JP5510006B2 - マイクロポンプ - Google Patents

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、このフィンガーの先端がチューブを順次押す
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）。

特開平９−５３２７２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成の装置である場合には、チューブの配置に
制限が生ずる。すなわち、このような装置であるとカムの中心とチューブが延在される円
弧の中心がほぼ同じになるようにチューブを配置せざるをえない。よって、チューブの配
置に自由度を持たせることが望ましい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、液体を輸送するチューブの配
置に自由度をもたせ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、
回転するカムと、
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、湾
曲したフィンガーを少なくとも１つ含む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、
前記カム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。 参考例におけるフィンガーの動きを説明する図である。 第２実施形態におけるチューブユニット１１の概略斜視図である。

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、
回転するカムと、
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、湾
曲したフィンガーを少なくとも１つ含む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、
前記カムが回転することにより、前記複数のフィンガーが、該フィンガーと前記チュー
ブ案内枠との間の前記チューブを、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、液体を輸送するチューブの配置に自由度をもたせることができ
る。

かかるマイクロポンプであって、前記複数のフィンガーは、複数並ぶフィンガーの中央
のフィンガーに向かう方向にそれぞれ湾曲することが望ましい。また、前記複数のフィン
ガーのうち少なくとも１つのフィンガーは直線状のフィンガーであり、該直線状のフィン
ガー以外のフィンガーは、前記直線状のフィンガーに向かう方向にそれぞれ湾曲すること
が望ましい。また、前記カムは、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
であり、前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンを備え、前記複数のガイド
ピンに前記複数のフィンガーが取り付けられていることが望ましい。また、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の案内枠は
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、前記フィンガーは、弾性体であることが望ましい。また、前記チューブは、該チ
ューブの中心軸を含む面が前記カムを構成する回転板の面と平行となる位置に配置される
ことが望ましい。また、前記チューブは、該チューブの中心軸を含む面が前記カムを構成
する回転板の面と交差する位置に配置されることが望ましい。

このようにすることで、液体を輸送するチューブの配置に自由度をもたせることができ
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。本実施形態におけるチューブ５
０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（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５
３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が接触する部分が接着される。

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。本実施形態のチューブユニット１１は、複数のフ
ィンガー４１〜４８を含む。これらのフィンガー４１〜４８において、フィンガー４４を
除くフィンガーは全て湾曲するように形成されている。フィンガー４１〜４３は、直線状
のフィンガー４４に向かう方向に曲げられるように湾曲する。また、フィンガー４５〜４
８も、直線状のフィンガー４４に向かうように湾曲する。これらのフィンガー４１〜４８
は、本体部４１ａ〜４８ａと、この本体部４１ａ〜４８ａの先端であってチューブ５０と
接着される先端部４１ｂ〜４８ｂを有する。

湾曲するようにして形成されるフィンガー４１〜４８の曲率半径は、先端部４１ｂ〜４
８ｂがチューブ５０に対してほぼ垂直に接触するような曲率半径とされている。このよう
にすることによって、後述するようにチューブ５０にかかる負担を軽減することができる
ようになっている。

フィンガー４１〜４８には、ガイドピン３１〜３８が一体的に形成される。ガイドピン
３１〜３８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４１〜４８は、それぞれ対応するフィンガー案内溝５６内を摺動して進退可
能である。これらのフィンガー案内溝５６は、それぞれ湾曲したフィンガーの曲率半径と
同じ曲率半径を有する形状を有している。

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。また、図には、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っている
ことが示されている。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５
０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。

また、本実施形態のような構成にすることにより、カム２０の中心とチューブが延在さ
れる円弧の中心とがずれた位置に存在することを許容する。すなわち、本実施形態では、
チューブ５０の配置に自由度を持たせることができる。

図６は、参考例におけるフィンガーの動きを説明する図である。図には、参考例のフィ
ンガーとして２本のフィンガー１４４、１４５が模式的に示されている。参考例における
フィンガー１４４、１４５は湾曲しておらず直線状のフィンガーとなっている。そして、
２本のフィンガー１４４、１４５は、それぞれ直線状のフィンガー位置規制壁１５７によ
ってガイドされるようになっている。

このような参考例の構成において、仮にフィンガーが低い位置に移動したときには、こ
れら２本のフィンガーの先端部１４４ｂ、１４５ｂ間の距離はＷ１となる。一方、仮に、
フィンガー１４４、１４５が高い位置に移動したときには、これら２本のフィンガーの先
端部１４４ｂ、１４５ｂ間の距離はＷ２となる。フィンガーの先端部１４４ｂ、１４５ｂ
にはチューブが接触することになるが、このようにフィンガーの位置によって先端部間の
距離が変わることとなると、チューブの長手方向にフィンガー先端が移動しようとする力
が働く。フィンガーの先端部１４４ｂ、１４５ｂがチューブに対して滑らないと仮定した
とすれば、チューブはその長手方向に変形させられることになる。一方、フィンガーの先
端部１４４ｂ、１４５ｂがチューブに対して滑りを生ずると仮定したとすれば、チューブ
にはその長手方向に摩擦力を生じさせられる。すなわち、いずれの状況においても、チュ
ーブには、フィンガー１４４、１４５により負担を生じさせられることになる。

これに対し、上述の実施形態によれば、フィンガー４１〜４８は、それぞれチューブ５
０の面に対してほぼ垂直に接する。このようにすることにより、参考例に示したようなチ
ューブに対する負担を減らすことができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図７は、第２実施形態におけるチューブユニット１１の概略斜視図である。図には、カ
ム２２０と、チューブ２５０と、フィンガー２４１〜２４７と、フィンガー位置規制部材
２５７−１〜２５７−７が示されている
フィンガー２４１〜２４７は、例えば、変形可能な弾性体によって形成されている。フ
ィンガー２４１〜２４７には、それぞれチューブ２５０に接触する先端部２４１ｂ〜２４
７ｂが設けられている。また、フィンガー２４１〜２４７には、それぞれカム２２０と接
触する後端部２４１ｃ〜２４７ｃが設けられている。

フィンガー位置規制部材２５７−１〜２５７−７は、連通する管状の部材である。それ
ぞれのフィンガー位置規制部材は湾曲した形状として形成されている。フィンガー位置規
制部材２５７−１〜２５７−７は、それぞれチューブユニット１１において所定の位置に
固定される。フィンガー位置規制部材２５７−１〜２５７−７の内部は、対応する各フィ
ンガーが通る。フィンガー２４１〜２４７は弾性体であるため、フィンガー位置規制部材
は、それぞれ各フィンガーを所定方向にガイドする。

前述の第１実施形態では、チューブ５０は、カム２０の面と平行な位置に配置されたの
に対し、第２実施形態では、チューブ２５０は、カム２２０の面と交差する位置に配置さ
れる。すなわち、第２実施形態におけるチューブユニット１１は、チューブ２５０とカム
軸２７６の方向が一致している。このように、カム２２０の面と交差する方向がチューブ
の長手方向となるように配置できるように、フィンガー位置規制部材２５７−１〜２５７
〜７は湾曲させられている。

次に、カム２２０の形状について説明する。図には、仮想内円２２５ａと仮想外円２２
５ｂが示されている。これらの円の軸はカム軸２７６と一致している。仮想内円２２５ａ
は、カム２２０の最も低い部分が接する円である。仮想外円２２５ｂは、カム２２０の最
も高い部分が接する円である。

フィンガーの後端部２４１ｃ〜２４７ｃが当接する面の形状は、カム２２０の回転方向
とは反対方向に見ると、仮想内円２２５ａの高さから始まり、徐々に仮想外円２２５ｂに
向かうように高さが高くなっていく。そして、仮想外円２２５ｂに接すると、その高さは
、急激に仮想内円２２５ａに接する位置にまで低くされる。このように、仮想内円２２５
ａの高さから仮想外円２２５ｂの高さにまで徐々に高くなり、その後、急に低くなると言
う構成が６回繰り返すように、カム２２０の外形は形成されている。

このような構成において、カム２２０が図の矢印の方向に回転させられると、フィンガ
ー２４１からフィンガー２４７にかけて徐々にチューブ２５０を閉塞する。このように、
フィンガーが湾曲する構成となっているので、チューブ２５０の配置に自由度を持たせる
ことができる。また、フィンガーの先端部をチューブ２５０に垂直に接触させることがで
きるので、チューブ２５０にかかる負担を軽減できるという利点も有する。

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 (7)

1. 液体が流動するチューブと、
   回転するカムと、
   前記チューブと前記カムとの間で進退可能に保持されるフィンガーと、
   前記チューブを介して前記フィンガーと対向する場所で前記チューブを案内するチューブ案内枠と、
   を備え、
   前記フィンガーは進退方向に対して湾曲されてなり、
   前記カムが回転することにより、前記フィンガーが、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. 前記フィンガーは複数あり、かつ少なくとも１つの前記フィンガーは直線状の前記フィンガーであり、直線状の前記フィンガーは、複数の前記フィンガーの間に配置された、請求項１に記載のマイクロポンプ。
3. 前記カムは、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であり、
   前記カム溝に摺動可能に配置される複数のガイドピンを備え、
   複数の前記ガイドピンに前記複数のフィンガーが取り付けられている、請求項１〜２のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
4. 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の案内枠は複数の前記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１〜３のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
5. 前記フィンガーは、弾性体である、請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロポンプ。
6. 前記チューブは、前記チューブの中心軸を含む面が前記カムを構成する板の面と平行となる位置に配置される、請求項５に記載のマイクロポンプ。
7. 前記チューブは、前記チューブの中心軸を含む面が前記カムを構成する回転板の面と交差する位置に配置される、請求項５に記載のマイクロポンプ。

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