JP3130483B2 - Micro pump - Google Patents
Micro pumpInfo
- Publication number
- JP3130483B2 JP3130483B2 JP09081672A JP8167297A JP3130483B2 JP 3130483 B2 JP3130483 B2 JP 3130483B2 JP 09081672 A JP09081672 A JP 09081672A JP 8167297 A JP8167297 A JP 8167297A JP 3130483 B2 JP3130483 B2 JP 3130483B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- piezoelectric element
- valve
- micropump
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は微小量な液体の高精
度な送液と、同時に装置自体の小型化が不可欠である医
療分野や分析分野などにおけるマイクロポンプおよびマ
イクロバルブの構造および製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a micropump and a microvalve in a medical field, an analysis field, and the like where it is essential to send a minute amount of liquid with high precision and at the same time, to downsize the apparatus itself. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の医療分野、分析分野等での応用が
なされているマイクロポンプとして、例えば特開平５−
１６４０５２号広報に記載されているものがある。この
発明は図２に示すようにケーシリング２６の内部に、端
面に液体吸引吐出部材２１が接着されている固定された
積層型圧電アクチュエータと端面に弁２３が接着されて
いる二つの積層型圧電アクチュエータ２２から構成され
ており、３つのアクチュエータの駆動によって流路管口
２４とポンプ室２５を介して送液を実現する構造となっ
ている。2. Description of the Related Art As a conventional micropump applied in the medical field, the analysis field, etc., for example, Japanese Patent Laid-Open No.
There is a thing described in 164052 public information. As shown in FIG. 2, the present invention relates to a fixed laminated piezoelectric actuator having a liquid suction / discharge member 21 adhered to an end surface thereof inside a casing ring 26 and two laminated piezoelectric actuators having a valve 23 adhered to an end surface thereof. The liquid supply is realized through the flow path port 24 and the pump chamber 25 by driving three actuators.
【０００３】また、特開平５−１６６９号広報に記載さ
れているマイクロポンプの場合、図３に示すようにシリ
コン基板３１上の酸化膜の犠牲層上に金属またはポリシ
リコンの薄膜３２を形成し、さらにエッチングによって
犠牲層を除去することにより金属またはポリシリコンの
逆止弁を構成し、ガラス３３上に設けた圧電素子３４に
よりポンプを構成することを特徴としている。In the case of a micropump described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-1669, a thin film 32 of metal or polysilicon is formed on a sacrificial layer of an oxide film on a silicon substrate 31 as shown in FIG. Further, a metal or polysilicon check valve is formed by removing the sacrificial layer by etching, and a pump is formed by the piezoelectric element 34 provided on the glass 33.
【０００４】また、特開平５−２６３７６３号広報に記
載される考案の場合、図４に示すようにポンプ室４１の
上下に２個のポンプ駆動用のバイモルフ型圧電素子４２
が取り付けられており、吸入口および吐出口には弁体４
３およびバイモルフ型圧電素子４４からなる流量制御弁
４５が取り付けられており、ポンプ用圧電素子４２と流
体制御弁用圧電素子４４を同一のコントローラ４６で駆
動制御可能な構成となっている。In the case of the invention described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 5-263766, two bimorph type piezoelectric elements 42 for driving two pumps are provided above and below a pump chamber 41 as shown in FIG.
Are attached, and a valve body 4 is provided at the suction port and the discharge port.
A flow control valve 45 composed of a piezoelectric element 3 and a bimorph type piezoelectric element 44 is attached, and the driving of the pump piezoelectric element 42 and the fluid control valve piezoelectric element 44 can be controlled by the same controller 46.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜プロセスの
技術を用いてウェハの加工をおこなう場合、精度の高い
加工が可能であること、一枚のウェハから多くのサンプ
ルを得ることができるといった利点から、マイクロポン
プの分野においても数多く応用されてきた。図２に示す
ような積層型圧電素子をアクチュエータとして用いるこ
とによって能動的なバルブを製作した例の場合、積層型
圧電素子がある程度の厚みを有しているために薄型化が
不可能であるという問題があった。また、図３に示すよ
うな２つの逆止弁を有したマイクロポンプにおいては、
受動的な逆止弁を用いることにより逆流を防止し送液を
実現しているものの、その構造上、一方向にしか送液が
実現できないという問題点を有していた。また、図４に
示すような、圧電素子のバイモルフ型アクチュエータを
用いて能動的なバルブを実現している場合、構造上、流
路内にアクチュエータが存在することになるため、バイ
モルフ型アクチュエータ自身をシリコンゴム等でモール
ディングする必要があるという問題点を有していた。ま
た、シリコンダイアフラムに圧電素子を貼り付けること
によってユニモルフアクチュエータを実現し、これによ
ってポンピングおよびバルブの開閉をおこなう場合、流
体とアクチュエータが直接触れることはないものの十分
な変位を得ることができないという問題点を有してい
た。When a wafer is processed using the conventional thin-film process technology, advantages such as high-precision processing are possible and many samples can be obtained from one wafer. Therefore, many applications have been made in the field of micropumps. In the case of an active valve manufactured by using a laminated piezoelectric element as an actuator as shown in FIG. 2, it is impossible to reduce the thickness because the laminated piezoelectric element has a certain thickness. There was a problem. In a micropump having two check valves as shown in FIG.
Although the use of a passive check valve prevents liquid backflow and realizes liquid sending, there is a problem that liquid sending can be realized in only one direction due to its structure. Further, when an active valve is realized by using a bimorph actuator of a piezoelectric element as shown in FIG. 4, an actuator is present in a flow path due to its structure. There was a problem that it was necessary to mold with silicone rubber or the like. In addition, when a unimorph actuator is realized by attaching a piezoelectric element to a silicon diaphragm, and when pumping and opening / closing of a valve are performed, a fluid and the actuator do not directly touch each other, but a sufficient displacement cannot be obtained. Had.
【０００６】そこで本発明では、シリコン基板上のダイ
アフラムに、変位を十分に得ることの可能なユニモルフ
アクチュエータを用いることによって、薄型化および双
方向送液が可能で吐出効率の高いマイクロポンプを実現
することを課題とする。Therefore, in the present invention, a micropump that can be made thinner and capable of bidirectional liquid transfer and has high discharge efficiency is realized by using a unimorph actuator capable of sufficiently obtaining a displacement for a diaphragm on a silicon substrate. That is the task.
【０００７】[0007]
【課題を解決する手段】本発明では、シリコン基板上に
薄膜プロセスによって形成されたシリコンダイアフラム
に対して圧電素子を貼りつける際に、圧電素子を単純に
ダイアフラムの中心部分に貼りつけるだけでなく、ダイ
アフラムの一辺に片持ち梁状に固定する、もしくは分割
してからダイアフラムに片持ち梁状に固定することによ
って、より多くのダイアフラム変位が得られるように
し、明確な能動的バルブの開閉およびポンプ部の拍動を
実現することによって、双方向送液および薄型化を可能
とする。According to the present invention, when a piezoelectric element is attached to a silicon diaphragm formed by a thin film process on a silicon substrate, not only is the piezoelectric element simply attached to the center of the diaphragm, By fixing the diaphragm in a cantilever shape on one side or dividing it and then fixing it to the diaphragm in a cantilever manner, more diaphragm displacement can be obtained, clear active valve opening and closing and pump section By realizing the pulsation, it is possible to perform bidirectional liquid feeding and thinning.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明におけるマイクロポンプの
構造を図１に示す。二つのバルブダイアフラムと一つの
ポンプダイアフラムはシリコン基板１にエッチングによ
って形成され、各ダイアフラムに圧電素子３を貼り付け
ることによってユニモルフ式のアクチュエータを構成し
ている。シリコン基板１は流路として用いられる貫通穴
の形成されたガラス基板２と接合されており、バルブ部
ダイアフラムの剛性により、ポリイミドによって形成さ
れたパッキン４が貫通穴の存在するガラス基板２に押し
付けられ、通常時においてバルブが閉の状態を実現する
ことができる（図５）。また、このバルブ部ダイアフラ
ムに圧電素子を片持ち梁状に貼りつける、または圧電素
子を複数に分割したものを片持ち梁状に貼りつけること
によって、より多くのダイアフラム変位を得られるよう
な構造とし、明確なバルブ開閉が実現できるような構造
とした。また、ポンプ部ダイアフラムに取り付ける圧電
素子に対しても同様の方法を適用し、ポンプ部における
吐出が多くなるような構造を実現した。FIG. 1 shows the structure of a micropump according to the present invention. Two valve diaphragms and one pump diaphragm are formed on the silicon substrate 1 by etching, and a piezoelectric element 3 is attached to each diaphragm to form a unimorph actuator. The silicon substrate 1 is bonded to a glass substrate 2 having a through hole used as a flow path, and the packing 4 made of polyimide is pressed against the glass substrate 2 having a through hole due to the rigidity of the valve diaphragm. In a normal state, the valve can be closed (FIG. 5). In addition, a structure in which more diaphragm displacement can be obtained by attaching a piezoelectric element to this valve portion diaphragm in a cantilever shape, or by sticking a divided piezoelectric element in a cantilever shape. The structure is such that clear valve opening and closing can be realized. In addition, the same method was applied to the piezoelectric element attached to the diaphragm of the pump section, and a structure in which the discharge in the pump section was increased was realized.
