JP3976571B2 - 電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを実装した電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、流量、圧力制御機器、分析装置、等の幅広い産業分野において、電子式流体制御装置が用いられているが、電子式流体制御装置を構成するバルブやセンサ等が大型であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical System(s))規格、すなわちマイクロエレクトロニクスとマイクロマシニングを統合する技術体系として、マイクロチップバルブ(厚さ2mm×幅6mm×長さ6mm)が気体、液体の両方用に開発され、またマイクロチップセンサも高集積化(厚さlmm×幅2mm×長さ2mm)され、高感度検出及び高い耐久性を有しているが、これらのマイクロチップを流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができなかった。
【0004】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブやマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることが可能な電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【0006】
請求項1に記載の発明は、第1の基板と第2の基板とを接合した積層構造であり、
第1の基板は、溝と、この溝に連通する入口側及び出口側の孔と、を有し、
第2の基板は、対応する前記入口側の孔と前記出口側の孔との間に、上流側に前記溝に連通する一対の孔を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を有し、
さらに、上流側の前記溝に連通する一対の孔を囲む取付溝を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を囲む取付溝を有し、
前記上流側の取付溝にマイクロチップバルブを取り付け、前記下流側の取付溝にマイクロチップセンサを取り付け、
前記溝と前記孔とにより入口と出口とを有するモジュール流体流路を形成し、
前記モジュール流体流路に前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを備えることを特徴とする電子式高集積化モジュールである。
【0007】
この請求項1に記載の発明によれば、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路を形成し、モジュール流体流路にマイクロチップバルブとマイクロチップセンサを備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサをモジュール流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電子式高集積化モジュールを、入口流路と出口流路とを有するベースの凹部に嵌合して組み付け、
前記電子式高集積化モジュールの入口を前記入口流路と連通し、出口を前記出口流路と連通し、
前記ベースの凹部に組み付けた前記電子式高集積化モジュールを覆うように、前記ベースに前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを制御する制御部を実装する電子回路基板を備えることを特徴とする電子式流体制御装置である。
【0009】
この請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の電子式高集積化モジュールをベースの凹部に嵌合して組み付け、電子回路基板により電子式高集積化モジュールを覆うように備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の電子式高集積化モジュール及び電子式流体制御装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の断面図、図2は電子式高集積化モジュールの下基板の平面図、図3は電子式高集積化モジュールの上基板の平面図、図4はベースの平面図、図5は図4のIV−IV線に沿う断面図である。
【0012】
この実施の形態の電子式流体制御装置1は、電子式高集積化モジュール2、ベース3、電子回路基板4を備えている。電子式高集積化モジュール2は、例えばガラス板で形成された第1の下基板20と第2の上基板21とを有している。
【0013】
下基板20には、溝20a1,20a2と孔20b1,20b2がレーザー、切削、研磨加工やエッチングなどで微細に形成され、溝20a2は途中に絞り部20a21を有する。
【0014】
上基板21には、取付溝21a1,21a2,21a3と孔21b11,21b12,21b2,21b3がレーザー、切削、研磨加工やエッチングなどで微細に形成されている。
【0015】
この下基板20と上基板21とを、熱融合又は接着し、基板を接合して積層構造とし、入口20cと出口20dとを有するモジュール流体流路Aを形成する。
【0016】
上基板21の取付溝21a1には、マイクロチップバルブ5が組み付けられ、取付溝21a2には、第1のマイクロチップ圧力センサ6が組付けられ、取付溝21a3には、第2のマイクロチップ圧力センサ7が組付けられ、モジュール流体流路Aにマイクロチップバルブ5と第1のマイクロチップ圧力センサ6と第2のマイクロチップ圧力センサ7とを備える。
【0017】
マイクロチップバルブ5は、例えば、MEMS規格のマイクロチップバルブ(厚さ2mm×幅6mm×長さ6mm)が用いられ、また第1のマイクロチップ圧力センサ6と第2のマイクロチップ圧力センサ7も高集積化(厚さlmm×幅2mm×長さ2mm)され、高感度検出及び高い耐久性を有している。
【0018】
第1のマイクロチップ圧力センサ6は、絞り部20a21の上流側に設けられ、第2のマイクロチップ圧力センサ7は、絞り部20a21の上流側に設けられている。
【0019】
マイクロチップバルブ5、第1のマイクロチップ圧力センサ6及び第2のマイクロチップ圧力センサ7は、それぞれ取付溝21a1、取付溝21a2、取付溝21a3に形成された接着剤注入部21a11、21a21、21a31から接着剤を注入して接着される。
