JP4654378B2 - Flow control device for micro pump / mixer integrated device and flow control method for micro pump / mixer integrated device - Google Patents
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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。 The present invention has functions of both a micropump and a micromixer for performing mixing, reaction, separation, purification, extraction, analysis, etc. of a minute volume of liquid using a minute flow path formed on a substrate. The present invention relates to a flow control device for a micropump / mixer integration device that controls the flow rate of a liquid transported to a micromixer by a micropump and a flow control method for the micropump / mixer integration device.
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。
In recent years, micromachining technology has been used to form microchannels (microchannels) on a substrate such as silicon, glass, or plastic, and the microspace formed by covering the channels can be mixed with various liquids. Attempts to use it in places such as reaction, separation, purification, extraction, and analysis are attracting attention.
Devices and apparatuses used in these fields are called micropumps, micromixers, microreactors, μTAS (micrototal analysis system), etc., depending on the purpose of use.
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。
In such a micropump and a micromixer, those having a reaction channel whose equivalent diameter (diameter when the cross section of the channel is converted into a circle) is smaller than 500 μm are usually microchannels. As described above, when the scale of the flow path is miniaturized, the feature that the surface area per unit volume becomes very large can be obtained.
This feature increases the gradient of temperature, pressure, concentration, etc., improving the efficiency of heat conduction, mass transfer diffusion, etc., and gaining advantages such as shortening the reaction time in the reaction system and improving the reaction rate become. Furthermore, since it is possible to synthesize an appropriate amount by a minute reaction and to obtain high reproducibility, the amount of chemicals and catalyst reagents used can be greatly reduced, which is economically effective.
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。
The following various structures have been proposed as conventional techniques related to the structure of such a micropump and micromixer.
A micromixer called Y-type as shown in FIGS. 8A to 8C is known.
FIG. 8 shows components of a Y-type micromixer, (a) is a cover plate, (b) is a plan view of the substrate, (c) is a cover plate shown in (a), and a substrate shown in (b). It is sectional drawing which cut | disconnected the micro mixer formed by joining along the C1-C2 arrow line shown to (b).
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。
The
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。
Then, as shown in (c), the
As a conventional technique related to mixing using such a
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。
As shown in FIG. 9, the first micropump / mixer integrated apparatus connects commercially available pumps, for example, syringe pumps 21a and 21b and the
In such a configuration, different liquids A and B filled in the syringe pumps 21a and 21b are transported to the
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。
An apparatus in which this type of Y-type micromixer and syringe pump are combined is disclosed in
The second micropump / mixer integration device is described in
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。
The micropump / mixer integrated device shown in FIG. 10 forms a
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。
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。
However, the conventional micropump / mixer integrated device has the following problems.
In the first micropump / mixer integrated device, since the mixing speed is governed by diffusion, there is a limit to the efficiency of mixing, and much time is required for mixing. Furthermore, the equivalent diameter of the liquid filling part of the commercially available pump and the flow path by the tube connecting between the pump and the micromixer is large, in other words, it is not a very small micro flow path with an equivalent diameter like a micromixer. When a large flow path is connected to the micro flow path of the micromixer, the effect of reducing the amount of reagent that should originally be obtained from the micro flow path of the micromixer is hardly obtained.
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。
In the second micropump / mixer integrated device, when the liquids have different viscosities, the transport balance of the liquids is lost, making it difficult to transport both liquids simultaneously. For this reason, there is a restriction that it can be applied only to mixing liquids having the same viscosity.
The present invention has been made in view of such problems, and is a micropump / mixer integrated device capable of mixing liquids having different viscosities while maintaining the effect of reducing the amount of reagent in a microchannel. An object of the present invention is to provide a flow rate control method for a flow rate control device and a micropump / mixer integrated device.
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。
In order to achieve the above object, a flow control device of a micropump / mixer integrated device according to
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。 According to this configuration, if a target flow rate value of an arbitrary value is set, the application for vibrating the piezoelectric element so that the flow rate of the liquid transported from the pump unit via the flow path becomes the set target flow rate value. A voltage value was obtained, and control was possible so that the voltage of this applied voltage value was applied to the corresponding piezoelectric element. Here, assuming that there are two pump parts of the micro pump / mixer integrated device, the liquids A and B having different viscosities transported by the two pump parts are transported at the same time so that the transport balance is not lost. The flow rate to be mixed is obtained by actual measurement. If this is set as a target flow rate value in the flow rate control device, the liquids A and B having different viscosities transported by the respective pump units are transported and mixed at the same time so that the transport balance is not lost. Since this can be realized similarly even if the flow path is a micro flow path, it is possible to mix liquids having different viscosities while maintaining the effect of reducing the reagent amount of the micro flow path.
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a flow control device for a micropump / mixer integrated device, wherein an inlet for flowing liquid into the substrate and an outlet for flowing out are formed, and the inlet and outlet are formed in the substrate. A pump with a piezoelectric element attached in a state where vibration is applied to the flow path, a plurality of inlets for flowing liquid into the substrate, and the liquid flowing in from each inlet flows and mixes in the middle A micropump mixer formed by connecting a plurality of pump outlets and respective inlets of mixers by pipe lines using a mixer having a flow path having a shape and an outlet for discharging liquid mixed in the flow path In the flow control device of the micropump / mixer integrated device that transports the liquid by applying a voltage to each piezoelectric element of the integrated device to vibrate, the viscosity of various different liquids flowing from the inlet of the pump, Flow path A flow shape characteristic value indicating a shape characteristic, and a back pressure-flow characteristic value indicating a correlation characteristic between the back pressure of the pump and the flow rate of the liquid transported by the pump, and the voltage level at an arbitrary interval. Storage means for storing a plurality of back pressure-flow rate characteristic values obtained with the same liquid when it is varied, setting means for arbitrarily setting a target flow rate value of the liquid, and viscosity and flow stored in the storage means First calculation means for calculating a target flow rate back pressure value, which is a back pressure value at the target flow rate, using the road shape characteristic value and the target flow rate value set in the setting means; A second calculation for calculating a voltage-flow rate characteristic value indicating a correlation characteristic between the flow rate and the voltage when the back pressure value represented by the back pressure-flow rate characteristic value is set as the back pressure value at the target flow rate. Means and an intersection of the voltage-flow rate characteristic value and the target flow rate value. Characterized in that a third arithmetic means for performing an operation for obtaining a value of the voltage applied to the child.
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。 According to this configuration, even if the micropump / mixer integrated device has a configuration in which two pumps and a mixer are connected by a pipe line, the same effect as in the first aspect can be obtained. That is, if an arbitrary target flow rate value is set, an applied voltage value for oscillating the piezoelectric element so that the flow rate of the liquid transported from each pump to the mixer via the pipeline becomes the set target flow rate value. It is possible to control so that the voltage of this applied voltage value is applied to the corresponding piezoelectric element. Therefore, the liquids A and B having different viscosities transported by the pump can be transported and mixed simultaneously so that the transport balance is not lost.
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。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the flow rate control device for the micropump / mixer integrated device according to the second aspect, wherein the pipe of the micropump / mixer integrated device is a flexible tube. And
According to this configuration, the vibration of the piezoelectric element of the pump can be absorbed by the tube and the vibration can be prevented from propagating to the mixer, so that the transport balance of liquids having different viscosities transported from each pump is not lost. In the mixing channel of the mixer, both liquids can be made to flow in a phase flow state.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling the flow rate of a micropump / mixer integrated device having a shape in which a plurality of inlets for injecting liquid and a liquid inflowing from each inlet flow into the substrate and mix in the middle. A flow path, an outlet through which the liquid mixed in the flow path flows out, and a plurality of pump parts to which a piezoelectric element is attached in a state where vibration is applied to the flow path for each flow path communicating with each inlet In the flow control method of a micropump / mixer integrated device that transports liquid by applying a voltage to each piezoelectric element of the micropump / mixer integrated device to vibrate, various different liquids flowing from the inlet And a back pressure-flow rate characteristic value indicating a correlation characteristic between the back pressure of the pump unit and the flow rate of the liquid transported by the pump unit. Of the voltage A first step of storing a plurality of back pressure-flow rate characteristic values obtained with the same liquid when the bell is varied at an arbitrary interval; a second step of setting a target flow rate value of the liquid; Using the viscosity and the flow path shape characteristic value stored in the step and the target flow rate value set in the second step, a calculation for obtaining a back pressure value at the target flow rate, which is a back pressure value at the target flow rate, is performed. The back pressure value represented by the plurality of back pressure-flow rate characteristic values stored in the fourth step and the first step is used as the target flow back pressure value obtained in the fourth step. A fifth step for calculating a voltage-flow rate characteristic value indicating a correlation characteristic between the flow rate at the time and the voltage, a voltage-flow rate characteristic value obtained in the fifth step, and a first step The applied power to the piezoelectric element from the intersection with the set target flow rate value Characterized in that it comprises a sixth step of performing a calculation for obtaining a value.
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。 According to this method, by setting a desired target flow rate value, an applied voltage value for vibrating the piezoelectric element so that the flow rate of the liquid transported from the pump through the flow path becomes the set target flow rate value. It is possible to control so that the voltage of this applied voltage value is applied to the corresponding piezoelectric element. As a result, the liquids A and B having different viscosities are simultaneously transported and mixed from each pump so that the transport balance is not lost. Since this can be realized similarly even if the flow path is a micro flow path, it is possible to mix liquids having different viscosities while maintaining the effect of reducing the reagent amount of the micro flow path.
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。 As described above, according to the present invention, there is an effect that liquids having different viscosities can be mixed while maintaining the effect of reducing the amount of reagent in the microchannel.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, parts corresponding to each other in all the drawings in this specification are denoted by the same reference numerals, and description of the overlapping parts will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a flow rate control device of an integrated micropump / mixer according to an embodiment of the present invention.
The
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。
The configuration of the micropump / mixer integrated
This micropump / mixer integrated
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。
Even if the
Voltages EA and EB of appropriate levels are applied to the
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。
These voltages EA and EB are transported at the same time by transferring the liquids A and B having different viscosities transported to the mixing
That is, the flow rate control unit 12 generates voltage EA, EB at a level for setting the liquids A, B as target flow rates from the
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。
The
The
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。
The channel shape
The back pressure-flow rate
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。
FIG. 3A is a back pressure-flow rate characteristic diagram relating to the liquid A, in which 53A1 is a first back pressure-flow rate characteristic value, 53A2 is a second back pressure-flow rate characteristic value, and 53A3 is A third back pressure-flow rate characteristic value.
FIG. 3B is a back pressure-flow rate characteristic diagram relating to the liquid B, in which 53B1 is a first back pressure-flow rate characteristic value, 53B2 is a second back pressure-flow rate characteristic value, and 53B3 is A third back pressure-flow rate characteristic value.
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。
First, the configuration related to the liquid A will be described.
The first back pressure-flow rate characteristic value 53A1 is the application of the same voltage E1 to the limit back pressure x of the
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。
However, in the present embodiment, a linear curve (primary function value) is used, but in actuality, it may be indicated by a quadratic or higher curve (secondary or higher function value). The same applies to the following.
The second back pressure-flow rate characteristic value 53A2 is a limit back pressure of the
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。
The third back pressure-flow rate characteristic value 53A3 is the limit back pressure of the
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。
FIG. 3A shows the target
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。
Further, in FIG. 3A, a
In other words, the target flow rate back
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。
Also, three intersections ● of the
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。
That is, the voltage-flow rate characteristic calculation unit 62 performs the primary operation based on the correlation between the flow rate and the voltage when the back pressure value represented by each of the back pressure-flow rate characteristic values 53A1 to 53A3 is set to the target back
The applied voltage calculation unit 63 obtains an applied
The
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。
Next, a configuration related to the liquid B will be described.
The first back pressure-flow rate characteristic value 53B1 is the application of the same voltage E1 to the limit back pressure x of the
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。
The second back pressure-flow rate characteristic value 53B2 is a limit back pressure of the
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。
The third back pressure-flow rate characteristic value 53B3 is a limit back pressure of the
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。
FIG. 3B shows the target
Further, a
In other words, the target flow rate back
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。
Also, three intersections ● between the
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。
That is, the voltage-flow rate characteristic calculating unit 62 performs the primary operation based on the correlation between the flow rate and the voltage when the back pressure value represented by each of the back pressure-flow rate characteristic values 53B1 to 53B3 is set to the target flow back
The applied voltage calculation unit 63 obtains an applied
The
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。
Next, the flow control operation of the liquids A and B of the micro pump / mixer integrated
First, in step S1, target
After this setting, in step S2, the target flow rate back
Similarly, in the target flow back
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。
In step S3, when the voltage-flow rate characteristic calculation unit 62 sets the back pressure values represented in the respective back pressure-flow rate characteristic values 53A1 to 53A3 shown in FIG. From the correlation between the flow rate and the voltage, a voltage-flow rate
Similarly, in the voltage-flow rate characteristic calculation unit 62, when the back pressure values represented by the respective back pressure-flow rate characteristic values 53B1 to 53B3 shown in FIG. From the correlation between the flow rate and the voltage, a voltage-flow rate
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。
In step S4, the applied voltage calculation unit 63 obtains the intersection between the voltage-flow rate
In step S5, the
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。
As a result, the
According to the flow
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。
Here, when the liquids A and B having different viscosities are transported by the
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。
In addition, since the liquids A and B having different viscosities can be transported through the
In addition, according to the present
Further, the present
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。
The micropump / mixer integrated
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。
When the
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。
At this time, it is possible to mix the liquids A and B in the
That is, the vibrations of the
In this case, as shown in FIG. 7, both liquids A and B flow in the mixing
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A plurality of inlets through which the liquid flows into the substrate, a flow path in which the liquid flowing in from each inlet flows and mixes in the middle, an outlet through which the liquid mixed in the flow path flows out, and communication with each inlet A voltage is applied to each piezoelectric element of a micropump / mixer integrated device formed by forming a plurality of pump parts with piezoelectric elements attached in a state where vibration is applied to each flow path to be vibrated. In the flow control device of the micro pump / mixer integrated device that transports the liquid by
Correlation characteristics between the viscosity of various liquids flowing in from the inlet, the flow path shape characteristic value indicating the shape of the flow path, the back pressure of the pump unit, and the flow rate of the liquid transported by the pump unit Storage means for storing a plurality of back pressure-flow characteristic values obtained with the same liquid when the voltage level is varied at an arbitrary interval.
Setting means for arbitrarily setting the target flow rate value of the liquid;
Using the viscosity and flow path shape characteristic value stored in the storage means and the target flow rate value set in the setting means, an operation for obtaining a target flow back pressure value that is a back pressure value at the target flow rate is performed. First computing means to perform;
A second calculation for obtaining a voltage-flow rate characteristic value indicating a correlation characteristic between the flow rate and the voltage when the back pressure value represented by the plurality of back pressure-flow rate characteristic values is set as the back pressure value at the target flow rate. And a computing means of
A micropump / mixer integrated device comprising: a third calculation means for calculating a voltage value applied to the piezoelectric element from an intersection of the voltage-flow rate characteristic value and the target flow rate value. Flow control device.
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。 An inlet for flowing liquid into the substrate and an outlet for flowing out are formed, the inlet and the outlet are communicated with each other through a channel formed in the substrate, and the piezoelectric element is attached in a state where vibration is applied to the channel. A pump, a plurality of inlets through which liquid flows into the substrate, a flow channel in which the liquid flowing in from each inlet flows and mixes in the middle, and an outlet through which the mixed liquid flows out are formed. A micro pump that transports liquid by applying a voltage to each piezoelectric element of a micro pump / mixer integrated device in which outlets of a plurality of pumps and inlets of the mixer are connected by pipes. In the flow control device of the pump / mixer integrated device,
Correlation characteristics between the viscosity of various liquids flowing from the inlet of the pump, the flow path shape characteristic value indicating the flow path shape characteristics, and the back pressure of the pump and the flow rate of the liquid transported by the pump Storage means for storing a plurality of back pressure-flow characteristic values obtained with the same liquid when the voltage level is varied at an arbitrary interval.
Setting means for arbitrarily setting the target flow rate value of the liquid;
Using the viscosity and flow path shape characteristic value stored in the storage means and the target flow rate value set in the setting means, an operation for obtaining a target flow back pressure value that is a back pressure value at the target flow rate is performed. First computing means to perform;
A second calculation for obtaining a voltage-flow rate characteristic value indicating a correlation characteristic between the flow rate and the voltage when the back pressure value represented by the plurality of back pressure-flow rate characteristic values is set as the back pressure value at the target flow rate. And a computing means of
A micropump / mixer integrated device comprising: a third calculation means for calculating a voltage value applied to the piezoelectric element from an intersection of the voltage-flow rate characteristic value and the target flow rate value. Flow control device.
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。 The flow rate control device of the micropump / mixer integration device according to claim 2, wherein a pipe line of the micropump / mixer integration device is a flexible tube.
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。 A plurality of inlets through which the liquid flows into the substrate, a flow path in which the liquid flowing in from each inlet flows and mixes in the middle, an outlet through which the liquid mixed in the flow path flows out, and communication with each inlet A voltage is applied to each piezoelectric element of a micropump / mixer integrated device formed by forming a plurality of pump parts with piezoelectric elements attached in a state where vibration is applied to each flow path to be vibrated. In the flow control method of the micro pump / mixer integrated device that transports the liquid by
Correlation characteristics between the viscosity of various liquids flowing in from the inlet, the flow path shape characteristic value indicating the shape of the flow path, the back pressure of the pump unit, and the flow rate of the liquid transported by the pump unit A first step of storing a plurality of back pressure-flow characteristic values obtained with the same liquid when the voltage level is varied at an arbitrary interval;
A second step of setting a target flow rate value for the liquid;
Using the viscosity and flow path shape characteristic value stored in the first step and the target flow rate value set in the second step, the back pressure value at the target flow rate that is the back pressure value at the target flow rate A fourth step of performing an operation to obtain
The flow rate and the voltage when the back pressure values represented in the plurality of back pressure-flow rate characteristic values stored in the first step are set as the back pressure values at the target flow rate obtained in the fourth step, A fifth step of calculating a voltage-flow rate characteristic value indicating the correlation characteristic of
A sixth step of performing an operation for obtaining an applied voltage value to the piezoelectric element from an intersection of the voltage-flow rate characteristic value obtained in the fifth step and the target flow rate value set in the first step; A method for controlling the flow rate of a micropump / mixer integrated device.
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