JP2005273455A - 水素ポンプによる輸液ディバイス及びそれを用いた輸液方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、マイクロタスシステムに容易に内臓でき、液体を連続的に輸液する
ことができる水素ポンプによる輸液ディバイス及びそれを用いた輸液方法を提供する。
【解決手段】 液体が液体供給口から液体排出口方向のみに流れるように第１の逆止弁と
第２の逆止弁が設置されている第１の液体通路と、液体が液体供給口から液体排出口方向
のみに流れるように第３の逆止弁と第４の逆止弁が設置されている第２の液体通路と、固
体電解質膜と、固体電解質膜の両面に積層された水素透過性電極と、一端部が第１の液体
通路の第１の逆止弁と第２の逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖され、一方の水素透過
性電極に接している第３の液体通路と、一端部が第２の液体通路の第３の逆止弁と第４の
逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖され、他方の水素透過性電極に接している第４の液
体通路が基板内に組み込まれている水素ポンプによる輸液ディバイス。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロタスシステム（ｍｉｃｒｏ−ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙ
ｓｔｅｍ）に使用される水素ポンプによる輸液ディバイス及びそれを用いた輸液方法に関
する。

最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染物
質のモニタリング、食品の安全性検査等現場において短時間に安価に診断したり分析する
技術のニーズは非常に高くなってきている。

例えば、従来高価且つ大型の装置を必要とした分析を、持ち運び可能な小型の分析装置
が代替できれば、大病院にしか設置できなかった分析装置を開業医でも設置、利用するこ
とが可能になり、診断結果を患者に簡便に早期にフィードバックすることが可能になる。

又、高齢者の健康指標を高齢者の家族が測定し、その健康指標数値を在宅管理したり、
病院に定期的に送信して病院で管理することにより在宅医療環境がより優れたものとなる
。

又、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染物質を、高価且つ大型装置を使用するこ
となく、簡易測定することができれば、簡単且つ安価に環境診断することができる。更に
、持ち運び可能な小型の分析装置を用いて現場で環境汚染物質を分析することができれば
、よりきめ細かい安全環境を供出することができる。

このような測定を簡易に行うために、基板内又は基板上に微細流路、輸液ディバイス、
反応槽、電気泳動カラム、膜分離機構、液体クロマトグラフカラム、キャピラリーガスク
ロマトグラフィー（ＣＧＣ）、キャピラリーグラフィー（ＩＬＣ）、誘導型プラズマ（Ｉ
ＣＰ）、質量分析計（ＭＳ）、電気化学的測定装置等が内臓されたマイクロタスシステム
の研究が盛んになされている。

上記マイクロタスシステムにおいては、試料や溶離液等の液体を輸送するための輸液デ
ィバイスとしては一般にマイクロポンプが使用されている。

マイクロポンプとしては、例えば、ダイヤフラムと、該ダイヤフラムを往復変位させる
駆動手段と、前記ダイヤフラムで一部が画成された圧力室と、前記ダイヤフラムの変位計
測手段と、該変位計測手段で検出した値に基づいて前記ダイヤフラムの変位を制御する制
御手段とを備えてなるダイヤフラムポンプ（例えば、特許文献１参照。）が挙げられる。

又、異なるマイクロポンプとしては、ピストンとハウジングを相対的に移動させる第１
のアクチュエータと、このピストンの少なくとも一部を収納し軸方向に貫通した空間を有
するシリンダと、このシリンダとハウジングを相対的に移動させる第２のアクチュエータ
と、前記ピストン、前記シリンダ、前記ハウジングで形成されるポンプ室と、このポンプ
室と外部とを連絡する流体の吸入口と吐出口より構成される流体供給装置（例えば、特許
文献２参照。）、微細流路上に電気浸透流を発生させる方法による送液媒体の送液を行う
ポンプ（例えば、特許文献３参照。）等が挙げられる。
特開２００１−１３２６４６号公報 特開２００２−０２１７１５号公報 特開平１０−１００８８号公報

しかし、上記マイクロポンプは、構造が複雑であり、濃縮部や検出部を作成する労力に
比べてポンプの作成労力が非常に大きい、ダイヤフラム構造やピストン構造のポンプは送
液媒体に脈動が生じる、電気浸透流を用いるポンプは高電圧の印加が必要である等の欠点
があった。

更に、上記欠点がなく、電極および配線以外の全ての材質を加工性の良い高分子樹脂で
形成することが可能であり、極限的に微小化することも容易なマイクロポンプとして水素
ポンプ（例えば、特許文献４参照。）が挙げられるが、マイクロタスシステムに内臓可能
であって、連続的に液送が可能な水素ポンプはなかった。
ＵＳＰ３，４８９，６７０号公報

本発明の目的は、上記欠点に鑑み、マイクロタスシステムに容易に内臓でき、試料、希
釈液、溶解液、溶離液等の液体を連続的に輸液することができる水素ポンプによる輸液デ
ィバイス及びそれを用いた輸液方法を提供することにある。

