JP2011214540A - マイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合においても、適切にチューブ内の液
体を輸送すること。
【解決手段】液体を流動させるチューブと、回転する回転板の平面にカム溝が形成された
平面溝カムと、前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンと、前記チューブと
前記カムとの間で摺動可能に保持される複数のフィンガーであって、前記複数のガイドピ
ンに取り付けられた複数のフィンガーと、前記複数のフィンガーが接触する側と対向する
側から前記チューブを保持するチューブ案内枠と、を備え、前記回転板が回転することに
より、前記複数のフィンガーが、前記チューブを、前記液体の流入口部から吐出口部に向
かって順次閉塞し、前記チューブ内の液体を流動させる、マイクロポンプ。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロポンプに関する。

カムの外周に複数のフィンガーを配置し、これらフィンガーの先端がチューブを順次閉
塞することによって、チューブ内の液体を輸送する装置が開示されている（特許文献１）
。

特表２００１−５１５５５７号公報

しかしながら、特許文献１の構成である場合には、チューブに元の形状に戻ろうとする
強い弾力性か、及び、チューブを元の形状に戻すだけの液体による強い内圧を必要とする
。すなわち、弾力性及び内圧が弱い場合には、フィンガーをカムの内側に移動させること
ができず適切に液体を輸送することができない。よって、このように、元の形状に戻りに
くいチューブを用いた場合においても、適切に液体を輸送できることが望ましい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、元の形状に戻りにくいチュー
ブを用いた場合においても、適切にチューブ内の液体を輸送することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、
液体を流動させるチューブと、
回転する回転板の平面にカム溝が形成された平面溝カムと、
前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンと、
前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数のフィンガーであって、前
記複数のガイドピンに取り付けられた複数のフィンガーと、
前記複数のフィンガーが接触する側と対向する側から前記チューブを保持するチューブ
案内枠と、
を備え、
前記回転板が回転することにより、前記複数のフィンガーが、前記チューブを、前記液
体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞し、前記チューブ内の液体を流動させる、
マイクロポンプである。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

第１実施形態におけるマイクロポンプの概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係るマイクロポンプのチューブユニット１１の平面図である。 第１実施形態におけるチューブユニット１１の部分断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 平面溝カム２０の回転後におけるチューブユニット１１の平面図である。 第２実施形態におけるチューブユニットの平面図である。 第２実施形態におけるチューブユニットの部分断面図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

液体を流動させるチューブと、
回転する回転板の平面にカム溝が形成された平面溝カムと、
前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンと、
前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数のフィンガーであって、前
記複数のガイドピンに取り付けられた複数のフィンガーと、
前記複数のフィンガーが接触する側と対向する側から前記チューブを保持するチューブ
案内枠と、
を備え、
前記回転板が回転することにより、前記複数のフィンガーが、前記チューブを、前記液
体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞し、前記チューブ内の液体を流動させる、
マイクロポンプ。
このようにすることで、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合においても、適切
にチューブ内の液体を輸送することができる。

かかるマイクロポンプであって、前記フィンガーの先端が前記チューブとの接触面で接
着され、前記チューブと前記チューブ案内枠は前記複数のフィンガーが接触する側と対向
する側において接着されることが望ましい。また、前記フィンガーを該フィンガーの長手
方向中心軸回りに回転させない機構を有することが望ましい。また、前記フィンガーの断
面形状が矩形であることが望ましい。
このようにすることで、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合においても、適切
にチューブ内の液体を輸送することができる。

液体を流動させるチューブと、
回転する回転板の第１面と該第１面の反対面の第２面にカム溝が形成された平面溝カム
と、
前記第１面のカム溝に摺動可能に配置される複数の第１のガイドピンと、
前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数の第１のフィンガーであっ
て、前記複数の第１のガイドピンに取り付けられた複数の第１のフィンガーと、
前記第２面のカム溝に摺動可能に配置される複数の第２のガイドピンと、
前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数の第２のフィンガーであっ
て、前記複数の第２のガイドピンに取り付けられた複数の第２のフィンガーと、
を備え、
前記回転板が回転することにより、前記複数の第１のフィンガー及び前記複数の第２の
フィンガーが、前記チューブを前記液体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞し、
前記チューブ内の液体を流動させる、マイクロポンプ。
このようにすることで、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合においても、適切
にチューブ内の液体を輸送することができる。

