JP6019718B2 - 液体輸送装置、及び、液体輸送方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体輸送装置、及び、液体輸送方法に関する。

流体輸送装置として、蠕動ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。蠕動ポンプでは、チューブに沿って並べられた複数のフィンガー（ピン、プランジャーとも呼ばれる）をカムが順に押し、フィンガーによってチューブが順に閉塞させられ、チューブ内の流体が輸送される。
チューブは、フィンガーによって圧縮と復元を繰り返す。チューブが経時劣化すると、復元する能力が衰え、復元時のチューブの容積（管内の容積）が低減し、輸送精度が低減してしまう。そこで、特許文献１では、チューブの最大拡張時（フィンガーが開放位置にあるとき）においても、チューブの断面が楕円形に維持されるようにし、経時劣化の影響を軽減している。また、特許文献２では、チューブを包囲する弾性スリーブによってチューブの復元力を補い、円形断面状になるまでチューブを復元させている。

米国特許第４８９３９９１号公報 特許第３２１２３１５号公報

チューブの最大圧縮時（フィンガーが圧縮位置にあるとき）には、流体を逆流させないために、チューブを完全に閉塞させる必要がある。また、特許文献２のような弾性スリーブを用いずにチューブの経時劣化を抑制するには、チューブの最大拡張時（フィンガーが開放位置にあるとき）においても、チューブを変形させている必要がある。
特許文献１、２の構成によれば、フィンガーの位置は、常にカムによって決まることになる。このため、これらの装置構成によれば、フィンガーの圧縮位置及び開放位置は、両方とも、カムによって定められることになる。このようにフィンガーの圧縮位置及び開放位置を両方ともカムによって定めようとすると、カムやフィンガーなどの公差の設定が困難になる。

本発明では、カムやフィンガーの公差の設定が容易になる構成にした高精度流体輸送装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための主たる発明は、弾性を有するチューブと、前記チューブによって液体が輸送される輸送方向に沿って並び、前記チューブを圧縮する圧縮方向及び該圧縮方向と反対の開放方向へそれぞれ往復移動する複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを前記圧縮方向にそれぞれ移動させる駆動部と、を備え、前記フィンガーが前記圧縮方向に移動して前記フィンガーの端部で前記チューブを押し潰す圧縮動作により、前記チューブの内部の液体を前記輸送方向に輸送し、押し潰された前記チューブの形状が復元する開放動作により、前記チューブの内部に液体を充填する液体輸送装置であって、前記開放動作の際に、前記フィンガーの端部が前記チューブと接触した状態で、前記フィンガーの前記開放方向への移動が所定の位置に制限される、ことを特徴とする液体輸送装置である。

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実施形態の送液ポンプ１の概略断面図である。 フィンガー４１ａが開放された状態における下側鍔部周辺の拡大図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、チューブに生じる永久歪の影響について説明する図である。 比較例１における送液ポンプの構成を表す概略図である。 比較例１の送液ポンプを用いた場合の液体輸送量のばらつきについて説明する図である。 第１実施形態の送液ポンプ１を用いた場合の液体輸送量のばらつきについて説明する図である。 比較例２における送液ポンプの構成を表す概略図である。 第２実施形態の送液ポンプ２の構成を表す概略図である。 第３実施形態の送液ポンプ３の構成を表す概略図である。 フィンガー４３ａが開放された状態における鍔部周辺の拡大図である。

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。
弾性を有するチューブと、前記チューブによって液体が輸送される輸送方向に沿って並び、前記チューブを圧縮する圧縮方向及び該圧縮方向と反対の開放方向へそれぞれ往復移動する複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを前記圧縮方向にそれぞれ移動させる駆動部と、を備え、前記フィンガーが前記圧縮方向に移動して前記フィンガーの端部で前記チューブを押し潰す圧縮動作により、前記チューブの内部の液体を前記輸送方向に輸送し、押し潰された前記チューブの形状が復元する開放動作により、前記チューブの内部に液体を充填する液体輸送装置であって、前記開放動作の際に、前記フィンガーの端部が前記チューブと接触した状態で、前記フィンガーの前記開放方向への移動が所定の位置に制限される、ことを特徴とする液体輸送装置。
このような液体輸送装置によれば、チューブの圧縮・開放動作を行うためのカムやフィンガーの公差の設定が容易になり、所定量の液体を高精度で安定して輸送することができる。

かかる液体輸送装置であって、前記フィンガーが前記開放方向の最も高い位置に移動したときに、前記駆動部と前記フィンガーとの間にクリアランスがあることが望ましい。
このような液体輸送装置によれば、フィンガーの最大開放時において、該フィンガーはカム等による影響を受けることがないため、カムやフィンガーの公差によらずに一定量の液体を輸送しやすくなる。

かかる前記フィンガーの前記開放方向への移動を制限する制限部を備え、前記開放動作を行う際に、前記フィンガーの前記チューブと接触する側に設けられた鍔部の上面が、前記制限部によって押さえられることが望ましい。
このような液体輸送装置によれば、フィンガーの開放方向の移動位置を制限部によって規定することができる。つまり、制限部の精度を確保することによって液体の輸送量を一定に保ちやすくなるので、より簡単かつ正確に液体を輸送することができるようになる。また、板状部材等の単純な構造で制限部を形成することによって、装置の構造も単純になり、製品管理やコスト面に優れた液体輸送装置を実現することができる。

かかる前記フィンガーが前記開放方向の最も高い位置に移動したときに前記チューブが押し潰される量が、前記圧縮動作及び前記開放動作を繰り返した際に前記チューブに生じる永久歪の量よりも大きいことが望ましい。
このような液体輸送装置によれば、チューブの蠕動運動を繰り返すことによってチューブに永久歪が発生した場合であっても、開放動作時にチューブ内に充填される液体の量を一定に保つことができる。つまり、永久歪による影響を受けずに所定量の液体を高精度で安定して輸送することができる。

かかる前記開放動作の際に、押し潰された前記チューブの形状が復元する復元力によって、前記フィンガーが前記開放方向へ移動することが望ましい。
このような液体輸送装置によれば、コイルスプリング等の弾性体を設けずに開放動作を行うことができるようになるため、液体輸送装置の構成がより単純になり、装置のコストを削減することができる。

また、弾性を有するチューブによって液体が輸送される輸送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーを、前記チューブを圧縮する圧縮方向及び該圧縮方向と反対の開放方向へそれぞれ往復移動させることと、前記フィンガーが前記圧縮方向に移動して前記フィンガーの端部で前記チューブを押し潰す圧縮動作により、前記チューブの内部の液体を前記輸送方向に輸送することと、押し潰された前記チューブの形状が復元する開放動作により、前記チューブの内部に液体を充填することと、前記開放動作の際に、前記フィンガーの端部が前記チューブと接触した状態で、前記フィンガーの前記開放方向への移動が所定の位置に制限されることと、を有する液体輸送方法が明らかとなる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜液体輸送装置の基本的構成＞
本実施形態において用いられる液体輸送装置の形態として、チューブを蠕動運動させることによって液体を輸送する送液ポンプ１を例に挙げて説明する。送液ポンプ１によって輸送される液体の代表例としては、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク等が挙げられるが、その他の流動性がある液体を輸送することも可能である。

図１は、第１実施形態の送液ポンプ１の概略断面図である。送液ポンプ１は、チューブ１０と、チューブ保持部２０と、駆動部３０と、圧縮部４０と、を有する。

チューブ１０は、弾性を有する円管状の素材で構成され、円管の内部には輸送対象の液体が充填される。そして、後述するフィンガー４１ａ〜４１ｇによって順次圧縮されることにより、蠕動運動をすることで内部に充填された液体を輸送する。送液ポンプ１ではチューブ１０が直線状に保持され、図１の左側に示される入口側から右側に示される出口側へと液体を輸送する。本明細書中では、チューブ１０に沿って液体が輸送される方向（図１の矢印で示される方向）を輸送方向と呼ぶ。

チューブ１０の素材としては、例えばシリコンやウレタン樹脂、軟質ビニル等、柔らかく弾力性があるものが適している。また、チューブ１０の直径（外径）は約１．０ｍｍ程度である。ただし、チューブの直径や肉厚は液体の輸送量に応じて変更可能である。

チューブ保持部２０は、送液ポンプ１の内部でチューブ１０を保持する。本実施形態のチューブ保持部２０は、案内壁２１と制限壁２５とを有する。

案内壁２１は、チューブ１０の取り付け位置を固定する部材であり、送液ポンプ１では図１に示されるように、少なくともチューブ１０の下部を支持する。制限壁２５はチューブ１０を挟んで案内壁２１と対向するように設けられ、液体輸送時において後述するフィンガー４１ａ〜４１ｇの動作を制限する制限部である。制限壁２５の機能の詳細については後で説明する。

駆動部３０は、カム３１ａ〜３１ｇと、回転軸３２と、動力部３３とを有する。動力部３３によって発生する動力は、回転軸３２を介してカム３１ａ〜３１ｇへ伝達され、回転軸３２を中心としてカム３１ａ〜３１ｇをそれぞれ回転軸周りの方向（回転方向）に回転させる。

カム３１ａ〜３１ｇはそれぞれ外周方向に凹凸を有している。各カムが回転軸３２を中心として回転しながら外周部でフィンガー４１ａ〜４１ｇの端部（後述する上側鍔部）を押すことにより、フィンガー４１ａ〜４１ｇをそれぞれ下方向に駆動させる。また、それぞれのカムの形状や取り付け角度等を調整することにより、液体輸送時における各フィンガーの動作を個別に制御しやすくなる。

回転軸３２は、不図示のギア輪列等を介して動力部３３の出力軸に取り付けられ、回転動力をカム３１ａ〜３１ｇに伝達する。

動力部３３は所定の速度で回転する事により回転動力を発生させる。本実施形態においては、動力部３３として水晶時計等に採用されているステップモーターＭや、圧電素子によって構成されるピエゾモーター等を用いることができ、該モーターは駆動回路（図示せず）から送信される駆動信号に基づいて回転する。駆動回路には、予め所定の駆動パターンが記憶されており、この駆動パターンに基づいて駆動信号が生成される。

駆動部３０の駆動源としては小型のボタン電池や乾電池等が用いられる。送液ポンプ１では、内蔵型の電源を採用する事によって外部電源が不要になることから、装置全体の形状がコンパクトに保たれ、携帯性にも優れる。ただし、内部に電源を設けず、外部から電源を供給する構造とすることも可能である。

圧縮部４０は、フィンガー４１ａ〜４１ｇ、及び、弾性体４２ａ〜４２ｇを有する。
フィンガー４１ａ〜４１ｇは、輸送方向の上流側から下流側に順番に並ぶように配置され、それぞれチューブ１０に対してほぼ直交するように設けられる。言い換えると、フィンガー４１ａ〜４１ｇは輸送方向に沿って並び、各フィンガーの軸方向と液体の輸送方向とがそれぞれ直交するように設けられる。フィンガー４１ａ〜４１ｇの形状は全て同一とすることができ、本実施形態では棒状部分の両端部に円筒状の鍔部が設けられている（図１参照）。鍔部の直径は棒状部分の直径よりも大きく、一端側（図１の上側鍔部）はカム３１ａ〜３１ｇの外周部とそれぞれ接するように配置される（ただし、カムと鍔部とが常に接している必要はない）。一方、他端側（図１の下側鍔部）はチューブ１０と接するように配置される。

弾性体４２ａ〜４２ｇは、フィンガー４１ａ〜４１ｇの棒状部分にそれぞれ設けられ、各フィンガーの上側鍔部と制限壁２５との間で弾性力を生じ、各フィンガーの上側鍔部を上方側に押すことによって、図１の上方向に各フィンガーを移動させる。弾性体としては、例えば、図示されるようなばね（コイルスプリング）を用いることができる。

フィンガー４１ａ〜４１ｇは、駆動部３０（カム３１ａ〜３１ｇ）によってそれぞれ駆動され、液体の輸送方向と直交する方向に往復移動することにより、チューブ１０を圧縮または開放する。例えば図１で、カム３１ａの凸部によってフィンガー４１ａの一端側（上側鍔部）が下方向に押されると、他端側（下側鍔部）がチューブ１０を押し潰すように動く。以下、このような動作を「圧縮」と呼び、その際のフィンガーの動作方向を「圧縮方向」と呼ぶ。一方、図１のフィンガー４１ｅのように、一端側（上側鍔部）がカム３１ｅの凸部から外れると、フィンガーによる力が加わらなくなるので、押し潰されていたチューブ１０が元の形状に復元しようとする。このとき、フィンガー４１ｅは弾性体４２ｅによって上方向に押し戻されるように動く。以下、このような動作を「開放」と呼び、その際のフィンガーの動作方向を「開放方向」と呼ぶ。つまり、本実施形態で「開放方向」と「圧縮方向」とは逆向きの方向である。

＜送液ポンプ１の液体輸送動作について＞
送液ポンプ１による液体輸送動作について簡単に説明する。駆動部３０のカム３１ａ〜３１ｇがそれぞれ所定の速度で回転するのに合わせて、フィンガー４１ａ〜４１ｇが輸送方向上流側から輸送方向下流側に順次駆動される。すなわち、フィンガー４１ａ〜４１ｇが、輸送方向に沿って順次圧縮方向に移動することにより、輸送方向の上流側から下流側へ順番にチューブ１０を押し潰していく（圧縮動作）。これにより、チューブ１０が圧縮され、内部の液体が輸送方向の下流側へ押し出される。

そして、カム３１ａ〜３１ｇの回転に応じて圧縮方向に移動していたフィンガーがカムの凸部から外れると、弾性体４２ａ〜４２ｇの弾性力により、フィンガー４１ａ〜４１ｇが輸送方向上流側から輸送方向下流側に順次開放される。すなわち、フィンガー４１ａ〜４１ｇが、輸送方向に沿って順次開放方向に移動することにより、輸送方向の上流側から下流側へ順番にチューブ１０が復元していく（開放動作）。このとき、チューブの復元力によって輸送方向の上流側（図１の入口側）からチューブ１０の内部に液体が流入する（液体が充填される）。

このような圧縮動作と開放動作とを繰り返すことによって、チューブ１０に蠕動運動が生じ、チューブ内に充填された液体が輸送方向に輸送される。

＜開放動作の詳細について＞
送液ポンプ１の開放動作では、フィンガーによって押し潰されていた（圧縮されていた）チューブ１０の形状が復元する際に、フィンガーの開放方向の動作が制限壁２５によって制限される。

図２は、フィンガー４１ａが開放された状態における下側鍔部周辺の拡大図である。フィンガー４１ａの開放動作時において、カム３１ａからの圧縮方向の力が作用しなくなると、弾性体４２ａの弾性力によってフィンガー４１ａは開放方向へ移動する。そして、フィンガー４１ａが所定量だけ開放方向に移動すると、フィンガー４１ａの鍔部（下側鍔部）の上面側が制限壁２５と接触して押さえられる。つまり、開放動作時におけるフィンガー４１ａの開放方向への移動が制限壁２５によって規定される。言い換えると、開放方向へのフィンガーの移動が所定の位置に制限される。

また、このとき、フィンガー４１ａの鍔部の下面側はチューブ１０と接触した状態である。したがって、本実施形態では、フィンガーの最大開放時においてもチューブの一部は潰れたままの状態となる。図２の例では、フィンガー４１ａの鍔部下端部とチューブ１０の上端部（形状が完全に復元した場合におけるチューブ１０の上端部）との間隔がｈとなる位置で、フィンガー４１ａの開放方向への移動が制限される。これにより、フィンガー４１ａが最大に開放された場合でも、チューブ１０の上部は図のように押し潰されたままの状態となる。すなわち、最大開放時でもチューブ１０の形状は円形に復元せず、チューブ内部に充填される液体の量も制限される。
フィンガー４１ｂ〜４１ｇについても同様である。

一般に、チューブの蠕動運動を利用する液体輸送装置では、蠕動運動を繰り返すうちにチューブ自体が劣化して永久歪が生じることがある。チューブに永久歪が生じると、チューブの復元量にばらつきが生じやすくなるため、チューブ内部に充填される液体の量にもばらつきが生じて液体輸送量を一定に保つことが難しくなる。

一方、本実施形態の送液ポンプ１では、最大開放状態（フィンガーが開放方向の最も高い位置に移動した状態）でもチューブ１０の一部が押し潰されたままである。すなわち、チューブ１０の内部に充填される液体の最大量が、開放動作時におけるフィンガーの移動量を制限することによって定められる。上述のように本実施形態では、開放動作時でもチューブの断面形状が円形に復元しないため、フィンガーの移動量が制限されない場合と比較してチューブ内部の容積が小さくなり、内部に充填される液体の容量も小さくなる。したがって、チューブに永久歪等が発生したとしても、その影響によらず内部に充填される液体の量が一定に保たれやすくなり、所定量の液体を高精度で安定して輸送することができる。

ここで、チューブに永久歪が発生した場合の影響について具体例を挙げて説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、チューブに生じる永久歪の影響について説明する図である。

図３Ａは、フィンガーを用いて所定の荷重をかけながらチューブ１０に対する圧縮動作と開放動作とを繰り返す実験を行なった場合の、圧縮方向及び開放方向におけるチューブ１０の変位量を示すグラフである。チューブ１０の変位量は、例えば無加重状態で水平方向に設置されたチューブ１０の一番高い位置（チューブ１０の外周部の頂点の位置）を基準として測定される。また図中で、圧縮１、圧縮２、圧縮１００、とあるのは、それぞれ１回目の圧縮動作、２回目の圧縮動作、１００回目の圧縮動作における荷重条件と変位量との関係をプロットしたものである。開放動作についても同様である。また、図３Ｂは、図３Ａでチューブ１０の変位量が０〜３００μｍの範囲について拡大して表示した図である。

フィンガーによってチューブに荷重が加えられると変位量が０μｍから徐々に大きくなっていき、約１２０ｇｆの荷重が加えられたときにチューブ変位量が８００μｍとなり、チューブが押し潰されて内部が閉鎖された状態となる。なお、変位量が６００〜８００μｍの範囲において圧縮動作時と開放動作時とで変位量に対する荷重が異なるのは、開放時には、チューブ自体による固着力が働くためである。

図３Ａによれば、圧縮動作と開放動作とを繰り返すうちに、同じ荷重条件におけるチューブの変位量が徐々に大きくなることがわかる。例えば、５０ｇｆの荷重条件において、圧縮１回目の変位が約６５０μｍであるのに対して、圧縮１００回目の変位は６８０μｍであり、同じ荷重をかけた場合でもチューブの変位量が大きくなる。すなわち、チューブの蠕動運動を繰り返すうちにチューブ自体が変位しやすくなることがわかる。

また、図３Ｂで変位量０〜１００μｍの範囲を見ると、圧縮動作及び開放動作を繰り返すことにより、チューブに永久歪が発生する事が確認できる。例えば、圧縮１回目では、荷重が０ｇｆから大きくなるのに応じて変位量も０μｍから大きくなっている。一方、開放１回目では荷重が０ｇｆの場合でも約５０μｍの変位が生じている。そして、開放１００回目では荷重が０ｇｆの場合に約１００μｍの変位が生じている。つまり、無荷重状態（荷重＝０ｇｆの状態）でも５０〜１００μｍ程度の初期変位量が発生している。この初期変位量がチューブ１０の永久歪であり、図３Ｂで示されるように圧縮・開放動作を１回行っただけで発生する。したがって、開放動作時におけるチューブの復元量は、初期のチューブ容量（チューブの内径分の容量）よりも、永久歪が発生した分だけ少なくなる。そのため、チューブの内部に充填される液体の量が減少し、輸送可能な液体の量も減少することから、一定量の液体を高精度で安定的に輸送することが難しくなる。

これに対して、本実施形態では図２に示されるように、制限壁２５によってフィンガーの開放方向への移動量を制限することによってチューブの復元量が制限される。その際、
フィンガーが開放方向の最も高い位置に移動したときにチューブが押し潰される量（圧縮される量）が、チューブに生じる永久歪の量よりも大きくなるように、フィンガーの開放方向の移動量が設定される。言い換えると、永久歪によるチューブの復元量の減少分よりも、フィンガーの移動制限によるチューブの復元量の減少分の方が大きくなるように設定される。

例えば、図２でｈ＝２００μｍと設定すれば、チューブに１００μｍ程度の永久歪が発生する場合でも、チューブの最大復元量（最大拡張量）がそれよりも大きく制限されているため、チューブ内に充填される液体の量は一定に保たれる。したがって、チューブの永久歪による影響を受けることなく、所定量の液体を高精度で安定的に輸送することができるようになる。

＝＝＝比較例＝＝＝
比較例として、送液ポンプに制限壁２５が設けられていない場合の送液動作について説明する。

＜比較例１＞
図４は、比較例１における送液ポンプの構成を表す概略図である。基本的な装置構成は送液ポンプ１と同様であるが、比較例１では制限壁２５が設けられておらず、開放動作時においてフィンガーの開放方向の移動量が制限されない。そのため、各フィンガーは弾性体の弾性力によって上限の高さまで移動して、図４のフィンガー４１ｄ〜４１ｆのように、下側鍔部とチューブ１０との間に隙間（あそび）が生じる。つまり、ファインガーの鍔部とチューブとが接触していないため、チューブの復元動作はフィンガーの動作によって制限されない。したがって、フィンガー４１ｄ〜４１ｆの位置では、最大開放時におけるフィンガーの位置に関わらずチューブの復元力に応じてチューブ内に液体が充填される。

このような状況でチューブ１０に対する圧縮と開放とが繰り返されると、上述のように、チューブの復元力が徐々に弱くなり永久歪が生じる。その結果、チューブ内部に充填される液体の量にばらつきが生じ、液体の輸送量にもばらつきが発生しやすくなる。

液体輸送量のばらつきの発生について、図５を用いて具体的に説明する。図５Ａは、比較例１の送液ポンプを用いた場合の液体輸送量のばらつきについて説明する図である。図５Ｂは、第１実施形態の送液ポンプ１を用いた場合の液体輸送量のばらつきについて説明する図である。図の横軸は液体輸送動作時の回転軸３２（カム３１ａ〜３１ｇ）の回転量を表し、縦軸は液体輸送量を表す。また、図中の６種類のプロットは、同じチューブ１０で６回の実験を行なった結果を示している。

図５Ａ（比較例１）の場合、回転軸３２の回転量が増えるほど、すなわち、チューブ１０の蠕動運動を繰り返すほど、流量のばらつきが大きくなっている。例えば、蠕動運動を１回行った場合の流量（図で回転量２４０度の付近）を比べると、第１回目〜第６回目のそれぞれの実験流量で、流量の差は最大でも０．０００２ｌ程度である。これに対して、蠕動運動を４回行った場合の流量（図で回転量９６０度の付近）を比べると、第１回目〜第６回目の実験流量で、流量の差は最大０．０００５ｌとなる。このような流量のばらつきが生じるのは、チューブ１０の蠕動運動を繰り返すことによって永久歪等が生じてチューブの復元力が低下し、チューブの内部に充填される液体の量が変化するためと考えられる。蠕動運動を繰り返すことでチューブに生じる永久歪がさらに大きくなることから、液体輸送量のばらつきもさらに大きくなるおそれがあり、高精度な液体輸送を行うことがより難しくなる。このように液体輸送精度の低いポンプは、医療用の薬液注入等には適用することができない。

一方、図５Ｂ（第１実施形態）の場合、回転軸３２の回転量が増えても（すなわち、チューブ１０の蠕動運動を繰り返しても）、液体輸送量のばらつきは図５Ａの場合と比較して小さい。これは、第１実施形態ではチューブ１０が圧縮された状態から復元する際に、制限壁２５によって復元量を制限されることによって、チューブに生じる永久歪に関わらずチューブ内部に充填される液体の量が一定に保たれるからである。その結果、単位時間当たりの液体輸送量は比較例１の場合よりも小さくなるが、より高精度で安定した液体の定量輸送を実現することができる。

＜比較例２＞
次に、チューブの復元量を制限することによって液体の輸送量を一定にする方法のうち、第１実施形態とは異なる方法について、比較例２として説明する。図６は、比較例２における送液ポンプの構成を表す概略図である。

比較例２では、回転軸やカムの設置位置を調整することによって、開放動作時のフィンガーの移動量を制限する。これにより、チューブの最大復元量（最大拡張量）が一定に保たれ、第１実施形態の送液ポンプ１と同様に、永久歪等の影響によらず一定量の液体を輸送することが可能である。

ただし、比較例２では送液ポンプ１における制限壁２５に相当する部材が設けられておらず、カムや回転軸等の位置によってフィンガーの動作を調整することでチューブの最大復元量を調整している。具体的には、開放動作においてフィンガーが開放方向の最も上側まで上昇するときの位置が、カムによって決定される。図６の場合、フィンガー４１ｆの位置が開放方向の最も高い位置であるが、このときフィンガー４１ｆの上端部がカム３１ｆによって押さえつけられることにより、フィンガー４１ｆの高さが調整され、チューブ１０の一部が圧縮された状態となる。

比較例２のようにしてチューブの最大復元量を調整しようとする場合、カム３１、回転軸３２、及び、フィンガー４１等の部品の精度や設置位置の調整方法が問題となる。例えば、カムの凹凸の大きさやフィンガーの長さに製造時の誤差が生じていた場合、最大開放時におけるフィンガーの位置を正確に調整しても、該フィンガーの下側鍔部の位置がずれてしまうおそれがある。また、回転軸３２の真直度や円筒度に大きな公差が発生している場合も、フィンガーの下側鍔部の位置がずれるおそれがある。フィンガーの下側鍔部の位置がずれると、最大開放時におけるチューブの復元量にばらつきが生じるためチューブ内に充填される液体の量にもばらつきが生じ、高精度で安定した液体輸送が困難になる。

したがって、比較例２において高精度で安定した液体輸送を実現しようとする場合、駆動部３０や圧縮部４０の各部品の製造精度や組み立て精度等を厳密に管理する必要がある。特に、図３の例で示したようにチューブの変位量としてマイクロメートルオーダーの精度が要求される場合、部品の製造や組み立て、メンテナンス等に大きなコストがかかる。

一方、第１実施形態の送液ポンプ１では制限壁２５によって最大開放時におけるフィンガーの位置が規定される。その結果、最大開放時においてカムとフィンガーとの間には隙間（クリアランス）が生じる。例えば、図１でフィンガー４１ｆが開放方向の最も高い位置にある時、カム３１ｆとフィンガー４１ｆとの間にクリアランスが生じ、両者は非接触の状態となる。つまり、最大開放時におけるチューブの復元量は、カムの位置ではなく制限壁２５によって規定される。したがって、部品の精度が要求される部位は制限壁等に限定されるが、制限壁２５は非可動の板状部材であるため、設置位置の精度や製造精度を確保することが比較的容易である。つまり、カムやフィンガーの精度・公差等の設定が容易になる。

これらのことから、本実施形態の送液ポンプ１は比較例２と比較して製品管理やコストの面で優れている。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態では開放動作の際に、圧縮部４０に設けられた弾性体（図１の弾性体４２ａ〜４２ｇ）によって弾性力を生じさせることでフィンガーを開放方向に移動させていたが、他の方法でフィンガーを移動させてもよい。

図７は、第２実施形態の送液ポンプ２の構成を表す概略図である。送液ポンプ２では、送液ポンプ１における弾性体４２ａ〜４２ｇに相当する弾性部材が設けられない。その他の構成は送液ポンプ１とほぼ同様である。

本実施形態では、開放動作の際に、チューブ１０の復元力によってフィンガー４１ａ〜４１ｇが開放方向に移動する。すなわち、圧縮動作時に押し潰されていたチューブ１０の形状が元の形状に戻ろうとする力によってフィンガーが開放方向に押し上げられる。この方法によると、チューブ１０が圧縮された状態から復元する際により大きな抵抗が作用するため、チューブ１０が劣化しやすく永久歪も生じやすくなる。

しかし、第１実施形態の送液ポンプ１と同様に、制限壁２５によって各フィンガーの開放方向の動作が制限されるため、チューブ１０に生じる永久歪の影響は表れにくい。すなわち、フィンガーが開放方向の最も高い位置に移動したときにチューブが押し潰される量（圧縮される量）の方が、チューブに生じる永久歪の量よりも大きくなる。したがって、チューブ１０自体の復元力によって開放動作を行う場合でも、チューブ１０内に充填される液体の量は一定に保たれやすくなる。

これにより、高精度で安定した液体輸送を行なうことができる。さらに、コイルスプリング等の弾性体を設ける必要がないので、液体輸送装置の構成がより単純になり、装置のコストを削減することができる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態の送液ポンプ３ではチューブ１０が円周状に配置され、中央の回転軸を中心に放射状に設けられたフィンガーによって圧縮・開放される事により、チューブ内部に充填された液体を輸送する。

＜送液ポンプ３の構成＞
図８は、第３実施形態の送液ポンプ３の構成を表す概略図である。送液ポンプ３は、チューブ１０と、チューブ保持部２０と、駆動部３０と、圧縮部４０と、を有する。

チューブ１０は、上述の各実施形態で説明されたチューブと同等のものであるが、送液ポンプ３では図８のように円周状（円弧状）に保持される。本実施形態では、円周状に保持されたチューブ１０に沿って液体が円周方向に輸送される。すなわち、液体の輸送方向は円周方向となる。

チューブ保持部２０は、案内壁２２と制限壁２６とを有する。案内壁２２は図８に示されるような円形の部材であり、送液ポンプ３のケーシングの一部を構成するとともに、内側の溝部にチューブ１０を円周状（円弧状）に保持する。制限壁２６は円盤状の部材であり、フィンガー４３ａ〜４３ｇを支持する。また、制限壁２６はフィンガーを支持する部分に円周方向に沿った段差を有し、この段差により、フィンガーの開放方向の動作を制限する。詳細は後述する。

駆動部３０はカム３５と回転軸３６と不図示の動力部とを有する。動力部の回転によって発生する動力は、回転軸３６を介してカム３５に伝達され、回転軸３６（チューブ１０の円弧中心でもある）を中心としてカム３５を円周方向（すなわち回転軸周りの方向）に回転させる。カム３５は図８のように外周部に凹凸を有し、回転しながら外周部でフィンガー４３ａ〜４３ｇを押すことで、各フィンガーをそれぞれ駆動させる。

圧縮部４０は、複数のフィンガー（図８でフィンガー４３ａ〜４３ｇ）を有する。フィンガー４３ａ〜４３ｇは、それぞれ、回転軸３６を中心として放射状に並ぶように配置され、チューブ１０に対してそれぞれ直交するように設けられる。フィンガー４３ａ〜４３ｇの形状は全て同一であり、一端側は半球状に丸められてカム３５と当接するように配置され、他端側は円盤状の鍔部でありチューブ１０と接するように配置される（図８参照）。なお、フィンガーの形状や数量(本数)はこの限りではない。

各フィンガーは、駆動部３０のカム３５によって駆動され、液体の輸送方向と直交する方向に往復移動することで、チューブ１０に蠕動運動を生じさせ、チューブ内部の液体を輸送する。例えば、図８のフィンガー４３ｄでは、カム３５の凸部によって一端側が押されると、他端側の鍔部がチューブ１０を押し潰すように動く。本実施形態では、この動作を「圧縮」と呼び、その際のフィンガーの移動方向を「圧縮方向」と呼ぶ。一方、図８のフィンガー４３ａでは、一端部がカム３５の凸部から外れると、圧縮方向に働く力が加わらなくなるので、押し潰されていたチューブ１０が元の形状に復元しようとする。そして、フィンガー４３ａはチューブの復元力によって押し戻されるように動く。本実施形態では、この動作を「開放」と呼び、その際のフィンガーの移動方向を「開放方向」と呼ぶ。

なお、図８では、各フィンガーとカム３５とが常時当接しているかのように描かれているが、ファインガーが開放方向の最も高い位置（回転軸寄りの位置）に移動した場合において、フィンガーとカム（駆動部）との間に隙間（クリアランス）が生じるような構成とすることが望ましい。フィンガーの開放方向の移動位置がカム３５ではなく制限壁２６によって規定されるようにするためである。

＜送液ポンプ３の液体輸送動作について＞
送液ポンプ３による液体輸送動作は、基本的に送液ポンプ１と同様である。すなわち、カム３５の回転に応じて、フィンガー４３ａ〜４３ｇが液体輸送方向の上流側から下流側に順次駆動され、圧縮動作と開放動作とを繰り返すことによってチューブ１０に蠕動運動を生じさせ、内部の液体を輸送方向（円周方向）に輸送する。

このとき、各フィンガーの開放動作は制限壁２６によって制限される。図９は、フィンガー４３ａが開放された状態における鍔部周辺の拡大図である。フィンガー４３ａの開放動作時において、カム３５からの圧縮方向の力が作用しなくなると、チューブ１０の復元力によってフィンガー４３ａは開放方向（回転軸３６の方向）へ移動する。そして、フィンガー４３ａが所定量だけ開放方向に移動すると、フィンガー４３ａの鍔部が制限壁２６と接触する。これにより、フィンガー４３ａの開放方向へ移動が制限される。図９では、フィンガー４３ａの鍔部下端部とチューブ１０の上端部（形状が完全に復元した場合におけるチューブ１０の上端部）との間隔がｈ´となる位置で、フィンガー４３ａの開放方向への移動が停止する。これにより、チューブ１０の一部が押しつぶされた状態となるため、上述の各実施形態と同様に、永久歪の影響によらず一定量の液体をチューブの内部に充填することができる。したがって、高精度で安定した液体輸送動作を実現することができる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてフィンガーによって圧縮・開放動作を繰り返す送液ポンプを用いた液体輸送装置を説明したが、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。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜駆動部について＞
前述した実施形態において説明される駆動部３０は、カム３１や３５を回転させることによってフィンガーを順次駆動させていたが、カム以外の構造を用いて各フィンガーを駆動させる構成であってもよい。各フィンガーの動作について、本明細書中で説明されたようなタイミングで動作を実現できるものであれば、例えば、クランク機構等を用いてフィンガーを駆動するのであってもよい。

１ 送液ポンプ、
１０ チューブ、
２０ チューブ保持部、２１・２２ 案内壁、２５・２６ 制限壁、
３０ 駆動部、３１ａ〜３１ｇ カム、３２ 回転軸、３３ 動力部、
３５ カム、３６ 回転軸、
４０ 圧縮部、４１ａ〜４１ｇ フィンガー、４２ａ〜４２ｇ 弾性体、
４３ａ〜４３ｇ フィンガー

Claims (5)

1. 弾性を有するチューブと、
   前記チューブによって液体が輸送される輸送方向に沿って並び、前記チューブを圧縮する圧縮方向及び該圧縮方向と反対の開放方向へそれぞれ往復移動する複数のフィンガーと、
   複数の前記フィンガーを前記圧縮方向にそれぞれ移動させる駆動部と、を備え、
   前記フィンガーが前記圧縮方向に移動して前記フィンガーの端部で前記チューブを押し潰す圧縮動作により、前記チューブの内部の液体を前記輸送方向に輸送し、押し潰された前記チューブの形状が復元する開放動作により、前記チューブの内部に液体を充填する液体輸送装置であって、
   前記開放動作の際に、前記フィンガーの端部が前記チューブと接触した状態で、前記フィンガーの前記開放方向への移動を制限する制限部を備え、
   前記開放動作を行う際に、前記フィンガーの前記チューブと接触する側に設けられた鍔部の上面が、前記制限部によって押さえられる、ことを特徴とする液体輸送装置。
2. 請求項１に記載の液体輸送装置であって、
   前記フィンガーが前記開放方向の最も高い位置に移動したときに、前記駆動部と前記フィンガーとの間にクリアランスがある、ことを特徴とする液体輸送装置。
3. 請求項１または２に記載の液体輸送装置であって、
   前記フィンガーが前記開放方向の最も高い位置に移動したときに前記チューブが押し潰される量が、
   前記圧縮動作及び前記開放動作を繰り返した際に前記チューブに生じる永久歪の量よりも大きい、ことを特徴とする液体輸送装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の液体輸送装置であって、
   前記開放動作の際に、
   押し潰された前記チューブの形状が復元する復元力によって、前記フィンガーが前記開放方向へ移動する、ことを特徴とする液体輸送装置。
5. 弾性を有するチューブによって液体が輸送される輸送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーを、前記チューブを圧縮する圧縮方向及び該圧縮方向と反対の開放方向へそれぞれ往復移動させることと、
   前記フィンガーが前記圧縮方向に移動して前記フィンガーの端部で前記チューブを押し潰す圧縮動作により、前記チューブの内部の液体を前記輸送方向に輸送することと、
   押し潰された前記チューブの形状が復元する開放動作により、前記チューブの内部に液体を充填することと、
   前記開放動作の際に、前記フィンガーの端部が前記チューブと接触した状態で、前記フィンガーの前記開放方向への移動が所定の位置に制限されることと、
   を有する液体輸送方法。