(57)【要約】  流体回路中の負荷への加圧された流体の供給を制御し、圧力フィードバックを与える複数の内部流体導管を有する、マイクロバルブ・デバイス。
2012500368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプレート状の材料から形成された本体であって、本体の中間プレートが、内部に画定された空所を有し、前記空所が長手方向軸を有し、少なくとも第１のポートおよび第２のポートが本体中に画定され、前記ポートが前記空所と連絡できる、本体と、
前記第１のポートを選択的に実質的に閉鎖および閉鎖解除し、それによりマイクロバルブ・デバイス内の前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を選択的に制御するように、前記空所内で前記空所の長手方向軸に沿って移動可能なスライダ要素であって、前記空所内に可変体積領域を画定するように前記本体を実質的にシールし、スライダ要素が移動するにつれて前記可変体積領域の体積が変化する、スライダ要素と、
前記本体の一部分中に画定された流体導管であって、前記本体の一部分が、前記中間プレートからは形成されておらず、流体導管が、前記スライダ要素の位置に関係なく、前記第２のポートと前記可変体積領域との間を流体連絡し、非線形および前記空所の長手方向軸に対して非平行のうち少なくとも一方である、流体導管と
を備える、マイクロバルブ・デバイス。
【請求項２】
前記マイクロバルブ本体の一部分を形成するポート・プレートをさらに備え、前記ポート・プレートが、前記中間プレートに固定され、前記第１のポートおよび前記第２のポートのうち少なくとも一方が、前記ポート・プレートによって画定され、前記流体導管が、前記ポート・プレート中に画定される、請求項１に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項３】
前記マイクロバルブ本体の一部分を形成するカバー・プレートをさらに備え、前記カバー・プレートが、前記中間プレートに固定される、請求項２に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項４】
前記カバー・プレート中に第２の流体導管が画定され、前記第２の流体導管が、前記スライダ要素の位置に関係なく、前記第２のポートと前記可変体積領域との間を流体連絡し、前記第２の流体導管が、非線形および前記空所の長手方向軸に対して非平行のうち少なくとも一方である、請求項３に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項５】
前記ポート・プレート中に第２の流体導管が画定され、前記第２の流体導管が、前記スライダ要素の位置に関係なく、前記第２のポートと前記可変体積領域との間を流体連絡し、前記第２の流体導管が、非線形および前記空所の長手方向軸に対して非平行のうち少なくとも一方である、請求項２に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項６】
前記流体導管および前記第２の流体導管が、前記第１のポートの横方向外側に、前記第１のポートから間隔をあけて配置される、請求項５に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項７】
前記マイクロバルブ本体の一部分を形成するカバー・プレートであって、前記中間プレートに固定された、カバー・プレートと、
前記カバー・プレート中に画定された第３の流体導管であって、前記スライダ要素の位置に関係なく、前記第２のポートと前記可変体積領域との間を流体連絡し、非線形および前記空所の長手方向軸に対して非平行のうち少なくとも一方である、第３の流体導管と、
前記カバー・プレート中に画定された第４の流体導管であって、前記スライダ要素の位置に関係なく、前記第２のポートと前記可変体積領域との間を流体連絡し、非線形および前記空所の長手方向軸に対して非平行のうち少なくとも一方であり、前記第３の流体導管から間隔をあけて配置された、第４の流体導管と
をさらに備える、請求項６に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項８】
前記流体導管が、前記ポート・プレート中に画定されたトレンチを構成し、前記トレンチが、第１の部分、および前記第１の部分と同軸にない第２の部分を有する、請求項２に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項９】
前記トレンチの第１の部分が、前記空所の長手方向軸に平行な線形の通路を画定する、請求項８に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１０】
前記トレンチの前記第１の部分および前記第２の部分の少なくとも一方が、弓形の通路を画定する、請求項８に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１１】
前記流体導管が、前記ポート・プレート中にトレンチを構成し、前記トレンチが、前記空所の長手方向軸に平行ではない線形の通路を画定する、請求項２に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１２】
前記スライダ要素が、第１の側方部分と、第２の側方部分と、前記第１および第２の側方部分と協働して前記スライダ要素を通る開口部を画定する少なくとも１つの端部分とを備え、前記開口部が、前記第２のポートと常に流体連絡し前記流体導管と常に流体連絡する体積を収容し、前記流体導管が、前記ポート・プレート中にトレンチを構成し、前記トレンチが、前記第１の側方部分と協働して、前記可変体積領域と、前記スライダ要素を通る前記開口部に収容された前記体積との間に前記流体導管を形成する、請求項２に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１３】
第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポートと前記第２のポートの間の流体の流れ導管とを画定する本体と、
前記第１のポートと前記第２のポートの間の前記流体の流れ導管を通る流体連絡を選択的に閉鎖するように、前記本体内を長手方向軸に沿って移動可能なスライダ要素であって、前記本体と協働して可変体積領域を画定する軸方向の端面を有し、スライダ要素が移動するにつれて前記可変体積領域の体積が変化する、スライダ要素と、
前記本体および前記スライダ要素のうちの少なくとも一方の中に画定された複数の流体導管であって、流体導管がそれぞれ、前記第２のポートおよび前記第２のポートと常に流体連絡する前記流体の流れ導管の一部分のうちの一方と、前記可変体積領域との間を流体連絡し、そのため、前記スライダ要素がどの位置にあっても、前記第２のポートに作用する流体圧力が、前記スライダ要素の軸方向の端面上に力を加えるように前記流体導管を介して伝達される、流体導管と
を備える、マイクロバルブ・デバイス。
【請求項１４】
前記第１のポートが、前記第２のポートと前記可変体積領域の間に配置される、請求項１３に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１５】
流体導管がそれぞれ、非線形および空所の長手方向軸に対して非平行の少なくとも一方である、請求項１４に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１６】
前記本体が第３のポートを画定し、前記マイクロバルブ・デバイスが３方マイクロバルブとして構成され、第１の位置では、前記スライダ要素が、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を可能にし、前記第３のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を閉鎖し、第２の位置では、前記スライダ要素が、前記第３のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を可能にし、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を閉鎖し、第３の位置では、前記スライダ要素が、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を閉鎖し、前記第３のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を閉鎖する、請求項１３に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１７】
前記軸方向の端面が第１の軸方向の端面であり、前記スライダ要素が、前記第１の軸方向の端面の反対側の端部に第２の軸方向の端面を有し、前記第２の軸方向の端面が、前記本体と協働して、第２の可変体積領域を画定し、前記スライダ要素が移動するにつれて前記第２の可変体積領域の体積が変化し、前記本体が、前記第２の可変体積領域と流体連絡する制御ポートを画定する、請求項１６に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１８】
前記本体と前記スライダ要素を動作可能に連結するばねをさらに備える、請求項１７に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項１９】
前記スライダ要素の軸方向の端面が、その上に形成されたボスを有する、請求項１３に記載のマイクロバルブ・デバイス。
【請求項２０】
複数のプレート状の材料から形成された本体であって、本体の中間プレートが、内部に画定された空所を有し、前記空所が長手方向軸を有し、少なくとも第１のポートおよび第２のポートが本体中に画定され、前記ポートが前記空所と連絡できる、本体と、
前記第１のポートを選択的に実質的に閉鎖および閉鎖解除し、それにより前記マイクロバルブ・デバイス内の前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連絡を選択的に制御するように、前記空所内で前記空所の長手方向軸に沿って移動可能なスライダ要素であって、前記空所内に可変体積領域を画定するように前記本体を実質的にシールし、スライダ要素が移動するにつれて前記可変体積領域の体積が変化し、スライダ要素が、スライダ要素中に開口部を画定するように協働する側方部分を有する、スライダ要素と、
前記本体のうち前記中間プレートに隣接して配置されたプレート中に画定されたトレンチであって、トレンチが、前記可変体積領域と流体連絡する第１の点と、前記第２のポートと流体連絡する第２の点との間で流体連絡し、前記スライダ要素の側方部分および前記中間プレートに隣接して配置された前記プレートが協働して、前記第１の点と前記第２の点との間の前記トレンチ中の流体を囲繞する、トレンチと
を備えるマイクロバルブ・デバイス。
【請求項２１】
固定部分を有し、少なくとも軸、第１のポート、および第２のポートを画定する本体と、
前記本体内の軸に沿って移動するように配置されたスライダ要素であって、前記スライダ要素の軸方向の一端部が、前記スライダ要素の軸方向の端部と、前記本体の固定部分との間に画定された可変体積領域中の圧力に露出され、スライダ要素が、前記第１のポートを通る流れを閉鎖する第１の位置と、前記第１のポートを通って前記第２のポートに至る流れが閉鎖解除される第２の位置との間で軸方向に移動可能である、スライダ要素と、
前記第１の流体導管内の前記流体の圧力が、前記スライダ要素の移動の軸に垂直に前記スライダ要素上に第１の力を加えるようにして、前記第２のポートから前記可変体積領域に圧力を供給する第１の流体導管と、
前記第２の流体導管内の前記流体の圧力が、前記第１の力と方向が反対で値が実質的に等しい第２の力を前記スライダ要素上に加えるようにして、前記第２のポートから前記可変体積領域に圧力を供給する第２の流体導管と
を備えるマイクロバルブ・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）用のデバイスに関し、より詳細には、空所を画定するバルブ構成要素から形成されたマイクロバルブの形態のマイクロバルブ・デバイスに関し、そのバルブ構成要素は、マイクロバルブ本体内で移動可能であり、マイクロバルブ本体は、バルブ構成要素中で画定された空所と連絡する非線形の流れ通路を画定する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）は、物理的に小さく、マイクロメートル（ミクロン）の範囲のサイズの特性を有するシステムの一階級である。こうしたシステムは電気的構成要素と機械的構成要素の両方を有する。用語「微細加工（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）」は、一般に、ＭＥＭＳデバイスの３次元構造および可動部品の生産を意味すると理解されている。ＭＥＭＳでは元々、（化学エッチングなど）改変型の集積回路（コンピュータ・チップ）作製技法および（シリコン半導体材料などの）材料を、これらの非常に小さい機械デバイスを微細加工するために使用していた。現在では、さらに多くの利用可能な微細加工の技法および材料がある。この出願で使用される用語「微細加工したデバイス（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）」は、マイクロメートルの範囲のサイズの特性を有するデバイスを意味し、したがって、定義上、少なくとも一部分が微細加工によって形成される。より具体的には、この出願で使用される用語「マイクロバルブ（ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ）」は、マイクロメートルの範囲のサイズの特性を有するバルブを意味し、したがって、定義上、少なくとも一部分が微細加工によって形成される。この出願で使用される用語「マイクロバルブ・デバイス（ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）」は、マイクロバルブを含み、他の構成要素を含むことができる微細加工されたデバイスを意味する。マイクロバルブ以外の構成要素がマイクロバルブ・デバイスに含まれる場合は、これらの他の構成要素は、微細加工された構成要素でもよく、標準的なサイズの（より大きい）構成要素でもよいことに留意されたい。同様に、微細加工されたデバイスは、微細加工された構成要素および標準的なサイズの（より大きい）構成要素の両方を含むことができる。
【０００３】
流体回路内の流体の流れを制御するための様々なマイクロバルブ・デバイスが提案されている。典型的なマイクロバルブ・デバイスは、閉位置と完全な開位置との間で移動するように本体に移動可能に支持された、移動可能な部材またはバルブ構成要素を含む。閉位置に配置されるときは、バルブ構成要素は、普通は第２の流体ポートと流体連絡している第１の流体ポートを実質的に閉鎖または閉止し、それにより、流体が流体ポート間を流れるのを防止する。バルブ構成要素が閉位置から完全な開位置に移動すると、流体は、流体ポート間で徐々に流れることが可能になる。
【０００４】
米国特許第６，５０５，８１１号には、２つのマイクロバルブ、すなわち、パイロット・バルブとして働く一方のマイクロバルブ、およびパイロット操作バルブとして働く第２のマイクロバルブから構成されたマイクロバルブ・デバイスが記載されており、その文献の開示は参照により本明細書に援用される。これらのマイクロバルブはそれぞれ、複数層の材料から作られ、それらの材料を微細加工および互いに結合して、マイクロバルブ本体、および内部に収容される様々なマイクロバルブ構成要素を形成する。
【０００５】
パイロット・バルブとして働くマイクロバルブでは、バルブ構成要素は、枢動式の構成要素であり、本体によって一端で弾性的に支持されるビームから構成される。動作の際には、アクチュエータにより、ビームがその支持端の周りで曲がり、不作動位置から作動位置に向かって動く。ビームは、材料の中間層から形成され、中間層および中間層のすぐ隣の層によって画定されたチャンバ内で枢動する。アクチュエータの電源が切られると、曲げ力によりビームが不作動位置に戻る。このようにして、ポートを閉鎖する位置とポートを閉鎖しない位置との間でビームを動かすことによって、本体中のポートを通る流体の流れの通路を選択的に閉鎖することができる。
【０００６】
パイロット操作マイクロバルブとして働くマイクロバルブでは、バルブ構成要素は、摺動式の構成要素であり、材料の中間層から形成されたスライダ要素から構成される。スライダ要素は、中間層、および中間層のすぐ隣に配置された層によって画定されたチャンバ内で往復運動できるように案内される。動作の際には、パイロット・マイクロバルブからの加圧された流体の形態の制御圧力が、スライダ要素の第１の長手方向の端面に作用して、スライダ要素を不作動位置から作動位置に向かって摺動させる。このようにして、ポートを閉鎖する位置とポートを閉鎖しない位置との間でスライダ要素を移動させることによって、本体中のポートを通る流体の流れの通路を選択的に閉鎖することができる。米国特許第６，５０５，８１１号では、スライダ要素は、ばねによって中間層の固定部分に連結され、そのばねにより、パイロット・マイクロバルブによって加えられる流体圧力が低下する際に、スライダ要素が不作動位置に戻る。さらに、スライダ要素の第２の長手方向の端面に（第１の長手方向の端面の反対側に）、制御圧力に反対に作用するフィードバック圧力として働くように流体圧力を加えることができる。
【０００７】
上記で説明したパイロット・マイクロバルブのビームと概して同様の枢動式バルブ構成要素のバルブ構成要素を通して、または上記で説明したパイロット操作マイクロバルブのスライダ要素と概して同様の摺動式バルブ構成要素を通して、垂直に（すなわち、バルブ構成要素がその中で移動するように拘束された移動平面に垂直に）、様々な開口部（通気口、ダクト、またはアパーチャ）を形成することができる。こうした開口部の効果の１つは、バルブ構成要素の垂直に対向する表面の間において圧力の不均衡を防止または減少するのを助け、その結果、バルブ構成要素がそれから作製される中間層に隣接して配置された材料の層に接して引きずるようにバルブ構成要素が「面外」に移動することがなくなる。
【０００８】
前述の米国特許第６，５０５，８１１号では、その発明の２つ以上の実施形態が本体を有するマイクロバルブを含み、その本体は、少なくとも２つのポートを画定し、スライダ要素が内部に配置された空所をさらに画定する。スライダ要素は、それを通るアパーチャを画定し、そのアパーチャは、スライダ要素の開位置では、両方のポートがスライダ要素のアパーチャと流体連絡するように寸法設定される。開位置では、流体がそれらのポートの一方を通ってスライダ要素のアパーチャ内で長手方向に流れ、次いで、もう一方のポートから出ることができる。しかし、スライダ要素の閉位置では、スライダ要素のアパーチャがもはやポートの一方と流体連絡しておらず、そのポートを通る流れは、スライダ要素のうちそのポートに隣接して配置された部分によって閉鎖されている。
【０００９】
米国特許第６，６９４，９９８号では、本出願人の発明のマイクロバルブ・デバイスが示されており、その文献の開示は参照により本明細書に援用される。マイクロバルブ・デバイスは、第１の供給ポート、出力導管、および戻りポートを有する３方マイクロバルブとして構成される。圧力上昇位置では、スライダ要素により、第１の供給ポートから出力導管まで流体が流れることが可能になる。圧力保持位置では、スライダ要素により、第１の供給ポートおよび戻りポートの両方から出力導管が分離される。圧力低下位置により、出力導管から戻りポートに流体が流れることが可能になる。出力導管からの圧力は、圧力フィードバックを提供するようにスライダ要素の第１の軸方向の端面に対して作用する。単一のスライダ・バルブ導管が、出力導管とスライダ要素の第１の軸方向の端面の間でこのように流体連絡する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、流体回路中の流体の流れを制御するためのマイクロバルブ・デバイスに関する。マイクロバルブ・デバイスは本体を備え、その本体は、複数のプレート状の材料から形成される。本体の中間プレートは、内部に形成された空所を有し、その空所は、長手方向軸を有する。少なくとも第１のポートおよび第２のポートは、本体中に形成され、それらのポートは、空所と連絡することができる。第１のポートを実質的に選択的に閉鎖および閉鎖解除し、それにより、マイクロバルブ・デバイス内の第１のポートと第２のポートとの間の流体連絡を選択的に制御するように、スライダ要素が空所内で長手方向軸に沿って移動可能である。そのスライダ要素は、空所内に可変体積領域を画定するように本体を実質的にシールし、スライダ要素が移動するにつれてその可変体積領域の体積が変化する。中間プレート以外から形成される本体の一部分に、非線形の流体導管が画定される。その非線形の流体導管は、スライダ要素の配置に関係なく、第２のポートと可変体積領域との間で流体連絡する。代替の実施形態では、中間プレート以外から形成された本体の一部分中に長手方向軸に対してある角度で線形の流体導管が画定される。代替の実施形態では、本体のうち中間プレートに隣接して配置されたプレート中にトレンチが画定され、そのトレンチは、可変体積領域と流体連絡する第１の点と、第２のポートと流体連絡する第２の点との間で流体連絡し、スライダ要素の側方部分および中間プレートに隣接して配置されたプレートが協働して、第１の点と第２の点の間のトレンチ中の流体を囲繞する。代替の実施形態では、第１の流体導管内の流体の圧力が、スライダ要素の移動の軸に垂直なスライダ要素上に第１の力を加えるようにして、第１の流体導管が第２のポートから可変体積領域に圧力を供給し、第２の流体導管内の流体の圧力が、第１の力と方向が反対で値が実質的に等しい第２の力をスライダ要素上に加えるようにして、第２の流体導管が第２のポートから可変体積領域に圧力を供給する。
【００１１】
添付の図面に鑑みて読むときに、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から本発明の様々な目的および利点が当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】流体通路のルート設定が改善されたマイクロバルブ・デバイスの部分分解図である。
【図２】閉位置のスライダ要素を示す、図１のマイクロバルブ・デバイスの中間層および隣接する層の上面図である。
【図３】開位置のスライダ要素を示す、図２と同様の図である。
【図４】図２および図３と同様の図であるが、マイクロバルブ・デバイスの第２の実施形態を示す図である。
【図４ａ】図４のデバイスのトレンチの部分拡大図である。
【図４ｂ】図４ａと同様の図であるが、トレンチをエッチングする前の図４のデバイスを示す図である。
