JPH06173856A - マイクロポンプ - Google Patents
マイクロポンプInfo
- Publication number
- JPH06173856A JPH06173856A JP4330716A JP33071692A JPH06173856A JP H06173856 A JPH06173856 A JP H06173856A JP 4330716 A JP4330716 A JP 4330716A JP 33071692 A JP33071692 A JP 33071692A JP H06173856 A JPH06173856 A JP H06173856A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- micropump
- pump
- pump case
- output
- input
- 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.)
- Pending
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- Reciprocating Pumps (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板をガラス基板でサンドイッチし
た構造を有するマイクロポンプにおいて、該ポンプ構造
体とそれを組み込むポンプケースの位置合わせを容易に
し、安定した吐出を確保する。 【構成】 マイクロポンプ構造体とポンプケースのお互
いに正対する位置に凸状部分と凹状部分を設け、この部
分を勘合させて該ポンプ構造体をポンプケースに組み込
む。 【効果】 マイクロポンプ構造体とポンプケースの位置
合わせが容易に、精度良くおこなえ、入力、出力用孔の
位置ずれ、Ｏリングよりの液漏れ等の問題を解決出来
た。
た構造を有するマイクロポンプにおいて、該ポンプ構造
体とそれを組み込むポンプケースの位置合わせを容易に
し、安定した吐出を確保する。 【構成】 マイクロポンプ構造体とポンプケースのお互
いに正対する位置に凸状部分と凹状部分を設け、この部
分を勘合させて該ポンプ構造体をポンプケースに組み込
む。 【効果】 マイクロポンプ構造体とポンプケースの位置
合わせが容易に、精度良くおこなえ、入力、出力用孔の
位置ずれ、Ｏリングよりの液漏れ等の問題を解決出来
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロポンプの製造
方法に関し、特にマイクロマシニング技術を応用した精
密流体制御用デバイスとして、医療、分析等の分野で実
用が期待されているマイクロポンプに関するものであ
る。
方法に関し、特にマイクロマシニング技術を応用した精
密流体制御用デバイスとして、医療、分析等の分野で実
用が期待されているマイクロポンプに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】上記の様なマイクロマシニング技術は、
高度な新技術分野を開拓するものとして現在、進展中の
ものである。
高度な新技術分野を開拓するものとして現在、進展中の
ものである。
【０００３】マイクロマシニング技術の応用として、多
くの分野への適用が考えられるが、具体的に実用化を目
指して研究が進んでいる分野としてマイクロポンプやマ
イクロバルブ等の流体制御デバイスがある。
くの分野への適用が考えられるが、具体的に実用化を目
指して研究が進んでいる分野としてマイクロポンプやマ
イクロバルブ等の流体制御デバイスがある。
【０００４】マイクロマシニング技術によるマイクロポ
ンプについては、日経エレクトロニクスＮｏ．４８０
（１９８９年８月２１日発行）の第１３５頁〜第１３８
頁に、その構成を含めた解説が記載されており、駆動方
法として圧電方式、熱膨張方式等の方式があるが、基本
的な構造は、ほぼ同じで図２に示す様に両面研磨したシ
リコン基板を異方性エッチングにより複数のダイアフラ
ム部、流路部、バルブ部を形成し三次元構造に加工した
後、このシリコン基板１４を上側のガラス基板１６、入
力用、及び出力用の貫通穴を有する下側のガラス基板１
７でサンドイッチし、陽極接合法で接合一体化し、最後
にダイシング等で個々に切断する事により、流路とバル
ブを形成したマイクロポンプ構造体とする。
ンプについては、日経エレクトロニクスＮｏ．４８０
（１９８９年８月２１日発行）の第１３５頁〜第１３８
頁に、その構成を含めた解説が記載されており、駆動方
法として圧電方式、熱膨張方式等の方式があるが、基本
的な構造は、ほぼ同じで図２に示す様に両面研磨したシ
リコン基板を異方性エッチングにより複数のダイアフラ
ム部、流路部、バルブ部を形成し三次元構造に加工した
後、このシリコン基板１４を上側のガラス基板１６、入
力用、及び出力用の貫通穴を有する下側のガラス基板１
７でサンドイッチし、陽極接合法で接合一体化し、最後
にダイシング等で個々に切断する事により、流路とバル
ブを形成したマイクロポンプ構造体とする。
【０００５】このマイクロポンプ構造体の入力、出力用
の貫通穴１８に直接パイプを取り付けて完成とする場合
もあるが、通常は組立、再生のしやすさから、樹脂製の
ポンプケース２０、２１中にＯリング２３を介して組み
込んでマイクロポンプ完成体としている。
の貫通穴１８に直接パイプを取り付けて完成とする場合
もあるが、通常は組立、再生のしやすさから、樹脂製の
ポンプケース２０、２１中にＯリング２３を介して組み
込んでマイクロポンプ完成体としている。
【０００６】この様な構造のマイクロポンプは、医療
用、分析用等、液体の定量吐出に使用が可能であるが、
吐出量が１分間に数マイクロリットルから数十マイクロ
リットルと微量であり、吐出の安定性、Ｏリング部等に
おける気密性を確保するために、正確に位置決めして組
み込む事が重要である。
用、分析用等、液体の定量吐出に使用が可能であるが、
吐出量が１分間に数マイクロリットルから数十マイクロ
リットルと微量であり、吐出の安定性、Ｏリング部等に
おける気密性を確保するために、正確に位置決めして組
み込む事が重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、ポンプケースにマイクロポンプ構造体を組み込
む場合に、ポンプ構造体の外周部分とケースの内面部分
で位置合わせをするために、ポンプ構造体、ケースの寸
法ばらつきによって、ポンプ構造体とケースの入力、出
力用孔の位置ずれが発生し、吐出量が変化する、またＯ
リング部よりの液の漏れ等、ポンプ特性として問題が生
じる場合があった。
術では、ポンプケースにマイクロポンプ構造体を組み込
む場合に、ポンプ構造体の外周部分とケースの内面部分
で位置合わせをするために、ポンプ構造体、ケースの寸
法ばらつきによって、ポンプ構造体とケースの入力、出
力用孔の位置ずれが発生し、吐出量が変化する、またＯ
リング部よりの液の漏れ等、ポンプ特性として問題が生
じる場合があった。
【０００８】特に、ポンプ構造体は陽極接合時、あるい
はダイシング時にその外周部と入力、出力用孔との位置
関係にズレが生じ、加工精度を上げたとしても、ある割
合で上記した様な不良が発生し、組立性も劣るものであ
った。
はダイシング時にその外周部と入力、出力用孔との位置
関係にズレが生じ、加工精度を上げたとしても、ある割
合で上記した様な不良が発生し、組立性も劣るものであ
った。
【０００９】本発明は、この様な課題を解決するもの
で、マイクロポンプ構造体とケースの入力、出力用孔の
位置合わせを正確に、また容易に行う事を目的としてい
る。
で、マイクロポンプ構造体とケースの入力、出力用孔の
位置合わせを正確に、また容易に行う事を目的としてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のマイクロポンプは、マイクロポンプ構造
体と該構造体を組み込むポンプケースにお互いに勘合す
る部分を設け、その形状が、マイクロポンプ構造体側が
凹形状、ポンプケース側が凸形状である事を特徴とす
る。
めに、本発明のマイクロポンプは、マイクロポンプ構造
体と該構造体を組み込むポンプケースにお互いに勘合す
る部分を設け、その形状が、マイクロポンプ構造体側が
凹形状、ポンプケース側が凸形状である事を特徴とす
る。
【００１１】
【作用】本発明によれば、マイクロポンプ構造体とポン
プケースにお互いに勘合する部分を設ける事により、マ
イクロポンプ構造体をポンプケースに組み込む時に、そ
の凹形状部分に凸形状となっている部分をインサートす
る事により、マイクロポンプ構造体とポンプケースの位
置合わせを容易に安定して行う事が出来、従ってそれぞ
れの入力、出力用孔の位置関係のずれがほとんど無いた
め、Ｏリング部よりの液のリークが発生せず、長期的に
も安定した吐出特性を確保する事が可能になった。
プケースにお互いに勘合する部分を設ける事により、マ
イクロポンプ構造体をポンプケースに組み込む時に、そ
の凹形状部分に凸形状となっている部分をインサートす
る事により、マイクロポンプ構造体とポンプケースの位
置合わせを容易に安定して行う事が出来、従ってそれぞ
れの入力、出力用孔の位置関係のずれがほとんど無いた
め、Ｏリング部よりの液のリークが発生せず、長期的に
も安定した吐出特性を確保する事が可能になった。
【００１２】また、この様な構造とする事により、組立
での位置合わせのための作業が容易となり、生産性も大
きく改善が出来る。
での位置合わせのための作業が容易となり、生産性も大
きく改善が出来る。
【００１３】
（実施例１）図１は、本発明おける実施例１に基づくマ
イクロポンプを説明するための概略断面図であり、本発
明によるマイクロポンプは、シリコンマイクロマシニン
グ技術によって製造される。
イクロポンプを説明するための概略断面図であり、本発
明によるマイクロポンプは、シリコンマイクロマシニン
グ技術によって製造される。
【００１４】図１（ａ）に示す様に、まず両面研磨した
結晶方位＜１００＞のシリコン基板表面の熱酸化膜（二
酸化シリコン）をパターニング、マスクとして、摂氏７
０度に加温した３０重量％水酸化カリウム溶液で両面か
らエッチングする事により、ダイアフラム部、流路部、
バルブ部等を有するマイクロポンプ構造体１を形成す
る。このマイクロポンプ構造体は、４インチシリコン基
板上に複数個形成されている。
結晶方位＜１００＞のシリコン基板表面の熱酸化膜（二
酸化シリコン）をパターニング、マスクとして、摂氏７
０度に加温した３０重量％水酸化カリウム溶液で両面か
らエッチングする事により、ダイアフラム部、流路部、
バルブ部等を有するマイクロポンプ構造体１を形成す
る。このマイクロポンプ構造体は、４インチシリコン基
板上に複数個形成されている。
【００１５】このシリコン構造体１のバルブ上面部は、
一旦マスクとして用いたシリコン基板上の熱酸化膜を７
重量％フッ酸溶液により除去した後、再度、全面熱酸
化、フォトリソを行うことにより予圧となる熱酸化膜２
を１．１ミクロンメーター形成する。
一旦マスクとして用いたシリコン基板上の熱酸化膜を７
重量％フッ酸溶液により除去した後、再度、全面熱酸
化、フォトリソを行うことにより予圧となる熱酸化膜２
を１．１ミクロンメーター形成する。
【００１６】次に、このシリコン構造体基板１の上下
に、ホウケイ酸系ガラス基板３、４を重ね、陽極接合法
（摂氏３２０度、７００Ｖ）によりサンドイッチ状に接
合してマイクロポンプ構造体となるが、下側のホウケイ
酸系ガラス基板４には入力用、及び出力用貫通穴５を、
その周辺部に凹状部分６を複数カ所、超音波加工により
形成しておく。
に、ホウケイ酸系ガラス基板３、４を重ね、陽極接合法
（摂氏３２０度、７００Ｖ）によりサンドイッチ状に接
合してマイクロポンプ構造体となるが、下側のホウケイ
酸系ガラス基板４には入力用、及び出力用貫通穴５を、
その周辺部に凹状部分６を複数カ所、超音波加工により
形成しておく。
【００１７】接合後、ダイシング等により個々のマイク
ロポンプに分離し、最後に中央ダイアフラム部に駆動用
ピエゾ素子７を貼付けて構造体として完成させた。
ロポンプに分離し、最後に中央ダイアフラム部に駆動用
ピエゾ素子７を貼付けて構造体として完成させた。
【００１８】このマイクロポンプ構造体を、図１（ｂ）
に示す様に入力用、出力用の貫通孔１０を有するポリカ
ーボネイト製のポンプケース８、９にセットしスクリュ
ー１３で固定して、最終のマイクロポンプとして製品に
する事が出来るが、ポンプケース９には、ホウケイ酸ガ
ラス基板４の凹状部分６に対応する様に凸状部分１１を
設けておき、マイクロポンプ構造体をポンプケースに組
み込む時に、この部分を一致させ勘合出来る様にする。
に示す様に入力用、出力用の貫通孔１０を有するポリカ
ーボネイト製のポンプケース８、９にセットしスクリュ
ー１３で固定して、最終のマイクロポンプとして製品に
する事が出来るが、ポンプケース９には、ホウケイ酸ガ
ラス基板４の凹状部分６に対応する様に凸状部分１１を
設けておき、マイクロポンプ構造体をポンプケースに組
み込む時に、この部分を一致させ勘合出来る様にする。
【００１９】このマイクロポンプに薬液をプライミング
すると、薬液の流入、気泡の排出も問題なく行われ、Ｏ
リング部１２等よりの液のリーク、コンタミの流入もな
く長期的にも安定した吐出が可能であった。
すると、薬液の流入、気泡の排出も問題なく行われ、Ｏ
リング部１２等よりの液のリーク、コンタミの流入もな
く長期的にも安定した吐出が可能であった。
【００２０】（実施例２）実施例１と同様に図１を用い
て説明する。マイクロポンプの製造工程は、両面研磨し
た結晶方位＜１００＞の４インチシリコン基板を用い、
熱酸化膜のパターニング、マスクとして水酸化カリウム
溶液での異方性エッチングにより、マイクロポンプ構造
体１を複数個形成する。
て説明する。マイクロポンプの製造工程は、両面研磨し
た結晶方位＜１００＞の４インチシリコン基板を用い、
熱酸化膜のパターニング、マスクとして水酸化カリウム
溶液での異方性エッチングにより、マイクロポンプ構造
体１を複数個形成する。
【００２１】さらに、このシリコン構造体１のバルブ上
面部に、実施例１と同様のプロセスで予圧となる熱酸化
膜２が１．０ミクロンメーター形成される。
面部に、実施例１と同様のプロセスで予圧となる熱酸化
膜２が１．０ミクロンメーター形成される。
【００２２】次に、ホウケイ酸系ガラス基板３、４を陽
極接合法（摂氏３５０度、６００Ｖ）によりサンドイッ
チ状に接合してマイクロポンプ構造体となるが、ホウケ
イ酸系ガラス基板４には入力用、及び出力用貫通穴５を
炭酸ガスレーザー加工により形成、その周辺部に凹状部
分６をサークル状にフォトリソエッチングにより形成し
ておく。
極接合法（摂氏３５０度、６００Ｖ）によりサンドイッ
チ状に接合してマイクロポンプ構造体となるが、ホウケ
イ酸系ガラス基板４には入力用、及び出力用貫通穴５を
炭酸ガスレーザー加工により形成、その周辺部に凹状部
分６をサークル状にフォトリソエッチングにより形成し
ておく。
【００２３】接合後、ダイシング等により個々のマイク
ロポンプに分離し、最後に中央ダイアフラム部に駆動用
ピエゾ素子７を貼付けて構造体として完成させた。
ロポンプに分離し、最後に中央ダイアフラム部に駆動用
ピエゾ素子７を貼付けて構造体として完成させた。
【００２４】このマイクロポンプ構造体を、実施例１と
同様に入力用、出力用の貫通孔１０を有するポリカーボ
ネイト製のポンプケース８、９にセットしスクリュー１
３で固定して、最終のマイクロポンプとして製品にする
事が出来るが、ポンプケース９には、ホウケイ酸ガラス
基板４の凹状部分６に対応する様にサークル状の凸部１
１を成形しておき、マイクロポンプ構造体をポンプケー
スに組み込む時に、この部分を一致させ勘合出来る様に
する。
同様に入力用、出力用の貫通孔１０を有するポリカーボ
ネイト製のポンプケース８、９にセットしスクリュー１
３で固定して、最終のマイクロポンプとして製品にする
事が出来るが、ポンプケース９には、ホウケイ酸ガラス
基板４の凹状部分６に対応する様にサークル状の凸部１
１を成形しておき、マイクロポンプ構造体をポンプケー
スに組み込む時に、この部分を一致させ勘合出来る様に
する。
【００２５】このマイクロポンプに薬液をプライミング
し駆動吐出すると、安定した薬液の吐出が出来、液のリ
ーク、コンタミの流入もなく長期的に良好な吐出が可能
になった。
し駆動吐出すると、安定した薬液の吐出が出来、液のリ
ーク、コンタミの流入もなく長期的に良好な吐出が可能
になった。
【００２６】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明によればマイク
ロポンプ構造体をポンプケースにお互いに勘合する部分
を設け、構造体をケースに組み込む時に、その凹形状部
分に凸形状となっている部分をインサートする事によ
り、両部品の位置合わせを容易に安定して行う事が出来
るため、マイクロポンプ構造体とケースの入力用、出力
用孔の位置関係のずれが抑えられ、Ｏリング部よりの薬
液の漏れ、気泡の残留等が無くなり、初期的、また長期
的にも安定した吐出が可能になった。
ロポンプ構造体をポンプケースにお互いに勘合する部分
を設け、構造体をケースに組み込む時に、その凹形状部
分に凸形状となっている部分をインサートする事によ
り、両部品の位置合わせを容易に安定して行う事が出来
るため、マイクロポンプ構造体とケースの入力用、出力
用孔の位置関係のずれが抑えられ、Ｏリング部よりの薬
液の漏れ、気泡の残留等が無くなり、初期的、また長期
的にも安定した吐出が可能になった。
【００２７】また、勘合のガイドとなる部分により組立
での位置合わせが容易に行えるため生産性、歩留まりも
大幅に改善する事が出来た。
での位置合わせが容易に行えるため生産性、歩留まりも
大幅に改善する事が出来た。
【図１】本発明の実施例１及び実施例２によるマイクロ
ポンプの構造を示す断面図。
ポンプの構造を示す断面図。
【図２】従来技術によるマイクロポンプの構造を示す断
面図。
面図。
１ シリコン基板 ２ 熱酸化膜 ３ 上側ガラス基板 ４ 下側ガラス基板 ５ 入力、出力用貫通穴 ６ 貫通穴周辺部の凹形状部 ７ ピエゾ素子 ８、９ ポンプケース １０ ポンプケース入力、出力用貫通孔 １１ ポンプケース凸状部 １２ Ｏリング １３ 固定用スクリュー
Claims (4)
- 【請求項１】 ダイアフラム、流路及びバルブ部を形成
したシリコン基板をガラス基板でサンドイッチする事に
より構成されたマイクロポンプ構造体を、ポンプケース
に組み込んだマイクロポンプにおいて、マイクロポンプ
構造体とポンプケースに、お互いに勘合する部分を設け
た事を特徴とするマイクロポンプ。 - 【請求項２】 マイクロポンプ構造体とポンプケースの
お互いに勘合する部分が、マイクロポンプ構造体側が凹
形状、ポンプケース側が凸形状である事を特徴とする請
求項１記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３】 ポンプケースの材料が熱可塑性樹脂であ
り、凸形状部をポンプケースの射出成形時に同時に形成
した事を特徴とする請求項２記載のマイクロポンプ。 - 【請求項４】 マイクロポンプ構造体の凹形状部が、マ
イクロポンプ構造体のガラス面に形成され、その形成方
法がエッチング加工、超音波加工、切削加工、あるいは
レーザー加工である事を特徴とする請求項２記載のマイ
クロポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330716A JPH06173856A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | マイクロポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330716A JPH06173856A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | マイクロポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173856A true JPH06173856A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18235772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4330716A Pending JPH06173856A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | マイクロポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06173856A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499909A (en) * | 1993-11-17 | 1996-03-19 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Of Kariya | Pneumatically driven micro-pump |
-
1992
- 1992-12-10 JP JP4330716A patent/JPH06173856A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499909A (en) * | 1993-11-17 | 1996-03-19 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Of Kariya | Pneumatically driven micro-pump |
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