JPH0835506A - 流体素子または流体制御器と、その製造方法 - Google Patents
流体素子または流体制御器と、その製造方法Info
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- JPH0835506A JPH0835506A JP17397394A JP17397394A JPH0835506A JP H0835506 A JPH0835506 A JP H0835506A JP 17397394 A JP17397394 A JP 17397394A JP 17397394 A JP17397394 A JP 17397394A JP H0835506 A JPH0835506 A JP H0835506A
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- Japan
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- fluid
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- fluid element
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】安価な金属材料を用いて高い寸法精度と幾何学
的形状精度を有し、かつ高信頼性の接合部を持つ、小
型、高精度の流体素子または流体制御器と、その製造方
法を提供する。 【構成】この流体素子または流体制御器１は、貫通孔お
よび／または未通孔からなる流路５を板面に対して実質
的に垂直に形成した金属板２‥を複数枚、拡散接合また
はろう接により積層接合してなるものであり、その製造
方法は複数の金属板２‥をプレス加工して貫通孔および
／または未通孔からなる流路５を形成し、それぞれの表
面を砥粒加工した後、拡散接合またはろう接により各金
属板を積層接合するものである。
的形状精度を有し、かつ高信頼性の接合部を持つ、小
型、高精度の流体素子または流体制御器と、その製造方
法を提供する。 【構成】この流体素子または流体制御器１は、貫通孔お
よび／または未通孔からなる流路５を板面に対して実質
的に垂直に形成した金属板２‥を複数枚、拡散接合また
はろう接により積層接合してなるものであり、その製造
方法は複数の金属板２‥をプレス加工して貫通孔および
／または未通孔からなる流路５を形成し、それぞれの表
面を砥粒加工した後、拡散接合またはろう接により各金
属板を積層接合するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジンの制御
用流体素子または流体制御器（以下、単に流体素子とす
る）として有用な、機械的駆動部を持たず、流体の流れ
を制御して出力を得る流体素子を、小型、高精度に、安
価な金属材料で製造する方法に関するものである。
用流体素子または流体制御器（以下、単に流体素子とす
る）として有用な、機械的駆動部を持たず、流体の流れ
を制御して出力を得る流体素子を、小型、高精度に、安
価な金属材料で製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】流体素子は図４の分解図に示すように内
部に迷路状の流路41があり、通過する流体の流速、流量
等によって機械的駆動部無しに流体の方向を制御して出
力を得る機能を持つものである。このため、流体素子の
製作に当たっては、その内部構造の設計はもとより流路
の断面形状、寸法精度、位置精度の良否がその性能を左
右することになる。また、流体素子の内部に複雑な迷路
状流路を内蔵するため、一体物での加工が困難であり、
通常は図４（ａ）〜（ｆ）に示すような幾つかの部品4
2、43‥に分割して各部品ごとに加工し、これらを積層
して図４（ｇ）に示す一つのまとまった機能を持つ流体
素子48として完成させていた。
部に迷路状の流路41があり、通過する流体の流速、流量
等によって機械的駆動部無しに流体の方向を制御して出
力を得る機能を持つものである。このため、流体素子の
製作に当たっては、その内部構造の設計はもとより流路
