(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高密度化が容易で、かつ耐久性の高い液体輸送装置を提供する。【解決手段】液体を搬送するための気泡を発生させる発熱体１を備えた発泡室８と、前記液体を前記発泡室８に流入させるための第１の流路と、前記液体を前記発泡室８から流出させるための第２の流路と、前記第１または第２の流路の少なくとも一方に位置し、前記液体が一方向に流れやすく、前記一方向とは逆の方向に流れにくくするための液体の方向を制御する素子３，４とを有する液体搬送装置であって、前記第１及び第２の流路は、前記液体が流入する方向と流出する方向とが屈曲する位置に配置されている液体搬送装置。【選択図】　　　　図１
2004098232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を搬送するための気泡を発生させる発熱体を備えた発泡室と、前記液体を前記発泡室に流入させるための第１の流路と、前記液体を前記発泡室から流出させるための第２の流路と、前記第１または第２の流路の少なくとも一方に位置し、前記液体が一方向に流れやすく、前記一方向とは逆の方向に流れにくくするための液体の方向を制御する素子とを有する液体搬送装置であって、前記第１及び第２の流路は、前記液体が流入する方向と流出する方向とが屈曲する位置に配置されていることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項２】
前記素子は、前記液体を搬送する方向に対して、前記流路の断面積が狭くなる部位と、前記流路の断面積が広くなる部位とを順に備えたものであることを特徴とする請求項１記載の液体搬送装置。
【請求項３】
前記素子は、前記液体の搬送方向を一方向とするためのバルブであることを特徴とする請求項１記載の液体搬送装置。
【請求項４】
前記発泡室の上部及び側部に前記素子を配置す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液体搬送装置。
【請求項５】
前記バルブは、前記液体の流れる方向の前方部に凹凸部を備えた浮遊物と、前記浮遊物を保持する浮遊物保持室とからなり、前記流路の断面積が前記浮遊物保持室の断面積よりも狭いことを特徴とする請求項３記載の液体搬送装置。
【請求項６】
前記バルブは、第一の安定状態と第二の安定状態とを有する梁と、前記梁を保持する保持室とを備え、前記発熱体による前記気泡の成長と収縮とにより、前記第一の安定状態と前記第二の安定状態とに切り替わることを特徴とする請求項３記載の液体搬送装置。
【請求項７】
前記バルブは、前記梁を複数個連結させた連結梁と、前記梁と接続し、前記梁に電流を流すための電極と、前記磁界を発生させるための永久磁石とを更に備え、前記連結梁に磁界を印加した状態で電流を流すことにより、前記第一の安定構造と前記第二の安定構造とに切り替わることを特徴とする請求項６記載の液体搬送装置。
【請求項８】
前記発泡室が、前記流路の折り返し点に位置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の液体搬送装置。
【請求項９】
液体を流すための流路と、前記液体が流入する入口と流出する出口を有する発泡室と、前記発泡室に位置し、液体を送り出すための気泡を発生させる発熱体とを備えた液体搬送装置が同一基板に複数備えられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの項に記載の液体搬送装置。
【請求項１０】
前記液体がインクからなり、前記発泡室にインクを供給するためのタンクと、前記発泡室から送り出される前記インクを、前記インクを吐出するための吐出口に供給するためのチューブとを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の液体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体搬送装置に関し、例えば、化学分析装置や医療装置、バイオテクノロジー及びインクジェットプリントシステム等の微量な液体の操作が必要な分野に用いる液体搬送装置に関する。特に、チップ上で化学分析や化学合成を行う小型化分析システム（μＴＡＳ：Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　ＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ）や、インクジェットプリンタのインク供給システム等に利用される超小型ポンプ（マイクロポンプ）に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、立体微細加工技術の発展に伴い、ガラスやシリコン等の基板上に、微小な流路とポンプ、バルブ等の液体素子およびセンサを集積化し、その基板上で化学分析を行うシステムが注目されている。これらのシステムは、小型化分析システム、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ）あるいはＬａｂ　ｏｎ　ａ　Ｃｈｉｐと呼ばれている。化学分析システムを小型化することにより、無効体積の減少や試料の分量の大幅な低減が可能となる。また、分析時間の短縮やシステム全体の低消費電力化が可能となる。さらに、小型化によりシステムの低価格を期待することができる。μ−ＴＡＳは、システムの小型化、低価格化および分析時間の大幅な短縮が可能なことから、在宅医療やベッドサイドモニタ等の医療分野、ＤＮＡ解析やプロテオーム解析等のバイオ分野での応用が期待されている。
【０００３】
溶液を混合して反応を行った後、定量及び分析をしてから分離するという一連の生化学実験操作をいくつかのセルの組み合わせによって実現可能なマイクロリアクタが開示されている（特許文献１参照。）。図１８にマイクロリアクタ５０１の概念を模式的に示す。マイクロリアクタ５０１は、シリコン基板上に平板で密閉された独立した反応チャンバを有している。このリアクタは、リザーバセル５０２、混合セル５０３、反応セル５０４、検出セル５０５、分離セル５０６が組み合わされている。このリアクタを基板上に多数個形成することにより、多数の生化学反応を同時に並列的に行うことができる。さらに、単なる分析だけでなく、タンパク質合成などの物質合成反応もセル上で行うことができる。
【０００４】
また、従来のマイクロポンプとして、２つのダイアフラムと圧電素子を利用したマイクロポンプが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００５】
また、液体の加熱によって発生する泡とノズル型拡散素子による液体制御機能を利用したバルブのないマイクロポンプが提案されている（非特許文献１参照。）。
【０００６】
また、磁界と電流の相互作用を利用したアクチュエータを利用した光スイッチが提案されている（非特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３３７１７３号公報（第２−５頁、第１図）
【０００８】
【特許文献２】
特開平５−１６６９号公報（第２−５頁、第３図、第７図）
【０００９】
【非特許文献１】
ジェイアール　ハング　タサキ及びライウエイ　リン（Ｊｒ−Ｈｕｎｇ　Ｔａｓａｉ　ａｎｄ　Ｌｉｗｅｉ　Ｌｉｎ）著，「ア　サーマル　バブル　アクチュエイテッド　マイクロ　ノズル　ディフュザー　ポンプ（Ａ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｂｕｂｂｌｅ　Ａｃｔｕａｔｅｄ　Ｍｉｃｒｏ　Ｎｏｚｚｌｅ−Ｄｉｆｆｕｓｅｒ　Ｐｕｍｐ）」，プロシディングス　オブ　ザ　フォーティーンス（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１４ｔｈ），アイトリプルイー　インターナショナル　コンファレンス　オン　マイクロ　エレクトロ　メカニカル　システムズ（ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎＭｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ），２００１年，ｐ．４０９−４１２）
【００１０】
【非特許文献２】
ジョング　ソー　コー（Ｊｏｎｇ　Ｓｏｏ　Ｋｏ）ら著，「アプライド　フィジックス　レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）」，第８１巻，Ｎｏ．３，２００２年７月１５日，ｐ．５４７−５４９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素子を利用した従来のマイクロポンプでは、十分な変位が得られる圧電素子を高密度に作成することが困難なためにマイクロポンプの高密度化を行うことが困難であった。
【００１２】
一方、液体の加熱によって発生する泡を利用した従来のマイクロポンプでは、高密度化が容易な反面、泡が消えるときに発生するキャビテーション衝撃によりヒータの耐久性が劣化することが考えられる。
【００１３】
本発明は、この様な従来技術に鑑みてなされたものであり、高密度化が容易で、かつ耐久性の高い液体搬送装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、液体を搬送するための気泡を発生させる発熱体を備えた発泡室と、前記液体を前記発泡室に流入させるための第１の流路と、前記液体を前記発泡室から流出させるための第２の流路と、前記第１または第２の流路の少なくとも一方に位置し、前記液体が一方向に流れやすく、前記一方向とは逆の方向に流れにくくするための液体の方向を制御する素子とを有する液体搬送装置であって、前記第１及び第２の流路は、前記液体が流入する方向と流出する方向とが屈曲する位置に配置されていることを特徴とする液体搬送装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の液体搬送装置は、液体を搬送するための気泡を発生させる発熱体を備えた発泡室と、前記液体を前記発泡室に流入させるための第１の流路と、前記液体を前記発泡室から流出させるための第２の流路と、前記第１または第２の流路の少なくとも一方に位置し、前記液体が一方向に流れやすく、前記一方向とは逆の方向に流れにくくするための液体の方向を制御する素子とを有する液体搬送装置であって、前記第１及び第２の流路は、前記液体が流入する方向と流出する方向とが屈曲する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
前記素子は、前記液体を搬送する方向に対して、前記流路の断面積が急激に狭くなる部位と、徐々に前記流路の断面積が広くなる部位とを順に備えたものであることが好ましい。
更に、前記発熱体は、前記流体の流入方向に面して設けられていることが好ましい。
【００１７】
また、前記素子は、前記液体の流れる方向を一方向とするためのバルブであることが好ましい。
前記バルブは、前記液体の流れる方向の前方部に凹凸部を備えた浮遊物と、前記浮遊物を保持する浮遊物保持室とからなり、前記流路の断面積が前記浮遊物保持室の断面積よりも狭いことが好ましい。
前記バルブは、第一の安定構造と第二の安定構造とを有する梁と、前記梁を保持する保持室とを備え、前記発熱体による前記気泡の成長と収縮とにより、前記第一の安定構造と前記第二の安定構造とに切り替わることが好ましい。
【００１８】
前記バルブは、前記梁を複数個連結させた連結梁と、前記梁と接続し、前記梁に電流を流すための電極と、前記磁界を発生させるための永久磁石とを更に備え、前記連結梁に磁界を印加した状態で電流を流すことにより、前記第一の安定構造と前記第二の安定構造とに切り替わることが好ましい。
前記発泡室が、前記流路の折り返し点に位置することが好ましい。
【００１９】
液体を流すための流路と、前記液体が流入する入口と流出する出口を有する発泡室と、前記発泡室に位置し、液体を送り出すための気泡を発生させる発熱体とを備えた液体搬送装置が同一基板に複数備えられていることが好ましい。
前記液体がインクからなり、前記発泡室にインクを供給するためのタンクと、前記発泡室から送り出される前記インクを、前記インクを吐出するための吐出口に供給するためのチューブとを備えることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明の実施例として各実施形態を挙げて本発明を具体的に説明する。
（第ｌの実施形態）
図１は本発明の液体搬送装置の第１の実施形態を示す概略図である。図中、１は気泡を発生させる発熱体であり、２は気泡、３、４は方向性液体制御素子、５は液体入力側液室、６は液体出力側液室、７は液体の流出方向、２３は液体の流入方向、８は発泡室である。また、１１は保護層、１３は流路構成部材、１５は入力側液体タンク、１６はチューブ、１７は接着材、１８は出力側液室とチューブ１６を接続する貫通孔、１９は方向性液体制御素子３に関して液体が流れ易い第一の方向、２０は方向性液体制御素子４に関して液体が流れ易い第一の方向である。ここで、３，４は第一の方向には液体が流れ易く、第一の方向とは逆方向には液体が流れ難い一対の方向性液体制御素子である。ここで、入力側液体タンクは液体を前記発泡室に流入させるための第１の流路であり、貫通穴１８は液体を前記発泡室から流出させるための第２の流路である。
【００２１】
すなわち、本実施形態は、第一の方向には液体が流れ易く、第一の方向とは逆方向には液体が流れ難い一対の方向性液体制御素子３、４と、気泡を発生させる発熱体１と、該発熱体１を配置した発泡室８とを有し、該発泡室８に対して互いに屈曲した位置に前記一対の方向性液体制御素子３、４を配置し、前記発熱体１の発熱によって液体を加熱発泡させることにより発生した圧力により、液体が加圧されて、該液体を前記第一の方向に流すことを特徴とする。
【００２２】
ここで、方向性液体制御素子３、４は前記第一の方向１９、２０に対して急激に流路の断面積が狭くなる部位（方向性液体制御素子３）と、該部位に続いて前記第一の方向に対して徐々に流路の断面積が広くなるノズル（方向性液体制御素子４）とからなるノズル型液体拡散素子である。
【００２３】
すなわち、本実施形態は、前記方向性液体制御素子が前記第一の方向に対して急激に流路の断面積が狭くなる部位と、該部位に続いて前記第一の方向に対して徐々に流路の断面積が広くなるノズルとからなるノズル型液体拡散素子であることを特徴とするポンプである。ここで、前記第一の方向に対して急激に流路の断面積が狭くなる部位は具体的には、流路の断面積が不連続に狭くなる部位である。
また、本実施形態は、前記発泡室８が基板１４上に形成され、前記発泡室８の上部及び側部に前記方向性液体制御素子を配置することを特徴とする。
【００２４】
図２は本実施形態を基板に垂直な方向から見た平面模式図である。同図において、ノズル型液体拡散素子である方向性液体制御素子４の構造を示す。また、１は膜厚０．３μｍのＳｉＮ保護層１１を有する、膜厚０．０５μｍのＴａＮ薄膜抵抗発熱体であり、２１，２２は該抵抗発熱体１に電圧を印加する厚さ０．６μｍのＡｌ電極である。
【００２５】
図３は本実施形態のポンプの基本動作と屈曲構造の効果を示す説明図である。図３（ａ）は泡の膨張時の流れを示し、図３（ｂ）は泡の収縮時の流れと消泡点の概念図を示す。同図に示すごとく、泡の成長時には泡の圧力によって、方向性液体制御素子３，４に関してそれぞれ３２の方向と３１の方向に液体の流れが発生するが、液体の流れは方向性液体制御素子４に対しては流れ易い第一の方向３１となり、素子３に関しては流れ難い方向３２となるため、発泡室８内の液体は素子４の方向に多く押し出される。
【００２６】
また、泡の収縮時には、方向性液体制御素子３，４に関してそれぞれ３３の方向と３４の方向に液体の流れが発生するが、液体の流れは素子３に対しては流れ易い第一の方向３３となり、素子４に関しては流れ難い方向３４となるため、主に液体入力側液室５からの液体が発泡室８内に流入し、液体出力側液室６から発泡室５内への液体の流入は少ない。
【００２７】
それゆえ、抵抗発熱体１に適当な周波数のパルス電圧を繰り返し印加すると、泡の成長と収縮が繰り返し起こり、泡の成長時に発泡室内の液体を出力側に送り出し、泡の収縮時に液体入力側液室から発泡室内に液体を充填するため、液体を入力側（入口）２５から出力側（出口）２６に送り出せるポンプが実現できる。
【００２８】
また、泡が収縮するとき、インク吐出側の液体の慣性が極めて小さいインクジェット用のヘッドとは異なり、液体入力側と液体出力側が十分な液体で満たされているため、発泡時の流れに影響を与える実質的な慣性質量を持つとともに、前記発泡室８に対して互いに屈曲した位置に前記一対の方向性液体制御素子３、４を配置してあることにより、泡は２つの屈曲した方向に力を受け、図３の３５に模式的に示したように、発熱体１の表面から離れた位置に消泡点が来るようにできるため、発熱体１に対するキャビテーション衝撃を防止でき、発熱体の耐久性を大幅に改善できる効果がある。
【００２９】
本発明において、前記入口２５と出口２６は前記液体が流入する方向２３と流出する方向７とが屈曲する位置に配置されており、液体が流入する方向２３と流出する方向７とにより形成される角度は、４５〜１８０度、好ましくはほぼ９０度が望ましい。
【００３０】
ここで、基板１４は、例えば、厚さ２．７５μｍのＳｉＯ２　の熱酸化層を有する厚さ０．６７ｍｍのＳｉ基板であり、抵抗発熱体１は抵抗値５３Ω、サイズ２５μｍ×２５μｍであり、６００ｄｐｉ程度の高密が容易である。また、流路構成部材１３としては有機薄膜を用いて露光やエッチング等の半導体製造技術により３次元的な流路を形成することができる。ここで、方向性液体制御素子４，液体出力側液室６の流路の高さ及び方向性液体制御素子３の第一の方向１９の長さは、例えば２０μｍである。また、抵抗発熱体１には印加する電圧としては、例えば、パルス幅１μｓ、電圧９ｖの矩形パルスを用いる。
【００３１】
本実施形態は、液体の加熱による気泡の成長と収縮をポンプの駆動源として利用しているために発熱体１の小型高密度化が容易であることに加えて、基板の上側から発泡室に液体を流入させ、側部から液体を送り出す構造であるため、液体の入出力部の基板上での面積を小さくすることが可能であり、高密度化に有利である。
【００３２】
（第２の実施形態）
図４は本発明の液体搬送装置の第２の実施形態を示す概略図である。本実施形態は第１の実施形態の液体搬送装置を複数個、同一基板１４上に配置したことを除いて、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００３３】
すなわち、本実施形態は、第一の方向には液体が流れ易く、第一の方向とは逆方向には液体が流れ難い一対の方向性液体制御素子と、気泡を発生させる発熱体と、該発熱体を配置した発泡室とを同一の基板に有し、該発泡室に対して互いに屈曲した位置に前記一対の方向性液体制御素子を配置した素子を複数配置し、前記発熱体の発熱によって液体を加熱発泡させることにより該液体を前記第一の方向に流すことを特徴とする。
【００３４】
また、図４で発熱体１は約４０μｍ間隔で実装され、約６００ｄｐｉの実装密度を有する。
【００３５】
図示したように、本実施形態では、複数の抵抗発熱体１に対する電極は折り返し構造を持ち、同一の基板端（図４左端）に複数の電極端４１を有し、電極端４１の列を成す。また、ポンプからの液体の出力端もまた同一の基板端（図４右端）に複数の液体出力端（貫通孔）１８を有し、液体出力端１８の列を成す。また、ポンプへの液体の液体入力側液室５は、基板中央部に列を成す。すなわち、本実施形態では、電極端４１、液体出力端（貫通穴）１８、液体入力側液室５がそれぞれ、まとまった列を成すため、それぞれの端子部の面積を狭く有効に使用できる効果があり、複数のポンプを集積化したチップの面積を小さくでき、１枚のシリコンウエハーからの集積チップの取り出し数を増加させ、生産コストを低くできる効果がある。
【００３６】
（第３の実施形態）
図５は本発明の液体搬送装置の第３の実施形態を示す概略図である。本実施形態は、前記発泡室にインクを注入するインクタンク５６と、前記発泡室から送り出されるインクをインクジェット用のヘッド５１に供給するチューブ５５を有することを除いて、第１の実施形態及び第２の実施形態とほぼ同様である。同図で、５０は第１の実施形態または第２の実施形態で示した単一または複数のポンプからなるポンプ本体ユニット部であり、インクタンク５６に配置されたインクを含むスポンジ５４からのインクを基板上側から発泡室に注入し、発泡室側面に配置された流路及び貫通穴及びチューブ５５によりインクジェットヘッド５１にインクを供給する。図５における、５２はヘッドを紙面に対向させてスキャンするためのガイドであり、５３はヘッドをスキャンするためのアクチュエータである。
【００３７】
本実施形態では、インクタンクヘッドとポンプユニットが一体化されているため、従来の小型の電磁式モータを用いたチューブ型インク供給システムに比べ小型化が容易となる効果がある。また、本実施形態のポンプユニットは熱による気泡を利用したインクジェット方式のヘッドと類似のプロセスで作成できるため、同一のシリコンウエハー上に同時に作成することも可能であるため、生産コストを抑制できる効果がある。
【００３８】
（第４の実施形態）
図６は本発明の液体搬送装置の第４の実施形態を示す概略図である。本実施形態は、前記方向性液体制御素子が方向性バルブであること、及び、前記発泡室が基板上に形成され、前記発泡室側部の折り返し位置に前記方向性バルブ６１，６２を配置すること、及び前記方向性バルブが、前記第一の方向の前方部位に凹凸部を有し後方部には凹凸部を有さない浮遊物７１，７２と、該浮遊物を保持する浮遊物保持液室と、該浮遊物保持室に接続された流路の断面積が前記浮遊物保持室の断面積より狭い一対の流路からなる逆止弁であることを除いて第１の実施形態と同様である。同図において、６０は基板、６１、６２は方向性バルブであり、６３は抵抗発熱体、６４、６５はポンプが流れを作る方向、６６、６７は液体の入出力端、６８、６９は電気端子、８Ｂは発泡室、７０は電極である。
【００３９】
図７は方向性バルブ６１、６２の特徴を示す説明図である。本実施形態の方向性バルブは、前記第一の方向（６４、６５の方向）の前方部位７４に、凹凸部７３を有し後方部位７５には凹凸部を有さない浮遊物７１，７２と、該浮遊物を保持する浮遊物保持液室７６と、該浮遊物保持室７６に接続された流路の断面積が前記保持室の断面積より狭い一対の流路７８、７９からなる逆止弁である。
【００４０】
図８は方向性バルブ６１，６２の動作を示す説明図である。図示したように、順方向８１（第一の方向）の流れに対しては、浮遊物が前記第一の方向の前方部位７４が浮遊物保持室７６の壁（８図（ａ））に接触しても前記第一の方向の前方部位７４に配置した凹凸部７３のために、液体を流すことができる。また、逆方向の流れに対しては、浮遊物が前記第一の方向の後方部位７５が浮遊物保持室７６の壁（８図（ｂ））に接触し流れを止める。
【００４１】
図９は、本発明の液体搬送装置のポンプの基本動作と屈曲構造を示す説明図である。図９（ａ）は泡の膨張時の流れを示し、図９（ｂ）は泡の収縮時の流れと消泡点の概念図を示す。同図で９４は成長（膨張）時の泡、９２は泡の成長時のポンプの押し出し方向、９１は泡の消泡点、９３は泡の収縮時のポンプへの液体の流入方向を示す。
同図に示したごとく、泡の成長時には泡の圧力によって、方向性バルブ６２が閉じ、方向性バルブ６１が開いた状態となり発泡室内の液体を出力側に送り出し、泡の収縮時に液体入力側液室から発泡室内に液体を充填するため、９３の方向に沿って発泡室内に液体が流入する。
【００４２】
それゆえ、抵抗発熱体１に適当な周波数のパルス電圧を繰り返し印加すると、泡の成長と収縮が繰り返し起こり、泡の成長時に発泡室内の液体を出力側に送り出し、泡の収縮時に液体入力側液室から発泡室内に液体を充填するため、液体を入力側から出力側に送り出せるポンプが実現できる。
【００４３】
また、泡が収縮するとき、インク吐出側の液体の慣性が極めて小さいインクジェット用のヘッドとは異なり、液体入力側と液体出力側が十分な液体で満たされている発泡時の流れに影響する実質的な慣性質量を持つとともに、前記発泡室に対して互いに屈曲した位置に前記一対の方向性バルブ６１，６２を配置してあることにより、泡は２つの屈曲した方向に力を受け、図９（ｂ）の９１に模式的に示したように、発熱体の表面から離れた位置９１に消泡点が来るようにできるため、発熱体に対するキャビテーション衝撃を防止でき、発熱体の耐久性を大幅に改善できる効果がある。
【００４４】
（第５の実施形態）
図１０は本発明の液体搬送装置の第５の実施形態を示す概略図である。本実施形態は第４の実施形態の液体搬送装置、例えばマイクロポンプを複数個、同一基板６０上に配置したことを除いて、第４の実施形態とほぼ同様である。
【００４５】
本実施形態も、第２の実施形態と同様に、電極端、液体出力端、液体入力端がそれぞれ、まとまった列を成すため、それぞれの端子部の面積を狭く有効に使用できる効果があり、複数のポンプを集積化したチップの面積を小さくでき、１枚のシリコンウエハーからの集積チップの取り出し数を増加させ、生産コストを低くできる効果がある。
【００４６】
（第６の実施形態）
図１１は本発明の液体搬送装置の第６の実施形態を示す概略図である。本実施形態は、前記発泡室が基板上に形成され、前記発泡室側部の液体の折り返し位置に前記方向性液体制御素子を配置することを除いて、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００４７】
同図１１において、１１６、１１７は電極端、１１４は電極、１１３は抵抗発熱体、１１５は発泡室、１１１、１１２はノズル型液体拡散素子であり、１１８、１１９は液体入出力端である。
【００４８】
図１２は、第６の実施形態の基本動作と屈曲構造の効果を示す概略図である。図１２（ａ）は泡の膨張時の流れを示し、図１２（ｂ）は泡の収縮時の流れと消泡点の概念図を示す。図１２に示したように、本実施形態も第１の実施形態及び第４の実施形態と同様に、発熱体１１３の表面から離れた位置１２１に消泡点が来るように形成されているため、発熱体１１３に対するキャビテーションの衝撃を防止でき、発熱体の耐久性を大幅に改善できる効果がある。
【００４９】
（第７の実施形態）
図１３は本発明の液体搬送装置の第６の実施形態を示す概略図である。本実施形態は、前記方向性バルブが第一の安定構造と第二の安定構造を有する梁と、該梁を保持する梁保持室からなり、泡の成長と収縮により第一の安定構造と第二の安定構造間のスイッチがおこり、液体の流れを制御することを除いて第４の実施形態とほぼ同様である。
【００５０】
図１３において、１３０は電極、１３１は抵抗発熱体、１３２は気泡、１３３、１３４は方向性バルブであり、第一の安定構造と第二の安定構造を有する梁１３５、１３６と該梁を保持する梁保持室からなり、泡の成長と収縮により第一の安定構造と第二の安定構造間のスイッチがおこり液体の流れを制御する。また、１３７、１３８は液体入出力端である。
【００５１】
図１４は第７の実施形態のメモリー性のある方向性バルブの特徴を示す概略図である。第一の安定構造１４２と第二の安定構造１４３を有する梁と、該梁を保持する梁保持室１４９からなり、泡の成長と収縮により第一の安定構造１４２と第二の安定構造１４３間のスイッチがおこり液体の流れを制御する。また、１４５、１４６は２つの安定構造間を保持させるためのポテンシャル障壁を与えるバネであり、１４７、１４８は前記梁及びバネの固定端を与える支持台である。
【００５２】
図１５は、第７の実施形態の基本動作と屈曲構造の効果を示す概略図である。図１５（ａ）は泡の膨張時の流れを示し、図１５（ｂ）は泡の収縮時の流れと消泡点の概念図を示す。図１５に示したように、本実施形態も第１の実施形態及び第４の実施形態及び第６の実施形態と同様に、発熱体１３１の表面から離れた位置１５５に消泡点が来るようにできるため、発熱体１３１に対するキャビテーション衝撃を防止でき、発熱体の耐久性を大幅に改善できる効果がある。
【００５３】
（第８の実施形態）
図１６は本発明の液体搬送装置の第８の実施形態を示す概略図である。本実施形態は、前記方向性バルブが第一の安定構造と第二の安定構造を有する梁を複数個連結した連結梁よりなり、該該連結梁に電流を流すことにより永久磁石によって発生させた磁場と相互作用して、第一の安定構造と第二の安定構造間のスイッチがおこり液体の流れを制御することを除いて第７の実施形態とほぼ同様である。
【００５４】
図１６において、１６３は前記複数の梁を電気的に接続した連結部、１６０は基板、１６４は基板の配置した板上の永久磁石、１６５は磁界の向き、１６１と１６２は連結梁の状態をスイッチさせるための電流の方向、１６６、１６７は連結梁に電流を流すための共通の電極、１６８は第一の方向性バルブ、１６９は第２の方向性バルブを示す。
また、図１７は、第８の実施形態の連結梁の構造を説明する説明図である。
【００５５】
図１６において、磁界はＮｄＦｅＢの板状の永久磁石１６４によって発生させられ、磁束密度は３０００Ｇである。このとき、１６１の方向に電流を７００ｍＡ程度流すとローレンツ力により、梁は共に発泡室と反対側にスイッチし、１６９は開状態、１６８は閉状態となる。よって、この動作を泡の発生直前または発生と同時に行わすことにより、損失の少ないバルブの開閉が可能となり、発泡室内の液体を液体出力側に押し出すことができる。一方、１６２の方向に電流を７００ｍＡ程度流すとローレンツ力により梁は共に発泡室側にスイッチし、１６８は開状態、１６９は閉状態となる。よって、この動作を泡の収縮時、発泡からおよそ５μｓ後に行うことにより、同じく、損失の少ないバルブの開閉が可能となり、液体入力側から発泡室内に液体を流入させることが可能となる。
【００５６】
また、本実施形態では、連結梁に電流を流すための共通の電極１６６、１６７を使用できるため、個別に電流を流すよりも配線スペースが省略できる効果がある。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明は、液体の加熱による気泡の成長と収縮をポンプの駆動源として利用しているため、圧電体の変位を駆動源として利用するポンプに比べ高密度化が容易であるとともに、発泡室に対して液体が流入する方向と流出する方向とが互いに屈曲する様に一対の方向性液体制御素子を配置したことにより、発熱体表面に気泡の消泡点が来ることを防止でき、これによって、発熱体のキャビテーション劣化を防止できるため、耐久性の高い液体搬送装置の提供が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体搬送装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本実施形態を基板に垂直な方向から見た平面模式図である。
【図３】本実施形態のポンプの基本動作と屈曲構造の効果を示す説明図である。
【図４】本発明の液体搬送装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明の液体搬送装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明の液体搬送装置の第４の実施形態を示す概略図である。
【図７】方向性バルブの特徴を示す説明図である。
【図８】方向性バルブの動作を示す説明図である。
【図９】本発明の液体搬送装置のポンプの基本動作と屈曲構造を示す説明図である。
【図１０】本発明の液体搬送装置の第５の実施形態を示す概略図である。
【図１１】本発明の液体搬送装置の第６の実施形態を示す概略図である。
【図１２】第６の実施形態の基本動作と屈曲構造の効果を示す概略図である。
【図１３】本発明の液体搬送装置の第７の実施形態を示す概略図である。
【図１４】第７の実施形態のメモリー性のある方向性バルブの特徴を示す概略図である。
【図１５】第７の実施形態の基本動作と屈曲構造の効果を示す概略図である。
【図１６】本発明の液体搬送装置の第８の実施形態を示す概略図である。
【図１７】第８の実施形態の連結梁の構造を説明する説明図である。
【図１８】従来のマイクロリアクタを示す概念図である。
【符号の説明】
１　発熱体
２　気泡
３、４　方向性液体制御素子
５　液体入力側液室
６　液体出力側液室
７　液体の流出方向
８　発泡室
１１　保護層
１３　流路構成部材
１４　基板
１５　入力側液体タンク
１６　チューブ
１７　接着材
１８　液体出力用端（貫通孔）
２１、２２　電極
２３　液体の流入方向
２５　入口
２６　出口
３５　消泡点
５０　ポンプ本体ユニット
５１　インクジェットヘッド
５２　ガイド
５３　アクチュエータ
５４　インクを含むスポンジ
５５　チューブ
５６　インクタンク
６０　基板
６１，６２　方向性バルブ
６３　抵抗発熱体
６６，６７　液体入出力端
６８，６９　電気端子
７０　電極
７１，７２　浮遊物
７３　凹凸部
７４　浮遊物前方部位
７５　浮遊物後方部位
７６　浮遊物保持室
７８、７９　流路
８１　順方向
１１１、１１２　ノズル型液体拡散素子
１１３　抵抗発熱体
１１４　電極
１１５　発泡室
１１６，１１７　電極端
１１８、１１９　液体入出力端
１２１　消泡点
１３０　電極
１３１　抵抗発熱体
１３２　気泡
１３３、１３４　方向性バルブ
１３５、１３６　梁
１３７、１３８　液体入出力端
１３９　発泡室
１４２　第一の安定構造
１４３　第二の安定構造
１４５、１４６　バネ
１４７、１４８　支持台
１４９　梁保持室
１５０、１５１　流路
１５５　消泡点
１６０　基板
１６１、１６２　電流方向
１６３　連結部
１６４　永久磁石
１６５　磁界の方向
１６６、１６７　電極
１６８，１６９　方向性バルブ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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