JP2001502248A - 電気的に駆動される一体型マイクロバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体流及び圧力を制御するため、電気的に駆動される一体型マイクとバルブを形成する。これらのバルブは、フレキシブルな壁（２０）を備えるシールキャビティ（１００）を有するエネルギー変換デバイス（１２０）を介して電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する。シールキャビティ（１００）は、加熱・冷却されると膨張・収縮する流体（１３０）を含有しており、フレキシブルな壁（２００）を運動させる。この壁(２００)、すなわち膜の運動は、バルブ要素（３００）を運動させるために用いられるとともに、所定の範囲にわたってバルブポートを開閉させるように、動的制御を行わせている。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的に駆動される一体型マイクロバルブ 発明の背景 発明の分野 本発明は、電気的に駆動される一体型マイクロバルブに関し、より詳細には、 腐食性で超純度工業的用途のための低リーク速度の一体型マイクロバルブに関す る。 関連分野の説明 当業界においては、微細加工された一体型バルブが知られている。このような 常開のバルブの種々の実施例は、例えばスタンフォード大学に譲渡されたマーク ・ズデブリック(Mark Zdeblick)による米国特許第４，８２１，９９７号、米国 特許第４，８２４，０７３号、米国特許第４，９４３，０３２号、４，９６６， ６４６号を挙げることができ、以後、上述の特許を「ズデブリック」特許とする 。これらの特許における開示は、本発明の一部を構成するものである。上述のバ ルブは、概ね３つの層構造を有しており、この構造は、上側の２つの層が低沸点 及び／又は高い膨張係数の流体を内部に収容するシールキャビティを形成する。 このキャビティの一方の壁は、薄いフレキシブル膜（フレキシブルメンブレン） を備えている。上述した２つの層には、シリコン、水晶又はガラス支持体、又は これら以外のいかなる別の適正な材料を用いることができる。典型的には、少な くとも１つの層すなわち、支持体はシリコンとされていて、シリコンの微細加工 技術を利用してキャビティ及びフレキシブル膜が形成される。ズデブリック特許 のバルブはまた、シールキャビティの内側面に形成された抵抗要素を有している 。この要素は、電源への電気的な連結を有していて電流を抵抗へと供給し、その 結果抵抗加熱を行うようにされている。底部層は、典型的にはバルブシートとそ の内側に形成されたポートとを備えている。このような方法により、流体流は、 バルブポートを閉鎖することによって阻害されてバルブシート及びポートを横切 った流れが停止される。上述のズデブリック特許においては、電流が抵抗に流さ れる場合には、トラップされた流体が加熱されてフレキシブル膜を下側部分に形 成 されたバルブシートに充分に接触するまで変形させる。このため、流体流は、ポ ートを通じた流入チャンネルと排出チャンネルの間において遮断されることにな る。 常開のバルブは、いくつかの用途に対して好適であるが、別の用途においては 常閉のバルブが必要とされる。このような常閉のバルブは、駆動されていない場 合は、流入側チャンネルから排出側チャンネルへのいかなる流れも生じさせない ようになっている。このような常閉のバルブの例としては、レッドウッドマイク ロシステムズ社(Redwood Microsystems,Inc.)によって製造される、フルイスタ( 登録商標)(Fluistor^TM)(レッドウッドマイクロシステム社、メンロパーク(Menlo Park)、カリフォルニア州）マイクロバルブ(NC-105)を挙げることができる。図 １を参照すると駆動されていない状態のこのバルブが示されている。フルイスタ （登録商標）バルブにおいては、フレキシブル膜２０は、中間層、すなわち支持 体１４から形成されている。フレキシブル膜２０はまた、中間層支持体１４と上 側層、すなわち支持体１６の間におけるキャビティ２６の壁となっている。キャ ビティ２６は、内部に形成される抵抗要素、すなわちヒータ３０を備えていて、 キャビティ２６内にシールされる流体２８（波線により示されている）を加熱す るようにされている。流体２８は、加熱されて膨張することでフレキシブル膜２ ０を変形、すなわち運動させるように選択されている。このような運動は、機械 的なカップリング、すなわちペデスタル２２を介して下側層、すなわち支持体１ ２へと連結される。フルイスタ（登録商標）ＮＣ-105のように支持体１２が固定 されている場合には、フレキシブル膜２０の運動は、ペデスタル２２に連結され 、それぞれ中間支持体１４と上側支持体１６とを下側支持体１２から遠ざけるよ うにして運動させる。このようにして、支持体１２は、中間支持体１４から分離 され、バルブシート領域４０において支持体１２に挿通された排出ポート４４が ブロックされなくなることで開かれるようにされている。このようにして、排出 ポート４４が開いて流入ポート４２と連通される。 フルイスタ（登録商標）バルブは、非浸食性流体の流れ及び／又はリーク速度 がヘリウムに対して１×１０^-4ｃｃＡｔｍ／ｓｅｃ（ヘリウムを用いた校正にお いて立方センチメートル−大気圧／ｓｅｃ）以上が要求される流れを制御するた めには好適である。しかしながら、浸食性流体及び／又はヘリウムに対して１× １０^-6ｃｃ−ＡＴＭ／ｓｅｃのリーク速度が必要な用途に対して設計されたもの ではない。これに加えて、ズデブリック特許のようにフルイスタ（登録商標）バ ルブは、フレキシブル膜２０材料が隣接するまで延ばされることでポート４４を 直接シールしている。このように膜２０を直接的に利用することは、バルブ５の 設計の可能性に対し制限を加えてしまうことになる。 したがって、浸食性流体を制御するために用いられる一体型マイクロバルブが 必要とされている。また、１×１０^-6のヘリウムリーク速度を達成することがで きる一体型マイクロバルブが必要とされている。これに加えて、ヘリウムのリー ク速度を１×１０^-6以下としつつ、浸食性流体の制御が可能な一体型マイクロバ ルブが必要とされている。さらに、バルブポートに対して本質的に直接シールを 行うデバイスとしてフレキシブル膜を用いることなく、上述した要求を満たす常 開、常閉のマイクロバルブが必要とされている。このような構成とすることによ り、マイクロバルブの設計選択性及び応用範囲を広げることが可能となる。 発明の要約 一体型マイクロバルブはまた、通常ではマイクロミニチュアバルブとして参照 されており、バルブ要素を運動させるための薄いフレキシブル膜を用いている。 この薄い膜は、エネルギー変換ブロックへと入力されるエネルギーに応答して運 動する。したがって、いくつかの実施例においては、エネルギー変換ユニットに 対する電気エネルギーは、抵抗ヒータへと入力される。このヒータによって発生 した熱エネルギーは、シールキャビティ内にトラップされた流体を膨張させる。 この膨張した流体は、フレキシブルな壁、すなわち膜を変形させる。いくつかの 実施例においては、エネルギー変換ユニットは、加熱に加えて冷却する構成とさ れている。 このフレキシブル膜は、アクチュエータを介してバルブ要素に連結されている とともに、１つ以上の中間ポートに隣接して配置されている。したがって、膜の 運動は、バルブ要素を駆動して、各ポートを開閉させる。各ポートは、バルブの 流入チャンネル及び排出チャンネルとなる複数の通路に連通されているとともに 、バルブシートに延びている。いくつかの実施例においては、バルブシートは、 バ ルブ要素の一部として形成されており、別の実施例においてはバルブポートの一 部として形成されている。いくつかの実施例においては、バルブシートには、変 形可能なシール面が設けられていて、シール性を向上させるようにされている。 いくつかの実施例においては、変形可能な対向するシール面又は複数の対向する シール面に突条が形成されていて、ポートを閉塞する際に変形シール面を圧迫し て比較的狭いエッジを形成するようにさせている。このようにすることで、各実 施例におけるこの変形シール面は、このような面が無い実施例よりも、より低い リーク速度を与えることが可能となる。いくつかの実施例においては、スプリン グ又は別の付勢デバイスを用いてバルブ手段を付勢しても良い。本発明のいくつ かの実施例では、バルブは、常閉のバルブとして構成され、また別の実施例では 、このバルブは、常開のバルブとして構成される。本発明のいくつかの実施例に おいては、バルブによって制御される流体材料に接触する面が不活性材料により コートされている。このようにして浸食性及び／又は超純粋流体の流速を制御す るためのバルブが製造される。 本発明のいくつかの実施例では、バルブには検出手段が一体化される。いくつ かの実施例においては、これらの検出デバイスは、流れセンサとされているが、 別の実施例では、これらの検出デバイスは、圧力センサとされている。したがっ て、本発明の実施例によるバルブには、一体とされた検出デバイスを付加するこ とができ、エネルギー変換ブロックへのエネルギー入力源へと動的にフィードバ ックを与えるようにされ、これらのバルブが流速又は圧力を動的制御するように 構成される。 図面の簡単な説明 本発明の数多くの目的、特徴、効果については、添付する図面を参照すること によって当業者によればより良く理解されよう。理解を容易にするため及び簡略 化のため、図面の要素にはこれらの要素が同一である場合には図面を通して共通 の符号を付している。 図１は、当業界で既知のフルイスタ（登録商標）マイクロバルブを簡略化して 示した断面図である。 図２は、本発明の実施例である常閉とされる電気的に駆動される一体型バルブ を示した簡略化した断面図である。 図２Ａは、図２に示したバルブの一部拡大図である。 図３は、本発明の別のキャビティ及びヒータ構成の断面図である。 図４は、本発明のさらに別のキャビティ及びヒータ構成の断面図である。 図５Ａは、本発明の別のヒータ構成の一部を示した平面図である。 図５Ｂは、本発明の図５Ａのヒータ構成を用いたさらに別のキャビティ及びヒ ータ構成の断面図である。 図６は、図２の実施例の平面図である。 図７は、本発明のバルブ要素の別実施例の図である。 図８Ａ，Ｂは、本発明の別の中間ポート構成の断面図である。 図９は、本発明のさらに別の中間ポートの断面図である。 図１０は、本発明のさらに別の中間ポートの断面図である。 図１１は、任意の付勢手段を備える本発明の常閉バルブの実施例の断面図であ る。 発明の詳細な説明 本発明の実施例を上述した図面を用いて説明する。これらの図面は、本発明の 理解を容易にするとともに説明のためにのみ、簡略化してある。当業者によれば 、本発明の実施例の特定の方法及び／又は構造に対し、種々の変形又は変更を説 明する実施例のようにして行うことができることは明白であろう。本発明の教示 による上述した変形、適合化、また変更及び本発明の教示によりなされる効果は 、当業界においては本発明の趣旨及び範囲内のものである。例えば、本発明のい くつかの実施例においては、単一のバルブポートを備えるバルブを用いているが 、別の実施例においては多重となったバルブポートを用いることもできる。 本発明の一体化バルブ構造の各部分を製造するために用いられるプロセスの詳 細については、概ね当業者に知られている。これに加えてズデブリック特許（米 国特許第４，８２１，９９７号、米国特許第４，８２４，０７３号、米国特許第 ４，９４３，０３２号、米国特許第４，９６６，６４６号は、すべて本発明の一 部を構成し、製造方法を開示するものである。したがって、本発明においては、 明らかには明白ではないものと考えられるいくつかのプロセスの詳細についての み説明する。 図２を参照すると、本発明による電気的に駆動される常閉の一体化バルブ５０ の一部の簡略化された断面図が示されている。図１のフルイスタ（登録商標）バ ルブにおいて説明したように、バルブ５０は、上側層と、中間層と、下側層すな わちダイ、１６，１４，１２とを用いて形成されている。本質的に平坦な上側層 １６は、シールキャビティ１００の一方の壁を形成するために用いられている。 抵抗加熱要素１２０は、層１６に固定されているとともに、キャビティ１００内 に配置されている。キャビティ１００の別の壁は、中間層１４の部分にフレキシ ブル膜部分２００を形成することによって製造されている。シールキャビティ１ ００には、作動流体１３０（波打ったラインによって示されている）が充填され ており、この流体は、例えば加熱されると膨張し、冷却されると収縮するフロロ カーボンといった典型的には誘電体材料とされている。したがって、加熱要素１ ２０に電気的エネルギーが加えられると、作動流体１３０は加熱されて膨張し、 膜２００を外側へと曲げて変形させる。 フレキシブル膜２００はまた、キャビティ１００の壁を形成する他、バルブ要 素、すなわちバルブ部材３００に隣接して配設されている。膜２００は、バルブ 要素３００へと連結点３１０においてペデスタル２１０を介して機械的に連結さ れている。フレキシブル膜２００のバルブ部材３００へのこの連結により、膜２ ００の運動がバルブ部材３００へと効果的に伝達される。 中間バルブポート、すなわちバルブポート４００は、フレキシブル膜２００の バルブエンド部分２２０と、中間層１４のバルブポート部分２３０とから形成さ れている。部分２２０、２３０は、ポート４００の寸法と形状とを規定する他、 図２に示したポート４００と、膜２００と、要素３００の図２Ａに示される拡大 図のようにポート４００の周辺シール領域４５０を与えている。バルブポート４ ００を中心とする部分のいくつかの実施例においては、バルブ要素３００内に形 成されたバルブシート部分４１０を備えている。別の実施例においては、バルブ シート領域（図示せず）は、周辺シール領域４５０に形成されている。図２及び 図２Ａの実施例においては、バルブ５０が駆動されていない場合には、周辺シー ル領域４５０とバルブ要素３００とは、緊密に接触する。したがってポート４０ ０は、閉鎖、すなわち閉じられる。このタイプのバルブ５０は、常閉のバルブと して参照される。別の実施例では、バルブ５０が駆動されていない場合には、周 辺シール領域４５０とバルブ要素３００とは、互いに離間されており（図示せず ）、従ってポート４００は、開かれている。このタイプのバルブは、常開のバル ブとして参照される。 排出ポート５１０とインレットポート５２０とは、下側層１２に形成されてい る。排出ポート５１０は、排出チャンネル２４０を介してバルブポート４００に 連通されている。インレットポート５２０は、流入ポート５４０，２５０を通し てポート４００に連通されている。