(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチップをモジュール流体流路に実装した電子式高集積化モジュールを、複数個ベースに組み付け、前記電子式高集積化モジュールを組み付けた前記ベースに電子回路基板を積層する電子式流体制御装置であり、
前記複数の電子式高集積化モジュールは、板状の同じ形状で、かつ前記モジュール流体流路の入口と出口とが同じ表面位置に開口して形成されており、
前記ベースは、前記電子式高集積化モジュールの全体を嵌合する凹部と、前記電子式高集積化モジュールに応じて前記モジュール流体流路の入口と出口に連通するベース流体流路と、を有し、
前記ベース流体流路の出口と入口とが前記凹部の同じ表面位置に開口して形成されており、
前記ベースの凹部に、前記電子式高集積化モジュールの全体を前記凹部から突出しないように嵌合して組み付け、前記ベース流体流路の出口と入口と、前記モジュール流体流路の入口と出口とを連通させ、
前記ベースに、前記組み付けた電子式高集積化モジュールを覆うように前記電子回路基板を積層したことを特徴とする電子式流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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等のＭＥＭＳ規格等のチップを実装した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機構が大型であり、その結果装置自体が大型であった。
【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組み付けた電子式高集積化モジュールは、例えばマスフロートコントローラやレギュレータ等、制御内容に応じて異なる形状であり、またモジュール流体流路の入口と出口とが異なる位置に形成されている。
【０００４】
従って、電子式高集積化モジュールを構成する部品の共通化が困難で、製作コストが嵩む。しかも、電子式高集積化モジュールを組み付けるベースには、電子式高集積化モジュール毎に配管を接続の加工を行なう必要があり、さらに製作コストが嵩む等の問題がある。
【０００５】
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で、しかも制御が可能な電子式高集積化モジュールの部品の共通化を図り、製作コストを低減することが可能な電子式流体制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、マイクロチップをモジュール流体流路に実装した電子式高集積化モジュールを、複数個ベースに組み付け、前記電子式高集積化モジュールを組み付けた前記ベースに電子回路基板を積層する電子式流体制御装置であり、
前記複数の電子式高集積化モジュールは、板状の同じ形状で、かつ前記モジュール流体流路の入口と出口とが同じ表面位置に開口して形成されており、
前記ベースは、前記電子式高集積化モジュールの全体を嵌合する凹部と、前記電子式高集積化モジュールに応じて前記モジュール流体流路の入口と出口に連通するベース流体流路と、を有し、
前記ベース流体流路の出口と入口とが前記凹部の同じ表面位置に開口して形成されており、
前記ベースの凹部に、前記電子式高集積化モジュールの全体を前記凹部から突出しないように嵌合して組み付け、前記ベース流体流路の出口と入口と、前記モジュール流体流路の入口と出口とを連通させ、
前記ベースに、前記組み付けた電子式高集積化モジュールを覆うように前記電子回路基板を積層したことを特徴とする電子式流体制御装置である。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、複数の電子式高集積化モジュールが組み付けられるベースに、電子式高集積化モジュールに応じてモジュール流体流路の入口と出口に連通するベース流体流路を設け、ベースに、電子式高集積化モジュールを組み付けてベース流体流路とモジュール流体流路とを連通することで、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で、しかも制御が可能な電子式高集積化モジュールの部品の共通化を図り、製作コストを低減することができる。
【００１１】
【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の組付方法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。
【００１２】
図１は電子式高集積化モジュールの組付方法及び電子式流体制御装置の実施の形態を説明する平面図である。
【００１３】
この実施の形態の電子式流体制御装置１００は、流体混合器を構成し、ＭＥＭＳ規格等のマイクロチップをモジュール流体流路に実装した異なる制御が可能な電子式高集積化モジュールを有するレギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６を複数個準備し、さらに混合器１０７、温度センサ１０８を準備する。
【００１４】
これらのレギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６、混合器１０７、温度センサ１０８は、ベース１１０に組み付けられる。
【００１５】
