(57)【要約】【課題】好適なマイクロポンプシステムを提供すること。【解決手段】開示されているのは、複数の入口および出口ポートと、コンパートメントを提供するためにポンプチャンバ内に配置された複数の膜とを伴う、区分されたポンプチャンバを有するポンプ本体を含むマイクロポンプである。膜は、ポンプ本体の対向壁間に係留され、ポンプ本体の膜および壁の対向する表面上に配置された電極を支持する。さらに、開示されているのは、除熱器と、自給式持続気道陽圧呼吸デバイスとを含むマイクロポンプの用途である。【選択図】図１
2020054849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許法§１１９に基づき、米国仮特許出願第６１／９４５，９７３号（２０１４年２月２８日出願、名称「Ｍｉｃｒｏ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」）、および米国特許出願第１４／６３２，４２３号（２０１５年２月２６日出願、名称「Ｍｉｃｒｏ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」）に対する優先権を主張し、上記出願の全内容は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本明細書は、ポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
機械的ポンプシステムおよびコンプレッサシステムは、周知である。ポンプは、機械的作用によって流体（液体または気体もしくはスラリー等）を移動させるために使用される。ポンプは、流体を移動させるために使用される方法に従って、例えば、直接揚力ポンプ、容積型ポンプ、および重力ポンプに分類されることでできる。
【０００４】
最近、小型圧電空気ポンプである、モデル番号ＭＺＢ１００１マイクロブロアとして、圧電技術を用いて動作する薄型高圧空気ポンプがＭｕｒａｔａ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇによって発表された。Ｍｕｒａｔａによると、ポンプは、圧電ダイヤフラムを使用し、圧電ダイヤフラムは、正弦波電圧が印加されると、上下に振動し、振動が、空気をマイクロブロアの中に、かつデバイスの上部のノズルを通して外に推し進める。
【０００５】
一般的になりつつある医学的障害である、睡眠時無呼吸は、睡眠中の呼吸（気流）の減少または一時停止を伴う。睡眠時無呼吸は、成人において一般的であり、子供では稀である。睡眠時無呼吸のための治療としては、外科的手技、または挙動変化歯科用器具およびマウスピースを伴い得る非外科的治療が挙げられ得る。非外科的治療の１つとして、ＣＰＡＰ（持続気道陽圧）デバイスが挙げられる。
【０００６】
持続気道陽圧（ＣＰＡＰ）は、機械を使用して、空気圧を供給し、睡眠中に気道が圧潰しないように、ユーザの気道を開放したまま保持する非外科的治療である。機械は、圧力下、鼻用または顔用マスクを通して空気を送達する。機械は、加熱され、湿気を含む空気を、管を通して、空気の漏出を防止するためにぴったりと装着されたマスクに吹きつける。マスクは、鼻用ピロー、鼻用マスク、および顔全体マスクを含む、いくつかの形態をとる。ＣＰＡＰ機械は、トースターよりわずかに大きい。それは、可搬性であり、旅行に携行することができる。しかしながら、既存のＣＰＡＰ治療は、空気を鼻の中に吹きつけるマスクを付けた睡眠は容易ではないため、使用が容易ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある側面によると、マイクロポンプは、ポンプ本体であって、複数のコンパートメントに区分されたポンプチャンバを有し、ポンプチャンバは、ポンプチャンバの中への流体流入を提供する第１の複数の入口ポートと、ポンプチャンバからの流体流出を提供する第２の複数の出口ポートとを有する、ポンプ本体と、ポンプチャンバ内に配置されている第３の複数の膜であって、ポンプ本体の対向壁間に係留され、ポンプチャンバと複数のコンパートメントを提供する第３の複数の膜と、第４の複数の電極であって、第４の複数の電極のうちの第１の対は、ポンプ本体の第２の異なる対の対向壁上に配置され、第４の複数の電極のうちの残りのものは、膜の主要表面上に配置されている第４の複数の電極とを含む。
【０００８】
以下は、本側面の範囲内のいくつかの実施形態である。
【０００９】
入口および出口は、ポンプ本体の同一壁上にある。第１の複数の入口および第２の複数の出口は、ポンプ本体の同一壁上にあり、第１の複数の入口は、源への第１の接続の組を有し、第２の複数の出口は、シンクへの第２の異なる接続の組を有し、第２の複数の出口は、第１の接続の組から分離される。入口および出口は、ポンプ本体の対向壁上にある。マイクロポンプは、第５の複数の弁を含み、そのうちの第１の部分は、第１の複数の入口に隣接して配置され、弁の第２の部分は、第２の複数の出口に隣接して配置される。第５の複数の弁は、フラップ弁である。マイクロポンプは、第４の複数の電極に印加される電気信号の組によって駆動され、第４の複数の電極に印加される電圧の極性に従って、ポンプチャンバ内に配置されている第３の複数の膜に偏らせるように構成される。電気信号の組は、複数のコンパートメントのうちの第１のものに収縮させ、実質的に同時に、複数のコンパートメントのうちの少なくとも１つの隣接するものに拡張させる。マイクロポンプは、電極に印加するための波形を生成する駆動回路を含む。
【００１０】
追加の側面によると、マイクロポンプは、ポンプ本体と、その主要表面上に導電性電極を有する膜と、ポンプコンパートメントを形成するポンプ端とを有する第１および第２のマイクロポンプモジュールであって、第１および第２のマイクロポンプモジュールの各々は、少なくとも、ポンプコンパートメントの中への流体流入を提供する入口ポートと、ポンプコンパートメントからの流体流出を提供する出口ポートとを有する、第１および第２のマイクロポンプモジュールと、ポンプ本体と、その主要表面上に導電性電極を有する膜とを有する少なくとも第３のマイクロポンプモジュールであって、第１のマイクロポンプモジュールと第２のマイクロポンプモジュールとの間に挟まれている第３のマイクロポンプモジュールとを含む。
【００１１】
以下は、本側面の範囲内のいくつかの実施形態である。
【００１２】
各モジュールの入口および出口は、ポンプ本体の同一壁上にある。第１の複数の入口および第２の複数の出口は、ポンプ本体の同一壁上にあり、第１の複数の入口は、源への第１の接続の組を有し、第２の複数の出口は、シンクへの第２の異なる接続の組を有し、第２の複数の出口は、第１の接続の組から分離される。各モジュールの入口および出口は、ポンプ本体の対向壁上にある。マイクロポンプは、入口および出口に隣接して配置されている複数の弁を含む。弁は、梁部材および停止部を有するフラップ弁である。
【００１３】
追加の側面によると、電気構成要素のための冷却デバイス、複数のコンパートメントを有するポンプチャンバを形成するポンプ本体であって、ポンプチャンバは、ポンプチャンバのコンパートメントの中への流体流入を提供する第１の複数の入口ポートと、ポンプチャンバのコンパートメントからの流体流出を提供する第２の複数の出口ポートとを有する、ポンプ本体と、ポンプチャンバ内に配置されている第３の複数の膜であって、ポンプ本体の対向壁間に係留されている、第３の複数の膜と、第４の複数の電極であって、第４の複数の電極のうちの第１の対は、ポンプ本体の第２の異なる対の対向壁上に配置され、第４の複数の電極のうちの残りの部分は、膜の各々の表面上に配置されている、第４の複数の電極と、電気構成要素に取り付けられるように構成されている第１の表面と、マイクロポンプと熱連通する第２の表面とを有する熱流板とを有する、マイクロポンプを含む。
【００１４】
以下は、本側面の範囲内のいくつかの実施形態である。
【００１５】
マイクロポンプは、熱流板に接続される。コンパートメントのうちの端部のものは、ポンプ本体の対応する壁を有し、第３の複数の膜のうちの１つは、端部コンパートメントを提供し、一対の膜を有するコンパートメントの中間のものは、中間コンパートメントを提供する。
【００１６】
追加の側面によると、気道圧呼吸デバイスは、リング本体を通り、一対の端部部分で終りをなす、空気通路を有し、各端部部分は、端部部分の第１の表面に少なくとも１つの出口を有する、リング本体と、リング本体によって支持されているマイクロポンプであって、ポンプ周囲空気をリング本体内の空気通路を通して端部部分に圧送するように構成されている、マイクロポンプとを含む。
【００１７】
以下は、本側面の範囲内のいくつかの実施形態である。
【００１８】
気道圧呼吸デバイスは、マイクロポンプのための電源を提供するバッテリであって、ポンプ本体上に支持されている、バッテリを含む。
【００１９】
前述の側面のうちの１つ以上のものは、以下の利点のうちの１つ以上のものを提供し得る。
【００２０】
マイクロポンプは、マイクロ加工方法を使用して作製されることができ、産業、医療、および生物学的用途において広く実装されている、マイクロ圧送プロセスを行うために使用されることができる。マイクロポンプは、流体を高流量で輸送することができる。マイクロポンプは、薬剤の投薬を含む、種々の用途のために、合理的に安価かつ可能性として使い捨てである装置として使用されることができ、人工器官内で使用されることもできる。マイクロポンプは、その高圧縮能力に基づいて、真空ポンプとして使用されることができ、かつ燃料電池システム内におけるような熱伝達用途において使用され、従来の空気コンプレッサに取って代わり、空気を移動させ、燃料電池反応のための酸素を提供し、水蒸気および廃熱を含む反応副産物を除去することができる。高価であり、騒々しく、大型で、重量があり、高電力を消費し、かつ容易に摩耗し得る、従来の空気コンプレッサと比較して、マイクロポンプは、低コストで、静音であり、小型、例えば、ミリメートル規模であり、軽量、例えば、ミリグラムからグラム規模であり、概して、従来のポンプと比較して比較的に低電力を消費するであろう。さらに、マイクロポンプは、機械的にロバストである。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
マイクロポンプであって、
ポンプ本体であって、前記ポンプ本体は、複数のコンパートメントに区分されたポンプチャンバを有し、前記ポンプチャンバは、前記ポンプチャンバの中への流体流入を提供する第１の複数の入口ポートと、前記ポンプチャンバからの流体流出を提供する第２の複数の出口ポートとを有する、ポンプ本体と、
前記ポンプチャンバ内に配置されている第３の複数の膜であって、前記第３の複数の膜は、前記ポンプ本体の対向壁間に係留され、前記複数のコンパートメントに前記ポンプチャンバを提供する、第３の複数の膜と、
第４の複数の電極であって、前記第４の複数の電極のうちの第１の対は、前記ポンプ本体の第２の異なる対の対向壁上に配置され、前記第４の複数の電極のうちの残りのものは、前記膜の主要表面上に配置されている、第４の複数の電極と
を備えている、マイクロポンプ。
（項目２）
入口および出口は、前記ポンプ本体の同一壁上にある、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目３）
前記第１の複数の入口および前記第２の複数の出口は、前記ポンプ本体の同一壁上にあり、前記第１の複数の入口は、源への第１の接続の組を有し、前記第２の複数の出口は、シンクへの第２の異なる接続の組を有し、前記第２の複数の出口は、前記第１の接続の組から分離されている、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目４）
前記入口および前記出口は、前記ポンプ本体の対向壁上にある、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目５）
第５の複数の弁をさらに備え、そのうちの第１の部分は、前記第１の複数の入口に隣接して配置され、前記弁のうちの第２の部分は、前記第２の複数の出口に隣接して配置されている、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目６）
前記第５の複数の弁は、フラップ弁またはスライディング弁である、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目７）
前記マイクロポンプは、前記第４の複数の電極に印加される電気信号の組によって駆動され、前記第４の複数の電極に印加される電圧の極性に従って、前記ポンプチャンバ内に配置されている前記第３の複数の膜に偏らせるように構成されている、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目８）
前記電気信号の組は、前記複数のコンパートメントのうちの第１のものに収縮させ、実質的に同時に、前記複数のコンパートメントのうちの少なくとも１つの隣接するものに拡張させる、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目９）
前記電極に印加するための波形を生成する駆動回路をさらに備えている、項目１に記載のマイクロポンプ。
（項目１０）
マイクロポンプであって、
ポンプ本体と、その主要表面上に導電性電極を有する膜と、ポンプコンパートメントを形成するポンプ端とを有する第１および第２のマイクロポンプモジュールであって、前記第１および第２のマイクロポンプモジュールの各々は、少なくとも前記ポンプコンパートメントの中への流体流入を提供する入口ポートと、前記ポンプコンパートメントからの流体流出を提供する出口ポートとを有する、第１および第２のマイクロポンプモジュールと、
ポンプ本体と、その主要表面上に導電性電極を有する膜とを有する少なくとも第３のマイクロポンプモジュールであって、前記第３のマイクロポンプモジュールは、前記第１のマイクロポンプモジュールと第２のマイクロポンプモジュールとの間に挟まれている、第３のマイクロポンプモジュールと
を備えている、マイクロポンプ。
（項目１１）
各モジュールの前記入口および前記出口は、前記ポンプ本体の同一壁上にあり、前記マイクロポンプは、電子駆動回路を備えている、項目１０に記載のマイクロポンプ。
（項目１２）
前記第１の複数の入口および前記第２の複数の出口は、前記ポンプ本体の同一壁上にあり、前記第１の複数の入口は、源への第１の接続の組を有し、前記第２の複数の出口は、シンクへの第２の異なる接続の組を有し、前記第２の複数の出口は、前記第１の接続の組から分離されている、項目１０に記載のマイクロポンプ。
（項目１３）
各モジュールの前記入口および前記出口は、前記ポンプ本体の対向壁上にある、項目１０に記載のマイクロポンプ。
（項目１４）
入口および出口に隣接して配置されている複数の弁をさらに備えている、項目１０に記載のマイクロポンプ。
（項目１５）
前記弁は、梁部材および停止部を有するフラップ弁である、項目１０に記載のマイクロポンプ。
（項目１６）
電気構成要素のための冷却デバイスであって、前記冷却デバイスは、
複数のコンパートメントを有するポンプチャンバを形成するポンプ本体を有するマイクロポンプであって、前記ポンプチャンバは、
前記ポンプチャンバのコンパートメントの中への流体流入を提供する第１の複数の入口ポートと、
前記ポンプチャンバのコンパートメントからの流体流出を提供する第２の複数の出口ポートと、
前記ポンプチャンバ内に配置されている第３の複数の膜であって、前記第３の複数の膜は、前記ポンプ本体の対向壁間に係留されている、第３の複数の膜と、
第４の複数の電極であって、前記第４の複数の電極のうちの第１の対は、前記ポンプ本体の第２の異なる対の対向壁上に配置され、前記第４の複数の電極のうちの残りの部分は、前記膜の各々の表面上に配置されている、第４の複数の電極と
を有する、マイクロポンプと、
前記電気構成要素に取り付けられるように構成されている第１の表面と、前記マイクロポンプと熱連通する第２の表面とを有する熱流板と
を備えている、冷却デバイス。
（項目１７）
前記マイクロポンプは、前記熱流板に接続されている、項目１６に記載の冷却デバイス。
（項目１８）
前記コンパートメントのうちの端部のものは、前記ポンプ本体の対応する壁を有し、前記第３の複数の膜のうちの１つは、前記端部コンパートメントを提供し、前記コンパートメントのうちの一対の膜を有する中間のものは、前記中間コンパートメントを提供する、項目１６に記載の冷却デバイス。
（項目１９）
気道圧呼吸デバイスであって、
本体であって、前記本体は、前記本体を通り、一対の端部部分で終りをなす空気通路を有し、各端部部分は、前記端部部分の第１の表面に少なくとも１つの出口を有する、本体と、
前記本体によって支持されているマイクロポンプと
を備え、
前記マイクロポンプとは、周囲空気を前記本体内の空気通路を通して前記端部部分に圧送するように構成されている、気道圧呼吸デバイス。
（項目２０）
前記マイクロポンプのための電源を提供するバッテリをさらに備え、前記バッテリは、前記ポンプ本体上に支持されている、項目１９に記載の気道圧呼吸デバイス。
（項目２１）
前記マイクロポンプと流体連通するように配置されているバタフライ型弁をさらに備えている、項目１９に記載の気道圧呼吸デバイス。
（項目２２）
前記本体の端部部分に空気通路を有する一対のプラグをさらに備えている、項目１９に記載の気道圧呼吸デバイス。
（項目２３）
前記端部部分は、ユーザの鼻孔内にぴったりと嵌め入る鼻用インターフェースを備えている、項目１９に記載の気道圧呼吸デバイス。
（項目２４）
前記端部部分における鼻用インターフェースをさらに備え、前記鼻用インターフェースは、ユーザの鼻孔内にぴったりと嵌め入るように構成されている、項目１９に記載の気道圧呼吸デバイス。
（項目２５）
通路を有する本体を備えている弁デバイスであって、前記本体は、
前記通路と垂直の入口制御ポートと、
前記通路の第１の端部において前記本体に結合されている第１のポートと、
前記通路の第２の端部に結合されている第２のポートと、
軸方向部材と、
前記入口制御ポートに隣接して前記本体内に配置されている弁フラップと
を支持しており、
前記フラップ弁は、前記入口制御ポートを通して空気を印加すると、前記第１のポートと第２のポートと間の通路を開閉するように前記軸方向部材の周りに回転可能である、弁デバイス。
（項目２６）
前記本体上に支持されている第１のポートは、前記弁フラップの中心からわずかにオフセットされている、項目２５に記載の弁デバイス。
（項目２７）
前記フラップは、前記入口制御ポートと流体連通するように配置されているバタフライ型弁を提供し、前記入口制御ポートは、前記入口制御ポートに印加される空気によって制御される、項目２５に記載の弁デバイス。
（項目２８）
第３のポートをさらに備え、前記第３のポートは、支持されている前記第１のポートに隣接して前記通路の前記第１の端部に配置され、前記第３のポートは、前記本体上に支持されている、項目２５に記載の弁デバイス。
（項目２９）
第３のポートをさらに備え、前記第３のポートは、支持されている前記第１のポートに隣接して前記通路の前記第１の端部に配置され、前記第３のポートは、前記本体上に支持され、前記弁フラップの中心からわずかにオフセットされている、項目２５に記載の弁デバイス。
（項目３０）
弁デバイスであって、
弁部材であって、前記弁部材は、ステム部分およびフラップカバー部分を有し、前記ステムは、前記フラップカバー部分と垂直である、弁部材と、
本体層と、
前記本体層上に支持されている本体壁と
を備え、
前記本体壁は、通路を有し、本体壁内の前記通路は、前記本体層および本体壁から形成されたチャンバの中への開口部と、対の間隔を置かれた壁領域によって形成された前記本体壁を越えた少なくとも１つの開口部とを有し、
前記ステム部分は、前記一対の間隔を置かれた本体壁領域によって画定された空間内にあり、前記フラップカバー部分は、前記チャンバ内の開口部と前記壁を越えた前記開口部との間の前記通路内にある、弁デバイス。
（項目３１）
前記本体壁の上に配置されている第２の本体層をさらに備えている、項目３０に記載の弁デバイス。
（項目３２）
弁デバイスであって、
本体層と、
弁部材であって、前記弁部材は、略半円形部分と、前記半円形部分の端部に結合されている一対の端部部分と、一対の脚部部分とを有する、弁部材と、
ステム部分およびヘッド部分を有するピストン状部材であって、前記ピストン状部材は、前記本体層上に支持されている、ピストン状部材と、
前記本体層上に支持されている本体壁と
を備え、
前記本体壁は、前記本体層および前記本体壁から形成されたチャンバの中への開口部と、前記ピストン状部材のステム部分によって形成された前記本体壁を越えた少なくとも１つの開口部とを有し、
前記ヘッド部分は、前記弁部材が、自由に移動するが、前記壁を越えた前記開口部に隣接して含まれることを可能にするように構成されている、弁デバイス。
（項目３３）
前記本体壁の上に配置されている第２の本体層をさらに備えている、項目３２に記載の弁デバイス。
（項目３４）
前記弁部材の形状は、概略的に、前記ギリシャ文字のオメガに似ている、項目３２に記載の弁デバイス。
【００２１】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、付随の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面ならびに請求項から明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、圧送サイクルの２つの逆位相で動作するマイクロポンプの機能ブロック図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、名目的な非装填位置における膜を伴う、図１Ａ、１Ｂのマイクロポンプを図示する。
【図１Ｄ】図１Ｄは、フラップ弁および駆動回路を伴う、図１Ａ、１Ｂのマイクロポンプを図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、組み立てられるモジュール層のスタックの組み立てられた図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、モジュール層の分解図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂのモジュール層の組み立てられた図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、中間モジュール層の分解図である。
【図３】図３および４は、マイクロポンプの電極への印加のための電圧波形のプロットである。
【図４】図３および４は、マイクロポンプの電極への印加のための電圧波形のプロットである。
【図５】図５は、例示的駆動回路のブロック図である。
【図６】図６は、例示的グリッド構成に配列されるマイクロポンプのブロック図である。
【図７】図７は、ダイフレーム内に統合されるマイクロポンプの斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、冷却配列における例示的冷却デバイスのそれぞれの上部側面図および底部側面図である。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、冷却配列における例示的冷却デバイスのそれぞれの上部側面図および底部側面図である。
【図９】図９Ａおよび９Ｂは、気道圧呼吸デバイスのそれぞれの斜視図および正面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、代替気道圧呼吸デバイスの斜視図である。
【図１０】（記載なし）
【図１０−１】図１０Ａ−１０Ｆは、呼息弁の図である。
【図１０−２】図１０Ａ−１０Ｆは、呼息弁の図である。
【図１０−３】図１０Ａ−１０Ｆは、呼息弁の図である。
【図１１Ａ】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的スライディング弁の詳細を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的スライディング弁の詳細を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的スライディング弁の詳細を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的スライディング弁の詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（概要）
マイクロポンプは、マイクロ加工方法を使用して作製されることができ、産業、医療、および生物学的用途において広く実装されているマイクロ圧送プロセスを行うために使用されることができる。例えば、マイクロポンプは、ラボオンチップシステム、燃料電池、高流束電子冷却システム、および生物化学システム内に組み込まれることができる。マイクロポンプは、流体、例えば、ガスまたは液体を少量の正確に測定された量で輸送することができる。いくつかの実装では、マイクロポンプは、高流量で、例えば、約数マイクロリットル／秒〜約数ミリリットル／秒で、および／または高圧で、例えば、約１，０００分の１ｐｓｉ〜約１０分の１ｐｓｉで流体を輸送することができる。マイクロポンプは、流体輸送、流量、および／または圧力が、拡張可能であるように設計されることができる。
【００２４】
医療用途では、マイクロポンプは、薬物注入の合理的に安価かつおそらく使い捨ての手段として使用されることができる。例えば、マイクロポンプは、人体内に埋め込まれ、薬剤を、例えば、血流中に投与し、慢性疾患を治療することができる。マイクロポンプはまた、人工器官内で使用されることができる。
【００２５】
マイクロポンプは、その高圧縮能力に基づいて、真空ポンプとして使用されることもできる。真空ポンプとして使用される場合のマイクロポンプ、すなわちマイクロ真空ポンプは、化学および生物学的分析のために、小型システム内で使用されることができる。例えば、マイクロ真空ポンプは、イオン化チャンバ内で生成されたイオンが空気分子と衝突せずにチャンバから退出するように、質量分析計のイオン化チャンバ内で真空を生成し、それを維持するために使用されることができる。
【００２６】
燃料電池システムでは、マイクロポンプは、空気ポンプとして使用され、従来の空気コンプレッサに取って代わり、システム内で空気を移動させ、燃料電池反応のための酸素を提供し、水蒸気および廃熱を含む反応副産物を除去することができる。高価であり、騒々しく、大型で、重量があり、高電力を消費し、かつ容易に摩耗し得る従来の空気コンプレッサと比較して、マイクロポンプは、低コストで、静音であり、小型、例えば、ミリメートル規模であり、軽量、例えば、ミリグラムからグラム規模であり、概して、従来のポンプと比較して比較的に低電力を消費するであろう。さらに、マイクロポンプは、機械的にロバストである。
【００２７】
一例示的実装では、マイクロ燃料電池は、小型で、軽量で、かつ高度に分散された空気サブシステムを含むように形成される。空気サブシステムは、シリコンウエハ上に３次元（３Ｄ）プロトン交換膜（ＰＥＭ）構造を伴うマイクロポンプを組み込む。ミクロン規模で製作されたマイクロ燃料電池アーキテクチャは、燃料電池反応のための、かつ反応副産物を除去するための空気移動要件を簡略化する。従来の燃料電池と比較して、シリコンウエハ上に形成される燃料電池は、量生産あたりの電力および体積あたりの重量において１桁の改良を達成することができる。
【００２８】
（マイクロポンプシステム）
（マイクロポンプ）
図１を参照すると、マイクロポンプ１００が、単一の区分されたポンプチャンバ１０４を含むように示される。ポンプ本体１０２は、圧送方向１１４に沿って、２つの壁１１０、１１２と、圧送方向１１４と垂直方向に沿って互いに対向する、２つの固定端部壁１０６、１０８とを含む。壁１０６、１０８、１１０および１１２は、膜によって区分された単一チャンバ１０４を画定する。すなわち、２つの端部壁１０６、１０８間に、膜１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６が、壁１１０から壁１１２まで延び、ポンプチャンバ１０４を７つのコンパートメント１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２に分離する。この実装では、各コンパートメントは、それぞれ、壁１１０、１１２内に画定された入口と、出口とを含む。例えば、コンパートメント１３０は、壁１１０内の入口１５０と、壁１１２内の出口１５２とを含む。他の入口および出口は、標識されていない。
【００２９】
コンパートメント１３０−１４２は、互いから流体シールされる。いくつかの実装では、異なるコンパートメントは、同一入口および／または同一出口（図には図示せず）を有することができ、これらの異なるコンパートメントは、互いに流体連通し得る。ポンプチャンバ１０４の対向端部における２つのコンパートメント１３０、１４２は、ポンプ本体１０２の固定壁と膜とによって提供される壁を有する。コンパートメント１３０、１４２間の中間コンパートメントは、２つの膜によって提供される壁を有し、マイクロポンプ１００は、少なくとも１つ、概して、多くの中間コンパートメントを有し、それらの中間コンパートメント壁の各々は、２つの膜によって提供される。マイクロポンプ１００は、流体、例えば、ガスまたは液体を圧送することができ、材料の選択は、ポンプが圧送するように構成されるであろう流体のタイプを考慮する。
【００３０】
６つの膜が、図に示されるが、各コンパートメントは、モジュール層から形成されると見ることができるので（図２Ａ−２Ｄ参照）、ポンプチャンバは、追加の中間コンパートメントを伴うように延長されることができ、ポンプ１００は、以下にさらに説明されるように、モジュール層のスタックから形成される。
【００３１】
電極（図１Ａおよび１Ｂに明示的に図示せず、図２Ａおよび２Ｃ参照）が、膜１１６−１２６の各々と、随意に、端部壁キャップ１０６、１０８とに取り付けられる。電極（明示的に図示せず）は、駆動回路（図３−５参照）に接続され、駆動回路は、静電誘引／反発を通して膜を活性化するように、電極に電圧を送達する。電極が電圧を有していないとき、膜は、活性ではなく、膜は、名目的な位置にある。静止時の各膜は、端部壁１０６、１０８と実質的に平行であることができ、コンパートメント１３２−１４０は、同一名目的な体積Ｖｉを有することができる。活性化される場合、電極は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、電圧電位を受け取る。図１Ａおよび図１Ｂは、同一チャンバを示すが、以下に論じられるように、異なる位相の信号が電極に印加される。明確にするために、図１Ａにおける参照番号は、概して、図１Ｂでは繰り返されない。
【００３２】
いくつかの実施形態では、その名目的な位置における２つの隣接する膜間の距離は、約５０ミクロンであり、名目的な体積Ｖｉは、ナノリットル〜マイクロリットル〜ミリリットル、例えば、０．１マイクロリットルの範囲であることができる。いくつかの実装では、コンパートメント１３０、１４２の各々は、中間コンパートメント１３２−１４０の名目的な体積の半分である、名目的な体積Ｖｅを有する。例えば、その名目的な位置における膜１１６と端部壁１０６との間またはその名目的な位置における膜１２６と端部壁１０８との間の距離は、約２５ミクロンである。名目的な体積Ｖｅは、ナノリットル〜マイクロリットル〜ミリリットル、例えば、０．０５マイクロリットルの範囲であることができる。コンパートメント１３０−１４２は、異なるサイズを有することもできる。サイズは、例えば、製造、電力消費、および用途考慮に基づいて、選定されることができる。例えば、幅２５ミクロンを有するコンパートメント１３０、１４２は、減少したピーク駆動電圧を用いて、起動機能を可能にすることができる。駆動電圧は、以下にさらに論じられる。実施例として、マイクロポンプ１００は、約１．５ｍｍの長さ、約１．５ｍｍの幅、０．０５ｍｍの総高さ（異なるコンパートメントの累積高さ）、および約０．１１２５ｍｍ３の総体積を有する内部体積を有することができる。
【００３３】
類似目的のために使用される従来の機械的ポンプと比較して、マイクロポンプ１００は、より少ない材料を使用し、したがって、より少ない応力を受け、より少ない電力を使用して駆動される。マイクロポンプ１００は、ミクロン〜ミリメートル規模のサイズを有し、広範囲の流量および圧力を提供することができる。概算として、マイクロポンプ１００によって提供され得る潜在的流量は、マイクロポンプ１００の総体積×駆動周波数として計算されることができる。
【００３４】
概して、流量は、ナノリットル〜マイクロリットル〜ミリリットルの規模であることができる。概して、圧力は、マイクロポンプ１００に投入されるエネルギー、例えば、駆動電圧の量によって影響される。いくつかの実装では、電圧が高いほど、電圧が大きく、電圧の上限は、マイクロポンプ１００の故障限界によって定義され、電圧の下限は、膜の作動能力によって定義される。マイクロポンプ１００の圧力は、約１マイクロｐｓｉ〜１０分の１ｐｓｉの範囲内であることができる。選択される範囲の流量および圧力は、ポンプ材料、ポンプ設計、およびポンプ製造技法の選択によって達成されることができる。
【００３５】
説明されるマイクロポンプ１００は、往復動カテゴリ内の容積型ポンプである。圧送は、マイクロポンプのポンプチャンバの作動を通した流体装填サイクルと流体排出サイクルとの２つの交互動作において生じる。装填動作では、ポンプチャンバは、より低い圧力源に対して開放され、流体がチャンバの中に充填される。排出動作では、ポンプチャンバ内側の流体は、ポンプチャンバからより高い圧力シンクに対して圧縮される。
【００３６】
概して、従来のポンプチャンバは、単一膜がチャンバの固定壁に向かって移動すると、圧縮されるが、図１Ａ、１Ｂに関連して前述のポンプチャンバは、各々が２つの固定壁間に係留された複数の膜を備えている。固定壁は、対の隣接する膜によって分離される複数のコンパートメントを形成するポンプ本体層である。コンパートメントの最初と最後のものは、膜と、本体の端部キャップの一部である固定壁とによって形成されるが、中間コンパートメントは、対の隣接する膜によって提供される。
【００３７】
同じマイクロポンプ１００の２つの動作状態を示す、図１Ａおよび１Ｂを比較する。前半ポンプサイクルでは、第１のコンパートメントの組は、圧縮され、第２のコンパートメントの組は、拡張させられる。
【００３８】
例えば、図１Ａでは、端部コンパートメント１３０および１４２は、前半ポンプサイクルにおいて、中間コンパートメント１３４および１３８と同程度に圧縮されるように示される。圧縮は、膜１１６および１２６が壁１０６および１０８に向かって移動すると、端部コンパートメント１３０および１４２内で生じ、コンパートメント１３４および１３８に対して、隣接する膜１１８、１２０および１２２、１２４が互いに向かって移動すると生じる。これらの膜の移動は、それぞれの端部コンパートメント１３０および１４２ならびに中間コンパートメント１３４および１３８の体積を減少させ、流体（ガスまたは液体）をコンパートメントから排出する。それらのコンパートメントの圧縮と同時に、隣接するコンパートメント１３２、１３６、および１４０（全てここでは中間コンパートメントである）は、それぞれの膜１１６、１１８；１２０、１２２；および１２４、１２６の組が、互いから離れ、それぞれのチャンバ体積を拡張させるときに装填される。
【００３９】
図１Ｂに示されるように、後半ポンプサイクルでは、端部コンパートメント１３０および１４２は、中間コンパートメント１３４および１３８と同程度に拡張させられて示される。拡張は、膜１１６および１２６が壁１０６および１０８から離れると、端部コンパートメント１３０および１４２内に生じ、コンパートメント１３４および１３８に対して、隣接する膜１１８、１２０および１２２、１２４が互いから離れると生じる。これらの膜の移動は、それぞれの端部コンパートメント１３０および１４２ならびに中間コンパートメント１３４および１３８の体積を増加させ、流体（ガスまたは液体）をそれらのコンパートメントの中に装填させる。それらのコンパートメントの拡張と同時に、隣接するコンパートメント１３２、１３６、および１４０（全てここでは中間コンパートメントである）は、それぞれの膜１１６、１１８；１２０、１２２；および１２４、１２６の組が互いに向かって移動すると排出され、それぞれのチャンバ体積を減少させる。
【００４０】
すなわち、作動させられると、ポンプチャンバの各膜は、中心、すなわち、膜が作動させられていないときにある名目的な場所を中心として、２つの対向方向に移動することができる。
【００４１】
動作時、従来のポンプチャンバの膜は、圧送において使用される単一ポンプチャンバコンパートメントを形成する。流体、例えば、ガスは、それぞれ、圧送サイクルの装填および排出動作の間、１回、装填および排出される。ガスは、サイクルの半分の間のみ、流出し、ガスは、サイクルの他の半分の間、流入する。
【００４２】
本マイクロポンプ１００では、各コンパートメント１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、および１４２が、圧送において使用される。したがって、図１Ａに示されるように、ポンプサイクルの前半では、流体が、チャンバ１３０、１３４、１３８、および１４２から圧送される一方、ガスが、同時に、チャンバ１３２、１３６、および１４０に進入する。図１Ｂに示されるように、ポンプサイクルの後半では、動作は、反転され、流体が、チャンバ１３２、１３６、および１４０から圧送される一方、ガスが、同時に、チャンバ１３０、１３４、１３８、および１４２に進入する。
【００４３】
種々の実装が、可能である。例えば、２つの固定端部壁間の２つの膜が、圧送のために、３つのコンパートメントを形成する。マイクロポンプ１００は、例えば、個々の膜が、より少ない距離を進行し、したがって、より少なく駆動されるため、同一量の圧送を行う従来のポンプより高い効率を有することができ、かつより少ないエネルギーを消費することができる。効率およびエネルギー節約は、２つの固定端部壁コンパートメント間の１つより多いコンパートメントに伴って、さらに増加することができる。したがって、マイクロポンプ１００は、１〜数個〜数１００個またはそれを上回る中間チャンバを有することができる。ここでは、図１Ａおよび１Ｂにおいて、５つの中間チャンバが示されている。
【００４４】
概して、圧送を行うために、各コンパートメントは、ガス入口１５０と、ガス出口１５２とを含む。入口および出口は、弁、例えば、弁に加えられる圧力に応答して開閉する受動弁を含む。いくつかの実装では、弁は、ポンプコンパートメントの中へまたはそこからのガス流によって生成される弁を横断する圧力差によって駆動されるフラップ弁である。能動駆動が要求されないため、フラップ弁は、ポンプ動作の複雑性を低減させることができる。
【００４５】
他の実装では、弁は、ポンプコンパートメントの中へまたはそこからのガス流によって生成される弁を横断する圧力差によって駆動されるスライディング弁であり、これは、フラップ弁を曲げること関わるエネルギーを考慮すると、より望ましくあり得る。例示的スライディング弁は、図１１に論じられる。
【００４６】
代替として、ノズルおよび拡散器を使用して、弁なし構成においてマイクロポンプ１００を構築することも可能である。
【００４７】
図１Ｃは、その中心の名目的な位置におけるマイクロポンプ１００の膜を示す。
【００４８】
ここで図１Ｄを参照すると、膜（番号が付与されていないが、図１Ａにおけるものと同一である）は、静電力によって移動するように駆動される。電極（概して、１６２）が、固定端部壁および膜の各々の主要表面の各々に取り付けられる。コンパートメントの装填動作の間、コンパートメントの隣接する電極は、同一の正または負の電圧を有し、したがって、２つの電極、したがって、２つの膜が互いに反発するようにする傾向があろう。コンパートメントの排出動作の間、コンパートメントの２つの隣接する電極は、反対の正または負の電圧を有し、２つの電極、したがって、２つの膜に互いに誘引させるであろう。コンパートメントの２つの電極は、平行板静電アクチュエータを形成する。電極は、概して、小型サイズおよび低静的電力消費を有する。高電圧が、各電極に印加され、コンパートメントを作動させることができる。しかし、作動は、比較的に低電流で行われることができる。
【００４９】
前述のように、マイクロポンプ１００の各膜は、その中心の名目的な位置（図１Ｃでは、マイクロポンプ１００に対して示される）に対して２つの対向方向に移動する。故に、従来のポンプ内のコンパートメントと比較して、同一量の体積によってコンパートメントを拡張または縮小させるために、本明細書の膜は、例えば、従来のポンプ内の膜の半分未満の距離を進行する。その結果、膜は、より少ない曲げおよびより少ない応力を被り、より長い寿命につながり、より広い材料の選択肢を可能にする。加えて、膜の進行距離が比較的に短いため、膜上の電極のための開始駆動電圧は、比較的に低くあることができる。故に、より少ない電力が、消費される。２つの膜を有するコンパートメントに対して、両方の膜が移動しているため、プルイン電圧に到達するためにかかる時間は、より短くなることができる。
【００５０】
依然として図１Ｄを参照すると、いくつかの実装では、電圧を電極に印加するための駆動回路１６６は、低ＤＣ電圧源を要し、それをＡＣ波形に変換する。波形の周波数および形状は、電圧制御式発振器によって制御されることができる。駆動電圧は、増倍器回路によって、要求されるレベルまで増大させられることができる。フラップ弁１６４もまた、示され、ポンプコンパートメントの中へまたはそこからのガス流によって生成される、弁１６４を横断する圧力差によって駆動される。
【００５１】
前述の説明される特徴を有するマイクロポンプ１００は、ＭＥＭＳ処理技法、いわゆるロール・ツー・ロール（Ｒ２Ｒ）処理等の種々の方法を使用して製造されることができる。マイクロポンプ１００のための材料は、マイクロポンプ１００によって提供される特徴およびマイクロポンプを製造する方法に基づいて、選定される。以下は、マイクロポンプの異なる部品の材料を選定するためのいくつかの基準である。
【００５２】
ポンプ本体および弁−ポンプの本体のために使用される材料は、フラップ弁１６４の要件によって定義され得る。フラップ弁は、本体と同一材料から作製されることができる。いくつかの実装では、材料は、ポンプチャンバ体積を生成するために、その形状を保持するために十分に強固または剛であるが、所望に応じて、フラップ弁が移動することを可能にするために十分に弾性的である必要がある。加えて、選択肢は、フラップ弁の幾何学的設計によって影響され得る。いくつかの実装では、材料は、その特徴が画定および機械加工／現像され得るように、エッチング可能または感光性である。時として、材料が、マイクロポンプ内の他の材料と良好に相互作用すること、例えば、接着することも望ましい。さらに、材料は、非導電性である。好適な材料の例として、ＳＵ８（ネガ型エポキシレジスト）およびＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）レジストが挙げられる。
【００５３】
膜−この部品のための材料は、ポンプチャンバを装填および排出するために使用される、太鼓のような構造を形成する。したがって、材料は、所望の距離にわたって前後に曲がることまたは伸びることが要求され、弾性特性を有する。いくつかの実装では、膜材料は、ガスおよび液体を含む流体に不浸透性であり、非導電性であり、高破壊電圧を有する。好適な材料の例として、窒化ケイ素およびＴｅｆｌｏｎが挙げられる。
【００５４】
電極−この材料は、導電性である。電極は、あまり電流を伝導しないため、材料は、高電気抵抗を有し得るが、高抵抗特徴は、必ずしも望ましくない。電極は、膜に伴って曲がりおよび伸びを受け、したがって、材料は、疲労および故障を伴わずに、曲がりおよび伸びに対処するためにしなやかであることが望ましい。加えて、電極材料および膜材料は、両方に接着する、例えば、動作条件下、互いから剥離しない。しなやかな材料の例としては、非常に薄い金および白金の層が挙げられる。
【００５５】
電気相互接続−駆動電圧は、各コンパートメントの各膜上の電極に伝導される。これらの電極への導電性経路は、伝導性材料、例えば、金および白金を使用して構築されることができる。
【００５６】
他の材料−ＭＥＭＳ処理が、マイクロポンプの製造において使用される場合、犠牲充填材料、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が、使用されることができる。犠牲充填材料はまた、Ｒ２Ｒ処理において使用され得る。いくつかの実装では、溶媒が、製造プロセスにおいて使用され、マイクロポンプの種々の構築材料に追加の要件を課し得る。電気回路構成要素のうちのいくつかを膜の中に印刷することも可能であり得る。時として、離型材が、弁移動をもたらすために使用されることができる。
【００５７】
概して、ある材料が前述で規定されたが、前述のものと類似特性を有する他の材料も使用され得る。
【００５８】
図２Ａ−２Ｄでは、モジュール化されたマイクロポンプが、示される。
【００５９】
図２Ａを参照すると、モジュール化されたマイクロポンプ２００は、ポンプ２００の端部コンパートメント２００ａ、２００ｂを形成するためのモジュール層２０１（図２Ｂおよび２Ｃ）から成る。モジュール化されたマイクロポンプ２００は、ポンプ２００の中間コンパートメント２００ｃを形成するための多くのモジュール層２５０（図２Ｄ）からも成る。
【００６０】
マイクロポンプ２００内の弁は、入力および出力に接続される単一弁によって置換されることができるか、または各層内の個々の弁は、交互されることができる。
【００６１】
ここで図２Ｂを参照すると、モジュール層２０１の各々は、ポンプ端部キャップ２０２を含み、固定ポンプ壁（図１Ａ、１Ｂの壁１０６、１０８に類似）を形成する。電極２０８は、コンパートメント２０９を活性化するために、ポンプ端部キャップ２０２に取り付けられる。
【００６２】
単一モジュール層２０１は、電極２０８を伴うポンプ端部キャップ２０２と、ポンプ本体２０４の反対側の膜２０６（図１Ａ、１Ｂの膜１１６、１２６に類似）に取り付けられる電極２１０を伴う膜２０６との間にポンプ本体２０４の一部を形成する。電極２１０は、モジュール層２００の外部の駆動回路に接続される導線２１２を含む。
【００６３】
膜２０６、ポンプ端部キャップ２０２、およびポンプ本体２０４は、同一寸法を有することができ、電極２０８、２１０は、膜２０６または他の要素より小さい寸法を有することができる。いくつかの実装では、膜２０６は、約ミクロン×ミクロン〜約ミリメートル×ミリメートルの寸法と、約５ミクロンの厚さとを有する。ポンプ本体２０４は、約ミクロン×ミクロン〜約ミリメートル×ミリメートルの外寸と、約５０ミクロンの厚さと、約ミクロン×ミクロン〜約ミリメートル×ミリメートルの内寸とを有する。ポンプ本体の厚さは、コンパートメント２０９（図１Ａのコンパートメント１３０、１４２に類似）の名目的なサイズを定義する。電極２１０、２０２は、ポンプ本体２０４の内寸に実質的に対応する寸法を有する。いくつかの実装では、電極は、約２．２５ｍｍ２の表面積と、約０．５ミクロンの厚さとを有する。組み立てられたモジュール層２０１は、図２Ｃに示される。
【００６４】
ここでまた図２Ｃも参照すると、ポンプ本体２０４は、２つの受動弁２１４、２１６を含み、それらは、それぞれ、入口および出口を形成する。入口弁２１４は、ストッパ２１８と、フラップ２２０とを含む。ストッパは、ポンプ本体２０４に接続され、ポンプ本体によって形成されるコンパートメント１３０、１４０の外部に位置する。フラップ２２０は、ポンプ本体２０４に取り付けられる一端２２２と、ストッパ２１８およびポンプ本体２０４に対して移動可能な別の端部２２４とを有する。特に、フラップの端部２２４は、モジュール層外部の圧力がモジュール層内側の圧力より大きくなるように圧力差が確立されると、コンパートメント１３０、１４０の内部に向かって曲がることができる。例えば、そのような圧力差は、流体がモジュール層外側からコンパートメント２０９の中に流動する装填動作の間に確立される。例えば、流体がコンパートメント２０９からモジュール層の外側に流動する排出動作の間、内部圧力が外部圧力より高いとき、フラップ２２４は、ストッパに向かって曲がり、ストッパ２１８によって停止させられる。故に、排出動作の間、コンパートメント２０９内の流体は、弁２１４から外に流動しない。
【００６５】
出口弁２１６も、ストッパ２１８およびフラップ２２０に類似する、ストッパ２３０およびフラップ２３２を含む。しかしながら、ストッパ２３０は、流体がコンパートメント２０９の中またはそこから流動する方向に沿って、フラップ２３２の正面に位置する。内部圧力が外部圧力より高いとき、フラップは、ストッパから離れるように曲がり、弁を開放し、内部圧力が外部圧力より低いとき、フラップは、ストッパに向かって曲がり、弁を閉鎖する。効果的に、装填動作の間、出口弁２１６は、流体が弁２１６から外に流動しないように閉鎖され、排出動作の間、出口弁２１６は、開放され、流体が弁２１６から外に流動する。
【００６６】
図２Ｄを参照すると、中間コンパートメント（図１Ａ−Ｂのコンパートメント１３２−１４０に類似）の各々は、モジュール層２５０を使用して形成されることができる。モジュール層２５０は、ポンプ本体２５２と、電極２５６と、電極２５６とポンプ本体２５２との間に形成される膜２５４とを含む。ポンプ本体２５２は、ポンプ本体２０４と類似または同一特徴を有することができ、電極２５６は、電極２０８と類似または同一特徴を有することができ、膜２５４は、膜２０６と類似または同一特徴を有することができる。モジュール層２５０も、フラップ弁を含む（参照されないが、図に示される）。
【００６７】
前述のように、各ポンプ本体の弁は、ポンプ本体と一体的に形成されることができる。電極は、他の要素に取り付けられる事前に調製されたシートとして示されるが、電極は、直接、それらの要素上に、例えば、印刷によって、形成されることができる。モジュール層２００、２５０の異なる要素は、接着剤を使用して、互いに接合されることができる。いくつかの実装では、溶媒が、異なる要素を部分的に溶解し、それらを一緒に接着するために使用されることができる。
【００６８】
図２Ａに戻って参照すると、したがって、図２Ｄの複数の、例えば、２つ、３つ、または任意の所望の数のモジュール層２５０が、互の上にスタックされ、複数の中間コンパートメントをポンプチャンバ内に形成する。スタック２００では、各膜は、ポンプ本体によって分離され、各ポンプ本体は、膜によって分離される。完全ポンプを形成するために、図２Ｂのモジュール層２０１は、モジュール層２０１のポンプ端部キャップがポンプチャンバの２つの固定端部壁を形成するように、スタック２００の上部および底部端部のそれぞれの上に配置される。
【００６９】
再び、図１Ａおよび１Ｂを参照すると、各圧送サイクルの間、コンパートメントは、各コンパートメントが、サイクルの半分の間、装填し、サイクルの他の半分の間、排出するように作動させられる。隣接するコンパートメントは、１８０度位相差で動作し、すなわち、コンパートメント１３０が装填しているとき、その隣接するコンパートメント１３２は、排出し、その逆も同様である。その結果、１つおきのコンパートメントが、同相で動作する。図１Ａおよび１Ｂでは、コンパートメントは、奇数（「Ｏ」）コンパートメントと、偶数（「Ｅ」）コンパートメントとによって標識され、Ｏコンパートメントは、互いに同相であり、Ｅコンパートメントは、互いに同相であり、Ｏコンパートメントは、Ｅコンパートメントに対して位相がずれている。
【００７０】
ポンプのコンパートメントをその排出状態で動作させるために、反対符号の電圧が、これらのコンパートメントの対向壁上の電極に印加される。例えば、図１Ａに示されるように、固定壁１０６上の電極の電圧は負であるが、膜１１６上の電極の電圧は正であり、または、膜１１８上の電極の電圧は正であるが、膜１２０上の電極の電圧は負である等。同時に、ポンプの他のコンパートメントは、その装填状態において動作させられる。同一符号の電圧が、これらの他のコンパートメントの対向壁上の電極に印加される。反対符号の電圧は、コンパートメントの２つの対向壁に互いに誘引させ、同一符号の電圧は、コンパートメントの２つの対向壁に互いに反発させる。固定壁１０６、１０８は、移動しない。しかしながら、膜１１６−１２６は、引力の方向または反力の方向に向かって移動する。その結果、圧送サイクルの半分では、コンパートメント１３０、１３４、１３８、１４２は、排出し、他のコンパートメントは、同時に、装填し（図１Ａ）、圧送サイクルの他の半分では、コンパートメント１３２、１３６、１４０は、排出し、他のコンパートメントは、同時に、装填する（図１Ｂ）。
【００７１】
いくつかの実装では、膜の材料と、膜および端部壁１０６、１０８に印加される電圧とは、作動させられると、各膜が隣接する膜の名目的な位置間の距離ｄの実質的に半分まで拡張するように選定される。膜の名目的な位置と固定壁との間の距離がｄ／２である端部コンパートメント１３０、１４２では、作動させられた膜は、コンパートメントの体積をゼロ近くまで減少させ（排出動作において）、コンパートメントの体積を２×Ｖｅ近くまで拡張させる。中間コンパートメントに対して、各膜をｄ／２だけ移動させることによって、コンパートメントの体積は、装填動作において、２×Ｖｉ近くまで拡張させられ、排出動作において、ゼロ近くまで減少される。マイクロポンプ１００は、高効率で動作することができる。
【００７２】
圧送サイクルの周期は、駆動電圧信号の周波数に基づいて、決定されることができる。いくつかの実装では、駆動電圧信号の周波数は、約Ｈｚ〜約ＫＨｚ、例えば、約２ＫＨｚである。マイクロポンプ１００の圧送によって生成される流量または圧力は、各コンパートメントの体積、作動時に膜がもたらす変位量と、圧送サイクル周期とによって影響され得る。高流量、例えば、約ｍｌ／ｓを含む種々の流量と、高圧、例えば、約１０分の１ｐｓｉを含む圧力とは、異なるパラメータ、例えば、駆動電圧の大きさを選択することによって、達成されることができる。実施例として、マイクロポンプは、図２Ｂの２つの層２００と、図２Ｃの１３個の層２５０とを含む合計１５個のモジュール層を含むことができる。この実施例マイクロポンプは、周波数約８４３Ｈｚで駆動され、電力約０．６２ｍＷを消費し、約０．０６５２ｐｓｉにおける約１．５６ｍｌ／ｓの流量を提供することができる。
【００７３】
いくつかの実装では、４つのタイプの電気信号が、膜を駆動するために使用される。４つのタイプは、以下である。
Ｖ−：全電圧に対するＤＣ基準；いくつかの膜を直接駆動させるために使用され得る
Ｖ＋：いくつかの膜を直接駆動させるために使用され、その他のために切り替えられる、ＤＣ高電圧
Ｖ１：いくつかの膜を駆動させ、動作を制御するために使用される、周期的ＡＣ波形。５０％デューティサイクルを含み、１回の完全圧送サイクルにおいてＶ−とＶ＋との間で行き来する。
Ｖ２：Ｖ１と同じであるが、１８０度位相がずれている。
【００７４】
さらに、プルインおよびドロップアウト電圧の現象に基づいて、駆動電圧は、Ｖ１またはＶ２の最高大きさに到達すると、より低い電圧まで低下され得る。特に、以下である。Ｖ１．５：プルイン電圧値
Ｖ２．５：ドロップアウト電圧値
ここで図３を参照すると、固定壁１０６および膜１１６−１２４上の６つの電極への印加のための６つの例示的波形の組３０１−３０６が示される。マイクロポンプ１００または他のマイクロポンプ内の他の追加の膜および固定壁に印加される波形も、図３に示されるパターンによって導出されることができる。圧送サイクルの間、第１の波形の組３０１のＶ−が、固定壁１０６上の電極に一定に印加される。膜１１６に印加するための第２の波形の組３０２は、Ｖ１を形成する。第３の波形の組３０３は、Ｖ＋であり、膜１１８に一定に印加される。第４の波形の組３０４は、膜１２０に印加するためのＶ２である。第５の波形の組３０５および第６の波形の組３０６は、第１および第２の波形３０１、３０２の繰り返しである。追加の波形が、他の膜、例えば、膜１２４および１２６（図１Ａ）のために必要とされる場合、繰り返しが、第３および第４の波形等を用いて続く。
【００７５】
いくつかの実装では、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ−、およびＶ＋の大きさは、同一である。他の実装では、これらの電圧のうちの少なくともいくつかの大きさは、異なる。特定のパターンの波形が、示されるが、ポンプ１００の電極は、他のパターンの波形によっても作動させられることができる。
【００７６】
ここで図４を参照すると、図３の６つの波形の組３０１−３０６に対応する６つの波形の組３２１−３２６が示される。図４に示される組と図３に示される組との間の差異は、図３のＡＣ電圧波形Ｖ１およびＶ２が、それぞれ、Ｖ１．５およびＶ２．５に再成形され、プルインおよびドロップアウト現象を利用することである。
【００７７】
この例では、波形の組３２２、３２４、３２６では、プルイン点に到達すると、正極性電圧が、より低い電圧まで漸減される（矢印↓によって示される）。このより低い電圧は、膜がその駆動された状態のままであるように、依然として、ドロップアウト電圧より大きい。次の電圧遷移は、反対動作の開始を定義し、その間、同様の電圧レベルシフトが、印加される。負極性電圧は、より小さい大きさを有する電圧まで増大させられる（矢印↑によって示される）。ポンプ１００の電力消費は、その保持時間の間、駆動電圧の大きさを減少させることによって削減されることができる。
【００７８】
（駆動回路）
ここで図５を参照すると、図３または図４に示されるもの等の電圧を印加するための駆動回路５００の実施例が、示される。駆動回路５００は、供給電圧５０２、静電容量電圧電流５０４信号、およびポンプ制御５１６を受信し、駆動電圧５０６を図１Ａおよび１Ｂのマイクロポンプ等のマイクロポンプの電極に出力する。いくつかの実装では、供給電圧５０２は、マイクロポンプ１００が使用されるシステムから提供される。供給電圧はまた、アイソレーション回路（図示せず）によって提供されることができる。
【００７９】
駆動回路５００は、高電圧増倍器回路５０８と、電圧制御式発振器（「ＶＣＯ」）５１０と、波形発生器回路５１２と、フィードバックおよび制御回路５１４とを含む。高電圧増倍器回路５０８は、供給電圧５０２を所望の高電圧値、例えば、約１００Ｖ〜７００Ｖ、名目的な上、５００Ｖまで増倍する。誘電定数、厚さ、機械的弾性率特性、電極間隔等の材料特性に応じて、他の電圧も、使用されることができる。いくつかの実装では、高電圧増倍器回路５０８は、電圧セットアップ回路（図示せず）を含む。電圧制御式発振器５１０は、マイクロポンプのための駆動周波数を生成する。発振器５１０は、電圧制御され、周波数は、ポンプ１００が、流量要件に基づいて、より多くまたはより少ない流体を押し出すように、外部ポンプ制御信号５１６によって変更されることができる。波形発生器回路５１２は、電極のための駆動電圧を生成する。前述のように、駆動電圧のうちのいくつかは、互いに特定の位相関係を伴うＡＣ電圧である。波形発生器回路５１２は、これらの位相ならびに波形の形状を制御する。フィードバックおよび制御回路５１４は、マイクロポンプ内の静電容量、電圧、および／または電流の測定値を提供する信号を受信し、回路５１４は、フィードバック信号を生成し、回路５００の波形発生器５１２の追加の制御を提供し、所望の性能のための駆動電圧の調節に役立つことができる。
【００８０】
（デバイス内のシステムの統合）
前述のマイクロポンプシステムは、異なる製品またはデバイス内に統合され、異なる機能を果たすことができる。例えば、マイクロポンプシステムは、空気を移動させるための空気駆動機として、デバイス、例えば、コンピュータまたは冷蔵庫内のファンもしくはブロアに取って代わることができる。従来のファンまたはブロアと比較して、マイクロポンプは、より高い信頼性を伴って、より低いコストでより優れた機能を果たすことが可能であり得る。いくつかの実装では、これらの空気駆動機は、直接、大規模並列構成において基礎レベルでホストの中に構築される。
【００８１】
いくつかの実装では、マイクロポンプシステムは、システムが統合されるホスト製品から電力を受け取る。電力は、単一の、例えば、５Ｖ程度またはより低い比較的に低電圧の形態で、マイクロポンプシステムの駆動回路、例えば、図５の駆動回路５００に受け取られることができる。
【００８２】
（システム構成）
図１Ａ、１Ｂ、および２Ｄのモジュール層スタックは、並列に接続されたモジュール層として捉えられることができる。各個々のモジュール層の体積ＶｉまたはＶｅは、小さい。いくつかの実装では、スタック内の全層の総体積でさえ、比較的に小さい。いくつかの実装では、複数のスタックまたはマイクロポンプは、並列に接続され、総体積流量を増加させることができる。
【００８３】
同様に、個々のマイクロポンプの圧力能力も、比較的に低い。スタック内に複数のモジュール層が存在する場合でも、層は、並列に接続されるため、スタックの総圧力を増加させない。しかしながら、スタックの圧力は、複数のスタックまたはマイクロポンプが直列に接続されるとき、増加されることができる。いくつかの実装では、直列に接続されるポンプが、異なるスピードで駆動され、異なる質量流量を補償する。例えば、ツリータイプ構成における内蔵プレナムまたは配管も、異なる質量流量を補償するために使用されることができる。
【００８４】
ここで図６を参照すると、モジュール層スタック（マイクロポンプスタックとも呼ばれ得る）６１０ａ−６１０ｅ、６１２ａ−６１２ｅ、６１４ａ−６１４ｅ、および６１６ａ−６１６ｅの行６１０−６１６と、列６１０'−６１６'と、列６１７'とは、グリッド構成６００内に接続されて示される。各行６１０、６１２、６１４、６１６内のモジュール層スタックは、直列に接続される。モジュール層スタック６１０ａ−６１０ｅ、６１２ａ−６１２ｅ、６１４ａ−６１４ｅ、および６１６ａ−６１６ｅの行６１０−６１６は、共通入力６２０および共通出力６２２を介して、並列に接続される。
【００８５】
効果的に、各行内の直接に接続されたスタックは、個々のスタック圧力の総和に実質的に等しい総圧力を提供することができる。図に示される実施例では、各スタックが圧力０．１ｐｓｉを有し、各行が５つのスタックを含む場合、総圧力０．５ｐｓｉが、各行によってもたらされ、これはまた、グリッド６００の総圧力でもある。グリッド６００は、スタックの各行の流量の４倍である、総流量を有する。
【００８６】
図に示される例では、スタックの各行は、１体積流（ｖＦ）の流量を有する。グリッドは、４つの並列に接続された行を含み、総流量４ｖＦをもたらす。所望の圧力および所望の流量を達成するために、グリッド６００に類似するグリッドが、直列に接続されるスタックの数および並列に接続される行の数を選定することによって構築されることができる。
【００８７】
代替として、別の直列構成は、並列ポンプの群化の各段階間に配置される共通プレナムを有する。この構成は、排出圧力、したがって、次の段階における入力圧力を等化する傾向があろう。いくつかの実装では、スタックは、比較的に小さく、それらの多くは、小面積内に製作されることができる。グリッドの配管および配線は、個々のスタックの製作時に行われることができ、かつコスト効果的様式において行われることができる。
【００８８】
（例示的用途）
前述のように、空気が、例えば、燃料電池内の電気化学反応および冷却のために使用されることができる。概して、冷却のために使用される空気の量は、反応のためのものより何倍も多い。
【００８９】
図７を参照すると、流体入力７００ａおよび出力７００ｂとともに統合されたマイクロポンプシステム７００を伴う、燃料電池が、示される。前述の特徴を有するマイクロポンプシステム６００（または１００もしくは２００）は、直接、燃料電池７０４を含む、ダイフレーム７０２の中に統合される。複数のダイフレームが使用されるとき、概して、ダイ間には、最小間隔が存在し、この空間の一部は、追加の体積オーバーヘッドをダイに課さずに、マイクロポンプシステム６００を格納するために使用されることができる。例示的燃料電池は、２００４年１１月９日に出願された「Ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ  ａｎｄ  ｐｏｗｅｒ  ｃｈｉｐ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」と題された米国出願第１０／９８５，７３６号（現米国特許第７，０２９，７７９号）に開示されており、その内容は、参照することによって、その全体として本明細書に組み込まれる。
【００９０】
空気ポンプシステムの統合は、空気移動機能を、多くの、例えば、数１，０００個の部品に効果的に分割し、空気を移動させるためのブロアまたはファンの必要性を最小化することができる。マイクロポンプは、低コストで大量生産され、小型サイズかつ軽量であり、合理的に強力であり、低電力を消費し、空気移動の大規模な分散を可能にすることができる。マイクロポンプシステム６００は、空気（または液体）が狭い空間内で移動させられる必要がある任意のときに使用されることができる。
【００９１】
別のそのような用途は、ＣＰＵのような電子構成要素の冷却である。
【００９２】
ここで図８Ａおよび８Ｂを参照すると、マイクロポンプ（１００、２００、６００）は、非常な高温で稼働する回路／デバイス（例えば、中央処理ユニット等）、ならびに、例えば、太陽電池およびＬＥＤ照明を冷却するために使用される。
【００９３】
実施例として、図８Ａおよび８Ｂは、ＣＰＵ冷却器８００の上部側面図および底部側面図を示す。大型の放熱板およびファン配列の代わりに、マイクロポンプ８０２の１つ以上の層が、衝突効果のために、ＣＰＵに取り付けられた冷却板８０４に直接向けられる。いくつかの実装では、ＣＰＵ冷却器８００は、１５０ワットの熱を除去することができる。冷却器は、薄型であり、利用可能な空間が殆どないコンピュータ設計において使用されることができる。
【００９４】
マイクロポンプシステムは、ＣＰＵに留められた冷却板を通して液体を圧送し、液体によって、熱を除去し、離れた場所に移すために使用されることができる。例えば、熱を運ぶ高温液体が、ラジエータを通して圧送されることができ、および追加のマイクロポンプが、空気を吹きつけ、ラジエータを冷却するために使用されることができる。
【００９５】
マイクロポンプシステムはまた、従来のアプローチにおいて使用される放熱板を横断して、空気を吹きつけることができるか、または放熱板の中に内蔵されることができる。前述のように、マイクロポンプシステムは、空気をさらに押し出すための増加した圧力を提供するように構成されることができる。マイクロポンプシステムはまた、空気ダクトを必要とせずに、ホストデバイス全体を通して分散されることができる。
【００９６】
ここで図９Ａおよび９Ｂを参照すると、呼吸障害を治療するための自律的デバイス９００（デバイス）が、示される。デバイス９００は、ＣＰＡＰタイプ（持続気道陽圧）呼吸デバイスである。しかしながら、デバイス９００は、ＣＰＡＰ機械と異なり、鼻に対して局所的であり、要求される量の気流を要求される圧力において提供し、閉塞性睡眠時無呼吸（「ＯＳＡ」）等の種々の呼吸障害を治療する自律的デバイスである。
【００９７】
ＣＰＡＰ呼吸デバイス９００は、鼻リングの形態で示される。他の配列も、可能である（図９Ｄ参照）。デバイス９００は、示されるように、空気入口、およびデバイス９００の本体９０４内に配置されるマイクロポンプ６００（図６）のための通路９０２を有する。デバイスはまた、弁（図１０および１０Ａ−１０Ｆ参照）を含み、呼息を提供し得る。ユーザの鼻の中に嵌入するデバイス９００の端部９０４ａ、９０４ｂは、通路９０５ａ、９０５ｂ、およびシーリングを介して気流を提供し、電源、例えば、バッテリ（図示せず）が配置され得る、リング部分９０３を介して接続される。
【００９８】
マイクロポンプシステムは、小型であり、有意な量の空気を移動させることができるため、マイクロポンプシステムは、デバイス９００の中に内蔵され、例えば、睡眠時無呼吸または閉塞性呼吸障害（ＯＢＤ）に患う多くの人々に安心を提供する。デバイス９００は、小型サイズ（例えば、鼻下に適合する）かつ軽量（例えば、数グラム程度）である、自給式デバイスであることができ、バッテリを使用して動作させられることができる。
【００９９】
いくつかの実装では、デバイス９００は、呼息弁（以下に論じられる）を含むことができる一方、他の実装では、呼息弁は、省略され得る。
【０１００】
いくつかの実装では、デバイス９００は、再充電可能であることができ、例えば、バッテリは、再充電されることができる。他の実装では、デバイスは、使い捨てであることができる。ユーザは、デバイスを夜間に装着し、それを１日毎に廃棄することができる。デバイス内の空気−金属バッテリの使用等、代替配列も、可能である。空気−金属バッテリ（例えば、空気−亜鉛）は、活性化され、ある期間の間、持続し、その後、廃棄される。
【０１０１】
デバイス９００は、ユーザの鼻の中に嵌入するように構成され、リングの中に内蔵されたマイクロポンプ６００（または１００、２００）から加圧された気流を供給する。デバイス９００は、したがって、別のデバイス（例えば、機械）へのホースまたはワイヤを要求せず、デバイスは、自給式電源、例えば、約１晩の睡眠、例えば、約８時間等の間、動作するように構成されている、バッテリを使用する。デバイス９００は、ストラップを必要としない。デバイスは、ユーザが呼息しているとき、またはユーザが吸息直前の一時停止状態にあるとき、ユーザの鼻の中への空気の吹きつけを停止するように構成されることができる。デバイス９００は、呼息抵抗を排除する（近づいて来る空気に対抗する、または呼息の終了を早期に打ち切る）、呼息弁を有する。
【０１０２】
デバイス９００は、圧力を感知し、マイクロ空気ポンプをオンおよびオフにすることができる。デバイス９００は、呼吸の度および呼吸サイクル内の異なる時点で圧力を感知し、呼息サイクルの「終了」時に呼息弁を閉鎖するようにマイクロ空気ポンプの動作を構成する。本デバイスは、呼吸ベースでユーザに応答する。
【０１０３】
デバイス９００は、小型かつ軽量であり、ユーザの鼻の下に適合し、ユーザの鼻内にシールをもたらし、デバイスを定位置に保持する。デバイスは、一時停止期間の間の無呼吸治療および吸息期間の間の適切な低呼吸圧力範囲のための適切な圧力を提供することができる。デバイス９００は、使い捨てであることができ、したがって、洗浄を要求せず、低コストであることができる。さらに、既存のＣＰＡＰ機械と比較したその相対的快適性に起因して、デバイス９００は、デバイスが、快適であり、ストラップ、マスク、またはテザーを要求しないため、コンプライアンスを促進する。
【０１０４】
ここで図９Ｃを参照すると、ＣＰＡＰデバイス９６０のための代替構成の概念図が、示される。この構成では、ＣＰＡＰデバイス９６０は、９６６として示され、ここでは、５７個の構成要素のポンプ要素を有する、マイクロポンプ６００を格納する本体９６２と、呼息弁（図１０Ａ−１０Ｆ参照）とを含む。ＣＰＡＰデバイス９６０は、鼻用インターフェースを提供するプラグを通した空気通路を伴う、クッションプラグ９６４ａ、９６４ｂを有する。クッションプラグは、ユーザの鼻孔の中に挿入されると、緊密な適合をもたらす略ゴム状材料から作製される。ＣＰＡＰデバイス９６０は、空気の呼息のための１つまたは示されるように２つの出口９６８ａ、９６８ｂを有する。
【０１０５】
ここで、例えば、図９Ａ−９Ｃに示される構成の概略図である、図１０を参照すると、呼息弁９８０が、ＣＰＡＰデバイス９００または９６０内のマイクロポンプ６００（ポンプ９６６）に結合されている。呼息弁９８０は、示されるように、マイクロポンプ６００（１００または２００も同様）とデバイス９００の入口９６４ａ、９６４ｂおよび出口９６８ａ、９６８ｂとの間に結合される。呼息弁９８０は、バタフライ構成であり、マイクロポンプからの気流を使用して、呼息の終了／呼吸における一時停止の開始時および呼息の開始時に弁９８０を閉鎖し、呼息弁９８０は、マイクロポンプが呼息弁９８０に空気を吹きつける場合でさえ開放する。
【０１０６】
デバイス９００は、弁９８０を押し付け遮断するために必要とされるマイクロポンプ６００の気流の量を選択するように構成される。マイクロポンプ６００からの圧力は、呼息に先立って、呼息弁９８０を遮断したまま保持するであろう。ユーザからの呼息気流は全て、呼息弁９８０に加えられ、呼息弁９８０を開放させる。弁のフラップの形状は、呼息の間、呼息弁９８０を開放したままにするのを補助するために最適化され得る。加えて、弱い磁気もまた、設計の詳細に応じて、呼息弁９８０を開放または閉鎖したままにするために使用され得る。ユーザからの呼息空気は、概して、マイクロポンプからの最小量の気流を克服し、呼息弁９８０を閉鎖したままにするために十分であろう。
【０１０７】
ここで図１０Ａ−１０Ｆを参照すると、概念的呼息弁９８０の種々の図が、示される。図１０Ａ−１０Ｆは、呼息弁９８０のために使用されるバタフライ弁構成を示す。弁９８０が、図示され、本体９８１と、制御ポートである入口９８２と、ポート９８４ａおよび９８４ｂ（９８４ｂは、図１０Ｆの図のみに示される）と、矢印９８９によって示される通路に接続される出口ポート９８５と、弁フラップ９８６とを含む。フラップ弁９８６は、矢印９８９によって示される通路内の軸方向部材９８８の周りに回転可能であり、ポート９８４ａ、９８４ｂと出口ポート９８５との間の大きな矢印９８９によって示される通路を開閉する。マイクロポンプ６００は、通路９８９に垂直に配置され、フラップ弁９８６を閉鎖する、入口９８２を通して空気を印加する。図１０および図９Ｃの状況では、入口９８２は、マイクロポンプの出力に結合され、ポート９８４ａ、９８４ｂは、プラグ９６４ａ、９６４ｂ（空気通路を伴う）に結合され、出口は、出口９６８ａ、９６８ｂの一方または両方に結合される。図１０Ｆに明確に示されるように、ポート９８４ａ、９８４ｂは、軸方向部材９８８の中心からわずかにオフセットされ、部材がユーザの空気の呼息に応答し、したがって、フラップを開放するように傾けることを可能にする。
【０１０８】
ここで、出力ポート上で使用されるスライディング弁１０１０（「Ｔ弁」）と、マイクロポンプ、例えば、２００（図２Ｂ）のチャンバ、例えば、２０９への入力ポート上で使用されるスライディング弁１０２０（「オメガ弁」）との実施例の詳細である、図１１Ａおよび１１Ｂを参照する。
【０１０９】
チャンバ２０９は、ポンプ本体２０４と、膜２０６（図２Ｂ）（またはポンプ本体の端部壁）とから生成されることを思い出されたい。図１１Ａでは、ポンプ本体２０４を生成するために使用される材料１０００の一部は、マイクロポンプチャンバの出力ポートとなるであろう、Ｔ弁１０１０を提供する。Ｔ弁１０１０は、出力ポートを閉鎖するための弁を提供する平坦部材１０１２を含み、平坦部材１０１２は、領域１０１８から形成されるコンパートメント１０１７内に常駐するステム部材１０１４に接続される。チャンバからの出口は、領域１０１６によって提供される。図１１Ａに示されるように、ステム１０１４は、概して、平坦部材１０１２に垂直である。平坦部材は、チャンバ内の開口部を覆うスライディングフラップを提供する。
【０１１０】
図１１Ａでは、ポンプ本体２０４を生成するために使用される材料１０００の別の部分は、マイクロポンプチャンバの入力ポートとなるであろうオメガ弁１０２０を提供する。オメガ弁１０２０は、ヘッド部分と、ステム部分とを有するピストン状形状の部材１０２２を含み、ピストン形状の部材は、入力ポートを閉鎖するための弁を提供する水平アーム１０２４ａを伴う、参照されない略半円形部分を有する（である）オメガ形状の部材１０２４のための停止部を提供し、オメガ形状の部材１０２４は、図１１Ａに示されるように、半円形部分に取り付けられる垂直アーム１０２４ｂを有する。オメガ形状の部材１０２４は、ピストン状部材１０２２のヘッド部分によって、ピストン部材１０２２とオメガ部材１０２４との間に形成される領域（参照せず）に制限される。チャンバからの入口は、領域１０２６によって提供される。
【０１１１】
ここで図１１Ｂを参照すると、エッチングされた本体１０００'は、出力ポート上のスライディング弁１０１０（「Ｔ弁」）と、入力ポート上のスライディング弁１０２０（「オメガ弁」）とを有し、これらは、示されるように、本体の材料からエッチングライン１００２によって導かれる余分な材料を除去し、スライディング弁１０１０および１０２０の各々を残すことによって形成され、弁１０１０および１０２０は、チャンバに加えられる圧力に従って、非常に制限された領域内で自由に移動するが、制限された領域外では自由に移動しない。Ｔ弁１０１０は、出力ポートを閉鎖するための平坦部材１０１２を有し、１０１６および１０１７によって画定された領域内に制限される一方、オメガ弁１０２０は、領域１０２６および領域１０２７によって制限される。
【０１１２】
図１１Ｃおよび１１Ｄは、より高い拡大率において、出力ポート上のスライディング弁１０１０（「Ｔ弁」）と、入力ポート上のスライディング弁１０２０（「オメガ弁」）とを示す。
【０１１３】
いくつかの実装では、マイクロポンプシステムはまた、膜間の静電容量を測定することによって、膜間の距離を感知するために使用されることができる。マイクロポンプは、それらの各対が静電アクチュエータを形成する電極を含み、静電アクチュエータを形成は、事実上、ある距離で間隔を置かれた２つの伝導性板、すなわち、電極を有する可変コンデンサである。電圧が２つの電極を横断して印加されると、電極は、互いに向かって、または互いから離れるように移動する。電極間の距離が変化するにつれて、静電容量も変化する。静電容量は、電極が近づくにつれて増加し、電極が離れるにつれて減少する。故に、一対の電極間の静電容量は、対間の距離についての情報を提供することができる。
【０１１４】
いくつかの実装では、情報は、システムのいくつかのパラメータを決定するために適用されることができる。例えば、圧力、体積、流量、および密度を含む、数量が、測定されることができる。
【０１１５】
本明細書に説明される異なる実装の要素は、組み合わせられ、前述に具体的に記載されない他の実施形態を形成し得る。要素は、その動作に影響を及ぼさずに、本明細書に説明される構造から省略され得る。さらに、種々の別個の要素は、１つ以上の個々の要素の中に組み合わせられ、本明細書に説明される機能を果たし得る。他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。
【図１】
2020054849.tif 000003
【図１Ｃ】
2020054849.tif 000004
【図１Ｄ】
2020054849.tif 000005
【図２Ａ】
2020054849.tif 000006
【図２Ｂ】
2020054849.tif 000007
【図２Ｃ】
2020054849.tif 000008
【図２Ｄ】
2020054849.tif 000009
【図３】
2020054849.tif 000010
【図４】
2020054849.tif 000011
【図５】
2020054849.tif 000012
【図６】
2020054849.tif 000013
【図７】
2020054849.tif 000014
【図８Ａ】
2020054849.tif 000015
【図８Ｂ】
2020054849.tif 000016
【図９】
2020054849.tif 000017
【図９Ｃ】
2020054849.tif 000018
【図１０】
2020054849.tif 000019
【図１０−１】
2020054849.tif 000020
【図１０−２】
2020054849.tif 000021
【図１０−３】
2020054849.tif 000022
【図１１Ａ】
2020054849.tif 000023
【図１１Ｂ】
2020054849.tif 000024
【図１１Ｃ】
2020054849.tif 000025
【図１１Ｄ】
2020054849.tif 000026
【外国語明細書】
2020054849000001.pdf