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JP2009228799A - Micro valve - Google Patents

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JP2009228799A
JP2009228799A JP2008075199A JP2008075199A JP2009228799A JP 2009228799 A JP2009228799 A JP 2009228799A JP 2008075199 A JP2008075199 A JP 2008075199A JP 2008075199 A JP2008075199 A JP 2008075199A JP 2009228799 A JP2009228799 A JP 2009228799A
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JP
Japan
Prior art keywords
valve body
valve
valve seat
substrate
seat substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008075199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kentaro Suzuki
健太郎 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

【課題】 弁体が導出口を設けた弁座基板に押し付けられた場合でも、流体を導出することができる溝を備えたマイクロバルブを実現する。
【解決手段】 弁座基板に対向させて弁体を設け、この弁体に設けられた電極と前記弁座基板に設けられた電極間を静電引力により前記弁体を変位させ、前記弁座基板に設けた流体を流入させる導入口の流入量を制御するマイクロバルブにおいて、前記弁体を挟んで前記弁座基板と反対側に設けられたバックプレートと、このバックプレートに設けられると共に流体を流出する導出口と、前記弁座基板に設けられると共に前記導入口を囲むように設けられた突起部と、この突起部に対向させて前記弁体に設けられた絶縁膜とを有することを特徴とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a microvalve having a groove capable of leading a fluid even when a valve body is pressed against a valve seat substrate provided with a lead-out port.
A valve body is provided so as to face a valve seat substrate, and the valve body is displaced by electrostatic attraction between an electrode provided on the valve body and an electrode provided on the valve seat substrate. In the microvalve for controlling the inflow amount of the introduction port through which the fluid provided on the substrate flows, the back plate provided on the opposite side of the valve seat substrate across the valve body, and the back plate provided on the back plate and the fluid An outlet port that flows out, a protrusion provided on the valve seat substrate and surrounding the introduction port, and an insulating film provided on the valve body so as to face the protrusion. And
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マイクロバルブに関し、詳しくは、高圧および微少流量を制御するマイクロバルブに関するものである。   The present invention relates to a microvalve, and more particularly to a microvalve that controls high pressure and minute flow rate.

図8は、従来の基本構成を示し、一部破断した概略斜視図である。
弁孔4が厚み方向に貫設された矩形板状の弁座基板1と、弁座基板1の一表面側(図8の上面側)に固着される矩形枠状のフレーム部5およびフレーム部5の内側に配置され弁孔4を開閉する弁体部6を有し弁体部6における弁座基板1とは反対側に可動電極8が形成された弁体形成基板2と、弁体形成基板2における弁座基板1とは反対側に固着され弁体形成基板2との間に弁体部6の変位を可能とする空間であり流体の流入口15に連通する空間13を形成するとともに可動電極8に対向する固定電極12が形成された固定電極形成基板3とを備えている。
また、フレーム部5と連続一体に形成され厚み方向に撓み可能なダイヤフラム部7を有し、ダイヤフラム部7の中央部に弁体部6が連続一体に設けられ、ダイヤフラム部7には、流入口15と弁孔4との間の流体の流路となる複数(図示例では、2つ)の流路孔10が厚み方向に貫設されている。
固定電極形成基板3は、弁体形成基板2との対向面と一側面とが開放されている流路用凹部11が形成されており、固定電極形成基板3の上記一側面側において流路用凹部11の内面と接合層14の露出表面とで囲まれた空間が流体の流入口15を構成している。可動電極8の表面に可動電極8と固定電極12との導通を防止する絶縁層9を構成している。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a conventional basic structure and partially broken.
A rectangular plate-shaped valve seat substrate 1 having a valve hole 4 penetrating in the thickness direction, a rectangular frame-shaped frame portion 5 and a frame portion fixed to one surface side (the upper surface side in FIG. 8) of the valve seat substrate 1 A valve body forming substrate 2 having a valve body portion 6 arranged inside and outside the valve hole 4 to open and close the valve hole 4 and having a movable electrode 8 formed on the opposite side of the valve body portion 6 from the valve seat substrate 1. A space 13 that is fixed to the opposite side of the substrate 2 from the valve seat substrate 1 and enables the displacement of the valve body 6 between the valve body forming substrate 2 and a space 13 that communicates with the fluid inlet 15 is formed. And a fixed electrode forming substrate 3 on which a fixed electrode 12 facing the movable electrode 8 is formed.
In addition, the diaphragm portion 7 is formed integrally with the frame portion 5 and can be bent in the thickness direction. A valve body portion 6 is provided continuously at the center of the diaphragm portion 7. A plurality (two in the illustrated example) of channel holes 10 serving as fluid channels between 15 and the valve hole 4 are provided in the thickness direction.
The fixed electrode forming substrate 3 is formed with a channel recess 11 in which a surface facing the valve element forming substrate 2 and one side surface are open, and the channel electrode is formed on the one side of the fixed electrode forming substrate 3. A space surrounded by the inner surface of the recess 11 and the exposed surface of the bonding layer 14 forms a fluid inlet 15. An insulating layer 9 that prevents conduction between the movable electrode 8 and the fixed electrode 12 is formed on the surface of the movable electrode 8.

