JP3158471B2 - たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラム - Google Patents
たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラムInfo
- Publication number
- JP3158471B2 JP3158471B2 JP07834391A JP7834391A JP3158471B2 JP 3158471 B2 JP3158471 B2 JP 3158471B2 JP 07834391 A JP07834391 A JP 07834391A JP 7834391 A JP7834391 A JP 7834391A JP 3158471 B2 JP3158471 B2 JP 3158471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- diaphragm
- light
- movable plate
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Robotics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Diaphragms And Bellows (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械的に物を操作する
アクチュエータに用いるシリコンダイアフラムに関し、
特に医療、バイオ、その他の産業の分野で、生体組織、
機械要素等比較的に小型のもの、例えば内視鏡、カテー
テル、細胞操作マニュピュレータ、狭所作業用ロボット
のマニュピュレータを操作するためのアクチュエータに
用いるシリコンダイアフラムに関するものであり、更に
本発明は、圧力センサや力センサ等の圧力検出用として
も利用できるシリコンダイアフラムに関するものであ
る。
アクチュエータに用いるシリコンダイアフラムに関し、
特に医療、バイオ、その他の産業の分野で、生体組織、
機械要素等比較的に小型のもの、例えば内視鏡、カテー
テル、細胞操作マニュピュレータ、狭所作業用ロボット
のマニュピュレータを操作するためのアクチュエータに
用いるシリコンダイアフラムに関するものであり、更に
本発明は、圧力センサや力センサ等の圧力検出用として
も利用できるシリコンダイアフラムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】これまで三次元モードの運動を自由に生
成するアクチュエータとしてエアー駆動のアクチュエー
タが提案され（「マイクロマニュピュレータの開発
（１）」、鈴森等、第６回日本ロボット学会学術講演会
予稿集、ＰＰ２７５、２７６、昭和６３年１０月）てい
る。この刊行物に記載されたものは、横断面に３つの圧
力室を持つＦＲＲの成形品に、３本のチューブを通じて
各圧力室にエアーを給、排することで圧力を加減し作動
させるアクチュエータであり、各圧力室の内圧制御をす
ることにより３次元モードの運動を自由に生成すること
ができる。
成するアクチュエータとしてエアー駆動のアクチュエー
タが提案され（「マイクロマニュピュレータの開発
（１）」、鈴森等、第６回日本ロボット学会学術講演会
予稿集、ＰＰ２７５、２７６、昭和６３年１０月）てい
る。この刊行物に記載されたものは、横断面に３つの圧
力室を持つＦＲＲの成形品に、３本のチューブを通じて
各圧力室にエアーを給、排することで圧力を加減し作動
させるアクチュエータであり、各圧力室の内圧制御をす
ることにより３次元モードの運動を自由に生成すること
ができる。
【０００３】また形状記憶合金を利用したアクチュエー
タも提案されているが（「形状記憶合金アクチュエータ
の開発」、広瀬、日本ロボット学会誌、Ｎｏｌ．５、Ｐ
Ｐ３〜１７、１９８７年）、この刊行物に記載されたも
のは、立体的に配置された複数個の形状記憶合金にそれ
ぞれ独立に電気を流すことにより発熱、変形させ作動さ
せるアクチュエータであり、各々の形状記憶合金に流す
電流を制御することにより３次元モードの運動を自由に
生成することが可能である。例として内視鏡に適用した
例が説明されている。
タも提案されているが（「形状記憶合金アクチュエータ
の開発」、広瀬、日本ロボット学会誌、Ｎｏｌ．５、Ｐ
Ｐ３〜１７、１９８７年）、この刊行物に記載されたも
