(57)【要約】【課題】マイクロポンプにおいて、微小量の液体を高圧でしかも高精度に送液可能とすること。【解決手段】マイクロポンプ５０は、微小流路１６に開口する２つ液体出入り流路１９を設けたポート基板１３と、２つバルブダイアフラム１１Ａ及びポンプダイアフラム１１Ｂを設けたバルブ基板と、バルブダイアフラム１１Ａを変位させるバルブ圧電素子１５Ａと、ポンプダイアフラム１１Ｂを変位させるポンプ圧電素子１５Ｂとを備える。バルブダイアフラム１１Ａの中央部に厚肉部１８Ａ、１８Ｂを設け、圧電素子１５Ａ、１５Ｂを積層圧電素子で構成してバルブ基板１３の駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂに設置し、圧電素子１５Ａ、１５Ｂの一側を厚肉部１８Ａ、１８Ｂに固定すると共に他側を位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂに固定し、位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂを駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂに嵌合して固定した。【選択図】図１
2006161779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ基板と接合されそのバルブ基板との間に微小流路を形成すると共に、前記微小流路の両側に開口する２つ液体出入り流路を設けたポート基板と、
前記各液体出入り流路の開口部に対向する２つバルブダイアフラムと前記２つの液体出入り流路の開口部間に位置する前記微小流路に面するポンプダイアフラムとを設けたバルブ基板と、
前記各バルブダイアフラムを変位して前記液体出入り流路の開口部を開閉する２つのバルブ圧電素子と、
前記ポンプダイアフラムを変位して前記微小流路の容積を変化させるポンプ圧電素子と、を備えたマイクロポンプにおいて、
前記各バルブダイアフラムの中央部に前記液体出入り流路の開口部の径より大径の厚肉部を設け、
前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの反微小流路側に位置してそれぞれ独立した駆動部設置穴を前記バルブ基板に形成し、
前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子を積層圧電素子で構成して前記駆動部設置穴にそれぞれ収納して設置し、
前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの一側を前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの厚肉部に当接して固定し、
前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの他側に位置決め用ピンを当接して固定し、
前記各位置決め用ピンを前記駆動部設置穴に嵌合して固定した
ことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロポンプにおいて、前記各バルブダイアフラムにおける微小流路側の面に変形し易い金属製の平板状パッキンを設置すると共に、前記各液体出入り流路の開口部周囲に変形し易い金属製のリング状パッキンを設置したことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項３】
請求項１または２記載のマイクロポンプにおいて、前記ポート基板における前記各バルブダイアフラムに対向する部分にポートダイアフラムを設け、前記各ポートダイアフラムの中央部に開口するように前記各液体出入り流路を設けたことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロポンプにおいて、前記バルブ基板及び前記ポート基板をステンレス鋼ＳＵＳ３１６で形成すると共に、前記バルブ基板及び前記ポート基板における前記微小流路及び前記液体出入り流路を構成する面に耐酸性を有する表面処理を施したことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロポンプにおいて、前記平板状パッキン及び前記リング状パッキンを金、パラジウム、白金、ルテニウムなどの耐薬品性を有する貴金属で形成し、前記バルブ基板及び前記ポート基板をステンレス鋼ＳＵＳ３１６で形成すると共に、前記バルブ基板及び前記ポート基板における前記微小流路を構成する面に耐酸性を有する表面処理を施したことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項６】
バルブ基板と接合されそのバルブ基板との間に微小流路を形成すると共に、前記微小流路の両側に開口する２つ液体出入り流路を設けたポート基板と、
前記各液体出入り流路の開口部に対向する２つバルブダイアフラムと前記２つの液体出入り流路の開口部間に位置する前記微小流路に面するポンプダイアフラムとを設けたバルブ基板と、
前記各バルブダイアフラムを変位して前記液体出入り流路の開口部を開閉する２つのバルブ圧電素子と、
前記ポンプダイアフラムを変位して前記微小流路の容積を変化させるポンプ圧電素子と、を備えたマイクロポンプの製造方法において、
前記各バルブダイアフラムの中央部に前記各液体出入り流路の開口部の径より大径の厚肉部を前記バルブ基板に成形すると共に、前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの反微小流路側に位置してそれぞれ独立した駆動部設置穴を前記バルブ基板に成形した後、
積層圧電素子で構成した前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子を前記各駆動部設置穴にそれぞれ収納して前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの一側を前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの厚肉部に当接して固定し、
次いで、前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの他側に当接して固定した位置決め用ピンを前記各駆動部設置穴に嵌合して固定する
ことを特徴とするマイクロポンプの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のマイクロポンプの製造方法において、前記ポート基板と前記バルブ基板とを接合した後、前記バルブ圧電素子を前記ポンプダイアフラムの厚肉部及び前記位置決め用ピンに固定した状態でそのバルブ圧電素子を動作させると共に前記位置決め用ピンを所定の圧力で押圧し、前記ポンプダイアフラムの厚肉部が前記ポート基板に当接した状態で前記位置決め用ピンを前記バルブ基板に接着して固定することを特徴とするマイクロポンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロポンプ及びその製造方法に係り、特に、微小流路を有するマイクロチップを用いた化学合成装置、化学分析装置及び医療用分析装置等へ微量の液体を送液可能なマイクロポンプ及びその製造方法に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の医療、化学合成・分析等の分野で適用されているマイクロポンプとして、例えば、特開平１１−２５７２３２号公報（特許文献１）に開示されたものがある。このマイクロポンプは、バルブ基板（ガラス基板）に接合され、そのバルブ基板との間に微小流路（流路部）を形成すると共に、微小流路の両側に開口する液体出入り流路をポート基板本体に設けたポート基板（シリコン基板）と、液体出入り流路（貫通孔）の開口部に対向するバルブダイアフラムと両側の液体出入り流路の間に位置する微小流路に面するポンプダイアフラムとを設けたバルブ基板と、バルブダイアフラムを変位して液体出入り流路の開口部をパッキンを介して開閉動作させるバルブ圧電素子と、ポンプダイアフラムを変位して微小流路の容積を変化させるポンプ圧電素子と、を備えて構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５７２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微小流路を有するマイクロチップを用いた化学合成装置、化学分析装置及び医療用分析装置等では、微小流路の流路抵抗が大きいため、高圧で液体を送液するマイクロポンプが必要である。また、微小量の液体を高精度に送液する必要があるため、ダイアフラム基板とポート基板とからなる微小流路に対するダイアフラムを精度よく動作させる必要がある。さらに、化学合成装置、化学分析装置及び医療用分析装置等においては様々な性質の試薬を使用するため、耐薬品性能が要求される。
【０００５】
しかし、特許文献１のマイクロポンプでは、駆動源に単なる圧電素子を使用しており、高圧での送液は困難であった。また、特許文献１には、ダイアフラムを精度よく動作させることについては開示されていない。特に、積層圧電素子を用いた場合には、駆動力が大きくなると共にその厚さ寸法が大きくなるため、ダイアフラムを精度よく動作させる配慮が特に重要になる。さらに、特許文献１のマイクロポンプでは、液体接触部にシリコン、ガラスが面しているため、塩基性液体の送液に適していなかった。
【０００６】
本発明の目的は、微小量の液体を高圧でしかも高精度に送液可能なマイクロポンプ及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、耐薬品性を有しつつ微小量の液体を高圧でしかも高精度に送液可能なマイクロポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、バルブ基板と接合されそのバルブ基板との間に微小流路を形成すると共に、前記微小流路の両側に開口する２つ液体出入り流路を設けたポート基板と、前記各液体出入り流路の開口部に対向する２つバルブダイアフラムと前記２つの液体出入り流路の開口部間に位置する前記微小流路に面するポンプダイアフラムとを設けたバルブ基板と、前記各バルブダイアフラムを変位して前記液体出入り流路の開口部を開閉する２つのバルブ圧電素子と、前記ポンプダイアフラムを変位して前記微小流路の容積を変化させるポンプ圧電素子と、を備えたマイクロポンプにおいて、前記各バルブダイアフラムの中央部に前記液体出入り流路の開口部の径より大径の厚肉部を設け、前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの反微小流路側に位置してそれぞれ独立した駆動部設置穴を前記バルブ基板に形成し、前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子を積層圧電素子で構成して前記駆動部設置穴にそれぞれ収納して設置し、前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの一側を前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの厚肉部に当接して固定し、前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの他側に位置決め用ピンを当接して固定し、前記各位置決め用ピンを前記駆動部設置穴に嵌合して固定した構成である。
【０００９】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記各バルブダイアフラムにおける微小流路側の面に変形し易い金属製の平板状パッキンを設置すると共に、前記各液体出入り流路の開口部周囲に変形し易い金属製のリング状パッキンを設置したこと。
（２）前記ポート基板における前記各バルブダイアフラムに対向する部分にポートダイアフラムを設け、前記各ポートダイアフラムの中央部に開口するように前記各液体出入り流路を設けたこと。
【００１０】
前述のを達成するための本発明の第２の態様は、バルブ基板と接合されそのバルブ基板との間に微小流路を形成すると共に、前記微小流路の両側に開口する２つ液体出入り流路を設けたポート基板と、前記各液体出入り流路の開口部に対向する２つバルブダイアフラムと前記２つの液体出入り流路の開口部間に位置する前記微小流路に面するポンプダイアフラムとを設けたバルブ基板と、前記各バルブダイアフラムを変位して前記液体出入り流路の開口部を開閉する２つのバルブ圧電素子と、前記ポンプダイアフラムを変位して前記微小流路の容積を変化させるポンプ圧電素子と、を備えたマイクロポンプの製造方法において、前記各バルブダイアフラムの中央部に前記各液体出入り流路の開口部の径より大径の厚肉部を前記バルブ基板に成形すると共に、前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの反微小流路側に位置してそれぞれ独立した駆動部設置穴を前記バルブ基板に成形した後、積層圧電素子で構成した前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子を前記各駆動部設置穴にそれぞれ収納して前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの一側を前記各バルブダイアフラム及び前記ポンプダイアフラムの厚肉部に当接して固定し、次いで、前記各バルブ圧電素子及び前記ポンプ圧電素子のそれぞれの他側に当接して固定した位置決め用ピンを前記各駆動部設置穴に嵌合して固定することである。
【００１１】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記ポート基板と前記バルブ基板とを接合した後、前記バルブ圧電素子を前記ポンプダイアフラムの厚肉部及び前記位置決め用ピンに固定した状態でそのバルブ圧電素子を動作させると共に前記位置決め用ピンを所定の圧力で押圧し、前記ポンプダイアフラムの厚肉部が前記ポート基板に当接した状態で前記位置決め用ピンを前記バルブ基板に接着して固定すること。
【００１２】
前述の別の目的を達成するための本発明の第３の態様は、上述した第１の態様に加えて、前記バルブ基板及び前記ポート基板をステンレス鋼ＳＵＳ３１６で形成すると共に、前記バルブ基板及び前記ポート基板における前記微小流路及び前記液体出入り流路を構成する面に耐酸性を有する表面処理を施したものである。
【００１３】
係る本発明の第３の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記平板状パッキン及び前記リング状パッキンを金、パラジウム、白金、ルテニウムなどの耐薬品性を有する貴金属で形成し、前記バルブ基板及び前記ポート基板をステンレス鋼ＳＵＳ３１６で形成すると共に、前記バルブ基板及び前記ポート基板における前記微小流路を構成する面に耐酸性を有する表面処理を施したこと。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、微小量の液体を高圧でしかも高精度に送液可能なマイクロポンプ及びその製造方法を実現できる。
【００１５】
また、本発明によれば、耐薬品性を有しつつ微小量の液体を高圧でしかも高精度に送液可能なマイクロポンプを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。本発明は各実施形態に示すマイクロポンプの設置状態を通常の設置状態として説明するが、マイクロポンプを縦にした設置状態や逆にした設置状態などを許容する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のマイクロポンプ及びその製造方法を図１及び図２を用いて説明する。本実施形態のマイクロポンプ５０は、マイクロポンプの駆動源、バルブの締切り性能、微小流量を制御するためダイアフラム基板とポート基板からなる流路及びポンプ室の間隔の制御、耐薬品性などについて、特に配慮して構成されている。
【００１７】
本実施形態のマイクロポンプの全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態のマイクロポンプを示す縦断面図である。
【００１８】
本実施形態のマイクロポンプ５０は、化学合成装置、化学分析装置及び医療用分析装置等の液体（試薬など）を高圧で送液するために用いられるものである。マイクロポンプ５０は、ポート基板１４、バルブ基板１３、バルブ圧電素子１５Ａ、ポンプ圧電素子１５Ｂ及び位置決め用ピン２０を備えて構成されている。
【００１９】
ポート基板１４は、バルブ基板１３との間に微小流路１６を形成するようにバルブ基板１３と接合されている。なお、本発明における接合には溶着、接着、その他の固着を含む。この微小流路１６はポート基板１４に凹部を設けることにより形成されている。なお、バルブ基板１３の側に凹部を設けることによって微小流路１６を形成してもよく、或いは、ポート基板１４とバルブ基板１３の両方に凹部を設けることによって微小流路１６を形成してもよい。微小流路１６は左右に延びて形成されており、微小流路１６の上面がバルブ基板１３の下面で形成され、微小流路１６の底面がポート基板１４の凹部の底面により形成されている。バルブ圧電素子１５Ａ及びポンプ圧電素子１５Ｂが動作していない状態で、バルブ基板１３の下面とポート基板１４の凹部の底面とが平行となっている。
【００２０】
ポート基板１４には、微小流路１６の底面両側に位置して開口する２つの液体出入り流路１９が設けられている。本実施形態では、垂直に延びる貫通孔で流体出入り流路１９が構成されている。流体出入り流路１９は、バルブ圧電素子１５Ａの動作状態によって、液体流入口となったり、逆に液体流出口となったりする。
【００２１】
バルブ基板１３は、液体出入り流路１９の開口部に対向するバルブダイアフラム１１と、２つの液体出入り流路１９の開口部の間に位置する微小流路１６に面するポンプダイアフラム１２とを設けて構成されている。バルブダイアフラム１１Ａの下面及びポンプダイアフラム１１Ｂの下面は、微小流路１６の上面の一部をそれぞれ形成している。
【００２２】
本実施形態のマイクロポンプ５０が適用される装置に用いられる薬品などを考慮すると、主に酸性、塩基性、有機溶媒に耐性を有することが必要である。全ての薬品に耐性のある材質は、貴金属であるが、高コストであるため、基板全体に適用することは困難である。シリコンでは、酸性、有機溶媒に耐性を有するが、塩基性の薬品などには適用不可である。そこで、本実施形態では、バルブ基板１３及びポート基板１４の金属材料としてステンレス鋼ＳＵＳ３１６を用いることで、塩基性、有機溶媒の薬品などに適用可能とすると共に、バルブ基板１３及びポート基板１４における微小流路１６及び流体出入り流路１９を構成する面に耐酸性を有する表面処理を施すことで、酸性の薬品に適用可能としている。即ち、ステンレス鋼ＳＵＳ３１６は表面に官能基があるため、この官能基を利用して表面処理を施すことで、耐酸性を持たせることを可能としたものである。なお、シリコンに同様の表面処理を行った場合には、塩基性への耐性はなく、表面処理剤の剥離の問題が生ずる。従って、本実施形態の構成によれば、安価な構成で、高い信頼性を有しつつ、耐薬品性を確保することができる。
【００２３】
バルブダイアフラム１１Ａの中央部には液体出入り流路１９の開口部の径より大径の厚肉部１８Ａが島状に設けられている。この厚肉部１８Ａの上面は、厚肉部１８Ａの下面と平行な平面に形成され、バルブ圧電素子１５Ａの下面に接着剤２２（図２参照）を介して当接され固定されている。上面から厚肉部１８Ａにバルブ圧電素子１５Ａの変形力が加えられた際に、厚肉部１８Ａの周囲の薄肉部が湾曲し、厚肉部１８Ａは湾曲することなく平行に変位されて液体出入り流路１９の開口部に押圧される。これによって、バルブダイアフラム１１Ａによる流体出入り流路１９の開閉を確実に精度よく行なうことができ、バルブ締め切り性能を向上することができる。なお、厚肉部１８Ａの上面は、本実施形態では完全な平坦面であるが、実質的に平面を構成してバルブ圧電素子１５Ａと固定される構成であればよい。
【００２４】
ポンプダイアフラム１１Ｂの中央部には厚肉部１８Ｂが島状に設けられている。上面から厚肉部１８Ｂにポンプ圧電素子１５Ｂの変形力が加えられた際に、厚肉部１８Ｂの周囲の薄肉部が湾曲し、厚肉部１８Ｂは湾曲することなく平行に変位される。これによって、ポンプダイアフラム１１Ｂによるポンプ作用を精度よく行なうことができる。この厚肉部１８Ｂの上面は、厚肉部１８Ｂの下面と平行な平面に形成され、ポンプ圧電素子１５Ｂの下面に接着剤２２を介して当接され固定されている。なお、厚肉部１８Ｂの上面は、全てが平坦面である必要はなく、実質的に平面を構成してポンプ圧電素子１５Ｂと固定される構成であればよい。
【００２５】
バルブダイアフラム１１Ａ及びポンプダイアフラム１１Ｂの反微小流路側に位置してそれぞれ独立した駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂがバルブ基板１３に縦長に形成されている。この駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂの壁面は垂直に形成されている。
【００２６】
バルブ圧電素子１５Ａは、バルブダイアフラム１１Ａを変位して流体出入り流路１９の開口部を開閉するための駆動源であり、積層圧電素子で構成されている。積層圧電素子を用いることによって、液体を高圧で送液する流体出入り流路１９の開口部であっても確実に精度よく開閉することができる。また、バルブ圧電素子１５Ａは、駆動部設置穴１２Ａ内に収納して設置され、そのバルブ圧電素子１５Ａの一側はバルブダイアフラム１１Ａの厚肉部１８Ａに当接して固定され、そのバルブ圧電素子１５Ａの他側は位置決め用ピン２０Ａに当接して固定されている。バルブ圧電素子１５Ａの一側及び他側は、ポート基板１４の凹部の底面、厚肉部１８Ａの上面と平行な面で形成されている。これによって、バルブダイアフラム１１Ａによる流体出入り流路１９の開口部の開閉を精度よく行なうことができる。
【００２７】
ポンプ圧電素子１５Ｂは、ポンプダイアフラム１１Ｂを変位して微小流路１６の容積を変化させて送液を行なうための駆動源であり、積層圧電素子で構成されている。積層圧電素子を用いることによって、厚さ寸法は大きくなるが、大きな駆動力を発生できることにより、液体を高圧で送液することができる。また、ポンプ圧電素子１５Ｂは、駆動部設置穴１２Ｂ内に収納して設置され、そのポンプ圧電素子１５Ｂの一側は厚肉部１８Ｂに当接して固定され、そのポンプ圧電素子１５Ｂの他側は位置決め用ピン２０Ｂに当接して固定されている。ポンプ圧電素子１５Ｂの一側及び他側は、ポート基板１４の凹部の底面、厚肉部１８Ｂの上面と平行な面で形成されている。これによって、ポンプダイアフラム１１Ｂによる送液作用を精度よく行なうことができる。
【００２８】
バルブ圧電素子１５Ａ及びポンプ圧電素子１５Ｂの動作は、制御装置（図示せず）により制御される。バルブ圧電素子１５Ａ及びポンプ圧電素子１５Ｂによる送液動作は、次の通り行なわれる。
【００２９】
一方のバルブ圧電素子１５Ａに電圧を印加してその積層圧電素子部を伸ばし、これに対応するバルブダイアフラム１１Ａを変位させて流体出入り流路１９を閉じる。この状態で、ポンプ圧電素子１５Ｂに電圧を印加してその積層圧電素子部を伸ばし、微小流路１６内の液体を他方の流体出入り流路１９を通して送液する。送液が終了した後に、他方のバルブ圧電素子１５Ａに電圧を印加してその積層圧電素子部を伸ばし、これに対応するバルブダイアフラム１１Ａを変位させて流体出入り流路１９を閉じる。
【００３０】
次いで、一方のバルブ圧電素子１５Ａの電圧印加を停止してその積層圧電素子部を縮め、これに対応するバルブダイアフラム１１Ａを復帰させて流体出入り流路１９を開く。しかる後、ポンプ圧電素子１５Ｂの電圧印加を停止してその積層圧電素子部を元に戻し、これに対応するポンプダイアフラム１１Ｂを元に戻すことにより、一方の流体出入り流路１９を開いてその流体出入り流路１９を通して液体を微小流路１６内に吸引する。
【００３１】
次いで、一方のバルブ圧電素子１５Ａに電圧を印加してその積層圧電素子部を伸ばし、これに対応するバルブダイアフラム１１Ａを変位させて流体出入り流路１９を閉じる。この状態で、ポンプ圧電素子１５Ｂに電圧を印加してその積層圧電素子部を伸ばし、微小流路１６内の液体を他方の流体出入り流路１９を通して送液する。以下、これを繰返すことにより、連続的な送液が行なわれる。
【００３２】
なお、２つのバルブ圧電素子１５Ａの電圧印加を前述と逆にすれば、逆方向に送液することができる。
【００３３】
位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂは、バルブダイアフラム１１Ａ及びポンプダイアフラム１１Ｂの微小流路１６における位置を決めるためのものであり、前述したようにバルブ圧電素子１５Ａ及びポンプ圧電素子１５Ｂに固定されると共に、駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂに嵌合して固定されている。位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂの側壁は垂直に形成されており、その外形は駆動部設置穴１２Ａ、１２Ｂの内形と殆ど同一に形成されている。係る位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂの固定構造により、バルブ圧電素子１５Ａ及びポンプ圧電素子１５Ｂの上下面を平行に精度よく保って固定することができる。
【００３４】
バルブの締切り性能を向上させるために、バルブダイアフラム１１Ａの微小流路側の面に変形し易い金属製の平板状パッキン１７Ａ１を設置すると共に、液体出入り流路１９の開口部周囲に変形し易い金属製のリング状パッキン１７Ａ２を設置している。換言すれば、バルブダイアフラム１１Ａにおける流体出入り流路１９の開口部を押圧する部分に平板状パッキン１７Ａ１を設け、この平板状パッキン１７Ａ１及びリング状パッキン１７Ａ２を設けている。このように、パッキンとして変形しやすい材料を設置することで、バルブダイアフラム１１Ａを流体出入り流路１９の開口部に押圧したときに、その材料が変形することで、バルブの締切り性能を向上させることができる。
【００３５】
また、平板状パッキン１７Ａ１及びリング状パッキン１７Ａ２は、金、パラジウム、白金、ルテニウムなどの耐薬品性を有する貴金属で形成されている。このように、パッキン部分のみを貴金属で形成することにより、コストアップを抑制しつつバルブの締切り性能を向上することができる。
【００３６】
次に、本実施形態によるマイクロポンプ５０の製造方法について説明する。
【００３７】
バルブ基板１３を下部基板と上部基板とを接合して製作する。具体的には、下部基板をホトリソ、エッチングにより、バルブダイアフラム１１Ａ、ポンプダイアフラム１１Ｂ及び島構造の厚肉部１８Ａ、１８Ｂを形成した後、その上部にバルブ圧電素子１５Ａ、ポンプ圧電素子１５Ｂを収納すると共に位置決め用ピン２０Ａ、２０Ｂを固定する駆動部設置穴１２Ａ、駆動部設置穴１２Ｂの空いた上部基板を接合してバルブ基板１３を製作する。また、微小流路１６をホトリソ、エッチングで形成した後、流体出入り流路１９を形成することによりポート基板１４を製作する。係るバルブ基板１３及びポート基板１４を接合することでマイクロポンプ５０の筐体を製作する。
【００３８】
次いで、バルブ圧電素子１５Ａ、ポンプ圧電素子１５Ｂ、位置決め用ピン２０、２０Ｂの組立て方法を図２を参照しながら説明する。図２は図１のマイクロポンプの組立て工程を示す縦断面図である。本実施形態では、バルブダイアフラム１１Ａとポンプダイアフラム１１Ｂ、厚肉部１８Ａと厚肉部１８Ｂ、バルブ圧電素子１５Ａとポンプ圧電素子１５Ｂ、位置決め用ピン２０と位置決め用ピン２０Ｂは、同一構造であるため、以下では、符号のアルファベット省略すると共に共通名称を用いて代表例で説明する。また、液体出入り流路１９、パッキン１７Ａ１、１７Ａ２を図示省略している。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、積層圧電素子１５を位置決め用ピン２０及び厚肉部１８に接着剤２２を用いて接着する。この接着剤２２としては、積層圧電素子１５の変位量を吸収しないポリシアネート系の接着剤が好ましい。また、接着剤２２中に変形しない粒子を導入することで積層圧電素子１５の変位量を吸収しないようにしても良い。
【００４０】
しかる後、図２（ｂ）に示すように、積層圧電素子１５に電圧を印加して積層圧電素子１５を変位させた状態で、上部より所定の押付け力Ｆを位置決め用ピン２０に加えながら平行に位置決め用ピン２０を押圧して、ダイアフラム１１をポート基板１４の凹部の底面に押し付ける。この所定の押付け力Ｆは、ダイアフラム１１で流体出入り流路１９の開口部を確実に精度よく閉じることが可能な押付け力に設定されている。
【００４１】
しかる後、図２（ｃ）に示すように、バルブ基板１３の駆動部設置穴１２に位置決め用ピン２０を嵌合した状態で、位置決め用ピン２０をバルブ基板１３に接着剤２２を介して固定する。
【００４２】
しかる後、図２（ｄ）に示すように、積層圧電素子１５への電圧の印加を停止することにより積層圧電素子１５の変位を元に戻す。これによって、ダイアフラム１１も元の位置に復帰される。
【００４３】
このように組み立てることで、積層圧電素子１５の変位量でダイアフラム１１を微小流路１６の底面まで確実に変位させることが可能である。従って、液体を安定して送液可能なマイクロポンプ５０を製造できる。
（実施例１）
次に、本実施形態を適用して製作したマイクロポンプ５０の具体的な製造方法の一例について説明する。
【００４４】
マイクロポンプの筐体（バルブ基板１３、ポート基板１４）には、塩基性水溶液、有機溶媒に耐性のあるステンレス鋼ＳＵＳ３１６を適用した。バルブ基板１３におけるバルブダイアフラム１１Ａ、ポンプダイアフラム１１Ｂ及び島構造の厚肉部１８Ａ、１８Ｂをホトリソ、エッチングにより形成してバルブ下部基板とした。また、バルブ基板１３における位置決め用ピン２０を固定する部分を機械加工により穴あけしてバルブ上部基板とした。バルブ下部基板とバルブ上部基板とを接合することでバルブ基板１３を形成した。
【００４５】
さらに、バルブダイアフラム１１Ａのポート基板１４を押圧する部分にホトリソ、スパッタ、めっきにより、平板状パッキン１７Ａ１を形成した。平板状パッキン１７Ａ１の材質には、金を用いた。
【００４６】
次いで、ポート基板１４の微小流路１６をホトリソ、エッチングにより形成した後、液体出入り流路１９を機械加工により形成した。また、バルブ基板１３同様にホトリソ、スパッタ、めっきにより、リング状パッキン１７Ａ２を、液体出入り流路１９の開口部の周囲に形成した。リング状パッキン１７Ａ２の材質には、金を用いた。
【００４７】
上記方法で作製したバルブ基板１３及びポート基板１４とを接合することでマイクロポンプの筐体を作製した。
【００４８】
次いで、位置決め用ピン２０に積層圧電素子１５を接着剤２２により固定した。接着剤２２にはポリシアネート系のものを適用して、中に数ｕｍ程度のＳｉＯ２製の粒子を混入して接着した。次いで、積層圧電素子１５を同様にバルブ基板１３の島構造１８に接着剤２２により固定する。図２に示したように、積層圧電素子１５を変位させた状態でピン２０を押圧して、ピン２０をバルブ基板１３にポリシアネート系の接着剤により固定することでマイクロポンプ５０を作成した。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。図３は本発明の第２実施形態のマイクロポンプの縦断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一である。
【００４９】
第２実施形態では、バルブの締切り性能をさらに向上させるために、ポート基板１４におけるバルブダイアフラム１１Ａに対向する部分にポートダイアフラム２１を設け、ポートダイアフラム２１の中央部に開口するように液体出入り流路１９を設けたものである。このポートダイアフラム２１を設けたことにより、バルブダイアフラム１１Ａを液体出入り流路１９の開口部に押圧した際に、液体出入り流路１９の開口部におけるポートダイアフラム２１がこの押圧に倣うこととなり、バルブの締切り性能を向上させることが可能である。
【００５０】
ポートダイアフラム２１の中央部の反微小流路側に島構造の厚肉部２３を設けている。この厚肉部２３はリング状パッキン１７Ａ２の外形と同じ外形を有している。係る厚肉部２３により、リング状パッキン１７Ａ２と平板状パッキン１７Ａ１との良好な接触状態を確保でき、この点からもバルブの締切り性能を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態のマイクロポンプを示す縦断面図である。
【図２】図１のマイクロポンプの組立て工程を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態のマイクロポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１Ａ…バルブダイアフラム、１１Ｂ…ポンプダイアフラム、１２…駆動部設置孔、１３…バルブ基板、１４…ポート基板、１５Ａ…バルブ圧電素子、１５Ｂ…ポンプ圧電素子、１６…微小流路、１７Ａ…平板状パッキン、１７Ｂ…リング状パッキン、１８Ａ・１８Ｂ…厚肉部、１９…液体出入り流路、２０Ａ・２０Ｂ…位置決め用ピン、２１…ポートダイアフラム、２２…接着剤、２３…厚肉部、５０…マイクロポンプ。
【図１】
2006161779.tif 000003
【図２】
2006161779.tif 000004
【図３】
2006161779.tif 000005