JPH02248779A - 流体制御装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、気体や液体等の流体を使用する各種の機器に
適用可能な流体制御装置に係り、特には極微量の流量制
御と共に、その流れる方向をも制御することのできる流
体制御装置及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の流体制御装置は、第２３図に示すように、流体の
通路の入口１と出口２との間に、圧力調整器３と、ネジ
や弁を用いた機械的な流量制御器４とを配置した構成か
らなっている。このような流体制御装置によれば、流体
の供給側である入口ｌに圧力を加え、これを圧力調整器
３によって一定の圧力にした後、通路の断面積を流量制
御器４で調整することにより、出口２から得られる流体
の流量を適量に制御していた。

〔従来技術の問題点〕

上記従来の流体制御装置では、非常に大きな寸法を持っ
た圧力調整器３及び流量制御器４を用いなければならな
かったため、装置全体が大型化するという問題があった
。特に、それぞれ異なる場所へ異なる流量で微量の流体
を供給しようとする場合には、各々の流体経路内に、上
述した圧力調整器３及び流量制御器４を配置しなければ
ならないため、装置全体が著しく大型化してしまうとい
う問題があった。

また、流量の制御が例えば１分間当たりＩ　ｃｃ以下の
微量の制御である場合においては、装置の構造が複雑に
なったり、或いは流量のばらつきが大きくなるという問
題があった。更に、液体の制御に使用しようとする場合
は、制御装置の部品が金属でできているものが多かった
ため、これに対して腐食性のない特定の液体しか制御で
きないという不都合もあった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、大幅な小型化が可能で、しかも１分間
当たり１０−’ｃｃ程度の極微量の流量までも精度良く
制御することのできる流体制御装置及びその製造方法を
提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明の流体制御装置は、一対の基板で挟まれて構成さ
れた空隙部を流体の通路とし、この空隙部に一定方向に
流体が流れるように壁と弁とを配設して、上記空隙部に
体積変動を起こさせ、この体積変動に従った上記弁の開
閉動作により流体に微量の流れを生じさせるようにした
ことを特徴とする。

また、本発明の流体制御装置の製造方法は、上記の基板
、壁及び弁を順次積層形成していき、その際、上記の空
隙となる部分及び上記の弁の可動範囲内の間隙となる部
分に予め被除去層を形成しておき、その後に被除去層の
みを選択的に除去することにより、上記の微細な空隙部
と間隙を得るようにしたことを特徴とする。

〔実　　施　　例〕 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の流体制御装置の一実施例の垂直断面図
であり、第２図はその動作を説明するための第１図にお
けるＡ−Ａ’断面図である。

本実施例は、第１図に示すように、ガラス等でできた絶
縁性の下部基板１１と、ポリイミド樹脂等の高分子物質
でできた絶縁性及び可撓性を有する上部基板１２との間
に、厚さａ＝５０μｍ程度の空隙部１３を流体の通路と
して備えている。

また、基板ｌＬ１２の間には、上記空隙部１３内を流体
が一定の方向性を持って流れるように、第２図に示すよ
うな壁１４が固定されている。そして、空隙部１３の入
口側（同図の左側）と出口側（同図の右側）に、壁１４
がら空隙部１３内に向けて互いに対向するようにそれぞ
れ１対の突出部１４ａ、１４ｂ；１４ｃ、１４ｄが壁の
一部として形成されると共に、この突出部１４ａ、１４
Ｃから出口側へ間隙ｂ＝５０μｍ程度離れた位置に弁１
５．１６が形成されている。この弁１５．１６は、壁１
４と接続された固定端１５ａ、１６ａを支点として上下
の基板１１．１２の面と平行に自由に動くことができ、
その可動端１５ｂ、１６ｂの突出部１４ｂ、１４ｄに対
する離接動作によって、空隙部１３内を流れる流体の流
れ方向を決定することができる。すなわち、上記の壁１
４、突出部１４ａ−１４ｄ、及び弁１５．１６によって
、空隙部１３内を流れる流体の流れ方向制御部が構成さ
れている。

