(57)【要約】【課題】  本発明は、マイクロ全分析システムに容易に組み込むことができる簡単な構造で、微細流路内の流体を逆流することなく、一方向のみに輸送するマイクロバルブの流量調節方法を提供する。【解決手段】  流体排出用の開口部と、下壁に形成されている流体注入用の開口部を有するバルブ室内に、少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が、常に流体注入用の開口部を覆うように収納されているマイクロバルブの上壁をピエゾ素子で押圧することにより弁体を下壁方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とするマイクロバルブの流量調節方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体排出用の開口部と、下壁に形成されている流体注入用の開口部を有するバルブ室内に、少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が、常に流体注入用の開口部を覆うように収納されているマイクロバルブの上壁をピエゾ素子で押圧することにより弁体を下壁方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とするマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項２】
第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が固定されている第２のスペーサー並びに流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項３】
第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が固定されている第２のスペーサー及び流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のスペーサー及び／又は第２のスペーサーに、該スペーサーのバルブ室用の貫通孔ａ及び／又はｂから側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項４】
第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が複数固定されている第２のスペーサー並びに該弁体と同数の流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部とがそれぞれ略一直線になるように複数のピエゾ素子を設置し、各ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより各弁体を第２の板状基板方向に押圧し、各流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項５】
第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が複数固定されている第２のスペーサー及び該弁体と同数の流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のスペーサー及び／又は第２のスペーサーに、該スペーサーのバルブ室用の貫通孔ａ及び／又はｂから側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部とがそれぞれ略一直線になるように複数のピエゾ素子を設置し、各ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより各弁体を第２の板状基板方向に押圧し、各流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項６】
第２のスペーサーは、板状の弁体を残してバルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれていること
を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項７】
第１の板状基板、狭隘部を介して第１のバルブ室と第２のバルブ室が接続されているバルブ室用の貫通孔が打抜かれているスペーサー及び流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、第１のバルブ室及び流体注入用の開口部が略一直線になり、第２のバルブ室及び流体排出用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のバルブ室に常に流体注入用の開口部を覆い、狭隘部を通過しない大きさであって、スペーサーの厚さより薄い浮遊弁体が収納されているマイクロバルブの第１の板状基板に、第１のバルブ室用の貫通孔、浮遊弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより浮遊弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項８】
第１の板状基板、狭隘部を介して第１のバルブ室と第２のバルブ室が接続されているバルブ室用の貫通孔が打抜かれているスペーサー及び流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、第１のバルブ室及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、該スペーサーに第２のバルブ室からスペーサーの側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれ、第１のバルブ室に常に流体注入用の開口部を覆い、狭隘部を通過しない大きさであって、スペーサーの厚さより薄い浮遊弁体が収納されているマイクロバルブの第１の板状基板に、第１のバルブ室用の貫通孔、浮遊弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより浮遊弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【請求項９】
圧力伝達部材が嵌合されている第３の基板を第１の基板に積層し、ピエゾ素子で圧力伝達部材を押圧することにより、圧力伝達部材で第１の板状基板を押圧することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロバルブの流量調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ全分析システムにおいて、微細流路内の流体を逆流することなく、一方向のみに輸送するマイクロバルブの流量調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染材料のモニタリング、食品の安全性検査等現場において短時間に安価に診断したり分析する技術のニーズは非常に高くなってきている。
【０００３】
例えば、従来、高価且つ大型の装置を必要とした分析を、持ち運び可能な小型の分析装置が代替できれば、大病院にしか設置できなかった分析装置を開業医でも設置、利用することが可能になり、診断結果を患者に簡便に早期にフィードバックすることが可能になる。
【０００４】
又、高齢者の健康指標を高齢者の家族が測定し、その健康指標数値を在宅管理したり、病院に定期的に送信して病院で管理することにより、在宅医療環境がより優れたものとなる。
【０００５】
又、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染材料を、高価且つ大型装置を使用することなく、簡易測定することができれば、簡単且つ安価に環境診断することができる。更に、持ち運び可能な小型の分析装置を用いて現場で環境汚染材料を分析することができれば、よりきめ細かい安全環境を供出することができる。
【０００６】
このような測定を簡易に行うために、基板内又は基板上に微細流路、輸液ディバイス、反応槽、電気泳動カラム、膜分離機構、流体クロマトグラフカラム、キャピラリーガスクロマトグラフィー（ＣＧＣ）、誘導型プラズマ（ＩＣＰ）、質量分析計（ＭＳ）、電気化学的測定装置等が内臓されたマイクロ全分析システムの研究が盛んになされており、微細流路の開閉や流量調整のためのマイクロバルブの研究も盛んになされている。
【０００７】
例えば、表面に溝を有する部材（Ａ）の溝が形成された面に、０．５〜５００μｍの厚みを有する部材（Ｂ）が接着され、部材（Ａ）の溝と部材（Ｂ）とで幅１〜１０００μｍ、高さ１〜１０００μｍの毛細管状の流路が形成され、該流路の途上に、幅が毛細管状の流路幅の０．５〜１００倍で、該空隙部の最大高さ／最大幅の比が１以下である空隙部が形成されたマイクロ流体デバイスであって、（ｉ）部材（Ａ）の少なくとも空隙部周辺部が引張弾性率０．１ＭＰａ以上、７００ＭＰａ未満の範囲にある素材で形成され、（ｉｉ）部材（Ｂ）の少なくとも空隙部周辺部が、引張弾性率０．７〜１０ＧＰａの範囲にある素材で形成され、かつ厚みが０．５〜５００μｍである、マイクロ流体デバイスの該空隙部を、部材（Ｂ）側から選択的に圧迫することにより、マイクロ流体デバイス内の空隙部の断面積を可逆的に減少させて、空隙部を通過する流体流量を調節するマイクロ流体デバイスの流量調節方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２１９６９７号公報
【０００８】
上記マイクロ流体デバイスの流量調節方法においては、マイクロ流体デバイスの外部からマイクロ流体デバイス内の空隙部に機械的圧力を付加し、空隙部の断面積を可逆的に減少させて、空隙部を通過する流体流量を調節する。
【０００９】
しかしながら、上記流量調節方法では、空隙部が設計通りに変形しない場合、例えば、
量産時の材料強度のばらつきや空隙部の形成不良などの場合、弁が閉じなくなる問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記欠点に鑑み、マイクロ全分析システムに容易に組み込むことができる簡単な構造で、微細流路内の流体を逆流することなく、一方向のみに輸送するマイクロバルブの流量調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法は、流体排出用の開口部と、下壁に形成されている流体注入用の開口部を有するバルブ室内に、少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が、常に流体注入用の開口部を覆うように収納されているマイクロバルブの上壁をピエゾ素子で押圧することにより弁体を下壁方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図１は請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す断面図であり、図２は平面図である。
【００１３】
図中１はマイクロ全分析システムであり、マイクロ全分析システム１内に平面視長方形のバルブ室２が形成されている。バルブ室２の下壁２１の略中心付近に流体注入用の開口部４が形成され、マイクロ全分析システム１の外部あるいはマイクロ全分析システムのその他の部分から連通されている。
【００１４】
バルブ室２内には、一端（図１において右側の端部）がバルブ室２の端部に固定され、他端部（図１において左側の端部）が遊端となされている長方形の板状の弁体３が流体注入用の開口部４を覆うように収納されている。
【００１５】
尚、弁体３の厚さは、流体注入用の開口部４から流体が注入された際に弁体３の遊端が浮かないとバルブ室２内に流体が注入できないので、バルブ室２の深さより薄くなされている。
【００１６】
又、流体注入用の開口部４及び弁体３の上方のマイクロ全分析システム１には、ピエゾ素子６が設置されており、ピエゾ素子６でバルブ室２の上壁２２を下壁２１方向に押圧するすることにより、弁体３を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖することができるようになされている。
【００１７】
尚、図１においては、マイクロ全分析システム１のピエゾ素子６を設置するべき位置にピエゾ素子設置用の穴が穿設されており、該穴にピエゾ素子６が嵌合されて設置されている。
【００１８】
又、５はバルブ室２の下壁２１の弁体３が存在しない位置に設けられた流体排出用の開口部５であり、マイクロ全分析システム１の外部あるいはマイクロ全分析システムのその他の部分に連通されている。
【００１９】
従って、流体注入用の開口部４から流体を注入すると、弁体３の遊端が浮上して流体はバルブ室２に注入され、流体排出用の開口部５から排出される。流体注入用の開口部４からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子６を作動させ、上壁２２を押圧することにより、弁体３を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖することにより
行う。ピエゾ素子６を作動させることにより、流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、又、流体が逆流することがない。
【００２０】
上記バルブ室２及び弁体３の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、六角形、長円形等が挙げられる。又、流体注入用の開口部４及び流体排出用の開口部５の形状も、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、六角形、長円形等が挙げられ、流体注入用の開口部４及び流体排出用の開口部５の直径は微細なので、レーザー加工、マシニング等の微細加工や各種精密成型技術で形成するのが好ましく、従って断面形状は円形が好ましい。
【００２１】
尚、流体排出用の開口部５はバルブ室２の上壁２２又は側壁に設けられてもよい。又、流体注入用の開口部４及び流体排出用の開口部５は、マイクロ全分析システム１内の微細流路に接続されてよいことは言うまでもない。
【００２２】
マイクロ全分析システムは、一般に、板状基板やスペーサーを積層し、板状基板の間に微細流路、マイクロバルブ、反応槽、測定槽等を形成することにより製造されており、本発明で使用されるマイクロバルブも板状基板やスペーサーを積層することにより製造されるのが好ましい。
【００２３】
即ち、請求項２記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が固定されている第２のスペーサー並びに流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００２４】
請求項２記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図３は請求項２記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００２５】
図中７は、バルブ室用の貫通孔ａ２３のふたをする第１の板状基板であり、ピエゾ素子設置用の穴６１が穿設されている。８は、第１の板状基板７より薄く、略長方形のバルブ室用の貫通孔ａ２３が打抜かれている第１のスペーサーである。
【００２６】
９は、第１の板状基板７より薄く、１端部が遊端である板状の弁体３を残して、略長方形のバルブ室用の貫通孔ｂ２４が打抜かれている第２のスペーサーであり、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４は同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされるように打抜かれている。
【００２７】
１０は略円形の流体注入用の開口部４及び流体排出用の開口部５が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板１０と第２のスペーサー９を積層すると、流体注入用の開口部４は弁体３の下に位置し、流体排出用の開口部５はバルブ室用の貫通孔ｂ２４に連通するように打抜かれている。
【００２８】
第１の板状基板７、第１のスペーサー８、第２のスペーサー９及び第２の板状基板１０
をこの順に積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ねあわされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれてバルブ室２が形成されると共に、バルブ室２内に１端部が遊端である板状の弁体３が固定される。
【００２９】
又、ピエゾ素子設置用の穴６１、弁体３及び流体注入用の開口部４が略一直線になるように積層される。従って、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４からバルブ室２を通過して第２の板状基板１０の流体排出用の開口部５にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。
【００３０】
流体注入用の開口部４からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子６をピエゾ素子設置用の穴６１に設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、弁体３を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖すればよい。ピエゾ素子４を作動させることにより、流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００３１】
請求項３記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が固定されている第２のスペーサー及び流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のスペーサー及び／又は第２のスペーサーに、該スペーサーのバルブ室用の貫通孔ａ及び／又はｂから側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００３２】
請求項３記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図４は請求項３記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００３３】
図中７は、バルブ室用の貫通孔ａ２３及び流体排出用の貫通孔５１のふたをする第１の板状基板であり、ピエゾ素子設置用の穴６１が穿設されている。８は、第１の板状基板７より薄く、略長方形のバルブ室用の貫通孔ａ２３及びバルブ室用の貫通孔ａ２３の端部から外部に連通する流体排出用の貫通孔５１が打抜かれている第１のスペーサーである。
【００３４】
９は、第１の板状基板より薄く、１端部が遊端である板状の弁体３を残して、略長方形のバルブ室用の貫通孔ｂ２４及びバルブ室用の貫通孔ｂ２４の端部から外部に連通する流体排出用の貫通孔５２が打抜かれている第２のスペーサーである。
【００３５】
バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４は同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされるように打抜かれている。又、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２も同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２が重ね合わされるように打抜かれている。更に、第１の板状基板７と第２のスペーサー９を積層すると、ピエゾ素子設置用の穴６１と弁体３が略一直線になるように打抜かれている。
【００３６】
１０は略円形の流体注入用の開口部４が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板１０と第２のスペーサー９を積層すると、流体注入用の開口部４は弁体３の下に
位置するように打抜かれている。
【００３７】
第１の板状基板７、第１のスペーサー８、第２のスペーサー９及び第２の板状基板１０をこの順に積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれてバルブ室２が形成されると共に、バルブ室２内に１端部が遊端である板状の弁体３が固定される。更に、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２が重ね合わされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれて、流体排出用の開口部５が形成される。
【００３８】
又、ピエゾ素子設置用の穴６１、弁体３及び流体注入用の開口部４が略一直線になるように積層される。従って、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４からバルブ室２を通過して流体排出用の開口部にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。
【００３９】
又、流体注入用の開口部４からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子６をピエゾ素子設置用の穴６１に設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、弁体３を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖すればよい。ピエゾ素子４を作動させることにより、流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００４０】
請求項４記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が複数固定されている第２のスペーサー並びに該弁体と同数の流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部とがそれぞれ略一直線になるように複数のピエゾ素子を設置し、各ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより各弁体を第２の板状基板方向に押圧し、各流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００４１】
請求項４記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図５は請求項４記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００４２】
図中７は、バルブ室用貫通孔ａ２３のふたをする第１の板状基板であり、２個のピエゾ素子設置用の穴６１、６２が穿設されている。８は、第１の板状基板７より薄く、略長方形のバルブ室用の貫通孔ａ２３が打抜かれている第１のスペーサーである。
【００４３】
９は、第１の板状基板７より薄く、１端部が遊端である板状の弁体３１及び３２を残して、略長方形のバルブ室用の貫通孔ｂ２４が打抜かれている第２のスペーサーであり、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４は同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされるように打抜かれている。
【００４４】
又、第１の板状基板７と第２のスペーサー９を積層すると、ピエゾ素子設置用の穴６１と弁体３１が略一直線になり、ピエゾ素子設置用の穴６２と弁体３２が略一直線になるように打抜かれている。
【００４５】
１０は、略円形の流体注入用の開口部４１、４２及び流体排出用の開口部５が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板１０と第２のスペーサー９を積層すると、
流体注入用の開口部４１は弁体３１の下に位置し、流体注入用の開口部４２は弁体３２の下に位置し、流体排出用の開口部５はバルブ室用の貫通孔ｂ２４に連通するように打抜かれている。
【００４６】
第１の板状基板７、第１のスペーサー８、第２のスペーサー９及び第２の板状基板１０をこの順に積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれてバルブ室２が形成されると共に、バルブ室２内に１端部が遊端である板状の弁体３１及び３２が固定される。
【００４７】
又、ピエゾ素子設置用の穴６１、弁体３１及び流体注入用の開口部４１が略一直線になり、ピエゾ素子設置用の穴６２、弁体３２及び流体注入用の開口部４２が略一直線になるように積層され、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４１からバルブ室２を通過して第２の板状基板１０の流体排出用の開口部５にむけて流体が流れると共に第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４２からバルブ室２を通過して第２の板状基板１０の流体排出用の開口部５にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。従って、流体注入用の開口部４１と流体注入用の開口部４２を異なる流体源に接続することにより、異なる流体を能動的、選択的に流通させることができる。また、２つ以上の開口部を同時に開くことにより、２液以上を簡便に混合すると共に混合比を変えて供給することもできる。
【００４８】
又、流体注入用の開口部４１又は／及び４２からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子をピエゾ素子設置用の穴６１又は／及び６２に設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、弁体３１又は／及び３２を流体注入用の開口部４１又は／及び４２に押圧し、流体注入用の開口部４１又は／及び４２を閉鎖すればよい。
【００４９】
ピエゾ素子設置用の穴６１又は／及び６２に設置されたピエゾ素子を作動させることにより、流体注入用の開口部４１又は／及び４２を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００５０】
請求項５記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、バルブ室用の貫通孔ａが打抜かれている第１のスペーサー、バルブ室用の貫通孔ｂが打抜かれ、該貫通孔ｂ内に少なくとも１端部が遊端である板状の弁体が複数固定されている第２のスペーサー及び該弁体と同数の流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のスペーサー及び／又は第２のスペーサーに、該スペーサーのバルブ室用の貫通孔ａ及び／又はｂから側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれているマイクロバルブの第１の板状基板に、貫通孔ａ、各弁体及び各流体注入用の開口部とがそれぞれ略一直線になるように複数のピエゾ素子を設置し、各ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより各弁体を第２の板状基板方向に押圧し、各流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００５１】
請求項５記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図６は請求項５記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００５２】
図中７は、バルブ室用の貫通孔ａ２３及び流体排出用の貫通孔５１のふたをする第１の板状基板であり、３個のピエゾ素子設置用の穴６１、６２、６３が穿設されている。８は、第１の板状基板７より薄く、略長方形のバルブ室用の貫通孔ａ２３及びバルブ室用の貫通孔ａ２３の端部から外部に連通する流体排出用の貫通孔５１が打抜かれている第１のスペーサーである。
【００５３】
９は、第１の板状基板７より薄く、１端部が遊端である板状の弁体３１、３２、３３を残して、略長方形のバルブ室用の貫通孔ｂ２４及びバルブ室用の貫通孔ｂ２４の端部から外部に連通する流体排出用の貫通孔５２が打抜かれている第２のスペーサーである。
【００５４】
バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４は同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされるように打抜かれている。
【００５５】
又、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２も同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２が重ね合わされるように打抜かれている。
【００５６】
更に、第１の板状基板７と第２のスペーサー９を積層すると、ピエゾ素子設置用の穴６１と弁体３１、ピエゾ素子設置用の穴６２と弁体３２及びピエゾ素子設置用の穴６３と弁体３３がそれぞれ一直線になるように打抜かれている。
【００５７】
１０は、略円形の流体注入用の開口部４１、４２、４３が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板１０と第２のスペーサー９を積層すると、流体注入用の開口部４１と弁体３１、流体注入用の開口部４２と弁体３２及び流体注入用の開口部４３と弁体３３がそれぞれ一直線になるように打抜かれている。
【００５８】
第１の板状基板７、第１のスペーサー８、第２のスペーサー９及び第２の板状基板１０をこの順に積層すると、バルブ室用の貫通孔ａ２３とバルブ室用の貫通孔ｂ２４が重ね合わされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれてバルブ室２が形成されると共に、バルブ室２内に１端部が遊端である板状の弁体３１、３２、３３が固定される。更に、流体排出用の貫通孔５１と流体排出用の貫通孔５２が重ね合わされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれて、流体排出用の開口部５が形成される。
【００５９】
又、ピエゾ素子設置用の穴６１と弁体３１と流体注入用の開口部４１、ピエゾ素子設置用の穴６２と弁体３２と流体注入用の開口部４２及びピエゾ素子設置用の穴６３と弁体３３と流体注入用の開口部４３がそれぞれ略一直線になるように積層される。
【００６０】
従って、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４１、４２、４３からバルブ室２を通過して第１のスペーサー８及び第２のスペーサー９の流体排出用の開口部にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。流体注入用の開口部４１と流体注入用の開口部４２と流体注入用の開口部４３をそれぞれ異なる流体源に接続することにより、異なる流体を混合すると共に混合比を変えて供給することができる。
【００６１】
又、流体注入用の開口部４１、４２又は／及び４３からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子設置用の穴６１、６２又は／及び６３にピエゾ素子を設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、弁体３１、３２又は／及び３３を流体注入用の開口部４１、４２又は／及び４３に押圧し、流体注入用の開口部４１、４２又は／及び４３を閉鎖すればよい。
【００６２】
ピエゾ素子を作動させることにより、流体注入用の開口部４１、４２又は／及び４３を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００６３】
上記弁体３、３１、３２、３３は、第２のスペーサー９を打抜くことにより形成されているが、別途弁体を作成し、その一端をバルブ室２内に固定してもよい。弁体が常に流体
注入用の開口部４、４１、４２、４３上に存在するのであれば固定されている必要はなく、浮遊弁体であってもい。
【００６４】
請求項７記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、狭隘部を介して第１のバルブ室と第２のバルブ室が接続されているバルブ室用の貫通孔が打抜かれているスペーサー及び流体注入用の開口部及び流体排出用の貫通孔が打抜かれている第２の板状基板が、第１のバルブ室及び流体注入用の開口部が略一直線になり、第２のバルブ室及び流体排出用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、第１のバルブ室に常に流体注入用の開口部を覆い、狭隘部を通過しない大きさであって、スペーサーの厚さより薄い浮遊弁体が収納されているマイクロバルブの第１の板状基板に、第１のバルブ室用の貫通孔、浮遊弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより浮遊弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００６５】
請求項７記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図７は請求項７記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００６６】
図中７は、第１のバルブ室用の貫通孔２５及び第２のバルブ室用の貫通孔２６のふたをする第１の板状基板であり、ピエゾ素子設置用穴６１が穿設されている。８は、第１の板状基板７より薄く、略円形の第１のバルブ室用の貫通孔２５及び第２のバルブ室用の貫通孔２６が打抜かれている第１のスペーサーである。略円形のバルブ室用の貫通孔２５と第２のバルブ室用の貫通孔２６は狭隘部２７を介して接続されている。
【００６７】
９は、第１の板状基板７より薄く、狭隘部２７を介して接続されている略円形の第１のバルブ室用の貫通孔２８及び第２のバルブ室用の貫通孔２９が打抜かれている第２のスペーサーであり、第１のバルブ室用の貫通孔２５と第１のバルブ室用の貫通孔２８は同一の大きさであり、第２のバルブ室用の貫通孔２６と第２のバルブ室用の貫通孔２９は同一の大きさであり、第１のスペーサー８と第２のスペーサー９を積層すると、第１のバルブ室用の貫通孔２５と第１のバルブ室用の貫通孔２８が重ね合わされ第１のバルブ室が形成され、第２のバルブ室用の貫通孔２６と第２のバルブ室用の貫通孔２８が重ね合わされ第２のバルブ室が形成されるように打抜かれている。
【００６８】
３４は、第２のスペーサー９と略同一厚さであり、第１のバルブ室用の貫通孔２８より若干小さい略円形の浮遊弁体である。１０は略円形の流体注入用の開口部４及び流体排出用の開口部５が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板と第２のスペーサー９を積層すると、流体注入用の開口部４は第１のバルブ室用の貫通孔２８の略中央に位置し、流体排出用の開口部５は第２のバルブ室用の貫通孔２９に連通するように打抜かれている。
【００６９】
第１の板状基板７、第１のスペーサー８、第２のスペーサー９及び第２の板状基板１０をこの順に積層すると、第１のバルブ室用の貫通孔２５と第１のバルブ室用の貫通孔２８及び第２のバルブ室用の貫通孔２６と第２のバルブ室用の貫通孔２９が重ねあわされ、第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれて第１のバルブ室と第２のバルブ室が形成される。
【００７０】
第１のバルブ室に浮遊弁体３４を収納すると、ピエゾ素子設置用穴６１、浮遊弁体３４及び流体注入用の開口部４が略一直線になるように積層される。従って、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４から第１バルブ室及び第２バルブ室を通過して第２の板状基
板１０の流体排出用の開口部５にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。
【００７１】
尚、浮遊弁体３４は常に流体注入用の開口部を覆っている必要があるので、円形の場合、流体注入用の開口部４を第１のバルブ室の略中央に形成し、浮遊弁体３４の直径を、第１のバルブ室の半径と流体注入用の開口部４の半径の合計値より大きく且つ第１のバルブ室の直径より小さくするのが好ましい。又、狭隘部２７の幅は、浮遊弁体３４が通過しないように浮遊弁体３４の直径より小さくすればよい。
【００７２】
流体注入用の開口部４からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子設置用穴６１にピエゾ素子６を設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、浮遊弁体３４を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖すればよい。ピエゾ素子を作動させることにより、流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００７３】
請求項８記載のマイクロバルブの流量調節方法は、第１の板状基板、狭隘部を介して第１のバルブ室と第２のバルブ室が接続されているバルブ室用の貫通孔が打抜かれているスペーサー及び流体注入用の開口部が打抜かれている第２の板状基板が、第１のバルブ室及び流体注入用の開口部が略一直線になるように、この順に積層されており、該スペーサーに第２のバルブ室からスペーサーの側壁に連通する流体排出用の貫通孔が打抜かれ、第１のバルブ室に常に流体注入用の開口部を覆い、狭隘部を通過しない大きさであって、スペーサーの厚さより薄い浮遊弁体が収納されているマイクロバルブの第１の板状基板に、第１のバルブ室用の貫通孔、浮遊弁体及び流体注入用の開口部と略一直線になるようにピエゾ素子を設置し、ピエゾ素子で第１の板状基板を押圧することにより浮遊弁体を第２の板状基板方向に押圧し、流体注入用の開口部を閉鎖することを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法である。
【００７４】
請求項８記載のマイクロバルブの流量調節方法を図面を参照して説明する。図８は請求項８記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【００７５】
図中７は、第１のバルブ室用の貫通孔２５、第２のバルブ室用の貫通孔２６及び流体排出用の貫通孔５３のふたをする第１の板状基板であり、ピエゾ素子設置用の穴６１が穿設されている。
【００７６】
８１は、第１の板状基板７より薄く、略円形の第１のバルブ室用の貫通孔２５、第２のバルブ室用の貫通孔２６及び第２のバルブ室からスペーサーの側壁に連通する流体排出用の貫通孔５３が打抜かれが打抜かれているスペーサーである。略円形のバルブ室用の貫通孔２５と第２のバルブ室用の貫通孔２６は狭隘部２７を介して接続されている。
【００７７】
３４は、スペーサー８１の厚さの略半分の厚さであり、第１のバルブ室用の貫通孔２５より若干小さい略円形の浮遊弁体である。１０は略円形の流体注入用の開口部４が打抜かれている第２の板状基板であり、第２の板状基板１０と第１のスペーサー８を積層すると、流体注入用の開口部４は第１のバルブ室用の貫通孔２５の略中央に位置するように打抜かれている。
【００７８】
第１の板状基板７、スペーサー８１及び第２の板状基板１０をこの順に積層すると、第１のバルブ室用の貫通孔２５、第２のバルブ室用の貫通孔２８及び流体排出用の貫通孔５３は第１の板状基板７と第２の板状基板１０で囲まれて第１のバルブ室、第２のバルブ室及び流体排出用の開口部５が形成される。
【００７９】
第１のバルブ室に浮遊弁体３４を収納すると、ピエゾ素子設置用の穴６１、浮遊弁体３４及び流体注入用の開口部４が略一直線になるように積層される。従って、第２の板状基板１０の流体注入用の開口部４から第１バルブ室及び第２バルブ室を通過して流体排出用の開口部５にむけて流体が流れるマイクロバルブが形成される。
【００８０】
尚、浮遊弁体３４は常に流体注入用の開口部を覆っている必要があるので、円形の場合、流体注入用の開口部４を第１のバルブ室の略中央に形成し、浮遊弁体３４の直径を、第１のバルブ室の半径と流体注入用の開口部４の半径の合計値より大きく且つ第１のバルブ室の直径より小さくすればよい。又、狭隘部２７の幅は、浮遊弁体３４が通過しないように浮遊弁体３４の直径より小さくすればよい。
【００８１】
流体注入用の開口部４からの流体の注入を止めるには、ピエゾ素子設置用の穴６１にピエゾ素子を設置し、作動させ、第１の板状基板７を押圧することにより、浮遊弁体３４を流体注入用の開口部４に押圧し、流体注入用の開口部４を閉鎖すればよい。ピエゾ素子を作動させることにより、流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるのであるから必要なときに確実に流体の注入を止めることができ、逆流することもない。
【００８２】
上記実施例においては、第１の板状基板にピエゾ素子設置用の穴を穿設して、ピエゾ素子の設置位置を特定し、確実に弁体又は浮遊弁体を液体注入用開口部に押圧しているが、ピエゾ素子の圧力を拡大して確実に弁体又は浮遊弁体に伝達できるように圧力伝達部材を使用してもよい。
【００８３】
圧力伝達部材の形状は、圧力伝達部材の形状は、特に問わない。しかし圧力伝達部材が、第１の基板と接触する部分の表面積は、流体注入用の開口部の面積と同等程度以上であることが好ましい。また、ピエゾ素子と接触する部分の表面積は、ピエゾ素子の駆動部の表面積より大きいことが好ましい。このような形状の例としては、略釘型、略三角錘型（断面形状としては、Ｔ字型のものや台形）、一端部の面積が最も広く、他端部方向に次第に面積が狭くなっている筒状型などが挙げられる。又、位置決めが簡便かつ確実にできるように、第３の基板に嵌合されていても良い。
【００８４】
そして、第３の基板を第１の基板に積層し、ピエゾ素子で圧力伝達部材を押圧することにより、圧力伝達部材の先端部で第１の板状基板を押圧するのが好ましい。
【００８５】
図９は、圧力伝達部材が嵌合されている第３の基板の一例を示す断面図である。図中１１は第３の板状基板であり、圧力伝達部材１２が嵌合されている。圧力伝達部材１２は一端部の面積が最も広く、他端部方向に次第に面積が狭くなっている筒状である。尚、圧力伝達部材１２は第３の板状基板に穿設された貫通孔に摺動自在に嵌合されていてもよいし、動かないように固定して嵌合されていてもよい。
【００８６】
ピエゾ素子で弁体又は浮遊弁体を押圧して流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めるには、上記第３の基板１１を圧力伝達部材１２の他端部１４が弁体又は浮遊弁体の上方に位置するように、第１の基板に積層し、ピエゾ素子を作動させて圧力伝達部材１２の一端部１３を押圧し、圧力伝達部材１２を下方に摺動させるか第３の基板を下方に変形して、第１の基板を押圧することにより、弁体又は浮遊弁体を押圧して流体注入用の開口部４を閉鎖して流体の注入を止めればよい。
【００８７】
上記板状基板、スペーサー及び（浮遊）弁体の素材は、特に限定されるものではなく、例えば、従来から使用されている、ガラス、石英、シリコン等の無機材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。
【００８８】
上記無機材料は精度、加工性等が優れており、例えば、半導体微細加工技術において広く用いられている光リソグラフィー技術を利用すれば、ガラスやシリコン基板上にミクロンオーダーの溝や貫通孔を自在に形成することができる。
【００８９】
上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられ、耐酸性、耐アルカリ性を有する熱可塑性樹脂であるポリオレフィン系樹脂やポリアクリル系樹脂が好ましい。
【００９０】
又、熱硬化性樹脂は、前駆体が液状のため、転写金型の形状をより忠実に転写するという利点があり、低い線膨張率、低い成形収縮率を示すので有利に用いることができる。このような熱硬化樹脂としては、コストや易取扱い性の点から、エポキシ樹脂を有利に用いることができる。
【００９１】
上記板状基板の大きさは特に限定されるものではないが、大きくなるとマイクロ全分析システムとしてのハンドリング性が低下するので４００ｃｍ2 以下が好ましく、厚さは０．０１〜１０ｍｍが好ましい。又、第１の基板及び第２の基板を厚くして強度を持たせ、スペーサーを薄いフィルムで形成してもよく、スペーサーの厚さは１〜１００μｍが好ましい。
【００９２】
上記流体注入用の開口部４、流体排出用の開口部５等の断面積も特に限定されるものではないが、狭くなるとつまり易くなり製造が困難になり、広くなると測定試料が多量に必要になるので０．０１μｍ2 〜３ｍｍ2 が好ましい。
【００９３】
又、バルブ室の大きさも特に限定されるものではないが、小さくなるとバルブ性能が低下し、大きくなると測定試料が多量に必要になるので１μｍ3 〜３ｍｍ3 が好ましい。
【発明の効果】
【００９４】
本発明のマイクロバルブの流量調節方法構成は上述の通りであり、マイクロ全分析システムに容易に組み込むことができる簡単な構造で、微細流路内の流体を一方向のみに輸送し、逆流することがない。
【００９５】
又、ピエゾ素子で弁体又は浮遊弁体を液体注入用開口部に押圧するのであるから、少しのエネルギー強固に押圧することができ、確実に止水することができる。又、圧力伝達部材を介在してピエゾ素子で弁体又は浮遊弁体を液体注入用開口部に押圧することにより、より少しのエネルギーでより強固に押圧することができ、より確実に止水することができる。更に、ピエゾ素子及び弁体を複数設置することにより異なる流体を混合すると共に混合比を変えて供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図２】請求項１記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す平面図である。
【図３】請求項２記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図４】請求項３記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図５】請求項４記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図６】請求項５記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図７】請求項７記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図８】請求項８記載のマイクロバルブの流量調節方法で使用されるマイクロバルブの一例を示す分解図である。
【図９】圧力伝達部材が嵌合されている第３の基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１    マイクロ全分析システム
２    バルブ室
２１  下壁
２２  上壁
２３  バルブ室用の貫通孔ａ
２４  バルブ室用の貫通孔ｂ
２５、２８  第１のバルブ室用の貫通孔
２６、２９  第２のバルブ室用の貫通孔
２７  狭隘部
３、３１、３２、３３    弁体
３４  浮遊弁体
４、４１、４２、４３    流体注入用の開口部
５    流体排出用の開口部
５１、５２、５３  流体排出用の貫通孔
６    ピエゾ素子
６１、６２、６３    ピエゾ素子接触部
７    第１の板状基板
８    第１のスペーサー
８１  スペーサー
９    第２のスペーサー
１０  第２の板状基板
１１  第３の板状基板
１２  圧力伝達部材
１３  一端部
１４  他端部
【図１】
2006214494.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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