JP2019124625A - バルブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを防止することができるバルブシステムを提供する。【解決手段】第１流路５１が、流入口２３に接続され、マイクロバルブ１内にガスを流入させる。第２流路５２が、流出口２４に接続され、マイクロバルブ１内からガスを流出させる。第３流路５３が、マイクロバルブ１内にニューマチック流体を流入させる。負圧発生機構（ポンプ６１）が、第２流路５２側に負圧を発生させることにより、第１流路５１からマイクロバルブ１を介して第２流路５２側にガスを吸引する。圧力調整機構（接続流路５０及びバルブ６３）が、第２流路５２内と第３流路５３内との圧力差を減少させることにより、第２流路５２側に発生する負圧によって流入口２３及び流出口２４がダイアフラム層３で閉塞されるのを防止する。【選択図】 図７Ａ

Description

本発明は、複数層が積層された積層構造を有するマイクロバルブを用いてガスの流路の開閉を行うバルブシステムに関するものである。

従来から、各種装置において、装置内の流路を開閉するためのバルブ装置が利用されている。例えば、クロマトグラフのマイクロインジェクタには、小型のマイクロバルブが利用されている。

マイクロバルブは、複数層が積層された積層構造を有しており、内部にガスなどの流体（ニューマチック流体）が導入されることにより、流路の開閉が行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

特許文献１に記載のマイクロバルブは、第１層と、第２層と、変位層とを積層構造として備えている。このマイクロバルブでは、変位層が薄膜状に形成されており、変位層を第１層と第２層とで挟み込む構成となっている。また、第１層には、厚み方向に貫通する流入口及び流出口が形成されている。第１層と変位層との間には、隙間が設けられており、マイクロバルブが開状態とされている間は、流入口からマイクロバルブ内に供給されたガスは、第１層と変位層との間を通過し、流出口から外部に流出する。マイクロバルブを閉状態にする場合には、この状態から、第２層側から変位層に向けてニューマチック流体が導入される。これにより、変位層が、第１層側に押圧されて変形し、第１層に密着する。そして、変位層によって、流入口及び流出口が閉塞されて、マイクロバルブ内の流路が閉じられる。このように、変位層は、ニューマチック流体の導入によって弾性変形するダイアフラム層として機能する。

米国特許出願公開第２０１２／００２１５２９号明細書

特許文献１に記載のマイクロバルブにおいて、ダイアフラム層はＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Keton）からなり、マイクロバルブ内に比較的高い圧力でニューマチック流体が導入されることにより、ダイアフラム層が弾性変形して流入口及び流出口が閉塞される。しかし、ダイアフラム層をより薄くて弾性変形しやすい材料で形成することも考えられる。

一方で、マイクロバルブ内に流入口からガスを供給する方法として、流入口側からガスを加圧してマイクロバブル内に流入させる方法と、流出口側に負圧を発生させることにより流入口からマイクロバルブ内にガスを吸引する方法とがある。後者の方法、すなわち負圧によりガスを吸引する方法が採用されたバルブシステムでは、ダイアフラム層が弾性変形しやすい構成の場合、流入口からのガスの吸引時にダイアフラム層が弾性変形して流入口及び流出口が閉塞されてしまうおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを防止することができるバルブシステムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るバルブシステムは、マイクロバルブと、第１流路と、第２流路と、第３流路と、負圧発生機構と、圧力調整機構とを備える。前記マイクロバルブは、ガスの流入口及び流出口が形成された基台層と、前記基台層に対向するカバー層と、前記基台層と前記カバー層との間に設けられ、ニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞するダイアフラム層とが積層された積層構造を有する。前記第１流路は、前記流入口に接続され、前記マイクロバルブ内にガスを流入させる。前記第２流路は、前記流出口に接続され、前記マイクロバルブ内からガスを流出させる。前記第３流路は、前記マイクロバルブ内にニューマチック流体を流入させる。前記負圧発生機構は、前記第２流路側に負圧を発生させることにより、前記第１流路から前記マイクロバルブを介して前記第２流路側にガスを吸引する。前記圧力調整機構は、前記第２流路内と前記第３流路内との圧力差を減少させることにより、前記第２流路側に発生する負圧によって前記流入口及び前記流出口が前記ダイアフラム層で閉塞されるのを防止する。

このような構成によれば、マイクロバルブ内からガスを流出させる第２流路内と、マイクロバルブ内にニューマチック流体を流入させる第３流路内との圧力差が、圧力調整機構の作用によって減少する。その結果、第２流路側に発生する負圧によってダイアフラム層が弾性変形するのを抑制することができるため、負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを防止することができる。

（２）前記圧力調整機構は、前記第２流路と前記第３流路とを接続する接続流路と、前記接続流路を開閉するバルブとを有していてもよい。

このような構成によれば、バルブで接続流路を開閉するだけの簡単な構成で、第２流路内と第３流路内との圧力差を減少させることができる。

（３）前記バルブシステムは、前記バルブにより前記接続流路を閉じた状態で前記マイクロバルブ内にニューマチック流体を供給させ、前記バルブにより前記接続流路を開いた状態で前記マイクロバルブ内へのニューマチック流体の供給を停止させる制御部をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の供給が停止された状態で、バルブにより接続流路が開かれ、第２流路内と第３流路内との圧力差が減少する。したがって、第２流路内と第３流路内との圧力差を減少させる際に、ニューマチック流体が接続流路を介して第２流路から第３流路へと流入するのを防止することができる。

（４）前記ダイアフラム層は、厚みが５〜２０μｍのガラスフィルムにより形成されていてもよい。この場合、前記ダイアフラム層は、ニューマチック流体から受ける５〜６００ｋＰａの圧力で弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞してもよい。

このような構成によれば、比較的薄いガラスフィルムによりダイアフラム層を形成し、当該ダイアフラム層を比較的低い圧力で弾性変形させて流入口及び流出口を閉塞することができる。この場合、流入口からのガスの吸引時にダイアフラム層が弾性変形して流入口及び流出口が閉塞されてしまうおそれがあるが、本発明によれば、圧力調整機構の作用によってダイアフラム層が弾性変形するのを抑制することができるため、負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを確実に防止することができる。

（５）前記ダイアフラム層は、厚みが１０〜１５０μｍのシリコンフィルムにより形成されていてもよい。この場合、前記ダイアフラム層は、ニューマチック流体から受ける２０〜１０００ｋＰａの圧力で弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞してもよい。

このような構成によれば、比較的薄いシリコンフィルムによりダイアフラム層を形成し、当該ダイアフラム層を比較的低い圧力で弾性変形させて流入口及び流出口を閉塞することができる。この場合、流入口からのガスの吸引時にダイアフラム層が弾性変形して流入口及び流出口が閉塞されてしまうおそれがあるが、本発明によれば、圧力調整機構の作用によってダイアフラム層が弾性変形するのを抑制することができるため、負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを確実に防止することができる。

本発明によれば、第２流路側に発生する負圧によってダイアフラム層が弾性変形するのを抑制することができるため、負圧によりガスを吸引する際に流入口及び流出口がダイアフラム層で閉塞されるのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロバルブの構成例を示した斜視図であって、マイクロバルブを上方側から見た状態を示している。 図１に示すマイクロバルブの分解斜視図である。 マイクロバルブを下方側から見た状態を示した斜視図である。 図３に示すマイクロバルブの分解斜視図である。 マイクロバルブの構成例を示した断面図であり、マイクロバルブ内にニューマチック流体が導入されていない状態を示している。 マイクロバルブの構成例を示した断面図であり、マイクロバルブ内にニューマチック流体が導入されることによりダイアフラム層が弾性変形した状態を示している。 図１〜図６のマイクロバルブを用いたバルブシステムの構成例を示す概略図であり、マイクロバルブが開いた状態を示している。 図１〜図６のマイクロバルブを用いたバルブシステムの構成例を示す概略図であり、マイクロバルブが閉じた状態を示している。 図７Ａ及び図７Ｂのバルブシステムをガスサンプラに適用した場合の流路図の一例であり、サンプリング時の状態を示している。 図７Ａ及び図７Ｂのバルブシステムをガスサンプラに適用した場合の流路図の一例であり、インジェクト時の状態を示している。 図７Ａ及び図７Ｂのバルブシステムをガスサンプラに適用した場合の流路図の一例であり、分析時の状態を示している。 バルブシステムの変形例を示した概略図であり、マイクロバルブが開いた状態を示している。 バルブシステムの変形例を示した概略図であり、マイクロバルブが閉じた状態を示している。