更に、上記の可撓性を有する上部基板１２上には、チタ
ン等でできた一対の電極１７ａ、１７ｂによって酸化亜
鉛等の圧電体層１７ｃを上下から挟み込んだ構造からな
る圧電素子部１７が固定され、その上がポリイミド等の
保護層１８で覆われている。上記圧電素子部１７の上記
電極１７ａ、１７ｂ間に交番電界を印加すると、圧電体
層１７Ｃが上下方向に変形するように振動し、それに伴
って上部基板１２にも上下方向に力学的変形が生じるの
で、これに従って空隙部１３に体積変動を起こさせるこ
とができる。すなわち、上記圧電素子部１７は、空隙部
１３に体積変動を起こさせる体積変動発生部として構成
されている。

次に、上記構成からなる流体制御装置の動作を説明する
。

上記圧電素子部１７の電極１７ａ、１７ｂ間に交番電界
を印加すると、上記のように上部基板１２に上下方向に
交互に変形が生じ、これにより空隙部１３の体積が増加
と減少を繰り返すことになる。まず、圧電素子部１７が
上方に変形した時、すなわち空隙部１３の体積が増加し
た時は、空隙部１３内の流体の圧力がその外側の流体の
圧力よりも低下するので、外側の流体が空隙部１３内に
流れ込もうとする。すると、その流体の流れに従って２
つの弁１５．１６はいずれも空隙部１３の内側へ向かっ
て動こうとするが、出口側の弁１６は第２図（ａ）に示
すように突出部１４ｄに当接した状態のまま弁を閉じて
しまうので、外側の流体は入口側の弁１５を介してのみ
空隙部１３内へ流れ込む。

一方、圧電素子部１７が下方に変形した時、すなわち空
隙部１３の体積が減少した時は、空隙部１３内の流体の
圧力が外側の流体の圧力よりも増加するので、上記と逆
に空隙部１３内の流体が外側に流れ出そうとする。する
と、その流体の流れに従って２つの弁１５．１６はいず
れも空隙部１３の外側へ向かって動こうとするが、入口
側の弁１５は第２図（６）に示すように突出部１４ｂに
当接した状態のまま弁を閉じてしまうので、空隙部１３
内の流体は出口側の弁１６を介してのみ外側へ流れ出す
。

これらの動作を繰り返すことにより、交番電界の周波数
に応じた量の流体を一定方向に流すことができる。空隙
部１３の体積が例えば１ｍｍＸ１ｍｍ×５０ａｍ程度の
場合、基板１２の可撓性の大きさにもよるが、圧電素子
部１７の１回の振動で約５０００μｃｃ程度の微量な流
体を流すことができる。

本実施例によれば、以上のよう番こして圧電素子部１７
に交番電界を印加することにより一定方向に流体を流す
ことができ、しかも交番電界の周波数を調整することに
より流体の流量を制御することができる。しかも、１分
間当たり１　ｃｃ以下、更には１分間当たり１０−’程
度の極微量な流量制御であっても、極めて精度良く行う
ことができる。

ここで、流体として液体を使用した場合は、その流体抵
抗を考慮すると１．上記圧電素子部１７を最高１０Ｈｚ
程度で振動させて流量制御することが可能である。

また、本実施例の流体制御装置を構成している各部品は
いずれも微小な寸法であるため、装置全体の著しい小型
化が可能になる。特に、異なる場所へ異なる流量で微量
な流体を供給したい場合、各々の流体経路に本実施例の
流体制御装置を配置したとしても、全体として非常に小
面積内に収めることができ、従来のような大型化の心配
がなくなる。しかもこの場合、圧電素子部を個々に制御
することにより、極微量から大量の流量までを別々に制
御することが可能になる。

更に、本実施例の流体制御装置に係る各部品は、金属で
はなく、酸やアルカリに強いポリイミド等の樹脂を使用
しているので、様々な種類の液体の流量制御が可能にな
る。

次に、上述した構成からなる流体制御装置の製造方法を
、第３図〜第９図に基づき説明する。なお、各図（ａ）
は各工程における平面図であり、同図（ｂ）、（Ｃ）は
それぞれ同図（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’
断面図である。

