JPH07158757A - マイクロバルブ - Google Patents
マイクロバルブInfo
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- JPH07158757A JPH07158757A JP30525193A JP30525193A JPH07158757A JP H07158757 A JPH07158757 A JP H07158757A JP 30525193 A JP30525193 A JP 30525193A JP 30525193 A JP30525193 A JP 30525193A JP H07158757 A JPH07158757 A JP H07158757A
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- Japan
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- silicon diaphragm
- substrate
- valve
- body portion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 よりコンパクトで、また高圧流体にも対応可
能なマイクロバルブを提供する。 【構成】 薄板状の基板１０には、吐出孔１１が設けら
れており、その上方に中央部に吐出孔１１を開閉する弁
体部２２を有するシリコンダイヤフラム２０が設けられ
ている。シリコンダイヤフラム２０の上端面２０ａに
は、圧電素子３１および弾性体３２からなる圧電ユニモ
ルフ３０が密着固定されており、シリコンダイヤフラム
２０を変位させることによりバルブが開閉し、吐出量が
制御される。
能なマイクロバルブを提供する。 【構成】 薄板状の基板１０には、吐出孔１１が設けら
れており、その上方に中央部に吐出孔１１を開閉する弁
体部２２を有するシリコンダイヤフラム２０が設けられ
ている。シリコンダイヤフラム２０の上端面２０ａに
は、圧電素子３１および弾性体３２からなる圧電ユニモ
ルフ３０が密着固定されており、シリコンダイヤフラム
２０を変位させることによりバルブが開閉し、吐出量が
制御される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，シリコンダイヤフラム
により構成されるマイクロバルブに関するものである。
により構成され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、マイクロマシニング技術を用いて
微細加工したシリコンダイヤフラムにより構成されたマ
イクロバルブにおいて、東北大学によるフォトリソグラ
フィを応用した微細加工技術「マイクロマシニング」
（大河出版発行「超精密加工マニュアル、P.90-96 ）に
記載されているように、そのバルブを駆動開閉する駆動
力として積層型圧電アクチュエータを用いたものや、Ｍ
ＩＴによる「Flow Characteristics of a Pressure-Bal
ancd Microvalv」（Transducers '93 p.98-101 )におい
て、静電引力を利用してシリコンダイヤラムを駆動する
ものがある。
微細加工したシリコンダイヤフラムにより構成されたマ
イクロバルブにおいて、東北大学によるフォトリソグラ
フィを応用した微細加工技術「マイクロマシニング」
（大河出版発行「超精密加工マニュアル、P.90-96 ）に
記載されているように、そのバルブを駆動開閉する駆動
力として積層型圧電アクチュエータを用いたものや、Ｍ
ＩＴによる「Flow Characteristics of a Pressure-Bal
ancd Microvalv」（Transducers '93 p.98-101 )におい
て、静電引力を利用してシリコンダイヤラムを駆動する
ものがある。
【０００３】このように、バルブがマイクロ化すると駆
動するアクチュエータのサイズも当然小さくしなければ
ならず、そのため必然的にその発生力も小さくなる。し
かし、バルブを開閉するためには流体の圧力に打ち勝っ
てダイヤフラムを駆動する必要があり、この結果マイク
ロ化によって扱える流体圧が低いものに制限されてしま
う。この問題を解決するためにダイヤフラムを二重のプ
レート構造にして圧力バランスを取ることにより高圧の
流体に対応できるバルブを構成したものがある。
動するアクチュエータのサイズも当然小さくしなければ
ならず、そのため必然的にその発生力も小さくなる。し
かし、バルブを開閉するためには流体の圧力に打ち勝っ
てダイヤフラムを駆動する必要があり、この結果マイク
ロ化によって扱える流体圧が低いものに制限されてしま
う。この問題を解決するためにダイヤフラムを二重のプ
レート構造にして圧力バランスを取ることにより高圧の
流体に対応できるバルブを構成したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】シリコンダイヤフラム
を駆動する駆動力として積層型圧電アクチュエータや静
電力を用いた構成の場合、そのバルブの開閉のストロー
クが数μｍしか得られないため、最大流量が微量でその
使用範囲が非常に限られるばかりでなく、微量の流体を
制御する場合でも圧損が大きくバルブを駆動するための
高い駆動力が必要となってしまう。
を駆動する駆動力として積層型圧電アクチュエータや静
電力を用いた構成の場合、そのバルブの開閉のストロー
クが数μｍしか得られないため、最大流量が微量でその
使用範囲が非常に限られるばかりでなく、微量の流体を
制御する場合でも圧損が大きくバルブを駆動するための
高い駆動力が必要となってしまう。
【０００５】また、数μｍのストロークを有効利用する
には、そのストロークを高精度に維持する必要があり、
そのため、各部品において、より高い加工、組付精度が