したがって、ポート４００が閉じられると流 入ポート５２０は、排出ポート５１０から分離される。しかしながら、流体１３ ０が加熱されると膨張して、フレキシブル膜２００が変形・運動される。この運 動は、ペデスタル２１０を介して膜２００が要素３００を押圧し、バルブ要素３ ００は、バルブシート領域４１０から離れるように回転又は運動する。したがっ て、バルブポート４００が開かれる。このような方法において、排出ポート５１ ０は、チャンネル２４０，２５０，５４０を通して流入ポート５２０と連通され る。 バルブ５０の説明した種々の部分は、いくつかの異なった機能を備えたブロッ クから製造することができる。したがって、エネルギー変換ブロックは、電気的 エネルギーを作動流体１３０を加熱して膜２００を変形させる機械的なエネルギ ーに変換させる。中間バルブブロックは、アクチュエータを介してこの機械的エ ネルギーが伝達されてバルブポートを開閉させる際に用いられる運動を生じさせ る。最後に、連通及びガイドブロックは、中間ポートへと連結されていて、構造 体内における連通を与えるようにされている。図２に示される実施例においては 、上側層１６部分と中間層１４部分にわたったエネルギー変換ブロックが備えら れている。同様な方法で連通ブロックは、これら３層の部分にわたって延ばされ ている。 図２に戻ると、フレキシブル膜２００は、充分に柔軟となるように薄く、かつ 充分な強度を有するだけ厚くして、バルブ５０の動作中に晒される通常の力によ っては破断しないようにする必要がある。これに加えて、フレキシブル膜２００ は、シールキャビティ１００及びチャンネル２５０の双方の部分を形成する。し たがって、膜２００は、作動流体１３０及びバルブ５０が制御するいかなる流体 材料の双方とも接触する。制御される流体材料と接触する膜２００のこれらの部 分を、共通して「濡れ面」として参照する。図２の実施例では、膜２００は、中 間層１４から形成され、中間層１４の種々の別の部分が層１２，１６の双方の各 部分と連結されているのが示されている。したがって、中間層１４の材料の選択 は、上述したことの他にも、強度、柔軟性、膜２００の適合性に加え、層１２， １６として選択される材料への中間層１４のカップリング又は接合を考慮して行 われる。本発明のいくつかの実施例においては、中間層１４としてシリコン材料 を選択することが効果的であることが見出されたが、これ以外の材料を選択する こともできる。 バルブ要素３００は、典型的には層１４，１６から形成されるバルブ部分の製 造とは別に製造されるとともに取り付けられ、バルブポート４００に隣接したペ デスタル２１０に機械的に連結される。中間層１４において説明したように、要 素３００は、「濡れ面」を備えているとともに、バルブポート４００を閉じるた めの充分な強度が必要とされる。これに加えて、本発明のいくつかの実施例では 、バルブ部材３００はまた、フレキシブル膜２００によって引き起こされる運動 に対抗する復元力の一部又は全部を与えている。したがって、示されているよう に要素３００の材料は、このような復元力を与えることができるようにする必要 がある。バルブ要素３００の形状は、図２に示した本質的に平坦な形状から変え ることができるものの、要素３００は、中間層１４との適合性及びシリコン微細 加工技術を用いることができることから、シリコン材料から形成することが有効 であることが見出された。 図２に示した実施例においては、下側層１２は、それぞれ流入ポート５１０， ５２０，チャンネル５４０を形成するために用いられる。したがって、層１４， 層１２が、「濡れ面」を備えていると説明したように、層１２の材料は、バルブ ５０が制御する流体材料と適合性のあることが必要である。層１２はまた、バル ブ５０の別の部分の取付構造体となっている他、バルブ５０が用いられるシステ ムへとバルブ５０の連結させている。従って、層１２は、この取付機能のため、 充 分に強度を有し、かつ耐久性を有している必要がある。これに加えて、本発明の いくつかの実施例においては、補助付勢デバイス（図示せず）がバルブ要素３０ ０に力を加えるために用いられる。このような付勢デバイスを用いる場合には、 これらのデバイスは、しばしば層１２を用いて取り付けられる。シリコン材料は 、効果的に層１２に要求される特性を与えることが見出されたが、また別の適切 な材料を選択することができる。例えば、いくつかの実施例では、アルミナとい った種々のセラミックス材料を用いることもでき、別の実施例においては、ホウ ケイ酸ガラス又は水晶材料を用いることができる。 図２の実施例においては、層１６は、加熱要素１２０の支持体とされていると ともに、加熱要素１２０を位置決めして、シールキャビティ１００を形成してい る。これに加えて、層１６は、チャンネル２４０の一部を形成しており、したが っていくつかの「濡れ面」を有している。要素１２０が作動流体１３０を加熱す るのみである場合には、流体１３０の大部分が冷却されると層１６に接触してい るので冷却される。したがって、本発明のいくつかの実施例では、良好な熱伝導 性を有する材料が層１６として選択される。しかしながら、加熱要素１２０が電 気抵抗要素である場合には、層１６の材料は、典型的には誘電体材料とされて電 気的要素１２０の短絡を防止している。いくつかの実施例では、作動流体は、離 間した熱源から供給される輻射エネルギーを用いて加熱される。このような実施 例では、このような輻射エネルギーを伝達するための材料が層１６として選択さ れる。層１６は、したがって水晶、ホウケイ酸ガラス、セラミック、サファイア 、シリコン、又はプラスチックといった種々の材料から選択できるがこれらのも のに制限されるわけではない。したがって、本発明の実施例は、バルブ材料要素 ３００，層１２，１４，１６のそれぞれについて種々の材料から選択することが でき、要素３００の特定の層又は特定材料の選択は、本発明で説明する数多くの 要因を考慮した設計事項であることが理解されよう。さらには、上述したような 設計上の選択は、本発明の範囲とされることが理解されよう。 上述したように、膜２００は、柔軟性と強度との双方を有している。しかしな がら、特定膜２００の柔軟性と強度とのバランスは、それぞれ特定の用途に応じ て変動する。したがって、本発明のいくつかの実施例では、柔軟性が主に考慮さ れ、その他の場合には強度が柔軟性よりも重要となることがある。層１４として 選択される材料は、膜２００の強度及び柔軟性において重要な要因であるが、こ れらの２つの特性をバランスさせることはまた、フレキシブル膜２００の厚さと 形状とを変化させることによって達成される。したがって、層１４が[100]シリ コンである場合には、膜２００の典型的な厚さは、約５０μｍ（ミクロン）とさ れる。しかしながら、膜２００は、より厚くとも、より薄くとも良く、約１０μ ｍ〜１００μｍの範囲の厚さで有効であることが見出された。これに加えて、膜 ２００の形状を変化させ、またその断面形状を変化させることにより、膜２００ の柔軟性と強度の間のバランスに影響を与えることができることが見出された。 したがって、本発明のいくつかの実施例においては、フレキシブル膜２００は、 本質的に均一な厚さを有しているが、別の態様においては、膜２００は、均一な 厚さとされていない。例えば、いくつかの実施例においては、膜２００は、その 厚さが変化した段付の断面形状を有している。別の実施例においては、膜２００ は、厚さが端部から中心部にかけて徐々に減少して変化するように形成される。 したがって、特定の用途の要求に適合させるように設計されるいかなる断面形状 であっても、バルブ５０の特定の用途のための柔軟性及び強度の間のバランスを 調節するために用いることができる。 図２に示すようなバルブ５０を形成するいくつかの構造部を製造するため種々 の方法が知られている。しかしながら、これらの方法は、本発明の範囲を超えて いるのでこのような方法の例について説明する。したがって、すでに本発明の一 部とされたズデブリック特許に開示の製造方法をバルブ５０の構造を形成するた めに用いることができる。これに加えて、製造のため別の方法、例えばＥＤＭ( 放電加工)、電気化学的エッチング、サンドブラスト、成形、鋳造、ＬＩＧＡ、 ダイアモンド加工もまた用いることができる。本発明の効果は、用いる製造方法 に依存するものではないことは理解されよう。したがって、上述のいかなる１つ またすべての方法又はズデブリック特許は、本発明の構造体を形成するために用 いることができる。 さらに図２を参照すると、キャビティ１００が作動流体１３０によって充填さ れているのが示されている。作動流体１３０を選択するための１つの基準として は、熱膨張係数を挙げることができる。したがって、作動流体１３０が、大きな 係数を有していれば、どのような目的の運転温度範囲においても膜２００に誘起 される運動の範囲を大きくすることが可能とされる。上述したように、流体１３ ０は、キャビティ１００の材料に対して化学的に不活性とされている。互いに化 学的に不活性な材料とは、互いに化学反応を本質的に生じさせない材料を言う。 これに加えて、流体１３０として選択される典型的な材料は、いかなるバルブ５ ０であってもその晒される温度範囲にわたって液状を保っていることが必要であ るが、いくつかの実施例では流体１３０の一部が、気体とされる。これらの要求 に対して種々の材料が適合することが見出されており、水、エタノール、又はこ れ以外のアルコール、及び数多くのフロロカーボン属、例えば登録商標フロリナ して用いることができる。 図２には図示されていないが、キャビティ１００は、典型的には充填用オリフ ィスを介して充填され、この後にオリフィスシール要素で密封シールされる。い くつかの実施例においては、キャビティ１００は、バルブ５０の動作の間に晒さ れる最も高い温度で流体１３０が充填・密封される。そして、いくつかの実施例 においては、キャビティ１００は、バルブ５０の動作の間に晒される最も高い圧 力で充填・密封される。また、いくつかの実施例においては、特定温度及び圧力 が用いられる。このようにしてフレキシブル膜２００の最大の運動性を得ること ができる。 いくつかの実施例においては、バルブ５０は、例えば半導体又は医薬工業に見 られるウルトラクリーンプロセスのために製造される。上述したように、図２に 示した実施例では、バルブ要素３００部分と、上側層１６と、中間層１４と、底 部層１２とは、「濡れ面」を有しており、この「濡れ面」は、バルブ５０によっ て制御される流体材料に接触する。上述のようなウルトラクリーンプロセスへの 適合性を保証するために、バルブ５０の特定の実施例では、これらが特定のプロ セスに適合するような「濡れ面」モードを有する様に、すなわち１つ以上の材料 でコートして製造することが有効である。したがって、医薬品工業における用途 に くつかの半導体工業用途ではまた、上述したテフロンコート表面を用いることも できるが、バルブ５０は、また、「濡れ面」をクロム、炭化ケイ素、窒化ケイ素 、 るようにすることができる。したがって、構造が互いに似たバルブの類は、特定 の用途に適合させるために異なった材料で「濡れ面」をコートすることで製造す ることができる。これに加えてバルブ５０は、１つ以上の層又はダイから製造さ れているので、「濡れ面」のためのこれらの材料は、これらの層を互いに連結さ せるために用いるいかなる接合プロセスに対しても適合する必要がある。例えば 、アノード接合プロセスがシリコン層１４をクロムバリヤ層（図示せず）でコー トした「濡れ面」を有するホウケイ酸層１６に結合させるために用いられる場合 には、クロムが層１６の接合面から除去されて接合され、効果的に連結が行われ る。しかしながらまた、別の接合プロセス、例えばイオン含有量の低いエポキシ 、溶融ガラス等を用いることもできる。 抵抗ヒータ１２０は、選択される特定の接合プロセスに適合するように通常抵 抗材料として用いられている材料から製造することができる。例えば、アノード プロセスをホウケイ酸ガラスの上側、すなわちダイ１６をシリコン中間ダイ１４ へと接合するために用いる場合には、第１の層としてチタン層を第１６へと接合 させるために用い、それに続いて抵抗要素であるプラチナ層を設けることで抵抗 要素１２０を形成することが望ましいことが見出された。別のタイプの抵抗要素 もまた用いることができる。したがって、いくつかの実施例においては、正の温 度係数(Positive Temperature Coefficient:PTC)を有する抵抗材料を用いること ができる。このようなPTC材料の既知の抵抗は、作動流体１３０の温度が増加す るにつれて増加し、したがって電力消費を有効に低減させ、かつ要素１２０の過 熱を制限することができる。このようなPTC材料の例としては、BaTiO₂（チタン 酸バリウム）を挙げることができる。本発明のいくつかの実施例においては、多 重となった別々に制御可能な加熱要素１２０を用いることができる。例えば、第 １のヒータを用いて一定のバックグラウンド温度を与えておき、第２のヒータに よって温度変化を行わせて作動流体１３０を膨張させることが有効であることが 見出された。いくつかの用途においては、第１のヒータと第２のヒータとを同 一のタイプ、例えばPTC要素とするが、別の実施例においては、加熱デバイスと 、後述する冷却デバイスとを組み合わせて用いることができる。 上述したように、加熱要素１２０は、エネルギー変換ブロックの一部分とされ ており、図２に示した実施例においては、電気エネルギーを熱へと変換し、この 熱が機械的運動へと変換される。ここで図３を参照すると、このエネルギー変換 ブロックの別実施例が示されている。理解を容易にするために、上側層１６と中 間層１４のうち、図３の実施例を説明するために必要な部分のみが示されている 。 キャビティ１００は、第１の部分１０４とフレキシブル膜２０５に隣接した第２ の部分とを備えているのが示されている。図示されているように、第１の部分１ ０４が第２の部分１０６よりも小さくされ、かつ挿入自在なな熱要素１４０がポ ート１５０を通して挿入されている。ポート１５０は、シール要素１６０によっ てシールされていて、加熱要素１４０を位置決め・保持させているとともに、キ ャビティ１００に密封されている。 図３に示す実施例では、キャビティ１００が２つの部分を有しているのが示さ れているが、別の実施例ではキャビティ１００は、図２に示されるような単一の 部分を有するようにされていても良い。しかしながら、挿入可能な加熱要素１４ ０が用いられる場合には、２つの部分からなるキャビティ１００を用いて、第１ の部分１０４を小さな加熱部分１０４とすることが効果的であることが見出され た。この方法においては、部分１０４内での流体１３０は、極めて高速で加熱さ れて流体１３０を迅速に膨張させる。加熱部分１０４から膨張した流体１３０は 、その後チャンネル１０８を通過して部分１０６へと脈動してゆき、部分１０６ における流体の体積を増加させ、フレキシブル膜２０５を変形させる。この必要 な流体力学的動作は、したがって迅速で制御された膜２０５の運動を得るために 有効である。 加熱要素１４０は、２つの導電体１４２を備えているのが示されており、これ らの導電体は、シールポート１５０を通して部分１０４で何回かループ１４４を 形成している。加熱要素１４０としては、多くの構成が可能であり、図示された 構成は、例示のためのみであることが理解されよう。要素１４０の部分としては 、多くの異なった材料を用いることができることが理解されよう。例えば、導電 体 １４２は、低抵抗の第１の材料とされ、ループ１４４は、高抵抗の材料とされて いるか、又は双方とも同一の材料を用いることもできる。導電体１４２は、支持 構造体（図示せず）に取付られているか、又は図示されているようにシール要素 １６０が支持構造体として用いられていても良い。これに加えて、異なった加熱 特性又は熱容量を有する種々の材料をループ１４４を形成するために用いること ができる。これに加えて、ループ１４４以外の構成を用いて部分１０４内の流体 １３０を加熱するための特定量の表面積を与えるようにすることができる。従っ て、本発明のいくつかの実施例においては、用いられる特定の流体１３０の沸点 よりも高い温度を与えることができる挿入可能な加熱要素１４０を用いることも できる。このような方法においては、流体がスポット的に蒸発して、気泡を形成 させる。いくつかの用途においては、このような気泡の形成は、特定のフレキシ ブル膜２０５又は２００（図２）の変形の制御を向上させる効果を有することが 見出された。したがって、ともに製造されるどのような同一のバルブ５０であっ てもそれぞれのバルブ５０に対して異なった挿入可能要素１４０により異なった 多くの用途に対し好適なバルブが提供できる。 図４を参照すると、さらに別のヒータとキャビティ構成とが示されている。図 ２の実施例とは異なり、図４の実施例では上側層１６は、加熱要素を備えた延長 部１７０を備えているか、又はそれぞれの延長部１７０の端部１７６に形成され たエンハンスメント１７４を備えるように形成されているのが示されている。こ の方法においては、要素１７４による加熱効果を、キャビティ１００の中心部に おいてフレキシブル膜２００の近くへと移動させることができ、流体１３０のよ り均一な加熱が実現できる。したがって、流体１３０を加熱するために用いられ る熱を膜２００の運動へと効率よく変換することができる。これに加えて、延長 部１７０は、作動流体１３０に接触する層１６の表面積を増加させる。したがっ て、流体１３０の層１６を通して拡散による冷却が向上する。層１６は、延長部 １７０を有しており、典型的にはシリコン材料が層１６として選択され延長部１ ７０は、例えばシリコン微細加工法を用いて形成することができる。しかしなが ら、延長部１７０に対して別の適切な材料及び製造方法を用いることができ、例 えば延長部１７０を独立して形成し、キャビティ１００に取り付けることも可能 である。加熱要素、すなわちエンハンスメント１７４は、構造的に上述した加熱 要素１２０（図２）とすることもできる。これとは別に、要素１７４は、当業界 においてなじみ深い拡散又はイオン注入法を用いて形成されるドープされたシリ コン領域とすることもできる。これに加えて、延長部１７０の長さ及び形状は、 要素１７４を適切な位置に配置できるか又は流体１３０を冷却するために用いる ことができる面積を変化させるように変更することができる。 図５Ａには、別のエネルギー変換ブロックの別の実施例の部分の平面図が示さ れている。加熱層１８０は、３つの加熱部材１８２を有しているのが示されてい る。いくつかの実施例では、加熱層１８０は、[111]シリコン材料であり、結晶 面に沿って好適にエッチングができるという利点を有している。従って、加熱部 材１８２は、対向する両側から層１８０をエッチングして、領域１８４内部のシ リコンをすべて除去し、機械的、電気的な連結のためにシリコン連結領域１８６ を残すことで形成される本質的に六角形の形状とされた要素とされているのが示 されている。しかしながら、加熱部材１８２を別の形状とすることも可能であり 、これらの別の形状を形成するため、バルブ５０の別の部分を形成する際に説明 した別の方法を用いることができる。 図５Ｂを参照すると、ラインＢ−Ｂ’に沿った層１８０にわたるキャビティ及 びヒータ構成の断面図が示されている。キャビティ１００は、上側層１６と中間 層１４の間に加熱層１８０を備えて形成されている。このようにして加熱層１８ ０を用いることにより、加熱部材１８２がキャビティ１００内に配置でき、キャ ビティ１００の本質的に全体にわたって著しく加熱面積を増加させることができ る。この方法において、作動流体１３０は、迅速に加熱され、流体１３０の膨張 の間にフレキシブル膜２００が変形される。 図２〜図５Ｂの実施例は、本発明の種々のタイプの加熱要素を例示的に示した にすぎないことは理解されよう。したがって、図示した加熱要素について、既知 の加熱要素の別のタイプ又は構成に置換することは、本発明の範囲において設計 的な変更として選択できる。例えば、本発明のいくつかの実施例においては、加 熱は、流体１３０に直接接触せず、例えば上述のキャビティ１００の上側の層１ ６の表面１１０（図２）のように、キャビティ１００の外側に取り付けられた要 素（図示せず）により行われても良い。これに加えて、図２〜図５Ｂの例示的な 実施例は、加熱要素を単に例示したのみにすぎず、別の構成も可能である。した がって、本発明のいくつかの実施例においては、流体１３０の能動的な加熱と能 動的な冷却の双方を有効に行うことができる構成とすることができる。例えば、 能動的な加熱と能動的な冷却能力を有する実施例は、ペルチェ(Peltier)ヒート ポンプをキャビティ１００の上側の面１１０に取り付けることによって構成する ことができる。このようにして、冷却性が向上できる。 バルブ要素３００は、中間バルブブロックの一部とされており、本発明の図２ に示す実施例では、バルブポート４００をシールしている。ここで図６を参照す ると、要素３００の下側層１２から層１４に向かって見た平面図が示されている 。切断線Ｃ−Ｃ’は、図２に示される位置を与える部分である。下側になってい るバルブ３００と、層１２の部分と、中間層１４の図示されていない部分と、層 １４を用いて形成された構造体等の隠れている構造は、図示されているように破 線を用いて示されている。バルブ要素３００は、本質的に矩形の形状を有してい るとともに、フレキシブル膜２００の部分に被さるように配置されている。随意 に複数のポート３０４を形成することができるとともに、要素３００における層 １４と層１２の間に配置させることができ、要素３００と層１４の間の平面性を 向上させることができる。フレキシブル膜２００の小部分は、インレットポート ５２０を通っているのが示されており、これが実線で示されている。排出ポート ５１０は、層１２に形成されて、チャンネル２４０によって中間ポート４００に 連通されている。要素３００には、ペデスタル２１０が取り付けられていて、膜 ２００の変形によりペデスタル２１０が要素３００を押圧し、ポート４００を開 くか、又は要素３００から離間させてポート４００を閉ざす様にされている。 本発明の別の実施例においては、バルブ要素３００の別の構成は、特定の用途 へとバルブ５０の特性を適合化させるのを容易にするために用いることができる 。図７においては、バルブ要素３００（図２）の別実施例が示されており、バル ブ閉鎖力が付加されるようにバルブ要素が変更されている。したがって、バルブ 要素３４０は、対向する両側部に形成されたビーム３４４を有しているのが示さ れている。それぞれのビーム３４４は、自由端３４６を有しており、この自由端 は、 バルブ５０の運動しない部分に固定されて取り付けられている。例えば、取付は 、フレキシブル膜２００に隣接して層１４に対して行うか又は層１２（図２）の 部分に対して行われる。したがって、要素３４０がその休止位置から変形するに つれ、復元力が各ビーム３４４により発生する。この力の大きさは要素３４０の 変形が大きくなるにつれて大きくなり、用いることができる力の大きさは、ビー ム３４４の長さ、幅、位置、形状を制御することによって制御することができる 。 バルブ要素３００のさらに別の構成が、図８Ａに示されている。理解を容易に するために、ポート４００を中心とする領域のみを示している。バルブシート領 域４１０は、変形可能な材料４２０を用いてバルブ部材３００に形成されている 。選択される特定の変形しうる材料４２０は、それぞれ特定の用途に応じて変更 することができる。したがって、いくつかの用途においては材料４２０は、プラ スチック材料とされ、別の用途ではフロロカーボンとされ、さらに別の場合には 、金属材料を用いることができる。材料４２０は、図示されているように１つ以 上の隆起部分４２５を有する成形材料とすることもできるし、突条（図示せず） を部分２２０，２３０のシール面上に形成することもできる。いくつかの実施例 においては、突条及び隆起部分４２５の双方が用いられる。ここで、図８Ｂを参 照すると、ｏ−リング４３０が本発明の別の実施例において効果的に用いられて いるのが示されている。図示されているように、ｏ−リング４３０が、要素３０ ０に収容されていて、バルブシート領域４１０を形成しており、例えば図８Ａに 図示されているのと同様にされた上側部分３０２と本質的に平坦な下側部分３０ ４をと備えた２つの部分となった形状のバルブ要素３００とされていても良い。 別の実施例においては、図示されていないがｏ−リングは、部分２２０，２３０ に形成された溝に収容されていて別のバルブシート領域４１０を形成していても 良い。したがって、バルブポート４００が変形可能な材料４２０（図８Ａ）又は 変形可能なｏ−リング４３０（図８Ｂ）のいずれかに対して閉鎖される場合には 、ポート４００のシール性が向上する。このように向上したシール性は、低リー ク速度が必要な用途に用いられる。図８Ｂに示されるようなｏ−リング４３０を 使用するか又は図８Ａに示すような隆起部分４２５を備えた変形可能な材料４２ ０又はこのような適切な構造体でバルブシート領域４１０を形成させることによ っ て、Ｈｅに対して１×１０^-6から、１×１０^-9ｃｃ−Ａｔｍ／ｓｅｃといった低 リーク速度を達成することができる。 図９を参照すると、本発明のバルブ要素の別の実施例が示されている。図示さ れているように、フレキシブル膜２００は、膜延長部２２０を有しており、この 延長部は、一部分がポート４００を通して延ばされていて球状のバルブ要素３３ ０に接触している。球状要素３３０は、スプリング状膜５００に重なるようにし て配置されている。したがって、膜２００が変形すると、球状要素３３０が押圧 されて延長部２２０によってバルブシート４１０との接触が切り離され、ポート ４００を通して連通が行われる。シート４１０から球状要素３３０が運動するに つれ、スプリング状膜５００が変形され、ポート閉鎖力が発生する。このポート 閉鎖力は、膜５００によって与えられるとともに、例えば図７のビーム３４４に よるバルブ３４０の上述の閉鎖力と等価である。球状要素３３０は、固く、本質 的に非圧縮性の材料から形成されているか、又は要素３３０は、ある程度の変形 性を有していても良い。同様の方法により、バルブシート４１０は、変形性とさ れていても変形性でなくとも良い。図９の実施例の種々の構成（図示せず）が可 能であり、これらについても本発明の範囲に含まれるものである。したがって、 バルブ要素３３０は、例えば円錐形といった非球状又はポート４００をシールす るために用いることができる別の適切な形状を有していても良い。これに加えて 、固い材料及び変形可能な材料は、要素３３０及びバルブシート４１０をシール するために用いることができるとともに、このようにすることで低リーク速度を 得ることができる。 ここで、図１０を参照すると、本発明のバルブ要素の別実施例及び本発明の実 施例のバルブシートの実施例が示されている。ポペットタイプのバルブ要素３６ ０は、中間ポート４００をシールするために用いられる。バルブ要素３６０は、 溝３６２を有しており、この溝は、ポート４００をシールするためのｏ−リング 又は別の変形可能な材料を収容している。ポート４００は、図示するようにｏ− リング３６４をポート４００の周辺の周りに形成されたバルブシート領域４１４ に接触させることでシールする。ポペットバルブ要素３６０の運動は、図９に図 示した球状要素３３０の運動に類似するように行われる。したがって、フレキシ ブル膜２００は、ポペットバルブ要素３６０の上側部分３６８に接触する膜延長 部２２４を備えている。図示されている特定の構成は、例示のためにだけであり 、ポペットタイプのバルブ要素の別の構成も用いることができることが理解され よう。これに加えて、ｏ−リング３６４が要素３６０内に収容されているのが示 されているが、いくつかの実施例では、ｏ−リング３６４は、バルブシート領域 ４１４に収容されているのが示されている。ポペットバルブ要素３６０の形状は また、復元力デバイスを備えるように形成することもでき、例えば、図９に示さ れているようなデバイス５００のように形成することもできる。これに加えて、 固い材料及び変形可能な材料を組み合わせた材料が、ポペット要素３６０と、バ ルブシート４１４とに用いられる場合には、低リーク速度をまた得ることができ る。 当業者によれば理解されるように、本発明の実施例に加えて、バルブシート及 びバルブ要素について多くの変形例が知られている。したがって、各構成を説明 するのは不可能である。これに加えて、本発明で説明した方法は、ズデブリック 特許から参照して本発明の一部とした方法の他にも別の方法とともに、これらの バルブ要素及びバルブシートの構成を製造するために用いることができる。した がって、変形可能及び／又は非変形のバルブシート及びバルブ要素の種々の形状 の種々の組合せについては、本発明の範囲となるものである。 示されるように、圧縮される変形可能材料の使用は、ポート４００のシールを 向上させ、かつより低いリーク速度を与えることが見出された。しかしながら、 この向上したシール能力はまた、圧縮可能な材料を圧縮するために加えられる復 元力又は閉鎖力を必要とする。図９の実施例においては、スプリング状膜５００ が、この力を与えるために用いられる。しかしながら、別の実施例においては、 別の付勢デバイスが可能である。いくつかの実施例では、これらの別の付勢デバ イスは、中間ポートを閉鎖するのを容易にさせているとともに、別の実施例の付 勢デバイスは、中間ポートを開くのを容易にさせる構成とされている。 ここで、図１１を参照すると、本発明の別の実施例が示されており、付勢手段 ５１０が本発明によるバルブの閉鎖力を増加させている。図示されているように 、図１１の実施例は、本質的に図２に示されたものであり、バルブ部材３００と 下側層１２部分の間に配置された付勢デバイス５１０が追加されている。このよ う にしてペデスタル２１０がバルブ部材３００を押圧して中間ポート４００を開く につれ、付勢デバイス５１０が圧縮され、この圧縮によりバルブ閉鎖力が与えら れる。デバイス５１０がコイルスプリング状に形成されているのが示されている が、別の形状も可能であることが理解できよう。例えば、付勢デバイス５１０は 、リーフスプリング、トーションバー、又は別の適切なデバイスとして形成する ことが可能である。加えて、図９の実施例について説明したように、デバイス５ ００（図９）又はデバイス５１０といった別体となった付勢デバイスを用いるこ とにより、特定の用途に適合するようにバルブ設計に対してより大きな柔軟性を 与えることができる。 上述したように、付勢デバイス５１０の圧縮によるバルブ閉鎖力を与えること に加え、バルブを開くための力を、加えることもできる。チャンネル５４０内の 圧力がチャンネル２４０の圧力よりもずっと大きくなる場合には、膜２００によ って加えられる力は、それ自体では中間バルブ４００を開くためには充分ではな い。したがって、本発明のいくつかの実施例では、付勢手段５１０は、ポート４ ００が閉鎖される場合には張力が加えられる構成とされる。このようにして、デ バイス５１０は、膜２００の運動によって制御されるバルブ開のための力を与え る。 これまで、電気駆動される一体型マイクロバルブの種々の実施例を説明してき た。これらの種々の実施例は、説明したマイクロバルブの要素の別実施例の組み 合わせを含むことは明白であろう。したがって、浸食性流体を制御する能力に加 え、低リーク速度とする必要がある場合には、変形可能なバルブシート材料、突 条様形状、及び／又は付勢デバイスの種々の組合せを用いることができ、このよ うにすることによって多様な本発明のマイクロバルブが提供される。これに加え て、特定用途に対するマイクロバルブの特定実施例を設計する柔軟性を与える本 発明の機能ブロック設計を可能とする機能を与えることが理解されよう。したが って、ズデブリック特許に開示される従来技術によるバルブとは異なり、本発明 のマイクロバルブは、例えばフレキシブル膜を直接バルブポートを直接シールす るために用いないようにするので、フレキシブル膜の変更を必要とせずに、例え ば低リーク速度の実施例を提供できる。他方では、このような機能ブロック設計 は、挿入可能な加熱要素１４０（図３）といったエネルギー変換ブロックを組み 込むことを可能とする。したがって、本発明のマイクロバルブは、用いるヒータ 要素１４０のタイプを変更することにより特定用途に対して構成及び適合させる ようにして製造することができる。このようにして、製造コストが低下できると ともに、用途の広い範囲を提供できるといった著しい柔軟性を維持させることが 可能である。 本発明の特定の実施例についてこれまで常閉のバルブ５０を用いて説明してき たが、常開の構成に対する実施例は、当業者によれば明らかであろう。例えば、 図２に示すバルブは、バルブの動作範囲の温度よりも低い温度においてキャビテ ィ１００をシールすることによってほとんどの部分における常開のバルブとして 製造できる。この方法において、バルブが動作温度にまで加熱されると、フレキ シブル膜２００は、変形し、中間ポート４００を開く。したがって、このような バルブを閉じるため、例えば作動流体１３０を冷却するには、冷却のため例えば 上述したペルチェヒートポンプを用いることができる。 本発明により製造されるバルブについてはまた、スタンドアローンバルブとす ることができるし、又は当業界で知られているいかなる種々の流れセンサデバイ スの１つを組み合わせたバルブとすることができる。これに加えて、本発明のマ イクロバルブは、角度を変えて開閉させることが可能となることが明白である。 したがって、本発明により製造されるバルブは、流体を流す又は停止するばかリ ではなく、流速の連続的な領域にわたって流体の流量を制御することが可能であ る。流体流速を制御することは、例えばエネルギー変換ブロックにより機械的エ ネルギーへと変換されるエネルギーの量を変化させることによって行われる。こ の方法においては、バルブ要素の位置は、駆動されていない状態からの変形量に 比例して変化する。したがって、本発明の実施例は、バルブへと動的にフィード バックを行うことができるように、流量又は圧力検出装置と一体化させて、流量 又は圧力の動的な制御を与えることが可能となる。流速を検出するために検出装 置を用いる場合には、マイクロバルブは、共通して流れ制御装置として参照され 、装置が圧力を判断する場合にはマイクロバルブが共通して圧力制御装置として 参照される。例えば、本発明の流れ制御装置は、第１の圧力センサと、流れ制限 装 置と、上述の流れ制限装置を横切る圧力低下を測定するための第２の圧力センサ とを備えた流れ面出装置へと拡張することができる。知られているように、所定 の流れ制限装置については、圧力低下は特定の流体についての流速に対して正確 に校正されることが知られている。したがって、これまで説明した流れ検出装置 は、選択した特定流体に対する流速の動的制御を与えることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホプキンス，ディーン，アリン，ジュニア アメリカ合衆国 95123 カリフォルニア 州，サン ホセ，リージェント パーク ドライブ 765 (72)発明者 フィッチ，ジョン，エス. アメリカ合衆国 94560 カリフォルニア 州，ニューアーク，セコイア コート 36640

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 流体流入ポートと流体排出ポートとを備える流体ガイド構造と、 該流体ガイド構造内に形成され、前記流体流入ポートと前記流体排出ポートと を連通する連通チャンネルと、 該連通チャンネル内に形成され、前記流体流入ポートを前記流体排出ポートバ ルブに流体的に結合させるように介在する中間ポートと、 前記連通チャンネル内で前記中間ポートに隣接するように可動に配置されたバ ルブ要素と、 前記バルブ要素に機械的に連結されたフレキシブル膜を備え、入力されたエネ ルギーを機械的エネルギーに変換して前記バルブ要素に前記フレキシブル膜を介 して前記中間ポートを開閉させて前記バルブを駆動させるエネルギー変換デバイ スとを有する電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２． 前記エネルギー変換デバイスは、１つ以上のダイから形成され、一方の壁 が前記フレキシブル膜とされたシールキャビティを備えた構造を有していること を特徴とする請求項１に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ３． 前記シールキャビティは、温度の増加に対応して膨張するとともに温度の 低下に対応して収縮して前記フレキシブル膜を運動させる材料を含んでなる流体 材料を含有していることを特徴とする請求項２に記載の電気的に駆動される一体 型マイクロバルブ。 ４． 前記マイクロバルブは、熱的に前記シールキャビティに結合された加熱及 び／又は冷却デバイスを備えていることを特徴とする請求項２に記載の電気的に 駆動される一体型マイクロバルブ。 ５． 前記加熱及び／又は冷却デバイスは、前記シールキャビティの壁に取り付 けられていることを特徴とする請求項４に記載の電気的に駆動される一体型マイ クロバルブ。 ６． 前記加熱及び／又は冷却デバイスは、ペルチェヒートポンプとされている ことを特徴とする請求項４に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ７． 前記エネルギー変換デバイスは、前記シールキャビティの内側面に抵抗材 料で形成された抵抗加熱デバイスを備えていることを特徴とする請求項２に記載 の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ８． 前記抵抗加熱デバイスは、前記フレキシブル膜から所定距離だけ離間した 取付位置に固定された加熱部分を備えていることを特徴とする請求項７に記載の 電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ９． 前記シールキャビティは、第１の部分と、前記フレキシブル膜が一方の壁 に設けられた第２の部分とを備えることを特徴とする請求項２に記載の電気的に 駆動される一体型マイクロバルブ。 １０． 前記マイクロバルブは、前記シールキャビティの前記第１の部分内に配 置される挿入可能な加熱デバイスを備えていることを特徴とする請求項９に記載 の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 １１． 前記加熱デバイスは、それぞれが少なくとも２つの加熱面を備える複数 の加熱要素を有することを特徴とする請求項８に記載の電気的に駆動される一体 型マイクロバルブ。 １２． 前記マイクロバルブは、前記バルブポートを中心とした周辺領域に形成 された変形可能バルブシート領域を備えていることを特徴とする請求１に記載の 電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 １３． 前記マイクロバルブは、前記バルブ要素に形成され、前記変形可能バル ブシートに沿った突条様構造を備えており、前記バルブ要素が前記変形可能バル ブシートに配置される場合には、ヘリウムに対するリーク速度が１×１０^-6ｃｃ −Ａｔｍ／ｓｅｃ以下とされることを特徴とする請求項１２に記載の電気的に駆 動される一体型マイクロバルブ。 １４． 前記マイクロバルブは、前記バルブ要素に形成され該バルブポートを中 心とした周辺領域に沿って配置された変形可能バルブシートを備えることを特徴 とする請求項１に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 １５． 前記マイクロバルブは、前記変形可能バルブポートに沿って前記バルブ ポートを中心とした前記周辺領域に形成された突条様構造を備えており、前記バ ルブ要素が前記変形可能バルブシートに配置される場合には、ヘリウムに対する リーク速度が１×１０^-6ｃｃ−Ａｔｍ／ｓｅｃ以下とされることを特徴とする請 求項１４に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 １６． 前記変形可能バルブシートは、前記バルブ要素に収容されるｏ−リング を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の電気的に駆動される一体型マ イクロバルブ。 １７． 前記変形可能バルブシートは、前記バルブ要素に収容され前記バルブポ ートを中心とした前記周辺領域に沿った隆起部分を備える変形可能成形バルブシ ートとされていることを特徴とする請求項１５に記載の電気的に駆動される一体 型マイクロバルブ。 １８． 前記流体ガイド構造は、ウルトラクリーン及び／又は浸食性材料の処理 に適用可能な材料からなる濡れ領域を備えていることを特徴とする請求項１に記 載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 １９． 前記フレキシブル膜は、シリコンを含有することを特徴とする請求項１ に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２０． 前記フレキシブル膜は、該フレキシブル膜の運動に応じて前記バルブ要 素を運動させるための前記バルブ要素に機械的に連結されたペデスタルを備えて いることを特徴とする請求項１に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバル ブ。 ２１． 前記マイクロバルブは、前記バルブ要素に連結され該バルブ要素に力を 加える付勢デバイスを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気的に駆 動される一体型マイクロバルブ。 ２２． 前記力は、電気的に駆動される前記一体型マイクロバルブが駆動されて いない場合には、前記バルブシートを前記バルブ要素に配置させて前記中間ポー トを閉じるように前記バルブ要素へと加えられることを特徴とする請求項２１に 記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２３． 前記力は、電気的に駆動される前記一体型マイクロバルブが駆動されて いない場合には、前記バルブシートを前記バルブ要素に配置させないことで前記 中間ポートが閉じないように前記バルブ要素に加えられることを特徴とする請求 項２１に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２４． 前記バルブ要素は、本質的に球状とされていることを特徴とする請求項 １に記載の電気的に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２５． 流体流入ポートと流体排出ポートとを備える流体ガイド構造と、 該流体ガイド構造内に形成され、前記流体流入ポートと前記流体排出ポートと を連通する連通チャンネルと、 該連通チャンネル内に形成され、前記流体流入ポートを前記流体排出ポートバ ルブに流体的に結合させるように介在するとともに、バルブシートを備える中間 ポートと、 前記連通チャンネル内で前記中間ポートに隣接するように可動に配置されたバ ルブ要素と、 前記シールキャビティ内の加熱要素に連結された第１の壁と、前記バルブ要素 に連結された前記フレキシブル膜が設けられた少なくとも第２の壁とを備える前 記シールキャビティと、 前記シールキャビティ内に収容され前記加熱要素により加熱されると温度の増 加に対応して膨張して前記フレキシブル膜及び前記バルブ要素を運動させて前記 流入ポートと前記排出ポートとの間の連通を制御する作動流体とを有する電気的 に駆動される一体型マイクロバルブ。 ２６． 電気的に駆動される請求項１の一体型マイクとバルブと、 連通チャンネル内の前記バルブ位置を可変に位置決めするためエネルギー変換 デバイスに動的フィードバックを行う流速決定装置を備えることを特徴とする流 れ制御装置。 ２７． 電気的に駆動される請求項１の一体型マイクとバルブと、 連通チャンネル内の前記バルブ位置を可変に位置決めするためエネルギー変換 デバイスに動的フィードバックを行う圧力決定装置を備えることを特徴とする圧 力制御装置。