JP2009228425A - マイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】液体の逆流を抑制できるマイクロポンプを提供する。
【解決手段】マイクロポンプ１０は、チューブ５０が延在される円弧の中心と同じ回転中心を有して回転するカム２０と、チューブ５０とカム２０の間にカム２０の回転中心から放射状に配設され、カム２０の回転により押動されると共に、チューブ５０を液体の流入口部５２側から吐出口部５３側に向かって順次閉塞する複数のフィンガー４０〜４６と、チューブ５０及びフィンガー４０〜４６を保持するチューブ案内枠１５と、が備えられ、フィンガー４０〜４６のうち、少なくとも吐出口部５３に最も近い位置に配設されるフィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄの直径が、他のフィンガー４０〜４５のチューブ押圧部の直径よりも小さくすることで、液体流動方向のチューブ押圧量を他のフィンガーのチューブ押圧量よりも小さくして液体の逆流を抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数のフィンガーのうち、吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧量が、他のフィンガーのチューブ押圧量よりも小さいマイクロポンプに関する。

従来、弾性を有するチューブを流体の流入口側から吐出口部側に複数のフィンガーにて順次押圧して閉塞、開放により液体を輸送する蠕動駆動方式のマイクロポンプが知られている。このようなマイクロポンプでは、駆動時に流体を連続的に流動するために、複数のフィンガーのチューブ押圧部それぞれの互いの距離を小さくしておく必要があり、そのために、チューブ押圧部の押圧面積を大きくしている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３９９２０５８号公報

このような特許文献１によれば、複数のフィンガーのチューブ押圧部の形状（押圧面積）を全て同じにしている。このような構成では、吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーが、チューブを閉塞してからチューブを開放する状態に移行する際、流体が逆流することがある。このように逆流が存在すると、微量の薬液を体内に注入する場合や、微量の流体分析を行う場合には、この逆流を抑制し流体を安定して流動することが困難である。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るマイクロポンプは、弾性を有するチューブと、前記チューブが延在される円弧の中心と同じ回転中心を有して回転するカムと、前記チューブと前記カムの間に前記回転中心から放射状に配設され、前記カムの回転により押動されると共に、前記チューブを流体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞する複数のフィンガーと、前記チューブ及び前記複数のフィンガーを保持するチューブ案内枠と、が備えられ、前記複数のフィンガーのうち、少なくとも前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーの液体流動方向のチューブ押圧量が、他のフィンガーのチューブ押圧量よりも小さいことを特徴とする。

このような構成によれば、複数のフィンガーのうち、吐出口部側のフィンガーの液体流動方向のチューブ押圧量を他のフィンガーの押圧量よりも小さくすることで、フィンガーが、チューブを閉塞してからチューブが開放される状態に移行する際、チューブの流体流動部が閉塞状態から初期状態に復帰するときの容積拡張に伴う流体の逆流がチューブ押圧量に応じて極めて小さく抑制することができる。従って、微量の薬液を体内に注入する場合や、微量の流体分析を行う場合において、この逆流を抑制することで流体を安定して流動することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部の直径が、他のフィンガーのチューブ押圧部の直径よりも小さいことが好ましい。

このような構成によれば、吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧部の直径を他のフィンガーのチューブ押圧部の直径よりも小さくすることで、吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧量を小さくし、チューブの流体流動部が閉塞状態から初期状態に復帰するときの容積拡張に伴う流体の逆流を極めて小さく抑制することができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部の先端が滑らかな曲面で形成されていることが好ましい。

吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧部の直径を小さくすることで、チューブ押圧面積が小さくなり、チューブ押圧によるチューブの耐久性が劣化することが考えられる。しかし、チューブ押圧部の先端を滑らかな曲面にて形成することによって、チューブの耐久性を向上させることができる。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の両端部それぞれに設けられるカム当接部と、チューブ押圧部と、を有し、前記軸部または前記チューブ押圧部のどちらか一方に鍔状突起部が設けられ、前記鍔状突起部を収容し、且つ、前記複数のフィンガーの進退位置を規制する溝が、前記チューブ案内枠に設けられていることが望ましい。

このような構成によれば、フィンガーに設けられる鍔状突起部とチューブ案内枠に設けられる溝によってフィンガーの進退位置を規制することにより、チューブ案内枠からフィンガーが脱落することを防止することができる。また、フィンガーの進退位置を規制することで、カムとチューブとの相対位置を所定範囲で管理できるので組立性が向上する。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記複数のフィンガーが押動されるときに前記複数のフィンガーの押動方向の前記チューブの位置を規制するチューブ案内壁が前記チューブ案内枠に設けられ、前記チューブ案内壁には、前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部に対向する範囲の凹部が形成され、前記凹部の前記流入口部側の縁部と前記チューブ押圧部の前記流入口部側の一部とで前記チューブを閉塞するよう配設されていることが好ましい。

このような構成によれば、チューブ案内壁に凹部を設けない構造に比べ、吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧部によるチューブ押圧面積を小さくすることができるので、上述した吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧部の直径を小さくした場合と同様な効果が得られる。
また、チューブ案内壁に凹部を設けることで、複数のフィンガーの全てを同じ形状にしても上記効果が得られることから、構成を簡単にすることができる。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブの少なくとも前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーにより閉塞される範囲の内径を他の範囲の内径よりも小さくしていることが望ましい。

このように、吐出口部側のフィンガーにより閉塞される範囲の内径を他の範囲の内径よりも小さくしても、チューブ押圧量を小さくできるので、チューブの流体流動部が閉塞状態から初期状態に復帰するときの容積拡張に伴う流体の逆流を極めて小さく抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は実施形態１に係るマイクロポンプを示し、図８，９は実施形態２、図１０〜図１２は従来技術によるマイクロポンプを示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。また、流体を液体と記載している。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係るマイクロポンプの１形態の概略構成を示す斜視図である。図１において、マイクロポンプ１０は、チューブユニット１１と制御ユニット１２と、チューブユニット１１と制御ユニット１２とを結合する結合部材１３と、から構成されている。チューブユニット１１は、弾性を有するチューブ５０と、チューブ５０を押圧する複数のフィンガー（図示せず）と、チューブ５０と複数のフィンガーを保持する案内枠１４とから構成される。また、制御ユニット１２は、駆動源としてのモータと、カム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達機構と、モータの駆動制御をする制御回路部と（いずれも図示せず）と、から構成されている。

チューブユニット１１に装着されるチューブ５０は、液体を収容するリザーバ（図示せず）から液体を流入する流入口部５２と、吐出する吐出口部５３とを有し、それぞれがチューブユニット１１から突設されている。なお、リザーバをチューブユニット１１の内部に設け、チューブユニット１１の内部で流入口部５２と接続する構造としてもよい。チューブユニット１１と制御ユニット１２とは、積み重ねられて結合部材１３によって密接固定される。従って、マイクロポンプ１０は、チューブ５０の流入口部５２及び吐出口部５３以外の内部は防水性構造となっている。

図２は、本実施形態に係るマイクロポンプの構造を示す部分断面図である。図２において、マイクロポンプ１０は、制御ユニット１２の上面にチューブユニット１１を積層装着し、結合部材１３によって結合され一体化されている。従って、チューブユニット１１と制御ユニット１２とは、結合部材１３によって着脱可能な構成であって、図２は装着された状態を示している。

まず、制御ユニット１２の構成と作用について説明する。制御ユニット１２は、駆動源としてのモータ７０を備え、モータ７０の駆動（回転）をモータ伝え車７１、第１伝達車７２、第２伝達車７３、カム駆動車７４まで伝達する。本実施形態において、モータ伝え車７１、第１伝達車７２、第２伝達車７３、カム駆動車７４で構成される輪列が駆動力伝達機構である。

第１伝達車７２は伝達歯車７２ａとピニオン７２ｂとから構成され、第２伝達車７３は伝達歯車７３ａとピニオン７３ｂとから構成され、カム駆動車７４は伝達歯車７４ａと駆動軸７４ｂとから構成されている。また、駆動軸７４ｂの一方の先端部には支持軸部７４ｄ、他方の先端部にはカム駆動軸部７４ｃが設けられ、支持軸部７４ｄは第２機枠１８に挿入されており、カム駆動軸部７４ｃはチューブユニット１１側のカム軸７６に穿設されるカム駆動車嵌着穴７６ａに挿入されている。カム駆動軸部７４ｃ及びカム駆動車嵌着穴７６ａとは、本実施形態では、断面形状が正方形であり、挿入するときには遊嵌の関係にあり、嵌着された状態でカム駆動車７４の回転力をカム軸７６に伝達可能な寸法設定としている。なお、上記駆動力伝達機構の各要素は、第１機枠１７と第２機枠１８によって軸支されている。

カム駆動軸部７４ｃとカム駆動車嵌着穴７６ａとが嵌着結合されることにより、モータ７０からの駆動力が駆動力伝達機構を介してカム駆動車７４からカム軸７６に伝達され、カム２０が複数のフィンガーを介してチューブ５０を押圧する。

モータ７０には小型ステップモータを採用している。このモータ７０は、図示は省略するが、内部に４極ロータを有し、ロータに対向して二対のステータ及びコイルを有している。モータ７０は、植立されたモータ案内軸７０ｂ（実際には、離間した位置に２本存在する）をモータ保持枠７８に挿着した状態で、第１機枠１７に植立されたモータ固定軸２１３に挿着して第１機枠１７に取り付けられている。モータ固定軸２１３は複数設けられている。モータ７０は、接続端子８０に接続される。また、接続端子８０を介して図示しない制御回路部（図示せず）に接続される。

制御回路部は制御ユニット１２の内部に配設され、モータ７０の駆動制御を行う制御回路、メモリ、電源制御回路を含み回路基板上に装着されてブロック化されている。

また、第１機枠１７の上面（チューブユニット１１に対向する最上面）には、カム２０が配設されている。カム２０は、カム軸７６に軸止されており、カム軸７６を回転中心として回転する。なお、カム２０を含むカム軸７６は、軸上方をカム保持枠６５、軸下方を第１機枠１７によって軸支されている。カム保持枠６５は、固定螺子２２１によって第１機枠１７に固定されている。

また、制御ユニット１２は裏蓋１９によって封止されている。裏蓋１９は容器状の形状を有し、縁端部の固定部１９１が第１機枠１７の外周部に圧入されている。従って、制御ユニット１２は、モータ７０と駆動力伝達機構と制御回路部とカム２０とが、第１機枠１７と、第２機枠１８に保持された状態で一体にユニット化されて構成され、モータ７０の駆動力（回転力）が、伝達機構を介してカム２０まで伝達され、カム２０がカム軸７６を回転中心として回転する。

カム２０は、複数のフィンガー４０〜４６（図４を参照、図２ではフィンガー４４を例示している）がチューブ５０を閉塞または開放する範囲の凹凸を有する外周面を有する。さらに、チューブユニット１１を上方から制御ユニット１２に装着する際に、複数のフィンガーそれぞれのカム当接部（カム当接部４４ｂを図示）が凹凸を有する外周面（フィンガー押圧面２１ｃ及び円弧部２６を例示）に当接する位置まで案内するためのチューブユニット１１に対向する上面２０ａから外周面に連続するフィンガー案内面２８が設けられている。外周面は、カム２０回転平面に対して垂直に形成される。

フィンガー案内面２８は、直線上の斜面で形成しても、上方が凸となる曲面で形成してもよく、フィンガー案内面２８と外周面との接続部は滑らかに仕上げておくことがより好ましい。

また、カム保持枠６５には、カム２０が厚さ方向に傾くことを抑制するための傾き抑制突起部６５ａが形成されている。傾き抑制突起部６５ａは、本実施形態では断面形状が半球上のリングで形成されているが、点状の突起でもよく、カム２０の上面２０ａの範囲で外周に近い位置に設けられる。なお、傾き抑制突起部６５ａが点状の突起の場合は、少なくとも、カム軸７６に対して複数のフィンガーと対向する位置に設けられる。また、傾き抑制突起部６５ａは、カム２０の上面に設ける構造としてもよい。
なお、カム２０の平面形状は、後述する図４を参照して説明する。

次に、チューブユニット１１の構造について図２を参照して説明する。チューブユニット１１は、ほぼ中央部にカム２０とカム保持枠６５とを収容する空間を有し、カム２０の外周面によって押動される複数のフィンガー（図２ではフィンガー４４を例示している）と、複数のフィンガーによって押圧されるチューブ５０とが、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６によって構成される案内枠１４によって保持されている。

チューブ５０は、チューブ案内枠１５に設けられるチューブ案内溝１２１内にチューブ案内枠１５によって主たる部位が保持されると共に、第２案内枠１６によって挟着されている。チューブ案内溝１２１には、フィンガーの押動方向のチューブ５０の位置を規制するチューブ案内壁１２２が設けられている。

チューブ５０と複数のフィンガーとが、それぞれチューブ案内枠１５と第２案内枠１６に形成されたチューブ案内溝１２１、フィンガー案内溝１２６の内部に装着された状態で、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６とを溶着または固定螺子によって固定しチューブユニット１１として一体化される。

