(57)【要約】【課題】  ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能な、マイクロポンプ、マイクロチップ、及びマイクロデバイスを提供する。【解決手段】  流体１１を吸引吐出するポンプ室３と、ポンプ室を上部から覆うように張力によって張られている弾性膜２と、弾性膜をその上方から押さえる球体１と、その球体を支える球体ステー１ａと、球体に上下動を与えるアクチュエータ５と、アクチュエータによる上下動を制御する制御部６とを備えるマイクロポンプで構成する。ポンプ室は、湾曲底面３ａと、側面３ｂとで規定されており、ポンプ室の湾曲底面は、球体の球面と同じ曲率半径を有し、ポンプ室の側面は、平面であり、ポンプ室の縦断面形状において、湾曲底面と平面との変更点は所定範囲内に位置している。【選択図】図１Ａ
2017008722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路に接続されたポンプ室で流体を吸引及び吐出制御するマイクロポンプであって、
少なくとも下部に球面を有する球体と
前記球体と接続され、かつ前記球体を上下運動可能に支持する支持部と、
前記球体の上部と接触するように配置され、かつ伸縮することにより前記球体を上下運動させるアクチュエータと、
前記球体の下方に位置する円形平面の凹部を前記ポンプ室として有する第１の平面を備えるポンプ筐体と、
前記球体の前記下部と接触し、かつ前記凹部を覆うように、前記第１の平面上に配置される弾性膜とを具備し、
前記凹部は、湾曲したポンプ室底面と、ポンプ室側面とで規定されており、
前記凹部の前記ポンプ室底面は、前記球体の前記球面と同じ曲率半径を有し、
前記凹部の前記ポンプ室側面は、平面であり、
前記ポンプ室底面には、前記マイクロ流路の入口が開口し、
前記ポンプ室側面には、前記マイクロ流路の出口が開口し、
前記凹部の縦断面形状において、前記ポンプ室底面と前記ポンプ室側面との変更点は、前記球体の半径をｒ、弾性膜の厚さをｔとするとき、前記凹部の前記ポンプ室底面の下端位置からｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの距離の位置を起点として、前記凹部の前記ポンプ室底面の前記下端位置から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置までを終点とする範囲内に位置する、
マイクロポンプ。
【請求項２】
前記弾性膜は、前記ポンプ筐体の前記ポンプ室底面と前記ポンプ室側面以外の上面に密着して、前記凹部上に張り渡されている、請求項１に記載のマイクロポンプ。
【請求項３】
前記球体が前記弾性膜を押しながら前記ポンプ室内に入り込むとき、前記弾性膜が前記ポンプ室底面まで押され、前記球体により前記弾性膜が前記ポンプ室底面に密着するとともに、前記弾性膜が前記ポンプ室側面とも密着する、請求項１又は２に記載のマイクロポンプ。
【請求項４】
前記弾性膜は、前記ポンプ室の深さより薄く、収縮可能な素材で構成されるとともに、前記凹部の開口の直径は、前記球体の直径より大きい、請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロポンプ。
【請求項５】
前記支持部は、前記球体と接続され、かつ前記球体を上下運動可能に支持するステーであり、弾性力により前記球体を上端位置に付勢し、前記アクチュエータの伸縮に応じて弾性的に伸縮して前記球体を移動させる、請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロポンプ。
【請求項６】
前記球体は、上下左右前後にフレキシブルに動くように１つ又は複数の支持部で支持されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載のマイクロポンプ。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記球体に上下動を与える円柱形状のピストンであり、円柱下平面が前記球体の前記上部と接触するように配置され、前記ピストンが伸縮することにより前記球体を上下運動させる、請求項１〜６のいずれか１つに記載のマイクロポンプ。
【請求項８】
前記アクチュエータの上下動を制御するアクチュエータ制御部をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１つに記載のマイクロポンプ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のマイクロポンプと、
前記ポンプ筐体を有し、前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された入口側チャンバーと、前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された出口側チャンバーとを有するマイクロチップ筐体と、
前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路に配置された第１逆止弁と、
前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路に配置された第２逆止弁とを備えて、
前記マイクロポンプで吸引及び吐出制御することにより、前記マイクロ流路において前記流体が入口側から出口側に向かう一方向に前記流体が流れる、マイクロチップ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のマイクロポンプと、
前記ポンプ筐体を有し、前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された入口側チャンバーと、前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された出口側チャンバーとを有するマイクロデバイス筐体と、
前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路に配置された第１逆止弁と、
前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路に配置された第２逆止弁とを備えて、
前記マイクロポンプで吸引及び吐出制御することにより、前記マイクロ流路において前記流体が入口側から出口側に向かう一方向に前記流体が流れる、マイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイス又はマイクロチップのマイクロ流路上で例えば毎秒数μＬから数百μＬの流体を送るときに用いられるマイクロポンプ、マイクロチップ、及びマイクロデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイス及びマイクロチップの液流路上で毎秒数μＬから数百μＬの送液を行なうときに用いられるポンプは、送液量に見合った装置の小型化と低コスト化とが望まれている。従来、マイクロダイアフラムポンプは、送液室の容積にある液体を、ダイアフラムを変形させて容積を大きくすることで、入り口から液体を送液室に導入し、逆に、ダイアフラムを変形させて容積を小さくすることにより出口から液を排出する構造をとっている。
【０００３】
また、ダイアフラムを動作させるため、アクチュエータなどによってダイアフラムを変形させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００１／０６６９４７（特願２００１−５６５５３３号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来のポンプは、ダイアフラムを用いたポンプ室中央部の断面積を減少させ、液を排除させる構成である。このような構成では、断面積を減少させた場合に発生するダイアフラムのシワが残る。この残ったシワにより発生した隙間の部分では、気体の排除が完全に出来ないため、気泡が残りやすくなっている。
【０００６】
よって、前記した構成の従来技術のダイアフラムポンプ構造でのポンプ動作においては、ポンプ内へ液を注入するためにポンプ室の体積を収縮する動作の際、ダイアフラムポンプのポンプ室の体積が完全にゼロとなっておらず、空いた部分には気泡が存在し、その気泡が残ることになる。また、毎秒数μＬから数百μＬの送液を行なう際、マイクロデバイス及びマイクロチップ特有の表面張力、又は、マイクロキャビティ効果が発生し、ポンプ室内に気泡が生じやすくなる。これら現象により、発生又は残留した気泡の影響で、圧力変化により出し入れするポンプでは、残留気泡の体積変化が影響し、送液容積が安定しない問題が生じる。さらに、ダイアフラム構造を用いるポンプでは、ダイアフラム自体が収縮して送液室内の体積変化し、ポンプ送液容積が安定しない問題も生じる。
【０００７】
また、マイクロデバイス及びマイクロチップでのポンプの動作は、デバイス自体小さくなってきているため、デバイスへの剛性が小さくなってきていることと、低コスト化のため、より小さい力でのデバイス動作が必要である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能な、マイクロポンプ、マイクロチップ、及びマイクロデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、マイクロ流路に接続されたポンプ室で流体を吸引及び吐出制御するマイクロポンプであって、
少なくとも下部に球面を有する球体と
前記球体と接続され、かつ前記球体を上下運動可能に支持する支持部と、
前記球体の上部と接触するように配置され、かつ伸縮することにより前記球体を上下運動させるアクチュエータと、
前記球体の下方に位置する円形平面の凹部を前記ポンプ室として有する第１の平面を備えるポンプ筐体と、
前記球体の前記下部と接触し、かつ前記凹部を覆うように、前記第１の平面上に配置される弾性膜とを具備し、
前記凹部は、湾曲したポンプ室底面と、ポンプ室側面とで規定されており、
前記凹部の前記ポンプ室底面は、前記球体の前記球面と同じ曲率半径を有し、
前記凹部の前記ポンプ室側面は、平面であり、
前記ポンプ室底面には、前記マイクロ流路の入口が開口し、
前記ポンプ室側面には、前記マイクロ流路の出口が開口し、
前記凹部の縦断面形状において、前記ポンプ室底面と前記ポンプ室側面との変更点は、前記球体の半径をｒ、弾性膜の厚さをｔとするとき、前記凹部の前記ポンプ室底面の下端位置からｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの距離の位置を起点として、前記凹部の前記ポンプ室底面の前記下端位置から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置までを終点とする範囲内に位置する、
マイクロポンプを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の前記態様によれば、ポンプ室の縦断面形状を前記したような所定形状としたので、より少ない力のアクチュエータ動作により、球体の下部の押圧により弾性膜を凹部のポンプ室底面とポンプ室側面とに密着接触させて弾性膜のシワを無くすことができる。この結果、ポンプ室内の気体を完全に排除し、ポンプ室内に不要な気泡が入らない様にすることが出来て、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態におけるポンプの構造を示す断面図
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態におけるポンプを、アクチュエータを除いて、上方から見た状態を示す平面図
【図１Ｃ】図１Ｂの１Ｃ−１Ｃ線断面図
【図１Ｄ】図１Ｂの１Ｄ−１Ｄ線断面図
【図１Ｅ】本発明の第１実施形態の変形例におけるポンプの、アクチュエータを除いて、上方から見た状態を示す平面図
【図１Ｆ】図１Ｅにおけるポンプの縦断面側面図
【図２Ａ】本発明の第１実施形態におけるマイクロチップを、アクチュエータを除いて、上方から見た状態を示す一部破断平面図
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態におけるマイクロチップの図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線の断面図
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態におけるマイクロチップの図２Ａの２Ｃ−２Ｃ線の断面図
【図２Ｄ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンプ室の縦断面形状において湾曲底面と平面との変更点を説明するための説明図
【図２Ｅ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンプ室の縦断面形状において湾曲底面と平面との変更点を説明するための説明図
【図３Ａ】本発明の第１実施形態におけるポンプの動作を断面構造で示す図
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態におけるポンプの動作を断面構造で示す図
【図３Ｃ】本発明の第１実施形態におけるポンプの動作を断面構造で示す図
【図３Ｄ】本発明の第１実施形態におけるポンプの動作を断面構造で示す図
【図４Ａ】本発明の第１実施形態におけるポンプに対する比較例のポンプの断面構造を示す図
【図４Ｂ】図４Ａの比較例のポンプの断面構造を示す図
【図４Ｃ】図４Ａの比較例のポンプを上方から見た状態を示す平面図
【図５Ａ】本発明の第１実施形態のポンプに用いた効果確認用マイクロチップの構造を示す平面図
【図５Ｂ】図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線の断面図
【図５Ｃ】図５Ａの効果確認用マイクロチップに、第１実施形態のポンプの代わりに、比較例として細長い矩形状の押下ブロックを有するポンプを用いた場合の図５Ａの５Ｃ−５Ｃ線（５Ｂ−５Ｂ線）の断面図
【図５Ｄ】図５Ａの５Ｄ−５Ｄ線の断面図
【図５Ｅ】図５Ａの５Ｅ−５Ｅ線の断面図
【図６Ａ】本発明の第１実施形態と比較例との効果を比較した実験１の結果を示す図
【図６Ｂ】本発明の第１実施形態と比較例との効果を比較した実験１の結果を示す図
【図７Ａ】本発明の第１実施形態のポンプにおいてポンプ室側面部分が平面であるを有する評価用マイクロチップの断面構造を示す図
【図７Ｂ】本発明の第１実施形態と比較したポンプ室側面部分が上に凸の上凸形状部分を有するポンプ室側面構造をした流路を有する評価用マイクロチップの断面構造を示す図
【図７Ｃ】本発明の第１実施形態と比較したポンプ室側面部分が下に凸の下凸形状部分を有するポンプ室側面構造をした流路を有する評価用マイクロチップの断面構造を示す図
【図８Ａ】本発明の第１実施形態のポンプに用いた効果確認用マイクロチップの構造を示す平面図
【図８Ｂ】図８Ａの８Ｂ−８Ｂ線の断面図
【図８Ｃ】図８Ａの８Ｃ−８Ｃ線の断面図
【図８Ｄ】図８Ａの８Ｄ−８Ｄ線の断面図
【図９Ａ】本発明の第１実施形態の効果を比較した実験２の結果を示す図
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態の効果を比較した実験２の結果を示す図
【図１０Ａ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１０Ｂ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１０Ｃ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１０Ｄ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１０Ｅ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１０Ｆ】本発明の第１実施形態におけるポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ａ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ｂ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ｃ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ｄ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ｅ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１１Ｆ】ポンプ室側面部分に上凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ａ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ｂ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ｃ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ｄ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ｅ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【図１２Ｆ】ポンプ室側面部分に下凸形状部分を有するポンプのポンピング動作を断面構造で示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、マイクロ流路に接続されたポンプ室で流体を吸引及び吐出制御するマイクロポンプであって、
少なくとも下部に球面を有する球体と
前記球体と接続され、かつ前記球体を上下運動可能に支持する支持部と、
前記球体の上部と接触するように配置され、かつ伸縮することにより前記球体を上下運動させるアクチュエータと、
前記球体の下方に位置する円形平面の凹部を前記ポンプ室として有する第１の平面を備えるポンプ筐体と、
前記球体の前記下部と接触し、かつ前記凹部を覆うように、前記第１の平面上に配置される弾性膜とを具備し、
前記凹部は、湾曲したポンプ室底面と、ポンプ室側面とで規定されており、
前記凹部の前記ポンプ室底面は、前記球体の前記球面と同じ曲率半径を有し、
前記凹部の前記ポンプ室側面は、平面であり、
前記ポンプ室底面には、前記マイクロ流路の入口が開口し、
前記ポンプ室側面には、前記マイクロ流路の出口が開口し、
前記凹部の縦断面形状において、前記ポンプ室底面と前記ポンプ室側面との変更点は、前記球体の半径をｒ、弾性膜の厚さをｔとするとき、前記凹部の前記ポンプ室底面の下端位置からｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの距離の位置を起点として、前記凹部の前記ポンプ室底面の前記下端位置から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置までを終点とする範囲内に位置する、
マイクロポンプを提供する。
【００１６】
前記態様によれば、ポンプ室の縦断面形状を前記したような所定形状としたので、より少ない力のアクチュエータ動作により、球体の下部の押圧により弾性膜を凹部のポンプ室底面とポンプ室側面とに密着接触させて弾性膜のシワを無くすことができる。この結果、ポンプ室内の気体を完全に排除し、ポンプ室内に不要な気泡が入らない様にすることが出来て、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能である。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、前記弾性膜は、前記ポンプ筐体の前記ポンプ室底面と前記ポンプ室側面以外の上面に密着して、前記凹部上に張り渡されている、第１の態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００１８】
この態様によれば、前記弾性膜は、収縮可能な素材であるため、前記球体により上面から圧力が掛かって下方に押されたとしても、前記球体による圧力が排除されると、再び、前記凹部上に張り渡される状態を保つことができる。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、前記球体が前記弾性膜を押しながら前記ポンプ室内に入り込むとき、前記弾性膜が前記ポンプ室底面まで押され、前記球体により前記弾性膜が前記ポンプ室底面に密着するとともに、前記弾性膜が前記ポンプ室側面とも密着する、第１又は２の態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００２０】
この態様によれば、前記弾性膜が、前記球体に接触していない部分では、前記弾性膜は張力があるため、ポンプ室底面及びポンプ室側面に密着する力が働き、前記球体による前記弾性膜の押圧時にポンプ室の空間をより確実に無くすことができる。
【００２１】
本発明の第４の態様によれば、前記弾性膜は、前記ポンプ室の深さより薄く、収縮可能な素材で構成されるとともに、前記凹部の開口の直径は、前記球体の直径より大きい、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００２２】
この態様によれば、前記凹部の開口が前記球体の直径より大きい場合、前記球体が前記弾性体を押しながら前記ポンプ室に入り込むときの、前記球体と前記弾性体は接触する面積が小さくなるため、摩擦力が生まれず、より少ない力で前記球体を押すことが可能となる。
【００２３】
本発明の第５の態様によれば、前記支持部は、前記球体と接続され、かつ前記球体を上下運動可能に支持するステーであり、弾性力により前記球体を上端位置に付勢し、前記アクチュエータの伸縮に応じて弾性的に伸縮して前記球体を移動させる、第１〜４のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００２４】
この態様によれば、前記支持部は、前記アクチュエータが前記球体を押した後、前記アクチュエータが元の位置に戻った場合でも、前記球体を元の位置に戻らせる弾性力を持つことができる。
【００２５】
本発明の第６の態様によれば、前記球体は、上下左右前後にフレキシブルに動くように１つ又は複数の支持部で支持されている、第１〜５のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００２６】
この態様によれば、前記球体が前記ポンプ室の上端部で、前記ポンプ室底面の中心位置からズレていても、前記アクチュエータに押された場合、前記ポンプ底面の中心位置に治まる力が働くため、その中心位置にフレキシブルに移動可能とすることができる。
【００２７】
本発明の第７の態様によれば、前記アクチュエータは、前記球体に上下動を与える円柱形状のピストンであり、円柱下平面が前記球体の前記上部と接触するように配置され、前記ピストンが伸縮することにより前記球体を上下運動させる、第１〜６のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００２８】
この態様によれば、前記アクチュエータの中心の位置と前記球体の中心の位置とがお互いにずれていたとしても、前記アクチュエータは円柱であるため、下平面により前記アクチュエータは、前記球体に上下運動をさせる事が可能となる。
【００２９】
本発明の第８の態様によれば、前記アクチュエータの上下動を制御するアクチュエータ制御部をさらに備える、第１〜７のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプを提供する。
【００３０】
この態様によれば、前記アクチュエータ制御部により、前記アクチュエータ（例えばピストン）の上下運動は、例えば、上昇に要する時間又は下降に要する時間を０．１秒単位で制御可能であり、最大時間９９９秒まで長くする事が可能である。また、上昇時又は下降時の前記アクチュエータ（例えばピストン）の保持時間も同様に、例えば０．１秒単位で制御可能であり、保持時間は、制限はなく、任意時間だけ、保持が可能である。
【００３１】
本発明の第９の態様によれば、第１〜８のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプと、
前記ポンプ筐体を有し、前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された入口側チャンバーと、前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された出口側チャンバーとを有するマイクロチップ筐体と、
前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路に配置された第１逆止弁と、
前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路に配置された第２逆止弁とを備えて、
前記マイクロポンプで吸引及び吐出制御することにより、前記マイクロ流路において前記流体が入口側から出口側に向かう一方向に前記流体が流れる、マイクロチップを提供する。
【００３２】
本発明の第１０の態様によれば、第１〜８のいずれか１つの態様に記載のマイクロポンプと、
前記ポンプ筐体を有し、前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された入口側チャンバーと、前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路の端部に配置された出口側チャンバーとを有するマイクロデバイス筐体と、
前記マイクロポンプの前記入口に連通した前記マイクロ流路に配置された第１逆止弁と、
前記マイクロポンプの前記出口に連通した前記マイクロ流路に配置された第２逆止弁とを備えて、
前記マイクロポンプで吸引及び吐出制御することにより、前記マイクロ流路において前記流体が入口側から出口側に向かう一方向に前記流体が流れる、マイクロデバイスを提供する。
【００３３】
前記第９及び第１０の態様によれば、ポンプ室の縦断面形状を前記したような所定形状としたので、より少ない力のアクチュエータ動作により、球体の下部の押圧により弾性膜を凹部のポンプ室底面とポンプ室側面とに密着接触させて弾性膜のシワを無くすことができる。この結果、ポンプ室内の気体を完全に排除し、ポンプ室内に不要な気泡が入らない様にすることが出来て、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能である。
【００３４】
以下、本発明をその実施形態を用いて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態におけるマイクロポンプ１００の断面構造を示す縦断面図であり、図１Ｂはポンプ１００を上から見た平面図である。
【００３６】
ポンプ１００は、球体１と、一対の球体ステー１ａと、弾性膜２と、ポンプ室３である凹部を有するポンプ筐体３３、ピストン５、ピストン制御部６を備えて、ポンプ室３内に吸入する流体１１を吐出する。一対の球体ステー１ａは支持部の一例として機能する。弾性膜２は弾性体部の一例として機能する。ピストン５はアクチュエータの一例として機能する。ピストン制御部６は、制御部又はアクチュエータ制御部の一例として機能する。
【００３７】
球体１は、少なくとも下部に球面１ｂを有する。球体１の一例としては、真球の樹脂又は金属などである。球体１は、後述するポンプ筐体３３のポンプ室３の直上に、一例として、平面円形の凹部であるポンプ室３の中央部に、弾性膜２と接触するように配置されている。球体１の直径は、ポンプ室３の開口部の直径より小さい。このようにすることにより、球体１が弾性体２を押しながらポンプ室３に入り込むときの、球体１と弾性体２とは接触する面積が小さくなるため、球体１と弾性体２とポンプ室形成面との間での大きな摩擦力が生まれず、より少ない力で球体１を押すことが可能となる。また、ポンプ室３は、平面円形とすることにより、効率良くかつ偏ることなく吐出力を発揮することができる。
【００３８】
一対の球体ステー１ａは、両側から球体１と接続されかつ球体１を上下運動可能に支持している。図１Ａ及び図１Ｂでは、各球体ステー１ａは、一例としてＬ字状に屈曲しているが、球体１を少なくとも上下運動可能、一例としては球体１を上下及び前後左右に移動の可能に支持できれば、このような形状に限られるものではなく、湾曲していてもよい。各球体ステー１ａは、例えば、１つ又は複数の曲線、又は複数の直線によって構成してもよい。
【００３９】
一対の球体ステー１ａは、例えば球体ステー１ａの材料自体の弾性力により、球体１を凹部３から離した上端位置に常時位置するように上向きに付勢し、何らかの外力が球体１に作用すれば、球体ステー１ａの付勢力に抗して球体１をポンプ室３に押し付けることができるように構成している。よって、ピストン５が球体１を押した後、球体１から離れてピストン５が元の位置に戻った場合でも、ステー１ａの弾性力により、球体１を元の位置まで戻らせるように上昇させることができる。
【００４０】
一例として、一対の球体ステー１ａは、後述するポンプ室３の入口３１に対するマイクロ流路３５の長手方向と直交する方向沿いに球体１を支持して、球体１の上下運動が、マイクロ流路３５の長手方向と直交する方向沿いとしている。また、球体ステー１ａの付勢力により、球体１が少々ずれて下降したとしても、球体ステー１ａの弾性力で所定の初期位置に自動的に復元することができるように構成している。
【００４１】
なお、図１Ｅ及び図１Ｆに示すように、球体１を１本のみの球体ステー１ａで片持ち支持するようにしてもよい。このように構成すれば、球体ステー１ａが１本で良くなり、部品点数を少なくすることができる。
【００４２】
ポンプ筐体３３は、一例として、第１の平面３ｃを上端に有し、第１の平面３ｃに、球体１の下方に位置する平面円形状の凹部であるマイクロポンプ室３を有する板状部材である。ポンプ室３は、上面が開口しており、その中に、吐出すべき流体１１が一時的に保持できる。ポンプ室３の縦断面形状は、球体１の下部の球面１ｂと同じ曲率半径の湾曲面を形成しており、弾性膜２を介して球面１ｂがポンプ室３の内面に密着すると、弾性膜２のシワを無くすことができて、ポンプ室３内の流体１１が全て吐出可能となるように構成している。
【００４３】
詳しくは、ポンプ室３の縦断面形状は、湾曲したポンプ室底面３ａと、側面３ｂとで規定されている。ポンプ室３の湾曲したポンプ室底面３ａは、球体１の球面１ｂと同じ曲率半径を有し、ポンプ室３の側面３ｂは、平面である。ポンプ室３の側面３ｂは、ポンプ室底面３ａと同様の曲率半径を有する面よりも、曲率半径を規定する中心から遠ざかるように位置するように構成されている。一例として、ポンプ室底面３ａの最下部には、マイクロ流路３５の入口３１が開口している。このように配置することにより、流体１１を効率良く吸引することができる。また、ポンプ室側面３ｂには、一例として、ポンプ室３の深さの中央付近の位置に、マイクロ流路３５の出口３２が開口している。このように配置することにより、流体１１を効率良く吐出することができる。よって、球体１の下向きの運動により、弾性膜２の下面２ａがポンプ室３のポンプ室底面３ａと接するまで下降すると、ポンプ室３内の流体１１が出口３２から吐出される一方、球体１の上向きの運動により、弾性膜２の下面２ａがポンプ室底面３ａから離れてポンプ室３の開口上端まで復帰すると、入口３１から、吐出すべき流体１１がポンプ室３内に吸引されて一時的に保持される。ポンプ室３は、一例として、数μＬから数百μＬ液体が出入りすることができる拡縮可能な空間である。
【００４４】
ポンプ室３は、球体１の半径より浅く、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂの繋ぎ目は、滑らかで、ポンプ室底面３ａを形つける円の接線と同様に上方に広がっている。その上方へ広がった接線は、ポンプ室底面３ａの最下部を中心に横方向に回転させると、ポンプ室側面３ｂの形状と同一である。球体１が弾性膜２を介してポンプ室３に押された際、球体１は、ポンプ室底面３ａに対応する部分しか接していない。
【００４５】
図２Ｅに示すように、ポンプ室３の縦断面形状において、ポンプ室底面３ａと平面３ｂとの変更点は、球体１の半径をｒ、弾性膜の厚さをｔとするとき、ポンプ室３のポンプ室底面３ａの下端位置６１からｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの距離の位置６２を起点として、凹部３のポンプ室底面３ａの下端位置６１から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置６３までを終点とする範囲内に位置している。これについては、後で詳細に説明する。このように構成すれば、球体１の球面１ｂで弾性膜２を押圧して、球体１と共に弾性膜２がポンプ室３内に入り込んだとき、弾性膜２でポンプ室３を、流体漏れがなく、確実に吐出することができる。
【００４６】
さらに、ポンプ室入口３１に流体１１を送液しかつポンプ室出口３２からするためにポンプ室３を形成し易くするため、ポンプ筐体裏板３４を備えていてもよい。ポンプ室入口３１側のマイクロ流路３５とポンプ室出口３２側のマイクロ流路３５とには、それぞれ、同一方向（ポンプ室入口３１側（例えば後述する第１チャンバーＸ）からポンプ室出口３２側（例えば後述する第２チャンバーＹ）に向かう方向の流体１１の流れ）にしか流体１１を流さない逆止弁７が設けられている。
【００４７】
弾性膜２は、ポンプ室３を上側から被覆するように張力によって張られてポンプ筐体３３に固定されている。弾性膜２は、流体１１が吸入及び吐出されるポンプ室３の深さ以下の厚さとしている。球体１の下向きの運動により、弾性膜２の下面２ａがポンプ室３のポンプ室底面３ａと接しているときに、弾性膜２の下面のポンプ室３の側面３ｂと接する部分に対向する上面の部分（すなわち、球体１の周囲の部分に対応する部分）２ｂは、球体１と接触しないように、側面３ｂは、球体１から離れる方向に傾きを有する平面（切断面の場合は直線）により構成される。これは、ポンプ室３の側面３ｂが、ポンプ室底面３ａと同様の曲率半径を有する面よりも、曲率半径を規定する中心から遠ざかるように位置するように構成しているからでもある。弾性膜２は、その上方から押さえる球体１により、弾性膜２のシワを無くしてポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂと完全に密着する事が出来る様な、収縮可能素材で構成される。
【００４８】
よって、弾性膜２は、上面が球体１の下部と常時接触し、球体１の押圧下降時には、弾性変形によりポンプ室３内に湾曲して入り込んでポンプ室３のポンプ室底面３ａなどに密着してポンプ室３内の流体１１を全て吐出できるように、ポンプ筐体３３の第１の平面３ｃ上に配置されている。球体１の上端位置では、弾性膜２の上面と球体１の下端とが接触しているが、ポンプ室３は流体１１を吸引する状態となっている。一方、球体１の下端位置では、球体１により弾性膜２が押圧されてポンプ室３内に入り込み、ポンプ室３が流体１１を吐出した状態となっている。弾性膜２は、球体１の押圧下降が解除されると、弾性膜２自体の弾性力で元の位置まで戻ることにより、吸引可能状態とすることができる。
【００４９】
球体１と、ポンプ室３を構成するポンプ筐体３３とは、それぞれ、例えば、樹脂又は金属などで形成されている。球体１とポンプ筐体３３との、より具体的な材料としては、ＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン（ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅ））、ＰＣ（ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ））、又は、アクリル樹脂（ａｃｒｙｌｉｃ  ｒｅｓｉｎ）などが例示できる。１つの実施例では、ポリカーボネートで球体１とポンプ筐体３３とを形成した。球体１とポンプ筐体３３との材料としては、タンパク阻害剤の影響、及び、接着の容易さから、ＰＤＭＳを採用することもできる。球体ステー１ａの材料は、弾性体であることが望ましく、ＰＤＭＳ、ＰＣ、アクリル樹脂などが例示できるが、球体１と同様の材料で形成されると製造上容易に形成できる場合がある。
【００５０】
弾性膜２は、例えば、シリコーン等のような収縮可能な素材で作成されている。なお、弾性膜２としては、シリコーンと成分が殆ど同じ、シリコーンの１種であるＰＤＭＳも使用可能である。弾性膜２の厚さの一例としては５０μｍであり、筐体３３の厚さの一例としては３０００μｍである。このように、弾性膜２は、収縮可能な素材であるため、後述するように球体１により弾性膜２の上面から圧力が掛かって下方に押されたとしても、球体１による弾性膜２に対する圧力が排除されると、再び、ポンプ室３上に張り渡される状態を弾性膜２は保つことができる。
【００５１】
ピストン５は、球体１の上端部と接触するように例えば球体１の直上に配置された形状記憶金属製の円柱部材であり、かつピストン制御部６による加熱又は冷却制御により、形状記憶金属製のピストン５を上下方向に伸縮させる。このピストン制御部６の制御に基づきピストン５が下方向に伸びることにより、球体１を下向きに押圧してポンプ吐出状態とする。一方、ピストン制御部６の制御に基づきピストン５が上方向に縮むことにより、球体１の下向きの押圧を解除してポンプ吸引状態とする。このように、ピストン５の上下方向の伸縮により、ポンプ１００の吐出及び吸引動作を制御している。ピストン制御部６により、例えば、ピストン５の上下運動は、上昇に要する時間又は下降に要する時間を０．１秒単位で制御可能であり、最大時間９９９秒まで長くする事が可能となる。また、ピストン制御部６により、例えば、上昇時又は下降時のピストン５の保持時間も同様に、０．１秒単位で制御可能であり、保持時間は、制限はなく、任意時間だけ、保持が可能である。
【００５２】
ポンプ室３に吸引吐出される流体１１は、ポンプ室である凹部３と弾性膜２との間に挟まれた空間の中で吸引吐出される。
流体１１は、図１ＢのＥからＦ方向、又はＦからＥ方向へポンプ室３に沿って流れる。弾性膜２は、ポンプ室３上に張力が加わって引っ張られた状態でポンプ室３内に弛むことなく、ポンプ筐体３３の第１の平面３ｃに固定されている。すなわち、弾性膜２は、ポンプ筐体３３の第１の平面３ｃと密着設置されており、ポンプ室３に形成されたポンプ室底面３ａと、平坦なポンプ室側面３ｂとにより流体１１が流される空間を確保している。ポンプ室３に流される流体１１は、ポンプ室３の周囲が弾性膜２で密閉されて、流体１１の入口３１と出口３２以外からは流体１１は流れ出ない構造となっている。
【００５３】
ポンプ室３を流れる流体１１の液体材料の具体例としては、０．５μＭのビオチン修飾ＤＮＡ、１０ｍｇ／ｍＬのストレプトアビジン修飾磁性ビーズ、数１０μＬの緩衝液（緩衝液は、５ｍＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ，ｐＨ７．５でかつ１ＭのＫＣｌとの混合液）、又は、数ｍＬの純水が例示できる。
【００５４】
図２は、第１実施形態のポンプ１００を装着したマイクロチップ１０１を示す図である。マイクロチップ１０１は、マイクロチップ１０１のマイクロチップ筐体３３Ｂ内に、上方に突出した円筒状部１ｅとして設けられた入口側開口Ｉと、入口側開口Ｉと連通した第１チャンバー（入口側チャンバー）Ｘと、上方に突出した円筒状部１ｅとして設けられた出口側開口Ｏと、出口側開口Ｏと連通した第２チャンバー（出口側チャンバー）Ｙと、第１チャンバーＸと第２チャンバーＹとを結ぶ直線状のマイクロ流路３５とを備えている。マイクロチップ筐体３３Ｂは、ポンプ筐体３３を含む。マイクロ流路３５の長手方向の中間部には、第１実施形態のポンプ１００が設置されている。球体１を支持する一対の球体ステー１ａのそれぞれの基部は、矩形枠状部１ｄに連結されている。矩形枠状部１ｄの下端は、板状の球体ステープレート１ｃに固定されている。球体ステープレート１ｃは、マイクロチップ筐体３３Ｂの上面及びマイクロチップ筐体３３Ｂの上面上の弾性膜２を覆っている。球体ステープレート１ｃは、マイクロチップ筐体３３Ｂと同じ材料で構成されていてもよい。
【００５５】
流体１１をマイクロチップ１０１に挿入し又はマイクロチップ１０１から挿出するには、第１チャンバーＸの上部に円筒状部１ｅで突出して設けられた入口側開口Ｉから流体１１を挿入し、第２チャンバーＹの上部に円筒状部１ｅで突出して設けられた出口側開口Ｏから流体１１を挿出する構造となっている。マイクロ流路３５を流れる流体１１は、入口側開口Ｉ又は出口側開口Ｏ以外からは、流体１１が漏れ出ない構造となっている。マイクロチップ１０１に装着されている第１実施形態にかかるポンプ１００の２Ｂ−２Ｂ線の断面構造と、第１チャンバーＸ又は第２チャンバーＹの部分の２Ｃ−２Ｃ線の断面構造とを、それぞれ、図２Ｂ、図２Ｃに示す。図２Ｃには、入口側の第１チャンバーＸ又は出口側の第２チャンバーＹに液体１１が入っている状態の断面を表した図である。
【００５６】
入口側の第１チャンバーＸと、ポンプ１００の間と、ポンプ１００と、出口側の第２チャンバーＹとの間に、−Ｙ方向にしか液体を流さない逆止弁７が設けられている。
【００５７】
球体１は、ポンプ１００として図３Ｄ又は図３Ｃに示すＣ又はＤ方向に動作させて作動させたときに、前後左右上下に自由に動くことが出来る様に、一直線ではない屈曲又は湾曲した構造の球体ステー１ａで支えられている。この球体ステー１ａは、１つ又は複数個で構成されている。図２Ａに示すように、球体ステー１ａは、弾性膜２上に設けられた球体ステープレート１ｃより支えられた構造となっている。球体ステー１ａは１つの球体１に対し、１つ又は複数個で構成されている。
【００５８】
ポンプ１００のポンプ室３のポンプ室底面３ａの縦断面形状は、前述したように、球体１と一部が同じ曲線形状で形成され、またこの曲線は、すべてが球体１と同じ形状ではなく、上方に形成する途中より、球体１から離れる上方向に広がるような平面で形成されたポンプ室側面３ｂが形成されている。ポンプ室側面３ｂは、球体１の球面１ｂと同形状部分のポンプ室底面３ａから、外側に広がるような平面で形成されたポンプ室側面３ｂは、ポンプ室底面３ａの境目では段差無く、滑らかに形成されている。ポンプ室側面３ｂのさらに広がった先には、第１の平面３ｃがあり、第１の平面３ｃは、弾性膜２の下面と常に接触した状態となっており、ポンプ室３に吸引又は吐出される流体１１は浸入しない構造となっている。ポンプ室３のポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとのこのような特徴による効果として、下記に示す効果１に具体的に実験結果として示す。
【００５９】
ポンプ１００を動作させるアクチュエータの具体的な一例として、図３Ａに示すように、球体１に図３Ｄ又は図３ＣのＣ又はＤ方向に作用する円柱形状のピストン５が設置されている。ピストン５は、球体１の直上に配置され、図３Ｄ又は図３ＣのＣ又はＤ方向に作用することにより、球体１は、同時にＣ又はＤ方向に移動が可能となる。ピストン５は、円柱の中心と、球体１の中心とが同一な場所に設置されるのが理想であるが、ピストン５は底面が平らな円柱構造になっているため、球体１とピストン５との位置が中心でなく、ピストン５の底面内でズレが生じても、球体１をＣ方向に作用させることが可能である。すなわち、ピストン５の中心の位置と球体１の中心の位置とがお互いにずれていたとしても、ピストン５は円柱であるため、ピストン５の円柱の下平面により、球体１に上下運動をさせる事が可能となる。
【００６０】
ポンプ１００の吐出動作を行う場合、ピストン５がＣ方向に動作することにより、球体１はＣ方向（すなわち、図３Ｄの下向き）に力が加わり、Ｃ方向に押される。
【００６１】
球体１は、ピストン５によりＣ方向に押されたことにより、弾性膜２が同時にＣ方向に押される。押された弾性膜２は、収縮性があるため、球体１によりＣ方向に伸びながら押される。球体１の設置場所は、ポンプ室３の真ん中に設置されるのが理想であるが、そうでない場合でも、前記したようにポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂは傾斜が掛かっているとともに球体１が球体ステー１ａにより前後左右に移動可能であるため、ピストン５で押された球体１は、ポンプ室３の真ん中に最終的に収まる構造に工夫されている。
【００６２】
球体１によりＣ方向に押された弾性膜２は、ポンプ室底面３ａ、及びポンプ室側面３ｂとそれぞれ接触する位置まで押され、弾性膜２の一部は球体１とポンプ室３のポンプ室底面３ａとで挟まれた状態で止まり、一部のみ弾性膜２に接触している。
【００６３】
弾性膜２は、ポンプ室側面３ｂは、斜め上方に平面で形成されていたため、弾性膜２がポンプ室底面３ａで接触した部分から、第１の平面３ｃに張力を持って張られており、弾性膜２と、ポンプ室側面３ｂは接触した状態となる。第１の平面３ｃと弾性膜２とは初めから接触した状態であったため、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとで構成されるポンプ室３と、弾性膜２との間には空間が無くなり、ポンプ１００の吐出状態を形成できる。この状態を表した断面図が、図３Ｂである。
【００６４】
一方、ポンプ１００の吸引状態は、ピストン５がＤ方向（すなわち、図３Ｃの上向き）に動作されたとき、球体１は、球体ステー１ａの自力によりＤ方向に動き、元の位置（初期位置）に戻る。また、弾性膜２は、球体１が元の位置に戻ることにより、弾性膜２は張力が働いていたため、ポンプ室３との接触状態から離れ、ポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂからも離れ、ポンプ室３は空間となり、第１の平面３ｃと同レベルに近い状態に戻る。この状態では、ポンプ室３内に空間が出来るため、ポンプ１００は吸引状態になる。この吸引状態を表した断面図が、図３Ａである。このとき、もし、入口３１に連通したマイクロ流路３５に流体１１があれば、入口３１からポンプ室３内に流体１１を吸引することができる。
【００６５】
前記したように、凹部のポンプ室３の縦断面形状において、球体１の半径をｒ、弾性膜の厚さをｔとするとき、ポンプ室３のポンプ室底面３ａの下端位置６１からｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの距離の位置６２を起点として、ポンプ室３のポンプ室底面３ａの下端位置６１から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置６３までを終点とする範囲内に、ポンプ室底面３ａと平面３ｂとの変更点が位置するとする。その理由について、図２Ｄ及び図２Ｅを参照しながら、以下に説明する。
【００６６】
まず、ポンプ室３と弾性膜２との接触範囲のうち、ポンプ室底面３ａの下端位置６１からの最大接触位置としては、ポンプ室底面３ａの下端位置６１から（５／６）ｒ＋ｔの高さの位置６３まで接する。
【００６７】
ここで、弾性体２により狭められた部分を除くポンプ室３の最大開口径の半径は、図２Ｄより、断面円弧状のポンプ室底面３ａのポンプ室３の中心ＦＯから（ａ＋ｂ）の長さである。ここで、ａは、球体１と弾性膜２との接触部分と非接触部分との境界点と、球体１の中心とを通る垂直線との距離であり、ｂは、球体１の中心高さにおける、球体１と弾性膜２との間の距離である。ｒを球体１の半径とし、θを球体１と弾性膜２との接触部分と非接触部分との境界点と、球体１の中心とを結ぶ線と、水平線とで構成される角度とし、ｔを弾性膜２の厚さと定義すると、以下となる。
【００６８】
θ＝１８０／π×ａｒｃｓｉｎ（１／６）  ・・・式（１）
であるため、
ｃｏｓθ＝ａ／ｒとなる。よって、
ａ＝ｒ×ｃｏｓθ
式（１）を代入すると、
ａ＝ｒ×ｃｏｓ（１８０／π×（ａｒｃｓｉｎ（１／６））・・・・式（２）
（≒ｒ×０．９８６０１３        ・・・式（２）’）
また、ｂとθの関係は、
ｔａｎθ＝ｂ／（（１／６）ｒ）  ・・・式（３）
ｂ＝（１／６）ｒ×ｔａｎθ
式（１）を式（３）に代入すると、
ｂ＝（１／６）ｒ×ｔａｎ（１８０／π×ａｒｃｓｉｎ（１／６））  ・・・式（４）
（≒ｒ×０．０２８１７        ・・・式（４）’      ）
更に、弾性膜２の最大化開口部の水平方向距離は、角度θが付いているので、
ｔ／ｃｏｓθとなる。
よって、ポンプ室３の最大開口径の半径は、
ａ＋ｂ＋ｔ／ｃｏｓθ
＝ｒ×ｃｏｓ（１８０／π×（ａｒｃｓｉｎ（１／６））＋（１／６）ｒ×ｔａｎ（１８０／π×ａｒｃｓｉｎ（１／６））＋ｔ／ｃｏｓ（１８０／π×ａｒｃｓｉｎ（１／６））
（≒ｒ×１．０１４１８３＋１．０１４ｔ）
となる。
【００６９】
一方、最小接触位置としては、ポンプ室底面３ａの下端位置６１から、ｒ（１−３＾（１／２）／２）の位置６２まで接する。
【００７０】
ポンプ室３の最大開口径の半径（弾性膜２の厚さで狭まった幅は含まない）は、図２Ｅより中心から２ｒの幅である。
【００７１】
最小接触場所は、ポンプ室底面３ａの下端位置６１（弾性膜２の厚さを含まない）から、ｒ（１−３＾（１／２）／２）＋ｔの位置まで接する。ただし、ｒ＝球体１の半径、ｔ＝弾性膜２の厚さとする。（弾性膜２の厚さを含まない）ポンプ室３の最大開口径の半径は、図２Ｅより中心から２ｒ＋ｔ（３＾（１／２））の幅である。ただし、弾性膜２の厚さｔは、ｔ≒（１／６）ｒとする。
【００７２】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の第１実施形態におけるポンプ１００の一連のポンピング動作を表した図であり、以下にその動作を説明する。
【００７３】
初期動作（図３Ａでの動作）
球体１は、弾性膜２の上部に位置し、ポンプ室３の空間には何も入っていない。
【００７４】
この状態から、ピストン制御部６で制御されたピストン５が下に押されるように力を球体１に加えると、球体１が押され、球体１により弾性膜２が下に押される。押された球体１は、球体ステー１ａによってフレキシブルに支えられている為、ポンプ室底面３ａの最低部の位置まで自動的に位置補正されながら押される。球体１が予め設置されていた位置がポンプ室底面３ａの最低部の中心よりずれて設置されていたとしても位置補正され、また、位置補正により球体１が回転又は向きが変わったとしても、球体１は球のため、ポンプ室底面３ａの最低部に面する面形状は変わらず、弾性膜２を挟んでポンプ室底面３ａの最低部まで押される。
【００７５】
準備動作（図３Ｂでの動作）
次いで、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押し下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押されると、球体１のポンプ室底面３ａに面する面形状と、ポンプ室底面３ａとは同じ形状であるため、弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間には隙間が無くなる。この際、ポンプ室３内の弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間に残っていた気体例えば空気は、ポンプ室出口３２から抜ける。
【００７６】
その後、弾性膜２は、ポンプ室３の第１の平面３ｃで張力によって張られて支持されているため、この張力と弾性膜２の弾性力とにより、弾性膜２のシワを無くしてポンプ室側面３ｂと弾性膜２とは密着し、ポンプ室内部の隙間は無くなる。すなわち、弾性膜２が、球体１に接触していない部分では、弾性膜２は張力があるため、ポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂに密着する力が働き、球体１による弾性膜２の押圧時にポンプ室３の空間をより確実に無くすことができる。この際も、ポンプ室３内のポンプ室側面３ｂと弾性膜２との間に残った気体例えば空気は、ポンプ室出口３２から抜ける。
【００７７】
この状態で、ポンプ室内部の気体例えば空気は、完全に排除される。
【００７８】
吸引動作（図３Ｃでの動作）
次いで、ピストン制御部６で制御されたピストン５が押下げ位置（下端位置）から上部位置（初期位置）に戻ると、球体１は球体ステー１ａの弾性力により上端位置まで戻るとともに、弾性膜２は張力によって元の状態（図３Ａの状態）に戻る。弾性膜２が元の状態に戻るときにポンプ室３内で発生する吸引力によって、ポンプ室入口３１から、流体１１、例えば液体がポンプ室３内に流入する。ポンプ室出口３２の下流側には、逆止弁７が設けられている為、ポンプ室出口３２からは空気及び液体はポンプ室３内に流入して来ない。よって、ポンプ室３の内部空間に空気が予め無いように構成すれば、弾性膜２が元の状態まで上昇すると、ポンプ室入口３１からポンプ室３内に液体１１が入って、ポンプ室３内が液体１１で満たされ、空気は入ってこない構造となっている。
【００７９】
吐出動作（図３Ｄでの動作）
次いで、ピストン制御部６で制御されたピストン５により球体１が下に押下げられると、ポンプ室３の内部に満たしていた液体１１は、ポンプ室出口３１から排出される。ポンプ室入口３１の上流側には、逆止弁７が設置されているため、ポンプ室入口３１からは液体１１は排出されない。準備動作（図３Ｂでの動作）と同じように、初めに弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間には液体１１が無くなり、その後、ポンプ室側面３ｂと弾性膜２との間に残った液体は、弾性膜２の弾性力により弾性膜２がポンプ室側面３ｂに沿うように密着することにより、ポンプ室出口３２から排出される。この結果、弾性膜２のシワ無しにポンプ室側面３ｂと弾性膜２とは密着し、ポンプ室３の内部の空間は、全て無くなる。
【００８０】
このようなポンピング動作は、その後、吸引動作（図３Ｃでの動作）及び吐出動作（図３Ｄでの動作）を繰り返すことにより、ポンプ１００としての機能を発揮することができる。
【００８１】
＜効果１＞
ポンプ室３へ弾性膜２を介して押される球体１は、弾性膜２を介して一部しかポンプ室３の空間に接していない事を特長としている。この一部しか接していない特長を持ったポンピング効果を、実験１の結果によって示す。
【００８２】
図４Ａには、球体１で弾性膜２を押さえるピストン５の形状と比較するために、球体１の代わりに、ポンプ室３の底面３ａ及び側面３ｂに沿うような湾曲面及び平面を作成した細長い矩形状の押下ブロック８を有するポンプの断面図を示す。細長い矩形状の押下ブロック８は、第１実施形態とは異なり、弾性膜２を介して、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂと同形状で形成され、押下ブロック８は、ポンプ室底面３とポンプ室側面３ｂと全て接触する形状とした。この細長い矩形状の押下ブロック８と球体１との密着力の比較実験１を行った。
【００８３】
（効果１を示す実験１の構造説明）
本来、ポンプ室３の内部空間の縦断面形状は、球体１の球面１ｂと同じ形状を持ったポンプ室底面３ａと、ポンプ室底面３ａの途中から、上方に広がる様な円錐形状を持ったポンプ室側面３ｂとで構成されているお椀状の形状をしている。しかし、密着力を確認しやすくするため、実験１のサンプルは、図５Ａに示すように、ポンプ室３の内部の形状を、ポンプ室３の内部空間を垂直に切り取り、その切り取った形状をマイクロチップ１０１のポンプ室３と連通するマイクロ流路３５の長手方向沿いに移動した形状をした、幅広ライン状の流路３Ｌを形成し、実験１に用いた。図５Ｂ、図５Ｄに幅広ライン状流路３Ｌを有する実験サンプルの断面図を示し、効果の確認として作成した効果確認用マイクロチップ１０２を図５Ａに示す。なお、以下の実験では、幅広ライン状の流路３Ｌには、ポンプ室３と入口３１と出口３２とが無く、球体１を押して弾性膜とポンプ底面とが効率良く密着できるか否かの効果を確認するものである。そのような実験であっても、弾性膜の密着力は、ポンピングの効率に依存する事となるため、弾性膜の密着力の確認を行うことが出来ると考えられる。
【００８４】
効果確認用マイクロチップ１０２は、図５Ｅの断面で示す第１チャンバーＩ２又は第２チャンバーＯ２があり、その間をライン状流路３Ｌで繋がっている。第１チャンバーＩ２又は第２チャンバーＯ２の各上部の出入口９からは、液体１１を出し入れすることが可能であり、ライン状流路３Ｌの上部には弾性膜２で覆われていて第１及び第２チャンバーＩ２、Ｏ２とそれらの出入口９と、ライン状流路３Ｌと以外は、液体１１が漏れ出ない構造となっている。ライン状流路３Ｌの上部には、弾性膜２を介して直上に、球体１又は押下ブロック８が設置され、ピストン５によりそれぞれ上下運動出来るように構成している。球体１がライン状流路３Ｌにある場合の断面図を図５Ｂに示す。押下ブロック８がライン状流路３Ｌにある場合の断面図を図５Ｃに示す。比較実験１でのデバイス構造は、球体１又は押下ブロック８以外は全て同じ構造で、押下ブロック８も、球体１と同様に球体ステー１ａによりフレキシブルに可動できるように構成している。
【００８５】
図４Ｂには、押下ブロック８が効果確認用マイクロチップ１０２上で、弾性膜２を介してライン状流路３Ｌへ押されたときの断面図を示す。
【００８６】
図４Ｃには、ピストン５と押下ブロック８が効果確認用マイクロチップ１０２上に設置された場合を上から見た図である。
【００８７】
このライン状流路３Ｌに流れる液体１１を、第１実施形態の球体１と、実験１用に作成した押下ブロック８とを用い、ライン状流路３Ｌに流れる液体１１をせき止め、堰き止め能力を比較した。この結果、せき止め能力が優れているという事は、ポンプ室３内の体積を効率良く排除する能力があることを意味するため、気泡の無いポンピング効果が発揮できる事が証明されたことになる。
【００８８】
今回の実験１では、ポンプ室３の内部構造をライン状流路３Ｌに置き換えて実験したが、効率の良いライン状流路３Ｌが複数集まった構造が、ポンプ室３の内部構造と考えることができるため、第１実施形態に示す、効率の良いライン状流路が集まった構造は、効率の良いポンプ室３であると言える。
【００８９】
（効果１を示す実験１の方法）
第１チャンバーＩ２の入口９から液体１１を、０．００５ＭＰａ、０．０１ＭＰａ、０．０１２ＭＰａの３種類の注入圧力で注入した。注入すると同時に、ピストン５により、球体１、又は、押下ブロック８を押し、弾性膜２を介して、ライン状流路３Ｌを押さえる。
【００９０】
第１チャンバーＩ２の入口９から注入された３種類の圧力の液体と、球体１、または、押下ブロック８の２種類、合計６種類の状態及び構造に対し、第２チャンバーＯ２へ液体が流れ出なくなるまでピストン５が押された「ポンプ押し圧力」の値を比較した。
【００９１】
（効果１を示す実験１の結果と結論）
図６Ａと図６Ｂとに、６種類の実験１の結果を示す。
【００９２】
球状の球体１と、ライン状の押下ブロック８とで比べた場合、いずれの液注入圧力においても、球体１の方がポンプ押し圧力が小さい力でライン状流路３Ｌの液流れを止める事が可能となった。弾性膜２を押す形が球形になることにより、効果的に、ポンプ室最低部に到達する事が出来、またポンプ室底面３ａと球の形がフィットした易かったことにより第１実施形態の効果が確認された。
【００９３】
少ない力でピストン５を動作する事が出来るということは、弾性膜２と、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとが効果的に密着する事が出来る事であり、ピストン５の押す力を大きくすれば、さらに密着できる。また、弾性膜２と、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとが密着する事が出来るということは、図３Ｂで示した動作時に、隙間を効率的に無くして空気を排除する事が出来るため、気泡が残りにくい構造となる。
【００９４】
第１実施形態は、より少ない力でポンプ室３の空間の隙間を埋める事が出来る構造である。
【００９５】
＜効果２＞
ポンプ室３の底部は、上方から押される球体１の一部と同じ形状を持ったポンプ室底面３ａと、前記ポンプ室底面３ａの途中から上方に広がる円錐形状を持ったポンプ室側面３ｂとで構成される事を特長としている。この特長により、ピストン５が少ない力で球体１を押し、球体１が弾性膜２を押すことにより、弾性膜２が、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとに効果的に密着する事が出来る。
【００９６】
第１実施形態では、球体１とポンプ室底面３ａの途中から、上方に広がる円錐形状は、上方に直線に広がっている事を特長としている。この、上方に広がる円錐形状が直線ではなく、図７Ｂの７ｂの様に上に凸の形状、又は図７Ｃの７ｃの様に下に凸の形状である場合、効果的に弾性膜２と、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとが効果的に密着する事が出来ない。このポンプ室側面３ｂの形の特長の比較実験２を行い、その実験結果により効果を示す。
【００９７】
（効果２を示す実験２の構造説明）
実験２を確認しやすくするため、実験２のサンプルは、実験１と同様に、ポンプ室３の内部の形状をライン状に形成して、ライン状流路３Ｌに流れる液体１１のリーク量で比較した。ライン状に形成したライン状流路３Ｌを示す断面図の１つを、図５Ｂ及び図５Ｃに示す。これらの図より、ライン状流路３Ｌの内部空間が同じ形状であることが確認できる。実験２では、ポンプ室３の内部空間構造とライン状流路３Ｌの内部空間構造とが違う形の効果確認用マイクロチップ１０３を作成し、確認した。
【００９８】
図８Ａに、効果確認用マイクロチップ１０３を上から見た図を示す。
【００９９】
効果確認用マイクロチップ１０３は、図８Ｄの断面で示す第１及び第２チャンバーＩ３及びＯ３があり、その間はライン状流路３Ｌで繋がっている。ライン状流路３Ｌの断面形状は、図７Ａに示す様に、第１実施形態用のポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとを断面で切断した形状と同じ断面形状をライン状にした流路３Ｌを持ったマイクロチップ１０３と、図７Ｂに示す様に、ポンプ室側面３ｂのみ上方向に滑らかな上に凸形状部分７ｂの流路３Ｌを持ったマイクロチップ１０３と、図７Ｃに示す様に、ポンプ室側面３ｂのみ下に凸形状部分７ｃの流路３Ｌを持ったマイクロチップ１０３との合計３種類のマイクロチップを作成した。ライン状流路３Ｌは、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示す様に、ポンプ室側面３ｂのみ直線（平面）と、上に凸（上に凸状の湾曲面）、下に凸（下に凸状の湾曲面）であり、それ以外は全て同じである。
【０１００】
第１及び第２チャンバーＩ３及びＯ３の各上部からは液体１１を出し入れすることが可能であり、第１及び第２チャンバーＩ３及びＯ３とそれらの出入口１０と、ライン状流路３Ｌ以外は、ポンプ室３の上部が弾性膜２で覆われているので、液体１１が漏れ出ない構造となっている。ライン状流路３Ｌの上部にある弾性膜２を介して、その直上には、球体１が球体ステー１ａにより設置され、ピストン５により上下運動出来る。
【０１０１】
比較実験２での効果確認用マイクロチップ１０３のデバイス構造は、ライン状流路３Ｌの断面形状が違う以外は、全て同じ構造である。
【０１０２】
（効果２を示す実験２の方法）
第１チャンバーＩ３の入口９から液体１１を注入し、ライン状流路３Ｌに液体１１を流す。同時に、ピストン５により球体１を押し、弾性膜２を介して、ライン状流路３Ｌを押圧させる。第１チャンバーＩ３の入口９からは、一例として、０．００５ＭＰａ、０．０７ＭＰａ、０．０１ＭＰａの３種類の圧力で液体１１を注入し、第２チャンバーＯ２へ液体１１が流れ出たときのピストン５の押す圧力「ポンプ押し圧力」の値を比較した。効果確認用マイクロチップ１０３の流路３Ｌは、ポンプ室側面３ｂが直線と、上に凸、下に凸の３種類と、３条件の液注入圧力を行い、合計９種類の状態及び構造で確認を行った。
【０１０３】
（効果２を示す実験２の結果と結論）
図９Ａと図９Ｂとに、９種類の実験２の結果を示す。
【０１０４】
いずれの液注入圧力においても、ライン状流路３Ｌのポンプ室側面３ｂが直線の場合において、「ポンプ押し圧力」が小さい力でライン状流路３Ｌの液流れを止められる結果となった。ポンプ室側面３ｂが直線であることにより、弾性膜２とポンプ室側面３ｂの摩擦が小さくなり、密着力が増した。ここで、液流れをせき止め能力があるという事は、ポンプ室３内の体積を効率良く排除できることを意味するため、泡の無いポンピング効果が発揮できる事が証明されたことになる。
【０１０５】
少ない力でピストン５を動作する事が出来るということは、弾性膜２と、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとが効果的に密着する事が出来る事であり、ピストン５の押す力を大きくすれば、より密着できることにもなる。弾性膜２と、ポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとが密着する事が出来るということは、図３Ｂで示した動作時に、空気を効率的に排除する事が出来るため、気泡が入りにくい構造となる。
【０１０６】
第１実施形態は、より少ない力で、ポンプ室３の空間の隙間を埋める事が出来る構造である。
【０１０７】
次に、第１実施形態のポンプ１００により、ポンプ送液容積が安定してポンピング動作を行うことができることについて、図１０Ａ〜図１０Ｆを基に説明する。
【０１０８】
初期動作（図１０Ａでの動作）
図３Ａと同様に、図１０Ａは、球体１は、弾性膜２の上部の上端位置に位置し、ポンプ室３の空間には何も入っていない初期状態を示している。
【０１０９】
この初期状態から、ピストン制御部６で制御されたピストン５が例えば伸びて下に押す力を球体１に加えると、球体１が下向きに押され、球体１により弾性膜２が下に押下げられる。下向きに押下げられた球体１は、一対の球体ステー１ａによってフレキシブルに支えられている為、ポンプ室底面３ａの最低部の位置まで自動的に位置補正されながら押下げられる。よって、たとえ球体１が予め設置されていた位置がポンプ室底面３ａの最低部の中心よりずれて設置されていたとしても、自動的に位置補正される。また、位置補正により球体１が回転し又は球体１の向きが変わったとしても、球体１は球のため、ポンプ室底面３ａの最低部に面する面形状は変わらず、弾性膜２を挟んでポンプ室底面３ａの最低部まで押される。
【０１１０】
準備動作（図１０Ｂでの動作）
次いで、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押されると、球体１のポンプ室底面３ａに面する面形状と、ポンプ室底面３ａとは同じ形状であるため、弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間には隙間が無くなる。この際、ポンプ室３内の弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間に残っていた気体例えば空気は、ポンプ室出口３２から抜ける。
【０１１１】
その後、弾性膜２は、ポンプ室３の第１の平面３ｃで張力によって張られて支持されているため、この張力と弾性膜２の弾性力とにより、ポンプ室側面３ｂと弾性膜２とも密着し、ポンプ室内部全体で隙間が無くなる。この際も、ポンプ室３内のポンプ室側面３ｂと弾性膜２との間に残った気体例えば空気は、ポンプ室出口３２から抜ける。
【０１１２】
この状態で、ポンプ室内部の気体例えば空気は、完全に排除される。
【０１１３】
吸引動作（図１０Ｃでの動作）
次いで、ピストン制御部６で制御されたピストン５が押下げ位置（下端位置）から上部位置（初期位置）に戻ると、球体１は球体ステー１ａの弾性力により上端位置まで戻るとともに、弾性膜２は張力によって元の状態（図１０Ａの状態）に戻る。弾性膜２が元の状態に戻るときにポンプ室３内で発生する吸引力によって、ポンプ室入口３１から、流体１１、例えば液体がポンプ室３内に流入する。ポンプ室出口３２の下流側には、逆止弁７が設けられている為、ポンプ室出口３２からは空気及び液体はポンプ室３内に流入して来ない。よって、ポンプ室３の内部空間に空気が予め無いように構成すれば、弾性膜２が元の状態まで上昇すると、ポンプ室入口３１からポンプ室３内に液体１１が入って、ポンプ室３内が液体１１で満たされ、空気は入ってこない構造となっている。
【０１１４】
吐出動作（図１０Ｄでの動作）
次いで、ピストン制御部６で制御されたピストン５により球体１が下に押下げられると、ポンプ室３の内部に満たしていた液体１１は、ポンプ室出口３２から排出される。ポンプ室入口３１の上流側には、逆止弁７が設置されているため、ポンプ室入口３１からは液体１１は排出されない。この排出動作により、準備動作（図１０Ｂでの動作）と同じように、初めに弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間で液体１１が無くなり、その後、ポンプ室側面３ｂと弾性膜２との間に残った液体１１Ｇも（図１０Ｄ及び図１０Ｅ参照）、弾性膜２の弾性力と張力とにより弾性膜２がポンプ室側面３ｂに沿うように密着することにより、ポンプ室出口３２から排出される（図１０Ｆ参照）。この結果、ポンプ室側面３ｂと弾性膜２とは密着し、ポンプ室３の内部の空間は、全て無くなる。
【０１１５】
このように、ポンピング動作として、その後、吸引動作（図１０Ｃでの動作）及び吐出動作（図１０Ｄ〜図１０Ｆでの動作）を繰り返すことにより、ポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂと弾性膜２との間に残った気体及び液体が全て排出されるため、ポンプ送液容積が安定したものとなる。
【０１１６】
これに対して、図７Ｂの上凸形状部分７ｂの様に上に凸の形状、及び、図７Ｃの下凸形状部分７ｃの様に下に凸の形状である場合のポンプ室では、前記した優れた効果が達成できないことを、図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１２Ａ〜図１２Ｆを基に、以下に説明する。
【０１１７】
まず、図７Ｂのような上凸形状部分７ｂの断面形状のポンプ室の場合について説明する。
【０１１８】
図１１Ａの初期状態は、図１０Ａの初期状態と同じである。
【０１１９】
次いで、次の準備動作では、図１１Ｂ〜図１１Ｃに示すように、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押下げるとき、弾性膜２がポンプ室底面３ａに接触する前に、上凸形状部分７ｂが弾性膜２と接触して摩擦が発生してしまう。すると、球体１を押下げる力が減少し、押下げ動作が減速されたり、真っ直ぐ下に下降せず、位置がずれたりしてしまい、弾性膜２がポンプ室底面３ａに対して均等に押圧できない場合も生じる。
【０１２０】
次いで、次の吸引動作は、図１１Ｄに示すように、図１０Ｃでの動作とほぼ同じである。
【０１２１】
次いで、次の吐出動作は、図１１Ｅに示すように、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押下げるとき、弾性膜２がポンプ室底面３ａに接触する前に、上凸形状部分７ｂが弾性膜２と接触して摩擦が発生してしまう。すると、球体１を押下げる力が減少し、押下げ動作が減速されたり、真っ直ぐ下に下降せず、位置がずれたりしてしまい、弾性膜２がポンプ室底面３ａに対して均等に押圧できない場合も生じる。この結果、図１１Ｆに示すように、弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間に隙間が生じてしまい、その隙間に一部の流体１１Ｈが残ることになる。このため、吐出容積が吐出動作する毎に変動することになる。
【０１２２】
次に、図７Ｃのような下凸形状部分７ｃの断面形状のポンプ室の場合について説明する。
【０１２３】
図１２Ａの初期状態は、図１０Ａの初期状態と同じである。
【０１２４】
次いで、次の準備動作では、図１２Ｂ〜図１２Ｃに示すように、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押下げるとき、弾性膜２がポンプ室底面３ａに接触する前に、下凸形状部分７ｃが弾性膜２と接触して摩擦が発生してしまう。すると、球体１を押下げる力が減少し、押下げ動作が減速されたり、真っ直ぐ下に下降せず、位置がずれたりしてしまい、弾性膜２がポンプ室底面３ａに対して均等に押圧できない場合も生じる。
【０１２５】
次いで、次の吸引動作は、図１２Ｄに示すように、図１０Ｃでの動作とほぼ同じである。
【０１２６】
次いで、次の吐出動作は、図１２Ｅに示すように、ピストン５により球体１を押下げ位置（下端位置）まで押下げることにより球体１が弾性膜２を押しながらポンプ室底面３ａの最低部まで押下げるとき、弾性膜２がポンプ室底面３ａに接触する前に、下凸形状部分７ｃが弾性膜２と接触して摩擦が発生してしまう。すると、球体１を押下げる力が減少し、押下げ動作が減速されたり、真っ直ぐ下に下降せず、位置がずれたりしてしまい、弾性膜２がポンプ室底面３ａに対して均等に押圧できない場合も生じる。この結果、図１２Ｆに示すように、弾性膜２とポンプ室底面３ａとの間に隙間が生じてしまい、その隙間に一部の流体１１Ｊが残ることになる。このため、吐出容積が吐出動作する毎に変動することになる。
【０１２７】
このように、図７Ｂの上凸形状部分７ｂの様に上に凸の形状、及び、図７Ｃの下凸形状部分７ｃの様に下に凸の形状である場合のポンプ室では、上凸形状部分７ｂ又は下凸形状部分７ｃにおいて球体１を押下げる力を削減する摩擦力などが働き、押下げ力が減少して弾性膜２とポンプ室底面３ａ又はポンプ室側面３ｂとの間に隙間が生じてしまい、液体１１が残存し、吐出容積が吐出動作する毎に変動してしまうといった問題が発生する。
【０１２８】
これに対して、第１実施形態では、そのような凸形状部分７ｂ，７ｃは無く、平面のポンプ室側面３ｂで構成しているため、弾性膜２とポンプ室底面３ａ及びポンプ室側面３ｂとの間に隙間は全く生じず、液体１１の残存も無く、吐出容積は常に一定であるといった、優れた効果を奏することができる。
【０１２９】
すなわち、前記実施形態によれば、ポンプ室３が湾曲底面３ａと側面３ｂとで規定され、湾曲底面３ａは、球体１の球面１ｂと同じ曲率半径を有し、ポンプ室３の側面３ｂは、平面であり、ポンプ室３の縦断面形状において、湾曲底面３ａと平面３ｂとの変更点は前記したように所定範囲内に位置しているように構成している。このようにポンプ室３の縦断面形状を前記したような所定形状としたので、球体１の下部の押圧により弾性膜２を凹部のポンプ室底面３ａとポンプ室側面３ｂとに密着接触させて弾性膜２のシワを無くすことができる。この結果、ポンプ室３内の気体を完全に排除し、ポンプ室３内に不要な気泡が入らない様にすることが出来て、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能である。
【０１３０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、カム構造で球体１を押し込んでも良い。
【０１３１】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明にかかるマイクロポンプ、マイクロチップ、及びマイクロデバイスは、ポンプ吐出容積が安定し、より小さい力でのポンピング動作が可能であり、マイクロチップ又はマイクロデバイスに含まれるマイクロポンプに有用であると共に、より一般的に流体を用いるデバイスにも有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１    球体
１ａ    球体ステー
１ｂ    球面
１ｃ    球体ステープレート
１ｄ    球体ステー支持部
１ｅ    円筒状部
２    弾性膜
２ａ    弾性膜の下面
２ｂ    弾性膜の下面のポンプ室側面と接する部分に対向する上面の部分（球体の周囲の部分に対応する部分）
３    ポンプ室
３ａ    ポンプ室底面
３ｂ    ポンプ室側面
３ｃ    第１の平面
５    ピストン
６    ピストン制御部
７    逆止弁
７ｂ    上凸形状部分
７ｃ    下凸形状部分
８    細長い矩形状の押下ブロック
９、１０    出入口
１１    流体
３１    ポンプ室入口
３２    ポンプ室出口
３３    ポンプ筐体
３３Ｂ    マイクロチップ筐体
３４    ポンプ筐体裏板
３５    マイクロ流路
１００    ポンプ
１０１、１０２、１０３    マイクロチップ
Ｉ    入口側開口
Ｏ    出口側開口
Ｘ、Ｉ２、Ｉ３    第１チャンバー
Ｙ、Ｏ２、Ｏ３    第２チャンバー
【図１Ａ】
2017008722.tif 000003
【図１Ｂ】
2017008722.tif 000004
【図１Ｃ】
2017008722.tif 000005
【図１Ｄ】
2017008722.tif 000006
【図１Ｅ】
2017008722.tif 000007
【図１Ｆ】
2017008722.tif 000008
【図２Ａ】
2017008722.tif 000009
【図２Ｂ】
2017008722.tif 000010
【図２Ｃ】
2017008722.tif 000011
【図２Ｄ】
2017008722.tif 000012
【図２Ｅ】
2017008722.tif 000013
【図３Ａ】
2017008722.tif 000014
【図３Ｂ】
2017008722.tif 000015
【図３Ｃ】
2017008722.tif 000016
【図３Ｄ】
2017008722.tif 000017
【図４Ａ】
2017008722.tif 000018
【図４Ｂ】
2017008722.tif 000019
【図４Ｃ】
2017008722.tif 000020
【図５Ａ】
2017008722.tif 000021
【図５Ｂ】
2017008722.tif 000022
【図５Ｃ】
2017008722.tif 000023
【図５Ｄ】
2017008722.tif 000024
【図５Ｅ】
2017008722.tif 000025
【図６Ａ】
2017008722.tif 000026
【図６Ｂ】
2017008722.tif 000027
【図７Ａ】
2017008722.tif 000028
【図７Ｂ】
2017008722.tif 000029
【図７Ｃ】
2017008722.tif 000030
【図８Ａ】
2017008722.tif 000031
【図８Ｂ】
2017008722.tif 000032
【図８Ｃ】
2017008722.tif 000033
【図８Ｄ】
2017008722.tif 000034
【図９Ａ】
2017008722.tif 000035
【図９Ｂ】
2017008722.tif 000036
【図１０Ａ】
2017008722.tif 000037
【図１０Ｂ】
2017008722.tif 000038
【図１０Ｃ】
2017008722.tif 000039
【図１０Ｄ】
2017008722.tif 000040
【図１０Ｅ】
2017008722.tif 000041
【図１０Ｆ】
2017008722.tif 000042
【図１１Ａ】
2017008722.tif 000043
【図１１Ｂ】
2017008722.tif 000044
【図１１Ｃ】
2017008722.tif 000045
【図１１Ｄ】
2017008722.tif 000046
【図１１Ｅ】
2017008722.tif 000047
【図１１Ｆ】
2017008722.tif 000048
【図１２Ａ】
2017008722.tif 000049
【図１２Ｂ】
2017008722.tif 000050
【図１２Ｃ】
2017008722.tif 000051
【図１２Ｄ】
2017008722.tif 000052
【図１２Ｅ】
2017008722.tif 000053
【図１２Ｆ】
2017008722.tif 000054