(57)【要約】【課題】製造費用が低廉で、かつ低電圧及び低騒音の微細駆動を可能にして流量をより効率的に制御するマイクロアクチュエータを提供する。【解決手段】  マイクロアクチュエータは、一方側に微細流路111が切削形成された第１プレート110と、第１プレート110に固定されて、第１プレート110の微細流路111と連通するように一方側に微細流路121が形成された第２プレート120と、第１プレート110の微細流路側に接続又は離隔自在に第２プレート120の上面に装着された微細可動部材131、微細可動部材131に電源を供給するために微細可動部材131の上面両側に突成された電極部132、第２プレート120の微細流路121を開閉するように微細可動部材131の側壁に突成された栓133、及び栓133を弾支する栓サスペンション134により構成された微細駆動手段130とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側に微細流路が形成された第１プレートと、
該第１プレートに固定されて、該第１プレートの微細流路と連通するように一方側に微細流路が形成された第２プレートと、
前記第１プレートの微細流路側に接続又は離隔自在に前記第２プレートの上面に装着された微細可動部材、該微細可動部材に電源を供給するために該微細可動部材の上面両側に形成された電極部、前記第２プレートの微細流路を開閉するように前記微細可動部材の側壁に形成された栓、及び該栓を弾支する栓サスペンションにより構成された微細駆動手段と、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記栓サスペンションは、
前記第２プレートの上面に固定された固定部と、
該固定部と前記栓とを連結する連結部と、
から構成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
中央に流体入口が切削形成された第１バルブハウジングと、
該第１バルブハウジングと結合されて内部に空間部が形成され、前記第１バルブハウジングの流体入口と連通される流体出口が切削形成された第２バルブハウジングと、
前記流体入口から流入された流体を前記流体出口に選択的に吐出するように、前記空間部に装着されたマイクロアクチュエータと、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロ作動バルブ。
【請求項４】
前記マイクロアクチュエータは、
前記流体出口と連通されるように一方側に微細流路が形成された第１プレートと、
該第１プレートに固定されて、該第１プレートの微細流路と連通するように一方側に微細流路が形成された第２プレートと、
該第２プレートの微細流路を選択的に開閉して、前記第１バルブハウジングの流体入口から流入された流体を前記第２バルブハウジングの流体出口に吐出するように前記第１プレート及び第２プレートに隣接して装着された複数の微細可動部材と、
該微細可動部材に電源を供給するように該微細可動部材の両側の第２プレートの上面に形成された電極部と、
前記第２プレートの微細流路を開閉するように前記微細可動部材の側壁に形成された栓と、
該栓を弾支する栓サスペンションと、
を含んで構成されることを特徴とする請求項３記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項５】
前記栓サスペンションは、
前記第２プレートの上面に固定された固定部と、
該固定部と前記栓とを連結する連結部と、
から構成されることを特徴とする請求項４記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項６】
前記第１プレートが装着されるように、前記第１バルブハウジングの内側には装着溝が形成されることを特徴とする請求項４記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項７】
前記第１バルブハウジングと第２バルブハウジングとの接触面には、ガスケットが装着されることを特徴とする請求項４記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項８】
前記電極部は、
前記微細可動部材と連結された電極パッドと、
該電極パッドと連結されて第１バルブハウジングの外部に延長して形成された電極フィーダと、
から構成されることを特徴とする請求項４記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項９】
前記電極フィーダは、絶縁体により絶縁されることを特徴とする請求項８記載のマイクロ作動バルブ。
【請求項１０】
第１プレートに使用されるウエハ状のシリコン部材の上面に栓及び微細可動部材を形成するためのエッチングマスクをパターニングすると同時に、前記シリコン部材の下面に微細懸架間隙を形成するためにエッチングマスクをパターニングし、前記シリコン部材の下面の前記エッチングマスクの間に露出したシリコン部材の一部をエッチングして微細懸架間隙を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第１段階と、
前記シリコン部材の下面に接合部及び微細流路を形成するためにエッチングマスクをパターニングし、そのエッチングマスクの間に露出した前記シリコン基板の一部をエッチングして微細流路を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第２段階と、
第２プレートに使用されるウエハ状のシリコン部材の下面に導体薄膜を蒸着する第３段階と、
電極部を形成するために前記導体薄膜にエッチングマスクをパターニングし、そのエッチングマスクの間に露出した導体薄膜の一部をエッチングして電極部を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第４段階と、
該第４段階のシリコン部材に微細流路を形成する第５段階と、
前記２段階のシリコン部材及び第５段階のシリコン部材を整列接合する第６段階と、
前記第１段階のシリコン部材の上面のエッチングマスク間に露出したシリコン部材の一部を第６段階の接合部までエッチングして栓及び微細可動部材を形成した後、そのエッチングマスクを除去することで複数の微細起電素子を形成する第７段階と、
該第７段階の微細起電素子をチップ単位に切断して微細起電素子アレイを製造する第８段階と、を行うことを特徴とするマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記微細起電素子アレイは、微細起電素子の個数(N)に対して、N＋１段階に離散化されて流量を制御することを特徴とする請求項１０記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
一方側に微細流路が形成されたプレートと、
該プレートの微細流路を開閉する微細可動部材、該微細可動部材を支持するように前記プレートの上面に形成された微細可動部材サスペンション、前記微細可動部材に形成されたコイル、該コイルと所定間隔を有して装着されたマグネット、前記コイルに電源を供給するように前記プレートの上面に形成された電極部により構成された微細駆動手段と、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項１３】
中央に流体入口が形成された第１バルブハウジングと、
該第１バルブハウジングと結合されて内部に空間部を形成し、前記第１バルブハウジングの流体入口と連通する流体出口が形成された第２バルブハウジングと、
前記空間部の内部に、前記流体出口と連通される微細流路を有して形成されたプレートと、
該プレートの微細流路を選択的に開閉して、前記第１バルブハウジングの流体入口から流入された流体を前記第２バルブハウジングの流体出口に吐出するように、前記プレートに隣接して装着された複数の微細可動部材と、
を含んで構成されることを特徴とするマイクロ作動バルブ。
【請求項１４】
前記微細可動部材を支持するように前記プレートの上面に装着された微細可動部材サスペンションと、
前記微細可動部材に形成されたコイルと、
該コイルと所定間隔を有して形成されたマグネットと、
前記コイルに電源を供給するように前記プレートの上面に装着された電極部と、
を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１３記載のマイクロ作動バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアクチュエータ（微細起電機）及びその製造方法並びにマイクロ作動バルブ（微細起電バルブ）に係るもので、詳しくは、低電圧の駆動が可能なマイクロアクチュエータ及びその製造方法、並びにそのマイクロアクチュエータを利用して流体の流量を効率的に制御し得るマイクロ作動バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リニア流量制御バルブは、該バルブの内部の針状バルブロッドによりステップモータの回転力を直線運動に変換させて所定変位だけ移動し得る構造であって、前記バルブロッドの移動によりオリフィス(流体流路)の開き程度が決定されて流量が調節される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
然るに、従来のリニア流量制御バルブは、ステップモータの回転力をバルブロッドの直線運動に変換する構造であって、ステップモータの回転軸とバルブロッド間の気密を維持するために製造自体が困難であり、かつ高価のステップモータを使用することで製造原価が上昇するという不都合な点があった。
【０００４】
また、マイクロマシニング技術を利用した従来の流量制御バルブは、流体流路の開き量を調節するために、その流体流路に形成されたフラップやダイアフラムを直接駆動する構造となるため、全体の構造が煩雑であり、かつ高電圧を要するという不都合な点があった。
また、ソレノイド駆動を利用した流量制御バルブは、騷音が激しくなるという不都合な点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、製造工程が単純で製造費用を節減し、低電圧の微細駆動が可能なマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
また、低電圧及び低騒音の微細駆動が可能なマイクロアクチュエータを利用して、流量をより効率的に制御し得るマイクロ作動バルブを提供することを目的とする。
【０００７】
また、所定個数の微細起電素子の微細流路を開放し、残りの微細起電素子の微細流路を閉鎖することで、流量をデジタル方式に効率的に制御し得るマイクロ作動バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、本発明に係るマイクロアクチュエータの第１実施形態は、一方側に微細流路が形成された第１プレートと、該第１プレートに固定されて、第１プレートの微細流路と連通するように一方側に微細流路が形成された第２プレートと、該第２プレートの微細流路を選択的に開閉するように前記第１プレート及び第２プレートに隣接して装着された微細駆動手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、微細駆動手段は、前記第１プレートの微細流路側に接続または離隔自在に前記第２プレートの上面に形成された微細可動部材と、該微細可動部材に電源を供給するために微細可動部材の上面両側に形成された電極部と、前記第２プレートの微細流路を開閉するように前記微細可動部材の側壁に形成された栓と、該栓を弾支する栓サスペンションと、から構成されることを特徴とする。
また、栓サスペンションは、前記第２プレートの上面に固定された固定部と、該固定部と栓とを連結する連結部と、から構成されることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係るマイクロアクチュエータの第１実施形態の製造方法は、第１プレートに使用されるウエハ状のシリコン部材の上面に栓及び微細可動部材を形成するためにエッチングマスクをパターニングすると同時に、前記シリコン部材の下面に微細懸架間隙を形成するためにエッチングマスクをパターニングし、前記シリコン部材の下面の前記エッチングマスクの間に露出したシリコン部材の一部をエッチングして微細懸架間隙を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第１段階と、前記シリコン部材の下面に接合部及び微細流路を形成するためにエッチングマスクをパターニングし、そのエッチングマスクの間に露出した前記シリコン基板の一部をエッチングして微細流路を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第２段階と、第２プレートに使用されるウエハ状のシリコン部材の下面に導体薄膜を蒸着する第３段階と、電極部を形成するために前記導体薄膜にエッチングマスクをパターニングし、そのエッチングマスクの間に露出した導体薄膜の一部をエッチングして電極部を形成した後、そのエッチングマスクを除去する第４段階と、該第４段階のシリコン部材に微細流路を形成する第５段階と、前記２段階のシリコン部材及び第５段階のシリコン部材を整列して接合する第６段階と、前記第１段階のシリコン部材の上面にパターニングされた前記エッチングマスクの間に露出したシリコン部材の一部を第６段階の接合部までエッチングして栓及び微細可動部材を形成した後、そのエッチングマスクを除去することで最終的に複数の微細起電素子を形成する第７段階と、該第７段階の微細起電素子をチップ単位に切断して微細起電素子アレイを製造する第８段階と、を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、微細起電素子アレイは、微細起電素子の個数(N)に対して、N＋１段階に離散化されて流量を制御することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係るマイクロ作動バルブの第１実施形態は、中央に流体入口が形成された第１バルブハウジングと、該第１バルブハウジングと結合されて内部に空間部を形成し、前記第１バルブハウジングの流体入口と連通する流体出口が形成された第２バルブハウジングと、前記空間部に装着されて、前記流体出口と連通するように一方側に微細流路が形成された第１プレートと、該第１プレートに固定されて、該第１プレートの微細流路と連通するように一方側に微細流路が形成された第２プレートと、該第２プレートの微細流路を選択的に開閉して、前記第１バルブハウジングの流体入口から流入された流体を前記第２バルブハウジングの流体出口に吐出するように、前記第１プレート及び第２プレートに隣接して装着された複数の微細可動部材と、該微細可動部材に電源を供給するように該微細可動部材の両方側に形成された電極部と、前記第２プレートの微細流路を開閉するように前記微細可動部材の端部に形成された栓と、該栓を弾支する栓サスペンションと、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態は、一方側に微細流路が形成されたプレートと、該プレートの微細流路を選択的に開閉するように該プレートに隣接して装着された微細駆動手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、微細駆動手段は、前記プレートの微細流路を開閉する微細可動部材と、該微細可動部材を支持するように前記プレートの上面に形成された微細可動部材サスペンションと、前記微細可動部材に形成されたコイルと、該コイルと所定間隔を有して装着されたマグネットと、前記コイルに電源を供給するように前記プレートの上面に形成された電極部と、から構成されることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係るマイクロ作動バルブの第２実施形態は、中央に流体入口が切削形成された第１バルブハウジングと、該第１バルブハウジングと結合されて内部に空間部を形成し、前記第１バルブハウジングの流体入口と連通する流体出口が形成された第２バルブハウジングと、前記空間部の内部に、前記流体出口と連通される微細流路を有して形成されたプレートと、該プレートの微細流路を選択的に開閉して、前記第１バルブハウジングの流体入口から流入された流体を前記第２バルブハウジングの流体出口に吐出するように、前記プレートに隣接して装着された複数の微細可動部材と、該微細可動部材を支持するように前記プレートに形成された微細可動部材サスペンションと、前記微細可動部材に形成されたコイルと、該コイルと所定間隔を有して形成されたマグネットと、前記コイルに電源を供給するように前記プレートに形成された電極部と、から構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、第１バルブハウジングと第２バルブハウジングとの接触面には、ガスケットが装着されることを特徴とする。
また、電極部は、前記微細可動部と連結された電極パッドと、該電極パッドと連結されて第１バルブハウジングの外部に延長形成された電極フィーダと、から構成され、該電極フィーダは、絶縁体により絶縁されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るマイクロアクチュエータ及びその製造方法並びにマイクロ作動バルブにおいては、全体の構成が単純で製造費用を節減し、低電圧によっても微細駆動が可能なマイクロアクチュエータを容易に製造し、かつこのように製造されたマイクロアクチュエータを微細起電流量制御バルブに適用して流体の流量を効率的に制御することができる。
【００１８】
また、オリフィス構造を有するマイクロ作動バルブを熱交換システムに適用することで、熱交換システムの機能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
まず、図１乃至図５は本発明に係るマイクロアクチュエータの第１実施形態を示した図である。
【００２０】
図示したように、本発明に係るマイクロアクチュエータ１００の第１実施形態は、下方側に微細流路１１１が切削形成された第１プレート１１０と、第１プレート１１０の下面に接合されて、第１プレート１１０の微細流路１１１と連通される微細流路１２１が切削形成された第２プレート１２０と、第２プレート１２０の微細流路１２１を選択的に開閉するように第１プレート１１０及び第２プレート１２０に隣接し、第２プレート１２０の上面に装着された微細駆動手段１３０と、を含んで構成されている。
【００２１】
また、微細駆動手段１３０は、第１プレート１１０の微細流路１１１側に接続または離隔自在に第２プレート１２０の上面に装着された微細可動部材１３１と、微細可動部材１３１に電源を供給するように微細可動部材１３１の上面両方側に突成された電極部１３２と、第２プレート１２０の微細流路１２１を開閉するように微細可動部材１３１の側壁に形成された栓１３３と、栓１３３に弾支された栓サスペンション１３４と、から構成される。
【００２２】
また、栓サスペンション１３４は、第１プレート１１０の上面両方側に固定された固定部１３４aと、固定部１３４aと栓１３３間に連結された連結部１３４bと、から構成される。
【００２３】
このように構成された本発明に係るマイクロアクチュエータ１００の第１実施形態では、図２及び図３に示したように、最初は、栓サスペンション１３４に栓１３３が支持されることで、栓１３３により第１プレート１１０の微細流路１１１が開放されるが、使用の際、微細可動部材１３１の両方側の電極部１３２に電源が供給される時は、発生する起電力により微細可動部材１３１の前面部１３１aが前方に搖動し、栓１３３が第１プレート１１０の微細流路１１１側に接続されながら微細流路１１１を閉鎖する。このとき、栓１３３は、微細懸架間隙１２２により第２プレート１２０と微細な裕隔を常に維持している。
その後、図４及び図５に示したように、微細可動部材１３１の電極部１３２への電源供給が遮断されると、栓サスペンション１３４の弾性復元力により、栓１３３が元位置に復帰する。
【００２４】
以下、図６(A)乃至図８(C)に基づいて、本発明に係るマイクロアクチュエータの第１実施形態の製造方法を説明する。
【００２５】
即ち、本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方法の第１段階〜第２段階では、図６(A)〜(D)に示したように、ウエハ状のシリコン部材をエッチング加工して第１プレートを製造し、第３段階〜第５段階では、図７(A)〜(D)に示したように、ウエハ状のシリコン部材をエッチング加工して第２プレートを製造した後、第６段階〜第８段階では、図８(A)〜(C)に示したように、第１プレートの下部と第２プレートとを接合することで微細起電素子アレイの構成工程を終了する。
【００２６】
即ち、第１段階では、シリコン部材１１０の上面に栓及び微細可動部材を形成するためにエッチングマスク１をパターニングすると同時に、シリコン部材１１０の下面にも微細懸架間隙を形成するためにエッチングマスク１をパターニングし(図６(A)を参照)、シリコン部材１１０の下面のエッチングマスク１の間に表れたシリコン部材１１０の一部をエッチングして微細懸架間隙１２２を形成した後、そのエッチングマスク１を除去する(図６(B)参照)。
【００２７】
次に、第２段階では、シリコン部材１１０の下面に接合部及び微細流路を形成するために、エッチングマスク２をパターニングし(図６(C)参照)、そのエッチングマスク２の間に露出したシリコン部材１１０の一部をエッチングして微細流路１１１を形成した後、そのエッチングマスク２を除去する(図６(D)参照)。
【００２８】
次に、第３段階では、シリコン部材１２０の上面に導体薄膜３を蒸着するが、これは、半導体素子の製造技術としてのスパッタリング、昇華及び化学気相蒸着を施すことにより蒸着することができる(図７(A)を参照)。
【００２９】
次に、第４段階では、電極部１３２を形成するために導体薄膜３の上面にエッチングマスク４をパターニングし(図７(B)参照)、それらエッチングマスク４間の導体薄膜３の一部をエッチングして電極部１３２を形成した後、それらエッチングマスク４を除去する(図７(C)参照)。
【００３０】
次に、第５段階では、シリコン部材１２０に微細流路１２１を形成する(図７(D)を参照)。
次に、第６段階では、第２段階で製造されたシリコン部材１１０及び第５段階で製造されたシリコン部材１２０を整列して接合するが、このとき、接合方法は、マイクロマシニング技術の一つであるガラス間の陽極接合(Silicon  glass  anodic  bonding)技術を適用することもできる。
【００３１】
次に、第７段階では、第１段階のシリコン部材１１０の上面にパターニングされたエッチングマスク５の間に露出した表シリコン部材１１０の一部を第６段階の接合部までエッチングして、栓１３３、微細可動部材１３１及びそれらをを連結する前面部１３１aをそれぞれ形成した後、そのエッチングマスク５を除去することで最終的に複数の微細起電素子を形成する(図８(A)〜(C)参照)。
【００３２】
次に、第８段階では、第７段階のウエハ状の微細起電素子を単位別、例えば、３×３または４×４に切断して微細起電素子アレイを製造する(図１２を参照)。このとき、微細起電素子は、マイクロアクチュエータとしてマイクロ作動バルブに適用するために、特定の配列を有する微細起電素子アレイに構成することができる。
【００３３】
以下、微細起電素子アレイを適用して流量を制御するマイクロ作動バルブに対して説明する。
図９は本発明に係るマイクロ作動バルブの第１実施形態を示した部分切開斜視図であり、図１０は図９のIII-III線断面図である。また、図１１は図９のIV-IV線断面図である。
【００３４】
図示されたように、本発明に係るマイクロ作動バルブ１０００の第１実施形態は、中央に流体入口２０１が切削形成された第１バルブハウジング２００と、第１バルブハウジング２００と結合されて内部に空間部３０２が形成され、第１バルブハウジング２００の流体入口２０１と連通する流体出口３０１が切削形成された第２バルブハウジング３００と、流体入口２０１に流入された流体を流体出口３０１に選択的に吐出するように空間部３０２に装着された、前述のマイクロアクチュエータ１００と、から構成される。
【００３５】
このとき、マイクロ作動バルブ１０００に適用されるマイクロアクチュエータ１００の構造は、図１に示したマイクロアクチュエータの構造と同様であるため、その説明は省略する。
【００３６】
第２プレート１２０が収納装着されるように、第２バルブハウジング３００の内側面には装着溝３０３が切削形成されている。
さらに、第１バルブハウジング２００と第２バルブハウジング３００との接触面にはガスケット３０４が装着されることで、第１バルブハウジング２００と第２バルブハウジング３００との接触面に流体が漏洩されることを防止する。
【００３７】
また、電極部１３２は、微細可動部材１３１に電気的に連結された電極パッド１３２aと、電極パッド１３２aに連結されて第１バルブハウジング２００の外部に延長形成された電極フィーダ１３２bと、から構成される。
また、電極フィーダ１３２bは、第１バルブハウジング２００に穿孔形成された貫通ホール２０２を通して外部に連結され、貫通ホール２０２には絶縁体２０３が接着されている。
【００３８】
また、図１２はマイクロアクチュエータとしての微細起電素子が３×３に配列された微細起電素子アレイを示した斜視図で、図１３は３×３の微細起電素子アレイを示した平面図である。
【００３９】
図示されたように、微細起電素子アレイ１００'は、一つの第２プレート１２０の上面の所定位置にマイクロアクチュエータとしての微細起電素子１００が３×３に配列され、各電極配線１３５及び電極パッド１３２aが整列されている。
【００４０】
このとき、図１３に示したように、９個の微細起電素子中、４個が駆動して微細流路１１１を閉鎖し、残りの５個の微細起電素子は駆動せずに微細流路１１１を開放することで、流量をデジタル制御方式に調節する。
【００４１】
このような微細起電素子アレイ１００'においては、微細流路１１１を通過する流量を離散させて、微細起電素子１００の個数(N)に対してN+１に流量を制御することができる。
【００４２】
図１４は、微細流路を開放する微細起電素子アレイの個数によって流量が変化されることを説明したグラフで、図中、水平軸は栓が微細流路を開放している微細起電素子アレイの個数(N)を示し、垂直軸は栓が微細流路を開放している時の流量の変化を示し、対角線は流量の理想的な連続線状特性を示したものである。
【００４３】
図示されたように、微細流路を開放している微細起電素子の個数(N)が一つずつ徐々に増加すると、流量は段階的に増加される。
また、微細起電素子アレイは、微細流路を通過する流量を離散させて、微細起電素子の個数(N)に対してN＋１の状態に流量を制御する。
例えば、微細起電素子が一つである場合、微細起電素子の二つの形態、即ち、微細起電素子が開放または閉鎖された状態によって流量が決定される。
【００４４】
また、微細起電素子が二つである場合、微細起電素子の三つの形態、即ち、微細起電素子が全てが開放または閉鎖された状態、及び一つの微細起電素子は開放され、他の一つの微細起電素子は閉鎖された状態によって流量が決定される。
【００４５】
また、図１５は第２バルブハウジングに装着された３×３の微細起電素子アレイを示した斜視図で、図１６は３×３の微細起電素子アレイが適用されたマイクロ作動バルブを示した縦断面斜視図で、図示されたように、第２バルブハウジング３００の流体出口３０１がオリフィス構造に構成されることで、図１７の熱交換システムに適用される。
【００４６】
即ち、第１バルブハウジング２００の流体入口２０１に流入された流体としての冷媒は、微細起電素子アレイ１００'を経て第２バルブハウジング３００の流体出口３０１に膨脹しながら吐出される。
【００４７】
さらに、図１７は本発明に係るマイクロ作動バルブが熱交換システムに適用されたことを示した例示図で、図示されたように、圧縮装置４００で高圧に圧縮された気体状態の冷媒が流路管P１を通して凝結装置４０１に流入され、液体状態に凝結される。次に、凝結装置４０１を経て液化された冷媒は、再び流路管P２を通して冷媒一時保存容器４０２を経てマイクロ作動バルブ１０００の流体入口２０１に流入される。
【００４８】
次に、流体入口２０１に流入された冷媒としての流量は、微細起電素子アレイを適用したマイクロ作動バルブ１０００により適切に調整されて、オリフィス構造の流体出口３０１を通して気化器４０３側に吐出される。
【００４９】
このとき、冷媒は、断熱膨脹の原理により、温度が急激に低下し密度が低い状態に変化して気化器４０３に流入されることで、気化器４０３の周辺の熱を奪うようになるが、このような原理を利用することで冷却作用が行われる。
【００５０】
以下、図１８乃至図２６に基づいて、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態及びそのマイクロアクチュエータを適用したマイクロ作動バルブに対して説明する。
まず、図１８乃至図２３には、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態の構成が示されている。
【００５１】
図１８は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態の微細可動部材が微細流路を遮断している状態を示した斜視図で、図１９は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態の微細流路が開放された状態を示した斜視図で、図２０は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態を示した平面図で、図２１は、図２０のVI-VI線縦断面図である。
【００５２】
図示されたように、本発明の第２実施形態に係るマイクロアクチュエータ５００は、一方側に微細流路５１１が形成されたプレート５１０と、プレート５１０の微細流路５１１を選択的に開閉するようにプレート５１０に隣接して装着された微細駆動手段５２０と、を含んで構成されている。
【００５３】
また、微細駆動手段５２０は、プレート５１０の微細流路５１１を開閉する微細可動部材５２１と、微細可動部材５２１を支持するようにプレート５１０に形成された微細可動部材サスペンション５２２と、微細可動部材５２１に形成されたコイル５２３と、コイル５２３と所定間隔を有して装着されるマグネット５２４と、コイル５２３に電源を供給するようにプレート５１０の上面に形成された電極部５２５(図１９参照)と、から構成される。
【００５４】
このとき、本発明に係る第２実施形態のマイクロアクチュエータ５００は、マグネット５２４の磁場とコイル５２３に流れる電流との相互作用により発生される電磁気力を利用している。
【００５５】
また、コイル５２３が微細可動部材５２１に固定されているため、電磁気力により、微細可動部材５２１は微細可動部材サスペンション５２２に支持された状態で微細流路５１１から遠く離れるが、このとき、微細流路５１１を通して流体が流れる。
また、コイル５２３に流れる電流の方向及び強さを調節して微細可動部材５２１の動きを上下に調節することで、微細可動部材５２１が微細流路５１１を適切に開放または閉鎖するように構成される。
【００５６】
また、微細可動部材サスペンション５２２は、微細可動部材５２１を支持すると同時に、微細可動部材５２１を弾力的に元の位置に復帰させる役割をする。
【００５７】
図２２は、コイルの構造及び電磁気力を説明した斜視図で、図２３は、図２２のVII-VII線断面図である。
【００５８】
図示されたように、コイル５２３は、一方側の電極部５２５の電流Iをコイル５２３の中心部に伝達する第１導線部５２３aと、コイル５２３の中心部を流れる電流Iを他方側の電極部５２５'(図１９を参照)に伝達する第２導線部５２３bと、から構成されている。
【００５９】
また、第１導線部５２３a及び第２導線部５２３bは、絶縁層５２７、５２８により絶縁されている。
即ち、第１絶縁層５２７は、第１導線部５２３aと微細可動部材５２１との間に位置されて第１導線部５２３aを絶縁させ、第２絶縁層５２８は、第１導線部５２３aと第２導線部５２３bとの間に位置されて第１導線部５２３aと第２導線部５２３bとを絶縁させる。
コイル５２３の内部に流れる電流Iの経路においては、一方側の電極部５２５から供給された電流Iは、第１導線部５２３aを通してコイル５２３の中心部に伝達され、コイル５２３の中心部に伝達された電流Iは、再び第２導線部５２３bを通して他方側の電極部５２５'に流れる。
【００６０】
このとき、コイル５２３に流れる電流Iと、コイル５２３の上下部に装着されたマグネット５２４の磁場との相互作用によってトルクが発生することで、微細可動部材５２１が動くようになる。
【００６１】
図２４は、本発明に係る微細起電素子の第２実施形態が適用されたマイクロ作動バルブを示した分離斜視図であり、図２５は、図２４の組立斜視図である。また、図２６は、図２５のVIII-VIII線縦断面図で、微細可動部材が微細流路を閉鎖している状態を示した説明図である。
【００６２】
図示されたように、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態が適用されたマイクロ作動バルブ２０００は、中央に流体入口６０１が切削形成された第１バルブハウジング６００と、第１バルブハウジング６００と結合されて内部に空間部７０２が形成され、第１バルブハウジング６００の流体入口６０１に連通された流体出口７０１が切削形成された第２バルブハウジング７００と、流体入口６０１に流入された流体を流体出口７０１に選択的に吐出するために空間部７０２に装着されたマイクロアクチュエータ５００と、から構成される。
【００６３】
また、図１８及び図１９に示したように、マイクロアクチュエータ５００は、一方側に微細流路５１１が切削形成されたプレート５１０と、プレート５１０の微細流路５１１を開閉する微細可動部材５２１と、微細可動部材５２１を支持するようにプレート５１０に装着された微細可動部材サスペンション５２２と、微細可動部材５２１に装着されたコイル５２３と、コイル５２３と所定間隔を有して装着されたマグネット５２４と、コイル５２３に電源を供給するようにプレート５１０の両方にそれぞれ装着された電極部５２５、５２５'と、から構成される。
【００６４】
また、図２２及び図２６に示したように、マイクロアクチュエータ(素子)を適用したマイクロ作動バルブ２０００においては、マグネット５２４の磁界強さがm、電流によりコイル５２３に誘導される磁界がB、電流がI、図面上、出る方向の軸がX軸、右側方向の軸がy軸、上方向の軸がZ、X軸を中心にした回転方向がθX、Z軸を中心にした回転方向がθzに表示され、マグネット５２４の磁束方向がyの反対方向(N極からS極への方向)に表示されている。
【００６５】
このとき、電流Iをθz方向に加えると、微細可動部材５２１の端部(図２２の破線部を参照)は、θx方向に力を受けて屈曲されながら微細流路５１１を開放する（図２２参照）。
その反面、電流Iをθzの反対方向に加えると、微細可動部材５２１の端部(図２２の破線部を参照)は、θxの反対方向に力を受けて屈曲されながら微細流路５１１を閉鎖する。
【００６６】
このように、コイル５２３に流れる電流Iの方向が調節されることで、微細可動部材５２１が上下方向に屈曲されるため、よって、第１バルブハウジング６００の流体入口６０１から第２バルブハウジング７００の流体出口７０１に流れる流体を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第１実施形態の構成を示した斜視図である。
【図２】図２は、図１の栓が流体流路を開放している状態を示した平面図である。
【図３】図３は、図２のI-I線縦断面図である。
【図４】図４は、図１の栓が流体流路を閉鎖している状態を示した平面図である。
【図５】図５は、図４のII-II線縦断面図である。
【図６】図６(A)〜(D)は、本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方法の第１プレートの製造工程を示した縦断面図である。
【図７】図７(A)〜(D)は、本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方法の第２プレートの製造工程を示した縦断面図である。
【図８】図８(A)〜(C)は、本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方法の第１プレートと第２プレートとの接合、及び微細構造物の製造方法を示した縦断面図である。
【図９】図９は、本発明に係るマイクロ作動バルブの第１実施形態の構成を示した部分切開斜視図である。
【図１０】図１０は、図９のIII-III線横断面図である。
【図１１】図１１は、図９のIV-IV線縦断面図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る微細起電素子が３×３に配列されたマイクロアクチュエータとして微細起電素子アレイを示した斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の平面図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る流体流路が開放された微細起電素子アレイの個数による流量の変化を説明したグラフである。
【図１５】図１５は、本発明に係る第２バルブハウジングに装着された３×３の微細起電素子アレイを示した斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明に係る３×３の微細起電素子アレイを適用したマイクロ作動バルブを示した縦断面図である。
【図１７】図１７は、本発明に係るマイクロ作動バルブが熱交換システムに適用された例示図である。
【図１８】図１８は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態の微細可動部材が微細流路を遮断している状態を示した斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態の微細流路が開放された状態を示した斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明に係るマイクロアクチュエータの第２実施形態を示した平面図である。
【図２１】図２１は、図２０のVI-VI線縦断面図である。
【図２２】図２２は、本発明に係るコイルの構造及び電磁気力を説明した斜視図である。
【図２３】図２３は、図２２のVII-VII線縦断面図である。
【図２４】図２４は、本発明に係るマイクロ作動バルブの第２実施形態の構造を示した分解斜視図である。
【図２５】図２５は、本発明に係るマイクロ作動バルブの第２実施形態の構造を示した組立斜視図である。
【図２６】図２６は、図２５のVIII-VIII線縦断面図で、微細可動部材が微細流路を閉鎖している状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、５００:マイクロアクチュエータ
１１１、１２１、５１０、５１１:微細流路
１１０:第１プレート
１２０:第２プレート
１２２:微細懸架間隙
１３０:微細駆動手段
１３１、５２１:微細可動部材
１３１a:前面部
１３２、５２５:電極部
１３３:栓
１３４:栓サスペンション
１３４a:固定部
１３４b:連結部
２００:第１バルブハウジング
２０１:流体入口
３００:第２バルブハウジング
３０１:流体出口
３０２:空間部
３０３:装着溝
５２０:微細駆動手段
５２２:微細可動部材サスペンション
５２３:コイル
５２４:マグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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