JPH05340356A - 光駆動型マイクロアクチュエータ - Google Patents
光駆動型マイクロアクチュエータInfo
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- JPH05340356A JPH05340356A JP15204192A JP15204192A JPH05340356A JP H05340356 A JPH05340356 A JP H05340356A JP 15204192 A JP15204192 A JP 15204192A JP 15204192 A JP15204192 A JP 15204192A JP H05340356 A JPH05340356 A JP H05340356A
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- light
- heat
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光駆動型の装置において、装置の雰囲気温度
が変化しても作動せず、光の照射により確実に作動する
光駆動型装置とする。 【構成】 出力用のピストン４と、ピストンの一端側に
設けられた第１室３１ａ，３１ｂと、ピストンの他端側
に設けられた第２室３２ａ，３２ｂと、熱エネルギーを
受け膨張又は縮小する、第１室及び第２室内に充填され
た熱−容積可変換材と、第１室及び第２室内の熱−容積
可変換材に混入され、光エネルギーを受け、熱エネルギ
ーを発散する光−熱変換部材４８と、一端が第１室及び
第２室内の光−熱変換部材に光を照射可能な位置に保持
され、他端が光発生手段に接続された光ファイバー１３
〜１６とを有する光駆動形マイクロアクチュエータ。
が変化しても作動せず、光の照射により確実に作動する
光駆動型装置とする。 【構成】 出力用のピストン４と、ピストンの一端側に
設けられた第１室３１ａ，３１ｂと、ピストンの他端側
に設けられた第２室３２ａ，３２ｂと、熱エネルギーを
受け膨張又は縮小する、第１室及び第２室内に充填され
た熱−容積可変換材と、第１室及び第２室内の熱−容積
可変換材に混入され、光エネルギーを受け、熱エネルギ
ーを発散する光−熱変換部材４８と、一端が第１室及び
第２室内の光−熱変換部材に光を照射可能な位置に保持
され、他端が光発生手段に接続された光ファイバー１３
〜１６とを有する光駆動形マイクロアクチュエータ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを利用し
て駆動する光駆動型マイクロアクチュエータに関し、特
に、微小な量の流体を駆動するマイクロポンプに適用で
き、医療分野における微量なるいは局所的な薬物投与
や、バイオ分野における細胞操作あるいは分析等数々の
分野において利用が可能である。
て駆動する光駆動型マイクロアクチュエータに関し、特
に、微小な量の流体を駆動するマイクロポンプに適用で
き、医療分野における微量なるいは局所的な薬物投与
や、バイオ分野における細胞操作あるいは分析等数々の
分野において利用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】従来、微小な量の流体を吐出するマイク
ロポンプとして、シリコン基板を用いて形成したシリコ
ンのダイヤフラムを圧電素子や熱による空気膨張を利用
して駆動するポンプや、静電気力を利用して駆動される
ポンプがある。
ロポンプとして、シリコン基板を用いて形成したシリコ
ンのダイヤフラムを圧電素子や熱による空気膨張を利用
して駆動するポンプや、静電気力を利用して駆動される
ポンプがある。
【０００３】Sensors and Actuators, A21-A23(1990)の
第１８２頁乃至第１８６頁の“Micropump and Sample-i
njector for Integrated Chemical Analyzing System”
（以下、文献１と呼ぶ）には、半導体技術によりシリコ
ン基板でダイヤフラムを形成し、ダイヤフラム上に圧電
素子を配置させ、圧電素子に電圧をかけることでダイヤ
フラムを作動させ、流体を吐出させるマイクロポンプが
開示されている。
第１８２頁乃至第１８６頁の“Micropump and Sample-i
njector for Integrated Chemical Analyzing System”
（以下、文献１と呼ぶ）には、半導体技術によりシリコ
ン基板でダイヤフラムを形成し、ダイヤフラム上に圧電
素子を配置させ、圧電素子に電圧をかけることでダイヤ
フラムを作動させ、流体を吐出させるマイクロポンプが
開示されている。
【０００４】日系エレクトロニクス，1989.8.21(no.48
0) の１３５頁乃至１３９頁の「実用に至近距離，マイ
クロポンプなど流体制御用デバイス」（以下、文献２と
呼ぶ）には上記圧電素子を利用したマイクロポンプの他
にダイヤフラム上部に空気を密閉した空間を設け、この
空間を加熱する発熱抵抗を備えて、空間内の空気を加熱
して空気を膨張させダイヤフラムを作動させて、流体を
吐出させるマイクロポンプが開示されている。
0) の１３５頁乃至１３９頁の「実用に至近距離，マイ
クロポンプなど流体制御用デバイス」（以下、文献２と
呼ぶ）には上記圧電素子を利用したマイクロポンプの他
にダイヤフラム上部に空気を密閉した空間を設け、この
空間を加熱する発熱抵抗を備えて、空間内の空気を加熱
して空気を膨張させダイヤフラムを作動させて、流体を
吐出させるマイクロポンプが開示されている。
【０００５】IEEE Micro-Elector-Mechanical-Systems
Janu 1991 の第１８２頁乃至１８６頁の“SURFACE-MACH
INED MICROMECHANICAL MEMBRANE PUMP”（以下、文献３
と呼ぶ）には、上下に形成した２枚の電極間に流体通路
を設け、この電極間に電圧を加えることで通路内の流体
を排除または許可して流体を順に送り出すマイクロポン
プが開示されている。
Janu 1991 の第１８２頁乃至１８６頁の“SURFACE-MACH
INED MICROMECHANICAL MEMBRANE PUMP”（以下、文献３
と呼ぶ）には、上下に形成した２枚の電極間に流体通路
を設け、この電極間に電圧を加えることで通路内の流体
を排除または許可して流体を順に送り出すマイクロポン
プが開示されている。
【０００６】上記文献１〜３においては、何れも電力を
使用してマイクロポンプを駆動している。しかし、医療
用、特に人体に内蔵するタイプのマイクロポンプとして
使用するには、電圧を駆動力として使用することは危険
である。医療用電気機器では、一般に漏れ電流を１０μ
Ａに抑えるよう基準化されている。これは僅かな電流で
あっても生体に電気刺激を及ぼし生体に悪影響を与える
おそれがあるからである。したがって、上記文献のよう
に１００Ｖもの高い電圧を使用するマイクロポンプを生
体内部にて使用することには非常に危険が伴う。
使用してマイクロポンプを駆動している。しかし、医療
用、特に人体に内蔵するタイプのマイクロポンプとして
使用するには、電圧を駆動力として使用することは危険
である。医療用電気機器では、一般に漏れ電流を１０μ
Ａに抑えるよう基準化されている。これは僅かな電流で
あっても生体に電気刺激を及ぼし生体に悪影響を与える
おそれがあるからである。したがって、上記文献のよう
に１００Ｖもの高い電圧を使用するマイクロポンプを生
体内部にて使用することには非常に危険が伴う。
【０００７】そこで、電気を用いず光を使用した光駆動
型マイクロバルブが開発されている。このマイクロバル
ブは米国特許第４，９４３，０３２号に開示されている
ように、室の内部に熱を受けて膨張する材料を入れてお
き、室内に光を当てることでダイヤフラムにより形成さ
れたバルブを開閉させるものである。
型マイクロバルブが開発されている。このマイクロバル
ブは米国特許第４，９４３，０３２号に開示されている
ように、室の内部に熱を受けて膨張する材料を入れてお
き、室内に光を当てることでダイヤフラムにより形成さ
れたバルブを開閉させるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術にお
いては、光のオン／オフ時における室内の圧力が温度に
依存するため、装置が置かれる雰囲気温度が一定に保た
れている必要があった。
いては、光のオン／オフ時における室内の圧力が温度に
依存するため、装置が置かれる雰囲気温度が一定に保た
れている必要があった。
【０００９】雰囲気温度が上昇すると、光を照射してい
ないにもかかわらず、室内の圧力が高まりダイヤフラム
が駆動されてしまうおそれがある。
ないにもかかわらず、室内の圧力が高まりダイヤフラム
が駆動されてしまうおそれがある。
【００１０】そこで本発明においては、光駆動型の装置
において、装置の雰囲気温度が変化しても作動せず、光
の照射により確実に作動する光駆動型装置とすることを
課題とする。
において、装置の雰囲気温度が変化しても作動せず、光
の照射により確実に作動する光駆動型装置とすることを
課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明において用いた手段は、ピストンの両端に第
１室および第２室を設け、この両室に熱−容積可変換材
および光−熱変換部材を入れ、両室内の光−熱変換部材
に光を照射可能な光ファイバーを取り付けたことであ
る。
に、本発明において用いた手段は、ピストンの両端に第
１室および第２室を設け、この両室に熱−容積可変換材
および光−熱変換部材を入れ、両室内の光−熱変換部材
に光を照射可能な光ファイバーを取り付けたことであ
る。
【００１２】
【作用】上記手段によれば、第１室側の光ファイバーか
ら光を照射すると、その光エネルギーを受けた第１室内
の光−熱変換部材が熱を発する。この熱を受け、第１室
内の熱−容積可変換材が容積変化を起こし、第１室内の
圧力を高める。ここで第２室に対し第１室の圧力が高ま
るため、ピストンが第２室に向けて駆動される。
ら光を照射すると、その光エネルギーを受けた第１室内
の光−熱変換部材が熱を発する。この熱を受け、第１室
内の熱−容積可変換材が容積変化を起こし、第１室内の
圧力を高める。ここで第２室に対し第１室の圧力が高ま
るため、ピストンが第２室に向けて駆動される。
【００１３】第１室側の光ファイバーからの光照射を停
止すると、外気等により熱−容積可変換材が冷やされ、
ピストンが元の位置に戻る。反対に第２室側の光ファイ
バーから光を照射すると、同様に作用し、ピストンが第
１室側にに向けて駆動される。
止すると、外気等により熱−容積可変換材が冷やされ、
ピストンが元の位置に戻る。反対に第２室側の光ファイ
バーから光を照射すると、同様に作用し、ピストンが第
１室側にに向けて駆動される。
【００１４】第１室および第２室のいずれにも光を照射
しないとき、第１室および第２室の温度はほぼ同じであ
り、温度が変化してもピストンは同じ位置に保たれる。
しないとき、第１室および第２室の温度はほぼ同じであ
り、温度が変化してもピストンは同じ位置に保たれる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１６】図１は本発明を使用した実施例の光駆動型
マイクロポンプの断面図である。図１において、光駆動
型マイクロポンプ１０は、第１層２０，第２層２１，第
３層２２，第４層２３，第５層２４および第６層２５か
らなる本体と、流入ポート１１、流出ポート１２、光フ
ァイバー１３〜１６から構成されている。光ファイバー
１３〜１６の図示しない他端は図示しない光源が接続さ
れている。
マイクロポンプの断面図である。図１において、光駆動
型マイクロポンプ１０は、第１層２０，第２層２１，第
３層２２，第４層２３，第５層２４および第６層２５か
らなる本体と、流入ポート１１、流出ポート１２、光フ
ァイバー１３〜１６から構成されている。光ファイバー
１３〜１６の図示しない他端は図示しない光源が接続さ
れている。
【００１７】図２は本体の形状を示す分解斜視図であ
る。第６層２５には、王の字状の溝が形成されており、
同じく王の字状をした出力ピストン２６が溝に沿って往
復動可能に収納されている。出力ピストン２６は、図６
に示すように、それぞれ対向する歯２６ａと２６ｃ、歯
２６ｂと２６ｄ、および２６ｅと２６ｆを備えている。
る。第６層２５には、王の字状の溝が形成されており、
同じく王の字状をした出力ピストン２６が溝に沿って往
復動可能に収納されている。出力ピストン２６は、図６
に示すように、それぞれ対向する歯２６ａと２６ｃ、歯
２６ｂと２６ｄ、および２６ｅと２６ｆを備えている。
【００１８】歯２６ｅおよび２６ｆは他の歯に比べ幅広
になっている。図２において、出力ピストン２６の歯２
６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅおよび２６ｆに
面してそれぞれ第１室３１ａ，３１ｂ、第２室３２ａ，
３２ｂ、第３室３３および第４室３４が形成される。第
１室３１ａ，３１ｂ、第２室３２ａ，３２ｂにはそれぞ
れ光ファイバー１３，１４，１５，１６の先端が固定さ
れ、それぞれの室を密閉している。第５層２４は第６層
２５の上部に重ねられる。第５層２４には第３室に連通
する通路２５と、第４室に連通する通路３６が形成され
ている。第４層２３は第５層２４の上部に重ねられる。
第４層２３には第５室３７および第６室３８が形成され
ている。第５室３７は通路３５の上部に形成され、第６
室３８は通路３６の上部に形成されている。第３層２２
は第４層２３の上部に重ねられる。
になっている。図２において、出力ピストン２６の歯２
６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅおよび２６ｆに
面してそれぞれ第１室３１ａ，３１ｂ、第２室３２ａ，
３２ｂ、第３室３３および第４室３４が形成される。第
１室３１ａ，３１ｂ、第２室３２ａ，３２ｂにはそれぞ
れ光ファイバー１３，１４，１５，１６の先端が固定さ
れ、それぞれの室を密閉している。第５層２４は第６層
２５の上部に重ねられる。第５層２４には第３室に連通
する通路２５と、第４室に連通する通路３６が形成され
ている。第４層２３は第５層２４の上部に重ねられる。
第４層２３には第５室３７および第６室３８が形成され
ている。第５室３７は通路３５の上部に形成され、第６
室３８は通路３６の上部に形成されている。第３層２２
は第４層２３の上部に重ねられる。
【００１９】第２層２１は第３層２２の上部に重ねられ
る。第２層２１は第３層を介して第４層の第５室３７に
連通し、分岐する通路４１および４３を有する。また、
第２層２１は第３層を介して第４層の第６室３８に連通
し、分岐する通路４２および４４を有する。第１層２０
は第２層２１の上部に重ねられる。第１層２０は第２層
２１の通路４１および４２と連通する通路４５および通
路４６を備える。また、第１層２０は第２層２１の通路
４３および４４と連通する通路４７を備える。
る。第２層２１は第３層を介して第４層の第５室３７に
連通し、分岐する通路４１および４３を有する。また、
第２層２１は第３層を介して第４層の第６室３８に連通
し、分岐する通路４２および４４を有する。第１層２０
は第２層２１の上部に重ねられる。第１層２０は第２層
２１の通路４１および４２と連通する通路４５および通
路４６を備える。また、第１層２０は第２層２１の通路
４３および４４と連通する通路４７を備える。
【００２０】更に、図３の断面図に示すように、第４層
２３の第５室３７と第５層２４の通路３５の間には第１
ダイヤフラム２７が形成されている。また、第４層２３
の第６室３８と第５層２４の通路３６の間には第２ダイ
ヤフラム２８が形成されている。第３層２２には、第２
層２１の通路４１と第４層２３の第５室３７を連通する
通路３９と、第２層２１の通路４２と第４層２３の第６
室３８を連通する通路４０を備える。尚、図３には図示
しないが、同様に、第３層２２には、第２層２１の通路
４３と第４層２３の第５室３７を連通する通路と、第２
層２１の通路４４と第４層２３の第６室３８を連通する
通路を備えている。また、通路４１と通路３９の間に
は、通路４１側からの流体の流れのみを許容する流入側
１方向弁２９ａが形成されている。通路４２と通路４０
の間には、通路４２側からの流体の流れのみを許容する
流入側１方向弁２９ｂが形成されている。また、図２お
よび図５に示すように、通路４３には第５室３７からの
流体の流れのみを許容する流出側１方向弁３０ａが形成
され、通路４４には第６室３８からの流体の流れのみを
許容する流出側１方向弁３０ｂが形成されている。
２３の第５室３７と第５層２４の通路３５の間には第１
ダイヤフラム２７が形成されている。また、第４層２３
の第６室３８と第５層２４の通路３６の間には第２ダイ
ヤフラム２８が形成されている。第３層２２には、第２
層２１の通路４１と第４層２３の第５室３７を連通する
通路３９と、第２層２１の通路４２と第４層２３の第６
室３８を連通する通路４０を備える。尚、図３には図示
しないが、同様に、第３層２２には、第２層２１の通路
４３と第４層２３の第５室３７を連通する通路と、第２
層２１の通路４４と第４層２３の第６室３８を連通する
通路を備えている。また、通路４１と通路３９の間に
は、通路４１側からの流体の流れのみを許容する流入側
１方向弁２９ａが形成されている。通路４２と通路４０
の間には、通路４２側からの流体の流れのみを許容する
流入側１方向弁２９ｂが形成されている。また、図２お
よび図５に示すように、通路４３には第５室３７からの
流体の流れのみを許容する流出側１方向弁３０ａが形成
され、通路４４には第６室３８からの流体の流れのみを
許容する流出側１方向弁３０ｂが形成されている。
【００２１】各室３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの内
部には、図７に示すように、熱を受け膨張する熱−容積
可変換材５０が封入されている。また、各室３１ａ，３
１ｂ，３２ａ，３２ｂの内部には、光を受け熱を発する
光−熱変換部材４８が入れられている。尚、熱−容積可
変換材５０は熱を加えることより容積を増大させるもの
でも、容積を減少させるものでも、何れも使用可能であ
る。この熱−容積可変換材５０には、低沸点ガスのよう
な、熱量を加えることにより体積を増加させる流体がよ
い。例えば、フロン１１，フロン１１３，メタノール，
エタノール等を使用すればよい。尚、熱−容積可変換材
５０はゲル状の物質であっても構わない。熱−容積可変
換材５０には、低沸点ガスを、光−熱変換部材４８には
カーボンファイバーを用いるとよい。カーボンファイバ
ーを丸め、或いは砕いて液状化した低沸点ガスに混ぜ、
カーボンファイバーに光を当てると、カーボンファイバ
ーの光の当たった部分が発熱し、その部分に接していた
液体状の低沸点ガスが気化する。気化した低沸点ガスは
膨張している。気化していない液体状の低沸点ガスは表
面張力によりカーボンファイバーの光の当たっている部
分に入り込み、そこで気化される。このように、カーボ
ンファイバーの光の当たっている部分に常時液体状の低
沸点ガスが供給され、効率よく気化が行われる。
部には、図７に示すように、熱を受け膨張する熱−容積
可変換材５０が封入されている。また、各室３１ａ，３
１ｂ，３２ａ，３２ｂの内部には、光を受け熱を発する
光−熱変換部材４８が入れられている。尚、熱−容積可
変換材５０は熱を加えることより容積を増大させるもの
でも、容積を減少させるものでも、何れも使用可能であ
る。この熱−容積可変換材５０には、低沸点ガスのよう
な、熱量を加えることにより体積を増加させる流体がよ
