JP2000249074A - マイクロポンプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧電素子のダイアフラムへの接合位置決めが容
易であるとともに、マイクロポンプの吐出特性のばらつ
きが改善され、作業性が向上し、歩留も向上可能なマイ
クロポンプを実現する。 【解決手段】マイクロポンプはダイアフラム１を有する
ダイアフラム基板２と、バルブ基板３及びバルブ基板４
とを備え、バルブ基板３には吸入バルブ５が形成されバ
ルブ基板４には吐出バルブ６が形成されている。ダイア
フラム基板２のダイアフラム１には圧電素子７に形成さ
れた電極板８よりも小さな島状凸部９が形成されてい
る。圧電素子７接合部に圧電素子電極板８より小さな島
状凸部９を設けることにより圧電素子７と島状凸部９と
の接合位置ずれが生じてもダイアフラム１の変位量のば
らつきが低減され、ポンプ吐出特性のばらつきが低減さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロポンプに
係り、特にポンプ室のダイアフラムを圧電素子等の駆動
素子で駆動させるようにしたマイクロポンプ及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＰＺＴ等の圧電素子を利用したマ
イクロポンプの例としては、インクジェット記録ヘッド
に使用されるものがある。このインクジェット記録ヘッ
ドは、インク吐出用ノズル、インク流路、インク圧力
室、圧電素子が接合され圧力を伝えるダイアフラム等に
より構成される。

【０００３】そして、圧電素子の上下には電極が形成さ
れ、この電極に電圧を印加すると圧電素子に歪みが生じ
てダイアフラムが変位する。これにより、インク加圧室
の容積が減少し、インク吐出用ノズルよりインク滴が紙
面上に噴射されて印字することができる。

【０００４】しかし、インク加圧室のダイアフラムへの
圧電素子の接合は、簡易的な治具を使用して位置決めを
行うのみであったため、接合位置ずれがおこり、インク
吐出特性のばらつきが大きくなり、歩留も悪くなってい
た。

【０００５】この不具合を改善するために、特開平６−
２８６１３７号公報に記載された「インクジェット記録
ヘッド」においては、インクジェット記録ヘッドのイン
ク加圧室のダイアフラムを有する部分において、ダイア
フラムの駆動源側の面に凸状、あるいは凹状の駆動源の
アライメントパターンを設けた構造としている。そし
て、圧電素子等の駆動源をダイアフラムに接合するとき
に、駆動源のセットを凸状又は凹状のパターンの外周を
ガイドとして行えるために、駆動源をダイアフラムの適
切な位置に正確に取り付けることを可能とするものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術である特開平６−２８６１３７号公報に記
載の方式では、インクジェット記録ヘッドのインク加圧
室のダイアフラムの駆動源側の面に凸状、あるいは凹状
の駆動源のアライメントパターンを設けた構造をしてお
り、圧電素子サイズの個体差を含めたサイズの凹状ある
いは凸状のアライメントパターンを形成しなければなら
ず、個々の圧電素子の形状ばらつきにより、凹状あるい
は凸状の領域内での接合位置ずれが起こる場合がある。
この接合位置ずれにより、ダイアフラムの変位量のばら
つきが生じていた。このため、記録ヘッドのインク吐出
特性にばらつきが生じ、歩留も悪くなっていた。

【０００７】本発明の目的は、圧電素子のダイアフラム
への接合位置決めが容易であるとともに、マイクロポン
プの吐出特性のばらつきが改善され、作業性が向上し、
歩留も向上可能なマイクロポンプ及びその製造方法を実
現することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 （１）吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ室と、
このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、このダ
イアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイクロポ
ンプにおいて、上記ダイアフラムの圧電素子と接合され
る側の部分に、圧電素子に形成された電極板のサイズよ
り小さなサイズの島状凸部が形成され、上記圧電素子と
上記島状凸部とは、上記圧電素子に形成された電極板の
領域内に島状凸部が収まるように接合されている。

【０００９】（２）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、上記島状凸部上に、分注器等の接着剤の吐
出量が制御可能な器具により接着剤を吐出し、圧電素子
を電極板サイズの領域内に島状凸部が収まるように、島
状凸部上に接合する。

【００１０】（３）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、上記島状凸部上にシート状接着剤を敷き、
圧電素子を電極板サイズの領域内に島状凸部が収まるよ
うに、島状凸部上にのせ荷重をかけた状態で加熱するこ
とにより島状凸部と圧電素子とを接合する。

【００１１】（４）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、上記島状凸部の外周部に余分な接着剤を溜
めるための溝を形成し、上記島状凸部上に分注器等の接
着剤の吐出量が制御可能な器具により接着剤を吐出し、
圧電素子を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まる
ように、島状凸部上に接合する。

【００１２】（５）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、上記島状凸部に、接着剤の注入口を形成す
るとともに、圧電素子と島状凸部とを確実に接合したい
領域に流路を形成し、島状凸部が圧電素子の電極板サイ
ズの領域内に収まるように荷重をかけて固定し、上記注
入口に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能な器具によ
り接着剤を吐出し、毛細管現象により流路を埋め、圧電
素子を島状凸部上に接合する。

【００１３】（６）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、圧電素子に接着剤注入口を形成し、上記島
状凸部に、圧電素子と島状凸部とを確実に接合したい領
域に、上記接着剤注入口に連絡する流路を形成し、島状
凸部が圧電素子の電極板サイズの領域内に収まるように
荷重をかけて固定し、上記注入口に分注器等の接着剤の
吐出量が制御可能な器具により接着剤を吐出し、毛細管
現象により流路を埋め、圧電素子を島状凸部上に接合す
る。

【００１４】（７）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、島状凸部には余分な接着剤を溜めるための
溝を形成し、上記島状凸部上に分注器等の接着剤の吐出
量が制御可能な器具により接着剤を吐出し、圧電素子
を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まるように、
島状凸部上に接合し、島状凸部上の余分な接着剤を溜め
るための溝を設けたことにより、余分な接着剤を島状凸
部上の溝に溜めることによって接着層の厚みを均一にす
る。

【００１５】（８）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、上記島状凸部上に分注器等の接着剤の吐出
量が制御可能な器具により、サイズの揃ったビーズが混
入された接着剤を吐出し、圧電素子を、電極板サイズの
領域内に島状凸部が収まるように、島状凸部上に接合
し、接着剤にサイズの揃ったビーズが混入されてあるこ
とにより、接着層の厚みを均一にする。

【００１６】（９）また、吸入バルブ及び吐出バルブを
有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダイ
アフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子と
を備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダイ
アフラムの圧電素子と接合される側の部分に、圧電素子
に形成された電極板のサイズより小さなサイズの島状凸
部を形成し、島状凸部の外周部に圧電素子のサイズに応
じた位置決め用の凸状枠であって、この位置決め用の凸
状枠は、圧電素子サイズをａ、圧電素子の電極板サイズ
をｂ、島状凸部のサイズをｃ、位置決め用の凸状枠サイ
ズをｄとすると、ｄ−ａ＜ｂ−ｃなる関係が成立するサ
イズの上記凸状枠を形成し、圧電素子を、電極板サイズ
の領域内に島状凸部が収まるように、島状凸部上に接合
する。

【００１７】（１０）また、吸入バルブ及び吐出バルブ
を有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダ
イアフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子
とを備えるマイクロポンプの製造方法において、ウエハ
に形成された複数のダイアフラムの圧電素子と接合され
る側の部分に、圧電素子に形成された電極板のサイズよ
り小さなサイズの島状凸部を形成し、上記島状凸部上
に、分注器等の接着剤の吐出量が制御可能な器具により
接着剤を吐出し、上記複数のダイアフラムの島状凸部上
に、電極板を有する一枚の圧電素子を接合し、上記個々
のダイアフラムの島状凸部のサイズより電極板のサイズ
が大となるように、上記圧電素子及びウエハをダイシン
グする。

【００１８】（１１）また、吸入バルブ及び吐出バルブ
を有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダ
イアフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子
とを備えるマイクロポンプにおいて、上記ダイアフラム
の圧電素子との接合側部分、および圧電素子の上記ダイ
アフラムとの接合側部分に濡れ性のよい薬剤が塗布また
は印刷により塗られ、圧電素子とダイアフラムは、はん
だバンプあるいははんだと同等の機能を果たす接合材に
よって接合されている。

【００１９】（１２）また、吸入バルブ及び吐出バルブ
を有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダ
イアフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子
とを備えるマイクロポンプの製造方法において、上記ダ
イアフラムの圧電素子との接合側部分、および圧電素子
の上記ダイアフラムとの接合側部に濡れ性のよい薬剤を
塗布または印刷により塗り、圧電素子とダイアフラムと
の間に、はんだバンプあるいははんだと同等の機能を果
たす接合材を挿入し、この接合材を融点以上にまで加熱
して、上記圧電素子とダイアフラムとを接合する。

【００２０】（１３）好ましくは、上記（１２）におい
て、上記接合材により圧電素子とダイアフラムとを接合
した後に、上記圧電素子とダイアフラムとの間に接着剤
を充填する。

【００２１】（１４）また、吸入バルブ及び吐出バルブ
を有するポンプ室と、このポンプ室の一面を形成するダ
イアフラムと、このダイアフラムに接合された圧電素子
とを備えるマイクロポンプの製造方法において、ウエハ
に形成された複数のダイアフラムの圧電素子との接合側
部分に濡れ性のよい薬剤を塗布または印刷により塗り、
上記複数のダイアフラムを覆う、電極板を有する一枚の
圧電素子の上記複数のダイアフラムとの接合側部に濡れ
性のよい薬剤を塗布または印刷により塗り、上記圧電素
子と複数のダイアフラムとの間に、はんだバンプあるい
ははんだと同等の機能を果たす接合材を挿入し、この接
合材を融点以上にまで加熱して、上記圧電素子と複数の
ダイアフラムとを接合し、上記圧電素子及びウエハをダ
イシングする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態で
あるマイクロポンプの概略断面図である。このマイクロ
ポンプは、シリコンで形成されたダイアフラム１を有す
るダイアフラム基板２と、同じくシリコンで形成された
バルブ基板３及びバルブ基板４とを備えており、バルブ
基板３には吸入バルブ５が形成され、バルブ基板４には
吐出バルブ６が形成されている。

【００２３】ダイアフラム基板２のダイアフラム１には
圧電素子７の両面に形成された電極板８のサイズ（面
積）よりも小さなサイズ（面積）の島状凸部９が形成さ
れている。この島状凸部９は、ダイアフラム１の他の部
分よりも、圧電素子７側に突出した形状となっている。

【００２４】圧電素子７とダイアフラム１との接合は、
接着剤１０もしくは接合と同等の機能を果たす接合材に
より、圧電素子７とダイアフラム１に形成された島状凸
部９を介して行われる。圧電素子７と島状凸部９との接
合においては、圧電素子電極板８の領域内に島状凸部９
が収まるように接合される。

【００２５】また、図１に示すように、１１はポンプ
室、１２は吸入口、１３は吐出口である。そして、吸入
バルブ５の開く方向は、吸入口１２からポンプ室１１へ
の方向のみであり、吐出バルブ６の開く方向はポンプ室
１１から吐出口１３への方向のみである。

【００２６】上述したシリコンで形成された島状凸部９
を設けたダイアフラム基板２に代わり、樹脂などの材質
であって、圧電素子７の駆動動作を伝達できる基板であ
れば、用いることができる。

【００２７】また、図１に示した例では、電極板８を２
枚設けた圧電素子７を図示しているが、必ずしも２枚の
電極板を設けた圧電素子７に限定されるべきものではな
く、電極板を３枚以上設けた圧電素子であってもよい。

【００２８】図２は、図１に示した本発明の第１の実施
形態であるマイクロポンプの駆動状態の簡略説明図であ
る。図２において、２枚の電極板８間に電圧を印加する
と、圧電素子７は電界の向きには伸び、電界の向きと垂
直な方向には縮む。この圧電素子７の歪みにより、ダイ
アフラム１は図２の（ｂ）に示すように、ポンプ室１１
側に突出するように変形する。この状態を初期状態とす
る。次に、２枚の電極板８間の電圧印加を止めると、ダ
イアフラム１は、図２の（ａ）に示すように、電圧印加
前の形状に復帰する。

【００２９】このダイアフラム１の図２の（ｂ）に示す
状態から図２の（ａ）に示す状態への変形により、ポン
プ室１１の容積が増加する。吸入バルブ５の開く方向は
吸入口１２からポンプ室１１への方向のみであり、吐出
バルブ６の開く方向はポンプ室１１から吐出口１３への
方向のみである。したがって、ダイアフラム１が図２の
（ｂ）に示す状態から図２の（ａ）に示す状態へ変形す
る場合には、吸入バルブ５が開き、吸入口１２から流体
がポンプ室１１に流れ込み、ポンプ室１１の容積増加分
だけ流体が流入すると、吸入バルブ５は閉じる。

【００３０】次に、２枚の電極板８間に電圧を印加する
と、ダイアフラム１は図２の（ｂ）のように変形する。
ダイアフラム１が図２の（ａ）に示す状態から図２の
（ｂ）に示す状態へ変形する場合には、このダイアフラ
ム１の変形によりポンプ室１１の容積が減少する。

【００３１】吸入バルブ５の開く方向は、吸入口１２か
らポンプ室１１への方向のみであり、吐出バルブ６の開
く方向はポンプ室１１から吐出口１３への方向のみであ
るから、ダイアフラム１が図２の（ａ）に示す状態から
図２の（ｂ）に示す状態へ変形する場合には、吐出バル
ブ６が開き、吐出口１３から流体が吐出する。ポンプ室
１１の容積減少分だけ流体が吐出すると、吐出バルブ６
は閉じる。

【００３２】次に、本発明の一実施形態によるマイクロ
ポンプの効果について説明する。島状凸部９が形成され
ていないダイアフラムを設けたマイクロポンプと、島状
凸部９が形成されたダイアフラム１を設けたマイクロポ
ンプとの吐出特性比較を行った。

【００３３】実験に使用したダイアフラム基板は、結晶
方位（１００）の両面研磨した単結晶シリコンで異方性
エッチングにより厚み１００マイクロメータのダイアフ
ラムを形成したダイアフラム基板と、同様なダイアフラ
ム１の中心部に厚さ１０マイクロメータの島状凸部９を
形成したダイアフラム基板２である。

【００３４】この厚み１００マイクロメータのダイアフ
ラムのみを形成したダイアフラム基板を設けたマイクロ
ポンプにおいて、ダイアフラムの中心部に圧電素子を接
合したマイクロポンプの吐出量を１００％とすると、ダ
イアフラムの中心部から０．５ｍｍ位置ずれして圧電素
子をダイアフラムに接合したマイクロポンプの吐出量は
７５％となった。

【００３５】これに対し、厚み１００マイクロメータの
ダイアフラム１の中心部に厚さ１０マイクロメータの島
状凸部９を形成したダイアフラム基板２を設けたマイク
ロポンプにおいて、ダイアフラム１の中心部に圧電素子
７を接合したマイクロポンプの吐出量を１００％とする
と、ダイアフラム１の中心部から０．５ｍｍ位置ずれし
て圧電素子７をダイアフラム１に接合したマイクロポン
プの吐出量は９３％となった。

【００３６】このように、ダイアフラム１の圧電素子７
接合部に圧電素子電極板８のサイズより小さな島状凸部
９を設けることにより、圧電素子７と島状凸部９との接
合においては、多少、圧電素子電極板８と島状凸部９に
接合位置ずれが生じてもダイアフラム１の変位量のばら
つきが低減されるので、ポンプ吐出特性のばらつきが低
減し、歩留も向上する。

【００３７】つまり、本発明の一実施形態であるマイク
ロポンプによれば、圧電素子のダイアフラムへの接合位
置決めが容易であるとともに、マイクロポンプの吐出特
性のばらつきが改善され、作業性が向上し、歩留も向上
可能なマイクロポンプを実現することができる。

【００３８】図３は、本発明の第１の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図３において、島状凸部９上に、分
注器１４等の吐出量が制御可能な器具により接着剤１０
を吐出する（図３の（ａ））。次に、圧電素子７を電極
板８のサイズの領域内に島状凸部９が収まるように、島
状凸部９上に接合させる（図３の（ｂ））。

【００３９】接着剤１０の吐出量が制御可能な分注器１
４を用いることで圧電素子７と島状凸部９との間の接合
層の厚みを正確に管理することが可能となり、圧電素子
７の変位を正確にダイアフラムに伝達することできる。
そのため、ポンプ吐出特性のばらつきの低減が可能とな
る。

【００４０】つまり、本発明の第１の実施形態による製
造方法によれば、圧電素子のダイアフラムへの接合位置
決めが容易であるとともに、マイクロポンプの吐出特性
のばらつきが改善され、作業性が向上し、歩留も向上可
能なマイクロポンプの製造方法を実現することができ
る。

【００４１】図４は、本発明の第２の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。

【００４２】図４において、図３に示した接着剤１０の
代わりにシート状接着剤１５を島状凸部９上に敷く（図
４の（ａ））。次に、圧電素子７を電極板８のサイズの
領域内に島状凸部９が収まるように、島状凸部９上にの
せ、荷重をかけた状態で加熱することにより接合を行
う。

【００４３】この第２の実施形態である製造方法におい
ても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ
る。

【００４４】さらに、この第２の実施形態に係る製造方
法においては、シート状接合材１５の使用により、余分
な接着剤による島状凸部９の外周部と圧電素子７との接
合がなくなり、かつ厚みの管理ができるので、ポンプ吐
出特性のばらつきがさらに改善されたマイクロポンプの
製造方法を実現することができる。

【００４５】図５は、本発明の第３の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図５の例においては、島状凸部９の
外周部に余分な接着剤１０を溜めるための溝１６を設け
た構造となっている。

【００４６】接合方法としては、まず、島状凸部９上に
分注器１４等の接着剤１０の吐出量が制御可能な器具に
より接着剤１０を塗布する。次に、圧電素子７を電極板
８のサイズの領域内に島状凸部９が収まるように、島状
凸部上９に接合させる。島状凸部９の外周部に余分な接
着剤１０を溜めるための溝１６を設けたことにより、余
分な接着剤１０がダイアフラム上に広がることを防ぎ、
ダイアフラムの剛性変化のばらつきが抑えられるので、
ポンプ吐出特性のばらつきは図４の場合と同様、著しく
改善される。

【００４７】つまり、この第３の実施形態である製造方
法においても、第２の実施形態と同様な効果を得ること
ができる。

【００４８】図６は、本発明の第４の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図６の例においては、島状凸部９に
は接着剤注入口１７と流路１８とを設けている。この流
路１８は圧電素子７と島状凸部９との接合において確実
に接合したい領域に形成するものとする。

【００４９】接合方法としては、まず、島状凸部９が圧
電素子７の電極板８のサイズの領域内に収まるように荷
重をかけて固定しておき、この接着剤注入口１７に分注
器１４等の接着剤１０の吐出量が制御可能な器具により
接着剤を吐出する。接着剤１０は毛細管現象により流路
１８を埋めることになる。この接合方法を用いると、図
３の接合方法よりも接合層を薄くすることが可能とな
り、ダイアフラムの変位量が増大することにより吐出流
量が増大し、ポンプ性能が向上する。

【００５０】つまり、この第４の実施形態である製造方
法においては、第１の実施形態と同様な効果を得ること
ができる他、ダイアフラムの変位量が増大することによ
り吐出流量が増大し、ポンプ性能を向上することができ
る。

【００５１】図７は、本発明の第５の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図７の例においては、島状凸部９に
は接着剤１０の流路１８を設けている。この流路１８は
圧電素子７とダイアフラム１上に形成された島状凸部９
との接合において確実に接合したい領域に形成するもの
とする。

【００５２】圧電素子７には接着剤注入口１７が予め開
けてあり、流路１８とつながっているものとする。

【００５３】接合方法としては、まず、島状凸部９が圧
電素子７の電極板８のサイズの領域内に収まるように荷
重をかけて固定しておき、接着剤注入口１７に分注器１
４等の接着剤１０の吐出量が制御可能な器具により接着
剤１０を吐出する。接着剤１０は毛細管現象により流路
１８を埋めることになる。

【００５４】この接合方法を用いると、図６に示した接
合方法と同様に、図３に示した接合方法よりも接合層を
薄くすることが可能となり、ダイアフラムの変位量が増
大することにより吐出流量が増大し、ポンプ性能が向上
する。

【００５５】つまり、この第５の実施形態である製造方
法においては、第１の実施形態と同様な効果を得ること
ができる他、ダイアフラムの変位量が増大することによ
り吐出流量が増大し、ポンプ性能を向上することができ
る。

【００５６】図８は、本発明の第６の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図８の例においては、島状凸部９に
は余分な接着剤１０を溜めるための接着剤の格子状流路
１８を設けている。接合方法としては、島状凸部９上に
分注器１４等の接着剤１０の吐出量が制御可能な器具に
より接着剤１０を吐出する。

【００５７】次に、圧電素子７を電極板８のサイズの領
域内に島状凸部９が収まるように、島状凸部９上に接合
させる。島状凸部９上に格子状の流路１８を設けたこと
により、余分な接着剤１０が流路１８に溜まる。島状凸
部９上に余分な接着剤を溜めるための流路１８を設ける
ことで圧電素子７と島状凸部９の間の接合層の厚みを正
確に管理することが可能となり、圧電素子７の変位を正
確にダイアフラム１にできる。そのため、ポンプ吐出特
性のばらつきの低減が可能となる。

【００５８】つまり、この第６の実施形態である製造方
法においては、第１の実施形態と同様な効果を得ること
ができる。

【００５９】図９は、本発明の第７の実施形態であるマ
イクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラム
１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法を
示したものである。図９において、接合方法としては、
島状凸部９上に分注器１４等の接着剤１０の吐出量が制
御可能な器具により接着剤１０を吐出する。この接着剤
１０には予めサイズの揃ったガラス、あるいは金属等の
ビーズ１９が混入されている。

【００６０】接着剤１０に予めビーズ１９を混入させる
代わりに、島状凸部９上に分注器１４等の吐出量が制御
可能な器具により接着剤１０を吐出した後に、ビーズ１
９を混入させてもよい。接着剤１０にビーズ１９を混入
させることで圧電素子７と島状凸部９の間の接合層の厚
みを正確に管理することが可能となり、圧電素子７の変
位を正確にダイアフラムに伝達することができる。

【００６１】そのため、ポンプ吐出特性のばらつきの低
減が可能となる。つまり、この第７の実施形態である製
造方法においては、第１の実施形態と同様な効果を得る
ことができる。

【００６２】図１０は、本発明の第８の実施形態である
マイクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラ
ム１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合方法
を示したものである。図１０において、島状凸部９の外
周部には圧電素子７のサイズに合わせ、圧電素子７を収
容し得るような位置決め用の凸状枠２０が形成されてい
る。

【００６３】この位置決め用凸状枠２０は、圧電素子７
のサイズをａ、圧電素子の電極板８のサイズをｂ、島状
凸部９のサイズをｃ、位置決め用凸状枠２０の内周サイ
ズをｄとすれば、ｄ−ａ＜ｂ−ｃなる関係を成立させる
内周サイズである。圧電素子７と島状凸部９との接合
は、上述した第１の実施形態から第７の実施形態の方法
に従うこととする。

【００６４】本発明のこの接合方法を用いると、位置決
め操作が簡単になるので作業性が向上し、製造コストを
下げることができる。つまり、この第８の実施形態であ
る製造方法においても、第１の実施形態と同様な効果を
得ることができる。

【００６５】図１１は、本発明の第９の実施形態である
マイクロポンプの製造方法の説明図であり、ダイアフラ
ム１上に形成した島状凸部９と圧電素子７との接合にお
けるウエハレベルでの接合方法を示したものである。

【００６６】図１１の（ａ）において、ウエハレベルの
状態、つまり、ウエハの状態で島状凸部９を形成したダ
イアフラム１と圧電素子７とを上記実施形態１から実施
形態７と同様な方法により接合する。その後、図１１の
（ｂ）に示すように、ダイシングを行い、個々のマイク
ロポンプに分割する。このように、ウエハレベルで圧電
素子７とダイアフラム１上に形成した島状凸部９とを接
合することにより、位置決めが容易となって作業性は向
上し、ポンプ吐出特性のばらつきが低減され、マイクロ
ポンプの製造コストを下げることができる。

【００６７】図１２は、本発明の他の実施形態であるマ
イクロポンプの概略断面図である。この図１２に示すマ
イクロポンプは、シリコンで形成されたダイアフラム１
を有するダイアフラム基板２と、同じくシリコンで形成
されたバルブ基板３及びバルブ基板４とを備えており、
バルブ基板３には吸入バルブ５が形成され、バルブ基板
４には吐出バルブ６が形成されている。

【００６８】圧電素子接合部２１のダイアフラム１側の
部分、および圧電素子接合部２１の圧電素子７側の部分
には、濡れ性のよい薬剤２２が塗布または印刷により塗
られている。圧電素子７とダイアフラム１との接合は、
はんだバンプ２３もしくははんだと同等の機能を果たす
接合材を介して、接合されているものとする。なお、上
記のシリコンで形成されたダイアフラム基板２に代え
て、圧電素子の駆動を伝達できる樹脂などでもよいもの
とする。

【００６９】上述した図１２の例によれば、圧電素子の
ダイアフラムへの接合位置決めが容易であるとともに、
マイクロポンプの吐出特性のばらつきが改善され、作業
性が向上し、歩留も向上可能なマイクロポンプを実現す
ることができる。

【００７０】なお、図１２の例では、電極板８を２枚設
けた圧電素子７を示しているが、必ずしも２枚の電極板
を設けた圧電素子７に限定されるべきものではなく、電
極板を３枚以上設けた圧電素子であっても本発明を適用
することができる。

【００７１】図１３は、図１２に示したマイクロポンプ
のダイアフラム１と圧電素子７との接合方法を示したも
のである。図１３の（ａ）において、ダイアフラム１側
の圧電素子接合部２１の少なくとも一部、及び圧電素子
７側の接合部２１をなす電極板の少なくとも一部には、
濡れ性のよい薬剤２２を塗布または印刷により塗ってお
く。

【００７２】ダイアフラム１側の圧電素子接合部２１に
おいて濡れ性の良い薬剤２２を塗った領域に、はんだバ
ンプ２３をのせ、このダイアフラム１上に圧電素子７側
の圧電素子接合部２１がはんだバンプ２３と接触するよ
うに、圧電素子７をのせる。そして、はんだバンプ２３
を融点以上にまで加熱する。これにより、はんだバンプ
２３が溶けると、はんだバンプ２３は濡れ性のよい薬剤
２２部分に広がり、それとともに圧電素子７が最適な接
合位置に移動する。すなわち、自動位置決めが行われ
る。その後、はんだバンプ２３を冷却し、図１３の
（ｂ）に示す状態となる。

【００７３】この図１３に示した接合方法では、はんだ
バンプ２３は濡れ性のよい薬剤が塗られていない部分に
は広がらないので、接合高さを均一にすることが可能と
なる。また、圧電素子７とダイアフラム１との接合にお
いては、常にダイアフラム１の同じ領域で圧電素子７が
接合されることにより、ポンプ吐出特性のばらつきを低
減することができる。

【００７４】図１４は、図１２に示したマイクロポンプ
のダイアフラム１と圧電素子７との他の接合方法を示し
たものである。図１４の（ａ）において、ダイアフラム
１側の圧電素子接合部２１の少なくとも一部、および圧
電素子７側の接合部２１をなす金属板の少なくとも一部
には濡れ性のよい薬剤２２を塗布または印刷により塗っ
ておく。

【００７５】ダイアフラム１の圧電素子接合部２１にお
いて、濡れ性の良い薬剤２２を塗った領域にはんだバン
プ２３をのせ、このダイアフラム１上に圧電素子７側の
接合部２１がはんだバンプ２３と接触するように圧電素
子７をのせ、はんだバンプ２３を融点以上にまで加熱す
ることにより、はんだバンプ２３を溶かすと、はんだバ
ンプ２３は濡れ性のよい薬剤２２部分に広がり、それと
ともに圧電素子７が最適な接合位置に移動する。

【００７６】すなわち、自動位置決めが行われる。その
後、はんだバンプ２３を冷却し、図１４の（ｂ）に示す
ような状態とする。

【００７７】冷却した後、図１４の（ｃ）に示すよう
に、ダイアフラム１と圧電素子７との隙間に第４または
第５の実施形態による方法で、接着剤１０を充填させ
る。

【００７８】この図１４に示した接合方法では、はんだ
バンプ２３は濡れ性のよい薬剤２２が塗られていない部
分には広がらないので、接合高さも均一にすることが可
能となる。

【００７９】圧電素子７とダイアフラム１との接合にお
いては、常にダイアフラム１の同じ領域で圧電素子７が
接合されることによりポンプ吐出特性のばらつきを低減
することができる。さらには、ダイアフラム１と圧電素
子７との隙間に接着剤１０を充填させたことにより接合
強度が増し、耐久性が向上する。

【００８０】図１５は、図１２の例のマイクロポンプの
ダイアフラム１と圧電素子７との接合におけるウエハレ
ベルでの接合方法を示したものである。図１５の（ａ）
において、ダイアフラム１と圧電素子７との接合は図１
３に示した例の接合方法により行い、その後、ダイシン
グを行い図１５の（ｂ）に示すように、個々のものに分
割する。

【００８１】このように、ウエハレベルで圧電素子７と
ダイアフラム１とを接合することにより、ポンプ吐出特
性のばらつきが低減されたマイクロポンプ製造の作業性
が向上し、製造コストを下げることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、マ
イクロポンプにおいて、ダイアフラムに圧電素子電極板
サイズより小さな領域の島状凸部を形成することによ
り、圧電素子をダイアフラムに接合する時に、圧電素子
の電極板のサイズ内にダイアフラムの島状凸部が収まる
ように接合が行われるようにすればよいので、圧電素子
のダイアフラムへの接合位置決めが容易となり、マイク
ロポンプの吐出特性のばらつきが改善され、作業性が向
上し、歩留も向上する。

【００８３】つまり、圧電素子のダイアフラムへの接合
位置決めが容易であるとともに、マイクロポンプの吐出
特性のばらつきが改善され、作業性が向上し、歩留も向
上可能なマイクロポンプ及びその製造方法を実現するこ
とができる。

【００８４】また、本発明によれば、マイクロポンプに
おいて、ダイアフラム基板上の圧電素子接合部と、圧電
素子接合部に濡れ性の良い薬剤を塗布しておき、はんだ
バンプにより接合を行えば、濡れ性の良い部分にはんだ
が広がることにより自動位置決めが可能となり、マイク
ロポンプの吐出特性のばらつきが改善され、作業性が向
上し、歩留も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるマイクロポンプの概
略断面図である。

【図２】図１に示したマイクロポンプの駆動状態を説明
するための概略断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図５】本発明の第３の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図６】本発明の第４の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図７】本発明の第５の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図８】本発明の第６の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図９】本発明の第７の実施形態であるマイクロポンプ
の製造方法の説明図である。

【図１０】本発明の第８の実施形態であるマイクロポン
プの製造方法の説明図である。

【図１１】本発明の第９の実施形態であるマイクロポン
プの製造方法の説明図である。

【図１２】本発明の他の実施形態であるマイクロポンプ
の概略断面図である。

【図１３】図１２に示したマイクロポンプのダイアフラ
ムと圧電素子との接合方法を示す図である。

【図１４】図１２に示したマイクロポンプのダイアフラ
ムと圧電素子との他の接合方法を示す図である。

【図１５】図１２の例のマイクロポンプのダイアフラム
と圧電素子との接合におけるウエハレベルでの接合方法
を示す図である。

【符号の説明】

１ ダイアフラム ２ ダイアフラム基板 ３ バルブ基板 ４ バルブ基板 ５ 吸入バルブ ６ 吐出バルブ ７ 圧電素子 ８ 電極板 ９ 島状凸部 １０ 接着剤 １１ ポンプ室 １２ 吸入口 １３ 吐出口 １４ 分注器 １５ シート状接着剤 １６ 溝 １７ 接着剤注入口 １８ 流路 １９ ビーズ ２０ 凸状枠 ２１ 接合部 ２２ 濡れ性の良い薬剤 ２３ はんだバンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 晃 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐々木 康彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3H077 AA06 BB10 CC02 CC09 DD06 EE34 EE35 EE40 FF08 FF36

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプにおいて、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部が形成され、上記圧電素子と上記島状凸部と
   は、上記圧電素子に形成された電極板の領域内に島状凸
   部が収まるように接合されていることを特徴とするマイ
   クロポンプ。
2. 【請求項２】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 上記島状凸部上に、分注器等の接着剤の吐出量が制御可
   能な器具により接着剤を吐出し、 圧電素子を電極板サイズの領域内に島状凸部が収まるよ
   うに、島状凸部上に接合することを特徴とするマイクロ
   ポンプの製造方法。
3. 【請求項３】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 上記島状凸部上にシート状接着剤を敷き、圧電素子を電
   極板サイズの領域内に島状凸部が収まるように、島状凸
   部上にのせ荷重をかけた状態で加熱することにより島状
   凸部と圧電素子とを接合することを特徴とするマイクロ
   ポンプの製造方法。
4. 【請求項４】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 上記島状凸部の外周部に余分な接着剤を溜めるための溝
   を形成し、 上記島状凸部上に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能
   な器具により接着剤を吐出し、 圧電素子を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まる
   ように、島状凸部上に接合することを特徴とするマイク
   ロポンプの製造方法。
5. 【請求項５】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 上記島状凸部に、接着剤の注入口を形成するとともに、
   圧電素子と島状凸部とを確実に接合したい領域に流路を
   形成し、 島状凸部が圧電素子の電極板サイズの領域内に収まるよ
   うに荷重をかけて固定し、 上記注入口に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能な器
   具により接着剤を吐出し、毛細管現象により流路を埋
   め、圧電素子を島状凸部上に接合することを特徴とする
   マイクロポンプの製造方法。
6. 【請求項６】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 圧電素子に接着剤注入口を形成し、 上記島状凸部に、圧電素子と島状凸部とを確実に接合し
   たい領域に、上記接着剤注入口に連絡する流路を形成
   し、 島状凸部が圧電素子の電極板サイズの領域内に収まるよ
   うに荷重をかけて固定し、 上記注入口に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能な器
   具により接着剤を吐出し、毛細管現象により流路を埋
   め、圧電素子を島状凸部上に接合することを特徴とする
   マイクロポンプの製造方法。
7. 【請求項７】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 島状凸部には余分な接着剤を溜めるための溝を形成し、 上記島状凸部上に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能
   な器具により接着剤を吐出し、 圧電素子を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まる
   ように、島状凸部上に接合し、島状凸部上の余分な接着
   剤を溜めるための溝を設けたことにより、余分な接着剤
   を島状凸部上の溝に溜めることによって接着層の厚みを
   均一にすることを特徴とするマイクロポンプの製造方
   法。
8. 【請求項８】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 上記島状凸部上に分注器等の接着剤の吐出量が制御可能
   な器具により、サイズの揃ったビーズが混入された接着
   剤を吐出し、 圧電素子を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まる
   ように、島状凸部上に接合し、接着剤にサイズの揃った
   ビーズが混入されてあることにより、接着層の厚みを均
   一にすることを特徴とするマイクロポンプの製造方法。
9. 【請求項９】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポンプ
   室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラムと、
   このダイアフラムに接合された圧電素子とを備えるマイ
   クロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子と接合される側の部分に、
   圧電素子に形成された電極板のサイズより小さなサイズ
   の島状凸部を形成し、 島状凸部の外周部に圧電素子のサイズに応じた位置決め
   用の凸状枠であって、この位置決め用の凸状枠は、圧電
   素子サイズをａ、圧電素子の電極板サイズをｂ、島状凸
   部のサイズをｃ、位置決め用の凸状枠サイズをｄとする
   と、ｄ−ａ＜ｂ−ｃなる関係が成立するサイズの上記凸
   状枠を形成し、 圧電素子を、電極板サイズの領域内に島状凸部が収まる
   ように、島状凸部上に接合することを特徴とするマイク
   ロポンプの製造方法。
10. 【請求項１０】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポン
    プ室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラム
    と、このダイアフラムに接合された圧電素子とを備える
    マイクロポンプの製造方法において、 ウエハに形成された複数のダイアフラムの圧電素子と接
    合される側の部分に、圧電素子に形成された電極板のサ
    イズより小さなサイズの島状凸部を形成し、 上記島状凸部上に、分注器等の接着剤の吐出量が制御可
    能な器具により接着剤を吐出し、 上記複数のダイアフラムの島状凸部上に、電極板を有す
    る一枚の圧電素子を接合し、 上記個々のダイアフラムの島状凸部のサイズより電極板
    のサイズが大となるように、上記圧電素子及びウエハを
    ダイシングすることを特徴とするマイクロポンプの製造
    方法。
11. 【請求項１１】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポン
    プ室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラム
    と、このダイアフラムに接合された圧電素子とを備える
    マイクロポンプにおいて、 上記ダイアフラムの圧電素子との接合側部分、および圧
    電素子の上記ダイアフラムとの接合側部分に濡れ性のよ
    い薬剤が塗布または印刷により塗られ、圧電素子とダイ
    アフラムは、はんだバンプあるいははんだと同等の機能
    を果たす接合材によって接合されていることを特徴とす
    るマイクロポンプ。
12. 【請求項１２】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポン
    プ室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラム
    と、このダイアフラムに接合された圧電素子とを備える
    マイクロポンプの製造方法において、 上記ダイアフラムの圧電素子との接合側部分、および圧
    電素子の上記ダイアフラムとの接合側部に濡れ性のよい
    薬剤を塗布または印刷により塗り、 圧電素子とダイアフラムとの間に、はんだバンプあるい
    ははんだと同等の機能を果たす接合材を挿入し、この接
    合材を融点以上にまで加熱して、上記圧電素子とダイア
    フラムとを接合することを特徴とするマイクロポンプの
    製造方法。
13. 【請求項１３】請求項１２記載のマイクロポンプの製造
    方法において、上記接合材により圧電素子とダイアフラ
    ムとを接合した後に、上記圧電素子とダイアフラムとの
    間に接着剤を充填することを特徴とするマイクロポンプ
    の製造方法。
14. 【請求項１４】吸入バルブ及び吐出バルブを有するポン
    プ室と、このポンプ室の一面を形成するダイアフラム
    と、このダイアフラムに接合された圧電素子とを備える
    マイクロポンプの製造方法において、 ウエハに形成された複数のダイアフラムの圧電素子との
    接合側部分に濡れ性のよい薬剤を塗布または印刷により
    塗り、上記複数のダイアフラムを覆う、電極板を有する
    一枚の圧電素子の上記複数のダイアフラムとの接合側部
    に濡れ性のよい薬剤を塗布または印刷により塗り、 上記圧電素子と複数のダイアフラムとの間に、はんだバ
    ンプあるいははんだと同等の機能を果たす接合材を挿入
    し、この接合材を融点以上にまで加熱して、上記圧電素
    子と複数のダイアフラムとを接合し、 上記圧電素子及びウエハをダイシングすることを特徴と
    するマイクロポンプの製造方法。