のは、立体的に配置された複数個の形状記憶合金にそれ
ぞれ独立に電気を流すことにより発熱、変形させ作動さ
せるアクチュエータであり、各々の形状記憶合金に流す
電流を制御することにより３次元モードの運動を自由に
生成することが可能である。例として内視鏡に適用した
例が説明されている。
【０００４】更にダイアフラム膜を変位させてマイクロ
ポンプを駆動するアクチュエータが提案されている（ト
ランスデューサ ８９「Thermo Pneumatic Micor Pump
Based on Micorengineering Technigue 」）この刊行物
に記載されたものは、電気ヒータによりダイアフラム内
部を加熱し、ダイアフラム膜を変位させてその左右に設
けた一方向弁により流体を吐出するようにしたマイクロ
ポンプである。
ポンプを駆動するアクチュエータが提案されている（ト
ランスデューサ ８９「Thermo Pneumatic Micor Pump
Based on Micorengineering Technigue 」）この刊行物
に記載されたものは、電気ヒータによりダイアフラム内
部を加熱し、ダイアフラム膜を変位させてその左右に設
けた一方向弁により流体を吐出するようにしたマイクロ
ポンプである。
【０００５】ところで、前記第１刊行物記載のアクチュ
エータにあっては、アクチュエータの微小化を図ろうと
すると、各圧力室内にエアーを供給するチューブ内では
エアーの慣性力よりも粘性力が支配的になり、粘性抵抗
により各圧力室内にエアーを供給することが困難となり
アクチュエータが作動しなくなるという問題が発生し、
超小型化をすることは無理である。また第２刊行物記載
のアクチュエータはそれを実際に生体内に使用した場
合、アクチュエータから電気が漏れると生体に障害をも
たらし安全性に問題があることが考えられる。更に第３
刊行物に記載されたものは、ポンプによる１回の吐出量
がダイアフラム膜の曲げ量によってきまるので、ポンプ
の吐出量を上げようとすると駆動周波数を上げる必要が
ある。しかし、駆動周波数を上げるには原理的に問題が
ある上、吐出量の大きなマイクロポンプ構成には適さな
いという問題がある。
エータにあっては、アクチュエータの微小化を図ろうと
すると、各圧力室内にエアーを供給するチューブ内では
エアーの慣性力よりも粘性力が支配的になり、粘性抵抗
により各圧力室内にエアーを供給することが困難となり
アクチュエータが作動しなくなるという問題が発生し、
超小型化をすることは無理である。また第２刊行物記載
のアクチュエータはそれを実際に生体内に使用した場
合、アクチュエータから電気が漏れると生体に障害をも
たらし安全性に問題があることが考えられる。更に第３
刊行物に記載されたものは、ポンプによる１回の吐出量
がダイアフラム膜の曲げ量によってきまるので、ポンプ
の吐出量を上げようとすると駆動周波数を上げる必要が
ある。しかし、駆動周波数を上げるには原理的に問題が
ある上、吐出量の大きなマイクロポンプ構成には適さな
いという問題がある。
【０００６】このようなことから、本発明者らは先に、
生体中に使用した場合でも安全であり、また超小型化も
可能な新規のアクチュエータを提案した（特願平２−２
５６４００）。この新規のアクチュエータ５０は図８、
図９に示すように少なくとも一部が内部の圧力上昇に伴
って膨らむ薄膜５１で囲まれた内空間５３と、該内空間
５３内に封入されたフロン１１のような熱膨張性流体
（気体）と、該内空間５３内に配置されたカーボンファ
イバーのような光−熱変換物質５４と、該内空間５３内
に光を導入する光導体５５とを備えており、光導体５５
が内空間５３に光を与えると、光−熱変換物質５４が発
熱し、これにより内空間５３の流体（気圧）が膨張す
る。すると内空間５３の圧力が上昇して薄膜５１が膨ら
む。この膨らみによるアクチュエータの変形で、物５６
（図９参照）をある方向に操作することができる。光導
体５５の光が途絶えると、光−熱変換物質５４の発熱が
停止し、アクチュエータが放熱により冷えるに従って内
空間５３の内圧が低下しこれに伴って薄膜５１が収縮す
る。この収縮により物５６が前記ある方向とは逆の方向
に戻る。
生体中に使用した場合でも安全であり、また超小型化も
可能な新規のアクチュエータを提案した（特願平２−２
５６４００）。この新規のアクチュエータ５０は図８、
図９に示すように少なくとも一部が内部の圧力上昇に伴
