JP6047405B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流路を開閉する際に用いられるバルブに関する。

特許文献１には、マイクロＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）チップ用の静電マイクロバルブが開示されている。同文献の図２に示すように、同文献記載の静電マイクロバルブは、試料流路と駆動槽と加圧槽とを備えている。駆動槽と加圧槽とは連通している。駆動槽および加圧槽には、作動流体が封入されている。駆動槽と試料流路とは、流路開閉用の弾性膜により、仕切られている。流路開閉用の弾性膜は、上側（駆動槽側）に突出する凸状を呈している。加圧槽の上壁には、作動流体加圧用の弾性膜と電極とが配置されている。一方、加圧槽の下壁には、電極が配置されている。作動流体加圧用の弾性膜と作動流体とは、上下一対の電極間に介在している。

一対の電極間に電圧を印加すると、静電引力が発生する。このため、作動流体加圧用の弾性膜が、下側に突出するように、つまり加圧槽の容積を縮小するように、変形する。ここで、駆動槽および加圧槽には、作動流体が封入されている。このため、作動流体加圧用の弾性膜が下側に突出した分だけ、流路開閉用の弾性膜は、加圧槽の容積を拡張するように、下側（試料流路側）に変形する。すなわち、流路開閉用の弾性膜は、試料流路を閉じる。このように、同文献記載の静電マイクロバルブによると、静電引力を用いて加圧槽の容積を変化させることにより、試料流路を開閉することができる。

特開２００４−２９１１８７号公報 特開平５−１８０２０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の静電マイクロバルブによると、試料流路を開閉するのに、作動流体、駆動槽、加圧槽、流路開閉用の弾性膜、作動流体加圧用の弾性膜が必要である。このため、構造が複雑である。また、静電マイクロバルブ、延いてはマイクロＴＡＳチップが大型化しやすい。

この点、特許文献２には、自走型マイクロマシンが開示されている。同文献記載の自走型マイクロマシンは、走行制御用のマイクロバルブを備えている。同文献の図３、図４に示すように、マイクロバルブは、圧電素子の電歪効果により、駆動される。特許文献２には、圧電素子として、水晶素子、ＬｉＴａＯ_３素子、ＬｉＮｂＯ_３素子などの単結晶圧電素子、チタン酸バリウム系、チタン酸ジルコン鉛系、ニオブ酸塩系などのセラミック系圧電素子が例示されている。

仮に、特許文献２に記載のマイクロバルブを、マイクロＴＡＳチップ用として転用する場合、作動流体、駆動槽、加圧槽などが不要な分だけ、マイクロＴＡＳチップの構造を単純化することができる。また、マイクロＴＡＳチップを小型化することができる。ところが、圧電素子は硬質である。このため、流路を閉じる閉弁状態において、シール性を確保しにくい。また、隣接する部材（例えば流路壁）に不具合が生じるおそれがある。

本発明のバルブは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、構造が簡単で、小型化が容易なバルブを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のバルブは、流体が流れる流路の方向に突出する凸部を有するエラストマー製のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに直接または間接的に積層され、電圧が印加される一対の電極と、を備え、該電圧に応じて該凸部が弾性変形することにより該流路を開閉することを特徴とする。

ここで、電極がダイヤフラムに「間接的に」積層されるとは、電極とダイヤフラムとの間に別の部材（単一でも複数でもよい）が介在している状態で、電極がダイヤフラムに積層されていることをいう。また、「凸部」の形状は、ダイヤフラム自体の形状保持力により、確保されている。

本発明のバルブは、エラストマー製のダイヤフラムを備えている。圧電素子と比較して、ダイヤフラムは柔軟である（例えば、ヤング率が小さい）。このため、流路を閉じる閉弁状態において、シール性が高い。また、隣接する部材（例えば流路壁）に不具合が生じにくい。

また、本発明のバルブによると、作動流体、駆動槽、加圧槽などが不要である。このため、構造が簡単である。また、小型化が容易である。また、作動流体（例えば、液体、気体など）を用いて弾性膜を駆動するバルブと比較して、本発明のバルブは、駆動時の応答性が高い。

また、本発明のバルブのダイヤフラムは、凸部を備えている。一対の電極間に電圧が印加されると、マクスウェル応力により、凸部は、ダイヤフラムの膜厚方向から圧縮される。このため、凸部の表面積は大きくなる。したがって、凸部は、ダイヤフラムの面方向に伸張しようとする。しかしながら、凸部は、凸部収容部に収容されている。このため、凸部の面方向の変形は規制されている。一方、ダイヤフラムに荷重が加わっていない状態（無荷重状態）において、凸部は、流路側に突出している。このため、凸部は、面方向の代わりに、凸部の突出方向に、言い換えると流路側に変形する。

これに対して、一対の電極間から電圧が除去されると、マクスウェル応力が作用しなくなる。このため、凸部は、自身の有する弾性復元力により、元の形状に復元する。すなわち、凸部は、凸部の突出方向と逆方向に、言い換えると流路側と逆側に変形する。

このように、本発明のバルブは、予め形状付与された凸部を備えている。並びに、凸部は、凸部収容部に収容されている。このため、電圧印加時の凸部の変形方向を、流路側に誘導することができる。したがって、電圧印加時に流路を閉じることができる。反対に、電圧除去時に流路を開くことができる。よって、ダイヤフラムの変形方向を流路側に誘導する部材（例えばスプリングなど）は不要である。この点においても、本発明のバルブは、構造が簡単である。また、小型化が容易である。

（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、一対の前記電極は、前記凸部の表裏両側に積層されている構成とする方がよい。本構成によると、一対の電極により、凸部を直接駆動することができる。このため、凸部と、凸部駆動用のアクチュエータと、を別々に配置する場合と比較して、構造が簡単である。また、小型化が容易である。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、エラストマー製の誘電層と、該誘電層の表裏両面に積層される一対の前記電極と、を有し、前記ダイヤフラムの前記凸部に積層されるアクチュエータを備える構成とする方がよい。

本構成によると、凸部は、アクチュエータにより駆動される。このため、凸部を、流路開閉用の機能に特化させることができる。並びに、アクチュエータを、凸部駆動用の機能に特化させることができる。したがって、アクチュエータおよびダイヤフラムの設計自由度が高くなる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記電極と、前記誘電層と、が積層される方向を積層方向として、前記アクチュエータは、該積層方向両端に、エラストマー製の保護層を有する構成とする方がよい。本構成によると、アクチュエータと、当該アクチュエータに隣接する部材と、の間の絶縁性を確保しやすい。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記ダイヤフラムは、前記凸部を囲み、電圧印加時に表側から支持されている環状の平坦部を有する構成とする方がよい。本構成によると、電圧印加時に、平坦部が表側から支持されている。このため、電圧印加時の凸部の変形方向を、流路側に安定化させることができる。また、電圧印加、除去時の凸部の変形量（ストローク）のばらつきを、小さくすることができる。

本発明によると、構造が簡単で、小型化が容易なバルブを提供することができる。

第一実施形態のバルブが配置されたマイクロＴＡＳチップの透過上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。 同バルブの分解斜視図である。 図２の枠ＩＶ内の拡大図である。 図４の円Ｖ内の拡大図である。 図４の円ＶＩ内の拡大図である。 図４の円ＶＩＩ内の拡大図である。 同バルブのダイヤフラム付近の上下方向断面図である。 第二実施形態のバルブの左右方向断面図である。

＜第一実施形態＞
本実施形態のバルブは、マイクロＴＡＳチップに配置されている。

［マイクロＴＡＳチップの構成］
まず、本実施形態のバルブが配置されているマイクロＴＡＳチップの構成について説明する。なお、以下の図において、上下方向は、本発明の「積層方向」に対応している。図１に、本実施形態となるバルブが配置されたマイクロＴＡＳチップの透過上面図を示す。図１に示すように、マイクロＴＡＳチップ９は、三つのバルブ１と、基板９０と、一対の試料導入部９１と、反応部９２と、流路９３と、を備えている。

三つのバルブ１のうち、二つのバルブ１は、各々、試料導入部９１の下流側に配置されている。また、残りの一つのバルブ１は、反応部９２の上流側に配置されている。三つのバルブ１の構成は同じである。

［バルブの構成］
図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図を示す。すなわち、本実施形態のバルブの上下方向断面図を示す。図３に、同バルブの分解斜視図を示す。図４に、図２の枠ＩＶ内の拡大図を示す。図５に、図４の円Ｖ内の拡大図を示す。図６に、図４の円ＶＩ内の拡大図を示す。図７に、図４の円ＶＩＩ内の拡大図を示す。

図２〜図７に示すように、バルブ１は、ベース２と、ダイヤフラム３と、アクチュエータ５と、一対の配線６ａ、６ｂと、駆動回路７と、を備えている。

（ベース２）
ベース２は、図１に示す基板９０の一部を構成している。ベース２は、第一層２０と、第二層２１と、第三層２２と、第四層２３と、流路Ｆと、を備えている。流路Ｆは、図１に示す流路９３の一部を構成している。

第一層２０は、ガラス製であって、平板状を呈している。

第二層２１は、ガラス製であって、平板状を呈している。第二層２１は、第一層２０の上面に積層されている。第二層２１は、上流側孔２１０ａと、下流側孔２１０ｂと、上流側溝２１１ａと、下流側溝２１１ｂと、を備えている。上流側溝２１１ａおよび下流側溝２１１ｂは、各々、第二層２１の下面（裏面）に凹設されている。上流側溝２１１ａおよび下流側溝２１１ｂは、各々、左右方向に延在する直線状を呈している。上流側溝２１１ａおよび下流側溝２１１ｂは、第一層２０の上面（表面）により、覆われている。上流側溝２１１ａは、第二層２１の下面の左側部分に配置されている。上流側溝２１１ａは、図１に示す試料導入部９１に連通している。下流側溝２１１ｂは、第二層２１の下面の右側部分に配置されている。下流側溝２１１ｂは、図１に示す別のバルブ１を介して、反応部９２に連通している。

上流側孔２１０ａは、上流側溝２１１ａの溝底面と第二層２１の上面とを、上下方向（層厚方向）に貫通している。同様に、下流側孔２１０ｂは、下流側溝２１１ｂの溝底面と第二層２１の上面とを、上下方向に貫通している。上流側孔２１０ａの下端開口（上流側開口）は、上流側溝２１１ａの右端（下流側端）に連なっている。下流側孔２１０ｂの下端開口（下流側開口）は、下流側溝２１１ｂの左端（上流側端）に連なっている。

第三層２２は、ガラス製であって、平板状を呈している。第三層２２は、第二層２１の上面に積層されている。第三層２２は、凸部収容部２２０と、一対の配線収容溝２２１ａ、２２１ｂと、を備えている。凸部収容部２２０は、第三層２２を上下方向に貫通している。上側から見て、凸部収容部２２０は、真円状を呈している。凸部収容部２２０の下端開口は、第二層２１の上面により、覆われている。上側から見て、凸部収容部２２０の径方向中央部分には、上流側孔２１０ａの上端開口（下流側開口）、下流側孔２１０ｂの上端開口（上流側開口）が、配置されている。配線収容溝２２１ａ、２２１ｂは、各々、第三層２２の上面に凹設されている。配線収容溝２２１ａ、２２１ｂは、各々、左右方向に延在する直線状を呈している。配線収容溝２２１ａは、第三層２２の上面の左側部分に配置されている。配線収容溝２２１ａは、第三層２２の左端と凸部収容部２２０とを連通している。配線収容溝２２１ｂは、第三層２２の上面の右側部分に配置されている。配線収容溝２２１ｂは、第三層２２の右端と凸部収容部２２０とを連通している。

第四層２３は、ガラス製であって、平板状を呈している。第四層２３は、第三層２２の上面に積層されている。配線収容溝２２１ａ、２２１ｂは、第四層２３の下面により、覆われている。凸部収容部２２０の上端開口は、第四層２３の下面により、覆われている。第四層２３は、連通孔２３０を備えている。連通孔２３０は、第四層２３を上下方向に貫通している。

流路Ｆは、上流側流路Ｆａと、下流側流路Ｆｂと、容積調整室Ｆｃと、を備えている。流路Ｆには、試料である液体Ｌが流動可能である。液体Ｌは、本発明の「流体」の概念に含まれる。

図２に示すように、容積調整室Ｆｃは、後述するダイヤフラム３の内面と、第二層２１の上面と、の間に区画されている。ダイヤフラム３の凸部３０の弾性変形に伴って、容積調整室Ｆｃの容積は変化する。上流側流路Ｆａは、上流側溝２１１ａと上流側孔２１０ａとを備えている。上流側流路Ｆａは、容積調整室Ｆｃの上流側に配置されている。下流側流路Ｆｂは、下流側溝２１１ｂと下流側孔２１０ｂとを備えている。下流側流路Ｆｂは、容積調整室Ｆｃの下流側に配置されている。このように、図１に示す試料導入部９１の下流側には、流路Ｆが配置されている。

（ダイヤフラム３）
ダイヤフラム３は、シリコーンゴム製であって、下方に開口する有底円筒状（カップ状）を呈している。ダイヤフラム３は、凸部収容部２２０に収容されている。ダイヤフラム３は、弾性変形可能である。ダイヤフラム３は、凸部３０と、平坦部３１と、支持部３２と、を備えている。支持部３２は、短軸円筒状を呈している。支持部３２は、第四層２３と第二層２１とにより、上下方向から、挟持、固定されている。平坦部３１は、円環状を呈している。平坦部３１は、支持部３２の上端から、径方向内側に張り出している。ダイヤフラム３に荷重が加わっていない状態（無荷重状態）において、凸部３０は、下側に突出する部分球壁状を呈している。すなわち、図４に示すように、凸部３０の上下方向断面形状は、上側に開口するＣ字状を呈している。凸部３０は、平坦部３１の開口に配置されている。上側から見て、凸部３０の径方向中心部分（下端部、頂部）は、上流側孔２１０ａの上端開口、下流側孔２１０ｂの上端開口と重複している。

（アクチュエータ５）
アクチュエータ５は、ダイヤフラム３と共に、凸部収容部２２０に収容されている。アクチュエータ５は、ダイヤフラム３の上面に積層されている。アクチュエータ５のうち、平坦部３１の上面に積層されている部分は、第四層２３の下面に当接している。アクチュエータ５のうち、凸部３０の上面に積層されている部分は、凸部３０の上面の形状（具体的には、部分裏球面状）に倣って、下側に突出している。アクチュエータ５は、誘電層５０と、一対の電極５１ａ、５１ｂと、一対の保護層５２ａ、５２ｂと、を備えている。

図３に示すように、誘電層５０は、Ｈ−ＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）製であって、フィルム状を呈している。Ｈ−ＮＢＲは、本発明の「エラストマー」の概念に含まれる。誘電層５０は、絶縁性を有している。誘電層５０は、誘電層本体５００を備えている。

電極５１ａ、５１ｂは、各々、アクリルゴム中にカーボン粉末が充填された電極材料製であって、フィルム状を呈している。電極５１ａ、５１ｂは、各々、導電性を有している。電極５１ａは、誘電層５０の上面に積層されている。電極５１ａは、電極本体５１０ａと、延在部５１１ａと、を備えている。電極本体５１０ａは、誘電層本体５００の上面に配置されている。電極５１ｂは、誘電層５０の下面に積層されている。電極５１ｂは、電極本体５１０ｂと、延在部５１１ｂと、を備えている。電極本体５１０ｂは、誘電層本体５００の下面に配置されている。

保護層５２ａ、５２ｂは、各々、Ｈ−ＮＢＲ製であって、フィルム状を呈している。保護層５２ａ、５２ｂは、各々、絶縁性を有している。保護層５２ａは、電極５１ａの上面に積層されている。保護層５２ａは、保護層本体５２０ａを備えている。保護層本体５２０ａは、電極本体５１０ａの上面を覆っている。保護層５２ｂは、電極５１ｂの下面に積層されている。保護層５２ｂは、保護層本体５２０ｂを備えている。保護層本体５２０ｂは、電極本体５１０ｂの下面を覆っている。

（配線６ａ、６ｂ）
一対の配線６ａ、６ｂは、各々、Ｃｕ（銅）テープ製であって、直線帯状を呈している。配線６ａは、第三層２２の配線収容溝２２１ａの溝底面に貼着されている。配線６ａは、配線収容溝２２１ａに収容されている。図６に示すように、配線６ａの右端と、第四層２３の下面と、の間には、電極５１ａの延在部５１１ａの左端が挟み込まれている。当該挟み込みにより、配線６ａと電極５１ａとの間の導通が確保されている。

配線６ｂは、第三層２２の配線収容溝２２１ｂの溝底面に貼着されている。配線６ｂは、配線収容溝２２１ｂに収容されている。図７に示すように、配線６ｂの左端と、第四層２３の下面と、の間には、電極５１ｂの延在部５１１ｂの右端が挟み込まれている。当該挟み込みにより、配線６ｂと電極５１ｂとの間の導通が確保されている。

（駆動回路７）
図２に示すように、駆動回路７は、電源７０とスイッチ７１とを備えている。電源７０の正極側は、配線６ａに電気的に接続されている。電源７０の負極側は、スイッチ７１を介して、配線６ｂに電気的に接続されている。電源７０は、図４に示す上下一対の電極５１ａ、５１ｂ間（具体的には、図３に示す上下一対の電極本体５１０ａ、５１０ｂ間）に、電圧を印加することができる。

［バルブの動き］
次に、本実施形態のバルブの動きについて説明する。図８に、本実施形態のバルブのダイヤフラム付近の上下方向断面図を示す。なお、図８は、図４に対応している。また、図４は開弁状態を、図８は閉弁状態を、各々示している。

図４に示すように、開弁状態においては、ダイヤフラム３の凸部３０の頂部が、第二層２１の上面から離間している。このため、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口は、開放されている。したがって、開弁状態においては、上流側流路Ｆａ、容積調整室Ｆｃ、下流側流路Ｆｂを経由して、液体Ｌが流動する。

図２に示すスイッチ７１を閉じると、電源７０から、配線６ａ、６ｂを介して、アクチュエータ５に、電圧が印加される。具体的には、図４に示す電極５１ａと電極５１ｂとの間に、電圧が印加される。このため、電極５１ａと電極５１ｂとの間に、マクスウェル応力が発生する。したがって、図５に示すように、誘電層５０は、上下方向から圧縮される。並びに、誘電層５０は、圧縮された分だけ、水平方向（面方向）に伸張しようとする。すなわち、アクチュエータ５は、拡径方向に伸張しようとする。

しかしながら、図４に示すように、アクチュエータ５は、ダイヤフラム３に固定されている。また、ダイヤフラム３の拡径方向の変形は、凸部収容部２２０の内周面により規制されている。また、ダイヤフラム３の支持部３２は、第四層２３と第二層２１とにより、上下方向から、挟持、固定されている。このため、アクチュエータ５つまりダイヤフラム３の変形方向は、上下方向に誘導される。

ここで、ダイヤフラム３の凸部３０は、下側（上流側孔２１０ａの上端開口側および下流側孔２１０ｂの上端開口側）に突出している。並びに、ダイヤフラム３の平坦部３１は、アクチュエータ５を介して、上側から第四層２３の下面により、押さえられている。このため、アクチュエータ５つまりダイヤフラム３の変形方向は、上下方向のうち、下側に誘導される。

よって、図８に示すように、ダイヤフラム３の凸部３０は、下側に突出する。閉弁状態においては、凸部３０の頂部が、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口を封止している。このため、上流側流路Ｆａと容積調整室Ｆｃとの連通が遮断される。並びに、容積調整室Ｆｃと下流側流路Ｆｂとの連通が遮断される。

このように、本実施形態のバルブ１によると、凸部３０を上下方向に変形させることにより、図４に示す開弁状態と、図８に示す閉弁状態と、の間で、流路Ｆを流れる液体Ｌの流量を調整することができる。

［作用効果］
次に、本実施形態のバルブの作用効果について説明する。本実施形態のバルブ１は、エラストマー製のダイヤフラム３を備えている。圧電素子と比較して、ダイヤフラム３は柔軟である。このため、図８に示すように、流路Ｆを閉じる閉弁状態において、ダイヤフラム３は、第二層２１の上面の面形状に沿って、着座することができる。したがって、シール性が高い。また、隣接する部材（例えば第二層２１の上面）に不具合が生じにくい。

また、本実施形態のバルブ１によると、作動流体、駆動槽、加圧槽などが不要である。このため、構造が簡単である。また、小型化が容易である。また、本実施形態のバルブ１は、作動流体（例えば、液体、気体など）を介さずに、アクチュエータ５により、直接ダイヤフラム３を駆動している。このため、駆動時の応答性が高い。

また、本実施形態のバルブ１のダイヤフラム３は、予め形状付与された凸部３０を備えている。並びに、凸部３０は、凸部収容部２２０に収容されている。このため、図８に示すように、電圧印加時の凸部３０の変形方向を、上流側孔２１０ａの上端開口側および下流側孔２１０ｂの上端開口側に誘導することができる。したがって、電圧印加時に流路Ｆを閉じることができる。反対に、電圧除去時に流路Ｆを開くことができる。よって、ダイヤフラム３の変形方向を上流側孔２１０ａの上端開口側および下流側孔２１０ｂの上端開口側に誘導する部材（例えばスプリングなど）は不要である。この点においても、本実施形態のバルブ１は、構造が簡単である。また、小型化が容易である。

また、図４、図８に示すように、ダイヤフラム３の凸部３０は、アクチュエータ５により駆動される。このため、凸部３０を、流路Ｆ開閉用の機能に特化させることができる。並びに、アクチュエータ５を、凸部３０駆動用の機能に特化させることができる。したがって、アクチュエータ５およびダイヤフラム３の設計自由度が高くなる。また、ダイヤフラム３により、アクチュエータ５を、容積調整室Ｆｃの液体Ｌから、隔離することができる。

また、本実施形態のバルブ１によると、図３に示すように、電極５１ａの電極本体５１０ａは、上側から保護層本体５２０ａにより、下側から誘電層本体５００により、覆われている。このため、電極本体５１０ａを保護することができる。

同様に、電極５１ｂの電極本体５１０ｂは、下側から保護層本体５２０ｂにより、上側から誘電層本体５００により、覆われている。このため、電極本体５１０ｂを保護することができる。

また、図８に示すように、閉弁状態において、凸部３０は、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口だけを封止している。このため、上流側孔２１０ａの上端開口と下流側孔２１０ｂの上端開口とを互いに近接して配置することにより、凸部３０の頂面（シール面）の面積を小さくすることができる。また、本実施形態のバルブ１によると、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口のうち、少なくとも一方を封止できれば、上流側孔２１０ａから下流側孔２１０ｂへの液体Ｌの流れを遮断することができる。このため、シール性が高い。

また、図８に示すように、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口に対して、凸部３０は、上側から離接する。このため、上流側孔２１０ａの上端開口および下流側孔２１０ｂの上端開口に対して、凸部３０が左側や右側から離接する場合と比較して、流路断面積を迅速に変えることができる。

また、本実施形態のバルブ１によると、第四層２３が、平坦部３１を上側から覆っている。このため、図４、図８に示すように、開弁状態から閉弁状態に切り替わる際に、凸部３０の変形方向を、下側（上流側孔２１０ａの上端開口側および下流側孔２１０ｂの上端開口側）に安定化させることができる。また、電圧印加、除去時の凸部３０の頂部の上下方向のストロークのばらつきを、小さくすることができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のバルブと第一実施形態のバルブとの相違点は、液体ではなく、気体の流量を制御している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図９に、本実施形態のバルブの左右方向断面図を示す。なお、図２、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。

図９に示すように、ケース４０は、ケース本体４００と、蓋４０１と、を備えている。ケース本体４００は、上側に開口する有底円筒状（カップ状）を呈している。ケース本体４００は、上流側孔４００ａと、下流側孔４００ｂと、凸部収容部４００ｃと、を備えている。上流側孔４００ａは、ケース本体４００の側壁を貫通している。下流側孔４００ｂは、ケース本体４００の底壁の径方向中央を貫通している。凸部収容部４００ｃは、ケース本体４００の内部に区画されている。凸部収容部４００ｃは、上流側孔４００ａの径方向内端（下流端）および下流側孔４００ｂの上端（上流端）に、接続されている。蓋４０１は、円板状を呈している。蓋４０１は、ケース本体４００の開口を封止している。蓋４０１は、連通孔４０１ａを備えている。連通孔４０１ａは、蓋４０１の径方向中央を貫通している。

ケース本体４００には、上流側流路Ｆａ（上流側孔４００ａ）→容積調整室Ｆｃ（凸部収容部４００ｃにおけるダイヤフラム３下側の部分）→下流側流路Ｆｂ（下流側孔４００ｂ）と連なる流路Ｆが配置されている。流路Ｆには、気体Ｇが流れている。気体Ｇは、本発明の「流体」の概念に含まれる。

スイッチ７１を閉じると、電源７０から、配線６ａ、６ｂを介して、アクチュエータ５に、電圧が印加される。具体的には、電極５１ａと電極５１ｂとの間に、電圧が印加される。このため、電極５１ａと電極５１ｂとの間に、マクスウェル応力が発生する。したがって、誘電層５０は、上下方向から圧縮される。並びに、誘電層５０は、圧縮された分だけ、水平方向（面方向）に伸張しようとする。すなわち、アクチュエータ５は、拡径方向に伸張しようとする。

しかしながら、アクチュエータ５は、ダイヤフラム３に固定されている。また、平坦部３１は、アクチュエータ５に貼り付けられている。言い換えると、平坦部３１は、アクチュエータ５を介して、蓋４０１の下面に固定されている。このため、アクチュエータ５つまりダイヤフラム３の変形方向は、上下方向に誘導される。

ここで、ダイヤフラム３の凸部３０は、下側に突出している。並びに、ダイヤフラム３の平坦部３１は、アクチュエータ５を介して、上側から蓋４０１の下面により、押さえられている。このため、アクチュエータ５つまりダイヤフラム３の変形方向は、上下方向のうち、下側に誘導される。

よって、ダイヤフラム３の凸部３０は、下側に突出する。閉弁状態においては、凸部３０の頂部が、下流側孔４００ｂの上端開口を封止する。このため、容積調整室Ｆｃと下流側流路Ｆｂとの連通が遮断される。

このように、本実施形態のバルブ１によると、凸部３０を上下方向に変形させることにより、図９に示す開弁状態と、閉弁状態と、の間で、流路Ｆを流れる気体Ｇの流量を調整することができる。

本実施形態のバルブは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のバルブと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のバルブ１によると、ダイヤフラム３に支持部が配置されていない。このため、ダイヤフラム３の構成が簡単である。本実施形態のように、平坦部３１が隣接する部材に固定されていれば、電圧印加時の凸部３０の拡径方向の変形を規制することができる。このため、支持部を配置しなくても、凸部３０の変形方向を下側に誘導することができる。また、本実施形態のように、流体として気体Ｇを用いてもよい。また、本実施形態のように、閉弁状態において、上流側孔４００ａおよび下流側孔４００ｂのうち、どちらが一方を、凸部３０で封止してもよい。

＜その他＞
以上、本発明のバルブの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、図３に示すアクチュエータ５の「電極５１ａ−誘電層５０−電極５１ｂ」の繰り返し積層数は特に限定しない。電極５１ａ、５１ｂと誘電層５０とが交互に配置され、かつ最上層および最下層が電極５１ａ、５１ｂであればよい。繰り返し積層数を多くすると、アクチュエータ５の振幅、つまり凸部３０の頂部の上下方向のストロークを大きくすることができる。

誘電層５０に対する電極５１ａ、５１ｂの配置方法は特に限定しない。例えば、電極５１ａ、５１ｂを、誘電層５０に塗布（例えば、スクリーン印刷など）、または接着してもよい。また、電極５１ａ、５１ｂを、保護層５２ａ、５２ｂに塗布、または接着してもよい。

また、図４に示す凸部３０の上下両面にアクチュエータ５を配置してもよい。また、凸部３０の下面（容積調整室Ｆｃ側の面）にだけ、アクチュエータ５を配置してもよい。また、凸部３０を誘電層５０と兼用してもよい。すなわち、凸部３０の上下両面に、一対の電極５１ａ、５１ｂを、塗布、接着などにより、積層してもよい。こうすると、アクチュエータ５が不要である。また、図２に示す電源７０は、直流電源でも交流電源でもよい。

また、上記実施形態においては、本発明の「表裏方向」、「積層方向」を上下方向に設定したが、左右方向、前後方向などに設定してもよい。すなわち、バルブの配置方向は特に限定しない。また、上記実施形態においては、本発明の「流体」として液体Ｌ、気体Ｇを用いたが、ゾルなどを用いてもよい。

誘電層５０の材質は特に限定しない。エラストマー（ゴム、熱可塑性エラストマー）製であればよい。例えば、誘電率の高いエラストマーを用いることが好ましい。具体的には、常温における比誘電率（１００Ｈｚ）が２以上、さらには５以上のエラストマーが好ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用するとよい。Ｈ−ＮＢＲ以外の好適なエラストマーとしては、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。保護層５２ａ、５２ｂ、ダイヤフラム３の材質は特に限定しない。上記誘電層５０と同様の材質としてもよい。また、誘電層５０の材質と、保護層５２ａ、５２ｂの材質と、ダイヤフラム３の材質とは、同一でも異なっていてもよい。

電極５１ａ、５１ｂの材質は、特に限定しない。例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、Ｈ−ＮＢＲ中に銀粉末、カーボンが充填された柔軟導電材料製としてもよい。電極５１ａ、５１ｂを金属や炭素材料から形成してもよい。伸縮性を付与するという観点から、例えば、金属等をメッシュ状に編むことにより、電極５１ａ、５１ｂを形成することができる。また、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子から、電極５１ａ、５１ｂを形成してもよい。また、電極５１ａ、５１ｂの材料として、バインダーと導電材とを含む柔軟導電材料を採用する場合、バインダーには、エラストマーを用いることが好ましい。エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が好適である。また、導電材としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等の金属材料、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や、酸化チタン、酸化亜鉛にアルミニウム、アンチモン等の他金属をドーピングしたもの等の導電性酸化物の中から、適宜選択すればよい。導電材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。配線６ａ、６ｂの材質は特に限定しない。上記電極５１ａ、５１ｂと同様の材質としてもよい。また、電極５１ａ、５１ｂの材質と、配線６ａ、６ｂの材質とは、同一でも異なっていてもよい。

また、ベース２の材質は特に限定しない。ガラスの他、硬質樹脂（ポリカーボネート、アクリル、ポリエステルなど）であってもよい。また、ケース４０の材質は特に限定しない。例えば、樹脂、金属などであってもよい。また、第一実施形態における支持部３２の固定方法は特に限定しない。例えば、凸部収容部２２０の内周面に当接させてもよい。

第一実施形態においては、第二層２１の下面に上流側溝２１１ａ、下流側溝２１１ｂを配置した。しかしながら、第一層２０の上面に上流側溝２１１ａ、下流側溝２１１ｂを配置してもよい。

また、バルブ１を、ポンプとして用いてもよい。具体的には、上流側流路Ｆａ、下流側流路Ｆｂに、各々、上流側から下流側に向かってのみ液体Ｌ、気体Ｇの流動を許容する、流動方向規制弁を配置してもよい。こうすると、閉弁状態（図８）から開弁状態（図４、図９）に切り替わる際、上流側流路Ｆａから容積調整室Ｆｃへの液体Ｌ、気体Ｇの流動は許容される。一方、下流側流路Ｆｂから容積調整室Ｆｃへの液体Ｌ、気体Ｇの流動は禁止される。このため、上流側流路Ｆａから容積調整室Ｆｃへ、液体Ｌ、気体Ｇを送ることができる。また、開弁状態（図４、図９）から閉弁状態（図８）に切り替わる際、容積調整室Ｆｃから下流側流路Ｆｂへの液体Ｌ、気体Ｇの流動は許容される。一方、容積調整室Ｆｃから上流側流路Ｆａへの液体Ｌ、気体Ｇの流動は禁止される。このため、容積調整室Ｆｃから下流側流路Ｆｂへ、液体Ｌ、気体Ｇを送ることができる。このように、開弁状態（図４、図９）と閉弁状態（図８）とを切り替えることにより、液体Ｌ、気体Ｇを下流側に送ることができる。

１：バルブ。
２：ベース、２０：第一層、２１１ａ：上流側溝、２１１ｂ：下流側溝、２１：第二層、２１０ａ：上流側孔、２１０ｂ：下流側孔、２２：第三層、２２０：凸部収容部、２２１ａ：配線収容溝、２２１ｂ：配線収容溝、２３：第四層、２３０：連通孔。
３：ダイヤフラム、３０：凸部、３１：平坦部、３２：支持部。
４０：ケース、４００：ケース本体、４００ａ：上流側流路、４００ｂ：下流側流路、４００ｃ：凸部収容部、４０１：蓋、４０１ａ：連通孔。
５：アクチュエータ、５０：誘電層、５００：誘電層本体、５１ａ：電極、５１０ａ：電極本体、５１１ａ：延在部、５１ｂ：電極、５１０ｂ：電極本体、５１１ｂ：延在部、５２ａ：保護層、５２０ａ：保護層本体、５２ｂ：保護層、５２０ｂ：保護層本体。
６ａ：配線、６ｂ：配線。
７：駆動回路、７０：電源、７１：スイッチ。
９：マイクロＴＡＳチップ、９０：基板、９１：試料導入部、９２：反応部、９３：流路。
Ｆ：流路、Ｆａ：上流側流路、Ｆｂ：下流側流路、Ｆｃ：容積調整室、Ｇ：気体（流体）、Ｌ：液体（流体）。

Claims (5)

1. 流体が流れる流路の方向に突出する凸部を有するエラストマー製のダイヤフラムと、
   該ダイヤフラムに直接または間接的に積層され、電圧が印加される一対の電極と、
   を備え、該電圧に応じて該凸部が弾性変形することにより該流路を開閉するバルブ。
2. エラストマー製の誘電層と、該誘電層の表裏両面に積層される一対の前記電極と、を有し、前記ダイヤフラムの前記凸部に積層されるアクチュエータを備える請求項１に記載のバルブ。
3. 前記電極と、前記誘電層と、が積層される方向を積層方向として、
   前記アクチュエータは、該積層方向両端に、エラストマー製の保護層を有する請求項２に記載のバルブ。
4. 前記ダイヤフラムは、前記凸部を囲み、電圧印加時に表側から支持されている環状の平坦部を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバルブ。
5. 前記ダイヤフラムは、前記凸部を囲む環状の平坦部を有し、
   該平坦部は、前記アクチュエータに貼り付けられている請求項２または請求項３に記載のバルブ。

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