JP2007002924A - Micro valve - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro valve capable of preventing a fluid from leaking even if the pressure of the fluid flowing into an inflow port side internal space is low by increasing an outflow port closing force by a valve element when the valve element is not displaced by a drive means. <P>SOLUTION: This micro valve comprises a valve element forming substrate 20 having a first diaphragm part 22 forming an outflow port side internal space S2 in the clearance thereof from a valve seat forming substrate 10, the valve element 23 opening and closing an outflow port 12, and a second diaphragm part 25 forming the inflow side internal space S1 in the clearance thereof from the valve seat forming substrate 10 and a closed space forming substrate 30 forming a closed space in the clearance thereof from the valve element forming substrate 20. The micro valve further comprises a bias means in which a stress imparting film 28 laminated on the first diaphragm part 22 of the valve element forming substrate 20 and the peripheral part of the first diaphragm part 22 of a frame 21 increases the closing force when the valve element 23 is not displaced by the drive means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体の流れ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 that controls the flow of fluid.

従来から、マイクロエレクトロニクス分野や医療用のエレクトロニクス分野などにおいて、微量な流体の流れを制御するポンプとして、シリコン基板のような半導体基板をマイクロマシンニング技術により加工して形成した構造体を用いたマイクロバルブが各所で研究開発されており、例えば、構造体に形成した弁体を、静電引力を利用して駆動する静電型アクチュエータが一体化されたものが提案されている（特許文献１参照）。   Conventionally, a microvalve that uses a structure formed by processing a semiconductor substrate such as a silicon substrate with micromachining technology as a pump that controls the flow of a small amount of fluid in the field of microelectronics or medical electronics. Have been researched and developed in various places. For example, an integrated electrostatic actuator that drives a valve body formed on a structure using electrostatic attraction has been proposed (see Patent Document 1). .

この種のマイクロバルブは、例えば、図１７（ａ）に示すように、流体の流入口１１および流出口（弁口）１２が厚み方向に貫設され一表面側（図１７（ａ）の上面側）において流出口１２の周部に弁座１３が突設された弁座形成基板１０と、弁座形成基板１０の上記一表面側に固着されるフレーム２１およびフレーム２１の内側に連続一体に設けられ弁座形成基板１０の上記一表面から離間した第１のダイヤフラム部２２および第１のダイヤフラム部２２の中央部から弁座形成基板１０側へ突出して設けられ流出口１２を開閉する弁体２３を有する弁体形成基板２０と、弁体形成基板２０における弁座形成基板１０側とは反対側に固着され弁体形成基板２０との間に閉鎖空間３６を形成する閉鎖空間形成用基板３０とを備えている。ここにおいて、上述のマイクロバルブは、弁体形成基板２０がシリコン基板を用いて形成されるとともに、弁座形成基板１０および閉鎖空間形成用基板３０がそれぞれガラス基板を用いて形成されており、弁体形成基板２０と弁座形成基板１０とが陽極接合により固着されるとともに、弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０とが陽極接合により固着されている。   In this type of microvalve, for example, as shown in FIG. 17 (a), a fluid inflow port 11 and an outflow port (valve port) 12 are provided in the thickness direction so as to penetrate one surface side (the upper surface on FIG. 17 (a)). The valve seat forming substrate 10 in which the valve seat 13 protrudes from the peripheral portion of the outlet 12, the frame 21 fixed to the one surface side of the valve seat forming substrate 10, and the frame 21 continuously and integrally. The first diaphragm portion 22 provided and spaced from the one surface of the valve seat forming substrate 10 and a valve body that projects from the central portion of the first diaphragm portion 22 toward the valve seat forming substrate 10 and opens and closes the outlet 12. 23 and a closed space forming substrate 30 which is fixed to the valve body forming substrate 20 on the side opposite to the valve seat forming substrate 10 side and forms a closed space 36 between the valve body forming substrate 20 and the valve body forming substrate 20. And. Here, in the above-described microvalve, the valve body forming substrate 20 is formed using a silicon substrate, and the valve seat forming substrate 10 and the closed space forming substrate 30 are each formed using a glass substrate. The body forming substrate 20 and the valve seat forming substrate 10 are fixed by anodic bonding, and the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed by anodic bonding.

また、上述のマイクロバルブは、流出口１２を開放する向きに弁体２３を変位させる駆動手段として、第１のダイヤフラム部２２の中央部に設けられた不純物拡散層（例えば、ボロンを高濃度に拡散した不純物拡散層）からなる可動電極２４と、閉鎖空間形成用基板３０に設けられ可動電極２４と対向する金属膜からなる固定電極３１とを備えており、可動電極２４に電気的に接続されたパッド２７ａと固定電極３１に電気的に接続されたパッド（図示せず）との間に電圧を印加したときに可動電極２４と固定電極３１との間に発生する静電力によって流出口１２を開放する向きに弁体２３を変位させるようになっている。すなわち、上述のマイクロバルブは、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧を印加していない状態では、図１７（ａ）に示すように弁体２３により流出口１２が閉止されている。これに対して、可動電極２４と固定電極３１との間に駆動電圧源Ｅから規定電圧以上の電圧を印加すると、図１７（ｂ）に示すように弁体２３が流出口１２から離れる向きに変位して流出口１２が開放される。要するに、上述のマイクロバルブは、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを構成している。なお、図１７（ａ）は、流入口１１を通して第１のダイヤフラム部２２と弁座形成基板１０との間の流出口側内部空間Ｓ２へ流体が導入された状態を示しており、図１７（ｂ）に示すように流出口１２が開放されると、流入口１１を通して流出口側内部空間Ｓ２へ導入された流体が流出口１２を通って流出することとなる（図１７（ｂ）中の矢印は流体の流れる経路を示している）。   The above-described microvalve has an impurity diffusion layer (for example, boron at a high concentration) provided at the center of the first diaphragm portion 22 as a driving means for displacing the valve body 23 in the direction to open the outlet 12. A movable electrode 24 made of a diffused impurity diffusion layer) and a fixed electrode 31 made of a metal film provided on the closed space forming substrate 30 and facing the movable electrode 24, and is electrically connected to the movable electrode 24. When the voltage is applied between the pad 27a and the pad (not shown) electrically connected to the fixed electrode 31, the outlet 12 is caused by the electrostatic force generated between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31. The valve body 23 is displaced in the opening direction. That is, in the above-described microvalve, the outlet 12 is closed by the valve body 23 as shown in FIG. 17A when no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31. On the other hand, when a voltage higher than the specified voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 from the drive voltage source E, the valve element 23 is moved away from the outlet 12 as shown in FIG. Displacement opens the outlet 12. In short, the above-described microvalve constitutes a normally closed type microvalve. FIG. 17A shows a state in which the fluid is introduced into the outlet side inner space S2 between the first diaphragm portion 22 and the valve seat forming substrate 10 through the inlet 11, and FIG. When the outlet 12 is opened as shown in b), the fluid introduced into the outlet-side inner space S2 through the inlet 11 flows out through the outlet 12 (in FIG. 17B). Arrows indicate fluid flow paths).

ところで、上述のマイクロバルブでは、流出口１２が弁体２３により閉止された状態において、流入口１１を通して流出口側内部空間Ｓ２に流れ込んだ流体の圧力により弁体２３が浮き上がって流出口１２が開放されるのを防止するために、弁体形成基板２０のフレーム２１の上記一表面側に第２のダイヤフラム部２５が形成されており、上記閉鎖空間３６には、例えば、不活性ガスや空気などの気体からなる受圧媒体が大気圧に等しい圧力で封入されている。したがって、上述のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態で流入口１１を通して弁座形成基板１０と第２のダイヤフラム部２５との間の流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力を受けて、流入口側内部空間Ｓ１と閉鎖空間３６とを仕切る第２のダイヤフラム部２５が撓む（閉鎖空間形成用基板３０側へ凸となる形で変形する）ことによって弁体２３が流出口１２を閉止する向きの力である閉止力が作用する。
特開２００４−１７６８０２号公報 By the way, in the above-described microvalve, in a state where the outlet 12 is closed by the valve body 23, the valve body 23 is lifted by the pressure of the fluid flowing into the outlet side internal space S2 through the inlet 11, and the outlet 12 is opened. In order to prevent this, the second diaphragm portion 25 is formed on the one surface side of the frame 21 of the valve body forming substrate 20. In the closed space 36, for example, an inert gas or air is used. The pressure receiving medium made of the gas is sealed at a pressure equal to the atmospheric pressure. Accordingly, in the above-described microvalve, the valve body 23 is not displaced by the driving means, and flows into the inlet side internal space S1 between the valve seat forming substrate 10 and the second diaphragm portion 25 through the inlet 11. By receiving the pressure of the fluid, the second diaphragm portion 25 that partitions the inflow side internal space S1 and the closed space 36 is bent (deformed in a shape that protrudes toward the closed space forming substrate 30). A closing force which is a force in a direction in which 23 closes the outlet 12 is applied.
JP 2004-176802 A

しかしながら、上述のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を駆動していない状態において、流入口側内部空間Ｓ１へ導入された流体の圧力が低くなるにつれて閉止力が小さくなるので、流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力によっては流体が流出口１２を通して漏れることがあった。   However, in the above-described microvalve, the closing force is reduced as the pressure of the fluid introduced into the inlet side internal space S1 is reduced in a state where the valve body 23 is not driven by the driving means. Depending on the pressure of the fluid flowing into the space S1, the fluid may leak through the outlet 12.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、駆動手段により弁体を変位させていない状態における弁体による流出口の閉止力を従来に比べて高めることができ、流入口側内部空間へ流入した流体の圧力が低くても流体が漏れるのを防止することができるマイクロバルブを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the object thereof is to increase the closing force of the outlet by the valve body in a state where the valve body is not displaced by the driving means, compared to the conventional one. An object of the present invention is to provide a microvalve capable of preventing the fluid from leaking even when the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space is low.

請求項１の発明は、流体の流入口および流出口が厚み方向に貫設され一表面側において流出口の周部に弁座が突設された弁座形成基板と、半導体基板を用いて形成されて弁座形成基板の前記一表面側に固着されるフレームおよびフレームの内側に設けられ弁座形成基板との間に流出口側内部空間を形成する第１のダイヤフラム部および第１のダイヤフラム部の中央部から弁座形成基板側へ突出し流出口を開閉する弁体および弁座形成基板との間に流入口および流出口側内部空間に連通する流入口側内部空間を形成する第２のダイヤフラム部を有する弁体形成基板と、弁体形成基板における弁座形成基板とは反対側に固着され弁体形成基板との間に前記閉鎖空間を形成する閉鎖空間形成用基板と、流出口を開放する向きに弁体を変位させる駆動手段とを備え、駆動手段により弁体を変位させていない状態で流入口側内部空間と閉鎖空間とを仕切る第２のダイヤフラム部が流入口側内部空間に流入した流体の圧力を受けて撓むことによって弁体が流出口を閉止する向きの力である閉止力が作用するマイクロバルブであって、駆動手段により弁体を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が設けられてなることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is formed using a semiconductor substrate and a valve seat forming substrate having a fluid inlet and outlet penetrating in the thickness direction and having a valve seat protruding from a peripheral portion of the outlet on one surface side. And a first diaphragm portion and a first diaphragm portion that are provided on the inner surface of the valve seat forming substrate and are formed inside the frame to form an outlet side inner space with the valve seat forming substrate. A second diaphragm that forms an inlet side internal space communicating with the inlet and the outlet side internal space between the valve body that protrudes from the center of the valve seat to the valve seat forming substrate side and opens and closes the outlet and the valve seat forming substrate A valve body forming substrate having a portion, a closed space forming substrate which is fixed to the valve body forming substrate on the opposite side of the valve seat forming substrate and forms the closed space between the valve body forming substrate and an outlet Drive to displace the valve body And a second diaphragm part that partitions the inlet side internal space and the closed space in a state in which the valve body is not displaced by the driving means and receives the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space and bends Thus, the valve body is a microvalve on which a closing force, which is a force in a direction to close the outlet, acts, and is provided with a biasing means for increasing the closing force when the valve body is not displaced by the driving means. It is characterized by that.

この発明によれば、駆動手段により弁体を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が設けられているので、駆動手段により弁体を変位させていない状態における弁体による流出口の閉止力を従来に比べて高めることができ、流入口側内部空間へ流入した流体の圧力が低くても流体が漏れるのを防止することができる。   According to the present invention, since the biasing means for increasing the closing force when the valve body is not displaced by the driving means is provided, the outlet of the outlet by the valve body when the valve body is not displaced by the driving means is provided. The closing force can be increased as compared with the conventional case, and it is possible to prevent the fluid from leaking even if the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space is low.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた不純物拡散層からなる可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記バイアス手段は、前記弁体形成基板における前記閉鎖空間形成用基板との対向面側で前記第１のダイヤフラム部と前記フレームにおける前記第１のダイヤフラム部の周辺部とに跨って積層され前記駆動手段により前記弁体を変位させていない状態で前記閉止力が増大するように前記第１のダイヤフラム部に応力を与える応力付与膜からなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the driving means includes a movable electrode formed of an impurity diffusion layer provided in a central portion of the first diaphragm portion on the valve body forming substrate, and the closed space. A fixed electrode provided on the forming substrate and opposed to the movable electrode, and the outlet is formed by an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode when a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode. The valve body is displaced in an opening direction, and the biasing unit is configured to displace the first diaphragm portion and the first frame in the frame on the side of the valve body forming substrate facing the closed space forming substrate. The first diaphragm portion is stressed so that the closing force is increased in a state where the valve body is not displaced by the driving means, which is stacked across the periphery of the diaphragm portion of the first diaphragm portion. Characterized by comprising the stress applying film.

この発明によれば、前記バイアス手段を一般的な半導体製造プロセスにより精度良く形成することができる。   According to the present invention, the bias means can be formed with high accuracy by a general semiconductor manufacturing process.

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記バイアス手段は、前記第１のダイヤフラム部の周部であって前記フレームに近づくにつれて前記弁座形成基板側へ近づくように断面凹状に形成された部位からなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the biasing means is a peripheral portion of the first diaphragm portion and is formed in a concave cross section so as to approach the valve seat forming substrate side as it approaches the frame. It consists of the site | part made.

この発明によれば、前記第１のダイヤフラム部を半導体製造プロセスにより形成する際のマスクを適宜設計することにより、前記バイアス手段を形成することが可能となり、請求項２に発明に比べて製造プロセスを簡略化できる。   According to the present invention, it is possible to form the bias means by appropriately designing a mask when the first diaphragm portion is formed by a semiconductor manufacturing process. Can be simplified.

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部とを有し、前記バイアス手段は、圧力調整空間用凹部において前記第２のダイヤフラム部の周部に対応する部位の深さを前記第２のダイヤフラム部の中央部に対応する部位の深さに比べて浅くするように圧力調整空間用凹部の内面に突設された段突起からなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the driving means is provided on the movable electrode provided in the central portion of the first diaphragm portion on the valve body forming substrate and on the closed space forming substrate. A fixed electrode opposed to the movable electrode, and when the voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode, the electrostatic outlet generated between the movable electrode and the fixed electrode causes the outlet to open. The valve body is displaced, and the closed space forming substrate is a first recess formed in a portion facing the first diaphragm portion and securing a displacement space of the first diaphragm portion. A gap forming recess provided with a fixed electrode on the bottom surface, and a second recess formed in a portion facing the second diaphragm portion to secure a displacement space of the second diaphragm portion, the first recess Yo A deep recess for pressure adjustment space, and a communication recess comprising a third recess for communicating the gap formation recess and the pressure adjustment space recess on the side facing the valve element forming substrate, and the bias The means is configured to reduce the depth of the portion corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion in the concave portion for pressure adjustment space as compared with the depth of the portion corresponding to the central portion of the second diaphragm portion. It consists of the step protrusion protrudingly provided in the inner surface of the recessed part for adjustment space.

この発明によれば、前記バイアス手段が、圧力調整空間用凹部において前記第２のダイヤフラム部の周部に対応する部位の深さを前記第２のダイヤフラム部の中央部に対応する部位の深さに比べて浅くするように圧力調整空間用凹部の内面に突設された段突起からなるので、前記閉鎖空間のうち圧力調整空間用凹部において前記第２のダイヤフラム部の周部に対応する空間での圧力損失を低減でき、前記閉止力を高めることができる。   According to the present invention, the bias means determines the depth of the portion corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion in the concave portion for pressure adjustment space to the depth of the portion corresponding to the central portion of the second diaphragm portion. In the space corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion in the recessed portion for the pressure adjustment space in the closed space. The pressure loss can be reduced, and the closing force can be increased.

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記弁体形成基板は、前記第２のダイヤフラム部における前記閉鎖空間形成用基板との対向面に複数の環状の凹溝が同心的に形成され、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部とを有し、前記バイアス手段は、圧力調整空間用凹部の内底面において各凹溝それぞれに対向する各部位から突設された複数の小突起よりなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the driving means is provided on the valve body forming substrate at a movable electrode provided at a central portion of the first diaphragm portion and on the closed space forming substrate. A fixed electrode opposed to the movable electrode, and when the voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode, the electrostatic outlet generated between the movable electrode and the fixed electrode causes the outlet to open. A valve body is displaced, and the valve body forming substrate has a plurality of annular concave grooves concentrically formed on a surface of the second diaphragm portion facing the closed space forming substrate, and the closed space The forming substrate is a first recess that is formed in a portion facing the first diaphragm portion and secures a displacement space of the first diaphragm portion, and a gap forming recess provided with a fixed electrode on the inner bottom surface. When, A second concave portion that is formed in a portion facing the second diaphragm portion and secures a displacement space of the second diaphragm portion and is deeper than the first concave portion, and the valve body formation A communication recess composed of a third recess for communicating the gap forming recess and the pressure adjusting space recess on the side facing the substrate, and the biasing means is provided on each inner bottom surface of the pressure adjusting space recess. It is characterized by comprising a plurality of small protrusions projecting from each part facing each of the concave grooves.

この発明によれば、前記第２のダイヤフラム部における前記閉鎖空間形成用基板との対向面に複数の環状の凹溝が同心的に形成されていることにより、前記第２のダイヤフラム部を平板状の形状に形成する場合に比べて撓みやすくなり、前記バイアス手段が、圧力調整空間用凹部の内底面において各凹溝それぞれに対向する各部位から突設された複数の小突起よりなるので、前記閉鎖空間のうち圧力調整空間用凹部において前記第２のダイヤフラム部との間に形成されている空間での圧力損失を低減でき、前記閉止力を高めることができる。   According to this invention, the plurality of annular concave grooves are formed concentrically on the surface of the second diaphragm portion facing the closed space forming substrate, so that the second diaphragm portion has a flat plate shape. Compared with the case of forming the shape, the bias means is composed of a plurality of small protrusions projecting from the respective portions facing the respective concave grooves on the inner bottom surface of the pressure adjusting space concave portion. Pressure loss in the space formed between the second diaphragm portion and the pressure adjusting space recess in the closed space can be reduced, and the closing force can be increased.

請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記バイアス手段は、前記流出口側内部空間と前記流入口側内部空間との間に形成される流路であって前記流出口側内部空間の圧力が前記流入口側内部空間の圧力に比べて低くなるように圧力損失を生じさせる圧力調整用流路からなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the bias means is a flow path formed between the outlet side internal space and the inlet side internal space, and the outlet side internal space. It is characterized by comprising a pressure adjusting flow path that causes a pressure loss so that the pressure of the gas is lower than the pressure in the inlet side internal space.

この発明によれば、前記駆動手段により弁体を変位させていない状態において前記流出口側内部空間の圧力が前記流入口側内部空間の圧力に比べて低くなるので、前記流出口側内部空間の圧力に対する前記閉鎖空間の相対的な圧力を高めることができ、前記閉止力を高めることができる。   According to this invention, since the pressure in the outlet side internal space is lower than the pressure in the inlet side internal space in a state where the valve element is not displaced by the driving means, The relative pressure of the closed space with respect to the pressure can be increased, and the closing force can be increased.

請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記バイアス手段は、前記閉鎖空間に大気圧よりも高い圧力で封入された気体からなることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the bias means is made of a gas sealed in the closed space at a pressure higher than atmospheric pressure.

この発明によれば、製造時に前記閉鎖空間に封入する気体の圧力を適宜設定することで前記閉止力を高めることができる。   According to the present invention, the closing force can be increased by appropriately setting the pressure of the gas sealed in the closed space during manufacturing.

請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部に連続して形成される溝であって固定電極と前記弁体形成基板に重ならない部位に設けられるパッドとを接続する配線が内底面に設けられる配線形成用溝とを有し、前記弁体形成基板と前記閉鎖空間形成用基板とを固着した状態において配線形成用溝により形成される通気路は樹脂により封止され、前記バイアス手段は、前記閉鎖空間に大気圧よりも高い圧力で封入された気体からなることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the driving means is provided on a movable electrode provided at a central portion of the first diaphragm portion in the valve body forming substrate and on the closed space forming substrate. A fixed electrode opposed to the movable electrode, and when the voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode, the electrostatic outlet generated between the movable electrode and the fixed electrode causes the outlet to open. The valve body is displaced, and the closed space forming substrate is a first recess formed in a portion facing the first diaphragm portion and securing a displacement space of the first diaphragm portion. A gap forming recess provided with a fixed electrode on the bottom surface, and a second recess formed in a portion facing the second diaphragm portion to secure a displacement space of the second diaphragm portion, the first recess Yo A deep recess for pressure adjustment space, a communication recess comprising a third recess for communicating the gap formation recess and the pressure adjustment space recess on the side facing the valve element forming substrate, and the valve element forming substrate Forming a wiring formed on the inner bottom surface of the groove formed continuously on the gap forming concave portion on the opposite surface side to connect the fixed electrode and the pad provided on the portion not overlapping the valve body forming substrate An air passage formed by the wiring forming groove in a state in which the valve body forming substrate and the closed space forming substrate are fixed to each other, and the biasing means includes the closed space. It is characterized by comprising a gas sealed at a pressure higher than atmospheric pressure.

この発明によれば、製造時に前記閉鎖空間に封入する気体の圧力を適宜設定することで前記閉止力を高めることができる。また、前記閉鎖空間を加圧封止するために前記閉鎖空間と外部とを連通させる貫通孔を別途に形成する場合に比べて、製造が容易になるという利点がある。   According to the present invention, the closing force can be increased by appropriately setting the pressure of the gas sealed in the closed space during manufacturing. In addition, there is an advantage that the manufacturing is facilitated as compared with a case where a through-hole that communicates between the closed space and the outside is separately formed for pressure-sealing the closed space.

請求項１の発明では、駆動手段により弁体を変位させていない状態における弁体による流出口の閉止力を従来に比べて高めることができ、流入口側内部空間へ流入した流体の圧力が低くても流体が漏れるのを防止することができるという効果がある。   In the first aspect of the invention, the closing force of the outlet by the valve body in a state where the valve body is not displaced by the driving means can be increased as compared with the conventional one, and the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space is low. However, there is an effect that the fluid can be prevented from leaking.

（実施形態１）
以下、本実施形態のマイクロバルブについて図１〜図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態のマイクロバルブは、例えば、小型の燃料電池や燃料改質器への液体燃料（例えば、メタノール、純水、メタノール水溶液など）の供給路上に設けて使用することができるが、他の用途への使用も可能である。 本実施形態のマイクロバルブは、流体（例えば、液体燃料）の流入口１１および流出口（弁口）１２が厚み方向に貫設されるとともに一表面（図１における上面）側において流出口１２の周部に弁座１３が突設された弁座形成基板１０と、弁座形成基板１０の上記一表面側に固着されるフレーム２１およびフレーム２１の内側に連続一体に設けられ弁座形成基板１０の上記一表面から離間した第１のダイヤフラム部２２および第１のダイヤフラム部２２の中央部から弁座形成基板１０側へ突出して設けられ流出口１２を開閉する弁体２３を有する弁体形成基板２０と、弁体形成基板２０における弁座形成基板１０側とは反対側に固着され弁体形成基板２０との間に閉鎖空間３６を形成する閉鎖空間形成用基板３０とを備えている。ここにおいて、本実施形態のマイクロバルブは、弁体形成基板２０が低不純物濃度のｐ形のシリコン基板２００（図７（ａ）参照）を用いて形成されるとともに、弁座形成基板１０がパイレックス（登録商標）からなる第１のガラス基板１００（図９（ａ）参照）を用いて形成され、閉鎖空間形成用基板３０もパイレックス（登録商標）からなる第２のガラス基板３００（図１０（ａ）参照）を用いて形成されており、弁体形成基板２０と弁座形成基板１０とが陽極接合により固着されるとともに、弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０とが陽極接合により固着されている。なお、上述のｐ形のシリコン基板２００としては、主表面が（１００）面のｐ形シリコン基板を用いている。また、本実施形態では、シリコン基板２００が弁体形成基板２０の基礎となる半導体基板を構成している。 (Embodiment 1)
Hereinafter, the microvalve of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The microvalve of this embodiment can be used by being provided on a supply path for liquid fuel (for example, methanol, pure water, aqueous methanol solution, etc.) to a small fuel cell or fuel reformer, for example. It can be used for other purposes. In the microvalve of this embodiment, an inflow port 11 and an outflow port (valve port) 12 for a fluid (for example, liquid fuel) are provided in the thickness direction, and the outflow port 12 is formed on one surface (upper surface in FIG. 1). A valve seat forming substrate 10 having a valve seat 13 projecting from its peripheral portion, a frame 21 fixed to the one surface side of the valve seat forming substrate 10, and a valve seat forming substrate 10 provided continuously and integrally inside the frame 21. The valve body forming board which has the valve body 23 which protrudes from the center part of the 1st diaphragm part 22 and the 1st diaphragm part 22 which were spaced apart from the said one surface of this to the valve seat formation board | substrate 10 side, and opens and closes the outflow port 12 20 and a closed space forming substrate 30 which is fixed to the valve body forming substrate 20 opposite to the valve seat forming substrate 10 side and forms a closed space 36 between the valve body forming substrate 20 and the valve body forming substrate 20. Here, in the microvalve of this embodiment, the valve body forming substrate 20 is formed by using a low impurity concentration p-type silicon substrate 200 (see FIG. 7A), and the valve seat forming substrate 10 is made of Pyrex. The first glass substrate 100 made of (registered trademark) (see FIG. 9A), and the closed space forming substrate 30 is also made of a second glass substrate 300 made of Pyrex (registered trademark) (FIG. 10 ( a), the valve body forming substrate 20 and the valve seat forming substrate 10 are fixed by anodic bonding, and the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are anodic bonded. It is fixed. The p-type silicon substrate 200 is a p-type silicon substrate having a main surface of (100). In the present embodiment, the silicon substrate 200 constitutes a semiconductor substrate serving as the basis of the valve body forming substrate 20.

また、本実施形態のマイクロバルブは、流出口１２を開放する向きに弁体２３を変位させる駆動手段として、第１のダイヤフラム部２２の中央部に設けられた高濃度の不純物拡散層（例えば、ボロンを高濃度に拡散した不純物拡散層）からなる可動電極２４と、閉鎖空間形成用基板３０に設けられ可動電極２４と対向する金属膜（例えば、白金膜とクロム薄膜との積層膜）からなる固定電極３１とを備えており、可動電極２４に電気的に接続されたパッド２７ａと固定電極３１に電気的に接続されたパッド３７ａ（図５参照）との間に電圧を印加したときに可動電極２４と固定電極３１との間に発生する静電力によって流出口１２を開放する向きに弁体２３を変位させるようになっている。すなわち、本実施形態のマイクロバルブの基本的な動作原理は図１７に示した従来例と同じであり、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧を印加していない状態では、弁体２３により流出口１２が閉止されている。これに対して、可動電極２４と固定電極３１との間に駆動電圧源Ｅ（図１７（ｂ）参照）から規定電圧以上の電圧を印加すると、弁体２３が流出口１２から離れる向きに変位して流出口１２が開放される。要するに、本実施形態のマイクロバルブは、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを構成している。なお、固定電極３１を構成する金属膜の材料は白金やクロムに限らず、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、金などを採用してもよい。   The microvalve of the present embodiment is a high-concentration impurity diffusion layer (for example, provided in the center of the first diaphragm portion 22 as a driving means for displacing the valve body 23 in the direction to open the outlet 12. A movable electrode 24 made of an impurity diffusion layer in which boron is diffused at a high concentration) and a metal film (for example, a laminated film of a platinum film and a chromium thin film) provided on the closed space forming substrate 30 and facing the movable electrode 24. A fixed electrode 31, which is movable when a voltage is applied between a pad 27 a electrically connected to the movable electrode 24 and a pad 37 a (see FIG. 5) electrically connected to the fixed electrode 31. The valve body 23 is displaced in the direction to open the outlet 12 by the electrostatic force generated between the electrode 24 and the fixed electrode 31. That is, the basic operation principle of the microvalve of the present embodiment is the same as that of the conventional example shown in FIG. 17, and in the state where no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the valve body 23 As a result, the outlet 12 is closed. On the other hand, when a voltage higher than the specified voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 from the drive voltage source E (see FIG. 17B), the valve body 23 is displaced in a direction away from the outlet 12. Thus, the outlet 12 is opened. In short, the microvalve of the present embodiment constitutes a normally closed type microvalve. The material of the metal film constituting the fixed electrode 31 is not limited to platinum or chromium, and for example, aluminum, nickel, titanium, tungsten, gold, or the like may be employed.

また、本実施形態のマイクロバルブでは、流出口１２が弁体２３により閉止された状態において、流入口１１を通して弁座形成基板１０と第１のダイヤフラム部２２との間の流出口側内部空間Ｓ２に流れ込んだ流体の圧力により弁体２３が浮き上がって流出口１２が開放されるのを防止するために、弁体形成基板２０のフレーム２１の上記一表面側に第２のダイヤフラム部２５が形成されており、閉鎖空間３６には、例えば、不活性ガスや空気などの気体からなる受圧媒体が大気圧に等しい圧力で封入されている。したがって、本実施形態のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態で流入口１１を通して弁座形成基板１０と第２のダイヤフラム部２５との間の流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力を受けて、流入口側内部空間Ｓ１と閉鎖空間３６とを仕切る第２のダイヤフラム部２５が撓む（閉鎖空間形成用基板３０側へ凸となる形で変形する）ことによって弁体２３が流出口１２を閉止する向きの力である閉止力が作用する。   Moreover, in the microvalve of this embodiment, in the state where the outflow port 12 is closed by the valve body 23, the outflow side internal space S <b> 2 between the valve seat forming substrate 10 and the first diaphragm portion 22 through the inflow port 11. In order to prevent the valve body 23 from being lifted due to the pressure of the fluid that has flowed into the outlet and opening the outlet 12, a second diaphragm portion 25 is formed on the one surface side of the frame 21 of the valve body forming substrate 20. In the closed space 36, for example, a pressure receiving medium made of a gas such as an inert gas or air is sealed at a pressure equal to the atmospheric pressure. Therefore, in the microvalve of the present embodiment, the inlet 23 is located in the inlet-side inner space S1 between the valve seat forming substrate 10 and the second diaphragm portion 25 through the inlet 11 while the valve body 23 is not displaced by the driving means. In response to the pressure of the fluid that has flowed in, the second diaphragm portion 25 that partitions the inlet-side inner space S1 and the closed space 36 bends (deforms so as to protrude toward the closed space forming substrate 30). A closing force that is a force in a direction in which the valve body 23 closes the outlet 12 is applied.

上述の弁座形成基板１０の上記一表面には、流入口１１と流出口１２との間において流体の流路となる流路用凹部１５が流入口１１および流出口１２を囲むように形成されており、流入口側内部空間Ｓ１と流出口側内部空間Ｓ２とが連通するようになっている。ここで、流入口１１および流出口１２の開口形状は円形状とし、流路用凹部１５の内周形状は矩形状としてある。また、弁座形成基板１０における流出口１２の周部には、上述の弁座１３が流路用凹部１５の内底面よりも突出する形で連続一体に形成されており、弁座１３の表面には、弁体形成基板２０のフレーム２１と弁座形成基板１０とを陽極接合により固着する際に、弁体２３と弁座１３とが接合されるのを防止する金属薄膜（例えば、クロム薄膜）からなる接合防止膜１４が形成されている。   On one surface of the valve seat forming substrate 10 described above, a channel recess 15 serving as a fluid channel is formed between the inlet 11 and the outlet 12 so as to surround the inlet 11 and the outlet 12. The inlet side internal space S1 and the outlet side internal space S2 communicate with each other. Here, the opening shape of the inflow port 11 and the outflow port 12 is circular, and the inner peripheral shape of the recess 15 for flow paths is rectangular. In addition, the above-described valve seat 13 is formed continuously and integrally on the peripheral portion of the outlet 12 in the valve seat forming substrate 10 so as to protrude from the inner bottom surface of the flow path recess 15. For example, a metal thin film (for example, a chromium thin film) that prevents the valve body 23 and the valve seat 13 from being bonded when the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the valve seat forming substrate 10 are fixed together by anodic bonding. ) Is formed.

弁体形成基板２０は、上述のシリコン基板２００をマイクロマシンニング技術により加工することで形成してあり、具体的には、リソグラフィ技術、エッチング技術などを利用してあり、弁体２３が第１のダイヤフラム部２２を介してフレーム２１に支持されている。弁体２３は弁座形成基板１０の厚み方向に直交する断面形状が八角形状となっており、第１のダイヤフラム部２２から離れる（弁座１３に近づく）につれて断面積が徐々に小さくなっている。また、弁体形成基板２０は、弁座形成基板１０側とは反対の一表面側に高濃度の不純物拡散層（例えば、ボロンを高濃度に拡散した不純物拡散層）２０４が形成されており、当該不純物拡散層２０４のうち第１のダイヤフラム部２２の中央部に形成された部位が可動電極２４を構成している。また、第１のダイヤフラム部２２は、周方向に交差する断面がコルゲート板状の形状となっており、閉鎖空間形成用基板３０との対向面側に複数の環状の凹溝２２ａが同心的に形成されている。また、第２のダイヤフラム部２５も、周方向に交差する断面がコルゲート板状の形状となっており、閉鎖空間形成用基板３０との対向面側に複数の環状の凹溝２５ａが同心的に形成されている。このように、各ダイヤフラム部２２，２５を断面コルゲート状の形状とすることで各ダイヤフラム部２２，２５それぞれを平板状の形状に形成されている場合に比べて撓みやすくすることができる。   The valve body forming substrate 20 is formed by processing the above-described silicon substrate 200 by a micromachining technique. Specifically, the valve body forming board 20 uses a lithography technique, an etching technique, and the like, and the valve body 23 is the first one. It is supported by the frame 21 via the diaphragm portion 22. The valve body 23 has an octagonal cross-sectional shape perpendicular to the thickness direction of the valve seat forming substrate 10, and the cross-sectional area gradually decreases as the valve body 23 moves away from the first diaphragm portion 22 (closer to the valve seat 13). . The valve body forming substrate 20 has a high concentration impurity diffusion layer (for example, an impurity diffusion layer in which boron is diffused at a high concentration) 204 formed on one surface side opposite to the valve seat formation substrate 10 side. A portion of the impurity diffusion layer 204 formed at the center of the first diaphragm portion 22 constitutes the movable electrode 24. The first diaphragm portion 22 has a corrugated plate-shaped cross section that intersects in the circumferential direction, and a plurality of annular concave grooves 22a are concentrically formed on the side facing the closed space forming substrate 30. Is formed. The second diaphragm portion 25 also has a corrugated plate-like cross section that intersects in the circumferential direction, and a plurality of annular concave grooves 25a are concentrically formed on the side facing the closed space forming substrate 30. Is formed. Thus, by making each diaphragm part 22 and 25 into a cross-sectional corrugated shape, it can be made to bend easily compared with the case where each diaphragm part 22 and 25 is formed in the shape of a flat plate, respectively.