１．マイクロバルブの構成
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロバルブ１の構成例を示した斜視図であって、マイクロバルブ１を上方側から見た状態を示している。図２は、図１に示すマイクロバルブ１の分解斜視図である。図３は、マイクロバルブ１を下方側から見た状態を示した斜視図である。図４は、図３に示すマイクロバルブ１の分解斜視図である。なお、図１〜図４では、マイクロバルブ１の一部を切り欠いた状態を示している。

以下の説明において、マイクロバルブ１の方向について言及するときは、図１〜図４に示す状態を上下の基準とする。すなわち、紙面上方が上方であり、紙面下方が下方である。また、上下方向は、マイクロバルブ１の軸方向に一致している。すなわち、上方は、軸方向一方であり、下方は、軸方向他方である。

マイクロバルブ１は、平面視正方形状の所定の厚みを有する板状の部材であって、複数（２層）の平板状の部材が積層された積層構造を有している。具体的には、マイクロバルブ１は、層構造として、基台層２と、カバー層４とを備えている。また、マイクロバルブ１は、基台層２とカバー層４との間に配置されるダイアフラム層３を備えている。マイクロバルブ１の幅方向（左右方向）の寸法、及び、幅方向と直交する直交方向（前後方向）の寸法は、それぞれ約１ｃｍである。基台層２及びカバー層４には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により微細加工が施されている。

図２に示すように、基台層２は、マイクロバルブ１において、最下方に位置する層である。基台層２は、平面視正方形状の平板状に形成されており、ガラス又はシリコンからなる。基台層２には、凹部２１と、流入口２３と、流出口２４とが形成されている。

凹部２１は、基台層２の中央部に位置している。凹部２１は、平面視円形状であって、基台層２の上面から下方に向かって窪んでいる。基台層２において、凹部２１の下方に位置する部分が、接触部２６であり、凹部２１及び接触部２６の外方に位置する部分が密着部２７である。

流入口２３は、基台層２の中央部（接触部２６）に位置する貫通孔として形成されている。流入口２３は、平面視円形状であって、接触部２６を厚み方向に貫通している。流入口２３は、凹部２１に連通している。この流入口２３を介して、マイクロバルブ１内にガスが流入する。

流出口２４は、基台層２の中央部（接触部２６）に位置する貫通孔として形成されている。具体的には、流出口２４は、流入口２３の近傍に間隔を隔てて位置している。流出口２４は、平面視円形状であって、接触部２６を厚み方向に貫通している。流出口２４は、凹部２１に連通している。流入口２３を介してマイクロバルブ１内に流入したガスは、流出口２４を介してマイクロバルブ１の外部に流出する。

図２及び図４に示すように、カバー層４は、基台層２の上方に位置しており、基台層２に対向している。カバー層４は、平面視正方形状の平板状に形成されており、ガラス又はシリコンからなる。カバー層４の外形は、基台層２の外形とほぼ同一に形成されている。カバー層４には、開口４１が形成されている。開口４１は、カバー層４の中心部に位置している。開口４１は、平面視円形状であって、カバー層４を厚み方向に貫通している。なお、後述するように、カバー層４の下面４２は、ダイアフラム層３を取り付ける取付面として機能する。