まず、第３図に示すように、ガラス等でできた絶縁性の
下部基板ｌｌ上に、アルミニウム等からなる第１の被除
去層２１を真空蒸着法等により厚さｌａｍ程度に堆積さ
せた後、フォトリングラフィ法によってパターニングを
行うことにより、第２図で示した壁１４及びその突出部
１４ａ−１４ｂの形成領域を除（領域にのみ被除去層２
１を残す。なお、上記パターニングの際のエツチングに
は、例えば三塩化ボロンと塩素ガスとの混合ガスのプラ
ズマを使用したプラズマエツチングを採用する。

その後、上記第１の被除去層２１上を含む基板１１上の
全面に、感光性を有するポリイミド樹脂等からなる樹脂
膜をスクリーン印刷法等によって厚さ５０μｍ程度に堆
積させる。そして、上記樹脂膜に例えば６５°Ｃで３０
分間の熱処理を施し、続いて所定形状のマスクを用いて
露光した後、これを現像することにより、第４図に示す
ように壁１４及びその突出部１４ａ−１４ｂ、並びに弁
１５．１６を形成する。更に、上記の現像後、例えば２
４０°Ｃで３０分間の熱処理を施すことにより樹脂を安
定化させ、続いて酸素のプラズマ中に約１分間放置して
プラズマ処理を行うことにより、被除去層２１上に残香
として残っている樹脂の１欣を除去する。この時点で、
壁１４及びその突出部１４ａ〜１４ｂは下部基板１１に
接しているが、弁１５．１６は下部基板１１との間に被
除去層２１が介在している。

次に、例えば硫酸銅を主成分とする銅メッキ浴中に全体
を浸漬させ、上記第１の被除去層２１を陰極とする電解
メッキ法を行うことにより、第１の被除去層２１上に銅
を堆積させていき、その厚さが壁１４と同じになった時
点で上記のメッキを終了することにより、第５図に示す
ように第１の被除去層２１上に銅でできた第２の被除去
層２２を形成する。続いて、その全面に、アルミニウム
等からなる第３の被除去層２３を真空蒸着法等により厚
さ１μｍ程度に堆積させた後、フォトリソグラフィ法に
よりパターニングを行い、壁１４及びその突出部１４ａ
−１４ｄ上を除く領域にのみ第３の被除去層２３を残す
。このパターニングの際のエツチングには、例えば三塩
化ボロンと塩素ガスとの混合ガスのプラズマを使用した
プラズマエツチングを採用する。この時点で、壁１４及
びその突出部１４ａ〜１°４ｄの上下には被除去層２１
．２３は存在せず、一方、弁１５．１６の上下には被除
去層２３．２１が存在している。

続いて、第６図に示すように、全面にポリイミド樹脂等
の樹脂膜をスクリーン印刷法等により厚さ１０ｔｔｍ程
度に堆積させ、これに例えば３００°Ｃで６０分の熱処
理を施すことにより、上部基板１２を形成する。この時
点で、壁１４及びその突出部１４ａ〜１４ｄは上下の基
板１１．１２の双方に接触した状態となり、一方、弁１
５．１６は上下の基板１１．１２との間にそれぞれ被除
去層２１．２３を介在させた状態となっている。その後
、直流スパッタ法により上部基板１２上にチタン等を２
５００人程度Ｏ４さに堆積させ、これをフォトリソグラ
フィ法によりパターニングすることにより、第１図に示
した圧電素子部１７の下部電極１７ａを形成する。この
パターニングの際のエツチングには、例えば四弗化炭素
ガスのプラズマによる乾式エツチング法を用いる。

次に、上記の下部電極１７ａ上を含む上部基板１２上の
全面に、酸化亜鉛等の圧電体層１７ｃを直流スパッタ法
等により厚さｌｕｍ程度に堆積させた後、これをフォト
リソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、
第７図に示すように下部電極１７ａ上及びその周辺部に
のみ残す。上記の直流スパッタ法では、例えばターゲッ
トとして亜鉛を用い、かつ酸素雰囲気中で行うことによ
り、亜鉛と酸素を反応させて酸化亜鉛を形成することが
できる。また、上記パターニングの際のエツチングには
、例えば希塩酸を用いる。

続いて、上記の下部電ｍ　１７　ａ上及び圧電体層１７
ｃ上を含む上部基板１２上の全面に、第６図と同様にし
てチタン等を２５００人程度０厚さに堆積させ、これを
フォトリソグラフィ法でパターニングすることにより、
第８図に示すように圧電体層１７ｃ上から上部基板１２
上にかけて上部電極１７ｂを形成する。これにより、圧
電体層１７Ｃを上下の電極１７ａ、１７ｂで挟んでなる
圧電素子部１７が得られる。なお、上記パターニングの
際のエツチングには、例えば四弗化炭素ガスのプラズマ
エツチングを採用し、この時、第８図（ａ）に示すよう
に、下部電極１７ａが露出している部分には上部電極１
７ｂの材料を残したままにし、上下の電極１７ａ、１７
ｂの電気的な絶縁分離は圧電体層１７ｃ上で行うように
する。その後、第８図ら）、（Ｃ）に示すように、全面
にポリイミド樹脂等からなる保護Ｎ１８をスクリーン印
刷法等によって１．５μｍ程度の厚さに堆積させる。

次に、第９図に示すように、例えばエキシマレーザを用
いたレーザ・トリミング法等により、保護Ｊ１ｉ１Ｂの
うちの電極１７ａ、１７ｂ上の一部分を除去して、ここ
を電極取り出し用の孔２４．２５とする。上記圧電素子
部１７の電極１７ａ、１７ｂ間に前述した交番電界を印
加する際は、この電極取り出し用の孔２４．２５を介し
て行う、その後、第１、第２、第３の被除去Ｎ２１．２
２．２３を、基板１１．１２の横方向からのエツチング
により除去する。このエッチ・ングは、例えば塩酸と塩
化第二鉄の混合水溶液中に全体を浸漬させた状態で、超
音波で上記水溶液に振動を与えながら行うことにより、
極微細な部分に存在する被除去層を完全に除去すること
ができる。これにより、基板１１，１２間に厚さ５０μ
ｍ程度の空隙部１３が形成されると共に、弁１５．１６
と上下の基板１１．１２との間、及び弁１５、Ｉ６と突
出部１４ａ〜１４ｄとの間にも、微小な間隙が形成され
、第１図に示した流体制御装置の構造が得られる。

以上に述べた本実施例の製造方法によれば、薄膜又は厚
膜形成技術によって堆積された膜にフォトリソグラフィ
法による加工を施して全部品を形成し、空隙部１３やそ
の他の間隙となる部分に予め被除去層２１〜２３を形成
しておき、後から被除去層のみを選択的に除去するよう
にしたことにより、非常に微細な構造を実現することが
でき、よって前述したような微量の流量制御が可能にな
る。しかも、上記のように微細加工の可能なフォトリソ
グラフィ法を使用しているため、同一基板上に多数の流
体制御装置を形成して、それぞれ別々に流量を制御する
ようにすることも可能である。

なお、本実施例の製造方法においては、圧電素子部１７
０２つの電極１７ａ、１７ｂの材料として、塩酸や塩化
第二鉄溶液に対して耐食性の高いチタン等を用いたため
に、３つの被除去層２１〜２３をエツチング除去する前
に電極取り出し用の孔２４．２５を設けることができた
が、上記のチタン等の代わりにアルミニウム、クロム、
銅、モリブデン等の金属或いはこれらの合金を使用した
場合は、被除去Ｊｉ２１〜２３をエツチング除去した後
に電極取り出し用の孔２４．２５を設けるようにする。

次に、第１０図は本発明の流体制御装置の他の実施例の
垂直断面図であり、第１１図はその動作を説明するため
の垂直断面図である。

前記の実施例は弁の動きが基板面に平行となるように構
成されていたが、本実施例は基板面に垂直な方向へ弁が
動く構造としたものである。

第１０図において、ガラス等でできた絶縁性の下部基板
３１と、ポリイミド樹脂等の高分子物質でできた絶縁性
及び可撓性を有する上部基板３２との間に、厚さａ＝４
０μｍ程度の空隙部３３が設けられている。

また、基板３１．３２の間には、上記空隙部３３内を流
体が一定の方向性を持って流れるように、壁３４（第１
３図参照）が設けられると共に、上部基板３２及びその
上の保護層３８を貫いて流体の入口孔３９及び出口孔４
０が形成されている。

そして、上部基板３２の下面であって、空隙部３３の入
口側と出口側には、上下方向の可動性を有する弁３５．
３６の固定端３５ａ、３６ａが支持部３２ａ、３２ｂを
介して固定されており、その可動端３５ｂ、３６ｂの下
方には０．２μｍ程度の微小間隙すを介して壁３４から
の突出部３４ａ、３４ｂが形成されている。上記弁３５
．３６は、上部基板３２の支持部３２ａ、３２ｂと接続
された固定端３５ａ、３６ａを支点として、上下の基板
３１．３２の面と垂直方向に自由に動くことができ、そ
の可動端３５ｂ、３６ｂの突出部３４ａ１３４ｂに対す
る離接動作によって、空隙部３３内を流れる流体の流れ
方向を決定することができる。

すなわち、上記の壁３４、突出部３４ａ、３４ｂ、及び
弁３５．３６によって、空隙部３３内を流れる流体の流
れ方向制御部が構成されている。

更に、上記の可撓性を有する上部基板３２上には、第１
図に示した圧電素子部１７と同様に、チタン等でできた
一対の電極３７ａ、３７ｂによって酸化亜鉛等の圧電体
層３７ｃを上下から挟み込んだ構造からなる圧電素子部
３７が設けられ、その上がポリイミド等の保護層３８で
覆われている。

上記圧電素子部３７の上記電極３７ａ、３７ｂ間に交番
電界を印加すると、圧電体層３７ｃが上下方向に変形す
るように振動し、それに伴って上部基板３２にも上下方
向に力学的変形が生じるので、これに従って空隙部３３
に体積変動を起こさせることができる。すなわち、上記
圧電素子部３７は、空隙部３３に体積変動を起こさせる
体積変動発生部として構成されている。

上記構成からなる流体制御装置の動作は、弁３５．３６
の動作方向を除けば、前記実施例と実質的に同様であり
、圧電素子部３７が上方に変形した時、すなわち空隙部
３３の体積が増加した時は、第１１１！ｌ（ロ）に示す
ように出口側の弁３６が閉じ、外側の流体は入口側の弁
３５を介してのみ空隙部３３内へ流れ込む、一方、圧電
素子部３７が下方に変形した時、すなわち空隙部３３の
体積が減少した時は、第１１図（ロ）に示すように入口
側の弁３５が閉じ、空隙部３３内の流体は出口側の弁３
６を介してのみ外側へ流れ出す、よって、これらの動作
を繰り返すことにより、交番電界の周波数に応じた量の
流体を一定方向に流すことができる。

本実施例では、弁３５．３６と突出部３４ａ、３４ｂと
の間隙すが約０．２ｐｍであり、これは前記実施例と比
べても１／１００以下に狭く形成しである。よって、−
段と微量な流量を、より精度良く制御することが可能に
なる。前記実施例はどちらかと言えば液体の流量制御に
向いているが、本実施例は気体の流量制御にも適してお
り、本実施例を気体の流量制御に適用した場合は、上記
圧電素子部３７を最高ＩＭＨｚ程度で振動させて制御す
ることも可能である。

更に本実施例は、前記実施例と同様に、装置全体の著し
い小型化が可能であり、また流体として液体を使用しよ
うとした場合でも、その液体が特定されるようなことも
ない。

次に、上記構成からなる流体制御装置の製造方法を、第
１２図〜第２１図に基づき説明する。なお、各図（ａ）
は各工程における平面図であり、同図（ロ）は同図（ａ
）におけるＡ−Ａ’断面図である。

まず、第１２図に示すように、ガラス等でできた絶縁性
の下部基板３１上に、無電解メッキ法によって銅を厚さ
３０００人程度０堆積させ、続いて第５図で述べたのと
同様な電解メッキ法によって厚さ３０μｍ程度の銅を堆
積させた後、フォトリソグラフィ法によってパターニン
グを施すことにより、前述した壁３４及びその突出部３
４ａ１３４ｂの形成領域を除く領域にのみ第１の被除去
層４１として残す。

続いて、ポリイミド樹脂等からなる樹脂膜をスクリーン
印刷法等によって被除去層３１よりも厚く堆積させて、
全面を平坦化した後、例えば２４０°Ｃで３０分間焼成
することにより、第１３図に示すように壁３４及びその
突出部３４ａ、３４ｂを得る。

その後、上記壁３４及びその突出部３４ａ、３４ｂのう
ち、被除去層４１よりも厚（堆積された部分を酸素プラ
ズマ中で全面エツチングしていき、被除去Ｊｉ４１の上
面が露出した時点で上記のエツチングを停止する。続い
て、第１４図に示すように、全面にアルミニウム等から
なる第２の被除去層４２をスパッタ法等によって厚さ０
．２μｍ程度に堆積させた後、フォトリソグラフィ法に
よってパターニングすることにより、少なくとも前記弁
３５．３６の可動領域として残す。このパターニングの
際のエツチングには、例えば四塩化炭素と三塩化ボロン
との混合ガスのプラズマを使用したプラズマエツチング
を採用する。

次に、全面に、ポリイミド樹脂等の樹脂膜をスクリーン
印刷法により堆積させた後、フォトリソグラフィ法によ
ってパターニングすることにより、第１５図に示すよう
に被除去層４２上から被除去層４１上にかけて残し、こ
れを弁３５．３６とする。この弁３５．３６の厚さは、
被除去層４２の上で５μｍ程度となるようにしである。

この時点で、弁３５．３６は、その可動端３５ｂ、３６
ｂとなる部分と、その下の突出部３４ａ、３４ｂ及び被
除去層４１との間に薄い被除去層４２が介在している。

その後、前記第１２図で述べたのと同様に、全面に銅を
無電解メッキ法により厚さ３０００人程度堆積させ、続
いて電解メッキ法により弁３５．３６の上で厚さ１０Ｉ
Ｉｍ程度となるまで銅を堆積させる。そして、フォトリ
ソグラフィ法によってパターニングを施すことにより、
第１６図に示すように、弁３５．３６を上から支える前
記支持部３２ａ、３２ｂ（第１０図参照）となる領域と
金体の周囲領域とを除く領域にのみ第３の被除去層４３
として残す。

続いて、ポリイミド樹脂等の樹脂膜をスクリーン印刷法
等により厚さ１０上１ｍ程度に堆積させ、この流動性を
利用して平坦化を行うことにより、第１７図に示すよう
に上部基板３２を形成する。

この時点で、弁３５．３６は、支持部３２ａ、３２ｂを
介して上部基板３２に接続される。

次に、前記第６図〜第８図に示した方法と同様な方法を
用いて、第１８図に示すように２つの電極３７ａ、３７
ｂで圧電体Ｎ３１ｃを挟んだ構造からなる圧電素子部３
７を上部基板３２上に形成した後、その上を覆ってポリ
イミド樹脂等からなる保護層３８を形成する。

続いて、第１９図に示すように、保護層３８及び上部基
板３２を貫き被除去［４３に到達する孔を形成し、この
孔を流体の入口孔３９及び出口孔４０とする。この孔は
、例えば塩化キセノン・エキシマ・レーザを用いて、出
力強度１．５Ｊ／ｃｆｆｌ、波長３０８　ｎｍのレーザ
光を数千回照射することにより形成することができる。

その後、第２０図に示すように、第１〜第３の被除去Ｎ
４１〜４３を、上記の孔３９．４０を介してエツチング
除去する。このエツチングは、例えば塩酸と塩化第二鉄
の混合水溶液中に全体を浸漬させた状態で、超音波で上
記水溶液に振動を与えながら行うことにより、極微細な
部分に存在する被除去層をも完全に除去することができ
る。このエツチングが完了したら、純水中で洗浄し、続
いてエチルアルコール中で洗浄した後、８０’Ｃの環境
においてエチルアルコールを蒸発させる。この純水中及
びエチルアルコール中での洗浄においても、液に超音波
による振動を与えながら行うことで、より微細な箇所ま
で洗浄することができる。

これにより、基板３１．３２間に厚さ４０μｍ程度の空
隙部３３が形成されると共に、弁３５．３６と上部基板
３２との間、及び弁３５．３６と壁３４の突出部３４ａ
、３４ｂとの間にも、微小な間隙が形成され、第１０図
に示した流体制御装置の構造がほぼ得られる。

最後に、第２１図に示すように、例えば塩化キセノン・
エキシマ・レーザを用いることにより、保護層３８のう
ちの電極３７ａ、３７ｂ上の一部分を除去して、ここを
電極取り出し用の孔４４．４５とする。

以上に述べた本実施例の製造方法によれば、弁３５．３
６と突出部３４ａ、３４ｂとの間隙が被除去層４２の膜
厚で決まり、前述した製造方法のようにフォトリソグラ
フィ法の性能限界で決定される場合と比べて２桁以上も
狭めることができるので、前述したように非常に効率の
良い流量制御が可能になる。勿論、装置全体の構造も微
細に形成することができる。

なお、基板、壁、弁の材料としては、絶縁体が望ましい
が、上述した各実施例で使用したポリイミドに限定され
ることはなく、その他の合成高分子物質や合成樹脂でも
よく、又は金属酸化物、半導体酸化物、金属窒化物、半
導体窒化物でもよく、或いはこれらを主成分としたもの
でもよい。ただ、基板の材料は、圧電素子部の変形に伴
って空隙部に体積変動を生じさせることができる程度の
可撓性を有している必要がある。また、弁の材料も、流
体の移動に応じて開閉可能な程度に可撓性を有している
ことが必要である。

また、被除去層の材料としては、基板、壁及び弁を除去
することなく、被除去層のみを選択的に除去することの
できる材料であれば、前述したようなアルミニウムや銅
等の金属や金属間化合物に限定されることはない。

更に、弁の構造は、第２図や第１１図等に示したように
弁の一部が基板や壁に固定されたものの他にも、例えば
第２２図に示すように弁５１自体は壁や基板に固定され
ておらず、その運動可能範囲が壁５２ａ、５２ｂ等によ
って規制されているものであってもよい。このような構
造の弁は、例えば第４図に示した工程において、第２２
図のように弁が壁から離れた状態となるように形成すれ
ばよい。

また、空隙部に体積変動を生じさせる手段としては、上
述した圧電素子部に限定されることばなく、例えばバイ
メタル等を利用して基板に変形を起こさせるようにして
もよく、或いは上下の基板に電極を設けて電荷を生じさ
せ、それらのクーロン力により基板に変形を与えるよう
にしてもよい。

また、基板、壁及び弁の材料を堆積させる方法としては
、各材料に応じて、例えば印刷法、塗布法、真空蒸着法
、化学的気相成長法、スパッタ法等の各種の薄膜又は厚
膜形成技術を使用することができる。同様に、被除去層
を堆積させる方法も、各材料に応じた各種の方法を使用
でき、例えば金属を用いる場合は、前述したようなメッ
キ法、真空蒸着法、化学的気相成長法等の中の１つ若し
くは複数を使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、装置全体の大幅な小型化が可能であり
、しかも、例えば１分間当たり１０−’ｃｃ程度の極微
量の流量までも極めて精度良く制御することができる。

そして、例えば多数の流体経路のそれぞれに本発明の流
体制御装置を配置して、個々に流量を制御するようにし
た場合であっても、その全体を小面積内に収めることが
できる。このことから、例えばインクジェットプリンタ
のように各々異なる場所へ異なる流量の微量な流体を供
給する必要のある各種機器にも、小型さを維持しながら
充分に適用することができる。

また、本発明の流体制御装置は、各種の液体に対して高
い耐食性をもつ合成樹脂等で形成することも容易なので
、このようにした場合には、従来のように特定の液体に
しか適用できないといった問題は解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流体制御装置の一実施例の垂直断面図
、 第２図は同実施例の動作を説明するための第１図におけ
るＡ−Ａ’断面図、 第３図〜第９図は第１図に示した構成からなる流体制御
装置の製造方法を示す製造工程図、第１０図は本発明の
流体制御装置の他の実施例の垂直断面図、 第１１図は同実施例の動作を説明するための垂改新面図
、 第１２図〜第２１図は第１０図に示した構成からなる流
体制御装置の製造方法を示す製造工程図、第２２図は本
発明の流体制御装置の更に他の実施例に係る弁の構造を
示す水平断面図、第２３図は従来の流体制御装置を示す
概略構成図である。 １１・・・下部基板、 １２・・・上部基板、 １３・・・空隙部、 １４・・・壁、 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ ・・・突出部 １５．１６・・・弁、 １７・・・圧電素子部、 １８・・・保護層、 ２１．２２．２３・・・被除去層、 ２４．２５・・・電極取り出し用の孔、３１・・・下部
基板、 ３２・・・上部基板、 ３３　・　・ ３４　・　・ ３４ａ、 ３５．３ ３７　・　・ ３８　・　・ ３９　・　・ ４０　・　・ ４４．４ ・空隙部、 ・壁、 ３４ｂ・・・突出部 ６・・・弁、 ・圧電素子部、 ・保護層、 ・入口孔、 ・出口孔、 ２．４３・・・被除去層、 ５・・・電極取り出し用の孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一方が可撓性を有する一対の基板に挟ま
   れてなる空隙部と、 該空隙部内を流れる流体が一定の方向性を有するように
   前記基板に固定された壁と、少なくとも一部が可動性を
   有する弁とで構成された流れ方向制御部と、 前記可撓性を有する基板に対し電気的に力学的変形を生
   じさせて前記空隙部に体積変動を起こさせる体積変動発
   生部とを備えたことを特徴とする流体制御装置。 ２）前記体積変動発生部は、圧電体層を一対の電極で挟
   んだ構成の圧電素子部を前記可撓性を有する基板上に設
   けてなることを特徴とする請求項１記載の流体制御装置
   。 ３）前記弁は、その一部分が前記基板又は壁に固定され
   、他の部分が可動性を有していることを特徴とする請求
   項１又は２記載の流体制御装置。 ４）前記弁は、その全体が前記基板及び壁に対して可動
   性を有すると共に、その運動可能範囲が前記基板及び壁
   によって規制されていることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の流体制御装置。 ５）前記基板、壁及び弁が電気的に絶縁体であることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の流体
   制御装置。 ６）前記絶縁体が、合成高分子物質、合成樹脂、金属酸
   化物、半導体酸化物、金属窒化物、半導体窒化物の中の
   いずれか１つ、或いはこれらのいずれか１つを主成分と
   したものであることを特徴とする請求項５記載の流体制
   御装置。 ７）請求項１記載の流体制御装置を製造する方法であっ
   て、下部基板上に、壁、弁及び上部基板を順次積層形成
   する工程において、請求項１記載の空隙部を構成する部
   分、及び前記弁の可動範囲内の間隙を構成する部分に、
   予め被除去層を形成しておき、前記基板を積層形成した
   後に該被除去層を選択的に除去して前記空隙部及び間隙
   を得る工程を含むことを特徴とする流体制御装置の製造
   方法。 ８）前記壁及び弁は、これらの材料を印刷法、塗布法、
   真空蒸着法、化学的気相成長法、スパッタ法の中のいず
   れかの方法により堆積させた後、フォトリソグラフィ法
   によりパターニングして所定の形状を得ることを特徴と
   する請求項７記載の流体制御装置の製造方法。 ９）前記被除去層は金属又は金属間化合物からなり、前
   記の選択除去を酸又はアルカリ溶液を用いた湿式エッチ
   ング法によって行うことを特徴とする請求項７又は８記
   載の流体制御装置の製造方法。 １０）前記金属からなる被除去層は、メッキ法、真空蒸
   着法、化学的気相成長法の中のいずれか１つ又は複数を
   用いて形成されることを特徴とする請求項９記載の流体
   制御装置の製造方法。