JPH04136577A - 小形流量制御素子 - Google Patents
小形流量制御素子Info
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- JPH04136577A JPH04136577A JP25408190A JP25408190A JPH04136577A JP H04136577 A JPH04136577 A JP H04136577A JP 25408190 A JP25408190 A JP 25408190A JP 25408190 A JP25408190 A JP 25408190A JP H04136577 A JPH04136577 A JP H04136577A
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Landscapes
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給する
ための小形流量制御素子に関する。
ための小形流量制御素子に関する。
［従来の技術］
近年、シリコンの異方性エツチングを用い、シリコン基
板上に多数の素子を形成したマイクロファプリケイジョ
ン技術を利用した圧力センサー加速度センサー、歪ゲー
ジ、薄膜スイッチ、ＳＴＭ用の探針、マイクロモーター
、静電力によるマイクロアクチュエータ、静電力または
ピエゾアクチュエータを利用した液体または気体のマイ
クロバルブ、マイクロバルブすなわち小形流量制御素子
等が試作されている。
板上に多数の素子を形成したマイクロファプリケイジョ
ン技術を利用した圧力センサー加速度センサー、歪ゲー
ジ、薄膜スイッチ、ＳＴＭ用の探針、マイクロモーター
、静電力によるマイクロアクチュエータ、静電力または
ピエゾアクチュエータを利用した液体または気体のマイ
クロバルブ、マイクロバルブすなわち小形流量制御素子
等が試作されている。
従来の小形流量制御素子は、−例を第３図に示すように
、シリコン基板上１に形成された内部に導電体薄膜３３
．３４を有する相対する誘電体薄膜３２から成り、直流
電圧を二枚の導電体薄膜３３と３４の間に与え、直流電
圧をかけない場合に開いていた上部誘電体薄膜３５を閉
じることにより出口３６を閉じ液体または気体の流れを
止めたり、あるいは必要量に制御するようになっていた
。
、シリコン基板上１に形成された内部に導電体薄膜３３
．３４を有する相対する誘電体薄膜３２から成り、直流
電圧を二枚の導電体薄膜３３と３４の間に与え、直流電
圧をかけない場合に開いていた上部誘電体薄膜３５を閉
じることにより出口３６を閉じ液体または気体の流れを
止めたり、あるいは必要量に制御するようになっていた
。
［発明が解決しようとする課題］
上述した従来の小形流量制御素子は、上部誘電体薄膜５
は片持ち梁であり気体または液体の出口３６側の解放端
の変位量が大きいため人口３７での上部誘電体薄膜３５
と下部誘電体薄膜３８の接触が十分ではなく漏れを生ず
ることがあるので、フォトリソグラフィ技術のみで作製
できるため小形化は可能であるという利点はあるものの
、流量を変えることはできるが完全にゼロにすることは
できず、ストップバルブとしての役目が果せないという
欠点がある。
は片持ち梁であり気体または液体の出口３６側の解放端
の変位量が大きいため人口３７での上部誘電体薄膜３５
と下部誘電体薄膜３８の接触が十分ではなく漏れを生ず
ることがあるので、フォトリソグラフィ技術のみで作製
できるため小形化は可能であるという利点はあるものの
、流量を変えることはできるが完全にゼロにすることは
できず、ストップバルブとしての役目が果せないという
欠点がある。
本発明・の目的は、気体または液体を微量かつ一定量ず
つ供給するとともに、流量を完全にゼロにすることがで
きてストップバルブとしての役目が果せる、小形高精度
で十分な寿命を有する小形流量制御素子を提供すること
である。
つ供給するとともに、流量を完全にゼロにすることがで
きてストップバルブとしての役目が果せる、小形高精度
で十分な寿命を有する小形流量制御素子を提供すること
である。
［課題を解決するための手段］
本発明の小形流量制御素子は、
穴が形成された非磁性体基板と、
該非磁性体基板の穴の周辺に周辺部が固定され、前記穴
に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央部
に底面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料に
よる薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合１
膜で形成された板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲んで
設置された？［状のコイルと、前記板ばね構造体と磁気
結合し、かつ該板ばね構造体とともに前記コイルを挟ん
で形成され、磁性薄膜または磁性薄膜と絶縁膜との複合
膜からなる薄膜構造体とを有し、 前記Ｖ］膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記
板ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体
の穴から流入または流出する流体が流出または流入する
唯一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で
付勢されたとき前記板ばね構造体上の円錐形磁性体が周
囲に当接する穴が形成されている。
に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央部
に底面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料に
よる薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合１
膜で形成された板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲んで
設置された？［状のコイルと、前記板ばね構造体と磁気
結合し、かつ該板ばね構造体とともに前記コイルを挟ん
で形成され、磁性薄膜または磁性薄膜と絶縁膜との複合
膜からなる薄膜構造体とを有し、 前記Ｖ］膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記
板ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体
の穴から流入または流出する流体が流出または流入する
唯一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で
付勢されたとき前記板ばね構造体上の円錐形磁性体が周
囲に当接する穴が形成されている。
［作用］
コイルが一定値以上の電流で付勢されると、板ばね構造
体上の円錐形磁性体が薄膜構造体の穴の周囲に当接する
ので、該板ばね構造体の穴と前記薄膜構造体の穴との間
の流体の流れが停止され、また前記コイルを付勢する電
流値によって前記円錐形磁性体とｆＩｉ膜構造体の穴と
の間隔を一定に保って流体の流量を制御することができ
る。
体上の円錐形磁性体が薄膜構造体の穴の周囲に当接する
ので、該板ばね構造体の穴と前記薄膜構造体の穴との間
の流体の流れが停止され、また前記コイルを付勢する電
流値によって前記円錐形磁性体とｆＩｉ膜構造体の穴と
の間隔を一定に保って流体の流量を制御することができ
る。
［実施例］
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図（ａ）は本発明の小形流量制御素子の第１の実施
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ締緩断面
図である。
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ締緩断面
図である。
この小形流量制御素子は、穴２３が開けられたシリコン
基板１１上に、ニッケル、コバルト、鉄あるいはこれら
を含む合金の結晶性膜やアモルファス膜等の磁性膜をス
パッタ、蒸着、ＣＶＤ等の手段を用いて形成し、そのあ
と素子の寸法に従ってフォトリソグラフィ技術により必
要な部分を残すことによって板ばね構造体としての磁性
膜１２が形成されている。磁性膜１２は窒化シリコン、
窒化珪素等のばね材になる膜を施した上に上述した磁性
膜を付与した複合磁性膜であってもよい。また、磁性膜
１２には十字形に交叉する両端固定梁２５ができるよう
に４個の正方形の穴２６がエツチングにより明けられて
いる。磁性膜１２の周辺部上に窒化シリコン、あるいは
窒化珪素等を付着させ金属マスク２１によるパターニン
グで必要部分を残すことによって絶縁膜１３が形成され
ている。絶縁１１ｉ１１３の上には銅を付着させパター
ニングで必要部分を残すことによって導電性膜１４が形
成されている。ここで、導電性１１ｉ１４はアルミニウ
ム等の金属で形成されてもよい。導電性膜１４の上には
絶縁膜１３．１５と導電性膜１４はコイルを形成してお
り、このコイルは端子部２４により外部から直流により
付勢される。ここでコイルの付勢は交流によることもで
きる。コイルで囲まれた空間１６をフォトレジスト等の
充填材で埋めて絶縁膜１５の上面と一面となるように平
坦化し、その上に磁性体膜を薄くしかも後で充填材を取
り去った場合に庇状にその形状を維持できる程度の剛性
を持つような厚さだけ付着しバターニングして磁性膜１
７が形成されている。磁性膜１７が形成される際、中央
部にのちに微小円錐形磁性体を堆積するための微小な穴
１８が開けられ、磁性膜１７が形成されると溶剤を用い
て磁性膜１７の下の充填材が除去されて空間１６が形成
されている。薄い磁性体膜Ｉ７の上に余分な磁性膜が素
子外に付着しないように金属マスク２１等でマスキング
して十分に厚い磁性膜１９が形成されている。磁性膜１
９の形成中に微小な穴】８を通してシリコン基板１１Ｆ
の磁性膜】２の中央部の十字形の両端固定梁２５の中心
に微小円錐形磁性体２２が形成されている。磁性膜１９
を形成中に絶縁膜端面にも薄く磁性膜２０が付着するの
でシリコン基板】１状の磁性膜１２と薄い磁性膜１７お
よび厚い磁性膜１９が磁気的に結合し、磁気回路が構成
されている。シリコン素子１１には最後の工程でシリコ
ン基板裏側から異方性エツチングを利用して正方形の穴
２３が形成されている。
基板１１上に、ニッケル、コバルト、鉄あるいはこれら
を含む合金の結晶性膜やアモルファス膜等の磁性膜をス
パッタ、蒸着、ＣＶＤ等の手段を用いて形成し、そのあ
と素子の寸法に従ってフォトリソグラフィ技術により必
要な部分を残すことによって板ばね構造体としての磁性
膜１２が形成されている。磁性膜１２は窒化シリコン、
窒化珪素等のばね材になる膜を施した上に上述した磁性
膜を付与した複合磁性膜であってもよい。また、磁性膜
１２には十字形に交叉する両端固定梁２５ができるよう
に４個の正方形の穴２６がエツチングにより明けられて
いる。磁性膜１２の周辺部上に窒化シリコン、あるいは
窒化珪素等を付着させ金属マスク２１によるパターニン
グで必要部分を残すことによって絶縁膜１３が形成され
ている。絶縁１１ｉ１１３の上には銅を付着させパター
ニングで必要部分を残すことによって導電性膜１４が形
成されている。ここで、導電性１１ｉ１４はアルミニウ
ム等の金属で形成されてもよい。導電性膜１４の上には
絶縁膜１３．１５と導電性膜１４はコイルを形成してお
り、このコイルは端子部２４により外部から直流により
付勢される。ここでコイルの付勢は交流によることもで
きる。コイルで囲まれた空間１６をフォトレジスト等の
充填材で埋めて絶縁膜１５の上面と一面となるように平
坦化し、その上に磁性体膜を薄くしかも後で充填材を取
り去った場合に庇状にその形状を維持できる程度の剛性
を持つような厚さだけ付着しバターニングして磁性膜１
７が形成されている。磁性膜１７が形成される際、中央
部にのちに微小円錐形磁性体を堆積するための微小な穴
１８が開けられ、磁性膜１７が形成されると溶剤を用い
て磁性膜１７の下の充填材が除去されて空間１６が形成
されている。薄い磁性体膜Ｉ７の上に余分な磁性膜が素
子外に付着しないように金属マスク２１等でマスキング
して十分に厚い磁性膜１９が形成されている。磁性膜１
９の形成中に微小な穴】８を通してシリコン基板１１Ｆ
の磁性膜】２の中央部の十字形の両端固定梁２５の中心
に微小円錐形磁性体２２が形成されている。磁性膜１９
を形成中に絶縁膜端面にも薄く磁性膜２０が付着するの
でシリコン基板】１状の磁性膜１２と薄い磁性膜１７お
よび厚い磁性膜１９が磁気的に結合し、磁気回路が構成
されている。シリコン素子１１には最後の工程でシリコ
ン基板裏側から異方性エツチングを利用して正方形の穴
２３が形成されている。
本実施例の小形流量制御素子ではシリコン基板１１上の
磁性膜１２の中央部が板ばねの役割を担う。
磁性膜１２の中央部が板ばねの役割を担う。
この結果、コイルに直流電流を一定値以上に付加した場
合、磁化された微小円錐形磁性体２２が薄い磁性膜１７
および厚い磁性膜１９に吸引され、微小な穴１８を閉じ
て全体としてストップバルブを構成する。コイルを付勢
する電流が一定値である場合、円錐Ｆ部の一部が微小な
穴１８に入り込み微小な穴１８の実効面積を減少させ、
流量を制御するバルブとなる。電流を取り去フた場合、
微小な穴１８が開放された元の状態に戻る。このように
して気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給できるバ
ルブあるいは連続して供給したり止めたりできるストッ
プバルブとしての役を果す。
合、磁化された微小円錐形磁性体２２が薄い磁性膜１７
および厚い磁性膜１９に吸引され、微小な穴１８を閉じ
て全体としてストップバルブを構成する。コイルを付勢
する電流が一定値である場合、円錐Ｆ部の一部が微小な
穴１８に入り込み微小な穴１８の実効面積を減少させ、
流量を制御するバルブとなる。電流を取り去フた場合、
微小な穴１８が開放された元の状態に戻る。このように
して気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給できるバ
ルブあるいは連続して供給したり止めたりできるストッ
プバルブとしての役を果す。
なお、本実施例ではシリコン基板１１の穴２３は正方形
であるが、正方形以外の多角形や円形等であってもよく
、また、板ばね構造体に明けられた穴２６も正方形であ
るが、正方形以外の多角形または円形等であってもよい
ことはいうまでもなく、また穴２６の形成はシリコン基
板１１の穴２３を形成したのちにすることもできる。
であるが、正方形以外の多角形や円形等であってもよく
、また、板ばね構造体に明けられた穴２６も正方形であ
るが、正方形以外の多角形または円形等であってもよい
ことはいうまでもなく、また穴２６の形成はシリコン基
板１１の穴２３を形成したのちにすることもできる。
第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例の縦
断面図である。
断面図である。
この小形流量制御素子では第１図の小形流量制御素子の
シリコン基板ｌｌ上の磁性１ｉ１２をエツチング後、絶
ＭＵ１３Ａのバターニングを中央部のみに行うようにし
たもので、コイル用の導電性膜１４Ａを形成したのち、
さらに絶縁膜１５Ａも同様に中央部のみのバターニング
を行い、上部の薄い磁性膜１７Ａおよび厚い磁性膜１９
Ａは第１図の場合と同様のバターニングを行って形成さ
れている。また、厚い磁性膜１９Ａを堆積するとき金属
マスク２］Ａは第１図の場合と比較して磁性膜１９Ａの
上面に掻く近く設定しておき、余分な磁性膜が絶縁膜１
５Ａ上に堆積しないようにしておくことによって薄い磁
性膜１７および厚い磁性膜１９Ａと磁性膜Ｉ２とは直接
接続されていない。しかし、この場合でも磁性膜１７Ａ
および１９Ａと磁性膜】２とは外周端でのもれ磁界で閉
磁路を作るので磁気的に結合し、第１図の場合と大差の
ない機能を持っている。
シリコン基板ｌｌ上の磁性１ｉ１２をエツチング後、絶
ＭＵ１３Ａのバターニングを中央部のみに行うようにし
たもので、コイル用の導電性膜１４Ａを形成したのち、
さらに絶縁膜１５Ａも同様に中央部のみのバターニング
を行い、上部の薄い磁性膜１７Ａおよび厚い磁性膜１９
Ａは第１図の場合と同様のバターニングを行って形成さ
れている。また、厚い磁性膜１９Ａを堆積するとき金属
マスク２］Ａは第１図の場合と比較して磁性膜１９Ａの
上面に掻く近く設定しておき、余分な磁性膜が絶縁膜１
５Ａ上に堆積しないようにしておくことによって薄い磁
性膜１７および厚い磁性膜１９Ａと磁性膜Ｉ２とは直接
接続されていない。しかし、この場合でも磁性膜１７Ａ
および１９Ａと磁性膜】２とは外周端でのもれ磁界で閉
磁路を作るので磁気的に結合し、第１図の場合と大差の
ない機能を持っている。
本実施例の小形流量制御素子は第１図の場合に比し製造
工程が簡単となっているが略同様の作用効果をもたらす
ものである。
工程が簡単となっているが略同様の作用効果をもたらす
ものである。
［発明の効果］
以上説明したように本発明は、コイルを一定値以上の電
流で付勢したとき、板ばね構造体上の円錐形磁性体を薄
膜構造体の穴の周囲に当接させることにより、前記板ば
ね構造体の穴と薄膜構造体の穴との間の流体の流れが停
止され、かつ前記コイルを付勢する電流値によって前記
円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との間隔を一定値に保っ
て流量の制御ができるので、ストップバルブとしての機
能をもち、気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給す
る高精度で十分な寿命を有する小形流量制御素子が実現
するという効果がある。
流で付勢したとき、板ばね構造体上の円錐形磁性体を薄
膜構造体の穴の周囲に当接させることにより、前記板ば
ね構造体の穴と薄膜構造体の穴との間の流体の流れが停
止され、かつ前記コイルを付勢する電流値によって前記
円錐形磁性体と薄膜構造体の穴との間隔を一定値に保っ
て流量の制御ができるので、ストップバルブとしての機
能をもち、気体または液体を微量かつ一定量ずつ供給す
る高精度で十分な寿命を有する小形流量制御素子が実現
するという効果がある。
第１図（ａ）は本発明の小形流量制御素子の第１の実施
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断面
図、第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例
の縦断面図、第３図は小形流量制御素子の従来例の縦断
面図である。 １１−シリコン基板、 １２．１７．１７＾、１９．１９Ａ−磁性膜、１３．１
５．１５＾−絶縁膜、 】４．１４＾・・・導電性膜、
１６−空間、 】８．２３．２６−穴、２１−金属マ
スク、 ２２−・・微小円錐形磁性体、 ２４−・コイル端子部、 ２５−両端固定梁。
