(57)【要約】  弁アセンブリが、主要ハウジングと、第１および第２の静電駆動式弁を備えてもよい。主要ハウジングは、少なくとも３つのチャンバ、すなわち、高圧供給ポートに結合されるように構成された第１のチャンバと、出力ポートに結合されるように構成された第２のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第３のチャンバとを画定してもよい。第１の静電駆動式弁は、第１および第２のチャンバ間に設けられてもよく、第１の静電駆動式弁は、第１の電気信号に応答して、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止してもよい。第２の静電駆動式弁は、第２および第３のチャンバ間に設けられてもよく、第２の静電駆動式弁は、第２の電気信号に応答して、第２のチャンバおよび第３のチャンバ間の流通を許容または実質的に阻止してもよい。関連する方法についても記述する。
2008507673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つのチャンバ、すなわち、高圧供給ポートに結合されるように構成された第１のチャンバと、出力ポートに結合されるように構成された第２のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第３のチャンバとを画定する主要ハウジングと、
第１の電気信号に応答して、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する、前記第１および第２のチャンバ間にある第１の静電駆動式弁と、
第２の電気信号に応答して、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する、前記第２および第３のチャンバ間にある第２の静電駆動式弁とを備える弁アセンブリ。
【請求項２】
前記主要ハウジングが、第２の出力ポートに結合されるように構成された第４のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第５のチャンバとをさらに画定し、
第３の電気信号に応答して、前記第１のチャンバと前記第４のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する、前記第１および第４のチャンバ間にある第３の静電駆動式弁と、
第４の電気信号に応答して、前記第４のチャンバと前記第５のチャンバとの間に流通を許容または実質的に阻止する、前記第４および第５のチャンバ間にある第４の静電駆動式弁とを備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項３】
前記第１、第２、第３、および第４の静電駆動式弁が、同じ基板上に設けられる、請求項２に記載の弁アセンブリ。
【請求項４】
前記第３および第５のチャンバが、同じ低圧排気ポートに結合される、請求項２に記載の弁アセンブリ。
【請求項５】
前記第３および第５のチャンバが、異なる低圧排気ポートに結合される、請求項２に記載の弁アセンブリ。
【請求項６】
前記第１および第２の静電駆動式弁が、第１および第２の弁チップをそれぞれ備え、各弁チップが、前記弁チップ上に少なくとも１つの静電駆動式弁フラップをそれぞれ備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項７】
前記第１の弁チップが、前記第２の弁チップから間隔を置いて設けられる、請求項６に記載の弁アセンブリ。
【請求項８】
前記第１の弁チップが、前記第２のチップに対して平行ではない、請求項６に記載の弁アセンブリ。
【請求項９】
前記第１の弁チップが、第１および第２の対向する面を有する基板と、
前記第１および第２の面の間で前記基板を貫通する少なくとも１つの孔と、その上にある一対の入力パッドと、前記基板にある前記少なくとも１つの孔に関連付けられた、少なくとも１つの弁フラップと共に前記基板上の少なくとも１つの静電駆動式弁フラップとを備え、前記少なくとも１つの可撓性弁フラップが、前記入力パッド対に印加された前記第１の電気信号に応答して、前記少なくとも１つの孔を開口または実質的に阻止するように構成され、前記基板が、前記基板の前記第１および第２の面の中央部分が前記第１および第２のチャンバにそれぞれ露出され、前記ハウジングと前記基板の縁部との間に流体シールが設けられるように前記基板の縁部で前記ハウジングに支持される、請求項６に記載の弁アセンブリ。
【請求項１０】
前記主要ハウジングが、第２の出力ポートに結合されるように構成された第４のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第５のチャンバとをさらに画定し、
第３の電気信号に応答して、前記第１のチャンバと前記第４のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する、前記第１および第４のチャンバ間にある第３の静電駆動式弁と、
第４の電気信号に応答して、前記第４のチャンバと前記第５のチャンバとの間に流通を許容または実質的に阻止する、前記第４および第５のチャンバ間にある第４の静電駆動式弁と、
前記静電駆動式弁のそれぞれに対して、前記第１、第２、第３、および第４の電気信号を発生するように構成されたコントローラとを備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１１】
前記静電駆動式弁のそれぞれに対して、前記第１および第２の電気信号を発生するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１２】
前記コントローラが、第１の動作シーケンスを画定する第１の動作命令と、第２の動作シーケンスを画定する第２の動作命令とでプログラミングされたメモリを備え、前記第１および第２の動作命令の１つが、所与の時間の動作に対して選択される、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の動作命令が、第１の期間中に使用するために選択され、前記第２の動作命令が、第２の期間中に使用するために選択される、請求項１２に記載の弁アセンブリ。
【請求項１４】
前記コントローラが、バッテリー、コンデンサ、燃料電池、放射性同位元素の少なくとも１つから電気エネルギーを使用して、電気信号を発生する、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１５】
前記コントローラが、再充電可能な電源を備え、前記コントローラが、前記再充電可能な電源から電気エネルギーを使用して前記電気信号を発生する、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１６】
前記コントローラが、外部電源を使用して前記電気信号を発生する、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１７】
前記外部電源が、約３ボルトＤＣ〜約４８ボルトＤＣの範囲のＤＣ電源および／または約２４ボルトＡＣ〜約２４０ボルトＡＣの範囲のＡＣ電源を備える、請求項１６に記載の弁アセンブリ。
【請求項１８】
前記コントローラが、電源に直列に結合されたトランジスタと、コイルとを備え、前記トランジスタおよび前記コイルが、前記電源より高い電圧を有する電気信号に電力を発生するように構成される、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項１９】
前記コントローラが、前記電源より高い電圧を有する電気信号に電力を発生するように構成された容量性チャージポンプを備える、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２０】
前記コントローラが、電源と直列に結合されたトランジスタと、変圧器とを備え、前記トランジスタおよび前記変圧器が、前記電源より高い電圧を有する電気信号に電力を発生するように構成される、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２１】
前記コントローラが、電源に直列に結合されたトランジスタと、単巻変圧器とを備え、前記トランジスタおよび単巻変圧器が、前記電源より高い電圧を有する電気信号に電力を発生するように構成される、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２２】
前記コントローラが、光、熱、および／または機械的振動の少なくとも１つを使用して発生した電気エネルギーを使用して、電気信号を発生する、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２３】
前記コントローラが、前記コントローラに近接した周囲のエネルギー源を使用して発生した電気エネルギーを使用して、電気信号を発生する、請求項１１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２４】
前記コントローラが、光、熱、および／または機械的振動の少なくとも１つを使用して電気エネルギーを発生し、前記電気エネルギーが、バッテリー、コンデンサ、および／またはインダクタの少なくとも１つを使用して貯蔵される、請求項２２に記載の弁アセンブリ。
【請求項２５】
前記静電駆動式弁のそれぞれに電気信号を発生するように構成されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、第１の動作シーケンスを画定する第１の動作命令でプログラミングされるように構成され、第２の動作シーケンスを画定する第２の動作命令で再プログラミングされるように構成されたメモリを備える、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２６】
前記静電駆動式弁のそれぞれに電気信号を発生するように構成されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記第１の静電駆動式弁を作動させるように前記第１の電気信号として第１の電位を印加することによって、前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバ間の流通を実質的に阻止し、前記第１の電気信号として前記第１の電位を除去し、前記第１の電位を除去した後、前記第１の静電駆動式弁を作動させるように前記第１の電気信号として第２の電位を印加することによって、逆の極性を有する第１のチャンバと第２のチャンバとの間の流通を実質的に阻止するように構成される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２７】
前記第１の静電駆動式弁が、静電駆動式弁フラップを上部に有する弁チップを備え、
前記静電駆動式弁のそれぞれに電気信号を発生するように構成されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記基板により密接に隣接した位置に前記弁フラップを作動するために、前記弁フラップが前記弁チップから間隔を置いて設けられる場合、前記第１の電気信号として第１の大きさを有する第１の電位を印加し、前記弁チップにより密接に隣接した位置に前記弁フラップを作動した後、前記基板により密接に隣接した位置に前記弁フラップを維持するために、前記第１の電気信号として第２の大きさを有する第２の電位を印加するように構成され、前記第１の大きさが、前記第２の大きさより大きい、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２８】
前記第１および第２の静電駆動式弁が、同じ基板上に設けられる、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項２９】
前記第１および第２の静電駆動式弁が、第１および第２の基板上のそれぞれに設けられる、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項３０】
前記第１および第２の基板が、平行ではない配置に設けられる、請求項２９に記載の弁アセンブリ。
【請求項３１】
前記第２のチャンバの圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記圧力センサと前記第１および第２の静電駆動式弁とに結合されたコントローラとをさらに備え、前記コントローラが、前記第２のチャンバにおいて測定された圧力に応答して、前記第２のチャンバの圧力を維持するために、前記静電駆動式弁のそれぞれに対して前記第１および第２の電気信号を発生するように構成される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項３２】
中央キャビティと、前記中央キャビティに結合された供給およびアクチュエータポートとを画定し、前記中央キャビティにスプールを備える本体を備えるスプールタイプ弁をさらに備え、前記スプールの第１の位置において、前記供給およびアクチュエータポート間に流通が与えられ、前記スプールの第２の位置において、前記供給およびアクチュエータポート間の流通が実質的に阻止されるように、前記中央キャビティにおいて第１および第２の位置の間で前記スプールが移動可能であり、前記キャビティの一端部が、前記第２のチャンバと流通状態にあり、
前記第１および第２の静電駆動式弁に結合されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記第１および第２の位置の間でスプールの移動を制御するために、前記静電駆動式弁のそれぞれに対して前記第１および第２の電気信号を発生するように構成される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
【請求項３３】
高圧供給チャンバおよび低圧出力チャンバを備える本体と、
前記高圧供給チャンバと前記低圧出力チャンバとを分離し、前記高圧供給チャンバと対面する第１の側と、前記低圧出力チャンバと対面する第２の側と、第１の側と第２の側間の孔と、前記孔に関連付けられ、印加された電気信号に応答して前記孔を開口または実質的に閉じるように構成された静電駆動式弁部材とを備える弁チップと、
前記弁チップを通る質量流量を維持するために、前記弁部材の開閉を制御するように構成されたコントローラとを備える、質量流量コントローラ。
【請求項３４】
前記弁部材が、可撓性弁フラップを備える、請求項３３に記載の質量流量コントローラ。
【請求項３５】
前記コントローラが、第１の区間中に少なくとも１つの弁部材の開閉の０％より大きく１００％より小さい第１のデューティーサイクルを与え、第２の区間中に少なくとも１つの弁部材の開閉の０％より大きく１００％より小さい第２のデューティーサイクルを与えるように構成され、前記第１および第２のデューティーサイクルが異なる、請求項３３に記載の質量流量コントローラ。
【請求項３６】
前記弁チップが、前記第１の区間中により低い流れ抵抗を与えるように、前記第１のデューティーサイクルが、前記第２のデューティーサイクルより大きい、請求項３５に記載の質量流量コントローラ。
【請求項３７】
前記弁チップが、複数の孔およびそれぞれの弁部材を備え、前記コントローラが、第１の区間中に第１の数の弁部材を与え、第２の区間中に第２の数の弁部材を与えるように構成され、前記第１および第２の数の弁部材が異なるものである、請求項３３に記載の質量流量コントローラ。
【請求項３８】
前記コントローラが、前記第１の区間中に前記弁部材の全てに第１の電圧を与え、前記第２の区間中に前記弁部材の全ての第２の電圧を与えるように構成され、前記第１および第２の電圧が異なるものである、請求項３７に記載の質量流量コントローラ。
【請求項３９】
前記弁チップが、前記第１の区間中により低い流れ抵抗を与えるように、前記第１の数の開いた弁部材が、前記第２の数の開いた弁部材より多い、請求項３７に記載の質量流量コントローラ。
【請求項４０】
前記コントローラが、前記部材を閉じるために第１の電圧を与え、第１の位置へ前記弁部材を開くために第２の電圧を与え、第２の位置へ前記弁部材を開くために第３の電圧を与えるように構成されることで、第２の位置にある前記弁部材が、第１の位置にある前記弁部材より低い流れ抵抗を与え、前記第１の電圧が、前記第２の電圧より大きく、前記第２の電圧が、前記第３の電圧より大きい、請求項３３に記載の質量流量コントローラ。
【請求項４１】
前記高圧供給チャンバの状態を測定するように構成された第１のセンサと、前記低圧出力チャンバの状態を測定するように構成された第２のセンサとをさらに備え、前記コントローラが、前記第１および第２のセンサからの測定値に応答して、前記弁部材のそれぞれの開閉を制御するように構成される、請求項３３に記載の質量流量コントローラ。
【請求項４２】
前記第１および第２のセンサの各々が、それぞれの温度および／または圧力の少なくとも１つを測定するように構成される、請求項４１に記載の質量流量コントローラ。
【請求項４３】
孔を有する基板と、前記基板の孔に関連付けられ、印加される電気信号に応答して、前記孔を開き、または実質的に閉じるように構成された静電駆動式弁部材とを備える静電弁の制御方法であって、
前記弁が、第１の区間中に第１の流れ抵抗を与え、第２の区間中に第２の流れ抵抗を与え、第３の区間中に第３の流れ抵抗を与えるように、前記静電駆動式弁部材を開閉するステップを含み、前記第１、第２、および第３の抵抗が異なる、方法。
【請求項４４】
前記弁部材が、可撓性弁フラップを備える、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記静電駆動式弁部材の開閉ステップが、
前記第１の区間中に前記弁部材の開閉の０％より大きく１００％より小さい第１のデューティーサイクルを与えるステップと、
前記第２の区間中に前記弁部材の開閉の０％より大きく１００％より小さい第２のデューティーサイクルを与えるステップとを含み、前記第１および第２のデューティーサイクルが異なる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記弁チップが、前記第１の区間中により低い流れ抵抗を与えるように、前記第１のデューティーサイクルが、前記第２のデューティーサイクルより大きい、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の流れ抵抗を与えるステップが、前記弁部材に第１の電圧を与えるステップを含み、前記第２の流れ抵抗を与えるステップが、前記弁部材に第２の電圧を与えるステップを含み、前記第３の流れ抵抗を与えるステップが、前記弁部材に第３の電圧を与えるステップを含み、前記第１、第２、第３の電圧が異なるものである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記基板が、複数の孔と、それぞれの複数の弁部材とを有し、前記複数の静電駆動式弁部材の開閉を変調するステップが、
前記第１の区間中に第１の数の開いた弁部材を与えるステップと、
前記第２の区間中に第２の数の開いた弁部材を与えるステップとを含み、前記第１および第２の数の弁部材が異なるものである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の数の開いた弁部材を与えるステップが、前記第１の区間中に前記複数の弁部材の第１の電圧を与えるステップを含み、前記第２の数の開いた弁部材を与えるステップが、前記第２の区間中に前記複数の弁部材に第２の電圧を与えるステップを含み、前記第１および第２の電圧が異なるものである、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記弁チップが、前記第１の区間中により低い流れ抵抗を与えるように、前記第１の数の開いた弁部材が、前記第２の数の開いた弁部材より多い、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記基板の少なくとも１つの側の状態を測定するステップをさらに含み、前記静電駆動式弁部材の開閉を変調するステップが、前記測定状態に応答して、前記静電駆動式弁部材の開閉を変調するステップを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５２】
前記測定状態が、温度および／または圧力の少なくとも１つを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記静電駆動式弁部材の開閉ステップが、前記弁を通る質量流量を維持するステップを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
基板上にある固定電極と、可撓性電極を有する可撓性部材とを備える静電駆動式デバイスの動作方法であって、
前記可撓性部材を作動させるために、前記固定および可撓性電極間に第１の電位を印加するステップと、
前記第１の電位を印加した後、前記固定および可撓性電極間の電位を除去するステップと、
電位を除去した後、前記固定および可撓性電極間に第２の電位を印加するステップとを含み、前記第１および第２の電位が、逆の極性を有する、方法。
【請求項５５】
基板上にある固定電極と、可撓性電極を有する可撓性部材とを備える静電駆動式デバイスの動作方法であって、
前記基板により密接に隣接した位置に前記可撓性部材を作動させるために、前記可撓性部材が前記基板から間隔を置いて設けられるとき、前記固定および可撓性電極間に第１の大きさを有する第１の電位を印加するステップと、
前記基板により密接に隣接した位置に前記可撓性部材を作動した後、前記基板により密接して隣接した位置に前記可撓性部材を維持するために、前記固定および可撓性電極間に第２の大きさを有する第２の電位を印加するステップとを含み、前記第１の大きさが、前記第２の大きさより大きい、方法。
【請求項５６】
少なくとも３つのチャンバ、すなわち、高圧供給ポートに結合されるように構成された第１のチャンバと、出力ポートに結合されるように構成された第２のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第３のチャンバとを画定する主要ハウジングと、
前記第１および第２のチャンバ間にあり、第１の電気信号に応答して、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する第１のフォトリソグラフィ作製弁と、
前記第２および第３のチャンバ間にあり、第２の電気信号に応答して、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する第２のフォトリソグラフィ作製弁とを備える、弁アセンブリ。
【請求項５７】
前記第１のフォトリソグラフィ作製弁が、前記基板を貫通する少なくとも１つの孔を有する、ガラス、シリコン、および／または石英の少なくとも１つの基板を備える、請求項５６に記載の弁アセンブリ。
【請求項５８】
前記第１のフォトリソグラフィ作製弁が、前記基板を貫通する少なくとも１つの孔に隣接した少なくとも１つの静電駆動式弁部材を備える、請求項５７に記載の弁アセンブリ。
【請求項５９】
前記弁部材が、可撓性弁フラップを備える、請求項５８に記載の弁アセンブリ。
【請求項６０】
少なくとも３つのチャンバ、すなわち、高圧供給ポートに結合されるように構成された第１のチャンバと、出力ポートに結合されるように構成された第２のチャンバと、低圧排気ポートに結合されるように構成された第３のチャンバとを画定する主要ハウジングを形成するステップと、
第１の弁が第１の電気信号に応答して、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止するように、該第１の弁を、前記第１および第２のチャンバ間に設置するステップと、
第２の電気信号に応答して、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する第２の弁を、前記第２および第３のチャンバ間に設置するステップとを含む、方法。
【請求項６１】
前記第１の弁が、前記第１の基板上にフォトリソグラフィ形成され、前記第２の弁が、前記第２の基板上にフォトリソグラフィ形成される、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記第１の基板が、ガラス、シリコン、および／または石英の少なくとも１つを含み、前記第１の基板が、前記基板を貫通する少なくとも１つの孔を備える、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記第１の弁のフォトリソグラフィ形成ステップが、前記基板を貫通する少なくとも１つの孔に隣接して少なくとも１つの静電駆動式弁部材を形成するステップを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記少なくとも１つの静電駆動式弁部材が、少なくとも１つの可撓性弁フラップを含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記主要ハウジングの形成ステップが、前記主要ハウジングを成形するステップを含む、請求項６０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、２００４年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／５９０，４８３号明細書および２００４年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／５９０，６６９号明細書の利益および優先権を主張する。上記で参照した両仮特許出願の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。本出願はまた、本出願と同日に出願され、「Ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という発明の名称の米国実用特許出願第＿＿＿＿＿号（代理人整理番号９４５１−３）に関連し、同出願の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
〔技術分野〕
【０００２】
本発明は、弁の分野に関し、特に、マイクロバルブおよびマイクロバルブアセンブリ、ならびにそれらに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
流体の流れを制御するために、従来のソレノイド駆動空気圧弁が使用されてもよい。通電時または電源切断時、ソレノイド駆動空気圧弁が、１つ以上の流体の流れを遮断および／または許容してもよい。ソレノイド駆動空気圧弁の１つのアクチュエータは、電磁石である。弁が通電されると、磁場が蓄積されて、ばねの作用に対してプランジャを引き、および／または押す。電源切断時、プランジャは、ばねの作用により、元の位置に戻る。「Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  Ｏｆ  Ｖａｌｖｅｓ」（ｏｍｅｇａ．ｃｏｍ，Ｏｎｅ  Ｏｍｅｇａ  Ｄｒｉｖｅ，Ｓｔａｍｆｏｒｄ，ＣＴ，０６９０７，Ｊ−３〜Ｊ−７）という文献に、一例として、ソレノイド駆動空気圧弁が記述されており、同文献の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００４】
弁を通る空気（または他の流体）の流れは、制御されたポート接続部の数および切り換え位置の数の関係によるものであってもよい。方向弁の機能は、例えば、４／２方弁とも呼ばれる４方２位置弁などの「方向」と「位置」の組み合わせで呼ぶことによって表してもよい。「方向」という用語は、弁が有する制御された流路（ＩＳＯ記号では矢印で表示）の数を定義する。「位置」という用語に関しては、空気圧方向弁が、２つまたは３つの切り換え位置（ＩＳＯ記号では正方形で表示）を有してもよい。
【０００５】
従来の５方２位置のソレノイド駆動空気圧弁（５／２弁）では、第１および第２のアクチュエータポート、第１および第２の排気ポート、および吸気ポートの間で流体の流れが制御されてもよい。ソレノイドが通電されると、５／２弁は、吸気ポートと第１のアクチュエータポートとの間、および第２のアクチュエータポートと第２の排気ポートとの間に流体結合を与えるものであってもよい。ソレノイドが電源切断されると、５／２弁は、吸気ポートと第２のアクチュエータポートとの間、および第１のアクチュエータポートと第１の排気ポートとの間に流体結合を与えるものであってもよい。このように、アクチュエータポートに結合された空気圧式アクチュエータの動作を制御するために、５／２弁が使用されてもよい。
【０００６】
しかしながら、ソレノイド駆動空気圧弁は、その耐用寿命を短縮しかねない機械的磨耗を受けやすいこともある。さらに、ソレノイド駆動空気圧弁によって得られる機能が制限されてしまうこともある。さらに、ソレノイド駆動空気圧弁が、電力の損失の場合に通電位置を維持することができないこともある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、弁アセンブリが、主要ハウジングと、第１および第２の静電駆動式弁とを備えてもよい。主要ハウジングは、少なくとも３つのチャンバを画定してもよく、第１のチャンバが、高圧供給ポートに結合されるように構成され、第２のチャンバが、出力ポートに結合されるように構成され、第３のチャンバが、低圧排気ポートに結合されるように構成される。第１の静電駆動式弁は、第１および第２のチャンバ間に設けられてもよく、第１の静電駆動式弁は、第１の電気信号に応答して、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する。第２の静電駆動式弁は、第２および第３のチャンバ間に設けられてもよく、第２の静電駆動式弁は、第２の電気信号に応答して、第２のチャンバと第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止する。
【０００８】
本発明のいくつかのさらなる実施形態によれば、弁アセンブリを形成するための方法が提供されてもよい。さらに詳しく言えば、第１、第２、第３、第４、および第５のチャンバを画定するハウジングが形成されてもよい。第１および第２のチャンバは、弁チップ用に第１の弁エンクロージャによって分離されてもよく、第２および第３のチャンバは、弁チップ用に第２の弁エンクロージャによって分離されてもよく、第３および第４のチャンバは、弁チップ用に第３の弁エンクロージャによって分離されてもよく、第４および第５のチャンバは、弁チップ用に第４の弁エンクロージャによって分離されてもよい。さらに、チャンバおよび弁エンクロージャは、ハウジングの開端部で開かれてもよい。ハウジングの形成後、弁チップが、弁エンクロージャの一方に挿入されてもよい。弁チップは、孔がある基板と、弁孔を開閉するように構成された静電駆動式弁フラップとを備えてもよく、弁チップの両側が、弁エンクロージャの両側上のチャンバに露出されてもよい。弁チップの挿入後、ハウジングの開端部にベースが固定されることによって、チャンバおよび弁エンクロージャを閉じてもよい。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態によれば、質量流量コントローラが、高圧供給チャンバおよび低圧出力チャンバを有する本体と、高圧供給チャンバおよび低圧出力チャンバを分離する弁チップとを備えてもよい。弁チップは、高圧供給チャンバに対面する第１の側と、低圧出力チャンバに対面する第２の側と、第１および第２の側間にある孔とを備えてもよい。弁チップはまた、第２の面上にある静電駆動式弁フラップを備えてもよく、弁フラップは、孔に関連付けられ、可撓性弁フラップは、印加された電気信号に応答して、孔を開いたり実質的に閉じたりするように構成されてもよい。さらに、コントローラが、弁チップを通る質量流量を維持するために、弁フラップの開閉を制御するように構成されてもよい。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態によれば、静電弁を制御するための方法が提供されてもよい。静電弁は、孔がある基板と、静電駆動式弁フラップとを備えてもよい。弁フラップは、基板にある孔と関連付けられてよく、弁フラップは、印加される電気信号に応答して、孔を開いたり実質的に閉じたりするように構成されてもよい。さらに、弁が、第１の区間に第１の流れ抵抗を与え、第２の区間に第２の流れ抵抗を与え、第３の区間に第３の流れ抵抗を与えるように、静電駆動式弁フラップの開閉が変調されてもよく、第１、第２、および第３の抵抗は異なるものである。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態によれば、基板上にある固定電極と、可撓性電極を有する可撓性部材とを備える静電駆動式デバイスを動作するための方法が提供されてもよい。特に、可撓性部材を作動させるために、固定および可撓性電極間に、第１の電位が印加されてもよい。第１の電位を印加したあと、固定および可撓性電極間の電位が除去されてもよい。電位を除去した後、固定および可撓性電極間に電位が印加されてもよく、第１および第２の電位が、反転された極性を有する。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態によれば、基板上にある固定電極と、可撓性電極を有する可撓性部材とを備える静電駆動式デバイスを動作するための方法が提供されてもよい。特に、可撓性部材を基板により密接に隣接した位置に作動するために、可撓性部材が基板から間隔を置いて設けられたとき、固定および可撓性電極間に、第１の大きさを有する第１の電位が印加されてもよい。可撓性部材を基板により密接に隣接した位置に作動した後、基板をより密接に隣接した位置に可撓性部材を維持するために、固定および可撓性電極間に、第２の大きさを有する第２の電位が印加されてもよい。さらに詳しく言えば、第１の大きさは、第２の大きさより大きくてもよい。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態によれば、弁アセンブリが、主要ハウジングと、第１および第２のフォトリソグラフィ作製弁を備えてもよい。主要ハウジングは、少なくとも３つのチャンバを画定してもよく、第１のチャンバが、高圧供給ポートに結合されるように構成され、第２のチャンバが、出力ポートに結合されるように構成され、第３のチャンバが、低圧排気ポートに結合されるように構成される。第１のフォトリソグラフィ作製弁は、第１および第２のチャンバ間に設けられてもよく、第１のフォトリソグラフィ作製弁は、第１の電気信号に応答して、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止してもよい。第２のフォトリソグラフィ作製弁は、第２および第３のチャンバ間に設けられてもよく、第２のフォトリソグラフィ作製弁は、第２の電気信号に応答して、第２のチャンバと第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止してもよい。
【００１４】
本発明のいくつかのさらなる実施形態によれば、弁アセンブリを形成する方法が、第１の基板上に第１の弁をフォトリソグラフィ形成するステップと、第２の基板上に第２の弁をフォトリソグラフィ形成するステップとを含んでもよい。少なくとも３つのチャンバを画定する主要ハウジングが形成されてもよく、第１のチャンバは、高圧供給ポートに結合されるように構成され、第２のチャンバが、出力ポートに結合されるように構成され、第３のチャンバが、低圧排気ポートに結合されるように構成される。第１の弁が、第１の電気信号に応答して、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止するように、第１の弁は、第１および第２のチャンバ間に設置されてもよい。第２の弁が、第２の電気信号に応答して、第２のチャンバと第３のチャンバとの間の流通を許容または実質的に阻止するように、第２の弁は、第２および第３のチャンバ間に設置されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態が図示されている添付の図面を参照しながら、本発明についてさらに詳細に記載する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に示す実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完璧なものになり、当業者に対して本発明の範囲を全て伝えるように提供されるものである。
【００１６】
図面において、層、領域、および／または線の厚みおよび／または幅は、明瞭にするために誇張されている。また、層、領域、または基板などの要素が、別の要素上にあると言及する場合、この要素が他の要素上に直接あり得るし、介在要素が存在することもあることを理解されたい。対照的に、層、領域、または基板などの要素が、別の要素上に直接あると言及されれば、他の介在要素が存在しないということである。同様に、ある要素が別の要素に「接続」または「結合」されると言及される場合、この要素は、他の要素に直接接続または結合され得るし、介在要素が存在することもある。対照的に、ある要素が別の要素に直接接続または直接結合されると言及される場合、他の介在要素は存在しないということである。および／またはという用語を本明細書で使用する場合、この用語は、列挙した関連する項目の１つ以上の任意および全ての組み合わせを含む。
【００１７】
さらに、図面に示すように、１つの要素と別の要素との関係を記載するために、下方（ｂｅｎｅａｔｈ）、上（ｏｖｅｒ）、下（ｕｎｄｅｒ）、上側（ｕｐｐｅｒ）、および／または下側（ｌｏｗｅｒ）などの相対語が本明細書において使用されてもよい。相対語が、図面に描かれた配向の他にも、デバイスの異なる配向を包含するように意図されていることを理解されたい。例えば、図面の１つの図にあるデバイスをひっくり返せば、他の要素の下方にあるものとして記載されていた要素が、今度は他の要素の上方に配向されることになる。したがって、以下の例示的な用語は、上方（ａｂｏｖｅ）および下方（ｂｅｌｏｗ）の配向の両方を包含し得る。
【００１８】
様々な領域、層、および／またはセクションを記載するために、第１および第２という用語を本明細書において使用するが、これらの領域、層、および／またはセクションは、これらの用語に限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの領域、層、またはセクションを、別の領域、層、またはセクションと区別するために使用されるにすぎない。このように、本発明の教示から逸脱することなく、以下に記述する第１の領域、層、またはセクションを、第２の領域、層、またはセクションと呼ぶこともでき、同様に、第２の領域、層、またはセクションを、第１の領域、層、またはセクションと呼ぶこともできる。同様の参照番号は、本明細書を通じて同様の要素をさす。
【００１９】
本明細書において使用する用語は、特定の実施形態のみを記載するためのものであり、本発明を限定することを意図したものではない。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形を本明細書で使用する場合、これらは、文脈に特段の明記がない限り、複数形も同様に含むことを意図したものである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、言及した特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないということをさらに理解されたい。
【００２０】
特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。一般に使用されている辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一貫した意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において特別に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されるものではないということをさらに理解されたい。
【００２１】
空気圧式アクチュエータにおいて、２つのアクチュエータチャンバが、ピストンによって分離され、ピストンを動かすために、アクチュエータチャンバにおける圧力差が利用される。アクチュエータの外側で作動するデバイスにピストンの運動を伝達するために、ロッドが使用され得る。空気圧式アクチュエータのアクチュエータチャンバの一方または両方に対する空気の流出入を制御するために、本発明の実施形態による弁アセンブリが使用され得る。
【００２２】
本発明の実施形態による弁アセンブリが、別々の基板上に各々が設けられた複数の弁アレイを備えてもよい。各弁は、基板を貫通する弁オリフィスと、弁オリフィスをゲート制御するために使用された静電駆動式可撓性弁フラップとを備えてもよい。さらに詳しく言えば、各可撓性弁フラップは、第１の端部で基板に固定され、他の全ての縁部で自由であってもよい。さらに、各可撓性弁フラップの各々の自由端部は、各可撓性弁フラップが、印加静電力がない場合に常時開であるように、基板から離れる方向にカールしてもよい。弁フラップは、基板の上面に設けられてもよく、開いた弁オリフィスを通る流れが、基板の底面にかかる高圧力から基板の上面にかかる低圧力までのものであってもよい。
【００２３】
図１に、本発明の実施形態による個々の弁の構造を示す。図１に示すように、弁１００は、基板１０１（シリコン基板など）と、基板１０１の上面にある第１の絶縁層１０３および第２の絶縁層１０７の間に設けられた固定電極１０５と、第３の絶縁層１０９および第４の絶縁層１１５の間に設けられた可撓性電極１１１とを備えてもよい。固定電極１０５および可撓性電極１１１は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇなどの金属、および／または導電性高分子（例えば、ポリアニリン）および／または導電性酸化物（例えば、インジウム・スズ・酸化物であるＩＴＯ）などの別の可撓性導電材料を含んでもよい。ある導電性金属膜（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、および／またはＰｔの膜など）を用いる場合、可撓性フラップの隣接した絶縁層に対する接着性を高めるために、導電性金属膜の上側および下側表面上の両方に、薄い接着層（例えば、Ｔｉおよび／またはＣｒの層など）が設けられてもよい。絶縁層１０３、１０７、１０９、および１１５の１つ以上は、ポリイミドまたは感光性高分子などの高分子材料層であってもよい。別の実施形態において、第２の絶縁層１０７または第３の絶縁層１０９の一方が省かれてもよく、および／または、第１の絶縁層１０３が省かれてもよい。さらに、または他の形態において、絶縁層１０７および／または絶縁層１０９が、酸化珪素（ＳｉＯ2）などのセラミック誘電体を含んでもよい。
【００２４】
第３の絶縁層１０９および第４の絶縁層１１５、および可撓性電極１１１は、基板１０１を貫通する弁オリフィス１１９のそれぞれに隣接した可撓性弁フラップ１１７を画定する。弁は、基板を通して湿式化学エッチングおよび／またはディープ反応イオンエッチングを施すことによって形成されてもよい。可撓性弁フラップ１１７は、基板１０１の底面から、弁オリフィス１１９を通って、基板１０１の上面にある可撓性弁フラップ１１７を通過して流体が流れるように、固定電極１０５と可撓性電極１１１との間に静電引力がない場合に、基板の上面から離れて常時開位置へとカールするように構成されてもよい。弁１００は、可撓性弁フラップ１１７が弁オリフィス１１９を阻止するように、固定電極１０５と可撓性電極１１１との間に静電引力を生じさせることによって閉じされてもよい。さらに詳しく言えば、弁フラップ１１７は、絶縁層１０９および１１５が所定の応力を有するように作製することによって、基板１０１の上部から離れた常時開位置へカールするように作ることもできる。例えば、「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｖａｌｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という発明の名称の、Ｓｃｏｔｔ  Ｈ．Ｇｏｏｄｗｉｎ−Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ  ｅｔ  ａｌの米国特許第６，５９０，２６７号明細書、「Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ａｉｒ  Ｇａｐ」という発明の名称の、Ｓｃｏｔｔ  Ｈ．Ｇｏｏｄｗｉｎ−Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ  ｅｔ  ａｌの米国特許第６，２３６，４９１号明細書、および／または、国際特許出願公開第０２／２２４９２号パンフレットに、マイクロ電子機械静電弁デバイスが記述されている。これらの特許および公報の各々の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。図１に対して上述したような可撓性弁フラップを使用するか、またはマイクロ機械加工ダイヤフラムなどの他の可動弁部材を使用して、本発明の実施形態による静電駆動式弁が提供されてもよい。
【００２５】
図２に示す弁チップ１３１を提供するために、単一の基板の上面に、弁１００1-x,1-yのアレイが設けられてもよい。図２に示すように、チップ１３１上の行列に複数の弁１００1-x,1-yが配設されてもよく、各弁１００1-x,1-yは、弁オリフィス１１９（または孔）と、可撓性弁フラップ１１７とをそれぞれ備える（図１に図示）。さらに、弁チップ１３１上の各弁１００1-x,1-yの固定電極１０５は、互いに電気的に接続されてもよく、チップ１３１上の各弁１００1-x,1-yの可撓性電極１１１は、互いに電気的に接続されてもよいため、固定電極と可撓性電極との間に静電引力を生じるように、それらの間に電位を与えることができる。図２に、複数の弁（各弁が１つの弁フラップと１つのオリフィスとを備える）が示されているが、本発明の実施形態による弁チップに対して、他の配置が与えられてもよい。例えば、本発明のいくつかの実施形態による弁チップが、単一の弁フラップと、単一のオリフィスとを有する単一の弁を備えてもよい。他の形態において、本発明の他の実施形態による弁チップが、少なくとも１つの弁に複数のオリフィスを開閉するために使用される単一の弁フラップがある１つ以上の弁を備えてもよい。
【００２６】
さらに詳しく言えば、弁アレイは、フォトリソグラフィマスクおよびエッチ技術を用いて基板上に形成することができ、基板は、シリコン、ガラス、および／または石英などの材料を含んでもよい。例えば、可撓性弁フラップは、それぞれの犠牲層上にフォトリソグラフィ形成されてもよく、次いで、犠牲層は、弁フラップが基板からカールできるように可撓性弁フラップを解放するために除去することもできる（例えば、エッチを使用して）。さらに、複数の弁チップが、共通のウェハ上に作製され、次いで、分離されてもよい。
【００２７】
したがって、弁１００1-x,1-yのアレイは、一斉に開閉することができる。さらに詳しく言えば、アレイの固定電極１０５とアレイの可撓性電極１１１との間に閉電位を印加して、静電引力を生じさせることで、可撓性弁フラップ１１７の全てが、弁チップ１３１上の弁オリフィス１１９の全てを閉じるようにすることができる。同様に、アレイの固定電極１０５と可撓性電極１１１との間に開電位を印加して、静電引力を取り除くことで、可撓性弁フラップ１１７の全てが、チップ１３１上の弁オリフィス１１９の全てを開くようにすることができる。チップ１３１上に共通して作動する弁１００1-x,1-yのアレイを設けることによって、弁チップ１３１は、単一の弁を用いて可能であったものより多くの流体の流れを調整することができる。このように、最大１０Ｃｖまでの流量サイズを有する異なる流量サイズ（Ｃｖ）の弁チップが提供されてもよい。例えば、およそ０．００１Ｃｖ〜およそ１０Ｃｖの範囲の流量サイズが与えられてもよい。流量サイズは、例えば、弁の数、弁オリフィスのサイズなどによって決定されてもよい。このように、弁チップが大きいほど、流量サイズが大きくなることもある。他の形態において、弁および／または弁群は、個別に対処され、別々に作動させてもよい。
【００２８】
さらに、弁チップ１３１は、弁フラップ１１７を解放する前にパッケージングされてもよい。さらに詳しく言えば、弁フラップ１１７は、犠牲酸化物上に形成されてもよく、犠牲酸化物は、パッケージングフレームに弁チップ１３１が組み立てられている間、維持されてもよい。次いで、犠牲酸化物は、パッケージングフレームに著しいダメージを及ぼすことなく、ドライ（気相）ＨＦ（フッ化水素酸）除去を使用して除去されてもよい。さらに詳しく言えば、パッケージングフレームは、ドライ（気相）ＨＦ除去からのダメージに耐性を含むことがあるヴァイトンおよび／または他の材料で形成されてもよい。一例として、本明細書では犠牲酸化物層について記述しているが、他の適切な気相または湿式化学エッチャントとともに、他の犠牲層（犠牲金属層など）が使用されてもよい。
【００２９】
他の形態において、弁チップの弁フラップが、複数の弁チップを備えるウェハからダイシングする前、ダイシング後であるがパッケージングする前、またはパッケージングした後のいずれかに、ウェットＨＦ酸エッチを使用して犠牲酸化物を除去することによって解放されてもよい。さらに詳しく言えば、犠牲酸化物層は、およそ１０分間、４９％ＨＦ溶液を使用して弁チップから除去されてもよく、ウェットエッチの後に、任意の残留ＨＦおよび／または水を除去するために、それぞれ２０分間、脱イオン（ＤＩ）水リンス、イソプロピルアルコールリンス、および第１および第２のメタノールリンスが続いてもよい。ウェット処理後、解放された弁フラップを有する弁チップは、任意の表面張力を低減するための超臨界乾燥サイクルに備えて、メタノールが下塗りされてもよく、このときに表面張力が低減されなければ、弁フラップと基板との間に静止摩擦が生じることがある。
【００３０】
