KR20010043414A - 마이크로밸브 배터리 - Google Patents

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KR20010043414A
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폴머헤르베르트
바인만미하엘
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뮐러 로다르
훼스토 악티엔 게젤샤프트 운트 코
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Abstract

마이크로밸브 어레이는 미세제조로 제작되는 복수 개의 마이크로밸브들을 포함한다. 또한, 전자제어수단들 (7) 을 가지고 제공되며 전자제어수단들은 마이크로밸브들 (5) 의 프로그램되고 그룹화된 기능적 연결을 위한 하나 이상의 프리셋 (preset) 부를 포함한다. 유체관 시스템 (6) 은 마이크로밸브들 (5) 과 연결되고 그러한 시스템의 유체관들 (12, 12'; 13, 13'; 및 14, 14')은 커스터마이제이션용으로 개별적으로 연결되어 있고 기능 프리셋 부 (23) 에 의해 미리 정해지며 통로들을 개방 및/또는 폐쇄에 의해 기능적인 밸브 연결에 기초한 방식으로 표준화된 배열로부터 시작한다.

Description

마이크로밸브 배터리 {A MICROVALVE BATTERY}
본 발명은 마이크로밸브 어레이에 관한 것이다.
미세제조 (microfabrication) 에 의해 제작된 마이크로밸브는 당업계에서 알려져 있고, 예를 들어, 유럽특허공개 제 0 485 739 A1 호로 개시되어 있다. 일반적으로, 마이크로밸브들은 다층 구조를 가지고 그중에서도 특히 식각 및/또는 몰딩 (molding) 에 의해 제조된다.
마이크로밸브 기술에 대한 응용분야가 계속해서 증가하기 때문에, 제어할당 (control assignment) 에 의존하는 방식으로 복잡한 스위칭 기능의 수행을 할 필요성이 증대하고 있다. 이를 위해 필요한, 몇 개의 공지의 마이크로밸브들을 함께 커스터마이징 (customizing) 연결하는 것은 그들의 작은 전체크기 때문에 용이하게 행할 수 없다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 간단한 구성을 갖는 마이크로 공학적인 밸브들의 다중 배열에 기초하여 제어기술을 위한 필요에 따른 특정한 연결 수단을 가능하도록 하는데 있다.
이 목적은 구조체로 결합되어 미세제조로 제작되는 복수 개의 마이크로밸브들, 프로그램가능한 마이크로밸브들의 그룹화된 기능적 연결을 위한 하나 이상의 기능 프리셋 (preset) 부를 갖고 그 마이크로밸브들을 구동하는 전자제어수단 및 그 마이크로밸브와 연결된 유체관 시스템을 갖는 마이크로밸브 어레이를 구비하고, 상기 시스템의 유체관들은 커스터마이제이션용으로 개별적으로 연결되어 있고 통로들을 개방 및/또는 폐쇄함으로써 기능 프리셋 부 에의해 기능 밸브 연결에 의존하는 방식으로 프리셋되는 표준화된 소정의 배열로부터 시작한다.
이러한 방식에서는, 구조체로 함께 결합한 마이크로밸브들의 다중 배열이 제공되며, 상호 적합한 기본 구조에 기초하여 제어 방향 및 유동 방향으로 연결하여 하나 이상의 기능적 그룹들을 제조할 수 있다.
기능 프리셋 부를 적절하게 프로그래밍 함으로써, 개별적인 밸브들은 기능적인 그룹으로 함께 연결하는 것이 가능하며, 기능적인 그룹은 동작할때 특별한 기능적 패턴에 대응하는 동작의 방식으로 함으로써, 그 기능적인 그룹들을 사용하여 더 높은 수준의 밸브 기능들을 에뮬레이트하거나 또한 유량을 증가시킬 목적으로 평행한 회로들을 제작할 수 있다. 따라서, 기능 프리셋 부의 도움으로 기능적 그룹들 내에 함께 결합된 마이크로밸브들은 동작동안 협력하고 미리 정해진 기능을 가지는 밸브처럼 수행하도록, 밸브들의 기능을 설정할 수 있다. 또한, 제어면에서 제공되는 프로그래밍 가능성에 대하여, 마이크로밸브 어레이의 기능 변경을 보장하기 위해, 마이크로밸브와 통신하는 유체관들의 유연한 커스터마이징 스위칭과 같은 부가적인 가능성이 제공된다. 마이크로밸브 어레이는 마이크로밸브들과 연결된 유체관 시스템, 즉 유체관들의 다중 배열을 포함하며, 미리 정해진 표준화된 관 배열로부터 시작하고, 그룹들로 함께 결합된 마이크로밸브들의 기능을 고려하여 전기적 프로그램에 의해 프리셋되고, 유체관들의 개별적인 커스터마이징 스위칭은 유체관들 사이의 통로를 개폐함으로써 가능하게된다. 이러한 프로그램가능한 마이크로밸브들의 다중의 배열은 사용하기 전에, 프로그래밍, 즉 기능 제어연결과 커스터마이징 유체관 스위칭, 에 의해 초기에 설정하여 동일한 마이크로밸브 시스템들을 제작할 수 있기때문에, 마이크로기술에서는 저렴한 일괄 (batch) 제조가 가능하다.
