流体マニフォールド
【課題】 通路形成部材を薄型化し、回路容積を縮小し、耐久性に優れ、取り扱いやすい流体マニフォールドを提供する。
【解決手段】 吸入側のベース２に試料流体の吸入口を設け、吐出側のベース３に吐出口８を設ける。接着剤を使用しないで、複数枚の樹脂フィルムを加熱加圧により接合して可撓性部材４を成形する。可撓性部材４をベース２，３の表面に接合して流体マニフォールド１２を構成し、吸入側のベース２上に可撓性部材４を挟んでポンプ５とバルブ６を設置する。可撓性部材４の内部に流体通路１３を形成し、流体通路１３をベース２，３の吸入口と吐出口８に連通させるとともに、ポンプ５とバルブ６に接続する。
【解決手段】 吸入側のベース２に試料流体の吸入口を設け、吐出側のベース３に吐出口８を設ける。接着剤を使用しないで、複数枚の樹脂フィルムを加熱加圧により接合して可撓性部材４を成形する。可撓性部材４をベース２，３の表面に接合して流体マニフォールド１２を構成し、吸入側のベース２上に可撓性部材４を挟んでポンプ５とバルブ６を設置する。可撓性部材４の内部に流体通路１３を形成し、流体通路１３をベース２，３の吸入口と吐出口８に連通させるとともに、ポンプ５とバルブ６に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体回路を形成する流体マニフォールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の分析システムにおいて、流体回路ユニットを化学検査装置、環境分析装置、生命工学研究機器などと併用する技術が知られている。この流体回路ユニットは、通常、流体回路を形成する流体マニフォールドと、流体マニフォールドに接続されたポンプやバルブ等の流体制御デバイスとを備え、液体または気体の試料流体をタンクから流体マニフォールドを通して反応器や検出器などに供給するように構成されている。この種の流体マニフォールドにおいて、分析精度の改善、検査速度の向上、検体や試薬供給量の微少化、装置の小型化などの課題を解決するために、従来、流体制御デバイスを小型化し、かつ流体通路を短縮して内部容積を減少させる技術が提案されている。
【０００３】
例えば、メムス（ＭＥＭＳ）などの微細加工技術を用いた各種分析装置が知られている。特許文献１には、二枚の基板を接着剤によって接着し、基板の界面に幅が０．１〜３０００μｍの微細流路用凹部を形成した「マイクロリアクター」が記載されている。特許文献２には、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透明材料からなる厚さ３ｍｍ程度の基板を積層し、基板の界面に流体通路を形成した「マイクロ化学分析装置」が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１１２８３６号公報
【特許文献２】特開２００４−８５５０６号公報
【０００４】
しかし、微細加工技術を用いた流体マニフォールドは、実際に流れる試料流体の流量が極小過ぎるため、研究室レベルでは取り扱うことができても、一般ユーザーの取り扱いが困難になるという問題点があった。また、極小流量の試料流体を微細流路に送り出すためには、ポンプやバルブなどに高圧力、高能力が要求され、流体制御デバイスが大型化し、本来の趣旨に反し、流体回路ユニットの全体が大型化し、かつ高価になるという不都合があった。
【０００５】
そこで、従来、図１８、図１９に示すような流体回路ユニット１０１が提案されている。このユニット１０１は、流体マニフォールド１０２上に流体制御デバイスとしてのポンプ１０３とバルブ１０４を設置し、全体が三次元的に構成されている。マニフォールド１０２はアクリル樹脂からなる四角形状の上下二枚のプレート１０５，１０６を備え、下側プレート１０６の表面に流体通路１０７が形成され、端面に試料流体の入口１０８と出口１０９とが設けられている。プレート１０５，１０６の接合には、ゴム部材を介したネジによる結合、接着剤による接着、溶着による接合等の手段が採用されている。この構成によれば、流体通路１０７と流体制御デバイス１０３，１０４とをマニフォールド１０２上に集約し、流体回路ユニット１０１の全体を小型かつ安価に製作できるとともに、一般ユーザーが適量の試料流体を容易に取り扱うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の流体回路ユニット１０１によると、次のような問題点があった。
（１）流体マニフォールド１０２を製作するときに比較的大きな圧力を加えるため、プレート１０５，１０６が破損しないようにその板厚を大きく設計する必要があって、マニフォールド１０２の小型・軽量化が制限される。
（２）板厚の増加に伴ってマニフォールド１０２の剛性が高くなるため、これを湾曲させて検査装置等に取り付けることができなくなるなど、マニフォールド１０２の取り扱いに不便を来たすことがある。
【０００７】
（３）プレート１０５，１０６同士の接合部に流体通路１０７が形成されているので、流体通路１０７とポンプ１０３、バルブ１０４との間の距離が上側プレート１０５の板厚分だけ長くなり、マニフォールド１０２の回路容積が増え、検体や試薬の使用量が増加する。
（４）試薬の反応を促すために試料流体を加熱する場合に、上側プレート１０５の表面から流体通路１０７上の反応促進部（蛇行部）１１０までの距離が長いので、伝熱効率が悪くなり、反応速度が遅くなる。
（５）マニフォールド１０２の片面より加熱を行うと、プレート１０５，１０６間に温度差が生じるため、膨張・収縮の繰り返しによって双方の接合面に剥離が発生しやすくなり、マニフォールド１０２の寿命が短くなる。
【０００８】
（６）プレート１０５，１０６をゴム部材を介して接合する場合は、ネジによる締結力のばらつきやゴム部材の厚さの不揃いによって、ゴム部材の一部が流体通路１０７の内側に食み出し、試料流体の流れを妨げやすい。
（７）このため、通路断面積を広めに設計する必要があり、回路容量が増加する。
（８）ゴム部材は薄肉化に限界があるうえ、材質によっては耐薬品性が不充分で、耐薬品性に優れたものは高価で量産に不向きである。
【０００９】
（９）プレート１０５，１０６を接着剤で接合する場合は、マニフォールド１０２の製作時に接着剤が流体通路１０７の内側に食み出しやすいため、通路断面積を広めに設計する必要があり、回路容積が増加する。
（１０）流体中に接着剤成分が溶出し、試料流体の種類によっては、検査・分析精度に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
（１１）プレート１０５，１０６を溶着により接合する場合は、マニフォールド１０２の成形材料がアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂など比較的融点の低い樹脂に限定される。
（１２）アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂などは耐薬品性が低く、熱にも弱いことから、マニフォールド１０２の用途に制約を受ける。
【００１１】
本発明の主要な目的は、上記課題を解決し、通路形成部材を薄型化し、回路容積を縮小し、耐久性に優れ、取り扱いが容易な流体マニフォールドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の流体マニフォールドは、複数枚のフィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合して可撓性部材を成形し、可撓性部材に流体入口と流体出口と流体通路とを形成したことを特徴とする。
【００１３】
ここで、流体マニフォールドは、例えば試料流体の分析・検査システムにおいて、外部の流体制御デバイス（ポンプ、バルブ等）に接続した形態で使用することもでき、流体制御デバイスを搭載した形態で使用することもでき、高剛性のベース上に接合した形態で使用することも可能である。可撓性部材を構成するフィルムには、可撓性に富み、耐薬品性、耐熱性に優れたポリイミドやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂フィルムを好ましく使用できる。ただし、フィルム材料は樹脂に限定されず、銅やニッケルなど、流体の化学的性質に適合する各種の金属フィルムも使用可能である。
【００１４】
また、本発明の流体マニフォールドは、流体通路を可撓性部材の内部に形成し、可撓性部材をベースの表面に接合し、ベースに可撓性部材の流体入口に連通する吸入口と可撓性部材の流体出口に連通する吐出口と設けたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、可撓性部材の成形にあたっては、少なくとも一枚の樹脂フィルムに流体通路を形成し、複数枚の樹脂フィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合するという手段を好ましく採用できる。樹脂フィルムには、ポリイミド材やＰＥＥＫ材が好適である。しかし、可撓性部材は樹脂に限定されず、複数枚の金属フィルムを積層し、少なくとも一枚の金属フィルムに流体通路を形成してもよい。金属フィルムとしては、銅やニッケルなど、流体の化学的性質に適合する各種の金属材料を使用できる。
【００１６】
さらに、本発明の流体マニフォールドは、ベースの表面に可撓性部材を接着剤を使用せずに加熱加圧により接合し、可撓性部材とベースとの間に流体通路を形成し、ベースに可撓性部材の流体入口に連通する吸入口と可撓性部材の流体出口に連通する吐出口とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、流体通路は、ベースと可撓性部材との接合面において、ベース側に形成してもよく、可撓性部材側に形成してもよく、可撓性部材とベースの両方に形成してもよい。流体回路ユニットの量産に適合できる点では、流体通路をベースの表面に形成し、可撓性部材に流体通路を覆う樹脂フィルムを用い、樹脂フィルムをベースの表面に加熱加圧により接合するのが好ましい。ベースには、耐薬品性、耐熱性に優れたポリイミドやＰＥＥＫ等の樹脂材料を使用できる。樹脂フィルムは、単層または複層構造とすることができ、また、ベースに容易に加熱加圧接合できる点で、ベースと同じ材質であるのが望ましい。
【００１８】
本発明は、さらに、上記流体マニフォールドをユニット化し、該ユニットの回路容積をさらに縮小するための手段を提供する。該手段は、可撓性部材上に流体制御デバイスを設けたことを特徴とする。好ましくは、流体制御デバイスが流体通路を開閉する弁部材を備え、弁部材が着座する弁座を可撓性部材上に形成するとよい。流体制御デバイスとしては、ソレノイドや圧電素子を用いたバルブを例示でき、弁部材としてはダイアフラム弁を好ましく使用できる。弁座は、最上層フィルムに弁部材と略同じ大きさの開口部を設けることで、可撓性部材上に容易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明は、可撓性部材上に流体制御デバイスを備えた流体マニフォールドにおいて、該デバイスの電気配線を簡略化するための手段を提供する。該手段は、流体制御デバイス用の電気回路を形成する配線パターンを可撓性部材上に設けたことを特徴とする。配線パターンを可撓性部材の表面、つまり表層フィルム上に設けてもよく、可撓性部材の内部、つまり中間フィルム層上に設けて電気的に絶縁することもできる。さらに、配線パター上に、バルブのほかに流体感知用センサーやヒータ素子等の各種流体制御デバイスを実装することも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の流体マニフォールドによれば、可撓性部材を複数枚のフィルムで接着剤を使用せずに成形したので、接着剤によって流体通路が狭くなったり閉じたりするおそれがなくなり、通路断面積を最小限に抑え、回路容積を縮小することができる。また、接着剤が流体中に溶出する不具合もなくなるため、このマニフォールドを特に検体を含む試料流体の給送に好ましく使用できる。しかも、流体通路を可撓性部材上に形成したので、可撓性部材を湾曲させて検査用機器等に着脱するなど、検査・分析システム上におけるマニフォールドの取い扱いが至って容易となる。
【００２１】
また、本発明の流体マニフォールドは、内部に流体通路が形成された可撓性部材をベースの表面に接合したので、可撓性部材とベースとを一体化できるうえ、必要に応じ、可撓性部材上に流体制御デバイスを搭載することも容易で、流体回路ユニットの小型化および高機能化を容易に実現できる。また、可撓性部材の表面から内部流体通路までの距離が短くなるため、特に試料流体を加熱反応させる場合の反応速度を高めることができる。しかも、可撓性部材を湾曲させて検査用機器等に容易に接続できる利点もある。
【００２２】
さらに、本発明の流体マニフォールドによれば、可撓性部材をベースの表面に加熱加圧によって接合したので、可撓性部材とベースとを簡単な手段で一体化できて、流体回路ユニットの小型、高機能化を容易に実現できる。特に、流体通路をベース側に形成した場合は、ベースと流体通路とを同時に成形でき、流体マニフォールドの量産が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を幾つかの実施例に基づいて詳細に説明する。図１〜図７に示す実施例１の流体回路ユニット１では、試料流体を流す流体通路１３が流体マニフォールド１２の内部に形成されている。図８〜図１１に示す実施例２の流体回路ユニット４１では、流体通路１３がベース４２と可撓性部材４３との間に形成されている。図１２〜図１６に示す実施例３の流体回路ユニット５１では、バルブ５３のダイアフラム６０を着座させる弁座６６とバルブ用電気回路５４を形成する配線パターン５５とが可撓性部材５２上に設けられている。なお、各実施例に共通する部材については、図面に同じ符号が付されている。
【実施例１】
【００２４】
実施例１の流体回路ユニット１は、図１、図２に示すように、二分割されたベース２，３と、ベース２，３の表面に加熱加圧接合された可撓性部材４と、可撓性部材４の上面に設置された流体制御デバイスとしてのポンプ５およびバルブ６とから構成されている。一方のベース２には異なる種類の試料流体を吸入する二つの吸入口７が設けられ、他方のベース３に試料流体を吐出する三つの吐出口８が設けられている。ポンプ５には二台の薄型マイクロポンプが用いられ、バルブ６に四台の小型ダイアフラムバルブが用いられている。ポンプ５およびバルブ６は可撓性部材４の一端部を貫通するネジ９で吸入側のベース２に取り付けられている。可撓性部材４の他端部はネジ１０により押え板１１を介して吐出側のベース３に取り付けられている。
【００２５】
可撓性部材４の内部には、吸入口７および吐出口８に連通する流体通路１３が形成されている。流体通路１３は、図３に示すように、第一流体Ｆ１を入口ポートＡからポンプ５ａ、バルブ６ａを介して出口ポートＣにそのまま供給する第一通路１４と、第二流体Ｆ２を入口ポートＢからポンプ５ｂ、バルブ６ｄを介して出口ポートＥにそのまま供給する第二通路１５と、第一、第二流体Ｆ１，Ｆ２を入口ポートＡ，Ｂからポンプ５ａ，５ｂ、バルブ６ｂ，６ｃを介して出口ポートＤに単独もしくは混合して供給する第三通路１６とから構成されている。そして、第三通路１６の途中に混合流体の反応を加熱により促すための反応促進部（蛇行部）１７が設けら、外部加熱装置（図示略）が反応促進部１７に相当する領域の可撓性部材４を加熱するようになっている。
【００２６】
図４、図５に示すように、可撓性部材４は三枚の樹脂フィルム２１，２２，２３を、接着剤を使用することなく、加熱加圧により接合して成形されている。中間層の樹脂フィルム２２には、流体通路１３がレーザー、ウォータージェット、エッチング等の手段によって形成されている。上層の樹脂フィルム２１には、流体通路１３をポンプ５およびバルブ６に接続する接続穴２４が設けられている。下層の樹脂フィルム２３には、ベース２の吸入口７に接続される流体入口１８と、ベース３の吐出口８に接続される流体出口１９とが設けられている。そして、各樹脂フィルム２１，２２，２３を接合して可撓性部材４を成形し、可撓性部材４にポンプ５、バルブ６、押え板１１の取付ネジ９，１０を通す挿通穴２６を貫設して、図６に示すような流体マニフォールド１２を製作し、流体マニフォールド１２の入口１８と出口１９とを流体通路１３によって連通させるようになっている。
【００２７】
なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は図２のａ線、ｂ線、ｃ線に沿う断面図である。ポンプ５は上層樹脂フィルム２１の接続穴２４に連通する吸込口２７と排出口２８とを備え、バルブ６も同様の吸込口と排出口（図示略）とを備えている。吸入側ベース２には吸入口７をマニフォールド１２の流体入口１８に接続する吸入通路２９が形成され、吐出側ベース３にマニフォールド１２の流体出口１９を吐出口８に接続する吐出通路３０が形成されている。ベース２，３にはＰＥＥＫ材が用いられ、樹脂フィルム２１，２２，２３にポリイミド材が用いられており、両材料とも耐薬品性、耐熱性に優れる。樹脂フィルムの厚さｔは三枚共に約０．２５ｍｍであり、流体通路１３の幅ｗは約０．５ｍｍであり、流体通路１３の断面積がφ０．４ｍｍの丸穴通路の断面積とほぼ等しく設定されている。
【００２８】
上記構成の流体回路ユニット１は、次のような作用効果を奏する。
（１）流体通路１３を可撓性部材４の内部に形成したので、流体通路１３とポンプ５およびバルブ６との通路長さを短縮し、流体マニフォールド１２の回路容積を減少させ、試料流体の使用量を節減できる。
（２）混合流体の加熱反応を行う場合に、マニフォールド１２の表面から反応促進部１７までの距離が短くなるため、熱伝播を早めて反応速度を高めることができ、正確な温度制御も可能となる。
（３）三層の樹脂フィルム２１，２２，２３が均等に加熱されるため、フィルム同士の接合面に剥離が発生しにくくなり、流体マニフォールド１２の寿命が向上する。
【００２９】
（４）マニフォールド１２は可撓性に富むため、これを湾曲させた状態で、流体回路ユニット１を周辺機器に容易に接続できる。例えば、図７（ａ）に示すように、吐出側ベース３にかえて検査用ブロック３２を用い、このブロック３２にマニフォールド１２を接続する場合に、マニフォールド１２の吐出側端部をエアシリンダ等のアクチュエータ３３でブロック３２に漏れのない状態で圧接し、試料流体をブロック３２の内部に供給して検査する。検査が終了すると、アクチュエータ３３を消勢し、図７（ｂ）に示すように、マニフォールド１２をロボットアーム等（手動でもよい）で湾曲させてブロック３２から剥がし、次のブロック３２と交換する。こうすれば、吸入側ベース２を固定した状態で、マニフォールド１２の吐出側端部を検査用ブロック３に容易に着脱でき、特に、検体ごとにブロック３２を交換するような検査システムにおいて工程の自動化を促進できる。
【００３０】
（５）樹脂フィルム２１〜２３を加熱加圧により接合したので、流体通路１３にゴム部材や接着剤が食み出す可能性がなく、通路断面積を最小化し、マニフォールド１２の回路容積を縮小できる。
（６）マニフォールド１２の製作に接着剤が不要になるため、接着剤成分の溶出による検査精度への悪影響を解消できる。
（７）マニフォールド１２を三層構造としたので、中間の樹脂フィルム２２の流体通路１３を上下の樹脂フィルム２１，２３で簡単かつ確実に密閉できる。
（８）流体通路１３は、少量生産の場合にレーザーやウォータージェットにより、大量生産の場合はエッチングにより、どちらの場合も簡単な加工法で安価に形成できる。
（９）樹脂フィルム２１，２２，２３にポリイミドフィルムを用いたので、マニフォールド１２の耐薬品性および耐熱性が向上し、流体回路ユニット１の適用範囲が拡大する。
【実施例２】
【００３１】
実施例２の流体回路ユニット４１は、図８に示すように、一枚の板状のベース４２と、ベース４２の表面に接合した可撓性部材４３と、可撓性部材４３上に設置された流体制御デバイスとしてのポンプ５およびバルブ６とから構成されている。図９、図１０に示すように、ベース４２は両端に試料流体の吸入口７と吐出口８とを備え、表面に試料流体を流す流体通路１３が切削または型成形等の手段によって形成されている。流体通路１３は実施例１と同様の流体回路（図３参照）を形成し、流体通路１３の両端がベース４２の吸入口７および吐出口８に連通している。可撓性部材４３には流体通路１３を覆う一枚の樹脂フィルム４４が用いられ、このフィルム４４がベース４２の表面に、接着剤を使用することなく、加熱加圧により接合されている。
【００３２】
図１０、図１１に示すように、ベース４２には、吸入口７を流体通路１３に連通させる吸入通路２９と、流体通路１３を吐出口８に連通させる吐出通路３０とが設けられている。樹脂フィルム４４には、流体通路１３をポンプ５およびバルブ６の吸込口２７、排出口２８に接続する接続穴２４が形成されている。そして、ベース４２に樹脂フィルム４４を接合し、双方の同じ部位にポンプ５とバルブ６の取付ネジ９を通すための挿通穴２６が明けて、流体マニフォールド４５を製作する。なお、ベース４２および樹脂フィルム４４には、耐薬品性、耐熱性に優れたＰＥＥＫ材が用いられている。樹脂フィルム４４の厚さｔは約０．２５ｍｍであり、流体通路１３の幅ｗ、深さｄが共に約０．３５ｍｍであり、流体通路１３の断面積がφ０．４ｍｍの丸穴通路の断面積とほぼ等しく設定されている。
【００３３】
上記構成の流体回路ユニット４１は、次のような作用効果を奏する。
（１）流体通路１３をベース４２と可撓性部材４３との間に形成したので、流体通路１３とポンプ５およびバルブ６との通路長さを短縮し、マニフォールド４５の回路容積を縮小できる。
（２）可撓性部材４３の表面から流体通路１３までの距離が短くなるため、加熱反応時の熱伝播をよくして反応速度を高め、正確な温度制御を行うことができる。
（３）可撓性部材４３とベース４２との温度差がなくなるため、双方の接合面に剥離が発生しにくくなり、マニフォールド４５の寿命が向上する。
【００３４】
（４）可撓性部材４３をベース４２に加熱加圧により接合したので、ゴム部材や接着剤を不要にし、通路断面積を最小化できるうえ、接着剤成分の溶出を防止できる。
（５）ベース４２表面の流体通路１３を一枚の樹脂フィルム４４で被覆する流路構造としたので、可撓性部材４３を実施例１と比較して安価に製作できる。
（６）ベース４２と流体通路１３とをモールドにより同時に成形でき、マニフォールド４５の量産化が容易となる。
（７）ベース４２が高剛性の一枚板であるため、流体通路１３を平面内に保持して検査を行う用途に適し、しかもユニット全体の部品点数も減る。
【実施例３】
【００３５】
実施例３の流体回路ユニット５１は、図１２、図１３に示すように、二分割されたベース２，３と、ベース２，３の表面に加熱加圧接合された可撓性部材５２と、可撓性部材５２の上面に設置されたバルブ５３とを備えている。ベース２，３には吸入口７と吐出口８とが設けられ、これらに連通する流体通路１３が可撓性部材５２の内部に形成されている。可撓性部材５２の表面にはバルブ用電気回路５４（図１４参照）を形成する銅配線パターン５５が設けられ、パターン５５上にバルブ５３と同数のサージキラー用ダイオード５６が半田付けされている。バルブ５３は電気接点であるピン５７を備え、パターン５５の所定部位に半田付けされている。なお、このユニット５１はポンプを装備せず（外部ポンプを使用）、バルブ５３に実施例１，２のバルブ６よりも低い四台のダイアフラムバルブが用いられ、それぞれがネジ９で吸入側のベース２に取り付けられている。
【００３６】
図１５に示すように、バルブ５３はソレノイド５８とプランジャー５９とを備え、プランジャー５９の下端に流体通路１３を開閉する弁部材としてのダイアフラム６０が装着されている。可撓性部材５２は四枚の樹脂フィルム６１，６２，６３，６４を接着剤なしで加熱加圧により接合して成形されている。最上層の樹脂フィルム６１にはダイアフラム６０とほぼ同大の開口部６５が形成され、開口部６５によって可撓性部材５２上にダイアフラム６０を着座させる弁座６６が設けられている。ダイアフラム６０はゴム等の柔軟材料によって樹脂フィルム６１よりも若干厚く成形され、バルブ５３の設置状態において（図１５ｂ参照）、ソレノイド５８の下面でダイアフラム６０を圧縮し、ダイアフラム６０により開口部６５を密閉して、試料流体の漏れ出しを防止できるようになっている。
【００３７】
なお、図１５（ａ）は、バルブ５３を可撓性部材５２上に設置する前の状態を示す。図１５（ｂ）は、バルブ５３の設置後に、ソレノイド５８を消磁し、プランジャー５９を下降させ、ダイアフラム６０によって流体通路１３を閉じた状態を示す。図１５（ｃ）は、ソレノイド５８を励磁し、プランジャー５９を上昇させ、ダイアフラム６０によって流体通路１３を開いた状態を示す。
【００３８】
図１６に示すように、最上層の樹脂フィルム６１には銅配線パターン５５と開口部６５とが設けられ、第二層の樹脂フィルム６２に開口部６５に連通する接続穴６７が形成され、接続穴６７を介して流体通路１３がバルブ５３に接続される。第三層の樹脂フィルム６３には流体通路１３がレーザー、ウォータージェット、エッチング等の手段によって形成され、最下層の樹脂フィルム６４にベース２の吸入口７に接続される流体入口１８と、ベース３の吐出口８に接続される流体出口１９とが設けられている。そして、各樹脂フィルム６１〜６４を接合して可撓性部材５２を成形し、可撓性部材５２にバルブ５３と押え板１１（図１２参照）の取付ネジ９，１０を通す挿通穴２６を貫設して、実施例１とほぼ同じ構造の流体マニフォールド１２を製作し、マニフォールド１２の流体入口１８と流体出口１９とを流体通路１３によって連通させるようになっている。なお、ベース２，３および樹脂フィルム６１〜６４にはポリイミド材またはＰＥＥＫ材が用いられ、流体通路１３の断面積は実施例１と同じである。
【００３９】
上記構成の流体回路ユニット５１は、実施例１と同様の作用効果に加え、次のような特有の作用効果を奏する。
（１）ダイアフラム６０が着座する弁座６６を可撓性部材５２上に設けたので、バルブ５３が流体通路１３を可撓性部材５２上で開閉でき、試料流体をバルブ５３の内部で循環させるための通路（実施例１，２の吸込口２７、排出口２８に相当）を省いて、回路容積をさらに縮小できる。
（２）バルブ５３の内部に試料流体が流入しないので、バルブ５３に背の低いダイアフラムバルブを用いて、流体回路ユニット５１の全高をより低くすることができる。
（３）バルブ用電気回路５４を形成する銅配線パターン５５を可撓性部材５２上に設けたので、ソレノイド５８にリード線を引き回す必要がなくなり、流体回路ユニット５１の電気配線が簡略化される。
【００４０】
（４）流体回路ユニット５１の一端にコネクタ６９（図１４参照）を設け、コネクタ６９で銅配線パターン５５の端子部ａ〜ｅを集約すれば、バルブ５３を電源や制御装置に簡単に接続できる。
（５）銅配線パターン５５上に、サージキラー用ダイオード５６のほかに、ソレノイド５８の加熱防止用ドライバやラッチ式ソレノイドの駆動用ドライバなど、バルブ５３を制御する各種の電子部品を実装することも可能で、可撓性部材５２上に複雑な電気回路を簡単に形成でき、流体回路ユニット５１の機能性を高めることが可能となる。
（６）バルブ５３用の電子部品のほかに、磁気センサー、光学センサー、温度センサー、ヒータ、圧電素子など、各種の検出器やアクチュエータを含む流体制御デバイスを銅配線パターン５５上に設けて、流体回路ユニット５１を更に高機能化することも容易である。例えば、銅配線パターン５５の一部を渦巻状にコイリングすることで、流体感知用の磁気センサーを可撓性部材５２上に設けることができる。
【００４１】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を適宜変更して実施することも可能である。
（ａ）図１７に示すように、実施例２と実施例３の技術を併用し、ベース４２の表面に流体通路１３を形成し、流体通路１３を二層構造の可撓性部材７０で覆い、上層の樹脂フィルム７１に銅配線パターン５５と開口部６５とを形成し、バルブ５３のプランジャー５９にダイアフラム６０を装着し、ダイアフラム６０が着座する弁座６６を可撓性部材７０上に設けること。
【００４２】
（ｂ）実施例１の流体回路ユニット１において、可撓性部材４を銅フィルムやステンレスフィルム等の積層構造とし、中間層の金属フィルムに流体通路１３を形成すること。
（ｃ）実施例２の流体回路ユニット４１において、可撓性部材４３に銅フィルムやステンレスフィルム等の金属フィルムを使用すること。
（ｄ）実施例１，３の流体回路ユニット１，５１において、複数層の樹脂フィルムにそれぞれ流体通路を形成し、上下の流体通路を連通させて、可撓性部材４，５２の内部に多段構造流路を構築すること。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図２】該ユニットの平面図である。
【図３】該ユニットの流体回路図である。
【図４】該ユニット各部の断面図である。
【図５】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図６】該ユニットの流体マニフォールドを示す斜視図である。
【図７】該ユニットの一使用例を示す正面図である。
【図８】本発明の実施例２を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図９】該ユニットの平面図である。
【図１０】該ユニット各部の断面図である。
【図１１】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図１３】該ユニットの平面図である。
【図１４】該ユニットの電気回路図である。
【図１５】該ユニットのバルブおよび可撓性部材の断面図である。
【図１６】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図１７】本発明の変更例を示すバルブおよび可撓性部材の断面図である。
【図１８】従来の流体回路ユニットを示す斜視図である。
【図１９】該ユニットの流体通路を示す基板の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 流体回路ユニット（実施例１）
２ 吸入側ベース
３ 吐出側ベース
４ 可撓性部材
５ ポンプ
６ バルブ
７ 吸入口
８ 吐出口
１２ 流体マニフォールド
１３ 流体通路
１８ 流体入口
１９ 流体出口
２１〜２３ 樹脂フィルム
４１ 流体回路ユニット（実施例２）
４２ ベース
４３ 可撓性部材
４４ 樹脂フィルム
５１ 流体回路ユニット（実施例３）
５２ 可撓性部材
５３ バルブ
５４ バルブ用電気回路
５５ 銅配線パターン
６０ ダイアフラム
６１〜６４ 樹脂フィルム
６５ 開口部
６６ 弁座
７０ 可撓性部材（変更例）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体回路を形成する流体マニフォールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の分析システムにおいて、流体回路ユニットを化学検査装置、環境分析装置、生命工学研究機器などと併用する技術が知られている。この流体回路ユニットは、通常、流体回路を形成する流体マニフォールドと、流体マニフォールドに接続されたポンプやバルブ等の流体制御デバイスとを備え、液体または気体の試料流体をタンクから流体マニフォールドを通して反応器や検出器などに供給するように構成されている。この種の流体マニフォールドにおいて、分析精度の改善、検査速度の向上、検体や試薬供給量の微少化、装置の小型化などの課題を解決するために、従来、流体制御デバイスを小型化し、かつ流体通路を短縮して内部容積を減少させる技術が提案されている。
【０００３】
例えば、メムス（ＭＥＭＳ）などの微細加工技術を用いた各種分析装置が知られている。特許文献１には、二枚の基板を接着剤によって接着し、基板の界面に幅が０．１〜３０００μｍの微細流路用凹部を形成した「マイクロリアクター」が記載されている。特許文献２には、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透明材料からなる厚さ３ｍｍ程度の基板を積層し、基板の界面に流体通路を形成した「マイクロ化学分析装置」が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１１２８３６号公報
【特許文献２】特開２００４−８５５０６号公報
【０００４】
しかし、微細加工技術を用いた流体マニフォールドは、実際に流れる試料流体の流量が極小過ぎるため、研究室レベルでは取り扱うことができても、一般ユーザーの取り扱いが困難になるという問題点があった。また、極小流量の試料流体を微細流路に送り出すためには、ポンプやバルブなどに高圧力、高能力が要求され、流体制御デバイスが大型化し、本来の趣旨に反し、流体回路ユニットの全体が大型化し、かつ高価になるという不都合があった。
【０００５】
そこで、従来、図１８、図１９に示すような流体回路ユニット１０１が提案されている。このユニット１０１は、流体マニフォールド１０２上に流体制御デバイスとしてのポンプ１０３とバルブ１０４を設置し、全体が三次元的に構成されている。マニフォールド１０２はアクリル樹脂からなる四角形状の上下二枚のプレート１０５，１０６を備え、下側プレート１０６の表面に流体通路１０７が形成され、端面に試料流体の入口１０８と出口１０９とが設けられている。プレート１０５，１０６の接合には、ゴム部材を介したネジによる結合、接着剤による接着、溶着による接合等の手段が採用されている。この構成によれば、流体通路１０７と流体制御デバイス１０３，１０４とをマニフォールド１０２上に集約し、流体回路ユニット１０１の全体を小型かつ安価に製作できるとともに、一般ユーザーが適量の試料流体を容易に取り扱うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の流体回路ユニット１０１によると、次のような問題点があった。
（１）流体マニフォールド１０２を製作するときに比較的大きな圧力を加えるため、プレート１０５，１０６が破損しないようにその板厚を大きく設計する必要があって、マニフォールド１０２の小型・軽量化が制限される。
（２）板厚の増加に伴ってマニフォールド１０２の剛性が高くなるため、これを湾曲させて検査装置等に取り付けることができなくなるなど、マニフォールド１０２の取り扱いに不便を来たすことがある。
【０００７】
（３）プレート１０５，１０６同士の接合部に流体通路１０７が形成されているので、流体通路１０７とポンプ１０３、バルブ１０４との間の距離が上側プレート１０５の板厚分だけ長くなり、マニフォールド１０２の回路容積が増え、検体や試薬の使用量が増加する。
（４）試薬の反応を促すために試料流体を加熱する場合に、上側プレート１０５の表面から流体通路１０７上の反応促進部（蛇行部）１１０までの距離が長いので、伝熱効率が悪くなり、反応速度が遅くなる。
（５）マニフォールド１０２の片面より加熱を行うと、プレート１０５，１０６間に温度差が生じるため、膨張・収縮の繰り返しによって双方の接合面に剥離が発生しやすくなり、マニフォールド１０２の寿命が短くなる。
【０００８】
（６）プレート１０５，１０６をゴム部材を介して接合する場合は、ネジによる締結力のばらつきやゴム部材の厚さの不揃いによって、ゴム部材の一部が流体通路１０７の内側に食み出し、試料流体の流れを妨げやすい。
（７）このため、通路断面積を広めに設計する必要があり、回路容量が増加する。
（８）ゴム部材は薄肉化に限界があるうえ、材質によっては耐薬品性が不充分で、耐薬品性に優れたものは高価で量産に不向きである。
【０００９】
（９）プレート１０５，１０６を接着剤で接合する場合は、マニフォールド１０２の製作時に接着剤が流体通路１０７の内側に食み出しやすいため、通路断面積を広めに設計する必要があり、回路容積が増加する。
（１０）流体中に接着剤成分が溶出し、試料流体の種類によっては、検査・分析精度に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
（１１）プレート１０５，１０６を溶着により接合する場合は、マニフォールド１０２の成形材料がアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂など比較的融点の低い樹脂に限定される。
（１２）アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂などは耐薬品性が低く、熱にも弱いことから、マニフォールド１０２の用途に制約を受ける。
【００１１】
本発明の主要な目的は、上記課題を解決し、通路形成部材を薄型化し、回路容積を縮小し、耐久性に優れ、取り扱いが容易な流体マニフォールドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の流体マニフォールドは、複数枚のフィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合して可撓性部材を成形し、可撓性部材に流体入口と流体出口と流体通路とを形成したことを特徴とする。
【００１３】
ここで、流体マニフォールドは、例えば試料流体の分析・検査システムにおいて、外部の流体制御デバイス（ポンプ、バルブ等）に接続した形態で使用することもでき、流体制御デバイスを搭載した形態で使用することもでき、高剛性のベース上に接合した形態で使用することも可能である。可撓性部材を構成するフィルムには、可撓性に富み、耐薬品性、耐熱性に優れたポリイミドやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂フィルムを好ましく使用できる。ただし、フィルム材料は樹脂に限定されず、銅やニッケルなど、流体の化学的性質に適合する各種の金属フィルムも使用可能である。
【００１４】
また、本発明の流体マニフォールドは、流体通路を可撓性部材の内部に形成し、可撓性部材をベースの表面に接合し、ベースに可撓性部材の流体入口に連通する吸入口と可撓性部材の流体出口に連通する吐出口と設けたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、可撓性部材の成形にあたっては、少なくとも一枚の樹脂フィルムに流体通路を形成し、複数枚の樹脂フィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合するという手段を好ましく採用できる。樹脂フィルムには、ポリイミド材やＰＥＥＫ材が好適である。しかし、可撓性部材は樹脂に限定されず、複数枚の金属フィルムを積層し、少なくとも一枚の金属フィルムに流体通路を形成してもよい。金属フィルムとしては、銅やニッケルなど、流体の化学的性質に適合する各種の金属材料を使用できる。
【００１６】
さらに、本発明の流体マニフォールドは、ベースの表面に可撓性部材を接着剤を使用せずに加熱加圧により接合し、可撓性部材とベースとの間に流体通路を形成し、ベースに可撓性部材の流体入口に連通する吸入口と可撓性部材の流体出口に連通する吐出口とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、流体通路は、ベースと可撓性部材との接合面において、ベース側に形成してもよく、可撓性部材側に形成してもよく、可撓性部材とベースの両方に形成してもよい。流体回路ユニットの量産に適合できる点では、流体通路をベースの表面に形成し、可撓性部材に流体通路を覆う樹脂フィルムを用い、樹脂フィルムをベースの表面に加熱加圧により接合するのが好ましい。ベースには、耐薬品性、耐熱性に優れたポリイミドやＰＥＥＫ等の樹脂材料を使用できる。樹脂フィルムは、単層または複層構造とすることができ、また、ベースに容易に加熱加圧接合できる点で、ベースと同じ材質であるのが望ましい。
【００１８】
本発明は、さらに、上記流体マニフォールドをユニット化し、該ユニットの回路容積をさらに縮小するための手段を提供する。該手段は、可撓性部材上に流体制御デバイスを設けたことを特徴とする。好ましくは、流体制御デバイスが流体通路を開閉する弁部材を備え、弁部材が着座する弁座を可撓性部材上に形成するとよい。流体制御デバイスとしては、ソレノイドや圧電素子を用いたバルブを例示でき、弁部材としてはダイアフラム弁を好ましく使用できる。弁座は、最上層フィルムに弁部材と略同じ大きさの開口部を設けることで、可撓性部材上に容易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明は、可撓性部材上に流体制御デバイスを備えた流体マニフォールドにおいて、該デバイスの電気配線を簡略化するための手段を提供する。該手段は、流体制御デバイス用の電気回路を形成する配線パターンを可撓性部材上に設けたことを特徴とする。配線パターンを可撓性部材の表面、つまり表層フィルム上に設けてもよく、可撓性部材の内部、つまり中間フィルム層上に設けて電気的に絶縁することもできる。さらに、配線パター上に、バルブのほかに流体感知用センサーやヒータ素子等の各種流体制御デバイスを実装することも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の流体マニフォールドによれば、可撓性部材を複数枚のフィルムで接着剤を使用せずに成形したので、接着剤によって流体通路が狭くなったり閉じたりするおそれがなくなり、通路断面積を最小限に抑え、回路容積を縮小することができる。また、接着剤が流体中に溶出する不具合もなくなるため、このマニフォールドを特に検体を含む試料流体の給送に好ましく使用できる。しかも、流体通路を可撓性部材上に形成したので、可撓性部材を湾曲させて検査用機器等に着脱するなど、検査・分析システム上におけるマニフォールドの取い扱いが至って容易となる。
【００２１】
また、本発明の流体マニフォールドは、内部に流体通路が形成された可撓性部材をベースの表面に接合したので、可撓性部材とベースとを一体化できるうえ、必要に応じ、可撓性部材上に流体制御デバイスを搭載することも容易で、流体回路ユニットの小型化および高機能化を容易に実現できる。また、可撓性部材の表面から内部流体通路までの距離が短くなるため、特に試料流体を加熱反応させる場合の反応速度を高めることができる。しかも、可撓性部材を湾曲させて検査用機器等に容易に接続できる利点もある。
【００２２】
さらに、本発明の流体マニフォールドによれば、可撓性部材をベースの表面に加熱加圧によって接合したので、可撓性部材とベースとを簡単な手段で一体化できて、流体回路ユニットの小型、高機能化を容易に実現できる。特に、流体通路をベース側に形成した場合は、ベースと流体通路とを同時に成形でき、流体マニフォールドの量産が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を幾つかの実施例に基づいて詳細に説明する。図１〜図７に示す実施例１の流体回路ユニット１では、試料流体を流す流体通路１３が流体マニフォールド１２の内部に形成されている。図８〜図１１に示す実施例２の流体回路ユニット４１では、流体通路１３がベース４２と可撓性部材４３との間に形成されている。図１２〜図１６に示す実施例３の流体回路ユニット５１では、バルブ５３のダイアフラム６０を着座させる弁座６６とバルブ用電気回路５４を形成する配線パターン５５とが可撓性部材５２上に設けられている。なお、各実施例に共通する部材については、図面に同じ符号が付されている。
【実施例１】
【００２４】
実施例１の流体回路ユニット１は、図１、図２に示すように、二分割されたベース２，３と、ベース２，３の表面に加熱加圧接合された可撓性部材４と、可撓性部材４の上面に設置された流体制御デバイスとしてのポンプ５およびバルブ６とから構成されている。一方のベース２には異なる種類の試料流体を吸入する二つの吸入口７が設けられ、他方のベース３に試料流体を吐出する三つの吐出口８が設けられている。ポンプ５には二台の薄型マイクロポンプが用いられ、バルブ６に四台の小型ダイアフラムバルブが用いられている。ポンプ５およびバルブ６は可撓性部材４の一端部を貫通するネジ９で吸入側のベース２に取り付けられている。可撓性部材４の他端部はネジ１０により押え板１１を介して吐出側のベース３に取り付けられている。
【００２５】
可撓性部材４の内部には、吸入口７および吐出口８に連通する流体通路１３が形成されている。流体通路１３は、図３に示すように、第一流体Ｆ１を入口ポートＡからポンプ５ａ、バルブ６ａを介して出口ポートＣにそのまま供給する第一通路１４と、第二流体Ｆ２を入口ポートＢからポンプ５ｂ、バルブ６ｄを介して出口ポートＥにそのまま供給する第二通路１５と、第一、第二流体Ｆ１，Ｆ２を入口ポートＡ，Ｂからポンプ５ａ，５ｂ、バルブ６ｂ，６ｃを介して出口ポートＤに単独もしくは混合して供給する第三通路１６とから構成されている。そして、第三通路１６の途中に混合流体の反応を加熱により促すための反応促進部（蛇行部）１７が設けら、外部加熱装置（図示略）が反応促進部１７に相当する領域の可撓性部材４を加熱するようになっている。
【００２６】
図４、図５に示すように、可撓性部材４は三枚の樹脂フィルム２１，２２，２３を、接着剤を使用することなく、加熱加圧により接合して成形されている。中間層の樹脂フィルム２２には、流体通路１３がレーザー、ウォータージェット、エッチング等の手段によって形成されている。上層の樹脂フィルム２１には、流体通路１３をポンプ５およびバルブ６に接続する接続穴２４が設けられている。下層の樹脂フィルム２３には、ベース２の吸入口７に接続される流体入口１８と、ベース３の吐出口８に接続される流体出口１９とが設けられている。そして、各樹脂フィルム２１，２２，２３を接合して可撓性部材４を成形し、可撓性部材４にポンプ５、バルブ６、押え板１１の取付ネジ９，１０を通す挿通穴２６を貫設して、図６に示すような流体マニフォールド１２を製作し、流体マニフォールド１２の入口１８と出口１９とを流体通路１３によって連通させるようになっている。
【００２７】
なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は図２のａ線、ｂ線、ｃ線に沿う断面図である。ポンプ５は上層樹脂フィルム２１の接続穴２４に連通する吸込口２７と排出口２８とを備え、バルブ６も同様の吸込口と排出口（図示略）とを備えている。吸入側ベース２には吸入口７をマニフォールド１２の流体入口１８に接続する吸入通路２９が形成され、吐出側ベース３にマニフォールド１２の流体出口１９を吐出口８に接続する吐出通路３０が形成されている。ベース２，３にはＰＥＥＫ材が用いられ、樹脂フィルム２１，２２，２３にポリイミド材が用いられており、両材料とも耐薬品性、耐熱性に優れる。樹脂フィルムの厚さｔは三枚共に約０．２５ｍｍであり、流体通路１３の幅ｗは約０．５ｍｍであり、流体通路１３の断面積がφ０．４ｍｍの丸穴通路の断面積とほぼ等しく設定されている。
【００２８】
上記構成の流体回路ユニット１は、次のような作用効果を奏する。
（１）流体通路１３を可撓性部材４の内部に形成したので、流体通路１３とポンプ５およびバルブ６との通路長さを短縮し、流体マニフォールド１２の回路容積を減少させ、試料流体の使用量を節減できる。
（２）混合流体の加熱反応を行う場合に、マニフォールド１２の表面から反応促進部１７までの距離が短くなるため、熱伝播を早めて反応速度を高めることができ、正確な温度制御も可能となる。
（３）三層の樹脂フィルム２１，２２，２３が均等に加熱されるため、フィルム同士の接合面に剥離が発生しにくくなり、流体マニフォールド１２の寿命が向上する。
【００２９】
（４）マニフォールド１２は可撓性に富むため、これを湾曲させた状態で、流体回路ユニット１を周辺機器に容易に接続できる。例えば、図７（ａ）に示すように、吐出側ベース３にかえて検査用ブロック３２を用い、このブロック３２にマニフォールド１２を接続する場合に、マニフォールド１２の吐出側端部をエアシリンダ等のアクチュエータ３３でブロック３２に漏れのない状態で圧接し、試料流体をブロック３２の内部に供給して検査する。検査が終了すると、アクチュエータ３３を消勢し、図７（ｂ）に示すように、マニフォールド１２をロボットアーム等（手動でもよい）で湾曲させてブロック３２から剥がし、次のブロック３２と交換する。こうすれば、吸入側ベース２を固定した状態で、マニフォールド１２の吐出側端部を検査用ブロック３に容易に着脱でき、特に、検体ごとにブロック３２を交換するような検査システムにおいて工程の自動化を促進できる。
【００３０】
（５）樹脂フィルム２１〜２３を加熱加圧により接合したので、流体通路１３にゴム部材や接着剤が食み出す可能性がなく、通路断面積を最小化し、マニフォールド１２の回路容積を縮小できる。
（６）マニフォールド１２の製作に接着剤が不要になるため、接着剤成分の溶出による検査精度への悪影響を解消できる。
（７）マニフォールド１２を三層構造としたので、中間の樹脂フィルム２２の流体通路１３を上下の樹脂フィルム２１，２３で簡単かつ確実に密閉できる。
（８）流体通路１３は、少量生産の場合にレーザーやウォータージェットにより、大量生産の場合はエッチングにより、どちらの場合も簡単な加工法で安価に形成できる。
（９）樹脂フィルム２１，２２，２３にポリイミドフィルムを用いたので、マニフォールド１２の耐薬品性および耐熱性が向上し、流体回路ユニット１の適用範囲が拡大する。
【実施例２】
【００３１】
実施例２の流体回路ユニット４１は、図８に示すように、一枚の板状のベース４２と、ベース４２の表面に接合した可撓性部材４３と、可撓性部材４３上に設置された流体制御デバイスとしてのポンプ５およびバルブ６とから構成されている。図９、図１０に示すように、ベース４２は両端に試料流体の吸入口７と吐出口８とを備え、表面に試料流体を流す流体通路１３が切削または型成形等の手段によって形成されている。流体通路１３は実施例１と同様の流体回路（図３参照）を形成し、流体通路１３の両端がベース４２の吸入口７および吐出口８に連通している。可撓性部材４３には流体通路１３を覆う一枚の樹脂フィルム４４が用いられ、このフィルム４４がベース４２の表面に、接着剤を使用することなく、加熱加圧により接合されている。
【００３２】
図１０、図１１に示すように、ベース４２には、吸入口７を流体通路１３に連通させる吸入通路２９と、流体通路１３を吐出口８に連通させる吐出通路３０とが設けられている。樹脂フィルム４４には、流体通路１３をポンプ５およびバルブ６の吸込口２７、排出口２８に接続する接続穴２４が形成されている。そして、ベース４２に樹脂フィルム４４を接合し、双方の同じ部位にポンプ５とバルブ６の取付ネジ９を通すための挿通穴２６が明けて、流体マニフォールド４５を製作する。なお、ベース４２および樹脂フィルム４４には、耐薬品性、耐熱性に優れたＰＥＥＫ材が用いられている。樹脂フィルム４４の厚さｔは約０．２５ｍｍであり、流体通路１３の幅ｗ、深さｄが共に約０．３５ｍｍであり、流体通路１３の断面積がφ０．４ｍｍの丸穴通路の断面積とほぼ等しく設定されている。
【００３３】
上記構成の流体回路ユニット４１は、次のような作用効果を奏する。
（１）流体通路１３をベース４２と可撓性部材４３との間に形成したので、流体通路１３とポンプ５およびバルブ６との通路長さを短縮し、マニフォールド４５の回路容積を縮小できる。
（２）可撓性部材４３の表面から流体通路１３までの距離が短くなるため、加熱反応時の熱伝播をよくして反応速度を高め、正確な温度制御を行うことができる。
（３）可撓性部材４３とベース４２との温度差がなくなるため、双方の接合面に剥離が発生しにくくなり、マニフォールド４５の寿命が向上する。
【００３４】
（４）可撓性部材４３をベース４２に加熱加圧により接合したので、ゴム部材や接着剤を不要にし、通路断面積を最小化できるうえ、接着剤成分の溶出を防止できる。
（５）ベース４２表面の流体通路１３を一枚の樹脂フィルム４４で被覆する流路構造としたので、可撓性部材４３を実施例１と比較して安価に製作できる。
（６）ベース４２と流体通路１３とをモールドにより同時に成形でき、マニフォールド４５の量産化が容易となる。
（７）ベース４２が高剛性の一枚板であるため、流体通路１３を平面内に保持して検査を行う用途に適し、しかもユニット全体の部品点数も減る。
【実施例３】
【００３５】
実施例３の流体回路ユニット５１は、図１２、図１３に示すように、二分割されたベース２，３と、ベース２，３の表面に加熱加圧接合された可撓性部材５２と、可撓性部材５２の上面に設置されたバルブ５３とを備えている。ベース２，３には吸入口７と吐出口８とが設けられ、これらに連通する流体通路１３が可撓性部材５２の内部に形成されている。可撓性部材５２の表面にはバルブ用電気回路５４（図１４参照）を形成する銅配線パターン５５が設けられ、パターン５５上にバルブ５３と同数のサージキラー用ダイオード５６が半田付けされている。バルブ５３は電気接点であるピン５７を備え、パターン５５の所定部位に半田付けされている。なお、このユニット５１はポンプを装備せず（外部ポンプを使用）、バルブ５３に実施例１，２のバルブ６よりも低い四台のダイアフラムバルブが用いられ、それぞれがネジ９で吸入側のベース２に取り付けられている。
【００３６】
図１５に示すように、バルブ５３はソレノイド５８とプランジャー５９とを備え、プランジャー５９の下端に流体通路１３を開閉する弁部材としてのダイアフラム６０が装着されている。可撓性部材５２は四枚の樹脂フィルム６１，６２，６３，６４を接着剤なしで加熱加圧により接合して成形されている。最上層の樹脂フィルム６１にはダイアフラム６０とほぼ同大の開口部６５が形成され、開口部６５によって可撓性部材５２上にダイアフラム６０を着座させる弁座６６が設けられている。ダイアフラム６０はゴム等の柔軟材料によって樹脂フィルム６１よりも若干厚く成形され、バルブ５３の設置状態において（図１５ｂ参照）、ソレノイド５８の下面でダイアフラム６０を圧縮し、ダイアフラム６０により開口部６５を密閉して、試料流体の漏れ出しを防止できるようになっている。
【００３７】
なお、図１５（ａ）は、バルブ５３を可撓性部材５２上に設置する前の状態を示す。図１５（ｂ）は、バルブ５３の設置後に、ソレノイド５８を消磁し、プランジャー５９を下降させ、ダイアフラム６０によって流体通路１３を閉じた状態を示す。図１５（ｃ）は、ソレノイド５８を励磁し、プランジャー５９を上昇させ、ダイアフラム６０によって流体通路１３を開いた状態を示す。
【００３８】
図１６に示すように、最上層の樹脂フィルム６１には銅配線パターン５５と開口部６５とが設けられ、第二層の樹脂フィルム６２に開口部６５に連通する接続穴６７が形成され、接続穴６７を介して流体通路１３がバルブ５３に接続される。第三層の樹脂フィルム６３には流体通路１３がレーザー、ウォータージェット、エッチング等の手段によって形成され、最下層の樹脂フィルム６４にベース２の吸入口７に接続される流体入口１８と、ベース３の吐出口８に接続される流体出口１９とが設けられている。そして、各樹脂フィルム６１〜６４を接合して可撓性部材５２を成形し、可撓性部材５２にバルブ５３と押え板１１（図１２参照）の取付ネジ９，１０を通す挿通穴２６を貫設して、実施例１とほぼ同じ構造の流体マニフォールド１２を製作し、マニフォールド１２の流体入口１８と流体出口１９とを流体通路１３によって連通させるようになっている。なお、ベース２，３および樹脂フィルム６１〜６４にはポリイミド材またはＰＥＥＫ材が用いられ、流体通路１３の断面積は実施例１と同じである。
【００３９】
上記構成の流体回路ユニット５１は、実施例１と同様の作用効果に加え、次のような特有の作用効果を奏する。
（１）ダイアフラム６０が着座する弁座６６を可撓性部材５２上に設けたので、バルブ５３が流体通路１３を可撓性部材５２上で開閉でき、試料流体をバルブ５３の内部で循環させるための通路（実施例１，２の吸込口２７、排出口２８に相当）を省いて、回路容積をさらに縮小できる。
（２）バルブ５３の内部に試料流体が流入しないので、バルブ５３に背の低いダイアフラムバルブを用いて、流体回路ユニット５１の全高をより低くすることができる。
（３）バルブ用電気回路５４を形成する銅配線パターン５５を可撓性部材５２上に設けたので、ソレノイド５８にリード線を引き回す必要がなくなり、流体回路ユニット５１の電気配線が簡略化される。
【００４０】
（４）流体回路ユニット５１の一端にコネクタ６９（図１４参照）を設け、コネクタ６９で銅配線パターン５５の端子部ａ〜ｅを集約すれば、バルブ５３を電源や制御装置に簡単に接続できる。
（５）銅配線パターン５５上に、サージキラー用ダイオード５６のほかに、ソレノイド５８の加熱防止用ドライバやラッチ式ソレノイドの駆動用ドライバなど、バルブ５３を制御する各種の電子部品を実装することも可能で、可撓性部材５２上に複雑な電気回路を簡単に形成でき、流体回路ユニット５１の機能性を高めることが可能となる。
（６）バルブ５３用の電子部品のほかに、磁気センサー、光学センサー、温度センサー、ヒータ、圧電素子など、各種の検出器やアクチュエータを含む流体制御デバイスを銅配線パターン５５上に設けて、流体回路ユニット５１を更に高機能化することも容易である。例えば、銅配線パターン５５の一部を渦巻状にコイリングすることで、流体感知用の磁気センサーを可撓性部材５２上に設けることができる。
【００４１】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を適宜変更して実施することも可能である。
（ａ）図１７に示すように、実施例２と実施例３の技術を併用し、ベース４２の表面に流体通路１３を形成し、流体通路１３を二層構造の可撓性部材７０で覆い、上層の樹脂フィルム７１に銅配線パターン５５と開口部６５とを形成し、バルブ５３のプランジャー５９にダイアフラム６０を装着し、ダイアフラム６０が着座する弁座６６を可撓性部材７０上に設けること。
【００４２】
（ｂ）実施例１の流体回路ユニット１において、可撓性部材４を銅フィルムやステンレスフィルム等の積層構造とし、中間層の金属フィルムに流体通路１３を形成すること。
（ｃ）実施例２の流体回路ユニット４１において、可撓性部材４３に銅フィルムやステンレスフィルム等の金属フィルムを使用すること。
（ｄ）実施例１，３の流体回路ユニット１，５１において、複数層の樹脂フィルムにそれぞれ流体通路を形成し、上下の流体通路を連通させて、可撓性部材４，５２の内部に多段構造流路を構築すること。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図２】該ユニットの平面図である。
【図３】該ユニットの流体回路図である。
【図４】該ユニット各部の断面図である。
【図５】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図６】該ユニットの流体マニフォールドを示す斜視図である。
【図７】該ユニットの一使用例を示す正面図である。
【図８】本発明の実施例２を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図９】該ユニットの平面図である。
【図１０】該ユニット各部の断面図である。
【図１１】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す流体回路ユニットの斜視図である。
【図１３】該ユニットの平面図である。
【図１４】該ユニットの電気回路図である。
【図１５】該ユニットのバルブおよび可撓性部材の断面図である。
【図１６】該ユニットの可撓性部材を分解して示す平面図である。
【図１７】本発明の変更例を示すバルブおよび可撓性部材の断面図である。
【図１８】従来の流体回路ユニットを示す斜視図である。
【図１９】該ユニットの流体通路を示す基板の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 流体回路ユニット（実施例１）
２ 吸入側ベース
３ 吐出側ベース
４ 可撓性部材
５ ポンプ
６ バルブ
７ 吸入口
８ 吐出口
１２ 流体マニフォールド
１３ 流体通路
１８ 流体入口
１９ 流体出口
２１〜２３ 樹脂フィルム
４１ 流体回路ユニット（実施例２）
４２ ベース
４３ 可撓性部材
４４ 樹脂フィルム
５１ 流体回路ユニット（実施例３）
５２ 可撓性部材
５３ バルブ
５４ バルブ用電気回路
５５ 銅配線パターン
６０ ダイアフラム
６１〜６４ 樹脂フィルム
６５ 開口部
６６ 弁座
７０ 可撓性部材（変更例）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のフィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合して可撓性部材を成形し、前記可撓性部材に流体入口と流体出口と流体通路とを形成したことを特徴とする流体マニフォールド。
【請求項２】
前記流体通路を可撓性部材の内部に形成し、可撓性部材をベースの表面に接合し、ベースに前記流体入口に連通する吸入口と前記流体出口に連通する吐出口とを設けた請求項１記載の流体マニフォールド。
【請求項３】
前記可撓性部材が複数枚の樹脂フィルムを接合して成形され、前記流体通路が少なくとも一枚の樹脂フィルムに形成されている請求項１又は２記載の流体マニフォールド。
【請求項４】
前記可撓性部材が複数枚の金属フィルムを接合して成形され、前記流体通路が少なくとも一枚の金属フィルムに形成されている請求項１又は２記載の流体マニフォールド。
【請求項５】
前記可撓性部材をベースの表面に接着剤を使用せずに加熱加圧により接合し、可撓性部材とベースとの間に前記流体通路を形成し、ベースに前記流体入口に連通する吸入口と前記流体出口に連通する吐出口とを設けた請求項１記載の流体マニフォールド。
【請求項６】
前記流体通路がベースの表面に形成され、前記可撓性部材が前記流体通路を覆う樹脂フィルムを含む請求項５記載の流体マニフォールド。
【請求項７】
前記可撓性部材上に流体制御デバイスを設けた請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体マニフォールド。
【請求項８】
前記流体制御デバイスが流体通路を開閉する弁部材を備え、前記弁部材が着座する弁座を前記可撓性部材上に形成した請求項７記載の流体マニフォールド。
【請求項９】
前記流体制御デバイス用の電気回路を形成する配線パターンを前記可撓性部材上に設けた請求項７又は８記載の流体マニフォールド。
【請求項１】
複数枚のフィルムを接着剤を使用せずに加熱加圧により接合して可撓性部材を成形し、前記可撓性部材に流体入口と流体出口と流体通路とを形成したことを特徴とする流体マニフォールド。
【請求項２】
前記流体通路を可撓性部材の内部に形成し、可撓性部材をベースの表面に接合し、ベースに前記流体入口に連通する吸入口と前記流体出口に連通する吐出口とを設けた請求項１記載の流体マニフォールド。
【請求項３】
前記可撓性部材が複数枚の樹脂フィルムを接合して成形され、前記流体通路が少なくとも一枚の樹脂フィルムに形成されている請求項１又は２記載の流体マニフォールド。
【請求項４】
前記可撓性部材が複数枚の金属フィルムを接合して成形され、前記流体通路が少なくとも一枚の金属フィルムに形成されている請求項１又は２記載の流体マニフォールド。
【請求項５】
前記可撓性部材をベースの表面に接着剤を使用せずに加熱加圧により接合し、可撓性部材とベースとの間に前記流体通路を形成し、ベースに前記流体入口に連通する吸入口と前記流体出口に連通する吐出口とを設けた請求項１記載の流体マニフォールド。
【請求項６】
前記流体通路がベースの表面に形成され、前記可撓性部材が前記流体通路を覆う樹脂フィルムを含む請求項５記載の流体マニフォールド。
【請求項７】
前記可撓性部材上に流体制御デバイスを設けた請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体マニフォールド。
【請求項８】
前記流体制御デバイスが流体通路を開閉する弁部材を備え、前記弁部材が着座する弁座を前記可撓性部材上に形成した請求項７記載の流体マニフォールド。
【請求項９】
前記流体制御デバイス用の電気回路を形成する配線パターンを前記可撓性部材上に設けた請求項７又は８記載の流体マニフォールド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−５１７８８（Ｐ２００８−５１７８８Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３１４１４（Ｐ２００６−２３１４１４）
【出願日】平成１８年８月２８日（２００６．８．２８）
【出願人】（３９０００６４１５）高砂電気工業株式会社 (11)
【出願人】（５０３２０７９１３）株式会社ＳＯＨＫｉ (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２８日（２００６．８．２８）
【出願人】（３９０００６４１５）高砂電気工業株式会社 (11)
【出願人】（５０３２０７９１３）株式会社ＳＯＨＫｉ (13)
【Ｆターム（参考）】
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