説明

スライドバルブ装置の製造方法

【課題】 摺接部における流体の漏れを抑制し得るスライドバルブ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 内部に流体が移動するための第1の流路21が形成され、表面に第1の流路21に連通した試料導入口5を有する第1の部材11を作製し、第1の部材11の表面に垂直に切った第1の部材11の切断面42に対して摺接し、第1の流路21に連通可能な第2の流路22が内部に形成された第2の部材12を作製し、第2の部材12と摺接する切断面42に、第1の流路21に連通する第1の連通穴35を有する第1の弾性膜30を、塗布及び焼成を含むステップにより形成する。第1の弾性膜30の焼成ステップ中において、第1の部材11の表面に治具を用いて試料導入口5に接する閉塞された空間を形成し、閉塞された空間に導入された気体を、試料導入口5から第1の流路21を通して切断面42に露出した第1の流路21の開放端より噴出させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スライドバルブ装置の製造方法に関し、特に微量な化学物質の反応や合成分析を行うマイクロチップに用いられるスライドバルブ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、健康や環境などの分析に用いるサンプルや試薬量の極小化、反応の高速化が可能なことからマイクロチップにおけるマイクロ空間で化学反応を行うことが注目を集めている。また、反応や分析の更なる高度化のためにマイクロチップへのバルブの搭載が望まれている。
【0003】
これまでに、マイクロチップへのバルブの実装形態として、いくつかの方法が提案されている。その中の1つに、メンブレンを変形させることによりマイクロチップ中の微細流路を塞ぐ方法が開発されている(例えば、非特許文献1参照)。メンブレン方式では、PDMSなどの耐薬品性が高く軟らかい材料からなるメンブレンを、微細流路を塞ぐように空圧などにより押し当てることにより、微細流路を流れる流体の流れを止めるようになされている。
【0004】
また、その他のマイクロチップへのバルブの実装形態として、スライドゲート方式も開発されている(例えば、非特許文献2参照)。スライドゲート方式では、微細流路にゲートとなる部材を挿入することにより微細流路を流れる流体の流れを止めるようになされている。
【非特許文献1】グロヴァー・ダブリュ・エイチ(Grover,W.H)、他4名、「メンブレンバルブ及びダイアフラムポンプを集積した微細流体デバイス」(“Monolithic membrane valve and diaphragm pump for practical large-scale integration into glass microfluidic devices”)、Sens.Actuators、B2003、89、pp.315-323
【非特許文献2】アルベルト・ピー・ピサノ(Albert P.Pisano)、他1名、「低漏水マイクロゲートバルブ」(“Low-Leakage Micro Gate Valve”)、Transducers ‘03、Berkley USA、2003年6月11日、pp.143-146
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、メンブレン方式のバルブでは、メンブレンを変形させるために、微細流路周辺にメンブレン及びメンブレンを駆動させるための機構を設置する必要があり、このため、微細流路中に、流体の流れに対して不必要に流路幅が広くなった部分(以下において、「デッドボリューム」と呼ぶ)が発生する。このデッドボリュームが存在することにより、異種の液体を連続的に切り替えて流す場合に、このデッドボリューム部に滞留した液体が次に流される液体に置換されるまでの間において、異種の液体が混ざり合ってしまい、コンタミネーションの原因となる。また、メンブレンが変形して微細流路を塞ぐ際に、微細流路に液体を押し流してしまったり、メンブレンが変形して微細流路を開放する際に、微細流路の流れを引き戻してしまう現象が発生することがあり、微細流路内の流れを制御する際の障害となっていた。
【0006】
一方、スライドゲート式のバルブでは、ゲートのスライド部には隙間があり、この部分に流体が入り込むため、異種の液体を流す際にコンタミネーションを発生させる場合があった。
【0007】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、摺接部における流体の漏れを防ぐことができるスライドバルブ装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施の形態に係る特徴は、スライドバルブ装置において、流体が移動するための第1の流路を有する第1の部材と、第1の部材に対して摺接し、第1の流路に連通可能に設けられた第2の流路を有する第2の部材と、第1の部材の第2の部材と摺接する摺接面に設けられ、第1の流路に連通する第1の連通穴を有する第1の弾性膜とを備えることである。
【0009】
また、本発明の実施の形態に係る特徴は、スライドバルブ装置において、流体が移動するための第1の流路を有する第1の部材と、第1の部材に対して摺接し、第1の流路に連通可能に設けられた第2の流路を有する第2の部材と、第2の部材の第1の部材と摺接する摺接面に設けられ、第2の流路に連通する第2の連通穴を有する第2の弾性膜とを備えることである。
【0010】
また、本発明の実施の形態に係る特徴は、スライドバルブ装置の製造方法において、第1の部材の流体が移動する第1の流路の開放端面に弾性膜を成膜する工程と、弾性膜を焼成する工程とを有し弾性膜を成膜する工程の開始から弾性膜を焼成する工程が完了するまでの間の少なくとも一部において、第1の流路の開放端から気体を噴出することを特徴とすることである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、摺接部における液体の漏れを抑制し得るスライドバルブ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0013】
(スライドバルブ装置の構成)
本発明の実施の形態に係るスライドバルブ装置1は、図1に示すように、流体が移動するための第1の微細流路21(第1の流路)を有する第1の部材11と、第1の部材11に対して摺接し、第1の微細流路21に連通可能に設けられた第2の微細流路22(第2の流路)を有する第2の部材12と、第1の部材11の第2の部材12と摺接する摺接面に設けられ、第1の微細流路21に連通する連通穴35(第1の連通穴)が形成された弾性膜30(第1の弾性膜)とを備える。そして、第1の部材11と第2の部材12とが相対的に移動することにより、第1の微細流路21と第2の微細流路22を連通させ、また、第1の微細流路21を流れる流体の流れを第2の部材12の第1の部材11との摺接面(切断面45)により停止させるようにする。また、流体が移動するための第2の微細流路22を有する第2の部材12と、第2の部材12に対して摺接し、第2の微細流路22に連通可能に設けられた第3の微細流路23を有する第3の部材13と、第3の部材13の第2の部材12と摺接する摺接面に設けられ、第3の微細流路23に連通する連通穴36が形成された弾性膜31とを備える。そして、第2の部材12と第3の部材13とが相対的に移動することにより、第2の微細流路22と第3の微細流路23を連通させ、また、第2の微細流路22を流れる流体の流れを第3の部材13の第2の部材12との摺接面(弾性膜31の表面)により停止させるようにする。
【0014】
図1に示すスライドバルブ装置1は、その全体が概ね数mm〜数十mmオーダの大きさであり、いわゆるマイクロチップと呼ばれるものである。第1の部材11、第2の部材12及び第3の部材13の材質としては、石英又はホウ珪酸ガラス等のガラス材料やポリジメチルシロキサン(PDMS)等のシリコンゴムあるいはポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂などが使用可能である。さらに第1の部材11、第2の部材12及び第3の部材13の材質としては、二重構造の上層には光を透過させるために透明なガラス材料が望まれているが、この場合には下層に用いられる材料の材質として、加工性がよく耐薬品性が高いPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、シリコン、ステンレス等の金属材料が用いられる。また全体に不透明なPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、シリコン、ステンレス等の金属材料が用いられる場合もある。
【0015】
第1の部材11上には、第1の微細流路21に連通した試料導入孔5が設けられ、第2の部材12上には、第2の微細流路22が設けられ、第3の部材13上には、第3の微細流路23に連通した試料導出孔6が設けられる。微細流路の幅、高さは数μm〜数百μmが好ましいが、用途に応じて数μm以下のもの及び数百μm以上のものも考えられる。第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13が、摺動面である弾性膜30、31及び第2の部材12の切断面45、46の摺動方向、例えば図1中に示す矢印Aの方向に相対移動することにより、第1の微細流路21と第2の微細流路22、第2の微細流路22と第3の微細流路23は、それぞれ分離又は連通する。第1の微細流路21、第2の微細流路22、第3の微細流路23が連通している場合は、試料導入孔5より導入された試料は、第1の微細流路21、第2の微細流路22及び第3の微細流路23を通過し、試料導出孔6から排出される。第1の微細流路21と第2の微細流路22が分離されている場合は、試料導入孔5より導入された試料は、第1の微細流路21を通過し、第2の部材22の摺動面である切断面45においてその流れを止められる。また、第2の微細流路22と第3の微細流路23が分離されている場合は、第2の微細流路22を通過した試料は、第3の部材13の側面部(弾性膜31の表面)においてその流れを止められる。第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13は、スライド移動することにより流体の流れを止めるスライドバルブ(マイクロバルブ)の役割を果たす。このように、第1部材11、第2の部材12及び第3の部材13が矢印Aで示す方向に相対移動することにより、第1の微細流路21、第2の微細流路22及び第3の微細流路23が分離・連通し、微細流路内の流体の流れを制御することができる。
【0016】
また、図2は、図1の長辺方向における断面図である。図1において、矢印Aで示す方向にスライド移動すると説明したが、図2に示すように、矢印Bで示す方向にスライド移動するとしても、第1の微細流路21、第2の微細流路22及び第3の微細流路23の分離・連通が可能であり、微細流路内の流体の流れを制御することができる。なお図1及び図2は、第1の部材11と第2の部材12、第2の部材と第3の部材がそれぞれ離れて示されているが、実際には図3に示すように、これらが弾性膜30、31を介して接して動作するようになされている。また第2の部材を円形にすると共に、第1及び第3の部材を円形の周側面に応じた曲面により構成することにより、第2の部材を回転させて微細流路内の流体の流れを制御することもできる。
【0017】
(スライドバルブ装置の弾性膜の機能)
次に、本発明の実施の形態に係るスライドバルブ装置1の第1の部材11及び第3の部材13の第2の部材12との摺接面として第1の部材11及び第3の部材13の切断面42、43上に備えられた弾性体からなる弾性膜30、31について説明する。
【0018】
図1において、第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13をガラスなどの脆性材料で製作した場合、第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13の間隙を狭くして流体の漏れを少なくすることには限界があるため、若干の漏れやそれに起因する流路間のクロスコンタミネーションが生じてしまう可能性がある。そこで、第1の部材11の第2の部材12と摺接する切断面42と、第3の部材13の第2の部材12と摺接する切断面43とにそれぞれ40μm程度の厚みの弾性体からなる弾性膜30、31を備え、第1の部材11と第2の部材12との所定の接触圧による接触及び、第3の部材13と第2の部材12との所定の接触圧による接触により、第1の部材11及び第3の部材13にそれぞれ備えられた膜30、31を押しつぶすことによりシールし、漏れを少なくすることができる。
【0019】
弾性膜30、31の材質としては、摩擦係数が低いこと、耐化学薬品性能が高いこと、耐熱性が高いことを満足するPTFE(Polytetrafluoroethylene)、PFA(Perfluoroalkoxy)、ETFE(Ethylene Tetrafluoroethylene)等のフッ素樹脂が望ましい。
【0020】
この弾性膜30、31の厚みは、小さいほど第1の部材と第2の部材12とから押しつぶされる方向に加圧された際の変形量が小さくなることにより、その表面(摺接面)に微細なギャップが生じる可能性が高くなり、この結果液体の漏れが起こりやすくなると共に、耐圧性能も低くなる。
【0021】
また弾性膜30、31の厚みは、小さいほど成膜面にピンホールが発生する確率が高くなることにより、成膜母材である第1の部材11、第3の部材13の対薬品膜としての機能を弾性膜30、31に持たせる場合、ピンホールから進入した薬品により第1の部材11、第3の部材13が侵食される恐れが生じる。
【0022】
これに対して弾性膜30、31の厚みが大きいと、この弾性膜30、31の成膜工程において、弾性膜30、31の材質によって微細流路21、23が閉塞されることにより歩留まりが悪くなる。また弾性膜30、31の厚みが大きいと、微細流路21、23に連通する連通穴35、36の形状をテーパ形状とした場合に、このテーパ形状が大きくなるため、この大きなテーパ形状部と第2の部材12の微細流路22との連通部において多くのデッドボリュームが生じることになる。さらに弾性膜30、31の厚みが大きいと、第2の部材12との間で摺動させた際に剥離が生じやすくなる。
【0023】
これらにより、弾性膜30、31の厚みは、10μm〜100μmに設定する。本実施の形態においては、弾性膜30、31の厚みを40μmに設定するが、この場合、後述する研磨工程において弾性膜30、31の表面を研磨する現状の研磨装置の加工ばらつきが±20μm程度存在することにより、弾性膜30、31の厚みは、15μm〜65μmの範囲内となる。但し、弾性膜30、31の変形量は、弾性膜30、31の材質の弾性率、成膜厚み、押さえ込み圧力により変わるものであり、また必要な変形量は、成膜母材である第1の部材11、第3の部材13の弾性膜30、31を形成する切断面42、43の面精度(縦方向の垂直度、横方向の垂直度、面内の平坦度)及び弾性膜30、31に摺接する第2の部材12の切断面45、46の面精度(縦方向の垂直度、横方向の垂直度、面内の平坦度)によって変わる。
【0024】
また弾性膜30、31においては、摺接する部分の表面粗さは小さいほど液体の漏れ量が少なくなることにより、成膜面の表面粗さは、算術平均粗さをRaとして、Ra<0.25μmが望ましい。因みに作動流体を純水として、300kPaでの耐圧性能を測定する実験では、Ra>1.2μm(研磨なし)では、漏れが発生し、これに対してRa<0.25μm(研磨あり)では、漏れが発生しない。なお漏れが発生する限界性能は、縦軸に耐圧性能をとり、横軸に表面粗さ(Ra)をとって示すと、図4に示すようになる。
【0025】
(スライドバルブ装置の製造方法)
次に、本発明の実施形態に係るスライドバルブ装置1の製造方法について、図5〜図7を用いて説明する。
【0026】
このスライドバルブ装置1の製造工程において、まず、微細流路を内部に含む基板を並行切断することにより、第1の部材11、第2の部材12及び第3の部材13を作成する。切断方法はダイシングやワイヤーソーなどが考えられる。量産性を考慮した場合、複数のブレードやワイヤーを用いたマルチカットが好ましい。そして、端面を並行研磨する。研磨方法は両面および片面のラッピング、ポリッシングが考えられる。端面同士の並行度を考慮した場合、両面ラッピングが好ましい。このようにして、基板は、第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13に分けられる。そして、第1の部材11の切断面42及び第3の部材13の切断面43に対して、弾性膜30、31を成膜する。なお以下に説明する成膜工程においては、第1の部材12の成膜工程について述べるが、第3の部材13においても同様の成膜工程により弾性膜31を成膜する。
【0027】
図5に示す成膜工程のステップS11において、まず、第1の部材11の微細流路21の開放端である端部41が露出している切断面42に対して洗浄を行うと共に脱脂を行う。これにより切断面42のごみや脂質を除去することができ、ごみや脂質が付着していることによる成膜層の剥離を防止することができる。
【0028】
続いてステップS12において、切断面42とトップコート材との密着性をよくするために、切断面42にプライマー材をスプレーコーティングにより塗布する。またその後のトップコート処理において液状のトップコート材によるコーティングを行う前に、ステップS13においてプライマー材の乾燥を行う。
【0029】
そしてステップS14において、プライマー材が付けられた切断面42に対してトップコート材をスプレーコンテリングにより塗布し、ステップS15において乾燥させる。トップコート材は、上述したようにPTFEなどのフッ素樹脂が用いられる。
【0030】
ここでこの実施の形態の場合、ステップS12においてプライマ−材を付ける方法およびステップS14においてトップコート材を付ける方法としては、図6に示すように、第1の部材11の切断面42に液状のプライマ−材またはトップコート材をスプレーするスプレーコーティング法が用いられる。
【0031】
スプレーコーティング法の詳細について、トップコート材をスプレーコーティングする場合を例にとって説明する。トップコート材を付ける切断面42においては、微細流路21の端部41が露出しており、この端部41がトップコート材により覆われないようにする必要があると共に、この端部41にトップコート材が入り込まないようにする必要がある。そこで第1の部材11の切断面42における微細流路21の端部41と連通する他方の端部である試料導入口5から、微細流路21内に気体をブローしながら切断面42に対してトップコート材を塗布する。
【0032】
すなわち図7に示すように、第1の部材11に形成されている微細流路21の他方の端部である試料導入口5から気体をブローしながら切断面42に対してノズルを有するスプレイヤー50により、液状のトップコート材をスプレーする。この場合、スプレーされたトップコート材が、微細流路21の端部41からブローにより噴き出す気体に妨げられないように、スプレーの出射角度を切断面42に対して斜め方向にする必要がある。この出射角度θを大きくするとトップコート材が周囲に飛散して効率が低下するため、この出射角度θは、微細流路21の形成方向に対して45±30°の角度が望ましい。またトップコート材を斜めにスプレーすると、膜厚が薄くなる部分44が生じる。このような膜厚のばらつきを防ぐため、端部41に照準を合わせながらスプレイヤー50を回転させてスプレーする。これにより均一な厚みの弾性膜30を形成することができる。
【0033】
なおこのような気体ブローによる成膜方法は、ステップS14におけるトップコート材の塗布工程に限らず、ステップS12におけるプライマー材の塗布工程においても有効であり、プライマー材の塗布工程及びトップコート材の塗布工程において気体ブローを行いながらプライマー材の塗布及びトップコート材の塗布を行うことにより、プライマー材及びトップコート材が微細流路21内に入り込むことがなくなる。特にスプレーコーティングのように液体の状態でコーティング材を塗布する場合には、例えばコーティング後に気体ブローにより微細流路21からコーティング材を除去することは可能であっても、微細流路21の壁面に一旦コーティング材が触れると、微細流路21の壁面において化学作用をもたらし、微細流路表面を侵食して表面性質を変化させるおそれがある。従ってこの実施の形態においては、プライマー材及びトップコート材の塗布工程において気体ブローを行うことによりこれらのコーティング材が微細流路21に入り込むことを防止することができる。
【0034】
かくして第1の部材11の切断面42において成膜された弾性膜30には、微細流路21と連通する連通穴35が形成される。
【0035】
その後、ステップS16において、トップコート材が付けられた第1の部材11を炉に入れて、400℃程度の高温にて焼成処理する。なおトップコート材の膜厚は、プライマー材及びトップコート材を付ける量により制御することができるが、1回の焼成処理で付けることができる膜厚には限界があるため、ステップS14〜ステップS16のトップコート付け、乾燥及び焼成処理を繰り返すことにより、膜厚を厚くすることができる。
【0036】
このようにして焼成処理により第1の部材11の切断面42にプライマー材及びトップコート材を密着させる(焼き付ける)ことができるが、この場合、プライマー材及びトップコート材が焼成時に一旦高温となって流動性を持った粘度の高い液体状になることにより、微細流路21に入り込む恐れがある。従って焼成処理において、成膜面を重力方向である下向きにすることにより、プライマー材及びトップコート材が微細流路21内に入り込んで微細流路21を塞ぐことを防止することができる。
【0037】
焼成処理が終了すると、ステップS17において、成膜面の研磨処理を行う。すなわち、焼成処理された状態における成膜面の面精度では、図1について上述したように、第2の部材12と接触させた状態において微細流路21を流れる流体が漏れる恐れがある。また流体の漏れを抑制するために第1の部材11と第2の部材12との接触圧を大きくすると、第2の部材12を可動させるために大きな力が必要となる。そこでこの実施の形態においては、弾性膜30の表面を研磨加工することにより平坦化して、第2の部材12との密着性を高めて流体の漏れを抑制する。
【0038】
なおステップS12におけるプライマー材の塗布工程及びステップS14におけるトップコート材の塗布工程において、気体ブローにより成膜層に微細流路21と連通する連通穴35を形成すると、この穴部の壁面は第1の部材11の切断面42から成膜層(弾性膜30)の表面に向かって広がるテーパ状となる。
【0039】
このテーパ形状部により囲まれた連通穴35は、成膜層(弾性膜30)の表面において微細流路21の断面形状よりも大きくなる。そして第2の部材12の微細流路22の断面は第1の部材11の微細流路21の断面と同じ大きさで形成されていることにより、第1の部材11と第2の部材12とを接触させて第2の部材12を可動させた際に、第1の部材11の微細流路21の端部41と第2の部材12の微細流路22の端部48との位置合わせは、成膜層(弾性膜30)表面に形成された断面の大きな連通穴35と、第2の部材12に形成された微細流路22の小さな断面でなる端部48とを位置合わせすればよいことになり、位置合わせを容易にすることができる。
【0040】
因みに微細流路21として、幅が100μm程度のものを用いる場合、この微細流路同士を位置合わせするためには、少なくとも±5μm程度の位置精度が必要となる。その場合には、第2の部材12を移動させるためのアクチュエータと第2の部材の位置を検出する位置センサを組み合わせたフィードバック制御が必要となる。しかしながら、この実施の形態におけるテ−パ状の連通穴35と微細流路22とを位置合わせする場合には、位置合わせ精度を低くすることができ、例えば図8に示すように、フィードバック制御よりも簡便な、例えばステッピングモータ55などによるオープン制御を行うことができる。
【0041】
また成膜層(弾性膜30)にテーパ状の穴部(連通穴35)を形成することにより、この穴部の周縁部が凸形状とはならずに滑らかな曲面形状となり、これにより第2の部材12を摺動させた場合にこの部分に応力が集中して、成膜材の一部が破損又は剥離することを防止することができる。
【0042】
一方、テーパ形状の穴部(連通穴35)においては、その部分が微細流路21の流れ方向とは異なる方向の凹部であるデッドボリュームとなってしまう。特にスライド構造を内部流路の切り替えに使用する場合には、デッドボリューム部に溜まった液体が、流路が切り替えられて新しい液体が流れ出した後にデッドボリューム部から流路内に流れ出すことにより、クロスコンタミネーションが発生する恐れが考えられる。例えば、切り替え又は定量インジェクションなどに伴う異種流体のクロスコンタミネーション量が0.5%以下であることが要求される場合があり、この場合には、デッドボリューム部の体積は、使用しようとする流体量の0.5%以下とすることが必要となる。
【0043】
これらにより、テーパ状の穴部(連通穴35)の成膜層(弾性膜30)表面の大きさは、位置合わせの容易化、破損及び剥離の発生回避を考慮すると、例えば100μmの幅であって40μmの高さの微細流路に対して40μmの厚みの成膜を行った場合には、図9に示すように、少なくとも1μm以上の開口量Lを有することが望ましい。またデッドボリュームによるクロスコンタミネーションの発生を少なくする目的において、同様の条件下においては、50μm以下の開口量Lであることが望ましい。なお、開口量Lは、弾性膜30表面に垂直な断面において、微細流路21の一端から傾斜して延在するテーパ状の穴部の側壁が弾性膜30表面に接する位置までの間の幅である。
【0044】
なお上述の成膜工程においては、プライマ−材およびトップコート材をスプレーコーティングにより塗布するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、切断面42を液状のプライマ−材やトップコート材に浸けるディップコーティング、切断面42をマイナスに帯電させると共にパウダー状のプライマ−材やトップコーティング材をプラスに帯電させて切断面42にプライマ−材やトップコート材を付着させるパウダーコーティング(静電粉体塗装)、基板を回転させながらその表面にプライマ−材やトップコート材を滴下することにより表面にプライマ−材やトップコート材を成幕するスピンコーティング、スクリーン印刷などを適用することができる。パウダーコーティングでは、焼成前の段階では紛体を成膜面に付着させただけの状態であるため、気体ブローにより微細流路21の端部41に付着した紛体を容易に除去して微細流路21に連通した連通穴35を形成することができる。
【0045】
さらに、上述の成膜工程では、プライマ−材とトップコート材をコーティングする例について説明したが、プライマー材が不要で1回のコーティング作業にて成膜することのできる変性材料を用い、コーティングおよび乾燥の回数を削減することができる。
【0046】
また上述の成膜工程においては、プライマー材の塗布中及びトップコート材の塗布中に気体ブローを行うようにしたが、気体ブロー処理は、プライマー材の塗布中、プライマー材の塗布後、プライマー材の乾燥中、プライマー材の乾燥後、トップコート材の塗布中、トップコート材の塗布後、トップコート材の乾燥中、トップコート材の乾燥後、焼成中のいずれかにおいて実行することにより、微細流路21に連通した穴部を成膜層(弾性膜30)に形成することができる。またプライマー材の塗布中から焼成中までの全工程において気体ブローを行うこと、若しくは任意の複数工程において気体ブローを行うこともできる。
【0047】
トップコート材としてフッ素樹脂を用いる場合、このトップコート材を液体の状態でスプレーコーティングした後に乾燥させた上で焼成する。従ってスプレーコーティング後の乾燥工程により粉体となった成膜層に対して、焼成前に気体ブローを行なうことにより、微細流路21の端部41に付着した粉体状のトップコート材を容易に除去することができる。
【0048】
また焼成中には、高温状態で融解したプライマ−材やトップコート材が表面張力の効果などにより連通穴35に集まって穴部が閉塞する恐れがあるが、焼成中に気体ブローを行なうことにより、連通穴35が閉塞することを回避することができる。
【0049】
このように焼成中に気体ブローを行なう場合、図10(a)、(b)に示すように、第1の部材11の試料導入口5が形成された表面11Aを枠形状の銅パッキン61を介して治具62、63により固定した状態で気体ブローしながら焼成する。この場合、試料導入口5が形成された表面11Aは、銅パッキン61により閉塞された空間に接することになり、この空間に対して気体導入用の治具64により気体を導入する。これにより空間に導入された気体が試料導入口5から微細流路21を通って切断面42における微細流路21の端部41から噴き出すことにより、焼成前に切断面42に成膜されたトップコート材に穴部が形成されている場合にはこの穴部が閉塞することを防止し得ると共に、焼成前に連通穴35が形成されていない場合には連通穴35を形成することができる。なお、銅パッキン61を介して治具62、63により第1の部材11を固定する際、ばね65を用いて銅パッキン61を第1の部材11へ押し付けると、第1の部材11の割れを防止することができる。
【0050】
また、図10(a)、(b)に示す気体のブローの方法は、焼成中に気体をブローする場合に限らず、例えばスプレーコーティングする場合などにも用いることができる。この場合、第1の部材11の温度が高温とならないので、銅パッキン61に替えてゴムパッキンを用いることもできる。
【0051】
また上述の成膜工程においては、第1の部材11及び第3の部材13の切断面42、43のみに弾性膜30、31を成膜する場合について述べたが、これに代えて、第2の部材12の切断面45、46のみに、第2の微細流路22に連通する第2の連通穴を有する第2の弾性膜を成膜するようにしてもよい。
【0052】
また上述の成膜工程においては、第1の部材11及び第3の部材13の切断面42、43のみに弾性膜30、31を成膜する場合について述べたが、これに代えて、第1の部材11の切断面42、第3の部材13の切断面43に第1の連通穴を有する第1の弾性膜及び第2の部材12の切断面45、46に第2の連通穴を有する第2の弾性膜を成膜するようにしてもよい。
【0053】
また上述の成膜工程においては、第1の部材11及び第3の部材13の切断面42、43のみに弾性膜30、31を成膜する場合について述べたが、これに代えて、第1の部材11の切断面42に第1の連通穴を有する第1の弾性膜及び第2の部材12の切断面46に第2の連通穴を有する第2の弾性膜を成膜するようにしてもよい。
【0054】
また上述の成膜工程においては、第1及び第3の部材11、13に成膜された弾性膜30、31の表面を研磨加工する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、弾性膜30、31の表面に加えてこの弾性膜30、31に摺接する第2の部材12の切断面45、46を研磨加工するようにしてもよい。
【0055】
また第2の部材12の切断面45、46のみに第2の弾性膜を成膜した場合には、この弾性膜の表面のみを研磨加工する方法、第2の弾性膜及びこれに摺接する第1の部材11の切断面42及び第3の部材13の切断面43を研磨加工する方法のいずれかを用いることにより、摺接部における密着性を高めて流体の漏れを抑制することができる。
【0056】
本発明の実施の形態に係るスライドバルブ装置1において、第1の部材11と第2の部材12との間の摺接部、第2の部材12と第3の部材13との間の摺接部において、微細流路21、22、23を流れる流体が漏れることを抑制するため、弾性体である弾性膜30、31を設けて一定の押圧力で接触させる。
【0057】
弾性膜30、31の厚みは10μm〜100μm(本実施の形態の場合、40μm程度)に肉厚形成することにより、流体の漏れを抑制し得る程度の弾性を持たせることができる。またこの弾性膜30、31を成膜する際には、気体ブロー処理を行なうことにより、これらの弾性膜30、31が成膜される第1の部材11の切断面42と第3の部材13の切断面43において、微細流路21、23に連通する連通穴35、36が形成される。
【0058】
またこのように肉厚の弾性膜30、31を成膜する場合、微細流路21、23に連通する連通穴35、36は、焼成処理の過程で閉塞される可能性があるが、図10について上述したように、焼成工程中においても気体ブロー処理をすることにより、これらが閉塞することを確実に回避することができる。
【0059】
また弾性膜30、31の表面を研磨加工することによりその表面を平坦化することができ、これにより、第2の部材12との密着性を高めて流体の漏れを抑制することができる。
【0060】
かくして微細流路21、22、23の連通状態を確保し得る肉厚の弾性膜30、31を設けることができ、これにより摺接部における流体の漏れを抑制し得るスライドバルブ装置を実現できる。
【0061】
(その他の実施の形態)
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0062】
例えば、図1において、第1の部材11、第2の部材12は、それぞれ2本の微細流路(第1の微細流路21、第2の微細流路22)しか有しないが、これらの部材中に含まれる微細流路の本数、構造は任意で構わない。他の図面に示された微細流路についても同様である。
【0063】
また、図1において、スライドバルブ装置1は、3つの部材(第1の部材11、第2の部材12、第3の部材13)からなり、主に第2の部材12がスライド移動する例について記したが、部材の個数も、移動する部材の個数も多数あって構わない。
【0064】
なお、図面などの説明をした際に、スライドバルブ装置1などの大きさや高さを記述したが、これは例示として挙げた数値であり、この数値に限られるわけではないことは勿論である。
【0065】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の模式図である。
【図2】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の模式図である。
【図3】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の模式図である。
【図4】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の成膜層表面の研磨の有無による耐圧性能を示す特性曲線図である。
【図5】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図6】本実施の形態に係るスライドバルブ装置のトップコート材の塗布工程の説明に供する斜視図である。
【図7】本実施の形態に係るスライドバルブ装置のトップコート材の塗布工程の説明に供する断面図である。
【図8】本実施の形態に係るスライドバルブ装置を示す模式図である。
【図9】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の成膜層の穴部を示す略線図である。
【図10】本実施の形態に係るスライドバルブ装置の焼成工程に用いられる炉中ブロー治具を示す側面図である。
【符号の説明】
【0067】
1 スライドバルブ装置
5 試料導入孔
6 試料導出孔
11 第1の部材
12 第2の部材
13 第3の部材
21 第1の微細流路
22 第2の微細流路
23 第3の微細流路
30、31 膜
42、43、45、46 切断面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に流体が移動するための第1の流路が形成され、表面に前記第1の流路に連通した試料導入口を有する第1の部材を作製する工程と、
前記第1の部材の表面に垂直に切った前記第1の部材の切断面に対して摺接し、前記第1の流路に連通可能な第2の流路が内部に形成された第2の部材を作製する工程と、
前記第2の部材と摺接する前記切断面に、前記第1の流路に連通する第1の連通穴を有する第1の弾性膜を、塗布及び焼成を含むステップにより形成する工程とを含み、
前記第1の弾性膜の焼成ステップ中において、前記第1の部材の表面に治具を用いて前記試料導入口に接する閉塞された空間を形成し、前記閉塞された空間に導入された気体を、前記試料導入口から前記第1の流路を通して前記切断面に露出した前記第1の流路の開放端より噴出させることを特徴とするスライドバルブ装置の製造方法。
【請求項2】
前記第1の弾性膜の塗布ステップ中において、前記第1の部材の表面に前記治具を用いて前記試料導入口に接する閉塞された空間を形成し、前記閉塞された空間に導入された気体を、前記試料導入口から前記第1の流路を通して前記切断面に露出した前記第1の流路の開放端より噴出させることを特徴とする請求項1に記載のスライドバルブ装置の製造方法。
【請求項3】
前記切断面と摺接する前記第2の部材の摺接面に設けられ、前記第2の流路に連通する第2の連通穴を有する第2の弾性膜を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のスライドバルブ装置の製造方法。
【請求項4】
前記第1の弾性膜と前記第2の弾性膜の少なくともいずれか一方の表面を研磨加工する工程を更に含むことを特徴とする請求項3に記載のスライドバルブ装置の製造方法。
【請求項5】
前記第1の弾性膜と前記第2の弾性膜の少なくともいずれか一方の材質は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のスライドバルブ装置の製造方法。

【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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【公開番号】特開2008−175397(P2008−175397A)
【公開日】平成20年7月31日(2008.7.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−82033(P2008−82033)
【出願日】平成20年3月26日(2008.3.26)
【分割の表示】特願2007−299684(P2007−299684)の分割
【原出願日】平成16年9月22日(2004.9.22)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)「国等の委託研究の成果に係る特許出願(平成15年度下期・平成16年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「革新的部材産業創出プログラム マイクロ分析・生産システムプロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受けるもの)」
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(591243103)財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【Fターム(参考)】