要求される。一方、高圧の流体に対応できるようダイヤ
フラムを二重のプレート構造にて圧力バランスをとる構
成のものにおいては、バルブの開閉時その圧力バランス
が崩れたり、また、その製造に際しウェハ接合工程を必
要とするため、ダイヤフラムの製造プロセスが複雑にな
るといった問題がある。 そのため、本発明は、よりコ
ンパクトで、また高圧流体にも対応可能なマイクロバル
ブを提供することを目的とする。
には、そのストロークを高精度に維持する必要があり、
そのため、各部品において、より高い加工、組付精度が
要求される。一方、高圧の流体に対応できるようダイヤ
フラムを二重のプレート構造にて圧力バランスをとる構
成のものにおいては、バルブの開閉時その圧力バランス
が崩れたり、また、その製造に際しウェハ接合工程を必
要とするため、ダイヤフラムの製造プロセスが複雑にな
るといった問題がある。 そのため、本発明は、よりコ
ンパクトで、また高圧流体にも対応可能なマイクロバル
ブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、流体が吐出する孔が設けられた基板と、
前記孔の開口部を開閉するシリコンダイヤフラムからな
るマイクロバルブにおいて、前記シリコンダイヤフラム
は、前記基板に当接する固定部と、前記孔に対向し、前
記孔の開口部を開閉する弁体部と、前記弁体部が開閉駆
動可能なように前記弁体部と前記固定部を連結する薄板
状の連結部からなり、前記シリコンダイヤフラムの前記
弁体部と相反する面に、薄板状の弾性体を設け、さらに
前記弾性体上に圧電素子を設けて圧電ユニモルフを構成
するという技術的手段を採用するものである。また、前
記圧電素子を前記弾性体を介さず前記シリコンダイヤフ
ラムに一体的に形成してもよい。さらに前記弁体部が前
記孔を閉鎖するとき前記シリコンダイヤフラムに押圧力
が発生するよう、前記固定部の基板と当接する面と、前
記弁体部の先端面との間にオフセットを設けるように構
成してもよい。
成するために、流体が吐出する孔が設けられた基板と、
前記孔の開口部を開閉するシリコンダイヤフラムからな
るマイクロバルブにおいて、前記シリコンダイヤフラム
は、前記基板に当接する固定部と、前記孔に対向し、前
記孔の開口部を開閉する弁体部と、前記弁体部が開閉駆
動可能なように前記弁体部と前記固定部を連結する薄板
状の連結部からなり、前記シリコンダイヤフラムの前記
弁体部と相反する面に、薄板状の弾性体を設け、さらに
前記弾性体上に圧電素子を設けて圧電ユニモルフを構成
するという技術的手段を採用するものである。また、前
記圧電素子を前記弾性体を介さず前記シリコンダイヤフ
ラムに一体的に形成してもよい。さらに前記弁体部が前
記孔を閉鎖するとき前記シリコンダイヤフラムに押圧力
が発生するよう、前記固定部の基板と当接する面と、前
記弁体部の先端面との間にオフセットを設けるように構
成してもよい。
【０００７】
【作用】本発明によれば、シリコンダイヤフラムに設け
られた弁体部の相反する面に設けられた薄板状の弾性体
と圧電素子からなる圧電ユニモルフに電圧を印加するこ
とにより、前記シリコンダイヤフラムに曲げ力が発生
し、圧電ユニモルフとともに弁体部が変位することによ
りバルブを開閉駆動し、前記基板に設けられた孔からの
流体の吐出を制御する。また、シリコンダイヤフラムに
一体的に設けられた圧電素子によりシリコンダイヤフラ
ムが開閉駆動される。さらに孔に接する弁体部の先端面
が、シリコンダイヤフラムの固定部の基板と当接する面
に対し、オフセットするように設けられるため、前記弁
体部は、組付けられた状態において前記基板により押し
上げられることになり、シリコンダイヤフラム及び圧電
ユニモルフが連結部の変形とともに屈曲することにより
基板に設けられた孔に対し押圧力を発生するよう作用す
る。
られた弁体部の相反する面に設けられた薄板状の弾性体
と圧電素子からなる圧電ユニモルフに電圧を印加するこ
とにより、前記シリコンダイヤフラムに曲げ力が発生
し、圧電ユニモルフとともに弁体部が変位することによ
りバルブを開閉駆動し、前記基板に設けられた孔からの
流体の吐出を制御する。また、シリコンダイヤフラムに
一体的に設けられた圧電素子によりシリコンダイヤフラ
ムが開閉駆動される。さらに孔に接する弁体部の先端面
が、シリコンダイヤフラムの固定部の基板と当接する面
に対し、オフセットするように設けられるため、前記弁
体部は、組付けられた状態において前記基板により押し
上げられることになり、シリコンダイヤフラム及び圧電
ユニモルフが連結部の変形とともに屈曲することにより
基板に設けられた孔に対し押圧力を発生するよう作用す
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図に基づいて
説明する。図１は本発明の第１実施例のマイクロバルブ
１の全体構成を示す断面図である。シリコンもしくはガ
ラス等からなる厚さ数百μｍ、直径が数ミリ程度の薄板
円板状の基板１０には、そのほぼ中央に直径が数十〜数
百μｍオーダーの流体を吐出するための吐出孔１１が、
その厚さ方向に貫通した形で設けられている。その上方
には同様に外形が厚さ数百μｍ、直径が数ミリ程度のシ
リコンより形成されるシリコンダイヤフラム２０が設け
られている。シリコンダイヤフラム２０には、その中央
部に、基板１０に向けて弁体部２２が形成されており、
外周部には前記基板１０に当接される固定部２３があ
り、前記基板１０に接触固定されている。固定部２３と
弁座部２２は、薄板状の連結部２１によって連結されて
おり、弁座部２２が固定部２３に対し、その厚み方向に
変位可能なように構成されている。従って、シリコンダ
イヤフラム２０は、その上面側は、全域にわたりシリコ
ンが形成され、基板１０に面する側に固定部２３と弁体
部２２の間にドーナツ状の空間部が形成された形状を有
することとなる。このシリコンダイヤフラム２０は、一
