JP2010216398A - Piezoelectric pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電ポンプに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric pump.
従来、ごく微少量の流体を移送するための種々のマイクロポンプが検討されている。その一形態として、圧電素子をアクチュエータとして備えた圧電ポンプも提案されている。例えば特許文献1には、外圧の変化によらず常に一定の吐出を実現でき、かつ双方向への送液が可能であるマイクロポンプの提供を意図して、流体の流路を形成するシリコン基板(Si基板)の外側に圧電素子が配設された圧電ポンプが提案されている。この圧電ポンプによると、ダイアフラムとして機能するシリコン基板と圧電素子のユニモルフ構造を採用しているために、非常に薄く製作することが可能である、とされている。 Conventionally, various micropumps for transferring a very small amount of fluid have been studied. As one form thereof, a piezoelectric pump including a piezoelectric element as an actuator has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a silicon substrate that forms a fluid flow path for the purpose of providing a micropump capable of always delivering a constant discharge regardless of changes in external pressure and capable of bidirectional liquid feeding. A piezoelectric pump in which a piezoelectric element is disposed outside a (Si substrate) has been proposed. According to this piezoelectric pump, since the unimorph structure of the silicon substrate functioning as a diaphragm and the piezoelectric element is adopted, it can be manufactured very thin.
しかしながら、本発明者らが、上記特許文献1で提案されたような従来の圧電ポンプについて詳細に検討を行ったところ、このような従来の圧電ポンプは、流体を一定流量で安定的に移送することが困難であることを見出した。特に圧電ポンプを小型化ないし薄層化しようとすると、流体を安定的に移送することができる圧電ポンプを精度よく製造することが困難となるため、そのような能力(移送安定性)に対する要求が高くなる。 However, the present inventors have examined the conventional piezoelectric pump as proposed in Patent Document 1 in detail, and such a conventional piezoelectric pump stably transfers fluid at a constant flow rate. I found it difficult. In particular, if the piezoelectric pump is to be miniaturized or thinned, it is difficult to accurately produce a piezoelectric pump capable of stably transferring a fluid. Therefore, there is a demand for such capability (transfer stability). Get higher.
そこで、本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、流体を十分安定的に移送することができる圧電ポンプを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric pump capable of transferring a fluid sufficiently stably.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の圧電ポンプが流体を安定的に移送できないのは、下記要因によるものであることを知見した。すなわち、従来の圧電ポンプでは、例えば特許文献1の図1に示されているように、圧電素子の全体がダイヤフラムの可動部分に貼り付けられている。ダイヤフラムは圧電素子の変位に伴い動作するところ、その動作の駆動手段である圧電素子自体がダイヤフラムにのみ固定されている。そのため、圧電素子の変位とダイヤフラムの動作とが互いに干渉し合ってしまい、その結果、ポンプとして安定的に流体を移送できないことを、本発明者らは突き止めた。そして、圧電素子の一部を変位しないように固定すれば、そこを支点として圧電素子が変位し、しかも、ダイヤフラムとして機能する部材の動作によっても、圧電素子の変位が安定性を維持することを本発明者らは見出し、更に詳細に検討を進めた結果、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the conventional piezoelectric pump cannot stably transfer the fluid due to the following factors. That is, in the conventional piezoelectric pump, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, for example, the entire piezoelectric element is attached to the movable part of the diaphragm. When the diaphragm operates in accordance with the displacement of the piezoelectric element, the piezoelectric element itself, which is the driving means for the operation, is fixed only to the diaphragm. For this reason, the inventors have found that the displacement of the piezoelectric element and the operation of the diaphragm interfere with each other, and as a result, the fluid cannot be stably transferred as a pump. If a part of the piezoelectric element is fixed so as not to be displaced, the piezoelectric element is displaced with the fulcrum as a fulcrum, and the displacement of the piezoelectric element is maintained stable even by the operation of the member functioning as a diaphragm. As a result of the inventors' finding and further studying in detail, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、圧電素子とその圧電素子を支持する支持部材とを備える構造体と、上記構造体を挟む第1及び第2の基板とを含有し、第2の基板と上記構造体とによって囲まれたポンプ室と、ポンプ室と連通する第1及び第2の開口部とを有する圧電ポンプであって、圧電素子は、電圧を印加することによって変位する変位部と、第1及び第2の基板に直接的又は間接的に狭持されることにより固定された被固定部とを含み、第1の基板は、上記構造体に接合された状態から、上記変位部と支持部材における上記変位部の外周を包囲する包囲部とを露出させるように、変位部と包囲部とに対向する部分が除去されたものである圧電ポンプを提供する。 That is, the present invention includes a structure including a piezoelectric element and a support member that supports the piezoelectric element, and first and second substrates sandwiching the structure, and the second substrate and the structure. And a first and second openings communicating with the pump chamber, wherein the piezoelectric element is displaced by applying a voltage, and the first and first A fixed portion that is fixed by being directly or indirectly sandwiched between two substrates, and the first substrate is connected to the structure from the above-described displacement portion and the support member. Provided is a piezoelectric pump in which a portion facing the displacement portion and the surrounding portion is removed so as to expose the surrounding portion surrounding the outer periphery of the displacement portion.
かかる構成を有する本発明の圧電ポンプにおいて、圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子を構成する圧電体が面内方向(d31方向)及び厚み方向(d33方向)に変位する。この変位に伴い、構造体が、支持部材との形状効果により、第1及び/又は第2の基板に固定された部分を支点として厚み方向に振動する。この振動により流体の流路となるポンプ室の容積及び内圧が変化し、これにより、流体が、第1の開口部、ポンプ室及び第2の開口部を経由して圧電ポンプ内を移送される。 In the piezoelectric pump of the present invention having such a configuration, when a voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric body constituting the piezoelectric element is displaced in the in-plane direction (d31 direction) and the thickness direction (d33 direction). Along with this displacement, the structure vibrates in the thickness direction with the portion fixed to the first and / or second substrate as a fulcrum due to the shape effect with the support member. Due to this vibration, the volume and internal pressure of the pump chamber, which becomes a fluid flow path, change, whereby the fluid is transferred through the piezoelectric pump via the first opening, the pump chamber, and the second opening. .
また、本発明の圧電ポンプにおいては、圧電素子に電圧を印加しても、被固定部が、第1及び第2の基板に直接的又は間接的に狭持されることにより固定されているので、その変位が抑制(規制)される。そのため、圧電素子は、その被固定部を支点として変位部が変位することによって振動する。その結果、上述の如く従来見られた不都合な点、すなわち、ダイヤフラムとして機能する支持部材の動作と圧電素子の変位との干渉が十分に抑制されので、本発明の圧電ポンプによれば、流体を安定的に移送することができる。 Further, in the piezoelectric pump of the present invention, even if a voltage is applied to the piezoelectric element, the fixed portion is fixed by being directly or indirectly held between the first and second substrates. The displacement is suppressed (restricted). Therefore, the piezoelectric element vibrates when the displacement portion is displaced with the fixed portion as a fulcrum. As a result, the disadvantages seen in the prior art as described above, that is, the interference between the operation of the support member functioning as a diaphragm and the displacement of the piezoelectric element is sufficiently suppressed. It can be transported stably.
さらに、本発明の圧電ポンプにおいて、第1の基板は、上記構造体に接合された状態から、上記変位部と支持部材における上記変位部の外周を包囲する包囲部とが露出するように、変位部と包囲部とに対向する部分がエッチングにより除去されている。これにより、それらの変位部及び包囲部は、第1の基板と接合して拘束されることにより生じていた引張応力や圧縮応力(以下、単に「応力」という)を外部に開放することができる。その一方で、第1の基板のそれら以外の部分はそのまま(引き続き)構造体に接合して支持されている。これらの結果、構造体を第1の基板に精度よくかつ確実に固定することができるため、流体をより安定的に移送することができる。 Further, in the piezoelectric pump of the present invention, the first substrate is displaced from the state bonded to the structure so that the displacement portion and the surrounding portion surrounding the outer periphery of the displacement portion in the support member are exposed. The part facing the part and the surrounding part is removed by etching. As a result, the displacement portion and the surrounding portion can release the tensile stress and the compressive stress (hereinafter simply referred to as “stress”) generated by being bonded and restrained to the first substrate to the outside. . On the other hand, the other parts of the first substrate are supported by being joined (as is) to the structure as it is. As a result, the structure can be fixed to the first substrate with high accuracy and reliability, so that the fluid can be transferred more stably.
ところで、圧電ポンプにおける上記構造体は、そのいずれか片側(例えば本発明における第2の基板側)のみが固定されるよりも両側が狭持されて固定される方が、動作の支点となる部分が強固に支持されるため、その動作は当然に安定的なものとなる。本発明の圧電ポンプのような構造の場合、第1の基板により構造体を固定する方法としては、その側、すなわち第2の基板とは反対側に何も接合していない状態から、構造体の動作部分以外の部分に第1の基板を接合する方法と、一旦その側の全面に第1の基板を接合した後、動作部分に接合した第1の基板の部分のみを選択的に除去する方法とが考えられる。 By the way, the structure in the piezoelectric pump is a portion that becomes a fulcrum of operation when the both sides of the structure are fixed rather than only one side (for example, the second substrate side in the present invention) is fixed. Therefore, the operation is naturally stable. In the case of a structure such as the piezoelectric pump of the present invention, as a method of fixing the structure by the first substrate, the structure is started from the state where nothing is bonded to that side, that is, the opposite side to the second substrate. A method of bonding the first substrate to a portion other than the operating portion, and once the first substrate is bonded to the entire surface of the first substrate, only the portion of the first substrate bonded to the operating portion is selectively removed. A method is considered.
前者の方法の場合、構造体の片側に部分的に第1の基板を接合することになるため、その際に第1の基板に接合されていない動作部分が部分的に緩和されたり部分的に引っ張られたりする。その結果、動作部分における応力(分布)が一様でなくなり、それに伴って動作のバラツキが生じるため、そのような構造を有する圧電ポンプでは、流体の安定的な移送が困難となる。一方、本発明に係る後者の構造を有する圧電ポンプの場合、構造体の片側の全面に第1の基板が接合されるため、構造体の全面が第1の基板に拘束され、その応力(分布)が一様となる。その後、動作部分、すなわち上記変位部及び包囲部に接合した第1の基板の部分を除去して、その動作部分を露出しても、それ以外の部分はそのまま第1の基板との接合により拘束されている。その結果、動作部分における応力は引き続き一様に維持されるので、そのような構造を有する本発明の圧電ポンプによれば、流体を十分安定的に移送することが可能となる。 In the case of the former method, the first substrate is partially bonded to one side of the structure, so that the operating portion that is not bonded to the first substrate is partially relaxed or partially It will be pulled. As a result, the stress (distribution) in the operating portion is not uniform, and the operation varies accordingly. Therefore, it is difficult to stably transfer the fluid in the piezoelectric pump having such a structure. On the other hand, in the case of the piezoelectric pump having the latter structure according to the present invention, since the first substrate is bonded to the entire surface on one side of the structure, the entire surface of the structure is constrained by the first substrate and the stress (distribution) ) Becomes uniform. After that, even if the operation portion, that is, the portion of the first substrate bonded to the displacement portion and the surrounding portion is removed and the operation portion is exposed, the other portions are restrained by bonding with the first substrate. Has been. As a result, since the stress in the operating portion is continuously maintained uniformly, the piezoelectric pump of the present invention having such a structure can transfer the fluid sufficiently stably.
更に本発明の圧電ポンプは、圧電素子の変位部のみでなく、それを包囲する支持部材の包囲部も露出しているため、それら動作部分が大きく作動でき(換言すれば、大きく変位することが可能であり)、ポンプ容量を増大させることが可能となる。 Furthermore, since the piezoelectric pump of the present invention exposes not only the displacement portion of the piezoelectric element but also the surrounding portion of the support member that surrounds it, these operation portions can operate greatly (in other words, they can be displaced greatly). And the pump capacity can be increased.
本発明の圧電ポンプにおいて、圧電素子は、第1の基板側から順に積層された第1の電極と圧電体と第2の電極とを含有し、第1の電極と圧電体とからなる第1の積層体が、第2の電極よりも低いヤング率と厚さとの積を有すると好ましい。また、圧電素子は、第2の電極の第2の基板側に硬質層を更に含有し、第1の積層体が第2の電極と硬質層とからなる第2の積層体よりも低いヤング率と厚さとの積を有しても好ましい。そのようにすれば、構造体の動作部分が第1の基板側により大きく撓みやすくなり、第2の基板側への撓みの程度が低くなるため、圧電素子の動作に不具合が生じ難くなり、液体を更に安定的に移送することができる。 In the piezoelectric pump according to the aspect of the invention, the piezoelectric element includes a first electrode, a piezoelectric body, and a second electrode that are sequentially stacked from the first substrate side, and includes a first electrode that includes the first electrode and the piezoelectric body. This laminate preferably has a product of Young's modulus and thickness lower than those of the second electrode. In addition, the piezoelectric element further includes a hard layer on the second substrate side of the second electrode, and the first laminated body has a lower Young's modulus than the second laminated body including the second electrode and the hard layer. It is also preferable to have a product of thickness and thickness. By doing so, the operation part of the structure is more easily bent toward the first substrate side, and the degree of bending toward the second substrate side is reduced. Can be transported more stably.
本発明の圧電ポンプにおいて、硬質層は、クロム、タングステン、タンタル及び白金からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属からなるものであると好ましい。これらの金属は特にヤング率が高いため、上述したのと同様の理由により、硬質層を薄くしても、一層安定的な流体の移送が可能となるので、圧電ポンプの小型化及び薄層化に有利である。 In the piezoelectric pump of the present invention, the hard layer is preferably made of at least one metal selected from the group consisting of chromium, tungsten, tantalum and platinum. Since these metals have a particularly high Young's modulus, for the same reason as described above, even if the hard layer is thinned, more stable fluid transfer is possible. Therefore, the piezoelectric pump can be made smaller and thinner. Is advantageous.
本発明によれば、流体を十分安定的に移送することができる圧電ポンプを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piezoelectric pump which can transfer a fluid sufficiently stably can be provided.
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, a form for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
図1は、第1の本実施形態の圧電ポンプ170の製造方法を模式的に示す工程図である。まず、(a1)工程において、成膜用基板を兼ねる第1の基板102上に下部電極層104、圧電体層106、上部電極層108をこの順で積層する。より具体的には、まず、第1の基板102の表面上に下部電極層104を、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法により形成し、第1の基板102に下部電極層104を接合する。第1の基板102は、その表面上に下部電極層104、圧電体層106を形成可能なものであれば特に限定されず、通常の薄膜形成に用いられる基板であってもよい。ただし、後述の圧電体層106の材料及び成膜法との組合せの観点、並びに高配向の圧電体を得る観点から、Si基板であると好ましい。下部電極層104の材料は、圧電素子の電極材料として用いられ得るものであれば特に限定されず、例えば白金、金、銅、及びこれらを含む合金が挙げられる。また、下部電極層104の厚さは、例えば0.05μm〜1.0μmである。
FIG. 1 is a process diagram schematically showing a method of manufacturing the
次いで、下部電極層104の表面、及び必要に応じて露出した第1の基板102の表面上に圧電体層106を形成する。圧電体層106の形成方法は、スパッタ法、CVD法、蒸着法などであってもよいが、特にSi基板上でのエピタキシャル成長を利用した成膜法であると、配向性が高く圧電特性に優れた圧電体が得られ、また、圧電ポンプ170製造の際の歩留まりも向上するので好ましい。そのような成膜法は、例えば、本出願人による特開2000−332569号公報に開示されている。圧電体層106の材料は薄膜形成可能な圧電材料であれば特に限定されず、例えば、PZT、チタン酸バリウムなどが挙げられる。それらの中でも、優れた圧電特性を示し、入手も容易な観点から、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が好ましい。圧電体層106の材料にPZTを採用し、Si基板上でのエピタキシャル成長を利用した成膜法で形成する場合、Si(100)上でPZT(001)薄膜をエピタキシャル成長により形成することが、特に優れた配向性を得る観点から好ましい。圧電体層106の厚さは、例えば0.5μm〜5.0μmである。
Next, a
続いて、圧電体層106の表面上に上部電極層108を、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法により形成する。上部電極層108の材料は、圧電素子の電極材料として用いられ得るものであれば特に限定されず、例えば白金、金、銅、及びこれらを含む合金が挙げられる。上部電極層108の厚さは、例えば0.05μm〜1.0μmであってもよい。
Subsequently, the
次に、(a2)工程において、上述のようにして積層した下部電極層104、圧電体層106、上部電極層108を所望の形状にパターニングする。パターニングの方法は、特に限定されず、例えば、エッチマスクとしてマスクレジストを上部電極層108の表面上に形成した後に、エッチングによりマスクレジストで被覆されていない上記各層の部分を除去し、その後、マスクレジストを除去してもよい。他のパターニングの方法として、レジストパターニング、成膜、不要部分の除去を行うリフトオフ法を用いてもよい。これにより、下部電極114、圧電体116及び上部電極118をこの順に積層して備えた圧電素子120が、第1の基板102に接合した状態で得られる。なお、(a1)及び(a2)工程に加えて/代えて、下部電極層104、圧電体層106、上部電極層108を、例えばレーザー描画法により、その成膜と共に直接パターニングしてもよく、成膜及びパターニングを各層毎に行い、これを繰り返すことで圧電素子120を得てもよい。
Next, in the step (a2), the
パターニングによって形成される圧電素子120の平面形状としては、例えば図2に示される形状が挙げられる。図2は、圧電素子120の平面形状と、後述のエッチングにより除去される第1の基板102の部分を模式的に示す概略図である。図2の(b)に示すように、圧電素子120は、絞り部分120aを有する平面形状であると、少ない電圧の印加により圧電素子を大きく変位することができ、流体の流量を増大させることが可能となる。ただし、図2の(a)に示すように、圧電素子120が絞り部分を有しない平面形状であってもよい。
An example of the planar shape of the
また、図2の(c)に示すように、圧電素子120の絞り部分の幅が電極の取り出し部分に向かって徐々に面内方向に狭くなる平面形状であってもよく、(d)に示すように、圧電素子120が円形の平面形状を有していてもよい。さらに、圧電素子120における圧電体116と各電極114、118の平面形状とが同一であっても異なっていてもよい。例えば、図2の(a)及び(b)では、圧電体116と各電極114、118の平面形状とが実質的に同一となっている。一方、図2の(c)及び(d)のように、各電極114、116が、圧電体116に対して更に突条部120bを設けた平面形状を有していてもよい。その突条部120bは、各電極114、116の取り出し部として機能することもできる。なお、これら図2(c)及び(d)の場合、(a1)及び(a2)工程に代えて、下部電極層104の形成及びそのパターニング、圧電体層106の形成及びそのパターニング、上部電極層108の形成及びそのパターニングの処理を経て、圧電素子120を得てもよい。
Also, as shown in FIG. 2C, the
なお、圧電素子120は、その支持部材の面内方向に加えて/代えて、それらの厚み方向に絞り部分を有していてもよい。これによっても、さらに、移送される流体の種類に応じて、面内方向と厚み方向との変位をバランス良く制御するため、絞り部分の形状を適宜変形させることも可能である。
The
次いで、(a3)工程において、第1の基板102及び圧電素子120の表面上に絶縁部材122を形成する。絶縁部材122は、圧電ポンプの支持部材を構成する部材である。絶縁部材122の材料は、絶縁性を有する材料であって、かつ、圧電素子120の変位によっても破損することなく適度に湾曲して追従することが必要となるため、柔軟性を有する材料であることが好ましい。絶縁部材122の材料として柔軟性を有する材料を採用すると、圧電素子120の変位をポンプ室に良好に伝えることが可能となるため、圧電ポンプの効率(流体移送効率、作動効率)が高くなる。絶縁部材122の材料は、具体的には樹脂材料であることが好ましい。絶縁部材122の材料が樹脂材料である場合、(a3)工程ではまず、その樹脂材料の原料となる樹脂組成物(例えば、樹脂及び/又は単量体と溶媒との混合物)を第1の基板102及び圧電素子120の表面上に塗布する。次いで、塗布した樹脂組成物を乾燥などにより固化又は加熱若しくは光照射などにより硬化させた後、所望の形状にパターニングする。パターニングは樹脂材料をパターニングする公知の方法によればよく、例えば、フォトリソグラフィ法が挙げられる。樹脂材料としては、第1の基板102及び圧電素子120に良好に接着し、更に現像性などのパターニング性が良好である材料が好ましく、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド、パリレン等が挙げられる。パターニングにより得られた絶縁部材122の表面形状は、圧電ポンプのポンプ室を形成する壁面に適した形状であればよい。こうして、圧電素子120とその圧電素子120を支持する絶縁部材122とを備える構造体124を得る。
Next, in the step (a3), the insulating
次に、(a4)工程において、第1の基板102を部分的にエッチングする。再び図1と共に図2をも参照して、この(a4)工程について具体的に説明する。(a4)工程では、第1の基板102の圧電素子120に対向する部分と、絶縁部材122における圧電素子120の外周を包囲する部分に対向する部分とをエッチングにより除去して、開口部112を形成する。図2において、一点鎖線で囲まれた部分が第1の基板102の開口部112である。これにより、圧電素子120における成形用基板102側の表面の一部と絶縁部材122における成形用基板102側の表面の一部とが露出する。表面が露出した圧電素子120の一部は、後述する変位部120cとして機能し、圧電素子120の表面が露出していない部分は、被固定部120dとして機能する。また、表面が露出した絶縁部材122の一部は、圧電素子120の変位部120cを包囲する包囲部122aであり、圧電素子120の変位により伸縮及び湾曲することができる。
Next, in the step (a4), the
エッチングの方法は、特に限定されず、例えば、エッチマスクとして所定形状のマスクレジストを第1の基板102の表面上に形成した後に、エッチングによりマスクレジストで被覆されていない第1の基板102の部分を除去し、その後、マスクレジストを除去してもよい。他のエッチングの方法としては、レジストパターニング、成膜、不要部分の除去を行うリフトオフ法、が挙げられる。エッチングとしては、ドライエッチングが好ましく、例えば、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング、反応性レーザービームエッチングが例示される。こうして、開口部112を有する第1の基板102と、その第1の基板102に接合して形成された圧電素子120と、絶縁部材122とを備える第1の複合体126を得る。
The etching method is not particularly limited. For example, after a mask resist having a predetermined shape is formed on the surface of the
一方、(b1)工程において、まず、材料基板130を準備する。この材料基板130としては例えばガラス基板、セラミック基板が挙げられ、その厚さは、例えば0.2mm〜2.0mmである。続いて、(b2)工程において、材料基板130表面をエッチング等により所定の形状に加工する。更に、(b3)工程において、材料基板130の所定の位置に、その厚み方向に貫通した第1の開口部130a及び第2の開口部130bをエッチング等により形成する。こうして、開口部130a、130bを有する第2の基板132を得る。ここで、加工して得られた第2の基板132の表面形状は、圧電ポンプのポンプ室を形成する壁面に適した形状であればよい。
On the other hand, in the step (b1), first, a
次に、(c)工程において、第1の複合体126の絶縁部材122を形成した側に第2の基板132を貼り付ける。この際、第2の基板132をそのエッチング等により加工された表面が第1の複合体126に対向するように、かつ開口部130a、130bを圧電ポンプのポンプ室と連通するように位置合わせして貼り付ける。貼り付ける方法としては、第1の複合体126と第2の基板132とが接触する部位に、例えば、接着剤や樹脂を塗布して貼り付ける方法が挙げられる。こうして、本実施形態の圧電ポンプ170を得る。
Next, in step (c), the
得られた本実施形態の圧電ポンプ170は、複数の圧電素子120と圧電素子120を支持する支持部材である絶縁部材122とを備える構造体124と、構造体124を直接狭持する第1及び第2の基板102、132と、を含有し、第2の基板132と構造体124とによって囲まれたポンプ室178と、ポンプ室178と連通する第1及び第2の開口部130a、130bとを有するものである。圧電素子120は、電圧を印加することによって変位する変位部120cと第1及び第2の基板102、132に狭持されることにより固定された被固定部120dとを含む。絶縁部材122は、圧電素子120の変位部120cの外周を包囲する包囲部122aを有する。変位部120c及び包囲部122aは、第1の基板102側の表面が露出している。また、第1の基板102は、変位部120cと包囲部122aとに対向していた部分が除去されて形成した開口部112を有する。
The obtained
より詳細には、本実施形態の圧電ポンプ170に含有される構造体124は、複数の圧電素子120と、その圧電素子120に直接接合して支持する絶縁部材122とを備える。絶縁部材122は、圧電素子120の第2の基板側に接合した膜状部122bと、その薄膜部及び圧電素子120を包囲する周縁部122cとを有する。その周縁部122cのうち、第1の基板120側に表面が露出した部分が包囲部122aである。圧電素子120は薄膜状であり、絶縁部材122の膜状部122b下側に埋め込まれるように配置されており、絶縁部材122が圧電素子120のポンプ室(流路)178側の面を被覆するように接合している。
More specifically, the
第1の基板122はその上面を、構造体124の動作しない部分の下面に接合している。一方、第2の基板132は、圧電ポンプ170が動作しない状態では、ポンプ室178を形成する絶縁部材122の一部と接触していてもよいが、その部分で接合はされていない。また、第2の基板132は、その厚み方向に貫通する第1及び第2の開口部130a、130bを有しているが、これらの開口部130a、130bはポンプ室178と連通している。第2の基板132の開口部130a、130bの下側には、複数の圧電素子120のうちの一部が配置されている。その圧電素子120と開口部130a、130bとの間に位置する絶縁部材122の膜状部122bは、圧電ポンプ170が動作しない状態において、開口部130a、bを閉塞している。
The upper surface of the
次に、本実施形態の圧電ポンプ170の動作方法について説明する。本実施形態の圧電ポンプ170において、薄膜状の圧電体116に電圧を印加すると、圧電素子120が面内方向(d31方向)及び厚み方向(d33方向)において変位する。特に、圧電素子120は薄膜状であり、しかも第1及び第2の基板102、132により構造体124の周縁部が固定されているため、圧電体116の面内方向の変位に伴い、厚み方向に湾曲する。そして電圧印加のオン/オフ、あるいは印加する電圧の方向を順方向/逆方向に切り替える(交流電圧を印加する)ことによって、構造体174は、第1及び第2の基板102、132に固定された構造体124の周縁部を支点として厚み方向に上下動を繰り返す。この動作により流路でもあるポンプ室178の容積及び内圧が変化することで、第1の開口部130a、ポンプ室178及び第2の開口部130bを順に経由して流体が圧電ポンプ170内を移送される。
Next, an operation method of the
本実施形態の圧電ポンプ170の動作方法について、図3を参照しながら更に詳細に説明する。まず、(a)工程において、圧電ポンプ170は停止状態にあり、構造体124の上面は第2の基板132と接触している。それにより、ポンプ室178を形成する絶縁部材122により開口部130a、130bが閉塞されている。次いで、(b)工程において、複数の圧電素子120のうち最上流の圧電素子120xに電圧を印加する。すると、圧電素子120xにおける圧電体122の変位に伴い圧電素子120xが絶縁部材122を伴って下側に湾曲すると共に、その湾曲により絶縁部材122が下側へ引っ張られて、第2の基板132と離間する。これにより、ポンプ室178が負圧になると共に、第1の開口部130aを経由して外部と連通するため、圧電ポンプ170は、第1の開口部130aからポンプ室178に流体を吸入する。
The operation method of the
次いで、(c)工程において、中流の圧電素子120yに電圧を印加すると共に最上流の圧電素子120xへの電圧の印加を停止する。すると、圧電素子120yにおける圧電体122の変位に伴い圧電素子120yが絶縁部材122を伴って下側に湾曲すると共に、その湾曲により絶縁部材122が下側へ引っ張られて、第2の基板132と離間する。また、圧電素子120xが停止時の状態に戻り絶縁部材122と再び接触して第1の開口部130aを閉塞する。これにより、圧電素子120x上方のポンプ室178の部分が加圧されると共に、圧電素子120y上方のポンプ室178の部分が負圧になるため、圧電ポンプ170は、ポンプ室178内の流体を下流側に押し出す。また、第1の開口部130aを閉塞するため外部からの流体の吸入を一時的に停止する。
Next, in step (c), the voltage is applied to the middle-
続いて、(d)工程において、最下流の圧電素子120zに電圧を印加すると共に中流の圧電素子120yへの電圧の印加を停止する。すると、圧電素子120zにおける圧電体122の変位に伴い圧電素子120zが絶縁部材122を伴って下側に湾曲すると共に、その湾曲により絶縁部材122が下側へ引っ張られて、第2の基板132と離間する。また、圧電素子120yが停止時の状態に戻り絶縁部材122と再び接触する。これにより、圧電素子120y上方のポンプ室178の部分が加圧されると共に、圧電素子120z上方のポンプ室178の部分が負圧になるため、圧電ポンプ170は、ポンプ室178内の流体を更に下流側に押し出す。また、ポンプ室178が第2の開口部130bを経由して外部と連通するため、圧電ポンプ170は、ポンプ室178から第2の開口部130bを経由して外部に流体を吐出する。
Subsequently, in step (d), the voltage is applied to the most downstream
上述の各工程を繰り返すことで、本実施形態の圧電ポンプ170により流体を移送することができる。この場合、例えば上記(d)工程の開始と共に、上記(b)工程を開始してもよい。これにより、更に圧電ポンプ170による単位時間当たりの流体の移送量を増大させることが可能となる。
By repeating the above steps, the fluid can be transferred by the
本実施形態の圧電ポンプ170において、圧電素子120に電圧を印加しても、その被固定部120dは、第1及び第2の基板102、132に直接的に狭持されることにより固定されているため、その変位が抑制される。一方、圧電素子120の変位部120cは、第1及び第2の基板102、132に狭持されていない。そのため、圧電素子120は、その被固定部120dを支点として変位部120cが良好に変位することで振動する。その結果、ダイヤフラムとして機能する絶縁部材122の動作と圧電素子120の変位との干渉が従来に比して十分に抑制され、圧電ポンプ170は流体を安定的に移送することができる。
In the
さらに、圧電ポンプ170において、第1の基板102は、上記構造体124に接合された状態から、変位部120cと絶縁部材における変位部120cの外周を包囲する包囲部122aとが露出するように、変位部120cと包囲部122aとに対向する部分がエッチングにより除去されている。これにより、変位部120c及び包囲部122aは、第1の基板102上に蒸着等により接合して拘束されることにより生じていた応力を開放することができる。その一方で、第1の基板102のそれら以外の部分は構造体124にそのまま接合されて支持されている。これらの結果、構造体124を第1の基板102に精度よくかつ確実に固定することができるため、圧電ポンプ170は流体をより安定的に移送することができる。
Further, in the
本実施形態の圧電ポンプ170の製造に際し、構造体124は、その片側の全面が第1の基板に一旦接合される。圧電ポンプは主に薄膜法で形成されているため、構造体124を構成する各部材は、蒸着法などの比較的高温の環境下で他の部材と接合されたり、あるいは、絶縁部材122の場合は、溶融した樹脂を塗布したりして接合される。その後の冷却により、構造体124は収縮しようとするものの、その全面が第1の基板102に拘束されているため、その応力(分布)が高いレベルで一様となる。次いで、圧電素子120変位部120c及び絶縁部材122の包囲部122aに接合した第1の基板102の部分がエッチングにより除去されるが、それらの部分を露出しても、その他の部分は第1の基板102との接合により拘束されている。その結果、変位部120c及び包囲部122aにおける応力は引き続き一様に高いレベルで維持されるので、圧電ポンプ170は十分安定的に、しかも大きな流量で流体を移送することができる。
When manufacturing the
更に圧電ポンプ170では、圧電素子120の変位部120cのみでなく、それを包囲する絶縁部材122の包囲部122aも露出しているため、それらの部分が大きく作動でき、ポンプ容量を増大させることが可能となる。
Further, in the
本実施形態の圧電ポンプ170は、流体の流通方向上流側から下流側に向けて、複数の圧電素子120に順に電圧を印加する。これにより、圧電素子120を全体として蠕動様に(うごめくように)動作させて流体を移送する。薄膜状の圧電素子は、一般に、ポンプ容量が小さく、圧電素子の変位量も大きくなくポンプ室の内圧をさほど高めることができないため、流体の移送量を増大させることが困難である。ところが、本実施形態の圧電ポンプ170によると、上述のとおり複数の圧電素子120を全体として蠕動様に動作させて流体を移送する。このように、1つの圧電素子当たりの液体の移送量が少なくとも、複数の圧電素子を同時に作動することで、圧電ポンプ170の全体としての移送量を増大させることができる。特に、上流側の圧電素子を下側への湾曲状態から元の状態に戻して対応するポンプ室の部分を加圧すると同時に、下流側にある圧電素子を下側に湾曲させて対応するポンプ室の部分を減圧することにより、より小さな電圧で大きな移送量を実現できるため、圧電ポンプ170の効率は非常に高いものとなる。
The
さらには、本実施形態の圧電ポンプ170は、第2の基板132と構造体124とによってポンプ室178が囲まれているため、ポンプ室178での複数の圧電素子120変位を効率的に流体の圧縮(加圧)及び膨張(減圧)に変換することができる。しかも、流体はポンプ室178を上流側から下流側に移動可能になっているため、上記圧縮及び膨張を効率的にポンプ室間の流体の移送に変換することができる。これらの結果、圧電ポンプ170は圧電素子120に印加する電圧をより効率的に流体の移送量に変換することができる。
Furthermore, since the
また、本実施形態の圧電ポンプ170は、複数の圧電素子120の各々が1組の電極(下部電極114、上部電極118)を備えるため、それらの電極114、118に対して圧電素子120の寸法は大きくなく、圧電素子120の変位に伴う電極の湾曲範囲も大きくならない。よって、圧電ポンプ170は、電極の剥離を十分に抑制することができる。また、本実施形態の圧電ポンプ170は、1つの絶縁部材12に支持された複数の圧電素子120を備えており、いずれかの圧電素子120に印加した電圧が、その他の圧電素子120の変位に影響を与えない。そのため、この圧電ポンプ170は、高速駆動時の十分に安定した運転も可能になり、かつ、圧電素子120の変位量のばらつきも十分に抑制することができる。
In the
また、本実施形態の圧電ポンプ170は、圧電素子120を薄膜状にすることで、いわゆるバルクの圧電ポンプと比較して、設計に沿った最適な形状のものを作製することができる。さらには、薄膜状の圧電素子120を採用することにより、バルクの圧電ポンプと比較して、圧電ポンプの更なる小型化、薄層化が可能となる。そのため、圧電ポンプ170は、これを備えた電子部品の更なる高密度集積化を実現することができ、MEMS技術を応用した製品に有効に利用することができる。
In addition, the
なお、本実施形態の圧電ポンプ170において、圧電素子120を構成する下部電極114、圧電体116及び上部電極118が、下記関係を満足すると好ましい。すなわち、下部電極114と圧電体116とからなる積層体が、上部電極118よりも低いヤング率と厚さとの積を有すると好ましい。つまり、上記積層体のヤング率をE1(N/m2)、厚さをD1(nm)とし、上部電極118のヤング率をE2(N/m2)、厚さをD2(nm)とすると、下記式(1)で表される条件を満足することが好ましい。
E1×D1<E2×D2 (1)
In the
E1 × D1 <E2 × D2 (1)
部材のヤング率と厚さとの積は、その部材の硬さを表す指標の一つである。この指標が上記式(1)で表される条件を満足すると、構造体124の動作部分が第1の基板102側により大きく撓みやすくなる一方、第2の基板132側への撓みの程度が低くなる。これは、上部電極118が上記積層体よりも硬くなっており、延びたり湾曲し難くなっているからである。
The product of the Young's modulus and the thickness of a member is one of the indices that represent the hardness of the member. When this index satisfies the condition expressed by the above formula (1), the operating portion of the
上述のとおり、本実施形態の圧電ポンプ170は、圧電素子120が下側に湾曲することで流体を移送するものである。一方、圧電ポンプ170は、その停止時にはポンプ室178において構造体124と第2の基板132とが接触しているため、圧電素子120が上側に湾曲することは困難であり、ポンプとして正常に動作し難くなる。したがって、圧電素子120が上記式(1)を満足するように、各部材の材料及び厚さを選択することで、圧電ポンプ170がより安定に作動し、更に安定的に流体を移送することができる。
As described above, the
なお、上記ヤング率は、室温、10-4Paの条件下で、既知のヤング率を有する参照基板上に100nmの厚さを有する薄膜を形成したものを試料とし、その試料のヤング率を表面弾性法(例えば、ALOtec社製超薄膜ヤング率測定装置を用いる)によって測定することができる。その際、薄膜が積層体である場合は、圧電素子を構成する積層体の各部材の厚さの比と同一の厚さの比にして測定する。 The Young's modulus is a sample obtained by forming a thin film having a thickness of 100 nm on a reference substrate having a known Young's modulus under conditions of room temperature and 10 −4 Pa. It can be measured by an elastic method (for example, using an ultra-thin film Young's modulus measuring device manufactured by ALOtec). At that time, when the thin film is a laminated body, the measurement is performed with the same thickness ratio as the thickness ratio of each member of the laminated body constituting the piezoelectric element.
また、本実施形態の圧電ポンプ170において、圧電素子120が、上部電極118の第2の基板132側に更に硬質層(図示せず)を含有すると好ましい。その硬質層は、下部電極114と圧電体116とからなる上記積層体(第1の積層体)が、上部電極118と硬質層との積層体(第2の積層体)よりも低いヤング率と厚さとの積を有するように、その材料と厚さとを設定される。すなわち、第1の積層体のヤング率をE1(N/m2)、厚さをD1(nm)とし、第2の積層体のヤング率をE3(N/m2)、厚さをD3(nm)とすると、下記式(2)で表される条件を満足することが好ましい。
E1×D1<E3×D3 (2)
In the
E1 × D1 <E3 × D3 (2)
上記式(2)で表される条件を満足しても、構造体124の動作部分が第1の基板102側により大きく撓みやすくなる一方、第2の基板132側への撓みの程度が低くなる。これは、第2の積層体が第1の積層体よりも硬くなっており、延びたり湾曲し難くなっているからである。圧電素子120が上記式(2)を満足することで、圧電ポンプ170がより安定に作動し、更に安定的に流体を移送することができる。上記式(2)を確実に満足するには、硬質層が、クロム(Cr;上述のようにして導出されたヤング率(以下同様)=248N/m2)、タングステン(W;345N/m2)、タンタル(Ta;186N/m2)及び白金(Pt;152N/m2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属からなると好ましい。
Even if the condition represented by the above formula (2) is satisfied, the operating portion of the
硬質層は、上記(a1)工程において、上部電極層108の表面上に更に硬質層を構成する材料の層を、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法により形成し、(a2)工程において、その層を、下部電極層104、圧電体層106、上部電極層108と共にパターニングすることにより得られる。
In the step (a1), the hard layer is formed by further forming a layer of a material constituting the hard layer on the surface of the
次に、第2の本実施形態の圧電ポンプについて説明する。図4は、この本実施形態の圧電ポンプを模式的に示す透視平面図である。また、図5は、第2の本実施形態の圧電ポンプの動作を示す概略図であり、(a)は、圧電ポンプを図1に示すII−II線で切断して現れる断面を模式的に示している。更に図6は、第2の本実施形態の圧電ポンプを部分的に拡大した概略断面図ある。第2の本実施形態の圧電ポンプ200は、流体の流通方向(図4中の矢印Aの方向)に沿って配設された6つの圧電素子202、204、206、208、210、212(まとめて「202〜212」と表記する。以下同様。)と、それらの圧電素子202〜212を支持する1つの支持部材214とを備える構造体220と、構造体220を挟む第1及び第2の基板222、224とを含有し、第2の基板224と構造体220とによって囲まれて形成されるポンプ室230と、動作時にそのポンプ室230と連通する第1及び第2の開口部250、252とを有するものである。また、圧電素子202〜212は、電圧を印加することによって変位する変位部202c〜212cと、第1及び第2の基板222、224に狭持されることにより固定された被固定部202d〜212d、202e〜212eとを含む。さらに第1の基板222は、構造体220に接合された状態から、変位部202c〜212cと支持部材214における変位部202c〜212cの外周を包囲する包囲部214aとが露出するように、変位部202c〜212cと包囲部214aとに対向する部分がエッチングにより除去され、開口部222aを形成したものである。上記変位部202c〜212cと包囲部214aとは構造体の動作部分を構成する。
Next, the piezoelectric pump of the second embodiment will be described. FIG. 4 is a perspective plan view schematically showing the piezoelectric pump of this embodiment. FIG. 5 is a schematic view showing the operation of the piezoelectric pump according to the second embodiment. FIG. 5A schematically shows a cross section that appears when the piezoelectric pump is cut along the line II-II shown in FIG. Show. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a partially enlarged piezoelectric pump according to the second embodiment. The
より詳細には、本実施形態の圧電ポンプ200に含有される構造体220は、6つの上記圧電素子202〜212と、それらの圧電素子202〜212に直接接合して支持する1つの支持部材214とを備える。支持部材214は、例えば樹脂を材料とし、1.0μm〜10μmの厚さを有する薄膜である。支持部材214の一方の主面(上面)におけるポンプ室230に対向した部分214aは、一列に並んだ6つの円形面をその周縁の一部で互いに重ねた、いわば数珠つなぎのような平面形状を有する。
More specifically, the
圧電素子202〜212は、例えば厚さ0.5μm〜10.0μmの薄膜状であって円形の主面を有し、図6に示すように、各々が下部電極202a〜212a(ただし、圧電素子210、212に備えられる下部電極210a、212aは図示せず。)、圧電体202b〜212b(ただし、圧電素子210、212に備えられる圧電体210b、212bは図示せず。)及び上部電極202c〜212c(ただし、圧電素子210、212に備えられる上部電極210c、212cは図示せず。)をこの順に積層して備える。圧電素子202〜212の各々は、下部電極202a〜212aが開口部222aに露出した状態で支持部材214に埋め込まれている。各圧電素子202〜212は互いに直接接触しておらず、その間では支持部材214の下面が露出している。
The
第1の基板222は、構造体220の動作部分の下面を露出するように開口部222aを有している一方で、構造体220の動作部分以外の部分と接合する。ここで、構造体220の第1の基板222と接合した部分は、支持部材214の下面である。また、第2の基板224はその下面の一部を支持部材214の上面の一部と接合する。これらにより、支持部材214を備える構造体220が第1及び第2の基板222、224に狭持されて固定される。
The
圧電ポンプが停止している際、第2の基板は構造体220の動作部分の上面と接触しているものの接合していない。第2の基板224には、その厚み方向に貫通した第1及び第2の開口部250、252が設けられており、これらの開口部は圧電ポンプ200の動作時にポンプ室230と連通できる。ポンプ室230は、各圧電素子202〜212に対応する部分的なポンプ室232、234、236、238、240、242を有する。
When the piezoelectric pump is stopped, the second substrate is in contact with the upper surface of the operating portion of the
6つの圧電素子202〜212に備えられる下部電極202a〜212aの各々からは突条の配線202d〜212dが2本ずつ取り出され、上部電極202c〜212cからは突条の配線202e〜212eが1本ずつ取り出される。それらの配線は、上述のとおり、被固定部202d〜212d、202e〜212eでもある。取り出されたそれらの配線202d〜212d、202e〜212eは端子260まで延びており、その端子260を介して電源(図示せず。)に接続されている。ここで、各1組の電極と配線との連結部は、流体の流通方向に沿って上流側から、下部電極と配線との連結部、上部電極と配線との連結部、下部電極と配線との連結部の順で並んでいる。例えば、下部電極202aと2本の配線202dとの連結部202f、202h、上部電極202cと配線202eとの連結部202gについて見てみると、流体の流通方向に沿って上流側から、連結部202f、202h、202gの順で並んでいる。他の連結部(204f〜204h、206f〜206h、208f〜208h、210f〜210h、212f〜212h)についても同様である。
Two
かかる圧電ポンプ200は、例えば下記のようにして製造される。
The
まず、成膜用基板を兼ねる第1の基板222上に、突条の配線202d〜212dをそれぞれ含む下部電極202a〜212a、圧電体202b〜212b、突条の配線202e〜212eをそれぞれ含む上部電極202c〜212cをこの順で積層する。より具体的には、まず、第1の基板の表面上に下部電極202a〜212aとなる層を、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法により形成する。第1の基板222は、その表面上に下部電極202a〜212aとなる層を形成可能なものであれば特に限定されず、通常の薄膜形成に用いられる基板であってもよく、Si基板であると好ましい。下部電極202a〜212aとなる層の材料は、圧電素子の電極材料として用いられ得るものであれば特に限定されず、例えば白金、金、銅、及びこれらを含む合金が挙げられる。また、下部電極202a〜212aとなる層の厚さは、例えば0.05μm〜1.0μmである。
First, on the
次いで、下部電極202a〜212aとなる層を所望の形状にパターニングする。パターニングの方法は、特に限定されず、例えば、エッチマスクとしてマスクレジストを上部電極となる層の表面上に形成した後に、エッチングによりマスクレジストで被覆されていない上記層の部分を除去し、その後、マスクレジストを除去してもよい。これにより、下部電極202a〜212aが得られる。
Next, the layer to be the
次いで、下部電極202a〜212aの表面上(ただし配線202d〜212dの表面上を除く)に圧電体202b〜212bを形成する。圧電体202b〜212bの形成方法としては、スパッタ法、CVD法、蒸着法が挙げられる。圧電体202b〜212bの材料は薄膜形成可能な圧電材料であれば特に限定されず、例えば、PZT、チタン酸バリウムなどが挙げられる。それらの中でも、優れた圧電特性を示し、入手も容易な観点から、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が好ましい。圧電体202b〜212bの厚さは、例えば0.5μm〜5.0μmである。
Next,
続いて、圧電体202b〜212bの表面上に上部電極202c〜212cを、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法により形成する。上部電極202c〜212cの材料は、圧電素子の電極材料として用いられ得るものであれば特に限定されず、例えば白金、金、銅、及びこれらを含む合金が挙げられる。上部電極202c〜212cの厚さは、例えば0.05μm〜1.0μmである。
Subsequently,
上記圧電体202b〜212b及び上部電極202c〜212cを形成する際、例えば上部電極202c〜212c上に所定形状のレジストを形成した後に圧電体202b〜212b及び上部電極202c〜212cを順に形成し、その後、レジストを除去してもよい。こうして、第1の基板222上に、下部電極202a〜212a、圧電体202b〜212b及び上部電極202c〜212cをこの順で積層した圧電素子202〜212を得る。
When the
次に、圧電素子202〜212を被覆するようにして支持部材214となる層を形成する。この層の材料は、絶縁性を有する材料であって、かつ、圧電体202b〜212bの変位によっても破損することなく湾曲することが必要となるため、柔軟性を有する材料であることが好ましい。支持部材214となる層の材料として柔軟性を有する材料を採用すると、圧電体202b〜212bの変位をポンプ室230に良好に伝えることが可能となるため、圧電ポンプ200の効率が高くなる。支持部材214となる層の材料は、具体的には樹脂材料であることが好ましい。この場合、まず、その樹脂材料の原料となる樹脂組成物(例えば、樹脂及び/又は単量体と溶媒との混合物)を第1の基板222及び圧電素子202〜212の表面上に塗布する。次いで、塗布した樹脂組成物を乾燥などにより固化又は加熱若しくは光照射などにより硬化させる。その後、必要に応じて硬化した樹脂組成物を所望の形状にパターニングする。パターニングは樹脂材料をパターニングする公知の方法によればよく、例えば、フォトリソグラフィ法が挙げられる。樹脂材料としては、成膜用基板及び圧電素子202〜212に良好に接着し、更に現像性などのパターニング性が良好である材料が好ましく、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド、パリレン等が挙げられる。こうして、成膜用基板上に形成された圧電素子202〜212と支持部材214とを備える構造体220を得る。
Next, a layer that becomes the
上述の構造体220とは別に、第2の基板224を作製する。第2の基板224は例えば厚さ0.2mm〜2.0mmのガラス基板及びセラミック基板から得られる。その基板表面をエッチング等により所定の形状に加工し(凹凸加工)、さらに基板の所定の位置に、その厚み方向に貫通した第1の開口部250及び第2の開口部252をエッチング等により形成する。こうして、開口部250、252を有し、その下面に所定形状の凹凸加工が施された第2の基板224を得る。
Separately from the
次いで、上記構造体220上に第2の基板224を貼り付ける。この際、第2の基板224の凹凸加工が施された上記下面と構造体220の支持部材214が形成された側の面とを対向し、かつポンプ室230を形成するように位置合わせして、第2の基板224の下面と支持部材214とを、ポンプ室230となるべき部分の周囲で接合して貼り付ける。ただし、動作部分を構成する変位部202c〜212cはもちろんのこと、支持部材214における包囲部214aには、第2の基板224を接触させるのみであり、それらを接合しない。貼り付ける方法としては、支持部材214と第2の基板224とが接触する部位に、例えば接着剤を塗布して貼り付ける方法が挙げられる。
次に、第1の基板222を部分的にエッチングする。具体的には第1の基板222の上記動作部分に対向する部分をエッチングにより除去して、開口部222aを形成する。これにより、動作部分である変位部202c〜212cと包囲部214aとの表面が露出する。それらは圧電素子202〜212の変位に伴い伸縮、湾曲することができる。
Next, a
Next, the
エッチングの方法は、特に限定されず、例えば、エッチマスクとして所定形状のマスクレジストを第1の基板222の表面上に形成した後に、エッチングによりマスクレジストで被覆されていない第1の基板222の部分を除去し、その後、マスクレジストを除去してもよい。他のエッチングの方法としては、レジストパターニング、成膜、不要部分の除去を行うリフトオフ法、が挙げられる。エッチングとしては、ドライエッチングが好ましく、例えば、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング、反応性レーザービームエッチングが例示される。
The etching method is not particularly limited. For example, after a mask resist having a predetermined shape is formed on the surface of the
こうして、第2の本実施形態の圧電ポンプ200を得る。
このように本実施形態の圧電ポンプ200は、いわゆる薄膜プロセスを基本として作製されるため、品質のばらつきを抑制可能であり、その歩留まりを高めることができると共に、製造コストを低減することも可能である。
Thus, the
As described above, since the
次に、本実施形態の圧電ポンプ200の動作方法について、図5を参照しながら説明する。まず、(a)工程において、圧電ポンプ200は停止状態にあり、構造体220の上面は第2の基板224と接触している。それにより、ポンプ室230を形成する支持部材214により第1及び第2の開口部250、252は閉塞されている。次いで、(b)工程において、配線202dから連結部202hを介して圧電素子202の下部電極202aと、配線202eから連結部202gを介して上部電極202cとの間に電圧を印加すると同時に、配線204dから連結部204fを介して圧電素子204の下部電極204aと、配線204eから連結部204gを介して上部電極204cとの間に電圧を印加する。すると、圧電体202b、204bの変位に伴い圧電素子202、204が支持部材214を伴って同時に下側に湾曲すると共に、その湾曲により圧電素子202、204上方及びそれらの間にある支持部材214が下側へ引っ張られて、その部分で支持部材214と第2の基板224が離間する。これにより、ポンプ室232、234が負圧になるため、圧電ポンプ200は、第1の開口部250からそれらのポンプ室232、234に流体を吸入する。なお、湾曲した圧電素子202の頂部は、その面内方向中心部よりも、連結部202hと連結部202gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分となり、湾曲した圧電素子204の頂部は、その面内方向中心部よりも、連結部204fと連結部204gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分となる。
Next, an operation method of the
次いで、(c)工程において、下部電極202aと上部電極202cとの間への電圧の印加を停止し、配線204dから連結部204hを介して圧電素子204の下部電極204aと、配線204eから連結部204gを介して上部電極204cとの間に電圧を印加すると同時に、配線206dから連結部206fを介して圧電素子206の下部電極206aと、配線206eから連結部206gを介して上部電極206cとの間に電圧を印加する。すると、圧電素子202が停止時の状態に戻り圧電素子202、204上方及びそれらの間で構造体220と支持部材214とが再び直接接触すると共に、圧電体206bの変位に伴い圧電素子206が支持部材214を伴って下側に湾曲する。また、その湾曲により圧電素子204、206上方及びそれらの間にある支持部材214が下側へ引っ張られて、その部分で構造体220と支持部材214とが離間する。これにより、ポンプ室232が加圧されると共にポンプ室236が負圧になるため、圧電ポンプ200は、ポンプ室232内の流体を押し出す一方で、ポンプ室236内に流体を吸入し、流体をより下流側に移送する。また、下部電極204aへの電圧の印加を連結部204f経由から連結部204h経由に切り換えたため、湾曲した圧電素子204の頂部が、その面内方向中心部よりも、連結部204fと連結部204gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分から、連結部204hと連結部204gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分、すなわち流体の流通方向下流側に移動する。これにより、ポンプ室234内において流体が下流側に押し出されるため、流体の下流への移送が一層促進される。
Next, in step (c), application of voltage between the
続いて、(d)工程において、下部電極204aと上部電極204cとの間への電圧の印加を停止し、配線206dから連結部206hを介して圧電素子206の下部電極206aと、配線206eから連結部206gを介して上部電極206cとの間に電圧を印加すると同時に、配線208dから連結部208fを介して圧電素子208の下部電極208aと、配線208eから連結部208gを介して上部電極208cとの間に電圧を印加する。すると、圧電素子204が停止時の状態に戻り圧電素子204、206の上方及びそれらの間で構造体220と支持部材214とが再び直接接触すると共に、圧電体208bの変位に伴い圧電素子208が支持部材214を伴って下側に湾曲する。また、その湾曲により圧電素子206、208上方及びそれらの間にある支持部材214が下側へ引っ張られて、その部分で構造体220と支持部材214とが離間する。これにより、ポンプ室234が加圧されると共にポンプ室238が負圧になるため、圧電ポンプ200は、ポンプ室234内の流体を押し出す一方で、ポンプ室238内に流体を吸入し、流体をより下流側に移送する。また、下部電極206aへの電圧の印加を連結部206f経由から連結部206h経由に切り換えたため、湾曲した圧電素子206の頂部が、その面内方向中心部よりも、連結部206fと連結部206gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分から、連結部206hと連結部206gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分、すなわち流体の流通方向下流側に移動する。これにより、ポンプ室236内において流体が下流側に押し出されるため、流体の下流への移送が一層促進される。
Subsequently, in step (d), application of voltage between the
次に、(e)工程において、下部電極206aと上部電極206cとの間への電圧の印加を停止し、配線208dから連結部208hを介して圧電素子208の下部電極208aと、配線208eから連結部208gを介して上部電極208cとの間に電圧を印加すると同時に、配線210dから連結部210fを介して圧電素子210の下部電極210aと、配線210eから連結部210gを介して上部電極210cとの間に電圧を印加する。すると、圧電素子206が停止時の状態に戻り圧電素子206、208の上方及びそれらの間で構造体220と支持部材214とが再び直接接触すると共に、圧電体210bの変位に伴い圧電素子210が支持部材214を伴って下側に湾曲する。また、その湾曲により圧電素子208、210の上方及びそれらの間にある支持部材214が下側へ引っ張られて、その部分で構造体220と支持部材214とが離間する。これにより、ポンプ室236が加圧されると共にポンプ室240が負圧になるため、圧電ポンプ200は、ポンプ室236内の流体を押し出す一方で、ポンプ室240内に流体を吸入し、流体をより下流側に移送する。また、下部電極208aへの電圧の印加を連結部208f経由から連結部208h経由に切り換えたため、湾曲した圧電素子208の頂部が、その面内方向中心部よりも、連結部208fと連結部208gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分から、連結部208hと連結部208gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分、すなわち流体の流通方向下流側に移動する。これにより、ポンプ室238内において流体が下流側に押し出されるため、流体の下流への移送が一層促進される。
Next, in the step (e), the application of voltage between the
そして、(f)工程において、下部電極208aと上部電極208cとの間への電圧の印加を停止し、配線210dから連結部210hを介して圧電素子210の下部電極210aと、配線210eから連結部210gを介して上部電極210cとの間に電圧を印加すると同時に、配線212dから連結部212fを介して圧電素子212の下部電極212aと、配線212eから連結部212gを介して上部電極212cとの間に電圧を印加する。すると、圧電素子208が停止時の状態に戻り圧電素子108、110の上方及びそれらの間で構造体220と支持部材214とが再び直接接触すると共に、圧電体212bの変位に伴い圧電素子212が支持部材214を伴って下側に湾曲する。また、その湾曲により圧電素子210、212の上方及びそれらの間にある支持部材214が下側へ引っ張られて、その部分で突出部224eと支持部材214とが離間する。これにより、ポンプ室238が加圧されると共にポンプ室242が負圧になるため、圧電ポンプ200は、ポンプ室238内の流体を押し出す一方で、ポンプ室242内に流体を吸入し、第2の開口部252から流体を吐出する。また、下部電極210aへの電圧の印加を連結部210f経由から連結部210h経由に切り換えたため、湾曲した圧電素子210の頂部が、その面内方向中心部よりも、連結部210fと連結部210gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分から、連結部210hと連結部210gとの中間地点の仮想の連結部にやや近づいた部分、すなわち流体の流通方向下流側に移動する。これにより、ポンプ室240内において流体が下流側に押し出されるため、流体の下流への移送が一層促進される。
Then, in the step (f), the application of voltage between the
上述の各工程を繰り返すことで、本実施形態の圧電ポンプ200を経由して流体を移送することができる。この場合、例えば上記(e)工程の開始と共に、上記(b)工程を開始してもよい。これにより、更に圧電ポンプ200による単位時間当たりの流体の移送量を増大することが可能となる。
By repeating the above steps, the fluid can be transferred via the
第2の本実施形態の圧電ポンプ200は、第1の本実施形態の圧電ポンプ170と類似の構造を有し類似の動作をするため、その圧電ポンプ170と同様の効果を発揮することができる、それに加えて、第2の本実施形態の圧電ポンプ200は下記効果をも奏することができる。すなわち、本実施形態の圧電ポンプ200は、電極と配線との連結部を上述のように配列することで、1つの湾曲した圧電素子の頂部を下流側に移動することができる。このように、第2の本実施形態の圧電ポンプは、複数の圧電素子202〜212の全体が蠕動様に動作するだけでなく、そのうち1つの圧電素子を見ても蠕動様に動作して流体を移送する。これにより、流体の下流への移送が促進されるので、印加した電圧を更に効率的に流体の移送量に変換することができる。
Since the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、別の本実施形態において、圧電ポンプがただ一つの圧電素子を有するものであってもよい。図9はそのような圧電ポンプの一例を模式的に示すものであり、動作中の状態を示している。図9に示す圧電ポンプ900は、1つの圧電素子902と、その圧電素子902を支持する1つの支持部材914とを備える構造体920と、構造体920を挟む第1及び第2の基板922、924とを含有し、第2の基板924と構造体920とによって囲まれて形成されるポンプ室930と、動作時にそのポンプ室930と連通する第1及び第2の開口部950、952とを有するものである。また、圧電素子902は、電圧を印加することによって変位する変位部と、第1及び第2の基板922、924に狭持されることにより固定された被固定部とを含む。さらに第1の基板922は、構造体920に接合された状態から、圧電素子902の変位部と、支持部材914における上記変位部の外周を包囲する包囲部とが露出するように、それら変位部と包囲部とに対向する部分がエッチングにより除去され、開口部922aを形成したものである。上記変位部、被固定部及び包囲部は、第2の本実施形態における圧電素子の1つと同様の構造及び配置であればよい。圧電素子902は、電極と配線との連結部を第2の本実施形態と同様に配列することで、第2の本実施形態における複数の圧電素子のうちの1つと同様に、蠕動様に動作することができるため、効率的に流体を移送することができる。図9においては、上流側の開口部950とポンプ室930とが連通する一方で、下流側の開口部952が構造体920によって閉塞されており、この状態により、圧電ポンプ902は、外部から流体を吸入できる。
また、上記各本実施形態では、圧電ポンプが停止しているときは、構造体と第2の基板とが接触してポンプ室に空間がほとんど存在しない状態であったが、圧電ポンプの停止時においても、構造体と第2の基板との間のポンプ室に空間を設けてもよい。そのような空間を設けるためには、構造体と第2の基板との間にそれらを接着する樹脂を適度な厚さで設けたり、あるいは更なる基板を設けたりすればよい。
As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said this embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in another embodiment, the piezoelectric pump may have only one piezoelectric element. FIG. 9 schematically shows an example of such a piezoelectric pump, and shows a state during operation. A
Further, in each of the above embodiments, when the piezoelectric pump is stopped, the structure and the second substrate are in contact with each other and there is almost no space in the pump chamber. In this case, a space may be provided in the pump chamber between the structure and the second substrate. In order to provide such a space, a resin for bonding them between the structure body and the second substrate may be provided with an appropriate thickness, or a further substrate may be provided.
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(第1の基板の作製方法の違いによる効果確認試験)
本試験では、圧電ポンプにおける圧電素子の変位量を確認するため、図7の(a)及び(b)に示すような試料を作製した。まず、実施例に係る図7の(a)に示す試料の作製は、厚さ400μmのSi基板の上に蒸着法及びスパッタリング法により下部電極層(図示せず。材質Pt、厚さ0.1μm)、圧電体層(図示せず。材質PZT、厚さ2〜2.5μm)、上部電極層(図示せず。材質Pt、厚さ0.1μm)をこの順に積層することから始めた。次いで、それら下部電極層、圧電体層、上部電極層をイオンミリング及びエッチング法により図7の(c)に示す平面形状にパターニングして圧電素子を得た。次に、圧電素子の支持部材として絶縁性のポリイミド樹脂を、Si基板及び圧電素子上に塗布した後、それらの全体を280℃で1時間加熱して、ポリイミド樹脂を硬化させた。
(Effect confirmation test by difference in manufacturing method of first substrate)
In this test, samples as shown in FIGS. 7A and 7B were prepared in order to confirm the amount of displacement of the piezoelectric element in the piezoelectric pump. First, the sample shown in FIG. 7A according to the example is prepared by depositing a lower electrode layer (not shown; material Pt, thickness 0.1 μm) on a 400 μm thick Si substrate by vapor deposition and sputtering. ), A piezoelectric layer (not shown; material PZT, thickness 2 to 2.5 μm), and an upper electrode layer (not shown; material Pt, thickness 0.1 μm) were laminated in this order. Subsequently, the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer were patterned into a planar shape shown in FIG. 7C by ion milling and etching methods to obtain a piezoelectric element. Next, an insulating polyimide resin as a support member for the piezoelectric element was applied onto the Si substrate and the piezoelectric element, and then the whole was heated at 280 ° C. for 1 hour to cure the polyimide resin.
更に、その支持部材の周縁部に同じポリイミド樹脂を接着用及び空間形成用に塗布し、加熱することなくガラス基板をその上に載置した。その後、それら全体を280℃で1時間加熱して、接着用のポリイミド樹脂を硬化させることで、そのポリイミド樹脂を介して支持部材とガラス基板とを接合した。そして、Si基板の一部を裏側から、Deep−RIEを用いた反応性イオンエッチングによりエッチングして、実施例の試料を得た。なお、Si基板のエッチングは、図7の(c)に示す平面形状を有する開口部を形成するように行った。 Furthermore, the same polyimide resin was apply | coated to the peripheral part of the support member for adhesion | attachment and space formation, and the glass substrate was mounted on it, without heating. Thereafter, the whole was heated at 280 ° C. for 1 hour to cure the adhesive polyimide resin, thereby joining the support member and the glass substrate via the polyimide resin. A part of the Si substrate was etched from the back side by reactive ion etching using Deep-RIE to obtain a sample of the example. Note that the etching of the Si substrate was performed so as to form an opening having a planar shape shown in FIG.
一方、比較例に係る図7の(b)に示す試料の作製は、成形用のSi基板の上に蒸着法及びスパッタリング法により下部電極層(図示せず。材質Pt、厚さ0.1μm)、圧電体層(図示せず。材質PZT、厚さ2〜2.5μm)、上部電極層(図示せず。材質Pt、厚さ0.1μm)をこの順に積層することから始めた。次いで、それら下部電極層、圧電体層、上部電極層をイオンミリング及びエッチング法により図7の(c)に示す平面形状にパターニングして圧電素子を得た。次に、圧電素子の支持部材として絶縁性のポリイミド樹脂を、Si基板及び圧電素子上に塗布した後、それらの全体を280℃で1時間加熱して、ポリイミド樹脂を硬化させた。 On the other hand, the preparation of the sample shown in FIG. 7B according to the comparative example is performed by forming a lower electrode layer (not shown; material Pt, thickness 0.1 μm) on a forming Si substrate by vapor deposition and sputtering. The piezoelectric layer (not shown, material PZT, thickness 2 to 2.5 μm) and the upper electrode layer (not shown, material Pt, thickness 0.1 μm) were laminated in this order. Subsequently, the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer were patterned into a planar shape shown in FIG. 7C by ion milling and etching methods to obtain a piezoelectric element. Next, an insulating polyimide resin as a support member for the piezoelectric element was applied onto the Si substrate and the piezoelectric element, and then the whole was heated at 280 ° C. for 1 hour to cure the polyimide resin.
更に、その支持部材の周縁部に同じポリイミド樹脂を接着用及び空間形成用に塗布し、加熱することなくガラス基板をその上に載置した。その後、それら全体を280℃で1時間加熱して、接着用のポリイミド樹脂を硬化させることで、そのポリイミド樹脂を介して支持部材とガラス基板とを接合した。そして、成形用のSi基板の全体を裏側から、フッ酸によるエッチングによりエッチングした。その後、圧電素子と支持部材との構造体の、Si基板のエッチングにより全体的に露出した側の面に、図7の(c)に示す平面形状の開口部を有するガラス基板を膜転写により接合して、比較例の試料を得た。 Furthermore, the same polyimide resin was apply | coated to the peripheral part of the support member for adhesion | attachment and space formation, and the glass substrate was mounted on it, without heating. Thereafter, the whole was heated at 280 ° C. for 1 hour to cure the adhesive polyimide resin, thereby joining the support member and the glass substrate via the polyimide resin. Then, the entire Si substrate for molding was etched from the back side by etching with hydrofluoric acid. Thereafter, a glass substrate having a planar opening as shown in FIG. 7C is bonded to the surface of the structure of the piezoelectric element and the support member, which is exposed entirely by etching the Si substrate, by film transfer. Thus, a sample of a comparative example was obtained.
得られた試料の圧電素子に対して、電圧(駆動電圧=0〜10V、駆動周波数=10Hz)を印加して、そのときの圧電素子及び支持部材からなる構造体の湾曲に伴う厚み方向の(最大)変位量を測定した。なお、評価機としてPolytec社製のレーザードップラー振動計を用いた。結果を表1に示す。 A voltage (driving voltage = 0 to 10 V, driving frequency = 10 Hz) was applied to the piezoelectric element of the obtained sample, and the thickness direction (with the curvature of the structure including the piezoelectric element and the support member at that time ( Maximum) displacement was measured. A laser Doppler vibrometer manufactured by Polytec was used as an evaluation machine. The results are shown in Table 1.
(硬質層の効果確認試験)
次に、硬質層の効果を確認するために、下記のような試験を行った。まず、上部電極層上に、更に種々の厚さを有する硬質層(図示せず。)をスパッタリング法により積層すること以外は、上記「第1の基板の作製方法の違いによる効果確認試験」における図7の(a)に示す試料の作製方法と同様にして、試料を作製した。なお、本試験における試料として、硬質層がクロム(Cr)又はチタン(Ti;ヤング率=116N/m2)からなるものを作製した。
(Effect confirmation test of hard layer)
Next, in order to confirm the effect of the hard layer, the following test was performed. First, in the above “Effect confirmation test by difference in manufacturing method of the first substrate” except that a hard layer (not shown) having various thicknesses is further laminated on the upper electrode layer by a sputtering method. A sample was manufactured in the same manner as the sample manufacturing method shown in FIG. As a sample in this test, a hard layer made of chromium (Cr) or titanium (Ti; Young's modulus = 116 N / m 2 ) was prepared.
得られた試料の圧電素子に対して、圧電体が上側(ガラス基板側)に撓むように電圧(駆動電圧=0〜10V、駆動周波数=10Hz)を印加し、そのときの構造体のガラス基板への接触面積を画像解析により測定した。結果を図8に示す。 A voltage (drive voltage = 0 to 10 V, drive frequency = 10 Hz) is applied to the piezoelectric element of the obtained sample so that the piezoelectric body bends upward (glass substrate side), and to the glass substrate of the structure at that time The contact area was measured by image analysis. The results are shown in FIG.
この結果より、硬質層の材質にクロムを用いると、硬質層が厚くなるにつれて上方への撓みが減少するため、圧電ポンプは安定的に流体を移送できることが分かった。一方、硬質層の材質にチタンを用いると、硬質層が厚くなっても上方への撓みがそれほど減少しないため、圧電ポンプは、硬質層の材質にクロムを用いた場合と比較すると、安定的に流体を移送できないことが分かった。 From this result, it was found that when chromium is used as the material of the hard layer, the upward deflection decreases as the hard layer becomes thicker, so that the piezoelectric pump can stably transfer the fluid. On the other hand, when titanium is used as the material of the hard layer, the upward deflection does not decrease so much even when the hard layer is thick, so the piezoelectric pump is more stable than when using chromium as the material of the hard layer. It was found that the fluid could not be transferred.
本発明の圧電ポンプは、微少化学反応に用いられる液状試薬や高精細印刷装置のインクなどの液体、ガスクロマトグラフの被検査ガス、燃料電池における反応ガスなどの気体等、流体を移送するための各種装置に適用することが可能である。例えば本発明の圧電ポンプは、ガスセンサへの流体供給装置や微少なフィルタ装置に備えられ得るものである。 The piezoelectric pump of the present invention is used for transferring fluids such as liquid reagents used in microchemical reactions, liquids such as inks in high-definition printing apparatuses, gases to be inspected in gas chromatographs, gases such as reaction gases in fuel cells, etc. It can be applied to a device. For example, the piezoelectric pump of the present invention can be provided in a fluid supply device to a gas sensor or a minute filter device.
102…第1の基板、114…下部電極、116…圧電体、118…上部電極、120…圧電素子、122…絶縁部材、124…構造体、130a…第1の開口部、130b…第2の開口部、132…第2の基板、170…圧電ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記構造体を挟む第1及び第2の基板と、
を含有し、
前記第2の基板と前記構造体とによって囲まれたポンプ室と、
前記ポンプ室と連通する第1及び第2の開口部と、
を有する圧電ポンプであって、
前記圧電素子は、電圧を印加することによって変位する変位部と、前記第1及び第2の基板に直接的又は間接的に狭持されることにより固定された被固定部とを含み、
前記第1の基板は、前記構造体に接合された状態から、前記変位部と前記支持部材における前記変位部の外周を包囲する包囲部とを露出させるように、前記変位部と前記包囲部とに対向する部分が除去されたものである、圧電ポンプ。 A structure including a piezoelectric element and a support member that supports the piezoelectric element;
First and second substrates sandwiching the structure;
Containing
A pump chamber surrounded by the second substrate and the structure;
First and second openings communicating with the pump chamber;
A piezoelectric pump comprising:
The piezoelectric element includes a displacement portion that is displaced by applying a voltage, and a fixed portion that is fixed by being directly or indirectly sandwiched between the first and second substrates.
The first substrate has the displacement portion and the surrounding portion so as to expose the displacement portion and the surrounding portion that surrounds the outer periphery of the displacement portion in the support member from the state of being joined to the structure. Piezoelectric pump in which the part opposite to is removed.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2009065114A JP2010216398A (en) | 2009-03-17 | 2009-03-17 | Piezoelectric pump |
US12/585,208 US20100059127A1 (en) | 2008-09-09 | 2009-09-08 | Piezoelectric pump and fluid transferring system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009065114A JP2010216398A (en) | 2009-03-17 | 2009-03-17 | Piezoelectric pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=42975486
Family Applications (1)
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JP2009065114A Withdrawn JP2010216398A (en) | 2008-09-09 | 2009-03-17 | Piezoelectric pump |
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JP (1) | JP2010216398A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506298A (en) * | 2013-11-22 | 2017-03-02 | リーアニクス・インコーポレイテッドRheonix, Inc. | Channelless pump, method and use thereof |
CN114127421A (en) * | 2019-07-03 | 2022-03-01 | 株式会社村田制作所 | Fluid control device |
-
2009
- 2009-03-17 JP JP2009065114A patent/JP2010216398A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506298A (en) * | 2013-11-22 | 2017-03-02 | リーアニクス・インコーポレイテッドRheonix, Inc. | Channelless pump, method and use thereof |
US11248596B2 (en) | 2013-11-22 | 2022-02-15 | Rheonix, Inc. | Channel-less pump, methods, and applications thereof |
CN114127421A (en) * | 2019-07-03 | 2022-03-01 | 株式会社村田制作所 | Fluid control device |
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