又、異なる目的はグラジエント変化可能な水素ポンプによる輸液ディバイス及びそれを
用いた輸液方法を提供することにある。

請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイスは、液体供給口と液体排出口と、
液体供給口と液体排出口を連通し、途中に液体が液体供給口から液体排出口方向のみに
流れるように第１の逆止弁と第２の逆止弁が設置されている第１の液体通路と、
液体供給口と液体排出口を連通し、途中に液体が液体供給口から液体排出口方向のみに
流れるように第３の逆止弁と第４の逆止弁が設置されている第２の液体通路と、
固体電解質膜と、
固体電解質膜の両面に積層された水素透過性電極と、
一端部が第１の液体通路の第１の逆止弁と第２の逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖
され、一方の水素透過性電極に接している第３の液体通路と、
一端部が第２の液体通路の第３の逆止弁と第４の逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖
され、他方の水素透過性電極に接している第４の液体通路
が基板内に組み込まれていることを特徴とする。

本発明で使用される基板の素材は、特に限定されるものではなく、例えば、従来から使
用されている、ガラス、石英、シリコン等の無機材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が
挙げられる。

上記無機材料は精度、加工性等が優れており、例えば、半導体微細加工技術において広
く用いられている光リソグラフィー技術を利用すれば、ガラスやシリコン基板上にミクロ
ンオーダーの溝を自在に形成することができる。

上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポ
リ乳酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられ、耐酸性、耐
アルカリ性を有する熱可塑性樹脂であるポリオレフィン系樹脂やポリアクリル系樹脂が好
ましい。

又、熱硬化性樹脂は、前駆体が液状のため、転写金型の形状をより忠実に転写するとい
う利点があり、低い線膨張率、低い成形収縮率を示すので有利に用いることができる。こ
のような熱硬化樹脂としては、コストや易取扱い性の点から、エポキシ樹脂を有利に用い
ることができる。

次に、図面を参照して請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイスを説明する。図
１は請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイスの一例を示す平面説明図である。

図中２０は基板であり、ハッチングされている部分は基板２０内に組み込まれている。
ハッチング部分の内、右上がりの斜め縞のハッチング部分は基板２０内の上層に位置し、
格子縞のハッチング部分及び逆止弁５、６、７、８は基板２０内の中間層に位置し、右下
がりの斜め縞のハッチング部分は基板２０内の下層に位置している。

図中１は円筒状の液体供給口であり、２は円筒状の液体排出口である。液体供給口１及
び液体排出口２は基板２０の下層までの深さを有している。３は、液体供給口１から液体
排出口２に連通している、平面視略半円形の第１の液体通路である。第１の液体通路３の
途中には第１の逆止弁５と第２の逆止弁６が設置され、液体供給口１から液体排出口２の
方向にのみ液体が流れるように制御されている。

第１の液体通路３は、上層で液体供給口１に連通され、中間層に設置された第１の逆止
弁５を介して下層に形成された第１の液体通路３に連通し、更に、中間層に設置された第
２の逆止弁６を介して上層に形成された第１の液体通路３に連通し、上層において液体排
出口２に連通されている。

４は、第１の液体通路３と対称に形成された、液体供給口１から液体排出口２に連通し
ている、平面視略半円形の第２の液体通路である。第２の液体通路４の途中には第３の逆
止弁７と第４の逆止弁８が設置され、液体供給口１から液体排出口２の方向にのみ液体が
流れるように制御されている。

第２の液体通路４は、下層で液体供給口１に連通され、中間層に設置された第３の逆止
弁７を介して上層に形成された第１の液体通路４に連通し、更に、中間層に設置された第
４の逆止弁８を介して下層に形成された第１の液体通路４に連通し、下層において液体排
出口２に連通されている。

図中１０は、円形の固体電解質膜の両面に積層された円形の水素透過性電極であり、導
電性パターン１４により電極パッド１３に接続されている。水素透過性電極１０は基板２
０の中間層に位置し、電極パッド１３は基板２０の下面に露出している。

１１は第３の液体通路であり、一端部が第１の液体通路３の第１の逆止弁５と第２の逆
止弁６の間に連通され、他端部は閉鎖され、上層側の水素透過性電極１０に接している。
第３の液体通路１１の他端部付近は水素透過性電極１０との接触面積が広くなるように屈
曲されている。

１２は第４の液体通路であり、一端部が第２の液体通路４の第３の逆止弁７と第４の逆
止弁８の間に連通され、他端部は閉鎖され、下層側の水素透過性電極１０に接している。
第４の液体通路１２も他端部付近は水素透過性電極１０との接触面積が広くなるように屈
曲されている。又、第３の液体通路１１と第４の液体通路１２は重なり合うように設けら
れている。

即ち、第３の液体通路１１又は第４の液体通路１２に水素ガスが発生又は水素ガスが増
加すると、第３の液体通路１１又は第４の液体通路１２中の液体が第１の逆止弁５と第２
の逆止弁６の間の第１の液体通路３又は第３の逆止弁７と第４の逆止弁８の間の第２の液
体通路４に押出され、第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間の第１の液体通路３又は第３
の逆止弁７と第４の逆止弁８の間の第２の液体通路４内の液体が第２の逆止弁６又は第４
の逆止弁８のみを通過して液体排出口２に排出される。

又、第３の液体通路１１又は第４の液体通路１２に水素ガスが消失又は水素ガスが減少
すると、第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間の第１の液体通路３又は第３の逆止弁７と
第４の逆止弁８の間の第２の液体通路４中の液体が第３の液体通路１１又は第４の液体通
路１２内に吸引され、その結果、第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間の第１の液体通路
３又は第３の逆止弁７と第４の逆止弁８の間の第２の液体通路４に、液体供給口１から第
１の逆止弁５又は第３の逆止弁７のみを通過して液体が吸引される。

請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイスは、液体供給口用貫通孔と液体排出口
用貫通孔が穿設されている第１の基板、液体供給口用貫通孔とそれに一端部が連通する第
１の液体通路用貫通孔（イ）、液体排出口用貫通孔とそれに一端部が連通する第１の液体
通路用貫通孔（ロ）、第３の液体通路用貫通孔及び第２の液体通路用貫通孔（イ）が穿設
されている第２の基板、固体電解質膜、その両面に積層された水素透過性電極、第１の逆
止弁、第２の逆止弁、第３の逆止弁及び第４の逆止弁が設置され、液体供給口用貫通孔、
液体排出口用貫通孔、第１の液体通路用貫通孔（ハ）と第３の液体通路用貫通孔を連通す
るための貫通孔（ニ）及び第２の液体通路用貫通孔（イ）と第４の液体通路用貫通孔を連
通するための貫通孔（ホ）が穿設されている第３の基板、液体供給口用貫通孔とそれに一
端部が連通する第２の液体通路用貫通孔（ロ）、液体排出口用貫通孔とそれに一端部が連
通する第２の液体通路用貫通孔（ハ）、第４の液体通路用貫通孔及び第１の液体通路用貫
通孔（ハ）が穿設されている第４の基板及び第５の基板がこの順序に積層されており、各
基板の液体供給口用貫通孔、各基板の液体排出口用貫通孔、第１の液体通路用貫通孔（イ
）の他端部と第１の逆止弁と第１の液体通路用貫通孔（ハ）の一端部、第３の液体通路用
貫通孔の一端部と貫通孔（ニ）と第１の液体通路用貫通孔（ハ）、第１の液体通路用貫通
孔（ロ）の他端部と第２の逆止弁と第１の液体通路用貫通孔（ハ）の他端部、第２の液体
通路用貫通孔（ロ）の他端部と第３の逆止弁と第２の液体通路用貫通孔（イ）の一端部、
第４の液体通路用貫通孔の一端部と貫通孔（ホ）と第２の液体通路用貫通孔（イ）、第２
の液体通路用貫通孔（イ）の他端部と第４の逆止弁と第２の液体通路用貫通孔（ハ）の他
端部及び第３の液体通路用貫通孔の他端部付近と固体電解質膜とその両面に積層された水
素透過性電極と第４の液体通路用貫通孔の他端部付近はそれぞれ直線状に配置され、且つ
、第１の逆止弁と第４の逆止弁は第２の基板から第４の基板方向にのみ液体が流れ、第２
の逆止弁と第３の逆止弁は第４の基板から第２の基板方向にのみ液体が流れるように設置
されているのが好ましい。

図２は、水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第１の基板２１の一例を示す平面図
であり、図３は、水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第２の基板２２の一例を示す
平面図であり、図４は、水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第３の基板２３の一例
を示す平面図であり、図５は、水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第４の基板２４
の一例を示す平面図であり、図６は、水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第５の基
板２５の一例を示す平面図である。

第１の基板２１には略円形の液体供給口用貫通孔１ａと略円形の液体排出口用貫通孔２
ａが穿設されている。

第２の基板２２には、略円形の液体供給口用貫通孔１ｂとそれに一端部が連通する円弧
状の第１の液体通路用貫通孔（イ）３ａ、略円形の液体排出口用貫通孔２ｂとそれに一端
部が連通する円弧状の第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂ及び円弧状の第２の液体通路用
貫通孔（イ）４ａが略同一円周状に穿設され、屈曲部を有し、屈曲部が略中央に位置する
ように第３の液体通路用貫通孔１１ａが穿設されている。

第３の基板２３には、略中央に、固体電解質膜の両面に積層された略円形の水素透過性
電極１０が設置され、導電性パターン１４により電極パッド１３に接続されている。又、
水素透過性電極１０を取り囲むように略同一円周状に、第１の逆止弁５、第２の逆止弁６
、第３の逆止弁７及び第４の逆止弁８が設置されると共に、略円形の液体供給口用貫通孔
１ｃ、略円形の液体排出口用貫通孔２ｃ、第１の液体通路用貫通孔（ハ）３ｃと第３の液
体通路用貫通孔１１の一端部を連通するための貫通孔（ニ）１１ｂ及び第２の液体通路用
貫通孔（イ）４ａと第４の液体通路用貫通孔１２の一端部を連通するための貫通孔（ホ）
１２ｂが穿設されている。

図７は第３の基板２３の要部を示す断面図である。９は固体電解質膜であり、固体電解
質膜９の両面に略円形の水素透過性電極１０ａ、１０ｂが積層され、水素透過性電極１０
ａ、１０ｂは導電性パターン１４、１４により電極パッド１３、１３に接続されて水素ポ
ンプが形成されている。尚、電極パッド１３、１３は下面に露出しており、第４の基板２
４に設置された電極パッド１３ａ、１３ａに電気的に接続するように設置されている。

固体電解質膜９は、パーフルオロイオン交換膜等の水素イオンは透過するが、水素ガス
及び電子は実質的に透過しない固体電解質膜である。水素透過性電極１０には水素をイオ
ン化させるための触媒（例えば、白金等）が担持されていてもよい。

上記水素ポンプで水素を送るには、例えば、水素透過性電極１０ａに接する水素ガスの
存在下に、水素透過性電極１０ａと水素透過性電極１０ｂに、水素透過性電極１０ａが正
極になり、水素透過性電極１０ｂが負極になるように電圧を印加すればよい。

電圧が印加されると、水素透過性電極１０ａでは、水素ガスはプロトンＨ⁺ になる。プ
ロトンＨ⁺ は固体電解質膜９を透過し、水素透過性電極１０ｂから電子を受け取り、水素
透過性電極１０ｂ側で水素ガスが生成される。

逆に、水素透過性電極１０ｂに接する水素ガスの存在下に、水素透過性電極１０ａと水
素透過性電極１０ｂに、水素透過性電極１０ａが負極になり、水素透過性電極１０ｂが正
極になるように電圧を印加すると、水素透過性電極１０ｂで、水素ガスはプロトンＨ⁺ に
なり、プロトンＨ⁺ は固体電解質膜９を透過し、水素透過性電極１０ａから電子を受け取
り、水素透過性電極１０ａ側で水素ガスが生成される。

従って、水素透過性電極１０ａ及び／又は水素透過性電極１０ｂ側に水素ガスを供給し
、水素透過性電極１０ａ及び水素透過性電極１０ｂにプラス、マイナスを交互に変更しな
がら通電すると水素透過性電極１０ａ側と水素透過性電極１０ｂ側との間で水素ガスが可
逆的に往復通過する。

第４の基板２４には、略中央に、略円形の液体供給口用貫通孔１ｄとそれに一端部が連
通する円弧状の第１の液体通路用貫通孔（ロ）４ｂ、略円形の液体排出口用貫通孔２ｄと
それに一端部が連通する円弧状の第２の液体通路用貫通孔（ハ）４ｃ及び円弧状の第１の
液体通路用貫通孔（ハ）３ｃが略同一円周状に穿設され、屈曲部を有し、屈曲部が略中央
に位置するように第４の液体通路用貫通孔１２ａが穿設されている。

又、第４の液体通路用貫通孔１２ａを挟むように電極パッド１３ａ、１３ａが設置され
ている。電極パッド１３ａ、１３ａは下面に露出しており、第５の基板２５に設置された
電極パッド１３ｂ、１３ｂに電気的に接続するように設置されている。

第５の基板には電極パッド１３ｂ、１３ｂが、第４の基板の電極パッド１３ａ、１３ａ
に電気的に接続するように設置されている。又、電極パッド１３ｂ、１３ｂは下面に露出
している。

請求項２記載の水素ポンプによる輸液ディバイスは、上記第１の基板２１、第２の基板
２２、第３の基板２３、第４の基板２４及び第５の基板２５がこの順序に積層されている
。

第１の基板２１の液体供給口用貫通孔１ａと第２の基板２２の液体供給口用貫通孔１ｂ
と第３の基板２３の液体供給口用貫通孔１ｃと第４の基板２４の液体供給口用貫通孔１ｄ
が直線状に配置されており、第５の基板２５により下面が密閉されて、上方が開口した円
筒状の液体供給口１が形成されている。

又、第１の基板２１の液体排出口用貫通孔２ａと第２の基板２２の液体排出口用貫通孔
２ｂと第３の基板２３の液体排出口用貫通孔２ｃと第４の基板２４の液体排出口用貫通孔
２ｄが直線状に配置されており、第５の基板２５により下面が密閉されて、上方が開口し
た円筒状の液体排出口２が形成されている。

第１の液体通路用貫通孔（イ）３ａの他端部と第１の逆止弁５と第１の液体通路用貫通
孔（ハ）３ｃの一端部及び第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂの他端部と第２の逆止弁６
と第１の液体通路用貫通孔（ハ）３ｃの他端部が直線状に配置されており、第１の基板２
１、第３の基板２３及び第５の基板２５により密閉されて、第１の液体通路３が形成され
ている。

又、第３の液体通路用貫通孔１１ａの一端部と貫通孔（ニ）１１ｂと第１の液体通路用
貫通孔（ハ）３ｃが直線状に配置されており、第１の基板２１、第３の基板２３及び第５
の基板２５により密閉されて、第３の液体通路用貫通孔１１ａの一端部が第１の液体通路
３の第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間に連通されている。

第２の液体通路用貫通孔（ロ）４ｂの他端部と第３の逆止弁７と第２の液体通路用貫通
孔（イ）４ａの一端部及び第２の液体通路用貫通孔（イ）４ａの他端部と第４の逆止弁８
と第２の液体通路用貫通孔（ハ）４ｃの他端部が直線状に配置されており、第１の基板２
１、第３の基板２３及び第５の基板２５により密閉されて、第２の液体通路４が形成され
ている。

又、第４の液体通路用貫通孔１２ａの一端部と貫通孔（ホ）１２ｂと第２の液体通路用
貫通孔（イ）４ａが直線状に配置されており、第１の基板２１、第３の基板２３及び第５
の基板２５により密閉されて、第４の液体通路用貫通孔１２ａの一端部が第２の液体通路
４の第１の逆止弁７と第２の逆止弁８の間に連通されている。

更に、第３の液体通路用貫通孔１１ａの他端部付近と固体電解質膜９とその両面に積層
された水素透過性電極１０と第４の液体通路用貫通孔１２ａの他端部付近はそれぞれ直線
状に配置されており、第３の基板２３及び第５の基板２５により密閉されて第３の液体通
路１１及び第４の液体通路１２が形成されている。

又、第１の逆止弁５と第４の逆止弁８は第２の基板２２から第４の基板方向２４にのみ
液体が流れ、第２の逆止弁６と第３の逆止弁７は第４の基板２４から第２の基板２２方向
にのみ液体が流れるように設置されている。

図８は第２の逆止弁６の一例を示す平面図であり、図９はその断面図である。図中３ｂ
’は第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂの他端部であり、３ｃ’は第１の液体通路用貫通
孔（ハ）３ｃの他端部である。

第３の基板２３には、第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂの他端部３ｂ’と第１の液体
通路用貫通孔（ハ）３ｃの他端部３ｃ’を連通する貫通口６ａが穿設されており、第３の
基板２３の第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂ側の面に、貫通口６ａ全体を覆い、遊端部
を有する逆止舌弁６ｂの一端部が固定されている。
又、第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂの他端部は、逆止舌弁６ｂの遊端部が浮き上が
り可能のように拡開されている。

従って、液体は第１の液体通路用貫通孔（ハ）３ｃ側から第１の液体通路用貫通孔（ロ
）３ｂ方向には流れるが、第１の液体通路用貫通孔（ロ）３ｂ側から液体は第１の液体通
路用貫通孔（ハ）３ｃの方向に流れることはない。

尚、第３の液体通路１１及び／又は第４の液体通路１２の閉鎖された末端部付近に水素
ガスを供給するために、基板の外部から第３の液体通路１１及び／又は第４の液体通路１
２の閉鎖された末端部付近まで連通した、水素ガス供給用の気体通路を形成しておくのが
好ましい。

請求項４記載の輸液方法は、請求項１〜３のいずれか１項記載の水素ポンプによる輸液
ディバイスにおいて、液体供給口から第１の液体通路、第２の液体通路、第３液体通路及
び第４の液体通路に輸送すべき液体を供給すると共に、第３液体通路及び／又は第４の液
体通路の閉鎖された末端部付近に水素ガスを供給し、水素透過性電極にプラス、マイナス
を交互に変更しながら通電することにより、水素ガスを固体電解質膜を可逆的に通過させ
、通過した水素ガスの圧力により第１の液体通路内と第２の液体通路内の輸送すべき液体
を交互に液体排出口から排出することを特徴とする。

上記水素ポンプによる輸液ディバイスにおいて輸液する方法は、先ず、液体供給口１か
ら第１の液体通路３、第２の液体通路４、第３液体通路１１及び第４の液体通路１２に輸
送すべき液体を供給すると共に、第３液体通路１１及び／又は又は第４の液体通路１２の
閉鎖された末端部付近に水素ガスを供給する。

第３液体通路１１及び第４の液体通路１２の閉鎖された末端部付近の少なくとも一方に
水素ガスの供給は行わればよいが、この場合は水素ガスの供給された通路側の水素透過性
電極がプラスになるように通電する必要があるので、このような面倒を避けるため両方の
液体通路に水素ガスを供給するのが好ましい。

次に、水素透過性電極１０にプラス、マイナスを交互に変更しながら通電する。例えば
、水素透過性電極１０ａが正極になり、水素透過性電極１０ｂが負極になるように通電す
ると、第３液体通路１１内の水素ガスは第４の液体通路１２に移動する。

第４の液体通路１２内の液体は移動してきた水素ガスにより加圧され、第２の液体通路
４の第３の逆止弁７と第４の逆止弁８の間に押出され、第３の逆止弁７と第４の逆止弁８
は、液体が液体供給口１から液体排出口２方向のみに流れるように設置されているので、
第４の逆止弁８を通過して液体排出口２から排出される。

この時、第３液体通路１１内の水素ガスは減少し、第３液体通路１１内は減圧されるの
で第１の液体通路３の第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間の液体を吸引する。第１の液
体通路３の第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間の液体が吸引されると、第１の逆止弁５
と第２の逆止弁６は液体が液体供給口１から液体排出口２方向のみに流れるように設置さ
れているので、第１の逆止弁５を通過して液体供給口１から液体が吸引される。

次いで、水素透過性電極１０のプラス、マイナスを変更して通電する。即ち、水素透過
性電極１０ａが負極になり、水素透過性電極１０ｂが正極になるように通電すると、第４
の液体通路１２内の水素ガスが第３の液体通路１１に移動する。

第３の液体通路１１内の液体は移動してきた水素ガスにより加圧され、第１の液体通路
３の第１の逆止弁５と第２の逆止弁６の間に押出され、第１の逆止弁５と第２の逆止弁６
は、液体が液体供給口１から液体排出口２方向のみに流れるように設置されているので、
第２の逆止弁５を通過して液体排出口２から排出される。

この時、第４液体通路１２内の水素ガスは減少し、第４液体通路１２内は減圧されるの
で第２の液体通路４の第３の逆止弁７と第４の逆止弁８の間の液体を吸引する。第２の液
体通路４の第３の逆止弁７と第４の逆止弁８の間の液体が吸引されると、第３の逆止弁７
と第４の逆止弁８は液体が液体供給口１から液体排出口２方向のみに流れるように設置さ
れているので、第３の逆止弁７を通過して液体供給口１から液体が吸引される。

上述のように、水素透過性電極１０にプラス、マイナスを交互に変更しながら通電する
ことにより、水素ガスを固体電解質膜９を可逆的に通過させると、通過した水素ガスの圧
力により、液体供給口１に供給された輸送すべき液体を第１の液体通路１と第２の液体通
路２を交互に通過させて、液体排出口２から排出することができる。

上記水素透過性電極１０に通電する電流としては、直流を用い適宜プラス、マイナスを
交互に変更してもよいし、適当間隔でプラス、マイナスが変更になるパルス電流であって
もよい。

請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスは、請求項１〜３のいずれか１項記載
の水素ポンプによる輸液ディバイスが、同一基板内に複数形成され、且つ、液体排出口が
一体化されていることを特徴とする。

次に、図面を参照して請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスを説明する。図
１０は請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスの一例を示す平面説明図である。

図中１５ａ及び１５ｂは、第３の液体通路１１と第４の液体通路１２の重なり状態が異
なる以外は図１〜９で説明した輸液ディバイスと同様であり、それぞれの液体排出口２、
２は排出液通路１６ａ及び１６ｂに連通されている。排出液通路１６ａ及び１６ｂは混合
槽１７に連通され、混合槽１７は排出口１８に連通されている。

尚、液体排出口２、２は第１の基板で上面が密閉されており、排出液通路１６ａ、１６
ｂ及び混合槽１７は第２の基板、第３の基板又は第４の基板に形成されており、他の基板
で密閉されて形成されている。

従って、輸液ディバイス１５ａ、１５ｂから排出された液体は排出液通路１６ａ及び１
６ｂを通過し混合槽１７で混合されて排出口１８から排出される。尚、上記水素ポンプに
よる輸液ディバイスは同一基板内に２個の輸液ディバイスが形成されているが、３個以上
の輸液ディバイスが形成されてもよいことは言うまでもない。

請求項６記載の輸液方法は、請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスにおいて
、各輸液ディバイスの各液体供給口から第１液体通路、第２の液体通路、第３液体通路及
び第４の液体通路に輸送すべき液体を供給し、第３液体通路又は第４の液体通路の閉鎖さ
れた末端部付近に水素ガスを供給し、水素透過性電極にプラス、マイナスを交互に変更し
ながら通電することにより、水素ガスを固体電解質膜を可逆的に通過させ、通過した水素
ガスの圧力により第１の液体通路内と第２の液体通路内の輸送すべき液体を交互に排出し
、各輸液ディバイスから排出された液体の混合液体を液体排出口から排出することを特徴
とする。

