JPH09505130A

JPH09505130A - ミクロ機械加工された弁装置

Info

Publication number: JPH09505130A
Application number: JP7509758A
Authority: JP
Inventors: アール．ネルソン，シンシア; シー．シトラー，フレッド; エー．ボザー，グレゴリー
Original assignee: ローズマウントアナリティカルインコーポレイテッド
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1997-05-20
Also published as: CN1133080A; WO1995008716A2; WO1995008716A3; CA2169826A1

Abstract

(57)【要約】液体の流れを制御する弁は、ポート開口部（３０，３２）および当該ポート開口部（３０，３２）の周囲に配置された弁座（２４Ａ〜２４Ｆ）を具備した脆性材料層（１２）を有する。弁座（２４Ａ〜２４Ｆ）は、ポート開口部（３０，３２）を通る液体流を制御するために選択的に塞がれる。第２の材料層（２０）は、脆性層（１２）から離間され、かつ弁座（２４Ａ〜２４Ｆ）と対抗する面を備えている。脆性材料層（１２）と第２の材料層（２０）との間にサンドイッチ状に挟まれた柔軟性シート材料（１８）は、ポート開口部（３０，３２）を通る液体流を制御するために弁座（２４Ａ〜２４Ｆ）を選択的に塞ぐ制御力によって変位されるダイアフラム（２２Ａ〜２２Ｆ）を有する。柔軟性シート材料（１８）は、その一部が弁座（２４Ａ〜２４Ｆ）の輪郭と合致する成型材料（６４）を有する。成型材料（６４）は柔軟性有機材料（６６）と接合されることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称ミクロ機械加工された弁装置発明の背景本発明はミクロ機械加工された小型弁に係り、特に、本発明は、少量のガスサンプルを正確に提供する弁組立体に加えて、さらにヘリウムハーメチックの改良された弁座を提供する。これまでに、ミクロ機械加工された各種の小型弁が進歩してきた。米国特許第４８６９２８２号では、バッチプロセスでシリコン層に弁通路や開口部を形成するために、弁は、例えばフォトリソグラフあるいはエッチング技術などの既知のミクロ機械加工技術を利用してミクロ機械加工される。もし、ガラス層が用いられるのであれば、所定の位置にチャネルあるいは通路が形成される。有機ダイアフラム層は、好ましくはデュポン社製のカプトン（Kapton：登録商標）のようなポリイミド製であり、空所の周囲でシリコン層に融着される。有機ダイアフラムフィルムは、弁座を選択的にシールしてガス流がポートの開口部を通過するのを阻止する弁ダイアフラムとして機能する。前述の構成および米国特許第４８６９２８２号で論じられている弁の一つの特徴的な欠点は、弁が“閉じ”状態のときに少量がリークする傾向にあるということである。多くの場合、少量のリークは重要ではなく、そのような構成の弁は満足に動作する。しかしながら他の場合、例えば弁の片側が高真空に保たれなければならず、さらに弁がヘリウムハーメチックシール（１０^-10atm cc He/secのオーダでの封止）を達成しなければならないスペクトロメータの入力ポートに接続されるサンプル制御弁では、このような構成の弁はシール要求を満足し得ない。発明の要約液体の流れを制御する弁は、ポート開口部および当該ポート開口部の周囲に形成された弁座を具備した脆性材料層を有する。弁座は、ポート開口部を通る液体の流れを制御するために選択的に塞がれる。ダイアフラムを形成するために脆性材料層に保持された柔軟性シート材料は、弁座を選択的に塞いでポート開口部を通る液体流を制御するための制御力で変位される。柔軟性シート材料は、少なくとも一部が弁座の輪郭形状に成型された成型材料を有する。成型材料は柔軟性有機材料と接合されることが望ましい。成型材料としては各種の熱可塑性および熱硬化性ポリマが利用できるが、柔軟性有機材料はカプトンフィルムによって構成することが望ましい。