JPH0486388A - 圧電マイクロポンプの流路構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はある流体を、ある微少一定流量送出する圧電マ
イクロポンプの流路構成に関する。

［従来の技術］ 従来、圧電マイクロポンプの構造は、特開昭６３−２９
３９９８に示されているが、その流路の構成については
、提示されていなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、数種類の液体を混合させたり、同一種
類の液体を数ケ所へ分岐させて送出したりすることを目
的としている。又、これらの流路を同一基板上に形成す
ることで、コンパクトで安価な圧電マイクロポンプを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 同一基板上に流路を形成し、その流路を合流及び分岐さ
せる。

［実施例］ 第１図は、本発明の第１項記載の実施例を示す図であり
、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。なお
ここに用いられている圧電マイクロポンプは、特開昭６
３−２９３９９８に示されるポンプｒある。１０１，１
０２，１０３，１０４は、駆動用圧電素子であり、弾性
を持った平面板１１２に接着されている１１３が、本発
明の流路を形成した平面板である。この平面板１１３は
、前記平面板１１２と、第１図（ａ）の斜線部１１４の
範囲において、接着されている。１１３には流入口１０
５及び１０６０２ケ所が設けられており、それぞれの流
入口に対して、流路１．０８，１０９が形成されている
。又この流路１０８，１０９は、流路１１０に統合され
、ポンプ内に流入することになる。又、このポンプより
流出された液体は、流路１１１を通り、流出口１０７に
吐出されることになる。

流路１０８．１０９，１１０，１１１は、平面板１１３
にエツチングや型や切削等により溝を形成したものであ
り、平面板１１２と接合することで、漏れのない流路と
なる。

第２図は、第１図の実施例において、圧電マイクロポン
プを駆動した場合の駆動波形の一例である。第２ズにお
いて（ａ）は、第１図の圧電素子１０１の駆動波形であ
り、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、第１図の１０
２，１０３，１０４に対応した波形である。電圧レベル
は、非動作の場合ＯＶ、動作状態においては＋Ｖ（Ｖ）
としている。

２０１．２０２，２０３，２０４，２０５は、それぞれ
の圧電素子の動作期間を示す。

第３図は、第２図の波形で動作せた場合の、第１図に使
用している圧電マイクロポンプの動作を示す図であり、
この図を用いて本発明の流路について一液体の流れ方と
合わせ説明する。

３０１は、圧電素子１０１，１０２，１０３，１０４を
駆動するための駆動回路である。３０２はグランド信号
で、平面板１１２上の薄膜電極を介して圧電素子１０１
，１０２，１０３．ＩＣ１４の接着面側とコンタクトし
ている。

３０３．３０４，３０５，３０６にはそれぞれ、圧電素
子１０１，１０２，１０３，１０４の駆動信号が３０１
の駆動回路から送られる。（ａ）は第２図における２０
１の期間を示したもので、（ｂ）、　　（ｃ）、（ｄ）
、（ｅ）はそれぞれ第２図の２０２，２０３，２０４，
２０５の期間に対応する。

２０１の期間に、平面板１１２と１１３がぴったりと閉
じた第１図（ｂ）に示す状態から、第３図（ａ）の状態
に移動すると、液体は流入口１０５から流路１０８に、
又別の液体が流入口１０６から流路］、０９に流れ込み
、続いて流路１１０に各々の液体が流れ込む。この時、
別々の液体は一本の流路１１０に統合され混合され始め
る。この様な流れ方により、混合液３０７はマイクロポ
ンプに取り込まれる。次に、２０２の期間に同様な流れ
方で混合液３０８がマイクロポンプに取り込まれる。（
Ｃ）においては、圧電素子１０１が閉じるため、流入口
１０５，１０６、流路１０８，１０９．１１０での液体
の移動はない。そして、マイクロポンプ内には混合液３
０９が存在する。

（ｄ）においては、圧電素子１０３，１０４が動作し、
混合液３０９が混合液３１０に移動する。

（ｅ）においては、圧電素子１０３が閉じるため（混合
液３１０の体積）−（混合液３１１の体積）が、流路１
１１を通り流出口１０７へと吐出される。次に、圧電素
子１０４が閉じられるため、混合液３１３が再度流路１
１１を通り流出口１０７へと吐出される。次に、圧電素
子１０４が閉じられるため、混合液３１１が再度流路１
１１を通り流出口１０７へと吐出される。これらの動作
を一周期として、繰り返し動作を行うことによって、別
々の液体が、別々の流入口より入り混合され、流出口に
送ることが出来る。

又、請求範囲第２項の一実施例を第４図に示す。

ここで流入口４０１は一つだけであり、液体は流入口４
０１から流路４０２を通り、圧電素子１０１．１０２，
１０３，１０４で構成されるマイクロポンプにより、流
路４０３に送られる。この流路４０３に送られた液体は
、流路４０４と流路４０５にそれぞれ分岐され送られる
ことになる。その分岐された液体は、一方は流路４０４
を通り流出口４０６へ、又、一方は流路４０５を通り流
出口４０７へ送られることになる。

この方法により、ある液体を同時に多数筺所に移動させ
ることが可能になる。

第５図にＭＷ求範囲第３項記載の一実施例を示す。

これは、第１図の実施例の流路１０８，１０９の部分に
、バルブ１１８，１１９を設けた実施例であり、バルブ
回り以外は基本的に第１図での構成と同じである。又、
第５図（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。又、第
６図はバルブの部分の動きを説明する図である。これら
を踏まえ、簡単に構成及び働きを説明する。

第５図（ａ）（ｂ）において、本バルブは圧電素子を平
面板１１２に貼り付けるタイプを用いている。平面板１
１３には第１図で説明した様に、流入口１０５，１０６
、流路１０８，１０９．　１１０．１１１、流出口１０
７を形成しているが、本バルブを使用するために、流路
１０８，１０９の部分に壁１１６，１１７をバルブ用圧
電素子１１８．１１９と平面的に重なる部分に設けてい
る。

これにより、流路１０８及び１０９はそれぞれ、１０８
　（ａ）、１．０８　（ｂ）、及び１ｏ９　（ａ）。

１０９（ｂ）とに遮断されることになる。通常は、図（
ｂ）に示す様に、壁１１６．１１７と平面板１１２が密
着しているため、流路ｘ０８（ａ）。

１０８（ｂ）及び１０９　（ａＬ　　１０９　（ｂ）内
の液体の移動はなくなる。

ここで、バルブ用圧電素子１１８の動きを第６図を用い
て説明する。まずバルブ用圧電素子１１８は、圧電マイ
クロポンプと同様に、平面板１１２上の薄膜電極を介し
、バルブ用圧電素子１１８の接着面側とコンタクトして
いる、この薄膜電極及び、バルブ用圧電素子の上面電極
側のそれぞれリード線１２３及び１２４が設けられてい
る。この薄膜電極は、マイクロポンプでの薄膜電極と同
じであり、共通電位になる。このリード線１２３及び、
１２４に駆動圧電マイクロポンプを印加すると、図のよ
うに上側にバルブ用圧電素子が湾曲変形し、それに伴い
非接着部分１２０の範囲で、平面板１１２も変形するこ
とで、壁１１６部分と密着していた平面板１１２との間
に、隙間１２２（但しこの部分は液体で充填される）が
生じる、この隙間１２２により、流路１０８（ａ）と１
０８（ｂ）がつながることになる。このときに同期して
、マイクロポンプからの予圧がかがると液体は、流入口
１０５・流路１０８（ａ）・隙間１２２・流路１０８　
（ｂ）というような順で移動することになる。ここで駆
動電圧をＯ■あるいは一逆方向に印加すると、第５図（
ｂ）の様になり、流路１０８　（ａ）と１０８（ｂ）に
遮断され、液体の移動はなくなることになる。このよう
な動きをしている。これはバルブ用圧電素子１１９１こ
ついても同様である。このバルブを設けたことで、流入
口１０５，１０６を独立して開閉制御出来るようになり
、また開き具合いも制御できることで、異なる液体の混
合比も自由に制御できることになった。

第７図に諸求範囲第４項記載の、一実施例を示す。圧電
素子１０１，１０２，１０３，１０４より構成される圧
電マイクロポンプマイクロポンプと、バルブ７１１，７
１２を駆動することで液体は流入ロア０１，７０２から
それぞれ流路７０３゜７０４を通り流路７０５に合流さ
れ、圧電マイクロポンプにより、流路７０６に送られて
、流路７０７　（ａ）、７０８　（ａ）に送られる。こ
こで、バルブ７１１，７１２の開閉により液体は、流路
７０７　（ｂ）を通り流出ロア０９へ吐出させたり、流
路７０８　（ｂ）を通り流出ロア１０へ吐出さぜたり出
来ることになる。

ここでは、バルブを吐出制御用として使用している。

第８図に、合成した別の実施例を示す。ここでは、圧電
マイクロポンプを二ケ所使用している。

簡単に液体の流れを説明する。

流入口８０１，８０２，８０３には、それぞれ異なった
種類の液体、Ａ、Ｂ、Ｃの入ったタンクが接続されてい
る。圧電マイクロポンプ８０７゜８１２及びバルブ８１
５，８１６，８１７．８］８．８１９，８２０を駆動す
ると、流入口８０コ。

−ト １〇− ８０２から液体Ａ、　　Ｂが入る。次に、流路８０４（
ａ）、８０５　（ａ）に入り、バルブ８１５，８１６の
制御により液体は、流路８０４　（ｂ）、８０５　（ｂ
）を通り、流路８０６に送られ圧電マイクロポンプ８０
７内に入り、液体Ａ、　　Ｂはミックスされる。その液
体（Ａ十Ｂ）が、流路８０８に送り出される。一方は、
流路８０９　（ａ）に送られ、バルブ８１８の制御によ
り流路８０９　（ｂ）を通り、流出口８１４に液体（Ａ
十Ｂ）として吐出される。もう一方の、流路８１０（ａ
）側に送られた液体（Ａ＋Ｂ）は、バルブ８２０の制御
により流路８１０（ｂ）に送られて、圧電マイクロポン
プ８１２及び、バルブ８１７により、流入口８０３・流
路８１１　（ａ）−８１１（ｂ）を通り送られてきた液
体Ｃと合流してポンプ８１２内に送り込まれ、ミックス
される。その液体（Ａ＋Ｂ十〇）が−流路８１３（ａ）
を通り、バルブ８１９の制御により、流路８１３（ｂ）
を通り、流出口８２１に吐出されろ。この様に構成する
ことで、（Ａ＋Ｂ）の液体や、（Ａ＋Ｅ＋Ｃ）の液体を
得ることが出来るし、それぞれの混合比も制御できる。

又、バルブにより、特定の液体を除いたりも出来ること
になる。さらに、流路の巾を部分的に狭めたり、広げた
りすることで、吐出圧や流量を変化させることが出来る
。その上、この様に数厘類の圧電マイクロポンプや、数
種類の流路、及び、バルブを、−枚の基板に回路状に形
成することで、液体の濃度、吐出量などの複雑な制御を
可能にしたばかりでなく、コンパクトな複合ポンプを形
成することが出来ることは、コスト面ばかりでなく、応
用範囲の広がりを大きくできる可能性を秘めている。

本発明の流路は、ガラス基板をエツチングにより加工し
たが、このようなセラミック系の基板でも良いし、プラ
スチックなどの有機系でも良いし、金属系でもよい。こ
れらは、使用する圧電マイクロポンプや、流体の特性と
で決めればよい。特に、Ｓｉウェハー上にマイクロマシ
ニング技術を用いて、マイクロポンプ用の振動板や、弁
等をエツチング加工すると同時に、本発明の流路も加工
すれば、−度で加工が完成するし、ウェハーであるため
、バッチ処理が可能となり量産性が上がる。

［発明の効果］ 本発明の流路構成により、異なる液体を混ぜたり、その
液体を多数ケ所に一度に送り出すことが可能になる。例
えば、色違いのインク、香りの違う香水、効果の違う薬
液、又は、二液性接着剤等、混合させる装置として小型
化でき、応ｍ範囲が広がる効果は多大である。又、流路
を狭めたりすることで、吐出圧が変化出来ることや、圧
電マイクロポンプやバルブに印加する電圧及び周波数を
制御することで、混合比（濃度）や吐出量を安定して高
精度にしかも、逆流宅なく微量な液体を制御出来ろこと
は、あらゆる分野において、利用価値は多大なものがあ
る。又、これらの流路等を、枚の基板上に形成すること
で（特にＳｉウェハー上に、マイクロマシニング技術に
より同時に加工する）−バッチ処理が可能になり量産性
が大巾に上がる。コストを下げることは、製造メーカに
とって多大なメリットとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は、本発明の請求範囲第１項記載の
実施例の平面図と断面図である。 第２図は、圧電マイクロポンプを駆動した場合の駆動波
形の一例のタイミングチャートである。 第３図は、圧電マイクロポンプを駆動した時の板体の流
れを説明した図である。 第４図は、本発明の請求範囲第２項記載の実施例の構造
図である。 第５図（ａ）（ｂ）は、本発明の請求項第３項記載の実
施例と圧電バルブ部の断面図である。 第６図は、圧電バルブ部の動きを説明する図である。 第７図は、本発明の請求項第４項記載の実施例の構造図
である。 第８図は、本発明の請求項第４項記載の別の実施例の構
造図である。 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、圧電素子を利用したマイクロポンプ
   と、流路から構成されるポンプにおいて、少なくとも２
   本以上の流路から構成され、前記２本以上の流路が、１
   本に合流するように構成したことを特徴とする圧電マイ
   クロポンプの流路構成。
2. （２）前記ポンプにおいて、１本の流路を少なくとも２
   本以上の流路に分岐したことを特徴とする圧電マイクロ
   ポンプの流路構成。
3. （３）前記ポンプの流路部分にバルブを設けたことを特
   徴とする圧電マイクロポンプの流路構成。
4. （４）前記請求項（１）、（２）、（３）記載の流路を
   合成したことを特徴とする圧電マイクロポンプの流路構
   成。
5. （５）前記請求項（１）、（２）、（３）、（４）記載
   のそれぞれの流路を、前記圧電マイクロポンプを構成す
   る基板に形成したことを特徴とする圧電マイクロポンプ
   の流路構成。