さらに詳しく言えば、弁チップは、ドライヤチャンバ内に装填され、メタノールで被覆されてもよく、次いで、およそ１２００ｐｓｉｇの圧力でチャンバからメタノールを取り去るために、液体ＣＯ2が使用されてもよい。メタノールが全て取り去られると、チャンバは、ＣＯ2を液相から気相へと転移させるために超臨界点（およそ摂氏３１度）を超えて加熱され、ＣＯ2気体のシステムを排出するために、圧力が解放されてもよい。超臨界ＣＯ2の表面張力は極めて低いため、ＣＯ2は、液体から気体への転移に伴って弁フラップを引き下げる可能性が高くない。市販および／またはカスタムの超臨界ドライヤが使用されてもよい。
【００３１】
弁チップ上にある許容可能な数の弁フラップがうまく解放されていることを決定するために、視覚検査を使用することもできる。特に、弁チップの表面は、弁フラップが解放され、弁チップが無通電にされるときに視認できるフラップ下の露出シリコンとは色が異なり、色の変動を検査することができる。他の形態において、解放後にウェハを通して光を投影することができ、光検出器が、通電（閉）および無通電（開）弁チップ間の光差を検出できる。いずれの例においても、検査を実行するために、機械視認システムを使用できる。本願と同日に出願され、「Ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という発明の名称の、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｏ．Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌの米国実用特許出願第＿＿＿＿＿号（代理人整理番号９４５１−３）に、弁チップ１３１用のパッケージングがさらに詳細に記述されている（以下、「Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌ」）。Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００３２】
図３に、本発明の実施形態による弁アセンブリ１４１の略図を示す。図３に示すように、４つの弁チップ１３１ａ〜ｄが、弁アセンブリ１４１の５つのチャンバ１４３ａ〜ｅを分離する。さらに詳しく言えば、弁チップ１３１ａは、チャンバ１４３ａおよび１４３ｂを分離し、弁チップ１３１ｂは、チャンバ１４３ｂおよび１４３ｃを分離し、弁チップ１３１ｃは、チャンバ１４３ｃおよび１４３ｄを分離し、弁チップ１３１ｄは、チャンバ１４３ｄおよび１４３ｅを分離する。チャンバ１４３ａおよび１４３ｅは、低圧排気ポート１４２ａおよび１４２ｂのそれぞれに結合され、チャンバ１４３ｂおよび１４３ｄは、ポート１４６ａおよび１４６ｂ（出力ポートとも呼ぶ）を通って、空気圧式アクチュエータ１６１の（可動ピストン１６５によって分離された）チャンバ１６３ａおよび１６３ｂのそれぞれに結合され、チャンバ１４３ｃは、高圧供給ポート１４４ｃに結合される。したがって、弁チップ１３１ａは、チャンバ１４３ｂからチャンバ１４３ａへの流体の流れを許可または阻止するように構成される。弁チップ１３１ｂは、チャンバ１４３ｃからチャンバ１４３ｂへの流体の流れを許可または阻止するように構成される。弁チップ１３１ｃは、チャンバ１４３ｃからチャンバ１４３ｄへの流体の流れを許可または阻止するように構成される。弁チップ１３１ｄは、チャンバ１４３ｄからチャンバ１４３ｅへの流体の流れを許可または阻止するように構成される。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、弁アセンブリ１４１および空気圧式アクチュエータ１６１（シリンダとも呼ぶ）は、別々に生産された後に一体に結合されてもよい。このように、顧客は、同じ仕入先または異なる仕入先から弁アセンブリおよび空気圧式アクチュエータを別々に購入してもよい。本発明の他の実施形態によれば、弁アセンブリを空気圧式アクチュエータに組み込んで（または集積して）、２つを１つのユニットとして生産してもよい。
【００３４】
以下、図４Ａ〜Ｆに対して、図３の弁アセンブリ１４１の連続した動作条件についてさらに詳細に記述する。図４Ａに示す１つの可能性のある始動条件において、弁チップ１３１ａ〜ｄ上の全ての弁１００ａ〜ｄの弁フラップが、始動時、第１の条件で閉じられる。弁は、静電引力を弁の弁フラップに印加することによって閉状態に維持される。この始動条件において、供給チャンバ１４３ｃにのみゲージ圧力があり、他のチャンバ１４３ａ〜ｂおよび１４３ｄ〜ｅのいずれにもゲージ圧力がない。始動後の動作中、ゲージ圧力は、供給チャンバ１４３ｃおよびチャンバ１４３ｂまたは１４３ｄの少なくとも１つに存在することになる。一例として、始動時、ピストン１６５およびロッド１６７は、後退位置に示されている。
【００３５】
図４Ｂの第２の条件において、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄ上の弁１００ｂおよび１００ｄの弁フラップが開かれているのに対して、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの弁１００ａおよび１００ｃ上の弁フラップは閉じられている。チャンバ１４３ｃから１４３ｂおよびチャンバ１４３ｄから１４３ｅへの圧力差により、弁１００ａおよび１００ｃの弁フラップは、弁フラップが常時開位置までカールするように、印加された静電引力を低減／排除することによって開くことができる。したがって、チャンバ１４３ｂおよび１６３ａの圧力は上昇し、ピストン１６５およびロッド１６７は拡張し、チャンバ１６３ｂおよび１４３ｄは、チャンバ１４３ｅおよび排気ポート１４２ｂを通して排気される。
【００３６】
図４Ｃの第３の条件において、弁チップ１３１ｄの弁１００ｄの弁フラップを閉じることができるように、チャンバ１４３ｄおよび１４３ｅの圧力の間に十分な均衡が達成されてもよく、弁チップ１３１ｄの弁１００ｄを閉じるために、弁フラップ上の静電引力が利用される。図４Ｄの第４の条件において、チャンバ１４３ｄが、図４Ｃの条件においてすでに排気されているため、弁１００ｃの弁フラップを開くことができる。弁１００ｃの弁フラップを閉じるために利用された静電力が除去されることで、弁１００ｂを開状態に維持したまま、弁１００ｃは、図４Ｄに示すように、その弁フラップが常時開位置までカールしながら開く。ピストン１６５が完全に拡張される前に弁１００ｃを開くことによって、チャンバ１４３ｄおよび１６３ｂの上昇中の圧力が、ピストン運動を遅くすることもある。
【００３７】
図４Ｅの第５の条件において、チャンバ１４３ｂおよび１４３ｃ間に均衡を達成でき、弁チップ１３１ｂ上の弁１００ｂの弁フラップは、静電引力を印加することによって閉じることができる。さらに、チャンバ１４３ｂの圧力を、チャンバ１４３ａの圧力に対して上昇させることができる。
【００３８】
チャンバ１４３ａの圧力に対して、チャンバ１４３ｂの圧力を上昇させた後の図４Ｆの第６の条件において、弁フラップが常時開位置までカールするように、弁１００ａの弁フラップを閉じるために利用された静電力を除去することによって、弁チップ１３１ａ上の弁１００ａの弁フラップを開くことができる。したがって、空気圧式アクチュエータチャンバ１６３ａは、チャンバ１４３ａおよび１４３ｂを通って低圧排気ポート１４２ａに結合され、空気圧式アクチュエータチャンバ１６３ｂは、チャンバ１４３ｃおよび１４３ｄを通って高圧供給ポート１４４ｃに結合される。図４Ｆの条件において、ピストン１６５およびロッド１６７は後退する。チャンバ１４３ｃおよび１４３ｄの圧力が均衡し、チャンバ１４３ａおよび１４３ｂの圧力が均衡すると、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの弁１００ａおよび１００ｃは、それらの弁フラップに静電引力を印加することによって閉じられ、ピストン１６５およびロッド１６７を拡張および後退させるために、図４Ａ〜図４Ｆの動作を繰り返すことができる。
【００３９】
弁アセンブリ１４１の弁チップ１３１ａ〜ｄは、ピストン１６５およびロッド１６７を後退位置から拡張位置へと動かすために、図４Ｂの条件から、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆの条件へシーケンスしてもよい。弁アセンブリ１４１の弁チップ１３１ａ〜ｄは、ピストン１６５およびロッド１６７を拡張位置から後退位置へ動かすために、図４Ｆの条件から図４Ｅ、図４Ｄ、図４Ｃ、図４Ｂの条件へシーケンスしてもよい。Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに、弁アセンブリ１４１の動作が記述されており、この内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００４０】
このように、ピストン１６５を拡張および後退させるために、図４Ａ〜Ｆに対して上述したシーケンス動作が用いられてもよい。しかしながら、ピストンを拡張するためのコマンドが全て、拡張または完全に拡張することになるわけではないし、ピストンを後退するためのコマンドが全て、ピストンを後退または完全に後退することになるわけではないことを理解されたい。例えば、前の拡張／後退が完了する前に、次のコマンドが受信／開始されてもよい。さらに詳しく言えば、例えば、フォールト条件の検出、安全センサの作動、および／または電力異常の検出などの場合でも、前の拡張／後退が完了する前に、次のコマンドが受信／開始されてもよい。
【００４１】
図４Ａ〜図４Ｆに対して上述したシーケンス技術は、アクチュエータを拡張および後退するために弁アセンブリが動作し得る最大圧力を上昇させることもある。アレイの弁を開くことに対する固有の動作制約は、弁チップの底面上により高い圧力が存在するため低減することができる。弁の静電閉鎖力に近似する空気圧力からの力で弁を閉じるときに様々な制約が生じることもある。このように、弁は、隣接するチャンバ間の圧力差を低減できるように選択的に開閉されてもよい。隣接するチャンバ間の圧力差を低減することによって、弁チップの弁フラップが、元々存在していたものより著しく低い圧力差に対して閉じられるという状況が発生し得る。比較的高い圧力差が存在していたであろう状態において弁チップの弁フラップを閉じるときに圧力差を低減するためには、比較的小さな時間遅延（例えば、チャンバサイズに基づいて、約１００マイクロ秒〜約２００マイクロ秒の範囲）で十分なこともある。
【００４２】
上述したように、弁チップ１３１が、複数の静電駆動式弁を備えてもよい。さらに、弁チップ１３１上にある固定電極の全てが、第１の入力パッドに電気的に接続されてもよく、弁チップ上の可撓性電極の全てが、第２の入力パッドに電気的に接続されてもよい。したがって、弁チップ上の弁の全てを一斉に開閉するために、各弁チップの第１および第２の入力パッドに、コントローラ１７１からの電気信号が結合されてもよい。図５の略図は、本発明の実施形態による、５つの弁チャンバ１４３ａ〜ｅを分離する４つの弁チップ１３１ａ〜ｄと、弁チップ１３１ａ〜ｄの動作を制御するために使用されるコントローラ１７１とを備える弁アセンブリを示す。例えば、図３および図４Ａ〜Ｆを参照しながら、弁アセンブリの動作を上述した。
【００４３】
Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに、弁チップ用のパッケージングフレーム、パッケージングされた弁チップ、パッケージングされた弁チップを備える弁アセンブリ、および弁アセンブリを制御するために使用される電子機器サブアセンブリが記述されており、この内容全体は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。例えば、Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに記述されているように、本発明の実施形態によるコントローラの動作が、電子機器サブアセンブリにおいて実施されてもよい。以下、図１０〜図１５に対して、本発明の実施形態によるコントローラのさらなる動作について記述する。
【００４４】
同一の基準リードが、コントローラ１７１と各弁チップ１３１ａ〜ｄ上の１つの入力パッドとの間に電気的結合を与えてもよい。別々の信号リード１７５ａ〜ｄが、各弁チップ１３１ａ〜ｄ上の他の入力パッドとコントローラ１７１との間に電気的結合を与えてもよい。別々の基準リードが、各弁チップ１３１ａ〜ｄに対して与えられてもよく、または１つ以上の基準リードが、２つ以上の弁チップによって共有されてもよい。図５に対して以下に記述する特定の実施形態によれば、コントローラ１７１と弁チップ１３１ａおよび１３１ｃとの間に、第１の基準リード１７３ａが結合されてもよく、コントローラ１７１と弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄとの間に、第２の基準リード１７３ｂが結合されてもよい。
【００４５】
例えば、Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに記述されているような電子機器サブアセンブリにおいて、コントローラ１７１の機能が実施されてもよい。したがって、コントローラ１７１は、図４Ａ〜Ｆに対して記述した動作などの動作を与えるために、弁チップ１３１ａ〜ｄの各々を別々に制御してもよい。さらに、弁アセンブリ１４１のハウジング４０１が、例えば、Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに記述されているように、リード１７３および１７５ａ〜ｄをインサート成形して、射出成形絶縁材料（プラスチック材料、エラストマー材料、重合体、共重合体、および／またはそれらの誘導体）で形成されてもよい。さらに、コントローラ１７１の電子機器が、例えば、図１０〜図１５に対して以下に記述するように、カスタム回路（例えば、１つ以上の特定用途向け集積回路［ＡＳＩＣ］デバイスを含む）を使用して、全体または部分的に実施されてもよい。
【００４６】
弁チップの入力パッドの両端に比較的高い電圧（１００ボルト以上など）を印加することによって、常時開の弁フラップは、固定および可撓性電極間の静電引力によって閉じられてもよい（電圧の印加時、弁チップの両側の流体圧力を実質的に均衡させることで与えられる）。実行される特定の動作に応じて、弁チップ上の弁フラップが、結果的に電荷の蓄積が生じる著しい時間の長さの間、閉じられてもよい。例えば、弁アセンブリを備える設備が一晩中遮断されることで、弁チップが８〜１６時間閉じられ、その時間の間、関連するアクチュエータを同じ位置に維持したままにしてもよい。また、より短い期間で、電荷の蓄積を生じさせてもよい。
【００４７】
弁チップの弁フラップが、固定および可撓性電極間に印加された比較的高い電圧（１００ボルトなど）で、著しい期間閉じられれば、誘電体と金属間の境界に電荷蓄積が生じることもあり、弁フラップは、固定および可撓性電極間の電位が除去されるとすぐに開かないこともある。図１を参照すると、固定電極１０５と可撓性電極１１１との間に印加される電位によって発生する静電力により、著しい期間、可撓性弁フラップ１１７が弁オリフィス１１９に対して閉じられるとき、可撓性電極１１１と誘電体層１０９との間の境界、および／または固定電極１０５と誘電体層１０７との間の境界に、電荷蓄積が生じることもある。十分な電荷蓄積がある場合、電荷が誘電体と金属との境界から消失するのに十分な時間を有するまで、電荷蓄積から生じた静電力を打ち消すのに十分な力を発生するには、可撓性弁フラップ１１７の固有応力では不十分なこともある。このような電荷蓄積条件は、外部印加電圧差が、固定および可撓性電極にもはや印加されていないとしても、オリフィス上で可撓性弁フラップを閉じた状態のままにさせ得る。
【００４８】
したがって、弁チップが閉状態に維持されるとき、図５のコントローラ１７１は、弁チップ上の弁の金属と誘電体の境界での電荷蓄積を低減するように構成されてもよい。本発明の実施形態によれば、コントローラ１７１は、閉状態に維持されている弁チップを駆動するリードの極性を周期的に反転させてもよい。例えば、弁チップ１３１ａが閉状態に維持されていれば、信号リード１７５ａの極性は、電荷の蓄積を低減するように、関連する基準リード１７３ａに対して周期的に反転されてもよい。他の形態において、コントローラ１７１は、電荷の蓄積を検出し、所定レベルの電荷蓄積を検出すると、極性反転動作を始動してもよい。
【００４９】
弁チップを駆動するリードの極性を反転するとき、極性の反転前にリードから電力が除去されてもよい。例えば、反転極性を適用する前に十分に短い期間（例えば、およそ１マイクロ秒程度）、電力が除去されることで、反転した極性が適用される前に、弁チップの弁フラップが開く時間をもたないようにしてもよい。他の形態において、弁フラップは、反転された極性の適用前に電力が除去される時間の間、開くか、または開き始めてもよいが、その後、反転極性を十分に迅速に適用することで、弁チップを流れる流体の流れが、弁アセンブリ１４１の動作に対して著しいものにならないようにしてもよい。言い換えれば、反転された極性の適用前に電力がない状態で期間中に流体が流れると、空気圧式アクチュエータのわずかな動きが、弁アセンブリ１４１によって制御されることにもなる。可撓性弁フラップを開閉するのに必要な時間は、およそ１００マイクロ秒程度のこともある。電圧の除去、短い高周波数電圧サイクルの適用、次いで、閉じた可撓性フラップを維持するための電圧の再印加を含む電荷蓄積を低減するために、他のコントローラ機能が適用されてもよい。
【００５０】
本発明の特定の実施形態によれば、閉じられた弁チップが電荷の蓄積を受けてもよいように、十分に長い期間、図４Ｂおよび／または図４Ｆに示すような特定の条件に、弁アセンブリが維持されてもよい。例えば、弁アセンブリは、図４Ｂに示すように、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃを閉じた状態にしてもよいが、この条件は、ピストン１６５およびロッド１６７を延長した状態にして維持されてもよい。さらに、第１の基準リード１７３ａは、コントローラ１７１と弁チップ１３１ａおよび１３１ｃとの間に結合されてもよく、第２の基準リード１７３ｂは、コントローラ１７１と弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄとの間に結合されてもよい。したがって、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの両方に適用された信号の極性を同時に反転させることが必要な場合もある。
【００５１】
さらに詳しく言えば、（１）図４Ｂの動作条件から、図４Ｃ、図４Ｄ、および図４Ｅ、図４Ｆの条件へと迅速にシーケンスし、（２）弁チップ１３１ａおよび１３１ｃを駆動するリードの極性を反転し、次いで、（３）図４Ｅの条件から、図４Ｄ、および図４Ｃ、図４Ｂの条件へと迅速にシーケンスして戻ることが望ましい場合もある。図４Ｆの条件にシーケンスすることによって、３つのチップのリードの極性を反転できるように、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの両方への電力が遮断される。図４Ｂの条件から図４Ｆの条件へ、および再度戻って条件を迅速にシーケンスすることによって、拡張されたピストン１６５またはロッド１６７の著しい運動を発生させることなく、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの弁を開閉できるように、弁チャンバ１４３ａ〜ｅにおいて十分な圧力均衡を達成できる。弁チャンバ１４３ａ〜ｅの容積が、アクチュエータチャンバ１６３ａ〜ｂの容積に対して小さいことがあるため、弁チャンバ１４３ｂおよび１４３ｄとアクチュエータチャンバ１６３ａ〜ｂとの間の結合部を通る制約が存在することがあるため、および／または、隣接する弁チャンバ間の弁チップを閉じるには、それらの間が部分的に均衡されるだけですむため、図４Ｂ〜図４Ｆの順方向または逆方向のシーケンスは、拡張されたピストン１６５およびロッド１６７の著しい動きが生じることなく、迅速に実行されてもよい。
【００５２】
別の例において、弁アセンブリは、図４Ｆに示すように、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄを閉状態にしてもよく、この条件は、ピストン１６５およびロッド１６７を後退させた状態にして維持されてもよい。さらに、基準リード１７３ｂは、コントローラと弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄとの間に結合されてもよく、基準リード１７３ａは、コントローラと弁チップ１３１ａおよび１３１ｃとの間に結合されてもよい。したがって、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄの両方に適用された信号の極性を同時に反転させることが必要な場合もある。
【００５３】
さらに詳しく言えば、（１）図４Ｆの動作条件から、図４Ｅ、図４Ｄ、および図４Ｃ、図４Ｂの条件へと迅速にシーケンスし、（２）弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄを駆動するリードの極性を反転し、次いで、（３）図４Ｃの条件から、図４Ｄ、および図４Ｅ、図４Ｆの条件へと迅速にシーケンスして戻ることが望ましい場合もある。図４Ｂの条件にシーケンスすることによって、これらのチップのリードの極性を反転できるように、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄの両方への電力が遮断される条件が達成される。図４Ｆの条件から図４Ｂの条件へ、および再度戻って条件を迅速にシーケンスすることによって、後退したピストン１６５またはロッド１６７の著しい運動を発生させることなく、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄの弁を開閉できるように、弁チャンバ１４３ａ〜ｅにおいて十分な圧力均衡を達成できる。弁チャンバ１４３ａ〜ｅの容積が、アクチュエータチャンバ１６３ａ〜ｂの容積に対して小さいことがあるため、弁チャンバ１４３ｂおよび１４３ｄとアクチュエータチャンバ１６３ａ〜ｂとの間の結合部を通る制約が存在するため、および／または、隣接する弁チャンバ間の弁チップを閉じるには、それらの間が部分的に均衡されるだけですむため、図４Ｆ〜図４Ｂの逆方向または順方向のシーケンスは、後退されたピストン１６５およびロッド１６７の著しい動きが生じることなく、迅速に実行されてもよい。
【００５４】
さらに、消費する平均電力を低下させるために、弁チップを駆動するために使用される信号の波形整形が使用されてもよい。例えば、弁チップの弁フラップを閉じるのに必要な「引き込み」電流および／または電圧が、弁チップの弁フラップを閉じた状態に保持するのに必要な「ホールド」電流および／または電圧より大きいこともある。したがって、開いた弁フラップの閉鎖を始動するために、弁チップに、より大きな「引き込み」電位（例えば、およそ１００ボルトまたはそれ以上）が印加されてもよく、弁フラップを一度閉じた状態に保持するために、弁チップに、より小さな「ホールド」電位（例えば、およそ５０ボルト）が印加されてもよい。特定の実施形態によれば、最初に高い「引き込み」電流および／または電圧を達成した後、引き続き、著しく低い「ホールド」電流および／または電圧を達成するために、信号オーバーシュートおよびセトリング現象が使用されてもよい。より低い「ホールド」電流を使用することによって、金属と誘電体との境界にある電荷蓄積が低減されてもよい。コントローラ１７１は、本発明の実施形態による波形整形を提供するために、プッシュ／プルデバイスおよび／または増幅器を備えてもよい。
【００５５】
弁フラップを閉じ、および／または保持するために使用する電圧を低減することによって、電荷蓄積が低減されてもよい。上述したように、弁チップ上の弁を閉じるために、比較的高い「引き込み」電圧が使用され、弁チップの弁を閉じた状態に維持するために、比較的低い「ホールド」電圧が使用されるように、波形整形が使用されてもよい。「ホールド」電圧を低減することによって、弁チップの弁が閉じた状態に維持されるときの期間中、電荷蓄積を低減することができる。さらに、弁を閉じるために使用する「引き込み」電圧と、弁を閉じた状態に維持するために使用する「ホールド」電圧とは、固定および可撓性電極間のより狭い空間に発生するより低い電圧を使用して、引き込みおよび／または保持力を発生できるように、誘電体層１０７および／または１０９の一方または両方の厚みを薄くすることによって低減されてもよい。このように、降伏特性を高めた材料を使用するより薄い誘電体層が使用されてもよい。
【００５６】
さらに、弁アセンブリ用の一次および／またはバックアップ電源として、コントローラ１７１とともに、バッテリー、コンデンサ、および／または燃料電池などの電源が使用されてもよい。従来のソレノイド系のシステムと比較すると、弁チップ１３１ａ〜ｄを使用した弁アセンブリ１４１の電力要求が、バッテリー、コンデンサ、および／または燃料電池などの電源で十分であるように、比較的低いものであってもよい。例えば、再充電可能なリチウムまたはリチウムイオンバッテリーを使用して、コントローラ１７１にバックアップ電力が与えられてもよく、リチウムまたはリチウムイオンバッテリーは、一次外部電源を使用して、通常動作中に再充電されてもよい。リチウムバッテリーは、比較的高いエネルギー密度、信頼性、および／または電圧出力（例えば、３ボルトＤＣ）を与えてもよい。また、リチウムバッテリーは、幅広い温度範囲にわたってほとんど変化することない動作を与えることもある。さらに、リチウムバッテリーは、比較的長い寿命および／または長い保管寿命を与えることもある。
【００５７】
図３、図４、および図５の弁アセンブリにおいて、電力を使用するデバイスを連続してオンオフすることによって、ピーク電力／電流需要が低減されることもある。さらに詳しく言えば、弁チップを閉じるとき、開いた弁チップを最初に閉じるときに最大電力が消費されてもよく、弁チップを閉じた状態に維持するとき、より低い電力が消費されてもよい。例えば、図４Ｂ〜Ｆのシーケンスにおいて、同じ遷移中に２つの弁チップが閉じられることはない。ある遷移が２つの弁チップを閉じることを伴えば、２つの弁チップの閉鎖は、１つの弁チップがもう１つの弁チップの前に閉じられるようにわずかに時間をずらせばよい。
【００５８】
上述したように、電荷の蓄積を低減するために、波形整形が使用されてもよい。さらに、開いた弁チップを閉じるために第１の電位を使用した後、弁チップを閉じた状態に維持するために低減された電位を使用することによって消費される平均動作電力を低減するために、波形整形が使用されてもよい。コントローラはまた、バックアップ電源の寿命が延長されるように、一次電源が損失した場合に低電力システムを提供してもよい。さらに詳しく言えば、一次電源の損失中、最も必須な回路を除いて全てが遮断されてもよい。例えば、電力異常中に弁アセンブリが所定のデフォルト条件に達すると、コントローラは、デフォルト条件に弁アセンブリを維持するために必要なものを除いて、全ての機能を遮断してもよい。
【００５９】
本発明の特定の実施形態によれば、外部一次電源が、コントローラ１７１に約２４ボルトの電位を与えてもよく、バックアップ電源（バッテリーなど）が、約３ボルトの電位を与えてもよい。したがって、コントローラ１７１は、弁チップを駆動するために使用する比較的高い電圧信号を発生するために、高電力発生回路を備えてもよい。例えば、高電力発生回路は、コイルおよび／または変圧器を駆動するトランジスタを備えてもよく、コイルおよび／または変圧器は、ディスクリートであってもよい。さらに、比較的高い電位を生じさせ、および／または蓄積するために１つ以上のコンデンサを用いて、高電力発生回路の効率が高められてもよい。例えば、トランジスタおよびコイルは、１つのコンデンサ（または、バイポーラ電源として与える場合は複数のコンデンサ）を充電するために使用されてもよい。コンデンサは、弁チップを駆動するために使用される電源を提供でき、コンデンサに十分な電荷が蓄積されることで、バッテリーを必要としないバックアップ電力が与えられてもよい。さらに、または他の形態において、弁チップを駆動するために使用する高電圧信号は、チャージポンプ、インダクタ回路、および／またはそれらの組み合わせ、および／または当業者に公知の他の回路を使用して発生させてもよい。
【００６０】
コントローラ１７１の動作用の電力を発生するために、電力排除技術が使用されてもよい。さらに詳しく言えば、コントローラ１７１用の電力を与えるために、電力が、あらゆる数の環境源から収集され、電気に変換され、電力貯蔵デバイス（バッテリー、コンデンサ、インダクタ、および／または燃料電池など）内に貯蔵されてもよい。例えば、光、熱、機械振動などが、バッテリー、コンデンサ、および／またはインダクタに貯蔵される電力に変換されてもよい。さらに、または他の形態において、バッテリー、コンデンサ、および／またはインダクタに貯蔵される電力を与えるために、放射性同位元素からの放射（アルファおよび／またはベータ放射など）が捕捉されてもよい。したがって、別々の電力電源が不要になることもある。さらに、弁アセンブリに電力を供給し、コントローラの再充電可能なバックアップ電源（バッテリー、コンデンサ、および／またはインダクタなど）を充電するために、一次外部電源が使用されてもよい。一次外部電源が中断すると、弁アセンブリは、再充電可能なバックアップ電源から電力が供給されてもよい。
【００６１】
このように、図５のコントローラ１７１は、例えば、図３および図４Ａ〜Ｆに示すように結合された空気圧式アクチュエータのピストンおよびロッドの位置を制御するように弁チップ１３１ａ〜ｄを動作するように構成されてもよい。さらに、ピストンの速度、加速、および／または位置のさらなる制御を与えるために、弁チップ１３１ａ〜ｄ上の弁の開および／または閉が変調されてもよい。本明細書で使用する場合、変調するという用語は、最大流れ抵抗（すなわち、弁が完全に閉じられる）と最小流れ抵抗（すなわち、弁が完全に開かれる）との間に異なる流れ抵抗を与えるように弁チップが動作することを意味する。
【００６２】
例えば、コントローラ１７１は、弁を通る流体の流れを計測するために、開いた弁が、ＰＷＭ変調周波数でパルス幅変調（ＰＷＭ）されるようにしてもよい（すなわち、デューティーサイクルで開閉される）。弁を通る最大流れおよび／または最小流れ抵抗が、１００％開デューティーサイクルで与えられてもよく、実質的にゼロの流れおよび／または最大流れ抵抗が、０％開デューティーサイクルで与えられてもよく、ＰＷＭ変調周波数で０％開と１００％開との間のデューティーサイクルが、異なる中間流れおよび／または流れ抵抗を与えてもよい。
【００６３】
他の形態において、コントローラ１７１は、異なる流れ抵抗を与えるために、弁チップに異なる電圧差を与えてもよい。例えば、弁を閉じるために（すなわち、最大流れ抵抗を与えるために）、高い電圧差が与えられてもよく、弁を開くために（すなわち、最小流れ抵抗を与えるために）、低い電圧差が与えられてもよく、複数の中間電圧差が、異なる中間流れおよび／または流れ抵抗を与えてもよい。言い換えれば、増大する電圧差が、基板付近の弁フラップを引き寄せるため、増大する流れ抵抗を与えるために、静電駆動式弁の固定および可撓性電極間に、増大する電圧差が与えられてもよい。
【００６４】
別の形態において、同じ弁チップ上の異なる弁フラップが、異なる弁フラップが、異なる電位で閉じるように異なる外形を有してもよい。したがって、第１の弁群が、第１の閉電圧に応答して閉じてもよく、第２の弁群および第１の弁群が、第１の閉電圧より大きい第２の閉電圧に応答して閉じてもよく、第３の弁群および第１および第２の弁群が全て、第１および第２の閉電圧より大きい第３の閉電圧に応答して閉じてもよい。
【００６５】
別の形態において、各弁チップは、コントローラ１７１が、同じ弁チップ上の異なる数の弁フラップを異なる時に選択的に開および／または閉できるような別々にアドレス可能な弁フラップを備えてもよい。例えば、弁上の全ての弁フラップが、閉じられてもよく（すなわち、最大流れ抵抗を与える）、弁チップ上の全ての弁フラップが開かれてもよく（すなわち、最小流れ抵抗を与える）、それらの中間の数の弁フラップが、異なる中間の流れおよび／または流れ抵抗を与えるために開および／または閉されてもよい。
【００６６】
このように、ピストン１６７の速度、加速、および／または位置を制御するために、弁変調を使用することもできる。例えば、図４Ｂに対して、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄは、ピストン１６７を後退位置から拡張位置へと移動させるために開かれてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄの一方または両方の開口が、ピストン運動の第１の部分の間に第１の流れ抵抗が与えられ、ピストン運動の第２の部分の間に第２の流れ抵抗が与えられるように変調されてもよい。例えば、弁チップ１３１ｂによって与えられる流れ抵抗が、最大速度を超えないようにピストン１６７が拡張を始めた後に増大されてもよい。さらに、または他の形態において、弁チップ１３１ｄによって与えられる流れ抵抗が、より制御された減速を与えるように、ピストンが全拡張に近付くにつれて増大してもよい。さらに、ピストン１６７の位置を検出するために、コントローラ１７１に結合された位置センサが使用されてもよく、このように、コントローラは、ピストンが全拡張よりも短い任意の所望の位置まで拡張可能なように、ピストンの拡張を制御してもよい。
【００６７】
図４Ｆに対して、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃは、ピストン１６７を拡張位置から後退位置へ移動させるために開かれてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、弁チップ１３１ａおよび１３１ｃの一方または両方の開口が、ピストン運動の第１の部分の間に第１の流れ抵抗が与えられ、ピストン運動の第２の部分の間に第２の流れ抵抗が与えられるように変調されてもよい。例えば、弁チップ１３１ｃによって与えられる流れ抵抗が、最大速度を超えないようにピストン１６７が後退を始めた後に増大されてもよい。さらに、または他の形態において、弁チップ１３１ａによって与えられる流れ抵抗が、より制御された減速を与えるように、ピストンが全後退に近付くにつれて増大してもよい。さらに、ピストン１６７の位置を検出するために、コントローラ１７１に結合された位置センサが使用されてもよく、このように、コントローラは、ピストンが全後退よりも短い任意の所望の位置まで後退可能なように、ピストンの後退を制御してもよい。
【００６８】
本発明のさらなる実施形態によれば、弁アセンブリ１４１の弁ハウジング４０１が、チャンバ１４３ａ〜ｅを画定してもよく、弁チャンバ１４３ａ〜ｅの各々の間にあるエンクロージャ４０３ａ〜ｄが、弁チップ１３１ａ〜ｄをそれぞれ収容するように構成される。さらに詳しく言えば、例えば、Ｔｅａｃｈ  ｅｔ  ａｌに記述されているように、弁チップ１３１ａ〜ｄの各々は、フレームにそれぞれパッケージングされてもよく、パッケージングされた弁チップ１３１ａ〜ｄが、弁チャンバ１４３ａ〜ｄ間にあるエンクロージャ４０３ａ〜ｄに流体シールを与えるように構成されてもよい。図６Ａに示すように、図４Ａ〜Ｆに対して上述したように、５方弁動作を与えるために、ハウジング４０１は、４つのパッケージングされた弁チップ１３１ａ〜ｄが実装され、ベース６０１で閉じられてもよい。
【００６９】
同じハウジング４０１およびベース６０１はまた、図６Ｂに示すように、３方弁動作を与えるために、パッケージングされた弁チップ１３１ｃ〜ｄの代わりにプラグ１３２ｃ〜ｄを使用することによって、３方弁動作を与えるために使用されてもよい。したがって、チャンバ１４３ｄ〜ｅは、密封され、機能していない。ばね装填された空気圧式アクチュエータを駆動させるために、図６Ｂの３方弁の構成が使用されてもよく、この場合、アクチュエータの１つのチャンバに印加される圧力が、アクチュエータピストンを第１の位置に移動させ、チャンバから圧力が除去されると、アクチュエータのばねがアクチュエータピストンを第２の位置に移動させる。一例として、ばね装填された空気圧式アクチュエータについて記述したが、本発明の実施形態による他のアクチュエータタイプとともに、図６Ｂの３方弁の構成が使用されてもよい。例えば、垂直方向に作動する負荷などの外部機構が、シリンダを元の条件に戻してもよい。
【００７０】
さらに詳しく言えば、供給ポート１４４ｃからアクチュエータチャンバへ高圧空気を供給するために、弁チップ１３１ｂは開かれてもよく、弁チップ１３１ａは閉じられてもよい。排気ポート１４２ａを通ってアクチュエータチャンバを排気するために、弁チップ１３１ａは開かれてもよく、弁チップ１３１ｂは閉じられてもよい。供給と排気との間を切り換えるとき、弁チップ１３１ａ〜ｂの両方が同時に開かれないように、および現在開かれている弁チップを閉じることができるほどに十分に圧力が均衡できるように任意の遷移間に十分な遅延が与えられるようにすることが望ましい場合もある。
【００７１】
さらなる他の形態において、ハウジングおよびベースが、４方および／または２方弁の動作用に構成することもできる。４方動作の場合、ベースは、排気チャンバ１４３ａおよび１４３ｅと同一の排気ポートとの間に流体結合が与えられるように修正されてもよい。他の方法では、図４Ａ〜Ｆに対して上述したように、４方動作に、４つの弁チップが設けられてもよい。他の形態において、一方向のオン／オフ流れデバイスを提供するために、単一の弁チップを使用して、２方動作が与えられてもよい。１つの弁チップと、他の弁チップの代わりに使用するシーリングプラグとともに、図６Ａ〜Ｂのハウジングおよびベースを使用して、２方デバイスが与えられてもよい。他の形態において、単一の弁チップに対して、１つの入力ポート、１つの出力ポート、および１つのエンクロージャを有するより小さなハウジングを用いて、２方デバイスが与えられてもよい。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、図７に示すように、複数の弁１００を備える弁チップ１３１を使用して、質量流量コントローラ２０００（ＭＦＣ）が提供されてもよい。さらに詳しく言えば、弁チップ１３１は、高圧供給チャンバ２００５ａと低圧出力チャンバ２００５ｂとの間に設けられてもよい。さらに、弁１００のフラップが、弁チップ１３１が、高圧供給チャンバ２００５ａから低圧出力チャンバ２００５ｂへのガスの流れを調整できるように、低圧出力チャンバ２００５ｂの方へ開いて設けられてもよい。コントローラ２００３は、高圧チャンバセンサ２００１ａと低圧チャンバセンサ２００１ｂからの所望の流れおよび信号に応答して、弁１００の動作を制御してもよい。
【００７３】
チャンバセンサ２００１ａおよび２００１ｂの各々は、チャンバ２００５ａおよび２００５ｂのそれぞれに条件測定値（圧力および／または温度など）を与えてもよく、コントローラ２００３は、質量流量コントローラ２０００を通る質量流量を決定するために、これらの測定値を用いることができる。センサ２００１ａおよび２００１ｂからの測定値に基づいて、コントローラ２００３は、ＭＦＣ２０００を通る現行質量流を決定した後、弁チップ１３１の弁１００を変調することによって、質量流量を増加または減少することができる。したがって、センサ２００１ａおよび２００１ｂは、実時間フィードバックループを与えてもよい。
【００７４】
コントローラ２００３は、弁１００がある変調周波数で開閉するデューティーサイクルを変更することによって、弁１００を変調することができる。弁１００が開いたままにされる１００％開デューティーサイクルで、最大質量流量が与えられてもよく、弁１００が閉じたままにされる０％開デューティーサイクルで、実質的にゼロの質量流量が与えられてもよい。したがって、コントローラ２００３は、センサ２００１ａおよび２００１ｂからの測定値を使用して、ＭＦＣ２０００を流れる質量流量をモニタし、現行の質量流量が所望の質量流量より大きいか、または小さいかを決定できる。現行の質量流量が所望の質量流量より小さければ、コントローラ２００３は、弁１００が変調周波数で開閉されるデューティーサイクルを増加してもよい。現行の質量流量が所望の質量流量より大きければ、コントローラは、弁１００が変調周波数で開閉されるデューティーサイクルを減少してもよい。したがって、弁１００の全ての静止電極は、第１の電極に電気的に接続されてもよく、弁１００の全てのフラップ電極は、第２の電極に電気的に接続されてもよく、コントローラは、質量流量を制御するために、コントローラによって決定されるデューティーサイクルで、第１および第２の電極の両端に開および閉電位を印加してもよい。
【００７５】
他の形態において、コントローラ２００３は、開閉される弁１００の数を変更することによって、弁１００を変調できる。弁１００の全てを開くことによって、最大質量流量が与えられてもよく、弁１００の全てを閉じることによって、実質的にゼロの質量流量が与えられてもよい。したがって、コントローラ２００３は、センサ２００１ａおよび２００１ｂからの測定値を使用して、ＭＦＣ２０００を通る質量流量をモニタし、現行の質量流量が所望の質量流量より大きいか、または小さいかを決定できる。現行の質量流量が所望の流量より小さければ、コントローラ２００３は、開かれる弁１００の数を増加させてもよい。現行の質量流量が所望の質量流量より大きければ、コントローラは、開かれる弁１００の数を減少させてもよい。したがって、コントローラ２００３が、個々の弁１００および／または弁群１００を別々にアドレス処理できるように、個々の弁１００および／または弁群１００の静止電極および／またはフラッパ電極が、別々の電極に接続されてもよい。一例として、弁チップ１３１は、１個の弁からなる第１の群と、２個の弁からなる第２の群と、４個の弁からなる第３の群と、８個の弁からなる第４の群と、１６個の弁からなる第５の群と、３２個の弁からなる第６の群とを有する６３個の弁１００を備えてもよい。各弁群を別々に制御することによって、コントローラは、全ての弁群を閉じた状態の実質的にゼロの流れから、全ての弁群を開いた状態の最大の流れまで、６４個のレベルの流れ制御を与えることができる。
【００７６】
本発明のさらなる実施形態によれば、３方弁アセンブリが、図８の分解図に示すように、２つの静電駆動式弁と、単一の基板上に１つの供給貫通孔とを備えてもよい。基板１１０１は、下側デバイダ１１０３と、上側デバイダ１１１５と、下側キャップ構造１１２１と、上側キャップ構造１１２３とを備えるパッケージ内に密封されてもよい。下側デバイダ１１０３は、高圧源からの入口ポート１１０５および入口弁１１０７と連通状態にある第１の下側キャビティを画定し、供給貫通孔１１０９および出口弁１１１１と連通状態にある第２の下側キャビティを画定する。
【００７７】
上側デバイダ１１１５は、出口弁１１１１および排気ポート１１１７と連通状態にある第１の上側キャビティを画定し、入口弁１１０７、供給貫通孔１１０９、および空気圧式シリンダのチャンバへのシリンダポート１１１９と流通状態にある第２の上側キャビティを画定する。両方の弁が閉じられると、シリンダポート１１１９は、入口ポート１１０５および排気ポート１１１７の両方から隔離される。入口弁１１０７が開かれると、高圧源からの空気が、入口ポート１１０５から入口弁１１０７を通って、シリンダポート１１１９へと流れることができる。出口弁１１１１が開かれ、入口弁１１０７が閉じられると、空気圧式シリンダのチャンバからの空気が、シリンダポート１１１９から供給貫通孔１１０９、出口弁１１１１、および排気ポート１１１７を通って流れることができる。
【００７８】
本発明のさらなる実施形態によれば、４方弁アセンブリが、図９に示すように、４つの静電駆動式弁と、単一の基板上にある２つの供給貫通孔とを備えてもよい。基板１２０１は、第１の下側デバイダ１２０３と、第２の下側デバイダ１２０５と、第１の上側デバイダ１２０７と、第２の上側デバイダ１２０９とを備えるパッケージ内に密封されてもよい。（明確に示すために、同図では上側および下側キャップ構造を省略している。）図９の４方弁は、例えば、単一の基板に複動式の空気圧式シリンダの制御を与えることができるように、２つの３方弁の機能を与えてもよい。
【００７９】
Ａ入口弁１２１１およびＡ出口弁１２１３の両方が閉じられると、Ａシリンダポート１２３１は、高圧入力ポート１２３３および排気ポート１２３５の両方から隔離されてもよい。Ａ入口弁１２１１が開かれると、高圧入口ポート１２３３からＡ入口弁１２１１を通ってＡシリンダポート１２３１へ空気が流れてもよい。Ａ出口弁１２１３が開かれると、空気圧式シリンダのＡチャンバからの空気が、Ａシリンダポート１２３１から、Ａ供給貫通孔１２１５、Ａ出力弁１２１３を通って、排気ポート１２３５へ流れてもよい。
【００８０】
Ｂ入口弁１２２１およびＢ出口弁１２２３が閉じられると、Ｂシリンダポート１２３７は、高圧入口ポート１２３３および排気ポート１２３５の両方から隔離されてもよい。Ｂ入口弁１２２１が開かれると、高圧入口ポート１２３３からの空気が、Ｂ入口弁１２２１を通ってＢシリンダポート１２３７へ流れてもよい。Ｂ出口弁１２２３が開かれると、空気圧式シリンダのＢチャンバからの空気が、Ｂシリンダポート１２３７からＢ供給貫通孔１２２５、Ｂ出口弁１２２３を通って、排気ポート１２３５へ流れてもよい。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、カスタム回路（例えば、ＡＳＩＣとも呼ばれる１つ以上の特定用途向け集積回路を含む）を使用して、図５に対して上述したコントローラ１７１の電気的機能が与えられてもよい。図１０は、本発明のいくつかの実施形態による回路２００１の機能ブロックを示すブロック図であり、図１１は、図１０の回路２００１を備えるプリント回路基板の要素を示す略図である。
【００８２】
図１０に示すように、回路２００１は、電力調整／制御回路２０１１、高電圧発生回路２０１３、バッテリー検出／制御回路２０１５、デグリッチ／デバウンス論理回路２０１７、シーケンスコントローラ（状態機械）回路２０１９、高電圧（ＨＶ）出力レベルシフタ回路２０２１、コンフィギュレーション回路２０２３、反転タイミング／制御回路２０２５、および発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ回路２０２７を備えてもよい。図示したように、電力調整／制御回路２０１１は、プログラマブルコントローラなどの外部制御デバイスとの電気的結合を与えるそれぞれのコネクタを通して、外部電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ信号を受信してもよい。同様に、デグリッチ／デバウンス論理回路２０１７は、プログラマブルコントローラなどの外部制御デバイスとの電気的結合を与えるコネクタを通して、入力制御信号ＡおよびＢを受信してもよい。バッテリー検出／制御回路２０１５は、コントローラ１７１の位置に／内に与えられたバッテリーからバッテリー電源ＶＢａｔおよび接地ＧＢａｔ信号を受信してもよい。
【００８３】
ＨＶ出力レベルシフタ回路２０２１の出力Ｆ１〜Ｆ４およびＨｃｏｍＯおよびＨｃｏｍＥは、弁アセンブリの弁チップを駆動するための使用され、出力Ｆ１〜Ｆ４およびＨｃｏｍＯおよびＨｃｏｍＥは、主要ハウジングのリード（図５のリード１７５ａ〜ｄおよび１７３ａ〜ｂなどを介して）を介して弁チップのそれぞれに結合される。さらに詳しく言えば、弁アセンブリの弁チップは、第１（コントローラから最も離れた位置にある）から第４（コントローラに最も近い位置にある）として識別されてもよく、高電圧出力Ｆ１〜Ｆ４は、第１から第４の弁チップ１３１ａ〜ｄのそれぞれに印加され、高電圧共通奇数ＨｃｏｍＯ信号は、第１および第３の弁チップ１３１ａおよび１３１ｃに印加され、高電圧共通偶数ＨｃｏｍＥ信号は、第２および第４の弁チップ１３１ｂおよび１３１ｄに印加される。
【００８４】
コンフィギュレーション論理回路２０２３は、接地または浮動のいずれかであってもよいコンフィギュレーション選択信号Ｃ１〜Ｃ３を受信してもよい。図１１に示すように、回路２００１は、プリント回路基板上に設けられてもよく、コンフィギュレーション選択信号／ピンＣ１〜Ｃ３の各々は、ジャンパＪ１〜Ｊ３または浮動のそれぞれを通して（それぞれのジャンパを取り除くことによって）、接地に結合される。他の形態において、それぞれのコンフィギュレーション選択信号／ピンＣ１〜Ｃ３の接地へのトレースは、それぞれのコンフィギュレーション選択信号／ピンが接地または浮動のいずれかであるようにするために、パッケージング前に維持またはカットされてもよい。さらに、ＬＥＤドライバ回路２０２７の出力ＬＥＤ−ＡおよびＬＥＤ−Ｂは、それぞれのＬＥＤ１０２３を駆動してもよい。
【００８５】
図１０および図１１のカスタム回路は、結果的に得られる弁アセンブリを、従来のソレノイド駆動弁のドロップイン代替品として使用することもできる。したがって、電子機器サブアセンブリの物理的および電気的インタフェースは、従来のソレノイド駆動弁に使用される物理的および電気的インタフェースに準拠したものであってもよい。例えば、デグリッチ／デバウンス論理回路２０１７は、ソレノイド駆動弁に使用される入力制御信号ＡおよびＢを受信するように構成されてもよい。図１０および図１１に示すように、４つの別々の高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４が与えられてもよく、各弁チップの負荷が、ヒステリシス付きコンデンサＶＣ１〜ＶＣ４として効率的にモデリングできる。このように、コンデンサＶＣ１〜ＶＣ４は、コントローラにあるプリント回路基板上に設けられた要素とは対照的に、主要弁ハウジングに設けられた弁チップを表す。さらに、高作動電圧は、チャージポンプ、インダクタ回路、および／またはそれらの組み合わせ、および／または当業者に公知の他の回路を使用して発生されてもよい。
【００８６】
高電圧発生回路２０１３は、低電圧源（２４ボルトの外部電源信号ＶＤＤおよび／または３ボルトのバッテリー電源信号ＶＢａｔなど）を、２００ボルトＤＣ信号などの高電圧信号に変換するように構成されてもよい。例えば、ＨＶ発生回路２０１３は、回路２００１上に設けられた一連のチャージポンプを備えてもよい。さらに、または、図１０および図１１に示すような他の形態において、回路２００１のサイズおよび／またはコストを低減させながら、高電圧信号を発生させるために使用する１つ以上のブーストコンバータを提供するために、外部インダクタコイルＬＬおよびＬＨが、外部レジスタＲＬおよびＲＨと並列に設けられてもよい。さらに、このように発生させた高電圧の絶対値は、異なる用途で使用する異なる作動電圧に順応するように、および／または、製造変動から得られた異なる回路（異なるＡＳＩＣなど）の特性の変動に順応するように調節されてもよい。その結果得られる高電圧は、高電圧発生回路２０１３がアクティブのときを制御するために、ＨＶ発生回路２０１３のコンパレータとともに使用されるデバイダの一部として、レジスタＨＶＡＲを使用して調節されてもよい。
【００８７】
一次電源が損失すると（例えば、外部電源信号ＶＤＤが損失すると）、回路２００１を備えるコントローラが、弁アセンブリが、ある状態を維持するか、または所望の状態へ転移できるように構成されてもよい。したがって、回路を備えるコントローラは、外部電源信号ＶＤＤ（２４ボルト供給であってもよい）の損失中、無期限に弁チップを所望の状態に維持しながら、静電駆動式弁チップを介した漏出を解消するために、バッテリー（図１１のバッテリー３０１３など）から十分なエネルギーを供給するように構成されてもよい。
【００８８】
電力損失を検出すると、特定の用途および電力損失時の入力の状態に応じて、高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４を所定の条件に切り換えるためのエネルギーが必要な場合もある。ＤＣ外部電源信号ＶＤＤが損失および／または中断すると、高電圧出力信号Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、および／またはＦ４を維持するためのエネルギーを供給するために、比較的安価な３ボルトリチウム一次バッテリーが使用されてもよい。他の形態において、３．０〜４．２ボルトの範囲にある電圧出力を有する再充電可能なリチウムイオンバッテリーが使用されてもよく、回路２００１は、外部電源信号ＶＤＤが存在するとき、バッテリーを充電するように構成される。
【００８９】
外部電源信号ＶＤＤが利用可能な状態の通常動作中、デグリッチ／デバウンス論理回路２０１７は、入力制御信号ＡおよびＢを受信および／またはフィルタリングしてもよく、デグリッチ／デバウンス回路２０１７は、シーケンスコントローラ２０１９に入力制御信号ＡおよびＢを与えてもよい。外部電源信号ＶＤＤが利用可能な場合、シーケンスコントローラ回路２０１９は、入力制御信号ＡおよびＢに応じて、およびコンフィギュレーション信号Ｃ１〜Ｃ３によって画定される回路コンフィギュレーションに応じて、ＨＶ出力レベルシフタ回路２０２１の動作を命じる。外部電源信号ＶＤＤの損失中、バッテリー検出／制御回路２０１５は、電力の損失を検出してもよく、電力損失信号が、検出／制御回路２０１５によって発生され、シーケンスコントローラ回路２０１９に与えられてもよい。外部電源信号ＶＤＤの損失中、シーケンスコントローラ回路２０１９は、（入力制御信号ＡおよびＢに関係なく）コンフィギュレーション信号Ｃ１〜Ｃ３によって画定された電力損失モードに応じて、ＨＶ出力レベルシフタ回路２０２１の動作を命じる。
【００９０】
外部電源信号ＶＤＤの損失中の動作は、バッテリーから利用可能なエネルギーが制限されているため、回路２００１の様々なコンポーネントの動作に影響を及ぼすこともある。言い換えれば、回路２００１のコンポーネントの１つ以上は、バッテリーの寿命を延長するために、信号ＶＤＤの損失中に低電力モードで動作するように構成されてもよい。例えば、ＨＶ出力レベルシフタ回路２０２１は、低漏出動作を与えるように構成されてもよく、ＨＶ発生回路２０１３の高電圧発生発振器が、信号ＶＤＤの損失中に「必要に応じて」動作されてもよく、および／またはＬＥＤドライバ回路２０２７は、信号ＶＤＤの損失中に漏出専用モードを与えるように構成されてもよい。バッテリーから流れる電流を低減することによって、信号ＶＤＤの損失中にバッテリーを使用する動作をより長い期間延長することができる。
【００９１】
さらに、バッテリー検出／制御回路２０１５は、低バッテリー電圧を検出し、例えば、ＬＥＤ１０２３の一方または両方を点滅させることによって、バッテリーを取り替える必要があることを指示するように構成されてもよい。さらに詳しく言えば、バッテリー検出／制御回路２０１５は、定格負荷の下でバッテリー電圧を周期的にサンプリングしてもよく、バッテリー検出／制御回路２０１５は、（異なるバッテリータイプに順応するために）バッテリー電圧信号ＶＢａｔがおよそ２ボルトに下がると、バッテリーの取り替えが必要になることを指示してもよい。例えば、バッテリー検出／制御回路２０１５は、少なくともおよそ１０ＭΩの入力抵抗を与える定格負荷を使用して、バッテリー電圧をサンプリングしてもよい。
【００９２】
図１２の表に、（図１０および図１１に示す回路２００１を備えるコントローラの）入出力間の論理関係が与えられる。指数関数的な増減（トランジスタを介して充電および放電したコンデンサ）が、静電駆動式弁チップを駆動するのに十分な場合がある。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態によれば、波形整形（意図的なオーバーシュートおよび設定電圧など）が与えられてもよい。図１２の表において、Ｘは、それぞれの信号の「無関係」条件を表す。しかしながら、入力制御信号Ａおよび／またはＢの一方または両方に対して、「無関係」条件が指示される場合、入力制御信号は、常に高電圧または低電圧へ駆動されてもよい。
【００９３】
図１２の表に示すように、コンフィギュレーション信号Ｃ１およびＣ２が接地される（０として示す）ことによって、５方３位置シリンダポートの排気コンフィギュレーションが達成されてもよい。信号ＶＤＤが存在する場合の通常動作中、高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４（０は開いた状態の弁を示し、１は閉じた状態の弁を示す）、およびＬＥＤ出力信号ＬＥＤ−ＡおよびＬＥＤ−Ｂ（０はオフを示し、１はオンを示す）が示すように入力制御信号ＡおよびＢに応答して駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が接地され、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、第１および第４の弁チップが開かれ、第２および第３の弁チップが閉じられる（すなわち、両方のシリンダポートが排気される）ように、「００」状態に駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が浮動し（１として示す）、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、電力中断時の最後の状態に保持されてもよい。
【００９４】
コンフィギュレーション信号Ｃ１が接地（０として示す）され、コンフィギュレーション信号Ｃ２が浮動（１として示す）する状態を与えることによって、５方３位置の全てのポートが阻止されたコンフィギュレーションが達成されてもよい。信号ＶＤＤが存在する場合の通常動作中、高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４（０は開いた状態の弁を示し、１は、閉じた状態の弁を示す）、およびＬＥＤ出力信号ＬＥＤ−ＡおよびＬＥＤ−Ｂ（０はオフを示し、１はオンを示す）が、示すように入力制御信号ＡおよびＢに応答して駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が接地され、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、弁チップの全てが閉じられる（すなわち、両方のシリンダポートが、高圧および排気ポートから隔離される）ように、「００」状態に駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が浮動し（１として示す）、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、電力中断時の最後の状態に保持されてもよい。
【００９５】
コンフィギュレーション信号Ｃ１が浮動（１として示す）し、コンフィギュレーション信号Ｃ２が接地（０として示す）される状態を与えることによって、５方３位置のシリンダポートが通電されたコンフィギュレーションが達成されてもよい。信号ＶＤＤが存在する場合の通常動作中、高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４（０は開いた状態の弁を示し、１は閉じた状態の弁を示す）、およびＬＥＤ出力信号ＬＥＤ−ＡおよびＬＥＤ−Ｂ（０はオフを示し、１はオンを示す）が、示すように入力制御信号ＡおよびＢに応答して駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が接地され、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、第１および第４の弁チップが閉じられ、第２および第３の弁チップが開かれる（すなわち、両方のアクチュエータポートが通電される）ように、「００」状態に駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が浮動し（１として示す）、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、電力中断時の最後の状態に保持されてもよい。
【００９６】
コンフィギュレーション信号Ｃ１およびＣ２が浮動（１として示す）するという状態を与えることによって、５方２位置のコンフィギュレーションが達成されてもよい。この場合、１つの入力制御信号Ｂしか使用されず、したがって、入力制御信号Ａは、「無関係」条件にある。信号ＶＤＤが存在する場合の通常動作中、高電圧出力信号Ｆ１〜Ｆ４（０は開いた状態の弁を示し、１は閉じた状態の弁を示す）、およびＬＥＤ出力信号ＬＥＤ−ＡおよびＬＥＤ−Ｂ（０はオフを示し、１はオンを示す）が、示すように入力制御信号Ｂに応答して駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が接地され、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、第１および第３の弁チップが開かれ、第２および第４の弁チップが閉じられるように、「０」状態に駆動されてもよい。コンフィギュレーション信号Ｃ３が浮動し（１として示す）、信号ＶＤＤが中断されると、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４は、入力信号ＡおよびＢの条件に関係なく、電力中断時の最後の状態に保持されてもよい。
【００９７】
十分な期間、静電駆動式弁チップに電圧が継続して印加されると、電荷の蓄積により、動作停止を遅延してしまうことがある。本発明のいくつかの実施形態による用途では、数日または数週間にもわたって所与の状態を維持することが必要な場合もあるため、電荷の蓄積を低減する必要もある。この状況において、印加電圧の極性を周期的に反転させることによって、残留する電荷を低減でき、電荷蓄積および関連する作動遅延を低減させることができる。弁チップが静電的であるため、印加電圧の極性は重要ではない。さらに、弁チップが全開する前に極性が反転できれば、デバイスの物理的動作に著しい影響を与える可能性はない。
【００９８】
したがって、回路は、著しい期間閉じたままにされた弁チップに印加されたＨＶ出力信号（例えば、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、および／またはＦ４）の極性を周期的に反転させて、電荷の蓄積を低減させるように構成されてもよい。高電圧発生回路２０１３においてオンチップ発振器を使用すると、極性を切り換えるタイミングの信号を導出できる。発振の絶対周期は、高電圧発生回路の機能の任意のものに対して重大なものではないこともある。
【００９９】
極性の反転間を待機する時間の最小長さ（ｔrev）が、使用される弁チップの特性に基づいて決定されてもよい。外部電源信号ＶＤＤの損失中に弁チップの状態を保持するためにバッテリーが使用されているとき、電荷の蓄積が生じることもあるため、極性の反転は、電力中断の間中に与えられてもよい。したがって、電力異常中にＨＶ発生回路の発振器の継続的な動作が不要であるように、極性の反転は、ＨＶ発生回路２０１３が、電力異常中に周期的に作動されるときにトリガされてもよい。さらに、入力制御信号ＡおよびＢが、極性反転動作中に状態を変化すれば、極性反転は、新しい入力制御信号コマンドに応答する前に完了してもよい。
【０１００】
１つの状態から別の状態への切り換え時、例えば、図４Ａ〜Ｆに対して上述したように、１つの動作状態から次へ遷移する間、シーケンスコントローラ回路２０１９が、動作停止および／または作動の制御されたシーケンスを与えることが製品の機能に必要とされる場合もある。言い換えれば、制御入力信号が変化した後および／または電力状態が変化した後、タイミング出力状態シーケンスが望まれることもある。さらに、極性反転は、実行中に一連の中間状態を介したシーケンス制御を含んでもよい。さらに詳しく言えば、中間状態を介したシーケンス制御により、特定の出力の組み合わせが少しの間にも生じず、ある中間条件が、定着するのに十分な時間与えられることもある。
【０１０１】
図１２の表に示すように、ＨＶ出力信号Ｆ１〜Ｆ４（０１０１、１０１０、１１１１、０１１０、および１００１）の５つの固有動作状態と、１つの動作状態から別の動作状態への１４個の異なる遷移が存在してもよい。本発明のいくつかの実施形態による図１３に、１４個の全ての状態変化のシーケンスの例を示す。また、図１３は、５つの極性反転転移（５つの動作状態の各々に対して）を実行するために使用されてもよいシーケンスを示す。さらに、太字で示す状態へ切り換わる前に、最小時間遅延（ｔdel）が与えられてもよい。さらに、図１３の極性反転シーケンスは、電力損失モード中に生じてもよい。したがって、電力異常中にバッテリー電力を使用して、高電圧信号遷移が要求されることもある。
【０１０２】
極性を最初に反転させた弁チップは、両端にゼロボルトが印加される状態を通過する。図１３に、オーバーライン（すなわち、
【数１】
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）を用いてこれらのゼロ交差点を示す。ＨＶ出力信号対（例えば、Ｆ１およびＦ３、またはＦ２およびＦ４）の両方が、共有する共通信号（例えば、ＨｃｏｍＯまたはＨｃｏｍＥ）のそれぞれに対してゼロ電位差で駆動されるオーバーライン付き状態に回路２００１が達した後、ＨＶ出力信号対のそれぞれに対する共有共通信号の極性を反転できる。ＨＶ出力信号が、極性反転動作の最初に、共有共通信号のそれぞれに対してまず高電位にあれば、高電圧出力信号対およびそれぞれの共有共通信号は、遷移中、高電位に全て引き寄せられてもよく、次いで、高電圧出力信号対は、共有共通信号のそれぞれに対して低電位に引き寄せられてもよい。ＨＶ出力信号が、極性反転動作の最初に、共有共通信号のそれぞれに対してまず低電位にあれば、高電圧出力信号対およびそれぞれの共有共通信号は、遷移中、低電位に全て引き寄せられてもよく、次いで、高電圧出力信号対は、共有共通信号のそれぞれに対して高電位に引き寄せられてもよい。
【０１０３】
図１４Ａ〜Ｂは、回路２００１の入力／出力信号および／またはピンの概要を示す。ポテンシャル過電流に順応するために、これらのピンのいくつかに、複数のボンドパッドが設けられてもよい。
【０１０４】
ＩＥＣ６１０００−４−２の準拠レベル２（４ｋＶ接触）に準拠して、回路２００１の全ての入力／出力ピン上の回路２００１内に、静電放電（ＥＳＤ）回路保護が与えられてもよい。さらに、入力制御信号ピン（ＡおよびＢ）および電源ピン（ＶＤＤおよびＧＮＤ）には、ＩＥＣ６１０００−４−４、準拠レベル４に準拠して、外部電気的高速過渡（ＥＦＴ）回路が与えられてもよい。特に、主要電源信号／ピンＶＤＤと接地信号／ピンＧＮＤとの間に、過渡電圧抑制器ＴＶＳ（例えば、２つのツェナーダイオードを含む）および／または蓄積コンデンサＳＣが与えられてもよい。さらに、外部電源Ｖｃｃと主要電源信号／ピンＶＤＤとの間に、ダイオードＲＰＩが与えられてもよい。さらに、入力制御信号／ピンＡおよびＢに、ダイオードＲＰ２およびＲＰ３が与えられてもよい。図１５Ａ〜Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による回路２００１のデザインパラメータを示す。
【０１０５】
過渡電圧抑制器ＴＶＳが、入力電源信号Ｖｃｃ／ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続されたツェナーダイオード対を備えてもよい。ツェナーダイオードは、図１１に示すように接続されたカソードと直列に設置されてもよい。過渡電圧抑制器ＴＶＳは、過電圧保護を与えてもよく、比較的大きな高速過渡からの保護を与えてもよい。過渡電圧抑制器ＴＶＳは、電子機器サブアセンブリが信頼性のある過渡保護を行いやすいように、プリント回路基板上に回路２００１から比較的離れた位置に設けられてもよい。電子機器サブアセンブリからプリント回路基板のトレースの容積、厚み、幅、長さ、および材料は、通常動作に有効な信号経路を与えるとともに、上昇温度で過渡保護を与えるように選択されてもよい。
【０１０６】
電源ピンＶＤＤと外部電源Ｖｃｃ（２４ボルトＤＣ外部電源）との間の回路２００１と直列に、反転極性ダイオードＲＰ１が設けられてもよく、反転極性ダイオードＲＰ１は、回路２００１に反転極性保護を与えてもよい。追加のダイオードＲＰ２およびＲＰ３は、入力制御信号／ピンＡおよびＢに反転極性保護を与えてもよい。過渡電圧抑制器ＴＶＳと並列に蓄積コンデンサＳＣが設けられてもよく、蓄積コンデンサＳＣは、低域フィルタリングを与えてもよい。蓄積コンデンサＳＣはまた、外部電源の損失中に、回路２００１へ電力を与えるように蓄積デバイスとして作用してもよい。外部電力（すなわち、Ｖｃｃ）が損失した後、蓄積コンデンサＳＣは、回路２００１が電力損失を検出し、および／または、回路がバッテリー３０１３へ切り換えられるまで、電力損失動作モードへ遷移を開始してもよいように、十分な電流のソースとなることもある。
【０１０７】
高電圧発生回路２０１３は、蓄積コンデンサＨＶＳＣを充電するために使用される誘導キックバックを作り出すために、レジスタＲＬおよび／またはＲＨと、インダクタＬＬおよび／またはＬＨを使用して、高電圧ＨＶＤＤを発生してもよい。レジスタＲＬおよび／またはＲＨは、最大キックバック電圧を制限するために使用されてもよく、それによって、高電圧発生回路２０１３の切り換え回路にダメージを及ぼすことなく、十分に高い電圧を発生する。
【０１０８】
インダクタの電流変化率は、その両端に印加された電圧に依存する。以下の式、Ｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）を使用して、インダクタの両端にかかる電圧を計算することができ、インダクタの両端の電圧を与えることで、インダクタを流れる電流がランプとして増大してもよい。インダクタへ／から電流をソーシング／吸込むスイッチが開かれれば、インダクタを通る電流が、Ｖ＝Ｌｄｉ／ｄｔというインダクタの性質により突然変化できないために、インダクタの両端にかかる電圧が増大することになる。スイッチが開くと、インダクタの両端にかかる電圧は、電流を流すのに十分なレベルまで突然増大する。レジスタＲＬおよびＲＨをインダクタＬＬおよびＬＨと並列に設けることで、インダクタが発生する最大電流を限定でき、回路２００１にダメージを与える可能性を低減できる。図１０に示すように、インダクタＬＨおよびレジスタＲＨを備える誘導キックバック回路は、充電ダイオードＣＤ１を介して高電圧蓄積コンデンサＨＶＳＣを充電するために使用されてもよい。電力異常中、インダクタＬＬおよびレジスタＲＬを備える誘導キックバック回路は、充電ダイオードＣＤ２を介して蓄積コンデンサＳＣを充電するために使用されてもよい。
【０１０９】
例えば、図５、図１０〜図１３、図１４Ａ〜Ｂ、および図１５Ａ〜Ｂに対して上述したようにコントローラおよび／または制御回路が、異なる動作モードを与えるように構成されてもよい。図１２に対して上述したように、異なるモード（例えば、５方３位置シリンダポート排気、５方３位置全ポート阻止、５方３位置シリンダポート通電、５方２位置など）が、コンフィギュレーション選択ピン（例えば、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３など）を使用して選択されてもよい。さらに詳しく言えば、コンフィギュレーション選択ピンを選択的に接地および／または浮動させることによって、組み立て中および／または後に、コントローラに対する特定の動作モードが選択されてもよい。例えば、製造後にコンフィギュレーションが変更しないようにコントローラが密封される前に、製造中に選択がなされてもよい。他の形態において、エンドユーザが、任意の時間にコンフィギュレーションを変更できるように、コンフィギュレーション選択ピンへのアクセスが与えられてもよい。
【０１１０】
他の形態において、コントローラは、特定の動作モードを選択するために使用されるコンフィギュレーション選択値を格納するために使用される不揮発性のプログラマブルメモリを備えてもよい。例えば、プログラマブルメモリの３ビットは、図１２のコンフィギュレーション選択を与えるために使用され得る。さらに、プログラマブルメモリは、異なるコンフィギュレーション選択値を格納するようにプログラミングされ得る。一例として、異なるコンフィギュレーション選択値は、シリアルバスを使用してコントローラ外から与えられてもよい。
【０１１１】
さらに、または他の形態において、コントローラは、コントローラの動作を画定するコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを格納するために使用される不揮発性プログラマブルメモリを備えてもよく、不揮発性プログラマブルメモリは、製造中および／または製造後、再プログラミングされてもよい。例えば、製造後にシリアルバス接続を使用してメモリを再プログラミングできるように、コントローラにシリアルバス接続が与えられてもよい。
【０１１２】
例えば、コントローラは、図１２に対して上述した異なるモードを与えるように構成され得る。さらに、または他の形態において、弁動作の他の態様が、構成および／または再構成されてもよい。例えば、コントローラは、例えば、弁シーケンスに異なるタイミングおよび／または遅延を与え、異なる弁シーケンスを与え、異なるアクチュエータ加速／減速プロファイルを与え、異なるアクチュエータ速度プロファイルを与えるように構成されてもよい。また、例えば、コントローラおよび制御された弁を備える機械が、シリアルバス接続上でコントローラを再プログラミングすることによって動作を変更できるように、コントローラのコンフィギュレーションが、「オンザフライ」で変更されてもよい。
【０１１３】
図１６に示すように、本発明の実施形態による静電駆動式弁を使用して、５方スプールタイプ弁１６５１用のパイロット弁１６０１が設けられてもよい。さらに詳しく言えば、スプールタイプの弁１６５１の本体１６５３が、第１および第２のアクチュエータポート１６５５ａ〜ｂ、第１および第２の排気ポート１６５７ａ〜ｂ、および高圧供給ポート１６５９を備えてもよい。さらに、本体１６５３の内部キャビティに、スプール１６６１が設けられてもよく、排気ポート１６５７ｂがアクチュエータポータ１６５５ｂと流通状態になるように、および高圧供給ポート１６５９が、アクチュエータポート１６５５ａと流通状態になるように、ばね１６６５が、デフォルト条件にスプールをバイアスしてもよい。さらに、ばね１６６５は、スプール１６６５の一端部に設けられ、スプール１６６１の第２の端部にある本体１６５３に、制御ポート１６６７が設けられる。
【０１１４】
図１６にさらに示すように、パイロット弁は、静電駆動式弁チップ１６０５ａ〜ｂによって分離された３つのチャンバ１６０３ａ〜ｃを備えてもよい。さらに詳しく言えば、弁チップ１６０５ａは、高圧供給チャンバ１６０３ａから制御チャンバ１６０３ｂへの流体の流れを阻止または許容するように構成され、弁チップ１６０５ｂは、制御チャンバ１６０３ｂから低圧排気チャンバ１６０３ｃへの流体の流れを阻止または許容するように構成される。コントローラ１６０９は、弁チップ１６０５ａ〜ｂを制御するように構成され、弁チップ１６０５ａ〜ｂは、スプールタイプの弁１６５１のスプール１６６１の位置を制御する。
【０１１５】
第１の条件において、コントローラ１６０９は、弁チップ１６０５ａの弁フラップが閉じることによって、高圧供給チャンバ１６０３ａから制御チャンバ１６０３ｂへの流体の流れを阻止するように、弁チップ１６０５ａに十分に高い電圧差を印加してもよく、コントローラ１６０９は、弁チップ１６０５ｂの弁フラップが開くことによって、制御チャンバ１６０３ｂから低圧排気チャンバ１６０３ｃへの流体の流れを許容するように、弁チップ１６０５ｂへ十分に低い電圧差を印加してもよい。このように、第１の条件において、制御ポート１６６７から、制御チャンバ１６０３ｂ、弁チップ１６０５ｂ、および低圧排気チャンバ１６０３ｃを通って、低圧排気へと流通が与えられる。このように、ばね１６６５が、図１６に示すデフォルト条件へスプール１６６１を押すように、スプール１６６１の制御端部に低圧力が印加される。デフォルト条件において、排気ポート１６５７ｂとアクチュエータポート１６５５ｂとの間、および高圧供給ポート１６５９とアクチュエータポート１６５５ａとの間に流通が与えられる。
【０１１６】
第２の条件において、コントローラ１６０９は、弁チップ１６０５ａの弁フラップが開くことによって、高圧供給チャンバ１６０３ａから制御チャンバ１６０３ｂへの流体の流れを許容するように、弁チップ１６０５ａに十分に低い電圧差を印加してもよく、コントローラ１６０９は、弁チップ１６０５ｂの弁フラップが閉じることによって、制御チャンバ１６０３ｂから低圧排気チャンバ１６０３ｃへの流体の流れを阻止するように、弁チップ１６０５ｂへ十分に高い電圧差を印加してもよい。このように、第２の条件において、高圧供給から、高圧供給チャンバ１６０３ａ、弁チップ１６０５ａ、および制御チャンバ１６０３ｂを通って、制御ポート１６６７へと流通が与えられる。このように、スプールが、通電条件へばね１６６７に対して押されるように、スプール１６６１の制御端部に高圧力が印加される。通電条件において、排気ポート１６５７ａとアクチュエータポータ１６５５ａとの間、および高圧供給ポート１６５９とアクチュエータポート１６５５ｂとの間に流通が与えられる。
【０１１７】
さらに、弁チップ１６０５ａ〜ｂの弁フラップの開閉は、両方の弁チップが同時に開かないようなタイミングにされてもよい。流体の流れの向上、圧力スパイクの低減などのために、１つの弁を閉じ、もう１つの弁と開く間に時間遅延が与えられてもよい。例えば、図１〜図３、図５、図６Ｂ、および図１０〜図１５に対して上述したように、弁チップ１６０５ａ〜ｂ、コントローラ１６０９、および／またはパイロット弁１６０１のハウジングが与えられてもよい。図１６のパイロット弁１６０１の端部に、高圧供給および低圧排気ポートが示されているが、他の配置（パイロット弁の側など）が与えられてもよい。
【０１１８】
図１７に示すように、本発明の実施形態による静電駆動式弁を使用して、圧力レギュレータ１７０１が与えられてもよい。さらに詳しく言えば、圧力レギュレータ１７０１の本体１７０３が、静電駆動式弁チップ１７０９ａ〜ｂによって分離された３つのチャンバ１７０７ａ〜ｃを備えてもよい。さらに詳しく言えば、弁チップ１７０９ａは、高圧供給チャンバ１７０７ａから調整されたチャンバ１７０７ｂへの流体の流れを阻止または許容するように構成され、弁チップ１７０９ｂは、調整されたチャンバ１７０７ｂから低圧排気チャンバ１７０７ｃへの流体の流れを阻止または許容するように構成される。さらに、調整されたチャンバ１７０７ｂに、圧力センサ１７１１が設けられてもよい。コントローラ１７０５は、調整されたチャンバに所望の圧力を維持するために、圧力センサ１７１１によって発生した圧力信号に応答して、弁チップ１７０９ａ〜ｂを制御するように構成される。
【０１１９】
調整されたチャンバ１７０７ｂの圧力が、低圧閾値を下回れば、コントローラ１７０５は、弁チップ１７０９ａの弁フラップが開くことによって、高圧供給チャンバ１７０７ａから調整されたチャンバ１７０７ｂへの流体の流れを許容するように、弁チップ１７０９ａに十分に低い電圧差を印加してもよく、コントローラ１７０５は、弁チップ１７０９ｂの弁フラップが閉じることによって、調整されたチャンバ１７０７ｂから低圧排気チャンバ１７０７ｃへの流体の流れを阻止するように、弁チップ１７０９ｂに十分に高い電圧差を印加してもよい。このように、高圧供給から、高圧供給チャンバ１７０７ａ、弁チップ１７０９ａ、および調整されたチャンバ１７０７ｂを通って、調整されたポート１７２１へと流通が与えられる。
【０１２０】
調整されたチャンバ１７０７ｂの圧力が、高圧閾値を超えれば、コントローラ１７０５は、弁チップ１７０９ａの弁フラップが閉じることによって、高圧供給チャンバ１７０７ａから調整されたチャンバ１７０７ｂへの流体の流れを阻止するように、弁チップ１７０９ａへ十分に高い電圧差を印加してもよく、コントローラ１７０５は、弁チップ１７０９ｂの弁フラップが開くことによって、調整されたチャンバ１７０７ｂから低圧排気チャンバ１７０７ｃへの流体の流れを許容するように、弁チップ１７０９ｂへ十分に低い電圧差を印加してもよい。このように、調整されたポート１７２１から、調整されたチャンバ１７０７ｂ、弁チップ１７０９ｂ、および低圧排気チャンバ１７０７ｃを通って、低圧排気へと流通が与えられる。
【０１２１】
さらに、弁チップ１７０７ａ〜ｂの弁フラップの開閉は、両方の弁チップが同時に開かないようなタイミングにされてもよい。流体の流れの向上、圧力スパイクの低減などのために、１つの弁を閉じ、もう１つの弁と開く間に時間遅延が与えられてもよい。例えば、図１〜図３、図５、図６Ｂ、および図１０〜図１５に対して上述したように、弁チップ１７０７ａ〜ｂ、コントローラ１７０５、および／または圧力レギュレータ１７０１のハウジング１７０３が与えられてもよい。図１７の圧力レギュレータ１７０１の端部に、高圧供給および低圧排気ポートが示されているが、他の配置（圧力レギュレータの側など）が与えられてもよい。
【０１２２】
本発明は、特に、本発明の実施形態を参照しながら図示および記載してきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲およびそれと同等のものによって規定されたような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がなされてもよいことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施形態による静電駆動式弁の断面図である。
【図２】本発明の実施形態による静電駆動式弁のアレイを備える弁チップの平面図である。
【図３】空気圧式アクチュエータを制御する、本発明の実施形態による弁アセンブリの略図である。
【図４】本発明の実施形態による弁アセンブリの動作シーケンスを示す略図である。
【図５】本発明の実施形態による弁チップを動作するために使用されるコントローラおよびリードを備える弁アセンブリの略図である。
【図６】本発明の実施形態による５方および３方弁の動作を与えるために使用される弁アセンブリハウジングを示す略図である。
【図７】本発明の実施形態による質量流量コントローラのブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による単一の弁チップが与えられた３方弁アセンブリの等角図である。
【図９】本発明の実施形態による単一弁チップが与えられた４方弁アセンブリを、上下カバーをはずした状態で示した等角図である。
【図１０】本発明のいくつかの実施形態によるコントローラ用のカスタム回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む）の機能を示すブロック図である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態によるカスタム回路を備える電子機器サブアセンブリの略図である。
【図１２】本発明のいくつかの実施形態によるカスタム回路の入出力間の論理関係を示す表である。
【図１３】本発明のいくつかの実施形態による状態遷移のシーケンスおよび極性の反転を示す表である。
【図１４】本発明のいくつかの実施形態によるカスタム回路のピンの定義を示す表である。
【図１５】本発明のいくつかの実施形態によるカスタム回路のデザインパラメータを示す表である。
【図１６】本発明の実施形態によるスプールタイプの弁に結合されたパイロット弁のブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態による圧力レギュレータのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−Ｃ】
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【図４Ｄ−Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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