(57)【要約】【課題】本発明は、高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れ、制御が容易で且つ正確に行え、ダイナミックレンジが広く、応答が速く、脈動の少ないバルブ装置、及び交換が容易で経済的な流体制御チップを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のバルブ装置は、流体の入口と出口とを有するバルブチャンバ８が設けられたバルブ本体部と、チャンバに収納される弁体３と、バルブ本体部を振動させる圧電素子４とを備え、出口に傾斜部となる弁座８ａが設けられ、弁体３が、チャンバ内の流体の圧力で弁座８ａに位置するとともに圧電素子４による振動によって移動することにより、チャンバ内に流路を形成して、出口が開放されるように構成したものである。流体制御チップは、リザーバ部２ａと、バルブ配設チップ１と、流体回路チップ本体２ｂの３層から構成さえる。【選択図】　図１
2004138111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の入口と出口とを有するチャンバと、前記チャンバに収納される弁体と、前記チャンバを振動させる加振手段と、を備えるバルブ装置であって、
前記出口に傾斜部が設けられ、前記弁体が、前記チャンバ内の流体の圧力で前記傾斜部に位置するとともに前記加振手段による振動によって移動することにより、前記チャンバ内に流路を形成して、前記出口が開放されることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記弁体は、前記加振手段の振動により前記傾斜部上を摺動することにより前記出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記弁体は、前記加振手段の振動により前記傾斜部から跳ね上げられることにより前記出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記加振手段は、前記チャンバを流体の流れ方向に直角方向に振動させることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記弁体が、前記加振手段の振動の変化によって、前記出口から流出する流体の流れの状態が変化すること特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記弁体の一端における形状がクサビ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記弁体の一端における形状が球状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記弁体の一端における形状が円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記加振手段と前記チャンバが着脱可能であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１０】
前記加振手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１１】
前記加振手段に加える制御波形を生成する駆動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１２】
前記弁体の両端の形状が、それぞれ、クサビ状、球状、円錐状のいずれかの形状を有すとともに、前記チャンバの入口と出口には、それぞれ前記弁体と接触する傾斜部が形成されたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１３】
前記弁体の両端の形状が、いずれもクサビ状または円錐状に形成され、前記入口側における前記弁体の端部の頂角が、前記出口側の端部の頂角より小さく、且つ、前記チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、前記チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１４】
前記弁体の形状が球状であり、前記チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、前記チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１５】
前記弁体を前記チャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１６】
前記弁体付勢手段が電磁石で、前記弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１７】
前記弁体付勢手段が永久磁石で、前記弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１８】
前記弁体付勢手段が強磁性体で、前記弁体が永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１９】
前記弁体付勢手段が付勢バネまたは弾発突片であることを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載されたバルブ装置と、流体が流れる流路部とを有することを特徴とする流体制御チップ。
【請求項２１】
流体を保持するリザーバ部を有することを特徴とする請求項２０記載の流体制御チップ。
【請求項２２】
請求項１〜１８のいずれかに記載されたバルブ装置であって、前記弁体を前記チャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段が前記バルブ装置の外部に設けられたことを特徴とする流体制御チップ。
【請求項２３】
流体を保持するリザーバを有する第１の層と、該第１の層から供給された流体の流れを制御する弁機構を有する第２の層と、該第２の層から供給された流体を反応させる反応部または反応を検出するための検出部を有する第３の層とが組み合わされて構成されたことを特徴とする流体制御チップ。
【請求項２４】
前記各層が相互に着脱可能であることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項２５】
前記弁機構の上側面が前記第１の層の下側面で覆われることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項２６】
前記反応部及びまたは前記検出部の上側面が前記第２の層の下側面により覆われることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項２７】
前記流体制御チップを振動させる加振手段を有し、前記加振手段が前記流体制御チップの外部に設けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項２８】
前記流体制御チップを振動させる加振手段を有し、前記加振手段が前記流体制御チップと着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項２９】
前記弁機構が弁体を有し、前記流体制御チップの外部に弁体付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【請求項３０】
前記弁機構が弁体を有し、前記弁体付勢手段が前記流体制御チップと着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流体を搬送する流路の途中に設けられるバルブ装置に関し、特に、加振時に弁体が受ける力を利用するバルブ装置と、このバルブ装置を有する流体制御チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のナノテクノロジーや超微細加工技術の動きは、この２０年にわたる半導体技術の進歩に連動して目覚ましい。今後はこうした技術が融合して様々の応用技術に発展することが期待されている。
【０００３】
ところで、このような融合技術の１つとして、半導体チップと微小アクチュエータを一体化した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術、いわゆるマイクロマシンが注目されている。これはＬＳＩと実際の仕事を受け持つアクチュエータを一体化して数ｍｍ角のチップに収めるものであり、とりわけ微小な流体回路とＬＳＩ回路を組み合わせることが新たな融合を生むものとして期待されている。例えば、身体に装着して血液検査を行うとともにモニタ結果を記録し、これを医療機関に送信して監視する血液検査用チップや、微量の薬液を複数反応させて反応結果を出力するチップ等、検査や反応を行うものにとくに期待が寄せられている。
【０００４】
こうしたチップは、上述の血液検査用チップを例にして説明すると、流体回路として基板上に、少なくとも、血液や汗その他の体液を採取し流路に供給するためのマイクロポンプや、体液と薬液を供給する流路、複数のセンサ、流路を開閉するマイクロバルブ、さらにはこれらを駆動するためのＬＳＩ回路が集積されていなければならない。そして、流路は概ね管径数μｍ〜数百μｍのオーダであり、マイクロポンプとマイクロバルブはこの管径の大きさに縛られるものである。
【０００５】
そしてこのマイクロバルブは、一般のバルブとは隔絶した微小構造であるとともに、液漏れや、開閉動作の確実性、耐久性等の課題が解決されないと機能が果たせないものである。また、このマイクロバルブは制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えない。さらにこのマイクロバルブは、微小なためきわめて高い確実性が要求されるし、一般のバルブでは無視できるような慣性や振動、寸法誤差にも影響を受ける。
【０００６】
そこで、こうしたマイクロバルブとして好適の速動弁が提案された（特許文献１参照）。図８は従来の速動弁の構成図である。この速動弁は、ハウジング１００内にチャンバ１０１を備え、この内部に、弁体１０３によって閉止されたバルブシート１０４が配置されている。バルブシート１０４は、軸方向に膨張及び収縮が可能なアクチュエータ１０５によって支持されている。アクチュエータ１０５は、作動信号に感応して収縮する。この結果バルブシート１０４が、弁体１０３が追随できないような高速にて弁体１０３から離れ、弁体１０３は慣性で動きが遅れ、バルブシート１０４を通過する流れを作る。この流れは弁体１０３を閉止位置に押し戻す。このような動作の繰返しで流体を流し制御するものである。そしてこの速動弁は、短い切換時間で切り換えることができ、高い反復速度を達成するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特表２００１−５１２８１３号公報（第４−７頁、第１図、第５図、第６図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、微小な流体回路とＬＳＩ回路が融合したチップに大きな期待が寄せられているが、こうしたチップに組み込まれるマイクロバルブは一般のバルブとは隔絶した微小構造であるとともに、液漏れや、開閉動作の確実性、耐久性等の課題が解決されないと機能が果たせない。また、制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えないという課題があった。微小であるが故にきわめて高い正確性が要求され、しかも一般のバルブでは無視できるような慣性や振動、寸法誤差等にも大きな影響を受けるものである。
【０００９】
また、（特許文献１）で提案された速動弁は、短時間で切り換えることができ、高い反復速度が得られるものであるが、金属製ディスク等のバルブシート１０４の出入孔に弁体１０３を押圧して流路を閉鎖させるため、閉動作の確実性や高圧時、圧力変動時の耐圧性（液漏れ）等に問題があるものであった。しかも、流路の開度が圧電素子の動作幅（数μｍ〜数十μｍ程度）内に限定されるため、制御の正確性や応答性はコントロールが難しく、振動や寸法誤差等にも大きな影響を受け、且つ、ダイナミックレンジが狭く速動弁を流れる流体の最大流量は大きくできないものであった。このとき、大流量や連続流を流そうとすると、脈動の大きな流れとなってしまう。
【００１０】
そこで本発明は、高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れ、制御が容易で且つ正確に行え、ダイナミックレンジが広く、応答が速く、脈動の少ないバルブ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れ、制御が容易で且つ正確に行え、交換が容易で経済的な流体制御チップを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、流体の入口と出口とを有するチャンバと、チャンバに収納される弁体と、チャンバを振動させる加振手段と、を備えるバルブ装置であって、出口に傾斜部が設けられ、弁体が、チャンバ内の流体の圧力で傾斜部に位置するとともに加振手段による振動によって移動することにより、チャンバ内に流路を形成して、出口が開放されるように構成したものである。
【００１３】
本発明は、高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れ、制御が容易で且つ正確に行え、ダイナミックレンジが広く、応答が速く、脈動を少なくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、流体の入口と出口とを有するチャンバと、チャンバに収納される弁体と、チャンバを振動させる加振手段と、を備えるバルブ装置であって、出口に傾斜部が設けられ、弁体が、チャンバ内の流体の圧力で傾斜部に位置するとともに加振手段による振動によって移動することにより、チャンバ内に流路を形成して、出口が開放されることを特徴とするバルブ装置であり、弁体が傾斜部上を振動によって移動することで開度を確実且つ迅速に調節でき、制御が容易で正確になり、ダイナミックレンジが広く、応答が速く、脈動が少なくなる。弁体が傾斜部と確実に接触して高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れる。
【００１５】
第２の発明は、弁体は、加振手段の振動により傾斜部上を摺動することにより出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、弁体が傾斜部上を振動によって移動することでより制御が容易で正確になる。ダイナミックレンジが広く、脈動が少なくなる。
【００１６】
第３の発明は、弁体は、加振手段の振動により傾斜部から跳ね上げられることにより出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、弁体が傾斜部上を振動によって移動することでダイナミックレンジが広くなる。
【００１７】
第４の発明は、加振手段は、チャンバを流体の流れ方向に直角方向に振動させることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、チャンバの振動により弁体をチャンバの入口方向へ移動させることが可能になる。制御が容易で正確になり、ダイナミックレンジが広く、脈動が少なく、応答が速くなる。
【００１８】
第５の発明は、弁体が、加振手段の振動の変化によって、出口から流出する流体の流れの状態が変化すること特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、振動の変化によって流れをきわめて容易に制御することができる。
【００１９】
第６の発明は、弁体の一端における形状がクサビ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、クサビ状の形状で傾斜部と接触するから、クサビ効果で確実に接触して高圧化しても液漏れしない。
【００２０】
第７の発明は、弁体の一端における形状が球状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、弁体の製造と組み立てが容易である。
【００２１】
第８の発明は、弁体の一端における形状が円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、弁体の製造と組み立てが容易で、制御が容易である。クサビ効果がより大きくなるため高圧化することができる。
【００２２】
第９の発明は、加振手段とチャンバが着脱可能であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、バルブ本体部の交換を行ったときにも加振手段を繰返し使用できる。
【００２３】
第１０の発明は、加振手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、電気的に制御が行え、制御が容易で正確になる。
【００２４】
第１１の発明は、加振手段に加える制御波形を生成する駆動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、波形を制御することできわめて容易に制御することができる。
【００２５】
第１２の発明は、弁体の両端の形状が、それぞれ、クサビ状、球状、円錐状のいずれかの形状を有すとともに、チャンバの入口と出口には、それぞれ弁体と接触する傾斜部が形成されたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、入口側の形状と傾斜部で逆止弁機能をもたせることができる。
【００２６】
第１３の発明は、弁体の両端の形状が、いずれもクサビ状または円錐状に形成され、入口側における弁体の端部の頂角が、出口側の端部の頂角より小さく、且つ、チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置であり、クサビ効果が大きいので小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。また、順方向に送水時には、入口側の端部の頂角の小さい方が、流体抵抗が少なく、圧力損失を低下することができる。
【００２７】
第１４の発明は、弁体の形状が球状であり、チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置であり、クサビ効果が大きいので小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。
【００２８】
第１５の発明は、弁体をチャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置であり、閉鎖を確実化するとともに、閉鎖圧を高圧化でき、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００２９】
第１６の発明は、弁体付勢手段が電磁石で、弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置であり、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。また、弁体が永久磁石の場合は、電磁石の磁性をコントロールすることにより、逆止弁機能を持たせたときに逆方向の液漏れを確実に防止できる。
【００３０】
第１７の発明は、弁体付勢手段が永久磁石で、弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置であり、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００３１】
第１８の発明は、弁体付勢手段が強磁性体で、弁体が永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置であり、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００３２】
第１９の発明は、弁体付勢手段が付勢バネまたは弾発突片であることを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置であり、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００３３】
第２０の発明は、請求項１〜１９のいずれかに記載されたバルブ装置と、流体が流れる流路部とを有することを特徴とする流体制御チップであり、交換が容易で、経済的であるバルブ装置を、液漏れが少なく、高圧化できるので、全体として液漏れが少なく、高圧で使用できる。
【００３４】
第２１の発明は、流体を保持するリザーバ部を有することを特徴とする請求項２０記載の流体制御チップであり、リザーバ部の交換が容易で、経済的であるバルブ装置を、液漏れが少なく、高圧化できるので、全体として液漏れが少なく、高圧で使用できる。
【００３５】
第２２の発明は、請求項１〜１８のいずれかに記載されたバルブ装置であって、弁体をチャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段がバルブ装置の外部に設けられたことを特徴とする流体制御チップであり、バルブ装置の外部に弁体付勢手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【００３６】
第２３の発明は、流体を保持するリザーバを有する第１の層と、該第１の層から供給された流体の流れを制御する弁機構を有する第２の層と、該第２の層から供給された流体を反応させる反応部または反応を検出するための検出部を有する第３の層とが組み合わされて構成されることを特徴とする流体制御チップであり、交換が容易で繰返し組み合わせて使用でき、経済的に使用することができる。
【００３７】
第２４の発明は、各層が相互に着脱可能であることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、交換が容易で繰返し組み合わせて使用でき、経済的に使用することができる。
【００３８】
第２５の発明は、弁機構の上側面が第１の層の下側面で覆われることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、流路を開放して作成し、第１の層の下側面で覆うため、部品点数と組み立ての工程数を減らすことができる。
【００３９】
第２６の発明は、反応部及びまたは検出部の上側面が第２の層の下側面により覆われることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、流路を開放して作成し、第２の層の下側面で覆うため、部品点数と組み立ての工程数を減らすことができる。
【００４０】
第２７の発明は、流体制御チップを振動させる加振手段を有し、加振手段が流体制御チップの外部に設けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、外部に加振手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【００４１】
第２８の発明は、流体制御チップを振動させる加振手段を有し、加振手段が流体制御チップと着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、加振手段が流体制御チップと着脱可能であるため、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【００４２】
第２９の発明は、弁機構が弁体を有し、流体制御チップの外部に弁体付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、外部に弁体付勢手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【００４３】
第３０の発明は、弁機構が弁体を有し、弁体付勢手段が流体制御チップと着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項２３記載の流体制御チップであり、加振手段が流体制御チップと着脱可能であるため、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００４５】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるバルブ装置を使用した流体回路チップの全体構成分解斜視図、図１（ｂ）は（ａ）のバルブ装置の一部破断斜視図である。
【００４６】
最初に実施の形態１のバルブ装置を使用した流体回路チップの全体構成について説明する。図１（ａ）において、１は振動を加えたときの弁体の慣性、及びＶ字状の内壁面（弁座）からの反力、さらに供給される流体の圧力で開閉される弁機構が設けられたバルブ配設チップ（本発明の第２の層）、１ａはバルブ配設チップ１の弁機構を構成するマイクロバルブ（本発明のバルブ装置）、２ａはマイクロバルブ１ａに供給する流体を保持するリザーバＡを備えたリザーバ部（本発明の第１の層）、２ｂは測定のための各種センサＢ（本発明の検出部）が設けられ所定の回路に構成された流体回路Ｃ（本発明の反応部）を備えた流体回路チップ本体（本発明の第３の層）である。なお、リザーバ部２ａから流体を送り出すためにはポンプ作用をもつ装置が必要である。実施の形態１においては図１に示すようなシリンジポンプＤを用いている。これらは、リザーバ部２ａに流体を供給してこれを保持させた後、モータＤ２を駆動して、ラックとピニオンＤ３の作用でシリンジＤ１を押し出すものである。これによりシリンジＤ１の内部の空気を押し出し、この空気圧でリザーバ部２ａ内の流体（液体）を供給する。但し、ポンプは他の形式のポンプでもよい。バルブ配設チップ１、リザーバ部２ａ、流体回路チップ本体２ｂはいずれも所定厚さの板状体である。また、本実施の形態においては以下マイクロバルブ１ａを説明するが、これは本発明の好ましいいくつかの実施の形態を示しているにすぎず、加振を利用して制御できるバルブ装置であればこれに限られないのは当然である。
【００４７】
また、３はマイクロバルブ１ａの弁の開閉を行うクサビ状頭部を両端に形成された弁体、３ｖはそのクサビ状頭部、４は流路と交差する方向からバルブ配設チップ１に振動を加えて弁体３を制御する圧電素子（本発明の加振手段）であり、バルブ配設チップ１とは着脱自在に構成されている。なお、クサビ状頭部３ｖは弁体３の一端側（出口側）に形成するだけでよいが、本実施の形態１の場合、これを両端に設けているのは逆止弁の機能を入口側のクサビ状頭部３ｖに与えるためである。実施の形態３で説明する。バルブ配設チップ１とリザーバ部２ａは組み合わされて流路制御ユニットを構成し、これが流体回路チップ本体２ｂ上で積層されて、全体として流体制御チップを構成する。バルブ配設チップ１とリザーバ部２ａ、流体回路チップ本体２ｂを交換すればシリンジポンプ等のポンプや圧電素子４は繰返し使用できる。
【００４８】
ここで弁体３について説明すると、弁体３の材料は金属一般、例えば鉄合金、ＳＵＳ、アルミ等や、またはガラス、セラミック等の無機材料、樹脂等のいずれでもよい。材料の選定基準は、加工性がよいことや、慣性を利用するから比重、親水性，粘性抵抗等の表面物性、耐食性が優れていることが挙げられる。この親水性，粘性抵抗、耐食性を改善するため、金属メッキ、塗装、レーザ加工、プラズマ加工を使って表面処理を施すのもよい。親水性，粘性抵抗が改善されると流体力学的に弁体３の動きがよくなる。
【００４９】
次に、バルブ配設チップ１の詳細について説明する。図１（ｂ）において、５はマイクロバルブ１ａの内部流路が打ち抜き溝状に形成されたバルブ本体基板、５ｂは打ち抜き形状の溝の下面を覆って流路とする下部基板である。バルブ本体基板５の上面はリザーバ部２ａが積層されて覆われ、溝内が流路として構成される。なお、バルブ本体基板５は、マイクロバルブ１ａを構成するため基板と呼称しているが、これに限られない。他のバルブ装置の場合には、バルブ本体基板５というよりバルブ本体部ということになる。
【００５０】
ここでバルブ本体基板５、下部基板５ｂの材料は、ガラスやセラミック等の無機材料、または樹脂、あるいは金属一般、例えば鉄合金、ＳＵＳ、アルミ等等のいずれでもよい。材料の選定基準は、加工性がよいことが第一であるが、光センサによるチップ外部から観察，計測のため光透過性、耐食性が優れていることが挙げられる。また、金属メッキ、塗装、レーザ加工、プラズマ加工を使って表面処理を施すのがよい。流体力学的に抵抗が減り、生体物質の固定化も改善される。なお、この実施の形態１においては下部基板５ｂを設けているが、下部基板５ｂを省き、流体回路チップ本体２ｂで溝下面を覆うのが部品点数を減らし、組み立て工程も減らし、望ましい。
【００５１】
６はリザーバ部２ａとの流路接続ポートとなる入口ポート、７は所定幅で所定高さの入口側チャネル、８は弁体３を内部に収容したバルブチャンバ（本発明のチャンバ）である。８ａはバルブチャンバ８に形成されたＶ字状の弁座（本発明の傾斜部）、９は所定幅で所定高さので出口側チャネル、１０は流体回路チップ本体２ｂとの流路接続ポートとなる出口ポートである。なお、実施の形態１においてはこの入口ポート６、入口側チャネル７が本発明の入口に相当し、出口側チャネル９、出口ポート１０が本発明の出口に相当するが、入口、出口の形態はこれに限られない。また、入口ポート６、入口側チャネル７、出口側チャネル９、出口ポート１０はバルブチャンバ８と一体に形成されている。
【００５２】
入口側チャネル７とバルブチャンバ８、出口側チャネル９は、弁体３に回転もしくは揺動が生じないように流路の中心線が直線に配置されるのが望ましい。出口チャネル９の幅は数μｍ〜数百μｍであり、チャネル幅はこれより大きいが概ねこれと同じオーダであり、弁体長はチャネル幅の２〜１０倍程度が好ましい。入口ポート６からの圧力（背圧）によって弁体３は背後から押され、クサビ状頭部３ｖが弁座８ａとガタつかず円滑に嵌合することができる。さらに、本実施の形態１においては弁座８ａはＶ字状で中心線に関して対称に設けられているが、単純な傾斜面であってもよい。このとき弁体３も同様な形状となる。
【００５３】
次に、実施の形態１のマイクロバルブ１ａを制御する駆動装置について説明する。図２は本発明の実施の形態１におけるバルブ装置の駆動装置の構成図である。図２において、４ａは圧電素子４を構成するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電層、４ｂは圧電層４ａに電圧を印加する電極シートである。圧電層４ａを挟んで対向している電極シート４ｂの一方は接地され、他方に制御のための所定駆動周波数の電圧が加えられる。
【００５４】
１１はマイクロバルブ１ａの弁体３の位置を制御する駆動装置、１２は電源部である。１３は電源部１２から供給される電流や電圧の周波数や振幅を変化させたり、波形を整形したりする波形制御部、１４はこの波形制御部１３で行う波形の整形に対して外部から制御することができる入力部、１５は波形制御部１３で整形されたアナログ制御信号の振幅を制御するアンプである。アンプ１５からの駆動電流が正負に変化することで、圧電素子４が膨張と伸縮を繰返すことが可能になる。なお、駆動装置１１からの出力は正弦波状のアナログ信号に整形されるが、入力部１４からの制御信号は専らデジタル信号であり、Ｄ／Ａ変換の必要があるため、できるだけデジタルで処理し、処理を簡単にするのが好ましい。
【００５５】
続いて、以下、実施の形態１のマイクロバルブ１ａが圧電素子４からの加振によって制御可能になる理由について説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロバルブの弁体を加振したときの状態図、図３（ｂ）は（ａ）の弁体に加わる力を示す説明図である。
【００５６】
図３（ｂ）に示すように、マイクロバルブ１ａの弁座８ａはθのテーパ角をもち、同じくθのクサビ状頭部３ｖの角度をもつ弁体３と、入口側からの背圧のためある時点で接触していると仮定する。このとき弁体３には入口側チャネル７の方から背圧を含む付勢力Ｐｖが加わっており、バルブ配設チップ１には流路方向と直交して圧電素子４による周波数ｆｃの振動が加えられる。これにより弁体３はバルブ配設チップ１からみたとき相対加速度αｖ、相対速度ｕｖで運動する。そしてαｖ＝ｇ（Ｔ，ｆｃ）で表現される。ここにＴは時間を表す。
【００５７】
ところで、弁体３に加わる慣性力ＦｖはＦｖ＝ｍｖ・αｖで表される。また弁体３が受ける流体抵抗Ｒｄの抵抗係数をＫｖとすると、Ｒｄ＝Ｋｖ・ｕｖ２となる。そして摩擦力Ｒｆは摩擦係数をＫｆとすると、Ｒｆ＝Ｋｆ・（Ｐｖｃｏｓθ）となる。
【００５８】
従って、弁座８ａに沿った方向の慣性力Ｆｖ＊は、弁座８ａに沿った方向の相対加速度をαｖ＊、相対速度をｕｖ＊としたとき、（数１）が得られ、αｖ＊＝Ｆｖ＊／ｍｖとなる。
【００５９】
従って、弁座８ａに沿った方向の弁体３の変位をｄｖ＊とすると、（数２）となる。これらから、（数３）（数４）が得られる。（数４）によれば、（数４）の第１項はｇ（Ｔ，ｆｃ）の積分に比例し、第２項はｇ（Ｔ，ｆｃ）の２乗の積分に比例していることが分かる。
【００６０】
従って、弁体３の変位ｄｖ＊は駆動装置１１から与える周波数ｆｃの変化、また加速度の大きさ等で制御可能となる。例えば図３（ａ）を参照すると、図３（ａ）の上段の状態図は弁体３に背圧がかかりマイクロバルブ１ａを閉止していることを示しており、中段の状態図は、バルブチャンバ８が圧電素子４によってＸ方向へ加振され、この作用で弁体３が弁座８ａから背圧Ｐと反対方向の力成分を受けて、背圧Ｐと反対方向へ押し上げられ、大きな流路Ｅ＊が形成されたことを示している。この押し上げというのは、弁体３が、周波数ｆｃや振幅の大きさ等に従い、弁座８ａ上を摺動（スライド）したり、弁座８ａから跳ね上げられて移動することを内容として含んでいる。
【００６１】
また、下段の状態図は、中段の状態図とは逆に、バルブチャンバ８が圧電素子４によってＹ方向へ加振され、この作用で弁体３が弁座８ａ＊から背圧Ｐと反対方向の力成分を受けて、背圧Ｐと反対方向へ押し上げられ、大きな流路Ｅが形成されたことを示している。弁体３は、上記と同様、弁座８ａ＊上を摺動（スライド）したり、弁座８ａ＊から跳ね上げられて移動する。
【００６２】
このように、実施の形態１のマイクロバルブ１ａは弁体３が弁座８ａ，８ａ＊の中央に着座したとき流路を閉鎖し、弁座８ａ，８ａ＊の一方によって背圧Ｐと反対方向へ押し上げられ、流路Ｅ，Ｅ＊を形成するものである。（数３）（数４）で示したように、圧電素子４の周波数ｆｃや振幅の大きさ、弁体自身の質量、弁座８ａ，８ａ＊のテーパ角θ等を制御することにより、弁体３に作用する押し上げ力（慣性力Ｆｖ＊）と変位ｄｖ＊は変化する。従って、これらのパラメータを調整することで流路Ｅ，Ｅ＊の大きさ、言い換えればマイクロバルブ１ａの開度が変更され、流量の制御が可能になるものである。また、実施の形態１のマイクロバルブ１ａは、図３（ａ）の状態図から分かるように、上段に示した閉鎖状態以外のときには、流路Ｅ，Ｅ＊のどこかが常時開放されており、流れに断続が無く、脈動の少ない安定した流量を得ることができるものである。さらに、圧電素子４の加振で弁体３の変位ｄｖ＊は変化させるが、変位ｄｖ＊の大きさは圧電素子４自身の振幅だけに依存しない。すなわち、振動により弁体３は背圧Ｐと反対方向へ競り上がっていくことで、圧電素子４の振幅以上の流路Ｅ，Ｅ＊を形成でき、最大流量すなわちダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００６３】
以上説明したように実施の形態１のマイクロバルブ１ａは、弁体３の形状をクサビ状頭部３ｖとするとともに弁座８ａをＶ字状とし、圧電素子４でバルブチャンバ８内の流れの方向と直交する方向へ加振するので、圧電素子４へ加える駆動電流の周波数と振幅でバルブの開度を制御できる。従って制御が容易で正確に行え、ダイナミックレンジが広く、従来の速動弁と異なり、弁座８ａの反力を使っているため応答が速い。高圧化しても弁体３の形状と弁座８ａの形状で液漏れせず、バルブ配設チップ１の加工は印刷等周知の方法を用いることができでき、製作が容易で耐久性に優れる。
【００６４】
また、本実施の形態１においては、圧電素子４はバルブチャンバ８内の流体の流れ方向と直交する方向へ加振しているが、回転運動等による直交方向成分を有する加振方法であれば、圧電素子４と同様の作用効果が得られるのはいうまでもない。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２のマイクロバルブ１ａの説明を行う。実施の形態２のマイクロバルブ１ａは弁体頭部形状と弁座形状が３次元的に構成されたものである。図４（ａ）は本発明の実施の形態２における球状弁体を備えたバルブ装置の一部破断斜視図、図４（ｂ）は本発明の実施の形態１における円錐状クサビ状頭部３ｖをもつ弁体を備えたバルブ装置の一部破断斜視図である。
【００６６】
図４（ａ）において、３ａは球状の形状の弁体であり、錐孔状の弁座８ａと組み合わさってマイクロバルブ１ａを構成している。実施の形態１の弁体３はクサビ状頭部３ｖをもち、弁座８ａはＶ字状の形状をして嵌合していたが、これはマイクロバルブ１ａが２次元溝で流路を構成していたからである。しかし、本実施の形態は、側方から加振したときの弁体３の慣性、弁座８ａからの反力、背面からの圧力を利用するものであり、２次元に限られない。実施の形態２は３次元軸対称の流路でこれを実現したものである。
【００６７】
球体の弁体３ａは噴霧と冷却を組み合わせたり研削、研磨等で比較的容易に製造することができる。球体であるため弁体３の製造と組み立てが容易である。バルブチャンバ８の面積に対して開口時の面積比率が２次元のものより大きく、ダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００６８】
図４（ｂ）のマイクロバルブ１ａの場合、図４（ｂ）において３ｂに示すように円錐状の形状のクサビ状頭部をもつ弁体となっている。基本的に球体の弁体３ａと同様である。加えて、クサビ効果がより大きくなるため、高圧化に好適である。なお、ここでクサビ効果とは、傾斜面に対して傾斜面とは異なる方向（本実施の形態では背圧Ｐの方向）より力を加えることで、テコの原理により増力される効果である。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３のマイクロバルブ１ａは制御弁であると同時に逆止弁の機能をもつものである。図５（ａ）は本発明の実施の形態３における逆止弁機能付きバルブ装置の機能説明図、図５（ｂ）は（ａ）の逆止弁機能付きバルブ装置の構成図、図５（ｃ）は逆止弁機能付きバルブ装置の流体回路で使用した時の説明図である。
【００７０】
図５（ａ）において、８ｂは実施の形態３の弁体３と嵌合する入口側弁座である。実施の形態３における弁体３の形状は、実施の形態１と同様に２次元板状に構成されており、バルブチャンバ８の出口側のほかにバルブチャンバ８の入口側にもクサビ状頭部が形成されている。この入口側のクサビ状頭部と入口側弁座８ｂの構成によって逆止弁機能を実現するものである。
【００７１】
順方向止水時には入口側チャネル７から背圧が弁体３の背面に加わることで弁体３は弁座８ａに押し付けられて閉止される。これは通常の制御弁の機能である。この状態で圧電素子４による加振を加えると、弁体３の位置は中央からチャンバ幅方向にシフトし、順方向送水時に必要な開口状態となる。この状態で加振を続けて、流体の供給を行う。その後ある時点に流体の供給と加振を停止すると、出口側チャネル９から高圧の圧力が逆流する。この状態が図５（ａ）の逆流時の説明図の状態である。このとき、弁体３の入口側クサビ状頭部が入口側弁座８ｂに嵌合し、逆流を止めることができる。
【００７２】
続いて、この逆止弁機能付きマイクロバルブが備えるべき構成について説明する。図５（ｂ）に示すように、弁体３の出口側クサビ状頭部の頂角をθａとし、入口側クサビ状頭部の頂角をθｂとする。同様に、弁座８ａの交差Ｖ字状の受入角度がθａ、入口側弁座８ｂの受入角度がθｂとする。このとき、θａ≧θｂが逆止弁機能付きマイクロバルブの充たすべき構成である。
【００７３】
すなわち、出口側のクサビ状頭部よりも入口側のクサビ状頭部の頂角の方をより鋭角に形成すると、クサビ状効果が大きいので小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。また、順方向に送水時には、入口側クサビ状頭部の頂角θｂが小さい方が流体抵抗が少なく、圧力損失を低下することができる。θａ＝θｂの場合は弁体３の製造が容易となるし、組み立て時に弁体３の挿入方向を考えないで組立でき、マイクロバルブの製造が容易になる。
【００７４】
また、弁体３の形状が球体であって、バルブチャンバ８の入口側弁座８ｂの受入角が、出口側に形成された弁座８ａの受入角より小さくすると、クサビ効果が大きいため小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。
【００７５】
図５（ｃ）は、逆止弁機能付きマイクロバルブを設けられた出口側チャネル９を合流させて２種類の液体Ａ，Ｂを混合し、反応させるときなどを示している。そして反応後、一方の液体Ｂは供給しないが、他方の液体Ａはそのまま供給し続けるような場合を想定している。このとき、液体Ａ側の逆止弁機能付きマイクロバルブは開放されて圧力流体を供給するため、液体Ｂ側の出口側チャネル９には液体Ａが流れ込む。逆止弁機能付きマイクロバルブでなければ、液体Ｂ側のマイクロバルブを通過して液体Ａが液体Ｂの供給側に流れ込むことになる。これを防止するためには別途逆止弁を設ける必要があるが、実施の形態３の逆止弁機能付きマイクロバルブはこの必要がない。
【００７６】
（実施の形態４）
マイクロバルブ１ａを閉止する場合、背圧は比較的小さいため、背圧だけでは閉止が十分でない。そこで実施の形態４のマイクロバルブ１ａはバルブ閉鎖圧の高圧化と、閉鎖の確実化を図るために、弁体付勢手段を設けるものである。図６（ａ）は本発明の実施の形態４におけるバルブ装置を非接触で吸引する弁体付勢手段の説明図、図６（ｂ）は弁体に接触して押圧する第１の弁体付勢手段を設けた場合の説明図、図６（ｃ）は弁体に接触して押圧する第２の弁体付勢手段を設けた場合の説明図である。
【００７７】
図６（ａ）において、１６はマイクロバルブ１ａと非接触状態で設けられた弁体付勢手段である。この弁体付勢手段１６は非接触で弁体３を吸引するもので様々の手段がある。弁体３が強磁性体の場合には、弁体付勢手段１６としては永久磁石か電磁石が採用される。また、弁体３が永久磁石の場合には、弁体付勢手段１６は強磁性体か、永久磁石もしくは電磁石となる。この吸引力で弁体３を弁座８ａ，８ａ＊の中央位置へ吸引することでマイクロバルブ１ａは確実に閉止状態となる。そして図６（ａ）の破線で示すように、逆止弁機能付きマイクロバルブの場合には、反発力を利用して弁体３を入口側の弁座で確実に封止し閉鎖することができる。
【００７８】
以上説明した弁体付勢手段１６は非接触の状態で吸引したり反発力で押圧するものであり、マイクロバルブ１ａと離れた位置に配置するものであった。しかし、マイクロバルブ１ａ内に弁付勢手段１６を設けることもできる。図６（ｂ）において、１６ａは付勢バネである。弁体３の背後から物理的に押圧することでもっとも簡単な構成で付勢力を与えることができるが、組み立ては難しい。また、図６（ｃ）に示す１６ｂは、バルブ配設チップ１に膨出片を形成した弾発突片である。この弾発突片１６ｂで弁体３の入口側クサビ状頭部を押圧させる。この場合加工工程が増すが組み立てが容易になる。
【００７９】
このように実施の形態４のマイクロバルブ１ａは、弁体付勢手段１６を設けることによって、弁体３を弁座８ａ，８ｂに確実に封止し、閉鎖することができる。確実な閉鎖が行われるため、バルブ閉鎖圧を高圧化することができるものである。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００８０】
（実施の形態５）
実施の形態５のマイクロバルブ１ａと流体制御チップは、弁体付勢手段の配置に工夫を凝らしたものである。図７（ａ）は本発明の実施の形態５におけるバルブ装置を１個取り付けた保持部材に弁体付勢手段を設けた場合の説明図、図７（ｂ）は同バルブ装置を複数個取り付けた保持部材に弁体付勢手段を設けた場合の説明図、図７（ｃ）はバルブ配設チップに弁体付勢手段を設けた場合の説明図、図７（ｄ）はバルブ配設チップの下部に弁体付勢手段を設けた場合の斜視図である。
【００８１】
図７（ａ），（ｂ）において、２ｂ＊はバルブ配設チップ１、流体制御チップを固定する保持部材である。図７（ａ）は、弁体付勢手段１６を、保持部材２ｂ＊上で、且つマイクロバルブ１ａを１個だけ取り付けたバルブ配設チップ１の側面位置に着脱自在に設けたものである。この弁体付勢手段１６は実施の形態４で説明した非接触で付勢する種々のものがある。弁体３が強磁性体も場合には、弁体付勢手段１６としては永久磁石か電磁石、弁体３が永久磁石の場合には、弁体付勢手段１６は強磁性体か、永久磁石もしくは電磁石となる。そして図７（ａ）の場合の弁体付勢手段１６は、保持部材２ｂ＊に取り付けられているので、流体制御チップを交換するときも弁体付勢手段１６は繰返し利用することができる。
【００８２】
次いで、図７（ｂ）は、弁体付勢手段１６を、保持部材２ｂ＊上で、且つマイクロバルブ１ａを複数個取り付けたバルブ配設チップ１の側面位置に着脱自在に設けられている。この場合、（数４）から分かるように圧電素子４の駆動周波数等を変化させることにより、１つのマイクロバルブ１ａだけを開き、他のマイクロバルブ１ａは閉鎖しておくことができる。このように駆動周波数等を選択することで開放するマイクロバルブ１ａを制御するものである。図７（ｂ）の場合は保持部材２ｂ＊上に弁体付勢手段１６を設けることで、流体制御チップを交換するときも弁体付勢手段１６は繰返し利用することができる。また、弁体付勢手段１６は複数個必要としないためより経済的である。
【００８３】
そして、バルブ配設チップ１、流体制御チップは、保持部材２ｂ＊に摺動自在に保持される構成となっており、圧電素子４はチップだけを単独で加振する動作を行う。このとき、圧電素子４による振幅は数μｍ〜数十μｍという微小なものであるため、弁体付勢手段１６はチップの動きに追従する必要はない。
【００８４】
また、当然ながらバルブ配設チップ１、流体制御チップが保持部材２ｂ＊に固定され、圧電素子４にて保持部材２ｂ＊とともに加振された場合も、本実施の形態に適合する。
【００８５】
図７（ｃ）はバルブ配設チップ１に弁体付勢手段１６を設けた場合である。この場合、流体制御チップ単独の状態でも弁体３へ付勢力が加わっているため、チップ単独で弁体３の閉鎖状態を維持することが可能となる。従って、使用済みの流体制御チップの廃棄時に、チップ内の流体を保持したままにできるため、安全性の高い流体制御チップを提供できる。
【００８６】
なお、図７（ｄ）の斜視図に示すようにシート状の下部基板５ｂの表面に着磁させることにより、簡単に弁体付勢手段１６を製造することができる。この場合、磁路が弁体３と平行になるように配置する必要がある。
【００８７】
このように実施の形態５のマイクロバルブ１ａは、弁体付勢手段１６を配置する位置を工夫することによって、流体制御チップのみの交換が可能になり、より経済的になる。また、廃棄時の流体保持による安全性の向上等の効果も得られる。なお、本マイクロバルブ技術はミリオーダ以下のバルブ機構に適用される。
【００８８】
【数１】
2004138111.tif 000003
【００８９】
【数２】
2004138111.tif 000004
【００９０】
【数３】
2004138111.tif 000005
【００９１】
【数４】
2004138111.tif 000006
【００９２】
【発明の効果】
本発明のマイクロバルブによれば、弁体が傾斜部上を振動によってチャンバの入口方向に移動することで開度を確実且つ迅速に調節でき、制御が容易で正確になり、ダイナミックレンジが広く、応答が速く、脈動が少なくなる。弁体が傾斜部と確実に接触して高圧化しても液漏れせず、製作が容易で耐久性に優れる。チャンバの振動により弁体をチャンバの入口方向へ移動させることが可能になる。振動の変化によって流れをきわめて容易に制御することができる。
【００９３】
弁体の一端における形状がクサビ状に形成されているため、クサビ状の形状で傾斜部と接触するから、クサビ効果で確実に接触して高圧化しても液漏れしない。これが球状に形成された場合、弁体の製造と組み立てが容易である。同様に円錐状に形成された場合、弁体の製造と組み立てが容易で、制御が容易である。クサビ効果がより大きくなるため高圧化することができる。
【００９４】
加振手段とチャンバが着脱可能であるから、バルブ本体部の交換を行ったときにも加振手段を繰返し使用できる。加振手段を圧電素子にした場合、電気的に制御が行え、制御が容易で正確になる。また、加振手段に加える制御波形を生成する駆動装置を備えたことにより、波形を制御することできわめて容易に制御することができる。
【００９５】
弁体の両端の形状が、それぞれ、クサビ状、球状、円錐状のいずれかの形状であり、弁体と接触する傾斜部が形成されたため、入口側の形状と傾斜部で逆止弁機能をもたせることができる。また、弁体の両端の形状がいずれもクサビ状または円錐状で、入口側における弁体の端部の頂角が、出口側の端部の頂角より小さく、且つ、チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいため、クサビ効果が大きく、小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。また、順方向に送水時には、入口側の端部の頂角の小さい方が、流体抵抗が少なく、圧力損失を低下することができる。
【００９６】
弁体の形状が球状であり、入口側に形成された傾斜部のなす角度が出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいから、クサビ効果が大きいので小さな圧力でも確実に閉鎖でき、逆流をより効果的に止めることができる。
【００９７】
さらに、弁体をチャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段を備えたので、閉鎖を確実化するとともに、閉鎖圧を高圧化でき、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。弁体付勢手段が電磁石で、弁体が強磁性体または永久磁石を場合、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。また、弁体が永久磁石の場合は、電磁石の磁性をコントロールすることにより、逆止弁機能を持たせたときに逆方向の液漏れを確実に防止できる。
【００９８】
弁体付勢手段が永久磁石で、弁体が強磁性体または永久磁石を備えた場合には、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。さらに、弁体付勢手段が強磁性体で、弁体が永久磁石を備えた場合、非接触で弁体に付勢力を与えることができ、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【００９９】
そして、弁体付勢手段が付勢バネまたは弾発突片であるから、閉鎖を確実化することができ、閉鎖圧を高圧化できる。また、弁体が動作開始時に所定の位置に確実に存在するので流体の制御性（精度等）が向上する。
【０１００】
次に本発明の流体制御チップによれば、バルブ装置と流路部とを有するから、交換が容易で、経済的であるバルブ装置を、液漏れが少なく、高圧化できるので、全体として液漏れが少なく、高圧で使用できる。さらに、流体を保持するリザーバ部を有する場合には、リザーバ部の交換が容易で、経済的であるバルブ装置を、液漏れが少なく、高圧化できるので、全体として液漏れが少なく、高圧で使用できる。弁体をチャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段がバルブ装置の外部に設けられたため、バルブ装置の外部に弁体付勢手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【０１０１】
また、流体を保持するリザーバを有する第１の層と、該第１の層から供給された流体の流れを制御する弁機構を有する第２の層と、該第２の層から供給された流体を反応させる反応部または反応を検出するための検出部を有するため、交換が容易で繰返し組み合わせて使用でき、経済的に使用することができる。そして、各層が相互に着脱可能の場合には、交換が容易で繰返し組み合わせて使用でき、経済的に使用することができる。
【０１０２】
弁機構の上側面が第１の層の下側面で覆われるため、流路を開放して作成し、第１の層の下側面で覆うため、部品点数と組み立ての工程数を減らすことができる。同様に、反応部及びまたは検出部の上側面が第２の層の下側面により覆われるため、流路を開放して作成し、第２の層の下側面で覆うため、部品点数と組み立ての工程数を減らすことができる。
【０１０３】
流体制御チップを振動させる加振手段を有し、加振手段が流体制御チップの外部に設けられているから、外部に加振手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。加振手段が流体制御チップと着脱可能に取り付けられるため、加振手段が流体制御チップと着脱可能であるため、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【０１０４】
さらに、弁機構が弁体を有し、流体制御チップの外部に弁体付勢手段が設けられているので、外部に弁体付勢手段を取り付けることで、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。弁体付勢手段が流体制御チップと着脱可能に取り付けられているため、加振手段が流体制御チップと着脱可能であるため、交換が容易で使い易く、経済的な流体制御チップにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバルブ装置を使用した流体回路チップの全体構成分解斜視図
（ｂ）（ａ）のバルブ装置の一部破断斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるバルブ装置の駆動装置の構成図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバルブ装置の弁体を加振したときの状態図
（ｂ）（ａ）の弁体に加わる力を示す説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における球状弁体を備えたバルブ装置の一部破断斜視図
（ｂ）本発明の実施の形態１における円錐状クサビ状頭部をもつ弁体を備えたマイクロバルブの一部破断斜視図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態３における逆止弁機能付きバルブ装置の機能説明図
（ｂ）（ａ）の逆止弁機能付きバルブ装置の構成図
（ｃ）逆止弁機能付きバルブ装置の流体回路で使用した時の説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態４におけるバルブ装置を非接触で吸引する弁体付勢手段の説明図
（ｂ）弁体に接触して押圧する第１の弁体付勢手段を設けた場合の説明図
（ｃ）弁体に接触して押圧する第２の弁体付勢手段を設けた場合の説明図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態５におけるバルブ装置を１個取り付けた保持部材に弁体付勢手段を設けた場合の説明図
（ｂ）同バルブ装置を複数個取り付けた保持部材に弁体付勢手段を設けた場合の説明図
（ｃ）バルブ配設チップに弁体付勢手段を設けた場合の説明図
（ｄ）バルブ配設チップの下部に弁体付勢手段を設けた場合の斜視図
【図８】従来の速動弁の構成図
【符号の説明】
１　バルブ配設チップ
１ａ　マイクロバルブ
２ａ　リザーバ部
２ｂ　流体回路チップ本体
２ｂ＊　保持部材
３，３ａ，３ｂ　弁体
３ｖ　クサビ状頭部
４　圧電素子
４ａ　圧電層
４ｂ　電極シート
５　バルブ本体基板
５ｂ　下部基板
６　入口ポート
７　入口側チャネル
８　バルブチャンバ
８ａ，８ａ＊　弁座
８ｂ　入口側弁座
９　出口側チャネル
１０　出口ポート
１１　駆動装置
１２　電源部
１３　波形制御部
１４　入力部
１５　アンプ
１６　弁体付勢手段
１６ａ　付勢バネ
１６ｂ　弾発突片
１００　ハウジング
１０１　チャンバ
１０３　弁体
１０４　バルブシート
１０５　アクチュエータ
Ａ　リザーバ
Ｂ　センサ
Ｃ　流体回路
Ｄ　シリンジポンプ
Ｄ１　シリンジ
Ｄ２　モータ
Ｄ３　ラックとピニオン
Ｅ，Ｅ＊　流路
【図１】
2004138111.tif 000007
【図２】
2004138111.tif 000008
【図３】
2004138111.tif 000009
【図４】
2004138111.tif 000010
【図５】
2004138111.tif 000011
【図６】
2004138111.tif 000012
【図７】
2004138111.tif 000013
【図８】
2004138111.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月24日(2003.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の入口と出口とを有するチャンバが設けられたバルブ本体部と、前記チャンバに収納される弁体と、前記バルブ本体部を振動させる加振手段と、を備えるバルブ装置であって、
前記出口に傾斜部が設けられ、前記弁体が、前記チャンバ内の流体の圧力で前記傾斜部に位置するとともに前記加振手段による振動によって移動することにより、前記チャンバ内に流路を形成して、前記出口が開放されることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記弁体は、前記加振手段の振動により前記傾斜部上を摺動することにより前記出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記弁体は、前記加振手段の振動により前記傾斜部から跳ね上げられることにより前記出口が開放されることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記加振手段は、前記バルブ本体部を流体の流れ方向に直角方向に振動させることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記弁体が、前記加振手段の振動の変化によって、前記出口から流出する流体の流れの状態が変化すること特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記弁体の一端における形状がクサビ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記弁体の一端における形状が球状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記弁体の一端における形状が円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記加振手段と前記バルブ本体部が着脱可能であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１０】
前記加振手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１１】
前記加振手段に加える電流波形を整形できる駆動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１２】
前記弁体の両端の形状が、それぞれ、クサビ状、球状、円錐状のいずれかの形状を有すとともに、前記チャンバの入口と出口には、それぞれ前記弁体と接触する傾斜部が形成されたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１３】
前記弁体の両端の形状が、いずれもクサビ状または円錐状に形成され、前記入口側における前記弁体の端部の頂角が、前記出口側の端部の頂角より小さく、且つ、前記チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、前記チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１４】
前記弁体の形状が球状であり、前記チャンバの入口側に形成された傾斜部のなす角度が、前記チャンバの出口側に形成された傾斜部のなす角度より小さいことを特徴とする請求項１２記載のバルブ装置。
【請求項１５】
前記弁体を前記チャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
【請求項１６】
前記弁体付勢手段が電磁石で、前記弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１７】
前記弁体付勢手段が永久磁石で、前記弁体が強磁性体または永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１８】
前記弁体付勢手段が強磁性体で、前記弁体が永久磁石を備えたことを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項１９】
前記弁体付勢手段が付勢バネまたは弾発突片であることを特徴とする請求項１５記載のバルブ装置。
【請求項２０】
流体の入口と出口とを有するチャンバと、当該チャンバに収納される弁体と、を備えるバルブ装置であって、前記出口に傾斜部が設けられ、前記弁体は、前記チャンバの内の流体圧力により前記傾斜部に位置して前記出口を閉鎖した状態にて、前記チャンバが振動を受けて前記傾斜部に対して移動することにより、前記出口が開放されることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２１】
前記弁体は、前記チャンバ内の流体の流れの方向と直角方向の振動を受けることにより、前記出口を開放する請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２２】
前記弁体は、前記チャンバが振動を受け、前記傾斜部上を摺動することにより、前記出口が開放されることを特徴とする請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２３】
前記弁体は、前記チャンバが振動を受け、前記傾斜部から跳ね上げられることにより、前記出口が開放されることを特徴とする請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２４】
前記弁体は、前記チャンバが受ける振動の変化により、前記出口から流出する流体の流れが変化することを特徴とする請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２５】
前記弁体は、前記出口方向に付勢されることを特徴とする請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２６】
前記弁体は、磁力により前記出口方向に付勢される物質を含んでいることを特徴とする請求項２０記載のバルブ装置。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれかに記載されたバルブ装置と、流体が流れる流路部とを有することを特徴とする流体制御チップ。
【請求項２８】
流体を保持するリザーバ部を有することを特徴とする請求項２７記載の流体制御チップ。
【請求項２９】
請求項１５〜１８のいずれかに記載されたバルブ装置を有し、前記弁体を前記チャンバの出口方向に付勢する弁体付勢手段が前記バルブ装置の外部に設けられたことを特徴とする流体制御チップ。
【請求項３０】
流体を保持するリザーバを有する第１の層と、該第１の層から供給された流体の流れを制御する弁機構を有する第２の層と、該第２の層から供給された流体の反応を検出するための反応検出部を有する第３の層とが組み合わされて構成されたことを特徴とする流体制御チップ。
【請求項３１】
前記各層が相互に着脱可能であることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３２】
前記弁機構の上側面が前記第１の層の下側面で覆われることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３３】
前記反応検出部の上側面が前記第２の層の下側面により覆われることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３４】
前記流体制御チップを振動させる加振手段を有し、前記加振手段が前記流体制御チップの外部に設けられていることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３５】
前記流体制御チップを振動させる加振手段を有し、前記加振手段が前記流体制御チップと着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３６】
前記弁機構が弁体を有し、前記流体制御チップの外部に弁体付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。
【請求項３７】
前記弁機構が弁体を有し、前記弁体付勢手段が前記流体制御チップと着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項３０記載の流体制御チップ。