なお、可動電極２４と電気的に接続されるパッド２７ａは、固定電極３１と電気的に接続されるパッド３７ａとともに、閉鎖空間形成用基板３０に設けられており、可動電極２４は、不純物拡散層２０４の一部と、閉鎖空間形成用基板３０においてパッド２７ａに連続一体に形成された金属配線２６ａとを介して、パッド２７ａと電気的に接続されている。   The pad 27a electrically connected to the movable electrode 24 is provided on the closed space forming substrate 30 together with the pad 37a electrically connected to the fixed electrode 31, and the movable electrode 24 is formed of an impurity diffusion layer. It is electrically connected to the pad 27a through a part of 204 and a metal wiring 26a that is continuously and integrally formed on the pad 27a in the closed space forming substrate 30.

また、閉鎖空間形成用基板３０の外周形状は、矩形状に形成されているが、弁体形成基板２０に固着した状態において上述の各パッド２７ａ，３７ａが露出するように、長辺の寸法（図１（ａ）における左右方向の寸法）が弁体形成基板２０の長辺の寸法（図１（ａ）における左右方向の寸法）よりも長く設定されている。ここにおいて、閉鎖空間形成用基板３０は、弁体形成基板２０の周部と陽極接合により固着されている。なお、平成空間形成用基板３０における弁体形成基板２０との対向面は、ギャップ形成用凹部３３に連続して形成される溝であって固定電極３１と弁体形成基板２０に重ならない部位に設けられるパッド３７ａとを接続する金属配線からなる配線３９ａが内底面に設けられる配線形成用溝３８（図５（ｂ）および図６）参照）が形成されており、弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０とを固着した状態において配線形成用溝３８により形成される通気路は、後述のように樹脂（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）からなる封止部４０（図１１（ｃ）参照）により封止される。   In addition, the outer peripheral shape of the closed space forming substrate 30 is formed in a rectangular shape, but the long side dimension (so that the pads 27a and 37a described above are exposed in a state of being fixed to the valve body forming substrate 20). The dimension in the left and right direction in FIG. 1A is set to be longer than the dimension of the long side of the valve body forming substrate 20 (the dimension in the left and right direction in FIG. 1A). Here, the closed space forming substrate 30 is fixed to the peripheral portion of the valve body forming substrate 20 by anodic bonding. The surface facing the valve body forming substrate 20 in the Heisei space forming substrate 30 is a groove formed continuously with the gap forming recess 33 and does not overlap the fixed electrode 31 and the valve body forming substrate 20. A wiring forming groove 38 (see FIG. 5B and FIG. 6) provided on the inner bottom surface is formed with a wiring 39a made of a metal wiring connecting the provided pad 37a, and the valve body forming substrate 20 is closed. The air passage formed by the wiring forming groove 38 in a state in which the space forming substrate 30 is fixed is a sealing portion 40 (FIG. 11C) made of resin (for example, silicone resin, epoxy resin, etc.) as described later. ))).

閉鎖空間形成用基板３０における弁体形成基板２０との対向面において、第１のダイヤフラム部２２に対向する部位には弁座形成基板１０の厚み方向への弁体２３の変位空間を確保する第１の凹部であるギャップ形成用凹部３３が形成されており、ギャップ形成用凹部３３の内底面に上述の金属膜からなる固定電極３１が形成されている。また、ギャップ形成用凹部３３は、円形状に開口されている。なお、閉鎖空間形成用基板３０には、弁体形成基板２０のフレーム２１と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着する際に、ギャップ形成用凹部３３の内底面と第１のダイヤフラム部２２とが接合されるのを防止するためにギャップ形成用凹部３３よりも深い溝部４１も形成されている。   On the surface of the closed space forming substrate 30 facing the valve body forming substrate 20, a displacement space of the valve body 23 in the thickness direction of the valve seat forming substrate 10 is secured at a portion facing the first diaphragm portion 22. A gap forming recess 33, which is one recess, is formed, and a fixed electrode 31 made of the above-described metal film is formed on the inner bottom surface of the gap forming recess 33. Further, the gap forming recess 33 is opened in a circular shape. When the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed to the closed space forming substrate 30 by anodic bonding, the inner bottom surface of the gap forming recess 33 and the first diaphragm portion are used. A groove 41 deeper than the gap-forming recess 33 is also formed in order to prevent bonding with the groove 22.

また、閉鎖空間形成用基板３０における弁体形成基板２０との対向面において、第２のダイヤフラム部２５に対向する部位には第２のダイヤフラム部２５の変位空間を確保する第２の凹部であり第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部３４が形成されており、圧力空間用凹部３４の内底面には、弁体形成基板２０のフレーム２１と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着する際に、第２のダイヤフラム部２５と圧力調整空間用凹部３４の内底面とが接合されるのを防止する金属膜（例えば、白金膜とクロム膜との積層膜）からなる接合防止膜３２が形成されている。ここに、圧力調整空間用凹部３４は、円形状に開口されている。   Further, a portion of the closed space forming substrate 30 facing the valve element forming substrate 20 is a second recess that secures a displacement space of the second diaphragm portion 25 at a portion facing the second diaphragm portion 25. A pressure adjusting space recess 34 deeper than the first recess is formed, and the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are anodic bonded to the inner bottom surface of the pressure space recess 34. A bonding prevention film made of a metal film (for example, a laminated film of a platinum film and a chromium film) that prevents the second diaphragm portion 25 and the inner bottom surface of the pressure adjusting space concave portion 34 from being bonded when fixed. 32 is formed. Here, the pressure adjusting space recess 34 is opened in a circular shape.

また、閉鎖空間形成用基板３０は、弁体形成基板２０との対向面に、ギャップ形成用凹部３３と圧力調整空間用凹部３４とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部３５が形成されている。ここにおいて、閉鎖空間形成用基板３０に各凹部３３，３４，３５を設けたことにより閉鎖空間形成用基板３０と弁体形成基板２０とを固着した状態で閉鎖空間形成用基板３０と弁体形成基板２０の間に形成される閉鎖空間３６には、上述の受圧媒体が封入されている。   In addition, the closed space forming substrate 30 is formed with a communication recessed portion 35 including a third recessed portion that allows the gap forming recessed portion 33 and the pressure adjusting space recessed portion 34 to communicate with each other on the surface facing the valve body forming substrate 20. ing. Here, the closed space forming substrate 30 and the valve body formation are formed in a state where the closed space forming substrate 30 and the valve body forming substrate 20 are fixed by providing the recessed portions 33, 34, and 35 in the closed space forming substrate 30. The above-described pressure receiving medium is sealed in the closed space 36 formed between the substrates 20.

したがって、本実施形態のマイクロバルブにおいても、流入口１１を通して弁座形成基板１０と第２のダイヤフラム部２５との間の流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力を受けて閉鎖空間３６の容積が縮小するように第２のダイヤフラム部２５が変形する（閉鎖空間形成用基板３０側へ凸となる形で撓む）ことによって、閉鎖空間３６内の受圧媒体が圧縮されて圧力が高まって弁体２３が流出口１２を閉止する向き（つまり、弁体２３を押し下げる向き）の力である閉止力が作用するので、可動電極２４と固定電極３１との間に電圧が印加されていない状態では、図１７（ａ）と同様に第２のダイヤフラム部２５が変形し、弁体２３により流出口１２が閉止される。これに対して、可動電極２４と固定電極３１との間に上記閉止力に抗して弁体２３が流出口１２を開くのに必要な規定電圧以上の電圧を印加すれば、可動電極２４と固定電極３１との間に発生する静電力によって可動電極２４が固定電極３１に近づくように第１のダイヤフラム部２２が撓んで流出口１２が開放されるので、流体が流れることとなる。なお、弁体２３のストローク量を数μｍ程度に設定すれば、応答性が良く、粘性が高い流体であっても数μｌ／ｍｉｎレベルの微量な流体を精度良く高速に制御することができる。また、弁体２３のストローク量が小さいので、数Ｖ程度の電圧を印加することにより、流出口１２の開閉を行うことができる。   Therefore, also in the microvalve of the present embodiment, the closed space 36 receives the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space S1 between the valve seat forming substrate 10 and the second diaphragm portion 25 through the inlet 11. When the second diaphragm portion 25 is deformed so as to reduce the volume (bends in a convex shape toward the closed space forming substrate 30), the pressure receiving medium in the closed space 36 is compressed and pressure is increased. Since a closing force that is a force in the direction in which the valve body 23 closes the outlet 12 (that is, the direction in which the valve body 23 is pushed down) is applied, no voltage is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31. Then, the 2nd diaphragm part 25 deform | transforms similarly to Fig.17 (a), and the outflow port 12 is closed by the valve body 23. FIG. On the other hand, if a voltage higher than a specified voltage required for the valve body 23 to open the outlet 12 against the closing force is applied between the movable electrode 24 and the fixed electrode 31, the movable electrode 24 and Since the first diaphragm portion 22 is bent and the outlet 12 is opened so that the movable electrode 24 approaches the fixed electrode 31 by the electrostatic force generated between the fixed electrode 31 and the fluid, the fluid flows. If the stroke amount of the valve body 23 is set to about several μm, even a fluid with good responsiveness and high viscosity can control a small amount of fluid of several μl / min level with high accuracy and high speed. Moreover, since the stroke amount of the valve body 23 is small, the outlet 12 can be opened and closed by applying a voltage of about several volts.

ところで、本実施形態のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における上記閉止力を増大させるバイアス手段として、弁体形成基板２０における閉鎖空間形成用基板３０との対向面側で第１のダイヤフラム部２２とフレーム２１における第１のダイヤフラム部２２の周辺部とに跨って積層され駆動手段により弁体２３を変位させていない状態で上記閉止力が増大するように第１のダイヤフラム部２２に応力を与える応力付与膜２８を備えており、応力付与膜２８を設けていない場合に引張応力が働いている第１のダイヤフラム部２２に圧縮応力が働くようになっている。ここで、応力付与膜２８は周部は、フレーム２１の厚みが一定となっている部位に重なっている。なお、本実施形態では、応力付与膜２８を、ＴＥＯＳ（Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)４）とＯ２とを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により堆積させたシリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、ＣＶＤ法により堆積させたシリコン窒化膜により構成してもよい。なお、応力付与膜２８として上述のシリコン酸化膜を採用する場合の膜厚は例えば１μｍ程度に設定すればよく、応力付与膜２８として上述のシリコン窒化膜を採用する場合の膜厚は例えば１２０ｎｍ程度に設定すればよい。 By the way, in the microvalve of the present embodiment, as the biasing means for increasing the closing force when the valve body 23 is not displaced by the driving means, the valve body forming substrate 20 is opposed to the closed space forming substrate 30. The first diaphragm portion 22 and the peripheral portion of the first diaphragm portion 22 in the frame 21 are stacked so as to increase the closing force in a state where the valve body 23 is not displaced by the driving means. A stress applying film 28 for applying stress to the diaphragm portion 22 is provided, and a compressive stress is applied to the first diaphragm portion 22 where tensile stress is applied when the stress applying film 28 is not provided. Here, the peripheral portion of the stress applying film 28 overlaps a portion where the thickness of the frame 21 is constant. In this embodiment, the stress applying film 28 is composed of a silicon oxide film deposited by a plasma CVD method using TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and O 2 as source gases. For example, the silicon oxide film may be formed of a silicon nitride film deposited by a CVD method. The film thickness when the above-described silicon oxide film is used as the stress applying film 28 may be set to about 1 μm, for example, and the film thickness when the above-described silicon nitride film is used as the stress applying film 28 is, for example, about 120 nm. Should be set.

以下、本実施形態のマイクロバルブの製造方法に関して、弁体形成基板２０、弁座形成基板１０、閉鎖空間形成用基板３０それぞれについて個別に説明する。   Hereinafter, each of the valve body forming substrate 20, the valve seat forming substrate 10, and the closed space forming substrate 30 will be described individually with respect to the microvalve manufacturing method of the present embodiment.

まず、弁体形成基板２０の形成方法について図７および図８を参照しながら説明する。   First, a method for forming the valve body forming substrate 20 will be described with reference to FIGS.

上述のシリコン基板２００の主表面側（図７（ａ）における上面側）および裏面（図７（ａ）の下面側）にパイロジェニック酸化によりシリコン酸化膜２０１，２０２を形成することにより、図７（ａ）に示す構造を得る。なお、パイロジェニック酸化の工程において、例えば、酸化温度を１１００℃、酸化時間を１４５分とすれば、各シリコン酸化膜２０１，２０２の膜厚は１０００ｎｍ程度となるが、酸化条件や膜厚は特に限定するものではない。   By forming silicon oxide films 201 and 202 by pyrogenic oxidation on the main surface side (upper surface side in FIG. 7A) and back surface (lower surface side in FIG. 7A) of the above-described silicon substrate 200, FIG. The structure shown in (a) is obtained. In the pyrogenic oxidation process, for example, if the oxidation temperature is 1100 ° C. and the oxidation time is 145 minutes, the thickness of each of the silicon oxide films 201 and 202 is about 1000 nm. It is not limited.

その後、シリコン基板２００において上述の各ダイヤフラム部２２，２５の各凹溝２２ａ，２５ａに対応する部位を露出させるために、シリコン基板２００の主表面側のシリコン酸化膜２０１上に、上述の各ダイヤフラム部２２，２５の各凹溝２２ａ，２５ａに対応する部位が開孔された第１のレジスト層（図示せず）を形成してから、第１のレジスト層をマスクとしてシリコン基板２００の主表面側のシリコン酸化膜２０１をドライエッチンすることでシリコン酸化膜２０１をパターニングし、続いて、第１のレジスト層を除去することにより、図７（ｂ）に示す構造を得る。   Thereafter, in order to expose the portions of the silicon substrate 200 corresponding to the concave grooves 22a and 25a of the diaphragm portions 22 and 25, the diaphragms are formed on the silicon oxide film 201 on the main surface side of the silicon substrate 200. After forming a first resist layer (not shown) in which portions corresponding to the concave grooves 22a and 25a of the portions 22 and 25 are opened, the main surface of the silicon substrate 200 using the first resist layer as a mask The silicon oxide film 201 is patterned by dry etching the silicon oxide film 201 on the side, and then the first resist layer is removed to obtain the structure shown in FIG. 7B.

そして、パターニングされたシリコン酸化膜２０１をマスクとして、フッ酸系の薬液（例えば、ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ＝１：３：８）を用いた等方性エッチングによってシリコン基板２００の主表面に各凹溝２２ａ，２５ａを形成することにより、図７（ｃ）に示す構造を得る。なお、各凹溝２２ａ，２５ａの深さは２５μｍに設定してあるが、この値は特に限定するものではない。 Then, using the patterned silicon oxide film 201 as a mask, the main surface of the silicon substrate 200 is etched by isotropic etching using a hydrofluoric acid-based chemical (for example, HF: HNO 3 : CH 3 COOH = 1: 3: 8). By forming the concave grooves 22a and 25a, the structure shown in FIG. 7C is obtained. In addition, although the depth of each concave groove 22a, 25a is set to 25 micrometers, this value does not specifically limit.

その後、シリコン基板２００の裏面側のシリコン酸化膜２０２を第２のレジスト層（図示せず）により覆ってから、シリコン基板２００の主表面側のシリコン酸化膜２０１をエッチング除去し、続いて、第２のレジスト層を除去することにより、図７（ｄ）に示す構造を得る。   Thereafter, the silicon oxide film 202 on the back surface side of the silicon substrate 200 is covered with a second resist layer (not shown), and then the silicon oxide film 201 on the main surface side of the silicon substrate 200 is removed by etching. By removing the resist layer 2, the structure shown in FIG. 7D is obtained.

その後、シリコン基板２００の主表面側にボロンを固相拡散させることで高濃度の不純物拡散層２０４を形成するとともに、不純物拡散層２０４の表面側にシリコン酸化膜２０５を形成することにより、図７（ｅ）に示す構造を得る。なお、固相拡散の工程において、例えば、拡散温度を１１２５℃、拡散時間を１２時間とすれば、シリコン酸化膜２０５の膜厚は４００ｎｍ程度となる。   Thereafter, boron is solid-phase diffused on the main surface side of the silicon substrate 200 to form a high-concentration impurity diffusion layer 204, and a silicon oxide film 205 is formed on the surface side of the impurity diffusion layer 204, whereby FIG. The structure shown in (e) is obtained. In the solid phase diffusion process, for example, if the diffusion temperature is 1125 ° C. and the diffusion time is 12 hours, the thickness of the silicon oxide film 205 is about 400 nm.

その後、シリコン基板２００の裏面側のシリコン酸化膜２０２上に、各ダイヤフラム部２２，２５を形成するためにパターニングされた第３のレジスト層（図示せず）を形成してから、第３のレジスト層をマスクとしてシリコン基板２００の裏面側のシリコン酸化膜２０２をドライエッチングすることでシリコン酸化膜２０２をパターニングし、続いて、第３のレジスト層を除去し、さらにその後、シリコン基板２００の主表面側のシリコン酸化膜２０５をエッチング除去することにより、図７（ｆ）に示す構造を得る。   Thereafter, a third resist layer (not shown) patterned to form the respective diaphragm portions 22 and 25 is formed on the silicon oxide film 202 on the back surface side of the silicon substrate 200, and then the third resist is formed. The silicon oxide film 202 on the back surface side of the silicon substrate 200 is dry-etched using the layer as a mask to pattern the silicon oxide film 202, and then the third resist layer is removed, and then the main surface of the silicon substrate 200 is removed. The structure shown in FIG. 7F is obtained by etching away the silicon oxide film 205 on the side.

さらにその後、シリコン基板２００の主表面側に、応力付与膜２８の基礎となるシリコン酸化膜２０８を、ＴＥＯＳ（Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)４）とＯ２とを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により堆積させることにより、図７（ｇ）に示す構造を得る。 Thereafter, a silicon oxide film 208 serving as a basis for the stress applying film 28 is formed on the main surface side of the silicon substrate 200 by a plasma CVD method using TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and O 2 as source gases. By depositing, the structure shown in FIG.

その後、シリコン基板２００の主表面側のシリコン酸化膜２０８上にクロム膜２０９を形成することにより、図８（ａ）に示す構造を得る。   Thereafter, a chromium film 209 is formed on the silicon oxide film 208 on the main surface side of the silicon substrate 200 to obtain the structure shown in FIG.

その後、シリコン基板２００の主表面側のクロム膜２０９上に、所望パターンの応力付与膜２８を形成するためにパターニングされた第４のレジスト層（図示せず）を形成してから、第４のレジスト層をマスクとしてクロム膜２０９をエッチングすることでクロム膜２０９をパターニングし、続いて、第４のレジスト層を除去することにより、図８（ｂ）に示す構造を得る。   Thereafter, a fourth resist layer (not shown) patterned to form a stress applying film 28 having a desired pattern is formed on the chromium film 209 on the main surface side of the silicon substrate 200, and then the fourth resist layer is formed. The chromium film 209 is patterned by etching the resist film as a mask, and then the fourth resist layer is removed to obtain the structure shown in FIG. 8B.

そして、ダイシングを行ってから、シリコン基板２００の裏面側のパターニングされたシリコン酸化膜２０２をマスクとしてシリコン基板２００を裏面側から不純物拡散層２０４に達する深さまでエッチングすることで第１のダイヤフラム部２２および第２のダイヤフラム部２５を形成することにより、図８（ｃ）に示す構造を得る。このエッチング工程における薬液として、例えば、ＥＰＷ（エチレンジアミンピロカテコール）の溶液を用いることによって、ボロンが高濃度に拡散された不純物拡散層２０４をエッチングストッパ層として利用することができ、各ダイヤフラム部２２，２５がそれぞれ不純物拡散層２０４の一部により構成され、厚くなりすぎたり薄くなりすぎるのを防止することができる。なお、第１のダイヤフラム部２２の中央部が可動電極２４を構成する。   Then, after the dicing, the first diaphragm portion 22 is etched by etching the silicon substrate 200 from the back side to a depth reaching the impurity diffusion layer 204 using the patterned silicon oxide film 202 on the back side of the silicon substrate 200 as a mask. And the structure shown in FIG.8 (c) is obtained by forming the 2nd diaphragm part 25. FIG. As a chemical solution in this etching step, for example, by using a solution of EPW (ethylenediamine pyrocatechol), the impurity diffusion layer 204 in which boron is diffused at a high concentration can be used as an etching stopper layer, and each diaphragm portion 22, 25 is constituted by a part of the impurity diffusion layer 204, and can be prevented from becoming too thick or too thin. The central portion of the first diaphragm portion 22 constitutes the movable electrode 24.

その後、上述のパターニングされたクロム膜２０９をマスクとしてシリコン酸化膜２０８の不要部分をウェットエッチングすることで残りのシリコン酸化膜２０２よりなる応力付与膜２８を形成してから、クロム膜２０９を除去することにより、図８（ｄ）に示す構造の弁体形成基板２０が得られる。   Thereafter, unnecessary portions of the silicon oxide film 208 are wet-etched using the patterned chromium film 209 as a mask to form the stress applying film 28 made of the remaining silicon oxide film 202, and then the chromium film 209 is removed. Thus, the valve body forming substrate 20 having the structure shown in FIG. 8D is obtained.

次に、弁座形成基板１０の形成方法について図９を参照しながら説明する。   Next, a method for forming the valve seat forming substrate 10 will be described with reference to FIG.

まず、第１のガラス基板１００の一表面側（図９（ａ）における上面側）の全面にクロム膜１０１をスパッタ法などにより形成した後、第１のガラス基板１００の上記一表面に流路用凹部１５および弁座１３を形成するためにパターニングされた第５のレジスト層（図示せず）を形成してから、第５のレジスト層をマスクとしてクロム膜１０１をエッチングすることでクロム膜１０１をパターニングし、続いて、第５のレジスト層を除去することにより、図９（ａ）に示す構造を得る。   First, after a chromium film 101 is formed on the entire surface of one surface side of the first glass substrate 100 (the upper surface side in FIG. 9A) by sputtering or the like, a flow path is formed on the one surface of the first glass substrate 100. After forming a patterned fifth resist layer (not shown) to form the concave portion 15 and the valve seat 13, the chromium film 101 is etched by using the fifth resist layer as a mask. Then, the fifth resist layer is removed to obtain the structure shown in FIG.

そして、パターニングされたクロム膜１０１をマスクとしてフッ酸系の薬品（例えば、ＢＨＦ、濃度が５０％のＨＦなど）を利用して第１のガラス基板１００の上記一表面に流路用凹部１５を形成してから、クロム膜１０１を除去することにより、図９（ｂ）に示す構造を得る。   Then, using the patterned chromium film 101 as a mask, a flow path recess 15 is formed on the one surface of the first glass substrate 100 using a hydrofluoric acid chemical (for example, BHF, HF having a concentration of 50%). After the formation, the chromium film 101 is removed to obtain the structure shown in FIG.