かかるマイクロポンプであって、前記複数の第２のフィンガーの形状は鉤形状であるこ
とが望ましい。また、前記複数の第１のフィンガーが前記チューブを前記回転板の外周側
に摺動するときに、前記複数の第２のフィンガーが前記チューブを前記回転板の中心側に
摺動するように、前記第１面のカム溝と前記第２面のカム溝が形成されることが望ましい
。また、前記複数の第１のフィンガーと前記複数の第２のフィンガーは、それぞれの前記
チューブとの接触面で前記チューブに接着されることが望ましい。
このようにすることで、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合においても、適切
にチューブ内の液体を輸送することができる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態におけるマイクロポンプ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、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
のモーターと、カム軸に駆動力を伝達する駆動力伝達機構と、モーターの駆動制御をする
制御回路部と（いずれも図示せず）と、から構成されている。本実施形態におけるチュー
ブ５０は、後述するフィンガーにより変形が可能であれば弾性体でなくてもよい。例えば
、ビニール素材のようなもので形成されたチューブであってもよい。

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ー（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、リザーバー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、第１実施形態に係るマイクロポンプのチューブユニット１１の平面図である。
図３は、第１実施形態におけるチューブユニット１１の部分断面図である。図４は、図３
におけるＢ−Ｂ断面図である。

チューブユニット１１は、ほぼ中央部に平面溝カム２０とカム保持枠６５とを収容する
空間を有する。また、チューブユニット１１は、平面溝カム２０と、複数のフィンガー４
１〜４８（図３では、フィンガー４４を例示）と、複数のガイドピン３１〜３８（図４で
は、ガイドピン３４を例示）とを有する。また、チューブユニット１１は、チューブ５０
の一部を含む。平面溝カム２０の一部と、平面溝カム２０によって揺動される複数のフィ
ンガー（図３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。

平面溝カム２０を含むカム軸７６は、軸上方をカム保持枠６５、軸下方を機枠１７によ
って軸支されている。カム保持枠６５は、機枠１７に固定されている。カム軸７６は、不
図示のモーターを含む駆動機構７０によって後述する方向（上部からみて反時計回り）に
回転させられる。

チューブ５０は、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６とで設けられるチューブ案内溝
５１内に保持される。チューブ案内溝５１には、フィンガーの揺動方向のチューブ５０の
位置を規制するチューブ案内壁５２が設けられている。

チューブ案内壁５２には、チューブ５０が接着される。その一方で、チューブ変形領域
５８には、チューブ案内溝５１の内側において、チューブ案内壁５２が設けられておらず
、チューブ５０は自由に変形可能となっている。

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５１、フィンガー案内溝５６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。

平面溝カム２０には、カム溝２１が形成されている。図２には、仮想内円２５ａと仮想
外円２５ｂが示されている。これらの円の軸は平面溝カム２０の回転軸と一致している。
仮想内円２５ａは、カム溝２１の平面溝カム２０の中心に最も近い部分が接する円である
。仮想外円２５ｂは、カム溝２１の平面溝カム２０の中心に最も遠い部分が接する円であ
る。本説明において、平面溝カム２０の中心に近いときに「低い」と表現し、平面溝カム
２０の中心に遠いときに「高い」と表現することがある。例えば、仮想外円２５ｂは、仮
想内円２５ａに対して高いということになる。

カム溝２１の形状は、時計回りに見ると、低い仮想内円２５ａに接する高さから始まり
、徐々に仮想外円２５ｂに向かうように高さが高くなっていく。そして、仮想外円２５ｂ
に接すると、その高さは、急激に仮想内円２５ａに接する位置にまで低くされる。このよ
うに、仮想内円２５ａの高さから仮想外円２５ｂの高さにまで徐々に高くなり、その後、
急に低くなるという構成が４回繰り返すように、カム溝２１は平面溝カム２０に形成され
ている。

尚、カム溝２１には、後述する突起部３４ａが掛かるためのせり出し部２２が設けられ
ている。このようにすることによって、フィンガー４４は、カム溝２１から外れにくい構
造となっている。

次に、フィンガーについて説明する。複数のフィンガー４１〜４８（図２）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、本
体部４４ａと、この本体部４４ａの先端であってチューブ５０と接着される先端部４４ｂ
を有する。

フィンガー４４には、ガイドピン３４が一体的に形成される。ガイドピン３４は、平面
溝カム２０の面に関して垂直方向を軸として回転可能なピンである。そして、ガイドピン
３４には、カム溝２１から外れないようにするための突起部３４ａが設けられている。

また、図４に示されるように、フィンガー４４の断面形状は矩形形状となっている。ま
た、チューブ案内枠１５と第２案内枠１６のフィンガー案内壁５７によって構成されるフ
ィンガー案内溝５６の断面形状も同様に矩形形状となっている。このような構造となって
いるので、フィンガー４４は、その軸心回りに回転しない。このため、ガイドピン３４は
、カム溝２１から外れないようになっている。フィンガー４４は、フィンガー案内溝５６
内を摺動して軸方向に進退可能である。

このような構造となっているので、平面溝カム２０が回転すると、フィンガー４４は、
カム溝２１の形状に合わせて揺動する。また、先端部４４ｂがチューブ５０の接触部にお
いて接着されている。よって、仮に、チューブ５０が弾性力を有さないチューブであった
としても、揺動するフィンガー４４にあわせてチューブ５０は、押しつぶされたり、拡げ
られたりする。すなわち、元の形状に戻りにくいチューブ５０（弾性力に欠けるチューブ
）を用いた場合であっても、適切にチューブ５０内の液体を輸送することができる。

図５は、平面溝カム２０の回転後におけるチューブユニット１１の平面図である。ここ
では、図５と前述の図２を参照しつつ、上述のチューブユニット１１を用いた液体の輸送
について説明する。

図２において、平面溝カム２０は、モーターを含む駆動機構７０を介して回転される（
図示、矢印Ｌ方向）。回転する平面溝カム２０のカム溝２１に沿ってフィンガー４４が移
動する。そうすると、フィンガー４４は、フィンガー案内溝５６に沿って摺動する。

フィンガー４１からフィンガー４７のガイドピン３１〜３７の位置は、平面溝カム２０
において時計回りに徐々に高い位置となっている。フィンガーの長さは全て同じ長さであ
るから、フィンガー４１〜４７の先端部４１ｂ〜４８ｂの位置も平面溝カム２０の中心か
ら徐々に高い位置となる。つまり、フィンガー４１からフィンガー４７につれて、チュー
ブ５０をより押しつぶしている。具体的には、フィンガー４６、４７は、チューブ５０を
ほぼ完全に押しつぶし、閉塞させている。一方、フィンガー４１は、まだチューブ５０を
押しつぶし始めたところであり、閉塞を開始させたばかりである。

一方、フィンガー４８のガイドピン３８は、カム溝２１において最も低い位置にある。
フィンガー４８の先端部４８ｂも、チューブ５０に接着されているので、フィンガー４８
のガイドピン３８がカム溝２１の最も低い位置に落ち込んだ場合には、チューブ５０を拡
げるように作用する。よって、フィンガー４８の先端部４８ｂにおいて、チューブ５０は
その断面が最も拡大された状態となる。

この位置から、さらに平面溝カム２０を矢印Ｌ方向に回転すると（図５）、カム溝２１
によって、各フィンガーの位置の高さが変化させられる。これにより、フィンガー４４、
４５は、チューブ５０を押しつぶし、閉塞するようになる。一方、図２においてチューブ
５０を閉塞していたフィンガー４６、４７は、チューブ５０の流路を拡大するようになる
。そして、流路が拡大された位置には、液体が流入することになる。

このように、フィンガー４１からフィンガー４８は、フィンガー４１、４２、４３、４
４の順に順次押動していき、チューブ５０を閉塞したフィンガーから順番にチューブ５０
の流路を拡大していく。そして、閉塞を完了したフィンガーから順番にその閉塞を解除す
る。このとき、いずれかのフィンガーが必ずチューブ５０を閉塞する構造とすることによ
り、液体の輸送において逆流を防止することができる。

このように、フィンガー４１〜４８は、平面溝カム２０の外側に向かって移動させられ
るだけでなく、中心側に向かって移動させられるので、適切にチューブ５０の流路を拡大
することができる。そして、仮に、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合であって
も、適切にチューブ内の液体を輸送することができるようになる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図６は、第２実施形態におけるチューブユニットの平面図である。図７は、第２実施形
態におけるチューブユニットの部分断面図である。第２実施形態のマイクロポンプでは、
平面溝カム１２０の両面にカム溝が形成されている。図７には、平面溝カム１２０の上面
（第１面）に第１のカム溝１２１が形成され、下面（第２面）において第２のカム溝１２
２が形成されていることが示されている。

第１実施形態と同様に第１のカム溝１２１には、ガイドピン１３１〜１３８が摺動可能
に設けられている。尚、ガイドピン１３１〜１３８には、第１のカム溝１２１から外れな
いように突起部１３１ａ〜１３８ａ（図７には、突起部１３４ａが示されている）も形成
されている。また、ガイドピン１３１〜１３８には、フィンガー１４１〜１４８が一体的
に形成されている。フィンガー１４１〜１４８のぞれぞれの先端部１４１ａ〜１４８ｂは
、第２実施形態におけるチューブ１５０の接触部において接着されている。

第２のカム溝１２２にも、ほぼ同様にして、ガイドピン２３２〜２３８が摺動可能に設
けられている。また、ガイドピン２３１〜２３８にも、突起部２３１ａ〜２３８ａが形成
されている。ガイドピン２３１〜２３８も、フィンガー２４１〜２４８が一体的に形成さ
れている。そして、フィンガー２４１〜２４８において、チューブ１５０と接触する部位
２４４ｂはチューブ１５０と接着されている。

第２実施形態では、第１のカム溝１２１に応じて揺動するフィンガー１３１〜１３８と
、第２のカム溝１２２に応じて揺動するフィンガー２３１〜２３８とが、それぞれ同一の
チューブを対向する位置から押すことができるような形状を有している。特に、フィンガ
ー２４１〜２４８は、鉤形状となっている。そして、フィンガー２４１〜２４８が平面溝
カム２０の中心軸方向に引き込まれたときにおいて、チューブ１５０を中心軸方向に押す
ことができるようになっている。

第１のカム溝１２１の形状は、第１実施形態におけるカム溝２１とほぼ同様の形状を有
している。このようにすることによって、フィンガー１４１〜１４８は、徐々にチューブ
１５０を閉塞する方向に押すことができるようになっている。

図６には、第２のカム溝１２２の形状が破線で示されている。破線で示されているのは
、第２のカム溝１２２を第１の面から透過的に見ているためである。第２のカム溝１２２
の形状は、時計回りに見ると、仮想内円２５ｂに接する高さから始まり、徐々に仮想内円
２５ａに向かうように高さが低くなっていく。そして、仮想内円２５ａに接すると、その
高さは、急激に仮想外円２５ｂに接する位置にまで高くされる。急激に仮想外円２５ｂに
接する位置にまで高くされる箇所は、第１のカム溝１２１において急激に仮想内円２５ａ
に接する位置にまで低くされる箇所と一致するように形成される。

このように、仮想外円２５ｂの高さから仮想内円２５ａの高さにまで徐々に低くなり、
その後、急に高くなるという構成が４回繰り返すように、第２のカム溝２２１は平面溝カ
ム２０の第２の面に形成されている。

このようにすることで、フィンガー１４１〜１４８が平面溝カム１２０の外側に向かっ
てチューブ１５０を徐々に閉塞させるときには、フィンガー２４１〜２４８が平面溝カム
１２０の中心軸方向に向かってチューブ１５０も徐々に閉塞しようとする。一方、フィン
ガー１４１〜１４８が平面溝カム１２０の中心軸方向に向かってチューブ１５０を徐々に
拡張しようとするときには、フィンガー２４１〜２４８も平面溝カム１２０の外側に向か
ってチューブ１５０を徐々に拡張しようとする。そして、チューブ１５０内の液体を輸送
方向に適切に輸送することができる。

このようにすることによって、元の形状に戻りにくいチューブを用いた場合であっても
、適切にチューブ内の液体を輸送することができるようになる。また、チューブを２方向
から同時に閉塞させるため、フィンガーのストロークを短くすることができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

１０ マイクロポンプ、
１１ チューブユニット、１２ 制御ユニット、
１３ 結合部材、１４ 案内枠、
１５ チューブ案内枠、１６ 第２案内枠、１７ 機枠、
２１ カム溝、２５ａ 仮想内円、２５ｂ 仮想外円、
３１〜３８ ガイドピン、４１〜４８ フィンガー、
５１ チューブ案内溝、５２ チューブ案内壁、
５６ フィンガー案内溝、５７ フィンガー案内壁、
６５ カム保持枠、７６ カム軸

Claims (8)

1. 液体を流動させるチューブと、
   回転する回転板の平面にカム溝が形成された平面溝カムと、
   前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンと、
   前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数のフィンガーであって、前
   記複数のガイドピンに取り付けられた複数のフィンガーと、
   前記複数のフィンガーが接触する側と対向する側から前記チューブを保持するチューブ
   案内枠と、
   を備え、
   前記回転板が回転することにより、前記複数のフィンガーが、前記チューブを、前記液
   体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞し、前記チューブ内の液体を流動させる、
   マイクロポンプ。
2. 前記フィンガーの先端が前記チューブとの接触面で接着され、
   前記チューブと前記チューブ案内枠は前記複数のフィンガーが接触する側と対向する側
   において接着される、請求項１に記載のマイクロポンプ。
3. 前記フィンガーを該フィンガーの長手方向中心軸回りに回転させない機構を有する、請
   求項１又は２に記載のマイクロポンプ。
4. 前記フィンガーの断面形状が矩形である、請求項３に記載のマイクロポンプ。
5. 液体を流動させるチューブと、
   回転する回転板の第１面と該第１面の反対面の第２面にカム溝が形成された平面溝カム
   と、
   前記第１面のカム溝に摺動可能に配置される複数の第１のガイドピンと、
   前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数の第１のフィンガーであっ
   て、前記複数の第１のガイドピンに取り付けられた複数の第１のフィンガーと、
   前記第２面のカム溝に摺動可能に配置される複数の第２のガイドピンと、
   前記チューブと前記カムとの間で摺動可能に保持される複数の第２のフィンガーであっ
   て、前記複数の第２のガイドピンに取り付けられた複数の第２のフィンガーと、
   を備え、
   前記回転板が回転することにより、前記複数の第１のフィンガー及び前記複数の第２の
   フィンガーが、前記チューブを前記液体の流入口部から吐出口部に向かって順次閉塞し、
   前記チューブ内の液体を流動させる、マイクロポンプ。
6. 前記複数の第２のフィンガーの形状は鉤形状である、請求項５に記載のマイクロポンプ
   。
7. 前記複数の第１のフィンガーが前記チューブを前記回転板の外周側に摺動するときに、
   前記複数の第２のフィンガーが前記チューブを前記回転板の中心側に摺動するように、前
   記第１面のカム溝と前記第２面のカム溝が形成される、請求項５又は６に記載のマイクロ
   ポンプ。
8. 前記複数の第１のフィンガーと前記複数の第２のフィンガーは、それぞれの前記チュー
   ブとの接触面で前記チューブに接着される、請求項５〜７のいずれかに記載のマイクロポ
   ンプ。

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