(57)【要約】  本発明は、第１基材層（１）、第２基材層（２）及び機能性要素（３）を接合する方法に関する。本発明によると、前記機能性要素（３）は予め決められた弾性を有する物質から選択され；前記第１層及び第２層は予め決められた剛性を有する物質から選択され；前記機能性要素は前記第１及び第２基材層間にサンドイッチ状に配置され；前記第１及び第２基材層は圧力により互いに接合され；かつ前記機能性要素は前記第１及び第２基材層が永続的に相互結合するように取り付けられ、前記機能性要素は前記第１及び第２基材層間に永続的に配置される。本発明は更に、液体及び／又はガス状媒体を輸送及び／又は貯蔵するためのチャンネル状構造を有するデバイスに関する。該デバイスは、第１基材層（１）及び第２基材層（２）と、当該第１基材層（１）及び第２基材層（２）間にサンドイッチ状に配置された機能性要素（３）を含んで成り、チャンネル状構造が前記第１及び／又は第２基材層に埋め込まれている。前記第１及び第２基材層は固定的及び永続的に相互接合され、かつ前記機能性要素が前記第１及び第２基材層間に取り付けられている。前記機能性要素は弾性体で、前記第１及び第２層は剛体で、前記第１及び／又は第２層のチャンネル状構造は、機能性要素に起因して、少なくとも部分的に気密的及び／又は水密的にシールされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材層（１）、第２基材層（２）及び機能性要素（３）を接合する方法であって、
前記機能性要素（３）が予め決められた弾性を有する物質から選択され、
前記第１層（１）及び第２層（２）が予め決められた剛性を有する物質から選択され、
前記機能性要素（３）が前記第１基材層（１）と第２基材層（２）間にサンドイッチ状に配置され、
前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）が圧力により互いに接合され、かつ前記圧力が除去された後も、前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）が互いに永続的に接合され、前記機能性要素（３）が前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）間に永続的に配置されるように、前記機能性要素（３）が取り付けられていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
機能性要素（３）が第１基材層（１）及び第２基材層（２）より非常に薄く設計され、
前記第１基材層（１）、第２基材層（２）及び機能性要素（３）の形状が実質的に二次元であり、
前記機能性要素（３）の表積が、前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）より小さく、
かつ前記方法が、
−前記機能性要素（３）を前記層（１）上の予め決められた位置に配置し、
−前記機能性要素（３）により被覆されていない前記層（１）の表面に好適な溶媒を塗布し、
−前記第１層（１）及び機能性要素（３）の上方に前記第２層（２）を配置し、
−前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）が接合されかつ前記層（１）及び（２）間に機能性要素（３）が取り付けられるように、そして圧力が除去された後も前記第１層（１）及び第２層（２）が互いに永続的に接合されるように、前記第１層（１）及び機能性要素（３）を第２層（２）上にプレスする、
ステップを含んで成る方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法であって、
機能性要素（３）が薄いプラスチックフィルム及び／又は金属フォイルで形成され、
前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）がプラスチック、好ましくはポリカーボネート及び／又はPPSU及び／又はPEI及び／又はメラミンから形成され、
前記機能性要素（３）がプラスチック、好ましくはポリイミドから形成されている方法。
【請求項４】
液体及び／又はガス状媒体を輸送及び／又は貯蔵するためのチャンネル状構造を有する装置であって、
当該装置が、第１基材層（１）及び第２基材層（２）と、当該第１基材層（１）及び第２基材層（２）間にサンドイッチ状に配置された機能性要素（３）を含んで成り、
前記チャンネル状構造が前記第１基材層（１）及び／又は第２基材層（２）に形成され、
前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）が互いに永続的に接合され、かつ前記機能性要素（３）が前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）間に取り付けられ、
このような装置において、
前記機能性要素（３）はその形態が弾性的であり、
かつ前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）はその形態が剛性的であり、
前記機能性要素（３）により、前記第１基材層（１）及び／又は第２基材層（２）のチャンネル状構造が、気密的及び／又は水密的に少なくとも部分的に閉塞し、
前記機能性要素（３）は前記第１基材層（１）及び第２基材層（２）より非常に薄く設計され、
前記機能性要素（３）は、当該機能性要素（３）によりチャンネル状構造（１０、２０）が開き及び／又は閉じるように、少なくとも１個の機能性可動要素として設計され、
前記機能性要素（３）は少なくとも１個のバルブフラップ（３１）を含んで成り、
前記装置は、当該装置中に形成された空隙（４１０）の量を変化させるために適した動的駆動要素（４）を含んで成り、
更に前記第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）間に接続が形成されるように、第１チャンネル（１０）が第１層（１）に形成されかつ第２チャンネル（２０）が第２層（２）に形成され、
前記機能性要素（３）の少なくとも１個のバルブフラップ（３１）が、
−前記第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）間の接続を開き又は閉じるように、
−前記第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）が実質的に平行であるように、
−前記第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）間の接続が、当該第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）に対して、５°から９０°、好ましくは１５°から５０°の角度を有するように、
配置されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）間のステップ、鋭いエッジ又はコーナーの無い正接遷移が、前記第１チャンネル（１０）及び第２チャンネル（２０）間の接続により与えられる請求項４に記載の装置。
【請求項６】
第１チャンネル（１０）が第１の幅（１０ｂ）を有し、第２チャンネル（２０）が第２の幅（２０ｂ）を有し、かつバルブフラップ（３１）が第３の幅（３１ｂ）を有し、更に次の関係が満たされ、
第１の幅（１０ｂ）≦第３の幅（３１ｂ）≦第２の幅（２０ｂ）
かつ流れ方向（１３２）で見たときに、バルブフラップ（３１）の上流（４、１３２）及び／又は下流（１３２、４）に駆動要素（４）が接続されている請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
第１チャンネル（１０）が第１の幅（１０ｂ）を有し、第２チャンネル（２０）が第２の幅（２０ｂ）を有し、かつバルブフラップ（３１）が第３の幅（３０ｂ）を有し、更に次の関係が満たされ、
第２の幅（２０ｂ）≦第３の幅（３１ｂ）≦第１の幅（１０ｂ）
かつ流れ方向（２３１）で見たときに、バルブフラップ（３１）の上流（４、２３１）及び／又は下流（２３１、４）に駆動要素（４）が接続されている請求項４又は５に記載の装置。
【請求項８】
請求項６に記載した流れ方向（１３２）で見たときに、その上流（４、１３２）に接続された少なくとも１個の第１のバルブフラップ（３１）を有し、
更に請求項７に記載した流れ方向（２３１）で見たときに、その下流（２３１、４）に接続された少なくとも１個の第２のバルブフラップ（３１）を有する中央駆動要素（４）を含む請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
流れ方向（１２３）で見たときに、駆動要素（４）の下流で、第２のバルブフラップ（３１）の上流に接続された請求項１１記載の第３のバルブフラップ（３１）と、
流れ方向（２３１）で見たときに、駆動要素（４）の上流で、第１のバルブフラップ（３１）の下流に接続された請求項１２記載の第４のバルブフラップ（３１）を有する請求項８記載の装置。
【請求項１０】
請求項６及び／又は７に記載した多数のバルブフラップ（３１）と少なくとも１個の駆動要素（４）を有する請求項６、７及び８に記載の装置。
【請求項１１】
ポンプ構造（I）、（II）、（I）及び（II）に対応する第１、第２、第３及び第４のバルブフラップ（３１）がプラスチックフィルム（３）の流れ方向にこの順で形成され、更に駆動要素（４）と相互作用を行う空隙（４１０）に接続された凹部（３０）が第２（II）及び第３（I）のバルブフラップ（３１）間に形成されている請求項９記載の装置。
【請求項１２】
駆動要素（４）が、その上方に予め決められた剛性の層（４２）と圧電素子（４３）が配置された中央凹部（４１０）を有する基材層（４１）により与えられる空隙（４１０）を含んで成る請求項４から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
第２層（２）の開口部（２０）が、基材層（４１）の空隙（４１０）の頂点に配置されている請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、薄いプラスチックフィルム中に形成された単一片機能性要素３を含んで成り、当該機能性要素は、バルブフラップ３１と中央孔構造３０´を有し、当該孔構造は濾過作用だけでなく、ポンプ室の空隙と相互作用を行う請求項４から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法により製造されるものである請求項４から１４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤を使用せずに２枚の基板を接合する方法に関し、特に当該接着剤を使用しない２枚の基板を接合する方法により特に生産されるマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にプラスチック及び／又はガラス及び／又は基板及び／又は金属から成る第１、第２及び第３の実質的に二次元の層を互いに接合させるための幅広い方法が従来技術として開示されている。例えば第１、第２及び第３層を接着剤を使用して接合する従来法では、いずれの場合も、それぞれの面積が実質的に等しいサイズの３層を使用する。
更に実質的にハウジング下部とハウジング上部を含みバルブダイアフラムが配置されたマイクロポンプが従来技術として例えばＤＥ１９７２０４８２Ｃ２に開示されている。
従来技術である前記３層接合方法は一般的に複雑かつ高価であり、このことは従来技術でありかつ前記方法により製造されるマイクロポンプについても同じように言えることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って本発明の目的は、簡単及び安価な製造及び接合技術を使用して大量生産できる、高いポンプ容量を有するコンパクトな設計のマイクロポンプを提供することである。本発明の他の目的は、２層間に機能性要素を有する２層構造を実質的に含んで成る微細な機械的構成成分を製造するための安価な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの目的は、独立請求項の特徴により達成される。本発明の有利な態様は従属請求項及び／又は添付図面を参照して行う引き続く発明の説明に記載されている。
【０００５】
本発明は、次の考え方に基づくものである。つまり第１基材層１、第２基材層２及び機能性要素３を接合する方法であって、前記機能性要素３はその形態が弾性的であり及び／又は第１基材層１及び第２基材層２より非常に薄く設計され、前記機能性要素３は第１基材層１及び第２基材層２間にサンドイッチ状に配置され、かつ第１基材層１及び第２基材層２は圧力により接合されて機能性要素３が前記２層間に取り付けられ、これにより前記第１基材層１及び第２基材層２が互いに永続的に接合され、かつ前記機能性要素３が第１基材層１及び第２基材層２間に永続的に配置される。この場合、第１基材層１、第２基材層２及び機能性要素３はその形態が実質的に二次元であり、本発明による前記機能性要素３は第１層１及び第２層より表面積が小さい。
【０００６】
この場合本発明では、圧力と層１及び層２の材料は、圧力が除去された後に層１及び層２が互いに永続的に接合されるように選択される。
更に本発明方法は特に次のステップを含んで成る。まず初めに、機能性要素３を層１又は２のいずれか、例えば層１上の予め決められた位置に配置し、次いで好適な溶媒を前記機能性要素３で被覆されていない層１又は２の表面に塗布し、次いで第２層２を前記第１層１及び機能性要素３の上方に配置し、次いで第２層２に圧力を掛け、これにより第１層１及び第２層２を互いに接合させかつ機能性要素３を前記層１及び２間に取り付ける。
【０００７】
本発明によるとこの場合、圧力を除去した後も層１及び２が互いに永続的に接合するように、層１及び２と溶媒の材料、及び圧力のレベル及び印加時間が選択される。
機能性要素は薄いプラスチック成分及び／又は金属フォイルで構成されることが適切である。
第１層１及び第２層２は、プラスチック、好ましくはポリカーボネート及び／又はPPSU及び／又はPEI及び／又はメラミンから形成されることが好都合である。
【０００８】
液体及び／又はガス状媒体を輸送し及び／又は貯蔵するチャンネル状構造を有する装置を提供することが本発明の並列する概念である。この装置は、第１基材層１及び第２基材層２と、その間に配置され形態が弾性的で前記第１基材層１及び第２基材層２より非常に薄く設計された機能性要素３を含んで成り、かつチャンネル状構造が第１基材層１及び第２基材層２に形成され、前記第１基材層１及び第２基材層２は互いにしっかりかつ永続的に接合され、更に機能性要素３は第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けられ、これにより第１基材層１及び／又は第２基材層２中のチャンネル状構造が、前記機能性要素３により、少なくとも部分的に気密的及び／又は水密的に閉止される。
【０００９】
本発明の装置は、特に可動要素として設計される機能性要素３を含んで成り、これにより第１基材層１及び／又は第２基材層２中のチャンネル状構造が前記機能性要素３により開放及び／又は閉止でき、特に機能性要素３にバルブ機能を持たせることが可能になる。
本発明の装置は都合良いことにマイクロポンプを提供でき、この場合機能性要素３は少なくとも１個のバルブフラップ３１を含み、更に前記装置は当該装置中に形成される空隙の量を変化させるために好適な動的駆動要素４を含んでいる。
【００１０】
本発明の装置は、第１チャンネル１０が形成された第１層１と、第２チャンネル２０が形成された第２チャンネル２０を都合良く含んで成り、これにより前記第１チャンネル１０と第２チャンネル２０間に接続が形成される。更に機能性要素３のバルブフラップ３１は前記第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の接続が開放又は閉止されるように配置される。本発明装置では、特に第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０が実質的に平行に配置され、この場合、第１チャンネル１０と第２チャンネル２０間の接続が、当該第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０に対して、５°から９０°、好ましくは１５°から５０°の角度αを有していることが好ましく、これにより前記第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の正接遷移（tangential transition）が第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の接続により与えられる。更に機能性要素３のバルブフラップ３１は前記第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の接続の位置に配置されることが好都合である。
【００１１】
第１チャンネル１０が第１の幅１０ｂを有し、第２チャンネル２０が第２の幅２０ｂを有し、かつバルブフラップ３１が第３の幅３1ｂを有し、この場合に、第１の幅１０ｂ≦第３の幅３１ｂ≦第２の幅２０ｂの関係が満たされ、そしてこの場合、流れ方向１３２で見たときに、バルブフラップ３１の上流（４、１３２）及び／又は下流（１３２、４）に駆動要素４が接続され、これによりポンプ構造（I）が提供されることが好都合である。
【００１２】
本発明の修正された態様によると、第１チャンネル１０が第１の幅１０ｂを有し、第２チャンネル２０が第２の幅２０ｂを有し、かつバルブフラップ３１が第３の幅３１ｂを有する装置が提供され、この場合に、第２の幅２０ｂ≦第３の幅３１ｂ≦第１の幅１０ｂの関係が満たされ、そしてこの場合、流れ方向２３１で見たときに、バルブフラップ３１の上流（４、２３１）及び／又は下流（２３１、４）に駆動要素４が接続され、これにより本発明のポンプ構造（II）が提供されることが好都合である。
【００１３】
本発明によると、多数のマイクロポンプ構造（I）及び／又は（II）を本装置中で組み合わせて形成しても良い。本発明装置は、流れ方向１３２で見たときに、その上流（４、１３２）に接続されたポンプ構造（I）による少なくとも１個の第１のバルブフラップ３１と、流れ方向（２３１）で見たときに、その下流（２３１、４）に接続されたポンプ構造（II）による少なくとも１個の第２のバルブフラップ３１を有する中央駆動要素（４）を含んで成る。そして本発明装置は、更に流れ方向１３２で見たときに、駆動要素４の下流（１３２、４）に接続されかつ第２のバルブフラップ３１の上流に接続されたポンプ構造Iによる第３のバルブフラップ３１と、流れ方向２３１で見たときに、駆動要素４の上流（２３１、４）で、第１のバルブフラップ３１の下流に接続されたポンプ構造IIによる第４のバルブフラップ３１を含んで成っている。この場合バルブフラップ３１はプラスチックフィルムの流れ方向にこの配置で形成されることが好都合であり、更に駆動要素４と相互作用を行う空隙に接続された凹部３０が第３及び第４バルブフラップ３１間に形成されていることが好都合である。
【００１４】
本発明の特別に有利な態様によると、本発明装置は、付随する第１、第２．第３及び第４のバルブフラップ３１を有し流れ方向にこの順で配置される直列接続されたポンプ構造（I）、（II）、（I）及び（II）と、中央のポンプ構造（II）及び（I）間に配置された中央駆動要素４と空隙（ポンプ室）を含んで成っている。この場合バルブフラップ３１は機能性要素３の流れ方向にこの順で形成されることが好都合である。更にポンプ室及び駆動要素４と相互作用を行う凹部３０は２個の中央のバルブフラップ３１間に形成される。
本発明の有利な態様である機能性要素３によると、前記凹部３０の代わりに濾過作用を有する孔構造３０´を形成しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面を参照しながら、本発明の有利な態様を詳細に説明する。
【００１６】
図１ａ、ｂ、ｃ及びｄは、本発明装置の基本的な要素を概略的に示し、これらの図は本発明方法の根本的な原理をも例示するものである。本発明方法は、第１基材層１、第２基材層２及び機能性要素３を接合するもので、前記機能性要素３はその形態が弾性的であり、前記第１基材層１及び第２基材層２より非常に薄くなるように都合良く設計されている。更に前記機能性要素３は前記第１基材層１及び第２基材層２間にサンドイッチ状に都合良く配置され、かつ前記機能性要素３はその表面積が第１基材層１及び第２基材層２より小さく、前記第１基材層１上の予め決められた位置に都合良く配置される。次に、好適な溶媒が、前記機能性要素３で被覆されていない基材層１の表面に塗布される。次いで、第２基材層２を第１層１及び機能性要素３の上方に配置し、圧力を第２基材層２に加えると、第１基材層１及び第２基材層２が接合され、前記機能性要素３が基材層１及び２間に取り付けられ、その結果、第１基材層１及び第２基材層２は互いに永続的に接合され、前記機能性要素３は第１基材層１及び第２基材層２間に永続的に配置される。
【００１７】
この場合、圧力を除去した後も層１及び２が互いに永続的に接合するように、層１及び２と溶媒の材料、及び圧力のレベル及び印加時間が選択される。
図１ｃ及びｄに概略的に示すように、機能性要素３の位置決めピンと相互作用をする位置決め凹部を第１基材層１に形成しても良く、これにより前記機能性要素３を容易かつ正確に基材層１上の予め決められた位置に配置できる。これとは逆に、位置決めピンを第１基材層１の表面に形成し、当該第１基材層１の位置決めピンと相互作用する位置決め凹部又は位置決め孔を前記機能性要素３に形成することが可能であることは明瞭である。
【００１８】
本発明では、前記機能性要素３はその形態が弾性的かつ実質的に二次元であり、第１基材層１及び第２基材層２よりも非常に薄く設計され、更に前記機能性要素３はその表面積が前記第１基材層１及び第２基材層２よりも小さく、しかも当該第１基材層１及び第２基材層２が好適な溶媒と圧力により互いに接合できる材料で形成される。更に前記第１基材層１及び第２基材層２の表面が互いに接触しかつ接合した状態で、前記機能性要素３は、前記第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けられるために十分な弾性を有し、圧力が除去された後も、互いに永続的に接合される。この場合、その端部に空隙（ｘ）が形成されないように、機能性要素３は２つの基材層１及び２間に取り付けることができる。
【００１９】
前記第１基材層１及び第２基材層２はプラスチック、好ましくはポリカーボネート及び／又はPPSU及び／又はPEI及び／又はメラミンから形成されることが好ましく、前記機能性要素３は薄いプラスチックフィルム及び／又は金属フォイルであり、特にプラスチック、好ましくはポリイミドから形成されることが好都合である。
【００２０】
図２ａ、ｂ及びｃは本発明装置の基本要素を概略的に示すもので、いずれの場合も図１に示した本発明装置に関する修正である。図２ａの装置では、例えば２個の機能性要素３が第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けられ、この文脈から本発明方法により多数の機能性要素３を第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けることも可能であることは明らかである。
図２ｂは図１に示した本発明装置の他の修正例の基本的部品を示すもので、この図では、一例として１個のみの機能性要素３が第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けられている。更に図２に示した態様では、第１基材層１は、当該基材層１の表面に凹部が形成されるように前処理が行われ、これにより前記機能性要素３が前記凹部の正確な位置に配置されることができる。更に図２ｂに示した態様では、その機能性要素３を、図１や図２ａに示した態様の機能性要素３より厚くすることが可能である。図２ｂに示した態様の機能性要素３は、第１基材層１の凹部の深さより厚いか等しい厚さを都合良く有している。
【００２１】
図２ｃは、本発明装置の他の修正した態様における主要な要素を概略的に示すもので、この場合、基材層１の凹部及び機能性要素３と対応する位置の第２基材層２にも好適な凹部が形成されている。図２ｃの態様の機能性要素３は、図１、２ａ及び２ｂに示した機能性要素３より厚さが厚くても良く、この場合、前記機能性要素３の厚さは基材層１及び２の凹部の深さの合計より大きいか等しくなっている。
図１、２ａ、２ｂ及び２ｃに示した態様を組み合わせることにより、本発明装置及び本発明方法に対する更に他の修正は可能になることが明らかである。
【００２２】
引き続く図面は、本発明の他の態様による本発明装置の主要な要素を概略的に示すもので、図１の態様の主要な配置を選択し、2枚の対向する基材層１及び２に形成された機能性要素３を位置させるための凹部は存在しない。下記する態様は、上述の図２ｂ又は２ｃの態様と対応するように提供されても良く、更にそれぞれの機能性要素３及び／又は基材層１及び／又は２は図1及び２を参照して説明した位置形成であっても良いことは明らかである。
【００２３】
図３ａは本発明の第１態様による本発明装置の主要な要素の平面図を示し、図３ｂは互いに積み重ねた図３ａの要素の断面図を示す。
【００２４】
図３ａに示した本発明の第1の態様は、液体及び／又はガス状媒体を輸送及び／又は貯蔵するためのチャンネル状構造を有する装置を提供し、当該装置は、第１基材層１及び第２基材層２と機能性要素３を含んで成り、当該機能性要素３は弾性的な形態で前記第１基材層１及び第２基材層２より非常に薄くなるように設計され更に当該第１基材層１及び第２基材層２間にサンドイッチ状に配置される。更にチャンネル状構造１０及び２０が第１基材層１及び／又は第２基材層２に形成され、前記第１基材層１及び第２基材層２は互いに固定的及び永続的に接合され、前記機能性要素３は、第１基材層１及び／又は第２基材層２のチャンネル状構造１０及び２０が前記機能性要素３により少なくとも気密的及び／又は水密的に閉塞するように、第１基材層１及び第２基材層２間に取り付けられる。本発明の図３に示した態様では、その上部が開放されているチャンネル１０が第１基材層１に形成され、前記層２を全通しチャンネル１０と相互作用する連続する開口２０が第２層２に形成されている。更に本発明では、機能性要素３は第２基材層２の開口２０と相互作用する貫通孔３０を有する薄いフィルムとして設計され、更にバルブフラップ３１を有するように設計され、当該バルブフラップ３１の幅及び長さは前記チャンネル１０の幅及び深さに対応している。
【００２５】
このように本発明では層１及び２が一方が他方の上に来るように配置され、機能性要素３は、前記チャンネル１０が開口３０及び２０を通して駆動要素４と相互作用する空隙に接続され、更に前記チャンネル１０はバルブフラップ３１により開放及び／又は閉塞されることができ、これにより本発明のポンプ構造が提供される。
上述のポンプ構造は、図３ｂに概略的に示されている。駆動要素４は、例えば圧電アクチュエーターとして提供されることが好ましい。例えば図３ｂに示した態様では、前記開口３０及び２０及び駆動要素４は、流れの方向（矢印の方向）で見てバルブフラップ３１の下流に接続されている。前記開口３０及び２０及び駆動要素４は、好適な設計のバルブフラップ３１とすることにより、流れの方向で見て後者の上流に接続することもでき、及び／又は、図３ａ及び３ｂに示した開口２０及び３０に加えて、第２の開口２０及び３０を、そしてバルブフラップ３１の下流に接続された駆動要素４に加えて、第２の駆動要素４を、バルブフラップ３１の上流に接続しても良い。
【００２６】
好ましくかつ都合良いことに、開口３０の代わりに、機能性要素３に孔構造３０´を形成することが可能であり、この孔構造は濾過作用を有し、更にポンプされるべき液体中に含まれる不純物や汚れた粒子が前記空隙やポンプ室に入ることを効果的に防止する。このタイプの有利な孔構造３０´が図８に概略的に示され、かつ後に詳細に説明する。
【００２７】
図４ａは本発明の第２態様による、一方の上に他方を配置した本発明の要素の部分断面図であり、図４ｂ及び図４ｃは、それぞれ図４ａの本発明の第２態様の機能性要素の平面図及び部分平面図である。
第１層のチャンネル１０が予め決められた位置において予め決められた角度αだけ高さが低くなり、同様に予め決められた位置において予め決められた角度αだけ高さが低くなった第２層が第２基材層２に形成され、この第２基材層２は前記第１層１に形成されたチャンネル１０と相互作用し、これにより基材層１及び２が一方が他方の上に配置された際に、チャンネル１０及び２０間に予め決められた角度αで正接的接続が形成されること以外は、図４に示した本発明の第２の態様は、図３に示した態様と実質的に対応する。更にチャンネル２０は、それが予め決められた位置（図示せず）で、前記層２の上方に配置された空隙に接続され、かつ駆動要素４と相互作用する。
【００２８】
図４の態様の機能性要素３が開口３０を有しないことを除き、図４に示した態様の機能性要素３は図３に示した態様の機能性要素に実質的に対応する。
本発明による第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０及び機能性要素３はバルブフラップ３１とともに次のように設計される。つまり前記第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の接続が、前記バルブフラップ３１の上流及び／又は下流に接続されることのできる駆動要素４との相互作用により開放又は閉塞されるように、バルブフラップ３１が第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０間の個所に配置される。本発明では、第１チャンネル１０が第１の幅１０ｂを有し、第２チャンネル２０が第２の幅２０ｂを有し、かつバルブフラップ３１が第３の幅３１ｂを有し、第１の幅１０ｂ≦第３の幅３１ｂ及び第３の幅３１ｂ≦第２の幅２０ｂとなるように、第１チャンネル１０、第２チャンネル２０及びバルブフラップ３１が設計される。バルブフラップ３１は、第１チャンネル１０から第２チャンネル２０へ流れ方向（矢印）のポンプ構造が生じるように配置され形成されることが好ましく、更に流れの方向１３２で見て、バルブフラップ３１の上流（４、１３２）及び／又は下流（１３２、４）に駆動要素４を接続することが可能である。図４ａの上述した態様は、本発明の本発明構造（I）を提供する。
【００２９】
図５ａは本発明の第３態様による、一方の上に他方を配置した本発明の要素の部分断面図を示し、図５ｂ及び図５ｃは、それぞれ図５ａの本発明の第３態様の機能性要素の平面図及び部分平面図を示す。
第１チャンネル１０及び第２チャンネル２０及び機能性要素３はバルブフラップ３１とともに、チャンネル２０からチャンネル１０への流れ方向（矢印方向）を有するポンプを提供するように設計されかつ配置されることを除いて、図４に示した本発明の第３態様は原理的かつ実質的に本発明の前記第２態様に対応する。この場合、前記チャンネル１０及び２０がそれぞれ第１の幅１０ｂ及び第２の幅２０ｂを有し、かつバルブフラップ３１が第３の幅３１ｂを有し、第２の幅２０ｂ≦第３の幅３１ｂ及び第３の幅３１ｂ≦第１の幅１０ｂとなることが好ましい。図５に示した第３態様では、流れ方向２３１で見てバルブフラップ３１の上流（４、２３１）及び／又は下流（２３１、４）に駆動要素４を同様にして接続しても良いことは明らかである。本発明の第３態様は、本発明のポンプ構造（II）を提供する。
【００３０】
本発明の両態様、つまり図４及び５に示した態様では、角度αは５°から８０°、好ましくは１５°から５０°を含むことが好都合で、更に２本のチャンネル１０及び２０間に正接遷移が生じる角度を含むことが特別に有利である。
【００３１】
図６ａは、本発明の第４態様の本発明装置の配置を概略的に示すものである。
図６ａに示した本発明の第４態様では、図４に示したポンプ構造（I）による少なくとも１個の第１のバルブフラップ３１が流れ方向（矢印方向）で見て中央の駆動要素４の上流に接続され、更に図５に示したポンプ構造（II）による少なくとも１個の第２のバルブフラップ３１が流れ方向で見て中央の駆動要素４の下流に接続されている。本発明の第４態様では、ポンプ構造（I）及びポンプ構造（II）はいずれも独立した機能性要素３及びそれらのバルブフラップ３１により与えられることができる。前記ポンプ構造（I）及び（II）は、バルブフラップ３１を有しかつ中央貫通孔３０を有する好適に設計された単一片機能性要素３により構成しても良く、前記バルブフラップ３１は図４に示した態様のように流れ方向で見て前記中央貫通孔３０の上流に接続され、かつ図５に示した態様のように流れ方向で見て前記中央貫通孔３０の下流に接続されている。本発明のこのタイプの機能性要素３が図６ｂに概略的に示され、ここでは中央に連続的な凹部３０を有する好適な単一片機能性要素３が示され、当該要素３は図４（I）に示した態様による流れ方向（矢印方向）で見て中央貫通孔３０の上流に接続されたバルブフラップ３１と、図５（II）に示した態様による流れ方向で見て中央貫通孔３０の下流に接続されたバルブフラップ３１とを有する。前記孔３０の代わりに、後述する図８に示す機能性要素３のように孔構造３０´を当該機能性要素３に都合良くかつ有利に形成することも可能である。
【００３２】
図６ｃは、本発明の第５態様による本発明装置を概略的に示すもので、図６ａの本発明の第４態様と同様に、図４に示した態様による第１のポンプ構造（I）が流れ方向（矢印方向）で見て中央の駆動要素４の上流に接続され、図５に示した態様による第２のポンプ構造（II）が流れ方向で見て前記駆動要素４の下流に接続されていて、その上、図５に示した態様による第３のポンプ構造（II）が流れ方向で見て前記中央の駆動要素４の上流でかつ流れの方向で見て第１のポンプ構造（I）の下流に接続され、しかも図４の態様による第４のポンプ構造（I）が前記中央の駆動要素４の下流で図５の第１のポンプ構造（II）の上流に接続されている。
【００３３】
図６ｃに示した本発明の第５態様を操作する場合には、液体が、第１基材層１のチャンネル１０を通り、第２基材層２のポンプ構造（I）とチャンネル２０を通り、ポンプ構造（II）と第１基材層１のチャンネル１０を通り、他のポンプ構造（I）と第２基材層２のチャンネル２０を通り、最後に他のポンプ構造（II）と第１基材層１中のチャンネル１０を通って流れる。
図６ｃに示した本発明の第５態様では、前記４個のポンプ構造（I）及び（I）は、中央の駆動要素４と相互作用する個々の機能性要素３を有しても良い。本発明によるとそれぞれのバルブフラップ３１は単一片機能性要素３により都合よく与えられ、前記機能性要素３はその中央領域に連続的な凹部３０を有し、いずれの場合も、ポンプ構造（I）及び（II）の態様による２個のバルブフラップ３１が流れの方向で見て前記凹部３０の上流及び下流に接続されている。図９は、図６ｃに示した本発明の第５態様の概略的断面図である。
【００３４】
このタイプの有利な機能性要素３が図６ｄに概略的に示され、かつ流れＦの方向で見てこの順に直列接続されたポンプ構造（I）、（II）、（I）及び（II）によるバルブフラップ３１を含んで成り、中央の凹部３０が中間のポンプ構造（II）及び（I）のバルブフラップ３１間に配置されている。前記孔３０の代わりに、後述する図８に示す機能性要素３のように孔構造３０´を当該機能性要素３中に都合良くかつ有利に形成することも可能である。
【００３５】
一例として、図７ａは本発明の第１態様の装置を概略的に示し、この装置は、第１基材層１に形成されたチャンネル１０と、その上流に接続されたバルブフラップ３１を有しかつ連続した凹部３０又は孔構造３０´を有する機能性要素３、及び連続した凹部２０を有する第２基材層２を有し、当該凹部２０は第３基材層４１に形成された空隙４１０と相互作用する。図７ａに示した態様の構造及び作用は図３に示した態様に対応し、従ってこの時点で図３に関連した記載を参照する。層１及び２は互いに重ねて配置され、機能性要素３は前記層１及び２の間にサンドイッチ状に配置されている。ポンプ室を含む空隙４１０を有する第４層４１が第２層２の上に配置されかつ薄いガラス層４２で被覆され、その上には圧電アクチュエーター４により好適に形成される駆動要素４３が配置されている。第２層の開口２０と層４１の空隙４１０とは、第２層の前記開口２０が基材層４１の空隙４１０の頂点に配置されるよう形成することが望ましい。これは、本発明が液体ポンプとして使用される際に、空気泡が空隙４１０に浸透することを最小限にする。
【００３６】
第２基材層２上に配置される基材層４１中の空隙４１０形成、及びその有利な配置を図７ａ及び図３に示した態様を例にして説明したが、これは本発明の他の態様にも同様かつ有利に適用できる。第１基材層の入口及び出口は所望の手法で、例えば反対側に又は角度を付けて、配置できることが明らかになるであろう。
【００３７】
更に、前述の本発明の第２から第５の態様は、図７に従って、駆動要素４３及び他の要素や層４、４１、４１０、４２及び４３と対応する手法で有利に組み合わせることができることも明らかである。
駆動要素４は薄い圧電ダイアフラムであることが好ましい。
本発明は、工業的生産の場合でも特に低コストで生産でき、微構造技術により小型化した形態で生産できる。
【００３８】
図８は、図６ｄに示した本発明の単一片機能性要素３の有用な修正例を概略的に示すもので、薄いプラスチックフィルムを含んで成ることが好ましい。この機能性要素３は前記プラスチックフィルムに、ポンプ構造（I）、（II）、（I）及び（II）を流れ方向Ｆにこの順に配置されたバルブフラップ３１を含んで成る。ポンプ室の空隙４１０と相互作用する孔構造３０´が中間のポンプ構造（II）及び（I）間に好ましくかつ有利に形成されている。この場合の孔構造は濾過効果を有し、これによりポンプされるべき液体中に含まれる汚染又は汚れ粒子がポンプ室４１０に侵入することを効果的に防止し、これにより駆動要素４の作用への付随する混乱を効果的に防止する。その結果、ポンプされるべき液体中に含まれる粒子は完全に液体チャンネルを通過し、ポンプ室には到達しない。これは圧電ダイアフラム４が妨害されずに動作し続けることを意味する。その結果、ポンプされるべき液体の純度に課される要求は、例えば約１ｍｍ２であるチャンネル構造１０及び２０のチャンネル断面積によってのみ決定される。
【００３９】
上述した機能性要素３の有利な孔構造３０´は、図６ｃ、図９及び１０による多バルブ配置と特別に有利に相互作用を行い、この場合何の問題を生じさせることなく、長く伸びた繊維状の粒子さえも本発明ポンプを通過する。
【００４０】
図９は、図６ｃに関連して詳述した本発明の第５態様による本発明装置の概略断面図である。本発明の第５態様は、図６ｄの単一片機能性要素３に特別に適し、これは一例として図９に示されかつ図８に示したように機能性要素４用として特別に有利で適している。
上の基材層１と下の基材層２のそれぞれのバルブフラップ３１と付随するチャンネル構造１０及び２０中間のポンプ構造（II）及び（I）間に配置された駆動要素４を有し更に中央のポンプ室を有する、流れ方向Ｆにポンプ構造（I）、（II）、（I）及び（II）の順に直列接続された構造は、チャンネル構造１０及び２０間の特に正接遷移の角度αの配置のため、特別に効率的なポンプ容量を得ることを促進する。
【００４１】
図１０は図６ｃ及び図９の本発明の第５態様に関する有利な修正を示すもので、これは次のことを除いて、図６ｃ及び図９を参照して述べた第５態様に実質的に対応する。つまりチャンネル構造１０及び２０間の遷移は、ステップ、鋭い端部又はコーナーがない連続として有利に設計され、これは実質的に更にポンプ容量を大きく増大させかつ汚染又は汚れた粒子により生じる問題に関する感受性を相当程度減少させ、特にここで一例として有利に使用する孔構造３０´と図８の機能性要素３との組み合わせの場合に顕著である点で異なっている。
特に機能性要素３の単一片形成及びそのフィルターとしての多機能的役割及び異なって設計された類似するバルブフラップ３１を複数有することは、特に有利であり、これはそれが特に性能及び作用に関して有効で、特に好適なチャンネル構造１０及び２０を有する場合にそうであり、更に大量生産の場合でも、簡単で安価に小型化した形態で製造し組み立てることができる。
【００４２】
前述した本発明のマイクロポンプの第１から第５の態様、特に第４及び第５の態様は、極小の測定された量の場合でも、液体及びガスを搬送するために特に好適であり、好適に小型化された形態は粒径約４０μｍまでの粒子の許容範囲を有する。更に緩やかな角度と一体的なバルブフラップを有する本発明の流体チャンネル構造のため、操作中には極度に小さい圧力損失しか生じない。
更に本発明のマイクロポンプは多くの分野で使用できることが明らかで、例えば化学的、生物的及び薬学的分析における流体の計測用、例えば環境分析や食品工業におけるサンプリング用、更に例えば冷却システム用、例えば潤滑システムの輸送目的用、又は調合目的用で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１ａ、ｂ、c及びｄは、本発明による装置の基本的な要素を概略的に示す。
【図２】図２は、ａ、ｂ及びｃは、図１に示した本発明による装置への修正を示す。
【図３】図３ａは、本発明の第１態様による本発明の装置の主要な要素の概略的な平面図、図３ｂは、図３ａの要素を互いに重ねて配置した断面図を示す。
【図４】図４ａは、本発明の第２態様に従って、互いに重ねて配置した本発明の装置の要素の部分断面図を示し、図４b及びｃは、図４ａの本発明の第２態様の機能性要素の概略的平面図を示す。
【図５】図５ａは、本発明の第３態様に従って、互いに重ねて配置した本発明の装置の要素の概略的部分断面図を示し、図５ｂ及びｃは、図５ａの本発明の第３態様の機能性要素の概略的平面図を示す。
【図６】図６ａは、本発明の第４態様による本発明の装置の配置を概略的に示し、図６bは、図６ａの本発明の第４態様の機能性要素を概略的に示し、図６ｃは、本発明の第５態様による本発明の装置の配置を概略的に示し、図６ｄは、図６ｃの本発明の第５態様の機能性要素を概略的に示すものである。
【図７】図７ａ及び７ｂは、それぞれ図３の本発明の第３態様による本発明装置の分解図及び断面図の形態の他の概略的な例示である。
【図８】図８は、図６ｄに示した機能性要素の好適な修正である。
【図９】図９は、図６ｃの配置の本発明による装置の概略断面図を示す。
【図１０】図１０は、図９の本発明による装置の好適な修正を示す。
【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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【国際調査報告】
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