(57)【要約】開示されるものは、チャンバを画定し、チャンバの中への第１のポートおよび第２のポートを有する本体フレームを含む、マイクロ流動デバイスである。第１の電極を担持する第１の膜が、本体フレームの第１の面にわたって配置され、第２の電極を担持する第２の膜が、本体フレームの第２の面にわたって配置される。車軸部材が、第１の膜および第２の膜に添着されたチャンバ内に配置され、ホイール部材が、車軸部材のまわりでチャンバ内に配置され、ある間隙だけ車軸要素から離間される。断続器特徴が、ホイール上に形成され、断続器特徴は、ホイールの回転の間に第１の電極および第２の電極の間の容量の変動を引き起こす。また、開示されるものは、ロールツーロールプロセスによって加工されるデバイス内の自由回転、摺動、移動等の特徴を提供するための技法である。
2020529603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流動デバイスであって、
本体であって、前記本体は、チャンバと、前記チャンバの中への通路を有する第１のポートおよび第２のポートとを有する、本体と、
前記本体の第１の表面にわたる第１の膜と、
前記第１の膜の一部の上の第１の電極と、
前記本体の第２の対向する表面にわたる第２の膜と、
前記第２の膜の一部の上の第２の電極と、
前記第１の膜および第２の膜に添着される前記チャンバ内の車軸と、
ホイール部材であって、前記ホイール部材は、前記車軸部材のまわりで前記チャンバ内に配置され、ある間隙だけ前記車軸から離間される、ホイール部材と、
前記第１の膜および第２の膜の間に配置される断続器特徴と
を備える、マイクロ流動デバイス。
【請求項２】
前記第１の膜に接続される第１の端部キャップと、前記第２の膜に接続される第２の端部キャップとをさらに備え、可撓性材料の前記第１の膜および第２の膜は、数マイクロの厚さを有し、可撓性材料から成る前記本体は、前記第１の膜および第２の膜の可撓性材料の厚さの倍数の厚さを有する、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項３】
前記断続器特徴は、前記ホイール部材が回転する際、前記第１の電極および第２の電極の間の容量の変化を引き起こす前記ホイール部材の構造的特徴である、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極に結合される容量測定回路をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項５】
前記断続器特徴は、前記ホイールの回転方向に対する対称特徴である、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項６】
前記断続器特徴は、前記ホイール上にあり、前記マイクロデバイスはさらに、前記第１の電極および前記第２の電極に結合される容量測定回路を備え、前記ホイール部材上の前記電極は、反時計回り方向における前記ホイール部材の回転と比較して、時計回り方向における前記ホイール部材の回転に関する測定された容量の変調を引き起こし、前記容量測定回路が、前記第１のポートおよび第２のポートの間の流率を判別することを可能にするが、流体流動方向を判別することを可能にしない、請求項５に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項７】
前記断続器特徴は、前記ホイールの回転方向に対する非対称特徴である、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項８】
前記断続器特徴は、前記ホイール上にあり、前記マイクロデバイスはさらに、前記第１の電極および前記第２の電極に結合される容量測定回路を備え、前記ホイール部材上の前記電極は、反時計回り方向における前記ホイール部材の回転と比較して、時計回り方向における前記ホイール部材の回転に関する測定された容量の実質的に不均等な変調を引き起こし、前記容量測定回路が、前記第１のポートおよび第２のポートの間の流率および流体流動方向を判別することを可能にする、請求項７に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項９】
スタックにおける少なくとも１つの付加的マイクロ流動デバイスを備え、前記少なくとも１つのマイクロ流動デバイスは、前記第１の電極に電気的に接続される付加的な第１の電極と、前記第２の電極に電気的に接続される付加的な第２の電極とを有する、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項１０】
前記ホイールはさらに、
中心コアと、
前記中心コアに接続される複数のブレードと
を備える、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項１１】
前記容量測定回路はさらに、前記容量測定回路からの測定された容量を流量値に変換するコントローラを備える、請求項５に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項１２】
前記断続器特徴は、電極、スリットのセット、電極のセット、開口のセットのうちの１つ以上である、請求項１に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項１３】
回転可能要素を製造する方法であって、前記方法は、
第１の本体シート上に配置される金属層をパターン化し、回転可能要素を画定する金属の領域を生成することと、
前記第１のシートをパターン化し、前記回転可能要素および車軸を封入するチャンバを画定する内壁を有する本体要素を生成することであって、前記回転可能要素は、第１の間隙だけ前記本体要素の内壁から離間され、第２の間隙だけ前記車軸要素から離間され、前記回転可能要素を本体部材に繋留するブリッジ要素の第１のセットと、前記回転可能要素を前記車軸部材に繋留するブリッジ要素の第２のセットとを有する、ことと、
可撓性材料の第２のシートの第１の外表面を前記第１のシートの第１の外表面に積層し、前記第２のシートを前記本体要素および前記車軸に添着することであって、前記第２のシートの第２の外表面は、前記第２のシートに添着される電極を有する、ことと、
前記第２のシート上の伝導性要素をパターン化し、第１の電極を提供することと
を含む、方法。
【請求項１４】
可撓性材料の第３のシートを前記第１のシートの第２の外表面に積層し、前記第３のシートを本体要素および前記車軸要素に添着することであって、前記第３のシートは、前記第２のシートに添着される電極を有する、ことと、
前記第３のシート上の伝導性要素をパターン化し、第２の電極を生成することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
パターン化することはさらに、前記第１のシートをパターン化し、前記本体要素を通してポートの対を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、第１の繰り返し可能層を形成し、前記方法はさらに、
第２の繰り返し可能層を含む複数の付加的繰り返し可能層を生成することと、
前記第１の繰り返し可能層上に前記第２の繰り返し可能層をスタックすることと
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
積層した後、前記方法はさらに、前記ブリッジの第１のセットおよび第２のセットを除去することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
ホイール要素上に配置される第２の金属層をパターン化し、断続器要素を画定することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
マイクロ流動デバイスであって、
本体であって、前記本体は、チャンバと、前記チャンバの中への通路に結合される第１のポートおよび第２のポートとを有する、本体と、
前記チャンバの中心のまわりに配置される車軸部材と、
ホイール部材であって、前記ホイール部材は、前記車軸部材のまわりで前記チャンバ内に配置され、狭い間隙幅を有する間隙だけ前記車軸部材から離間される、ホイール部材と、
第１の膜の一部の上に第１の電極を有する前記本体の第１の表面にわたる可撓性材料の第１の膜と、
第２の膜の一部の上に第２の電極を有する前記本体の第２の対向する表面にわたる第２の膜と、
断続器特徴であって、前記断続器特徴は、前記ホイールが回転する際、前記第１の電極および第２の電極の間の容量値の変化を引き起こす、断続器特徴と
を備える、マイクロ流動デバイス。
【請求項２０】
前記断続器特徴は、容量の対称変化を引き起こす対称特徴である、請求項１９に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項２１】
前記断続器特徴は、容量の非対称変化を引き起こす非対称特徴である、請求項１９に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項２２】
前記断続器特徴は、前記ホイール部材の外表面の一部にわたって添着される電極、前記ホイールの第１の部分と前記ホイールの第２の部分との間の誘電体の変動のうちの１つ以上である、請求項１９に記載のマイクロ流動デバイス。
【請求項２３】
回転可能要素を製造する方法であって、前記方法は、
可撓性材料の第１のシートの第１の表面上に配置される接着層をパターン化し、ある面積内の前記接着層の部分を除去し、回転可能要素のための場所を画定することと、
前記第１のシートをパターン化し、前記第１のシート内に前記回転可能要素を画定することと、
第２の可撓性材料の膜層の対を前記パターン化された第１のシートの対向する表面に接着させることであって、前記膜層の対のそれぞれは、電極を有する、ことと、
前記膜層の対のそれぞれの上の前記電極をパターン化し、それぞれ、第１の電極および第２の電極を提供することと、
シール層の対を前記膜層の対の表面に接着させることと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記第１のシートをパターン化することはさらに、前記第１のシートの１つの面積をパターン化し、チャンバおよび車軸要素を画定することを含み、前記回転可能要素は、前記車軸要素のまわりに配置され、前記回転可能要素は、第１の間隙だけ前記チャンバの内壁から離間され、第２の間隙だけ前記車軸要素から離間され、前記回転可能要素を本体部材に繋留するブリッジ要素の第１のセットと、前記回転可能要素を前記車軸部材に繋留するブリッジ要素の第２のセットとを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
パターン化することはさらに、前記第１のシートをパターン化し、前記チャンバの中への通路を提供する前記本体要素を通したポートの対を生成することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記回転可能要素は、ホイールである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記シール層を接着させた後、前記方法はさらに、前記ブリッジの第１のセットおよび第２のセットを除去することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法はさらに、前記ホイール上に断続器特徴を形成することを含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §１１９の下での優先権主張）
本願は、それらの全内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §１１９の下で、２０１７年８月４日に出願され、「Ｍｉｃｒｏ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題された、米国仮特許出願第６２／５４１，１２８号、および２０１７年１１月１４日に出願され、「Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｖｅａｂｌｅ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、米国仮特許出願第６２／５８５，６４１号の優先権を主張する。
【０００２】
本明細書は、流動測定デバイス（流動測定センサとしても公知である）およびシステム、およびロールツーロール処理によって回転可能部材を生成するための処理技法に関する。
【０００３】
流動測定デバイスは、ある時間周期にわたる流体移動の量の測度を生成する。種々の技法が、流動測定のために使用される。流動測定技法は、ピストンまたはギヤを使用する機械的技法を含む。他の技法は、抑制の前および間の差流を測定するために、流量センサと組み合わせて、流体流動を抑制するためのベンチュリまたは他のオリフィスを使用する流動ベースのメータを含む。
【背景技術】
【０００４】
これらの種々の技法および技術は、性能、用途好適性、および費用考慮事項に従って使用されることが見出される。しかしながら、これらの技法および結果として生じるデバイスは、他のデバイスおよび／またはシステムとの統合を要求するいくつかの用途のために好適ではない場合がある。これらの技法および結果として生じるデバイスはまた、低費用および大量製造処理を要求する流動測定用途のために好適ではない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
下記に説明されるマイクロ流動測定デバイスは、マイクロ加工方法を使用して作製されることができ、種々の工業、医療、および生物学的用途のための流動感知を実施するために使用されることができる。いくつかの事例では、マイクロ流動測定デバイスが、流率だけではなく、流動方向も同様に測定することが可能であることが、望ましくあり得る。
【０００６】
ある側面によると、マイクロ流動デバイスは、本体であって、チャンバと、チャンバの中への通路を有する第１のポートおよび第２のポートとを有する、本体と、本体の第１の表面にわたる第１の膜と、第１の膜の一部の上の第１の電極と、本体の第２の対向する表面にわたる第２の膜と、第２の膜の一部の上の第２の電極と、第１の膜および第２の膜に添着される、チャンバ内の車軸と、ホイール部材であって、車軸部材のまわりでチャンバ内に配置され、ある間隙だけ車軸から離間される、ホイール部材と、第１の膜および第２の膜の間に配置される、断続器特徴とを含む。
【０００７】
付加的側面によると、マイクロ流動デバイスは、本体であって、チャンバと、チャンバの中への通路に結合される第１のポートおよび第２のポートとを有する、本体と、チャンバの中心のまわりに配置される、車軸部材と、ホイール部材であって、車軸部材のまわりでチャンバ内に配置され、狭い間隙幅を有する間隙だけ車軸部材から離間される、ホイール部材と、第１の膜の一部の上に第１の電極を有する本体の第１の表面にわたる可撓性材料の第１の膜と、第２の膜の一部の上に第２の電極を有する本体の第２の対向する表面にわたる第２の膜と、ホイールが回転する際、第１の電極および第２の電極の間の容量値の変化を引き起こす、断続器特徴とを含む。
【０００８】
以下は、これらの側面のうちの一方または両方の範囲内のいくつかの実施形態である。
【０００９】
マイクロ流動デバイスは、第１の膜に接続される第１の端部キャップと、第２の膜に接続される第２の端部キャップとを含み、可撓性材料の第１の膜および第２の膜は、数マイクロの厚さを有し、可撓性材料から成る本体は、第１の膜および第２の膜の可撓性材料の厚さの倍数の厚さを有する。マイクロ流動デバイスは、ホイール部材が回転する際、第１の電極および第２の電極の間の容量の変化を引き起こすホイール部材の構造的特徴としての断続器特徴を有する。マイクロ流動デバイスは、第１の電極および第２の電極に結合される容量測定回路を含む。
【００１０】
マイクロ流動デバイスは、ホイールの回転方向に対する対称特徴としての断続器特徴を有する。マイクロ流動デバイスはさらに、第１の電極および第２の電極に結合される容量測定回路を含み、ホイール部材上の電極は、反時計回り方向におけるホイール部材の回転と比較して、時計回り方向におけるホイール部材の回転に関する測定された容量の変調を引き起こし、容量測定回路が、第１のポートおよび第２のポートの間の流率を判別することを可能にするが、流体流動方向を判別することを可能にしない。
【００１１】
マイクロ流動デバイスは、ホイールの回転方向に対する非対称特徴としての断続器特徴を有する。マイクロ流動デバイスは、ホイール上に断続器特徴を有し、第１の電極および第２の電極に結合される容量測定回路を含み、ホイール部材上の電極は、反時計回り方向におけるホイール部材の回転と比較して、時計回り方向におけるホイール部材の回転に関する測定された容量の実質的に不均等な変調を引き起こし、容量測定回路が、第１のポートおよび第２のポートの間の流率および流体流動方向を判別することを可能にする。
【００１２】
本請求項のマイクロ流動デバイスは、スタックにおける少なくとも１つの付加的マイクロ流動デバイスを含み、少なくとも１つのマイクロ流動デバイスは、第１の電極に電気的に接続される付加的な第１の電極と、第２の電極に電気的に接続される付加的な第２の電極とを有する。マイクロ流動デバイスは、中心コアと、中心コアに接続される、複数のブレードとを含む、ホイールを有する。容量測定回路はさらに、容量測定回路からの測定された容量を流量値に変換するコントローラを含む。断続器特徴は、電極、スリットのセット、電極のセット、開口のセットのうちの１つ以上である。
【００１３】
付加的側面によると、回転可能要素を製造する方法は、第１の本体シート上に配置される金属層をパターン化し、回転可能要素を画定する金属の領域を生成することと、第１のシートをパターン化し、回転可能要素および車軸を封入するチャンバを画定する内壁を有する本体要素を生成することであって、回転可能要素は、第１の間隙だけ本体要素の内壁から離間され、第２の間隙だけ車軸要素から離間され、回転可能要素を本体部材に繋留するブリッジ要素の第１のセットと、回転可能要素を車軸部材に繋留するブリッジ要素の第２のセットとを有する、ことと、可撓性材料の第２のシートの第１の外表面（ｆａｃｉａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ）を第１のシートの第１の外表面に積層し、第２のシートを本体要素および車軸に添着することであって、第２のシートの第２の外表面は、第２のシートに添着される電極を有する、ことと、第２のシート上の伝導性要素をパターン化し、第１の電極を提供することとを含む。
【００１４】
以下は、本側面の範囲内のいくつかの実施形態である。
【００１５】
本方法はさらに、可撓性材料の第３のシートを第１のシートの第２の外表面に積層し、第３のシートを本体要素および車軸要素に添着することであって、第３のシートは、第２のシートに添着される電極を有する、ことと、第３のシート上の伝導性要素をパターン化し、第２の電極を生成することとを含む。パターン化することはさらに、第１のシートをパターン化し、本体要素を通してポートの対を生成することを含む。本方法は、第１の繰り返し可能層を形成し、本方法はさらに、第２の繰り返し可能層を含む複数の付加的繰り返し可能層を生成することと、第１の繰り返し可能層上に第２の繰り返し可能層をスタックすることとを含む。本方法は、積層した後、ブリッジの第１のセットおよび第２のセットを除去することを含む。本方法はさらに、ホイール要素上に配置される第２の金属層をパターン化し、断続器特徴を画定することを含む。
【００１６】
付加的側面によると、回転可能要素を製造する方法は、可撓性材料の第１のシートの第１の表面上に配置される接着層をパターン化し、ある面積内の接着層の部分を除去し、回転可能要素のための場所を画定することと、第１のシートをパターン化し、第１のシート内に回転可能要素を画定することと、第２の可撓性材料の膜層の対をパターン化された第１のシートの対向する表面に接着させることであって、膜層の対のそれぞれは、電極を有する、ことと、膜層の対のそれぞれの上の電極をパターン化し、それぞれ、第１の電極および第２の電極を提供することと、シール層の対を膜層の対の表面に接着させることとを含む。
【００１７】
以下は、これらの側面のうちの一方または両方の範囲内のいくつかの実施形態である。
【００１８】
第１のシートをパターン化することはさらに、第１のシートの１つの面積をパターン化し、チャンバおよび車軸要素を画定することを含み、回転可能要素は、車軸要素のまわりに配置され、回転可能要素は、第１の間隙だけチャンバの内壁から離間され、第２の間隙だけ車軸要素から離間され、回転可能要素を本体部材に繋留するブリッジ要素の第１のセットと、回転可能要素を車軸部材に繋留するブリッジ要素の第２のセットとを有する。パターン化することはさらに、第１のシートをパターン化し、チャンバの中への通路を提供する本体要素を通したポートの対を生成することを含む。回転可能要素は、ホイールである。シール層を接着させた後、本方法はさらに、ブリッジの第１のセットおよび第２のセットを除去することを含む。本方法はさらに、ホイール上に断続器要素を形成することを含む。
【００１９】
マイクロ流動測定デバイスは、適度に安価な技法を使用して加工され、したがって、種々の用途のための安価なマイクロ流動測定デバイスを提供する。２つの異なるタイプのマイクロ流動デバイスが、説明される。１つのタイプのマイクロ流動測定デバイスは、流率の測定を可能にするが、流動方向の測定を可能にしない単一指向性タイプである。他のタイプは、流率および流動方向を測定する指向性タイプである。本指向性タイプのマイクロ流動デバイスは、流体流率の測定および流動方向、すなわち、流体がマイクロ流動デバイスの中に流動している方向のインジケーションを提供することができる。
【００２０】
特定の実施形態では、下記に説明されるマイクロ流動測定デバイスは、ロールツーロール製造技法を使用して加工される。ロールツーロール製造技法は、比較的に低費用を伴う大量製造能力を提供し、マイクロ流動測定デバイスを他のデバイスおよびシステムと統合するために使用されることができる。
【００２１】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。
【００２２】
本発明の他の特徴、目的、および利点が、説明および図面から、および請求項から明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、構築の段階における流動デバイスの平面図である。
【００２４】
【図２】図２−３は、マイクロ流動デバイスの構築の段階における対向する外表面を示すマイクロ流動デバイスの斜視図である。
【図３】図２−３は、マイクロ流動デバイスの構築の段階における対向する外表面を示すマイクロ流動デバイスの斜視図である。
【００２５】
【図２Ａ】図２Ａは、図２の断面図である。
【００２６】
【図４】図４は、上部外表面層を伴わない、図１−３に説明される概念に基づくマイクロ流動デバイスの組立平面図である。
【００２７】
【図４Ａ】図４Ａは、図４の図において明確化のために省略された上部外表面層を示す、図４の断面図である。
【００２８】
【図５】図５は、図４Ａのマイクロ流動デバイスの一部を示す分解図である。
【００２９】
【図６】図６は、上部キャップが容量測定回路に結合される、図４のモジュール式マイクロ流動デバイスの等角図である。
【００３０】
【図７】図７は、スタックされた繰り返し可能層から成るマイクロ流動デバイスの等角図である。
【００３１】
【図８】図８は、単一指向性マイクロ流動デバイスの平面図である。
【００３２】
【図８Ａ】図８Ａは、スタックされた繰り返し可能層から成る単一指向性マイクロ流動デバイスの等角図である。
【００３３】
【図９】図９Ａ−９Ｃは、電圧対時間の理想化されたプロットである。
【００３４】
【図１０】図１０は、マイクロ流動デバイスの簡略化モデルの概略図である。
【００３５】
【図１１−１】図１１Ａは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。図１１Ａ−１は、図１１Ａの一部の拡大図である。
【図１１−２】図１１Ｂは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。
【図１１−３】図１１Ｃは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。
【図１１−４】図１１Ｄは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。
【図１１−５】図１１Ｅは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。
【図１１−６】図１１Ｆは、図４の構造に関するロールツーロール処理の図である。
【００３６】
【図１１−７】図１１Ｅ−１は、図１１Ｅの一部の拡大図である。
【００３７】
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｄ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｅ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｆ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｇ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｈ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｉ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【図１２Ｊ】図１２Ａ−１２Ｊは、図４の回転可能特徴および構造を生成するための代替ロールツーロール処理の図である。
【００３８】
【図１３】図１３Ａ−１３Ｃは、マイクロ流動デバイスに関する代替断続器特徴の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（概観）
本明細書に説明されるマイクロ流動センサ／デバイスは、マイクロ加工方法を使用して作製され、種々の工業、商業、医療、および生物学的用途において流体流動および流率を測定するために使用されることができる。マイクロ流動センサ／デバイスは、ミクロン／ミリメートルスケールで加工される。いくつかの加工技法が、開示される。
【００４０】
加えて、２つの異なるタイプのマイクロ流動デバイスが、説明される。１つのタイプのマイクロ流動測定デバイスは、流率の測定を可能にするが、流動方向の測定を可能にしない非指向性タイプである。他のタイプは、流体流率に加えて、流体流動方向、すなわち、流体がマイクロ流動デバイスの中に流動している方向（例えば、デバイスのどのポートが流体を受容しているか）のインジケーションを提供する指向性タイプである。
【００４１】
図１を参照すると、構築の段階におけるマイクロ流動デバイス１０が、示される。示されるマイクロ流動デバイス１０は、流体流動方向および流体流率を感知する指向性マイクロ流動デバイスである。マイクロ流動デバイス１０は、キャリア層、例えば、（下記に議論されるロールツーロール処理のための）ウェブ上に示され、単一の円形流動チャンバ１２を含む。（マイクロ流動デバイス１００はまた、図８と併せて議論されるであろうように、単一の円形流動デバイスチャンバを含むであろう）。本初期議論は、いずれかのタイプのマイクロ流動デバイスの動作のある詳細および原理を解説するための実施例として、マイクロ流動デバイス１０を使用するであろう。
【００４２】
マイクロ流動デバイス１０は、円形流動チャンバ１２を画定する内部円形表面１４ｅを有する本体フレームを画定する、複数の外壁、例えば、４つの壁１４ａ−１４ｄを有する流動デバイス本体１４を含む。壁のうちの２つ、例えば、壁１４ａ、１４ｃは、チャンバの中への通路（参照せず）を介して外部流体源および外部流体シンク（図示せず）から流体進入または退出を提供する、ポート１５ａ、１５ｂを有する。
【００４３】
ある動作時間の間、ポート１５ａ、１５ｂのうちの一方、例えば、ポート１５ａは、流体流動への入口として作用し、ポート１５ａ、１５ｂのうちの他方、例えば、ポート１５ｂは、流体流動への出口として作用する。他の動作時間に、ポート１５ａ、１５ｂのうちの反対のもの、例えば、ポート１５ｂは、流体流動への入口として作用し、ポート１５ａ、１５ｂのうちの他方、例えば、ポート１５ａは、流体流動への出口として作用する。マイクロ流動デバイス１０は、ポート１５ａの中への、およびポート１５ｂからの流体流動対ポート１５ｂの中への、およびポート１５ａからの流体流動を区別するインジケータを提供する。すなわち、マイクロ流動デバイス１０は、流体流動方向を検出することができる。ポートがマイクロ流動デバイス１０の対向する側上に示されるが、いくつかの実施形態では、ポートは、隣接する側または同一の側上にあり得る。
【００４４】
マイクロ流動デバイス１０はまた、固定車軸１８のまわりで回転可能であるホイール１６を含む。ホイール１６は、比較的に小さい間隙１９ａだけ固定車軸１８から離間される中心コア１６ａを有する。比較的に小さい間隙とは、間隙が、ホイール１６がぐらつきおよび振動を殆ど伴わずに固定車軸１８のまわりで回転することを可能にするために十分なサイズである幅（ｗ）を有することを意味する。したがって、間隙幅（ｗａ）サイズは、サイズが数ナノメートルであり、中心コア１６ａが固定車軸１８に取り付けられないように十分に大きいが、ホイール１６が実質的なぐらつきを伴わずに回転し、振動を最小限にし得るように十分に小さい。
【００４５】
ホイール１６は、中心コア１６ａの、例えば、一部に取り付けられる複数のブレード（ベーン、フィン、パドル等としても説明され得る）１６ｂを有する。ブレード１６ｂは、直線または曲線であり得、ブレード１６ｂは、ゼロ度を上回る（ブレードとコアとの間の）任意の内角において中心コア１６ａに添着される。好適な範囲は、３０度〜９０度である。別の好適な範囲は、４５度〜９０度である。理想的には、ブレード１６ｂは、特に、指向性マイクロ流動デバイス１０に関して、９０度の角度において中心コア１６ａに取り付けられる。ホイール１６のブレード１６ｂの端部は、一般に、間隙幅サイズｗｂにおいて間隙１９ａと類似するであろう、例えば、本体部材１４の内面１４ｅによってブレード１６ｂが干渉されることなく、ホイール１６が固定車軸１８のまわりで回転することを可能にする十分なサイズの第２の比較的に小さい間隙１９ｂだけ本体部材１４の内部円形壁から離間される。
【００４６】
また、図１に示されるものは、デバイス本体１４を提供した材料からパターン化された丸形ブリッジ要素であるブリッジ部材２５ａおよび２５ｂである。これらのブリッジ部材２５ａおよび２５ｂは、マイクロ流動デバイス１０の加工の段階の間にホイール１６を流動デバイス本体１４に繋留する。また、図１に示されるものは、加工の間に車軸１８をホイール１６に繋留するブリッジ部材２７ａ、２７ｂである。また、図１に示されるものは、加工の完了に応じて、デバイス本体材料のこれらの部分からマイクロ流動デバイス１０を解放するために、デバイス本体材料の周辺部分をダイシングまたは切断する際に使用されるダイスインジケータ（太い角の線、参照せず）である。
【００４７】
ホイール１６は、ホイール１６が、電極の対（図１に図示せず）の間で回転しながら、電極の対の間に存在するバルク容量特性（図１に図示せず）を変調することを可能にする１つ以上の断続器２２（例えば、パターン化導体２３）を含む。断続器２２によって引き起こされる本変調は、下記に議論されるように、流率のインジケーションを提供する。下記に議論されるように、本特定の断続器特徴は、非対称であり、したがって、ホイール１６の時計回りおよび反時計回り回転の間の区別を可能にする非対称変調を引き起こし、したがって、また、流動方向のインジケーションを提供する。
【００４８】
断続器特徴は、種々のタイプ、例えば、ホイール１６の一部がホイール１６の別の部分と異なる電気性質を有することを可能にする任意のものであり得る。断続器２２の実施例は、ホイールの一部の上の異なる誘電性質、すなわち、ホイールの一方の側における孔を含み、（依然としてホイールを平衡させながら）他方の側上のフィンからホイールの一方の側上のフィンの一部をより厚くする、またはより狭くする。断続器２２は、ホイールの第１の部分とホイールの第２の部分との間の誘電体の差異を提供することができる。非対称断続器２２はまた、種々のタイプ、例えば、ホイール１６の一部が、ホイール１６の別の部分と異なる電気性質を有し、ホイール１６の回転方向による非対称変調を提供することを可能にする任意のものであり得る。
【００４９】
図１に示されるように、１つの断続器２２は、ホイール１６の第１の部分上に提供されるパターン化金属層（または電極）２３であり、ホイールの残りの部分は、いかなる金属も有していない。パターン化電極２３が示されるように非対称である場合、ホイールは、回転するとき、ホイールの対向する回転方向に関連して、ホイール１６の１つの回転方向における容量のより急速な変化率を生成するであろう。５０％を下回って占有するパターン化導体（または逆に、５０％を上回って占有するパターン化導体）が、５０％を占有するパターン化導体よりも大きい容量の変化を提供するであろう。容量の変化は、ホイール１６の回転の方向に従って区別される。本差異は、流動デバイス１０が流動を感知することを可能にする。差異が非対称であるとき、本非対称差異はまた、本デバイスが流率に加えて流動方向を感知することを可能にする。
【００５０】
図２を参照すると、マイクロ流動デバイス１０の流動デバイス本体１４の一方の外表面（図１の底面）上に、第１の導体層３２を支持する第１の膜３０がある。第１の導体層３２は、ビア３３ａ、３３ｂの対のうちの第１のもの３３ａにわたって配置され、第１の導体層３２と測定デバイス（図示せず）との間の電気接触を成す。また、図２に示されるものは、ブリッジ部材２５ｂである。
【００５１】
図２Ａを参照すると、図２に描写されるようなマイクロ流動デバイス１０を通した断面図が、デバイス本体１４（明確化のためにわずかに分解されて示される）上の第１の導体層３２を支持する第１の膜３０を示す。また、図２Ａに示されるものは、ホイール１６のブレード１６ｂのうちの１つの一部の上の電極２３の一部、ブリッジ部材２５ａ、２５ｂ、車軸１８である。また、図２Ａに示されるものは、車軸１８の端部を膜層３０に接着させる随意の接着剤スポット４２（採用される構築技法に依存する）である。
【００５２】
図３を参照すると、マイクロ流動デバイス１０の流動デバイス本体１４の対向する外表面（図１の上面）上に、第２の導体層３８を支持する第２の膜３６がある。第１の導体層３２は、ビア３３ａ、３３ｂの対のうちの第２のもの３３ｂにわたって配置され、第２の導体層３８と測定デバイス（図示せず）との間の第２の電気接触を成す。対向する面（上面）上に、第２のスペーサ層によって支持される第２の膜がある（両方とも図１に図示せず）。
【００５３】
図４を参照すると、構築の最終段階におけるマイクロ流動デバイス１０が、示される（但し、膜３０および電極３２は、明確化のために示されない）。マイクロ流動デバイス１０は、単一の円形流動デバイスチャンバ１２と、ポート１５ａ、１５ｂと、ブリッジ部材セット２５ａおよび２５ｂ（図１）が除去されている際に固定車軸１８のまわりで回転可能なホイール１６とを有する。ブリッジ部材２５ａおよび２５ｂは、加工の間にホイール１６を流動デバイス本体１４に繋留するために使用され、ブリッジ部材２７ａ、２７ｂは、加工の間に車軸１８をホイール１６に繋留するために使用された。ブリッジが除去されると、ホイール１６は、層３０および３６によって閉じ込められる固定車軸１８のまわりで自由に回転する。
【００５４】
図４Ａを参照すると、図４に描写されるようなマイクロ流動デバイス１０を通した断面図が、図２Ａの特徴、例えば、第１の導体層３２を支持する第１の膜３０を示す。第１の膜３０は、デバイス本体部分および車軸１８と緊密に接触するデバイス本体１４上にある。また、図４Ａに示されるものは、膜３６および電極３８等の図３からの特徴である（随意の接着剤スポット４２および接着剤スポット４３を伴う）。デバイス本体１４の底面は、電極３８を支持する膜３６と緊密に接触する。デバイス本体１４上のこれらの膜３０、３６は、車軸１８を膜３０および３６の間に添着する一方、ホイール１６およびホイールブレード１６ｂが車軸１８のまわりで自由に回転するままにする。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ホイール１６は、薄くされることができる。いくつかの実施形態では、図１１Ａ−１１Ｆに議論されるように、固定車軸１８のまわりのホイール１６の自由回転移動は、プラスチック層の積層の間、プラスチックが、後続積層技法によって採用されるであろう条件に基づいて金属に積層しないであろうという認識に依拠する。しかしながら、これらの条件下で、プラスチックは、下層プラスチックに粘着するであろう。定義される条件は、積層の間、ＰＥＴを融解させることなくプラスチックを下層プラスチックに粘着させるために十分である熱、圧力、および時間を含む。いくつかの他の実施形態では、図１２Ａ−１２Ｊに議論されるように、ホイール１６の自由回転移動は、プラスチック層の積層の間、プラスチックが、上記のように後続積層技法によって採用されるであろう条件に基づいて金属に積層しないであろうが、固定車軸１８が接着剤スポット４２、４３によって固定されるという認識に依拠する。
【００５６】
図５は、パドル１６ｂおよび中心コア１６ａを伴うホイール１６が膜３２、３６に取り付けられないが、膜３２、３６への車軸１８および本体１４の取付を描写する、拡大図を示す。図５は、図１のように、中心コア１６ａの一部の上の電極２３の一部を示す。
【００５７】
ここでまた、再び図１を参照すると、小さい間隙１９ａは、流体がポート２５ａまたは２５ｂ（図１）のうちの１つを通して流動するとき、ホイール１６が固定車軸１８のまわりで回転することを可能にする。ホイール１６のブレード１６ｂは、ホイール１６を車軸１８のまわりで回転させる流体流動によって影響を受ける。言及されるように、ホイール１６は、ホイール１６が、電極３２および３８の間で回転しながら、電極３２および３８の間のバルク容量特性を変調することを可能にする１つ以上の特徴を有する。
【００５８】
マイクロ流動デバイス１０のバルク容量は、電極３２および３８およびホイールの材料の誘電体である膜３０および３６の比誘電率、および電極３２および３８の間の距離の組み合わせによって提供されるコンデンサの実効容量であり、以下のように与えられる平行板コンデンサに関する公式によって少なくとも近似される。
Ｃ＝εｒε０Ａ／ｄ
【００５９】
Ｃは、容量（ファラド単位）である。
【００６０】
Ａは、２つの電極の重複の面積（平方メートル単位）である。
【００６１】
εｒは、電極の間の材料の比誘電率（膜、ホイールの材料、および流体の比誘電率の和）である。
【００６２】
ε０は、電気定数（ε０≒８．８５４×１０−１２  Ｆ・ｍ−１）である。
【００６３】
ｄは、板の間の分離（メートル単位）であり、ｄは、Ａの最も小さい弦に対して十分に小さい。
【００６４】
変調は、前述の断続器特徴のうちの１つを含むことによって起こる。パターン化電極２３を断続器特徴と見なす。ホイールが回転する際、パターン化電極は、電極３２および３８の間の間隔の内外に割り込む。電極２３は導体であるため、電極２３の電極３２および３８との重複は、電極３２および３８の間の間隔および重複を変化させ、したがって、容量を変調する。
【００６５】
図１では、ホイール上の電極２３は、ホイール全体に対して非対称であり、すなわち、電極２３によって被覆されるホイール１６の表面は、ホイール１６の残りの表面よりも小さく、それと異なるように成形される。ホイール上の電極２３はまた、それ自体に対して非対称であり、電極の外側周辺部分が電極２３の内側周辺部分よりも長い弦を有することを意味する。本配列は、容量を測定する回路によって発生される波形の形状に影響を及ぼす。
【００６６】
ここで図６を参照すると、容量測定回路６０が、マイクロ流動デバイス１０の電極３４ａ、３４ｂに取り付けられる。容量測定回路６０は、採用される容量測定回路のタイプに従って、電圧を電極（本図に示される膜３０上の電極３２のみ）に送達する。容量測定回路のいくつかの実施例では、ＡＣ波形が、使用されることができ、容量は、周波数領域技法を使用して測定される。容量測定回路の他の実施例では、ＤＣ波形が、時間領域技法を使用して容量を測定するために使用される。
【００６７】
容量測定回路６０は、測定される容量に比例するパルスの出力列を送達する。コントローラ６２は、これらのパルスを容量値に変換し、これは、流率および流動方向に変換される。出力は、電極３２および３８の間のバルク容量を表す値であろう（図６に図示せず、これは、ホイール１６の回転および電極３２および３６との重複の領域の内外に割り込む電極２３によって変調される）。断続器２２が対称である場合、変調は、同様に対称であろう。しかしながら、断続器２２が電極２３と同様に非対称である場合、出力は、同様に非対称であろう。
【００６８】
図７を参照すると、流動デバイス１０のスタックされた配列１０’が、示される。スタックされた配列の上部上に、図６のデバイスが示される。マイクロ流動デバイス１０の下方に、整合して示されるポート１５ａを伴うスタックされた配列１０’において配列される同様のマイクロ流動デバイス１０がある。いくつかの実装では、ポート１５ａは、互い違いにされることができる（スタックによって、垂直に隣接するポートが相互にオフセットされることを意味する）。底部端部キャップ２１ａが、スタックされた配列１０に取り付けられるように示され、上部端部キャップ２１ｂが、分解図においてスタックされた配列１０にわたって示されるが、これは、スタックされた配列１０’に添着されるであろう。類似する端部キャップ２１ａ、２１ｂが、図６の流動デバイスと併用されるであろう。
【００６９】
図８を参照すると、単一指向性マイクロ流動デバイス１００および単一指向性流動デバイス１００のスタックされた配列１００’が、示される。単一指向性マイクロ流動デバイス１００は、ホイール１６’上の対称パターン化層として示される対称断続器２２’を除いて、基本的に指向性マイクロ流動デバイス１０（図１−４Ａ）のものと構造において同一である。
【００７０】
図８Ａを参照すると、流動デバイス１００のスタックされた配列１００’が、示される。スタックされた配列の上部上に、図８に示されなかった膜３０（図２と類似する）上の電極３２’およびビア接続３４ａ、３４ｂを伴う図８のデバイス１００が示される。マイクロ流動デバイス１００の下方に、整合して示されるポート（参照せず）を伴うスタックされた配列１００’において配列される同様のマイクロ流動デバイス１００がある。いくつかの実装では、ポートは、互い違いにされることができる（スタックによって、垂直に隣接するポートが相互にオフセットされることを意味する）。底部端部キャップ２１ａ’が、スタックされた配列１００に取り付けられるように示され、上部端部キャップ２１ｂ’が、分解図においてスタックされた配列１００にわたって示されるが、これは、スタックされた配列１００’に添着されるであろう。類似する端部キャップ２１ａ’、２１ｂ’が、図８の流動デバイス１００と併用され得る。
【００７１】
ここで図９Ａ−９Ｃを参照すると、３つの異なる場合に関する容量測定回路６０からの出力を表し得る３つの架空の出力が、示される。出力は、時間に対する電圧である。
【００７２】
図９Ａは、（図８のような）対称断続器２２’を使用する第１の場合を示す。対称断続器（２２’  図８）は、流体流動方向にかかわらず、容量を等しく変調する任意の対称特徴であろう。一実施例は、図８のホイール１６’上に対称パターンを有する電極２３’である。したがって、対称断続器２２’は、例えば、典型的には、容量測定回路６０からの方形波出力に近接する一連のパルスを生成するであろう。一連のパルスは、流率に比例するであろうが、いずれの方向においても実質的に同一であろう対称パルスエッジを有するであろう。回路は、一連のパルスから流体流動方向を判別することが可能ではないであろう。
【００７３】
図９Ｂは、時計回り方向に回転する図１の非対称断続器２２（電極２３）を使用する第２の場合を示し、流体流動の進入がポート１５ｂにおいてであり、退出がポート１５ａにおいてであることを示す。本第２の場合では、非対称断続器２２は、容量測定回路６０から、例えば、流率に比例し、ポート１５ｂの中への流体流動方向を判別するであろう、短い立ち上がり時間を伴う立ち上がり縁および（立ち上がり縁に対して）長い立ち下り時間を伴う遅れ縁を有する一連のパルスを生成するであろう。
【００７４】
図９Ｃは、反時計回り方向に回転する図１の非対称断続器２２（電極２３）を使用する第３の場合を示し、流体流動の進入がポート１５ａにおいてであり、退出がポート１５ｂにおいてであることを示す。本第３の場合では、非対称断続器２２は、例えば、流率に比例し、ポート１５ａの中への流体流動方向を判別するであろう、長い立ち上がり時間を伴う立ち上がり縁および（立ち上がり縁に対して）短い立ち下り時間を伴う遅れ縁を有する一連のパルスを生成するであろう。
【００７５】
容量測定回路６０の一部であるか、または別個の回路であるかのいずれかのコントローラ６２は、測定された容量単位を流動単位に変換するためにテーブル／アルゴリズムを参照する。回路６０および／またはコントローラ６２はまた、縁の立ち上がり／立ち下り時間（図９Ｂおよび図９Ｃ）を判別し、ホイール１６の回転方向、したがって、流体流動方向を判別する。多くの技法は、バルク容量および立ち上がりおよび立ち下り時間にわたるそのような容量の変化を測定および検出するために使用されることができる。
【００７６】
類似する目的のために使用される従来の流動デバイスと比較して、マイクロ流動デバイス１０は、より少ない材料を使用し得、したがって、より少ない応力を受ける。マイクロ流動デバイス１０は、ミクロン〜ミリメートルスケールにおけるサイズを有し、広い範囲の流動測定を提供することができる。
【００７７】
上記に説明される特徴を有するマイクロ流動デバイス１０は、ＭＥＭＳ処理技法およびいわゆるロールツーロール（Ｒ２Ｒ）処理等の種々の方法を使用して製造されることができる。マイクロ流動デバイス１０のための材料は、マイクロ流動デバイス１０によって提供される特徴およびマイクロ流動デバイス１０の製造の方法に基づいて選定される。下記は、マイクロ流動デバイス１０の異なる部分の材料を選定するためのいくつかの基準である。
【００７８】
デバイス本体−デバイス本体１４のために使用される材料は、要件によって定義され得る。一般に、材料は、チャンバを生成するためにその形状を保持するために十分に強い、または堅性である必要がある。いくつかの実装では、材料は、その特徴、例えば、ホイール１６およびチャンバ１２等が画定および機械加工／現像され得るように、エッチング可能または感光性である。時として、また、材料がマイクロ流動デバイス１０内の他の材料と良好に相互作用する、例えば、それに接着することが、望ましい。さらに、材料は、非導電性である。好適な材料の実施例は、ＳＵ８（ネガティブ型エポキシレジスト）およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）レジストを含む。
【００７９】
膜−本部分のための材料は、デバイス本体１４とともに、チャンバ１２内の流体を閉じ込め、電極３２および３８を支持する、鼓膜構造を形成する弾性材料であり得る。したがって、材料は、弾性である場合、前後に屈曲または延伸することができるが、そのような弾性特性は、要求されない。膜材料は、ガスおよび液体を含む着目流体に対して不浸透性であり、非導電性であり、低いか、または高いかのいずれかの破壊電圧特性を有することができる。好適な材料の実施例は、窒化ケイ素およびテフロン（登録商標）を含む。堅性である他の材料もまた、可能性として考えられる。
【００８０】
電極−電極の材料は、導電性である。電極は、有意な量の電流を伝導しないため、材料は、高電気シート抵抗を有することができるが、高抵抗特徴は、必ずしも望ましくない。電極は、膜とともに屈曲および延伸を受け、したがって、材料が疲労および故障を伴わずに屈曲および延伸を取り扱うために柔軟であることが、望ましい。加えて、電極材料および膜材料は、動作の条件下で、良好に接着する、例えば、相互から剥離しない。好適な材料の実施例は、金および白金の非常に薄い層を含む。アルミニウム等のその他も、可能性として考えられる。
【００８１】
電気相互接続−容量測定回路からの電圧は、各チャンバの各膜上の電極に伝導される。これらの電極への導電性経路は、伝導性材料、例えば、金および白金を使用して構築されることができる。アルミニウム等のその他も、可能性として考えられる。
【００８２】
他の材料−ＭＥＭＳ処理がマイクロ流動デバイスを製造する際に使用されるとき、犠牲充填材料、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が、使用されることができる。犠牲充填材料はまた、Ｒ２Ｒ処理において使用されてもよい。いくつかの実装では、溶媒が、製造プロセスにおいて使用され、これは、付加的要件をマイクロ流動デバイスの種々の構築材料に課し得る。電気回路構成要素のうちのいくつかを膜上に印刷することが、可能性として考えられ得る。一般に、ある材料が上記に規定されているが、言及されるものと類似する性質を有する他の材料も、使用され得る。
【００８３】
端板（図に図示せず）が、周囲から電極および膜を保護するために、最終デバイス１０の上方および下方に設置されることができる。最終デバイス１０は、集積回路のために使用されるもの等の種々のタイプの包装において包装されることができ、ポート上に継手を嵌合されることができる。
【００８４】
ここで図１０を参照すると、流動デバイス１０は、電極３２および３８の間の領域の外側にある電極２３の静止位置に対応するバルク容量値Ｃｂおよび流動デバイス１０を通した流体流動に応答するホイールの回転に対応する可変容量値Ｃｖを有するコンデンサとして電気的にモデル（６６）化されることができる。図１０では、モデル６６は、バルク容量値Ｃｂおよび可変容量値Ｃｖを有するように示される。これらの「コンデンサ」はそれぞれ、電気的に並列に接続される。並列に接続されるコンデンサは、個々のコンデンサの容量の和である合計容量を有する。
【００８５】
上記に言及されるように、ＭＥＭＳ処理（微小電気機械システム）等のいくつかのアプローチが、マイクロ流動デバイス１０を加工するために使用されることができるが、下記に議論される技法は、他のタイプのデバイス／システムの形成にもまた適用され得るロールツーロール処理による加工のための技法であろう。
（マイクロ流動デバイスを生成するためのロールツーロール処理）
【００８６】
ロールツーロール処理ラインは、堆積、パターン化、および他の処理が起こる封入されたチャンバであり得るかまたはそれを含み得るいくつかのステーションを備えることができる。高レベルと見なされる処理は、したがって、加算的（厳密に所望される場所で材料を追加する）または減算的（所望されない場所で材料を除去する）であり得る。堆積処理は、必要に応じて、蒸発、スパッタリング、および／または化学蒸着（ＣＶＤ）、および印刷を含む。パターン化処理は、要件に応じて、走査レーザおよび電子ビームパターン発生、機械加工、光学リソグラフィ、パターン化される特徴の分解能に応じたグラビアおよびフレキソ（オフセット）印刷等の技法を含むことができる。インクジェット印刷およびスクリーン印刷が、導体等の機能性材料を下に置くために使用されることができる。打ち抜き、インプリント、およびエンボス加工等の他の技法も、使用されることができる。
【００８７】
元々の未加工材料ロールは、可撓性材料のウェブである（図示せず）。ロールツーロール処理では、可撓性材料のウェブは、任意のそのような材料であり得、典型的には、ガラスまたはプラスチックまたはステンレス鋼である。これらの材料（またはその他）のうちのいずれかが使用され得るが、プラスチックは、ガラスおよびステンレス鋼に優るより低い費用考慮事項の利点を有する。具体的材料が、マイクロ流動デバイスの用途に従って決定されるであろう。用途では、遭遇温度に耐え得るステンレス鋼または他の材料（例えば、遭遇温度に耐え得るテフロン（登録商標）および他のプラスチックなど）等の材料が、使用されるであろう。
【００８８】
図１−７に示される構造および図８、８Ａに示される構造に関して、ロールツーロール処理ライン内のステーションは、要求される処理に従って設定される。したがって、端部キャップおよび上部キャップが、ウェブまたはプラスチックシート上に形成され得るが、説明されるであろうように、一実装では、端部および上部キャップは、マイクロ流動デバイススタックの形成後に提供される。
【００８９】
プラスチックウェブは、パターン化ステーションが続く堆積ステーションにおけるウェブ上の材料の堆積によって、本体１４（図４Ａ）を支持するために使用される。本体は、形成ステーションにおいて形成される。本体１４を支持するウェブは、ステーションにおいて本体１４にわたって堆積された膜３０を有する。堆積ステーションにおいて、膜３０にわたって、電極３２が堆積され、これは、パターン化ステーションにおいてパターン化される。膜３０上に支持されるパターン化電極３２を伴う膜３０が、本体１４上に提供される。膜３６上に支持されるパターン化電極３３を伴う膜３６もまた、本体１４上に提供される。各膜３０、３６上の電極３２、３８に接続するための電気相互接続が、伝導性材料、例えば、金、銀、および白金層（または銀インク等の伝導性インクおよび同等物）を堆積させることによって提供される。いくつかの実装では、電気回路構成要素のうちのいくつかが、膜３０、３６上に印刷される。マイクロ流動ユニット（電極および電気接続およびキャップを伴う本体および膜）を有するロールが、マイクロ流動デバイス１０を提供するために、用途に従ってダイシングされ、収集され、包装される。
【００９０】
図１１Ａ−１１Ｄを参照すると、マイクロ流動デバイス１０を提供するための具体的ロールツーロール処理アプローチが、示される。材料の未加工シートが、特徴がシートに適用されるように複数のステーションを通過させられ、シートは、続けて、巻き取られ、加工されたマイクロ流動デバイスを生成する。
【００９１】
図１１Ａおよび図１１Ａ−１を参照すると、ガラスまたはプラスチックまたはステンレス鋼等の可撓性材料のシート７０が、ウェブとして使用される。マイクロ流動デバイス１０の特定の実装に関して、材料は、シート７０の主面にわたって金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の層７４を提供される、プラスチックシート、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。シート７０は、１００Å（オングストローム）厚さを有するアルミニウムの薄い金属層７４でコーティングされる５０ミクロン厚さのＰＥＴ（テフロン（登録商標））のシートである。他の厚さも、使用され得る（例えば、シート７０は、例えば、２５ミクロン〜２５０ミクロン（またはそれよりも大きい）の厚さを有し得、層７４の厚さは、５０Å〜５００Å（またはそれよりも大きい）であり得る）。一般に、本体層は、膜層厚さのものの約５〜１０倍の厚さを有するであろう。厚さは、構築される微小電気機械システムの所望の性質およびロールツーロール処理ラインの取扱能力に基づく。これらの考慮事項は、最大厚さに対する実践的限界を提供するであろう。同様に、最小厚さは、構築される微小電気機械システムの所望の性質およびロールツーロール処理ラインにおいて非常に薄いシートを取り扱う能力に基づく。
【００９２】
金属層７４は、蒸発または他の技法等の種々のアプローチによって提供される。そのような金属化フィルムはまた、商業的に入手可能である。金属の層７４を伴うロール（図示せず）からのシート７０は、アブレーションステーション、例えば、レーザアブレーションステーション１においてパターン化される。マスク（図示せず）が、本体１４および車軸１８までの間隙を形成するために使用されるであろうシート７０のこれらの部分から金属層７４を除去する一方、最終的に可動部分、例えば、ホイール１６になるであろうシートの部分上の金属７４を残すようにレーザアブレーションステーション１を構成するために使用される。随意に、金属７４はまた、不必要なアブレーションにおける時間／費用を節約するために、種々の構造が加工されないシートのそれらの外部部分上に残されることができる。
【００９３】
ホイール１６になるであろうシート部分上に残された金属は、ホイールがチャンバ１２内で回転することを可能にする。本技法は、下記に議論されるように、プラスチック層の積層の間、プラスチックが、後続積層技法によって採用されるであろう条件に基づいて金属に積層しないであろうという認識に依拠する。しかしながら、これらの条件下で、プラスチックは、下層プラスチックに粘着するであろう。定義される条件は、積層の間、ＰＥＴを融解させることなくプラスチックを静電機構によって下層プラスチックに粘着させるために十分である熱、圧力、および時間を含む。
【００９４】
ここで図１１Ｂを参照すると、ホイール１６に対応するであろうシート部分上、および随意に、外部部分上に残される金属７４を伴うシート７０が、微細加工される。第２のマスク（図示せず）が、チャンバおよびホイールを画定または形成するように第２のレーザアブレーションステーションを構成するために使用される。シートは、図１に議論されるように繋留されるチャンバ１２およびホイール１６を画定または形成するようにレーザアブレーションステーションを構成するために、マスクまたは直接書込を使用して微細加工される。ビアもまた、電気接続のために提供される。微細加工は、その中にホイール１６が位置するチャンバ１２を形成するためにプラスチックをアブレーションし、車軸１８までの間隙１９を画定し、本体１４のフレーム部分を画定する。
【００９５】
ここで図１１Ｃを参照すると、シート７０は、ホイール１６および車軸１８までの間隙１９の画定された特徴を伴い、チャンバ１２は、積層ステーションにおいて、第２のシート（パターン化領域７６として示される）、例えば、５ミクロンの厚さのＰＥＴのシートに積層され、シートの上面上に１００ＡのＡｌの第２の金属層３１０を伴う。パターン化領域７６として示される本第２のシートは、チャンバ１２およびホイール１６の画定された特徴によって提供される流動デバイス本体１４にわたって膜を提供する。第２のシートもまた、金属層のコーティングに先立って、または続けて、整合孔（図示せず）を提供するために機械加工される。
【００９６】
第１のシートへの第２のシートの積層に先立って、第２のシートはまた、本体構造と整合するであろう一部の面積にわたっていくつかのランダムに分散された孔またはビューポート（図示せず）を提供される。これらのランダムに分散された孔は、第１のシート上の本体ユニットの下層特徴を明らかにし、認識するために機械ビジョンシステムによって使用される。データが、ランダムな孔を通した第１のシート内の認識された特徴を記録することによって発生される。これらのデータは、本体にわたる層から電極を形成するとき、第３のアブレーションステーションを整合させるために使用されるであろう。
【００９７】
第２のシートは、第１のシート上にプラスチックが存在し、第２のシート上にプラスチックが存在する面積内で第１のシートに積層され、したがって、それに粘着（または接着）する。この点で、マイクロ流動デバイスの繰り返し可能ユニットの複合シートが、形成されるが、膜上の層から形成される電極を伴わない。
【００９８】
機械ビジョンシステムは、レーザアブレーションシステムからのレーザビームがマスクに従って電極を提供し、本体の対応する部分と位置合わせされた電極を伴うように、レーザアブレーションステーションをマスク（または直接書込）と整合させる際にレーザアブレーションシステムによって使用されるデータファイルを生成する。電極は、電極および導体の部分ではない領域内の金属をアブレーションすることによって形成され、シート上に絶縁される電極および導体を残す。本体へのパターン化電極の位置合わせは、したがって、産業において一般的に見出される技法を使用して、レーザアブレーションシステムがレーザビームをマスクと整合させるために使用する位置付けデータを提供する積層された構造の前側上の特徴を観察するために機械ビジョンシステムを使用することによって提供される。
【００９９】
ここで図１１Ｄを参照すると、複合シート７０は、レーザアブレーションステーションに給送され、膜を形成している第２のシート上に堆積される１００Å  Ａｌ層をアブレーションすることによって電極を形成する。複合シートは、マスクに従ってパターン化され、本体の対応する領域にわたって電極を画定する。アブレーションステーションは、金属層から金属をアブレーションし、シート上に絶縁された電極を残す。
【０１００】
ここで図１１Ｅを参照すると、図１１Ｄからのシート７０は、例えば、ホイールの部分を通して孔を設置する（図示せず）、または示されるようにホイール１６の一部の上に電極２２を設置することによって、断続器２２を適用する積層およびパターン化ステーションを通過させられる。図１１Ｅでは、電極２２は、ホイール１６の裏側に適用される。
【０１０１】
いくつかの実装では、ホイールを形成する特徴を薄くする、すなわち、ホイールの自由回転を確実にするために数百オングストロームだけホイールの厚さを縮小することが、有用であり得る。これは、使用されている断続器に応じて、およびホイール上に設置される場合、断続器がホイールと同時に形成されるかどうかに応じて、第１のシートへの第２のシートの積層に先立って、またはホイールの形成に続けてのいずれかで遂行されることができる。ホイール１６とホイール１６と接触する１つ以上の膜３２、３６との間の任意の回転摩擦を低減させるために使用される１つの特定の実装は、カラーを提供することであろう。本実装では、図１１Ｅ−１に示されるように、ホイール１６（中心部分１６ａおよびブレード１６ｂ）は、裏側（および／または前側）上で薄くされ、車軸１８のまわりで薄くされていない高さの狭いカラー２９を残す。
【０１０２】
代替技法は、本体と膜との間に非常に薄いスペーサ層（図示せず）を組み込み、ホイールの自由回転を確実にするために数ミクロンだけホイールのものに対して本体の高さを事実上増加させることであろう。これらのスペーサ層は、チャンバに対応する層内の開口を有するであろう。
【０１０３】
孔等の断続器は、ホイールの形成に続けてホイールの一部の誘電特性を変化させるために、ホイールを形成するであろう材料を通して孔等を設置することによって、第１のシートへの第２のシートの積層に先立って、または続けて提供されることができる。
【０１０４】
ここで図１１Ｆを参照すると、図１１Ｄからのシート７０は、第３のシート７８、例えば、５ミクロン厚さのＰＥＴのシートを適用するために異なる積層ステーションを通過させられることができ、シート７８の上面上に１００ＡのＡｌの第３の金属層８０を伴う。本第３のシート７８は、パターン化され、チャンバ１２およびホイール１６の画定された特徴によって提供される流動デバイス本体１４にわたって膜３６を形成する。第３のシート７８の整合の間、機械加工された整合孔（図示せず）が、金属層８０をパターン化し、電極３８を形成するための誘導において使用されることができる。
【０１０５】
代替として、デバイス１０の個々のものを解放するためにダイシングされた後の図１１Ｄのマイクロ流動デバイス１０は、上記に議論される繰り返し可能層特性を使用して、２つ以上のもののスタックにおいて配列されることができる。第１のスタックされたデバイス要素１０の第１の膜／電極組み合わせは、第１のデバイス要素１０に取り付けられる第２のスタックされたデバイス要素のための電極／膜組み合わせのうちの１つを形成する。
【０１０６】
図１１Ａ−１１Ｆのロールツーロール処理の代替として、材料の未加工シートが、特徴がシートに適用されるように複数のステーションを通過させられ、シートは、続けて、巻き取られ、加工されたマイクロ流動デバイスを生成し、図１１Ａ−１１Ｆに図示されたように、多くのそのような加工されたマイクロ流動デバイスが、シート上に加工される。下記に議論される処理アプローチは、特に、マイクロ加工デバイスがある方式で移動する、例えば、回転、摺動、枢動等をするように要求される特徴を有する場合、ロールツーロール処理を使用する多くのマイクロ加工デバイスの加工のために適合されることができる。下記の図１２Ａ−１２Ｊでは、動作時に回転するホイール１６（図１−７参照）を有するマイクロ流動測定デバイス１０（または１００）は、デバイス動作の間に移動する、例えば、回転、摺動、枢動等をする１つ以上の特徴を有するマイクロ加工デバイスの実施例として使用されるであろう。
【０１０７】
ここで図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、非金属化５０ミクロン厚さのシート等の可撓性材料のシート１７０が、本体層１４（図１）を提供するために使用されるであろう主面にわたる両面接着剤１７４を提供される。接着剤は、図１２Ｂに図示されるように、シート１７０にわたって配置されるタイプ１８０１テープである。マイクロ流動デバイス１０の特定の実装に関して、材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。他の材料も、使用され得る。
【０１０８】
ここで図１２Ｃを参照すると、接着剤１７４を伴うシート１７０は、可動部分に対応するであろう全ての領域から接着剤を一掃するようにパターン化される。したがって、デバイス１０において使用されるホイール１６の実施例に関して、マスク（図示せず）が、その中でホイール１６が形成されるであろうシート１７０の面積から接着剤を除去するようにレーザアブレーションステーションを構成するために使用される。流動デバイス１０に関して、これは、固定車軸１８に対応するであろう中心部分上の接着剤を残しながら、本体１４のフレーム部分上の接着剤を残すことを伴うであろう。
【０１０９】
ここで図１２Ｄを参照すると、シート１７０は、図１に議論されるように繋留されるチャンバ１２およびホイール１６を画定または形成するようにレーザアブレーションステーションを構成するために、別のマスク（図示せず）または直接書込を使用して微細加工される。伝導性ビアもまた、電気接続のために提供される。微細加工は、チャンバ１２を形成するためにシートの材料をアブレーションし、ホイール１６は、チャンバ１２の内壁から離間され、車軸１８は、ホイールから離間される一方、本体１４のフレーム部分および本体のフレーム部分上の接着剤１７４および車軸を提供するであろうホイールの中心部分をそのままにする。
【０１１０】
ここで図１２Ｅを参照すると、微細加工されたチャンバ１２、ホイール１６、および車軸１８（図１：図１２Ｅに参照せず）を伴うシート１７０は、膜シート１７６ａおよび１７６ｂ、例えば、それぞれ、１００Ａ厚さのＡｌの金属層を伴う５ミクロン厚さのＰＥＴのシートに添着される。シート１７０は、膜シート１７６ａおよび１７６ｂのうちの１つで両側上で添着され、それらのシートの金属層は、本体１４から外向きに面し、これは、複合シート１７５を提供する。接着剤１７４（図１２Ｄ）の領域は、シート１７６ａ、１７６ｂをシート１７０に接着させるであろう。
【０１１１】
ここで図１２Ｆおよび１２Ｇを参照すると、シート１７６ａおよび１７６ｂは、膜シート１７６ａ、１７６ｂによって担持されるパターン化電極１７７ａ（図１２Ｆ）、１７７ｂ（図１２Ｇ）を形成するようにパターン化される。第２のシート１７６ａ、１７６ｂは、整合孔（図示せず）を提供するように機械加工されることができる。
【０１１２】
ここで図１２Ｈを参照すると、パターン化電極を支持するシート１７６ａおよび１７６ｂを伴う複合シート１７５（シート１７６ａ、１７０、および１７６ｂ）は、示されるように、流体アクセスポートおよび整合ピン孔１８９のためのチェイス１８５を切断するようにパターン化される。
【０１１３】
ここで図１２Ｉを参照すると、図１２Ｈの複合シート１７５は、図１２Ｊに示される事前加工されたシール層１８０ａ（示される）および１８０ｂの対の間に積層されるであろう。シール層１８０ａ、１８０ｂは、片面１８０１テープを担持する事前加工された５０ミクロン厚さのシートである。事前加工されたシール層１８０ａ、１８０ｂは、流体アクセスポートにアクセスするためのチェイス１８５、電極にアクセスするためのアクセス切り欠き１８７、およびシートアレイ（図示せず）から複数のデバイス１０を単一化（ダイシング）するために使用される固定具およびステッチ（図示せず）において流動デバイスを位置付けるための整合ピン孔１８９を切断するように処理される。
【０１１４】
ここで図１２Ｊを参照すると、電極アクセス切り欠き１８７ａ、１８７ｂ、解放された可動部分、例えば、ホイール１６、および流体アクセスポートにアクセスするためのチェイス１８５、および整合ピン孔１８９およびステッチ（図示せず）を伴う複合シート１７５は、片面１８０１テープを介して複合シートの両側上に配置される事前加工されたシール層１８０ａ、１８０ｂの対と添着される。
【０１１５】
上記の技法はまた、議論されるように、機械ビジョンシステムを使用し、レーザアブレーションシステムからのレーザビームが、本体の対応する部分と位置合わせして使用されるマスクに従って特徴を提供するように、レーザアブレーションステーションをマスク（または直接書込）と整合させる際にレーザアブレーションシステムによって使用されるデータファイルを生成することができる。電極は、電極および導体の一部ではない領域内の金属をアブレーションすることによって形成され、シート上に絶縁された電極および導体を残す。
【０１１６】
可動部分、例えば、ホイール、すなわち、上記に議論されるように形成する特徴を薄くすることは、カラーの形成を含む図１２Ａ−１２Ｉの処理とともに適用され得る。
【０１１７】
ここで図１３Ａ−１３Ｃを参照すると、ホイール１６は、ホイール１６（図１３Ａ）を通したパターン化金属ドットまたは孔のいずれかであり得る断続器１９０とともに示される。本断続器は、本明細書に議論されるいずれかのプロセスを提供されることができる。図１３Ｂは、ホイール１６が、ホイール１６を通したパターン化金属ラインまたはスリット（図１３Ｃ）のいずれかである断続器１９２とともに示されることを示す。断続器は、本明細書に議論されるいずれかのプロセスを提供されることができる。断続器がホイール１６内の金属ドットのセットであるかまたは孔またはラインまたはスリットのセットであるかに関わらず、ホイール１６が回転する際、導体（図示せず）の重複部分の間に配置される誘電体は変動し、これは、重複する部分の間の容量の付随する変動を提供し、金属ドットまたは孔またはラインまたはスリットが回転方向に対して非対称である場合、ホイールの回転はまた、上記に議論されるように、容量変化から、回転方向のインジケーションを提供するであろう。
【０１１８】
治具または試験固定具（図示せず）が、整合ピン孔と併用されることができる。組立のための他のスタック技法が、整合ピン孔の有無を問わずに可能性として考えられる。水平基部に搭載される垂直な４つの支柱を備え得る治具（図示せず）が、切削ダイスの個々のものをスタックするために使用される。治具上に、端部キャップ（例えば、金属層を伴う５０ミクロンＰＥＴシート）が、提供され、端部キャップにわたって、第１の繰り返し可能ユニットが、提供される。繰り返し可能ユニットは、ユニットを治具上で定位置に保持するためにスポット溶接される（局所化加熱源を適用される）。各繰り返し可能ユニットが以前の繰り返し可能ユニットにわたってスタックされる際、そのユニットは、スポット溶接される。スタックは、スタックの一方の側上にポートを有し、スタックの他方の側上にポートを有することによって提供され、スタックにおけるポートのそれぞれを分離する中実表面を有するような弁の配列からの結果として互い違いにされる。いったんスタックが完了されると、上部キャップ（図示せず）が、提供されることができる。スタックユニットは、示されない積層ステーションに送出され、スタックは、積層され、繰り返し可能ユニットおよびキャップの全てをともに積層する。端部キャップおよび上部キャップは、包装の一部でもあり得る。そうでなければ、繰り返し可能ユニットのセットが、対において積層または溶接されることができる。組立のための他のスタック技法も、整合孔の有無を問わずに可能性として考えられる。
【０１１９】
スタックされた流動デバイス１０上のパターン化電極を相互接続するためのビア導体が、タブを介して、城郭構造である導体と、すなわち、電極タブに接触する比較的に広い面積および電極内の孔を通した比較的に狭い面積と接続される。本配列は、電極部分を通した孔よりも大きい本体部分内の孔を有することによって提供される。これは、それぞれ、本体および電極のパターン化段階の間に遂行されることができる。ビア導体は、孔の中への上記に言及される伝導性インクの導入によって形成される。
【０１２０】
本明細書に説明される異なる実装の要素は、上記に具体的に記載されない他の実施形態を形成するために組み合わせられてもよい。要素は、それらの動作に悪影響を及ぼすことなく、本明細書に説明される構造から除外されてもよい。さらに、種々の別個の要素は、本明細書に説明される機能を実施するために、１つ以上の個々の要素に組み合わせられてもよい。
【０１２１】
他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。例えば、図１２Ａ−１２Ｊに示されるように、加工されたマイクロ流動測定デバイス（図１２Ｊ）は、図１２Ｈの複合シート１７５の両側上に図１２Ｊに示される事前加工されたシール層１８０ａ（図１２Ｉ）および１８０ｂの対を含む。いくつかの実装におけるシール層１８０ａ、１８０ｂは、膜シート１７６ａおよび１７６ｂがマイクロ流動測定デバイスを通した空気流に起因する歪曲に抵抗するために十分に堅性にされる、または十分に強くされる限り、省略されることができる。膜がマイクロ流動測定デバイスの動作の間に撓曲または屈曲する必要がなく、そうするべきではないことを前提として、（容量の測定における雑音を回避するために）膜は、５ミクロンよりも厚くされることができる、またはガラスまたは堅性プラスチック等のより堅性の材料から作製されることができる。この場合、基本マイクロ流動測定デバイスは、３つの層であり、すなわち、ホイール１６を格納する層および電極３２、３８を担持する複数の層であり得る。電極は、外向きに面し、したがって、電極アクセス切り欠き１８７ａ、１８７ｂの必要性をなくす。
【図１】
2020529603.tif 000003
【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
2020529603.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
2020529603.tif 000017
【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１１−４】
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【図１１−５】
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【図１１Ｅ−１】
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【図１１−６】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
2020529603.tif 000027
【図１２Ｄ】
2020529603.tif 000028
【図１２Ｅ】
2020529603.tif 000029
【図１２Ｆ】
2020529603.tif 000030
【図１２Ｇ】
2020529603.tif 000031
【図１２Ｈ】
2020529603.tif 000032
【図１２Ｉ】
2020529603.tif 000033
【図１２Ｊ】
2020529603.tif 000034
【図１３Ａ】
2020529603.tif 000035
【図１３Ｂ】
2020529603.tif 000036
【図１３Ｃ】
2020529603.tif 000037
【国際調査報告】
2020529603.tif 000038