マイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置及びマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法
【課題】 微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合すること。
【解決手段】 液体Ａ及び液体Ｂの各々において、流量制御装置５０のデータ設定部５９に所望の目標流量値５８を設定する。これによって流量制御装置５０において、各マイクロポンプから微小流路を介して輸送される液体Ａ，Ｂの流量が設定目標流量値５８となるように、圧電素子１１ａ，１１ｂを振動させるための印加電圧値６８Ａ，６８Ｂが求められ、これらの印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加される。
【解決手段】 液体Ａ及び液体Ｂの各々において、流量制御装置５０のデータ設定部５９に所望の目標流量値５８を設定する。これによって流量制御装置５０において、各マイクロポンプから微小流路を介して輸送される液体Ａ，Ｂの流量が設定目標流量値５８となるように、圧電素子１１ａ，１１ｂを振動させるための印加電圧値６８Ａ，６８Ｂが求められ、これらの印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された微小な流路を用いて、微小容量の液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などを行うためのマイクロポンプ及びマイクロミキサの双方の機能を備え、マイクロポンプによってマイクロミキサへ輸送される液体の流量を制御するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置及びマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術を用いてシリコンやガラス、プラスチックなどの基板上に微小流路（マイクロチャンネル）を形成し、この流路に蓋をすることによって形成される微小空間を、各種液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などの場に利用する試みが注目されている。
これらの分野に供されるデバイスや装置は、その使用目的に応じて、マイクロポンプ、マイクロミキサ、マイクロリアクタ、μＴＡＳ（マイクロトータルアナリシスシステム）等と呼ばれている。
【０００３】
このようなマイクロポンプ及びマイクロミキサにおいては、通常、反応流路の等価直径（流路の断面を円に換算したときの直径）が５００μｍよりも小さいものが微小流路とされている。このように、流路のスケールが微小化してくると、単位体積当たりの表面積が非常に大きくなるという特徴が得られる。
この特長によって、温度、圧力、濃度などの勾配が大きくなるため、熱伝導、物質移動拡散などの効率が向上し、反応系での反応時間の短縮、反応速度の向上等の利点が得られることになる。更に、微小反応で適量合成が可能であり、高い再現性も得られるので、薬品や触媒試薬類などの使用量を大幅に低減することができ、経済的にも有効である。
【０００４】
このようなマイクロポンプ及びマイクロミキサの構造に関する従来技術として、次のような各種の構造が提案されている。
図８（ａ）〜（ｃ）に示すような、Ｙ型と呼ばれるマイクロミキサが知られている。
図８は、Ｙ型のマイクロミキサの構成部材を示し、（ａ）は蓋板、（ｂ）は基板の平面図、（ｃ）は（ａ）に示す蓋板と（ｂ）に示す基板とを接合して形成したマイクロミキサを（ｂ）に示すＣ１−Ｃ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【０００５】
このマイクロミキサ１９は、蓋板１と基板２より構成されており、（ｂ）に示すように、基板２に双方でＹ字状となる微小流路６及び混合流路７が形成されている。また、（ａ）に示すように、蓋板１には、微小流路６の先端部に連結する位置に、各種の溶液、薬品、試薬等を微小流路６に供給するための供給口３，４が設けられ、更に、混合流路７の先端部に連結する位置には、混合又は反応した流体を取り出すための流出口５が形成されている。
【０００６】
そして、（ｃ）に示すように、蓋板１と基板２が接合され、供給口３，４から供給された各種液体は、混合流路７で混合され、流出口５から外部に取り出すことができるように、微小流路６及び混合流路７による連続流路が形成されている。
このようなマイクロミキサ１９を利用した混合に関する従来技術として、次のような第１及び第２の構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置が提案されている。
【０００７】
図９に示すように、第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、市販のポンプである例えばシリンジポンプ２１ａ，２１ｂとマイクロミキサ１９の各供給口３，４とをチューブ２２ａ，２２ｂで接続して構成されている。
このような構成において、各シリンジポンプ２１ａ，２１ｂに充填された互いに異なる液体Ａ，Ｂを各チューブ２２ａ，２２ｂを介してマイクロミキサ１９の供給口３，４へ輸送する。このようにマイクロミキサ１９の適用を混合機能のみに限定した構成が知られている。
【０００８】
また、この種のＹ型のマイクロミキサとシリンジポンプを組み合わせた装置が、特許文献１に開示されている。
第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、本出願人による特許文献２に記載のものである。このマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を、図１０（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１０は、従来の第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示し、（ａ）は基板の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）に示すＤ１−Ｄ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【０００９】
図１０に示すマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、既に説明済みの図８に示したマイクロミキサ１９の各微粒子検出部３の合流部を拡張して混合エリア部９を形成し、また、各微小流路６の途中に概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した基板１５を備える。更に、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の蓋板１の上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載すると共に、混合エリア部９の上方の蓋板１上に、ミキサ機能用の圧電素子１２を搭載して構成されている。そして、各圧電素子１１ａ，１１ｂ，１２の振動によって各液体Ａ，Ｂの混合を促進するようになっている。
【００１０】
更に、この種の従来のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置として、特許文献２に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００４−１２２１０７号公報（段落番号００７７）
【特許文献２】特開２００３−４１０８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置において次のような問題がある。
第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置においては、混合速度が拡散に支配されるため、混合の効率化に限界があり、混合に多くの時間を要していた。更に、市販のポンプの液体充填部分並びに当該ポンプとマイクロミキサ間を接続するチューブによる流路の等価直径が大きく、言い換えればマイクロミキサのような等価直径の極小さな微小流路でないため、その等価直径の大きい流路をマイクロミキサの微小流路に接続すると、本来マイクロミキサの微小流路で得られるはずの試薬量の低減の効果が殆ど得られなくなる。
【００１２】
第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置においては、各液体の粘度が異なる場合、各液体の輸送バランスが崩れ、両液体を同時に輸送することが困難となる。このため、粘度が同等の液体同士の混合にしか適用できないという制約があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置及びマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、任意の値の目標流量値を設定すれば、ポンプ部から流路を介して輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能とした。ここで、マイクロポンプ・ミキサ一体化装置のポンプ部が２つであるとした場合に、２つのポンプ部により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂの輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合される流量を、実際の計測によって求めておく。これを目標流量値として流量制御装置に設定すれば、各ポンプ部により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合されることになる。これは、流路が微小流路であっても同様に実現できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、基板に液体を流入する入口と、流出する出口とを形成し、その入口と出口とを基板内に形成した流路で連通し、その流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けたポンプと、基板に液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口とを形成したミキサとを用い、複数のポンプの出口とミキサの各入口とを管路で接続して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、前記ポンプの入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプの背圧と当該ポンプで輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、２つのポンプとミキサとを管路で接続した構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置であっても、請求項１と同様な作用を得ることができる。即ち、任意の値の目標流量値を設定すれば、各ポンプから管路を介してミキサへ輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能となる。従って、ポンプにより輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂを、輸送バランスが崩れないように同時に輸送して混合することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、請求項２において、前記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置の管路が、柔軟性のあるチューブであることを特徴とする。
この構成によれば、ポンプの圧電素子の振動をチューブで吸収し、その振動をミキサに伝搬させないようにすることが可能なので、各ポンプから輸送される粘度の異なる液体を輸送バランスが崩れないように同時に輸送し、ミキサの混合流路において、双方の液体を相流状態に流すことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項４によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法は、基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法において、前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する第１のステップと、液体の目標流量値を設定する第２のステップと、前記第１のステップで記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記第２のステップで設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第４のステップと、前記第１のステップで記憶された複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を、前記第４のステップで求められた目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第５のステップと、前記第５のステップで求められた電圧−流量特性値と、前記第１のステップで設定された目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、所望の目標流量値を設定することによって、ポンプから流路を介して輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能となる。これによって、各ポンプから粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合されることになる。これは、流路が微小流路であっても同様に実現できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置の構成を示すブロック図である。
この図１に示すマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の流量制御装置５０は、各種の液体の粘度５１、流路形状特性値５２及び背圧−流量特性値５３を記憶するデータ記憶部５６と、所望の目標流量値５８が利用者によって設定されるデータ設定部５９と、目標流量時背圧演算部（第１の演算手段）６１と、電圧−流量特性演算部（第２の演算手段）６２と、印加電圧演算部（第３の演算手段）６３と、電圧発生部６４とを備えて構成されている。
【００２２】
この流量制御装置５０が適用されるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の構成を図２に示す。図２（ａ）はマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の基板１５の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板１５に蓋板１を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０を（ａ）のＥ１−Ｅ２矢示線に沿って切断した断面図である。
このマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０は、既に説明済みの図８に示したマイクロミキサ１９の各微小流路６の途中に、概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した構成の基板１５を備え、それらのマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の蓋板１の上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載して構成されている。
【００２３】
なお、マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂは概略円形状でなく微小流路６と同形状であっても、それら上方の蓋板１の上に圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載してあれば、ポンプ機能を果たす。
これら圧電素子１１ａ，１１ｂに、流量制御部１２の電圧発生部６４から各々に適したレベルの電圧ＥＡ，ＥＢが印加され、これによって当該圧電素子１１ａ，１１ｂが振動して各液体Ａ，Ｂが輸送されるようになっている。
【００２４】
それら電圧ＥＡ，ＥＢのレベルは、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより混合流路７へ輸送する粘度の異なる液体Ａ，Ｂを、当該液体Ａ，Ｂの輸送バランスが崩れないように同時に輸送して混合を促進可能とする流量（目標流量）を得るためのレベルである。
つまり、流量制御部１２は、各々の液体Ａ，Ｂを目標流量とするためのレベルの電圧ＥＡ，ＥＢを電圧発生部６４から発生させ、これら電圧ＥＡ，ＥＢを該当の圧電素子１１ａ，１１ｂへ印加する制御を行うものである。この流量制御部１２の構成要素について説明する。
【００２５】
データ記憶部５６には、予め、液体の粘度５１と、流路形状特性値５２と、背圧−流量特性値５３とが記憶されている。
粘度５１は、混合対象となる各種液体の粘度である。本実施の形態では２つの液体Ａ，Ｂを対象とするので、それらの粘度の値が記憶されているものとする。但し、区別のため、液体Ａのものを粘度５１Ａ、液体Ｂのものを粘度５１Ｂとする。
【００２６】
流路形状特性値５２は、マイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０において液体Ａ，Ｂが流れる流路の形状の特性値である。ここで、液体Ａのものを流路形状特性値５２Ａ、液体Ｂのものを流路形状特性値５２Ｂとする。
背圧−流量特性値５３は、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの背圧（ｋＰａ）と液体Ａ，Ｂの流量（μＬ／分）との関係を示す特性値であり、これを、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、液体Ａに係わる背圧−流量特性図であり、同図に示す５３Ａ１は第１の背圧−流量特性値、５３Ａ２は第２の背圧−流量特性値、５３Ａ３は第３の背圧−流量特性値である。
図３（ｂ）は、液体Ｂに係わる背圧−流量特性図であり、同図に示す５３Ｂ１は第１の背圧−流量特性値、５３Ｂ２は第２の背圧−流量特性値、５３Ｂ３は第３の背圧−流量特性値である。
【００２８】
まず、液体Ａに係わる構成について説明する。
第１の背圧−流量特性値５３Ａ１は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ１を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ１の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ１を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００２９】
但し、本実施の形態では、一次曲線（一次関数値）としているが、実際は二次以上の曲線（二次以上の関数値）で示される場合もある。これは、後述においても同様である。
第２の背圧−流量特性値５３Ａ２は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ１よりも高いレベルの電圧Ｅ２を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ２の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ２を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３０】
第３の背圧−流量特性値５３Ａ３は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ２よりも高いレベルの電圧Ｅ３を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ３の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ３を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３１】
また、図３（ａ）に、ｘ軸と平行な直線によって液体Ａの目標流量値５８Ａを示す。これは上述した目標流量の値であり、この例では液体Ａ，Ｂ共に１００（μＬ／分）とした。この目標流量値５８Ａは、データ設定部５９に利用者によって任意に設定される。ここでは、データ設定部５９には、液体Ａの目標流量値５８Ａと、液体Ｂの目標流量値５８Ｂとが設定されるものとする。
【００３２】
更に、図３（ａ）には、ｘ軸上に△で示す目標流量時背圧値６６Ａを通るｙ軸と平行な直線６７Ａが引いてある。その目標流量時背圧値６６Ａは、目標流量時背圧演算部６１で演算される。
つまり、目標流量時背圧演算部６１は、粘度５１Ａと、流路形状特性値５２Ａと、目標流量値５８Ａとを用いた所定の演算によって、目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値６６Ａを求めるものである。
【００３３】
また、図３（ａ）の直線６７Ａと、各背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３との３つの交点●は、マイクロポンプ部１０ａが目標流量時背圧値６６Ａの背圧時に、圧電素子１１ａへの印加電圧をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とした際の当該電圧と流量との関係を示す値となる。これら値●に基づく一次曲線が電圧−流量特性値６７Ａとなる。この電圧−流量特性値６７Ａは、判り易くは図３（ｃ）の電圧−流量特性図のように示され、電圧−流量特性演算部６２で演算される。
【００３４】
つまり、電圧−流量特性演算部６２は、各々の背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ａとした際の流量と電圧との相関関係から一次曲線である電圧−流量特性値６７Ａを求め、印加電圧演算部６３へ出力するものである。
印加電圧演算部６３は、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ａと目標流量値５８Ａとの交点を演算で求めることによって印加電圧値６８Ａを求め、これを電圧発生部６４へ出力するものである。
電圧発生部６４は、その印加電圧値６８Ａの電圧ＥＡを発生して圧電素子１１ａへ印加するものである。
【００３５】
次に、液体Ｂに係わる構成について説明する。
第１の背圧−流量特性値５３Ｂ１は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ１を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ１の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ１を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３６】
第２の背圧−流量特性値５３Ｂ２は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ１よりも高いレベルの電圧Ｅ２を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ２の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ２を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３７】
第３の背圧−流量特性値５３Ｂ３は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ２よりも高いレベルの電圧Ｅ３を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ３の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ３を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３８】
また、図３（ｂ）に、ｘ軸と平行な直線によって液体Ｂの目標流量値５８Ｂを示す。これは上述した目標流量の値である。
更に、ｘ軸上に△で示す目標流量時背圧値６６Ｂを通るｙ軸と平行な直線６７Ｂが引いてある。その目標流量時背圧値６６Ｂは、目標流量時背圧演算部６１で演算される。
つまり、目標流量時背圧演算部６１は、粘度５１Ｂと、流路形状特性値５２Ｂと、目標流量値５８Ｂとを用いた所定の演算によって、目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値６６Ｂを求めるものである。
【００３９】
また、図３（ａ）の直線６７Ｂと、各背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３との３つの交点●は、マイクロポンプ部１０ｂが目標流量時背圧値６６Ｂの背圧時に、圧電素子１１ｂへの印加電圧をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とした際の当該電圧と流量との関係を示す値となる。これら値●に基づく一次曲線が電圧−流量特性値６７Ｂとなる。この電圧−流量特性値６７Ｂは、判り易くは図３（ｃ）の電圧−流量特性図のように示され、電圧−流量特性演算部６２で演算される。
【００４０】
つまり、電圧−流量特性演算部６２は、各々の背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ｂとした際の流量と電圧との相関関係から一次曲線である電圧−流量特性値６７Ｂを求め、印加電圧演算部６３へ出力するものである。
印加電圧演算部６３は、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ｂと目標流量値５８Ｂとの交点を演算で求めることによって印加電圧値６８Ｂを求め、これを電圧発生部６４へ出力するものである。
電圧発生部６４は、その印加電圧値６８Ｂの電圧ＥＢを発生して圧電素子１１ｂへ印加するものである。
【００４１】
次に、このような構成の流量制御装置５０によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の液体Ａ，Ｂの流量制御の動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１において、利用者によりデータ設定部５９に目標流量値５８Ａ，５８Ｂが設定される。
この設定後、ステップＳ２において、目標流量時背圧演算部６１にて、データ記憶部５６に記憶された液体Ａに係わる粘度５１Ａと、流路形状特性値５２Ａと、目標流量値５８Ａとを用いた所定の演算によって、図３（ａ）に示す目標流量時背圧値６６Ａが求められる。
同様に、目標流量時背圧演算部６１にて、液体Ｂに係わる粘度５１Ｂと、流路形状特性値５２Ｂと、目標流量値５８Ｂとを用いた所定の演算によって、図３（ｂ）に示す目標流量時背圧値６６Ｂが求められる。
【００４２】
ステップＳ３において、電圧−流量特性演算部６２にて、図３（ａ）に示す各々の背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ａとした際の流量と電圧との相関関係から図３(ｃ)に示す一次曲線である電圧−流量特性値６７Ａが求められる。
同様に、電圧−流量特性演算部６２にて、図３（ｂ）に示す各々の背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ｂとした際の流量と電圧との相関関係から図３（ｃ）に示す一次曲線である電圧−流量特性値６７Ｂが求められる。
【００４３】
ステップＳ４において、印加電圧演算部６３にて、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ａと目標流量値５８Ａとの交点が求められることによって印加電圧値６８Ａが求められる。同様に、印加電圧演算部６３にて、電圧−流量特性値６７Ｂと目標流量値５８Ｂとの交点が求められることによって印加電圧値６８Ｂが求められる。
ステップＳ５において、電圧発生部６４にて、その印加電圧値６８Ａの電圧ＥＡが発生されて圧電素子１１ａへ印加されると共に、印加電圧値６８Ｂの電圧ＥＢが発生されて圧電素子１１ｂへ印加される。
【００４４】
これによって、各圧電素子１１ａ，１１ｂが振動して各供給口３，４から供給された液体Ａ，Ｂがマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂから微小流路６を介して混合流路７へ輸送され、ここで混合されて流路口５から流出される。
このような実施の形態のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の流量制御装置５０によれば、液体Ａ及び液体Ｂの各々において、データ設定部５９に所望の目標流量値５８を設定すれば、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂから微小流路６を介して輸送される液体Ａ，Ｂの流量が設定目標流量値５８となるように、圧電素子１１ａ，１１ｂを振動させるための印加電圧値６８Ａ，６８Ｂが求められ、これらの印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加されるようにした。
【００４５】
ここで、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより粘度の異なる液体Ａ，Ｂが輸送される際に、それらの輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合される流量を、実際の計測によって求めておく。これを目標流量値５８としてデータ設定部５９に設定すれば、この目標流量値５８に応じた印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加されるので、図５に示すように、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合Ａ＋Ｂされる。これは本発明者の実験によって検証済みである。
【００４６】
また、このように粘度の異なる液体Ａ，Ｂを微小流路６，７にて輸送できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体Ａ，Ｂを迅速に混合することができる。
この他、本流量制御装置５０によれば、図１０に示した構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置であっても、同様に微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体Ａ，Ｂを迅速に混合することができる。
更に、本流量制御装置５０を、図６に示す構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０に適用することもできる。
【００４７】
マイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０は、図８に示した構成のマイクロミキサ１９と、２つのマイクロポンプ７１，７２とを、チューブ７３，７４で接続して構成したものである。各マイクロポンプ７１，７２は、一方を代表して説明すると、供給口３ａと流出口３ｂとを接続する微小流路６ａの途中に、概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した構成の基板と、マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の基板上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載して構成されている。また、チューブ７３は、マイクロポンプ７１の流出口３ｂと、マイクロミキサ１９の供給口３とを接続している。他方のチューブ７４も同様である。
【００４８】
このようなマイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０に、上述同様に流量制御装置５０を適用した場合、各マイクロポンプ７１，７２により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、該当チューブ７３，７４を介して輸送バランスが崩れないように同時にマイクロミキサ１９へ輸送される。そして、マイクロミキサ１９において各微小流路６を介して混合流路７へ輸送され、流路口５から流出される。
【００４９】
この際に、混合流路７で上記同様に各液体Ａ，Ｂを混合させることも可能であるが、各マイクロポンプ７１，７２とマイクロミキサ１９とをチューブ７３，７４で接続しているので、次のような作用効果も得ることが可能となる。
つまり、各マイクロポンプ７１，７２の圧電素子１１ａ，１１ｂの振動を柔軟性のあるチューブ７３，７４で吸収することによって、その振動をマイクロミキサ１９に伝搬させないようにする。
このようにした場合、図７に示すように、マイクロミキサ１９の混合流路７を双方の液体Ａ，Ｂが相流となって流れ、流路口５から排出されることになる。つまり、このような状態に液体Ａ，Ｂを流す用途に用いることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の基板１５の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）のＥ１−Ｅ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【図３】（ａ）は、液体Ａに係わる背圧−流量特性図、（ｂ）は、液体Ｂに係わる背圧−流量特性図である。
【図４】上記流量制御装置によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の液体Ａ，Ｂの流量制御の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】上記流量制御の作用効果を説明するための図である。
【図６】上記流量制御装置によって流量制御が行われる他のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示す平面図である。
【図７】上記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置のマイクロミキサにおいて２つの液体Ａ，Ｂが相流となった状態を表す図である。
【図８】従来のＹ型マイクロミキサの構成を示し、（ａ）は蓋板、（ｂ）は基板の平面図、（ｃ）は（ａ）に示す蓋板と（ｂ）に示す基板とを接合して形成したマイクロミキサを（ｂ）に示すＣ１−Ｃ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【図９】従来の第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示す平面図である。
【図１０】従来の第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示し、（ａ）は基板の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）に示すＤ１−Ｄ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 蓋板
２，１５ 基板
３，４，３ａ，４ａ 供給口
５，３ｂ，４ｂ 流出口
６ 微小流路
７ 混合流路
１０ａ，１０ｂ マイクロポンプ部
１１ａ，１１ｂ ポンプ機能用の圧電素子
１２ ミキサ機能用の圧電素子
３０，７０ マイクロポンプ・ミキサ一体化装置
５０ 流量制御装置
５１ 液体の粘度
５２ 流路形状特性値
５３ 背圧−流量特性値
５６ データ記憶部
５８ 目標流量値
５９ データ設定部
６１ 目標流量時背圧演算部
６２ 電圧−流量特性演算部
６３ 印加電圧演算部
６４ 電圧発生部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された微小な流路を用いて、微小容量の液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などを行うためのマイクロポンプ及びマイクロミキサの双方の機能を備え、マイクロポンプによってマイクロミキサへ輸送される液体の流量を制御するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置及びマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術を用いてシリコンやガラス、プラスチックなどの基板上に微小流路（マイクロチャンネル）を形成し、この流路に蓋をすることによって形成される微小空間を、各種液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などの場に利用する試みが注目されている。
これらの分野に供されるデバイスや装置は、その使用目的に応じて、マイクロポンプ、マイクロミキサ、マイクロリアクタ、μＴＡＳ（マイクロトータルアナリシスシステム）等と呼ばれている。
【０００３】
このようなマイクロポンプ及びマイクロミキサにおいては、通常、反応流路の等価直径（流路の断面を円に換算したときの直径）が５００μｍよりも小さいものが微小流路とされている。このように、流路のスケールが微小化してくると、単位体積当たりの表面積が非常に大きくなるという特徴が得られる。
この特長によって、温度、圧力、濃度などの勾配が大きくなるため、熱伝導、物質移動拡散などの効率が向上し、反応系での反応時間の短縮、反応速度の向上等の利点が得られることになる。更に、微小反応で適量合成が可能であり、高い再現性も得られるので、薬品や触媒試薬類などの使用量を大幅に低減することができ、経済的にも有効である。
【０００４】
このようなマイクロポンプ及びマイクロミキサの構造に関する従来技術として、次のような各種の構造が提案されている。
図８（ａ）〜（ｃ）に示すような、Ｙ型と呼ばれるマイクロミキサが知られている。
図８は、Ｙ型のマイクロミキサの構成部材を示し、（ａ）は蓋板、（ｂ）は基板の平面図、（ｃ）は（ａ）に示す蓋板と（ｂ）に示す基板とを接合して形成したマイクロミキサを（ｂ）に示すＣ１−Ｃ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【０００５】
このマイクロミキサ１９は、蓋板１と基板２より構成されており、（ｂ）に示すように、基板２に双方でＹ字状となる微小流路６及び混合流路７が形成されている。また、（ａ）に示すように、蓋板１には、微小流路６の先端部に連結する位置に、各種の溶液、薬品、試薬等を微小流路６に供給するための供給口３，４が設けられ、更に、混合流路７の先端部に連結する位置には、混合又は反応した流体を取り出すための流出口５が形成されている。
【０００６】
そして、（ｃ）に示すように、蓋板１と基板２が接合され、供給口３，４から供給された各種液体は、混合流路７で混合され、流出口５から外部に取り出すことができるように、微小流路６及び混合流路７による連続流路が形成されている。
このようなマイクロミキサ１９を利用した混合に関する従来技術として、次のような第１及び第２の構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置が提案されている。
【０００７】
図９に示すように、第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、市販のポンプである例えばシリンジポンプ２１ａ，２１ｂとマイクロミキサ１９の各供給口３，４とをチューブ２２ａ，２２ｂで接続して構成されている。
このような構成において、各シリンジポンプ２１ａ，２１ｂに充填された互いに異なる液体Ａ，Ｂを各チューブ２２ａ，２２ｂを介してマイクロミキサ１９の供給口３，４へ輸送する。このようにマイクロミキサ１９の適用を混合機能のみに限定した構成が知られている。
【０００８】
また、この種のＹ型のマイクロミキサとシリンジポンプを組み合わせた装置が、特許文献１に開示されている。
第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、本出願人による特許文献２に記載のものである。このマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を、図１０（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図１０は、従来の第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示し、（ａ）は基板の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）に示すＤ１−Ｄ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【０００９】
図１０に示すマイクロポンプ・ミキサ一体化装置は、既に説明済みの図８に示したマイクロミキサ１９の各微粒子検出部３の合流部を拡張して混合エリア部９を形成し、また、各微小流路６の途中に概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した基板１５を備える。更に、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の蓋板１の上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載すると共に、混合エリア部９の上方の蓋板１上に、ミキサ機能用の圧電素子１２を搭載して構成されている。そして、各圧電素子１１ａ，１１ｂ，１２の振動によって各液体Ａ，Ｂの混合を促進するようになっている。
【００１０】
更に、この種の従来のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置として、特許文献２に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００４−１２２１０７号公報（段落番号００７７）
【特許文献２】特開２００３−４１０８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置において次のような問題がある。
第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置においては、混合速度が拡散に支配されるため、混合の効率化に限界があり、混合に多くの時間を要していた。更に、市販のポンプの液体充填部分並びに当該ポンプとマイクロミキサ間を接続するチューブによる流路の等価直径が大きく、言い換えればマイクロミキサのような等価直径の極小さな微小流路でないため、その等価直径の大きい流路をマイクロミキサの微小流路に接続すると、本来マイクロミキサの微小流路で得られるはずの試薬量の低減の効果が殆ど得られなくなる。
【００１２】
第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置においては、各液体の粘度が異なる場合、各液体の輸送バランスが崩れ、両液体を同時に輸送することが困難となる。このため、粘度が同等の液体同士の混合にしか適用できないという制約があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置及びマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、任意の値の目標流量値を設定すれば、ポンプ部から流路を介して輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能とした。ここで、マイクロポンプ・ミキサ一体化装置のポンプ部が２つであるとした場合に、２つのポンプ部により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂの輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合される流量を、実際の計測によって求めておく。これを目標流量値として流量制御装置に設定すれば、各ポンプ部により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合されることになる。これは、流路が微小流路であっても同様に実現できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、基板に液体を流入する入口と、流出する出口とを形成し、その入口と出口とを基板内に形成した流路で連通し、その流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けたポンプと、基板に液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口とを形成したミキサとを用い、複数のポンプの出口とミキサの各入口とを管路で接続して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、前記ポンプの入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプの背圧と当該ポンプで輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、２つのポンプとミキサとを管路で接続した構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置であっても、請求項１と同様な作用を得ることができる。即ち、任意の値の目標流量値を設定すれば、各ポンプから管路を介してミキサへ輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能となる。従って、ポンプにより輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂを、輸送バランスが崩れないように同時に輸送して混合することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置は、請求項２において、前記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置の管路が、柔軟性のあるチューブであることを特徴とする。
この構成によれば、ポンプの圧電素子の振動をチューブで吸収し、その振動をミキサに伝搬させないようにすることが可能なので、各ポンプから輸送される粘度の異なる液体を輸送バランスが崩れないように同時に輸送し、ミキサの混合流路において、双方の液体を相流状態に流すことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項４によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法は、基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法において、前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する第１のステップと、液体の目標流量値を設定する第２のステップと、前記第１のステップで記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記第２のステップで設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第４のステップと、前記第１のステップで記憶された複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を、前記第４のステップで求められた目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第５のステップと、前記第５のステップで求められた電圧−流量特性値と、前記第１のステップで設定された目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、所望の目標流量値を設定することによって、ポンプから流路を介して輸送される液体の流量が設定目標流量値となるように、圧電素子を振動させるための印加電圧値を求め、この印加電圧値の電圧が該当圧電素子へ印加されるように制御可能となる。これによって、各ポンプから粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合されることになる。これは、流路が微小流路であっても同様に実現できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体を混合することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置の構成を示すブロック図である。
この図１に示すマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の流量制御装置５０は、各種の液体の粘度５１、流路形状特性値５２及び背圧−流量特性値５３を記憶するデータ記憶部５６と、所望の目標流量値５８が利用者によって設定されるデータ設定部５９と、目標流量時背圧演算部（第１の演算手段）６１と、電圧−流量特性演算部（第２の演算手段）６２と、印加電圧演算部（第３の演算手段）６３と、電圧発生部６４とを備えて構成されている。
【００２２】
この流量制御装置５０が適用されるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の構成を図２に示す。図２（ａ）はマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の基板１５の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板１５に蓋板１を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０を（ａ）のＥ１−Ｅ２矢示線に沿って切断した断面図である。
このマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０は、既に説明済みの図８に示したマイクロミキサ１９の各微小流路６の途中に、概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した構成の基板１５を備え、それらのマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の蓋板１の上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載して構成されている。
【００２３】
なお、マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂは概略円形状でなく微小流路６と同形状であっても、それら上方の蓋板１の上に圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載してあれば、ポンプ機能を果たす。
これら圧電素子１１ａ，１１ｂに、流量制御部１２の電圧発生部６４から各々に適したレベルの電圧ＥＡ，ＥＢが印加され、これによって当該圧電素子１１ａ，１１ｂが振動して各液体Ａ，Ｂが輸送されるようになっている。
【００２４】
それら電圧ＥＡ，ＥＢのレベルは、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより混合流路７へ輸送する粘度の異なる液体Ａ，Ｂを、当該液体Ａ，Ｂの輸送バランスが崩れないように同時に輸送して混合を促進可能とする流量（目標流量）を得るためのレベルである。
つまり、流量制御部１２は、各々の液体Ａ，Ｂを目標流量とするためのレベルの電圧ＥＡ，ＥＢを電圧発生部６４から発生させ、これら電圧ＥＡ，ＥＢを該当の圧電素子１１ａ，１１ｂへ印加する制御を行うものである。この流量制御部１２の構成要素について説明する。
【００２５】
データ記憶部５６には、予め、液体の粘度５１と、流路形状特性値５２と、背圧−流量特性値５３とが記憶されている。
粘度５１は、混合対象となる各種液体の粘度である。本実施の形態では２つの液体Ａ，Ｂを対象とするので、それらの粘度の値が記憶されているものとする。但し、区別のため、液体Ａのものを粘度５１Ａ、液体Ｂのものを粘度５１Ｂとする。
【００２６】
流路形状特性値５２は、マイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０において液体Ａ，Ｂが流れる流路の形状の特性値である。ここで、液体Ａのものを流路形状特性値５２Ａ、液体Ｂのものを流路形状特性値５２Ｂとする。
背圧−流量特性値５３は、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの背圧（ｋＰａ）と液体Ａ，Ｂの流量（μＬ／分）との関係を示す特性値であり、これを、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、液体Ａに係わる背圧−流量特性図であり、同図に示す５３Ａ１は第１の背圧−流量特性値、５３Ａ２は第２の背圧−流量特性値、５３Ａ３は第３の背圧−流量特性値である。
図３（ｂ）は、液体Ｂに係わる背圧−流量特性図であり、同図に示す５３Ｂ１は第１の背圧−流量特性値、５３Ｂ２は第２の背圧−流量特性値、５３Ｂ３は第３の背圧−流量特性値である。
【００２８】
まず、液体Ａに係わる構成について説明する。
第１の背圧−流量特性値５３Ａ１は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ１を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ１の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ１を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００２９】
但し、本実施の形態では、一次曲線（一次関数値）としているが、実際は二次以上の曲線（二次以上の関数値）で示される場合もある。これは、後述においても同様である。
第２の背圧−流量特性値５３Ａ２は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ１よりも高いレベルの電圧Ｅ２を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ２の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ２を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３０】
第３の背圧−流量特性値５３Ａ３は、液体Ａを輸送するマイクロポンプ部１０ａの圧電素子１１ａに電圧Ｅ２よりも高いレベルの電圧Ｅ３を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ａの限界背圧×と、同電圧Ｅ３の印加時に同マイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ａの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ３を圧電素子１１ａに印加した状態でマイクロポンプ部１０ａの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３１】
また、図３（ａ）に、ｘ軸と平行な直線によって液体Ａの目標流量値５８Ａを示す。これは上述した目標流量の値であり、この例では液体Ａ，Ｂ共に１００（μＬ／分）とした。この目標流量値５８Ａは、データ設定部５９に利用者によって任意に設定される。ここでは、データ設定部５９には、液体Ａの目標流量値５８Ａと、液体Ｂの目標流量値５８Ｂとが設定されるものとする。
【００３２】
更に、図３（ａ）には、ｘ軸上に△で示す目標流量時背圧値６６Ａを通るｙ軸と平行な直線６７Ａが引いてある。その目標流量時背圧値６６Ａは、目標流量時背圧演算部６１で演算される。
つまり、目標流量時背圧演算部６１は、粘度５１Ａと、流路形状特性値５２Ａと、目標流量値５８Ａとを用いた所定の演算によって、目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値６６Ａを求めるものである。
【００３３】
また、図３（ａ）の直線６７Ａと、各背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３との３つの交点●は、マイクロポンプ部１０ａが目標流量時背圧値６６Ａの背圧時に、圧電素子１１ａへの印加電圧をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とした際の当該電圧と流量との関係を示す値となる。これら値●に基づく一次曲線が電圧−流量特性値６７Ａとなる。この電圧−流量特性値６７Ａは、判り易くは図３（ｃ）の電圧−流量特性図のように示され、電圧−流量特性演算部６２で演算される。
【００３４】
つまり、電圧−流量特性演算部６２は、各々の背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ａとした際の流量と電圧との相関関係から一次曲線である電圧−流量特性値６７Ａを求め、印加電圧演算部６３へ出力するものである。
印加電圧演算部６３は、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ａと目標流量値５８Ａとの交点を演算で求めることによって印加電圧値６８Ａを求め、これを電圧発生部６４へ出力するものである。
電圧発生部６４は、その印加電圧値６８Ａの電圧ＥＡを発生して圧電素子１１ａへ印加するものである。
【００３５】
次に、液体Ｂに係わる構成について説明する。
第１の背圧−流量特性値５３Ｂ１は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ１を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ１の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ１を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３６】
第２の背圧−流量特性値５３Ｂ２は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ１よりも高いレベルの電圧Ｅ２を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ２の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ２を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３７】
第３の背圧−流量特性値５３Ｂ３は、液体Ｂを輸送するマイクロポンプ部１０ｂの圧電素子１１ｂに電圧Ｅ２よりも高いレベルの電圧Ｅ３を印加した際の当該マイクロポンプ部１０ｂの限界背圧×と、同電圧Ｅ３の印加時に同マイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）とした際に輸送される液体Ｂの流量○とを直線で接続した一次曲線で示される値である。つまり、電圧Ｅ３を圧電素子１１ｂに印加した状態でマイクロポンプ部１０ｂの背圧を０（ｋＰａ）から徐々に限界背圧まで変化させた際に得られる一次関数値である。
【００３８】
また、図３（ｂ）に、ｘ軸と平行な直線によって液体Ｂの目標流量値５８Ｂを示す。これは上述した目標流量の値である。
更に、ｘ軸上に△で示す目標流量時背圧値６６Ｂを通るｙ軸と平行な直線６７Ｂが引いてある。その目標流量時背圧値６６Ｂは、目標流量時背圧演算部６１で演算される。
つまり、目標流量時背圧演算部６１は、粘度５１Ｂと、流路形状特性値５２Ｂと、目標流量値５８Ｂとを用いた所定の演算によって、目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値６６Ｂを求めるものである。
【００３９】
また、図３（ａ）の直線６７Ｂと、各背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３との３つの交点●は、マイクロポンプ部１０ｂが目標流量時背圧値６６Ｂの背圧時に、圧電素子１１ｂへの印加電圧をＥ１，Ｅ２，Ｅ３とした際の当該電圧と流量との関係を示す値となる。これら値●に基づく一次曲線が電圧−流量特性値６７Ｂとなる。この電圧−流量特性値６７Ｂは、判り易くは図３（ｃ）の電圧−流量特性図のように示され、電圧−流量特性演算部６２で演算される。
【００４０】
つまり、電圧−流量特性演算部６２は、各々の背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ｂとした際の流量と電圧との相関関係から一次曲線である電圧−流量特性値６７Ｂを求め、印加電圧演算部６３へ出力するものである。
印加電圧演算部６３は、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ｂと目標流量値５８Ｂとの交点を演算で求めることによって印加電圧値６８Ｂを求め、これを電圧発生部６４へ出力するものである。
電圧発生部６４は、その印加電圧値６８Ｂの電圧ＥＢを発生して圧電素子１１ｂへ印加するものである。
【００４１】
次に、このような構成の流量制御装置５０によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の液体Ａ，Ｂの流量制御の動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１において、利用者によりデータ設定部５９に目標流量値５８Ａ，５８Ｂが設定される。
この設定後、ステップＳ２において、目標流量時背圧演算部６１にて、データ記憶部５６に記憶された液体Ａに係わる粘度５１Ａと、流路形状特性値５２Ａと、目標流量値５８Ａとを用いた所定の演算によって、図３（ａ）に示す目標流量時背圧値６６Ａが求められる。
同様に、目標流量時背圧演算部６１にて、液体Ｂに係わる粘度５１Ｂと、流路形状特性値５２Ｂと、目標流量値５８Ｂとを用いた所定の演算によって、図３（ｂ）に示す目標流量時背圧値６６Ｂが求められる。
【００４２】
ステップＳ３において、電圧−流量特性演算部６２にて、図３（ａ）に示す各々の背圧−流量特性値５３Ａ１〜５３Ａ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ａとした際の流量と電圧との相関関係から図３(ｃ)に示す一次曲線である電圧−流量特性値６７Ａが求められる。
同様に、電圧−流量特性演算部６２にて、図３（ｂ）に示す各々の背圧−流量特性値５３Ｂ１〜５３Ｂ３に表される背圧値を目標流量時背圧値６６Ｂとした際の流量と電圧との相関関係から図３（ｃ）に示す一次曲線である電圧−流量特性値６７Ｂが求められる。
【００４３】
ステップＳ４において、印加電圧演算部６３にて、図３（ｃ）に示す電圧−流量特性値６７Ａと目標流量値５８Ａとの交点が求められることによって印加電圧値６８Ａが求められる。同様に、印加電圧演算部６３にて、電圧−流量特性値６７Ｂと目標流量値５８Ｂとの交点が求められることによって印加電圧値６８Ｂが求められる。
ステップＳ５において、電圧発生部６４にて、その印加電圧値６８Ａの電圧ＥＡが発生されて圧電素子１１ａへ印加されると共に、印加電圧値６８Ｂの電圧ＥＢが発生されて圧電素子１１ｂへ印加される。
【００４４】
これによって、各圧電素子１１ａ，１１ｂが振動して各供給口３，４から供給された液体Ａ，Ｂがマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂから微小流路６を介して混合流路７へ輸送され、ここで混合されて流路口５から流出される。
このような実施の形態のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の流量制御装置５０によれば、液体Ａ及び液体Ｂの各々において、データ設定部５９に所望の目標流量値５８を設定すれば、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂから微小流路６を介して輸送される液体Ａ，Ｂの流量が設定目標流量値５８となるように、圧電素子１１ａ，１１ｂを振動させるための印加電圧値６８Ａ，６８Ｂが求められ、これらの印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加されるようにした。
【００４５】
ここで、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより粘度の異なる液体Ａ，Ｂが輸送される際に、それらの輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合される流量を、実際の計測によって求めておく。これを目標流量値５８としてデータ設定部５９に設定すれば、この目標流量値５８に応じた印加電圧値６８Ａ，６８Ｂの電圧ＥＡ，ＥＢが該当圧電素子１１ａ，１１ｂに印加されるので、図５に示すように、各マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂにより輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、輸送バランスが崩れないように同時に輸送されて混合Ａ＋Ｂされる。これは本発明者の実験によって検証済みである。
【００４６】
また、このように粘度の異なる液体Ａ，Ｂを微小流路６，７にて輸送できるので、微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体Ａ，Ｂを迅速に混合することができる。
この他、本流量制御装置５０によれば、図１０に示した構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置であっても、同様に微小流路の試薬量低減などの効果を維持しながら、粘度の異なる液体Ａ，Ｂを迅速に混合することができる。
更に、本流量制御装置５０を、図６に示す構成のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０に適用することもできる。
【００４７】
マイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０は、図８に示した構成のマイクロミキサ１９と、２つのマイクロポンプ７１，７２とを、チューブ７３，７４で接続して構成したものである。各マイクロポンプ７１，７２は、一方を代表して説明すると、供給口３ａと流出口３ｂとを接続する微小流路６ａの途中に、概略円形状のマイクロポンプ部１０ａ，１０ｂを形成した構成の基板と、マイクロポンプ部１０ａ，１０ｂの上方の基板上に、ポンプ機能用の圧電素子１１ａ，１１ｂを搭載して構成されている。また、チューブ７３は、マイクロポンプ７１の流出口３ｂと、マイクロミキサ１９の供給口３とを接続している。他方のチューブ７４も同様である。
【００４８】
このようなマイクロポンプ・ミキサ一体化装置７０に、上述同様に流量制御装置５０を適用した場合、各マイクロポンプ７１，７２により輸送される粘度の異なる液体Ａ，Ｂが、該当チューブ７３，７４を介して輸送バランスが崩れないように同時にマイクロミキサ１９へ輸送される。そして、マイクロミキサ１９において各微小流路６を介して混合流路７へ輸送され、流路口５から流出される。
【００４９】
この際に、混合流路７で上記同様に各液体Ａ，Ｂを混合させることも可能であるが、各マイクロポンプ７１，７２とマイクロミキサ１９とをチューブ７３，７４で接続しているので、次のような作用効果も得ることが可能となる。
つまり、各マイクロポンプ７１，７２の圧電素子１１ａ，１１ｂの振動を柔軟性のあるチューブ７３，７４で吸収することによって、その振動をマイクロミキサ１９に伝搬させないようにする。
このようにした場合、図７に示すように、マイクロミキサ１９の混合流路７を双方の液体Ａ，Ｂが相流となって流れ、流路口５から排出されることになる。つまり、このような状態に液体Ａ，Ｂを流す用途に用いることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はマイクロポンプ・ミキサ一体化装置３０の基板１５の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）のＥ１−Ｅ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【図３】（ａ）は、液体Ａに係わる背圧−流量特性図、（ｂ）は、液体Ｂに係わる背圧−流量特性図である。
【図４】上記流量制御装置によるマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の液体Ａ，Ｂの流量制御の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】上記流量制御の作用効果を説明するための図である。
【図６】上記流量制御装置によって流量制御が行われる他のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示す平面図である。
【図７】上記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置のマイクロミキサにおいて２つの液体Ａ，Ｂが相流となった状態を表す図である。
【図８】従来のＹ型マイクロミキサの構成を示し、（ａ）は蓋板、（ｂ）は基板の平面図、（ｃ）は（ａ）に示す蓋板と（ｂ）に示す基板とを接合して形成したマイクロミキサを（ｂ）に示すＣ１−Ｃ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【図９】従来の第１のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示す平面図である。
【図１０】従来の第２のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の構成を示し、（ａ）は基板の平面図、（ｂ）は（ａ）に示す基板に蓋板を接合して形成したマイクロポンプ・ミキサ一体化装置を（ａ）に示すＤ１−Ｄ２矢示線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 蓋板
２，１５ 基板
３，４，３ａ，４ａ 供給口
５，３ｂ，４ｂ 流出口
６ 微小流路
７ 混合流路
１０ａ，１０ｂ マイクロポンプ部
１１ａ，１１ｂ ポンプ機能用の圧電素子
１２ ミキサ機能用の圧電素子
３０，７０ マイクロポンプ・ミキサ一体化装置
５０ 流量制御装置
５１ 液体の粘度
５２ 流路形状特性値
５３ 背圧−流量特性値
５６ データ記憶部
５８ 目標流量値
５９ データ設定部
６１ 目標流量時背圧演算部
６２ 電圧−流量特性演算部
６３ 印加電圧演算部
６４ 電圧発生部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、
前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、
液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、
前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、
前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、
前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段と
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項２】
基板に液体を流入する入口と、流出する出口とを形成し、その入口と出口とを基板内に形成した流路で連通し、その流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けたポンプと、基板に液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口とを形成したミキサとを用い、複数のポンプの出口とミキサの各入口とを管路で接続して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、
前記ポンプの入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプの背圧と当該ポンプで輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、
液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、
前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、
前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、
前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段と
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項３】
前記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置の管路が、柔軟性のあるチューブである
ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項４】
基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法において、
前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する第１のステップと、
液体の目標流量値を設定する第２のステップと、
前記第１のステップで記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記第２のステップで設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第４のステップと、
前記第１のステップで記憶された複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を、前記第４のステップで求められた目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第５のステップと、
前記第５のステップで求められた電圧−流量特性値と、前記第１のステップで設定された目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第６のステップと
を含むことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法。
【請求項１】
基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、
前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、
液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、
前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、
前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、
前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段と
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項２】
基板に液体を流入する入口と、流出する出口とを形成し、その入口と出口とを基板内に形成した流路で連通し、その流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けたポンプと、基板に液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口とを形成したミキサとを用い、複数のポンプの出口とミキサの各入口とを管路で接続して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置において、
前記ポンプの入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプの背圧と当該ポンプで輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する記憶手段と、
液体の目標流量値が任意に設定される設定手段と、
前記記憶手段に記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記設定手段に設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第１の演算手段と、
前記複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を前記目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第２の演算手段と、
前記電圧−流量特性値と前記目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第３の演算手段と
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項３】
前記マイクロポンプ・ミキサ一体化装置の管路が、柔軟性のあるチューブである
ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御装置。
【請求項４】
基板に、液体を流入する複数の入口と、各入口から流入された液体が流れて途中で混合する形状の流路と、この流路で混合された液体を流出する出口と、各入口に連通する流路毎に当該流路に振動が付与される状態で圧電素子を取付けた複数のポンプ部とを形成して成るマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の各圧電素子に電圧を印加して振動させることにより液体を輸送するマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法において、
前記入口から流入される各種異なる液体の粘度と、前記流路の形状の特性を示す流路形状特性値と、前記ポンプ部の背圧と当該ポンプ部で輸送される液体の流量との相関特性を示す背圧−流量特性値であって前記電圧のレベルを任意間隔で可変した際に同一液体で得られる複数の背圧−流量特性値とを記憶する第１のステップと、
液体の目標流量値を設定する第２のステップと、
前記第１のステップで記憶された粘度及び流路形状特性値と、前記第２のステップで設定された目標流量値とを用い、当該目標流量時の背圧値である目標流量時背圧値を求める演算を行う第４のステップと、
前記第１のステップで記憶された複数の背圧−流量特性値に表される背圧値を、前記第４のステップで求められた目標流量時背圧値とした際の流量と前記電圧との相関特性を示す電圧−流量特性値を求める演算を行う第５のステップと、
前記第５のステップで求められた電圧−流量特性値と、前記第１のステップで設定された目標流量値との交点から前記圧電素子への印加電圧値を求める演算を行う第６のステップと
を含むことを特徴とするマイクロポンプ・ミキサ一体化装置の流量制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１６１７１７（Ｐ２００６−１６１７１７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５５４３４（Ｐ２００４−３５５４３４）
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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