JP5789822B2 - 送液ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、微量の薬液、細胞培養液等を送液するためのマイクロポンプに関する。

近年、創薬の研究開発やｉＰＳ細胞（induced pluripotent stem cells：人工多能性幹細胞）、ＥＳ細胞（Embryonic stem cells：胚性幹細胞）等の薬液、細胞に関する諸題が大きくなっている。特に、細胞培養に関する将来像は、優秀な経済動物の品種改良、食肉蛋白の製造等の工業的応用、人体、薬学、治療面等においては、人造臓器、輸血用血液の生産、薬剤面においては、インフルエンザ予防薬、抗体の生産、体外受精等々、広範な分野に広がりを見せている。

この様な状況において、複数の微量液体を均一に混合する、或いはiPS細胞、ES細胞を培養するために必要なマイクロ流路を形成するマイクロポンプとしては、チューブポンプ（例えば特許文献１参照）、ダイヤフラムポンプ（例えば特許文献２参照）、シリンジポンプ等が用いられてきた。

しかしながら、前述の各種ポンプは主要部分が機械要素で構成されているために、小型化が困難であった。即ち1μL/毎分以下の流量を流通させるマイクロ流路には対応が難しく、また、各々のポンプはバルブ機能、吸入吐出機能の何らかの機能を必要とするので、複雑な機械作用を伴うことで脈流が発生し、平坦な流れを必要とする細胞培養等のポンプには不向きであった。また、特許文献３に記載するポンプにおいては構造上、吐出圧が低くならざるを得ないので流路抵抗が大きいマイクロ流路には不適当であった。更に、前述のポンプでマイクロ流路に対応させると、小型化のための高額な部品及び、精密な組立作業等で高価となる。更には、小型且つ、複雑な構成のために滅菌処理も困難であった。

特開２００２−３１５５６６号公報 特開２００４−６０６４１号公報 特開２００８−２５３６２号公報

ところで、細胞の培養においては、培養液を微流量コントロールすること、及び培養液の流れに脈流を生じさせないことが重要な要素である。従って、培養液を送り出すのに用いる送液ポンプにおいては、送り出す培養液を微流量コントロールできること、及び送り出す培養液の流れに脈流が生じないことが要望される。

上述した特許文献１に示されるようなチューブポンプや特許文献２に示されるようなダイヤフラムポンプでは、各部品のマイクロ化に限界があるために、細胞培養に必要な培養液のマイクロ流量に対して、培養液の送液能力が過剰であり、培養液の微流量コントロールが困難である。また、これらポンプの構造上、培養液の流れに脈流が生じてしまう。

また、上述したシリンジポンプは、予め蓄えておいた液体を送り出すだけの一過性ポンプであり、培養液を循環させることができない。

また、上述した特許文献３に示されるようなマイクロポンプでは、構造上、液体の吐出圧力が低いために、流路抵抗が大きいマイクロ流路に対して、必要な培養液の流量を送液することが困難であり、かつ、適切な培養液の流量にコントロールすることが困難である。すなわち、培養液の微流量コントロールが困難である。また、構成上高価な精密部品の採用と、高度の組立技術が必要なことでポンプの単価も高価であると同時に、精密で小型のため、細胞培養用ポンプとして不可欠な滅菌処理も困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小流量、微流量の液体の吐出圧力を得ることができる送液ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の送液ポンプは、円環状流路、及び、その流路の一部に凸状に形成した凸状流路を有したハウジングと、流路内に移動可能に設けられた複数個の磁性体と、磁石を有する回転体を回転させて流路内の磁性体を移動させる駆動機構と、を備え、円環状流路から凸状流路に移行する領域に液体が流入し、凸状流路から円環状流路に移行する領域より液体が流出するようにした、ものである。

本発明の送液ポンプにおいて、ハウジングは、駆動機構から分離可能にしてチップ状に形成されている、ことが好ましい。

また、本発明の送液ポンプにおいて、流路に連通した液溜め部を備えている、ことが好ましい。

本発明によれば、駆動機構によって回転体を一回転方向に回転させると、磁石が一回転方向に回転し、磁性体が流路（円環状流路及び凸状流路）内を移動する。このとき、円環状流路から凸状流路に移行する領域において、隣り合う２個の磁性体の間隔が広くなっていき、凸状流路から円環状流路に移行する領域において、隣り合う２個の磁性体の間隔が狭くなっていく。これにより、円環状流路から凸状流路に移行する領域に液体が流れ込み、凸状流路から円環状流路に移行する領域より液体が流れ出る。こうして、凸状流路の上流に取り込んだ液体を凸状流路の下流から送り出すことができる。

ここに、２個の磁性体の間隔の変化によって液体の収容体積を自在に圧縮拡大させながらポンピング動作をさせることができ、液体の取り込みと送り出しを同時に行うことで、小流量、微流量の液体の吐出圧力を得ることができる。これにより、液体の微流量コントロールが可能になる。

また、駆動機構によって回転体を回転させて磁性体を移動させている間、定常的に、凸状流路に取り込んだ液体を連続的に送り出すことができるので、脈流を抑えることができる。また、ハウジングの構造はシンプルで構成部品は少なく、低コスト化が可能になる。また、駆動機構とハウジングが分離できる構造にすることで、滅菌処理がハウジングだけの処理で簡単にできる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る送液ポンプの斜視図、（ｂ）は送液ポンプのハウジングを支持体から取外した状態の斜視図。 （ａ）は同送液ポンプの上側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 同送液ポンプのハウジングの分解斜視図。 同送液ポンプの動作を説明する模式図であり、（ａ）はある時刻における磁性球体の位置を示す図、（ｂ）は（ａ）の状態から永久磁石がある角度だけ回転したときの磁性球体の位置を示す図、（ｃ）は（ｂ）の状態から永久磁石がある角度だけさらに回転したときの磁性球体の位置を示す図、（ｄ）は（ｃ）の状態から永久磁石がさらに回転していったときの磁性球体の位置を示す図。 同送液ポンプの使用例を示す上側から見た平面図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る送液ポンプの上側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明を具体化した第１の実施形態による送液ポンプについて図面を参照して説明する。図１乃至図３において、送液ポンプ１は、微量の薬液、細胞培養液等を送液するためのマイクロポンプである。

送液ポンプ１は、液体を流通させるための流路２を有したハウジング３と、流路２の内部に移動可能に設けられた磁性球体（磁性体）４と、磁性球体４を磁力によって移動させる駆動機構５と、を備えている。また、送液ポンプ１は、ハウジング３及び駆動機構５を支持する支持体６と、駆動機構５を制御する制御手段（不図示）と、を備えている。支持体６は、基台１１と、基台１１に設けられた４つの支柱１２と、各支柱１２の上部に設けられた台座１３と、各台座１３に設けられたガイド体１４と、を備えている。

ハウジング３は、液体を流通させるための流路２を備えている。この流路２は、円環状に形成された円環状流路２ａと、この円環状流路２ａから一部が半径方向に大径化した凸状流路２ｂとを有している。すなわち、流路２は、円環状流路２ａ、及び、その円環状流路２ａの一部に凸状に形成した凸状流路２ｂを有している。また、ハウジング３は、流路２に液体を流入させるための流入流路２２と、流路２から液体を流出させるための流出流路２３と、を有している。また、ハウジング３は、流入流路２２、流出流路２３を液体の供給元、供給先に繋ぐためのチューブを接続する接続部２４、２５を有している。

ハウジング３は、ベース３１とカバー３２とを貼り合わせることにより作製されている。すなわち、ベース３１に流路２、流入流路２２、及び流出流路２３となる溝が形成されており、この溝を塞ぐように、カバー３２がベース３１に接合されている。ベース３１及びカバー３２は、各々、プラスチックやガラス等の非磁性体により作製されている。ハウジング３は、駆動機構５から分離可能にしてチップ状に形成されている。すなわち、ハウジング３は、支持体６の台座１３に取付け、取外し自在に載置される。台座１３に載置されたハウジング３は、ガイド体１４にガイドされた状態で支持体６に支持される。

磁性球体４は、流路２の内部に移動可能に設けられている。すなわち、磁性球体４は、球形であり、磁性球体４の直径は、流路２の流路幅よりも小さい。磁性球体４は、流路２内で移動することにより、流路２内の液体を移動（流通）させるものである。磁性球体４は、球形に形成された鉄の表面にガラスコーティングやセラミックコーティングを施すことにより、作製されている。磁性球体４は、流路２内に複数個（本実施形態では８個）設けられている。

駆動機構５は、永久磁石７を有する回転体８と、回転体８を回転させるモータ９と、を備えている。駆動機構５は、永久磁石７を有する回転体８を回転させて流路２内の磁性球体４を移動させるものである。モータ９は、支持体６の基台１１の上面に設置されており、制御手段（不図示）による制御のもと、回転軸９ａを回転（自転）させる。回転体８は、モータ９の回転軸９ａに固定的に連結されている。永久磁石７は、回転体８の上面に固定的に取付けられており、支持体６に支持されるハウジング３の下方に位置している。従って、モータ９の回転軸９ａが回転すると、回転体８が回転して、永久磁石７がハウジング３の下方において回転（公転）する。このとき、永久磁石７は、モータ９の回転軸９ａを中心にして回転し、モータ９の回転軸９ａが永久磁石７の回転の中心Ｃとなる。

永久磁石７は、複数個（磁性球体４と同じ個数：本実施形態では８個）設けられている。複数個の永久磁石７は、回転中心Ｃから等距離に設けられている。従って、モータ９の回転軸９ａが回転すると、複数個の永久磁石７は、１つの同じ円軌道上を互いに等しい角速度で回転（公転）する。また、複数個の永久磁石７は、永久磁石７の回転方向に等間隔（本実施形態では回転中心Ｃを基点に４５度間隔）に設けられている。

駆動機構５は、このような構成により、モータ９の回転軸９ａを回転させることによって、永久磁石７を有する回転体８を回転させて、複数個の永久磁石７をハウジング３の下方において１つの同じ円軌道上で互いに等しい角速度で回転（公転）させる。そして、駆動機構５は、このように回転体８を回転させて複数個の永久磁石７を回転させることにより、複数個の永久磁石７の磁力によって、複数個の磁性球体４を流路２内で流路２に沿って移動させる。

次に、上記流路２、流入流路２２、及び流出流路２３について説明する。円環状流路２ａは、回転中心Ｃ（モータ９の回転軸９ａの延長線９ｃ）からの距離が一定の円上に位置する。凸状流路２ｂは、回転中心Ｃからの距離が前記円よりも大きくされている。円環状流路２ａは、回転中心Ｃを基点に所定の角度範囲θａ（本実施形態では２７０度の範囲）に亘って形成されており、凸状流路２ｂは、回転中心Ｃを基点に所定の角度範囲θｂ（本実施形態では９０度の範囲）に亘って形成されている。

回転中心Ｃから円環状流路２ａまでの距離Ｒａは、円環状流路２ａ上の位置によらず一定になっている。回転中心Ｃから凸状流路２ｂまでの距離Ｒｂは、距離Ｒａよりも大きくなっている。また、距離Ｒｂは、凸状流路２ｂ上の位置によって異なっており、円環状流路２ａと凸状流路２ｂとの境界位置から離れるにつれて徐々に大きくなっていき、凸状流路２ｂの中央位置（頂点）において最大値Ｒｂｍａｘになっている。すなわち、距離Ｒｂは、流路２を永久磁石７の時計回りの回転方向（上側から見て時計回りの回転方向であって、図２（ａ）中に示す矢印Ｐの回転方向）に見たとき、凸状流路２ｂの中央位置に近づくにつれて徐々に大きくなっていき、中央位置から離れるにつれて徐々に小さくなっていく。

流路２は、磁性球体４が流路２の内部を移動可能なように、その流路幅が磁性球体４の直径よりも大きく形成されている。また、流路２の断面形状は、円形になっている。流路２の流路幅及び断面形状は、流路２の全体に亘って同じになっている。従って、流路２の長さあたりの体積は、流路２の全ての領域において同じである。

流路２は、流路２の全体が永久磁石７の回転軌道の上方に位置するように設けられている。すなわち、流路２は、各永久磁石７がどの回転位置にあっても、各永久磁石７が流路２の下方に位置して流路２に沿って移動し得るように、設けられている。なお、このことを実現するために、各永久磁石７は、回転する方向に直交する方向の長さをＳとすると（図２（ａ）参照）、その長さＳがＲｂｍａｘ＋Ｄ−Ｒａ（Ｄは凸状流路２ｂの幅）よりも長くなっている。

流入流路２２及び流出流路２３は、各々、流路２と外部空間とを連通している。すなわち、流入流路２２は、流路２に開口し、接続部２４の先端において外部空間に開放されている。また、流出流路２３は、流路２に開口し、接続部２５の先端において外部空間に開放されている。

流路２を永久磁石７の時計回りの回転方向（矢印Ｐ）に見たとき、流入流路２２は、円環状流路２ａから凸状流路２ｂに移行する領域に開口するように設けられ、流出流路２３は、凸状流路２ｂから円環状流路２ａに移行する領域に開口するように設けられている。すなわち、流入流路２２は、凸状流路２ｂの一端側（上流側）において流路２に繋がっており、流出流路２３は、凸状流路２ｂの他端側（下流側）において流路２に繋がっている。流入流路２２及び流出流路２３は、磁性球体４が侵入しないように、その流路幅が磁性球体４の直径よりも小さく形成されている。また、流入流路２２の断面形状及び流出流路２３の断面形状は、円形になっている。

このような構成の送液ポンプ１において、各磁性球体４は、各永久磁石７の磁力によって、流路２の内部において各永久磁石７の上方に保持される。なお、このことをより確実に実現させるために、各磁性球体４の間（流路２の内部）に何個かの非磁性球体が移動可能に設けられていてもよい。そして、モータ９の回転軸９ａを回転させると、回転体８が回転し、複数個の永久磁石７が互いに同じ角速度で流路２の下方を流路２に沿って回転（公転）する。これにより、各磁性球体４は、各永久磁石７の磁力によって、流路２の内部を各永久磁石７の上方に位置する状態を保ちつつ流路２に沿って移動する。

このとき、各磁性球体４は、円環状流路２ａ内を移動するときには、永久磁石７の回転角度あたり、一定の距離を移動する。これは、回転中心Ｃから円環状流路２ａまでの距離Ｒａが、回転中心Ｃからの方向によらず一定になっているためである。また、各磁性球体４は、凸状流路２ｂ内を移動するときには、永久磁石７の回転角度あたり、円環状流路２ａ内を移動するときよりも長い距離を移動する。これは、回転中心Ｃから凸状流路２ｂまでの距離Ｒｂが、回転中心Ｃから円環状流路２ａまでの距離Ｒａよりも大きくなっているためである。複数個の永久磁石７は、互いに同じ角速度で回転するので、互いに同じ角度だけ回転する。従って、凸状流路２ｂ内を移動する磁性球体４は、円環状流路２ａ内を移動する磁性球体４よりも、長い距離を移動することになる。

つまり、複数個の永久磁石７を回転させて、これら回転する各永久磁石７の磁力によって各磁性球体４を移動させるとき、凸状流路２ｂ内を移動する磁性球体４は、そのときに円環状流路２ａ内を移動する別の磁性球体４よりも、長い距離を移動する。磁性球体４がこのように移動することにより、送液ポンプ１は、以下のように動作する。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して、送液ポンプ１の動作を説明する。図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、各々、永久磁石７を回転させているときの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３のときの永久磁石７及び磁性球体４の位置を示す。

まず、図４（ａ）に示すように、ある時刻ｔ０のときに、ある１個の磁性球体４（図示の例では４ａ）が流出流路２３の開口している領域（凸状流路２ｂから円環状流路２ａに移行する領域）にあり、別の何個かの磁性球体４（図示の例では４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ）が円環状流路２ａ内にあり、さらに別の１個の磁性球体４（図示の例では４ｇ）が流入流路２２の開口している領域（円環状流路２ａから凸状流路２ｂに移行する領域）にあり、さらに別の何個かの磁性球体４（図示の例では４ｈ）が凸状流路２ｂ内にある。

ここで、時刻ｔ０から時間が経過して、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間に、複数個の永久磁石７が時計回りの回転方向（矢印Ｐ）にある角度Δだけ回転すると、各磁性球体４は、各永久磁石７の磁力によって、流路２内を流路２に沿って時計回りの回転方向に移動する。従って、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１のとき、各永久磁石７は、時刻ｔ０のときの位置から時計回りの回転方向にある角度Δだけ回転した位置にあり、各磁性球体４は、時刻ｔ０のときよりも流路２内を流路２に沿って時計回りの回転方向に移動した位置にある。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４（図示の例では４ｆと４ｇ）に着目すると、流入流路２２の開口している領域の上流側の磁性球体４（図示の例では４ｆ）は、円環状流路２ａ内を移動し、流入流路２２の開口している領域の下流側の磁性球体４（図示の例では４ｇ）は、凸状流路２ｂ内を移動する。従って、流入流路２２の開口している領域の下流側の磁性球体４は、流入流路２２の開口している領域の上流側の磁性球体４よりも、長い距離を移動する。その結果、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、広くなっていく。

また、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４（図示の例では４ｈと４ａ）に着目すると、流出流路２３の開口している領域の上流側の磁性球体４（図示の例では４ｈ）は、凸状流路２ｂ内を移動し、流出流路２３の開口している領域の下流側の磁性球体４（図示の例では４ａ）は、円環状流路２ａ内を移動する。従って、流出流路２３の開口している領域の上流側の磁性球体４は、流出流路２３の開口している領域の下流側の磁性球体４よりも、長い距離を移動する。その結果、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、狭くなっていく。

また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、複数個の永久磁石７が時計回りの回転方向にある角度Δだけさらに回転すると、各磁性球体４は、各永久磁石７の磁力によって、流路２内をさらに移動する。従って、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ２のとき、各永久磁石７は、時刻ｔ１のときの位置から角度Δだけさらに回転した位置にあり、各磁性球体４は、時刻ｔ１のときよりもさらに移動した位置にある。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間と同様の理由により、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、広くなっていき、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、狭くなっていく。

その後、時刻ｔ２から時間がさらに経過して、複数個の永久磁石７がさらに回転していくと、各磁性球体４は、各永久磁石７の磁力によって、流路２内をさらに移動していく。従って、図４（ｄ）に示すように、ある時刻ｔ３のとき、それまで流入流路２２の開口している領域の上流側を移動していた磁性球体４（図示の例では４ｆ）は、流入流路２２の開口している領域に到達し、それまで流出流路２３の開口している領域の上流側を移動していた磁性球体４（図示の例では４ｈ）は、流出流路２３の開口している領域に到達する。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間も、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間と同様の理由により、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、広くなっていき、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔は、狭くなっていく。時刻ｔ３のときの状態は、時刻ｔ０のときの状態と同じである。従って、以降は、同様の動作が繰り返される。

このような動作から明らかなように、モータ９によって回転体８を時計回りの回転方向に回転させると、複数個の永久磁石７が時計回りの回転方向に回転し、各磁性球体４が流路２内を流路２に沿って時計回りの回転方向に移動する。このように回転体８を回転させて各磁性球体４を移動させることにより、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４は、時計回りの回転方向に移動しながら、間隔が広くなっていき、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４は、時計回りの回転方向に移動しながら、間隔が狭くなっていく。すなわち、流入流路２２の開口している領域において、その上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔が広くなっていき、流出流路２３の開口している領域において、その上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔が狭くなっていく。これにより、流路２、流入流路２２、及び流出流路２３内に液体が入っていれば、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔の広がりによって、流入流路２２から流路２に液体が流れ込み、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４の間隔の狭まりによって、流路２から流出流路２３に液体が流れ出る。

また、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４は、その後、凸状流路２ｂを移動して、流出流路２３の開口している領域に到達する。すなわち、この時点で、これら２個の磁性球体４は、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とで隣り合う２個の磁性球体４となる。そして、これら２個の磁性球体４は、流出流路２３の開口している領域で磁性球体４の間隔が狭くなっていく。これにより、流入流路２２から流路２に流れ込んだ液体は、磁性球体４と共に凸状流路２ｂを移動して、流路２から流出流路２３に流れ出る（一部が流出流路２３に流れ出て、残りの一部は、磁性球体４と共に円環状流路２ａを移動する）。

モータ９によって回転体８を回転させ続けると、各磁性球体４は、移動を続け、流路２内を周回する。これにより、常に、流入流路２２の開口している領域の上流側と下流側とに磁性球体４が存在して、流入流路２２の開口している領域でそれら２個の磁性球体４の間隔が広くなっていき、流出流路２３の開口している領域の上流側と下流側とに磁性球体４が存在して、流出流路２３の開口している領域でそれら２個の磁性球体４の間隔が狭くなっていく。流入流路２２の開口している領域で間隔が広くなっていった２個の磁性球体４は、流出流路２３の開口している領域に移動して、流出流路２３の開口している領域で間隔が狭くなっていき、流出流路２３の開口している領域で間隔が狭くなっていった２個の磁性球体４は、流入流路２２の開口している領域に移動して、流入流路２２の開口している領域で間隔が狭くなっていく。従って、回転体８を回転させている間、定常的に、流入流路２２から流路２に液体が流れ込み、流路２から流出流路２３に液体が流れ出る。

本実施形態の送液ポンプ１の使用例を図５を参照して説明する。送液ポンプ１は、液体４１の供給元から繋がるチューブ５１ａを接続部２４に接続すると共に、液体４１の供給先に繋がるチューブ５１ｂを接続部２５に接続した状態で使用される。すなわち、流入流路２２がチューブ５１ａを介して液体４１の供給元に繋げられ、流出流路２３がチューブ５１ｂを介して液体４１の供給先に繋げられる。そして、モータ９によって回転体８が時計回りの回転方向（矢印Ｐ）に回転される。

このように送液ポンプ１を使用することにより、流入流路２２から流路２に液体４１が流れ込み、その液体４１は、流路２を経由した後、流路２から流出流路２３に流れ出る。すなわち、液体４１の供給元に存在している液体４１は、チューブ５１ａを通って流入流路２２から流路２に取り込まれ、流路２を経由した後、流路２から流出流路２３及びチューブ５１ｂを通って液体４１の供給先へ送り出される。

送液ポンプ１は、例えば、細胞培養において培養液を送り出すのに用いられる。この場合、液体４１は培養液であり、液体４１の供給先は細胞の培地である。また、この場合、細胞の培地を経由した後の培養液をチューブ５１ａを介して流入流路２２に戻すようにすることにより、送液ポンプ１によって培養液を循環させて、細胞培養を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の送液ポンプ１によれば、流入流路２２を液体の供給元に繋ぎ、モータ９によって永久磁石７を有する回転体８を時計回りの回転方向に回転させて、複数個の磁性球体４を移動させることにより、流入流路２２から流路２に液体を取り込んで、その液体を流路２から流出流路２３を通して送り出すことができる。

しかも、２個の磁性球体４の間隔の変化によって液体の収容体積を自在に圧縮拡大させながらポンピング動作をさせることができ、液体の取り込みと送り出しを同時に行うことで、小流量、微流量の液体の吐出圧力を得ることができる。これにより、小流量、微流量の液体の吐出性能を高めることができ、液体の微流量コントロールが可能になる。

また、モータ９によって回転体８を回転させている間、定常的に、流入流路２２から流路２に液体を取り込んで、その液体を流路２から流出流路２３を通して送り出すことができる。これにより、脈流を抑えることができる。また、ハウジング３の構造はシンプルで構成部品は少なく、低コスト化が可能になる。また、駆動機構５とハウジング３が分離できる構造なので、滅菌処理がハウジング３だけの処理で簡単にできる。また、送液ポンプ１を細胞培養における培養液を送り出す装置として用いる場合、培養液を循環させて細胞培養を行うことができ、高価な培養液が少ない使用量で済む。また、流路２の大きさや形状、磁性球体４の個数、非磁性球体の個数を変えることで、液体の吐出量を変えることができる。すなわち、駆動機構５（永久磁石７、回転体８、及びモータ９）を共用して、流路２の大きさや形状、磁性球体４の個数、非磁性球体の個数を変えるだけで、様々な吐出量の送液ポンプ１を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
図６（ａ）（ｂ）は、第２の実施形態による送液ポンプの構成を示す。本実施形態の送液ポンプ１は、上記第１の実施形態の構成に加え、流路２に連通した液溜め部６０をさらに備えている。液溜め部６０は、液体の流量の変動を低減するためのものであり、流出流路２３に設けられている。本実施形態における他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。

液溜め部６０は、流出流路２３の一部である液体流通路６１と、液体流通路６１に流れる液体の圧力の変動を吸収する圧力吸収室６２とを有する。圧力吸収室６２は、弾性変形部６３によって液体流通路６１から隔離されている。すなわち、弾性変形部６３は、液体流通路６１の壁の一部であると共に、圧力吸収室６２の壁の一部であり、弾性変形部６３によって、液体流通路６１と圧力吸収室６２が隔離されている。弾性変形部６３は、力を受けて弾性変形する部材からなり、薄膜状に形成されている。圧力吸収室６２は、連通孔６４を通じて外部空間に繋がっている。つまり、液溜め部６０は、液体流通路６１（流出流路２３の一部）と圧力吸収室６２が弾性変形部６３によって隔離され、圧力吸収室６２が連通孔６４を介して外部空間に開放された構造になっている。

このような構成の送液ポンプ１において、流出流路２３に液体が流れていると、流出流路２３に流れる（液体流通部６１に流れる）液体の圧力を受けて、弾性変形部６３が変形する。流出流路２３に流れる液体の圧力は、流出流路２３に流れる液体の流量が大きいほど、大きくなる。そして、弾性変形部６２は、流出流路２３に流れる液体の圧力が大きいほど、大きく変形する。

従って、流出流路２３に流れる液体の流量が増加すると、流出流路２３に流れる液体の圧力が上昇し、弾性変形部６３の変形が大きくなって、液体流通路６１の体積が増加する。流出流路２３に流れる液体の流量が減少すると、流出流路２３に流れる液体の圧力が低下し、弾性変形部６３の変形が小さくなって、液体流通路６１の体積が減少する。その結果、流出流路２３に流れる液体の流量が増加すると、液体流通路６１の体積が増加する分、液体流通路６１に（液溜め部６０に）液体が溜まる。また、流出流路２３に流れる液体の流量が減少すると、液体流通路６１の体積が減少する分、液体流通路６１から（液溜め部６０から）液体が流れ出る。これにより、流出流路２３から送り出される液体の流量の変動が低減される。本実施形態の送液ポンプ１によれば、上記第１の実施形態と同様の作用、効果に加え、脈流をより一層抑えることができる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、流路は、楕円形状や長円形状に形成されていてもよい。この場合、流入流路は、隣り合う２個の磁性球体の間隔が広くなっていく区間内に開口するように設けられ、流出流路は、隣り合う２個の磁性球体の間隔が狭くなっていく区間内に開口するように設けられていればよい。

また、流入流路は、流路を永久磁石の時計回りの回転方向に見たとき、円環状流路から凸状流路に移行する領域の直下流側に開口するように設けられていてもよく、円環状流路から凸状流路に移行する領域付近に開口するように設けられていてればよい。すなわち、流入流路は、隣り合う２個の磁性球体の間隔が広くなっていく区間内に開口するように設けられていればよい。流出流路は、流路を永久磁石の時計回りの回転方向に見たとき、凸状流路から円環状流路に移行する領域の直上流側に開口するように設けられていてもよく、凸状流路から円環状流路に移行する領域付近に開口するように設けられていればよい。すなわち、流出流路は、隣り合う２個の磁性球体の間隔が狭くなっていく区間内に開口するように設けられていればよい。

また、流路の断面形状は、円形に限られず、矩形状や他の形状であってもよい。磁性球体は、２個以上設けられていればよい。例えば、磁性球体が２個の場合、一方の磁性球体が円環状流路内を移動すると共に他方の磁性球体が凸状流路内を移動する期間において、流入流路の開口している領域における２個の磁性球体の間隔が広くなっていくと共に、流出流路の開口している領域における２個の磁性球体の間隔が狭くなっていく。従って、磁性球体が２個の場合でも、流入流路から流路に液体が流れ込む共に、流路から流出流路に液体が流れ出る。磁性球体が３個以上の場合も同様である。永久磁石は、必ずしも複数個設けられている必要はなく、１個であってもよい。例えば、磁性球体が２個の場合には、１個の棒磁石を用い、棒磁石の真中を中心にして棒磁石を回転させて、棒磁石の一端側の磁力によって一方の磁性球体を移動させ、棒磁石の他端側の磁力によって他方の磁性球体を移動させるようにすればよい。

１ 送液ポンプ
２ 流路
２ａ 円環状流路
２ｂ 凸状流路
３ ハウジング
４、４ａ〜４ｈ 磁性球体（磁性体）
５ 駆動機構
６ 支持体
７、７ａ〜７ｈ 永久磁石
８ 回転体
９ モータ
９ａ 回転軸
１１ 基台
１２ 支柱
１３ 台座
１４ ガイド体
２２ 流入流路
２３ 流出流路
２４、２５ 接続部
３１ ベース
３２ カバー
４１ 液体
５１ａ、５１ｂ チューブ
６０ 液溜め部
６１ 液体流通路
６２ 圧力吸収室
６３ 弾性変形部
６４ 連通孔

Claims (3)

1. 円環状流路、及び、その流路の一部に凸状に形成した凸状流路を有したハウジングと、
   前記流路内に移動可能に設けられた複数個の磁性体と、
   磁石を有する回転体を回転させて前記流路内の磁性体を移動させる駆動機構と、
   を備え、
   前記円環状流路から前記凸状流路に移行する領域に液体が流入し、前記凸状流路から前記円環状流路に移行する領域より液体が流出するようにしたことを特徴とする送液ポンプ。
2. 前記ハウジングは、前記駆動機構から分離可能にしてチップ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の送液ポンプ。
3. 前記流路に連通した液溜め部を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送液ポンプ。

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