JP5476682B2 - マイクロポンプ - Google Patents

Description

本発明は、振動体の振動を利用してカムを回転し、複数のフィンガーを蠕動駆動してチューブを圧閉、開放して流体を輸送する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、ステップモータを駆動源とし、複数のローラを備えたロータを回転させ、ロータが複数のローラ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知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３１７７７４２号公報

このような特許文献１では、駆動源としてステップモータを採用しており、ステップモータと出力ギヤ機構と制御回路を含むモータモジュールと、チューブとローラを含むロータと連結要素を含むポンプモジュールとを積層装着して構成しているため、薄型化が困難である。

また、ステップモータを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、ステップモータ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中心と回転軸が略一致するカムと、前記チューブの円弧形状部分と前記カムの間に介設されると共に、前記回転軸から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記カムに回転力を伝達するロータと、圧電素子を有し、長手方向端部に前記ロータに当接する突起部を有する振動体と、が備えられ、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。

本適用例によれば、カムの回転駆動源として振動体を用いてロータ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が簡単になると共に、駆動源が振動体であるために小型、且つ薄型のマイクロポンプを実現できる。

また、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く、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は、前記ロータが円盤形状をなし、前記突起部が、前記ロータ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。

振動体の突起部をロータの外周面に当接することにより、同じ振動体を同じ条件で振動させたときにロータ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３］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記ロータがリング形状をなし、前記突起部が、前記ロータ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る。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記ロータの回転軸が、前記カムの回転軸と一致していることが好ましい。

このような構成では、カムとロータとを同軸上に設けているために、前述した従来技術のような連結機構が不要となり、マイクロポンプをより小型化することができる。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記ロータが、前記カムの一方の平面に穿設された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望ましい。

このような構成では、ロータをカムの内部にカムと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は、前記ロータの前記突起部との当接面に回転方向に沿った溝が設けられ、前記突起部が、前記溝の内側側面に当接するよう配設されていることが好ましい。

このようにロータに溝を設けることにより、薄板状の振動体が外部からの振動等により当接面から外れてしまうことを防止することができる。

［適用例７］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記圧電素子に交流電圧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部とが、さらに備えられていることが好ましい。
なお、電源部としては、例えば、マイクロポンプの小型化に対して小型ボタン型電池を採用することが望ましい。

制御回路部と電源部とは、マイクロポンプの外部に設けリード配線することも可能であるが、これらを内蔵することによりマイクロポンプとして一体化して、例えば生体内または生体表面に装着することがより容易に行えるという効果がある。

［適用例８］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記制御回路部と前記電源部のそれぞれが、前記チューブ及び前記カム及び前記複数のフィンガーと平面的に重ならない位置に分散配設されていることが好ましい。

このようにすれば、制御回路部と電源部とがチューブ及びカム及びフィンガーと平面的に重ならないため、マイクロポンプをより薄型化することができる。

［適用例９］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記振動体が、前記複数のフィンガーと前記チューブに対して平面位置が重ならない位置に配設されていることが望ましい。

このようにすれば、小サイズの振動体を複数のフィンガー及びチューブと分散配設することから組立性を向上させることができる。

［適用例１０］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記電源部が単独で着脱可能であることが望ましい。

上記適用例に係るマイクロポンプは、駆動源として圧電素子を含む振動体を用いることにより、耐久性に優れ長時間にわたって使用することを可能にする。しかしその際、電源部として小型電池を用いる場合に、使用期間途中で電池容量が不足することが予想される。そこで、電源部を単独で容易に交換できる構成とすれば長時間にわたってマイクロポンプを継続使用することができる。

また、マイクロポンプを分解して電源部を交換する煩わしさを排除すると共に、交換時に電源部周辺の他の部材に傷をつけてしまうというような問題を排除できる。

［適用例１１］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記ロータと前記カムとの間に、減速機構または増速機構がさらに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、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。

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６は実施形態１に係るマイクロポンプを示し、図７，８は実施形態２、図９は実施形態３、図１０は実施形態４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、流体を液体と表し説明する。
（実施形態１）

まず、本発明のマイクロポンプの全体構成について説明する。
図１は、実施形態１に係るマイクロポンプを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１において、マイクロポンプ１は、駆動部１０と液体を収容するリザーバ１１とから構成されている。

駆動部１０は、第１機枠１４とチューブ案内枠１５と第２機枠１６とが積層装着され構成されている。図示は省略するが、これらによって構成される内部の空間には、カム、ロータ、振動体、複数のフィンガー、弾性を有するチューブ、制御回路部、電源部としての小型ボタン電池（以降、単に電池と表す）が備えられている。

第１機枠１４とチューブ案内枠１５と第２機枠１６とは、固定螺子９１によって積層され密着固定される。従って、前述した空間内は密閉され防水性が確保されている。

また、第２機枠１６の上部には電池蓋１７が設けられており、電池蓋１７と第２機枠１６とは羅着固定されている。従って、電池蓋１７を回転して外し内部から電池を取り出したり、装着することが可能である。

リザーバ１１は、第１機枠１４の上面側に設けられる凹部内に載置され、チューブ５０によって駆動部１０と接続されている。なお、リザーバ１１は柔軟性を有する材料から構成されており、内部の液体が流出する際に外部の大気圧により変形し、リザーバ１１の内部圧力が一定に保たれる。

リザーバ１１に収容されている液体は、駆動部１０の蠕動運動によりチューブ５０を圧閉と開放を繰り返すことにより流出口部５３から吐出される。

続いて、駆動部１０の構成について図面を参照して説明する。
図２は駆動部の構成を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ｐ−Ｂ切断面を示す断面図である。なお、図２は、第２機枠１６の図示を省略して表している。

まず、図２を参照して平面構成について説明する。本実施形態の駆動部１０は、一部が平面視して円弧形状に配設される弾性を有するチューブ５０と、チューブ５０の円弧形状の中心と回転軸Ｐが略一致するカム２０と、チューブ５０の円弧形状部分とカム２０の間に介設されると共に、回転軸Ｐから放射状にそれぞれ等間隔に配設される複数のフィンガー４０〜４６と、カム２０に回転力を伝達する円盤形状のロータ７０、ロータ７０の外周部に突起部８１ａが当接するよう配設される振動体８０と、制御回路部６０と、電池６１とから構成されている。

カム２０とロータ７０とはカム軸７５に軸止されている。従って、カム２０とロータ７０は回転軸を同一として一体で回転するよう構成される。

なお、制御回路部６０と電池６１と振動体８０のそれぞれは、チューブ５０及びカム２０及びフィンガー４０〜４６と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、回転軸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と回転軸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、回転軸Ｐから延長した直線部２４で結ばれている。

チューブ５０は、チューブ案内枠１５に形成されたチューブ案内溝１５ｃ内に装着され、一方の端部は、液体を外部に吐出する流出口部５３であり、マイクロポンプ１の外部に突出している。他方の端部は液体を流入する流入口部５２であり、液体を収容するリザーバ１１に接続され、液体流動部５１がリザーバ１１内に連通されている。

チューブ５０は、フィンガー４０〜４６によって押圧される範囲が、回転軸Ｐに対して同心円となるように形成されたチューブ案内溝１５ｃ内に装着されている。なお、フィンガー４０〜４６は、それぞれ同じ形状で形成されているのでフィンガー４１を例示して説明する。フィンガー４１は、円柱状の軸部４１ａと、軸部４１ａの一方の端部に設けられる鍔形状のチューブ押圧部４１ｃと、他方の端部が半球状に丸められたカム当接部４１ｂと、から構成されている。

フィンガー４０〜４６は、フィンガー案内溝１５ｂに沿って進退可能であり、カム２０によって外側方向に押圧され、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３を参照して駆動部１０の断面構成について説明する。第１機枠１４とチューブ案内枠１５と第２機枠１６は、互いに積層されて周縁部を複数の固定螺子９１（図示は省略）によって密着固定されている。

第１機枠１４とチューブ案内枠１５と第２機枠１６とが固定された状態で、内部に空間３０が形成され、この空間３０内にカム２０、ロータ７０、振動体８０、制御回路部６０、電池６１が配設されている。

カム２０とロータ７０とは、カム軸７５に重ねて軸止されている。従って、カム２０とロータ７０とはカム軸７５を回転軸として一体で回転可能である。また、カム軸７５は両端部に軸部７５ａ，７５ｂを有している。

軸部７５ａは第２機枠１６に設けられる軸受９２の軸穴９２ａに挿入され、軸部７５ｂは第１機枠１４に設けられる軸受９３の軸穴９３ａに挿入され、軸受９２，９３によって軸支されている。軸穴９２ａ，９３ａは貫通していない。

ロータ７０の外周部には回転方向に沿って溝７１が形成されており、溝７１の内部側面が、振動体８０との当接面７２である。

振動体８０は、ロータ７０の溝７１の断面方向のほぼ中央に配設されると共に、振動体固定軸９０に固定螺子９８によって固定されている。なお、振動体８０については、図４〜図６を参照して後述する。

第１機枠１４の内面には回路基板６３が設けられており、電池６１の下面から振動体８０の下方まで延在され、その表面には接続パターンが形成されている。回路基板６３の上面には制御回路部６０と電池６１とが載置または接続されている。

制御回路部６０には電源回路や発振回路等（共に図示せず）が含まれる。電源回路は電池６１の電極と接続され、発振回路は振動体８０の複数の電極と接続されている。

電池６１は、下方がマイナス電極であり、側面がプラス電極であって、マイナス電極が回路パターンと直接に接触接続される。また、プラス電極は電池端子６２を介して対応する回路パターンに接続される。

電池６１は、外周の２／３程度がチューブ案内枠１５によって案内されて保持されている。一方、電池６１の上方には電池蓋１７が設けられている。電池蓋１７には雄螺子１８が形成されており、第２機枠１６に形成される雌螺子と羅着される。

電池蓋１７の上面には開閉溝１７ａが形成されており、この開閉溝１７ａにドライバやコイン等を挿入して回転することで電池蓋１７を開閉することが可能である。つまり、電池蓋１７を外して電池６１を取り出し、電池６１を装着して電池蓋１７を締め付けることにより、電池６１を回路基板６３に圧設する。この際、電池蓋１７と第２機枠１６との間は密着され、この部分も空間３０を密閉している。

なお、電池蓋１７の開閉構造としては、螺着固定の他にバヨネット構造、圧入構造、固定螺子による構造等から選択することが可能である。

また、チューブ５０及びフィンガー４０〜４６は、それぞれチューブ案内枠１５に設けられる断面形状が略Ｕ字型のフィンガー案内溝１５ｂ及びチューブ案内溝１５ｃに挿着した後、開放面を第２機枠１６で蓋をすることにより保持される。

チューブ案内溝１５ｃの外側方向にはチューブ案内壁１５ｄが設けられ、フィンガー４０〜４６によるチューブ圧閉の際にチューブ５０の移動を規制する。

続いて、振動体８０について図面を参照して説明する。
図４は振動体の構成を示す斜視図である。振動体８０は、図４に示すように、ほぼ長方形の薄板形状をしている。振動体８０は、補強板８１の表面に板状の圧電素子８２、圧電素子８２の表面に電極８４を積層し、裏面に板状の圧電素子８３、圧電素子８３の表面に電極８５が積層されて構成されている。

圧電素子８２，８３はそれぞれ長方形をなし、交流電圧を印加することにより、長手方向に伸張・収縮する。圧電素子８２，８３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８１は、振動体８０の全体を補強する機能を有しており、振動体８０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８１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８２，８３は、補強板８１よりも厚さが薄いものであることが好ましい。これにより、振動体８０をより高い効率で振動させることができる。

補強板８１は、圧電素子８２，８３に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子８２には電極８４と補強板８１とによって交流電圧が印加され、圧電素子８３には電極８５と補強板８１とによって交流電圧が印加される。

圧電素子８２，８３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８１も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子８２，８３に交流電圧を印加すると、振動体８０は図４の矢印で示すように長手方向に微小な振幅で振動する。

補強板８１の両端部には、それぞれ突起部８１ａ，８１ｂが一体的に形成されている。図２及び図３に示すように、振動体８０は突起部８１ａがロータ７０の外周側面（当接面７２）に当接するように配設されている。

次に、振動体８０の作用について図面を参照して説明する。
図５は振動体の作用を模式的に示す部分平面図、図６は突起部の動きを模式的に示す説明図である。図５において、突起部８１ａは、補強板８１の中央部（中心線Ｇ）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、図示の構成では、反対側の角部に突起部８１ａとは対称的に同様な突起部８１ｂが設けられているが、本実施形態で使用されていない。

また、補強板８１の長手方向のほぼ中央からは、腕部８１ｃが突設されている。この腕部８１ｃの先端部には固定用孔８１ｄが開設されており、この固定用孔８１ｄに固定螺子９８（図３、参照）が挿通される。

図３に示すように、振動体８０は、腕部８１ｃにおいて第１機枠１４に植立される振動体固定軸９０に固定螺子９８により固定される。つまり、振動体８０は、腕部８１ｃによって支持されている。これにより、振動体８０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。

なお、振動体８０は腕部８１ｃの弾性によって、突起部８１ａがロータ７０の外周側面の当接面７２に圧接された状態で配設されている。

また、振動体８０は、ロータ７０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７０の厚さよりも薄い。また、振動体８０の厚さは、ロータ７０の外周面に形成される溝７１の断面方向の幅よりも薄くすることがより好ましい。

上述したように、圧電素子８２，８３に交流電圧を印加すると振動体８０が伸縮し、突起部８１ａは、図６の矢印ｒに示すような楕円運動を繰り返す。

そこで、突起部８１ａがロータ７０の当接面７２に当接された状態で、圧電素子８２，８３に交流電圧を印加して振動体８０を振動させると、振動体８０が伸張するときに突起部８１ａ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７０が時計周り方向（矢印Ｒ）方向に回転する。

圧電素子８２，８３に印加する周波数は特に限定されないが、振動体８０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８０の振幅が大きくなり、高い効率でロータ７０を回転駆動することができる。

なお、振動体８０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８１ａを楕円振動させることがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ７０を回転駆動させることができる。以下、この点について説明する。

図５に示すように、振動体８０がロータ７０を回転駆動するとき、突起部８１ａは、ロータ７０から図５中の矢印で表す反力ｆを受ける。本実施形態では、突起部８１ａが振動体８０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８０は、この反力ｆによって図５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５では、振動体８０の変形を誇張して表している。

印加電圧の周波数、振動体８０の形状・大きさ・突起部８１ａ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８１ａは、図６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８０の１回の振幅において、突起部８１ａがロータ７０を回転方向に送るときには、突起部８１ａがロータ７０により強い力で圧接され、突起部８１ａが戻るときには、ロータ７０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８０の振動をロータ７０の回転より高い効率で変換することができる。

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２を参照して説明する。カム２０は、振動体８０からロータ７０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８０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の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。

上述した本実施形態のマイクロポンプ１は、平板状の振動体８０を用いてロータ７０を回転し、カム２０を回転する構造であり、摩擦力（押圧力）によってロータ７０を駆動することから、従来技術のステップモータのように磁力で駆動する場合と異なり、駆動力が高い。従って、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が簡単になると共に、小型、且つ薄型のマイクロポンプを実現できる。

また、構造を前述した従来技術に比べて極めて簡単にすることができ、製造コストを低減することができる。

また、振動体８０の面内振動をロータ７０の回転に直接変換すること、ロータ７０の回転軸に対して垂直方向に回転力を加えること、により、エネルギーロスが小さく、ロータ７０を高い効率で回転駆動することができる。

また、ロータ７０とカム２０の回転軸が一致していることから前述した従来技術のような連結機構が不要となり、より一層小型のマイクロポンプを実現できる。

また、ロータ７０には、回転方向に沿った溝７１が設けられ、振動体８０の突起部８１ａが、溝７１の内側側面（当接面７２）に当接するよう配設することにより、薄板状の振動体８０が外部からの振動、衝撃等により当接面７２から外れてしまうことを防止することができる。

また、本実施形態では、制御回路部６０と、制御回路部６０に電力を供給する電池６１が、さらに備えられているために、これらを別に備えるよりも、例えば、マイクロポンプ１を生体内または生体表面に装着することがより容易に行えるという効果がある。

また、制御回路部６０と電池６１及び振動体８０のそれぞれが、チューブ５０及びカム２０及びフィンガー４０〜４６と平面的に重ならない位置に分散配設することにより、マイクロポンプをより薄型化することができ、さらに組立性が向上する。

さらに、駆動源として圧電素子８２，８３を含む振動体８０を用いている。圧電素子８２，８３は駆動による劣化がほとんどないことにより、耐久性に優れ長時間にわたって使用することを可能にする。しかしその際、小型ボタン型電池を用いる場合に使用期間途中で電池容量が不足することが予想される。そこで、電池６１を単独で容易に交換できる構成とすれば長時間にわたってマイクロポンプ１を継続使用することができる。

また、マイクロポンプを分解して電池を交換する煩わしさを排除すると共に、交換時に電池周辺の他の部材に傷をつけてしまうというような問題を排除できる。
（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、ロータをリング形状とし、振動体８０の突起部８１ａがロータ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７は、実施形態２に係る駆動部を示す部分断面図、図８はロータを示す平面図である。図７及び図８において、ロータ１７０は、図示下面方向から凹部を形成してリング形状をなしている。そして、この凹部内に振動体８０が配設されている。

ロータ１７０のリング形状内周側面には溝１７１が形成されている。この溝１７１の内周側面は、振動体８０に設けられる突起部８１ａが当接する当接面１７２である。

ロータ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８０は、腕部８１ｃ（図４、参照）の先端部において、第１機枠１４に植立された振動体固定軸９０に固定螺子９８により固定されている。

なお、振動体８０の構成及び駆動作用は実施形態１（図４〜図６、参照）と同じであるが、突起部８１ａはロータ１７０のリング形状内周側面の当接面１７２に当接し、ロータ１７０を時計回り方向（図中、矢印Ｒ方向）に回転させる。

従って、このような構成によれば、ロータ１７０をリング形状とし、振動体８０の突起部８１ａをロータ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８０はロータ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６０及び電池６１（図３、参照）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、前述した実施形態２の構造をさらに簡素化するもので、ロータが、カム２０の一方の平面に穿設された凹部の内部に形成され、振動体８０に設けられる突起部８１ａ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２との相違個所を中心に説明する。

図９は、実施形態３に係る駆動部を示す部分断面図である。図９において、カム２０の下面（第１機枠１４方向の面）には凹部が穿設され、この凹部内に振動体８０が配設されている。

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８０に設けられる突起部８１ａが当接する当接面１７２が形成される。つまり、ロータ機能がカム２０に一体で形成されている。

また、振動体８０は、腕部８１ｃの先端部（図４、参照）において、第１機枠１４に植立された振動体固定軸９０に固定螺子９８により固定されている（図８も参照）。

なお、振動体８０の構成及び駆動作用は実施形態１（図４〜図６、参照）と同じであるが、実施形態２（図８、参照）と同様に、突起部８１ａはロータ１７０のリング形状内周側面の当接面１７２に当接し、ロータ１７０を時計回り方向（図中、矢印Ｒ方向）に回転させる。

従って、上述した構成によれば、ロータをカム２０の内部にカム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、ロータ７０とカム２０との間に減速機構または増速機構が、さらに設けられていることに特徴を有する。なお、ここでは減速機構の１例を示して説明する。

図１０は、実施形態４に係る駆動部を示す断面図である。図１０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１０１と、ロータ７０に設けられるロータ歯車１０５と、カム歯車１０１とロータ歯車１０５とに歯合する中間車１０２とから構成されている。

カム歯車１０１は、カム２０と共にカム軸７５に軸止され、軸受９２，９３により軸支されている。また、中間車１０２は中間歯車１０３を有し、第１機枠１４に備えられる軸受９４と、中間車受１１０に設けられる軸受９５によって軸支されている。なお、中間車受１１０は、第１機枠１４に固定螺子等で固定されている。

一方、ロータ歯車１０５は、ロータ７０を軸止するロータ軸１０４に形成され、第１機枠１４に設けられる軸受９７と、第２機枠１６に設けられる軸受９６とによって軸支される。

また、振動体８０は、腕部８１ｃの先端部（図４、参照）において、第１機枠１４に植立された振動体固定軸９０に固定螺子９８により固定されている。

ロータ７０の外周部には回転方向に沿って溝７１が形成されており、溝７１の内部側面が振動体８０との当接面７２である。

振動体８０は、ロータ７０の溝７１の断面方向のほぼ中央に配設されると共に、振動体固定軸９０に固定螺子９８によって固定されている。

なお、振動体８０の構成及び作用は実施形態１（図４〜図６、参照）と同じであり、振動体８０とロータ７０との関係も実施形態１と同様なため、説明を省略する。

振動体８０の振動によってロータ７０が回転され、このロータ７０の回転は、ロータ歯車１０５、中間歯車１０３、カム歯車１０１を介してカム２０に伝達される。中間車１０２を設けることにより、カム２０は、実施形態１（図２、参照）と同じ方向に回転する。

ここで、ロータ歯車１０５とカム歯車１０１との歯数比は減速比であって、減速比はロータ歯車１０５とカム歯車１０１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１０２を大歯車と小歯車の構成にすれば減速比をさらに調整可能となる。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。

従って、ロータ７０とカム２０との間に減速機構または増速機構をさらに設けることにより、カム２０の回転速度を変えることができる。つまり、液体の吐出量を適宜調整することができる。

前述した実施形態１〜実施形態４によるマイクロポンプ１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、前記流体の流動、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し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 実施形態１に係る駆動部の構成を示す平面図。 図２のＡ−Ｐ−Ｂ切断面を示す断面図。 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に係る駆動部を示す部分断面図。 実施形態２に係るロータを示す平面図。 実施形態３に係る駆動部を示す部分断面図。 実施形態４に係る駆動部を示す断面図。

符号の説明

１…マイクロポンプ、２０…カム、４０〜４６…フィンガー、５０…チューブ、７０…ロータ、８０…振動体、８１ａ…突起部、８２，８３…圧電素子。

Claims (1)

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中心と回転軸が略一致するカムと、
   前記チューブの円弧形状部分と前記カムの間に介設されると共に、前記回転軸から放射状に配設される複数のフィンガーと、
   圧電素子を有し、かつ長手方向端部に突起部を有する振動体と、
   前記カムに回転力を伝達するロータと、
   を備え、
   前記突起部を前記ロータに当接するよう配設し、
   前記カムの周面は前記ロータの周面より小さくした、マイクロポンプであって、
   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に回転力を加え、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流体を輸送することを特徴とするマイクロポンプ。

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