その後、第１のガラス基板１００に厚み方向に貫通する流入口１１および流出口１２をドリル加工によって形成することにより、図９（ｃ）に示す構造を得る。   Then, the structure shown in FIG.9 (c) is obtained by forming the inflow port 11 and the outflow port 12 which penetrate the 1st glass substrate 100 in the thickness direction by drilling.

その後、第１のガラス基板１００の上記一表面側に、上述の接合防止膜１４の基礎となるクロム膜１０４をスパッタ法などによって形成することにより、図９（ｄ）に示す構造を得る。   Thereafter, a chromium film 104 serving as the basis of the above-described bonding prevention film 14 is formed on the one surface side of the first glass substrate 100 by a sputtering method or the like, thereby obtaining the structure shown in FIG.

その後、第１のガラス基板１００の上記一表面側のクロム膜１０４上に、接合防止膜１４を形成するためにパターニングされた第６のレジスト層（図示せず）を形成してから、第６のレジスト層をマスクとしてクロム膜１０４の不要部分をウェットエッチングすることで残りのクロム膜１０４からなる接合防止膜１４を形成し、続いて、第６のレジスト層を除去してから、ダイシングを行うことにより、図９（ｅ）に示す構造の弁座形成基板１０が得られる。   Thereafter, a sixth resist layer (not shown) patterned to form the bonding prevention film 14 is formed on the chromium film 104 on the one surface side of the first glass substrate 100, and then the sixth resist layer is formed. The unnecessary portion of the chromium film 104 is wet-etched using the resist layer as a mask to form the bonding prevention film 14 made of the remaining chromium film 104, and then the sixth resist layer is removed and then dicing is performed. Thus, the valve seat forming substrate 10 having the structure shown in FIG. 9E is obtained.

次に、閉鎖空間形成用基板３０の形成方法について図１０を参照しながら説明する。   Next, a method for forming the closed space forming substrate 30 will be described with reference to FIG.

まず、第２のガラス基板３００の一表面側（図１０（ａ）における上面側）の全面にクロム膜３０１をスパッタ法などにより形成した後、第２のガラス基板３００の上記一表面に圧力調整空間用凹部３４および溝部４１を形成するためにパターニングされた第７のレジスト層３０１を形成してから、第７のレジスト層３０２をマスクとしてクロム膜３０１をエッチングすることでクロム膜３０１をパターニングすることにより、図１０（ａ）に示す構造を得る。   First, a chromium film 301 is formed on the entire surface of one surface side of the second glass substrate 300 (the upper surface side in FIG. 10A) by sputtering, and then pressure adjustment is performed on the one surface of the second glass substrate 300. After the seventh resist layer 301 patterned to form the space recess 34 and the groove 41 is formed, the chromium film 301 is patterned by etching the chromium film 301 using the seventh resist layer 302 as a mask. As a result, the structure shown in FIG.

そして、パターニングされたクロム膜３０１をマスクとしてフッ酸系の薬品（例えば、濃度が５０％のＨＦなど）を利用して第２のガラス基板３００の上記一表面に圧力調整空間凹凹部３４および溝部４１を形成することにより、図１０（ｂ）に示す構造を得る。   Then, using the patterned chromium film 301 as a mask, a pressure adjusting space concave portion 34 and a groove portion are formed on the one surface of the second glass substrate 300 using a hydrofluoric acid chemical (for example, HF having a concentration of 50%). By forming 41, the structure shown in FIG.

その後、第２のガラス基板３００の上記一表面側の全面にクロム膜３０３をスパッタ法などによって形成することにより、図１０（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, a chromium film 303 is formed on the entire surface of the second glass substrate 300 on the one surface side by a sputtering method or the like, thereby obtaining the structure shown in FIG.

その後、第２のガラス基板３００の上記一表面側のクロム膜３０３上に、ギャップ形成用凹部３３および連通用凹部３５を形成するためにパターニングされた第８のレジスト層（図示せず）を形成してから、第８のレジスト層をマスクとしてクロム膜３０３の不要部分をエッチングすることでクロム膜３０３をパターニングし、続いて、第８のレジスト層を除去することにより、図１０（ｄ）に示す構造を得る。   Thereafter, an eighth resist layer (not shown) patterned to form the gap forming recess 33 and the communication recess 35 is formed on the chromium film 303 on the one surface side of the second glass substrate 300. Then, using the eighth resist layer as a mask, unnecessary portions of the chromium film 303 are etched to pattern the chromium film 303, and then the eighth resist layer is removed to obtain the structure shown in FIG. Get the structure shown.

その後、パターニングされたクロム膜３０３をマスクとして第２のガラス基板３００の上記一表面にギャップ形成用凹部３３および連通用凹部３５を形成してから、クロム膜３０３を除去することにより、図１０（ｅ）に示す構造を得る。   Thereafter, the gap forming recess 33 and the communication recess 35 are formed on the one surface of the second glass substrate 300 using the patterned chromium film 303 as a mask, and then the chromium film 303 is removed to remove the chromium film 303 as shown in FIG. The structure shown in e) is obtained.

その後、メタルマスクを利用してスパッタ法などによって白金膜とクロム膜との積層膜からなる固定電極３１および接合防止膜３２を形成してから、ダイシングを行うことにより、図１０（ｆ）に示す構造の閉鎖空間形成用基板３０が得られる。   Thereafter, a fixed electrode 31 and a bonding prevention film 32 made of a laminated film of a platinum film and a chromium film are formed by sputtering using a metal mask, and then dicing is performed, as shown in FIG. A closed space forming substrate 30 having a structure is obtained.

次に、上述の弁体形成基板２０と弁座形成基板１０と閉鎖空間形成用基板３０とでマイクロバルブを形成するにあたっては、まず、図１１（ａ）に示すように、弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０とを重ね合わせてから、真空中で第１の所定温度（例えば、４００℃）に加熱して弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０との間に閉鎖空間形成用基板３０を低電位側として直流電圧源Ｅ１から第１の所定電圧（例えば、６００Ｖ）を印加して陽極接合し、その後、図１１（ｂ）に示すように、弁体形成基板２０に弁座形成基板１０を重ね合わせてから、真空中で第２の所定温度（例えば、４００℃）に加熱して弁体形成基板２０と弁座形成基板１０との間に弁座形成基板１０を低電位側として直流電圧源Ｅ２から第２の所定電圧（例えば、６００Ｖ）を印加して陽極接合を行ない、続いて、図１１（ｃ）に示すように上述の配線形成用溝３８により形成される通気路を大気圧中で樹脂（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）により封止して封止部４０を形成する。   Next, when forming a microvalve with the above-described valve body forming substrate 20, the valve seat forming substrate 10, and the closed space forming substrate 30, as shown in FIG. And the closed space forming substrate 30 are overlapped, and then heated to a first predetermined temperature (for example, 400 ° C.) in a vacuum to form a closed space between the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30. A first predetermined voltage (for example, 600 V) is applied from the DC voltage source E1 with the formation substrate 30 at the low potential side, and then anodically bonded. Thereafter, as shown in FIG. After the valve seat forming substrate 10 is overlaid, the valve seat forming substrate 10 is heated between the valve body forming substrate 20 and the valve seat forming substrate 10 by heating to a second predetermined temperature (for example, 400 ° C.) in a vacuum. As the low potential side, a second predetermined voltage (from the DC voltage source E2) For example, 600V) is applied to perform anodic bonding. Subsequently, as shown in FIG. 11C, the air passage formed by the above-described wiring forming groove 38 is made of resin (for example, silicone resin, The sealing portion 40 is formed by sealing with an epoxy resin or the like.

以上説明した本実施形態のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が設けられているので、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における弁体２３による流出口１２の閉止力を従来に比べて高めることができ、流入口側内部空間Ｓ１へ流入した流体の圧力が低くても流体が漏れるのを防止することができる。また、バイアス手段が上述の応力付与膜２８により構成されているので、バイアス手段を一般的な半導体製造プロセスにより精度良く形成することができる。   In the microvalve of the present embodiment described above, the biasing means for increasing the closing force when the valve body 23 is not displaced by the driving means is provided, so that the valve body 23 is not displaced by the driving means. The closing force of the outlet 12 by the valve body 23 can be increased as compared with the prior art, and the fluid can be prevented from leaking even if the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space S1 is low. Further, since the bias means is composed of the stress applying film 28, the bias means can be formed with high accuracy by a general semiconductor manufacturing process.

（実施形態２）
ところで、実施形態１では、上述の応力付与膜２８が、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段を構成していたが、本実施形態のマイクロバルブでは、図１２に示すように、第１のダイヤフラム部２２の周部であってフレーム２１に近づくにつれて弁座形成基板１０側へ近づくように断面凹状に形成された部位２２ｂが、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段を構成している。また、本実施形態では、弁体形成基板２０のフレーム２１と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着する際に可動電極２４と固定電極３１とが接合されないように可動電極２４における固定電極３１との対向面に、接合防止膜２９が形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 2)
By the way, in the first embodiment, the stress applying film 28 described above constitutes a bias unit that increases the closing force in a state where the valve element 23 is not displaced by the driving unit, but in the microvalve of the present embodiment, As shown in FIG. 12, a portion 22b which is a peripheral portion of the first diaphragm portion 22 and is formed in a concave shape so as to approach the valve seat forming substrate 10 side as it approaches the frame 21, is driven by a valve body 23 by a driving means. Biasing means for increasing the closing force in a state in which is not displaced is configured. Further, in the present embodiment, when the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed by anodic bonding, the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded to each other so that the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded. A bonding prevention film 29 is formed on the surface facing 31. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、第１のダイヤフラム部２２の周部であってフレーム２１に近づくにつれて弁座形成基板１０側へ近づくように断面凹状に形成された部位２２ｂを設けたことにより、実施形態１にて説明した不純物拡散層２０４の一部により構成される第１のダイヤフラム部２２に、当該部位２２ｂを設けていない場合に比べて弁体２３を弁座形成基板１０側へ押し下げる向きの力が作用するこことなる。本実施形態における弁体形成基板２０の形成にあたっては、実施形態１にて説明した弁体形成基板２０の形成方法において、凹溝２２ａ，２５ａを形成する際のマスクの形状を変更すればよい。要するに、本実施形態のマイクロバルブでは、第１のダイヤフラム部２２および第２のダイヤフラム部２５を半導体製造プロセスにより形成する際のマスクを適宜設計することにより、バイアス手段を形成することが可能となり、実施形態１に比べて製造プロセスを簡略化できる。   Thus, in the microvalve of the present embodiment, a portion 22b that is formed in a concave section so as to approach the valve seat forming substrate 10 side as it approaches the frame 21 in the peripheral portion of the first diaphragm portion 22 is provided. Thus, the valve body 23 is moved to the valve seat forming substrate 10 side as compared with the case where the portion 22b is not provided in the first diaphragm portion 22 constituted by a part of the impurity diffusion layer 204 described in the first embodiment. The force in the direction of pushing down acts. In forming the valve body forming substrate 20 in the present embodiment, in the method for forming the valve body forming substrate 20 described in the first embodiment, the shape of the mask when forming the concave grooves 22a and 25a may be changed. In short, in the microvalve of the present embodiment, it is possible to form a bias means by appropriately designing a mask for forming the first diaphragm portion 22 and the second diaphragm portion 25 by a semiconductor manufacturing process. Compared to the first embodiment, the manufacturing process can be simplified.