このベース１１０には、レギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６に応じてモジュール流体流路Ａの入口ａ１〜ａ３と出口ｂ１〜ｂ３に連通するベース流体流路Ｂが微細な孔加工や溝を、レーザー、切削、研磨加工やエッチングと等で加工されて設けられる。
【００１６】
このベース１１０に、レギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６を同じピッチで組み付けることで、ベース流体流路Ｂとモジュール流体流路Ａとを連通する。
【００１７】
混合器１０７は、マスフローコントローラ１０３，１０４とレギュレータ１０５，１０６との間でベース１１０に組み付けられ、この混合器１０７に連通して温度センサ１０８がベース１１０に組み付けられる。温度センサ１０８からの温度情報に基づき、混合器１０７で混合される流体の温度調節を行なう。
【００１８】
レギュレータ１０１，１０２は、同じ形状で、かつモジュール流体流路Ａの入口ａ１と出口ｂ１とが同じ位置に形成されている。このレギュレータ１０１，１０２は、それぞれマイクロチップバルブ６０とマイクロチップ圧力センサ６１を有し、マイクロチップ圧力センサ６１からの流体圧力情報に基づきマイクロチップバルブ６０を制御し、外部からの流体Ｘ，Ｙを所定圧力に調整する。
【００１９】
マスフローコントローラ１０３，１０４は、同じ形状で、かつモジュール流体流路Ａの入口ａ２と出口ｂ２が同じ位置に形成されている。このマスフローコントローラ１０３，１０４は、それぞれマイクロチップバルブ６２と第１のマイクロチップ圧力センサ６３と第２のマイクロチップ圧力センサ６４を有し、第１のマイクロチップ圧力センサ６３と第２のマイクロチップ圧力センサ６４からの流体圧力情報に基づき演算処理して、マイクロチップバルブ６２をフィードバック制御を行ない、流体Ｘ，Ｙの流量を所定の流量になるように制御する。
【００２０】
レギュレータ１０５，１０６は、同じ形状で、かつモジュール流体流路Ａの入口ａ３と出口ｂ３とが同じ位置に形成されている。このレギュレータ１０５，１０６は、マイクロチップバルブ６５とマイクロチップ圧力センサ６６を有し、マイクロチップ圧力センサ６６からの流体圧力情報に基づきマイクロチップバルブ６５を制御し、混合器１０７で混合された混合流体Ｚの所定圧力に調整を行ない外部へ出力する。
【００２１】
このように、電子式高集積化モジュールを有するレギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６を複数個準備し、ベース１１０に、レギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６に応じてモジュール流体流路Ａの入口ａ１〜ａ３と出口ｂ１〜ｂ３に連通するベース流体流路Ｂを設け、ベース１１０に、レギュレータ１０１，１０２と、マスフローコントローラ１０３，１０４と、レギュレータ１０５，１０６を同じピッチで組み付けてベース流体流路Ｂとモジュール流体流路Ａとを連通することで、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で、しかも制御が可能な電子式高集積化モジュールの部品の共通化を図り、製作コストを低減することができる。
【００２２】
図２は電子式高集積化モジュールの組付方法及び電子式流体制御装置の他の実施の形態の平面図である。
【００２３】
この実施の形態の電子式流体制御装置１００は、流体混合器を構成し、図１図の実施の形態と同様に構成されるが、レギュレータ１０５，１０６に追加してレギュレータ１０９を準備し、レギュレータ１０９に応じてモジュール流体流路Ａの入口ａ３と出口ｂ３に連通するベース流体流路Ｂが設けられる。レギュレータ１０５，１０６，１０９により混合器１０７で混合された混合流体Ｚの所定圧力に調整を行ない外部へ出力する。
【００２４】
次に、電子式高集積化モジュールを有するマスフローコントローラ１０３，１０４の一例の実施の形態を、図３乃至図７に示す。図３はマスフローコントローラの断面図、図４はマスフローコントローラの下基板の平面図、図５はマスフローコントローラの上基板の平面図、図６はベースの一部の平面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【００２５】
この実施の形態のマスフローコントローラは、電子式高集積化モジュール２、ベース１１０、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下基板２０と上基板２１とを有している。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
上基板２１の取付溝２１ａ１には、マイクロチップバルブ６２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６３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６４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６２と第１のマイクロチップ圧力センサ６３と第２のマイクロチップ圧力センサ６４とを備える。
【００３０】
マイクロチップバルブ６２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６３と第２のマイクロチップ圧力センサ６４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。
【００３１】
第１のマイクロチップ圧力センサ６３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６４は、絞り部２０ａ２１の上流側に設けられている。
【００３２】
マイクロチップバルブ６２、第１のマイクロチップ圧力センサ６３及び第２のマイクロチップ圧力センサ６４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、取付溝２１ａ２１、取付溝２１ａ３１から接着剤を注入して接着される。
【００３３】
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。
【００３４】
この電子式高集積化モジュール２は、ベース１１０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１１０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１１０の他方の側部から凹部３ａに開口している。
【００３５】
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、モジュール２の入口ａ２が入口流路３ｂと連通し、出口ｂ２が出口流路３ｃと連通する。この入口ａ２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ｂ２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。
【００３６】
このベース１１０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６２と第２のマイクロチップ圧力センサ６４からの流体圧力情報に基づき演算処理して、マイクロチップバルブ６２を所定の流量になるようにフィードバック制御する。
【００３７】
次に、電子式高集積化モジュールを有するレギュレータ１０１，１０２の一例の実施の形態を、図８に示す。図８はレギュレータの断面図である。
【００３８】
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６１を備え、このマイクロチップ圧力センサ６１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６０を所定の圧力になるように制御する。
【００３９】
次に、電子式高集積化モジュールを有するレギュレータ１０５，１０６，１０９の一例の実施の形態は、図８と同様に構成されるが、マイクロチップ圧力センサ６６が上流側に配置され、マイクロチップバルブ６５が下流側に配置される点で異なっている。
【００４０】
この発明は、前記した実施の形態に限定されず、流量制御機器、圧力制御機器、温度制御機器、分析装置、センサー機器、混合器、ポートアレイバルブ等を必要に応じて、必要な個数を前記ベースに実装し、電子回路基板を設置することにより研究用前処理、反応化学、光学分析器、バイオ化学分析装置等のあらゆる装置、プラントを超小型につくりだすことが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、複数の電子式高集積化モジュールが組み付けられるベースに、電子式高集積化モジュールに応じてモジュール流体流路の入口と出口に連通するベース流体流路を設け、ベースに、電子式高集積化モジュールを組み付けてベース流体流路とモジュール流体流路とを連通することで、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で、しかも制御が可能な電子式高集積化モジュールの部品の共通化を図り、製作コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子式高集積化モジュールの組付方法及び電子式流体制御装置の実施の形態を説明する平面図である。
【図２】電子式高集積化モジュールの組付方法及び電子式流体制御装置の他の実施の形態の平面図である。
【図３】マスフローコントローラの断面図である。
【図４】マスフローコントローラの下基板の平面図である。
【図５】マスフローコントローラの上基板の平面図である。
【図６】ベースの一部の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】レギュレータの断面図である。
【符号の説明】
２  電子式高集積化モジュール
１０１，１０２  レギュレータ
１０３，１０４  マスフローコントローラ
１０５，１０６．１０９  レギュレータ
１０７  混合器
１０８  温度センサ
１１０  ベース
Ａ  モジュール流体流路
Ｂ  ベース流体流路
Ｃ  制御部
【図１】
0004229424.tif 000002
【図２】
0004229424.tif 000003
【図３】
0004229424.tif 000004
【図４】
0004229424.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004229424.tif 000008
【図８】
0004229424.tif 000009