JPH06264870A

JPH06264870A - マイクロポンプ

Info

Publication number: JPH06264870A
Application number: JP5282293A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sekimura; 雅之関村; Mamoru Izumi; 守泉; Noriko Kudo; 紀子工藤; Tadashi Sakai; 忠司酒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない加工装置で製造することができ、かつ
駆動源として圧電素子を用いることなくポンプ動作させ
ることができ、装置構成の小型化をはかり得るマイクロ
ポンプを提供すること。【構成】液体の微少流量制御を行うマイクロポンプに
おいて、シリコン基板１上にポリイミド樹脂２を主構造
材料として、流路３，空隙部，及び該空隙部を挟む流路
壁を構成し、さらに静電力発生用電極４を形成し、静電
力により流路壁を変位して、空隙部を狭めたり広げたり
することによって流体の移送を行うことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体の微少流量制御を
行うマイクロポンプの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のマイクロポンプは、図２
５に示すように構成されている（Sensors and Actuator
s,vol.15.pp.153-157,1988）。ポンプ部の空隙部２２
２、２個のバルブ部２２３（２２３₁，２２３₂）、液
体の流路２２４等の形状加工が施されたシリコン基板２
２５を、ガラス基板２１０₁と、流入・流出口２０７
（２０７₃，２０７₄）が形成されたガラス基板２１０
₂とで挟んだ構造となっている。ポンプ部の空隙部２２
２の上部には圧電素子２１１が駆動手段として貼り付け
られており、この部分が屈曲運動をすることによりポン
プとして機能する。なお、ガラス基板２１０の流入・流
出口２０７の部分には、吸入・吐出用パイプ２１２（２
１２₃，２１２₄）が樹脂２１３で固定されている。

【０００３】しかしながら、この種のマイクロポンプに
あっては次のような問題があった。即ち、空隙部２２
２，流路２２４及び流入・流出口２０７等の形成のため
にシリコンを形状加工しているため、半導体の加工装置
の他に、シリコンとガラスの貼り合わせ専用装置と数多
くの装置を必要とする。このため、簡単に加工できない
という問題があった。また、小型化しようとする場合に
は、駆動源が圧電素子２１１であるため小型化は難しい
という問題もあった。

【０００４】また、流路２２４は非常に発水性であるた
め、流すべき流体を流路２２４内に導入するのが難し
く、また気泡が入りやすいという問題があった。また、
ガラス基板２１０の流入・流出口２０７の部分に吸入・
吐出用パイプ２１２を固定するが、流入・吐出口２０７
が小さいのでその位置合わせは容易ではない。しかも、
固定したパイプ２１２は横方向の外力には弱く、不用意
な取扱いで力が加わるとパイプは簡単に外れてしまうと
いう問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のマ
イクロポンプにおいては、製造するのに数多くの加工装
置を必要とし、また駆動源に圧電素子を用いているので
小型化が難かしいという問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、少ない加工装置で製造
することができ、かつ駆動源として圧電素子を用いるこ
となくポンプ動作させることができ、装置構成の小型化
をはかり得るマイクロポンプを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ポンプ
材料としてポリイミド樹脂を用い、かつ駆動源として静
電力を利用することにある。

【０００８】即ち本発明は、液体の微少流量制御を行う
マイクロポンプにおいて、基板上にポリイミド樹脂を主
構造材料として、流路，空隙部，及び該空隙部を挟む流
路壁を構成し、静電力により流路壁を変位して、空隙部
を狭めたり広げたりすることによって流体の移送を行う
ものである。ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 流路壁面又は流路壁面の近傍に静電力発生用電極が
形成されており、静電力発生用電極への電圧の印加によ
り発生する静電力で流路壁面が変位すること。 (2) 流路壁には複数個の静電力発生用電極が形成されて
おり、該電極を順次変位させることで流体の移送を行う
こと。 (3) 流路，空隙部，及び該空隙部を挟む流路壁を構成
し、静電力により流路壁を変位して空隙部を狭めたり広
げたりするポンプ部を複数個接続したこと。 (4) 液体の流路となるシリコンの壁面は多孔質化され、
親水処理が施されていること。 (5) 流入口，流出口は側面に形成され、流入，吐出用の
パイプが落とし込み又は差し込み構造で位置が決められ
て固定されていること。

