WO2015115271A1 - 流体制御装置 - Google Patents

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plate
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淳子 伊藤
渡辺　靖
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アルプス電気株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control device that constitutes a so-called micro-channel device, and more particularly to a fluid control device in which a film is sandwiched between two plates and a diaphragm portion is formed by a part of the film.
  • a microchannel device In a reaction experiment using a small amount of fluid, a microchannel device is used.
  • a fine channel is formed at a joint portion of a plate or the like, and the plurality of microchannel devices are used in combination according to the application.
  • a fluid control device that exhibits functions such as a pump and a valve may be used.
  • Patent Document 1 discloses an invention relating to a microvalve as a fluid control device.
  • a silicone rubber thin film is sandwiched between a silicon wafer and a thick silicone rubber film.
  • a conduit serving as a flow path is formed in the silicone thick film, and an opening leading to the silicone thin film is formed in the silicon wafer.
  • the micro flow path device needs to finely control the flow of fluid in a fine flow path. For this reason, when trying to construct the microvalve described in Patent Document 1 or other pumps, for example, a tension is applied so that a film such as a silicone thin film is not bent or wrinkled between plates such as a silicon wafer. It is necessary to give and stretch. However, when a film having a smaller area than the plate is sandwiched between the two plates, it is very difficult to apply an appropriate tension so that the film does not bend or wrinkle.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a fluid control device capable of always applying an appropriate tension to a film when a film forming a diaphragm portion is sandwiched between two plates.
  • the purpose is to do.
  • the present invention includes a first plate and a second plate, and a film sandwiched between facing portions of both plates, and is formed on the first plate and the second plate by a part of the film.
  • the first plate is formed with a first flat surface that contacts the film, and a recess that is located outside the diaphragm portion and is recessed from the first surface, and the second plate is formed on the film.
  • a second flat surface that abuts and a convex portion that protrudes from the second flat surface so as to face the concave portion are formed, and a part of the film is sandwiched between a fitting portion between the concave portion and the convex portion.
  • a film regulating portion is configured at a position away from the diaphragm portion, and a film tension setting portion is configured at a position closer to the diaphragm portion than that, and the film
  • the restricting portion has a stronger clamping force on the film than the film tension setting portion.
  • the first plate has an outer recess and an inner recess closer to the diaphragm
  • the second plate has an outer protrusion facing the outer recess
  • An inner convex portion facing the inner concave portion is formed, and a protruding dimension of the outer convex portion from the second plane is larger than a protruding dimension of the inner convex portion from the second plane
  • the film restricting portion is constituted by the fitting portion between the outer concave portion and the outer convex portion
  • the film tension setting portion is constituted by the fitting portion between the inner concave portion and the outer concave portion. it can.
  • the convex portion has an inner wall surface facing the diaphragm portion and an outer wall surface facing opposite thereto, and an interval between the outer wall surface and the inner surface of the concave portion is the inner wall surface. It is formed narrower than the interval between the wall surface and the inner surface of the recess,
  • the outer wall surface and the inner surface of the recess constitute the film restricting portion, and the inner wall surface and the inner surface of the recess constitute the film tension setting portion.
  • the inner convex portion has an inner wall surface facing the diaphragm portion and an outer wall surface facing oppositely, and an interval between the outer wall surface and the inner surface of the inner concave portion is such that the inner wall surface and the inner concave portion are spaced apart from each other. It is formed narrower than the distance from the inner surface,
  • the outer wall surface and the inner surface of the inner recess constitute the film restricting portion, and the inner wall surface and the inner surface of the inner recess constitute the film tension setting portion.
  • the film preferably has adhesiveness to the first surface and the second surface.
  • the fluid control device according to the present invention can be obtained by simply inserting the film between the two plates and joining the two plates, so that the diaphragm portion of the film facing the flow path has an appropriate tension without bending or wrinkling. Can be stretched with.
  • the top view which shows the fluid control apparatus of the 1st Embodiment of this invention Sectional drawing which shows the state by which the fluid control apparatus shown in FIG. FIG. 3 shows a state in which the fluid control device is joined, and is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the expanded sectional view of the IV arrow part of FIG. The top view which shows the fluid control apparatus of 2nd Embodiment of this invention,
  • a fluid control device 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 constitutes a part of a microchannel device and is used for controlling the flow rate of a fluid.
  • the fluid control device 1 has a first plate 2 and a second plate 3, and a film 4 sandwiched between both plates 2 and 3.
  • the first plate 2 and the second plate 3 are made of cycloolefin polymer (COP) resin.
  • the film 4 is formed of a resin material having flexibility and elasticity and having a light adhesiveness, such as a silicone resin.
  • the fluid control device 1 is used for biochemical reaction experiments. Therefore, the first plate 2, the second plate 3, and the film 4 are used while being held in a surface-bonded state as shown in FIG. 3 without using an adhesive.
  • the first plate 2 is formed with a joining plane 2b and a first plane 2a formed one step lower than the joining plane 2b.
  • the first plane 3 a is formed in the same region as the shape (circular shape) of the film 4, and the depth dimension D of the step between the first plane 2 a and the bonding plane 2 b is the same as the thickness dimension T of the film 4. Or is formed slightly shallower.
  • the illustrated lower surface of the film 4 is placed on the first plane 2a.
  • the second plate 3 is formed with a second plane 3a.
  • the second plane 3a is surface-bonded to the bonding plane 2b of the first plate 2 and the film 4 is in contact with the upper surface of the figure.
  • the film 4 is sandwiched and held between the first plane 2a and the second plane 3a.
  • a first concave channel 5a is formed at the center of the first plate 2.
  • the first concave channel 5a is formed so as to be recessed from the first plane 2a.
  • a second concave channel 5b that is recessed from the second plane 3a is also formed at the center of the second plate 3.
  • the first concave channel 5a and the second concave channel 5b face each other.
  • the planar shape of the biconcave flow paths 5a and 5b is circular.
  • a part of the film 4 sandwiched between the first plate 2 and the second plate 3 is formed between the first concave channel 5a and the second concave channel 5b.
  • the diaphragm portion 4a is located at the boundary portion.
  • the diaphragm portion 4a faces (faces) both the first concave channel 5a and the second concave channel 5b.
  • the first plate 2 is formed with a pair of communication channels 6a and 6b that communicate with the first concave channel 5a, and the second plate 3 has a communication channel 7 that communicates with the second concave channel 5b. Is formed.
  • a lower plate is surface-bonded to the lower surface of the first plate 2, and a flow path communicating with each of the communication flow paths 6 a and 6 b is formed between the first plate 2 and the lower plate.
  • An upper plate is surface-joined on the upper surface of the second plate 3, and a flow path leading to the communication flow path 7 is formed between the second plate 3 and the upper plate.
  • the first plate 2 is connected to the first flat surface 2a.
  • An inner concave portion 11 that is recessed from the second flat plate 3 is formed, and an inner convex portion 12 that protrudes from the second plane 3 a is formed on the second plate 3.
  • the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12 have a ring shape that is continuous so as to surround the entire circumference of the first concave flow channel 5a and the second concave flow channel 5b.
  • an outer concave portion 13 that is recessed from the first plane 2a is formed in the first plate 2, and the second plate 3 from the second plane 3a.
  • a protruding outer convex portion 14 is formed.
  • the planar shape of the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 is a partial arc shape.
  • the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 are arranged at equal positional intervals with respect to the center O of the first concave channel 5a and the second concave channel 5b, that is, at equal angular intervals with respect to the center O. ing.
  • the outer peripheral portion of the film 4 is sandwiched between the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14.
  • the protruding height dimension H2 of the outer convex part 14 from the second plane 3a is larger than the protruding height dimension H1 of the inner convex part 12 from the second plane 3a.
  • the width dimension W ⁇ b> 2 of the outer convex part 14 is formed smaller than the width dimension W ⁇ b> 1 of the inner convex part 12.
  • the width dimensions W1 and W2 here are dimensions in the radial direction from the center O.
  • the outer recessed portion 13 is formed deeper than the inner recessed portion 11, and the outer recessed portion 13 is formed with a narrower opening width than the inner recessed portion 11.
  • the first film restricting portion is constituted by the fitting structure of the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14, and the second film tension setting portion is constituted by the fitting structure of the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12. ing.
  • FIG. 4 shows the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12 in an enlarged manner.
  • the inner convex portion 12 has an inner wall surface 12a directed to the first concave flow channel 5a and the second concave flow channel 5b, and an outer wall surface 12b directed to the outer peripheral side opposite to this. Yes.
  • the first plate 2 and the second plate 3 are positioned and joined to each other with reference to positioning holes 15 formed at a plurality of locations.
  • the distance between the inner wall surface 12a of the inner convex portion 12 and the inner inner surface 11a of the inner concave portion 11 is indicated by ⁇ 1
  • the inner convex portion The interval between the outer wall surface 12b of the portion 12 and the outer inner surface 11b of the inner recess 11 is indicated by ⁇ 2.
  • the intervals ⁇ 1 and ⁇ 2 mean the interval dimensions in the radial direction from the center O.
  • the outer wall surface 12b and the outer inner surface 11b constitute a second film restricting portion, and the inner wall surface 12a and the inner inner surface 11a have the second film tension.
  • a setting unit is configured.
  • the fluid control apparatus 1 is assembled as follows. As shown in FIG. 2, the circular film 4 is installed on the 1st plane 2a of the 1st plate 2, and the 2nd plate 3 is joined from the top. The first plate 2 and the second plate 3 are positioned with respect to each other by the positioning holes 15 and are further surface-joined while maintaining a parallel state.
  • the film 4 first has the outer concave portion 13 and the outer convex portion. 14, and then between the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12.
  • the outer convex portion 14 has a protruding height dimension h ⁇ b> 2 larger than the inner convex portion 12, and the width dimension W ⁇ b> 2 is smaller than the width dimension W ⁇ b> 1 of the inner convex portion 12. Therefore, the holding force of the film 4 at the fitting portion between the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 is stronger than the holding force of the film when the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12 are fitted.
  • the film 4 is sandwiched between the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 which are the first film restricting portions, and then the first film
  • the film 4 is sandwiched between the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12 which are tension setting portions. Since the inner concave portion 11 and the inner convex portion 12 are fitted in the state in which the film 4 is sandwiched between the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 and the sliding in the center O direction is restricted, the inner concave portion 11 and the inner convex portion are fitted. Tension is reliably applied to the film 4 by the portion 12. Therefore, the diaphragm portion 4a, which is a part of the film 4, can be stretched with a strong tension without causing bending or wrinkles at an intermediate portion between the first concave flow channel 5a and the second concave flow channel 5b.
  • the gap ⁇ 2 between the outer wall surface 12b of the inner convex portion 12 and the outer inner surface 11b of the inner concave portion 11 is narrow, and the inner wall surface 12a and inner side
  • the gap ⁇ 2 with the inner surface 11a is wide. Therefore, when the inner convex portion 12 and the inner concave portion 11 are fitted, the clamping force of the film 4 between the outer wall surface 12b and the outer inner surface 11b is larger than the clamping force between the inner wall surface 12a and the inner inner surface 11a.
  • the film 4 is sandwiched between the outer wall surface 12b and the outer inner surface 11b serving as the second film regulating portion, and the sliding in the center O direction is regulated,
  • the film 4 is sandwiched between a portion from the top surface of the inner convex portion 12 that is the second film tension setting portion to the inner wall surface 12a and a portion from the bottom surface of the inner concave portion 11 to the inner inner surface 11a.
  • a strong tension is applied to the portion 4a without bending or wrinkling.
  • the film 4 when the film 4 is formed of a resin having a light adhesive surface such as a silicone thin film, the film 4 is attached to and held on the first flat surface 2a of the first plate 2.
  • the film 4 is firmly held by both the holding force by the adhesive force and the clamping force by the outer wall surface 12b and the outer inner surface 11b, and the inner convex portion 12 enters the inner concave portion 11, the film 4 is centered O It becomes difficult to shift toward. Therefore, when the film 4 is sandwiched between the inner wall surface 12a and the inner inner surface 11a, a strong tension can be applied to the diaphragm portion 4a.
  • a fluid control device 1 configured by sandwiching a film 4 between a first plate 2 and a second plate 3 is used as, for example, a micropump.
  • the communication channel 6a formed in the first plate 2 functions as a fluid introduction port
  • the communication channel 6b functions as a fluid discharge port.
  • a positive pressure and a negative pressure are applied from the communication flow path 7 formed on the second plate 3 into the second concave flow path 5b, and the diaphragm section 4a repeatedly applies pressure to the second concave flow path 5b.
  • the fluid guided from the communication channel 6a to the first concave channel 5a is discharged to the outside from the communication channel 6b.
  • the fluid control device 1 can be used as a microvalve.
  • the communication flow paths 6a and 6b are blocked by the diaphragm portion 4a.
  • the flow of fluid in the paths 6a and 6b is interrupted.
  • the pressure in the second concave channel 5b is reduced, the fluid flow in the communication channels 6a and 6b is resumed.
  • the pressure of the fluid flowing in the communication channels 6a and 6b can be kept constant.
  • the outer film convex portion 14 constitutes the first film restricting portion
  • the inner film convex portion 12 constitutes the first film tension setting portion.
  • the 2nd film control part is comprised by the outer wall surface 12b of an inner side convex part
  • the 2nd film tension setting part is comprised by the inner wall surface 12a.
  • first film restricting portion and the first film tension setting portion are provided, and the second film restricting portion and the second film tension setting portion shown in FIG. 4 are not provided.
  • second film restricting portion and the second film tension setting portion shown in FIG. 4 are provided, and the first film restricting portion and the first film tension setting portion may not be provided.
  • planar shapes of the outer concave portion 13 and the outer convex portion 14 may be continuous with a ring shape instead of the partial arc as shown in FIG.
  • the outer concave portion 113 and the outer convex portion 114 have a circular cross section and are arranged at an equal angle with respect to the center O. It may be.
  • Fluid control apparatus 1st plate 2a 1st plane 3 2nd plate 3a 2nd plane 4 Film 4a Diaphragm part 5a 1st recessed flow path 5b 2nd recessed flow path 6a, 6b Communication flow path 11 Inner concave portion 11a Inner inner surface 11b Outer inner surface 12 Inner convex portion (first film tension setting portion) 12a Inner wall surface (second film tension setting section) 12b Outer wall surface (second film regulating part) 13 Outer concave portion 14 Outer convex portion (first film regulating portion)

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Abstract

【課題】　２つのプレートの間に挟み込むフィルムで形成されるダイヤフラム部に十分な張力を与えることができる構造の流体制御装置を提供する。 【解決手段】　第１のプレート２と第２のプレート３との間にフィルム４が挟まれる。第２のプレート３に形成された外側凸部１４は内側凸部１２よりも突出高さ寸法Ｈ２が大きく形成され、外側凸部１４は内側凸部１２よりも幅寸法Ｗ２が小さく形成されている。第１のプレート２と第２のプレート３とが面接合されるときに、外側凹部１３と外側凸部１４とでフィルム４が挟持された後に、内側凹部１１と内側凸部１２との間にフィルム４が挟み込まれ、凹状流路５ａ，５ｂ内に張られるダイヤフラム部４ａに張力が与えられる。

Description

流体制御装置
　本発明は、いわゆるマイクロ流路装置を構成する流体制御装置に係り、特に、２つのプレートの間にフィルムが挟み込まれ、フィルムの一部でダイヤフラム部が形成されている流体制御装置に関する。
　少量の流体を用いた反応実験などでは、マイクロ流路装置が使用される。
　マイクロ流路装置は、プレートの接合部などに微細な流路が形成され、この複数のマイクロ流路装置が用途に応じて組み合わされて使用される。マイクロ流路装置として、ポンプやバルブなどの機能を発揮する流体制御装置が使用されることがある。
　以下の特許文献１には、流体制御装置としてマイクロバルブに関する発明が開示されている。このマイクロバルブは、シリコンウエハとシリコーンゴム厚膜との間にシリコーンゴム薄膜が挟み込まれている。シリコーン厚膜に流路となる導管が形成されており、シリコンウエハに、シリコーン薄膜に通じる開口部が形成されている。圧力源から前記開口部を通じてシリコーン薄膜に正圧が付与されると、シリコーン薄膜で導管が塞がれ、導管内の流体の流れが遮断される。
特開２０００－２７８１３号公報
　マイクロ流路装置は、微細な流路内で流体の流れを微妙に制御することが必要である。そのため、特許文献１に記載されたマイクロバルブや、それ以外の例えばポンプなどを構成しようとすると、シリコンウエハなどのプレートの間に、シリコーン薄膜などのフィルムを撓みや皺が生じないように張力を与えて張設することが必要である。しかし、２つのプレートの間にプレートより面積の小さいフィルムを挟み込むときに、フィルムに撓みや皺が生じないように適正な張力を与えるのは非常に難しい。
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、２つのプレートの間にダイヤフラム部を形成するフィルムを挟む込むときに、フィルムに対して常に適正な張力を与えることができる流体制御装置を提供することを目的としている。
　本発明は、第１のプレートならびに第２のプレートと、両プレートの対面部に挟まれたフィルムとを有し、前記フィルムの一部で、前記第１のプレートと前記第２のプレートに形成された流路に対向するダイヤフラム部が形成されている流体制御装置において、
　前記第１のプレートに、前記フィルムに当接する第１の平面と、前記ダイヤフラム部の外側に位置して前記第１の面から窪む凹部が形成され、前記第２のプレートに、前記フィルムに当接する第２の平面と、前記凹部に対向して前記第２の平面から突出する凸部が形成されて、前記凹部と前記凸部との嵌合部に前記フィルムの一部が挟み込まれており、
　前記凹部と前記凸部との嵌合部では、前記ダイヤフラム部から離れた位置にフィルム規制部が構成され、それよりも前記ダイヤフラム部に近い位置にフィルム張力設定部が構成されており、前記フィルム規制部の方が前記フィルム張力設定部よりも、フィルムに対する挟持力が強いことを特徴とするものである。
　本発明は、前記第１のプレートには、外側凹部と、それよりも前記ダイヤフラム部に近い内側凹部とが形成され、前記第２のプレートには、前記外側凹部に対向する外側凸部と、前記内側凹部に対向する内側凸部とが形成されて、前記外側凸部の前記第２の平面からの突出寸法が、前記内側凸部の前記第２の平面からの突出寸法よりも大きく、
　前記外側凹部と前記外側凸部との嵌合部で、前記フィルム規制部が構成され、前記内側凹部と前記外側凹部との嵌合部で、前記フィルム張力設定部が構成されているものとして構成できる。
　また、本発明の流体制御装置は、前記凸部は、前記ダイヤフラム部に向く内壁面とこれと逆に向く外壁面とを有し、前記外壁面と前記凹部の内面との間隔が、前記内壁面と前記凹部の内面との間隔よりも狭く形成されており、
　前記外壁面と前記凹部の内面とで、前記フィルム規制部が構成され、前記内壁面と前記凹部の内面とで、前記フィルム張力設定部が構成されているものである。
　または、前記内側凸部は、前記ダイヤフラム部に向く内壁面とこれと逆に向く外壁面とを有し、前記外壁面と前記内側凹部の内面との間隔が、前記内壁面と前記内側凹部の内面との間隔よりも狭く形成されており、
　前記外壁面と前記内側凹部の内面とで、前記フィルム規制部が構成され、前記内壁面と前記内側凹部の内面とで、前記フィルム張力設定部が構成されているものである。
　本発明は、前記フィルムは、前記第１の面と前記第２の面に対し粘着性を有しているものが好ましい。
　本発明の流体制御装置は、２枚のプレートの間にフィルムを挟み込んで２枚のプレートを接合するだけで、流路に対向するフィルムのダイヤフラム部を撓みや皺が無い状態で、適正な張力で張設することができる。
本発明の第１の実施の形態の流体制御装置を示す平面図、 図１に示す流体制御装置が上下に分離された状態を示す断面図、 流体制御装置が接合された状態を示すものであり、図１をＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図、 図２のＩＶ矢視部分の拡大断面図、 本発明の第２実施の形態の流体制御装置を示す平面図、
　図１ないし図４に示す本発明の第１の実施の形態の流体制御装置１は、マイクロ流路装置の一部を構成し、流体の流量の制御のために使用される。
　図２と図３に示すように、流体制御装置１は第１のプレート２と第２のプレート３、ならびに両プレート２，３の間に挟まれたフィルム４とを有している。第１のプレート２と第２のプレート３は、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂で形成されている。フィルム４はシリコーン樹脂などのように、可撓性と弾性を有し且つ表面が軽い粘着性を有する樹脂材料で形成されている。
　流体制御装置１は生化学の反応実験などに使用されるものである。そのため、接着剤が使用されることなく、第１のプレート２と第２のプレート３ならびにフィルム４は、図３に示すように面接合された状態で保持金具などで保持されて使用される。
　図２と図３に示すように、第１のプレート２には、接合平面２ｂと、この接合平面２ｂよりも一段低く形成された第１の平面２ａとが形成されている。第１の平面３ａは、フィルム４の形状（円形状）と同じ領域に形成され、第１の平面２ａと接合平面２ｂとの段差の深さ寸法Ｄは、フィルム４の厚さ寸法Ｔと同じか、またはやや浅く形成されている。フィルム４の図示下面は第１の平面２ａに設置される。
　第２のプレート３には、第２の平面３ａが形成されている。フィルム４を挟んだ状態で第１のプレート２と第２のプレート３とが面接合されると、第２の平面３ａは、第１のプレート２の接合平面２ｂに面接合されるとともに、フィルム４の図示上面に当接する。フィルム４は、第１の平面２ａと第２の平面３ａとの間に挟持されて保持される。
　第１のプレート２の中央部に第１の凹状流路５ａが形成されている。第１の凹状流路５ａは、第１の平面２ａから窪むように形成されている。第２のプレート３の中央部にも、第２の平面３ａから窪む第２の凹状流路５ｂが形成されている。第１のプレート２と第２プレート３とが組み合わされると、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂとが対向する。図１に示すように、両凹状流路５ａ，５ｂの平面形状は円形である。
　図３に示すように、第１のプレート２と第２のプレート３との間に挟まれているフィルム４の一部は、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂとの境界部に位置するダイヤフラム部４ａとなっている。ダイヤフラム部４ａは、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂの双方に対向（対面）している。
　第１のプレート２には、第１の凹状流路５ａに通じる一対の連通流路６ａ，６ｂが形成され、第２のプレート３には、第２の凹状流路５ｂに通じる連通流路７が形成されている。第１のプレート２の下面に下部プレートが面接合されて、第１のプレート２と下部プレートとの間に、前記連通流路６ａ，６ｂのそれぞれに通じる流路が形成される。第２のプレート３の上面に上部プレートが面接合され、第２のプレート３と上部プレートとの間に、前記連通流路７に通じる流路が形成される。
　図２と図３に示すように、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂの外側で前記ダイヤフラム部４ａよりも外周側では、第１のプレート２に、第１の平面２ａから窪む内側凹部１１が形成され、第２のプレート３に、第２の平面３ａから突出する内側凸部１２が形成されている。図１に示すように、内側凹部１１と内側凸部１２は、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂの周囲全周を囲むように連続するリング形状である。第１のプレート２と第２のプレート３とが面接合されると、フィルム４のダイヤフラム部４ａを囲む外周部分が内側凹部１１と内側凸部１２との間に挟み込まれる。
　内側凹部１１と内側凸部１２よりもさらに外周側では、第１のプレート２に、第１の平面２ａから窪む外側凹部１３が形成され、第２のプレート３に、第２の平面３ａから突出する外側凸部１４が形成されている。図１に示すように、外側凹部１３と外側凸部１４の平面形状は部分円弧形状である。外側凹部１３と外側凸部１４は、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂの中心Ｏに対して均等な位置間隔で、すなわち中心Ｏに対して等角度の間隔で配置されている。第１のプレート２と第２のプレート３とが面接合されると、フィルム４のさらに外周部分が外側凹部１３と外側凸部１４との間に挟み込まれる。
　図２に示すように、外側凸部１４の第２の平面３ａからの突出高さ寸法Ｈ２は、内側凸部１２の第２の平面３ａからの突出高さ寸法Ｈ１よりも大きくなっている。さらに、外側凸部１４の幅寸法Ｗ２は、内側凸部１２の幅寸法Ｗ１よりも小さく形成されている。ここでの幅寸法Ｗ１，Ｗ２は、前記中心Ｏからの半径方向での寸法である。これに合わせて、
外側凹部１３は内側凹部１１よりも深く形成され、外側凹部１３は内側凹部１１よりも開口幅寸法が狭く形成されている。
　外側凹部１３と外側凸部１４との嵌合構造によって、第１のフィルム規制部が構成され、内側凹部１１と内側凸部１２との嵌合構造によって、第２のフィルム張力設定部が構成されている。
　図４に、内側凹部１１と内側凸部１２とが拡大して示されている。内側凸部１２は、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂに向けられた内壁面１２ａと、これとは逆向きの外周側に向けられた外壁面１２ｂとを有している。図１に示すように、第１のプレート２と第２のプレート３は、複数箇所に形成された位置決め穴１５を基準として互いに位置決めされて接合される。図４では、第１のプレート２と第２のプレート３とが位置決めされたときの、内側凸部１２の内壁面１２ａと内側凹部１１の内側内面１１ａとの間隔がδ１で示され、内側凸部１２の外壁面１２ｂと内側凹部１１の外側内面１１ｂとの間隔がδ２で示されている。ここでの間隔δ１、δ２は、中心Ｏからの半径方向での間隔寸法を意味している。
　内側凹部１１と内側凸部１２との嵌合部では、外壁面１２ｂと外側内面１１ｂとで、第２のフィルム規制部が構成され、内壁面１２ａと内側内面１１ａとで、第２のフィルム張力設定部が構成されている。
　流体制御装置１は次のようにして組み立てられる。
　図２に示すように、第１のプレート２の第１の平面２ａの上に円形のフィルム４が設置され、その上から第２のプレート３が接合される。第１のプレート２と第２のプレート３は、位置決め穴１５によって互いに位置決めされ、さらに互いに平行な状態を維持したまま面接合される。
　図２から図３に示すように、外側凸部１４の突出高さ寸法Ｈ２は内側凸部１２の突出高さ寸法Ｈ１よりも大きいために、フィルム４は、最初に外側凹部１３と外側凸部１４との間に挟まれ、その次に、内側凹部１１と内側凸部１２との間に挟まれる。外側凸部１４は、内側凸部１２よりも突出高さ寸法ｈ２が大きく、幅寸法Ｗ２が内側凸部１２の幅寸法Ｗ１よりも小さい。そのため、外側凹部１３と外側凸部１４との嵌合部でのフィルム４の挟持力は、内側凹部１１と内側凸部１２との嵌合でのフィルムの挟持力よりも強くなる。
　第１のプレート２と第２のプレート３とが接合される間に、第１のフィルム規制部である外側凹部１３と外側凸部１４とでフィルム４が挟持され、その後に、第１のフィルム張力設定部である内側凹部１１と内側凸部１２とでフィルム４が挟持される。外側凹部１３と外側凸部１４とでフィルム４が挟持されて中心Ｏ方向への滑りが規制された状態で、内側凹部１１と内側凸部１２とが嵌合するため、内側凹部１１と内側凸部１２とでフィルム４に対して張力が確実に与えられる。よって、第１の凹状流路５ａと第２の凹状流路５ｂとの中間部で、フィルム４の一部であるダイヤフラム部４ａを、撓みや皺が生じることなく強い張力で張ることができる。
　図４に示すように、内側凹部１１と内側凸部１２との嵌合部では、内側凸部１２の外壁面１２ｂと内側凹部１１の外側内面１１ｂとの隙間δ２が狭く、内壁面１２ａと内側内面１１ａとの隙間δ２が広い。そのため、内側凸部１２と内側凹部１１とが嵌合するときに、外壁面１２ｂと外側内面１１ｂでのフィルム４の挟持力が、内壁面１２ａと内側内面１１ａとでの挟持力よりも大きくなる。
　そのため、内側凸部１２が内側凹部１１に入り込むときに、第２のフィルム規制部となる外壁面１２ｂと外側内面１１ｂとでフィルム４が挟持され中心Ｏ方向への滑りが規制された状態で、第２のフィルム張力設定部である内側凸部１２の頂面から内壁面１２ａにかけての部分と内側凹部１１の底面から内側内面１１ａにかけての部分との間でフィルム４が挟み込まれることになり、ダイヤフラム部４ａに撓みや皺が生じることなく強い張力が与えられる。
　特に、フィルム４が、シリコーン薄膜のように表面が軽い粘着性を有する樹脂で形成されていると、フィルム４が第１のプレート２の第１の平面２ａに貼り付いて保持される。この粘着力による保持力と、外壁面１２ｂと外側内面１１ｂによる挟持力の双方の力によって、フィルム４がしっかりと保持され、内側凸部１２が内側凹部１１に入り込むときに、フィルム４が中心Ｏに向かってずれにくくなる。そのため、内壁面１２ａと内側内面１１ａとの間でフィルム４を挟持したときに、ダイヤフラム部４ａに強い張力を与えることが可能になる。
　図１と図３に示すように、第１のプレート２と第２のプレート３との間にフィルム４が挟まれて構成された流体制御装置１は、例えばマイクロポンプとして使用される。この場合には、第１のプレート２に形成された連通流路６ａが流体の導入口として機能し、連通流路６ｂが流体の排出口として機能する。第２のプレート３に形成された連通流路７から第２の凹状流路５ｂ内に正圧と負圧が与えられ、ダイヤフラム部４ａによって、第２の凹状流路５ｂに加圧力が繰り返して与えられる。この動作により、連通流路６ａから第１の凹状流路５ａに導かれた流体が、連通流路６ｂから外部に排出される。
　また、流体制御装置１は、マイクロバルブとして使用することができる。第２のプレート３に形成された連通流路７から第２の凹状流路５ｂ内に流体による正圧が与えられると、ダイヤフラム部４ａで連通流路６ａ，６ｂが塞がれて、連通流路６ａ，６ｂでの流体の流れが遮断される。第２の凹状流路５ｂ内を減圧すると、連通流路６ａ，６ｂでの流体の流れが再開する。
　また、第２の凹状流路５ｂの流体圧を一定にしておけば、連通流路６ａ，６ｂに流れる流体の圧力を一定に保つことも可能である。
　上記実施の形態では、外側凸部１４で第１のフィルム規制部が構成され、内側凸部１２で第１のフィルム張力設定部が構成されている。また、図４に示すように、内側凸部の外壁面１２ｂで第２のフィルム規制部が構成され、内壁面１２ａで第２のフィルム張力設定部が構成されている。
　ただし、本発明では、第１のフィルム規制部と第１のフィルム張力設定部のみが設けられ、図４に示す第２のフィルム規制部と第２のフィルム張力設定部が設けられていなくてもよい。逆に、図４に示す第２のフィルム規制部と第２のフィルム張力設定部だけが設けられ、第１のフィルム規制部と第１のフィルム張力設定部が設けられていなくてもよい。
　また、外側凹部１３と外側凸部１４の平面形状は、図１のような部分円弧ではなく、リング形状に連続しているものであってもよい。
　さらに、図５に示す第２の実施の形態の流路制御装置１０１のように、外側凹部１１３と外側凸部１１４の断面が円形であり、中心Ｏに対して等角度で配置されているものであってもよい。
１　流体制御装置
２　第１のプレート
２ａ　第１の平面
３　第２のプレート
３ａ　第２の平面
４　フィルム
４ａ　ダイヤフラム部
５ａ　第１の凹状流路
５ｂ　第２の凹状流路
６ａ，６ｂ　連通流路
１１　内側凹部
１１ａ　内側内面
１１ｂ　外側内面
１２　内側凸部（第１のフィルム張力設定部）
１２ａ　内壁面（第２のフィルム張力設定部）
１２ｂ　外壁面（第２のフィルム規制部）
１３　外側凹部
１４　外側凸部（第１のフィルム規制部）

Claims (5)

  1. 　第１のプレートならびに第２のプレートと、両プレートの対面部に挟まれたフィルムとを有し、前記フィルムの一部で、前記第１のプレートと前記第２のプレートに形成された流路に対向するダイヤフラム部が形成されている流体制御装置において、
    　前記第１のプレートに、前記フィルムに当接する第１の平面と、前記ダイヤフラム部の外側に位置して前記第１の面から窪む凹部が形成され、前記第２のプレートに、前記フィルムに当接する第２の平面と、前記凹部に対向して前記第２の平面から突出する凸部が形成されて、前記凹部と前記凸部との嵌合部に前記フィルムの一部が挟み込まれており、
    　前記凹部と前記凸部との嵌合部では、前記ダイヤフラム部から離れた位置にフィルム規制部が構成され、それよりも前記ダイヤフラム部に近い位置にフィルム張力設定部が構成されており、前記フィルム規制部の方が前記フィルム張力設定部よりも、フィルムに対する挟持力が強いことを特徴とする流体制御装置。
  2. 　前記第１のプレートには、外側凹部と、それよりも前記ダイヤフラム部に近い内側凹部とが形成され、前記第２のプレートには、前記外側凹部に対向する外側凸部と、前記内側凹部に対向する内側凸部とが形成されて、前記外側凸部の前記第２の平面からの突出寸法が、前記内側凸部の前記第２の平面からの突出寸法よりも大きく、
    　前記外側凹部と前記外側凸部との嵌合部で、前記フィルム規制部が構成され、前記内側凹部と前記外側凹部との嵌合部で、前記フィルム張力設定部が構成されている請求項１記載の流体制御装置。
  3. 　前記凸部は、前記ダイヤフラム部に向く内壁面とこれと逆に向く外壁面とを有し、前記外壁面と前記凹部の内面との間隔が、前記内壁面と前記凹部の内面との間隔よりも狭く形成されており、
    　前記外壁面と前記凹部の内面とで、前記フィルム規制部が構成され、前記内壁面と前記凹部の内面とで、前記フィルム張力設定部が構成されている請求項１記載の流体制御装置。
  4. 　前記内側凸部は、前記ダイヤフラム部に向く内壁面とこれと逆に向く外壁面とを有し、前記外壁面と前記内側凹部の内面との間隔が、前記内壁面と前記内側凹部の内面との間隔よりも狭く形成されており、
    　前記外壁面と前記内側凹部の内面とで、前記フィルム規制部が構成され、前記内壁面と前記内側凹部の内面とで、前記フィルム張力設定部が構成されている請求項２記載の流体制御装置。
  5. 　前記フィルムは、前記第１の面と前記第２の面に対し粘着性を有している請求項１ないし４のいずれかに記載の流体制御装置。
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