って膨らむ薄膜５１で囲まれた内空間５３と、該内空間
５３内に封入されたフロン１１のような熱膨張性流体
（気体）と、該内空間５３内に配置されたカーボンファ
イバーのような光−熱変換物質５４と、該内空間５３内
に光を導入する光導体５５とを備えており、光導体５５
が内空間５３に光を与えると、光−熱変換物質５４が発
熱し、これにより内空間５３の流体（気圧）が膨張す
る。すると内空間５３の圧力が上昇して薄膜５１が膨ら
む。この膨らみによるアクチュエータの変形で、物５６
（図９参照）をある方向に操作することができる。光導
体５５の光が途絶えると、光−熱変換物質５４の発熱が
停止し、アクチュエータが放熱により冷えるに従って内
空間５３の内圧が低下しこれに伴って薄膜５１が収縮す
る。この収縮により物５６が前記ある方向とは逆の方向
に戻る。
【０００７】このようにして上記アクチュエータは光照
射（光オン）／非照射（光オフ）で動作するので、アク
チュエータには電気配線はなく、光ファイバなどの光導
体を配線すればよい。従って電気配線によるトラブルは
生じないし、アクチュエータ自身また光導体を、マクロ
オーダ等の極微小体に形成することができる。
射（光オン）／非照射（光オフ）で動作するので、アク
チュエータには電気配線はなく、光ファイバなどの光導
体を配線すればよい。従って電気配線によるトラブルは
生じないし、アクチュエータ自身また光導体を、マクロ
オーダ等の極微小体に形成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記アク
チュエータは電気配線が不要であるため極めて安全性が
高く、またアクチュエータ全体を極微小体に構成するこ
とが可能であるという優れた利点を有しているもののア
クチュエータの作動量が少ないと言う問題がある。即
ち、アクチュエータの作動体をシリコンダイアフラムの
薄膜平板で構成し、この薄膜平板の曲げによって、可動
力を得るようにしているため、実際の変位は薄膜平板の
曲げにより得られる変位量でしかなく、このため変位量
が少なく、図９中に示すように、物５６を動かそうとす
ると充分な動き（開閉距離）が得られないという問題が
ある。また可動距離を大きくしようとして無理に大きな
力を加えると薄膜に大きな応力が発生し、薄膜自身が破
損してしまうという問題がある。
チュエータは電気配線が不要であるため極めて安全性が
高く、またアクチュエータ全体を極微小体に構成するこ
とが可能であるという優れた利点を有しているもののア
クチュエータの作動量が少ないと言う問題がある。即
ち、アクチュエータの作動体をシリコンダイアフラムの
薄膜平板で構成し、この薄膜平板の曲げによって、可動
力を得るようにしているため、実際の変位は薄膜平板の
曲げにより得られる変位量でしかなく、このため変位量
が少なく、図９中に示すように、物５６を動かそうとす
ると充分な動き（開閉距離）が得られないという問題が
ある。また可動距離を大きくしようとして無理に大きな
力を加えると薄膜に大きな応力が発生し、薄膜自身が破
損してしまうという問題がある。
【０００９】そこで、本発明は可動部であるシリコンダ
イアフラムの薄膜にダイアフラム製造段階で、意図的に
たわみを持たせるようにして、ダイアフラムの可動距離
を大きくし、上記種々の問題を解決しようとするもので
ある。
イアフラムの薄膜にダイアフラム製造段階で、意図的に
たわみを持たせるようにして、ダイアフラムの可動距離
を大きくし、上記種々の問題を解決しようとするもので
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、本体
と、この本体の一端に設けられた可動板とからなるシリ
コンダイアフラムにおいて、前記可動板は熱膨張率の異
なる２つ以上の材料を積層して構成し、前記可動板のた
わみが形成される部分に接する全てのシリコン基板をエ
ッチングにより除去し、前記積層した各材料間に生じる
残留応力の差により可動板に初期状態から前記たわみが
形成されるようにし、該たわみが形成される部分が可動
してアクチュエ−タを作動するようにしてなるもので、
これを課題を解決するための手段とするものである。
と、この本体の一端に設けられた可動板とからなるシリ
コンダイアフラムにおいて、前記可動板は熱膨張率の異
なる２つ以上の材料を積層して構成し、前記可動板のた
わみが形成される部分に接する全てのシリコン基板をエ
ッチングにより除去し、前記積層した各材料間に生じる
