JP2003286940A - Fluid transport system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、流体輸送システム
に関し、詳しくは、マイクロポンプを用いて微少量の流
体を高精度に送る流体輸送システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid transportation system, and more particularly to a fluid transportation system that uses a micro pump to deliver a very small amount of fluid with high accuracy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、微少量の液体を送るマイクロポン
プが、種々提案されている。これらのマイクロポンプ
は、微少量の液体を用いて化学分析などを行う流体輸送
システムに組み込まれる。2. Description of the Related Art Heretofore, various micropumps for sending a very small amount of liquid have been proposed. These micropumps are incorporated into a fluid transportation system that performs chemical analysis or the like using a very small amount of liquid.
【０００３】例えば、特開２００１−３２２０９９号公
報には、開口部を介してチャンバーが外部の流路と接続
されるマイクロポンプが開示されている。また、“ＡＮ
ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＶＡＬＶＥ−ＬＥＳＳ ＰＵＭＰ
ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＵＳＩＮＧ ＤＥＥＰ ＲＥ
ＡＣＴＩＶＥ ＩＯＮ ＥＴＣＨＩＮＧ”（Ａｎｄｅｒ
ｓ Ｏｌｓｓｏｎほか、ＭＥＭＳ’９６（ＩＥＥＥ）第
４７９頁〜第４８４頁）には、２つのマイクロポンプを
並列に配置し、位相差をつけて駆動することにより、互
いの影響を相殺することが開示されている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-322099 discloses a micropump in which a chamber is connected to an external flow path through an opening. In addition, "AN
IMPROVED VALVE-LESS PUMP
FABRICATED USING DEEP RE
"ACTIVE ION ETCHING" (Ander
s Olsson et al., MEMS'96 (IEEE) pp. 479 to 484) discloses that two micropumps are arranged in parallel and are driven with a phase difference to cancel each other's influence. Has been done.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、流体輸送シ
ステムの構成によっては、外部流路の影響を受けて、特
性が劣化してしまうことがある。例えば、流路の長さや
形状によっては、マイクロポンプの駆動に伴なう振動に
よって生じた圧力粗密波が反射して元の波と干渉し、所
望の特性が得られないことがある。By the way, depending on the configuration of the fluid transportation system, the characteristics may be deteriorated due to the influence of the external flow path. For example, depending on the length and shape of the flow path, the pressure compression wave generated by the vibration accompanying the driving of the micropump may be reflected and interfere with the original wave, so that desired characteristics may not be obtained.
【０００５】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、特性の劣化を防止することができる流体輸
送システムを提供することである。Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a fluid transportation system capable of preventing deterioration of characteristics.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術的課
題を解決するために、以下の構成の流体輸送システムを
提供する。In order to solve the above technical problems, the present invention provides a fluid transportation system having the following configuration.
【０００７】流体輸送システムは、マイクロポンプのチ
ャンバーに、複数の流路又は流体リザーバがそれぞれ開
口部又は開閉弁を介して連通するタイプのものである。
上記流路又は流体リザーバの一部分に、流体振動圧力を
吸収又は緩和する圧力吸収部を設ける。The fluid transportation system is of a type in which a plurality of channels or fluid reservoirs communicate with a chamber of a micropump through an opening or an on-off valve, respectively.
A pressure absorbing portion that absorbs or relaxes the fluid vibration pressure is provided in a part of the flow path or the fluid reservoir.
【０００８】上記構成において、マイクロポンプの駆動
に伴なって発生した流体振動圧力を圧力吸収部で吸収又
は緩和して、圧力吸収部から伝わる流体振動圧力を低減
することができる。In the above structure, the fluid vibration pressure generated by the driving of the micropump can be absorbed or alleviated by the pressure absorbing portion, and the fluid vibration pressure transmitted from the pressure absorbing portion can be reduced.
【０００９】上記構成によれば、例えば、マイクロポン
プのインレットから噴出する流体に所望の乱流が生じる
ことで流体を輸送することができる流体輸送システムに
おいて、流体振動圧力により乱流の発生が妨げられ、所
望の特性が得られない場合に、インレット側に圧力吸収
部を設けて流体振動圧力を吸収又は緩和することによ
り、流体振動圧力の悪影響を緩和することができる。ま
た、アウトレット側に圧力吸収部を設けることで、高周
波の脈動成分を緩和し、それより先方の流れを、より整
流に近くできる。あるいは、流体振動圧力の伝播経路内
に圧力吸収部を設けて流体振動圧力を吸収又は緩和する
ことにより、反射波がマイクロポンプに戻らないように
したり、マイクロポンプに戻る反射波を低減することが
できる。According to the above configuration, for example, in a fluid transport system capable of transporting a fluid by causing a desired turbulence in the fluid ejected from the inlet of the micropump, the generation of the turbulence is hindered by the fluid vibration pressure. When the desired characteristics are not obtained, the adverse effect of the fluid vibration pressure can be mitigated by providing the pressure absorbing portion on the inlet side to absorb or absorb the fluid vibration pressure. Further, by providing the pressure absorbing portion on the outlet side, the pulsating component of high frequency can be alleviated, and the flow ahead thereof can be made closer to rectification. Alternatively, it is possible to prevent the reflected wave from returning to the micropump or reduce the reflected wave returning to the micropump by providing or absorbing the fluid oscillating pressure by providing a pressure absorbing portion in the propagation path of the fluid oscillating pressure. it can.
【００１０】したがって、流体輸送システムの特性劣化
を防止することができる。Therefore, it is possible to prevent characteristic deterioration of the fluid transportation system.
【００１１】好ましくは、上記圧力吸収部は、上記流路
又は流体リザーバの一部分を形成する壁の厚さを小さく
することにより形成する。Preferably, the pressure absorbing portion is formed by reducing the thickness of a wall forming a part of the flow path or the fluid reservoir.
【００１２】上記構成において、壁の厚さが小さい部分
は、他の部分に比べて変形しやすいので、流体振動圧力
が加わえられたときに変形し、その体積の変化により流
体振動圧力を吸収又は緩和することができる。In the above structure, the portion where the wall thickness is small is more likely to be deformed than other portions. Therefore, the portion is deformed when the fluid vibration pressure is applied, and the fluid vibration pressure is absorbed by the change in the volume. Or it can be relaxed.
【００１３】好ましくは、上記圧力吸収部を含む上記流
路又は流体リザーバに単位圧力を加えたときの変形によ
る上記流路又は流体リザーバの容積変化量（Ｃｄｒ）
と、上記流路又は流体リザーバに存在する流体に同じ単
位圧力を加えたときの該流体の体積変化量（Ｃｗｒ）と
のそれぞれの絶対値の和が、上記チャンバーに単位圧力
を加えたときの上記チャンバーの容積変化量（Ｃｄｃ）
と、上記チャンバー内の流体に同じ単位圧力を加えたと
きの該流体の体積変化量（Ｃｗｃ）とのそれぞれの絶対
値の和よりも大きい。すなわち、
｜Ｃｄｒ｜＋｜Ｃｗｒ｜ ＜ ｜Ｃｄｃ｜＋｜Ｃｗｃ｜ （１）
である。Preferably, the volume change amount (Cdr) of the flow passage or the fluid reservoir due to the deformation when a unit pressure is applied to the flow passage or the fluid reservoir including the pressure absorbing portion.
And the sum of the absolute values of the volume change amount (Cwr) of the fluid when the same unit pressure is applied to the fluid existing in the flow path or the fluid reservoir, when the unit pressure is applied to the chamber. Volume change of the above chamber (Cdc)
And the volume change amount (Cwc) of the fluid when the same unit pressure is applied to the fluid in the chamber, which is larger than the sum of their absolute values. That is, | Cdr | + | Cwr | <| Cdc | + | Cwc | (1).
【００１４】上記構成によれば、マイクロポンプの駆動
によりチャンバー内で発生した流体振動圧力が、圧力吸
収部を含む流路又は流体リザーバで吸収されるようにす
ることができる。According to the above construction, the fluid vibration pressure generated in the chamber due to the driving of the micropump can be absorbed by the flow path including the pressure absorbing portion or the fluid reservoir.
【００１５】好ましくは、上記圧力吸収部は、上記流路
又は流体リザーバの流体送り方向に対して、上記マイク
ロポンプの駆動周期に相当する圧力粗密波の波長の１／
２以上の長さに渡って存在する。上記圧力吸収部に単位
圧力を加えたときの上記圧力吸収部の容積変化量が、上
記圧力吸収部の流体に同じ単位圧力を加えたときの該流
体の体積変化量よりも大きい。[0015] Preferably, the pressure absorbing portion is 1/1 of a wavelength of the pressure compression wave corresponding to a driving cycle of the micropump with respect to a fluid feeding direction of the flow path or the fluid reservoir.
Exists over two or more lengths. The volume change amount of the pressure absorption unit when a unit pressure is applied to the pressure absorption unit is larger than the volume change amount of the fluid when the same unit pressure is applied to the fluid of the pressure absorption unit.
【００１６】上記構成によれば、前方に進む部分と後方
に進む部分とが半波長ずつ交互に存在する圧力粗密波の
伝播を、圧力吸収部で阻止又は低減することができる。According to the above construction, the pressure absorbing portion can prevent or reduce the propagation of the pressure compression wave in which the forward traveling portion and the backward traveling portion are alternately present by half wavelength.
【００１７】また、本発明は、上記技術的課題を解決す
るため、以下の流体輸送システムを提供する。In order to solve the above technical problems, the present invention provides the following fluid transportation system.
【００１８】流体輸送システムは、マイクロポンプのチ
ャンバーに、複数の流路又は流体リザーバがそれぞれ開
口部又は開閉弁を介して連通するタイプのものである。
上記流路又は流体リザーバの一部分に、上記チャンバー
から遠ざかる方向に進行する圧力粗密波の一部を上記チ
ャンバー側に反射する圧力反射部を設ける。The fluid transportation system is of a type in which a plurality of channels or fluid reservoirs communicate with the chamber of the micropump through an opening or an on-off valve, respectively.
A pressure reflecting portion that reflects a part of the pressure compression wave traveling in a direction away from the chamber to the chamber side is provided in a part of the flow path or the fluid reservoir.
【００１９】上記構成によれば、反射部でチャンバー側
へ反射された反射波を、チャンバーから反射部に進行す
る元の波と適宜に干渉させ、干渉による悪影響が生じな
いようにしたり、さらには、積極的に干渉を利用して特
性の向上を図ることができる。According to the above structure, the reflected wave reflected to the chamber side by the reflecting section appropriately interferes with the original wave traveling from the chamber to the reflecting section so that adverse effects due to the interference do not occur, and further, The characteristics can be improved by positively utilizing the interference.
【００２０】したがって、流体輸送システムの特性劣化
を防止することができる。Therefore, it is possible to prevent characteristic deterioration of the fluid transportation system.
【００２１】好ましくは、上記圧力反射部は、実効的な
音響インピーダンスが不連続な部分、あるいは流路が急
激に曲がっている部分である。Preferably, the pressure reflecting portion is a portion where the effective acoustic impedance is discontinuous or a portion where the flow path is sharply bent.
【００２２】上記構成において、実効的な音響インピー
ダンスが不連続な部分、あるいは流路が急激に曲がって
いる部分で、圧力粗密波の反射が起こる。ここで、実効
的な音響インピーダンスは、流体自体の体積変化のみな
らず、流体の周囲すなわち流路等の容積変化をも考慮し
た音響キャパシタンスを用いて算出する。In the above structure, the pressure compression wave is reflected at the portion where the effective acoustic impedance is discontinuous or the portion where the flow path is sharply bent. Here, the effective acoustic impedance is calculated using the acoustic capacitance that takes into account not only the volume change of the fluid itself but also the volume change of the fluid surroundings, that is, the flow path.
【００２３】また、本発明は、上記技術的課題を解決す
るために、以下の構成の流体輸送システムを提供する。In order to solve the above technical problems, the present invention provides a fluid transportation system having the following configuration.