般の半導体製造に用いられるエッチング処理により、弁
座部、固定部、連結部等が高精度に成形される。
説明する。図１は本発明の第１実施例のマイクロバルブ
１の全体構成を示す断面図である。シリコンもしくはガ
ラス等からなる厚さ数百μｍ、直径が数ミリ程度の薄板
円板状の基板１０には、そのほぼ中央に直径が数十〜数
百μｍオーダーの流体を吐出するための吐出孔１１が、
その厚さ方向に貫通した形で設けられている。その上方
には同様に外形が厚さ数百μｍ、直径が数ミリ程度のシ
リコンより形成されるシリコンダイヤフラム２０が設け
られている。シリコンダイヤフラム２０には、その中央
部に、基板１０に向けて弁体部２２が形成されており、
外周部には前記基板１０に当接される固定部２３があ
り、前記基板１０に接触固定されている。固定部２３と
弁座部２２は、薄板状の連結部２１によって連結されて
おり、弁座部２２が固定部２３に対し、その厚み方向に
変位可能なように構成されている。従って、シリコンダ
イヤフラム２０は、その上面側は、全域にわたりシリコ
ンが形成され、基板１０に面する側に固定部２３と弁体
部２２の間にドーナツ状の空間部が形成された形状を有
することとなる。このシリコンダイヤフラム２０は、一
般の半導体製造に用いられるエッチング処理により、弁
座部、固定部、連結部等が高精度に成形される。
【０００９】弁体部２２の先端面２２ａと、固定部２３
の基板と当接する面２３ａとの間には、その厚さ方向に
オフセットが設けられている。即ち、弁体部２２の厚さ
を、固定部２３の厚さよりやや厚くしている。そのため
シリコンダイヤフラム２０を組付ける前の状態では、弁
体部２２の先端面２２ａが、固定部２３の基板と接する
面より突出した状態にある。シリコンダイヤフラム２０
と基板１０とを組付けるにあたっては、固定部２３の基
板１０に対向する面と基板１０を密着固定する。その
際、弁体部２２が基板１０に向けて突出しているため、
弁体部２２は連結部２１とともに基板１０により上方に
押し上げられることとなり、連結部２１が変形してダイ
ヤフラムの中央部が上方に突出した形でハウジング６
０、６１により密着固定される。従って弁体部２２の先
端面２２ａは、基板１０に設けられた孔１１を所定の押
圧力で閉鎖することとなる。
の基板と当接する面２３ａとの間には、その厚さ方向に
オフセットが設けられている。即ち、弁体部２２の厚さ
を、固定部２３の厚さよりやや厚くしている。そのため
シリコンダイヤフラム２０を組付ける前の状態では、弁
体部２２の先端面２２ａが、固定部２３の基板と接する
面より突出した状態にある。シリコンダイヤフラム２０
と基板１０とを組付けるにあたっては、固定部２３の基
板１０に対向する面と基板１０を密着固定する。その
際、弁体部２２が基板１０に向けて突出しているため、
弁体部２２は連結部２１とともに基板１０により上方に
押し上げられることとなり、連結部２１が変形してダイ
ヤフラムの中央部が上方に突出した形でハウジング６
０、６１により密着固定される。従って弁体部２２の先
端面２２ａは、基板１０に設けられた孔１１を所定の押
圧力で閉鎖することとなる。
【００１０】基板１０には、弁体部２２の先端面２２ａ
が当接する部分に、当接時の流体の漏れを防ぐため、円
環状のシールが設けられている。基板１０とシリコンダ
イヤフラム２０との間には弁体部２２の外周に、流体が
供給される空間部５０が形成されており、ハウジング６
０に設けられた外部と連通する入力ポート４０を通じて
空間部５０に流体が供給される。
が当接する部分に、当接時の流体の漏れを防ぐため、円
環状のシールが設けられている。基板１０とシリコンダ
イヤフラム２０との間には弁体部２２の外周に、流体が
供給される空間部５０が形成されており、ハウジング６
０に設けられた外部と連通する入力ポート４０を通じて
空間部５０に流体が供給される。
【００１１】シリコンダイヤフラム２０の弁座部２２の
相反する面２０ａには圧電ユニモルフ３０が設けられて
いる。圧電ユニモルフ３０は、電圧に印加することによ
って歪みを生じる厚さ０．１ミリ程度の圧電素子３１と
同じく厚さ０．１ミリ程度のステンレスやリン青銅等か
らなる薄板状の弾性体３２から構成されており、弾性体
３２がシリコンダイヤフラムの面２０ａに密着固定さ
れ、弾性体３２に圧電素子３１が固着されている。
相反する面２０ａには圧電ユニモルフ３０が設けられて
いる。圧電ユニモルフ３０は、電圧に印加することによ
って歪みを生じる厚さ０．１ミリ程度の圧電素子３１と
同じく厚さ０．１ミリ程度のステンレスやリン青銅等か
らなる薄板状の弾性体３２から構成されており、弾性体
３２がシリコンダイヤフラムの面２０ａに密着固定さ
れ、弾性体３２に圧電素子３１が固着されている。
【００１２】上述したように弁体部２２は基板１０によ
り上方に押し上げられているため、その弁体部２２付近
から固定部２３に向けて傾斜している。そのため、シリ
コンダイヤフラム２０の面２０ａに固着された圧電ユニ
モルフ３０も同様に中央が突出し、その周囲に向けて傾
斜する形で設けられている。基板１０及びシリコンダイ
ヤフラム２０の周囲には、それらを固定、保護するハウ
ジング６０、６１が設けられており、ダイヤフラム内に
送り込まれた流体が基板１０との密着面から漏れないよ
うにシリコンダイヤフラム２０と基板１０を外周方向及
び上下方向より密閉固定している。ハウジング６０内部
の圧電ユニモルフ３０上方には、バルブの開閉時シリコ
ンダイヤフラム２０及び圧電ユニモルフ３０が移動可能
なように空間部７０が設けられている。
り上方に押し上げられているため、その弁体部２２付近
から固定部２３に向けて傾斜している。そのため、シリ
コンダイヤフラム２０の面２０ａに固着された圧電ユニ
モルフ３０も同様に中央が突出し、その周囲に向けて傾
斜する形で設けられている。基板１０及びシリコンダイ
ヤフラム２０の周囲には、それらを固定、保護するハウ
ジング６０、６１が設けられており、ダイヤフラム内に
送り込まれた流体が基板１０との密着面から漏れないよ
うにシリコンダイヤフラム２０と基板１０を外周方向及
び上下方向より密閉固定している。ハウジング６０内部
の圧電ユニモルフ３０上方には、バルブの開閉時シリコ
ンダイヤフラム２０及び圧電ユニモルフ３０が移動可能
なように空間部７０が設けられている。
【００１３】空間部７０を形成するハウジング６０の内
周面６０ａの先端部６０ｂは、弾性体３１に接触してお
り、弾性体３１のその位置における上方向への移動を規
制している。次に上記マイクロバルブ１の作動について
説明する。圧電ユニモルフ３０に電圧を印加しない状態
で入力ポート４０より空間部５０に流体を供給する。空
間部５０は、吐出孔１１が弁体部２２により閉鎖されて
いる。流体により空間部５０が密閉されると、流体圧は
弁体部２２が基板１０を押しつけている押圧力よりも高
いことから、図１（ｂ）に示すように、弁体部２２を上
方に押し上げる。それにより弁座２２ａは基板１０より
離れ、吐出孔１１を開口し、流体圧と押圧力が均衡する
位置ｈで弁体部が停止し、流体が吐出される。
周面６０ａの先端部６０ｂは、弾性体３１に接触してお
り、弾性体３１のその位置における上方向への移動を規
制している。次に上記マイクロバルブ１の作動について
説明する。圧電ユニモルフ３０に電圧を印加しない状態
で入力ポート４０より空間部５０に流体を供給する。空
間部５０は、吐出孔１１が弁体部２２により閉鎖されて
いる。流体により空間部５０が密閉されると、流体圧は
弁体部２２が基板１０を押しつけている押圧力よりも高
いことから、図１（ｂ）に示すように、弁体部２２を上
方に押し上げる。それにより弁座２２ａは基板１０より
離れ、吐出孔１１を開口し、流体圧と押圧力が均衡する
位置ｈで弁体部が停止し、流体が吐出される。
【００１４】この流体の吐出を停止する際には圧電ユニ
モルフに電圧を印加する。圧電素子３１はその分極を促
す方向の電圧を印加することによりその径方向に収縮、
厚さ方向に伸長する歪みを発生し、分極を妨げる方向に
電圧を印加することにより逆の歪みを発生する。圧電ユ
ニモルフは、圧電素子３１と弾性体３２を固着して形成
されているため、圧電素子３１に電圧を印加した際、圧
電素子３１は径弾性体は収縮しない。従って圧電ユニモ
ルフは弾性体側に凸に屈曲し、圧電素子３１の径方向の
微小変位が、圧電素子軸方向の変位に拡大されることに
より従来の積層型圧電アクチュエータや静電力による変
位量よりもさらに大きな変位量を発生することが可能と
なる。
モルフに電圧を印加する。圧電素子３１はその分極を促
す方向の電圧を印加することによりその径方向に収縮、
厚さ方向に伸長する歪みを発生し、分極を妨げる方向に
電圧を印加することにより逆の歪みを発生する。圧電ユ
ニモルフは、圧電素子３１と弾性体３２を固着して形成
されているため、圧電素子３１に電圧を印加した際、圧
電素子３１は径弾性体は収縮しない。従って圧電ユニモ
ルフは弾性体側に凸に屈曲し、圧電素子３１の径方向の
微小変位が、圧電素子軸方向の変位に拡大されることに
より従来の積層型圧電アクチュエータや静電力による変
位量よりもさらに大きな変位量を発生することが可能と
なる。
【００１５】図１（ｂ）に示されるように圧電素子３１
に電圧が印加されていない状態において、屈曲した状態
にある圧電ユニモルフ３０に圧電素子の分極を促す方向
に電圧を印加すると、圧電素子３１が収縮し、それに伴
い圧電ユニモルフ３０は、水平になるよう変位作用す
る。そのためシリコンダイヤフラム２０の弁体部２２は
下方に移動し、図１（ｃ）に示すように吐出孔１１の開
口部を閉鎖し、流体の吐出を止める。このとき、圧電ユ
ニモルフ３０へ供給される電圧は、シリコンダイヤフラ
ム２０が押圧する圧力と流体がシリコンダイヤフラム２
０を押し上げる圧力との差分の力が発生するだけの電圧
を供給すれば、閉鎖することが可能である。
に電圧が印加されていない状態において、屈曲した状態
にある圧電ユニモルフ３０に圧電素子の分極を促す方向
に電圧を印加すると、圧電素子３１が収縮し、それに伴
い圧電ユニモルフ３０は、水平になるよう変位作用す
る。そのためシリコンダイヤフラム２０の弁体部２２は
下方に移動し、図１（ｃ）に示すように吐出孔１１の開
口部を閉鎖し、流体の吐出を止める。このとき、圧電ユ
ニモルフ３０へ供給される電圧は、シリコンダイヤフラ
ム２０が押圧する圧力と流体がシリコンダイヤフラム２
０を押し上げる圧力との差分の力が発生するだけの電圧
を供給すれば、閉鎖することが可能である。
【００１６】従って、流体を吐出する際には圧電ユニモ
ルフ３０への通電により圧電素子３１に蓄積された電荷
を放電するように電圧を作用させ、停止する際には、電
圧を印加することにより吐出孔１１を閉鎖して、吐出孔
１１からの流体の吐出量を制御することが可能となる。
また、弁体部２２のリフト量ｈを調整することによって
も吐出量を制御できるので、吐出時の圧電ユニモルフ３
０へある一定の電圧を印加させておくことにより、最大
リフト量ｈ以下の範囲で、リフト量を変位させることが
でき、通電量を調整して吐出量を任意に調整することも
可能となる。
ルフ３０への通電により圧電素子３１に蓄積された電荷
を放電するように電圧を作用させ、停止する際には、電
圧を印加することにより吐出孔１１を閉鎖して、吐出孔
１１からの流体の吐出量を制御することが可能となる。
また、弁体部２２のリフト量ｈを調整することによって
も吐出量を制御できるので、吐出時の圧電ユニモルフ３
０へある一定の電圧を印加させておくことにより、最大
リフト量ｈ以下の範囲で、リフト量を変位させることが
でき、通電量を調整して吐出量を任意に調整することも
可能となる。
【００１７】上記実施例においては、初期状態において
シリコンダイヤフラムに孔を閉じる押圧力を発生するよ
うな構成について説明したが、そのような押圧力が発生
しないよう、ダイヤフラムをフラットな状態で組付ける
ような構成としてもよい。その場合、圧電ユニモルフ３
０へは、流体がバルブへ供給された状態で、吐出孔１１
より流体が吐出しないよう、予め圧電ユニモルフ３０
に、上述の通電量よりも大きい通電が必要となってく
る。
シリコンダイヤフラムに孔を閉じる押圧力を発生するよ
うな構成について説明したが、そのような押圧力が発生
しないよう、ダイヤフラムをフラットな状態で組付ける
ような構成としてもよい。その場合、圧電ユニモルフ３
０へは、流体がバルブへ供給された状態で、吐出孔１１
より流体が吐出しないよう、予め圧電ユニモルフ３０
に、上述の通電量よりも大きい通電が必要となってく
る。
【００１８】また、上記実施例においてはバルブに供給
される流体圧が、もともとシリコンダイヤフラム２０が
基板１０を押圧する圧力より大きい場合について説明し
たが、その逆で、流体圧よりもシリコンダイヤフラム１
０の押圧力の方が大きく設定することも可能である。そ
の場合、流体がバルブに供給され、圧電ユニモルフ３０
に電圧が印加されていない状態でバルブが閉状態となる
ので、圧電ユニモルフ３０への電圧の印加は、弁体部２
２が上方に持ち上がるよう作用させる必要がある。その
場合は、圧電ユニモルフ３０へ圧電素子の分極を妨げる
方向の電圧を分極を打ち消さない程度に印加すれば、圧
電素子３１が膨張方向に歪み、曲げが増大する方向に変
位し、弁体部２２を上方に持ち上げることが可能とな
る。
される流体圧が、もともとシリコンダイヤフラム２０が
基板１０を押圧する圧力より大きい場合について説明し
たが、その逆で、流体圧よりもシリコンダイヤフラム１
０の押圧力の方が大きく設定することも可能である。そ
の場合、流体がバルブに供給され、圧電ユニモルフ３０
に電圧が印加されていない状態でバルブが閉状態となる
ので、圧電ユニモルフ３０への電圧の印加は、弁体部２
２が上方に持ち上がるよう作用させる必要がある。その
場合は、圧電ユニモルフ３０へ圧電素子の分極を妨げる
方向の電圧を分極を打ち消さない程度に印加すれば、圧
電素子３１が膨張方向に歪み、曲げが増大する方向に変
位し、弁体部２２を上方に持ち上げることが可能とな
る。
【００１９】さらに第２の実施例を図２に示す。図２に
示されたマイクロバルブ２は、シリコンダイヤフラム１
２０が通常その上端面がフラットな状態で組み込まれて
おり、さらに弁座部１２２の先端面１２２ａと基板１１
０との間には、所定の幅の間隙が設けられている。さら
に圧電素子１３１が直接シリコンダイヤフラム１２０に
固着されている。他の構成については、図１における第
１実施例と同様であるので、その説明は省く。
示されたマイクロバルブ２は、シリコンダイヤフラム１
２０が通常その上端面がフラットな状態で組み込まれて
おり、さらに弁座部１２２の先端面１２２ａと基板１１
０との間には、所定の幅の間隙が設けられている。さら
に圧電素子１３１が直接シリコンダイヤフラム１２０に
固着されている。他の構成については、図１における第
１実施例と同様であるので、その説明は省く。
【００２０】このような構成の場合、圧電ユニモルフ１
３０に電圧が印加されていない状態でバルブは開状態で
あり、圧電ユニモルフに正の電圧を印加して、シリコン
ダイヤフラムを下側に凸となるように変位させることに
よりバルブを閉じることとなる。さらに圧電素子１３１
が直接シリコンダイヤフラム１２０に固定されているた
め、シリコンダイヤフラム１２０自身が、上述の第１実
施例における弾性体３２の役割を果たすことになる。従
って、よりコンパクト化が実現できる。
３０に電圧が印加されていない状態でバルブは開状態で
あり、圧電ユニモルフに正の電圧を印加して、シリコン
ダイヤフラムを下側に凸となるように変位させることに
よりバルブを閉じることとなる。さらに圧電素子１３１
が直接シリコンダイヤフラム１２０に固定されているた
め、シリコンダイヤフラム１２０自身が、上述の第１実
施例における弾性体３２の役割を果たすことになる。従
って、よりコンパクト化が実現できる。
【００２１】また、図３に示すように、図２の構成に加
え、弾性体１３２をシリコンダイヤフラム１２０の上面
全体に設けることにより、ハウジング等の加工、組付精
度の影響を小さくして、圧電ユニモルフとシリコンダイ
ヤフラムがフラットな面で接触することにより、圧電ユ
ニモルフによる発生変位の有効利用を図ることができ
る。
え、弾性体１３２をシリコンダイヤフラム１２０の上面
全体に設けることにより、ハウジング等の加工、組付精
度の影響を小さくして、圧電ユニモルフとシリコンダイ
ヤフラムがフラットな面で接触することにより、圧電ユ
ニモルフによる発生変位の有効利用を図ることができ
る。
【００２２】さらに図４に示すようにハウジング１６０
がシリコンダイヤフラム１２０の上面に直接当接するよ
うに設け、シリコンバルブ１２０の弁体部の上方に当た
る部分即ち圧電素子１３１との間に前記第１実施例にお
ける圧電ユニモルフの弾性体に相当するように薄板状に
構成してもよい。尚、上記図２乃至図４に示された構成
において、図１に示されたような弁体部を基板に押圧す
るような構成とすることも当然可能である。
がシリコンダイヤフラム１２０の上面に直接当接するよ
うに設け、シリコンバルブ１２０の弁体部の上方に当た
る部分即ち圧電素子１３１との間に前記第１実施例にお
ける圧電ユニモルフの弾性体に相当するように薄板状に
構成してもよい。尚、上記図２乃至図４に示された構成
において、図１に示されたような弁体部を基板に押圧す
るような構成とすることも当然可能である。
【００２３】さらに、図５に、シリコンダイヤフラムに
押圧力を発生させる他の実施例を示す。シリコンダイヤ
フラム２２０の弁体部２２２の厚さを固定部２２３の厚
さより薄く構成する。そして、基板２１０の弁体部に接
する部分を突出する構成としている。この時、固定部２
２３の厚さと基板２１０の厚さとの総和に対し、弁体部
２２２の厚さと基板２１０の突出部２１１の厚さとの総
和が大きくなるよう設定する構成として、シリコンダイ
ヤフラム２２０の固定部２２３と基板２１０を密着固定
するように組付けると、基板２１０の突出部２１１によ
り弁体部２２２が押し上げられて図１に示されるものと
同様な押圧力を発生させることもできる。
押圧力を発生させる他の実施例を示す。シリコンダイヤ
フラム２２０の弁体部２２２の厚さを固定部２２３の厚
さより薄く構成する。そして、基板２１０の弁体部に接
する部分を突出する構成としている。この時、固定部２
２３の厚さと基板２１０の厚さとの総和に対し、弁体部
２２２の厚さと基板２１０の突出部２１１の厚さとの総
和が大きくなるよう設定する構成として、シリコンダイ
ヤフラム２２０の固定部２２３と基板２１０を密着固定
するように組付けると、基板２１０の突出部２１１によ
り弁体部２２２が押し上げられて図１に示されるものと
同様な押圧力を発生させることもできる。
【００２４】また、図６には、弁体部３２２の先端面が
基板３１０に対し、テーパ状に接するような形のいわゆ
るニードルバルブ状の構成にするものを示す。このよう
な構成とすることにより、バルブ開閉時の流路を適切に
確保し、スムーズな流体の吐出制御が可能となる。
基板３１０に対し、テーパ状に接するような形のいわゆ
るニードルバルブ状の構成にするものを示す。このよう
な構成とすることにより、バルブ開閉時の流路を適切に
確保し、スムーズな流体の吐出制御が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】本願発明は、以上のような構成を有する
ので、薄型で従来よりもストロークが大きく比較的大流
量に対応可能なマイクロバルブを構成することができ
る。また、バルブ自身の加工、組付け精度が悪化しても
バルブのストロークに直接影響する割合が小さいので、
加工、組付けの容易性を向上させることができる。ま
た、弁体部が基板を適度な押圧力にて押圧する構成とし
ているので、圧電ユニモルフへの供給電圧は、流体圧と
押圧力の差分に相当する力を発生するだけの電圧を供給
するだけでよく、従って高圧流体に対しても、動作し得
るマイクロバルブを構成することが可能となる。
ので、薄型で従来よりもストロークが大きく比較的大流
量に対応可能なマイクロバルブを構成することができ
る。また、バルブ自身の加工、組付け精度が悪化しても
バルブのストロークに直接影響する割合が小さいので、
加工、組付けの容易性を向上させることができる。ま
た、弁体部が基板を適度な押圧力にて押圧する構成とし
ているので、圧電ユニモルフへの供給電圧は、流体圧と
押圧力の差分に相当する力を発生するだけの電圧を供給
するだけでよく、従って高圧流体に対しても、動作し得
るマイクロバルブを構成することが可能となる。
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、はそれぞれバルブの
作動状態を示す本発明の第１実施例におけるマイクロバ
ルブの断面図。
作動状態を示す本発明の第１実施例におけるマイクロバ
ルブの断面図。
【図２】本発明の第２実施例におけるマイクロバルブの
断面図。
断面図。
【図３】本発明の第３実施例におけるマイクロバルブの
断面図。
断面図。
【図４】本発明の他の実施例におけるマイクロバルブの
断面図。
断面図。
【図５】本発明の他の実施例におけるマイクロバルブの
断面図。
断面図。
【図６】本発明の他の実施例におけるマイクロバルブの
断面図。
断面図。
１０ 基板 １１ 吐出孔 ２０ シリコンダイヤフラム ２１ 連結部 ２２ 弁体部 ２３ 固定部 ３０ 圧電ユニモルフ ４０ 入力ポート ６０、６１ ハウジング
Claims (3)
- 【請求項１】 流体が吐出する孔が設けられた基板と、
前記孔の開口部を開閉するシリコンダイヤフラムからな
るマイクロバルブにおいて、 前記シリコンダイヤフラムは、前記基板に当接する固定
部と、前記孔に対向し、前記孔の開口部を開閉する弁体
部と、前記弁体部が開閉駆動可能なように前記弁体部と
前記固定部を連結する薄板状の連結部からなり、 前記シリコンダイヤフラムの前記弁体部と相反する面
に、薄板状の弾性体を設け、さらに前記弾性体上に圧電
素子を設けて圧電ユニモルフを構成したことを特徴とす
るマイクロバルブ。 - 【請求項２】 流体が吐出する孔が設けられた基板と、
前記孔の開口部を開閉するシリコンダイヤフラムからな
るマイクロバルブにおいて、 前記シリコンダイヤフラムは、前記基板に当接する固定
部と、前記孔に対向し、前記孔の開口部を開閉する弁体
部と、前記弁体部が開閉駆動可能なように前記弁体部と
前記固定部を連結する薄板状の連結部からなり、 前記シリコンダイヤフラムの前記弁体部と相反する面
に、前記シリコンダイヤフラムを駆動する圧電素子を一
体的に形成することを特徴とするマイクロバルブ。 - 【請求項３】 前記弁体部が前記孔の開口部を閉鎖する
とき前記シリコンダイヤフラムに押圧力が発生するよ
う、前記固定部の基板と当接する面と、前記弁体部の先
端面との間にオフセットを設けたことを特徴とする請求
項１または２に記載のマイクロバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525193A JPH07158757A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | マイクロバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525193A JPH07158757A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | マイクロバルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07158757A true JPH07158757A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17942855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30525193A Pending JPH07158757A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | マイクロバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07158757A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998023868A1 (de) | 1996-11-25 | 1998-06-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Piezoelektrisch betätigtes mikroventil |
| WO1998023869A1 (de) | 1996-11-25 | 1998-06-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Piezoelektrisch betätigtes mikroventil |
| DE19821638A1 (de) * | 1998-05-14 | 1999-11-25 | Festo Ag & Co | Mikroventil |
| EP1008765A2 (de) | 1998-12-08 | 2000-06-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanische Aktorstruktur und Mikroventil |
| US6247908B1 (en) * | 1998-03-05 | 2001-06-19 | Seiko Instruments Inc. | Micropump |
| WO2002097422A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-05 | Electron-Bio, Inc. | A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same |
| JP2003021249A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Seiko Instruments Inc | 流体制御弁 |
| KR100454460B1 (ko) * | 2002-04-09 | 2004-10-28 | 한국전자통신연구원 | 유체 제어용 마이크로 구동장치 및 이를 이용한 마이크로유체 제어장치 |
| WO2007008019A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | M.I Co., Ltd | Vacuum gate valve having anti-suck back function |
| JP2008232202A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Shinko Electric Co Ltd | 圧電式バルブ |
| EP2213919A1 (de) * | 2009-02-03 | 2010-08-04 | Continental Automotive GmbH | Ventil |
| JP2011237032A (ja) * | 2010-05-04 | 2011-11-24 | Korea Electronics Telecommun | 高分子駆動器を含む微小バルブ構造体及びラボオンチップモジュール |
| WO2014023002A1 (zh) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 微阀装置及控制流体流动的方法 |
| JP2014134227A (ja) * | 2013-01-08 | 2014-07-24 | Tokai Rubber Ind Ltd | バルブ |
| WO2018033239A1 (de) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Fluidisches stellglied, insbesondere ventil, und verfahren zum betrieb eines fluidischen stellglieds |
| WO2023178089A1 (en) * | 2022-03-16 | 2023-09-21 | Boston Scientific Scimed, Inc. | An electronic pump assembly for an implantable device having an active valve |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP30525193A patent/JPH07158757A/ja active Pending
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998023869A1 (de) | 1996-11-25 | 1998-06-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Piezoelektrisch betätigtes mikroventil |
| WO1998023868A1 (de) | 1996-11-25 | 1998-06-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Piezoelektrisch betätigtes mikroventil |
| US6131879A (en) * | 1996-11-25 | 2000-10-17 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Piezoelectrically actuated microvalve |
| US6142444A (en) * | 1996-11-25 | 2000-11-07 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Piezoelectrically actuated microvalve |
| US6247908B1 (en) * | 1998-03-05 | 2001-06-19 | Seiko Instruments Inc. | Micropump |
| DE19821638A1 (de) * | 1998-05-14 | 1999-11-25 | Festo Ag & Co | Mikroventil |
| EP1078167B1 (de) * | 1998-05-14 | 2004-06-09 | FESTO AG & Co | Mikroventil |
| DE19821638C2 (de) * | 1998-05-14 | 2000-07-06 | Festo Ag & Co | Mikroventil |
| EP1008765A3 (de) * | 1998-12-08 | 2003-01-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanische Aktorstruktur und Mikroventil |
| DE19856583A1 (de) * | 1998-12-08 | 2000-06-21 | Fraunhofer Ges Forschung | Mikromechanische Aktorstruktur und Mikroventil |
| EP1008765A2 (de) | 1998-12-08 | 2000-06-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanische Aktorstruktur und Mikroventil |
| WO2002097422A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-05 | Electron-Bio, Inc. | A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same |
| JP2003021249A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Seiko Instruments Inc | 流体制御弁 |
| KR100454460B1 (ko) * | 2002-04-09 | 2004-10-28 | 한국전자통신연구원 | 유체 제어용 마이크로 구동장치 및 이를 이용한 마이크로유체 제어장치 |
| WO2007008019A1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | M.I Co., Ltd | Vacuum gate valve having anti-suck back function |
| JP2008232202A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Shinko Electric Co Ltd | 圧電式バルブ |
| EP2213919A1 (de) * | 2009-02-03 | 2010-08-04 | Continental Automotive GmbH | Ventil |
| JP2011237032A (ja) * | 2010-05-04 | 2011-11-24 | Korea Electronics Telecommun | 高分子駆動器を含む微小バルブ構造体及びラボオンチップモジュール |
| WO2014023002A1 (zh) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 微阀装置及控制流体流动的方法 |
| US9689508B2 (en) | 2012-08-09 | 2017-06-27 | Zhejiang Dunan Artificial Environment Co., Ltd. | Microvalve device and fluid flow control method |
| JP2014134227A (ja) * | 2013-01-08 | 2014-07-24 | Tokai Rubber Ind Ltd | バルブ |
| WO2018033239A1 (de) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Fluidisches stellglied, insbesondere ventil, und verfahren zum betrieb eines fluidischen stellglieds |
| WO2023178089A1 (en) * | 2022-03-16 | 2023-09-21 | Boston Scientific Scimed, Inc. | An electronic pump assembly for an implantable device having an active valve |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030930 |