(57)【要約】【課題】低電圧駆動が可能であり、流量の安定化を図り得る、圧電マイクロポンプを提供する。【解決手段】Ｓｉ基板２２の第１の主面２３側に、下部電極層２８と圧電体厚膜２９と上部電極層３０とを積層する。Ｓｉ基板２２には、第１の主面２３側にダイヤフラム部３１を形成しかつ第２の主面３２側に開口３３を形成する状態でポンプ室３４ならびに放出側流路３５および供給側流路３６を設ける。開口３３は、封止層４０によって封止する。放出側流路３５および供給側流路３６を、それぞれ、放出側テーパ弁３７および供給側テーパ弁３８によって構成し、放出側テーパ弁３７に、昇圧部となる絞り部３９を設ける。【選択図】        図１
2005030213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を備え、
前記基板の第１の主面側に、下部電極層と圧電体厚膜と上部電極層とが、この順序で積層され、
前記基板には、前記第１の主面側にダイヤフラム部を形成しかつ前記第１の主面に対向する第２の主面側に開口を形成する状態でポンプ室が設けられるとともに、前記ポンプ室に連通する放出側流路および供給側流路が設けられ、
前記開口は、封止層によって封止され、
前記放出側流路および前記供給側流路の各々の少なくとも一部は、それぞれ、放出側テーパ弁および供給側テーパ弁によって与えられ、
前記放出側テーパ弁には、昇圧部となる絞り部が設けられている、
圧電マイクロポンプ。
【請求項２】
前記基板はＳｉ基板であり、前記Ｓｉ基板と前記下部電極層との間にはバッファ層がさらに形成されている、請求項１に記載の圧電マイクロポンプ。
【請求項３】
並列に配置される複数個の前記ポンプ室を備え、少なくとも前記圧電体厚膜および前記上部電極層は、複数個の前記ポンプ室の各々に関連して設けられ、前記放出側流路および前記供給側流路は、それぞれ、複数個の前記ポンプ室を互いに連結する放出側連結路および供給側連結路を備え、前記放出側テーパ弁および前記供給側テーパ弁は、それぞれ、前記放出側連結路および前記供給側連結路に連通するように設けられている、請求項１または２に記載の圧電マイクロポンプ。
【請求項４】
複数個の前記ポンプ室は、定常時において、その一部のものが駆動され、前記定常時において駆動される前記ポンプ室に関して故障が生じたとき、残りの前記ポンプ室の少なくとも一部が駆動される、請求項３に記載の圧電マイクロポンプ。
【請求項５】
直列に配置される複数個の前記ポンプ室を備え、少なくとも前記圧電体厚膜および前記上部電極層は、複数個の前記ポンプ室の各々に関連して設けられ、隣り合う２個の前記ポンプ室は、その少なくとも一部がテーパ弁によって与えられた流路によって互いに連結され、流体の流動方向に関して、最下流側に位置する前記ポンプ室に前記放出側流路が連通するように設けられ、かつ最上流側に位置する前記ポンプ室に前記供給側流路が連通するように設けられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電マイクロポンプ。
【請求項６】
複数個の前記ポンプ室は、ぜん動的な運動をするように、互いに異なる位相をもって駆動される、請求項５に記載の圧電マイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電マイクロポンプに関するもので、特に、圧電マイクロポンプにおいて、低電圧駆動を可能にし、かつ流量の安定化を図るための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明にとって興味ある圧電マイクロポンプとして、特許文献１および２に記載のものがあるが、これら特許文献１および２に記載のものも含めて、従来の圧電マイクロポンプは、一般的に、次のような構成を備えている。
【０００３】
図７は、従来の圧電マイクロポンプ１を断面で示す正面図であり、図８は、図７の線Ｃ−Ｃに沿う断面図である。
【０００４】
圧電マイクロポンプ１は、Ｓｉ基板２を備え、Ｓｉ基板２には、その第１の主面３側にダイヤフラム部４を形成しかつ第１の主面３に対向する第２の主面５側に開口６を形成する状態でポンプ室７が設けられている。また、Ｓｉ基板２には、ポンプ室７に連通する放出側流路８および供給側流路９が互いに対向する位置に設けられている。放出側流路８および供給側流路９は、それぞれ、放出側テーパ弁１０および供給側テーパ弁１１によって与えられている。
【０００５】
Ｓｉ基板２の第２の主面５には、たとえば耐熱ガラスからなる封止層１２が接合され、それによって、上述した開口６が封止されている。
【０００６】
他方、その各主面上に電極１３および１４が互いに対向するように形成された圧電体板１５が用意され、この圧電体板１５は、接着剤層１６を介して、Ｓｉ基板２の第１の主面３に接合される。
【０００７】
図９は、圧電マイクロポンプ１の動作を説明するためのもので、（ａ）には放出側テーパ弁１０が示され、（ｂ）には供給側テーパ弁１１が示されている。また、図９において、矢印１７は、ポンプ室７が圧縮行程にあるときの加圧方向を示している。
【０００８】
テーパ弁１０および１１の各々は、そこを流れる流体の方向によって流体抵抗が変わる。すなわち、加圧方向１７に従って流体が流れるとき、図９（ａ）に示した放出側テーパ弁１０では、流体抵抗が大きく、流体が流れにくい。他方、図９（ｂ）に示した供給側テーパ弁１１では、加圧方向１７に従って流体が流れるとき、流体抵抗が小さく、流体が流れやすい。その結果、ポンプ室７が圧縮行程にあるとき、放出側テーパ弁１０での流量が、供給側テーパ弁１１での流量より大きくなり、それゆえ、逆流が抑制されながら、流体が供給側テーパ弁１１から放出側テーパ弁１０に向かって流されるポンプ運動が可能になる。
【０００９】
このような圧電マイクロポンプ１は、たとえば、携帯機器用燃料電池やマイクロ分析機器等において適用されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３１１２１３号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２８２１２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７および図８に示した圧電マイクロポンプ１には、次のような問題がある。
【００１２】
まず、圧電体板１５は、その機械的強度が比較的低いため、これを薄型化するには限界がある。そのため、たとえば数Ｖ程度の低い電圧で、圧電体板１５において大きく駆動力を得ることが困難である。したがって、ポンプ室７を大きく変形させ得るようなポンプ運動を生じさせることが困難である。
【００１３】
また、互いに対をなす放出側テーパ弁１０および供給側テーパ弁１１によって、放出側流路８における流量を大きくすることができるが、放出側における流体の吐出圧力の低下も免れ得ない。たとえばマイクロリアクタのような用途に向けられる場合には、リアクタ内で反応生成したガスをリアクタの外へ圧送できるようにするためには、吐出圧力を高く維持できるポンプ構造が必要になる。そのため、たとえばマイクロリアクタなどへの適用を可能にするためには、より高い吐出圧力を維持できるポンプ構造の実現が望まれる。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、上述のような課題を解決し得る、圧電マイクロポンプを提供しようとすることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る圧電マイクロポンプは、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１６】
この発明に係る圧電マイクロポンプは、基板を備えている。この基板の第１の主面側には、下部電極層と圧電体厚膜と上部電極層とが、この順序で積層される。
【００１７】
また、基板には、第１の主面側にダイヤフラム部を形成しかつ第１の主面に対向する第２の主面側に開口を形成する状態でポンプ室が設けられるとともに、ポンプ室に連通する放出側流路および供給側流路が設けられる。
【００１８】
上述の開口は、封止層によって封止される。封止層は、好ましくは、耐熱ガラスから構成される。
【００１９】
また、放出側流路および供給側流路の各々の少なくとも一部は、それぞれ、放出側テーパ弁および供給側テーパ弁によって与えられ、放出側テーパ弁には、昇圧部となる絞り部が設けられる。
【００２０】
この発明において、上記基板は、好ましくは、Ｓｉ基板によって与えられる。この場合、Ｓｉ基板と上記下部電極層との間には、相互拡散を抑制するためのバッファ層がさらに形成されることが好ましい。
【００２１】
この発明に係る圧電マイクロポンプは、並列に配置される複数個のポンプ室を備えていてもよい。この場合、少なくとも圧電体厚膜および上部電極層は、複数個のポンプ室の各々に関連して設けられ、放出側流路および供給側流路は、それぞれ、複数個のポンプ室を互いに連結する放出側連絡路および供給側連絡路を備え、放出側テーパ弁および供給側テーパ弁は、それぞれ、放出側連絡路および供給側連絡路に連通するように設けられる。
【００２２】
上述の構成が採用されたとき、複数個のポンプ室は、定常時において、その一部のものが駆動され、定常時において駆動されるポンプ室に関して故障が生じたとき、残りのポンプ室の少なくとも一部が駆動されることが好ましい。
【００２３】
この発明に係る圧電マイクロポンプは、直列に配置される複数個のポンプ室を備えていてもよい。この場合には、少なくとも圧電体厚膜および上部電極層は、複数個のポンプ室の各々に関連して設けられ、隣り合う２個のポンプ室は、その少なくとも一部がテーパ弁によって与えられた流路によって互いに連結され、流体の流動方向に関して、最下流側に位置するポンプ室に前述の放出側流路が連通するように設けられ、かつ最上流側に位置するポンプ室に前述の供給側流路が連通するように設けられる。
【００２４】
上述した構成が採用されたとき、複数個のポンプ室は、ぜん動的な運動をするように、互いに異なる位相をもって駆動されることが好ましい。
【００２５】
上述した複数個のポンプ室の並列配置および複数個のポンプ室の直列配置については、これら両者がともに採用されてもよい。すなわち、複数個のポンプ室が直列に配置されながら、これら直列に配置されたものが並列に配置されてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、この発明の第１の実施形態による圧電マイクロポンプ２１を説明するためのものである。ここで、図１は、圧電マイクロポンプ２１を断面で示す正面図であり、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【００２７】
圧電マイクロポンプ２１は、基板としてのＳｉ基板２２を備えている。Ｓｉ基板２２の第１の主面２３側には、Ｓｉ基板２２を熱酸化して形成されたＳｉＯ２  層と、ＳｉＯ２  層２４上に形成されたＮｉＯまたはＭｇＯからなる第１のバッファ層２５と、第１のバッファ層２５上に形成されたＡｌ２  Ｏ３  からなる第２のバッファ層２６と、第２のバッファ層２６上に形成されたＰｄを含むＰｄ酸化物層２７と、Ｐｄ酸化物層２７上に形成されたＰｔまたはＰｔ−Ｎｉ合金からなる下部電極層２８と、下部電極層２８上に形成された圧電体厚膜２９と、圧電体厚膜２９上に形成されたＰｔからなる上部電極層３０とが積層されている。
【００２８】
圧電体厚膜２９は、圧電体ペーストを付与し、これを焼成する、といった厚膜形成技術によって形成されるもので、好ましくは、本件出願人による特願２００１−２０７３８５号（特開２００３−２０２７４号公報参照）において開示された圧電体ペーストを用いて形成される。この圧電体ペーストは、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  −Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３  系圧電性結晶粉末と、熱処理過程で強誘電体相を析出し、高温で液相化する、結晶化し得る能力を有する非晶質状態の結晶化ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含んでいる。
【００２９】
上述の圧電性結晶粉末は、９０〜７０モル％のＰｂ（Ｚｒｘ  Ｔｉ１−ｘ  ）Ｏ３  （ただし、ｘは０．４９〜０．５６）と、１０〜３０モル％のＰｂ（Ｚｎ１／３  Ｎｂ２／３  ）Ｏ３  とを含む圧電性結晶粉末であることが好ましい。また、結晶化ガラス粉末は、昇温によりＰｂ５  Ｇｅ３  Ｏ１１強誘電体相を析出するＰｂＯ−ＧｅＯ２  系の組成を有することが好ましく、たとえば、ｙＰｂＯ−（１００−ｙ）ＧｅＯ２  （ただし、ｙは５０〜８０モル％）からなることがより好ましい。
【００３０】
図１および図２に示すような積層構造によれば、ＮｉＯまたはＭｇＯからなる第１のバッファ層２５は、ＳｉＯ２  層２４およびＡｌ２  Ｏ３  からなる第２のバッファ層２６の各々との間で安定した接合性を与えることができる。また、第２のバッファ層２６は、Ｐｄ酸化物層２７との密着性が良好であり、Ｐｄ酸化物層２７は、下部電極層２８との密着性が良好である。
【００３１】
また、ＮｉＯまたはＭｇＯからなる第１のバッファ層２５およびＡｌ２  Ｏ３  からなる第２のバッファ層２６は、ともに、前述した圧電体ペーストをもって形成された圧電体厚膜２９に含まれるＰｂと直接反応しにくい性質を有している。さらに、ＮｉＯまたはＭｇＯからなる第１のバッファ層２５は、ＳｉＯ２  層２４に対しても、Ａｌ２  Ｏ３  からなる第２のバッファ層２６に対しても、反応性が低い。
【００３２】
したがって、圧電体厚膜２９の形成のための熱処理によっても、前述した良好な接合性が損なわれることがないとともに、上述した第１のバッファ層２５および第２のバッファ層２６の各々の反応性に関する性質が良好に維持され、そのため、圧電体厚膜２９の特性が損なわれることがない。
【００３３】
Ｓｉ基板２２には、その第１の主面２３側にダイヤフラム部３１を形成しかつ第１の主面に対向する第２の主面３２側に開口３３を形成する状態でポンプ室３４が設けられている。また、Ｓｉ基板２２には、ポンプ室３４に連通する放出側流路３５および供給側流路３６が互いに対向する位置に設けられている。また、これら放出側流路３５および供給側流路３６は、それぞれ、放出側テーパ弁３７および供給側テーパ弁３８を構成している。
【００３４】
また、上述の放出側テーパ弁３７には、流体抵抗を与える昇圧部となる絞り部３９が設けられている。
【００３５】
また、Ｓｉ基板２２の第２の主面３２には、封止層４０が接合され、それによって、ポンプ室３４の開口３３が封止される。封止層４０は、好ましくは、たとえば板状等の耐熱ガラスから構成される。この耐熱ガラスとしては、Ｓｉ基板２２の熱膨張係数により近い熱膨張係数を有するものを用いることが好ましい。
【００３６】
以上のような構成を有する圧電マイクロポンプ２１によれば、Ｓｉ基板２２におけるダイヤフラム部３１を薄型化することができるとともに、圧電体厚膜２９を、図７に示した従来例における圧電体板１５に比べて、より薄層化することができる。そのため、低電圧駆動によっても、ダイヤフラム部３１の体積変位を大きくすることができ、大きな駆動力を得ることができる。また、図７に示した従来例において用いた接着剤層１６を必要としないので、これによるダンピングを回避することもできる。
【００３７】
また、放出側テーパ弁３７には絞り部３９が設けられているので、これによる整流機能が発揮され、逆流を低減できるとともに、流量の安定化を図れ、また、流量の制御が容易になり、かつ高い吐出圧力を確保することができる。
【００３８】
圧電マイクロポンプ２１は、一例として、次のようにして製造される。
【００３９】
まず、その第１の主面２３上に、厚さ１μｍの熱酸化膜として形成されたＳｉＯ２  層２４を備える、（００１）方位のＳｉ基板２２を用意する。次に、Ｓｉ基板２２の第２の主面３２に対して異方性エッチングを適用して、平面寸法が６ｍｍ×６ｍｍのポンプ室３４を形成するとともに、放出側テーパ弁３７および供給側テーパ弁３８をそれぞれ構成する放出側流路３５および供給側流路３６を形成する。このとき、Ｓｉ基板２２におけるダイヤフラム部３１の厚みを３０μｍに制御する。
【００４０】
次に、反応性スパッタリングによって、ＳｉＯ２  層２４上に、ＭｇＯからなる厚さ６００ｎｍの第１のバッファ層２５を形成し、次いで、Ａｌ２  Ｏ３  からなる厚さ１５０ｎｍの第２のバッファ層２６を形成する。
【００４１】
次に、第２のバッファ層２６上に、ＰｄＯｘ  からなる厚さ５０ｎｍのＰｄ酸化物層２７を形成し、さらに、高周波スパッタリングにより、Ｐｔからなる厚さ５００ｎｍの下部電極層２８を形成する。
【００４２】
次に、ポンプ室３４に、フッ素系の離型剤をスプレー塗布した後、常温硬化型のシリコーンラバーをモールドし、熱硬化させることによって、ダイヤフラム部３１を仮補強する。
【００４３】
次に、下部電極層２８上に、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  −Ｐｂ（Ｚｎ１／３  Ｎｂ２／３  ）Ｏ３  系圧電体ペーストをスクリーン印刷にて塗布し、乾燥後、この塗膜を加圧処理する。
【００４４】
次に、前述のシリコーンラバーを剥離した後、空気中において８５０℃の温度での焼成を行なうことにより、厚さ約１５μｍであって平面寸法が４ｍｍ×４ｍｍの圧電体厚膜２９をダイヤフラム部３１の上方に形成する。
【００４５】
次に、圧電体厚膜２９上に、Ｐｔからなる上部電極層３０を厚さ２００ｎｍとなるように形成する。
【００４６】
次に、Ｓｉ基板２２におけるポンプ室３４の開口３３が形成された第２の主面３２をフッ酸処理することにより、表面のＳｉＯ２  を除去した後、耐熱ガラスからなる封止層４０をＳｉ基板２２の第２の主面３２に接触させ、その状態で、４００℃の温度に加熱しながら、７５０Ｖの電圧を印加し、封止層４０とＳｉ基板２２とを陽極接合により接合する。
【００４７】
次に、圧電体厚膜２９に対して、５０ｋＶ／ｃｍの電界を８０℃の温度下で３０分間印加することによって、圧電体厚膜２９を分極処理する。
【００４８】
以上のようにして、圧電マイクロポンプ２１を得ることができる。
【００４９】
次に、上述のような具体的製造方法によって圧電マイクロポンプ２１を実際に製造し、その性能を確認するために実施した実験の結果について説明する。この実験では、次のような評価結果が得られた。
【００５０】
圧電マイクロポンプ２１を、印加電圧（正弦波パルス）５Ｖｐ−ｐ  および駆動周波数１ｋＨｚの条件で駆動したところ、５Ｖの低電圧において、ダイヤフラム部３１の中央部で約０．８μｍの変位が確認され、ポンプ室３４内に充填された流体の移動が確認された。このとき、吐出圧力に相当するポンプ圧力は約２ｋＰａであった。なお、放出側テーパ弁３７において、絞り部３９を設けなかった比較例としての圧電マイクロポンプについてポンプ圧力を測定したところ、約０．７ｋＰａであり、この比較例に比べて、ポンプ圧力の向上を確認できた。
【００５１】
また、圧電マイクロポンプ２１によれば、圧電体厚膜２９を用いているので、ダンピングによる印加電圧波形と変位波形との間に位相のずれがほとんど見られず、即応性が良好であった。また、放出側テーパ弁３７における絞り部３９の存在により、ポンプ運動中の整流性向上（逆流低減）の効果も得られた。
【００５２】
図４は、この発明の第２の実施形態を説明するための図３に対応する図である。図４において、図３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５３】
図４に示した圧電マイクロポンプ２１ａは、並列に配置される複数個、たとえば２個のポンプ室４１および４２を備えている。また、図示しないが、少なくとも圧電体厚膜２９および上部電極層３０については、ポンプ室４１および４２の各々に関連して設けられる。
【００５４】
放出側流路３５および供給側流路３６は、それぞれ、２個のポンプ室４１および４２を互いに連結する放出側連結路４３および供給側連結路４４を備えている。そして、放出側テーパ弁３７は、放出側連結路４３に連通するように設けられ、他方、供給側テーパ弁３８は、供給側連結路４４に連通するように設けられる。
【００５５】
このような圧電マイクロポンプ２１ａは、２個のポンプ室４１および４２を同時に駆動するようにしてもよいが、好ましくは、定常時において、一方のポンプ室４１が駆動され、このポンプ室４１に関して故障が生じたときに、他方のポンプ室４２が駆動されるように用いられる。これによって、一方のポンプ室４１に関して故障が生じたとしても、圧電マイクロポンプ２１ａを連続運転させることができるので、圧電マイクロポンプ２１ａに対して冗長機能を持たせることができる。
【００５６】
なお、以上説明した第２の実施形態の変形例として、３個以上のポンプ室が並列に配置された実施形態も可能である。
【００５７】
図５は、この発明の第３の実施形態を説明するための図３に対応する図である。図５において、図３に示した要素に相当の要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
図５に示した圧電マイクロポンプ２１ｂは、直列に配置される複数個、たとえば２個のポンプ室５１および５２を備えることを特徴としている。図示しないが、少なくとも圧電体厚膜２９および上部電極層３０については、２個のポンプ室５１および５２の各々に関連して設けられる。
【００５９】
隣り合う２個のポンプ室５１および５２は、その少なくとも一部がテーパ弁５３によって与えられた流路５４によって互いに連結される。そして、流体の流動方向に関して、最下流側に位置するポンプ室すなわちポンプ室５１に、放出側テーパ弁３７を構成する放出側流路３５が連通するように設けられ、他方、最上流側に位置するポンプ室すなわちポンプ室５２に、供給側テーパ弁３８を構成する供給側流路３６が連通するように設けられる。
【００６０】
上述した圧電マイクロポンプ２１ｂは、２個のポンプ室５１および５２を同じ位相で同時に駆動してもよいが、好ましくは、２個のポンプ室５１および５２は、互いに異なる位相をもって駆動される。より具体的には、一方のポンプ室５１は、他方のポンプ室５２に対して、１／２周期だけずれる位相をもって駆動され、それによって、ぜん動的な運動をするようにされる。
【００６１】
上述のような駆動方式によれば、第１のポンプ室５１が流体を吸引する状態にあるとき、第２のポンプ室５２から第１のポンプ室５１へと流体を送り込む運動も同時に行なわれる。したがって、第１のポンプ室５１中への流体の供給不足によって生じる脈動が原因となって、流量が不安定になることを防止することができ、安定な流量を確保することができる。
【００６２】
図６は、この発明の第４の実施形態を説明するための図３に対応する図である。図６において、図３に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
図６に示した圧電マイクロポンプ２１ｃは、図４に示した圧電マイクロポンプ２１ａの特徴的構成と図５に示した圧電マイクロポンプ２１ｂの特徴的構成とを組み合わせたものとして位置付けられるものである。
【００６４】
図６に示した圧電マイクロポンプ２１ｃは、第１組の直列に接続される複数個、たとえば２個のポンプ室６１および６２と、第２組の直列に接続される複数個、たとえば２個のポンプ室６３および６４を備えている。さらに多くの直列に接続されるポンプ室の組を備えていてもよい。図示しないが、少なくとも圧電体厚膜２９および上部電極層３０は、複数個のポンプ室６１〜６４の各々に関連して設けられる。
【００６５】
第１組の隣り合う２個のポンプ室６１および６２は、その少なくとも一部がテーパ弁６５によって与えられた流路６６によって互いに連結される。他方、第２組の隣り合う２個のポンプ室６３および６４は、その少なくとも一部がテーパ弁６７によって与えられた流路６８によって互いに連結される。
【００６６】
また、第１組の直列に配置されたポンプ室６１および６２と第２組の直列に配置されたポンプ室６３および６４とは、並列に配置される。そして、放出側流路３５は、流体の流動方向に関して、最下流側にそれぞれ位置するポンプ室６１および６３を互いに連結する放出側連結路６９を備え、放出側テーパ弁３７は、この放出側連結路６９に連通するように設けられる。他方、供給側流路３６は、流体の流動方向に関して、最上流側にそれぞれ位置するポンプ室６２および６４を互いに連結する供給側連結路７０を備え、供給側テーパ弁３８は、この供給側連結路７０に連通するように設けられる。
【００６７】
このような構成を備える圧電マイクロポンプ２１ｃにおいても、定常時において、たとえばポンプ室６１および６３が駆動され、ポンプ室６１に関して故障が生じたとき、ポンプ室６２が駆動され、また、ポンプ室６３に関して故障が生じたとき、ポンプ室６４が駆動されるように用いられることが好ましい。また、ポンプ室６１および６２は、ぜん動的な運動をするように、互いに異なる位相をもって駆動され、同じく、ポンプ室６３および６４についても、ぜん動的な運動をするように、互いに異なる位相をもって駆動されることが好ましい。
【００６８】
したがって、図６に示した圧電マイクロポンプ２１ｃによれば、図４に示した圧電マイクロポンプ２１ａによって得られる効果と、図５に示した圧電マイクロポンプ２１ｂによって得られる効果との双方を得ることができる。
【００６９】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００７０】
たとえば、圧電マイクロポンプにおいて採用される積層構造および各層の材質は、必要に応じて変更されることができる。一変形例として、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＯ２  層と、ＳｉＯ２  層上に形成されたＡｌ２  Ｏ３  からなるバッファ層と、バッファ層上に形成されたＰｂ−Ｒｕ−Ｂｉ−Ｏからなる導電性複合酸化物層と、導電性複合酸化物層上に形成されたＰｔを含む電極層と、電極層上に形成されたＰｂ系圧電体厚膜と、Ｐｂ系圧電体厚膜上に形成された上部電極層とを備える、積層構造を採用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る圧電マイクロポンプによれば、基板に形成されるダイヤフラム部を薄型化できるばかりでなく、圧電体としての圧電体厚膜が形成されるので、圧電体の薄層化も図ることができる。したがって、低電圧駆動によっても、ダイヤフラム部において大きい体積変位を得ることができ、駆動力を大きくすることができる。また、圧電体として圧電体板を用いないので、これを基板に接合するための接着剤を用いる必要がないため、接着剤によるダンピングも回避することができる。
【００７２】
また、ポンプ室に連通する放出側流路の少なくとも一部を構成する放出側テーパ弁には、昇圧部となる絞り部が設けられているので、これによる整流機能が発揮され、逆流を低減でき、流量の安定化を図ることができる。また、流量の制御が容易になるばかりでなく、高い吐出圧力を確保することができる。
【００７３】
この発明に係る圧電マイクロポンプが並列に配置される複数個のポンプ室を備え、定常時において、複数個のポンプ室の一部が駆動され、この定常時において駆動されるポンプ室に関して故障が生じたとき、残りのポンプ室の少なくとも一部が駆動されるようにすると、故障によって連続運転が妨げられることを防止できるので、圧電マイクロポンプに冗長機能を持たせることができる。
【００７４】
また、この発明に係る圧電マイクロポンプが直列に配置される複数個のポンプ室を備え、これらポンプ室が、ぜん動的な運動をするように、互いに異なる位相をもって駆動されると、脈動による流量不安定を防止でき、流量安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態による圧電マイクロポンプ２１を断面で示す正面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を説明するための図３に対応する図である。
【図５】この発明の第３の実施形態を説明するための図３に対応する図である。
【図６】この発明の第４の実施形態を説明するための図３に対応する図である。
【図７】この発明にとって興味ある従来の圧電マイクロポンプ１を断面で示す正面図である。
【図８】図７の線Ｃ−Ｃに沿う断面図である。
【図９】図７および図８に示した放出側テーパ弁１０および供給側テーパ弁１１によって与えられるポンプ運動を説明するための図である。
【符号の説明】
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  圧電マイクロポンプ
２２  Ｓｉ基板
２３  第１の主面
２５，２６  バッファ層
２８  下部電極層
２９  圧電体厚膜
３０  上部電極層
３１  ダイヤフラム部
３２  第２の主面
３３  開口
３４，  ４１，４２，５１，５２，６１〜６４  ポンプ室
３５  放出側流路
３６  供給側流路
３７  放出側テーパ弁
３８  供給側テーパ弁
３９  絞り部
４０  封止層
４３，６９  放出側連結路
４４，７０  供給側連結路
５３，６５  テーパ弁
５４，６６，６８  流路
【図１】
2005030213.tif 000003
【図２】
2005030213.tif 000004
【図３】
2005030213.tif 000005
【図４】
2005030213.tif 000006
【図５】
2005030213.tif 000007
【図６】
2005030213.tif 000008
【図７】
2005030213.tif 000009
【図８】
2005030213.tif 000010
【図９】
2005030213.tif 000011