(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、前記チャンバーの容積を増減するアクチュエータと、前記チャンバーに接続された複数の流路と、前記複数の流路のそれぞれにおいて流路を絞るために設けられた開口部とを有し、前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせることにより前記開口部間の流路抵抗の比を変化させて流体を送るように構成されるマイクロ流体システムであって、
前記複数の流路として少なくとも３つの流路が前記チャンバーに接続されており、
前記流路に設けられた前記開口部の少なくとも1 つは、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該開口部の流路抵抗の変化割合が他の開口部のそれとは異なるように設定されている、
ことを特徴とするマイクロ流体システム。
【請求項２】
少なくとも３つの前記開口部の流路抵抗の変化割合がそれぞれ互いに異なるように設定されている、
請求項１記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路において、前記開口部が並列に複数設けられて開口部群を構成しており、
前記開口部群は、当該開口部群全体としての流路抵抗の変化割合が他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている、
請求項１または２記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記開口部群のうちの１つには、流路断面が一様である開口部を少なくとも１つ含み、
且つ、その他の開口部群には、それぞれの開口部における断面積に対する流路長の割合が、前記流路断面が一様である開口部のそれよりも小さい開口部をそれぞれ少なくとも１つ含む、
請求項３記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記アクチュエータに与える駆動電圧波形を制御することによって前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせ、これによって、前記各開口部または前記開口部群の流路抵抗の大きさに応じた流量および方向に流体を送って流体の合流または分流を行わせる、
請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ流体システムの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小量の流体を高精度に送ることが必要な化学分析などに用いられるマイクロ流体システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、マイクロマシン技術を応用し、化学分析や化学合成などのための機器や手法を微細化して行うμ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System)が注目されている。微細化されたμ−ＴＡＳによると、従来の装置と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットがある。また、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化が図れる。そして携帯性にも優れるため、医療分野、環境分析など、広い範囲でその応用が期待されている。
【０００３】
さて、マイクロ流体システムを用いた化学分析、環境計測などでは、デバイス（チップ）上で送液、混合、検出を行うために、送液手段としてマイクロポンプが用いられることがある。
【０００４】
そのような送液手段に適したマイクロポンプの例として、本出願人が開示した特開２００１−３２２０９９に記載のバルブレスマイクロポンプがある。次に、この従来のバルブレスマイクロポンプについて説明する。
【０００５】
図９は従来のマイクロポンプ８０の構成を模式的に示す平面図、図１０はマイクロポンプ８０の正面断面図である。
図９および図１０において、マイクロポンプ８０は、チャンバー８１、チャンバー８１に連通する２つの開口部８２，８３および流路８４，８５を有する。
【０００６】
図１０によく示されるように、マイクロポンプ８０は、感光性のガラス基板９１の表面をエッチングすることにより、チャンバー８１などを構成するための窪みまたは溝が形成され、その上に別のガラス基板９２が積層されている。ガラス基板９２のチャンバー８１に面する部分はエッチングなどによって穴が開けられている。ガラス基板９２の上にさらに薄いガラス基板９３が積層されてこれがダイヤフラムとなり、ダイヤフラムの上に圧電素子９４が貼り付けられている。圧電素子９４によりダイヤフラムを変形させることにより、チャンバー８１の容積が変化する。
【０００７】
一方の開口部８２は、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。他方の開口部８３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は開口部８２の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合に流路抵抗が開口部８２よりも小さくなる〔図３参照〕。
【０００８】
開口部８２と開口部８３のこのような流路抵抗特性の違いを利用して、チャンバー８１を繰り返し加圧／減圧し、この際に加圧時と減圧時とで圧力の変化の割合を適宜制御することによって、液体の流量および流れ方向を任意に変化させることが可能なポンプ作用を実現することができる。
【０００９】
このようなチャンバー８１の圧力制御は、圧電素子９４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子９４に図４（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって図１０のＭ１方向に液体が吐出し、図５（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによってその逆方向に吐出する。
【００１０】
ところで、マイクロポンプを用いて２液を合流させたい場合には、それぞれの液体に対してマイクロポンプを準備し、各マイクロポンプによって各液体を個別に送り出して混合器で合流させることが一般的である（特開平１０−１１０６８１）。
【００１１】
また、マイクロポンプを用いて、１つの液体を異なる複数の流路に送り出したい場合には、流路の数に応じた個数のマイクロポンプを準備し、各マイクロポンプによって各流路に必要な量の液体をそれぞれ送り出すことが一般的である。
【００１２】
【特許文献】
特開２００１−３２２０９９
特開平１０−１１０６８１
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば２つのマイクロポンプを用いて２液を混合する場合には、マイクロポンプ同士の間の相互作用のために、所定の流量比で混合することが容易ではない。特に、バルブレスマイクロポンプを用いた場合は、流量の多い方のポンプを強く駆動すると他方のポンプ側の流路に対して逆流しようとする力が働いてしまい、所望の流量比で混合することが困難である。
【００１４】
また、混合においても分流においても、それぞれ複数のマイクロポンプを用いる必要があり、それぞれに制御を行う必要があることから、構成が複雑になるという問題がある。
【００１５】
さらにまた、分岐部に可動式の流量切り替え弁を設けたり、各流路に個別のバルブを設けることなどによって、所望の流量比で混合しまたは分流することが考えられる。しかし、この方法では、機械的に変位する種々の機構を必要とするために構造が一層複雑となる。その上、弁に異物が付着することによって流量が安定しないという問題や、耐久性の問題などが考えられる。
【００１６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、１つのチャンバーによって複数の流路に対するポンプ作用を行わせるという簡単な構成によって流体を安定して送ることができ、所定の比率で合流させまたは分流させることの可能なマイクロ流体システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロ流体システムは、チャンバーと、前記チャンバーの容積を増減するアクチュエータと、前記チャンバーに接続された複数の流路と、前記複数の流路のそれぞれにおいて流路を絞るために設けられた開口部とを有し、前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせることにより前記開口部間の流路抵抗の比を変化させて流体を送るように構成されるマイクロ流体システムであって、前記複数の流路として少なくとも３つの流路が前記チャンバーに接続されており、前記流路に設けられた前記開口部の少なくとも1 つは、前記チャンバーの圧力を上昇または下降させたときの当該開口部の流路抵抗の変化割合が他の開口部のそれとは異なるように設定されている。
【００１８】
好ましくは、少なくとも３つの前記開口部の流路抵抗の変化割合がそれぞれ互いに異なるように設定されている。
また、前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路において、前記開口部が並列に複数設けられて開口部群を構成しており、前記開口部群は、当該開口部群全体としての流路抵抗の変化割合が他の流路の開口部のそれよりも小さく設定されている。
【００１９】
また、前記開口部群のうちの１つには、流路断面が一様である開口部を少なくとも１つ含み、且つ、その他の開口部群には、それぞれの開口部における断面積に対する流路長の割合が、前記流路断面が一様である開口部のそれよりも小さい開口部をそれぞれ少なくとも１つ含む。
【００２０】
このようなマイクロ流体システムは、前記アクチュエータに与える駆動電圧波形を制御することによって前記チャンバーの容積が増えるときと減るときでその変化割合の大きさを異ならせ、これによって、前記各開口部または前記開口部群の流路抵抗の大きさに応じた流量および方向に流体を送って流体の合流または分流を行わせるように使用される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態のマイクロ流体システム１の構成を模式的に示す平面図、図２は第１の実施形態のマイクロ流体システム１の正面断面図、図３は開口部の流路抵抗特性の例を示す図、図４および図５は圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図、図６は駆動電圧によるチャンバー１１の容積変化の様子を示す図である。なお、図２は、図１の流路２２、開口部１２、チャンバー１１、開口部１３、および流路２３の中心を通る面によって断面した状態を示す図である。
【００２２】
図１および図２に示すように、マイクロ流体システム１は、ポンプ室であるチャンバー１１、チャンバー１１に接続される第１、第２、および第３の３つの流路２２，２３，２４、これらの各流路２２，２３，２４において流路を絞るために設けられた第１、第２、および第３の開口部１２，１３，１４を有する。
【００２３】
図２によく示されるように、マイクロ流体システム１は、シリコン基板３１を用い、フォトリソグラフィー工程によって、チャンバー１１、開口部１２，１３，１４、および流路２２，２３，２４などを構成するための溝または窪みを形成し、その下に底板となるガラス基板３２を接合することによって製作される。その際に、シリコン基板３１におけるチャンバー１１となる窪みは、シリコン基板３１が貫通しないようにハーフエッチングで堀り込み、シリコン基板３１の残った部分をダイヤフラム３１ｆとして用いる。ダイヤフラム３１ｆの上に圧電素子３４が貼り付けられている。
【００２４】
マイクロ流体システム１はこのようにして製作することが可能であるが、従来から公知の方法、その他の方法またはその他の材料を用いて製作することも可能である。
【００２５】
圧電素子３４には、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスの薄板を用いる。圧電素子３４の駆動のための２つの電極は、圧電素子３４の両側の表面に引き出され、フレキシブルケーブル３５などによって配線され、駆動回路３６に接続される。
【００２６】
駆動回路３６によって、圧電素子３４に図４（Ａ）または図５（Ａ）に示す波形の電圧を印加することにより、シリコン薄膜であるダイヤフラム３１ｆと圧電素子３４とがユニモルフモードの屈曲変形を行うことを利用して、チャンバー１１の容積を増減させる。
【００２７】
例えば、図６に示すように、簡単化のために三角波の駆動電圧を用いると、チャンバー１１の容積はその波形に応じて変化する。
さて、本実施形態において、第１、第２、および第３の開口部１２，１３，１４は、チャンバー１１内の圧力を上昇または下降させたときの流路抵抗の変化割合がそれぞれ互いに異なるように設定されている。そして、その変化割合は、第１、第２、第３の順に小さくなるように、つまり、第１の開口部１２が最も大きく、第２の開口部１３はそれよりも小さく、第３の開口部１４はさらに小さく設定されている。
【００２８】
すなわち、図３に示すように、第１の開口部１２は、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。第３の開口部１４は、差圧が零に近いときの流路抵抗は大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は少し大きくなる程度である。第２の開口部１３の流路抵抗の圧力依存性は第１の開口部１２と第３の開口部１４との中間である。
【００２９】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる流体、例えば液体が、差圧の大きさに応じて層流または乱流のいずれかとなるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。つまり、基本的には、第１、第２、第３の開口部１２，１３，１４の順に、十分に層流が発達し乱流が起こりにくいような形状に形成すればよい。
【００３０】
具体的には、例えば、第１の開口部１２を流路長の短いオリフィスとし、第３の開口部１４を流路長の長いノズルとし、第２の開口部１３をその中間の長さとすることによって実現することが可能である。
【００３１】
別の見方をすれば、各開口部１２，１３，１４が一様な流路断面を有するようにし、それらの断面積に対する流路長の割合が、第１、第２、第３の順に大きくなるように設定し、かつ、実際に使用する差圧の範囲内において、各開口部の流路抵抗値が互いに逆転する領域があるような寸法形状にすればよい。
【００３２】
したがって、例えば第１の開口部１２と第２の開口部１４とに注目すれば、チャンバー１１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部１２の流路抵抗が開口部１４の流路抵抗よりも大きくなり、チャンバー１１内の流体のほとんどは開口部１４から吐出する。そして、チャンバー１１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて開口部１２の流路抵抗の方が開口部１４の流路抵抗よりも小さくなり、開口部１２からチャンバー１１内により多くの流体が流入する。
【００３３】
これとは逆に、チャンバー１１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくしておけば、差圧が小さく維持されて開口部１２の流路抵抗の方が開口部１４の流路抵抗よりも小さくなり、チャンバー１１内の流体は開口部１２からより多く吐出する。そして、チャンバー１１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部１２の流路抵抗の方が開口部１４の流路抵抗よりも大きくなり、開口部１４からチャンバー１１内により多くの流体が流入する。
【００３４】
このようなチャンバー１１の圧力制御は、圧電素子３４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子３４に図４（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路２４の側に吐出し、図５（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路２２の側に吐出する。
【００３５】
図４および図５において、圧電素子３４に印加する最大電圧ｅ1 は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間の一例を挙げれば、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は０であってもよい。駆動電圧の周波数は１１ＫＨｚ程度である。図４（Ａ）および図５（Ａ）に示す駆動電圧によって、流路２４には例えば図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示すような流量が得られる。なお、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００３６】
しかし、これに第２の開口部１３が吐出または吸引として参加するので、実際の流体の流れはさらに複雑になる。
そこで、これら開口部１２，１３，１４のこのような流路抵抗特性を利用して、チャンバー１１に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、そのときの各開口部１２，１３，１４の流路抵抗の大きさに応じた流量および方向に送液を行って流体の合流または分流を行わせることができる。
【００３７】
例えば、図４および図５に示すように、少なくとも２種類の駆動電圧波形を用意してこれを切り替える。また、波形は同じであっても最大電圧ｅ1 を異ならせてもよい。また、波形および最大電圧ｅ1 を任意に変更し、吐出の方向、流量、流量比などの微調整を行うことが可能である。
【００３８】
複数の流路からの流体をチャンバー１１において合流させた場合には、例えば混合器として機能させることができる。チャンバー１１から複数の流路に対して吐出させた場合には、複数の流路に対して所定の比率で吐出するポンプとして機能させ、または分流器や流路切り替え器として機能させることができる。
【００３９】
なお、図３に示すように、これら３つの開口部１２，１３，１４の流路抵抗特性曲線は、使用する差圧の範囲内において互いに交差し合う関係に設定するとより効果的である。これは、それぞれの曲線が交差する点の差圧よりも差圧の絶対値が大きい場合と小さい場合とで、互いの流路抵抗の大小関係を逆転させることによって流量効率の向上が図れるからである。このように、流路抵抗の大小関係が逆転することは、マイクロ流体システム１としての基本機能を満たすために必ずしも必要ではないが、流量効率を向上させるために重要な要因となる。
【００４０】
また、図３において、３つの曲線は一点において交差しておらず、ある範囲で３つの開口部１２，１３，１４の流路抵抗の順位が変化する。このように流路抵抗特性の変化をうまく設定することによって、上に述べた種々の機能をさらに高めることが可能である。
【００４１】
次に、各部の寸法の具体的な例を示す。
開口部１２は、幅が２５μｍ程度、長さが２５μｍ程度である。開口部１３は、幅が３０μｍ程度、長さが９０μｍ程度である。開口部１４は、幅が３６μｍ程度、長さが１８０μｍ程度である。これら開口部１２，１３，１４の深さは、いずれも２５μｍ程度であり、流路の長手方向（流体の流れる方向）に対して一様な断面形状（流路断面）を持つ。
【００４２】
なお、このとき、Ｌ／Ｓの値、つまり〔流路長／断面積〕の値（単位：μｍ-1）は、開口部１２は０．０４、開口部１３は０．１２、開口部１４は０．２０となる。つまり、〔流路長／断面積〕の値は、第１の開口部１２、第２の開口部１３、第３の開口部１４の順に増加している。
【００４３】
ここで用いるＬは、開口部の流路長であるが、開口部の両端の形状によってはどこの長さをＬとしてよいか不明な場合がある。その場合には、種々の形状の開口部について実験を行い、実験結果に基づいて等価な流路長を実効流路長として用いればよい。断面積Ｓについても同様である。
【００４４】
なお、流路２２，２３，２４は、流体を流通させて所定の位置に導く文字通りの流路であってもよく、流体に対して何らかの反応を与えるための室であってもよく、また、流体を溜めるものリザーバのようなものであってもよい。本明細書においてはこれらを総称して「流路」と記載している。
【００４５】
上に述べたマイクロ流体システム１によると、１つのチャンバー１１によって複数の流路２２，２３，２４に対するポンプ作用を行わせることができ、しかもそれら各流路２２，２３，２４への吐出または吸入の流量および方向を制御することができる。チャンバー１１およびその容量を変化させるための圧電素子３４がそれぞれ１つでよいので、構成が簡単であり、制御が容易であり、安定した送液を行うことができる。各開口部１２，１３，１４の流路抵抗特性を適当に設定しておき、圧電素子３４に印加する駆動電圧を制御することによって、複数種類の流体を所定の比率で合流させまたは分流させることができる。
【００４６】
上に述べた実施形態においては、圧電素子３４に三角波形または略三角波形の駆動電圧を印加したが、これ以外の種々の波形の駆動電圧を用いることも可能である。要は、チャンバー１１の容積増減の振動の速度を、立ち上がり時と立ち下り時で異ならせた状態で、その速度の絶対値を変化させ得るものであればよい。
【００４７】
次に、第２の実施形態によるマイクロ流体システム１Ｂについて説明する。
図７は本発明の第２の実施形態のマイクロ流体システム１Ｂの構成を模式的に示す平面図である。
【００４８】
第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ機能を有する部分には同じ符号を付して説明を省略しまたは簡略化する。
第２の実施形態において、第２の流路２３には互いに並列に接続された２つの開口部１３ａ，１３ｂからなる開口部群１３Ｂが設けられ、第３の流路２４には互いに並列に接続された３つの開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃからなる開口部群１４Ｂが設けられている。
【００４９】
すなわち、開口部群１３Ｂは２つの開口部１３ａ，１３ｂから構成されているが、これら開口部１３ａ，１３ｂは、長さ、断面形状、および有効断面積が互いに等しい。また、図１に示す開口部１３と比べると、いずれも流路長は２倍であり、いずれも有効断面積が等しい。このようにすると、開口部群１３Ｂ全体としての平均的な流路抵抗は開口部１３の場合とほぼ同じであるが、開口部群１３Ｂ全体としての流路抵抗の変化割合が小さくなり、圧力依存性が小さくなる。
【００５０】
また、開口部群１４Ｂは３つの開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃから構成されているが、これら開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、長さ、断面形状、および有効断面積が互いに等しい。また、図１に示す開口部１４と比べると、いずれも流路長は３倍であり、いずれも有効断面積が等しい。このようにすると、開口部群１４Ｂ全体としての平均的な流路抵抗は開口部１４の場合とほぼ同じであるが、開口部群１４Ｂ全体としての流路抵抗の変化割合が小さくなり、圧力依存性が開口部群１３Ｂの場合よりもさらに小さくなる。
【００５１】
例えば、複数の開口部が互いに干渉しないように並列に並んだものである場合には、個々の開口部の流路抵抗の逆数を足し合わせ、その逆数をとった値を開口部群の全体の流路抵抗として用いることができる。
【００５２】
そして、第３の流路２４に設けられる開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうちの少なくとも１つ（この実施形態においては全部）は、他の流路２２，２３に設けられる開口部１２または開口部１３ａ，１３ｂのいずれよりも、〔流路長／断面積〕の値が大きい。
【００５３】
また、第２の流路２３に設けられる開口部１３ａ，１３ｂのうちの少なくとも１つ（この実施形態においては全部）は、流路２４に設けられる開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれよりも、〔流路長／断面積〕の値が小さい。
【００５４】
このように、互いに並列に接続された複数の開口部によって構成された開口部群１３Ｂ，１４Ｂを用いて流路を絞ることにより、その開口部群１３Ｂ，１４Ｂの全体的な圧力依存性を低減させることができ、これによって他の開口部または開口部群との間で圧力依存性の相違が大きくなってポンプとしての流量特性を向上させることができる。
【００５５】
次に、マイクロ流体システム１を駆動した場合の流体の挙動について説明する。
図８はマイクロ流体システム１における各開口部１２，１３，１４についての流路抵抗特性、流量比率、および、１回当たりの吐出量を示す表である。
【００５６】
ここで、仮に、チャンバー１１の容積の減少時のチャンバー内圧に対する各開口部１２，１３，１４の流路抵抗値を、それぞれ、Ｒ１ｒ、Ｒ２ｒ、Ｒ３ｒとし、そのときの各流路２２，２３，２４を出入りする流体の体積を、それぞれ、Ｖ１ｒ、Ｖ２ｒ、Ｖ３ｒとする。
【００５７】
また、チャンバー１１の容積の増加時のチャンバー内圧に対する各開口部の流路抵抗値を、それぞれ、Ｒ１ｆ、Ｒ２ｆ、Ｒ３ｆとし、そのときの各流路を出入りする流体の体積を、それぞれ、Ｖ１ｆ、Ｖ２ｆ、Ｖ３ｆとする。
【００５８】
また、チャンバー１１の容積の変化量（振動の幅）をＶ０とする。
このとき、例えばチャンバー１１の容積増減振動の１往復で、第１の流路２２を通って送り出される流体の体積ΔＶ１は、次の式で近似的に表される（実際には、液体の慣性振動が加わるため、若干異なる。）。
【００５９】
ΔＶ１＝Ｖ１ｒ−Ｖ１ｆ
Ｖ１ｒ＝Ｖ０×（1/R1r)／〔(1/R1r)+(1/R2r)+(1/R3r) 〕
Ｖ１ｆ＝Ｖ０×（1/R1f)／〔(1/R1f)+(1/R2f)+(1/R3f) 〕
同様にして、第２の流路２３および第３の流路２４についても、チャンバー１１の容積増減振動の１往復で送り出される流体の体積を算出できる。
【００６０】
ここで、各開口部の流路抵抗特性が図８（Ａ）に示すようであったときには、上の式から、チャンバー１１の容積増減振動の１往復で各流路を通って送り出される流体体積は、図８（Ｃ）に示すようになる。
【００６１】
なお、図８（Ｃ）の表において、プラスの数字は吐出方向を表し、マイナスの数字は吸入方向を表す。図８（Ｃ）の表から分かるように、チャンバー１１の駆動パターンを異ならせることによって各開口部への流量比及びその方向を切り替えることができる。
【００６２】
さらに、チャンバー１１の容積増減にともなう圧力を、例えば駆動電圧波形の立ち上がり時間または立ち下がり時間などを細かく調整することによって制御すれば、流量および流量比の微妙な調整を行うことも可能である。
【００６３】
上に述べた実施形態において、流路の本数が３つであるが、４つ以上であってもよい。また、流路のいずれが複数の開口部からなる開口部群を有していてもよい。さらに、流路に設けられる開口部群が４つ以上の開口部から構成されていてもよい。
【００６４】
上に述べた実施形態において、流路２２，２３，２４を循環系の流路としてもよい。また、それぞれの流路２２，２３，２４が、チャンバー１１から離れた位置で合流する形態であってもよい。その場合においても、それらは１つの流路としてではなく、それぞれチャンバー１１に接続された流路として取り扱えばよい。
【００６５】
上に述べた実施形態においては、シリコン基板を用いてマイクロ流体システム１，１Ｂを製作した例を示したが、樹脂、ガラス、金属、セラミックなどの材料を微細加工したものでもよい。ダイヤフラム３１ｆをハーフエッチングで形成するのではなく、別途用意した薄板を張り合わせて形成しても良い。その場合に、材料は何でもよいが、圧電素子よりも極端に柔らかい場合には十分な変位特性が得られない可能性があるので注意を要する。
【００６６】
上に述べた実施形態において、チャンバー１１の深さを開口部の深さと同じとしたが、同じである必要はなく、それより深くても浅くてもよい。チャンバー１１の容積を増減させるアクチュエータである圧電素子３４の変形は、ユニモルフ屈曲変形である必然性はなく、例えば、縦振動、横振動、ずり変形振動などであってもよい。また、アクチュエータとして、圧電素子３４に限らず、例えば、静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、または形状記憶合金など、チャンバー１１の容積を増減させ得るものであれば何でもよい。また、アクチュエータは、マイクロ流体システム１に一体化されたものではなく、別体として切り離し可能なものであってもよい。
【００６７】
開口部の形状に関して、流路断面が一様であると言っても必ずしも完全に一様である必要はない。また、必ずしも一様な断面形状である必要はない。例えば、内面に多少の凸凹があったり、テーパがあってもよい。そのような場合の実効断面積または有効断面積Ｓは、実験値または計算値などに基づいて求めることができる。開口部の出入り口の近傍において、特に吐出口（アウトレット）となる側の開口部においては、多少の拡がり部または滑らかに拡がるアール部をもっていてもよい。また、特に吸入口（インレット）となる側の開口部においては、一様な断面形状でなくても機能は大きく変わらない。適用する流体として、液体、流動体、気体などであってもよい。
【００６８】
上に述べた種々の実施形態および変形例において、マイクロ流体システム１，１Ｂの平面形状として、正方形、長方形、多角形、円形、楕円形、その他の種々の形状とすることが可能である。その他、マイクロ流体システムの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００６９】
本発明に係るマイクロ流体システムは、環境、食品、生化学、免疫学、血液学、這伝子分析、合成、創薬など、さまざまな分野で用いることができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によると、１つのチャンバーによって複数の流路に対するポンプ作用を行わせるという簡単な構成によって、流体を安定して送ることができる。また、複数の流体を所定の比率で合流させまたは分流させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロ流体システムの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】第１の実施形態のマイクロ流体システムの正面断面図である。
【図３】開口部の流路抵抗特性の例を示す図である。
【図４】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図５】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図６】駆動電圧によるチャンバーの容積変化の様子を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のマイクロ流体システムの構成を模式的に示す平面図である。
【図８】各開口部についての流路抵抗特性、流量比率、１回当たりの吐出量の例を示す図である。
【図９】従来のマイクロポンプの構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】従来のマイクロポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
１，１Ｂ  マイクロ流体システム
１１  チャンバー
１２，１３，１４  開口部
１３Ｂ，１４Ｂ  開口部群（開口部）
１３ａ，１３ｂ  開口部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  開口部
２２，２３，２４  流路
３４  圧電素子（アクチュエータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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