KR100453815B1 - 압전형 마이크로 펌프 - Google Patents

압전형 마이크로 펌프 Download PDF

Info

Publication number
KR100453815B1
KR100453815B1 KR10-2002-0027924A KR20020027924A KR100453815B1 KR 100453815 B1 KR100453815 B1 KR 100453815B1 KR 20020027924 A KR20020027924 A KR 20020027924A KR 100453815 B1 KR100453815 B1 KR 100453815B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
piezoelectric
chamber
support body
cover member
Prior art date
Application number
KR10-2002-0027924A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030089986A (ko
Inventor
이대식
고종수
전치훈
김윤태
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR10-2002-0027924A priority Critical patent/KR100453815B1/ko
Publication of KR20030089986A publication Critical patent/KR20030089986A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100453815B1 publication Critical patent/KR100453815B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

본 발명의 마이크로 펌프는 판 상의 지지본체 부재를 개재하고서 일측 면에 부착된 덮개부재 및 상기 덮개부재와 대응하여 상기 지지본체 부재를 밀폐하는 제2덮개부재를 구비한다. 또한, 본 발명은 상기 덮개부재에 형성된 유체유입구와 유체유출구와, 상기 지지본체 부재를 관통하여 형성된 유체 유입챔버와, 상기 유체 유입챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제1개폐지지부으로 격리되어 연접하여 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체펌핑챔버와, 상기 유체펌핑챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제2개폐지지부으로 격리되어 연접 형성되고, 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체유출챔버를 포함한다. 더하여, 본 발명은 상기 덮개부재 및 제2덮개부재에 형성되어 상기 유체유입챔버와 상기 유체펌핑챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제1압전밸브와, 상기 유체펌핑챔버의 유체를 상기 유체유출챔버로 유동시킬 수 있도록 압전형 소재로 형성된 압전 유체유동펌프와, 상기 제1 및 제2덮개부재에 형성되고 상기 유체펌핑챔버와 상기 유체유출챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제2압전밸브 포함한다.

Description

압전형 마이크로 펌프{Piezoelectric micro pump}
본 발명은 유체 이송용 마이크로 펌프에 관한 것으로서, 특히 의료 생체용 물질이송을 위한 압전형 마이크로 펌프에 관한 것이다.
고도로 발달된 현대의 첨단기술들 중에서 최근 가장 주목받는 기술분야의 하나는 생명공학기술(bio-technology)이다. 일반적으로 생명공학에서 사용되는 시료들은 인체에 관계된 것들이 많기 때문에 필연적으로 유체 혹은 유체 매질에 용해된 상태로 존재하는 미세 유체시료의 운송, 제어, 분석 등의 역할을 수행하는 미세 유체시스템이 생명공학기술에서는 필수적인 요소기술이다.
특히, 마이크로 펌프는 유체이송을 위한 필수적인 요소로서 최근에 다양한 구동원리와 여러 가지 형태의 펌프들이 개발되고 있다. 생체물질을 이송하기 위한 마이크로 펌프는, 생체물질의 특성상 점성이 강하면서 도전성이 있는 유체를 다루아야하므로 주로 압전형 마이크로 펌프가 이용되고 있다.
도 8a내지 도 8b는 일본 특개평 11-257231에서 공개된 기술로서, 도시된 바와 같이, 이 마이크로 펌프는 밸브의 개폐를 구동하는 2개의 밸브 다이어프램(1013,1015)과 1개의 펌핑 다이어프램(1011)을 갖는 지지기판(1001)과, 다이어프램에 의한 밀폐공간을 형성하기 위한 천판(1002)과, 압전소자에 의한 다이어 프램을 변위시키는 구동부(1027,1021,1029)와, 천판(1002)과 밸브 다이어프램(1013,1015) 사이에 개재되어 유체이동을 공정하는 작용을 하는 패킹부(1017,1019)를 포함한다. 이는 다이어프램이 형성된 지지기판(1001)이 구동되는 형태로서, 기판에 다이어프램 형성시 양면 식각을 해야하므로 공정이 복잡하고 기판의 식각되는 두께를 조절하기 어렵다. 그리고, 패킹부(1017,1019)를 별도로 제작하여 부착하여야 하기 때문에, 이에 따른 지지기판(1)과의 정렬문제 및 접착방법 상의 문제로 제작에 어려움이 있다.
또 다른 종래의 기술로서, 미국 특허 제 6,261,066호에 개시된 기술이다. 이를 참조하면, 마이크로 펌프는 덮개용 절연기판과 몸체용 실리콘 기판 두 개로 구성되고, 압전소자를 절연기판 상에 구성하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 기술은 공정이 복잡하고, 유체의 흐름이 일방향으로만 조절된다는 단점이 있다.
그리고, 일반적으로 마이크로 펌프는 펌핑을 하는 구동부와 유체의 흐름을 개폐하는 밸브를 포함하고 있는데, 이러한 밸브로 인하여 기포발생, 피로축적 및 찌꺼기 축적 등의 다양한 문제가 발생하고 있음이 보고되고 있다.
또한, 밸브가 없이 디즐/디퓨저(diffuser)를 이용한 마이크로 펌프가 소개되기도 하였지만, 이러한 종류의 마이크로 펌프는 생체물질의 역류현상이 큰 문제로 대두된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마이크로 펌프의 제조공정을 단순화하여 공정 수를 감소시키고, 기능적으로 우수한 압전형 마이크로 펌프 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1a는 본 발명의 압전형 마이크로 펌프의 제1실시예를 나타낸 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 I-I선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 기지 하부부재의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 II-II선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 상부부재를 나타낸 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 IV-IV 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 V-V선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제4실시예를 나타낸 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 VI-VI선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 압전형 마이크로 펌프를 제조하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 8a는 종래의 기술에 의한 마이크로 펌프의 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 VIII-VIII선을 따라 절개한 단면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 마이크로 펌프는, 판 상의 지지본체 부재를 개재하고서 일측 면에 부착된 덮개부재 및 상기 덮개부재와 대응하여 상기 지지본체 부재를 밀폐하는 제2덮개부재를 구비한 마이크로 펌프에 있어서, 상기 덮개부재에 형성된 유체유입구와 유체유출구와, 상기 덮개부재의 상기 유체유입구와 대응되어 소정 공간을 형성하도록 상기 지지본체 부재를 관통하여 형성된 유체 유입챔버와, 상기 유체유입챔버와 인접하여 배치되어 상기 유체유입챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제1개폐지지부으로 격리되어 연접하여 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체펌핑챔버와, 상기 유체펌핑챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제2개폐지지부으로 격리되어 연접 형성되고, 상기 덮개부재의 상기 유체유출구와 대응하여 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체유출챔버와, 상기 제1개폐지지부와 대응하도록 상기 덮개부재 및 제2덮개부재에 형성되어 상기 유체유입챔버와 상기 유체펌핑챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제1압전밸브와, 상기 유체펌핑챔버와 대응하도록 상기 덮개부재 및 제2덮개부재에 형성되어 상기 유체펌핑챔버의 유체를 상기 유체유출챔버로 유동시킬 수 있도록 압전형 소재로 형성된 압전 유체유동펌프와, 상기 제2개폐지지부와 대응하도록 상기 제1 및 제2덮개부재에 형성되고 상기 유체펌핑챔버와 상기 유체유출챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제2압전밸브 포함한다.
여기서, 유체유입챔버와 유체펌핑챔버 및 유체유출챔버는 지지 본체부재의 판 면에 길이방향으로 연접하여 형성되어 있는 것이 판 상의 지지 본체부재에 패턴을 형성하기 용이하다.
제1압전밸브는, 제1개폐지지부의 상단과 대응하여 덮개부재에 형성된 소정 넓이의 함몰 수용부와, 이 함몰 수용부의 저면 판 상에 제1개폐지지부와 접촉 및 이격할 수 있도록 상기 압전형 소재로 형성된 박 막의 제1압전 소재막을 포함하고있어 소정의 전기신호에 의해서 작동할 수 있는 역할을 한다.
제1개폐지지부 및 제2개폐지지부는 덮개부재와 사이가 평상시에는 닫혀 있다가 밸브작동시에 소정의 이격된 유동공간이 형성되도록 하여 각 밸브의 작동에 의해서 개폐가 용이하도록 하였다. 이 때, 제1압전 소재막 및 제2압전 소재막은 강유전체로 형성되어 있다.
압전 유체유동펌프는, 유체펌핑챔버의 중앙부분과 대응하여 덮개부재에 형성된 함몰 수용부와, 함몰 수용부의 저면에 형성된 제2압전 소재막을 포함하고 있고, 제2압전 소재막은 강유전체로 형성되어 있어 압전형으로 작동한다.
제2압전밸브는, 제2개폐지지부 상부와 대응하여 덮개부재에 형성된 제3함몰 수용부와, 이 제3함몰 수용부의 판 면에 형성되어 덮개부재를 제2개폐지지부와 접촉 및 이격을 제어하도록 제3압전 소재막을 포함한다. 여기서 제3압전 소재막은 강유전체로 형성되어 있어 압전형으로 작동된다.
그리고, 제1압전 밸브 및 제2압전 밸브는 압전 유체유동펌프의 동작에 따라 상호 연동하여 작동하도록 되어 있어, 역류현상이 없이 유체를 좌우 원하는 방향으로 유동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 마이크로 펌프의 다른 실시예는, 전술한 실시예와 같이 덮개부재와 지지본체부재를 갖는 마이크로 펌프에 있어서, 다른 구성요소는 동일하고 유체를 펌핑하는 구성요소로서, 유체유입챔버와 유체유출챔버 사이에 형성된 복수의 유체 유동챔버들과, 이 유체 유동챔버들과 대응하여 덮개부재에 형성된 압전형 펌핑부를 포함한다. 유체유동챔버는 길이방향으로 연접하여 복수 개가 길이방향으로 연접하여 배열되는 것이 펌핑구조나 제조공정이 용이한 정점이 있다.
압전형 펌핑부는, 덮개부재 판 면상에 함몰 형성된 함몰 수용부와, 함몰 수용부 판 면상에 형성되어 압전형으로 작동하는 박막의 압전 소재막을 포함한다. 여기서, 압전 소재막은 강유전체로 형성되어 있어 압전형으로 작동하도록 구성되어 있다. 이 때, 각각의 압전형 펌핑부는 상호 연동하여 작동함으로써, 유체 펌핑시 유체를 일방향으로 조절되도록 한다. 여기서, 압전형 펌핑부는 지지본체부재의 후면에 형성될 수도 있다.
이렇게 본 발명의 마이크로 펌프는, 압전형 소재를 이용하여 유체를 펌핑하기 때문에, 점성이 큰 유체에 대해서도 역류현상 없이 펌핑을 할 수 있고, 특히, 생체용 유체에 대해서는 점성과 함께 전해질의 용액들에서도 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 마이크로 펌프의 실시예를 나타낸 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I선을 따라 절개한 단면도이다. 그리고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 마이크로 펌프의 덮개부재의 평면도와 지지본체부재의 단면도이다.
이들을 참조하면, 본 발명의 마이크로 펌프는, 덮개부재(2)와 지지본체부재(1)로 구성되어 있어, 덮개부재(2)에 유체를 유입할 수 있도록 형성된 유체 유입구(23)와, 지지본체부재(1)에 형성되어 유입된 유체를 소정 저장하는 유체유입챔버와(13), 이 유체유입챔버(13)와 연접하여 형성되어 유체를 공급받아 펌핑을 하는 유체펌핑챔버(11)와, 유체펌핑챔버(11)로부터 펌핑된 유체를 외부로 유동시키는 유체유출챔버(15) 및 덮개부재에 형성된 유체유출구(25)를 포함한다. 그리고, 덮개부재(2)에는, 유체유입챔버(13)와 대응하여 제1압전밸브(27)와, 유체펌핑챔버(11)와 대응하여 압전 유체유동펌프(21)와, 유체유출챔버(15)와 대응하여 제2압전밸브(29)를 포함하고 있다. 그리하여 이들 제1 및 제2압전밸브(27,29)와 압전 유체유동펌프(21)가 상호 연동하여 작동함으로써, 유체를 일방향으로 유동시키는 역할을 한다.
도 1b 및 도 2b를 참조하면, 유체 유입구(23)는 유체유입챔버(13)와 대응하는 덮개부재(2)의 판 면을 관통하여 형성되어 있다. 그리고, 유체유입챔버(13)는 판 상의 지지본체 부재(1)의 판 면을 함몰하여 형성된 장방형의 공간으로서 인접하여 형성된 유체펌핑챔버(11)로 유동되는 방향에 대해서 가로로 형성된 제1개폐지지부(17)을 포함하고 있다. 이 제1개폐지지부(17)는 덮개부재(2)와 사이에 소정의 틈이 형성되어 있어, 추후에 설명될 제1압전 밸브(27)로서 작동될 때, 덮개부재(2)와 접촉되어 소정의 개폐 가능한 밸브역할을 한다.
유체펌핑챔버(11)는, 유체유입챔버(13)와 유체유출챔버(15) 사이에 배치되어, 지지 본체부재(1)의 판 면에 원 형으로 함몰 형성되어 있고, 유체유입챔버(13)와 유체유출챔버(15) 사이에는 유체가 통과할 수 있도록 유체유로가 형성되어 있다. 그리하여, 유체유입챔버(13)로부터 공급된 유체를 유체펌핑챔버(11)를 거쳐 유체유출챔버(15)로 이동되도록 구성되어 있다.
유체유출챔버(15)는 지지본체부재(1)의 판 면상에 유체펌핑챔버(11)와 연접하여 방 형으로 함몰 형성되어 있고, 이와 상응하는 덮개부재(2)에는 유체유출구(23)가 형성되어 있다. 그리고, 유체유출챔버(15)는 유체가 유입되는 방향에 가로로 제2개폐지지부(19)가 형성되어 있어 덮개부재(2)와 임의로 개폐될 수 있도록 덮개부재(2)와의 사이에 소정의 틈이 형성되어 있다. 그리하여, 추후 설명하는 제2압전 밸브(29)에 의해서 유체의 유동을 조절할 수 있도록 개폐가 가능하다.
도 2b를 참조하면, 이는 덮개부재(2)의 제1 및 제2압전밸브(27,29)와 압전 유체유동펌프(21)가 상호 연동 작동하여 펌핑하는 것을 동시에 나타낸 단면도이다. 즉, 유체유입챔버(13)와 대응한 제1압전밸브(27)가 작동하여 제1개폐지지부(17)와 대응되어 접촉되어 있는 덮개부재(2) 판면을 들어올리면, 유체유입챔버(13)와 유체펌핑챔버(11) 사이가 개방되고 동시에 압전 유체유동펌프(21)가 작동하여 유체펌핑챔버(11)와 대응하는 덮개부재(2) 판 면을 들어올리면 유체가 유체펌핑챔버(11)로 유입된다. 그 다음 단계로, 제2압전밸브(29)가 작동하여 제2개폐지지부(19)와 접촉되어 있는 덮개부재(2)의 판 면을 들어올리면 유체펌핑챔버(11)와 유체유출챔버(15) 사이가 개방되고, 동시에 게1개폐지지부(17)는 덮개부재(2)와 접촉되어 유체유입챔버(13)와 유체펌핑챔버(11) 사이는 폐쇄되면서 유체펌핑챔버(11)와 대응하는 덮개부재(2)도 원위치로 복귀되어 유체가 유체펌핑챔버(11)로부터 유체유출챔버(15)로 유동된다.
도 3은 본 발명의 마이크로 펌프의 덮개부재를 도시한 평면도이다. 이를 참조하면, 덮개부재(2)의 유체유입챔버(13) 및 유체유출챔버(15)에 형성된 제1 및 제2개폐지지부(17,19)와 대응하는 영역에는 제1 및 제2압전 밸브(27,29)가 마련되어 있다. 즉, 이 제1 및 제2압전 밸브(27,29)는 덮개부재(2)의 판 면에 소정깊이 함몰되어 형성된 밸브 수용부(27a,29a)와 밸브 수용부(27a,29a)의 판 면에 압전 소재로 형성된 박막의 제1 및 제3압전 소재막(27b,29b)을 포함하고 있다. 이 때, 이들 압전 소재막(27b,29b)은 강유전체로서 화학 기상증착법(Chemical vapor deposition)이나 물리기상 증착법(Physical vapor deposition), 졸-겔(sol-gel) 코팅 등에 의한 박막 및, 성형 혹은 실크 스크린법 등에 의한 후막 등으로 형성할 수 있다. 그리하여, 소정의 전류를 통하면 일정방향으로 굴곡되어 덮개부재(2)가 제1 및 제2개폐지지부(17,19)와 접촉되어 유체의 유동을 개폐하는 밸브역할을 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 마이크로 펌프의 다른 실시예로서, 도시된 바와같이, 지지본체부재(1)의 판 면을 관통하여 형성된 유체유입챔버(13f), 유체펌핑챔버(11f) 및 유체유출챔버(15f)를 형성하고, 양면에 덮개부재(2f,2r)들을 결합시켜 마이크로 펌프를 구성한다. 이러한 구성은, 지지본체부재(1)의 판 면을 관통하여 각 챔버들(11f,13f,15f)을 형성함으로써, 각 챔버(11f,13f,15f)의 용량이 크게 증가되고 또한 펌프를 이용하여 보다 강력하게 펌핑할 수 있도록 챔버들(11f,13f,15f)을 개재하고 지지본체부재(1)의 양측에서 작동되도록 하여, 대용량의 유체를 취급할 경우에 유리하다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 마이크로 펌프의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이들을 참조하면, 판 상의 덮개부재(2)와, 이 덮개부재(2)와 결합되어 내부에 소정 공간들을 형성하는 지지본체부재(1)로 구성되어 있어, 덮개부재(2) 판 면을 관통하여 형성된 유체유입구(23) 및 유체유출구(25)와, 유체유입구(23)로부터 유입되는 유체를 수용하도록 소정공간을 가지고 지지본체부재(1)에 형성된 유체유입챔버(13)와, 유체유입챔버(13)와 연접하여 나란히 배치된 복수의 유체 펌핑챔버들(111,113,115)과, 이 유체펌핑챔버들(111,113,115)와 연접하여 덮개부재(2) 판 면에 형성된 유체유출구(25)와 대응하여 유체를 유출할 수 있도록 지지본체부재(1) 판 면상에 소정 깊이 함몰 형성된 유체유출챔버(15)와, 각각의 유체펌핑챔버들(111,113,115)과 대응하여 덮개부재(2) 판 면상에 형성된 복수의 압전 펌핑작동부(211,213,215)를 포함한다.
여기서, 도 2a 내지 도 2b에서의 실시예와 상이한 요소는 복수로 형성된 유체펌핑챔버(111,113,115)와 압전 펌핑 작동부(211,213,215)로서, 유체펌핑챔버(111,113,115)는 유체유출챔버(15)와 연접하여 소정간격을 두고 지지본체부재(1)의 판 면으로부터 소정깊이 함몰되어 원형으로 세 개가 연접하여 형성되어 있다. 그리하여, 유체가 유입되면 각 유체펌핑챔버들(111,113,115)을 경유하여 유체유출챔버(15)로 유도되도록 배치되어 있다.
그리고, 유체 펌핑작동부(211,213,215)는, 복수의 유체펌핑챔버들(111,113,115)과 대응하여 상부에 결합된 덮개부재의 외표면에 연접하여 나란히 복수개가 형성되어 있다. 여기서, 유체 펌핑작동부(211,213,215)는, 덮개부재(2)의 판 면으로부터 소정깊이 함몰된 수용부(211a,213a,215a)와, 이 수용부(211a,213a,215a)의 저면에 소정영역에 걸쳐서 원형으로 형성된 박막형의 압전 소재막(211b,213b,215b)이 형성되어 있다. 그리하여, 소정의 전류를 인가하면, 압전 소재막(211b,213b,215b)이 휘어지는 방향에 따라서 압전 소재막(211b,213b,215b)과 접촉된 영역의 덮개부재(2)가 압축 팽창운동을 하여 각 유체펌핑챔버들(111,113,115) 내의 유체를 배출/흡입 제어할 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 평면도와 단면도이다.
이들을 참조하면, 지지본체부재(1)에 유체유입챔버(13)와 복수의 유체펌핑챔버(111,113,115) 및 유체유출챔버(15)가 연접하여 형성되어 있고, 덮개부재(2)는 유채유입챔버(13)와 대응하여 형성된 유체유입구(23)와, 유체유출챔버(15)와 대응하여 형성된 유체유출구(25)를 포함하고 있다. 그리고, 각각의 유체펌핑챔버들(111,113,115)과 대응하는 덮개부재(2)의 소정 영역을 상하로 유동시켜 펌핑을 할 수 있도록 지지본체 부재(1)의 후면에 형성되어 지지본체부재(1)의 전면에 형성된 유체펌핑챔버와 대응하는 위치에 압전 펌프작동부들(111r,113r,115r)이 마련되어 있다. 이 압전 펌프작동부들(211,213,215)은, 지지본체부재(1)의 후면에 판 면으로부터 소정 깊이 함몰 형성된 함몰부(111a,113a,115a)와, 이 함몰부(111a,113a,115a)의 판 면에 박막형태로서 압전 소재로 형성된 압전 소재막(111b,113b,115b)을 포함한다. 이때, 압전 소재막들(111b,113b,115b)은 강유전체로 형성된다. 그리하여, 소정의 전기신호에 위해서 유체펌핑챔버들(111,113,115)과 대응되는 부분의 덮개부재(2)를 연동적으로 작동시켜 펌핑시킬 수 있다. 이러한 마이크로 펌프는 밸브를 이용하지 않고 단지 각 펌핑부의 작동을 시간차를 주어 적절히 운용함으로써, 유체의 방향을 일정한 방향으로 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 마이크로 펌프의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정흐름도이다. 이를 참조하면, 먼저 판 상의 덮개부재(도 1의 2)와 지지본체부재(도 1의 1)를 마련하는데, 덮개부재(2) 및 지지본체부재(1)의 재료로서는 유리, 파이렉스 글래스(pyrex glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon), 폴리머(polymer) 등을 적용할 수 있다. 마련된 지지본체부재(1)의 판 면에 포토 및 식각공정을 거쳐서 소정의 패터닝 공정 유체유입챔버(도 1의 13)와 유체펌핑챔버(도 1의 11)및 유체유출챔버(도 1의 15)를 형성한다. 이 때, 필요에 따라서 마이크로 펌프를 밸브형으로 제조할 경우에는, 유체유입챔버(13) 및 유체유출챔버(15)에는 제1 및 제2개폐지지부(도 1의 17,19)가 형성되도록 패터닝한다. 덮개부재(2) 판 면에는 유체유입챔버(13) 및유체유출챔버(15)와 대응하여 유체유입구(23)와 유체유출구(25)를 형성하고, 소정의 패터닝 공정을 거쳐서 판 면상에 제1개폐지지부(17)와 제2개폐지지부(19)가 대응하는 부분 및 유체펌핑챔버(11)와 대응하는 부분에 소정의 함몰 수용부들(27a,29a,21a)을 형성한다(s1). 이 때, 식각공정은 DRIE(Reactive Ion Etching)나 플라즈마 식각 등의 건식식각법을 사용할 수도 있고, 습식식각으로서 KOH 용액을 이용하여 식각공정을 진행할 수도 있다. KOH 용액을 이용한 식각의 경우에는, 지지본체부재(1)의 판 면에 별도의 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같은 절연막 마스크를 형성한 후에 이를 마스크로 이용하여 식각을 진행하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 덮개부재(2)와 지지본체부재(1)를 결합하여 각 챔버들의 공간을 완성한다(s2). 이 때, 덮개부재(2)와 지지본체부재(1) 사이에는 별도의 접착부재를 사용할 수도 있고, 덮개부재(2)와 지지본체부재(1)의 표면 거칠기를 이용하여 수분을 이용한 수소결합으로 결합시킬 수도 있다. 여기서, 접착부재로는 UV 경화제, 에폭시, 순간 접착제와 같은 저온용 폴리머 접착제 등을 포함한다. 그리고, 양극 접합법을 이용하여 덮개부재(2)와 지지본체부재(1)를 접합할 수도 있다. 양극 접합법을 사용 할 때는, 밸브가 형성되는 부분의 덮개부재(2)와 지지 본체부재(1)가 접촉하는 부분은 선택적으로 소정의 산화막을 형성하여 밸브 형성 부분은 접합되지 않도록하여 해야만 밸브의 역할을 할 수 있다.
덮개부재(2) 상에 형성된 각각의 함몰부(27a,29a,21a) 내에 강유전체로 형성된 압전 소재막(27b,29b,21b)을 형성한다(s3). 여기서, 압전 소재는 주로 페로브스카이트 형의 물질들이고, 외부에서 소정의 스트레스가 가해지면 전류가 흐르는 압전 현상을 일으키는 재료들이다. 이러한 압전 소재막은 주로 화학적 기상증착법(CVD)이나 물리기상 증착법(PVD)을 사용하고, 특히, 양질의 박막으로 형성된 강유전체의 압전 소재막을 형성하기 위해서는, 전구체(precursor)로서 액상의 복합유기체 화합물을 사용하는 금속 유기 화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), sol-gel 코팅 등의 박막형성법 및, 성형 혹은 실크스크린 법의 후막형성법을 사용하는 것이 바람직하다. 이후로는 소정의 금속배선 공정을 거쳐, 압전 소재막 상에 금속배선을 형성함으로써 마이크로 펌프의 제작을 완성한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 마이크로 펌프는, 펌핑 작동부로서 강유전체로 형성된 압전 소재막을 사용함으로써, 점성이 높고 전해질이라서 펌핑이 어려운 생체용액에 대해서도 역류현상 없이 용이하게 적용할 수 있는 마이크로 펌프를 제공할 수 있다. 그리고, 제조공정을 단순화하여 제작 난이도를 낮출 수 있어 제조단가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 마이크로 펌프는, 펌핑작동부와 밸브에 압전 소재로 형성된 압전밸브 및 압전 작동부를 적용함으로써, 점성이 높고 전해질인 생체용액에 대해서 역류현상 없이 적용할 수 있는 우수한 마이크로 펌프를 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명의 마이크로 펌프는, 제작공정을 단순화할 수 있어 제조단가를 감소시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 판 상의 지지본체 부재를 개재하고서 일측 면에 부착된 덮개부재 및 상기 덮개부재와 대응하여 상기 지지본체 부재를 밀폐하는 제2덮개부재를 구비한 마이크로 펌프에 있어서,
    상기 덮개부재에 형성된 유체유입구와 유체유출구;
    상기 덮개부재의 상기 유체유입구와 대응되어 소정 공간을 형성하도록 상기 지지본체 부재를 관통하여 형성된 유체 유입챔버;
    상기 유체유입챔버와 인접하여 배치되어 상기 유체유입챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제1개폐지지부으로 격리되어 연접하여 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체펌핑챔버;
    상기 유체펌핑챔버와 상기 지지본체부재와 일체로 형성된 제2개폐지지부으로 격리되어 연접 형성되고, 상기 덮개부재의 상기 유체유출구와 대응하여 상기 지지본체를 관통하여 형성된 유체유출챔버;
    상기 제1개폐지지부와 대응하도록 상기 덮개부재 및 제2덮개부재에 형성되어 상기 유체유입챔버와 상기 유체펌핑챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제1압전밸브;
    상기 유체펌핑챔버와 대응하도록 상기 덮개부재 및 제2덮개부재에 형성되어 상기 유체펌핑챔버의 유체를 상기 유체유출챔버로 유동시킬 수 있도록 압전형 소재로 형성된 압전 유체유동펌프; 및
    상기 제2개폐지지부와 대응하도록 상기 제1 및 제2덮개부재에 형성되고 상기 유체펌핑챔버와 상기 유체유출챔버 사이의 유체이동을 조절하도록 압전형 소재로 형성된 제2압전밸브 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체유입챔버와 상기 유체펌핑챔버 및 상기 유체유출챔버는 상기 지지 본체부재의 판 면에 길이방향으로 연접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1압전밸브는,
    상기 제1개폐지지부의 상단과 대응하여 덮개부재에 형성된 소정 넓이의 함몰 수용부;
    상기 함몰 수용부의 저면 판 상에 제1개폐지지부와 접촉 및 이격할 수 있도록 상기 압전형 소재로 형성된 박막의 제1압전 소재막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1개폐지지부는 상기 덮개부재와 접하는 부분이 평상시에 닫혀 있다가 압전 밸브 구동시에 소정의 이격된 유동공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  6. 제2항에 있어서, 상기 압전 유체유동펌프는,
    상기 유체 펌핑챔버의 중앙부분과 대응하여 덮개부재에 형성된 함몰 수용부;
    상기 함몰 수용부의 저면에 형성된 제2압전 소재막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제2압전밸브는,
    상기 제2개폐지지부 상부와 대응하여 덮개부재에 형성된 제3함몰 수용부;
    상기 제3함몰 수용부에 되어 상기 덮개부재를 상기 제2개폐지지부와 접촉 및 이격을 제어하도록 제3압전 소재막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제1압전 밸브 및 제2압전 밸브는 압전 유체유동펌프의 동작에 따라 상호 연동하여 작동하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  9. 판 상의 덮개부재와 상기 덮개부재와 결합되는 지지본체 부재를 갖는 마이크로 펌프에 있어서,
    상기 덮개부재에 형성된 유체유입구와 유체유출구;
    상기 유체유입구와 대응하여 상기지지 본체부재에 형성된 유체유입챔버;
    상기 지지본체 부재에 상기 유체유입챔버와 연접하여 상기 유체유입챔버로부터 유입된 유체를 펌핑하는 복수의 유체펌프챔버;
    상기 복수의 유체펌프챔버와 인접하여 펌핑된 유체를 외부로 유출시키는 유체유출챔버; 및
    상기 유체펌프 챔버들과 대응하여 덮개부재와 상기 지지본체부재 중 적어도 어느 하나의 판 면에 형성되어 상호 연동하여 작동하면서 유체를 펌핑하는 압전 펌핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압전 펌핑부는,
    상기 덮개부재 판 면상에 함몰 형성된 함몰 수용부; 및
    상기 함몰 수용부 판 면상에 형성되어 압전형으로 작동하는 박막의 압전 소재막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  11. 제9항에 있어서, 상기 압전 펌핑부는,
    상기 지지본체 부재의 후판 면상에 함몰 형성된 함몰 수용부; 및
    상기 함몰 수용부 판 면상에 형성되어 압전형으로 작동하는 박막의 압전 소재막을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
KR10-2002-0027924A 2002-05-20 2002-05-20 압전형 마이크로 펌프 KR100453815B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0027924A KR100453815B1 (ko) 2002-05-20 2002-05-20 압전형 마이크로 펌프

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0027924A KR100453815B1 (ko) 2002-05-20 2002-05-20 압전형 마이크로 펌프

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030089986A KR20030089986A (ko) 2003-11-28
KR100453815B1 true KR100453815B1 (ko) 2004-10-20

Family

ID=32383620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0027924A KR100453815B1 (ko) 2002-05-20 2002-05-20 압전형 마이크로 펌프

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100453815B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8360753B2 (en) 2006-12-05 2013-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Micro fluidic transportation device and method for manufacturing the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102678526B (zh) * 2011-03-14 2016-04-06 南开大学 多级扩散微流管道的行波式无阀压电微泵

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987007218A1 (en) * 1986-05-30 1987-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectrically operated fluid pump
JPH02149778A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Seiko Epson Corp 圧電マイクロポンプ
WO2000028213A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-18 Thomas Laurell Micropump
JP2001193657A (ja) * 1999-10-27 2001-07-17 Seiko Instruments Inc ポンプ及びその駆動方法
JP2001317647A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Seiko Instruments Inc マイクロバルブおよびマイクロポンプ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987007218A1 (en) * 1986-05-30 1987-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Piezoelectrically operated fluid pump
JPH02149778A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Seiko Epson Corp 圧電マイクロポンプ
WO2000028213A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-18 Thomas Laurell Micropump
JP2001193657A (ja) * 1999-10-27 2001-07-17 Seiko Instruments Inc ポンプ及びその駆動方法
JP2001317647A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Seiko Instruments Inc マイクロバルブおよびマイクロポンプ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8360753B2 (en) 2006-12-05 2013-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Micro fluidic transportation device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030089986A (ko) 2003-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7217395B2 (en) Piezoelectrically controllable microfluid actor system
US5216273A (en) Microvalve of multilayer silicon construction
US5336062A (en) Microminiaturized pump
US20090297372A1 (en) Dual Chamber Valveless Mems Micropump
EP2107246B1 (en) Fluid transportation device having multiple double-chamber actuating structures
TWI306490B (en) Apparatus for driving microfluid driving the method thereof
CA2350076C (en) Electrostatically actuated pumping array
KR100976911B1 (ko) 유체 이송 장치
JP5027930B2 (ja) 安全弁を含むポンプ装置
US5215446A (en) Piezoelectric pump which uses a piezoelectric actuator
US7631852B2 (en) Normally double-closed microvalve
JP5494658B2 (ja) バルブ、流体装置及び流体供給装置
WO2007111049A1 (ja) マイクロポンプ
US20210363983A1 (en) MIcro Pump Systems and Processing Techniques
US8528602B2 (en) Microvalve system
KR20110072275A (ko) 미세 유체 소자 및 그 제조방법
US20140037481A1 (en) Pump produced in a substrate
US20090217994A1 (en) Multi-channel fluid conveying apparatus
CN111530514B (zh) 微流动气控芯片
KR20010043451A (ko) 마이크로밸브
KR100884893B1 (ko) 마이크로 펌프
JPH10110681A (ja) マイクロポンプおよびポンプシステム
KR100453815B1 (ko) 압전형 마이크로 펌프
WO2008150210A1 (en) Micropump
JPH0486388A (ja) 圧電マイクロポンプの流路構成

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130923

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee