JP2005083212A - マイクロポンプ用逆止弁装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 付勢力を付与できながら、組み立て性が良く、かつ薄型化できるマイクロポンプ用逆止弁装置を提供する。
【解決手段】 流体を通す小径孔３ａ，５ｂが形成された上流側部材３，５と、流体を通す大径孔５ａ，１ｂが形成された下流側部材５，１との間に、弁機構１０Ａ，１０Ｂを形成したバルブ材２，４を挟持させて配設し、バルブ材２，４の弁機構１０Ａ，１０Ｂを、下流側部材５，１の大径孔５ａ，１ｂの位置および大きさに対応して形成した通過用孔１３Ａ，１３Ｂと、この孔１３Ａ，１３Ｂの内部において上流側部材３，５の小径孔３ａ，５ｂの位置および大きさに対応して対面するように形成され、上流側部材３，５の小径孔３ａ，５ｂを閉じるための当接部１１Ａ，１１Ｂと、通過用孔１３Ａ，１３Ｂを跨るように形成されて当接部１１Ａ，１１Ｂを支持する支持部１２Ａ，１２Ｂとから構成し、バルブ材２，４の線膨張係数が、上流側部材３，５および下流側部材５，１の線膨張係数よりも大きいものを用いた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療機器、化学分析装置、マイクロリアクター、バイオ化学チップなどで使用する小型の微量流体供給装置としてのマイクロポンプに係わり、液体、気体、気液混合のいずれの場合においても高精度に流量制御を行うマイクロポンプの逆止弁装置に関する技術である。

従来、微量な液体を送液するマイクロポンプには、ＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）あるいはナノテクノロジーと呼ばれる超微細加工技術を背景にして、数多くの機構原理が提案されてきた。この種のマイクロポンプは、医療機器や化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられる。現在も、高精度な制御が出来る小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。一般的にマイクロポンプは逆止弁が用いられることが多い。この逆止弁の弁機構には小型、薄型の制約条件のもとで、一定圧力以上にならないとバルブが開かないようにするためのバネ性（予圧）が求められる。以降は、該バネ性を付勢力と称する。

図１５は、従来のマイクロポンプを表す断面図の一例である。この図に示すように、マイクロポンプは以下に説明する複数の板材を積層して作る場合が多い。図１６は特に逆止弁装置に関係する部材について、斜視図で表したものである。まず、流体が通過するための小径の流入孔１ａと大径の流出孔１ｂとを有する第１の部材としての第１固定板１の上に、小径の流入孔２ａと弁機構１０Ｂとを有する第２の部材としての第１バルブ板２を載せる。その上に、小径の流入孔３ａと小径の流出孔３ｂとを有する第３の部材としての中板３を載せる。それから弁機構１０Ａと小径の流出孔４ｂとを有する第４の部材としての第２バルブ板４を前記中板３に載せ、さらにこの上に大径の流入孔５ａと小径の流出孔５ｂとを有する第５の部材としての第２固定板５を載せる。そして、圧力室縦壁９を用いて、第２固定板５と圧電素子８を取り付けた振動板７を結合する。なお、第２固定板５と圧力室縦壁９と振動板７とによって囲まれた空間を圧力室６と呼ぶ。

ここで、第１固定板１の流入孔１ａ、第１バルブ板２の流入孔２ａ、中板３の流入孔３ａ、第２バルブ板４の弁機構１０Ａに設けられた大径の孔１３Ａ、第２固定板５の流入孔５ａは連続しており、流体を圧力室６側に流入させる流入側の流路を形成する。また、圧力室１５は第２固定板５の流出孔５ｂ、第２バルブ板４の流出孔４ｂと連続しており、この第２バルブ板４の流出孔４ｂは、中板３の流出孔３ｂ、第１バルブ板２の弁機構１０Ｂに設けられた大径の孔１３Ｂ、第１固定板１の流出孔１ｂと連続しており、流体を圧力室６から流出させる流出側の流路を構成する。こうした構成により、第１固定板１の流入孔１ａから、第２バルブ板４の弁機構１０Ａを通り、圧力室６を経て、第１バルブ板２の弁機構１０Ｂを通り、第１固定板１の流出孔１ｂにおよぶ流路と、前記弁機構１０Ａ、１０Ｂによる逆止弁装置とを有したマイクロポンプを作ることができる。なお、第１固定板１と第２固定板５とは同形状であり、中板３に対して取り付ける面を反転させる仕様となっている。第１バルブ板２と第２バルブ板４も、前記固定板１、５と同様に中板３に対する取り付け面が異なるだけで、物自体は同じ構造である。

