対して、両電極２４，３１間に上記力に抗して弁体２３が弁口１１を開くのに必要な規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電力によって図２に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するように撓み部２２が撓んで弁口１１が開くので、流入口１２へ導入された流体が流入口１２−第２室４２−連通部２９ａ−第１室４１−弁口１１の流路で流れることになる。
【００５２】
なお、本実施形態では、マイクロ構造体２０と固定電極支持基板３０とで第２の隔壁を構成しており、圧力伝達部２８が第２の隔壁の一部に設けられる圧力伝達手段を構成している。また、本実施形態では、圧力伝達部２８を断面コルゲート板状に形成してあるので、平板状に形成する場合に比べて撓みやすくなっている。
【００５３】
ところで、上述のような断面コルゲート板状の圧力伝達部２８の形成にあたっては、マイクロ構造体２０の基材となるシリコン基板の一部からなる薄肉部２（図８参照）を形成した後、当該薄肉部２の厚み方向の両面にフォトレジストを塗布し、当該フォトレジストをリソグラフィ技術によってパターニングすることで、図８（ａ）に示すようにパターニングされたレジスト層６１ａ，６１ｂを形成する。なお、薄肉部２の一面（図８（ａ）における上面）に形成されたレジスト層６１ａと他面（図８（ａ）における下面）に形成されたレジスト層６１ｂとは図８（ａ）の左右方向においてレジスト層６１ａとレジスト層６１ｂとが交互に並ぶようにパターニングされている。
【００５４】
パターニングされたレジスト層６１ａ，６１ｂを形成した後、レジスト層６１ａ，６１ｂをマスクとしてイオン注入によって薄肉部２へｐ形不純物を高濃度にドーピングして高濃度ｐ形不純物領域（ｐ＋＋領域）からなるエッチングストップ層６２ａ，６２ｂを形成することにより、図８（ｂ）に示す構造を得る。次に、発煙硝酸や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などでレジスト層６１ａ，６１ｂを剥離することにより図８（ｃ）に示す構造を得てから、エチレンジアミンピロカテコールなどに浸漬した後、エッチングストップ層６２ａ，６２ｂをマスクとしてシリコン基板２をアルカリ系溶液によって異方性エッチングするか若しくはフッ酸などにより等方性エッチングすることによって、図８（ｄ）に示すような断面コルゲート板状の圧力伝達部２８を形成することができる。
【００５５】
上述の説明から分かるように、本実施形態のマイクロバルブは、微小電気機械システム（micro-electro-mechanical system：ＭＥＭＳ）技術を採用して製造している。なお、ＭＥＭＳ技術は、従来の半導体製造プロセスにおいて標準的なＣＣＶＤ法やスパッタ法などによる薄膜形成、不純物拡散、熱酸化などの処理、フォトリソグラフィによるパターン形成、ドライエッチング技術およびウェットエッチング技術に加え、シリコンウェハとガラス基板との陽極接合、シリコンウェハ同士の直接接合、高アスペクト比の深堀技術があり、ウェハにガラスや別のウェハを接合した３次元の構造体をウェハ単位で高精度（数μｍ以下）に形成するものである。
【００５６】
しかして、本実施形態のノーマリクローズ型のマイクロバルブでは、流入口１２を通して第２室４２へ流入する流体の圧力を受ける圧力伝達部２８が撓むことによって弁体２３が弁口１１を閉止する向きの力が作用するので、撓み部２２が流体から受ける圧力と撓み部２２が受圧媒体から受ける圧力とのバランスをとることが可能となり、両電極２４，３１間に電圧を印加していないときに流体圧によって撓み部２２が押し上げられて弁口１１が開くのを防止することができる（つまり、弁体２３によって弁口１１を閉止した状態を保つことができる）から、流体圧の比較的高い流体に適用することができる。一方、両電極２４，３１間に電圧を印加すれば両電極２４，３１間に静電力が発生するから、両電極２４，３１間に上記規定電圧以上の電圧を印加すれば、図２に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するように撓み部２２が撓むこととなるので、弁口１１を開放することができ、小型で低電圧の電源を用いる電子機器に利用することができる。ここにおいて、本実施形態のマイクロバルブでは、可動電極２４と固定電極３１との間のギャップを高精度に管理することができ、弁体２３のストローク量を数μｍ程度に設定することができるので、応答性が良く、粘性が高い流体であっても数μｌ／ｍｉｎレベルの微量な流体を精度良く高速に制御することができる。また、弁体２３のストローク量が小さいので、数Ｖ程度の電圧を印加することにより、弁口１１の開閉を行うことができる。
【００５７】
また、マイクロ構造体を多数形成したシリコンウェハとベース基板１０を多数形成したガラス基板および固定電極支持基板３０を多数形成したガラス基板をウェハ単位で陽極接合してからダイシングするので工程の簡略化および製造コストを低減でき、生産性が良い。また、撓み部２２の加工もリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用するので、数μｍ以下の精度で形成することができる。
【００５８】
（実施形態２）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、撓み部２２における固定電極支持基板３０側の表面とフレーム２１においてパッド２６ａ，２６ｂが形成された側の表面とを同一平面上に揃え、固定電極支持基板３０におけるマイクロ構造体２０との対向面に凹所３０ａを設けることによって固定電極支持基板３０とマイクロ構造体２０との間に閉鎖空間５０を形成し、固定電極支持基板３０に設けた凹所３０ａの内底面に固定電極３１を配設している点などが相違する。ここに、固定電極支持基板３０には、閉鎖空間５０を２つの空間に分ける突出部３６が凹所３０ａの内底面から中間フレーム２９に向かって突出しており、突出部３６には当該２つの空間を連通させる連通部３６ａが形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、実施形態１のようにマイクロ構造体２０の厚さ方向の中間に撓み部２２および圧力伝達部２８を設けて閉鎖空間５０を形成している場合に比べてマイクロ構造体２０の厚さ寸法を小さくすることが可能なので、実施形態１に比べてマイクロバルブ全体の厚さ寸法を小さくすることが可能となる。
【００６０】
（実施形態３）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にて説明した中間フレーム２９に第１室４１と第２室４２とを連通させる連通部２９ａを設ける代わりに、図１０に示すように、流体空間４０の第１室４１に連通する流通口１３をベース基板１０の厚み方向に貫設している点などが相違する。ここに、ベース基板１０における流通口１３は弁口１１とは離間して形成されているが、弁口１１および流入口１２と同時に形成することができる。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
本実施形態のマイクロバルブでは、中間フレーム２９により第１室４１と隔絶された第２室４２に流入口１２を通して流体が導入するように構成されており、流入口１２を通して第２室４２へ流入する流体の圧力を受ける圧力伝達部２８が撓むことによって弁体２３が弁口１１を閉止する向きの力が作用するので、両電極２４，３１間に電圧を印加していないときに弁口１１若しくは流通口１３へ導入される流体の流体圧によって撓み部２２が押し上げられて弁口１１が開くのを防止することができる（弁体２３によって弁口１１を閉止した状態を保つことができる）。
【００６２】
要するに、本実施形態のマイクロバルブは、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧が印加されていない状態では図１０に示すように弁口１１が弁体２３により閉止され、可動電極２４と固定電極３１との間に規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電気力によって可動電極２４が固定電極３１側へ変位し図１１に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するので、弁口１１が開放され、弁口１１−第１室４１−流通口１３の流路が形成されることとなり、弁口１１を通して第１室４１へ導入された流体が流通口１３を通して外部へ吐出される。
【００６３】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、上記各実施形態１，２に比べて弁口１１を通る流体の流路長を短くすることができる。また、撓み部２２の厚み方向の両方からかかる圧力を別々に調整することができ、設計が容易になる。また、実施形態１に比べて連通部２９ａを形成するため工程を削減することができ、工程数の削減を図れる。
【００６４】
（実施形態４）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にて説明した流入口１２をベース基板１０に設けず、図１２に示すように、マイクロ構造体２０のフレーム２１に、厚み方向に貫通する貫通孔２１ａを形成するとともに、貫通孔２１ａと第２室とを連通させる凹溝からなる連通部２１ｂを形成し、固定電極支持基板３０に貫通孔２１ａに連通する流入口３４を貫設している点などが相違する。ここに、貫通孔２１ｂは、深堀加工が可能なエッチング装置（例えば、誘導結合型プラズマを利用したドライエッチング装置）により形成することができる。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
本実施形態のマイクロバルブでは、固定電極支持基板３０に貫設した流入口３４がマイクロ構造体２０に形成した上記貫通孔２１ａおよび連通部２１ｂを通して第２室４２と連通しており、中間フレーム２９により第１室４１と隔絶された第２室４２に流入口３４を通して流体が導入するように構成されている。したがって、流入口３４を通して第２室４２へ流入する流体の圧力を受ける圧力伝達部２８が撓むことによって弁体２３が弁口１１を閉止する向きの力が作用するので、両電極２４，３１間に電圧を印加していないときに流通口３４へ導入される流体の流体圧によって撓み部２２が押し上げられて弁口１１が開くのを防止することができる（弁体２３によって弁口１１を閉止した状態を保つことができる）。
【００６６】
要するに、本実施形態のマイクロバルブは、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧が印加されていない状態では図１２に示すように弁口１１が弁体２３により閉止され、可動電極２４と固定電極３１との間に規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電気力によって可動電極２４が固定電極３１側へ変位し図１３に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するので、弁口１１が開放され、流入口３４−貫通孔２１ａ−連通部２１ｂ−第２室４２−連通部２９ａ−第１室４１−弁口１１の流路が形成されることとなり、流入口３４を通して第１室４１へ導入された流体が弁口１１を通して外部へ吐出される。
【００６７】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、固定電極支持基板３０側から導入された流体をベース基板１０側から排出させることができる。つまり、実施形態１ではマイクロバルブの厚み方向の一面側に弁口１１および流入口１２が形成さているのに対して、本実施形態のマイクロバルブでは厚み方向の一面側に弁口１１が形成され他面側に流入口３４が形成されている。
【００６８】
（実施形態５）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にて説明した中間フレーム２９におけるベース基板１０側に形成していた連通部２９ａを設けず、図１４に示すように、マイクロ構造体２０のフレーム２１に、厚み方向に貫通する貫通孔２１ａを形成するとともに、貫通孔２１ａと第２室とを連通させる凹溝からなる連通部２１ｂを形成し、固定電極支持基板３０に貫通孔２１ａに連通する流通口３４を貫設している点などが相違する。また、本実施形態では、可動電極２４に電気的に接続されるパッド２６ａが固定電極支持基板３０に形成されており、可動電極２４とパッド２６ａとが、マイクロ構造体２０に形成した拡散配線からなる配線２５ａと、コンタクト部２７ａと、固定電極支持基板３０側に形成された金属配線からなる配線３２ａとを介して電気的に接続されている。また、図示していないが固定電極３１に電気的に接続されたパッドも固定電極支持基板３０に設けられている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本実施形態のマイクロバルブでは、固定電極支持基板３０に貫設した流通口３４がマイクロ構造体２０に形成した上記貫通孔２１ａおよび連通部２１ｂを通して第１室４１と連通しており、中間フレーム２９により第１室４１と隔絶された第２室４２には流入口１２を通して流体が導入するように構成されている。したがって、流入口１２を通して第２室４２へ流入する流体の圧力を受ける圧力伝達部２８が撓むことによって弁体２３が弁口１１を閉止する向きの力が作用するので、両電極２４，３１間に電圧を印加していないときに弁口１１へ導入される流体の流体圧によって撓み部２２が押し上げられて弁口１１が開くのを防止することができる（弁体２３によって弁口１１を閉止した状態を保つことができる）。
【００７０】
要するに、本実施形態のマイクロバルブは、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧が印加されていない状態では図１４に示すように弁口１１が弁体２３により閉止され、可動電極２４と固定電極３１との間に規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電力によって可動電極２４が固定電極３１側へ変位し図１５に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するので、弁口１１が開放され、弁口１１−第１室４１−連通部２１ｂ−貫通孔２１ａ−流通口３４の流路が形成されることとなり、弁口１１を通して第１室４１へ導入された流体が流通口３４を通して外部へ吐出される。
【００７１】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、ベース基板１０側から導入された流体を固定電極支持基板３０側から排出させることができる。つまり、実施形態１ではマイクロバルブの厚み方向の一面側に弁口１１および流入口１２が形成さているのに対して、本実施形態のマイクロバルブでは厚み方向の一面側に弁口１１が形成され他面側に流通口３４が形成されている。なお、本実施形態のマイクロバルブは、流体を取り入れる流通孔が１つだけ設けられた母基板に搭載する場合に固定電極支持基板３０を母基板側として使用される。
【００７２】
（実施形態６）
以下、本実施形態のマイクロバルブについて図１６ないし図１９を参照しながら説明する。なお、図１６中のベース基板１０は図１８の平面図におけるＡ−Ａ’断面を示し、図１６中のマイクロ構造体２０は図１９の下面図におけるＡ−Ａ’断面を示している。
【００７３】
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１６および図１９に示すように、撓み部２２の平面形状が八角形状に形成されて、流体空間４０における第２室４２が第１室４１を全周にわたって囲むように形成され、圧力伝達部２８が中間フレーム１９を全周にわたって囲むように形成されている点などが相違する。また、本実施形態では、第１室４１と第２室４２とを分ける中間フレーム２９においてベース基板１０側に４つの連通部２９ａが形成され、固定電極支持基板３０側に４つの連通部２９ｂが形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
したがって、本実施形態のマイクロバルブの動作原理は実施形態１と同じであって、両電極２４，３１間に電圧が印加されていない状態では、図１６に示すように、弁体２３により弁口１１が閉止されている。これに対して、両電極２４，３１間に弁体２３が弁口１１を開くのに必要な規定電圧以上の電圧を印加すれば、図１７に示すように弁口１１が開くので、流入口１２へ導入された流体が流入口１２−第２室４２−連通部２９ａ−第１室４１−弁口１１の流路で流れることになる。
【００７５】
本実施形態のマイクロバルブでは、上述のようなマイクロ構造体２０を採用しているので、ベース基板１０の中央部に弁口１１を形成することができ、また、圧力伝達部２８における第２室４２側の面積を実施形態１に比べて大きくすることができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、各連通部２９ａ，２９ｂを４つずつ形成してあるが、各連通部２９ａ，２９ｂの数は特に限定するものではなく、それぞれ１つ以上あればよい。また、本実施形態では、流入口１２を１つだけ形成してあるが、流入口１２の数も特に限定するものではなく、１つ以上あればよい。
【００７７】
（実施形態７）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２０に示すように、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８を平板状のダイヤフラムにより形成している点が相違する。ここに、圧力伝達部２８の厚さ寸法は撓み部２２の厚さ寸法よりも小さく設定してあるが、これら各寸法は特に限定するものではない。他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７８】
本実施形態のマイクロバルブでは、実施形態１のように圧力伝達部２８を断面コルゲート板状に形成する場合に比べて製造が容易になる。
【００７９】
（実施形態８）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２１に示すように、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８を薄い平板状のダイヤフラムにより形成している点、圧力伝達部２８をベース基板１０の厚み方向において撓み部２２よりもベース基板１０に近い側に設けている点が相違する。ここに、圧力伝達部２８は上記厚み方向において固定電極支持基板３０よりもベース基板１０に近い側に設けられている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８を平板状のダイヤフラムにより形成していることにより、実施形態１のように圧力伝達部２８を断面コルゲート板状に形成する場合に比べて製造が容易になり、また、圧力伝達部２８を撓み部２２よりもベース基板１０に近い側に設けていることにより、第２室４２の容積を小さくすることができるとともに、圧力伝達部２８を撓みやすくすることができる。
【００８１】
（実施形態９）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態８と略同じであって、図２２に示すように、圧力伝達部２８を断面コルゲート板状に形成している点が相違する。他の構成は実施形態８と同じなので、実施形態８と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施形態のマイクロバルブの動作原理は実施形態１と同じであって、両電極２４，３１間に電圧が印加されていない状態では、図２２に示すように、弁体２３により弁口１１が閉止されている。これに対して、両電極２４，３１間に弁体２３が弁口１１を開くのに必要な規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電力によって可動電極２４が固定電極３１に当接し弁口１１が開くので、流入口１２へ導入された流体が流入口１２−第２室４２−連通部２９ａ−第１室４１−弁口１１の流路で流れることになる。
【００８３】
本実施形態のマイクロバルブでは、圧力伝達部２８が断面コルゲート状に形成されているので、実施形態８に比べて圧力伝達部２８が撓みやすく、しかも、実施形態８と同様に圧力伝達部２８を撓み部２２よりもベース基板１０に近い側に設けてあるので、より高い流体圧の流体に適用可能で図２３に示すように圧力伝達部２８をより大きく撓ませることができ、両電極２４，３１間に電圧を印加していないときに弁体２３をベース基板１０における弁口１１の周部に押し付ける力を高めることができる。
【００８４】
（実施形態１０）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２４に示すように、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８が金属材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルなど）からなる金属薄膜により構成されている点が相違する。ここに、圧力伝達部２８を構成する金属薄膜は、例えば、スパッタ法、蒸着法、めっき法などによって形成すればよい。他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８５】