【０００９】実施例１ まず図６(a)のようなシリコン基板１に対して、図６(b)
のように熱酸化によって0.3μｍの酸化膜５を形成す
る。これに対して片方の面にレジストを塗布、パターニ
ング後にレジストをマスクとして図６(c)のようにバッ
ファフッ酸によるウェットエッチングをおこない、酸化
膜５の一部を除去する。次にレジストを全面的に剥離し
た後に、残された熱酸化膜をマスクとし図６(d)のよう
にTMAHによってシリコン基板１のウェットエッチングを
おこない、その後図６(e)のように酸化膜５をバッファ
フッ酸によって全面剥離する。このエッチングされた酸
化膜のパターンがマイクロポンプの各ダイアフラムおよ
び流路の形状となるが、バルブ部ダイアフラムには接合
面と同じ高さの弁座をエッチングせずに残しておく。Embodiment 1 First, a silicon substrate 1 as shown in FIG.
An oxide film 5 of 0.3 μm is formed by thermal oxidation as shown in FIG. On the other hand, a resist is applied to one surface, and after patterning, wet etching with buffered hydrofluoric acid is performed using the resist as a mask as shown in FIG. 6C to remove a part of the oxide film 5. Next, after the resist is completely removed, the silicon substrate 1 is wet-etched with TMAH as shown in FIG. 6D using the remaining thermal oxide film as a mask, and then the oxide film is formed as shown in FIG. 5 is entirely stripped with buffered hydrofluoric acid. The pattern of the etched oxide film becomes the shape of each diaphragm and flow path of the micropump, but a valve seat having the same height as the joint surface is left on the valve diaphragm without being etched.
【００１０】次に図６(f)のように再び熱酸化によって
全面に厚さ3μｍの酸化膜５を形成し、裏面にレジスト
塗布をおこない、両面アライナを用いてバルブ部および
ポンプ部のダイアフラムが表面と同じ位置になるよう
に、裏面に対してパターニングをおこなう。このレジス
トをマスクとしてバッファフッ酸によって酸化膜５のエ
ッチングをおこない（図６(g)）、レジストの全面剥離
後、図６(h)に示すように水酸化カリウム溶液によって
シリコン基板１のエッチングをおこなう。エッチング終
了後に図６(i)のように酸化膜５をバッファフッ酸によ
って全面的に剥離するが、この水酸化カリウム水溶液に
よるエッチング深さを調節することによって各ダイアフ
ラムの厚みを任意に決定することが可能となる。Next, as shown in FIG. 6 (f), an oxide film 5 having a thickness of 3 μm is formed on the entire surface again by thermal oxidation, a resist is applied on the back surface, and the diaphragms of the valve section and the pump section are formed using a double-sided aligner. Patterning is performed on the back surface so as to be at the same position as the front surface. Using this resist as a mask, the oxide film 5 is etched with buffered hydrofluoric acid (FIG. 6 (g)). After the resist is completely removed, the silicon substrate 1 is etched with a potassium hydroxide solution as shown in FIG. 6 (h). Do it. After completion of the etching, the oxide film 5 is completely stripped off with buffered hydrofluoric acid as shown in FIG. 6 (i). The thickness of each diaphragm is arbitrarily determined by adjusting the etching depth with the aqueous potassium hydroxide solution. Becomes possible.
【００１１】続いてこのようにシリコン基板１に形成さ
れたバルブ部ダイアフラムの弁座に対し、ポリイミドに
よるパッキン４の形成をおこなう。シリコン基板１の表
面にポリイミドを全面塗布した後にパターニングをおこ
ない、バルブ部ダイアフラムの弁座部にポリイミドによ
るパッキン４を形成する（図６(j)）。このようにして
バルブのパッキン部がシリコン接合面より突出した構造
が実現されることになる。Subsequently, the packing 4 made of polyimide is formed on the valve seat of the valve diaphragm formed on the silicon substrate 1 as described above. After the entire surface of the silicon substrate 1 is coated with polyimide, patterning is performed to form a packing 4 of polyimide on the valve seat of the valve diaphragm (FIG. 6 (j)). In this manner, a structure in which the packing portion of the valve protrudes from the silicon bonding surface is realized.
【００１２】次にこのシリコン基板１に対するガラス基
板２の接合をおこなうが、ガラス基板には予めエキシマ
レーザによって直径600μｍの貫通穴が形成されてお
り、その位置はシリコン基板１の各パッキンと一致して
いる。このガラス基板２をパッキン４と貫通穴の位置が
一致するようにし、450℃、500Vの陽極接合によって接
合を実現する（図６(k)）。この時シリコン基板１にお
いて図５に示すように、接合面よりもパッキン４が突出
しているために、接合によってバルブ部ダイアフラムが
変形し、パッキンがガラス基板に押しつけられることに
よって各バルブは通常状態で閉の状態を保つことにな
る。この剛性の値はパッキン４のポリイミドの厚み、ま
たはバルブ部ダイアフラムの厚みによって任意に設定す
ることが可能であり、外圧に対するバルブの強さを自由
に調整することが可能となる。Next, bonding of the glass substrate 2 to the silicon substrate 1 is performed. A through hole having a diameter of 600 μm is formed in the glass substrate in advance by an excimer laser. ing. The glass substrate 2 is made to match the position of the packing 4 and the through hole, and bonding is realized by anodic bonding at 450 ° C. and 500 V (FIG. 6 (k)). At this time, as shown in FIG. 5, the packing 4 protrudes from the bonding surface of the silicon substrate 1, so that the valve section diaphragm is deformed by the bonding and the packing is pressed against the glass substrate so that each valve is in a normal state. It will be kept closed. The value of the rigidity can be arbitrarily set depending on the thickness of the polyimide of the packing 4 or the thickness of the valve section diaphragm, and the strength of the valve with respect to the external pressure can be freely adjusted.
【００１３】最後に圧電素子を裏面からバルブ部ダイア
フラムとポンプ部ダイアフラムに対して貼り付けるわけ
であるが、一般に用いられているユニモルフ振動子の場
合は片持ち梁の構造を適用しているため、圧電素子が平
面方向で収縮する場合に図７において梁が下向きにたわ
み、逆に圧電素子が伸張する場合に図７において梁が上
向きにたわみ、その変位がアクチュエータとして利用さ
れている。Finally, the piezoelectric element is attached to the valve diaphragm and the pump diaphragm from the back surface. In the case of a generally used unimorph vibrator, a cantilever structure is applied. When the piezoelectric element contracts in the plane direction, the beam flexes downward in FIG. 7, and when the piezoelectric element expands, the beam flexes upward in FIG. 7, and the displacement is used as an actuator.
【００１４】これに対して圧電素子を単純にダイアフラ
ムの中心に貼り付けた場合、圧電素子の各辺が固定端と
ならないために、単純に片持ち梁と同様な変位を得るこ
とはできない。そのため図８のように、圧電素子が伸張
収縮したとしても、ダイアフラムの圧電素子が貼り付け
られていない部分、つまりダイアフラムの周縁部にひず
みが生じてしまうために、必ずしも十分な変位が得られ
るとは限らない。これに対して、ダイアフラムの全面に
圧電素子を貼り付け、四辺を完全に固定する方法が考え
られるが、実際は均一に固定することは難しく、圧電素
子の収縮伸張によって、圧電素子自身の破損を招く恐れ
もある。On the other hand, when the piezoelectric element is simply attached to the center of the diaphragm, each side of the piezoelectric element does not become a fixed end, so that a displacement similar to that of a cantilever cannot be obtained simply. Therefore, as shown in FIG. 8, even if the piezoelectric element expands and contracts, a portion where the piezoelectric element of the diaphragm is not attached, that is, a distortion occurs at a peripheral portion of the diaphragm, so that a sufficient displacement is not necessarily obtained. Not necessarily. On the other hand, a method is considered in which a piezoelectric element is attached to the entire surface of the diaphragm and the four sides are completely fixed. However, it is actually difficult to uniformly fix the piezoelectric element, and the piezoelectric element itself is damaged by contraction and expansion of the piezoelectric element. There is fear.
