JP4934206B2 - Micro valve mechanism - Google Patents

Micro valve mechanism Download PDF

Info

Publication number
JP4934206B2
JP4934206B2 JP2010008911A JP2010008911A JP4934206B2 JP 4934206 B2 JP4934206 B2 JP 4934206B2 JP 2010008911 A JP2010008911 A JP 2010008911A JP 2010008911 A JP2010008911 A JP 2010008911A JP 4934206 B2 JP4934206 B2 JP 4934206B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
element chip
valve
fluid element
pressure
fluid
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010008911A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010107051A (en
Inventor
玄樹 加藤
正隆 新荻
三七男 山本
英孝 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2010008911A priority Critical patent/JP4934206B2/en
Publication of JP2010107051A publication Critical patent/JP2010107051A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4934206B2 publication Critical patent/JP4934206B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明はマイクロ流体装置に形成されている微細な流体通路(マイクロ流路)を開閉するためのマイクロバルブ機構に関するものである。   The present invention relates to a microvalve mechanism for opening and closing a fine fluid passage (microchannel) formed in a microfluidic device.

従来のマイクロバルブ機構としては、例えば、メンブレンを利用したマイクロバルブ機構がある。   As a conventional micro valve mechanism, for example, there is a micro valve mechanism using a membrane.

以下、この従来のマイクロバルブ機構について、図24を参照して説明する。   Hereinafter, this conventional micro valve mechanism will be described with reference to FIG.

図24(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図である。また、図24(b)は図24(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図であり、図24(c)は図24(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図である。マイクロバルブ機構1は、流体素子チップ3と駆動素子チップ17とメンブレン18とからなり、マイクロ流路5の途中に設けた弁座19に可動のメンブレン18が離接して開閉され、メンブレン18と弁座19との離着によって流体のスイッチングを行なう。メンブレン18は外部から導入される空気圧によって駆動されるので、この空気圧を導入するための駆動用マイクロ流路20が必要となる。したがって、スイッチングされる流体のマイクロ流路5を有する流体素子チップ3の他にもう一層、駆動用マイクロ流路20を有する駆動素子チップ17を製作する(特許文献1参照)。   FIG. 24A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above. FIG. 24B is a cross-sectional view of the valve closed state along the line BB ′ in FIG. 24A, and FIG. 24C is the valve open state along the line BB ′ in FIG. FIG. The microvalve mechanism 1 includes a fluid element chip 3, a drive element chip 17, and a membrane 18, and a movable membrane 18 is opened and closed with a valve seat 19 provided in the middle of the microchannel 5 being opened and closed. The fluid is switched by attaching to and detaching from the seat 19. Since the membrane 18 is driven by air pressure introduced from the outside, a driving microchannel 20 for introducing this air pressure is required. Therefore, in addition to the fluid element chip 3 having the microfluidic channel 5 of the fluid to be switched, a driving element chip 17 having the driving microchannel 20 is manufactured (see Patent Document 1).

特開2001−304440号公報JP 2001-304440 A

従来のマイクロバルブ機構では、流体素子チップと駆動素子チップとの多層流路の部材を製作することが必要となるため、部材の数が多くなり、かつ、製作過程が複雑になるため、チップの安価な提供が困難であるという問題があった。   In the conventional microvalve mechanism, since it is necessary to manufacture a member of a multilayer flow path of a fluid element chip and a driving element chip, the number of members increases and the manufacturing process becomes complicated. There was a problem that it was difficult to provide cheaply.

本発明は、以上の問題点に鑑みなされたもので、駆動素子チップを必要としない簡素な構造を有し、かつ、確実にバルブの開閉が行えるマイクロバルブ機構を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a microvalve mechanism that has a simple structure that does not require a drive element chip and that can reliably open and close the valve.

本発明は前記課題を解決するため、以下の通りの構成とした。
すなわち、本発明のマイクロバルブ機構は、マイクロ流路を有し、少なくとも該マイクロ流路上部の一部が弾性部材からなる流体素子チップと、該流体素子チップ上の弾性部材部に立設された圧力制御ポートとを備え、該圧力制御ポートを介して圧力を給排することにより開閉を行う構成とした。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
That is, the microvalve mechanism of the present invention has a microchannel, and at least a part of the upper part of the microchannel is erected on a fluid element chip made of an elastic member and an elastic member portion on the fluid element chip. And a pressure control port, which is configured to open and close by supplying and discharging pressure through the pressure control port.

本発明は以上の構成とすることによって、前記圧力制御ポートに備えられた押圧体の圧力の給排により前記マイクロ流路の変形が行なえるようになり、該マイクロ流路の開閉が可能となる。   With the above configuration, the present invention allows the microchannel to be deformed by supplying and discharging the pressure of the pressing body provided in the pressure control port, and the microchannel can be opened and closed. .

また、本願発明によれば、低荷重でバルブを閉じることができるようするために、変形部における前記流体素子チップ上面に凹部を形成し、該変形部の厚みを薄くする構成が提案される。さらに、前記変形部における前記流体素子チップの前記マイクロ流路側の面には凸部を形成することも提案される。   Further, according to the present invention, in order to be able to close the valve with a low load, a configuration is proposed in which a concave portion is formed on the upper surface of the fluid element chip in the deformed portion and the thickness of the deformed portion is reduced. Furthermore, it is also proposed to form a convex portion on the surface of the fluid element chip in the deformable portion on the micro flow path side.

また、本願発明によれば、確実にバルブの開閉が行えるように、前記変形部における前記マイクロ流路の途上に平面形状が円である円状空隙部を形成することも提案される。ただし、前記変形部における前記マイクロ流路には、1つのチップ上に複数のバルブを配置する場合、バルブの配置を高密度化するために、平面形状が前記マイクロ流路に沿った方向に楕円の長手方向を有する楕円である楕円状空隙部を形成してもよい。   In addition, according to the present invention, it is also proposed to form a circular gap having a circular planar shape in the middle of the microchannel in the deformed portion so that the valve can be opened and closed reliably. However, when a plurality of valves are arranged on one chip in the microchannel in the deformed portion, the planar shape is elliptical in the direction along the microchannel in order to increase the density of the valves. You may form the elliptical space | gap part which is an ellipse which has the longitudinal direction of these.

また、本願発明によれば、前記圧力制御ポートと前記押圧体とからなる押圧機構の正確な位置合わせが不要になるように、該圧力制御ポートが備えられている方向に向かって前記円状空隙部の円内に凹状構造を設けることも提案される。ただし、前記円状空隙部は前記楕円状空隙部や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。   Further, according to the present invention, the circular gap toward the direction in which the pressure control port is provided so that accurate positioning of the pressing mechanism including the pressure control port and the pressing body is not required. It is also proposed to provide a concave structure in the circle of the part. However, the circular void portion may be a void such as the elliptical void portion, a planar shape of a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners.

また、本願発明によれば、前記圧力制御ポートと前記押圧体とからなる押圧機構の正確な位置合わせが不要になるように、前記円状空隙部内にミアンダ形流路を設けることも提案される。ただし、前記円状空隙部は前記楕円状空隙部や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。
また、本願発明によれば、常閉型のバルブとするために、前記圧力制御ポートが備えられている方向に向かって該マイクロ流路内に凸状構造の閉子を該マイクロ流路内の壁面に接触するように形成し、かつ、該閉子と該閉子の隣接部との範囲にわたって前記流体素子チップ上に剛性部材の平板を接着して設けることが提案される。さらに、低荷重でバルブを開くことができるようするために、前記流体素子チップには前記閉子に隣接する空隙部を形成することも提案される。
In addition, according to the present invention, it is also proposed to provide a meandering channel in the circular gap so that accurate positioning of the pressing mechanism including the pressure control port and the pressing body is not necessary. . However, the circular void portion may be a void such as the elliptical void portion, a planar shape of a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners.
Further, according to the present invention, in order to obtain a normally closed type valve, a convex-structured closure is provided in the microchannel in the direction in which the pressure control port is provided. It is proposed to provide a rigid member flat plate on the fluid element chip so as to be in contact with the wall surface and over the range of the closing element and the adjacent part of the closing element. Furthermore, in order to be able to open the valve with a low load, it is also proposed to form a gap adjacent to the closing element in the fluid element chip.

また、本願発明によれば、前記押圧体により加圧する手段としては、例えば、電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧が提案される。   In addition, according to the present invention, as means for applying pressure by the pressing body, for example, a linear actuator such as an electromagnetic drive type, a gas pressure by air or the like, a hydrostatic pressure by silicon oil or the like is proposed.

前記背景技術のマイクロバルブ機構には流体素子チップの他に駆動素子チップも必要であったため、部材の数が多くなり、製作過程が複雑であった。本発明では、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。   Since the microvalve mechanism of the background art requires a driving element chip in addition to a fluid element chip, the number of members increases and the manufacturing process is complicated. In the present invention, the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure including only a fluid element chip without requiring a driving element chip.

よって、本発明ではチップを低コスト化することが可能となる。すなわち、本発明はディスポーザブルバイオチップなどへ応用展開することができる。   Therefore, in the present invention, it is possible to reduce the cost of the chip. That is, the present invention can be applied to a disposable biochip.

本発明の基本構成1のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)はマイクロバルブ機構を上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 1 of this invention, (a) is the top view which looked at the micro valve mechanism from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). . 図1のC−C’線における断面図であり、(a)はバルブ開状態、(b)はバルブ閉状態である。It is sectional drawing in the C-C 'line | wire of FIG. 1, (a) is a valve open state, (b) is a valve closed state. マイクロバルブ機構の開閉評価を行なうために使用した実験装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the experimental apparatus used in order to perform opening-and-closing evaluation of a microvalve mechanism. 本発明の基本構成1のマイクロバルブ機構の製作過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacture process of the micro valve mechanism of the basic composition 1 of this invention. 本発明の基本構成2のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 2 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). 本発明の基本構成3のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 3 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). 図6のC−C’線における断面図であり、(a)はバルブ開状態、(b)はバルブ閉状態である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 6, where (a) is a valve open state and (b) is a valve closed state. 本発明の基本構成4のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 4 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). 本発明の基本構成5のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図、(c)は(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 5 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing of the valve open state in the BB 'line of (a), (c) is sectional drawing of the valve closed state in the BB 'line of (a). 本発明の基本構成6のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図、(c)は(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the basic composition 6 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing of the valve open state in the BB 'line of (a), (c) is sectional drawing of the valve closed state in the BB 'line of (a). 図10のC−C’線における断面図であり、(a)はバルブ開状態、(b)はバルブ閉状態である。It is sectional drawing in the C-C 'line | wire of FIG. 10, (a) is a valve open state, (b) is a valve closed state. 図10のバルブ領域Aにおける斜視図である。It is a perspective view in the valve | bulb area | region A of FIG. 本発明の基本構成6の押圧機構の配置位置を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は円状空隙部の中心の流体素子チップ上に押圧機構が配置される場合におけるバルブ閉状態の断面図、(c)は円状空隙部の中心からずれた位置の流体素子チップ上に押圧機構が配置される場合におけるバルブ閉状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement position of the press mechanism of the basic composition 6 of this invention, (a) is a top view seen from the upper part, (b) is a press mechanism arrange | positioned on the fluid element chip | tip of the center of a circular space | gap part. FIG. 6C is a cross-sectional view of the valve closed state when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip at a position shifted from the center of the circular gap. 本発明の基本構成7のバルブ開状態におけるマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism in the valve open state of the basic structure 7 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). . 本発明の基本構成7のバルブ閉状態におけるマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線における断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism in the valve closed state of the basic structure 7 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing in the BB 'line of (a). . 本発明の基本構成7の押圧機構の配置位置を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は円状空隙部の中心の流体素子チップ上に押圧機構が配置される場合におけるバルブ閉状態の断面図、(c)は円状空隙部の中心からずれた位置の流体素子チップ上に押圧機構が配置される場合におけるバルブ閉状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement position of the press mechanism of the basic composition 7 of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is a press mechanism arrange | positioned on the fluid element chip | tip of the center of a circular space | gap part. FIG. 6C is a cross-sectional view of the valve closed state when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip at a position shifted from the center of the circular gap. 本発明の実施例のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)はバルブ閉状態の断面図、(c)はバルブ開状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of the Example of this invention, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing of a valve closed state, (c) is sectional drawing of a valve open state. . 図17のC−C’線における断面図であり、(a)はバルブ閉状態、(b)はバルブ開状態である。It is sectional drawing in the C-C 'line | wire of FIG. 17, (a) is a valve closed state, (b) is a valve open state. 図17のバルブ領域Aにおける斜視図である。It is a perspective view in the valve | bulb area | region A of FIG. 本発明の実施例において、空隙部を有するマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のC−C’線におけるバルブ閉状態の断面図、(c)は(a)のC−C’線におけるバルブ開状態の断面図である。In the Example of this invention, it is explanatory drawing which shows the microvalve mechanism which has a space | gap part, (a) is a top view seen from upper direction, (b) is the valve | bulb closed state in CC 'line of (a). Sectional drawing and (c) are sectional drawings of the valve | bulb open state in CC 'line of (a). 図20のバルブ領域Aにおける斜視図である。It is a perspective view in the valve | bulb area | region A of FIG. 本発明の実施例において、閉子が空隙部内に突き出す構造を有するマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のC−C’線におけるバルブ閉状態の断面図、(c)は(a)のC−C’線におけるバルブ開状態の断面図である。In the Example of this invention, it is explanatory drawing which shows the microvalve mechanism which has a structure where a closure protrudes in a space | gap part, (a) is a top view seen from upper direction, (b) is CC 'of (a). Sectional drawing of the valve | bulb closed state in a line, (c) is sectional drawing of the valve | bulb open state in the CC 'line | wire of (a). 図22のバルブ領域Aにおける斜視図である。It is a perspective view in the valve | bulb area | region A of FIG. 従来例のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、(a)は上方から見た平面図、(b)は(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図、(c)は(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図である。It is explanatory drawing which shows the micro valve mechanism of a prior art example, (a) is the top view seen from upper direction, (b) is sectional drawing of the valve closed state in the BB 'line of (a), (c) is ( It is sectional drawing of the valve open state in the BB 'line | wire of a).

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Further, they can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.

基本構成1Basic configuration 1

図1は本発明の第1の基本構成のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図1(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図1(b)は図1(a)のB−B’線における断面図を示している。 FIG. 1 is a view showing a microvalve mechanism 1 having a first basic configuration of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. Sectional drawing in the BB 'line | wire of 1 (a) is shown.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4とから構成されている。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のポリジメチルシロキサン(PDMS)の変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは本基本構成では1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは本基本構成では1mmとした。 The microvalve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of polydimethylsiloxane (PDMS) having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm in this basic configuration . The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm in this basic configuration .

圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体の通過と遮断が行われる領域であるバルブ領域Aにおける流体素子チップ3が変形し、円状空隙部6が開閉して、流体の通過と遮断を行う。   The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and the passage and blocking of the fluid can be performed by supplying and discharging the pressure of the pressing body 7 to and from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2. The fluid element chip 3 in the valve region A, which is the region to be performed, is deformed, and the circular gap 6 is opened and closed to allow passage and blocking of the fluid.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作された幅200μm、深さ40μmのマイクロ流路5と平面形状が半径0.5mmの円で深さ40μmの円状空隙部6とが支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路であり、円状空隙部6はバルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて円状空隙部6と合する。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 has a micro-channel 5 having a width of 200 μm and a depth of 40 μm and a circular gap 6 having a radius of 0.5 mm and a depth of 40 μm, which are manufactured by micromachining. Is formed. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes, and the circular gap portion 6 is a gap that performs passage and blocking of the fluid in the valve region A. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the circular gap 6 in the valve region A.

図2は図1のバルブ領域AのC−C’線における断面図である。図2(a)はバルブ開状態における断面図を示し、図2(b)はバルブ閉状態における断面図を示している。マイクロバルブ機構1は通常は円状空隙部6が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給され、バルブ領域Aにおける円状空隙部6はマイクロバルブ機構1を閉じる方向に変形し、押圧体7による荷重が100gf以上になるとマイクロバルブ機構1を完全に閉じることができる。押圧体7は電磁駆動式の直進型アクチュエータを使用する。   2 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of the valve region A of FIG. 1. FIG. 2A shows a cross-sectional view in the valve open state, and FIG. 2B shows a cross-sectional view in the valve closed state. The microvalve mechanism 1 is normally open with a circular gap 6 open. A pressing body 7 having a curvature radius of 1.5 mm of a pressing curved surface installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A via the pressure control port 2, and the circular gap 6 in the valve region A is deformed in the direction of closing the microvalve mechanism 1, When the load by the pressing body 7 is 100 gf or more, the microvalve mechanism 1 can be completely closed. The pressing body 7 uses an electromagnetically driven linear actuator.

なお、ヤング率1000N/cm2の流体素子チップ3の代わりにヤング率100N/cm2や2000N/cm2のシリコン樹脂製の流体素子チップ3を使用しても、本基本構成と同様に押圧体7による荷重が100gf以上になるとマイクロバルブ機構1を完全に閉じることができる。また、これらの流体素子チップ3において、流体素子チップ3の高さを0.5mmとし、かつ、押圧体7の押圧曲面の曲率半径を0.5mmまたは2mmとしても、本基本構成と同様に押圧体7による荷重が100gf以上になるとマイクロバルブ機構1を完全に閉じることができる。さらに、押圧体7による荷重を100gf未満で制御することによって、円状空隙部6を通過する流量を調節することも可能となる。 Even if a fluid element chip 3 made of silicon resin having a Young's modulus of 100 N / cm 2 or 2000 N / cm 2 is used in place of the fluid element chip 3 having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , the pressing body is the same as in this basic configuration. When the load due to 7 becomes 100 gf or more, the microvalve mechanism 1 can be completely closed. Further, in these fluid element chips 3, even if the height of the fluid element chip 3 is set to 0.5 mm and the curvature radius of the pressing curved surface of the pressing body 7 is set to 0.5 mm or 2 mm, the pressing is performed similarly to the basic configuration. When the load by the body 7 becomes 100 gf or more, the microvalve mechanism 1 can be completely closed. Furthermore, by controlling the load applied by the pressing body 7 to be less than 100 gf, the flow rate passing through the circular gap 6 can be adjusted.

基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。図3は開閉評価に使用した実験装置である。図3において、(a)真空ポンプ、(b)真空レギュレータ、(c)廃液タンク、(d)マイクロバルブ機構1、(e)純水を充填したチューブを示す。図3におけるマイクロバルブ機構1は、2つの入口ポート(In1,In2)と1つの出口ポート(Out)を形成して、マイクロ流路5が入口ポートIn1,In2及び出口ポートOutからきて流体素子チップ3の中央で合する。それぞれの入口ポートIn1,In2からこの中央までのマイクロ流路5の途上に円形空隙部6を形成して、バルブ領域A1,A2に2つのバルブを設けた。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。 The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. FIG. 3 shows an experimental apparatus used for the open / close evaluation. FIG. 3 shows a tube filled with (a) a vacuum pump, (b) a vacuum regulator, (c) a waste liquid tank, (d) a microvalve mechanism 1, and (e) pure water. The microvalve mechanism 1 in FIG. 3 forms two inlet ports (In1, In2) and one outlet port (Out), and the microchannel 5 comes from the inlet ports In1, In2 and the outlet port Out and is a fluid element chip. Match at the center of 3. A circular gap 6 was formed in the middle of the micro flow path 5 from the respective inlet ports In1 and In2 to the center, and two valves were provided in the valve regions A1 and A2. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm.

マイクロ流路5は幅200μm、深さ40μm、円状空隙部6は平面形状が直径1mmの円で深さ40μmとして形成した。水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートIn1,In2は純水を満たしたチューブに接続した。   The microchannel 5 was formed with a width of 200 μm and a depth of 40 μm, and the circular gap 6 was formed as a circle having a planar shape of 1 mm in diameter and a depth of 40 μm. A negative pressure of 20-30 kPa was used to suck in water. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet ports In1 and In2 were connected to a tube filled with pure water.

チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、100gfの荷重をバルブ領域A1における流体素子チップ3に供給したところ、バルブ領域A2における流体は通過できるが、バルブ領域A1における流体の流れを完全に遮断することができた。同様に、押圧体7を駆動して、100gfの荷重をバルブ領域A2における流体素子チップ3に供給したところ、バルブ領域A1における流体は通過できるが、バルブ領域A2における流体の流れを完全に遮断することができた。このようにして、複数の入口ポートより供給される流体の流れを選択的に遮断することができた。   The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when the pressing body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and a load of 100 gf is supplied to the fluid element chip 3 in the valve area A1, the pressure element 7 in the valve area A2 is supplied. Although the fluid could pass, the fluid flow in the valve region A1 could be completely blocked. Similarly, when the pressing body 7 is driven and a load of 100 gf is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A2, the fluid in the valve region A1 can pass, but the fluid flow in the valve region A2 is completely blocked. I was able to. In this way, the flow of fluid supplied from the plurality of inlet ports could be selectively blocked.

次に、本基本構成1のマイクロバルブ機構1の製作方法について説明する。マイクロバルブ機構1の製作過程を図4に示す。マイクロ流路5と円状空隙部6とを製作するための反転パターンを形成するために、超厚膜フォトレジスト9(SU−8)をシリコン基板10の上にスピンコートする。その後、反転パターンを露光し、現像する(図4(a))。溶液を保持する型枠を使用して、PDMSの未重合溶液をシリコン基板10上に注ぐ(図4(b))。PDMSチップをシリコン基板10から剥離して、流体素子チップ3が得られる(図4(c))。真鍮パイプを使用して流体素子チップ3にシリコン接着剤で固定して入口ポートIn及び出口ポートOutを形成する。流体素子チップ3のマイクロ流路5及び円状空隙部6が形成されている側の面とガラス製の支持基板4との両固着面を酸素プラズマで表面処理して、流体素子チップ3とガラス製の支持基板4とを固着して、マイクロバルブ機構1を得る(図4(d))。 Next, a manufacturing method of the micro valve mechanism 1 of the basic configuration 1 will be described. The manufacturing process of the microvalve mechanism 1 is shown in FIG. An ultra-thick film photoresist 9 (SU-8) is spin-coated on the silicon substrate 10 in order to form a reverse pattern for producing the microchannel 5 and the circular gap 6. Thereafter, the reverse pattern is exposed and developed (FIG. 4A). An unpolymerized solution of PDMS is poured onto the silicon substrate 10 using a mold that holds the solution (FIG. 4B). The PDMS chip is peeled from the silicon substrate 10 to obtain the fluid element chip 3 (FIG. 4C). The inlet port In and the outlet port Out are formed by fixing the fluid element chip 3 with a silicon adhesive using a brass pipe. The fluid element chip 3 and the glass are subjected to a surface treatment with oxygen plasma on both surfaces of the fluid element chip 3 on which the micro-channel 5 and the circular gap 6 are formed and the glass support substrate 4. The micro-valve mechanism 1 is obtained by fixing the support substrate 4 (FIG. 4D).

