JPH05619Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、例えばシリコンウエハ上に形成され
た超小型ガスクロマトグラフイのガス流路切換え
に用いて好適なノーマリクローズのマイクロバル
ブに関する。

〈従来の技術〉 この種のマイクロバルブとしてはノーマリオー
プン型とノーマリクローズ型がある。第４図は
1987年11月６日に電気学会のセンサ技研究会から
発行された資料（マイクロバルブとセンサの集積
システム）に記載されたノーマリオープン型のバ
ルブを示す断面図で、１はシリコンからなる第１
の基板であり、このシリコン基板にはエツチング
により形成された中心にメサ部６を有するダイア
フラム３が形成され、このダイアフラムを形成す
る凹部に連通して溝７が形成されている。２はパ
イレツクスガラスからなる第２の基板で、メサ部
６と溝７の位置に合わせて流体の出入口となる貫
通孔９，１０が形成されており、第１、第２の基
板は陽極接合により重ねて固定されている。

４は断面コ字状の支持部材であり、第１の基板
に形成されたメサ部６の裏面を覆つて接着材によ
り固定されている。５はピエゾアクチユエータ
（以下、単にアクチユエータという）で、このア
クチユエータは一端が支持部材４の底部に、他端
が第１の基板のメサ部６の裏面に接して配置され
ている。１２はアクチユエータに電圧を印加する
ための電源である。なお、第１の基板の厚さは
0.3mm、第２の基板の厚さは0.4mm程度であり、ダ
イアフラムの厚さｔは50μm、メサ部と第２の基
板の間隙Ｄは6μm程度であり、アクチユエータの
断面は4.2mm²、長さ９mmとされ、150Vの直流電圧
印加により8μm程度変位する。

上記構成によれば、アクチユエータの電源がオ
フの時に流体が貫通孔９から流入して１０側へ流
れ、電源がオンの時はアクチユエータが伸長して
メサ部６により流出孔１０が閉塞されるので、ノ
ーマリオープンのバルブを実現するすることが出
来る。

ノーマリクローズの場合はアクチユエータの電
源を常にオンとしておけば良い訳であるが、その
場合アクチユエータの伸縮特性に変化が生じると
ともに寿命の点でも問題があり、アクチユエータ
に常に電圧を印加してノーマリクローズのバルブ
を実現することは困難である。

第３図ａ，ｂは前記文献に記載されたノーマリ
クローズバルブの断面図である。この従来例にお
いては第４図に示すダイアフラム３の外周に更に
第２のメサ部６ａが形成され、このメサ部を形成
する凹部に連通して溝７が形成されている。ま
た、この場合メサ部６ａには貫通孔１０に連通す
る溝８が設けられる。

２ａはシリコンからなる第２の基板で、第１の
基板と同様エツチングにより形成された中心にメ
サ部６ａが形成され、その外周に第３のメサ部６
ｃが、更にその外周にダイアフラム３ａが形成さ
れており、これら２枚の基板は低融点ガラスを介
してフリツトシール法により張り合わせている。
なお、メサ部６ａと６ｃが密着するように第１、
第２の基板の張り合せ部はその表面が僅かにエツ
チングされている。メサ部６と溝７の位置に合わ
せて貫通孔９，１０が形成された点は第４図と同
様である。また、第１の基板に形成した支持部材
４とアクチユエータ５も第４図と同様に構成され
ている。

上記構成によれば、アクチユエータの電源がオ
フの場合はメサ部６ａと６ｃが密着しているので
流体の流れは遮断され、電源がオンの時は第３図
ｂに示すようにアクチユエータ５がダイアフラム
３，３ａを介してメサ部６ｃを押し上げる。その
結果、メサ部６ａと６ｃの密着部に間隙か出来点
線で示すように流体が流れノーマリクローズのバ
ルブを実現するすることが出来る。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来のノーマリクローズの
バルブにおいては第２の基板にもメサ部やダイア
フラムが必要となるのでシリコンを用いねばなら
ず、メサ部の接触面積が広くなるので接触部分の
仕上げ精度向上も必要となる（実際には寸法管理
が難しく漏れを完全になくすことは難しい）。ま
た、両基板の張り合わせに関しては表面に結晶化
ガラスをスパツタした上にフリツトガラスをスパ
ツタして圧力を加えながら高温で張り合わせるの
で作業工程が複雑になるという課題があつた。

さらに、ノーマリオープンのバルブとノーマリ
クローズのバルブは組合せて用いられることも多
いが、これらを同一基板状に形成するのは困難で
あるという課題があつた。

本考案は上記従来技術の問題点に鑑みて成され
たもので、従来のノーマリオープンで用いた基板
でノーマリクローズの構成にすることにより、同
一基板上に両機能のバルブを形成し、漏れのない
バルブを実現する事を目的としたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するための本考案の構成は、
表面をエツチングして中心にメサ部を有するダイ
アフラムが形成され、このダイアフラムを形成す
る凹部に連通するように形成された溝を有するシ
リコンからなる第１の基板と、この第１の基板の
表面に重ねて固定され、前記メサ部の中心と前記
溝の位置に合わせて流体通過用の貫通孔が形成さ
れたガラス材からなる第２の基板と、前記ダイア
フラムの近傍に前記第１、第２の基板を貫通して
配置されたピエゾアクチユエータと、このアクチ
ユエータを弾性部材により支持し前記第２の基板
側に引寄せるための支持部材と、前記アクチユエ
ータの位置を規制する規制手段と、前記アクチユ
エータの一端に固定され、前記第１の基板の裏面
から前記メサ部を押圧する押圧部材とを具備した
ことを特徴とするものである。

〈実施例〉 第１図は本考案によるマイクロバルブの一実施
例を示すものでａはアクチユエータの電源がオフ
でバルブが閉塞され、流体の流れが遮断されてい
る状態を示す断面図、ｂはアクチユエータがオン
となり流体が流れている状態を示す断面図、ｃは
ａ図のＡ−Ａ断面図である。

これらの図において、第１、第２の基板の材質
およびダイアフラム、メサ部等の形状、寸法は第
４図で示したノーマルオープンのバルブと同様で
あり同様の符号を付している。本考案ではアクチ
ユエータの作動構成のみが異なる。即ち、本考案
ではダイアフラム３の近傍に第１、第２の基板を
貫通する孔１１が形成され、第２の基板２側にそ
の孔を覆つて断面コ字状の支持部材２３が接着な
どにより固定される。

２８ａ（第１図Ｃ参照）は支持部材２３の内面
に固定されたスプリング支持部材で、このスプリ
ング支持部材の中央部にはアクチユエータ５が長
手方向に出入り可能な孔１２が形成されており、
その孔の周囲に複数のスプリング２６，２６の一
端が係止されている。スプリングの他端はスプリ
ング支持部材２８ｂに係止され、この支持部材２
８ｂにはその中央に貫通孔が設けられ、アクチユ
エータ５の外周が固定されている。２９は押圧部
材で、断面コ字状に形成されその一端がアクチユ
エータに固定され、他端は第１の基板１の裏面か
らメサ部６に接触している。２５は支持部材の頂
部に設けられアクチユエータの位置を調整する規
制手段（押しねじ）である。

上記構成において、通常（ノーマリクローズ）
状態においてはアクチユエータ５はスプリングに
より第２の基板側へ引寄せられており、押圧部材
２９の一端が第１の基板の裏面からメサ部６を押
圧し第２の基板に設けられた孔１０を閉塞してい
る。この場合、流体の最大圧力が印加されても漏
れが発生しない様に押しねじ２５によりアクチユ
エータの位置を調整する。次にアクチユエータ５
の電源をオンとすればアクチユエータがスプリン
グの力の抗して伸長し、メサ部６が閉塞していた
孔１０は開となる。

従つて上記構成によればノーマリクローズの状
態にはアクチユエータの電源がオフのバルブとな
る。

第２図は他の実施例を示す要部断面図で、この
例においては支持部材２３全体が恒弾性材料（例
えば商品名ナイスパン−Ｃ）で形成され、底部の
アクチユエータを支持する部分の一部４０を薄肉
としてダイアフラムを形成したものであり、この
例によれば第１図に比較して部品点数を少なくす
ることが出来る。

なお、バルブの形状は図示の例に限ることなく
種々変型が可能である。

〈考案の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように本
考案によれば、第１の基板をシリコンで、第２の
基板をガラスで形成し、電源がオフの状態では弾
性部材によりアクチユエータを第２の基板側へ引
寄せて流路を閉塞し、電源がオンの状態でアクチ
ユエータを伸長させてバルブが開になる様にした
ので、漏れが起きにくくなるとともに同一基板状
にノーマリオープンとノーマルクローズの型のバ
ルブを形成することが可能となる。また、基板の
張合わせは陽極接合でよいので作業工程を短縮す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本考案の一実施例を示す断
面構成図、第２図は他の実施例を示す要部断面
図、第３図、第４図は従来のマイクロバルブを示
す断面図である。 ３……ダイアフラム、５……ピエゾアクチユエ
ータ、６……メサ部、７……溝、９，４１……貫
通孔、１……第１の基板、２……第２の基板、２
３……支持部材、２５……押しねじ（規制手段）、
２９……押圧部材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 表面をエツチングして中心にメサ部を有するダ
   イアフラムが形成され、このダイアフラムを形成
   する凹部に連通するように形成された溝を有する
   シリコンからなる第１の基板と、この第１の基板
   の表面に重ねて固定され、前記メサ部の中心と前
   記溝の位置に合わせて流体通過用の貫通孔が形成
   されたガラス材からなる第２の基板と、前記ダイ
   アフラムの近傍に前記第１、第２の基板を貫通し
   て配置されたピエゾアクチユエータと、このアク
   チユエータを弾性部材により支持し前記第２の基
   板側に引寄せるための支持部材と、前記アクチユ
   エータの位置を規制する規制手段と、前記アクチ
   ユエータの一端に固定され、前記第１の基板の裏
   面から前記メサ部を押圧する押圧部材とを具備し
   たことを特徴とするマイクロバルブ。