マイクロバルブの機能について説明する。
可動電極8と固定電極12との間に電圧を印加していない状態では、弁体部6により弁孔4が閉止されている。これに対して、可動電極8と固定電極12との間に駆動電圧源(図示せず)から規定電圧以上の電圧を印加すると、弁体部6が弁孔4から離れる向きに変位して弁孔4が開放されるので、流入口15−空間13−ダイヤフラム部7の流路孔10−弁孔4の経路で流体が流れることとなる。要するに、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを構成している。
The function of the microvalve will be described.
When no voltage is applied between the movable electrode 8 and the fixed electrode 12, the valve hole 4 is closed by the valve body 6. On the other hand, when a voltage higher than a specified voltage is applied between the movable electrode 8 and the fixed electrode 12 from a drive voltage source (not shown), the valve body portion 6 is displaced in a direction away from the valve hole 4 so that the valve Since the hole 4 is opened, the fluid flows through the path of the inlet 15 -the space 13 -the channel hole 10 of the diaphragm portion 7 -the valve hole 4. In short, a normally closed type micro valve is configured.

特開2007−71257号公報JP 2007-71257 A

しかし、このようなマイクロバルブには、次のような問題点があった。 However, such microvalves have the following problems.

流入される気体の圧力により弁体部が弁孔に押し付けられた場合、弁体部は押し付けられたままの状態になることにより、流体は流れず、流路を閉塞してしまうという問題がある。
流路を閉塞してしまった場合、従来は導入された流体を取り除く、あるいは印加電圧を増大させることにより、押し付けられた弁体を押し付けられない向きに変位させ、流路の閉塞を緩和させていた。
When the valve body is pressed against the valve hole by the pressure of the gas that flows in, the valve body remains in the pressed state, so that the fluid does not flow and the flow path is blocked. .
When the flow path is blocked, conventionally, the introduced fluid is removed or the applied voltage is increased to displace the pressed valve body in the direction in which it cannot be pressed. It was.

そこで、本発明は、上記のような従来技術の欠点をなくし、弁体が導出口を設けた弁座基板に押し付けられた場合でも、流体を導出することができる溝を備えたマイクロバルブを実現することを目的としたものである。   Therefore, the present invention eliminates the disadvantages of the prior art as described above, and realizes a microvalve having a groove that can lead out fluid even when the valve body is pressed against a valve seat substrate provided with a lead-out port. It is intended to do.

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項1では、弁座基板に対向させて弁体を設け、この弁体に設けられた電極と前記弁座基板に設けられた電極間を静電引力により前記弁体を変位させ、前記弁座基板に設けた流体を流入させる導入口の流入量を制御するマイクロバルブにおいて、前記弁体を挟んで前記弁座基板と反対側に設けられたバックプレートと、このバックプレートに設けられると共に流体を流出する導出口と、前記弁座基板に設けられると共に前記導入口を囲むように設けられた突起部と、この突起部に対向させて前記弁体に設けられた絶縁膜とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to claim 1 of the present invention, a valve body is provided opposite to a valve seat substrate, and an electrode provided on the valve seat and an electrode provided on the valve seat substrate are provided. In the microvalve for controlling the inflow amount of the introduction port through which the valve body is displaced by electrostatic attraction and the fluid provided in the valve seat substrate flows, provided on the opposite side of the valve seat substrate with the valve body interposed therebetween A back plate that is provided on the back plate and through which the fluid flows out, a projection that is provided on the valve seat substrate and that surrounds the introduction port, and is opposed to the projection. And an insulating film provided on the valve body.

請求項2では、請求項1のマイクロバルブにおいて、前記導出口は、前記弁体が前記バックプレートに押し付けられた場合にも、流体を導出するための溝を設けることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the microvalve according to the first aspect, the outlet port is provided with a groove for guiding a fluid even when the valve body is pressed against the back plate.

請求項3では、請求項1のマイクロバルブにおいて、前記突起部は、円形であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the microvalve of the first aspect, the protrusion is circular.

請求項4では、請求項1のマイクロバルブにおいて、前記弁体形成基板および前記弁体は、梁を介して支持され、かつ一体に形成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the microvalve of the first aspect, the valve body forming substrate and the valve body are supported through a beam and are integrally formed.

請求項5では、請求項4のマイクロバルブにおいて、前記弁体形成基板および前記弁体および前記梁は、シリコンからなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the microvalve of the fourth aspect, the valve body forming substrate, the valve body, and the beam are made of silicon.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を説明すれば下記の通りである。 The effects obtained by the typical inventions among those disclosed in the present application will be described as follows.

弁体部が導出口を設けたバックプレートに押し付けられた場合でも、溝を設けることにより、流体を導出することができる。   Even when the valve body is pressed against the back plate provided with the outlet, the fluid can be led out by providing the groove.

以下、図面を用いて、本発明のマイクロバルブ20を説明する。   Hereinafter, the microvalve 20 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例を示す構成図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

パイレックス(登録商標)(登録商標)からなる基板を使用している基板を弁座基板21およびバックプレート22として使用する。
なお、弁座基板21およびバックプレート22は、他の材質を採用しても良い。
A substrate using a substrate made of Pyrex (registered trademark) is used as the valve seat substrate 21 and the back plate 22.
The valve seat substrate 21 and the back plate 22 may employ other materials.

マイクロバルブ20は、流体を流入させる導入口26と、この導入口26を囲むように設けられた突起部32と、この突起部32を有する弁座基板21と、この弁座基板21に対向して設けられた弁体24と、この弁体24を挟んで弁座基板21と反対側に設けられたバックプレート22と、このバックプレート22に設けられると共に流体を流出する導出口27と、弁体24を梁25を介して支持する弁体形成基板23と、弁体24の弁座基板21に対向する表面に設けられた電極と、この電極の表面に設けられた絶縁膜31と、弁座基板21の弁体24に対向する表面の電極とから構成されている。また、弁体24と弁座基板21との間には、静電ギャップ28が設けられている。
なお、突起部32は、円形であっても良い。
The microvalve 20 has an inlet 26 through which a fluid flows, a protrusion 32 provided so as to surround the inlet 26, a valve seat substrate 21 having the protrusion 32, and the valve seat substrate 21. A valve body 24 provided on the opposite side of the valve seat substrate 21 across the valve body 24, a lead-out port 27 provided on the back plate 22 and through which a fluid flows out, and a valve A valve body forming substrate 23 for supporting the body 24 via the beam 25, an electrode provided on the surface of the valve body 24 facing the valve seat substrate 21, an insulating film 31 provided on the surface of the electrode, It is comprised from the electrode of the surface which opposes the valve body 24 of the seat substrate 21. FIG. An electrostatic gap 28 is provided between the valve body 24 and the valve seat substrate 21.
Note that the protrusion 32 may be circular.

また、弁座基板21から弁体形成基板23にまで達している電極(以下、弁体形成基板側電極29とする。)が形成され、弁座基板21の導入口26および弁体24と弁座基板21が接触する部分等に弁座基板側電極30が形成されている。
なお、弁体形成基板側電極29および弁座基板側電極30は、金属薄膜により構成されている。
In addition, an electrode (hereinafter referred to as a valve body forming substrate side electrode 29) extending from the valve seat substrate 21 to the valve body forming substrate 23 is formed, and the inlet 26 and the valve body 24 of the valve seat substrate 21 and the valve are formed. A valve seat substrate side electrode 30 is formed at a portion where the seat substrate 21 contacts.
In addition, the valve body formation board | substrate side electrode 29 and the valve seat board | substrate side electrode 30 are comprised by the metal thin film.

また、弁体形成基板23には、RIE深堀加工により、弁体24と梁25が形成されている。そして、弁体形成基板23と弁体24は梁25を介して支持され、弁体形成基板23と弁体24と梁25は導電性部材により一体に形成されている。例えば、導電性部材にはシリコンを使用し、他の材質を採用してもよい。 Further, a valve body 24 and a beam 25 are formed on the valve body forming substrate 23 by RIE deep drilling. And the valve body formation board | substrate 23 and the valve body 24 are supported via the beam 25, and the valve body formation board | substrate 23, the valve body 24, and the beam 25 are integrally formed with the electroconductive member. For example, silicon may be used for the conductive member, and other materials may be employed.

本実施例では、弁形成基板23が導電性部材からなることにより、この弁形成基板23が電極として機能をしている。また、弁形成基板23が導電性部材で無い場合は、弁体24の弁座基板21に対向する面に電極が設けられる。 In this embodiment, since the valve forming substrate 23 is made of a conductive member, the valve forming substrate 23 functions as an electrode. When the valve forming substrate 23 is not a conductive member, an electrode is provided on the surface of the valve body 24 that faces the valve seat substrate 21.

次に、図2は、図1のA−A’断面図を示したものである。図において、前記図1と同様のものは同一符号を付して示す。
弁座基板21には、弁体形成基板側電極29および弁座基板側電極30と、流体を制限する導入口26とが形成されている。
Next, FIG. 2 shows an AA ′ cross-sectional view of FIG. In the figure, the same components as those in FIG.
The valve seat substrate 21 is formed with a valve body forming substrate side electrode 29 and a valve seat substrate side electrode 30 and an introduction port 26 for restricting fluid.

図3は、図1のB−B’断面図を示したものである。図において、前記図1と同様のものは同一符号を付して示す。
弁体形成基板23には、梁25が4本と、弁座基板側電極30を絶縁する絶縁膜31とが形成されている。
なお、梁25の本数は、何本であっても良い。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In the figure, the same components as those in FIG.
On the valve body forming substrate 23, four beams 25 and an insulating film 31 that insulates the valve seat substrate side electrode 30 are formed.
Note that the number of beams 25 may be any number.

図4は、図1のC部分を拡大した拡大図である。図において、前記図1と同様のものは同一符号を付して示す。   FIG. 4 is an enlarged view of a portion C in FIG. In the figure, the same components as those in FIG.

弁座基板21は、導入口26を囲むように設けられた突起部32を備えている。また、弁体24は、突起部32に対向して弁体24の表面に絶縁膜31が設けられている。
突起部32と絶縁膜31との間には弁座基板ギャップ33が設けられ、弁体24とバックプレート22との間にはバックプレートギャップ34が設けられている。
また、弁座基板ギャップ33は弁体24が弁座基板21側に変位できる変位量を表し、バックプレートギャップ34は弁体24がバックプレート22側に変位できる変位量を表している。
弁体24と弁座基板21との間には、静電ギャップ28が設けられている。
導出口27には、弁体24がバックプレート22に押し付けられた場合にも、流体を導出するための溝(以下、空気溝35とする。)が設けられている。
The valve seat substrate 21 includes a protrusion 32 provided so as to surround the introduction port 26. In addition, the valve body 24 is provided with an insulating film 31 on the surface of the valve body 24 so as to face the protrusion 32.
A valve seat substrate gap 33 is provided between the protrusion 32 and the insulating film 31, and a back plate gap 34 is provided between the valve body 24 and the back plate 22.
Further, the valve seat substrate gap 33 represents the amount of displacement by which the valve body 24 can be displaced toward the valve seat substrate 21, and the back plate gap 34 represents the amount of displacement by which the valve body 24 can be displaced toward the back plate 22.
An electrostatic gap 28 is provided between the valve body 24 and the valve seat substrate 21.
The outlet 27 is provided with a groove (hereinafter referred to as an air groove 35) for leading the fluid even when the valve body 24 is pressed against the back plate 22.

マイクロバルブ20に流体が流れる場合において、導入口26から高い圧力の流体が流れると、高圧力側の導入口26と低圧力側の導出口27に圧力の差が生じる場合があり、弁体24はその差圧の大きさにより、バックプレート22に押し付けられる場合がある。バックプレート22に弁体24が押し付けられた場合でも、流体を導出するための空気溝35を設けることにより、流路を閉塞せずに、導入口26−弁座基板ギャップ33−静電ギャップ28−空気溝35−導出口27の経路で流体を流すことができる。   When a fluid flows through the microvalve 20, if a high pressure fluid flows from the inlet 26, a pressure difference may occur between the high pressure side inlet 26 and the low pressure side outlet 27. May be pressed against the back plate 22 depending on the magnitude of the differential pressure. Even when the valve body 24 is pressed against the back plate 22, by providing the air groove 35 for leading out the fluid, the inlet 26 -the valve seat substrate gap 33 -the electrostatic gap 28 without closing the flow path. -Fluid can flow through the path of the air groove 35-outlet 27.

また、マイクロバルブ20に流体が流れていない場合において、例えば、バックプレートギャップ34を0.5μm、絶縁膜31の厚みを1μm、弁座基板ギャップ33を0.5μm、突起部32を1μm、静電ギャップ28を2.5μmとする。
マイクロバルブ20に高い圧力の流体が流れると、弁体24がバックプレート22に押し付けられ、バックプレートギャップ34が0μm、弁座基板ギャップ33が1μm、静電ギャップ28が3μmとなる。この静電ギャップ28を初期状態の静電ギャップ28とする。
When no fluid flows through the microvalve 20, for example, the back plate gap 34 is 0.5 μm, the thickness of the insulating film 31 is 1 μm, the valve seat substrate gap 33 is 0.5 μm, the protrusion 32 is 1 μm, static The electric gap 28 is set to 2.5 μm.
When a fluid with high pressure flows through the microvalve 20, the valve body 24 is pressed against the back plate 22, the back plate gap 34 becomes 0 μm, the valve seat substrate gap 33 becomes 1 μm, and the electrostatic gap 28 becomes 3 μm. This electrostatic gap 28 is an electrostatic gap 28 in the initial state.

また、静電アクチュエータは、初期ギャップの1/3以上を駆動するとPull−inしてしまうという特徴がある。
そこで、弁体24がバックプレート22に押し付けられる場合において、ギャップ等の寸法を上記例のように、バックプレートギャップ34を0.5μm、絶縁膜31の厚みを1μm、弁座基板ギャップ33を0.5μm、突起部32を1μm、静電ギャップ28が2.5μmと設計すると、初期ギャップの1/3以上、つまり初期状態の静電ギャップ28の値の1/3以上である1μm以上、弁体24が駆動できないことにより、Pull−inしなくなる。
Further, the electrostatic actuator is characterized in that it pulls in when it drives 1/3 or more of the initial gap.
Therefore, when the valve body 24 is pressed against the back plate 22, the dimensions of the gap and the like are 0.5 μm for the back plate gap 34, 1 μm for the insulating film 31 and 0 for the valve seat substrate gap 33 as in the above example. .5 μm, when the protrusion 32 is 1 μm and the electrostatic gap 28 is 2.5 μm, it is 1/3 or more of the initial gap, that is, 1 μm or more that is 1/3 or more of the value of the electrostatic gap 28 in the initial state. Since the body 24 cannot be driven, the pull-in is not performed.

また、Pull−inした場合でも、絶縁膜31により弁座基板21の弁体24に対向する表面の電極と弁体24の弁座基板21に対向する表面に設けられた電極の間が短絡しない構造をとることができる。 Even in the case of Pull-in, the insulating film 31 does not short-circuit between the electrode on the surface of the valve seat substrate 21 facing the valve body 24 and the electrode provided on the surface of the valve body 24 facing the valve seat substrate 21. Can take structure.