マイクロポンプにおいて、弁機構１０Ａ、１０Ｂは流入側流路と流出側流路との２箇所に配置される。ここでは流入側流路の弁機構が１０Ａで、流出側流路の弁機構が１０Ｂである。各弁機構１０Ａ、１０Ｂは、流体の流れ方向に対して弁機構１０Ａ、１０Ｂの下流側となる部材（第２固定板５と第１固定板１）の大径の孔（流入孔５ａと流出孔１ｂ）の位置および大きさに対応して形成した大径の通過用の孔１３Ａ、１３Ｂと、この通過用の孔１３Ａ、１３Ｂの内部において、流体の流れ方向に対して弁機構１０Ａ、１０Ｂの上流側となる部材である中板３の小径の孔（流入孔３ａと流出孔３ｂ）の位置および大きさに対応して対面するように形成され、中板３の小径の孔（流入孔３ａと流出孔３ｂ）を閉じるための当接部１１Ａ、１１Ｂと、前記通過用の孔１３Ａ、１３Ｂを跨るように形成されて当接部１１Ａ、１１Ｂを両側から支持する支持部１２Ａ、１２Ｂとから構成される。なお以降においては、特に明記しない限り、当接部１１や支持部１２という語句は当接部１１Ａや支持部１２Ａと当接部１１Ｂや支持部１２Ｂとのどちらにも該当することとする。同様に、弁機構１０も弁機構１０Ａと弁機構１０Ｂとの両方に該当することとする。また、語句の定義としては、バルブ板２、４に弁単品が１個有る場合を弁機構と称し、弁機構１０を含むバルブ板２、４と、このバルブ板２、４を両側から挟持する第１固定板１と中板３、または中板３と第２固定板５を合わせてシステム化された弁機構を逆止弁装置と称する。

さて、弁機構１０の付勢力に関しては、図１６（ａ）に示す弁機構１０Ａのごとくスペーサー１５を用いる方法が一般的だが、他にも幾つかの発明の技術が開示されている。例えば、図１６（ｂ）に拡大して示したように、当接部１１Ｂに突起部１６を後工程で樹脂成形する発明（例えば、特許文献１）や、当接部１１Ｂを有する第１バルブ板２を製作するときに突起部１６を同時加工する発明（例えば、特許文献２）がある。さらに、図は省略するが、当接部１１が平面でなく半球状の凸部で形成された発明（例えば、特許文献３）もある。

なお逆止弁装置を構成する部材の材質としては、支持部１２や当接部１１を有するバルブ板２、４は金属Ｓｉを用いることが多く、中板３および固定板１、５はガラスを用いることが多い。

次に、マイクロポンプの送液原理および逆止弁装置の付勢力に関して、図１７、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）はマイクロポンプが停止している状態を示す。図１８（ｂ）に示すように、圧電素子８が上方に変形すると、圧力室６の内部が瞬間的に負圧となり弁機構１０Ａの前後に圧力差が発生するので、弁機構１０Ａの当接部１１Ａが上方に動くことで隙間が生じ、流体が圧力室６に流れ込む。流体が圧力室６に流入すると負圧が緩和され、徐々に弁機構１０Ａ前後の圧力差がなくなり、当接部１１Ａを開けておく荷重は消滅する。このとき弁機構１０Ａには図１７に示す付勢力（バネ性）が備えられているので、前記の圧力差が小さくなると付勢力で弁機構１０Ａの当接部１１Ａは中板３に当接して流路を閉じることができる。

図１８（ｃ）は、圧電素子８が下方に変形して、圧力室６内部の流体を押し出す現象を表すもので、圧電素子８が圧力室６内の流体を押すため圧力が高まり、第１バルブ板２の弁機構１０Ｂの前後で圧力差が発生して弁機構１０Ｂが開く様子を示している。この場合も、ある程度の流体が圧力室６から吐出すると、弁機構１０Ｂの前後での圧力差が消滅して弁機構１０Ｂが持つ付勢力にて当接部１１Ｂが中板３に当接して、流路を閉じることができる。すなわち、マイクロポンプの送液原理としては、図１８（ａ）に示す状態から、図１８（ｂ）に示す状態、図１８（ｃ）に示す状態を経て、再び図１８（ａ）に戻る動きを数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周期で繰り返すことで実現している。

従って、弁機構１０は必要なときだけ中板３から離れて流路を作り、流体の出入りを導く。また通常は一定の付勢力にて中板３に当接して流路を閉じる機能が求められる。以上のように、付勢力に付与に関する従来技術は、弁機構１０と中板３との間にスペーサー１５を挿入する発明の技術手法、あるいは突起部１６を一体成形する発明の技術手法が一般的である。
特開平４−６３９７３号公報（第２頁、第３頁第１図（ｄ）） 特開平２−３０８９８８号公報（第２頁、第４頁第３図） 特開２００１−１２３５６号公報（第２頁、第６頁第２図）

しかし、前記従来の構成において、スペーサー１５を取り付ける場合は、スペーサー１５の軸心と弁機構１０の当接部１１および中板３の流入孔３ａと流出孔３ｂとの軸心を一致させた状態で、各板を積層して固定しなければならず、この作業には高度な組み立て技術が必要である。また、医療機器、化学分析装置に用いるマイクロポンプの大きさは、概略で１ｃｍ×１ｃｍの平面形状で厚みは１．０〜１．５ｍｍであるため、スペーサー１５に割り当てられる体積は直径で１００〜２００μｍ、厚みも数１０μｍしかなく、組み立て工程におけるハンドリング、スペーサー１５の製作も容易でない。またスペーサー１５は薄いとは言え、数１０μｍの厚みをもつので、スペーサー１５を収容するための空間が必要となることと、スペーサー１５を接着剤で中板３（もしくはバルブ板２、４）に固定するときの接着層厚さなど、マイクロポンプの薄型化への障害因子が多い。

図１４に示すような弁機構１０Ｂの当接部１１Ｂに突起部１６を形成する場合も、スペーサー１５の場合と同様に、突起部１６が薄いため、ハンドリングなどの組み立て性が悪い課題がある。さらに、薄いといえどもマイクロポンプからみれば突起部１６の厚みは無視できないため、マイクロポンプの薄型化への障害因子が多い。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、付勢力を付与できながら、組み立て性が良く、かつ薄型化設計に対応できるマイクロポンプ用逆止弁装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の請求項１に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置は、圧力変化により流体を上流側から下流側に流す流路として、流体を通す小径孔が形成された上流側部材と、流体を通す大径孔が形成された下流側部材との間に、弁機構を形成したバルブ材を挟持させて配設し、前記バルブ材の弁機構を、前記下流側部材の大径孔の位置および大きさに対応して形成した通過用孔と、この孔の内部において前記上流側部材の小径孔の位置および大きさに対応して対面するように形成され、前記上流側部材の小径孔を閉じるための当接部と、前記通過用孔を跨るように形成されて前記当接部を支持する支持部とから構成し、前記バルブ材として、その線膨張係数が、上流側部材の線膨張係数および下流側部材の線膨張係数よりも大きいものを用いたことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置において、弁機構の支持部における下流側の面に凹部を設けたことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置において、弁機構の支持部における上流側の面に凸部を設けたことを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置において、バルブ材の線膨張係数が、上流側部材および下流側部材の少なくとも一方の部材の線膨張係数よりも１．４倍以上大きいことを特徴としている。

また、本発明の請求項５記載のマイクロポンプ用逆止弁装置の製造方法は、請求項１〜４の何れか１項に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置を製造する方法であって、上流側部材とバルブ材と下流側部材とが室温よりも高い温度の環境、例えば超音波による溶接、熱カシメ、拡散接合、熱硬化型接着剤による接着などの工法を用いて、固定されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項６に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置は、圧力変化により流体を上流側から下流側に流す流路として、流体を通す小径孔が形成された上流側部材と、流体を通す大径孔が形成された下流側部材との間に、弁機構を形成したバルブ材を挟持させて配設し、前記バルブ材の弁機構を、前記下流側部材の大径孔の位置および大きさに対応して形成した通過用孔と、この通過用孔の内部において前記上流側部材の小径孔の位置および大きさに対応して対面するように形成され、前記上流側部材の小径孔を閉じるための当接部と、前記通過用孔を跨るように形成されて前記当接部を支持する支持部とから構成し、前記バルブ材自体が、その当接部が下流側に突出する姿勢で支持部により支持されていることを特徴としている。

本発明のマイクロポンプ用逆止弁装置およびその製造方法によれば、スペーサーもしくは別部材による突起物を用いずに弁機構に付勢力を付与できるため、マイクロポンプの薄型化設計および組み立て作業の改善を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ用逆止弁装置を図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロポンプ用逆止弁装置を用いたマイクロポンプを、図１〜図１２を用いて説明する。

図１（ｂ）、図２に示すように、マイクロポンプは、流体（気体または液体またはこれらの混合体）が通過するための小径の流入孔１ａと大径の流出孔１ｂとを有する第１の部材としての第１固定板１と、この第１固定板１の流入孔１ａと連結するように配置された小径の流入孔２ａと弁機構１０Ｂとを有する第２の部材としての第１バルブ板２と、この第１バルブ板２の流入孔２ａと連結するように配置された小径の流入孔３ａと弁機構１０Ｂに対面するように配置された小径の流出孔３ｂとを有する第３の部材としての中板３と、この中板３の流出孔３ｂと連結するように配置された小径の流出孔４ｂと弁機構１０Ａとを有する第４の部材としての第２バルブ板４と、この第２バルブ板４の流出孔４ｂと連結するように配置された小径の流出孔５ｂと弁機構１０Ａに対面するよう配置された大径の流入孔５ａとを有する第５の部材としての第２固定板５と、この第２固定板５の流入孔５ａを通った流体が流入する圧力室６と、振動して圧力室６に圧力を与える振動板７と、前記振動板７を振動させる圧電素子８とを備えている。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、各弁機構１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、流体の流れ方向に対して弁機構１０Ａ、１０Ｂの下流側となる部材（第２固定板５と第１固定板１）の大径の孔（流入孔５ａと流出孔１ｂ）の位置および大きさに対応して形成した大径の通過用の孔１３Ａ、１３Ｂと、この通過用の孔１３Ａ、１３Ｂの内部（中央部）において、流体の流れ方向に対して弁機構１０Ａ、１０Ｂの上流側となる部材である中板３の小径の孔（流入孔３ａと流出孔３ｂ）の位置および大きさに対応して対面するように形成され、中板３の小径の孔（流入孔３ａと流出孔３ｂ）を閉じるための当接部１１Ａ、１１Ｂと、前記通過用の孔１３Ａ、１３Ｂを跨るように形成されて当接部１１Ａ、１１Ｂを両側から支持する支持部１２Ａ、１２Ｂとから構成されている。

そして特に、本発明においては、第１バルブ板２および第２バルブ板４として、その線膨張係数が、第１固定板１、中板３、第２固定板５のそれぞれの線膨張係数より大きい材料が選択されている。

ここで、第１バルブ板２および第２バルブ板４は、最終的には第１固定板１、中板３、第２固定板５に固定させた状態で用いられる。その固定方法は超音波による溶接、拡散接合、熱カシメ、熱溶着、熱硬化型接着剤などが用いられ、いずれも概略４００〜８００℃前後の高温環境下で固定されたあとで、室温環境（概略１０℃〜３０℃）に戻される。

上記構成によれば、製造工程において、二つのバルブ板２、４が、高温環境で第１固定板１、第２固定板５、中板３に固定された後で室温に戻される時には、圧縮応力を受ける。その理由は、バルブ板２、４は線膨張係数の差だけ多く収縮しようとするため、圧縮応力が生じるからである。

ここで、図３（ａ）〜（ｃ）は、弁機構１０を有すると見立てたバルブ板Ｖを、バルブ板Ｖより小さな線膨張係数で互いに同じ形状の固定板Ｓ１、Ｓ２に高温環境で固定して、室温に戻すときの挙動を模擬したものである。温度が下がる場合、バルブ板Ｖは固定板Ｓ１、Ｓ２より線膨張係数が大きいので、線膨張係数の差だけ多く収縮しようとして圧縮応力が発生し、座屈現象を誘発する。バルブ板Ｖの上下に固定された固定板Ｓ１、Ｓ２が同一形状の場合、座屈の方向は図３（ｂ）に示す上向きと、図３（ｃ）に示す下向きとのどちらになるかは同じ確率である。

図４は、固定板Ｓ３、Ｓ４の中央に異なる大きさの孔Ｕ１、Ｕ２が開いており、固定板Ｓ３の孔Ｕ１が固定板Ｓ４の孔Ｕ２より大きい場合で、高温環境下でバルブ板Ｖが固定板Ｓ３、Ｓ４に固定されて室温に戻されたときの変形状態を示したものである。この場合は、上側の固定板Ｓ３の方は大きな孔Ｕ１があり、下側の固定板Ｓ４よりも機械剛性が小さいので、固定板Ｓ３が中央側に倒れこみ、この作用にてバルブ板Ｖは下向きに座屈する。図４に示す構造は、図２や図５（ａ）に示すように、弁機構１０周辺と似た形状の構造であるので、この弁機構１０においても同様な作用が生じる。すなわち、図２や図５（ａ）に示すマイクロポンプ用逆止弁装置においても、第１バルブ板２と第２バルブ板４の線膨張係数が、第１固定板１、第２固定板５、中板３の線膨張係数よりも大きいので、弁機構１０の支持部１２および当接部１１は中板３側に向かって座屈しようとし、図２に示すように、弁機構１０の当接部１１は中板３の流入孔３ａと流出孔３ｂとの周壁面箇所を押さえつけようとする作用を持つことになる。この作用が、弁機構１０に付勢力を与えることと等価である。

これにより、極めて簡単な構成でありながら、弁機構１０に付勢力を与えることができて、マイクロポンプが停止している状態において、弁機構１０の当接部１１により中板３の流入孔３ａと流出孔３ｂとを所定の圧力で良好に閉鎖することができ、しかも、従来のようにスペーサー１５を用いなくて済むとともに、弁機構１０の当接部１１に突起部１６がないので、マイクロポンプを良好に薄型化することができる。

次に、図６〜図９は上記マイクロポンプ用逆止弁装置の変形例を示すもので、このマイクロポンプ用逆止弁装置においては、上記実施の形態のマイクロポンプ用逆止弁装置の構成に加えて、図６（ａ）に拡大して示すように、各弁機構１０（１０Ａ、１０Ｂ）の支持部１２（１２Ａ、１２Ｂ）における、弁機構閉鎖時に当接部１１（１１Ａ、１１Ｂ）が当接する面とは反対側となる面、すなわち、流体の流れ方向に関して下流側となる面に、凹部２１を設けている。

この構成によれば、二つのバルブ板２、４が、高温環境で第１固定板１、第２固定板５、中板３に固定された後で室温に戻されて、バルブ板２、４に座屈現象を誘発した際に、図９にも概念的に示すように（図９においては、凹部２１を設けたバルブ板Ｖの上下から同一形状の固定板Ｓ１、Ｓ２で固定した場合を示す）、支持部１２の凹部２１に起因して、圧縮応力のバランスが崩れ、凹部２１が有る面の反対側に座屈し、支持部１２に凹部２１がない場合に比べて、当接部１１により中板３を押さえつける方向に座屈する作用が増す。

これにより、図８に示すように、第１固定板１、第２固定板５、中板３よりも線膨張係数が大きいバルブ板２、４を、第１固定板１、第２固定板５、中板３に高温状態で固定した後に室温に戻した状態で、当接部１１が中板３側に向かって座屈しようとし、弁機構１０の当接部１１は中板３の流入孔３ａと流出孔３ｂとの周壁面箇所を押さえつけようとする作用を良好に持つことになる。また、バルブ板２、４の支持部１２に凹部２１を付けて付勢力を付与するので、バルブ板２、４が厚くなることはなく、マイクロポンプの薄型化設計に効果がある。

また、支持部１２の下流側となる面に凹部２１を形成する代わりに、図１０に示すように、支持部１２の上流側となる面、つまり、中板３と接触する面に、凸部（突起部）２２を形成しても同じ作用を生じ、さらには、図１１に示すように、支持部１２の下流側となる面に凹部２１を形成し、かつ、支持部１２の上流側となる面に凸部（突起部）２２を形成してもよい。

この場合の製造方法としては、バルブ板２、４をプレス加工機他で塑性変形させて、バルブ板２、４を局所的に絞り、凹部２１と凸部２２とを同時形成することで、凹部２１のみを製造する場合と同様の工程数で済ますことができる。このように、バルブ板２、４の弁機構１０の両面に凹部２１と凸部２２とを形成することで、弁機構１０が中板３を押さえつける方向に座屈せしめる効果は一層強まる。したがって、弁機構１０の当接部１１による中板３の流入孔３ａと流出孔３ｂとの閉鎖性能がさらに向上する。

なお、この構成の場合は、バルブ板２、４から凸部２２が突出するので、マイクロポンプの薄型化への効果は薄らぐ。しかし、従来技術の凸型を有する弁機構が二種類の部材から構成されることと比較すると、組み立て加工のバラツキが少なく加工精度が高いので高性能な逆止弁を提供でき、かつトータル的なコストダウンの効果もある。

ところでマイクロポンプを構成する材料の線膨張係数は、図１２に示すように、温度依存性を持つが、高温環境での線膨張係数を記載した文献は少ない。例えば、（表１）に示すように室温近傍に限定した線膨張係数を示す文献が殆どである。

従って、実際の設計においては、設計者が室温領域での線膨張係数をベースに高温環境での線膨張係数を仮想し、そして概略の設計構想を練ることになる。ここで注意しなければならないのは、図１２に示すように、室温環境においてバルブ板２、４の線膨張係数が固定板１、５と中板３より大きくても、高温領域では線膨張係数の差が小さくなるケースも考えられる。こういった場合は所望する熱応力が得られないことになる。

そこで、室温領域において、バルブ板２、４の線膨張係数は固定板１、５と中板３との線膨張係数の１．４倍以上とする。表２は、線膨張係数の比と逆止弁への好適度の関係を示したものである。ここで（線膨張係数の比）＝（バルブ板の線膨張係数）÷（中板および固定板の線膨張係数）である。線膨張係数の比に比例して付勢力は増加するが、材料選択の自由度が無くなるので、線膨張係数の比が１．４乃至１．８の範囲が弁機構１０には特に好適である。

本発明の実施の形態１に関するバルブ板２、４と固定板１、５、中板３との具体な材料としては（１）アルミニウムと銅、（２）アルミニウムと鉄・鋼などの組み合わせがあり、熱溶着、あるいは熱硬化型接着剤を利用した接合方法にて、逆止弁を組み立てる。これらの組み合わせにおいて、室温の線膨張係数の比は、アルミニウムと銅との場合で１．４８倍、アルミニウムと鉄鋼系との場合で２．０倍である。

以上のように、本実施の形態１においてはバルブ板２、４の線膨張係数が中板３および固定板１、５より大きくなるようにバルブ板２、４の材質を選定することで、高温環境（例えば４００℃〜８００℃）でバルブ板２、４を中板３と固定板１、５に溶接固定させて室温（１０℃〜３０℃）に戻したときに発生する熱応力による圧縮応力が弁機構１０に作用し、この圧縮応力にて弁機構１０を中板３の方向に座屈させることで、マイクロポンプの薄型化設計を阻害することなく、バルブ板２、４に支持された当接部１１を中板３に押し付けて付勢力を得る効果がある。

また、弁機構１０の支持部１２に凹部２１を設けることは、マイクロポンプの薄型化設計を阻害しないので、熱応力による圧縮応力にて逆止弁が中板３の方向に座屈するときの方向性を与えることができ、好ましい。
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロポンプ用逆止弁装置について、図１３、図１４を用いて説明する。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、このマイクロポンプ用逆止弁装置においては、バルブ材２、４自体、つまり、バルブ材２、４を単品で製造した際に、その弁機構１０（１０Ａ、１０Ｂ）の当接部１１（１１Ａ、１１Ｂ）がバルブ材２、４から下流側に突出する姿勢で支持部１２（１２Ａ、１２Ｂ）により支持されている。

つまり、実施の形態１の構成と異なる点は、部材間の線膨張係数の差による熱応力を用いないことと、弁機構１０において局所的な凹部２１あるいは凸部２２を施さないことであり、予め弁機構１０全体を中板３に向かって凸部形状に突出させて、弁機構１０を強制変形させることで付勢力を持たせるところである。図１４に概略的な製造工程を示すが、第１固定板１の上に第１バルブ板２を載せ、その上に中板３を載せる。このとき、第１バルブ板２の弁機構１０Ｂの当接部１１Ｂは、中板３側に向かって突出する方向で固定される。続いて中板３の上に第２バルブ板４を載せるが、この場合も第２バルブ板２の弁機構１０Ａの当接部１１Ａは、中板３に向かって突出するように積層され固定される。それから第２固定板５と圧力室縦壁９、振動版７、圧電素子８を順次積層し、固定する。

この構成によれば、従来技術のように付勢力を得るためバルブ板に別の部材を形成（あるいは固定）する必要がなく、逆止弁の組み立て作業が容易という効果がある。
なお、マイクロポンプの薄型化という点では、実施の形態２は弁機構１０全体が突出するため実施の形態１と比較すると劣る。しかし従来技術の別部材を形成して突起物を作る場合と比較すると、バルブ板２、４を部分的に追加工するだけなので、従来技術よりは突起部分は小さくでき、マイクロポンプの薄型化に関しては実施の形態１と従来技術の中間的な位置づけの効果がある。

本発明にかかるマイクロポンプ用逆止弁装置は、弁機構に必要とされる付勢力の機能をマイクロポンプの薄型化設計を阻害することなく簡便に提供できる効果を有し、医療機器、化学分析装置、マイクロリアクター、バイオ化学チップなどで使用する小型の微量流体供給装置に係わり、液体、気体、気液混合のいずれの場合においても高精度に流量制御を行う機器等として有用である。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプ用逆止弁装置を示すもので、（ａ）は特にその弁機構を拡大して示す斜視図、（ｂ）はマイクロポンプ用逆止弁装置の分解斜視図 同マイクロポンプ用逆止弁装置を用いたマイクロポンプにおいて、弁機構が持つ付勢力の方向も表す断面図 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ付勢力の発生機構を概念的に説明する断面図であり、（ａ）はバルブ板に圧縮応力が働くことを示した図、（ｂ）は圧縮応力によりバルブ板が上方向に座屈したことを示す図、（ｃ）は圧縮応力によりバルブ板が下方向に座屈したことを示す図 付勢力の発生機構を概念的に説明する断面図であり、上下の固定板の中央に異なる大きさの孔が開いており、高温環境で固定されて室温に戻されたとき、バルブ板が下向きに座屈することを示す図 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同マイクロポンプ用逆止弁装置においてマイクロポンプの送液原理を説明する断面図であり、（ａ）はマイクロポンプが静止状態の時、弁機構の当接部が中板に当接している図、（ｂ）は圧電素子が上方に変形し、流体を圧力室に吸い込む状態を表す図、（ｃ）は圧電素子が下方に変形し、圧力室から流体を吐出させる状態を表す図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプ用逆止弁装置の変形例を示すもので、（ａ）は特にその弁機構を拡大して示す斜視図、（ｂ）は、マイクロポンプ用逆止弁装置の分解斜視図 図６に示すマイクロポンプ用逆止弁装置の組み付け状態を示す断面図 図６に示すマイクロポンプ用逆止弁装置において、弁機構が持つ付勢力の方向などを表す断面図 付勢力の発生機構を概念的に説明する断面図であり、バルブ板に凹部を設けて、凹部が無い面に向かって座屈することを示す図 本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプ用逆止弁装置の他の変形例を示すもので、その弁機構を拡大して示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプ用逆止弁装置のその他の変形例を示すもので、その弁機構を拡大して示す斜視図 材料の線膨張係数の温度変化と逆止弁装置を組み立てる時の温度領域とを表す図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプ用逆止弁装置を示すもので、（ａ）は特にその弁機構を拡大して示す斜視図、（ｂ）はその弁機構を拡大して示す断面図 図１３に示すマイクロポンプ用逆止弁装置の組み付け状態を示す断面図 従来のマイクロポンプ用逆止弁装置を用いたマイクロポンプの断面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来のマイクロポンプ用逆止弁装置を示すもので、（ａ）はマイクロポンプ用逆止弁装置の分解斜視図、（ｂ）はその弁機構を拡大して示す斜視図 マイクロポンプ用逆止弁装置において、弁機構の変形量と付勢力の関係を表す図 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ従来のマイクロポンプ用逆止弁装置においてマイクロポンプの送液原理を説明する断面図であり、（ａ）はマイクロポンプが静止状態の時、弁機構の当接部が中板に当接している図、（ｂ）は圧電素子が上方に変形し、流体を圧力室に吸い込む状態を表す図、（ｃ）は圧電素子が下方に変形し、圧力室から流体を吐出させる状態を表す図

符号の説明

１ 第１固定板（第１の部材）
１ａ、２ａ 流入孔
１ｂ 流入孔（大径孔）
２ 第１バルブ板（第２の部材）
３ 中板（第３の部材）
３ａ 流入孔（小径孔）
３ｂ 流出孔（小径孔）
４ｂ、５ｂ 流出孔
５ａ 流入孔（大径孔）
４ 第２バルブ板（第４の部材）
５ 第２固定板（第５の部材）
６ 圧力室
７ 振動板
８ 圧電素子
１０、１０Ａ、１０Ｂ 弁機構
１１、１１Ａ、１１Ｂ 当接部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 支持部
１３、１３Ａ、１３Ｂ 孔
２１ 凹部
２２ 凸部

Claims (6)

1. 圧力変化により流体を上流側から下流側に流す流路として、流体を通す小径孔が形成された上流側部材と、流体を通す大径孔が形成された下流側部材との間に、弁機構を形成したバルブ材を挟持させて配設し、
   前記バルブ材の弁機構を、前記下流側部材の大径孔の位置および大きさに対応して形成した通過用孔と、この孔の内部において前記上流側部材の小径孔の位置および大きさに対応して対面するように形成され、前記上流側部材の小径孔を閉じるための当接部と、前記通過用孔を跨るように形成されて前記当接部を支持する支持部とから構成し、
   前記バルブ材として、その線膨張係数が、上流側部材の線膨張係数および下流側部材の線膨張係数よりも大きいものを用いたことを特徴とするマイクロポンプ用逆止弁装置。
2. 弁機構の支持部における下流側の面に凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置。
3. 弁機構の支持部における上流側の面に凸部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置。
4. バルブ材の線膨張係数が、上流側部材および下流側部材の少なくとも一方の部材の線膨張係数よりも１．４倍以上大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のマイクロポンプ用逆止弁装置を製造する方法であって、上流側部材とバルブ材と下流側部材とが室温よりも高い温度の環境で固定されていることを特徴とするマイクロポンプ用逆止弁装置の製造方法。
6. 圧力変化により流体を上流側から下流側に流す流路として、流体を通す小径孔が形成された上流側部材と、流体を通す大径孔が形成された下流側部材との間に、弁機構を形成したバルブ材を挟持させて配設し、
   前記バルブ材の弁機構を、前記下流側部材の大径孔の位置および大きさに対応して形成した通過用孔と、この通過用孔の内部において前記上流側部材の小径孔の位置および大きさに対応して対面するように形成され、前記上流側部材の小径孔を閉じるための当接部と、前記通過用孔を跨るように形成されて前記当接部を支持する支持部とから構成し、
   前記バルブ材自体が、その当接部が下流側に突出する姿勢で支持部により支持されていることを特徴とするマイクロポンプ用逆止弁装置。

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