しかして、本実施形態では、上記各実施形態のように圧力伝達部２８をマイクロ構造体２０の基材となるシリコン基板の一部により構成している場合に比べて圧力伝達部２８の厚さ寸法を小さくすることが可能となるとともに、圧力伝達部２８の弾性特性を適宜設定することが可能となる。なお、本実施形態では、圧力伝達部２８を金属薄膜により構成しているが、金属薄膜片をマイクロ構造体２０に直接貼り付けるようにしてもよい。
【００８６】
（実施形態１１）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２５に示すように、第２室４２と外部とを連通させる凹溝からなる流入口２１ｃをマイクロ構造体２０のフレーム２１に形成している点が相違する。ここにおいて、流入口２１ｃは、フレーム２１におけるベース基板１０との対向面に形成されている。他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、ベース基板１０とマイクロ構造体２０とで構成される第１の隔壁において弁口１１が形成されている壁と流入口２１ｃが形成されている壁とが直交するので、マイクロバルブの外側に形成されている流路が例えばマイクロバルブの入口側と出口側とで直交するような場合に使用することができる。
【００８８】
（実施形態１２）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２６に示すように、実施形態１にて圧力伝達部２８が形成されていた部位に第２室と閉鎖空間５０とを仕切る平板状の仕切部２２ｄが形成され、圧力伝達部２８が仕切部２２ｄとベース基板１との間に介在する薄肉部により形成されている点などが相違する。本実施形態における圧力伝達部２８は当該圧力伝達部２８の厚み方向の一面側に第２室４２が形成され、当該圧力伝達部２８の厚み方向の他面とフレーム２１との間に形成された空間が仕切部２２ｄに貫設した連通孔２２ｃを通して閉鎖空間５０と連通している。ここに、本実施形態における圧力伝達部２８は仕切部２２ｄにおけるベース基板１０との対向面からベース基板１０へ向かって突出する形で形成されており、圧力伝達部２８の先端面がベース基板１０に接合されている。要するに、圧力伝達部２８はマイクロ構造体２０の一部であってベース基板１０の厚み方向を含む一平面に沿って形成された薄肉部よりなる。したがって、圧力伝達部２８は、ベース基板１０の流入口１２を通して第２室４２へ導入された流体の流体圧によって撓むことができる。他の構成は実施形態１と同じであり、基本動作も実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８９】
（実施形態１３）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態４と略同じであって、図２７に示すように、実施形態１にて圧力伝達部２８が形成されていた部位に第２室と閉鎖空間５０とを仕切る平板状の仕切部２２ｄが形成され、圧力伝達部２８が仕切部２２ｄにおける固定電極支持基板３０との対向面から固定電極支持基板３０に向かって突出する形で形成されており、圧力伝達部２８の先端面が固定電極支持基板３０に接合されている点、第２室４２に連通する流入口３４が固定電極支持基板３０に貫設されている点などが相違する。要するに、圧力伝達部２８はマイクロ構造体２０の一部であってベース基板１０の厚み方向を含む一平面に沿って形成された薄肉部よりなる。したがって、圧力伝達部２８は、固定電極支持基板３０の流入口３４を通して第２室４２へ導入された流体の流体圧によって撓むことができる。他の構成は実施形態４と同じなので、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態の動作原理は実施形態４と同様である。
【００９０】
（実施形態１４）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、図２８に示すように、第２室４２へ流体を導入する流入口としての流通口３４を固定電極支持基板３０に貫設するとともに、固定電極支持基板３０に貫通孔３７を貫設し、固定電極支持基板３０の貫通孔３７を塞ぐように圧力伝達部２８を配設している点などが相違する。また、固定電極支持基板３０における流通口３４の周部にガラス製若しくは樹脂製の流路管７１が固着され、流路管７１から分岐したチューブ７２を圧力伝達部２８の周部に固着している。また、ベース基板１０におけるマイクロ構造体２０とは反対側の面には、弁口１１の周部にチューブ７３が固着されている。したがって、本実施形態では、マイクロ構造体２０と固定電極支持基板３０と圧力伝達部２８とで閉鎖空間５０を外部と隔てる第２の隔壁を構成している。また、本実施形態において、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８は、弾性を有する有機薄膜などにより構成すればよく、シリコーン樹脂によるラバーやゴム膜、フッ素樹脂によるラバーやゴム膜などを採用すればよい。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
本実施形態のマイクロバルブは、両電極２４，３１間に電圧が印加されていない状態では、流路管７１から分岐したチューブ７２を通して圧力伝達部２８へ到達する流体の圧力によって閉鎖空間５０の容積が圧縮され弁体２３を弁口１１へ近づける向きの力が撓み部２２へ働いているので、図２８に示すように、弁体２３により弁口１１が閉止されている。これに対して、両電極２４，３１間に弁体２３が弁口１１を開くのに必要な規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電力によって図２９に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接し弁口１１が開くので、流路管７１を通してマイクロバルブへ導入される流体が、流路管７１−流通口３４−第２室４２−連通部２９ａ−第１室４１−チューブ７３の流路で流体が流れることになる。
【００９２】
なお、本実施形態では、固定電極支持基板３０におけるマイクロ構造体２０との対向面とは反対の面側に圧力伝達部２８を配設してあるが、マイクロ構造体２０との対向面側に圧力伝達部２８を配設するようにしてもよい。
【００９３】
（実施形態１５）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１４と略同じであって、図３０に示すように、固定電極支持基板３０における貫通孔３７を流通口３４の近傍に形成し、チューブからなる流路管７１の内径を流通口３４および圧力伝達部２８が流通管７１の開口内に入るようにしている点に特徴がある。他の構成は実施形態１４と同じなので、実施形態１４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、実施形態１４のように流路管７１からチューブ７２を分岐させる必要がないので、実施形態１４のように流路管７１およびチューブ７２それぞれを固定電極支持基板３０および圧力伝達部２８へ固着する場合に比べて製造が容易になる。
【００９５】
（実施形態１６）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１４と略同じであって、図３１に示すように、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８を金属材料（アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼、クロムなど）からなる金属薄膜により形成している点が相違する。ここに、圧力伝達部２８の厚さ寸法は、例えば、数μｍ〜数１０μｍの範囲で設定すればよい。他の構成は実施形態１４と同じなので、実施形態１４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
（実施形態１７）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１４と略同じであって、図３２に示すように、圧力伝達手段たる圧力伝達部２８をチューブ７２内において流路管７１近傍に設けている点が相違する。なお、本実施形態では、マイクロ構造体２０と固定電極支持基板３０とチューブ７２と圧力伝達部２８とで閉鎖空間５０を外部と隔てる第２の隔壁を構成している。また、他の構成は実施形態１４と同じなので、実施形態１４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
本実施形態では、チューブ７２内において流路管７１の近傍に圧力伝達部２８を配設してあるが、チューブ７２内において固定電極支持基板３０の貫通孔３７の近傍に設けてもよいし、それらの間に設けてもよい。
【００９８】
（実施形態１８）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態３と略同じであって、図３３に示すように、弁体２３におけるベース基板１０との対向面に受圧面積を増大させるための凹部２３ａを形成して弁口１１から流入する流体の圧力を受ける面積を大きくしている点に特徴がある。ここにおいて、本実施形態では、撓み部２２が閉鎖空間５０側から受ける圧力と、弁体２３が弁口１１側から受ける圧力とのバランスを凹部２３ａの形状や寸法によって調整することができる。例えば、撓み部２２が閉鎖空間５０側から受ける圧力が大き過ぎる場合には、弁体２３の閉止面側の面積を大きくして弁体２３を弁口１１側へ押し下げる力を大きくすればよい。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９９】
本実施形態のマイクロバルブは、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧が印加されていない状態では図３３に示すように弁口１１が弁体２３により閉止され、可動電極２４と固定電極３１との間に規定電圧以上の電圧を印加すれば、静電気力によって可動電極２４が固定電極３１側へ変位し図３４に示すように可動電極２４が固定電極３１に当接するので、弁口１１が開放され、弁口１１−第１室４１−流通口１３の流路が形成されることとなり、弁口１１を通して第１室４１へ導入された流体が流通口１３を通して外部へ吐出される。なお、本実施形態のような弁体２３を他の実施形態に採用してもよい。
【０１００】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上記構成を採用したことにより、前記可動電極と前記固定電極との間に適宜電圧を印加すれば前記可動電極と前記固定電極との間に静電力が作用して前記可動電極が前記固定電極に当接するように前記撓み部が撓んで前記弁口が開放されるから、小型化および低電圧化を図ることができ、しかも、前記圧力伝達手段が前記流体空間に流入した流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積を縮小するように変形して前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させるので、前記撓み部が流体から直接受ける圧力である流体圧と前記受圧媒体から受ける圧力とのバランスをとることが可能となり、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加していないときに流体の流体圧によって前記撓み部が押し上げられて弁口が開くのを防止することができるから、流体圧の高い流体に適用することができるという効果がある。
【０１０１】
請求項２の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段が前記流入口から導入された流体の流体圧を受けて前記撓み部へ前記ベースに近づく向きの圧力を作用させることになるという効果がある。
【０１０２】
請求項３の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段が前記流入口から導入された流体の流体圧を受けて前記撓み部へ前記ベースに近づく向きの圧力を作用させることになるという効果がある。
【０１０３】
請求項４の発明は、上記構成を採用したことにより、前記弁口と前記第１室と前記流通口とで流体の流路が形成されることになるので、前記撓み部において前記第１室側から受ける圧力と前記圧力伝達手段によって前記閉鎖空間側から受ける圧力とを別々に調整することができるという効果がある。
【０１０４】
請求項５の発明は、上記構成を採用したことにより、前記弁口を開くことにより、前記貫通孔を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができるという効果がある。
【０１０５】
請求項６の発明は、上記構成を採用したことにより、前記弁口を開くことにより、前記流通口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができるという効果がある。
【０１０６】
請求項７の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段における前記流体空間側および前記閉鎖空間側それぞれの面積を大きくすることができるという効果がある。
【０１０７】
請求項８の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術により容易に形成することができるという効果がある。
【０１０８】
請求項９の発明は、上記構成を採用したことにより、請求項８の発明に比べて前記圧力伝達手段を撓みやすくすることができるという効果がある。
【０１０９】
請求項１０の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段の撓みを大きくすることが可能となり、より高い流体圧の流体に適用可能となるという効果がある。
【０１１０】
請求項１１の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術によって容易に形成することが可能となるという効果がある。
【０１１１】
請求項１２の発明は、上記構成を採用したことにより、前記流入口と前記弁口とを前記ベース基板に同時に形成することができ、製造が容易になるとともに、前記流入口と前記弁口との相対位置の管理が容易になるという効果がある。
【０１１２】
請求項１３の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段をマイクロマシンニング技術によって容易に形成することが可能となるという効果がある。
【０１１３】
請求項１４の発明は、上記構成を採用したことにより、前記弁口を開くことにより、前記流入口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができ、また、前記圧力伝達手段をマイクロ構造体と一体に形成する場合に比べて製造が容易になるという効果がある。
【０１１４】
請求項１５の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段の弾性特性を適宜設定することが可能となるという効果がある。
【０１１５】
請求項１６の発明は、上記構成を採用したことにより、前記圧力伝達手段の弾性特性を適宜設定することが可能となるという効果がある。
【０１１６】
請求項１７の発明は、上記構成を採用したことにより、前記弁口を開くことにより、前記流入口を通して導入された流体が前記弁口を通して吐出されるから、前記厚み方向において前記固定電極支持基板側を流体の流れ込む側とし且つ前記ベース基板側を流体の流れ出る側として使用することができるという効果がある。
【０１１７】
請求項１８の発明は、上記構成を採用したことにより、開閉動作が安定するとともに信頼性が向上するという効果がある。
【０１１８】
請求項１９の発明は、上記構成を採用したことにより、開閉動作が安定するとともに信頼性が向上するという効果がある。
【０１１９】
請求項２０の発明は、上記構成を採用したことにより、前記凹部の形状や寸法を調整することで前記弁口を通して前記弁体にかかる圧力を調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の概略断面図である。
【図４】同上におけるベース基板の平面図である。
【図５】同上におけるマイクロ構造体の平面図である。
【図６】同上におけるマイクロ構造体の下面図である。
【図７】同上における固定電極支持基板の下面図である。
【図８】同上における要部の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図９】実施形態２を示す概略断面図である。
【図１０】実施形態３を示す概略断面図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】実施形態４を示す概略断面図である。
【図１３】同上の動作説明図である。
【図１４】実施形態５を示す概略断面図である。
【図１５】同上の動作説明図である。
【図１６】実施形態６を示す概略断面図である。
【図１７】同上の動作説明図である。
【図１８】同上におけるベース基板の平面図である。
【図１９】同上におけるマイクロ構造体の下面図である。
【図２０】実施形態７を示す概略断面図である。
【図２１】実施形態８を示す概略断面図である。
【図２２】実施形態９を示す概略断面図である。
【図２３】同上の動作説明図である。
【図２４】実施形態１０を示す概略断面図である。
【図２５】実施形態１１を示す概略断面図である。
【図２６】実施形態１２を示す概略断面図である。
【図２７】実施形態１３を示す概略断面図である。
【図２８】実施形態１４を示す概略断面図である。
【図２９】同上の動作説明図である。
【図３０】実施形態１５を示す概略断面図である。
【図３１】実施形態１６を示す概略断面図である。
【図３２】実施形態１７を示す概略断面図である。
【図３３】実施形態１８を示す概略断面図である。
【図３４】同上の動作説明図である。
【図３５】従来例を示す概略断面図である。
【図３６】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１０ ベース基板
１１ 弁口
１２ 流入口
２０ マイクロ構造体
２１ フレーム
２２ 撓み部
２３ 弁体
２４ 可動電極
２５ａ 配線
２５ｂ 配線
２６ａ パッド
２６ｂ パッド
２８ 圧力伝達部
２９ 中間フレーム
２９ａ 連通部
２９ｂ 連通部
３０ 固定電極支持基板
３１ 固定電極
３４ 流通口
４０ 流体空間
４１ 第１室
４２ 第２室
５０ 閉鎖空間
７１ 流路管
７２ チューブ
７３ チューブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microvalve that controls the flow of fluid.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the microelectronics field and the medical electronics field, etc., a micro-structure using a micro structure formed by processing a semiconductor substrate such as a silicon substrate by micromachining technology as a pump for controlling the flow of a small amount of fluid. Valves are being researched and developed in various places. As this type of microvalve, for example, a type in which a laminated piezoelectric actuator is integrated has been proposed (for example, Patent Document 1). The microvalve disclosed in Patent Document 1 is provided with two valve openings in a base substrate made of a glass substrate and two valve bodies in the microstructure, and the surface of the base substrate facing the microstructure The fluid sensor is integrated in the part between the two valve bodies, and is characterized by being small and capable of controlling a minute flow rate with high speed and high accuracy, especially for controlling a small amount of fluid with low pressure. Suitable for use.
[0003]
As a microvalve, there has been proposed a microvalve in which an electrostatic actuator that drives a diaphragm formed in a microstructure using electrostatic attraction is integrated. In a microvalve in which such an electrostatic actuator is integrated, it is necessary to overcome the fluid pressure (fluid pressure) and drive the diaphragm. However, when miniaturizing the microvalve, the actuator needs to be miniaturized, so the driving force of the actuator becomes small, and it can only be applied to control of a fluid having a low fluid pressure. Therefore, when a gas is used as the fluid, the fluid pressure must be reduced. When a fluid having a much higher viscosity resistance than the gas is used as the fluid, the fluid pressure must be further reduced. It may not be applicable.
[0004]
On the other hand, in order to increase the driving force in the laminated piezoelectric actuator described above so that it can be applied to a fluid having a high fluid pressure, the applied voltage needs to be several tens of volts or more. However, in order to employ a power source such as a battery (for example, a fuel cell) that can generate only a voltage of several volts, a booster circuit is required, and power consumption increases.
[0005]
Proposed as a microvalve that can be applied to fluids with high fluid pressure, using a micro structure that is provided with two diaphragms (plates) that are spaced apart in the thickness direction and in which the central parts of both diaphragms are connected by columns. (Non-Patent Document 1). Here, in the microvalve disclosed in Non-Patent Document 1, the fluid is allowed to flow between both diaphragms so as to achieve a pressure balance so as to cope with a higher pressure fluid. However, the microvalve disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that the pressure balance is lost when opening and closing the valve port, and two silicon substrates must be joined to form a microstructure. There was a problem that the manufacturing process was complicated and the manufacturing cost was high.
[0006]
In recent years, as a microvalve capable of handling a high-pressure fluid, as shown in FIGS. 35 and 36, a glass base substrate 10 having a valve opening 11 and one surface of the base substrate 11 (FIG. 35). A microstructure 22 made of a semiconductor material integrally formed with a diaphragm 22 spaced from the one surface and a valve body 23 that projects from the diaphragm 22 and opens and closes the valve port 11. A configuration having a piezoelectric unimorph 90 as an actuator for driving the motor 22 has been proposed (for example, Patent Document 2).
[0007]
Here, the microstructure 20 in the microvalve of Patent Document 2 is formed by processing a silicon substrate by micromachining technology, and a frame-like frame 21 fixed to the one surface of the base substrate 10; The diaphragm 22 that occupies the inner region of the frame 21 and the valve body 23 that projects from the surface of the diaphragm 22 facing the base substrate 10 and opens and closes the valve port 11 are integrally provided. The piezoelectric unimorph 90 includes a thin plate-like elastic body 91 made of stainless steel or bronze attached to the surface of the diaphragm 22 opposite to the surface facing the base substrate 10, and a piezoelectric material attached to the elastic body 91. An element 92 is included. The thickness dimensions of the elastic body 91 and the piezoelectric element 92 are both set to about 0.1 mm.
[0008]
Incidentally, as shown in FIG. 35, the microvalve disclosed in Patent Document 2 is a push that the valve body 23 presses the peripheral portion of the valve opening 11 of the base substrate 10 in a state where the valve body 23 closes the valve opening 11. The total dimension of the thickness dimension of the valve body 23 and the thickness dimension of the diaphragm 22 is set slightly larger than the thickness dimension of the frame 21 so as to generate pressure. In other words, the face of the valve body 23 facing the base substrate 10 is offset from the virtual plane including the face of the frame 21 facing the base substrate 10. Therefore, when the microstructure 20 and the base substrate 10 are stacked and fixed, the valve body 23 is pushed up by the base substrate 10, and the diaphragm 22 swells away from the base substrate 10. 23 presses the peripheral portion of the valve port 11 of the base substrate 10 with a predetermined pressing force.
[0009]
In the microvalve disclosed in Patent Document 2, the pressure at which the valve body 23 presses the peripheral portion of the valve port 11 in the base substrate 10 due to the offset is higher than the pressure at which the fluid pushes up the diaphragm 22 when closed. Then, since the valve body 23 is in a state in which the valve port 11 is closed without applying a voltage to the piezoelectric unimorph 90, it can be used as a normally closed type valve.
[0010]
In addition, the microvalve disclosed in Patent Document 2 has an annular concave groove on the surface of the base substrate 10 facing the valve body 23 in order to prevent fluid from leaking with the valve body 11 closed by the valve body 23. 18, a seal member 19 that abuts the tip end surface of the valve body 23 is disposed in the concave groove 18, and the base substrate 10 and the micro structure 20 are placed in a housing 80 including a body 81 and a cover 82. The micro structure 20 is pressed against the base substrate 10 by being stored in an overlapped form, and the micro structure 20, the base substrate 10 and the housing 80 are fixed. Here, an adhesive or solder may be used as a bonding material for tightly fixing the microstructure 20 to the base substrate 10 and the housing 80. When an adhesive is used, the sealing member 19 It is necessary to select an adhesive having a curing temperature lower than the heat resistance temperature. When using solder, it is necessary to select a solder having a melting temperature lower than the heat resistance temperature of the seal member 19.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-95745 (2nd page to 3rd page, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-158757 (page 3 to page 4, FIG. 1)
[Non-Patent Document 1]
Michael A. Huff, et al, “Flow Characteristics of Pressure-Balanced Microvalve”, The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuation, p98-101
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the microvalve disclosed in Patent Document 2, since the piezoelectric unimorph 90 is laminated on the diaphragm 22, the thickness dimension of the piezoelectric unimorph 90, the thickness dimension of the diaphragm 22, and the thickness dimension of the valve body 23 By appropriately adjusting the thickness dimension of the frame 21 with respect to the total dimension, it is possible to cope with a high-pressure fluid.
[0013]
However, in the microvalve disclosed in Patent Document 2, since the piezoelectric unimorph 90 includes the elastic body 91 and the piezoelectric element 92 made of a robust material, the stroke of the valve body 23 is increased (that is, piezoelectric). In order to increase the deformation amount of the diaphragm 22 on which the unimorph 90 is laminated), a considerably large driving force is required. Actually, in order to generate an appropriate driving force for an actuator in a microvalve using a piezoelectric unimorph actuator, a voltage of several tens to several hundreds of volts must be generally applied. Since a circuit is required, the overall size becomes very large. For this reason, it is difficult to apply a microvalve using a piezoelectric unimorph type actuator to a small electronic device using a power supply of several tens of volts or less, and it cannot be adopted to a portable device that is particularly required to be small and lightweight. Is the current situation.
[0014]
In addition, it is difficult to bond the piezoelectric unimorph 90 to a predetermined position on the diaphragm 22 with high accuracy, and an accuracy of ± 50 μm can be obtained even with the latest mounting and bonding machine. Further, the process of attaching the seal member 19 to the concave groove 18 of the base substrate 10 is the same, and only a positioning accuracy of ± 50 μm level can be obtained.
[0015]
In the microvalve disclosed in Patent Document 2, when the microstructure 20 having the piezoelectric unimorph 90 laminated on the diaphragm 22 is bonded to the base substrate 10 while being pressed by the housing 80, a bonding material such as an adhesive or solder is used. Is crushed by tightly fixing the frame 21 of the microstructure 20 to the base substrate 10 and the housing 80, the thickness accuracy is ± 10 μm level and difficult to manage, and the stroke amount (displacement of the valve body 23) ) Cannot be adjusted in the μm order. In addition, the assembly method in which the microstructure 20 is tightly fixed while being pressed by the housing 80 is extremely difficult to automate, and the displacement of the diaphragm 22 occurs due to the bending of the diaphragm 22, resulting in poor alignment accuracy. Moreover, since such an assembly must be performed one by one for each chip, there is a problem that the manufacturing cost is high and the productivity is very poor.
[0016]
The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a microvalve capable of dealing with a high-pressure fluid while reducing the size and driving voltage.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a base substrate having a valve port penetrating in the thickness direction, a frame-like frame fixed to one surface of the base substrate, and an inner side of the frame. A micro structure made of a semiconductor material integrally including a valve body that opens and closes the valve port, and a diaphragm-shaped flexure portion that connects the frame and the valve body, and the flexure portion on the side opposite to the valve body A movable electrode disposed on the surface for displacing the valve body in the thickness direction by an electrostatic force, and a fixed electrode fixed to the frame on the opposite side of the base body from the base substrate and facing the movable electrode A fixed electrode support substrate provided with an electrode, and a fluid space communicating with the outside through the valve port is formed between the microstructure and the base substrate, and at least the A fluid inflow port is formed in a first partition that is formed of an ichro structure and the base substrate and separates the fluid space from the outside, and a second structure that includes at least the microstructure and the fixed electrode support substrate. The pressure receiving medium is sealed in the closed space surrounded by the partition walls, and a part of the second partition wall is deformed so as to receive the fluid pressure of the fluid flowing into the fluid space to reduce the volume of the closed space. Thus, pressure transmitting means for applying a pressure in a direction approaching the base substrate to the bent portion is provided. According to the configuration of the first aspect of the invention, when a voltage is appropriately applied between the movable electrode and the fixed electrode, an electrostatic force acts between the movable electrode and the fixed electrode, so that the movable electrode Since the bent portion is bent so as to abut on the fixed electrode and the valve port is opened, the size and voltage can be reduced, and the pressure transmitting means allows the fluid flowing into the fluid space. Since the pressure is applied so as to reduce the volume of the closed space by receiving fluid pressure, and the pressure in the direction approaching the base substrate is applied to the flexible portion, the fluid pressure that is the pressure that the flexible portion directly receives from the fluid and the pressure It becomes possible to balance the pressure received from the pressure receiving medium, and when the voltage is not applied between the movable electrode and the fixed electrode, the flexure is pushed up by the fluid pressure of the fluid, and the valve opening opens. Prevent Since it is possible to, it can be applied to high fluid pressure fluid.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the microstructure includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber communicating with the valve port and a second chamber communicating with the inflow port. In order to prepare for, the said 1st chamber and the said 2nd chamber are formed, and the communicating part is formed, It is characterized by the above-mentioned. According to the structure of this invention of Claim 2, the said pressure transmission means receives the fluid pressure of the fluid introduce | transduced from the said inflow port, and applies the pressure of the direction which approaches the said base to the said bending part.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the microstructure includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber that communicates with the valve port and a second chamber that communicates with the inflow port. The pressure transmission means is provided in a portion that separates the closed space and the second chamber in the microstructure. According to the structure of this invention of Claim 3, the said pressure transmission means receives the fluid pressure of the fluid introduce | transduced from the said inflow port, and applies the pressure of the direction which approaches the said base to the said bending part.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the microstructure includes a first chamber that communicates the fluid space with the valve port and the first chamber. Inflow An intermediate frame that is divided into a second chamber that communicates with the first chamber is integrally provided, and the base substrate has a circulation port that communicates with the first chamber and is spaced from the valve port and extends in the thickness direction. And According to the structure of this invention of Claim 4, since the flow path of the fluid is formed by the said valve port, the said 1st chamber, and the said flow port, it receives from the said 1st chamber side in the said bending part. The pressure and the pressure received from the closed space side by the pressure transmission means can be adjusted separately.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inflow port is provided in the fixed electrode support substrate, and the microstructure includes a first chamber that communicates the fluid space with the valve port, and the inflow port. An intermediate frame that is divided into a second chamber that communicates with the first chamber is integrally provided, a first communication portion that communicates the first chamber and the second chamber is formed, and a through-hole that penetrates in the thickness direction is formed in the frame The frame is formed with a second communication portion for communicating the through hole and the second chamber. According to the configuration of the invention of claim 5, since the fluid introduced through the through hole is discharged through the valve port by opening the valve port, the fixed electrode supporting substrate side is fluidized in the thickness direction. And the base substrate side can be used as a fluid outflow side.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inflow port is provided in the base substrate, a flow port is formed through the fixed electrode support substrate in the thickness direction, and the microstructure is formed of the fluid. An intermediate frame that divides the space into a first chamber that communicates with the valve port and a second chamber that communicates with the inflow port is integrally provided, and a through-hole penetrating in the thickness direction is formed in the frame. A first communication portion that connects the through hole and the first chamber is formed. According to the structure of the invention of claim 6, since the fluid introduced through the flow port is discharged through the valve port by opening the valve port, the fixed electrode supporting substrate side is fluidized in the thickness direction. And the base substrate side can be used as a fluid outflow side.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the microstructure includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber that communicates with the valve port and a second chamber that communicates with the inflow port. A communication portion for communicating the first chamber and the second chamber is formed, the intermediate frame is formed so as to surround the first chamber over the entire circumference, and the pressure transmission means completely covers the intermediate frame. It is formed so as to surround the circumference. According to the structure of this invention of Claim 7, each area of the said fluid space side and the said closed space side in the said pressure transmission means can be enlarged.
[0024]
The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of claims 1 to 7, the pressure transmission means is formed in a flat plate shape. According to the structure of this invention of Claim 8, the said pressure transmission means can be easily formed with a micromachining technique.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the first to seventh aspects of the present invention, the pressure transmission means is formed in a cross-sectional corrugated plate shape. According to the configuration of the ninth aspect of the invention, the pressure transmission means can be easily bent as compared with the eighth aspect of the invention.
[0026]
The invention of claim 10 is the invention of claim 8 or 9, wherein the pressure transmission means is provided closer to the base substrate than the fixed electrode support substrate in the thickness direction. To do. According to the structure of this invention of Claim 10, it becomes possible to enlarge the bending of the said pressure transmission means, and it becomes applicable to the fluid of higher fluid pressure.
[0027]
The invention of claim 11 is characterized in that, in the invention of claims 8 to 10, the pressure transmission means is made of a metal material. According to the structure of this invention of Claim 11, it becomes possible to form the said pressure transmission means easily by a micromachining technique.
[0028]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first to eleventh aspects of the invention, the inflow port is formed in the base substrate. According to the structure of this invention of Claim 12, the said inflow port and the said valve port can be simultaneously formed in the said base board, manufacture becomes easy, and relative position of the said inflow port and the said valve port Management becomes easier.
[0029]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the pressure transmission means is a thin portion that is part of the microstructure and is formed along a plane including the thickness direction. And According to the structure of this invention of Claim 13, it becomes possible to form the said pressure transmission means easily with a micromachining technique.
[0030]
The invention according to claim 14 is the invention according to claim 1, wherein the fixed electrode support substrate constitutes a part of each of the first partition wall and the second partition wall, and the inflow port is provided in the fixed electrode support substrate. The pressure transmission means also serves as a part of the second partition wall. According to the structure of the fourteenth aspect of the present invention, since the fluid introduced through the inflow port is discharged through the valve port by opening the valve port, the fixed electrode supporting substrate side is fluidized in the thickness direction. The base substrate side can be used as a fluid flow-out side, and the manufacturing is facilitated as compared with the case where the pressure transmission means is formed integrally with the microstructure.
[0031]
According to a fifteenth aspect of the invention, in the fourteenth aspect of the invention, the pressure transmission means is made of an organic thin film having an elastic force. According to the structure of this invention of Claim 15, it becomes possible to set the elastic characteristic of the said pressure transmission means suitably.
[0032]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect, the pressure transmission means is made of a metal thin film. According to the structure of this invention of Claim 16, it becomes possible to set suitably the elastic characteristic of the said pressure transmission means.
[0033]
The invention of claim 17 A base substrate having a valve opening penetrating in a thickness direction, a frame-like frame fixed to one surface of the base substrate, a valve body disposed inside the frame and opening and closing the valve opening, the frame, and the frame A micro structure made of a semiconductor material integrally having a diaphragm-like bending portion connecting the valve body, and the thickness of the valve body on the opposite side of the valve body in the bending portion by the electrostatic force; A movable electrode for displacing in a direction, and a fixed electrode support substrate provided with a fixed electrode fixed to the frame on the side opposite to the base substrate in the microstructure and facing the movable electrode, A fluid space communicating with the outside through the valve port is formed between the microstructure and the base substrate, and the fixed electrode support substrate, the microstructure, and the base substrate are formed. A closed space surrounded by a second partition wall formed of at least the microstructure and the fixed electrode support substrate, wherein a fluid inlet is formed in a first partition wall that separates the fluid space from the outside. The pressure receiving medium is sealed in, and a pressure is applied to a part of the second partition so as to approach the base substrate to the flexible portion by being deformed so that the volume of the closed space is reduced by receiving the fluid pressure of the fluid. Is provided with pressure transmission means for acting, The fixed electrode support substrate constitutes a part of each of the first partition wall and the second partition wall, the inflow port is provided in the fixed electrode support substrate, and the fixed electrode support substrate is provided between the flexure part and the fixed electrode support substrate. A through-hole is provided in a portion corresponding to the space to be formed, and a flow-path tube fixed to the peripheral portion of the inflow port, and a peripheral portion of the through-hole in the fixed electrode support substrate branched from the flow-tube tube And the pressure transmission means is provided in the tube and also serves as a part of the second partition wall. According to the structure of this invention of Claim 17, If the voltage is appropriately applied between the movable electrode and the fixed electrode, an electrostatic force acts between the movable electrode and the fixed electrode so that the movable electrode comes into contact with the fixed electrode. Since the valve port is opened by bending, the size and the voltage can be reduced, and the volume of the closed space is reduced by the pressure transmission means receiving the fluid pressure of the fluid flowing into the fluid space. Since the pressure is applied so as to approach the base substrate to the bent portion by deformation so as to be reduced, the fluid pressure, which is the pressure that the bent portion receives directly from the fluid, and the pressure received from the pressure receiving medium are balanced. It is possible to prevent the valve opening from being opened by the fluid pressure of the fluid when the voltage is not applied between the movable electrode and the fixed electrode. of There may be applied to a fluid. According to the structure of the invention of claim 17, the By opening the valve port, the fluid introduced through the inflow port is discharged through the valve port. Therefore, in the thickness direction, the fixed electrode supporting substrate side is set as a fluid flowing side and the base substrate side is flowed out. Can be used as side.
[0034]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in any of the first to seventeenth aspects, the pressure receiving medium is made of an inert gas. According to the configuration of the eighteenth aspect of the invention, the opening / closing operation is stabilized and the reliability is improved.
[0035]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in any one of the first to seventeenth aspects, the pressure receiving medium is made of an electrically insulating liquid. According to the configuration of the nineteenth aspect of the invention, the opening / closing operation is stabilized and the reliability is improved.
[0036]
According to a twentieth aspect of the present invention, in the first to nineteenth aspects of the present invention, the microstructure is formed with a recess for increasing a pressure receiving area on a surface of the valve body facing the base substrate. It is characterized by. According to the structure of the twentieth aspect of the present invention, the pressure applied to the valve body through the valve port can be adjusted by adjusting the shape and size of the recess.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, the microvalve of this embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the bending part 22 etc. which are mentioned later, the deformation | transformation amount is exaggerated and described.
[0038]
The microvalve of the present embodiment includes a glass base substrate 10 having a valve port 11 penetrating in the thickness direction, and a semiconductor material (an upper surface in FIG. 1) fixed to the surface of the base substrate 10 in the thickness direction. In this embodiment, a microstructure 20 made of silicon is provided. Here, the microstructure 20 is arranged inside the frame 21 (see FIGS. 5 and 6) fixed to the one surface of the base substrate 10 and the valve port 11 so as to open and close. In addition, the valve body 23 that can be displaced in the thickness direction and a diaphragm-like bending portion 22 that connects the frame 21 and the valve body 23 are integrally provided. That is, the valve body 23 is supported by the frame 21 via the bending portion 22. Further, the valve body 23 of the microstructure 20 protrudes toward the valve port 11 from the surface of the flexure 22 facing the base substrate 10.
[0039]
The valve port 11 in the base substrate 10 is formed by a sandblasting method or etching with a hydrofluoric acid-based chemical solution simultaneously with an inlet 12 described later.
[0040]
The microstructure 20 is formed by processing a semiconductor substrate made of a silicon substrate by micromachining technology, and specifically, lithography technology, anisotropic etching using an alkaline solution, and deep drilling are possible. The frame 21, the bent portion 22, and the valve body 23 are formed using an etching technique such as dry etching using a dry etching apparatus. Here, the thickness dimension of the bending portion 22 may be set in the range of several μm to 20 μm, for example. The base substrate 10 may be Pyrex (registered trademark) having substantially the same thermal expansion coefficient as silicon and heat resistance.
[0041]
By the way, in the microvalve of the present embodiment, the frame 21 of the microstructure 20 and the base substrate 10 are fixed by anodic bonding without using a bonding material such as an adhesive or solder. Management becomes easier. However, in the present embodiment, when the frame 21 of the microstructure 20 and the base substrate 10 are fixed by anodic bonding, the valve port 11 is prevented from being bonded to the peripheral portion of the valve port 11 in the base substrate 10. An anti-bonding film (not shown) made of a metal material (for example, aluminum) is formed on the periphery. The anodic bonding was performed by superimposing the microstructure and the base substrate 10 and heating the microstructure 20 to 350 ° C. to 500 ° C. with the microstructure 20 as the anode (positive electrode) side and the base substrate 10 as the cathode (negative electrode) side. A voltage of 300 to 1000 V is applied in the state.
