(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
前記圧電体の主面が内壁に位置し、内部を流体が移動可能な流体通路と、
前記流体通路内に位置し、前記圧電体の前記主面に形成された櫛歯状電極から発生する弾性表面波によって、前記流体通路内の前記流体を駆動する弾性表面波発生部とを備え、
前記流体通路の前記内壁のうち前記圧電体の配置された面は弾性表面波の伝搬速度が前記圧電体と実質同一となる弾性率を有し、
前記流体通路は、前記弾性表面波発生部を挟んで一方の側に位置する第１流体通路と、他方の側に位置する第２流体通路とを有し、
前記弾性表面波発生部は、前記第１流体通路内の前記流体に対して、前記第２流体通路内の前記流体に対するよりも、強い駆動力を与えることによって、前記流体を前記第２流体通路側から前記第１流体通路側に移動させるものである、流体アクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性表面波発生部から発生する弾性表面波の両伝搬方向に沿って伸ばした直線が、前記流体通路の壁面又は前記流体通路の出入口にそれぞれぶつかる２点をＣ、Ｄとすると、前記弾性表面波発生部は、前記Ｃ，Ｄの中心位置から、弾性表面波のいずれかの伝搬方向に沿ってずれた位置に配置されている請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性表面波発生部の一端Ａから前記流体通路の壁面Ｃまでの距離ｄ１と、前記弾性表面波発生部の他端Ｂから前記流体通路の壁面Ｄまでの距離ｄ２とが、一方が大きく、他方が小さい関係になっている請求項２記載の流体アクチュエータ。
【請求項４】
前記小さい方の距離は、２０ｍｍ以下である請求項３記載の流体アクチュエータ。
【請求項５】
前記弾性表面波発生部に近い方の前記流体通路の壁面は、前記弾性表面波の伝搬方向に対して略直交する平面である請求項２記載の流体アクチュエータ。
【請求項６】
前記弾性表面波発生部は、前記一方向に指向性を持った弾性表面波を発生させる請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項７】
前記弾性表面波発生部は絶縁体で覆われている、請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性表面波発生部は、前記櫛歯状電極の片側に隣接させて配置され、前記櫛歯状電極で発生して伝搬してきた弾性表面波を反対方向に反射させる反射器電極を備える、請求項６記載の流体アクチュエータ。
【請求項９】
前記弾性表面波発生部は、それぞれ同一ピッチの電極指を噛み合わせて配置した少なくとも三種の櫛歯状電極を有し、前記少なくとも三種の櫛歯状電極に位相を 順番に異ならせた交流電圧が印加されることにより、前記一方向に指向性を持った弾性表面波を発生させる、請求項６記載の流体アクチュエータ。
【請求項１０】
前記弾性表面波発生部は、それぞれ同一ピッチの電極指を噛み合わせて配置した二種の櫛歯状電極と、前記櫛歯状電極の隣接する電極指の間に配置された接地電極とを有し、
前記隣接する電極指は、１ピッチの半分よりも小さな間隔又は大きな間隔で配置され、
前記隣接する電極指の間隔に対応する位相差を持った２つの交流電圧が、各櫛歯状電極に印加されることにより、前記一方向に指向性を持った弾性表面波を発生させる、請求項６記載の流体アクチュエータ。
【請求項１１】
前記流体通路の内壁の他の一部を構成する基体をさらに備え、前記圧電体は、前記基体の一部にはめ込まれている請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１２】
前記櫛歯状電極を形成する電極指の一端が接続される共通電極は、前記流体通路の外側に配置されている請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１３】
前記弾性表面波発生部は、前記流体通路に沿って２つ以上設けられ、いずれかの弾性表面波発生部が選択的に駆動される請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１４】
前記弾性表面波発生部は２つ設けられ、
前記２つの弾性表面波発生部は、前記Ｃ，Ｄで挟まれる流体通路の中心位置から、それぞれ弾性表面波の両伝搬方向に沿ってずれた位置に配置され、
いずれかの弾性表面波発生部が選択的に駆動される請求項２記載の流体アクチュエータ。
【請求項１５】
前記圧電体には、前記櫛歯状電極を覆って前記流体との接触を防ぐ保護構造が設けられ、前記保護構造と前記櫛歯状電極との間に空隙が形成されて成る請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１６】
前記保護構造は、前記空隙を囲繞する側壁部を備え、
前記側壁部は、前記弾性表面波発生部からの弾性表面波が伝搬する前記所定方向側の厚みが、この所定方向と反対側の厚みと比べて薄くなっている請求項１５記載の液体アクチュエータ。
【請求項１７】
前記流体通路の内壁を超音波によって振動させる振動印加手段をさらに備える請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１８】
前記流体通路は、流体が循環可能である請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１９】
圧電体と、
前記圧電体の主面が内壁に位置し、内部を流体が移動可能な流体通路と、
前記流体通路内に位置し、前記圧電体の前記主面に形成された櫛歯状電極から発生する弾性表面波によって、前記流体通路内の前記流体を駆動する弾性表面波発生部とを備え、
前記流体通路の前記内壁のうち前記圧電体の配置された面は弾性表面波の伝搬速度が前記圧電体と実質同一となる弾性率を有し、
前記流体通路は、前記弾性表面波発生部を挟んで一方の側に位置する第１流体通路と、他方の側に位置する第２流体通路とを有し、
前記弾性表面波発生部は、前記櫛歯状電極の隣接する電極指の間であって、これらの電極指間の中央から、いずれかの電極指の方向にオフセットされた位置に、これらの電極指と平行に配置された浮き電極を備える、流体アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１記載の流体アクチュエータを冷却装置として利用する発熱装置であって、当該発熱装置が実装された基板を有し、前記流体通路は、前記基板に設けられている発熱装置。
【請求項２１】
請求項１記載の流体アクチュエータを備えた分析装置であって、
流体状のサンプルを供給するサンプル供給部と、前記サンプルを分析するサンプル分析部とが設けられ、
前記流体通路は、前記サンプル供給部から前記サンプル分析部へ前記流体状のサンプルを輸送するように設けられている分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）を用いて流体に一定の流れや循環流を生じさせるための流体アクチュエータに関する。また、本発明は前記流体アクチュエータを用いた発熱装置及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロプロセッサー（ＭＰＵ）の高速化が著しくなっている。現在、数ＧＨｚ以上の動作周波数に達しており、更なる高速化の動向が続いている。ＭＰＵの高速化は、集積密度を上げることによって実現されるため、発熱密度が高くなることが避けられない。現在の最高速度のＭＰＵにおいて、総発熱量が１００Ｗ以上、発熱密度では４００Ｗ／ｍｍ２以上に達しており、更なる高速化により、発熱量も増大し続けている。【０００３】
ＭＰＵを冷却するために、ＭＰＵパッケージ上面にファンや水冷装置を取付けたものがある。しかし、ＭＰＵの発熱部はシリコン基板上に形成された回路部である。冷却はパッケージ等を介して行われるため、冷却効率が低いという問題がある。
そのため、ＭＰＵのシリコン基板に流体通路を形成し、流体通路に流体を循環させる構造が提案されている。発熱部である半導体基板の極近傍で冷却が可能となり、ＭＰＵの高速化に伴う発熱増大に対応できる。しかしながら、このＭＰＵ水冷システムは、ポンプとして電気浸透流ポンプを用いる。このため、ＭＰＵのシリコン基板に形成される細い流体通路においては流体通路抵抗が大きくなるため、４００Ｖ程度と高い駆動電圧が必要であるという問題がある。【０００４】
また、マイクロ分析システム（μＴＡＳ）においても、分析サンプルを含む溶媒を流すために電気浸透流が用いられ、溶媒中のサンプル粒子を移動させるために電気泳動や誘電泳動などが用いられているが、溶液に電界を直接加えるため、電界を印加すると変質するようなサンプルには不向きであるという問題がある。
以上の条件を鑑みると、弾性表面波振動を用いて流体を駆動する流体アクチュエータが好適であることが分かる。特許文献１、非特許文献２、特許文献２に弾性表面波を用いた流体アクチュエータが開示されている。【０００５】
特許文献１に開示されているのは、流体通路の一部を構成する圧電素子に櫛型電極を設けた表面波発生手段を配置したマイクロポンプである。
非特許文献１に開示されているのは、圧電薄膜上にくし型電極を設け、くし型電極に交流電圧を印加することでラム波を励起し、基板上の流体を駆動するものである。
特許文献２に開示されているのは、弾性表面波の波長程度の厚さとする圧電体基板２枚を、リブを挟んで重ね合わせて、ノズルを形成するとともに、圧電体基板のノズルと反対側の面にそれぞれＵＤＴ（一方向性櫛型交差指状電極）を配置し、ＵＤＴに１つのパルス波形を、位相をずらして順次入力することで駆動することにより、圧電体のノズルを形成する壁面上に弾性表面波の裏面波を発生させ、この裏面波によってノズル壁面の凸状の歪変形はノズルの先端方向へ移動し、ノズル内の流体は、この凸状の歪変形に引きずられて運動し先端部方向に移動してノズル先端から液滴として吐出される、インクジェットヘッドである。
【特許文献１】実開平３−１１６７８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１７８５０７号公報
【非特許文献１】R. M. Moroney et. al., 「Lamb波励起マイクロトランスポート」"Microtransport induced by ultrasonic Lamb waves", Appl. Phys. Lett., 59 (7),Ｅ−Ｅ774-776, 1991
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の流体アクチュエータにおいては、以下のような問題点があった。
特許文献１の弾性表面波を用いたマイクロポンプは、そこに用いられる電極が、一対の櫛型電極を噛み合わせて構成した、ピッチが一定の電極であるため、この電極から弾性表面波を発生させても、流体の流れる向きを一方向にするのは難しい。
非特許文献１のラム波を用いた流体アクチュエータは厚さ数μｍの薄膜上にアクチュエータが形成されているため、強度が低く、高い圧力が発生できない。【０００７】
特許文献２の弾性表面波の基板裏面に到達する波（裏面波）を用いた流体アクチュエータは、基板表面の振幅の１／１０程度と振幅が小さく、効率よく流体を駆動することができない。また、リブの高さすなわち流体通路の高さが、裏面波の振幅と同程度であることが望ましいとされているが、裏面波の振幅は、ＵＤＴ電極に数１０ボルト程度の電圧を加えただけでは１μｍ程度以下になり、このような高さのリブによってノズルを作製することは困難な技術である。【０００８】
本発明の目的は、比較的低電圧で高出力な駆動が可能であり、しかも、小型・軽量化が可能である流体アクチュエータを提供することにある。
また、本発明の目的は、流体アクチュエータと一緒に集積化することで外部のポンプが不要で、さらにはバッチプロセスで同時に作製が可能な発熱装置及び分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の流体アクチュエータは、圧電体と、前記圧電体の主面が内壁に位置し、内部を流体が移動可能な流体通路と、前記流体通路内に位置し、前記圧電体の前記主面に形成された櫛歯状電極から発生する弾性表面波によって、前記流体通路内の前記流体を駆動する弾性表面波発生部とを備え、前記流体通路の前記内壁のうち前記圧電体の配置された面は弾性表面波の伝搬速度が前記圧電体と実質同一となる弾性率を有し、前記流体通路は、前記弾性表面波発生部を挟んで一方の側に位置する第１流体通路と、他方の側に位置する第２流体通路とを有し、前記弾性表面波発生部は、前記第１流体通路内の前記流体に対して、前記第２流体通路内の前記流体に対するよりも、強い駆動力を与えることによって、前記流体を前記第２流体通路側から前記第１流体通路側に移動させるものである。
【００１０】
この構成の流体アクチュエータによれば、弾性表面波発生部の櫛歯状電極に交流電圧を印加すると圧電体の表面に弾性表面波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）が発生し、櫛歯状電極から流体通路内を両方向に向かって伝搬する。このとき両方向に伝搬する弾性表面波のうち、一方向に伝搬する弾性表面波のほうが、その方向に存在する流体に対して強い流体駆動力を与えるように構成されている。したがって、このように励振された弾性表面波により、流体通路内部の流体を一方向に流すことができる。【００１１】
本発明の一局面では、図１に具体的に示すように、弾性表面波発生部１０１から発生する弾性表面波の両伝搬方向に沿ってのばした直線が、流体通路２の壁面又は前記流体通路の出入口とそれぞれぶつかる点をＣ、Ｄとすると、前記弾性表面波発生部は、前記Ｃ，Ｄで挟まれる流体通路の中心位置から、前記弾性表面波のいずれかの伝搬方向にずれた位置に配置されている。【００１２】
このため、弾性表面波発生部１０１から左右均等に励起された弾性表面波のうち、一方向（例えばＤ方向）に伝搬した波は、流体に対して一方向に流れるような駆動力を発揮し、他方向（Ｃ方向）に伝搬した波は、流体に対して他方向に流れるような駆動力を発揮するが、平面視した場合、一方の流体に駆動力が伝達される部分の面積Ｓ２が、他方の流体に駆動力が伝達される部分の面積Ｓ１より大きいため、一方側の流体の駆動力のほうが勝り、全体として流体は図示したように一方向（Ｄ方向）に流れることになる。【００１３】
したがって、低い駆動電圧と簡単な電極の構造により、流体を一方向に流すことができる。
なお、「前記弾性表面波発生部は、前記Ｃ，Ｄの中心位置から、弾性表面波のいずれかの伝搬方向に沿ってずれた位置に配置されている」とは、図１に示すように、前記弾性表面波発生部１０１の一端Ａから前記流体通路の壁面Ｃまでの距離ｄ１と、前記弾性表面波発生部の他端Ｂから前記流体通路の壁面Ｄまでの距離ｄ２とが、一方（例えば距離ｄ２）が大きく、他方（距離ｄ１）が小さい関係になっていることと同じである。【００１４】
前記小さい方の距離は、２０ｍｍ以下であれば、一般的なマイクロ分析システム（μＴＡＳ）装置において、一方向に流れを生ぜしめるのに十分である。
前記弾性表面波発生部に近い方の前記流体通路の壁面は、前記弾性表面波の伝搬方向に対して略直交する平面であるならば、Ａ点からＣ点に向かってきた弾性表面波は、Ｃ点において一部が反射し、Ｂ点からＤ点へ向かう弾性表面波と同じ向きに重畳して進行することとなり、流体の流れもＢ点からＤ点へ向かう向きに強く流れることになる。【００１５】
本発明の他の局面によれば、流体アクチュエータの前記弾性表面波発生部は、前記一方向に指向性を持った弾性表面波を発生させることを特徴とする。この構成によれば、弾性表面波発生部の櫛歯状電極に交流電圧を印加すると圧電体の表面に前記一方向に指向性を持った弾性表面波、言い換えれば、前記一方向に向かってより強く伝搬する弾性表面波が発生し、前記一方向に基体に沿って伝搬する。このように励振された弾性表面波により、流体通路内部の流体を前記一方向に流すことができる。【００１６】
前記弾性表面波発生部は、前記一方向に指向性を持った弾性表面波を発生させるために、前記櫛歯状電極の隣接する電極指の間であって、これらの電極指間の中央から、いずれらの電極指の方向にオフセットさせた位置に、これらの電極指と平行に配置された浮き電極を備えることが望ましい。この構造であれば、浮き電極による弾性表面波の反射が非対称となるため、弾性表面波の伝播方向に指向性が現れる。前記櫛歯状電極に交流電圧を印加することにより、前記一方向に指向性を持たせた弾性表面波を発生させることができるため、流路内の液体を前記一方向に流すことができる。【００１７】
また、前記弾性表面波発生部は、前記櫛歯状電極の片側に隣接させて配置され、前記櫛歯状電極で発生して伝搬してきた弾性表面波を反対方向に反射させる反射器電極を備える構造を採用しても良い。この構造であれば、櫛歯状電極から左右に同じ強さで伝搬した弾性表面波のうち、一方に伝搬した弾性表面波は反射器電極によって反射して、他方に伝搬する弾性表面波に重畳して伝搬するため、全体として、前記一方向に弾性表面波を伝搬させることができ、流路内の液体を所定の方向に流すことが可能となる。【００１８】
また本発明のさらに他の局面に係る流体アクチュエータによれば、前記弾性表面波発生部は、それぞれ同一ピッチの電極指を噛み合わせて配置した少なくとも三種の櫛歯状電極を有し、前記少なくとも三種の櫛歯状電極に位相を順番に異ならせた交流電圧が印加されることにより、前記一方向に伝搬する弾性表面波を発生させることを特徴とする。この構成の流体アクチュエータによれば、弾性表面波発生部の少なくとも三種の櫛歯状電極に位相を順番に異ならせた交流電圧を印加すると圧電体の表面に前記一方向に指向性を持った弾性表面波が発生し、基体に沿って前記一方向に伝搬する。このように励振された弾性表面波により、流体通路内部の流体を前記一方向に流すことができる。また、前記弾性表面波発生部の、前記櫛歯状電極に印加する三相の交流電圧の位相の変化する順番をコントロールすることにより、流路内の液体を逆向きに流すこともできる。【００１９】
また本発明のさらに他の局面に係る流体アクチュエータによれば、前記弾性表面波発生部は、それぞれ同一ピッチの電極指を噛み合わせて配置した二種の櫛歯状電極と、前記櫛歯状電極の隣接する電極指の間に配置された接地電極とを有し、前記隣接する電極指は、１ピッチの半分よりも小さな間隔又は大きな間隔で配置され、前記隣接する電極指の間隔に対応する位相差を持った２つの交流電圧が、各櫛歯状電極に印加されることにより、前記一方向に伝搬する弾性表面波を発生させることを特徴とする。この構成の流体アクチュエータは、前記三種の櫛歯状電極の代わりに、二種の櫛歯状電極と接地電極とを備えているところが相違している。そして、前記隣接する電極指の間隔に対応する位相差を持った２つの交流電圧を、それぞれの櫛歯状電極に印加する。これにより、前記一方向に指向性を持たせた弾性表面波を発生させ、流路内の液体を前記一方向に流すことができる。また、前記弾性表面波発生部の、前記二種の櫛歯状電極に印加する交流電圧の位相の変化する方向を反対にすることにより、流路内の液体を逆向きに動かすこともできる。【００２０】
なお、前記隣接する電極指を１ピッチの半分の間隔で配置した場合、電極指の配列は対称となり、印加される交流電圧の位相差もちょうど１８０°（反転位相）となる。このため、空間的な方向性がなくなり、流路内の液体を前記一方向に流すことができなくなるので、隣接する電極指を１ピッチの半分よりも小さな間隔又は大きな間隔で配置することが必要である。【００２１】
また、本発明の好適な実施態様として、次のような構造があげられる。
前記流体通路の内壁の他の一部を構成する基体をさらに備え、前記圧電体は、前記基体の一部にはめ込まれている構造であれば、弾性表面波を発生する部分に圧電体を設置し、弾性表面波が伝搬する媒質は前記基体とすることができる。よって、圧電体を小さくすることができるので、流体アクチュエータ全体のコストを下げることができる。【００２２】
本発明の流体アクチュエータの前記櫛歯状電極は、電極指の一端が接続された共通電極を有し、前記共通電極は、前記流体通路の外側になるように配置されているならば、弾性表面波を直接発生させない共通電極が流路の外側にあり、弾性表面波を直接発生させる櫛歯状電極を流路全体に形成できるため、流体の駆動力を大きくすることができる利点がある。【００２３】
前記弾性表面波発生部は、前記流体通路に沿って２つ以上設けられ、いずれかの弾性表面波発生部が選択的に駆動される構成を採用すれば、２つの以上の弾性表面波発生部のどちらかを駆動することにより、流体の流れをいずれか方向にでも制御することができる。
特に前記弾性表面波発生部が２つ設けられ、それぞれが、前記Ｃ，Ｄで挟まれる流体通路の中心位置から、前記弾性表面波の両伝搬方向にずれた位置に配置され、いずれかの弾性表面波発生部が選択的に駆動される構成を採用すれば、２つの弾性表面波発生部のどちらかを駆動することにより、流体の流れをいずれか方向にでも制御することができる。【００２４】
また、流体アクチュエータの前記圧電基板には、前記櫛歯状電極を覆って前記流体との接触を防ぐ保護構造が設けられるとともに、前記保護構造と前記櫛歯状電極との間に空隙が形成されて成るものであれば、弾性表面波発生部の振動が流体によって妨げられることがないため、より大きな駆動力が得られる。また、弾性表面波の指向性が損なわれることも避けられる。【００２５】
前記保護構造は、前記空隙を囲繞する側壁部を備え、前記側壁部は、前記弾性表面波発生部からの弾性表面波が伝搬する前記前記一方向側の厚みが、この前記一方向と反対側の厚みと比べて薄くなっている構造であれば、側壁部が厚い部分の方が、薄い部分よりも弾性表面波の透過が困難であるために、弾性表面波は壁部の薄い方向に指向性を持つこととなり、流路内の液体を前記一方向に流れるようにすることが簡易にできる。【００２６】
また、流体アクチュエータの前記流体通路の内壁を超音波によって振動させる振動印加手段をさらに備える構成であれば、流体通路内の流体を流体通路壁面から離す効果があり、流体通路抵抗を低減させることができ、流体の流れをスムーズにすることができる。
前記流体通路は、流体が循環可能である場合には、この流体通路に熱交換器又は放熱器を設けることにより、装置の冷却又は加熱が可能となる。【００２７】
また本発明のさらに他の局面に係る流体アクチュエータは、圧電体と、前記圧電体の主面が内壁に位置し、内部を流体が移動可能な流体通路と、前記流体通路内に位置し、前記圧電体の前記主面に形成された櫛歯状電極から発生する弾性表面波によって、前記流体通路内の前記流体を駆動する弾性表面波発生部とを備え、前記流体通路の前記内壁のうち前記圧電体の配置された面は弾性表面波の伝搬速度が前記圧電体と実質同一となる弾性率を有し、前記流体通路は、前記弾性表面波発生部を挟んで一方の側に位置する第１流体通路と、他方の側に位置する第２流体通路とを有し、前記弾性表面波発生部は、前記櫛歯状電極の隣接する電極指の間であって、これらの電極指間の中央から、いずれかの電極指の方向にオフセットされた位置に、これらの電極指と平行に配置された浮き電極を備えるものである。この構成の流体アクチュエータは、浮き電極による弾性表面波の反射が非対称となるため、弾性表面波の伝播方向に指向性が現れる。前記櫛歯状電極に交流電圧を印加することにより、前記一方向に指向性を持たせた弾性表面波を発生させることができるため、流路内の液体を前記一方向に流すことができる。
【００２８】
本発明の発熱装置は、前記流体アクチュエータを冷却装置として利用する発熱装置であって、当該発熱装置を実装する基板を有し、前記流体通路は、当該発熱装置を実装する基板に設けられているものである。この構成であれば、前記流体通路は、前記発熱装置の近傍を通過する放熱路として利用することができ、当該発熱装置を実装する基板から発生する熱を流体に移動させて当該発熱装置を冷却することができ、高い冷却効率が期待できる。【００２９】
本発明の分析装置は、流体状のサンプルを供給するサンプル供給部と、前記サンプルを分析する分析部とを有し、前記流体通路は、前記サンプル供給部から前記分析部へ前記流体状のサンプルを輸送するように設けられていることを特徴とする。従来の分析装置においては電気泳動などの原理を用いてサンプルを輸送するので扱えるサンプルが電気泳動で動き、高電界を印加されても破壊しないものに限られていたが、本発明の分析装置においては、弾性表面波でサンプルを移動させるのでサンプルの種類を選ばないという利点がある。【００３０】
本発明における上述の、又はさらに他の利点、特徴及び効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の流体を一方向に流す原理を説明するための模式的な平面図である。
【図２（ａ）】本発明の流体アクチュエータの実施形態の一例を模式的に示す断面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）の流体アクチュエータの透視平面図である。
【図３（ａ）】圧電体を基体の接合面全面に貼り付けた状態を示す流体アクチュエータの断面図である。
【図３（ｂ）】基体そのものを圧電体で形成した流体アクチュエータの断面図である。
【図４（ａ）】弾性表面波発生部付近の流体アクチュエータの構造を模式的に示す、圧電基板の拡大平面図である。
【図４（ｂ）】図４（ａ）の圧電基板の断面図である。
【図４（ｃ）】図４（ａ）の圧電基板の断面図である。
【図５】流体アクチュエータの流体通路の他の形状を示す平面図である。
【図６】流体通路からはみ出して設置された櫛歯状電極を示す平面図である。
【図７】流体通路からはみ出して設置された櫛歯状電極を示す平面図である。
【図８（ａ）】流体通路における２つの弾性表面波発生部の配置例を模式的に示す平面図である。
【図８（ｂ）】図８（ａ）の配置例を示す断面図である。
【図９（ａ）】弾性表面波発生部から外部に電極を取出す構造例を模式的に示す拡大平面図である。
【図９（ｂ）】図９（ａ）の構造例の断面図である。
【図１０（ａ）】櫛歯状電極を覆う保護構造を模式的に示す正面断面図である。
【図１０（ｂ）】図１０（ａ）の保護構造を示す側断面図である。
【図１１（ａ）】圧電振動体を取り付けた本発明の流体アクチュエータ構造例を模式的に示す平面図である。
【図１１（ｂ）】図１１（ａ）の構造を示す断面図である。
【図１１（ｃ）】図１１（ａ）の構造を示す断面図である。
【図１２（ａ）】本発明の他の実施形態に係る流体アクチュエータの一例を模式的に示す断面図である。
【図１２（ｂ）】図１２（ａ）の流体アクチュエータの透視平面図を示す。
【図１３（ａ）】弾性表面波発生部付近の流体アクチュエータの構造を模式的に示す拡大平面図である。
【図１３（ｂ）】図１３（ａ）の流体アクチュエータの断面図を示す。
【図１３（ｃ）】図１３（ａ）の流体アクチュエータの断面図を示す。
【図１４】弾性表面波発生部付近の他の構造を示す拡大平面図である。
【図１５】反射器電極を含む弾性表面波発生部の構造を示す拡大平面図である。
【図１６】弾性表面波発生部付近のさらに他の構造を示す拡大平面図である。
【図１７（ａ）】流体通路における２つの弾性表面波発生部の配置例を模式的に示す平面図である。
【図１７（ｂ）】図１７（ａ）の配置例の断面図である。
【図１８（ａ）】流体アクチュエータの櫛歯状電極を覆う保護構造を模式的に示す正面断面図である。
【図１８（ｂ）】図１８（ａ）の保護構造を示す側断面図である。
【図１９（ａ）】保護構造の側壁部の、弾性表面波伝搬方向側の厚みが、この方向と反対側の厚みと比べて薄くなっている例を示す平面断面図である。
【図１９（ｂ）】図１９（ａ）の保護構造の側断面図である。
【図２０（ａ）】本発明のさらに他の実施形態に係る流体アクチュエータの一例を模式的に示す断面図である。
【図２０（ｂ）】図２０（ａ）の流体アクチュエータの透視平面図を示す。
【図２１（ａ）】弾性表面波発生部付近の流体アクチュエータの構造を模式的に示す拡大平面図である。
【図２１（ｂ）】図２１（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２１（ｃ）】図２１（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。
【図２１（ｄ）】図２１（ａ）のＨ−Ｈ断面図を示す。
【図２２】弾性表面波発生部付近のさらに他の構造を示す拡大平面図である。
【図２３】櫛歯状電極に印加する二相電圧波形を示すグラフである。
【図２４】櫛歯状電極の変形構造を示す拡大平面図である。
【図２５（ａ）】弾性表面波発生部から外部に電極を取出す構造例を模式的に示す平面図である。
【図２５（ｂ）】図２５（ａ）の断面図である。
【図２６（ａ）】本発明の流体アクチュエータを備えた発熱装置の構造例を模式的に示す平面図である。
【図２６（ｂ）】図２６（ａ）の断面図である。
【図２７（ａ）】本発明の流体アクチュエータを備えた分析装置の構造例を模式的に示す平面図である。
【図２７（ｂ）】図２７（ａ）の断面図である。
【図２８（ａ）】図２７（ａ）の拡大図であり、前記分析装置における横向きの流体通路を通してサンプル流体Ｓが流される状態を示す。
【図２８（ｂ）】図２７（ａ）の拡大図であり、縦向きの流体通路２ｂを通してサンプル流体Ｓが流される状態を示す図である。
【図２９（ａ）】本発明の流体アクチュエータを備えた発熱装置の構造例を模式的に示す平面図である。
【図２９（ｂ）】図２９（ａ）の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０１，１０２，１０３  弾性表面波発生部
２  流体通路
３  基体
４  蓋体
５  電源
６  容器
８  絶縁膜
１３  接地電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  バスバー電極
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  櫛歯状電極
１５ｄ，１５ｅ  浮き電極
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  ビア電極接続部
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  ビア電極
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  外部電極
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  引き出し電極
２１  反射器電極
３２  発熱部
４０  分析装置
４３  分析部
５１  保護構造
５２  空洞部
６１  圧電振動体
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明の流体アクチュエータ並びにそれを用いた発熱装置及び分析装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータの実施形態の一例を示す断面図及び透視平面図を示す。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図となる。
この流体アクチュエータにおいて、上下二枚の平板４，３が接合されている。平板４，３の接合されている面を「接合面」という。上側の平板４（以下「蓋体４」という）の接合面に、平面視したときにＵ字型となる断面矩形状の溝を作っている。このＵ字状の溝は、上下二枚の平板４，３を張り合わせたときに、内部を流体が移動可能な流体通路２となる空洞部を形成する。【００３４】
なお、流体通路２の断面形状は、図２（ａ）に示すような矩形状とは限らず、断面半円状、断面三角状などであってもよい。また流体通路２の平面形状も、図２（ｂ）に示したＵ字状のものに限定されるものではなく、円弧状でも良く、直角に曲がった形状のものであってもよい。
さらに、下側の平板３（以下「基体３」という）の接合面の一部に、前記流体通路２を臨むような態勢で圧電体３１をはめ込んでいる。この圧電体３１は、流体通路２の内壁面の一部となる。【００３５】
圧電体３１は、圧電セラミックスや圧電単結晶など圧電性を有する基板なら何を用いても良いが、圧電性が高い、チタン酸ジルコン酸鉛や、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの単結晶を用いることが好ましい。
なお、圧電体３１を基体３の一部にはめ込むのではなく、図３（ａ）に示すように、圧電体３１を基体３の接合面全面に貼り付けても良い。また、図３（ｂ）に示すように、基体３そのものを圧電体３１で形成してもよい。【００３６】
圧電体３１を基体３の一部にはめ込む場合は、基体３を、その表面を弾性表面波が減衰せずに伝搬することができるような材質で形成することが望ましい。特に、基体３における弾性表面波の伝搬速度と、圧電体３１における伝搬速度とがほぼ一致しているような弾性率の近い基体３の材質を選ぶことが、基体３と圧電体３１との接合面における弾性表面波の反射を軽減するためには好ましい。このような基体３の材質として、例えば圧電体３１と同質の材料やチタン酸ジルコン酸鉛などがあげられる。【００３７】
また、圧電体３１を基体３の一部にはめ込む場合、弾性表面波の伝搬方向（ｘ方向）における圧電体３１と基体３との界面３１ａには、接着のための樹脂層などを介することなく、相互に直接接触するようにすることが望ましい。また、弾性表面波の伝搬方向以外の方向における圧電体３１と基体３との界面には、圧電体３１と基体３の界面での弾性表面波の反射による悪影響を低減させるため、樹脂などの表面波吸収構造を入れることが好ましい。【００３８】
また、図３（ａ）のように基体３全体に圧電体３１を貼り付ける場合は、前述のような基体３の材質の考慮は不要である。図３（ｂ）のように基体３そのものを圧電体３１で構成することも可能である。これらの場合、より大きな駆動力を得るために、圧電体３１を矩形状とし、流体の駆動方向（ｘ方向）と圧電体３１の長辺方向を一致させるようにするとよい。さらに、貼り付けられた圧電体３１と基体３との界面での弾性表面波の反射による悪影響を低減させるため、圧電体３１と基体３との界面に表面波吸収構造を入れることが好ましい。この表面波吸収構造としては一般的な樹脂層を用いることができる。【００３９】
圧電体３１の流体通路２を臨む主面上には、一組の櫛歯状電極（ＩＤＴ; Inter Digital Transducer電極ともいう）１５ａ、１５ｂが互いにかみ合わさって形成されている。この圧電体３１上に櫛歯状電極１５ａ、１５ｂが形成された部分を、弾性表面波発生部１０１という。
そして、後述する図４（ｂ）に示すように、圧電基板３１上の櫛歯状電極１５ａ、１５ｂを絶縁膜８で覆っている。絶縁膜８で覆うことにより、電極のマイグレーション等による劣化や、流体の電界による変質を防止することができるため望ましい。【００４０】
この図２（ｂ）の構造において、弾性表面波の伝搬方向、すなわち、ｘ方向及び−ｘ方向に向かって、前記圧電体３１の表面を通って、前記弾性表面波発生部１０１の略中心部を通過する仮想線Ｍを引く。そして、前記流体通路２と前記弾性表面波発生部１０１とを、図２（ｂ）のように、前記圧電体３１に直交する方向（ｚ方向）から平面視する。すると、前記仮想線Ｍは、前記弾性表面波発生部１０１の両端Ａ、Ｂから延びて前記流体通路２の壁面とそれぞれＣ、Ｄで交わっている。【００４１】
本実施形態では、ＡＣ間の距離ｄ１と、ＢＤ間の距離ｄ２とは、同一でない関係、具体的には図２の場合、ｄ１＜ｄ２の関係になっている。このような配置を採用する理由は、後述する。
図４（ａ）〜（ｃ）は、弾性表面波発生部１０１付近を示す拡大模式図であり、図４（ａ）は圧電基板の平面図、図４（ｂ），（ｃ）は断面図を示す。【００４２】
圧電体３１には、共通電極（バスバー電極）１４ａ，１４ｂが互いに平行に形成され、櫛歯状電極１５ａ、１５ｂが、それぞれのバスバー電極１４ａ、１４ｂから直角に、互いにかみ合うように形成されている。また、バスバー電極１４ａの外側には、ビア電極接続部１６ａが形成され、バスバー電極１４ｂの外側には、ビア電極接続部１６ｂが形成されている。【００４３】
ビア電極接続部１６ａは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ａを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ａに接続され、ビア電極接続部１６ｂは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ｂを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ｂに接続されている。
外部電極１８ａ、１８ｂには、交流電源５から交流電圧が供給される。交流電圧は、櫛歯状電極１５ａ、１５ｂのそれぞれに印加される。その結果、弾性表面波発生部１０１から、流体通路２の壁面（基体３の接合面）に沿って、ｘ方向及び−ｘ方向に、図４（ｃ）に示したようなｘ方向とｚ方向の変位成分を持つ弾性表面波の進行波が伝搬する。【００４４】
この弾性表面波進行波により、流体通路２の壁面に接する流体が弾性表面波の進行方向（ｘ方向、−ｘ方向）に駆動される（この原理については特許文献１，２、非特許文献１参照）。
このとき、弾性表面波の伝搬速度をｖ、櫛歯状電極１５ａ、１５ｂの構造周期をｐとすると、次式
ｖ＝ｆ・ｐ
を満たす周波数ｆの交流電圧を櫛歯状電極１５ａ、１５ｂに印加すれば、櫛歯状電極１５ａ、１５ｂの構造周期ｐと発生する弾性表面波の波長λが一致することになり、大きな振幅の弾性表面波振動が得られ、流体の駆動効率が高まるため望ましい。【００４５】
ところで、弾性表面波発生部１０１が流体通路２に対して対称な構造、すなわち、距離ｄ１＝距離ｄ２となる構造を持っていれば、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから、ｘ方向と−ｘ方向とに伝搬する弾性表面波は、概ね同じ強度で伝搬するため、弾性表面波発生部１０１を中心としてｘ方向、−ｘ方向に、同じ流量の流体が流れようとする。したがって、全体として流体は移動しないことになる。【００４６】
そこで、本実施形態では、前述したように、距離ｄ１と距離ｄ２が同一でない関係、具体的には図２（ｂ）に示すように、流体通路２の直線部の一端近くに弾性表面波発生部１０１を配置する。この配置により、ｄ１＜ｄ２の関係が満たされるように設定している。
図２（ｂ）では、弾性表面波発生部１０１より右側の流体通路２に存在する流体が、流体通路壁面の右向きの弾性表面波により駆動されるが、弾性表面波発生部１０１より左側の部分は流体通路２が屈曲しており、左向きの弾性表面波は流体通路２外に漏れて行き、左向きの流体駆動効率は低下する。従って右向きの流量の方が左向きの流量より優勢となり、全体として右向きに流体が駆動される。【００４７】
左向きの流量を十分に減衰させるには、前記距離ｄ１は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。
このようにして櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから、右向き、左向きにアンバランスとなった弾性表面波を発生させ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。【００４８】
なお、本発明の流体アクチュエータは、前記の形態に限定されるものではない。例えば、流体通路２の形状は、図２（ｂ）に示したＵ字状のものに限定されるものではなく、図５に示したような直角に曲がった形状のものであってもよい。前記弾性表面波発生部１０１に近い方の前記流体通路２の壁面２００は、前記弾性表面波の伝搬方向に対して略直交する平面であるので、Ａ点からＣ点に向かってきた弾性表面波は、Ｃ点において一部が反射し、Ｂ点からＤ点へ向かう弾性表面波と同じ向きに重畳して進行することとなり、流体の流れもＢ点からＤ点へ向かう向きに、より強く流れることになる。【００４９】
また、図６に示すように、バスバー電極１４ａ、１４ｂが流体通路２の外側に形成されていても良い。これにより、弾性表面波を直接発生させない共通電極であるバスバー電極１４ａ、１４ｂが流体通路２の外側にあり、弾性表面波を直接発生させる櫛歯状電極１５ａ、１５ｂを流体通路２の全体に形成できるため、流体の駆動力を大きくすることができる利点がある。【００５０】
一方、図７に示すように、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂがかみ合っている部分Ｋが流体通路２の外部にまで広がっている場合が考えられる。この場合、圧電基板３１と蓋体４との接合部３００は、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂがかみ合っている部分Ｋの中に存在する。この場合、この接合部３００によって弾性表面波の振動が阻害されるおそれがあり、弾性表面波の振動により、接合部３００が損傷を受けたり外れたりするおそれがあるので、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂのかみ合っている部分Ｋは流体通路２の中にあることが好ましい。【００５１】
なお、圧電基板の異方性により、弾性表面波が一方向に伝搬する角度が存在するので、そのような圧電基板を利用する場合、圧電基板の弾性表面波の伝播方向と、弾性表面波発生部１０１が配置されている流体通路２の方向とを一致させるように構成すると良い。
以上のように、この流体アクチュエータは、所望の向きに流体を流すことが可能であるが、分析装置などにおいては、流体の流れをスイッチングできることが求められる。【００５２】
その場合は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、弾性表面波発生部を２個以上設ければよい。図８（ａ）、図８（ｂ）の場合、流体通路２の直線部の左右両端に近い位置に１つずつ弾性表面波発生部１０１ａ，１０１ｂが設けられている。流体を右に駆動する場合は、スイッチＳＷにより左側の弾性表面波発生部１０１ａのみ交流電圧を供給すればよく、流体を左に駆動する場合は、スイッチＳＷにより右側の弾性表面波発生部１０１ｂのみに交流電圧を供給すればよい。【００５３】
図９（ａ）、図９（ｂ）は、弾性表面波発生部１０１から基体３の外部に電極を取出す構造の他の一例を模式的に示す図である。
図９（ａ）、図９（ｂ）に示す流体アクチュエータでは、基体３の上に、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから基体３の側端面にまで延びる引き出し電極２０ａ，２０ｂが形成されている。【００５４】
この流体アクチュエータを製造するには、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂを作製する工程において、基体３の上に、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから基体３の側端面にまで延びる引き出し電極２０ａ，２０ｂを同時に形成しておく。その後、基体３の側端面において、引き出し電極２０ａ，２０ｂにつながる側面電極１８ａ，１８ｂを形成する。そして、流体通路２を形成した蓋体４と基体３とを、例えばシリコンゴムの一種であるＰＤＭＳ（poly dimethylsiloxane）を介して接合し、流体通路２を気密封止し、流体アクチュエータが完成する。【００５５】
この図９（ａ）、図９（ｂ）の例では、図４（ｂ）のように、基体３に圧電体３１を貫通するビアホール（貫通孔）を設ける必要がない。貫通孔を設けるときに、圧電体３１にクラックや割れが発生することがあるが、この図９の構造を採用すれば、貫通孔を設ける必要がないので、圧電体３１のクラックや割れを防止することができる。
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータの他の実施形態を表す図である。弾性表面波発生部１０１において、一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが流体通路２内の流体に直接触れないよう、保護構造５１が設けられている。この保護構造５１と櫛歯状電極１５ａ，１５ｂとの間に空隙５２が形成されている。このため、弾性表面波発生部１０１に流体が触れることがなくなり、弾性表面波発生部１０１から発生する振動が流体によって妨げられることがなく、より大きな駆動力が得られる。【００５６】
このような構造は、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの上に、後に中空構造となる犠牲層として、例えばアモルファスシリコンでパターンを作製する。その上に保護構造として窒化珪素膜を作製する。窒化珪素膜の一部に穴を空け、犠牲層エッチング技術により内部のアモルファスシリコンを例えば弗化キセノンで除去し、最後に窒化珪素膜に空けた穴を塞ぐ。前記窒化珪素に代えて酸化珪素を用いてもよい。空隙５２には、空気や窒素を充填する。【００５７】
なお、保護構造の材質としては、金属材料、有機材料、無機材料を問わない。前記の保護構造の製造方法は一例であり、前記の方法以外に有機材料、例えば耐用フォトレジストなどを用いて保護構造を作製しても良い。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の流体アクチュエータのさらに他の実施形態を表す図である。【００５８】
本実施形態では、弾性表面波発生部１０１に加えて、流体通路２の内壁を超音波によって振動させることができるよう、振動印加手段の一例として圧電振動体６１が流体通路２の外壁面に取り付けられている。図示しない電極と図示しない交流電源により、該圧電振動体６１が振動するようになっている。
これにより、流体通路２壁面の内壁が超音波振動する。このことで、流体通路２内の流体が流体通路２の壁面に付着しにくくなり、流体通路２の通過抵抗を減少させることができる。【００５９】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータのさらに他の実施形態の一例を示す断面図及び透視平面図を示す。図１２（ａ）は、図１２（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図となる。
蓋体４，基体３の接合により、Ｕ字状の流体通路２が形成されること、基体３の接合面の一部に、流体通路２を臨むような態勢で圧電体３１をはめ込んでいることは、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明したのと同様である。なお、本実施形態の場合、流体通路２の平面形状は、Ｕ字状、円弧状でも良く、直角に曲がった形状のものでもよいが、これに加えて直線状でもよい。直線状でも良い理由は、後に述べるように、弾性表面波発生部１０２自体が、一方向に流体を駆動する能力を持っているからである。【００６０】
また、圧電体３１を基体３の一部にはめ込むのではなく、圧電体３１を基体３全体に貼り付けても良く、基体３そのものを圧電体３１で形成してもよいことも、図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明したのと同様である。
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、本実施形態の流体アクチュエータに係る弾性表面波発生部１０２の一例について、その構造を模式的に示す拡大図である。図１３（ａ）は圧電基板の平面図、図１３（ｂ），（ｃ）は断面図を示す。【００６１】
図１３（ａ）に示す例では、圧電体３１上には、一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが互いにかみ合わさって形成され、さらに特徴的な構成として浮き電極１５ｄが設けられている。この圧電体３１上に櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ、浮き電極１５ｄが形成された部分を、弾性表面波発生部１０２という。
そして、図１３（ｂ）に示すように、圧電基板３１上の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ、浮き電極１５ｄを絶縁膜８で覆っている。絶縁膜８で覆う利点は図４（ｂ）を用いて前述したとおりである。【００６２】
流体通路２の壁面の一部を構成する圧電体３１には、共通電極（バスバー電極）１４ａ，１４ｂが互いに平行に形成され、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが、それぞれのバスバー電極１４ａ、１５ｂから直角に、互いにかみ合うように形成されている。隣接するバスバー電極１４ａ、１５ｂの間には、どこにも電気的に接続されていない浮き電極１５ｄが形成されている。【００６３】
また、バスバー電極１４ａの外側には、ビア電極接続部１６ａが形成され、バスバー電極１４ｂの外側には、ビア電極接続部１６ｂが形成されている。
ビア電極接続部１６ａは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ａを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ａに接続され、ビア電極接続部１６ｂは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ｂを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ｂに接続されている。【００６４】
前記浮き電極１５ｄは、図１３（ａ）に示すように、隣接する櫛歯状電極１５ａの中心線ｘ１と、櫛歯状電極１５ｂの中心線ｘ2との中心を通る線（ｘ1＋ｘ2）／２からいずれか所定の方向にｘ0だけずれた位置に、浮き電極１５ｄの中心線が位置するように配置されている。このｘ0を「オフセット」という。ここで、ｘ１，ｘ２は、ある基準点からの距離と仮定している。【００６５】
外部電極１８ａ、１８ｂには、交流電源５から交流電圧が供給される。交流電圧は、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂのそれぞれに印加され、弾性表面波発生部１０２から、流体通路２の壁面（基体３の接合面）に沿って、ｘ方向又は−ｘ方向に、図１３（ｃ）に示したｘ方向とｚ方向の変位成分を持つ弾性表面波の進行波が伝搬する。
この弾性表面波進行波により、流体通路２の壁面に接する流体が弾性表面波の進行方向に駆動される。【００６６】
ところで、弾性表面波発生部１０２が、流体通路２に対して対称な構造、すなわち、浮き電極１５ｄのオフセットｘ0＝０となる構造を持っていれば、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから、ｘ方向と−ｘ方向とに伝搬する弾性表面波は、概ね同じ強度で伝搬するため、弾性表面波発生部１０２を中心としてｘ方向、−ｘ方向に、同じ流量の流体が流れようとする。したがって、全体として流体は移動しないことになる。【００６７】
ところが、本実施形態では、前述したように、浮き電極１５ｄを、隣接する櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの中心線ｘ1，ｘ2の中心線（ｘ1＋ｘ2）／２からいずれか所定の方向にｘ0だけずれた位置に配置している。ここで、浮き電極１５ｄの櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの中心からのオフセットｘ0の符号（正か負か）によって、弾性表面波が強く伝搬する向きがｘ方向か−ｘ方向のいずれかになる。この理由は、浮き電極が空間的に非対称な位置に配置されているため、浮き電極による弾性表面波の反射も非対称となり、弾性表面波の伝播方向がｘ方向か−ｘ方向のいずれかに偏るからである。【００６８】
このようにして櫛歯状電極１５ａ，１５ｂから、所定方向の弾性表面波を発生させ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。
なお、図１３には浮き電極として、どこにも電気的に接続されていない開放型浮き電極を示したが、開放型浮き電極に代えて、隣り合った浮き電極を接続した短絡型浮き電極を用いてもよい。あるいは、開放型浮き電極と短絡型浮き電極の両方を有するような構造としてもよい。【００６９】
図１４は、開放型浮き電極１５ｄと短絡型浮き電極１５ｅの両方を含む浮き電極の構造を示す拡大図である。圧電体３１上には、一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが互いにかみ合わさって形成され、開放型浮き電極１５ｄと、さらに短絡型浮き電極１５ｅとが設けられている。
開放型浮き電極１５ｄは、前述したのと同様、隣接する櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの中心線ｘ1，ｘ2の中心線（ｘ1＋ｘ2）／２からいずれか所定の方向（この場合は＋ｘ方向）にずれた位置に配置されている。つまり正のオフセットを有する。【００７０】
短絡型浮き電極１５ｅは、隣接する櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの中心線ｘ1，ｘ2の中心線（ｘ1＋ｘ2）／２から逆の方向（この場合は−ｘ方向）にずれた位置に配置されている。つまりオフセットの符号は負である。
したがって、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの間に、短絡型浮き電極１５ｅ、開放型浮き電極１５ｄが割り込む形となる。そして、短絡型浮き電極１５ｅ同士は、櫛歯状電極１５ｂをまたがって補助電極１５ｆにより接続されている。このように、櫛歯状電極１５ａ，短絡型浮き電極１５ｅ，開放型浮き電極１５ｄ，櫛歯状電極１５ｂ，短絡型浮き電極１５ｅ，開放型浮き電極１５ｄの順にほぼ等間隔となるような間隔で各電極が配置されている。すなわち櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの構造周期ｐに対して、ｐ／６となるような間隔で各電極が配置されている。【００７１】
この電極構造の特徴は、開放型浮き電極１５ｄによる弾性表面波の反射と、短絡型浮き電極１５ｅによる弾性表面波の反射を組み合わせているので、それぞれを単独で用いた場合より、流体を一方向に流す力が強くなることにある。
例えば、短絡型浮き電極１５ｅと開放型浮き電極１５ｄを同じ位置にそれぞれ単独で形成した場合、それぞれの浮き電極の反射挙動の違いから、弾性表面波の流れる方向はちょうど逆になる。弾性表面波の流れる方向を一致させるには、図１４に示すように櫛歯状電極１５ａに近い位置に短絡型浮き電極１５ｅを形成し、開放型浮き電極１５ｄは櫛歯状電極１５ｂに近づけて配置することが望ましい。つまり、オフセットの符号を、一方を正に、他方を負にする。これにより、開放型浮き電極１５ｄによる弾性表面波の反射と、短絡型浮き電極１５ｅによる弾性表面波の反射を同期させて、つよい流体駆動力を得ることができる。【００７２】
図１５は、本発明の流体アクチュエータに係る弾性表面波発生部１０２の他の例を示す拡大平面図である。このように、浮き電極を用いないで、反射器電極を用いて所定方向の弾性表面波を発生させることもできる。
すなわち、図１５に示すように、流体通路２に沿って、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ（総称して櫛歯状電極１５という）に隣接して、前記櫛歯状電極１５で発生して伝搬してきた弾性表面波を反対方向に反射させる反射器電極２１を配置している。【００７３】
櫛歯状電極１５ａは、電極指を有する櫛歯状電極の互いの電極指を噛み合わせて配置されているが、この図１５の構造では、櫛歯状電極１５には、浮き電極は具備されていない。
しかし、反射器電極２１が設けられているので、櫛歯状電極に交流電圧を印加して弾性表面波を発生させると、この反射器電極２１が、前記櫛歯状電極１５で発生し反射器電極２１に向かう方向（図１５の左側方向）に伝搬してきた弾性表面波を反対方向（図１５の右側方向）に反射させる。これにより、弾性表面波の伝搬方向を一方向にそろえることができ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。なお、反射器電極２１として、グレーティング型のものを用いて説明したが、これに限るものではなく、櫛歯型のものを用いてもかまわない。【００７４】
なお、本実施形態の流体アクチュエータは、上述した構造に限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、バスバー電極１４ａ，１４ｂが流体通路２の外側に形成されていても良い。これにより、弾性表面波を直接発生させない共通電極であるバスバー電極１４ａ，１４ｂが流体通路２の外側にあり、弾性表面波を直接発生させる櫛歯状電極１５ａ，１５ｂを流体通路２の全体に形成できるため、流体の駆動力を大きくすることができる利点がある。【００７５】
なお、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂのかみ合っている部分は流体通路２の内にあることが好ましいのは、図７を用いて説明したとおりである。
また、圧電基板の弾性表面波の伝播方向と、弾性表面波発生部１０２が配置されている流体通路２の方向とを一致させるように構成すると良いことも前述したとおりである。
以上のように、この流体アクチュエータは、所望の向きに流体を流すことが可能であるが、分析装置などにおいては、流体の流れをスイッチングできることが求められる。【００７６】
その場合は、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、弾性表面波発生部を２個設ければよい。図１７（ａ），（ｂ）の場合、流体通路２に１つずつ弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂが設けられている。弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂは、それぞれ浮き電極又は反射器電極を備えている。それぞれ浮き電極又は反射器電極の配置の違いにより、弾性表面波発生部１０２ａから発生する弾性表面波の伝搬方向と、弾性表面波発生部１０２ｂから発生する弾性表面波の伝搬方向とは、互いに反対になるように設定されている。【００７７】
例えば、弾性表面波発生部１０２ａから発生する弾性表面波の伝搬方向が図１７の右方向、弾性表面波発生部１０２ｂから発生する弾性表面波の伝搬方向が図１７の左方向であるとすると、流体を右に駆動する場合は、スイッチＳＷにより左側の弾性表面波発生部１０２ａのみ交流電圧を供給すればよく、流体を左に駆動する場合は、スイッチＳＷにより右側の弾性表面波発生部１０２ｂのみに交流電圧を供給すればよい。【００７８】
また、基体３の外部に電極を取出す構造としては、図９（ａ）、図９（ｂ）において説明した弾性表面波発生部１０１をこの実施形態の弾性表面波発生部１０２に置き換えた構造を採用してもよく、全く同様の効果が得られる。
図１８（ａ），（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータの他の実施形態を表す図である。弾性表面波発生部１０２において、一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが流体通路２内の流体に直接触れないよう、保護構造５１が設けられており、保護構造と櫛歯状電極１５ａ，１５ｂとの間に空隙５２が形成されている。このため、弾性表面波発生部の振動が流体によって妨げられることがなく、より大きな駆動力が得られる。【００７９】
図１９（ａ），（ｂ）は、保護構造５１の側壁部の、弾性表面波伝搬方向側の厚みが、この方向と反対側の厚みと比べて薄くなっている例を示す図である。
この図１９（ａ），（ｂ）では、保護構造５１の側壁部は、弾性表面波伝搬方向側の厚みＳ１が、この方向と反対側の厚みＳ２と比べて薄くなるようになっている。この構造を採用することにより、保護構造５１が矢印Ｕで示す弾性表面波の伝播に対して与える影響を小さくすることができる。【００８０】
以上の保護構造５１の作り方は、前に図１０（ａ），（ｂ）を用いて説明したのと同様であるから説明を省略する。
なお、本実施形態の流体アクチュエータの流体通路２の内壁を超音波によって振動させることとすれば、流体通路２内の流体が流体通路２の壁面に付着しにくくなり、流体通路２の通過抵抗を減少させることができる。このことは、前に図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明したとおりである。【００８１】
図２０（ａ），（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータのさらに他の実施形態の一例を示す断面図及び透視平面図である。なお、図２０（ａ）は図２０（ｂ）のＧ−Ｇ線における断面図である。
蓋体４，基体３の接合により、Ｕ字状の流体通路２が形成されること、基体３の接合面の一部に、流体通路２を臨むような態勢で圧電体３１をはめ込んでいることは、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明したのと同様である。【００８２】
なお、圧電体３１を基体３の一部にはめ込むのではなく、圧電体３１を基体３全体に貼り付けても良く、基体３そのものを圧電体３１で形成してもよいことも、図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明したのと同様である。
図２１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の流体アクチュエータに係る弾性表面波発生部１０３の一例について、その構造を模式的に示す拡大図であり、図２１（ａ）は圧電基板の平面図、図２１（ｂ）はＩ−Ｉ断面図、図２１（ｃ）はＪ−Ｊ断面図、図２１（ｄ）はＨ−Ｈ断面図を示す。【００８３】
流体通路２の壁面の一部を構成する圧電体３１上には、図２１（ａ）に示すように、三種の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃが互いにかみ合わさって形成されている。この圧電体３１上に櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成された部分を、弾性表面波発生部１０３という。
櫛歯状電極１５ａは、ピッチｐで配置されている。櫛歯状電極１５ｂも同一ピッチｐで配置されている。櫛歯状電極１５ｃも同一ピッチｐで配置されている。櫛歯状電極１５ａと１５ｂとの間隔、櫛歯状電極１５ｂと１５ｃとの間隔、櫛歯状電極１５ｃと１５ａとの間隔は、それぞれ同じである。これらの間隔をｘで表すようにすれば、ｘ＝ｐ／３の関係がある。したがって、１ピッチｐの位相を３６０°で表すことにすると、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、それぞれ位相が１２０°ずれて配置されていることになる。【００８４】
なお、電極指同士のずれｘは、厳密に１２０°である必要ではない。電極指同士のずれｘと１２０°との差が所定の範囲に収まっていればよい。または電極指同士のずれｘと１２０°との比が所定の範囲に収まっていればよい。前記「所定の範囲」は、流体が所定方向に流れるかどうかを目安に、実験的に決定すればよい。
８は、圧電基板３１上の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃを覆う絶縁膜を示す。【００８５】
圧電体３１上の、流体通路２の一方の壁に近い位置には、共通電極（バスバー電極）１４ａ，１４ｂが互いに平行に形成され、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが、それぞれのバスバー電極１４ａ，１４ｂから直角に延びて形成されている。バスバー電極１４ａ，櫛歯状電極１５ｂの間には、相互に短絡しないように、絶縁層１９を介在させている。また圧電体３１上の、流体通路２の他方の壁に近い位置には、バスバー電極１４ｃが形成され、櫛歯状電極１５ｃが、バスバー電極１４ｃから直角に延びて形成されている。【００８６】
また、バスバー電極１４ａの外側にはビア電極接続部１６ａが形成され、バスバー電極１４ｂの外側にはビア電極接続部１６ｂが形成され、バスバー電極１４ｃの外側にはビア電極接続部１６ｃが形成されている。
ビア電極接続部１６ａは、図２１（ｂ）に示すように、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ａを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ａに接続されている。ビア電極接続部１６ｂは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ｂを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ｂに接続されている。ビア電極接続部１６ｃは、圧電体３１及び基体３を貫通するビア電極１７ｃを介して、基体３の裏面に形成された外部電極１８ｃに接続されている。【００８７】
外部電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃには、交流電源５から位相が順番に異なる交流電圧が供給される。これにより、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれに位相が順番に異なる交流電圧が印加される。
数式で表現すると、交流電圧の電圧振幅をＶ（ボルト）、周波数をｆ（１／秒）、時間をｔ（秒）として、櫛歯状電極１５ａにＶｓｉｎ（２πｆｔ）、櫛歯状電極１５ｂにＶｓｉｎ（２πｆｔ―２π／３）、櫛歯状電極１５ｃにＶｓｉｎ（２πｆｔ―４π／３）の交流電圧を印加する。これにより、弾性表面波発生部１０３から流体通路２の壁面（基体３の接合面）に沿って、ｘ方向とｚ方向の変位成分を持つ弾性表面波の進行波がｘ方向に伝搬する。【００８８】
なお、外部電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃに印加する交流電圧の位相差も、厳密に１２０°である必要ではない。交流電圧の位相差と１２０°との差が所定の範囲に収まっていればよい。または交流電圧の位相差と１２０°との比が所定の範囲に収まっていればよい。前記「所定の範囲」は、流体が所定方向に流れるかどうかを目安に、実験的に決定すればよい。【００８９】
この弾性表面波進行波により、流体通路２の壁面に接する流体が弾性表面波の進行方向に駆動される。
このとき、弾性表面波の伝搬速度をｖとすると、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃの構造周期ｐと発生する弾性表面波の波長λとが一致するように、次式
ｖ＝ｆ・ｐ
を満たす周波数ｆの交流電圧を櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃに印加すれば、大きな振幅の弾性表面波振動が得られ、流体の駆動効率が高まるため望ましい。【００９０】
ところで、前述した例では、櫛歯状電極１５ａにＶｓｉｎ（２πｆｔ）、櫛歯状電極１５ｂにＶｓｉｎ（２πｆｔ―２π／３）、櫛歯状電極１５ｃにＶｓｉｎ（２πｆｔ―４π／３）の交流電圧を印加することにより、ｘ方向に伝搬する弾性表面波を発生させていた。この位相の変化する順番を入れ替えて、櫛歯状電極１５ｂにＶｓｉｎ（２πｆｔ＋２π／３）、櫛歯状電極１５ｃにＶｓｉｎ（２πｆｔ＋４π／３）の交流電圧を印加すれば、−ｘ方向に伝搬する弾性表面波を発生させることができる。【００９１】
このようにして弾性表面波発生部１０３から、所定方向の弾性表面波を発生させ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。
次に、本発明の他の実施形態を説明する。前記図２１では弾性表面波発生部１０３に三種類の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設置して、三相の交流電圧を印加していたが、二種類の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂと接地電極を用い、それぞれ位相のずれた単相交流電圧を印加すれば、所定方向に伝搬する弾性表面波を発生させることができる。【００９２】
図２２は、電極指を噛み合わせて配置された二種の櫛歯状電極と、隣接する電極指の間に配置された接地電極とを具備する弾性表面波発生部１０３を示す拡大図である。
圧電体３１上には、一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂが形成され、さらに櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの間に、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂと平行に接地電極１３が形成されている。したがって、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの間に、接地電極１３が割り込む形となる。【００９３】
この構造では、櫛歯状電極１５ａはピッチｐで配置され、櫛歯状電極１５ｂも同一ピッチｐで配置されている。櫛歯状電極１５ａと１５ｂとの間隔をｘで表すと、ｘ＝ｐ／４の関係がある。すなわち、互いに噛み合わせられた一組の櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの電極指の中心が９０°ずれて配置されている。
図２３は、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂに印加する電圧Ｖａ，Ｖｂの波形を示している。電圧Ｖａ，Ｖｂの位相は、前記櫛歯状電極１５ａと１５ｂとのずれに合わせて９０°ずれている。【００９４】
数式で表現すると、交流電圧の電圧振幅をＶ（ボルト）、周波数をｆ（１／秒）、時間をｔ（秒）として、櫛歯状電極１５ａにＶｓｉｎ（２πｆｔ）、櫛歯状電極１５ｂにＶｓｉｎ（２πｆｔ―π／２）の交流電圧を印加する。これにより、弾性表面波発生部１０３から流体通路２の壁面（基体３の接合面）に沿って、ｘ方向とｚ方向の変位成分を持つ弾性表面波の進行波がｘ方向に伝搬する。【００９５】
なお、この位相の変化する順番を入れ替えて、櫛歯状電極１５ａにＶｓｉｎ（２πｆｔ）、櫛歯状電極１５ｂにＶｓｉｎ（２πｆｔ＋π／２）の交流電圧を印加すれば、−ｘ方向に伝搬する弾性表面波を発生させることができる。
このように櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの空間的な配置のずれと、印加する電圧Ｖａ，Ｖｂの位相のずれとを対応させている。このため、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂに交流電圧Ｖａ，Ｖｂを印加することにより、弾性表面波発生部１０３から流体通路２の壁面に沿って、弾性表面波を所定方向に伝搬させることができる。【００９６】
なお、印加する交流電圧の位相のずれと、電極指の中心のずれとは、一致していることが望ましいが、厳密に一致していることは必要ではなく、その差またはその比が所定の範囲に収まっていればよい。「所定の範囲」は、流体が所定方向に流れるかどうかを目安に、実験的に決定すればよい。
また、互いに噛み合わせられた電極指の中心の位置的なずれは、９０°に限るものではなく、１２０°やその他の位相差でもかまわない（ただし空間的に対象な配置を避けるため１８０°を除く）。【００９７】
なお、本発明の流体アクチュエータは、上述した構造に限定されるものではない。例えば、図２４に示すように、バスバー電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃが流体通路２の外側に形成されていても良い。これにより、弾性表面波を直接発生させない共通電極であるバスバー電極１４ａ，１４ｂが流体通路２の外側にあり、弾性表面波を直接発生させる櫛歯状電極１５ａ，１５ｂを流体通路２の全体に形成できるため、流体の駆動力を大きくすることができる利点がある。【００９８】
櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃのかみ合っている部分は流体通路２の内にあることが好ましい。これは、仮に櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃがかみ合っている部分に圧電基板３１と蓋体４との接合部が存在する場合は、この接合部によって弾性表面波の振動が阻害されるとともに、弾性表面波の振動により、接合部が損傷を受けたり外れたりするおそれがあるためである。このことは、すでに図７を用いて説明したとおりである。【００９９】
また、圧電基板の弾性表面波の伝播方向と、弾性表面波発生部１０３が配置されている流体通路２の方向とを一致させるように構成すると良いことも前述したとおりである。
図２５（ａ），（ｂ）は、弾性表面波発生部１０３から基体３の外部に電極を取出す構造の他の一例を模式的に示す図である。
図２５（ａ），（ｂ）に示す流体アクチュエータでは、基体３の上に、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃから基体３の側端面にまで延びる引き出し電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成されている。【０１００】
この流体アクチュエータを製造するには、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃを作製する工程において、基体３の上に、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃから基体３の側端面にまで延びる引き出し電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃを同時に形成しておく。その後、基体３の側端面において、引き出し電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃにつながる側面電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃを形成する。そして、流体通路２を形成した蓋体４と基体３とを、例えばシリコンゴムの一種であるＰＤＭＳ（poly dimethylsiloxane）を介して接合し、流体通路２を気密封止し、流体アクチュエータが完成する。【０１０１】
この図２５（ａ），（ｂ）の例では、図２１（ｂ）のように基体３に圧電体３１を貫通するビアホール（貫通孔）を設ける必要がない。貫通孔を設けるときに、圧電体３１にクラックや割れが発生することがあるが、この図２５の構造を採用すれば、貫通孔を設ける必要がないので、圧電体３１のクラックや割れを防止することができる。
また、図９、図１８を用いて説明したように、本発明の流体アクチュエータにおいても、弾性表面波発生部１０３に対して、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃが流体通路２内の流体に直接触れないよう、櫛歯状電極との間に空隙を介して保護構造を設けるようにするとよい。これにより、弾性表面波発生部の振動が流体によって妨げられることがなく、より大きな駆動力が得られる。また、図１９で説明したように、保護構造の側壁部の、弾性表面波伝搬方向側の厚みが、この方向と反対側の厚みと比べて薄くなるようにするとよい。保護構造が弾性表面波の伝播に対して与える影響を小さくすることができるからである。【０１０２】
なお、本実施形態の流体アクチュエータの流体通路２の内壁を超音波によって振動させることとすれば、流体通路２内の流体が流体通路２の壁面に付着しにくくなり、流体通路２の通過抵抗を減少させることができる。このことは、前に図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明したとおりである。
＜応用例＞
図２６（ａ）、図２６（ｂ）は、集積回路、外部記憶装置、発光素子、冷陰極管などの発熱する装置（以下まとめて、「発熱装置」という）に、本発明の流体アクチュエータを適用した例を示す平面図と、Ｑ−Ｑ線断面図である。【０１０３】
図２６（ａ）、図２６（ｂ）では、流体アクチュエータの蓋体４として、半導体基板の一部を用いている。半導体基板には例えば、シリコンの間に絶縁層としてＳｉＯ２が挟まれたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いている。
半導体基板のうち、下側のシリコン層２３には半導体回路３２が形成されている。絶縁層２４を挟んだ上側のシリコン層２５には、前述したように、アルミ膜をマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥによりエッチングを行い、ミアンダ状の流体通路２を形成している。そして、半導体基板の流体通路２を形成した側を、弾性表面波発生部１０１ａ，１０１ｂが実装された基体３と接合させている。【０１０４】
流体通路２の両端口２６，２７には、配管を通して、流体を貯める容器６が接続されている。容器６の中の流体が、前記配管及び流体通路２を循環して容器６に戻ってくる。この循環の途中で、放熱フィンなどの熱交換器２８が設けられていて、この熱交換器２８により、半導体回路で発生した熱を外部に逃がすことができる。
冷却用の流体としては、純水７２％／プロピレングリコール２４％／金属の防腐剤など４％を混合したものや、純水７５％／エチレングリコール２５％を混合したものや、軽改質油などを用いることができる。【０１０５】
基体３の流体通路２の２つの位置には、それぞれ本発明に係る態様の弾性表面波発生部１０１ａ，１０１ｂが配置されている。なお、弾性表面波発生部の数は、２つに限られるものではなく、１つでもよく、３つ以上でもよい。
この図２６（ａ）、図２６（ｂ）の構造において、弾性表面波発生部１０１ａに注目する。弾性表面波の伝搬方向、すなわち、ｘ方向及び−ｘ方向に向かって、弾性表面波発生部１０１の略中心部を通過する仮想線Ｍ１を引き、前記弾性表面波発生部１０１の一端Ａから延びて前記流体通路２の壁面との交点をＣとし、前記弾性表面波発生部１０１の他端Ｂから延びて流体通路２の一端口２６との交点をＤとする。【０１０６】
この構造において、ＡＣ間の距離ｄ３と、ＢＤ間の距離ｄ４とは、ｄ３＜ｄ４の関係が満たされている。したがって、弾性表面波発生部１０１ａは流体通路２と協動して、この弾性表面波発生部１０１ａの両側に位置する流体に与える駆動力を左右でアンバランスとさせることができ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。
また、弾性表面波発生部１０１ｂにおいても、弾性表面波発生部１０１ａと同様の配置により、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。このように弾性表面波発生部１０１ａと弾性表面波発生部１０１ｂとの両方を使って流体を流すことができるので、流体を駆動する力を増大させることができる。【０１０７】
図２７（ａ），（ｂ）は、本発明の流体アクチュエータを利用した分析装置の実施形態を示す平面図とＲ−Ｒ断面図である。
図２７（ａ）は、本発明の分析装置４０の蓋体４を示す平面図であり、蓋体４には、略十字の溝が形成されている。この蓋体４を、基体３に接合させることで、横向きの流体通路２ａと、縦向きの流体通路２ｂが形成される。【０１０８】
蓋体４を基体３に接合させた状態で、横向きの流体通路２ａの両端は、基体３に設けられた流体通路２ｃ，２ｄと連通し、縦向きの流体通路２ｂの両端は、基体３に設けられた流体通路２ｅ，２ｆと連通している。
基体３上の流体通路２ａ，２ｂに対応する位置には、それぞれ弾性表面波発生部１０１ｃ，１ｄが配置されている。弾性表面波発生部１０１ｃ，１ｄは、スイッチ（図示しないが図８と同等のもの）により、いずれか１つが駆動されるようになっている。４３は、サンプル流体を測定する測定部である。測定部の測定原理は限定されないが、例えば吸光度スペクトルを測定することにより、サンプル流体の分析を行う。【０１０９】
流体通路２ｃ，２ａ，２ｄにはサンプル流体Ｓが流され、流体通路２ｅ，２ｂ，２ｆには、サンプル流体Ｓを測定部４３の測定ポイントまで運ぶためのキャリア流体が流されるようになっている。
サンプル流体Ｓとしては、血液や、細胞やＤＮＡを含有したサンプル溶液や、緩衝液などを用いることができる。【０１１０】
弾性表面波発生部１０１ｃを駆動しているときには、図２８（ａ）に示すように、流体通路２ｃ，２ａ，２ｄを通してサンプル流体Ｓが流される。
この状態でスイッチを切り替えて、弾性表面波発生部１０１ｄを駆動すると、図２８（ｂ）に示すように、流体通路２ｅ，２ｂ，２ｆを通してキャリア流体が流される。このとき、キャリア流体は、十字の連結部に存在するサンプル流体Ｓを、流体通路２ｂを通して搬送して測定部４３の測定ポイントまで運ぶことができる。したがって、測定部４３によってサンプル流体を測定することができる。【０１１１】
このように、サンプル流体Ｓの任意の部分を切り取って測定に供することができるので、サンプル流体Ｓの特性の時間変化などを測定することができる。
図２９（ａ），（ｂ）は、発熱装置に、本発明の流体アクチュエータを適用した他の例を示す平面図と、Ｔ−Ｔ線断面図である。
図２９（ａ），（ｂ）の構造と、図２６（ａ）、図２６（ｂ）の構造とはほぼ同じであるが、相違点は、図２６（ａ），（ｂ）の構造では、ＡＣ間の距離ｄ３と、ＢＤ間の距離ｄ４とが、ｄ３＜ｄ４の関係が満たされていて、弾性表面波発生部１０１ａから、右向き、左向きにアンバランスとなった弾性表面波を発生させているのに対して、図２９（ａ），（ｂ）の構造では、それぞれ弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂが、それぞれ固有の弾性表面波の伝搬方向を持っていることである。つまり、弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂの設置位置は、測定に邪魔にならない限り、流体通路２の中の任意の位置でよい。【０１１２】
伝搬方向は、それぞれ弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂについて例えば、−ｘ方向に設定されている。したがって、弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂから、左向きの弾性表面波を発生させ、全体として、流体通路２内の流体を一方向に流すことができる。
図２９（ａ），（ｂ）の例では、弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂを用いているが、弾性表面波発生部１０２ａ，１０２ｂに代えて弾性表面波発生部１０３ａ，１０３ｂを用いることもできる。【０１１３】
また、本実施形態の流体アクチュエータを、図２７（ａ），（ｂ）に示した分析装置に利用することもできる。
この場合、弾性表面波発生部を１０１ｃ，１０１ｄに代えて、固有の伝搬方向を持つ弾性表面波発生部１０２ｃ，１０２ｄあるいは１０３ｃ，１０３ｄを使用する。弾性表面波発生部を１０２ｃ，１０２ｄあるいは１０３ｃ，１０３ｄは、固有の伝搬方向を持っているので、その設置場所は、流体通路２の中であれば、測定に邪魔にならない限り任意の位置でよいという利点がある。
＜実施例＞
次に、本発明の流体アクチュエータについて、特に断りない限り、図２（ａ）〜図２（ｂ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した構造を例にとって、その製造方法を説明する。【０１１４】
基体３には、基体３の全体が圧電基板３１になったものを用いる（図３（ｂ）参照）。圧電基板３１としては、圧電セラミックスや圧電単結晶など圧電性を有する基板ならどれを用いても良いが、圧電性が高い、チタン酸ジルコン酸鉛や、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムの単結晶を用いれば、駆動電圧を下げることができて望ましい。例えば、１２８度Ｙ回転Ｘ方向伝搬ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）単結晶を用いることができる。【０１１５】
その圧電基板３１上に、例えばスピンコート法でフォトレジスト（以後レジストと省略）を塗布する。次に、フォトマスクを使用してフォトリソグラフィを行い、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ、バスバー電極１４ａ，１４ｂ、ビア電極接続部１６ａ，１６ｂを形成する部分が開口したレジストパターンを形成する。
なお、図１３（ａ）のように浮き電極を設ける場合、浮き電極１５ｄのパターンも形成する。図２１（ａ）のように３相で駆動する場合、櫛歯状電極１５ｃ、バスバー電極１４ｃ、ビア電極接続部１６ｃのパターンも形成する。【０１１６】
更に、圧電基板３１の全面に電極材料を抵抗加熱式真空蒸着法により堆積させ、リフトオフ法により、前記電極以外の部分の電極材料を除去する。ここで、電極材料として、厚さ約５００Åのクロムの上に厚さ約５０００Åの金を堆積したものを用いるが、アルミニウム、ニッケル、銀、銅、チタン、白金、パラジウム、その他の導電性材料を用いてもかまわない。【０１１７】
また、電極材料を堆積させる方法は、抵抗加熱式真空蒸着法以外に、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などを用いてもよい。また、前述したリフトオフ工程のかわりに、基体３に電極材料を堆積した後にレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより電極部分以外が開口したレジストパターンを形成し、電極材料をエッチングすることにより、電極を作製しても良い。【０１１８】
図４（ａ）に示した櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの形状は、電極幅２０μｍ、構造周期ｐが８０μｍ、電極対数が４０で、弾性表面波発生部１０１の長さＬは３．２ｍｍ、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの交差部の長さＫが２ｍｍである。また、バスバー電極１４ａ，１４ｂの幅は３００μｍ、ビア電極接続部１６ａ，１６ｂが５００μｍ×５００μｍである。
図１３（ａ）に示した櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの場合、その形状は、電極幅１０μｍ、構造周期ｐが８０μｍ、電極対数が４０で、弾性表面波発生部１０２の長さＬは３．２ｍｍ、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂの交差部の長さＫが２ｍｍである。浮き電極１５ｄの形状は、電極幅１０μｍ、長さが２ｍｍである。浮き電極１５ｄのオフセットｘ０は例えば２０μｍである。また、バスバー電極１４ａ，１４ｂの幅は３００μｍ、ビア電極接続部１６ａ，１６ｂが５００μｍ×５００μｍである。【０１１９】
図２１（ａ）に示した櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃの場合、その形状は、電極幅１０μｍ、構造周期ｐが８０μｍ、電極対数が４０で、弾性表面波発生部１０３の長さＬは３．２ｍｍ、櫛歯状電極１５ａ，１５ｂ，１５ｃの交差部の長さＫが２ｍｍである。また、バスバー電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの幅は３００μｍ、ビア電極接続部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの大きさが５００μｍ×５００μｍである。【０１２０】
次に基体３に直径１００μｍの貫通孔を例えばサンドブラストで開け、貫通孔の中に例えばメッキによって電極材料を埋める。貫通孔はフェムト秒レーザーを用いて形成しても良い。電極材料はニッケルや銅、その他の導電性材料を用いる。また、基体３の裏面に外部電極１８ａ，１８ｂを、前記櫛歯状電極１５ａ，１５ｂと同様の作製工程又は、スクリーン印刷法などで作製する。【０１２１】
次に、弾性表面波発生部１０１の電極の上に絶縁膜８として、例えば、ＴＥＯＳ（テトラメトキシゲルマニウム）を用いたＣＶＤ（化学的気相堆積）法にて、ＳｉＯ２膜を形成する。
蓋体４としては、例えばシリコン基板を用いる。シリコン基板上に蒸着法やスパッタ法によりアルミニウム膜を厚さ１μｍ堆積させ、流体通路２に対応する部分が開口部となるように、フォトリソグラフィによりレジストパターンを作製する。【０１２２】
次に、アルミニウムエッチング液（例：佐々木化学ＳＥＡ−Ｇ）により、アルミニウム膜の流体通路２に対応する部分を開口させ、このアルミニウム膜をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング）装置にてＳＦ６ガスによるエッチングとＣ４Ｆ８による保護膜作製を繰り返すことによる、異方性エッチングを行い、幅４ｍｍ、深さ５００μｍの流体通路２を形成する。なお、マスクとして用いたアルミニウム膜は酸処理などにより除去する。【０１２３】
なお、蓋体４は、シリコン以外に、石英、プラスチック、ゴム、金属、セラミックス、その他どのような材料を用いても良い。例えば前記ＰＤＭＳを用いてもよい。流体通路２も、ＫＯＨなどによるウェットエッチングで形成してもよく、鋳型、機械加工、モールディング等で作製しても良い。流体通路２の断面形状も図２のような矩形状とは限らず、断面半円状、断面三角状などであってもよい。【０１２４】
最後に、基体３と蓋体４とを、例えばＰＤＭＳにより接合して、流体アクチュエータが完成する。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７（ａ）】
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【図１７（ｂ）】
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【図１８（ａ）】
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【図１８（ｂ）】
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【図１９（ａ）】
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【図１９（ｂ）】
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【図２０（ａ）】
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【図２０（ｂ）】
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【図２１（ａ）】
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【図２１（ｂ）】
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【図２１（ｃ）】
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【図２１（ｄ）】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５（ａ）】
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【図２５（ｂ）】
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【図２６（ａ）】
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【図２６（ｂ）】
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【図２７（ａ）】
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【図２７（ｂ）】
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【図２８（ａ）】
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【図２８（ｂ）】
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【図２９（ａ）】
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【図２９（ｂ）】
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