JP2016149899A

JP2016149899A - 回転装置

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Publication number: JP2016149899A
Application number: JP2015026616A
Authority: JP
Inventors: 大村　泰久; Yasuhisa Omura; 泰久大村
Original assignee: Kansai University
Current assignee: Kansai University
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: JP6470993B2

Abstract

【課題】回転体に回転動力を伝達する伝達機構を接続することなく、且つ簡素な構成によって回転体を回転させることができる回転装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、所定の方向に延びる回転軸４２周りに回転可能な回転体２であって、回転軸４２と直交若しくは略直交する方向に延び且つｐ型半導体によって構成される第一部位２１、及び回転軸４２を挟んで第一部位２１と反対側に延び且つｎ型半導体によって構成される第二部位２２、を有する回転体２と、回転体２が回転する回転領域の周囲に配置される電極３と、を備え、第一部位２１を構成するｐ型半導体と第二部位２２を構成するｎ型半導体とは接合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、光起電力を利用して回転体を回転させる回転装置に関する。

従来から、二種類以上の液体（流体）を混合した混合液を蛍光顕微鏡等によって分析する際に用いられるマイクロ分析チップが知られている（特許文献１参照）。

このマイクロ分析チップは、図１８に示すように、流体が流れる微少な流路１０２を有している。この流路１０２は、第一流路１０３と第二流路１０４と第三流路１０５とが接続されることにより構成されている。流路１０２における第一〜第三流路１０３〜１０５の接続部位では、各流路１０３、１０４、１０５の一方の端部同士が接続されてＹ字状になっている。第一流路１０３の他方の端部には、第一導入口１０３Ａが設けられ、第二流路１０４の他方の端部には、第二導入口１０４Ａが設けられている。また、第三流路１０５の他方の端部には、排出口１０５Ａが設けられている。このように構成される流路１０２では、例えば、幅が約０．５ｍｍ、深さが約０．９ｍｍである。

上述のマイクロ分析チップ１００では、検体を含む流体である第一液が第一導入口１０３Ａから第一流路１０３内に導入され、試薬を含む流体である第二液が第二導入口１０４Ａから第二流路１０４内に導入される。第一液と第二液とは、第一流路１０３と第二流路１０４とを通って第三流路１０５に進入し、第三流路１０５を流れるうちに混合されて所定の化学反応を起こす。そして、この化学反応後の流体（第一液と第二液との混合液）を蛍光顕微鏡等で観察することによって、測定対象物である抗原又は抗体の検出を行う。

特開２００９−６３４３６号公報

しかし、上述のマイクロ分析チップ１００では、第一液と第二液とが、第三流路１０５を流れながら自然に混ざるため、液体の流速、粘度等の影響によって十分に混合されず、十分な化学反応が得られない場合があった。

このため、第三流路１０５内に例えば回転体等を配置し、該回転体等の回転によって第一液と第二液とを撹拌して混合することが考えられるが、流路幅が０．５ｍｍ程度の微少な空間内に回転体等を配置した上で該回転体等を回転駆動させるための複雑な機構（例えば、モータ等の回転駆動源、該モータ等からの回転動力を回転体に伝達する伝達機構等）を該回転体等に接続することは困難であった。また、前記複雑な機構をマイクロ分析チップ１００に適用（配置）できたとしても、マイクロ分析チップ１００が大型化するため、実用的ではない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、回転体に回転動力を伝達する伝達機構を接続することなく、且つ簡素な構成によって回転体を回転させることができる回転装置を提供することを課題とする。

本発明に係る回転装置は、所定の方向に延びる回転軸周りに回転可能な回転体であって、前記回転軸と直交若しくは略直交する方向に延び且つｐ型半導体によって構成される第一部位、及び前記回転軸を挟んで前記第一部位と反対側に延び且つｎ型半導体によって構成される第二部位、を有する回転体と、前記回転体が回転する回転領域の周囲に配置される電極と、を備え、前記第一部位を構成するｐ型半導体と前記第二部位を構成するｎ型半導体とは接合している。

かかる構成によれば、回転体に回転動力を伝達する機構を接続することなく、且つ回転体と電極といった簡素な構成によって、回転体を回転（回動）させることができる。具体的には、以下の通りである。

回転体（第一部位及び第二部位）に光が照射されることにより光起電力が生じて第一部位がプラス、第二部位がマイナスに帯電するため、電極が印加されて該電極がプラス又はマイナスに帯電することで、第一部位及び第二部位の少なくとも一方が電極に引き寄せられ又は電極と反発し、これにより、回転体を回転させることができる。即ち、上記構成によれば、光起電力によってプラス又はマイナスに帯電した第一部位及び第二部位の少なくとも一方を、クーロン力を利用して電極に引き寄せ又は反発させることで、回転動力を伝達する伝達機構等を回転体に接続することなく、回転体を回転させることができる。

前記回転装置では、前記回転体は、前記回転軸が挿通される貫通孔を有すると共に、ｐ型半導体とｎ型半導体とが接合するよう該ｐ型半導体によって構成される第三部位と該ｎ型半導体によって構成される第四部位とを有し、前記第一部位は、前記第三部位から延びると共に、前記第二部位は、前記第四部位から延びてもよい。

かかる構成によれば、貫通孔を有する回転体本体と、該回転体本体から延びる第一部位及び第二部位とによって回転体が構成されるため、回転体自体に回転軸を設ける構成に比べて構成を簡素化できる。

また、前記回転装置では、前記電極の極性が交互に切り替わるように該電極に電圧を印加する印加部を備えることが好ましい。

かかる構成によれば、電極の極性が印加部によって交互に切り替えられるため、第一部位と第二部位とが該電極に交互に引き寄せられ（又は交互に反発し）、これにより、回転体を連続して安定的に回転させることができる。

また、前記回転装置では、前記電極は、前記回転領域の周囲の所定位置に配置される第一電極と、前記回転領域を挟んで前記第一電極と対向する第二電極と、を有し、前記印加部は、前記第一電極と前記第二電極とが反対の極性となるように該第一電極及び該第二電極のそれぞれの極性を交互に切り替えてもよい。

かかる構成によれば、回転軸を挟んで互いに逆方向に延びる第一部位及び第二部位のそれぞれが、回転領域を挟んで対向する一対の電極（第一電極及び第二電極）に同時に引き寄せられ又は同時に反発するため、電極が一つの場合に比べ、回転体の回転トルクが増大する。

また、前記回転装置では、前記回転体を回転可能に内部空間に収容するケースを備え、前記電極は、前記内部空間の外側に配置され、前記ケースは、前記内部空間と前記ケースの外部空間とを連通する開口部と、該ケースの外部から前記内部空間に光を透過させる透光部と、を有してもよい。

かかる構成によれば、開口部から複数種の流体をケースの内部空間内に流入させた状態で、透光部を通じて回転体に光を照射し且つ電極に印加することで、回転体が回転（回動）し、これにより、内部空間に流入させた複数種の流体を十分に混合（撹拌）することができる。

前記開口部は、前記内部空間に流体を流入させることが可能な複数の流入部と、前記内部空間から流体を流出させることが可能な少なくとも一つの流出部と、を有してもよい。

かかる構成によれば、回転体を回転させた状態で、各流入部から流体を内部空間に流入させつつ、流出部から内部空間の流体を流出させることで、複数種の流体の混合（撹拌）を連続して行うことができる。

前記回転装置は、前記回転体に光を照射可能な照射部を備えてもよい。

かかる構成によれば、照射部によって回転体に光を照射することで、光環境（回転体の周囲の光の分布状態）に関わらず、回転体を安定して回転させることができる。

以上より、本発明によれば、簡素な構成によって回転体を回転させることができる回転装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る混合装置の構成を示す概略構成図である。図２は、図１のＩＩ―ＩＩ位置における断面図である。図３は、電極への電圧の印加方法を説明するための模式図であって、電極に印加し始めた状態の模式図である。図４は、電極への電圧の印加方法を説明するための模式図であって、回転体が回転して電極の対向方向を向いた状態を示す模式図である。図５は、電極への電圧の印加方法を説明するための模式図であって、電極の極性を切り換えた状態を示す模式図である。図６は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、第一領域にＳｉ_３Ｎ_４を堆積させた状態の断面図である。図７は、前記混合装置の製造方法を説明するための平面図であって、エッチングによって第二領域及び開口部を形成した状態の平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ位置における断面図である。図９は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、第二領域にＳｉＯ_２を堆積させた状態の断面図である。図１０は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、エッチングによって第三領域を形成した後に該第三領域を規定する壁面に絶縁膜を形成した状態の断面図である。図１１は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、第三領域に多結晶Ｓｉを堆積させた後にＳｉ_３Ｎ_４の層を形成した状態の断面図である。図１２は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、第四領域に導電性材料を嵌め込んだ状態の断面図である。図１３は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、Ｓｉ_３Ｎ_４の層の一部を除去した状態の断面図である。図１４は、前記混合装置の製造方法を説明するための断面図であって、第二領域内のＳｉＯ_２を除去した状態の断面図である。図１５は、一つの電極を備えた回転装置の構成を示す模式図である。図１６は、三つ以上の電極を備えた回転装置の構成を示す模式図である。図１７は、複数の回転体を備えた回路装置の構成を示す模式図である。図１８は、従来のマイクロ分析チップの模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１４を参照しつつ説明する。

