JP2003275999A

JP2003275999A - マイクロバルブおよびその製造方法

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Publication number: JP2003275999A
Application number: JP2002081798A
Authority: JP
Inventors: Michio Takayama; 美知雄高山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】リークが少なく、流路の集積度が高いマイクロ
バルブを提供する。【解決手段】マイクロバルブは、基礎基板１１０と、基
礎基板１１０に設けられた流路１１１と、流路１１１の
内壁１１２，１１３，１１４の一部を形成しているダイ
アフラムシート１０１と、ダイアフラムシート１０１を
流路１１１の内側に向かって膨らませて流路１１１の内
壁に押しつけ、ダイアフラムシート１０１に流路１１１
を塞がせる駆動手段とを備えている。ダイアフラムシー
ト１０１は、膨らんだときの伸び分布をダイアフラムシ
ート１０１にわたって有している。この伸び分布は、ダ
イアフラムシート１０１が膨らんで流路１１１の内壁に
押しつけられたときに、ダイアフラムシート１０１がこ
の押しつけられた内壁の形状に適合するよう、設定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細加工
技術を用いて製造されるマイクロバルブおよびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造技術を用いて微細な流路を形
成した小さな基板上で生化学反応や分析を行う研究が盛
んに報告されている。このような技術を用いることで試
料や試薬の使用量は極めて少量で済み、反応効率が増す
ため解析時間は大幅に短縮され、費用も削減可能とな
る。このような解析においては流路中の試料、試薬等の
流れを制御するバルブが必用となり、解析システム全体
を小型化するためには流路だけでなくバルブも小型化す
る必要がある。

【０００３】半導体製造技術を用いて製造されるマイク
ロバルブは、例えば特開平９−２２９２２２号に開示さ
れている。このマイクロバルブの構成を示す断面図を図
７に示す。基板１０には流体を導入する流路１２と排出
流路１３、弁座となる突起部１１が形成されている。突
起部１１上端から間隙をおいて、ダイアフラムを形成す
る第１の絶縁膜３０が形成されており、第１の絶縁膜上
にはダイアフラム支持部となる第２の絶縁膜４０が形成
されている。さらにダイアフラム上には金属薄膜ヒータ
３１，３２が形成されている。

【０００４】金属薄膜ヒータ３１，３２を通電加熱する
と、金属薄膜ヒータ３１，３２と、ダイアフラムの絶縁
膜３０との熱膨張率の違いによりダイアフラム３０が変
形し、突起部１１上端からダイアフラムが離れるため流
体が導入流路１２から排出流路１３に流れるようにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述した従来の
マイクロバルブにおいては流路中に突起部が設けられて
いるので、流体はバルブ領域で屈曲して流れなければな
らない。このため抵抗が大きくなり、大きな流体駆動力
が必用となる。また、屈曲領域に流体中の一部の成分が
留まりやすい。特に、流体中に細胞、ビーズ等の固形成
分が含まれる場合には屈曲部で詰まりやすくなる。流路
中に突起部を形成せず、ダイアフラムを柔軟な材料で形
成してこれを変形させることで流路を閉じるようにすれ
ば上記問題は解決される。

【０００６】このようなマイクロバルブは、例えばＨａ
ｒｃＡ．Ｕｎｇｅｒらの「ＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃＭ
ｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄＶａｌｖｅｓａｎｄ
ＰｕｍｐｓｂｙＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＳｏｆｔ
Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」ＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．
２８８ＰＰ１１３−１１６（２０００）に示されてい
る。流路中に突起部を形成しなくても、流路の断面形状
が矩形であると、ダイアフラムが流路を完全に塞がずリ
ークが発生する。この問題を回避するために、流路の断
面を半円形にすることが考えられる。

【０００７】一般に流路の断面を半円形にするには基板
を等方的にエッチングして流路を形成しなければならな
い。このため、エッチング時に基板面に水平な方向にも
エッチングが進行してしまう。従って、流路幅及び流路
間隔の狭い流路を形成することが困難になるため、流路
の集積度が上がらないという問題が生ずる。また、エッ
チング時の寸法精度を管理することも難しくなるので流
路寸法が一定しないという問題も生ずる。一方、流路を
分岐させ指定流路に流体を流す場合には、例えば分岐さ
れた流路と同数のバルブを形成する必要がある。しかし
バルブが必要とする面積は一般に流路の面積よりも大き
いので、バルブの数が増すと流路の集積度が制限されて
しまう。

【０００８】さらにまたダイアフラムを柔軟な材料で形
成すると、ダイアフラムが流路表面に付着したままにな
りやすくなり、ダイアフラムを閉じた後、再び開くのに
時間がかかるため、バルブの応答性が悪くなるという問
題も生じる。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みて発明されたも
ので、流路の断面が矩形であってもリーク発生量が少な
く、応答性も良く、また流路の集積度が高いマイクロバ
ルブを提供することを目的とする。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、分岐されたそ
れぞれの流路に１つずつマイクロバルブを設けることな
く、流体を指定流路に導入できるマイクロバルブを提供
することである。

【００１１】また、本発明のさらに別の目的は、上記マ
イクロバルブを製造するための製造方法を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係わるマイクロバルブは、基礎
基板と、この基礎基板に設けられた流路と、この流路の
内壁の一部を形成しているダイアフラムシートと、この
ダイアフラムシートを上記流路の内側に向かって膨らま
せて流路の内壁に押しつけ、ダイアフラムシートに流路
を塞がせる駆動手段と、を備えており、上記ダイアフラ
ムシートは、膨らんだときの伸び分布をダイアフラムシ
ートにわたって有しており、この伸び分布は、ダイアフ
ラムシートが膨らんで流路の内壁に押しつけられたとき
に、ダイアフラムシートがこの押しつけられた内壁の形
状に適合するよう、設定されている。

【００１３】駆動手段によりダイアフラムシートが膨ら
まされると、ダイアフラムシートは伸び分布に応じてこ
れの各部分が伸びる。これにより、ダイアフラムシート
は隙間なく安定して流路を塞ぐことができる。

【００１４】本発明の請求項２に係わるマイクロバルブ
では、上記流路の内壁は、流路の長手方向に延びてお
り、上記ダイアフラムシートに対向している対向面と、
流路の長手方向に延びており、この対向面と交差し、互
いに対向する２つの交差面とを有しており、ダイアフラ
ムシートの上記伸び分布は、ダイアフラムシートが膨ら
んで流路の内壁に押しつけられたときに中央部の伸びが
周縁部の伸びよりも小さくなるよう、設定されており、
ダイアフラムシートが膨らんだとき、ダイアフラムシー
トの中央部が流路の対向面に押しつけられるとともに、
ダイアフラムシートの周縁部が流路の交差面に押しつけ
られる。

【００１５】このように、ダイアフラムシートは流路の
内壁の形状に応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞
ぐことができる。

【００１６】本発明の請求項３に係わるマイクロバルブ
では、上記ダイアフラムシートの中央部の厚さは、周縁
部の厚さよりも大きく、上記ダイアフラムシートが膨ら
んで流路の内壁に押しつけられたときに中央部の伸びは
周縁部の伸びよりも小さくなる。

【００１７】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００１８】本発明の請求項４に係わるマイクロバルブ
では、上記ダイアフラムシートの中央部のヤング率は、
周縁部のヤング率よりも大きく、上記ダイアフラムシー
トが膨らんで流路の内壁に押しつけられたときに中央部
の伸びは周縁部の伸びよりも小さくなる。

【００１９】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００２０】本発明の請求項５に係わるマイクロバルブ
では、上記ダイアフラムシートの中央部には、補強シー
トが固定されており、上記ダイアフラムシートが膨らん
で流路の内壁に押しつけられたときに中央部の伸びは周
縁部の伸びよりも小さくなる。

【００２１】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００２２】本発明の請求項６に係わるマイクロバルブ
では、上記ダイアフラムシートは、フレーム部と、この
フレーム部の周りに広がっている膜部とを有しており、
上記ダイアフラムシートが膨らんで流路の内壁に押しつ
けられたときに、フレーム部の伸びが膜部の伸びよりも
小さくなり、この結果ダイアフラムシートの形状が規定
される。

【００２３】フレーム部と膜部とを組み合わせることに
より、ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に応じて
変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができる。

【００２４】本発明の請求項７に係わるマイクロバルブ
では、上記フレーム部の厚さは、上記膜部の厚さよりも
大きく、上記ダイアフラムシートが膨らんで流路の内壁
に押しつけられたときに膜部の伸びはフレーム部の伸び
よりも大きくなる。

【００２５】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００２６】本発明の請求項８に係わるマイクロバルブ
では、上記フレーム部のヤング率は、上記膜部のヤング
率よりも大きく、上記ダイアフラムシートが膨らんで流
路の内壁に押しつけられたときに膜部の伸びはフレーム
部の伸びよりも大きくなる。

【００２７】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００２８】本発明の請求項９に係わるマイクロバルブ
では、上記フレーム部には、補強シートが固定されてお
り、上記ダイアフラムシートが膨らんで流路の内壁に押
しつけられたときに膜部の伸びはフレーム部の伸びより
も大きくなる。

【００２９】ダイアフラムシートは流路の内壁の形状に
応じて変形し、隙間なく安定して流路を塞ぐことができ
る。

【００３０】本発明の請求項１０に係わるマイクロバル
ブは、基礎基板と、この基礎基板上に設けられた溝状の
複数の流路と、これらの流路を覆うよう上記基礎基板上
に積層されている１つのダイアフラムシート層と、上記
複数の流路の内壁の一部をそれぞれ形成するとともに、
ダイアフラムシート層の一部をそれぞれそれぞれ形成す
る複数のダイアフラムシートと、上記それぞれのダイア
フラムシートに上記それぞれの流路の外側から等しい圧
力を印加し、それぞれのダイアフラムシートをそれぞれ
の流路の内側に向かって膨らませ、それぞれのダイアフ
ラムシートにそれぞれの流路を塞がせる圧力印加手段
と、を備えており、上記ダイアフラムシート層は、ダイ
アフラムシートを含む部分にわたって圧力を印加された
ときの伸び分布を有しており、上記ダイアフラムシート
は、所定の開閉圧力よりも大きい圧力が印加されたとき
にそれぞれ流路を塞いだ状態になり、上記ダイアフラム
シート層の上記伸び分布は、それぞれのダイアフラムシ
ートのそれぞれの開閉圧力が互いに異なるよう、設定さ
れている。

【００３１】これらのダイアフラムシートに等しい圧力
を印加すると、それぞれのダイアフラムシートのそれぞ
れ開閉圧力の差に応じて塞がれた流路と塞がれていない
流路の組み合せが決まる。駆動手段の圧力を調節するこ
とにより、所望の流路を塞ぐことができる。

【００３２】複数の流路に１つずつマイクロバルブを設
ける場合、分岐した流路を離間させる必要がある場合が
ある。上記ダイアフラムシート層は複数の流路が形成さ
れた基礎基板に積層されているので、接近した複数の流
路にダイアフラムシートを設けることができる。これは
集積化には有利である。

【００３３】本発明の請求項１１に係わるマイクロバル
ブは、基礎基板と、この基礎基板上に設けられ、流体を
流す溝状の複数の流路と、これらの流路を覆うよう上記
基礎基板上に積層されている１つのダイアフラムシート
層と、上記複数の流路の内壁の一部をそれぞれ形成する
とともに、ダイアフラムシート層の一部をそれぞれそれ
ぞれ形成する複数のダイアフラムシートと、上記それぞ
れのダイアフラムシートに上記それぞれの流路の外側か
ら等しい圧力を印加し、それぞれのダイアフラムシート
をそれぞれの流路の内側に向かって膨らませ、それぞれ
のダイアフラムシートにそれぞれの流路を塞がせる圧力
印加手段と、を備えており、上記それぞれのダイアフラ
ムシートに面しているそれぞれの流路の部分の幅が互い
に異なっており、上記ダイアフラムシートに所定の開閉
圧力よりも大きい圧力が印加されたとき、それぞれ流路
に流体が流れなくなり、上記複数の流路のそれぞれ幅
は、それぞれのダイアフラムシートのそれぞれの開閉圧
力が互いに異なるよう、設定されている。

【００３４】より幅が狭い流路は比較的大きい流体抵抗
をもつ。このため、幅が狭い流路はこれに設けられたダ
イアフラムシートが僅かに膨らんだだけで流体が流れな
くなる。即ち、狭い流路のダイアフラムシートに印加さ
れる開閉圧力は広い流路のダイアフラムシートに印加さ
れる開閉圧力よりも小さい。これらのダイアフラムシー
トに等しい圧力を印加すると、それぞれのダイアフラム
シートのそれぞれ開閉圧力の差に応じて塞がれた流路と
塞がれていない流路の組み合せが決まる。駆動手段の圧
力を調節することにより、所望の流路を塞ぐことができ
る。

【００３５】上記マイクロバルブでは、接近した複数の
流路にダイアフラムシートを設けることができるので、
集積度を高くすることができる。

【００３６】本発明の請求項１２に係わるマイクロバル
ブでは、上記ダイアフラムシートは、有機膜を含んでい
る。

【００３７】基礎基板上の所定の領域に有機材料を塗布
することにより有機膜を形成することができる。一般に
有機膜は基板の凹部では厚く、凸部では薄く成膜され
る。これを利用することにより、厚さ分布をもつダイア
フラムシートを容易に形成することができる。従って、
有機膜を含んだダイアフラムシートを備えたマイクロバ
ルブは安価である。

【００３８】本発明の請求項１３に係わるマイクロバル
ブでは、上記圧力印加手段は、上記ダイアフラムシート
に空気圧を印加して、上記流路の内側に向かって膨らま
せる。

【００３９】ダイアフラムシートを膨らませるために、
従来のマイクロバルブでは、ダイアフラムシート上に設
けられた金属薄膜ヒータを通電加熱し、熱膨張率の差を
利用してダイアフラムシートに力を加える。また、ダイ
アフラムシート上に設けた電極と、ダイアフラム上部も
しくは下部に対向させて設けた電極とに静電引力を働か
せることも考えられる。ダイアフラムシートに金属薄膜
ヒータや電極などを固定する場合、ダイアフラムシート
の伸び分布が適切に設定され、かつダイアフラムシート
を膨らませるのに十分な力が働くよう、ダイアフラムシ
ートと、金属薄膜ヒータや電極を設計することが困難に
なる。上記圧力印加手段は、圧力、特に空気圧を利用す
るので、ダイアフラムシートに金属薄膜ヒータや電極な
どを形成する必要が無い。従って、設計が容易である。

【００４０】本発明の請求項１４に係わるマイクロバル
ブでは、上記ダイアフラムシートに面する上記流路の表
面は疎水性である。

【００４１】流路を流れる流体が液体の場合、流路の表
面が疎水性であると、流体抵抗が大きい。このため、流
路がダイアフラムシートで完全に塞がれていなくても、
流体は流れなくなる。即ち、流路の表面が疎水性である
と、リーク量が小さくなる。また、流路に流体を流す力
が大きくても、安定して流路を塞ぐことができる。

【００４２】本発明の請求項１５に係わるマイクロバル
ブの製造方法では、上記ダイアフラムシートに面する上
記流路の表面は、ダイアフラムシートの当接力が小さく
なるよう形成されている。

【００４３】流路の表面が、ダイアフラムシートの当接
力が小さくなるよう形成されていると、ダイアフラムシ
ートが流路を塞いだ状態にした後、再度塞いでいない状
態にする際、すぐにダイアフラムシートが流路から離れ
るためダイアフラムシートの応答性が良くなる。

【００４４】本発明の請求項１６に係わるマイクロバル
ブの製造方法は、第１の基板を用意し、この第１の基板
上に溝状の流路を形成する流路形成工程と、第２の基板
を用意する第２基板用意工程と、この第２の基板の表面
にダイアフラムシート層を積層する積層工程と、上記第
２の基板の一部を除去して、ダイアフラムシート層とは
反対側の第２の基板の表面からダイアフラムシート層に
至る孔を形成する工程であって、この孔に面するダイア
フラムシート層の部分は、孔の周縁により保持されたダ
イアフラムシートを形成するダイアフラムシート形成工
程と、上記ダイアフラムシートが流路を覆うよう、第１
の基板と第２の基板とを重ね合わせ、第１の基板と第２
の基板とを接合する接合工程と、を備えている。

【００４５】このような製造方法を用いれば、マイクロ
バルブを容易に製造できる。

【００４６】本発明の請求項１７に係わるマイクロバル
ブの製造方法は、第２基板用意工程と積層工程との間
に、上記第２の基板の表面に高さ分布をもつ領域を形成
する高さ分布領域形成工程をさらに備えており、上記積
層工程では、この高さ分布をもつ領域に積層されたダイ
アフラムシート層の部分がこの領域の高さ分布に応じた
厚さ分布をもち、上記ダイアフラムシート形成工程で
は、孔は、ダイアフラムシート層とは反対側の第２の基
板の表面からダイアフラムシート層の上記厚さ分布をも
つ部分に至るよう、形成され、厚さ分布をもつ部分は、
孔の周縁により保持されたダイアフラムシートを形成す
る。

【００４７】ダイアフラムシート層に厚さ分布をもつ領
域を形成するとき、第１の基板に流路を形成した後に第
１の基板にダイアフラムシート層を積層して厚さ分布を
もつ領域を形成すると、製造方法が複雑になる。上記製
造方法では、流路は第１の基板に形成され、一方ダイア
フラムシートは第２基板上に形成される。即ち、流路と
ダイアフラムシートとは独立して形成される。これは厚
さ分布をもつ領域の形成に適している。

【００４８】有機膜は高さ分布をもつ領域の凹部では厚
く、凸部では薄く成膜される。これを利用すれば、所望
の厚さ分布をもつダイアフラムシートを容易に形成でき
る。

【００４９】

【発明の実施の形態】図１〜図６を参照して、本発明の
実施の形態に係わるマイクロバルブおよびその製造方法
を説明する。先ず、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）を参照して
本発明の第１の実施の形態のマイクロバルブを説明す
る。図１（Ａ）は塞がれていない状態のマイクロバルブ
の縦断面図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１
Ｂ線に沿って切断した横断面図である。図１（Ａ）で切
断されて取り除かれた部分は復元されている。図１
（Ａ）では流体は紙面左右方向に流れる。図１（Ｂ）で
は流体は紙面鉛直方向に流れる。

【００５０】基礎基板として用いられている第１の基板
１１０の表面には溝状の流路１１１が形成されている。
流路１１１の内壁の表面には親水層が積層されている。
第１の基板１１０の表面上には柔軟な材料で形成された
ダイアフラムシート層１００が積層されている。ダイア
フラムシート層１００は有機材料で形成されていること
が好ましい。ダイアフラムシート層１００の一部は流路
１１１の内壁の一部を形成している。この部分はダイア
フラムシート１０１として用いられている。

【００５１】ダイアフラムシート層１００の上には第２
の基板１２０が接合されている。第２の基板１２０に
は、上面からダイアフラムシート層１００のダイアフラ
ムシート１０１に至る孔１２１が形成されている。ダイ
アフラムシート１０１の周縁は孔１２１の周縁を形成す
る第２の基板１２０の部分により保持されている。これ
により、ダイアフラムシート１０１を撓ませることがで
きる。

【００５２】第２の基板１２０の上には第３の基板１３
０が接合されている。第３の基板１３０には孔１２１か
ら第３の基板１３０の上面に至る孔１３１が形成されて
いる。孔１２１と孔１３１には所定の流体が満たされて
いる。孔１３１は圧力を発生する圧力発生手段（図示せ
ず）に接続されている。第２の基板１２０と第３の基板
１３０と圧力発生手段とは、ダイアフラムシート１０１
に圧力を印加して、これを流路１１１の内側に向かって
膨らませる駆動手段を形成している。駆動手段は好まし
くは、所定の流体として空気を用い、ダイアフラムシー
ト１０１に空気圧を印加する。

【００５３】ダイアフラムシートを膨らませるために、
従来のマイクロバルブでは、ダイアフラムシート上に設
けられた金属薄膜ヒータを通電加熱し、熱膨張率の差を
利用してダイアフラムシートに力を加える。また、ダイ
アフラムシート上に設けた電極と、ダイアフラム上部も
しくは下部に対向させて設けた電極とに静電引力を働か
せることも考えられる。ダイアフラムシートに金属薄膜
ヒータや電極などを固定する場合、ダイアフラムシート
の伸び分布が適切に設定され、かつダイアフラムシート
を膨らませるのに十分な力が働くよう、ダイアフラムシ
ートと、金属薄膜ヒータや電極を設計することが困難に
なる。圧力印加手段は空気圧を利用するので、ダイアフ
ラムシート１０１に金属薄膜ヒータや電極などを形成す
る必要が無い。従って、設計が容易である。

【００５４】流路１１１の断面の形状は矩形である。流
路１１１はダイアフラムシート１０１に対向している対
向面１１２と、対向面１１２と交差し、互いに対向する
２つの交差面１１３，１１４とを有している。対向面１
１２と交差面１１３，１１４は流路１１１の長手方向に
延びている。

【００５５】駆動手段によりダイアフラムシート１０１
に圧力が印加されていないとき、ダイアフラムシート１
０１は流路１１１の長手方向に延びていて、平坦にされ
ている。このとき、流路１１１は塞がれておらず、流路
１１１に流体が流れる。図１（Ｃ）は塞がれた状態のマ
イクロバルブの縦断面図である。図１（Ｄ）は図１
（Ｃ）の１Ｄ−１Ｄ線に沿って切断した横断面図であ
る。図１（Ｃ）で切断されて取り除かれた部分は復元さ
れている。駆動手段によりダイアフラムシート１０１が
膨らまされると、ダイアフラムシート１０１は流路１１
１の内壁１１２，１１３，１１４に押しつけられ、ダイ
アフラムシート１０１は流路１１１を塞ぐ。流体は流路
１１１を流れなくなる。

【００５６】ダイアフラムシート１０１は、膨らんだと
きの伸び分布をダイアフラムシート１０１にわたって有
している。この伸び分布は、ダイアフラムシート１０１
が膨らんで流路１１１の内壁１１２，１１３，１１４に
押しつけられたときに、ダイアフラムシート１０１が内
壁１１２，１１３，１１４の形状に適合するよう、設定
されている。詳細には、ダイアフラムシート１０１の伸
び分布は、押しつけられたときに中央部１０２の伸びが
周縁部１０３の伸びよりも小さくなるよう、設定されて
いる。これにより、ダイアフラムシート１０１が膨らん
だとき、中央部１０２が対向面１１２に押しつけられる
とともに、周縁部１０３が交差面１１３，１１４に押し
つけられる。これを実現するために、中央部１０２の厚
さは周縁部１０３の厚さよりも大きくされている。中央
部１０２と周縁部１０３は同一の材料で形成されてい
る。

【００５７】ダイアフラムシート１０１が膨らまされる
と、周縁部１０３は伸びる。伸びた周縁部１０３は交差
面１１３，１１４を覆う。この周縁部１０３は圧力によ
り交差面１１３，１１４に押しつけられる。このとき、
中央部１０２は対向面１１２に押しつけられる。この結
果、ダイアフラムシート１０１は内壁１１２，１１３，
１１４に適合する。このとき、ダイアフラムシート１０
１は内壁に隙間なく密着する。

【００５８】一般にダイアフラムシートは中央部が伸び
やすく周縁部は伸びにくい。膨らまされたときのダイア
フラムシートの断面形状は円弧状になる。流路の断面形
状が円弧状であれば、ダイアフラムシートは流路の内壁
に適合するため流路を塞ぐことができる。しかしなが
ら、本実施の形態のように流路断面が矩形状であると、
流路の角、即ちダイアフラムシートと対向する対向面
と、対向面と交差する交差面とが交差する部分に隙間が
できやすい。この隙間をなくすためにダイアフラムシー
トにより大きい圧力を印加すると、ダイアフラムにしわ
がよって重なり合い、さらに大きい圧力を印加しても隙
間をなくすことができなくなる場合がある。

【００５９】本実施の形態では、上述したように、ダイ
アフラムシート１０１の中央部１０２の厚さは周縁部１
０３の厚さよりも大きくされているので、ダイアフラム
シート１０１は安定して内壁に隙間なく密着する。従っ
て、マイクロバルブが塞がれた状態のときのリークを安
定して抑制することができる。

【００６０】本実施の形態では、ダイアフラムシート１
０１の中央部１０２の伸びを周縁部１０３の伸びよりも
小さくするために、中央部１０２の厚さは周縁部１０３
の厚さよりも大きくされているが、本発明はこれに限定
されない。例えば、中央部を形成する材料のヤング率
が、周縁部を形成する材料のヤング率よりも大きいダイ
アフラムシートを用意しても良い。また、ダイアフラム
シートの中央部に補強シートを積層しても良い。

【００６１】流路１１１の内壁の表面に親水層が積層さ
れている。ダイアフラムシート１０１に面する流路１１
１の表面にさらに疎水性膜を形成しても良い。これによ
り、ダイアフラムシート１０１により流路１１１が塞が
れたときに、僅かな隙間が生じても流体が流れなくな
る。また、流路１１１が塞がれた状態が安定して維持さ
れる。

【００６２】さらにまたダイアフラムシート１０１に面
する流路１１１の表面のダイアフラムシートに対向する
領域にダイアフラムシートの当接力が小さくなる領域を
形成しても良い。これにより、ダイアフラムシートが流
路を塞いだ状態になったときダイアフラムシートが流路
表面に強固に付着するのを抑えられるので、再びダイア
フラムシートが流路を塞いでいない状態になる際、容易
にダイアフラムシートが流路から離れる。従って、ダイ
アフラムシートの応答性が良くなる。

【００６３】次に、図２（Ａ）〜図２（Ｉ）を参照し
て、第１の実施の形態のマイクロバルブを製造するため
の製造方法の実施の形態を説明する。先ず、第１の基板
１１０を用意し、第１の基板１１０上に溝状の流路１１
１を形成する（流路形成工程）。図２（Ａ）〜図２
（Ｄ）はそれぞれ、流路形成工程を説明するための第１
の基板１１０の断面図である。

【００６４】流路１１１は第１の基板１１０上にエッチ
ングを利用して形成される。初めに、シリコンで形成さ
れた第１の基板１１０を用意し、第１の基板１１０上に
酸化シリコン膜２０１を堆積し、形成される流路１１１
に沿って酸化シリコン膜２０１の一部を除去して第１の
基板１１０の表面の一部２０２を露出させる（図２
（Ａ））。酸化シリコン膜２０１の除去には半導体製造
に使われているフォトリソグラフィ技術を利用する。除
去されずに残った酸化シリコン膜２０１はエッチング時
にマスクとして働く。

【００６５】次に、第１の基板１１０の表面２０２をＫ
ＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリエッチング水溶液に浸して
エッチングを行う。この結果、溝状の流路１１１が形成
される（図２（Ｂ））。上記エッチング液を用いると流
路１１１の断面形状は矩形になる。このエッチングでは
第１の基板１１０の表面に沿った方向へエッチングが進
行しにくいので、幅が比較的狭く、比較的深い流路１１
１が形成される。従って、流路１１１は基板表面の溝幅
が細いにもかかわらず大きな流量を確保できる。このこ
とは、流路の集積化に有利である。本実施の形態ではア
ルカリエッチング水溶液を用いて断面形状が矩形の流路
を形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、
フッ酸、硝酸、酢酸の混液等を用いて等方的にエッチン
グを行い、断面が半円形の流路を形成しても良い。

【００６６】次に、酸化シリコン膜２０１を除去した後
（図２（Ｃ））、エッチングして形成した流路１１１の
表面に熱酸化処理等を施してここに酸化シリコン膜２０
３を形成する（図２（Ｄ））。これにより、流路１１１
は親水化されるので、狭い流路１１１にサンプル溶液が
流れやすくなる。

【００６７】本実施の形態ではシリコン基板にエッチン
グを用いて流路１１１を形成したが、本発明はこれに限
定されない。例えば、ガラス基板にエッチングを用いて
流路を形成しても良い。また、エッチングを行う代わり
に、積層技術を用いてシリコン基板やガラス基板に流路
を形成しても良い。また、ＰＤＭＳ、プラスチック等の
有機樹脂基板を成形して流路を形成しても良い。

【００６８】次に、第２の基板１２０を用意する（第２
基板用意工程）。図２（Ｅ）は第２の基板１２０の断面
図である。用意された第２の基板１２０の表面は平坦で
ある。

【００６９】この平坦な表面の一部に高さ分布をもつ領
域２１１を形成する（高さ分布領域形成工程）。領域２
１１は、エッチングマスクのパターンを変えながら、エ
ッチングマスクのフォトリソグラフィと第２の基板１２
０のエッチングとを何回か繰り返す等の処理を行うこと
により形成される。このとき、領域２１１が滑らかな曲
面にされるようにしても良いし、領域２１１が段付きを
有するようにしても良い。領域２１１は第２の基板１２
０の平坦な表面にある窪み２１１を形成する。この窪み
２１１の中央部は周縁部よりも低い。

【００７０】次に、第２の基板１２０の表面にダイアフ
ラムシート層１００を積層する（積層工程）。図２
（Ｆ）は第２の基板１２０の断面図である。好ましく
は、ダイアフラムシート層１００として有機膜が設けら
れる。有機膜を形成する有機系材料は、シリコーンゴ
ム、ＰＤＭＳ、フッ素樹脂等を含む。有機膜は、有機系
材料を第２の基板１２０の表面に塗布することにより設
けられる。ダイアフラムシート層１００は窪み２１１側
に積層される。窪み２１１に積層されたダイアフラムシ
ート層１００の部分１０１は、窪み２１１の高さ分布に
応じた厚さ分布をもつ。即ち、部分１０１の中央部１０
２は周縁部１０３よりも厚い。

【００７１】次に、第２の基板１２０の一部を除去して
ダイアフラムシートを形成する（ダイアフラムシート形
成工程）。図２（Ｆ）のように、ダイアフラムシート層
１００とは反対側の第２の基板１２０の表面に、エッチ
ングマスク２１３を形成する。エッチングマスク２１３
側の第２の基板１２０の表面の内、高さ分布をもつ部分
１０１と対向する部分２１４は露出している。

【００７２】次に、この露出した部分２１３をＫＯＨや
ＴＭＡＨ等のアルカリエッチング水溶液に浸して第２の
基板１２０をエッチングすることにより、第２の基板１
２０の表面部分２１４から、ダイアフラムシート層１０
０の厚さ分布をもつ部分１０１に至る孔１２１を形成す
る。図２（Ｇ）は孔１２１が形成された第２の基板１２
０の断面図である。図２（Ｇ）では、図２（Ｆ）に示さ
れた第２の基板１２０が上下逆転されて示されている。
厚さ分布をもつ部分１０１は孔１２１に面し、部分１０
１は、孔１２１の周縁を形成する第２の基板１２０の部
分により保持されたダイアフラムシート１０１を形成す
る。この後、エッチングマスク２１３を除去する。

【００７３】ダイアフラムシート形成工程では、エッチ
ング液でダイアフラムシート層１００が侵されないよう
に、エッチングを行う前にダイアフラムシート層１００
の表面を金属やガラス、樹脂等で保護しておくことが好
ましい。また、エッチングを用いて孔１２１を形成する
際に、第２の基板１２０だけでなくダイアフラムシート
層１００もエッチングしないよう、積層工程の際に、ダ
イアフラムシート層１００と第２の基板１２０の間に窒
化シリコン膜や酸化シリコン膜等のエッチングストップ
層を形成することが好ましい。この場合、エッチングス
トップ層はエッチング終了後に除去される。

【００７４】次に、第３の基板１３０を用意する。図２
（Ｈ）は第３の基板の断面図である。第３の基板１３０
には、ダイアフラムシート１０１に圧力を印加するのに
用いられる孔１３１が第３の基板１３０を貫通するよう
設けられている。孔１３１の形成はアルカリエッチング
水溶液を用いたエッチングにより行っても良いし、超音
波、レーザー、サンドブラスト等により行っても良い。
また、有機材料基板を用意して孔１３１を成形しても良
い。

【００７５】次に、ダイアフラムシート１０１が流路１
１１を覆うよう、第１の基板１１０と第２の基板１２０
とを重ね合わせ、第１の基板１１０と第２の基板１２０
を接合する（接合工程）。これとともに、第３の基板１
３０の孔１３１が第２の基板１２０の孔１２１と連通す
るよう、第２の基板１２０と第３の基板１３０を接合す
る。この結果、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて説明
した第１の実施の形態のマイクロバルブが完成する。基
板１１０，１２０，１３０の接合は、接着剤やはんだ等
の接着層をこれらの基板間に介在させることにより行っ
ても良い。また、陽極接合技術等により行っても良い。
シリコーンゴムは酸素プラズマ処理等により表面を活性
化させると、これを基板に接触させるだけで接合が行わ
れる。これを利用して、第１の基板１１０と第２の基板
１２０を接合しても良い。

【００７６】本実施の形態の製造方法では、ダイアフラ
ムシート１０１の中央部１０２の伸びを周縁部１０３の
伸びよりも小さくするために、中央部１０２の厚さを周
縁部１０３の厚さよりも大きくするための工程を備えて
いる。しかしながら、マイクロバルブの製造方法はこれ
に限定されない。例えば、中央部を形成する材料のヤン
グ率が、周縁部を形成する材料のヤング率よりも大きく
するための工程を備えていても良い。また、ダイアフラ
ムシートの中央部に補強シートを積層する工程を備えて
いても良い。

【００７７】本実施の形態の製造方法では、流路形成工
程にて流路１１１を親水化している。流路形成工程の後
に、流路１１１の表面の一部に疎水性膜を形成する工程
をさらに設けても良い。疎水性膜が形成される流路１１
１の部分は接合工程にてダイアフラムシート１０１に対
向させる。疎水性膜が形成されれば、ダイアフラムシー
ト１０１により流路１１１が塞がれたときに、僅かな隙
間が生じても流体が流れなくなる。また、流路１１１が
塞がれた状態が安定して維持される。

【００７８】疎水性膜を形成するには、フッ素樹脂を塗
布した後、レジストパターンを形成してこれをマスクと
して酸素プラズマによりフッ素樹脂をエッチングし、レ
ジストパターンを剥離すれば良い。また、レジストパタ
ーンを形成してからフッ化炭素系のガスをプラズマ放電
することでテフロン（登録商標）状の膜を成膜し、レジ
ストパターンを除去しても良い。

【００７９】さらにまた流路形成工程の後に、流路１１
１の表面のダイアフラムシートに対向領域の一部にダイ
アフラムシートの当接力が小さくなる領域を形成する工
程を設けても良い。ダイアフラムシートの当接力が小さ
くなる領域を形成すれば、ダイアフラムシート１０１が
流路１１１を塞いだとき、強固に固着することがなくな
るので、再びダイアフラムシート１０１が流路１１１を
塞いでいない状態にする際にすぐダイアフラムシート１
０１が流路１１１から離れる。従って、応答良く流体を
流すことができる。

【００８０】ダイアフラムシートの当接力を小さくする
材料としては、疎水性膜として上述したフッ素樹脂膜や
テフロン状の膜がそのまま利用できる。従って、上述し
た疎水性膜の形成工程を用いて流路のダイアフラムシー
トに対向する部分にフッ素樹脂膜やテフロン状の膜を形
成すれば、ダイアフラムシートの当接力を小さくする領
域を流路上のダイアフラムシートに対向する領域に形成
することができる。

【００８１】次に、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照して
別の実施の形態の製造方法を説明する。この別の実施の
形態の製造方法は、上記実施の形態の製造方法と基本的
に同じものである。この別の実施の形態の製造方法が上
記実施の形態の製造方法と異なる点は、この別の実施の
形態の製造方法が別の第２基板用意工程、積層工程及び
ダイアフラムシート形成工程を備えていることである。

【００８２】第２の基板１２０を用意する（第２基板用
意工程）。図３（Ａ）は第２の基板１２０の断面図であ
る。用意された第２の基板１２０の上に例えば窒化シリ
コン膜や酸化シリコン膜等のエッチングストップ層３０
１を形成する。形成されたエッチングストップ層３０１
の一部の上に高さ分布をもつ領域３０２を形成する（高
さ分布領域形成工程）。高さ分布は、エッチングストッ
プ層３０１の表面に対向する側から見て、領域３０２の
中心部が周縁部よりも低くなるよう、設定する。

【００８３】領域３０２はフォトリソグラフィ技術を用
いて形成される。先ず、エッチングストップ層３０１の
一部の上にフォトレジストを塗布する。フォトマスクと
して透過率の分布をもつものを用意する。エッチングス
トップ層３０１の表面に対向する側から見て、塗布され
たフォトレジストの中心部に対向する部分の透過率は周
縁部に対向する部分の透過率よりも大きい。本フォトマ
スクを用いて露光及び現像すると、領域３０２として用
いられるレジストパターン３０２が形成される。

【００８４】次に、エッチングストップ層３０１の上に
有機材料を用いてダイアフラムシート層１００を積層す
る（積層工程）。図３（Ｂ）は第２の基板１２０の断面
図である。レジストパターン３０２に積層されたダイア
フラムシート層１００の部分１０１は、レジストパター
ン３０２の高さ分布に応じた厚さ分布をもつ。即ち、部
分１０１の中央部１０２は周縁部１０３よりも厚い。

【００８５】次に、第２の基板１２０の一部を除去して
ダイアフラムシートを形成する（ダイアフラムシート形
成工程）。図３（Ｂ）のように、ダイアフラムシート層
１００とは反対側の第２の基板１２０の表面に、エッチ
ングマスク３０３を形成する。エッチングマスク３０３
側の第２の基板１２０の表面の内、高さ分布をもつ部分
１０１と対向する部分３０４は露出している。

【００８６】次に、この露出した部分３０４からエッチ
ングすることにより、第２の基板１２０の表面部分３０
４からエッチングストップ層３０１に至る孔３０５を形
成する。図３（Ｃ）は孔３０５が形成された第２の基板
１２０の断面図である。図３（Ｃ）では、図３（Ｂ）に
示された第２の基板１２０が上下逆転されて示されてい
る。この後、孔３０５に面するエッチングストップ層３
０１の部分とエッチングマスク３０３を除去する。

【００８７】次に、レジストパターン３０２を除去し
て、第２の基板１２０の表面からダイアフラムシート層
１００の厚さ分布をもつ部分１０１に至る孔１２１を形
成する。図３（Ｄ）は孔１２１が形成された第２の基板
１２０の断面図である。厚さ分布をもつ部分１０１は、
孔１２１の周縁を形成する第２の基板１２０の部分によ
り保持されたダイアフラムシート１０１を形成する。

【００８８】次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照し
て本発明の第２の実施の形態のマイクロバルブを説明す
る。本実施の形態の構成が第１の実施の形態の構成と異
なる点は、ダイアフラムシートの構成である。本実施の
形態において、第１の実施の形態の図１（Ａ）〜図１
（Ｄ）を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構
成部材は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示
していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を
省略する。

【００８９】図４（Ａ）はダイアフラムシート４０１の
平面図である。流路の断面形状は矩形である。ダイアフ
ラムシートは、フレーム部と、このフレーム部の周りに
広がっている膜部とを有している。ダイアフラムシート
４０１は、これの中央部に配置される矩形の第１の膜部
４０２を有している。第１の膜部４０２の周囲には、第
１の膜部４０２の対向する２つの辺からそれぞれ間隔を
おいて延びている２つの第２の膜部４０３と、第１の膜
部４０２の残りの２つの辺からそれぞれ間隔をおいて延
びている２つの第３の膜部４０４とが配置されている。
これらの膜部４０２，４０３，４０４の間にはこれらの
境界に沿ってフレーム部４０５が延びている。

【００９０】フレーム部４０５の厚さは、膜部４０２，
４０３，４０４の厚さよりも大きい。ダイアフラムシー
ト４０１が膨らまされたとき、膜部４０２，４０３，４
０４は伸びるが、フレーム部４０５の伸びは小さい。こ
れにより、膨らまされたダイアフラムシート４０１の形
状はフレーム部４０５により規定される。即ち、２つの
第２の膜部４０３は伸びてそれぞれ流路１１１の２つの
交差面１１３，１１４（図１（Ｂ）参照）に押しつけら
れる。第１の膜部４０２はほとんど伸びずに対向面１１
２に押しつけられる。第３の膜部４０４は流路１１１を
遮断する。結局、ダイアフラムシート４０１は流路１１
１の内壁の形状に応じて変形し、流路１１１の内壁に隙
間なく密着する。膜部４０２，４０３，４０４及びフレ
ーム部４０５の形状及び配置は、膨らまされたダイアフ
ラムシート４０１が上記のように変形するよう設定され
ている。

【００９１】シリコン基板の（１００）面をＫＯＨ等の
アルカリエッチング水溶液でエッチングすると極めて狭
く深い流路を形成することができる。これは集積率を高
くするのに利用される。流路がこのように極めて狭く深
い場合、厚さ分布をもたない従来のダイアフラムシート
は、流路の内壁の角を塞ぐことができない。ダイアフラ
ムシート４０１はこのような従来のダイアフラムシート
で塞ぐことができない部分にも隙間なく密着することが
できる。また、ダイアフラムシートがしわ状に変形して
流路を完全に閉じることができなくなるようなことがな
い。

【００９２】図４（Ｂ）はダイアフラムシートの別の例
の平面図である。流路の断面形状は半円形である。ダイ
アフラムシート４１１は間隔をおいて配置されている円
弧状の２つのフレーム部４１５を有している。２つのフ
レーム部４１５は、これらの円弧に囲まれたそれぞれの
部分が互いに反対に向くよう配置されている。２つのフ
レーム部４１５の間には第４の膜部４１２が広がってい
る。２つのフレーム部４１５に囲まれた部分には第５の
膜部４１３が広がっている。

【００９３】フレーム部４１５の厚さは、膜部４１２，
４１３の厚さよりも大きい。フレーム部４１５は図４
（Ａ）を参照して説明したダイアフラムシート４０１の
フレーム部４０５と同じ作用をもつ。ダイアフラムシー
ト４１１が膨らまされると、第４の膜部４１２は伸びて
流路の内壁に押しつけられる。第５の膜部４１３は流路
を遮断する。この結果、ダイアフラムシート４０１は流
路の内壁に隙間なく密着する。

【００９４】本実施の形態で用いられるダイアフラムシ
ートを製造するには、第２の基板の表面に高さ分布をも
つ領域を形成する高さ分布領域形成工程で、この領域の
高さ分布をフレーム部の形状に応じて適切に設定する。
例えば、この領域に、フレーム部に対応する部分に沿っ
て溝を形成する。

【００９５】本実施の形態では、フレーム部の伸びを膜
部の伸びよりも小さくするために、フレーム部の厚さは
膜部の厚さよりも大きくされているが、本発明はこれに
限定されない。例えば、フレーム部を形成する材料のヤ
ング率が、膜部を形成する材料のヤング率よりも大きい
ダイアフラムシートを用意しても良い。また、ダイアフ
ラムシートのフレーム部に補強シートを積層しても良
い。

【００９６】次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照し
て本発明の第３の実施の形態のマイクロバルブを説明す
る。図５（Ａ）はマイクロバルブの平面図である。図５
（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線で切断した断面図で
ある。本実施の形態のマイクロバルブの構成は第１の実
施の形態のマイクロバルブと基本的に同じである。異な
る点は、本実施の形態のマイクロバルブが図５（Ａ）の
ように１つの流路５４０から分岐した３つの流路５１
１，５１４，５１７を有していることである。

【００９７】図５（Ｂ）のように、基礎基板として用い
られている第１の基板５１０上には溝状の流路５１１，
５１４，５１７が形成されている。第１の基板５１０上
には流路５１１，５１４，５１７を横断して覆うよう、
ダイアフラムシート層５００が積層されている。ダイア
フラムシート層５００の流路５１１，５１４，５１７に
対向する部分５０１，５０４，５０７は、それぞれ流路
５１１，５１４，５１７の内壁の一部を形成している。
部分５０１，５０４，５０７はそれぞれダイアフラムシ
ート５０１，５０４，５０７として用いられる。

【００９８】ダイアフラムシート層５００の上には第２
の基板５２０が接合されている。第２の基板５２０に
は、上面から、ダイアフラムシート層５００のダイアフ
ラムシート５０１，５０４，５０７を含む部分に至る１
つの孔５２１が形成されている。ダイアフラムシート層
５００のこの部分の周縁は孔５２１の周縁を形成する第
２の基板１２０の部分により保持されている。第２の基
板５２０の上には圧力を印加するための孔５３１が形成
された第３の基板５３０が接合されている。第１の実施
の形態と同様に、孔５３１は圧力発生手段に接続されて
おり、第２の基板１２０と第３の基板１３０と圧力発生
手段とは駆動手段を形成している。ダイアフラムシート
５０１，５０４，５０７には等しい圧力が印加される。
尚、図５（Ａ）では第２の基板５２０及び第３の基板５
３０が取り除かれている。

【００９９】ダイアフラムシート層５００は、ダイアフ
ラムシート５０１，５０４，５０７を含む部分にわたっ
て圧力を印加されたときの伸び分布を有している。即
ち、ダイアフラムシート５０１の厚さは、ダイアフラム
シート５０４の厚さよりも小さく、ダイアフラムシート
５０４の厚さは、ダイアフラムシート５０７の厚さより
も小さい。

【０１００】ダイアフラムシート５０１，５０４，５０
７は所定の開閉圧力よりも大きい圧力が印加されたとき
にそれぞれ流路を塞いだ状態になる。ダイアフラムシー
ト層５００の伸び分布は、ダイアフラムシート５０１，
５０４，５０７のそれぞれの開閉圧力が互いに異なるよ
う、設定されている。より厚いダイアフラムシートほ
ど、圧力を印加されたときに撓みにくいので、より厚い
ダイアフラムシートほど、より大きい開閉圧力をもつ。

【０１０１】ダイアフラムシート５０１，５０４，５０
７がこのように構成されていることにより、流路５１
１，５１４，５１７のそれぞれの開閉状態は印加される
圧力に応じて変わる。表１は、印加圧力に対する流路５
１１，５１４，５１７の開閉状態を表す表である。

【０１０２】

【表１】

【０１０３】表１において「閉」は流路が塞がれた状態
を示しており、「開」は流路が塞がれていない状態を示
している。ダイアフラムシート５０１，５０４，５０７
に等しく小さい印加圧力ａを印加したときには、流路５
１１，５１４，５１７は全て塞がれていない状態にな
る。印加圧力ａよりも大きくかつ、最も薄いダイアフラ
ムシート５０１の開閉圧力よりも大きくかつ、ダイアフ
ラムシート５０４の開閉圧力よりも小さい印加圧力ｂを
印加すると、流路５１１は塞がれた状態になり、残りの
流路５１４，５１７は塞がれていない状態になる。印加
圧力ｃはダイアフラムシート５０４の開閉圧力よりも大
きくかつ、ダイアフラムシート５０７の開閉圧力よりも
小さい圧力であり、印加圧力ｄはダイアフラムシート５
０１，５０４，５０７のそれぞれの開閉圧力よりも大き
い圧力である。このようにして、印加圧力に応じて開閉
状態の複数の組み合せが実現される。この組み合せは全
ての組み合せを含んでいないが、実用上必要な組み合せ
を含んでいる。

【０１０４】１つの流路から分岐した複数の流路に１つ
ずつ第１の実施の形態のようなマイクロバルブを設ける
場合、分岐した流路を離間させる必要がある。本実施の
形態のマイクロバルブでは、接近した複数の流路にダイ
アフラムシートを設けることができる。これは集積化に
は有利である。

【０１０５】本実施の形態では、それぞれのダイアフラ
ムシートに異なる開閉圧力をもたせるために、それぞれ
厚さの異なるダイアフラムシートを用いているが、本発
明はこれに限定されない。例えば、それぞれ異なるヤン
グ率をもつ材料で形成されたダイアフラムシートを用い
ても良い。また、厚さの異なる複数の補強シートを用意
し、それぞれのダイアフラムシートにこれらを固定して
も良い。

【０１０６】本実施の形態のマイクロバルブは分岐した
流路を３つ備えているが、２つ備えていても良いし、４
つ以上備えていても良い。また、本実施の形態のマイク
ロバルブは厚さの異なるダイアフラムシートを有してい
るが、これらのダイアフラムシートと同じ厚さをもつダ
イアフラムシートをさらに有していても良い。

【０１０７】次に、図６を参照して本発明の第４の実施
の形態のマイクロバルブを説明する。本実施の形態の構
成は、基本的に第３の実施の形態の構成と同じである。
尚、本実施の形態において、第３の実施の形態の図５
（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明した構成部材と実
質的に同一の構成部材は、第３の実施の形態の対応する
構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付し
て詳細な説明を省略する。

【０１０８】本実施の形態の構成が第３の実施の形態の
構成と異なる点は、ダイアフラムシート層と流路の構成
である。本実施の形態では、第３の実施の形態と同様
に、第１の基板５１０に分岐した３つの流路６１１，６
１４，６１７が形成されている。図６はマイクロバルブ
の断面図である。図６の視点は図５（Ｂ）の視点とほぼ
同じである。第１の基板５１０の上にはダイアフラムシ
ート層６００が積層されている。ダイアフラムシート層
６００の流路６１１，６１４，６１７に対向する部分
は、ダイアフラムシート６０１，６０４，６０７を形成
している。ダイアフラムシート６０１，６０４に面して
いる流路６１１，６１４の部分の幅は互いに異なってい
る。流路６１１の幅は流路６１４の幅よりも小さい。こ
れらに対向するダイアフラムシート６０１，６０４の厚
さは等しい。

【０１０９】ダイアフラムシート６０１，６０４に所定
の開閉圧力よりも大きい圧力が印加されたとき、流路６
１１，６１４に流体が流れなくなる。流路６１４と比較
して幅が狭い流路６１１は比較的大きい流体抵抗をも
つ。このため、流路６１１は、ダイアフラムシート６０
１が僅かに膨らんだだけで流体が流れなくなる。即ち、
ダイアフラムシート６０１に印加される開閉圧力は、ダ
イアフラムシート６０４に印加される開閉圧力よりも小
さい。言い換えると、流路６１１，６１４のそれぞれ幅
は、ダイアフラムシート６０１，６０４のそれぞれの開
閉圧力が互いに異なるよう、設定されている。このよう
にして、印加圧力に応じて流路６１１，６１４の開閉状
態の複数の組み合せが実現される。

【０１１０】残りの流路６１７の幅は流路６１４の幅と
等しい。流路６１７に対向しているダイアフラムシート
６０７の厚さはダイアフラムシート６０１，６０４の厚
さよりも大きい。このため、ダイアフラムシート６０７
の開閉圧力はダイアフラムシート６０１，６０４の開閉
圧力よりも大きい。印加圧力に対する開閉状態の組み合
せは、第３の実施の形態と同様になる。詳細には、この
組み合せは、表１において「流路５１１、流路５１４、
流路５１７」を「流路６１１、流路６１４、流路６１
７」に置き換えて得られた表で表される。

【０１１１】尚、本発明は上述した実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

【０１１２】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
マイクロバルブには、ダイアフラムシートに対向する流
路の部分に突出部が設けられていないので、流路のこの
部分で流体抵抗が変わらず、また流体中の成分の一部が
ここに留まったり、マイクロバルブが詰まったりしな
い。また、流路の断面が矩形であってもリーク発生量が
少ない。また、流路の集積度が高い。また、分岐された
それぞれの流路に１つずつマイクロバルブを設けること
なく、流体を指定流路に導入できる。さらに、本マイク
ロバルブの製造方法を用いれば、以上のようなマイクロ
バルブを容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロバ
ルブの断面図であり、（Ａ）は塞がれていない状態の縦
断面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿って切断し
た横断面図、（Ｃ）は塞がれた状態の縦断面図、（Ｄ）
は（Ｃ）の１Ｄ−１Ｄ線に沿って切断した横断面図。

【図２】本発明の実施の形態における製造方法のそれぞ
れの工程を説明するための図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は
第１の基板の断面図、（Ｅ）〜（Ｇ）は第２の基板の断
面図、（Ｈ）は第３の基板の断面図。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の別の実施の形態にお
ける製造方法の工程を説明するための第２の基板の断面
図。

【図４】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態におけるマ
イクロバルブに用いられるダイアフラムシートの一例の
平面図、（Ｂ）はダイアフラムシートの別の例の平面
図。

【図５】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるマ
イクロバルブの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線
で切断した断面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態におけるマイクロバ
ルブの断面図。

【図７】従来のマイクロバルブの断面図。

【符号の説明】１００ダイアフラムシート層１０１ダイアフラムシート１０２中央部１０３周縁部１１０第１の基板、基礎基板１１１流路１１２対向面１１３，１１４交差面１２０第２の基板１２１孔１３０第３の基板１３１孔２１１高さ分布をもつ領域３０２高さ分布をもつ領域４０１ダイアフラムシート４０２第１の膜部４０３第２の膜部４０４第３の膜部４０５フレーム部４１１ダイアフラムシート４１２第４の膜部４１３第５の膜部４１５フレーム部５００ダイアフラムシート層５０１，５０４，５０７ダイアフラムシート５１０第１の基板５１１，５１４，５１７流路５２０第２の基板５２１孔５３０第３の基板５３１孔５４０流路６００ダイアフラムシート層６０１，６０４，６０７ダイアフラムシート６１１，６１４，６１７流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎基板と、この基礎基板に設けられた流路と、この流路の内壁の一部を形成しているダイアフラムシー
トと、このダイアフラムシートを上記流路の内側に向かって膨
らませて流路の内壁に押しつけ、ダイアフラムシートに
流路を塞がせる駆動手段と、を備えており、上記ダイアフラムシートは、膨らんだときの伸び分布を
ダイアフラムシートにわたって有しており、この伸び分
布は、ダイアフラムシートが膨らんで流路の内壁に押し
つけられたときに、ダイアフラムシートがこの押しつけ
られた内壁の形状に適合するよう、設定されていること
を特徴とするマイクロバルブ。
【請求項２】上記流路の内壁は、流路の長手方向に延
びており、上記ダイアフラムシートに対向している対向
面と、流路の長手方向に延びており、この対向面と交差
し、互いに対向する２つの交差面とを有しており、ダイアフラムシートの上記伸び分布は、ダイアフラムシ
ートが膨らんで流路の内壁に押しつけられたときに中央
部の伸びが周縁部の伸びよりも小さくなるよう、設定さ
れており、ダイアフラムシートが膨らんだとき、ダイアフラムシー
トの中央部が流路の対向面に押しつけられるとともに、
ダイアフラムシートの周縁部が流路の交差面に押しつけ
られることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバル
ブ。
【請求項３】上記ダイアフラムシートの中央部の厚さ
は、周縁部の厚さよりも大きく、上記ダイアフラムシー
トが膨らんで流路の内壁に押しつけられたときに中央部
の伸びは周縁部の伸びよりも小さくなることを特徴とす
る請求項２に記載のマイクロバルブ。
【請求項４】上記ダイアフラムシートの中央部のヤン
グ率は、周縁部のヤング率よりも大きく、上記ダイアフ
ラムシートが膨らんで流路の内壁に押しつけられたとき
に中央部の伸びは周縁部の伸びよりも小さくなることを
特徴とする請求項２に記載のマイクロバルブ。
【請求項５】上記ダイアフラムシートの中央部には、
補強シートが固定されており、上記ダイアフラムシート
が膨らんで流路の内壁に押しつけられたときに中央部の
伸びは周縁部の伸びよりも小さくなることを特徴とする
請求項２に記載のマイクロバルブ。
【請求項６】上記ダイアフラムシートは、フレーム部
と、このフレーム部の周りに広がっている膜部とを有し
ており、上記ダイアフラムシートが膨らんで流路の内壁に押しつ
けられたときに、フレーム部の伸びが膜部の伸びよりも
小さくなり、この結果ダイアフラムシートの形状が規定
されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバル
ブ。
【請求項７】上記フレーム部の厚さは、上記膜部の厚
さよりも大きく、上記ダイアフラムシートが膨らんで流
路の内壁に押しつけられたときに膜部の伸びはフレーム
部の伸びよりも大きくなることを特徴とする請求項６に
記載のマイクロバルブ。
【請求項８】上記フレーム部のヤング率は、上記膜部
のヤング率よりも大きく、上記ダイアフラムシートが膨
らんで流路の内壁に押しつけられたときに膜部の伸びは
フレーム部の伸びよりも大きくなることを特徴とする請
求項６に記載のマイクロバルブ。
【請求項９】上記フレーム部には、補強シートが固定
されており、上記ダイアフラムシートが膨らんで流路の
内壁に押しつけられたときに膜部の伸びはフレーム部の
伸びよりも大きくなることを特徴とする請求項６に記載
のマイクロバルブ。
【請求項１０】基礎基板と、この基礎基板上に設けられた溝状の複数の流路と、これらの流路を覆うよう上記基礎基板上に積層されてい
る１つのダイアフラムシート層と、上記複数の流路の内壁の一部をそれぞれ形成するととも
に、ダイアフラムシート層の一部をそれぞれそれぞれ形
成する複数のダイアフラムシートと、上記それぞれのダイアフラムシートに上記それぞれの流
路の外側から等しい圧力を印加し、それぞれのダイアフ
ラムシートをそれぞれの流路の内側に向かって膨らま
せ、それぞれのダイアフラムシートにそれぞれの流路を
塞がせる圧力印加手段と、を備えており、上記ダイアフラムシート層は、ダイアフラムシートを含
む部分にわたって圧力を印加されたときの伸び分布を有
しており、上記ダイアフラムシートは、所定の開閉圧力よりも大き
い圧力が印加されたときにそれぞれ流路を塞いだ状態に
なり、上記ダイアフラムシート層の上記伸び分布は、それぞれ
のダイアフラムシートのそれぞれの開閉圧力が互いに異
なるよう、設定されていることを特徴とするマイクロバ
ルブ。
【請求項１１】基礎基板と、この基礎基板上に設けられ、流体を流す溝状の複数の流
路と、これらの流路を覆うよう上記基礎基板上に積層されてい
る１つのダイアフラムシート層と、上記複数の流路の内壁の一部をそれぞれ形成するととも
に、ダイアフラムシート層の一部をそれぞれそれぞれ形
成する複数のダイアフラムシートと、上記それぞれのダイアフラムシートに上記それぞれの流
路の外側から等しい圧力を印加し、それぞれのダイアフ
ラムシートをそれぞれの流路の内側に向かって膨らま
せ、それぞれのダイアフラムシートにそれぞれの流路を
塞がせる圧力印加手段と、を備えており、上記それぞれのダイアフラムシートに面しているそれぞ
れの流路の部分の幅が互いに異なっており、上記ダイアフラムシートに所定の開閉圧力よりも大きい
圧力が印加されたとき、それぞれ流路に流体が流れなく
なり、上記複数の流路のそれぞれ幅は、それぞれのダイアフラ
ムシートのそれぞれの開閉圧力が互いに異なるよう、設
定されていることを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項１２】上記ダイアフラムシートは、有機膜を
含んでいることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれ
か１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項１３】上記圧力印加手段は、上記ダイアフラ
ムシートに空気圧を印加して、上記流路の内側に向かっ
て膨らませることを特徴とする請求項１乃至１２のいず
れか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項１４】上記ダイアフラムシートに面する上記
流路の表面は疎水性であることを特徴とする請求項１乃
至１３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項１５】上記ダイアフラムシートに面する上記
流路の表面は、ダイアフラムシートの当接力が小さいこ
とを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載
のマイクロバルブ。
【請求項１６】第１の基板を用意し、この第１の基板
上に溝状の流路を形成する流路形成工程と、第２の基板を用意する第２基板用意工程と、この第２の基板の表面にダイアフラムシート層を積層す
る積層工程と、上記第２の基板の一部を除去して、ダイアフラムシート
層とは反対側の第２の基板の表面からダイアフラムシー
ト層に至る孔を形成する工程であって、この孔に面する
ダイアフラムシート層の部分は、孔の周縁により保持さ
れたダイアフラムシートを形成するダイアフラムシート
形成工程と、上記ダイアフラムシートが流路を覆うよう、第１の基板
と第２の基板とを重ね合わせ、第１の基板と第２の基板
とを接合する接合工程と、を備えていることを特徴とするマイクロバルブの製造方
法。
【請求項１７】第２基板用意工程と積層工程との間
に、上記第２の基板の表面に高さ分布をもつ領域を形成
する高さ分布領域形成工程をさらに備えており、上記積層工程では、この高さ分布をもつ領域に積層され
たダイアフラムシート層の部分がこの領域の高さ分布に
応じた厚さ分布をもち、上記ダイアフラムシート形成工程では、孔は、ダイアフ
ラムシート層とは反対側の第２の基板の表面からダイア
フラムシート層の上記厚さ分布をもつ部分に至るよう、
形成され、厚さ分布をもつ部分は、孔の周縁により保持されたダイ
アフラムシートを形成することを特徴と請求項１６に記
載のマイクロバルブの製造方法。