(57)【要約】【課題】信頼性が高く、温度変化に対しても安定な液滴搬送を行うことができる液滴駆動装置を提供する。【解決手段】第１の基板１０１と、第２の基板１０２と、前記第２の基板１０２上に形成された電極１０３と、前記電極１０３の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜１０４と、前記第１の基板１０１と前記第２の基板１０２とに狭持された枠体１０５と、液滴１１２を注入する注入孔１０９とを備え、前記電極１０３に電圧を印加することにより前記液滴１１２を駆動する液滴駆動装置１００であって、前記枠体１０５で囲まれた領域において、前記第１の基板１０１もしくは前記第２の基板１０２の一方に接し、他方基板との間に空隙１１０を備えた、少なくとも１つ以上の分離体１０６を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2016109499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、第２の基板と、前記第２の基板上に形成された電極と、前記電極の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とに狭持された枠体と、液滴を注入する注入孔とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記液滴を駆動する液滴駆動装置であって、前記枠体で囲まれた領域において、前記第１の基板もしくは前記第２の基板の一方に接し、他方基板との間に空隙を備えた、少なくとも１つ以上の分離体を備えたことを特徴とする液滴駆動装置。
【請求項２】
前記液滴が、前記第１の基板と、前記第２の基板とに接して移動することを特徴とする請求項１記載の液滴駆動装置。
【請求項３】
前記第２の基板に、さらに加熱装置または／および冷却装置を備え、前記液滴駆動装置の一部領域が、局所的に加熱または／および冷却されることを特徴とする請求項１記載の液滴駆動装置。
【請求項４】
前記空隙が、前記分離体と、前記第２の基板との間に形成されたことを特徴とする請求項１記載の液滴駆動装置。
【請求項５】
前記枠体で囲まれた領域が、前記液滴の動粘度より小さい動粘度を有する液体で充填されたことを特徴とする請求項１記載の液滴駆動装置。
【請求項６】
前記空隙の高さは、前記分離体の高さよりも小さく、特に、前記分離体高さの２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の液滴駆動装置。
【請求項７】
少なくとも、第1の基板または、電極および絶縁膜が形成された第２の基板と、枠体および分離体とを一体化する工程と、前記枠体を前記第２の基板または前記第１の基板と接合するとともに、分離体の少なくとも一部が、前記第２の基板または前記第１の基板と接しないように空隙を形成する工程とを備えたことを特徴とする液滴駆動装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の基板または、電極および絶縁膜が形成された前記第２の基板と、前記枠体および分離体を一体化する工程において、前記第１の基板または前記第２の基板と、第３の基板とを基板接合し、前記第３の基板をエッチング加工することにより、前記枠体および分離体を一体に形成する工程とを備えたことを特徴とする請求項７記載の液滴駆動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路デバイスなどに用いられる液滴駆動装置に関し、特にエレクトロウエッティングを用いた液滴駆動装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ・トータル・アナリシス・システム（μＴＡＳ）またはラボ・オン・チップ（ＬｏＣ；Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）と呼ばれるマイクロ流体デバイスが、遺伝子検査などの分野で広く利用されるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電界を印加することで、液体と固体との界面現象（濡れ性）を制御するエレクトロウエッティング（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）という技術が知られている。これは、可変焦点レンズや電子ディスプレイなどへの応用が期待され、上述のマイクロ流体デバイスの微少液滴を搬送するアクチュエータとしても有用である。
【０００４】
図７は、エレクトロウエッティングを用いた従来の液滴駆動装置の構造を示す概略断面図である（例えば、特許文献２参照）。絶縁膜と疎水性膜が形成された第1の基板と、電極、絶縁膜、疎水性膜が形成された第２の基板とを備え、前記第1の基板と前記第２の基板との間に液滴を保持し、液滴の搬送方向に独立して電圧を印加する構成を備えている。この構成により、前記電極に順次電圧を印加することで、液滴を所望の方向に搬送する液滴駆動装置を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１５７６６６号
【特許文献２】特表２００６−５００５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の液滴駆動装置では、外部からの機械的な衝撃や、局所的な温度変化による熱応力の影響を受けるため、液滴駆動の正確性や装置の機械的信頼性に課題を有していた。また、液滴の駆動に伴い、液滴駆動装置に充填されている気体や液体の対流の影響を受けるため、精密な液滴駆動が阻害されるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、様々な環境下において、正確な液滴駆動と信頼性の高い液滴駆動装置、液滴駆動装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液滴駆動装置は、第１の基板と、第２の基板と、前記第２の基板上に形成された電極と、前記電極の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とに狭持された枠体と、液滴を注入する注入孔とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記液滴を駆動する液滴駆動装置であって、前記枠体で囲まれた領域において、前記第１の基板もしくは前記第２の基板の一方に接し、他方基板との間に空隙を備えた、少なくとも１つ以上の分離体を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、前記液滴が、前記第１の基板と、前記第２の基板とに接して移動することを特徴としている。
【００１０】
また、前記第２の基板に、さらに加熱装置または／および冷却装置を備え、前記液滴駆動装置の一部領域が、局所的に加熱または／および冷却されることを特徴としている。
【００１１】
また、前記空隙が、前記分離体と、前記第２の基板との間に形成されたことを特徴としている。
【００１２】
また、前記枠体で囲まれた領域が、前記液滴の動粘度より小さい動粘度を有する液体で充填されたことを特徴としている。
【００１３】
また、前記空隙の高さは、前記分離体の高さよりも小さく、特に、前記分離体高さの２０％以下であることを特徴としている。
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液滴駆動装置の製造方法は、少なくとも、第１の基板または、電極および絶縁膜が形成された第２の基板と、枠体および分離体とを一体化する工程と、前記枠体を前記第２の基板または前記第１の基板と接合するとともに、分離体の少なくとも一部が、前記第２の基板または前記第１の基板と接しないように空隙を形成する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、前記第１の基板または、電極および絶縁膜が形成された前記第２の基板と、前記枠体および分離体を一体化する工程において、前記第１の基板または前記第２の基板と、第３の基板とを基板接合し、前記第３の基板をエッチング加工することにより、前記枠体および分離体を一体に形成する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の液滴駆動装置によれば、正確な液滴駆動が可能となり、低電圧で、精密な液滴分注および液滴搬送、液滴混合などの操作が可能となる。また、外部からの機械的応力や内部で発生する熱応力が加わった際にも、枠体うあ分離体、その他の構造体を破損することのない信頼性に優れた液滴駆動装置を提供することができる。
【００１７】
また、擬似的に密閉された流路内で液滴を搬送する際にも、流路内に充填された気体または液体が空隙部を通じて流動するため、前記液滴の搬送路前方および後方の動粘度の差、粘性抵抗の差異を極小化することができ、液滴の正確な搬送が可能となる。特に、前記空隙の高さは、前記分離体の高さよりも小さくすることにより、正確な液滴駆動が可能となる。さらに、前記枠体および前記分離体と、前記第１の基板または第２の基板とを一体に成型することにより、より信頼性の高い液滴駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における液滴駆動装置の断面模式図
【図２】本発明の実施の形態１における他の液滴駆動装置の断面模式図
【図３】本発明の実施の形態１における流路の形状を示す上面模式図
【図４】本発明の実施の形態１における他の液滴駆動装置の断面模式図
【図５】本発明の実施の形態２における液滴駆動装置の断面模式図
【図６】本発明の実施の形態３における液滴駆動装置の断面模式図
【図７】従来の液滴駆動装置の断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態1）
図１は、実施の形態１における液滴駆動装置の断面模式図を示したものである。図１に示す液滴駆動装置１００は、第１の基板１０１と、前記第１の基板１０１に接着層１０７を介して接合された枠体１０５および分離体１０６と、第２の基板１０２と、前記第２の基板１０２上に形成された電極１０３（駆動電極１０３ａおよび外部電極１０３ｂ）と、前記電極１０３の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜１０４と、液滴１１２を注入する注入孔１０９とを備え、流路１１１内にある前記分離体１０６の少なくとも一部が、前記第２の基板１０２と直接または間接的に接しないように空隙１１０を備えている。
【００２１】
＜第１の基板＞
第１の基板１０１は、例えば、ガラスやサファイア、ポリカーボネートなど、公知の無機材料および有機材料からなる絶縁性材料を用いることができる。また、導電性を有する材料、若しくは、シリコン又は金属を含む半導体材料の上に、酸化膜や窒化膜、高分子材料などの絶縁性材料を被覆した基板を用いてもよい。
【００２２】
＜注入孔＞
前記第１の基板１０１には、搬送する液滴や流路内を充填する溶剤を注入する注入孔１０９が形成されている。第１の基板がガラスやサファイア、シリコンの場合は、ドリルなどの機械加工や、ウエットエッチングやドライエッチングなどの化学加工が適用できる。
【００２３】
また、第１の基板がポリカーボネートなどのプラスチック材料の場合は、後述のように枠体および分離体と併せて、射出成型などの方法により一体成型することも可能である。なお、本実施の形態では注入孔を第１の基板に形成しているが、使用上問題ない場合には、枠体や第２の基板に形成しても良い。なお、注入孔の形状、サイズ、配置に特に制約はなく、例えば直径１ｍｍから５ｍｍ程度の垂直加工穴やテーパ付貫通孔などが使用できる。
【００２４】
＜撥水膜（図示せず）＞
また、特に水溶液系の液滴を駆動する場合には、第１の基板表面に撥水膜（図示せず）を形成し、疎水性処理をすることが好ましい。通常のエレクトロウエッティングを用いた液滴駆動装置の場合は、少なくとも液滴の流路にあたる領域は撥水処理がなされている。以降、特に断りが無い限り、第１の基板に関わらず、液滴の流路にあたる絶縁膜あるいは絶縁材料の表面は撥水膜が形成されているものとする。なお、撥水膜の膜厚に特に制限はないが、均一な撥水効果を得るためには１０ｎｍから２μｍ程度の膜厚が好ましい。もちろん、撥水膜を薄くすれば、より厳密には後述の絶縁膜の厚さとの総和が薄ければ、より低電圧での液滴駆動が可能となることは言うまでもない。
【００２５】
撥水膜の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）やＡＦ１６００（デュポン社製）などのフルオロアルキル鎖を有する化合物を使用することができる。一般的に、撥水膜は、フルオロアルキル鎖を有することにより高い撥水性能を発現する。具体的には、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリメトキシシラン、パーフルオロデシルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリクロロシラン、パーフルオロデシルトリクロロシラン、サイトップ（登録商標）（旭ガラス株式会社製）、又はオプツール（変性パーフルオロポリエーテル）（ダイキン工業株式会社製）などが使用できるが、特に材料を制限するものではない。
【００２６】
また、撥水膜と同様の機能を発現するものとして、フッ化アルキルシラン（ＦＡＳ）などの自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を使用することも可能であり、この場合には厚さはおよそ１ｎｍ程度で、同様の撥水機能を実現できる。
【００２７】
＜枠体・分離体＞
枠体１０５および分離体１０６は、第１の基板１０１同様に、公知の絶縁性材料や、絶縁性材料を表面被覆した半導体材料や導電性材料を用いることができる。前記第１の基板と、前記枠体および分離体とを構成する材料種は特に同一である必要は無く、液滴駆動装置の目的に応じて選択することができる。また、少なくとも、流路１１１内に設置される分離体（流路を分割、分離するための構造体）１０６の表面は、第１の基板表面同様、撥水膜を形成することが好ましい（図示せず）。枠体１０５および分離体１０６は、接着層１０７により第１の基板１０１と接合されている。接着層にはエポキシ系の紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いることができるが、特に材料や接着方法を制限するものではない。接着層１０７の厚さに特に規定はなく、一般の接着剤を用いる場合には、１μｍから２０μｍ程度で強固に接着することができる。
【００２８】
枠体および分離体の高さは、液滴のサイズを規定する大きな要因である。より微少な液滴を駆動するためには、枠体の高さを低くする必要があり、例えば数ｎｌから数百ｎｌの液滴を扱うには、枠体の高さが５０μｍから３００μｍ程度が好ましい。微少な液滴を駆動することで、生体検査などに使用される希少な検体、検査薬を最小限に抑えることができ、被験者の負担低減や検査コスト自体の低減を実現することができる。
【００２９】
このような加工精度の高い液滴駆動装置を得るために、パターン加工された枠体および分離体を、前記第１の基板に接合する工法の他に、後工程で枠体および分離体を形成する第３の基板を、予め第１の基板と接合し、前記第３の基板をウエットエッチングやドライエッチングなどの工法によりパターン形成し、枠体および分離体を形成することも可能である。第３の基板にシリコンを用いる場合には、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）で広く使用されるＳｉ深堀りエッチング手法により、垂直形状の分離体を形成することができ、より微少な液滴を精密に搬送することが可能となる。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態１における他の液滴駆動装置の断面模式図であり、前記ＭＥＭＳプロセスを用いている。例えば、約５００μｍ厚さのガラスからなる第１の基板１０１に、約６００μｍ厚さのシリコンからなる第３の基板を、高温下で電圧を印加することにより、ウエハ形状のまま陽極接合する。接合方法に特に制約はなく、表面活性化接合など、通常のウエハ接合技術を用いることができる。このようなウエハ接合技術を用いることで、第１の基板と第３の基板とを原子レベルで接合することができ、強固で信頼性の高い接合体を得ることができる。
【００３１】
次に、前記第３の基板を所定の厚さ、例えば１００μｍになるまで、化学機械研磨（ＣＭＰ）により薄板化する。次に、薄板化された前記第３の基板を所定の形状になるように、Ｓｉ深堀エッチングによりエッチング加工し、枠体および分離体を形成し、第１の基板と一体化する。このような工程を利用することで、接着層なしに第１の基板と、枠体および分離体とを一体成型でき、高精度で、高精細な液滴駆動装置を提供することができる。
【００３２】
図３は、本発明の実施の形態１における流路の形状を示す上面模式図であり、前記分離体のパターンによって規定される流路パターンを模式的に示したものである。ここで、液滴を駆動するための電極は図示していないが、通常の液滴駆動装置同様の電極配置をとることができる。図３に示すように、流路を規定する壁部のレイアウトにより、液滴の流路を他の流路と分離し、液滴駆動装置に充填された気体や液体の対流の影響を防止することができ、前記第１の基板が外圧により撓んだ場合の支柱２０５としても機能させることができる。
【００３３】
例えば、注入孔に対応する液浴２０１ａに検体となる液体を注入し、液浴２０１ｂにはバッファ溶液を注入する。それぞれの液浴から、必要分量の微少液滴を分注し、流路２０２に形成された電極により、混合部２０３に双方の液滴を搬送し混合する。その後、試薬が入れられた液浴２０４に混合液体を分注、搬送することで検体の試験を行うことができる。なお、分離体により閉空間を形成する必要ななく、随所に開口部（分離体が連続していない部分）があっても良い。分離体は、液滴の周囲に充填された気体や液体の流れの影響を回避することができるため、必要に応じて配置される。図２は、本実施の形態を説明するための模式図であり、実際のレイアウトや機能を制限するものではない。
【００３４】
また、混合部などの流路の一部にヒーターを配置することも可能であり、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｅｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）の増幅などに広く利用されるＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）機能を併せ持たせることができる。さらに、ＭＥＭＳプロセスにより微細なピラー（支柱）を密に配置すれば、フィルターとしての機能を実現することもできる。
【００３５】
＜第２の基板＞
第２の基板１０２は、第１の基板１０１同様、公知の絶縁性材料や、絶縁性材料を表面被覆した半導体材料や導電性材料を用いることができる。前記第１の基板と、あるいは前記枠体および分離体と、前記第２の基板の種類は特に同一である必要は無く、液滴駆動装置の目的に応じて選択することができる。
【００３６】
＜電極＞
第２の基板上には、液滴を駆動するための駆動電極１０３ａおよび外部との電気的導通を図るための外部電極１０３ｂが形成されている。電極１０３には、電気伝導性を有する公知の材料を用いることができる。例えば、電極を金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）などの金属単層膜、合金膜あるいは積層膜で形成することができる。もちろん、光透過性が必要な用途などでは、電極１０３として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯを含む透明導電性材料を用いることができる。電極の形成方法にも特に制約はなく、真空蒸着法やスパッタ法、めっき法などの公知の成膜方法を用いることができ、通常のフォトリソグラフィ手法により容易にパターン形成できる。また、第２の基板として、ガラスエポキシ基板などの汎用の回路基板を用いることができ、この場合には、電極として銅箔を用いても本発明の効果を損なうことはない。
【００３７】
電極１０３の厚みは、１００ｎｍ（０．１μｍ）から１０μｍ程度が好ましく、後述の絶縁膜で表面段差が平坦化されるのであれば、これより厚くてもよい。また、電極上に絶縁膜を形成した後、ケミカル・メカニカル・ポリッシング（ＣＭＰ）などの手法で平坦化する場合も、電極の厚みはこの範囲で制約されるものではない。
【００３８】
一方で、電極膜厚が薄いほど、絶縁膜を形成した後の液滴搬送路表面の平坦性を保てる。特に、ナノリットル（ｎｌ）オーダーの微少液滴を扱う場合には、電極膜厚を１００ｎｍから１μｍの厚さにすることが好ましい。特に、半導体プロセスを用いて電極を形成、パターニングする場合には、この範囲の厚みが好ましい。また、隣あった駆動電極１０５ａは、それぞれの電極幅よりも小さい空隙をもって配置され、その電極幅は搬送する液滴の大きさによって規定される。これら、駆動電極に外部より制御電圧を印加することにより、液滴を駆動することができる。なお、駆動する電極極数が多い場合には、配線の複雑性を回避するため、多層配線構造としてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
＜絶縁膜＞
前記電極１０３を含む前記第２の基板１０２の少なくとも一部には、絶縁膜１０４が形成されている。絶縁膜１０４には、公知の誘電体材料を用いることができ、高分子化合物、無機化合物の各種酸化物、複合酸化物、又は窒化物などの絶縁材料が使用できる。電極１０３に電圧を印加し液滴を駆動する場合、低電圧液滴駆動のためには、絶縁膜（誘電体）１０４は、大きい静電容量を有すると同時に、電極１０３へのカバレッジ性、十分な絶縁耐圧を備えることが好ましい。これらのことから、誘電体の厚さは１００ｎｍから２μｍの厚みで、特に、酸化ケイ素や酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い無機酸化膜材料を用いることが好ましい。
【００４０】
絶縁体を高分子化合物で構成する場合には、ディッピング法、スプレーコート法、又はスピンコート法などの公知の成膜方法を用いることができる。また、絶縁体を無機化合物で構成する場合には、スパッタ法、原子層堆積方（ＡＬＤ）法、化学気相成長（ＣＶＤ）法など、公知の様々な成膜方法を使用することができる。
【００４１】
＜空隙＞
枠体１０５および分離体１０６が一体形成され、撥水処理された第１の基板１０１と、電極１０３および絶縁体１０４（および撥水膜）が形成された第２の基板１０２とは、接着層１０８を介して接合される。接着層１０８には、接着層１０７と同様に、エポキシ系の紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用いることができるが、特に材料や接着方法を制限するものではない。枠体と分離体との高さを同等にしておけば、分離体と第２の基板上（に形成された絶縁体）との間に、接着層１０８と同等の厚みを持つ空隙１１０を形成することができる。
【００４２】
通常、液滴は第１の基板と、第２の基板とに狭持され搬送される。なお、図１では球形に近い液滴を示しているが、実際にはもう少し押しつぶされた形状（太鼓型に近い形状）で搬送される。したがって、液滴駆動装置の流路に沿って液滴を駆動する場合、流路を充填している気体や液体の対流によって、液滴に外力が加わるため、動作電圧の変動など液滴駆動に正確性に影響を及ぼすことがある。このような不安定な液滴挙動を回避するために、適宜分離体を配置することが望ましい。しかしながら、分離体により局所的な閉鎖空間で液滴を駆動する際でも、特に、複数の液滴を同一の流路を駆動させる場合や、液滴駆動装置が局所的に過熱または冷却される場合、流路の幅が一様でない場合などおいて、液滴の駆動方向前後で、前記装置内に充填された気体や液体から受ける粘性抵抗に差異が生じ、安定かつ精密な液滴駆動が困難となる。
【００４３】
ここで、液滴駆動装置に充填する気体としては、通常は大気（空気）である。また、充填する液体としては、２ｃＳｔ程度の低動粘度のシリコーンオイルなどを用いることができる。なお、充填する気体および液体には、特に制約はない。
【００４４】
分離体と第２の基板との間に空隙１１０を設けることで、前記充填された気体や液体は、前記空隙１１０を通じて流動し、液滴の駆動方向前後での粘性抵抗の差を極小化することができ、精密で安定した液滴駆動を実現することができる。また、複数の液滴を同時に駆動する場合においても、互いの液滴への影響を極小化することができ、液滴の搬送密度を高めることができ、高速で正確な液滴駆動装置提供することができる。
【００４５】
なお、駆動される液滴（通常、水溶液であることが多い）に比べて、充填される液体の粘度は小さいことが好ましい。充填された気体や液体が前記空隙１１０を通じて対流し、駆動すべき液滴が前記空隙１１０には浸透しないようにするため、前記空隙の高さは、１μｍから２０μｍ程度が好ましい。さらに、分離体の高さ（液滴の高さにほぼ等しい）に対しては、空隙の高さはその１０％以下であることが好ましい。
【００４６】
また、局所的に加熱または冷却される機構がある場合、前記空隙により熱応力が開放されるため、分離体が破壊されるなどの不具合がなく、信頼性の高い液滴駆動装置を提供することができる。加熱・冷却機構は、第２の基板１０２上に、例えば、図３における混合部２０３の領域などに、ヒーターやペルチェ素子などを配置することで実現できる（図示せず）。液滴駆動装置は、ＰＣＲのように昇降温が繰返し行われる場合や、高温部と低温部が隣接して配置される場合など、液滴駆動装置内に大きな温度勾配が生じる状態で使用されることがある。このような場合、第１の基板と第２の基板、あるいは分離体と第２の基板との材料種が異なる場合でも、空隙により熱応力が発生することなく、分離体の破壊などが生じることがなく、信頼性の高い液滴駆動装置を得ることができる。特に、加熱・冷却機構が形成された基板側に空隙を備えることで、その効果はより一層顕著となる。
【００４７】
＜上部に電極＞
図４は、本発明の実施の形態１における他の液滴駆動装置の断面模式図を示したものである。図１では第２の基板に形成された電極により液滴を駆動しているが、図４に示すように、第１の基板１０１にも電極１０３ａを配置し、液滴の上下（天地）間に電圧を印加することで液滴を駆動しても同様の効果が得られる。
【００４８】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における他の液滴駆動装置の断面模式図を示したものである。図５に示す液滴駆動装置１００は、第１の基板１０１と、第２の基板１０２と、前記第２の基板１０２上に形成された電極１０３（駆動電極１０３ａおよび外部電極１０３ｂ）と、前記電極１０３の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜１０４と、前記絶縁膜１０４に接着層１０８を介して接合された枠体１０５および分離体１０６と、液滴１１２を注入する注入孔１０９とを備え、流路１１１内にある前記分離体１０６の少なくとも一部が、前記第１の基板１０１と直接または間接的に接しないように空隙１１０を備えている。
【００４９】
本実施の形態では、枠体および分離体を絶縁膜上に接合しているが、絶縁性の接合材料であれば、電極１０３（１０３ｂ）上に接合しても良い。このような構造を備えることにより、前記第１の実施の形態同様、複数の液滴駆動や、局所加熱などが行われる場合においても、低電圧で、正確な液滴駆動が可能となり、熱衝撃や機械衝撃に対して信頼性の高い液滴駆動装置を提供することができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における他の液滴駆動装置の断面模式図を示したものである。図６に示す液滴駆動装置１００は、第１の基板１０１と、前記第１の基板１０１に直接接合された枠体１０５および分離体１０６と、第２の基板１０２と、前記第２の基板１０２上に形成された電極１０３（駆動電極１０３ａおよび外部電極１０３ｂ）と、前記電極１０３の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜１０４と、液滴１１２を注入する注入孔１０９とを備え、流路１１１内にある前記分離体１０６の少なくとも一部が、前記第１の基板１０４と直接または間接的に接しないように空隙１１０を備えている。
【００５１】
予め、第１の基板と、枠体および分離体を構成する第３の基板(図示せず)とを、陽極接合や表面活性化接合などのウエハ接合技術により一体化し、第３の基板をエッチング加工することにより、枠体および分離体が一体化された第１の基板を得ることができる。
【００５２】
第２の基板に形成された絶縁膜は、通常のエッチング加工により、流路１１１の部分に凹部が形成されており、絶縁膜の未エッチング領域で前記第１の基板と、前記枠体が接合されている。接合は陽極接合が好ましく、これにより気密性の高い液滴駆動装置を提供することができる。
【００５３】
以上の様に、接着層を介さない接合方法を用いる場合には、予め絶縁体に凹部加工を施すことにより、微少な空隙１１０を形成することができる。
【００５４】
このような構造を備えることにより、前記第１の実施の形態同様、低電圧で、正確な液滴駆動が可能となり、熱衝撃や機械衝撃に対しても信頼性の高い液滴駆動装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る液滴駆動装置は、第１の基板と、前記第１の基板に接合された壁部と、第２の基板と、前記第２の基板上に形成された電極と、前記電極の少なくとも一部を覆うように形成された絶縁膜と、液滴を注入する注入孔とを備え、前記電極で規定された流路に沿って前記液滴を搬送する液滴駆動装置であって、前記流路内にある前記壁部の少なくとも一部が、前記第１の基板と接しないように空隙を設けた構成となっているため、信頼性の高い液滴駆動装置を提供することができる。
【００５６】
また、少なくとも、第１の基板と、流路を仕切るための壁部を一体化する工程と、第２の基板上に、電極および絶縁膜を形成する工程と、前記壁部の周縁部を前記第２の基板と接合するとともに、前記流路内にある前記壁部の少なくとも一部が、前記第１の基板と接しないようにする空隙を形成する工程とを備えることにより、信頼性の高い液滴駆動装置の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００  液滴駆動装置
１０１  第１の基板
１０２  第２の基板
１０３ａ  電極
１０３ｂ  電極
１０４  絶縁膜
１０５  枠体
１０６  分離体
１０７  接合層
１０８  接合層
１０９  注入孔
１１０  空隙
１１１  流路
１１２  液滴
【図１】
2016109499.tif 000003
【図２】
2016109499.tif 000004
【図３】
2016109499.tif 000005
【図４】
2016109499.tif 000006
【図５】
2016109499.tif 000007
【図６】
2016109499.tif 000008
【図７】
2016109499.tif 000009