JP2021050758A - マイクロバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】積層構造のマイクロバルブにおいて、異物混入時のシール性を向上させる。【解決手段】マイクロバルブ１０は、積層構造を有しており、基台層２０とダイヤフラム層３０とを備える。基台層には、マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口２３、および、当該ガスを外部へ流出させるための流出口が形成されている。ダイヤフラム層は、基台層に対向して配置される。ダイヤフラム層は、弾性変形することによって流入口から流出口へのガスの流通と遮断とを切換える。ダイヤフラム層は、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な複数の変形領域３３と、複数の剛体領域３４とが交互に形成された構成を有する。ダイヤフラム層は、複数の変形領域の少なくとも一部が弾性変形することによって、流入口および流出口の少なくとも一方を閉止する。【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロバルブに関し、より特定的には、積層構造を有するマイクロバルブのシール性を向上させるための構造に関する。

ガスクロマトグラフなどの分析装置に使用可能な流路切換用のバルブ装置として、弾性変形が可能なダイヤフラムを用いて、流体の流通と遮断とを切換えるマイクロバルブが知られている。

国際公開第２０１８／２３５２２９号（特許文献１）においては、移動部の周囲に変形部が形成されたダイヤフラム層を有する積層構造のマイクロバルブが開示されている。国際公開第２０１８／２３５２２９号（特許文献１）のマイクロバルブにおいては、当該バルブの制御用流体（以下、「ニューマチック流体」とも称する。）を流入させてダイヤフラム層の変形部を弾性変形させることによって、移動部を用いて、サンプルガスが通過する流入口および／または流出口を閉止することができる。

国際公開第２０１８／２３５２２９号

国際公開第２０１８／２３５２２９号（特許文献１）のマイクロバルブの構成においては、ダイヤフラム層を形成する材料（たとえば、シリコン）の厚みを部分的に薄くすることによって変形部を形成している。言い換えれば、ダイヤフラム層の移動部については、変形部よりも材料の厚みが厚くされており、変形部の弾性変形に伴って、移動部の全体が剛体として移動する。

このような構成のマイクロバルブにおいて、サンプルガスの流入口／流出口が形成される基台層と、ダイヤフラム層の移動部との間のシール面に異物が混入した場合、サンプルガスを遮断するためにニューマチック流体を流入しても、当該異物によって基台層と移動部との間に隙間が生じてシール性が損なわれる可能性がある。そうすると、流入口から流出口へサンプルガスが漏洩してしまい、流路切換えが適切に行なえない状態となり得る。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、積層構造を有するマイクロバルブにおいて、異物混入時のシール性を向上させることである。

本発明の第１の態様に従うマイクロバルブは、積層構造を有しており、基台層とダイヤフラム層とを備える。基台層には、マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成されている。ダイヤフラム層は、基台層に対向して配置される。ダイヤフラム層は、弾性変形することによって流入口から流出口へのガスの流通と遮断とを切換える。ダイヤフラム層は、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な複数の変形領域と、複数の剛体領域とが交互に形成された構成を有する。ダイヤフラム層は、複数の変形領域の少なくとも一部が弾性変形することによって、流入口および流出口の少なくとも一方を閉止する。

本発明の第２の態様に従うマイクロバルブは、積層構造を有しており、基台層とダイヤフラム層とを備える。基台層には、マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成されている。ダイヤフラム層は、基台層に対向して配置される。ダイヤフラム層は、弾性変形することによって流入口から流出口へのガスの流通と遮断とを切換える。ダイヤフラム層は、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な変形領域と、変形領域の変形量を制限する剛体領域とを含む。流入口および流出口の少なくとも一方は、弾性変形した変形領域により覆われることによって閉止される。

本開示によるマイクロバルブによれば、ダイヤフラム層が複数の変形領域と複数の剛体領域とによって形成された構成、あるいは、変形領域の弾性変形時に流入口および流出口の少なくとも一方が変形領域によって覆われる構成を有している。これにより、ダイヤフラム層の柔軟性が増加するので、シール面に異物が混入した場合であっても、流入口および流出口の少なくとも一方を閉止することができる。したがって、マイクロバルブにおいて、異物混入時のシール性を向上させることができる。

実施の形態に従うマイクロバルブを示す斜視図である。 図１のマイクロバルブの分解斜視図である。 図１のマイクロバルブの側面透過図である。 図１におけるダイヤフラム層の平面図である。 図１のマイクロバルブの動作を説明するための第１図である。 図１のマイクロバルブの動作を説明するための第２図である。 比較例のマイクロバルブの側面透過図である。 異物が混入した場合の比較例のマイクロバルブの状態を示す図である。 異物が混入した場合の実施の形態のマイクロバルブの状態を示す図である。 比較例のマイクロバルブと実施の形態のマイクロバルブにおけるリーク率を説明するための図である。 変形例１のマイクロバルブの側面透過図である。 変形例２のマイクロバルブのダイヤフラム層の平面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態］
（マイクロバルブの構成）
図１〜図４を用いて、実施の形態に従うマイクロバルブ１０の構成について説明する。図１はマイクロバルブ１０の斜視図であり、図２は図１の斜視図の分解図である。なお、図１および図２においては、マイクロバルブ１０の一部が切り欠かれた状態が示されている。また、図３はマイクロバルブ１０の断面図であり、図４はダイヤフラム層３０の平面図である。

図１〜図４を参照して、マイクロバルブ１０は、法線方向から平面視した場合に略正方形の外形を有する複数の板状部材が積層された積層構造を有している。以降の説明において、マイクロバルブ１０の積層方向（すなわち、法線方向）をＺ軸方向とし、正方形の平面形状の隣り合う辺の方向をそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向とする。たとえば、マイクロバルブ１０のＺ方向の寸法（厚み）は約１〜２ｍｍであり、Ｘ方向およびＹ方向の寸法はそれぞれ約１ｃｍである。なお、便宜的に、図中のＺ軸の正方向を上方向、負方向を下方向とも称する。

マイクロバルブ１０は、上記の複数の板状部材として、基台層２０と、ダイヤフラム層３０と、カバー層４０とを含む。基台層２０、ダイヤフラム層３０、およびカバー層４０の各層は、平面視した場合に、ほぼ同一の外形を有する。基台層２０、ダイヤフラム層３０、およびカバー層４０の各層は、所望の強度および柔軟性を実現するために、たとえば、シリコン、ガラス、鉄（ステンレス鋼、炭素鋼）、チタン、真鍮、またはＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂の単一材料で形成されており、ＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical Systems）技術により微細加工が施されている。

基台層２０は、マイクロバルブ１０の最下層に配置される。基台層２０には、凹部２１と、基台層２０を貫通する開口部２２〜２４が形成されている。凹部２１は、基台層２０を平面視した場合に略円形状を有しており、基台層２０の略中心付近に形成されている。凹部２１は、基台層２０の上面側から下面側に向かってくぼんでいる。基台層２０の厚みは約１５０μｍである。また、凹部２１の深さは５〜２０μｍであり、好ましくは約１０μｍである。

開口部２３，２４は、凹部２１の底部２５に形成されている。後述するように、開口部２３，２４は、サンプルガスの流入口および流出口をそれぞれ形成する。開口部２２は、基台層２０の凹部２１の周辺の外縁部２６に、凹部２１とは離隔して形成されている。後述するように、開口部２２は、マイクロバルブ１０の制御用流体（ニューマチック流体）の供給口を形成する。

ダイヤフラム層３０は、基台層２０の上面側に、基台層２０に対向して配置される。図４に示されるように、ダイヤフラム層３０には、同心円状に形成された複数の環状凹部３１、および、ダイヤフラム層３０を貫通する開口部３２が形成されている。環状凹部３１は、ダイヤフラム層３０の上面側から下面側に向かってくぼんでいる。環状凹部３１の底部３３の厚みは、環状凹部３１の間の部分３４の厚みよりも薄く、可撓性を有している。環状凹部３１の底部が弾性変形することによって、環状凹部３１の間の部分３４が上下方向に移動する。最外部の環状凹部３１の外形は、基台層２０における凹部２１とほぼ同じ外形とされる。以下、環状凹部３１の底部３３を「変形領域３３」とも称し、環状凹部３１の間の部分３４を「剛体領域３４」とも称する。図４のように、実施の形態においては、環状凹部３１は円環形状を有しており、変形領域３３および剛体領域３４は同心円状に交互に形成されている。なお、「変形領域３３」および「剛体領域３４」によって移動部が形成される。

開口部３２は、ダイヤフラム層３０の環状凹部３１の周辺の外縁部３６に、環状凹部３１と離隔して形成されている。開口部３２は、平面視した場合に、基台層２０の開口部２２と重なる位置に形成されており、開口部２２とともにニューマチック流体の供給口を形成する。

カバー層４０は、ダイヤフラム層３０の上面側に、ダイヤフラム層３０に対向して配置される。すなわち、基台層２０とカバー層４０との間に、ダイヤフラム層３０が配置される。

カバー層４０には、凹部４１が形成されている。凹部４１は、カバー層４０の下面側から上面側にくぼんでいる。凹部４１は、ダイヤフラム層３０の開口部３２、および、環状凹部３１を覆うように形成されている。したがって、開口部２２，３２を通って供給されたニューマチック流体は、凹部４１を通って環状凹部３１に満たされる。

各層における開口部および凹部は、たとえば、ドライエッチングあるいはブラスト処理によって予め各層に形成される。その後、各層に不活性化処理が施されて、積層されることによってマイクロバルブ１０が形成される。

マイクロバルブ１０は、図３のように、流路部材５０に接続されて使用される。流路部材５０には、基台層２０の開口部２２〜２４にそれぞれ対応する位置に、開口部５２〜５４が形成されている。流路部材５０の開口部５２、基台層２０の開口部２２、およびダイヤフラム層３０の開口部３２は連通しており、ニューマチック流体の供給口６２を形成している。ニューマチック流体は、供給口６２を通って、カバー層４０の凹部４１へと供給される。

流路部材５０の開口部５３は、基台層２０の開口部２３と連通しており、サンプルガスの流入口６３を形成する。また、流路部材５０の開口部５４は、基台層２０の開口部２４と連通しており、サンプルガスの流出口６４を形成する。

（マイクロバルブの動作）
次に、図５および図６を用いて、マイクロバルブ１０の動作について説明する。図３および図５を参照して、マイクロバルブ１０にニューマチック流体およびサンプルガスのいずれも供給されない状態（初期状態）においては、図３に示すように、ダイヤフラム層３０の変形領域３３および剛体領域３４は、基台層２０およびカバー層４０と間隔を隔てた位置に配置されている。

初期状態において、流入口６３にサンプルガスが供給されると、ダイヤフラム層３０と基台層２０との間の空間の圧力と、ダイヤフラム層３０とカバー層４０との間の空間の圧力との差圧によって最外部の変形領域３３が弾性変形し、剛体領域３４および他の変形領域３３が上方へと変位する。これにより、図５の矢印ＡＲ１のように、流入口６３と流出口６４との間の連通状態が維持され、流入口６３から導入されたサンプルガスが流出口６４を通して外部へと流出する。すなわち、マイクロバルブ１０が開状態となる。

このとき、剛体領域３４の上面がカバー層４０の凹部４１に当接することで、変形領域３３の変形量が制限される。すなわち、剛体領域３４はストッパとして機能する。剛体領域３４によって変形領域３３の変形量を制限することで、過大な変形による変形領域３３の破損を防止することができる。

なお、上記の図５の説明においては、ニューマチック流体が供給されない場合について説明したが、サンプルガスの供給圧がニューマチック流体の供給圧よりも大きい場合には、ニューマチック流体が供給されている場合であっても図５と同様の状態になり得る。

一方、図６の矢印ＡＲ２のように、サンプルガスの供給圧よりも高い圧力のニューマチック流体が供給口６２に供給されると、ニューマチック流体とサンプルガスとの差圧によって最外部の変形領域３３が弾性変形し、剛体領域３４および他の変形領域３３が下方へと変位する。そして、剛体領域３４および変形領域３３の下面が基台層２０の凹部２１の底部２５と密着することによって、サンプルガスの流入口６３および流出口６４の少なくとも一方が閉止される。これにより、流入口６３に供給されたサンプルガスの流路が遮断される（矢印ＡＲ３）。すなわち、マイクロバルブ１０が閉状態となる。

図６の状態から、ニューマチック流体の供給が停止された場合、あるいは、ニューマチック流体の供給圧がサンプルガスの供給圧よりも低くされた場合には、図５の状態に復帰し、マイクロバルブ１０が再び開状態となる。

このような、ニューマチック流体の圧力を用いてダイヤフラム層を弾性変形させて流体の流通と遮断とを切換えるマイクロバルブにおいては、上述のように基台層の凹部における基台層とダイヤフラム層との隙間は５〜２０μｍ程度となっている。そのため、流体内に非常に小さな異物が混入した場合でも、マイクロバルブのシール性に影響が及ぶ可能性がある。以下、基台層とダイヤフラム層との間に異物が混入した場合の本実施の形態のマイクロバルブの動作について、比較例と比較しながら説明する。

図７は、国際公開第２０１８／２３５２２９号（特許文献１）に開示される比較例のマイクロバルブ１０＃の側面透視図である。マイクロバルブ１０＃のダイヤフラム層３０＃には、環状凹部３１（すなわち、変形領域３３）が１つだけ形成されており、当該環状凹部３１の内側全体が剛体領域３４＃となっている。そして、供給口６２にニューマチック流体が供給されると、剛体領域３４＃の下面が基台層２０における凹部２１の底部２５と密着することによって、サンプルガスの流路が遮断される。

この比較例のマイクロバルブ１０＃において、ダイヤフラム層３０＃と基台層２０との間の空間に異物７０が混入した場合を考える。上述のように、マイクロバルブ１０＃においては、剛体領域３４＃と基台層２０とが面接触により密着することによってサンプルガスの流路が遮断されるが、剛体領域３４＃はニューマチック流体圧の範囲では弾性変形しない、あるいは弾性変形の変形量が極めて小さいため、剛体領域３４＃と基台層２０との間に異物７０が混入すると、剛体領域３４＃と基台層２０とが面接触できなくなり、図８のように剛体領域３４＃と基台層２０との間に隙間が生じてしまう場合がある。

そうすると、流入口６３から導入されたサンプルガス（図８の実線矢印ＡＲ５）が当該隙間を通って流出口６４へ漏洩することとなり（図８の破線矢印ＡＲ６）、マイクロバルブのシール性が損なわれてしまう。

一方で、実施の形態に係るマイクロバルブ１０の場合、変形領域３３を形成する複数の環状凹部３１が同心円状に形成されているため、ダイヤフラム層３０と基台層２０との間の空間に異物７０が混入した場合であっても、図９に示されるように、可撓性を有する複数の変形領域３３によって、移動部全体の柔軟性が増加し、異物７０の周辺以外の部分においてダイヤフラム層３０と基台層２０とを面接触させることができる。これによって、流入口６３および流出口６４の少なくとも一方を閉止することができるため、流出口６４へのサンプルガスの漏洩を防止できる。したがって、実施の形態に係るマイクロバルブ１０においては、比較例に比べて異物混入時のシール性を向上させることができる。

図１０は、比較例のマイクロバルブ１０＃と実施の形態のマイクロバルブ１０におけるサンプルガスのリーク率を実験的に測定した結果を説明するための図である。図１０においては、横軸に測定したマイクロバルブのサンプル番号が示されており、縦軸にはリーク率が対数表示されている。リーク率は、単位圧力における単位時間あたりのリーク量として表わされ、リーク率が高くなるとシール性が低下していることを意味する。なお、図１０において、四角のシンボルが比較例のマイクロバルブ１０＃の場合を示し、三角のシンボルが実施の形態のマイクロバルブ１０の場合を示している。

図１０に示されるように、実施の形態のマイクロバルブ１０においては、いずれのサンプルにおいても約４〜７×１０^−６［ｃｃ・ａｔｍ／ｓｅｃ］の安定的なリーク率が実現できている。一方で、比較例のマイクロバルブ１０＃においては、リーク率が１０〜２００×１０^−６［ｃｃ・ａｔｍ／ｓｅｃ］と実施の形態のマイクロバルブ１０よりも高くなっており、さらに各サンプルでのバラツキが大きくなっている。

図１０の実験は、サンプルガスに意図的に異物を混入させたものではないが、当該実験結果から、比較例に比べて実施の形態のマイクロバルブ１０のほうがサンプルガス内に含まれる異物の影響を受けにくいことが理解できる。

また、比較例のマイクロバルブ１０＃においては、異物７０の粒径に対する剛体領域３４＃の寸法が大きいため、異物７０が基台層２０の底部２５と剛体領域３４＃との間に挟まれた状態（図８）では、異物７０と接触している剛体領域３４＃の部分のみに応力が集中する。一方で、本実施の形態のマイクロバルブ１０においては、比較例に比べて１つの剛体領域３４の寸法が小さく、剛体領域３４の間に変形領域３３が形成されているため、異物７０によって加わる力の一部が変形領域３３の弾性変形に利用される。そのため、本実施の形態のマイクロバルブ１０においては、剛体領域３４に加わる応力を低減することができる。

なお、図には示さないが、ダイヤフラム層の上下差圧を２００ｋＰａとした場合の応力集中の状態をシミュレーションしたところ、異物７０との接触部のヴォンメーゼス応力は、比較例のマイクロバルブ１０＃においては約８００ＭＰａであり、実施の形態のマイクロバルブ１０においては約６００ＭＰａとなる結果を得た。

以上のように、積層構造を有するマイクロバルブにおいて、サンプルガスの流通と遮断とを切換えるダイヤフラム層について、複数の変形領域と複数の剛体領域とを交互に形成した構成を適用することによって、異物混入時のシール性を改善することが可能となる。また、上記の構成とすることによって、異物混入時にダイヤフラム層に加わる応力を低減できるので、マイクロバルブの破損を防止して長寿命化を図ることができる。

［変形例］
（変形例１）
上述の実施の形態においては、複数の変形領域と複数の剛体領域とが交互に形成されたたダイヤフラム層の場合について説明したが、ダイヤフラム層の柔軟性を向上させることができれば、当該構成には限られない。

図１１は、変形例１のマイクロバルブ１０Ａの側面透視図である。マイクロバルブ１０Ａのダイヤフラム層３０Ａの大部分は、薄膜状の変形領域３３で形成されており、当該変形領域３３の中央部付近のみに剛体領域３４が形成されている。マイクロバルブ１０Ａにおいては、ダイヤフラム層３０Ａを平面視した場合に流入口６３および流出口６４に重なる部分が、変形領域３３に覆われる構成となっている。

マイクロバルブ１０Ａのダイヤフラム層３０Ａでは、大部分が変形領域３３であるため、異物が混入した場合には異物の周辺において弾性変形が生じ、流入口６３および流出口６４の部分は変形領域３３に覆われることによって閉止される。これにより、シール性が確保される。

ダイヤフラム層３０Ａの全体を薄膜状の変形領域３３として形成すると、たとえばニューマチック流体の供給を停止してマイクロバルブを開状態とした場合に、変形領域３３の変形量が過大となってしまい、変形領域３３の破損につながる可能性がある。そのため、図１１のように、部分的に剛体領域３４を形成して、変形領域３３の変形量を制限することによって、変形領域３３の破損を抑制することができる。なお、剛体領域３４については、図１１のように１箇所のみに形成される場合に限らず、複数の箇所に形成される態様であってもよい。

（変形例２）
上述の実施の形態においては、ダイヤフラム層の変形領域および剛体領域が、平面視した場合に円形状である場合について説明したが、変形領域および剛体領域は必ずしも円形状でなくてもよい。たとえば、図１２の変形例２のダイヤフラム層３０Ｂのように変形領域３３および剛体領域３４の外形が四角形であってもよい。また、図示しないが、変形領域３３および剛体領域３４の外形は、楕円形状あるいは四角形以上の多角形であってもよい。なお、ダイヤフラム層の破損抑制の観点からは、面内での変形領域の変形が均一になり部分的な応力集中を抑制できる円形状がより好ましい。

［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係るマイクロバルブは、積層構造を有するマイクロバルブに関する。マイクロバルブは、マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成された基台層と、基台層に対向して配置され、弾性変形することによって流入口から流出口へのガスの流通と遮断とを切換えるダイヤフラム層とを備える。ダイヤフラム層は、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な複数の変形領域と、複数の剛体領域とが交互に形成された構成を有している。ダイヤフラム層は、複数の変形領域の少なくとも一部が弾性変形することによって、流入口および流出口の少なくとも一方を閉止する。

第１項に記載のマイクロバルブによれば、複数の変形領域と複数の剛体領域とで形成されたダイヤフラム層を有し、ニューマチック流体の流入に伴って複数の変形領域が変形することによって、流入口および流出口の少なくとも一方が閉止される。ダイヤフラム層が複数の変形領域を有することにより、ダイヤフラム層の柔軟性が増加するので、シール面に異物が混入した場合であっても、流入口および流出口の少なくとも一方を確実に閉止することができる。したがって、マイクロバルブにおいて、異物混入時のシール性を向上させることができる。

（第２項）第１項に記載のマイクロバルブにおいて、ダイヤフラム層は単一の材料で成形されており、複数の変形領域の積層方向の厚みは、複数の剛体領域の積層方向の厚みよりも薄い。

第２項に記載のマイクロバルブによれば、変形領域の積層方向の厚みが剛体領域の積層方向の厚みよりも薄くされているため、ニューマチック流体が流入した場合に、変形領域において弾性変形を生じさせることができる。また、ダイヤフラム層を単一の材料で成形することによって、弾性領域と剛体領域とを別の材料で成形する場合に比べて、弾性領域と剛体領域との間の境界部分の接合強度を高くすることができる。

（第３項）第１項または第２項に記載のマイクロバルブにおいて、ダイヤフラム層を積層方向から平面視した場合に、複数の剛体領域の一部および複数の変形領域は円環形状を有しており、複数の変形領域および複数の剛体領域は同心円状に交互に形成されている。

第３項に記載のマイクロバルブによれば、複数の変形領域および複数の剛体領域がともに円環形状でかつ同心円状に形成されているため、変形領域の弾性変形において、面内での変形が均一になり部分的に応力が集中することを抑制できる。したがって、ダイヤフラム層の破損を抑制することができる。

（第４項）第１項〜第３項のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、マイクロバルブは、カバー層をさらに備える。そして、ダイヤフラム層は、カバー層と基台層との間に配置される。

第４項に記載のマイクロバルブによれば、マイクロバルブが、カバー層、ダイヤフラム層、および基台層を有する積層構造で形成される。これにより、ダイヤフラム層を変形させるためのニューマッチック流体の導入経路を形成することができる。

（第５項）第４項に記載のマイクロバルブにおいて、ダイヤフラム層とカバー層との間へニューマチック流体が流入し、ダイヤフラム層が基台層に押圧されることによって、流入口および流出口の少なくとも一方が閉止される。

第５項に記載のマイクロバルブによれば、ダイヤフラム層の上部にカバー層を配置することによって、ダイヤフラム層とカバー層との間にニューマチック流体を供給させてダイヤフラム層を変形させることができる。これにより、ダイヤフラム層と基台層とが密着し、流体を遮断することができる。

（第６項）第１項〜第５項のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、ダイヤフラム層は、シリコン、ガラス、またはＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂を用いて形成される。

第６項に記載のマイクロバルブによれば、シリコン、ガラス、またはＰＥＥＫ樹脂を用いてダイヤフラム層を形成することによって、所望の柔軟性と強度を実現することができる。

（第７項）他の態様に係るマイクロバルブは、積層構造を有するマイクロバルブに関する。マイクロバルブは、マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成された基台層と、基台層に対向して配置され弾性変形することによって流入口から流出口へのガスの流通と遮断とを切換えるダイヤフラム層とを備える。ダイヤフラム層は、マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な変形領域と、変形領域の変形量を制限する剛体領域とを含む。流入口および流出口の少なくとも一方は、弾性変形した変形領域により覆われることによって閉止される。

第７項に記載のマイクロバルブによれば、変形領域と変形領域の変形量を制限する剛体領域とで形成されたダイヤフラム層を有し、ニューマチック流体の流入に伴って変形領域が変形することによって、流入口および流出口の少なくとも一方が閉止される。ダイヤフラム層が変形領域を有することにより、ダイヤフラム層の柔軟性が増加するので、シール面に異物が混入した場合であっても、流入口および流出口の少なくとも一方を確実に閉止することができる。したがって、マイクロバルブにおいて、異物混入時のシール性を向上させることができる。さらに、剛体領域によって変形領域の変形量を制限することで、変形領域の過度な変形による破損を抑制することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ マイクロバルブ、２０ 基台層、２１，３１，４１ 凹部、２２〜２４，３２，５２〜５４ 開口部、２５ 底部、２６，３６ 外縁部、３０，３０Ａ，３０Ｂ ダイヤフラム層、３３ 変形領域、３４ 剛体領域、４０ カバー層、５０ 流路部材、６２ 供給口、６３ 流入口、６４ 流出口、７０ 異物。

Claims (7)

1. 積層構造を有するマイクロバルブであって、
   前記マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、前記流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成された基台層と、
   前記基台層に対向して配置され、弾性変形することによって前記流入口から前記流出口へのガスの流通と遮断とを切換えるダイヤフラム層とを備え、
   前記ダイヤフラム層は、前記マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な複数の変形領域と、複数の剛体領域とが交互に形成された構成を有しており、
   前記ダイヤフラム層は、前記複数の変形領域の少なくとも一部が弾性変形することによって、前記流入口および前記流出口の少なくとも一方を閉止する、マイクロバルブ。
2. 前記ダイヤフラム層は単一の材料で成形されており、前記複数の変形領域の積層方向の厚みは、前記複数の剛体領域の積層方向の厚みよりも薄い、請求項１に記載のマイクロバルブ。
3. 前記ダイヤフラム層を積層方向から平面視した場合に、前記複数の剛体領域の一部および前記複数の変形領域は円環形状を有しており、前記複数の変形領域および前記複数の剛体領域は同心円状に交互に形成されている、請求項１または２に記載のマイクロバルブ。
4. カバー層をさらに備え、
   前記ダイヤフラム層は、前記カバー層と前記基台層との間に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
5. 前記ダイヤフラム層と前記カバー層との間へニューマチック流体が流入し、前記ダイヤフラム層が前記基台層に押圧されることによって、前記流入口および前記流出口の少なくとも一方が閉止される、請求項４に記載のマイクロバルブ。
6. 前記ダイヤフラム層は、シリコン、ガラス、またはＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂を用いて形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
7. 積層構造を有するマイクロバルブであって、
   前記マイクロバルブ内へガスを導入するための流入口、および、前記流入口から導入されたガスを外部へ流出させるための流出口が形成された基台層と、
   前記基台層に対向して配置され、弾性変形することによって前記流入口から前記流出口へのガスの流通と遮断とを切換えるダイヤフラム層とを備え、
   前記ダイヤフラム層は、前記マイクロバルブ内へのニューマチック流体の流入に伴って弾性変形することが可能な変形領域と、前記変形領域の変形量を制限する剛体領域とを含み、
   前記流入口および前記流出口の少なくとも一方は、弾性変形した前記変形領域により覆われることによって閉止される、マイクロバルブ。
   

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