JP2007263018A - Micropump and rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロポンプに係り、特にマイクロリアクタやマイクロTAS(Total Analysis System)のように粘度の高い微少流量の化学薬品を取り扱うのに好適なマイクロポンプに関するものである。また、本発明は、回転体に係り、特にマイクロポンプに用いられる回転体に関するものである。 The present invention relates to a micropump, and more particularly to a micropump suitable for handling a high-viscosity minute flow chemical such as a microreactor or a micro TAS (Total Analysis System). The present invention also relates to a rotating body, and more particularly to a rotating body used for a micropump.
従来から、医薬品製造プロセスや医療用で使用される微少流量の流体を一方向に向けて精度よく送るポンプとしては、スクリューを回転させることによりスクリュー内部の流体を移送するスクリューポンプ、ローラなどで外部からチューブを押し潰すことにより流体を移送するチューブポンプ、注射器(シリンジ)のピストンをアクチュエータで制御することにより流体を移送するシリンジポンプなどが知られている。いずれのポンプにも一長一短があるが、特に薬品製造プロセスや医療用で使用されるポンプには、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に移送することが求められている。 Conventionally, as a pump that accurately sends a small flow of fluid used in the pharmaceutical manufacturing process and medical use in one direction, it is externally provided by a screw pump, a roller, etc. that transfers the fluid inside the screw by rotating the screw. There are known tube pumps that transfer fluid by crushing the tube, syringe pumps that transfer fluid by controlling a piston of a syringe (syringe) with an actuator, and the like. All pumps have their merits and demerits. However, pumps used in chemical manufacturing processes and medical use are required to continuously and quantitatively transfer a small flow rate of fluid without pulsation.
上述したチューブポンプとしては、例えば、チューブのねじりと複数のバルブを併用することにより送液を実現するものが知られている(例えば特許文献1,2参照)。しかしながら、これらのチューブポンプでは、送液のときに生じる圧力脈動を低減させることが難しく、上述した医療や医薬の分野における各種検査や製造に用いるには問題が多い。 As the above-described tube pump, for example, a pump that realizes liquid feeding by using a tube twist together with a plurality of valves is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, in these tube pumps, it is difficult to reduce the pressure pulsation that occurs during liquid feeding, and there are many problems when used for various tests and manufactures in the medical and pharmaceutical fields described above.
また、圧電素子を用いた超音波モータを利用してポンプ全体の小型化を実現したチューブポンプも知られている(例えば特許文献3参照)。上述した医療や医薬の分野における各種検査や製造においては、通常は複数の異なった状態や物性の試薬を同時にある一定の流量で脈動なく安定して送液することが求められるが、特許文献3に開示されたチューブポンプは1本のチューブを備えているだけであり、単一の流体しか送ることができない。また、このチューブポンプは、送液のときに生じる圧力脈動を低減できるような構造を有しておらず、医療や医薬の分野における各種検査や製造において求められる仕様を十分に満足させることはできない。 There is also known a tube pump that realizes miniaturization of the entire pump by using an ultrasonic motor using a piezoelectric element (see, for example, Patent Document 3). In various examinations and manufactures in the medical and pharmaceutical fields described above, it is usually required to stably supply a plurality of reagents having different states and physical properties at a constant flow rate without pulsation at the same time. The tube pump disclosed in 1 only has a single tube and can only deliver a single fluid. In addition, this tube pump does not have a structure that can reduce pressure pulsation that occurs during liquid feeding, and cannot fully satisfy specifications required in various inspections and manufacturing in the medical and pharmaceutical fields. .
また、スクリュー状の突起部を用いた流体移送装置(例えば特許文献4参照)やその他のチューブポンプやシリンジポンプも開発されているが、医療や医薬の分野における各種検査や製造において求められる仕様、すなわち、複数の異なった状態や物性の試薬を同時にある一定の流量で脈動なく安定して送液することを満足する技術は開発されていなかった。 In addition, fluid transfer devices using screw-shaped protrusions (see, for example, Patent Document 4) and other tube pumps and syringe pumps have been developed, but specifications required in various tests and manufacture in the medical and pharmaceutical fields, That is, no technology has been developed that satisfies the requirement of stably supplying a plurality of reagents having different states and physical properties at a constant flow rate without pulsation.
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプを提供することを第1の目的とする。また、本発明は、かかるマイクロポンプに好適に用いることができる回転体を提供することを第2の目的としている。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and it is a first object to provide a micropump that can stably and quantitatively transfer a minute flow rate fluid without pulsation. The purpose. Moreover, this invention sets it as the 2nd objective to provide the rotary body which can be used suitably for this micropump.
上記目的を達成するため、本発明の第1の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプが提供される。このマイクロポンプは、内部に流体が流通される弾性チューブと、上記弾性チューブを支持するチューブサポートと、上記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置された回転体とを備えている。この回転体には、上記弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成されている。また、マイクロポンプは、上記回転体を回転させて、上記弾性チューブの複数の押圧点を上記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構を備えている。さらに、上記長手方向の少なくとも一部の区間において、上記長手方向に沿って隣り合う上記押圧点の間隔を上記長手方向に沿って変化させている。この場合において、上記突起部のリードを上記長手方向に沿って変化させてもよく、あるいは、上記突起部の条数を上記長手方向に沿って変化させてもよい。なお、弾性チューブの長手方向に沿って隣り合う上記押圧点の間隔を、上記長手方向のすべての場所で必ず変化させる必要はなく、隣り合う上記押圧点の間隔が互いに同一となる区間があってもよい。すなわち、上記突起部のリードあるいは条数を弾性チューブの長手方向に沿って適切に設定することで、上記長手方向の少なくとも一部の区間において、上記長手方向に沿って隣り合う上記押圧点の間隔を上記長手方向に沿って変化させることが可能となる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a micropump capable of stably and quantitatively transferring a fluid having a minute flow rate without pulsation. The micropump includes an elastic tube through which a fluid flows, a tube support that supports the elastic tube, and a rotating body that is disposed along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support. Yes. The rotating body is formed with a helical projection that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction. The micropump includes a rotation drive mechanism that rotates the rotating body to move a plurality of pressing points of the elastic tube along the longitudinal direction of the elastic tube. Further, in at least a part of the longitudinal direction, the interval between the pressing points adjacent to each other along the longitudinal direction is changed along the longitudinal direction. In this case, the lead of the protruding portion may be changed along the longitudinal direction, or the number of stripes of the protruding portion may be changed along the longitudinal direction. In addition, it is not always necessary to change the interval between the pressing points adjacent to each other in the longitudinal direction of the elastic tube, and there are sections in which the intervals between the adjacent pressing points are the same. Also good. That is, by appropriately setting the lead or the number of the protrusions along the longitudinal direction of the elastic tube, the interval between the pressing points adjacent along the longitudinal direction in at least a part of the longitudinal direction. Can be changed along the longitudinal direction.
本発明の第2の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプが提供される。このマイクロポンプは、内部に流体が流通される弾性チューブと、上記弾性チューブを支持するチューブサポートと、上記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置された回転体とを備えている。この回転体には、該弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成されている。また、マイクロポンプは、上記回転体を回転させて、上記弾性チューブの複数の押圧点を上記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構を備えている。さらに、上記回転体の外径を上記長手方向に沿って変化させている。この場合において、上記回転体の外径を上記長手方向に沿って連続的に変化させてもよいし、あるいは、上記回転体の上記長手方向に沿った両端部を中央部分よりも外径が小さくなるように形成してもよい。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a micropump that can stably and quantitatively transfer a minute flow rate fluid without pulsation. The micropump includes an elastic tube through which a fluid flows, a tube support that supports the elastic tube, and a rotating body that is disposed along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support. Yes. The rotating body is formed with a helical projection that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction. The micropump includes a rotation drive mechanism that rotates the rotating body to move a plurality of pressing points of the elastic tube along the longitudinal direction of the elastic tube. Further, the outer diameter of the rotating body is changed along the longitudinal direction. In this case, the outer diameter of the rotating body may be continuously changed along the longitudinal direction, or both end portions along the longitudinal direction of the rotating body are smaller in outer diameter than the central portion. You may form so that it may become.
本発明の第3の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプが提供される。このマイクロポンプは、内部に流体が流通される弾性チューブと、上記弾性チューブを支持するチューブサポートと、上記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置された回転体とを備えている。この回転体には、該弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成されている。また、マイクロポンプは、上記回転体を回転させて、上記弾性チューブの複数の押圧点を上記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構を備えている。さらに、上記突起部と上記チューブサポートとの間の隙間を上記長手方向に沿って変化させている。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a micropump that can stably and quantitatively transfer a minute flow rate fluid without pulsation. The micropump includes an elastic tube through which a fluid flows, a tube support that supports the elastic tube, and a rotating body that is disposed along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support. Yes. The rotating body is formed with a helical projection that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction. The micropump includes a rotation drive mechanism that rotates the rotating body to move a plurality of pressing points of the elastic tube along the longitudinal direction of the elastic tube. Furthermore, the gap between the projection and the tube support is changed along the longitudinal direction.
また、上記突起部の形状を、上記長手方向に垂直な断面において、上記回転体の径方向に対して非対称となるようにしてもよい。 In addition, the shape of the protrusion may be asymmetric with respect to the radial direction of the rotating body in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
本発明の第4の態様によれば、上述したマイクロポンプに好適に用いられる螺旋状の突起部が形成された回転体が提供される。この回転体においては、長手方向の少なくとも一部の区間において、上記長手方向に沿って隣り合う上記突起部の間隔を上記長手方向に沿って変化させている。この場合において、上記突起部のリードを上記長手方向に沿って変化させてもよく、あるいは、上記突起部の条数を上記長手方向に沿って変化させてもよい。なお、回転体の長手方向に沿って隣り合う上記突起部の間隔を、上記長手方向のすべての場所で必ず変化させる必要はなく、隣り合う上記突起部の間隔が互いに同一となる区間があってもよい。すなわち、上記突起部のリードあるいは条数を回転体の長手方向に沿って適切に設定することで、上記長手方向の少なくとも一部の区間において、上記長手方向に沿って隣り合う上記突起部の間隔を上記長手方向に沿って変化させることが可能となる。 According to the 4th aspect of this invention, the rotary body in which the helical protrusion part used suitably for the micro pump mentioned above was formed is provided. In this rotating body, in at least a part of the section in the longitudinal direction, the interval between the protrusions adjacent along the longitudinal direction is changed along the longitudinal direction. In this case, the lead of the protruding portion may be changed along the longitudinal direction, or the number of stripes of the protruding portion may be changed along the longitudinal direction. In addition, it is not always necessary to change the interval between the protruding portions adjacent to each other in the longitudinal direction of the rotating body, and there is a section where the intervals between the adjacent protruding portions are the same. Also good. That is, by appropriately setting the number of leads or strips of the protrusions along the longitudinal direction of the rotating body, the spacing between the adjacent protrusions along the longitudinal direction in at least a part of the longitudinal direction. Can be changed along the longitudinal direction.
本発明の第5の態様によれば、上述したマイクロポンプに好適に用いられる螺旋状の突起部が形成された回転体が提供される。この回転体においては、外径を上記回転体の長手方向に沿って変化させている。この場合において、上記回転体の外径を上記長手方向に沿って連続的に変化させてもよいし、あるいは、上記回転体の上記長手方向に沿った両端部を中央部分よりも外径が小さくなるように形成してもよい。 According to the 5th aspect of this invention, the rotary body in which the helical protrusion part used suitably for the micro pump mentioned above was formed is provided. In this rotating body, the outer diameter is changed along the longitudinal direction of the rotating body. In this case, the outer diameter of the rotating body may be continuously changed along the longitudinal direction, or both end portions along the longitudinal direction of the rotating body are smaller in outer diameter than the central portion. You may form so that it may become.
また、上記突起部の形状を、上記長手方向に垂直な断面において、上記回転体の径方向に対して非対称となるようにしてもよい。 In addition, the shape of the protrusion may be asymmetric with respect to the radial direction of the rotating body in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
上述した構成により、上記突起部が弾性チューブを該弾性チューブの長手方向に沿った複数の押圧点で押圧するため、隣接する押圧点の間の弾性チューブ内部に一定容積の密閉空間が形成され、その密閉空間が弾性チューブの長手方向に沿って複数個互いに隣接して直列に形成される。そして、上記回転駆動機構により上記押圧点を弾性チューブの長手方向に沿って移動させると、弾性チューブ内の流体が押圧点の移動に伴って弾性チューブの長手方向に沿って移動し、この結果、弾性チューブの一端から供給された流体が他端に移送される。 With the configuration described above, the protruding portion presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction of the elastic tube, so that a certain volume of sealed space is formed inside the elastic tube between adjacent pressing points, A plurality of the sealed spaces are formed in series adjacent to each other along the longitudinal direction of the elastic tube. Then, when the pressing point is moved along the longitudinal direction of the elastic tube by the rotational drive mechanism, the fluid in the elastic tube moves along the longitudinal direction of the elastic tube along with the movement of the pressing point. The fluid supplied from one end of the elastic tube is transferred to the other end.
ここで、上記「密閉空間」には、隣接する押圧点の間が完全に密閉されている場合だけではなく、押圧点で押圧された弾性チューブの内部に、流体の移送や圧力の上昇のために実用上問題とならない程度の微小な隙間が形成されている場合も含まれる。このような微小な隙間が形成されていても、隣接する密閉空間の間で所定の圧力差を持たせることができるため、マイクロポンプの吸込側と吐出側との間で所望の圧力差を維持することができ、流体等の移送や圧力の上昇が可能となる。 Here, in the “sealed space”, not only the case where the adjacent pressing points are completely sealed, but also the inside of the elastic tube pressed at the pressing point, for the transfer of fluid and the pressure increase. In this case, a small gap that does not cause a practical problem is included. Even if such a small gap is formed, a predetermined pressure difference can be provided between adjacent sealed spaces, so that a desired pressure difference is maintained between the suction side and the discharge side of the micropump. It is possible to transfer a fluid or the like and increase the pressure.
また、弾性チューブに沿って複数個互いに隣接して直列に形成される密閉空間により所定の圧力差を維持することができるが、このことは、直列に形成される密閉空間の数が多ければ多いほど、弾性チューブの一端(マイクロポンプの吸込側)と他端(マイクロポンプの吐出側)との間でより大きな圧力差を確保できることを意味する。したがって、直列に形成される密閉空間の数を多くすることにより、流体をより高い圧力に昇圧することができる。 In addition, a predetermined pressure difference can be maintained by the sealed spaces formed in series adjacent to each other along the elastic tube, but this is more if the number of sealed spaces formed in series is large. It means that a larger pressure difference can be secured between one end (the suction side of the micro pump) and the other end (the discharge side of the micro pump) of the elastic tube. Therefore, the fluid can be pressurized to a higher pressure by increasing the number of sealed spaces formed in series.
特に、螺旋状の突起部と弾性チューブを用いた場合には、無脈動(事実上無視できる程度の脈動がある場合を含む)、流量の安定性(定流量性)、高い吐出圧力、および高い耐久性が要求されるが、本発明に係るマイクロポンプによれば、これらの要求を満たすことができる。また、ポンプ内部において化学反応の進行と並行して試薬を移送するような場合においては、化学反応によって液体中から気体もしくは固体が析出したり、試薬の体積が減少もしくは増加したりすることも考えられるが、本発明に係るマイクロポンプによれば、かかる場合にも適切に対応することができる。すなわち、上述の説明では、隣接する押圧点の間の弾性チューブ内部に一定容積の密閉空間が形成されるとしているが、これは、例えばマイクロポンプ運転中のある瞬間における状態について述べており、回転体に形成された螺旋状の突起部の螺旋のリードや条数が弾性チューブの長手方向に沿って変化している場合には、弾性チューブ内部に形成された密閉空間の容積は回転体の回転により変化し得るものであることは言うまでもない。 In particular, when a spiral projection and an elastic tube are used, there is no pulsation (including cases where there is a pulsation that can be ignored in practice), flow rate stability (constant flow rate), high discharge pressure, and high Although durability is required, the micropump according to the present invention can satisfy these requirements. In addition, when a reagent is transferred inside the pump in parallel with the progress of a chemical reaction, it is possible that a gas or solid is precipitated from the liquid by the chemical reaction, or the volume of the reagent is reduced or increased. However, the micropump according to the present invention can appropriately cope with such a case. That is, in the above description, a fixed space of a certain volume is formed inside the elastic tube between adjacent pressing points. This is, for example, a state at a certain moment during the micro pump operation, When the spiral leads and the number of strips of the spiral projection formed on the body change along the longitudinal direction of the elastic tube, the volume of the sealed space formed inside the elastic tube is the rotation of the rotating body. Needless to say, it can change depending on the situation.
なお、本発明においては、上記弾性チューブによる流体の移送(搬送)作用は、そのまま本発明に係るマイクロポンプの移送作用となる。すなわち、弾性チューブの一端は移送(搬送)されるべき流体の供給源に接続され、他端は該流体を利用する側(流体を必要とする側)に接続される。上述したように、弾性チューブの長手方向には密閉された空間が複数個直列に形成され、回転駆動機構によりそれらの密閉空間を弾性チューブの長手方向に移動することができる。このことは、本発明に係るマイクロポンプによる流体の移送原理を示すものであり、したがって、弾性チューブによる流体の移送(搬送)作用は、そのまま本発明に係るマイクロポンプの移送作用となる。 In the present invention, the fluid transfer (conveyance) action by the elastic tube is directly the transfer action of the micropump according to the present invention. That is, one end of the elastic tube is connected to a supply source of a fluid to be transferred (conveyed), and the other end is connected to a side that uses the fluid (a side that requires fluid). As described above, a plurality of sealed spaces are formed in series in the longitudinal direction of the elastic tube, and these sealed spaces can be moved in the longitudinal direction of the elastic tube by the rotation drive mechanism. This indicates the principle of fluid transfer by the micropump according to the present invention. Therefore, the fluid transfer (conveyance) action by the elastic tube is directly the transfer action of the micropump according to the present invention.
本発明に係るマイクロポンプによれば、少なくとも圧力や流量の脈動(時間に対する変動)を実用上無視できる程度に低減して、微少流量の流体を連続的かつ一定の流量で安定して移送することができる。すなわち、本発明に係るマイクロポンプによれば、1本の弾性チューブに対して、長手方向に多数の押圧点で押圧することができる。このように多数の押圧点で押圧することにより、1つの押圧点を挟んだ両側で流体の漏れが生じても、他の多数の押圧点で押圧しているため、全体として流体の漏れ量を少なくすることができる。したがって、微少流量の流体を移送する場合、例えば、回転速度が低い場合においても、定量的に(一定の流量で)流体を移送することができる。 According to the micropump of the present invention, at least pressure and flow pulsation (fluctuation with respect to time) are reduced to a level that can be ignored in practice, and a small flow rate fluid is stably transferred at a constant and constant flow rate. Can do. That is, according to the micropump according to the present invention, a single elastic tube can be pressed at a number of pressing points in the longitudinal direction. By pressing at a large number of pressing points in this way, even if fluid leaks occur on both sides of one pressing point, the fluid is leaking at the other numerous pressing points. Can be reduced. Therefore, when a very small amount of fluid is transferred, for example, even when the rotational speed is low, the fluid can be transferred quantitatively (at a constant flow rate).
また、漏れが少ないということは流体を加圧しても逆流する流量が少ないということを意味するので、高圧の流体を移送することや流体を低圧部から高圧部へ移送することができる。さらに、移送される流体はチューブに封止され、外部の機械類に触れないため、危険性のある流体(試薬)が外部に漏洩せず安全に運転が可能(移送が可能)であり、マイクロポンプの洗浄性および耐薬品性も高めることができる。また、逆に流体に外部から異物が溶け込むことを防止できるため、流体の純度を低化させることなく移送が可能である。さらに、往復運動ではなく回転運動を利用して流体を移送できるため、動作時の音が静かなマイクロポンプとすることができる。 In addition, less leakage means that the flow rate of back flow is small even when the fluid is pressurized, so that a high-pressure fluid can be transferred or a fluid can be transferred from the low-pressure portion to the high-pressure portion. Furthermore, since the fluid to be transferred is sealed in a tube and does not touch external machinery, dangerous fluids (reagents) do not leak to the outside and can be operated safely (transferable). Pump cleaning and chemical resistance can also be increased. Moreover, since it can prevent that a foreign material melt | dissolves into the fluid from the outside on the contrary, it can be transferred without lowering the purity of the fluid. Furthermore, since the fluid can be transferred using a rotational motion rather than a reciprocating motion, a micropump with a quiet sound during operation can be obtained.
さらに、螺旋状の突起部の条数やリード、ピッチ、およびリード角を好適に設計することにより、様々な吐出圧や流量のマイクロポンプを実現することができる。また、弾性チューブを押圧点で押圧して、その押圧点を挟む両側で流体の漏れを実用上許容できる程度に抑えるという簡単な原理を用いているので、液体をはじめとして、気液混合流体や、液体に微小な固体粒子が混入した固液混合流体、さらに固液混合流体に気体が混入した流体など、様々な状態の物質を広く取り扱う(移送する)ことができる。 Furthermore, by appropriately designing the number of spiral protrusions, the number of leads, the pitch, and the lead angle, micropumps with various discharge pressures and flow rates can be realized. In addition, since the simple principle of pressing the elastic tube at the pressing point and suppressing fluid leakage to the extent that is practically acceptable on both sides of the pressing point is used, liquids, gas-liquid mixed fluids and It is possible to widely handle (transfer) substances in various states such as a solid-liquid mixed fluid in which minute solid particles are mixed in a liquid and a fluid in which gas is mixed in a solid-liquid mixed fluid.
また、複数の弾性チューブのそれぞれに異なる薬液などを流通させるように構成すれば、同時に複数の薬液を移送することができる。さらに、(例えば粘度のような)薬液の物理的物性や(例えば水素イオン指数pHのような)化学的物性などに適した材質により弾性チューブを形成すれば、極めて多様な種類の物質を移送することができる。 Moreover, if it comprises so that a different chemical | medical solution etc. may be distribute | circulated to each of a some elastic tube, a some chemical | medical solution can be simultaneously transferred. Furthermore, if an elastic tube is formed of a material suitable for the physical properties of chemicals (for example, viscosity) and chemical properties (for example, hydrogen ion exponent pH), a very wide variety of substances can be transferred. be able to.
上述したように、本発明に係るマイクロポンプによれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる。また、本発明のマイクロポンプによれば、移送される流体はチューブに封止され外部の機械類に触れないため、マイクロポンプの洗浄性および耐薬品性を高めることができる。また、微少流量の流体を移送する場合、例えば、回転速度が低い場合においても、定量的に流体を移送することができる。また、往復運動ではなく回転運動を利用して流体を移送できるため、動作時の音が静かなマイクロポンプとすることができる。 As described above, according to the micropump of the present invention, a small flow rate of fluid can be transferred continuously and quantitatively stably without pulsation. Further, according to the micropump of the present invention, since the fluid to be transferred is sealed in a tube and does not touch external machinery, it is possible to improve the cleaning property and chemical resistance of the micropump. In addition, when a very small amount of fluid is transferred, for example, even when the rotational speed is low, the fluid can be quantitatively transferred. In addition, since the fluid can be transferred using a rotational motion rather than a reciprocating motion, a micropump with a quiet sound during operation can be obtained.
以下、本発明に係るマイクロポンプの実施形態について図1から図16を参照して詳細に説明する。なお、図1から図16において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a micropump according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 16. 1 to 16, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施形態におけるマイクロポンプ1を示す模式図である。図1に示すように、マイクロポンプ1は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブ10と、内周面に弾性チューブ10を支持する円筒状のチューブサポート20と、チューブサポート20内に収容された回転体30と、回転体30を回転させるモータ40とを備えている。モータ40とチューブサポート20とは、ベース50に固定されており、チューブサポート20が回転体30とともに回転しないように構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a micropump 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the micropump 1 is accommodated in a plurality of
ここで、回転体30の両端または一端を、滑り軸受や転がり軸受、Vブロックなどによって支持してもよい。また、モータ40としては、DCモータやACモータに限らず、ステッピングモータ、パルスモータ、超音波モータ、エアタービンモータなどあらゆる型式のモータを用いることができる。また、モータ40と回転体30とを直接接続せずに、モータ40と回転体30との間に、弾性カップリングや磁気カップリングなどのトルク伝達機構を介在させてもよい。
Here, both ends or one end of the
弾性チューブ10としては、例えば内径が1mmのシリコンゴムからなる弾性チューブを用いることができる。図1に示す例では、弾性チューブ10a,10b,10cの吸込端は、第1の試薬が貯留された第1の試薬タンク51に接続されており、弾性チューブ10d,10e,10fの吸込端は、第2の試薬が貯留された第2の試薬タンク52に接続されている。これらのチューブ10a,10b,10c,10d,10e,10fの吐出端は、原料供給、化学反応、分離精製などを数ml/min〜数十ml/min程度の流量で行うマイクロリアクタ(図示せず)に接続されている。
As the
それぞれのチューブ10a,10b,10c,10d,10e,10fは、チューブサポート20の入口と出口に取り付けられた固定リング21によってチューブサポート20に固定されている。本実施形態においては、複数のチューブ10a,10b,10c,10d,10e,10fが回転体30の軸方向に沿って平行に配置されている。なお、本実施形態では、6本のチューブ10a,10b,10c,10d,10e,10fを用いた例を説明するが、チューブ10の本数はこれに限られるものではない。
Each
回転体30の外周面には、螺旋状に延びる突起部32が形成されており、この突起部32は、チューブ10を長手方向に沿った複数の箇所(押圧点)で押圧する押圧部として機能する。なお、この突起部32の先端は、通常のねじ山のような鋭利な形状ではなく、滑らかな曲面形状を有していることが好ましい。また、本実施形態におけるモータ40は、回転体30を回転させて、チューブ10の押圧点をチューブ10の長手方向に沿って移動させる回転駆動機構として機能する。
A
このような構成のマイクロポンプ1において、チューブ10は回転体30の突起部32により複数の押圧点で押圧され変形する。これらの押圧点においては、チューブ10の内面が互いに密着し、流体の通路(流路)が閉止される。このように、それぞれのチューブ10において、隣接する押圧点の間のチューブ10内に一定容積の密閉空間が形成され、その密閉空間がチューブ10に沿って複数個互いに隣接して直列に形成される。
In the micropump 1 having such a configuration, the
そして、回転体30の回転軸をチューブサポート20に対して固定した状態で、モータ40を駆動して回転体30をチューブサポート20に対して相対的に回転させると、回転体30の外周面の突起部32とチューブ10との接触点(押圧点)がチューブ10の長手方向に沿って移動する。この押圧点の移動に伴って、チューブ10内の流体は突起部32に絞られるようにしてチューブ10の長手方向に沿って移動し、この結果、チューブ10内の流体が移送される。
When the rotating shaft of the
すなわち、マイクロポンプ1の出口において流体の圧力が所望の値まで上昇できるように、マイクロポンプ1はチューブ10内の流体の静圧を上昇させるために仕事をする。チューブ10内の流体が液体であり、流速が音速より十分に低い場合には、チューブ10内の流体の容積は変化しない。吐出圧が過大で押圧点における流路の閉止部でチューブ10内の流体を押さえきれなくなると、チューブ10内の流体は上流側に微少量漏れる。すなわち、流体は全体としては上流から下流へ流れるが、ごく一部は逆流することとなる。このため、チューブ10内では上流側から下流側に向かってピッチごとに、すなわち隣接した密閉空間ごとに階段状に上昇した圧力分布が生じる。通常のチューブポンプでは、チューブの上流側から下流側に至るまでを1点で押さえているため、得ることができる吐出圧は低い値にとどまっていたが、本実施形態に係るマイクロポンプ1によれば、回転体30の突起部32により複数の押圧点でチューブ10を押圧しているため、吐出圧を高圧にすることができる。例えば、1ピッチの突起部32で0.1MPaの圧力差を得ることができる場合には、換言すれば、隣接する密閉空間の圧力差として0.1MPaを達成できれば、10ピッチの突起部32をチューブサポート20内に設けることにより吐出圧1MPaのポンプを実現することができる。なお、上記では内径が1mmのシリコンゴムからなる弾性チューブを用いて、流量が数ml/minから数十ml/min程度であるマイクロポンプの例を示したが、例えば、より内径の小さい弾性チューブを使用したり、回転体30の回転速度の調整などにより例えば0.1ml/min以下の微少流量の流体の移送も実現できる。
That is, the micropump 1 does work to increase the static pressure of the fluid in the
また、図1に示すように、チューブ10の長手方向に対して突起部32の押さえ部が斜め方向を向いているため、マイクロポンプ1から吐出される流体の脈動を減少させることに有利に作用する。したがって、回転体30の突起部32のピッチやリード、回転体30の長さを調整することにより、ポンプの吐出圧や流量などのポンプ特性を好適に設計することが可能になる。なお、突起部32のリード角が大きくなると、図1における突起部32の軸方向に対する傾きが小さくなる。
Further, as shown in FIG. 1, since the pressing portion of the
また、ある流体の移送において弾性チューブ10を複数本用いれば、それぞれの弾性チューブ10内の密閉空間が一定の時間間隔でマイクロポンプ1の吐出端に到達するようにすることができるので、例えば同一流量を1本の弾性チューブで移送する場合と比べて、吐出側における圧力や流量の時間変動(脈動)を小さく抑えることができる。このように、複数本の弾性チューブを用いることによっても、マイクロポンプ1から吐出される流体の脈動を減少させる効果が得られる。
Further, if a plurality of
また、例えば、回転体30を長くすれば、1本のチューブ10に対して多数の押圧点で押圧することができる。多数の押圧点で押圧することにより、1つの押圧点を挟んだ両側の密閉空間の間で流体の漏れが生じても、他の多数の押圧点で押圧しているため、全体として流体の漏れ量を少なくすることができる。すなわち、マイクロポンプ1の吸込圧力と吐出圧力との差圧を多数の押圧点で分担して保持することになるため、1つの押圧点で保持すべき圧力差が小さくなり、その両側の密閉空間の間で流体が漏れにくくなる。したがって、高圧の流体を移送することができる。
For example, if the
図2は、図1のマイクロポンプ1の回転体30を示す模式図である。図2に示すように、本実施形態における回転体30は、1条の突起部32を有する1条スクリューとして構成されているが(換言すれば回転体30は1条の螺旋状の突起部32が形成された回転体であるが)、螺旋状の突起部32のリード(ピッチ)が回転体30の長手方向に沿って変化することにより、該長手方向に沿って隣り合う突起部32の間隔が上記長手方向に沿って変化している。図2に示す例では、上流側の区間A1では突起部32のリード(ピッチ)が一定であるが、下流側の区間A2ではマイクロポンプ1の吸込側から吐出側に向かって徐々に突起部32のリード(ピッチ)を小さくしている。このような回転体30を用いることによって、圧縮性の強い試薬(ガス状の試薬)を圧縮・昇圧することが可能になる。また、化学反応によってチューブ10内の試薬の体積が移送中に減少するような場合においても、試薬を昇圧することが可能である。なお、本明細書においては、図2に示す回転体30のように、長手方向に沿って螺旋状の突起部が形成された回転体のことを適宜スクリューとも言う。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the rotating
ちなみに、図2において、突起部32により回転体30に形成される螺旋のつる巻き角の値が、図2の左側において正の値であるとすれば、回転軸30の右側に行くほど、つる巻き角の絶対値が小さくなっていると表現することができる。そして、つる巻き角が0(零)という状態は、弾性チューブ内の流体の移送をその場所で停止させることを意味し得るし、つる巻き角を負の値とすることは流体を局所的に逆方向に移送する(逆流させる)こととなり得るから、特段の事情がない限り、通常ではつる巻き角は正の値に保つこととなる。
Incidentally, in FIG. 2, if the value of the spiral angle of the spiral formed on the
図3は、図2に示す回転体の変形例30aを示す模式図である。この例では、上流側の区間A1では突起部32のリード(ピッチ)が一定であるが、下流側の区間A21ではマイクロポンプ1の吸込側から吐出側に向かって徐々に突起部32のリードが小さくなり、さらに下流側の区間A22では吸込側から吐出側に向かって徐々に突起部32のリードが大きくなっている。すなわち、図3においては、回転体30aの左端から右端に向かって移行するにつれて、突起部32のつる巻き角が正の値から始まって0(零)近傍まで減少した後、再び増加している。
FIG. 3 is a schematic view showing a modified example 30a of the rotating body shown in FIG. In this example, the lead (pitch) of the
また、マイクロポンプ1の吸込側から吐出側に向かって徐々に突起部32のピッチを大きくしてもよく、そのような構成により、化学反応によってチューブ10内の試薬の体積が移送中に増加するような場合にも対応することができる。特に、マイクロポンプを用いるようなマイクロリアクタは、反応部分の比体積が小さいことにより、爆発性の反応を安全に行う際に有効とされているため、化学反応を起こした際にガスが発生するような場合や、爆発性の反応が起こるような場合に本実施形態に係るマイクロポンプ1を適用すれば、得られる利点が大きいと考えられる。
In addition, the pitch of the
すなわち、従来では、例えばバッチ処理において爆発性の反応を行う場合においては、温度暴走しないように反応させるために試薬の絶対量に制限があった。バッチ処理の性格上、反応させるために投入した試薬はそのすべてが反応に影響する。例えば、ある化学反応においてバッチ式の反応容器で温度暴走を防ぐためには、10mlずつしか生成物を得ることができないとすると、その反応において、1000mlの生成物が欲しい場合には、従来のバッチ処理を用いる場合には試薬を100等分して100回の反応を行わせる必要があり、大変面倒な作業にならざるを得なかった。これに対して、本発明に係るマイクロポンプによれば、弾性チューブ内で試薬の反応を行わせることもできる。すなわち、本発明に係るマイクロポンプにおいて極めて細い弾性チューブを用いることにより、押圧点の間に形成された密閉空間の容積を反応による危険性が生じない程度にまで小さくできる。さらに連続的に順次反応場所を移動することが可能である。したがって、マイクロポンプの弾性チューブにおいて、試薬を反応させる位置、例えば長手方向の位置を決定し、その位置において弾性チューブに対して、例えば冷却等の操作ができるようにマイクロポンプを構成し、適切に運転制御すれば、例えば温度暴走などを予防しつつマイクロポンプによって安全に試薬等からの反応物質を連続的に生成することが可能となる。また、これによって、多量の反応生成物を必要とする場合でも、同じ作業を繰り返して行う必要がないため、作業性を向上させることができる。 That is, conventionally, for example, when an explosive reaction is performed in a batch process, there is a limit to the absolute amount of the reagent in order to cause the reaction not to run out of temperature. Due to the nature of batch processing, all of the reagents added for reaction affect the reaction. For example, in order to prevent temperature runaway in a batch type reaction vessel in a certain chemical reaction, assuming that only 10 ml of product can be obtained in the reaction, if 1000 ml of product is desired in the reaction, conventional batch processing When using this, it is necessary to perform the reaction 100 times by dividing the reagent into 100 equal parts, which has to be a very troublesome work. On the other hand, according to the micropump according to the present invention, the reagent can be reacted in the elastic tube. That is, by using an extremely thin elastic tube in the micropump according to the present invention, the volume of the sealed space formed between the pressing points can be reduced to such an extent that no danger is caused by reaction. Furthermore, it is possible to move the reaction place sequentially and sequentially. Therefore, in the elastic tube of the micropump, the position where the reagent reacts, for example, the position in the longitudinal direction is determined, and the micropump is configured so that the operation such as cooling can be performed on the elastic tube at that position. By controlling the operation, for example, it is possible to safely and continuously generate reactants from reagents and the like with a micropump while preventing temperature runaway. In addition, this makes it possible to improve workability because it is not necessary to repeat the same operation even when a large amount of reaction product is required.
以上に述べたように、回転体に螺旋状の突起部を形成する場合、該回転体の長手方向に沿って隣り合う前記突起部の間隔が前記長手方向に沿って小さくなるようにまたは大きくなるように、例えば移送する試薬の反応に伴う体積変化を考慮して上記突起部を形成し、本発明に係るマイクロポンプに用いたときに、それぞれの弾性チューブにおいて隣接する押圧点の間の弾性チューブ内部の空間の容積を、該押圧点が(すなわち弾性チューブ内部の空間が)弾性チューブの長手方向に移動するに従って、減少または増大させることができるので、反応を伴うような試薬の移送であっても好適に行うことができる。なお、言うまでもなく、上述した回転体において、試薬等の反応が開始する以前に相当する部分や反応後であって反応生成物の体積が安定化した以降に相当する部分では、回転体の長手方向に沿って隣り合う突起部の間隔が同一となっていてもよい。 As described above, when the spiral protrusion is formed on the rotating body, the interval between the adjacent protrusions along the longitudinal direction of the rotating body is reduced or increased along the longitudinal direction. Thus, for example, when the protrusion is formed in consideration of the volume change accompanying the reaction of the reagent to be transferred and used in the micropump according to the present invention, the elastic tube between adjacent pressing points in each elastic tube The volume of the internal space can be reduced or increased as the pressure point (i.e. the space inside the elastic tube) moves in the longitudinal direction of the elastic tube so Can also be suitably performed. Needless to say, in the rotating body described above, in the portion corresponding to before the reaction of the reagent or the like or after the reaction and after the reaction product volume is stabilized, in the longitudinal direction of the rotating body. The spacing between adjacent protrusions along the line may be the same.
図4は、本発明の第2の実施形態におけるマイクロポンプの回転体130を示す模式図である。本実施形態におけるマイクロポンプの回転体130以外の部分については、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。図4に示すように、本実施形態における回転体130は、1条の突起部132aを有する1条スクリューにより構成される1条スクリュー部133aと、2条の突起部132a,132bを有する2条スクリューにより構成される2条スクリュー部133bとを有している。すなわち、回転体130に形成される突起部の条数が長手方向に沿って変化している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a
このような回転体130を用いることによって、吐出側に向かうにしたがって、チューブ中の試薬をより細分化する、すなわち弾性チューブの長手方向に沿った押圧点の数を増加して内部に形成される密閉空間の数を増加することができる。このように、長手方向に沿ってチューブを押圧する部分を増やすことによって、試薬をより高い圧力まで昇圧することができる。例えば、回転体130の全体を2条スクリューにより構成すると、チューブと回転体130の接触部分が増えるため、摩擦が大きくなりポンプとしての効率が低下し、チューブの耐久性が下がってしまう。これに対して、本実施形態のように、回転体130の吐出側のスクリュー部の条数を増やせば、高圧になる吐出部において効果的にチューブ内部での漏れを減少して、高圧、高効率、および高耐久性を達成することができる。なお、本実施形態では、吐出側のスクリュー部の条数を増やした例を説明したが、これに限られるものではなく、試薬等の移送対象物質の性状や反応特性等によっては、吸込側のスクリュー部の条数を増やしてもよい。
By using such a
図5は、本発明の第3の実施形態におけるマイクロポンプの回転体230を示す模式図である。本実施形態におけるマイクロポンプの回転体230以外の部分については、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。図5に示すように、本実施形態における回転体230は、1条の突起部232を有する1条スクリューにより構成されているが、回転体230の長手方向(チューブ内を試薬が流れる方向)の両端部の外径が中央部分に比べて次第に小さくなっており、これに伴い、突起部232の両端部の外径も小さくなっている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a
例えば、図2に示すマイクロポンプの回転体30では、チューブと突起部32とが接触し始める点において、突起部32のエッジ部分にチューブが噛み込む現象が生じることが懸念される。このようにチューブが突起部32のエッジ部分、すなわち突起部32の端部に噛み込むと、駆動トルクの増加、回転のムラ(これに伴う脈動)、およびチューブの損傷をもたらす。そこで、本実施形態においては、突起部232とチューブとが接触し始める部分において、突起部232の外径を徐々に大きくして、チューブと突起部232との接触を滑らかに開始させることにより、上述した問題を解決している。
For example, in the
図6は、本発明の第4の実施形態におけるマイクロポンプの回転体330を示す模式図である。本実施形態におけるマイクロポンプの回転体330以外の部分については、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。図6に示すように、本実施形態における回転体330は、1条の突起部332を有する1条スクリューとして構成されているが、長手方向(チューブ内を試薬が流れる方向)に沿って回転体330および突起部332の外径が連続的に変化している。図6に示す例では、回転体330および突起部332の外径がマイクロポンプの吸込側から吐出側に向かって連続的に大きくなっている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a
このような回転体330を用いることによって、吐出側に向かうにしたがって回転体330とチューブサポート20(図1参照)との隙間が小さくなるので、回転体330とチューブサポート20の間に配設されたチューブの押し付け圧力が下流側へ向かうにつれて徐々に増大し、高い吐出圧力を得ることができる。例えば、回転体330の全体を図6の吐出側の外径で形成すると、回転体330とチューブサポート20との間の隙間がポンプの全長において小さくなるため、摩擦が増大してポンプとしての効率が低下し、チューブの耐久性が下がってしまう。これに対して、本実施形態のように、吐出側に向かうにしたがって回転体330とチューブサポート20との隙間を小さくすれば、高圧、高効率、および高耐久性を達成することができる。
By using such a
図7は、本発明の第5の実施形態におけるマイクロポンプの回転体430およびチューブサポート420を示す模式図である。図6に示す第4の実施形態においては、回転体330の3次元形状が複雑になる。したがって、本実施形態では、1条の突起部432を有する回転体430を円錐台状のチューブサポート420の内部に収容し、突起部432とチューブサポート420との間の隙間が長手方向に沿って変化するようにしている。このような構成によれば、ごく基本的な形状の回転体430を用いることで上述した第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a
上述した第1から第5の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内において、それぞれ適宜組み合わせることができるものである。以下、これらの組み合わせの例について説明する。 The first to fifth embodiments described above can be appropriately combined within the scope of the technical idea of the present invention. Hereinafter, examples of these combinations will be described.
図8は、本発明の第6の実施形態におけるマイクロポンプの回転体530を示す模式図であり、図2に示す第1の実施形態と図4に示す第2の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態における回転体530は、1条の突起部532aを有する1条スクリューにより構成される1条スクリュー部533aと、2条の突起部532a,532bを有する2条スクリューにより構成される2条スクリュー部533bとを有しており、回転体530に形成される突起部の条数が長手方向に沿って変化している。さらに、それぞれの突起部532a,532bのピッチ(リード)は長手方向に沿って変化している。このような回転体530を用いることによって、圧縮性の流体や各種反応によって体積変化が生じるような流体を用いる場合においても、体積の変動を考慮しながらより高い圧力へ昇圧することができるという相乗作用を得ることができる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a
図9は、本発明の第7の実施形態におけるマイクロポンプの回転体630を示す模式図であり、図2に示す第1の実施形態と図4に示す第2の実施形態と図5に示す第3の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態における回転体630は、1条の突起部632aを有する1条スクリューにより構成される1条スクリュー部633aと、2条の突起部632a,632bを有する2条スクリューにより構成される2条スクリュー部633bとを有しており、回転体630に形成される突起部の条数が長手方向に沿って変化している。さらに、それぞれの突起部632a,632bのピッチ(リード)は長手方向に沿って変化している。また、回転体630の長手方向(チューブ内を試薬が流れる方向)の両端部の外径が中央部分に比べて次第に小さくなっている。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a
本発明に係るマイクロポンプでは、高圧化を実現するために回転体とその周囲のチューブサポートとの間の隙間を小さくする必要があるが、この隙間を小さくするとチューブと突起部とが接触し始めるときに回転体がチューブを巻き込む危険性がより大きくなる。このため、本実施形態では、回転体630の長手方向の両端部の外径を小さくすることにより、このような危険性を低減している。なお、マイクロポンプ吸込側における回転体630の端部の外径は、図9に示すように中央部分に比べて次第に小さく形成するが、マイクロポンプ吐出側における回転体630端部の外径は、例えば吐出側圧力の一層の高圧化を図るなどのために、必要に応じて、図2に示すように中央部分と同一の外径を保っていてもよい。これは、通常の場合においては、マイクロポンプの吐出側では突起部632a、632b(または32など)は弾性チューブと離れる向きに相対運動するので一般的には巻き込みの危険がないからである。
In the micropump according to the present invention, it is necessary to reduce the gap between the rotating body and the surrounding tube support in order to achieve high pressure, but when the gap is reduced, the tube and the protrusion start to contact each other. Sometimes the risk of the rotator getting into the tube is greater. For this reason, in this embodiment, such a risk is reduced by reducing the outer diameter of the both ends of the
図10は、本発明の第8の実施形態におけるマイクロポンプの回転体730を示す模式図であり、図2に示す第1の実施形態と図6に示す第4の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態における回転体730においては、長手方向に沿って回転体730および突起部732の外径が連続的に変化するとともに、突起部732のピッチ(リード)が長手方向に沿って変化している。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a
図11は、本発明の第9の実施形態におけるマイクロポンプの回転体830を示す模式図であり、図4に示す第2の実施形態と図6に示す第4の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態における回転体830は、1条の突起部832aを有する1条スクリューにより構成される1条スクリュー部833aと、2条の突起部832a,832bを有する2条スクリューにより構成される2条スクリュー部833bとを有しており、長手方向に沿って回転体830および突起部832a,832bの外径が連続的に変化している。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a
図12は、本発明の第10の実施形態におけるマイクロポンプの回転体930を示す模式図であり、図2に示す第1の実施形態と図4に示す第2の実施形態と図6に示す第4の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態における回転体930は、1条の突起部932aを有する1条スクリューにより構成される1条スクリュー部933aと、2条の突起部932a,932bを有する2条スクリューにより構成される2条スクリュー部933bとを有しており、回転体930に形成される突起部の条数が長手方向に沿って変化している。また、それぞれの突起部932a,932bのピッチ(リード)は長手方向に沿って変化しており、さらに、長手方向に沿って回転体930および突起部932の外径が連続的に変化している。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a
上述した実施形態の他にも、例えば、図13に示すように、図2に示す第1の実施形態の回転体30と図7に示す第5の実施形態のチューブサポート420とを組み合わせることもできる。あるいは、図14に示すように、図4に示す第2の実施形態の回転体130と図7に示す第5の実施形態のチューブサポート420とを組み合わせることもできる。さらに、図15に示すように、図8に示す第6の実施形態の回転体530と図7に示す第5の実施形態のチューブサポート420とを組み合わせることもできる。
In addition to the embodiment described above, for example, as shown in FIG. 13, the rotating
図16は、上述した各実施形態において採用することができる回転体1030の半径方向断面図である。図16に示す例では、回転体1030の突起部1032の断面形状が、回転体1030の径方向に対して非対称になっている。このような断面にすることで、チューブ10が回転体1030に引きずられて共回りしたり、回転体1030がチューブ10に接触するときにチューブ10を噛み込んだりすることを回避することができる。
FIG. 16 is a radial cross-sectional view of a
本発明に係るマイクロポンプは、流体を移送させる原理の1つとして、弾性チューブを押圧点で押圧すると、その押圧点において弾性チューブの内部が閉止されるという現象を利用しているので、取り扱うことのできる物質の状態としては液体が最も好ましい。また、高粘度から低粘度の液体のほかにも、液体と気体との気液混合流体や液体中に微小な固体粒子が含まれる固液混合流体、あるいは固液混合流体にさらに気体が混合した流体などを様々な状態の物質を広く移送することが可能である。 The micropump according to the present invention uses a phenomenon that, as one of the principles of transferring the fluid, when the elastic tube is pressed at the pressing point, the inside of the elastic tube is closed at the pressing point. As the state of the substance that can be treated, liquid is most preferable. In addition to high-viscosity liquids, in addition to gas-liquid mixed fluids of liquids and gases, solid-liquid mixed fluids containing minute solid particles in liquids, or gases mixed with solid-liquid mixed fluids It is possible to widely transfer substances in various states such as fluid.
また、上述した各実施形態においては、回転体を回転させる回転駆動機構としてモータを用いた例を説明したが、回転駆動機構はモータに限られるものではない。例えば、往復直線運動を回転運動に変換するクランクシャフトを有する回転駆動機構や手で回す機構を含む回転駆動機構など各種の回転駆動機構を用いることができる。回転駆動機構としてモータ(電動機)を用いれば、始動や停止、回転速度の調整などが容易であるうえ、一定回転速度での連続運転も容易であり、最適な運転を実現することができる。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although the example which used the motor as a rotational drive mechanism which rotates a rotary body was demonstrated, a rotational drive mechanism is not restricted to a motor. For example, various rotational drive mechanisms such as a rotational drive mechanism having a crankshaft that converts a reciprocating linear motion into a rotational motion and a rotational drive mechanism including a mechanism that rotates by hand can be used. If a motor (electric motor) is used as the rotation drive mechanism, starting and stopping, adjustment of the rotation speed, and the like are easy, and continuous operation at a constant rotation speed is also easy, and optimal operation can be realized.
上述した各実施形態におけるマイクロポンプによれば、例えば0.1ml/min以下の微少流量の流体を移送することができる。また、流体を例えば1MPa程度昇圧することができる。さらに、移送される薬液はチューブに封止され外部の機械類に触れないため、流体に異物が溶け込むことを防止できるとともに、マイクロポンプの洗浄性および耐薬品性を高めることができる。また、微少流量の流体を移送する場合、例えば、回転速度が低い場合においても、定量的に流体を移送することができる。 According to the micropump in each of the embodiments described above, for example, a fluid having a minute flow rate of 0.1 ml / min or less can be transferred. Further, the pressure of the fluid can be increased by about 1 MPa, for example. Furthermore, since the chemical solution to be transferred is sealed in a tube and does not touch external machinery, foreign matter can be prevented from being dissolved in the fluid, and the cleaning property and chemical resistance of the micropump can be improved. In addition, when a very small amount of fluid is transferred, for example, even when the rotational speed is low, the fluid can be quantitatively transferred.
また、往復運動ではなく回転運動を利用して流体を移送しているため、動作時の音が静かなマイクロポンプとすることができる。また、1つのポンプに同時に複数の弾性チューブを備えることで、同時に等しい流量の液体を送液できるため、複数の試薬を同時に等量移送可能である。このため、等量の薬液を混合する必要があるマイクロリアクタへの応用などに好適である。また、等量ではない化学反応を行う場合にも、同じ薬液を送液する弾性チューブの本数を適切に設定することで、薬液の混合比率を自由に制御することができる。さらに、同じ外径の弾性チューブでも、内径や剛性を変えることで流量を調整することができる。 In addition, since the fluid is transferred using a rotational motion rather than a reciprocating motion, a micropump with a quiet sound during operation can be obtained. In addition, by providing a plurality of elastic tubes at the same time in one pump, it is possible to simultaneously send liquids with the same flow rate, so that a plurality of reagents can be simultaneously transferred in equal amounts. For this reason, it is suitable for application to a microreactor in which an equal amount of chemical solution needs to be mixed. In addition, even when chemical reactions that are not equal amounts are performed, the mixing ratio of the chemical solutions can be freely controlled by appropriately setting the number of elastic tubes that send the same chemical solution. Furthermore, even with an elastic tube having the same outer diameter, the flow rate can be adjusted by changing the inner diameter and rigidity.
また、上述した各実施形態におけるマイクロポンプは、スーパーフォーカス技術に利用することができる。スーパーフォーカス技術とは、流路を急激に絞ることによって各試薬の拡散距離を短くして、各試薬の混合を促進させる技術をいう。スーパーフォーカスにおいては、複数種類の試薬のための流路を交互に配置し、これらの流路を絞ることにより、マイクロな構造を用いることなく、マイクロサイズの試薬層を得ることができる。このスーパーフォーカスにおいては、多数の流路に各試薬を同時に等量送ることが求められるが、上述した各実施形態におけるマイクロポンプを用いればこれが可能となる。 In addition, the micropump in each of the above-described embodiments can be used for superfocus technology. The superfocus technique is a technique for promoting the mixing of each reagent by shortening the diffusion distance of each reagent by rapidly narrowing the flow path. In the superfocus, a micro-sized reagent layer can be obtained without using a micro structure by alternately arranging channels for a plurality of types of reagents and constricting these channels. In this superfocus, it is required to simultaneously send equal amounts of each reagent to a large number of flow paths, but this can be achieved by using the micropump in each of the above-described embodiments.
これまで本発明の限られた実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although the limited embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
10 弾性チューブ
20,420 チューブサポート
30,130,230,330,430,530,530,730,830,930,1030 回転体
32,132a,132b,232,332,432,532a,532b,632a,632b,732,832a,832b,932a,932b,1032 突起部
40 モータ
50 ベース
51,52 試薬タンク
133a,533a,633a,833a,933a 1条スクリュー部
133b,533b,633b,833b,933b 2条スクリュー部
10
Claims (15)
前記弾性チューブを支持するチューブサポートと、
前記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置され、該弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成された回転体と、
前記回転体を回転させて、前記弾性チューブの複数の押圧点を前記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構と、
を備え、
前記長手方向の少なくとも一部の区間において、前記長手方向に沿って隣り合う前記押圧点の間隔が前記長手方向に沿って変化していることを特徴とするマイクロポンプ。 An elastic tube through which fluid flows;
A tube support for supporting the elastic tube;
A rotating body that is arranged along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support, and in which a spiral protrusion is formed that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction;
A rotation drive mechanism for rotating the rotating body and moving a plurality of pressing points of the elastic tube along a longitudinal direction of the elastic tube;
With
The micropump characterized in that an interval between the pressing points adjacent to each other in the longitudinal direction changes along the longitudinal direction in at least a part of the longitudinal direction.
前記弾性チューブを支持するチューブサポートと、
前記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置され、該弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成された回転体と、
前記回転体を回転させて、前記弾性チューブの複数の押圧点を前記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構と、
を備え、
前記回転体の外径が前記長手方向に沿って変化していることを特徴とするマイクロポンプ。 An elastic tube through which fluid flows;
A tube support for supporting the elastic tube;
A rotating body that is arranged along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support, and in which a spiral protrusion is formed that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction;
A rotation drive mechanism for rotating the rotating body and moving a plurality of pressing points of the elastic tube along a longitudinal direction of the elastic tube;
With
The micropump characterized in that an outer diameter of the rotating body changes along the longitudinal direction.
前記弾性チューブを支持するチューブサポートと、
前記チューブサポートにより支持された弾性チューブの長手方向に沿って配置され、該弾性チューブを長手方向に沿った複数の押圧点で押圧する螺旋状の突起部が形成された回転体と、
前記回転体を回転させて、前記弾性チューブの複数の押圧点を前記弾性チューブの長手方向に沿って移動させる回転駆動機構と、
を備え、
前記突起部と前記チューブサポートとの間の隙間が前記長手方向に沿って変化していることを特徴とするマイクロポンプ。 An elastic tube through which fluid flows;
A tube support for supporting the elastic tube;
A rotating body that is arranged along the longitudinal direction of the elastic tube supported by the tube support, and in which a spiral protrusion is formed that presses the elastic tube at a plurality of pressing points along the longitudinal direction;
A rotation drive mechanism for rotating the rotating body and moving a plurality of pressing points of the elastic tube along a longitudinal direction of the elastic tube;
With
The micropump characterized by the gap between the projection and the tube support changing along the longitudinal direction.
前記回転体の長手方向の少なくとも一部の区間において、前記長手方向に沿って隣り合う前記突起部の間隔が前記長手方向に沿って変化していることを特徴とする回転体。 A rotating body formed with a spiral protrusion,
The rotating body characterized in that, in at least a part of the section in the longitudinal direction of the rotating body, an interval between the protrusions adjacent along the longitudinal direction changes along the longitudinal direction.
前記回転体の外径が前記回転体の長手方向に沿って変化していることを特徴とする回転体。 A rotating body formed with a spiral protrusion,
An outer diameter of the rotating body changes along a longitudinal direction of the rotating body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006090361A JP2007263018A (en) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | Micropump and rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006090361A JP2007263018A (en) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | Micropump and rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007263018A true JP2007263018A (en) | 2007-10-11 |
Family
ID=38636246
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007263018A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008274924A (en) * | 2007-04-03 | 2008-11-13 | Seiko Epson Corp | Liquid transfer device and suction unit |
US7854600B2 (en) | 2009-04-14 | 2010-12-21 | Neuberg Company Limited | Tube pump |
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CN105190034A (en) * | 2013-03-15 | 2015-12-23 | 诺华股份有限公司 | Systems and methods for ocular surgery |
-
2006
- 2006-03-29 JP JP2006090361A patent/JP2007263018A/en active Pending
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