い。例えば、フロン１１，フロン１１３，メタノール，
エタノール等を使用すればよい。尚、熱−容積可変換材
５０はゲル状の物質であっても構わない。熱−容積可変
換材５０には、低沸点ガスを、光−熱変換部材４８には
カーボンファイバーを用いるとよい。カーボンファイバ
ーを丸め、或いは砕いて液状化した低沸点ガスに混ぜ、
カーボンファイバーに光を当てると、カーボンファイバ
ーの光の当たった部分が発熱し、その部分に接していた
液体状の低沸点ガスが気化する。気化した低沸点ガスは
膨張している。気化していない液体状の低沸点ガスは表
面張力によりカーボンファイバーの光の当たっている部
分に入り込み、そこで気化される。このように、カーボ
ンファイバーの光の当たっている部分に常時液体状の低
沸点ガスが供給され、効率よく気化が行われる。
【００２２】図７において、出力ピストン２６の歯の端
部には、表面張力の高い、例えば水銀のような液体が入
れられており、液体ピストンヘッド４９を形成してい
る。出力ピストン２６の歯の端部はこの液体に対しぬれ
性を高く、また、出力ピストン２６の端部以外の部分は
液体に対しぬれ性を低く形成してある。また、上下の第
５層２４および第６層２５の表面は液体に対してぬれ性
を高く形成してある。これにより、液体は表面張力によ
り、上下の第５層２４および第６層２５と出力ピストン
２６の端部の間にに張り付けられ、出力ピストン２６の
移動につれて移動し、熱−容積可変換材５０が漏れるの
を防止している。尚、表面張力の高い液体の代わりに粘
性の高い流体を入れることも考えられる。
部には、表面張力の高い、例えば水銀のような液体が入
れられており、液体ピストンヘッド４９を形成してい
る。出力ピストン２６の歯の端部はこの液体に対しぬれ
性を高く、また、出力ピストン２６の端部以外の部分は
液体に対しぬれ性を低く形成してある。また、上下の第
５層２４および第６層２５の表面は液体に対してぬれ性
を高く形成してある。これにより、液体は表面張力によ
り、上下の第５層２４および第６層２５と出力ピストン
２６の端部の間にに張り付けられ、出力ピストン２６の
移動につれて移動し、熱−容積可変換材５０が漏れるの
を防止している。尚、表面張力の高い液体の代わりに粘
性の高い流体を入れることも考えられる。
【００２３】次に、図４を参照して出力ピストン２６の
動きを説明する。光ファイバー１３〜１６から光を照射
していないとき、第１室３１ａ，３１ｂと第２室３２
ａ，３２ｂの圧力は略等しく、出力ピストン２６は、図
４（Ａ）に示すように、バランスし安定している。周囲
の温度が上昇しても、第１室３１ａ，３１ｂと第２室３
２ａ，３２ｂの圧力は略等しいので、バランスは崩れな
い。ここで、光ファイバー１３および１４のいずれか一
方又は両方から光を照射すると、第１室３１ａおよび／
又は３１ｂの内部の圧力が高まる。一方、光ファイバー
１５および１６は光を照射しいないので、第２室３２ａ
および３２ｂの内部の圧力は変わらない。
動きを説明する。光ファイバー１３〜１６から光を照射
していないとき、第１室３１ａ，３１ｂと第２室３２
ａ，３２ｂの圧力は略等しく、出力ピストン２６は、図
４（Ａ）に示すように、バランスし安定している。周囲
の温度が上昇しても、第１室３１ａ，３１ｂと第２室３
２ａ，３２ｂの圧力は略等しいので、バランスは崩れな
い。ここで、光ファイバー１３および１４のいずれか一
方又は両方から光を照射すると、第１室３１ａおよび／
又は３１ｂの内部の圧力が高まる。一方、光ファイバー
１５および１６は光を照射しいないので、第２室３２ａ
および３２ｂの内部の圧力は変わらない。
【００２４】このため、圧力バランスが崩れ、図４
（Ｂ）に示すように、出力ピストンが図示左方向に移動
する。このとき、第３室３３の容積が増大し、第４室３
４の容積が減少する。この状態で、光ファイバー１３お
よび／又は１４への光照射を停止すると、第１室３１
ａ，３１ｂの内部が外気により冷やされて、内部の圧力
が減少し、再び出力ピストン２６が図４（Ａ）の位置ま
で復帰する。また、光ファイバー１５および１６のいず
れか一方又は両方から光を照射すると、同様にして、第
２室３２ａおよび／又は３２ｂの内部の圧力が高まる。
このため、圧力バランスが崩れ、図４（Ｃ）に示すよう
に、出力ピストンが図示右方向に移動する。このとき、
第３室３３の容積が減少し、第４室３４の容積が増加す
る。
（Ｂ）に示すように、出力ピストンが図示左方向に移動
する。このとき、第３室３３の容積が増大し、第４室３
４の容積が減少する。この状態で、光ファイバー１３お
よび／又は１４への光照射を停止すると、第１室３１
ａ，３１ｂの内部が外気により冷やされて、内部の圧力
が減少し、再び出力ピストン２６が図４（Ａ）の位置ま
で復帰する。また、光ファイバー１５および１６のいず
れか一方又は両方から光を照射すると、同様にして、第
２室３２ａおよび／又は３２ｂの内部の圧力が高まる。
このため、圧力バランスが崩れ、図４（Ｃ）に示すよう
に、出力ピストンが図示右方向に移動する。このとき、
第３室３３の容積が減少し、第４室３４の容積が増加す
る。
【００２５】上記の光ファイバー１３及び／又は１４へ
の光照射と光ファイバー１５及び／又は１６への光照射
を交互に繰り返すと、出力ピストン２６が往復動する。
図３に示すように、出力ピストン２６が図示左方向に移
動すると、第３室３３の圧力が減少し、第１ダイヤフラ
ム２７が図示下方向に移動して、第５室３７の圧力が減
少し、通路４６から流入側１方向弁２９ａを介して流体
が第５室３７に流れ込む。また、出力ピストン２６が図
示右方向に移動すると、第３室３４の圧力が減少し、第
２ダイヤフラム２８が図示下方向に移動して、第６室３
８の圧力が減少し、通路４６から流入側１方向弁２９ｂ
を介して流体が第６室３８に流れ込む。
の光照射と光ファイバー１５及び／又は１６への光照射
を交互に繰り返すと、出力ピストン２６が往復動する。
図３に示すように、出力ピストン２６が図示左方向に移
動すると、第３室３３の圧力が減少し、第１ダイヤフラ
ム２７が図示下方向に移動して、第５室３７の圧力が減
少し、通路４６から流入側１方向弁２９ａを介して流体
が第５室３７に流れ込む。また、出力ピストン２６が図
示右方向に移動すると、第３室３４の圧力が減少し、第
２ダイヤフラム２８が図示下方向に移動して、第６室３
８の圧力が減少し、通路４６から流入側１方向弁２９ｂ
を介して流体が第６室３８に流れ込む。
【００２６】したがって、出力ピストン２６を往復動さ
せることで、流入ポート１１から流体を吸い込むことが
できる。また、出力ピストン２６が往復動すると、ダイ
ヤフラム２７，２８が上下動する。第１ダイヤフラム２
７が下方向に移動すると、図５（Ａ）に示すように、流
入ポート１１から第５室３７への流体の吸い込みが行わ
れる。また、第１ダイヤフラム２７が上方向に移動する
と、図５（Ｂ）に示すように、第５室３７から流出ポー
ト１２への流体の吐きだしが行われる。第２ダイヤフラ
ム２８についても同様であり、第６室３８を介して流入
ポート１１からの吸い込み及び流出ポート１２への吐き
だしが行われる。したがって、出力ピストン２６の往復
動を繰り返すことで、流入ポート１１から流出ポート１
２へ流体を吐出させることができ、ポンプを形成でき
る。
せることで、流入ポート１１から流体を吸い込むことが
できる。また、出力ピストン２６が往復動すると、ダイ
ヤフラム２７，２８が上下動する。第１ダイヤフラム２
７が下方向に移動すると、図５（Ａ）に示すように、流
入ポート１１から第５室３７への流体の吸い込みが行わ
れる。また、第１ダイヤフラム２７が上方向に移動する
と、図５（Ｂ）に示すように、第５室３７から流出ポー
ト１２への流体の吐きだしが行われる。第２ダイヤフラ
ム２８についても同様であり、第６室３８を介して流入
ポート１１からの吸い込み及び流出ポート１２への吐き
だしが行われる。したがって、出力ピストン２６の往復
動を繰り返すことで、流入ポート１１から流出ポート１
２へ流体を吐出させることができ、ポンプを形成でき
る。
【００２７】第１層から第６層までの各層は、半導体の
マイクロエレクトロニクス技術を用いて製造することが
できる。図８〜１２は、それぞれ第１層２０，第３層２
４，第２層２２，第４層２３及び第６層２５の製造工程
を示す。それぞれシリコン基板に対して酸化，エッチン
グ等を行い、室や通路の形成を行っている。尚、ダイヤ
フラム２７，２８は第４層２３に形成される。ダイヤフ
ラム２７，２８はシリコン酸化膜シリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）にスパッタリングによりＮｉＣｒＳｉ等の金属膜
１４を重ねて形成している。
マイクロエレクトロニクス技術を用いて製造することが
できる。図８〜１２は、それぞれ第１層２０，第３層２
４，第２層２２，第４層２３及び第６層２５の製造工程
を示す。それぞれシリコン基板に対して酸化，エッチン
グ等を行い、室や通路の形成を行っている。尚、ダイヤ
フラム２７，２８は第４層２３に形成される。ダイヤフ
ラム２７，２８はシリコン酸化膜シリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）にスパッタリングによりＮｉＣｒＳｉ等の金属膜
１４を重ねて形成している。
【００２８】上記実施例においては、光ファイバー１３
および１４から光を投入する際、光源の故障、制御装置
の故障、光ファイバー自身の故障等で、いずれか一方の
光ファイバーから光が照射されない場合においても、効
率は落ちるが、ポンプとして機能する。ポンプとして高
パワーを得るには、光ファイバーを更に複数本並列に使
用するとよい。
および１４から光を投入する際、光源の故障、制御装置
の故障、光ファイバー自身の故障等で、いずれか一方の
光ファイバーから光が照射されない場合においても、効
率は落ちるが、ポンプとして機能する。ポンプとして高
パワーを得るには、光ファイバーを更に複数本並列に使
用するとよい。
【００２９】尚、上記実施例における流体ピストンヘッ
ドは直径が数１００μｍ以下でしか作用しないため、装
置を大型かする場合には、カーボングラファイトのピス
トンヘッド等の普通のピストンヘッドを用いればよい。
ドは直径が数１００μｍ以下でしか作用しないため、装
置を大型かする場合には、カーボングラファイトのピス
トンヘッド等の普通のピストンヘッドを用いればよい。
【００３０】上記実施例は、光駆動型のマイクロポンプ
であるが、出力ピストン２６の動きを取り出して物理的
なアクチュエータとして作用させることもできる。
であるが、出力ピストン２６の動きを取り出して物理的
なアクチュエータとして作用させることもできる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光駆動型
装置は、装置の雰囲気温度が変化しても誤作動せず、光
の照射により確実に作動する。
装置は、装置の雰囲気温度が変化しても誤作動せず、光
の照射により確実に作動する。
【図１】本発明を使用した実施例の光駆動型マイクロポ
ンプの斜視図
ンプの斜視図
【図２】図１の実施例の分解斜視図
【図３】図１の実施例の断面図
【図４】図１の実施例のピストンの動きを示す断面図
【図５】図１の実施例のダイヤフラム及び１方向弁の動
きを示す断面図
きを示す断面図
【図６】図１の実施例の出力ピストンの斜視図
【図７】図１の実施例の流体ピストンヘッド部分の断面
図
図
【図８】図１の第１層の製造方法を示す製造工程図
【図９】図１の第５層の製造方法を示す製造工程図
【図１０】図１の第２層の製造方法を示す製造工程図
【図１１】図１の第４層の製造方法を示す製造工程図
【図１２】図１の第６層の製造方法を示す製造工程図
１０ 光駆動型マイクロポンプ １１ 流入ポート １２ 流出ポート １３〜１６ 光ファイバー ２０ 第１層 ２１ 第２層 ２２ 第３層 ２３ 第４層 ２４ 第５層 ２５ 第６層 ２５ 通路 ２６ 出力ピストン ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ 歯 ２７，２８ ダイヤフラム ２９ａ，２９ｂ 流入側１方向弁 ３０ａ，３０ｂ 流出側１方向弁 ３１ａ，３１ｂ 第１室 ３２ａ，３２ｂ 第２室 ３３ 第３室 ３４ 第４室 ３５，３６，３９〜４７ 通路 ３７ 第５室 ３８ 第６室 ４８ 光−熱変換部材 ４９ 液体ピストンヘッド ５０ 熱−容積可変換材
Claims (4)
- 【請求項１】 出力用のピストン、 該ピストンの一端側に設けられた第１室、 該ピストンの他端側に設けられた第２室、 熱エネルギーを受け膨張又は縮小する、前記第１室及び
第２室内に充填された熱−容積可変換材、 前記第１室及び第２室内の熱−容積可変換材に混入さ
れ、光エネルギーを受け、熱エネルギーを発散する光−
熱変換部材、 一端が前記第１室及び第２室内の光−熱変換部材に光を
照射可能な位置に保持され、他端が光発生手段に接続さ
れた光ファイバー、を有する光駆動形マイクロアクチュ
エータ。 - 【請求項２】 両側に複数の歯を有する櫛状の出力用ピ
ストン、 該櫛状のピストンの少なくとも１つの歯の先端に対向し
て設けられた第１室、 前記第１室に面する歯の反対側に設けられた少なくとも
１つの歯の先端に対向して設けられた第２室、 熱エネルギーを受け膨張又は縮小する、前記第１室及び
第２室内に充填された熱−容積可変換材、 前記第１室及び第２室内の熱−容積可変換材に混入さ
れ、光エネルギーを受け、熱エネルギーを発散する光−
熱変換部材、 一端が前記第１室及び第２室内の光−熱変換部材に光を
照射可能な位置に保持され、他端が光発生手段に接続さ
れた光ファイバー、を有する光駆動形マイクロアクチュ
エータ。 - 【請求項３】 両側に複数の歯を有する櫛状のピスト
ン、 該櫛状のピストンの少なくとも１つの歯の先端に対向し
て設けられた第１室、 前記第１室に面する歯の反対側に設けられた少なくとも
１つの歯の先端に対向して設けられた第２室、 前記第１室に面する歯の側に設けられた歯であり、前記
第１室に面しない残りの歯の先端に対向して設けられた
第３室、 前記第２室に面する歯の側に設けられた歯であり、前記
第２室に面しない残りの歯の先端に対向して設けられた
第４室、 熱エネルギーを受け膨張又は縮小する、前記第１室及び
第２室内に充填された熱−容積可変換材、 前記第１室及び第２室内の熱−容積可変換材に混入さ
れ、光エネルギーを受け、熱エネルギーを発散する光−
熱変換部材、 一端が前記第１室及び第２室内の光−熱変換部材に光を
照射可能な位置に保持され、他端が光発生手段に接続さ
れた光ファイバー、を備えた、第３室及び／又は第４室
の圧力を調整する光駆動形圧力調整装置。 - 【請求項４】 前記請求項３記載の圧力調整装置を備
え、 前記第３室に対して第１ダイヤフラムにより区画された
第５室、 前記第４室に対して第２ダイヤフラムにより区画された
第６室、 流入ポートから第５室に流体を流し込む第１の流入側１
方向弁、 第５室から流出ポートへ流体を流しだす第１の流出側１
方向弁、 流入ポートから第６室に流体を流し込む第２の流入側１
方向弁、 第６室から流出ポートへ流体を流しだす第２の流出側１
方向弁、を備える光駆動形マイクロポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15204192A JPH05340356A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 光駆動型マイクロアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15204192A JPH05340356A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 光駆動型マイクロアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340356A true JPH05340356A (ja) | 1993-12-21 |
Family
ID=15531773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15204192A Pending JPH05340356A (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 光駆動型マイクロアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05340356A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027508A1 (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | The Regents Of The University Of California | Low power integrated pumping and valving arrays for microfluidic systems |
| JP2010048177A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Ricoh Co Ltd | マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びマイクロバルブの製造方法 |
| CN107795443A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-03-13 | 南京理工大学 | 光推进仿生肌肉动力系统及其做功方法 |
| CN109958487A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-02 | 华北电力大学 | 一种基于光热效应的蒸汽驱动液柱活塞式运动执行器 |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP15204192A patent/JPH05340356A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027508A1 (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | The Regents Of The University Of California | Low power integrated pumping and valving arrays for microfluidic systems |
| JP2010048177A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Ricoh Co Ltd | マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びマイクロバルブの製造方法 |
| CN107795443A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-03-13 | 南京理工大学 | 光推进仿生肌肉动力系统及其做功方法 |
| CN109958487A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-02 | 华北电力大学 | 一种基于光热效应的蒸汽驱动液柱活塞式运动执行器 |
| CN109958487B (zh) * | 2019-03-13 | 2024-05-28 | 华北电力大学 | 一种基于光热效应的蒸汽驱动液柱活塞式运动执行器 |
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