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バルブレスマイクロポンプ コモンズ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P09S000275
掲載日 2010年1月15日
出願番号 特願2007-528400
登録番号 特許第4779126号
出願日 平成18年7月10日(2006.7.10)
登録日 平成23年7月15日(2011.7.15)
国際出願番号 JP2006313691
国際公開番号 WO2007013287
国際出願日 平成18年7月10日(2006.7.10)
国際公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
優先権データ
  • 特願2005-216984 (2005.7.27) JP
発明者
  • 宮崎 康次
  • 田中 誠一
  • 下岡 弘幸
  • 塚本 寛
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 バルブレスマイクロポンプ コモンズ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり
発明の概要

このバルブレスマイクロポンプは,圧電素子7によって体積変動室8の流体の圧力変動を流体10の振動流に変換し,流体10をスムーズに流路5,6で流動させる。流路2を非対称のディフューザ形状流路12に形成して,流路2をディフューザ入口3側を狭い流路5に且つディフューザ出口4側を広い流路6に形成し,狭い流路5に連通して圧電素子7を設けた体積変動室8を形成する。圧電素子7に電圧を印加して発生した振動によって,体積変動室8内の流体10に圧力変動を起こしてノズル流れを発生させ,ノズル流れによって流体10を広い流路6から狭い流路5へとスムーズに流動させる。

従来技術、競合技術の概要


現在では,ヒトゲノムが全て解明され,テーラーメイド医療の実用化に向け盛んに研究されている。この療法の実現には全ての患者にDNA検査を行う必要があるが,現在の技術ではこの検査に数日という長期間がかかっている。そこで,マイクロTAS(μ‐トータル・アナリシス・システム)又は Lab-on-a-chip(ラブ-オン-ア-チィップ)と呼ばれる小型の分析装置の開発が急務となっている。マイクロTASとは,反応部,計測部,ポンプ部等を小型化し,全てを1つの基板上に設置することによって,これまでより一層短時間の分析を可能にするものである。該小型分析装置は,チップ上に全ての分析システムを搭載し,装置自体の小型化を計ることによって反応時間を抑えて検査時間を短縮するものである。



従来,マイクロポンプとしては,一方向流れにのみ開く逆止弁を利用したもの,渦巻きポンプのようなロータ等の回転部を持つターボ型,幾何的に複雑な形状を持つものが開発されてきた。マイクロスケールについては,支配力の変化によって慣性力等の体積力よりも粘性力や摩擦力の面積力が支配的になるために,マイクロポンプに可動部や回転部の機構を備えていると,その部分の損傷が原因となってマイクロポンプの短寿命化が問題になる。また,マイクロポンプが機械的な機構や複雑な形状を備えていると,部品点数が増え,部品や部材の加工やそれらの組立てが困難になるという問題がある。また,マイクロポンプとしては,各種のディフューザ・ノズル形状を用いたものが知られているが,これらを検討すると,ディフューザ・ノズル形状から流路と圧力室の間に急拡大形状,又は急縮小形状に構成されている。流路抵抗差を利用するマイクロポンプについては,これらの形状の流路の組み合わせ形状は,振動流の流れ方向の変化において互いの効果を打ち消し合うために非効率的であることが分かっている。



従来,マイクロポンプとして,圧力室又は圧力室につながる流路にダイアフラム面に平行な面内で少なくとも一対の突起ブロックを設けたものが知られている。該マイクロポンプは,一部分が振動するダイアフラムを有するシリコンで構成された第1基板と,該第1基板に対向して接合されたシリコンで構成された第2基板とから成り,第2基板のダイアフラムに対向する位置に圧力室を形成し,該圧力室につながるノズルを圧力室に向かって流路幅が狭くなる形に形成し,圧力室につながるノズルを圧力室から離れるに連れて流路幅が狭くなる形に形成し,両ノズルが最も狭まった位置にダイアフラム面に平行な面に投射した形状が両ノズルの内壁面を延長するように,ノズル中心線に平行に延びる一対の突起部を設けたものである(例えば,特許文献1参照)。



また,マイクロポンプとして,簡単な構成で微小量の液体を正逆両方向に搬送するものが知られている。該マイクロポンプは,流路抵抗が差圧に応じて変化する第1流路,差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が第1流路よりも小さい第2流路,第1流路と第2流路とに接続された加圧室,及び加圧室の内部の圧力を変化させるための圧電素子を有し,加圧室の内部の圧力を圧電素子で変化させることにより,第1流路の流路抵抗と第2流路の流路抵抗との比を異ならせることができ,差圧の変化に対する流路抵抗の変化を利用して,正逆両方向に液体を搬送するものである(例えば,特許文献2参照)。



また,マイクロポンプとして,中間層シリコン基盤の液体出口に相当する基板表面に逆止弁を有するものが知られている。該マイクロポンプは,液体の導出口穴と接合面に凹部を有するガラス基板,液体の導入出口穴を有する中間層シリコン基板,及びメサとダイアフラムを有するシリコン基板を積層して完全機密接合した構造から成り,中間層シリコン基板の液体出口側に相当する基板表面に逆止弁を有し,ダイアフラムを可動させ,逆止弁を開閉させるアクチュエータをダイアフラムの下部に配設したものである(例えば,特許文献3参照)。



また,従来知られているマイクロポンプとして,ハウジング部とロータ部とを備え,ロータ部がロータ,可動ベーン,ロータと可動ベーンとを連結する板ばねを有し,これらが一体構造に構成されているものである(例えば,特許文献4参照)。

【特許文献1】特開平10-110681号公報

【特許文献2】特開2005-98304号公報

【特許文献3】特開平11-257233号公報

【特許文献4】特開2004-11514号公報

産業上の利用分野


この発明は,例えば,医療分野や化学分野で使用される流路に流体を流すためのバルブレスマイクロポンプに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 流体流れの流路にディフューザ形状流路を形成し,前記流路をディフューザ流れの入口側を狭い流路に且つディフューザ流れの出口側を広い流路に形成し,前記狭い流路に連通する体積変動室を配設し,前記体積変動室に振動付勢手段を設け,前記振動付勢手段を付勢して発生した振動によって,前記体積変動室内の流体に圧力変動を発生させ,前記流体の前記圧力変動を前記流体の振動流に変換し,前記流路における前記流体の前記振動流によって前記流路に前記流体の一方向流れを発生させることを特徴とするバルブレスマイクロポンプ。
【請求項2】 前記振動付勢手段は,圧電素子であることを特徴とする請求項1に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項3】 前記狭い流路には前記ディフューザ流れの前記入口側として機能し且つノズル流れの出口側として機能する流路管が接続され,また,前記広い流路には前記ディフューザ流れの前記出口側として機能し且つ前記ノズル流れの入口側として機能する流路管が接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項4】 前記振動付勢手段を付勢して前記流体に前記振動流を与えると,前記流体は,前記ディフューザ流れよりも流路抵抗が低い前記ノズル流れで流れ,前記広い流路から前記狭い流路へと搬送されることを特徴とする請求項3に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項5】 前記圧電素子は,前記体積変動室に直接配設されていることを特徴とする請求項2に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項6】 前記体積変動室は,前記流路における前記ディフューザ形状流路に近接した位置で連絡流路によって連通するように配設されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項7】 前記ディフューザ形状流路のディフューザ開き角度は,10°~90°の範囲であることを特徴とする請求項6に記載のバルブレスマイクロポンプ。
【請求項8】 前記ディフューザ形状流路の前記ディフューザ開き角度は,50°前後であることを特徴とする請求項7に記載のバルブレスマイクロポンプ。
産業区分
  • 流体移送
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
詳細は、下記「問合せ先」まで直接お問い合わせください。


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