JP2004358635A - マイクロバルブおよびその製造方法 - Google Patents
マイクロバルブおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004358635A JP2004358635A JP2003162621A JP2003162621A JP2004358635A JP 2004358635 A JP2004358635 A JP 2004358635A JP 2003162621 A JP2003162621 A JP 2003162621A JP 2003162621 A JP2003162621 A JP 2003162621A JP 2004358635 A JP2004358635 A JP 2004358635A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- microvalve
- flow path
- spherical shape
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
【課題】壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造をを有するマイクロバルブおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】支持部材内に形成される溝構造８と、溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０とから成る流路にバルブを接続して成るマイクロバルブであって、シリコンエラストマー薄膜１０に対向する前記バルブの壁面形状が球面形状７になっているマイクロバルブを製造する際には、基板１上に高粘性の光硬化性樹脂膜２を形成し、光硬化性樹脂膜２上に円形の貫通穴が形成された圧着基板３を載置し、圧着基板３の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった光硬化性樹脂膜２の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させ、前記前記球面形状が形成された基板１を鋳型としてレプリカを作製することにより、前記流路に接続されるバルブを形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】支持部材内に形成される溝構造８と、溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０とから成る流路にバルブを接続して成るマイクロバルブであって、シリコンエラストマー薄膜１０に対向する前記バルブの壁面形状が球面形状７になっているマイクロバルブを製造する際には、基板１上に高粘性の光硬化性樹脂膜２を形成し、光硬化性樹脂膜２上に円形の貫通穴が形成された圧着基板３を載置し、圧着基板３の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった光硬化性樹脂膜２の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させ、前記前記球面形状が形成された基板１を鋳型としてレプリカを作製することにより、前記流路に接続されるバルブを形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量流体試料の制御等に用いるマイクロバルブおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ加工技術を化学やバイオ分析に応用しようとする試みが盛んになってきており、分析に必要な流体の制御技術の１つとしてマイクロバルブやマイクロポンプの研究が行われている。このような従来技術としては、例えば、「マイクロポンプおよびマイクロバルブの製造方法」（特許文献１参照）、「バルブおよびそれを用いた半導体装置」（特許文献２参照）等がある。特許文献１記載の従来技術は、シリコン基板に微細加工を施し、アクチュエータとして圧電素子を用いて、ポンプ機能またはバルブ機能を発揮させるものであり、特許文献２記載の従来技術は、アクチュエータとして静電力を用いて、バルブ機能を発揮させるものである。
【０００３】
その他の従来技術としては、記憶合金をアクチュエータとしてバルブを構成した、Ｔｉｎｉ Ａｌｌｏｙ社の「ＭｉｃｒｏＶａｌｖｅ」（非特許文献１参照）や、熱膨張による空気圧（ｔｈｅｒｍｏｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を駆動源とした、Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のバルブ（非特許文献２参照）等の、種々のアクチュエータと組み合わせたマイクロバルブが提案されている。さらに、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＳｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ 等は、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成されたマイクロバルブ（非特許文献３参照）の研究を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１６６９号公報
【特許文献２】
特開平５−３０２６８４号公報
【非特許文献１】
Ｔｉｎｉ Ａｌｌｏｙ社、「ＭＩＣＲＯＶＡＬＶＥ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年５月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍａ−ｍｅｍｓ．ｃｏｍ／＞
【非特許文献２】
Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社、「Ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年５月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｄｗｏｏｄｍｉｃｒｏ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｈｔｍ＞
【非特許文献３】
Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ （Ｍ．Ａ．Ｕｎｇｅｒ， Ｈ．−Ｐ．Ｃｈｏｕ， Ｔ．Ｔｈｏｒｓｅｎ， Ａ．Ｓｃｈｅｒｅｒ， ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｑｕａｋｅ，“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｖａｌｖｅｓ ａｎｄ Ｐｕｍｐｓ ｂｙ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”， Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８８： １１３−１１６（２０００））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した種々のバルブに限らず、マイクロ加工技術を用いて製作された従来のバルブは、ダイヤフラムに相当する可塑性部材および流路間のシール性に問題があり、リークが生じやすいという欠点がある。例えば、エッチングにより溝を形成する場合には、その溝は比較的急峻な側壁を有するため、側壁部からのリークが生じやすくなる。その理由は、流路に複数のバルブを形成するためにはできるだけ単純な構造が望ましいことや、使用し得る材料が限定されるためである。一般に、ダイヤフラムは２次元的に平坦な形状であるため、ダイヤフラムを加圧変形させたときのシール性を向上させるためには、ダイヤフラムに対向する面はダイヤフラムの変形に対応する形状であることが望ましい。そのためには、例えばバルブのダイヤフラムに対向する面を球面形状とすることにより、前記対向する面とダイヤフラムの変形面との接触面積をできるだけ大きくする必要がある。しかし、マイクロ加工技術を用いてバルブを製作する場合には、３次元的に滑らかな球面形状を形成することが比較的困難であるばかりでなく、製作に多大な工数を要する場合が多い。
また、比較的簡単に球面形状を形成する方法として、レジストを円形にパターニングした後、加熱によりフローさせることにより球面形状を得る方法があるが、材料としてレジストを用いるため、型として使用するための強度が不十分になる。そのため、バルブに適した構造を想定した場合、実際の作製プロセスとの整合性等からバルブ壁面とダイヤフラムとの密着性が悪くなりやすくなり、リークの少ないバルブ構造を実現するのは困難である。
さらに、上述したＳｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ 等によるマイクロバルブは、シリコンエラストマーであるＰＤＭＳを用いて流路を半円筒に形成するので、比較的シール性の良いバルブ構造になっているが、曲面状の流路を加圧により密閉する構造を採用したため、流路の密閉に高い圧力を必要とするという問題がある。
【０００６】
本発明は、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することを第１の目的とする。
本発明は、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、支持部材と、該支持部材内に形成される溝構造と、該溝構造の開放端部を覆うように配置される弾性薄膜とから成る流路を形成するとともに、前記流路に接続されるバルブを形成して成るマイクロバルブであって、前記弾性薄膜に対向する前記バルブの壁面形状が、球面形状であることを特徴とする。
【０００８】
第１発明によれば、支持部材と、該支持部材内に形成される溝構造と、該溝構造の開放端部を覆うように配置される弾性薄膜とから成る流路を形成するとともに、前記流路に接続されるバルブを形成して成るマイクロバルブの、前記弾性薄膜に対向する前記バルブの壁面形状を球面形状としたため、前記弾性薄膜においてダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面との接触面積をできるだけ大きくすることが可能になり、良好なシール性が得られる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することができる。
【０００９】
前記球面形状は、半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さＨがＲ以下となる部分球面形状であることが、前記弾性薄膜におけるダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面との接触面積をできるだけ大きくする上で好ましい。
【００１０】
前記弾性薄膜の厚さは、０．１μｍ〜１００μｍであることが、前記弾性薄膜をダイヤフラムとして機能させる上で好ましい。
【００１１】
前記支持部材の前記バルブに対応する部分に貫通穴を形成し、該貫通穴を介して前記弾性薄膜を加圧するようにするのが、前記弾性薄膜を加圧してダイヤフラムとして機能させる構造を実現する上で好ましい。
【００１２】
前記弾性薄膜を加圧する際に、気体や液体を介して加圧するようにするのが、前記弾性薄膜を加圧してダイヤフラムとして機能させる構造を実現する上で好ましい。
【００１３】
前記バルブの直径は、前記流路の幅の２倍以上１０倍以下であり、前記バルブの球面形状の高さＨは、前記流路の高さと同等以上１００倍以下であることが、所望のバルブ機能の確保とバルブの製造性の確保とを両立させる上で好ましい。
【００１４】
上記第２の目的を達成するため、請求項７に記載の第２発明は、支持部材内に形成される流路にバルブを接続して成るマイクロバルブを製造するマイクロバルブの製造方法であって、基板上に粘性流体を塗布して粘性流体膜を形成する工程と、前記粘性流体膜上に円形の貫通穴が形成された圧着基板を載置する工程と、前記圧着基板の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった粘性流体の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させる工程と、前記前記球面形状が形成された基板を鋳型としてレプリカを作製する工程と、を順次行うことにより、前記流路に接続されるバルブを形成することを特徴とする。
【００１５】
第２発明によれば、基板内に形成される流路にバルブを接続して成るマイクロバルブを製造するに際し、まず、基板上に粘性流体を塗布して粘性流体膜を形成し、次に、前記粘性流体膜上に円形の貫通穴が形成された圧着基板を載置し、次に、前記圧着基板の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった粘性流体の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させ、次に、前記前記球面形状が形成された基板を鋳型としてレプリカを作製することにより、前記流路に接続されるバルブを形成するから、前記粘性流体膜に対向する前記バルブの壁面形状を球面形状とすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することができる。
【００１６】
前記粘性流体の粘度は、２０００ｃｐ〜２００００ｃｐであることが、前記球面形状を形成するとともにスピンコートを可能にする上で好ましい。
【００１７】
前記粘性流体は、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂から成ることが、前記球面形状を硬化させて固定することにより所望の球面形状を得る上で好ましい。
【００１８】
前記基板は、剛性金属またはプラスチックから成ることが、鋳型としてレプリカを作製する上で好ましい
【００１９】
前記圧着基板に、前記円形の貫通穴の中心を通るように前記流路に相当する打ち抜き溝を予め形成しておくことが、前記球面形状および前記流路の一体化構造を形成する上で好ましい。
【００２０】
前記球面形状が形成された基板に、光感応性樹脂を用いたリソグラフィにより前記流路を追加形成することが、前記球面形状および前記流路の一体化構造を形成する上で好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｈ）および図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。本実施形態においてマイクロバルブを製造する際には、まず、図１（ａ）に示すように、基板１上に粘性流体である高粘性の光硬化性樹脂２をスピンコートして粘性流体膜を形成する。上記において、基板１として、ガラス基板またはシリコン基板を用いるものとする。なお、上記粘性流体としては、光硬化性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２２】
次に、粘性流体膜を形成した基板１上に、図１（ｂ）に示すように、円形の貫通穴（スルーホール）を形成した圧着基板３を載置する。暫くすると、基板１の自重により光硬化性樹脂２が貫通穴部分から上に盛り上がってきて、図１（ｃ）に示すようになる。このとき、盛り上がった光硬化性樹脂の表面は表面張力により球面形状４となるが、この球面形状は、粘性により一時的に保持されることになる。このときの状態を上から見ると、図１（ｄ）に示すようになる。このようにして球面形状４が形成された状態において、紫外線を照射することにより光硬化性樹脂２を光硬化させ、球面形状４を固定する。
【００２３】
次に、図１（ｅ）に示すように、圧着基板３上に厚膜レジスト５をスピンコートする。次に、図１（ｆ）に示すように、厚膜レジスト５をリソグラフィにより細長い形状に整形して溝構造６を形成する。この溝構造６を上から見たときの状態は図１（ｇ）に示すようになり、溝構造６の中心が球面形状４の中心を通過するようになっている。この図１（ｆ）に示す構造は、以下において鋳型として用いられることになる。
【００２４】
次に、上記のようにして形成された鋳型を図示しない容器に入れて図１（ｈ）に示すようにシリコン樹脂を注入して硬化させると、図２（ａ）に示すような、バルブに相当する球面形状７と溝構造８とを有するシリコンエラストマー９が形成され、シリコンエラストマー９は球面形状７および溝構造８の一体構造の支持部材となる。このときの状態を下から上に向かって見ると、図２（ｂ）に示すようになる。なお、本実施形態では型取りにシリコンエラストマーを用いているが、成形性の良い材料であれば他の材料を用いてもよい。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、ダイヤフラムとなる弾性薄膜であるシリコンエラストマー薄膜１０が表面に形成されるとともに球面形状７に対応する部分に貫通穴（スルーホール）が形成された支持基板１１を、シリコンエラストマー９の下面に位置合わせする。その後、両者を張り合わせると、図２（ｄ）に示すようになる。最後に、図２（ｅ）に示すように、加圧用エアーを導入するための導入管となるジョイント１２を上記貫通穴に嵌め込んで張り付ける。以上により、溝構造８と、溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０とから成る流路と、球面形状７と、球面形状７の下部に位置するシリコンエラストマー薄膜１０およびジョイント１２とから成るバルブとを備えるマイクロバルブが製造される。なお、このマイクロバルブは、支持基盤１１の貫通穴を介して、気体または液体を介してシリコンエラストマー薄膜１０を加圧することにより、シリコンエラストマー薄膜１０を前記弾性薄膜をダイヤフラムとして機能させる構造になっている。
【００２６】
上記高粘性の光硬化性樹脂２としては、ＳＵ−８（日本マクダーミット製、商品名）、ＤＥＮＡＯＰＴＯ（長瀬産業、商品名）、デソライト（（株）ディーメック製、商品名）、ラックストラック（東亞合成化学製、商品名）等の種々のものを使用することができるが、球面形状を得るためには粘度が２０００ｃｐ以上のものが好適であり、スピンコートを行うことができるためには粘度が２００００ｃｐ以下のものが好適である。結局、光硬化性樹脂２としては、粘度が２０００ｃｐ〜２００００ｃｐのものを用いることが好ましい。
【００２７】
上記プロセスによって形成される球面形状は、例えば図３に示すようになる。図３は、実際に形成した球面形状のＳＥＭ写真を模式的に表わしたものであり、この図３から明らかなように、種々のサイズの球面形状を形成することが可能である。具体的には、コーティング膜厚は、図４に例示するように、高粘性の光硬化性樹脂２のスピンコーティング回転数を変化させることによって調節可能であり、球面形状の直径は、圧着基板３に形成する円形の貫通穴の直径を変化させることによって調節可能であり、球面形状の高さ（半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さ）および直径の関係は、図５に例示するようになるので、球面形状の曲率（球面形状の高さおよび直径から演算により求めることができる）は、基板１に塗布する光硬化性樹脂２の厚さによって調節可能である。
【００２８】
また、上記プロセスでは、バルブとなる曲面形状７に連結される溝構造８は、フォトリソグラフィー可能なＳＵ−８等の硬度のある厚膜レジスト５を用いて製作するものとするが、貫通穴を形成した基板３に溝構造８に対応する溝加工を予め施しておくことにより、曲面形状７および溝構造８を一体的に形成するようにすることも可能である。
【００２９】
また、上記プロセスでは、シリコン樹脂を用いて型取りするようにしたが、信越シリコーン、東芝・ダウコーニング・シリコーン等から販売されているＲＴＶ、ＬＴＶゴムを利用することもできる。また、上記プロセスでは、ダイヤフラムとなる弾性薄膜としてシリコンエラストマー薄膜を用いたが、弾性部材に限定されることはなく、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、アクリル等の比較的硬度のある材料も使用可能である。
【００３０】
また、上記プロセスにおいて、バルブに相当する球面形状７の直径は、シリコン薄膜１０を球面形状７に密着させるためには連通する流路の２倍以上必要であるが、流路の幅と球面の直径との差が大き過ぎるとバルブのマイクロ化のメリットがなくなって、集積化にも不都合が生じるので、好適には１０倍以下が望ましい。結局、バルブの直径は、流路の幅の２倍以上１０倍以下が好適である。
同様に、球面形状７の高さ（半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さ）と流路の高さとの関係についても、バルブ機能を発揮させるためには球面形状７の高さは流路の高さ以上とする必要があり、高さの差を大きくするにつれて流路の幅に対し球面の直径が増大するので、１００倍以下が望ましい。結局、バルブの球面形状の高さは、流路の高さと同等以上１００倍以下であるのが好適である。
【００３１】
また、上記プロセスにおいて、弾性薄膜であるシリコンエラストマー薄膜１０の厚さは、バルブのサイズや耐圧に応じて設定されるが、０．１μｍ〜１００μｍであるのが好適である。
また、上記プロセスにおいて、薄膜の形成にはスピンコーティングを用いているが、数十μｍ以上の膜厚を用いる場合であれば、始めから膜状に成型されたシリコン薄膜を用いてもよい。また、薄膜は、ダイヤフラムとして用いるので弾性が必要であるが、シリコン樹脂に限定されることはなく、天然ゴム、ブチルゴム、ポリブタジエンゴム等の材料も使用可能である。
また、上記プロセスにおいて、ジョイント１２は最後に基板に貼り付けるようにしたが、シリコン薄膜１０を貼り付けたジョイント１２をシリコンエラストマー７に重ね、溝をシールした後にシリコン樹脂をポッティングすることにより、一体的に形成することも可能である。
【００３２】
本実施形態のマイクロバルブの製造方法によれば、シリコンエラストマー９内に、溝構造８および溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０から成る流路を形成し、壁面形状を球面形状７としたバルブを前記流路に接続して成るマイクロバルブを製造するから、バルブのダイヤフラムに相当する部分が球面形状になる。そのため、シリコンエラストマー薄膜１０においてダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面（すなわち球面形状７）との接触面積をできるだけ大きくすることが可能になるので、良好なシール性が得られ、バルブ開閉時のデッドボリュームを最小限にすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することができる。また、上記図１（ａ）〜（ｆ）のようにして、簡単にバルブの壁面となる球面形状を形成してそれを型として用いることにより、シリコンエラストマー薄膜１０においてダイヤフラムの変形面に相当する部分に対向するバルブの壁面形状を球面形状とすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することができる。
【００３３】
図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって製作したマイクロバルブを模式的に示す斜視図および（ａ）のＡ−Ａ断面図である。このマイクロバルブは、図６（ａ）に示すように、液体の注入または排出に使用する４個のジョイント１３が図示実線のように基板表面に配置されて硬化型シリコン樹脂で固定されるとともに、基板裏面にはダイヤフラム１５を駆動するための圧縮空気を送り込むための３個のジョイント１４が図示点線のように配置されて硬化型シリコン樹脂で固定されている。図６（ｂ）は、ジョイント１４を介して加圧されたダイヤフラム１５が変形してバルブが閉じた状態を示している。なお、上記においては、ジョイントを硬化型シリコン樹脂で固定するようにしているが、バルブ部に相当する部分を打ち抜いた基板をバルブ部に張り合わせるようにしてもよい。
【００３４】
上記マイクロバルブにおいて採用した「壁面が球面形状になったバルブと流路とを一体化したバルブ構造」においては、ダイヤフラムはシリコン樹脂薄膜によって形成されているので、変形に必要とする力は極めて少ない力で済む。したがって、このバルブ構造においてバルブを閉じるのに必要な力は、流路内に流す流体に掛かっている圧力を僅かに越える程度の力で十分である。また、薄膜と対向する壁面の形状が球面形状であるため、薄膜の変形時に無理な力が掛かることはなく、スムーズな閉動作が実現可能である。したがって、最小限の加圧力により安定したバルブ動作およびリークを極力低減した動作が可能になる。さらに、バルブ部を隙間なく閉鎖することができるので、デッドボリュームをほとんど０にすることも可能である。
【００３５】
なお、上記第１実施形態では、本発明方法をマイクロバルブの製造に用いた例を示したが、上述した製造方法によって複数のマイクロバルブを所定の位置に配置する構造を製造することにより、本発明方法をマイクロポンプの製造に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。
【図３】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状のＳＥＭ写真を模式的に表わした図である。
【図４】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状における、コーティング膜厚とスピンコーティング回転数との関係を例示する図である。
【図５】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状における、球面形状の高さおよび球面形状の直径の関係を例示する図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって製作したマイクロバルブを模式的に示す斜視図および（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 高粘性の光硬化性樹脂（粘性流体）
３ 圧着基板
４ 球面形状
５ 厚膜レジスト（光感応性樹脂）
６ 溝構造
７ 球面形状
８ 溝構造
９ シリコンエラストマー
１０ シリコンエラストマー薄膜（弾性薄膜）
１１ 支持基板
１２ ジョイント
１３，１４ ジョイント
１５ ダイヤフラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量流体試料の制御等に用いるマイクロバルブおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ加工技術を化学やバイオ分析に応用しようとする試みが盛んになってきており、分析に必要な流体の制御技術の１つとしてマイクロバルブやマイクロポンプの研究が行われている。このような従来技術としては、例えば、「マイクロポンプおよびマイクロバルブの製造方法」（特許文献１参照）、「バルブおよびそれを用いた半導体装置」（特許文献２参照）等がある。特許文献１記載の従来技術は、シリコン基板に微細加工を施し、アクチュエータとして圧電素子を用いて、ポンプ機能またはバルブ機能を発揮させるものであり、特許文献２記載の従来技術は、アクチュエータとして静電力を用いて、バルブ機能を発揮させるものである。
【０００３】
その他の従来技術としては、記憶合金をアクチュエータとしてバルブを構成した、Ｔｉｎｉ Ａｌｌｏｙ社の「ＭｉｃｒｏＶａｌｖｅ」（非特許文献１参照）や、熱膨張による空気圧（ｔｈｅｒｍｏｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を駆動源とした、Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のバルブ（非特許文献２参照）等の、種々のアクチュエータと組み合わせたマイクロバルブが提案されている。さらに、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＳｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ 等は、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成されたマイクロバルブ（非特許文献３参照）の研究を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１６６９号公報
【特許文献２】
特開平５−３０２６８４号公報
【非特許文献１】
Ｔｉｎｉ Ａｌｌｏｙ社、「ＭＩＣＲＯＶＡＬＶＥ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年５月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍａ−ｍｅｍｓ．ｃｏｍ／＞
【非特許文献２】
Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社、「Ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年５月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｄｗｏｏｄｍｉｃｒｏ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｈｔｍ＞
【非特許文献３】
Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ （Ｍ．Ａ．Ｕｎｇｅｒ， Ｈ．−Ｐ．Ｃｈｏｕ， Ｔ．Ｔｈｏｒｓｅｎ， Ａ．Ｓｃｈｅｒｅｒ， ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｑｕａｋｅ，“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｖａｌｖｅｓ ａｎｄ Ｐｕｍｐｓ ｂｙ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｓｏｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”， Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８８： １１３−１１６（２０００））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した種々のバルブに限らず、マイクロ加工技術を用いて製作された従来のバルブは、ダイヤフラムに相当する可塑性部材および流路間のシール性に問題があり、リークが生じやすいという欠点がある。例えば、エッチングにより溝を形成する場合には、その溝は比較的急峻な側壁を有するため、側壁部からのリークが生じやすくなる。その理由は、流路に複数のバルブを形成するためにはできるだけ単純な構造が望ましいことや、使用し得る材料が限定されるためである。一般に、ダイヤフラムは２次元的に平坦な形状であるため、ダイヤフラムを加圧変形させたときのシール性を向上させるためには、ダイヤフラムに対向する面はダイヤフラムの変形に対応する形状であることが望ましい。そのためには、例えばバルブのダイヤフラムに対向する面を球面形状とすることにより、前記対向する面とダイヤフラムの変形面との接触面積をできるだけ大きくする必要がある。しかし、マイクロ加工技術を用いてバルブを製作する場合には、３次元的に滑らかな球面形状を形成することが比較的困難であるばかりでなく、製作に多大な工数を要する場合が多い。
また、比較的簡単に球面形状を形成する方法として、レジストを円形にパターニングした後、加熱によりフローさせることにより球面形状を得る方法があるが、材料としてレジストを用いるため、型として使用するための強度が不十分になる。そのため、バルブに適した構造を想定した場合、実際の作製プロセスとの整合性等からバルブ壁面とダイヤフラムとの密着性が悪くなりやすくなり、リークの少ないバルブ構造を実現するのは困難である。
さらに、上述したＳｔｅｐｈｅｎ Ｑｕａｋｅ 等によるマイクロバルブは、シリコンエラストマーであるＰＤＭＳを用いて流路を半円筒に形成するので、比較的シール性の良いバルブ構造になっているが、曲面状の流路を加圧により密閉する構造を採用したため、流路の密閉に高い圧力を必要とするという問題がある。
【０００６】
本発明は、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することを第１の目的とする。
本発明は、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、支持部材と、該支持部材内に形成される溝構造と、該溝構造の開放端部を覆うように配置される弾性薄膜とから成る流路を形成するとともに、前記流路に接続されるバルブを形成して成るマイクロバルブであって、前記弾性薄膜に対向する前記バルブの壁面形状が、球面形状であることを特徴とする。
【０００８】
第１発明によれば、支持部材と、該支持部材内に形成される溝構造と、該溝構造の開放端部を覆うように配置される弾性薄膜とから成る流路を形成するとともに、前記流路に接続されるバルブを形成して成るマイクロバルブの、前記弾性薄膜に対向する前記バルブの壁面形状を球面形状としたため、前記弾性薄膜においてダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面との接触面積をできるだけ大きくすることが可能になり、良好なシール性が得られる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することができる。
【０００９】
前記球面形状は、半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さＨがＲ以下となる部分球面形状であることが、前記弾性薄膜におけるダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面との接触面積をできるだけ大きくする上で好ましい。
【００１０】
前記弾性薄膜の厚さは、０．１μｍ〜１００μｍであることが、前記弾性薄膜をダイヤフラムとして機能させる上で好ましい。
【００１１】
前記支持部材の前記バルブに対応する部分に貫通穴を形成し、該貫通穴を介して前記弾性薄膜を加圧するようにするのが、前記弾性薄膜を加圧してダイヤフラムとして機能させる構造を実現する上で好ましい。
【００１２】
前記弾性薄膜を加圧する際に、気体や液体を介して加圧するようにするのが、前記弾性薄膜を加圧してダイヤフラムとして機能させる構造を実現する上で好ましい。
【００１３】
前記バルブの直径は、前記流路の幅の２倍以上１０倍以下であり、前記バルブの球面形状の高さＨは、前記流路の高さと同等以上１００倍以下であることが、所望のバルブ機能の確保とバルブの製造性の確保とを両立させる上で好ましい。
【００１４】
上記第２の目的を達成するため、請求項７に記載の第２発明は、支持部材内に形成される流路にバルブを接続して成るマイクロバルブを製造するマイクロバルブの製造方法であって、基板上に粘性流体を塗布して粘性流体膜を形成する工程と、前記粘性流体膜上に円形の貫通穴が形成された圧着基板を載置する工程と、前記圧着基板の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった粘性流体の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させる工程と、前記前記球面形状が形成された基板を鋳型としてレプリカを作製する工程と、を順次行うことにより、前記流路に接続されるバルブを形成することを特徴とする。
【００１５】
第２発明によれば、基板内に形成される流路にバルブを接続して成るマイクロバルブを製造するに際し、まず、基板上に粘性流体を塗布して粘性流体膜を形成し、次に、前記粘性流体膜上に円形の貫通穴が形成された圧着基板を載置し、次に、前記圧着基板の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった粘性流体の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させ、次に、前記前記球面形状が形成された基板を鋳型としてレプリカを作製することにより、前記流路に接続されるバルブを形成するから、前記粘性流体膜に対向する前記バルブの壁面形状を球面形状とすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することができる。
【００１６】
前記粘性流体の粘度は、２０００ｃｐ〜２００００ｃｐであることが、前記球面形状を形成するとともにスピンコートを可能にする上で好ましい。
【００１７】
前記粘性流体は、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂から成ることが、前記球面形状を硬化させて固定することにより所望の球面形状を得る上で好ましい。
【００１８】
前記基板は、剛性金属またはプラスチックから成ることが、鋳型としてレプリカを作製する上で好ましい
【００１９】
前記圧着基板に、前記円形の貫通穴の中心を通るように前記流路に相当する打ち抜き溝を予め形成しておくことが、前記球面形状および前記流路の一体化構造を形成する上で好ましい。
【００２０】
前記球面形状が形成された基板に、光感応性樹脂を用いたリソグラフィにより前記流路を追加形成することが、前記球面形状および前記流路の一体化構造を形成する上で好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｈ）および図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。本実施形態においてマイクロバルブを製造する際には、まず、図１（ａ）に示すように、基板１上に粘性流体である高粘性の光硬化性樹脂２をスピンコートして粘性流体膜を形成する。上記において、基板１として、ガラス基板またはシリコン基板を用いるものとする。なお、上記粘性流体としては、光硬化性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２２】
次に、粘性流体膜を形成した基板１上に、図１（ｂ）に示すように、円形の貫通穴（スルーホール）を形成した圧着基板３を載置する。暫くすると、基板１の自重により光硬化性樹脂２が貫通穴部分から上に盛り上がってきて、図１（ｃ）に示すようになる。このとき、盛り上がった光硬化性樹脂の表面は表面張力により球面形状４となるが、この球面形状は、粘性により一時的に保持されることになる。このときの状態を上から見ると、図１（ｄ）に示すようになる。このようにして球面形状４が形成された状態において、紫外線を照射することにより光硬化性樹脂２を光硬化させ、球面形状４を固定する。
【００２３】
次に、図１（ｅ）に示すように、圧着基板３上に厚膜レジスト５をスピンコートする。次に、図１（ｆ）に示すように、厚膜レジスト５をリソグラフィにより細長い形状に整形して溝構造６を形成する。この溝構造６を上から見たときの状態は図１（ｇ）に示すようになり、溝構造６の中心が球面形状４の中心を通過するようになっている。この図１（ｆ）に示す構造は、以下において鋳型として用いられることになる。
【００２４】
次に、上記のようにして形成された鋳型を図示しない容器に入れて図１（ｈ）に示すようにシリコン樹脂を注入して硬化させると、図２（ａ）に示すような、バルブに相当する球面形状７と溝構造８とを有するシリコンエラストマー９が形成され、シリコンエラストマー９は球面形状７および溝構造８の一体構造の支持部材となる。このときの状態を下から上に向かって見ると、図２（ｂ）に示すようになる。なお、本実施形態では型取りにシリコンエラストマーを用いているが、成形性の良い材料であれば他の材料を用いてもよい。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、ダイヤフラムとなる弾性薄膜であるシリコンエラストマー薄膜１０が表面に形成されるとともに球面形状７に対応する部分に貫通穴（スルーホール）が形成された支持基板１１を、シリコンエラストマー９の下面に位置合わせする。その後、両者を張り合わせると、図２（ｄ）に示すようになる。最後に、図２（ｅ）に示すように、加圧用エアーを導入するための導入管となるジョイント１２を上記貫通穴に嵌め込んで張り付ける。以上により、溝構造８と、溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０とから成る流路と、球面形状７と、球面形状７の下部に位置するシリコンエラストマー薄膜１０およびジョイント１２とから成るバルブとを備えるマイクロバルブが製造される。なお、このマイクロバルブは、支持基盤１１の貫通穴を介して、気体または液体を介してシリコンエラストマー薄膜１０を加圧することにより、シリコンエラストマー薄膜１０を前記弾性薄膜をダイヤフラムとして機能させる構造になっている。
【００２６】
上記高粘性の光硬化性樹脂２としては、ＳＵ−８（日本マクダーミット製、商品名）、ＤＥＮＡＯＰＴＯ（長瀬産業、商品名）、デソライト（（株）ディーメック製、商品名）、ラックストラック（東亞合成化学製、商品名）等の種々のものを使用することができるが、球面形状を得るためには粘度が２０００ｃｐ以上のものが好適であり、スピンコートを行うことができるためには粘度が２００００ｃｐ以下のものが好適である。結局、光硬化性樹脂２としては、粘度が２０００ｃｐ〜２００００ｃｐのものを用いることが好ましい。
【００２７】
上記プロセスによって形成される球面形状は、例えば図３に示すようになる。図３は、実際に形成した球面形状のＳＥＭ写真を模式的に表わしたものであり、この図３から明らかなように、種々のサイズの球面形状を形成することが可能である。具体的には、コーティング膜厚は、図４に例示するように、高粘性の光硬化性樹脂２のスピンコーティング回転数を変化させることによって調節可能であり、球面形状の直径は、圧着基板３に形成する円形の貫通穴の直径を変化させることによって調節可能であり、球面形状の高さ（半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さ）および直径の関係は、図５に例示するようになるので、球面形状の曲率（球面形状の高さおよび直径から演算により求めることができる）は、基板１に塗布する光硬化性樹脂２の厚さによって調節可能である。
【００２８】
また、上記プロセスでは、バルブとなる曲面形状７に連結される溝構造８は、フォトリソグラフィー可能なＳＵ−８等の硬度のある厚膜レジスト５を用いて製作するものとするが、貫通穴を形成した基板３に溝構造８に対応する溝加工を予め施しておくことにより、曲面形状７および溝構造８を一体的に形成するようにすることも可能である。
【００２９】
また、上記プロセスでは、シリコン樹脂を用いて型取りするようにしたが、信越シリコーン、東芝・ダウコーニング・シリコーン等から販売されているＲＴＶ、ＬＴＶゴムを利用することもできる。また、上記プロセスでは、ダイヤフラムとなる弾性薄膜としてシリコンエラストマー薄膜を用いたが、弾性部材に限定されることはなく、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、アクリル等の比較的硬度のある材料も使用可能である。
【００３０】
また、上記プロセスにおいて、バルブに相当する球面形状７の直径は、シリコン薄膜１０を球面形状７に密着させるためには連通する流路の２倍以上必要であるが、流路の幅と球面の直径との差が大き過ぎるとバルブのマイクロ化のメリットがなくなって、集積化にも不都合が生じるので、好適には１０倍以下が望ましい。結局、バルブの直径は、流路の幅の２倍以上１０倍以下が好適である。
同様に、球面形状７の高さ（半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さ）と流路の高さとの関係についても、バルブ機能を発揮させるためには球面形状７の高さは流路の高さ以上とする必要があり、高さの差を大きくするにつれて流路の幅に対し球面の直径が増大するので、１００倍以下が望ましい。結局、バルブの球面形状の高さは、流路の高さと同等以上１００倍以下であるのが好適である。
【００３１】
また、上記プロセスにおいて、弾性薄膜であるシリコンエラストマー薄膜１０の厚さは、バルブのサイズや耐圧に応じて設定されるが、０．１μｍ〜１００μｍであるのが好適である。
また、上記プロセスにおいて、薄膜の形成にはスピンコーティングを用いているが、数十μｍ以上の膜厚を用いる場合であれば、始めから膜状に成型されたシリコン薄膜を用いてもよい。また、薄膜は、ダイヤフラムとして用いるので弾性が必要であるが、シリコン樹脂に限定されることはなく、天然ゴム、ブチルゴム、ポリブタジエンゴム等の材料も使用可能である。
また、上記プロセスにおいて、ジョイント１２は最後に基板に貼り付けるようにしたが、シリコン薄膜１０を貼り付けたジョイント１２をシリコンエラストマー７に重ね、溝をシールした後にシリコン樹脂をポッティングすることにより、一体的に形成することも可能である。
【００３２】
本実施形態のマイクロバルブの製造方法によれば、シリコンエラストマー９内に、溝構造８および溝構造８の開放端部を覆うように配置されるシリコンエラストマー薄膜１０から成る流路を形成し、壁面形状を球面形状７としたバルブを前記流路に接続して成るマイクロバルブを製造するから、バルブのダイヤフラムに相当する部分が球面形状になる。そのため、シリコンエラストマー薄膜１０においてダイヤフラムの変形面に相当する部分と、その部分に対向する前記バルブの壁面（すなわち球面形状７）との接触面積をできるだけ大きくすることが可能になるので、良好なシール性が得られ、バルブ開閉時のデッドボリュームを最小限にすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を有するマイクロバルブを提供することができる。また、上記図１（ａ）〜（ｆ）のようにして、簡単にバルブの壁面となる球面形状を形成してそれを型として用いることにより、シリコンエラストマー薄膜１０においてダイヤフラムの変形面に相当する部分に対向するバルブの壁面形状を球面形状とすることができる。したがって、壁面が球面形状になっているリークの少ないバルブと流路との一体化構造を簡単に製造し得るマイクロバルブの製造方法を提供することができる。
【００３３】
図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって製作したマイクロバルブを模式的に示す斜視図および（ａ）のＡ−Ａ断面図である。このマイクロバルブは、図６（ａ）に示すように、液体の注入または排出に使用する４個のジョイント１３が図示実線のように基板表面に配置されて硬化型シリコン樹脂で固定されるとともに、基板裏面にはダイヤフラム１５を駆動するための圧縮空気を送り込むための３個のジョイント１４が図示点線のように配置されて硬化型シリコン樹脂で固定されている。図６（ｂ）は、ジョイント１４を介して加圧されたダイヤフラム１５が変形してバルブが閉じた状態を示している。なお、上記においては、ジョイントを硬化型シリコン樹脂で固定するようにしているが、バルブ部に相当する部分を打ち抜いた基板をバルブ部に張り合わせるようにしてもよい。
【００３４】
上記マイクロバルブにおいて採用した「壁面が球面形状になったバルブと流路とを一体化したバルブ構造」においては、ダイヤフラムはシリコン樹脂薄膜によって形成されているので、変形に必要とする力は極めて少ない力で済む。したがって、このバルブ構造においてバルブを閉じるのに必要な力は、流路内に流す流体に掛かっている圧力を僅かに越える程度の力で十分である。また、薄膜と対向する壁面の形状が球面形状であるため、薄膜の変形時に無理な力が掛かることはなく、スムーズな閉動作が実現可能である。したがって、最小限の加圧力により安定したバルブ動作およびリークを極力低減した動作が可能になる。さらに、バルブ部を隙間なく閉鎖することができるので、デッドボリュームをほとんど０にすることも可能である。
【００３５】
なお、上記第１実施形態では、本発明方法をマイクロバルブの製造に用いた例を示したが、上述した製造方法によって複数のマイクロバルブを所定の位置に配置する構造を製造することにより、本発明方法をマイクロポンプの製造に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態のマイクロバルブの製造方法を説明するための図である。
【図３】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状のＳＥＭ写真を模式的に表わした図である。
【図４】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状における、コーティング膜厚とスピンコーティング回転数との関係を例示する図である。
【図５】第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって形成される球面形状における、球面形状の高さおよび球面形状の直径の関係を例示する図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１実施形態のマイクロバルブの製造方法によって製作したマイクロバルブを模式的に示す斜視図および（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 高粘性の光硬化性樹脂（粘性流体）
３ 圧着基板
４ 球面形状
５ 厚膜レジスト（光感応性樹脂）
６ 溝構造
７ 球面形状
８ 溝構造
９ シリコンエラストマー
１０ シリコンエラストマー薄膜（弾性薄膜）
１１ 支持基板
１２ ジョイント
１３，１４ ジョイント
１５ ダイヤフラム
Claims (12)
- 支持部材と、該支持部材内に形成される溝構造と、該溝構造の開放端部を覆うように配置される弾性薄膜とから成る流路を形成するとともに、前記流路に接続されるバルブを形成して成るマイクロバルブであって、
前記弾性薄膜に対向する前記バルブの壁面形状が、球面形状であることを特徴とするマイクロバルブ。 - 前記球面形状は、半径Ｒの球を１つの平面で切断したときの前記平面から頂点までの高さＨがＲ以下となる部分球面形状であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。
- 前記弾性薄膜の厚さは、０．１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロバルブ。
- 前記支持部材の前記バルブに対応する部分に貫通穴を形成し、該貫通穴を介して前記弾性薄膜を加圧するようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のマイクロバルブ。
- 前記弾性薄膜を加圧する際に、気体や液体を介して加圧するようにしたことを特徴とする請求項４記載のマイクロバルブ。
- 前記バルブの直径は、前記流路の幅の２倍以上１０倍以下であり、前記バルブの球面形状の高さＨは、前記流路の高さと同等以上１００倍以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のマイクロバルブ。
- 支持部材内に形成される流路にバルブを接続して成るマイクロバルブを製造するマイクロバルブの製造方法であって、
基板上に粘性流体を塗布して粘性流体膜を形成する工程と、
前記粘性流体膜上に円形の貫通穴が形成された圧着基板を載置する工程と、
前記圧着基板の自重により前記円形の貫通穴から盛り上がった粘性流体の表面が表面張力により球面形状になった後に硬化させる工程と、
前記前記球面形状が形成された基板を鋳型としてレプリカを作製する工程と、を順次行うことにより、前記流路に接続されるバルブを形成することを特徴とするマイクロバルブの製造方法。 - 前記粘性流体の粘度は、２０００ｃｐ〜２００００ｃｐであることを特徴とする請求項７記載のマイクロバルブの製造方法。
- 前記粘性流体は、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂から成ることを特徴とする請求項７または８記載のマイクロバルブの製造方法。
- 前記基板は、剛性金属またはプラスチックから成ることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項記載のマイクロバルブの製造方法。
- 前記圧着基板に、前記円形の貫通穴の中心を通るように前記流路に相当する打ち抜き溝を予め形成しておくことを特徴とする請求項７記載のマイクロバルブの製造方法。
- 前記球面形状が形成された基板に、光感応性樹脂を用いたリソグラフィにより前記流路を追加形成することを特徴とする請求項７記載のマイクロバルブの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003162621A JP2004358635A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | マイクロバルブおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003162621A JP2004358635A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | マイクロバルブおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004358635A true JP2004358635A (ja) | 2004-12-24 |
Family
ID=34054713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003162621A Pending JP2004358635A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | マイクロバルブおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004358635A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016006615A1 (ja) * | 2014-07-07 | 2016-01-14 | 国立大学法人東京大学 | バルブ、流体デバイス、流体制御方法及びバルブの製造方法 |
| CN113251208A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种气控两位三通阀 |
-
2003
- 2003-06-06 JP JP2003162621A patent/JP2004358635A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016006615A1 (ja) * | 2014-07-07 | 2016-01-14 | 国立大学法人東京大学 | バルブ、流体デバイス、流体制御方法及びバルブの製造方法 |
| CN113251208A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种气控两位三通阀 |
| CN113251208B (zh) * | 2021-05-13 | 2022-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种气控两位三通阀 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7291512B2 (en) | Electrostatic/electrostrictive actuation of elastomer structures using compliant electrodes | |
| JP4248238B2 (ja) | マイクロ流体システム用の弁およびポンプならびにマイクロ流体システムを作製するための方法 | |
| US8585013B2 (en) | Magnetic microvalve using metal ball and method of manufacturing the same | |
| CA2378190C (en) | Microfabricated elastomeric valve and pump systems | |
| Santra et al. | Fabrication and testing of a magnetically actuated micropump | |
| US20030141473A1 (en) | Devices and methods for controlling fluid flow using elastic sheet deflection | |
| Go et al. | A disposable, dead volume-free and leak-free in-plane PDMS microvalve | |
| Kim et al. | A disposable polydimethylsiloxane-based diffuser micropump actuated by piezoelectric-disc | |
| DK2556282T3 (en) | Microvalve with valve elastically deformable lip, the preparation method and micropump | |
| Rogers et al. | Microfluidic valves made from polymerized polyethylene glycol diacrylate | |
| Kang et al. | Simulation and verification of a piezoelectrically actuated diaphragm for check valve micropump design | |
| Ni et al. | An integrated planar magnetic micropump | |
| Lee et al. | Bidirectional pumping properties of a peristaltic piezoelectric micropump with simple design and chemical resistance | |
| Wang et al. | A simple micro check valve using a photo-patterned hydrogel valve core | |
| Atik et al. | Modeling and fabrication of electrostatically actuated diaphragms for on-chip valving of MEMS-compatible microfluidic systems | |
| Feth et al. | Design, fabrication and characterization of a piezoelectrically actuated bidirectional polymer micropump | |
| Oh et al. | Fabrication of pneumatic valves with spherical dome-shape fluid chambers | |
| JP2004358635A (ja) | マイクロバルブおよびその製造方法 | |
| Johnston et al. | Micro throttle pump employing displacement amplification in an elastomeric substrate | |
| JP4459718B2 (ja) | マイクロバルブ機構 | |
| Snakenborg et al. | Polymer microvalve with pre-stressed membranes for tunable flow–pressure characteristics | |
| Thuillier et al. | Development of a low cost hybrid Si/PDMS multi-layered pneumatic microvalve | |
| Matsubara et al. | Active microvalve driven by electro-conjugate fluid jet flow with a hydraulic power source on a chip | |
| JP4934205B2 (ja) | マイクロバルブ機構 | |
| Wu et al. | Kinematically stabilized microbubble actuator arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20060606 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090210 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090212 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090609 |