【図５】図４と同様の図であるが、マイクロバルブ・デバイスの第３の実施形態を示す図である。
【図６】図４と同様の図であるが、マイクロバルブ・デバイスの第４の実施形態を示す図である。
【図７】図４と同様の図であるが、マイクロバルブ・デバイスの第５の実施形態を示す図である。
【図８】マイクロバルブ・デバイスの第６の実施形態の斜視図である。
【図９】図８のマイクロバルブ・デバイスの機械プレートおよびポート・プレートの斜視図である。
【図１０】カバー・プレートの最も近くから見た、図８のマイクロバルブ・デバイスのカバー・プレート、機械プレート、およびポート・プレートの分解斜視図である。
【図１１】ポート・プレートの最も近くから見たことを除いて、図１０と同様の図である。
【図１２】完全な制御圧力を加えた状態で配置されたスライダ要素を示す、図８のマイクロバルブ・デバイスの機械プレートおよびポート・プレートの上面図である。
【図１２Ｃ】図１２の線１２Ｃ−１２Ｃに沿った断面図である。
【図１３】一部の制御圧力を加えた状態で中間（調整）位置にあるスライダ要素を示すことを除いて、図１２と同様の図である。
【図１３Ｃ】図１３の線１３Ｃ−１３Ｃに沿った断面図である。
【図１４】図１３の線１３Ｃ−１３Ｃに沿った断面斜視図である。
【図１５】制御圧力を加えていない状態でダンプ位置にあるスライダ要素を示すことを除いて、図１２と同様の図である。
【図１５Ｃ】図１５の線１５Ｃ−１５Ｃに沿った断面図である。
【図１６】マイクロバルブ・デバイスの第７の実施形態の図９と同様の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
流体の流れを制御するためのマイクロバルブ・デバイスの第１の実施形態を図１、図２、および図３に全体を１０で示す。マイクロバルブ・デバイス１０は、全体を１２で示す本体を含む。本体１２は、以下でさらに考察するように長手方向軸Ａを画定する。本体１２は、ポート・プレート１４として実施する第１のプレートと、機械プレート１６として実施する第２のプレートと、カバー・プレート１８として実施する第３のプレートとを含む。ポート・プレート１４は、流体回路（図示せず）と流体連絡するように適合された少なくとも１つのポート（この実施形態では、以下で説明する２つのポートが示されている）を備えるポート・プレートである。機械プレート１６は、マイクロバルブ・デバイス１０の（以下で説明する）可動機械部品が機械プレート１６中に配置される（実際には、好ましくは、機械プレート１６から形成される）機械プレートである。カバー・プレート１８は、機械プレート１６の少なくとも一部分をカバーし、本体１２の流体の境界として働くカバー・プレートである。機械プレート１６は、ポート・プレート１４およびカバー・プレート１８にそれらの間で取り付けられ、したがって、ポート・プレート１４とカバー・プレート１８との中間にある。好ましくは、それらのプレート１４、１６、１８はそれぞれシリコンなどの半導体材料から作られる。あるいは、１つまたは複数のプレート１４、１６、および１８を、ガラス、セラミック、アルミニウムなど、他の任意の適切な材料から作ることができる。任意の適切なプロセスを利用して、プレート１４、１６、および１８を互いに固定することができる。プレート１４、１６、および１８を接続する材料およびプロセスに関する説明は、以下で考察するマイクロバルブ・デバイスの他の実施形態にも応用する。
【００１４】
本出願で使用される用語「非平面（ｎｏｎ−ｐａｌａｎｅｒ）」は、流体の流れ、力、またはこの用語の他の対象が、プレート１４、１６、および１８によって画定された平行な面に垂直に作用する成分が大きいことを意味する。この出願で使用されることがある他の用語に、上側（ｕｐｐｅｒ）、下側（ｌｏｗｅｒ）、上方（ａｂｏｖｅ）、下方（ｂｅｌｏｗ）、上（ｕｐ）、下（ｄｏｗｎ）などが含まれる。これらの用語は、この出願では任意の枠組みに対して定義され、ポート・プレート１４に向かって機械プレート１６に垂直な方向が「下（ｄｏｗｎ）」と定義され、カバー・プレート１８に向かって機械プレート１６に垂直な方向が「上（ｕｐ）」と定義される。このような約束事は、検討を簡単にするためのものであり、実際使用する際の本明細書で説明するデバイスの向きに対する限定または請求項に対する限定を意図していない。用語「内側（ｉｎｎｅｒ）」および「外側（ｏｕｔｅｒ）」は、検討中の長手方向軸Ａへの構成要素の相対的な近さを基準にして定義され、内側の構成要素は、外側の構成要素より相対的に長手方向軸に近い。
【００１５】
この開示では、マイクロバルブが「閉止（ｃｌｏｓｅｄ）」されているか、あるいはポートが「カバー（ｃｏｖｅｒｅｄ）」または「閉鎖（ｂｌｏｃｋｅｄ）」されていると言及することがある。これらの用語は、本明細書で説明するマイクロバルブ・デバイスを採用できる用途において、漏出の流れが残っている場合はそれが取るに足らないほどであるのに十分にマイクロバルブまたはポートを通る流れが減少することを意味することを理解されたい。
【００１６】
やはり図１、図２、および図３を参照すると、ポート・プレート１４は第１のポート２０および第２のポート２２を画定している。追加のポートを設けることができる（この開示で示し説明するマイクロバルブ・デバイスの最後の実施形態で見ることができる）が、図１、図２、および図３に関して検討する概念の基本的な理解のために検討する必要はない。したがって、本体１２の図は部分図でしかない。第１のポート２０は、第１の流体導管（図示せず）と連結するように適合される。第２のポート２２は、第２の流体導管（やはり図示せず）と連結するように適合される。以下で考察するように、マイクロバルブ・デバイス１０は、第１のポート２０および第２のポート２２を通して第１の流体導管と第２の流体導管との間で選択的に流体連絡するように動作する。
【００１７】
ポート・プレート１４はさらに、横方向に離間した２つのトレンチ２４の形態の２つの流体導管を画定する。ポート・プレート１４に画定された２つのトレンチ２４は、第１のポート２０の両側にあり、第１のポート２０から外側に間隔をあけて配置され、本体１２の長手方向軸Ａに平行に延在する。トレンチ２４は、ポート・プレート１４を貫通して延びてはいない。
【００１８】
機械プレート１６は固定部分２６を有し、その固定部分２６は、その中に細長い空所２８を画定する。空所２８の中心線（または長手方向軸）は長手方向軸Ａである。空所２８は、機械プレート１６を貫通して延在する。空所２８内には、スライダ要素３０の形態のバルブ構成要素が配置されている。スライダ要素３０は、長手方向に延在する、離間した２つの側方部分３２と、それらの２つの側方部分３２を接続する端部分３４とを含む。２つの側方部分３２および端部分３４は協働して、スライダ要素３０を通るアパーチャまたは開口部３６の辺を画定し、そのアパーチャまたは開口部３６は、第２のポート２２と常に連絡する体積を囲繞する。
【００１９】
スライダ要素３０は、端部分３４が第１のポート２０を閉鎖する、図２に示す閉位置と、端部分３４が第１のポート２０のカバーを解除し、スライダ要素３０の開口部３６内の流体の流れ導管を介した、第１のポート２０と第２のポート２２との間の流体連絡が可能になる、図３に示す開位置との間を移動することができる。スライダ要素３０は、任意の適切な手段によって、その開位置と閉位置の間を移動することができ、その任意の適切な手段には、例えば、加圧流体源（図示せず）からの流体圧力、またはスライダ要素３０を移動させるように固定されているか、もしくはその他の方法で動作可能に連結されている直動アクチュエータ（図示せず）が含まれる。スライダ要素３０の開位置および閉位置の両方で、ポート・プレートのトレンチ２４が、スライダ要素３０の開口部３６内の体積の流体と流体連絡したままであり、したがって、その体積の流体を介して第２のポート２２と流体連絡したままであることに留意されたい。
【００２０】
カバー・プレート１８およびポート・プレート１４の一部分は、機械プレート１６の固定部分２６に固定されている。したがって、カバー・プレート１８は、ポート・プレート１４および機械プレート１６の固定部分２６と協働して、機械プレート１６に画定された空所２８の周りに圧力境界を形成する。
【００２１】
スライダ要素３０の表面３０ａが、カバー・プレート１８の隣接する表面に面し、それを実質的にシールする。スライダ要素３０のうち表面３０ａの反対側の面に第２の表面（図示せず）が画定されている。この第２の表面は、ポート・プレート１４の隣接する表面に面し、それを実質的にシールする。第２の表面のうち各トレンチ２４に重なるそれぞれの部分は、トレンチ２４の壁と協働して、それぞれのトレンチ２４によって形成された流体導管を囲繞する。スライダ要素３０の横方向外側に向いた面３０ｂは、空所２８を画定する固定部分２６の横方向内側に向いた隣接する面を実質的にシールする。スライダ要素３０の軸方向の端面３０ｃが、固定部分２６と協働して、可変の体積を有する空間を画定する。言い換えると、スライダ要素３０は、本体１２（すなわち、カバー・プレート１８の一部分、ポート・プレート１４の一部分、および機械プレート２６の固定部分２６）を実質的にシールして、空所２８内に可変体積領域３８を画定する。図２と図３を比較することで分かるように、可変体積領域３８はスライダ要素３０が移動するにつれて体積が変化する。
【００２２】
第１の実施形態の動作を説明するために、図２に示すようにマイクロバルブ１０が閉位置にあると仮定する。スライダ要素３０は第１のポート２０をカバーし、流体流れ導管を通る第１のポート２０と第２のポート２２の間の流体連絡を防止する。第２のポート２２と流体連絡する圧力は、（スライダ要素３０によってカバーされた）ポート・プレート１４に形成されたトレンチ２４によって可変体積領域３８に連絡され、圧力が軸方向の端面３０ｃに力を加える。
【００２３】
作動機構（図示せず）により、スライダ３０は、端部分３４がもはや第１のポート２２を閉鎖しない位置に移動する。したがって、マイクロバルブ・デバイス１０は、今や、流体が流体流れ導管を介して第１のポート２０と第２のポート２２の間で連絡できる開位置にある。第１のポート２０は、最初は部分的にのみ閉鎖解除されているが、スライダ３０が図３に示す完全な開位置に移動するときに、第１のポート２０が完全に閉鎖解除される。第１のポート２０が徐々に閉鎖解除されるにつれて、第１のポート２０と第２のポート２２の間の流体の流れを徐々に増加させることができる。第１のポート２０が、マイクロバルブ・デバイス１０を通って第１のポート２０から第２のポート２２に流れる加圧された流体の源である場合は、開口部３６内の体積の圧力は（マイクロバルブ・デバイス２０、およびマイクロバルブ・デバイス２０がその中に取り付けられたシステム（図示せず）の正確な流れの特徴に応じて）上昇することができる。開口部３６中の体積のこのように上昇する圧力は、トレンチ２４を介してスライダ３０の軸方向の端面３０ｃに連絡される。軸方向の端面３０ｃに作用する圧力は、例えば、スライダ３０の位置決めを助け、したがって、マイクロバルブ・デバイス１０の制御を助けるための負のフィードバック機構として使用することができる。
【００２４】
複数のトレンチ２４の形態の流体導管を複数使用することは、マイクロバルブ・デバイス１０中の流体のルート設定を改善することである。他にも利点はあるが、デブリがトレンチ２４の一方を閉鎖する場合に、可変体積領域３８と開口部３６内の体積との間の圧力の連絡を、もう一方のトレンチ２４を通して続けることができる。他の利点がこの開示を鑑みて当業者には明らかになるであろう。
【００２５】
次に図４を参照すると、本発明の第２の実施形態がマイクロバルブ・デバイス１１０の形態で示されている。そのマイクロバルブ・デバイス１１０は、以下に示すものを除き、構造および機能がマイクロバルブ・デバイス１０と同様である。この開示では、機能または構造が概して同様の様々な実施形態の特徴は、代替の実施形態が図１〜図３に示す第１の実施形態より１００の倍数（１００、２００など）大きい参照番号を有することを除いて、同じ参照番号を有する。したがって、例えば、図４に示す代替の実施形態のマイクロバルブ・デバイス１１０は、マイクロバルブ・デバイス１０の本体１２と構造および機能が概して同様の本体１１２を有する。
【００２６】
図４に示す第２の実施形態では、本体１１２は、ポート・プレート１１４、機械プレート１１６、およびカバー・プレート１１８を含むことを見ることができる。本体１１２は、第１の実施形態の長手方向軸Ａと同様の長手方向軸Ｂを画定する。ポート・プレート１１４は、第１のポート１２０および第２のポート１２２を画定する。ポート・プレート１１４はまた、１対のトレンチ１２４の形態の流体導管も複数画定する。以下で考察するように、トレンチ１２４の構造がトレンチ２４の構造とは少し異なるが、機能は同様であることに留意されたい。
【００２７】
機械プレート１１６は固定部分１２６を有し、固定部分１２６の少なくともいくつかの領域は、ポート・プレート１１４のそれぞれの部分およびカバー・プレート１１８のそれぞれの部分に固定される。固定部分１２６は、空所１２８を画定し、軸Ｂは空所１２８の中心線（長手方向軸）を成す。スライダ要素１３０が空所１２８中に配置されており、軸Ｂに沿って長手方向に往復運動する。スライダ要素１３０は軸方向の端面１３０ｃを有する。スライダ要素１３０の１対の側方部分１３２および端部分１３４は協働して、スライダ要素１３０に開口部１３６を画定する。開口部１３６は、第２のポート２２と常に連絡する体積を囲繞する。スライダ要素１３０、固定部分１２６、カバー・プレート１１８、およびポート・プレート１１４は協働して、可変体積領域１３８を画定する。
【００２８】
図４に示す第２の実施形態では、第１のポート１２０が、第２のポート１２２と実質的に同じ幅を有し、つまり、スライダ要素の開口部１３６の実質的に幅全体に延在することに留意されたい。第１のポート１２０が第２のポート１２２と実質的に同じ長さを有することにも留意されたい。したがって、第１のポート１２０を通る流れの面積が、第２のポート１２２を通る流れの面積と実質的に同じである。対照的に、図１から図３に示す実施形態では、第１のポート２０の長さは第２のポート２２の長さと同じであるが、第１のポート２０の幅は第２のポート２２の幅より短い。したがって、図１から図３に示す実施形態では、第１のポート２０の流れ面積は、第２のポート２２の流れ面積より小さい。マイクロバルブ・デバイス１０の残りの部分の設計に応じて、第２のポート２２と比較して縮小した第１のポート２０の流れ面積は、マイクロバルブ・デバイス１０を通る流体の流量の制限因子である場合がある。他の全てのパラメータが（それぞれの第１のポート２０、１２０の幅は別にして）マイクロバルブ・デバイス１０と１１０の間で同じである場合は、マイクロバルブ・デバイス１１０の第１のポート１２０の流れ面積と第２のポート１２２の流れ面積は同じなので、マイクロバルブ・デバイス１１０は、マイクロバルブ・デバイス１０の第１のポート２０と第２のポート２２の間で可能なより大きい流体の流量を第１のポート１２０と第２のポート１２２との間に有することが可能なはずである。
【００２９】
上記で示したように、トレンチ１２４の構造は、トレンチ２４の構造とは少し異なるが、機能は同様である。第１の実施形態の第１のポート２０と比較して拡大した、第２の実施形態の第１のポート１２０の幅を吸収するためには、トレンチ１２４によって作られる流体導管は、可変体積領域１３８と、第２のポート１２２に連絡する開口部１３６に含まれる体積との間で流体連絡させながらも、第１のポート１２０を避けてルート設定される。図示の各トレンチ１２４は非線形のトレンチである。これは、トレンチ１２４が可変体積領域１３８などの第１の体積とその点で連絡する第１の点１４０と、トレンチ１２４が、第２のポート１２２と連絡する開口部１３６に含まれる体積などの第２の体積とその点で連絡する第２の点１４２との間では、第１の点１４０と第２の点１４２の間で直線を追従しないことを意味する。図４に示す実施形態では、トレンチ１２４はそれぞれ、互いにある角度に設定された、相互連絡する直線の２つのセグメント１２４ａ、１２４ｂから構成される。図示の２つのトレンチ１２４について、セグメント１２４ａは、第２のポート１４２と連絡する開口部１３６内に含まれる体積、およびそれぞれのセグメント１２４ｂと連絡し、セグメント１２４ｂは、それぞれのセグメント１２４ａおよび可変体積領域１３８と連絡する。セグメント１２４ｂはそれぞれ、軸Ｂに平行に延在し、スライダ要素１３０の側方部分１３２の下を延在する。セグメント１２４ａはそれぞれ、軸Ｂに垂直に延在する。
【００３０】
トレンチ１２４のセグメントのこうした配置は、ある程度の範囲にわたって、ポート・プレート１１４がそれから構成される材料の粒状構造によって影響を受ける。好ましい実施形態では、ポート・プレート１１４がそれから形成される材料は、単結晶シリコンであり、その単結晶シリコンは、ＫＯＨ（水酸化カリウム）エッチングを受けて、第１のポート１２０、第２のポート１２２、およびトレンチ１２４を形成する。
【００３１】
シリコンの結晶構造のおかげで、結晶構造と位置合わせして各トレンチ１２４の２つのセグメント１２４ａおよび１２４ｂをエッチングすることは、典型的には、例えば、弓形の通路を追従する単一のトレンチをエッチングするより簡単な製造プロセスである。それにもかかわらず、ＫＯＨエッチング・プロセスを用いるときに、トレンチに直角の転回をエッチングすることは、所望の最終の軌道に沿って単に化学エッチングを行うより多くのことを伴うことが理解されよう。図４ａは、トレンチ１２４の直角部分の位置における一方のトレンチ１２４の拡大図である。補足として、ＫＯＨエッチング・プロセスによって作られたトレンチ１２４の断面が、典型的には、等脚台形であり、トレンチ１２４の壁がトレンチ１２４の底面に対して直角以外の角度であり、そのため図４ａに示すように上から見ると壁が見えることに留意されたい。明確にするためにこのような細部は図４では省略している。
【００３２】
トレンチ１２４に直角の転回を形成し、かつ内角の角度が、隣接する２つの辺からその領域を「オーバー・エッチング」することによって丸くならないようにするには、エッチングする領域、およびエッチングされないようにレジスト層によって被覆する領域を設定するマスクに補償を行う。こうした補償の一提案を図４ｂに示し、これは、図４ａに示すのと同じ領域のエッチング・プロセス前のポート・プレート１１４を示す。Ｎで示す線の内側の領域は、レジストが貼付されておらず、ＫＯＨに曝露することによってエッチングされる。「Ｒ」で示す領域を含む、線の外側の領域は、レジスト層で被覆されている。Ｒで示す領域では、レジスト層は、Ｒで示す領域がいくつかの辺からエッチングされても、その領域は「過剰にエッチング」されないようにエッチング・プロセスを抑制し、最終的に、トレンチ１２４が直角の領域に均一の幅を維持する。もちろん、こうした補償の正確な構成は、直角を形成する際の正確性の所望の程度を含む、いくつかの要因に応じて変わる。
【００３３】
しかし、特に、他の材料を使用するか、または深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）などの他の製造プロセスを使用する場合に、任意の組み合わせまたは数の弓形または線形のトレンチ・セグメントによる様々な非線形の形状のトレンチ１２４を形成できることが企図される。これは図５に示されており、図５は、マイクロバルブ・デバイス２１０が２つのトレンチ２２４を備えることを除いて、その他の点ではマイクロバルブ・デバイス１１０と同一のマイクロバルブ・デバイス２１０の第３の実施形態の図である。トレンチ２２４はそれぞれ、可変体積領域２３８と連絡し、２つの側方部分２３２を有するスライダ要素２３０の開口部２３６に含まれる体積と連絡する。トレンチ２２４はそれぞれ、スライダ要素２３０のそれぞれ１つの側方部分２３２の下に弓形の通路を描くそれぞれのセグメント２２４ａを有するので非線形である。
【００３４】
マイクロバルブ・デバイス１１０のトレンチ１１２は、線形であるが、やはり第１の開口部１２０の周りにルート設定できることも企図される。これは図６に示されており、図６は、マイクロバルブ・デバイス３１０が２つのトレンチ３２４を備えることを除いて、その他の点ではマイクロバルブ・デバイス１１０と同一のマイクロバルブ・デバイス３１０の第４の実施形態の図である。トレンチ３２４はそれぞれ、可変体積領域３３８と連絡し、２つの側部要素３３２を有するスライダ要素３３０中の開口部３３６に含まれる体積と連絡する。スライダ要素３３０は、空所３２６中で長手方向に往復運動するように配置される。トレンチ３２４はそれぞれ、トレンチ３２４が可変体積領域３３８などの第１の体積とその点で連絡する第１の点３４０と、トレンチ３２４が、第２のポート３２２と連絡する開口部３３６に含まれる体積などの第２の体積とその点で連絡する第２の点３４２との間で、直線に追従するので線形である。しかし、各トレンチ３２４が追従する直線は、空所３２６および本体３１２の長手方向軸Ｄに対してそれぞれの角度で延在し、スライダ要素３３０の側方部分３３２の下を延在する。したがって、トレンチ３２４はそれぞれ、長手方向軸Ｄに平行ではない。
【００３５】
図７に、マイクロバルブ・デバイス４１０が２つのトレンチ４２４、および第１のポート４２０より幅が広い第２のポート４２２を備えることを除いて、その他の点ではマイクロバルブ・デバイス１１０と同一のマイクロバルブ・デバイス４１０の第５の実施形態を示す。第２のポート４２２は、スライダ要素４３０に画定された開口部４３６に含まれる体積と連絡する。開口部４３６は、スライダ要素４３０の２つの側方部分４３２および端部分４３４によって部分的に画定される。図４に示す第２の実施形態の第１のポート１２０のように、第１のポート４２０は、２つの側方部分４３２間の幅全体にわたって延在する。第２のポート１２２と異なり、第２のポート４２２は、スライダ４３０の開口部４３６より幅が広く、側方部分４３２の下を延在する。第２のポート４２２のうち、側方部分４３２の下に配置される部分が、第１のポート４２０と第２のポート４２２の間の流れ通路から実質的に除外されるので、第１のポート４２０は、図４に示す第２の実施形態と同様にそれらのポート間の流体の流れに関して第２のポート４２２と実質的に同じ流れ面積を有する。トレンチ４２４はそれぞれ、可変体積領域４３８と連絡し、開口部４３６に含まれる体積と連絡する。スライダ要素４３０は、空所４２６中で長手方向に往復運動するように配置される。トレンチ４２４はそれぞれ、トレンチ４２４が可変体積領域４３８などの第１の体積とその点で連絡する第１の点４４０と、トレンチ４２４が、第２のポート４２２に含まれる流体の体積などの第２の体積とその点で連絡する第２の点４４２との間の直線を追従するので線形である。各トレンチ４２４が追従する直線は、図１〜図３に示す第１の実施形態と同様に空所４２６および本体４１２の長手方向軸Ｅに平行である。しかし、トレンチ４２４はそれぞれ、スライダ要素４３０の側方部分４３２のそれぞれ１つの下を延在し、したがって、やはり、第１のポート４２０を越えるようにトレンチ４２４のルートを設定するが、第１のポート４２０の幅をスライダの開口部４３６と同程度にすることができる。