本実施形態では、回転装置の一例として、複数種の流体を連続して混合可能な混合装置を説明する。この混合装置は、図１及び図２に示すように、所定の方向（図２における上下方向：以下、単に「軸方向」とも称する。）に延びる回転軸４２周りに回転可能な回転体２と、回転体２が回転する領域（回転領域、回転空間）の周囲に配置される電極３と、を備える。具体的に、混合装置１は、回転体２と、電極３と、回転体２を回転可能に内部空間Ｓに収容するケース４と、電極３の極性が交互に切り替わるように電極３に電圧を印加する印加部５と、を備える。尚、内部空間Ｓは、前記回転領域を含む。本実施形態の内部空間Ｓは、前記回転領域と略一致し、回転領域より僅かに大きい。

回転体２は、回転軸４２と直交若しくは略直交する方向に延び、且つｐ型半導体によって構成される第一部位２１と、回転軸４２を挟んで第一部位２１と反対側に延び、且つｎ型半導体によって構成される第二部位２２と、を有する。これら第一部位２１を構成するｐ型半導体と、第二部位２２を構成するｎ型半導体とは、接合（詳しくはｐｎ接合又はｐｉｎ接合）している。また、回転体２は、回転軸４２が挿通される貫通孔２３０を有し、且つ貫通孔２３０に回転軸４２が挿通された状態で回転軸４２周りに回転可能な回転体本体２３も有する。

第一部位２１は、回転体本体２３から軸方向と直交する方向に真っ直ぐに延びる。本実施形態の第一部位２１は、前記直交する方向に延びる角柱状の部位である。この第一部位２１は、延びる方向（長手方向）の各位置における断面の大きさが略一定となる角柱形状を有する。

第二部位２２は、回転体本体２３における第一部位２１と反対側の位置から第一部位２１と反対向きに真っ直ぐに延びる。本実施形態の第二部位２２は、第一部位２１と同じ形状である。具体的に、第二部位２２は、回転体本体２３から第一部位２１と反対方向に延びる角柱状の部位である。この第二部位２２は、延びる方向（長手方向）の各位置における断面の大きさが略一定となる角柱形状を有する。

本実施形態の回転体２では、第一部位２１の先端から第二部位２２の先端までの長さ寸法は、５０μｍ〜５００μｍである。また、第一部位２１及び第二部位２２の幅（図１における短手方向の寸法）は、１０μｍ〜１００μｍであり、高さ（軸方向の寸法）は、１０μｍ〜１００μｍである。

回転体本体２３は、回転軸４２が挿通される貫通孔２３０を有すると共に、ｐ型半導体によって構成される第三部位２３１とｎ型半導体によって構成される第四部位２３２とを有する。これら第三部位２３１と第四部位２３２とは、ｐｎ接合している。本実施形態の回転体本体２３は、回転軸４２方向の貫通孔２３０を有する円筒状の部位であり、所定の直径を挟んで一方側が第三部位２３１であり、他方側が第四部位２３２である。この回転体本体２３において、第三部位２３１から第一部位２１が延び、且つ第四部位２３２から第二部位２２が延びている。尚、本実施形態の回転体本体２３の内径（貫通孔２３０の直径）は、３０μｍ〜３００μｍであり、回転体本体２３の厚さ（軸方向の長さ寸法）は、１０μｍ〜１００μｍである。

本実施形態の回転体２では、第一部位２１と第三部位２３１とは、連続し、即ち、共通のｐ型半導体材料によって一体的に形成されている。また、第二部位２２と第四部位２３２とは、連続し、即ち、共通のｎ型半導体材料によって一体的に形成されている。そして、第三部位２３１と第四部位２３２とは、光電効果が生じるように（詳しくは、第三部位２３１と第四部位２３２との接合（境界）面近傍に空乏層が形成されるように）接合されている。この回転体２は、その表面に、絶縁性を有する部材によって形成された絶縁膜（保護膜）２４を有する。即ち、一体的に形成された第一部位２１、第二部位２２、及び回転体本体２３は、絶縁膜２４によって覆われている。

以上のように構成される回転体２を構成するｐ型半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ等であり、ｎ型半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ等である。

ケース４は、内部空間Ｓを画定するケース本体４１と、内部空間Ｓにおいて回転体２の貫通孔２３０に挿通される回転軸４２と、内部空間Ｓとケース４の外部（外部空間）とを連通させる開口部４３と、を有する。

ケース本体４１は、ケース４の外部から内部空間Ｓに光を透過させる透光部４１１を含む。本実施形態のケース本体４１は、円盤状の内部空間Ｓを画定する。即ち、ケース本体４１は、円盤状の内部空間Ｓを画定する内壁面４１２を有する。内壁面４１２は、内部空間Ｓの円柱面状の周縁を規定する内周面４１３と、軸方向（図２における上下方向）における内部空間Ｓの端縁を規定する一対の対向面４１４と、を有する。この内部空間Ｓの直径（対向面４１４の直径）は、回転体２の第一部位２１の先端から第二部位２２の先端までの長さ寸法より僅かに大きい（図２参照）。また、軸方向における内部空間Ｓの寸法は、回転体２における軸方向の寸法より僅かに大きい。ここで、本実施形態の内周面４１３の直径（内径）は、７０μｍ〜５２０μｍであり、一対の対向面４１４の軸方向の間隔は、３０μｍ〜１２０μｍである。即ち、内部空間Ｓの体積は、約０．０００５３ｍｍ^３〜０．０２３ｍｍ^３である。

また、ケース本体４１において、一方の対向面４１４を含む壁部（図２における上側の壁部）は、透明であり、透光部４１１を構成する。

回転軸４２は、内部空間Ｓの中心（内周面４１３の直径方向の中央位置）で該内部空間Ｓを横断するように延びる円柱状の部位である。本実施形態の回転軸４２は、一対の対向面４１４の中心同士を結ぶように延び、回転体２の貫通孔２３０の内径よりも僅かに小さな直径（外径）の円柱形状を有する。本実施形態の回転軸４２の直径（外径）は、１０μｍ〜１００μｍである。

開口部４３は、内部空間Ｓに流体を流入させることが可能な複数の流入部４３１と、内部空間Ｓから流体を流出させることが可能な少なくとも一つの流出部４３２と、を有する。本実施形他の開口部４３は、二つの流入部４３１と、一つの流出部４３２と、を有する。二つの流入部４３１は、内周面４１３の周方向に所定の間隔（本実施形態の例では、内周面４１３の周方向の長さ寸法の１／２未満の間隔）をあけて配置されている。一つの流出部４３２は、二つの流入部４３１に対して回転軸４２を挟んで反対側の位置に配置されている。即ち、二つの流入部４３１は、軸方向視において、回転軸４２と流出部４３２とを結ぶ線に対して線対称に配置されている。

電極３は、一対（一組）の電極（第一電極３１及び第二電極３２）を有する。これら一対の電極３１、３２は、回転体２の回転領域を挟んで対向するように配置されている。即ち、第一電極３１は、回転体２の回転領域の周囲（周辺）の所定位置に配置され、第二電極３２は、回転領域を挟んで第一電極３１と対向する位置に配置される。本実施形態の一対の電極３１、３２は、内部空間Ｓを挟んで対向するように、ケース本体４１における内周面４１３の外側（直径方向外側）に埋め込まれている。

詳しくは、第一電極３１は、回転体２が回転軸４２周りに回転し続けたときに、第一部位２１の先端及び第二部位２２の先端（回転体本体２３側の端部とは反対の端部）と交互に対向する位置に配置される。また、第二電極３２は、回転領域（内部空間Ｓ）を挟んで第一電極３１と対向し、且つ、回転体２が回転軸４２周りに回転し続けたときに、第一部位２１の先端及び第二部位２２の先端（回転体本体２３側の端部とは反対の端部）と交互に対向する位置に配置される。より詳しくは、第一電極３１及び第二電極３２のそれぞれは、内周面４１３の外側（直径方向の外側）において該内周面４１３との距離が一定となるように該内周面４１３に沿って円弧状に延びている。第一電極３１は、一方（図１における左側）の流入部４３１と流出部４３２との間に配置され、第二電極３２は、他方（図１における左側）の流入部４３１と流出部４３２との間に配置されている。これら一対の電極３１、３２は、印加部５と導通可能に接続されている。

印加部５は、第一電極３１と第二電極３２とが反対の極性となるように、第一電極３１及び第二電極３２のそれぞれの極性を交互に切り換える。即ち、印加部５は、第一電極３１の極性と第二電極３２の極性とが反対の状態を維持しつつ、第一電極３１及び第二電極３２のそれぞれの極性が交互に切り替わるように、各電極３１、３２に印加する。具体的に、印加部５は、回転体２の回転状態を検知する検知部５１と、検知部５１によって検知された回転体２の回転状態に基づいて各電極３１、３２に電圧を印加する電極印加部５２と、を有する。

検知部５１は、撮像素子や各種センサ等によって回転体２の回転状態を検知する。本実施形態の検知部５１は、第一部位２１の先端及び第二部位２２の先端の少なくとも一方の位置を検知する。検知部５１は、検知した回転体２の回転状態を検知信号として電極印加部５２に出力する。

電極印加部５２は、受信した検知信号に基づいて、第一電極３１及び第二電極３２の極性を切り換える。即ち、電極印加部５２は、回転体２の回転に合わせて第一電極３１及び第二電極３２の極性が切り替わるよう、各電極３１、３２に印加する。本実施形態の電極印加部５２は、交流電源を有する。この電極印加部５２の具体的な印加方法は、以下の通りである。

回転体２においてｐ型半導体とｎ型半導体とがｐｎ接合しているため、回転体２に光が照射されると、光起電力が生じる。これにより、第一部位２１がプラス、且つ第二部位２２がマイナスに帯電する（図３参照）。尚、回転体２を回転させ続ける間、光は、回転体２に照射され続ける。

次に、電極印加部５２が、第一電極３１及び第二電極３２に印加する。例えば、電極印加部５２は、第一電極３１がマイナスに帯電し、且つ第二電極３２がプラスに帯電するように、各電極３１、３２に印加する。これにより、第一部位２１が第一電極３１に引き寄せられると共に、第二部位２２が第二電極３２に引き寄せられ、その結果、回転体２が回転し始める（図３の矢印α参照）。このとき、第一部位２１の先端が第二電極３２よりも第一電極３１に近い位置に移動し、且つ第二部位２２の先端が第一電極３１よりも第二電極３２に近い位置に移動すると、各部位２１、２２の先端に電荷が集中する（集まる）ため、より強い力で第一部位２１の先端が第一電極３１に引き寄せられ、且つ、第二部位２２の先端が第二電極３２に引き寄せられる。

続いて、図４に示すように、検知部５１によって第一部位２１及び第二部位２２の少なくとも一方の先端位置が、回転軸４２を通って第一電極３１と第二電極３２とを結ぶ境界線５５と重なったことを検知すると、電極印加部５２は、第一電極３１と第二電極３２の極性がそれぞれ反対に切り替わる（即ち、第一電極３１がプラス、第二電極３２がマイナスとなる）ように第一電極３１及び第二電極３２に印加する。このとき、回転体２は、回動しているため、第一電極３１及び第二電極３２の極性が切り替わっても、慣性力によって第一部位２１の先端と第二部位２２の先端とが境界線５５を超えて同方向に回動し続ける。そして、図５に示すように、各部位２１、２２の先端が境界線５５を超えると、第一部位２１が第二電極３２に引き寄せられ、且つ、第二部位２２が第一電極３１に引き寄せられる。これにより、回転体２は、同方向（図５の矢印α参照）に回動を続ける。

このように、回転している回転体２の第一部位２１の先端及び第二部位２２の先端が境界線５５を超えるタイミングで、第一電極３１と第二電極３２との極性が切り換えられることで、回転体２は、回転軸４２周りに回転（回動）し続ける。

本実施形態の混合装置１では、回転体２に光が照射された状態で、上述のように印加部５によって第一電極３１及び第二電極３２が印加されると、回転体２が回転し続ける。そして、この回転体２が回転した状態で、二つの流入部４３１のそれぞれから内部空間Ｓに流体（例えば、液体）を流入させると、二種類の流体は、内部空間Ｓにおいて回転している回転体２によって十分に混合（撹拌）され、十分に混合された状態で流出部４３２からケース４の外に流出する。

次に、混合装置１の製造方法の一例について、図２、図６〜図１４を参照しつつ説明する。尚、混合装置１が完成したときに、上述した混合装置１の各部品（部位）と同じ部品（部位）については、同じ符号を用いて説明する。

先ず、図６に示すように、例えば、単結晶Ｓｉ基板（以下、単に「基板」と称する。）６に、リソグラフィとエッチング技術によって所定の第一領域６１をエッチングし、その後、エッチングした第一領域６１に、薬品耐性があり且つ機械的摩耗の生じ難い材料である、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４を堆積させ、基板６等の表面（図６における上面）を研磨する。これにより、エッチングした領域（第一領域）６１内のみにＳｉ_３Ｎ_４が残る。

次に、図７及び図８に示すように、Ｓｉ_３Ｎ_４が堆積した部位（第一領域）６１に、リソグラフィとエッチング技術によって、回転体２が配置される第二領域Ｓをエッチングする。このとき、回転軸４２に対応する部位をエッチングすることなく残す。また、開口部４３（詳しくは、二つの流入部４３１と一つの流出部４３２）に対応する部位もエッチングによって除去する。

次に、図９に示すように、エッチングした第二領域Ｓに、例えば、ＳｉＯ_２を堆積し、表面を研磨する。これにより、第二領域Ｓ内のみにＳｉＯ_２が残る。

次に、図１０に示すように、ＳｉＯ_２が堆積した第二領域Ｓのうち回転体２と対応する形状の第三領域６３をリソグラフィとエッチング技術によって除去し、その後、形成された凹部（エッチングされた部位）の表面に絶縁材料の膜（絶縁膜）２４を形成する。

次に、図１１に示すように、第三領域６３に、多結晶Ｓｉを堆積させ、ｐ型不純物、ｎ型不純物を所定の領域に導入する。詳しくは、ｐ型不純物を第一部位２１及び第三部位２３１と対応する領域に導入し、且つ、ｎ型不純物を第二部位２２及び第四部位２３２と対応する領域に導入する。その後、第三領域６３に堆積させた堆積物（多結晶Ｓｉ）２の表面（基板６の表面側の面）を絶縁膜２４で被覆する。続いて、基板６等の表面を、例えば、熱酸化法により僅かに酸化させる（図１１の符号６２参照）。その後、基板６等の表面（図１０における上側の面）上に、Ｓｉ_３Ｎ_４を堆積させ、Ｓｉ_３Ｎ_４の層６５を形成する。

次に、図１２に示すように、第一領域６１の周辺部に、リソグラフィとエッチング技術によって、導電性材料３１、３２が配置される第四領域（第一電極３１及び第二電極３２に対応する部位）６４をエッチングし、その後、第四領域６４に、導電性材料（例えば、高不純物濃度半導体）３１、３２を嵌め込む。このとき、導電性材料３１、３２に電圧を印加するための導線等をケース４の外部まで引き出しておく。

次に、図１３に示すように、軸方向視における第二領域Ｓの周縁部と重なる部位を残すように、第二領域Ｓ上に形成されたＳｉ_３Ｎ_４の層の一部をリソグラフィによって除去する。続いて、図１４に示すように、第二領域Ｓに残っているＳｉＯ_２をＨＦ酸によって除去する。

次に、基板６等の表面をガラス６６によって覆い、引き出された導線等に電極印加部５２を接続し、検知部５１を配置することによって、混合装置１が完成する（図２参照）。

以上の混合装置（回転装置）１によれば、回転体２に回転動力を伝達する機構を接続することなく、且つ回転体２と電極３といった簡素な構成によって、回転体２を回転（回動）させることができる。具体的には、以下の通りである。

回転体２（第一部位２１及び第二部位２２）に光が照射されることにより光起電力が生じて第一部位がプラス、第二部位がマイナスに帯電する。このため、電極３が印加されて該電極３がプラス又はマイナスに帯電することで、第一部位２１及び第二部位２２の少なくとも一方が電極３に引き寄せられ又は電極３と反発し、これにより、回転体２を回転させることができる。即ち、本実施形態の混合装置１によれば、光起電力によってプラス又はマイナスに帯電した第一部位２１及び第二部位２２の少なくとも一方を、クーロン力を利用して電極３に引き寄せ又は反発させることで、回転動力を伝達する伝達機構等を回転体２に接続することなく、回転体２を回転させることができる。

本実施形態の混合装置１では、回転体２が、貫通孔２３０を有する回転体本体２３と、該回転体本体２３から延びる第一部位２１及び第二部位２２とによって構成されるため、回転体２自体に回転軸４２を設ける構成に比べて構成を簡素化できる。

本実施形態の混合装置１では、電極３の極性が印加部５によって交互に切り替えられるため、第一部位２１と第二部位２２とが該電極３に交互に引き寄せられ（又は交互に反発し）、これにより、回転体２を連続して安定的に回転させることができる。

本実施形態の混合装置１では、第一電極と第二電極とが内部空間Ｓ（回転体２の回転領域）を挟んで配置され、且つ、印加部５によって互いの極性を逆に保ちつつ交互に切り換えられる。このため、回転軸４２を挟んで互いに逆方向に延びる第一部位２１及び第二部位２２のそれぞれが、内部空間Ｓ（回転領域）を挟んで対向する一対の電極（第一電極３１及び第二電極３２）に同時に引き寄せられ又は同時に反発する。その結果、電極３が一つの場合に比べ、回転体２の回転トルクが増大する。

本実施形態の混合装置１では、開口部４３と透光部４１１とを有するケース４を備える。このため、開口部４３から複数種の流体をケース４の内部空間Ｓ内に流入させた状態で、透光部４１１を通じて回転体２に光を照射し且つ電極３に印加することで、回転体２が回転（回動）する。これにより、内部空間Ｓに流入させた複数種の流体を十分に混合（撹拌）することができる。

また、混合装置１では、開口部４３は、複数（本実施形態の例では二つ）の流入部４３１と少なくとも一つ（本実施形態の例では一つ）の流出部４３２と、を有する。このため、回転体２を回転させた状態で、各流入部４３１から流体を内部空間Ｓに流入させつつ、流出部４３２から内部空間Ｓの流体を流出させることで、複数種の流体の混合（撹拌）を連続して行うことができる。

尚、本発明の回転装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態では、回転装置の一例として混合装置１を説明したが、これに限定されない。例えば、回転装置は、回転体２をプロペラ形状とし（具体的には、第一部位２１及び第二部位２２をブレード（羽根）形状にし）、推進力を発生させる装置等であってもよい。この場合、回転軸４２を他の部材等によって支持させ、ケース４は不要である。即ち、回転体２が回転する領域（上記実施形態の例では、内部空間Ｓ）に流体等を閉じ込める必要がない装置として回転装置１が用いられる場合には、ケース４は、なくてもよい。また、回転体２の形状を変更することによって回転装置を流量計として用いることもできる。また、回転軸４２が互いに直交する方向を向くように三つの回転体２を配置する（即ち、回転体２を三次元的に三つ配置する）ことによって、回転装置をジャイロセンサーとして用いることもできる。また、上記のように推進力を発生させる装置として回転装置を用いる場合、例えば、該回転装置を生体の大動脈中を移動する検査ミニロボットの推進力の発生源として用いることができる。

上記実施形態の回転装置１では、一対の電極（第一電極３１及び第二電極３２）が配置されているが、この構成に限定されない。例えば、図１５に示すように、電極３は、一つでもよい。この場合、電極印加部（交流電源）５２は、一対の外部端子のうちの一方の外部端子をアース電位とすることで、電極３の極性を交互に切り替えることができる。

また、回転装置１は、図１６に示すように、回転体２の回転方向に間隔をあけて配置される三つ以上（図１６に示す例では六つ）の電極３を有してもよい。この場合、隣り合う電極３の極性を異ならせ、詳しくは、回転体２の例えば第一部位２１先端の回転方向の前方にある電極３が該先端を引き寄せる極性で、且つ第一部位２１先端の回転方向の後方にある電極３が該先端と反発する極性となるように、印加部５によって各電極３の極性が制御される。これにより、回転体２がより滑らかに回転することができる。

上記実施形態の回転装置１では、回転軸４２がケース４に設けられているが、この構成に限定されない。例えば、回転軸４２は、回転体２に設けられてもよい。この場合、回転軸４２を受ける凹部等（軸受け部）が、ケース４の内部空間Ｓを規定する一対の対向面４１４等に設けられる。

回転体２の第一部位２１及び第二部位２２の具体的な形状は、限定されない。上記実施形態の回転装置１では、第一部位２１及び第二部位２２は、角柱形状であるが、例えば、円柱形状であってもよく、上述のようにブレード（羽根）形状等であってもよい。また、第一部位２１及び第二部位２２の長手方向の各位置における断面形状は、同じでなくてもよい。

上記実施形態の回転装置１では、印加部５が検知部５１を有しているが、無くてもよい。この場合、各電極３は、予め設定された所定の時間間隔で極性が切り替えられる。

上記実施形態の回転装置１の印加部５は、交流電源（電極印加部５２）を有しているが、この構成に限定されない。印加部５は、例えば、所定の回路を有し、外部（回転装置１以外）の交流電源等が接続されたときに、該回路によって回転体２の回転に適したタイミングで、各電極３１、３２の極性が切り替わるように、該電極３１、３２に印加できる構成であってもよい。

上記実施形態の回転装置１では、回転体は一つであるが、この構成に限定されない。例えば、回転装置１は、図１７に示すように、複数（図１７に示す例では、二つ）の回転体２を備えてもよい。尚、回転体２の回転領域の周囲に少なくとも一つの電極３があれば、回転体２を回転させることができるため、回転体２の数が増えるのに伴って、回転装置１に設けられる電極３の数も増える。

また、回転装置１は、回転体２に光を照射可能な照射部を備えてもよい。かかる構成によれば、照射部によって回転体２に光を照射することで、光環境（回転体の周囲の光の分布状態）に関わらず、回転体２を安定して回転させることができる。

１…回転体（混合装置）、２…回転体、２１…第一部位、２２…第二部位、２３０…貫通孔、２３１…第三部位、２３２…第四部位、２３…回転体本体、２４…絶縁膜、３…電極、３１…第一電極（導電性材料）、３２…第二電極（導電性材料）、４…ケース、４１…ケース本体、４１１…透光部、４１２…内壁面、４１３…内周面、４１４…対向面、４２…回転軸、４３…開口部、４３１…流入部、４３２…流出部、５…印加部、５１…検知部、５２…電極印加部、５５…境界線、６…単結晶Ｓｉ基板、６１…第一領域、６３…第三領域、６４…第四領域、６５…Ｓｉ_３Ｎ_４の層、６６…ガラス、Ｓ…内部空間（第二領域）、１００…マイクロ分析チップ、１０２…流路、１０３…第一流路、１０３…各流路、１０３…第一流路、１０３Ａ…第一導入口、１０４…第二流路、１０４Ａ…第二導入口、１０５…第三流路、１０５Ａ…排出口

Claims

所定の方向に延びる回転軸周りに回転可能な回転体であって、前記回転軸と直交若しくは略直交する方向に延び且つｐ型半導体によって構成される第一部位、及び前記回転軸を挟んで前記第一部位と反対側に延び且つｎ型半導体によって構成される第二部位、を有する回転体と、
前記回転体が回転する回転領域の周囲に配置される電極と、を備え、
前記第一部位を構成するｐ型半導体と前記第二部位を構成するｎ型半導体とは接合している、回転装置。
前記回転体は、前記回転軸が挿通される貫通孔を有すると共に、ｐ型半導体とｎ型半導体とが接合するよう該ｐ型半導体によって構成される第三部位と該ｎ型半導体によって構成される第四部位とを有し、
前記第一部位は、前記第三部位から延びると共に、前記第二部位は、前記第四部位から延びる、請求項１に記載の回転装置。
前記電極の極性が交互に切り替わるように該電極に電圧を印加する印加部を備える、請求項１又は２に記載の回転装置。
前記電極は、前記回転領域の周囲の所定位置に配置される第一電極と、前記回転領域を挟んで前記第一電極と対向する第二電極と、を有し、
前記印加部は、前記第一電極と前記第二電極とが反対の極性となるように該第一電極及び該第二電極のそれぞれの極性を交互に切り替える、請求項３に記載の回転装置。
前記回転体を回転可能に内部空間に収容するケースを備え、
前記電極は、前記内部空間の外側に配置され、前記ケースは、前記内部空間と前記ケースの外部空間とを連通する開口部と、該ケースの外部から前記内部空間に光を透過させる透光部と、を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転装置。
前記開口部は、前記内部空間に流体を流入させることが可能な複数の流入部と、前記内部空間から流体を流出させることが可能な少なくとも一つの流出部と、を有する、請求項５に記載の回転装置。
前記回転体に光を照射可能な照射部を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転装置。