なお、複数のフィンガーのうち、フィンガー４０〜４５（図４、参照）は、同じ形状をしているので、ここではフィンガー４４を例示して説明する。フィンガー４４は、軸部４４ａと、軸部４４ａの両端部それぞれに半球形状のカム当接部４４ｂと鍔状突起部からなるチューブ押圧部４４ｃとが形成されている。フィンガー４４は、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６に設けられるフィンガー案内溝１２６内を摺動して軸方向に進退可能である。この際、チューブ押圧部４４ｃが、フィンガー案内溝１２６内をフィンガー位置規制壁１５ｂとチューブ５０の間で軸方向に進退し、フィンガー位置規制壁１５ｂによってカム２０方向の位置が規制される。従って、チューブ押圧部４４ｃはフィンガー４４のストッパ機能を有する。

チューブ押圧部４４ｃは、カム２０の回転によるチューブ５０の押圧から開放されると、チューブ５０の弾性力によりカム２０に近づく方向に移動される。この際、カム当接部４４ｂは、カム２０の円弧部２６に近接する位置まで移動する（カム当接部４４ｂ'として図示）。このように、鍔形状のチューブ押圧部４４ｃを設けることで、チューブユニット１１が単体のときに、フィンガー４４が案内枠１４（チューブ案内枠１５）から脱落することを防止している。

次に、チューブユニット１１と制御ユニット１２との結合構造、結合方法について図２を参照して説明する。まず、図２に示すように、上方からチューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する。この際、チューブユニット１１は、制御ユニット１２に設けられている位置決め部材としての案内軸９７に第２案内枠１６に設けられている案内孔１６ａに合わせてセットされる。

案内軸９７は、先端が半球形状を有する軸部材であって、第１機枠１７に軸止されている。そして、案内部９７ａと案内孔１６ａとで位置規制される。この際、カム２０の回転中心と、チューブ案内壁１２２の円弧の中心と、が一致する。
次に、複数のフィンガーとカム２０との係合について説明する。

チューブユニット１１が単体のときには、フィンガー４４自身はチューブ５０の弾性力によりカム２０に近づく方向に移動しており、カム当接部４４ｂがカム２０のフィンガー案内面２８に乗り上げる位置にある。

ここで、チューブユニット１１を制御ユニット１２側にさらに押し下げると、カム当接部４４ｂがフィンガー案内面２８に倣って摺動し、フィンガー案内面２８の斜面効果により、フィンガー４４はチューブ５０側に移動する。そして、フィンガー４４がカム２０の外周面であるフィンガー押圧面２１ｃに達した（２点鎖線で図示する位置）ときに、チューブユニット１１は制御ユニット１２に対して所定の位置に装着される。

なお、この際、チューブユニット１１と制御ユニット１２とは、図２に示すように、案内部９７ａと案内孔１６ａとでカム２０の回転中心と、チューブ案内壁１２２の円弧の中心と、が一致するように装着される。

ここで、フィンガー４４がフィンガー案内面２８に乗り上げているときには、フィンガー４４により、カム２０に対して厚さ方向に傾けられるような押力が働く。しかし、カム保持枠６５に設けられる傾き抑制突起部６５ａにより、傾きを最小限に抑制することができ、フィンガー案内面２８の斜面効果を有効に働かせる。

上述したような作用では、カム当接部４４ｂとフィンガー案内面２８の間は摩擦は最小限に留めることが求められる。従って、フィンガー４４のカム当接部４４ｂは滑らかに仕上げられており、本実施形態では半球形状としている。摩擦を小さくするためには、少なくともカム当接部をカム２０に対して摩擦係数の小さい材料でコーティングするか、フィンガー自身を摩擦係数が小さい材料で形成する構成を選択することができる。

また、チューブユニット１１を制御ユニットに装着する前の単体のときには、フィンガーは、チューブ５０を押圧しないか、寸法ばらつきによってチューブを押圧する場合がある。この際、チューブ５０を押圧し続けることによるチューブの劣化をさせない程度の押圧量となるように、フィンガーの総長さや、チューブ押圧部の軸方向位置が設定される。

なお、本実施形態では、図４に示すように複数のフィンガー４０〜４６のうち、吐出口部５３に最も近い位置に配設されるフィンガー４６が、他のフィンガー４１〜４５の形状と異なっている。そこで、フィンガー４６について説明する。
図３は、本実施形態に係るフィンガー４６について示す部分断面図である。図３において、フィンガー４６は、棒状の軸部４６ａと、軸部４６ａの一方の端部に設けられるカム当接部４６ｂと、他方の端部に設けられるチューブ押圧部４６ｄとから構成されている。

カム当接部４６ｂの形状は、前述したフィンガー４１〜４５（フィンガー４４を例示して説明した）と同じであり、チューブ押圧部４６ｄの先端は円弧状に滑らかに丸められ、フィンガー４６の長さはフィンガー４１〜４５の長さと同じとし、軸部４６ａの途中には鍔状突起部４６ｅが設けられている。

また、チューブ案内枠１５には、ストッパ溝３０が形成され、フィンガー４６の鍔状突起部４６ｅが収容されている。フィンガー４６は、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６との間で保持されつつ、鍔状突起部４６ｅとストッパ溝３０とで進退位置が規制されている。

そして、カム２０側では、鍔状突起部４６ｅとストッパ溝３０のストッパ壁３０ｂとが当接する位置において、カム当接部４６ｂがカム２０のフィンガー案内面２８上に乗り上げる位置に規制される。また、チューブ５０側では、チューブ押圧部４６ｄがチューブ５０を閉塞する位置までカム２０によって押動するに足りる位置になるようにストッパ壁３０ａの位置が設定される。

このような構成としても、フィンガー４１〜４５と同様に、チューブユニット１１が単体のときに、案内枠１４（チューブ案内枠１５）からフィンガー４６が脱落することを防止することができ、フィンガー案内面２８にフィンガー４０〜４６のカム当接部を摺動し、確実に所定の位置にフィンガー４６を移動させることができる。

フィンガー４０〜４６は、フィンガー案内溝１２６に沿って進退可能であり、カム２０によって外側方向に押動され、チューブ５０を押圧して液体流動部５１を閉塞する。フィンガー４０〜４６の断面方向の中心位置は、チューブ５０の中心とほぼ一致している。

続いて、本実施形態による液体の輸送に係る作用について説明する。
図４は本実施形態に係るマイクロポンプの平面説明図である。図４において、カム２０は、モータ７０から駆動伝達機構を介して回転される（図示、矢印Ｒ方向）。カム２０のフィンガー押圧面２１ｄでフィンガー４４を押圧し、フィンガー４５はフィンガー押圧面２１ｄとフィンガー押圧斜面２２ａとの接合部に当接しており、フィンガー４４，４５とがチューブ５０を閉塞している。また、フィンガー４６はフィンガー押圧斜面２２ａ上でチューブ５０を押圧しているが、フィンガー４６による液体流動方向のチューブ押圧量ははフィンガー４４のチューブ押圧量より小さく、チューブ５０を完全には閉塞していない。

フィンガー４１〜４３は、カム２０の円弧部２６の範囲にあり、押圧しない初期位置にある。また、フィンガー４０はカム２０のフィンガー押圧斜面２２ｄに当接しているが、この位置では、まだチューブ５０を閉塞していない。

この位置から、さらにカム２０を矢印Ｒ方向に回転すると、カム２０のフィンガー押圧面２１ｄによって、フィンガー４５，４６の順で押動してチューブ５０を閉塞していく。フィンガー４４はフィンガー押圧面２１ｄから解除され、チューブ５０は開放される。チューブ５０のフィンガーから閉塞が開放される位置または、まだ閉塞されていない位置には液体流動部５１に液体が流入している。

カム２０をさらに矢印Ｒ方向に回転した状態を図５、図６を参照して説明する。
図５，６は実施形態１に係るマイクロポンプの作用を示す平面説明図である。図５に示すように、カム２０を図４の状態からさらに回転すると、フィンガー押圧斜面２２ｄが、フィンガー４０，４１，４２，４３の順に順次押動していき、フィンガー押圧面２１ｃがフィンガー４０に達したときにチューブ５０を閉塞する。この時点では、フィンガー４６はフィンガー押圧面２１ｄにより押動され、チューブ５０を閉塞した状態となる。このようにフィンガー４０〜４６の蠕動運動によるマイクロポンプの構造は蠕動駆動方式と呼ばれる。

チューブ５０がフィンガー４６によって閉塞されている状態で、流入口部５２に近いフィンガー４０もフィンガー押圧面２１ｃに乗り上げてチューブ５０を閉塞するため、フィンガー４０とフィンガー４６の間の液体流動部５１ａでは、液体が封止されている。

カム２０を図５に示す状態からさらに矢印Ｒ方向に回転した状態を図６に示す。図６に示すように、カム２０をさらに回転すると、フィンガー４６は、フィンガー押圧面２１ｄとの係合が解除され、チューブ５０の弾性力によってカム２０の方向に戻され、チューブ５０の閉塞が解除される。閉塞が解除されたチューブ５０は初期状態に復帰する。この際、フィンガー４６によって変形させられたフィンガー４６に対する流動方向前後の変形部分範囲（図５に示す変形範囲Ｖ１）と開放されたチューブ５０（液体流動部５１の直径）の容積の差分だけ液体が逆流する。

次に、本実施形態によるマイクロポンプの液体吐出量の変化について説明する。
図７は、駆動時間と累積吐出量との関係を模式的に表す説明図である。図４も参照する。図７において、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｄとの係合が外れ、液体の逆流終了から、カム２０の回転により、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｃに乗り上げる位置に達するまでの時間をｔ１、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｄに押動されている時間をｔ２、フィンガー押圧面２１ｄとの係合が外れて液体が逆流する時間をｔ３（つまり、チューブ５０が元の形状に復帰する時間）、再びフィンガー４６によるチューブ閉塞を解除してから閉塞するまでの時間ｔ４として表している（従って、時間ｔ４＝時間ｔ１）。

図７に示すように、時間ｔ１の間に液体は連続して吐出されほぼ直線的に吐出量が増加し、フィンガー押圧面２１ｄに達した段階でチューブ５０を閉塞しているので吐出量は増加しない。そして、閉塞を解除したところで液体の逆流により吐出量が時間ｔ３の間に減少し、再び、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｃに達する時間ｔ４において液体を吐出する。
このような動作を繰り返すことにより、液体を流入口部５２側から吐出口部５３側に向けて流動し、吐出口部５３から液体を吐出する。
（従来技術）

続いて、本実施形態と前述した特許文献１による構成との違いについて説明する。
まず、従来技術について図面を参照して説明する。
図１０、図１１は従来技術によるマイクロポンプの作用を示す部分平面図であり、それぞれ前述した図５、図６に対応した状態を表している。なお、特許文献１では、第１カムと第２カムとで機能的に一つのカムを構成しているが、本実施形態と同様にカム２０を採用した構成を図示して説明する。図１０，１１において、フィンガー４０〜４６の全てが図２において例示するフィンガー４４と同じ形状をし、カム２０及びチューブ５０に対するレイアウトは図４と同じである。

図１０は、フィンガー４６がカム２０のフィンガー押圧面２１ｄで押動されてチューブ５０を閉塞した状態を表している。この際、チューブ５０は閉塞されることに伴い、チューブ５０のフィンガー４６を中心に液体の流動方向の前後のチューブ５０がつぶされる。このチューブ５０がつぶされて変形している範囲をＶ２で表す。本実施形態（図５、参照）において吐出口部５３側のフィンガー４６でチューブ５０を閉塞したときの変形範囲Ｖ１に比べ変形範囲Ｖ２が大きくなっている。

また、フィンガー４６以外のフィンガーのうち、流入口部５２に近いフィンガー４０もフィンガー押圧面２１ｃに乗り上げていることからチューブ５０を閉塞している。従って、フィンガー４０とフィンガー４６の間の液体流動部５１ａでは、液体が封止されている。

カム２０を図１０に示す状態からさらに矢印Ｒ方向に回転した状態を図１１に示す。図１１に示すように、カム２０をさらに回転すると、フィンガー４６は、フィンガー押圧面２１ｄとの係合が解除され、チューブ５０の弾性力によってカム２０の方向に戻され、チューブ５０の閉塞が解除される。閉塞が解除されたチューブ５０は初期状態に復帰する。この際、吐出口部５３側のフィンガー４６に対する流動方向前後の変形部分範囲（図１０に示す変形範囲Ｖ２）と開放されたチューブ５０（液体流動部５１の直径）の容積の差分だけ液体が逆流する。
図５に示す変形範囲Ｖ１のチューブ５０の形状（液体流動部５１の直径）が元に復帰する分だけ液体が逆流する。

次に、従来技術によるマイクロポンプの液体吐出量の変化について説明する。
図１２は、駆動時間と累積吐出量との関係を模式的に表す説明図である。図１０，１１も参照する。図１２において、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｄとの係合が外れ、液体の逆流終了から、カム２０の回転により、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｃに乗り上げる位置に達するまでの時間ｔ１、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｄに押動されている時間をｔ２、フィンガー押圧面２１ｄとの係合が外れて液体が逆流する時間をｔ３（つまり、チューブ５０が元の形状に復帰する時間）、再びフィンガー４６によるチューブ閉塞を解除してから閉塞するまでの時間をｔ４と表している（従って、時間ｔ４＝時間ｔ１）。

図１２に示すように、時間ｔ１の間に液体は連続して吐出されほぼ直線的に吐出量が増加し、フィンガー押圧面２１ｄに達した段階でチューブ５０を閉塞しているので吐出量は増加しない。そして、閉塞を解除したところで液体の逆流により吐出量が時間ｔ３の間に減少し、再び、フィンガー４６がフィンガー押圧面２１ｃに達する時間ｔ４において液体を吐出する。

本実施形態（図７、参照）と従来技術（図１２、参照）を比較すると、フィンガー４６がチューブ５０の閉塞を解除し液体が逆流する時間ｔ３において、逆流量は本実施形態の方が極めて少なくなっている。

従って、本実施形態の構成によれば、複数のフィンガーのうち、吐出口部５３側のフィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄの直径を他のフィンガー４０〜４５のチューブ押圧部の直径よりも小さくすることで、フィンガー４６による液体流動方向のチューブ押圧量を小さくし、チューブ５０の液体流動部５１が閉塞状態から初期状態に復帰するときの容積拡張に伴う液体の逆流を極めて小さく抑制することができる。このことにより、微量の薬液を体内に注入する場合や、微量の液体分析を行う場合には、液体を安定して流動することができる。

また、吐出口部５３側のフィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄの直径を小さくすることで、チューブ押圧面積が小さくなり、チューブ押圧によるチューブ５０の耐久性が劣化することが考えられるが、チューブ押圧部４６ｄの先端を滑らかな曲面にて形成することによって、チューブ５０の耐久性を向上させることができる。

さらに、フィンガー４０〜４５に設けられる鍔状突起部（チューブ押圧部４４ｃを例示）とチューブ案内枠１５に設けられるチューブ案内溝１２１によってフィンガー４０〜４５の進退位置を規制し、フィンガー４６に設けられる鍔状突起部４６ｅとストッパ溝３０によってフィンガー４６の進退を規制している。従って、チューブ案内枠１５からフィンガー４０〜４６が脱落することを防止することができる。また、フィンガー４０〜４６の進退位置を規制することで、カム２０及びチューブ５０との相対位置を所定範囲で管理できるのでチューブユニット１１と制御ユニット１２の組立性が向上する。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係るマイクロポンプについて図面を参照して説明する。実施形態２は、前述した実施形態１に対して吐出口部側のフィンガーのチューブ押圧量を小さくするための構造が異なる。従って、相違個所を中心に説明する。
図８，９は、実施形態２に係るマイクロポンプの作用について示す平面説明図であり、それぞれ前述した図５、図６に対応した状態を表している。図８，９において、フィンガー４０〜４６の全てが図２において例示されるフィンガー４４と同じ形状をし、カム２０及びチューブ５０に対するレイアウトは図４と同様である。

また、チューブ案内壁１２２には、フィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄに対向する範囲の凹部１２３が形成されている。凹部１２３は、フィンガー４６に対して吐出口部５３側に広く、流入口部５２側は、凹部１２３の流入口側の縁部とフィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄの流入口側の一部とがチューブ５０を閉塞するような位置関係に形成されている。このときのチューブ押圧部４６ｄの軸方向の延長線と凹部１２３の流入口側の縁部との交差幅をＤで表す。つまり、交差幅Ｄが液体流動方向のチューブ押圧量を表し、且つ、チューブ閉塞範囲を表している。

図８は、吐出口部５３側のフィンガー４６がカム２０のフィンガー押圧面２１ｄで押動されてチューブ５０を閉塞した状態を表している。この際、チューブ５０は閉塞されることに伴い、チューブ５０のフィンガー４６を中心に液体の流動方向の前後のチューブ５０がつぶされる。このチューブ５０がつぶされて変形している範囲をＶ３で表す。本実施形態においてフィンガー４６でチューブ５０を閉塞したときの変形範囲Ｖ３は、従来技術の変形範囲Ｖ２に比べて小さく、実施形態１の変形範囲Ｖ１とほぼ同じである。

従って、駆動時間と累積吐出量との関係は、実施形態１（図７、参照）と同様に表すことができる。このような構成においてもチューブ押圧部４６ｄによるチューブ押圧面積を小さくすることができるので、前述した実施形態１によるチューブ押圧部４６ｄの直径を小さくした場合と同様な効果が得られる。
また、チューブ案内壁１２２に凹部１２３を設けることで、フィンガー４０〜４６の全てを同じ形状にしても上記効果が得られることから、構成を簡単にすることができる。
（実施形態３）

前述した実施形態１、実施形態２において説明したように、吐出口部５３側のフィンガー４６のチューブ押圧部４６ｄによる液体流動方向のチューブ押圧量を他のフィンガー４０〜４５に対して小さくすることで、液体の逆流を抑制することができるが、チューブ押圧量を小さくする構成としては、他の構成を適用することが可能である。例えば、図５を参照して説明すると、チューブ５０の少なくともフィンガー４６により閉塞される範囲の内径（液体流動部５１の直径）を他の範囲の内径よりも小さくする構造とすることができる。

この際、チューブ５０の内径を減縮する範囲は、吐出口部５３側のフィンガー４６により押圧され、チューブ５０が閉塞及び変形される部分に限定しても、押圧する位置から吐出口部５３に至る範囲としてもよい。

なお、フィンガー４６の長さは、チューブ５０の内径を小さくした分だけ、他のフィンガー４０〜４５の長さよりも短くしておく。具体的には、吐出口部５３側のフィンガー４６で押圧される部分のチューブ内径をｄ１、フィンガー４０〜４５で押圧される部分のチューブ内径をｄ２としたとき、フィンガー４６の長さは（ｄ２−ｄ１）だけ短くする。こうすることで、フィンガー４０〜４５と同様な適切な押圧ストロークとすることができる。

このような構成においては、従来技術の構成と組み合わせても効果があるが、前述した実施形態１または実施形態２の構成を組み合わせた構成とすることによりチューブ５０が閉塞状態から初期状態に復帰するときの容積拡張に伴う流体の逆流をさらに抑制することができる。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
また、前述した実施形態１〜実施形態３によるマイクロポンプ１０は、小型化が可能で、微量流量を安定して連続的に流動することができるため、生体内または生体外に装着し、新薬の開発等の医療用、微量な液体の分析装置への液体供給に好適である。さらに、様々な機械装置において、装置内、または装置外に搭載し、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク、気体等の流体の輸送に利用することができる。また、マイクロポンプ単独で、流体の流動、供給に利用することができる。

実施形態１に係るマイクロポンプの１形態の概略構成を示す斜視図。 実施形態１に係るマイクロポンプの構造を示す部分断面図。 実施形態１に係るフィンガー４６について示す部分断面図。 実施形態１に係るマイクロポンプの平面説明図。 実施形態１に係るマイクロポンプの作用を示す平面説明図。 実施形態１に係るマイクロポンプの作用を示す平面説明図。 実施形態１に係るマイクロポンプ駆動時間と累積吐出量との関係を模式的に表す説明図。 実施形態２に係るマイクロポンプの作用を示す平面説明図。 実施形態２に係るマイクロポンプの作用を示す平面説明図。 従来技術に係るマイクロポンプの作用を示す平面平面図。 従来技術に係るマイクロポンプの作用を示す平面平面図。 従来技術に係るマイクロポンプ駆動時間と累積吐出量との関係を模式的に表す説明図。

符号の説明

１０…マイクロポンプ、１５…チューブ案内枠、２０…カム、４０〜４６…フィンガー、４６ｄ…チューブ押圧部、５０…チューブ、５２…流入口部、５３…吐出口部。

Claims (6)

1. 弾性を有するチューブと、
   前記チューブが延在される円弧の中心と同じ回転中心を有して回転するカムと、
   前記チューブと前記カムの間に前記回転中心から放射状に配設され、前記カムの回転により押動されると共に、前記チューブを流体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞する複数のフィンガーと、
   前記チューブ及び前記複数のフィンガーを保持するチューブ案内枠と、が備えられ、
   前記複数のフィンガーのうち、少なくとも前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーの液体流動方向のチューブ押圧量が、他のフィンガーのチューブ押圧量よりも小さいことを特徴とするマイクロポンプ。
2. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部の直径が、他のフィンガーのチューブ押圧部の直径よりも小さいことを特徴とするマイクロポンプ。
3. 請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部の先端が滑らかな曲面で形成されていることを特徴とするマイクロポンプ。
4. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の両端部それぞれに設けられるカム当接部と、チューブ押圧部と、を有し、前記軸部または前記チューブ押圧部のどちらか一方に鍔状突起部が設けられ、
   前記鍔状突起部を収容し、且つ、前記複数のフィンガーの進退位置を規制する溝が、前記チューブ案内枠に設けられていることを特徴とするマイクロポンプ。
5. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記複数のフィンガーが押動されるときに前記複数のフィンガーの押動方向の前記チューブの位置を規制するチューブ案内壁が前記チューブ案内枠に設けられ、
   前記チューブ案内壁には、前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーのチューブ押圧部に対向する範囲の凹部が形成され、
   前記凹部の流入口部側の縁部と前記チューブ押圧部の流入口部側の一部とで前記チューブを閉塞するよう配設されていることを特徴とするマイクロポンプ。
6. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記チューブの少なくとも前記吐出口部に最も近い位置に配設されるフィンガーにより閉塞される範囲の内径を他の範囲の内径よりも小さくしていることを特徴とするマイクロポンプ。

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