【0020】
この実施の形態では、下基板20と上基板21とで2段の積層構造であるが、これに限定されず、3段、4段あるいは、さらに複数の基板を接合して積層構造とし、立体的なモジュール流体流路Aを有する電子式流体高集積化モジュール2としてもよい。
【0021】
この電子式流体高集積化モジュール2は、ベース3の凹部3aに嵌合し、凹部3aにねじ止めされて着脱可能であるが、ワンタッチで嵌め込み着脱可能にしてもよい。ベース3には、入口流路3bと出口流路3cとを有し、入口流路3bはベース3の一方の側部から凹部3aに開口し、出口流路3cはベース3の他方の側部から凹部3aに開口している。
【0022】
電子式高集積化モジュール2は、ベース3の凹部3aに組付けることで、電子式高集積化モジュール2の入口20cが入口流路3bと連通し、出口20dが出口流路3cと連通する。この入口20cと入口流路3bとの連通部は、シール材30によりシールされ、出口20dと出口流路3cとの連通部は、シール材30によりシールされている。
【0023】
このベース3には、電子回路基板4が2段に備えられ、この電子回路基板4の両面には、IC等の電子部品8が実装されている。電子部品8により構成される制御部Cは、第1のマイクロチップ圧力センサ6と第2のマイクロチップ圧力センサ7からの流体圧力情報に基づき演算処理をして、マイクロチップバルブ5を所定の流量になるようにフィードバック制御を行なう。このように、電子式流体制御装置1はマスフローコントローラとして用いられる。
【0024】
図6は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の他の実施の形態の断面図である。この実施の形態では、電子式流体高集積化モジュール2のモジュール流体流路Aに、1個のマイクロチップ圧力センサ9を備え、このマイクロチップ圧力センサ9から得られる流体圧力に基づいてマイクロチップバルブ5を所定の圧力になるように制御し、電子式流体制御装置1はレギュレータとして用いられる。
【0025】
このように、図1乃至図5に示す電子式流体制御装置1はマスフローコントローラとして用い、図6に示す電子式流体制御装置1はレギュレータとして用いており、これらは制御が異なるだけで同じ部品で構成し、部品の共通化を図り、低コストにしている。
【0026】
また、電子式高集積化モジュール2は、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路Aを形成し、モジュール流体流路Aにマイクロチップバルブとマイクロチップ圧力センサ等のマイクロチップを備えることで、マイクロチップをモジュール流体流路Aに、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップを使用することにより拡張機能を備え、かつ流量、圧力制御機器、分析装置、等の幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【0027】
【発明の効果】
前記したように、請求項1に記載の発明では、複数の基板を接合して積層構造とし、モジュール流体流路を形成し、モジュール流体流路にマイクロチップバルブとマイクロチップセンサを備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサをモジュール流体流路に、簡単かつ高精度に組み付けることができ、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【0028】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の電子式高集積化モジュールをベースの凹部に嵌合して組み付け、電子回路基板により電子式高集積化モジュールを覆うように備えることで、マイクロチップバルブとマイクロチップセンサを使用することにより拡張機能を備え、かつ幅広い産業分野のアプリケーションを小型化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の断面図である。
【図2】電子式高集積化モジュールの下基板の平面図である。
【図3】電子式高集積化モジュールの上基板の平面図である。
【図4】ベースの平面図である。
【図5】図4のIV−IV線に沿う断面図である。
【図6】電子式高集積化モジュールを備える電子式流体制御装置の他の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
1 電子式流体制御装置
2 電子式高集積化モジュール
3 ベース
4 電子回路基板
5 マイクロチップバルブ
6 第1のマイクロチップ圧力センサ
7 第2のマイクロチップ圧力センサ
20 下基板
21 上基板
A モジュール流体流路
C 制御部
Claims (2)
- 第1の基板と第2の基板とを接合した積層構造であり、
第1の基板は、溝と、この溝に連通する入口側及び出口側の孔と、を有し、
第2の基板は、対応する前記入口側の孔と前記出口側の孔との間に、上流側に前記溝に連通する一対の孔を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を有し、
さらに、上流側の前記溝に連通する一対の孔を囲む取付溝を有すると共に、下流側に前記溝に連通する孔を囲む取付溝を有し、
前記上流側の取付溝にマイクロチップバルブを取り付け、前記下流側の取付溝にマイクロチップセンサを取り付け、
前記溝と前記孔とにより入口と出口とを有するモジュール流体流路を形成し、
前記モジュール流体流路に前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを備えることを特徴とする電子式高集積化モジュール。 - 請求項1に記載の電子式高集積化モジュールを、入口流路と出口流路とを有するベースの凹部に嵌合して組み付け、
前記電子式高集積化モジュールの入口を前記入口流路と連通し、出口を前記出口流路と連通し、
前記ベースの凹部に組み付けた前記電子式高集積化モジュールを覆うように、前記ベースに前記マイクロチップバルブと前記マイクロチップセンサを制御する制御部を実装する電子回路基板を備えることを特徴とする電子式流体制御装置。
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