【００２４】流体輸送システムは、マイクロポンプのチ
ャンバーに、複数の流路又は流体リザーバがそれぞれ開
口部を介して連通し、上記チャンバー内の圧力を昇降さ
せたときに、一方の開口部の流路抵抗の変化割合が他方
の開口部の流路抵抗の変化割合より小さいタイプのもの
である。上記一方の開口部に連通する上記流路又は流体
リザーバの一部分に、上記チャンバー部から遠ざかる方
向に進行する圧力粗密波の一部を上記チャンバー側に反
射する反射部を設ける。上記一方の開口部から上記反射
部までの上記流路又は流体リザーバの距離が、上記マイ
クロポンプの駆動周期に相当する圧力粗密波の波長の１
／２以下である。In the fluid transportation system, a plurality of channels or fluid reservoirs communicate with the chamber of the micropump through the openings, and when the pressure in the chamber is raised or lowered, the channels of one of the openings are flown. This is a type in which the rate of change in resistance is smaller than the rate of change in flow path resistance at the other opening. A reflection part that reflects a part of the pressure compression wave traveling in a direction away from the chamber part to the chamber side is provided in a part of the flow path or the fluid reservoir communicating with the one opening part. The distance of the flow path or the fluid reservoir from the one opening to the reflecting portion is 1 of the wavelength of the pressure compression wave corresponding to the driving cycle of the micropump.
/ 2 or less.
【００２５】上記構成において、流体輸送システムは、
一方の開口部の流路抵抗の変化割合が他方の開口部の流
路抵抗の変化割合より小さいことにより、チャンバー内
の圧力の昇圧時と降圧時とで、それぞれの開口部を通る
流体の比率が異なることを利用して、流体の輸送を行
う。In the above construction, the fluid transportation system is
Since the rate of change in the flow path resistance of one opening is smaller than the rate of change in the flow path resistance of the other opening, the ratio of the fluid passing through each opening when the pressure inside the chamber is increased or decreased. The fluid is transported by utilizing the fact that they are different.
【００２６】上記構成において、良好な送液特性を得る
には、一方の開口部の流路抵抗の値は、なるべく変化し
ないことが望まれる。そのためには、一方の開口部での
圧力が大きく変動することを防止すればよい。具体的に
は、一方の開口部から反射部までの距離は、圧力粗密波
の波長の１／２のＮ倍（Ｎ＝１，２，…）付近を避け、
一方の開口部から反射部に進行する圧力粗密波と、反射
部で一方の開口部側へ反射された反射波とが打ち消し合
うようにすればよい。ただし、Ｎが大きくなると、反射
波の減衰により打ち消し合う効果が小さくなるととも
に、わずかな設計誤差や外乱により波長が変わり、反射
波の位相がずれた場合に、狙いとは全く異なる結果とな
りやすい。一方の開口部から反射部までの距離が圧力粗
密波の波長の１／２以下であれば、反射波の減衰が小さ
いので打ち消し合う効果が大きくなるとともに、設計誤
差や外乱などがあっても、狙い通りの結果となるように
することができる。In the above structure, in order to obtain good liquid transfer characteristics, it is desired that the value of the flow path resistance of one opening should not change as much as possible. For that purpose, it is sufficient to prevent the pressure at one opening from largely fluctuating. Specifically, the distance from one opening to the reflection part should be around N times (1/2) the wavelength of the pressure compression wave (N = 1, 2, ...)
It suffices that the pressure compression wave traveling from one opening to the reflecting portion and the reflected wave reflected by the reflecting portion to the one opening side cancel each other. However, when N becomes large, the effect of canceling each other due to the attenuation of the reflected waves becomes small, and when the wavelength changes due to a slight design error or disturbance and the phase of the reflected waves deviates, the result tends to be completely different from the intended result. If the distance from one opening to the reflection part is 1/2 or less of the wavelength of the compressional compression wave, the attenuation of the reflection waves is small and the effect of canceling each other is large, and even if there is a design error or disturbance, You can get exactly what you want.
【００２７】上記各構成の少なくとも一つの工夫を含む
ようにして複数のマイクロポンプを繋いで流体輸送シス
テムを構成すると、マイクロポンプの互いの干渉を防ぐ
ことができるので、安定して高い特性が得られる。具体
的には、以下のように構成する。When a plurality of micropumps are connected to constitute a fluid transportation system so as to include at least one of the above-mentioned configurations, the micropumps can be prevented from interfering with each other, and stable and high characteristics can be obtained. Specifically, it is configured as follows.
【００２８】好ましくは、複数の上記マイクロポンプの
上記チャンバーが並列に配置される。それぞれの上記チ
ャンバーと連通する上記流路又は上記流体リザーバが合
流する。[0028] Preferably, the chambers of the plurality of micropumps are arranged in parallel. The channels or fluid reservoirs communicating with the respective chambers meet.
【００２９】上記構成によれば、例えば流量を増すため
に複数のマイクロポンプを用いた場合に、所望の特性を
得ることができる。According to the above construction, for example, when a plurality of micro pumps are used to increase the flow rate, desired characteristics can be obtained.
【００３０】別の構成としては、好ましくは、複数の上
記マイクロポンプの上記チャンバーが直列に配置され
る。隣接する上記チャンバーが、上記開口部、上記開閉
弁、上記流路及び上記流体リザーバの少なくとも一つを
介して接続される。As another configuration, preferably, the chambers of the plurality of micropumps are arranged in series. Adjacent chambers are connected via at least one of the opening, the on-off valve, the flow path, and the fluid reservoir.
【００３１】上記構成によれば、例えば圧力を増やすた
めに複数のマイクロポンプを用いた場合に、所望の特性
を得ることができる。According to the above construction, for example, when a plurality of micro pumps are used to increase the pressure, desired characteristics can be obtained.
【００３２】また、本発明は、上記技術的課題を解決す
るために、以下の構成の流体輸送システムを提供する。In order to solve the above technical problems, the present invention provides a fluid transportation system having the following configuration.
【００３３】流体輸送システムは、複数のマイクロポン
プのチャンバーが直列に配置される。隣接する上記チャ
ンバー間を接続する接続部の長さが、上記マイクロポン
プの駆動周期に相当する圧力粗密波の波長の１／２より
短い。隣り合った上記チャンバーを、異なる駆動波形
で、あるいは位相差をつけて駆動する。In the fluid transportation system, a plurality of micro pump chambers are arranged in series. The length of the connecting portion connecting between the adjacent chambers is shorter than 1/2 of the wavelength of the compressional compression wave corresponding to the driving cycle of the micropump. The adjacent chambers are driven with different drive waveforms or with a phase difference.
【００３４】上記構成において、接続部の長さを圧力粗
密波の波長の１／２より短くすることにより、反射波を
元の波と適宜に干渉させて、干渉による悪影響が生じな
いようにしたり、さらには、干渉を積極的に利用して、
マイクロポンプの送液特性の向上を図ることが可能であ
る。また、隣り合ったチャンバーを、異なる駆動波形
で、あるいは位相差をつけて駆動することで、隣り合っ
たマイクロポンプ同士の共振を防止するとともに、それ
ぞれのマイクロポンプの駆動により発生した圧力粗密波
を適宜に干渉させることにより、送液特性の向上に積極
的に利用することが可能である。In the above structure, by making the length of the connecting portion shorter than 1/2 of the wavelength of the compressional compression wave, the reflected wave appropriately interferes with the original wave so that the adverse effect due to the interference does not occur. , And even positively using interference,
It is possible to improve the liquid feeding characteristics of the micro pump. In addition, by driving adjacent chambers with different drive waveforms or with a phase difference, it is possible to prevent resonance between adjacent micropumps and to generate pressure compression waves generated by driving each micropump. By appropriately interfering with each other, it is possible to positively utilize it for improving the liquid transfer characteristics.
【００３５】したがって、流体輸送システムの特性の劣
化を防止することができる。Therefore, deterioration of the characteristics of the fluid transportation system can be prevented.
【００３６】また、本発明は、上記技術的課題を解決す
るために、以下の構成の流体輸送システムを提供する。In order to solve the above technical problems, the present invention provides a fluid transportation system having the following configuration.
【００３７】流体輸送システムは、複数のマイクロポン
プのチャンバーが直列に配置される。隣接するチャンバ
ー間を接続する接続部の長さが、上記マイクロポンプの
駆動周期に相当する圧力粗密波の波長の１／４以上であ
る。In the fluid transportation system, a plurality of micro pump chambers are arranged in series. The length of the connecting portion that connects the adjacent chambers is ¼ or more of the wavelength of the pressure compression wave corresponding to the driving cycle of the micropump.
【００３８】複数のマイクロポンプを直列に接続する場
合、マイクロポンプのチャンバー間の接続部の長さが圧
力粗密波の波長の１／４より短いと、反射波を元の波と
干渉させても打ち消し合わないので、送液特性の向上に
利用することができない上、かえって悪影響を及ぼす可
能性もある。上記構成によれば、接続部の長さが圧力粗
密波の波長の１／４以上であるので、反射波と元の波と
の干渉により、干渉の悪影響を防止したり、干渉を積極
的に利用して特性の向上を図ることができる。When a plurality of micropumps are connected in series and the length of the connecting portion between the chambers of the micropumps is shorter than 1/4 of the wavelength of the pressure compression wave, the reflected wave may interfere with the original wave. Since they do not cancel each other out, they cannot be used for improving the liquid transfer characteristics, and may even adversely affect them. According to the above configuration, since the length of the connection portion is ¼ or more of the wavelength of the pressure compression wave, interference of the reflected wave and the original wave prevents the adverse effect of the interference or positively interferes with the interference. It can be utilized to improve the characteristics.
【００３９】したがって、流体輸送システムの特性の劣
化を防止することができる。Therefore, it is possible to prevent deterioration of the characteristics of the fluid transportation system.
【００４０】[0040]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
実施例を図１〜図１９に基づいて説明する。なお、図
中、同様の構成部分には同じ符号を用いている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the figure, the same reference numerals are used for the same components.
【００４１】まず、第１実施例の流体輸送システムにつ
いて、図１〜図５、図１７〜図１９を参照しながら説明
する。First, the fluid transport system of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and 17 to 19.
【００４２】図１は、流体輸送システムで用いるマイク
ロポンプ１０の断面図である。図２は、流体輸送システ
ムの平面図である。FIG. 1 is a sectional view of a micropump 10 used in a fluid transportation system. FIG. 2 is a plan view of the fluid transportation system.
【００４３】流体輸送システムは、基板１２と薄板１４
とが接合されている。基板１２には、チャンバー２０や
流体リザーバ３０となる窪みや、第１及び第２開口部２
２，２４や流路３４となるスリットが、形成され、その
上に、振動板になる薄板１４が接合される。薄板１４に
は、液体を供給するための貫通孔３２が形成され、流体
リザーバ３０に連通するようになっている。薄板１４の
上面には、チャンバー２０に対向する部分に、圧電素子
１６が固着されている。圧電素子１６は、駆動回路１８
から電圧を印加され、湾曲変形するようになっている。The fluid transportation system comprises a substrate 12 and a thin plate 14.
And are joined. The substrate 12 has a recess that becomes the chamber 20 and the fluid reservoir 30, and the first and second openings 2
The slits 2 and 24 and the flow path 34 are formed, and the thin plate 14 serving as the vibration plate is bonded thereon. A through hole 32 for supplying a liquid is formed in the thin plate 14 so as to communicate with the fluid reservoir 30. A piezoelectric element 16 is fixed to the upper surface of the thin plate 14 at a portion facing the chamber 20. The piezoelectric element 16 has a drive circuit 18
A voltage is applied to it to cause it to bend and deform.
【００４４】チャンバー２０は、第１開口部２２を介し
て流体リザーバ３０に接続され、第２開口部２４を介し
て流路３４に接続されている。流体リザーバ３０は、チ
ャンバー２０や流路３４と比べて、幅が広く、容積が大
きい。第１開口部２２は、第２開口部２４と比較して、
流路抵抗が差圧に応じて変化する割合が大きくなるよう
に形成されている。The chamber 20 is connected to the fluid reservoir 30 via the first opening 22 and is connected to the flow path 34 via the second opening 24. The fluid reservoir 30 has a wider width and a larger volume than the chamber 20 and the flow path 34. The first opening 22 is larger than the second opening 24.
The flow path resistance is formed so that the rate of change in accordance with the pressure difference increases.