の断面形状、寸法精度、位置精度の良否がその性能を左
右することになる。また、流体素子の内部に複雑な迷路
状流路を内蔵するため、一体物での加工が困難であり、
通常は図４（ａ）〜（ｆ）に示すような幾つかの部品4
2、43‥に分割して各部品ごとに加工し、これらを積層
して図４（ｇ）に示す一つのまとまった機能を持つ流体
素子48として完成させていた。
【０００３】この材質には、ガラスのほか、銅、ステン
レススチール等の金属材料が用いられてきた。例えば、
図５（ｅ）に示す構造の流体素子51をガラスを用いて製
作する場合には、図５（ｂ）（ｃ）に示す胴体部52、53
にフォトエッチング加工により流路54を形成した後、別
々に製作した蓋55と底56とを積層接合するか、あるいは
図５（ｆ）に示す胴体部57に蓋55だけを図５（ｇ）に示
すように積層接合していた。しかし、フォトエッチング
加工は部品の片面または両面から行うため、これによっ
て形成される流路54の断面は、図６（ａ）、（ｂ）また
は（ｄ）に示すようにテーパ状あるいは中央部が狭い鼓
状になっていた。流路54の断面がテーパ状のものを積層
すると、図６（ｃ）に示すように流路54の内壁に段差58
を生じ、流体の流れが阻害されたり、流れに偏りが生じ
たりした。しかも、ガラスの場合には後の機械加工が不
可能であり、またフォトエッチング加工自体高価であ
る。さらに完成した流体素子が衝撃振動に対し脆弱とい
う問題もある。
レススチール等の金属材料が用いられてきた。例えば、
図５（ｅ）に示す構造の流体素子51をガラスを用いて製
作する場合には、図５（ｂ）（ｃ）に示す胴体部52、53
にフォトエッチング加工により流路54を形成した後、別
々に製作した蓋55と底56とを積層接合するか、あるいは
図５（ｆ）に示す胴体部57に蓋55だけを図５（ｇ）に示
すように積層接合していた。しかし、フォトエッチング
加工は部品の片面または両面から行うため、これによっ
て形成される流路54の断面は、図６（ａ）、（ｂ）また
は（ｄ）に示すようにテーパ状あるいは中央部が狭い鼓
状になっていた。流路54の断面がテーパ状のものを積層
すると、図６（ｃ）に示すように流路54の内壁に段差58
を生じ、流体の流れが阻害されたり、流れに偏りが生じ
たりした。しかも、ガラスの場合には後の機械加工が不
可能であり、またフォトエッチング加工自体高価であ
る。さらに完成した流体素子が衝撃振動に対し脆弱とい
う問題もある。
【０００４】金属材料の場合、分割設計した部品の製作
方法としてフォトエッチング加工やワイヤーカット加
工、エンドミル加工等が挙げられる。フォトエッチング
加工では、図６（ｅ）に示すような断面形状の流路54と
なり、流路の寸法精度や位置精度も不十分である。ワイ
ヤーカット加工は寸法精度、位置精度が良好で、流路に
段差を生じない部品製作が可能であるが、未通孔や表面
に沿う溝加工ができないので流路の設計が制約されるほ
か、個々の加工のため、人手がかかり量産性も悪い。エ
ンドミル加工では寸法精度や位置精度を満足することが
できない。金属材料の場合、積層面のシール方法には、
シール材を介してネジ等の締結材で固定するもの、接着
剤を用いるものなどが挙げられる。前者はシール材の厚
み分、流路の断面積が一定せず、シールの信頼性を確保
するための締結材の数量と面積を必要とし、後者は十分
な接着強度を持たせるための接着面積の確保が必要で、
いずれも形状が大型化するだけでなく、高温環境や流体
の種類によってはシール材や接着剤が腐食して使用不能
になるといった問題もある。
方法としてフォトエッチング加工やワイヤーカット加
工、エンドミル加工等が挙げられる。フォトエッチング
加工では、図６（ｅ）に示すような断面形状の流路54と
なり、流路の寸法精度や位置精度も不十分である。ワイ
ヤーカット加工は寸法精度、位置精度が良好で、流路に
段差を生じない部品製作が可能であるが、未通孔や表面
に沿う溝加工ができないので流路の設計が制約されるほ
か、個々の加工のため、人手がかかり量産性も悪い。エ
ンドミル加工では寸法精度や位置精度を満足することが
できない。金属材料の場合、積層面のシール方法には、
シール材を介してネジ等の締結材で固定するもの、接着
剤を用いるものなどが挙げられる。前者はシール材の厚
み分、流路の断面積が一定せず、シールの信頼性を確保
するための締結材の数量と面積を必要とし、後者は十分
な接着強度を持たせるための接着面積の確保が必要で、
いずれも形状が大型化するだけでなく、高温環境や流体
の種類によってはシール材や接着剤が腐食して使用不能
になるといった問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、安価な金属材料を用いて高い寸法精度と幾何学
的形状精度を有し、かつ高信頼性の接合部を持つ、小
型、高精度の流体素子と、その製造方法を提供するにあ
る。
目的は、安価な金属材料を用いて高い寸法精度と幾何学
的形状精度を有し、かつ高信頼性の接合部を持つ、小
型、高精度の流体素子と、その製造方法を提供するにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による流体素子
は、貫通孔および／または未通孔からなる、流体干渉領
域または流路（以下、流路とする）を板面に対して実質
的に垂直に形成した金属板を複数枚、拡散接合またはろ
う接により積層接合してなるものであり、その製造方法
は複数の金属板をプレス加工して貫通孔および／または
未通孔からなる流路を形成し、それぞれの表面を砥粒加
工した後、拡散接合またはろう接により各金属板を積層
接合することを特徴とするものである。
は、貫通孔および／または未通孔からなる、流体干渉領
域または流路（以下、流路とする）を板面に対して実質
的に垂直に形成した金属板を複数枚、拡散接合またはろ
う接により積層接合してなるものであり、その製造方法
は複数の金属板をプレス加工して貫通孔および／または
未通孔からなる流路を形成し、それぞれの表面を砥粒加
工した後、拡散接合またはろう接により各金属板を積層
接合することを特徴とするものである。
【０００７】以下、本発明の流体素子について、図５お
よび図６に示したのと同様の流体素子を製作する場合で
示した、図１および図２に基づいて詳細に説明する。図
１（ａ）はこの流体素子１の分解斜視図を、図１（ｂ）
はその完成後の斜視図を示す。流体素子１は銅やステン
レススチールなどの金属板を用いて、求める流路の形状
に応じて、例えば、蓋２、胴体部分３および底４の３部
品に分割して製作する。各部品２〜４における流路５
は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように上記金属板をプレ
ス加工することで形成される。なお、プレス加工の場合
には、図３に示すように板面に実質的に垂直に、すなわ
ち垂直方向に１〜２μm 程度の抜き代を加えた状態で、
貫通した孔５ａ、未通の孔５ｂおよび底面に沿う溝５ｃ
の形状の、流路５として同時加工することが可能であ
り、これにより流体素子を構成する部品点数を、ワイヤ
ーカット加工等の他の加工方法による場合と比較して減
らすことができる。プレス加工によって発生するダレ
６、バリ７、破断面８および未通孔５ｂに対応して反対
面に現れる突起９は、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すよう
に、各部品２〜４の両面に切削加工または砥粒加工を施
すことで除去される。上記方法によって製作した部品２
〜４には、流路断面にテーパや歪みのない流路が形成さ
れ、寸法精度、位置精度、量産性に優れたものとなる。
とくに流体に論理演算を行わせる流路５の仮想中心線に
対する振り分け寸法精度、形状精度、均一性、再現性に
優れている。このようにプレス加工、すなわち型利用製
作法は流体素子の流路形成法として高い能力を持つ。
よび図６に示したのと同様の流体素子を製作する場合で
示した、図１および図２に基づいて詳細に説明する。図
１（ａ）はこの流体素子１の分解斜視図を、図１（ｂ）
はその完成後の斜視図を示す。流体素子１は銅やステン
レススチールなどの金属板を用いて、求める流路の形状
に応じて、例えば、蓋２、胴体部分３および底４の３部
品に分割して製作する。各部品２〜４における流路５
は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように上記金属板をプレ
ス加工することで形成される。なお、プレス加工の場合
には、図３に示すように板面に実質的に垂直に、すなわ
ち垂直方向に１〜２μm 程度の抜き代を加えた状態で、
貫通した孔５ａ、未通の孔５ｂおよび底面に沿う溝５ｃ
の形状の、流路５として同時加工することが可能であ
り、これにより流体素子を構成する部品点数を、ワイヤ
ーカット加工等の他の加工方法による場合と比較して減
らすことができる。プレス加工によって発生するダレ
６、バリ７、破断面８および未通孔５ｂに対応して反対
面に現れる突起９は、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すよう
に、各部品２〜４の両面に切削加工または砥粒加工を施
すことで除去される。上記方法によって製作した部品２
〜４には、流路断面にテーパや歪みのない流路が形成さ
れ、寸法精度、位置精度、量産性に優れたものとなる。
とくに流体に論理演算を行わせる流路５の仮想中心線に
対する振り分け寸法精度、形状精度、均一性、再現性に
優れている。このようにプレス加工、すなわち型利用製
作法は流体素子の流路形成法として高い能力を持つ。
【０００８】プレス加工の際に、各部品には図１（ａ）
に示すような基準孔10を流路５の形成と同時に加工する
こともできる。基準孔10は分割して製作された部品２〜
４を積層時に位置決めするための孔で、全部品共通の位
置に同一寸法で２か所以上加工する。各部品２〜４は順
番に重積した後、基準孔10にピン11を圧入する。ピン11
の材質は各部品２〜４と同種の金属材料が好ましい。接
合は拡散接合またはろう付けで行われる。ろう付けの場
合には、ピン11を圧入する前に各部品２〜４の接合面に
シート状あるいはペースト状のろう材を挿入しておく。
接合は真空中で積層方向に垂直に加圧することで行う。
その際、積層方向の位置ずれは圧入したピン11によって
防止される。このようにして内部に迷路状の流路５を有
しシール材や締結材を必要としない、かつ流路断面形状
の高い寸法精度と幾何学的形状精度を有する金属製流体
素子を製作することができる。
に示すような基準孔10を流路５の形成と同時に加工する
こともできる。基準孔10は分割して製作された部品２〜
４を積層時に位置決めするための孔で、全部品共通の位
置に同一寸法で２か所以上加工する。各部品２〜４は順
番に重積した後、基準孔10にピン11を圧入する。ピン11
の材質は各部品２〜４と同種の金属材料が好ましい。接
合は拡散接合またはろう付けで行われる。ろう付けの場
合には、ピン11を圧入する前に各部品２〜４の接合面に
シート状あるいはペースト状のろう材を挿入しておく。
接合は真空中で積層方向に垂直に加圧することで行う。
その際、積層方向の位置ずれは圧入したピン11によって
防止される。このようにして内部に迷路状の流路５を有
しシール材や締結材を必要としない、かつ流路断面形状
の高い寸法精度と幾何学的形状精度を有する金属製流体
素子を製作することができる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施態様について説
明する。図１に示す縦30mm、横50mm、厚さ５mmのステン
レススチール製流体素子１を、蓋２および底４の板厚を
各々１mm、胴体部分３を板厚３mmの、合計３部品に分割
設計し、それぞれステンレススチール板をプレス加工し
て、図２（ａ）〜（ｃ）に示す断面形状の部品２〜４を
得た。なお、各部品は次工程での切削を考慮して仕上げ
寸法より５〜15％厚い材料を使用した。各部品は上下両
面を切削加工後、両面砥粒によりそれぞれ図２（ｄ）〜
（ｆ）に示すように仕上げた。各部品２〜４を重積した
後、ステンレススチール製ピン11を圧入した。積層物の
上下両面を加圧用治具（図示せず）で挟み、真空炉に挿
入し、真空度５×10-4Torr、加圧力50kgf/cm2 、温度11
00℃、時間 120分の条件で接合を行った。接合後の内部
流路はヘリウムリークディテクターを使用し、２×10-9
Torr・l/秒以下のリーク量を得た。積層ずれ量は最大0.
05mmであった。このようにして積層ずれの少ない接合性
の良好なステンレススチール製流体素子を製作すること
ができた。
明する。図１に示す縦30mm、横50mm、厚さ５mmのステン
レススチール製流体素子１を、蓋２および底４の板厚を
各々１mm、胴体部分３を板厚３mmの、合計３部品に分割
設計し、それぞれステンレススチール板をプレス加工し
て、図２（ａ）〜（ｃ）に示す断面形状の部品２〜４を
得た。なお、各部品は次工程での切削を考慮して仕上げ
寸法より５〜15％厚い材料を使用した。各部品は上下両
面を切削加工後、両面砥粒によりそれぞれ図２（ｄ）〜
（ｆ）に示すように仕上げた。各部品２〜４を重積した
後、ステンレススチール製ピン11を圧入した。積層物の
上下両面を加圧用治具（図示せず）で挟み、真空炉に挿
入し、真空度５×10-4Torr、加圧力50kgf/cm2 、温度11
00℃、時間 120分の条件で接合を行った。接合後の内部
流路はヘリウムリークディテクターを使用し、２×10-9
Torr・l/秒以下のリーク量を得た。積層ずれ量は最大0.
05mmであった。このようにして積層ずれの少ない接合性
の良好なステンレススチール製流体素子を製作すること
ができた。
【００１０】本発明による流体素子を従来の流体素子と
を比較した結果を表１に示す。
を比較した結果を表１に示す。
【表１】
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、1)流路の断面形状にエ
ッチング加工のときのようなテーパや歪みがなく、しか
も積層ずれもなく、再現性や信頼性のある高い寸法精度
と幾何学的形状精度を持つ流路を有する流体素子を得る
ことができる。これは高精度な流路成型法によるもの
で、信頼性の高い流体の方向制御、流量制御を行うこと
ができる。2)これに加え、耐熱性、耐食性、耐振動性、
耐衝撃性、気密性、耐久性等に優れた接合部を持つの
で、使用環境条件が広がる。3)シール材や締結材が不要
になると共に、それらのスペースも不要になるので小型
化が図れる。
ッチング加工のときのようなテーパや歪みがなく、しか
も積層ずれもなく、再現性や信頼性のある高い寸法精度
と幾何学的形状精度を持つ流路を有する流体素子を得る
ことができる。これは高精度な流路成型法によるもの
で、信頼性の高い流体の方向制御、流量制御を行うこと
ができる。2)これに加え、耐熱性、耐食性、耐振動性、
耐衝撃性、気密性、耐久性等に優れた接合部を持つの
で、使用環境条件が広がる。3)シール材や締結材が不要
になると共に、それらのスペースも不要になるので小型
化が図れる。
【図１】本発明による流体素子の、（ａ）は分解斜視
図、（ｂ）は完成品の斜視図である。
図、（ｂ）は完成品の斜視図である。
【図２】図１（ａ）に示した各部品２〜４の製作過程
を、それぞれＡ−Ａ矢視線、Ｂ−Ｂ矢視線およびＣ−Ｃ
矢視線に沿う縦断面図で示すもので、（ａ）〜（ｃ）は
それぞれのプレス加工後の状態、（ｄ）〜（ｆ）はそれ
ぞれの仕上げ後の状態である。
を、それぞれＡ−Ａ矢視線、Ｂ−Ｂ矢視線およびＣ−Ｃ
矢視線に沿う縦断面図で示すもので、（ａ）〜（ｃ）は
それぞれのプレス加工後の状態、（ｄ）〜（ｆ）はそれ
ぞれの仕上げ後の状態である。
【図３】本発明による流体素子を構成する部品の別の態
様を示す縦断面図である。
様を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ従来の流体素子を構
成する部品の斜視図、（ｇ）はこれらを積層したときの
状態を示す斜視図である。
成する部品の斜視図、（ｇ）はこれらを積層したときの
状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）および（ｆ）はそれぞれ従来の
別の流体素子を構成する部品の斜視図、（ｅ）および
（ｇ）はそれぞれその積層品の斜視図である。
別の流体素子を構成する部品の斜視図、（ｅ）および
（ｇ）はそれぞれその積層品の斜視図である。
【図６】いずれも従来の流体素子を構成する部品に関す
るもので、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図５（ｂ）で
のＤ−Ｄ矢視線および図５（ｃ）でのＥ−Ｅ矢視線に沿
う縦断面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示した部品
を積層した状態での縦断面図、（ｄ）および（ｅ）はそ
れぞれ（ａ）に示した部品の別の態様を示す縦断面図で
ある。
るもので、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図５（ｂ）で
のＤ−Ｄ矢視線および図５（ｃ）でのＥ−Ｅ矢視線に沿
う縦断面図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示した部品
を積層した状態での縦断面図、（ｄ）および（ｅ）はそ
れぞれ（ａ）に示した部品の別の態様を示す縦断面図で
ある。
１：流体素子、 ２：蓋、 ３：胴体部
分、 ４：底、５：流路、 ５ａ：貫通孔、
５ｂ：未通孔、 ５ｃ：溝６：ダレ、
７：バリ、 ８：破断面、 ９：突
起、10：基準孔、 11：ピン、 41、54：流
路、42、43、44、45、46、47：部品、 48、51：流
体素子、52、53、57：胴体部、 55：蓋、
56：底、58：段差。
分、 ４：底、５：流路、 ５ａ：貫通孔、
５ｂ：未通孔、 ５ｃ：溝６：ダレ、
７：バリ、 ８：破断面、 ９：突
起、10：基準孔、 11：ピン、 41、54：流
路、42、43、44、45、46、47：部品、 48、51：流
体素子、52、53、57：胴体部、 55：蓋、
56：底、58：段差。
Claims (2)
- 【請求項１】貫通孔および／または未通孔からなる流体
干渉領域または流路を板面に対して実質的に垂直に形成
した金属板を複数枚、拡散接合またはろう接により積層
接合してなる流体素子または流体制御器。 - 【請求項２】複数の金属板をプレス加工して貫通孔およ
び／または未通孔からなる流体干渉領域または流路を形
成し、それぞれの表面を砥粒加工した後、拡散接合また
はろう接により各金属板を積層接合することを特徴とす
る流体素子または流体制御器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17397394A JPH0835506A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 流体素子または流体制御器と、その製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17397394A JPH0835506A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 流体素子または流体制御器と、その製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835506A true JPH0835506A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15970458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17397394A Pending JPH0835506A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 流体素子または流体制御器と、その製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0835506A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003074519A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ロジックプレート及びその加工方法 |
| JP2008208900A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Ckd Corp | 流路ブロック、及びその製造方法 |
| DE102008048147A1 (de) | 2007-09-21 | 2009-05-07 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluiddurchgangsstruktur und Herstellungsverfahren hierfür |
| KR100899326B1 (ko) * | 2006-03-02 | 2009-05-26 | 에스엠씨 가부시키 가이샤 | 유량제어장치 |
| JP2013503750A (ja) * | 2009-09-07 | 2013-02-04 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 中空域、好ましくは流体の循環用の中空域を有するモジュールを製作するための方法 |
| JP2014223594A (ja) * | 2013-05-17 | 2014-12-04 | 大日本印刷株式会社 | フィルターおよびその製造方法 |
| WO2019198276A1 (ja) * | 2018-04-10 | 2019-10-17 | パラマウントベッド株式会社 | 身体支持装置用マニホールド、および身体支持装置 |
| WO2019198262A1 (ja) * | 2018-04-10 | 2019-10-17 | パラマウントベッド株式会社 | マニホールド |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP17397394A patent/JPH0835506A/ja active Pending
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