図5は、本発明の流体の流れ説明図であり、静電ギャップ28に電圧を印加させている図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the flow of the fluid according to the present invention, in which a voltage is applied to the electrostatic gap 28.

マイクロバルブ20に高い圧力の流体が流れていない場合で、かつ静電ギャップ28に駆動電圧源36から電圧を印加しない場合、弁体24は変位せず、弁座基板ギャップ33も狭くならないため、導入口26−弁座基板ギャップ33−静電ギャップ28−バックプレートギャップ34あるいは空気溝35−導出口27の経路で流体が流れることができる。この場合の流体の流れ37が図に示されている。 When no fluid of high pressure flows through the microvalve 20 and no voltage is applied from the drive voltage source 36 to the electrostatic gap 28, the valve body 24 is not displaced and the valve seat substrate gap 33 is not narrowed. The fluid can flow through the path of the inlet 26 -the valve seat substrate gap 33 -the electrostatic gap 28 -the back plate gap 34 or the air groove 35 -the outlet 27. The fluid flow 37 in this case is shown in the figure.

一方、マイクロバルブ20に高い圧力の流体が流れている場合、弁体24がバックプレート22に押し付けられている。 On the other hand, when a high-pressure fluid flows through the microvalve 20, the valve body 24 is pressed against the back plate 22.

弁体24がバックプレート22に押し付けられている状態で、静電ギャップ28に電圧を印加する場合、例えば、弁体24が“+”、弁座基板21が“−”になり、弁体24と弁座基板21が引き合って、弁体24がバックプレート22から離れる方向に変位させることができる。
つまり、静電ギャップ28に電圧を印加することにより、弁体24を弁座基板21に近づく方向に変位させることができる。
When a voltage is applied to the electrostatic gap 28 in a state where the valve body 24 is pressed against the back plate 22, for example, the valve body 24 becomes “+” and the valve seat substrate 21 becomes “−”. And the valve seat substrate 21 attract each other, and the valve body 24 can be displaced in a direction away from the back plate 22.
That is, by applying a voltage to the electrostatic gap 28, the valve body 24 can be displaced in a direction approaching the valve seat substrate 21.

さらに、静電ギャップ28に印加させる電圧の量を増大させると、弁体24はバックプレート22からより離れる方向に変位させることができる。 Further, when the amount of voltage applied to the electrostatic gap 28 is increased, the valve body 24 can be displaced in a direction further away from the back plate 22.

静電ギャップ28に電圧を印加することにより、弁体24が弁座基板21に押し付けられている場合、静電ギャップ28に印加する電圧を下げることにより、弁体24を弁座基板21から離れる方向に変位することができる。   When the valve body 24 is pressed against the valve seat substrate 21 by applying a voltage to the electrostatic gap 28, the valve body 24 is separated from the valve seat substrate 21 by reducing the voltage applied to the electrostatic gap 28. Can be displaced in the direction.

従って、静電ギャップ28に印加させる電圧の量を変更させることにより、任意に弁体24を駆動させることができ、微少な流量を制御することができる。   Therefore, by changing the amount of voltage applied to the electrostatic gap 28, the valve body 24 can be arbitrarily driven, and a minute flow rate can be controlled.

また、バックプレートギャップ34、絶縁膜31の厚み、弁座基板ギャップ33、突起部32の寸法により、初期の静電ギャップ28、弁体24の移動量、弁体24を制御する駆動電圧を適切に設計することができる。   The initial electrostatic gap 28, the amount of movement of the valve body 24, and the drive voltage for controlling the valve body 24 are appropriately determined according to the dimensions of the back plate gap 34, the insulating film 31, the valve seat substrate gap 33, and the protrusion 32. Can be designed to

つまり、バックプレートギャップ34、初期の静電ギャップ28、絶縁膜31の厚み、弁座基板ギャップ33、突起部32、弁体24の移動量、弁体24を制御する駆動電圧を適切に設定することにより、弁体24の駆動距離が小さな範囲で大きな駆動力を得ることができるマイクロバルブ20を実現することができる。
従って、微少な流量を制御することができる。
That is, the back plate gap 34, the initial electrostatic gap 28, the thickness of the insulating film 31, the valve seat substrate gap 33, the protrusion 32, the amount of movement of the valve body 24, and the driving voltage for controlling the valve body 24 are appropriately set. Accordingly, it is possible to realize the microvalve 20 that can obtain a large driving force in a range where the driving distance of the valve body 24 is small.
Therefore, a minute flow rate can be controlled.

また、Pull−inした場合で、かつ静電ギャップ28に駆動電圧源36から印加させる電圧を増加させる場合、絶縁膜31と突起部32を強固に押し付け合わせることにより、マイクロバルブ20が完全に閉じている状態で流体の漏洩を減少させることができる。   Further, in the case of pull-in and when the voltage applied from the drive voltage source 36 to the electrostatic gap 28 is increased, the microvalve 20 is completely closed by firmly pressing the insulating film 31 and the protrusion 32 together. It is possible to reduce fluid leakage in the state where

また、流路、つまり、導入口26−弁座基板ギャップ33−静電ギャップ28−バックプレートギャップ34あるいは空気溝35−導出口27の経路が1軸上にあることにより、全ての空間を流体が流れるため、無駄な空間を従来よりも少なくすることができる。
つまり、従来よりも無駄な空間を少なくすることができることにより、小型なマイクロバルブ20を実現することができる。
Further, since the flow path, that is, the path of the inlet 26 -the valve seat substrate gap 33 -the electrostatic gap 28 -the back plate gap 34 or the air groove 35 -the outlet 27 is on one axis, all the spaces are fluidized. Therefore, useless space can be reduced as compared with the prior art.
That is, since a useless space can be reduced as compared with the prior art, a small microvalve 20 can be realized.

上記より、小型な静電アクチュエータを使用した、高耐圧かつ微少流量制御用のマイクロバルブ20を作製することができる。   From the above, it is possible to produce a microvalve 20 for high pressure resistance and minute flow control using a small electrostatic actuator.

図6は、静電駆動型高耐圧微少流量用のマイクロバルブの全体の構造断面図を示したものである。図において、前記図1と同様のものは同一符号を付して示す。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of the entire structure of a microvalve for electrostatic drive type high withstand pressure and micro flow rate. In the figure, the same components as those in FIG.

静電駆動型高耐圧微少流量用のマイクロバルブは、図1のマイクロバルブ20をフェルール41で挟み込むように形成し、ナット39の内側にチューブ38を設け、静電ギャップに電圧を印加するために弁体形成基板側電極29および弁座基板側電極30の各電極毎に電極取出穴42を設け、ボディ40を具備している。 The microvalve for electrostatic drive type high withstand pressure and minute flow is formed so that the microvalve 20 of FIG. 1 is sandwiched between ferrules 41, a tube 38 is provided inside a nut 39, and a voltage is applied to the electrostatic gap. An electrode extraction hole 42 is provided for each of the valve body forming substrate side electrode 29 and the valve seat substrate side electrode 30, and a body 40 is provided.

図7は、本発明の他の実施例を示す構成図である。図において、前記図1と同様のものは同一符号を付して示す。   FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG.

実施例1のマイクロバルブ20と熱式流量計43とを組み合わせることにより、マイクロマスフローコントローラを作製することができる。
また、1ウエハー中に、マイクロマスフローコントローラアレイを作製することができる。
By combining the microvalve 20 of Example 1 and the thermal flow meter 43, a micro mass flow controller can be manufactured.
In addition, a micro mass flow controller array can be manufactured in one wafer.

このマスフローコントローラバルブは、耐腐食性の強いシリコン、パイレックス(登録商標)、金、白金などにより作製されることにより、例えばマイクロリアクタ、燃料電池、半導体製造装置などで使用されるガスの流量をコントロールするのに適している。   This mass flow controller valve is made of silicon, pyrex (registered trademark), gold, platinum, or the like having high corrosion resistance, thereby controlling the flow rate of gas used in, for example, a microreactor, a fuel cell, or a semiconductor manufacturing apparatus. Suitable for

本発明の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example of this invention. 本発明の図1のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 1 of this invention. 本発明の図1のB−B’断面図である。It is B-B 'sectional drawing of FIG. 1 of this invention. 本発明の図1のC部分を拡大した拡大図である。It is the enlarged view to which the C section of FIG. 1 of this invention was expanded. 本発明の流体の流れ説明図である。It is fluid flow explanatory drawing of this invention. 本発明の一実施例を示す全体の構造断面図である。1 is an overall structural cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other Example of this invention. 従来の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the past.

符号の説明Explanation of symbols

1 弁座基板
2 弁体形成基板
3 固定電極形成基板
4 弁孔
5 フレーム部
6 弁体部
7 ダイヤフラム部
8 可動電極
9 絶縁層
10 流路孔
11 流路用凹部
12 固定電極
13 空間
14 接合層
15 流入口
20 マイクロバルブ
21 弁座基板
22 バックプレート
23 弁体形成基板
24 弁体
25 梁
26 導入口
27 導出口
28 静電ギャップ
29 弁体形成基板側電極
30 弁座基板側電極
31 絶縁膜
32 突起部
33 弁座基板ギャップ
34 バックプレートギャップ
35 空気溝
36 駆動電圧源
37 流体の流れ
38 チューブ
39 ナット
40 ボディ
41 フェルール
42 電極取出穴
43 熱式流量計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Valve seat board | substrate 2 Valve body formation board 3 Fixed electrode formation board 4 Valve hole 5 Frame part 6 Valve body part 7 Diaphragm part 8 Movable electrode 9 Insulating layer 10 Channel hole 11 Channel recess 12 Fixed electrode 13 Space 14 Bonding layer 15 Inlet 20 Micro valve 21 Valve seat substrate 22 Back plate 23 Valve body forming substrate 24 Valve body 25 Beam 26 Inlet 27 Outlet 28 Electrostatic gap 29 Valve body forming substrate side electrode 30 Valve seat substrate side electrode 31 Insulating film 32 Protrusion 33 Valve seat substrate gap 34 Back plate gap 35 Air groove 36 Driving voltage source 37 Fluid flow 38 Tube 39 Nut 40 Body 41 Ferrule 42 Electrode extraction hole 43 Thermal flow meter

Claims (5)

弁座基板に対向させて弁体を設け、この弁体に設けられた電極と前記弁座基板に設けられた電極間を静電引力により前記弁体を変位させ、前記弁座基板に設けた流体を流入させる導入口の流入量を制御するマイクロバルブにおいて、
前記弁体を挟んで前記弁座基板と反対側に設けられたバックプレートと、
このバックプレートに設けられると共に流体を流出する導出口と、
前記弁座基板に設けられると共に前記導入口を囲むように設けられた突起部と、
この突起部に対向させて前記弁体に設けられた絶縁膜と
を有することを特徴とするマイクロバルブ。
A valve body is provided to face the valve seat substrate, and the valve body is displaced by electrostatic attraction between an electrode provided on the valve body and an electrode provided on the valve seat substrate, and provided on the valve seat substrate. In the microvalve that controls the inflow of the inlet that allows the fluid to flow in,
A back plate provided on the opposite side of the valve seat substrate across the valve body;
A lead-out port that is provided in the back plate and flows out the fluid;
A protrusion provided on the valve seat substrate and surrounding the introduction port;
A microvalve having an insulating film provided on the valve body so as to face the protrusion.
前記導出口は、前記弁体が前記バックプレートに押し付けられた場合にも、流体を導出するための溝を設けることを特徴とする請求項1記載のマイクロバルブ。   The micro valve according to claim 1, wherein the outlet port is provided with a groove for leading the fluid even when the valve body is pressed against the back plate. 前記突起部は、円形であることを特徴とする請求項1記載のマイクロバルブ。   The microvalve according to claim 1, wherein the protrusion is circular. 前記弁体形成基板および前記弁体は、梁を介して支持され、かつ一体に形成されていることを特徴とする請求項1記載のマイクロバルブ。   The microvalve according to claim 1, wherein the valve body forming substrate and the valve body are supported through a beam and are integrally formed. 前記弁体形成基板および前記弁体および前記梁は、シリコンからなることを特徴とする請求項4記載のマイクロバルブ。   The microvalve according to claim 4, wherein the valve body forming substrate, the valve body, and the beam are made of silicon.
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