【０００９】

【作用】本発明によれば、構造材料がポリイミド樹脂で
あるので、従来のように多くの加工装置を必要とするこ
となく、容易に加工することができる。また、駆動源と
して圧電素子を使わないので、全体構成の小型化も容易
である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。（実施例１）

【００１１】図１は、本発明の第１の実施例に係わるマ
イクロポンプの概略構成を示す平面図と断面図である。
基板１上に、複数のポリイミド樹脂層２（２₁〜２₃）
を堆積し、犠牲層エッチングを行い流路３を形成してい
る。流路壁のポリイミド樹脂層内部には、図に示すよう
に静電力発生用電極となる複数の金属層４（４₁〜
４₆）、５（５₁〜５₆）が形成されている。この実施
例では、６×２の１２個の電極が設けられている。電極
取り出し用のパッド６₁〜６₁₂も形成されている。流路
の終端には流体の流入・流出口７（７₁，７₂）が設け
られている。

【００１２】このマイクロポンプは各電極に印加する電
圧を変化させ流路を開いたり閉じたりして流体の移送を
行う。本実施例における駆動方法を、流路の開閉状態を
模式的に示した図２を参照して説明する。各々静電力発
生用の電極が形成されたポリイミド層９（９₁，９₂）
の間に流路３が形成されている。電極は、図２（ａ）で
は示しているが（ｂ）〜（ｈ）では省略している。

【００１３】図２（ａ）は、電極４，に例えば−５０Ｖ
と＋５０Ｖが印加され、電極４，５間に引力が働いて電
極間が狭くなり流路が塞がっている初期の状態である。
まず、電極４₁，５₁に＋５０Ｖ，＋５０Ｖを印加する
と、電極４₁，５₁間には反発力が働くので、図２
（ｂ）に示すように電極４₁，５₁間の流路は広がり、
矢印のように流体が流入する。

【００１４】次いで、電極４₂，５₂の印加電圧を＋５
０Ｖ，＋５０Ｖ、電極４₁，５₁の印加電圧を−５０
Ｖ，５０Ｖに変えると、図２（ｃ）に示すように電極４
₂、５₂間の流路は広がり、電極４₁，５₁間の流路は
塞がり、流体は流出口方向に移動する。さらに、図２
（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）に示すように印加電圧
を変化させ順次流路の開閉を行うと、流体は流出口方向
に移動していき、最後には流出口から排出される。

【００１５】図２（ｈ）は初期状態で（ａ）と同じであ
り、これを繰り返すことにより流体が移送されポンプと
して機能する。流路開閉のために静電力発生用電極４，
５に印加する電圧の値，極性は任意に決められる。ポン
プの排出流量は流路の断面積で決まってくるが、電極
４，５に印加する電圧の電圧値、駆動周波数でも制御で
きる。

【００１６】次に、本実施例のマイクロポンプの作製プ
ロセスを図３，図４を参照して説明する。最初に、図３
（ａ）に示すように基板１上に静電力発生用電極となる
金属層４（４₁〜４₆）を形成し、続いて図３（ｂ）に
示すようにポリイミド樹脂層２₁を形成する。ポリイミ
ド樹脂層２₁は基板１上に堆積後、パターニングを行
う。ポリイミド樹脂層２₁の堆積は、スピンコートで容
易に行うことができる。また、膜厚はスピンコーターの
回転数，樹脂の粘度，コーティング回数などで容易に調
整できる。

【００１７】次いで、図３（ｃ）に示すように、ポリイ
ミド樹脂層２₁の上に犠牲層１０₁となるレジストを形
成する。このレジストも堆積後、パターニングを行う。
レジストの堆積もスピンコートで行う。このレジストの
犠牲層１０₁は流路やポンプ部の空隙部となる部分であ
り、レジストの厚さを変えることによりポンプの容量を
変えることができる。レジストの厚さはスピンコーター
の回転数，樹脂の粘度，コーティング回数などで容易に
調整できるので、ポンプ容量の変更も容易である。犠牲
層１０₁となるレジストの厚塗りは１００μｍ程度は容
易である。このようにポンプ容量の変更が広い容量範囲
で可能であり、ポンプの汎用性が高くなる。次いで、図
３（ｄ）に示すように、犠牲層１０₁の上にポリイミド
樹脂層２₂を形成する。

【００１８】次いで、図４（ａ）に示すように、ポリイ
ミド樹脂層２₂にレジストをエッチングするための穴１
１（１１₁，１１₂）を開ける。この穴１１からレジス
トのエッチング液を流し、レジストをエッチングする
と、図４（ｂ）に示すように流路３が形成される。流路
等の形成後、図４（ｃ）に示すように、静電力発生用電
極となる金属層５（５₁〜５₆）を基板上の電極４と対
向する位置に形成する。その後、図４（ｄ）に示すよう
に、電極５を覆い、流入，流出口７（７₁，７₂）を開
けてポリイミド樹脂層３₃を形成することにより、本実
施例のマイクロポンプが完成する。

【００１９】このプロセスではポリイミド樹脂を主構成
材料としているが、感光性ポリイミドを用いるとパター
ニング等が容易である。また、犠牲層１０₁としてはレ
ジストを用いているが、金属を用いることもできる。レ
ジストを用いた場合はポリイミド樹脂のキュア温度を考
慮してレジストの上にポリイミド樹脂を一層重ねた後に
犠牲層であるレジスト層を除去している。しかし、犠牲
層１０₁として金属を用いる場合は、図５（ａ）〜
（ｄ）に示すように、ポリイミド樹脂層２、電極４，
５、犠牲層１０₁となる金属層を堆積した後にエッチン
グ用の穴１１を開け、プロセスの最後に犠牲層１０₁の
金属層をエッチングすることもできる。なお、図５の前
工程は前記図３と同様である。

【００２０】ポリイミド樹脂は親水性でないために流体
をはじきやすい。そのため、犠牲層１０₁となるレジス
トなどを形成する前に流路となる部分に反応性イオンエ
ッチングなどの親水処理を施せば流体の注入などが容易
になる。

【００２１】図２の駆動例では、１ドメインの移送を示
したが、図６，図７に示すように複数ドメインの移送や
ドメインの量を変えることもできる。また、図８の駆動
でも流出口側の流路の開閉を流入口側よりも位相をずら
し早く行えば流体の移送は可能である。

【００２２】上記実施例では基板上に電極が形成されて
いるが、図９（ａ）に示すように、まず基板上にポリイ
ミド樹脂層２₄を一層形成し、その上に上記例と同様に
ポンプを形成してもよい。そして、ポンプ作製後、基板
１を剥せばフレキシビリティーのあるマイクロポンプを
作ることができる。基板１を剥す方法としては基板１と
ポリイミド樹脂層２との間に金属層を形成しておき、金
属層をエッチング除去する方法が考えられる。

【００２３】また、上記実施例では流路は静電力発生用
電極の間に形成されていたが、図９（ｂ）に示すように
静電力発生用電極４（４₇〜４₁₂），５（５₇〜５₁₂を
流路の片方側に形成してもよい。さらに、図９（ｃ）に
示すように静電力発生用電極４（４₁₃〜４₁₈），５（５
₁₃〜５₁₈）を流路の片方側に形成してもよい。

【００２４】流路は、図９（ｂ）では静電力発生用電極
対４，５の上側、図９（ｃ）では静電力発生用電極対
４，５の下側に形成されている。また、双方の構造の組
み合わせで構成してもよい。

【００２５】図１の実施例では電圧印加用の電極４，５
はそれぞれ外部に取り出していたが、同じ電圧を印加す
る電極は外部に取り出す前に互いに配線してつなげば、
外部に取り出す配線の数は減らすことができる。例え
ば、図６に示したような駆動を行う場合は、電極４₁と
４₄、電極４₂と４₅、電極４₃と４₆、電極５₁と５
₄、５₂と５₅、電極５₃と５₆が各々共通化できる。
従って、共通化すれば外部に取り出す配線の数は１２本
から６本に減らすことができる。また、先の実施例では
駆動時には上部電極５₁〜５₆に常に５０Ｖを印加して
いるので共通化することも可能であり、このようにする
と配線数は４本までに減らせる。

【００２６】上記実施例では静電力発生用電極４，５は
２層であったが、図１０（ａ）のように図１（ａ）の構
造の上に更に静電力発生用電極１３（１３₁〜１３₆）
を設け、電極が３層で間に流路が挟まれている構造にす
ることもできる。この構造では、例えば真ん中の電極５
₁に５０Ｖ、最上層の電極１３₁に−５０Ｖ、最下層の
電極４₁に５０Ｖを印加すると流路は開き、真ん中の電
極５₁に５０Ｖ、最上層の電極１３₁に５０Ｖ、最下層
の電極４₁に−５０Ｖを印加すると流路は閉じる。この
構造，動作にすると、図１に示した構造の場合よりも流
路の開閉をよりスムーズに確実に行うことができる。

【００２７】上記実施例では流路は１本であったが、図
１０（ｂ）のように図１の構造の上に更に静電力発生用
電極１３（１３₇〜１３₁₂）と流路３₂を設け、電極が
３層で間に２本の流路が挟まれている構造にすることも
できる。この構造では、例えば真ん中の電極５₁に５０
Ｖ、最上層の電極１３₇に０Ｖ、最下層の電極４₁に５
０Ｖを印加すると流路３₁は開き、流路３₂は閉じ、真
ん中の電極５₁に５０Ｖ、最上層の電極１３₇に５０
Ｖ、最下層の電極４₁に−５０Ｖを印加すると流路３₁
は閉じ、流路３₂は開く。この構造のマイクロポンプの
駆動方法を流路の開閉状態を模式的に示した図１１，図
１２を参照して説明する。

【００２８】図１１（ａ）は構造を簡略化した模式図で
ある。電極は、図１１（ａ）では示しているが図１１
（ｂ）〜（ｈ）及び図１２（ａ）〜（ｅ）では省略して
いる。まず、真ん中の電極５₁に５０Ｖ、最上層の電極
１３₇に−５０Ｖ、最下層の電極４₁に５０Ｖを印加す
ると、図１１（ｂ）に示すように流路３₂は閉じるが、
流路３₁は開き流体が流入する。次いで、隣の電極１３
₈，５₂，４₂に−５０，５０，５０Ｖを印加すると、
図１１（ｃ）に示すように流路３₁に更に流体が流入す
る。その次に、３番目の電極１３₉，５₃，４₃に−５
０，５０，５０Ｖを印加し、１番目の電極１３₇，
５₁，４₁への印加電圧を５０，５０，−５０Ｖに変え
ると、図１１（ｄ）に示すように流路３₁内の流体は流
出口側に移動し、新たに流路３₂に流体が流入する。

【００２９】続いて、図１１（ｅ），（ｆ）、さらに図
１２（ａ），（ｂ）と順次流体を移動させていくと、図
１２（ｂ）で流路３₁の流体は排出され、次の図１２
（ｃ）では同じく流路３₁の流体が排出されるが、図１
２（ｄ），（ｅ）では流路３₂から排出される。このよ
うに駆動すると流体は２本の流路を通って移送される。
流路が１本の場合は排出される流体は脈動していたが、
このような構造、駆動にすると脈動が少なく滑らかに流
体の移送、排出が行えるという利点がある。

【００３０】排出流体の脈動をなくす方法としては、他
には複数の流路を位相をシフトさせ並列に組み合わせる
ことが考えられる。更に、図１３（ａ）に示すように流
体移送用の変位する電極４₇、５₇と流出口７₂の間に
断面積が２倍で容積が２／３となる流路３₃とその両側
に排出量調節用の静電力発生用電極１４₁、１４₂を形
成し、図１３（ｂ）〜（ｄ）に模式的に示すように３段
階に開閉して脈動を打ち消す方法も考えられる。

【００３１】また、図１４（ａ）に示すように流体移送
用の変位する電極４₈、５₈と流出口７₂の間に断面積
が同じで移送方向の距離が１／３で容積も１／３となる
流路３₄とその両側に排出量調節用の静電力発生用電極
１５₁，１６₁，１５₂，１６₂を２組形成し、図１４
（ｂ）〜（ｄ）に模式的に示すように順次開閉して脈動
を打ち消す方法も考えられる。

【００３２】このように本実施例のマイクロポンプで
は、ポリイミド樹脂を構造材料としており、従来のポン
プのように多くの装置を必要としないので容易に加工が
できる。その結果、より低価格でポンプを作ることがで
きる。また、小型化の障害となっていた圧電素子を使わ
ないので、従来よりはるかに小型のマイクロポンプを作
ることができる。（実施例２）

【００３３】図１５は、本発明の第２の実施例に係わる
マイクロポンプの概略構成を示す平面図と断面図であ
る。基板１０１上に、複数のポリイミド樹脂層１０３
（１０３₁〜１０３₃）を堆積し、犠牲層エッチングを
行い流路１０８や空隙部１０７（１０７₁〜１０７₃）
を形成している。空隙部１０７₁，１０７₂はバルブ部
であり、１０７₃はポンプの容量部である。また、静電
引力発生用電極となる金属層１０４（１０４₁，１０４
₂），１０５（１０５₁，１０５₂），１０６（１０６
₁，１０６₂）が積層されたポリイミド樹脂層１０３の
間に形成され、電極取り出し用のパッド１１３（１１３
₁，１１３₂），１１４（１１４₁，１１４₂），１１
５（１１５₁，１１５₂）も形成されている。流路の終
端には流体の流入、流出口１０９（１０９₁，１０
９₂）が設けられている。

【００３４】次に、本実施例のマイクロポンプの作製プ
ロセスを図１６，図１７を参照して説明する。最初に、
図１６（ａ）に示すように基板１０１上に静電引力発生
用電極となる金属層１０４₁，１０５₁，１０６₁を形
成し、続いて図１６（ｂ）に示すようにポリイミド層１
０３₁を形成する。ポリイミド樹脂層１０３₁は基板１
０１上に堆積後、パターニングを行う。ポリイミド樹脂
層１０３₁の堆積はスピンコートで容易に行うことがで
きるので、従来技術で必要であったＣＶＤのような高価
な装置は必要としない。また、膜厚はスピンコーターの
回転数、樹脂の粘度、コーティング回数などで容易に調
整できる。

【００３５】次いで、図１６（ｃ）に示すように、ポリ
イミド樹脂層１０３₁の上に犠牲層１１６となるレジス
トを形成する。このレジストも堆積後、パターニングを
行う。レジストの堆積もスピンコートで行う。レジスト
の犠牲層１１６は流路やポンプ部の空隙部となる部分で
あり、レジストの厚さを変えることによりポンプの容量
を変えることができる。レジストの厚さはスピンコータ
ーの回転数、樹脂の粘度、コーティング回数などで容易
に調整できるので、ポンプ容量の変更も容易である。犠
牲層１１６となるレジストの厚塗りは１００μｍ程度は
容易であり、従来技術ではせいぜい数μｍ程度でしかな
かったことを考えると、２桁ほど容量の大きいポンプも
作ることができる。このようにポンプ容量の変更が広い
範囲で可能であり、ポンプの汎用性が高くなる。次い
で、図１６（ｄ）に示すように、犠牲層１１６の上にポ
リイミド樹脂層１０３₂を形成する。

【００３６】次いで、図１７（ａ）に示すように、ポリ
イミド樹脂層１０３₂にレジストをエッチングするため
の穴１１７（１１７₁、１１７₂）を開ける。この穴１
１７からレジストのエッチング液を流し、レジストをエ
ッチングすると、図１７（ｂ）に示すように流路１０８
やバルブ部やポンプ部の空隙部１０７（１０７₁〜１０
７₃）が形成される。

【００３７】流路等の形成後、図１７（ｃ）に示すよう
に、静電引力発生用電極となる金属層１０４₂，１０５
₂，１０６₂を基板上１０１の電極と対向する位置に形
成する。さらに、図１７（ｄ）に示すように、電極を覆
い、流入・流出口１０９（１０９₁，１０９₂）を開け
てポリイミド樹脂層１０３₃を形成することにより、本
実施例のマイクロポンプが完成する。

【００３８】このプロセスではポリイミド樹脂を主構成
材料としているが、感光性ポリイミドを用いるとパター
ニング等が容易である。また、犠牲層としてはレジスト
を用いているが、金属を用いることもできる。レジスト
を用いた場合はポリイミド樹脂のキュア温度を考慮して
レジストの上にポリイミド樹脂を一層重ねた後に犠牲層
であるレジスト層を除去しているが、金属を用いる場合
は図１８に示すようにプロセスの最後にエッチングする
こともできる。ここで、図１８の前工程は前記図１６と
同様である。

【００３９】ポリイミド樹脂は親水性でないために流体
をはじきやすい。そのため犠牲層となるレジスト層など
を形成する前に流路となる部分に反応性イオンエッチン
グなどの親水処理を施せば流体の注入などが容易にな
る。静電引力発生用電極１０４₁と１０４₂に例えば０
Ｖと＋５０Ｖを印加すれば電極間に引力が働きバルブ部
は閉じ、＋５０Ｖと＋５０Ｖを印加すれば電極間には反
発力が生じバルブ部は開く。ポンプ部も同じように動作
する。従って、印加電圧を変化させ表１に示すようにそ
れぞれのバルブ部、ポンプ部を開閉させれば、流体は流
入口から流れ込み流出口から流れ出し、ポンプとして機
能する。

【００４０】上記実施例では一層目のポリイミド樹脂１
０３₁は基板１０１上に広く形成されているが、図１９
（ａ）に示すように電極を覆うだけで基板面が流路の壁
面になっていてもよい。

【００４１】また、図１９（ｂ）に示すように、まず基
板１０１上にポリイミド樹脂層１０３₄を一層形成し、
その上に上記例と同様にポンプを形成してもよい。そし
て、ポンプ作製後、基板を剥せばフレキシビリティーの
あるマイクロポンプを作ることができる。基板１０１を
剥す方法としては基板１０１とポリイミド樹脂層１０３
との間に金属層を形成しておき、金属層をエッチング除
去する方法が考えられる。

【００４２】また上記実施例ではバルブ部やポンプ部の
電極数は２であるが、図１９（ｃ）に示すように上部に
更に電極１０４₃，１０５₃，１０６₃を設け３電極と
してもよい。この構造の場合には、例えば静電引力発生
用電極１０４₁と１０４₂に０Ｖと＋５０Ｖを印加して
バルブ部を閉じる時には電極１０４₃には＋５０Ｖを印
加する。電極１０４₂と１０４₃には反発力が働くので
バルブはよく閉まる。静電引力発生用電極１０４₁と１
０４₂に＋５０Ｖと＋５０Ｖを印加してバルブ部を開け
る時には、電極１０４₃には０Ｖを印加する。電極１０
４₂と１０４₃には引力が働くのでバルブはよく開く。
ポンプ部も同じように電圧の印加を行い動作させる。こ
のように３電極構造にするとバルブ部やポンプ部の開閉
がより確実に行うことができる。

【００４３】このようにように本実施例のマイクロポン
プでは、ポリイミド樹脂を構造材料としており、犠牲層
の厚さの調整が簡単なので容易にポンプの容量を変える
ことができ、従来よりも２桁も容量の大きいポンプを作
ることもできる。作製可能なポンプ容量の範囲が広がる
ので汎用性が広くなる。また従来技術ではＬＰＣＶＤ装
置など高価な装置が必要であったが、本実施例ではポリ
イミド樹脂や犠牲層となるレジストをスピンコートで堆
積するので高価な装置は必要としない。その結果、素子
の大幅な低価格化も図れる。また、従来技術では作製プ
ロセスに於いて特殊材料ガスを使用していたが、本実施
例ではその必要もなく作製作業の安全性の点でも優れて
いる。（実施例３）

【００４４】図２０は、本発明の第３の実施例に係わる
マイクロポンプの概略構成を示す平面図と断面図であ
る。ポンプ部２０２の空隙部２０５、２個のポンプ部２
０３，２０４、液体の流路２０６（２０６₁，２０
６₂）、流入口２０７₁、流出口２０７₂とパイプ固定
用の嵌め込み構造部２０８（２０８₁，２０８₂）等の
形状加工が施されたシリコン基板２０９を、２枚のガラ
ス基板２１０（２１０₁、２１０₂）で挟んだ構造とな
っている。シリコン基板２０９の流路の壁面となる部分
は、図２１に示すようにその表面２１４を多孔質化して
いる。

【００４５】多孔質化は図２２に示すような装置で、多
孔質化するシリコン基板２１５をマスク層２１６でカバ
ーし、フッ酸溶液２１７中で電解エッチングを行う。多
孔質化されたシリコン表面は親水性になり、流体は非常
になじみ易くなる。従って、流体を流路内部に導入し易
くなる。

【００４６】３枚の基板は静電接合技術で張り合わされ
ている。ポンプ部の空隙部の上部のガラス板２１０₁は
ポンプのダイアフラムとなるので駆動手段としての圧電
素子２１１が固定されている。流入、流出口のパイプ固
定用のシリコン基板２０９の嵌め込み構造部２０８は図
２３に示すように形状加工されており、吸入・吐出用パ
イプ２１２（２１２₁，２１２₂）が、この嵌め込み部
には差し込まれ、樹脂２１３で固定されている。

【００４７】従来構造では流入、流出口はただ穴があい
ているだけでその部分にパイプを位置合わせして固定し
ていたが、本実施例では位置合わせの必要がなくパイプ
を差し込むだけなので作業が非常に楽であり、位置ズレ
の心配もない。また従来構造では横方向の力が加わると
パイプは容易に外れてしまったが、本実施例ではパイプ
は内部に嵌め込んであるので外れない。その結果、マイ
クロポンプの取扱いが楽になり信頼性も向上する。ま
た、従来構造ではパイプの接続部から液漏れし易かった
が、本実施例の構造では液漏れは起こりにくく、信頼性
が上がる。

【００４８】上記実施例では吸入、吐出パイプは樹脂で
固定していたが嵌め込み部の内部やその周辺に半田付け
用金属層を設けパイプを半田付けしてもよい。このよう
にすると液漏れもなくなり、またパイプも外れなくなり
信頼性は更に高くなる。

【００４９】上記例では形状加工を施したシリコン基板
を２枚のガラス基板で挟み込んだ構造になっているが、
ガラス基板ではなくシリコン直接接着技術を用いてシリ
コン基板で挟む構造、すなわちシリコン基板３層構造と
することもできる。流路の壁面は全てシリコンである。
壁面を全て多孔質化すればガラス基板を用いた場合より
も流体の流路内への導入が容易になる。また、上記実施
例ではポンプ部のダイアフラムは上側のガラス基板であ
ったが、図２４に示すようにシリコン基板にダイアフラ
ムを形成してもよい。

【００５０】このように本実施例のマイクロポンプで
は、流路壁面が親水処理を施され流体がなじみ易い状態
であるので流体の流路への導入が非常にスムーズに行え
る。従って、従来構造の流体を流路内への導入が難し
く、また気泡が入りやすいという問題が解決された。一
方、吸入、吐出用のパイプの取り付け固定が容易である
ので組立作業が簡略化される。また、外力が加わっても
パイプが外れにくいので取扱いが楽であり、更に液漏れ
が起こりにくいので信頼性が向上する。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ポ
ンプ材料としてポリイミド樹脂を用い、かつ駆動源とし
て静電力を利用することにより、少ない加工装置で製造
することができ、かつ駆動源として圧電素子を用いるこ
となくポンプ動作させることができ、装置構成の小型化
をはかり得るマイクロポンプを実現することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わるマイクロポンプの概略構
成を示す平面図と断面図。

【図２】第１の実施例における駆動方法を説明するため
の模式図。

【図３】第１の実施例の製造工程の前半を示す断面図。

【図４】第１の実施例の製造工程の後半を示す断面図。

【図５】犠牲層として金属を用いた場合の製造工程を示
す断面図。

【図６】複数ドメインの移送を行う場合の流路の開閉状
態を示す模式図。

【図７】ドメインの量を増やして移送を行う場合の流路
の開閉状態を示す模式図。

【図８】複数ドメインの移送を行う場合の流路の開閉状
態を示す模式図。

【図９】第１の実施例の変形例を示す断面図。

【図１０】第１の実施例の変形例を示す断面図。

【図１１】図１０のマイクロポンプの駆動方法を説明す
るための模式図。

【図１２】図１０のマイクロポンプの駆動方法を説明す
るための模式図。

【図１３】第１の実施例の変形例を示す断面図。

【図１４】第１の実施例の変形例を示す断面図。

【図１５】第２の実施例に係わるマイクロポンプの概略
構成を示す平面図と断面図。

【図１６】第２の実施例の製造工程の前半を示す断面
図。

【図１７】第２の実施例の製造工程の後半を示す断面
図。

【図１８】犠牲層として金属を用いた場合の製造工程を
示す断面図。

【図１９】第２の実施例の変形例を示す断面図。

【図２０】第３の実施例に係わるマイクロポンプの概略
構成を示す平面図と断面図。

【図２１】第３の実施例におけるシリコン基板の流路の
壁面となる部分を示す断面図。

【図２２】多孔質化を行うための装置を示す模式図。

【図２３】流入、流出口のパイプ固定用のシリコン基板
の嵌め込み部を示す断面図。

【図２４】シリコン基板にダイアフラムを形成した例を
示す断面図。

【図２５】従来のマイクロポンプの概略構成を示す断面
図。

【符号の説明】

１，１０１…基板２，９，１０３…ポリイミド樹脂層３，１０８…流路４，５，１３，１４，１５，１６，１０４，１０５，１
０６…金属層（静電力発生用電極）６，１１３，１１４，１１５…電極取り出し用パッド７，１０９…流入・流出口１０，１１６…犠牲層１１，１１７…レジストをエッチングするための穴１０７…空隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井忠司神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にポリイミド樹脂を主構造材料とし
て、流路，空隙部，及び該空隙部を挟む流路壁が構成さ
れ、前記流路壁は静電力によって前記空隙部を狭めたり
広げたりするように変位することを特徴とするマイクロ
ポンプ。