【００４５】なお、第１開口部２２と第２開口部２４
は、それぞれ１本の狭小流路で構成する必要はなく、例
えば図３の変形例のマイクロポンプ１０ａのように、第
２開口部を複数本の流路２４ａ，２４ｂで構成してもよ
い。第１開口部についても、同様に、複数の流路で構成
してもよい。The first opening 22 and the second opening 24
Need not be configured with one narrow channel, respectively, and the second opening may be configured with a plurality of channels 24a, 24b, as in the micropump 10a of the modified example of FIG. Similarly, the first opening may be composed of a plurality of flow paths.
【００４６】マイクロポンプ１０は、薄板１４と圧電素
子１６がユニモルフモードの屈曲変形をすることを利用
して、チャンバー２０の容積を増減させ、チャンバー２
０内の流体を加圧する。このとき、圧力の昇圧時と降圧
時とで、第１開口部２２と第２開口部２４との流路抵抗
の変化割合が異なることを利用して、流体を輸送する。In the micropump 10, the volume of the chamber 20 is increased or decreased by utilizing the bending deformation of the thin plate 14 and the piezoelectric element 16 in the unimorph mode, and the chamber 2
Pressurize the fluid in 0. At this time, the fluid is transported by utilizing the fact that the rate of change in the flow path resistance between the first opening 22 and the second opening 24 is different between when the pressure is increased and when the pressure is decreased.
【００４７】すなわち、チャンバー２０の容積の減少に
より、チャンバー２０内の流体が第１及び第２開口部２
２，２４を介して押し出される。チャンバー２０の容積
が元に戻ると、第１及び第２開口部２２，２４を介し
て、チャンバー２０内に流体が吸い込まれる。この繰り
返しにより、以下のように流体を所望の方向に輸送する
ことができる。That is, since the volume of the chamber 20 is reduced, the fluid in the chamber 20 is changed to the first and second openings 2.
It is extruded through 2, 24. When the volume of the chamber 20 is restored, the fluid is sucked into the chamber 20 through the first and second openings 22 and 24. By repeating this, the fluid can be transported in a desired direction as follows.
【００４８】チャンバー２０から第１及び第２開口部２
２，２４を介して流出する流体の流出量をそれぞれＶ
１１，Ｖ２１、第１及び第２開口部２２，２４を介して
チャンバー２０内へ流入する流体の流入量をそれぞれＶ
１２，Ｖ２２とすると、
Ｖ１１＋Ｖ２１＝Ｖ１２＋Ｖ２２ （２）
となる。From the chamber 20 to the first and second openings 2
The outflow amount of the fluid flowing out via 2, 24 is V
11 , V 21 , and the inflow amount of the fluid flowing into the chamber 20 through the first and second openings 22 and 24 is V respectively.
Letting 12 and V 22 be V 11 + V 21 = V 12 + V 22 (2).
【００４９】ここで、上述したように、第１開口部２２
は、第２開口部２４と比較して、流路抵抗が差圧に応じ
て変化する割合が大きくなるように形成されている。Here, as described above, the first opening 22
Is formed so that the flow path resistance changes at a higher rate than the second opening 24 in accordance with the pressure difference.
【００５０】そこで、例えばチャンバー２０の容積を急
激に減少させて差圧を相対的に大きくし、チャンバー２
０の容積を緩やかに戻して相対的に差圧を小さくする
と、
Ｖ１１＜Ｖ１２ （３）
となる。また、式（２），（３）より、
Ｖ２１＞Ｖ２２ （４）
となる。つまり、式（３），（４）から分かるように、
全体として見ると、流体は、図１において正方向に輸送
される。Therefore, for example, the volume of the chamber 20 is rapidly reduced to relatively increase the differential pressure, and the chamber 2
When the volume of 0 is gradually returned to relatively reduce the differential pressure, V 11 <V 12 (3) is obtained. Further, from the equations (2) and (3), V 21 > V 22 (4). That is, as can be seen from equations (3) and (4),
Taken as a whole, the fluid is transported in the positive direction in FIG.
【００５１】逆に、チャンバー２０の容積を緩やかに減
少させて差圧を相対的に小さくし、チャンバー２０の容
積を急激に戻して差圧を相対的に大きくすると、流体
は、図１において負方向に輸送される。On the contrary, when the volume of the chamber 20 is gradually decreased to make the differential pressure relatively small and the volume of the chamber 20 is rapidly returned to make the differential pressure relatively large, the fluid becomes negative in FIG. Will be transported in the direction.
【００５２】一つの具体例としては、基板１２には、厚
さ５００μｍの感光性ガラスを用い、深さ１００μｍに
達するまで、チャンバー２０や流体リザーバ３０の窪み
と、第１及び第２開口部２２，２４や流路３４のスリッ
トを、エッチングにより形成する。第１開口部２２は、
深さが１００μｍ、幅が２５μｍ、長さが２０μｍであ
る。第２開口部２４は、深さが１００μｍ、幅が２５μ
ｍ、長さが１５０μｍである。流体リザーバ３０の主要
部は、直方体であり、深さが１００μｍ、幅が１．２ｍ
ｍ、長さが４．０ｍｍである。流体リザーバ３０は、第
１開口部２２から左右に４５度ずつの角度で流路が広が
るように形成される。流路３４は、深さが１００μｍ、
幅が１５０μｍであり、長さが約１５ｍｍである。薄板
１４は、厚さが５０μｍのガラス板であり、その上面
に、厚さが５０μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）
セラミックスの圧電素子１６を接着剤で貼り付ける。な
お、圧電素子１６に３０Ｖの電圧を印加すると、その変
位量（最大窪み量）は８０ｎｍであり、チャンバー２０
内に満たして水に、０．４ＭＰａの圧力が発生した。As one specific example, a photosensitive glass having a thickness of 500 μm is used for the substrate 12, and the recesses of the chamber 20 and the fluid reservoir 30 and the first and second openings 22 are formed until the depth reaches 100 μm. , 24 and the slit of the flow path 34 are formed by etching. The first opening 22 is
The depth is 100 μm, the width is 25 μm, and the length is 20 μm. The second opening 24 has a depth of 100 μm and a width of 25 μm.
m, and the length is 150 μm. The main part of the fluid reservoir 30 is a rectangular parallelepiped with a depth of 100 μm and a width of 1.2 m.
m and the length is 4.0 mm. The fluid reservoir 30 is formed such that the flow path spreads from the first opening 22 to the left and right at an angle of 45 degrees. The channel 34 has a depth of 100 μm,
The width is 150 μm and the length is about 15 mm. The thin plate 14 is a glass plate having a thickness of 50 μm, and PZT (lead zirconate titanate) having a thickness of 50 μm is formed on the upper surface thereof.
The ceramic piezoelectric element 16 is attached with an adhesive. When a voltage of 30 V is applied to the piezoelectric element 16, the displacement amount (maximum dent amount) is 80 nm.
A pressure of 0.4 MPa was generated in the water filling the inside.
【００５３】次に、マイクロポンプ１０の圧電素子１６
に印加する駆動電圧波形について説明する。Next, the piezoelectric element 16 of the micropump 10
The drive voltage waveform applied to the circuit will be described.
【００５４】マイクロポンプ１０は、チャンバー２０の
容積を増減させるアクチュエータ部１５（図１に示した
ように、薄板１４のチャンバー２０に対向する部分と、
その部分に固着された圧電素子１６）の振動の変位速度
が、チャンバー２０の容積増加時と容積減少時とで異な
るように駆動することが必要となる。The micropump 10 includes an actuator portion 15 for increasing or decreasing the volume of the chamber 20 (as shown in FIG. 1, a portion of the thin plate 14 facing the chamber 20;
It is necessary to drive so that the displacement speed of vibration of the piezoelectric element 16) fixed to that portion is different when the volume of the chamber 20 increases and when the volume of the chamber 20 decreases.
【００５５】アクチュエータ部１５の振動に関しては、
アクチュエータ部１５の振動と流体の流れとが共振する
振動（以下、「固有振動」という。）の振動モードが、
その振動挙動を決める大きな要因となる。圧電素子１６
に電圧を印加してアクチュエータ部１５を振動させると
きには、この固有振動の周期に着目して、所望の振動挙
動になるような駆動電圧波形を加えと、効率よく駆動す
ることができる。Regarding the vibration of the actuator section 15,
The vibration mode in which the vibration of the actuator unit 15 and the fluid flow resonate (hereinafter referred to as “natural vibration”) is
It is a major factor that determines the vibration behavior. Piezoelectric element 16
When a voltage is applied to the actuator section 15 to vibrate the actuator section 15, it is possible to drive efficiently by paying attention to the cycle of this natural vibration and adding a drive voltage waveform that gives a desired vibration behavior.
【００５６】ここでの固有振動の周期は、以下の４つの
音響要素成分を用いて表すことができる。
（ａ）アクチュエータ部１５の音響キャパシタンス：Ｃ
ｐ
（ｂ）チャンバー２０内の液体の音響キャパシタンス：
Ｃａ
（ｃ）第１開口部２２のイナータンス：Ｍｉ
（ｄ）第２開口部２４のイナータンス：ＭｏThe period of the natural vibration here can be expressed using the following four acoustic element components. (A) Acoustic capacitance of the actuator unit 15: C
p (b) Acoustic capacitance of liquid in chamber 20:
Ca (c) Inertance of the first opening 22: Mi (d) Inertance of the second opening 24: Mo
【００５７】ここで、『音響キャパシタンス』は、単位
圧力に対する圧縮（もしくは変形）体積に相当する。
（ａ）に関しては、基板１２の変形は無視でき、チャン
バー２０の内面に単位圧力を加えたときのアクチュエー
タ部１５の変形体積のみを求めれば算出できる。（ｂ）
については、チャンバー２０内の液体全体に単位圧力を
加えたときの体積減少量から算出できる。あるいは、液
体の密度をρ、液体中の音速をｖ、チャンバー２０の容
積をＷとすると、
Ｃａ＝Ｗ／（ρｖ２） （５）
で求められる。ただし、基板１２が樹脂等の弾性体であ
れば、（ａ）を算出する際、その変形も含めて足し合わ
せるべきである。Here, the "acoustic capacitance" corresponds to the compressed (or deformed) volume per unit pressure.
Regarding (a), the deformation of the substrate 12 can be ignored, and it can be calculated by obtaining only the deformed volume of the actuator portion 15 when a unit pressure is applied to the inner surface of the chamber 20. (B)
Can be calculated from the volume reduction amount when a unit pressure is applied to the entire liquid in the chamber 20. Alternatively, if the density of the liquid is ρ, the speed of sound in the liquid is v, and the volume of the chamber 20 is W, then Ca = W / (ρv 2 ) (5) However, if the substrate 12 is an elastic body such as resin, when calculating (a), its deformation should be added together.
【００５８】『イナータンス』は、流路中の液体を単位
圧力で押し出そうとするときの慣性係数に相当する。イ
ナータンス：Ｍは、圧力：Ｐに対する加速度：αから、
Ｍ＝Ｐ／α （６）
で算出できる。あるいは、流路中の液体の質量をｍ、流
路断面積をＳとすると、
Ｍ＝ｍ／Ｓ２ （７）
で算出できる。流路断面積が一様でない流路に関して
は、これを長手方向の距離で積分すればよい。"Inertance" corresponds to the coefficient of inertia when the liquid in the flow path is pushed out at a unit pressure. The inertance: M can be calculated from the acceleration: α with respect to the pressure: P by M = P / α (6) Alternatively, if the mass of the liquid in the channel is m and the channel cross-sectional area is S, then M = m / S 2 (7) For a flow passage having a non-uniform flow passage cross-sectional area, this may be integrated by the distance in the longitudinal direction.
【００５９】なお、第１開口部２２又は第２開口部２４
が複数本の流路で構成される場合には、それらの流路を
並列流路として一まとめにしたイナータンスを、この計
算に使うべきである。例えば、図３のように第２開口部
に相当する流路２４ａ，２４ｂが２本あるときには、流
路２４ａ，２４ｂが並列関係であるので、それぞれの流
路２４ａ，２４ｂ単体のイナータンスの逆数を足し合わ
せたものの逆数が、第２開口部全体のイナータンスとな
る。The first opening 22 or the second opening 24
If is composed of multiple channels, the inertance that combines these channels as parallel channels should be used for this calculation. For example, when there are two flow paths 24a and 24b corresponding to the second opening as shown in FIG. 3, since the flow paths 24a and 24b are in a parallel relationship, the reciprocal of the inertance of each of the flow paths 24a and 24b is calculated as follows. The reciprocal of the sum is the inertance of the entire second opening.
【００６０】固有振動の周期：Ｔは、音響キャパシタン
スＣｐ，ＣａとイナータンスＭｉ，Ｍｏを用いて、
Ｔ＝２π（（Ｃｐ+Ｃａ）・Ｍｏ・Ｍｉ／（Ｍｏ＋Ｍｉ）） （８）
と表される。Cycle of natural vibration: T is expressed as T = 2π ((Cp + Ca) · Mo · Mi / (Mo + Mi)) (8) using acoustic capacitances Cp, Ca and inertances Mi, Mo. .
【００６１】ただし、この振動モードの固有振動の周
期：Ｔは、マイクロポンプ１０に接続された流路系の影
響や、アクチュエータ１６の質量成分の影響などの要因
により、その値がシフトすることがある。実際の値は、
上記式（８）による計算値の０．５〜２倍程度の範囲で
シフトする可能性がある。However, the period T of the natural vibration of this vibration mode may shift due to factors such as the influence of the flow path system connected to the micropump 10 and the influence of the mass component of the actuator 16. is there. The actual value is
There is a possibility of shifting within a range of about 0.5 to 2 times the value calculated by the above formula (8).
【００６２】なお、アクチュエータ部１５が単独で振動
するモードや、マイクロポンプ１０に接続された外部の
流路系とマイクロポンプ１０との相互作用による振動モ
ードなどにより、一般的な意味での固有振動もあるが、
ここでは、アクチュエータ部１５の振動と流体の流れと
が共振する振動にのみ着目し、駆動電圧波形を決める。It is to be noted that, in a general sense, the natural vibration is caused by the mode in which the actuator portion 15 vibrates independently and the vibration mode by the interaction between the external flow path system connected to the micropump 10 and the micropump 10. There is also
Here, the drive voltage waveform is determined by focusing only on the vibration in which the vibration of the actuator unit 15 and the fluid flow resonate.
【００６３】次に、アクチュエータ部１５が所望の振動
挙動になるための駆動電圧波形の例を、図１７〜図１９
に示す。以下はあくまでも例に過ぎず、これら以外の波
形でもチャンバー２０の容積増加時と容積減少時とで振
動速度が異なるものであれば、どんな駆動電圧波形でも
問題ない。例えば、チャンバー２０の容積増加と減少の
１周期を、複数の駆動電圧波形の組み合わせによって実
現してもよい。また、チャンバー２０を変形するために
圧電素子１６を使った場合を例示しているが、それ以外
の駆動手段（例えば静電アクチュエータや磁歪素子、形
状記憶合金など）を用いてもよい。Next, examples of drive voltage waveforms for causing the actuator section 15 to have a desired vibration behavior will be described with reference to FIGS.
Shown in. The following is merely an example, and any other driving voltage waveform may be used as long as the vibration speed is different between when the volume of the chamber 20 increases and when the volume of the chamber 20 decreases. For example, one cycle of increasing and decreasing the volume of the chamber 20 may be realized by combining a plurality of drive voltage waveforms. Further, although the case where the piezoelectric element 16 is used to deform the chamber 20 is illustrated, other driving means (for example, an electrostatic actuator, a magnetostrictive element, a shape memory alloy, etc.) may be used.
【００６４】図１７は、立上り時間：ＴＲと立下がり時
間：ＴＦが異なる駆動電圧波形９１ａ，９１ｂと、それ
に対応する圧電素子１６の変位挙動（撓み量）の波形９
０ａ，９０ｂを示す。駆動電圧波形９１ａ，９１ｂは、
正方向駆動時にはＴＲ＜ＴＦ、逆方向駆動時にはＴＲ＞
ＴＦである。[0064] Figure 17 is a rise time: T R and the falling time: T F is different driving voltage waveforms 91a, and 91b, the waveform of the displacement behavior of the piezoelectric element 16 (the amount of deflection) the corresponding 9
0a and 90b are shown. The drive voltage waveforms 91a and 91b are
T R <T F when driving in the forward direction, and T R > when driving in the reverse direction
T F.
【００６５】立上り時間：ＴＲと立下がり時間：ＴＦの
少なくとも一方は、固有振動の周期：Ｔ以上とすること
が好ましい。圧電素子１６に印加する電圧が固有振動の
周期よりも長時間かけて変化する場合は、アクチュエー
タ部１５の振動挙動は固有振動の影響を受けにくいた
め、電圧波形に追随しやすく、その結果、アクチュエー
タ部１５の振動挙動を制御しやすいからである。At least one of the rise time: T R and the fall time: T F is preferably a period of natural vibration: T or more. When the voltage applied to the piezoelectric element 16 changes over a period longer than the cycle of the natural vibration, the vibration behavior of the actuator unit 15 is less likely to be affected by the natural vibration, and thus easily follows the voltage waveform, and as a result, the actuator. This is because it is easy to control the vibration behavior of the portion 15.
【００６６】なお、駆動電圧波形９１ａ，９１ｂは台形
形状であるが、上部の平坦部９２ａ，９２ｂは必ずしも
必要ではない。Although the drive voltage waveforms 91a and 91b are trapezoidal, the upper flat portions 92a and 92b are not always necessary.
【００６７】図１８の駆動電圧波形９５ａ，９５ｂと、
それに対応する圧電素子１６の変位挙動の波形９４ａ，
９４ｂは、静電容量と電気抵抗などによる時定数τ１，
τ２によって、駆動電圧波形９５ａ，９５ｂを鈍らせた
場合を示す。例えば、スイッチング回路の配線抵抗を充
電時と放電時で異ならせることで時定数τ１，τ２を異
ならせたり、駆動回路もしくは配線中にダイオードなど
の整流素子や非線形素子を組み込むことで充電時間と放
電時間とを異ならせることで実現できる。また、静電ア
クチュエータのように電圧に対して静電容量が変化する
ものを用いれば、時間とともに時定数τ１，τ２も変化
するので、結果的にこのような駆動電圧波形９５ａ，９
５ｂを実現できる。The drive voltage waveforms 95a and 95b shown in FIG.
Corresponding waveform 94a of the displacement behavior of the piezoelectric element 16,
94b is a time constant τ 1 due to capacitance and electric resistance,
The case where the drive voltage waveforms 95a and 95b are blunted by τ 2 is shown. For example, by changing the wiring resistance of the switching circuit during charging and discharging, the time constants τ 1 and τ 2 may be different, or by incorporating a rectifying element such as a diode or a non-linear element in the driving circuit or wiring, the charging time This can be achieved by making the discharge time different from the discharge time. If an electrostatic actuator whose capacitance changes with voltage is used, the time constants τ 1 and τ 2 also change with time. As a result, such drive voltage waveforms 95a and 9a are generated.
5b can be realized.
【００６８】図１９は、矩形波などのパルス波９８ａ，
９８ｂを用いた駆動電圧波形９７ａ，９７ｂと、圧電素
子１６の変位挙動の波形９６ａ，９６ｂとを示す。駆動
電圧波形９７ａ，９７ｂの駆動周期：Ｔ２は、固有振動
の周期：Ｔから少しだけずらす。駆動周期：Ｔ２の範囲
が、固有振動の周期：Ｔの１／２倍〜２倍くらいであれ
ば、この方法は有効である。駆動パルス９８ａ，９８ｂ
のデューティー比（Ｔ １／Ｔ２）を変えると、圧電素子
１６の変位の立上り時間と立下り時間の長さが変化する
ことを利用した駆動方法である。デューティー比５０％
を境に立上り時間と立下り時間の長短関係が逆転するこ
とを利用して、双方向の送液を実現できる。FIG. 19 shows a pulse wave 98a such as a rectangular wave.
Drive voltage waveforms 97a and 97b using 98b and piezoelectric element
The waveforms 96a and 96b of the displacement behavior of the child 16 are shown. Drive
Driving cycle of voltage waveforms 97a and 97b: TTwoIs the natural vibration
Cycle: A slight shift from T. Drive cycle: TTwoRange of
However, the period of natural vibration: about 1/2 to 2 times T
Thus, this method is effective. Drive pulse 98a, 98b
Duty ratio (T 1/ TTwo), The piezoelectric element
The length of the rise time and fall time of 16 displacements changes
This is a driving method that utilizes this. Duty ratio 50%
The relationship between the rise time and the fall time may reverse at the
By using and, bidirectional liquid transfer can be realized.
【００６９】なお、このパルス波９８ａ，９８ｂは矩形
波である必要はなく、三角波、台形波などであってもよ
い。The pulse waves 98a and 98b need not be rectangular waves, but may be triangular waves, trapezoidal waves, or the like.
【００７０】次に、マイクロポンプの脈動による圧力の
吸収について説明する。Next, absorption of pressure due to pulsation of the micropump will be described.
【００７１】図１に示したように、流体リザーバ３０の
上壁も薄板１４で構成されている。これにより、第１開
口部２２からチャンバー２０外に噴出される流体圧の脈
動を緩和し、安定した特性を得ることができる。As shown in FIG. 1, the upper wall of the fluid reservoir 30 is also composed of the thin plate 14. Thereby, the pulsation of the fluid pressure ejected from the first opening 22 to the outside of the chamber 20 can be alleviated, and stable characteristics can be obtained.
【００７２】圧力吸収特性を数値的に論じるためには、
前述したように「（音響系）キャパシタンス：Ｃ」＝
「単位圧力あたりの変形（圧縮）体積」という概念を用
いるとよい。この値が大きいほど、瞬間的な圧力変化が
変形（圧縮）によってより多く吸収されるので緩和圧力
吸収性が高いと考えられる。なお、このキャパシタンス
は、液体の圧縮性に関するもの（Ｃｗとする）と、上壁
の薄板１４の変形によるもの（Ｃｄとする）の２つの成
分の和で評価すべきである。In order to numerically discuss the pressure absorption characteristics,
As described above, “(acoustic system) capacitance: C” =
The concept of "deformation (compression) volume per unit pressure" may be used. It is considered that the larger this value is, the more the instantaneous pressure change is absorbed by the deformation (compression), and the higher the relaxation pressure absorbability is. It should be noted that this capacitance should be evaluated by the sum of two components, one relating to the compressibility of the liquid (denoted as Cw) and the other due to the deformation of the thin plate 14 of the upper wall (denoted as Cd).
【００７３】ここで、液体の密度をρ、液体中の音速
（平面圧力波の伝播速度）をｖ、容積をＸとすると、
Ｃｗ＝Ｘ／（ρ×ｃ２） （９）
で表すことができる。Here, if the density of the liquid is ρ, the speed of sound in the liquid (propagation velocity of the plane pressure wave) is v, and the volume is X, then Cw = X / (ρ × c 2 ) (9) it can.
【００７４】また、上壁の薄板１４の変形に関しては、
公知の「厚み一定の板の４辺固定等圧歪み」の式を使え
る。板厚をｔ、幅をｗ、長さをＬ、板のヤング率をＥと
すると、
Ｃｄ＝α×Ｌ×ｗ５／（２×Ｅ×ｔ３） （１０）
で求めることができる。ここで、αは無次元定数であ
り、幅と長さの比が２以上であれば、およそα≒０.０
２８である。Regarding the deformation of the thin plate 14 on the upper wall,
The well-known expression of "equal strain with fixed four sides of plate with constant thickness" can be used. If the plate thickness is t, the width is w, the length is L, and the Young's modulus of the plate is E, then Cd = α × L × w 5 / (2 × E × t 3 ) (10). Here, α is a dimensionless constant, and when the ratio of width to length is 2 or more, α is approximately 0.0.
28.
【００７５】具体的には、流体リサーバ３０のキャパシ
タンス：Ｃの値の絶対値の合計が、チャンバー２０のそ
れよりも大きければ、圧力吸収部としての役割を果た
す。圧力粗密波は、チャンバー２０内の壁面の変形によ
って生じたものなので、それよりも硬い（すなわち、キ
ャパシタンスが小さい）部分では、その圧力での変形体
積量はチャンバー２０で生じた体積振動量以下になり、
圧力吸収部としては適切ではないからである。Specifically, if the sum of the absolute values of the capacitance C of the fluid reservoir 30 is larger than that of the chamber 20, it acts as a pressure absorbing portion. Since the pressure compression wave is generated by the deformation of the wall surface in the chamber 20, the volume of deformation at that pressure is equal to or less than the volume vibration amount generated in the chamber 20 in the harder portion (that is, the smaller capacitance). Becomes
This is because it is not suitable as a pressure absorbing portion.
【００７６】前述の具体例に関しては、流体リザーバ３
０はチャンバー２０に比べて容積で３倍以上大きいの
で、Ｃｗは３倍以上である。また、薄板１４の流体リザ
ーバ３０部分の幅も、チャンバー２０の部分の２．４倍
広く、かつ、薄板１４の変位を妨げるものもないので、
Ｃｄは約８０倍以上ある。よって、流体リザーバ３０の
合計のキャパシタンスは、チャンバー２０のキャパシタ
ンスより十分大きいので、十分な効果が期待できる。For the embodiment described above, the fluid reservoir 3
Since 0 is three times or more in volume as compared with the chamber 20, Cw is three times or more. In addition, the width of the fluid reservoir 30 portion of the thin plate 14 is 2.4 times wider than that of the chamber 20 and there is nothing that hinders the displacement of the thin plate 14.
Cd is about 80 times or more. Therefore, since the total capacitance of the fluid reservoir 30 is sufficiently larger than the capacitance of the chamber 20, a sufficient effect can be expected.
【００７７】本実施例では、圧力吸収部（流体リザーバ
３０）を第１開口部２２の出口のすぐ近くに設けている
が、この位置と個数が異なっても効果はある。また、第
２開口部２４側の流路３４の途中に圧力吸収部を設けて
もよい。In this embodiment, the pressure absorbing portion (fluid reservoir 30) is provided in the immediate vicinity of the outlet of the first opening portion 22, but it is effective even if the number is different from this position. Further, a pressure absorbing portion may be provided in the flow path 34 on the second opening 24 side.
【００７８】なお、図１及び図２に示したタイプのマイ
クロポンプ１０に限定していえば、圧力吸収部である流
体リザーバ３０が第１開口部２２の出口のすぐ近くにあ
るということの意義は非常に大きい。If the micropump 10 of the type shown in FIGS. 1 and 2 is limited, it means that the fluid reservoir 30, which is the pressure absorbing portion, is in the immediate vicinity of the outlet of the first opening 22. Very big.
【００７９】なぜなら、このタイプのマイクロポンプ１
０では、第１開口部２２付近で発生する乱流効果によ
り、高圧力時に第１開口部２２の流路抵抗が大きくなる
という特性を利用するため、第１開口部２２両端間の差
圧の値は狙い通りにかつ精度よく制御する必要がある。
したがって、第１開口部２２出口のすぐ近く（流体リザ
ーバ３０）の圧力に関しても、常にチャンバー２０の内
圧ピークよりも十分に小さく保つ必要があるからであ
る。This is because this type of micropump 1
At 0, the characteristic that the flow path resistance of the first opening 22 increases at high pressure due to the turbulent flow effect generated in the vicinity of the first opening 22 is used. It is necessary to control the value exactly as intended.
Therefore, the pressure in the immediate vicinity of the outlet of the first opening 22 (the fluid reservoir 30) also needs to be kept sufficiently smaller than the internal pressure peak of the chamber 20.
【００８０】換言すると、このタイプのマイクロポンプ
１０では、第１開口部２２付近で発生する乱流の有無に
より流路抵抗が大きく変化することを利用して駆動して
いる。マイクロポンプ１０を駆動したときの脈動の影響
で所望の乱流が発生しない場合があるが、流体リザーバ
３０が圧力吸収部として機能するように構成し、脈動の
影響を排除すれば、所望の乱流を発生させることがで
き、特性の向上、安定化を図ることができる。In other words, the micropump 10 of this type is driven by utilizing the fact that the flow path resistance greatly changes depending on the presence or absence of the turbulent flow generated near the first opening 22. A desired turbulent flow may not be generated due to the influence of pulsation when the micropump 10 is driven, but if the fluid reservoir 30 is configured to function as a pressure absorbing portion and the influence of the pulsation is eliminated, the desired turbulence is obtained. A flow can be generated, and the characteristics can be improved and stabilized.
【００８１】ところで、流路３４の上壁も薄板１４で構
成されている。流路３４は流体リザーバ３０に比べて幅
が狭いので、流体リザーバ３０ほどは大きな圧力吸収特
性を示さないものの、次のような効果がある。By the way, the upper wall of the flow path 34 is also formed of the thin plate 14. Since the width of the flow passage 34 is narrower than that of the fluid reservoir 30, it does not exhibit pressure absorption characteristics as great as those of the fluid reservoir 30, but has the following effects.
【００８２】すなわち、流路３４が長い場合、第２開口
部２４での流体の動きは、流路３４の液体の慣性力の影
響をまともに受けてしまうために、ポンプ１０の駆動周
期に応答した振動が妨げられ、正常な送液ができなくな
るという問題に対して、これを未然に防ぐことを期待で
きる。That is, when the flow path 34 is long, the movement of the fluid in the second opening 24 is directly affected by the inertial force of the liquid in the flow path 34, and therefore, it responds to the drive cycle of the pump 10. It can be expected to prevent this against the problem that the generated vibration is disturbed and normal liquid transfer cannot be performed.
【００８３】詳しく説明すると、流路の慣性力は、イナ
ータンス（音響系慣性係数）：Ｍに比例する。イナータ
ンス：Ｍは、式（７）に関して説明したように、流路の
長さに比例し、断面積の２乗に反比例する。したがっ
て、流路が浅い、幅が狭いなど、流路断面積が小さいほ
ど、また、流路が長いほど、流路の慣性の影響を受けや
すい。ただし、慣性力は加速度にも比例する。そのた
め、流路全体の一様な流れに関しては流路全体に一定圧
力がかかるので流路長さがそのまま効いてくるが、高周
波の振動が伝播することに対しては、その波長の２分の
１の長さ分の慣性力しか効かない。高周波振動の伝播に
関しては、その波長の長さの中に、流体が前方に進む部
分と流体が後方に進む部分が１／２波長の長さ分ずつ交
互に存在しているからである。More specifically, the inertial force of the flow path is proportional to inertance (acoustic system inertia coefficient): M. The inertance: M is proportional to the length of the flow path and inversely proportional to the square of the cross-sectional area, as described in relation to the equation (7). Therefore, the smaller the channel cross-sectional area, such as the shallow channel and the narrow channel, and the longer the channel, the more susceptible to the inertia of the channel. However, the inertial force is also proportional to the acceleration. Therefore, for a uniform flow in the entire flow path, a constant pressure is applied to the entire flow path, so that the flow path length is effective as it is. Only one unit of inertial force is effective. This is because, with regard to the propagation of high-frequency vibrations, in the length of the wavelength, a portion where the fluid moves forward and a portion where the fluid moves backward are alternately present for each half wavelength.
【００８４】高周波振動が流路を伝播するときの波長
は、前述した音響的キャパシタンス：Ｃと、イナータン
ス：Ｍで表すことができる。ここで、単位長さあたりの
キャパシタンスをＣａ、単位長さあたりのイナータンス
をＭａとすると、振動周期：Ｔの振動に対する１／２波
長の長さ：Ｌｈは、
Ｌｈ＝Ｔ／√（Ｍａ×Ｃａ） （１１）
になる。The wavelength when the high frequency vibration propagates through the flow path can be represented by the acoustic capacitance: C and the inertance: M described above. Here, if the capacitance per unit length is Ca and the inertance per unit length is Ma, the length of the half wavelength for the vibration of the vibration period: T: Lh is Lh = T / √ (Ma × Ca ) It becomes (11).
【００８５】この式（１１）から分かるように、単位長
さあたりのキャパシタンス：Ｃaを大きくすれば、高周
波振動に対して実効的にイナータンスが効く長さ：Ｌｈ
が減少する（すなわち、実効的なイナータンスを減少さ
せる）。すなわち、「圧力吸収構成」となるように、流
路３４の幅を広くしたり、上壁の薄板１４を薄くしたり
してキャパシタンスを上げることによって、上記効果を
期待できる。なお、この手法は、上記目的以外にも、長
い流路を持つ構成でも応答性のよいシステムを設計した
り、あるいは敢えて遠方まで脈動の振動を伝達したい場
合にも有効な手段である。As can be seen from the equation (11), if the capacitance per unit length: Ca is increased, the inertance effectively acts on the high frequency vibration: Lh
Is reduced (ie, the effective inertance is reduced). That is, the above effect can be expected by increasing the capacitance by widening the width of the flow path 34 or thinning the thin plate 14 of the upper wall so as to have the “pressure absorbing structure”. In addition to the above purpose, this method is also an effective means for designing a system having good response even with a configuration having a long flow path, or for intentionally transmitting pulsation vibration to a distant place.
【００８６】なお、本実施例の効果は、図１に示したタ
イプのマイクロポンプ１０に限るものではなく、送液時
に脈動を伴うマイクロポンプ全般に有効である。The effect of the present embodiment is not limited to the micropump 10 of the type shown in FIG. 1, but is effective for all micropumps with pulsation during liquid feeding.
【００８７】例えば図４の上面図に示すように、開口部
として広がり形状の出入口４２，４４を持ち、常に広が
り方向への流路抵抗が大きいことを利用した「ノズル／
ディフューザ方式」といわれるタイプのマイクロポンプ
４０など、バルブのないマイクロポンプには特に有効で
ある。図４のマイクロポンプ４０は、例えば図１及び図
２に示したマイクロポンプ３０と同様に、圧電素子４８
を交流駆動し、チャンバー４６内の液体を送液する。For example, as shown in the top view of FIG. 4, the nozzles 42 and 44 having a widened shape are formed as openings, and the fact that the flow path resistance in the widening direction is always large is utilized in "nozzle /
This is particularly effective for a micropump having no valve, such as a micropump 40 of a type called “diffuser system”. The micropump 40 shown in FIG. 4 is similar to the micropump 30 shown in FIGS. 1 and 2, for example.
To drive the liquid in the chamber 46.
【００８８】また、例えば図５の断面図に示すように、
開閉弁であるバルブ５２，５４の開閉を伴って送液する
タイプのマイクロポンプ５０においても、高速で駆動す
るほど１サイクルあたりの送液量が脈動の影響を受けや
すくなることが予想されるため、上記効果は有効である
と考えられる。図５のマイクロポンプ５０は、チャンバ
ー５６に対向する圧電素子５６ａの駆動と同期して、バ
ルブ５２，５４を開閉する圧電素子５２ａ，５４ａを所
定のタイミングで駆動する。例えば、図５（ａ）に示す
ように、バルブ５２を閉じた状態で、矢印５６ｓで示す
ようにチャンバー５６を変形して加圧し、矢印５０ａで
示すようにチャンバー５６から流路３４への液体を押し
出す。次に、図５（ｂ）に示すように、バルブ５４を閉
じた状態で、矢印５６ｔで示すようにチャンバー５６を
元に戻して減圧し、矢印５０ｂで示すように流体リザー
バ３０から液体を吸い込む。これを繰り返す。Further, for example, as shown in the sectional view of FIG.
Even in the micro pump 50 of the type that feeds liquid by opening and closing the valves 52 and 54 that are opening / closing valves, it is expected that the liquid feed amount per cycle will be more likely to be affected by pulsation as it is driven at a higher speed. The above effects are considered to be effective. The micropump 50 of FIG. 5 drives the piezoelectric elements 52a and 54a for opening and closing the valves 52 and 54 at a predetermined timing in synchronization with the driving of the piezoelectric element 56a facing the chamber 56. For example, as shown in FIG. 5A, with the valve 52 closed, the chamber 56 is deformed and pressurized as shown by the arrow 56s, and the liquid from the chamber 56 to the flow path 34 is shown by the arrow 50a. Push out. Next, as shown in FIG. 5B, with the valve 54 closed, the chamber 56 is returned to its original position as shown by the arrow 56t to reduce the pressure, and the liquid is sucked from the fluid reservoir 30 as shown by the arrow 50b. . Repeat this.
【００８９】次に、第２実施例について、図６〜図８を
参照しながら説明する。Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS.
【００９０】図６に示した流体輸送システムは、図１及
び図２の第１実施例と略同様に構成されているが、第１
実施例と異なり、第２開口部２４に接続された流路３４
の途中に圧力吸収部６０が設けられている。圧力吸収部
６０の上壁は、第１実施例と同様に薄板１４で構成され
ている。圧力吸収部６０は、流路３４よりも幅が広いの
で、その部分の薄板１４は、圧力に対して撓み変形しや
すくしなっている。薄板１４の変形による圧力吸収部６
０のキャパシタンス（Ｃｄ）は、式（１０）で示したよ
うに、幅ｗの５乗に比例するため、例えば２０％程度幅
を広くするだけで、その値は約２．５倍になる。実際に
は、液体の圧縮によるキャパシタンス（Ｃｗ）との和で
評価すべきだが、この程度幅を広げるだけでも、圧力吸
収部として十分に機能する場合がある。The fluid transportation system shown in FIG. 6 is constructed in substantially the same manner as the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but
Different from the embodiment, the flow path 34 connected to the second opening 24
A pressure absorbing portion 60 is provided midway. The upper wall of the pressure absorbing portion 60 is composed of the thin plate 14 as in the first embodiment. Since the pressure absorbing portion 60 is wider than the flow path 34, the thin plate 14 in that portion is easily bent and deformed by pressure. Pressure absorbing portion 6 due to deformation of thin plate 14
Since the capacitance (Cd) of 0 is proportional to the fifth power of the width w as shown in the equation (10), the value becomes about 2.5 times as wide as 20%. Actually, it should be evaluated by the sum with the capacitance (Cw) due to the compression of the liquid, but even if the width is widened to this extent, it may function sufficiently as the pressure absorbing portion.
【００９１】この圧力吸収部６０では、単に圧力吸収効
果を発揮するだけでなく、高周波の圧力粗密波を反射す
る特性も有している。具体的には、流路３４と圧力吸収
部６０との界面６１ａ，６１ｂなど、実効的な音響イン
ピーダンスが変化するところで反射を起こす。音響イン
ピーダンスが増加する部分だけでなく、減少するような
界面でもこの反射は起こり得る。The pressure absorbing portion 60 not only exerts a pressure absorbing effect, but also has a characteristic of reflecting a high frequency pressure compression wave. Specifically, reflection occurs at a location where the effective acoustic impedance changes, such as the interfaces 61a and 61b between the flow path 34 and the pressure absorbing section 60. This reflection can occur not only in the part where the acoustic impedance increases, but also in the interface where it decreases.
【００９２】反射部６１ａの手前（Ｌａの部分）での音
響インピーダンスをＺａ、反射部６１ａの先方（Ｌｂの
部分）での音響インピーダンスをＺｂとすると、反射部
６１ａでの圧力の反射率：Ｋは、
Ｋ＝（Ｚｂ−Ｚａ）／（Ｚａ＋Ｚｂ） （１２）
で表すことができる。Letting Za be the acoustic impedance in front of the reflecting portion 61a (La portion) and Zb be the acoustic impedance in front of the reflecting portion 61a (Lb portion), the reflectance of pressure at the reflecting portion 61a: K Can be represented by K = (Zb-Za) / (Za + Zb) (12).
【００９３】なお、各部分での音響インピーダンスの
値：Ｚは、
Ｚ＝√（Ｍ×Ｃ） （１３）
で求められる。ここでのＭ、及びＣは、前述のイナータ
ンス：Ｍと音響キャパシタンス：Ｃのそれぞれ実効値の
ことである。The value of the acoustic impedance in each part: Z is calculated by Z = √ (M × C) (13). Here, M and C are effective values of the inertance: M and the acoustic capacitance: C, respectively.
【００９４】なお、この構成で反射できるのは、ある程
度以上の高周波な振動のみである。その周波数下限値の
日安としては、圧力吸収部６０内を波動が伝播するとき
に、およそその２分の１波長以上がその領域内に存在し
うる周波数でなくてはならない。いいかえれば、圧力吸
収部６０内を波動が伝播するときの波長が、圧力吸収部
６０を圧力が伝播する長さ（すなわち、Ｌｂ）の２倍以
上の波は反射されず、それより短い波長の波だけが反射
される。It should be noted that this configuration can reflect only high-frequency vibrations above a certain level. As the lower limit of the frequency, that is, the low price, when the wave propagates in the pressure absorbing portion 60, it must be a frequency at which approximately one-half wavelength or more can exist in the region. In other words, the wave length of the wave when the wave propagates in the pressure absorbing part 60 is twice or more the length (that is, Lb) of the pressure propagating in the pressure absorbing part 60, and the wave length of the wave shorter than that is not reflected. Only the waves are reflected.
【００９５】つまり、所定の周波数以上の高周波成分が
圧力吸収部より先方には伝播しにくくなるため、この部
分より先方の流体の流れを脈動のないスムーズな流れに
することができる。その結果、さらに先方の流路に急激
な曲がり部や外部流路とのコネクタ部など複雑な流路形
状の部分があったり、又は気泡の混入など不確定な要素
があっても、その部分における制御困難な波動の反射が
起こらないようにして、送液特性の安定化に役立てるこ
とができる。That is, since a high-frequency component of a predetermined frequency or higher is less likely to propagate ahead of the pressure absorbing portion, the fluid flow ahead of this portion can be made smooth without pulsation. As a result, even if there is a part with a complicated flow path shape such as a sharp bend or a connector part with an external flow path in the further flow path, or there is an uncertain element such as the inclusion of bubbles, It is possible to help stabilize the liquid transfer characteristics by preventing the reflection of waves that are difficult to control.
【００９６】圧力吸収部６０で反射した反射波がマイク
ロポンプ２０の第２開口部２４に戻ってくることによっ
て、マイクロポンプ２０の特性に影響を及ぼす場合があ
る。一般的に、この影響は特性劣化につながることが多
い。しかし、その波頭の位置を考慮した設計を行うこと
によって、逆に、反射波を積極的に利用して効率を上げ
ることも可能である。特に、図１及び図２に示したタイ
プのマイクロポンプ１０に関して、この効果が大きい。The reflected wave reflected by the pressure absorbing portion 60 returns to the second opening 24 of the micropump 20, which may affect the characteristics of the micropump 20. Generally, this effect often leads to characteristic deterioration. However, by designing in consideration of the position of the wave front, conversely, it is possible to positively utilize the reflected wave to improve the efficiency. This effect is particularly great for the micropump 10 of the type shown in FIGS. 1 and 2.
【００９７】すなわち、上記タイプのマイクロポンプ１
０では、第２開口部２４は圧力が変わっても流路抵抗の
値が変化しないことが要求されるので、第２開口部２４
の両端間の圧力変動は、なるべく少ないことが望まれ
る。そこで、上記の反射波を利用して、圧力振動周期波
形に対して位相差がある反射波を第２開口部２４で干渉
させることによって、第２開口部２４での圧力変動を抑
制して、より良好な特性を得ることが可能になる。That is, the micropump 1 of the above type
At 0, it is required that the value of the flow path resistance of the second opening 24 does not change even if the pressure changes.
It is desired that the pressure fluctuation between both ends of the is as small as possible. Therefore, by utilizing the above-described reflected wave, the reflected wave having a phase difference with respect to the pressure oscillation periodic waveform is caused to interfere at the second opening 24, thereby suppressing the pressure fluctuation at the second opening 24, It becomes possible to obtain better characteristics.
【００９８】そのためには、第２開口部２４から圧力反
射部６１ａまでの距離Ｌａについて、マイクロポンプ１
０の駆動周期の波動が流路を伝播する波長の１／２のＮ
倍（Ｎ＝１，２，３，…）付近の長さを避け、最適距離
を探せばよい。ただし、このＮが大きくなると、それだ
け反射波の減衰も大きくなるので、反射波で圧力変動を
抑制する効果が小さくなる。さらには、わずかな設計誤
差や外乱などにより波長が変わると、反射波の位相がず
れてしまい、狙いとは全く異なる結果になりかねない。
そこで、好ましくは、第２開口部２４から圧力反射部６
１ａまでの距離Ｌａをマイクロポンプ１０の駆動周期の
波長の１／２より短くして、反射波の位相が最適になる
ような位置に圧力反射部６１ａを配置する。To this end, the micropump 1 is set for the distance La from the second opening 24 to the pressure reflecting portion 61a.
N of 1/2 the wavelength at which a wave with a drive cycle of 0 propagates through the flow path
The optimum distance should be searched for while avoiding the length in the vicinity of double (N = 1, 2, 3, ...). However, when this N becomes large, the attenuation of the reflected wave also becomes large accordingly, so that the effect of suppressing the pressure fluctuation by the reflected wave becomes small. Furthermore, if the wavelength changes due to a slight design error or disturbance, the phase of the reflected wave will shift, which may result in a completely different result.
Therefore, it is preferable that the pressure reflecting portion 6 is provided through the second opening 24.
The distance La to 1a is set to be shorter than 1/2 of the wavelength of the driving period of the micropump 10, and the pressure reflection portion 61a is arranged at a position where the phase of the reflected wave is optimum.
【００９９】なお、マイクロポンプ１０の駆動周期：Ｔ
ｐに対する１／２波長の長さは、前述した式（１１）と
同様に、
Ｌｈ＝Ｔｐ／√（Ｍ×Ｃ） （１４）
となる。The driving cycle of the micropump 10: T
The length of ½ wavelength with respect to p is Lh = Tp / √ (M × C) (14), as in the above-described formula (11).
【０１００】したがって、このＬｈに対して圧力反射部
６１ａの位置（すなわち、Ｌａの長さ）の最適化を図る
か、あるいは圧力伝播流路部（Ｌａの部分）のキャパシ
タンス：Ｃやイナータンス：Ｍを変えて圧力反射部６１
ａの位置に対するＬｈの最適化を図ればよい。Therefore, the position of the pressure reflecting portion 61a (that is, the length of La) is optimized with respect to this Lh, or the capacitance: C or the inertance: M of the pressure propagation flow path portion (the portion of La). Changing the pressure reflection part 61
Lh should be optimized for the position of a.
【０１０１】次に、第２実施例の変形例について説明す
る。Next, a modification of the second embodiment will be described.
【０１０２】図７の流体輸送システムは、１本の流路３
４の複数箇所に間隔を設けて圧力吸収部６０，６２，６
４を配置している。これにより、高周波成分の伝播をよ
り強く妨げることができる。このように複数の圧力吸収
部６０，６２，６４を配置すると、それぞれの界面６１
ａ，６１ｂ；６３ａ，６３ｂ；６５ａ，６５ｂでの反射
は、図６の場合ほど強くなくてもよいので、第２開口部
２４に反射して戻ってくる成分を少なくしつつ、かつ圧
力吸収部６４より先に伝播する高周波成分を抑制でき
る。The fluid transportation system of FIG. 7 has one flow path 3
4, pressure absorbing portions 60, 62, 6 are provided at intervals at a plurality of locations.
4 are arranged. This makes it possible to more strongly prevent the propagation of high frequency components. When a plurality of pressure absorbing parts 60, 62, 64 are arranged in this way, the respective interfaces 61
Since the reflection at a, 61b; 63a, 63b; 65a, 65b need not be as strong as in the case of FIG. 6, the components reflected and returned to the second opening 24 are reduced, and at the same time, the pressure absorbing portion is reduced. The high frequency component that propagates before 64 can be suppressed.
【０１０３】圧力吸収部は、図６及び図７以外の構成で
もよく、音響インピーダンス：Ｚが不連続な境界があれ
ばよい。The pressure absorbing portion may have a structure other than those shown in FIGS. 6 and 7, and it is sufficient that there is a boundary where the acoustic impedance Z is discontinuous.
【０１０４】さらに、このような反射現象は、音響イン
ピーダンスの値にかかわらず、流路が急激に折れ曲がっ
ている部分など、圧力波の直進性を妨げる部分でも起こ
りうるので、これも同様の目的で使うことができる。Further, since such a reflection phenomenon can occur at a portion that obstructs the straightness of the pressure wave, such as a portion where the flow path is sharply bent, regardless of the value of the acoustic impedance, this also has the same purpose. Can be used.
【０１０５】例えば図８の流体輸送システムでは、流路
３４の先方３４ｓに複数の折れ曲がり部３４ｋを設け、
各折れ曲がり部３４ｋで高周波波動の一部を反射させる
ことができる。For example, in the fluid transportation system shown in FIG. 8, a plurality of bent portions 34k are provided at the tip 34s of the flow path 34,
A part of the high frequency wave can be reflected at each bent portion 34k.
【０１０６】次に、第３実施例について、図９〜図１６
を参照しながら説明する。Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to.
【０１０７】第１及び第２実施例のようなマイクロポン
プを複数個並べ、これらを繋いでシステム化すること
で、一つのマイクロポンプを単独で使用するときよりも
システムとしての持性を向上させることができる。この
ような使い方をする場合に、以下のように、マイクロポ
ンプ間で脈動の影響を受けないようにしたり、互いの脈
動を利用し合って、さらに高性能化したりすることがで
きる。By arranging a plurality of micropumps as in the first and second embodiments and connecting them to form a system, the durability of the system is improved as compared with the case where one micropump is used alone. be able to. In such a case, it is possible to prevent the micropumps from being affected by pulsation or to utilize the mutual pulsations to further improve the performance as described below.
【０１０８】図９に示した流体輸送システムは、流体チ
ャンバー３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続されたマイクロ
ポンプ１０ａ，１０ｂを並列に接続し、システムとして
の流量を増やすようにしている。このとき、マイクロポ
ンプ１０ａ，１０ｂの互いの脈動の影響により合流部３
４ｃで思わぬ不具合が起きたり、合流後の流路３６で流
れの特性が変動したりするのを防ぐために、マイクロポ
ンプ１０ａ，１０ｂに接続された各流路３４ａ，３４ｂ
の途中に、圧力吸収部６０ａ，６０ｂを設けている。In the fluid transport system shown in FIG. 9, the micropumps 10a and 10b connected to the fluid chambers 30a and 30b are connected in parallel to increase the flow rate of the system. At this time, the merging portion 3 is affected by the pulsation of the micropumps 10a and 10b.
4c, in order to prevent an unexpected malfunction from occurring and the flow characteristics of the flow path 36 after the merging to change, the flow paths 34a and 34b connected to the micropumps 10a and 10b.
Pressure absorbing portions 60a and 60b are provided in the middle of the process.
【０１０９】図１０及び図１１の流体輸送システムは、
流体チャンバー３０と流路３８の間に、複数のマイクロ
ポンプ１０ｃ，１０ｄを直列に接続することにより、シ
ステムとしての発生圧力を増やすようにしている。この
とき、マイクロポンプ１０ｃ，１０ｄの互いの脈動の影
響により、マイクロポンプ１０ｃ，１０ｄの間で圧力波
の干渉が起こり、所望の特性が得られなくなることが予
想される。これを防ぐために、図１０の流体輸送システ
ムでは、マイクロポンプ１０ｃ，１０ｄのチャンバー間
を繋ぐ流路３４に、圧力吸収部６０を設けている。図１
１の流体輸送システムでは、マイクロポンプ１０ｃ，１
０ｄ間に圧力吸収部６０のみを設け、流路を無くしてい
る。この手法は、図１のタイプのマイクロポンプに限ら
ず、脈動を含むマイクロポンプ全般に用いることが可能
である。The fluid transportation system of FIGS. 10 and 11 is
By connecting a plurality of micropumps 10c and 10d in series between the fluid chamber 30 and the flow path 38, the pressure generated by the system is increased. At this time, due to the influence of the pulsations of the micropumps 10c and 10d, interference of the pressure wave occurs between the micropumps 10c and 10d, and it is expected that desired characteristics cannot be obtained. In order to prevent this, in the fluid transport system of FIG. 10, the pressure absorbing section 60 is provided in the flow path 34 connecting the chambers of the micro pumps 10c and 10d. Figure 1
In the first fluid transportation system, the micro pumps 10c, 1c
Only the pressure absorbing portion 60 is provided between 0d and the flow path is eliminated. This method is applicable not only to the micropump of the type shown in FIG. 1, but also to micropumps including pulsation.
【０１１０】複数のマイクロポンプを直列に接続する場
合、脈動圧力を緩和する方法の他に、お互いの圧力波を
利用し合って特性を上げる方法もある。以下にその例を
挙げる。When a plurality of micropumps are connected in series, there is a method of relaxing the pulsating pressure and a method of improving the characteristics by utilizing mutual pressure waves. An example is given below.
【０１１１】図１２の流体輸送システムは、流路３１，
３５間に、複数のマイクロポンプ４０ａ，４０ｂ，４０
ｃのチャンバーを直列に繋ぎ（流路を介して繋いでも問
題ない）、隣接するマイクロポンプ４０ａ，４０ｂ，４
０ｃに位相差をつけて（あるいは、駆動電圧のタイミン
グをずらして）駆動する。The fluid transportation system of FIG.
35, a plurality of micropumps 40a, 40b, 40
The chambers of c are connected in series (there is no problem if they are connected via a flow path), and the adjacent micropumps 40a, 40b, 4
Driving is performed with a phase difference added to 0c (or by shifting the timing of the drive voltage).
【０１１２】図１３（ａ）は、図１及び図２のタイプの
２つのマイクロポンプ１０ｓ，１０ｔのチャンバー２０
ｓ，２０ｔ間を共通の第１開口部２２ｘで連通し、それ
ぞれの反対側を第２開口部２４ｓ，２４ｔを介して流路
３１，３５に連通させる構成の流体輸送システムを示
す。マイクロポンプ１０ｓ，１０ｔは、アクチュエータ
の挙動が、互いに位相差が付く（あるいは、変形方向の
正負が逆になる）ように、適宜に駆動する。例えば図１
３（ｂ）は、これらのマイクロポンプ１０ｓ，１０ｔの
アクチュエータ（図示せず）にそれぞれ印加する駆動電
圧波形８０，８２の一例である。駆動電圧波形８０，８
２は、急激な立ち上がり８０ａ又は立下り８２ａと、緩
やかな立下り８０ｂ又は立ち上がり８２ｂが同期し、位
相が１８０度ずれている。FIG. 13A shows a chamber 20 of two micropumps 10s and 10t of the type shown in FIGS.
The fluid transport system has a configuration in which s and 20t are communicated with each other through a common first opening 22x, and the opposite sides thereof are communicated with the flow paths 31 and 35 through the second openings 24s and 24t. The micropumps 10s and 10t are appropriately driven so that the behaviors of the actuators are out of phase with each other (or the positive and negative directions of deformation are opposite). Figure 1
3 (b) is an example of drive voltage waveforms 80 and 82 applied to the actuators (not shown) of these micropumps 10s and 10t, respectively. Drive voltage waveform 80, 8
In No. 2, the sharp rising edge 80a or falling edge 82a and the gentle falling edge 80b or rising edge 82b are synchronized, and their phases are shifted by 180 degrees.
【０１１３】図１４（ａ）は、図１のタイプのマイクロ
ポンプ１０ｓ，１０ｔのチャンバー２０ｓ，２０ｔ間を
共通の第２開口部２４ｘで連通し、それぞれの反対側の
第１開口部２２ｓ，２２ｔを圧力吸収部６０ｓ，６０ｔ
を介して不図示の流路に連通させる構成の流体輸送シス
テムを示す。この場合には、圧力吸収部６０ｓ，６０ｔ
を設けることが、特性の安定上望ましい。FIG. 14 (a) shows that the chambers 20s, 20t of the micropumps 10s, 10t of the type shown in FIG. 1 are communicated with each other by the common second opening 24x, and the first openings 22s, 22t on the opposite sides thereof are connected. The pressure absorbing parts 60s, 60t
1 shows a fluid transportation system configured to communicate with a flow path (not shown) via a. In this case, the pressure absorbing parts 60s, 60t
It is desirable to provide the above because of stable characteristics.
【０１１４】図１４（ｂ）は、これらのマイクロポンプ
１０ｓ，１０ｔのアクチュエータ（図示せず）に印加す
る駆動電圧波形８４，８６の一例である。マイクロポン
プ１０ｓ，１０ｔのアクチュエータは、それぞれの立上
り時間（８４ａ，８６ａの長さ）と立下りの時間（８４
ｂ，８６ｂの長さ）とが互い異なり、かつ、立上り又は
立下りについて、いずれか一方のアクチュエータの変位
速度が最も速いとき、一方のアクチュエータの変形方向
と他方のアクチュエータの変位方向とが一致する。FIG. 14B shows an example of drive voltage waveforms 84 and 86 applied to the actuators (not shown) of these micropumps 10s and 10t. The actuators of the micropumps 10s and 10t have rise times (lengths of 84a and 86a) and fall times (84a).
b, 86 b) and the displacement speed of either one of the actuators is the highest for rising or falling, the deformation direction of one actuator and the displacement direction of the other actuator match. .
【０１１５】図１５の流体輸送システムは、流路３１，
３５の間に、複数のマイクロポンプ４０ｓ，４０ｔを、
接続部である流路３３を介して直列に繋いでいる。流路
３３の長さＬ０を適切な長さに設定することで、流路３
３を伝わる圧力粗密波の波長に対して、マイクロポンプ
４０ｓ，４０ｔが発生する脈動を互いに利用し合うこと
ができる。The fluid transportation system of FIG.
35, a plurality of micro pumps 40s, 40t,
They are connected in series via a flow path 33 that is a connecting portion. By setting the length L 0 of the flow path 33 to an appropriate length, the flow path 3
The pulsations generated by the micropumps 40s and 40t can be mutually utilized with respect to the wavelength of the pressure compression wave transmitted through the micro pump 3.
【０１１６】前述したように、流路３３の長さＬ０は、
圧力粗密波の波長の１／２のＮ倍（Ｎ＝１，２，…）付
近を避け、一方のマイクロポンプから他方のマイクロポ
ンプに向けて進行する圧力粗密波と反射された反射波と
が打ち消し合うようにすればよい。流路３３の長さＬ０
が、圧力粗密波の波長の１／２以下であれば、反射波の
減衰が小さいので打ち消し合う効果が大きくなるととも
に、設計誤差や外乱などがあっても、狙い通りの結果と
なるようにすることができる。As described above, the length L 0 of the channel 33 is
The pressure compression wave traveling from one micropump to the other micropump and the reflected wave reflected from the micropump are avoided by avoiding the vicinity of N times (N = 1, 2, ...) Of the wavelength of the pressure compression wave. It should be canceled out. Length L 0 of flow path 33
However, if the wavelength is less than 1/2 of the wavelength of the compressional compression wave, the attenuation of the reflected waves is small, so the effect of canceling each other is large, and even if there is a design error or disturbance, the desired result is obtained. be able to.
【０１１７】しかし、流路３３が短すぎると、この効果
が得られないばかりか、かえって悪影響を及ぼす可能性
がある。圧力粗密波として最も一般的な正弦波では、圧
力のピークの地点から圧力がゼロになる地点までの長さ
は、その波長の１／４の長さに相当し、それ以下の長さ
ではあまり効果が期待できないばかりか、かえって悪影
響を及ぼすことも考えられる。したがって、流路３３の
長さＬ０は、駆動周波数の振動の波長の１／４以上であ
ることが望ましい。However, if the flow path 33 is too short, not only this effect cannot be obtained, but there is a possibility of adverse effects. In the most common sine wave as a pressure compression wave, the length from the point of the pressure peak to the point where the pressure becomes zero corresponds to 1/4 of the wavelength, and if the length is less than that, it is not so much. Not only can it not be expected to have an effect, but it may have an adverse effect. Therefore, the length L 0 of the flow path 33 is preferably ¼ or more of the wavelength of the vibration of the driving frequency.
【０１１８】上記のさまざまな工夫を任意に組み合わせ
ることで、より高性能な流体搬送システムを構築でき
る。By arbitrarily combining the above various ideas, a higher performance fluid transfer system can be constructed.
【０１１９】例えば図１６の流体輸送システムは、３系
統の直列に繋いだマイクロポンプ１０ｕ，１０ｖ，１０
ｗ、圧力吸収部６０ｕ，６０ｖ，６０ｗを含む流路３４
ｕ，３４ｖ，３４ｗ、マイクロポンプ１０ｘ，１０ｙ，
１０ｚ、流路３４ｘ，３４ｙ，３４ｚが、流体リザーバ
３０ｘと圧力吸収部６０ｘとの間に並列に並べて接続さ
れている。このように、直列に繋いだもの同士をさらに
並列に並べて合流させることで、合流後の流路３６での
流量、発生圧力の両方を増やすことが可能になる。For example, the fluid transport system shown in FIG. 16 has three micropumps 10u, 10v, 10 connected in series.
w, the flow path 34 including the pressure absorbing parts 60u, 60v, 60w
u, 34v, 34w, micropumps 10x, 10y,
10z and the flow paths 34x, 34y, and 34z are connected in parallel between the fluid reservoir 30x and the pressure absorbing section 60x. In this way, by arranging those connected in series in parallel and merging them, it is possible to increase both the flow rate and the generated pressure in the flow path 36 after the merging.
【０１２０】以上説明したように、流体輸送システム
は、圧力吸収部や反射部を設けるなどして、特性の劣化
を防止することができる。As described above, the fluid transportation system can prevent the deterioration of the characteristics by providing the pressure absorbing portion and the reflecting portion.
【０１２１】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。The present invention is not limited to the above embodiments, but can be implemented in various other modes.
【０１２２】例えば、マイクロポンプのチャンバーに２
本の流路が連通する場合に限らず、３本以上のそれぞれ
独立した流路が連通するようにしてもよい。また、マイ
クロポンプのチャンバーに接続された流路同士を接続
し、流体循環系を構成してもよい。For example, 2 in the chamber of the micro pump.
It is not limited to the case where the three flow paths communicate with each other, and three or more independent flow paths may communicate with each other. Further, the fluid circulation system may be configured by connecting the flow paths connected to the chamber of the micropump.
【０１２３】また、本発明は、液体に限らず、気体も含
めたすべての流体に適用可能である。Further, the present invention is applicable not only to liquid but also to all fluids including gas.
【図１】 マイクロポンプの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a micropump.
【図２】 本発明の第１実施例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 2 is a plan view of the fluid transportation system according to the first embodiment of this invention.
【図３】 図２の変形例の流体輸送システムの平面図で
ある。FIG. 3 is a plan view of a fluid transportation system of a modified example of FIG.
【図４】 他の変形例の流体輸送システムの平面図であ
る。FIG. 4 is a plan view of a fluid transportation system according to another modified example.
【図５】 さらに別の変形例のマイクロポンプの断面図
である。FIG. 5 is a cross-sectional view of yet another modified micropump.
【図６】 本発明の第２実施例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 6 is a plan view of a fluid transportation system according to a second embodiment of the present invention.
【図７】 図６の変形例の流体輸送システムの平面図で
ある。FIG. 7 is a plan view of a fluid transportation system of a modified example of FIG.
【図８】 他の変形例の流体輸送システムの平面図であ
る。FIG. 8 is a plan view of a fluid transportation system according to another modification.
【図９】 本発明の第３実施例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 9 is a plan view of a fluid transportation system according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】 図９の変形例の流体輸送システムの平面図
である。FIG. 10 is a plan view of a fluid transportation system of a modified example of FIG.
【図１１】 他の変形例の流体輸送システムの平面図で
ある。FIG. 11 is a plan view of a fluid transportation system according to another modification.
【図１２】 さらに別の変形例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 12 is a plan view of a fluid transportation system according to still another modification.
【図１３】 さらに別の変形例の流体輸送システムの
（ａ）平面図及び（ｂ）駆動電圧波形図である。FIG. 13 is a plan view (a) and a drive voltage waveform diagram (b) of a fluid transportation system according to still another modification.
【図１４】 さらに別の変形例の流体輸送システムの
（ａ）平面図及び（ｂ）駆動電圧波形図である。FIG. 14 is (a) a plan view and (b) a drive voltage waveform diagram of a fluid transportation system of still another modified example.
【図１５】 さらに別の変形例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 15 is a plan view of a fluid transportation system according to still another modification.
【図１６】 さらに別の変形例の流体輸送システムの平
面図である。FIG. 16 is a plan view of a fluid transportation system according to still another modification.
【図１７】 図１のマイクロポンプの変位挙動と駆動電
圧のグラフである。17 is a graph of displacement behavior and driving voltage of the micropump of FIG.
【図１８】 他の変位挙動と駆動電圧のグラフである。FIG. 18 is a graph of another displacement behavior and drive voltage.
【図１９】 さらに別の変位挙動と駆動電圧のグラフで
ある。FIG. 19 is a graph of another displacement behavior and drive voltage.
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｓ，１０
ｔ，１０ｕ，１０ｖ，１０ｗ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ
マイクロポンプ
１４ 薄板（壁）
２０，２０ｓ，２０ｔ チャンバー
２２，２２ｓ，２２ｔ，２２ｘ 第１開口部
２４，２４ｓ，２４ｔ，２４ｘ 第２開口部
２４ａ，２４ｂ 流路（開口部）
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｘ 流体リザーバ
３１ 流路
３３ 流路（接続部）
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｕ，３４ｖ，３４ｗ，３４
ｘ，３４ｙ，３４ｚ流路
３４ｋ 折れ曲がり部（反射部）
３５，３６，３８ 流路
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｓ，４０ｔ マイ
クロポンプ
４２，４４ 出入口（開口部）
４６ チャンバー
５０ マイクロポンプ
５２，５４ バルブ（開閉弁）
５６ チャンバー
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｓ，６０ｔ，６０ｕ，６０
ｖ，６０ｗ，６０ｘ圧力吸収部
６１ａ，６１ｂ 界面（反射部）
６２ 圧力吸収部
６３ａ，６３ｂ 界面（反射部）
６４ 圧力吸収部
６５ａ，６５ｂ 界面（反射部）10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10s, 10
t, 10u, 10v, 10w, 10x, 10y, 10z
Micro pump 14 Thin plate (wall) 20, 20s, 20t Chamber 22, 22s, 22t, 22x 1st opening part 24, 24s, 24t, 24x 2nd opening part 24a, 24b Flow path (opening part) 30, 30a, 30b, 30x fluid reservoir 31 channel 33 channel (connection part) 34, 34a, 34b, 34u, 34v, 34w, 34
x, 34y, 34z Flow path 34k Bent part (reflection part) 35, 36, 38 Flow paths 40, 40a, 40b, 40c, 40s, 40t Micro pump 42, 44 Inlet / outlet (opening part) 46 Chamber 50 Micro pump 52, 54 Valve (open / close valve) 56 Chamber 60, 60a, 60b, 60s, 60t, 60u, 60
v, 60w, 60x Pressure absorption part 61a, 61b Interface (reflection part) 62 Pressure absorption part 63a, 63b Interface (reflection part) 64 Pressure absorption part 65a, 65b Interface (reflection part)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 速水 俊一 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 山東 康博 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 3H071 AA01 BB01 CC23 CC25 DD32 DD35 3H075 AA01 BB04 CC03 DA05 DA15 DA18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shunichi Hayami 2-3-3 Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiro Santo 2-3-3 Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Osaka International Building Minolta Co., Ltd. F term (reference) 3H071 AA01 BB01 CC23 CC25 DD32 DD35 3H075 AA01 BB04 CC03 DA05 DA15 DA18
Claims (5)
流路又は流体リザーバがそれぞれ開口部又は開閉弁を介
して連通する流体輸送システムにおいて、 上記流路又は流体リザーバの一部分に、流体振動圧力を
吸収又は緩和する圧力吸収部を設けたことを特徴とす
る、流体輸送システム。1. A fluid transportation system in which a plurality of channels or fluid reservoirs communicate with a chamber of a micropump through an opening or an on-off valve, respectively, and a portion of the channel or fluid reservoir absorbs fluid vibration pressure. Alternatively, a fluid transport system is characterized in that a pressure absorbing portion for relaxing is provided.
リザーバに単位圧力を加えたときの変形による上記流路
又は流体リザーバの容積変化量と、上記流路又は流体リ
ザーバに存在する流体に同じ単位圧力を加えたときの該
流体の体積変化量とのそれぞれの絶対値の和が、 上記チャンバーに単位圧力を加えたときの上記チャンバ
ーの容積変化量と、上記チャンバー内の流体に同じ単位
圧力を加えたときの該流体の体積変化量とのそれぞれの
絶対値の和よりも大きいことを特徴とする、請求項１記
載の流体輸送システム。2. A volume change amount of the flow passage or the fluid reservoir due to deformation when a unit pressure is applied to the flow passage or the fluid reservoir including the pressure absorbing portion and a fluid existing in the flow passage or the fluid reservoir. The sum of the respective absolute values of the volume change amount of the fluid when the same unit pressure is applied is equal to the volume change amount of the chamber when a unit pressure is applied to the chamber and the same unit for the fluid in the chamber. The fluid transportation system according to claim 1, wherein the fluid transportation system is larger than a sum of respective absolute values of the volume change amount of the fluid when pressure is applied.
流路又は流体リザーバがそれぞれ開口部又は開閉弁を介
して連通する流体輸送システムにおいて、 上記流路又は流体リザーバの一部分に、上記チャンバー
から遠ざかる方向に進行する圧力粗密波の一部を上記チ
ャンバー側に反射する圧力反射部を設けたことを特徴と
する、流体輸送システム。3. A fluid transport system in which a plurality of channels or fluid reservoirs communicate with a chamber of a micropump through an opening or an on-off valve, respectively, and a part of the channels or fluid reservoirs is separated from the chamber. 2. A fluid transportation system, comprising: a pressure reflector for reflecting a part of the pressure compression wave traveling to the chamber side to the chamber side.
流路又は流体リザーバがそれぞれ開口部を介して連通
し、上記チャンバー内の圧力を昇降させたときに、一方
の開口部の流路抵抗の変化割合が他方の開口部の流路抵
抗の変化割合より小さい、流体輸送システムにおいて、 上記一方の開口部に連通する上記流路又は流体リザーバ
の一部分に、上記チャンバー部から遠ざかる方向に進行
する圧力粗密波の一部を上記チャンバー側に反射する反
射部を設け、 上記一方の開口部から上記反射部までの上記流路又は流
体リザーバの距離が、上記マイクロポンプの駆動周期に
相当する圧力粗密波の波長の１／２以下であることを特
徴とする、流体輸送システム。4. A micropump chamber is connected with a plurality of flow paths or fluid reservoirs via openings, respectively, and when the pressure in the chamber is raised or lowered, the flow path resistance of one opening changes. In the fluid transportation system, the proportion of which is smaller than the rate of change of the flow path resistance of the other opening, in the part of the flow path or the fluid reservoir communicating with the one opening, the pressure density that progresses in the direction away from the chamber section. A reflecting portion that reflects a part of the wave to the chamber side is provided, and the distance of the flow path or the fluid reservoir from the one opening portion to the reflecting portion corresponds to the pressure compression wave corresponding to the driving cycle of the micropump. A fluid transportation system, characterized in that the wavelength is ½ or less of the wavelength.
列に配置され、隣接する上記チャンバー間を接続する接
続部の長さが、上記マイクロポンプの駆動周期に相当す
る圧力粗密波の波長の１／２より短く、 隣り合った上記チャンバーを、異なる駆動波形で、ある
いは位相差をつけて駆動することを特徴とする、流体輸
送システム。5. A plurality of micropump chambers are arranged in series, and a length of a connecting portion connecting between the adjacent chambers is ½ of a wavelength of a pressure compression wave corresponding to a driving cycle of the micropump. A fluid transportation system, characterized in that the shorter and adjacent chambers are driven with different drive waveforms or with a phase difference.
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