JP2003074475A - Micro-pump - Google Patents
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- Reciprocating Pumps (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、小型、薄型に好
適なマイクロポンプに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a micropump suitable for being small and thin.
【0002】[0002]
【従来の技術】 近年、シリコンに微細加工を施したマ
イクロマシンにおいて、静電気力で駆動する微小ポンプ
が提案されている。このような微小ポンプは、小型で低
消費電力であるため、体内に埋め込んで微量の薬剤を投
与する機器や、小型の化学分析装置に応用できるポンプ
である。このような微小なポンプは、シリコン製のもの
が知られており、今後、医療や化学分析分野等に、益々
応用されていくと思われる。この用途に用いられる場
合、より小型、薄型であることが望ましく、更に、小
型、薄型にもかかわらず、流体の排出量 (移動量)が
多いことが望ましい。2. Description of the Related Art In recent years, in a micromachine in which silicon is microfabricated, a micropump driven by electrostatic force has been proposed. Since such a micro pump is small and consumes low power, it is a pump that can be applied to a device for implanting a small amount of a drug by implanting it in the body and a small chemical analyzer. Such minute pumps are known to be made of silicon, and are expected to be increasingly applied to the fields of medical treatment and chemical analysis in the future. When it is used for this purpose, it is desirable that it is smaller and thinner, and furthermore, it is desirable that the discharge amount (movement amount) of the fluid is large in spite of being small and thin.
【0003】 しかしながら、このような微小なポンプ
においては、微弱な静電気力で駆動するために、ポンプ
動作の高速化、流体の排出量(移動量)の増大化を図る
ことが困難であった。However, in such a minute pump, since it is driven by a weak electrostatic force, it is difficult to speed up the pump operation and increase the discharge amount (movement amount) of the fluid.
【0004】 そこで、このような問題を解決すべく、
特開2000−314381号公報において、以下のよ
うなポンプが提案されている。図2は、小型、薄型であ
って、且つ、流体の排出量(移動量)の増大化を図るこ
とが出来るポンプの断面図である。ポンプ110は、流
体が供給されるケーシング114と、ケーシング114
の裏面に対向して設けられた入力弁部118、ポンプ部
116、及び、出力弁部120と、ケーシング114の
裏面に対する入力弁部118、ポンプ部116、及び、
出力弁部120の選択的な接近・離反方向の変位動作を
通じてケーシング114の裏面に流路を選択的に形成す
るポンプ本体112とを具備して構成され、流路の選択
的形成によって流体の流れを制御するように構成されて
いる。Then, in order to solve such a problem,
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314381 proposes the following pump. FIG. 2 is a sectional view of a pump that is small and thin and that can increase the discharge amount (movement amount) of a fluid. The pump 110 includes a casing 114 to which a fluid is supplied and a casing 114.
Of the input valve section 118, the pump section 116, and the output valve section 120 provided to face the back surface of the casing 114, and the input valve section 118, the pump section 116, and the back surface of the casing 114.
And a pump main body 112 that selectively forms a flow path on the back surface of the casing 114 through the selective displacement operation of the output valve unit 120 in the approaching / separating direction. Is configured to control.
【0005】 しかしながら、このようなポンプ110
においては、次のような問題があった。即ち、ポンプ部
116の変位動作が、振動部142の屈曲運動により起
こされているため、加圧力、及び、流体排出のためのス
トローク量に上限があり、小型、薄型であって、より高
性能なポンプを作製する上で、限界があった。振動部の
屈曲変形量の上限は、振動部142の破壊強度で制約さ
れるため、より大きな加圧量を得るために、屈曲変形量
ひいてはストローク量を増大させようとすると、振動部
142の厚さを薄くするのが有効である。しかしなが
ら、そうすると振動部142の剛性が低下し、高速応答
性が損なわれる。振動部142の面積を大きくしてもよ
いが、そうすると、大型の振動部となってしまい、小型
化、薄型化に反するポンプとなってしまう。一方、より
優れた高速応答性を得るためには剛性を高める必要があ
り、ポンプ110の振動部142を厚くするのが有効で
あるが、そうすると変位が小さくなり、所望の加圧量が
得られない。即ち、ポンプ110においては、振動部1
42の屈曲変形によって、加圧力と高速応答性を両立さ
せていくことは困難であった。However, such a pump 110
However, there were the following problems. That is, since the displacement operation of the pump portion 116 is caused by the bending movement of the vibrating portion 142, there is an upper limit to the pressing force and the stroke amount for discharging the fluid, which is small and thin, and has higher performance. There was a limit in producing a simple pump. The upper limit of the bending deformation amount of the vibrating portion is limited by the breaking strength of the vibrating portion 142. Therefore, in order to obtain a larger amount of pressurization, when the bending deformation amount and thus the stroke amount are increased, the thickness of the vibrating portion 142 is increased. It is effective to reduce the thickness. However, if so, the rigidity of the vibrating portion 142 is reduced, and the high-speed response is impaired. The area of the vibrating portion 142 may be increased, but if this is done, the vibrating portion 142 becomes a large vibrating portion, resulting in a pump that is contrary to downsizing and thinning. On the other hand, in order to obtain a better high-speed response, it is necessary to increase the rigidity, and it is effective to thicken the vibrating portion 142 of the pump 110. However, if this is done, the displacement will be small and the desired amount of pressurization will be obtained. Absent. That is, in the pump 110, the vibrating section 1
Due to the bending deformation of 42, it was difficult to achieve both the pressing force and the high-speed response.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な課題を考慮してなされたものであり、より小型、薄型
であって、且つ、流体の排出量(移動量)の増大化及び
応答性の高速化を図ることが出来るマイクロポンプを提
供することを目的とする。微小なポンプについて、その
構造や、変位動作を起こす部位、あるいは、変位動作の
起こさせ方等について、検討が重ねられた結果、以下に
示すマイクロポンプによって、上記目的が達成されるこ
とが見出された。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a smaller size, a thinner shape, and an increased discharge amount (movement amount) of a fluid and a response. An object of the present invention is to provide a micropump capable of achieving high speed. As a result of repeated studies on the structure of micro pumps, the part that causes the displacement operation, and the method of causing the displacement operation, it was found that the above-mentioned objects can be achieved by the micro pumps shown below. Was done.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、少なくとも1つのポンプ部を備えてなり、圧力の働
きによって流体を送り得るマイクロポンプであって、ポ
ンプ部は、ポンプユニットから構成され、ポンプユニッ
トは、圧力の変動を起こす少なくとも1つのアクチュエ
ータ部と、流体が流れる流路部と、から構成され、前記
アクチュエータ部は、連通板上に、圧電/電歪体又は反
強誘電体からなる2つの側壁を配列し、側壁の、連通板
と対向する面を蓋板で塞いでセルを形成してなり、側壁
が伸縮して生じるセルの変位を通じて、流路部に圧力の
変動を生じせしめ、流体の流路を選択的に形成し得るも
のであることを特徴とするマイクロポンプが提供され
る。[Means for Solving the Problems] That is, according to the present invention, there is provided a micropump including at least one pump portion and capable of sending fluid by the action of pressure, wherein the pump portion is composed of a pump unit. The pump unit is composed of at least one actuator section that causes pressure fluctuation and a flow path section through which a fluid flows, and the actuator section is formed on a communication plate from a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body. By arranging the two side walls, the surface of the side wall facing the communication plate is covered with a lid plate to form a cell, and the side wall expands and contracts to cause displacement of the cell, which causes pressure fluctuations in the flow path. At the very least, a micropump is provided which is capable of selectively forming a fluid flow path.
【0008】 このポンプユニットにおいては、アクチ
ュエータ部の側壁の両表面に電極膜を形成し、電極膜に
電圧を印加することにより、駆動電界に応じて側壁が上
下方向に伸縮することが好ましく、そのためには、アク
チュエータ部の側壁が圧電体で形成されるときには、そ
の分極電界と駆動電界とが、電界方向同一であることが
好ましい。又、アクチュエータ部の側壁の表面の結晶粒
子状態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が1%以下で
あることが好ましく、アクチュエータ部のセルの面の輪
郭度が、概ね8μm以下であることが好ましい。In this pump unit, it is preferable that the electrode film is formed on both surfaces of the side wall of the actuator portion, and the side wall expands and contracts in the vertical direction according to the driving electric field by applying a voltage to the electrode film. In addition, when the side wall of the actuator portion is formed of a piezoelectric material, it is preferable that the polarization electric field and the driving electric field have the same electric field direction. Regarding the crystal grain state on the side wall of the actuator section, it is preferable that 1% or less of the crystal grains have undergone intragranular fracture, and the contour of the cell surface of the actuator section is approximately 8 μm or less. Is preferred.
【0009】 更に、このポンプユニットにおいては、
アクチュエータ部のセルの内幅と高さとの比が、概ね
1:2〜1:40であることが好ましく、アクチュエー
タ部のセルの内幅が、概ね60μm以下であることが好
ましく、アクチュエータ部の側壁の表面粗さRtが、概
ね10μm以下であることが好ましい。Further, in this pump unit,
The ratio of the inner width of the cell of the actuator part to the height is preferably about 1: 2 to 1:40, the inner width of the cell of the actuator part is preferably about 60 μm or less, and the side wall of the actuator part. The surface roughness Rt is preferably about 10 μm or less.
【0010】 上記のポンプユニットのアクチュエータ
部においては、連通板が圧電/電歪体又は反強誘電体か
らなり、側壁と一体成形されていることが好ましく、
又、蓋板が圧電/電歪体又は反強誘電体からなり、前記
側壁と一体成形されていることも好ましい。In the actuator section of the pump unit described above, it is preferable that the communication plate is made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body and is integrally formed with the side wall.
It is also preferable that the lid plate is made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body and is integrally formed with the side wall.
【0011】 本発明においては、上記したポンプユニ
ットの、より詳細な形態として、例えば、以下に示すポ
ンプユニット(A)、ポンプユニット(B)、ポンプユ
ニット(C)を採用することが出来る。ポンプユニット
(A)は、アクチュエータ部のセルにシステム流体が充
填され、流路部にシステム流体とは非溶性の流体が流れ
る流路が予め形成され、セルと流路とは連通孔を介して
通じ、流路は、少なくとも連通孔が流路と通じるところ
において連通孔の径と概ね同幅であり、セルを構成する
側壁の上下方向の伸縮により、セルに充填されたシステ
ム流体が連通孔から流路側へ侵入する体積を変化させ
て、流体の流路を選択的に形成し得るものである。In the present invention, as a more detailed form of the above-mentioned pump unit, for example, the following pump unit (A), pump unit (B), and pump unit (C) can be adopted. In the pump unit (A), the cells of the actuator portion are filled with the system fluid, the flow passage portion is preliminarily formed with a flow passage through which the fluid insoluble to the system fluid flows, and the cell and the flow passage are connected through a communication hole. The flow passage has a width that is approximately the same as the diameter of the communication hole at least where the communication hole communicates with the flow passage, and the vertical expansion and contraction of the side wall forming the cell allows the system fluid filled in the cell to flow from the communication hole. It is possible to selectively form a fluid flow path by changing the volume that enters the flow path side.
【0012】 ポンプユニット(B)は、流路部が、ア
クチュエータ部のセルの蓋板と少なくとも一部を接着す
る変位伝達部と、変位伝達部のアクチュエータ部とは反
対側の一部の面で流路を挟んで対面するケーシングと、
からなり、セルを構成する側壁の上下方向の伸縮によ
り、変位伝達部が対面するケーシングの一部の面に対し
て接近・離反する変位を通じて、流体の流路を選択的に
形成し得るものである。In the pump unit (B), the flow passage portion includes a displacement transmission portion that adheres at least a part of the cell cover plate of the actuator portion, and a portion of the displacement transmission portion opposite to the actuator portion. A casing facing each other across the flow path,
The expansion and contraction of the side walls of the cell in the vertical direction allows selective formation of the fluid flow path through displacement in which the displacement transmission section moves toward and away from a part of the facing casing. is there.
【0013】 このポンプユニット(B)においては、
ポンプユニットのアクチュエータ部において、セル内と
セル外とを通じる貫通孔が形成されることが好ましい。
又、流路が潜在的に存在し、変位伝達部が対面するケー
シングの一部の面に対して最も接近したときには、変位
伝達部とケーシングとは接触することも好ましい。更
に、流路部の変位伝達部に対応して複数のアクチュエー
タ部が割り当てられていることが好ましい。In this pump unit (B),
In the actuator part of the pump unit, it is preferable to form a through hole that passes through the inside of the cell and the outside of the cell.
It is also preferable that the displacement transmitting section and the casing come into contact with each other when the flow path is potentially present and the displacement transmitting section comes closest to a part of the surface of the casing facing the displacement transmitting section. Further, it is preferable that a plurality of actuator units are assigned corresponding to the displacement transmission units of the flow path unit.
【0014】 ポンプユニット(B)において、流路部
の変位伝達部に対応して複数のアクチュエータ部が割り
当てられるときには、セルと隣接するセルとの間隔と、
セルの高さとの比が、概ね1:2〜1:40であること
が好ましく、セルと隣接するセルとの間隔が、概ね50
μm以下であることが好ましい。又、セルの内幅、乃
至、セルと隣接するセルとの間隔が、少なくとも2種類
の長さを有することが好ましい。In the pump unit (B), when a plurality of actuator parts are assigned corresponding to the displacement transmission parts of the flow path part, the distance between the cells and the adjacent cells,
The ratio to the height of the cell is preferably about 1: 2 to 1:40, and the distance between the cell and the adjacent cell is about 50.
It is preferably μm or less. Further, it is preferable that the inner width of the cell or the distance between the cell and an adjacent cell has at least two types of lengths.
【0015】 上記したポンプユニット(B)のアクチ
ュエータ部においては、セルの外側に、流路部の変位伝
達部と同じ材料が充填されてなり、アクチュエータ部と
流路部とが一体化して形成されることが好ましい。In the actuator section of the pump unit (B) described above, the outside of the cell is filled with the same material as the displacement transmitting section of the flow path section, and the actuator section and the flow path section are integrally formed. Preferably.
【0016】 ポンプユニット(A)、ポンプユニット
(B)に続くポンプユニット(C)は、アクチュエータ
部のセルに流体導入開口部及び流体排出開口部が形成さ
れ、流路部に導入流路と排出流路とからなり流体が流れ
る流路が予め形成され、導入流路はセルの流体導入開口
部に通じ、排出流路はセルの流体排出開口部に通じてな
り、セルを構成する側壁の上下方向の伸縮により、セル
の体積を変化させてセル内に圧力を生じせしめ、流体の
流路を選択的に形成し得るものである。本発明によれ
ば、上記したポンプユニット(A)、ポンプユニット
(B)、ポンプユニット(C)をポンプ部として用い、
少なくとも1つのポンプ部を備えてなるマイクロポンプ
が提供される。In the pump unit (A) and the pump unit (C) following the pump unit (B), a fluid introduction opening and a fluid discharge opening are formed in the cells of the actuator section, and the introduction passage and the discharge section are formed in the passage section. A flow path consisting of a flow path is formed in advance, the introduction flow path leads to the fluid introduction opening of the cell, and the discharge flow path leads to the fluid discharge opening of the cell. By expanding and contracting in the direction, the volume of the cell is changed to generate a pressure in the cell, and the flow path of the fluid can be selectively formed. According to the present invention, the above-mentioned pump unit (A), pump unit (B), and pump unit (C) are used as a pump unit,
There is provided a micropump comprising at least one pump section.
【0017】 又、上記したポンプユニット(A)、ポ
ンプユニット(B)、ポンプユニット(C)を含むポン
プユニットを用いる本発明のマイクロポンプにおいて
は、流路の導入側及び排出側に圧力損失形成部を有し、
導入側圧力損失形成部における、流体を導入する方向に
流した時の圧力損失ΔP1と、流体を導入する方向とは
反対方向へ流した時の圧力損失ΔP2と、排出側圧力損
失形成部における、流体を排出する方向に流した時の圧
力損失ΔP3と、流体を排出する方向とは反対方向へ流
した時の圧力損失ΔP4とが、次の2式、ΔP1<ΔP
4、ΔP2>ΔP3、を満足することが好ましい。この
ような条件を満足するためには、例えば、導入側圧力損
失形成部を、流体を導入する方向に向けて連続的に断面
積が小さくなるテーパー状とし、排出側圧力損失形成部
を、流体を排出する方向に向けて連続的に小さくなるテ
ーパー状とすることが挙げられる。又、導入側及び排出
側の圧力損失形成部を、逆止弁としてもよい。Further, in the micro pump of the present invention using the pump unit including the pump unit (A), the pump unit (B), and the pump unit (C) described above, pressure loss is formed on the introduction side and the discharge side of the flow path. Has a section,
In the introduction side pressure loss forming part, a pressure loss ΔP1 when flowing in the direction of introducing the fluid, a pressure loss ΔP2 when flowing in the direction opposite to the direction of introducing the fluid, and in the discharge side pressure loss forming part, The pressure loss ΔP3 when flowing in the direction of discharging the fluid and the pressure loss ΔP4 when flowing in the direction opposite to the direction of discharging the fluid are the following two equations, ΔP1 <ΔP
4, it is preferable to satisfy ΔP2> ΔP3. In order to satisfy such a condition, for example, the introduction-side pressure loss forming portion is tapered so that the cross-sectional area continuously decreases in the direction of introducing the fluid, and the discharge-side pressure loss forming portion is The taper shape may be continuously reduced in the discharging direction. Further, the pressure loss forming portions on the introduction side and the discharge side may be check valves.
【0018】 本発明においては、このようなポンプユ
ニットから構成されるポンプ部が、複数備わり、少なく
とも1組の直列接続を有することが好ましく、ポンプ部
が、複数備わり、直列接続と並列接続とが任意に組み合
わされて接続されていることも好ましい。このとき、複
数のポンプ部のうち、直列に隣接する2つのポンプ部の
少なくとも1組が、流路部に生じせしめる圧力の変動の
位相を互いにずらすことにより、流路部の流体の流れを
制御し得ることが好ましい。又、複数のポンプ部を備え
るとき、ポンプ部を構成するポンプユニットが、例えば
ともにポンプユニット(A)である等、同種のポンプユ
ニットであることが好ましい。In the present invention, it is preferable that a plurality of pump parts each including such a pump unit are provided and have at least one series connection. A plurality of pump parts are provided, and the series connection and the parallel connection are provided. It is also preferable that they are connected in any combination. At this time, among the plurality of pump units, at least one set of two pump units that are adjacent in series shifts the phases of pressure fluctuations that occur in the flow channel unit from each other, thereby controlling the flow of fluid in the flow channel unit. Preferably. Further, when a plurality of pump units are provided, it is preferable that the pump units forming the pump units are of the same type, for example, both pump units (A).
【0019】 複数のポンプ部を備えるときには、隣接
する少なくとも1つのポンプ部間に、上記したポンプユ
ニット(A)、ポンプユニット(B)、ポンプユニット
(C)のうち何れかのポンプユニットを用いた弁部が介
在していることも好ましい。このとき、ポンプ部のポン
プユニットと、弁部のポンプユニットとが、例えばとも
にポンプユニット(B)である等、同種のポンプユニッ
トであることが好ましい。When a plurality of pump units are provided, any one of the above-mentioned pump unit (A), pump unit (B), and pump unit (C) is used between at least one adjacent pump unit. It is also preferable that the valve portion is interposed. At this time, it is preferable that the pump unit of the pump unit and the pump unit of the valve unit are the same type of pump unit, such as the pump unit (B).
【0020】 本発明においては、ポンプ部の導入側
に、上記したポンプユニット(A)、ポンプユニット
(B)、ポンプユニット(C)のうち何れかのポンプユ
ニットから構成される少なくとも1つの入力弁部を有す
ることが好ましい。このとき、ポンプ部のポンプユニッ
トと、入力弁部のポンプユニットとが、例えばともにポ
ンプユニット(C)である等、同種のポンプユニットで
あることが好ましい。In the present invention, at least one input valve composed of any one of the above-mentioned pump unit (A), pump unit (B), and pump unit (C) is provided on the introduction side of the pump unit. It is preferable to have a part. At this time, it is preferable that the pump unit of the pump unit and the pump unit of the input valve unit are the same type of pump unit, such as both pump units (C).
【0021】 又、ポンプ部の排出側に、上記したポン
プユニット(A)、ポンプユニット(B)、ポンプユニ
ット(C)のうち何れかのポンプユニットから構成され
る少なくとも1つの出力弁部を有することが好ましい。
このとき、ポンプ部のポンプユニットと、出力弁部のポ
ンプユニットとが、例えばともにポンプユニット(A)
である等、同種のポンプユニットであることが好まし
い。Further, the discharge side of the pump portion has at least one output valve portion constituted by any one of the pump unit (A), the pump unit (B), and the pump unit (C) described above. It is preferable.
At this time, both the pump unit of the pump unit and the pump unit of the output valve unit are, for example, the pump unit (A).
It is preferable that the pump units are of the same type.
【0022】 本発明においては、ポンプ部あるいは弁
部として用いられるポンプユニットのアクチュエータ部
が、圧電/電歪体又は反強誘電体からなり複数のスリッ
ト(A)が形成されたスペーサ板と、スペーサ板の一方
の側に重ね合わせスリット(A)を覆蓋する蓋板と、ス
ペーサ板の他方の側に重ね合わせスリット(A)を覆蓋
する連通板と、からなり、スリット(A)と隣接するス
リット(A)との間には、蓋板及びスペーサ板を貫通す
るスリット(B)が形成されていることが好ましい。In the present invention, the actuator portion of the pump unit used as the pump portion or the valve portion is made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body, and a spacer plate having a plurality of slits (A) formed therein, and a spacer. A slit that is composed of a cover plate that covers the overlapping slit (A) on one side of the plate and a communication plate that covers the overlapping slit (A) on the other side of the spacer plate, and that is adjacent to the slit (A). A slit (B) penetrating the cover plate and the spacer plate is preferably formed between (A) and (A).
【0023】 本発明によれば、以下に示すマイクロポ
ンプの製造方法が提供される。即ち、連通板上に、圧電
/電歪体又は反強誘電体からなる2つの側壁を配列し、
側壁の、連通板と対向する面を蓋板で塞いでセルを形成
してなり、側壁が伸縮してセルに変位を生じるアクチュ
エータ部を有するマイクロポンプの、パンチとダイを用
いた製造方法であって、圧電/電歪材料又は反強誘電材
料からなる複数のグリーンシートを用意し、パンチによ
り、第一のグリーンシートに第一のスリット孔を開ける
第一の工程と、第一のスリット孔から前記パンチを抜き
取らない状態で、第一のグリーンシートをストリッパに
密着させて引き上げる第二の工程と、パンチの先端部が
引き上げた第一のグリーンシートの最下部より僅かに引
き込む程度に、パンチを引き上げる第三の工程と、パン
チにより、第二のグリーンシートに第二のスリット孔を
開ける第四の工程と、第二のスリット孔からパンチを抜
き取らない状態で、第二のグリーンシートを第一のグリ
ーンシートとともに引き上げる第五の工程と、パンチ先
端部が引き上げた第二のグリーンシートの最下部より僅
かに引き込む程度に、パンチを引き上げる第六の工程
と、以降、複数枚のグリーンシートを第四の工程から第
六の工程を繰り返して積層し、複数のスリットを有する
圧電/電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含むこと
を特徴とするマイクロポンプの製造方法である。According to the present invention, the following method for manufacturing a micropump is provided. That is, two side walls made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body are arranged on the communication plate,
A method for manufacturing a micro pump using a punch and a die, in which a cell is formed by closing a surface of a side wall facing a communication plate with a lid plate and the side wall expands and contracts to cause displacement of the cell. A plurality of green sheets made of a piezoelectric / electrostrictive material or an antiferroelectric material, and punching a first slit hole in the first green sheet; The second step of bringing the first green sheet into close contact with the stripper and pulling it up without pulling out the punch, and pulling the punch to such an extent that the tip of the punch is pulled slightly from the bottom of the pulled first green sheet. The third step of pulling up, the fourth step of opening the second slit hole in the second green sheet by the punch, and the state where the punch is not pulled out from the second slit hole. A fifth step of pulling up the second green sheet together with the first green sheet, and a sixth step of pulling up the punch to the extent that the tip of the punch is slightly retracted from the bottom of the pulled up second green sheet, and thereafter. , A micropump including a step of stacking a plurality of green sheets by repeating the fourth to sixth steps to form a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body having a plurality of slits. Is a manufacturing method.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】 以下に、本発明のマイクロポン
プについて、図面を参酌しながら、実施の形態を具体的
に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈され
るものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおい
て、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良
を加え得るものである。本発明のマイクロポンプは、圧
力の働きによって流体を送り得る、微小、薄型のポンプ
である。少なくとも1つのポンプ部を備え、そのポンプ
部は、ポンプユニットから構成される。そのポンプユニ
ットは、圧力の変動を起こす少なくとも1つのアクチュ
エータ部と流体が流れる流路部とから構成される。そし
て、アクチュエータ部は、連通板上に、圧電/電歪体又
は反強誘電体からなる2つの側壁を配列し、側壁の、連
通板と対向する面を蓋板で塞いでセルを形成する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the micropump of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not construed as being limited thereto. Various changes, modifications and improvements can be made on the basis of the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. The micropump of the present invention is a micro, thin pump capable of sending a fluid by the action of pressure. At least one pump unit is provided, and the pump unit is composed of a pump unit. The pump unit is composed of at least one actuator section that causes a pressure fluctuation and a flow path section through which a fluid flows. Then, the actuator section arranges two side walls made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body on the communication plate, and closes a surface of the side wall facing the communication plate with a lid plate to form a cell.
【0025】 本発明においては、ポンプユニットには
後述するように種々の形態があるが、共通して、アクチ
ュエータ部のセルの側壁が伸縮して生じる変位を通じ
て、流路部に圧力の変動を生じせしめ、流体の流路を選
択的に形成し得るところに特徴がある。駆動部である側
壁が伸縮という変形により圧力を生じせしめるので、大
きな変位を得るために、駆動部を薄肉にする必要がな
く、従って、剛性が低下しないため、応答性が鈍くなる
という問題も生じない。大変位と高速応答性が相反せず
両立し得る。In the present invention, there are various forms of the pump unit as will be described later, but in common, pressure fluctuations are generated in the flow path portion through displacement caused by expansion and contraction of the side wall of the cell of the actuator portion. The feature is that the flow path of the fluid can be selectively formed. Since the side wall, which is the drive unit, causes pressure due to expansion and contraction, it is not necessary to thin the drive unit in order to obtain a large displacement. Absent. Large displacement and high-speed response are compatible with each other.
【0026】 図1(a)、図1(b)は、本発明に係
るマイクロポンプの一実施形態を示す断面図である。図
1(a)は、停止状態(OFF)を示し、図1(b)
は、駆動状態(ON)を示している。マイクロポンプ1
01は、1つのポンプ部84からなり、ポンプユニット
(A)44から構成される。ポンプユニット(A)44
は、アクチュエータ部2と流路部42とからなる。アク
チュエータ部2内に備わるセル3を、圧電/電歪体又は
反強誘電体からなる側壁6を用いて形成し、流路部42
には、ケーシング14とノズル板9との間に流路13が
形成されている。セル3と流路13とは、セル3の連通
開口部72とノズル8とが連通した連通孔72を介して
通じ、流路13は、少なくとも連通孔72が流路13と
通じるところにおいて連通孔72の径と概ね同幅になる
ように形成されている。FIG. 1A and FIG. 1B are cross-sectional views showing an embodiment of the micropump according to the present invention. FIG. 1A shows a stopped state (OFF), and FIG.
Indicates a drive state (ON). Micro pump 1
01 is composed of one pump unit 84 and is composed of the pump unit (A) 44. Pump unit (A) 44
Is composed of the actuator section 2 and the flow path section 42. The cell 3 provided in the actuator section 2 is formed by using the side wall 6 made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body, and the flow path section 42 is formed.
A channel 13 is formed between the casing 14 and the nozzle plate 9. The cell 3 and the flow path 13 communicate with each other through a communication hole 72 in which the communication opening 72 of the cell 3 and the nozzle 8 communicate with each other, and the flow path 13 includes a communication hole at least at a position where the communication hole 72 communicates with the flow path 13. It is formed to have a width substantially equal to the diameter of 72.
【0027】 マイクロポンプ101のポンプユニット
(A)44においては、側壁6の上下方向の伸縮により
セル3の体積を変化させて、セル3内に充填されたシス
テム流体31を、流路部42に形成され、システム流体
31とは不溶性の流体32が流れる流路13に、突出さ
せたり引っ込めたりすることが出来る。即ち、セル3に
充填されたシステム流体31が連通孔73から流路13
側へ侵入する体積を変化させることが出来る。そして、
この動作によって流体32の流路13を選択的に形成し
得る。In the pump unit (A) 44 of the micropump 101, the volume of the cell 3 is changed by the vertical expansion and contraction of the side wall 6 so that the system fluid 31 filled in the cell 3 flows into the flow path portion 42. It can be projected or retracted into the flow path 13 in which the fluid 32 formed and insoluble in the system fluid 31 flows. That is, the system fluid 31 with which the cells 3 are filled flows from the communication hole 73 to the flow path 13
The volume that enters the side can be changed. And
By this operation, the flow path 13 of the fluid 32 can be selectively formed.
【0028】 以下に、図1(a)、図1(b)に示さ
れるポンプユニット(A)44を例にとって、ポンプユ
ニットにおけるアクチュエータ部2の特徴、及び、好ま
しい態様を記す。アクチュエータ部2は、例えば、スリ
ット(A)5が形成された圧電/電歪体又は反強誘電体
からなるスペーサ板70と、スペーサ板70の一方の側
に重ね合わせスリット(A)5を覆蓋する蓋板7と、ス
ペーサ板70の他方の側に重ね合わせスリット(A)5
を覆蓋する連通板68とから形成することが出来る。そ
して、アクチュエータ部2のスリット(A)5の両側に
は、側壁6を挟んで、蓋板7及びスペーサ板70を貫通
するスリット(B)45が形成されている。即ち、スリ
ット(A)5と蓋板7とによりセル3が形成されてい
て、スリット(B)45が、周りのスペーサ板70、あ
るいは、他のセル3から、セル3を独立せしめる。The features and preferable modes of the actuator unit 2 in the pump unit will be described below by taking the pump unit (A) 44 shown in FIGS. 1A and 1B as an example. The actuator part 2 covers, for example, a spacer plate 70 formed of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body in which the slit (A) 5 is formed, and a cover for covering the slit (A) 5 on one side of the spacer plate 70. Lid plate 7 and the spacer plate 70 on the other side of the overlapping slit (A) 5
Can be formed from the communication plate 68 that covers the. Then, on both sides of the slit (A) 5 of the actuator portion 2, slits (B) 45 penetrating the cover plate 7 and the spacer plate 70 with the side wall 6 interposed are formed. That is, the cell 3 is formed by the slit (A) 5 and the cover plate 7, and the slit (B) 45 makes the cell 3 independent from the surrounding spacer plate 70 or other cells 3.
【0029】 このように、スリット(B)45が形成
され、セル3が独立して形成されている構造であるが故
に、図示しないが、セル3が、例えば他のセル3から、
全く独立して駆動し得、駆動部である側壁6の変位動作
が妨げられることがない。図1(a)に示すように、駆
動電界がOFFの時には、駆動部である側壁6は変形し
ておらず、駆動電界をONにすると、図1(b)に示す
ように、側壁6が変形する。このとき、セル3は、アク
チュエータ部2内において、スリット(B)45に挟ま
れて形成されているため、側壁6の変位は制限されるこ
となく行われ、同じ変位量を得るために、より電界強度
は小さくて済む。スリット(B)45は、側壁6の変形
を妨げない程度に形成されていればよい。例えば、少な
くとも蓋板7が変形する部分と同程度の長さにスリット
(B)45が形成されていればよいが、より好ましくは
セル3の長手方向の長さと同程度の長さにスリット
(B)45を形成する。As described above, although the slits (B) 45 are formed and the cells 3 are independently formed, although not shown, the cells 3 are, for example, from other cells 3,
It can be driven completely independently, and the displacement operation of the side wall 6, which is the drive unit, is not hindered. As shown in FIG. 1A, when the driving electric field is OFF, the side wall 6 which is the driving portion is not deformed. When the driving electric field is turned ON, as shown in FIG. Deform. At this time, since the cell 3 is formed in the actuator portion 2 by being sandwiched between the slits (B) 45, the displacement of the side wall 6 is performed without limitation, and in order to obtain the same displacement amount, The electric field strength can be small. The slit (B) 45 may be formed to the extent that it does not hinder the deformation of the side wall 6. For example, at least the slit (B) 45 may be formed to have a length approximately equal to the portion where the lid plate 7 is deformed, but more preferably, the slit (B) 45 has a length approximately equal to the length of the cell 3 in the longitudinal direction. B) Form 45.
【0030】 尚、ポンプユニット(A)44を含むポ
ンプユニットとは、アクチュエータ部の変位により、流
路部に流体の流路を選択的に形成し得るものであり、ポ
ンプ部のみに用いられるものではなく、後述するように
弁部としても用いることが出来るものである。又、流路
の選択的な形成とは、ポンプ部あるいは弁部における流
路の任意の拡張・収縮、又は、開・閉動作を指す。The pump unit including the pump unit (A) 44 is a unit that can selectively form a fluid passage in the passage portion by displacement of the actuator portion, and is used only for the pump portion. Instead, it can also be used as a valve portion as described later. Further, the selective formation of the flow passage means any expansion / contraction or opening / closing operation of the flow passage in the pump portion or the valve portion.
【0031】 側壁を伸縮変形させるためには、図示し
ないが、例えば、アクチュエータ2部の側壁6の両表面
に電極膜を形成し、電極膜に電圧を印加すればよい。そ
うすると電圧が印加されて生じる駆動電界に応じて側壁
6が上下方向に伸縮する。Although not shown, in order to expand and contract the side wall, for example, an electrode film may be formed on both surfaces of the side wall 6 of the actuator 2 and a voltage may be applied to the electrode film. Then, the side wall 6 expands and contracts in the vertical direction according to the driving electric field generated by applying the voltage.
【0032】 その側壁6が圧電体で形成されるときに
は、その圧電体の分極電界と駆動電界とは、電界方向同
一であることが好ましい。圧電体の分極電界と駆動電界
とが同一方向であれば、製造工程において、仮の分極用
電極を作製し電界をかける必要がなく、スループットの
向上が図れる。又、分極処理に関わりなく、キュリー温
度以上の高い温度での加熱を伴う製造プロセスを適用す
ることが可能である。従って、マイクロポンプを、例え
ば回路基板に固定・結線する際に、はんだリフロー等に
よるはんだ付けや、熱硬化型接着が実施可能であり、更
に、スループットの向上が導かれ、製造コストの低減が
図れる。そして、高い電界強度で駆動しても、分極状態
が変化してしまうことがなく、むしろ、より好ましい分
極状態となり得て、安定して高い歪み量を得ることが出
来る。従って、よりコンパクトにすることが出来、マイ
クロポンプとして好ましい。When the side wall 6 is made of a piezoelectric material, it is preferable that the polarization electric field and the driving electric field of the piezoelectric material have the same electric field direction. If the polarization electric field of the piezoelectric body and the driving electric field are in the same direction, it is not necessary to prepare a temporary polarization electrode and apply the electric field in the manufacturing process, and the throughput can be improved. Further, it is possible to apply a manufacturing process involving heating at a high temperature not lower than the Curie temperature regardless of the polarization treatment. Therefore, when fixing and connecting the micropump to, for example, a circuit board, soldering such as solder reflow or thermosetting bonding can be performed, and further, throughput can be improved and manufacturing cost can be reduced. . The polarization state does not change even if it is driven with a high electric field strength, rather, a more preferable polarization state can be obtained, and a high strain amount can be stably obtained. Therefore, it can be made more compact and is preferable as a micropump.
【0033】 ポンプユニットにおいては、セル3を形
成する側壁6の面の輪郭度が、概ね8μm以下であるこ
とが好ましく、又、セル3を形成する側壁6の壁面の凹
凸量が、概ね10μm以下であることが好ましく、更に
は、セル3を形成する側壁6の壁面の表面粗さRtが、
概ね10μm以下であることが好ましい。これらのう
ち、少なくとも何れか1つの条件に適うポンプユニット
であれば、セル3を構成する側壁6の表面が平滑である
ので、駆動時に電界集中や応力集中が生じ難く、安定し
た動作を実現することが出来る。In the pump unit, the contour of the surface of the side wall 6 forming the cell 3 is preferably about 8 μm or less, and the unevenness of the wall surface of the side wall 6 forming the cell 3 is about 10 μm or less. And the surface roughness Rt of the wall surface of the side wall 6 forming the cell 3 is
It is preferably about 10 μm or less. If the pump unit meets at least one of these conditions, the side wall 6 forming the cell 3 has a smooth surface, so that electric field concentration or stress concentration is less likely to occur during driving, and stable operation is realized. You can
【0034】 尚、面の輪郭度は、日本工業規格B06
21「幾何偏差の定義及び表示」に示されている。面の
輪郭とは機能上定められた形状をもつように指定した表
面であって、面の輪郭度とは理論的に正確な寸法によっ
て定められた幾何学的輪郭からの面の輪郭の狂いの大き
さをいう。本発明において示すセルの面とは、上記した
セルを構成する駆動部のセル内壁面を指す。Incidentally, the contour degree of the surface is based on Japanese Industrial Standard B06.
21 "Definition and Display of Geometric Deviation". The surface contour is the surface specified to have a functionally defined shape, and the surface contour degree is the deviation of the surface contour from the geometrical contour defined by theoretically accurate dimensions. Says the size. The surface of the cell shown in the present invention refers to the inner wall surface of the cell of the driving unit that constitutes the cell.
【0035】 又、ポンプユニットにおいては、セル3
の内幅W(短手方向の幅)と高さHとの比が、換言すれ
ば、セル3のアスペクト比W:Hが、概ね1:2〜1:
40であることが好ましく、セル3の内幅Wが、概ね6
0μm以下であることが好ましい(内幅W、高さHは、
図1(a)に示す)。より好ましくは、セル3のアスペ
クト比W:Hが、1:10〜1:25、セル3の内幅W
が、50μm以下である。これらのアスペクト比の値が
好ましい理由は、アスペクト比が小さすぎると、十分な
加圧力を得るために必要な電界が高くなりすぎて、絶縁
破壊等の危険性が増す一方、アスペクト比が大きくなる
と、強度的に弱くなり、組み立て・ハンドリング中の不
良発生が増えるからである。少なくとも何れか1つの条
件に適うポンプユニットであれば、更に好ましくは2つ
の条件がともに適うポンプユニット、即ち、薄く背の高
いセル3を備えるポンプユニットから構成されれば、マ
イクロポンプとして、より高出力化を図ることが容易で
あり、又、よりコンパクトなマイクロポンプを実現する
ことが出来る。セル3の形状は限定されるものではない
が、概ね直方体状のセル3であることが好ましい。Further, in the pump unit, the cell 3
The ratio of the inner width W (width in the widthwise direction) to the height H, in other words, the aspect ratio W: H of the cell 3 is approximately 1: 2 to 1:
Preferably, the inner width W of the cell 3 is about 6
It is preferably 0 μm or less (the inner width W and the height H are
1 (a)). More preferably, the aspect ratio W: H of the cell 3 is 1:10 to 1:25, and the inner width W of the cell 3 is
Is 50 μm or less. The reason why these aspect ratio values are preferable is that if the aspect ratio is too small, the electric field required to obtain sufficient pressing force becomes too high, and the risk of dielectric breakdown or the like increases, while the aspect ratio becomes large. This is because the strength is weakened, and the occurrence of defects during assembly and handling increases. If the pump unit satisfies at least one of the conditions, more preferably, a pump unit satisfying both of the two conditions, that is, a pump unit including a thin and tall cell 3, is used as a micropump. The output can be easily achieved, and a more compact micropump can be realized. The shape of the cell 3 is not limited, but it is preferable that the cell 3 has a substantially rectangular parallelepiped shape.
【0036】 尚、上記したポンプユニットの特徴、あ
るいは、好ましい態様は、ポンプユニット(A)44を
含めて、本発明のマイクロポンプを構成するポンプユニ
ットに共通する。上記したポンプユニット(A)44か
ら構成されるポンプ部を有するマイクロポンプ101は
勿論のこと、後述する他のポンプユニットを備えるマイ
クロポンプにおいても、同じことがいえる。又、それ
は、ポンプユニットが、ポンプ部として使用される場合
に限定されず、弁部として使用される場合にも有効であ
る。The above-described features or preferable aspects of the pump unit are common to the pump units constituting the micropump of the present invention, including the pump unit (A) 44. The same can be said not only for the micro pump 101 having the pump section configured by the pump unit (A) 44 described above but also for the micro pump having other pump units described later. Further, it is effective not only when the pump unit is used as the pump unit but also when it is used as the valve unit.
【0037】 次に、ポンプユニット(A)44以外の
他のポンプユニットを用いたマイクロポンプの実施形態
を説明する。図7(a)、図7(b)は、本発明に係る
マイクロポンプの他の実施形態を示す断面図である。図
7(a)は、停止状態(OFF)を示し、図7(b)
は、駆動状態(ON)を示している。マイクロポンプ1
07は、1つのポンプ部94からなり、ポンプユニット
(B)54から構成される。ポンプユニット(B)54
は、アクチュエータ部2と流路部52とからなる。アク
チュエータ部2は、連通板68上に、圧電/電歪体又は
反強誘電体からなる2つの側壁6を配列し、側壁6の、
連通板68と対向する面を蓋板7で塞いでセル3が形成
されてなる。セル3にはセル外と通じる貫通孔74が設
けられ、側壁6の伸縮を容易にしている。流路部52
は、アクチュエータ部2のセル3の蓋板7と少なくとも
一部を接着する変位伝達部26と、変位伝達部26のア
クチュエータ部2とは反対側の一部の面で流路13を挟
んで対面するケーシング14と、からなる。Next, an embodiment of a micro pump using a pump unit other than the pump unit (A) 44 will be described. FIG. 7A and FIG. 7B are cross-sectional views showing another embodiment of the micropump according to the present invention. FIG. 7A shows a stopped state (OFF), and FIG.
Indicates a drive state (ON). Micro pump 1
07 is composed of one pump unit 94 and is composed of a pump unit (B) 54. Pump unit (B) 54
Is composed of the actuator section 2 and the flow path section 52. The actuator section 2 has two side walls 6 made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body arranged on the communication plate 68.
The cell 3 is formed by covering the surface facing the communication plate 68 with the cover plate 7. A through hole 74 communicating with the outside of the cell 3 is provided in the cell 3 to facilitate the expansion and contraction of the side wall 6. Flow path 52
Is a displacement transmission part 26 for adhering at least a part to the cover plate 7 of the cell 3 of the actuator part 2, and a part of the surface of the displacement transmission part 26 on the opposite side of the actuator part 2 with the flow path 13 interposed therebetween. And a casing 14 that operates.
【0038】 マイクロポンプ107のポンプユニット
(B)54においては、セル3を構成する側壁6の上下
方向の伸縮により、変位伝達部26が、対面するケーシ
ング14の一部の面に対して接近・離反する。この接近
・離反を通じて、流体32の流路13を選択的に形成し
得る。In the pump unit (B) 54 of the micropump 107, the side walls 6 forming the cells 3 are expanded and contracted in the vertical direction, so that the displacement transmission section 26 approaches / applies to a part of the surface of the casing 14 that faces. Separate. Through this approach and separation, the flow path 13 of the fluid 32 can be selectively formed.
【0039】 流路13は導入側から排出側まで予め形
成してもよい。こうすると、応答性の点で有利である。
又、流路13を潜在的に存在させ、変位伝達部26が対
面するケーシング14の一部の面に対して最も接近した
ときには、変位伝達部26とケーシング14とは接触す
ることも可能である。こうすると、流体32の圧縮率や
減圧率を高められ、又、よりコンパクトなマイクロポン
プになり得る。ポンプユニット(B)54においては、
セル3の側壁6の変位による変位伝達部26のケーシン
グ14の一部の面に対する接近・離反が及び難い導入側
及び排出側に、それぞれ導入流路33と排出流路34を
形成している。その間の部分は、図7(a)に示すよう
に、停止状態では、変位伝達部26とケーシング14と
が接触していて、流路13は形成されていない。図7
(b)に示すように、駆動時に、変位伝達部26のケー
シング14の一部の面に対する接近・離反を通じて流路
13が形成される。The flow path 13 may be formed in advance from the introduction side to the discharge side. This is advantageous in terms of responsiveness.
Further, when the flow path 13 is potentially present and the displacement transmission section 26 comes closest to a part of the surface of the casing 14 facing the displacement transmission section 26, the displacement transmission section 26 and the casing 14 can be brought into contact with each other. . By doing so, the compression rate and the pressure reduction rate of the fluid 32 can be increased, and a more compact micropump can be obtained. In the pump unit (B) 54,
An introduction flow path 33 and a discharge flow path 34 are formed on the introduction side and the discharge side, respectively, where it is difficult for the displacement transmitting section 26 to approach and separate from a part of the surface of the casing 14 due to the displacement of the side wall 6 of the cell 3. In the portion between them, as shown in FIG. 7A, in the stopped state, the displacement transmitting portion 26 and the casing 14 are in contact with each other, and the flow path 13 is not formed. Figure 7
As shown in (b), at the time of driving, the flow path 13 is formed through the displacement transmitting portion 26 approaching and separating from a part of the surface of the casing 14.
【0040】 又、ポンプユニット(B)54において
は、流路部52の変位伝達部26に対応して、図示しな
いが、複数のアクチュエータ部2を割り当てることも可
能である。こうすることにより、高剛性、高速応答性を
保ちつつ、大きな流体の排出量を実現出来る。このと
き、複数のアクチュエータ部2は隣接することになる
が、セル3と隣接するセル3との間隔と、セル3の高さ
との比が、概ね1:2〜1:40であることが好まし
く、セル3と隣接するセル3との間隔が、概ね50μm
以下であることが好ましい。何れかの条件を満たせば、
より好ましくは、両方の条件を満たせば、高密度にセル
3を形成出来、よりコンパクトなマイクロポンプになる
からである。Further, in the pump unit (B) 54, although not shown, a plurality of actuator units 2 can be assigned corresponding to the displacement transmission unit 26 of the flow path unit 52. By doing so, a large amount of fluid can be discharged while maintaining high rigidity and high-speed response. At this time, the plurality of actuator units 2 are adjacent to each other, but it is preferable that the ratio between the distance between the cells 3 and the adjacent cells 3 and the height of the cells 3 is approximately 1: 2 to 1:40. , The distance between the cell 3 and the adjacent cell 3 is about 50 μm
The following is preferable. If either condition is met,
More preferably, if both conditions are satisfied, the cells 3 can be formed with high density, and a more compact micropump can be obtained.
【0041】 又、セル3の内幅、乃至、セル3と隣接
するセル3との間隔としては、少なくとも2種類の長さ
があることも好ましい。こうすると、流体32の流路1
3を選択的に形成する上で、より変位伝達部26及びセ
ル3の配置の自由度が増し、設計し易い。It is also preferable that the inner width of the cell 3 or the interval between the cell 3 and the adjacent cell 3 has at least two types of lengths. In this way, the flow path 1 of the fluid 32
In selectively forming 3, the displacement transmission section 26 and the cells 3 have a higher degree of freedom in arrangement, and are easy to design.
【0042】 更に、ポンプユニット(B)54におい
ては、図9に示すマイクロポンプ109のように、アク
チュエータ部2のセル3の外側に、流路部52の変位伝
達部26と同じ材料が充填されてなり、アクチュエータ
部2と流路部52とが一体化して形成されることが好ま
しい。アクチュエータ部2においてセル3の側壁6が伸
縮する際に、変位伝達部26がセル3の蓋板7とだけ接
着されている場合に比べて、より、流路部52が剥離し
難くなるからである。Further, in the pump unit (B) 54, like the micro pump 109 shown in FIG. 9, the same material as that of the displacement transmitting portion 26 of the flow path portion 52 is filled outside the cell 3 of the actuator portion 2. Therefore, it is preferable that the actuator section 2 and the flow path section 52 are integrally formed. When the side wall 6 of the cell 3 expands and contracts in the actuator section 2, the flow path section 52 becomes more difficult to peel off than in the case where the displacement transmitting section 26 is bonded only to the cover plate 7 of the cell 3. is there.
【0043】 続いて、更に他のポンプユニットを用い
たマイクロポンプの実施形態を説明する。図8(a)、
図8(b)は、本発明に係るマイクロポンプの他の実施
形態を示す断面図である。図8(a)は、停止状態(O
FF)を示し、図8(b)は、駆動状態(ON)を示し
ている。マイクロポンプ108は、1つのポンプ部10
4からなり、ポンプユニット(C)64から構成され
る。ポンプユニット(C)64は、アクチュエータ部2
と流路部62とからなる。アクチュエータ部2は、連通
板68上に、圧電/電歪体又は反強誘電体からなる2つ
の側壁6を配列し、側壁6の、連通板68と対向する面
を蓋板7で塞いでセル3が形成されてなり、そのセル3
に、流体導入開口部35及び流体排出開口部36が開い
ている。流路部62には、導入流路33と排出流路34
とからなり流体32が流れる流路13が予め形成され
る。導入流路33は、セル3の流体導入開口部35に通
じ、排出流路34はセル3の流体排出開口部36に通じ
ている。Next, an embodiment of a micro pump using still another pump unit will be described. FIG. 8 (a),
FIG. 8B is a sectional view showing another embodiment of the micropump according to the present invention. FIG. 8A shows a stopped state (O
FF), and FIG.8 (b) has shown the drive state (ON). The micro pump 108 has one pump unit 10.
4 and is composed of a pump unit (C) 64. The pump unit (C) 64 includes the actuator unit 2
And a flow path portion 62. The actuator section 2 has two side walls 6 made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body arranged on a communication plate 68, and a surface of the side wall 6 facing the communication plate 68 is covered with a cover plate 7 to form a cell. 3 is formed, and its cell 3
Further, the fluid introduction opening 35 and the fluid discharge opening 36 are open. The flow passage portion 62 includes an introduction flow passage 33 and a discharge flow passage 34.
The flow path 13 in which the fluid 32 flows is formed in advance. The introduction flow path 33 communicates with the fluid introduction opening 35 of the cell 3, and the discharge flow path 34 communicates with the fluid discharge opening 36 of the cell 3.
【0044】 マイクロポンプ108のポンプユニット
(C)64においては、図8(b)に示すように、セル
3を構成する側壁6の上下方向の伸縮により、セル3の
体積を変化させてセル3内に圧力を生じせしめ、セル3
自体が流路13の一部となって、流体32が流れる流路
13を選択的に形成し得る。In the pump unit (C) 64 of the micropump 108, as shown in FIG. 8B, the side wall 6 forming the cell 3 is expanded and contracted in the vertical direction to change the volume of the cell 3 and thereby the cell 3 Creates pressure inside the cell 3
By itself becoming a part of the flow path 13, the flow path 13 through which the fluid 32 flows can be selectively formed.
【0045】 上記の例示された流体の流路の選択的形
成方法が異なるマイクロポンプは、全て、圧力の変動を
起こすアクチュエータ部の変位に応じ、流路部に圧力の
変動を生じせしめるポンプである。これら本発明のマイ
クロポンプにおいて、この流路部に起きた圧力の働きに
より、流体を導入側から排出側へ送り得るためには、次
のようにポンプユニットを構成することが好ましい。即
ち、流路の導入側及び排出側に、それぞれ圧力損失形成
部を形成し、導入側圧力損失形成部における、流体を導
入する方向に流した時の圧力損失ΔP1と、流体を導入
する方向とは反対方向へ流した時の圧力損失ΔP2と、
排出側圧力損失形成部における、流体を排出する方向に
流した時の圧力損失ΔP3と、流体を排出する方向とは
反対方向へ流した時の圧力損失ΔP4とが、ΔP1<Δ
P4、ΔP2>ΔP3、の2式を満足させる。The above-described exemplified micropumps differing in the method of selectively forming the flow path of the fluid are all pumps that cause the fluctuation of the pressure in the flow path part according to the displacement of the actuator part that causes the fluctuation of the pressure. . In these micropumps of the present invention, it is preferable to configure the pump unit as follows in order to allow the fluid to be sent from the introduction side to the discharge side by the action of the pressure generated in the flow path portion. That is, a pressure loss forming portion is formed on each of the introduction side and the discharge side of the flow path, and the pressure loss ΔP1 when flowing in the fluid introduction direction in the introduction side pressure loss formation portion and the fluid introduction direction Is the pressure loss ΔP2 when flowing in the opposite direction,
In the discharge-side pressure loss forming portion, the pressure loss ΔP3 when flowing in the direction of discharging the fluid and the pressure loss ΔP4 when flowing in the direction opposite to the direction of discharging the fluid are ΔP1 <Δ
Two expressions of P4 and ΔP2> ΔP3 are satisfied.
【0046】 こうすると、アクチュエータ部の変位に
応じ流路部に負圧が生じたときには、ΔP1がΔP4よ
り小さいので流体が導入側から入り、アクチュエータ部
の変位に応じ流路部に正圧が生じたときには、ΔP3が
ΔP2より小さいので流体が排出側から出ていく。こう
して流体を導入側から排出側へ送ることが出来る。上記
2式の条件を満足させるために、例えば、導入側圧力損
失形成部を流体を導入する方向に向けて連続的に断面積
が小さくなるテーパー状とし、排出側圧力損失形成部を
流体を排出する方向に向けて連続的に小さくなるテーパ
ー状として形成すればよい。又、導入側及び排出側の圧
力損失形成部に逆止弁を設けても構わない。当然なが
ら、導入側及び排出側に独立した弁を設けると尚好まし
い。With this configuration, when a negative pressure is generated in the flow path portion according to the displacement of the actuator portion, the fluid enters from the introduction side because ΔP1 is smaller than ΔP4, and a positive pressure is generated in the flow passage portion according to the displacement of the actuator portion. At this time, since ΔP3 is smaller than ΔP2, the fluid flows out from the discharge side. In this way, the fluid can be sent from the introduction side to the discharge side. In order to satisfy the conditions of the above two expressions, for example, the introduction-side pressure loss forming portion is tapered so that the cross-sectional area continuously decreases in the direction of introducing the fluid, and the discharge-side pressure loss forming portion discharges the fluid. It may be formed in a taper shape that becomes smaller continuously in the direction of. Also, check valves may be provided in the pressure loss forming portions on the introduction side and the discharge side. Of course, it is still preferable to provide independent valves on the introduction side and the discharge side.
【0047】 図10〜図12は、先に説明したマイク
ロポンプ101,107,108において、流路の導入
側及び排出側に、それぞれ圧力損失形成部を形成し、上
記2式の条件を満足させた一例である。図10に示すマ
イクロポンプ101では、圧力損失形成部38として、
流路13の導入側及び排出側に逆止弁37を設けてい
る。図11は、図7(a)、図7(b)に示したマイク
ロポンプ107において、流路13面のレベルでの水平
断面を表している。図11に示すマイクロポンプ107
では、導入流路33と排出流路34の間に、変位伝達部
のケーシングに対する離反によって、図示するような流
路13が形成される。即ち、流路13の導入側を、流体
32が導入される方向に向けて連続的に断面積が小さく
なるテーパー状とし、流路13の排出側を、流体32が
排出される方向に向けて連続的に小さくなるテーパー状
として形成し、それぞれ圧力損失形成部38としてい
る。図12に示すマイクロポンプ108では、セル3に
通じる流体導入開口部35を、流体32が導入される方
向に向けて連続的に断面積が小さくなるテーパー状と
し、セル3に通じる流体排出開口部36を、流体32が
排出される方向に向けて連続的に小さくなるテーパー状
として形成し、それぞれ圧力損失形成部38としてい
る。FIGS. 10 to 12 show that in the micropumps 101, 107 and 108 described above, pressure loss forming portions are formed on the introduction side and the discharge side of the flow path to satisfy the conditions of the above two expressions. It is an example. In the micropump 101 shown in FIG. 10, as the pressure loss forming portion 38,
Check valves 37 are provided on the introduction side and the discharge side of the flow path 13. FIG. 11 shows a horizontal cross section at the level of the surface of the flow channel 13 in the micropump 107 shown in FIGS. 7A and 7B. The micro pump 107 shown in FIG.
Then, the flow passage 13 as shown in the figure is formed between the introduction flow passage 33 and the discharge flow passage 34 by the separation of the displacement transmission portion with respect to the casing. That is, the introduction side of the flow path 13 is tapered so that the cross-sectional area continuously decreases in the direction in which the fluid 32 is introduced, and the discharge side of the flow path 13 is oriented in the direction in which the fluid 32 is discharged. The pressure loss forming portions 38 are formed so as to be continuously tapered. In the micropump 108 shown in FIG. 12, the fluid introduction opening 35 communicating with the cell 3 has a tapered shape in which the cross-sectional area continuously decreases in the direction in which the fluid 32 is introduced, and the fluid discharge opening communicating with the cell 3 is formed. The pressure loss forming portions 38 are formed by forming the tapered portions 36 that are continuously reduced in the direction in which the fluid 32 is discharged.
【0048】 以下に、本発明のマイクロポンプにおい
て、ポンプユニットを複数用いる実施形態について記載
する。先ず、ポンプ部を複数備えるマイクロポンプが挙
げられる。ポンプ部の接続方法は直列接続と並列接続と
を任意に組合せることが可能である。こういった形態を
とることによって、流体の加圧力を、より大きく増幅さ
せることが出来たり、より大流量にも適応出来る。少な
くとも1組の直列接続を有し、その直列に隣接する2つ
のポンプ部が、流路部に生じせしめる圧力の変動の位相
を互いにずらすことにより、例え弁部がなくても、流路
部の流体の流れを制御することが可能である。An embodiment using a plurality of pump units in the micropump of the present invention will be described below. First, there is a micropump including a plurality of pump units. The connection method of the pump unit can be any combination of series connection and parallel connection. By adopting such a form, the applied pressure of the fluid can be amplified to a greater extent and can be adapted to a larger flow rate. By having at least one set of series connection and the two pump sections adjacent to each other in series shifting the phases of the fluctuations of the pressures generated in the flow path section from each other, even if there is no valve section, It is possible to control the flow of fluid.
【0049】 尚、複数のポンプ部を有する場合に、そ
れぞれのポンプ部のポンプユニットは、例えば上記した
ポンプユニット(A)、ポンプユニット(B)、ポンプ
ユニット(C)等の異なるポンプユニットを採用しても
構わないが、同種のポンプユニットにより複数のポンプ
部を構成すれば、製造コストや、ポンプ特性の面から、
より好ましい。When a plurality of pump units are provided, different pump units such as the above-described pump unit (A), pump unit (B), and pump unit (C) are used as the pump units of the respective pump units. However, if multiple pump parts are configured with the same type of pump unit, in terms of manufacturing cost and pump characteristics,
More preferable.
【0050】 次いで、ポンプ部を1つ乃至複数備え、
1つ乃至複数の弁部が混在したマイクロポンプが挙げら
れる。本発明に係るポンプユニットは、アクチュエータ
部におけるセルの側壁の伸縮変位を用いて、ポンプ部の
みならず弁部としても用いることが出来る。例えば、図
1(a)、図1(b)に示したマイクロポンプ101に
用いられるポンプユニット(A)44、及び、図7
(a)、図7(b)に示したマイクロポンプ107に用
いられるポンプユニット(B)54は、そのままの形
で、弁部としても用いることが可能である。即ち、ポン
プユニット(A)44では、図1(b)に示される駆動
時において、システム流体31が流路13を塞ぐように
すれば、弁で流路を閉じた状態に等しい。又、ポンプユ
ニット(B)54では、図7(a)、図7(b)に示さ
れるように、停止状態で流路は通じておらず、駆動時に
おいて流路13が形成されるが、これはポンプでもあり
弁に等しい。Next, one to a plurality of pump parts are provided,
A micro pump in which one to a plurality of valve portions are mixed is included. The pump unit according to the present invention can be used not only as the pump portion but also as the valve portion by using the expansion and contraction displacement of the side wall of the cell in the actuator portion. For example, a pump unit (A) 44 used in the micropump 101 shown in FIGS. 1A and 1B, and FIG.
The pump unit (B) 54 used in the micropump 107 shown in (a) and FIG. 7 (b) can be used as it is as a valve portion. That is, in the pump unit (A) 44, when the system fluid 31 blocks the flow passage 13 at the time of driving shown in FIG. 1B, the flow passage is closed by a valve. Further, in the pump unit (B) 54, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the flow path does not communicate in the stopped state, and the flow path 13 is formed during driving, It is also a pump and equal to a valve.
【0051】 弁部は、例えば、複数のポンプ部の間に
設けることが好ましい。こうすることによって、複数の
ポンプ部が直列接続あるいは並列接続された複雑な系を
なすマイクロポンプであっても、流体の流れを制御する
ことが容易となる。又、ポンプ部の導入側に入口弁部と
して設けることが好ましく、更には、ポンプ部の排出側
に出口弁部として設けることが好ましい。入口弁部及び
出口弁部は、流体の流れを制止する弁として機能すると
ともに、圧力損失形成部としても機能させることが出
来、流体の流れを制御することが出来る。The valve section is preferably provided, for example, between a plurality of pump sections. By doing so, it becomes easy to control the flow of fluid even in the case of a micropump having a complicated system in which a plurality of pump units are connected in series or in parallel. Further, it is preferable to provide it as an inlet valve portion on the introduction side of the pump portion, and further preferably as an outlet valve portion on the discharge side of the pump portion. The inlet valve section and the outlet valve section can function as a valve that restricts the flow of fluid and also as a pressure loss forming section, and can control the flow of fluid.
【0052】 ポンプ部間の弁部、あるいは、入口弁
部、出口弁部として、何れのポンプユニットも採用する
ことが出来る。例えば上記したポンプユニット(A)、
ポンプユニット(B)、ポンプユニット(C)等の異な
るポンプユニットを混在させても構わないが、同種のポ
ンプユニットによりポンプ部間の弁部、あるいは、入口
弁部、出口弁部を構成すれば、製造コストや、弁特性の
面から、より好ましい。Any pump unit can be adopted as the valve section between the pump sections, or the inlet valve section and the outlet valve section. For example, the pump unit (A) described above,
Different pump units such as the pump unit (B) and the pump unit (C) may be mixed, but if the valve units between the pump units, or the inlet valve unit and the outlet valve unit are configured by the same type of pump unit. In terms of manufacturing cost and valve characteristics, it is more preferable.
【0053】 図13(a)、図13(b)は、本発明
に係るマイクロポンプの複数のポンプユニットを備える
一実施形態を示す断面図である。図13(a)は、垂直
断面を示し、図13(b)は、図13(a)におけるセ
ル3レベルでの水平断面を示している。マイクロポンプ
130は、1つの入力弁部83と、1つのポンプ部84
と、1つの出力弁部85とを有して構成されている。こ
れらポンプ部84、入力弁部83及び出力弁部85は、
それぞれ、流体32が流れる流路13とケーシング14
とノズル板9からなる流路部42の一方の面にセル3が
形成されたアクチュエータ部2を有する、同じポンプユ
ニット(A)44により構成されている。FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing an embodiment including a plurality of pump units of the micropump according to the present invention. FIG. 13A shows a vertical cross section, and FIG. 13B shows a horizontal cross section at the cell 3 level in FIG. 13A. The micro pump 130 has one input valve section 83 and one pump section 84.
And one output valve portion 85. The pump section 84, the input valve section 83, and the output valve section 85 are
The flow path 13 and the casing 14 through which the fluid 32 flows, respectively.
The same pump unit (A) 44 having the actuator section 2 in which the cell 3 is formed on one surface of the flow path section 42 including the nozzle plate 9 and the nozzle plate 9.
【0054】 即ち、このマイクロポンプ130は、入
力弁部83、ポンプ部84及び出力弁部85それぞれに
おいて、駆動部たる側壁6を伸縮変形させ、セル3内の
体積を変化させシステム流体31が流路13側へ侵入す
る体積を変化させて、流体32が流れる流路13を、選
択的に形成し、流体32の流れを制御するように構成さ
れている。That is, in the micropump 130, the side wall 6 serving as the drive portion is expanded and contracted and deformed in each of the input valve portion 83, the pump portion 84, and the output valve portion 85, and the volume in the cell 3 is changed to allow the system fluid 31 to flow. The volume that enters the passage 13 is changed to selectively form the passage 13 through which the fluid 32 flows, and the flow of the fluid 32 is controlled.
【0055】 セル3の側壁6は伸縮変形するので、薄
肉にする必要はなく、所望の強度を与えることが出来、
応答性に優れる駆動部とすることが可能である。又、複
数のセル3は隣接しているが、セル3と隣接するセル3
との間隔と、セル3の高さとの比は、概ね1:2〜1:
40とすることが好ましく、セル3と隣接するセル3と
の間隔は、概ね50μm以下とすることが好ましい。何
れかの条件を満たせば、より好ましくは、両方の条件を
満たせば、高密度にセル3を形成出来、入力弁部83、
ポンプ部84、及び、出力弁部85を備えていても、よ
りコンパクトなマイクロポンプになるからである。Since the side wall 6 of the cell 3 expands and contracts, it is not necessary to make it thin, and a desired strength can be given.
It is possible to make the drive unit excellent in responsiveness. Also, although the plurality of cells 3 are adjacent to each other, the cell 3 adjacent to the cell 3 is
The ratio of the distance between the cell and the height of the cell 3 is approximately 1: 2 to 1:
The distance between the cell 3 and the adjacent cell 3 is preferably about 50 μm or less. If either condition is satisfied, or more preferably, both conditions are satisfied, the cells 3 can be formed at high density, and the input valve portion 83,
This is because even if the pump unit 84 and the output valve unit 85 are provided, a more compact micro pump can be obtained.
【0056】 マイクロポンプ130は、入力弁部8
3、ポンプ部84、及び、出力弁部85の全てにおい
て、アクチュエータ部2が、最下層である連通板68と
中間層であるスペーサ板70と最上層である蓋板7の積
層体として構成されている。スペーサ板70には蓋板7
で塞いでセル3となるスリット(A)5が形成され、隣
接するスリット(A)5とスリット(A)5との間には
スリット(B)45が形成され、セル3を互いに独立さ
せている。マイクロポンプ130は、このように、ポン
プ部84、入力弁部83、及び、出力弁部85に対応す
るところに、スリット(A)5及びスリット(B)45
とが形成された、3層の一体構造体としても把握するこ
とが出来る。The micropump 130 includes the input valve unit 8
3, in all of the pump portion 84 and the output valve portion 85, the actuator portion 2 is configured as a laminated body of the communication plate 68 which is the lowermost layer, the spacer plate 70 which is the intermediate layer, and the lid plate 7 which is the uppermost layer. ing. The spacer plate 70 has a lid plate 7
Slits (A) 5 are formed by closing them with the slits (A) 5 to form cells 3, and slits (B) 45 are formed between the adjacent slits (A) 5 and the slits (A) 5 to separate the cells 3 from each other. There is. As described above, the micropump 130 has slits (A) 5 and slits (B) 45 at positions corresponding to the pump unit 84, the input valve unit 83, and the output valve unit 85.
It can be understood as a three-layer integrated structure in which and are formed.
【0057】 尚、アクチュエータ部2は、一体同時焼
成体であっても、ガラスや樹脂によって各層を接合一体
化したものでも、後付けであってもよい。又、3層の構
造体に限定されず、4層以上の構造体としてもよい。The actuator unit 2 may be an integrally co-fired body, one in which each layer is joined and integrated by glass or resin, or may be attached later. Further, the structure is not limited to a three-layer structure, and a structure having four or more layers may be used.
【0058】 マイクロポンプ130は、図示しない
が、例えば、次のように動作する。先ず、自然状態にお
いては、入力弁部83、ポンプ部84、出力弁部85は
ONになっていて、即ち、それぞれのアクチュエータ部
2の例えば側壁に形成した電極に電圧が印加されてい
て、それぞれのシステム流体31が流路13を閉じてい
る。この状態から、例えば入力弁部83をOFFにすれ
ば、入力弁部83のアクチュエータ部2の側壁が伸びシ
ステム流体31がセル3中に引っ込み、流路13が開か
れる。Although not shown, the micropump 130 operates as follows, for example. First, in the natural state, the input valve portion 83, the pump portion 84, and the output valve portion 85 are ON, that is, the voltage is applied to the electrodes formed on, for example, the side walls of the respective actuator portions 2, System fluid 31 closes the flow path 13. From this state, for example, when the input valve section 83 is turned off, the side wall of the actuator section 2 of the input valve section 83 expands, the system fluid 31 is withdrawn into the cell 3, and the flow path 13 is opened.
【0059】 その後、ポンプ部84をOFFにするこ
とにより、ポンプ部84のアクチュエータ部2の側壁が
伸びシステム流体31がセル3中に引っ込み、流路13
が更に開かれる。次いで、出力弁部85もOFFにし
て、流路13を更に開く。After that, by turning off the pump portion 84, the side wall of the actuator portion 2 of the pump portion 84 expands and the system fluid 31 retracts into the cell 3, and the flow path 13
Is opened further. Next, the output valve unit 85 is also turned off to further open the flow path 13.
【0060】 そして、ポンプ部84と入力弁部83を
ONにすることにより、これらポンプ部84や入力弁部
83に対応する部分でシステム流体31が流路13を閉
じ、このときの加圧力で流体32は排出側へ送られる。
即ち、入力弁部83やポンプ部84及び出力弁部85が
有するアクチュエータ部2は、入力弁部83やポンプ部
84及び出力弁部85に対応した部分において、流路1
3を選択的に形成するための手段として機能する。Then, by turning on the pump portion 84 and the input valve portion 83, the system fluid 31 closes the flow path 13 at the portions corresponding to the pump portion 84 and the input valve portion 83, and the applied pressure at this time The fluid 32 is sent to the discharge side.
That is, the actuator portion 2 included in the input valve portion 83, the pump portion 84, and the output valve portion 85 has the flow passage 1 in the portion corresponding to the input valve portion 83, the pump portion 84, and the output valve portion 85.
3 functions as a means for selectively forming 3.
【0061】 好ましい態様としては、入力弁部83や
出力弁部85は、流路を完全に閉じる程度にシステム流
体31を流路13中に侵入させることが出来る変位量を
確保しつつ、大きい剛性を得るように構成する。これに
よって、流体漏れをなくすことが可能となる。ポンプ部
84は、ある程度の剛性を維持しつつ、セル3の体積変
化を大きくとれるように変位量を大きくするような構成
が好ましい。これによって、加圧力を大きくすることが
可能となる。これは、セル3の内幅、側壁6の厚さ、側
壁6に形成する少なくとも一対の電極の面積によって設
定することが出来る。In a preferred mode, the input valve portion 83 and the output valve portion 85 have a large rigidity while ensuring a displacement amount that allows the system fluid 31 to enter the flow passage 13 to the extent that the flow passage is completely closed. To obtain. This makes it possible to eliminate fluid leakage. The pump portion 84 preferably has a configuration in which the displacement amount is increased so that the volume change of the cell 3 can be increased while maintaining a certain degree of rigidity. This makes it possible to increase the pressing force. This can be set by the inner width of the cell 3, the thickness of the side wall 6, and the area of at least a pair of electrodes formed on the side wall 6.
【0062】 図14(a)、図14(b)は、本発明
に係るマイクロポンプの複数のポンプユニットを備える
他の実施形態を示す断面図である。図14(a)は、垂
直断面を示し、図14(b)は、図14(a)における
流路13レベルでの水平断面を示している。マイクロポ
ンプ140は、1つのポンプ部94と、1つの入力弁部
93と、1つの出力弁部95とを有している。これらポ
ンプ部94、入力弁部93、及び、出力弁部95は、そ
れぞれ、アクチュエータ部2のセル3の蓋板7と少なく
とも一部を接着する変位伝達部26と、変位伝達部26
のアクチュエータ部2とは反対側の一部の面で、一部潜
在的に存在する流路13を挟んで対面するケーシング1
4とからなる流路部52と、流路部52とは反対側の連
通板68に貫通孔74が設けられ変形し易いセル3を有
するアクチュエータ部2と、を有するポンプユニット
(B)54から構成されている。FIGS. 14A and 14B are sectional views showing another embodiment including a plurality of pump units of the micro pump according to the present invention. FIG. 14A shows a vertical cross section, and FIG. 14B shows a horizontal cross section at the level of the flow path 13 in FIG. 14A. The micropump 140 has one pump portion 94, one input valve portion 93, and one output valve portion 95. The pump portion 94, the input valve portion 93, and the output valve portion 95 are respectively a displacement transmitting portion 26 that adheres at least a part to the cover plate 7 of the cell 3 of the actuator portion 2, and a displacement transmitting portion 26.
Of the casing 1 facing a part of the surface opposite to the actuator part 2 with a potentially existing flow path 13 in between.
From a pump unit (B) 54 having a flow path portion 52 composed of 4 and an actuator section 2 having a cell 3 which is provided with a through hole 74 in a communication plate 68 on the side opposite to the flow path portion 52 and is easily deformed. It is configured.
【0063】 即ち、このマイクロポンプ140は、入
力弁部93、ポンプ部94、及び、出力弁部95それぞ
れにおいて、セル3の側壁6の上下方向の伸縮により、
ケーシング14の一部の面に対して変位伝達部26が行
う選択的な接近・離反方向の変位動作を通じて、ケーシ
ング14の一方の面に流路13を選択的に形成し、流体
32の流れを制御するように構成されている。That is, in the micropump 140, the side wall 6 of the cell 3 expands and contracts in the vertical direction in each of the input valve section 93, the pump section 94, and the output valve section 95.
Through the selective displacement movement in the approaching / separating direction performed by the displacement transmitting unit 26 with respect to a part of the surface of the casing 14, the flow path 13 is selectively formed on one surface of the casing 14 to allow the flow of the fluid 32. Is configured to control.
【0064】 入力弁部93の入口側には導入流路33
がケーシング14の外側と孔で通じて設けられ、流体3
2が供給される。出力弁部95の出口側には排出流路3
4がケーシング14の外側と孔で通じて設けられ、流体
32が他へ送られる。勿論、流体32が供給され送るた
めの孔はケーシング14を貫通するものでなく、ケーシ
ング14に沿って(図中の横方向に)導入流路33及び
排出流路34が形成されていても構わない。図14
(a)に示すように、これら導入流路33と排出流路3
4との間に入力弁部93、ポンプ部94、及び、出力弁
部95が横方向に配列されている。尚、ケーシング14
の外側と孔で通じる導入流路33を入力弁部93の入口
側でなく入力弁部93内(セル3の真上)に設け、ケー
シング14の外側と孔で通じる排出流路34を出力弁部
95の出口側でなく出力弁部95内(セル3の真上)に
設けてもよい。こうすると、マイクロポンプのサイズを
更に小型化することが出来る。On the inlet side of the input valve portion 93, the introduction flow passage 33
Is provided in communication with the outside of the casing 14 through a hole, and the fluid 3
2 is supplied. The discharge flow path 3 is provided on the outlet side of the output valve unit 95.
4 is provided in communication with the outside of the casing 14 through a hole, and the fluid 32 is sent to the other. Of course, the hole for supplying and feeding the fluid 32 does not penetrate the casing 14, and the introduction flow passage 33 and the discharge flow passage 34 may be formed along the casing 14 (in the lateral direction in the drawing). Absent. 14
As shown in (a), these introduction flow path 33 and discharge flow path 3
4, an input valve portion 93, a pump portion 94, and an output valve portion 95 are arranged laterally. The casing 14
The inlet passage 33 communicating with the outside of the casing through the hole is provided inside the input valve portion 93 (immediately above the cell 3) rather than the inlet side of the input valve portion 93, and the discharge passage 34 communicating with the outside of the casing 14 through the hole is provided as the output valve. It may be provided not in the outlet side of the portion 95 but in the output valve portion 95 (immediately above the cell 3). This makes it possible to further reduce the size of the micropump.
【0065】 図14(b)において、アクチュエータ
部2とケーシング14の間の変位伝達部26のうち、破
線で囲んだ部分が、入力弁部93、ポンプ部94、及
び、出力弁部95として可動する部分、つまり、アクチ
ュエータ部2の変位の伝達に関与し、変位伝達部26が
ケーシング14と離反したときに流路13aを形成する
部分である。図14(a)、図14(b)に示すよう
に、アクチュエータ部2の変位の伝達が及び難い入力弁
部93とポンプ部94の間、及び、ポンプ部94と出力
弁部95の間には、予め凹んだ流路13bが形成されて
いる。この凹んだ流路13bは、流路13aを通じると
ともに、流体32を移送する動作を行う際に、入力弁部
93とポンプ部94間、及び、ポンプ部94と出力弁部
95間の相互干渉を緩和する効果を発揮する。入力弁部
93とポンプ部94間、及び、ポンプ部94と出力弁部
95間の相互干渉を完全に遮断するために、変位伝達部
26にスリットを設け、変位伝達部26を、入力弁部9
3、ポンプ部94、及び、出力弁部95に対応する部分
毎に分割してもよい。入力弁部93、ポンプ部94、及
び、出力弁部95に独立した動作をさせることが出来、
好ましい。In FIG. 14B, of the displacement transmitting section 26 between the actuator section 2 and the casing 14, the portions surrounded by broken lines are movable as the input valve section 93, the pump section 94, and the output valve section 95. That is, the portion that participates in the transmission of the displacement of the actuator portion 2 and forms the flow path 13a when the displacement transmission portion 26 separates from the casing 14. As shown in FIGS. 14A and 14B, it is difficult to transmit the displacement of the actuator unit 2 between the input valve unit 93 and the pump unit 94, and between the pump unit 94 and the output valve unit 95. Has a channel 13b that is recessed in advance. The recessed flow passage 13b passes through the flow passage 13a and, when performing the operation of transferring the fluid 32, mutual interference between the input valve portion 93 and the pump portion 94 and between the pump portion 94 and the output valve portion 95. Exerts the effect of relaxing. In order to completely block mutual interference between the input valve section 93 and the pump section 94 and between the pump section 94 and the output valve section 95, the displacement transmitting section 26 is provided with a slit, and the displacement transmitting section 26 is connected to the input valve section. 9
3, the pump section 94 and the output valve section 95 may be divided into parts. The input valve unit 93, the pump unit 94, and the output valve unit 95 can be operated independently,
preferable.
【0066】 凹んだ流路13bを形成せず、アクチュ
エータ部2の変位により変位伝達部26がケーシング1
4と離反したときに形成される流路13aのみで構成し
てもよい。即ち、流路13全体を潜在的に存在させても
よい。この場合には、不必要なときには流路空間がなく
なるため、流体32の圧縮率や減圧率を、より大きくす
ることが可能となり、その点で好ましい。The displacement transmission section 26 is not formed by the displacement of the actuator section 2 without forming the recessed flow path 13 b.
The flow path 13a may be formed only when the flow path 13a is separated from the flow path 4. That is, the entire flow path 13 may potentially exist. In this case, since the flow path space is eliminated when unnecessary, the compression rate and the pressure reduction rate of the fluid 32 can be increased, which is preferable.
【0067】 反対に、導入側から排出側までつながる
凹んだ流路13bを形成してもよい。即ち、流路13全
体を予め顕在的に存在させてもよい。この場合には、流
体32の圧縮率や減圧率は低下するが、応答性の点で有
利となる。特に、流体として液体を用いた場合は、流路
13の体積変化が重要なため、予め導入側から排出側ま
でつながる流路13bを形成してもなんら問題は生じな
い。何れの場合にも、ケーシング14の一部の面に対し
て変位伝達部26が行う選択的な接近・離反方向の変位
動作を通じて、ケーシング14の一方の面に、停止状態
の流路13とは異なる新たな流路が選択的に形成され、
流体32の流れを制御し得る。On the contrary, the recessed flow path 13b may be formed to connect from the introduction side to the discharge side. That is, the entire flow path 13 may be explicitly made to exist in advance. In this case, the compression rate and the pressure reduction rate of the fluid 32 are reduced, but it is advantageous in terms of responsiveness. In particular, when a liquid is used as the fluid, the volume change of the flow path 13 is important, so that forming the flow path 13b connecting from the introduction side to the discharge side in advance causes no problem. In any case, the flow path 13 in the stopped state is formed on one surface of the casing 14 through the selective displacement operation in the approaching / separating direction performed by the displacement transmitting unit 26 on a part of the surface of the casing 14. Different new flow paths are selectively formed,
The flow of fluid 32 may be controlled.
【0068】 ポンプユニット(A)を用いたマイクロ
ポンプ130と同様に、ポンプユニット(B)を用いた
マイクロポンプ140においても、セル3の側壁6は伸
縮変形するので、薄肉にする必要はなく、所望の強度を
与えることが出来、応答性に優れる駆動部とすることが
可能である。又、複数のセル3は隣接しているが、セル
3と隣接するセル3との間隔と、セル3の高さとの比
は、概ね1:2〜1:40とすることが好ましく、セル
3と隣接するセル3との間隔は、概ね50μm以下とす
ることが好ましい。何れかの条件を満たせば、より好ま
しくは、両方の条件を満たせば、高密度にセル3を形成
出来、入力弁部93、ポンプ部94、及び、出力弁部9
5を備えていても、よりコンパクトなマイクロポンプに
なるからである。Similar to the micropump 130 using the pump unit (A), in the micropump 140 using the pump unit (B), the side wall 6 of the cell 3 expands and contracts, so it is not necessary to make it thin. It is possible to provide a drive unit that can provide desired strength and is excellent in responsiveness. Further, although the plurality of cells 3 are adjacent to each other, it is preferable that the ratio between the distance between the cells 3 and the adjacent cells 3 and the height of the cells 3 is approximately 1: 2 to 1:40. It is preferable that the distance between the cell 3 and the adjacent cell 3 is approximately 50 μm or less. If either condition is satisfied, or more preferably, both conditions are satisfied, the cells 3 can be formed with high density, and the input valve portion 93, the pump portion 94, and the output valve portion 9 can be formed.
This is because even if the micro pump is equipped with 5, the micro pump becomes more compact.
【0069】 マイクロポンプ140は、入力弁部9
3、ポンプ部94、及び、出力弁部95の全てにおい
て、アクチュエータ部2が、最下層である連通板68と
中間層であるスペーサ板70と最上層である蓋板7の積
層体として構成されている。スペーサ板70には蓋板7
で塞いでセル3となるスリット(A)5が形成され、隣
接するスリット(A)5とスリット(A)5との間には
スリット(B)45が形成され、セル3を互いに独立さ
せている。このように、マイクロポンプ140におい
て、アクチュエータ部2は、ポンプ部94、入力弁部9
3、及び、出力弁部95に対応するところに、スリット
(A)5及びスリット(B)45が形成された、3層の
一体構造体としても把握することが出来る。The micropump 140 has the input valve unit 9
3, in all of the pump portion 94 and the output valve portion 95, the actuator portion 2 is configured as a laminated body of the communication plate 68 which is the lowermost layer, the spacer plate 70 which is the intermediate layer, and the lid plate 7 which is the uppermost layer. ing. The spacer plate 70 has a lid plate 7
Slits (A) 5 are formed by closing them with the slits (A) 5 to form cells 3, and slits (B) 45 are formed between the adjacent slits (A) 5 and the slits (A) 5 to separate the cells 3 from each other. There is. As described above, in the micro pump 140, the actuator unit 2 includes the pump unit 94 and the input valve unit 9
It can also be understood as a three-layer integrated structure in which the slits (A) 5 and the slits (B) 45 are formed at the positions corresponding to 3 and the output valve portion 95.
【0070】 尚、各スリット(B)45には、流路部
52の変位伝達部26と同じ材料を充填することが好ま
しい。流路部52とアクチュエータ部2とが一体化し、
剥離が生じ難くなるからである。又、アクチュエータ部
2は、一体同時焼成体であっても、ガラスや樹脂によっ
て各層を接合一体化したものでも、後付けであってもよ
く、3層の構造体に限定されず、4層以上の構造体とし
てもよい。It should be noted that each slit (B) 45 is preferably filled with the same material as the displacement transmitting portion 26 of the flow path portion 52. The flow path section 52 and the actuator section 2 are integrated,
This is because peeling is less likely to occur. Further, the actuator unit 2 may be an integrally co-firing body, one in which each layer is joined and integrated by glass or resin, or may be attached later. The actuator unit 2 is not limited to a three-layer structure and has four or more layers. It may be a structure.
【0071】 マイクロポンプ130は、図16(a)
〜図16(d)に示すように、例えば、次のように動作
する。先ず、自然状態においては、入力弁部93、ポン
プ部94、出力弁部95はOFFになっていて、変位伝
達部26の端面がケーシング14の一方の面に接触して
いる。この状態から、例えば入力弁部93の例えば側壁
に形成した電極に電圧を印加し、ONにすることによ
り、入力弁部93のアクチュエータ部2のセル3の側壁
6が伸縮変位し、入力弁部93に対応する変位伝達部2
6の端面がケーシング14の一方の面から離反すること
で、入力弁部93に対応した部分に導入流路33と連通
する流路が形成され、流体32が導入される。The micropump 130 is shown in FIG.
As shown in FIG. 16D, for example, the operation is as follows. First, in the natural state, the input valve portion 93, the pump portion 94, and the output valve portion 95 are OFF, and the end surface of the displacement transmission portion 26 is in contact with one surface of the casing 14. From this state, for example, by applying a voltage to an electrode formed on, for example, a side wall of the input valve section 93 and turning it on, the side wall 6 of the cell 3 of the actuator section 2 of the input valve section 93 expands and contracts, and the input valve section. Displacement transmission unit 2 corresponding to 93
By separating the end surface of 6 from one surface of the casing 14, a flow path communicating with the introduction flow path 33 is formed in a portion corresponding to the input valve portion 93, and the fluid 32 is introduced.
【0072】 その後、図16(a)に示すように、ポ
ンプ部94をONにすることにより、ポンプ部94のア
クチュエータ部2のセル3の側壁6が伸縮変位し、ポン
プ部94に対応する変位伝達部26の端面がケーシング
14の一方の面から離反することで、ポンプ部94に対
応した部分に、更に流路13が形成され、流体32が流
れ込む。続いて、図16(b)に示すように、入力弁部
93をOFFにすることにより、入力弁部93に対応す
る変位伝達部26の端面が、再びケーシング14の一方
の面に接触して、流路13が閉塞される。この結果、流
体32は、ポンプ部94に対応する部分の流路13に密
閉されて充填される。After that, as shown in FIG. 16A, by turning on the pump portion 94, the side wall 6 of the cell 3 of the actuator portion 2 of the pump portion 94 expands and contracts, and the displacement corresponding to the pump portion 94. By separating the end surface of the transmission portion 26 from one surface of the casing 14, the flow path 13 is further formed in the portion corresponding to the pump portion 94, and the fluid 32 flows in. Subsequently, as shown in FIG. 16B, the input valve portion 93 is turned off, so that the end surface of the displacement transmitting portion 26 corresponding to the input valve portion 93 comes into contact with one surface of the casing 14 again. The flow path 13 is closed. As a result, the fluid 32 is sealed and filled in the flow passage 13 in the portion corresponding to the pump portion 94.
【0073】 更に、図16(c)に示すように、出力
弁部95をONにすることにより、出力弁部95に対応
する変位伝達部26の端面が、ケーシング14の一方の
面から離反して、更に流路13が形成され、流体32が
流れ込む。そして、図16(d)に示すように、ポンプ
部94をOFFにすることにより、ポンプ部94に対応
する変位伝達部26の端面が、再びケーシング14の一
方の面に接触して、ポンプ部94に対応する流路13が
閉塞される。この結果、流体32は、出力弁部95に対
応する部分の流路13に押し出される。そして、更に、
出力弁部95をOFFにすることにより、出力弁部95
に対応する変位伝達部26の端面がケーシング14の一
方の面に接触することで、出力弁部95にあった流体3
2が排出流路34を経て、ケーシング14外に排出され
ることになる。Further, as shown in FIG. 16C, by turning on the output valve portion 95, the end surface of the displacement transmitting portion 26 corresponding to the output valve portion 95 is separated from one surface of the casing 14. Then, the flow path 13 is further formed, and the fluid 32 flows in. Then, as shown in FIG. 16D, by turning off the pump portion 94, the end surface of the displacement transmitting portion 26 corresponding to the pump portion 94 comes into contact with one surface of the casing 14 again, and the pump portion The flow path 13 corresponding to 94 is closed. As a result, the fluid 32 is pushed out to the flow passage 13 in the portion corresponding to the output valve portion 95. And further,
By turning off the output valve unit 95, the output valve unit 95
When the end surface of the displacement transmitting portion 26 corresponding to the contact with one surface of the casing 14, the fluid 3 in the output valve portion 95
2 is discharged to the outside of the casing 14 through the discharge flow path 34.
【0074】 上記したように、ポンプ部94や入力弁
部93、及び、出力弁部95において、例えばセル3の
側壁6に形成された電極に電圧を印加したり、電圧の印
加を停止することにより、これらポンプ部94や入力弁
部93、及び、出力弁部95に対応する変位伝達部26
の端面が、ケーシング14の一方の面に離反・接触させ
て、流路13の選択的形成手段として機能することが可
能である。本発明のマイクロポンプ140は、より小型
化及び薄型化され、電気的動作によって、簡単に流路の
選択的な形成を行わせることが出来、導入側に対する減
圧や排出側に対する加圧を容易に行うことが出来るの
で、様々な技術、例えば医療や化学分析等に応用するこ
とが容易である。As described above, in the pump portion 94, the input valve portion 93, and the output valve portion 95, for example, applying a voltage to the electrodes formed on the side wall 6 of the cell 3 or stopping the application of the voltage. Accordingly, the displacement transmitting section 26 corresponding to the pump section 94, the input valve section 93, and the output valve section 95 is provided.
It is possible for the end face of the above-mentioned device to function as a means for selectively forming the flow path 13 by separating and contacting one surface of the casing 14. The micropump 140 of the present invention is further miniaturized and thinned, and it is possible to easily and selectively form the flow path by an electric operation, and it is easy to reduce the pressure on the introduction side and pressurize the discharge side. Since it can be performed, it can be easily applied to various techniques such as medical treatment and chemical analysis.
【0075】 好ましい態様としては、入力弁部93や
出力弁部95は、流路13を確保できる程度の変位量を
確保しつつ、大きい剛性を得るように構成する。これに
よって、流体32の漏れをなくすことが可能となる。こ
れに対して、ポンプ部94は、ある程度の剛性を維持し
つつ、アクチュエータ部2のセル3の体積変化を大きく
とれるようにして、変位量を大きくするような構成が好
ましい。これは、セル3の内幅、側壁6の厚さ、側壁6
に形成する少なくとも一対の電極の面積によって設定す
ることが出来る。In a preferred mode, the input valve portion 93 and the output valve portion 95 are configured to obtain a large rigidity while securing a displacement amount sufficient to secure the flow path 13. This makes it possible to eliminate the leakage of the fluid 32. On the other hand, it is preferable that the pump portion 94 maintain a certain degree of rigidity and increase the displacement amount by allowing a large volume change of the cell 3 of the actuator portion 2. This is the inner width of the cell 3, the thickness of the side wall 6, the side wall 6
It can be set by the area of at least a pair of electrodes formed on the substrate.
【0076】 マイクロポンプ140においては、駆動
部であるアクチュエータ部2のセル3の側壁6が伸縮変
形するので、薄肉にする必要はなく剛性が高くなり、高
速変位動作を達成させることが出来る。これは、変位の
動作周波数の増大化につながり、流体の排出量(移動
量)の増大化が達成される。即ち、マイクロポンプの小
型化、軽量化を図ることが出来ると同時に、流体の排出
量(移動量)の増大化も実現させることが出来る。又、
マイクロポンプ140は、加圧ポンプや減圧ポンプとし
ても適用することが出来、到達圧力の増大化並びに到達
圧力への迅速化を図ることが出来る。更には、系外の雰
囲気が減圧下であっても、入力弁部93、ポンプ部9
4、及び、出力弁部95を十分に動作させることが可能
である。In the micropump 140, since the side wall 6 of the cell 3 of the actuator section 2 which is the drive section expands and contracts, it is not necessary to make the wall thin, the rigidity is increased, and high-speed displacement operation can be achieved. This leads to an increase in the operating frequency of displacement, and an increase in the discharge amount (movement amount) of the fluid is achieved. That is, it is possible to reduce the size and weight of the micropump, and at the same time, to increase the discharge amount (movement amount) of the fluid. or,
The micropump 140 can also be applied as a pressurizing pump or a depressurizing pump, and can increase the ultimate pressure and speed up the ultimate pressure. Furthermore, even if the atmosphere outside the system is under reduced pressure, the input valve section 93 and the pump section 9
4 and the output valve unit 95 can be operated sufficiently.
【0077】 マイクロポンプ140においては、アク
チュエータ部2の変位を変位伝達部26を介して伝達す
るようにしたので、特に、入力弁部93及び出力弁部9
5において、封止性(密着性)を向上させることが出来
る。又、自然状態(初期状態)において、変位伝達部2
6の端面をケーシング14の一方の面に接触するように
した場合には、流路13は潜在的に形成され、更なる小
型化を図ることが出来る。In the micropump 140, since the displacement of the actuator section 2 is transmitted via the displacement transmission section 26, the input valve section 93 and the output valve section 9 are particularly preferable.
In 5, the sealing property (adhesion) can be improved. Further, in the natural state (initial state), the displacement transmission section 2
When the end surface of 6 is brought into contact with one surface of the casing 14, the flow path 13 is potentially formed, and further miniaturization can be achieved.
【0078】 図15(a)、図15(b)は、本発明
に係るマイクロポンプの複数のポンプユニットを備える
更に他の実施形態を示す断面図である。図15(a)
は、垂直断面を示し、図15(b)は、図15(a)に
おけるポンプ部104のセル3レベルでの水平断面を示
している。マイクロポンプ150は、1つのポンプ部1
04と、1つの入力弁部103と、1つの出力弁部10
5とを有している。マイクロポンプ150は、図8
(a)、図8(b)に示したマイクロポンプ108の流
体導入開口部35に入力弁部を、流体排出開口部36に
出力弁部を設けたポンプである。アクチュエータ部2a
と流路部62とからなるポンプユニット(C)64から
構成され、ポンプユニット(C)64の流路部62中に
アクチュエータ部2bが形成されている。アクチュエー
タ部2aは、連通板68上に、圧電/電歪体又は反強誘
電体からなる2つの側壁6を配列し、側壁6の、連通板
68と対向する面を蓋板7で塞いでセル3が形成されて
なり、そのセル3に、流体導入開口部35及び流体排出
開口部36が開いている。流路部62には、導入流路3
3と排出流路34とからなり流体32が流れる流路13
が予め形成される。導入流路33は、セル3の流体導入
開口部35に通じ、排出流路34はセル3の流体排出開
口部36に通じている。尚、図15(b)から理解され
るように、図15(a)は、図8(a)と異なりスリッ
ト(B)45と平行する垂直断面を示しているので、図
15(a)においてポンプ部104のスリット(B)4
5は表示されない。FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views showing still another embodiment including a plurality of pump units of the micro pump according to the present invention. FIG. 15 (a)
Shows a vertical section, and FIG. 15B shows a horizontal section at the level of the cell 3 of the pump unit 104 in FIG. 15A. The micro pump 150 has one pump unit 1.
04, one input valve section 103, and one output valve section 10
5 and 5. The micropump 150 is shown in FIG.
8 (a) and 8 (b) is a pump in which an input valve portion is provided in the fluid introduction opening 35 and an output valve portion is provided in the fluid discharge opening 36 of the micropump 108. Actuator part 2a
The pump unit (C) 64 is composed of the pump unit (C) 64 and the actuator unit 2 b is formed in the flow unit 62 of the pump unit (C) 64. The actuator portion 2a has two side walls 6 made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body arranged on a communication plate 68, and a surface of the side wall 6 facing the communication plate 68 is covered with a cover plate 7 to form a cell. 3 is formed, and the fluid introduction opening 35 and the fluid discharge opening 36 are opened in the cell 3. The flow passage portion 62 includes the introduction flow passage 3
A flow path 13 in which the fluid 32 flows, which is composed of 3 and a discharge flow path
Are formed in advance. The introduction flow path 33 communicates with the fluid introduction opening 35 of the cell 3, and the discharge flow path 34 communicates with the fluid discharge opening 36 of the cell 3. As can be understood from FIG. 15 (b), FIG. 15 (a) is different from FIG. 8 (a) in that it shows a vertical cross section parallel to the slit (B) 45. Slit (B) 4 of pump unit 104
5 is not displayed.
【0079】 入力弁部103において、アクチュエー
タ部2におけるセル3の側壁6の上下方向の変位動作に
よって、蓋板7の上部に形成された円錐状の変位伝達部
126が流体導入開口部35を閉塞、開放する。又、出
力弁部105において、アクチュエータ部2におけるセ
ル3の側壁6の上下方向の変位動作によって、蓋板7の
上部に形成された円錐状の変位伝達部126が流体排出
開口部36を閉塞、開放する。In the input valve portion 103, the conical displacement transmission portion 126 formed on the upper portion of the cover plate 7 closes the fluid introduction opening 35 by the vertical displacement operation of the side wall 6 of the cell 3 in the actuator portion 2. ,Open. Further, in the output valve section 105, the displacement movement of the side wall 6 of the cell 3 in the actuator section 2 in the vertical direction causes the conical displacement transmission section 126 formed on the upper portion of the cover plate 7 to close the fluid discharge opening section 36. Open.
【0080】 その結果、導入流路33を通じて導入さ
れた流体32は、入力弁部103を介してポンプ部10
4のセル3内に導かれる。そして、ポンプ部104にお
いて、アクチュエータ部2におけるセル3の側壁6の上
下方向の変位動作によって、セル3内の体積が変化し、
セル3内の流体32が出力弁部105及び流体排出開口
部36を介して排出される。As a result, the fluid 32 introduced through the introduction flow path 33 passes through the input valve section 103 and the pump section 10
4 into cell 3. Then, in the pump portion 104, the volume inside the cell 3 changes due to the vertical displacement operation of the side wall 6 of the cell 3 in the actuator portion 2,
The fluid 32 in the cell 3 is discharged through the output valve portion 105 and the fluid discharge opening portion 36.
【0081】 このマイクロポンプ150も、上記した
マイクロポンプ130、マイクロポンプ140と同様
に、小型化、薄型化を促進させることが出来、様々な技
術、例えば医療や化学分析等に応用することが可能であ
る。This micropump 150 can promote miniaturization and thinning similarly to the above-described micropump 130 and micropump 140, and can be applied to various technologies such as medical treatment and chemical analysis. Is.
【0082】 以上において説明したマイクロポンプ1
30、マイクロポンプ140、マイクロポンプ150
は、何れも1つずつの弁部−ポンプ部−弁部の直列接続
であるが、本発明のマイクロポンプは、これらに限定さ
れるものではない。1つ乃至複数のポンプ部と1つ乃至
複数の弁部とが、直列接続あるいは並列接続、又は、2
つ乃至3つ以上への分岐接続、2つ乃至3つ以上からの
合流接続等を行う複雑系であってよい。又、ポンプ部と
弁部の位置関係も限定されない。更には、ポンプ部と弁
部を構成するポンプユニットも同種のものであることに
限定されない。The micropump 1 described above
30, micro pump 140, micro pump 150
Is a series connection of one valve unit-pump unit-valve unit, but the micropump of the present invention is not limited to these. One or a plurality of pump parts and one or a plurality of valve parts are connected in series or in parallel, or 2
It may be a complex system in which one to three or more branch connections, two to three or more merge connections, and the like are performed. Further, the positional relationship between the pump part and the valve part is not limited. Furthermore, the pump units that form the pump unit and the valve unit are not limited to the same type.
【0083】 次に、本発明に係るマイクロポンプの製
造方法について、ポンプユニット(A)を3つ備えるマ
イクロポンプ130を例にとって説明する。先ず、アク
チュエータ部2を作製し、次いで、流路部42と一体化
させ、マイクロポンプ130を得る。以下に、アクチュ
エータ部2の概略の製造工程の一例を、図3(a)〜図
3(c)を参照しながら説明する。これは、パンチとダ
イを用いた製造方法であって、図3(a)で、圧電/電
歪材料又は反強誘電体材料からなるグリーンシート16
に、積層してスリット(A)5となるスリット孔25、
及び、積層してスリット(B)45となるスリット孔1
5を開けるとともに、積層を後述する打抜同時積層法に
より同時に行い、グリーンシート16を積層していき、
打ち抜きの終了とともに積層も完了させ、所定の厚さを
有する圧電/電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含
む製造方法である。その後、例えば、図3(b)で、焼
成して一体化し所望のスリット(A)5、スリット
(B)45が形成されたスペーサ板70を得て、後にセ
ルとなるスリット(A)5内に電極を形成して、図3
(c)で、蓋板7、連通板68を接合する。尚、グリー
ンシート16は、ドクターブレード法等の周知のテープ
形成手段によって形成することが出来る。又、電極の形
成は、後にセルとなるスリット(A)の大きさにもよる
が、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッ
ピング、塗布、電気泳動法等による各種厚膜形成手法か
ら、実施可能な方法を選んで行えばよい。安価に形成で
きるという点で、スクリーン印刷法が特に好ましい。Next, a method for manufacturing a micropump according to the present invention will be described by taking the micropump 130 including three pump units (A) as an example. First, the actuator section 2 is produced, and then integrated with the flow path section 42 to obtain the micropump 130. Hereinafter, an example of a schematic manufacturing process of the actuator unit 2 will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (c). This is a manufacturing method using a punch and a die. In FIG. 3A, the green sheet 16 made of a piezoelectric / electrostrictive material or an antiferroelectric material is used.
A slit hole 25 which is laminated to form the slit (A) 5.
And a slit hole 1 that is laminated to form a slit (B) 45
5 is opened, and the green sheets 16 are laminated at the same time by stacking by a punching simultaneous laminating method described later.
This is a manufacturing method including a step of forming a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body having a predetermined thickness by completing stacking as well as punching. After that, for example, in FIG. 3B, the spacer plate 70 is obtained by firing and integrating to obtain the desired slits (A) 5 and the slits (B) 45, and inside the slits (A) 5 to be cells later. Form the electrodes on the
In (c), the lid plate 7 and the communication plate 68 are joined. The green sheet 16 can be formed by a known tape forming means such as a doctor blade method. The electrode can be formed by various thick film forming methods such as screen printing, spraying, coating, dipping, coating, and electrophoresis although it depends on the size of the slit (A) to be a cell later. You can choose. The screen printing method is particularly preferable because it can be formed at low cost.
【0084】 尚、図4(a)〜図4(c)に示すよう
に、蓋板7及び連通板68も同材料のグリーンシートで
形成し、スペーサ板70とともに積層し、焼成一体化し
てもよい。蓋板7と、駆動部を含むスペーサ板70が同
時焼成されて一体のセラミック体となるため、耐久性と
セルの剛性が向上し、高速応答性に優れたマイクロポン
プとなり得る。この場合には、電極の形成は、軟らかい
グリーンシート上に電極ペーストを塗布することにより
行われるが、グリーンシートを破損したり変形させない
ように注意を要する。又、焼成してセル構造が完成した
後に、電極ペーストを流通させて塗布し電極を形成する
ことも可能であるが、その場合には、マスキング作業が
困難であり、形成可能な電極パターンが限定される。As shown in FIGS. 4A to 4C, the lid plate 7 and the communication plate 68 are also formed of a green sheet of the same material, laminated with the spacer plate 70, and integrated by firing. Good. Since the lid plate 7 and the spacer plate 70 including the drive unit are co-fired to form an integrated ceramic body, durability and cell rigidity are improved, and a micropump excellent in high-speed response can be obtained. In this case, the electrodes are formed by applying the electrode paste onto a soft green sheet, but care must be taken not to damage or deform the green sheet. It is also possible to circulate and apply an electrode paste to form an electrode after firing to complete the cell structure, but in that case, masking work is difficult and the electrode pattern that can be formed is limited. To be done.
【0085】 上記の製造工程を経て、内部に、スリッ
ト(A)5を蓋板7及び連通板68で塞いでセルが形成
されたアクチュエータ部2を得た後に、図示しないが、
アクチュエータ部2においてセル3の側壁面に電極を形
成し、駆動用の配線を設置する。そして、所定の位置
に、流路13が設けられた流路部42を接合する(図1
3(a)参照)。次いで、セル3内をシステム流体31
に置換する。システム流体31としては、例えば、窒
素、アルゴン等の不活性ガスや、シリコンオイル等を用
いることが出来る。このようにして作製されるマイクロ
ポンプにおいては、所定の信号によりセル3の側壁6を
伸縮させて、セル3内の体積を減少させたり戻したりし
て、流路13を流れるシステム流体とは不溶性の流体3
2中へ侵入するシステム流体31の体積を変化させて、
流体の流路を選択的に形成することが可能である。After the manufacturing process described above, the slit (A) 5 is closed inside by the cover plate 7 and the communication plate 68 to obtain the actuator section 2 in which cells are formed, and then, although not shown,
An electrode is formed on the side wall surface of the cell 3 in the actuator portion 2 and a wiring for driving is installed. Then, the flow path portion 42 provided with the flow path 13 is joined to a predetermined position (see FIG. 1).
3 (a)). Then, the system fluid 31 is passed through the cell 3.
Replace with. As the system fluid 31, for example, an inert gas such as nitrogen or argon, or silicone oil can be used. In the micropump thus manufactured, the side wall 6 of the cell 3 is expanded or contracted by a predetermined signal to reduce or restore the volume in the cell 3 and is insoluble in the system fluid flowing in the flow path 13. Fluid 3
2 by changing the volume of the system fluid 31 entering
It is possible to selectively form a fluid flow path.
【0086】 図6(a)〜図6(e)は、上記した打
抜同時積層の具体的方法を示し、グリーンシート16
(以下、単にシートともいう)の積層操作をするストリ
ッパ11を配置したパンチ10とダイ12からなる金型
を用いている。図6(a)は、ダイ12上に最初のシー
ト16aを載せた打ち抜き前の状態を示し、図6(b)
で、パンチ10及びストリッパ11を下降させて、シー
ト16を打ち抜いて、スリットを形成している(第一の
工程)。FIGS. 6A to 6E show a concrete method of the above-mentioned simultaneous punching and laminating, and the green sheet 16 is shown.
A die including a punch 10 and a die 12 in which a stripper 11 for performing a stacking operation (hereinafter, also simply referred to as a sheet) is arranged is used. FIG. 6A shows a state in which the first sheet 16a is placed on the die 12 before punching, and FIG.
Then, the punch 10 and the stripper 11 are lowered to punch the sheet 16 to form slits (first step).
【0087】 次に、2枚目のシート16bの打ち抜き
準備に入るが、このとき図6(c)に示すように、最初
のシート16aは、ストリッパ11に密着させて上方に
移動させてダイ12から離す(第二の工程)。ストリッ
パ11にシート16を密着させる方法は、例えば、スト
リッパ11に吸引孔を形成して真空吸引すること等で実
施出来る。Next, preparation for punching out the second sheet 16b is started. At this time, as shown in FIG. 6C, the first sheet 16a is brought into close contact with the stripper 11 and moved upward to move the die 12 Away from (second step). The method of bringing the sheet 16 into close contact with the stripper 11 can be carried out, for example, by forming suction holes in the stripper 11 and performing vacuum suction.
【0088】 又、2枚目のシート16bの打ち抜き準
備に入るために、ダイ12からパンチ10及びストリッ
パ11を引き上げるが、この引き上げている途中は、パ
ンチ10の先端部を、一緒に引き上げた最初のシート1
6aのスリット孔の中まで戻さないことが望ましく、
又、止める際には、一緒に引き上げた最初のシート16
aの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが
肝要である(第三の工程)。パンチ10を最初のシート
16aの孔まで戻したり、完全にストリッパ11の中へ
格納してしまうと、シート16は軟質であるため形成し
た孔が変形してしまい、シート16を積層して得られる
スリットを形成した際に、その側面の平坦性が低下して
しまう。In order to prepare for punching the second sheet 16b, the punch 10 and the stripper 11 are pulled up from the die 12. During this pulling up, the tip of the punch 10 is first pulled up together. Sheet 1
It is desirable not to return it into the slit hole of 6a,
Also, when stopping, the first seat 16 pulled up together
It is important to stop when it is pulled in slightly from the bottom of a (third step). When the punch 10 is returned to the first hole of the sheet 16a or is completely stored in the stripper 11, the hole formed is deformed because the sheet 16 is soft, and the sheet 16 is obtained by stacking. When the slit is formed, the flatness of the side surface is deteriorated.
【0089】 図6(d)は、2枚目のシート16bの
打ち抜き工程を示し、最初のシート16aをストリッパ
11に密着させることで、ダイ12上に、2枚目のシー
ト16bを容易に載置でき、図6(b)の工程のように
打ち抜き出来、同時に最初のシート16aに重ね合わせ
られる(第四の工程)。FIG. 6D shows a punching process of the second sheet 16 b, and by sticking the first sheet 16 a to the stripper 11, the second sheet 16 b can be easily placed on the die 12. It can be placed and punched out as in the step of FIG. 6B, and at the same time superposed on the first sheet 16a (fourth step).
【0090】 そして、図6(c)、図6(d)の工程
を繰り返して、打ち抜かれた最初のシート16aと2枚
目のシート16bとを重ね合わせて、ストリッパ11に
より引き上げ(第五の工程)、3枚目のシート16cの
打ち抜き準備に入る。但し、このときも一緒に引き上げ
たシート16の最下部より僅かに引き込んだところで止
めることが肝要である(第六の工程)。その後、第四の
工程から第六の工程を繰り返して必要積層数のシート1
6の打ち抜き及び積層を繰り返す。Then, by repeating the steps of FIG. 6C and FIG. 6D, the first punched sheet 16a and the second punched sheet 16b are overlapped and pulled up by the stripper 11 (fifth step). Step) Preparation for punching out the third sheet 16c is started. However, also at this time, it is important to stop the sheet 16 when it is pulled in a little from the lowermost part of the sheet 16 (sixth step). After that, the steps from the fourth step to the sixth step are repeated to obtain the required number of sheets 1
Repeat punching and laminating of 6.
【0091】 図6(e)は、打ち抜きを終了した状態
を示している。必要な枚数のシート16の打ち抜き及び
積層が終了したら、ストリッパ11によるシート16の
保持を解除し、打ち抜き積層したシート16をストリッ
パ11から引き離して取り出し可能としている。ストリ
ッパ11からの引き離しは、図示するように、ストリッ
パ11下面に引離治具17を設けることで確実に行うこ
とが出来る。以上述べた操作は、特願2000−280
573並びに特願2001−131490に記載の製造
方法を適用したものであり、この操作により所定の厚さ
を有し所望のスリットが形成された積層体を得ることが
出来る。FIG. 6E shows a state in which punching has been completed. After punching and stacking the required number of sheets 16, the stripper 11 releases the holding of the sheets 16, and the punched and stacked sheets 16 can be separated from the stripper 11 and taken out. The separation from the stripper 11 can be reliably performed by providing a separation jig 17 on the lower surface of the stripper 11 as illustrated. The operation described above is performed in Japanese Patent Application No. 2000-280.
573 and the manufacturing method described in Japanese Patent Application No. 2001-131490 are applied, and a laminate having a predetermined thickness and a desired slit can be obtained by this operation.
【0092】 このように、パンチとダイを用いてグリ
ーンシートにスリット孔を形成すると同時にグリーンシ
ートの積層を行い、パンチ自体をグリーンシートの積層
位置合わせ軸として使用して打抜加工を行えば、パンチ
により打ち抜いたスリット孔の変形が防止され、スリッ
ト孔の変形が発生せず、グリーンシート積層間のズレ量
を5μm未満に抑え、高い精度でグリーンシートを積層
することが出来、凹凸の少ないスリット壁面を形成する
ことが可能である。そのため、スリット幅が数十μm程
度であっても、又、アスペクト比10〜25程度の、高
アスペクト比な、後にセルを形成するスリットや、セル
間のスリットを、容易に作成出来、優れた特性のアクチ
ュエータ部を有するマイクロポンプを得ることが出来
る。As described above, when the slit holes are formed in the green sheet by using the punch and the die, the green sheets are stacked at the same time, and the punch itself is used as the stacking alignment axis of the green sheet to perform the punching process. Deformation of the slit holes punched by the punch is prevented, deformation of the slit holes does not occur, the amount of misalignment between green sheet stacks is suppressed to less than 5 μm, green sheets can be stacked with high accuracy, and slits with less unevenness It is possible to form a wall surface. Therefore, even if the slit width is about several tens of μm, a slit having a high aspect ratio of about 10 to 25 and forming a cell later and a slit between cells can be easily formed, which is excellent. It is possible to obtain a micropump having a characteristic actuator portion.
【0093】 更に、スリット加工後に焼成するので、
スリット幅は、シート打ち抜き時点では、金型のパンチ
加工幅とほぼ同等であるが、焼成時に収縮するので、薄
肉加工スリットと焼成収縮の組み合わせで、幅が40μ
m以下の微細スリットを形成することも可能であるし、
金型の形状を変更する等の打ち抜き金型の設計次第で、
スリットは直線以外であっても容易に形成出来、用途に
応じた最適な形状を実現することが出来る。Further, since firing is performed after slit processing,
At the time of punching the sheet, the slit width is almost the same as the punching width of the die, but it shrinks during firing, so the width is 40 μm due to the combination of the thin-working slit and firing shrinkage.
It is possible to form fine slits of m or less,
Depending on the design of the punching die, such as changing the shape of the die,
Even if the slit is not straight, it can be easily formed, and an optimum shape can be realized according to the application.
【0094】 図5(a)は、図6(a)〜図6(e)
に示される打抜同時積層方法によりスペーサ板70を得
る場合において、図3(b)に示される焼成後のスペー
サ板70のP視端面図を示し、図5(b)は、図5
(a)に示すスリット(A)5壁面のM部を拡大した断
面模式図を示している。FIG. 5A is a schematic diagram of FIGS. 6A to 6E.
In the case of obtaining the spacer plate 70 by the punching simultaneous laminating method shown in FIG. 5, an end view of the spacer plate 70 after firing shown in FIG. 3B viewed from P is shown, and FIG.
It shows a schematic cross-sectional view in which the M portion of the wall surface of the slit (A) 5 shown in (a) is enlarged.
【0095】 上記したマイクロポンプの製造方法によ
れば、焼成前にスリット(A)を形成するので、後にセ
ルになり得るスリット(A)の側壁面は焼成面で形成さ
れる。従って、マイクロクラックや粒内破壊が生じず、
セルを形成する側壁の表面の結晶粒子状態は粒内破壊を
受けている結晶粒子が1%以下となり実質上なしに等し
く、アクチュエータ部として、圧縮残留応力による特性
劣化が生じず、耐久性・信頼性を向上させることが出来
る。According to the above-described method for manufacturing a micropump, the slit (A) is formed before firing, so that the side wall surface of the slit (A) that can later become a cell is formed by the fired surface. Therefore, no microcracks or intragranular destruction occur,
The state of crystal grains on the surface of the side wall forming the cell is substantially equal to 1% or less of the crystal grains that have undergone intragranular fracture, and the actuator part does not suffer from characteristic deterioration due to compressive residual stress, and is durable and reliable. It is possible to improve the sex.
【0096】 上記の製造方法によるグリーンシートの
重ね合わせ精度の一例を掲げれば、厚さが50μm、ヤ
ング率が39N/mm2のグリーンシートを、スリット
(A)幅50μm、スリット(B)幅30μm、となる
ように打ち抜きし、10枚積層した場合に、焼成後の各
層間のズレ量は、最大で4μm、表面粗さRtは概ね7
μmである。尚、焼成後のスリット(A)幅は、焼成収
縮により約40μmであった。As an example of the overlay accuracy of the green sheets according to the above manufacturing method, a green sheet having a thickness of 50 μm and a Young's modulus of 39 N / mm 2 is formed with a slit (A) width of 50 μm and a slit (B) width. When punching out to 30 μm and laminating 10 sheets, the amount of misalignment between the layers after firing is 4 μm at maximum, and the surface roughness Rt is about 7
μm. The width of the slit (A) after firing was about 40 μm due to firing shrinkage.
【0097】 ポンプユニット(B)及びポンプユニッ
ト(C)を用いたマイクロポンプについても、マイクロ
ポンプ130に準じて作製することが出来る。例えば、
ポンプユニット(B)を3つ備えるマイクロポンプ14
0においても、上記した図3(a)〜図3(c)、及
び、図6(a)〜図6(e)に示される方法により、先
ず、アクチュエータ部2を作製する。次いで、スクリー
ン印刷やディスペンサーで接着剤樹脂を塗布した上で、
別途製作したシリコン樹脂の流路部52を接着し一体化
させた後に、図示しない必要な配線を接続することで、
マイクロポンプ140を得る。A micro pump using the pump unit (B) and the pump unit (C) can also be manufactured according to the micro pump 130. For example,
Micro pump 14 provided with three pump units (B)
Also in 0, the actuator unit 2 is first manufactured by the method shown in FIGS. 3A to 3C and FIGS. 6A to 6E described above. Then, after applying the adhesive resin with screen printing or dispenser,
By bonding and integrating the separately manufactured silicon resin flow path portion 52, and by connecting the necessary wiring (not shown),
Obtain the micropump 140.
【0098】 又、ポンプユニット(C)を3つ備える
マイクロポンプ150についても、同じように、先ず、
アクチュエータ部2a,2bを各々作製する。その後、
アクチュエータ部2bに変位伝達部126を接着し、そ
の上に流体導入開口部35並びに流体排出開口部36を
有するノズル板9を接着し流路13を形成し、図示しな
い必要な配線を接続することで、マイクロポンプ150
を得る。Similarly, for the micro pump 150 including three pump units (C), first,
The actuator portions 2a and 2b are manufactured respectively. afterwards,
The displacement transmitting section 126 is adhered to the actuator section 2b, and the nozzle plate 9 having the fluid introduction opening 35 and the fluid discharge opening 36 is adhered thereon to form the flow path 13 and connect necessary wiring not shown. Then, the micro pump 150
To get
【0099】 以下に、本発明のマイクロポンプに用い
られる材料について説明する。先ず、駆動部であるアク
チュエータ部のセルの側壁に用いられる圧電/電歪体又
は反強誘電体の材料について説明する。圧電/電歪体と
して用いられる材料としては、例えば、ジルコン酸鉛、
マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニ
オブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、
チタン酸鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングス
テン酸鉛、又は、コバルトニオブ酸鉛等の1種又は2種
以上を含有するセラミックスを挙げることが出来る。こ
れらのセラミックスは、圧電/電歪体を構成するセラミ
ックス成分中に50重量%以上を占める主成分であるこ
とが好ましく、特に、ジルコン酸鉛を含有するセラミッ
クスが主成分であることが好ましい。Materials used for the micropump of the present invention will be described below. First, the material of the piezoelectric / electrostrictive body or the antiferroelectric body used for the side wall of the cell of the actuator section which is the drive section will be described. Examples of the material used as the piezoelectric / electrostrictive body include lead zirconate,
Lead magnesium niobate, nickel nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate,
Ceramics containing one or more of lead titanate, barium titanate, lead magnesium tungstate, or lead cobalt niobate can be given. These ceramics are preferably the main components which account for 50% by weight or more in the ceramic components constituting the piezoelectric / electrostrictive body, and particularly, the main components are the ceramics containing lead zirconate.
【0100】 又、これらのセラミックスに、ランタ
ン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タング
ステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン
等の酸化物の1種又は2種以上を含有させたものを用い
てもよく、中でも、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコ
ン酸鉛と、チタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、ラ
ンタン又はストロンチウムの少なくとも1種を含有する
セラミックスが好ましい。Further, these ceramics containing one or more kinds of oxides such as lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel and manganese may be used. Among them, ceramics containing a lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate as a main component and containing at least one of lanthanum and strontium are preferable.
【0101】 反強誘電体の材料としては、ジルコン酸
鉛を主成分とするセラミックス、ジルコン酸鉛とスズ酸
鉛とからなる成分を主成分とするセラミックス、ジルコ
ン酸鉛を主成分とし酸化ランタンを添加したセラミック
ス、又はジルコン酸鉛とスズ酸鉛とを主成分とし、ジル
コン酸鉛又はニオブ酸鉛を添加したセラミックスが好ま
しい。又、圧電/電歪体の他の材料としては、チタン酸
バリウム、及び、チタン酸バリウムを主成分とするチタ
バリ系セラミックス強誘電体や、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)に代表される高分子圧電体、あるいは、
(Bi0.5Na0.5)TiO3に代表されるBi系セラミ
ックス圧電体、Bi層状セラミックスを挙げることが出
来る。勿論、圧電/電歪特性を改善した上記材料の混合
物や固溶体、及び、上記材料及び上記材料の混合物に添
加物を添加せしめたものが用いられ得ることはいうまで
もない。尚、セルの側壁がセラミックスからなるとき、
結晶粒の平均粒径は、駆動部たる側壁の機械的強度を重
視する設計においては、0.05〜2μmであることが
好ましい。駆動部たる側壁の機械的強度が高められるか
らである。駆動部たる側壁の伸縮特性を重視する設計に
おいては、結晶粒の平均粒径は、1〜7μmであること
が好ましい。高い圧電/電歪特性を得られるからであ
る。As the material of the antiferroelectric material, ceramics containing lead zirconate as a main component, ceramics containing lead zirconate and lead stannate as a main component, and lanthanum oxide containing lead zirconate as a main component are used. Preferred is added ceramics, or ceramics containing lead zirconate and lead stannate as main components and added with lead zirconate or lead niobate. Other materials of the piezoelectric / electrostrictive body include barium titanate, a ferroelectric ceramic containing barium titanate as a main component, and a polymer piezoelectric body represented by polyvinylidene fluoride (PVDF). , Or
Examples thereof include Bi-based ceramic piezoelectric bodies represented by (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 and Bi layered ceramics. Of course, it goes without saying that a mixture or solid solution of the above materials having improved piezoelectric / electrostrictive characteristics, or a material obtained by adding an additive to the above materials or the mixture of the above materials can be used. When the side wall of the cell is made of ceramics,
The average grain size of the crystal grains is preferably 0.05 to 2 μm in the design that attaches importance to the mechanical strength of the side wall that is the drive unit. This is because the mechanical strength of the side wall, which is the drive unit, is enhanced. In a design that emphasizes the expansion and contraction characteristics of the side wall that is the drive unit, the average grain size of the crystal grains is preferably 1 to 7 μm. This is because high piezoelectric / electrostrictive characteristics can be obtained.
【0102】 アクチュエータ部のセルの連通板及び蓋
板については、側壁の材料と熱膨張率が近いことが好ま
しく、特にセラミックスからなり、積層焼成により側壁
と一体化することが好ましいが、側壁の材料と同一のセ
ラミックスでもよいし、異なっていてもよい。セルの連
通板及び蓋板を構成するセラミックスとしては、例え
ば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライ
ト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混
合物等を用いることが出来る。The cell communication plate and the cover plate of the actuator section preferably have a coefficient of thermal expansion close to that of the material of the side wall. Particularly, it is preferably made of ceramics and integrated with the side wall by laminated firing. The same ceramic may be used, or different ceramics may be used. As the ceramics forming the communication plate and the cover plate of the cell, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like is used. You can
【0103】 側壁に形成する電極の材料としては、高
温酸化雰囲気に耐えられる導体であれば、特に規制され
るものではなく、例えば金属単体であっても、合金であ
ってもよく、また、絶縁性セラミックスと金属単体、も
しくはその合金との混合物であっても、何ら差し支えな
い。より好ましくは、白金、パラジウム、ロジウム等の
高融点貴金属類、あるいは銀−パラジウム、銀−白金、
白金−パラジウム等の合金を主成分とする電極材料、あ
るいは白金と基体材料や例えば圧電/電歪材料とのサー
メット材料が好適に用いられる。The material of the electrode formed on the side wall is not particularly limited as long as it is a conductor that can withstand a high temperature oxidizing atmosphere, and it may be, for example, a simple metal or an alloy, and an insulating material. It does not matter even if it is a mixture of the basic ceramics and a simple metal or an alloy thereof. More preferably, platinum, palladium, high melting point noble metals such as rhodium, or silver-palladium, silver-platinum,
An electrode material containing an alloy such as platinum-palladium as a main component, or a cermet material of platinum and a base material or a piezoelectric / electrostrictive material is preferably used.
【0104】 ポンプユニット(B)に用いられる変位
伝達部は、アクチュエータ部におけるセルの側壁の伸縮
変位を直接伝達出来る程度の硬度を有するものが好まし
い。例えば、ゴム、有機樹脂、有機接着フイルム、ガラ
ス等が好ましいものとして挙げられるが、上述したセラ
ミックスであってもかまわない。最も好ましくは、エポ
キシ系、アクリル系、シリコーン系、ポリオレフィン系
等の有機樹脂、これらの混合物又は有機接着フイルムが
よい。更に、これらにフィラーを混ぜて硬化収縮を抑制
したものも有効である。これらを用いれば、変位伝達部
をセルの蓋板に接着させるのに、変位伝達部の材料その
ものを接着剤として兼ねることが出来る。ポンプユニッ
ト(C)を用いる実施例として掲げたマイクロポンプ1
50の入力弁部、出力弁部を構成する変位伝達部も、同
様である。The displacement transmitting portion used in the pump unit (B) preferably has a hardness sufficient to directly transmit the expansion and contraction displacement of the side wall of the cell in the actuator portion. For example, rubber, organic resin, organic adhesive film, glass and the like are preferable, but the above-mentioned ceramics may be used. Most preferably, an epoxy-based, acrylic-based, silicone-based, or polyolefin-based organic resin, a mixture thereof, or an organic adhesive film is preferable. Further, it is also effective to add a filler to these to suppress curing shrinkage. When these are used, the material itself of the displacement transmitting portion can also serve as an adhesive when the displacement transmitting portion is adhered to the cell cover plate. Micro pump 1 listed as an example using the pump unit (C)
The same applies to the displacement transmission section that constitutes the input valve section and the output valve section of 50.
【0105】 ケーシングの構成材料としては、例え
ば、ガラス、石英、アクリル等のプラスチック、セラミ
ックス等、あるいは、金属等が挙げられる。ケーシング
は、接触する流体により腐食し難いものが好ましい。変
位伝達部と接触する場合には、それによって変形しない
程度の硬度を有することが好ましい。Examples of the constituent material of the casing include glass, quartz, plastics such as acrylic, ceramics and the like, or metal and the like. The casing is preferably one that is unlikely to be corroded by the fluid with which it comes into contact. When it comes into contact with the displacement transmitting part, it is preferable that the displacement transmitting part has a hardness that does not cause deformation.
【0106】[0106]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明に係るマ
イクロポンプによれば、小型、薄型であって、且つ、流
体の排出量(移動量)の増大化及び応答性の高速化を図
ることが出来る。As described above, according to the micropump of the present invention, the micropump is small and thin, and the discharge amount (movement amount) of the fluid is increased and the response speed is increased. Can be done.
【図1】 本発明に係るマイクロポンプの一実施形態を
示す断面図であり、図1(a)は停止状態を示し、図1
(b)は駆動状態を示す。1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a micropump according to the present invention, FIG. 1 (a) shows a stopped state, and FIG.
(B) shows a driving state.
【図2】 従来のポンプの一実施形態を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a conventional pump.
【図3】 本発明に係るマイクロポンプの製造方法の一
例を示す概略工程説明図である。FIG. 3 is a schematic process explanatory view showing an example of a method for manufacturing a micropump according to the present invention.
【図4】 本発明に係るマイクロポンプの製造方法の他
の一例を示す概略工程説明図である。FIG. 4 is a schematic process explanatory view showing another example of the method for manufacturing a micropump according to the present invention.
【図5】 本発明に係る打抜同時積層を含むマイクロポ
ンプの製造方法において、図5(a)は図3(b)のP
視端面図であり、図5(b)は図5(a)のM部の断面
拡大模式図である。5A and 5B show a method for manufacturing a micropump including simultaneous punching and laminating according to the present invention, wherein FIG.
FIG. 5B is a view end view, and FIG. 5B is an enlarged schematic cross-sectional view of the M portion in FIG.
【図6】 図3(a)に示すグリーンシートのスリット
孔打抜積層において、打抜同時積層を行う方法の一例を
示す工程説明図であり、図6(a)は、ダイに最初のグ
リーンシートを載せた1枚目準備工程を示し、図6
(b)は、最初のグリーンシートの打ち抜き工程を示
し、図6(c)は、2枚目のグリーンシートを載せた2
枚目準備工程を示し、図6(d)は、2枚目のグリーン
シートの打ち抜き工程を示し、図6(e)は、全シート
の打ち抜き、積層を終えてストリッパにより積層したグ
リーンシートを離す打抜完了工程を示す図である。6A and 6B are process explanatory views showing an example of a method of performing simultaneous punching and laminating in the slit hole punching and laminating of the green sheet shown in FIG. 3A, and FIG. FIG. 6 shows the first sheet preparation process with the sheet placed.
FIG. 6B shows the first green sheet punching step, and FIG. 6C shows the second green sheet 2
FIG. 6 (d) shows a second green sheet punching step, and FIG. 6 (e) shows punching and stacking of all the sheets to release the stacked green sheets with a stripper. It is a figure which shows a punching completion process.
【図7】 本発明に係るマイクロポンプの他の実施形態
を示す断面図であり、図7(a)は停止状態を示し、図
7(b)は駆動状態を示す。7A and 7B are cross-sectional views showing another embodiment of the micropump according to the present invention, FIG. 7A shows a stopped state, and FIG. 7B shows a driven state.
【図8】 本発明に係るマイクロポンプの更に他の実施
形態を示す断面図であり、図8(a)は停止状態を示
し、図8(b)は駆動状態を示す。8A and 8B are cross-sectional views showing still another embodiment of the micropump according to the present invention, FIG. 8A shows a stopped state, and FIG. 8B shows a driven state.
【図9】 本発明に係るマイクロポンプの他の実施形態
を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing another embodiment of the micropump according to the present invention.
【図10】 本発明に係るマイクロポンプの一実施形態
を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an embodiment of a micropump according to the present invention.
【図11】 本発明に係るマイクロポンプの他の実施形
態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing another embodiment of the micropump according to the present invention.
【図12】 本発明に係るマイクロポンプの更に他の実
施形態を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing still another embodiment of the micropump according to the present invention.
【図13】 本発明に係るマイクロポンプの一実施形態
を示す断面図であり、図13(a)は垂直断面を示し、
図13(b)は水平断面を示す。FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment of the micropump according to the present invention, FIG. 13 (a) shows a vertical cross section,
FIG. 13B shows a horizontal section.
【図14】 本発明に係るマイクロポンプの他の実施形
態を示す断面図であり、図14(a)は垂直断面を示
し、図14(b)は水平断面を示す。14A and 14B are cross-sectional views showing another embodiment of the micropump according to the present invention, wherein FIG. 14A shows a vertical cross section and FIG. 14B shows a horizontal cross section.
【図15】 本発明に係るマイクロポンプの更に他の実
施形態を示す断面図であり、図15(a)は垂直断面を
示し、図15(b)は水平断面を示す。15A and 15B are cross-sectional views showing still another embodiment of the micropump according to the present invention, FIG. 15A shows a vertical cross section, and FIG. 15B shows a horizontal cross section.
【図16】 本発明に係るマイクロポンプの動作を示す
説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing the operation of the micropump according to the present invention.
2…アクチュエータ部、3…セル、5…スリット
(A)、6…側壁、7…蓋板、8…ノズル、9…ノズル
板、10…パンチ、11…ストリッパ、12…ダイ、1
3,13a,13b…流路、14…ケーシング、15…
スリット孔、16,16a〜16c…グリーンシート、
17…引離治具、25…スリット孔、26…変位伝達
部、31…システム流体、32…流体、33…導入流
路、34…排出流路、35…流体導入開口部、36…流
体排出開口部、37…逆止弁、38…圧力損失形成部、
42…流路部、44…ポンプユニット(A)、45…ス
リット(B)、52…流路部、54…ポンプユニット
(B)、62…流路部、64…ポンプユニット(C)、
68…連通板、70…スペーサ板、72…連通開口部、
73…連通孔、74…貫通孔、83…入力弁部、84…
ポンプ部、85…出力弁部、93…入力弁部、94…ポ
ンプ部、95…出力弁部、101…マイクロポンプ、1
03…入力弁部、104…ポンプ部、105…出力弁
部、107…マイクロポンプ、109…マイクロポン
プ、110…ポンプ、112…ポンプ本体、114…ケ
ーシング、116…ポンプ部、118…入力弁部、12
0…出力弁部、126…変位伝達部、130…マイクロ
ポンプ、140…マイクロポンプ、142…振動部、1
50…マイクロポンプ。2 ... Actuator part, 3 ... Cell, 5 ... Slit (A), 6 ... Side wall, 7 ... Lid plate, 8 ... Nozzle, 9 ... Nozzle plate, 10 ... Punch, 11 ... Stripper, 12 ... Die, 1
3, 13a, 13b ... Flow path, 14 ... Casing, 15 ...
Slit holes, 16, 16a to 16c ... Green sheet,
17 ... Separation jig, 25 ... Slit hole, 26 ... Displacement transmitting part, 31 ... System fluid, 32 ... Fluid, 33 ... Introducing channel, 34 ... Discharging channel, 35 ... Fluid introducing opening, 36 ... Fluid discharging Opening part, 37 ... Check valve, 38 ... Pressure loss forming part,
42 ... Flow path part, 44 ... Pump unit (A), 45 ... Slit (B), 52 ... Flow path part, 54 ... Pump unit (B), 62 ... Flow path part, 64 ... Pump unit (C),
68 ... Communication plate, 70 ... Spacer plate, 72 ... Communication opening,
73 ... Communication hole, 74 ... Through hole, 83 ... Input valve part, 84 ...
Pump part, 85 ... Output valve part, 93 ... Input valve part, 94 ... Pump part, 95 ... Output valve part, 101 ... Micro pump, 1
03 ... Input valve section, 104 ... Pump section, 105 ... Output valve section, 107 ... Micro pump, 109 ... Micro pump, 110 ... Pump, 112 ... Pump body, 114 ... Casing, 116 ... Pump section, 118 ... Input valve section , 12
0 ... Output valve section, 126 ... Displacement transmission section, 130 ... Micro pump, 140 ... Micro pump, 142 ... Vibration section, 1
50 ... Micro pump.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/09 H01L 41/08 U (72)発明者 辻 裕之 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 北村 和正 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 3H075 AA09 BB01 BB16 BB30 CC10 CC32 CC34 DB02 EE14 3H077 AA08 BB10 DD06 EE01 EE34 EE36 FF03 FF14 FF22 FF36Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/09 H01L 41/08 U (72) Inventor Hiroyuki Tsuji 2-56 Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Nihon Insulator Co., Ltd. (72) Inventor Kazumasa Kitamura 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture F-term in Nihon Insulator Co., Ltd. (reference) 3H075 AA09 BB01 BB16 BB30 CC10 CC32 CC34 DB02 EE14 3H077 AA08 BB10 DD06 EE01 EE34 EE36 FF03 FF14 FF22 FF36
Claims (35)
り、圧力の働きによって流体を送り得るマイクロポンプ
であって、 前記ポンプ部は、ポンプユニットから構成され、 前記ポンプユニットは、圧力の変動を起こす少なくとも
1つのアクチュエータ部と、流体が流れる流路部と、か
ら構成され、前記アクチュエータ部は、連通板上に、圧
電/電歪体又は反強誘電体からなる2つの側壁を配列
し、前記側壁の、前記連通板と対向する面を蓋板で塞い
でセルを形成してなり、前記側壁が伸縮して生じる前記
セルの変位を通じて、前記流路部に圧力の変動を生じせ
しめ、流体の流路を選択的に形成し得るものであること
を特徴とするマイクロポンプ。1. A micropump comprising at least one pump unit capable of sending a fluid by the action of pressure, wherein the pump unit is composed of a pump unit, and the pump unit causes pressure fluctuation. The actuator unit includes at least one actuator unit and a flow channel unit through which a fluid flows. The actuator unit has two sidewalls made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body arranged on a communication plate. , The surface facing the communication plate is covered with a lid plate to form a cell, and the displacement of the cell caused by the expansion and contraction of the side wall causes a change in pressure in the flow path portion to cause a fluid flow. A micropump characterized by being capable of selectively forming a passage.
チュエータ部の側壁の両表面に電極膜を形成し、前記電
極膜に電圧を印加することにより、駆動電界に応じて前
記側壁が上下方向に伸縮する請求項1に記載のマイクロ
ポンプ。2. In the pump unit, an electrode film is formed on both surfaces of a side wall of the actuator portion, and a voltage is applied to the electrode film, whereby the side wall expands and contracts in the vertical direction according to a driving electric field. Item 2. The micropump according to Item 1.
チュエータ部の側壁を形成し得る圧電体の分極電界と駆
動電界とが、電界方向同一である請求項1又は2に記載
のマイクロポンプ。3. The micropump according to claim 1, wherein, in the pump unit, a polarization electric field and a driving electric field of a piezoelectric body that can form a side wall of the actuator portion have the same electric field direction.
チュエータ部の側壁の表面の結晶粒子状態は、粒内破壊
を受けている結晶粒子が1%以下である請求項1〜3の
何れか一項に記載のマイクロポンプ。4. The crystal grain state on the surface of the side wall of the actuator portion in the pump unit is 1% or less of crystal grains that have undergone intragranular fracture. Micro pump.
チュエータ部のセルの面の輪郭度が、略8μm以下であ
る請求項1〜4の何れか一項に記載のマイクロポンプ。5. The micropump according to claim 1, wherein in the pump unit, the contour of the cell surface of the actuator portion is approximately 8 μm or less.
チュエータ部のセルの内幅と高さとの比が、略1:2〜
1:40である請求項1〜5の何れか一項に記載のマイ
クロポンプ。6. In the pump unit, the ratio of the inner width and the height of the cell of the actuator portion is approximately 1: 2 to 2.
It is 1:40, The micro pump as described in any one of Claims 1-5.
チュエータ部のセルの内幅が、略60μm以下である請
求項1〜6の何れか一項に記載のマイクロポンプ。7. The micropump according to claim 1, wherein in the pump unit, an inner width of a cell of the actuator portion is about 60 μm or less.
チュエータ部の側壁の表面粗さRtが、略10μm以下
である請求項1〜7の何れか一項に記載のマイクロポン
プ。8. The micropump according to claim 1, wherein in the pump unit, a surface roughness Rt of a side wall of the actuator portion is about 10 μm or less.
において、前記連通板が圧電/電歪体又は反強誘電体か
らなり、前記側壁と一体成形されている請求項1〜8の
何れか一項に記載のマイクロポンプ。9. The actuator according to claim 1, wherein in the actuator portion of the pump unit, the communication plate is made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body and is integrally formed with the side wall. Micro pump.
部において、前記蓋板が圧電/電歪体又は反強誘電体か
らなり、前記側壁と一体成形されている請求項1〜9の
何れか一項に記載のマイクロポンプ。10. The actuator unit of the pump unit, wherein the lid plate is made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body, and is integrally molded with the side wall. Micro pump.
タ部のセルにシステム流体が充填され、流路部に前記シ
ステム流体とは非溶性の流体が流れる流路が予め形成さ
れ、前記セルと前記流路とは連通孔を介して通じ、前記
流路は、少なくとも前記連通孔が前記流路と通じるとこ
ろにおいて前記連通孔の径と略同幅であり、前記セルを
構成する側壁の上下方向の伸縮により、前記セルに充填
された前記システム流体が前記連通孔から前記流路側へ
侵入する体積を変化させて、流体の流路を選択的に形成
し得るポンプユニット(A)であり、 前記ポンプユニット(A)をポンプ部として用い、少な
くとも1つの前記ポンプ部を備えてなる請求項1〜10
の何れか一項に記載のマイクロポンプ。11. The pump unit of the pump unit, wherein a cell of an actuator section is filled with a system fluid, and a channel in which a fluid insoluble to the system fluid flows is formed in advance, the cell and the channel. Is communicated via a communication hole, the flow path is at least approximately the same width as the diameter of the communication hole where the communication hole communicates with the flow path, by the vertical expansion and contraction of the side wall forming the cell, A pump unit (A) capable of selectively forming a fluid flow path by changing a volume of the system fluid filled in the cell from the communication hole to the flow path side, the pump unit (A) ) Is used as a pump unit, and at least one pump unit is provided.
The micropump according to any one of 1.
クチュエータ部のセルの蓋板と少なくとも一部を接着す
る変位伝達部と、前記変位伝達部の前記アクチュエータ
部とは反対側の一部の面で流路を挟んで対面するケーシ
ングと、からなり、前記セルを構成する側壁の上下方向
の伸縮により、前記変位伝達部が対面する前記ケーシン
グの一部の面に対して接近・離反する変位を通じて、流
体の流路を選択的に形成し得るポンプユニット(B)で
あり、 前記ポンプユニット(B)をポンプ部として用い、少な
くとも1つの前記ポンプ部を備えてなる請求項1〜10
の何れか一項に記載のマイクロポンプ。12. The pump unit includes a displacement transmitting portion having a flow passage portion bonded to at least a part of a cover plate of a cell of the actuator portion, and a portion of the displacement transmitting portion on a side opposite to the actuator portion. A casing facing each other with a flow path sandwiched between the surfaces, and the displacement of the displacement transmitting section approaching / separating from a part of the surface of the casing facing by the vertical expansion / contraction of the side wall forming the cell. A pump unit (B) capable of selectively forming a fluid flow path through the pump unit, wherein the pump unit (B) is used as a pump unit, and at least one pump unit is provided.
The micropump according to any one of 1.
前記セル内とセル外とを通じる貫通孔が形成される請求
項12に記載のマイクロポンプ。13. In the pump unit (B),
The micropump according to claim 12, wherein a through hole passing through the inside of the cell and the outside of the cell is formed.
前記流路が潜在的に存在し、前記変位伝達部が対面する
前記ケーシングの一部の面に対して最も接近したときに
は、前記変位伝達部と前記ケーシングとは接触する請求
項12又は13に記載のマイクロポンプ。14. In the pump unit (B),
The displacement transmission part and the casing are in contact with each other when the flow path is potentially present and comes closest to a surface of a part of the casing facing the displacement transmission part. Micro pump.
前記流路部の変位伝達部に対応して複数のアクチュエー
タ部が割り当てられている請求項12〜14の何れか一
項に記載のマイクロポンプ。15. In the pump unit (B),
The micropump according to any one of claims 12 to 14, wherein a plurality of actuator parts are assigned corresponding to the displacement transmission parts of the flow path part.
クチュエータ部において、セルと隣接するセルとの間隔
と、前記セルの高さとの比が、略1:2〜1:40であ
る請求項15に記載のマイクロポンプ。16. The plurality of actuator portions of the pump unit (B) have a ratio of a distance between cells and an adjacent cell to a height of the cells is about 1: 2 to 1:40. The micropump described in.
クチュエータ部において、セルと隣接するセルとの間隔
が、略50μm以下である請求項15又は16に記載の
マイクロポンプ。17. The micropump according to claim 15 or 16, wherein in the plurality of actuator portions of the pump unit (B), the distance between adjacent cells is about 50 μm or less.
クチュエータ部において、セルの内幅、乃至、セルと隣
接するセルとの間隔が、少なくとも2種類の長さを有す
る請求項15〜17の何れか一項に記載のマイクロポン
プ。18. The plurality of actuator parts of the pump unit (B) according to claim 15, wherein an inner width of a cell or a distance between a cell and an adjacent cell has at least two types of lengths. The micropump according to claim 1.
エータ部において、前記セルの外側に前記流路部の変位
伝達部と同じ材料が充填されてなり、前記アクチュエー
タ部と前記流路部とが一体化して形成される請求項12
〜18の何れか一項に記載のマイクロポンプ。19. In the actuator part of the pump unit (B), the same material as that of the displacement transmitting part of the flow path part is filled outside the cell, and the actuator part and the flow path part are integrated. Formed by
The micropump according to any one of to 18.
タ部のセルに流体導入開口部及び流体排出開口部が形成
され、流路部に導入流路と排出流路とからなり流体が流
れる流路が予め形成され、前記導入流路は前記セルの流
体導入開口部に通じ、前記排出流路は前記セルの流体排
出開口部に通じてなり、前記セルを構成する側壁の上下
方向の伸縮により、前記セルの体積を変化させて前記セ
ル内に圧力を生じせしめ、流体の流路を選択的に形成し
得るポンプユニット(C)であり、 前記ポンプユニット(C)をポンプ部として用い、少な
くとも1つの前記ポンプ部を備えてなる請求項1〜10
の何れか一項に記載のマイクロポンプ。20. In the pump unit, a fluid introduction opening and a fluid discharge opening are formed in a cell of an actuator portion, and a flow passage including an introduction passage and a discharge passage is formed in a passage portion in advance. The introduction flow path communicates with the fluid introduction opening of the cell, the discharge flow path communicates with the fluid discharge opening of the cell, and by expansion and contraction in the vertical direction of the side wall forming the cell, A pump unit (C) capable of selectively forming a fluid flow path by changing a volume to generate a pressure in the cell, wherein the pump unit (C) is used as a pump portion, and at least one pump is provided. 1 to 10 comprising a part
The micropump according to any one of 1.
失形成部を有し、 導入側圧力損失形成部における、流体を導入する方向に
流した時の圧力損失ΔP1と、流体を導入する方向とは
反対方向へ流した時の圧力損失ΔP2と、 排出側圧力損失形成部における、流体を排出する方向に
流した時の圧力損失ΔP3と、流体を排出する方向とは
反対方向へ流した時の圧力損失ΔP4とが、次の2式、 ΔP1<ΔP4 ΔP2>ΔP3 を満足する請求項1〜20の何れか一項に記載のマイク
ロポンプ。21. A pressure loss forming portion is provided on the introduction side and the discharge side of the flow path, and the pressure loss ΔP1 when flowing in the introduction direction of the fluid in the introduction side pressure loss forming portion and the fluid are introduced. Pressure loss ΔP2 when flowing in the direction opposite to the direction, pressure loss ΔP3 when flowing in the direction of discharging the fluid in the discharge side pressure loss forming part, and flowing in the direction opposite to the direction of discharging the fluid 21. The micropump according to any one of claims 1 to 20, wherein the pressure loss ΔP4 at time satisfies the following two expressions, ΔP1 <ΔP4 ΔP2> ΔP3.
導入する方向に向けて連続的に断面積が小さくなるテー
パー状であり、前記排出側圧力損失形成部が、流体を排
出する方向に向けて連続的に小さくなるテーパー状であ
る請求項21に記載のマイクロポンプ。22. The introduction-side pressure loss forming portion has a taper shape in which a cross-sectional area continuously decreases in a direction of introducing a fluid, and the discharge-side pressure loss forming portion extends in a direction of discharging a fluid. 22. The micropump according to claim 21, wherein the micropump has a taper shape that becomes smaller continuously.
部が、逆止弁である請求項21に記載のマイクロポン
プ。23. The micropump according to claim 21, wherein the pressure loss forming portions on the introduction side and the discharge side are check valves.
とも1組の直列接続を有する請求項11〜23の何れか
一項に記載のマイクロポンプ。24. The micropump according to claim 11, wherein a plurality of the pump parts are provided and at least one set of series connection is provided.
続と並列接続とが任意に組み合わされて接続されている
請求項11〜23の何れか一項に記載のマイクロポン
プ。25. The micropump according to any one of claims 11 to 23, wherein a plurality of the pump parts are provided and are connected in any combination of series connection and parallel connection.
接する2つのポンプ部の少なくとも1組が、流路部に生
じせしめる圧力の変動の位相を互いにずらすことによ
り、流路部の流体の流れを制御し得る請求項24又は2
5に記載のマイクロポンプ。26. Among the plurality of pump parts, at least one set of two pump parts adjacent in series shifts the phases of pressure fluctuations generated in the flow path part from each other, whereby A flow controllable device according to claim 24 or 2.
5. The micro pump according to item 5.
が、同種のポンプユニットである請求項24〜26の何
れか一項に記載のマイクロポンプ。27. The micropump according to any one of claims 24 to 26, wherein the pump units of the plurality of pump units are the same type of pump unit.
る少なくとも1つのポンプ部間に、請求項11〜23に
記載の前記ポンプユニット(A)、ポンプユニット
(B)、ポンプユニット(C)のうち何れかのポンプユ
ニットから構成される弁部が介在している請求項24〜
27の何れか一項に記載のマイクロポンプ。28. Of the pump unit (A), the pump unit (B), and the pump unit (C) according to any one of claims 11 to 23, between the at least one adjacent pump parts in the plurality of pump parts. 25. The valve part comprised from either pump unit is interposed.
27. The micro pump according to any one of 27.
記弁部のポンプユニットとが、同種のポンプユニットで
ある請求項28に記載のマイクロポンプ。29. The micropump according to claim 28, wherein the pump unit of the pump section and the pump unit of the valve section are the same type of pump unit.
〜23に記載の前記ポンプユニット(A)、ポンプユニ
ット(B)、ポンプユニット(C)のうち何れかのポン
プユニットから構成される少なくとも1つの入力弁部を
有する請求項1〜29の何れか一項に記載のマイクロポ
ンプ。30. The method according to claim 11, wherein the introduction side of the pump portion is provided.
30. The pump unit (A) according to claim 23, the pump unit (B), and at least one input valve portion configured from any pump unit of the pump unit (C). The micropump according to item 1.
記入力弁部のポンプユニットとが、同種のポンプユニッ
トである請求項30に記載のマイクロポンプ。31. The micropump according to claim 30, wherein the pump unit of the pump section and the pump unit of the input valve section are the same type of pump unit.
〜23に記載の前記ポンプユニット(A)、ポンプユニ
ット(B)、ポンプユニット(C)のうち何れかのポン
プユニットから構成される少なくとも1つの出力弁部を
有する請求項1〜31の何れか一項に記載のマイクロポ
ンプ。32. The method according to claim 11, wherein the discharge side of the pump portion is provided.
23. The pump unit (A) according to claim 23, a pump unit (B), and at least one output valve unit configured from any pump unit of the pump unit (C). The micropump according to item 1.
記出力弁部のポンプユニットとが、同種のポンプユニッ
トである請求項32に記載のマイクロポンプ。33. The micropump according to claim 32, wherein the pump unit of the pump unit and the pump unit of the output valve unit are the same type of pump unit.
部が、 圧電/電歪体又は反強誘電体からなり複数のスリット
(A)が形成されたスペーサ板と、前記スペーサ板の一
方の側に重ね合わせ前記スリット(A)を覆蓋する蓋板
と、前記スペーサ板の他方の側に重ね合わせ前記スリッ
ト(A)を覆蓋する連通板と、からなり、 前記スリット(A)と隣接するスリット(A)との間に
は、前記蓋板及び前記スペーサ板を貫通するスリット
(B)が形成されている請求項1〜33の何れか一項に
記載のマイクロポンプ。34. An actuator portion of the pump unit is formed of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body and has a plurality of slits (A) formed therein, and the spacer plate is superposed on one side of the spacer plate. A slit plate that covers the slit (A), and a communication plate that overlaps the other side of the spacer plate and covers the slit (A), and includes a slit (A) adjacent to the slit (A). The micropump according to any one of claims 1 to 33, wherein a slit (B) penetrating the cover plate and the spacer plate is formed between the micropumps.
電体からなる2つの側壁を配列し、前記側壁の、前記連
通板と対向する面を蓋板で塞いでセルを形成してなり、
前記側壁が伸縮して前記セルに変位を生じるアクチュエ
ータ部を有するマイクロポンプの、パンチとダイを用い
た製造方法であって、 圧電/電歪材料又は反強誘電材料からなる複数のグリー
ンシートを用意し、 前記パンチにより、第一のグリーンシートに第一のスリ
ット孔を開ける第一の工程と、前記第一のスリット孔か
ら前記パンチを抜き取らない状態で、前記第一のグリー
ンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二の工
程と、前記パンチの先端部が引き上げた前記第一のグリ
ーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パ
ンチを引き上げる第三の工程と、 前記パンチにより、第二のグリーンシートに第二のスリ
ット孔を開ける第四の工程と、前記第二のスリット孔か
ら前記パンチを抜き取らない状態で、前記第二のグリー
ンシートを前記第一のグリーンシートとともに引き上げ
る第五の工程と、前記パンチ先端部が引き上げた前記第
二のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度
に、前記パンチを引き上げる第六の工程と、 以降、複数枚のグリーンシートを第四の工程から第六の
工程を繰り返して積層し、複数のスリットを有する圧電
/電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含むことを特
徴とするマイクロポンプの製造方法。35. A cell is formed by arranging two side walls made of a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body on a communication plate, and closing a surface of the side wall facing the communication plate with a cover plate. Tena,
A method for manufacturing a micropump having an actuator portion in which the side wall expands and contracts to cause displacement in the cell, using a punch and a die, wherein a plurality of green sheets made of a piezoelectric / electrostrictive material or an antiferroelectric material is prepared. Then, the first step of forming a first slit hole in the first green sheet by the punch, and the first green sheet is closely attached to the stripper in a state where the punch is not pulled out from the first slit hole. A second step of pulling the punch so that the tip of the punch is slightly pulled in from the lowermost portion of the pulled first green sheet, and a second step of pulling the punch by the second step. A fourth step of forming a second slit hole in the green sheet, and a step of removing the second slit hole from the second slit hole without removing the punch from the second slit hole. A fifth step of pulling up the punch sheet together with the first green sheet, and a sixth step of pulling up the punch to such an extent that the punch tip portion is slightly pulled in from the lowermost portion of the pulled up second green sheet, , A micropump including a step of stacking a plurality of green sheets by repeating the fourth to sixth steps to form a piezoelectric / electrostrictive body or an antiferroelectric body having a plurality of slits. Manufacturing method.
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