[0042]
In the present embodiment, the thickness of the bonding prevention film is set to 1 μm, but this thickness is not particularly limited. Here, as a means for preventing the joint between the valve body 23 and the peripheral portion of the valve port 11 in the base substrate 10, an insulating film (for example, a film thickness of 150 nm or more) is formed on the surface of the valve body 23 facing the base substrate 10. A bonding prevention film made of a silicon nitride film, a silicon oxide film having a film thickness of 500 nm or more, an alumina thin film having a film thickness of 50 nm or more, etc. may be provided. The joint prevention portion may be provided by roughening by a method or the like. Alternatively, the joint prevention portion may be provided on the valve body 23. The joint prevention portion may include a plurality of minute protrusions that contact the peripheral portion of the valve opening 11 in the base substrate 10. Also good.
[0043]
Further, the microvalve of the present embodiment displaces the valve body 23 in the thickness direction of the base substrate 10 by an electrostatic force acting between a pair of opposed electrodes, and constitutes one of the pair of electrodes. The movable electrode 24 is formed on the side of the flexure 22 opposite to the valve body 23 and fixed to the frame 21 of the microstructure 20 on the opposite side of the base substrate 10 to the fixed electrode support substrate 30 made of glass. A fixed electrode 31 constituting the other electrode is provided. Here, as the fixed electrode support substrate 30, Pyrex (registered trademark) having substantially the same thermal expansion coefficient as silicon and heat resistance may be adopted. Note that the gap formed between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 in a state in which the valve port 11 is closed by the valve body 23 is set to about several μm, but in this embodiment, the microstructure 20 Since the frame 21 and the fixed electrode support substrate 30 are fixed by anodic bonding without using a bonding material such as an adhesive or solder, the gap can be controlled with high accuracy.
[0044]
Here, the microvalve of this embodiment is shown in FIG. 1 in a state in which no voltage is applied between the electrodes 24 and 31 via pads 26a and 26b described later connected between the electrodes 24 and 31, respectively. When the valve body 11 is closed by the valve body 23 and a voltage higher than the specified voltage is applied between the electrodes 24 and 31, the valve body 23 is displaced away from the valve opening 11 as shown in FIG. 11 constitutes a normally closed type microvalve in which 11 is opened. That is, the distal end surface (the lower surface in FIG. 1) of the valve body 23 becomes a closed surface that closes the valve port 11. In the present embodiment, the valve body 23 is formed such that the total dimension of the thickness dimension of the bending portion 22, the thickness dimension of the valve body 23, and the thickness dimension of the bonding prevention film is equal to the thickness dimension of the frame 21. The thickness dimension is set.
[0045]
The movable electrode 24 is made of a metal thin film such as aluminum, nickel, titanium, tungsten, or gold, and is electrically connected to the pad 26a exposed on the one surface side of the frame 21 via a wiring 25a made of a diffusion wiring. Has been. The movable electrode 24 may be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method so as to fill the concave portion formed in the central portion of the surface on the fixed electrode support substrate 30 side in the bent portion 22, but the concave portion is not provided. Alternatively, the conductive layer may be laminated on the surface of the bending portion 22 or may be a conductor region doped with a p-type or n-type impurity at a high concentration.
[0046]
On the other hand, the fixed electrode 31 is made of a metal thin film such as aluminum, nickel, titanium, tungsten, or gold, and is electrically connected to the pad 26 b exposed on the one surface side of the frame 21. Here, the fixed electrode 31 and the pad 26b are a wiring 32 (see FIGS. 3 and 7) and a micro structure made of metal wiring disposed on the surface of the fixed electrode support substrate 30 facing the microstructure 20. They are electrically connected via a wiring 25b made of diffusion wiring formed on the one surface side of the frame 21 of the body 20. The wiring 32 and the fixed electrode 31 are formed of the same metal material. However, the wiring 32 and the wiring 25b are a contact 33 made of one end of the wiring 32 in the fixed electrode support substrate 30 and a contact made of a soft metal material provided in one end of the wiring 25b in the frame of the microstructure 20. The portion 27 is electrically connected by pressure contact during anodic bonding of the fixed electrode support substrate 30 and the microstructure 20. Note that the contact portion 27 on the microstructure 20 side is formed in, for example, a convex shape, and the contact portion 27 becomes a contact portion 33 on the fixed electrode support substrate 30 side when the fixed electrode support substrate 30 and the microstructure 20 are joined. It may be embedded or the reliability of electrical connection may be improved. Further, the base substrate 10 in FIG. 1 shows an AA ′ section in the plan view shown in FIG. 4, and the microstructure 20 in FIG. 1 shows an AA ′ section in FIGS. 5 and 6, respectively. The fixed electrode support substrate 30 inside shows the AA 'cross section in FIG. On the other hand, the microstructure 20 in FIG. 3 shows a BB ′ cross section in FIG. 5.
[0047]
The fixed electrode 31 may be formed by, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or the like. Further, each of the wirings 25a and 25b may be formed by diffusing a high-concentration p-type impurity (for example, boron) into a silicon substrate serving as a base material of the microstructure 20, for example. Moreover, as a material of each pad 26a, 26b, for example, aluminum or an alloy of aluminum and silicon may be employed. Further, the wiring 32 is composed of a metal wiring as described above, but a groove is formed on the surface of the fixed electrode support substrate 30 facing the microstructure 20, and the wiring 32 is embedded in the groove by a sputtering method or the like. By doing so, it is possible to align the surface of the wiring 32 and the surface of the fixed electrode support substrate 30 facing the microstructure 20 on the same plane.
[0048]
By the way, in the microvalve of this embodiment, the fixed electrode support substrate 30 is formed in a rectangular plate shape, and the fixed electrode support substrate 30 and the frame 21 of the microstructure 20 are anodically bonded to each other. A closed space 50 is formed between 30 and the microstructure 20. Here, the closed space is filled with a pressure receiving medium made of gas (for example, inert gas such as nitrogen, argon, xenon, helium, or air) or liquid (for example, fluorinate, silicone oil, freon, silicone gel, etc.). ing. Here, as the liquid used as the pressure receiving medium, a liquid having electrical insulation is preferable, and a liquid exhibiting conductivity, or a material that is polarized or charged is not preferable. In the microvalve of this embodiment, the gap formed between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 in a state where the valve port 11 is closed by the valve body 23 is about several μm. This is because if a conductive substance or ions are sandwiched between them, the valve element 23 may be driven by electrostatic force. In addition, when gas is used as the pressure receiving medium, long-term reliability is improved when an inert gas is used compared to when air is used, and a stable opening / closing operation is obtained.
[0049]
In the microvalve of the present embodiment, a fluid space 40 communicating with the outside through the valve port 11 is formed between the base substrate 10 and the microstructure 20, and penetrates in the thickness direction in the base substrate 10. An inflow port 12 that allows introduction of fluid into the fluid space 40 is formed away from the valve port 11, and the valve body 23 is displaced in a direction away from the valve port 11, whereby the valve port 11 and the fluid space 40 are The inflow port 12 communicates to form a fluid flow path. Here, in the present embodiment, the base substrate 10 and the microstructure 20 constitute a first partition that separates the fluid space 40 from the outside, and the inflow port 12 is formed in the first partition. The inlet 12 can be formed easily by sandblasting, dry etching, wet etching using a chemical solution such as hydrofluoric acid, ultrasonic processing using an ultrasonic horn, and the like, as with the valve port 11.
[0050]
By the way, the microstructure 20 integrally includes an intermediate frame 29 that divides the fluid space 40 into a first chamber 41 and a second chamber 42 that communicate with the valve port 11. Here, the thickness of the intermediate frame 29 is set to the same value as the thickness of the frame 21, one surface in the thickness direction is bonded to the base substrate 10, and the other surface in the thickness direction is fixed to the fixed electrode support substrate 30. Although joined, the intermediate frame 29 is formed with a communication portion 29 a (see FIG. 6) formed of a concave groove for communicating the first chamber 41 and the second chamber 42. Further, in the microstructure 20, the closed space 50 is also divided into two spaces by the intermediate frame 29, but the intermediate frame 29 has a communication portion 29b (see FIG. 5) formed of a concave groove that communicates the two spaces. Is formed. The concave groove serving as the former communication portion 29a is formed on the surface facing the base substrate 10 (the one surface), and the concave groove serving as the latter communication portion 29b is the surface facing the fixed electrode support substrate 30 (described above). It is formed on the other side.
[0051]
Further, in the microvalve of the present embodiment, the pressure in the direction approaching the base substrate 10 is applied to the bent portion 22 by receiving the fluid pressure of the fluid flowing into the fluid space 40 and deforming so that the volume of the closed space 50 is reduced. A cross-sectional corrugated plate-like (cross-sectional corrugated plate-like) pressure transmission section 28 to be applied is formed integrally with the microstructure 20. Here, the pressure transmission unit 28 is formed in a portion of the microstructure 20 that separates the second chamber 42 and the closed space 50 of the fluid space 40. Therefore, in the microvalve of the present embodiment, when the fluid flows into the second chamber 42 and the pressure transmission unit 50 is pushed toward the closed space 50, the pressure transmission unit 50 is bent and the pressure receiving medium in the closed space 50 is compressed and bent. Since the part 22 is pushed to the first chamber 41 side, a force is applied in a direction to bring the valve body 23 closer to the valve port 11. Therefore, in a state where no voltage is applied between the electrodes 24 and 31, the valve port 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. On the other hand, when a voltage equal to or higher than a specified voltage necessary for the valve body 23 to open the valve port 11 against the above force is applied between the electrodes 24 and 31, as shown in FIG. Since the flexible portion 22 is bent so that the movable electrode 24 comes into contact with the fixed electrode 31 and the valve port 11 is opened, the fluid introduced into the inlet 12 is the inlet 12 -the second chamber 42 -the communication portion 29a -the first chamber. It flows in the flow path of 41-valve port 11.
[0052]
In this embodiment, the microstructure 20 and the fixed electrode support substrate 30 constitute a second partition, and the pressure transmission unit 28 constitutes a pressure transmission means provided in a part of the second partition. ing. Moreover, in this embodiment, since the pressure transmission part 28 is formed in cross-sectional corrugated plate shape, it becomes easy to bend compared with the case where it forms in flat plate shape.
[0053]
By the way, in forming the cross-sectional corrugated plate-shaped pressure transmission part 28 as described above, after forming the thin part 2 (see FIG. 8) composed of a part of the silicon substrate that becomes the base material of the microstructure 20, Photoresist is applied to both surfaces of the thin portion 2 in the thickness direction, and the photoresist is patterned by a lithography technique, thereby forming resist layers 61a and 61b patterned as shown in FIG. The resist layer 61a formed on one surface (the upper surface in FIG. 8A) and the resist layer 61b formed on the other surface (the lower surface in FIG. 8A) are the same as those in FIG. The resist layers 61a and the resist layers 61b are patterned so as to be alternately arranged in the left-right direction.
[0054]
After the patterned resist layers 61a and 61b are formed, p-type impurities are doped at a high concentration into the thin-walled portion 2 by ion implantation using the resist layers 61a and 61b as a mask to form a high-concentration p-type impurity region (p ++ By forming etching stop layers 62a and 62b composed of regions, the structure shown in FIG. 8B is obtained. Next, after removing the resist layers 61a and 61b with fuming nitric acid or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) to obtain the structure shown in FIG. 8C, the structure is immersed in ethylenediamine pyrocatechol and the like, and then the etching stop. By using the layers 62a and 62b as a mask, the silicon substrate 2 is anisotropically etched with an alkaline solution or isotropically etched with hydrofluoric acid or the like, whereby pressure transmission in a cross-sectional corrugated plate shape as shown in FIG. The portion 28 can be formed.
[0055]
As can be seen from the above description, the microvalve of the present embodiment is manufactured using a micro-electro-mechanical system (MEMS) technology. In addition to the standard CCVD method and sputtering method for thin film formation, impurity diffusion, thermal oxidation treatment, pattern formation by photolithography, dry etching technology and wet etching technology, the MEMS technology includes There are anodic bonding of silicon wafer and glass substrate, direct bonding of silicon wafers, deep aspect technology of high aspect ratio, and high precision (several μm) of 3D structure in which glass or another wafer is bonded to wafer. The following is formed.
[0056]
Thus, in the normally closed type microvalve of the present embodiment, the valve body 23 closes the valve port 11 by bending the pressure transmitting portion 28 that receives the pressure of the fluid flowing into the second chamber 42 through the inflow port 12. Therefore, it is possible to balance the pressure received by the flexure 22 from the fluid and the pressure received by the flexure 22 from the pressure receiving medium, and no voltage is applied between the electrodes 24 and 31. Since the bending portion 22 is sometimes pushed up by the fluid pressure and the valve port 11 can be prevented from being opened (that is, the valve port 11 can be kept closed by the valve body 23). It can be applied to high fluids. On the other hand, if a voltage is applied between the electrodes 24 and 31, an electrostatic force is generated between the electrodes 24 and 31, and therefore, if a voltage higher than the specified voltage is applied between the electrodes 24 and 31, FIG. As described above, since the bending portion 22 is bent so that the movable electrode 24 contacts the fixed electrode 31, the valve port 11 can be opened, and it can be used for an electronic device using a small and low-voltage power source. it can. Here, in the microvalve of this embodiment, the gap between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 can be managed with high accuracy, and the stroke amount of the valve element 23 can be set to about several μm. Even a fluid with good responsiveness and high viscosity can control a small amount of fluid of several μl / min level with high accuracy and high speed. Moreover, since the stroke amount of the valve body 23 is small, the valve port 11 can be opened and closed by applying a voltage of about several volts.
[0057]
In addition, since the silicon wafer formed with a large number of microstructures, the glass substrate formed with a large number of base substrates 10 and the glass substrate formed with a large number of fixed electrode support substrates 30 are anodic bonded in wafer units and then dicing is performed, Manufacturing cost can be reduced and productivity is good. Further, since the bending portion 22 also uses the lithography technique and the etching technique, it can be formed with an accuracy of several μm or less.
[0058]
(Embodiment 2)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 9, pads 26 a and 26 b are formed on the surface on the fixed electrode support substrate 30 side and the frame 21 in the bent portion 22. The closed surface is arranged between the fixed electrode support substrate 30 and the microstructure 20 by arranging the recess 30a on the surface of the fixed electrode support substrate 30 facing the microstructure 20 on the same plane. 50, and the fixed electrode 31 is disposed on the inner bottom surface of the recess 30a provided in the fixed electrode support substrate 30. Here, in the fixed electrode support substrate 30, a protruding portion 36 that divides the closed space 50 into two spaces protrudes from the inner bottom surface of the recess 30 a toward the intermediate frame 29, and the protruding portion 36 includes the two spaces. A communication portion 36a is formed for communicating the. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0059]
Therefore, in the microvalve of the present embodiment, as compared to the case where the closed space 50 is formed by providing the bending portion 22 and the pressure transmission portion 28 in the middle in the thickness direction of the microstructure 20 as in the first embodiment. Since the thickness dimension of the microstructure 20 can be reduced, the thickness dimension of the entire microvalve can be reduced as compared with the first embodiment.
[0060]
(Embodiment 3)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and instead of providing the communication portion 29a for communicating the first chamber 41 and the second chamber 42 in the intermediate frame 29 described in the first embodiment. In addition, as shown in FIG. 10, the flow port 13 communicating with the first chamber 41 of the fluid space 40 is provided so as to penetrate in the thickness direction of the base substrate 10. Here, the flow port 13 in the base substrate 10 is formed away from the valve port 11, but can be formed simultaneously with the valve port 11 and the inflow port 12. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0061]
In the microvalve of the present embodiment, the fluid is introduced through the inlet 12 into the second chamber 42 separated from the first chamber 41 by the intermediate frame 29, and flows into the second chamber 42 through the inlet 12. Since the force in the direction in which the valve body 23 closes the valve port 11 acts when the pressure transmitting unit 28 that receives the pressure of the fluid to bend is deflected, the valve port can be opened when no voltage is applied between the electrodes 24 and 31. 11 or the fluid pressure of the fluid introduced into the flow port 13 can prevent the bent portion 22 from being pushed up to open the valve port 11 (the valve body 11 can be kept closed by the valve body 23). ).
[0062]
In short, in the microvalve of the present embodiment, when no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the valve port 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. If a voltage equal to or higher than a specified voltage is applied between the fixed electrode 31 and the movable electrode 24 is displaced toward the fixed electrode 31 due to electrostatic force, the movable electrode 24 contacts the fixed electrode 31 as shown in FIG. The opening 11 is opened, and the flow path of the valve port 11 -the first chamber 41 -the flow port 13 is formed, and the fluid introduced into the first chamber 41 through the valve port 11 is discharged to the outside through the flow port 13. The
[0063]
Therefore, in the microvalve of the present embodiment, the flow path length of the fluid passing through the valve port 11 can be shortened as compared with the first and second embodiments. In addition, the pressure applied from both the thickness direction of the bending portion 22 can be adjusted separately, and the design becomes easy. Further, since the communication portion 29a is formed as compared with the first embodiment, the number of processes can be reduced, and the number of processes can be reduced.
[0064]
(Embodiment 4)
The basic configuration of the microvalve of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the inlet 12 described in the first embodiment is not provided in the base substrate 10, and as shown in FIG. A through-hole 21a penetrating in the thickness direction is formed in the frame 21, and a communication portion 21b including a concave groove that connects the through-hole 21a and the second chamber is formed, and the fixed electrode support substrate 30 communicates with the through-hole 21a. The point which penetrates the inflow port 34 to perform is different. Here, the through hole 21b can be formed by an etching apparatus capable of deep drilling (for example, a dry etching apparatus using inductively coupled plasma). In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0065]
In the microvalve of this embodiment, the inflow port 34 penetrating the fixed electrode support substrate 30 communicates with the second chamber 42 through the through hole 21a and the communication portion 21b formed in the microstructure 20, and the intermediate frame 29 Thus, the fluid is introduced through the inlet 34 into the second chamber 42 isolated from the first chamber 41. Accordingly, since the pressure transmitting portion 28 that receives the pressure of the fluid flowing into the second chamber 42 through the inflow port 34 bends, a force in a direction in which the valve body 23 closes the valve port 11 acts. It is possible to prevent the bent portion 22 from being pushed up by the fluid pressure of the fluid introduced into the flow port 34 when no voltage is applied therebetween, and the valve port 11 to be opened (the valve body 11 is used to open the valve port 11). Can be kept closed).
[0066]
In short, in the microvalve of the present embodiment, when no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the valve port 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. If a voltage equal to or higher than a specified voltage is applied between the fixed electrode 31 and the movable electrode 24 is displaced toward the fixed electrode 31 by electrostatic force, the movable electrode 24 contacts the fixed electrode 31 as shown in FIG. Mouth 11 is opened, Inflow 34-through hole 21a-communication portion 21b-second chamber 42-communication portion 29a-first chamber 41-valve port 11 will be formed. Inflow The fluid introduced into the first chamber 41 through 34 is discharged to the outside through the valve port 11.
[0067]
Thus, in the microvalve of the present embodiment, the fluid introduced from the fixed electrode support substrate 30 side can be discharged from the base substrate 10 side. That is, in the first embodiment, the valve port 11 and the inlet 12 are formed on one surface side in the thickness direction of the microvalve, whereas in the microvalve of the present embodiment, the valve port 11 is formed on one surface side in the thickness direction. On the other side Inflow 34 is formed.
[0068]
(Embodiment 5)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the communication portion 29a formed on the base substrate 10 side in the intermediate frame 29 described in the first embodiment is not provided. As shown, the frame 21 of the microstructure 20 is formed with a through hole 21a that penetrates in the thickness direction, and a communication portion 21b that is a concave groove that connects the through hole 21a and the second chamber. A difference is that a flow port 34 communicating with the through hole 21a is provided in the support substrate 30. In the present embodiment, the pad 26a electrically connected to the movable electrode 24 is formed on the fixed electrode support substrate 30, and the movable electrode 24 and the pad 26a are formed from the diffusion wiring formed on the microstructure 20. The wiring 25a, the contact portion 27a, and the wiring 32a made of metal wiring formed on the fixed electrode support substrate 30 side are electrically connected. Although not shown, a pad electrically connected to the fixed electrode 31 is also provided on the fixed electrode support substrate 30. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0069]
In the microvalve of the present embodiment, the flow port 34 penetrating the fixed electrode support substrate 30 communicates with the first chamber 41 through the through hole 21a and the communication portion 21b formed in the microstructure 20, and the intermediate frame 29 Thus, the fluid is introduced into the second chamber 42 isolated from the first chamber 41 through the inflow port 12. Accordingly, since the pressure transmitting portion 28 that receives the pressure of the fluid flowing into the second chamber 42 through the inflow port 12 bends, a force in a direction in which the valve body 23 closes the valve port 11 acts. It is possible to prevent the bent portion 22 from being pushed up by the fluid pressure of the fluid introduced into the valve port 11 when no voltage is applied between them, thereby opening the valve port 11 (the valve body 11 can be used to prevent the valve port 11 from being opened). Can be kept closed).
[0070]
In short, in the microvalve of the present embodiment, when no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the valve port 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. If a voltage equal to or higher than a specified voltage is applied between the fixed electrode 31 and the movable electrode 24 is displaced toward the fixed electrode 31 by electrostatic force, and the movable electrode 24 contacts the fixed electrode 31 as shown in FIG. The port 11 is opened, and a flow path of the valve port 11 -the first chamber 41 -the communication portion 21b -the through hole 21a -the flow port 34 is formed, and the fluid introduced into the first chamber 41 through the valve port 11 is formed. It is discharged to the outside through the circulation port 34.
[0071]
Thus, in the microvalve of the present embodiment, the fluid introduced from the base substrate 10 side can be discharged from the fixed electrode support substrate 30 side. That is, in the first embodiment, the valve port 11 and the inlet 12 are formed on one surface side in the thickness direction of the microvalve, whereas in the microvalve of the present embodiment, the valve port 11 is formed on one surface side in the thickness direction. A circulation port 34 is formed on the other side. Note that the microvalve of the present embodiment uses the fixed electrode support substrate 30 as the mother substrate side when mounted on a mother substrate provided with only one flow hole for taking in fluid.
[0072]
(Embodiment 6)
Hereinafter, the microvalve of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 16 shows the AA ′ cross section in the plan view of FIG. 18, and the microstructure 20 in FIG. 16 shows the AA ′ cross section in the bottom view of FIG. 19.
[0073]
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 16 and 19, the planar shape of the bending portion 22 is formed in an octagonal shape, and the second in the fluid space 40. The difference is that the chamber 42 is formed so as to surround the first chamber 41 over the entire circumference, and the pressure transmission portion 28 is formed so as to surround the intermediate frame 19 over the entire circumference. In this embodiment, in the intermediate frame 29 that divides the first chamber 41 and the second chamber 42, four communication portions 29a are formed on the base substrate 10 side, and four communication portions 29b are formed on the fixed electrode support substrate 30 side. Is formed. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0074]
Therefore, the principle of operation of the microvalve of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and when no voltage is applied between the electrodes 24 and 31, as shown in FIG. 11 is closed. On the other hand, if a voltage higher than a specified voltage required for the valve body 23 to open the valve port 11 is applied between the electrodes 24 and 31, the valve port 11 is opened as shown in FIG. The fluid introduced into the fluid 12 flows in the flow path of the inlet 12 -the second chamber 42 -the communication portion 29a -the first chamber 41 -the valve port 11.
[0075]
In the microvalve of the present embodiment, since the microstructure 20 as described above is employed, the valve port 11 can be formed in the center portion of the base substrate 10, and the second chamber in the pressure transmission unit 28. The area on the 42 side can be made larger than in the first embodiment.
[0076]
In this embodiment, four each of the communication portions 29a and 29b are formed. However, the number of the communication portions 29a and 29b is not particularly limited, and there may be one or more each. In the present embodiment, only one inflow port 12 is formed. However, the number of the inflow ports 12 is not particularly limited, and may be one or more.
[0077]
(Embodiment 7)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and is different in that a pressure transmission portion 28 as a pressure transmission means is formed by a flat diaphragm as shown in FIG. Here, although the thickness dimension of the pressure transmission part 28 is set smaller than the thickness dimension of the bending part 22, these each dimension is not specifically limited. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0078]
The microvalve of the present embodiment is easier to manufacture than the case where the pressure transmission portion 28 is formed in a cross-sectional corrugated plate shape as in the first embodiment.
[0079]
(Embodiment 8)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 21, the pressure transmission portion 28, which is a pressure transmission means, is formed by a thin flat diaphragm, The difference is that the portion 28 is provided closer to the base substrate 10 than the bending portion 22 in the thickness direction of the base substrate 10. Here, the pressure transmission unit 28 is provided closer to the base substrate 10 than the fixed electrode support substrate 30 in the thickness direction. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0080]
Thus, in the microvalve of the present embodiment, the pressure transmission portion 28 as a pressure transmission means is formed by a flat diaphragm, so that the pressure transmission portion 28 is formed in a cross-sectional corrugated plate shape as in the first embodiment. Manufacturing is easier than in the case, and the volume of the second chamber 42 can be reduced by providing the pressure transmission part 28 closer to the base substrate 10 than the bending part 22, and pressure can be reduced. The transmission part 28 can be easily bent.
[0081]
(Embodiment 9)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the eighth embodiment, and is different in that the pressure transmission portion 28 is formed in a cross-sectional corrugated plate shape as shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the eighth embodiment, the same components as those of the eighth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0082]
The operation principle of the microvalve of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. In the state where no voltage is applied between the electrodes 24 and 31, as shown in FIG. It is closed. On the other hand, if a voltage equal to or higher than a specified voltage required for the valve body 23 to open the valve port 11 is applied between the electrodes 24 and 31, the movable electrode 24 abuts on the fixed electrode 31 by electrostatic force, and the valve port 11 opens, the fluid introduced into the inlet 12 flows through the flow path of the inlet 12 -the second chamber 42 -the communication portion 29a -the first chamber 41 -the valve port 11.
[0083]
In the microvalve of the present embodiment, since the pressure transmission portion 28 is formed in a corrugated cross section, the pressure transmission portion 28 is more easily bent than in the eighth embodiment, and the pressure transmission portion 28 is provided in the same manner as in the eighth embodiment. Since it is provided on the side closer to the base substrate 10 than the bent portion 22, it can be applied to a fluid having a higher fluid pressure, and the pressure transmitting portion 28 can be bent more greatly as shown in FIG. The force for pressing the valve element 23 against the peripheral portion of the valve port 11 in the base substrate 10 when no voltage is applied between the base plates 10 can be increased.
[0084]
(Embodiment 10)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 24, the pressure transmission unit 28 serving as pressure transmission means is made of a metal material (for example, aluminum, stainless steel, nickel, etc.). The point which is comprised by the metal thin film which becomes is different. Here, the metal thin film constituting the pressure transmission unit 28 may be formed by, for example, sputtering, vapor deposition, plating, or the like. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0085]
Thus, in the present embodiment, the thickness of the pressure transmission unit 28 is larger than that in the case where the pressure transmission unit 28 is configured by a part of the silicon substrate that is the base material of the microstructure 20 as in the above embodiments. The size can be reduced, and the elastic characteristics of the pressure transmission unit 28 can be set as appropriate. In the present embodiment, the pressure transmission unit 28 is formed of a metal thin film, but a metal thin film piece may be directly attached to the microstructure 20.
[0086]
(Embodiment 11)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 25, the inflow port 21 c formed of a concave groove that communicates the second chamber 42 with the outside is provided in the microstructure 20. The difference is that it is formed on the frame 21. Here, the inflow port 21 c is formed on the surface of the frame 21 facing the base substrate 10. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0087]
Therefore, in the microvalve of the present embodiment, the wall in which the valve port 11 is formed and the wall in which the inflow port 21c is formed in the first partition configured by the base substrate 10 and the microstructure 20 are formed. Since they are orthogonal, the flow path formed outside the microvalve can be used, for example, when the inlet side and the outlet side of the microvalve are orthogonal.
[0088]
Embodiment 12
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 26, the second chamber and the closed space 50 are formed in the portion where the pressure transmission portion 28 is formed in the first embodiment. A flat plate-like partition portion 22d is formed, and the pressure transmission portion 28 is formed by a thin portion interposed between the partition portion 22d and the base substrate 1. In the present embodiment, the pressure transmitting portion 28 is formed with a second chamber 42 on one surface side in the thickness direction of the pressure transmitting portion 28, and formed between the other surface in the thickness direction of the pressure transmitting portion 28 and the frame 21. The space communicates with the closed space 50 through a communication hole 22c penetrating the partition portion 22d. Here, the pressure transmission unit 28 in the present embodiment is formed so as to protrude from the surface facing the base substrate 10 in the partition 22d toward the base substrate 10, and the tip surface of the pressure transmission unit 28 is the base substrate 10. It is joined to. In short, the pressure transmission unit 28 is a part of the microstructure 20 and includes a thin portion formed along one plane including the thickness direction of the base substrate 10. Therefore, the pressure transmission unit 28 can be bent by the fluid pressure of the fluid introduced into the second chamber 42 through the inlet 12 of the base substrate 10. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0089]
(Embodiment 13)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the fourth embodiment. As shown in FIG. 27, the second chamber and the closed space 50 are provided in the portion where the pressure transmission portion 28 is formed in the first embodiment. Is formed, and the pressure transmitting portion 28 is formed so as to protrude toward the fixed electrode support substrate 30 from the surface facing the fixed electrode support substrate 30 in the partition portion 22d. The point where the front end surface of the transmission part 28 is joined to the fixed electrode support substrate 30, communicates with the second chamber 42. Inflow The difference is that 34 is penetrated through the fixed electrode support substrate 30. In short, the pressure transmission unit 28 is a part of the microstructure 20 and includes a thin portion formed along one plane including the thickness direction of the base substrate 10. Therefore, the pressure transmission unit 28 is connected to the fixed electrode support substrate 30. Inflow It can be bent by the fluid pressure of the fluid introduced into the second chamber 42 through 34. Since the other configuration is the same as that of the fourth embodiment, the embodiment 4 The same components as those in FIG. The operation principle of the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment.
[0090]
(Embodiment 14)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 28, the flow port 34 as an inflow port for introducing fluid into the second chamber 42 is provided in the fixed electrode support substrate 30. The difference is that the through hole 37 is penetrated through the fixed electrode support substrate 30 and the pressure transmission part 28 is disposed so as to close the through hole 37 of the fixed electrode support substrate 30. Further, a glass or resin channel pipe 71 is fixed to the peripheral portion of the flow port 34 in the fixed electrode support substrate 30, and a tube 72 branched from the channel pipe 71 is fixed to the peripheral portion of the pressure transmission unit 28. Yes. Further, a tube 73 is fixed to the peripheral portion of the valve port 11 on the surface of the base substrate 10 opposite to the microstructure 20. Therefore, in the present embodiment, the microstructure 20, the fixed electrode support substrate 30, and the pressure transmission unit 28 constitute a second partition that separates the closed space 50 from the outside. Further, in the present embodiment, the pressure transmission unit 28 serving as a pressure transmission unit may be formed of an elastic organic thin film or the like, and may be a rubber or rubber film made of silicone resin, a rubber or rubber film made of fluorine resin, or the like. . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0091]
When the voltage is not applied between the electrodes 24 and 31, the microvalve of the present embodiment has a volume of the closed space 50 due to the pressure of the fluid that reaches the pressure transmission unit 28 through the tube 72 branched from the flow channel 71. Is compressed and a force in a direction to bring the valve body 23 closer to the valve opening 11 acts on the bending portion 22, so that the valve opening 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. 28. On the other hand, when a voltage equal to or higher than a specified voltage required for the valve body 23 to open the valve port 11 is applied between the electrodes 24 and 31, the movable electrode 24 is fixed by the electrostatic force as shown in FIG. 31 and the valve port 11 opens, so that the fluid introduced into the microvalve through the flow channel 71 is flow channel 71 -flow port 34 -second chamber 42 -communication portion 29a -first chamber 41 -tube 73. The fluid flows through the flow path.
[0092]
In the present embodiment, the pressure transmission unit 28 is disposed on the surface of the fixed electrode support substrate 30 opposite to the surface facing the microstructure 20, but on the surface facing the microstructure 20. You may make it arrange | position the pressure transmission part 28. FIG.
[0093]
(Embodiment 15)
The basic configuration of the microvalve of this embodiment is substantially the same as that of the fourteenth embodiment, and as shown in FIG. The inner diameter of the passage pipe 71 is characterized in that the flow port 34 and the pressure transmission portion 28 are placed in the opening of the flow pipe 71. Since the other configuration is the same as that of the fourteenth embodiment, the same components as those of the fourteenth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0094]
Therefore, in the microvalve of the present embodiment, it is not necessary to branch the tube 72 from the flow channel tube 71 as in the fourteenth embodiment. Manufacturing is facilitated as compared to the case where the substrate 30 and the pressure transmission unit 28 are fixed.
[0095]
(Embodiment 16)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the fourteenth embodiment, and as shown in FIG. 31, a pressure transmission portion 28 serving as a pressure transmission means is made of a metal material (aluminum, nickel, titanium, stainless steel, chrome, etc. It is different in that it is formed by a metal thin film made of Here, the thickness dimension of the pressure transmission part 28 may be set in the range of several μm to several tens of μm, for example. Since the other configuration is the same as that of the fourteenth embodiment, the same components as those of the fourteenth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0096]
(Embodiment 17)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the fourteenth embodiment, and as shown in FIG. Is different. In the present embodiment, the microstructure 20, the fixed electrode support substrate 30, the tube 72, and the pressure transmission unit 28 constitute a second partition that separates the closed space 50 from the outside. In addition, since the other configuration is the same as that of the fourteenth embodiment, the same components as those of the fourteenth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0097]
In the present embodiment, the pressure transmission unit 28 is disposed in the tube 72 in the vicinity of the flow channel 71, but may be provided in the tube 72 near the through hole 37 of the fixed electrode support substrate 30, You may provide between them.
[0098]
(Embodiment 18)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the third embodiment, and as shown in FIG. 33, a recess 23a for increasing the pressure receiving area is formed on the face of the valve body 23 facing the base substrate 10. Thus, the area of receiving the pressure of the fluid flowing in from the valve port 11 is increased. Here, in this embodiment, the balance between the pressure received by the bent portion 22 from the closed space 50 side and the pressure received by the valve body 23 from the valve port 11 side can be adjusted by the shape and dimensions of the recess 23a. For example, when the pressure that the bending portion 22 receives from the closed space 50 side is too large, the area on the closing surface side of the valve body 23 may be increased to increase the force for pushing the valve body 23 down to the valve port 11 side. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0099]
In the microvalve of the present embodiment, when no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the valve port 11 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. When a voltage equal to or higher than a specified voltage is applied between the movable electrode 24 and the movable electrode 24, the movable electrode 24 is displaced toward the fixed electrode 31 by electrostatic force and the movable electrode 24 contacts the fixed electrode 31 as shown in FIG. Is opened, and the flow path of the valve port 11 -the first chamber 41 -the flow port 13 is formed, and the fluid introduced into the first chamber 41 through the valve port 11 is discharged to the outside through the flow port 13. In addition, you may employ | adopt the valve body 23 like this embodiment in other embodiment.
[0100]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, by adopting the above-described configuration, if an appropriate voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode, an electrostatic force acts between the movable electrode and the fixed electrode. Since the bent portion is bent so that the movable electrode comes into contact with the fixed electrode and the valve port is opened, the size and the voltage can be reduced, and the pressure transmitting means flows into the fluid space. In response to the fluid pressure of the fluid, the deformation is performed so as to reduce the volume of the closed space, and the pressure in the direction approaching the base substrate is applied to the flexure, so that the flexure is a pressure that the flexure receives directly from the fluid. It is possible to balance the pressure and the pressure received from the pressure receiving medium, and when the voltage is not applied between the movable electrode and the fixed electrode, the bending portion is pushed up by the fluid pressure of the fluid, and the valve Since it is possible to prevent from opening, there is an effect that can be applied to the high fluid pressure fluid.
[0101]
In the invention of claim 2, by adopting the above configuration, the pressure transmission means receives the fluid pressure of the fluid introduced from the inflow port and applies a pressure in a direction approaching the base to the flexure part. There is an effect of becoming.
[0102]
According to a third aspect of the present invention, by adopting the above-described configuration, the pressure transmission means receives the fluid pressure of the fluid introduced from the inflow port and applies a pressure in a direction approaching the base to the bending portion. There is an effect of becoming.
[0103]
In the invention of claim 4, since the fluid passage is formed by the valve port, the first chamber, and the flow port by adopting the above configuration, the first chamber is formed in the bending portion. The pressure received from the side and the pressure received from the closed space side by the pressure transmission means can be adjusted separately.
[0104]
Since the fluid introduced through the through hole is discharged through the valve port by opening the valve port, the fixed electrode support substrate in the thickness direction is adopted. There is an effect that the side can be used as a fluid flow side and the base substrate side can be used as a fluid flow side.
[0105]
The invention of claim 6 employs the above-described configuration, so that by opening the valve port, the fluid introduced through the flow port is discharged through the valve port, so the fixed electrode support substrate in the thickness direction. There is an effect that the side can be used as a fluid flow side and the base substrate side can be used as a fluid flow side.
[0106]
According to the seventh aspect of the present invention, there is an effect that the respective areas of the fluid space side and the closed space side of the pressure transmission means can be increased by adopting the above configuration.
[0107]
The invention according to claim 8 is advantageous in that the pressure transmission means can be easily formed by a micromachining technique by adopting the above configuration.
[0108]
The ninth aspect of the invention has the effect that the pressure transmitting means can be easily bent as compared with the eighth aspect of the invention by adopting the above configuration.
[0109]
According to the tenth aspect of the present invention, by adopting the above-described configuration, it is possible to increase the deflection of the pressure transmission means, and there is an effect that the invention can be applied to a fluid having a higher fluid pressure.
[0110]
According to the eleventh aspect of the present invention, by adopting the above configuration, there is an effect that the pressure transmission means can be easily formed by a micromachining technique.
[0111]
In the invention of claim 12, by adopting the above configuration, the inflow port and the valve port can be formed in the base substrate at the same time, which facilitates manufacture, and the inflow port and the valve port. This has the effect of facilitating the management of the relative position.
[0112]
According to the thirteenth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, there is an effect that the pressure transmitting means can be easily formed by a micromachining technique.
[0113]
According to the fourteenth aspect of the present invention, since the fluid introduced through the inflow port is discharged through the valve port by opening the valve port by adopting the above configuration, the fixed electrode support substrate in the thickness direction. The side can be used as a fluid flowing side and the base substrate side can be used as a fluid flowing out side, and the pressure transmitting means can be easily manufactured as compared with the case where the pressure transmitting means is formed integrally with the microstructure. There is.
[0114]
According to the fifteenth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, there is an effect that it is possible to appropriately set the elastic characteristics of the pressure transmitting means.
[0115]
According to the sixteenth aspect of the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to appropriately set the elastic characteristics of the pressure transmission means.
[0116]
According to the seventeenth aspect of the present invention, since the fluid introduced through the inflow port is discharged through the valve port by opening the valve port by adopting the above configuration, the fixed electrode support substrate in the thickness direction. There is an effect that the side can be used as a fluid flow side and the base substrate side can be used as a fluid flow side.
[0117]
The invention of claim 18 has the effects that the opening / closing operation is stabilized and the reliability is improved by adopting the above configuration.
[0118]
According to the nineteenth aspect, by adopting the above-described configuration, there are effects that the opening / closing operation is stabilized and the reliability is improved.
[0119]
According to the twentieth aspect, by adopting the above configuration, there is an effect that the pressure applied to the valve body through the valve port can be adjusted by adjusting the shape and size of the recess.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment.
FIG. 2 is an operation explanatory view of the above.
FIG. 3 is a schematic sectional view of the above.
FIG. 4 is a plan view of the base substrate in the same as above.
FIG. 5 is a plan view of the microstructure in the same as above.
FIG. 6 is a bottom view of the microstructure in the same as above.
FIG. 7 is a bottom view of the fixed electrode support substrate of the above.
FIG. 8 is a main process sectional view for explaining the manufacturing method of the main part of the same.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment.
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 13 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment.
FIG. 15 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 16 is a schematic sectional view showing Embodiment 6;
FIG. 17 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 18 is a plan view of the base substrate in the above.
FIG. 19 is a bottom view of the microstructure in the same as above.
20 is a schematic sectional view showing Embodiment 7. FIG.
FIG. 21 is a schematic sectional view showing Embodiment 8. FIG.
22 is a schematic sectional view showing Embodiment 9. FIG.
FIG. 23 is an operation explanatory view of the above.
24 is a schematic sectional view showing Embodiment 10. FIG.
25 is a schematic sectional view showing Embodiment 11. FIG.
FIG. 26 is a schematic sectional view showing Embodiment 12. FIG.
27 is a schematic sectional view showing Embodiment 13. FIG.
28 is a schematic sectional view showing Embodiment 14. FIG.
FIG. 29 is an operation explanatory view of the above.
30 is a schematic sectional view showing Embodiment 15. FIG.
FIG. 31 is a schematic sectional view showing Embodiment 16;
FIG. 32 is a schematic sectional view showing Embodiment 17;
33 is a schematic sectional view showing Embodiment 18. FIG.
FIG. 34 is a diagram for explaining the operation of the above.
FIG. 35 is a schematic sectional view showing a conventional example.
FIG. 36 is a diagram for explaining the operation of the above.
[Explanation of symbols]
10 Base substrate
11 Valve mouth
12 Inlet
20 Microstructure
21 frames
22 flexure
23 Disc
24 Movable electrode
25a wiring
25b Wiring
26a pad
26b pad
28 Pressure transmitter
29 Intermediate frame
29a Communication part
29b Communication part
30 Fixed electrode support substrate
31 Fixed electrode
34 Distribution outlet
40 Fluid space
41 Room 1
42 Room 2
50 enclosed space
71 Channel pipe
72 tubes
73 tubes

Claims (20)

弁口が厚み方向に貫設されたベース基板と、前記ベース基板の一表面に固着された枠状のフレームおよび前記フレームの内側に配置され前記弁口を開閉する弁体および前記フレームと前記弁体とを連結するダイヤフラム状の撓み部を一体に有する半導体材料からなるマイクロ構造体と、前記撓み部における前記弁体とは反対側の面に配設され前記弁体を静電力により前記厚み方向へ変位させるための可動電極と、前記マイクロ構造体における前記ベース基板とは反対側で前記フレームに固着され且つ前記可動電極に対向する固定電極が設けられた固定電極支持基板とを備え、前記マイクロ構造体と前記ベース基板との間に前記弁口を通して外部と連通する流体空間が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記ベース基板とで構成されて前記流体空間を外部と隔てる第１の隔壁に流体の流入口が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記固定電極支持基板とで構成される第２の隔壁により囲まれた閉鎖空間に受圧媒体が封入され、前記第２の隔壁の一部に、前記流体空間に流入した流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積が縮小するように変形することで前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させる圧力伝達手段が設けられてなることを特徴とするマイクロバルブ。A base substrate having a valve port penetrating in a thickness direction; a frame-like frame fixed to one surface of the base substrate; a valve body disposed inside the frame to open and close the valve port; and the frame and the valve A micro structure made of a semiconductor material integrally having a diaphragm-like flexible portion connecting the body, and the valve body in the thickness direction by electrostatic force disposed on the surface of the flexible portion opposite to the valve body. A movable electrode for displacing to the frame, and a fixed electrode support substrate provided with a fixed electrode fixed to the frame on the side opposite to the base substrate in the microstructure and facing the movable electrode, A fluid space that communicates with the outside through the valve port is formed between the structure and the base substrate, and includes at least the microstructure and the base substrate. A fluid inlet is formed in a first partition that separates the fluid space from the outside, and a pressure receiving medium is in a closed space surrounded by at least a second partition configured by the microstructure and the fixed electrode support substrate. A direction of approaching the base substrate to the bent portion by being encapsulated and deformed so that a volume of the closed space is reduced by receiving a fluid pressure of the fluid flowing into the fluid space in a part of the second partition wall A microvalve characterized in that pressure transmission means for applying the pressure is provided. 前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる連通部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The microstructure integrally includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber communicating with the valve port and a second chamber communicating with the inflow port, and the first chamber and the second chamber are provided. The microvalve according to claim 1, wherein a communication portion for communication is formed. 前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記圧力伝達手段は、前記マイクロ構造体において前記閉鎖空間と前記第２室とを隔てる部位に設けられてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The microstructure includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber that communicates with the valve port and a second chamber that communicates with the inflow port, and the pressure transmission means is provided in the microstructure. The microvalve according to claim 1, wherein the microvalve is provided at a site separating the closed space and the second chamber. 前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記ベース基板は、前記第１室に連通する流通口が前記弁口から離間して前記厚み方向に貫設されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The microstructure comprises an intermediate frame to divide the fluid space into a second chamber communicating with the first chamber and the inlet port communicating with the valve port together, the base substrate is in communication with the first chamber 2. The microvalve according to claim 1, wherein a circulation port that is spaced apart from the valve port is provided in the thickness direction. 前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる第１の連通部が形成され、前記フレームに厚み方向に貫通する貫通孔が形成され、前記フレームに前記貫通孔と前記第２室とを連通させる第２の連通部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The inflow port is provided in the fixed electrode support substrate, and the microstructure integrally forms an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber communicating with the valve port and a second chamber communicating with the inflow port. A first communicating portion that communicates the first chamber and the second chamber is formed, a through-hole penetrating in the thickness direction is formed in the frame, and the through-hole and the second chamber are formed in the frame. 2. The microvalve according to claim 1, wherein a second communication part is formed for communicating the two. 前記流入口が前記ベース基板に設けられ、前記固定電極支持基板には流通口が厚み方向に貫設され、前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記フレームに厚み方向に貫通する貫通孔が形成されるとともに、前記フレームに前記貫通孔と前記第１室とを連通させる第１の連通部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The inflow port is provided in the base substrate, a flow port is formed through the fixed electrode support substrate in the thickness direction, and the microstructure includes a first chamber that communicates the fluid space with the valve port, and the flow channel. An intermediate frame that is divided into a second chamber that communicates with the inlet is integrally provided, and a through hole that penetrates in the thickness direction is formed in the frame. The micro valve according to claim 1, wherein a communicating portion is formed. 前記マイクロ構造体は、前記流体空間を前記弁口に連通する第１室と前記流入口に連通する第２室とに分ける中間フレームを一体に備え、前記第１室と前記第２室とを連通させる連通部が形成され、前記中間フレームが前記第１室を全周にわたって囲むように形成され、前記圧力伝達手段が前記中間フレームを全周にわたって囲むように形成されてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The microstructure integrally includes an intermediate frame that divides the fluid space into a first chamber communicating with the valve port and a second chamber communicating with the inflow port, and the first chamber and the second chamber are provided. A communication portion for communicating is formed, the intermediate frame is formed so as to surround the first chamber over the entire circumference, and the pressure transmission means is formed so as to surround the intermediate frame over the entire circumference. The micro valve according to claim 1. 前記圧力伝達手段は、平板状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のマイクロバルブ。The microvalve according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressure transmission means is formed in a flat plate shape. 前記圧力伝達手段は、断面コルゲート板状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のマイクロバルブ。The microvalve according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressure transmission means is formed in a cross-sectional corrugated plate shape. 前記圧力伝達手段は、前記厚み方向において前記固定電極支持基板よりも前記ベース基板に近い側に設けられてなることを特徴とする請求項８または請求項９記載のマイクロバルブ。The microvalve according to claim 8 or 9, wherein the pressure transmission means is provided closer to the base substrate than the fixed electrode support substrate in the thickness direction. 前記圧力伝達手段は、金属材料からなることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のマイクロバルブ。11. The microvalve according to claim 8, wherein the pressure transmission means is made of a metal material. 前記流入口は、前記ベース基板に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のマイクロバルブ。The microvalve according to any one of claims 1 to 11, wherein the inlet is formed in the base substrate. 前記圧力伝達手段は、前記マイクロ構造体の一部であって前記厚み方向を含む一平面に沿って形成された薄肉部よりなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。2. The microvalve according to claim 1, wherein the pressure transmission means includes a thin portion that is formed along a plane that is a part of the microstructure and includes the thickness direction. 前記固定電極支持基板が前記第１の隔壁および前記第２の隔壁それぞれの一部を構成し、前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記圧力伝達手段が前記第２の隔壁の一部を兼ねてなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。The fixed electrode support substrate constitutes a part of each of the first partition wall and the second partition wall, the inflow port is provided in the fixed electrode support substrate, and the pressure transmission means is one of the second partition walls. The microvalve according to claim 1, which also serves as a part. 前記圧力伝達手段は、弾性力を有する有機薄膜からなることを特徴とする請求項１４記載のマイクロバルブ。15. The microvalve according to claim 14, wherein the pressure transmission means is made of an organic thin film having elasticity. 前記圧力伝達手段は、金属薄膜からなることを特徴とする請求項１４記載のマイクロバルブ。15. The microvalve according to claim 14, wherein the pressure transmission means is made of a metal thin film. 弁口が厚み方向に貫設されたベース基板と、前記ベース基板の一表面に固着された枠状のフレームおよび前記フレームの内側に配置され前記弁口を開閉する弁体および前記フレームと前記弁体とを連結するダイヤフラム状の撓み部を一体に有する半導体材料からなるマイクロ構造体と、前記撓み部における前記弁体とは反対側の面に配設され前記弁体を静電力により前記厚み方向へ変位させるための可動電極と、前記マイクロ構造体における前記ベース基板とは反対側で前記フレームに固着され且つ前記可動電極に対向する固定電極が設けられた固定電極支持基板とを備え、前記マイクロ構造体と前記ベース基板との間に前記弁口を通して外部と連通する流体空間が形成され、前記固定電極支持基板と前記マイクロ構造体と前記ベース基板とで構成されて前記流体空間を外部と隔てる第１の隔壁に流体の流入口が形成され、少なくとも前記マイクロ構造体と前記固定電極支持基板とで構成される第２の隔壁により囲まれた閉鎖空間に受圧媒体が封入され、前記第２の隔壁の一部に、流体の流体圧を受けて前記閉鎖空間の容積が縮小するように変形することで前記撓み部へ前記ベース基板に近づく向きの圧力を作用させる圧力伝達手段が設けられてなるものであり、前記固定電極支持基板が前記第１の隔壁および前記第２の隔壁それぞれの一部を構成し、前記流入口が前記固定電極支持基板に設けられ、前記固定電極支持基板において前記撓み部との間に形成される空間に対応する部位に貫通孔が貫設され、前記流入口の周部に固着された流路管と、前記流路管から分岐され前記固定電極支持基板における前記貫通孔の周部に固着されるチューブとを備え、前記圧力伝達手段は、前記チューブ内に設けられて前記第２の隔壁の一部を兼ねることを特徴とするマイクロバルブ。 A base substrate having a valve port penetrating in a thickness direction; a frame-like frame fixed to one surface of the base substrate; a valve body disposed inside the frame to open and close the valve port; and the frame and the valve A micro structure made of a semiconductor material integrally having a diaphragm-like flexible portion connecting the body, and the valve body in the thickness direction by electrostatic force disposed on the surface of the flexible portion opposite to the valve body. A movable electrode for displacing to the frame, and a fixed electrode support substrate provided with a fixed electrode fixed to the frame on the side opposite to the base substrate in the microstructure and facing the movable electrode, A fluid space communicating with the outside through the valve port is formed between the structure and the base substrate, and the fixed electrode support substrate, the microstructure, and the base substrate A fluid inlet is formed in a first partition configured to separate the fluid space from the outside, and in a closed space surrounded by a second partition composed of at least the microstructure and the fixed electrode support substrate. A pressure receiving medium is enclosed, and a pressure in a direction approaching the base substrate is applied to the bent portion by deforming the part of the second partition so that the volume of the closed space is reduced by receiving the fluid pressure of the fluid. Pressure transmitting means is provided, wherein the fixed electrode support substrate constitutes a part of each of the first partition wall and the second partition wall, and the inflow port is provided in the fixed electrode support substrate. A through-hole in a portion corresponding to a space formed between the fixed electrode support substrate and the flexible portion and fixed to a peripheral portion of the inflow port; Branched from the fixed And a tube that is fixed to the peripheral portion of the through hole in the electrode support substrate, said pressure transmission means, microvalve, characterized in that provided in the tube also serves as a portion of the second partition wall. 前記受圧媒体は、不活性ガスからなることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のマイクロバルブ。The microvalve according to any one of claims 1 to 17, wherein the pressure receiving medium is made of an inert gas. 前記受圧媒体は、電気絶縁性を有する液体からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載のマイクロバルブ。The microvalve according to any one of claims 1 to 17, wherein the pressure receiving medium is made of an electrically insulating liquid. 前記マイクロ構造体は、前記弁体における前記ベース基板との対向面に受圧面積を増大させるための凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれかに記載のマイクロバルブ。20. The micro structure according to claim 1, wherein a recess for increasing a pressure receiving area is formed on a surface of the valve body facing the base substrate. valve.
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