（実施形態３）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が、図１３に示すように、圧力調整空間用凹部３４において第２のダイヤフラム部２５の周部に対応する部位の深さを第２のダイヤフラム部２５の中央部に対応する部位の深さに比べて浅くするように圧力調整空間用凹部３４の内面に突設された段突起３４ｂにより構成されている点が相違する。また、本実施形態では、弁体形成基板２０のフレーム２１と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着する際に可動電極２４と固定電極３１とが接合されないように可動電極２４における固定電極３１との対向面に、接合防止膜２９が形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 3)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the biasing means for increasing the closing force when the valve body 23 is not displaced by the driving means is shown in FIG. For the pressure adjusting space, the depth of the portion corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion 25 in the concave portion for adjusting space 34 is made smaller than the depth of the portion corresponding to the central portion of the second diaphragm portion 25. It is different in that it is constituted by a step projection 34b projecting from the inner surface of the recess 34. Further, in the present embodiment, when the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed by anodic bonding, the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded to each other so that the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded. A bonding prevention film 29 is formed on the surface facing 31. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、圧力調整空間用凹部３４において第２のダイヤフラム部２５の周部に対応する部位の深さを第２のダイヤフラム部２５の中央部に対応する部位の深さに比べて浅くする段突起３４ｂが圧力調整空間用凹部３４の内面に突設されているので、段突起３４ｂが突設されていない場合に比べて閉鎖空間３６の体積を小さくでき、第２のダイヤフラム部２５が流入口側内部空間Ｓ１の圧力によって圧力調整空間用凹部３４の内底面側へ撓んだときに閉鎖空間３６のうち第２のダイヤフラム部２５の周部に対応する空間を狭くすることができるから、閉鎖空間３６のうち圧力調整空間用凹部３４において第２のダイヤフラム部２５の周部に対応する空間での圧力損失を低減でき、上記閉止力を高めることができる。   Therefore, in the microvalve of the present embodiment, the depth of the portion corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion 25 in the concave portion 34 for pressure adjustment space is set to the depth of the portion corresponding to the central portion of the second diaphragm portion 25. Since the step projection 34b that is shallower than the height is provided on the inner surface of the pressure adjusting space recess 34, the volume of the closed space 36 can be reduced as compared with the case where the step projection 34b is not provided. The space corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion 25 in the closed space 36 is narrowed when the diaphragm portion 25 is bent toward the inner bottom surface side of the pressure adjusting space recess 34 by the pressure in the inlet side internal space S1. Therefore, pressure loss in the space corresponding to the peripheral portion of the second diaphragm portion 25 in the pressure adjusting space recess 34 in the closed space 36 can be reduced, and the closing force can be increased. Kill.

なお、上述の段突起３４ｂは、実施形態１にて説明した閉鎖空間形成用基板３０の形成方法において、マスクの形状を変更することにより形成できるので、製造プロセスが複雑になることはない。   In addition, since the above-mentioned step protrusion 34b can be formed by changing the shape of the mask in the method for forming the closed space forming substrate 30 described in the first embodiment, the manufacturing process is not complicated.

（実施形態４）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態３と略同じであって、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段を、実施形態３にて説明した段突起３４ｂではなく、図１４に示すように、圧力調整空間用凹部３４の内底面において第２のダイヤフラム部２５の各凹溝２５ａそれぞれに対向する各部位から突設された複数の小突起３４ａにより構成している点が相違するだけである。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 4)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the third embodiment, and the biasing means for increasing the closing force when the valve body 23 is not displaced by the driving means is the same as that described in the third embodiment. Instead of the projections 34b, as shown in FIG. 14, a plurality of small projections 34a projecting from the respective portions facing the respective concave grooves 25a of the second diaphragm portion 25 on the inner bottom surface of the pressure adjusting space concave portion 34. The only difference is the construction. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 3, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、バイアス手段が、圧力調整空間用凹部３４の内底面において第２のダイヤフラム部２５の各凹溝２５ａそれぞれに対向する各部位から突設された複数の小突起３４ａよりなるので、各小突起３４ａが設けられていない場合に比べて閉鎖空間３６の体積を低減でき、閉鎖空間３６のうち圧力調整空間用凹部３４において第２のダイヤフラム部２５との間に形成されている空間での圧力損失を低減でき、上記閉止力を高めることができる。   Thus, in the microvalve of the present embodiment, the bias means has a plurality of small protrusions protruding from the respective portions facing the respective concave grooves 25a of the second diaphragm portion 25 on the inner bottom surface of the pressure adjusting space concave portion 34. Since the projection 34a is formed, the volume of the closed space 36 can be reduced as compared with the case where each of the small projections 34a is not provided, and the pressure adjusting space recess 34 of the closed space 36 is located between the second diaphragm portion 25. Pressure loss in the formed space can be reduced, and the closing force can be increased.

（実施形態５）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１では弁座形成基板１０の上記一表面に設けられた流路用凹部１５の内周形状が流入口１１と流出口１２との両方を囲む矩形状に形成されていたのに対して、図１５に示すように、弁座形成基板１０の上記一表面に形成されている流路用凹部１５の形状が相違する。なお、他の構成は実施形態１にて説明した応力付与膜２８を備えていない点以外は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。 (Embodiment 5)
The basic configuration of the microvalve of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, the inner peripheral shape of the channel recess 15 provided on the one surface of the valve seat forming substrate 10 is the inlet 11. 15 and the outflow port 12, the flow path recess 15 formed on the one surface of the valve seat forming substrate 10 has a shape as shown in FIG. Is different. Since other configurations are the same as those in the first embodiment except that the stress applying film 28 described in the first embodiment is not provided, illustration and description thereof are omitted.

本実施形態における弁座形成基板１０に形成された流路用凹部１５は、流出口１２を囲み内周形状が矩形状の流出口側凹部１５ｂと、流入口１１を囲み内周形状が矩形状の流入口側凹部１５ａと、流出口側凹部１５ｂと流入口側凹部１５ａとを繋ぎ流出口側内部空間Ｓ２と流入口側内部空間Ｓ１との間に形成される流路であって流出口側内部空間Ｓ２の圧力が流入口側内部空間Ｓ１の圧力に比べて低くなるように圧力損失を生じさせる圧力調整用流路を形成するための圧力調整用凹部１５ｃとで構成してある。なお、圧力調整用凹部１５ｃはつづら折れ状の形状に形成されている。このような流路用凹部１５を形成するには、実施形態１にて説明した弁座形成基板１０の形成方法において流路用凹部１５を形成する際のマスクの形状を変更すればよい。   The channel recess 15 formed in the valve seat forming substrate 10 in the present embodiment includes an outlet-side recess 15b that surrounds the outlet 12 and has a rectangular inner peripheral shape, and an inner peripheral shape that surrounds the inlet 11 and is rectangular. The inlet-side recess 15a, the outlet-side recess 15b and the inlet-side recess 15a are connected to each other and are formed between the outlet-side inner space S2 and the inlet-side inner space S1. The pressure adjusting recess 15c is used to form a pressure adjusting flow path that causes a pressure loss so that the pressure in the internal space S2 is lower than the pressure in the inlet side internal space S1. The pressure adjusting recess 15c is formed in a zigzag shape. In order to form such a channel recess 15, the shape of the mask when the channel recess 15 is formed in the method for forming the valve seat forming substrate 10 described in the first embodiment may be changed.

しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が、実施形態１にて説明した流出側内部空間Ｓ２と流入口側内部空間Ｓ１との間に形成される流路であって流出口側内部空間Ｓ２の圧力が流入口側内部空間Ｓ１の圧力に比べて低くなるように圧力損失を生じさせる圧力調整用流路により構成されているので、駆動手段により弁体２３を変位させていない状態において流出口側内部空間Ｓ２の圧力が流入口側内部空間Ｓ１の圧力に比べて低くなるから、流出口側内部空間Ｓ２の圧力に対する閉鎖空間３６の相対的な圧力を高めることができ、上記閉止力を高めることができる。   Thus, in the microvalve of the present embodiment, the biasing means for increasing the closing force when the valve body 23 is not displaced by the driving means is used as the outflow side internal space S2 and the inflow side internal part described in the first embodiment. A flow path formed between the space S1 and a pressure adjusting flow path that causes a pressure loss so that the pressure in the outlet side internal space S2 is lower than the pressure in the inlet side internal space S1. Therefore, the pressure in the outlet side internal space S2 is lower than the pressure in the inlet side internal space S1 when the valve body 23 is not displaced by the driving means. The relative pressure of the closed space 36 with respect to the can be increased, and the closing force can be increased.

（実施形態６）
本実施形態のマイクロバルブの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にてバイアス手段として設けていた応力付与膜２８を設けずに、図１６に示すように、閉鎖空間形成用基板３０に、厚み方向に貫通する貫通孔４２を設けておき、閉鎖空間３６に乾燥空気などの気体からなる受圧媒体を、大気圧よりも規定圧力（例えば、５ｋＰａ〜５０ｋＰａ程度）だけ高い圧力で封入してあり、閉鎖空間３６に大気圧よりも高い圧力で封入された気体がバイアス手段を構成している点に特徴がある。また、本実施形態では、弁体形成基板２０のフレーム２１と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着する際に可動電極２４と固定電極３１とが接合されないように可動電極２４における固定電極３１との対向面に、接合防止膜２９が形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 (Embodiment 6)
The basic configuration of the microvalve of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and a closed space is formed as shown in FIG. 16 without providing the stress applying film 28 provided as the bias means in the first embodiment. The substrate 30 is provided with a through hole 42 penetrating in the thickness direction, and the pressure receiving medium made of a gas such as dry air is higher than the atmospheric pressure by a specified pressure (for example, about 5 kPa to 50 kPa) in the closed space 36. A characteristic is that the gas enclosed in the closed space 36 at a pressure higher than atmospheric pressure constitutes the bias means. Further, in the present embodiment, when the frame 21 of the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed by anodic bonding, the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded to each other so that the movable electrode 24 and the fixed electrode 31 are not bonded. A bonding prevention film 29 is formed on the surface facing 31. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、閉鎖空間３６となる空間を加圧状態で封止するには、弁体形成基板２０と閉鎖空間形成用基板３０とを陽極接合により固着し、弁体形成基板２０と弁座形成基板１０とを陽極接合により固着した後で、乾燥空気で内部空間が加圧された加圧容器内で閉鎖空間形成用基板２０の貫通孔４２および実施形態１にて説明した配線形成用溝３８を樹脂などにより封止すればよい。   In the present embodiment, in order to seal the space to be the closed space 36 in a pressurized state, the valve body forming substrate 20 and the closed space forming substrate 30 are fixed by anodic bonding, and the valve body forming substrate 20 and the valve seat are fixed. After fixing the forming substrate 10 by anodic bonding, the through hole 42 of the closed space forming substrate 20 and the wiring forming groove described in the first embodiment in a pressurized container in which the internal space is pressurized with dry air. 38 may be sealed with resin or the like.

しかして、本実施形態のマイクロバルブでは、製造時に閉鎖空間３６に封入する気体の圧力を適宜設定することで上記閉止力を高めることができる。   Therefore, in the microvalve of the present embodiment, the closing force can be increased by appropriately setting the pressure of the gas sealed in the closed space 36 during manufacture.

なお、本実施形態では、閉鎖空間３６となる空間を加圧するための通気経路として貫通孔４２と配線形成用溝３８との両方を採用しているが、通気経路としては、貫通孔４２と配線形成用溝３８との少なくとも一方が形成されていればよく、通気経路として、配線形成用溝３８のみが形成されているようにすれば、つまり、配線形成用溝３８を通気経路として兼用すれば、閉鎖空間３６を加圧封止するために閉鎖空間３６と外部とを連通させる上述の貫通孔４２を別途に形成する場合に比べて、製造が容易になるという利点がある。   In the present embodiment, both the through hole 42 and the wiring forming groove 38 are used as a ventilation path for pressurizing the space that becomes the closed space 36. However, the through hole 42 and the wiring are used as the ventilation path. It is sufficient if at least one of the formation grooves 38 is formed, and if only the wiring formation groove 38 is formed as a ventilation path, that is, if the wiring formation groove 38 is also used as a ventilation path. There is an advantage that manufacture is facilitated as compared to the case where the above-described through hole 42 that communicates between the closed space 36 and the outside in order to seal the closed space 36 under pressure is formed separately.

実施形態１を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment. 同上における弁体形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は概略下面図である。The valve body formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional view, (c) is a schematic bottom view. 同上における弁体形成基板を示し、（ａ）は上方から見た概略斜視図、（ｂ）は下方から見た概略斜視図である。The valve body formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is the schematic perspective view seen from upper direction, (b) is the schematic perspective view seen from the downward direction. 同上における弁座形成基板を示し、（ａ）は上方から見た概略斜視図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は下方から見た概略斜視図である。The valve seat formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic perspective view seen from the top, (b) is a schematic sectional drawing, (c) is a schematic perspective view seen from the bottom. 同上における閉鎖空間形成用基板を示し、（ａ）は上方から見た概略斜視図、（ｂ）は概略断面図、（ｃ）は下方から見た概略斜視図である。The closed space formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic perspective view seen from the top, (b) is a schematic sectional drawing, (c) is a schematic perspective view seen from the downward direction. 同上の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing same as the above. 同上における弁体形成基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the valve body formation board | substrate in the same as the above. 同上における弁体形成基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the valve body formation board | substrate in the same as the above. 同上における弁座形成基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the valve seat formation board | substrate in the same as the above. 同上における閉鎖空間形成用基板の製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate for closed space formation same as the above. 同上の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of a manufacturing method same as the above. 実施形態２を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment. 実施形態３を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment. 実施形態４を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment. 実施形態５における弁座形成基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the valve seat formation board in Embodiment 5. 実施形態６を示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a sixth embodiment. 従来例の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 弁座形成基板
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 弁座
１５ 流路用凹部
２０ 弁体形成基板
２１ フレーム
２２ 第１のダイヤフラム部
２３ 弁体
２４ 可動電極
２５ 第２のダイヤフラム部
２８ 応力付与膜
３０ 閉鎖空間形成用基板
３１ 固定電極
３６ 閉鎖空間
Ｓ１ 流入口側内部空間
Ｓ２ 流出口側内部空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Valve seat formation board 11 Inflow port 12 Outlet 13 Valve seat 15 Recess for flow path 20 Valve body formation board 21 Frame 22 1st diaphragm part 23 Valve body 24 Movable electrode 25 2nd diaphragm part 28 Stress application film | membrane 30 Closure Space forming substrate 31 Fixed electrode 36 Closed space S1 Inlet side internal space S2 Outlet side internal space

Claims (8)

流体の流入口および流出口が厚み方向に貫設され一表面側において流出口の周部に弁座が突設された弁座形成基板と、半導体基板を用いて形成されて弁座形成基板の前記一表面側に固着されるフレームおよびフレームの内側に設けられ弁座形成基板との間に流出口側内部空間を形成する第１のダイヤフラム部および第１のダイヤフラム部の中央部から弁座形成基板側へ突出し流出口を開閉する弁体および弁座形成基板との間に流入口および流出口側内部空間に連通する流入口側内部空間を形成する第２のダイヤフラム部を有する弁体形成基板と、弁体形成基板における弁座形成基板とは反対側に固着され弁体形成基板との間に前記閉鎖空間を形成する閉鎖空間形成用基板と、流出口を開放する向きに弁体を変位させる駆動手段とを備え、駆動手段により弁体を変位させていない状態で流入口側内部空間と閉鎖空間とを仕切る第２のダイヤフラム部が流入口側内部空間に流入した流体の圧力を受けて撓むことによって弁体が流出口を閉止する向きの力である閉止力が作用するマイクロバルブであって、駆動手段により弁体を変位させていない状態における閉止力を増大させるバイアス手段が設けられてなることを特徴とするマイクロバルブ。   A valve seat forming substrate having a fluid inlet and outlet penetrating in the thickness direction and having a valve seat protruding from the periphery of the outlet on one surface side, and a valve seat forming substrate formed using a semiconductor substrate Forming a valve seat from the frame fixed to the one surface side and the center part of the first diaphragm part and the first diaphragm part that forms an outlet side internal space provided between the frame and the valve seat forming substrate provided inside the frame A valve body forming substrate having a second diaphragm portion that forms an inflow port side internal space communicating with the inflow port and the outflow port side internal space between the valve body that protrudes toward the substrate side and opens and closes the outflow port and the valve seat forming substrate And a closed space forming substrate which is fixed to the valve body forming substrate on the opposite side of the valve seat forming substrate and forms the closed space between the valve body forming substrate and the valve body is displaced in a direction to open the outlet. Drive means When the valve body is not displaced by the step, the second diaphragm portion that partitions the inlet side internal space and the closed space receives the pressure of the fluid flowing into the inlet side internal space and bends to cause the valve body to flow. A microvalve on which a closing force, which is a force in a direction to close the outlet, acts, and is provided with biasing means for increasing the closing force when the valve body is not displaced by the driving means. valve. 前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた不純物拡散層からなる可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記バイアス手段は、前記弁体形成基板における前記閉鎖空間形成用基板との対向面側で前記第１のダイヤフラム部と前記フレームにおける前記第１のダイヤフラム部の周辺部とに跨って積層され前記駆動手段により前記弁体を変位させていない状態で前記閉止力が増大するように前記第１のダイヤフラム部に応力を与える応力付与膜からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The driving means includes a movable electrode made of an impurity diffusion layer provided at a central portion of the first diaphragm portion in the valve body forming substrate, a fixed electrode provided on the closed space forming substrate and facing the movable electrode, The valve body is displaced in a direction to open the outlet by an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode when a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode. The biasing unit is stacked across the first diaphragm portion and the peripheral portion of the first diaphragm portion in the frame on the side of the valve body forming substrate facing the closed space forming substrate. 2. A stress applying film that applies stress to the first diaphragm portion so that the closing force increases when the valve body is not displaced by the means. Micro valve according. 前記バイアス手段は、前記第１のダイヤフラム部の周部であって前記フレームに近づくにつれて前記弁座形成基板側へ近づくように断面凹状に形成された部位からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The said biasing means is a peripheral portion of the first diaphragm portion, and comprises a portion formed in a concave section so as to approach the valve seat forming substrate side as it approaches the frame. Micro valve. 前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部とを有し、前記バイアス手段は、圧力調整空間用凹部において前記第２のダイヤフラム部の周部に対応する部位の深さを前記第２のダイヤフラム部の中央部に対応する部位の深さに比べて浅くするように圧力調整空間用凹部の内面に突設された段突起からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The driving means includes a movable electrode provided in a central portion of the first diaphragm portion in the valve body forming substrate, and a fixed electrode provided in the closed space forming substrate and facing the movable electrode. The valve body is displaced in a direction to open the outflow port by an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode when a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode. The substrate is a first concave portion that is formed in a portion facing the first diaphragm portion and secures a displacement space of the first diaphragm portion, and a gap forming concave portion provided with a fixed electrode on the inner bottom surface; A second recess that is formed in a portion facing the second diaphragm portion and secures a displacement space of the second diaphragm portion and is deeper than the first recess, and the valve body formation A communication recess comprising a third recess that allows the gap forming recess and the pressure adjustment space recess to communicate with each other on the side facing the plate, and the biasing means includes the second recess in the pressure adjustment space recess. A step projection protruding from the inner surface of the pressure adjusting space recess so that the depth of the portion corresponding to the peripheral portion of the diaphragm portion is shallower than the depth of the portion corresponding to the central portion of the second diaphragm portion. The microvalve according to claim 1, comprising: 前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記弁体形成基板は、前記第２のダイヤフラム部における前記閉鎖空間形成用基板との対向面に複数の環状の凹溝が同心的に形成され、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部とを有し、前記バイアス手段は、圧力調整空間用凹部の内底面において各凹溝それぞれに対向する各部位から突設された複数の小突起よりなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The driving means includes a movable electrode provided in a central portion of the first diaphragm portion in the valve body forming substrate, and a fixed electrode provided in the closed space forming substrate and facing the movable electrode. The valve body is displaced in a direction to open the outflow port by an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode when a voltage is applied between the valve body and the fixed electrode. In the second diaphragm portion, a plurality of annular concave grooves are concentrically formed on a surface facing the closed space forming substrate, and the closed space forming substrate faces the first diaphragm portion. Formed in a first recess that is formed in a part and secures a displacement space of the first diaphragm part, and in which a fixed electrode is provided on the inner bottom surface, and a part that faces the second diaphragm part A second concave portion that secures a displacement space of the second diaphragm portion and deeper than the first concave portion, and a gap forming concave portion on the side facing the valve element forming substrate, A communication recess comprising a third recess that communicates with the pressure adjustment space recess, and the biasing means protrudes from each portion facing the respective groove on the inner bottom surface of the pressure adjustment space recess. The microvalve according to claim 1, further comprising a plurality of small protrusions. 前記バイアス手段は、前記流出口側内部空間と前記流入口側内部空間との間に形成される流路であって前記流出口側内部空間の圧力が前記流入口側内部空間の圧力に比べて低くなるように圧力損失を生じさせる圧力調整用流路からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The bias means is a flow path formed between the outlet side internal space and the inlet side internal space, and the pressure in the outlet side internal space is higher than the pressure in the inlet side internal space. 2. The microvalve according to claim 1, comprising a pressure adjusting flow path that causes a pressure loss to be lowered. 前記バイアス手段は、前記閉鎖空間に大気圧よりも高い圧力で封入された気体からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   2. The microvalve according to claim 1, wherein the bias means is made of a gas sealed in the closed space at a pressure higher than atmospheric pressure. 前記駆動手段は、前記弁体形成基板において前記第１のダイヤフラム部の中央部に設けられた可動電極と、前記閉鎖空間形成用基板に設けられ可動電極と対向する固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときに可動電極と固定電極との間に発生する静電力によって前記流出口を開放する向きに前記弁体を変位させるものであり、前記閉鎖空間形成用基板は、前記第１のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第１のダイヤフラム部の変位空間を確保する第１の凹部であって内底面に固定電極が設けられたギャップ形成用凹部と、前記第２のダイヤフラム部に対向する部位に形成され前記第２のダイヤフラム部の変位空間を確保する第２の凹部であって第１の凹部よりも深い圧力調整空間用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部と圧力調整空間用凹部とを連通させる第３の凹部からなる連通用凹部と、前記弁体形成基板との対向面側においてギャップ形成用凹部に連続して形成される溝であって固定電極と前記弁体形成基板に重ならない部位に設けられるパッドとを接続する配線が内底面に設けられる配線形成用溝とを有し、前記弁体形成基板と前記閉鎖空間形成用基板とを固着した状態において配線形成用溝により形成される通気路は樹脂により封止され、前記バイアス手段は、前記閉鎖空間に大気圧よりも高い圧力で封入された気体からなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。   The driving means includes a movable electrode provided in a central portion of the first diaphragm portion in the valve body forming substrate, and a fixed electrode provided in the closed space forming substrate and facing the movable electrode. The valve body is displaced in a direction to open the outflow port by an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode when a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode. The substrate is a first concave portion that is formed in a portion facing the first diaphragm portion and secures a displacement space of the first diaphragm portion, and a gap forming concave portion provided with a fixed electrode on the inner bottom surface; A second recess that is formed in a portion facing the second diaphragm portion and secures a displacement space of the second diaphragm portion and is deeper than the first recess, and the valve body formation A communication recess composed of a third recess for communicating the gap forming recess and the pressure adjusting space recess on the surface facing the plate, and the gap forming recess on the surface facing the valve body forming substrate. A wiring for connecting a fixed electrode and a pad provided at a portion that does not overlap the valve body forming substrate, and a wiring forming groove provided on an inner bottom surface of the valve body forming substrate, In the state where the closed space forming substrate is fixed, the air passage formed by the wiring forming groove is sealed with resin, and the bias means is formed from a gas sealed in the closed space at a pressure higher than atmospheric pressure. The microvalve according to claim 1, wherein:
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