예를들어, 독일특허공개 제 4,221,081 A1 호, 독일특허공고 제 4,003,619 호, 미국특허 제 5,322,258 호, 미국특허 제 5,417,235 호, 미국특허 제 5,640,995 호 또는 독일특허공개 제 3,621,331 A1 호 는 부분적으로 가변적인 방식으로 전기적으로 동작하는 마이크로밸브들의 다중 배열을 개시하고 있지만, 의도하는 제어 프리셋에 기초하는 가변적인 유체 스위칭에 대하여는 전혀 고려하지 않고 있다.
또한, 본 발명의 더욱 유리한 향상은 종속항에 청구하고 있다.
제조 기술의 관점에서는, 특히 마이크로밸브 어레이로 함께 결합된 마이크로밸브들이 모두 동일한 형태, 예를들어 2/2 또는 3/2 형태의 스위칭 밸브인 구성이, 라는 점에서 이점이 있다. 그러나, 하나 또는 동일한 마이크로밸브 어레이 내에서 다른 형태의 마이크로밸브들을 가지는 것도 가능하다.
제어 기술의 관점에서는, 마이크로밸브 어레이는 동작면에서 독립적 (self-contained) 으로 제작되는 것이 가능하고, 제어신호를 발생하기위한 제어수단에 바람직하게는 자유롭게 프로그램가능한 내부의 제어 프로그램을 가질수 있으며, 기능 프리셋 부에 저장된 관련 기능 연결 변수들과 관련된 이러한 제어신호를 기초로 필요한 작동 신호들이 생성되고, 기능적 그룹으로 함께 결합된 마이크로밸브들에 바람직한 동작 방식을 만들기 위해 상응하는 세팅방식으로 인가된다. 대안으로서 또는 부가하여, 제어신호들은 제어수단들과 연결된 버스를 거쳐 인가될 수 있고 필요한 경우에 그러한 버스를 거쳐 제어장치를 지배하기 위해 피드백이 발생할 수 있다.
기능 프리셋 부(들) 의 프로그래밍은 마이크로밸브 어레이의 제어수단과 통신하는 버스를 거쳐 유익하게 이루어 질 수 있다. 또한, 배선연결없이 리모터로 제어되는 프로그래밍도 가능할 것이다.
바람직하게는, 마이크로밸브 어레이는 마이크로밸브들을 갖는 내부의 공간과 영구히 함께 결합된 복수개의 중첩된 층 구성요소들로 이루어진 라미네이트된 본체를 포함하고, 또한 그 내부에 형성된 유체관 시스템을 포함하며, 그것에 관한 제조는 개별적인 층 구성요소들을 함께 결합하기 전에 마이크로공학적인 공정에 의해 이루어진다.
통로들의 개폐는 유체관들의 스위칭을 위해 통로들을 개방 및/또는 폐쇄함으로써 일어나고, 예를들어 적절히 분리된 스위칭 수단의 사용에 의해 수행된다. 이러한 관점에서, 바람직한 스위칭 상태에 따라 배열된 핀들을 포함하는 일종의 핀쿠션을 가질수 있고 유체관 시스템을 포함하는 베이스 내부에서 내리눌려져 베이스 내부의 통로를 열수있다. 본 발명의 더 유익한 향상에 따라서, 유체관 시스템은 미리 정해진 위치에서 밀봉수단을 제공하며 밀봉수단들의 동작은 유체관들 사이의 통로의 개방 또는 폐쇄를 유발할 것이다. 그러한 밀봉수단들은 예를들어 필요할때는 열적으로 제거되는 유체관 시스템 내부의 편평한 플러그 같은 격벽들의 형태를 취할 수 있다. 또한, 여기의 마이크로공학적인 스위칭밸브들은 밀봉수단으로 채용할 수 있으며 스위칭 위치에 따라 밀봉수단은 통로를 개방하거나 폐쇄하고, 예를들어, 스위칭의 각각의 위치에서 기계적으로 잠긴다. 더 특별하게는, 압전현상적 (piezoelectric ), 자기변형적 (magnetostrictive) 또는 메모리 메탈 원리로 기능하는 방식을 갖는 밸브들이 가능하다.
또한, 기능의 프로그래밍에 대해서 사용조건을 바꿀때 동일한 밸브 어레이가 쉽게 변경될 수 있도록 유체관들의 커스터마이징 유체 스위칭이 가역적으로 되는 것은 더욱 유익하다. 이러한 경우, 리모트 제어작동, 더 특별하게는 무선의 전송수단을 사용하는 것은 가능하다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 자세히 설명하고자 한다.
도 1 은 마이크로밸브 어레이의 첫번째 설계를 평면도로 도식적으로 나타내며 관 시스템의 관들은 커스터마이즈된 관 연결들없이 표준화된 배열로 굵은 선으로 표시되어 있다.
도 2 는 마이크로밸브 어레이의 사슬모양의 선으로된 프레임에 포함된 도 1 의 Ⅱ 부분을 혹대하여 나타내며 더 굵은 선들이 커스터마이즈된 연결등에 의한 유동경로를 표시하기 위해 채용된반면 유체관 시스템의 커스터마이즈된 유체 연결의 하나의 가능성이 도시되어 있다.
도 3 은 도 2의 사슬모양의 선들에 표시된 Ⅲ 부분의 단면도를 확대하여 나타낸다.
도 4 는 도 2 의 절단선 Ⅳ-Ⅳ 에 그어진 마이크로밸브 어레이의 절단 단면을 나타내며 관련된 유체관들은 도면을 간단히 하기위한 방법으로 일반적인 단면도에 도시되어 있다.
도면의 그림들은 올바른 척도가 아니고 개별적인 구성들 사이의 비율로 적용할 수 있다.
도 1 은 버스 (2) 를 통하여 연결된 마이크로밸브 어레이 (1) 를 도시하며 동작 실시예에서는 외부의 제어장치 (3) 와의 통신을 위해 직렬전송으로 설계된다. 더 많은 마이크로밸브들 (1) 이 버스 (2) 와 연결되는 것도 가능하다.
마이크로밸브 어레이 (1) 는 동작 예에서의 블럭 같은 형태의 베이스 (4) 를 포함한다. 이 베이스 (4) 는 복수 개의 마이크로밸브들 (5), 도면 부호 6 의 일반적인 유체관 시스템 (6) 및 전자제어수단 (7) 으로 제공된다.
전자제어수단 (7) 은 개별적인 마이크로밸브들 (5) 의 동작을 위해 제공되며 개별적인 마이크로밸브들은 선택된 작동에 기초하는 방식으로 유체관 시스템 (6) 에 존재할 수 있는 유체흐름을 제어할 수 있다. 마이크로밸브 에레이 (1) 의 바람직한 응용 분야는 제어되는 유체가 압축된 공기의 형태로 존재하는 뉴메틱 (pneumatic) 분야이다.
베이스 (4) 를 통해 마이크로밸브들 (5) 은 어셈블리로 함께 연결된다. 바람직하게는 유체관 시스템 (6) 에서의 경우와 마찬가지로, 마이크로밸브들은 적합한 미세제조 방법에 의해 제작된다. 여기서는, 실리콘 물질을 이용하는 식각기술 및 플라스틱 물질을 사용하는 몰딩이 적합하다. 제작에 적합한 방법들은 그 자체로 알려져 있으므로, 여기서의 더 상세한 설명은 불필요하다.
도시된 동작 실시예에서 베이스 (4) 는 라미네이트된 본체, 도 4 에 의해 명확해지는, 형태로 설계된다. 베이스 (4) 는 서로가 편평하게 쌓인 복수 개의 층 구성요소 (8) 들을 포함하고 영구히 함께 결합, 예를 들어 본딩 (bonding) 에 의해, 된다. 도시된 동작 실시예에서 복수 개의 층들은 실리콘 물질 혹은 동등한 반도체물질을 포함한다. 베이스 (4) 의 내부에는 마이크로밸브들 (5) 및 유체관 시스템 (6) 이 제공된다. 마이크로밸브들 (5) 및 유체관 시스템 (6) 은 복수 개의 층 구성요소들이 조립되기 전에 복수 개의 층들의 적절한 미세제조에 의해 제작된다. 유체관 시스템 (6) 의 개별적인 유체관들은 도면부호 (12, 13 및 14) 에 의해 표시되어 있다.
도 4 의 단면도를 좀 더 정확하게 만들기 위해, 거기에 표시된 마이크로밸브 (5) 및 그것과 통신하는 유체관 (12, 13 및 14) 은 다른 층 평면에 표시되어 있다. 따라서, 이것은 많은 층 평면들이 있다는 것을 의미한다. 실제 설계에서는, 만약 서로로부터 상호적으로 생기는 유체관 (12, 13 및 14) 을 동일한 평면 상에 부분적으로 정열하면, 층 구성요소 (8) 들의 갯수를 충분히 감소시킬 수 있다.
대체적으로, 실시예의 유체관 시스템 (6) 은 3 가지 형태의 관들, 즉 공급 (feed) 관들 (12), 배기 (venting) 관들, 동력 (power) 관들 (14) 을 포함한다. 이러한 유체관들은, 예에 의해 도 1 에 나타낸 바와 같이 표준화된 배열에 의해 제공된다. 이러한 표준화된 배열은 어떤 분포를 나타내고, 또한, 개별적인 유체 관들 (12, 13 및 14) 의 유체방향으로의 연결을 나타낸다.
마이크로밸브 어레이 (1) 에 포함된 마이크로밸브들 (5) 은 바람직하게는 전체가 동일한 형태이다. 도시된 동작 실시예에서는, 도 4 에 도시된 개방 위치와 도시되지 않은 폐쇄 위치 사이에서 스위칭 될 수 있는 밸브 멤버 (15) 를 각각 포함하는 2/2 스위칭 밸브들의 경우이다. 폐쇄 위치에서는 유체 연결을 차단하는 반면, 개방 위치에서는 2 개의 오프닝 (16 및 17) 사이의 연결을 가능하게 한다.
마이크로밸브들 (5) 의 주요한 기계적인 특성들은 더 자세히 참고 할 수 있는 상기 유럽특허공개 제 0 485 739 A1 호에 도시된 밸브들로 부터 알 수 있다. 동작 예의 마이크로밸브들 (5) 은 보통은 폐쇄된 형태이고, 반대 전극들 (18) 에 전압을 인가하여 정전계의 힘에 의해 개방 위치로 스위칭 될 수 있다. 이러한 동작을 위해, 필요한 작동 신호들은 베이스 (4) 에 배열된 전자제어수단 (7) 으로부터 발생하며 적절한 전기적 도체들 (22) 을 경유하여 통과한다.
2/2 형태의 마이크로밸브들 대신에, 예를 들어 3/2 스위칭 밸브들과 같은 다른 형태의 밸브들을 채용하는 것도 원리적으로 가능하다. 또한, 서로다른 형태의 마이크로밸브를 동시에 가지는 하나 또는 동일한 마이크로밸브 어레이를 만드는 것도 가능하다. 그러나 시종 2/2 밸브들을 만드는 것을 기초로 할때 최적의 제조기술과 연결된 최상의 기능이 획득된다는 것이 증명되었다.
마이크로밸브 어레이 (1) 와 조합되고 바람직하게는 그것과 더불어 하나의 어셈블리로 제작되는 전기적 제어신호 (7) 는 기능 프리셋 부 (23) 와 신호 전송 부(24)를 포함한다. 비록 집적된 구조를 가지더라도, 본 발명의 실시예에서의 이 2 개의 부들은 분리되어 제작된다. 신호전송 부 (24) 는 버스 (2) 를 통해 외부의 제어수단 (3) 과 통신하고, 도시된 도면부호 (25) 의 화살표로 표시된 것 처럼 외부의 제어수단으로 부터 마이크로밸브들 (5) 의 동작을 위해 요구되는 신호들을 수신한다. 필요한 경우에는, 동작의 실행을 확인하는 그런 피드백 신호들이 버스 (2) 를 거쳐 통과하는 것이 가능하다.
또한, 전송신호 부 (24) 는 전기적 도체들 (22) 을 거쳐 마이크로밸브들 (5) 중의 개별적인 하나와 각각 통신한다. 그런 전기적 도체들 (22) 을 경유하여, 마이크로밸브들을 위해 예정된 전기적인 확인 신호들을 개별적으로 마이크로밸브들 (5) 에 제공한다. 도시된 동작 실시예에서, 입력 확인신호의 존속기간동안, 그렇지 않으면 각각의 마이크로밸브 (5) 의 폐쇄된 위치를 가정한다, 밸버 맴버 (15) 는 개방 위치로 유지된다.
또한, 신호전송 부 (24) 는 기능 프리셋 부 (23) 와 데이터 교환을 위해 연결된다. 후자에서는, 마이크로밸브 (5) 의 그룹화된 기능적 연결을 위해 이용되는 기능연결 변수들을 저장한다. 그러므로, 의도한대로 마이크로밸브의 바람직한 갯수를 기능적인 그룹들로 함께 결합하는 것은 가능한데, 각각의 기능적 그룹내의 밸브들은 그룹내의 다른 밸브들과 일치되는 동작 특성을 가지고, 그러한 특성은 기능연결변수들에 의해 결정된다.
본 발명의 실시예의 마이크로밸브 어레이는 총 8 개의 마이크로밸브들을 포함하며 마이크로밸브들은 2 개가 한쌍이 되어 기능적 그룹으로 결합될 수 있고 따라서 총합 4 개의 기능적 그룹들 (26), 이것은 도 1 에서 사슬형태의 사선으로 된 프레임으로 표시된다, 이 존재한다.
기능적 그룹들로 함께 결합된 마이크로밸브들 (5) 은 직접적으로 인접할 필요는 없다. 본 마이크로밸브들 (5) 은 바람직한 어떠한배열 및 어떠한 갯수의 조합도 가능하다. 또한, 개별적인 마이크로밸브들 (5) 은 동시에 몇개의 기능적 그룹들에 속할 수 있다.
마이크로밸브 어레이 (1) 의 동작동안, 도면부호 25 에 의해 제시된 화살표와 같이 도착한 제어신호들은 이제 저장된 기능 연결 변수들과 연결되고, 어떤 기능적 그룹에 대해 특정한 작동 신호들이 발생되어 각각의 마이크로밸브들 (5)로 전송되고, 그 후 바람직한 기능을 가지고 작동한다.
만약 제어신호들 (25) 이 직렬적 신호들로 공급되면 그 신호의 전송 부 (24) 는 마이크로밸브 어레이와 관련하여 제어신호들을 판독하는 위치인 적절한 버스 절점을 포함한다.
또한, 신호전송 부 (24) 는, 자급 (self-sufficient) 할 수 있는 방식 혹은 외부의 제어장치에 의한 방식으로, 바람직한 제어신호들을 생산하는 내부의 제어 프로그램을 구비할 수 있다는 것은 자명하다. .
기능 프리셋 부 (23)는 커스터마이즈된 유연한 프로그래밍 또는 기능연결변수들의 프리셋을 각각 할 수 있도록 가역적으로 프로그램가능하도록 하는 것이 편리하다. 비록, 어떤 배선의 연결을 프로그래밍 또는 버스 (2) 를 거쳐 프로그래밍 및 예컨대 셋업내부에서 외부의 신호 장치를 스위칭하는 것이 또한 가능할 지라도, 예를 들어, 그러한 프로그래밍은 제어수단들 (7) 과 분리될 수 있게 연결가능 프로그래밍부를 이용하며 예컨대 PC 의 형태로 실행할 수 있다.
도시된 동작 실시예에서 하나의 기능 프리셋 부 (23) 는 모든 마이크로밸브들 (5) 에 공통으로 제공되며 또한 서로 다른 층에 상호 오버랩되어 베이스 (4) 내부에 배열할 수 있다. 이러한 관점에서, 몇몇 상황에서는 마이크로밸브 어레이에 제공된 마이크로밸브들 (5) 의 갯수와 독립적으로 복수개의 기능 프리셋 부들을 제공하는 것이 대안으로서 뿐만아니라 생각가능한 일이며 이런 부는 다른 기능적 그룹들 (26) 의 동작을 담당한다.
마이크로밸브 어레이 (1) 의 모든 마이크로밸브들 (5) 은 결코 하나 이상의 기능적 그룹들 (26) 로 함께 연결될 필요는 없다는 것 또한 명확하다. 사실은, 개별적인 밸브들은 분리되고 또한 그들에 할당된 특징적인 기능들을 가지고 개별적으로 동작될 수 있다.
유체관 시스템 (6) 의 유체관 (12, 13 및 14) 은 유체 제어에 관해서 각각의 기능적 그룹 (26) 에 대해 요구되는 밸브 기능이 실제적으로 얻어지도록, 미리정해진 마이크로밸브 (5) 들의 기능적 연결을 고려하여 커스터마이징하게 함께 연결된다. 따라서, 바람직한 기능을 고려할때 유체의 커스터마이즈된 연결측면에 적합하도록 전기적 작동 측면을 일치시킨다.
커스터마이즈된 방식와 극도로 유연하게 그러한 일치를 수행하기 위해, 시작점으로서 유체관 시스템 (6) 은 상기에 언급된 표준화되고 미리정해진 배열로 제공된다. 실시예에서, 유체관 시스템 (6) 은 각각이 마이크로밸브들중 하나와 연결되고 한편으로 주 공급관 (12') 과 공통으로 연결될 수 있는, 베이스 (4) 를 통해 뻗어있는 복수개의 공급관들 (12) 을 포함한다. 베이스 (4)의 외부표면에서 연결 오프닝(27) 을 통해서 주 공급관 (12') 은 적당한 압력소스 (P) 와 연결된다.
또한, 각각의 마이크로밸브 (5) 는 배기관 (13) 과 연결되고 모든 배기관들 (13) 은 주 공급관 (12') 과 평행하게 베이스 (4)를 통해 뻗어있는 주 배기관 (13') 과 공통으로 오픈되며, 예컨대 대기압의 압력씽크 (R) 와 연결되어 있는 베이스 (4) 의 외부표면에서 오프닝을 갖는다.
마지막으로, 마이크로밸브들 (5) 의 갯수에 대응하는 전력관들 (14) 이 있고 한쪽 끝단에는 마이크로밸브들 (5) 중 하나와 각각이 연결되고 다른쪽 끝단은 로드 (A1, A2, ..A8) 와 연결할 수 있는 베이스 (4) 의 외부표면에서 각각의 분리된 연결의 오프닝 (29) 을 가진다. 또한, 연결된 관 (14') 는 모든 전력 관들 (14) 과 유체연결을 제공한다. 동작 실시예에서 연결된 관은 주 공급관 (12') 과 주 배기관 (13') 에 평행하게 달린다
유체관 시스템 (6) 을 기능적 그룹들 (26) 의 바람직한 기능에 적용하기위해, 그것의 유체관들 (12, 13 및 14) - 즉, 주 공급관 (12'), 주 배기관 (13') 및 연결관 (14') - 은 통로 (32) 를 개방 및/또는 폐쇄함으로써 커스터마이제이션에 대해 개별적으로 연결된다 (도 3, 도 4 참조).
실시예에서, 커스터마이징 연결은 통로들 (32) 이 위치하는 유체관 시스템의 위치에 놓인 적절한 밀봉 (seal) 수단 (33) 을 사용하여 수행된다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 밀봉 수단들 (33) 은 관들의 경로에 그려진 원들에 의해 표현된다.
이하, 예를 들어, 유체관 시스템 (5) 의 표준화된 배열에서 밀봉수단들 (33) 모두는 제어가능한 통로들 (32) 을 열수 있도록 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 도 3 및 도 4 에 도시된 바람직한 실시예에는 유체통로 (32) 들은 표준화된 배열로 폐쇄되어 있는 것으로 제공되며, 언제든지 열릴수도 있는 통로 (32) 의 위치에서 격벽들 (34) 은 각각의 유체관 (12, 13 및 14) 에서 밀봉 수단 (33)으로 제공된다. 격벽들 (34) 은 베이스 (4) 의 하나의 조각으로서의 구성요소들, 또는 층 구성요소들 (8) 일수 있다. 그러므로, 표준화된 셜계에서는 유체관 시스템 (6) 의 유체관들 (12, 13 및 14) 은 적절하고 미리 정해진 지점들에서 다를것들과 분리되고, 통로 (32) 는 오직 밸브들의 미리 정해진 전기적 연결을 일치시키는데 필요할 때에만 개방된다.
도 2 에 도시한 바와 같이 통로를 폐쇄하기위한 밀봉 수단들 (33) 은 십자형으로 표시되어 있다. 나머지 밀봉수단들 (33) 은 개방이 자유롭게 유지된다. 이러한 방법으로, 도 2 에 도시되고 도합 2 개의 2/2 마이크로밸브들로 구성된 기능적 그룹 (26) 의 경우에 3/2 스위치 기능이 가능하도록 하는 커스터마이즈된 관 연결상태가 제공된다. 그러므로, 낮은 수준의 스위치 기능을 갖는 2 개의 마이크로밸브들 (5) 로 시작하여 높은 수준의 스위칭 기능을 하는 것이 가능하며, 예를들어 4/2 또는 5/3 스위치 기능의 경우, 기능적 그룹 (26) 에 더 많은 마이크로밸브들 (5) 을 포함함으로써 더 복잡한 밸브 기능들을 대행할 수 있다.
같은 방침으로, 유동단면적 또는 이용가능한 개구 (aperture) 를 증가시킬 목적으로 2 개 또는 더 많은 마이크로밸브들 (5) 을 병렬적으로 연결하는 방식으로 유체관들 (12, 13 및 14) 의 연결을 시도하는 것도 생각가능하다.
따라서, 일반적으로 말해서, 어레이된 동일한 마이크로밸브 시스템의 제작으로 시작하는 커스터마이제이션을 위해 비슷한 구조로 시작하며 따라서 표준화된 제조방법들을 수단으로 하여 최상의 다양하고 다른 경우를 갖는 응용이 고려될 수 있는 가능성이 있다.
도 3 및 도 4 의 예에서 밀봉수단들 (33)의 가능한 설계를 도시하고 있다. 그들은 일반적으로 비 작동상태에서는 2 개의 유체관들 사이의 통로 (32) 의 폐쇄를 유발하도록 고안되어 있다. 작동 (actuation) 혹은 동작 (operation) 에 의해서 각각으로 조합된 통로 (32)는 개방된다. 그들은 활성화 수단들 (35) 을 갖춘 격벽들 (34) 에 의해 형성되며 활성화시 에너지의 공급에 의해 열적으로 제거될 수있다.
실시예에서 각각의 격벽 (34) 과 결합된 작동 수단들 (35) 은 특히 격벽 (34) 에 뻗어있는 선 모양의 가열 요소 (36) 를 포함하는데. 그 가열 요소 (36)는 열 동작에 의해 격벽 (34) 의 용해 또는/및 증발이 발생하도록 하기위해 전기적 전력공급을 가지고 베이스 (4) 의 외부에서 배열된 도체들 (37) 을 통해 연결될 수 있다. 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 용해된 격벽들은 유체통로를 여는 34' 에 도시되어 있다.
실시예의 밀봉수단 (33) 의 경우에는, 프로그래밍 및 커스터마이징 연결의 부분으로서 각각의 기능에 필요한 유체의 연결들이 열리게 되는 반면, 대안적인 설계로서는 개방 통로로부터 시작해서 배열을 프로그램할때 특별한 응용에 요구되지 않는 유체 연결들을 봉쇄하도록 할 수 있다. 예를 들어, 이것은 일종의 용접행위로 각각의 통로가 폐쇄되도록 하기위하여, 플러그 같은 장애물을 각자의 지점에 위치하게 하고 다시 용해하기 위해 열을 이용함으로써 수행될 수 있다.
또한, 밀봉수단들 (33) 은 마이크로공학적 스위칭 밸브들의 형태로, 예를들어 마이크로밸브들 (5) 에 관하여 설명된 형태와 같이, 설계 될 수있다. 또한, 이러한 경우에는 상기 가역적이고 커스터마이즈된 연결은 상대적으로 간단한 방법으로 제조될 수 있으며 프로그래밍의 부분으로 발생하는 통로의 개방에 이어 다시 새로운 폐쇄가 가능하고 그 역도 가능하다.
만약, 밸브의 형태로 밀봉수단이 채용되면, 특히 기능의 압전현상적 (piezoelectric ) 또는/및 자기변형적 (magnetostrictive) 원리에 기초한 설계들이 이용가능 할 것이다. 또한, 밸브들의 작동을 위해 소위 메모리 메탈의 특성들이 이용될 수 있는 밸브들도 응용될 수 있다. 가능한 이러한 기작들의 리스트가 제외되지 않는 것은 당연하다.
또한, 외부의 커스터마이징 연결수단들 (38) 은 도 4 의 예에서 사슬모양의 선들로 표시된 것처럼, 유체 연결들을 프로그래밍하기 위해 준비하는 것이 필요할 것이다. 여기서 채용된 커스터마이징 연결 수단들 (38) 은 프로그래밍 장치이다. 예를들어, 그것은 가열 요소들 (36) 에 이르는 도체들 (37) 과 연결될 수 있고 바람직하게는 예컨대 적당한 전압의 인가나 다른 신호들의 인가에 의함으로써 커스터마이제이션에 필요한 모든 바람직한 유체관 시스템의 제조를 동시에 가능하게 한다. 커스터마이징 연결 수단들 (38) 의 유연한 프로그래밍을 이용하여 어떠한 문제도 없이 어떤 특정한 경우를 충족시키는 것은 가능하다.
도시되지 않은 커스터마이징 연결 수단들(38)의 설계의 경우에, 일종의 핀 쿠션이 제공되며 핀쿠션은 베이스 (4) 에 삽입되어질 수 있고 내부로 삽입된 핀들의 위치에서의 용해동작이 관 통로들의 폐쇄 또는/및 개방에 의해 발생할 수 있도록 하기 위해 핀들을 가열할 수 있다. 여기서는 또한, 예컨대 개별적인 핀들이 핀 캐리어에 배열되는 방식으로 유연하게 프로그램가능한 설계가 가능하고 삽입 및 돌출된 위치에서 핀 캐리어와 관련하여 위치선정 할 수 있으며 오직 그러한 핀들이 베이스부에 삽입될 돌출부의 위치 내부로 이동된다.
또한, 바람직하게는 열공급과 함께 핀들이 베이스 (4) 내부로 삽입되어 통로 (32) 들에서 밀봉될 밀봉수단으로 그곳에 유지되는 방식으로 소모용의 핀들을 가지고 동작하는 것도 가능하다.
또한, 다른 적절한 수단들이 커스터마이징 유체 연결에 채용될 수 있는 것도 명확하다. 또한, 밀봉수단들의 리모트 제어 또는 더 특별하게는 무선작동도 채용 가능할 것이다.
또한, 마이크로밸브 어레이 당 제공되는 마이크로밸브들 (5) 의 갯수는 원리적으로 의도하는대로 변할 수 있고 그 갯수가 100 단위도 확실히 가능하다는 것을 다시한번 지적한다. 미세제조에서는 관행화되어 있는 적절한 일괄 (batch) 제조방법에 의해 필요한 구조적 세부목록은 경제적인 방식으로 제조 가능하다.
도면에 도시되지 않은 다른 설계의 경우에는, 상기에 설명된 요소들에 부가하여, 마이크로밸브 어레이는 복수개의 센스를 포함한다. 이러한 센스들은 표준화된 분포를 가지고 배열되고 커스터마이제이션용으로 통로들을 개방 및/또는 밀봉함으로써 유체관들 (12 및 12'; 13 및 13'; 14 및 14') 과 개별적으로 연결될 수 있다. 통로들의 개방 및/또는 밀봉은 유체관에 대해서 유체관 시스템 내부에 또한 채용된 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 각각의 유체관과 결합된 특성들을 얻기위해 요구되는 하나 또는 그 이상의 센스들을 하나 또는 그 이상의 유체관 시스템과 연결하는 것이 가능하다. 예를들어, 센스들은 압력 또는 유동의 비율을 측정하기 위해 사용된다.
또한, 센스들은 개별적인 마이크로밸브들 같이 기능적 프리셋 부 (7) 와 전기적으로 연결되고 센스신호들을 이러한 기능 프리셋 부에 전송하는 위치에 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 유체관들에서 검출되는 상황들에 의지하여 마이크로밸브들의 가동을 할 수 있다. 이러한 방식으로, 추가적인 외부의 구성요소를 필요로 하지 않고 매우 간단한 방식으로 조정을 이행하고 기능들을 표현할 수 있다. 또한 집적된 센스는 포괄적인 연결 가동이 불필요하고 밀집한 구조가 제조될 수 있음을 의미한다, 이것은 상기의 어떤 층 구성요소들 (8) 에도 센스들을 집적할 수 있음을 의미한다. 필요시는 모든 센스들이 동일한 층 구성요소에 수용되는 것도 가능하다.

Claims (20)

  1. 구조체로 함께 결합되고 미세제조에 의해 제작된 복수개의 마이크로밸브들 (5);
    상기 마이크로밸브 (5) 들의 동작을 위하여 그룹화된 마이크로밸브 (5) 들의 프로그램가능한 커스터마이즈된 기능 연결을 위한 하나 이상의 기능 프리셋 부 (23) 를 가지는 전자제어수단 (7) 들; 및
    상기 마이크로밸브들과 연결된 유체관 시스템 (6) 을 구비하고,
    상기 시스템의 유체관 (12, 12'; 13, 13'; 및 14, 14') 들은 커스터마이제이션용으로 개별적으로 연결되어 있고, 통로 (32) 들을 개방 및/또는 폐쇄함으로써 기능 프리셋 부에 의해, 기능 밸브 연결에 의존하는 방식으로, 프리셋되는 소정의 표준화된 배열로부터 시작하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 기능 프리셋 부 (23) 는 모든 마이크로밸브들 (5) 과 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    마이크로밸브들 (5) 은 모두 동일한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  4. 제 1 항 부터 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 마이크로밸브들이 2/2 스위칭의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  5. 제 1 항 부터 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 프리셋 부 (23) 는, 2/2 스위칭 기능 이상의 높은 수준의 기능, 예컨대 3/2 또는 4/2 스위칭 기능과 같은, 을 수행하도록 마이크로밸브들 (5) 의 연결을 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  6. 제 1 항 부터 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 프리셋 부 (23) 는 이용가능한 유동 단면적을 증가시킬 목적으로 병렬 회로로 마이크로밸브들 (5) 의 연결을 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  7. 제 1 항 부터 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자제어수단들 (7) 은 ASI 버스의 예와 같이 분리된 제어장치 (3) 와 통신하는 버스 (2) 를 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  8. 제 7 항 의 경우에 있어서,
    전자제어수단들 (7) 은 시리얼 제어 신호들을 수신하도록 설계된 버스 노드 (24) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  9. 제 1 항 부터 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 기능 프리셋 부 (23) 는 가역적으로 프로그램되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  10. 제 1 항 부터 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자제어수단들 (7) 은, 하나 이상의 프리셋 부 (23) 의 프로그래밍이 외부의 에이전트 (agent) 로부터 예컨대 접속된 버스 (2) 를 통하여 또는 배선접속도 없이 수행될 수 있도록, 설계되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  11. 제 1 항 부터 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자제어수단들 (7) 에서, 특정 밸브의 구동신호들은 제어신호들로부터 어드레스된 마이크로밸브들 (5) 에 대해 생성되고, 상기 신호들은 내부의 제어 프로그램 및 기능 프리셋 부 (23) 에 저장된 관련 기능 연결 변수들로부터 제공되거나 발생되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  12. 제 1 항 부터 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 중첩된 층 구성요소 (8) 들을 이루는 라미네이트된 본체를 가지며, 그 본체는 미세제조 방법에 의해 제조된 마이크로밸브들 (5) 및 유체관 시스템 (6) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  13. 제 1 항 부터 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체관 시스템 (6) 은 미리 정해진 지점들에서 밀봉수단 (33) 들을 가지며 각각의 지점에서 밀봉수단의 작동이 유체관들 사이의 통로 (32) 들을 개방하거나 폐쇄되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    밀봉 수단 (33) 들의 적어도 일부는 예컨대 용융 또는 증발에 의해 열적으로 제거될 수 있는 격벽 (34) 들로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  15. 제 13 또는 제 14 항에 있어서,
    밀봉 수단 (33) 들의 적어도 일부분은 마이크로밸브들로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  16. 제 13 항 부터 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀봉수단 (33) 들의 적어도 일부분은 밸브들로 구성되며, 상기밸브들은 자기변형적 및/또는 압전현상적 효과 및/또는 메모리 메탈 효과에 기초하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이 .
  17. 제 13 항 부터 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀봉수단들 (28) 은 리모터 제어에 의해 또는 배선접속 없이 작동가능 한 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  18. 제 1 항 부터 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체관들 (12, 12'; 13, 13'; 및 14, 14') 의 커스터마이징 연결의 가역 가능성을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  19. 제 1 항 부터 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체관들의 모든 커스터마이징 연결들의 동시 생산용으로 바람직하게는 적응가능하고 프로그램가능한 커스터마이징 연결 수단 (38) 들을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
  20. 제 1 항 부터 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대 압력 및 유량의 측정용의, 복수개의 센스들이 표준화된 분포로 존재하고, 한편으로는 센스들은 기능 리셋 부 (23) 와 연결되고, 다른 한편으로는 유체관들 (12, 12'; 13, 13'; 14, 14') 과 개별적으로 통로들을 폐쇄 및/또는 개방함으로써 커스터마이제이션용으로 연결될 수 있으며, 센스의 신호들은 기능 리셋 부 (23) 에서 예컨대 조정이나 디스플레이용으로 처리되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 어레이.
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