JP2003114173A - 液体搬送装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な流路に沿って微少量の液体を良好に搬
送する。 【解決手段】 液体室１１、各加圧室１２ａ〜１２ｄ、
液体溜室１３および各連通部１４ａ〜１４ｅとを有する
第１の基板５と、この第１の基板５上に設けられた弾性
を有する第２の基板６とを備える。そして、第２の基板
６上の各加圧室１２ａ〜１２ｄに対応する位置および各
連通部１４ａ〜１４ｅに対応する位置にそれぞれ配設さ
れて、各加圧室内１２ａ〜１２ｄの液体を加圧して液体
を搬送するための各加圧室用の圧電素子２１ａ〜２１ｄ
と、各連通部１４ａ〜１４ｅの流路の断面積を変化させ
て液体を搬送するための各連通部用の圧電素子２２ａ〜
２２ｅとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば被検体とし
て血液や排水等の微少量の液体を搬送するための液体搬
送装置およびこの液体搬送装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体プロセスを利用したマイク
ロマシ−ニングによりＳｉ基板に立体的にかつ微細な加
工を施すことが容易とされて、微少量の液体が流される
微細な流路等が加工されている。一方で先端技術、健康
増進を目指した予防医学あるいは医療の高度化、環境問
題の高まり、健康管理の意識拡大に伴って、環境測定や
血液分析等の化学分析装置の需要が増加しており、微少
量の液体を簡便かつ定量的に取り扱うことが必要となっ
てきた。

【０００３】しかしながら、微少量の流体を搬送する場
合、流路壁面の損失、すなわち管内損失が大きいため、
微少量の流体が流路を流れ難くなるという問題点があっ
た。

【０００４】従来の液体搬送方法には、特開平７−３３
２２９９号公報に開示されているように、搬送手段とし
て圧電素子が取り付けられた駆動板を流路の管壁に固定
して、圧電体が伸縮を繰り返すことによって、駆動板に
大きさの異なる速度ベクトルを与え、この振動によって
液体に流れを発生させているものがある。

【０００５】他の従来の液体搬送方法には、特開平５−
１８７９７４号公報に開示されているように、搬送手段
として液体の表面張力によって球状態となった液体を移
送用部材に載せて移動させることによって、球状液体を
移送するものがある。

【０００６】更に他の従来搬送方法には、特開昭６０−
８６４３９号公報に開示されているように、搬送手段と
して吸引を用いて液体を内径０．５ｍｍから１．０ｍｍ
の耐薬品性を有する硬質ガラスによって形成された流路
内で搬送している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平７−３３２２９９号公報に開示されている従来
の液体搬送方法は、流路の管壁を圧電素子の伸縮モード
で駆動板を介して振動させて、駆動板に大きさの異なる
速度ベクトルを与え、この振動によって液体を搬送する
ため、複数の流路からなり、かつ微細な流路を形成する
ことが困難である。

【０００８】また、上述した特開平５−１８７９７４号
公報に開示されている従来の液体搬送方法は、表面張力
によって球状化された液体を移送用部材に載せて移動す
るため、液体が移動する雰囲気の影響を受けやすく、例
えば搬送途中に液体が蒸発したりや落下したり、あるい
は搬送中に液体が汚損することを防止するために雰囲気
の清浄化を考慮する必要が生じるという不都合がある。

【０００９】また、特開昭６０−８６４３９号公報に開
示されている従来の液体搬送方法は、硬質ガラスからな
る円筒状の流路内に吸引によって液体を搬送する場合、
複数の流路を微細かつ高密度に形成することが困難であ
った。

【００１０】そこで、本発明は、微細な流路に沿って微
少量の液体を良好に搬送することができる液体搬送装置
およびこの液体搬送装置の製造方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明に係る液体搬送装置は、搬送すべき液体が
収容される液体室と、この液体室から搬送された液体を
加圧して搬出する加圧室と、この加圧室から搬送された
液体が溜められる液体溜室と、これら液体室、加圧室お
よび液体溜室の各間に位置されて互いに連通させる連通
部とが、液体の流路に沿った溝状にそれぞれ設けられた
第１の基板を備える。また、この液体搬送装置は、液体
室、加圧室、液体溜室および前記連通部の各壁面をなす
ように第１の基板上に重ね合わされて設けられた弾性を
有する第２の基板を備える。また、この液体搬送装置
は、第２の基板上の加圧室に対応する位置に配設され
て、第２の基板の一部を押圧して弾性変位させることに
より加圧室内の液体を加圧して液体を搬送するための加
圧室用の押圧手段と、第２の基板上の加圧室に対応する
位置に配設されて、第２の基板の一部を押圧して弾性変
位させることにより連通部の流路の断面積を変化させて
液体を搬送するための連通部用のとを備える。

【００１２】以上のように構成された液体搬送装置は、
連通部用の押圧手段を変形させることに伴って第２の基
板の一部を弾性変位させて、連通部の流路の断面積を変
化させることにより、液体室内の液体を連通部側に搬送
する。また、この液体搬送装置は、加圧室用の押圧手段
を変形させることに伴って第２の基板の一部を弾性変位
させて、加圧室の体積を収縮させて加圧することによ
り、加圧室内の液体を液体溜室側に搬送する。そして、
この液体搬送装置は、連通部用の押圧手段および加圧室
用の押圧手段を順次繰り返して変形させて、第２の基板
の一部を弾性変形させることにより、液体室から液体溜
室に液体を搬送する。

【００１３】また、本発明に係る液体搬送装置は、第２
の基板上の液体室に対応する位置に更に他の押圧手段が
配設されることが好ましく、この押圧手段によって液体
室から液体が良好に搬出される。

【００１４】また、本発明に係る液体搬送装置は、第２
の基板上の液体溜室に対応する位置に更に他の押圧手段
が配設されることが好ましく、この押圧手段によって液
体溜室に搬送される液体の搬送量が制御される。

【００１５】また、本発明に係る液体搬送装置は、液体
溜室に、流路内の空気を外部に排出するための排気口が
設けられることが好ましく、液体が良好に搬送される。
また、本発明に係る液体搬送装置は、液体室に、外部か
ら空気を流入させるための通気口が設けられることが好
ましく、液体が良好に搬送される。

【００１６】また、本発明に係る液体搬送装置は、連通
部の底面が、連通部用の押圧手段によって第２の基板の
一部が押圧されて弾性変位された形状とほぼ等しい形状
に形成されることが好ましく、連通部の流路の断面積が
確実に縮小される。

【００１７】また、本発明に係る液体搬送装置は、第１
の基板がＳｉからなり、第２の基板がガラス材料からな
ることが好ましく、半導体プロセスによって液体の流路
が微細かつ高密度に形成することが可能とされる。

【００１８】また、本発明に係る液体搬送装置は、液体
溜室に他の液体を搬送するための他の液体室、他の連通
部および他の加圧室を備えることにより、複数種の異な
る液体を搬送するとともに混合することが可能とされ
る。

【００１９】また、本発明に係る液体搬送装置の製造方
法は、第１の基板の主面に、液体が供給される液体室
と、この液体室から搬送された液体を加圧して搬出させ
る加圧室と、この加圧室から搬送された液体が溜められ
る液体溜室と、これら液体室、加圧室および液体溜室の
各間に位置されて互いに連通させる連通部とを、液体の
流路に沿った溝状にそれぞれ形成する第１の工程を経て
製造する。また、この液体搬送装置の製造方法は、液体
室、加圧室、液体溜室および連通部の各壁面をなすよう
に第１の基板上に第２の基板を重ね合わせて接合する第
２の工程と、第１の基板上に接合された第２の基板が弾
性を有する厚みになるように加工する第３の工程と、第
２の基板上の加圧室および連通部に対応する位置に、加
圧室用の押圧手段および連通部用の押圧手段をそれぞれ
形成する第４の工程とを経て製造する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について、液体搬送装置およびこの液体搬送装置の製造
方法を図面を参照して説明する。

【００２１】なお、本実施形態の液体搬送装置は、例え
ば、微少量の液体を分析するための各種の分析装置に組
み込まれて微少量の液体を搬送するために使用される。
また、液体としては、例えば血液や、河川の水、工場廃
水等が適用される。

【００２２】図１に示すように、液体搬送装置１は、液
体の流路が溝状に形成された第１の基板５と、この第１
の基板５の流路の壁面をなすように第１の基板５に接合
される第２の基板６と、この第２の基板６上に配設され
て液体を第１の基板５の流路に沿って搬送するための駆
動部７とを備えている。

【００２３】第１の基板５は、例えばＳｉによって平板
状に形成されている。第１の基板５の主面には、図１お
よび図２に示すように、液体の流路順に、液体が収容さ
れる液体室１１と、この液体室１１から搬送された液体
を加圧して搬出する第１〜第４の加圧室１２ａ〜１２ｄ
と、これら各加圧室１２ａ〜１２ｄから搬送された液体
が溜められる液体溜室１３とがそれぞれ凹設されてい
る。

【００２４】また、第１の基板５の主面には、液体室１
１、各加圧室１２ａ〜１２ｄおよび液体溜室１３の各間
に位置されて互いに連通させる第１〜第５の連通部１４
ａ〜１４ｅがそれぞれ凹設されている。

【００２５】したがって、第１の基板５には、液体室１
１、各加圧室１２ａ〜１２ｄ、液体溜室１３および各連
通部１４ａ〜１４ｅとによって、液体室１１から液体溜
室１３に亘る流路が形成されている。また、第１の基板
５には、液体室１１から液体溜室１３に液体を搬送する
ための複数の流路が並列してそれぞれ形成されている。

【００２６】液体室１１および液体溜室１３は、ほぼ等
しい寸法に形成されている。液体溜室１３には、内部の
空気を外部に排出するための排気孔１６が設けられてお
り、液体を良好に搬送することが可能とされている。

【００２７】また、液体室１１には、図示しないが、外
部から内部に空気を流入させる通気孔が設けられてい
る。さらに、液体室１１には、図示しないが、搬送する
液体を供給するための供給口が設けられている。液体溜
室１３には、液体室１１から搬送された液体を外部に排
出するための排出口が設けられている。

【００２８】各第１〜第４の加圧室１２ａ〜１２ｄは、
それぞれ同一寸法に形成されており、体積が液体室１１
の体積に比して例えば１／１０以下に形成されている。
また、各加圧室１２ａ〜１２ｄは、第１の基板５の厚み
方向である第１の基板５の主面からの深さが、液体室１
１および液体溜室１３より浅くされている。すなわち、
各加圧室１２ａ〜１２ｄは、第１の基板５の主面に対す
る底面の位置が、液体室１１および液体溜室１３の底面
の位置より、第１の基板５の主面側に位置されている。

【００２９】各第１〜第５の連通部１４ａ〜１４ｅは、
それぞれ同一寸法に形成されており、第１の基板５の主
面にほぼ平行な平坦面とされる底面を有している。これ
ら各連通部１４ａ〜１４ｅは、第１の基板５の厚み方向
である第１の基板５の主面からの深さが、各加圧室１２
ａ〜１２ｄより浅くされている。すなわち、各連通部１
４ａ〜１４ｅは、第１の基板５の主面に対する底面の位
置が、各加圧室１２ａ〜１２ｄの底面の位置より、第１
の基板５の主面側に位置されている。また、各連通部１
４ａ〜１４ｅは、流路の開口寸法である断面積が、各加
圧室１２ａ〜１２ｄの流路の断面積より小とされてい
る。

【００３０】第２の基板６は、例えば、透明なガラス材
料によって平板状に形成された、いわゆるガラス基板が
用いられている。このガラス基板としては、例えば、ア
ルミノシリケートガラスであるＳＤ−２（登録商標：Ｈ
ＯＹＡ（株））や、ボロンシリケートガラスであるパイ
レックスガラス（登録商標：コーニング社）が用いられ
ている。

【００３１】第２の基板６は、第１の基板５上に載置さ
れて、例えば陽極接合によって接合されている。そし
て、第１の基板５上に接合された第２の基板６は、第１
の基板５に隣接する面が、第１の基板５側の液体室１
１、各加圧室１２ａ〜１２ｄ、各連通部１４ａ〜１４ｅ
および液体溜室１３の各壁面をなしている。また、この
第２の基板６は、例えば研磨加工によって厚さが５μｍ
程度に形成されることにより振動板とされて、弾性変位
が可能とされている。

【００３２】液体搬送装置１が備える駆動部７は、図３
および図４に示すように、各第１〜第４の加圧室１２ａ
〜１２ｄ内の各液体を加圧して搬送する第１〜第４の加
圧室用の圧電素子２１ａ〜２１ｄと、第１〜第５の連通
部１４ａ〜１４ｅの流路の断面積を変化させるための第
１〜第５の連通部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅとを備え
ている。

【００３３】また、この駆動部７は、液体室１１内の液
体を加圧して搬出するための液体室用の圧電素子２３
と、液体溜室１３内の液体を外部に排出するための液体
溜室用の圧電素子２４とを備えている。

【００３４】各加圧室用の圧電素子２１ａ〜２１ｄ、各
連通部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅ、液体室用の圧電素
子２３および液体溜室用の圧電素子２４は、第２の基板
６上の各加圧室１２ａ〜１２ｄ、各連通部１４ａ〜１４
ｅ、液体室１１および液体溜室１３にそれぞれ対応する
位置に配設されており、また液体室１１と液体溜室１３
との間の各流路にそれぞれ配設されている。

【００３５】これら各加圧室用の圧電素子２１ａ〜２１
ｄ、各連通部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅ、液体室用の
圧電素子２３および液体溜室用の圧電素子２４は、弾性
変位する圧電体２６と、この圧電体２６に電圧を印加す
る上電極２７および下電極２８とを有している。各圧電
素子２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｅ，２３，２４は、
圧電体２６として例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸
鉛）が用いられ、上下電極２７，２８として例えばＰｔ
が用いられている。

【００３６】また、各上下電極２７，２８は、図示しな
いが、電圧を印加するための印加部に電気的に接続され
ている。各圧電素子２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｅ，
２３，２４は、印加部による電圧の印加に伴って圧電体
２６が変形されて、第２の基板６の一部を弾性変位させ
る。また、各圧電素子２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２
ｅ，２３，２４は、印加部による電圧の印加がなくなっ
たとき、弾性変位された第２の基板６の一部が弾性力に
より元に復帰する。

【００３７】なお、本実施例において、圧電体２６とし
てＰＺＴが用いられたが、ペロブスカイト型の結晶構造
を有する材料であればよく、例えばチタン酸バリウム、
チタン酸鉛等の他の材料が用いられてもピエゾ効果を発
生させることが可能であり、ＰＺＴの代わりに用いるこ
とが可能である。

【００３８】各加圧室用の圧電素子２１ａ〜２１ｄ、各
連通部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅ、液体室用の圧電素
子２３および液体溜室用の圧電素子２４は、第２の基板
６上に、圧電体２６、上下電極２７，２８となる各薄膜
が、第２の基板６上に下電極２８、圧電体２６、上電極
２７の順に薄膜がそれぞれ被覆形成されて、所定の領域
以外の各薄膜を除去することによってそれぞれ形成され
ている。

【００３９】また、図示しないが、第２の基板６に対向
する位置には、例えば、液体を分析するための光学的分
析手段が配設される。この光学的分析手段によって、液
体搬送装置１は、搬送過程における液体を分析をするこ
とが可能とされる。

【００４０】以上のように構成された液体搬送装置１に
ついて、液体室１１から液体溜室１３に液体を搬送する
動作を図面を参照して説明する。

【００４１】まず、液体搬送装置１は、液体室１１に所
定の微少量の液体が供給されて収容されている。液体搬
送装置１は、液体室用の圧電素子２３に電圧を印加する
ことにより、この液体室用の圧電素子２３の変形に伴っ
て第２の基板６の一部が弾性変形されて、液体室１１内
の液体が第１の連通部１４ａに搬入される。

【００４２】つぎに、第１の連通部１４ａは、第１の連
通部用の圧電素子２２ａが変形することに伴って第２の
基板６の一部が弾性変形されて、流路の断面積が縮小さ
れる。第１の連通部１４ａ内の液体は、第１の連通部用
の圧電素子２２ａによって第２の基板６の一部が弾性変
形されることにより、第１の連通部１４ａ内から第１の
加圧室１２ａに搬送される。

【００４３】そして、第１の加圧室１２ａは、第１の加
圧室用の圧電素子２１ａが変形することに伴って第２の
基板６の一部が弾性変形されて、第１の加圧室１２ａ内
の液体を加圧する。第１の加圧室１２ａ内の液体は、第
１の加圧室用の圧電素子２１ａによって第２の基板６の
一部が弾性変形されることにより、第１の加圧室１２ａ
から第２の連通部１４ｂ内に搬送される。

【００４４】また、液体搬送装置１は、第１の加圧室１
２ａ内の液体を第２の連通部１４ｂに搬送する際に、第
１の連通部用の圧電素子２２ａによって第１の連通部１
４ａの流路の断面積を縮小させることにより、流動抵抗
が大きくなるため、第１の連通部１４ａを介して液体室
１１側に液体が逆流することが抑制される。さらに、液
体搬送装置１は、第１の加圧室１２ａ内の液体を第２の
連通部１４ｂに搬送する際に、第２の連通部用の圧電素
子２２ｂによって第２の連通部１４ｂの流路の断面積を
拡大させることにより、流動抵抗が小さくなるため、第
２の連通部１４ｂに液体が良好に搬送される。

【００４５】また、液体搬送装置１は、液体溜室用の圧
電素子２４により第２の基板６の一部を弾性変位させ
て、液体溜室１３を加圧することによって、液体溜室１
３に搬送される液体の搬送量が制御される。

【００４６】以降、上述した各動作と同様に、液体搬送
装置１は、第２の連通部１４ｂから第２の加圧室１２ｂ
に液体を搬送し、液体を矢印方向に順次搬送して、繰り
返すことにより液体室１１から液体溜室１３に搬送す
る。そして、液体搬送装置１は、搬送される液体に伴っ
て、流路内を流動する気体を液体溜室１３の排気孔１６
から排出する。

【００４７】つぎに、上述した液体搬送装置の製造方法
について説明する。液体搬送装置の製造方法は、第１の
基板５に液体の流路を形成する第１の工程と、第１の基
板５上に第２の基板６を接合する第２の工程と、第２の
基板６が弾性を有する厚みになるように加工する第３の
工程と、第２の基板６上に各圧電素子２１ａ〜２１ｄ，
２２ａ〜２２ｅ，２３，２４を構成する各薄膜を被覆形
成する第４の工程と、第２の基板６上の所定の位置に各
圧電素子２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｅ，２３，２４
を形成する第５の工程とを経て製造する。

【００４８】第１の工程は、第１の基板５の主面に、液
体が供給される液体室１１と、この液体室１１から搬送
された液体を加圧して搬出させる各加圧室１２ａ〜１２
ｄと、各加圧室１２ａ〜１２ｄを介して搬送された液体
が溜められる液体溜室１３と、液体室１１、各加圧室１
２ａ〜１２ｄおよび液体溜室１３の各間に位置されて互
いに連通させる各連通部１４ａ〜１４ｅとを、例えばフ
ォトリソグラフ加工によるエッチング処理によって液体
の流路に沿った溝状にそれぞれ形成する溝加工工程であ
る。なお、エッチング処理は、例えばＩＣＰ（誘導結合
プラズマ）を用いて行われる。

【００４９】第２の工程は、液体室１１、各加圧室１２
ａ〜１２ｄ、液体溜室１３および各連通部１４ａ〜１４
ｅの各壁面をなすように第１の基板５上に第２の基板６
を重ね合わせて、例えば陽極接合によって接合する接合
工程である。

【００５０】第３の工程は、第１の基板５上に接合され
た第２の基板６が弾性性を有するように、厚みが５μｍ
程度になるように研磨加工する研磨工程である。

【００５１】第４の工程は、圧電体２６、上下電極２
７，２８となる各薄膜が、第２の基板６上に下電極２
８、圧電体２６、上電極２７の順に薄膜をそれぞれ被覆
形成する成膜工程である。

【００５２】第５の工程は、第２の基板６上に成膜され
た各薄膜から、液体室１１、各加圧室１２ａ〜１２ｄ、
液体溜室１３および各連通部に対応する位置を除く他の
領域の各薄膜を、例えばフォトリソグラフ加工によるエ
ッチング処理によって除去して、液体室用の圧電素子２
３、液体溜室用の圧電素子２４、各加圧室用の圧電素子
２１ａ〜２１ｄおよび各連通部用の圧電素子２２ａ〜２
２ｅをそれぞれ形成する薄膜除去工程である。

【００５３】上述したように、液体搬送装置１によれ
ば、各加圧室１２ａ〜１２ｄおよび各連通部１４ａ〜１
４ｅに対応する位置に、各加圧室用の圧電素子２１ａ〜
２１ｄおよび各連通部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅがそ
れぞれ配設された駆動部７を備えることにより、微少量
の液体を確実かつ良好に搬送することができる。

【００５４】また、この液体搬送装置１によれば、第１
および第２の基板５，６によって閉塞された流路に沿っ
て液体が搬送されるため、搬送される液体が搬送中に蒸
発したり汚損したりすることなく、良好に搬送すること
ができる。

【００５５】また、液体搬送装置１およびこの製造方法
によれば、半導体プロセスを利用して微少量の液体を搬
送する複数の流路を微細かつ高密度に形成することが可
能とされるとともに装置全体の小型化を図ることができ
る。

【００５６】また、液体搬送装置１およびこの製造方法
によれば、第２の基板として透明なガラス材料によって
形成されているため、第２の基板側から搬送状態の液体
を目視により観察することが可能とされる。

【００５７】なお、上述した液体搬送装置１が備える第
１の基板５には、各連通部１４ａ〜１４ｅの底面が平坦
面に形成されたが、各連通部の底面が円弧状に形成され
た他の第１の基板について以下説明する。他の各連通部
が設けられた第１の基板５は、上述した第１の基板５と
他の構成が同一であるため、同一部材、同一箇所には同
一符号を付して説明を省略する。

【００５８】図５に示すように、他の第１の基板３５に
は、液体室１１、各加圧室１２ａ〜１２ｄ、液体溜室１
３を連通する他の各連通部４４ａ〜４４ｅがそれぞれ設
けられている。

【００５９】これら連通部４４ａ〜４４ｅは、図５およ
び図６に示すように、底面４５が、各連通部用の圧電素
子２２ａ〜２２ｅが流路側に弾性変位された形状である
略円弧状にほぼ等しい略円弧状に形成されている。した
がって、これら連通部４４ａ〜４４ｅによれば、各連通
部用の圧電素子２２ａ〜２２ｅによって第２の基板６の
一部が流路側に弾性変位したときに、この一部が底面４
５に倣うため、底面４５に対して隙間なく流路を閉じる
ことが可能とされる。なお、これら連通部４４ａ〜４４
ｅの底面４５は、例えばディレイ・プロセス・エッチン
グ処理によって形成されている。

【００６０】上述した連通部４４ａ〜４４ｅによれば、
底面４５が円弧状に形成されたことにより、流路の断面
積が確実に縮小されるため、搬送される液体の流動を更
に良好に制御することが可能とされて、液体を更に良好
に搬送することができる。

【００６１】つぎに、上述した液体搬送装置１は、液体
室１１を１つ備える構成とされたが、複数の液体室を備
えることにより、例えば異なる２種類の各液体を混合す
ることが可能な他の液体搬送装置について図面を参照し
て説明する。なお、他の液体搬送装置において、上述し
た液体搬送装置１と構成が同一とされる部材については
詳細な説明を省略する。

【００６２】図７に示すように、他の液体搬送装置２
は、異なる液体の流路がそれぞれ溝状に形成された第１
の基板５５と、この第１の基板５５の各流路の壁面をな
すように第１の基板５５に接合される第２の基板５６
と、この第２の基板５６上に配設されて液体を第１の基
板５５の各流路に沿って搬送するための第１および第２
の駆動部５７，５８とを備えている。

【００６３】第１の基板５５は、例えばＳｉによって平
板状に形成されている。第１の基板５５の主面には、液
体の流路順に、異なる液体がそれぞれ収容される第１お
よび第２の液体室６１，６２と、これら各液体室６１，
６２からそれぞれ搬送された各液体を加圧して搬出する
第１〜第４の加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ
と、これら各加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄか
ら搬送された各液体が溜められる液体溜室６５とがそれ
ぞれ凹設されている。

【００６４】また、第１の基板５５の主面には、第１の
液体室６１、各加圧室６３ａ〜６３ｄおよび液体溜室６
５の各間に位置されて互いに連通させる第１〜第５の連
通部６６ａ〜６６ｅがそれぞれ凹設されている。同様
に、第１の基板５５の主面には、第２の液体室６２、各
加圧室６４ａ〜６４ｄおよび液体溜室６５の各間に位置
されて互いに連通させる第１〜第５の連通部６７ａ〜６
７ｅがそれぞれ凹設されている。

【００６５】したがって、第１の基板５５には、第１の
液体室６１、各加圧室６３ａ〜６３ｄ、液体溜室６５お
よび各連通部６６ａ〜６６ｅとによって、液体室６１か
ら液体溜室６５に亘る流路が形成されている。同様に、
第１の基板５５には、第２の液体室６２、各加圧室６４
ａ〜６４ｄ、液体溜室６５および各連通部６７ａ〜６７
ｅとによって、第２の液体室６２から液体溜室６５に亘
る流路が形成されている。また、図示しないが、第１の
基板５５には、各液体室６１，６２から液体溜室６５に
各液体を搬送するための複数の流路が並列してそれぞれ
形成されている。

【００６６】各液体室６１，６２および液体溜室６５
は、ほぼ等しい寸法に形成されている。液体溜室６５に
は、内部の空気を外部に排出するための排気孔が設けら
れており、液体を良好に搬送することが可能とされてい
る。

【００６７】また、各液体室６１，６２には、図示しな
いが、外部から内部に空気を流入させる通気孔７６が設
けられている。さらに、各液体室６１，６２には、図示
しないが、搬送する液体を供給するための供給口が設け
られている。液体溜室６５には、各液体室６１，６２か
ら搬送された液体を外部に排出するための排出口が設け
られている。

【００６８】各第１〜第４の加圧室６３ａ〜６３ｄ，６
４ａ〜６４ｄは、それぞれ同一寸法に形成されており、
体積が各液体室６１，６２の体積に比して例えば１／１
０以下に形成されている。また、各加圧室６３ａ〜６３
ｄ，６４ａ〜６４ｄは、第１の基板５５の厚み方向であ
る第１の基板５５の主面からの深さが、各液体室６１，
６２および液体溜室６５より浅くされている。すなわ
ち、各加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄは、第１
の基板５５の主面に対する底面の位置が、各液体室６
１，６２および液体溜室６５の底面の位置より、第１の
基板５５の主面側に位置されている。

【００６９】各第１〜第５の連通部６６ａ〜６６ｅ，６
７ａ〜６７ｅは、それぞれ同一寸法に形成されており、
後述する各連通部用の圧電素子によって弾性変位された
第２の基板５６の一部の形状にほぼ等しい円弧状に形成
された底面を有している。これら各連通部６６ａ〜６６
ｅ，６７ａ〜６７ｅは、第１の基板５５の厚み方向であ
る第１の基板５５の主面からの深さが、各加圧室６３ａ
〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄより浅くされている。すなわ
ち、各連通部６６ａ〜６６ｅ，６７ａ〜６７ｅは、第１
の基板５５の主面に対する底面の位置が、各加圧室６３
ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄの底面の位置より、第１の
基板５５の主面側に位置されている。また、各連通部６
６ａ〜６６ｅ，６７ａ〜６７ｅは、流路の開口寸法であ
る断面積が、各加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ
の流路の断面積より小とされている。

【００７０】第２の基板５６は、例えば、透明なガラス
材料によって平板状に形成された、いわゆるガラス基板
が用いられている。このガラス基板としては、例えば、
アルミノシリケートガラスであるＳＤ−２（登録商標：
ＨＯＹＡ（株））や、ボロンシリケートガラスであるパ
イレックスガラス（登録商標：コーニング社）が用いら
れている。

【００７１】第２の基板５６は、第１の基板５５上に載
置されて、例えば陽極接合によって接合されている。そ
して、第１の基板５５上に接合された第２の基板５６
は、第１の基板５５に隣接する面が、第１の基板５５側
の各液体室６１，６２、各加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４
ａ〜６４ｄ、各連通部６６ａ〜６６ｅ，６７ａ〜６７ｅ
および液体溜室６５の各壁面をなしている。また、この
第２の基板５６は、研磨加工によって厚さが１０μｍ程
度に形成されることにより振動板とされて、弾性変位が
可能とされている。

【００７２】液体搬送装置２が備える各駆動部５７，５
８は、各第１〜第４の加圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜
６４ｄ内の各液体を加圧して搬送する第１〜第４の加圧
室用の圧電素子７１ａ〜７１ｄ，７２ａ〜７２ｄと、第
１〜第５の連通部６６ａ〜６６ｅ，６７ａ〜６７ｅの流
路の断面積を変化させるための第１〜第５の連通部用の
圧電素子７３ａ〜７３ｅ，７４ａ〜７４ｅとを備えてい
る。

【００７３】また、この駆動部５７，５８は、各液体室
６１，６２内の液体を加圧して搬出するための液体室用
の圧電素子７５，７６と、液体溜室６５内の液体を外部
に排出するための液体溜室用の圧電素子７７とを備えて
いる。

【００７４】各加圧室用の圧電素子７１ａ〜７１ｄ，７
２ａ〜７２ｄ、各連通部用の圧電素子７３ａ〜７３ｅ，
７４ａ〜７４ｅ、液体室用の圧電素子７５，７６および
液体溜室用の圧電素子７７は、第２の基板５６上の各加
圧室６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ、各連通部６６ａ
〜６６ｅ，６７ａ〜６７ｅ、各液体室６１，６２および
液体溜室６５にそれぞれ対応する位置に配設されてお
り、また各液体室６１，６２と液体溜室６５との間の各
流路にそれぞれ配設されている。

【００７５】これら各加圧室用の圧電素子７１ａ〜７１
ｄ，７２ａ〜７２ｄ、各連通部用の圧電素子７３ａ〜７
３ｅ，７４ａ〜７４ｅ、液体室用の圧電素子７５，７６
および液体溜室用の圧電素子７７は、弾性変位する圧電
体２６と、この圧電体２６に電圧を印加する上電極２７
および下電極２８とを有している。

【００７６】以上のように構成された液体搬送装置２に
ついて、各液体室６１，６２から液体溜室６５に液体を
搬送する動作を図面を参照して説明する。

【００７７】まず、液体搬送装置２は、各液体室６１，
６２に互いに異なる液体が所定の微少量それぞれ供給さ
れて収容されている。液体搬送装置２は、液体室用の圧
電素子７５，７６に電圧を印加することにより、これら
液体室用の圧電素子７５，７６の変形に伴って第２の基
板５６の一部が弾性変形されて、液各体室６１，６２内
の各液体が第１の連通部６６ａ、６７ａにそれぞれ搬入
される。

【００７８】つぎに、各第１の連通部６６ａ，６７ａ
は、各第１の連通部用の圧電素子７３ａ，７４ａが変形
することに伴って第２の基板５６の一部が弾性変形され
て、流路の断面積が縮小される。第１の連通部６６ａ，
６７ａ内の各液体は、第１の連通部用の圧電素子７３
ａ，７４ａによって第２の基板５６の一部が弾性変形さ
れることにより、第１の連通部６６ａ，６７ａ内から各
第１の加圧室６３ａ，６４ａにそれぞれ搬送される。

【００７９】そして、各第１の加圧室６３ａ，６４ａ
は、第１の加圧室用の圧電素子７１ａ，７２ａが変形す
ることに伴って第２の基板５６の一部が弾性変形され
て、各第１の加圧室６３ａ，６４ａ内の各液体をそれぞ
れ加圧する。各第１の加圧室６３ａ，６４ａ内の液体
は、第１の加圧室用の圧電素子７１ａ，７２ａによって
第２の基板５６の一部が弾性変形されることにより、各
第１の加圧室６３ａ，６４ａから各第２の連通部６６
ｂ，６７ｂ内にそれぞれ搬送される。

【００８０】また、液体搬送装置２は、各第１の加圧室
６３ａ，６４ａ内の各液体を第２の連通部６６ｂ，６７
ｂに搬送する際に、第１の連通部用の圧電素子７３ａ，
７４ａによって第１の連通部６６ａ，６７ａの流路の断
面積を縮小させることにより、流動抵抗が大きくなるた
め、第１の連通部６６ａ，６７ａを介して各液体室６
１，６２側に各液体が逆流することが抑制される。さら
に、液体搬送装置２は、第１の加圧室６３ａ，６４ａ内
の各液体を第２の連通部６６ｂ，６７ｂに搬送する際
に、第２の連通部用の圧電素子７３ｂ，７４ｂによって
第２の連通部６６ｂ，６７ｂの流路の断面積を拡大させ
ることにより、流動抵抗が小さくなるため、第２の連通
部６６ｂ，６７ｂに液体が良好に搬送される。

【００８１】以降、上述した各動作と同様に、液体搬送
装置２は、第２の連通部６６ｂ，６７ｂから第２の加圧
室６３ｂ，６４ｂに各液体を搬送し、液体を矢印方向に
順次搬送して、繰り返すことにより各液体室６１，６２
から液体溜室６５にそれぞれ搬送する。

【００８２】そして、液体搬送装置２は、液体溜室用の
圧電素子７７により第２の基板５６の一部を弾性変位さ
せて、液体溜室６５を加圧することによって、液体溜室
６５にそれぞれ搬送された各液体が良好に混合される。

【００８３】上述した液体搬送装置２を製造する液体搬
送装置の製造方法は、上述した液体搬送装置の製造方法
とほぼ同一であるため説明を省略する。

【００８４】上述したように、液体搬送装置２によれ
ば、第１および第２の液体室６１，６２を備えることに
より、異なる液体を搬送して合流することが可能とされ
る。また、この液体搬送装置２は、液体溜室用の圧電素
子７７を備えることにより、各液体室６１，６２から液
体溜室６５にそれぞれ搬送された各液体を良好に混合す
ることができる。

【００８５】なお、本実施形態では、圧電素子を流路の
外側に設けたが、この構成に限らず、流路内部に設けて
もよい。また、押圧手段として、圧電素子を用いている
が、本願発明はこれに限るものではない。例えば、機械
的に押圧する押圧手段を設けてもよいし、押圧するアク
チュエータを備え、このアクチュエータが磁場の変化に
より伸縮するものでもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加圧室用の押圧手段および連通部用の押圧手段によって
各圧力室内の体積および連通部の断面積を変化させるこ
とで液体を搬送するため、構造の簡素化が図られるとと
もに微少量の液体を良好に搬送することができる。ま
た、本発明によれば、微少量の液体を搬送する流路を微
細かつ高密度に形成することが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体搬送装置の流路を説明するた
めに示す断面図である。

【図２】前記流路を説明するために示す図１におけるＡ
−Ａ断面図である。

【図３】連通部を説明するために示す図２におけるＢ−
Ｂ断面図である。

【図４】加圧室を説明するために示す図２におけるＣ−
Ｃ断面図である。

【図５】他の連通部の一例を示す図２におけるＢ−Ｂ断
面図である。

【図６】前記他の連通部が圧電素子によって閉塞された
状態を示す図２におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図７】他の液体搬送装置の流路の一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 液体搬送装置 ５ 第１の基板 ６ 第２の基板 ７ 駆動部 １１ 液体室 １２ａ〜１２ｄ 第１〜第４の加圧室 １３ 液体溜室 １４ａ〜１４ｅ 第１〜第５の連通部 １６ 排気孔 ２１ａ〜２１ｄ 第１〜第４の加圧室用の圧電素子 ２２ａ〜２２ｅ 第１〜第５の連通部用の圧電素子 ２３ 液体室用の圧電素子 ２４ 液体溜室用の圧電素子 ２６ 圧電体 ２７ 上電極 ２８ 下電極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G052 AA06 AA30 AB27 AD06 AD26 AD46 CA02 CA04 CA11 CA38 DA15 DA22 HC25 JA01 3H022 AA07 BA03 CA50 DA20

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送すべき液体が収容される液体室と、
   前記液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧
   室と、前記加圧室から搬送された液体が溜められる液体
   溜室と、前記液体室、前記加圧室および前記液体溜室の
   各間に位置されて互いに連通させる連通部とが、液体の
   流路に沿った溝状にそれぞれ設けられた第１の基板と、 前記液体室、前記加圧室、前記液体溜室および前記連通
   部の各壁面をなすように前記第１の基板上に重ね合わさ
   れて設けられた弾性を有する第２の基板と、 前記第２の基板上の前記加圧室に対応する位置に配設さ
   れて、前記第２の基板の一部を押圧して弾性変位させる
   ことにより前記加圧室内の液体を加圧して液体を搬送す
   るための加圧室用の押圧手段と、 前記第２の基板上の前記加圧室に対応する位置に配設さ
   れて、前記第２の基板の一部を押圧して弾性変位させる
   ことにより前記連通部の流路の断面積を変化させて液体
   を搬送するための連通部用の押圧手段とを備える液体搬
   送装置。
2. 【請求項２】 前記連通部は、流路の断面積が、前記加
   圧室の流路の断面積より小さく形成されている請求項１
   に記載の液体搬送装置。
3. 【請求項３】 前記第２の基板上には、前記液体室およ
   び前記液体溜室の少なくとも一方に対応する位置に、更
   に他の押圧手段が配設された請求項１または２に記載の
   液体搬送装置。
4. 【請求項４】 前記液体溜室には、流路内の空気を外部
   に排出するための排気口が設けられた請求項１ないし３
   に記載のいずれか１項に記載の液体搬送装置。
5. 【請求項５】 前記液体室には、外部から空気を流入さ
   せるための通気口が設けられた請求項１ないし４のいず
   れか１項に記載の液体搬送装置。
6. 【請求項６】 前記連通部は、前記第２の基板に対向す
   る底面が、前記連通部用の押圧手段によって前記第２の
   基板の一部が押圧されて弾性変位された形状にほぼ等し
   い形状に形成されている請求項１ないし５のいずれか１
   項に記載の液体搬送装置。
7. 【請求項７】 前記第１の基板はＳｉからなり、第２の
   基板はガラス材料からなる請求項１ないし６のいずれか
   １項に記載の液体搬送装置。
8. 【請求項８】 前記ガラス材料は、ボロンシリケートガ
   ラスまたはアルミノシリケートガラスである請求項７に
   記載の液体搬送装置。
9. 【請求項９】 前記第１の基板と前記第２の基板は、陽
   極接合により接合されている請求項１ないし８のいずれ
   か１項に記載の液体搬送装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の基板には、前記液体室から
    流出される液体が並列して搬送される複数の流路が設け
    られている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液
    体搬送装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の基板には、前記液体溜室に
    他の液体を搬送するための他の液体室、他の連通部およ
    び他の加圧室が更にそれぞれ設けられている請求項１な
    いし１０のいずれか１項に記載の液体搬送装置。
12. 【請求項１２】 第１の基板の主面に、液体が供給され
    る液体室と、前記液体室から搬送された液体を加圧して
    搬出させる加圧室と、前記加圧室から搬送された液体が
    溜められる液体溜室と、前記液体室、前記加圧室および
    前記液体溜室の各間に位置されて互いに連通させる連通
    部とを、液体の流路に沿った溝状にそれぞれ形成する第
    １の工程と、 前記液体室、前記加圧室、前記液体溜室および前記連通
    部の各壁面をなすように前記第１の基板上に第２の基板
    を重ね合わせて接合する第２の工程と、 前記第１の基板上に接合された前記第２の基板が弾性を
    有する厚みになるように加工する第３の工程と、 前記第２の基板上の前記加圧室および前記連通部に対応
    する位置に、加圧室用の押圧手段および連通部用の押圧
    手段をそれぞれ形成する第４の工程とを経て製造する液
    体搬送装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第４の工程は、前記第２の基板上
    に、電極、圧電体、電極の順に各薄膜をそれぞれ被覆形
    成し、前記加圧室および前記連通部に対応する領域以外
    の前記各薄膜を除去することにより、前記加圧室用の押
    圧手段および前記連通部用の押圧手段をそれぞれ形成す
    る請求項１２に記載の液体搬送装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第１の工程は、前記第１の基板
    に、前記連通部の流路の断面積を、前記加圧室の流路の
    断面積より小さく形成する請求項１２または１３に記載
    の液体搬送装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第４の工程は、前記第２の基板上
    に、前記液体室および前記液体溜室の少なくとも一方に
    対応する位置に、更に他の押圧手段を形成する請求項１
    ２ないし１４のいずれか１項に記載の液体搬送装置の製
    造方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の工程は、前記液体溜室に、
    流路内の空気を外部に排出するための排気口を形成する
    請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の液体搬送
    装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記第１の工程は、前記液体室に、外
    部から空気を流入させるための通気口を形成する請求項
    １２ないし１６のいずれか１項に記載の液体搬送装置の
    製造方法。
18. 【請求項１８】 前記第１の工程は、前記連通部の前記
    第２の基板に対向する底面を、前記連通部用の押圧手段
    によって前記第２の基板の一部が押圧されて弾性変位さ
    れた形状にほぼ等しい形状に形成する請求項１２ないし
    １７のいずれか１項に記載の液体搬送装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記第１の基板はＳｉからなり、第２
    の基板はガラス材料からなる請求項１２ないし１８のい
    ずれか１項に記載の液体搬送装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記ガラス材料は、ボロンシリケート
    ガラスまたはアルミノシリケートガラスである請求項１
    ９に記載の液体搬送装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記第３の工程は、前記第２の基板を
    研磨する請求項１２ないしに２０のいずれか１項に記載
    の液体搬送装置の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記第２の工程は、陽極接合により前
    記第１の基板と前記第２の基板を接合する請求項１２な
    いし２１のいずれか１項に記載の液体搬送装置の製造方
    法。
23. 【請求項２３】 前記第１の工程は、前記第１の基板
    に、前記液体室から流出される液体が並列して搬送され
    る複数の流路を形成する請求項１２ないし２２のいずれ
    か１項に記載の液体搬送装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 前記第１の工程は、前記第１の基板
    に、前記液体溜室に他の液体を搬送するための他の液体
    室、他の連通部および他の加圧室が更にそれぞれ設けら
    れている請求項１２ないし２３のいずれか１項に記載の
    液体搬送装置の製造方法。