ダイアフラム層３は、カバー層４の下面４２に取り付けられている。ダイアフラム層３は、平面視円形状の薄膜状に形成されており、ガラス又はシリコンからなる。ダイアフラム層３の径は、基台層２の凹部２１の径よりも小さい。ダイアフラム層３をガラスフィルムにより形成する場合には、その厚みが５〜２０μｍであることが好ましい。また、ダイアフラム層３をシリコンフィルムにより形成する場合には、その厚みが１０〜１５０μｍであることが好ましい。このように、ダイアフラム層３は非常に薄いため、可撓性を有しており、弾性変形しやすい構成となっている。

基台層２及びカバー層４における開口及び凹部は、エッチング又はブラスト処理により、予め各層に形成される。また、基台層２、ダイアフラム層３及びカバー層４には、予め不活性化処理が施される。そして、これらの処理が施された基台層２、ダイアフラム層３及びカバー層４が積層されて、マイクロバルブ１が構成される。なお、各層（基台層２、ダイアフラム層３及びカバー層４）に対する不活性化処理は、基台層２、ダイアフラム層３及びカバー層４が積層された後に行われてもよい。すなわち、各層に対する不活性化処理は、各層の積層の前又は後のいずれにおいても行うことができる。

具体的には、図１及び図３に示すように、カバー層４の下面４２には、ダイアフラム層３の外縁部３２が溶接（レーザ溶接）により取り付けられる。このとき、ダイアフラム層３の軸線と、カバー層４の軸線とは一致している。なお、カバー層４の下面４２に下方に向かってわずかに突出する環状の取付部を設け、この取付部の下面に対して、ダイアフラム層３の外縁部３２を溶接により取り付けてもよい。この場合、取付部の下面が取付面を構成する。

また、基台層２の密着部２７と、カバー層４の外縁部４３とが接合される。基台層２とカバー層４との接合は、基台層２とカバー層４とが異種材料であるときは、陽極接合を用いることができ、基台層２とカバー層４とが同種材料であるときは、拡散接合を用いることができる。なお、基台層２とカバー層４とを溶接により固定することも可能である。

マイクロバルブ１が構成された状態においては、基台層２とカバー層４とが対向しており、基台層２とカバー層４との間にダイアフラム層３が配置されている。また、ダイアフラム層３は、基台層２の接触部２６と間隔を隔てて対向している。具体的には、ダイアフラム層３の中央部３１は、基台層２の流入口２３及び流出口２４と間隔を隔てて対向している。ダイアフラム層３と基台層２の接触部２６との間の寸法（ギャップ）は、例えば、５〜２０μｍであって、好ましくは、約１０μｍである。

このように、ダイアフラム層３と基台層２の接触部２６との間には空間が形成されており、この空間を介して流入口２３から流出口２４へとガスが流通可能となっている。この状態で開口４１からニューマチック流体を流入させれば、そのニューマチック流体の圧力によりダイアフラム層３が弾性変形し、ダイアフラム層３が接触部２６に密着することにより、流入口２３及び流出口２４を閉塞することができる。ニューマチック流体としては、例えば空気、窒素ガス又はヘリウムガスなどのガスを用いることができる。流入口２３からマイクロバルブ１内に流入するガスとしては、分析対象となるサンプルガスを例示することができるが、これに限られるものではない。

２．マイクロバルブの動作
以下では、図５及び図６を用いて、マイクロバルブ１の動作について説明する。
図５及び図６は、マイクロバルブ１の構成例を示した断面図である。図５は、マイクロバルブ１内にニューマチック流体が導入されていない状態を示している。図６は、マイクロバルブ１内にニューマチック流体が導入されることによりダイアフラム層３が弾性変形した状態を示している。また、図５及び図６では図示しないが、マイクロバルブ１は、基台層２の下面側に、サンプルガスの流入及び流出を行うための流路が接続され、カバー層４の上面側に、ニューマチック流体を導入するための流路が接続された状態で使用される。

図５に示す状態では、マイクロバルブ１内には、ニューマチック流体が導入されていない。この状態において、ダイアフラム層３は、カバー層４の下面４２に密着している。また、ダイアフラム層３と基台層２（接触部２６）との間には、空間（隙間）が形成されており、ダイアフラム層３の中央部３１は、基台層２の流入口２３及び流出口２４と間隔を隔てて対向している。このとき、マイクロバルブ１は、開状態となっている。

この状態において、マイクロバルブ１内に向けてサンプルガスが供給される。サンプルガスは、基台層２の流入口２３からマイクロバルブ１内に供給され、その後、ダイアフラム層３と基台層２の接触部２６との間の空間を通過し、基台層２の流出口２４を通過してマイクロバルブ１の外部に流出する。

一方、マイクロバルブ１において、サンプルガスの流路を閉じる場合、すなわち、マイクロバルブ１を閉状態とする場合には、図６に示すように、マイクロバルブ１に向けてニューマチック流体が供給される。

すると、ニューマチック流体の圧力によって、ダイアフラム層３の中央部３１が下方側（基台層２側）に向かって押圧される。これにより、ダイアフラム層３の中央部３１が、下方側（基台層２側）に向かうように弾性変形して、基台層２の接触部２６に密着する。ダイアフラム層３は、薄膜状に形成されており、柔らかいため、気密性が高い状態で、ダイアフラム層３と基台層２の接触部２６とが密着する。

そして、基台層２の流入口２３及び流出口２４が、ダイアフラム層３の中央部３１によって閉塞され、サンプルガスの流路が閉じられて、マイクロバルブ１が閉状態となる。

また、マイクロバルブ１内へのニューマチック流体の供給が停止されると、ダイアフラム層３の弾性力により、図５に示すように、ダイアフラム層３が元の状態に戻り、マイクロバルブ１が開状態となる。

このように、マイクロバルブ１にニューマチック流体が導入されることで、ダイアフラム層３が弾性変形し、中央部３１が基台層２の接触部２６に密着して、マイクロバルブ１が閉状態となる。また、マイクロバルブ１へのニューマチック流体の供給が停止されることで、ダイアフラム層３が元の状態に戻り、マイクロバルブ１が開状態となる。

上記したマイクロバルブ１は、各種装置に設けられるバルブとして用いることができる。また、複数のマイクロバルブ１を準備し、各マイクロバルブ１をポートとして用いることで、マルチポートバルブと同様の動作を行うことができる。

３．バルブシステムの構成及び動作
図７Ａ及び図７Ｂは、図１〜図６のマイクロバルブ１を用いたバルブシステムの構成例を示す概略図である。図７Ａは、マイクロバルブ１が開いた状態を示しており、図７Ｂは、マイクロバルブ１が閉じた状態を示している。

マイクロバルブ１の流入口２３には、マイクロバルブ１内にサンプルガスを流入させる第１流路５１が接続されている。マイクロバルブ１の流出口２４には、マイクロバルブ１内からサンプルガスを流出させる第２流路５２が接続されている。マイクロバルブ１の開口４１には、マイクロバルブ１内にニューマチック流体を流入させる第３流路５３が接続されている。

第２流路５２におけるマイクロバルブ１側とは反対側には、ポンプ６１が接続されている。このポンプ６１を駆動させることにより、マイクロバルブ１側からポンプ６１側へと第２流路５２内のガスが吸引される。したがって、図７Ａに示すようにマイクロバルブ１が開状態のときにポンプ６１を駆動させると、第２流路５２が第１流路５１よりも負圧状態となり、第１流路５１からマイクロバルブ１を介して第２流路５２側にサンプルガスが吸引される。このように、ポンプ６１は、第２流路５２側に負圧を発生させる負圧発生機構を構成している。

第３流路５３には、バルブ６２が設けられている。このバルブ６２を開くことにより、第３流路５３を介してマイクロバルブ１内にニューマチック流体が流入し、ダイアフラム層３を弾性変形させることができる。図７Ａに示すように、ポンプ６１を駆動させる際には、バルブ６２が閉じられてマイクロバルブ１内へのニューマチック流体の導入が停止される。一方、図７Ｂに示すように、ポンプ６１の駆動を停止させたときには、バルブ６２が開かれてマイクロバルブ１内にニューマチック流体が導入されることにより、ダイアフラム層３が弾性変形してマイクロバルブ１が閉状態となる。

第２流路５２の途中部と、第３流路５３の途中部とは、接続流路５０により接続されている。接続流路５０にはバルブ６３が設けられており、このバルブ６３により接続流路５０を開閉することができる。接続流路５０及びバルブ６３は、第２流路５２内と第３流路５３内との圧力差を減少させるための圧力調整機構を構成している。

ポンプ６１及びバルブ６２，６３には、制御部６０が接続されている。制御部６０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成であり、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、ポンプ６１及びバルブ６２，６３の動作を制御する。図７Ａに示すように、ポンプ６１を駆動させる際には、バルブ６２が閉状態となり、バルブ６３が開状態となる。一方、図７Ｂに示すように、ポンプ６１の駆動を停止させたときには、バルブ６２が開状態となり、バルブ６３が閉状態となる。

すなわち、制御部６０は、バルブ６３により接続流路５０を閉じた状態で、バルブ６２を開いてマイクロバルブ１内にニューマチック流体を供給させ（図７Ｂ参照）、バルブ６３により接続流路５０を開いた状態で、バルブ６２を閉じてマイクロバルブ１内へのニューマチック流体の供給を停止させる（図７Ａ参照）。

図７Ａに示すように、ポンプ６１を駆動させる際には、バルブ６３が開かれることにより、第２流路５２と第３流路５３とが連通状態になる。この状態では、第２流路５２と第３流路５３との圧力差が減少するため、第２流路５２側に発生する負圧によってダイアフラム層３が弾性変形するのを抑制することができる。したがって、負圧によりサンプルガスを吸引する際に流入口２３及び流出口２４がダイアフラム層３で閉塞されるのを防止することができる。特に、本実施形態では、バルブ６３で接続流路５０を開閉するだけの簡単な構成で、第２流路５２内と第３流路５３内との圧力差を減少させることができる。

また、バルブ６３により接続流路５０が開かれる際には、バルブ６２が閉じられることによりマイクロバルブ１内へのニューマチック流体の供給が停止される。したがって、第２流路５２内と第３流路５３内との圧力差を減少させる際に、ニューマチック流体が接続流路５０を介して第２流路５２から第３流路５３へと流入するのを防止することができる。

ダイアフラム層３が、厚み５〜２０μｍのガラスフィルムにより形成されている場合、ダイアフラム層３は、例えば５〜６００ｋＰａの圧力をニューマチック流体から受けて弾性変形することにより流入口２３及び流出口２４を閉塞する。一方、ダイアフラム層３が、厚み１０〜１５０μｍのシリコンフィルムにより形成されている場合、ダイアフラム層３は、例えば２０〜１０００ｋＰａの圧力をニューマチック流体から受けて弾性変形することにより流入口２３及び流出口２４を閉塞する。

このように、本実施形態では、比較的薄いガラスフィルム又はシリコンフィルムによりダイアフラム層３を形成し、当該ダイアフラム層３を比較的低い圧力で弾性変形させて流入口２３及び流出口２４を閉塞することができる。この場合、流入口２３からのサンプルガスの吸引時（図７Ａ参照）にダイアフラム層３が弾性変形して流入口２３及び流出口２４が閉塞されてしまうおそれがあるが、本実施形態では、圧力調整機構（バルブ６３）の作用によってダイアフラム層３が弾性変形するのを抑制することができるため、負圧によりサンプルガスを吸引する際に流入口２３及び流出口２４がダイアフラム層３で閉塞されるのを確実に防止することができる。

４．バルブシステムの適用例
図８Ａ〜図８Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂのバルブシステムをガスサンプラに適用した場合の流路図の一例である。図８Ａはサンプリング時の状態、図８Ｂはインジェクト時の状態、図８Ｃは分析時の状態をそれぞれ示している。この例では、サンプルガスの供給源からポンプ６１までの流路に、２つのマイクロバルブ１が直列に設けられている。また、２つのマイクロバルブ１の間の流路には、サンプルループ６４が設けられている。

ニューマチック流体の流路である第３流路５３は、バルブ６２の下流側の分岐部５３１において分岐し、２つのマイクロバルブ１の開口４１にそれぞれ接続されている。また、分岐部５３１において分岐した各第３流路５３は、それぞれ接続流路５０を介して第２流路５２に接続されている。各接続流路５０は、合流部５０１において１つの接続流路５０に合流した後、第２流路５２に接続されている。接続流路５０を開閉するためのバルブ６３は、合流部５０１よりも下流側の接続流路５０に設けられている。

サンプルループ６４と上流側のマイクロバルブ１との間の流路には、キャリアガスをサンプルループ６４に供給するための第４流路５４が接続されている。また、サンプルループ６４と下流側のマイクロバルブ１との間の流路には、サンプルループ６４からカラム（図示せず）にキャリアガスを供給するための第５流路５５が接続されている。第４流路５４にはバルブ６５が設けられ、第５流路５５にはバルブ６６が設けられている。なお、バルブ６５，６６は、マイクロバルブ１により構成されていてもよく、その場合には、ニューマチック流体によりバルブ６５，６６を開閉することができる。

サンプルループ６４内にサンプルを充填する際には、図８Ａに示すように、バルブ６５，６６を閉状態とした上で、各マイクロバルブ１を開状態とする。この状態でポンプ６１を駆動させることにより、サンプルガスが第１流路５１を介してサンプルループ６４に供給され、サンプルガスに含まれる分析対象成分（サンプル）がサンプルループ６４内に充填される。

このとき、バルブ６２は閉状態とされており、各マイクロバルブ１内にニューマチック流体は流入しない。また、バルブ６３は開状態とされており、接続流路５０を介して第２流路５２と第３流路５３とが連通している。したがって、第２流路５２側に発生する負圧によって各マイクロバルブ１のダイアフラム層３が弾性変形するのを抑制し、負圧によりサンプルガスを吸引する際に各マイクロバルブ１の流入口２３及び流出口２４がダイアフラム層３で閉塞されるのを防止することができる。

その後、図８Ｂに示すように、バルブ６２が開状態とされることにより、各マイクロバルブ１内にニューマチック流体が流入し、各マイクロバルブ１が閉状態となる。このとき、ポンプ６１の駆動が停止されるとともに、バルブ６３が閉状態とされ、バルブ６５，６６が開状態とされる。これにより、第４流路５４を介してサンプルループ６４内にキャリアガスが供給され、サンプルループ６４を通過したキャリアガスは、第５流路５５を介してカラムへと供給される。これにより、サンプルループ６４内に充填されているサンプルが脱離し、キャリアガスとともにカラムに導入（インジェクト）される。

このようにしてカラムにサンプルが導入された後、カラムにキャリアガスが供給されることにより分析が行われる。分析中は、図８Ｃに示すように、ポンプ６１の駆動を停止させた状態のまま、バルブ６５，６６を閉状態とした上で、各マイクロバルブ１を開状態とする。このとき、バルブ６２は閉状態とされており、各マイクロバルブ１内にニューマチック流体は流入しない。

５．バブルシステムの変形例
図９Ａ及び図９Ｂは、バルブシステムの変形例を示した概略図である。図９Ａは、マイクロバルブ１が開いた状態を示しており、図９Ｂは、マイクロバルブ１が閉じた状態を示している。

上記実施形態では、圧力調整機構としてバルブ６３を用いた構成について説明したが、この変形例では、バルブ６３の代わりにポンプ６７が圧力調整機構として用いられ、第２流路５２と第３流路５３は接続流路５０で接続されていない。その点以外は上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

ポンプ６７は、第３流路５３から分岐した分岐流路５６に設けられている。このポンプ６７の駆動を制御部６０で制御することにより、第２流路５２と第３流路５３との圧力差を減少させることができる。

具体的には、図９Ａに示すように、ポンプ６１を駆動させる際には、ポンプ６７も駆動させる。各ポンプ６１，６７の吸引圧力は同等に設定されている。これにより、第２流路５２と第３流路５３との圧力差が減少するため、第２流路５２側に発生する負圧によってダイアフラム層３が弾性変形するのを抑制することができる。したがって、負圧によりサンプルガスを吸引する際に流入口２３及び流出口２４がダイアフラム層３で閉塞されるのを防止することができる。

ポンプ６１の駆動を停止させる際には、図９Ｂに示すように、ポンプ６７の駆動も停止させる。この状態でバルブ６２が開かれることにより、マイクロバルブ１内にニューマチック流体が導入され、ダイアフラム層３が弾性変形してマイクロバルブ１が閉状態となる。

６．その他の変形例
以上の実施形態では、ポンプ６１により第２流路５２側に負圧を発生させるような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、例えば第２流路５２側に設けられた減圧されたタンクなどにより、第２流路５２側に負圧を発生させるための負圧発生機構が構成されていてもよい。

１ マイクロバルブ
２ 基台層
３ ダイアフラム層
４ カバー層
２３ 流入口
２４ 流出口
４１ 開口
５０ 接続流路
５１ 第１流路
５２ 第２流路
５３ 第３流路
５４ 第４流路
５５ 第５流路
５６ 分岐流路
６０ 制御部
６１ ポンプ
６４ サンプルループ
６７ ポンプ
５０１ 合流部
５３１ 分岐部

Claims (5)

1. ガスの流入口及び流出口が形成された基台層と、前記基台層に対向するカバー層と、前記基台層と前記カバー層との間に設けられ、ニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞するダイアフラム層とが積層された積層構造を有するマイクロバルブと、
   前記流入口に接続され、前記マイクロバルブ内にガスを流入させる第１流路と、
   前記流出口に接続され、前記マイクロバルブ内からガスを流出させる第２流路と、
   前記マイクロバルブ内にニューマチック流体を流入させる第３流路と、
   前記第２流路側に負圧を発生させることにより、前記第１流路から前記マイクロバルブを介して前記第２流路側にガスを吸引する負圧発生機構と、
   前記第２流路内と前記第３流路内との圧力差を減少させることにより、前記第２流路側に発生する負圧によって前記流入口及び前記流出口が前記ダイアフラム層で閉塞されるのを防止する圧力調整機構とを備えることを特徴とするバルブシステム。
2. 前記圧力調整機構は、前記第２流路と前記第３流路とを接続する接続流路と、前記接続流路を開閉するバルブとを有することを特徴とする請求項１に記載のバルブシステム。
3. 前記バルブにより前記接続流路を閉じた状態で前記マイクロバルブ内にニューマチック流体を供給させ、前記バルブにより前記接続流路を開いた状態で前記マイクロバルブ内へのニューマチック流体の供給を停止させる制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のバルブシステム。
4. 前記ダイアフラム層は、厚みが５〜２０μｍのガラスフィルムにより形成されており、ニューマチック流体から受ける５〜６００ｋＰａの圧力で弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブシステム。
5. 前記ダイアフラム層は、厚みが１０〜１５０μｍのシリコンフィルムにより形成されており、ニューマチック流体から受ける２０〜１０００ｋＰａの圧力で弾性変形することにより前記流入口及び前記流出口を閉塞することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブシステム。

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