【００３６】
上記で説明した最初の５つの実施形態は、説明した本発明の態様をうまく強調するために単純化した形態で示した。図８から図１４に、全体を５１０で示すマイクロバルブ・デバイスの第６の実施形態を少し詳細に示す。マイクロバルブ・デバイス５１０は、全体を５１２で示す本体を含む。本体５１２は、以下でさらに考察するように長手方向軸Ｆを画定する。本体５１２は、ポート・プレート５１４として実施される第１のプレートと、機械プレート５１６として実施される第２のプレートと、カバー・プレート５１８として実施される第３のプレートとを含む。ポート・プレート５１４は、流体回路（図示せず）と流体連絡するように適合された（以下で説明する）ポートを備えるポート・プレートである。機械プレート５１６は、マイクロバルブ・デバイス５１０の（以下で説明する）可動機械部品が機械プレート５１６に配置される（実際には、好ましくは、機械プレート５１６から形成される）機械プレートである。カバー・プレート５１８は、機械プレート５１６の少なくとも一部分をカバーし、本体５１２の流体の境界として働くカバー・プレートである。機械プレート５１６は、ポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８にそれらの間で取り付けられ、したがって、ポート・プレート５１４とカバー・プレート５１８との中間にある。好ましくは、プレート５１４、５１６、５１８はそれぞれ、シリコンなどの半導体材料から作られ、より好ましくは、単結晶シリコンから作られる。あるいは、１つまたは複数のプレート５１４、５１６、５１８を、ガラス、セラミック、アルミニウムなど、特定の用途に適切な他の任意の材料から作ることができる。任意の適切なプロセスを使用して、プレート５１４、５１６、および５１８を互いに固定することができる。
【００３７】
図１０から図１５を参照すると、ポート・プレート５１４は、制御ポート５１９、第１のポート５２０、第２のポート５２２、および第３のポート５２３を画定する。追加のポートを設けることができる。第１のポート５２０は、第１の流体導管（図示せず）と連絡するように適合される。第２のポート５２２は、第２の流体導管（図示せず）と連絡するように適合される。第３のポート５２３は、第３の流体導管（図示せず）と連絡するように適合される。制御ポート５１９は、選択的に印加される加圧流体源と連結するように適合され、その目的は以下で考察する。やはり以下で考察するように、マイクロバルブ・デバイス５１０は、第１のポート５２０および第２のポート５２２を通して第１の流体導管と第２の流体導管の間で、かつ第２のポート５２２および第３のポート５２３を通して第２の流体導管と第３の流体導管の間で、選択的に流体連絡するように適合される。この実施形態では、図１０に最も明確に示すように、第１のポート５２０が第２のポート５２２および第３のポート５２３と実質的に同じ幅を有し、つまり、３つのポート５２０、５２２、５２３はそれぞれ、実質的にスライダ要素５３０の開口部５３６の幅全体にわたって延在することに留意されたい。第１のポート５２０が、第２のポート５２２および第３のポート５２３のそれぞれと実質的に同じ長さを有することにも留意されたい。したがって、第１のポート５２０を通る流れ面積は、第２のポート５２２を通る流れ面積と実質的に同じであり、第２のポート５２２を通る流れ面積は、第３のポート５２３を通る流れ面積と実質的に同じである。
【００３８】
ポート・プレート５１４はさらに、横方向に離間した２つのトレンチ５２４の形態の２つの流体導管を画定する。２つのトレンチ５２４は、ポート・プレート５１４のうち第１のポート５２０の横方向の両側に画定され、第１のポート５２０から外側に間隔をあけて配置される。トレンチ５２４は、ポート・プレート５１４を貫通して延在しない。トレンチ５２４はそれぞれ、軸Ｆに平行に延在する直線のセグメント５２４ａ、および直線のセグメント５２４ｂから構成され、そのセグメント５２４ｂは、図４のトレンチ１２４と同様に、セグメント５２４ａと連絡し、それに直角に設定される。
【００３９】
図１０、図１２Ｃ、図１３Ｃ、および図１５Ｃに最も良く見られるように、ポート・プレート５１４のうち機械プレートに面する表面は、わずかに（ポート・プレート５１４の外周を基準にして０．５から２マイクロメートル程度）くぼんだ第１の領域５２５ａを有する。トレンチ５２４、第１のポート５２０、第２のポート５２２、および第３のポート５２３は、領域５２５ａ中に形成される。ポート・プレート５１４のうち機械プレート５１６に面する表面は、領域５２５ｂより少し多く（ポート・プレート５１４の外周に関して２０から１００マイクロメートル程度）くぼんだ第２の領域５２５ｂを有する。ポート５１９は領域５２５ｂ中に形成される。凹所５２５ａおよび５２５ｂの目的は以下で説明する。
【００４０】
機械プレート５１６は固定部分５２６を有し、その固定部分５２６は、内部に細長い空所５２８を画定する。空所５２８の中心線（または長手方向軸）は長手方向軸Ｆである。空所５２８は、機械プレート５１６を貫通して延在する。空所５２８内には、スライダ要素５３０の形態のバルブ構成要素が配置される。スライダ要素５３０は、ばね５３３によって固定部分５２６に連結される。好ましくは、スライダ要素５３０およびばねは、機械プレート５１６から一体形成される。
【００４１】
スライダ要素５３０は、長手方向に延在する離間した２つの側方部分５３２と、第１の端部分５３４と、第２の端部分５３５とを含む。第１の端部分５３４および第２の端部分５３５は、スライダ要素５３０の対向する長手方向の端部である。第２の端部分５３５は、ばね５３１に接続されている。第１の端部分５３４および第２の端部分５３５は、２つの各側方部分５３２のそれぞれの長手方向の端部に接続する。２つの側方部分５３２、第１の端部分５３４、および第２の端部分５３５は協働して、第２のポート５２２と常に連絡する体積を囲繞する、スライダ要素５３０を通るアパーチャまたは開口部５３６の辺を画定する。
【００４２】
第１の端部分５３４は、機械プレート５１６の厚さを通る１つまたは複数の孔５３４ａを備え、これは以下でさらに考察する。第１の端部分５３４は、機械プレート５１６の厚さを通る１つまたは複数の孔５３４ｂも備え、これは以下でさらに考察する。孔５３４ａは、スライダ要素５３０の開口部５３６に隣接して配置される。孔５３４ｂは、孔５３４ａの位置とスライダ要素５３０の軸方向の端面５３０ｃとの間に配置される。同様に、第２の端部分５３５は、機械プレート５１６の厚さを通る１つまたは複数の孔５３５ａを備え、これは以下でさらに考察する。第２の端部分５３５はまた、機械プレート５１６の厚さを通る１つまたは複数の孔５３５ｂも備え、これは以下でさらに考察する。孔５３５は、スライダ要素５３０の開口部５３６に隣接して配置される。孔５３５は、孔５３４ａの位置と、ばね５３１がそれに取り付けられた、スライダ要素５３０の軸方向の端面との間に配置される。
【００４３】
スライダ要素５３０の軸方向の端面５３０ｃ上にボス５３４ｃが形成される。ボス５３４ｃの目的は、トレンチ５２４が可変体積領域５３８と常時連絡できる（すなわち、スライダ要素５３０がトレンチ５２４の第１のセグメント５２４ａを完全にカバーするのを防止する）ように、可変体積領域５３８を確実に最小のサイズにすることである。これは、図１２を参照することによって最も良く理解でき、図１２では、ボス５３４ｃが機械プレート５１４の固定部分５２６と接触するように示されているが、小さい可変体積領域５３８がなお存在し、点５４０でトレンチ５２４と連絡する。
【００４４】
好ましくは、横方向外側に面する表面５３０ｂは、複数の細い山５３０ｂｐと、広い谷５３０ｂｖとを交互に備える。図１５を参照すると、スライダ要素５３０およびばね５３１の作製時の位置が示されている。典型的には、スライダ要素５３０は、スライダ要素５３０を機械プレート５１６の固定部分５２６から分離するように、機械プレート５１６を通る境界線をエッチングすることによって作られる。このプロセス中に、固定部分５２６の横方向内側に面する壁のうち各細い山５３０ｂｐの反対側に、対応する細い谷が形成される。同様に、固定部分５２６の横方向内側に面する壁のうち各広い谷５３０ｂｖの反対側に、対応する広い山が形成される。スライダ要素５３０が図１５に示す作製時の位置から移動するときに、スライダ要素５３０の細い山５３０ｂｐは、固定部分５２６の広い山の近傍に移動し、さらに、スライダ要素１３０の横方向外側に面する表面５３０ｂと固定部分５２６の隣接する領域との間の（スライダ要素５３０の周りの）漏出を減少させる。
【００４５】
スライダ要素５３０の第１の（上側）表面５３０ａが、カバー・プレート５１８の隣接する表面に面し、それを実質的にシールする。第２の（下側）表面５３０ａａ（図１１参照）がスライダ要素５３０のうち表面５３０ａの反対側の面に画定され、ポート・プレート５１４の隣接する表面に面し、それを実質的にシールする。この出願で使用される句「実質的にシールする」は、対象の２つの表面（ここでは第２の表面５３０ａａおよびポート・プレート５１４の隣接する表面）が、マイクロバルブ・デバイス５１０を使用する用途に関して、それらの表面の間の流体の漏出が存在するが無視できるほど十分に近接すること意味することに留意されたい。スライダ要素５３０の横方向外側に面する表面５３０ｂは、空所５２８を画定する、固定部分５２６の横方向内側に面した隣接する表面を実質的にシールする。スライダ要素５３０の軸方向の端面５３０ｃが固定部分５２６と協働して、可変の体積を有する空間を画定する。言い換えると、スライダ要素５３０は、本体５１２（すなわち、カバー・プレート５１８の一部分、ポート・プレート５１４の一部分、および機械プレート５２６の固定部分５２６）を実質的にシールして、空所５２８内の可変体積領域５３８を画定する。図１２、図１３、および図１５、または図１２Ｃ、図１３Ｃ、および図１５Ｃを比較することによって見られるように、可変体積領域５３８はスライダ要素５３０が移動するにつれて体積が変化する。
【００４６】
図１１、図１２Ｃ、図１３Ｃ、および図１５Ｃに最も良く見られるように、カバー・プレート５１８のうち機械プレートに面する表面は、わずかに（カバー・プレート５１８の外周を基準にして０．５から２マイクロメートル程度）くぼんだ第１の領域５５０を有する。カバー・プレート５１８のうち機械プレート５１６に面する表面は、領域５５０より少し多く（カバー・プレート５１８の外周を基準にして２０から１００マイクロメートル程度）くぼんだ第２の領域５５２を有する。ポート・プレート５１４中に形成されたトレンチ５２４と同様のトレンチ５２４が第１の領域５５０中に複数形成される。カバー・プレート５１８中のトレンチ５２４はそれぞれ、以下で考察するように圧力を均衡させるために、ポート・プレート５１４中の対応する一方のトレンチ５２４から機械プレート５１６を介した反対側にある。
【００４７】
横方向に延在する２つのトラフ５５４および５５６もまた、第１の領域５５０中に形成される。第１のトラフ５５４は、第１のポート５２０と同様の面積を有し、第１のポート５２０から機械プレート５１６を介した反対側に配置される。第２のトラフ５５６は、第３のポート５２３と同様の面積を有し、第３のポート５２３から機械プレート５１６を介した反対側に配置される。トラフ５５４、５５６の目的は、以下でさらに考察するように、圧力を均衡させること、および流力を均衡させることを含む。カバー・プレート５１８およびポート・プレート５１４はそれぞれ、機械プレート５１６の固定部分５２６に固定される。したがって、カバー・プレート５１８は、ポート・プレート５１４および機械プレート５１６の固定部分５２６と協働して、機械プレート５１６内に画定された空所５２８の周りに圧力境界を形成する。
【００４８】
ポート・プレート５１４、機械プレート５１６、およびカバー・プレート５１８が本体５１２を形成するように組み立てられると、機械プレート５１６の下面の外周は、ポート・プレート５１４の上面の外周に接着されるか、またはその他の方法で漏出を止めるように固定され、機械プレート５１６の上面の外周は、カバー・プレート５１８の下面の外周に接着されるか、またはその他の方法で漏出を止めるように固定される。
【００４９】
ポート・プレート５１４中の第１のくぼんだ領域５２５ａは、カバー・プレート５１８中の第１のくぼんだ領域５５０の真向かいに配置される。凹所５２５ａおよび５５０は、スライダ要素５３０が自由に移動するが、スライダ要素５３０と、ポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８の隣接する表面との間の漏出を最小限に抑えるために比較的浅いことを確実にするのを助ける。ポート・プレート５１４中の第２のくぼんだ領域５２５ｂは、カバー・プレート５１８中のくぼんだ領域５５２の真向かいに配置される。凹所５２５ｂおよび５５２は、制御チャンバ５６０の一部分であり、図１２Ｃ、図１３Ｃ、図１４、および図１５Ｃで最も明確に見られる。制御チャンバ５６０は、制御ポート５１９と流体連絡している。制御チャンバ５６０は、スライダ要素の第２の端部分５３５の軸方向の端面に露出されて、第２の端部分５３５の軸方向の端面の領域にわたって作用する制御チャンバ５６０中の圧力により、スライダ要素が図１２および図１２Ｃに示す第１の位置に押しやられる。制御チャンバ５６０はばね５３１を収容しているが、くぼんだ領域５２５ｂおよび５５２は、ばねがポート・プレート５１４またはカバー・プレート５１８のいずれかと係合せず、またはそれに接して引きずらないだけでなく、流体が制御ポート５１９を通って、制御チャンバ５６０中で、ばね５３１の周りで、比較的自由に流動可能であるのに十分にくぼんでおり、そのためスライダ要素５３０の位置の変化が十分速くなる。
【００５０】
マイクロバルブ・デバイス５１０の図示の実施形態は、３方マイクロバルブである。典型的な用途では、第１のポート５２０は、ポンプ吐出などの加圧流体源（図示せず）に連結され、第２のポート５２２は、マイクロバルブ・デバイス５１０によって制御する圧力で流体を負荷（図示せず）に供給するように連結された負荷ポートであり、第３のポート５２３は、リザーバやポンプ吸引など、比較的低圧の領域（図示せず）に連結した戻りポートである。加圧された流体の形態の制御信号が、様々な圧力で制御ポート５１９を通して提供されることになる。その制御信号は、例えば、電気信号に応答して供給される圧力を制御するように動作するパイロット・バルブによってマイクロバルブ・デバイス５１０に供給することができるか、または別の例を用いるために、（空気調和プロセスなどの）工業プロセスの特定の点から得られた、加圧された流体とすることができる。
【００５１】
比較的（可変体積領域５３８の流体の圧力と比較して）高圧の流体を制御ポート５１９に供給することによって、第２の端部分５３５に作用する制御チャンバ５６０中の圧力により、スライダ要素５３０が押しやられて、図１２および図１２Ｃに示す第１の圧力上昇位置に移動して、ばね５３１が伸びる。この第１の位置では、第２の端部分５３５は、第３のポート５２３を閉鎖するが、第１の端部分５３４は、第１のポート５２０と第２のポート５２２の間の流体連絡を可能にする。図１２Ｃに流れの矢印で示すように、第１のポート５２０から流入する流体が分割され、第１の流れの流体が、第１のポート５２０からスライダ要素５３０の開口部５３６中に直接通り、第２の流れの流体が、第１のポート５２０から上向きに流れ開口部５３４ａを通ってトラフ５５４中に至り、次いで、トラフ５５４中でスライダ要素の開口部５３６の中に方向転換して、第１の流れに合流し、第２のポート５２２から流出することに留意されたい。
【００５２】
流体が第２のポート５２２から負荷に供給され、第２のポート５２２中の圧力が上昇するときは、この圧力は、ポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８のトレンチ５２４によって形成された流体導管を通して可変体積領域５３８に供給される。可変体積領域５３８中の流体圧力が制御チャンバ中の流体圧力に近づくときに、長手方向に作用する流体の力が相殺され始め、スライダ要素５３０は、第１の位置から離れる方に移動する。
【００５３】
スライダ要素５３０上に長手方向に作用する力が均衡するときに、スライダ要素５３０は、図１３、図１３Ｃ、および図１４に示す第２の維持位置に移動し、その第２の維持位置では、第１の端部分５３４は第１のポート５２０を閉鎖し、第２の端部分５３５はやはり第３のポート５２３を閉鎖し、そのため、第２のポート５２２は実質的に切り離され、概して一定の圧力を維持する。小さい流れの矢印で示すように、無視できる量の漏出が、第１のポート５２０から、第２のポート５２２に連結された体積の流体に流れることがある。しかも、別の無視できる量の漏出が、第２のポート５２２に連結された体積の流体から第３のポート５２３に流れることがある。どんなバルブに関しても、特定の用途において特定の量の漏出の流れを受容する程度は、バルブを取り付けるシステムを設計する人が考慮すべき一要因である。
【００５４】
制御信号の圧力を（可変体積領域５３８中の流体の圧力と比較して）より低い制御ポート５１９中の流体圧力まで低下させることによって、第１の端部分５３４に作用する可変体積領域５３８中の圧力により、スライダ要素５３０を押しやって図１５および図１５Ｃに示す第３の圧力低下位置に移動させて、ばね５３１を弛緩状態に戻す。こうした第３の位置では、第１の端部分５３４は、第１のポート５２０を閉鎖するが、第２の端部分５３５は、第１のポート５２０と第２のポート５２２の間の流体連絡を可能にする。図１２Ｃの流れの矢印で示すように、スライダ要素５３０中の開口部５３６内の体積の流体から第３のポート５２３に流れる流体が分割され、第１の流れの流体が、スライダ要素５３０の開口部５３６から第３のポート５２３中に直接通り、第２の流れの流体が、第１のポート５２０から上に流れトラフ５５４中に至り、次いで、トラフ５５４中で流れの開口部５３５ａを通して下向きに方向転換して、第１の流れに合流し、第３のポート５２３から流出することに留意されたい。このようにして、第２のポート５２２の圧力が低下する。
【００５５】
スライダ要素５３０の第１、第２、および第３の位置全てにおいて、ポート・プレートおよびカバー・プレート５１８中のトレンチ５２４が、スライダ要素５３０中の開口部５３６内の体積の流体と流体連絡したままであり、したがって、可変体積領域５３８と第２のポート５２２の間を絶えず流体連絡させることに留意されたい。第２のポート５２２の圧力が降下するときは、トレンチ５２４によってもたらされる連絡によって可変体積領域５３８中の圧力も降下する。可変体積領域５３８中の圧力が制御チャンバ５６０の圧力まで降下する場合は、スライダ要素５３０は図１３、図１３Ｃ、および図１４に示す第２の位置に戻る。
【００５６】
第１の実施形態の動作を説明するために、図５２に示すように、マイクロバルブ５１０が閉位置にあると仮定する。スライダ要素５３０は、第１のポート５２０をカバーし、第１のポート５２０と第２のポート５２２の間の流体連絡を防止する。第２のポート５２２と流体連絡する圧力は、ポート・プレート５１４中に形成された流体導管５２４によって可変体積領域５３８に連絡され、圧力が軸方向の端面５３０ｃに力を加える。
【００５７】
作動機構（図示せず）により、スライダ５３０は、端部分５３４がもはや第１のポート５２２を閉鎖しない位置に移動する。したがって、マイクロバルブ・デバイス５１０は、今や、流体が第１のポート５２０と第２のポート５２２の間で連絡できる開位置にある。第１のポート５２０は、最初は部分的にのみ閉鎖解除されているが、スライダ５３０が図３に示す完全な開位置に移動するときに、第１のポート５２０が完全に閉鎖解除される。第１のポート５２０が徐々に閉鎖解除されるにつれて、第１のポート５２０と第２のポート５２２の間の流体の流れを徐々に増加させることができる。第１のポート５２０が、マイクロバルブ・デバイス５１０を通って第１のポート５２０から第２のポート５２２に流れる加圧された流体の源である場合は、開口部５３６内の体積の圧力は（マイクロバルブ・デバイス５２０、およびマイクロバルブ・デバイス５２０がその中に取り付けられたシステム（図示せず）の正確な流れの特徴に応じて）上昇することができる。開口部５３６中の体積のこのように上昇する圧力は、トレンチ５２４を介してスライダ５３０の軸方向の端面５３０ｃに連絡される。軸方向の端面５３０ｃに作用する圧力は、例えば、スライダ５３０の位置決めを助け、したがって、マイクロバルブ・デバイス５１０の制御を助けるための負のフィードバック機構として使用することができる。
【００５８】
本明細書で示すマイクロバルブは、全体をシリコンで作った、圧力を低下／減少させるマイクロバルブである。マイクロバルブは、パイロット圧力マイクロバルブ（または他の適切な圧力源）から指令圧力を受け取り、その圧力を必要とする負荷に連結されたポートにおいてその圧力を再現する。パイロットによって生成された圧力を、負荷に直接印加することもできるが、多くの場合に、負荷は、パイロット・マイクロバルブからは利用できない高い流量を必要とする。そうではなく、パイロット操作式マイクロバルブは、直動マイクロバルブで典型的には経済的に現実的なより長い距離にわたって大きい力で（スライダ要素５３０などの）可動バルブ要素を作動させるように構築することができ、そのためパイロット操作式マイクロバルブが目標負荷に対してずっと多い流量を収容可能になるので、（マイクロバルブ・デバイス５３０などの）パイロット操作式の圧力制御マイクロバルブを有益に使用できることも企図される。
【００５９】
要約すると、シリコンマイクロバルブ・デバイス５１０は、こうした以前のタイプのマイクロバルブに対するいくつかの利点を有する。指令圧力（制御信号）が、図に示し、上記で検討したように、３（またはそれより多い）層のマイクロバルブ・デバイスの中間層に形成されたスプール（スライダ要素）の一端部に印加されるときに、マイクロバルブ・デバイスの基本的な動作が開始する。指令圧力は、負荷に供給するのに望ましい圧力に等しい。指令圧力を印加する前は、負荷は、指令圧力より高くても低くてもよい。負荷の圧力は、（可変体積領域の）スライダ要素の反対側の端部に（トレンチを介して）伝達され、スライダ要素のその端部と絶えず連絡している。存在する負荷圧力より指令圧力が大きい場合は、スライダ要素は、フィードバック端部に向かって（可変体積が最小のサイズである図１２および図１２Ｃに示す位置に向かって）押しやられる。こうした運動により、（第１のポートに連結された）圧力源との負荷の連絡が増大し、（第２のポートに連結された）負荷および（トレンチを介した可変体積領域中の）スライダ要素のフィードバック端部の圧力が上昇する。制御チャンバの端部上の圧力と、スライダ要素のフィードバック端部の圧力が等しい、釣り合い状態に達する。釣り合い状態に達するまでの時間は、負荷圧力を指令圧力まで上昇させるために負荷に送らなければならない流体の体積に応じて変わる。
【００６０】
マイクロバルブ・デバイスは、典型的には、加圧された流体の供給源から負荷に、またその負荷から、次に戻り線に流体を連絡するために、ある種のマニホルドに連結されている。本出願人は、負荷圧力を外部マニホルドを通してスライダ要素のフィードバック（可変体積領域）端部に連絡するシリコンマイクロバルブを考えている。しかし、この開示のマイクロバルブ・デバイスは、こうした連絡をシリコン・プレートに対して内部で行う。これは２つのことを行う。まず、これは、マニホルドの連結部の数を減らして、マニホルドの製造をより単純かつ簡単にする。残りの連結部間の間隔を大きくして、マイクロバルブをマニホルドに取り付けるのを簡単にし、連結部間を効果的にシールする。次に、負荷圧力とスライダ要素のフィードバック端部との間で連絡するチャネルのサイズが小さいので、マイクロバルブ内部でこのように連絡することは減衰をもたらす。図面に示す連絡チャネル（トレンチ５２４）は「Ｌ」字形である。それにより、チャネルの主要な部分が、スライダ要素５３０のある区間と、隣接するポート・プレート５１４のある区間との間に存在することができる。いくつかの用途ではマイクロバルブ・デバイス５１０の動作に関してこうしたチャネルを１つしか必要としないようにすることができる。しかし、マイクロバルブ・デバイス５１０によって実施される本発明の変形形態は、４つのチャネル（トレンチ）を有する。本出願人は、スライダ要素６３０の（面５３０ａと面５３０ａａとの間の）薄い寸法の両端の圧力の均衡のために、多くの場合、それぞれの連絡チャネル（トレンチ）を面５３０ａと面５３０ａａの両方に露出するのが望ましいことを発見した。２つのチャネルは、通常望まれる機能的な属性（圧力および流動の能力）を提供し、スライダ要素５３０の両端の圧力の不均衡を避けることができる。マイクロバルブ・デバイス５１０の両側に対称的に配置されたさらに２つのチャネルが示されている。これらは、圧力バランス（すなわち、圧力フィードバック）のための主な機能には必要ではない。第２のポート５３２と可変体積領域５３８と間を連通する同一の流体導管をさらに追加すると、スライダ要素５３０の長手方向の移動の減衰量を減らし、圧力応答を速くすることが可能になる。これは用途によっては望ましい場合もあり、望ましくない場合もある。
【００６１】
マイクロバルブ・デバイス５１０はまた、マイクロバルブ・デバイス５１０を通して流れを方向付けする方法の以前のマイクロバルブに対する改良でもある。前に説明したように、図１２Ｃ、図１３Ｃ、図１４、および図１５Ｃで最も良く見られるように、第１のポート５２０を通過して入る流れは、スライダ要素５３０に到達するときに２つのチャネル中に分かれる。一方の流れは、負荷圧力の空所（スライダ要素５３０中の開口部５３６内の体積）に直接入り、もう一方の流れは、第１の孔５３４ａを介して、スライダ要素５３０の厚さを通り、カバー・プレート５１８中のトラフ５５４を通って流れ、次いで、スライダ要素５３０の負荷圧力の空所中に下がる。
【００６２】
このように流体を方向付けすることによって３つのことが達成される。第１に、カバー・プレート５１８中で流体を運ぶトラフ５５４が、スライダ要素５３０の厚さの両端の圧力を均衡させ、それにより、摩擦損失およびバルブのヒステリシスを確実に低くすることを助ける。第１の孔５３４ａは、入口ポート５２０とトラフ５５４の間の圧力降下を小さくするのに十分に大きい。前に検討したように、トラフ５５４は、本質的に、入口ポート５２０と同じ面積および形状を有する。したがって、スライダ要素５３０上に作用する入口ポート５３０中の加圧された流体によって生じる静止時の上向きの力は、スライダ要素５３０上に作用するトラフ５５４中の加圧された流体によって生じる静止時の下向きの力によってほぼ釣り合っている。
【００６３】
第２に、ポート・プレート５１４中のポート５２０からの流れ、およびカバー・プレート５１８中のトラフ５５４からの流れを有すると、マイクロバルブの厚さの両端の噴流の力が均衡する（スライダ要素５３０が、ポート５２０から負荷圧力の空所に直行する流体の流れを絞るので、スライダ要素を軸Ｆに垂直に移動させるように作用する力が生成され、スライダ要素５３０およびトラフ５５４の設計により、釣り合わせる力を生成する流れが同様に絞られる）。したがって、軸Ｆに垂直に作用する正味の力は限定された状態で、その設計は、摩擦およびヒステリシスを確実に低くするのを助ける。
【００６４】
第３に、流体の流れがスライダ要素５３０上の２つの位置（カバー・プレート５１８を通して運ばれる位置、およびポート・プレート５１４から直接運ばれる位置の両方）で絞られるので、ポート・プレート５１４からのみ流れが可能である（すなわち、スライダ要素上の一方の位置でしか絞られない）場合は、マイクロバルブ・デバイス５３０のストロークは、必要なストロークの半分だけになる。このような必要なストロークの減少は多くの利益を有する。利益の１つは、機械プレート５１６の固定部分にスライダ要素５３０を取り付けるばね５３１が、マイクロバルブ・デバイス５１０の全ストロークを吸収するほど伸びる必要がない（全ストロークの約半分のみでよい）ことである。これにより、ばね５３１をより小さくすることが可能になり、したがって、マイクロバルブ・デバイス５３０の全体のサイズをより小さくすることができる。さらに、マイクロバルブ・デバイス５１０のストロークが短くなるとポートを小さくする（長手方向の長さを小さくする）ことが可能になると考えられる。このように追加された空間を使用して、マイクロバルブ５１０を小さくするか、またはポート間の間隔を大きくすることができる（他にも利益はあるが、それにより漏出が減少される）。
【００６５】
マイクロバルブ・デバイス５３０が釣り合っているときは、制御チャンバ５６０、フィードバック・チャンバ（可変体積領域５３８）、および第２のポート５２２と連絡する負荷チャンバの圧力は実質的に等しい。これは、これらのチャンバを分けている部材間のクリアランスを通した漏出が実質的にないか、または漏出の傾向がないことを意味する。前に検討したように、供給ポート５２０から負荷チャンバ（負荷ポート５２２）および／または負荷ポート５２２から戻りポート５２３に漏出する傾向がある。こうした漏出は、供給ポート５２０と負荷チャンバとの間、および負荷チャンバと戻りポート５２３との間の領域のスライダ要素５３０の厚さの両端の圧力を不均衡にすることがある。こうした圧力の不均衡の可能性を防止するには、スライダ要素５３０を貫通するように一連のチャネル（第２の孔５３４ｂおよび第２の孔５３５ｂ）を切り込んで、これらの領域のスライダ要素５３０の厚さにわたる圧力を確実に一様にする。例えば、（負荷チャンバとトラフ５５６との間ではないが）負荷チャンバと戻りポートとの間で直接漏出が起きる場合は、スライダ要素５３０の第２の端部分５３５の下面５３０ａａの下方で圧力を上昇させることもでき、これは、スライダ要素をカバー・プレート５１８に接するように持ち上げる傾向がある。しかし、漏出の流れが第２の端部分５３５を通って第２の孔５３５ｂに到達するときは、漏出の流れの圧力は、第２の孔５３５ｂを通して排出され、上面５３０ａに至り、その結果、実質的に上部および底部の圧力が等しくなる。
【００６６】
ポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８それぞれにトレンチ５２４として画定された流体導管は、機械プレート５１６の一部分であるスライダ要素５３０の隣接する部分によってカバーされることが上記の開示を鑑みて理解されよう。したがって、スライダ要素５３０がポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８と協働して、トレンチ５２４中の流体導管内のどの流体の流れも制限することが明らかである。しかし、この出願で使用されるように、スライダ要素によってこのようにカバーすることが、機械プレート５１６中に流体導管を画定しているとは考えられない。ポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８に画定されたトレンチ５２４が、定義上は流体導管であると考えられる。というのは、こうしたトレンチがない場合は流体導管もなくなるからである。したがって、流体導管５２４は、それぞれ本体５１２の一部分に画定され、本体５１２のその部分は（それぞれポート・プレート５１４およびカバー・プレート５１８）、中間の機械プレート５１６からは形成されない。しかし、本発明の一態様は、第１の流体導管を利用して、第１の流体導管内の流体の圧力が、スライダ要素の移動の軸に垂直な第１の力を加えるようにして、マイクロバルブ・デバイスの負荷ポートからマイクロバルブ・デバイスのスライダ要素の軸方向の端部に圧力を供給し、第２の流体導管を利用して、第２の流体導管内の流体の圧力が、スライダ要素上の第１の力と方向が反対で値が実質的に等しい第２の力を加えるようにして、負荷ポートからスライダ要素の軸方向端部に圧力を供給することによって、その第１の力と釣り合わせる。このような配置を第６の実施形態に関して上記で説明したようにして実現することができ、その第６の実施形態では、トレンチ５２４がポート・プレート５１４中に設けられ、スライダ要素５３０をトレンチ５２４内の圧力に露出し、これはスライダ要素５３０を上方向に押しやって、カバー・プレート５１８にこする傾向があり、鏡像のトレンチ５２４がカバー・プレート５１８中に設けられ、これはスライダ要素５３０をトレンチ内の圧力に露出し、これはスライダ要素５３０を下方向に押しやってポート・プレート５１４にこする傾向があり、その結果、２つの力が互いに相殺する。具体的には、前に検討しなかったが、少なくとも１つのトレンチがポート・プレートにあり、別のトレンチがカバー・プレートにあり、トレンチ中の流体がスライダ要素上に釣り合う力を加える、こうした構成（すなわち、マイクロバルブ・デバイス５１０に関して説明した構成）を、上記で説明したマイクロバルブ・デバイス１０、１１０、２１０、３１０、および４１０を含む、多くのマイクロバルブ・デバイスに組み込むことができることが企図されることにも留意されたい。
【００６７】
トレンチ中の流体がスライダ要素上に釣り合う力を加える少なくとも１対のトレンチの構成を、トレンチをスライダ要素中に組み込むことによって実現できることも企図される。こうした構成を図１６に示す。図１６に、図９に示す構成と非常に似ている構成を示し、図では、全体を６１０で示す図示のマイクロバルブ・デバイスは、次に検討するものを除いて図９に示すマイクロバルブ・デバイス５１０と同一である。マイクロバルブ・デバイス６１０はポート・プレート６１４を有し、そのポート・プレート６１４は、トレンチ５２４のようなトレンチがポート・プレート６１４中に形成されていないことを除いて、ポート・プレート５１４と同一である。同様に、マイクロバルブ・デバイス６１０はカバー・プレート（図示せず）を有し、そのカバー・プレートは、マイクロバルブ・デバイス６１０の場合のカバー・プレート中にはトレンチ５２４のようなトレンチが形成されていないことを除いて、カバー・プレート５１８と同一である。マイクロバルブ・デバイス６１０はスライダ要素６３０を有し、そのスライダ要素６３０は、トレンチ６２４がスライダ要素６３０の上面６３０ａに形成されていることを除いて、スライダ要素５３０と同一である。
【００６８】
上面６３０ａに形成されたトレンチ６２４は、その一端部で、可変体積領域５３８と同一の可変体積領域６３８と連絡する。上面６３０ａに形成されたトレンチ６２４は、中心軸Ｇに平行に延在する直線のセグメント６２４ａ、およびセグメント６２４ａと連絡しそれに直角に設定された直線のセグメント６２４ｂから構成される。セグメント６２４ｂもポート６２２と常に連絡し、そのため、上面６３０ａに形成されたトレンチ６２４は、ポート６２２の圧力を可変体積領域６３８に伝達する。上面６３０ａに形成されたトレンチ６２４の開放した上部は、カバー・プレート（図示せず）によってカバーされる。こうした構成により、スライダ要素６３０が、上面６３０ａに形成されたトレンチ６２４内の圧力に露出され、その圧力は、スライダ要素６３０を下方向に押しやって、ポート・プレート６１４にこする傾向があり、マイクロバルブ・デバイス１０の動作を低下されることもある。しかし、別のトレンチ６２４がスライダ要素６３０の下面（図示しないが、上面６３０ａの反対側）に形成される。スライダ要素６３０の下面のトレンチ６２４は、ポート６２２と可変体積領域６３８との間を連絡し、長さ、幅、断面積が上面６３０ａのトレンチ６２４と同一であり、したがって、等価の面積にわたって作用する、力を加える同じ圧力を含み、これは、スライダ要素６３０を上方向に押しやってカバー・プレート６１８をこする傾向がある。しかし、２つのトレンチ６２４中の流体によって加えられる力は、大きさが等しく、反対方向に作用し、そのため、それらの力は互いに釣り合う。１対のトレンチ６２４しか示していないことに留意されたい。典型的には、別の組のトレンチは必要ないが、冗長性のために望ましいか、またはトレンチ６２４を通る流体の流れに関連した減衰を変えるために望ましい場合は、別の組を他の側方部分６３２に取り付けることもできる。
【００６９】
要約すると、本発明の多くの態様の１つはマイクロバルブ・デバイスを含み、そのマイクロバルブ・デバイスは、複数のプレート状の材料から形成された本体を含むことができ、その本体の中間プレートは、内部に画定された空所を有し、その空所は長手方向軸を有し、少なくとも第１のポートおよび第２のポートが本体中に画定され、それらのポートは空所と連絡することができる。本発明のこの態様によるマイクロバルブ・デバイスはさらに、スライダ要素を含むことができ、そのスライダ要素は、第１のポートを選択的に実質的に閉鎖および閉鎖解除し、それにより、マイクロバルブ・デバイス内の第１のポートと第２のポートとの間の流体連絡を選択的に制御するように、空所内でその空所の長手方向軸に沿って移動可能であり、空所内に可変体積領域を画定するように本体を実質的にシールし、スライダ要素が移動するにつれてその可変体積領域の体積が変化する。この態様によるマイクロバルブ・デバイスはさらに、本体の一部分中に画定された流体導管を含むことができ、本体のその部分は中間プレートからは形成されず、流体導管は、スライダ要素の位置に関係なく、第２のポートと可変体積領域との間を流体連絡し、非線形および空所の長手方向軸に対して非平行の少なくとも一方である。
【００７０】
本発明の多くの態様のうち別の態様はマイクロバルブ・デバイスを含み、そのマイクロバルブ・デバイスは本体を含むことができ、その本体は、第１のポートと、第２のポートと、第１のポートと第２のポートの間の流体の流れ導管とを画定する。この態様によれば、そのマイクロバルブ・デバイスはさらに、スライダ要素を含むことができ、そのスライダ要素は、第１のポートと第２のポートの間の流体の流れ導管を通る流体連絡を選択的に閉鎖するように、本体内を長手方向軸に沿って移動可能であり、本体と協働して可変体積領域を画定する軸方向の端面を有し、スライダ要素が移動するにつれて前記可変体積領域の体積が変化する。この態様によるマイクロバルブ・デバイスはさらに、複数の流体導管を含むことができ、それらの流体導管は、本体およびスライダ要素のうちの少なくとも一方の中に画定され、流体導管はそれぞれ、第２のポートおよびその第２のポートと常に流体連絡する流体の流れ導管の一部分のうちの一方と、可変体積領域との間を流体連絡し、そのため、スライダ要素がどの位置にあっても、第２のポートに作用する流体圧力が、スライダ要素の軸方向の端面上に力を加えるように流体導管を介して伝達される。
【００７１】
本発明の多くの態様のうち別の態様はマイクロバルブ・デバイスを含み、そのマイクロバルブ・デバイスは、複数のプレート状の材料から形成された本体を含むことができ、その本体の中間プレートは、内部に画定された空所を有し、その空所は長手方向軸を有し、少なくとも第１のポートおよび第２のポートが本体中に画定され、それらのポートは空所と連絡することができる。本発明のこの態様によれば、そのマイクロバルブ・デバイスはさらに、スライダ要素を含むことができ、そのスライダ要素は、第１のポートを選択的に実質的に閉鎖および閉鎖解除し、それにより、マイクロバルブ・デバイス内の第１のポートと第２のポートとの間の流体連絡を選択的に制御するように、空所内でその空所の長手方向軸に沿って移動可能であり、空所内に可変体積領域を画定するように本体を実質的にシールし、スライダ要素が移動するにつれてその可変体積領域の体積が変化し、スライダ要素が、スライダ要素中に開口部を画定するように協働する側方部分を有する。この態様によれば、マイクロバルブ・デバイスはさらに、トレンチを含むことができ、そのトレンチは、本体のうち中間プレートに隣接して配置されたプレート中に画定され、可変体積領域と流体連絡する第１の点と、第２のポートと流体連絡する第２の点との間で流体連絡し、スライダ要素の側方部分および中間プレートに隣接して配置されたプレートが協働して、第１の点と第２の点との間のトレンチ中の流体を囲繞する。
【００７２】
本発明の多くの態様のうちの別の態様はマイクロバルブ・デバイスを含み、そのマイクロバルブ・デバイスは本体を含むことができ、その本体は、固定部分を有し、少なくとも軸、第１のポート、および第２のポートを画定する。この態様によれば、マイクロバルブ・デバイスはさらに、スライダ要素を含むことができ、そのスライダ要素は、本体内の軸に沿って移動するように配置され、スライダ要素の軸方向の一端部が、スライダ要素の軸方向の端部と、本体の固定部分との間に画定された可変体積領域中の圧力に露出され、スライダ要素が、第１のポートを通る流れを閉鎖する第１の位置と、第１のポートを通って第２のポートに至る流れが閉鎖解除される第２の位置との間で軸方向に移動可能である。この態様によれば、マイクロバルブ・デバイスはさらに、第１の流体導管を含むことができ、その第１の流体導管は、第１の流体導管内の流体の圧力が、スライダ要素の移動の軸に垂直にスライダ要素上に第１の力を加えるようにして、第２のポートから可変体積領域に圧力を供給する。最後に、この態様によれば、マイクロバルブ・デバイスはさらに、第２の流体導管を含むことができ、その第２の流体導管は、第２の流体導管内の流体の圧力が、第１の力と方向が反対で値が実質的に等しい第２の力をスライダ要素上に加えるようにして、第２のポートから可変体積領域に圧力を供給する。
【００７３】
本発明の動作の原理のモードを好ましい実施形態で説明および図示してきた。しかし、その精神または範囲から逸脱することなく具体的に説明および図示したのとは別の方法で本発明を実行できることを理解しなければならない。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ  本体１２の長手方向軸
１０  マイクロバルブ・デバイス
１２  本体
１４  ポート・プレート
１６  機械プレート
１８  カバー・プレート
２０  第１のポート
２２  第２のポート
２４  トレンチ（流体導管）
２６  機械プレートの固定部分
２８  機械プレートの空所
３０  スライダ要素
３０ａ  スライダ要素の上面
３０ｂ  スライダ要素の横方向外側に面する表面
３０ｃ  スライダ要素の軸方向の端面
３２  スライダ要素の側方部分
３４  スライダ要素の端部分
３６  スライダ要素の開口部
３８  可変体積領域
Ｂ  本体１１２の長手方向軸
Ｎ  エッチング・レジストによってカバーされていない領域
Ｒ  エッチング・レジストによってカバーされた領域
１１０  マイクロバルブ・デバイス
１１２  本体
１１４  ポート・プレート
１１６  機械プレート
１１８  カバー・プレート
１２０  第１のポート
１２２  第２のポート
１２４  トレンチ（流体導管）
１２４ａ  トレンチの第１のセグメント
１２４ｂ  トレンチの第２のセグメント
１２６  機械プレートの固定部分
１２８  機械プレート中の空所
１３０  スライダ要素
１３０ａ  スライダ要素の上面
１３０ｂ  スライダ要素の横方向外側に面する表面
１３０ｃ  スライダ要素の軸方向の端面
１３２  スライダ要素の側方部分
１３４  スライダ要素の端部分
１３６  スライダ要素の開口部
１３８  可変体積領域
１４０  第１の点
１４２  第２の点
２１０  マイクロバルブ・デバイス
２２４  トレンチ（流体導管）
２２４ａ  トレンチの第１のセグメント
２３０  スライダ要素
２３２  スライダ要素の側方部分
２３６  スライダ要素の開口部
２３８  可変体積領域
Ｄ  本体３１２の長手方向軸
３１０  マイクロバルブ・デバイス
３１２  本体
３２４  トレンチ（流体導管）
３２８  機械プレートの空所
３３０  スライダ要素
３３２  スライダ要素の側方部分
３３６  スライダ要素の開口部
３３８  可変体積領域
３４０  第１の点
３４２  第２の点
Ｅ  本体４１２の長手方向軸
４１０  マイクロバルブ・デバイス
４１２  本体
４２０  第１のポート
４２２  第２のポート
４２４  トレンチ（流体導管）
４２６  機械プレートの固定部分
４２８  機械プレートの空所
４３０  スライダ要素
４３２  スライダ要素の側方部分
４３４  スライダ要素の端部分
４３６  スライダ要素の開口部
４３８  可変体積領域
４４０  第１の点
４４２  第２の点
Ｆ  本体５１２の長手方向軸
５１０  マイクロバルブ・デバイス
５１２  本体
５１４  ポート・プレート
５１６  機械プレート
５１９  制御ポート
５１８  カバー・プレート
５２０  第１のポート
５２２  第２のポート
５２３  第３のポート
５２４  トレンチ（流体導管）
５２４ａ  トレンチの第１のセグメント
５２４ｂ  トレンチの第２のセグメント
５２５ａ  ポート・プレートの第１のくぼんだ領域
５２５ｂ  ポート・プレート上の第２のくぼんだ領域
５２６  機械プレートの固定部分
５２８  機械プレートの空所
５３０  スライダ要素
５３０ａ  スライダ要素の上面
５３０ａａ  スライダ要素の下面
５３０ｂ  スライダ要素の横方向外側に面する表面
５３０ｂｖ  スライダの広い谷
５３０ｂｐ  スライダの山
５３０ｃ  スライダ要素の軸方向の端面
５３１  ばね
５３２  スライダ要素の側方部分
５３４  スライダ要素の第１の端部分
５３４ａ  第１の孔
５３４ｂ  第２の孔
５３５  スライダ要素の第２の端部分（ばねの端部）
５３４ａ  第１の孔
５３４ｂ  第２の孔
５３６  スライダ要素の開口部
５３８  可変体積領域
５４０  第１の点
５４２  第２の点
５５０  第１のくぼんだ領域
５５２  第２のくぼんだ領域
５５４  第１のポートの反対側のカバー・プレートのトラフ
５５６  第３のポートの反対側のカバー・プレートのトラフ
５６０  制御チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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