上記輸液方法において、各輸液ディバイスの輸液方法は請求項４記載の輸液方法と同一
である。上記輸液方法においては複数の輸液ディバイスが形成されているので、各輸液デ
ィバイスの液体供給口に異なる液体を供給すると、各輸液ディバイスから排出された液体
の混合液体を液体排出口から排出することができる。

又、一方の輸液ディバイスからの排出液体の量を次第に増加又は減少することにより、
グラジエント変化している混合液体を排出することができる。

請求項１及び２記載の水素ポンプによる液体ディバイスの構成は上述の通りであり、構
造が簡単で製造が容易であり、微量の液体を殆ど脈動なしに、安定して確実に輸液するこ
とができ、マイクロタスシステム等のマイクロポンプとして好適に使用できる。

請求項３記載の水素ポンプによる液体ディバイスは、基板の外部から第３の液体通路及
び／又は第４の液体通路の閉鎖された末端部付近まで連通した、水素ガス供給用の気体通
路が形成されているので、第３の液体通路及び／又は第４の液体通路の閉鎖された末端部
付近に水素ガスを簡単、確実に供給でき、液体の輸液がより確実である。

請求項４記載の輸液方法の構成は上述の通りであり、微量の液体を殆ど脈動なしに、安
定して確実に輸液することができる。

請求項５記載の水素ポンプによる液体ディバイスは、請求項１〜３のいずれか１項記載
の水素ポンプによる輸液ディバイスが、同一基板内に複数形成され、且つ、液体排出口が
一体化されているので、異なる微量の液体を混合して殆ど脈動なしに、安定して確実に輸
液することができる。

請求項６記載の輸液方法の構成は上述の通りであり、異なる微量の液体を混合して、殆
ど脈動なしに、安定して確実に輸液することができる。

請求項７記載の輸液方法の構成は上述の通りであり、異なる微量の液体を混合して、グ
ラジエント変化している混合液体を殆ど脈動なしに、安定して確実に輸液することができ
る。

請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイスの一例を示す平面説明図である。 水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第１の基板の一例を示す平面図である。 水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第２の基板の一例を示す平面図である。 水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第３の基板の一例を示す平面図 水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第４の基板の一例を示す平面図である。 水素ポンプによる輸液ディバイス構成する第５の基板の一例を示す平面図である。 第３の基板２３の要部を示す断面図である。 第２の逆止弁６の一例を示す平面図である。 第２の逆止弁６の一例を示す断面図である。 請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスの一例を示す平面説明図である。

符号の説明

１ 液体供給口
２ 液体排出口
３ 第１の液体通路
４ 第２の液体通路
５ 第１の逆止弁
６ 第２の逆止弁
７ 第３の逆止弁
８ 第４の逆止弁
９ 固体電解質膜
１０ 水素透過性電極
１１ 第３の液体通路
１２ 第４の液体通路
１３ 電極パッド
１４ 導電性パターン
１５ａ、１５ｂ 輸液ディバイス
１６ａ、１６ｂ 廃液通路
１７ 混合槽
１８ 排出口
２０ 基板
２１ 第１の基板
２２ 第２の基板
２３ 第３の基板
２４ 第４の基板
２５ 第５の基板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 液体供給口用貫通孔
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 液体排出口用貫通孔
３ａ 第１の液体通路用貫通孔（イ）
３ｂ 第１の液体通路用貫通孔（ロ）
３ｃ 第１の液体通路用貫通孔（ハ）
４ａ 第２の液体通路用貫通孔（イ）
４ｂ 第２の液体通路用貫通孔（ロ）
４ｃ 第２の液体通路用貫通孔（ハ）
６ａ 貫通孔
６ｂ 逆止舌弁
１１ａ 第３の液体通路用貫通孔
１１ｂ 貫通孔（ニ）
１２ａ 第４の液体通路用貫通孔
１２ｂ 貫通孔（ホ）

Claims (7)

1. 液体供給口と液体排出口と、
   液体供給口と液体排出口を連通し、途中に液体が液体供給口から液体排出口方向のみに
   流れるように第１の逆止弁と第２の逆止弁が設置されている第１の液体通路と、
   液体供給口と液体排出口を連通し、途中に液体が液体供給口から液体排出口方向のみに
   流れるように第３の逆止弁と第４の逆止弁が設置されている第２の液体通路と、
   固体電解質膜と、
   固体電解質膜の両面に積層された水素透過性電極と、
   一端部が第１の液体通路の第１の逆止弁と第２の逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖
   され、一方の水素透過性電極に接している第３の液体通路と、
   一端部が第２の液体通路の第３の逆止弁と第４の逆止弁の間に連通され、他端部は閉鎖
   され、他方の水素透過性電極に接している第４の液体通路
   が基板内に組み込まれていることを特徴とする水素ポンプによる輸液ディバイス。
2. 液体供給口用貫通孔と液体排出口用貫通孔が穿設されている第１の基板、
   液体供給口用貫通孔とそれに一端部が連通する第１の液体通路用貫通孔（イ）、液体排
   出口用貫通孔とそれに一端部が連通する第１の液体通路用貫通孔（ロ）、第３の液体通路
   用貫通孔及び第２の液体通路用貫通孔（イ）が穿設されている第２の基板、
   固体電解質膜、その両面に積層された水素透過性電極、第１の逆止弁、第２の逆止弁、
   第３の逆止弁及び第４の逆止弁が設置され、液体供給口用貫通孔、液体排出口用貫通孔、
   第１の液体通路用貫通孔（ハ）と第３の液体通路用貫通孔を連通するための貫通孔（ニ）
   及び第２の液体通路用貫通孔（イ）と第４の液体通路用貫通孔を連通するための貫通孔（
   ホ）が穿設されている第３の基板、
   液体供給口用貫通孔とそれに一端部が連通する第２の液体通路用貫通孔（ロ）、液体排
   出口用貫通孔とそれに一端部が連通する第２の液体通路用貫通孔（ハ）、第４の液体通路
   用貫通孔及び第１の液体通路用貫通孔（ハ）が穿設されている第４の基板及び
   第５の基板がこの順序に積層されており、
   各基板の液体供給口用貫通孔、各基板の液体排出口用貫通孔、第１の液体通路用貫通孔
   （イ）の他端部と第１の逆止弁と第１の液体通路用貫通孔（ハ）の一端部、第３の液体通
   路用貫通孔の一端部と貫通孔（ニ）と第１の液体通路用貫通孔（ハ）、第１の液体通路用
   貫通孔（ロ）の他端部と第２の逆止弁と第１の液体通路用貫通孔（ハ）の他端部、第２の
   液体通路用貫通孔（ロ）の他端部と第３の逆止弁と第２の液体通路用貫通孔（イ）の一端
   部、第４の液体通路用貫通孔の一端部と貫通孔（ホ）と第２の液体通路用貫通孔（イ）、
   第２の液体通路用貫通孔（イ）の他端部と第４の逆止弁と第２の液体通路用貫通孔（ハ）
   の他端部及び第３の液体通路用貫通孔の他端部付近と固体電解質膜とその両面に積層され
   た水素透過性電極と第４の液体通路用貫通孔の他端部付近はそれぞれ直線状に配置され、
   且つ、第１の逆止弁と第４の逆止弁は第２の基板から第４の基板方向にのみ液体が流れ、
   第２の逆止弁と第３の逆止弁は第４の基板から第２の基板方向にのみ液体が流れるように
   設置されていることを特徴とする請求項１記載の水素ポンプによる輸液ディバイス。
3. 第３の液体通路及び／又は第４の液体通路の閉鎖された末端部付近に水素ガス供給用の
   気体通路が基板外部から連通されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水素ポン
   プによる輸液ディバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の水素ポンプによる輸液ディバイスにおいて、液体供
   給口から第１の液体通路、第２の液体通路、第３液体通路及び第４の液体通路に輸送すべ
   き液体を供給すると共に、第３液体通路及び／又は第４の液体通路の閉鎖された末端部付
   近に水素ガスを供給し、水素透過性電極にプラス、マイナスを交互に変更しながら通電す
   ることにより、水素ガスを固体電解質膜を可逆的に通過させ、通過した水素ガスの圧力に
   より第１の液体通路内と第２の液体通路内の輸送すべき液体を交互に液体排出口から排出
   することを特徴とする輸液方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の水素ポンプによる輸液ディバイスが、同一基板内に
   複数形成され、且つ、液体排出口が一体化されていることを特徴とする水素ポンプによる
   輸液ディバイス。
6. 請求項５記載の水素ポンプによる輸液ディバイスにおいて、各輸液ディバイスの各液体
   供給口から第１液体通路、第２の液体通路、第３液体通路及び第４の液体通路に輸送すべ
   き液体を供給し、第３液体通路又は第４の液体通路の閉鎖された末端部付近に水素ガスを
   供給し、水素透過性電極にプラス、マイナスを交互に変更しながら通電することにより、
   水素ガスを固体電解質膜を可逆的に通過させ、通過した水素ガスの圧力により第１の液体
   通路内と第２の液体通路内の輸送すべき液体を交互に排出し、各輸液ディバイスから排出
   された液体の混合液体を液体排出口から排出することを特徴とする輸液方法。
7. 混合液体がグラジエント変化していることを特徴とする請求項６記載の輸液方法。

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