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、ヤング率100N/cm2から2000N/cm2までの範囲の流体素子チップにおいて、流体素子チップの高さの0.5倍以上、かつ、押圧体の押圧曲面における曲率半径の0.25倍から1倍までの範囲を満たす半径を有する平面形状が円である円状空隙部を設けることによって、押圧体による荷重を100gf未満で制御することで円状空隙部を通過する流量を調節することができ、押圧体による荷重を100gf以上にするとバルブを完全に閉じることができる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, in a fluid element chip having a Young's modulus in the range of 100 N / cm 2 to 2000 N / cm 2 , the height of the fluid element chip is 0.5 times or more and the radius of curvature of the pressing curved surface of the pressing body is 0.25 times. To adjust the flow rate passing through the circular gap by controlling the load by the pressing body to be less than 100 gf by providing a circular gap having a circle with a radius satisfying a range from 1 to 1 times. The valve can be completely closed when the load applied by the pressing body is 100 gf or more.

基本構成2Basic configuration 2

図5は本発明の第2の基本構成のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図5(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図5(b)は図5(a)のB−B’線における断面図を示している。 FIG. 5 is a view showing the micro valve mechanism 1 of the second basic configuration of the present invention, FIG. 5 (a) is a plan view of the micro valve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. Sectional drawing in the BB 'line of 5 (a) is shown.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4とから構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作する。支持基板4はガラスまたは、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリプロピレン(PPP)などの熱可塑性樹脂で製作する。 The microvalve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene (PPP).

圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体の通過と遮断が行われる領域であるバルブ領域Aにおける流体素子チップ3が変形し、楕円状空隙部11が開閉して、流体の通過と遮断を行う。   The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and the passage and blocking of the fluid can be performed by supplying and discharging the pressure of the pressing body 7 to and from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2. The fluid element chip 3 in the valve region A, which is the region to be performed, is deformed, and the elliptical gap portion 11 is opened and closed to allow passage and blocking of the fluid.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と平面形状がマイクロ流路5に沿った方向に楕円の長手方向を有する楕円である楕円状空隙部11とが支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路であり、楕円状空隙部10はバルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて楕円状空隙部11と合する。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluidic device chip 3 seals the support substrate 4 with a microchannel 5 manufactured by micromachining and an elliptical gap portion 11 whose planar shape is an ellipse having a longitudinal direction along the microchannel 5. Is formed. The micro flow path 5 is a micro flow path that allows fluid to pass therethrough, and the elliptical gap portion 10 is a gap that performs passage and blocking of the fluid in the valve region A. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the elliptical gap 11 in the valve region A.

マイクロバルブ機構1は通常は楕円状空隙部11が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給され、バルブ領域Aにおける楕円状空隙部11はマイクロバルブ機構1を閉じる方向に変形する。押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The microvalve mechanism 1 is normally open with an elliptical cavity 11 open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A via the pressure control port 2, and the elliptical gap portion 11 in the valve region A is deformed in a direction to close the microvalve mechanism 1. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅200μm、深さ40μm、楕円状空隙部11は平面形状が長手方向の直径1mm、短手方向の直径0.5mmの楕円で深さ40μmとして形成した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。 The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 was formed to have a width of 200 μm, a depth of 40 μm, and an elliptical gap 11 having a planar shape of an ellipse having a diameter of 1 mm in the longitudinal direction and a diameter of 0.5 mm in the short direction and a depth of 40 μm. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator.

入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1では円状空隙部6の平面形状が円であるため、1つのチップ上に複数のバルブを配置する場合に高密度化が困難であったが、本基本構成では楕円状空隙部11の平面形状が楕円であるため、楕円の短手方向の幅を短くすることによって、複数のバルブを密に配置することができた。 The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down. Also, since the planar shape of the circular air gap 6 in the basic configuration 1 is a circle, one but densification is difficult when arranging the plurality of valves on the chip, the basic structure in elliptical cavities Since the planar shape of the portion 11 is an ellipse, a plurality of valves can be densely arranged by shortening the width of the ellipse in the short direction.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、平面形状が楕円である楕円状空隙部を構成することによって、バルブ領域おける楕円の短手方向の幅を狭くすることができるため、1つのチップ上に複数のバルブを配置する場合、バルブ配置の高密度化が可能となる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, since the width of the ellipse in the short direction in the bulb region can be narrowed by configuring the oval void portion whose planar shape is an ellipse, when a plurality of bulbs are arranged on one chip, The arrangement can be densified.

基本構成3Basic configuration 3

図6は本発明の第3の基本構成のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図6(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図6(b)は図6(a)のB−B’線における断面図を示している。 FIG. 6 is a view showing a microvalve mechanism 1 having a third basic configuration of the present invention. FIG. 6A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. Sectional drawing in the BB 'line of 6 (a) is shown.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4とから構成される。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作する。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体素子チップ3における凹形状の凹部12が変形し、円状空隙部6が開閉して、流体の通過と遮断を行う。 The micro valve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and the pressure of the pressing body 7 is supplied to and discharged from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2, thereby causing a depression in the fluid element chip 3. The shape of the concave portion 12 is deformed, and the circular gap portion 6 opens and closes to allow passage and blocking of the fluid.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3の片面にはマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と平面形状が円である円状空隙部6とが支持基板4とシールして形成され、もう一方の面のバルブ領域Aには凹形状の凹部12が形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路であり、円状空隙部6はバルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。凹部12の直上には圧力制御ポート2が隣接している。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて円状空隙部6と合する。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. On one side of the fluid element chip 3, a micro flow path 5 manufactured by micro machining and a circular gap 6 having a circular plane shape are formed by sealing with the support substrate 4, and the valve area A on the other side. A concave portion 12 having a concave shape is formed. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes, and the circular gap portion 6 is a gap that performs passage and blocking of the fluid in the valve region A. Immediately above the recess 12 is the pressure control port 2. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the circular gap 6 in the valve region A.

図7は図6のバルブ領域AのC−C’線における断面図である。図7(a)はバルブ開状態における断面図を示し、図7(b)はバルブ閉状態における断面図を示している。マイクロバルブ機構1は通常は円状空隙部6が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3の凹部12に供給され、バルブ領域Aにおける円状空隙部6はマイクロバルブ機構1を閉じる方向に変形する。押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of the valve region A in FIG. 6. FIG. 7A shows a cross-sectional view in the valve open state, and FIG. 7B shows a cross-sectional view in the valve closed state. The microvalve mechanism 1 is normally open with a circular gap 6 open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the concave portion 12 of the fluid element chip 3 in the valve region A via the pressure control port 2, and the circular gap portion 6 in the valve region A is in a direction to close the microvalve mechanism 1. Deform. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

なお、円状空隙部6は平面形状が楕円である楕円状空隙部11や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。
基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。バルブ領域Aにおける凹部12は平面形状が直径4mmの円で深さ0.5mm、マイクロ流路5は幅200μm、深さ40μm、円状空隙部6は平面形状が直径1mmの円で深さ40μmとして形成した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。
The circular gap 6 may be a gap such as an ellipsoidal gap 11 whose plane shape is an ellipse, or a plane whose shape is a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners.
The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The concave portion 12 in the bulb region A has a planar shape of a circle with a diameter of 4 mm and a depth of 0.5 mm, the microchannel 5 has a width of 200 μm and a depth of 40 μm, and the circular gap 6 has a planar shape with a circle of 1 mm in diameter and a depth of 40 μm. Formed as. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator.

入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1,2では、バルブを完全に閉じるために押圧荷重が100gf以上必要であったが、本基本構成では、凹部12を設けることによって、この部分の流体素子チップ3の厚みを薄くできるため、100gf未満の荷重でバルブを完全に閉じることができた。 The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down. In the basic configurations 1 and 2, a pressing load of 100 gf or more is required to completely close the valve. However, in this basic configuration , the thickness of the fluid element chip 3 in this portion is reduced by providing the recess 12. As a result, the valve could be completely closed with a load of less than 100 gf.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、凹形状の凹部を構成することによって、円状空隙部の直上の流体素子チップの厚みが薄くなるため、低荷重でバルブを閉じることができる。すなわち、押圧体の低出力駆動が可能となる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, since the thickness of the fluid element chip immediately above the circular gap is reduced by configuring the concave recess, the valve can be closed with a low load. That is, the output of the pressing body can be reduced.

基本構成4Basic configuration 4

図8は本発明の第4の基本構成のマイクロバルブ機構1を示す図であり、図8(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図8(b)は図8(a)のB−B’線における断面図を示している。 FIG. 8 is a view showing the micro valve mechanism 1 of the fourth basic configuration of the present invention, FIG. 8 (a) is a plan view of the micro valve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. Sectional drawing in the BB 'line | wire of (a) is shown.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4とから構成されている。流体素子チップ3はバルブ領域Aにおける弾性部材の変形部13と変形部13以外の剛性部材の非変形部14とにより構成される。 The microvalve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 includes a deformable portion 13 of an elastic member in the valve region A and a non-deformed portion 14 of a rigid member other than the deformable portion 13.

圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体素子チップ3における弾性部材の変形部13が変形し、円状空隙部6が開閉して、流体の通過と遮断を行う。   The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and the pressure of the pressing body 7 is supplied to and discharged from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2, whereby the elasticity in the fluid element chip 3 is restored. The deformed portion 13 of the member is deformed, and the circular gap portion 6 opens and closes to allow passage and blocking of the fluid.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。変形部13はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作し、非変形部14はPETやPPPなどの熱可塑性樹脂の剛性部材で製作する。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と平面形状が円である円状空隙部6とが支持基板4とシールして形成され、バルブ領域Aにおいて弾性部材の変形部13が形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路であり、円状空隙部6はバルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。流体素子チップ3は支持基板4に固着される。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて円状空隙部6と合する。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The deformable portion 13 is made of a deformable elastic member made of silicon resin such as PDMS, and the non-deformed portion 14 is made of a rigid member made of thermoplastic resin such as PET or PPP. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The fluid element chip 3 is formed by sealing a micro-channel 5 manufactured by micro-processing and a circular gap 6 having a circular planar shape with the support substrate 4, and a deformed portion 13 of an elastic member is formed in the valve region A. Is formed. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes, and the circular gap portion 6 is a gap that performs passage and blocking of the fluid in the valve region A. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the circular gap 6 in the valve region A.