残留応力の差により可動板に初期状態から前記たわみが
形成されるようにし、該たわみが形成される部分が可動
してアクチュエ−タを作動するようにしてなるもので、
これを課題を解決するための手段とするものである。
【００１１】
【作用】材料としてのシリコン基板を準備し、シリコン
基板両面に熱酸化処理により酸化膜を形成する。次に片
面の酸化膜上にスパッタによりＮｉＣｒＳｉの金属膜を
形成する。以上の酸化膜、金属膜形成工程中に材料の違
い及び工程の条件により酸化膜（薄膜３に相当）及びＮ
ｉＣｒＳｉ膜（薄膜２に相当）にそれぞれ引張と圧縮の
応力が発生する。このような状態でシリコン基板裏面の
酸化膜にパターニングし、アルカリ溶液による異方性エ
ッチングにより酸化膜をエッチストップ層としてウェッ
トエッチングを行なうと、ダイアフラム形状と共に前記
薄膜２、３内の応力の作用によりたわみをもったメンブ
レンが形成される。
基板両面に熱酸化処理により酸化膜を形成する。次に片
面の酸化膜上にスパッタによりＮｉＣｒＳｉの金属膜を
形成する。以上の酸化膜、金属膜形成工程中に材料の違
い及び工程の条件により酸化膜（薄膜３に相当）及びＮ
ｉＣｒＳｉ膜（薄膜２に相当）にそれぞれ引張と圧縮の
応力が発生する。このような状態でシリコン基板裏面の
酸化膜にパターニングし、アルカリ溶液による異方性エ
ッチングにより酸化膜をエッチストップ層としてウェッ
トエッチングを行なうと、ダイアフラム形状と共に前記
薄膜２、３内の応力の作用によりたわみをもったメンブ
レンが形成される。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例を
説明する。図１、図２は本実施例のシリコンダイアフラ
ムの構成を示す断面図であり、図３は本実施例のシリコ
ンダイアフラムを使用したアクチュエータの断面図であ
る。図１において、シリコンダイアフラム１は本体７と
この本体の一端側に設けられた薄膜２、３からなる可動
板とから構成されている。薄膜２、３からなる可動板
（以下メンブレンという）は膨張率の異なる材料からな
る薄膜２及び薄膜３の２層構造になっている。また薄膜
２の内部には残留引張応力４が、また薄膜３の内部には
残留圧縮応力５が発生するように製造されている。以上
の構成により薄膜２及び薄膜３からなるシリコンダイア
フラム１のメンブレンには予め図２に示すようになたわ
みが形成されている。
説明する。図１、図２は本実施例のシリコンダイアフラ
ムの構成を示す断面図であり、図３は本実施例のシリコ
ンダイアフラムを使用したアクチュエータの断面図であ
る。図１において、シリコンダイアフラム１は本体７と
この本体の一端側に設けられた薄膜２、３からなる可動
板とから構成されている。薄膜２、３からなる可動板
（以下メンブレンという）は膨張率の異なる材料からな
る薄膜２及び薄膜３の２層構造になっている。また薄膜
２の内部には残留引張応力４が、また薄膜３の内部には
残留圧縮応力５が発生するように製造されている。以上
の構成により薄膜２及び薄膜３からなるシリコンダイア
フラム１のメンブレンには予め図２に示すようになたわ
みが形成されている。
【００１３】以上のように構成されたシリコンダイアフ
ラム１を図３に示すように組み立て、新規のアクチュエ
ータ５０を構成した例を説明する。このアクチュエータ
は図３に示すように少なくとも一部が内部の圧力上昇に
伴って膨らむ薄膜２、３の２層で構成された可動板で囲
まれた内空間と、該内空間内に封入されたフロン１１の
ような熱膨張性流体（気体）と、該内空間内に配置され
たカーボンファイバーのような光−熱変換物質と、該内
空間内に光を導入する光ファイバーのような光導体とを
備えている。薄膜２及び薄膜３からなるシリコンダイア
フラム１のメンブレン（可動板）には前記したように予
めたわみが形成されている。
ラム１を図３に示すように組み立て、新規のアクチュエ
ータ５０を構成した例を説明する。このアクチュエータ
は図３に示すように少なくとも一部が内部の圧力上昇に
伴って膨らむ薄膜２、３の２層で構成された可動板で囲
まれた内空間と、該内空間内に封入されたフロン１１の
ような熱膨張性流体（気体）と、該内空間内に配置され
たカーボンファイバーのような光−熱変換物質と、該内
空間内に光を導入する光ファイバーのような光導体とを
備えている。薄膜２及び薄膜３からなるシリコンダイア
フラム１のメンブレン（可動板）には前記したように予
めたわみが形成されている。
【００１４】光導体が内空間に光を与えると、光−熱変
換物質が発熱し、これにより内空間の流体（気圧）が膨
張する。すると内空間の圧力が上昇して薄膜が膨らむ。
この時、可動部であるシリコンダイアフラムのメンブレ
ンにはダイアフラム製造段階で、意図的にたわみを持た
せるように構成してあるため、ダイアフラムの可動距離
が大きくなり、この大きな変形によってアクチュエータ
の作動量を大きくすることができる。光導体の光が途絶
えると、光−熱変換物質の発熱が停止し、アクチュエー
タが放熱により冷えるに従って内空間の内圧が低下しこ
れに伴って薄膜が収縮する。この収縮により物が前記あ
る方向とは逆の方向に戻る。
換物質が発熱し、これにより内空間の流体（気圧）が膨
張する。すると内空間の圧力が上昇して薄膜が膨らむ。
この時、可動部であるシリコンダイアフラムのメンブレ
ンにはダイアフラム製造段階で、意図的にたわみを持た
せるように構成してあるため、ダイアフラムの可動距離
が大きくなり、この大きな変形によってアクチュエータ
の作動量を大きくすることができる。光導体の光が途絶
えると、光−熱変換物質の発熱が停止し、アクチュエー
タが放熱により冷えるに従って内空間の内圧が低下しこ
れに伴って薄膜が収縮する。この収縮により物が前記あ
る方向とは逆の方向に戻る。
【００１５】上記アクチュエータは光照射（光オン）／
非照射（光オフ）で動作するので、アクチュエータには
電気配線はなく、光ファイバなどの光導体を配線すれば
よい。従って電気配線によるトラブルは生じないし、ア
クチュエータ自身また光導体を、マクロオーダ等の極微
小体に形成することができる。またダイアフラムの可動
距離を大きくすることができる。
非照射（光オフ）で動作するので、アクチュエータには
電気配線はなく、光ファイバなどの光導体を配線すれば
よい。従って電気配線によるトラブルは生じないし、ア
クチュエータ自身また光導体を、マクロオーダ等の極微
小体に形成することができる。またダイアフラムの可動
距離を大きくすることができる。
【００１６】続いて、図４に基づいて本発明のシリコン
ダイアフラムの製造工程を説明する。 （１）材料としてのシリコン基板を準備し、 （２）シリコン基板両面に熱酸化処理により酸化膜を形
成する。 （３）次に片面の酸化膜上にスパッタによりＮｉＣｒＳ
ｉの金属膜を形成する。 以上の工程中、材料の違い及び工程の条件により酸化膜
（薄膜３に相当）及びＮｉＣｒＳｉ膜（薄膜２に相当）
にそれぞれ圧縮と引張の応力が発生する。 （４）その後裏面の酸化膜にパターニングし、 （５）アルカリ溶液による異方性エッチングにより酸化
膜をエッチストップ層としてウェットエッチングを行な
う （６）上記（１）〜（５）の工程によりダイアフラム形
状が作られると共にメンブレンにたわみが形成される。
ダイアフラムの製造工程を説明する。 （１）材料としてのシリコン基板を準備し、 （２）シリコン基板両面に熱酸化処理により酸化膜を形
成する。 （３）次に片面の酸化膜上にスパッタによりＮｉＣｒＳ
ｉの金属膜を形成する。 以上の工程中、材料の違い及び工程の条件により酸化膜
（薄膜３に相当）及びＮｉＣｒＳｉ膜（薄膜２に相当）
にそれぞれ圧縮と引張の応力が発生する。 （４）その後裏面の酸化膜にパターニングし、 （５）アルカリ溶液による異方性エッチングにより酸化
膜をエッチストップ層としてウェットエッチングを行な
う （６）上記（１）〜（５）の工程によりダイアフラム形
状が作られると共にメンブレンにたわみが形成される。
【００１７】図５に熱駆動型マイクロアクチュエータに
応用した場合の動作について従来品と本実施品との差異
を示す。熱駆動型マイクロアクチュエータの構成は、ダ
イアフラム２個を接合しカプセルを構成したものの内部
に光−熱変換物質及び作動流体が封入され、一端より光
ファイバーが挿入されている。光ファイバーより光が投
入されると、光が光−熱変換物質に当たり熱に変換され
る。変換された熱が内部作動流体を加熱し作動流体が液
状から気体に相変化することでカプセル内部圧を高めメ
ンブレンに変位を発生させる。この時のメンブレンの変
位量がアクチュエータの可動距離に相当するが、従来品
ではたわみの無いダイアフラム膜の曲げによる変形であ
るため僅かな変位１２しか得られない。しかし本発明に
よれば、変位はメンブレンに形成されたたわみの変形に
よるものでたわみ量がそのまま変位１３として大きくと
ることができる。
応用した場合の動作について従来品と本実施品との差異
を示す。熱駆動型マイクロアクチュエータの構成は、ダ
イアフラム２個を接合しカプセルを構成したものの内部
に光−熱変換物質及び作動流体が封入され、一端より光
ファイバーが挿入されている。光ファイバーより光が投
入されると、光が光−熱変換物質に当たり熱に変換され
る。変換された熱が内部作動流体を加熱し作動流体が液
状から気体に相変化することでカプセル内部圧を高めメ
ンブレンに変位を発生させる。この時のメンブレンの変
位量がアクチュエータの可動距離に相当するが、従来品
ではたわみの無いダイアフラム膜の曲げによる変形であ
るため僅かな変位１２しか得られない。しかし本発明に
よれば、変位はメンブレンに形成されたたわみの変形に
よるものでたわみ量がそのまま変位１３として大きくと
ることができる。
【００１８】最後に図６、図７に、本発明によって製作
したダイアフラム膜形状を測定した等高線図及び３次元
形状を示す。これによれば４００ミリ角のメンブレンが
中央を最大変位をとり山状にたわんでいるのが分かる。
またこの場合最大変位１３は中央付近で４〜７μ程度発
生している。
したダイアフラム膜形状を測定した等高線図及び３次元
形状を示す。これによれば４００ミリ角のメンブレンが
中央を最大変位をとり山状にたわんでいるのが分かる。
またこの場合最大変位１３は中央付近で４〜７μ程度発
生している。
【００１９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば次のような優れた効果を奏することができる。 イ．従来のシリコンダイアフラムを用いた熱操作型アク
チュエータにおいてはメンブレンの可動距離は薄膜平板
の曲げにより得られる変位量しか得られず、また平板の
曲げによる変位量が少ない上に、変位量に対し大きな応
力が薄膜平板に加わるためメンブレンの破損をも引き起
こす可能性があるのに対して、本発明では可動部である
シリコンダイアフラムの薄膜に意図的にたわみをもたせ
ることで、薄膜平板の曲げだけによる変位から薄膜のた
わみを利用した変位となり、可動距離を大きくとること
ができる。 ロ．また薄膜のたわみには、多層の材料間の残留応力が
あり、この残留応力によりダイアフラムのメンブレンが
変形（変位）した場合、その変形をもとにもどそうとす
る一種のバイアスバネの効果が発生する。これによりア
クチュエータとしての応答速度を向上させることができ
る。
ば次のような優れた効果を奏することができる。 イ．従来のシリコンダイアフラムを用いた熱操作型アク
チュエータにおいてはメンブレンの可動距離は薄膜平板
の曲げにより得られる変位量しか得られず、また平板の
曲げによる変位量が少ない上に、変位量に対し大きな応
力が薄膜平板に加わるためメンブレンの破損をも引き起
こす可能性があるのに対して、本発明では可動部である
シリコンダイアフラムの薄膜に意図的にたわみをもたせ
ることで、薄膜平板の曲げだけによる変位から薄膜のた
わみを利用した変位となり、可動距離を大きくとること
ができる。 ロ．また薄膜のたわみには、多層の材料間の残留応力が
あり、この残留応力によりダイアフラムのメンブレンが
変形（変位）した場合、その変形をもとにもどそうとす
る一種のバイアスバネの効果が発生する。これによりア
クチュエータとしての応答速度を向上させることができ
る。
【図１】本発明の実施例としてのシリコンダイアフラム
の構成を示す断面図である。
の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例としてのメンブレンにおける残
留応力とそれによるたわみのメカニズムを示す断面図で
ある。
留応力とそれによるたわみのメカニズムを示す断面図で
ある。
【図３】本実施例のシリコンダイアフラムを使用したア
クチュエータの断面図である。
クチュエータの断面図である。
【図４】本実施例のシリコンダイアフラムの製造工程の
説明図である。
説明図である。
【図５】熱駆動型マイクロアクチュエータにおける本発
明と従来品との比較説明図である。
明と従来品との比較説明図である。
【図６】本発明のダイアフラムの膜形状を変位計により
測定した等高線図である。
測定した等高線図である。
【図７】本発明のダイアフラムの膜形状を変位計により
測定した３次元形状図である。
測定した３次元形状図である。
【図８】従来のシリコンダイアフラムを熱駆動型マイク
ロアクチュエータに応用した断面図である。
