(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路を形成した台座に、流体の流量を制御するマイクロバルブと、流体の圧力を検知する圧力センサを実装し、該圧力センサからの圧力信号により、前記マイクロバルブを制御し、前記台座の流路を流れる流体の流量を制御して流体の圧力制御を行うマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記台座の中に、第１の流路を略水平方向に形成し、第２の流路を略垂直方向に形成して両者が交差して一体の流路となるように形成するとともに、前記第２の流路を台座を貫通するように形成し、前記第２の流路の一方の孔に前記マイクロバルブを実装し、他方の孔に前記圧力センサを実装し、前記第１の流路の一方を流体導入孔としたことを特徴とするマイクロ加工センサモジュール。
【請求項２】
前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対の孔を封止したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ加工センサモジュール。
【請求項３】
前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対の孔を流体流出孔としたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ加工センサモジュール。
【請求項４】
前記台座の材料がガラスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマイクロ加工センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体や液体等の流体の流量制御、圧力制御を行うマイクロ加工センサモジュールの実装構造及びその実装構造の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧力を検知して流量制御を行うマイクロ加工センサモジュール（圧力検知式流量制御装置）の小型低コスト化を図るために半導体３次元マイクロ加工によりバルブ機構を形成したマイクロバルブ１及び、圧力を検知するための半導体圧力センサ（以降圧力センサと称する）２で構成する。従来のマイクロ加工センサモジュールの構成を図８に示す。先ず、マイクロバルブ１は、台座３に設けられ、台座３にはマイクロバルブ１に流体を導くための流路４が形成されている。また圧力センサ２も同様に台座３’に設けられ、台座３’には圧力センサ２へ流体を導くための流路４’が形成されている。また、各々の台座３，３’の流路４，４’には、外部との結合を図るための金属パイプ５，５’が設けられている。マイクロバルブは図９のような構造をしており、弁体１ａと弁座１ｂとの間を流体（矢印表示）が流れる。弁体１ａは肉薄のビームとして形成され、ビーム上に形成されたバイメタル１ｄが抵抗１ｃの発熱により変形して、中央部の弁体１ａが上下に変位し、弁体１ａ，弁座１ｂ間の開閉が行われて流量の調整がなされる。また、圧力センサ２は流体の圧力を検知し、この検知した圧力信号が制御回路（図示せず）に送られ、さらにこの制御回路からのバルブ開閉制御信号がマイクロバルブ１に送られ、前記の弁体１ａ，弁座１ｂ間の開閉動作が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した従来のマイクロ加工センサモジュールは、マイクロバルブ１及び圧力センサ２の各々に台座３，３’、流体導入のための流路４，４’、金属パイプ５，５’を設けなければならず、現状サイズをさらに小型化することが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、マイクロ加工センサモジュールのさらなる小型化を可能とするマイクロ加工センサモジュールの実装構造及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、流体の流路を形成した台座に、流体の流量を制御するマイクロバルブと、流体の圧力を検知する圧力センサを実装し、該圧力センサからの圧力信号により、前記マイクロバルブを制御し、前記台座の流路を流れる流体の流量を制御して流体の圧力制御を行うマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記台座の中に、第１の流路を略水平方向に形成し、第２の流路を略垂直方向に形成して両者が交差して一体の流路となるように形成するとともに、前記第２の流路を台座を貫通するように形成し、前記第２の流路の一方の孔に前記マイクロバルブを実装し、他方の孔に前記圧力センサを実装し、前記第１の流路の一方を流体導入孔としたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対方向の孔を封止したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対方向の孔を流体流出孔としたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記台座をガラスで形成することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ加工センサモジュールの実装構造及びその製造方法について図１乃至図７にもとづき説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。マイクロバルブ１及び圧力センサ２を実装する台座３に、略水平方向の第１の流路４ａ、略垂直方向に第２の流路４ｂを設けて、両者を交差させ十字型に一体となるように流路４を形成する。ここでは、第１の流路４ａ及び第２の流路４ｂを台座３を貫通するように形成し、台座３に４個の流体の孔を形成している。図中台座３の上面には上部の孔に合せてマイクロバルブ１を実装し、下面には下部の孔に合せて圧力センサ２を実装する。そして、右側面には金属パイプ５を右部の孔に設置する。また、左側面には左部の孔を封止する物体６を設置する。
【００１７】
金属パイプ５は外部と結合しており、金属パイプ５を介して外部の流体が台座３内の流路４に導入される。左側面は封止されているため流体は流路４を通りマイクロバルブ１及び圧力センサ２に導かれる。圧力センサ２は流体の圧力を検知し、この検知した圧力信号が制御回路（図示せず）に送られ、さらにこの制御回路からのバルブ開閉制御信号がマイクロバルブ１に送られる。マイクロバルブ１においては、バルブ開閉制御信号にもとづき、図９に示したマイクロバルブ１内部の弁体１ａが上下に変位し、弁体１ａ，弁座１ｂ間の開閉動作が行われることにより、流量の調整がなされて流体の圧力制御が行われる。
【００１８】
このように本実施の形態では、流体導入孔（金属パイプ５）が一個所で、また、マイクロバルブ１と圧力センサ２が同一の台座３に実装されるので、従来の構成に比べ、非常に小型化でできるとういう効果を奏する。尚、左側面の孔を物体６で、封止したが、流路４ａを左側面に貫通しない構造としてもよい。
【００１９】
図２は本発明の第２の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。基本構成及び、圧力制御動作は第１の実施の形態と同様である。ここでは、左側面の孔を樹脂を埋設して封止したものである。本実施の形態の効果は第１の実施の形態と同様である。
【００２０】
図３は本発明の第３の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。基本構成及び、圧力制御動作は第１の実施の形態と同様である。ここでは、左側面の孔を板状の物体で封止したものである。本実施の形態の効果は第１の実施の形態と同様である。
【００２１】
図４は本発明の第４の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。台座３及び流路４の形態、マイクロバルブ１及び圧力センサの実装の形態、圧力制御動作は同様であるが、ここでは、左側面の孔を封止せずに、流体の流出用に金属パイプ５ａを設けて流体流出補助孔としたものである。これは、流体を流出させて圧力をリセットすることや、右側（金属パイプ５側）流体と左側（金属パイプ５ａ側）流体間の圧力差の制御に応用することができる。
【００２２】
このように、本実施の形態では、左側面の孔を流体流出補助孔としたので、第１の実施の形態の効果に加え、圧力をリセットすることや差圧制御の用途に展開することができるという効果を奏する。
【００２３】
図５は本発明の参考例を示す図である。台座３において、第１の流路４ａと第２の流路４ｂとが略Ｖ字型で交差し、交差部が台座３の下部の流体の孔となるように流路４を形成する。そして台座３下面の孔を流体流入孔としてここに金属パイプ５を設ける。また、台座３上面の２個の孔の一方にマイクロバルブ１を実装し、もう一方の孔に圧力センサ２を実装する。台座３下面の金属パイプ５は外部と結合しており、金属パイプ５を介して外部の流体が台座３内の流路４に導入され、台座３上面のマイクロバルブ１及び圧力センサ２に導かれる。圧力制御動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
このように、本実施の形態では、流路４を略Ｖ字型で形成して、台座３上面にマイクロバルブ１及び圧力センサ２を実装するようにしたので、第１の実施の形態の効果に加え、マイクロ加工センサモジュールの設置形態の自由度を上げるという効果を奏する。
【００２５】
図６は本発明の参考例として、マイクロ加工センサモジュールの実装構造の製造方法を示す図である。特に台座３の形成について述べる。ここでは、台座３をガラスで形成するものとする。図６（ａ）に示すように支持部８ａを用いてワイヤ線７ａを図中水平方向に張るとともに、支持部８ｂを用いてワイヤ線７ｂを図中垂直方向に張り、ワイヤ線７ａとワイヤ線７ｂが格子状に交わるようにする。次に該ワイヤ線７ａ，７ｂを溶融ガラスに入れ、次に該溶融ガラスを凝固して前記ワイヤ線を含んだ固形ガラス９を形成し、次に固形ガラス９の中の前記ワイヤ線をエッチングにより除去し、元ワイヤ線７ａ，７ｂ交差部にあたる上下部において水平面でカットし、台座３のもととなるガラス基板９ａを形成する。この状態を図６（ｂ）に示す。ガラス基板９ａ内にはワイヤ線７ａ，７ｂがエッチングされて形成された空洞１０ａ，１０ｂを破線で示している。さらにこの空洞１０ａ，空洞１０ｂの交差部分がほぼ中心に位置するように、ガラス基板９をカットして、前記第１から第４の実施の形態で示した台座３を形成する。
【００２６】
このようにワイヤ線７ａ及び７ｂを格子状に交わるように張り、溶融ガラスに入れて凝固させ、ワイヤ線７ａ，７ｂをエッチングすることにより容易に台座３を形成することができるという効果を奏する。
【００２７】
尚、図７は、図５の参考例の製造方法を示す図である。特に台座３の形成について述べる。ここでも、台座３をガラスで形成するものとする。図７（ａ）に示すように支持部８ａを用いてワイヤ線７ａを図中垂直方向に張るとともに、支持部８ｂを用いてワイヤ線７ｂを図中水平方向に張り、ワイヤ線７ａとワイヤ線７ｂが斜め格子状に交わるようにする。次に該ワイヤ線７ａ，７ｂを溶融ガラスに入れ、次に該溶融ガラスを凝固して前記ワイヤ線を含んだ固形ガラス９を形成し、次に固形ガラス９の中の前記ワイヤ線をエッチングにより除去し、元ワイヤ線７ａ，７ｂ交差部において水平面でカットし、台座３のもととなるガラス基板９ａを形成する。この状態を図６（ｂ）に示す。ガラス基板９ａ内にはワイヤ線７ａ，７ｂがエッチングされて形成された空洞１０ａ，１０ｂを破線で示している。さらにこの空洞１１ａ，空洞１１ｂの交差部分がほぼ中心に位置するように、ガラス基板９ａをカットして、図５で示した台座３を形成する。
【００２８】
このようにワイヤ線７ａ及び７ｂを斜め格子状に交わるように張り、溶融ガラスに入れて凝固させ、ワイヤ線７ａ，７ｂをエッチングすることにより容易に図５で示した台座３を形成することができる。以上が本発明の実施の形態である。
【００２９】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の発明によれば、流体の流路を形成した台座に、流体の流量を制御するマイクロバルブと、流体の圧力を検知する圧力センサを実装し、該圧力センサからの圧力信号により、前記マイクロバルブを制御し、前記台座の流路を流れる流体の流量を制御して流体の圧力制御を行うマイクロ加工センサモジュールにおいて、前記台座の中、第１の流路を略水平方向に形成し、第２の流路を略垂直方向に形成して両者が交差して一体の流路となるように形成するとともに、前記第２の流路を台座を貫通するように形成し、前記第２の流路の一方の孔に前記マイクロバルブを実装し、他方の孔に前記圧力センサを実装し、前記第１の流路の一方を流体導入孔としたので、流体導入孔が一個所で、また、マイクロバルブと圧力センサが同一の台座に実装されるので、従来の構成に比べ、非常に小型化でできるマイクロ加工センサモジュールが提供できた。
【００３０】
また、前記第１の流路を略水平方向に形成し、前記第２の流路を略垂直方向に形成したので、流路形成が容易であるとともに、マイクロバルブ及び圧力センサの実装が容易であるという効果を奏する。
【００３１】
請求項２記載の発明においては、前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対方向の孔を封止したので、流路形成が容易で、用途及び形成手段の幅を広げることができるという効果を奏する。
【００３３】
請求項３記載の発明においては、前記第１の流路を、台座を貫通するように形成し、前記流体導入孔の反対方向の孔を流体流出孔としたので、圧力をリセットすることや差圧制御の用途に展開することができるという効果を奏する。
【００３５】
請求項４記載の発明においては、前記台座をガラスで形成するようにしたので、マイクロバルブ及び圧力センサの台座への接合が容易であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図５】本発明の参考例としてのマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図６】本発明の参考例として、マイクロ加工センサモジュールの実装構造の製造方法を示す図である。
【図７】図５の参考例の実装構造の製造方法を示す図である。
【図８】従来のマイクロ加工センサモジュールの実装構造を示す図である。
【図９】マイクロバルブの内部構造を示す図である。
【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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