マイクロバルブ機構1は通常は円状空隙部6が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3の変形部13に供給され、バルブ領域Aにおける円状空隙部6はマイクロバルブ機構1を閉じる方向に変形する。押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The microvalve mechanism 1 is normally open with a circular gap 6 open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the deformed portion 13 of the fluid element chip 3 in the valve region A via the pressure control port 2, and the circular gap 6 in the valve region A closes the microvalve mechanism 1. Transforms into The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

なお、円状空隙部6は平面形状が楕円である楕円状空隙部11や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。流体素子チップ3には凹部12を形成してもよい。
基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。バルブ領域Aは平面形状が2mm×2mmの矩形の範囲として、流体素子チップ3のバルブ領域Aにおける変形部13はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、非変形部14はPETの剛性部材で製作した。流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅200μm、深さ40μm、円状空隙部6は平面形状が直径1mmの円で深さ40μmとして形成した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。
The circular gap 6 may be a gap such as an ellipsoidal gap 11 whose plane shape is an ellipse, or a plane whose shape is a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners. A recess 12 may be formed in the fluid element chip 3.
The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The valve area A is a rectangular area having a planar shape of 2 mm × 2 mm, and the deformable portion 13 in the valve area A of the fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2. 14 was made of a rigid member of PET. The height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 was formed with a width of 200 μm and a depth of 40 μm, and the circular gap 6 was formed as a circle having a planar shape of 1 mm in diameter and a depth of 40 μm. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator.

入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1〜3では、流体素子チップ3の全てをPDMSなどのシリコン樹脂で製作したため、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂に比べて材料コストが割高となったが、本基本構成では、流体素子チップ3の非変形部14を熱可塑性樹脂で製作することによって、製作にかかるコストを抑えることができた。 The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down. In the basic configurations 1 to 3, since all of the fluid element chips 3 are made of silicon resin such as PDMS, the material cost is higher than that of a thermoplastic resin such as PET or PPP. In this basic configuration , By manufacturing the non-deformable portion 14 of the fluid element chip 3 with a thermoplastic resin, the manufacturing cost can be reduced.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、非変形部をPETやPPPなどの熱可塑性樹脂の剛性部材で構成することによって、チップコストをより低減することができる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, the chip cost can be further reduced by configuring the non-deformable portion with a rigid member of a thermoplastic resin such as PET or PPP.

基本構成5Basic configuration 5

図9は本発明の第5の基本構成のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図9(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示している。また、図9(b)は図9(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図を示し、図9(c)は図9(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図を示している。 FIG. 9 is a view showing the micro valve mechanism 1 of the fifth basic configuration of the present invention, and FIG. 9A is a plan view of the micro valve mechanism 1 as viewed from above. FIG. 9B shows a cross-sectional view of the valve open state along the line BB ′ in FIG. 9A, and FIG. 9C shows the valve closed state along the line BB ′ in FIG. 9A. FIG.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4により構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作される。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体素子チップ3における凸形状の凸部15が変形し、マイクロ流路5が開閉して、流体の通過と遮断を行う。 The micro valve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and the pressure of the pressing body 7 is supplied to and discharged from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2, thereby causing the convexity in the fluid element chip 3. The convex portion 15 having a shape is deformed, and the micro flow path 5 is opened and closed to allow passage and blocking of the fluid.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5が支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5はバルブ領域Aにおいて凸形状の凸部15が形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路とバルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う微小流路とで構成されている。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートInからきてバルブ領域Aを通過して出口ポートOutに合する。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 is formed by sealing a microchannel 5 manufactured by micromachining with a support substrate 4. The micro flow path 5 has a convex portion 15 formed in the valve region A. The micro flow path 5 includes a micro flow path that allows fluid to pass therethrough and a micro flow path that allows passage and blocking of the fluid in the valve region A. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In, passes through the valve region A, and matches the outlet port Out.

マイクロバルブ機構1は通常はマイクロ流路5が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給され、バルブ領域Aにおけるマイクロ流路5はマイクロバルブ機構1を閉じる方向に変形する。押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The microvalve mechanism 1 is normally open with the microchannel 5 open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A via the pressure control port 2, and the micro flow path 5 in the valve region A is deformed in a direction to close the micro valve mechanism 1. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

なお、支持基板4を加工して、支持基板4上のバルブ領域Aにおいて凸形状の台座16を立設してもよい。流体素子チップ3には凹部12を形成してもよい。流体素子チップ3は弾性部材の変形部13と剛性部材の非変形部14とで構成してもよい。
基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、凸部15は平面形状が1mm×120μmの矩形で高さ20μm、台座16は平面形状が1mm×120μmの矩形で高さ10μmとして形成した。
The support substrate 4 may be processed so that the convex base 16 is erected in the valve region A on the support substrate 4. A recess 12 may be formed in the fluid element chip 3. The fluid element chip 3 may be composed of a deformable portion 13 of an elastic member and a non-deformed portion 14 of a rigid member.
The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 was formed to have a width of 120 μm, a depth of 50 μm, the projection 15 having a rectangular shape with a planar shape of 1 mm × 120 μm and a height of 20 μm, and the pedestal 16 having a rectangular shape with a planar shape of 1 mm × 120 μm and a height of 10 μm.

入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1では円状空隙部6の平面形状が円であるため、1つのチップ上に複数のバルブを配置する場合に高密度化が困難であったが、本基本構成では、マイクロ流路5のバルブ領域Aに凸部を設けることによって円状空隙部6が不要となるため、複数のバルブを密に配置することができた。 A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down. Also, since the planar shape of the circular air gap 6 in the basic configuration 1 is circular, but density is difficult when arranging a plurality of valves on a single chip, the present basic arrangement, the micro flow Providing a convex portion in the valve region A of the path 5 eliminates the need for the circular gap 6, so that a plurality of valves can be arranged closely.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、バルブ領域において流体の通過と遮断を行うマイクロ流路を構成することによって、バルブ領域を狭くすることができるため、1つのチップ上に複数のバルブを配置する場合、バルブ配置の高密度化が可能となる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, since the valve region can be narrowed by configuring a micro flow path that allows passage and blocking of fluid in the valve region, when arranging a plurality of valves on one chip, the valve arrangement has a higher density. Is possible.

基本構成6Basic configuration 6

図10は本発明の第6の基本構成のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図10(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図、図10(b)は図10(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図、図10(c)は図10(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図を示している。図11は図10のバルブ領域AのC−C’線における断面図である。図11(a)はバルブ開状態における断面図を示し、図11(b)はバルブ閉状態における断面図を示している。また、図12は図10のバルブ領域Aにおける斜視図である。 FIG. 10 is a view showing the microvalve mechanism 1 of the sixth basic configuration of the present invention. FIG. 10A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. FIG. 10C is a cross-sectional view of the valve in the valve open state along the line BB ′ in FIG. 10A, and FIG. 10C is a cross-sectional view in the valve closed state of the line BB ′ in FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of the valve region A in FIG. FIG. 11A shows a sectional view in the valve open state, and FIG. 11B shows a sectional view in the valve closed state. FIG. 12 is a perspective view in the valve region A of FIG.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4により構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作される。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体素子チップ3に形成された円状空隙部6内の凹状構造21が変形し、円状空隙部6が開閉して、流体の通過と遮断を行う。このような凹状構造21を設けることによって、マイクロバルブ機構1を製作する際に円状空隙部6が形成されている流体素子チップ3の部分がたわんで支持基板4に固着してしまうことがなく、かつ、圧力制御ポート2と押圧体7とからなる押圧機構の正確な位置合わせが不要になるという効果が得られる。 The micro valve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and is formed in the fluid element chip 3 by supplying and discharging the pressure of the pressing body 7 to and from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2. The concave structure 21 in the formed circular gap 6 is deformed, and the circular gap 6 is opened and closed to allow passage and blocking of the fluid. By providing such a concave structure 21, the portion of the fluid element chip 3 in which the circular gap portion 6 is formed does not bend and adhere to the support substrate 4 when the microvalve mechanism 1 is manufactured. And the effect that the exact position alignment of the press mechanism which consists of the pressure control port 2 and the press body 7 becomes unnecessary is acquired.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と平面形状が円である円状空隙部6とが支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路である。平面形状が円である円状空隙部6は、圧力制御ポート2が備えられている方向に向かってこの円状空隙部6の円内に凹状構造21が形成され、バルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて円状空隙部6と合する。なお、円状空隙部6は平面形状が楕円である楕円状空隙部11や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。流体素子チップ3には凹部12を形成してもよい。流体素子チップ3には凹部12を形成してもよい。流体素子チップ3は弾性部材の変形部13と剛性部材の非変形部14とで構成してもよい。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 is formed by sealing a micro-channel 5 manufactured by micro-processing and a circular gap 6 having a circular plane shape with the support substrate 4. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes. In the circular gap 6 having a circular planar shape, a concave structure 21 is formed in the circle of the circular gap 6 in the direction in which the pressure control port 2 is provided. It is a gap that shuts off. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the circular gap 6 in the valve region A. The circular gap 6 may be a gap such as an ellipsoidal gap 11 whose plane shape is an ellipse, or a plane whose shape is a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners. A recess 12 may be formed in the fluid element chip 3. A recess 12 may be formed in the fluid element chip 3. The fluid element chip 3 may be composed of a deformable portion 13 of an elastic member and a non-deformed portion 14 of a rigid member.

圧力制御ポート2が備えられている方向に向かって円状空隙部6の円内に形成される凹状構造21は、マイクロバルブ機構1を製作する際に、円状空隙部6が形成されている流体素子チップ3の部分が流体素子チップ3の自重によってたわんで支持基板4に固着することを防止する役割をもつ。例えば、流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとする。支持基板4はガラスで製作する。このとき、平面形状が直径1mmの円で深さ10μmの円状空隙部6を製作すると、この円状空隙部6が形成されている流体素子チップ3の部分がたわんで支持基板4に固着してしまう。しかし、圧力制御ポート2が備えられている方向に向かって円状空隙部6の円内に平面形状が直径0.9mmの円で深さ40μmの凹状構造21を形成して製作すると、円状空隙部6が形成されている流体素子チップ3の部分がたわんでも支持基板4に固着することはない。 In the concave structure 21 formed in the circle of the circular gap 6 toward the direction in which the pressure control port 2 is provided, the circular gap 6 is formed when the microvalve mechanism 1 is manufactured. The fluid element chip 3 has a role of preventing the fluid element chip 3 from being bent and fixed to the support substrate 4 by its own weight. For example, the fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 and the height of the fluid element chip 3 is 1 mm. The support substrate 4 is made of glass. At this time, when a circular gap 6 having a diameter of 1 mm and a depth of 10 μm is manufactured, the portion of the fluid element chip 3 in which the circular gap 6 is formed bends and adheres to the support substrate 4. End up. However, when the concave structure 21 having a diameter of 0.9 mm and a depth of 40 μm is formed in the circle of the circular gap 6 toward the direction in which the pressure control port 2 is provided, Even if the portion of the fluid element chip 3 in which the gap 6 is formed is bent, it does not adhere to the support substrate 4.

マイクロバルブ機構1は通常は円状空隙部6が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給される。この供給された圧力が円状空隙部6内に形成された凹状構造21を変形させることによって、凹状構造21の段差部分が支持基板4に接触して、流体を遮断する。このようにして、マイクロバルブ機構1は円状空隙部6が閉鎖して閉じる。なお、押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The microvalve mechanism 1 is normally open with a circular gap 6 open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A through the pressure control port 2. This supplied pressure deforms the concave structure 21 formed in the circular gap 6 so that the stepped portion of the concave structure 21 comes into contact with the support substrate 4 and blocks the fluid. In this way, the microvalve mechanism 1 is closed when the circular gap 6 is closed. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

基本構成のマイクロバルブ機構1における圧力制御ポート2と押圧体7とで構成される押圧機構の配置位置について説明する。図13は本基本構成における押圧機構の配置位置に関する図である。図13(a)は図10(a)と同じくマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図である。図13(b)は円状空隙部6の中心の流体素子チップ3上に押圧機構が配置される場合の図13(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図であって、図13(c)は円状空隙部6の中心からずれた位置の流体素子チップ3上に押圧機構が配置される場合の図13(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図である。バルブの開閉は円状空隙部6内に形成された凹状構造21の段差部分が支持基板4に離着することによって行なわれるので、バルブ閉状態において、押圧体7の駆動により凹状構造21の段差部分さえ支持基板4に接触していれば、円状空隙部6の中心から押圧機構の配置位置がずれていても、効果的に流体を遮断させることができる。したがって、押圧機構は円状空隙部6との正確な位置合わせを行なう必要がないので、押圧機構を配置する際、その位置合わせを容易化することが可能となる。 The arrangement position of the pressing mechanism constituted by the pressure control port 2 and the pressing body 7 in the micro valve mechanism 1 of the basic configuration will be described. FIG. 13 is a diagram relating to the arrangement position of the pressing mechanism in the basic configuration . FIG. 13A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, as in FIG. FIG. 13B is a cross-sectional view of the valve closed state taken along line BB ′ of FIG. 13A when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip 3 at the center of the circular gap 6. FIG. 13C is a cross-sectional view of the valve closed state taken along line BB ′ of FIG. 13A when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip 3 at a position shifted from the center of the circular gap 6. It is. Since the valve is opened and closed by separating the stepped portion of the concave structure 21 formed in the circular gap 6 from the support substrate 4, the step of the concave structure 21 is driven by the pressing body 7 in the valve closed state. Even if the portion is in contact with the support substrate 4, the fluid can be effectively blocked even if the arrangement position of the pressing mechanism is deviated from the center of the circular gap 6. Accordingly, the pressing mechanism does not need to be accurately aligned with the circular gap 6, so that the positioning can be facilitated when the pressing mechanism is disposed.

基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、円状空隙部6は平面形状が直径1mmの円で深さ10μm、凹状構造21は圧力制御ポート2が備えられている方向に向かって円状空隙部6の円内に平面形状が直径0.9mmの円で深さ40μmとして形成した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1〜5では押圧機構と空隙部との正確な位置合わせが必要であったが、本基本構成では押圧機構と円状空隙部6との正確な位置合わせを行なうことなく、マイクロバルブ機構1の開閉が可能であった。なお、押圧体7は電磁駆動式の直進型アクチュエータを使用した。 The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 has a width of 120 μm, a depth of 50 μm, the circular gap 6 has a planar shape of a circle with a diameter of 1 mm and a depth of 10 μm, and the concave structure 21 has a circular gap in the direction in which the pressure control port 2 is provided. In the circle of the part 6, the planar shape was a circle having a diameter of 0.9 mm and a depth of 40 μm. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down. Further, in the basic configurations 1 to 5, accurate alignment between the pressing mechanism and the gap portion is necessary. However, in this basic configuration , the micro mechanism is not performed without accurate alignment between the pressing mechanism and the circular gap portion 6. The valve mechanism 1 could be opened and closed. The pressing body 7 was an electromagnetically driven linear actuator.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。また、円状空隙部の円内に凹状構造を設けることによって、マイクロバルブ機構を製作する際に円状空隙部が形成されている流体素子チップの部分がたわんで支持基板に固着してしまうことがない。さらに、この凹状構造によって、押圧機構の正確な位置合わせが不要になるので、押圧機構を配置する際、その位置合わせを容易化することが可能となる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Further, by providing a concave structure in the circle of the circular gap, the portion of the fluid element chip in which the circular gap is formed is bent and fixed to the support substrate when the microvalve mechanism is manufactured. There is no. Furthermore, since this concave structure eliminates the need for accurate positioning of the pressing mechanism, it is possible to facilitate positioning when the pressing mechanism is disposed.

基本構成7Basic configuration 7

図14は本発明の第7の基本構成のバルブ開状態におけるマイクロバルブ機構1を示した図であって、図14(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図14(b)は図14(a)のB−B’線における断面図を示している。また、図15は本基本構成のバルブ閉状態におけるマイクロバルブ機構1を示した図であって、図15(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図を示し、図15(b)は図15(a)のB−B’線における断面図を示している。 FIG. 14 is a view showing the microvalve mechanism 1 in the valve open state according to the seventh basic configuration of the present invention. FIG. 14A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above. (B) has shown sectional drawing in the BB 'line | wire of Fig.14 (a). FIG. 15 is a view showing the microvalve mechanism 1 in the valve closed state of the basic configuration . FIG. 15A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. FIG. 15 shows a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.

基本構成のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4により構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作される。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。圧力制御ポート2は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を流体素子チップ3に給排することによって、流体素子チップ3に形成された円状空隙部6内のミアンダ形流路23が開閉して、流体の通過と遮断を行う。このように、円状空隙部6内にミアンダ形流路23を設けることによって、圧力制御ポート2と押圧体7とからなる押圧機構の正確な位置合わせが不要になるという効果が得られる。 The micro valve mechanism 1 having the basic configuration includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, and a support substrate 4. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The pressure control port 2 is erected in the valve region A on the fluid element chip 3, and is formed in the fluid element chip 3 by supplying and discharging the pressure of the pressing body 7 to and from the fluid element chip 3 through the pressure control port 2. The meander channel 23 in the circular gap 6 thus opened and closed opens and closes the fluid. As described above, by providing the meandering flow path 23 in the circular gap 6, it is possible to obtain an effect that the accurate positioning of the pressing mechanism including the pressure control port 2 and the pressing body 7 becomes unnecessary.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と平面形状が円である円状空隙部6とが支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路である。円状空隙部6は、この円状空隙部6内にミアンダ形流路23が形成され、バルブ領域Aにおいて流体の通過と遮断を行う空隙である。ミアンダ形流路23は、円状空隙部6内に形成された複数の壁22によって構成される。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。マイクロ流路5は入口ポートIn及び出口ポートOutからきてバルブ領域Aにおいて円状空隙部6と合する。なお、円状空隙部6は平面形状が楕円である楕円状空隙部11や、平面形状が多角形、矩形、角が丸められた矩形などの空隙としてもよい。流体素子チップ3には凹部12を形成してもよい。流体素子チップ3は弾性部材の変形部13と剛性部材の非変形部14とで構成してもよい。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 is formed by sealing a micro-channel 5 manufactured by micro-processing and a circular gap 6 having a circular plane shape with the support substrate 4. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes. The circular void portion 6 is a void in which a meander-shaped flow path 23 is formed in the circular void portion 6 and allows passage and blocking of fluid in the valve region A. The meander channel 23 is constituted by a plurality of walls 22 formed in the circular gap 6. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The micro flow path 5 comes from the inlet port In and the outlet port Out and meets the circular gap 6 in the valve region A. The circular gap 6 may be a gap such as an ellipsoidal gap 11 whose plane shape is an ellipse, or a plane whose shape is a polygon, a rectangle, or a rectangle with rounded corners. A recess 12 may be formed in the fluid element chip 3. The fluid element chip 3 may be composed of a deformable portion 13 of an elastic member and a non-deformed portion 14 of a rigid member.

マイクロバルブ機構1は通常は円状空隙部6内のミアンダ形流路23が開放して開いている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介してバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給される。この供給された圧力が円状空隙部6内におけるミアンダ形流路23を構成する複数の壁22を変形させることによって、ミアンダ形流路23を閉じるように隣り合った壁22同士の側面が接触して、流体を遮断する。このようにして、マイクロバルブ機構1はミアンダ形流路23が閉鎖して閉じる。なお、押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   In the microvalve mechanism 1, the meander channel 23 in the circular gap 6 is normally open and open. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A through the pressure control port 2. The supplied pressure deforms the plurality of walls 22 constituting the meandering channel 23 in the circular gap 6 so that the side surfaces of the adjacent walls 22 come into contact so as to close the meandering channel 23. To shut off the fluid. In this way, the microvalve mechanism 1 is closed by closing the meandering channel 23. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

次に、本基本構成のマイクロバルブ機構1における圧力制御ポート2と押圧体7とで構成される押圧機構の配置位置について説明する。図16は本基本構成における押圧機構の配置位置に関する図である。図16(a)は図14(a)と同じくマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図である。図16(b)は円状空隙部6の中心の流体素子チップ3上に押圧機構が配置される場合の図16(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図であって、図16(c)は円状空隙部6の中心からずれた位置の流体素子チップ3上に押圧機構が配置される場合の図16(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図である。バルブの開閉は円状空隙部6内の隣り合った壁22同士の側面が離着することによって行なわれるので、バルブ閉状態において、押圧体7の駆動により隣り合った壁22同士の側面が接触してミアンダ形流路23が閉じてさえいれば、円状空隙部6の中心から押圧機構の配置位置がずれていても、効果的に流体を遮断させることができる。したがって、押圧機構は円状空隙部6との正確な位置合わせを行なう必要がないので、押圧機構を配置する際、その位置合わせを容易化することが可能となる。 Next, the arrangement position of the pressing mechanism constituted by the pressure control port 2 and the pressing body 7 in the micro valve mechanism 1 of the basic configuration will be described. FIG. 16 is a diagram relating to the arrangement position of the pressing mechanism in the basic configuration . FIG. 16A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, as in FIG. FIG. 16B is a cross-sectional view of the valve closed state taken along the line BB ′ of FIG. 16A when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip 3 at the center of the circular gap portion 6. FIG. 16C is a cross-sectional view of the valve closed state taken along line BB ′ of FIG. 16A when the pressing mechanism is disposed on the fluid element chip 3 at a position shifted from the center of the circular gap 6. It is. Since the valve is opened and closed by separating the side surfaces of the adjacent walls 22 in the circular gap 6, the side surfaces of the adjacent walls 22 come into contact with each other when the pressing body 7 is driven in the valve closed state. As long as the meandering channel 23 is closed, the fluid can be effectively blocked even if the arrangement position of the pressing mechanism is deviated from the center of the circular gap 6. Accordingly, the pressing mechanism does not need to be accurately aligned with the circular gap 6, so that the positioning can be facilitated when the pressing mechanism is disposed.

基本構成のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、円状空隙部6は平面形状が直径1mmの円で深さ50μmとして形成した。円状空隙部6内のミアンダ形流路23は、幅40μmの壁22を70μmの間隔で4つ形成することによって製作した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。
負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、圧力をバルブ領域Aにおける流体素子チップ3に供給したところ、流体の流れを完全に遮断することができた。
また、基本構成1〜5では押圧機構と空隙部との正確な位置合わせが必要であったが、本基本構成では押圧機構と円状空隙部6との正確な位置合わせを行なうことなく、マイクロバルブ機構1の開閉が可能であった。なお、押圧体7は電磁駆動式の直進型アクチュエータを使用した。
The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 having the basic configuration will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 was formed to have a width of 120 μm and a depth of 50 μm, and the circular gap 6 was a circle having a planar shape with a diameter of 1 mm and a depth of 50 μm. The meander channel 23 in the circular gap 6 was manufactured by forming four walls 22 having a width of 40 μm at intervals of 70 μm. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In.
The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when a pressure body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm installed in the pressure control port 2 is driven and pressure is supplied to the fluid element chip 3 in the valve region A, the fluid flow is completely eliminated. I was able to shut it down.
Further, in the basic configurations 1 to 5, accurate alignment between the pressing mechanism and the gap portion is necessary. However, in this basic configuration , the micro mechanism is not performed without accurate alignment between the pressing mechanism and the circular gap portion 6. The valve mechanism 1 could be opened and closed. The pressing body 7 was an electromagnetically driven linear actuator.

以上、本基本構成形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本基本構成ではチップを低コスト化することが可能となる。さらに、円状空隙部内にミアンダ形流路を設けることによって押圧機構の正確な位置合わせが不要になるので、押圧機構を配置する際、その位置合わせを容易化することが可能となる。 As described above, according to this basic configuration , the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting a chip structure of only a fluid element chip without requiring a driving element chip. it can. Therefore, this basic configuration can reduce the cost of the chip. Furthermore, since the positioning of the pressing mechanism is not required by providing the meander channel in the circular gap, it is possible to facilitate the positioning when the pressing mechanism is arranged.

図17は、本発明の実施例のマイクロバルブ機構1を示した図であり、図17(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図、図17(b)は図17(a)のB−B’線におけるバルブ閉状態の断面図、図17(c)は図17(a)のB−B’線におけるバルブ開状態の断面図を示している。図18は図17のバルブ領域AのC−C’線における断面図である。図18(a)はバルブ閉状態における断面図を示し、図18(b)はバルブ開状態における断面図を示している。また、図19は図17のバルブ領域Aにおける斜視図である。   FIG. 17 is a view showing the microvalve mechanism 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 17A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. 17B is FIG. 17A. FIG. 17C is a cross-sectional view of the valve in the valve open state taken along the line BB ′ of FIG. 17A. 18 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of the valve region A in FIG. 17. FIG. 18A shows a cross-sectional view in the valve closed state, and FIG. 18B shows a cross-sectional view in the valve open state. FIG. 19 is a perspective view of the valve region A of FIG.

本実施例のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4と平板25とにより構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作される。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。平板25はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂、鉄や銅などの金属の剛性部材で製作する。   The microvalve mechanism 1 according to this embodiment includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, a support substrate 4, and a flat plate 25. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The flat plate 25 is made of glass, a thermoplastic resin such as PET or PPP, or a metal rigid member such as iron or copper.

マイクロバルブ機構1は通常、流体素子チップ3に形成されたマイクロ流路5内の閉子24によってマイクロ流路5が遮断されて閉じている。平板25は流体素子チップ3上のバルブ領域Aに接着され、圧力制御ポート2は平板25上に立設されており、圧力制御ポート2を介し押圧体7の圧力を平板25に供給することによって、閉子24上の流体素子チップ3が変形してマイクロ流路5が連通し、マイクロバルブ機構1が開く。このように、マイクロ流路5内の閉止24と流体素子チップ3上の平板25とを設けることによって、常閉型の押圧駆動式バルブとすることができる。   The microvalve mechanism 1 is normally closed by closing the microchannel 5 by a closing member 24 in the microchannel 5 formed in the fluid element chip 3. The flat plate 25 is bonded to the valve region A on the fluid element chip 3, and the pressure control port 2 is erected on the flat plate 25, and the pressure of the pressing body 7 is supplied to the flat plate 25 through the pressure control port 2. The fluid element chip 3 on the closing member 24 is deformed, the micro flow path 5 is communicated, and the micro valve mechanism 1 is opened. Thus, by providing the closure 24 in the microchannel 5 and the flat plate 25 on the fluid element chip 3, a normally-closed press drive valve can be obtained.

マイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、マイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5が支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路である。支持基板4は流体素子チップ3とシールされる側に、マイクロ加工で製作された凸状構造の閉子24が形成されている。   The microvalve mechanism 1 does not have a specific flow direction, but the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and shut off is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 is formed by sealing a microchannel 5 manufactured by micromachining with a support substrate 4. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes. On the side of the support substrate 4 that is to be sealed with the fluid element chip 3, a convex structure closure 24 manufactured by micromachining is formed.

閉子24は、バルブを閉じた状態、つまり、閉子24が流体素子チップ3に形成されたマイクロ流路5内の壁面に接触した状態で、入口ポートInと出口ポートOutとが連通しないように、マイクロ流路5を遮断するように設けられている。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。平板25は閉子24と閉子24に隣接する流体素子チップ3の部分との範囲にわたって流体素子チップ3上に接着されている。圧力制御ポート2は閉子24に隣接する流体素子チップ3の部分における平板25上に立設されている。なお、流体素子チップ3は弾性部材の変形部13と剛性部材の非変形部14とで構成してもよい。   The closing member 24 is in a state where the valve is closed, that is, in a state where the closing member 24 is in contact with the wall surface in the micro flow path 5 formed in the fluid element chip 3 so that the inlet port In and the outlet port Out do not communicate with each other. In addition, the microchannel 5 is provided to be blocked. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The flat plate 25 is bonded onto the fluid element chip 3 over the range of the closing element 24 and the portion of the fluid element chip 3 adjacent to the closing element 24. The pressure control port 2 is erected on a flat plate 25 in the portion of the fluid element chip 3 adjacent to the closing member 24. The fluid element chip 3 may be composed of a deformable portion 13 of an elastic member and a non-deformed portion 14 of a rigid member.

マイクロバルブ機構1は通常は閉子24によってマイクロ流路5が遮断されて閉じている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介して閉子24に隣接する流体素子チップ3の部分における平板25に供給される。   The microvalve mechanism 1 is normally closed with the microchannel 5 blocked by a closing member 24. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the flat plate 25 in the portion of the fluid element chip 3 adjacent to the closing member 24 through the pressure control port 2.

この供給された圧力が平板25の一端部(閉子24に隣接する流体素子チップ3の部分における平板25)に接着された流体素子チップ3を押し下げることによって、平板25の他端部(閉子24の部分における平板25)に接着された流体素子チップ3が引き上がり、閉子24と閉子24上の流体素子チップ3との間に空隙が生じ、マイクロ流路5が連通して流体が通過する。このようにして、閉子24上に生じた空隙を介してマイクロ流路5が連通し、マイクロバルブ機構1が開く。なお、押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The supplied pressure pushes down the fluid element chip 3 bonded to one end of the flat plate 25 (the flat plate 25 in the portion of the fluid element chip 3 adjacent to the closet 24), thereby causing the other end (closer of the flat plate 25 to close). The fluid element chip 3 bonded to the flat plate 25) in the portion 24 is pulled up, a gap is created between the closing element 24 and the fluid element chip 3 on the closing element 24, and the micro flow path 5 communicates with the fluid. pass. In this way, the micro flow path 5 is communicated through the gap generated on the closing member 24, and the micro valve mechanism 1 is opened. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

本実施例のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、閉子24は平面形状が2mm×120μmの矩形で高さ50μmとして形成した。平板25はガラスで製作し、平面形状が2mm×2mmの矩形で高さ1mmとした。平板25と流体素子チップ3とは、両接着面を酸素プラズマで表面処理して接着した。入口ポートInより水を吸い込むために20〜30kPaの負圧を利用した。 The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 of this embodiment will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 was formed with a width of 120 μm and a depth of 50 μm, and the closing member 24 was a rectangular shape having a planar shape of 2 mm × 120 μm and a height of 50 μm. The flat plate 25 was made of glass, and the planar shape was a rectangle of 2 mm × 2 mm and the height was 1 mm. The flat plate 25 and the fluid element chip 3 were bonded by performing surface treatment on both bonding surfaces with oxygen plasma. A negative pressure of 20 to 30 kPa was used to suck water from the inlet port In.

負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、200gfの荷重を閉子24に隣接する流体素子チップ3の部分における平板25に供給したところ、マイクロ流路5が連通して流体を通過させることができた。また、押圧体7を駆動せず圧力を供給しないときは、閉子24によって流体の流れを完全に遮断することができた。また、基本構成1〜7では、常開型のバルブであったが、本実施例では、閉止24と平板25とを設けることによって、常閉型のバルブとすることができた。 The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, the pressing body 7 having a radius of curvature of 1.5 mm of the pressing curved surface installed in the pressure control port 2 is driven to supply a load of 200 gf to the flat plate 25 in the portion of the fluid element chip 3 adjacent to the closing member 24. As a result, the micro flow path 5 communicated and allowed the fluid to pass. Further, when the pressure member 7 was not driven and no pressure was supplied, the fluid flow could be completely blocked by the closing member 24. In the basic configurations 1 to 7, the valve is a normally open type valve. However, in this embodiment, by providing the closing 24 and the flat plate 25, a normally closed type valve can be obtained.

また、図17のマイクロバルブ機構1は、低荷重でバルブを開くことができるように、閉子24に隣接する流体素子チップ3に空隙部26が形成されていることが好ましい。図20は図17のマイクロバルブ機構1に空隙部26を形成したマイクロバルブ機構1を示した図であり、図20(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図、図20(b)は図20(a)のC−C’線におけるバルブ閉状態の断面図、図20(c)は図20(a)のC−C’線におけるバルブ開状態の断面図を示している。また、図21は図20のバルブ領域Aにおける斜視図である。   In the microvalve mechanism 1 of FIG. 17, it is preferable that a gap 26 is formed in the fluid element chip 3 adjacent to the closing member 24 so that the valve can be opened with a low load. 20 is a view showing the microvalve mechanism 1 in which the gap portion 26 is formed in the microvalve mechanism 1 of FIG. 17, and FIG. 20A is a plan view of the microvalve mechanism 1 as viewed from above, and FIG. ) Is a cross-sectional view of the valve in the closed state along line CC ′ in FIG. 20A, and FIG. 20C is a cross-sectional view of the valve in the open state along line CC ′ in FIG. FIG. 21 is a perspective view of the valve region A in FIG.

図20のマイクロバルブ機構1は、圧力制御ポート2と流体素子チップ3と支持基板4と平板25とにより構成されている。流体素子チップ3はPDMSなどのシリコン樹脂の変形可能な弾性部材で製作される。支持基板4はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂で製作する。平板25はガラスまたは、PETやPPPなどの熱可塑性樹脂、鉄や銅などの金属の剛性部材で製作する。   The microvalve mechanism 1 shown in FIG. 20 includes a pressure control port 2, a fluid element chip 3, a support substrate 4, and a flat plate 25. The fluid element chip 3 is made of a deformable elastic member of silicon resin such as PDMS. The support substrate 4 is made of glass or a thermoplastic resin such as PET or PPP. The flat plate 25 is made of glass, a thermoplastic resin such as PET or PPP, or a metal rigid member such as iron or copper.

図20のマイクロバルブ機構1は特定の流れの方向はもたないが、流体素子チップ3中の2つのアクセスポートは、便宜上、入口ポート(In)及び出口ポート(Out)と呼ぶ。また、図20のマイクロバルブ機構1において、バルブを開閉して流体の通過と遮断が行われる領域はバルブ領域Aと呼ぶ。流体素子チップ3はマイクロ加工で製作されたマイクロ流路5と空隙部26とが支持基板4とシールして形成されている。マイクロ流路5は流体を通す微小流路である。   Although the microvalve mechanism 1 of FIG. 20 does not have a specific flow direction, the two access ports in the fluidic device chip 3 are referred to as an inlet port (In) and an outlet port (Out) for convenience. In the microvalve mechanism 1 shown in FIG. 20, a region where the valve is opened and closed to allow fluid to pass and block is referred to as a valve region A. The fluid element chip 3 is formed by sealing the micro flow path 5 and the gap 26 manufactured by micro machining with the support substrate 4. The micro flow path 5 is a micro flow path through which a fluid passes.

支持基板4は流体素子チップ3とシールされる側に、マイクロ加工で製作された凸状構造の閉子24が形成されている。閉子24は、バルブを閉じた状態、つまり、閉子24が流体素子チップ3に形成されたマイクロ流路5内の壁面に接触した状態で、入口ポートInと出口ポートOutとが連通しないように、マイクロ流路5を遮断するように設けられている。空隙部26は閉子24に隣接して形成されている。流体素子チップ3は支持基板4に固着する。平板25は閉子24と空隙部26との範囲にわたって流体素子チップ3上に接着されている。圧力制御ポート2は空隙部26の部分における平板25上に立設されている。なお、流体素子チップ3は弾性部材の変形部13と剛性部材の非変形部14とで構成してもよい。   On the side of the support substrate 4 that is to be sealed with the fluid element chip 3, a convex structure closure 24 manufactured by micromachining is formed. The closing member 24 is in a state where the valve is closed, that is, in a state where the closing member 24 is in contact with the wall surface in the micro flow path 5 formed in the fluid element chip 3 so that the inlet port In and the outlet port Out do not communicate with each other. In addition, the microchannel 5 is provided to be blocked. The gap 26 is formed adjacent to the closing member 24. The fluid element chip 3 is fixed to the support substrate 4. The flat plate 25 is bonded onto the fluid element chip 3 over the range of the closing member 24 and the gap 26. The pressure control port 2 is erected on the flat plate 25 in the gap portion 26. The fluid element chip 3 may be composed of a deformable portion 13 of an elastic member and a non-deformed portion 14 of a rigid member.

図20のマイクロバルブ機構1は通常は閉子24によってマイクロ流路5が遮断されて閉じている。圧力制御ポート2内に設置された押圧体7は外部に設けられた圧力制御部8に接続されている。圧力制御部8は押圧体7を駆動して圧力を制御するコントローラである。押圧体7を駆動することによって圧力が圧力制御ポート2を介して空隙部26の部分における平板25に供給される。この供給された圧力が平板25の一端部(空隙部26の部分における平板25)に接着された流体素子チップ3を押し下げることによって、平板25の他端部(閉子24の部分における平板25)に接着された流体素子チップ3が引き上がり、閉子24と閉子24上の流体素子チップ3との間に空隙が生じ、マイクロ流路5が連通して流体が通過する。このようにして、閉子24上に生じた空隙を介してマイクロ流路5が連通し、マイクロバルブ機構1が開く。なお、押圧体7は電磁駆動式などの直進型アクチュエータまたは、空気などによるガス圧、シリコンオイルなどによる静水圧を使用する。   The micro valve mechanism 1 shown in FIG. 20 is normally closed with the micro flow path 5 blocked by a closing member 24. A pressing body 7 installed in the pressure control port 2 is connected to a pressure control unit 8 provided outside. The pressure control unit 8 is a controller that controls the pressure by driving the pressing body 7. By driving the pressing body 7, pressure is supplied to the flat plate 25 in the gap portion 26 via the pressure control port 2. The supplied pressure pushes down the fluid element chip 3 bonded to one end of the flat plate 25 (the flat plate 25 in the gap portion 26), whereby the other end of the flat plate 25 (the flat plate 25 in the portion of the closing member 24). As a result, the fluid element chip 3 is pulled up, a gap is created between the closing element 24 and the fluid element chip 3 on the closing element 24, and the micro flow path 5 communicates with the fluid. In this way, the micro flow path 5 is communicated through the gap generated on the closing member 24, and the micro valve mechanism 1 is opened. The pressing body 7 uses a linear actuator such as an electromagnetic drive type, or a gas pressure by air or the like, or a hydrostatic pressure by silicon oil or the like.

図20のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、閉子24は平面形状が2mm×120μmの矩形で高さ50μm、空隙部26は平面形状が2mm×1.88mmの矩形で高さ50μmとして形成した。 The results of opening / closing evaluation of the microvalve mechanism 1 of FIG. 20 will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The micro-channel 5 is 120 μm wide and 50 μm deep, the closure 24 is a rectangular shape having a planar shape of 2 mm × 120 μm and a height of 50 μm, and the gap 26 is a rectangular shape having a planar shape of 2 mm × 1.88 mm and a height of 50 μm. .

平板25はガラスで製作し、平面形状が2mm×2mmの矩形で高さ1mmとした。平板25と流体素子チップ3とは、両接着面を酸素プラズマで表面処理して接着した。入口ポートInより水を吸い込むために10〜20kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、100gfの荷重を空隙部26の部分における平板25に供給したところ、マイクロ流路5が連通して流体を通過させることができた。   The flat plate 25 was made of glass, and the planar shape was a rectangle of 2 mm × 2 mm and the height was 1 mm. The flat plate 25 and the fluid element chip 3 were bonded by performing surface treatment on both bonding surfaces with oxygen plasma. A negative pressure of 10 to 20 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure. At this time, when the pressing body 7 having a curvature radius of 1.5 mm of the pressing curved surface installed in the pressure control port 2 is driven and a load of 100 gf is supplied to the flat plate 25 in the gap portion 26, the microchannel 5 Were able to communicate and allow fluids to pass.

図17のマイクロバルブ機構1では、バルブを開くために押圧荷重が最低200gf必要であったが、図20のマイクロバルブ機構1では、空隙部26を設けることによって、最低100gfの荷重でバルブを開くことができた。また、押圧体7を駆動せず圧力を供給しないときは、閉子24によって流体の流れを完全に遮断することができた。したがって、図20のマイクロバルブ機構1は、図17のマイクロバルブ機構1を改善し、閉子24に隣接する流体素子チップ3に空隙部26を形成することによって、低荷重でバルブを開くことができる、すなわち、押圧体の低出力駆動が可能となる。   In the microvalve mechanism 1 of FIG. 17, a pressing load of 200 gf is required to open the valve, but in the microvalve mechanism 1 of FIG. 20, the valve is opened with a load of at least 100 gf by providing the gap portion 26. I was able to. Further, when the pressure member 7 was not driven and no pressure was supplied, the fluid flow could be completely blocked by the closing member 24. Accordingly, the microvalve mechanism 1 of FIG. 20 improves the microvalve mechanism 1 of FIG. 17 and can open the valve with a low load by forming the gap portion 26 in the fluid element chip 3 adjacent to the closing member 24. That is, it is possible to drive the pressing body at a low output.

また、図20のマイクロバルブ機構1は、流体の圧力が高い場合でもバルブ閉状態において空隙部26から流体が通過しないように、閉子24の幅を広げて閉子24が空隙部26内に突き出す構造とすることが好ましい。図22は図20のマイクロバルブ機構1における閉子24を空隙部26内に突き出す構造としたマイクロバルブ機構1を示した図であり、図22(a)はマイクロバルブ機構1を上方から見た平面図、図22(b)は図22(a)のC−C’線におけるバルブ閉状態の断面図、図22(c)は図22(a)のC−C’線におけるバルブ開状態の断面図を示している。   In addition, the microvalve mechanism 1 of FIG. 20 expands the width of the closing member 24 so that the fluid does not pass from the gap portion 26 in the valve closed state even when the pressure of the fluid is high, and the closing member 24 enters the gap portion 26. A protruding structure is preferable. FIG. 22 is a view showing the microvalve mechanism 1 having a structure in which the closure 24 in the microvalve mechanism 1 of FIG. 20 is protruded into the gap 26, and FIG. 22 (a) is a view of the microvalve mechanism 1 from above. 22B is a cross-sectional view of the valve in the closed state along line CC ′ in FIG. 22A, and FIG. 22C is the valve in the open state along line CC ′ in FIG. A cross-sectional view is shown.

また、図23は図22のバルブ領域Aにおける斜視図である。閉子24はバルブを閉じた状態、つまり、閉子24が流体素子チップ3に形成されたマイクロ流路5内の壁面に接触した状態で、入口ポートInと出口ポートOutとが連通しないように、マイクロ流路5を遮断するように設けられ、かつ、閉子24は空隙部26内に突き出す構造として、この突き出した閉子24の部分は空隙部26内の壁面に接触するように形成されている。   FIG. 23 is a perspective view of the valve region A in FIG. The closing member 24 is in a state in which the valve is closed, that is, in a state where the closing member 24 is in contact with the wall surface in the microchannel 5 formed in the fluidic device chip 3 so that the inlet port In and the outlet port Out do not communicate with each other. The micro-channel 5 is provided so as to be blocked, and the closing member 24 protrudes into the gap portion 26. The protruding portion of the closing member 24 is formed so as to be in contact with the wall surface in the gap portion 26. ing.

図23のマイクロバルブ機構1の開閉評価を行なった結果について説明する。流体素子チップ3はヤング率1000N/cm2のPDMSの変形可能な弾性部材で製作し、流体素子チップ3の高さは1mmとした。支持基板4はガラスで製作し、支持基板4の高さは1mmとした。マイクロ流路5は幅120μm、深さ50μm、閉子24は平面形状が2mm×500μmの矩形で高さ50μm、空隙部26は平面形状が2mm×1.88mmの矩形で高さ50μmとして形成した。閉子24は、平面形状が2mm×380μmの矩形で高さ50μmの部分が空隙部26内に突き出すように設けられている。
平板25はガラスで製作し、平面形状が2mm×2mmの矩形で高さ1mmとした。平板25と流体素子チップ3とは、両接着面を酸素プラズマで表面処理して接着した。入口ポートInより水を吸い込むために10〜40kPaの負圧を利用した。負圧は真空ポンプによって供給され、水の吸い込み制御のために真空レギュレータを使用して調節した。出口ポートOutから汲み上げられた水は真空レギュレータへの吸い込みを避けるために廃液タンクに溜められる。入口ポートInは純水を満たしたチューブに接続した。チューブの他端は大気圧に開放される。
The result of performing the open / close evaluation of the microvalve mechanism 1 of FIG. 23 will be described. The fluid element chip 3 was made of a deformable elastic member of PDMS having a Young's modulus of 1000 N / cm 2 , and the height of the fluid element chip 3 was 1 mm. The support substrate 4 was made of glass, and the height of the support substrate 4 was 1 mm. The microchannel 5 is 120 μm wide and 50 μm deep, the closure 24 is a rectangular shape with a planar shape of 2 mm × 500 μm and a height of 50 μm, and the gap 26 is a rectangular shape with a planar shape of 2 mm × 1.88 mm and a height of 50 μm. . The closing member 24 is provided so that a portion with a planar shape of 2 mm × 380 μm and a height of 50 μm protrudes into the gap 26.
The flat plate 25 was made of glass, and the planar shape was a rectangle of 2 mm × 2 mm and the height was 1 mm. The flat plate 25 and the fluid element chip 3 were bonded by performing surface treatment on both bonding surfaces with oxygen plasma. A negative pressure of 10 to 40 kPa was used to suck water from the inlet port In. The negative pressure was supplied by a vacuum pump and was adjusted using a vacuum regulator for water suction control. The water pumped up from the outlet port Out is stored in a waste tank in order to avoid sucking into the vacuum regulator. The inlet port In was connected to a tube filled with pure water. The other end of the tube is opened to atmospheric pressure.

このとき、圧力制御ポート2内に設置された押圧曲面の曲率半径1.5mmの押圧体7を駆動して、100gfの荷重を空隙部26の部分における平板25に供給したところ、マイクロ流路5が連通して流体を通過させることができた。また、押圧体7を駆動せず圧力を供給しないときは、閉子24によって流体の流れを完全に遮断することができた。したがって、図23のマイクロバルブ機構1は、図20のマイクロバルブ機構1を改善し、閉子24を空隙部26内に突き出す構造とすることによって、流体の圧力が高い場合でもバルブを閉じることができる、すなわち、流体に対して高耐圧化することが可能となる。   At this time, when the pressing body 7 having a curvature radius of 1.5 mm of the pressing curved surface installed in the pressure control port 2 is driven and a load of 100 gf is supplied to the flat plate 25 in the gap portion 26, the microchannel 5 Were able to communicate and allow fluids to pass. Further, when the pressure member 7 was not driven and no pressure was supplied, the fluid flow could be completely blocked by the closing member 24. Therefore, the microvalve mechanism 1 of FIG. 23 improves the microvalve mechanism 1 of FIG. 20, and can close the valve even when the fluid pressure is high by adopting a structure in which the closing member 24 protrudes into the gap portion 26. That is, it is possible to increase the pressure resistance against the fluid.

以上、本実施形態によれば、バルブの開閉を確実に行なうことができ、かつ、駆動素子チップを必要とせず流体素子チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。よって、本実施例ではチップを低コスト化することが可能となる。また、マイクロ流路内に閉子を形成し、流体素子チップ上に平板を設けることによって、常閉型の押圧駆動式バルブが可能となる。さらに、流体素子チップ内に空隙部を設けて、閉子を空隙部内に突き出す構造とすることによって、押圧体の下方の流体素子チップの厚みが薄くなるため低荷重でバルブを開くことができ、かつ、空隙部の密閉性が高くなるため流体の圧力が高くてもバルブを閉じることができる。   As described above, according to the present embodiment, the valve can be reliably opened and closed, and the microvalve mechanism can be simplified by adopting the chip structure of only the fluid element chip without requiring the driving element chip. . Therefore, in this embodiment, the cost of the chip can be reduced. In addition, a normally closed type pressure-driven valve can be formed by forming a closing element in the microchannel and providing a flat plate on the fluid element chip. Furthermore, by providing a gap in the fluid element chip and having a structure in which the closing member protrudes into the gap, the thickness of the fluid element chip below the pressing body is reduced, so that the valve can be opened with a low load. And since the sealing property of a space | gap part becomes high, even if the pressure of fluid is high, a valve can be closed.

1 マイクロバルブ機構
2 圧力制御ポート
3 流体素子チップ
4 支持基板
5 マイクロ流路
6 円状空隙部
7 押圧体
8 圧力制御部
9 超厚膜フォトレジスト
10 シリコン基板
11 楕円状空隙部
12 凹部
13 変形部
14 非変形部
15 凸部
16 台座
17 駆動素子チップ
18 メンブレン
19 弁座
20 駆動用マイクロ流路
21 凹状構造
22 壁
23 ミアンダ形流路
24 閉子
25 平板
26 空隙部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro valve mechanism 2 Pressure control port 3 Fluidic device chip 4 Support substrate 5 Micro flow path 6 Circular gap part 7 Pressing body 8 Pressure control part 9 Ultra-thick film photoresist 10 Silicon substrate 11 Elliptical gap part 12 Recess 13 Deformation part 14 Non-deformable portion 15 Convex portion 16 Base 17 Drive element chip 18 Membrane 19 Valve seat 20 Drive microchannel 21 Concave structure 22 Wall 23 Meander channel 24 Closure 25 Flat plate 26 Gap

Claims (11)

微細な流体通路であるマイクロ流路の開閉を行なうマイクロバルブ機構であって、
支持基板と、
前記支持基板上に備えられ、少なくとも前記マイクロ流路上部の一部が弾性部材からなる流体素子チップと、
前記弾性部材に備えられた第1の剛性部材と、
前記第1の剛性部材に立設されたシリンダからなる圧力制御ポートと、
前記圧力制御ポート内に備えられており前記圧力制御ポートの長手方向に移動可能な押圧体とを備え、
前記支持基板は前記弾性部材の前記押圧体が備えられている方向に向かって凸状構造であり前記弾性部材に接触する閉子を備え、前記第1の剛性部材は前記弾性部材の前記押圧体側に前記閉子と前記閉子の隣接部との範囲に渡って備えられ、
前記押圧体が前記第1の剛性部材を押圧することにより前記閉子と向かい合う前記弾性部材の一部が前記閉子から引き離されることによって前記弾性部材と前記閉子との間に隙間が生じ、前記隙間が前記マイクロ流路となることにより前記マイクロ流路が開く開状態と、前記押圧体による前記第1の剛性部材への押圧が解除されることによって前記弾性部材と前記閉子とが密着し、前記マイクロ流路が閉じる閉状態とのいずれかを行うことを特徴とするマイクロバルブ機構。
A micro valve mechanism that opens and closes a micro flow path that is a fine fluid passage,
A support substrate;
A fluid element chip provided on the support substrate, wherein at least a part of the upper part of the microchannel is made of an elastic member;
A first rigid member provided in the elastic member;
A pressure control port comprising a cylinder standing on the first rigid member;
A pressure body provided in the pressure control port and movable in the longitudinal direction of the pressure control port;
The support substrate has a convex structure in a direction in which the pressing member of the elastic member is provided, and includes a closing member that contacts the elastic member, and the first rigid member is on the pressing member side of the elastic member. Is provided over a range of the closure and the adjacent portion of the closure,
When the pressing body presses the first rigid member, a part of the elastic member facing the closing member is pulled away from the closing member, thereby generating a gap between the elastic member and the closing member, When the gap becomes the micro-channel, the micro-channel is opened, and the elastic member and the closing member are brought into close contact with each other by releasing the pressing of the pressing body to the first rigid member. And a microvalve mechanism that performs any one of a closed state in which the microchannel is closed.
前記流体素子チップは、前記閉子に隣接する空隙部を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to claim 1, wherein the fluid element chip has a gap portion adjacent to the closing member. 前記閉子は、熱可塑性樹脂またはガラスからなることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to claim 1, wherein the closing member is made of a thermoplastic resin or glass. 前記第1の剛性部材は、金属、熱可塑性樹脂またはガラスからなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   4. The microvalve mechanism according to claim 1, wherein the first rigid member is made of metal, a thermoplastic resin, or glass. 5. 前記流体素子チップは、前記押圧体により押圧、あるいは押圧を解除することにより変形する部分を除く部分は第2の剛性部材からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   5. The fluid element chip according to claim 1, wherein a portion excluding a portion that is deformed by being pressed by the pressing body or being released by the pressing body is formed of a second rigid member. The micro valve mechanism according to 1. 前記弾性部材は、シリコン樹脂からなることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to any one of claims 1 to 5, wherein the elastic member is made of silicon resin. 前記弾性部材は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   6. The microvalve mechanism according to claim 1, wherein the elastic member is made of polydimethylsiloxane (PDMS). 前記第2の剛性部材は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to any one of claims 5 to 7, wherein the second rigid member is made of a thermoplastic resin. 前記押圧体は、直進型アクチュエータで構成されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The micro-valve mechanism according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressing body is configured by a linear actuator. 前記押圧体は、ガス圧で圧力制御されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressure of the pressing body is controlled by a gas pressure. 前記押圧体は、静水圧で圧力制御されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のマイクロバルブ機構。   The microvalve mechanism according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressure of the pressing body is controlled by hydrostatic pressure.
JP2010008911A 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism Expired - Fee Related JP4934206B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010008911A JP4934206B2 (en) 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003372867 2003-10-31
JP2003372867 2003-10-31
JP2004084772 2004-03-23
JP2004084772 2004-03-23
JP2010008911A JP4934206B2 (en) 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004158182A Division JP4459718B2 (en) 2003-10-31 2004-05-27 Micro valve mechanism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010107051A JP2010107051A (en) 2010-05-13
JP4934206B2 true JP4934206B2 (en) 2012-05-16

Family

ID=42296676

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010008911A Expired - Fee Related JP4934206B2 (en) 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism
JP2010008910A Expired - Fee Related JP4934205B2 (en) 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010008910A Expired - Fee Related JP4934205B2 (en) 2003-10-31 2010-01-19 Micro valve mechanism

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP4934206B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6068850B2 (en) * 2011-07-25 2017-01-25 株式会社エンプラス Fluid handling apparatus and fluid handling method
EP2786019B1 (en) * 2011-11-16 2018-07-25 International Business Machines Corporation Microfluidic device with deformable valve

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH051669A (en) * 1991-06-21 1993-01-08 Seiko Epson Corp Manufacture of micro-pump and micro-valve
JP2001070784A (en) * 1999-09-01 2001-03-21 Kawamura Inst Of Chem Res Extremely small chemical device with valve mechanism
JP3418727B2 (en) * 2000-04-27 2003-06-23 独立行政法人産業技術総合研究所 Micro valve device and method of manufacturing the same
JP2002228033A (en) * 2001-02-05 2002-08-14 Olympus Optical Co Ltd Separation type micro valve
JP2003136500A (en) * 2001-11-02 2003-05-14 Kawamura Inst Of Chem Res Method of manufacturing micro fluid device having resin diaphragm

Also Published As

Publication number Publication date
JP4934205B2 (en) 2012-05-16
JP2010107050A (en) 2010-05-13
JP2010107051A (en) 2010-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8388908B2 (en) Fluidic devices with diaphragm valves
US6033191A (en) Micromembrane pump
US20020117517A1 (en) Microfluidic devices for introducing and dispensing fluids from microfluidic systems
US6921253B2 (en) Dual chamber micropump having checkvalves
US20110240127A1 (en) Fluidic Article Fabricated In One Piece
US8585013B2 (en) Magnetic microvalve using metal ball and method of manufacturing the same
JP4403000B2 (en) Microchip and micropump
US20120181460A1 (en) Valves with Hydraulic Actuation System
US6901963B2 (en) Micro fluidic device for controlling flow time of micro fluid
JP2005536675A (en) Peristaltic micropump
JP4459718B2 (en) Micro valve mechanism
KR20110021999A (en) Microfluidic foil structure for metering of fluids
CN102247786A (en) Microfluid control device and method for manufacturing the same
JP3668959B2 (en) Micro liquid control mechanism
JP6662776B2 (en) Microfluidic device using valve
JP4934206B2 (en) Micro valve mechanism
KR20090088085A (en) Photothermally actuated microvalve and lab-on-a-chip system thereof
KR100444751B1 (en) Device of Controlling Fluid using Surface Tension
US20220241785A1 (en) Microfluidic chip and valve, production process and uses
JP3947794B2 (en) Micropump and fluid transfer device including micropump
JP4005297B2 (en) Microvalves and micropumps
JP2995400B2 (en) Micropump and method of manufacturing micropump
JP2006224011A (en) Micro valve
JP2007248218A (en) Microchip
Tanaka et al. Assembly and simple demonstration of a micropump installing PDMS-based thin membranes as flexible micro check valves

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111221

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120217

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4934206

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150224

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees