KR20070106916A - 밸브 기구 및 유로 기판 - Google Patents

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KR20070106916A
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토루 카지
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Abstract

밸브 기구(機構)를 유로 기판의 구조를 복잡하게 하지 않고 형성한다. 유로 기판(1)의 내부에 구형의 공간인 밸브실(4)이 형성된다. 밸브실(4)에는 유로(2a, 2b, 2c)가 각각 다른 방향으로부터 접속되어 있다. 유로(2a)와 유로(2b)는 밸브실(4)의 서로 대향하는 제1 면(5a)과 제 2 면(5b)에 접속되어 있다. 유로(2c)는 제1 면(5a) 및 제2 면(5b)과는 다른 제3 면(5c)에 접속되어 있다. 밸브실(4) 내에는 밸브실(4) 내를 제1 면(5a)측과 제2 면(5b)측의 사이에서 습동하는 밸브체(8)가 수용되어 있다. 밸브실(4) 외의 제1 면(5a)과 제2 면(5b)의 측방에 전자석(10a)과 전자석(10b)이 밸브실(4)을 사이에 두도록 하여 유로 기판(1)에 매입되어 있다.

Description

밸브 기구 및 유로 기판{VALVE STRUCTURE AND PASSAGE SUBSTRATE}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A 선을 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구에서 유로가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구에서 유로가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11：유로 기판 2a,2b,2c,16：유로
4, 18：밸브실 8, 22：밸브체
10a, 10b, 24：전자석 12：유리 기판
14：PDMS 기판 20：자성체
본 발명은, 유로 중의 유체의 흐름의 온/오프를 스위칭하거나 접속하는 유로를 선택적으로 스위칭하기 위한 밸브 기구에 관한 것으로서, 특히, 마이크로칩이나 캐필러리 플레이트 등의 유로 기판에 형성할 수 있는 밸브 기구 및 이러한 밸브 기구를 형성한 유로 기판에 관한 것이다.
미세한 유로가 형성된 기판에 다기능성을 갖추고 고집적화를 도모하기 위해서는, 유로를 흐르는 유체를 제어하는 밸브 기구를 유로 기판 자체에 형성하는 것이 필요해진다. 그러나 유로 기판에 밸브 기구를 형성하는 것은 용이하지 않으며, 통상적으로, 유로 기판 자체의 구조가 복잡해지고, 유로 기판의 구조가 복잡해지면, 유로 기판의 제조 공정수가 증대하여 비용이 증가하는 문제가 있다.
유로 기판 내에 밸브 기구를 형성하는 몇 가지 방법이 제시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제 2004-291187호 공보, 일본 특허 공개 제2004-361205호 공보).
상기 일본 특허 공개 제2004-291187호 공보에 개시되어 있는 밸브 기구는, 대향하는 전극 사이에 형성된 가압 배스 내에 채워진 작동 유체를 통하여, 기판 내에 형성된 유로의 일부를 구성하는 탄성 변형 가능한 막을 압박함으로써, 유로 중의 유체의 흐름을 멈추도록 이루어져 있다. 즉, 이러한 밸브 기구는 전극 사이에 전압을 인가함으로써 작동 유체를 통하여 간접적으로 유로의 개폐의 제어를 행하도록 이루어져 있다.
또한, 상기 일본 특허 공개 제2004-361205호에는 마이크로 반응 장치에 있어 서의 마이크로 밸브의 개폐를 공기압을 통하여 간접적으로 제어하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 직접적으로 제어 가능한 밸브 기구를 유로 기판의 구조를 복잡하게 하지 않고 형성하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 기구는, 기판 내부에 형성된 복수의 유로들이 접속된 밸브실, 상기 밸브실 내에 습동 가능하게 배치되고, 상기 유로들 사이의 접속을 스위칭하기 위한 자성체를 포함하는 밸브체, 그리고 전자력에 의해 상기 밸브체를 이동시키는 전자부(電磁部)를 구비한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브 기구는, 유로 중에 형성되고, 일측 벽면이 가변형 재료로 형성된 밸브실, 상기 벽면에 형성되고, 상기 유로를 개폐하기 위한 자성체를 포함하는 밸브체, 그리고 전자력에 의해 상기 밸브체를 상기 유로가 개폐되는 방향으로 이동시키는 전자부를 구비한다.
상기 일측 벽면을 구성하는 가변형 재료로서 탄성 재료, 예를 들면 폴리디메틸실록산(PDMS)을 들 수 있다.
본 발명에 따른 유로 기판은 복수의 유로들과 밸브 기구가 일체화될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들에 따른 밸브 기구 및 유로 기판에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되 는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 1a는 유로 기판 중의 밸브 기구의 일 실시예의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A 선을 따른 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 유로 기판(1)의 내부에 구형의 공간인 밸브실(4)이 형성되어 있다. 밸브실(4)에는 유로(2a, 2b, 2c)가 각기 다른 방향으로부터 접속되어 있다. 유로(2a)와 유로(2b)는 밸브실(4)의 서로 대향하는 제1 면(5a)과 제2 면(5b)에 접속되어 있다. 다른 유로(2c)는 제1 면(5a) 및 제2 면(5b)과는 다른 제3 면(5c)에 접속되어 있다.
밸브실(4) 내에는 밸브실(4)의 내부에서 제1 면(5a)측과 제2 면(5b)측의 사이에서 습동하는 밸브체(8)가 수용되어 있다. 밸브체(8)는 철(Fe), 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등의 자성 재료로 이루어지거나, 수지로 이루어지거나, 혹은 그 내부에 자성체 혹은 자성 입자가 매설되어 있다. 밸브체(8)가 제1 면(5a)측으로 이동하거나 제2 면(5b)측으로 이동하였을 때에도, 밸브체(8)에 의해 유로(2c)를 닫히지 않도록 유로(2c)의 위치와 밸브체(8)의 크기가 설정되어 있다.
밸브실(4) 외의 제1 면(5a)과 제2 면(5b)의 측방에, 전자부로서의 전자석(10a)과 전자석(10b)이 밸브실(4)을 사이에 두도록 하여 유로 기판(1)에 매입되어 있다.
밸브체(8)는 전자석(10a)이 발생한 자장에 의해 밸브실(4) 내를 면(2a)까지 이동하고, 전자석(10b)이 발생한 자장에 의해 밸브실(4) 내를 면(2b)까지 이동한다.
전자석(10a)만이 통전되면, 전자석(10a)이 발생시키는 자장에 의해 밸브체(8)가 면(2a)까지 이동하고 유로(2a)는 닫혀 진다. 이 때, 나머지 2개의 유로(2b) 및 유로(2c)는 열린 상태가 되고, 이러한 2개의 유로(2b)와 유로(2c)가 접속된다.
또한, 전자석(10b)만이 통전되면, 전자석(10b)이 발생시키는 자장에 의해 밸브체(8)가 면(2b)까지 이동하고, 유로(2b)는 닫혀 진다. 이 때, 나머지 2개의 유로(2a) 및 유로(2c)는 열린 상태가 되고, 이와 같은 2개의 유로(2a)와 유로(2c)가 접속된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 밸브실(4)의 측방에 형성된 전자석(10a, 10b)의 온/오프를 제어함으로써, 유로 기판(1)에 형성된 유로(2a) 또는 유로(2b) 만을 닫고, 나머지 2개의 유로들을 접속할 수 있다. 따라서 전자석(10a, 10b)이 발생시킨 자장에 의해 접속하는 유로를 직접적으로 스위칭할 수 있기 때문에 응답성이 우수하다. 또한, 전술한 밸브 기구의 구성은, 밸브실(8) 내에 수용된 밸브체(8)와 전자석(10a, 10b)만이기 때문에, 유로 기판(1)의 구조를 복잡하게 하지 않고 유로 기판(1)에 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구의 단면도이다. 전술한 본 발명의 일 실시예에서는 전자석(10a, 10b)이 유로 기판(1)을 사이에 두도록 하여 배치되어 있으나, 전자석(10a, 10b)은 밸브체(8)에 대하여 습동 방향 으로 자장을 발생시키면 되며, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전자석(10a, 10b)이 밸브실(4)에 대하여 비스듬하게 배치되어 있어도 된다. 여기에서는, 전자석의 한쪽을 표면 측, 다른 쪽을 이면 측이 되도록 배치하고 있으나, 함께 동일한 측에 배치하여도 된다. 이 경우에는 전자석(10a, 10b)이 기판(1)에 매입될 필요는 없고, 기판 표면 또는 이면에 붙이는 것만으로 된다.
다음으로, 유로 기판에 형성된 밸브 기구의 다른 실시예를 설명한다. 도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구에서 유로가 열린 상태를 나타내는 단면도이며, 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유로 기판 중의 밸브 기구에서 유로가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.
유로 기판(11) 내부에는 유로(16)가 형성되어 있다. 유로 기판(11)은 유리 기판(12) 상에 PDMS 기판(14)이 겹쳐져서 형성되어 있다. 유로(16)의 도중에는 구형상의 공간인 밸브실(18)이 형성되어 있다. 밸브실(18)은 PDMS 기판(14)에 성형에 의해 형성되며, 밸브실(18)의 위치의 PDMS 기판(14)의 두께는 다른 부분보다도 얇게 이루어져 있다. PDMS 기판(14)의 두께가 얇게 이루어져 있는 부분은 밸브실(18)의 일측 벽면(22)을 구성한다. 일측 벽면(22)은 도 3b에 나타낸 바와 같이 탄성 변형하여 밸브실(18) 내의 대향면, 즉, 유리 기판(12) 측으로 휠 수 있도록 이루어져 있다. PDMS 기판(14)의 일측 벽면(22)을 구성하는 부분에는 자성체(20)가 매입되어 있다.
유리 기판(12)의 아래쪽에, 아래쪽을 향하는 자장을 발생시키는 전자부로서의 전자석(24)이 취부되어 있다. 밸브실(18)에서 아래쪽을 향하는 자장이 발생하 면, 일벽면(22)에 매입된 자성체(20)가 일측 벽면(22)을 휘어지게 하면서 유리 기판(12) 측으로 이동하고, 일측 벽면(22)이 유리 기판(12)에 접촉하도록 이루어져 있다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 기구는, 전자석(24)이 도통되면, 전자석(24)이 발생시킨 자장에 의해 자성체(20)가 아래 방향으로 향하는 힘을 받아서 일측 벽면(22)을 휘어지게 하면서 유리 기판(12) 측으로 이동하고, 유로(16)를 밸브실(18)에서 중단시키며, 유로(16)는 닫히게 된다. 전자석(24)에 전압을 인가하지 않은 상태로 하면, 휘어져 있던 일벽면(22)이 PDMS의 탄성에 의한 복원력에 의해 도 3a에 도시한 바와 같은 상태로 돌아가고, 유로(16)는 열린다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 밸브 기구에 있어서, 전자석(24)의 온/오프를 제어함으로써, 유로(16)의 개폐를 제어할 수 있다. 이러한 밸브 기구도, 전자석(24)에 의해 유로(16)의 개폐를 직접적으로 제어하기 때문에 응답성이 우수하다. 또한, 이어란 밸브 기구는, 예를 들면, PDMS 등의 가변형 재료로 이루어지는 일측 벽면(22)을 갖는 밸브실(18), PDMS 기판(14)의 일측 벽면(22)을 구성하는 부분에 매입된 자성체(20) 그리고 자성체(20)를 구동하는 전자석(24)만으로 구성되어 있기 때문에, 유로 기판(11)의 구조가 복잡해지지 않는다.
본 실시예에 있어서, 자성체(20)는 PDMS 기판(14)의 일측 벽면(22)을 구성하는 부분에 매입되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, PDMS 기판(14)의 일측 벽면(22)을 구성하는 부분 상에 취부되어 있어도 된다.
또한, 본 실시예에 있어서, 유로(16)가 닫힌 상태로부터 열린 상태로 하기 위하여 PDMS의 복원력을 이용하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 전자석을 PDMS 기판(14)의 위쪽으로 배치하고 그 전자석에 의해 위로 향하는 자장을 발생시키고, 일측 벽면(22)에 매입된 자성체(20)를 위로 이동시키도록 하여도 되며, 스프링 기구를 취부하여 스프링의 탄성력을 이용하여 유로(16)를 열도록 하여도 된다.
본 발명에 따른 밸브 기구는, 자성체를 포함하는 밸브체를 전자력에 의해 직접적으로 구동하기 때문에, 응답성이 우수하며, 유로 기판의 구조를 복잡하게 하지 않고 유로 기판 내부에 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 유로 기판은, 복수의 유로들과 밸브 기구가 일체화되어 있기 때문에, 유로 기판의 다기능성을 갖추고 고집적화를 도모할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 기판 내부에 형성된 복수의 유로들 접속된 밸브실;
    상기 밸브실 내에 습동 가능하게 배치되고, 상기 유로들 사이의 접속을 스위칭하기 위한 자성체를 포함하는 밸브체; 및
    전자력에 의해 상기 밸브체를 이동시키는 전자부를 포함하는 밸브 기구.
  2. 유로 중에 형성되고, 일측 벽면이 가변형 재료로 형성된 밸브실;
    상기 벽면에 형성되고, 상기 유로를 개폐하기 위한 자성체를 포함하는 밸브체;
    전자력에 의해 상기 밸브체를 상기 유로가 개폐되는 방향으로 이동시키는 전자부를 포함하는 밸브 기구.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가변형 재료는 탄성 재료인 것을 특징으로 하는 밸브 기구.
  4. 복수의 유로들과 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 기구가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 유로 기판.
KR1020060126841A 2006-05-01 2006-12-13 밸브 기구 및 유로 기판 KR20070106916A (ko)

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