CN101360679B - 流体驱动器和使用该流体驱动器的发热装置以及分析装置 - Google Patents
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Abstract
一种流体驱动器，具有：压电体(31)；流体通路(2)，其在内壁的一部分上具有压电体(31)，并能够使流体在内部移动；和弹性表面波发生部(101)，其利用在上述压电体(31)的面向上述流体通路(2)的面上形成的梳状电极所产生的弹性表面波，驱动上述流体通路内的上述流体。该弹性表面波发生部(101)被配置在从流体通路(2)的中心偏移的位置。从而能够以低电压进行驱动，使流体在狭窄的流体通路内沿一方向流动。
Description
技术领域
本发明涉及利用弹性表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)使液体产生一定的流动或循环流的流体驱动器。另外，本发明还涉及使用了上述流体驱动器的发热装置以及分析装置。
背景技术
近年来微处理器(MPU)的高速化发展显著。目前，达到了数GHz以上的工作频率，而且还继续向进一步高速化发展。由于MPU的高速化是通过提高集成密度来实现，所以发热密度的增加不可避免。在目前最高速度的MPU中，总发热量达到100W以上、发热密度达到400W/mm2以上，并且，随着进一步的高速化，发热量也继续增加。
为了冷却MPU，一般采用在MPU封装外壳上面安装风扇或水冷装置的方法。但是，MPU的发热部是形成在硅基板上的电路部。由于是隔着封装外壳进行冷却，所以存在着冷却效率低的问题。
因此，提出了一种在MPU的硅基板上形成流体通路且使流体在流体通路中循环的构造。该构造能够在最接近作为发热部的半导体基板的附近进行冷却，从而可应对随着MPU的高速化的发热增加。但是，该MPU水冷系统中，作为泵而使用了电渗透流泵。因此，由于形成在MPU的硅基板上的细的流体通路中，增大了流体通路的阻抗，所以存在着需要400V左右的高驱动电压的问题。
另外，在微分析系统(μTAS)中，为了使包含分析试样的溶剂流动，使用电渗透流，为了使溶剂中的样品颗粒移动，使用电泳动或感应泳动等，但由于向溶剂直接施加电场，所以存在着不适用于被施加电场后发生变质的试样的问题。
鉴于以上的情况，可见使用弹性表面波振动来驱动液体的液体驱动器是适合的。在专利文献1、非专利文献2、专利文献2中，公开了一种使 用了弹性表面波的流体驱动器。
专利文献1所公开的是，配置了表面波装置的微型泵，该弹性表面波装置在构成流体通路的一部分的压电元件设置了梳状电极。
非专利文献1所公开的是，在压电薄膜上形成梳状电极，通过对梳状电极施加交流电压而激励兰姆波(Lamb wave)来驱动基板上的流体。
专利文献2所公开的是一种喷墨头，其把具有弹性表面波的波长左右厚度的压电体基板两片以夹着肋的方式重叠，形成喷嘴，并且在压电体基板的喷嘴反对侧的面上分别配置UDT(单向性梳型交叉齿状电极)，通过向UDT以错开相位顺序输入1个脉冲波形，进行驱动，在压电体的形成喷嘴的壁面上产生弹性表面波的背面波，利用该背面波使喷嘴壁面的凸状变形向喷嘴的前端方向移动，喷嘴内的流体被该凸状变形吸引而运动且向前端部方向移动，从喷嘴前端以液滴的形式喷出。
专利文献1：实开平3-116782号公报
专利文献2：特开2002-178507号公报
非专利文献1：R.M.Moroney et.al.“Lamb波励起マイクロトランスポ一ト(Lamb波激励微输送)”“Mirotransport induced by ultrasonic Lambwaves”，Appl.Phys.Lett.，59(7)，E-E774-776，1991
但是，在以往的流体驱动器中，存在着以下的问题。
使用了专利文献1的弹性表面波的微型泵，由于其中使用的电极是通过把一对梳状电极啮合而构成的间距一定的电极，所以即使从该电极产生弹性表面波，也难以使流体的流向朝向一个方向。
非专利文献1的使用了兰姆波的流体驱动器由于在厚度为数μm的薄膜上形成驱动器，所以强度低，不能产生高压力。
专利文献2的使用了达到弹性表面波的基板背面的波(背面波)的流体驱动器，只有基板表面振幅的1/10左右，振幅小，不能有效地驱动流体。另外，虽然希望着肋的高度、即流体通路的高度具有与背面波的振幅同程度的高度，但如果对UDT电极只施加数10伏程度的电压，则背面波的振幅成为1μm程度以下，利用这种高度的肋来制作喷嘴是非常困难的技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够以比较低的电压进行高输出的驱动且可实现小型、轻量化的流体驱动器。
另外，本发明的目的是，提供一种通过与流体驱动器一体集成而不需要外部的泵且通过批量加工可同时制作的发热装置和分析装置。
本发明的流体驱动器，具有：压电体；流体通路，其在内壁的一部分上具有上述压电体，并能够使流体在内部移动；和弹性表面波发生部，其利用在上述压电体的面向上述流体通路的面上形成有梳状电极所产生的弹性表面波，驱动上述流体通路内的上述流体，并且，上述弹性表面波发生部，通过对位于弹性表面波的传播的一方侧的上述流体通路内的上述流体，施加比对位于另一侧的上述流体通路内的上述流体的更强的驱动力，使上述流体向一方向移动。
根据此结构的流体驱动器，当向弹性表面波发生部的梳状电极施加交流电压时，在压电体的表面产生弹性表面波(SAW：Surface AcousticWave)，从梳状电极在流体通路内向两方向传播。此时，向两方向传播的弹性表面波中的向一方向传播的弹性表面波对存在于该方向的流体施加强的流体驱动力。因此，利用这样被激振的弹性表面波，能够使流体通路内的流体向一方向流动。
在本发明的一个方面中，如在图1中具体表示的那样，当把沿着从上述弹性表面波发生部101产生的弹性表面波的两个传播方向延伸的直线分别与流体通路2的壁面或上述流体通路的出入口相交的2点设为C、D时，上述弹性表面波发生部被配置在从由上述C、D夹住的流体通路的中心位置沿着上述弹性表面波的任意传播方向错开后的位置。
因此，从弹性表面波发生部101被左右均等激励的弹性表面波中的向一方向(例如D方向)传播的波对流体产生向一方向流动的驱动力，向另一方(C方向)传播的波对流体产生向另一方的驱动力，但由于从俯视观察，向一方的流体传导驱动力的部分的面积S2比向另一方的流体传导驱动力的部分的面积S1大，所以一方侧的流体的驱动力大，就整体而言，流体如图所示，向一方向(D方向)流动。
因此，能够以低驱动电压和简单的电极构造，使流体向一方向流动。
另外，所谓“上述弹性表面波发生部被配置在从上述C、D的中心位 置沿着弹性表面波的任意传播方向错开后的位置”，如图1所示，与从上述弹性表面波发生部101的一端A到上述流体通路的壁面C的距离d1、和从上述弹性表面波发生部的另一端B到上述流体通路的壁面D的距离d2，所具有的一方(例如距离d2)大而另一方(例如距离d1)小的关系相同。
只要上述小的一方的距离在20mm以下，在一般的微型分析系统(μTAS)装置中，可充分达到产生向一方向流动的要求。
如果接近上述弹性表面波发生部的一方的上述流体通路的壁面是相对上述弹性表面波的传播方向大致正交的平面，则从A点向C点传播来的弹性表面波在C点有一部分被反射，与从B点向D点传播的弹性表面波沿相同方向重叠而行进，使流体的流动从B点向D点强势流动。
根据本发明的其他方面，其特征是，流体驱动器的上述弹性表面波发生部产生具有上述一方向的指向性的弹性表面波。根据此结构，当向弹性表面波发生部的梳状电极施加交流电压时，在压电体的表面产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，换言之，产生向上述一方向更强传播的弹性表面波，并沿着基体向上述一方向传播。利用这样激振的弹性表面波，能够使流体通路内部的流体向上述一方向流动。
上述弹性表面波发生部为了产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，希望具有悬浮电极，该悬浮电极位于上述梳状电极的相邻电极指之间，并且按照与这些电极指平行的方式被配置在从这些电极指之间的中央向任意电极指的方向偏移后的位置。根据该结构，由于基于悬浮电极的弹性表面波的反射成为非对称，所以使弹性表面波的传播方向具有指向性。通过向上述梳状电极施加交流电压，产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，因此，能够使流路内的液体向上述一方向流动。
另外，也可以采用上述弹性表面波发生部具有反射器电极的构造，该反射器电极被配置得与上述梳状电极的一侧相邻，并且把上述梳状电极所产生并传播来的弹性表面波向相反方向反射。根据该构造，从梳状电极以左右同等强度传播的弹性表面波中的向一方传播的弹性表面波被反射器电极反射，与向另一方传播的弹性表面波重叠传播，因此，就整体而言，能够使弹性表面波向上述一方向传播，从而能够使流路内的液体向规定的 方向流动。
另外，根据本发明的又一其他方面的流体驱动器，其特征是，上述弹性表面波发生部具有按照使分别为同一间距的电极指啮合的方式配置的至少3种梳状电极，通过向上述至少3种梳状电极施加相位顺次变化后的交流电压，产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波。根据此结构的流体驱动器，当向上述弹性表面波发生部的至少3种梳状电极施加顺序改变了相位的交流电压时，在压电体的表面产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，并沿着基体向上述一方向传播。利用这样激振的弹性表面波，能够使流体通路内部的流体向上述一方向流动。另外，通过控制向上述弹性表面波发生部的上述梳状电极施加的三相交流电压的相位的变化顺序，还能够使流路内的液体反向流动。
另外，根据本发明的又一其他方面的流体驱动器，其特征是，上述弹性表面波发生部具有：按照使分别为同一间距的电极指啮合的方式配置的2种梳状电极、和被配置在上述梳状电极的相邻的电极指之间的接地电极，上述相邻的电极指以比1个间距的一半更小的间隔或更大的间隔配置，通过向各个梳状电极施加具有与上述相邻的电极指的间隔对应的相位差的2个交流电压，产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波。该结构的流体驱动器的不同之处是，取代上述3种梳状电极，而具有2种梳状电极和接地电极。而且，向各个梳状电极施加具有与上述相邻的电极指的间隔对应的相位差的2个交流电压。由此，能够产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，使流路内的液体向上述一方向流动。另外，通过使向上述2种梳状电极施加的交流电压的相位变化方向反转，还可以使流路内的液体反向流动。
另外，在上述相邻的电极指以1个间距的一半的间隔配置的情况下，电极指的排列成为对称，所施加的交流电压的相位差正好成为180℃(反转相位)。因此，由于空间性的方向性消失，不能使流路内的液体向上述一方向流动，所以，必须把相邻的电极指以比1个间距的一半更小的间隔或更大的间隔配置。
另外，作为本发明的良好的实施方式，还可列举出以下的结构。
如果是还具有构成上述流体通路的内壁的其他一部分的基体、上述压 电体被嵌入上述基体的一部分中的构造，则能够把压电体设置在产生弹性表面波的部分，使传播弹性表面波的介质构成上述基体。由此，由于可减小压电体，所以可降低流体驱动器整体的成本。
本发明的流体驱动器的上述梳状电极，如果具有与电极指的一端连接的共用电极，且上述共用电极被配置在上述流体通路的外侧，则由于不直接产生弹性表面波的共用电极位于流路的外侧，能够把直接产生弹性表面波的梳状电极形成在流路整体上，所以具有可增大对流体的驱动力的优点。
另外，如果采用上述弹性表面波发生部沿着上述流体通路设置有2个以上且任意弹性表面波发生部可被选择性驱动的结构，则通过驱动2个以上的弹性表面波发生部的任意一个，可以控制流体向任意方向流动。
特别是，如果采用设置有2个上述弹性表面波发生部，上述2个弹性表面波发生部被配置在从由上述C、D夹住的流体通路的中心位置分别沿着弹性表面波的两个传播方向偏移后的位置，任意弹性表面波发生部可被选择性驱动的结构，则通过驱动2个弹性表面波发生部的任意一个，可以控制流体向任意方向流动。
另外，如果构成为在流体驱动器的上述压电基板上设有覆盖上述梳状电极以防止与上述流体的接触的保护构造，并且在上述保护构造与上述梳状电极之间形成空隙的构造，则由于弹性表面波发生部的振动不会受到流体的妨碍，所以可获得更大的驱动力。另外，还可以避免弹性表面波的指向性受到损害。
如果上述保护构造是具有围绕上述空隙的侧壁部，上述侧壁部在来自上述弹性表面波发生部的弹性表面波进行传播的上述规定方向侧的厚度，比与该规定方向的相反侧的厚度薄的构造，则由于侧壁部厚的部分的一方比薄的部分不容易使弹性表面波透过，所以使弹性表面波具有向壁部薄的方向的指向性，从而可容易使流路内的液体向上述一方向流动。
另外，如果是还具有利用超声波使上述流体通路的内壁振动的振动施加装置的结构，则具有使流体通路内的流体与流体通路壁面分离的效果，从而可降低流体通路阻抗，使流体顺畅地流动。
在上述流体通路能够使流体循环的情况下，通过在该流体通路中设置 热交换器或散热器，可进行装置的冷却或加热。
另外，本发明的又一其他方面的流体驱动器，具有：压电体；流体通路，其在内壁的一部分上具有上述压电体，并能够使流体在内部移动；和弹性表面波发生部，其利用在上述压电体的面向上述流体通路的面上形成有梳状电极所产生的弹性表面波，驱动上述流体通路内的上述流体，并且，上述弹性表面波发生部具有悬浮电极，该悬浮电极位于上述梳状电极的相邻电极指之间，并且按照与这些电极指平行的方式被配置在从这些电极指之间的中央向任意电极指的方向偏移后的位置。该结构的流体驱动器由于基于悬浮电极的弹性表面波的反射成为非对称，所以弹性表面波的传播方向具有指向性。通过向上述梳状电极施加交流电压，能够产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波，因此，能够使流路内的液体向上述一方向流动。
本发明的发热装置是把上述流体驱动器作为冷却装置使用的发热装置，其中具有安装了该发热装置的基板，上述流体通路被设置在上述基板上。这样的结构，上述流体通路可作为通过上述发热装置附近的散热路来利用，可通过使从安装了该发热装置的基板产生的热移动到流体中，来冷却该发热装置，可期待高的冷却效率。
本发明的分析装置的特征是，具有供给流体状试样的试样供给部和分析上述试样的试样分析部，上述流体通路被设置成能够从上述试样供给部向上述试样分析部输送上述流体状的试样。以往的分析装置中，由于使用电泳等原理来输送试样，所以被分析的试样只限于在电泳下可运动、被施加高电场的情况下也不会被破坏的试样，而在本发明的分析装置中，由于利用弹性表面波来移动试样，所以具有试样种类不受局限的优点。
为了进一步理解关于本发明的上述以及其他的优点、特征以及效果，下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
附图说明
图1是用于说明本发明的使流体向一个方向流动的原理的示意俯视图。
图2(a)是示意表示本发明的流体驱动器的实施方式的一例的剖面图。
图2(b)是图2(a)的流体驱动器的透视俯视图。
图3(a)是表示把压电体贴付在基体的接合面上的状态的流体驱动器的剖面图。
图3(b)是利用压电体形成了基体本身的流体驱动器的剖面图。
图4(a)是示意表示弹性表面波发生部附近的流体驱动器的构造的压电基板的放大俯视图。
图4(b)是图4(a)的压电基板的剖面图。
图4(c)是图4(a)的压电基板的剖面图。
图5是表示流体驱动器的流体通路的其他形状的俯视图。
图6是表示从流体通路突出设置的梳状电极的俯视图。
图7是表示从流体通路突出设置的梳状电极的俯视图。
图8(a)是示意表示流体通路中的2个弹性表面波发生部的配置例的俯视图。
图8(b)是表示图8(a)的配置例的剖面图。
图9(a)是示意表示把电极从弹性表面波发生部取出到外部的构造例的放大俯视图。
图9(b)是图9(a)的构造例的剖面图。
图10(a)是示意表示覆盖梳状电极的保护构造的正剖面图。
图10(b)是表示图10(a)的保护构造的侧剖面图。
图11(a)是示意表示安装了压电振动体的本发明的流体驱动器构造例的俯视图。
图11(b)是表示图11(a)的构造的剖面图。
图11(c)是表示图11(a)的构造的剖面图。
图12(a)是示意表示本发明的其他实施方式的流体驱动器的一例的剖面图。
图12(b)是表示图12(a)的流体驱动器的透视俯视图。
图13(a)是示意表示弹性表面波发生部附近的流体驱动器的构造的放大俯视图。
图13(b)是表示图13(a)的流体驱动器的剖面图。
图13(c)是表示图13(a)的流体驱动器的剖面图。
图14是表示弹性表面波发生部附近的其他构造的放大俯视图。
图15是表示包含反射器电极的弹性表面波发生部的构造的放大俯视图。
图16是表示弹性表面波发生部附近的另一其他构造的放大俯视图。
图17(a)是示意表示流体通路中的2个弹性表面波发生部的配置例的俯视图。
图17(b)是图17(a)的配置例的剖面图。
图18(a)是示意表示覆盖流体驱动器的梳状电极的保护构造的正剖面图。
图18(b)是表示图18(a)的保护构造的侧剖面图。
图19(a)是表示保护构造的侧壁部在弹性表面波传播方向侧的厚度比该方向相反侧的厚度薄之例的俯视剖面图。
图19(b)是图19(a)的保护构造的侧剖面图。
图20(a)是示意表示本发明的另一其他实施方式的流体驱动器的一例的剖面图。
图20(b)是表示图20(a)的流体驱动器的透视俯视图。
图21(a)是示意表示弹性表面波发生部附近的流体驱动器的构造的放大俯视图。
图21(b)是图21(a)的I-I剖面图。
图21(c)是图21(a)的J-J剖面图。
图21(d)是图21(a)的H-H剖面图。
图22是表示弹性表面波发生部附近的另一其他构造的放大俯视图。
图23是表示向梳状电极施加的2相电压波形的曲线图。
图24是表示梳状电极的变形构造的放大俯视图。
图25(a)是示意表示从弹性表面波发生部向外部取出电极的构造的俯视图。
图25(b)是图25(a)的剖面图。
图26(a)是示意表示具备了本发明的流体驱动器的发热装置的构造例的俯视图。
图26(b)是图26(a)的剖面图。
图27(a)是示意表示具备了本发明的流体驱动器的分析装置的构造例的俯视图。
图27(b)是图27(a)的剖面图。
图28(a)是图27(a)的放大图，表示通过上述分析装置中的横向流体通路流动有试样流体S的状态。
图28(b)是图27(a)的放大图，是表示通过纵向流体通路2b流动有试样流体S的状态。
图29(a)是示意表示具备了本发明的流体驱动器的发热装置的构造例的俯视图。
图29(b)是图29(a)的剖面图。
图中：101、102、103-弹性表面波发生部；2-流体通路；3-基体；4-盖体；5-电源；6-容器；8-绝缘膜；13-接地电极；14a、14b、14c-母线电极；15a、15b、15c-梳状电极；15d、15e-悬浮电极；16a、16b、16c-导通电极连接部；17a、17b、17c-导通电极；18a、18b、18c-外部电极；20a、20b、20c-引出电极；21-反射器电极；32-发热部；40-分析装置；43-分析部；51-保护构造；52-空洞部；61-压电振动体。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的流体驱动器以及使用了该流体驱动器的发热装置以及分析装置进行详细说明。
图2(a)、图2(b)表示本发明的流体驱动器的实施方式的一例的剖面图和透视俯视图。图2(a)是图2(b)的E-E剖面图。
该流体驱动器中，上下2张平板4、3被相互接合。把平板4、3相互接合的面称为“接合面”。在上侧的平板4(以下称为“盖体4”)的接合面上，形成有在俯视观察时呈U字型的剖面矩形形状的槽。该U字状的槽在把上下2张平板4、3贴合时，形成成为能够使流体在内部移动的流体通路2的空洞部。
另外，流体通路2的剖面形状不限于图2(a)所示那样的矩形形状，也可以是剖面半圆状、剖面三角状等。另外，流体通路2的平面形状也不 限于图2(b)所示的U字状，也可以是圆弧状、也可以是弯曲成直角的形状。
并且，在下侧的平板3(以下称为“基体3”)的接合面的一部分上，以面临上述流体通路2的状态嵌入压电体31。该压电体31成为流体通路2的内壁面的一部分。
压电体31虽然只要是压电陶瓷和压电单晶质等具有压电性的基板，可以使用任意的材料，但优选使用压电性高的钛酸锆酸铅、铌酸锂、钽酸锂等的单晶质。
另外，也可以不把压电体31嵌入基体3的一部分中，而如图3(a)所示那样，把压电体31贴合在基体3的接合面的全体面上。另外，也可以如图3(b)所示那样，用压电体31形成基体3。
在把压电体31嵌入基体3的一部分中的情况下，优选使用在其表面上使弹性表面波能够无衰减传播的材质形成基体3。特别是，为了减轻基体3与压电体31的接合面的弹性表面波的反射，理想的是选择使基体3中的弹性表面波的传播速度与压电体31中的传播速度大致一致的弹性率接近的基体3的材质。作为这样的基体3的材质，例如可列举出与压电体31相同材质的材料和钛酸锆酸铅等。
另外，在把压电体31嵌入基体3的一部分中的情况下，优选在弹性表面波的传播方向(x方向)上的压电体31与基体3的界面31a不通过用于粘接的树脂层等而相互直接接触。另外，在除弹性表面波的传播方向以外的方向上的压电体31与基体3的界面，为了减少由压电体31与基体3的界面所产生的弹性表面波的反射的不良影响，优选加入树脂等的表面波吸收构造。
另外，在如图3(a)那样在基体3全体上贴合压电体31的情况下，不需要如上述那样考虑基体3的材质。也可以如图3(b)那样使用压电体31构成基体3。在这些情况下，为了获得更大的驱动力，可以把压电体31做成矩形形状，并使流体的驱动方向(x方向)与压电体31的长度方向一致。另外，为了减少由被贴合的压电体31与基体3的界面所产生的弹性表面波的反射的不良影响，优选在压电体31与基体3的界面上加入表面波吸收构造。作为该表面波吸收构造，可使用一般的树脂层。
在压电体31的面临流体通路2的主面上，形成有相互啮合的一组梳状电极(也称为IDT：Inter Digital Transducer电极)15a、15b。把该压电体31上形成了梳状电极15a、15b的部分称为弹性表面波发生部101。
而且，如后述的图4(b)所示，使用绝缘膜8覆盖压电基板31上的梳状电极15a、15b。通过使用绝缘膜8进行覆盖，可防止电极因迁移等的劣化、和流体由电场引起的变质，因而是理想的。
在该图2(b)的构造中，沿弹性表面波的传播方向即x方向以及-x方向，通过上述压电体31的表面，画出通过上述弹性表面波发生部101的大致中心部的假设线M。然后，如图2(b)所示那样，从与上述压电体31正交的方向(z方向)俯视观察上述流体通路2和上述弹性表面波发生部101。于是，上述假设线M从上述弹性表面波发生部101的两端A、B延伸，与上述流体通路2的壁面，分别在C、D点相交。
在本实施方式中，AC间的距离d1与BD间的距离d2为不相同的关系，具体是在图2的情况下，成为d1＜d2的关系。关于采用这样的配置的理由，将在后面说明。
图4(a)～(c)是表示弹性表面波发生部101附近的放大示意图，图4(a)是压电基板的俯视图、图4(b)、(c)是剖面图。
在压电体31中，共用电极(母线电极)14a、14b相互平行地形成，梳状电极15a、15b从各个母线电极14a、14b呈直角延伸，形成为相互啮合。另外，在母线电极14a的外侧，形成有导通电极连接部16a，在母线电极14b的外侧，形成有导通电极连接部16b。
导通电极连接部16a介由贯通压电体31和基体3的导通电极17a，与形成在基体3的背面的外部电极18a连接；导通电极连接部16b介由贯通压电体31和基体3的导通电极17b，与形成在基体3的背面的外部电极18b连接。
从交流电源5向外部电极18a、18b供给交流电压。交流电压被施加到各个梳状电极15a、15b。其结果，从弹性表面波发生部101沿着流体通路2的壁面(基体3的接合面)，向x方向以及-x方向，传播如图4(c)所示那样的具有x方向和z方向的变位成分的弹性表面波的行进波。
通过该弹性表面波的行进波使得与流体通路2的壁面接触的流体向弹 性表面波的行进方向(x方向、-x方向)驱动(关于该原理，参照专利文献1、2、和非专利文献1)。
此时，如果在把弹性表面波的传播速度设为v、把梳状电极15a、15b的构造周期设为p时，将满足：
v＝f·p
的频率f的交流电压施加于梳状电极15a、15b ，则梳状电极15a、15b的构造周期p与产生的弹性表面波的波长成为一致，由于可获得大振幅的弹性表面波振动，从而可提高流体的驱动效率，因而是理想的。
另外，如果弹性表面波发生部101具有相对流体通路2成为对称构造、即距离d1＝距离d2的构造，则从梳状电极15a、15b向x方向和-x方向传播的弹性表面波大致以相同的强度传播，所以，以弹性表面波发生部101为中心向x方向、-x方向流动相同流量的流体。因此，就整体而言成为流体不移动的情况。
因此，在本实施方式中，如上所述，使距离d1与距离d2成为不相同的关系，具体是如图2(b)所示那样，把弹性表面波发生部101配置在流体通路2的直线部的一端附近。基于这样的配置，设定为满足d1＜d2的关系。
在图2(b)中，在比弹性表面波发生部101更靠右侧的流体通路2中存在的流体，由流体通路壁面的向右的弹性表面波所驱动；就比弹性表面波发生部101更靠左侧的部分而言，流体通路2弯曲，向左的弹性表面波向流体通路2外部泄漏传播，使向左的流体驱动效率下降。因此，使得向右的流量大于向左的流量，从而整体上流体被向右驱动。
为了充分衰减向左的流量，希望上述距离d2在20mm以下。
这样，从梳状电极15a、15b产生向右、向左不平衡的弹性表面波，就整体而言，能够使流体通路2内的流体向一方向流动。
另外，本发明的流体驱动器不限于上述的形态。例如，流体通路2的形状不限于图2(b)所示的U字状，也可以是图5所示那样的弯曲成直角的形状。由于接近上述弹性表面波发生部101一侧的上述流体通路2的壁面200是相对上述弹性表面波的传播方向大致正交的平面，所以，从A点到C点的弹性表面波，在C点有一部分被反射，沿与从B点向D点的 弹性表面波相同的方向重叠行进，使得流体的流动也从B点向D点更强势地流动。
另外，如图6所示，也可以把母线电极14a、14b形成在流体通路2的外侧。由此，由于作为不直接产生弹性表面波的共用电极的母线电极14a、14b位于流体通路2的外侧，能够把直接产生弹性表面波的梳状电极15a、15b形成在流体通路2的整体上，所以具有可增大流体的驱动力的优点。
另一方面，如图7所示，可以考虑把梳状电极15a、15b相互啮合的部分K扩展到流体通路2的外部的情况。在这种情况下，压电基板31与盖体4的接合部300存在于梳状电极15a、15b相互啮合的部分K中。在这种情况下，该接合部300可能会阻碍弹性表面波的振动，并且弹性表面波的振动会使接合部300受到损伤或使其错位，因此，希望使梳状电极15a、15b的相互啮合的部分K位于流体通路2中。
另外，由于基于压电基板的各向异性使弹性表面波存在向一方向传播的角度，所以，在使用这样的压电基板的情况下，希望构成为使压电基板的弹性表面波的传播方向与配置有弹性表面波发生部101的流体通路2的方向一致。
如上所述，虽然该流体驱动器能够使流体向所希望的方向流动，但在分析装置等中，要求能够开关式控制流体的流动。
在这种情况下，只要如图8(a)、图8(b)所示那样，设置2个以上弹性表面波发生部即可。在图8(a)、图8(b)的情况下，分别在流体通路2的直线部的左右两端附近的位置，各设置1个弹性表面波发生部101a、101b。在向右驱动流体时，只需通过开关SW，只向左侧的弹性表面波发生部101a供给交流电压即可；在向左驱动流体时，只需通过开关SW，只向右侧的弹性表面波发生部101b供给交流电压即可。
图9(a)、图9(b)是示意表示从弹性表面波发生部101中把电极取出到基体3的外部的构造的其他一例的图。
在图9(a)、图9(b)所示的流体驱动器中，在基体3上，形成有从梳状电极15a、15b延伸到基体3的侧端面的引出电极20a、20b。
在制造该流体驱动器时，在制作梳状电极15a、15b的工序中，在基 体3上预先同时形成从梳状电极15a、15b延伸到基体3的侧端面的引出电极20a、20b。然后，在基体3的侧端面，形成与引出电极20a、20b连接的侧面电极18a、18b。然后，把形成了流体通路2的盖体4和基体3介由例如硅橡胶的一种的PDMS(poly dimethylsiloxane)进行接合，将流体通路2气闭密封，完成流体驱动器的制造。
在该图9(a)、图9(b)的例中，不需要如图4(b)那样在基体3上设置贯通压电体31的通孔(贯通孔)。在设置贯通孔时，在压电体31中有时会产生龟裂和破裂，但如果采用图9的构造，由于不需要设置贯通孔，所以可防止压电体的龟裂和破裂。
图10(a)、图10(b)是表示本发明的流体驱动器的其他实施方式的图。在弹性表面波发生部101设置有保护构造51，以使一组梳状电极15a、15b与流体通路2内流体不直接接触。在该保护构造51与梳状电极15a、15b之间形成有空隙52。因此，流体不会与弹性表面波发生部101接触，使从弹性表面波发生部101产生的振动不会被流体妨碍，从而可获得更大的驱动力。
这样的构造，在梳状电极15a、15b的上面，制作作为之后成为中空构造的牺牲层例如由非晶硅构成的图形。在其上面，制造作为保护构造的氮化硅膜。在氮化硅膜的一部分上形成孔穴，利用牺牲层蚀刻技术，使用例如氟化氙除去非晶硅，最后封住氮化硅膜上的开孔。也可以取代上述氮化硅膜而使用氧化硅膜。在空隙52中，填充空气或氮气。
另外，作为保护构造的材质，可以是金属材料、有机材料、无机材料。上述的保护构造的制造方法只是一例，除了上述的方法以外，也可以使用有机材料，例如耐用光致抗蚀膜等制作保护构造。
图11(a)～(c)是表示本发明的流体驱动器的另一其他实施方式的图。
在本实施方式中，在弹性表面波发生部101的基础上，按照利用超声波使流体通路2的内壁产生振动的方式，在流体通路2的外壁面上设置压电振动体61作为振动施加装置的一例。该压电振动体61通过未图示的电极和未图示的交流电源发生振动。
由此，流体通路2壁面的内壁发生超声波振动。这样，流体通路2内 的流体不容易附着在流体通路2的壁面上，从而可减少流体通路2的通过阻抗。
图12(a)、图12(b)是表示本发明的流体驱动器的又一个其他实施方式的一例的剖面图和透视俯视图。图12(a)是图12(b)的F-F线剖面图。
与利用图2(a)、图2(b)所说明的同样，通过盖体4与基体3的接合，形成U字状流体通路2；在基体3的接合面的一部分上，以面向流体通路2的状态嵌入有压电体31。另外，在本实施方式的情况下，流体通路2的平面形状可以是U字状、也可以是圆弧状，也可以是弯曲成直角的形状，但也可以是直线状。也可以是直线状的理由是，如后述那样，弹性表面波发生部101本身具有把流体向一方向驱动的能力。
另外，与利用图3(a)、图3(b)说明的同样，也可以不把压电体31嵌入基体3的一部分中，而把压电体31帖付在基体3整体上，也可以利用压电体31形成基体3。
图13(a)～图13(c)示意表示本实施方式的流体驱动器的弹性表面波发生部102的一例的构造的放大图。图13(a)是压电基板的俯视图，图13(b)、(c)是剖面图。
在图13(a)所示的例中，在压电体31上形成一组相互啮合的梳状电极15a、15b，并且，作为特征性的结构，设有悬浮电极15d。把该压电体31上形成了梳状电极15a、15b和悬浮电极15d的部分，称为弹性表面波发生部102。
另外，如图13(b)所示，利用绝缘膜8覆盖压电基板31上的梳状电极15a、15b和悬浮电极15d。利用绝缘膜8进行覆盖的优点，与前面结合图4(b)所说明的相同。
在构成流体通路2的壁面的一部分的压电体31上，相互平行地形成共用电极(母线电极)14a、14b，梳状电极15a、15b形成为从各个母线电极14a、14b直角引出，并相互啮合。在相邻的母线电极14a、14b之间，形成有无任何电连接的悬浮电极15d。
另外，在母线电极14a的外侧，形成有导通电极连接部16a，在母线电极14b的外侧，形成有导通电极连接部16b。
导通电极连接部16a介由贯通压电体31和基体3的导通电极17a，与形成在基体3背面的外部电极18a连接；导通电极连接部16b介由贯通压电体31和基体3的导通电极17b，与形成在基体3背面的外部电极18b连接。
如图13(a)所示，上述悬浮电极15d被配置成，使悬浮电极15d的中心线位于，从通过相邻的梳状电极15a的中心线x1和梳状电极15b的中心线x2之中心的线(x1+x2)/2、向任意规定的方向错开了x0的位置。把该x0称为“偏移”。这里，x1、x2假设是距某个基准点的距离。
从交流电源5向外部电极18a、18b供给交流电压。交流电压被分别施加到各个梳状电极15a、15b，从弹性表面波发生部102沿着流体通路2的壁面(基体3的接合面)向x方向或-x方向传播具有图13(c)所示的x方向和z方向的变位成分的弹性表面波的行进波。
由该弹性表面波行进波，把与流体通路2的壁面接触的流体向弹性表面波的行进方向驱动。
另外，弹性表面波发生部102如果具有相对流体通路2对称的构造即悬浮电极15d的偏移x0＝0的构造，则由于从梳状电极15a、15b向x方向和-x方向传播的弹性表面波以大致相同的强度传播，所以形成了以弹性表面波发生部102为中心向x方向、-x方向流动相同流量的流体的情况。因此，就整体而言没有流体移动。
但是，本实施方式，如上述那样，把悬浮电极15d配置在从通过相邻的梳状电极15a的中心线x1和梳状电极15b的中心线x2之中心的线(x1+x2)/2向任意规定的方向错开了x0的位置。这里，通过悬浮电极15d距梳状电极15a、15b的中心的偏移x0的符号(正或负)，弹性表面波强势传播的方向就为x方向或为-x方向。其理由是，由于悬浮电极被配置在空间非对称的位置，所以基于悬浮电极的弹性表面波的发射也为非对称，从而使弹性表面波的传播方向或朝向x方向、或朝向-x方向。
这样，从梳状电极15a、15b产生规定方向的弹性表面波，就整体而言，能够使流体通路2内的流体向一方向流动。
另外，图13表示了作为悬浮电极而采用无任何电连接的开放型悬浮电极，但也可以取代开放型悬浮电极，而使用相邻的悬浮电极连接后的短 路型悬浮电极。或者，也可以采用具有开放型悬浮电极和短路型悬浮电极的双方的构造。
图14是表示具有开放形悬浮电极15d和短路型悬浮电极15e的双方的悬浮电极构造的放大图。在压电体31上，形成一组相互啮合的梳状电极15a、15b，并设有开放型悬浮电极15d和短路型悬浮电极15e。
开放型悬浮电极15d与上述的同样，被配置在从通过相邻的梳状电极15a、15b的中心线x1、x2之中心的线(x1+x2)/2向任意规定的方向(在此情况下是+x方向)错开的位置。即具有正的偏移。
短路型悬浮电极15e被配置在从通过相邻的梳状电极15a、15b的中心线x1、x2之中心的线(x1+x2)/2向相反方向(在此情况下是-x方向)错开的位置。即偏移的符号是负。
因此，成为在梳状电极15a、15b之间，插入了短路型悬浮电极15e、开放型悬浮电极15d的状态。而且，短路型悬浮电极15e彼此之间跨过梳状电极15b且通过辅助电极15f相互连接。这样，按照梳状电极15a、短路型悬浮电极15e、开放型悬浮电极15d、梳状电极15b、短路型悬浮电极15e、开放型悬浮电极15d的顺序以大致相等的间隔配置各个电极。即，以相对梳状电极15a、15b的构造周期p成为p/6的间隔，配置各个电极。
该电极构造的特征是，由于基于开放型悬浮电极15d的弹性表面波的反射和基于短路型悬浮电极15e的弹性表面波的反射相互组合，所以，比在分别单独使用的情况下，其使流体向一方向流动的驱动力变强。
例如，在分别把短路型悬浮电极15e和开放型悬浮电极15d单独形成在相同的位置的情况下，各个悬浮电极的反射举动的不同，使弹性表面波的传播方向正好相反。为了使弹性表面波的传播方向一致，希望如图14所示那样，在接近梳状电极15a的位置形成短路型悬浮电极15e，并且把开放形悬浮电极15d接近梳状电极15b而配置。即，就偏移的符号而言，把一方设为正，把另一方设为负。由此，能够使基于开放型悬浮电极15d的弹性表面波的反射和基于短路型悬浮电极15e的弹性表面波的反射同步，从而可获得强势的流体驱动力。
图15是表示本发明的流体驱动器的弹性表面波发生部102的其他例的放大俯视图。这样，不使用悬浮电极，而使用反射器电极也能够产生规 定方向的弹性表面波。
即，如图15所示，按照沿着流体通路2且与梳状电极15a、15b(统称梳状电极15)相邻的方式配置把在上述梳状电极15产生并传播来的弹性表面波向相反方向反射的反射器21。
梳状电极15a虽然被配置成使具有电极指的梳状电极的彼此的电极指相互啮合，但在该图15的构造中，梳状电极15不具有悬浮电极。
但是，由于设有反射器电极21，所以在向梳状电极施加交流电压使其产生弹性表面波时，该反射器电极21把在上述梳状电极15产生并向反射器电极21方向(图15的左侧方向)传播来的弹性表面波向相反方向(图15的右侧方向)反射。由此，能够把弹性表面波的传播方向集中到一个方向，就整体而言，能够使流体通路2内的流体向一方向流动。另外，作为反射器电极21，使用格栅型的反射器电极进行了说明，但不限于此，也可以使用梳状反射器电极。
另外，本实施方式的流体驱动器不限于上述的构造。例如，也可以如图16所示那样，把母线电极14a、14b形成在流体通路2的外侧。由此，由于使不直接产生弹性表面波的作为共用电极的母线电极14a、14b位于流体通路2的外侧，并能够把直接产生弹性表面波的梳状电极15a、15b形成在流体通路2的整体上，所以具有增大流体的驱动力的优点。
另外，如结合图7所说明的那样，希望把梳状电极15a、15b的相互啮合的部分设置在流体通路2内。
另外，如上述那样，希望构成为使压电基板的弹性表面波传播方向与配置有弹性表面波发生部102的流体通路2的方向一致。
如上所述，该流体驱动器虽然能够使流体向所希望的方向流动，但在分析装置中，要求能够开关控制流体的流动。
在这种情况下，只要如图17(a)、(b)所示那样，设置2个弹性表面波发生部即可。在图17(a)、(b)的情况下，在流体通路2中，各设置1个弹性表面波发生部102a、102b。弹性表面波发生部102a、102b分别具有悬浮电极或反射器电极。基于各个悬浮电极或反射器电极的不同配置，把从弹性表面波发生部102a产生的弹性表面波的传播方向、和从弹性表面波发生部102b产生的弹性表面波的传播方向，设定为相反。
例如，在假设从弹性表面波发生部102a产生的弹性表面波的传播方向是图17的右方向，从弹性表面波发生部102b产生的弹性表面波的传播方向是图17的左方向，且向右驱动流体的情况下，只需通过开关SW，只向左侧的弹性表面波发生部102a供给交流电压即可；在向左驱动流体的情况下，只需通过开关SW，只向右侧的弹性表面波发生部102b供给交流电压即可。
另外，作为把电极取出到基体3的外部的构造，也可以采用把在图9(a)、图9(b)中说明的弹性表面波发生部101置换为本实施方式的弹性表面波发生部102的构造，并可获得完全相同的效果。
图18(a)、(b)是表示本发明的流体驱动器的其他实施方式的图。在弹性表面波发生部102设置有保护构造51，其使一组梳状电极15a、15b不与流体通路2内的流体直接接触，在保护构造与梳状电极15a、15b之间形成有空隙52。因此，弹性表面波发生部的振动不会受到流体的妨碍，从而可获得更大的驱动力。
图19(a)、(b)是表示保护构造51的侧壁部在弹性表面波传播方向侧的厚度比该方向的相反侧的厚度薄的例。
在该图10(a)、(b)中，保护构造51的侧壁部，在弹性表面波传播方向侧的厚度S1比该方向相反侧的厚度S2薄。通过采用此构造，能够减小保护构造51对箭头U所示的弹性表面波的传播产生的影响。
关于上述保护构造51的制作方法，由于与前面结合图10(a)、(b)说明的相同，所以省略说明。
另外，如果利用超声波使本实施方式的流体驱动器的流体通路2的内壁振动，则流体通路2内的流体不容易附着在流体通路2的壁面上，从而可减少流体通路2的通过阻抗。这一点与前面结合图11(a)～(c)说明的相同。
图20(a)、(b)是表示本发明的流体驱动器的另一个其他实施方式的一例的剖面图和透视俯视图。另外，图20(a)是图20(b)的G-G线剖面图。
与结合图2(a)、图2(b)说明的相同，通过盖体4与基体3的接合来形成U字状流体通路，在基体3的接合面的一部分中以面向流体通路 2的状态嵌入压电体31。
另外，也和结合图3(a)、图3(b)说明的同样，也可以不把压电体31嵌入基体3的一部分中，而把压电体31贴付在基体3整体上，也可以用压电体31形成基体3。
图21(a)～(d)是示意表示本实施方式的流体驱动器的弹性表面波发生部103的一例的构造的放大图，图21(a)是压电基板的俯视图，图21(b)是I-I剖面图，图21(c)是J-J剖面图，图21(d)是H-H剖面图。
如图21(a)所示，在构成流体通路2的壁面的一部分的压电体31上，形成相互啮合的3种梳状电极15a、15b、15c。把该压电体31上形成了梳状电极15a、15b、15c的部分称为弹性表面波发生部103。
梳状电极15a按照间距p配置。梳状电极15b也按照相同的间距p配置。梳状电极15c也按照相同的间距p配置。梳状电极15a与15b的间隔、梳状电极15b与15c的间隔、梳状电极15c与15a的间隔分别相同。如果用x表示这些间隔，则具有x＝p/3的关系。因此，如果把1个间距p用360℃表示，则梳状电极15a、15b、15c被配置成各自相位错开120℃。
另外，电极指彼此之间的偏移x没必要是严格的120℃。只要使电极指彼此之间的偏移x与120℃之差在规定的范围内即可。或者，只要使电极指彼此之间的偏移x与120℃之比在规定的范围内即可。对于上述“规定的范围”，只要以流体是否向规定的方向流动为基准，通过实验来决定即可。
符号8表示覆盖压电基板31上的梳状电极15a、15b、15c的绝缘膜。
在压电体31上的接近流体通路2的一方的壁的位置，形成有相互平行的共用电极(母线电极)14a、14b，梳状电极15a、15b从各个母线电极14a、14b直角延伸形成。在母线电极14a、与梳状电极15b之间设有使两者不相互短路的绝缘层19。另外，在压电体31上的接近流体通路2的另一方的壁的位置，形成有母线电极14c，梳状电极15c从母线电极14c直角延伸形成。
另外，在母线电极14a的外侧形成有导通电极连接部16a，在母线电极14b的外侧形成有导通电极连接部16b，在母线电极14c的外侧形成有导通电极连接部16c。
如图21(b)所示，导通电极连接部16a介由贯通压电体31和基体3的导通电极17a，与形成在基体3背面的外部电极18a连接。导通电极连接部16b介由贯通压电体31和基体3的导通电极17b，与形成在基体3背面的外部电极18b连接。导通电极连接部16c介由贯通压电体31和基体3的导通电极17c，与形成在基体3背面的外部电极18c连接。
从交流电源5按照相位的顺序向外部电极18a、18b、18c供给不同的交流电压。由此，各个梳状电极15a、15b、15c按照相位顺序被施加不同的交流电压。
如果用算式表现，把交流电压的电压振幅设为V(伏特)、把频率设为f(1/秒)、把时间设为t(秒)，则向梳状电极15a施加Vsin(2πft)、向梳状电极15b施加Vsin(2πft-2π/3)、向梳状电极15c施加Vsin(2πft-4π/3)的交流电压。由此，从弹性表面波发生部103沿着流体通路2的壁面(基体3的接合面)向x方向传播具有x方向和z方向的变位成分的弹性表面波的行进波。
另外，向外部电极18a、18b、18c施加的交流电压的相位差也没有必要是严格的120℃。只要使交流电压的相位差与120℃之差在规定的范围内即可。或者，只要使交流电压的电位差与120℃之比在规定的范围内即可。对于上述“规定的范围”，只要以流体是否向规定的方向流动为基准，通过实验来决定即可。
通过该弹性表面波的行进波把与流体通路2的壁面接触的流体向弹性表面波的行进方向驱动。
此时，如果向梳状电极15a、15b、15c施加以下频率f的交流电压、即按照把弹性表面波的传播速度设为v时使梳状电极15a、15b、15c的构造周期p与产生的弹性表面波的波长λ一致的方式频率f满足下式：
v＝f·p
则可获得大振幅的弹性表面波振动，提高流体的驱动效率，因而是理想的。
另外，在上述的例中，通过向梳状电极15a施加Vsin(2πft)、向梳状电极15b施加Vsin(2πft-2π/3)、向梳状电极15c施加Vsin(2πft-4π/3)的交流电压，而产生了向x方向传播的弹性表面波。如果替换其相位的变化顺序，向梳状电极15b施加Vsin(2πft+2π/3)、向梳状电极 15c施加Vsin(2πft+4π/3)的交流电压，则能够产生向-x方向传播的弹性表面波。
这样，从弹性表面波发生部103产生规定方向的弹性表面波，就整体而言，能够使流体通路2内的流体向一方向流动。
下面，说明本发明的其他实施方式。在上述图21中，在弹性表面波发生部103中设置3种梳状电极15a、15b、15c，并施加三相交流电压，但如果使用2种梳状电极15a、15b和接地电极，分别施加相位错开的单相交流电压，则可以产生向规定方向的弹性表面波。
图22是表示具有使电极指相互啮合配置的2种梳状电极和被配置在相邻的电极指之间的接地电极的弹性表面波发生部103的放大图。
在压电体31上形成有一组梳状电极15a、15b，并且在梳状电极15a、15b之间，与梳状电极15a、15b平行地形成接地电极13。从而，形成在梳状电极15a、15b之间插入接地电极13的结构。
在这样的构造中，梳状电极15a按照间距p配置，梳状电极15b也按照相同间距配置。如果把梳状电极15a、与15b的间隔设为x，则具有x＝p/4的关系。即，被配置成相互啮合的一组梳状电极15a、15b的电极指的中心错开90℃。
图23表示向梳状电极15a、15b施加的电压Va、Vb的波形。电压Va、Vb的相位，对应上述梳状电极15a、15b的偏差，均偏差90℃。
如果用算式表示，则在把交流电压的电压振幅设为V(伏特)、把频率设为f(1/秒)、把时间设为t(秒)时，向梳状电极15a施加Vsin(2πft)、向梳状电极15b施加Vsin(2πft-π/2)的交流电压。由此，从弹性表面波发生部103沿着流体通路2的壁面(基体3的接合面)向x方向传播具有x方向和z方向的变位成分的弹性表面波的行进波。
另外，如果替换其相位的变化顺序，向梳状电极15a施加Vsin(2πft)、向梳状电极15b施加Vsin(2πft+π/2)的交流电压，则能够产生向-x方向传播的弹性表面波。
这样地把梳状电极15a、15b的空间配置偏差、与施加的电压Va、Vb的相位差相互对应。因此，通过向梳状电极15a、15b施加交流电压Va、Vb，能够从弹性表面波发生部103沿着流体通路2的壁面向规定方向传播 弹性表面波。
另外虽然希望施加的交流电压的相位差与电极指的中心的偏差一致，但不需要严格的一致，只要其差或其比在规定的范围内即可。对于上述“规定的范围”，只要以流体是否向规定的方向流动为基准，通过实验来决定即可。
另外，相互啮合的电极指的中心位置偏差不限于90℃，也可以是120℃或其他相位差(但为了避免在空间中的对向配置，除去180℃)。
另外，本发明的流体驱动器不限于上述的构造。例如，如图24所示那样，也可以把母线电极14a、14b形成在流体通路2的外侧。由此，由于使作为不直接产生弹性表面波的共用电极的母线电极14a、14b位于流体通路2的外侧，把直接产生弹性表面波的梳状电极15a、15b形成在流体通路2的整体上，所以具有可增大流体的驱动力的优点。
希望梳状电极15a、15b、15c的啮合部分位于流体通路2内。因为假设在梳状电极15a、15b、15c啮合的部分存在压电基板31与盖体4的接合部的情况下，该接合部会阻碍弹性表面波的振动，并且弹性表面波的振动会导致接合部的损伤或分离。这一点与结合图7所说明的相同。
另外，如上所述，希望构成为压电基板的弹性表面波的传播方向与配置有弹性表面波发生部103的流体通路2的方向一致。
图25(a)、(b)是示意表示从弹性表面波发生部103把电极取出到基体3的外部的构造的其他一例的图。
在图25(a)、(b)所示的流体驱动器中，在基体3的上面，形成有从梳状电极15a、15b、15c延伸到基体3的侧端面的引出电极20a、20b、20c。
在制造该流体驱动器时，在制作梳状电极15a、15b、15c的工序中，在基体3上预先同时形成从梳状电极15a、15b、15c延伸到基体3的侧端面的引出电极20a、20b、20c。然后，在基体3的侧端面，形成与引出电极20a、20b、20c连接的侧面电极18a、18b、18c。然后，把形成了流体通路2的盖体4和基体3介由例如硅橡胶的一种的PDMS(polydimethylsiloxane)进行接合，将流体通路2气闭密封，完成流体驱动器的制造。
在该图25(a)、(b)的例中，不需要如图21(b)那样，在基体3上设置贯通压电体31的通孔(贯通孔)。在设置贯通孔时，在压电体31中会产生龟裂和破裂，但如果采用图25的构造，由于不需要设置贯通孔，所以可防止压电体31的龟裂和破裂。
另外，如结合图9、图18所说明的那样，在本发明的流体驱动器中，也可以对弹性表面波发生部103，在与梳状电极之间隔着间隙设置保护构造，以使梳状电极15a、15b、15c不与流体通路2内的流体直接接触。由此，弹性表面波发生部的振动不会受流体妨碍，从而可获得更大的驱动力。另外，如在图19中说明的那样，保护构造的侧壁部的弹性表面波传播方向一侧的厚度也可以比该方向的相反侧的厚度薄。由此可减小保护构造对弹性表面波的传播的影响。
另外，如果利用超声波使本实施方式的流体驱动器的流体通路2的内壁振动，则流体通路2内流体不容易附着在流体通路2内的壁面上，从而可减少流体通路2的通过阻抗。这一点与前面的结合图11(a)～(c)所说明的相同。
<应用例>
图26(a)、图26(b)是表示在集成电路、外部存储装置、发光元件、冷阴极管等发热的装置(以下统称为“发热装置”)中，应用了本发明的流体驱动器的示例的俯视图、和Q-Q线剖面图。
在图26(a)、图26(b)中，作为流体驱动器的盖体4，使用了半导体基板的一部分。关于半导体基板，例如使用在硅层之间夹入了SiO2作为绝缘层的SOI(Silicon on Insulator)基板。
在半导体基板的下侧之硅层23上形成半导体电路32。在夹着绝缘层24的上侧之硅层25上，如上述那样，把铝膜作为掩模采用ICP-RIE进行蚀刻，形成曲折状流体通路2。然后，把半导体基板的形成了流体通路2的一侧，与安装了弹性表面波发生部101a、101b的基体3接合。
流体通路2的两端口26、27通过配管与贮存流体的容器6连接。容器6中的流体在上述配管和流体通路2中循环，然后返回容器6。在该循环途中，设有散热扇等热交换器28，利用该热交换器28能够把半导体电路产生的热散发到外部。
作为冷却用流体，可以使用混合了72％的纯水/24％的丙二醇(propylene glycol)/4％的金属防腐剂等的液体、或混合了75％的纯水/25％的乙二醇(ethylene glycol)的液体、或轻改质油等。
在基体3的流体通路2的2个位置上，分别配置有本发明的实施方式的弹性表面波发生部101a、101b。另外，弹性表面波发生部的数量不限于2个，也可以是1个，也可以是3个以上。
在该图26(a)、图26(b)的构造中，针对弹性表面波发生部101a进行说明。向弹性表面波的传播方向即x方向和-x方向画一条通过弹性表面波发生部101的大致中心的虚线M1，把从上述弹性表面波发生部101的一端A延伸且与上述流体通路2的壁面的交点设为C，把从上述弹性表面波发生部101的另一端B延伸且与流体通路2的一端口26的交点设为D。
在该构造中，AC之间的距离d3、与BD之间的距离d4，满足d3＜d4 的关系。因此，弹性表面波发生部101a与流体通路2配合动作，能够使向位于该弹性表面波发生部101a两侧的流体施加的驱动力不平衡，从而就整体而言，能够使流体通路2内的流体向一方向流动。
另外，对于弹性表面波发生部101b，通过进行与弹性表面波发生部101a同样的配置，也可以使流体通路2内的流体向一方向流动。这样，由于能够使用弹性表面波发生部101a和弹性表面波发生部101b双方使流体流动，所以可增大对流体的驱动力。
图27(a)、(b)是表示利用了本发明的流体驱动器的分析装置的实施方式的俯视图和R-R剖面图。
图27(a)是表示本发明的分析装置40的盖体4的俯视图，在盖体4上形成有大致十字状槽。通过把该盖体4与基体3接合，形成横向流体通路2a和纵向流体通路2b。
在把盖体4与基体3接合的状态下，横向流体通路2a的两端与设在基体3上的流体通路2c、2d连通，纵向流体通路2b的两端与设在基体3上的流体通路2e、2f连通。
在基体3上的与流体通路2a、2b对应的位置上，分别配置有弹性表面波发生部101c、101d。弹性表面波发生部101c、101d通过开关(虽然 未图示，但是等同于图8中的开关)，其任意一个被驱动。符号43是测定试样流体的测定部。对于测定部的测定原理没有限定，例如可通过测定吸光度频谱，进行试样流体的分析。
在流体通路2c、2a、2d中流过试样流体S，在流体通路2e、2b、2f中，流过用于把试样流体S运送到测定部43的测定点的载流体。
作为试样流体S，可以使用血液、含有细胞和DNA的试样溶液、和缓冲液等。
在驱动弹性表面波发生部101c时，如图28(a)所示，试样流体S经过流体通路2c、2a、2d流动。
当在该状态下切换开关来驱动弹性表面波发生部101d时，如图28(b)所示，载流体经过流体通路2e、2b、2f流动。此时，载流体能够把存在于十字连接部中的试样流体S通过流体通路2b运送到测定部43的测定点。从而，能够利用测定部测定试样流体。
这样，由于能够把试样流体S的任意部分提取出，用于测定，所以可测定试样流体S的特性的经时变化等。
图29(a)、(b)是表示把本发明的流体驱动器应用在发热装置中的其他例的俯视图、和T-T线剖面图。
图29(a)、(b)的构造与图26(a)、图26(b)的构造大致相同，其不同点是，在图26(a)、(b)的构造中，AC之间的距离d3、与BD之间的距离d4，满足d3＜d4的关系，从弹性表面波发生部101a产生向右、向左不平衡的弹性表面波，相对于此，而图29(a)、(b)的构造是，各个弹性表面波发生部102a、102b具有各自固有的弹性表面波的传播方向。即，弹性表面波发生部102a、102b的设置位置只要不妨碍测定，可以是流体通路2中的任意位置。
关于传播方向，分别对弹性表面波发生部102a、102b例如设定为-x方向。从而，从弹性表面波发生部102a、102b产生向左的弹性表面波，就整体而言，使流体通路2内的流体向一方向流动。
在图29(a)、(b)的例中，使用了弹性表面波发生部102a、102b，但也可以取代弹性表面波发生部102a、102b而使用弹性表面波发生部103a、103b。
另外，也可以把本实施方式的流体驱动器应用在图27(a)、(b)所示的分析装置中。
在这种情况下，取代弹性表面波发生部101c、101d，而使用具有固有传播方向的弹性表面波发生部102c、102d、或103a、103d。由于弹性表面波发生部102c、102d或103c、103d具有固有的传播方向，所以具有对于其设置位置只要在流体通路2中不妨碍测定的任意位置之优点。
<实施例>
下面，对于本发明的流体驱动器，在没有特别的限定的情况下，以图2(a)～图2(b)、图4(a)～图4(c)所示的构造为例，说明其制造方法。
对基体3使用整体由压电基板31构成的基体3(参照图3(b))。作为压电基板31，虽然也可以使用压电陶瓷和压电单结晶等具有压电性的任意基板，但如果使用压电性高的钛酸锆酸铅、铌酸锂、铌酸钾的单结晶，则可降低驱动电压，因而是理想的。例如，可以使用128度Y旋转X方向传播铌酸锂(LiNbO3)单结晶。
在该压电基板31上，例如采用旋涂法涂敷光致抗蚀膜(以下简称抗蚀膜)。然后，使用光掩模进行光刻，形成抗蚀图形，该抗蚀图形在形成梳状电极15a、15b、母线电极14a、14b、导通电极连接部16a、16b的部分具有开口。
另外，在如图13(a)那样设置悬浮电极的情况下，还形成悬浮电极15d的图形。在如图21(a)那样利用3相进行驱动的情况下，还形成梳状电极15c、母线电极14c、和导通电极连接部16c的图形。
进一步，在压电基板31的全体面上，采用电阻加热式真空蒸镀法堆积电极材料，采用提离法除去上述电极以外的部分的电极材料。这里，作为电极材料，使用厚度约为500 
的铬上堆积了厚度约为5000 的金的材料，但也可以使用铝、镍、银、铜、钛、白金、钯、以及其他导电性材料。
另外，堆积电极材料的方法，除了电阻加热式真空蒸镀法以外，也可以使用电子束蒸镀法或溅射法等。另外，也可以取代上述的提离法工序，而在基体3上堆积了电极材料后，涂敷抗蚀膜，通过光刻，形成在电极部分以外开口的抗蚀图形，通过蚀刻电极材料，来制作电极。
图4(a)所示的梳状电极15a、15b的形状是，电极宽度为20μm，构造周期p为80μm，电极对数为40，弹性表面波发生部101的长度L为3.2mm，梳状电极15a、15b的交叉部的长度K为2mm。另外，母线电极14a、14b的宽度为300μm，导通电极连接部16a、16b为500μm×500μm。
在图13(a)所示的梳状电极15a、15b的情况下，其形状是，电极宽度为10μm，构造周期p为80μm，电极对数为40，弹性表面波发生部102的长度L为3.2mm，梳状电极15a、15b的交叉部的长度K为2mm。悬浮电极15d的形状是，电极宽度为10μm，长度为2mm。悬浮电极15d的偏移x0例如为20μm。另外，母线电极14a、14b的宽度为300μm，导通电极连接部16a、16b为500μm×500μm。
在图21(a)所示的梳状电极15a、15b、15c的情况下，其形状是，电极宽度为10μm，构造周期p为80μm，电极对数为40，弹性表面波发生部103的长度L为3.2mm，梳状电极15a、15b、15c的交叉部的长度K为2mm。另外，母线电极14a、14b、14c的宽度为300μm，导通电极连接部16a、16b、16c的大小为500μm×500μm。
然后，例如通过喷沙，在基体3上开出直径为100μm的贯通孔，在贯通孔中例如通过电镀埋入电极材料。也可以使用飞秒激光形成贯通孔。电极材料使用镍、铜、以及其他导电性材料。另外，在基体3的背面，通过与上述梳状电极15a、15b同样的制作工序或采用丝网印刷法等制作外部电极18a、18b。
然后，在弹性表面波发生部101的电极上面，作为绝缘膜8，采用例如使用了TEOS(四甲氧基锗)的CVD(化学气相堆积)法，形成SiO2 膜。
作为盖体4，例如使用硅基板。在硅基板上，采用蒸镀法和旋涂法堆积厚度1μm的铝膜，以在与流体通路2对应的部分形成开口部的方式进行光刻，制作成抗蚀图形。
然后，利用铝蚀刻液(例如：佐佐木化学SEA-G)，在铝膜的与流体通路2对应的部分开口，把该铝膜作为掩模，使用ICP-RIE(感应耦合等离子反应性离子蚀刻)装置，进行基于反复利用SF6气体的蚀刻和利用C4F8 的保护膜制作的各向异性蚀刻，形成宽度为4mm、深度为500μm的流体通路2。另外，对于作为掩模使用的铝膜，通过酸处理等来除去。
另外，盖体4除了硅以外，也可以使用石英、塑料、橡胶、金属、陶瓷、以及其他材料。例如，也可以使用上述PDMS。流体通路2也可以通过基于KOH等的湿式蚀刻形成，也可以通过铸模、机械加工、模制等制作。流体通路2的剖面形状也不限于图2那样的矩形形状，也可以是剖面半圆状、剖面三角状。
最后，例如利用PDMS把基体3与盖体4接合，完成流体驱动器的制作。
Claims (21)
1.一种流体驱动器，具有：
压电体，其在主面形成了具有多个电极指的梳状电极；
流体通路，其使上述压电体的主面位于内壁的一部分上，并能够使流体在内部移动；和
弹性表面波发生部，其位于上述流体通路内，并利用从上述压电体的上述梳状电极产生且在上述主面上传播的弹性表面波来驱动上述流体通路内的上述流体，
上述弹性表面波发生部，通过对位于弹性表面波的传播的一方侧的上述流体通路内的上述流体，比对位于另一侧的上述流体通路内的上述流体施加更强的驱动力，使上述流体向一方向移动。
2.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，
当把沿着从上述弹性表面波发生部产生的弹性表面波的两个传播方向延伸的直线分别与上述流体通路的壁面或上述流体通路的出入口相交的2点设为C、D时，
上述弹性表面波发生部被配置在从上述C、D的中心位置沿着弹性表面波的任意传播方向错开后的位置。
3.根据权利要求2所述的流体驱动器，其中，从上述弹性表面波发生部的一端A到上述流体通路的壁面上的上述C的距离d1、和从上述弹性表面波发生部的另一端B到上述流体通路的壁面上的上述D的距离d2，成为一方大而另一方小的关系。
4.根据权利要求3所述的流体驱动器，其中，上述小的一方的距离，在20mm以下。
5.根据权利要求2所述的流体驱动器，其中，接近上述弹性表面波发生部的一方的上述流体通路的壁面是相对上述弹性表面波的传播方向大致正交的平面。
6.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波。
7.根据权利要求6所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部具有悬浮电极，该悬浮电极位于上述梳状电极的相邻电极指之间，并且按照与这些电极指平行的方式被配置在从这些电极指之间的中央向任意电极指的方向偏移后的位置。
8.根据权利要求6所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部具有反射器电极，该反射器电极被配置得与上述梳状电极的一侧相邻，并且把上述梳状电极所产生且传播来的弹性表面波向相反方向反射。
9.根据权利要求6所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部具有按照使分别为同一间距的电极指啮合的方式配置的至少3种梳状电极，通过向上述至少3种梳状电极施加相位顺次变化后的交流电压，产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波。
10.根据权利要求6所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部具有：按照使分别为同一间距的电极指啮合的方式配置的2种梳状电极、和被配置在上述梳状电极的相邻的电极指之间的接地电极，
上述相邻的电极指以比1个间距的一半更小的间隔或更大的间隔配置，
通过向各个梳状电极施加具有与上述相邻的电极指的间隔对应的相位差的2个交流电压，产生具有向上述一方向的指向性的弹性表面波。
11.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，还具有构成上述流体通路的内壁的其他一部分的基体，
上述压电体被嵌入上述基体的一部分中。
12.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，与形成上述梳状电极的电极指的一端连接的共用电极，被配置在上述流体通路的外侧。
13.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部沿着上述流体通路设置有2个以上，任意弹性表面波发生部可被选择性驱动。
14.根据权利要求2所述的流体驱动器，其中，上述弹性表面波发生部设置有2个，
上述2个弹性表面波发生部被配置在从由上述C、D夹住的流体通路的中心位置分别沿弹性表面波的两个传播方向偏移后的位置，
任意弹性表面波发生部可被选择性驱动。
15.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，在上述压电体上设有覆盖上述梳状电极且防止与上述流体的接触的保护构造，在上述保护构造与上述梳状电极之间形成有空隙。
16.根据权利要求15所述的流体驱动器，其中，上述保护构造具有围绕上述空隙的侧壁部，
上述侧壁部在来自上述弹性表面波发生部的弹性表面波进行传播的弹性表面波传播方向侧的厚度，比与该方向的相反侧的厚度薄。
17.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，还具有利用超声波使上述流体通路的内壁振动的振动施加装置。
18.根据权利要求1所述的流体驱动器，其中，上述流体通路能够使流体循环。
19.一种流体驱动器，具有：
压电体，其在主面形成了具有多个电极指的梳状电极；
流体通路，其使上述压电体的主面位于内壁的一部分上，并能够使流体在内部移动；和
弹性表面波发生部，其位于上述流体通路内，并利用从上述压电体的上述梳状电极产生且在上述主面上传播的弹性表面波来驱动上述流体通路内的上述流体，
上述流体通路的方向与弹性表面波的传播方向一致，
上述弹性表面波发生部具有悬浮电极，该悬浮电极位于上述梳状电极的相邻电极指之间，并且按照与这些电极指平行的方式被配置在从这些电极指之间的中央向任意电极指的方向偏移后的位置。
20.一种发热装置，其把权利要求1所述的流体驱动器作为冷却装置使用，其中具有安装了该发热装置的基板，上述流体通路被设置在上述基板上。
21.一种分析装置，具有权利要求1所述的流体驱动器，
设置有：供给流体状试样的试样供给部、和分析上述试样的试样分析部，
上述流体通路被设置成能够从上述试样供给部向上述试样分析部输送上述流体状的试样。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130710 Termination date: 20141208 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |