JP5195368B2 - チューブユニット、制御ユニット、マイクロポンプ - Google Patents

Description

本発明は、チューブユニット、制御ユニット、及びこれらから構成され、チューブユニットと制御ユニットとが着脱可能なマイクロポンプに関する。

液体を低速で輸送する装置として蠕動駆動方式のポンプがある。蠕動駆動方式のポンプとしては、ステップモーターを駆動源とし、複数のローラーを備えたローターを回転させ、ローターが複数のローラーを転動させながら柔軟なチューブに沿って回転して液体の吸い込み及び吐出をする構造がある（例えば、特許文献１）。

このポンプは、ステップモーターを有するモーターモジュールと、複数のローラーとモーターとチューブとを有するポンプモジュールと、が、積重ねられて構成されている。

特許第３１７７７４２号公報

このような特許文献１の蠕動駆動方式のポンプは、製造後、チューブが常時ローラーにより圧閉されているため、製造（組立）してから使用するまでの期間が長い場合、チューブの復元力が劣化し、液体の吐出精度を確保できなくなるという課題がある。

また、上述した特許文献１によるポンプは、モーターモジュールと、ポンプモジュールとを積重ねて構成しているため、薄型化が困難である。

ステップモーターは小型化すると駆動トルクが小さくなるため、減速比が大きい減速機構（減速ギヤ機構）を用いてローターの回転トルクを大きくする必要性がある。従って、多段の減速ギヤ機構を用いることになりサイズが大きくなる他、減速に伴う損失が大きくなるという課題を有する。

また、ポンプモジュールとモーターモジュールとを積重ねて装着するとき、ピニオンとギヤを噛合させる構造のため、互いの歯部の位相がずれている場合には、ピニオンとギヤとが重なり合い破壊されてしまうことが考えられる。

さらに、ステップモーターは電磁ノイズを発生することが知られており、周囲の機器に悪影響を与えることが考えられる他、ステップモーター自身が周囲の機器の電磁ノイズの影響を受けることも考えられる。

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、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、前記チューブの円弧形状の円弧中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持するチューブ案内枠と、を有するチューブユニットと、前記複数のフィンガーを前記チューブの流体流入側から流出側に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を与えるローターと、圧電素子を有し、且つ長手方向端部に前記ローターに当接する突起部を有する振動体と、を有する制御ユニットと、前記チューブの流入口部が連通するリザーバーと、前記圧電素子に駆動信号を入力する制御回路部と、前記制御回路部に電力を供給する電源と、が備えられ、前記チューブユニットが、前記制御ユニットに前記カムの回転平面に対して略水平方向に着脱可能であって、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより前記振動体が振動し、前記突起部から前記ローターに回転力を繰り返し加え、前記カムが前記複数のフィンガーを流体の流入側から流出側へ順次押圧して、前記チューブの圧閉と開放を繰り返して流体を輸送することを特徴とする。

チューブは圧閉状態を長期間継続すると、チューブの復元力が劣化して吐出精度が低下することが考えられる。しかし、本適用例によれば、チューブユニットは、チューブを圧閉する複数のフィンガーを押圧するカムを有する制御ユニットから分離可能であることから、チューブユニット単体の状態ではチューブは開放された状態が維持される。そのため、チューブの継続的な圧閉による復元力の劣化に伴う吐出精度の低下を防止し、所望の吐出精度を維持することができる。

また、チューブの圧閉と開放を長時間繰り返すことによりチューブの復元力が劣化することも考えられ、このような場合、チューブ交換が必要となるが、一定時間使用後、チューブをチューブユニットとして容易に交換することができる。

本適用例のマイクロポンプは、カムの回転駆動源として振動体を用いてローターを回転する構造である。詳しくは実施の形態で説明するが、振動体で駆動されるローターは回転トルクが大きいことから、従来技術のように減速ギヤ機構を必要とせず、また、モーターモジュールとポンプモジュールとの連結機構も不要となり構造を簡単にすることができる。

また、チューブユニットと、制御ユニットとをカムの回転平面に対して水平方向に装着して構成することにより、従来技術による積重ね構造に比べ薄型化が可能である。

また、チューブユニットと制御ユニットとは着脱可能な構成のため、薬液等に直接接触するチューブを含み低コストのチューブユニットを使い捨て使用とし、チューブユニットに対して高コストの制御ユニットを繰り返し使用すれば、ランニングコストを低減することができる。

また、チューブユニットを制御ユニットに対して水平方向に挿着すれば、複数のフィンガーをチューブ押圧状態にすることができることから、従来技術のようにモーターモジュールとポンプモジュールとの間に連結機構を必要とせず、構造を簡素化でき、組立性を向上させることができる。

さらに、振動体は圧電素子に交流電圧を印加することで振動し、ローターを回転させることから電磁ノイズを発生せず、周囲の機器に悪影響を与えることがない。また、周囲の機器が発生する電磁ノイズの影響も受けない。従って、特に医療現場における電磁ノイズのリスクを回避することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブユニットが、前記制御ユニットに設けられる空間に挿着されていることが好ましい。

このような構成によれば、制御ユニットの外郭がケースの機能を有するため、チューブユニットと制御ユニットとを収容するケースが不要となり、構造が簡素化でき、一層、薄型化を実現できる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記ローターが円盤形状を有し、前記突起部が、前記ローターの外周側面に当接するよう配設されていることが好ましい。

本適用例に係るマイクロポンプは、振動体の突起部をローターの外周面に当接することによりローターを回転させる構造である。詳しくは実施形態で説明するが、振動体の振動を高効率で回転に変換でき、直径の大きなローターに当接させることで、同じ振動体を同じ条件で振動させたときにローターの回転トルクを大きくすることができるので安定駆動を継続できる。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記ローターがリング形状を有し、前記突起部が、前記ローターのリング形状内周側面に当接するよう配設されていることが好ましい。

このようにすれば、振動体をローターの外径よりも内側に配設することから、マイクロポンプの小型化を実現できる。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記ローターが、前記カムの一方の平面に穿設されたリング形状の凹部の内部に形成され、前記突起部が、前記凹部の内周側面に当接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、ローターとカムとを一体形成することができる。従って、構造をより簡単にすることができ、また、小型化することができる。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記制御回路部と前記振動体と前記カムとが、互いに平面的に重ならない位置に分散配設されていることが望ましい。

このようにすれば、制御回路部と振動体とカムとが互いに平面的に重ならないため、制御ユニットの薄型化が可能であり、そのことからマイクロポンプをより薄型化することができる。

［適用例７］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記ローターと前記カムとの間に、減速機構または増速機構が設けられていることが望ましい。

このように、減速機構または増速機構を設けることにより、ローターの回転速度を一定にしてカムの回転速度を変えることができる。つまり、流体の流動量を適宜調整することができる。

また、減速機構を設ける構造では、カムの回転トルクを大きくすることが可能で、チューブ押圧に伴う負荷が大きくなっても安定して駆動させることができる。

［適用例８］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブ案内枠が、前記チューブを挿着するチューブ案内溝と、前記チューブを前記チューブ案内溝に保持するためのチューブ保持部と、を有していることが好ましい。

マイクロポンプは、複数のフィンガーによりチューブを圧閉と開放を繰り返すことで流体を輸送する。従って、フィンガーによりチューブを押圧する範囲は、チューブの位置が正確に規制されていなければならない。

チューブの大部分は、チューブ案内溝によって平面方向の位置を規制し、フィンガーによりチューブを押圧する範囲をチューブ保持部で保持することにより、チューブの位置を正確に規制することができる。

［適用例９］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とを略一致させる案内部が、前記チューブユニット及び前記制御ユニットの互いに対向する側面に設けられていることが好ましい。

本適用例のマイクロポンプは、カムの回転により複数のフィンガーを押圧してチューブを圧閉する構成である。従って、チューブの円弧形状の円弧中心とカムの回転中心とを一致させることが必要である。

このことから、チューブユニットを制御ユニットに装着する際、互いの対向する側面に案内部を設けることにより、チューブユニットを制御ユニットに装着し、互いの案内部を当接することでチューブの円弧形状の中心とカムの回転中心とを一致させることができ、専用の位置規制部材を設けなくても、複数のフィンガーの全てがチューブ圧閉を確実に行うことができる。

［適用例１０］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とが略一致したことを検出する検出部が、前記チューブユニットと前記制御ユニットとの間に設けられていることが望ましい。

このような構成にすれば、チューブの円弧形状の円弧中心とカムの回転中心とを一致したことを検出器により検出した場合に振動体の駆動を可能にする。このことにより、複数のフィンガーの全てが同じ圧閉量を有する状態で駆動されることから、流体を所望の単位時間当りの流動量で吐出することができる。

［適用例１１］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブユニットを前記制御ユニットに固定するための蓋部材を有し、前記蓋部材と前記チューブユニットとの間に、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とを略一致させるよう前記チューブユニットを前記制御ユニットに付勢する弾性部材が備えられていることが好ましい。

チューブユニットを制御ユニットに蓋部材を用いて固定する場合、構成部品の寸法ばらつきにより、チューブユニットと制御ユニットとの間に水平方向の隙間が発生し、チューブをフィンガーにより圧閉できなくなることが考えられる。

そこで、弾性部材によりチューブユニットを制御ユニットの方向に付勢することにより、先述した制御ユニットの案内部にチューブユニットの案内部を確実に当接させて、チューブの円弧形状の円弧中心とカムの回転中心とを一致させ、複数のフィンガーの一つ一つがチューブを確実に圧閉することができる。

［適用例１２］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記弾性部材の付勢力が、前記複数のフィンガーのチューブ押圧力よりも大きいことが好ましい。

このようにすれば、フィンガーがチューブを押圧する際に、フィンガーの押圧力によりチューブユニット（つまり、チューブ）がフィンガーから遠ざかる方向に移動しないので、確実にチューブを圧閉することができる。

［適用例１３］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブ案内枠には、前記複数のフィンガーにより押圧されることによるチューブの移動を規制するチューブ規制壁が設けられ、前記チューブと前記チューブ規制壁の間に弾性部材が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、フィンガーでチューブを押圧するときに、弾性部材によってフィンガーの過大な押圧力を吸収する。このことにより、チューブを直接チューブ案内壁に押圧する構造よりもチューブの耐久性を向上させることができる。
なお、弾性部材の摩擦係数を小さい材料にすれば一層効果がある。

［適用例１４］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記チューブユニット及び前記制御ユニットの外郭の一部または全部が透明であることが望ましい。

チューブユニット及び制御ユニットの外郭を透明にすることにより、内部の構成部品または各構成部品の係合関係、駆動状態を視認することができる。このことから各構成部品が正常な状態であるか、どこに不具合があるか等を検出することができる。さらに、リザーバーをチューブユニットに収容する場合にはリザーバー内の液量を視認することができる。
なお、透明にする範囲は、視認したい部分の範囲としてもよい。

［適用例１５］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記電源と前記リザーバーのいずれか一方、または両方が、前記チューブユニットに収容されていることが好ましい。

チューブは、長期間にわたって圧閉と開放を繰り返すと劣化することが考えられる。従って、一定の期間駆動した場合にはチューブを交換することが望ましい。また、電源として小型ボタン電池等を採用する場合には、使用途中で電池容量が不足することも考えられる。そこで、長期間使用してチューブを交換する場合に、チューブユニットとしてチューブと共に電池を交換すれば、使用期間途中で電池容量が不足することを防止することができる。

電池をマイクロポンプの外部に備える場合には、接続のための長いリードや電池ケースが必要になるが、本適用例によれば、それらは必要なくなるという利点もある。

［適用例１６］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記電源と前記リザーバーが、前記チューブユニットに対して着脱可能であることが望ましい。

マイクロポンプ使用途中でリザーバーの収容薬液が不足することが考えられる。そこで、リザーバーをチューブユニットに対して（つまり、チューブと）着脱可能にすることで、薬液が収容されたリザーバーをチューブに接続すれば、長期間にわたってマイクロポンプを使用することができる。

また、チューブユニットに対して電池を着脱可能な構成にすれば、電池を単独で交換でき、マイクロポンプを長期間にわたって使用することができる。

［適用例１７］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記リザーバーが、内部に流体を流入または封止するためのポートを備えていることが好ましい。
ここで、ポートとしては、例えば、セプタム等を採用することができる。

リザーバーにセプタムを設けることにより、チューブに接続した状態で、リザーバーに流体の追加注入を容易に行うことができる。

［適用例１８］上記適用例に係るマイクロポンプにおいて、前記リザーバーと前記チューブとの連通部に、気泡の通過を遮断するためのエアベントフィルターが備えられていることが望ましい。

リザーバーに収容される液体中には空気が溶け込んでいることがあり、時間経過と共に溶け込んでいる空気が集合して気泡となることが考えられる。流体が薬液であって生体内に注入する場合に、気泡も含んで注入すると看過できない影響がでることがある。

そこで、リザーバーとチューブの連通部に液体は通過し、気泡の通過は遮断するためのエアベントフィルターを設けることにより、気泡が生体内に浸入することを抑制することができ、安全性を高めることができる。

［適用例１９］本適用例に係る制御ユニットは、上記適用例に記載のチューブユニットと着脱可能であって、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブの円弧形状の中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーを前記チューブの流体流入側から流出側に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を与えるローターと、圧電素子を有し、且つ長手方向端部に前記ローターに当接する突起部を有する振動体と、を有することを特徴とする。

制御ユニットは振動体、ローター、カム、制御回路部等の駆動に関る要素を含んで構成されている。従って、制御ユニットの状態で駆動確認（駆動に関る検査等）を行うことができる。また、チューブユニットをスライド装着することでマイクロポンプを即使用状態にすることができる。

［適用例２０］本適用例に係るチューブユニットは、上記適用例に記載の制御ユニットと着脱可能であって、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、前記チューブの円弧形状の円弧中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持するチューブ案内枠と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、チューブユニットの状態では、チューブは開放された状態が維持されるため、チューブ圧閉状態で保持することに伴う復元力の劣化による吐出精度の低下を防止することができる。

また、チューブユニットには、チューブと複数のフィンガーを有している。チューブの外径（内径）は、寸法のばらつきが発生しやすく、ばらつきによって、流体の単位時間当りの流動量が変化する。そこで、チューブと、チューブの外径に合わせたフィンガーの長さを調整したものをチューブユニットに組み込んでおけば、ばらつきが小さい所望の流量を確保できるという効果がある。

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１０は実施形態１に係るマイクロポンプを示し、図１１は実施形態２、図１２は実施形態３、図１３は実施形態４、図１４，１５は実施形態５、図１６は実施形態６、図１７，１８は実施形態７に係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。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係るマイクロポンプを示す概観平面図、図２は概観正面図である。図１、図２において、マイクロポンプ１０は、チューブユニット１１を制御ユニット１２の図示左側側面の開口部からスライド挿入すると共に、蓋部材としての固定枠１３によりチューブユニット１１を制御ユニット１２に固定螺子９０により固定し、一体に構成されている。

チューブユニット１１は、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブ５０と、チューブ５０を保持するチューブ案内枠としての第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８と、チューブ５０の流入口部５２が連通すると共に流体を収容するリザーバー１４とから構成されている。なお、以降、流体を薬液等の液体として表し説明する。

制御ユニット１２は、カム２０と、カム２０と同軸に軸止されるローター１４０と、ローター１４０に回転力を与える振動体１３０と、振動体１３０に駆動信号を入力して駆動制御を行う制御回路部３０と、を有して構成されている。

カム２０と振動体１３０と制御回路部３０とは、機枠としての第１機枠１５と第２機枠１６とによって形成される空間１００内に支持されている。

また、チューブ５０の一端は流出口部５３であって、固定枠１３を貫通して外部に突設され、リザーバー１４から液体を外部に吐出する。

リザーバー１４の一部には、リザーバー１４の内部に液体を注入、または封止するためのポートとしてのセプタム９５が設けられている。セプタム９５は、固定枠１３から突出しない程度にリザーバー１４から突設されている。

続いて、チューブユニット１１、制御ユニット１２、及び固定枠１３の構成と、組立方法について説明する。
図３は、マイクロポンプの分解平面図、図４は分解正面図である。なお、図３，４において、（ａ）は固定枠１３、（ｂ）はチューブユニット１１、（ｃ）は制御ユニット１２を示している。

図３、図４に示すように、制御ユニット１２には、第１機枠１５と第２機枠１６とによって空間１００，１１０が構成されている。空間１００にはカム２０（ローター１４０を含む）と、振動体１３０と、制御回路部３０が配設されている。また、一方に開口部を有する空間１１０はチューブユニット１１が挿着される空間である。

チューブユニット１１は、チューブ５０とリザーバー１４とが連通されて、第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とで保持されている。また、フィンガー４０〜４６が、第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とによって構成されるフィンガー案内孔８５に装着された状態で制御ユニット１２の空間１１０に、図示左側からスライド挿着される。

なお、フィンガー４０〜４６の一端は、制御ユニット１２側に突設され、チューブユニット１１が制御ユニット１２に挿着されたときにカム２０の外周側面に当接する。

なお、カム２０は、回転中心Ｐを軸として回転する。従って、チューブユニット１１は、カム２０の回転平面に対して平行に制御ユニット１２に挿着される。

また、チューブユニット１１の固定枠１３側近傍には、外周面に沿ってパッキン９７が嵌着されており、チューブユニット１１が制御ユニット１２に挿着された状態で、空間１００，１１０が密閉される。

チューブユニット１１は、円弧形状（凹形状）の壁面１８ａが制御ユニット１２の円弧形状に突設された壁面１６ａに当接するまで制御ユニット１２（空間１１０）に押し込まれる。互いに対向する壁面１８ａ，１６ａは共にカム２０の回転中心Ｐを中心とする同心円で形成されている。

ここで、壁面１８ａと壁面１６ａが当接した状態で、チューブユニット１１の制御ユニット側方向端部１８ｃ，１８ｄは、制御ユニット１２の内側側壁１６ｂ，１６ｃとの間に隙間ができるよう寸法設定されている（図５も参照する）。

これは、壁面１８ａと壁面１６ａを確実に当接させ、チューブ５０の円弧形状部分（少なくともフィンガー４０〜４６で押圧される範囲）の円弧中心をカム２０の回転中心Ｐと一致させるためである。

チューブユニット１１を制御ユニット１２に挿着した後、固定枠１３をチューブユニット１１の尾部方向から装着する。具体的には、固定枠１３に開設された貫通孔１３ｄ，１３ｅに固定螺子９０を挿入して、制御ユニット１２の第１機枠１５に設けられる螺子孔（図示せず）に螺着固定する。

チューブ５０の流出口部５３と、リザーバー１４に設けられるセプタム９５とは、チューブユニット１１から突設され、固定枠１３を固定したときに、チューブ５０をチューブ挿通孔１３ａ、セプタム９５をセプタム挿通孔１３ｂに挿通させる。流出口部５３は固定枠１３の外部に延在される。

第１チューブ案内枠１７の端部には突起部９６が形成されている。この突起部９６は、チューブユニット１１を制御ユニット１２から抜き取る際に用いられる。突起部９６は、固定枠１３に穿設された凹部１３ｃ内に収容される。

続いて、上述したように組み立てられたマイクロポンプ１０の各要素の構成、及び作用について図面を参照して説明する。

図５〜図７は、本実施形態に係るマイクロポンプ及びその一部を示し、図５は平面図、図６（ａ）は図５のＡ−Ｐ−Ａ切断面を示す断面図、図６（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図、図７はチューブの保持構造を示す部分断面図である。まず、図５，６を参照して制御ユニット１２の構成について説明する。
なお、図５は、第２機枠１６及び第２チューブ案内枠１８を透視して表している。

制御ユニット１２は、チューブユニット１１が挿着された状態において、チューブユニット１１に一部が平面視して円弧形状に配設されるチューブ５０の円弧形状の中心と回転中心Ｐが略一致するカム２０を有している。

そして、カム２０に回転力を伝達する円盤形状のローター１４０と、ローター１４０の外周側面に突起部１３３ａが当接するよう配設される振動体１３０と、制御回路部３０とから構成されている。

カム２０とローター１４０とはカム軸７５に軸止されている。従って、カム２０とローター１４０とは回転中心Ｐを共通の回転軸として一体で回転するよう構成されている。

なお、図５に示すように、制御回路部３０と振動体１３０とカム２０とは互いに平面的に重ならない位置に分散配設されている。

カム２０は、外周方向に凹凸を有し、最外周部にフィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄが形成されている。フィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄは、回転中心Ｐから等距離の同心円上に形成される。

また、フィンガー押圧面２１ａとフィンガー押圧面２１ｂ、フィンガー押圧面２１ｂとフィンガー押圧面２１ｃ、フィンガー押圧面２１ｃとフィンガー押圧面２１ｄ、及びフィンガー押圧面２１ｄとフィンガー押圧面２１ａ、の周方向ピッチと外形形状は等しく形成されている。また、各フィンガー押圧面間のピッチは等しい。

フィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄそれぞれは、フィンガー押圧斜面２２と回転中心Ｐとを中心とする同心円上の円弧部２３とが連続して形成されている。この円弧部２３は、フィンガー４０〜４６を押圧しない位置に設けられる。

また、フィンガー押圧面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄそれぞれの一方の端部と円弧部２３とは、回転中心Ｐから延長した直線部２４で結ばれている。

なお、図５，６に示す状態において、フィンガー４０〜４６は、フィンガーの一つ一つに対応して設けられるフィンガー案内孔８５に沿って進退可能であり、カム２０によってチューブ５０方向に押圧され、チューブ５０を圧閉して液体流動部５１を閉塞する。なお、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。

次に、図６を参照して制御ユニット１２の断面構成について説明する。第１機枠１５と第２機枠１６は、互いに積重ねられて周縁部を複数の固定螺子９１（図５、参照）によって密着固定されている。

第１機枠１５と第２機枠１６とが固定された状態で、内部に空間１００が形成され、この空間１００内にカム２０、ローター１４０、振動体１３０、制御回路部３０が配設されている。

カム軸７５は第２機枠１６に設けられる軸受１１４と、第１機枠１５に設けられる軸受１１５によって軸支されている。なお、第１機枠１５と第２機枠１６それぞれの軸受１１４，１１５の挿着穴は貫通していない。

ローター１４０の外周部側面には回転方向に沿って溝１４１が形成されており、溝１４１の内部側面が、振動体１３０との当接面１４２である。

振動体１３０は、ローター１４０の溝１４１の断面方向のほぼ中央に配設されると共に、固定軸１３８に固定螺子９３によって補強板１３３の端部が固定されている。なお、振動体１３０の構成及び作用については、図８〜図１０を参照して後述する。

第１機枠１５の内面（空間１００の底面）には回路基板１５０が設けられており、その表面には接続パターン（図示せず）が形成されている。回路基板１５０の上面には制御回路部３０が接続固定されている。

制御回路部３０には電源回路や発振回路等（共に図示せず）が含まれる。接続パターンを介して、電源回路は電源としての電池（図示せず）の電極と接続され、また、発振回路は振動体１３０の複数の電極と接続されている。

続いて、チューブユニット１１の構成について図５，６，７を参照して説明する。
チューブユニット１１は、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブ５０と、チューブ５０を保持するチューブ案内枠としての第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８と、チューブ５０の流入口部５２が連通し液体を収容するリザーバー１４とから構成されている。

チューブ５０は、第１チューブ案内枠１７に形成されるチューブ案内溝１７ｃ内に装着されている。

チューブ５０の流入口部５２はリザーバー１４に連通し、他端は固定枠１３のチューブ挿通孔１３ａを通って延在される流出口部５３である。

チューブ５０は、ほぼ全体をチューブ案内溝１７ｃ内に装着することで平面形状と平面位置が規制されると共に、チューブ案内溝１７ｃの内側側壁の一部にチューブ保持部としての突起部を形成して上方への浮き上がりを規制する。

図７は、上述の突起部の一部を示す部分断面図である。なお、図７では、フィンガー４０〜４６の互いに隣り合うフィンガーの間の突起部のうちフィンガー４５とフィンガー４６の間の突起部を例示して説明する（図５も参照する）。

チューブ案内溝１７ｃは、フィンガー４５，４６が進退するために、フィンガー４５とフィンガー４６との間にフィンガーの進退を妨げない幅の突起部としてのチューブ案内側壁１７ｆが設けられ、チューブ案内側壁１７ｆの上部にチューブ５０の上方一部にせり出すような突起部１７ｅが形成されている。

このように、各フィンガーの間にチューブ案内側壁１７ｆと突起部１７ｅを設けることで、フィンガー４０〜４６が配設される範囲において、チューブの平面方向の位置規制と浮き上がり抑制を行う。

なお、本実施形態では、図５に示すようにチューブ５０の流出口部５３に近い位置、及び流入口部５２に近い位置にも突起部１７ｅと同様な突起部１７ｈを設け、第２チューブ案内枠１８を装着するまでの間、円弧形状部分以外の場所におけるチューブ５０の浮き上がりを規制している。

フィンガー４０〜４６は、カム２０の回転中心Ｐ方向から放射状に等間隔に貫通するフィンガー案内孔８５に装着されている。フィンガー４０〜４６は同じ形状で形成されているのでフィンガー４３を例示して説明する。

フィンガー４３は図６（ａ）に示すように、円柱状の軸部４３ａと、軸部４３ａの一方の端部に設けられる鍔形状のチューブ押圧部４３ｃと、他方の端部が半球状に丸められたカム当接部４３ｂと、から構成されている。フィンガー４０〜４６は、フィンガー案内孔８５に沿って軸方向に進退可能である。

フィンガー案内孔８５は図６（ｂ）に示すように、第１チューブ案内枠１７に略Ｕ字形状の溝１７ａを形成し、図示上方の開口部を第２チューブ案内枠１８で封止することにより構成される。

フィンガー４３は、軸部４３ａを溝１７ａに開口部上方から装着した後、第２チューブ案内枠１８を上方より第１チューブ案内枠１７に装着することで、断面方向の位置が規制される。

また、図６（ａ）に示すように、チューブ押圧部４３ｃがチューブ案内溝１７ｃとチューブ５０との間に配設されることにより、軸方向の移動位置が規制される。

チューブ５０及びリザーバー１４とフィンガー４０〜４６を第１チューブ案内枠１７に装着した状態で、第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とを、互いの接合面を密接させ、固定螺子９２を用いて固定する。

上述したように構成されたチューブユニット１１は、制御ユニット１２に形成される空間１１０（図４、参照）内にスライド挿着されている。

チューブ５０の流出口部５３の近傍は、第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とを固定した状態で、パッキンまたは接着等を用いてチューブ５０との間を密閉される。このようにすることで、チューブユニット１１内が密閉構造となる。

また、チューブユニット１１の固定枠１３近傍の外周には、パッキン９７が嵌着されており、チューブユニット１１を制御ユニット１２に挿着した状態で、内部を密閉空間とし、マイクロポンプ１０を防水構造及び防塵構造としている。
なお、マイクロポンプ１０が非防水でよい場合には、パッキン９７は不要である。

さらに、図５〜図７に示すように、チューブ案内溝１７ｃのうち、少なくともフィンガー４０〜４６がチューブ５０を押圧する範囲には、チューブ案内溝１７ｃに沿った凹部により形成されたチューブ規制壁１７ｄが形成されている。

この凹部内には、弾性部材６０が設けられている。つまり、弾性部材６０は、チューブ５０とチューブ規制壁１７ｄとの間に設けられる。弾性部材６０は、チューブ５０がフィンガー４０〜４６によって圧閉される際にダンパーとなりチューブ５０が劣化しないように設けられている。なお、弾性部材６０は、チューブ圧閉に必要な付勢力を有している。また、チューブ５０との摩擦係数を小さくしておくことがより好ましい。

チューブ５０とリザーバー１４との連通部には互いの連通部材としてのエアベントフィルター６５が備えられている。エアベントフィルター６５の内部には、親液性を有し微細な孔が形成されるフィルターが備えられている。このフィルターは、液体は通過し、気泡の通過を遮断する。

フィルターに形成される孔は０．１〜１μｍの範囲であって、液体を通過させ、リザーバー１４内に発生する０．１μｍ以上または１μｍ以上の気泡のチューブ５０への浸入を抑制する。

なお、チューブユニット１１の外郭を構成する第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８、制御ユニット１２の外郭の構成する第１機枠１５、第２機枠１６の一部または全部を透明にしている。

このようにすれば、内部の構成部品または各構成部品の係合関係、駆動状態を視認することができ、各構成部品が正常な状態であるか、どこに不具合があるか等を視認し、検出することができる。さらに、リザーバー１４を透明にすれば、リザーバー１４内の液量を視認することができる。従って、透明にする範囲は、視認したい部分の範囲のみとしてもよい。

なお、図５，６に示すように、第１チューブ案内枠１７の元部（固定枠１３側）の外側表面には突起部１７ｂ、先端部の外側表面には突起部１７ｎが形成されている。さらに、第２チューブ案内枠１８の元部及び先端部の外側表面にも突起部１８ｂ，１８ｅが形成されている。

第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とを接合した状態で、突起部１７ｂ，１８ｂが連続したリング状の突起部となり、突起部１７ｎ，１８ｅとが連続したリング状の突起部となる。

チューブユニット１１は、制御ユニット１２にスライド挿着されるが、この際、突起部１７ｂ，１７ｎ，１８ｂ，１８ｅを設けることで、制御ユニット１２とチューブユニット１１の位置精度を高めると共に、挿着時または抜き取り時の抵抗を減じている。

また、チューブユニット１１の尾部（固定枠１３側）には、溝９６ａを有する突起部９６が形成されている。この突起部９６は、制御ユニット１２からチューブユニット１１を抜き取るときに用いられる。

続いて、本実施形態に係るマイクロポンプ１０の液体輸送について説明する。まず、振動体１３０の構成と、作用について図８〜図１０を参照して説明する。

図８は、振動体の構成を示す斜視図である。図８に示すように、振動体１３０は、ほぼ長方形の薄板形状をしている。振動体１３０は、補強板１３３の表面に板状の圧電素子１３４、圧電素子１３４の表面に電極１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃが積層形成されている。

補強板１３３の裏面には、板状の圧電素子１３５が密着され、圧電素子１３５の表面に電極１３２が積層されて構成されている。電極１３１ａは、圧電素子１３４の幅方向中央に長さ方向全体にわたって形成され、電極１３１ｂ，１３１ｃは電極１３１ａを挟んで対角方向に配設される。

なお、図示は省略するが、電極１３２は、補強板１３３を挟んで電極１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃに対して面対称となるように形成されている。

圧電素子１３４，１３５の材料としては特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリ弗化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等を用いることができる。

補強板１３３は、圧電素子１３４，１３５に対する共通電極としての機能と、振動体１３０の全体を補強する機能を有しており、振動体１３０が過振幅または外力等によって損傷することを防止する。補強板１３３の材料としては特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の金属材料であることが望ましい。

圧電素子１３４，１３５は、補強板１３３よりも厚さが厚いものであることが好ましい。これにより、振動体１３０をより高い効率で振動させることができる。

圧電素子１３４，１３５は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴って、補強板１３３も長手方向に繰り返し伸縮する。

補強板１３３の長手方向端部には、突起部１３３ａが一体的に形成されている。図５，６に示すように、振動体１３０は突起部１３３ａがローター１４０の外周側面（当接面１４２）に当接するように配設されている。
なお、突起部１３３ａは、補強板１３３の中央部（中心線Ｇ：図９、参照）からずれた位置（図示の構成では角部）に設けられている。

また、補強板１３３の長さ方向の中央両側には、一対の腕部１３３ｂが突設されており、腕部１３３ｂの先端部には固定部１３３ｃが形成されている。振動体１３０は、この固定部１３３ｃを固定軸１３８に固定螺子９３を用いて第１機枠１５に固定される（図５，６、参照）。つまり、振動体１３０は、腕部１３３ｂによって支持されている。これにより、振動体１３０は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。

次に、振動体１３０の作用について図面を参照して説明する。
図９は振動体の作用を模式的に示す部分平面図、図１０は突起部の動きを模式的に示す説明図である。図８に示すように、電極１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃと、補強板１３３との間に交流電圧を印加すると、電極１３１ａの下面範囲の圧電素子１３４は矢印Ｘで表すように長手方向に伸縮し、縦振動を行う。

そして、電極１３１ｂ，１３１ｃの下面範囲の圧電素子１３４も長手方向に伸縮するが、それぞれが圧電素子１３４の対角方向に配設されているため、矢印Ｙに示すような屈曲振動を行う。

なお、圧電素子１３５においても、電極１３２（電極１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃと面対称で形成された）に同様の交流電圧が印加される。

従って、振動体１３０は、主に長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを共振させ、突起部１３３ａを楕円振動させる。以下、この点について説明する。

図９に示すように、振動体１３０がローター１４０を回転駆動するとき、突起部１３３ａは、ローター１４０から反力ｆを受ける。本実施形態では、突起部１３３ａが振動体１３０の中心線Ｇからずれた位置に設けられている。従って、振動体１３０は、この反力ｆによって図９に示すように面内方向に屈曲するように変形、振動する。なお、図９では、振動体１３０の変形を誇張して表している。

印加電圧の周波数、振動体１３０の形状・大きさ及び突起部１３３ａの位置等を適宜選択することで、この屈曲振動の周波数と縦振動の周波数とが共振し、振幅が大きくなると共に、突起部１３３ａは、図１０中の矢印ｒにて表すように、ほぼ楕円に沿って変位（楕円振動）する。

これにより、振動体１３０の１回の振幅において、突起部１３３ａが伸張しローター１４０を回転方向に送るときには、突起部１３３ａがローター１４０により強い力で圧接される。また、突起部１３３ａが収縮し戻るときには、ローター１４０との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体１３０の振動をローター１４０の回転により高い効率で変換することができる。

なお、振動体１３０は腕部１３３ｂの弾性によって、突起部１３３ａがローター１４０の外周側面の当接面１４２に付勢された状態で配設されている。

そこで、突起部１３３ａがローター１４０の当接面１４２に当接された状態で、圧電素子１３４，１３５に交流電圧を印加して振動体１３０を振動させると、振動体１３０が伸張するときに突起部１３３ａから摩擦力（押圧力）を受け、この押圧力の繰り返しでローター１４０が時計周り方向（矢印Ｒ）方向に回転する。

なお、振動体１３０は、ローター１４０と断面方向においてほぼ平行な姿勢で配設されると共に、ローター１４０の厚さよりも薄い。また、振動体１３０の厚さは、ローター１４０の外周面に形成される溝１４１の断面方向の幅よりも薄くすることがより好ましい。

圧電素子１３４，１３５に印加する周波数は特に限定されないが、振動体１３０の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であることが好ましい。これにより、振動体１３０の振幅が大きくなり、高い効率、高トルクでローター１４０を回転駆動することができる。

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図５を参照して説明する。カム２０は、振動体１３０からローター１４０を介して回転される（図示、矢印Ｒ方向）。そして、カム２０のフィンガー押圧面２１ｄでフィンガー４４を押圧する。

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２２との接合部に当接しており、チューブ５０を圧閉している。また、フィンガー４６はフィンガー押圧斜面２２上でチューブ５０を押圧しているが、フィンガー４６はフィンガー４４の押圧量より小さく、チューブ５０を完全には圧閉していない。

フィンガー４１〜４３は、カム２０の円弧部２３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２２に当接しているが、この位置では、まだチューブ５０を圧閉していない。

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の順で押圧してチューブ５０を圧閉していく。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のフィンガーから圧閉が開放される位置または、まだ圧閉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を振動体１３０によりさらに回転すると、フィンガー押圧斜面２２が、フィンガー４０，４１，４２，４３の順に順次押圧していき、フィンガー押圧面２１ｃに達したときにチューブ５０を圧閉する。

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側から流出口部５３側に向けて流動し、流出口部５３から吐出する。

この際、カム２０のフィンガー押圧面には、複数のフィンガーのうちの２本が当接し、次のフィンガーを押圧する位置に移動するときには、フィンガーのうちの１本を押圧する。このように、フィンガーを２本押圧する状態と、１本を押圧する状態と、を繰り返すことにより、少なくとも１本のフィンガーがチューブ５０を常時圧閉している状態を形成する。このような複数のフィンガーにより、チューブ５０の液体流入側（流入口部５２側）から流出側（流出口部５３）へ順次押圧して、チューブ５０の圧閉と開放を繰り返して流体を輸送す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は圧閉状態を長期間継続すると、チューブ５０の復元力が劣化して吐出精度が低下することが考えられる。しかし、本実施形態によれば、チューブユニット１１は、チューブ５０を圧閉するフィンガー４０〜４６を押圧するカム２０を有する制御ユニット１２から分離可能であることから、チューブユニット１１単体の状態ではチューブ５０は開放された状態が維持される。そのため、チューブ５０の継続的な圧閉による復元力の劣化に伴う吐出精度の低下を防止し、所望の吐出精度を維持することができる。

また、チューブ５０の圧閉と開放を長時間繰り返すことによってもチューブ５０の復元力が劣化することも考えられ、このような場合チューブ交換が必要となるが、一定時間使用後、チューブ５０をチューブユニット１１として容易に交換することができる。

また、チューブ５０の外径（内径も含む）は一般的に寸法のばらつきが大きい。チューブ５０の寸法ばらつきによって、液体の単位時間当りの流量が変化する。そこで、チューブ５０の外径に合わせたフィンガー４０〜４６の長さを調整したものをチューブユニット１１にセットしておけば、ばらつきが小さい所望の流量を確保できるという効果がある。

本実施形態によるマイクロポンプ１０は、カム２０の回転駆動源として振動体１３０を用いてローター１４０を回転する構造である。振動体１３０で駆動されるローター１４０は回転トルクが大きいことから、従来技術のように減速ギヤ機構を必要とせず構造を簡単にすることができる。

また、チューブユニット１１と、制御ユニット１２とをカム２０の回転平面に対して略水平方向に装着し構成することにより、従来技術による積み重ね構造に比べ薄型化が可能である。

また、チューブユニット１１と制御ユニット１２とは着脱可能な構成のため、薬液等に直接接触するチューブを含み低コストのチューブユニット１１を使い捨て使用とし、チューブユニットに対して高コストの制御ユニット１２を繰り返し使用すれば、ランニングコストを低減することができる。

また、チューブユニット１１を制御ユニット１２に対して水平方向に挿着すれば、フィンガー４０〜４６をチューブ押圧状態にすることができることから、従来技術のようにモーターモジュールとポンプモジュールとの間に連結機構を必要とせず、構造を簡素化でき、組立性を向上させることができる。

さらに、振動体１３０は圧電素子に交流電圧を印加することで振動し、ローター１４０を回転させることから電磁ノイズを発生せず、周囲の機器に悪影響を与えることがない。また、周囲の機器が発生する電磁ノイズの影響も受けない。従って、特に医療現場における電磁ノイズのリスクを回避することができる。

また、チューブユニット１１を制御ユニット１２に設けられる空間１１０の内部に挿着することにより、制御ユニット１２の外郭（つまり、第１機枠１５と第２機枠１６）がケースの機能を有するため、チューブユニット１１と制御ユニット１２とを収容するケースが不要となり、構造が簡素化でき、一層、薄型化を実現できる。

また、本実施形態は、振動体１３０の突起部１３３ａをローター１４０の外周面（当接面１４２）に当接することによりローター１４０を回転させる構造である。このような構造では、振動体１３０の振動を高効率で回転に変換でき、直径の大きなローター１４０に当接させることで、同じ振動体１３０を同じ条件で振動させたときにローター１４０の回転トルクを大きくすることができるので安定駆動を継続できる。

また、制御回路部３０と振動体１３０とがカム２０と平面的に積重ねない構造とすることで制御ユニット１２の薄型化が可能であり、そのことからマイクロポンプ１０をより薄型化することができる。

また、第１チューブ案内枠１７が、チューブ５０を挿着するチューブ案内溝１７ｃと、チューブ５０をチューブ案内溝１７ｃに保持するためのチューブ案内側壁１７ｆと、突起部１７ｅとを設けている。従って、フィンガー４０〜４６によりチューブ５０を押圧する範囲は、チューブ５０の位置が正確に規制されていなければならない。

チューブ５０の大部分は、チューブ案内溝１７ｃによって平面方向の位置を規制し、フィンガーによりチューブを押圧する範囲を突起部１７ｅで保持することにより、チューブ５０の厚さ方向の位置を正確に規制することができる。

本実施形態のマイクロポンプ１０は、カム２０の回転によりフィンガー４０〜４６を押圧してチューブ５０を圧閉する構成である。従って、チューブ５０の円弧形状の円弧中心とカムの回転中心とを一致させることが必要である。

このことから、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際、チューブユニット１１には壁面１８ａ、制御ユニット１２には壁面１６ａからなる案内部を設けることにより、チューブ５０の円弧形状の中心とカム２０の回転中心Ｐとを一致させることができる。従って、専用の位置規制部材を設けなくても、フィンガー４０〜４６の全てがチューブ圧閉を確実に行うことができる。

また、第１チューブ案内枠１７には、フィンガー４０〜４６により押圧されることによるチューブ５０の移動を規制するチューブ規制壁１７ｄを設け、チューブ５０とチューブ規制壁１７ｄとの間に弾性部材６０を設けている。このようにすれば、フィンガー４０〜４６でチューブ５０を押圧するときに、弾性部材６０によって過大な押圧力を吸収する。このことにより、チューブ５０を直接チューブ規制壁１７ｄに押圧する構造よりもチューブ５０の耐久性を向上させることができる。

また、チューブユニット１１及び制御ユニット１２の外郭を構成する第１チューブ案内枠１７、第２チューブ案内枠１８、及び第１機枠１５、第２機枠１６の一部または全部を透明にしている。このことにより、内部の構成部品または各構成部品の係合関係、駆動状態を視認することができる。したがって、内部の構成部品及び駆動状態が正常な状態であるか、どこに不具合があるか等を検出することができる。さらに、リザーバー１４を透明にすれば、リザーバー１４内の液量を視認することができる。

また、リザーバー１４には、内部に液体を流入または封止するためのポートとしてのセプタム９５を備えることにより、リザーバー１４をチューブ５０に接続した状態、また、マイクロポンプ１０の状態で、リザーバー１４に液体の追加注入を容易に行うことができる。

また、リザーバー１４とチューブ５０の連通部に、気泡の通過を遮断するためのエアベントフィルター６５を備えている。

リザーバー１４に収容される液体中には空気が溶け込んでいることがあり、時間経過と共に溶け込んでいる空気が集合して気泡となることが考えられる。流体が薬液であって生体内に注入する場合に、気泡も含んで注入すると看過できない影響がでることがある。

そこで、液体は通過し、気泡の通過は遮断するためのエアベントフィルター６５を設けることにより、気泡が生体内に浸入することを抑制することができ、安全性を高めることができる。
（実施形態２）

続いて、実施形態２について図面を参照して説明する。実施形態２は、チューブユニットを制御ユニットに付勢する弾性部材を設けていることに特徴を有する。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。

図１１は、実施形態２に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図である。図１１（ａ）において、チューブユニット１１と固定枠１３の間には、弾性部材としての板バネ９９が備えられている。

板バネ９９は、固定枠１３のチューブユニット１１側に設けられた凹形状の板バネ固定部１３ｆに固定される。板バネ９９の力点は中心線Ｊ上にあって、チューブユニット１１をカム２０の回転中心Ｐに向かって付勢している。

そのことによって、チューブユニット１１の壁面１８ａと制御ユニット１２の壁面１６ａとが、中心線Ｊ上で当接される。

板バネ９９の固定は、図１１（ｂ）に示すように、固定枠１３の板バネ固定部１３ｆに突設された案内軸１３ｇを熱溶着等の固定手段で固定される。なお、板バネ９９の弾性を損なわなければ、固定枠１３を固定した状態で脱落しなければよいので必ずしも固定しなくてもよい。

チューブユニット１１を制御ユニット１２に固定枠１３により固定する場合、チューブユニット１１、制御ユニット１２、固定枠１３の構成部品の寸法ばらつきにより、チューブユニット１１と制御ユニット１２との間に水平方向（平面方向）の隙間が発生し、チューブ５０をフィンガー４０〜４６により圧閉できなくなることが考えられる。

そこで、板バネ９９によりチューブユニット１１を制御ユニット１２の方向に付勢することにより、互いの壁面１６ａ，１８ａを当接させて、チューブ５０の円弧形状の中心とカム２０の回転中心Ｐとを略一致させ、フィンガー４０〜４６がチューブ５０を確実に圧閉させることができる。

なお、板バネ９９の弾性力は、フィンガー４０〜４６のチューブ押圧力よりも大きくなるよう設定される。

このようにすれば、フィンガー４０〜４６がチューブ５０を圧閉する際に、チューブユニット１１（つまり、チューブ５０）がフィンガー４０〜４６から遠ざかる方向に移動しないので、確実にチューブを圧閉することができる。

なお、本実施形態では、弾性部材として板バネ９９を例示したが、板バネに限らず、コイルバネ、厚さ方向に弾性を有する平板でもよく、また、これらを複数用いる構造としてもよい。
（実施形態３）

続いて、実施形態３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３は、電源がチューブユニットに収容されていることを特徴としている。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。

図１２は実施形態３に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ切断面を示す断面図である。図１２（ａ），（ｂ）において、電源としての小型ボタン型電池１２０（以降、単に電池１２０と表す）がチューブユニット１１の内部に収容されている。

電池１２０はリザーバー１４と共に、第１チューブ案内枠１７に形成される凹部内に装着されて、上部を第２チューブ案内枠１８によって封鎖される。ここで、電池１２０の図示下方面をマイナス極、上面及び側面をプラス極とするとき、下方面はマイナス端子１２１に接続され、側面がプラス端子１２２に接続される。

マイナス端子１２１及びプラス端子１２２は、図示しないリードによって第１チューブ案内枠１７の端部に植立される接続端子１２３，１２４に接続されている。

接続端子１２３，１２４は、第１チューブ案内枠１７の制御ユニット側方向端部１８ｄから制御ユニット１２の内側側壁１６ｂ方向に突設されて、制御ユニット１２の内部にまで延在されている。制御ユニット１２には、接続端子１２３，１２４に電気的に独立して接続する接続端子（図示せず）が設けられ、これら接続端子は制御回路部３０（図５、参照）に接続される。

チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着した状態で、電池１２０から制御回路部３０に電力が供給され、マイクロポンプ１０が駆動可能な状態となる。

なお、電池１２０をチューブユニット１１の内部に収容し、リザーバー１４をチューブユニット１１の外部に備える構造としてもよい。

使用する薬液を変更する場合、または長期間使用してチューブ５０を交換する場合に、チューブユニット１１としてチューブ５０と共に電池１２０を交換することで、使用途中で電池容量が不足することを防止することができる。

また、電池１２０は、チューブユニット１１に対して着脱可能である。図１２に示す構成では、第１チューブ案内枠１７と第２チューブ案内枠１８とを接合する固定螺子９２（図５、参照）を外して、電池１２０を着脱する例を示している。

ここで、電池１２０の着脱構造としては、第２チューブ案内枠１８に電池蓋を設ける構造としてもよく、また、電池１２０をチューブユニット１１の尾部（固定枠１３側）からスライド挿入する構造として、固定枠１３を外して電池１２０の着脱をする構造としてもよい。

なお、本実施形態では、電池として小型ボタン型電池を例示したが、他にシート電池、リチウムイオン電池等の二次電池を採用することができる。シート電池を用いる場合はリザーバー１４と重ねて配設することができ、リザーバーの容量を大きくできるという利点がある。

また、二次電池を採用する場合には外部から充電することが可能で、繰り返し使用することができるという利点がある。
（実施形態４）

続いて、実施形態４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４は、チューブユニットが制御ユニットに対して正確な位置に挿着されているかを検出する接続端子と検出端子とからなる検出部をチューブユニットと制御ユニットとの間に備えていることに特徴を有する。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。

図１３は、実施形態４に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＭ−Ｍ切断面を示す断面図である。図１３（ａ），（ｂ）において、チューブユニット１１の円弧状に形成される壁面１８ａの両側の半島状端部に、第１接続端子６６と第２接続端子６７とが植立されている。

第１接続端子６６と第２接続端子６７とは、一方の端部が接続リード９４によって電気的に接続されている。また、他方の端部は制御ユニット１２の内部まで入り込むようにチューブユニット１１の端部１７ｋ，１７ｍから突設されている。

制御ユニット１２（第１機枠１５）には、略Ｕ字バネ形状の第１検出端子６８、第２検出端子６９とが備えられている。第１検出端子６８、第２検出端子６９とは同じ形状のため、第２検出端子を例示して説明する。

第２検出端子６９は、第１機枠１５に設けられる凹部内に撓められて装着される。ここで第２検出端子６９の腕部６９ａ，６９ｂは、凹部内の対向する側壁を押圧する。

従って、腕部６９ａは、凹部内の側壁１５ｇによって位置規制される。側壁１５ｇの位置は、カム２０の回転中心Ｐ位置に対して正確に位置規制されている。また、第１接続端子６６と第２接続端子６７の先端部位置も、カム２０の回転中心Ｐ位置に対して正確に位置規制されている。

チューブユニット１１の円弧状の壁面１８ａと制御ユニット１２の円弧状の壁面１６ａとが当接するまでチューブユニット１１を制御ユニット１２に挿入したとき、第２接続端子６７が第２検出端子６９に電気的に接続される。同時に第１接続端子６６も第１検出端子６８に電気的に接続される。

第２検出端子６９にはリード６４が接続され、リード６４は制御回路部３０の検出端子Ａ（図示せず）に接続されている。一方、第１検出端子６８にはリード６３が接続され、リード６３は制御回路部３０の検出端子Ｂ（図示せず）に接続されている。

ここで、第２接続端子６７と第２検出端子６９、及び第１接続端子６６と第１検出端子６８の両方が、電気的に接続されたことを検出端子Ａと検出端子Ｂで検出したとき、チューブユニット１１の円弧状の壁面１８ａと制御ユニット１２の円弧状の壁面１６ａとが当接したと判定する。

このような状態のとき、チューブ５０の円弧形状の中心とカム２０の回転中心Ｐとが一致していると判定し、制御回路部３０により振動体１３０（図５、参照）を駆動可能な状態にする。

また、第２接続端子６７と第２検出端子６９、及び第１接続端子６６と第１検出端子６８の両方が、電気的に接続されていない場合には、駆動できない状態と判定し、チューブユニット１１の制御ユニット１２への挿着をやり直す。

なお、本実施形態では検出部として接点方式を例示したが、光検出や磁気検出構造を採用することができる。

このような構成にすれば、チューブ５０の円弧形状の中心とカム２０の回転中心Ｐとを一致したことを検出した場合に振動体１３０を駆動することにより、設定通りのチューブ５０の圧閉と開放ができるため、液体を所望の単位時間当り流動量で輸送することができる。
（実施形態５）

続いて、実施形態５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５は、ローターをリング形状とし、振動体の突起部がローターのリング形状内周側面に当接するよう配設されていることに特徴を有している。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。

図１４は、実施形態５に係る制御ユニットの一部を示す部分断面図、図１５はローターを示す平面図である。図１４，１５において、ローター１７０は、図示下面方向に円形凹部が形成されリング形状を有している。そして、この凹部内に振動体１３０が配設されている。

ローター１７０のリング形状内周側面には、ローター１７０の回転方向に沿って溝１７１が形成されている。この溝１７１の内周側面は、振動体１３０に設けられる突起部１３３ａが当接する当接面１７２である。

ローター１７０は、実施形態１と同様にカム２０と共にカム軸７５に重ねて軸止され一体で回転するよう構成される。

また、振動体１３０は、腕部１３３ｂ（図８、参照）の先端部において、第１機枠１５に植立された固定軸１３８に固定螺子９３により固定されている。この際、腕部１３３ｂは、レイアウト設計上においてローター１７０の回転軸方向の１本で構成されることが好ましい。

なお、振動体１３０の構成及び駆動作用は実施形態１（図８〜図１０、参照）と同じであるが、突起部１３３ａはローター１７０のリング形状内周側面の当接面１７２に当接し、ローター１７０を時計回り方向（図中、矢印Ｒ方向）に回転させる。

このような構成によれば、ローター１７０をリング形状とし、振動体１３０の突起部１３３ａをローター１７０のリング形状内周側面の当接面１７２に当接するよう配設している。従って、振動体１３０をローター１７０の外径よりも内側に配設することから、より小型化を実現でき、制御回路部３０（図５も参照する）のレイアウト設計が容易になるという効果がある。
（実施形態６）

続いて、実施形態６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６は、前述した実施形態５の構造をさらに簡素化するもので、ローターが、カムの一方の平面に穿設された円形凹部の内部に形成され、振動体に設けられる突起部が、凹部の内周側面に当接するよう配設されていることに特徴を有している。従って、実施形態５との相違個所を中心に説明する。

図１６は、実施形態６に係る制御ユニットの一部を示す部分断面図である。図１６において、カム２０の下面（第１機枠１５方向の面）には凹部が穿設され、この凹部内に振動体１３０が配設されている。従って、カム２０に穿設されるこの凹部がローター１７０に相当する。

ローター１７０の内周側面には溝１７１が形成され、この溝１７１の内側側面には、振動体１３０に設けられる突起部１３３ａが当接する当接面１７２が形成される。つまり、ローター機能がカム２０と一体で形成されている。

また、振動体１３０は、腕部１３３ｂの先端部（図８、参照）において、第１機枠１５に植立された固定軸１３８に固定螺子９３により固定されている。

なお、振動体１３０の構成及び駆動作用は実施形態１（図８〜図１０、参照）と同じであるが、実施形態５（図１４，１５、参照）と同様に、突起部１３３ａはローター１７０のリング形状内周側面の当接面１７２に当接し、ローター１７０を時計回り方向に回転させる。

従って、上述した構成によれば、ローター１７０をカム２０の内部にカム２０と一体形成していることになるので、構造をより簡単にすることができ、また、小型化することができる。
（実施形態７）

続いて、実施形態７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７は、ローターとカムの間に駆動力伝達機構として減速機構または増速機構を備えていることを特徴とする。なお、減速機構の１例を例示して説明する。

図１７は、実施形態７に係る制御ユニットを示す平面図、図１８は図１７のＬ−Ｌ切断面を示す部分断面図である。図１７，１８において、本実施形態の減速機構は、カム２０に設けられるカム歯車１８０と、ローター１４０に設けられるローター歯車１４４と、カム歯車１８０とローター歯車１４４とに歯合する中間車１９０とから構成されている。

カム歯車１８０は、カム２０と共にカム軸７５に軸止されると共に、軸受１１４，１１５により軸支されている。また、中間車１９０は中間歯車１９１を有し、第１機枠１５に設けられる軸受１１２と、中間車受２１０によって軸支されている。なお、中間車受２１０は、第１機枠１５に固定螺子等で固定されている。

一方、ローター歯車１４４は、ローター１４０を軸止するローター軸１４３に形成され、第１機枠１５に設けられる軸受１１３と、第２機枠１６に設けられる軸受１１６とによって軸支される。

なお、軸受１１２〜１１６に設けられる軸穴は貫通していないので、第１機枠１５と第２機枠１６によって形成される空間は、チューブユニット１１が制御ユニット１２に挿着された状態で密閉される。

また、振動体１３０は、腕部１３３ｂの先端部（図８、参照）において、第１機枠１５に植立された固定軸１３８に固定螺子９３により固定されている。

ローター１４０の形状は前述した実施形態１（図６、参照）と同じ場合を例示しており、ローター１４０の外周部には回転方向に沿って溝１４１が形成されており、溝１４１の内部側面が突起部１３３ａとの当接面１４２である。

なお、振動体１３０の構成及び作用は実施形態１（図８〜図１０、参照）と同じであり、振動体１３０とローター１４０との関係も実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

振動体１３０の振動によってローター１４０が回転され、このローター１４０の回転は、ローター歯車１４４、中間歯車１９１、カム歯車１８０を介してカム２０に伝達される。中間車１９０を設けることにより、カム２０は、実施形態１（図５、参照）と同じ方向に回転する。

ここで、ローター歯車１４４とカム歯車１８０との歯数比は減速比であって、減速比はローター歯車１４４とカム歯車１８０との歯数比により適宜変更することができる。また、中間車１９０を大歯車と小歯車の構成にすれば減速比をさらに大きく調整可能となる。なお、増速する場合は、各歯車の歯数比を増速ギヤ機構とすればよい。

このように、カム２０とローター１４０との間に、減速機構または増速機構を設けることにより、ローター１４０の回転速度を一定にしてカム２０の回転速度を変えることができる。つまり、液体の流動量を適宜調整することができる。

また、振動体１３０、ローター１４０、減速機構、カム２０などの可動機構を全て制御ユニット１２に設けることにより、制御ユニット１２とチューブユニット１１の間で、連結機構を必要とせず組立性が向上する。

なお、本実施形態では、ローター１４０の外周側面の当接面１４２に振動体１３０の突起部１３３ａを当接する構造を例示して説明したが、前述した実施形態５，６（図１４〜１６、参照）に示すローター１７０の内周側面の当接面１７２に突起部１３３ａを当接する構成にも適合可能である。

以上前述した実施形態１〜実施形態７によるマイクロポンプ１０は、小型化、薄型化が可能で、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、生体内または生体表面に装着し、新薬の開発やドラッグデリバリなどの医療用に好適である。また、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。さらに、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を示す概観平面図。 実施形態１に係るマイクロポンプを示す概観正面図。 実施形態１に係るマイクロポンプの分解平面図。 実施形態１に係るマイクロポンプの分解正面図。 実施形態１に係るマイクロポンプを示す平面図。 （ａ）は図５のＡ−Ｐ−Ａ切断面を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ切断面を示す断面図。 実施形態１に係るチューブの保持構造を示す部分断面図。 実施形態１に係る振動体の構成を示す斜視図。 実施形態１に係る振動体の作用を模式的に示す部分平面図。 実施形態１に係る振動体の突起部の動きを模式的に示す説明図。 実施形態２に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ切断面を示す断面図。 実施形態３に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ切断面を示す断面図。 実施形態４に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＭ−Ｍ切断面を示す断面図。 実施形態５に係る制御ユニットの一部を示す部分断面図。 実施形態５に係るローターを示す平面図。 実施形態６に係る制御ユニットの一部を示す部分断面図。 実施形態７に係る制御ユニットを示す平面図。 図１７のＬ−Ｌ切断面を示す部分断面図。

符号の説明

１０…マイクロポンプ、１１…チューブユニット、１２…制御ユニット、２０…カム、３０…制御回路部、４０〜４６…フィンガー、５０…チューブ、１３０…振動体、１３３ａ…突起部、１４０…ローター。

Claims (20)

1. 一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、前記チューブの円弧形状の円弧中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持するチューブ案内枠と、を有するチューブユニットと、
   前記複数のフィンガーを前記チューブの流体流入側から流出側に順次押圧するカムと、
   前記カムに回転力を与えるローターと、圧電素子を有し、且つ長手方向端部に前記ローターに当接する突起部を有する振動体と、を有する制御ユニットと、
   前記チューブの流入口部が連通するリザーバーと、
   前記圧電素子に駆動信号を入力する制御回路部と、
   前記制御回路部に電力を供給する電源と、
   が備えられ、
   前記チューブユニットが、前記カムの回転平面に対する略水平方向において前記制御ユニットに着脱可能であって、
   前記圧電素子に交流電圧を印加することにより前記振動体が振動し、前記突起部から前記ローターに回転力を繰り返し加え、前記カムが前記複数のフィンガーを流体の流入側から流出側へ順次押圧して、前記チューブの圧閉と開放を繰り返して流体を輸送する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、
   前記チューブユニットが、前記制御ユニットに設けられる空間に挿着されていることを特徴とするマイクロポンプ。
3. 請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記ローターが円盤形状を有し、
   前記突起部が、前記ローターの外周側面に当接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。
4. 請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記ローターがリング形状を有し、
   前記突起部が、前記ローターのリング形状内周側面に当接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。
5. 請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記ローターが、前記カムの一方の平面に穿設されたリング形状の凹部の内部に形成され、
   前記突起部が、前記凹部の内周側面に当接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、
   前記制御回路部と前記振動体と前記カムとが、互いに平面的に重ならない位置に分散配設されていることを特徴とするマイクロポンプ。
7. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記ローターと前記カムとの間に、減速機構または増速機構が設けられていることを特徴とするマイクロポンプ。
8. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記チューブ案内枠が、前記チューブを挿着するチューブ案内溝と、前記チューブを前記チューブ案内溝に保持するためのチューブ保持部と、を有していることを特徴とするマイクロポンプ。
9. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とを略一致させる案内部が、前記チューブユニット及び前記制御ユニットの互いに対向する側面に設けられていることを特徴とするマイクロポンプ。
10. 請求項９に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とが略一致したことを検出する検出部が、前記チューブユニットと前記制御ユニットとの間に設けられていることを特徴とするマイクロポンプ。
11. 請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記チューブユニットを前記制御ユニットに固定するための蓋部材を有し、
    前記蓋部材と前記チューブユニットとの間に、前記チューブの円弧形状の中心と前記カムの回転中心とを略一致させるよう前記チューブユニットを前記制御ユニットに付勢する弾性部材が備えられていることを特徴とするマイクロポンプ。
12. 請求項１１に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記弾性部材の付勢力が、前記複数のフィンガーのチューブ押圧力よりも大きいことを特徴とするマイクロポンプ。
13. 請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記チューブ案内枠には、前記複数のフィンガーにより押圧されることによるチューブの移動を規制するチューブ規制壁が設けられ、
    前記チューブと前記チューブ規制壁の間に弾性部材が設けられていることを特徴とするマイクロポンプ。
14. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記チューブユニット及び前記制御ユニットの外郭の一部または全部が透明であることを特徴とするマイクロポンプ。
15. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記電源と前記リザーバーのいずれか一方、または両方が、前記チューブユニットに収容されていることを特徴とするマイクロポンプ。
16. 請求項１５に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記電源と前記リザーバーが、前記チューブユニットに対して着脱可能であることを特徴とするマイクロポンプ。
17. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記リザーバーが、内部に流体を流入または封止するためのポートを備えていることを特徴とするマイクロポンプ。
18. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
    前記リザーバーと前記チューブとの連通部に、気泡の通過を遮断するためのエアベントフィルターが備えられていることを特徴とするマイクロポンプ。
19. 請求項１に記載のチューブユニットと着脱可能であって、
    一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブの円弧形状の中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーを前記チューブの流体流入側から流出側に順次押圧するカムと、
    前記カムに回転力を与えるローターと、
    圧電素子を有し、且つ長手方向端部に前記ローターに当接する突起部を有する振動体と、
    を有することを特徴とする制御ユニット。
20. 請求項１に記載の制御ユニットと着脱可能であって、
    一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、
    前記チューブの円弧形状の円弧中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーと、
    前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持するチューブ案内枠と、
    を有することを特徴とするチューブユニット。

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