WO1993020351A1 - Fluid controlling microdevice and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

明 細 書 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス及び製造方法 技術分野

本発明 は、 マ イ ク ロ ポ ン プ、 マ イ ク ロ ノくルブな どの流 体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス及び特に そ の主要部品であ る 中間基板の製造方法に関す る 。 背景技術

薄膜形成技術を用 い た流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス に つ い て は 、 日 経エ レ ク ト ロ ニ ク ス N o . 480 ( 1989 年 8 月 21日 発行） P . 125 - 155 の " シ リ コ ン マ イ ク ロ マ シ —ニ ン グ技術 " と 題す る 特集記事が掲載 さ れてお り 、 そ れに よ る と 、 シ リ コ ン基板にバル ブ薄膜を異方性エ ッ チ ン グ に よ り 形成 し 、 該 シ リ コ ン基板を上下の ガ ラ ス基板 と 陽極接合 に よ り サ ン ドイ ッ チ式に接合 し 、 流体制御用 マ イ ク ロ デ バ イ ス を形成す る 。 図 2 8 に該マ イ ク ロ デノく イ ス の構成を示す。 図 2 8 は マ イ ク ロ デ バ イ ス の断面側 -面図、 図 2 9 は図 2 8 の上部基板を除い て示す上面図で あ る 。 図 に お い て、 3 0 1 Jま中間の シ リ コ ン基板で、 ノく ルプ部 3 0 2及び貫通孔 3 0 3 を有す る バルブ膜 3 0 4 が形成 さ れてい る 。 ま た、 バル ブ膜 3 0 4 の上下 に それ ぞれ円形凹部か ら な る チ ャ ン バ 3 0 5、 3 0 6 を同心円 状 に形成 し 、 下部チ ャ ン バ 3 0 6 は溝状 に形成 さ れた入 カ流路 3 0 7 に、 上部チ ャ ンバ 3 0 5 は同 じ く 溝状の 出 カ流路 3 0 8 に それぞれ連通 し てい る 。 3 1 1 及び 3 1 2 はそれぞれ上部ガラ ス基板、 下部ガラ ス基板で、 上記 の よ う な構造を有す る シ リ コ ン基板 3 0 1 の上下面に陽 極接合さ れる 。 ただ し、 バルブ部 3 0 2 の シ ー ル部 3 0 9 は下部ガラ ス基板 3 1 2 と 陽極接合 し な い。

流体は入力流路 3 0 7 を通 じ て下部チ ヤ ンパ 3 0 6 に 導入さ れる。 こ の と き の入力流体の圧力 に よ り バルブ膜 3 0 4 が上方へたわみ、 ノ ルブ部 3 0 2 の シール部 3 0 9 が下部ガラ ス基板 3 1 2 か ら離れて微小な隙間がで き る ので、 該隙間を通 っ て流体は貫通孔 3 0 3 か ら上部チ ヤ ンバ 3 0 5 へと流れ、 さ ら に 出力流路 3 0 8 を経て所 要の圧力で出力 さ れる。 ま た、 流体の入力圧力 に比べて 出力圧力が高 く なれば、 バルブ膜 3 0 4 は下方へたわむ の で、 バルブ部 3 0 2 の シ ー ル部 3 0 9 が下部ガラ ス基 板 3 1 2 と 密着する ため、 逆流が防止さ れる。

次に、 図 3 0 は上記マ イ ク ロ デバイ ス の技術をマ イ ク 口 ポ ンプ に応用 し た従来例を示す も のであ る。 こ れは、 米国特許第 5 , 171 , 13 2 号明細書に開示さ れてい る 。 こ こ では簡単に述べる 。

中間の シ リ コ ン基板 3 2 1 は、 入力バルブ膜 3 2 2 , · ダイ ヤ フ ラ ム部 3 2 3 , 出カノ <ルブ膜 3 2 4 を一体に形 成 し てな る 。 入力バル ブ膜 3 2 2 は入力バルブ部 3 2 5 を備え、 出力バルブ膜 3 2 4 は出力バルブ部 3 2 6 を備 えてい る 。 ま た、 ダイ ヤフ ラ ム部 3 2 3 の上面に駆動手 段 と し ての圧電素子 3 2 7 が固着 さ れて い る 。 入力 口 3 2 8 は下部ガラ ス基板 3 3 5 を貫通 し て入力流路 3 2 9 に連通 し てお り 、 出力 口 3 3 0 は同 じ く 下部ガ ラ ス基板 3 3 5 を貫通 し て出力バル ブ部 3 2 6 の 内部に連通 し て い る 。 そ し て 、 入力バ ル ブ部 3 2 5 の 内部 と 連通す る 出 カ流路 3 3 1 は ダイ ャ フ ラ ム部 3 2 3 直下の圧力室 3 3 2 を経由 し て出力バル ブ部 3 2 6 に通 じ てい る 。 3 3 6 は上部ガラ ス基板であ る 。

こ の マ イ ク ロ ポ ン プの動作原理は、 圧電素子 3 2 7 が 平面方向 に延び る よ う に電圧を加え る と 、 それに追従 し てダイ ヤ フ ラ ム部 3 2 3 が上方へた わむ。 そ の た め、 圧 力室 3 3 2 、 出力流路 3 3 1 の 内圧が負圧 と な り 、 入力 くルブ部 3 2 5 が開 き 、 入力 口 3 2 8か ら 流体を吸引す る 。 ま た そ の際、 出'力バル ブ部 3 2 6 は閉 じ る 方向 に圧 力が力、力、 つ てい る た め、 該ノ ル ブ部 3 2 6 の シ ー ノレ部に よ っ て シ ー ル さ れて い る 。 ま た逆に、 圧電素子 3 2 7 が 平面方向 に縮むよ う に電圧を加え る と 、 ダイ ヤ フ ラ ム部 3 2 3 が下方へた わ む。 そ の た め、 圧力室 3 3 2 、 出力 流路 3 3 1 が正圧 に な り 、 出力バ ノレ ブ部 3 2 6 力 開 き 、 出力 口 3 3 0 力、 ら流体が吐出 さ れ る 。 そ の際、 入力バ ル ブ部 3 2 5 は閉 じ る 方向 に圧力が加わ る た め、 流体は入 カ ロ 3 2 8 の ほ う へは吐出 さ れな い。 以上の動作を繰 り 返す こ と に よ り 、 吐出動作が得 ら れ る 。

上記の よ う な構成に よ る 従来の流体制御用 マ イ ク ロ デ バ イ ス の課題 と し て、 主に次の 4 点を上げ る こ と がで き る o

第 1 点は、 初期の液体注入時にお け る気泡の排出が容 易でな い こ と であ る 。 気泡の存在はバルブ特性に 直接重 大な影響を及ぼ し 、 所望のバルブ特性が得られな いか ら であ る。 ま た、 気泡は特に入力バルブ部上の チ ャ ンバ内 に残 り やす く 、 こ の よ う な気泡が該チ ャ ン バや出力流路 内 に残っ てい る と 、 加圧 · 減圧動作を行っ て も気泡が圧 縮 ♦ 膨張する だけで、 液体が入力 口か ら 入っ て こ ず、 出 カ ロか ら 出ていかな い ため、 吐出特性が急速に低下 し て し ま う 。 気泡は、 最初 に装置内部を液体で満たす と き に 残る わ けであ る が、 気泡が残る原因と しては、 入力側の チ ヤ ンバゃ流路の深さ 、 あ る い は厚さ に比べて出力側の チ ヤ ンバゃ流路の それが製造上の制約か ら非常に大き く な る ため、 気泡を排出 さ せ る に足る 十分な流速が得 られ な い こ とが主な原因であ る。

第 2 点は、 ごみゃ コ ン タ ミ ネ ー シ ヨ ン等の侵入を防止 す る こ とができ な い こ とであ る 。 ごみや コ ン 夕 ミ ネ 一 シ ョ ン等がバルブ シール部 と下部基板と の間に引 っ 掛か つ た場合に は こ の部分にわずかな隙間がで き、 逆流を防止 でき な く な っ て し ま う 力、 らであ る。 マ イ ク ロ ポ ン プの吐 出流量特性 も劣化する 。 ま た、 一旦 こ の よ う な ごみ等の 〜引 っ 掛力、 り が生 じ る と 、 シー ル部に膠着 し やすい ため、 そ の排除がま すま す困難にな る。

第 3 点は、 バルブの ス テ ィ ッ キ ン グを防止す る こ とが でき ない こ とであ る 。 一般に、 バルブ シ ール面の熱酸化 膜 （二酸化 シ リ コ ン ） の表面状態は シ リ コ ン素材の研磨 面 と 同程度の平均 2 n m の表面粗 さ と な つ てお り 、 ま た 材質的に も対向す る ガ ラ ス基板 と 同種 （酸化 シ リ コ ン ） の も のであ る た め、 バル ブの ス テ ィ ッ キ ン グ現象が発生 し 、 そ の結果、 液体の注入が困難に な っ て い た。 さ ら に、 著 し い場合に は注入圧が高 く な り 、 バルブ膜が破壊 さ れ て し ま う こ と 力 あ っ た。

第 4 点は、 気泡の侵入を防止す る こ と がで き な い こ と であ る 。 外部の タ ン ク やチ ュ ー ブ等 に残存 し て い る 気泡 がポ ン プ駆動中 に ポ ン プ内 に入 る と 、 加圧 · 減圧動作を 行 っ て も気泡が圧縮 ♦ 膨張す る だ けで、 液体が入力 口 か ら 入 っ て こ ず、 出力 ロ カ、 ら 出ていかな い た め、 吐出特性 が急速に低下 し て し ま う 。

本発明 は、 上記の よ う な従来の課題を解決す る た め に な さ れた も ので、 そ の 目 的 と す る と こ ろ は、 第 1 に、 気 泡の抜けを良 く す る こ と であ る 。

第 2 に、 ごみ ゃ コ ン タ ミ ネ ー シ ヨ ン等の侵入 し な い構 造 と す る こ と に あ る 。

第 3 は、 バル ブの ス テ ィ ッ キ ン グが発生 し な い構造 と ~9 -5 i o

第 4 は、 外部か ら気泡が侵入 し な い構造 と す る こ と に め る o

本発明 の そ の他の 目 的 は、 後述す る 実施例 に関す る 説- 明で明 ら かに さ れ る 。 発明 の開示

本発明の特徵と する構成は、 サ ン ドィ ツ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板が、 上下に変形可能なバルブ膜を 介 して支持基板に対向する よ う に設けたバルブ部と 、 該 バルブ部の内部を通 し て上下に貫通する流路系 と 、 該流 路系の一部を構成する上部チ ヤ ンバ及び下部チ ヤ ンバ と を備えてな る流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス において、

前記下部チ ャ ンバの厚さ t 1 に対す る前記上部チ ャ ン <の厚さ t 2 の比を、 0 . 2 ≤ t 2 Z t l ≤ 5. 0 と し

T: と if ^ あ る 。

こ の よ う な本発明の構成に よ る と 、 両チ ャ ンバの厚さ の差が小さ く な る ため、 初期の液体注入時、 出力流路の 流速が増加 し、 上部チ ャ ンバ内 に止ま ろ う とす る気泡を 速い流速と共に押 し出す こ と がで き る 。 そ の結果、 気泡 が残存 し な く な る ので、 所望のバルブ特性を保持で き る 。 こ こ で、 0. 2 ≤ t 2 Z t i と し た理由 は、 こ の値 よ り 小さ く な る と、 バルブ膜の可動範囲が著 し く 制約 さ れ、 ルブ機能そ の も の を果た し得な く な る か らであ る 。 ま た、 t 2 / t 1 ≤ 5. 0 と し た理由 は、 こ の 値 よ り 大き く な る と 、 従来の も の と 同様に気泡が残 り やす く な る か り do ^> o

ま た、 本発明 は、 実際に は、 前記厚さ比の範囲を満足 す る よ う に上部チ ヤ ン バま た は下部チ ヤ ンバがそれぞれ 対応する 支持基板と接合 される 段付部を有す る構成 と さ れ る 。 中間の シ リ コ ン基板はあ ま り 薄 く する こ とができ な い の で、 段付部を設け る こ と に よ り 前記厚 さ 比を確保 す る 。 ま た 、 段付部のバル ブ膜か ら の高 さ 位置 に よ っ て 上部チ ャ ン バを上部基板側に 、 ま た は上部基板 と 中間基 板の双方に形成す る こ と がで き る 。

マ イ ク 口 ポ ン プの場合 に お い て も 、 入力バル ブ部側の 上部及び下部チ ヤ ン バが前記厚 さ 比を満足す る 構成 と す る 0

本発明 の他の態様 に よ る と 、 サ ン ドィ ツ チ式に接合 し た基板の う ち の 中間基板が、 上下 に変形可能な 2 つ のバ ル ブ膜を ^ し て支持基板 に対向す る よ う に設け た入カバ ル ブ部及び出力バル ブ部 と 、 前記 2 つのバルブ膜の 中間 に設け ら れ、 駆動手段に よ り 上下 に変形可能な ダイ ヤ フ ラ ム部 と 、 前記入力バル ブ部、 ダイ ヤ フ ラ ム部及び出力 バル ブ部を介 し て流体が流れ る 流路系 と を備え てな る 流 体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス に お い て、

前記支持基板に対す る 前記入力バル ブ部及び出力バル ブ部の 向 き が上下逆に な る よ う に前記流路系を構成 し た こ と に特徴を有す る も のであ る 。 特に、 マ イ ク ロ ポ ン プ の場合、 こ の よ う に入力 ， 出力バルブ部の向 き を上下逆 に配置す る だけで気泡を抜 く こ と が可能に な る 。

次に、 本発明 の他の態様に よ る と 、 前記流路系の入力 流路に 1 つ以上の溝力、 ら な る フ ィ ル タ 部を設け た こ と に 特徴を有す る 。 該フ ィ ルタ 部 に よ り 入力流体中 に混入す る ごみ、 コ ン タ ミ ネ 一 シ ヨ ン等を除去す る ので、 バル ブ 部の シ ー ル面 に ごみ等が介在す る お それがな く な る 。 フ ィ ノレタ部は、 中間基板に串歯状に形成 し て も よ く 、 バルブ部が対向す る 支持基板に 串歯状に形成 し て も よ い。 ま た、 中間基板に設けた突起部とバル ブ部が対向す る 支 持基板と の 間に狭隘な間隙を設け、 該狭隘部を フ ィ ルタ 部 とす る こ と も でき る 。

本発明 の他の態様に よ る と 、 支持基板の入力 口 の部分 に親水性フ ィ ルタ を直接装着 し た こ と に特徵を有す る 。 該フ ィ ル タ 部に よ り 、 外部よ り 侵入する気泡を阻止す る こ と がで き る ので、 ポ ン プ内 に気泡が入る おそれがな く な る。 ま 、 該フ ィ ル タ に、 複数積層 し た ポ ア サイ ズの 異な る フ ィ ルタ を組み合わせた構造と す る こ とがで き る 。 マ イ ク ロ ポ ン プの入力口 の部分に、 複数積層 し た ポ ア サ ィ ズの異な る フ ィ—ル 夕 と 、 親水性フ ィ ル夕 と を装着す る 構成 とす る と、 気泡のみな らず、 ごみ、 コ ン タ ミ ネ ー シ ヨ ン等の侵入を も 同時に阻止す る こ とがで き る 。 な お、 親水性フ ィ ルタ と は、 水は通すが、 空気は通さ な い性質 を有す る フ ィ ノレ タであ る 。

さ ら にま た、 前記チ ャ ンバの厚さ比を満たす構造 と フ ィ ルタ構造の両者を備えた構成とする こ と もで き る 。

本発明の他の態様に よ る と、 前記バルブ部の シ ー ル面、 ま た は前記支持基板の前記バルブ部が対向す る 表面部の 少な く と も一方の表面粗 さ を平均で 5 n m以上、 1 0 0 0 n m以下と した こ と に特徵を有する。

バルブ シ ー ル面、 ま た はバルブ部が対向す る 支持基板 表面部を上記の よ う な粗面に形成す る と、 該粗面の ク リ ァ ラ ン ス に液体が浸透 し やす く な り 、 低い圧力でバルブ 部を支持基板 よ り 開離 さ せ る 。 従 っ て、 バル ブス テ ィ ッ キ ン グが発生 し な い と い う 効果力くあ る 。 ま た、 表面粗 さ が上記の範囲内で あ れば液漏れ も 生 じ な い。

上記粗面は、 複数の溝を設 け た形状 と す る こ と がで き 、 こ の場合、 複数の溝 はバルブ シ ー ル面に お い て 円周方向 に形成 し 、 ま た支持基板表面部に お い て は同心円状 に形 成す る 。

ま た、 バルブ シ ー ル面を熱酸化膜の予圧層 に よ り 形成 し 、 該予圧層の上 に更に 白金薄膜層を形成す る構成.で も 良 い。

ま た、 前記バル ブ部の シ ー ル部 に テーパ ま た は丸みを 付け る こ と に よ り 該 シ ー ル部の接触面積を小 さ く し て も 良い。

本発明の他の態様に よ る と 、 前記流路系の入力 口 に接 続 さ れた小型ハ ー ド タ ン ク と 、 該小型ハー ド タ ン ク に接 続 さ れた大型 ソ フ ト タ ン ク と を備え、 さ ら に小型ハ ー ド タ ン ク がそ の壁体 に装着 さ れたセ プ タ ム と 、 大型 ソ フ ト 夕 ン ク への液体の流入を阻止す る 逆止弁を備え た こ と に 特徴を有す る 。

こ の よ う な小型ノヽ ー ド タ ン ク を マ イ ク ロ ポ ン プ と 大型 ソ フ ト タ ン ク の 間 に設け る こ と に よ っ て、 セ プ タ ム に注 射針を突 き 刺 し て液体を小型ハ ー ド タ ン ク 内 に注入す る こ と がで き 、 し か も 注入 さ れた液体が逆止弁 に よ り 大型 ソ フ ト タ ン ク に 入 っ て い 力、ず該 ソ フ ト タ ン ク を膨脹 さ せ な いた め、 液体は円滑にマ イ ク 口 ポ ン プ内に入 っ てい く 。 その た めマ イ ク ロ ポ ン プの プラ イ ミ ン グが容易にで き る も のであ る。 ま た、 上記の よ う に流路系の入力 口の部分 に、 複数積層 したポ ア サ イ ズの異な る フ ィ ルタ と、 親水 性フ イ ノレタ を装着す る こ と に よ り 、 マ イ ク ロ ポ ン プ内へ の気泡、 ごみ、 コ ン タ ミ ネ ー シ ヨ ン等の侵入を防止す る こ とができ る 。

本発明の他の態様に よ る と 、 前記流路系の入力 口 に接 続 さ れたハ ー ドタ ン ク を備え、 該ハ ー ドタ ン ク がそ の接 続口 と 内面の一部に装着さ れた親水性フ ィ ル タ と 、 該親 水性フ ィ ルタ が装着さ れてい な いハ ー ド タ ン ク の壁体部 分にそれぞれ装着さ れた疎水性フ ィ ル タ と セ プタ ム と を 備えた こ と に特徴を有す る 。 こ の よ う な構成で も マ イ ク 口 ポ ン プ内への気泡の侵入を防止す る こ とがで き 、 かつ、 プラ イ ミ ン グが容易にで き る と と も に、 ハー ド タ ン ク 内 の液体が少な く な っ て も 、 該親水性フ ィ ルタ を流路 と し て、 液体を供給する こ と が可能であ る 。 なお、 疎水性フ ィ ル タ と は、 親水性フ ィ ル夕 と 反対の性質を有する も の で、 水は通 し に く いが、 空気は通すよ う な フ ィ ルタ であ る 。 こ の疎水性フ ィ ノレ夕 に よ り ハ ー ドタ ン ク の呼吸作用 を行 う 。

本発明の他の態様によ る と、 前記流路系に接続さ れた 中維用 のパイ プ部材を備え、 該パイ プ部材の中継管をそ の 内孔の両端部において外周縁に延びる よ う な径大の テ 一ノ、"ま た はア ー ルを有す る 形状 と し た こ と に特徴を有す る

次 に、 本発明 の製造方法の特徴 と す る 構成は、 前記中 間基板の製造方法に お い て、 シ リ コ ン基板にパ タ ー ン マ ス ク を用 い て異方性エ ッ チ ン グを施す こ と に よ り 、 入力 側上部チ ヤ ンバ上に ダイ ヤ フ ラ ム部 と 同 じ高 さ の段付部 - を同時に形成 し た も のであ る 。 入力バルブ膜の厚 さ と ダ ィ ャ フ ラ ム部の厚 さ の差がそ の ま ま 上部チ ヤ ンバの厚 さ と し て形成す る こ と がで き る 。 図面の簡単な 説明

図 1 は本発明 の第 1 実施例 に よ る マ イ ク ロ デバイ ス の 断面側面図であ る 。

図 2 は第 1 実施例の上部基板を除い て示す上面図であ る

図 3 は第 1 実施例の気泡抜 き を説明す る説明 図であ る 。 図 4 は本発明 の第 2 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 5 は図 4 の A — A線断面図で あ る 。

図 6 は本発明の第 3 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 7 は第 3 実施例の上部基板を除いて示す上面図であ

—一る

図 8 は本発明の第 4 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 9 は本発明 の第 5 実施例を示す断面側面図で あ る 。 図 1 0 は第 5 実施例の上部基板を除い て示す上面図で め る

図 1 1 は本発明 の第 6 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 1 2 は図 1 1 の B — B 線断面図であ る 。

図 1 3 は第 6 実施例の変形例を示す断面側面図であ る。 図 1 4 は本発明の第 7 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 1 5 は第 7 実施例の上部基板を除いて示す上面図で あ る

図 1 6 は第 7 実施例の変形例を示す部分断面図であ る。 図 1 7 は本発明 の第 8 実施例を示す断面側面図であ る 。 図 1 8 は本発明の第 9 実施例を示す断面側面図で、 か つ、 マイ ク ロ ポ ン プ 製造工程図であ る 。

図 1 9 は本発明の第 1 0 実施例 に よ るバルブ部の拡大 断面図であ る。

図 2 0 は本発明の第 1 1 実施例に よ る バルブ部の拡大 断面図であ る。

図 2 1 は本発明の第 1 2 実施例に よ る バルブ部の拡大 断面図であ る 。

図 2 2 は本発明の第 1 3 実施例に よ る バルブ部の拡大 断面図であ る 。

図 2 3 は第 1 3 実施例の変形例を示すバルブ部の拡大 断面図であ る。

図 2 4 は本発明の第 1 4 実施例に よ る マ イ ク 口 ポ ン プ シ ス テ ム を部分断面で示す概略構成図であ る 。

図 2 5 は本発明の第 1 5 実施例 によ る マ イ ク ロ ポ ン プ シ ス テ ムを部分断面で示す概略構成図であ る 。

図 2 6 は本発明の第 1 6 実施例 によ る パイ プ部材の中 継管の断面図であ る 。 図 2 7 は本発明 に お け る 中間基板の概略の製造工程図 であ 。 。

図 2 8 は従来の流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス の断面側 面図であ る 。

図 2 9 は図 2 8 の上部基 ¾を除い て示す上面図であ る 。 図 3 0 は従来の マ イ ク 口 ポ ン プの断面図であ る 。 発明 を実施す る た め の最良の形態

以下、 本発明 の実施例を図 に よ り 説明す る 。

実施例 1

図 1 は本発明 の第 1 実施例を示すマ イ ク 口 デバ イ ス の. 断面側面図、 図 2 は該マ イ ク ロ デバ イ ス の上部基板を除 いて示す上面図で あ る 。

こ の マ イ ク ロ デノく イ ス 1 0 は、 中 間の シ リ コ ン基板 1 を上部ガ ラ ス基板 2 と 下部ガ ラ ス基板 3 と で サ ン ドィ ッ チ式に接合 し た構成よ り な る 。

中間の シ リ コ ン基板 1 は両面研磨後の板厚が例え ば 5 0 0 m の も の であ り 、 該中間基板 1 に 、 異方性エ ッ チ ン グ に よ り 、 バルブ膜 4 、 バルブ部 5 、 通孔 6 を形成 し 、 ま た同時 に 、 段付部 7 を設け た 出力側の上部チ ャ ン バ 8 と 、 入力側 の下部チ ヤ ン バ 9 、 さ ら に は上部チ ヤ ン バ 8 に連通す る 出力流路 1 2 を形成す る 。 こ れ ら の下部チ ヤ ン バ 9 、 通孔 6 、 上部チ ャ ン バ 8 、 及び出カ流路 1 2 に よ り 流体の流路系が中間基板 1 に構成 さ れ る 。

そ し て、 こ の 中間基板 1 の段付部 7 に上部基板 2 を陽 極接合 し、 ま た あ ら か じ め入力 口 1 1 を設けた下部基板 3 を中間基板 1 の下面に陽極接合 し、 入力 口 1 1 を下部 チ ャ ンノ< 9 に連通さ せ る 。 な お、 バルブ部 5 の シ ー ノレ面 1 3 は下部基板 3 と陽極接合 させな い。

こ の よ う に段付部 7 を設け る こ と に よ っ て、 上部チ ヤ ンバ 8 の厚さ t 2 を小 さ く す る こ と がで き 、 下部チ ャ ン バ 9 に対する 上部チ ャ ンバ 8 の厚さ比 t 2 / t 1 を略 1 . 0 に近づけ る こ と ができ る 。 例え ば、 中間基板 1 の厚さ を 5 0 0 μ πι と し、 バルブ膜 4 の直径すなわ ち上部チ ヤ ンバ 8 と下部チ ヤ ンバ 9 の直径をそれぞれ 5 m inと し 、 下 部チ ヤ ンバ 9 の厚さ を 5 0 m 、 バル ブ膜 4 の厚さ を 5 0 m と し た場合、 上部チ ャ ンバ 8 の厚さ を 5 0 と し たい場合は、 段付部 7 を 3 5 0 m エ ッ チ ン グす る こ と に よ り 形成する。 そ う する と 、 最初に こ のマ イ ク ロ デ バイ ス 1 0 の中 に水を注入する 場合、 上部チ ヤ ンバ 8 と 下部チ ャ ンバ 9 は同 じ厚さ であ る 力、 ら 、 図 3 に示すよ う に下部チ ヤ ン ノく 9 力、 ら上部チ ヤ ンバ 8 へ流れる 流速 5 0 が従来以上に速 く な り 、 上部チ ャ ンバ 8 内に止ま ろ う と す る気泡 5 1 を押 し 出す こ とができ る。 流速は上部チ ヤ ンバ 8 の厚さ の 3 剰に比例す る ので、 厚さが 3 分の 1 に なれば流速は 9 倍にな り 、 それだけ気泡の抜けが良 く な る と い う こ と がで き る 。 そ の結果、 気泡がな く な る の で、 バルブ特性を所期の と お り に保持す る こ と がで き る 。

と こ ろで、 こ の種のマ イ ク ロ デバイ ス の製造において は、 シ リ コ ン基板 1 の厚さ は割れを防 ぐ ため に最低限 2 2 0 m、 実際上 は 3 8 0 ; m以上必要であ り 、 ま た 、 設計上で は、 下部チ ャ ン バ 9 の厚 さ t l は 5 0 m以下、 バル ブ膜 4 の厚 さ は 5 0 m以下 と さ れてい る ので、 厚 さ 5 0 0 ^ m の シ リ コ ン基板を用 い た場合、 従来の も の で は、 先に述べた よ う に両チ ャ ンバ 8、 9 の厚 さ の差力 非常 に大 き く な り 、 上部チ ャ ン バ 8 及び出力流路 1 2 に お け る 流速不足に よ り 気泡の抜けが悪か っ た の で あ る が、 本実施例の よ う に段付部 7 を設 け る こ と に よ り 、 両チ ヤ ンバ 8 、 9 の厚 さ の差がな く な り 、 初期の液体注入時の 流速を増す こ と がで き 、 気泡の抜け性が向上 し て い る の であ る 。 ま た、 実験に よ れば、 上部チ ャ ンバ 8 の厚 さ は 1 0 // m〜 l 5 0 mが適正値であ り 、 それ以上に なれ ば気泡を抜 く の が困難で あ り 、 バ ル ブ特性が低下す る と い う 結果が求め ら れてい る 。 従 っ て、 上記の チ ャ ン バ厚 さ 比 t 2 Z t l は、 0 . 2 〜 5 . 0 の範囲が適当であ る 。 実施例 2

図 4 は本発明 の第 2 実施例の断面側面図、 図 5 は図 4 の A — A線断面図であ る 。

本実施例 は、 第 1 実施例 に お け る 段付部 7 をバルブ膜 4 と 同 じ高 さ に な る ま で中間基板 1 に エ ッ チ ン グす る こ と に よ り 形成 し 、 上部チ ャ ン バ 8 の全部を上部基板 2 側 に エ ッ チ ン グに よ り 形成 し た も のであ る 。 そ の他の構成 は第 1 実施例 と 同 じ であ る 。 な お、 段付部 7 の高 さ は任 意に定め る こ と がで き 、 チ ャ ン バ厚 さ 比 t 2 / t 1 力 上 記の範囲を満足すれば上部基板 2 と 中間基板 1 の双方 に 形成 し て も良い。 ま た、 図示は省略す る が、 上記の段付 部は下部チ ヤ ンバ 9 側に設け る こ と も で き る 。

実施例 3

次に、 上記マ イ ク ロ デノ イ ス の応用例 と し ての マ イ ク 口 ポ ン プの構成例を図 6 に示す。 図 6 はマ イ ク ロ ポ ン プ の断面側面図、 図 7 は該マ イ ク ロ ポ ン プの上部基板を除 いて示す上面図であ る。 図 に おいて、 1 0 0 はマ イ ク ロ ポ ン プ、 1 0 1 は中間の シ リ コ ン基板、 1 0 2 は上部ガ ラ ス基板、 1 0 3 は下部ガラ ス基板であ る 。 ま た、 1 0 4 は中間基板 1 0 1 に形成 し た入力側のバルブ膜、 1 0 5 は入力バルブ部、 1 0 6 は通孔、 1 0 7 は段付部、 1 0 8 は上部チ ャ ンバ、 1 0 9 は入力 口 1 1 1 と連通する 下部チ ヤ ンバ、 1 1 2 は出力流路で、 圧電素子 1 2 0 を 取 り 付けたダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4直下の圧力室 1 1 5 を 経て出力バルブ側に連通 し てい る。 ま た、 1 1 6 は中間 基板 1 0 1 に形成 し た 出力側のバルブ膜、 1 1 7 は下部 基板 1 0 3 の 出力 口 1 1 8 を開閉する 出力バルブ部であ o

すなわ ち、 本実施例は第 1 実施例の構成を入力バルブ 側に適用 し た も の であ り 、 段付部 1 0 7 に よ り チ ャ ンバ 厚さ比 t 2 Z t l 力く 0 . 2 〜 5. 0 と な る よ う に構成さ れてい る。

実施例 4

図 8 は第 4実施例の断面側面図であ る。

本実施例は、 上記ダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 に対 し、 入力 バルブ部 1 0 5 と 出力バル ブ部 1 1 7 を上下逆 に配置 し た も のであ る 。 すな わ ち 、 入力バル ブ部 1 0 5 の 向 き と 出力バルブ部 1 1 7 の向 き が上下逆に な つ て い る も ので あ る-。 従 っ て、 中間基板 1 0 1 に お け る 流路系 1 1 9 を 極端に屈折 さ せ る こ と な く 単純 にす る こ と がで き る ので、 気泡の抜け性が向上す る 。

実施例 5

図 9 は第 5 実施例の断面側面図、 図 1 0 は上部基板を 除い て示す上面図であ る 。

本実施例は、 ごみや コ ン 夕 ミ ネ 一 シ ヨ ン等の侵入を防 止す る た め の構成例を示す も のであ り 、 図示 は省略 し て あ る が、 上記の よ う な段付部を設け る こ と も 可能であ り 、 こ の場合同時に、 気泡抜け性の 向上を も 図 る こ と がで き る o

図 に示すよ う に 、 入力流路 1 4 に平行な溝を有す る 串 歯状の フ ィ ル タ 部 1 5 を中間基板 1 に形成 し 、 該フ ィ ノレ 夕 部 1 5 を入力流路 1 4 内 に配置す る こ と に よ り 、 入力 流体に含 ま れて い る ごみ、 コ ン 夕 ミ ネ ー シ ョ ン等を フ ィ ル タ 部 1 5 に よ り 除去す る こ と がで き る 。 従 っ て、 バル ブ部 5 の シ ー ル面 1 3 に ごみや コ ン 夕 ミ ネ ー シ ョ ン等が 弓 I つ か力、 る と い う こ と がな く 、 流体の逆流を防止す る こ と がで き る 。 ま た 、 フ ィ ル タ 部 1 5 の ひ と つ の溝力 ごみ 等で詰 ま っ て も 他の溝が フ ィ ル タ の機能を果たす。

実施例 6

図 1 1 は第 6 実施例の断面側面図、 図 1 2 は図 1 1 の B — B 線断面図であ る 。

本実施例 は、 串歯状の フ ィ ルタ 部 1 5 を下部基板 3 側 に設けた も のであ る。 こ の フ ィ ノレ タ部 1 5 は下部基板 3 の表面にパタ ー ンエ ッ チ ン グで多数の溝を形成 し た も の であ る 。 こ の よ う な多数の溝力、 ら な る フ イ ノレタ部 1 5 を 通 して入力流体を供給する ため に、 中間基板 1 に平坦な 突起部 1 6 を設け、 入力流路 1 4 の一部を狭隘に形成 し てい る 。 入力流体中 に混入 してい る ごみ、 コ ン タ ミ ネ ー シ ョ ン等は こ の フ ィ ルタ部 1 5 に よ り 除去す る こ と 力 で さ る 。

ま た、 図 1 3 に示すよ う に平坦な突起部 1 6 と下部基 扳 3 の表面と の間の間隙を狭 く す る こ と に よ り 、 該狭隘 部 1 7 をフ ィ ルタ部 とする こ と も でき る 。 狭隘部 1 7 の 間隙は 1 ！！！ 〜 1 0 m程度であ る。

実施例 7

図 1 4 は第 7 実施例の断面側面図、 図 1 5 は上部基板 を除いて示す上面図であ る 。

本実施例は、 下部基板 3 の入力 口 1 1 の部分に親水性 フ ィ ルタ 1 8 を直接装着 し た も のであ る 。 フ ィ ル タ 1 8 を 0 リ ン グ 1 9 に よ り 、 入力 口 1 1 に圧接す る こ と に よ り 気泡の侵入を防止す る こ とがで き る 。 親水性フ ィ ル タ と は、 水は通すが、 空気は通さ な い性質を持つ フ ィ ル タ であ る 。 一般に は誘導芯 と して使用 されてい る 。 図中、 一 2 3 は入力 口 1 1 に接続 される パイ プや貯水タ ン ク を示 す。 2 4 は防水用 0 リ ン グであ る 。 ま た、 図 1 6 に示す よ う に 、 こ の よ う な親水性 フ ィ ル 夕 と 、 ポ ア サ イ ズの異な る フ ィ ル タ 2 0、 2 1 を複数積 層 し た も の を、 組み合わせ る こ と も で き る 。 こ の よ う な構造を と る こ と に よ り 、 気泡を阻止す る だけでな く 、 親水性フ ィ ル タ 2 2 を通過す る よ う な液体中の ごみ等を ポ ア サ イ ズの 異な る フ ィ ノレ 夕 2 0 , 2 1 に よ っ て、 目 詰 り な く 除去す る こ と がで き る 。

実施例 8

図 1 7 は第 8 実施例の断面側面図であ る 。 こ こ で は、 図 9 の フ イ ノレ タ 構造を例 に と り 、 マ イ ク ロ ポ ン プに採用 し た場合を示 し てあ る 。 1 2 1 が入力流路 1 2 2 に設け た 串歯状の フ ィ ル 夕 部であ る 。

実施例 9

次に、 本発明の 目 的の一つで あ る バルブス テ ィ ッ キ ン グを防止す る 構成につ い て製造方法 と 共に説明す る 。

図 1 8 はマ イ ク 口 ポ ン プの場合 に お け る 概略の製造ェ 程図で、 断面図で表 さ れて い る 。 さ ら に、 図 1 8 の （ ） 、 （ c ) は そ のバル ブ部の み を拡大 し た図であ る 。

図 1 8 ( a ) は前述 し た と お り の 中間の シ リ コ ン基板 1 0 1 の断面側面図であ り 、 該中間基板 1 0 1 に は、 両 面研磨 し た結晶方位 （100) の シ リ コ ン基板を熱酸化膜

(二酸ィヒ シ リ コ ン ） をパ タ ー ニ ン グ · マ ス ク と し て、 6 0 °C に加温 し た 3 0 重量％水酸化力 リ ゥ ム溶液で両面か ら エ ッ チ ン グす る こ と に よ り 、 バルブ部 1 0 5、 1 1 7 、 ダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 、 流路部 1 0 8、 1 0 9 、 1 1 2 等の要素を形成 し た も のであ る 。 こ の よ う な構造を有す る マ イ ク ロ ポ ン プの主要部品であ る 中間基板 1 0 1 は、

4 ィ ン チ シ リ コ ン基板上に複数個形成 されてい る 。

こ の 中間基板 1 0 1 のバノレブ シ ー ル面 1 1 3 〖ま、 通常、 シ リ コ ン研磨面の状態がそ の ま ま 残 り 、 こ の状態でマ イ ク ロ ポ ン プを構成す る と、 前述の よ う にバルブス テ ィ ッ キ ン グが発生す る 。

そ こ で、 本実施例では、 図 1 8 ( b )· に示すよ う に、 バルブ先端面 1 2 3 をま ず、 前記の水酸化カ リ ウ ム溶液 で 5 /i mエ ッ チ ン グ し、 その表面の粗さ平均を 1 0 n m と し た。 更に、 一旦マ ス ク と し て用 い た熱酸化膜をフ ッ 酸溶液によ り 除去 した後、 そ のバルブ先端面 1 2 3 の上 に再度、 熱酸ィ匕 · フ ォ ト リ ソ を行 う こ と に よ り 、 予圧と な る熱酸化膜 1 2 4 を 1 . 1 m形成 した。

こ の よ う にバルブ シ ール面 1 2 5 を粗面に形成 し た後 に、 パイ レ ッ ク ス ガラ ス力、 ら な る上部 ♦ 下部基板 1 0 2 、 1 0 3 を陽極接合法 （ 3 2 0 で、 6 5 0 V ) に よ り サ ン ドィ ツ チ式に接合 し、 そ の後ダイ シ ン グ等に よ り 個々 の マ イ ク ロ ポ ン プ に分離 し 、 最後にダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 に駆動用 ピエゾ素子 1 2 0 と、 下部基板 1 0 3 に液体の イ ン、 ア ウ ト 用のパイ プ 1 3 1 、 1 3 2 をそれぞれ取 り 付けて完成 させた （図 1 8 ( c ) 、 （ d ) 参照） o

こ の よ う に し て作製 し たマイ ク ロ ポ ン プを用 いて、 液 体 1 4 0 を注入す る と 、 ノく ノレブ部 1 0 5 、 1 1 7 力く低い 圧力で容易に開き 、 液体の流入、 気泡の排出 も問題な く 行 う こ と がで き た （図 1 8 ( d ) 参照） 。

実施例 1 0

図 1 9 は第 1 0 実施例 に よ る マ イ ク ロ ポ ン プのノ 'ル ブ 部の拡大断面図であ る 。

マ イ ク ロ ボ ン プの製造工程は第 9 実施例 と 同様であ る が、 本実施例で はバルブ シ ー ル面 1 2 5 を複数の段差部 1 2 6 を持つ形状 と し た も のであ る 。 すな わ ち 、 バルブ 先端面の マ ス ク と し て用 い た熱酸化膜を フ ッ 酸溶液 に よ り 除去 し た後、 そ のバルブ先端面の上に再度、 熱酸化 · フ ォ ト リ ソ を行 う こ と に よ り 、 予圧 と な る 熱酸化膜 1 2 4 を 1 . 2 m形成 し 、 更に、 こ の予圧部 1 2 4 を O F P R — 8 0 0 ポ ジ レ ジ ス ト （東京応化製） に よ り バ タ 一 ニ ン グ し た後、 8 重量％ フ ッ 酸溶液で 5 0 秒間エ ツ チ ン グ し 、 l O O n m の段差付 き 形状 と し た。 複数の段差部 1 2 6 はノく ル ブ シ ー ル面 1 2 5 の 円周方向 に形成す る 。 本実施例のマ イ ク ロ ポ ン プに お いて も 、 液体を注入す る と 、 バル ブ シ ー ル面 1 2 5 の段差部 1 2 6 の ク リ ア ラ ン ス よ り 液体が浸透 し 、 低い圧力で容易 にバルブ部を開 け る こ と がで き 、 気泡の排出 も 問題な く 行え る よ う に な つ'た。

実施例 1 1

図 2 0 は第 1 1 実施例 に よ る マ イ ク ロ ポ ン プのバル ブ 部の拡大断面図であ る 。

本実施例 は、 バ ル ブ シ ー ル面 1 2 5 と 対向す る下部基 板 1 0 3 の上面部 に第 1 0 実施例 と 同様の段差部 1 2 6 を形成 し た も のであ る 。

ま ず、 バルブ シ ー ル面 1 2 5 は、 第 9 、 第 1 0 実施例 と 同様の方法で予圧 と な る熱酸化膜 1 2 4 を 1 . 3 m 形成す る こ と に よ り 平面形状に作製する 。 次に、 下部基 扳 1 0 3 を中間基板 1 0 1 に陽極接合す る前に、 バルブ シール面 1 2 5 が対向す る 下部基板 1 ◦ 3 の上面部を、 0 M R — 8 5.ネガ レ ジ ス ト （東京応化製） を用 いてパ 夕 一二 ン グ した後、 7 . 5 重量％ フ ッ 酸溶液で 2分間ェ ッ チ ン グ して 2 0 0 n m の複数の段差部 1 2 6 を同心円状 に形成 し てお く も のであ る 。

本実施例のマ イ ク ロ ポ ン プにおい て も 、 第 1 0 実施例 と 同様の作用効果が得 られた。

実施例 1 2

図 2 1 は第 1 2 実施例によ る マイ ク ロ ポ ン プのバルブ 部の拡大断面図であ る 。

本実施例 は、 バルブ シー ル面 1 2 5 を、 上記の予圧層 と し て の熱酸化膜 1 2 4 を 1 . 2 iz m形成 し た後、 更に そ の上に 白金薄膜 1 2 7 を 0 . 2 ;i m形成す る こ と に よ り 平面形状に作製 し、 次に、 バルブ シ ール面 1 2 5 が対 向す る 下部基板 1 0 3 の上面部全面を、 陽極接合前に、 0 M R — 8 5 ネ ガ レ ジ ス ト （東京応化製） を用 いパ タ ー ニ ン グ し た後、 7 重量％ フ ッ 酸溶液で 9 0 秒間エ ツ チ ン グ して、 平均 1 0 n m の粗面 1 2 8 に形成 し てお く も の であ る。

以上の よ う にノ ルブ シ ー ル面、 あ る い は該バルブ シ一 ル面が対向す る 支持基板の上面部の いずれか-—方、 も し く は双方を液漏れが生 じ な い程度 に粗面に形成す る こ と に よ り 、 ル ブス テ ィ ッ キ ン グが発生 し な い。

ま た、 上記粗面の表面粗 さ の下限 は平均 5 n m と し て 良い。 こ れは、 表面が研磨面でな ければ良い か ら で あ り 、 研磨面の表面粗 さ は平均で 2 n m、 最大で も 2 2 n m で あ る こ と に基づいて い る 。

次に、 上記粗面の表面粗 さ の上限につ いて は、 1 i m で も差 し 支え な い。 1 / m で も リ ー ク を生 じ な い こ と 力 < 実験 に よ り 確認 さ れて い る 。

実施例 1 3 . ま た、 図 2 2 、 図 2 3 に示すよ う にバルブ シ 一 ノレ部の 角 に テ ° 1 3 3 や丸み 1 3 4 を付け る こ と に よ り 、 バ ノレ ブ シ ー ル面 1 2 5 の接触面積が小 さ く な り 、 圧力 に よ くルブ部が開 き やす く な る ので、 バルブス テ ィ ッ キ ン グの防止上、 効果があ る 。

実施例 1 4

次に、 本発明 の マ イ ク ロ ポ ン プを使用 し た シ ス テ ム 全 体につ い て説明す る 。

図 2 4 は第 1 4 実施例 に よ る マ イ ク ロ ポ ン プ シ ス テ ム の概要を示す も ので、 部分断面で示 し て あ る 。

本実施例 は、 例え ば図 6 、 図 S 、 図 1 7 、 図 1 8 等に 示 し た マ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 を医療用 と し て使用す る 場 合であ り 、 該マ イ ク ロ ポ-ン プ 1 0 0 を小型 タ ン ク 1 5 0 を介 し て大型 ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 に接続 し た構成 と な つ てい る。

小型タ ン ク 1 5 0 は ノヽー ド タ ン ク で、 そ の側壁に セ プ タ ム と称される ゴム栓 1 5 1 が密封状態に固着 されてお り 、 ま た大型ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 と パイ プ 1 5 2で接続 す る接続口 1 5 3 に逆止弁 1 5 4 が取 り 付け ら れてい る。 こ の小型タ ン ク 1 5 0 の接続口 1 5 5 をマ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 の前記入力 口 に接続す る 。

ま た、 大型ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 は輪液パ ッ ク の よ う な も のであ り 、 上記と 同様のセ プタ ム 1 6 1 が装着さ れて い る。 マ イ ク ロ ポ ンプ 1 0 0 の 出力 口 は図示 し な い注射 針に連結さ れてい る。 . 薬液は注射針を小型タ ン ク 1 5 0 のセプタ ム 1 5 1 に 突き刺 して注入する 。 小型夕 ン ク 1 5 0 内 に注入 さ れた 薬液は逆止弁 1 5 4 に よ り 大型ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 内へ 入っ ていかな い ので、 小型夕 ン ク 1 5 0 の 内圧が大型 ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 に力、力、 る こ と はな い。 従っ て、 注入液 体に よ り 大型ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 は膨脹 し な い。 そ して、 注入圧力 に よ り 薬液は接続口 1 5 5 を通 し てマ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 内 に注入される 。

次に、 大型ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 内 にそのセ プタ ム 1 6 1 に注射針を突き刺 し て薬液を貯蔵す る こ と がで き る 。 大型 ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 内に残っ た空気は、 セ プタ ム 1 6 1 よ り 注射器で引 き抜 く か、 あ る い は図 1 6 の よ う な フ ィ ルタ に よ り 気泡の侵 -入を阻止する 。

こ の よ う に セ プ タ ム 1 5 1 及び逆止弁 1 5 4 を有する 小型ハ ー ド タ ン ク 1 5 0 を マ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 と 大型 ソ フ ト タ ン ク 1 6 0 の 間 に設 け た の で、 マ イ ク ロ ポ ン プ の プ ラ イ ミ ン グを き わ め て容易 に 実現で き る と い う 効果 力 め る 。

実施例 1 5

図 2 5 は第 1 5 実施例 の マ イ ク 口 ポ ン プ シ ス テ ム の概 要図で あ る 。

本 シ ス テ ム の場合 は、 マ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 を一般産 業用 に 使用 す る 場合 を想定 し て い る 。 マ イ ク ロ ポ ン プ 1 〇 0 自 体 Γま第 1 4 実施例 の も の と 同 じ で あ る 。 こ の マ イ ク 口 ポ ン プ 1 0 0 に ハ 一 ド タ ン ク 1 7 0 を接続 し た構成 と な っ て い る 。 そ し て さ ら に 、 ハ ー ド タ ン ク 1 7 0 は 内 壁の一部及 びマ イ ク 口 ポ ン プ 1 0 0 と の接続 口 1 Ί 1 に 前述 し た 親水性 フ ィ ノレ タ 1 7 2 、 1 7 3 を設 け 、 さ ら に 親水性 フ ィ ル タ 1 Ί 2 が装着 さ れて い な い ハ ー ド タ ン ク 1 7 0 の壁部分 に 疎水性 フ ィ ル 夕 1 7 4 と セ プ タ ム 1 7 5 を そ れぞれ装着 し て な る も の で あ る 。 こ こ で、 疎水性 フ ィ ル タ と は 、 親水性 フ ィ ル 夕 と 反対の 性質を有す る も の で、 水 は通 し に く い が、 空気 は通す性質 を有す る も の で あ る 。 な お、 接続 口 1 7 1 に 設 け た 親水性 フ ィ ル 夕 1 7 3 は第 7 実施例 と 同様マ イ ク ロ ボ ン プ 1 0 0 の入力 口 に 密着 さ せ る 。

液体 は注射針 を セ プ タ ム 1 7 5 に 突 き 刺 し てハ ー ド 夕 ン ク 1 7 0 内 に 注入す る 。 こ の 注入圧力 に よ り 内部 の 液 体 は親水性 フ ィ ル タ 1 7 2 、 1 7 3 を浸透 し 、 接続 口 1 7 1 力、 ら マ イ ク ロ ポ ンプ 1 0 0 内 に注入 さ れる 。 気泡は 親水性フ ィ ルタ 1 7 2 、 1 7 3 に よ り 侵入を阻止 さ れ、 マイ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 内 に入 っ てい力、な い。 従 っ て、 プ ラ イ ミ ン グが簡単にでき る 。 ま た、 疎水性フ ィ ル タ 1 7 4 はマ イ ク ロ ポ ン プ 1 0 0 の動作時におけ る ノ、一 ドタ ン ク 1 7 ひ の呼吸作用 を行 う 。

実施例 1 6

図 2 6 はマ イ ク ロ ポ ン プや タ ン ク 等を接続す る の に使 用 さ れるパイ プ も し く はチ ュ ー ブの中維管の構成例を示 す も のであ る 。 例えばマ イ ク ロ ポ ン プの入力 口及び出力 口 に はパイ プやチ ュ ー ブを接続する が、 こ れ ら のパイ プ やチ ュ ー ブ同士の中継管に図示の よ う な 内孔の両端部を テーパ等で径大に -し た構造の も の を使用す る も のであ る。 図におい て、 1 8 1 はパイ プやチ ュ ー ブ （以下、 パイ プ 部材と い う ） 、 1 8 2 はノ、。イ ブ部材 1 8 1 に圧入 し て両 パイ プ部材を連結す る 中継管であ る 。 こ の中継管 1 8 2 の 内孔 1 8 3 の両端部にテーパ ま た はア ー ル （以下、 テ ーパ等 と い う ） 1 8 4 を付け、 内孔 1 8 3 の両端部を外 周縁に至る ま で径大に してい る 。

通常、 こ の種の中継管は外周 の両端部にテーパを付け、 パイ プ部材 1 8 1 と の接続を容易 にする のが一般的であ るが、 中継管の外周 の両端部に テーパを付け る と、 該テ —パ の た め にパイ プ部材 1 8 1 と の 間に隙間がで き 、 こ の隙間に注入液体中の気泡が付着 し 、 ひいてはそ の気泡 が剥離し てマ イ ク ロ ポ ンプ等に入 っ てい く 。 本実施例は、 こ の よ う な従来の 中継管 と は逆に、 内孔 1 8 3 の両端部 に お い て外周縁 に延び る よ う な 径大の テ ー ノ、。等 1 8 4 を付 け た も の であ り 、 中継管 1 8 2 と パイ プ部材 1 8 1 と の 間 に上記の よ う な隙間がで き な い ので、 注入液体中の気泡が付着 し に く い も の と な っ て い る 。 従 つ て、 パイ プ部材 1 8 1 の 中継部に気泡が残 ら な い の で、 マ イ ク ロ ボ ン プ等の気泡抜け性が向上す る 。

次に、 本発明 の製造方法に つ い て、 例え ば図 6 の マ イ ク 口 ポ ン プを例 に と っ て説明す る 。

図 2 7 は該マ イ ク 口 ポ ン プ用 の 中間基板を形成す る た めの シ リ コ ン基板の エ ッ チ ン グ工程を示す概略工程図で あ る 。 以下、 図 6 を も 参照 し なが ら説明す る。

通常、 こ の種の エ ッ チ ン グは湿式エ ッ チ ン グであ り 、 パ タ ー ン はフ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 一技術を用 い て形成 さ れ る 。 エ ッ チ ン グ液 と し て は、 K 0 H溶液 あ る い は E P W 、 ヒ ド ラ ジ ン の よ う な 異方性エ ッ チ ン グを さ せ る 溶液を用 い る 。 ま た 、 こ の例の シ リ コ ン基板に は結晶方位 （ 1 0 0 ) の シ リ コ ン ウ エ ノヽー を用 い て い る 。

図 2 7 ( a ) に お い て 、 7 1 、 7 2 は フ ォ ト マ ス ク で あ り 、 入力バ ル ブ上部 6 1 と 出力バ ル ブ上部 6 2 を形成 す る パ タ ー ン と な っ て お り 、 こ の場合 は、 ポ ジ レ ジ ス ト を用 い る 例 と し て い る 。 エ ッ チ ン グ工程 と し て は、 マ ス ク 7 1 をパ タ ー ン と し て、 レ ジ ス ト を塗布 し た酸化膜付 き の シ リ コ ン基板 6 0 を露光 し 、 現像、 定着 し た後、 フ ッ 酸溶液に て シ リ コ ン基板上面の酸化膜 6 3 に窓を開 け た後 レ ジ ス 卜 を剥離 し、 K 0 H溶液に てエ ッ チ ン グする 。 シ リ コ ンは K 0 H に よ っ て異方性エ ッ チ ン グさ れ る た め、 図 2 7 ( a ) に示すよ う 〖こ シ リ コ ン基板 6 0 に入力バル ブ上部 6 1 及び出力バルブ上部 6 2 がエ ッ チ ン グに よ り 形成される 。

次に、 図 2 7 ( b ) に示すよ う に、 段付部 6 4 及びダ ィ ャフ ラ ム上部 6 5 を形成す る マ ス ク 7 3 を用 いて、 再 度上記 K 0 H溶液にて シ リ コ ン基板 6 0 をエ ッ チ ン グす る。 こ の場合、 段付部 6 4 と ダイ ヤ フ ラ ム上部 6 5 を同 時に形成する 。 ま た、 V溝 6 6 、 6 7 を形成す る マ ス ク 7 4 を用 い、 次のェ ッ チ ン グ工程で入力バルブ部の貫通 孔及び シ リ コ ン基板下部の流路部を形成す る 。 こ こで、 入力バルブ上部 6 1 はマ ス ク さ れてい ない た め、 （1 1 1 ) 面でエ ッ チ ン グを止め る こ と はで き ず、 サイ ドエ ヅ チ ン グされる た め、 マ ス ク 7 1 は こ のサイ ドエ ッ チ ン グ量を あ ら か じ め計算 し て作 る必要があ る。

次に図 2 7 ( c ) において、 マ ス ク 7 5 は シ リ コ ン基 扳上部のエ ッ チ ン グ しな い箇所を保護す る た めの も ので、 全面黒でかま わ な い。 そ し て、 シ リ コ ン基板下部の流路 部及びバルブ部を形成す る マス ク 7 6 を用 い て シ リ コ ン 基板の下部をエ ッ チ ン グす る。 こ こ で、 図 2 7 ( b ) に おいて形成さ れた V溝 6 6 はマ ス ク さ れてい な い ため、 サイ ドエ ッ チ ン グ さ れて貫通孔 6 8 (図 6 では 1 0 6 ) が形成 さ れる 。 そ し て、 図 6 に示すよ う にバルブ膜 1 0 4 、 1 1 6 、 ノ ルブ部 1 ◦ 5 、 1 1 7 、 下部チ ャ ンノ 1 0 9 、 上部チ ャ ン バ 1 0 8 、 段付部 1 0 7 、 出力流路 1 1 2 、 ダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 、 圧力室 1 1 5 の各部分が 形成 さ れた 中間基板 1 0 1 を得 る こ と 力 で き る 。 こ こ で、 ダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 の上面 と 段付部 1 0 7 の上面は同 じ高 さ であ り 、 ダイ ヤ フ ラ ム部 1 1 4 の厚 さ と 入力バル ブ膜 1 0 4 の厚 さ の差 に よ っ て一義的 に決ま る 。 例え ば、 入力バルブ膜 1 0 4 の厚 さ 力く 4 0 mで、 ダイ ヤ フ ラ ム 部 1 1 4 の厚 さ 力 6 0 m の場合 に は上部チ ャ ン バ 1 0 8 の厚 さ は 2 0 μ πι と な る 。 ま た、 図 2 7 ( b ) で は明 ら かで はな いが、 入力バル ブ上部 6 1 全体をエ ツ チ ン グ す る こ と に よ っ て、 同図の D 部の拡大図で示す よ う に上 部チ ヤ ン バ 1 0 8 の側壁 1 0 8 a 力《滑 ら 力、 に な る の で、 気泡抜け性が向上す る 効果 も 得 ら れ る 。

Claims

請求の範囲

1 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板が、 上下に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向す る よ う に設けたバルブ部 と 、 該バルブ部の 内部を通 し て上 下に貫通す る流路系と、 該流路系の一部を構成す る 上部 チ ヤ ンバ及び下部チ ヤ ンバと を備えてな る流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス に おい て、

前記下部チ ャ ンバの厚さ t 1 に対す る前記上部チ ャ ン バの厚さ t 2 の比を t 2 / t l = 0 . 2 〜 5 . 0 の範囲 と し た こ と を特徴とする 流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス。

2 . 前記厚さ比の範囲を満足する よ う に前記上部チ ヤ ンバが上部基板と 接合 され る 段付部を有する こ と を特徴 とす る 請求の範囲第 1 項記載の流体制御用マ イ ク 口 デバ イ ス 。

3 . 前記厚さ 比の範囲を満足する よ う に前記下部チ ヤ ンバが下部基板と接合さ れる 段付部を有する こ と を特徵 と す る請求の範囲第 1 項記載の流体制御用マ イ ク 口 デバ ィ ス。

一.

4 . 前記厚さ比の範囲を満足す る よ う に前記上部チ ヤ ン バが前記上部基板側に形成 さ れて い る こ と を特徵 とす る請求の範囲第 1 項記載の流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス 。

5 . 前記厚さ比の範囲を満足す る よ う に前記上部チ ヤ ンバが前記上部基板と前記中間基板の双方に形成 さ れて い る こ と を特徵と す る請求の範囲第 1 項記載の流体制御 用 マ イ ク ロ デバ イ ス 。

6 . 入力バル ブ部側 の上部チ ャ ン バ及 び下部チ ャ ン ノく が前記厚 さ 比の範囲を満足す る マ イ ク 口 ポ ン プであ る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項記載の流体制御用 マ イ ク ロ デバ イ ス 。

7 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板が、 上下 に変形可能な 2 つ のバルブ膜を介 し て支持基板に対 向す る よ う に設け た入力バル ブ部及び出力バルブ部 と 、 前記 2 つ のバル ブ膜の 中間 に設け ら れ、 駆動手段に よ り 上下に変形可能な ダイ ヤ フ ラ ム 部 と 、 前記入力バル ブ部、 ダイ ヤ フ ラ ム部及び出力バルブ部を介 し て流体が流れ る 流路系 と を備え てな る 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス に お いて、

前記支持基板に対す る 前記入力バルブ部及び出力バル ブ部の 向 き が上下逆 に な る よ う に前記流路系を構成 し た こ と を特徴 と す る 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス 。

8 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板が、 上下 に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向す る よ う に設け たバルブ部 と 、 該バルブ部の 内部を通 し て上 下 に貫通す る 流路系 と を備え てな る 流体制御用 マ イ ク 口 デバ イ ス に お い て、

前記流路系の入力流路 に 1 つ以上の溝か ら な る フ ィ ノレ 夕 部を設け た こ と を特徴 と す る 流体制御用 マ イ ク 口 デバ イ ス 。

9 . 前記フ ィ ル タ 部を前記中間基板に 串歯状 に形成 し てな る こ と を特徵とする 請求の範囲第 8項記載の流体制 御用マ イ ク ロ デバイ ス。

1 0 . 前記フ ィ ル タ 部を前記バルブ部が対向す る支持 基板に串歯状に形成 してな る こ と を特徵とす る 請求の範 囲第 8項記載の流体制御用マイ ク ロ デバイ ス 。

1 1 . 前記フ ィ ル タ部が、 前記中間基板に設けた突起 部 と前記支持基板 と の間の狭陰な間隙か ら な る こ と を特 徴とす る請求の範囲.第 8項記載の流体制御用 マ イ ク ロ デ バイ ス。

1 2 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向 す る よ う に設けたバルブ部 と、 該バルブ部の 内部を通 し て上下に貫通す る 流路系と を備えてな る流体制御用 マ イ ク 口 デバ、イ ス に お い て、

前記支持基板に設けた入力 口 の部分に親水性フ ィ ルタ を直接装着 し た こ と を特徴とする 流体制御用 マイ ク ロ デ パイ ス 。

1 3 . 前記フ ィ ノレタが、 複数積層 し た ポ ア サイ ズの異 な る フ ィ ノレ夕 と親水性フ ィ ルタ と の組み合わせ力、 ら な る こ とを特徵と する請求の範囲第 1 2 項記載の流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス。

1 4 . 入力流路 に前記フ ィ ル タ部を設けたマ イ ク ロ ポ ン プであ る こ と を特徵と する請求の範囲第 8 項記載の流 体制御用マ イ ク ロ デノ《 イ ス 。

1 5 . 前記支持基板に設けた入力 口 の部分に、 複数積 層 し た ポ ア サ イ ズの異な る フ ィ ル 夕 と 、 親水性フ ィ ノレ タ と を装着 し た マ イ ク ロ ポ ン プであ る こ と を特徴 と す る 請 求の範囲第 8 項記載の流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス 。

1 6 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下 に変形可能なバル ブ膜を介 し て支持基板に対向 す る よ う に設け たバルブ部 と 、 該バル ブ部の 内部を通 し て上下に貫通す る 流路系 と 、 該流路系の一部を構成す る 上部チ ヤ ン バ及び下部チ ヤ ン バ と を備え てな る 流体制御 用 マ イ ク ロ デバイ ス に お い て、

前記下部チ ヤ ン バ の厚 さ t 1 に対す る 前記上部チ ヤ ン ノく の厚 さ t 2 の比を t 2 Z t l = 0 . 2 〜 5 . 0 の範囲 と す る と と も に、 前記流路系の入力流路 に 1 つ以上の溝 か ら な る フ ィ ノレ 夕 部を設け た こ と を特徴 とす る 流体制御 用 マ イ ク ロ デバ イ ス。

1 7 . サ ン ド イ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下 に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向 す る よ う に設け たバルブ部 と 、 該バルブ部の 内部を通 し て上下 に貫通す る 流路系 と を備え て な る 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス に お いて、

前記バル ブ部の シ ー ル面、 ま た は前記支持基板の前記 バル ブ部が対向す る 表面部の少な く と も一方を表面粗 さ が平均で 5 n m以上、 1 0 0 0 n m以下の粗面に形成 し た こ と を特徴 と す る 流体制御用 マ イ ク ロ デバ イ ス 。

1 8 . 前記粗面を複数の溝を設け た形状 と し た こ と を 特徴 と する 請求の範囲第 1 7 項記載の流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス 。

1 9 前記複数の溝を前記バルブ部の シール面におい て円周方向 に形成 し た こ と を特徴 とす る請求の範囲第 1 S項記載の流体制御用 マ イ ク 口 デバイ ス。

2 0 . 前記複数の溝を前記支持基板の前記バルブ部が 対向する 表面部において同心円状に形成 し た こ と を特徴 と する請求の範囲第 1 8 項記載の流体制御用マ イ ク ロ デ バイ ス。

2 1 . 前記バルブ部の シー ル面を熱酸化膜の予圧層 に よ り 形成 し た こ と を特徴とす る請求の範囲第 1 7 項記載 の流体制御用マイ ク ロ デバイ ス。

2 2 . 前記バルブ部の シ ール面を熱酸化膜の予圧層を 介 し てその上に形成 し た 白金薄膜層 と した こ と を特徴 と す る請求の範囲第 1 7 項記載の流体制御用マ イ ク 口 デバ イ ス 。

2 3 . サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向 する よ う に設けたバルブ部 と、 該バルブ部の 内部を通 し て上下に貫通す る 流路系 と を備えてな る 流体制御用マ イ ク ロ デバイ ス に お い て、

前記バルブ部の シール部に テー パま た は丸みを付け る こ と に よ り 該 シー ル部の接触面積を小さ く し た こ と を特 徵とす る 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス。

2 4 ， サ ン ドイ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向 す る よ う に設け たバル ブ部 と 、 該バル ブ部の 内部を通 し て上下 に貫通す る 流路系 と を備え てな る 流体制御用 マ イ ク ロ デバ イ ス に お い て、

前記流路系の入力 口 に接続 さ れた小型ハ ー ド タ ン ク と 、 該小型ハ ー ド タ ン ク に接続 さ れた大型 ソ フ ト タ ン ク と を 備え 、 前記小型ハ ー ド タ ン ク が そ の壁体に装着 さ れた セ プ タ ム と 、 前記大型 ソ フ ト タ ン ク への液体の流入を阻止 す る 逆止弁を備え て な る こ と を特徵 と す る 流体制御用 マ イ ク 口 デバ イ ス 。

2 5 . ϋ記流路系の入力 口 の部分に、 複数積層 し た ポ ァ サ イ ズの異な る フ ィ ル タ と 、 親水性フ ィ ル 夕 と を装着 し た マ イ ク ロ ポ ン プであ る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 第 2 4 項記載の流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス 。

2 6 . サ ン ド イ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下に変形可能なバル ブ膜を介 し て支持基板に対向 す る よ う に設け たバル ブ部 と 、 該バルブ部の 内部を通 し て上下に貫通す る 流路系 と を備え てな る 流体制御用 マ イ ク ロ デバ イ ス に お い て、

前記流路系の入力 口 に接続 さ れたハ ー ド タ ン ク を備え、 該ハ ー ド タ ン ク が そ の接続口 と 内面の一部 に装着 さ れた 親水性フ ィ ル タ と 、 該親水性フ ィ ル タ が装着 さ れて い な い前記ハ ー ド タ ン ク の壁体部分 に それぞれ装着 さ れた疎 水性フ ィ ル タ 及びセ プ タ ム と を備え て な る こ と を特徴 と す る 流体制御用 マ イ ク ロ デバ イ ス 。

2 7 . サ ン ド イ ッ チ式に接合 し た基板の う ち 中間基板 が、 上下に変形可能なバルブ膜を介 し て支持基板に対向 する よ う に設けたバルブ部と 、 該バルブ部の 内部を通 し て上下に貫通す る 流路系 と を備えてな る 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス において、

前記流路系に接続さ れた中継用 のパイ プ部材を備え、 該パイ プ部材の 中継管をそ の 内孔の両端部において外周 縁に延びる よ う な径大の テ一パま た はア ー ルを有す る形 状と し た こ と を特徵とする 流体制御用マ イ ク ロ デバイ ス 。

2 8 . 流体制御用 マ イ ク ロ デバイ ス用 の中間基板の製 造方法に いて、

シ リ コ ン基板にパタ ー ンマ ス ク を用 いて異方性エ ッ チ ン グを施す こ と に よ り 、 入力側上部チ ャ ン バ上にダイ ヤ フ ラ ム部 と 同 じ高さ の段付部を同時に形成 し た こ と を特 徵 とす る 流体制御用マ イ ク ロ デバイ ス の製造方法。