【００１５】そこで本実施例では特にバルブ部ダイアフ
ラムに貼り付ける圧電素子を図９に示すようにダイアフ
ラムの一辺に完全に接する形で接着し、さらに圧電素子
とダイアフラムの辺が接する部分には、接着剤などを充
填することによってユニモルフ構造の固定端を実現し、
片持ち梁と同様の効果を得られるようにする。このよう
に、バルブ部ダイアフラムに貼り付ける圧電素子を片持
ち梁状に固定することによって、伸張収縮による圧電素
子の破損の恐れなく、より変位の大きいユニモルフ構造
のダイアフラムを実現することが可能となる。このよう
に圧電素子を貼り付ける方法はポンプ部ダイアフラムに
おける圧電素子に用いても、もちろん有効でありポンプ
部ダイアフラムの拍動量の増加が実現できるようにな
る。また、ここでは圧電素子の一辺のみが固定された例
を示したが、図１０のように二辺が固定された形状にし
ても同等の片持ち梁の効果を得ることができる。Therefore, in this embodiment, the piezoelectric element to be bonded to the valve portion diaphragm is bonded in such a manner as to completely contact one side of the diaphragm as shown in FIG. 9, and further to the portion where the piezoelectric element contacts the side of the diaphragm. The fixed end of the unimorph structure is realized by filling
To achieve the same effect as a cantilever. As described above, by fixing the piezoelectric element to be attached to the valve portion diaphragm in a cantilever shape, it is possible to realize a diaphragm having a larger displacement and a unimorph structure without fear of breakage of the piezoelectric element due to expansion and contraction. . The method of attaching the piezoelectric element in this manner is effective even if it is used for the piezoelectric element in the pump section diaphragm, and the pulsation of the pump section diaphragm can be increased. In addition, although an example in which only one side of the piezoelectric element is fixed is shown here, the same cantilever effect can be obtained even if the two sides are fixed as shown in FIG.
【００１６】以上のようなユニモルフアクチュエータを
バルブ部およびポンプ部ダイアフラムに用いることによ
って、能動的なバルブの開閉および液体の吐出の効率が
向上し、双方向送液が可能な送液効率の高いマイクロポ
ンプが実現できる。また、圧電素子を用いたユニモルフ
アクチュエータを用いているために、非常に薄型のもの
を製作することが可能となる。By using the above-described unimorph actuator for the diaphragm of the valve section and the pump section, the efficiency of active opening and closing of the valve and the discharge efficiency of the liquid are improved, and the micro liquid with high liquid transfer efficiency capable of bidirectional liquid transfer. A pump can be realized. Further, since a unimorph actuator using a piezoelectric element is used, it is possible to manufacture a very thin one.
【００１７】実施例２ まず、実施例１における図６と同様の工程をたどり、薄
膜プロセスを用いてバルブ部およびポンプ部ダイアフラ
ムをシリコン基板に製作し、ガラス基板との接合をおこ
ない、各ダイアフラムに圧電素子の貼り付けをおこな
う。本実施例ではバルブ部ダイアフラムに貼り付ける圧
電素子を、図１１に示すように分割し、四つの三角形と
してダイアフラムの一辺に完全に接する形で接着し、さ
らに圧電素子とダイアフラムの辺が接する部分には、接
着剤などを充填することによってユニモルフ構造の固定
端を実現し、片持ち梁と同様の効果を得られるようにし
た。このようにバルブ部ダイアフラムに貼り付ける圧電
素子を片持ち梁状に固定することによって、圧電素子の
破損の恐れなく、より変位の大きいユニモルフ構造のダ
イアフラムを実現することが可能となる。Embodiment 2 First, following the same steps as in FIG. 6 in Embodiment 1, a valve section and a pump section diaphragm are manufactured on a silicon substrate by using a thin film process, and are bonded to a glass substrate. Attach the piezoelectric element. In this embodiment, the piezoelectric element to be attached to the valve section diaphragm is divided as shown in FIG. 11 and bonded as four triangles in such a manner as to completely contact one side of the diaphragm, and further to a portion where the piezoelectric element contacts the side of the diaphragm. Has realized a fixed end of a unimorph structure by filling with an adhesive or the like, so that the same effect as a cantilever can be obtained. By fixing the piezoelectric element to be attached to the valve section diaphragm in a cantilever manner in this manner, a unimorph diaphragm having a larger displacement can be realized without fear of breakage of the piezoelectric element.
【００１８】また、本マイクロポンプでは、ガラス基板
との接合面と同じ高さの弁座にパッキンとなるポリイミ
ドを形成することによって、パッキンの厚み分が接合面
よりも突出した構造となっている。そのためシリコン基
板とガラス基板の接合によってバルブ部ダイアフラムに
たわみが生じることになり、バルブに予圧が与えられる
構造となっている。このダイアフラムのたわみのために
圧電素子を貼り付ける部分は完全な平面とはなっておら
ず、ダイアフラム中心部分に一枚の圧電素子を均一に貼
り付けることは困難である。しかし、このような問題に
対しても圧電素子を分割して貼り付ける方法を用いれ
ば、圧電素子一枚あたりの接着面積が小さくなるため
に、多少のダイアフラムのたわみに対しても接着が容易
になる。また、四つの圧電素子の自由端がバルブ部ダイ
アフラムの中心に位置しているために、この部分でもっ
とも大きな変位を得ることができる。本マイクロポンプ
のようにダイアフラム中心部に弁座が存在している場
合、この形状はバルブの開閉に関して特に有効であると
言える。Further, the present micropump has a structure in which polyimide serving as a packing is formed on a valve seat having the same height as the bonding surface with the glass substrate, so that the thickness of the packing protrudes from the bonding surface. . Therefore, the valve diaphragm is bent by joining the silicon substrate and the glass substrate, and a preload is applied to the valve. Due to the deflection of the diaphragm, the portion where the piezoelectric element is attached is not completely flat, and it is difficult to uniformly attach one piezoelectric element to the center of the diaphragm. However, even with such a problem, if the method of dividing and attaching the piezoelectric element is used, the bonding area per one piezoelectric element is reduced, so that the bonding can be easily performed even with a slight deflection of the diaphragm. Become. Further, since the free ends of the four piezoelectric elements are located at the center of the valve section diaphragm, the largest displacement can be obtained in this section. When a valve seat exists at the center of the diaphragm as in the present micropump, this shape can be said to be particularly effective for opening and closing the valve.
【００１９】ここでは圧電素子が四つの三角形に分割さ
れた例を示したが、圧電素子をいくつに、どのような形
状に分割しても同等の効果を得ることができるのはもち
ろんであり、上記の圧電素子の自由端の位置も、圧電素
子の分割を変更することにより任意に決定することが可
能である。また、このように圧電素子を分割して片持ち
梁状に貼り付ける方法はポンプ部ダイアフラムに適用し
ても有効であり、ポンプ部ダイアフラムの拍動の増加が
実現できるようになる。Here, an example in which the piezoelectric element is divided into four triangles is shown. However, it is needless to say that the same effect can be obtained by dividing the piezoelectric element into any number of shapes. The position of the free end of the piezoelectric element can be arbitrarily determined by changing the division of the piezoelectric element. Also, the method of dividing the piezoelectric element and pasting it in a cantilever shape is effective even when applied to the pump section diaphragm, and increases the pulsation of the pump section diaphragm.
【００２０】以上のようなユニモルフアクチュエータを
バルブ部およびポンプ部ダイアフラムに用いることによ
って、能動的なバルブの開閉および液体の吐出の効率が
向上し、双方向送液が可能な送液効率の高いマイクロポ
ンプが実現できる。また、圧電素子を用いたユニモルフ
アクチュエータを用いているために、非常に薄く小型の
ものを製作することが可能となる。By using the above-mentioned unimorph actuator for the diaphragm of the valve section and the pump section, the efficiency of active opening and closing of the valve and the efficiency of liquid discharge are improved, and a micro-liquid with high liquid-transfer efficiency capable of bi-directional liquid supply. A pump can be realized. Further, since a unimorph actuator using a piezoelectric element is used, it is possible to manufacture a very thin and small one.
【００２１】[0021]
【発明の効果】本発明のマイクロポンプは、シリコンダ
イアフラムと圧電素子のユニモルフ構造を用いているた
めに、非常に薄く製作することが可能であり、小型化が
容易という効果を有している。また圧電素子を片持ち梁
状に固定したり、複数に分割した状態で片持ち梁状に用
いることによって、各ダイアフラムの変位が大きくな
り、ポンプ部ダイアフラムの押し出し量の増大や開閉の
大きい能動的バルブが実現され、双方向送液や吐出性能
の高効率化が可能となった。Since the micropump of the present invention uses a unimorph structure of a silicon diaphragm and a piezoelectric element, it can be manufactured very thinly, and has an effect that downsizing is easy. Also, by fixing the piezoelectric element in a cantilever shape or using the piezoelectric element in a cantilever shape in a state of being divided into a plurality of parts, the displacement of each diaphragm becomes large, so that the amount of pushing out of the diaphragm of the pump part and the active opening and closing large are large. The realization of a valve has made it possible to increase the efficiency of bidirectional liquid transfer and discharge performance.
【図１】本発明のマイクロポンプの構造を示す平面図お
よび断面図である。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a micropump according to the present invention.
【図２】従来のマイクロポンプの構造を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional micropump.
【図３】従来の他のマイクロポンプの構造を示す断面図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of another conventional micropump.
【図４】従来の他のマイクロポンプの構造を示す断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of another conventional micropump.
【図５】本発明のマイクロポンプのバルブ構造を示す断
面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a valve structure of the micro pump of the present invention.
【図６】本発明のマイクロポンプの製造方法を示す工程
図である。FIG. 6 is a process chart showing a method for manufacturing a micropump according to the present invention.
【図７】本発明のユニモルフアクチュエータの動作を示
す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing the operation of the unimorph actuator of the present invention.
【図８】従来のマイクロポンプのバルブ動作を示す平面
図および断面図である。FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view showing a valve operation of a conventional micropump.
【図９】本発明のマイクロポンプのバルブ動作を示す平
面図および断面図である。FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view showing a valve operation of the micropump of the present invention.
【図１０】本発明のマイクロポンプのバルブ動作を示す
平面図および断面図である。FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view showing a valve operation of the micropump of the present invention.
【図１１】本発明のマイクロポンプのバルブ動作を示す
平面図および断面図である。FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view showing a valve operation of the micropump of the present invention.
１ シリコン基板 ２ ガラス基板 ３ 圧電素子 ４ パッキン ５ 酸化膜 ６ 充填剤 ７ 弾性板 ２１ 液体吸引吐出部材 ２２ 積層型圧電アクチュエータ ２３ 弁 ２４ 流路管口 ２５ ポンプ室 ２６ ケーシリング ３１ シリコン基板 ３２ ポリシリコン ３３ ガラス基板 ３４ 圧電素子 ４１ ポンプ室 ４２ ポンプ用圧電素子 ４３ 弁体 ４４ 流体制御弁用圧電素子 ４５ 流量制御弁 ４６ コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Glass substrate 3 Piezoelectric element 4 Packing 5 Oxide film 6 Filler 7 Elastic plate 21 Liquid suction / discharge member 22 Laminated piezoelectric actuator 23 Valve 24 Flow channel port 25 Pump room 26 Casing ring 31 Silicon substrate 32 Polysilicon 33 Glass Substrate 34 Piezoelectric element 41 Pump chamber 42 Piezoelectric element for pump 43 Valve element 44 Piezoelectric element for fluid control valve 45 Flow control valve 46 Controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04B 43/04 F04B 9/00 F04B 53/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F04B 43/04 F04B 9/00 F04B 53/10
Claims (3)
部と、 流体の吐出および吸引をおこない、前記バルブ部の中間
に位置する少なくとも一つのポンピング部と、 前記バルブ部および前記ポンピング部を接続し流体が通
過する流路部を、同一の基板上に形成した基板Ａと、 流体が通過する少なくとも二つの流体出入口を形成した
基板Ｂから構成され、 前記バルブ部および前記ポンピング部は、前記基板Ａ上
に形成されたダイアフラムと圧電素子のユニモルフ構造
によって変形する構造となっているマイクロポンプにお
いて、 前記基板Aはシリコン基板であり、 前記基板Ｂはガラス基板であり、 前記ダイアフラムは前記シリコン基板の両面をエッチン
グすることによって形成され、 前記圧電素子は前記ダ
イアフラム上に少なくとも二枚以上接着されており、 前記ダイアフラム周縁部の少なくとも一辺と、前記圧電
素子の周縁部の少なくとも一辺が接するようにそれぞれ
配置され、各辺の接している部分が接着剤によって固定
されている ことを特徴とするマイクロポンプ。1. Two or more valves for controlling the passage of a fluid
Between the valve and the valve
And at least one pumping portion connected to the valve portion and the pumping portion, and fluid is passed therethrough.
A substrate A formed on the same substrate and at least two fluid ports through which a fluid passes are formed.
The valve unit and the pumping unit are configured on the substrate A.
Structure of the diaphragm and piezoelectric element formed on the surface
Micro pumps that are deformed by
The substrate A is a silicon substrate, the substrate B is a glass substrate, and the diaphragm is formed by etching both surfaces of the silicon substrate.
And the piezoelectric element is formed by
At least two sheets are adhered on the diaphragm, and at least one side of the diaphragm peripheral portion and the piezoelectric
So that at least one side of the periphery of the element touches
It is arranged, and the contacting part of each side is fixed with adhesive
A micropump characterized by being made .
似形状の圧電素子を分割することによって形成されるこ
とを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric element is in phase with the diaphragm.
The micropump according to claim 1, wherein the micropump is formed by dividing a piezoelectric element having a similar shape .
を特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。The micropump according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09081672A JP3130483B2 (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Micro pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09081672A JP3130483B2 (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Micro pump |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274164A JPH10274164A (en) | 1998-10-13 |
| JP3130483B2 true JP3130483B2 (en) | 2001-01-31 |
Family
ID=13752845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09081672A Expired - Fee Related JP3130483B2 (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Micro pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3130483B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007146795A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Nikkiso Co Ltd | Micropump and driver |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100392782B1 (en) * | 2000-10-30 | 2003-07-23 | 학교법인 포항공과대학교 | Actuator with phase delayed cantilever generating flow from a surface of an object |
| US6508947B2 (en) * | 2001-01-24 | 2003-01-21 | Xerox Corporation | Method for fabricating a micro-electro-mechanical fluid ejector |
| KR20040036173A (en) * | 2002-10-23 | 2004-04-30 | 김종원 | Micro Compressor Actuated by Piezoelectric Actuator |
| DE10308619B4 (en) * | 2003-02-27 | 2008-06-26 | Ruetz, Stefan | Device for dispensing an odorant or perfume |
| CN103840706B (en) * | 2014-02-20 | 2016-04-13 | 东南大学 | Perforate cantilever beam vibrational energy self-powered microsensor in Internet of Things radio-frequency receiving-transmitting assembly |
| CN103840708B (en) * | 2014-02-20 | 2016-04-13 | 东南大学 | Internet of Things radio-frequency receiving-transmitting assembly perforate cantilever beam vibration electromagnetism self-powered microsensor |
| KR101642356B1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-07-25 | 국방과학연구소 | Compound smart material pump and brake system using the same |
| CN105201792B (en) * | 2015-10-19 | 2017-11-17 | 江苏大学 | A kind of spring has valve piezoelectric pump |
| CN112196754B (en) * | 2020-10-04 | 2022-06-17 | 长春工业大学 | Integrative valve piezoelectric pump based on rhombus mechanism of enlargiing |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP09081672A patent/JP3130483B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007146795A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Nikkiso Co Ltd | Micropump and driver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10274164A (en) | 1998-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5480983B2 (en) | Bent transducer, micro pump and micro valve manufacturing method, micro pump and micro valve | |
| US6247908B1 (en) | Micropump | |
| US6991214B2 (en) | Microvalve normally in a closed position | |
| US6261066B1 (en) | Micromembrane pump | |
| JP4531563B2 (en) | Peristaltic micropump | |
| JPH05502079A (en) | Ultra-compact pump capable of electrostatic operation | |
| JP3336017B2 (en) | Manufacturing method of micro thin film pump body | |
| DK2556282T3 (en) | Microvalve with valve elastically deformable lip, the preparation method and micropump | |
| JP3130483B2 (en) | Micro pump | |
| JP3202643B2 (en) | Micropump and method of manufacturing micropump | |
| JP4047803B2 (en) | Diaphragm pump | |
| JP2004291187A (en) | Electrostatic micro valve and micro pump | |
| JPH07158757A (en) | Micro-valve | |
| JP2995401B2 (en) | Micropump and method of manufacturing micropump | |
| JP2995400B2 (en) | Micropump and method of manufacturing micropump | |
| JP4472919B2 (en) | Micro valve | |
| JP3418564B2 (en) | Driving method of micro pump | |
| JP2008054367A (en) | Piezoelectric actuator and pump employing it | |
| JP4529814B2 (en) | Micro valve | |
| JPH0466784A (en) | Micropump and manufacture thereof | |
| JP2002311213A (en) | Variable shape optical element and optical element unit | |
| JP2011027057A (en) | Piezoelectric pump and method for driving the same | |
| JP2001317647A (en) | Micro-valve and micro-pump | |
| JP2000220766A (en) | Semiconductor microvalve and manufacture thereof | |
| JP2023101307A (en) | fluid pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071117 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081117 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081117 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091117 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091117 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101117 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101117 Year of fee payment: 10 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101117 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111117 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111117 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121117 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121117 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131117 Year of fee payment: 13 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |