JP3705265B2

JP3705265B2 - マイクロポンプ

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Publication number: JP3705265B2
Application number: JP2002348285A
Authority: JP
Inventors: 楠東野; 康博山東
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004183494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小量の流体を高精度に送ることが必要な化学分析などに用いられるマイクロポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、マイクロマシン技術を応用し、化学分析や化学合成などのための機器や手法を微細化して行うμ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System)が注目されている。微細化されたμ−ＴＡＳによると、従来の装置と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットがある。また、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化が図れる。そして携帯性にも優れるため、医療分野、環境分析など、広い範囲でその応用が期待されている。
【０００３】
さて、マイクロ流体システムを用いた化学分析、環境計測などでは、デバイス（チップ）上で送液、混合、検出を行うために、送液手段としてマイクロポンプが用いられることがある。
【０００４】
そのような送液手段に適したマイクロポンプの例として、本出願人が開示した特開２００１−３２２０９９に記載のものがある。次に、この従来のマイクロポンプについて説明する。
【０００５】
図９は従来のマイクロポンプ８０の構成を模式的に示す平面図、図１０はマイクロポンプ８０の正面断面図である。
図９および図１０において、マイクロポンプ８０は、チャンバー８１、チャンバー８１に連通する２つの開口部８２，８３および流路８４，８５を有する。
【０００６】
図１０によく示されるように、マイクロポンプ８０は、感光性のガラス基板９１の表面をエッチングすることにより、チャンバー８１などを構成するための窪みまたは溝が形成され、その上に別のガラス基板９２が積層されている。ガラス基板９２のチャンバー８１に面する部分はエッチングなどによって穴が開けられている。ガラス基板９２の上にさらに薄いガラス基板９３が積層されてこれがダイヤフラムとなり、ダイヤフラムの上に圧電素子９４が貼り付けられている。圧電素子９４によりダイヤフラムを変形させることにより、チャンバー８１の容積が変化する。
【０００７】
一方の開口部８２は、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい〔図３（Ａ）参照〕。他方の開口部８３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は開口部８２の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合に流路抵抗が開口部８２よりも小さくなる〔図３（Ｂ）参照〕。
【０００８】
開口部８２と開口部８３のこのような流路抵抗特性の違いを利用して、チャンバー８１を繰り返し加圧／減圧し、この際に加圧時と減圧時とで圧力の変化の割合を適宜制御することによって、液体の流量および流れ方向を任意に変化させることが可能なポンプ作用を実現することができる。
【０００９】
このようなチャンバー８１の圧力制御は、圧電素子９４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子９４に図４（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって図１０のＭ１方向に液体が吐出し、図５（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによってその逆方向に吐出する。
【００１０】
【特許文献】
特開２００１−３２２０９９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べたマイクロポンプ８０は、２つの開口部８２，８３の流路抵抗特性の相違を利用してポンプ作用を実現するものであることから、それらの流路抵抗特性の相違の大きい方が大きな流量が得られ、効率がよい。つまり、一方の開口部８２はできるだけ圧力依存性が大きい方がよく、他方の開口部８３は圧力依存性が少ない方がよい。
【００１２】
しかし、従来においては、それら流路抵抗特性の相違を充分に大きくできていたとは必ずしも言えず、ポンプの流量特性および効率の面で改良の余地があるという課題があった。
【００１３】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、開口部の圧力依存性を低減することによって流量特性および効率の向上を図ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロポンプは、チャンバーと複数の流路とが、前記各流路の有効断面積よりも小さい有効断面積を有する開口部を介してそれぞれ連通しており、前記開口部のうちの少なくとも１つは、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該開口部の流路抵抗の変化割合が他の開口部のそれとは異なっており、前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせることにより前記開口部間の流路抵抗の比を変化させて送液を行うように構成されるマイクロポンプであって、前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路は、複数の開口部を介して前記チャンバーと連通しており、前記複数の開口部は、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該複数の開口部全体としての流路抵抗の変化割合が他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている。
【００１５】
好ましくは、前記複数の開口部は、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該複数の開口部のそれぞれの開口部の流路抵抗の変化割合のいずれもが他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている。
【００１６】
また、前記複数の開口部は、それぞれの開口部における断面積に対する流路長の割合のうちの最も小さいものが、他の流路の開口部のそれよりも大きく設定されている。
【００１７】
流路が複数の開口部を介してチャンバーと連通するように構成することにより、複数の開口部からなる開口部群の全体としての圧力依存性が低減し、これによって他の開口部との間の圧力依存性の相違が大きくなる。これによって、ポンプの流量特性および効率の向上が図られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態のマイクロポンプ１の構成を模式的に示す平面図、図２は第１の実施形態のマイクロポンプ１の正面断面図、図３は開口部の流路抵抗特性の例を示す図、図４および図５は圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図、図６はマイクロポンプ１の開口部１３ａ，１３ｂを拡大して示す図、図７は３つの開口部を設けた開口部群の例を示す図である。なお、図２は、図１の開口部１２および開口部１３ａの中心を通る面によって断面した状態を示す図である。
【００１９】
図１および図２に示すように、マイクロポンプ１は、ポンプ室であるチャンバー１１と２つの流路２２，２３とが、開口部１２または開口部群１３を介して連通している。開口部群１３は互いに並列に設けられた２つの開口部１３ａ，１３ｂからなる。つまり、流路２３は、並列に設けられた２つの開口部１３ａ，１３ｂを介してチャンバー１１と連通している。
【００２０】
図２によく示されるように、マイクロポンプ１は、シリコン基板３１を用い、フォトリソグラフィー工程によって、チャンバー１１、開口部１２、開口部群１３、および流路２２，２３などを構成するための溝または窪みを形成し、その下に底板となるガラス基板３２を接合することによって製作される。その際に、シリコン基板３１におけるチャンバー１１となる窪みは、シリコン基板３１が貫通しないようにハーフエッチングで堀り込み、シリコン基板３１の残った部分をダイヤフラム３１ｆとして用いる。ダイヤフラム３１ｆの上に圧電素子３４が貼り付けられている。
【００２１】
マイクロポンプ１はこのようにして製作することが可能であるが、従来から公知の方法、その他の方法またはその他の材料を用いて製作することも可能である。
【００２２】
圧電素子３４には、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスの薄板を用いる。圧電素子３４の駆動のための２つの電極は、圧電素子３４の両側の表面に引き出され、フレキシブルケーブル３５などによって配線され、駆動回路３６に接続される。
【００２３】
駆動回路３６によって、圧電素子３４に図４（Ａ）または図５（Ａ）に示す波形の電圧を印加することにより、シリコン薄膜であるダイヤフラム３１ｆと圧電素子３４とがユニモルフモードの屈曲変形を行うことを利用して、チャンバー１１の容積を増減させる。
【００２４】
さて、開口部１２の有効断面積は、流路２２の有効断面積よりも小さい。また、各開口部１３ａ，１３ｂの有効断面積は、流路２３の有効断面積より小さい。開口部群１３は、チャンバー１１の圧力を上昇または下降させたときの開口部群１３全体としての流路抵抗の変化割合が、開口部１２のそれよりも小さく設定されている。
【００２５】
すなわち、開口部群１３は２つの開口部１３ａ，１３ｂから構成されているが、これら開口部１３ａ，１３ｂは、長さ、断面形状、および有効断面積が互いに等しい。したがって、単純に考えると、開口部１３ａまたは１３ｂが１つの場合と比べて流路抵抗は２分の１となる。
【００２６】
また、図９に示す従来のマイクロポンプ８０と比べると、従来では１つの開口部８３であったものを、それと同じ断面形状の２つの開口部１３ａ，１３ｂを設け、かつ、流路抵抗が全体的に低下してしまわないように各開口部１３ａ，１３ｂの長さを開口部８３よりも長く（例えば２倍程度に長く）したものであると考えることができる。
【００２７】
したがって、開口部１２は、図３（Ａ）に示すように、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。開口部群１３は、図３（Ｂ）に示すように、差圧が零に近いときの流路抵抗は開口部１２の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合に流路抵抗が開口部１２よりも小さくなる。
【００２８】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる流体、例えば液体が、差圧の大きさに応じて層流または乱流のいずれかとなるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。具体的には、例えば、前者は開口部１２を流路長の短いオリフィスとし、後者は開口部１３ａ，１３ｂを流路長の長いノズルとすることによって実現することが可能である。
【００２９】
開口部１２と開口部群１３のこのような流路抵抗特性を利用して、チャンバー１１に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、吐出工程および吸入工程のそれぞれにおいて開口部１２，開口部群１３のうち流路抵抗の低い方により多くの流体を吐出または吸入するようなポンプ作用を実現することができる。
【００３０】
つまり、チャンバー１１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部１２の流路抵抗が開口部群１３の流路抵抗よりも大きくなり、チャンバー１１内の流体のほとんどは開口部群１３から吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー１１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて開口部１２の流路抵抗の方が開口部群１３の流路抵抗よりも小さくなり、開口部１２からチャンバー１１内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００３１】
これとは逆に、チャンバー１１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくしておけば、差圧が小さく維持されて開口部１２の流路抵抗の方が開口部群１３の流路抵抗よりも小さくなり、チャンバー１１内の流体は開口部１２からより多く吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー１１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部１２の流路抵抗の方が開口部群１３の流路抵抗よりも大きくなり、開口部群１３からチャンバー１１内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００３２】
このようなチャンバー１１の圧力制御は、圧電素子３４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子３４に図４（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路２３の側に吐出し、図５（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路２２の側に吐出する。
【００３３】
図４および図５において、圧電素子３４に印加する最大電圧ｅ1 は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は０であってもよい。駆動電圧の周波数は１１ＫＨｚ程度である。図４（Ａ）および図５（Ａ）に示す駆動電圧によって、流路２３には、例えば図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示すような流量が得られる。なお、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００３４】
さて、再び図３（Ｂ）に注目すると、同図に示される二点鎖線は従来の開口部８３の流路抵抗特性である。従来の流路抵抗特性と比べると、本実施形態の開口部群１３は、流路抵抗の圧力依存性が小さいことが分かる。つまり、図３（Ａ）と合わせて考えると、差圧がマイナス１００ｋＰａ〜プラス１００ｋＰａの範囲である場合に、差圧の大きさ（絶対値）が小さいときには開口部群１３の流路抵抗が大きく、差圧の大きさが大きいときには開口部１２の流路抵抗が大きくなることが分かる。しかも、従来の開口部８３を用いた場合と比べて、いずれにおいても流路抵抗の大きさの違いが大きい。
【００３５】
したがって、本実施形態のマイクロポンプ１によると、それだけ大きな流量が得られ、効率（流量効率）がよい。
次に、開口部を複数にすることによって圧力依存性が小さくなる理由を説明する。
【００３６】
上に述べられる「流路抵抗」とは、流体が流路を通って流れるときの圧力損失の係数に相当する。単位時間に流れる流体の体積（流量）をＱ、流体が流路を流れることによる圧力損失を△Ｐとしたとき、流路抵抗Ｒ〔Ｎ・ｓ／ｍ⁵〕は、次の式、
Ｒ＝△Ｐ／Ｑ ……（１）
で求められる。ただし、Ｎは力(Newton)、ｓは時間(second)である。
【００３７】
なお、ここで述べられている「開口部の流路抵抗」または「開口部群の流路抵抗」とは、その開口部または開口部群によって連通されているチャンバーと流路の間を流体が行き来するときの流路抵抗値のことであり、開口部または開口部群の出入り口付近の流れによる流路抵抗を含むものである。
【００３８】
したがって、例えば、開口部の出入り口付近において周囲と比べて流速が速くなっている部分や乱流が発生している部分がある場合に、その部分の流路抵抗も「開口部の流路抵抗」の中に含めて考えるべきである。なお、以下において、開口部または開口部群も一種の流路であるから、それらを「流路」と記載することがある。
【００３９】
上にも触れたように、一般的に言って、流路の出入り口の差圧（または流路内の流速）が変わっても流路抵抗値が変化しないという状態は、層流が十分に発達した場合の特性である。
【００４０】
これとは逆に、流路の出入り口の差圧の増加にしたがって流路抵抗値が増加するという状態は、乱流の特性である。または、層流の形成が不十分な場合の特性であると言うことができる。
【００４１】
一般的に、細くて長い流路の内部は層流挙動を示すが、その出入り口付近では乱流（または層流の形成が不十分な）挙動の成分を含む。
ここで、ある長さの細長い開口部を想定した場合に、その流路抵抗値Ｒａは、差圧に依らず不変な成分Ｒ１と、差圧とともに増加する成分Ｒ２との和、すなわち次の式、
Ｒａ＝Ｒ１＋Ｒ２ ……（２）
で表されると考えられる。Ｒ１は流路長Ｌに比例する成分であり、Ｒ２は両端の特性であって流路長Ｌとは無関係な成分である。
【００４２】
図６に示すように、開口部１３ａ，１３ｂにおいては、断面形状が一様な部分による成分がＲ１となり、両端部分による成分がＲ２となる。
一方、この開口部に対して長さがＮ倍の開口部の流路抵抗値Ｒｂは、
Ｒｂ＝Ｎ×Ｒ１＋Ｒ２ ……（３）
となる。
【００４３】
つまり、流路長Ｌに比例する成分Ｒ１のみがＮ倍となる。その意味するところは、差圧に依らず不変な成分Ｒ１のみがＮ倍となり、差圧とともに増加する成分Ｒ２は変わらない。
【００４４】
この流路をＮ本並列に接続した場合に、それら全体としての流路抵抗値Ｒｃは、上の（３）式をＮで除して、
Ｒｃ＝Ｒ１＋Ｒ２／Ｎ ……（４）
となる。
【００４５】
これら（２）式と（４）式とを比べれば分かるように、差圧に依らず不変な成分Ｒ１は両者で等しいが、差圧とともに増加する成分は、流路をＮ本並列に接続した場合には１／Ｎとなって、並列に接続する流路の本数Ｎが大きくなるほど減少している。
【００４６】
例えば、上に述べたマイクロポンプ１では１／２となり、図７に示す例では１／３となる。
その結果、並列に接続された流路の本数Ｎが大きくなるほど、差圧が変化したときの流路抵抗値の変化割合が減少し、他方の流路との間で圧力依存性の相違が大きくなってポンプとしての流量特性が向上するのである。
【００４７】
このように、Ｎの数が大きくなるほど原理的には効率がよくなるが、Ｎがある程度以上になると大きな差はなくなるので、開口部の作りこみ易さなどを考慮した本数にすることとなる。
【００４８】
次に、各部の寸法の具体的な例を示す。
開口部１２は、幅が２５μｍ程度、長さが２５μｍ程度である。開口部１３ａ，１３ｂは、それぞれ、幅が３６μｍ程度、長さが４００μｍ程度である。開口部１２および開口部１３ａ，１３ｂの深さは、いずれも２５μｍ程度であり、流路の長手方向（流体の流れる方向）に対して一様な断面形状（流路断面）を持つ。
【００４９】
なお、このとき、Ｌ／Ｓの値、つまり〔流路長／断面積〕の値（単位：μｍ^-1）は、開口部１２において０．０４であるに対し、開口部１３ａ，１３ｂにおいてはいずれも０．４４という大きな値となる。
【００５０】
ここで用いるＬは、開口部の流路長であるが、開口部の両端の形状によってはどこの長さをＬとしてよいか不明な場合がある。その場合には、種々の形状の開口部について実験を行い、実験結果に基づいて等価な流路長を実効流路長として用いればよい。断面積Ｓについても同様である。
【００５１】
ここで、参考のために、図９および図１０に示す従来の開口部８３との比較を行う。
従来において、図９に示す１つの開口部８３の幅が３６μｍ程度、長さが１８０μｍ程度であったとすると、差圧が１ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲の場合に、流路抵抗値は７．６〜１５．９（×１０¹²Ｎ・ｓ／ｍ⁵）の範囲で変化していた。
【００５２】
これに対して、上に述べた実施形態による開口部群１３の場合には、流路抵抗値の変化は７．６〜１１．１（×１０¹²Ｎ・ｓ／ｍ⁵）となり、変化の幅を半分以下に減らすことができる。
【００５３】
なお、流路２２，２３は、流体を流通させて所定の位置に導く文字通りの流路であってもよく、流体に対して何らかの反応を与えるための室であってもよく、また、流体を溜めるものリザーバのようなものであってもよい。本明細書においてはこれらを総称して「流路」と記載している。
【００５４】
上においても若干触れたように、開口部群１３として図７に示すように３つの開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有していてもよい。この場合に、各開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの断面積を１つの場合と同じとし、長さを１つの場合の３倍とすればよい。また、このように複数の開口部からなる開口部群を有する流路同士を合流させることによって、さらに多数の開口部からなる開口部群を有する流路とすることが可能である。
【００５５】
次に、第２の実施形態によるマイクロポンプ１Ｂについて説明する。
図８は本発明の第２の実施形態のマイクロポンプ１Ｂの構成を模式的に示す平面図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ機能を有する部分には同じ符号を付して説明を省略しまたは簡略化する。
【００５６】
第２の実施形態においては、３つ目の開口部１４および流路２４がチャンバー１１に接続されている。開口部１４の流路抵抗特性として、種々のものを設定することができる。例えば、１つの開口部１３ａと同じ寸法形状として開口部１３ａと同じ流路抵抗特性としてもよい。また、１つの開口部１３ａよりも断面形状を大きくしかつ長さを同じとすることにより、図３（Ｂ）に二点鎖線で示す流路抵抗特性に類似する流路抵抗特性としてもよい。また、開口部１２と同じ寸法形状として開口部１２と同じ流路抵抗特性としてもよい。
【００５７】
第２の実施形態のマイクロポンプ１Ｂにおいても、開口部群１３と開口部１２との流路抵抗特性の相違の大きさから、良好な流量効率を得ることができる。
しかも、３つ目の開口部１４の流路抵抗特性に応じて、流路２４に流体を吐出し、または流路２４から流体を吸入することができる。その際に、それぞれの開口部１２、開口部群１３、開口部１４の流路抵抗特性に応じて、吐出または吸入のいずれかを行わせるか、およびその流量比を制御することが可能である。この場合には、流体の混合器または分流器として作用させることができる。
【００５８】
また、開口部１４に代えて、互いに並列に接続された２つの開口部からなる開口部群としてもよい。特に、開口部群１３，１４の各々を共に圧力に対する流路抵抗の変化割合の小さいものとした場合、たとえ駆動条件にばらつきがあったり駆動電圧を変えた場合であっても、流路２３，２４に対して常に一定の安定した流量比（吐出量比または流入量比）を確保できる。したがって、安定した比率で分流または混合を行えるというメリットがある。４つ目、またはそれ以上の開口部および流路をチャンバー１１に接続してもよい。
【００５９】
上に述べた実施形態において、圧力依存性の大きい方の開口部１２に関しても、複数の開口部からなる開口部群としてもよい。
上に述べた実施形態において、流路２２，２３，２４を循環系の流路としてもよい。また、それぞれの流路２２，２３，２４が、チャンバー１１から離れた位置で合流する形態であってもよい。その場合においても、それらは１つの流路としてではなく、それぞれチャンバー１１に接続された流路として取り扱えばよい。
【００６０】
上に述べた実施形態においては、シリコン基板を用いてマイクロポンプ１，１Ｂを製作した例を示したが、樹脂、ガラス、金属、セラミックなどの材料を微細加工したものでもよい。ダイヤフラム３１ｆをハーフエッチングで形成するのではなく、別途用意した薄板を張り合わせて形成しても良い。その場合に、材料は何でもよいが、圧電素子よりも極端に柔らかい場合には十分な変位特性が得られない可能性があるので注意を要する。
【００６１】
上に述べた実施形態において、チャンバー１１の深さを開口部の深さと同じとしたが、同じである必要はなく、それより深くても浅くてもよい。チャンバー１１の容積を増減させるアクチュエータである圧電素子３４の変形は、ユニモルフ屈曲変形である必然性はなく、例えば、縦振動、横振動、ずり変形振動などであってもよい。また、アクチュエータとして、圧電素子３４に限らず、例えば、静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、または形状記憶合金など、チャンバー１１の容積を増減させ得るものであれば何でもよい。また、アクチュエータは、マイクロポンプ１に一体化されたものではなく、別体として切り離し可能なものであってもよい。
【００６２】
開口部の形状に関して、流路断面が一様であると言っても必ずしも完全に一様である必要はない。また、必ずしも一様な断面形状である必要はない。例えば、内面に多少の凸凹があったり、テーパがあってもよい。そのような場合の実効断面積または有効断面積Ｓは、実験値または計算値などに基づいて求めることができる。開口部の出入り口の近傍において、特に吐出口（アウトレット）となる側の開口部においては、多少の拡がり部または滑らかに拡がるアール部をもっていてもよい。また、特に吸入口（インレット）となる側の開口部においては、一様な断面形状でなくても機能は大きく変わらない。要は、各流路に介在する開口部の圧力変化に対する流路抵抗特性が互いに異なり、且つポンプ作用を得たい流路については、それらの開口部の流路抵抗特性ができるだけ大きく相違すればよい。適用する流体として、液体、流動体、気体などであってもよい。
【００６３】
上に述べた実施形態においては、圧電素子３４に略三角波形の駆動電圧を印加したが、これ以外の種々の波形の駆動電圧を用いることも可能である。
上に述べた種々の実施形態および変形例において、マイクロポンプ１，１Ｂの平面形状として、正方形、長方形、多角形、円形、楕円形、その他の種々の形状とすることが可能である。その他、マイクロポンプの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００６４】
本発明に係るマイクロポンプは、環境、食品、生化学、免疫学、血液学、這伝子分析、合成、創薬など、さまざまな分野で用いることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によると、開口部の圧力依存性を低減することによって流量特性および効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロポンプの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】第１の実施形態のマイクロポンプの正面断面図である。
【図３】開口部の流路抵抗特性の例を示す図である。
【図４】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図５】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図６】マイクロポンプの開口部を拡大して示す図である。
【図７】３つの開口部を設けた開口部群の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のマイクロポンプの構成を模式的に示す平面図である。
【図９】従来のマイクロポンプの構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】従来のマイクロポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
１，１Ｂマイクロポンプ
１１チャンバー
１２開口部
１３開口部群（開口部）
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ開口部
１４開口部
２２，２３，２４流路
３４圧電素子（アクチュエータ）

Claims

チャンバーと複数の流路とが、前記各流路の有効断面積よりも小さい有効断面積を有する開口部を介してそれぞれ連通しており、
前記開口部のうちの少なくとも１つは、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該開口部の流路抵抗の変化割合が他の開口部のそれとは異なっており、
前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせることにより前記開口部間の流路抵抗の比を変化させて送液を行うように構成されるマイクロポンプであって、
前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路は、複数の開口部を介して前記チャンバーと連通しており、
前記複数の開口部は、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該複数の開口部全体としての流路抵抗の変化割合が他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている、
ことを特徴とするマイクロポンプ。
前記複数の開口部は、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該複数の開口部のそれぞれの開口部の流路抵抗の変化割合のいずれもが他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている、
請求項１記載のマイクロポンプ。
前記複数の開口部は、それぞれの開口部における断面積に対する流路長の割合のうちの最も小さいものが、他の流路の開口部のそれよりも大きく設定されている、
請求項２記載のマイクロポンプ。
チャンバーと、
前記チャンバーの容積を増減するアクチュエータと、
前記チャンバーに接続された複数の流路と、
前記複数の流路のそれぞれにおいて流路を絞るために設けられた開口部と、を有し、
前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路には、前記開口部が並列に複数設けられており、
前記１つの流路に設けられた複数の開口部は、前記チャンバーの容積を増減することにより前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該複数の開口部全体としての流路抵抗の変化割合が他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている、
ことを特徴とするマイクロポンプ。