专利名称：压力控制阀、压力控制阀的生产方法以及具有压力控制阀的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力控制阀、压力控制阀的生产方法、具有压力 控制阀的燃料电池系统。
背景技术：
迄今为止，已使用机械加工技术生产各种减压阀。 减压阀主要分成主动驱动型和被动驱动型。
主动驱动型减压阀配备有压力传感器、阀驱动单元以及控制机构， 且阀被驱动成可将二次压力减小到规定压力。
相反，被动驱动型减压阀这样构造，以致当压力到达规定压力时， 阀自动地利用压差打开和关闭。
此外，被动型减压阀主要分成导向型和直接驱动型。导向型具有 导向阀，其特征在于操作稳定。
相反，直接驱动型在高速反应上是有利的。
当气体用作工作流体时，为了可靠地即便通过可压缩流体的微小 力也执行阀的打开/关闭， 一般将隔膜用作压差感知机构。
通常，在直接驱动隔膜减压阀中，隔膜、诸如活塞一类的用于将 隔膜的动作传递给阀体的传动机构以及阀体与螺钉等一体连接。
不过，在比如公开在日本特开平第H10-268943号公报中的配备 有安全机构的阀中，单独地设有隔膜(可动部)和传动机构以实现安 全操作。
这是因为，当减压阀中的二次压力高于预定压力时，隔膜(可动 部)弯到大气侧且远离活塞(传动机构)，由此通过隔膜(可动部)内 设的端口释放过多的压力。
为了实现安全机构，阀体和传动机构需由一个不同于隔膜(可动部)的元件支撑。
通常，这样实现支撑，即，在阀体或其周围设置导向件，还在传 动机构的可动轴上、相对于阀体、在传动机构的相对侧设置螺旋弹簧。
在日本特开平第H10-268943号公报中，设置了用于关闭阀的弹 簧，从而在活塞(传动机构)轴的延长部上、通过阀体与活塞(传动 才几构)相对。
关于小型减压阀，正如日本特开平第2004-031199号公报披露的， 提出了一种阀，其包括隔膜、阀体以及直接连接阀体和隔膜的阀轴。
作为具有该结构的减压阀的生产方法，已知一种由A.Debray等 人披露在J.Micromech.Microeng.2005年笫15期s202-209中的方法。 该生产方法的特征在于，小的机械元件是通过采用半导体加工技术生 产的。
在半导体加工技术中，半导体基板用作原材料且通过组合诸如膜 沉积、光刻以及蚀刻之类的技术形成结构。
因此，半导体加工技术的有利之处在于，亚微细级的精细加工是 可行的，还容易地通过成批加工实现大规模生产。
尤其是，因为减压阀具有复杂的三维结构，采用了垂直蚀刻半导 体基板的反应离子蚀刻(ICP-RIE)、将两个或多个半导体基板相结合 的结合技术等。
此外，通过比如二氧化珪或类似物的牺牲层连接阀体和阀座，且 在后半工艺中，通过蚀刻牺牲层而使阀体与阀座脱离。
另一方面，小型燃料电池作为安装在小型电气设备中的能源而引 人注目。
燃料电池之所以用作小型电气设备的驱动源，是因为每单位体积 或每单位重量提供的能量是传统锂离子二次电池的几乎十倍。
特别是在提供大输出的燃料电池中，将氢用作燃料为佳。不过， 由于氢在常温下是气态的，需要一种在小燃料箱中贮存高密度氢的技 术。
下述方法械j人为是此类氢贮存纟支术。
5第一种方法是在高压气体状态下压缩和贮存氢气。当箱中的气压
定为200atm时，氢气的体积密度约为18mg/cm3。
第二种方法是将氢气冷却到低温并将其贮存为液体。该方法能进 行高密度贮存，尽管它存在这样的缺陷，即，需要较大的能量液化氢 气且氢会自发地蒸发并泄漏。
第三种方法是通过采用氢贮存合金来贮存氢。该方法的问题在于， 燃料箱重，因为具有大比重的氢贮存合金仅能吸收约2%重量的氢， 但利于减小尺寸，因为每单位体积的贮存量大。
在聚合物电解质燃料电池中，以下列方式发电。常将全氟磺酸基 的阳离子交换树脂用作聚合物电解质膜。
对于此类膜，例如DuPont的Nafion是众所周知的。通过将聚合 物电解质膜与一对承载催化剂(比如铂)的多孔电极即燃料电极和氧 化剂电极相插而形成的膜电极组件构成发电电池。通过在此发电电池 中给氧化剂电极提供氧化剂并给燃料电极提供燃料，质子在聚合物电 解质膜上移动以执行发电。
聚合物电解质膜一般具有约50-200fim的厚度，以便维持机械强 度并让燃料气体不透入其中。这样的聚合物电解质膜具有约3-5kg/cm2 的强度。
因此，为了防止膜因压差而破损，优选燃料电池中氧化剂电极腔
与燃料电极腔之间的压差在常态下控制在0.5kg/cm2以下，即便在异
常状态下也控制在lkg/cm2以下。
在燃料箱与氧化剂电极腔之间的压差小于上述压力的情况下，燃
料箱和燃料电极腔彼此可直接连接而不用减小压力。
不过，在氧化剂电极腔通向大气且燃料以较高密度填充的情况下， 需要减小自燃料箱向燃料电极腔供给燃料过程中的压力。
此外，上述机构需要致动/中止发电，以便稳定产生的电力。日本 特开平第2004-031199号公报披露了一种在燃料箱与燃料电池单元之 间设置小阀的技术，由此防止燃料电池单元因大压差而破损，还控制 了发电的致动/中止，以及稳定地维持所产生的电力。尤其是，隔膜设置在燃料供给路径与氧化剂供给路径之间的边界 处，并且直接与阀相连以通过燃料供给路径与氧化剂供给路径之间的 压差而不釆用电力来驱动阀，由此实现较佳地控制供给到燃料电池单 元上的燃料压力的减压阀。
不过，装配有传统安全机构的减压阀具有以下问题。
在上述日本特开平第H10-268943号公报披露的减压阀中，隔膜 (可动部)和活塞(传动机构)分开，但关闭阀的弹簧设在活塞(传 动机构)轴的延长部上、阀体的活塞(传动机构)侧的相对侧上。
因此，减压阀的层状结构的层数增加，这使得结构复杂。
此外，在这样的结构中，为了防止阀体出现位置偏差，除了设置 弹簧外，还需在阀体、活塞(传动机构)或类似物上设置导向件。
不过，在小型减压阀中，生产小型轴承相当难。因此，存在导向 部处的摩擦大且因此难于驱动阀的问题。
相反，在上述日本特开平第2004-031199号公报描述的使用半导 体加工技术的减压阀中，隔膜(可动部)、活塞(传动机构)以及阀体 是通过结合而一体连接的。因此，当减压阀中的二次压力过度增加时， 大的应力作用到活塞(传动机构)和阀体上，这会导致阀受损。
尤其是，因为需要大的结合强度，就存在缺陷单元的产生率因结 合强度差而增加的担心。
此外，当存在结合若干半导体基板且随后释放牺牲层的步骤时， 可利用弹性材料或类似物进行涂敷，以便改善阀体或阀座表面的密封 性，这存在以下问题。
也就是说，生产过程复杂，此外难于提供厚度足够大的密封层。 另外，在配备有传统小型减压阀的小型燃料电池中，阀部件的密封不 足，因此存在燃料电池因渗漏而受破坏的担心。
此外，还存在一种担心，即，因为小型减压阀昂贵，燃料电池的 生产成本会增大。
发明内容
本发明涉及一种压力控制阀，其具有密封性、耐久性以及与温度有关的截止阀的功能，并且尺寸可减小，还涉及一种该压力控制阀的 生产方法以及其上装有该压力控制阀的燃料电池系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种具有以下结构的压力控制系统。
本发明压力控制阀的特征在于，包括通过压差操作的可动部；阀 部；以及传动机构，用以将可动部的动作传递给阀部，其中，可动部 和阀部中的任一个与传动机构分离。
此外，本发明压力控制阀的特征在于，可动部是隔膜。 并且，本发明压力控制阀的特征在于，阀部包括阀座部、阀体部 以及用以支撑阀体部的支撑部，并且，支撑部支撑阀体部，使得间隙除。
此外，本发明压力控制阀的特征在于，用以支撑阀体部的支撑部 包括弹性体以支撑设置在一平面上的阀体部，该平面垂直于传动机构 动作的方向并包括阀体部。
另外，本发明压力控制阀的特征在于，用以支撑阀体部的支撑部 包括作为其一部分的与温度有关的移动部 于阈值温度的温度下关闭的位置。
此外，本发明压力控制阀的特征在于 形状记忆合金形成的。
另外，本发明压力控制阀的特征在于 双金属形成的。
此外，本发明压力控制阀的特征在于 成于抵靠在阀座部上的部分上。
另外，本发明压力控制阀的特征在于 抵靠部分、形成于阀体部和阀座部中任一个上的密封材料。
此外，本发明压力控制阀的特征在于，阀部包括弹性体，其具有 设置在一平面上的通孔，该平面垂直于传动机构动作的方向并包括阀
其移动到阀部在等于或高
与温度有关的移动部是由
与温度有关的移动部是由
阀体部具有突起部，其形
包括在阀体部和阀座部的体部，并且，通孔根据由传动机构传递的可动部的动作由传动机构的 顶端打开和关闭。
另外，本发明压力控制阀的特征在于，传动机构由若干设置在可 动部上的突起部形成。
此外，本发明压力控制阀的特征在于，传动机构由在其设置于可 动部与阀部之间的一表面上具有不平整性(或不规则性)的座部形成。
另外，本发明压力控制阀的特征在于，阀部、可动部以及传动机 构中的每一个都由片状元件和板状元件中的一个形成，并且，这些元 件堆叠以构成压力控制阀。
此外，本发明压力控制阀的特征在于，压力控制阀为减压阀。
本发明还提供了 一种压力控制阀的生产方法，压力控制阀包括 通过压差操作的可动部；包括阀座部、阀体部以及用以支撑阀体部的 支撑部的阀部；以及用以将可动部的动作传递给阀部的传动机构，可 动部和阀部中的任一个与传动机构分离，该方法包括
使用片状元件和板状元件中的一个形成可动部；
使用片状元件和板状元件中的一个形成传动机构；
使用片状元件和板状元件中的一个形成阀座部；
使用片状元件和板状元件中的一个形成阀体部和支撑部；以及
彼此堆叠上述形成的部件，以组装压力控制阀。
此外，本发明压力控制阀的生产方法的特征在于，半导体基板用 于片状元件和板状元件中一个的至少一部分中。
另外，本发明压力控制阀的生产方法的特征在于，蚀刻、加压和 注射成型中的至少一种用于可动部成形、传动机构成形、阀座部成形、 阀体部成形以及支撑部成形中的每一个。
此外，本发明压力控制阀的生产方法的特征在于，包括 在形成阀体部和支撑部或形成阀座部之后，用密封材料涂敷所形 成的阀体部和支撑部以及所形成的阀座部中的至少一个；以及 随后组装阀体部和支撑部以及阀座部。
本发明还提供了一种其上安装有任何一个上述压力控制阀或通过
9任何一
根据本发明，可实现一种压力控制阀，其具有密封性、耐久性， 还充当与温度有关的截止阀，并且尺寸可减小，还实现了一种该压力
本发明的其它特征将自下列参照附图的示范性实例的说明中显而 易见。
图1是示出本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例的
示意横截面图2A和2B是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结
构实例的支撑部第一和第二形式的示意平面图3是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例 的应用实例的示意横截面图4是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例 的各部分的压力和横截面(关闭状态)的示意横截面图5是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例 的阀的打开状态的示意横截面图6是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例 的变型形式的示意横截面图7是示出了本发明第一实施例中、小型减压阀的第一结构实例 的分解透视图8A、 8B、 8C、 8D、 8E、 8F、 8G、 8H、 81、 8J、 8K和8L是 示出了本发明第二实施例中具有第一实施例结构的小型减压阀的第一 生产过程的生产步骤的示意横截面图9A、 9B、 9C、 9D、 9E、 9F、 9G、 9H、 91、 9J、 9K和9L是 示出了本发明第三实施例中具有第一实施例结构的小型减压阀的第二 生产过程的生产步骤的示意横截面图IOA、 IOB、 IOC、 IOD、 IOE、 IOF、 IOG、 IOH、 101、 IOJ、 IOK、 IOL和IOM是示出了本发明第四实施例中具有第一实施例结构的小型减压阀的第三生产过程的生产步骤的示意横截面图11是示出了本发明第五实施例中、小型减压阀的第二结构实例 的示意横截面图12是示出了本发明第五实施例中、小型减压阀的第二结构实例 的阀打开状态的示意横截面图13是示出了本发明第五实施例中、小型减压阀的第二结构实例 的传动机构的另一形式的示意横截面图14是示出了本发明第五实施例中、小型减压阀的第二结构实例 的分解透视图15是示出了本发明第六实施例中、小型减压阀的第三结构实例 的示意横截面图16是示出了本发明第六实施例中、小型减压阀的第四结构实例 的示意横截面图17是示出了本发明第七实施例中、小型减压阀的笫五结构实例 的示意横截面图18是示出了本发明第七实施例中、小型减压阀的第五结构实例 的示意平面图19A和19B是示出了本发明第七实施例中、小型减压阀的第五
结构实例的示意横截面图20是解释本发明第七实施例中、小型减压阀的第五结构实例的
流速-温度特性的图示；
图21是示出了本发明第八实施例的燃料电池的示意透视图； 图22是示出了本发明第八实施例的燃料电池系统的示意图； 图23是本发明第八实施例的燃料电池系统中氢贮存合金(LaNi5 )
的离解压力表；
图24是示出了本发明第八实施例的燃料电池中、小型减压阀的位 置关系的示意横截面图。
具体实施例方式
现将参照附图详细描述本发明的实施例。[第一实施例
在第 一 实施例中，描述作为本发明压力控制阀的减压阀的第 一 结 构实例。
图l是示出了本实施例减压阀结构的示意横截面图。
在图1中，参考标号1、 2、 3、 4和5分别表示隔膜(可动部)、 活塞(传动机构)、阀座部、阀体部、支撑部。
本实施例中的减压阀包括用作可动部的隔膜1、作为传动机构的 活塞2、以及形成阀部的阀座部3、阀体部4和支撑部5。尤其是，阀 体部4的周围是由支撑部5支撑的。
支撑部5由具有弹性的梁形成，其可采取如图2A和2B所示的形式。
当在比如图3所示的阀座部3或阀体部4上设置突起部时，即便 阀关闭，支撑部的弹簧也处于弯曲状态，以沿关闭方向施加作用力， 由此改善阀的密封性。
而且，可以通过在阀体部4和阀座部3中至少一个的表面上涂敷 岡密封材料6来改善阀的密封性。下面，将参照图4来描述减压阀的
隔膜(可动部)1上方位置的压力定义为Pq，阀上游的一次压力 定义为Pi，阀下游的压力定义为p2，阀体部4的面积定义为S,，隔膜 (可动部)1的面积定义为S2。
此时，阀如图5所示基于压力平衡打开的条件由(P，-p2) Sf(Po
-p2)s2表示。当p2大于满足条件的压力时，阀关闭，而当p2小于该
压力时，阀打开。
因此，压力p2可保持恒定。
通过调节阀体部4的面积、隔膜(可动部)1的面积、活塞(传 动机构)2的长度、隔膜(可动部)1的厚度以及支撑部5的梁的形状， 可以将阀打开/关闭的压力和流速调至最佳。
尤其是，当隔膜(可动部)1的弹簧常数大于支撑部5的弹簧常 数时，阀打开的压力由隔膜(可动部)1来决定。相反，当支撑部5的弹簧常数大于隔膜(可动部)1的弹簧常数时，阀的行为由支撑部5 来决定。此外，当突起部9如图3所示设置时，阀的密封性和阀的操 作压力随突起部9的高度而变。
另一方面，当阀下游的压力P2大于规定压力时，隔膜(可动部) 1向上弯曲而关闭阀。
这时，因为活塞(传动机构)2没有结合在阀体部4上，当阀体 部4接触到阀座部3时，阀体部4便停止，这样只有活塞(传动机构) 2与隔膜(可动部)l一起移动。
这样一来，就可以防止阀因压力增加而受损。
而且，如图6所示，本实施例的减压阀可以以这样的方式构造， 即，传动机构2与阀体部4连成一个整体，并与可动部l分开。在这 种情况下，操作原理与图1中所示结构的相同。
本实施例的减压阀可使用机械加工技术如下生产。
图7是从阀体部4侧观察减压阀时的分解透视图。如透视图所示， 减压阀是通过堆叠片状部件而成的。
每个元件的尺寸是8mmx8mm。
隔膜(可动部)1可以用比如Viton橡胶(商品名，DuPont制造) 和硅橡胶的弹性材料、比如不锈钢和铝的金属材料、塑料等制成。当 将不锈钢用作隔膜1的材料时，活塞可以通过蚀刻、切割等方法与隔 膜1 一体成型。
在本实施例中，隔膜1采用一种热熔性片材(由NITTOSHINKO 公司制造)，该热熔性片材在50nm厚的PET基材上具有25jim厚的 带有气密性的粘合层。
此外，就活塞而言，由不锈钢蚀刻生产其中隔膜支撑部IO和活塞 (传动机构)2—体成型的部件。
隔膜支撑部10的厚度是50nm，活塞2的高度是250nm。
热熔性片材和不锈钢元件在叠加状态下被加热到约140°C，并保 持几秒钟以致彼此粘连。
隔膜(可动部)1下方的空间和活塞(传动机构)2通过的流路可
13通过不锈钢体的机械加工或蚀刻加工生成。在本实施例中， 一种热熔
性片材(由NITTO SHINKO公司制造)用于形成隔膜(可动部)1 下方的空间，该热熔性片材在50jim厚的PET基材上具有25nm厚的 带有气密性的粘合层。活塞(传动机构)2通过的流路可通过不锈钢 体的机械加工或蚀刻加工来生成。250nm厚的不锈钢板被蚀刻，阀座 部3的突起部的高度^皮设置成100nm。
密封材料在阀座部3或阀体部4上的涂敷可通过聚对二曱苯、特 氟隆(商品名，DuPont制造)或类似物的蒸镀沉积来实现，或者通过 利用旋涂或喷射而施加硅橡胶、聚酰亚胺、特氟隆或类似物来实现。
在本实施例中，珪橡胶通过旋涂(3000RPMx30秒)被施加在带 有阀座部的元件上，从而得到大约40fim厚的均匀密封层。用于形成 隔膜1 (可动部)下方空间的热熔性片材元件和具有活塞(传动机构) 2通过的流路的不锈钢(SUS)元件在叠加状态下被加热到大约140°C, 并保持几秒钟以使它们互相粘连在 一起。
具有支撑部5和阀体部4的元件可通过不锈钢体的机械加工或蚀 刻加工来生产。
该元件通过蚀刻200nm厚的不锈钢(SUS)元件而得到。支撑部
5的厚度为50nm。
通过堆叠上述元件，就可通过机械加工实现本实施例的减压阀。 在该减压阀的生产方法中，经常进行不锈钢的两级蚀刻。通过在
正面和背面形成不同的掩才莫并从两面蚀刻，得以精确而容易地进行两
级蚀刻。
在上述生产的减压阀中，当大气压大约是latm时，二次压力大 约是0.8atm (绝对压力)。
而且，上述生产的减压阀具有O.lsccm或更小的泄漏特性，甚至 当二次压力增至5atm (绝对压力)时，该减压阀也不会受到损坏。
在本实施例中，热熔性片材用于粘合。这种方法在厚度或定位方 面的控制表现优良。除了这种方法外，施加别的粘合剂的方法或者利 用金属扩散结合的方法也是很有效的。而且，因为每个元件都采用片材形式，蚀刻和加压适用于金属元 件的加工，冲切和注射成型适用于树脂元件的加工。
此外，在下面实施例中描述的利用半导体加工技术制成的元件也 可以用于本实施例中描述的部分或所有元件。
[第二实施例
在第二实施例中，将描述使用半导体加工技术来生产具有上述第 一实施例结构的小型减压阀的第一种方法。
本实施例中生产的小型减压阀具有这样的结构，即，活塞(传动
机构)与阀体部一体成型，如图6所示，并与隔膜(可动部)分开。 本实施例中生产的小型减压阀的每个部分的典型尺寸可设置如
下，但也可根据设计而变。
隔膜(可动部)可调节为3.6mm的直径和40jun的厚度。
活塞(传动才几构)可调节为260jim的直径和200至400nm的长度。
活塞通过的流路可调节为400nm的直径。
突起部可调节为宽20fim且高10jim，密封层可调节为5nm的厚 度，阀体部可调节为1000nm的直径和200nm的厚度。
支撑部可调节为1000nm的长度、200nm的宽度和lO^im的厚度。 接下来，将描述本实施例中生产小型减压岡的方法。 图8A、 8B、 8C、 8D、 8E、 8F、 8G、 8H、 81、 8J、 8K和8L示 出了生产小型减压阀的第一生产方法的生产过程步骤。
首先，图8A所示的第一步骤是在第一硅晶片101上生产隔膜(可 动部)的步骤。
一面抛光的硅晶片可用于所述晶片。然而，理想的是，使用两面 都抛光的硅晶片。
而且，在下述蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，使用 硅绝缘体(SOI)晶片。
对于硅晶片，可以使用具有200nm厚的操作层、lnm厚的氧化层 (BOX层)和40nm厚的器件层的硅晶片。
15在第一硅晶片IOI上生成蚀刻掩模。
蚀刻是通过使用ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻深度约200nm而 进行的。
此时，厚ljim或更厚的光致抗蚀膜、铝一类的金属膜、或通过对 晶片表面热氧化而形成的氧化硅层均可用于掩模。在将氧化硅层用于 掩模的情况下，氢气和氧气以预定的流速流入加热到大约1000。C的熔 炉中，从而在晶片表面形成一层氧化层。
接着，在硅晶片表面旋涂光致抗蚀剂，随后预烘干并曝光。 而且，进行显影并后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸腐 蚀氧化层。
使用如此获得的掩模，通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)来形成隔 膜(可动部)111。
蚀刻深度可以通过调节蚀刻时间来控制，或者SOI晶片的氧化层 (BOX层)可用作蚀刻停止层。
蚀刻之后，用氢氟酸去除用于掩模的氧化硅层 图8B所示的第二步骤是晶片的直接结合步骤。 在该步骤中，首先，热氧化另一硅晶片(第二硅晶片)102的表面。
理想的是，将两面都抛光的硅晶片用于第二硅晶片。
而且，在下面的蚀刻步骤中，为了控制阀座部112的突起部的深 度，理想的是，使用硅绝缘体(SOI)晶片。
对于硅晶片而言，可使用具有200pm厚的操作层、ljim厚的氧化 层(BOX层)以及5nm厚的器件层的硅晶片。
热氧化过程与第一步骤中的相同。
接着，用SPM洗涤(在80。C加热的过氧化氢溶液和硫磺酸的混 合液体中洗涂)第一硅晶片101和第二硅晶片102,随后用弱氢氟酸 力口以洗涂。
第一硅晶片IOI和第二硅晶片102彼此叠加，样品在3小时内加 热至1100。C，同时受压约1500N，并且在该温度下保持4小时，之后
16自然冷却以退火。
图8C所示的第三步骤是形成让活塞(传动机构)从中通过的流 路的步骤。
为了在这一步骤和随后的步骤中执行两级蚀刻，生成了带有氧化 硅层和光致抗蚀剂层的两层结构的掩模。
首先，在背面旋涂光致抗蚀剂，然后预烘干和膝光，随后实行生 产阀座部112的图案形成。
此外，执行显影和后烘干。
使用光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸对氧化层进行蚀刻。
而且，形成用于形成流路的掩模的图案。具体而言，在背面旋涂
光致抗蚀剂，随后预烘千、曝光、显影和后烘干。
接着，通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)形成流路。
当使用SOI晶片时，在执行蚀刻直至中间氧化层之后，用氢氟酸
去除氧化层。随后用丙酮将用于掩模的光致抗蚀剂去除。
图8D所示的第四步骤是使用用于形成前述步骤中生成的阀座部
112的掩模通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)形成阀座部112的步骤。 在该步骤中，当使用SOI晶片时，可将中间氧化层用作蚀刻停止
层，阀座部的突起部的高度得以精确调节，而蚀刻之后的正面也可保
持平整。
蚀刻之后，用氢氟酸去除用于掩模的氧化硅层。在本实施例中， 光致抗蚀剂和氧化硅层用作两级掩模。然而，这一过程可通过使用不 同厚度的氧化硅层来实现，或者使用铝层来实现。
图8E所示的笫五步骤是使用第三晶片103生产用于形成阀体部 113的掩模的步骤。
一面抛光的硅晶片也可用于所述晶片。不过，理想的是，使用两 面都抛光的硅晶片。
而且，在下面的蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，使 用硅绝缘体(SOI)晶片。
对于硅晶片而言，可使用具有200jim厚的操作层、lnm厚的氧化层(BOX层)以及10jim厚的器件层的硅晶片。
首先，热氧化第三硅晶片103。热氧化如此执行，即，将第三硅 晶片103放置在熔炉中，随后氢气和氧气以预定流速流入加热约 1000。C的熔炉中。
接着，用光致抗蚀剂保护氧化层正面，随后形成氧化层背面的图案。
在晶片的背面旋涂光致抗蚀剂，然后预烘干和曝光。此外，进行 显影和后烘干。使用光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸腐蚀氧化层，随 后实行产生阀座部的图案形成。
形成图案之后，用丙酮去除正面和背面上的光致抗蚀剂。
图8F所示的第六步骤是生产用于形成支撑部114的掩模的步骤。
首先，用光致抗蚀剂保护氧化层背面，随后形成氧化层正面的图案。
在晶片的正面旋涂光致抗蚀剂，然后预烘干和曝光。此外，进行
显影和后烘干。使用光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸腐蚀氧化层，从
而实行产生阀座部的图案形成。
形成图案之后，用丙酮去除正面和背面上的光致抗蚀剂。
图8G所示的第七步骤是形成阀体部的步骤。
晶片的背面是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。
蚀刻深度可通过蚀刻时间的调节而控制，或者SOI晶片的氧化层
可用作蚀刻停止层。
图8H所示的第八步骤是形成支撑部的步骤。 晶片表面是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。 当使用SOI晶片时，可于此时精确地控制支撑部的厚度。因此，
可获得弹簧常数误差小的支撑部。
蚀刻之后，利用氢氟酸去除用于掩模的氧化层。
图8I所示的第九步骤是将第四晶片104与第三晶片103结合起来
的步骤。
理想的是，采用两面都抛光的晶片。晶片的厚度是根据活塞(传动机构)的高度选定的，可4吏用400nm厚的活塞。
事先通过热氧化对第四晶片104的表面进行氧化。
接着，用SPM洗涤(在80。C加热的过氧化氢溶液和硫磺酸的混
合液体中洗涤)第三晶片103和第四晶片104，随后用弱氢氟酸加以洗涤。
第三晶片103和第四晶片104彼此叠加，样品在3小时内加热至 1100°C，同时受压约1500N，并且在该温度下保持4小时，之后自然 冷却以退火。
图8J所示的第十步骤是形成传动机构115的步骤。
首先，形成蚀刻掩模的图案。晶片表面上的氧化硅层用于掩模。
接着，通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)进行蚀刻，随后形成传动 机构。在结合表面的氧化硅层上停止蚀刻。
图8K所示的第十一步骤是涂敷密封表面的步骤。如图8K所示， 可在阀体部侧或阀座部侧上进行涂敷。
涂敷材料的实例包括聚对二曱苯、CYTOP(商品名，Asahi Glass 制造)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚酰亚胺等。
聚对二曱苯和PTFE可以通过蒸镀的方式涂敷，CYTOP(商品名， Asahi Glass制造)和聚酰亚胺可以通过旋涂的方式来涂敷。此外，也 可以采用喷涂的方式。
图8L所示的第十二步骤是组装步骤。
小型减压阀是这样完成的，即，堆叠第一至第四步骤中生成的带 有隔膜(可动部)111和阀座部112的元件和第五至第十一步骤中生 成的带有传动机构115和阀体部113的元件。
在本实施例中，结合是采用硅扩散结合技术执行的。不过，本实 施例中生产的减压岡无需用于活塞(传动机构)结合的高强度。
因此，亦可采用在结合面上形成金属膜然后使金属彼此结合的方 法、使用粘合剂的方法等。
[第三实施例
在第三实施例中，将描述使用半导体加工技术生产具有上述第一实施例结构的小型减压阀的第二种方法。
根据该实施例生产的小型减压阀具有这样的结构，即，活塞(传 动机构)与图l所示的隔膜(可动部)一体成型，并且与阀体部分开。
较之第二实施例，因为结合步骤的数量从两步减到一步，就可提
高产量和生产能力。
此外，因为晶片的数量可从四个减到三个，生产成本也可降低。 如下所述，第二生产方法的有利之处还在于，隔膜(可动部)的
形状为中心具有支撑部的环状，由此优化隔膜(可动部)的刚度。
本实施例中生产的小型减压阀各部分的典型尺寸例如规定如下， 但可随设计而变。
隔膜(可动部)可调节为3.6mm的直径和40nm的厚度。
活塞(传动才几构)可调节为260nm的直径和200至400nm的长度。
活塞通过的流路可调节为400nm的直径。
突起部可调节为宽20jim且高lOfim，密封层可调节为5fim的厚 度，阀体部可调节为lOOOjim的直径和200nm的厚度。
支撑部可调节为1000nm的长度、200nm的宽度和lO^im的厚度。 接下来，将描述本实施例中生产小型减压阀的方法。 图9A、 9B、 9C、 9D、 9E、 9F、 9G、 9H、 91、 9J、 9K和9L示 出了生产上述生产方法中的小型减压阀的第二种方法的生产过程步 骤。
首先，图9A所示的第一步骤是用于蚀刻的掩模图案形成步骤。
一面抛光的硅晶片也可用于第一硅晶片101。然而，理想的是， 使用两面都抛光的硅晶片。
在下述的蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，使用硅绝 缘体(SOI)晶片。
对于硅晶片，以操作层在图中位于顶部的方式翻转并使用硅晶片， 其中硅晶片具有300nm厚的操作层、lnm厚的氧化层(BOX层)和 5nm厚的器件层。为用作蚀刻掩模，热氧化第一硅晶片101的表面。 将第一硅晶片IOI置于熔炉中，氢气和氧气以预定的流速流入加 热到大约1000。C的熔炉中，从而在晶片表面形成一层氧化层。
接着，为了在该步骤和随后的步骤中实行两级蚀刻，制备具有氧 化硅层和光致抗蚀剂层两层结构的掩模。
随后，旋涂、预烘干以及曝光光致抗蚀剂，之后，实行在隔膜(可 动部)的下方形成流路的图案形成。
此外，进行显影并后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，利用氢氟酸
去除氧化层。另外，用于形成传动机构115的掩模形成图案。
具体而言，旋涂、预烘干、曝光、显影以及后烘千光致抗蚀剂。 在本实施例中，光致抗蚀剂和氧化硅层用作两级掩模。不过，该
步骤可通过采用具有不同厚度的氧化硅层或铝层来进行。
图9B所示的第二步骤是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)形成活
塞(传动机构)的步骤。
蚀刻深度是通过调节蚀刻时间而控制的，蚀刻大约150nm的深
度。最后，用丙酮去除光致抗蚀剂掩模。
图9C所示的第三步骤是在隔膜(可动部)的下方形成流路的步骤。
晶片是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。 蚀刻深度可通过调节蚀刻时间而控制，或可将SOI晶片的氧化层 (BOX层)用作如图所示的蚀刻停止层。用于掩模的氧化硅层用氢氟 酸去除。
图9D所示的第四步骤是晶片的直接结合步骤。理想的是，第二 硅晶片采用两面都抛光的硅晶片。
此外，在下述蚀刻步骤中，为了控制阀座部112的高度，理想的 是，采用SOI(硅绝缘体)片。作为硅晶片的一个实例，可采用具有 200nm厚的操作层、lnm厚的氧化层(BOX层)以及40jim厚的器件 层的硅晶片，器件层用作隔膜(可动部)。当将氧化硅用作下述蚀刻过 程中的蚀刻掩模时，热氧化与笫一步骤中相似地进行。
21接着，用SPM洗涤(在加热80。C的过氧化氢溶液和硫酸的混合 液体中洗涤)第一硅晶片IOI和第二硅晶片102，随后用弱氩氟酸洗 涤。
第一硅晶片101和第二硅晶片102彼此叠加，样品在受压大约 1500N的同时在3小时内加热1100°C，并在该温度下保持4小时，随 后自然冷却以实行退火。
图9E中示出的第五步骤是形成隔膜(可动部)的步骤。
晶片是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。
蚀刻深度可通过调节蚀刻时间而控制，或可将SOI晶片的氧化层 (BOX层)用作如图所示的蚀刻停止层。
隔膜(可动部)的形状可为圆形。作为替换，如图所示，还可使 用环状隔膜或具有梁的隔膜。
图9F所示的第六步骤是形成阀座部112的步骤。
除了厚膜光致抗蚀剂外，氧化硅层、铝等都可用于掩模。
光致抗蚀剂旋涂在晶片表面上，随后预烘千并曝光。当掩模使用 不同于光致抗蚀剂的材料时，掩模层通过蚀刻剂而形成图案。
蚀刻是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)进行的，由此形成阀座部
112。
当将SOI晶片用于第一硅晶片101时，中间氧化层可用作蚀刻停
止层，阀座部的突起部的高度可精确调节，并且蚀刻之后的正面可保
持平整。
掩模在蚀刻之后去除。
图9G所示的第七步骤是采用第三硅晶片103蚀刻的掩模图案形 成步骤。
一面抛光的硅晶片也可用于第三硅晶片103，不过，理想的是， 使用两面都抛光的硅晶片。
此外，在下述蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，采用 硅绝缘体(SOI)晶片。
硅晶片可采用具有200nm厚的操作层、ljim厚的氧化层(BOX
22层)以及10nm厚的器件层的硅晶片。
为了用作蚀刻掩模，热氧化第三硅晶片103的表面。 将第三硅晶片103置于熔炉中，氢气和氧气以预定的流速流入加
热到大约IOO(TC的熔炉中，由此在硅晶片表面上形成氧化层。
紧接着，硅晶片的正面受到光致抗蚀剂的保护，随后，实行在硅
晶片的背面上形成阀体部的图案形成。之后，旋涂、预烘干和曝光光
致抗蚀剂。
此外，进行显影和后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸去 除氧化层。
正面和背面上的光致抗蚀剂用丙酮去除。在该步骤中，除了氧化 硅外，光致抗蚀剂或铝可用于掩模。
图9H中所示的第八步骤是用于形成支撑部114的掩模的图案形 成步骤。
硅晶片的背面得到光致抗蚀剂的保护，随后实行在硅晶片的背面 上形成支撑部的图案形成。之后，旋涂、预烘干和曝光光致抗蚀剂。 此外，进行显影和后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸蚀刻氧 化层。正面和背面上的光致抗蚀剂用丙酮去除。
图9I所示的第九步骤是形成阀体部113的步骤。 晶片的背面通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻。蚀刻深度可通 过调节蚀刻时间而控制，或可将SOI晶片的氧化层(BOX层)用作 蚀刻停止层。
图9J所示的第十步骤是形成支撑部的步骤。
晶片的正面通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻。
当使用SOI晶片时，支撑部的厚度可在这时精确控制，于是就可
获得弹簧常数误差小的支撑部。
在蚀刻之后，用于掩模的氧化层用氢氟酸去除。 图9K所示的第十一步骤是涂敷密封面的步骤。 如图9K所示，涂敷可在阀体部侧或阀座部侧进4亍。 涂敷材料的实例包括聚对二曱苯、CYTOP(商品名，Asahi Glass制造)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺等。
聚对二甲苯和PTFE可通过蒸镀涂敷，而CYTOP(商品名，Asahi Glass制造)和聚酰亚胺可通过旋涂涂敷。此外，还可采用喷涂。
图9L所示的第十二步骤是组装步骤。
小型减压阀是这样完成的，即，堆叠第一至第六步骤中生成的带 有隔膜(可动部)111和阀座部112的元件和第七至第十一步骤中生 成的带有阀体部113的元件。
在本实施例中，结合是采用硅扩散结合技术执行的。不过，本实 施例中生产的减压阀无需与活塞(传动机构)结合的高强度。
因此，亦可采用在结合面上形成金属膜然后使金属彼此结合的方 法、使用粘合剂的方法等。
[第四实施例
在第四实施例中，将描述使用半导体加工技术生产具有上述第一 实施例结构的小型减压阀的第三种方法。
根据该实施例生产的小型减压阀具有这样的结构，即，传动机构 (活塞)与图l所示的隔膜(可动部)一体成型，并且与阀体部分开。 较之第二和第三实施例，在第三种方法中，无需结合步骤。在第
三种方法中，三个部件分开生产，最终再组合起来。
因此，各个生产过程可同时分开进行，当产生次品时，仅更换次 品部件即可。因此，第三种方法占据提高产量的优势。
本实施例中生产的小型减压阀各部分的典型尺寸例如规定如下， 但可随i殳计而变。
隔膜(可动部)可调节为3.6mm的直径和40nm的厚度。
活塞(传动才几构)可调节为260jim的直径和200至400jim的长度。
活塞通过的流路可调节为400jim的直径。
突起部可调节为宽20nm且高10fim，密封层可调节为5nm的厚 度，阀体部可调节为1000nm的直径和200nm的厚度。
支撑部可调节为lOOOjim的长度、200nm的宽度和10fim的厚度。下文将描述本实施例中生产小型减压阀的方法。
图IOA、 IOB、 IOC、 IOD、 IOE、 IOF、 IOG、 IOH、 101、 IOJ、 IOK、 10L和10M示出了本实施例中生产小型减压阀的第三种方法的 生产过程步骤。
图IOA所示的第一步骤是用于蚀刻的掩模图案形成步骤。 一面抛 光的硅晶片也可用于第一硅晶片101。然而，理想的是，使用两面都 抛光的硅晶片。
此外，在下述的蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，使 用硅绝缘体(SOI)晶片。
对于硅晶片，可使用这样的硅晶片，其具有500nm厚的操作层、 lnm厚的氧化层(BOX层)和40jim厚的器件层。
为用作蚀刻掩模，热氧化第一硅晶片101的表面。将所述硅晶片 置于熔炉中，氢气和氧气以预定的流速流入加热到大约1000。C的熔炉 中，从而在硅晶片表面形成氧化层。
接着，为了在该步骤和随后的步骤中实行两级蚀刻，制备具有氧 化硅层和光致抗蚀剂层两层结构的掩模。
首先，通过光致抗蚀剂保护硅晶片的正面。接着，在硅晶片的背 面旋涂光致抗蚀剂，预烘干和曝光。之后，实行在隔膜(可动部)的 下方形成流路的图案形成。
此外，进行显影并后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，利用氢氟酸 去除氧化层。
另外，用于形成传动机构115与可动部111之间的支撑部的掩模 形成图案。
具体而言，旋涂、预烘干、曝光、显影以及后烘干光致抗蚀剂。 在本实施例中，光致抗蚀剂和氧化硅层用作两级掩模。不过，该步骤 可通过采用具有不同厚度的氧化硅层或铝层来进行。
图IOB所示的第二步骤是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)形成传 动机构的支撑部的步骤。
蚀刻深度是通过调节蚀刻时间而控制的，蚀刻大约150jim的深度。最后，用丙酮去除光致抗蚀剂掩模。
图10C所示的第三步骤是生成隔膜(可动部)111和传动机构115 的步骤。
晶片是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。 蚀刻深度可通过调节蚀刻时间而控制，或可将SOI晶片的氧化层 (BOX层)用作如图所示的蚀刻停止层。用于掩模的氧化硅层用氢氟 酸去除。
如上所述，在本实施例中，进行使用两级掩模的两级蚀刻，以便 在传动机构与隔膜(可动部)之间形成支撑部。
不过，根据所需的弹簧常数，无需支撑部。在这样的情况下，单 层掩模作为本实施例中使用的掩模就足够了，无需第二步骤。
图IOD所示的第四步骤是用于蚀刻的掩模图案形成步骤。
理想的是，第二硅晶片102釆用两面都抛光的硅晶片。此外，在 下述蚀刻步骤中，为了控制蚀刻深度，理想的是，采用硅绝缘体(SOI) 晶片。
对于硅晶片，以操作层在图中位于顶部的方式翻转硅晶片，其中 硅晶片具有500nm厚的操作层、lnm厚的氧化层(BOX层)以及5nm 厚的器件层。为用作蚀刻掩模，对笫二硅晶片102的表面进行热氧化。 将第二硅晶片置于熔炉中，氢气和氧气以预定的流速流入加热到大约 IOO(TC的熔炉中，由此在硅晶片表面上形成氧化层。
接着，为了在该步骤和随后的步骤中执行两级蚀刻，生产具有带 氧化硅层和光致抗蚀剂层的两层结构的掩模。
首先，使硅晶片的背面受到光致抗蚀剂的保护。
随后，在硅晶片的正面上旋涂光致抗蚀剂，并预烘干和曝光。随 后，实行在隔膜(可动部)的下方生成流路的图案形成。
此外，进行显影和后烘干。以光致抗蚀剂作为掩模，用氢氟酸蚀 刻氧化层。
另外，形成用于在传动机构115的周围形成流路的掩模的图案。 具体而言，光致抗蚀剂被旋涂、预烘干、曝光、显影和后烘干。在本
26两级掩模。不过，该过程可通 过使用具有不同厚度的氧化硅层或铝层来执行。
图10E中示出的第五步骤是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)生成 活塞(传动机构)的步骤。
蚀刻深度可通过调节蚀刻时间而控制，并蚀刻大约200nm。最后， 用丙酮去除光致抗蚀剂掩模。
图IOF所示的第六步骤是在隔膜(可动部)的下方生成流路的步骤。
晶片是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)蚀刻的。蚀刻深度可通过 调节蚀刻时间而控制，或可将SOI晶片的氧化层(BOX层)用作如 图所示的蚀刻停止层。
图10G所示的第七步骤是形成阀座部112的步骤。
光致抗蚀剂旋涂在晶片背面上，随后预烘干并曝光。氧化硅层被 氢氟酸蚀刻并形成图案。
蚀刻是通过ICP-RIE (反应离子蚀刻)进行的，由此形成阀座部
112。
当将SOI晶片用于第一硅晶片101时，中间氧化层可用作蚀刻停
止层，阀座部的突起部的高度可精确调节，并且蚀刻之后的正面可保 持平整。掩模在蚀刻之后用氢氟酸去除。
图IOH所示的第八步骤至图10M所示的第十三步骤与第三实施 例中描述的第七步骤至第十二步骤相同。 [第五实施例
在第五实施例中，将描述作为本发明压力控制阀的减压阀的第二 结构实例。
图11是示出了本实施例中、小型减压阀的第二结构实例的示意横 截面图。
本实施例中的压力机构包括用作可动部的隔膜201、作为传动机 构的活塞202、以及阀部200。阀部200由弹性体制成并i殳有通孔204。 通孔204通常是关闭的，当传动机构202的顶端使通孔扩张时，
27阀打开。
传动机构的顶端可以是图11所示的圆锥形状形式，并可在其一侧
面上具有比如槽口 205的沟槽部，如图13所示。 下面将描述本实施例减压阀的操作。
隔膜(可动部)201上方位置的压力定义为P(j，阀上游的一次压
力定义为Pp阀下游的压力定义为P2。
当P2大于Po时，因为隔膜(可动部)201向上弯曲且通孔204通 过阀部200的弹性而关闭，阀关闭。
相反，当P2小于P。时，隔膜(可动部)201向下弯曲且传动机构 202使阀部200的通孔204扩张，于是阀打开，如图12所示。
因此，压力P2可保持恒定。通过调节隔膜(可动部)201的面积 和厚度、传动机构202的长度、阀部200的厚度和弹性，可以将阀打 开/关闭的压力和流速调至最佳。
本实施例中的减压岡可使用如下的机械加工技术来生产。
图14是从通孔侧观看减压阀时的分解透^L图。
除了比如Viton (商品名，由DuPont制造)橡胶、硅橡胶等的弹 性材料外，隔膜(可动部)201可以用比如不锈钢、铝等的金属材料 制成。
当不锈钢被用作隔膜201的材料时，传动机构可以通过蚀刻、切 割等方法一体成型。
阀部200的材料可使用比如Viton (商品名，由DuPont制造)橡 胶、硅橡胶等的弹性材料。
[第六实施例
在第六实施例中，将描述作为本发明压力控制阀的减压阀的第三 结构实例。
图15是示出了本实施例中、小型减压阀的第三结构实例的示意横 截面图。
本实施例中的压力机构包括用作可动部的隔膜301、作为传动机 构的活塞302、以及阀部300。阀部300由弹性体制成并设有通孔304。
28通孔304通常是关闭的，当传动机构302的顶端使通孔扩张时， 阀打开。
传动机构302包括若干突起部。传动机构可通过使隔膜(可动部) 的表面粗糙化而生成。
图16中示出了本实施例的另一形式。
在该结构实例中，传动机构402由在其表面上具有不平(或不规 则)形状的座部形成。
传动4几构可与可动部401分开。 下面将描述本实施例减压阀的操作。
隔膜(可动部)301、 401上方位置的压力定义为Po，阀上游的一 次压力定义为Pp阀下游的压力定义为P2。当P2大于Po时，隔膜(可 动部)301、 401向上弯曲且通孔304、 404通过阀部300、 400的弹性 而关闭。
相反，当P2小于P。时，隔膜(可动部)301、 401向下弯曲且传 动机构302、 402推动阀部300、 400的弹性元件303、 304或通孔304、 404。
这就引发了变形，随后使得通孔304、 404扩张，由此打开阀。因
此，压力P2可保持恒定。
通过调节隔膜(可动部)301、 401的面积和厚度、传动机构302、 402的长度、阀部300、 400的厚度和弹性，可以将阀打开/关闭的压力 和流速调至最佳。
[第七实施例
在第七实施例中，将描述作为本发明压力控制阀的减压阀的笫五 结构实例。
本实施例的减压阀可类似于第 一 实施例地生产。 下面将描述本实施例的减压阀的第五结构。
图17是示出了本实施例中减压阀的第五结构实例的示意横截面图。
本实施例中的减压阀包括用作可动部的隔膜501、作为传动机构的活塞502、用于形成阀部的阀座部503、阀体部504、支撑部505以
及与温度有关的移动部510。
尤其是，如图17和18所示，阀体部504在周向上受到支撑部505
和与温度有关的移动部510的支撑。
如图18所示，支撑部505是由具有弹性的梁形成的。 与温度有关的移动部510是由比如钛镍合金的形状记忆合金形成的。
钛镍合金的形状记忆合金也可采用溅射形成，并可装入到第一实 施例的半导体工艺中。
与温度有关的移动部510在常温发生塑性变形，却不影响上述支 撑部505的弹簧性能，由此充当普通减压阀(处于温度小于阈值温度 的状态下，图19A)。
当减压阀周围的温度不正常地升至高于规定温度(阈值温度)时， 与温度有关的移动部510的形状记忆合金按此方式移动，即在朝向阀 座部503的方向上(图19B的向上方向)向后弯曲，并且阀体部504 :被压靠在阀座部503上，由此阀关闭，如图19B所示。
减压阀此时的流速发生波动，如图20所示。
与温度有关的移动部510在温度低于虚线表示的阔值温度的区域 内并不发挥功能。因此，类似于普通减压阀中那样在二次压力维持的 同时，产生流速。
此外，当温度超过阈值时，与温度有关的移动部510的形状记忆 合金起到向上移动阀体部504的功能，由此关闭阀。另外，当温度降 到阈值以下时，与温度有关的移动部510起到普通减压阀的功能。因 此，可逆应用是可行的。
由此通过在减压阀中设置由形状记忆合金形成的与温度有关的移 动部510,当温度低于阈值温度时，阀可起到减压阀的功能，而当温 度高于阈值温度时，阀可起到截止阀的功能。因此，本发明可提供高 度安全的阀机构。
上述说明是作为实例针对形状记忆合金用作与温度有关的移动部510的情况作出的。不过，在使用根据温度移动的其它材料比如双金 属等的情况下，也可实现相似的效果。
此外，说明同样是作为实例针对支撑部505和与温度有关的移动 部510分开安置的情况作出的。不过，对于支撑部505而言，也可使 用这样的与温度有关的移动材料，即，使用具有弹簧性能的金属材料 等。
[第八实施例
在第八实施例中，描述了一种小型聚合体电解质燃料电池，其发 电量为几毫瓦到几百瓦，装有作为本发明压力控制阀的小型减压阀。
图21是示出了本实施例燃料电池的示意透视图。
此外，图22是示出了本实施例燃料电池系统的示意图。
燃料电池的外尺寸为50mmx30mmxl0mm，尺寸几乎与通常用于 小型数码相机的锂离子电池的尺寸相同。
如上所述，因为本实施例的燃料电池小型且一体组装，其形状就 容易装入便携装置中。
本实施例的燃料电池自外部空气吸收氧气作为用于反应的氧化 剂，于是吸收外部空气的气孔1013设于上表面、下表面以及侧面上。
此外，该气孔还将产生的水释放为水蒸汽，或将反应产生的热量 释放到外部。
燃料电池的内部包括燃料电池单元1011、存储燃料的燃料箱1014 以及小型减压阀1015，燃料电池单元1011包括氧化剂电极1016、聚 合物电解质膜1017、燃料电极1018，其中，燃料箱与各电池单元的燃 料电极连接，由此控制燃料的流速。
接着，将描述本实施例的燃料箱1014。
燃料箱的内部充满可吸留氢气的氢贮存合金。基于用于燃料电池 的聚合物电解质膜的加压阻力为0.3-0.5MPa的事实，外部空气与箱内 之间的压差需等于或小于O.lMPa。
LaNis等用作常温下氢释放压力为0.2MPa的氢贮存合金。 当燃料箱的体积为燃料电池整个体积的一半时，箱壁厚度为lmm;并且，钛用作箱材料，燃料箱的重量约为50g且燃料箱的体积 为5.2cm3。
当将常温下氢释放压力超过0.2MPa的氢贮存合金置于燃料箱中 时，需要在燃料箱1014与燃料电极1018之间设置小型减压阀1015 以减小压力。
每单位重量的LaNis可吸收/放出1.1wt。/o的氢。图23示出了 LaNi5 各温度下的离解压力。
贮存在箱中的氢气是利用小型减压阀1015减压的并供给到燃料 电极1018。外部空气通过气孔1013供给到氧化剂电极1016。由燃料 电池单元产生的电力通过电极1012供给到小型电子器件。
图24是示出了本实施例的小型减压阀安装在燃料电池上时的位 置关系的横截面图。
小型减压阀的一次侧与燃料箱1014连接。
出口流路与燃料电极连接，与隔膜(可动部)的出口流路侧相对 的一侧与氧化剂电极(外部空气)连接。
整个阀的尺寸约为10mmxl0mmxlmm。如上所述，通过实现这 样的小型阀机构，控制燃料流速的机构可装入小型燃料电池中。
下面将描述涉及燃料电池发电的阀开/关操作。
在停止发电的过程中，小型减压阀1015保持关闭。当启动发电时， 燃料电极腔中的燃料消耗，由此降低燃料电极腔中燃料的压力。
隔膜(可动部)通过外界气压与燃料电极腔内压力之间的压差朝 燃料电极腔弯曲，藉此通过阀轴与隔膜(可动部)直接连接的阀体部 :帔下压以由此打开阀。
因此，燃料由燃料箱1014供给到燃料电极腔。当燃料电极腔中的 压力恢复时，隔膜(可动部)被向上推，由此关闭小型减压阀1015。
根据上述实施例中描迷的结构和生产方法，可实现减压阀的尺寸 减小，并且，减压阀的密封性和耐久性优良。
通过釆用此类小型减压阀控制小型燃料电池，可减小燃料电池系 统的尺寸。
32此外，根据上述第七实施例，除了普通减压阀的功能外，伴随根
据温度移动的元件的使用，减压阀还被赋予与温度有关的截止阀的功 台^
月匕o
虽然已参照示范性实施例描述了本发明，但应该理解，本发明不 局限于所披露的示范性实施例。下列权利要求的范围要与最宽泛的解 释对应一致，从而涵盖所有此类改型和等价结构及功能。
本申请要求2006年8月29日提交的日本专利申请第2006-232754 号的权益，在此将其全部内容并入以供参考。
权利要求
1. 一种压力控制阀，包括通过压差操作的可动部；阀部；以及传动机构，用以将可动部的动作传递给阀部，其中，可动部和阀部中的任一个与传动机构分离。
2. 如权利要求1所述的压力控制阀，其中，可动部是隔膜。
3. 如权利要求1或2所述的压力控制阀，其中，阀部包括阀座部、 阀体部以及用以支撑阀体部的支撑部，并且，支撑部支撑阀体部，使成或消除。
4. 如权利要求3所述的压力控制阀，其中，用以支撑阀体部的支 撑部包括弹性体以支撑设置在一平面上的阀体部，该平面垂直于传动 才几构动作的方向并包括阀体部。
5. 如权利要求4所述的压力控制阀，其中，用以支撑阀体部的支 撑部包括作为其一部分的与温度有关的移动部，其移动到阀部在等于 或高于阈值温度的温度下关闭的位置。
6. 如权利要求5所述的压力控制阀，其中，与温度有关的移动部 是由形状记忆合金形成的。
7. 如权利要求5所迷的压力控制阀，其中，与温度有关的移动部 是由双金属形成的。
8. 如权利要求3所迷的压力控制阀，其中，阀体部具有突起部， 其形成于抵靠在阀座部上的部分上。
9. 如权利要求3所述的压力控制阀，还包括在阀体部和阀座部的 抵靠部分、形成于阀体部和阀座部中任一个上的密封材料。
10. 如权利要求1所述的压力控制阀，其中，阀部包括弹性体，其 具有设置在一平面上的通孔，该平面垂直于传动机构动作的方向并包 括阀体部，并且，通孔根据由传动机构传递的可动部的动作由传动机构的顶端打开和关闭。
11. 如权利要求10所述的压力控制阀，其中，传动机构由若干设置在可动部上的突起部形成。
12. 如权利要求10所述的压力控制阀，其中，传动机构由在其设 置于可动部与阀部之间的一表面上具有不平整性的座部形成。
13. 如权利要求1所述的压力控制阀，其中，阀部、可动部以及传 动机构中的每一个都由片状元件和板状元件中的一个形成，并且，这 些元件堆叠以构成压力控制阀。
14. 如权利要求1所述的压力控制阀，其中，压力控制阀为减压阀。
15. —种压力控制阀的生产方法，压力控制阀包括通过压差操作 的可动部；包括阀座部、阀体部以及用以支撑阀体部的支撑部的阀部； 以及用以将可动部的动作传递给阀部的传动才几构，可动部和阀部中的 任一个与传动机构分离，该方法包括使用片状元件和板状元件中的一个形成可动部； 使用片状元件和板状元件中的一个形成传动机构； 使用片状元件和板状元件中的一个形成阀座部； 使用片状元件和板状元件中的一个形成阀体部和支撑部；以及 彼此堆叠上述形成的部件，以组装压力控制阀。
16. 如权利要求15所述的方法，其中，半导体基板用于片状元件 和板状元件中一个的至少一部分中。
17. 如权利要求15所述的方法，其中，蚀刻、加压和注射成型中 的至少一种用于可动部成形、传动机构成形、阀座部成形、阀体部成 形以及支撑部成形的每一个。
18. 如权利要求15所述的方法，包括在形成阀体部和支撑部或形成阀座部之后，用密封材料涂敷所形 成的阀体部和支撑部以及所形成的阀座部中的至少一个； 随后组装阀体部和支撑部以及阀座部。
19. 一种其上安装有如权利要求1所述的压力控制阀的燃料电池系统。
全文摘要
本发明提供了一种压力控制阀，其具有密封性和耐久性，还充当与温度有关的截止阀，并可减小尺寸，还提供了一种该压力控制阀的生产方法以及其上安装有该压力控制阀的燃料电池系统。该压力控制阀包括通过压差操作的可动部；阀部；以及用以将可动部的动作传递给阀部的传动机构，其中，可动部和阀部中的任一个与传动机构分离。
文档编号G05D16/06GK101454736SQ200780019588
公开日2009年6月10日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月29日
发明者中窪亨, 横井昭佳 申请人:佳能株式会社