例の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線縦断面
図、第２図は本発明の小形流量制御素子の第２の実施例
の縦断面図、第３図は小形流量制御素子の従来例の縦断
面図である。 １１−シリコン基板、 １２．１７．１７＾、１９．１９Ａ−磁性膜、１３．１
５．１５＾−絶縁膜、 】４．１４＾・・・導電性膜、
１６−空間、 】８．２３．２６−穴、２１−金属マ
スク、 ２２−・・微小円錐形磁性体、 ２４−・コイル端子部、 ２５−両端固定梁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、穴が形成された非磁性体基板と、 該非磁性体基板の穴の周辺に周辺部が固定され、前記穴
に通ずる穴を持ち、かつ前記基板と反対側の面の中央部
に底面が固定された円錐形磁性体を有する、磁性材料に
よる薄膜または磁性材料とシリコン化合物等との複合薄
膜で形成された板ばね構造体と、 該板ばね構造体の周辺部上に前記円錐形磁性体を囲んで
設置された薄膜上のコイルと、 前記板ばね構造体と磁気結合し、かつ該板ばね構造体と
ともに前記コイルを挟んで形成され、磁性薄膜または磁
性薄膜と絶縁膜との複合膜からなる薄膜構造体とを有し
、 前記薄膜構造体には該薄膜構造体と前記コイルと前記板
ばね構造体とで形成された空間内に前記板ばね構造体の
穴から流入または流出する流体が流出または流入する唯
一の出入口として、前記コイルが一定値以上の電流で付
勢されたとき前記板ばね構造体上の円錐形磁性体が周囲
に当接する穴が形成されている小形流量制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254081A JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2254081A JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136577A true JPH04136577A (ja) | 1992-05-11 |
| JP2608981B2 JP2608981B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=17259963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2254081A Expired - Fee Related JP2608981B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 小形流量制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2608981B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658450A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁駆動形小形弁 |
| JP2008232359A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 磁歪式ガスバルブ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0384270A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Yokogawa Electric Corp | マイクロバルブ |
-
1990
- 1990-09-26 JP JP2254081A patent/JP2608981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0384270A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Yokogawa Electric Corp | マイクロバルブ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658450A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁駆動形小形弁 |
| JP2008232359A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 磁歪式ガスバルブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2608981B2 (ja) | 1997-05-14 |
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