製造中に弁座に成型される、例えば高平面性スピンオン・ポリイミド(high-planarity spin-o n polyimides)のような“成型可能な(castable)”熱硬化性ポリマも良好に機能するが、例えば、デュポン社製であるテフロンＦＥＰおよびテフロンＰＦＡは共に、適宜の熱および圧力を利用して良好に成型される好適な熱可塑性ポリマである。一つの製造技術では前述のポリマに対して、ポリマが弁座に張り付かないように、例えば接着層を有しない金のような離型材料が弁座ウエハ上にパターン形成され、その後、離型材料は成型プロセス中にポリマの表面に接着される。本発明は、今までの従来技術では供給することができなかった微量のガスを正確に計量して供給できる、ミクロ機械加工された弁組立体を更に含む。第１の好ましい実施形態では、弁組立体は、その周囲に形成された弁座に相応する第１および第２のポート開口部を有する脆性材料層を含む。第２の材料層は脆性層から離間され、柔軟性シート材料が脆性層との間にサンドイッチ状に挟まれている。柔軟性シート材料は、第１および第２の弁座を選択的に塞ぐ第１および第２のダイアフラム部を含む。柔軟性シートは第１および第２のポート開口部と流体的に連通されるチャネルを更に含むが、これはなるべくはその内部に形成されるのが望ましい。好ましい実施形態では、チャネルも第３のポート開口部と流体的に連結されており、第３のポート開口部は、その周囲の、脆性層自身に形成された第３の弁座を有する。柔軟性シートの第３のダイアフラム部は、更に第３の弁座を選択的に塞ぐことによって第３のポート開口部を通過する流体の流れを制御する。弁組立体は、第３のポート開口部を塞いで第１および第２の弁座を開放することによって、試験用のガスの一部を柔軟性シートに形成されたチャネル内に導き、これにより、計量された微量のガスサンプルを提供する。次いで、第１および第２のポート開口部を塞ぎ、続いて第３のポート開口部を開くことによって、チャネル内に捕獲された計量済みの微量のガスサンプルが装置または機器に選択的に供給される。図面の簡単な説明図１は、ガスクロマトグラフの弁組立体の分解図である。図２Ａないし図２Ｃは、本発明の改良されたミクロ機械加工弁の製造方法を連続的に示した図である。図３Ａないし図３Ｆは、本発明の改良されたミクロ機械加工弁の第２の製造方法を連続的に示した図である。図４Ａないし図４Ｄは、本発明の改良されたミクロ機械加工弁の第３の製造方法を連続的に示した図である。図５Ａないし図５Ｅは、本発明の改良されたミクロ機械加工弁の第４の製造方法を連続的に示した図である。図６は、選択された被検ガスのサンプル量を供給する本発明の弁組立体の分解図であり、本発明の改良されたミクロ機械加工弁の第５の製造方法を示している。図７は、図６の弁組立体の７−７線に沿った断面図であり、停止層を含んでいる。図８は、図６の弁組立体の概要図である。好ましい実施形態の詳細な説明図１は、図示しないガスクロマトグラフ分析装置内で使用される、ミクロ機械加工された弁組立体１０の分解図である。一般的に弁組立体１０は、弁座の上面１４を有する弁座ウエハまたは弁座層１２、柔軟層１８、ならびに層１８内の各ダイアフラム部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅおよび２２Ｆの撓み量を制限するための手段を具備した停止層２０を含む複数の独立層が相互に接着されたサンドイッチ構造を有する。各ダイアフラム部２２Ａ〜２２Ｆは、弁座面１４の上面に形成された弁座２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅおよび２４Ｆと対応するように整列されている。各ダイアフラム部２２Ａ〜２２Ｆは、それぞれ各弁座２４Ａ〜２４Ｆにおいて符号３０，３２で示した２つの弁ポートを塞ぐ。弁ポート３０，３２は、矢印３８で示したように各弁領域を相互に連結する下側のチャネリング層３４と流体的に連結する。弁組立体１０を通る駆動ガスの流れは、典型的には、そこに供給される適当な圧力差によって各ダイアフラム部２２Ａ〜２２Ｆの撓みを制御するポート４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅおよび４０Ｆを介して制御される。層２０に形成されたチャネル５０，５１，５２，５３，５４および５５、ならびに上の層５６に形成された追加チャネルは、駆動用の流体を制御ポート４０Ａ〜４０Ｆへ向ける。弁組立体１０が製造されるとき、各層は、例えばエッチング工程を含む公知のフォトリソグラフィ技術または放電加工（ＥＤＭ）によってミクロ機械加工され、もしガラス層が採用されており、このガラス層がいくつかの必須のチャネルを形成するために成型されるのであれば、モールドあるいはレーザ加工技術によってミクロ機械加工される。材料は、使用されるガスと反応しない所望のあらゆる半導体材料や他の脆性材料であることができる。シリコンは弁座層１２、停止層２０、チャネリング層３４、および上層５６の弁に利用できる材料である。ガラスやサファイアのような他の材料も１ないし複数の層に利用できる。各層が全て同一材料でなければならない必要はない。従来技術の弁組立体は、良好に制御されたガス流には好適であるが、ヘリウムハーメチックシール（１０^-10 atm cc He/secオーダでの封止）は達成できない。これまで、デュポン（Dupont）社によって生産されているカプトン（Kapton）のような、ノンコートまたはメタルコートされた柔軟有機材料がダイアフラムとして利用され、残りの柔軟層は、比較的低温のガラスフリットによってシリコン層にシールされていた。しかしながら、この構造ではヘリウム・リーク型のシールは得られない。一般的に本発明では、弁が動作している間中、その成型された形状を保つ成型材料を提供することによって、ヘリウム・リーク型のシールを提供することができる。熱硬化性あるいは熱可塑性のポリマ素材のような成型材料が、柔軟有機材料と接合あるいは接着される。成型可能材料に接合された離型層は、柔軟性有機材料／成型材料混合体のうちのダイアフラム部の範囲を定め、また弁が閉じられている間は、弁内で弁座に接触している。離型層は成型材料を弁座から隔離し、成型材料が弁座に付接されるのを防止する。弁組立体１０は、ボンディング（接合）技術および図２Ａ〜２Ｃ，３Ａ〜３Ｆ，４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｅの工程図あるいは図６の分解図を参照して後述する本発明の材料層１８の統合の結果である。弁組立体１０は、ここでは例示の目的で使用されるが、一つの有用な実施形態でもある。米国特許第４８６９２８２号では弁組立体１０の動作が論じられており、その構造は参照によって本発明に統合される。図２Ａに示したように、層１２はポート３０，３２を形成するためにエッチングされている。シール性能を改善するためには、ポート３０，３２に輪郭エッジ (contoured edges)６０を形成することが望ましいが、輪郭エッジは必ずしも必要ではない。例えば金のような、層１２への付着を防げ、一方、例えばデュポン社製の熱可塑性テフロンＦＥＰフィルムのような成型材料６４には接合される離型剤６２が、適宜のスパッタリング、蒸散、あるいは無電解メッキなどの方法によって弁座２４にパターン加工される。パターン加工された成型材料６４は、典型的には既に柔軟有機材料６６、例えばデュポン社製のカプトン(Kapton)に接合されている（すなわち、積層されている）。次いで、パターン加工された柔軟層１８が弁座層１２の表面１４に接着される。デュポン社は、積層フィルムに加えて、利用可能なテフロンＦＥＰおよびカプトンフィルムの双方も別々に生産している。図２Ｂにおいて、パターン加工された有機材料／成型材料層１８が停止用ウエハ２０に接着される。必要ならば、例えばテフロンＦＥＰフィルムのような適宜の材料から成る静電接合層６１が有機材料層６６と停止層２０との間に追加されるようにしても良い。停止層２０は、弁の動作中にダイアフラム部の変位量を制御するために利用される制御ポート４０を具備している。次いで、完成したウエハ積層物はサイの目状に切断され、各弁は、図示しないハウジングに適宜の接着剤によってはめ込まれる。次いで、ヘリウムハーメチックシールを達成するために、成型材料６４は、図２Ｂに示したように、弁を加熱して加圧する生産技術（以下では“熱成型”と表現する）によって弁座２４に成型される。図示した生産技術ではテフロンＦＥＰフィルムを用い、弁は摂氏２６５℃〜３５０℃まで加熱され、２０〜２００ｐｓｉの圧力が制御ポート４０を介してダイアフラム部２２に加えられる。熱成型の生産技術により、弁座２４の輪郭状に形成された柔軟性のあるダイアフラム部２２が得られる。パターン加工された離型層６２は、弁の動作中に、成型材料６４が弁座２４および輪郭エッジ６０に付着するのを防止する。層６４にテフロンＦＥＰフィルムを用いたプロトタイプの弁では、摂氏約８０ ℃の熱サイクル試験後でも弁座２４がヘリウムハーメチックシールを維持することが観察された。層６４用に、例えばデュポン社製のテフロンＰＦＡフィルムのような、他の適宜の熱可塑性成型材料を用いれば、より高い動作温度が達成される。テフロンＰＦＡフィルムを用いた場合、ダイアフラムを弁座に正確に成型する熱成型生産技術においては、圧力や温度の増加が必要になるかもしれない。図３Ａないし３Ｆは、本発明の弁組立体の代わりの形成方法を示している。初めに、図３Ａに示したように所望のポート３０，３２がエッチングされた層１２を用い、離型剤６２が、図３Ｂに示したように、層１２表面のダイアフラム領域内および、もし輪郭エッジ６０が形成されていればその上にも、弁座２４の範囲を定めるためにパターン加工される。それから、図３Ｃに示したように、前述の柔軟有機材料／成型材料ダイアフラム１８が離型層６２の上に積層され、弁座２４の外周部において層１２の上面に接着される。それから、図３Ｄでは、停止層２０が、必要に応じて静電接合層６１により、柔軟有機材料／成型材料ダイアフラム１８に接着される。図３Ｅに示したように、成型材料６４を弁座２４および輪郭エッジ６０の形状に成型するための熱成型製造技術にしたがって、前述の熱およびガス圧が与えられる。熱成型製造技術による加熱および加圧を取り除いた後では、図３Ｆに示したように、ダイアフラム部２２を弁座２４から引き上げるためにポート３０，３２に適宜の圧力が加えられる。離型剤６２は粘着層が無いために層１２に弱くしか付着しないのに対して、成型材料６４は離型剤６２に良好に接着しているので、離型剤６２は破片６５を輪郭エッジ６０上に僅かに残したまま層１２側から成型材料６４側へ移る。図３Ａ〜３Ｆで概要を説明した工程によれば、離型層６２は、図２Ａ〜２Ｃに関して説明したものよりも非常に滑らかであり、弁座２４の輪郭を更に精巧に模造する。図４Ａないし図４Ｄは、本発明の弁組立体の更に他の製造方法を提供する。図４Ａにおいて、層１２は各ポート３０，３２内に薄い（２５ミクロン）梁部材料７０が形成されるようにエッチングされている。望むならば、薄い梁部材料７０は、輪郭エッジ６０を形成するために、シリコンを両面からエッチングして凹ませることで形成できる。その代わりに、層１２の底部側のみからエッチングすることができるが、その場合は、輪郭エッジは形成されない。離型層６２が、弁座２４の範囲を定めるために、各梁部７０を含む層１２上に形成される。次いで、前記柔軟有機材料／成型材料ダイアフラム１８が離型層６２の上に積層され、真空内で層１２および離型層６２の上面に形成されて接着され、このとき、層６４が弁座２４の輪郭状に成型される。次いで、図４Ｃでは、停止層２０が適宜の接着剤６１、例えばテフロンフィルムや粘着性の紡績ポリイミドなどの適宜な接着剤６１によって柔軟有機材料／成型材料ダイアフラム１８に接着される。次いで、梁部７０がプラズマエッチングによって除去される。図４Ｄに示したように、層１２からダイアフラム部２２を離して上昇させるために、ポート３０，３２に適宜の圧力差が加えられる。図４Ａないし図４Ｄに示した製造工程によれば、弁座２４に合致し、かつ離型剤６２によって完全に覆われているか、あるいはカプセル状に包まれた栓状部７３を有するダイアフラム部２２が製造される。成型材料６４は特に押しつけられるので、ダイアフラム表面の耐久性が更に向上し、温度が上昇しても流動性が少ない。離型層６２は、プロセスのガス流に対する金属拡散層すなわちバリアを提供する。図５Ａ〜５Ｅは、本発明の弁組立体の更に他の製造方法を示している。図５Ａにおいて、層１２は各ポート３０，３２内に薄い（２５ミクロン）梁部材料７０が形成されるようにエッチングされる。望むならば、薄い梁部材料７０は、輪郭エッジ６０を形成するために、シリコンを両面からエッチングすることで凹部に形成できる。離型層６２が、弁座２４の範囲を定めるために各梁部７０を含む層１２上にパターン加工される。この製法では、成型材料６４は、高平面性スピンオン・ポリイミド（high-planarity spin-on polyimides）のような、熱硬化性の溶剤を主剤とするポリマ(thermoset solvent based polymer)７２を含んでおり、図５Ｂに示したように、これが液体のように弁座の上にスピンオン(spin-on )され、形取られた弁座２４に成型される。スピンオン、スプレーまたは成型ポリエポキシイミドや類似のポリマもまた、使用することができる。他の利用可能な熱硬化性ポリマは、ダウケミカル社製のベンゾシクロブテン(Benzocyclobuten e)を含んでいる。例えば金のような離型剤６２に対するポリイミドの粘着性はベンゾシクロブテンの場合と同様に低いので、酸化アルミニウムのような粘着促進剤が離型剤６２とポリイミド層７２との間に供給されることが望ましい。熱硬化や橋かけの程度を最大にするために必要な摂氏３００〜３５０℃での高温のベーキングに続いて、図５Ｃに示したように、熱可塑性ポリマ(Kapton-Tefl on PFA)が真空内でポリイミドに接着されて形成される。もし、ポリイミドあるいはポリエポキシイミド粘着剤のような、スピンオンされて噴霧されたか、あるいは注型成型された粘着剤が利用されるならば、熱可塑性粘着剤の使用が避けられ、ダイアフラム部２２より一層の硬化が可能になり、高温を与えている期間での材料の流れ（だれ）が減るので耐久性が向上する。次いで、図５Ｄにおいて、停止層２０が、熱可塑性テフロンＦＥＰフィルム、テフロンＰＦＡフィルムあるいは熱硬化性ポリエポキシイミドの粘着剤から成る静電接合層６１によって柔軟有機材料／成型材料ダイアフラム１８に接着される。梁部７０がプラズマエッチングによって除去される。図５Ｅに示したように、ダイアフラム部２２を層２０から離して持ち上げるためにポート３０，３２に適宜の圧力が供給される。図５Ａ〜５Ｅに関して上述した製造方法も、離型剤６２によって完全に覆われた栓状部７３を提供する。図６は、本発明の弁組立体の更に他の製造方法を示しており、特に、ガスや他の流体をナノリットル単位のサンプル量だけ提供できる弁組立体１００に関する。サンプル注入弁は、それぞれポート１１３，１１９および１２５を具備した３つの弁座１０２Ａ，１０２Ｂおよび１０２Ｃがミクロ機械加工されたシリコン層１０１を含む。第２のシリコン層１０４には、層１０１のポート１１３および１１９を連通するチャネル１０６がエッチングされている。チャネル１０６は、そこにガスが流されたときにチャネル１０６の領域１１０と領域１１２との間に差圧を生じさせるために、断面積を十分に小さくされた領域１０８を含んでいる。分岐チャネル１１１は、チャネル部１１０を弁座１０２Ａ内のポート１１３へ流体的に連結し、これに類似した分岐チャネル１１５は、チャネル部１１２を弁座１０２Ｃ内のポート１１９へ流体的に連結する。金のような離型層１１４が、各弁のダイアフラム領域の範囲を定めるために、それぞれ相応する各弁座１０２Ａ〜１０２Ｃ上に沈積される。各弁座１０２Ａ〜１０２Ｃは、図５Ｃに図示した梁部７０に類似した梁部を最初から有している。例えばフランス、バーナイソン(Vernaison)６９３９０のセモタ(Cemota)社製のＩＰ５４２接着剤のような、ポリイミドあるいはポリエポキシイミド接着剤の溶液(solvent based polyimide or polyepoxyimide adhesive)がシリコン層１０１上の弁座１０２Ａ〜１０２Ｃおよび関連した梁部を覆うように回転塗布、噴霧あるいは成型され、次いで、溶剤を除去するために適宜の時間だけベーキングされる。ポリイミドは初めは液体なので、ポリイミドは弁座の輪郭状に成型される。シリコン層１０１上に残るベーキング済みポリイミドフィルム１１６は、プラズマエッチングによって連通部１０３から材料を除去するためにニッケルクロムマスクを利用してパターン加工され、これにより、各弁座１０２Ａ〜１０２Ｃと交差する小さなチャネル１１８を形成し、その結果、相応する弁のダイアフラムが動作したときに、ポート１１３、１１９および弁座１０２Ｂのポート１２５は選択的に流体的に連通される。チャネル１１８は、注入弁によって生成されるサンプル量を決定する。図示した実施形態では、チャネル１１８は、微量のガスサンプル、例えば１ナノリットルを供給するためにマスクエッチングされる。次いで、カプトンのような柔軟有機フィルム１２１が、図示しない適宜の取付具に張られ、ポリイミド接着剤１２３の溶液が柔軟有機フィルム１２１の表面に回転塗布され、符号１２０で総括して示した合成フィルムを生成するためにベーキングされる。次いで、層１１７を形成するために、エッチングされたポリイミド層１１６に合成フィルム１２０が接着（柔軟有機フィルム１２１に熱と圧力を加えることにより）される。層１１６およびフィルム１２１の双方の接合面は一種のポリイミドなので、形成された層１１７は、充填物のない空洞状に囲まれたチャネル１１８をエッチング領域内に有する平面となる。ポリマ材料１２３には、その一部をパターン加工によって除去することができ、除去された部分内を満たすことなく当該ポリマを他の適宜のポリマと接着できる特徴がある。次いで、各弁座１０２Ａ〜１０２Ｃの梁部はプラズマエッチングされ、図２Ｃ，３Ｆ，４Ｄおよび５Ｅの各停止層２０に類似した適宜の停止層１４０（図７）がカプトン接着剤の複合材に接着される。停止層１４０は、柔軟ダイアフラム部１１７Ａ，１１７Ｂおよび１１７Ｃが各弁座１０２Ａ〜１０２Ｃから離れる撓み量を制限するために用いられ、例えばポート１４２のように、ダイアフラム部１１７Ｂに初期撓みを与えるための制御力がそこを通って供給される制御ポートを具備している。図８には弁組立体１００の動作が模式的に示されている。ガス源１３０はチャネル１０６に、その終端１３２において連結されている。ガスはチャネル１０６を通り、チャネル１０６の他方の終端１３４に形成された排気口へ流れる。ガスのサンプルが必要なときは、ガスの一部が層１１７内のエッチングされたチャネル１１８およびポート１１３，１１９を通って流れ得るように、弁座１０２Ａおよび１０２Ｃに相応するダイアフラム部１１７Ａおよび１１７Ｃが撓む。このガスサンプルは、メインチャネル１０６の断面減少領域の両端の圧力差によってチャネル１１８に入る。次いで、弁座１０２Ａおよび１０２Ｃ上のダイアフラム部１１７Ａおよび１１７Ｃは、相応するポート１１３および１１９を閉じるように付勢され、その結果、前記のガスサンプルはチャネル１１８内に捕獲される。次いで、弁座１０２Ｂ上のダイアフラム部１１７Ｂが撓み、その結果、前記ガスサンプルは弁座１０２Ｂのポート１２５を通って排出される。図示した実施形態では、弁座１０２Ａおよび１０２Ｃ上の柔軟ダイアフラム用の制御力は、柔軟有機材料１２１の表面に供給される低い圧力である。ダイアフラム１１７は、チャネル１０６内での圧力の高低差によって、相応する弁座から離れて上昇する。弁組立体１００は、例えば１００ナノリットルを下回る微量のガスが試験用に供給されるイオンマス・スペクトロメータでの利用に特に好適である。弁組立体１００は、大きな圧力差に耐えるヘリウムハーメチックシールを達成し、その結果、多段式減圧に付きものの複雑さが省かれる。図７において、イオンマス・スペクトロメータ１４３と共に使用するときには、ポート１２５をイオンマス・スペクトロメータ組立体１４３に対して開口させる。イオンマス・スペクトロメータ１４３は非常に低い圧力（１０^-6ａｔｍ）で動作するので、圧力差でダイアフラムを撓ませることは難しい。その代わりに、柔軟ダイアフラム１１７を引き上げるアクチュエータ１４４、あるいはピストンによって動作する加圧流体などのように、ダイアフラム１１７Ｂを撓ませる他の手段が利用できる。本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は本発明の精神および範囲から逸脱することなく形式や詳細の変更ができることを認識できるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ボザー，グレゴリーエー. アメリカ合衆国 55423 ミネソタ州、リッチフィールド、エマーソンアベニューサウス 7313 【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】１．制御力に応答して流体を制御するミクロ機械加工された装置において、表面を有する基板材料層と、流体を制御するための、基板層に向かって開口する凹部、および前記凹部の範囲を定める周囲を有する可動材料層とを具備し、前記可動材料層は前記基板層に対して保持されており、その結果、前記周囲の少なくとも一部が基板層の表面に、制御力の関数として当該表面から離れ得るように接触することを特徴とするミクロ機械加工された流体制御装置。２．前記基板層は、第１のポート開口部および当該第１のポート開口部の周囲に配置された第１の弁座と、第２のポート開口部および当該第２のポート開口部の周囲に配置された第２の弁座とを具備し、前記可動層は、第１のポート開口部を通る流体の流れを調整する第１のダイアフラム部と、第２のポート開口部を通る流体の流れを調整する第２のダイアフラム部とを具備し、前記凹部は、第１および第２のポート開口部間を流体的に連通するチャネルを具備したことを特徴とする請求項１に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。３．前記基板層は第３のポート開口部および当該第３のポート開口部の周囲に配置された第３の弁座とをさらに具備し、前記可動層は、第３のポート開口部を通る流体の流れを調整する第３のダイアフラム部を具備したことを特徴とする請求項２に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。４．第１および第２のポート間を流体的に連通するチャネル手段をさらに具備し、前記チャネル手段は、第１および第２のポート開口部間に圧力差を生じさせるために断面積が狭められた一部の領域を有することを特徴とする請求項２に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。５．基板層の可動層側とは反対側に保持された第３の材料層をさらに具備し、前記チャネル手段は第３の層内に形成された第２のチャネルよりなることを特徴とする請求項４に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。６．前記基板層は脆性材料で構成されたことを特徴とする請求項２に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。７．前記可動層は、成型材料に接着された柔軟性有機材料を具備し、成型材料は基板層の表面と対向し、かつ前記凹部を有することを特徴とする請求項１に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。８．前記成型材料はポリマを含むことを特徴とする請求項７に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。９．前記基板層は、凹部と流体的に接続された開口部および当該開口部の周囲に配置された弁座を具備し、可動層は、制御力によって弁座に対して変位させられ、開口部を通って凹部へ流れる流体流を調整するダイアフラム部を具備したことを特徴とする請求項１に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。１０．前記可動層の前記弁座と対向する側の表面には離型剤が接着され、離型剤は離脱可能な状態で弁座に係合していることを特徴とする請求項９に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。１１．前記可動層は、前記弁座と合致する栓状部を具備したことを特徴とする請求項９に記載のミクロ機械加工された流体制御装置。１２．制御力に応答して流体流を調整する弁において、ポート開口部および当該ポート開口部の周囲に配置された弁座を有する脆性材料層と、脆性材料層に保持され、ポート開口部を通る流体流を制御する弁座を選択的に塞ぐように、制御力によって付勢されるダイアフラム部を有する柔軟シート材料とを具備し、前記柔軟シート材料は、弁座に近い成型材料を含むことを特徴とする弁。１３．前記柔軟シートは成型材料に接合された柔軟性有機材料を含むことを特徴とする請求項１２に記載の弁。１４．前記柔軟シートは、成型材料に接着された離型剤を含み、離型剤は離脱可能な状態で弁座に係合していることを特徴とする請求項１２に記載の弁。１５．前記柔軟シートは、弁座と合致する栓状部を具備し、離型剤は栓状部を覆うように、これに接着されたことを特徴とする請求項１４に記載の弁。