ロアクチュエータに応用した断面図である。
【図９】従来のシリコンダイアフラムを熱駆動型マイク
ロアクチュエータに応用した時の作動図である。
ロアクチュエータに応用した時の作動図である。
１ シリコンダイアフラム ２ 薄膜（膨張率大） ３ 薄膜（膨張率小） ４ 圧縮応力 ５ 引張応力 ６ たわみ ７ 本体 ８ 光−熱変換物質（カーボンファイバー） ９ 光導体（光ファイバー） １０ 作動流体（フロン） １１ 光（レーザー光） １２ 変位 １３ 変位
フロントページの続き (72)発明者 中島 尚正 東京都調布市深大寺東町６−39−９ (56)参考文献 特開 平２−17677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−79382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 3/02 B81B 3/00 F03G 7/06 H01L 29/84
Claims (1)
- 【請求項１】 本体と、この本体の一端に設けられた可
動板とからなるシリコンダイアフラムにおいて、前記可
動板は熱膨張率の異なる２つ以上の材料を積層して構成
し、前記可動板のたわみが形成される部分に接する全て
のシリコン基板をエッチングにより除去し、前記積層し
た各材料間に生じる残留応力の差により可動板に初期状
態から前記たわみが形成されるようにし、該たわみが形
成される部分が可動してアクチュエ−タを作動すること
を特徴とするたわみのある可動板を有するシリコンダイ
アフラム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07834391A JP3158471B2 (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラム |
| US07/851,526 US5210817A (en) | 1991-03-19 | 1992-03-16 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07834391A JP3158471B2 (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04290679A JPH04290679A (ja) | 1992-10-15 |
| JP3158471B2 true JP3158471B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=13659344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07834391A Expired - Fee Related JP3158471B2 (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5210817A (ja) |
| JP (1) | JP3158471B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5671905A (en) * | 1995-06-21 | 1997-09-30 | Hopkins, Jr.; Dean A. | Electrochemical actuator and method of making same |
| JP3946178B2 (ja) | 2003-09-05 | 2007-07-18 | 松下電器産業株式会社 | マイクロポンプ用逆止弁装置およびその製造方法 |
| JP2007103550A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | プラズマエッチング加工方法 |
| CN110308514B (zh) * | 2019-07-26 | 2021-01-26 | 南京邮电大学 | 基于光波导结构的微驱动器 |
| CN110426864A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-11-08 | 南京邮电大学 | 基于表面等离子体激元波导结构的微驱动器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0657267B2 (ja) * | 1988-11-21 | 1994-08-03 | 敬 森 | 光浴槽 |
| EP0372867B1 (en) * | 1988-12-06 | 1994-06-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical fiber-containing insulators and process for producing same |
| US5061026A (en) * | 1990-08-23 | 1991-10-29 | Clarke's Sheet Metal, Inc. | Light rod assembly for spark detection system |
| US5101470A (en) * | 1991-04-10 | 1992-03-31 | Alliant Techsystems Inc. | Fiber optic light sensor for safing and arming a fuze |
-
1991
- 1991-03-19 JP JP07834391A patent/JP3158471B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-16 US US07/851,526 patent/US5210817A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5210817A (en) | 1993-05-11 |
| JPH04290679A (ja) | 1992-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1221180B1 (en) | Electroactive polymers | |
| US6583533B2 (en) | Electroactive polymer electrodes | |
| US6940211B2 (en) | Electroactive polymers transducers and actuators | |
| JP2620421B2 (ja) | 集積圧力／流れ調節装置 | |
| US7049732B2 (en) | Electroactive polymers | |
| EP1212800B1 (en) | Electroactive polymer generators | |
| US6545384B1 (en) | Electroactive polymer devices | |
| JP5121188B2 (ja) | 圧力制御弁、圧力制御弁の製造方法、及び圧力制御弁を搭載した燃料電池システム | |
| JP3158471B2 (ja) | たわみのある可動板を有するシリコンダイアフラム | |
| JP3130483B2 (ja) | マイクロポンプ | |
| JP2926605B2 (ja) | 熱操作によるアクチュエータ | |
| Hsu et al. | A two-way membrane-type micro-actuator with continuous deflections | |
| JP2000246676A (ja) | 半導体マイクロアクチュエータ及び半導体マイクロバルブ及び半導体マイクロリレー | |
| JP2852326B2 (ja) | ダイヤフラム | |
| JP2000220766A (ja) | 半導体マイクロバルブ及びその製造方法 | |
| Knopf | Optically driven shape memory alloy microactuators | |
| JP2004176802A (ja) | マイクロバルブ | |
| JPH06120578A (ja) | 厚膜アクチュエータ | |
| JPH05306677A (ja) | アクチュエータ | |
| JP2002156515A (ja) | 可変形状鏡 | |
| JPH07248062A (ja) | ダイアフラムの製造方法およびダイアフラム板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000307 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010116 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |