JP2009138573A - 蠕動型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】移送チューブの圧縮量が大きい蠕動型ポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】蠕動型ポンプ１は、電極層２０１ａ、２１１ａと誘電層２０２ａ、２１２ａとを持つ積層体２００ａ、２１０ａを有し移送チューブ９０の移送方向に沿って配置される複数のアクチュエーター２０ａ、２１ａと、アクチュエーター２０ａ、２１ａが移送チューブ９０外周面の周方向において部分的に当接するようにアクチュエーター２０ａ、２１ａを径方向外側から固定する固定部材３ａと、を備える。低電圧状態においては、誘電層２０２ａ、２１２ａの弾性復元力によりアクチュエーター２０ａ、２１ａが径方向内側に伸張し、移送チューブ９０を径方向外側から圧縮する。高電圧状態においては、静電引力により誘電層２０２ａ、２１２ａが径方向外側に収縮し、移送チューブ９０の弾性復元力により移送チューブ９０が径方向外側に伸張する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移送チューブを蠕動させることにより被移送流体を圧送する蠕動型ポンプに関する。

蠕動型ポンプは、可撓性の移送チューブを移送方向に沿って順次圧縮することにより、被移送流体を上流側から下流側に圧送するポンプである。蠕動型ポンプとして、例えば、特許文献１には、ピエゾ素子製のアクチュエーターを備える蠕動型ポンプが開示されている。アクチュエーターは、移送チューブの移送方向に沿って、五つ連設されている。五つのピエゾ素子を順次駆動することにより、移送チューブ内の液体を、上流側から下流側に圧送することができる。

また、特許文献２には、導電性ポリマー製のアクチュエーターを備える蠕動型ポンプが開示されている。アクチュエーターは、リング状を呈している。アクチュエーターは、移送チューブに環装されており、移送チューブの外周面に全周的に当接している。アクチュエーターを駆動すると、アクチュエーターの内周面が径方向内側に収縮する。このため、移送チューブが径方向内側に圧縮される。アクチュエーターを停止すると、アクチュエーターおよび移送チューブは、各々の弾性復元力により、復動する。このため、移送チューブが径方向外側に伸張する。

アクチュエーターは、移送チューブの移送方向に沿って、五つ連設されている。五つのアクチュエーターを順次駆動することにより、移送チューブ内の流体を、上流側から下流側に圧送することができる。
特開平５−２０２８５７号公報 特開２００７−３２５７２号公報 特開２００５−５２２１６２号公報

特許文献１に開示の蠕動型ポンプのアクチュエーターは、ピエゾ素子を用いている。このため、印加電圧の周波数が高くなる。並びに、移送チューブの圧縮量、言い換えると駆動時のアクチュエーターの変位量が小さくなる。

すなわち、ピエゾ素子を効率良く駆動するためには、ピエゾ素子の共振周波数と、印加電圧の周波数と、を正確に合わせる必要がある。ここで、物質の共振周波数は、ヤング率が高いほど高くなる。また、ピエゾ素子には、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなど、圧電セラミックスが用いられている。このため、ピエゾ素子のヤング率は高い。したがって、特許文献１に開示の蠕動型ポンプによると、不可避的に、印加電圧の周波数が高くなってしまう。並びに、ピエゾ素子のヤング率が高いため、アクチュエーター駆動時の振幅が小さくなってしまう。このように、特許文献１の蠕動型ポンプは、小さな振幅（つまり変位量）を、高い周波数（つまり振動数）で補うことにより、液体の移送量を確保している。

しかしながら、アクチュエーターの変位量が小さいと、移送チューブの圧縮量が小さくなる。このため、移送チューブ内の被移送流体が、例えばオイルのような高粘性の液体や、あるいは液体中に固形物が分散された流体などの場合、移送が困難になる。

また、特許文献２に開示の蠕動型ポンプのアクチュエーターは、移送チューブの外周面に全周的に当接している。すなわち、移送チューブの外周面は、アクチュエーターにより、全周的に包囲されている。このため、アクチュエーター駆動時に、移送チューブは、径方向内側にしか変形（収縮）できない。一方、移送チューブ内には、勿論、被移送流体が入っている。

したがって、移送チューブを全周的に径方向内側に圧縮するには、大きな荷重が必要になる。すなわち、特許文献２の蠕動型ポンプの場合も、やはり移送チューブの圧縮量が小さくなりがちである。また、移送チューブの圧縮量、つまりアクチュエーターの変位量を大きくするためには、アクチュエーター駆動時の電圧を大きくする必要がある。

本発明の蠕動型ポンプは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、移送チューブの圧縮量が大きい蠕動型ポンプを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の蠕動型ポンプは、一対の電極層と、一対の該電極層間に介在し一対の該電極層間に印加する電圧を変化させることにより伸縮可能な誘電体エラストマー製の誘電層と、を持つ積層体を有し、径方向に弾性変形可能な移送チューブの移送方向に沿って配置される複数のアクチュエーターと、該アクチュエーターが、該移送チューブの径方向外側に配置され、該移送チューブ外周面の周方向において部分的に当接するように、該アクチュエーターを径方向外側から固定する固定部材と、を備えてなり、低電圧状態においては、該誘電層の弾性復元力により該アクチュエーターが径方向内側に伸張し、該移送チューブを径方向外側から圧縮し、該低電圧状態と比較して該電圧が高い高電圧状態においては、一対の該電極層間の静電引力により該誘電層が径方向外側に収縮し、該移送チューブの弾性復元力により該移送チューブが径方向外側に伸張し、該移送方向に沿って配置される複数の該アクチュエーターに、所定の順番で該電圧を印加することにより、該移送チューブを蠕動させ、該移送チューブ内の被移送流体を、上流側から下流側に圧送することを特徴とする（請求項１に対応）。

本発明の蠕動型ポンプのアクチュエーターは、誘電体エラストマー製の誘電層を備えている。誘電体エラストマーは、ピエゾ素子と比較して、軟らかく、ヤング率が小さい。このため、アクチュエーター駆動時の変位量が大きい。したがって、本発明の蠕動型ポンプは、移送チューブの圧縮量が大きい。

また、本発明の蠕動型ポンプのアクチュエーターは、移送チューブの外周面に全周的に当接していない。すなわち、アクチュエーターは、移送チューブ外周面の周方向において、部分的に当接している。このため、低電圧状態において、移送チューブには、アクチュエーターに圧縮されない部分（以下、適宜「非圧縮部分」と称する。）が存在する。非圧縮部分の変形方向は、アクチュエーターに規制されていない。したがって、非圧縮部分は、径方向内側のみならず、径方向外側や周方向にも変形可能である。

このように、本発明の蠕動型ポンプのアクチュエーターは、移送チューブを部分的に圧縮する。このため、アクチュエーターが移送チューブを全周的に圧縮する場合と比較して、移送チューブを圧縮しやすい。つまり、この点においても、本発明の蠕動型ポンプは、移送チューブの圧縮量が大きい。

また、誘電体エラストマーは、軟らかい。このため、移送チューブが湾曲している場合であっても、当該湾曲形状に沿って、アクチュエーターを配置することができる。このように、本発明の蠕動型ポンプによると、硬いアクチュエーターを有する蠕動型ポンプと比較して、移送チューブの配索経路選択の自由度が高い。

（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記被移送流体は、高粘性流体とする方がよい。高粘性流体とは、例えばオイル、血液、ＥＲ（電気粘性流体）、ＭＲ（磁気粘性流体）のような機能性流体などのように、粘性が高い流体をいう。本発明の蠕動型ポンプは、移送チューブの圧縮量が大きいため、高粘性流体であっても、簡単に移送することができる。

（１−２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記被移送流体は、液体と、該液体中に分散する固形物と、を有している構成とする方がよい。本発明の蠕動型ポンプは、移送チューブの圧縮量が大きいため、被移送流体が固形物を含む場合であっても、簡単に移送することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記アクチュエーターは、前記移送チューブを中心に、周方向に所定角度だけ離間して、複数配置されている構成とする方がよい（請求項２に対応）。

つまり、本構成は、移送チューブの移送方向における同位置に、複数のアクチュエーターを配置するものである。本構成によると、移送チューブの周方向における所望の部位を、アクチュエーターにより、圧縮することができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記アクチュエーターは、前記移送チューブを中心に、周方向に略１８０°離間して、一対配置されている構成とする方がよい（請求項３に対応）。

本構成によると、アクチュエーターに圧縮されない部分つまり非圧縮部分が、一対のアクチュエーターの配置方向に対して、略９０°交差する方向に、一対配置されることになる。すなわち、移送チューブがアクチュエーターに圧縮される際に、最も膨出しやすい位置に非圧縮部分が配置されることになる。したがって、さらに移送チューブの圧縮量が大きくなる。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記電圧の周波数は、１００Ｈｚ以下である構成とする方がよい（請求項４に対応）。一対の電極層間に印加する電圧の周波数が低くなると、誘電層の変位量、延いてはアクチュエーターの変位量が大きくなる。このため、本構成によると、さらに移送チューブの圧縮量が大きくなる。

ここで、周波数を１００Ｈｚ以下としたのは、１００Ｈｚ超過の場合、被移送流体が、例えばオイルのような高粘性流体や、固形物を含有する液体である場合、移送チューブの圧縮量が不足するおそれがあるからである。すなわち、被移送流体を、円滑に移送できないおそれがあるからである。

（４−１）好ましくは、上記（４）の構成において、前記電圧の周波数は、２０Ｈｚ以下とする方がよい。本構成によると、さらに移送チューブの圧縮量が大きくなる。このため、被移送流体が高粘性流体や固形物を含有する液体であっても、より確実に移送することができる。

（４−２）好ましくは、上記（４−１）の構成において、前記電圧の周波数は、１５Ｈｚ以下とする方がよい。本構成によると、さらに移送チューブの圧縮量が大きくなる。このため、被移送流体が高粘性流体や固形物を含有する液体であっても、より確実に移送することができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記積層体は、ｎ（ｎは２以上の自然数）層の前記電極層と、ｎ−１層の前記誘電層と、が交互に積層されて成る構成とする方がよい（請求項５に対応）。本構成によると、積層数を変えることにより、移送チューブの圧縮量を調整することができる。例えば、積層数を多くすることにより、移送チューブの圧縮量を大きくすることができる。

本発明によると、移送チューブの圧縮量が大きい蠕動型ポンプを提供することができる。

以下、本発明の蠕動型ポンプの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［蠕動型ポンプの配置］
まず、本実施形態の蠕動型ポンプの配置について説明する。図１に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における斜視図を示す。図１に示すように、蠕動型ポンプ１は、ポンプユニット４ａ〜４ｅを備えている。ポンプユニット４ａ〜４ｅは、ゴム製の移送チューブ９０の長手方向（移送方向）に沿って、所定間隔ずつ離間して配置されている。ポンプユニット４ａ〜４ｅは、移送方向の上流側から下流側に向かって、ポンプユニット４ａ→４ｂ→４ｃ→４ｄ→４ｅの順番で並んでいる。

［ポンプユニットの構成］
次に、本実施形態の蠕動型ポンプのポンプユニットの構成について説明する。ポンプユニット４ａ〜４ｅの構成は、全て同じである。よって、以下、最上流側に配置されたポンプユニット４ａについてのみ説明し、ポンプユニット４ｂ〜４ｅについての説明を兼ねるものとする。

図２に、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。図２に示すように、ポンプユニット４ａは、一対のアクチュエーター２０ａ、２１ａと、固定部材３ａと、を備えている。

固定部材３ａは、アクリル製であって、Ｕ字状を呈している。すなわち、固定部材３ａは、矩形板状の一対の側壁３０ａ、３１ａと、同じく矩形板状の底壁３２ａと、を備えている。一対の側壁３０ａ、３１ａは、底壁３２ａの対向する両縁から、底壁３２ａの面展開方向に対して略垂直方向に、突設されている。すなわち、一対の側壁３０ａ、３１ａは、底壁３２ａの幅分だけ離間して、対向している。

アクチュエーター２０ａは、矩形板状の積層体２００ａである。積層体２００ａは、四層の電極層２０１ａと、三層の誘電層２０２ａと、が交互に積層されて構成されている。積層体２００ａ（具体的には最も側壁３０ａに近接した電極層２０１ａ）は、側壁３０ａの内面に固定されている。

電極層２０１ａは、ＡＣＭ（アクリルゴム）エラストマーに導電カーボンを配合したものである。四層の電極層２０１ａのうち、ポンプユニット４ａの内側から数えて、一層目と三層目の合計二層の電極層２０１ａは電源Ａの一方の端子に、二層目と四層目の合計二層の電極層２０１ａは電源Ａの他方の端子に、それぞれ接続されている。電源Ａからは、周波数１５Ｈｚの正弦波電圧が印加されている。

誘電層２０２ａは、Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）製である。誘電層２０２ａの積層方向両側には、一対の電極層２０１ａが配置されている。一対の電極層２０１ａは、上述したように、各々、電源Ａの異なる端子に接続されている。

アクチュエーター２１ａの構成は、上記アクチュエーター２０ａの構成と同様である。すなわち、アクチュエーター２１ａは、矩形板状の積層体２１０ａである。積層体２１０ａは、四層の電極層２１１ａと、三層の誘電層２１２ａと、が交互に積層されて構成されている。積層体２１０ａ（具体的には最も側壁３１ａに近接した電極層２１１ａ）は、側壁３１ａの内面に固定されている。

電極層２１１ａは、ＡＣＭエラストマーに導電カーボンを配合したものである。四層の電極層２１１ａのうち、ポンプユニット４ａの内側から数えて、一層目と三層目の合計二層の電極層２１１ａは電源Ａの一方の端子に、二層目と四層目の合計二層の電極層２１１ａは電源Ａの他方の端子に、それぞれ接続されている。

誘電層２１２ａは、Ｈ−ＮＢＲ製である。誘電層２１２ａの積層方向両側には、一対の電極層２１１ａが配置されている。一対の電極層２１１ａは、上述したように、各々、電源Ａの異なる端子に接続されている。

アクチュエーター２０ａとアクチュエーター２１ａとの間には、移送チューブ９０が介装されている。アクチュエーター２０ａ、２１ａは、移送チューブ９０を中心に、周方向に１８０°離間して配置されている。アクチュエーター２０ａは、移送チューブ９０の圧縮部分９００ａに当接している。一方、アクチュエーター２１ａは、移送チューブ９０の圧縮部分９０１ａに当接している。一対の圧縮部分９００ａ、９０１ａの配置方向に対して、９０°交差する方向には、一対の非圧縮部分９０２ａ、９０３ａが配置されている。一対の非圧縮部分９０２ａ、９０３ａの径方向外側には、アクチュエーター２０ａ、２１ａが配置されていない。このため、一対の非圧縮部分９０２ａ、９０３ａは、径方向外側や周方向に変形可能である。移送チューブ９０の内部には、粘性の高いシリコンオイルＬが入っている。シリコンオイルＬは、本発明の被移送流体に含まれる。

［ポンプユニットの動き］
次に、本実施形態の蠕動型ポンプのポンプユニット４ａの動きについて説明する。ポンプユニット４ａ〜４ｅの動きは、全て同じである。よって、以下、最上流側に配置されたポンプユニット４ａについてのみ説明し、ポンプユニット４ｂ〜４ｅについての説明を兼ねるものとする。

まず、高電圧状態について説明する。高電圧状態においては、図２に示すように、誘電層２０２ａを介して積層方向に隣り合う一対の電極層２０１ａ間には、大きな静電引力が発生している。当該静電引力により、誘電層２０２ａつまり積層体２００ａは、積層方向に収縮している。ここで、積層体２００ａは、側壁３０ａの内面に固定されている。このため、積層体２００ａは、側壁３０ａの内面側に、偏って収縮している。言い換えると、積層体２００ａは、移送チューブ９０を中心として、径方向外側に収縮している。積層体２００ａには、誘電層２０２ａの収縮に起因する弾性復元力が蓄積されている。

同様に、高電圧状態においては、一対の電極層２１１ａ間の静電引力により、誘電層２１２ａつまり積層体２１０ａは、積層方向に収縮している。ここで、積層体２１０ａは側壁３１ａの内面に固定されているため、積層体２１０ａは、側壁３１ａの内面側に、偏って収縮している。言い換えると、積層体２１０ａは、移送チューブ９０を中心として、径方向外側に収縮している。積層体２１０ａには、誘電層２１２ａの収縮に起因する弾性復元力が蓄積されている。

このように、高電圧状態においては、積層体２００ａ、２１０ａは、弾性復元力を蓄積しながら、各々径方向外側に収縮している。このため、移送チューブ９０は、アクチュエーター２０ａ、２１ａに当接しているだけである。すなわち、アクチュエーター２０ａ、２１ａは、移送チューブ９０を、径方向外側から圧縮していない。したがって、移送チューブ９０の径方向断面は、真円状を呈している。

次に、低電圧状態について説明する。図３に、本実施形態の蠕動型ポンプの低電圧状態における径方向断面図を示す。なお、図３は、図２と対応している。高電圧状態から低電圧状態に切り替える間に、誘電層２０２ａを挟んで隣り合う一対の電極層２０１ａ間の電位差、および誘電層２１２ａを挟んで隣り合う一対の電極層２１１ａ間の電位差（以下、これらの電位差をまとめて「電極層間電位差」と総称する。）は、徐々に小さくなる。低電圧状態においては、電極層間電位差は、各々０になる。

電極層間電位差が０になると、誘電層２０２ａに加わる静電引力が０になる。このため、積層体２００ａは、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向内側に伸張する。同様に、電極層間電位差が０になると、誘電層２１２ａに加わる静電引力が０になる。このため、積層体２１０ａは、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向内側に伸張する。したがって、移送チューブ９０の圧縮部分９００ａは積層体２００ａにより、移送チューブ９０の圧縮部分９０１ａは積層体２１０ａにより、それぞれ径方向外側から押圧される。そして、当該押圧力により、移送チューブ９０の一対の非圧縮部分９０２ａ、９０３ａは、それぞれ径方向外側に膨出する。移送チューブ９０には、当該変形に起因する弾性復元力が蓄積される。

このように、低電圧状態においては、積層体２００ａ、２１０ａは、各々径方向内側に伸張している。このため、移送チューブ９０は、弾性復元力を蓄積しながら、アクチュエーター２０ａ、２１ａにより圧縮されている。したがって、移送チューブ９０の径方向断面は、楕円状を呈している。

再び、低電圧状態から高電圧状態に切り替える場合には、積層体２００ａ、２１０ａは、静電引力により、径方向外側に収縮する。並びに、移送チューブ９０の径方向断面は、自身に蓄積された弾性復元力により、楕円状から真円状に復動する。

［蠕動型ポンプの動き］
次に、本実施形態の蠕動型ポンプの動きについて説明する。図４に、移送第一段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図５に、移送第二段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図６に、移送第三段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図７に、移送第四段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図８に、移送第五段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図９に、移送第六段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図１０に、移送第七段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図１１に、移送第八段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図１２に、移送第九段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。図１３に、移送第十段階の蠕動型ポンプの側面図を示す。

移送第一段階においては、図４に示すように、全てのポンプユニット４ａ〜４ｅは、低電圧状態である。すなわち、全てのアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、径方向内側に伸張している。移送第一段階においては、移送チューブ９０内部のシリコンオイルは不動である。

移送第二段階においては、図５に示すように、全てのポンプユニット４ａ〜４ｅを、低電圧状態から高電圧状態に切り替える。このため、全てのアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、弾性復元力を蓄積しながら、径方向外側に収縮する。移送チューブ９０の径方向断面は、移送方向全域に亘って、真円状を呈している（前出図２参照）。移送第二段階においては、移送第一段階と同様に、移送チューブ９０内部のシリコンオイルは不動である。

移送第三段階においては、図６に示すように、ポンプユニット４ａのみを高電圧状態から低電圧状態に切り替える。アクチュエーター２０ａ、２１ａは、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向内側に伸張する。アクチュエーター２０ａ、２１ａは、移送チューブ９０を、径方向内側に圧縮する（前出図３参照）。当該移送チューブ９０の圧縮により、移送チューブ９０におけるポンプユニット４ａ対応部分のシリコンオイルは、図６に白抜き矢印で示すように、下流側に圧送される。

移送第四段階においては、図７に示すように、ポンプユニット４ｂを高電圧状態から低電圧状態に切り替える。アクチュエーター２０ｂ、２１ｂは、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向内側に伸張する。アクチュエーター２０ｂ、２１ｂは、移送チューブ９０を、径方向内側に圧縮する（前出図３参照）。当該移送チューブ９０の圧縮により、移送チューブ９０におけるポンプユニット４ｂ対応部分のシリコンオイルは、図７に白抜き矢印で示すように、下流側に圧送される。

なお、ポンプユニット４ａは、引き続き低電圧状態のままである。このため、アクチュエーター２０ａ、２１ａは、移送チューブ９０を、径方向内側に圧縮したままである。したがって、アクチュエーター２０ｂ、２１ｂにより移送チューブ９０を圧縮する際、シリコンオイルが上流側に逆流しにくい。

移送第五段階においては、図８に示すように、ポンプユニット４ａを低電圧状態から高電圧状態に切り替える。アクチュエーター２０ａ、２１ａは、静電引力により、径方向外側に収縮する。移送チューブ９０は、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向外側に伸張する（前出図２参照）。

移送第六段階においては、図９に示すように、ポンプユニット４ｃを高電圧状態から低電圧状態に切り替える。アクチュエーター２０ｃ、２１ｃは、自身に蓄積された弾性復元力により、径方向内側に伸張する。アクチュエーター２０ｃ、２１ｃは、移送チューブ９０を、径方向内側に圧縮する（前出図３参照）。当該移送チューブ９０の圧縮により、移送チューブ９０におけるポンプユニット４ｃ対応部分のシリコンオイルは、図９に白抜き矢印で示すように、下流側に圧送される。

なお、ポンプユニット４ｂは、引き続き低電圧状態のままである。このため、アクチュエーター２０ｂ、２１ｂは、移送チューブ９０を、径方向内側に圧縮したままである。したがって、アクチュエーター２０ｃ、２１ｃにより移送チューブ９０を圧縮する際、シリコンオイルが上流側に逆流しにくい。

移送第七段階においては、図１０に示すように、ポンプユニット４ｂを低電圧状態から高電圧状態に切り替える。移送第八段階においては、図１１に示すように、ポンプユニット４ｄを高電圧状態から低電圧状態に切り替える。移送第九段階においては、図１２に示すように、ポンプユニット４ｃを低電圧状態から高電圧状態に切り替える。移送第十段階においては、図１３に示すように、ポンプユニット４ｅを高電圧状態から低電圧状態に切り替える。

このように、ポンプユニット４ａ〜４ｅを、一旦、全て低電圧状態から高電圧状態に切り替えた後、上流側から下流側に向かって、順次、高電圧状態から低電圧状態に切り替え、再び低電圧状態から高電圧状態に切り替えることにより、移送チューブ９０内のシリコンオイルを、上流側から下流側に移送する。

［作用効果］
次に、本実施形態の蠕動型ポンプの作用効果について説明する。本実施形態の蠕動型ポンプ１のアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、Ｈ−ＮＢＲ製の誘電層２０２ａ、２１２ａを備えている。Ｈ−ＮＢＲは、軟らかく、ヤング率が０．８ＭＰａと小さい。このため、アクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅ駆動時の変位量が大きい。したがって、本実施形態の蠕動型ポンプ１は、移送チューブ９０の圧縮量が大きい。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１のアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、移送チューブ９０の圧縮部分９００ａ、９００ｂにだけ当接している。すなわち、移送チューブ９０には、非圧縮部分９０２ａ、９０３ａが存在する。低電圧状態において、非圧縮部分９０２ａ、９０３ａは、径方向外側に膨出する。このため、移送チューブ９０は、アクチュエーター２０ａ、２１ａの配置方向に潰れやすい。この点においても、本実施形態の蠕動型ポンプ１は、移送チューブ９０の圧縮量が大きい。

また、誘電層２０２ａ、２１２ａつまりアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、軟らかい。このため、移送チューブ９０が湾曲している場合であっても、当該湾曲形状に沿って、アクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅを配置することができる。このように、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、移送チューブ９０の配索経路選択の自由度が高い。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、移送チューブ９０の圧縮量が大きいため、被移送流体が粘性の高いシリコンオイルＬであっても、簡単に移送することができる。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、アクチュエーター２０ａ、２１ａは、移送チューブ９０を中心に、周方向に１８０°離間して、一対配置されている。また、非圧縮部分９０２ａ、９０３ａが、一対のアクチュエーター２０ａ、２１ａの配置方向に対して、９０°交差する方向に、一対配置されている。すなわち、移送チューブ９０がアクチュエーター２０ａ、２１ａに圧縮される際に、最も膨出しやすい位置に非圧縮部分９０２ａ、９０３ａが配置されている。したがって、さらに移送チューブ９０の圧縮量が大きくなる。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、電源Ａから電極層２０１ａ、２１１ａに、周波数１５Ｈｚの正弦波電圧が印加されている。このため、誘電層２０２ａ、２１２ａの変位量、延いてはアクチュエーター２０ａ、２１ａの変位量が大きくなる。したがって、さらに移送チューブ９０の圧縮量が大きくなる。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、積層体２００ａは、四層の電極層２０１ａと、三層の誘電層２０２ａと、が交互に積層されて形成されている。並びに、積層体２１０ａは、四層の電極層２１１ａと、三層の誘電層２１２ａと、が交互に積層されて形成されている。このため、誘電層２０２ａ、２１２ａが各々単層の場合と比較して、移送チューブ９０の圧縮量が大きくなる。また、誘電層２０２ａ、２１２ａの積層数を変えることにより、自在に移送チューブ９０の圧縮量を調整することができる。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、前出図４の移送第一段階および前出図５の移送第二段階終了後に、前出図６〜図１３の移送第三段階〜移送第十段階を逆順に実行することにより、前出図６〜図１３における上流側から下流側のみならず、下流側から上流側にシリコンオイルＬを移送することができる。すなわち、双方向にシリコンオイルＬを移送することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態の蠕動型ポンプと、第一実施形態の蠕動型ポンプと、の相違点は、固定部材の形状のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１４に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１４に示すように、固定部材５０ａ、５１ａは、各々矩形板状を呈している。固定部材５０ａ、５１ａは、移送チューブ９０を中心に、周方向に１８０°離間して、一対配置されている。固定部材５０ａの内面には、アクチュエーター２０ａが配置されている。固定部材５１ａの内面には、アクチュエーター２１ａが配置されている。固定部材５０ａ、５１ａは、両部材間の間隔が変化しないように、隣接部材（図略）に取り付けられている。

本実施形態の蠕動型ポンプ１は、第一実施形態の蠕動型ポンプと、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、固定部材５０ａ、５１ａが完全に分離している。このため、固定部材がＵ字状の一体物である場合と比較して、移送チューブ９０への装着が簡単である。

＜第三実施形態＞
本実施形態の蠕動型ポンプと、第一実施形態の蠕動型ポンプと、の相違点は、固定部材の形状のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１５に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１５に示すように、固定部材５２ａは、矩形環状を呈している。固定部材５２ａの径方向内側には、移送チューブ９０が収容されている。固定部材５２ａは、一対の側壁５２０ａ、５２１ａを備えている。側壁５２０ａと側壁５２１ａとは、移送チューブ９０を挟んで対向している。側壁５２０ａの内面には、アクチュエーター２０ａが配置されている。側壁５２１ａの内面には、アクチュエーター２１ａが配置されている。

本実施形態の蠕動型ポンプ１は、第一実施形態の蠕動型ポンプと、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、固定部材５２ａが環状を呈している。このため、固定部材がＵ字状を呈している場合と比較して、移送チューブ９０がポンプユニット４ａから脱落しにくい。

＜第四実施形態＞
本実施形態の蠕動型ポンプと、第一実施形態の蠕動型ポンプと、の相違点は、固定部材の材質が金属製である点である。また、それに伴い、アクチュエーターが絶縁膜を備えている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１６に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１６に示すように、固定部材５３ａは、金属製である。固定部材５３ａは、一対の側壁５３０ａ、５３１ａを備えている。側壁５３０ａと側壁５３１ａとは、移送チューブ９０を挟んで対向している。

側壁５３０ａの内面には、アクチュエーター２０ａが配置されている。アクチュエーター２０ａは、積層体２００ａと絶縁膜２０３ａとを備えている。絶縁膜２０３ａは、ＡＣＭ製である。絶縁膜２０３ａは、積層体２００ａと固定部材５３ａとの界面に、介装されている。

同様に、側壁５３１ａの内面には、アクチュエーター２１ａが配置されている。アクチュエーター２１ａは、積層体２１０ａと絶縁膜２１３ａとを備えている。絶縁膜２１３ａは、ＡＣＭ製である。絶縁膜２１３ａは、積層体２１０ａと固定部材５３ａとの界面に、介装されている。

本実施形態の蠕動型ポンプ１は、第一実施形態の蠕動型ポンプと、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、固定部材５３ａが金属製であるにもかかわらず、電極層２０１ａ同士、電極層２１１ａ同士、電極層２０１ａと電極層２１１ａとが、固定部材５３ａを介して、導通するおそれが小さい。

＜第五実施形態＞
本実施形態の蠕動型ポンプと、第一実施形態の蠕動型ポンプと、の相違点は、固定部材がＣ字状を呈している点である。また、一つのポンプユニットに、アクチュエーターが一つだけ配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１７に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１７に示すように、固定部材５４ａは、Ｃ字状を呈している。固定部材５４ａの内周面には、同じくＣ字状のアクチュエーター２２ａが配置されている。アクチュエーター２２ａは、積層体２２０ａである。積層体２２０ａは、四層の電極層２２１ａと、三層の誘電層２２２ａと、が交互に積層されて構成されている。積層体２２０ａ（具体的には最も径方向外側の電極層２２１ａ）は、固定部材５４ａの内周面に固定されている。

四層の電極層２２１ａのうち、径方向内側から数えて、一層目と三層目の合計二層の電極層２２１ａは電源Ａの一方の端子に、二層目と四層目の合計二層の電極層２２１ａは電源Ａの他方の端子に、それぞれ接続されている。

アクチュエーター２２ａは、移送チューブ９０の圧縮部分９０４ａに当接している。一方、移送チューブ９０の非圧縮部分９０５ａの径方向外側には、ポンプユニット４ａのＣ字開口が配置されている。

本実施形態の蠕動型ポンプ１は、第一実施形態の蠕動型ポンプと、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、固定部材５２ａがＣ字状を呈している。このため、積層体２２０ａおよび移送チューブ９０の弾性を利用して、Ｃ字開口から、移送チューブ９０をポンプユニット４ａに挿入しやすい。並びに、ポンプユニット４ａから移送チューブ９０が脱落しにくい。

また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、低電圧状態において、移送チューブ９０の圧縮部分９０４ａが径方向内側に圧縮され、非圧縮部分９０５ａが径方向外側に膨出する。このため、移送チューブ９０の圧縮量が大きくなる。

＜第六実施形態＞
本実施形態の蠕動型ポンプと、第一実施形態の蠕動型ポンプと、の相違点は、固定部材が一つだけ配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１８に、本実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図１８に示すように、アクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅは、所定間隔ずつ離間して、全て単一の固定部材５５に配置されている。

本実施形態の蠕動型ポンプ１は、第一実施形態の蠕動型ポンプと、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の蠕動型ポンプ１によると、固定部材５５が一つだけ配置されている。このため、蠕動型ポンプを複数のポンプユニットで構成する場合と比較して、蠕動型ポンプ１の部品点数が少なくなる。また、蠕動型ポンプを複数のポンプユニットで構成する場合と比較して、移送方向に並ぶアクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅの間隔が固定されている。このため、蠕動型ポンプ１の移送チューブ９０に対する装着が簡単である。

＜その他＞
以上、本発明の蠕動型ポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、上記実施形態においては、電源Ａから正弦波電圧を印加したが、矩形波電圧を印加してもよい。また、直流電圧を印加してもよい。この場合、高電圧状態と低電圧状態とを、スイッチをオン、オフすることにより、切り替えてもよい。

また、上記実施形態においては、電極層２０１ａ、２１１ａをＡＣＭエラストマーに導電カーボンを配合したものとしたが、バインダーとしてＮＢＲ（ニトリルゴム）、Ｈ−ＮＢＲ、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）などのエラストマーやゲルを、また導電剤として金属を、配合したものとしてもよい。

また、上記実施形態においては、誘電層２０２ａ、２１２ａをＨ−ＮＢＲ製としたが、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＮＲ（天然ゴム）、ＡＣＭ、シリコーン製としてもよい。

また、上記実施形態においては、絶縁膜２０３ａ、２１３ａをＡＣＭ製としたが、ＥＰＤＭ、ＮＲ、シリコーン、ＩＩＲ、Ｃｌ−ＩＩＲ（ハロゲン化ブチルゴム）、ＥＣＯ、ＳＢＲ製としてもよい。

また、上記実施形態においては、被移送流体をシリコンオイルＬとしたが、被移送流体の種類も特に限定しない。例えば、薬品、血液、ＥＲやＭＲなどの機能性流体であってもよい。また、被移送流体が、液体と、該液体中に分散する固形物と、を有していてもよい。蠕動型ポンプ１は、移送チューブ９０の圧縮量が大きいため、被移送流体が固形物を含む場合であっても、また固形物が移送チューブ９０の内径に対して比較的大きい場合であっても、簡単に移送することができる。

また、上記第一実施形態〜第四実施形態、第六実施形態においては、アクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅを、移送チューブ９０を中心に、周方向に略１８０°離間して、一対配置したが、略１２０°ごとに三つ、略９０°ごとに四つ、略６０°ごとに六つ配置してもよい。すなわち、アクチュエーター２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅの配置数は特に限定しない。

また、上記実施形態においては、誘電層２０２ａ、２１２ａの積層数を三層としたが、誘電層２０２ａ、２１２ａの積層数も特に限定しない。所望の変位量を確保できるように、適宜調整すればよい。

また、本発明の蠕動型ポンプは、医療用（例えば、人工血管、人工大腸、人工小腸、人工食道など）、食料品移送用、化学実験用（例えば、異なる液の入った一対のタンクを連結する二液反応用チューブなど）などに用いることができる。

以下、第一実施形態の蠕動型ポンプ１の周波数特性の測定実験について、図２、図３を参照しながら説明する。印加電圧の波形は、正弦波とした。印加電圧の周波数は、２Ｈｚ、４Ｈｚ、７Ｈｚ、１０Ｈｚ、１５Ｈｚとした。また、誘電層２０２ａ、２１２ａの積層数は、１０層とした。

図１９に、第一実施形態の蠕動型ポンプの周波数特性の測定グラフを示す。横軸は、印加電圧の周波数である。縦軸は、変位率（＝（低電圧状態のアクチュエーターの積層方向長さ−高電圧状態のアクチュエーターの積層方向長さ）／低電圧状態のアクチュエーターの積層方向長さ×１００）である。

測定の結果、周波数２Ｈｚの際の変位率は７．４７％であった。また、周波数４Ｈｚの際の変位率は６．０２％であった。また、周波数７Ｈｚの際の変位率は４．８３％であった。また、周波数１０Ｈｚの際の変位率は４．３９％であった。また、周波数１５Ｈｚの際の変位率は３．６０％であった。

測定結果から、周波数が低くなると、変位率が大きくなることが判った。つまり、移送チューブ９０の圧縮量が大きくなることが判った。また、周波数を１５Ｈｚ以下にすると、３％以上の変位率が確保できることが判った。また、周波数を１０Ｈｚ以下にすると、４％以上の変位率が確保できることが判った。また、周波数を５Ｈｚ以下にすると、５％以上の変位率が確保できることが判った。また、周波数を４Ｈｚ以下にすると、６％以上の変位率が確保できることが判った。また、周波数を２Ｈｚ以下にすると、７％以上の変位率が確保できることが判った。

第一実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 同蠕動型ポンプの低電圧状態における径方向断面図である。 移送第一段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第二段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第三段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第四段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第五段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第六段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第七段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第八段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第九段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 移送第十段階の同蠕動型ポンプの側面図である。 第二実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図である。 第三実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図である。 第四実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図である。 第五実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における径方向断面図である。 第六実施形態の蠕動型ポンプの高電圧状態における斜視図である。 第一実施形態の蠕動型ポンプの周波数特性の測定グラフである。

符号の説明

１：蠕動型ポンプ。
２０ａ〜２０ｅ：アクチュエーター、２１ａ〜２１ｅ：アクチュエーター、２２ａ：アクチュエーター、２００ａ：積層体、２０１ａ：電極層、２０２ａ：誘電層、２０３ａ：絶縁膜、２１０ａ：積層体、２１１ａ：電極層、２１２ａ：誘電層、２１３ａ：絶縁膜、２２０ａ：積層体、２２１ａ：電極層、２２２ａ：誘電層。
３ａ：固定部材、３０ａ：側壁、３１ａ：側壁、３２ａ：底壁。
４ａ〜４ｅ：ポンプユニット。
５０ａ：固定部材、５１ａ：固定部材、５２ａ：固定部材、５３ａ：固定部材、５４ａ：固定部材、５５：固定部材、５２０ａ：側壁、５２１ａ：側壁、５３０ａ：側壁、５３１ａ：側壁。
９０：移送チューブ、９００ａ：圧縮部分、９０１ａ：圧縮部分、９０２ａ：非圧縮部分、９０３ａ：非圧縮部分、９０４ａ：圧縮部分、９０５ａ：非圧縮部分。
Ａ：電源、Ｌ：シリコンオイル（被移送流体）。

Claims (5)

1. 一対の電極層と、一対の該電極層間に介在し一対の該電極層間に印加する電圧を変化させることにより伸縮可能な誘電体エラストマー製の誘電層と、を持つ積層体を有し、径方向に弾性変形可能な移送チューブの移送方向に沿って配置される複数のアクチュエーターと、
   該アクチュエーターが、該移送チューブの径方向外側に配置され、該移送チューブ外周面の周方向において部分的に当接するように、該アクチュエーターを径方向外側から固定する固定部材と、
   を備えてなり、
   低電圧状態においては、該誘電層の弾性復元力により該アクチュエーターが径方向内側に伸張し、該移送チューブを径方向外側から圧縮し、
   該低電圧状態と比較して該電圧が高い高電圧状態においては、一対の該電極層間の静電引力により該誘電層が径方向外側に収縮し、該移送チューブの弾性復元力により該移送チューブが径方向外側に伸張し、
   該移送方向に沿って配置される複数の該アクチュエーターに、所定の順番で該電圧を印加することにより、該移送チューブを蠕動させ、該移送チューブ内の被移送流体を、上流側から下流側に圧送することを特徴とする蠕動型ポンプ。
2. 前記アクチュエーターは、前記移送チューブを中心に、周方向に所定角度だけ離間して、複数配置されている請求項１に記載の蠕動型ポンプ。
3. 前記アクチュエーターは、前記移送チューブを中心に、周方向に略１８０°離間して、一対配置されている請求項２に記載の蠕動型ポンプ。
4. 前記電圧の周波数は、１００Ｈｚ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蠕動型ポンプ。
5. 前記積層体は、ｎ（ｎは２以上の自然数）層の前記電極層と、ｎ−１層の前記誘電層と、が交互に積層されて成る請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蠕動型ポンプ。

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