(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と電解質とを含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極と、前記一対の電極の一方に接触して接続され、前記流路内の液体に接触している導電性部材と、を備えたポンプであって、前記導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記一対の電極が流路の底面に配置された平面電極であり、前記一対の電極の一方に接触して接続された導電性部材が側壁部を有する柱状導電性部材からなり、前記平面電極の厚さが前記柱状導電性部材の厚さより小さいことを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記一対の電極の一方に接触して接続された導電性部材が、接続していない電極の方向に対して凸型を有する多面体または柱状体からなることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記一対の電極の一方または両方が、線状電極、網目状電極または環状電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載のポンプ。
【請求項５】
前記一対の電極が流路の底面に配置された線状電極であり、前記一対の電極の一方に接触して接続された導電性部材が多面体であることを特徴とする請求項３または４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記一対の電極の一方に接触して接続された複数の導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載のポンプ。
【請求項７】
水と電解質とを含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極を複数個配置した複数電極と、前記複数電極の液体の搬送方向に面した最初の電極以外の電極に接触して接続され、前記流路内の液体に接触している複数の導電性部材と、を備えたポンプであって、前記複数の導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とするポンプ。
【請求項８】
前記複数電極の各々の電極に複数の導電性部材が設けていることを特徴とする請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】
前記複数電極の奇数列の電極に接続された前記複数の導電性部材と、前記複数電極の偶数列の電極に接続された前記複数の導電性部材とが互いに千鳥状に配置しており、前記奇数列と前記偶数列の各々の一対の電極に交番電圧を印加することを特徴とする請求項７または８に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関し、具体的にはμＴＡＳや流体ＩＣ等に適用可能な、電気浸透を用いたマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気浸透を用いるマイクロポンプは、構造が比較的簡単である、微小流路（マイクロ流路）内への実装が容易である等の利点を有する。そのために、マイクロポンプは、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、流体集積回路（流体ＩＣ）等の分野で使用されている。
【０００３】
こうした中、近年、誘起電荷電気浸透（ＩＣＥＯ：Ｉｎｄｕｃｅｄ‐Ｃｈａｒｇｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）を用いたマイクロポンプが、液体の流速を大きくできる、電極と液体の間に生ずる化学反応をＡＣ駆動が可能なことにより抑制できる等の理由から着目されている。
【０００４】
また、特許文献１及び非特許文献１には、誘起電荷電気浸透を用いた、下記の（１）または（２）の構成からなるポンプが開示されている。（１）電極間においたメタルポストの半分に誘電体薄膜のコートを施すことで、電界によりメタルポスト中に誘起される電荷の領域を制御して、液体の流れを制御したポンプ（ハーフコート型ＩＣＥＯポンプ）。（２）電極間に三角形状など非対称形状のメタルポストを配置して液体の流れを一定方向に制御したポンプ（非対称金属ポスト形状型ＩＣＥＯポンプ）。
【０００５】
一方、非特許文献２には、流路の流体の流れる方向に電極面積の異なる矩形電極を対向させて、ＡＣ電圧を印加することによってポンプ作用を発生させるＡＣ駆動型電気浸透ポンプ（ＡＣＥＯポンプ）が開示されている。そのＡＣ駆動型電気浸透ポンプは、矩形電極の一部に立体段差構造を持たせることにより、ポンプの性能を向上させる３Ｄ−ＡＣＥＯポンプから構成されている。
【０００６】
また、非特許文献３には、一対の線状薄膜電極が互いに交差しない状態でかつ互いに垂直となるように配置された、界面動電現象を利用したマイクロポンプ（平面直交型マイクロポンプ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７０８１１８９号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｚ．Ｂａｚａｎｔ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍ．Ｓｑｕｉｒｅｓ，Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．９２，０６６１０１（２００４）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８９，１４３５０８（２００６）
【非特許文献３】Ｊｏｕｒｎａｌ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９６，１７３０（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び非特許文献から３に記載の電気浸透を利用したポンプは、今後の利用が期待されるが、ポンプの流路内の単位占有面積当たりの発生圧力が比較的小さいために、流路が長くなると十分なポンプ性能を発揮できなくなる恐れがあった。また、発生圧力を高めるためにポンプ長を長くすると、流体集積回路内のポンプ面積比率が増加し、システム全体のサイズやコストを増加させる恐れがあった。
【００１０】
現在、一般的なポンプとしては、大型の外部圧力発生源が必要なポンプが用いられている。しかし、これに代わる外部圧力源等が不要な小型で単純な構造のポンプが実現できれば、システム全体のサイズやコストを飛躍的に下げることができ、流体集積回路の活用範囲を大きく広げられる可能性がある。
【００１１】
また、流路が長い場合でも十分なポンプ性能を発揮できる小型で単純な構造のポンプが実現できれば、局所的な流れの制御だけでなく、μＴＡＳ等の流体装置全体の送液を含めたマクロな流れの制御を統合的に動的に実施できる流体集積回路を実現できる可能性がある。
【００１２】
一方、特許文献１及び非特許文献１では、電極間に配置した導電ポストの誘起電荷電気浸透現象に起因する側壁流を利用した流体素子の記載はある。しかしながら、導電ポストの一方が電極に接続されていないために、流路に沿った順方向の流れと同時に逆方向の流れが発生し、ポンプ性能を低下させるおそれがあった。
【００１３】
また、非特許文献２では、矩形電極の一部に立体段差構造を持たせたＡＣＥＯを利用したポンプの記載はある。しかしながら、立体段差電極上面の流れを利用することでは従来のＡＣＥＯポンプと同様であり、側壁流の利用については記載も示唆もされていない。
【００１４】
また、非特許文献３では、一対の線状薄膜電極が互いに交差しない状態でかつ互いに垂直となるように配置されたマイクロポンプの記載はある。しかしながら、薄膜電極上面の界面動電現象を利用するものであり、側壁流の利用については記載も示唆もされていない。
【００１５】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、流路内の単位占有面積当たりの発生圧力が大きな小型で単純な構造のポンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決する第一のポンプは、水と電解質とを含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極と、前記一対の電極の一方に接触して接続され、前記流路内の液体に接触している導電性部材と、を備えたポンプであって、前記導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決する第二のポンプは、水と電解質とを含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極を複数個配置した複数電極と、前記複数電極の液体の搬送方向に面した最初の電極以外の電極に接触して接続され、前記流路内の液体に接触している複数の導電性部材と、を備えたポンプであって、前記複数の導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流路内の単位占有面積当たりの発生圧力が大きな小型で単純な構造のポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のポンプの一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明のポンプの液体の搬送方法を説明する説明図である。
【図３】従来のポンプと本発明のポンプとの差異を説明する説明図である。
【図４】本発明のポンプの他の実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２のポンプを示す模式図である。
【図６】本発明の実施例３のポンプを示す模式図である。
【図７】本発明の実施例４のポンプを示す模式図である。
【図８】本発明の実施例５のポンプを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
本発明に係る第一のポンプは、電解液を含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極と、前記一対の電極の一方に接続して設けられ、前記流路内の液体に接触している導電性部材とを備えたポンプであって、前記導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とする。
【００２２】
以下、本発明のポンプについて、図を参照して説明する。図１は本発明のポンプの一実施態様を示す模式図である。
【００２３】
図１において、１は電解液を含有する液体を搬送するための流路、２、３は前記液体に該液体の搬送される方向に沿った成分を有する電界を印加するための一対の電極、４は一対の電極の一方の電極３に接続され、前記流路内の液体に接触している導電性部材、５は前記導電性部材４の側壁部を示し、前記液体の前記流路１内における流れを局所的に分岐させる側壁部である。６、７は流路の側壁、８，９は側壁流、１０は一対の電極２、３に電圧を印加する電圧印加手段を示す。１１は液体、１２は液体の搬送方向、１３は流路の底面を示す。
【００２４】
図１に示す本発明のポンプは、電解液を含有する液体１１を搬送するための流路１と、前記流路１に設けられ、前記液体の搬送方向１２に沿って電界を印加するための一対の電極２、３と、前記一対の電極の一方の電極３に接続して設けられ、前記流路内の液体に接触している導電性部材４とを備えたポンプである。そして、前記導電性部材４が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部４を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るポンプは、前記一対の電極に所望の電圧を印加することにより、前記導電性部材の側壁部に界面動電現象に起因する側壁流が発生し、これにより単位占有面積当たりの発生圧力が大きく小型で単純な構造のポンプを実現することができる。
【００２６】
図２は本発明のポンプの液体の搬送方法を説明する説明図である。図２において、Ｖｓは電圧印加によって側壁部５で発生する電極表面のすべり速度（Ｖｓ）を示す。図１のポンプにおいて、一対の電極２、３に電圧Ｖ０を印加すると、流路１内に電界が生ずる。この電界によりプラス電極２側にはマイナスイオン１４が集まり、マイナス電極３側にはプラスイオン１５が集まり、電極２，３の近傍に所謂電気二重層が形成される。この電気二重層を形成するイオンは、電極表面に沿った電界によって、表面に滑り速度Ｖｓを発生させる。この滑り速度は、交流電圧に対しても正味の値Ｖｓを持ち、この正味の滑り速度Ｖｓによって、前記流路１内における液体の流れを局所的に分岐させる側壁部５に界面動電現象に由来する側壁流８，９が生起される。
【００２７】
本発明のポンプは、前記液体に液体の搬送方向に沿った成分を有する電界を印加するための一対の電極２、３に対して、所望の電圧を印加することにより、前記液体の流路１内における流れを局所的に分岐させる側壁部５に界面動電現象に由来する側壁流８、９を生起させる。これにより単位占有面積当たりの発生圧力が大きく、小型で単純な構造のポンプを実現できる。つまり、本発明は、単位占有面積当たりの発生圧力が大きい小型で単純な構造のポンプを実現できる。
【００２８】
また、電圧印加手段１０は電池、交流電源、直流電源、パルス電圧源、任意波形電圧源などを用いることができるが、電気化学反応等による泡の発生を抑えるために、３０Ｈｚ以上の交流電源を用いることが好ましい。また、電気二重層に電荷をチャージするために、１００ｋＨｚ以下の交流電圧を用いることが望ましい。また、印加電圧Ｖ０と電極間の距離ｄから決まる平均電界強度Ｅ０（＝Ｖ０／ｄ）は、ＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）流れやＩＣＥＯ流れを発生させるために、０．１×１０４Ｖ／ｍから１００．０×１０４Ｖ／ｍ、好ましくは０．５×１０４Ｖ／ｍから５×１０４Ｖ／ｍが望ましい。
【００２９】
電極２、３を構成する材料は、電界により電荷を誘起する導電材料が用いられ、金属（例えば、金、白金）の他、炭素や炭素系の材料等が挙げられる。特に、搬送する液体に対して安定な金や白金、または炭素材料等で構成するのが好ましい。また、好ましくは、化学的に安定な材料（金、白金、炭素等）の導電材料を液体面に接触させるのが好ましいが、Ｔａ，Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ，Ｎｉ等の金属を用いても構わない。
【００３０】
また、流路内に設けられる一対の電極２、３の数は、効率的に渦流を発生させるために、複数対とすることも可能であり、流路の幅や導電性部材の大きさ、搬送する液体の粘性等を考慮して選択することができる。
【００３１】
一対の電極２、３の形状は、流路に沿った流れを止めない形状であれば如何なるものでもよく、例えばスペーサーのようなバルク形状、多数の穴の空いた多孔質材料構造体、薄膜状、線状、網目状、環状であってもよい。前記一対の電極の一方または両方が、線状電極、網目状電極または環状電極であることが好ましい。すなわち、電極は流路の中で流路の流れ方向に液体の透過性を持つことを特徴とする。また、流路に沿った電極長は、長くても、短くてもかまわず、独立な一対の電極を流路に沿って複数配置してもかまわない。
【００３２】
また、前記一対の電極の一方に接続され前記液体に接触する導電性部材は、三角柱、多角柱、楕円柱、楕円柱の一部等の任意の柱状体であっても、球体、楕円球体等を含む任意の多面体であっても構わない。一対の電極の一方に接続して設けられた導電性部材が、接続していない電極の方向に対して凸型を有する多面体または柱状体からなることが好ましい。前記一対の電極の一方に接続して複数の導電性部材が設けられていてもよい。
【００３３】
前記一対の電極が流路の底面に配置された薄膜平面電極であり、前記一対の電極の一方に接続して設けられた導電性部材が側壁部を有する柱状構造からなる厚膜柱状導電性部材からなり、前記薄膜平面電極の厚さが前記厚膜柱状導電性部材の厚さより小さいことが好ましい。
【００３４】
また、前記一対の電極が流路の底面に配置された線状電極であり、前記一対の電極の一方に接続して設けられた導電性部材が多面体であることが好ましい。
【００３５】
本発明において、液体を搬送する流路は、μＴＡＳ等の分野で一般的に使用される材料で構成することができる。具体的には、搬送する液体に対して安定な材料で構成でき、そのような材料としては、ＳｉＯ２やＳｉ等の無機材料の他、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂などの高分子樹脂等が挙げられる。
【００３６】
流路断面幅の大きさは、バイオ関連の粒子を含む流体を混合するために、１０μｍから１ｍｍ程度が好ましいが、必要に応じて、１から２０００μｍでも構わない。
【００３７】
また、流路の深さは、流量を大きくするという観点から流路幅よりも深い（大きい）ことが好ましい。具体的には、深さ／流路幅は０．１以上、より好ましくは０．２以上、更に好ましくは０．５以上が望ましい。
【００３８】
本発明において、流路内を搬送可能な液体は、基本的には、帯電成分を含有する極性分子を含むものであり、水や、各種電解質を含む溶液等が挙げられる。また、水等の電解質液に含まれる微細な気泡や油脂材料等を含む液体や、無機及び有機の微粒子やコロイド粒子を含む液体であってもかまわない。
【００３９】
また、本発明のポンプを作成するには、流路は所謂、マイクロＴＡＳ等の微小流路を用いた流体搬送装置を一般的に作成するＭＥＭＳ技術、リソグラフィー技術等を用いることができる。また、機械加工を含む、張り合わせ技術、プレス加工等で作成してもよい。
【００４０】
本発明に係る第二のポンプは、電解液を含有する液体を搬送するための流路と、前記流路に設けられ、前記液体の搬送方向に沿って電界を印加するための一対の電極を複数個配置した複数電極と、前記複数電極の液体の搬送方向に面した最初の電極以外の電極に接続して設けられ、前記流路内の液体に接触している複数の導電性部材とを備えたポンプであって、前記複数の導電性部材が前記流路内における前記液体の流れを局所的に分岐させる側壁部を有することを特徴とする。
【００４１】
前記複数電極の各々の電極に複数の導電性部材が設けていることが好ましい。
【００４２】
前記複数電極の奇数列の電極に接続された前記複数の導電性部材と、前記複数電極の偶数列の電極に接続された前記複数の導電性部材とが互いに千鳥状に配置しており、前記奇数列と前記偶数列の各々の一対の電極に交番電圧を印加することが好ましい。
【実施例】
【００４３】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。尚、以降の説明では、図面中の同一の部材には同一の番号を付して重複した説明は省略する。
【００４４】
（実施例１）
図１に示すポンプを用いた実施例を示す。図１において、液体１１に該液体の搬送される方向に沿った成分を有する電界を印加するための一対の電極２、３は、流路の底面１３に配置された薄膜平面電極である。前記一対の電極の一方の電極３に接続され、前記液体に接触する導電性部材４が柱状構造を有する厚膜柱状導電性部材である。前記薄膜平面電極の厚さが該厚膜柱状導電性部材より小さく、該厚膜柱状導電性部材が実質的側壁部５を有するポンプである。
【００４５】
ここで、前記薄膜平面電極２の厚さが該厚膜柱状導電性部材４の厚さより小さく、該厚膜柱状導電性部材が側壁部５を有することにより、流路方向の液体の流れを妨げずに効果的に一方向の側壁流を発生することができる。ここで、前記導電性部材４と対峙する薄膜の電極２の幅は該導電部材４の流れ方向の幅より狭いことが好ましく、これにより逆流の発生をより効果的に防止できる効果がある。また、薄膜の電極２の幅は電極３の幅より狭いことが好ましく、これにより同じく逆流の発生をより効果的に防止できる効果がある。
【００４６】
図１のポンプにおいては、図２に示す様に、左電極２がプラス電位で右電極３がマイナス電位である場合のプラスイオン１５のマイナス電極３付近への集積と、マイナスイオン１４のプラスイオン電極２への集積及び、電界Ｅの電極面に沿った成分による側壁部での滑り速度Ｖｓが発生する。同様に電圧を入れ替えても、同じ方向の滑り速度Ｖｓが発生するため、交流に対しても、直流と同様の方向のすべり流の側壁流８、９を発生させることができる。ただし、交流電圧を利用すると電気化学反応に由来する気泡の発生などを抑制できる効果があり、交流を用いることが好ましい。
【００４７】
また、このように電極面に発生する誘起電荷を遮蔽するように形成される電気二重層のイオンの動きに起因する流れは誘起電荷電気浸透（ＩＣＥＯ）またはＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）として知られている。実施例１では、前記電圧印加手段が交流電圧源であり、ＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）または誘起電荷電気浸透（ＩＣＥＯ）による側壁部でのすべり流を発生させるポンプであり、気泡等の発生を抑制できる効果がある。
【００４８】
また、電極２付近では、側壁流８、９とは逆方向の滑りが発生する恐れがあるが、流路の底部で発生する逆方向すべりは界面での流速が強く抑制されるためマクロな流れに寄与しにくい。このことから、流路の中央部のすべりを含む立体の前記導電性部材４の側壁面での滑り効果に比べて無視でき、液体の搬送方向１２の方向にマクロな正味流れを発生できる。ここで、前述したように、前記導電性部材４と対峙する薄膜電極２の幅は、導電性部材４の流れ方向の幅及び電極３の幅より狭ければ、より効果的に逆流の発生を防止できる。また、すべり流の方向は、表面の状態、イオンの応答遅れ、ファラデー電流等の影響で反対方向となる場合がある。
【００４９】
図３は、従来の３Ｄ・ＡＣＥＯポンプと本発明のポンプとの差異を説明する説明図である。いま、幅ｗ、高さｈ、長さＬの流路内に最大どれだけのすべり速度活性な面積を設けることができるかを考える。このとき、図３（ａ）に示すように、従来の３Ｄ・ＡＣＥＯポンプでは約（Ｌ／２）ｗの面積を活性にできる。また、本発明のポンプでは、導電性部材４が一つ（Ｎ＝１）の場合は、図３（ｂ）に示すように約２Ｌｈの面積をすべり活性面にでき、導電性部材４がＮ個の場合には約２ＮＬｈの面積をすべり活性面にできることがわかる。すなわち、（Ｌ／２）ｗ  ＜２ＮＬｈなる条件、換言すると、高さｈがｈ＞ｗ／４Ｎを満たすとき、特に、大きなすべり活性面を持ち、単位占有面積当たりの発生圧力が大きく小型で単純な構造のポンプを実現できることがわかる。
【００５０】
また、図１において、流路の平均幅をｗ、流路の高さをｈのとき、ポンプの平均流速Ｕｐは、すべりの代表速度Ｕｃ（≒εＬＥ０２／μ）に比べ小さいとき、Ｕｐ≒（Ｒ０／Ｒ）β（ＮＭＬｈ／Ｌｗ）εＬＥ０２／μ＝（Ｒ０／Ｒ）βＭＮＵｃｈ／ｗとなる。ここで、Ｎは流路幅方向の平均素子数、Ｍは流れ方向の素子数であり、εは流体の誘電率（水の場合、ε≒８０ε０であり、ε０は真空誘電率）、μは流体の粘性、Ｅ０＝Ｖ０／Ｌは平均印加電界、Ｖ０は電極２、３への印加電圧（ＡＣの場合は実効値電圧）、Ｌは電極２、３間のギャップ距離である。また、βは１個の素子に対する性能を示すパラメータであり、電極界面、印加電圧、系の代表サイズ等で変動し、０．００１から１程度の大きさを持つ。また、しばしば、ポンプの正味流れの方向は、標準的な理論と逆方向となり、βの符号は負となる。また、Ｒは流れ回路全体の流抵抗、Ｒ０は１個の素子対する流抵抗である。ΔＰを発生圧力とするとき、Ｕｐ＝ΔＰ／Ｒなる関係がある。それゆえ、発生圧力ΔＰはΔＰ≒Ｒ（Ｒ０／Ｒ）βＮＭ（ｈ／ｗ）εＬＥ０２／μとなる。また、素子部の面積Ａ＝ＭＬｗであるので、単位素子面積あたりの発生圧力はΔＰ／ＭＬｗ≒（１／Ｌｗ）Ｒ０βＮ（ｈ／ｗ）εＬＥ０２／μとなる。
【００５１】
いま、ｗ＝１００μｍ、ｈ＝１００μｍ、ε≒８０ε０、μ＝１ｍＰａ・ｓ、Ｌ≒５０μｍとする。この時、Ｖ０＝１．０，１．５，２．０，３．０Ｖの電圧を印加すると、Ｅ０＝１０，１５、２０、３０ｋＶ／ｍの電界と、Ｕｐ≒３．５ＭＮ（ｈ／ｗ）（Ｒ０／Ｒ）β，８ＭＮ（ｈ／ｗ）（Ｒ０／Ｒ）β，１４ＭＮ（ｈ／ｗ）（Ｒ０／Ｒ）β，３２ＭＮ（ｈ／ｗ）（Ｒ０／Ｒ）βｍｍ／ｓなる平均流速、及びΔＰ≒３．５ＭＮ（ｈ／ｗ）βＲ０，８ＭＮ（ｈ／ｗ）βＲ０，１４ＭＮ（ｈ／ｗ）βＲ０，３２ＭＮ（ｈ／ｗ）βＲ０  ｍＰａなる発生圧力を得る。
【００５２】
より具体的に言うと、β≒１、Ｍ＝Ｎ＝１，ｈ／ｗ＝１、Ｒ０≒１ｋＰａ／ｍの単一素子は、Ｒ０／Ｒ＝１を満たす０．２ｍｍ程度の短い流路でＶ０＝１．０，１．５，２．０，３．０Ｖの電圧でＵｐ≒３．５，８，１４，３２ｍｍ／ｓなる平均流速と、ΔＰ≒３．５，８，１４，３２Ｐａなる発生圧力を持つ。しかし、Ｒ０／Ｒ＝１／１００を満たす２ｃｍ程度の長い流路では、発生圧力は同じでも、平均流速Ｕｐ≒０．００３５，０．００８，０．０１４，０．０３２ｍｍ／ｓのように小さくなってしまう。ここで、素子部の面積Ａ（＝Ｌｗ）は０．０２ｍｍ２である。すなわち、単位面積あたりの発生圧力はΔＰ／Ａ≒１７５，４００，７００，１６００Ｐａ／（ｍｍ）２となる。
【００５３】
ここで、流れ方向の素子数をＭ倍にした多段素子では、平均流速Ｕｐ及びΔＰはＭ倍となり好ましい。しかし、素子部の面積ＡもＭ倍となるので、単位面積あたりの発生圧力は変化しない。同様に、従来ＡＣＥＯポンプは多段化によって、発生圧力の増加を図っているが、単位面積あたりの発生圧力を増加できず、流体素子の集積化に不利である。
【００５４】
これに対して、本発明では、一対の電極の一方の電極３に接続された導電性部材４の側壁部５の側壁流８、９を利用することによって、流路幅方向の素子数Ｎを増加させることにより、素子面積Ａを増加させずに発生圧力及び平均流速をＮ倍にでき、単位面積あたりの発生圧力をＮ倍にできる効果がある。すなわち、大きなすべり活性面を持ち、単位占有面積当たりの発生圧力が大きく小型で単純な構造のポンプを実現できることがわかる。
【００５５】
図４は、本発明のポンプの他の実施態様を示す模式図である。図４は、流路を上方から見たときの模式図であり、一対の電極２，３の一方の電極３に接続された導電性部材４は，図４（ａ），４（ｂ），４（ｃ）に示すように、三角柱、半楕円柱、円柱など任意の多面体柱を用いることができる。また、一対の電極の一方の電極３に対する導電性部材４の接続構造は、導電性部材が短冊状平面薄膜電極３の上に積層された構造でも、図４（ｄ）２１に示した短冊状平面薄膜電極にＴ字状に接続された接続用短冊状平面薄膜電極を介して導電性部材４に接続された構造でもかまわない。また、図４（ｅ）に示すように、導電性部材４とギャップを介して対峙する電極２の構造も、Ｔ字状の平面薄膜電極等任意の構造でかまわない。また、図４（ａ）から（ｅ）は、前記一対の電極の一方の電極３に接続され、前記液体に接触する導電性部材４が他方の電極２に対して凸型を有する多面体であり、このことによって、側壁部に効果的にすべり速度を発生できる効果がある。
【００５６】
また、図４（ｆ）に示すように、導電性部材４である柱状構造体は、４ｆのように、薄壁状高厚導電構造体でもよく、このように流路方向の幅を狭くした柱状導電構造体は、すでに述べた導電性部材４の数（Ｎ数）を増加させるのに好ましく、単位体積あたりの発生圧力を増加できる効果がある。
【００５７】
（実施例２）
図５は、本発明の実施例２のポンプを示す模式図である。
【００５８】
本実施例のポンプは、前記液体に該液体の搬送される方向に沿った成分を有する電界を印加するための複数電極２２と、該電極に接続され前記液体に接触する複数の導電性部材４４とを有し、前記複数電極の奇数列に接続された前記複数の導電性部材と前記複数電極の偶数列に接続された前記複数の導電性部材とが互いに千鳥配置位置となり、前記複数列と前記偶数列の電極間に交番電圧を印加することを特徴とする。
【００５９】
図５において、前記複数電極の奇数列に接続された前記複数の導電性部材と前記複数電極の偶数列に接続された前記複数の導電性部材とが互いに千鳥配置位置となり、前記複数列と前記偶数列の電極間に交番電圧を印加することによって、集積化率を上げ、単位面積あたりの発生圧力増加できる効果がある。
【００６０】
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３のポンプを示す模式図である。
【００６１】
本実施例のポンプは、前記液体に該液体の搬送される方向に沿った成分を有する電界を印加するための一対の電極の一方または両方が線状電極［図６（ａ），図６（ｂ）の２ａ、２ｂ］または網目状電極［図６（ｃ）の２ｃ］または環状電極［図６（ｄ）の２ｄ］であることを特徴とする。
【００６２】
図６において、電界を印加するための一対の電極の一方または両方が線状電極、網目状電極または環状電極であることによって、流体を流れ方向に透過させることができる。すなわち、素子の流抵抗Ｒ０を大きく増加させることなく流れ方向の電界を効果的に印加できる効果がある。また、ＡＣ電圧の印加によって、実施例１、２と同様の効果を有する。
【００６３】
（実施例４）
図７は、本発明の実施例４のポンプを示す模式図である。
【００６４】
本実施例４のポンプは、一対の電極２、３に接続される導電構造体が球体、楕円球等を含む任意の導電多面体であることを特徴とする。すなわち、実施例４は、流路の液体に該液体の搬送される方向に沿った成分を有する電界を印加するための一対の電極が、流路の底面と上面の間の中間部分に配置された線状電極であり、該電極に接続され前記液体に接触する導電性部材が導電多面体であることを特徴とする。導電性部材の導電多面体の側壁流を用いることにより、すべり活性化面積を一層増加できる効果を持ち、ＡＣ電圧の印加によって、実施例１から３と同様の効果を有する。また、一対の電極２、３に導電多面体を基本ユニットとする実施例４の素子を、図示したように２次元方向に繰り返し配置できるだけなく３次元的に高さ方向にも積層することができ、単位面積あたりのすべり活性化面積を飛躍的増大できる利点を有する。
【００６５】
（実施例５）
図８は、本発明の実施例５のポンプを示す模式図である。
【００６６】
本実施例５のポンプは、一対の電極２、３が互いに面積の異なる非対称平面電極であり、該非対称電極の幅広電極３ｃ側に実質的な側壁流を有する柱状導電性部材４ｃを配置したことを特徴とする。すなわち、本実施例は本発明の側壁流によるポンプ作用に加えて、従来の非対称面の活性面に由来するポンプ作用が得られる効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のポンプは、流路内の単位占有面積当たりの発生圧力が大きな小型で単純な構造であるので、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、流体集積回路（流体ＩＣ）等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  流路
２、３  一対の電極
４  導電性部材
５  側壁部
６、７  流路の側壁
８，９  側壁流
１０  電圧印加手段
１１  液体
１２  液体の搬送方向
１３  流路の底面
【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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