JP6273418B2 - ポンプユニット、呼吸補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロポンプを利用して流体を搬送するポンプユニット、及びこのポンプユニットを用いた呼吸補助装置に関する。

医療現場では人工呼吸器など呼吸補助装置が用いられる。この呼吸補助装置の種類には、自発呼吸のない患者（全身麻酔、心肺蘇生中、重篤な患者）に用いる調節換気（Controlled Ventilation）方式や、患者の自発呼吸に合わせて気道に陽圧を作り出す補助換気方式（Assisted Ventilation）方式、補助換気と調節換気を組み合わせた部分的補助換気（Assist/Control）方式、気道の供給する気体を５〜４０Ｈｚの頻度で振動させて、１〜２ｍｌ／ｋｇの非常に少ない１回換気量を実現する高頻度振動換気（high frequency occilation）などが採用される。

なお、この呼吸補助装置は、睡眠時の呼吸障害の患者にも利用される。この呼吸障害は、睡眠中に気道の筋肉が弛緩して舌根部や軟口蓋が下がり、気道を閉塞することによって生じる。この種の呼吸障害の患者に対しても、気道に正圧を印加することで、その症状が緩和する。

いずれの呼吸補助装置においても、気道に陽圧を作り出すためのポンプユニットが必要となる。このポンプユニットの動力源には、ファンを回転させて気体を搬送するブロアや、ピストンを往復運動させて気体を搬送するシリンダポンプなどが使用される。

しかしながら、従来の呼吸補助装置では、このポンプユニットが比較的大きいことから、これを箱状の筐体に収容して使用者の脇に設置して用いる。従って、呼吸補助装置のコンパクト化が難しいという問題があった。

また、呼吸補助装置で用いるポンプユニットは、例えば図２６に示されるように、吸気動作時は、最初は高い流量で素早く昇圧（陽圧化）し、その後、更に圧力を高めて吸気をアシストしながら流量を一定に維持する。呼気動作時は、高い流量で素早く減圧（負圧化）し、圧力が低下したら流量を次第に低下させて肺に負担をかけないように制御する。この制御は一例であり、実際には様々制御モードが要求されるが、この種の細かい制御を行う為には、大きめのブロアやシリンダポンプを利用して、圧力と流量を自在に変更できるようにしなければならない。従って、ポンプユニットの小型化が益々難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、圧力や流量を自在に制御可能としながらも、大幅な小型化を実現できるポンプユニット及びこのポンプユニットを用いた呼吸補助装置を提供することを目的とする。

本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。

即ち、上記目的を達成するポンプユニットは、流体の入口及び出口が設けられた本体と、前記本体の内部に並べられ前記入口から入った流体を前記出口から出す複数のマイクロポンプからなるポンプ群とを備え、前記ポンプ群は、直列状態にて最上流に位置するマイクロポンプと、直列状態にて最下流に位置するマイクロポンプと、直列状態にて中間に位置するマイクロポンプとを有し、前記本体は、前記最上流に位置するマイクロポンプの吸入口及び前記入口を直結する入口直結流路と、前記最下流に位置するマイクロポンプの吸出口及び前記出口を直結する出口直結流路と、前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプをつなぐ流路形成機構とを有し、前記流路形成機構は、前記最上流に位置するマイクロポンプ、前記中間に位置するマイクロポンプ、前記最下流に位置するマイクロポンプをこの順につなぐ直列状態と、前記中間または前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口と前記入口とをつなぐ分岐路を形成するとともに、前記最上流または前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口と前記出口とをつなぐ合流路を形成する並列状態との間で切り替え自在であることを特徴とする。

前記流路形成機構を制御する流路形成制御部を有することが好ましい。また、前記流路形成機構は、前記中間及び前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口及び前記本体の入口を連通・遮断する第１流路形成手段と、前記最上流、前記中間、前記最下流の順に連結される前記マイクロポンプの間において、上流側の前記マイクロポンプの吐出口及び下流側の前記マイクロポンプの吸入口を連通・遮断する第２流路形成手段と、前記最上流及び前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口及び前記本体の出口を連通・遮断する第３流路形成手段と、を備えたことが好ましい。

前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプは互いに重なるように配されていてもよい。

前記本体には、前記マイクロポンプを収容するための凹部が形成されたことが好ましい。また、前記マイクロポンプは、自身に内蔵されたポンプデバイスを給電するための給電端子を有し、前記凹部には、前記凹部に収容された前記マイクロポンプの前記給電端子と電気的に接続する配線が設けられたことが好ましい。

前記本体は、前記入口を有する入口パッケージと、前記出口を有する出口パッケージとを有し、前記入口パッケージには前記第１流路形成部が設けられ、前記出口パッケージには前記第３流路形成部が設けられたことが好ましい。

上記目的を達成する呼吸補助装置は、呼気又は吸気の気体が通過する流路と、前記流路内に配置されて呼気又は吸気方向に加速用の気体を噴出するノズルと、前記流路の周囲に固定され、前記ノズルに対して前記加速用の気体を供給する上記のポンプユニットとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧力や流量を自在に制御可能としながら、ポンプユニットを大幅に小型化することが可能になるという優れた効果を奏し得る。

ポンプユニットの概要を示す斜視図である。 ポンプユニットの概要を示す斜視図である。 ポンプユニットの概要を示す分解斜視図である。 マイクロポンプの概要を示す斜視図である。 マイクロポンプの概要を示す断面図である。 マイクロポンプの圧力−流量線を示すグラフである。 入口側収容板の上面にて格子状に並べられたマイクロポンプの概要を示す平面図である。 ポンプユニットに内蔵されたマイクロポンプの接続図である。 ポンプユニットのＸＩ−ＸＩ線断面図である。 コントローラの概要を示す構成図である。 コントローラの概要を示す機能ブロック図である。 圧力優先搬送状態のポンプユニットの概要を示す接続図である。 流量優先搬送状態のポンプユニットの概要を示す接続図である。 予備のマイクロポンプを備えたポンプユニットの概要を示す接続図である。 故障状態のマイクロポンプに代わって予備のマイクロポンプへ流体が流れるように流路が切り換えられた状態のポンプユニットの概要を示す接続図である。 故障状態のマイクロポンプに代わって予備のマイクロポンプへ流体が流れるように流路が切り換えられた状態のポンプユニットの概要を示す接続図である。 ポンプユニットの概要を示す斜視図である。 ポンプユニットの概要を示す断面図である。 ポンプユニットの概要を示す断面図である。 ポンプユニットの筐体内に収容される複数のマイクロポンプ及び複数のマイクロポンプの間に配される流路ブロックの概要を示す斜視図である。 ポンプユニットの概要を示す斜視図である。 呼吸補助装置の概要を示す断面図である。 図２２ＡにおけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 呼吸補助装置の制御例を示す断面図である。 呼吸補助装置の制御例を示す断面図である。 他の呼吸補助装置の概要を示す断面図である。 他の呼吸補助装置の概要を示す断面図である。 一般的な呼吸補助装置における圧力及び流量の制御例を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の例について詳細に説明する。

図１〜２に示すように、ポンプユニット１０は、入口１１及び出口１２を有する板状の筐体１３と、筐体１３内に収容されるマイクロポンプ１５（図３参照）と、発光ダイオード１８とを備え、マイクロポンプ１５（図３参照）を用いて、入口１１から流体を吸引し、吸引した流体を出口１２から流出するものである。

図３に示すように、筐体１３は、入口側収容板１３Ａと、出口側収容板１３Ｂとを有する。入口側収容板１３Ａの面１３ＡＳには、マイクロポンプ１５を取り付けるための凹部１３Ｋが形成される。面１３ＡＳにおいて、凹部１３Ｋは、格子状に並べられる。また、図示は省略するが、出口側収容板１３Ｂの面１３ＢＳにも、マイクロポンプ１５を取り付けるための凹部が形成される。面１３ＢＳに設けられた凹部は、面１３ＡＳ、１３ＢＳ同士を合わせるように各収容板１３Ａ、１３Ｂを重ねたときに、凹部１３Ｋと正対する位置に設けられる。面１３ＡＳ、１３ＢＳ同士を合わせるように各収容板１３Ａ、１３Ｂを重ねると、入口側収容板１３Ａの凹部１３Ｋと出口側収容板１３Ｂの凹部とにより、マイクロポンプ１５の収容空間が形成される。したがって、収容板１３Ａ、１３Ｂのいずれか一方の収容板に設けられた凹部にマイクロポンプ１５を載置することにより、マイクロポンプ１５は、ｍ行×ｎ列の格子状（例えば、４行×４列）に配される。そして、面１３ＡＳ、１３ＢＳ同士を合わせるように各収容板１３Ａ、１３Ｂを重ねることにより、マイクロポンプ１５は、格子状に並んだ状態で筐体１３に内蔵される。

筐体１３に内蔵された複数のマイクロポンプ１５（ポンプ群）は、最上流行（図中のｍ１行）に並べられたマイクロポンプ１５によりなる最上流行グループ２１と、最下流行（図中のｍ４行）に並べられたマイクロポンプ１５によりなる最下流行グループ２４と、最上流行グループ２１及び最下流行グループ２４の間にて行方向（図中のｍ２行、ｍ３行）に並べられたマイクロポンプによりなる中間行グループ２２、２３とを形成する。

筐体１３には、流体の流路が形成される。流路は、筐体１３に内蔵されたマイクロポンプ１５の吸入口及び吐出口をつなぎ、筐体１３において入口１１から出口１２に向けて流体が搬送されるように、形成される。なお、流路については後述する。

マイクロポンプ１５として、例えば、特許文献ＷＯ２００８／０６９２６６で提案されているものを用いることができる。図４及び図５に示すように、マイクロポンプ１５は、吸入口３１Ａ及び吐出口３１Ｂが形成されたケース３１と、ケース３１に内蔵され、吸入口３１Ａから吐出口３１Ｂまで気体を搬送するポンプデバイス３２と、ケース３１の外部に露出する給電用端子３３とを備える。

図５に示すように、ポンプデバイス３２は、給電用端子３３と電気的に接続され、電圧の印加により変形可能な圧電素子３２Ａと、圧電素子の作動によって変形可能な変形箱３２Ｂとを備える。変形箱３２Ｂは、ダイヤフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢとを有する。ダイヤフラム３２ＢＡは、変形箱３２Ｂのうち吸入口３１Ａに対向する部分に設けられる。振動壁３２ＢＢは、変形箱３２Ｂのうち吐出口３１Ｂに対向する部分に設けられる。ダイヤフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢとの間には、一次ブロア室３２Ｋが形成される。ダイヤフラム３２ＢＡの吸入口３１Ａに対向する面には、圧電素子３２Ａが取り付けられる。さらに、振動壁３２ＢＢには、一次ブロア室３２Ｋの内外で流体を移動させるための開口３２ＢＤが、吐出口３１Ｂと正対する位置に形成される。

圧電素子３２Ａによってダイヤフラム３２ＢＡが振動すると、ケース３１及びポンプデバイス３２によって形成された二次ブロア室３２Ｌと、一次ブロア室３２Ｋとの間で流体が移動する。流体の移動により、振動壁３２ＢＢが共振する。ダイヤフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢの振動によって、吸入口３１Ａから流体が吸い込まれる。吸入口３１Ａから吸い込まれた流体は、二次ブロア室３２Ｌを通過して、吐出口３１Ｂから放出される。マイクロポンプ１５は、流体を搬送するブロア用途に適しており、逆止弁を用いることなく搬送できる。

ダイアフラム３２ＢＡの振動数は、例えば、１ｋＨｚ以上であり、１８ｋＨｚ以上２７ｋＨｚ以下であることが好ましい。また、ダイアフラム３２ＢＡの振動数は、非可聴領域であることが好ましい。これにより、ポンプデバイス３２を有する装置（例えば、呼吸補助装置）を患者に着用させても、患者にはポンプデバイス３２の動作音が聞こえない結果、動作音による不快感を患者に与えずに済む。

さらに、マイクロポンプ１５は、ポンプデバイス３２の故障を検知するためのセンサユニット３６を備える。センサユニット３６は、吐出口３１Ｂにおける流体の静圧Ｐを検知する圧力センサと、吐出口３１Ｂにおける流体の流量Ｑを検知する流量センサとを有する。

マイクロポンプ１５は、板状に形成され、極めて小さい（例えば、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み２ｍｍ程度）ものの、入力正弦波を１５Ｖｐｐ（Volt peak to peak）で２６ｋＨｚとした場合で、最大約１Ｌ／分の流体を搬送でき、また最大静圧２ｋＰａを得ることが出来る（図６参照）。

マイクロポンプ１５は、圧電素子３２Ａによるダイヤフラム３２ＢＡの振動で流体を搬送することから、搬送可能な流体の体積に自ずと限界があり、この静圧／流量特性も図６に示すような傾向（例えば、比例乗数が負の一次関数、またはそれに近いもの）を示す。例えば約１ｋＰａの静圧を得ようとすると、流量Ｑは０．５Ｌ／分となる。なお、入力正弦波を１０Ｖｐｐ、２０Ｖｐｐとすれば、圧電素子３２Ａの振幅が変化するので、入力正弦波に応じた流量Ｑ及び静圧Ｐを得ることができる。すなわち、入力正弦波のＶｐｐを滑らかに変化させた場合には、流量Ｑ及び静圧Ｐを滑らかに変化させることができる。あるいは、入力正弦波の周波数を変化させれば、流量Ｑ及び静圧Ｐを変化させることができる。すなわち、入力正弦波の周波数を滑らかに変化させた場合には、流量Ｑ及び静圧Ｐを滑らかに変化させることができる。ただし、流量Ｑ及び静圧Ｐには、圧電素子３２Ａの能力やマイクロポンプ１５の構成部品の強度や耐久性によって上限がある。通常は定格のＶｐｐ及び周波数で使用される。

なお、マイクロポンプ１５は、上述したような、１つの圧電素子３２Ａをダイヤフラム３２ＢＡに貼り付けたモノモルフ（ユニモフル）構造を有するものでもよいし、２つの圧電素子３２Ａを互いに貼り合わせて振動量を増やすバイモフル構造を有するものでもよい。マイクロポンプ１５の構造は、流体の搬送等、目的に応じて最適なものを採用すれば良い。なお、マイクロポンプ１５は、逆止弁を用いることなく気体を搬送できるが、マイクロポンプ１５に代えて、吸入口又は吐出口に逆止弁を備えるマイクロポンプを適用しても良い。

図３及び図７に示すように、筐体１３は、外部電源供給端子３７と、コントローラ３８と、配線３９とを備える。外部電源供給端子３７は筐体１３に露呈するように設けられる。コントローラ３８と配線３９とは、入口側収容板１３Ａに設けられる。配線３９は、外部電源供給端子３７と、コントローラ３８とを電気的に接続する。また、バス８５Ｈは、コントローラ３８と、発光ダイオード１８と、それぞれのマイクロポンプ１５に設けられた給電用端子３３とを電気的に接続する。コントローラ３８の詳細は後述する。

筐体１３は、入口直結機構と、出口直結機構と、入口直結機構及び出口直結機構をつなぐ流路形成機構と、を有する。

図８〜９に示すように、入口直結機構は、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａと、入口１１とを直結する入口直結流路４１である。入口直結流路４１は、入口側収容板１３Ａに形成される。入口直結流路４１には切換弁４１Ｚが設けられる。切換弁４１Ｚは、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属する複数のマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａと入口１１とが連通する並列状態と、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属するマイクロポンプ１５のうちいずれか１つの吸入口３１Ａと入口１１とが連通する直列状態と、の間で切り替え自在である。なお、切換弁４１Ｚが並列状態である場合、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａが入口１１と連通していてもよいし、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属するマイクロポンプ１５のうち一部のマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａが入口１１と連通しつつ、残りのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａが入口１１と連通していない状態でもよい。

出口直結機構は、最下流行グループ２４（図中のｍ４行）の吐出口３１Ｂ及び出口１２を直結する出口直結流路４２である。出口直結流路４２は、出口側収容板１３Ｂに形成される。

また、流路形成機構は、入口側収容板１３Ａ及び出口側収容板１３Ｂに形成される。流路形成機構は、前述した切換弁４１Ｚと、中間流路４３と、中間流路４３に設けられた開閉機構とを有する。中間流路４３は、最上流吐出口流路５１Ｂと、中間吸入口流路５２Ａと、中間吐出口流路５２Ｂと、中間吸入口流路５３Ａと、中間吐出口流路５３Ｂと、最下流吸入口流路５４Ａと、直列流路６１〜６３と、列パイバス流路７１〜７３と、を有する。

最上流吐出口流路５１Ｂは、最上流行グループ２１（図中のｍ１行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吐出口３１Ｂ同士をつなぐ。中間吸入口流路５２Ａは、中間行グループ２２（図中のｍ２行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａ同士をつなぎ、中間吐出口流路５２Ｂは、中間行グループ２２（図中のｍ２行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吐出口３１Ｂ同士をつなぐ。同様に、中間吸入口流路５３Ａは、中間行グループ２３（図中のｍ３行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａ同士をつなぎ、中間吐出口流路５３Ｂは、中間行グループ２３（図中のｍ３行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吐出口３１Ｂ同士をつなぐ。最下流吸入口流路５４Ａは、最下流行グループ２４（図中のｍ４行）に属するすべてのマイクロポンプ１５の吸入口３１Ａ同士をつなぐ。

また、各吸入口流路５２Ａ〜５４Ａは、切換弁４１Ｚ及び入口直結流路４１を介して、入口１１とつながり、各吐出口流路５１Ｂ〜５３Ｂは、出口直結流路４２を介して出口１２とつながる。なお、各吸入口流路５２Ａ〜５４Ａと入口１１とは、切換弁４１Ｚの状態に関わらず連通していてもよいし、切換弁４１Ｚが並列状態である場合に連通し切換弁４１Ｚが直列状態である場合に遮断されるとしてもよい。例えば、吸入口流路５２Ａは位置Ｐ_５２Ａ（図９参照）にて、また、吸入口流路５３Ａは位置Ｐ_５３Ａ（図９参照）にて、それぞれ、入口直結流路４１とつながる。そして、吸入口流路５４Ａは位置Ｐ_５３Ａにて流路５３Ａとつながる。同様に、吐出口流路５３Ｂは位置Ｐ_５３Ｂ（図９参照）にて、また、吐出口流路５２Ｂは位置Ｐ_５２Ｂ（図９参照）にて、それぞれ出口直結流路４２と連通する。吐出口流路５１Ｂは位置Ｐ_５２Ｂ（図９参照）にて流路５２Ｂと連通する。

直列流路６１は、吐出口流路５１Ｂと吸入口流路５２Ａとをつなぐ。同様に、直列流路６２は、吐出口流路５２Ｂと吸入口流路５３Ａとをつなぎ、直列流路６３は、吐出口流路５３Ｂと吸入口流路５４Ａとをつなぐ。

吐出口流路５１Ｂと直列流路６１との接続位置には、弁５１Ｙが設けられる。弁５１Ｙは、弁５１Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５１Ｂを開きつつ直列流路６１を閉じる並列状態と、弁５１Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５１Ｂを閉じつつ直列流路６１を開く直列状態との間で遷移自在である。なお、並列状態及び直列状態のいずれにおいて、弁５１Ｙよりも上流側（吐出口３１Ｂ側）の吐出口流路５１Ｂを開いたままである。

同様に、吐出口流路５２Ｂと流路６２との接続位置には、弁５２Ｙが設けられ、吐出口流路５３Ｂと直列流路６３との接続位置には、弁５３Ｙが設けられる。弁５２Ｙは、弁５２Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５２Ｂを開きつつ直列流路６２を閉じる並列状態と、弁５２Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５２Ｂを閉じつつ直列流路６２を開く直列状態との間で遷移自在である。なお、並列状態及び直列状態のいずれにおいて、弁５２Ｙよりも上流側（吐出口３１Ｂ側）の吐出口流路５２Ｂは開いたままである。同様に、弁５３Ｙは、弁５３Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５３Ｂを開きつつ直列流路６３を閉じる並列状態と、弁５３Ｙよりも下流側（出口１２側）の吐出口流路５３Ｂを閉じつつ直列流路６３を開く直列状態との間で遷移自在である。なお、並列状態及び直列状態のいずれにおいて、弁５３Ｙよりも上流側（吐出口３１Ｂ側）の吐出口流路５３Ｂは開いたままである。

吸入口流路５２Ａと直列流路６１との接続位置には、弁５２Ｘが設けられる。弁５２Ｘは、直列流路６１を閉じつつ他の流路を開ける並列状態と、弁５２Ｘよりも上流側（入口１１側）の吸入口流路５２Ａを閉じつつ他の流路を開ける直列状態と、弁５２Ｘよりも下流側の吸入口流路５２Ａを閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態との間で遷移自在である。同様にして、吸入口流路５３Ａと直列流路６２との接続位置には弁５３Ｘが設けられ、吸入口流路５４Ａと直列流路６３との接続位置には弁５４Ｘが設けられる。弁５３Ｘは、直列流路６２を閉じつつ他の流路を開ける並列状態と、弁５３Ｘよりも上流側（入口１１側）の吸入口流路５３Ａを閉じつつ他の流路を開ける直列状態と、弁５３Ｘよりも下流側の吸入口流路５３Ａを閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態との間で遷移自在である。弁５４Ｘは、直列流路６３を閉じつつ他の流路を開ける並列状態と、弁５４Ｘよりも上流側（入口１１側）の吸入口流路５４Ａを閉じつつ他の流路を開ける直列状態と、弁５４Ｘよりも下流側の吸入口流路５４Ａを閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態との間で遷移自在である。

弁８１は、位置Ｐ_５２Ａよりも下流側の入口直結流路４１に設けられる。同様に、弁８２は弁５２Ｘよりも下流側の吸入口流路５２Ａに設けられ、弁８３は弁５３Ｘよりも下流側の吸入口流路５３Ａに設けられる。

列パイバス流路７１は、弁８２及び弁５２Ｘの間の吸入口流路５２Ａと弁８１とをつなぐ。同様に、列パイバス流路７２は、弁８３及び弁５３Ｘの間の吸入口流路５３Ａと弁８２とをつなぐ、列パイバス流路７３は、マイクロポンプ１５及び弁５４Ｘの間の吸入口流路５４Ａと弁８３とをつなぐ。

弁８１は、列パイバス流路７１を閉じつつ他の流路を開ける通常状態と、弁８１よりも下流側の入口直結流路４１を閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態と、弁８１よりも上流側の入口直結流路４１を閉じつつ他の流路を開ける遮断状態との間で遷移自在である。弁８２は、列パイバス流路７２を閉じつつ他の流路を開ける通常状態と、弁８２よりも下流側の吸入口流路５２Ａを閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態と、弁８２よりも上流側の吸入口流路５２Ａを閉じつつ、他の流路を開ける遮断状態との間で遷移自在である。弁８３は、列パイバス流路７３を閉じつつ他の流路を開ける通常状態と、弁８３よりも下流側の吸入口流路５３Ａを閉じつつ他の流路を開けるバイパス状態と、弁８３よりも上流側の吸入口流路５３Ａを閉じつつ、他の流路を開ける遮断状態との間で遷移自在である。

なお、開閉機構は、弁５２Ｘ〜５４Ｘ、５１Ｙ〜５３Ｙ、８１〜８３によりなる。また、第１流路形成部は、吸入口流路５２Ａ〜５４Ａと弁５２Ｘ〜５４Ｘとによって構成され、第２流路形成部は、直列流路６１〜６３と弁５１Ｙ〜５３Ｙとによって、第３流路形成部は、吐出口流路５１Ｂ〜５３Ｂと弁５１Ｙ〜５３Ｙとによって、構成される。さらに、行バイパス流路は、吸入口流路５２Ａ〜５４Ａによって構成される。

図９に示すように、出口直結流路４２のうち出口１２近傍には、センサユニット４５が設けられる。センサユニット４５は、出口直結流路４２のうち出口１２近傍における流体の静圧Ｐを検知する圧力センサ４５Ｐと、出口直結流路４２のうち出口１２近傍における流体の流量Ｑを検知する流量センサ４５Ｑとを有する。

コントローラ３８は、ハード構成としてＣＰＵ８５Ａ、第１記憶媒体８５Ｂ、第２記憶媒体８５Ｃ、第３記憶媒体８５Ｄ、入力装置８５Ｅ、表示装置８５Ｆ、入出力インタフェース８５Ｇ、バス８５Ｈを備える（図１０参照）。ＣＰＵ８５Ａはいわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されてコントローラ３８の各種機能を実現する。第１記憶媒体８５ＢはいわゆるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、ＣＰＵ８５Ａの作業領域として使用されるメモリである。第２記憶媒体８５ＣはいわゆるＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）であり、ＣＰＵ８５Ａで実行される基本ＯＳを記憶するためのメモリである。第３記憶媒体８５Ｄは、磁気ディスクを内蔵したハードディスク装置、ＣＤやＤＶＤやＢＤを収容するディスク装置、不揮発性の半導体フラッシュメモリ装置などで構成されており、ＣＰＵ８５Ａで実行される各種プログラム、各センサのセンシングデータ等が保存される。入力装置８５Ｅは入力キーやキーボード、マウスであり、各種情報を入力する装置である。表示装置８５Ｆはディスプレイであって、各種動作状態を表示する。入出力インタフェース８５Ｇは、弁５２Ｘ〜５４Ｘ、５１Ｙ〜５３Ｙ、８１〜８３、切換弁４１Ｚ、各マイクロポンプ１５（図８参照）や、各センサユニット３６、４５（図５及び図９参照）へ所定の電力を供給するとともに、弁５２Ｘ〜５４Ｘ、５１Ｙ〜５３Ｙ、８１〜８３、切換弁４１Ｚ、各センサユニット３６、４５、各マイクロポンプ１５との間で所定の制御信号の入出力を行う。更に、入出力インタフェース８５Ｇは、外部のパーソナルコンピュータからプログラム等のデータを取得したり、同パーソナルコンピュータに対して計測結果を出力したりすることもできる。バス８５Ｈは、ＣＰＵ８５Ａ、第１記憶媒体８５Ｂ、第２記憶媒体８５Ｃ、第３記憶媒体８５Ｄ、入力装置８５Ｅ、表示装置８５Ｆ、入出力インタフェース８５Ｇなどを一体的に接続して通信を行うための配線である。

なお、配線８５Ｈは、入口側収容板１３Ａに設けられた凹部１３Ｋ（図３参照）に露出するように形成されることが好ましい（図９参照）。これにより、凹部１３Ｋへのマイクロポンプ１１の収容を行えば、凹部１３Ｋに収容されたマイクロポンプ１１の外部電源供給端子３７が、配線８５と電気的に接続される。こうして、凹部１３Ｋへのマイクロポンプ１１の収容により、当該マイクロポンプ１１への配線を行うことができる。なお、配線８５Ｈは、入口側収容板１３Ａ及び出口側収容板１３Ｂのうち少なくともいずれか一方の凹部に露出するように形成されていればよい。なお、入口側収容板１３Ａ及び出口側収容板１３Ｂのうち他方の凹部には、凹部に収容されたマイクロポンプ１１の外部電源供給端子３７を、一方の凹部に向けて付勢する付勢部材（板バネやコイルバネ等）８５Ｊを露出するように設けてもよい。付勢部材が伝導性を有する場合には、付勢部材と配線８５Ｈとを電気的に接続させてもよい。

コントローラ３８に保存された制御プログラムがＣＰＵ８５Ａにより実行されると、コントローラ３８は、図１１に示すように、ポンプ給電制御部９４と、故障検知部９５と、ポンプ代替制御部９６と、流路形成制御部９７と、警告報知部９８として機能する。

ポンプ給電制御部９４は、あらかじめ入力装置８５Ｅの操作等により設定された運転条件に従って、所定のマイクロポンプ１５のポンプデバイス３２へ給電する。運転条件とは、例えば、所望の静圧Ｐ及び所望の流量Ｑの流体がポンプユニット１０の出口１２（図５参照）から出される条件をいう。

故障検知部９５は、マイクロポンプ１５に設けられたセンサユニット３６の各センサからセンシング信号を読み取り、センシング信号に示される測定値が許容範囲を超えているか否かを判定する。ここで、許容範囲は、入力装置８５Ｅの操作等により設定された上限値及び下限値の間の値である。この上限値及び下限値は、ポンプデバイス３２の劣化や故障など、所期の能力を発揮できないマイクロポンプ１５から出た流体の静圧Ｐ及び流量Ｑが、許容範囲外となるように設定される。また、故障検知部９５は、各センサからの測定値のすべてが許容範囲内である場合には、当該測定値が測定されたマイクロポンプ１５は正常状態と判定し、各センサからの測定値のうち少なくとも一方が許容範囲を超えている場合には、当該測定値が測定されたマイクロポンプ１５を故障状態と判定する。さらに、故障検知部９５は、故障信号を出力する。故障信号には、故障と判定されたマイクロポンプ１５の識別子（例えば、ｉ行目×ｊ行目に配されたマイクロポンプ）の情報が含まれる。

ポンプ代替制御部９６は、故障検知部９５から故障信号が出力されたか否かを判定する。そして、ポンプ代替制御部９６は、故障信号を受信可能である。また、ポンプ代替制御部９６は、ポンプ給電制御部９４によって給電されたマイクロポンプ１５の給電リスト情報を、ポンプ給電制御部９４から読み込み可能である。さらに、ポンプ代替制御部９６は、待機状態のマイクロポンプ１５のマイクロポンプ１５の有無を判定する。ここで、待機状態とは、故障と判定されていない状態（正常状態）であって、電力の供給が停止されている状態（給電停止状態）である。

流路形成制御部９７は、センサユニット３６、４６からのセンシング信号を参照して、
出口１２における流量Ｑ及び静圧Ｐが所定のものとなる、あるいは近づくように、開閉機構である弁５２Ｘ〜５４Ｘ、５１Ｙ〜５３Ｙ、８１〜８３の開閉操作を行なう。

警告報知部９８は、発光ダイオード１８の点灯及び消灯の制御を行う。なお、警告機としては、発光ダイオード１８に限らず、ブザーなどを用いてもよい。

次に、コントローラ３８によるポンプユニット１０の制御例を説明する。ポンプ給電制御部９４により、すべてのマイクロポンプ１５が運転状態になる。流路形成制御部９７によって、弁８１〜８３が通常状態にセットされ、弁５２Ｘ〜５４Ｘ，５１Ｙ〜５３Ｙが直列状態にセットされると、入口１１から入った流体は、列方向に並ぶマイクロポンプ１５を経由して、出口１２から出る（図１２参照）。このように、流体が通過したマイクロポンプ１５の数が増えると、出口１２から出る流体の静圧Ｐは、流量Ｑに優先して増大する。こうして、ポンプユニット１０は、出口１２から出る流体の静圧Ｐが流量Ｑに優先して増大する状態（圧力優先搬送状態）となる。

流路形成制御部９７によって、切換弁４１Ｚが並列状態にセットされ、弁８１〜８３が通常状態にセットされ、弁５２Ｘ〜５４Ｘ，５１Ｙ〜５３Ｙが並列状態にセットされると、入口１１から入った流体は、マイクロポンプ１５の吸入口ごとに分岐して、マイクロポンプ１５に入る。マイクロポンプ１５の吐出口から出た流体は、再び合流して出口１２から出る（図１３参照）。これにより、ポンプユニット１０は、出口１２から出る流体の流量Ｑが静圧Ｐに優先して増大する状態（流量優先搬送状態）となる。

また、流路形成制御部９７によって、切換弁４１Ｚが並列状態にセットされ、弁８１〜８３が通常状態にセットされ、弁５２Ｘ〜５４Ｘ，５１Ｙ〜５２Ｙが直列状態に、弁５３Ｙが並列状態にセットされると、出口１２から出る流体の流量Ｑ及び静圧Ｐは、先の２例の間の値をとる。

このように、各弁５２Ｘ〜５４Ｘ，５１Ｙ〜５２Ｙを個別に制御することにより、出口１２から出る流体の流量Ｑ及び静圧Ｐを、所望のものにすることができる。

ここで、ポンプ給電制御部９４によって給電されるマイクロポンプ１５のうち、ポンプデバイス３２が正常に作動しない状態（以下、故障状態と称する）のものが含まれると、出口１２から出る流体の流量Ｑ及び静圧Ｐを精度よく制御することができない。

そこで、故障状態のマイクロポンプ１５に代用可能な予備のマイクロポンプ１５を、予めポンプユニット１０に設けることが好ましい。

例えば、図１４に示すように、マイクロポンプ１５が格子状（４行×４列）に並んでいる場合において、４列目及び４行目に位置する全てのマイクロポンプ１５を予備用のマイクロポンプ１５とする。

まず、ポンプ給電制御部９４は、１〜３行目×１〜３列目のマイクロポンプ１５のみに対して給電する。１〜３行目×１〜３列目のマイクロポンプ１５は運転状態となり、予備用のマイクロポンプ１５は給電停止状態となる。流路形成制御部９７によって、切換弁４１Ｚが並列状態に、１〜３列目の弁８１〜８３は通常状態に、４列目の弁８１〜８３は遮断状態に、１〜３列目の弁５１Ｙ〜５２Ｙは直列状態に、１〜３列目の弁５３Ｙは並列状態に、１〜３列目の弁５２Ｘ〜５４Ｘは直列状態に、それぞれセットされる。加えて、１〜３列目の弁５４Ｘや４列目の弁５２Ｘ〜５４Ｘや弁５１Ｙ〜５３Ｙを直列状態にセットしてもよい。これにより、ポンプユニット１０は、出口１２から出る流体の静圧Ｐは、流量Ｑに優先して増大する状態となる。

ここで、コントローラ３８は、次のような制御を行う。故障検知部９５は、それぞれのセンサユニット３６からセンシング信号を読み取る。センシング信号の読み取りタイミングは、一定期間ごとでもよいし、連続的でもよい。故障検知部９５は、読み取ったセンシング信号によって示される測定値が、許容範囲内から外れているか否かを判定する。各測定値が許容範囲内である場合、故障検知部９５は、当該センシング信号を読み取ったマイクロポンプ１５は正常状態であると判定する。一方、各測定値が許容範囲から外れた場合、故障検知部９５は、当該センシング信号を読み取ったマイクロポンプ１５は故障状態であると判定する。そして、故障状態のマイクロポンプ１５があると判定された場合、故障検知部９５は故障信号を出力する。

ポンプ代替制御部９６は、故障検知部９５から故障信号が出力されたか否かを判定する。ポンプ代替制御部９６が「故障検知部９５から故障信号が出力された」と判定すると、「ポンプユニット１０に内蔵されるマイクロポンプ１５のうち、待機状態のマイクロポンプ１５があるか否か」を判定する。ポンプ代替制御部９６が、待機状態のマイクロポンプ１５があると判定した場合には、ポンプ給電制御部９４は、当該待機状態のマイクロポンプ１５から選択されたマイクロポンプ１５（以下、選択マイクロポンプ１５と称する）に、給電を開始する。なお、ポンプ給電制御部９４は、故障状態と判定されたマイクロポンプ１５の給電を停止することが好ましい。次に、流路形成制御部９７は、故障と判定されたマイクロポンプ１５に代えて、選択マイクロポンプ１５に流体が流れるように、各弁５１Ｙ〜５３Ｙ、５２Ｘ〜５４Ｘ、８１〜８３の開閉操作を行う。これにより、ポンプユニット１０に故障状態のマイクロポンプ１５が存在していても、所望の静圧Ｐ及び所望の流量Ｑの流体を、ポンプユニット１０の出口１２から出すことができる。

次に、故障状態のマイクロポンプ１５の代わりに予備のマイクロポンプ１５が用いられるようにする流路形成制御部９７の制御内容を説明する。

まず、２行目×３列目のマイクロポンプ１５が故障状態と判定された場合、流路形成制御部９７は、待機状態である予備用のマイクロポンプ１５から任意のマイクロポンプ１５を選択する。

ここで、代替のマイクロポンプ１５として、２行目×４列目のマイクロポンプ１５が選択された場合、流路形成制御部９７は、３列目の弁５２Ｘ及び４列目の弁５３Ｘをバイパス状態に、４列目の弁５２Ｘ及び３列目弁５３Ｘを並列状態に、４列目の弁５２Ｙを直列状態に４列目の弁８２を通常状態にセットする。これにより、１行目×３列目のマイクロポンプ１５を通った流体は、２行目×３列目のマイクロポンプ１５に代わって、２行目×４列目のマイクロポンプ１５へ通った後、３行目×３列目のマイクロポンプ１５を通る（図１５参照）。このため、所期の流量Ｑ及び所期の静圧Ｐの流体を出口１２から出すことができる。

また、代替のマイクロポンプ１５として、４行目×３列目のマイクロポンプ１５が選択された場合、流路形成制御部９７は、３列目の弁８２をバイパス状態に、３列目の弁８３を通常状態に、３列目の弁５３Ｙ、５４Ｘを直列状態にする。なお、３列目の弁５３Ｘは直列状態であることが好ましい。これにより、１行目×３列目のマイクロポンプ１５を通った流体は、２行目×３列目のマイクロポンプ１５を通らずに、３行目×３列目のマイクロポンプ１５へ通った後、４行目×３列目のマイクロポンプ１５を通る（図１６参照）。このため、所期の流量Ｑ及び所期の静圧Ｐの流体を出口１２から出すことができる。

一方、ポンプ代替制御部９６が、停止状態のマイクロポンプ１５がないと判定した場合には、警告報知部９８は、発光ダイオード１８の点灯及び消灯の制御によって、ポンプユニット１０の異常状態を報知することができる。これにより、所望の静圧Ｐ及び所望の流量Ｑの流体を出力できないポンプユニット１０の使用を回避することができる。

以上、ポンプユニット１０によれば、マイクロポンプ１５が格子状に配置されており、
流路形成機構、すなわち、中間流路４３と中間流路４３に設けられた開閉機構（各弁）とにより、各マイクロポンプ１５の直列接続と並列接続を、合理的に組み合わせて制御することが可能となる。結果、マイクロポンプ１５単体では流量及び静圧が不足する用途であっても、複数のマイクロポンプ１５を組み合わせて利用できるので、従来のブロアやシリンジポンプと同様に用いることができる。また、マイクロポンプ１５の寸法は小さいので、これを複数配置しても、従来のブロア等と比較して小さく且つ軽量に構成できる。特に、並列数と直列数の組合せとなる多様なバリエーションを、マイクロポンプ１５のＯＮ／ＯＦＦや、開閉機構（各弁）の制御によってデジタル的に制御することが可能となるので、制御構成も極めて簡潔にすることができる。また更に、従来のブロアやシリンジポンプの場合、それら１つが故障すると、全体の流体の搬送が滞ることになるが、上記のポンプユニット１０によれば、個々のマイクロポンプ１５が故障しても、他のマイクロポンプ１５で補うことが出来るので、信頼性や安全性を高めることも可能となる。

特にポンプユニット１０では、マイクロポンプ１５が直列接続される圧力優先搬送状態において、上流行に属するマイクロポンプ１５の数よりも、下流行のマイクロポンプ１５の数が同等又は小さくなっている。結果、無駄なマイクロポンプ１５の動作が抑制されるので消費電力を低減させることが可能となり、例えばバッテリー駆動の用途に特に適している。

また更に、ポンプユニット１０では、各行に配置される複数のマイクロポンプ１５の全体に対して、まとめて接続関係を切り換える。結果、弁の構成が簡潔となり、メンテナンス性を向上させている。

なお、ポンプユニット１０の入口１１は、１つでもよいし、複数でもよい。複数の入口１１は、入口直結流路４１につなげてもよいし、最上流行グループ２１に属するマイクロポンプ１５に直接つなげてもよい。また、中間行グループは、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

上記実施形態では、筐体１３において、最上流行グループ２１と中間行グループ２２、２３と最下流行グループ２４とを、この順に並べたが、本発明はこれに限られず、例えば、最上流行グループ２１、最下流行グループ２４、中間行グループ２２、２３の順、や最下流行グループ２４、中間行グループ２２、２３、最上流行グループ２１の順などとしてもよい。

上記実施形態では、筐体１３において、マイクロポンプ１５を格子状に並べたが、本発明はこれに限られず、マイクロポンプ１５を一行または一列に並べてもよい。

また、上記実施形態では、マイクロポンプ１５を筐体１３に嵌着させたが、本発明はこれに限られず、マイクロポンプ１５と筐体１３とを一体に形成してもよい。

上記実施形態では、マイクロポンプ１５を平面上において格子状に並べられたが、本発明はこれに限られず、複数のマイクロポンプ１５が互いに重なるように配されていてもよい。例えば、一のマイクロポンプ１５の出口１２の上方に、二のマイクロポンプ１５の入口１１が位置するように、マイクロポンプ１５を積層してもよい（図１７〜２０参照）。

図１７〜１８に示すポンプユニット１０は、入口１１及び出口１２を有する筐体１３と、筐体１３内に収容されるポンプユニット１５とを有する。ポンプユニット１５を収容するためのポンプユニット収容孔１３Ｘを有する筐体１３は、第１筐体形成ブロック１３Ｌと第２筐体形成ブロック１３Ｒとからなる。第１筐体形成ブロック１３Ｌ及び第２筐体形成ブロック１３Ｒには、それぞれ所定の凹み部が形成される。凹み部が互いに対向するように第１筐体形成ブロック１３Ｌ及び第２筐体形成ブロック１３Ｒを組み合わせることにより、ポンプユニット収容孔１３Ｘが形成される。

図１８〜１９に示すように、筐体１３内には、筐体１３内にて入口１１から出口１２に向かってこの順に並べられるマイクロポンプ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃと、マイクロポンプ１５Ａ及びマイクロポンプ１５Ｂの間に配される流路ブロック１３ＳＡと、マイクロポンプ１５Ｂ及びマイクロポンプ１５Ｃの間に配される流路ブロック１３ＳＢとが、配される。

また、筐体１３には、マイクロポンプ１５Ａの吸入口３１Ａ及び入口１１をつなぐ入口直結流路４１と、マイクロポンプ１５Ｃの吐出口３１Ｂ及び出口１２をつなぐ出口直結流路４２とが形成される。入口直結流路４１は、マイクロポンプ１５Ａの吸入口３１Ａ及び入口１１を直結する直結路４１Ａと、直結路４１Ａから分岐する分岐路４１Ｂとを備える。分岐路４１Ｂは、マイクロポンプ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに沿うようにして、マイクロポンプ１５Ｃの吸入口３１Ａの近傍まで延びる。出口直結流路４２は、マイクロポンプ１５Ｃの吐出口３１Ｂ及び出口１２を直結する直結路４２Ａと、直結路４２Ａから分岐する分岐路４２Ｂとを備える。分岐路４２Ｂは、マイクロポンプ１５Ｃ、１５Ｂ、１５Ａに沿うようにして、マイクロポンプ１５Ａの吐出口３１Ｂの近傍まで延びる。

図１８、２０に示すように、流路ブロック１３ＳＡは直方体状に形成される。流路ブロック１３ＳＡには、マイクロポンプ１５Ａの吐出口３１Ｂ及びマイクロポンプ１５Ｂの吸入口３１Ａを直結する直列流路９０Ａと、直列流路９０Ａを開閉する直列弁９０ＡＢと、直列弁９０ＡＢよりも吐出口３１Ｂ側の直列流路９０Ａ及び分岐路４２Ｂを直結する吐出側並列流路９２Ａと、吐出側並列流路９２Ａを開閉する吐出側並列弁９２ＡＢと、直列弁９０ＡＢよりも吸入口３１Ａ側の直列流路９０Ａ及び分岐路４１Ｂを直結する吸入側並列流路９１Ａと、吸入側並列流路９１Ａを開閉する吸入側並列弁９１ＡＢと、が形成される。なお、煩雑になることを避けるために、図２０における各弁９０ＡＢ、９１ＡＢ、９２ＡＢの図示を省略する。流路ブロック１３ＳＢも、流路ブロック１３ＳＡと同様であり、すなわち、直方体状に形成され、マイクロポンプ１５Ｂの吐出口３１Ｂとマイクロポンプ１５Ｃの吸入口３１Ａとを直結する直列流路９０Ｂと、直列流路９０Ｂを開閉する直列弁９０ＢＢと、直列弁９０ＢＢよりも吐出口３１Ｂ側の直列流路９０Ｂ及び分岐路４２Ｂを直結する吐出側並列流路９２Ｂと、吐出側並列流路９２Ｂを開閉する吐出側並列弁９２ＢＢと、直列弁９０ＢＢよりも吸入口３１Ａ側の直列流路９０Ｂ及び分岐路４１Ｂを直結する吸入側並列流路９１Ｂと、吸入側並列流路９１Ｂを開閉する吸入側並列弁９１ＢＢと、が形成される。

直列流路９０Ａは、マイクロポンプ１５Ａの吐出口３１Ｂと対向する流路ブロック１３ＳＡの吐出口側面１３ＡＬからマイクロポンプ１５Ｂの吸入口３１Ａと対向する流路ブロック１３ＳＡの吸入口側面１３ＡＵまで貫通するように形成される。筐体１３において、マイクロポンプ１５Ａの筐体と吐出口側面１３ＡＬとが接するため、吐出口側面１３ＡＬに形成された溝１３ＬＭとマイクロポンプ１５Ａとによって、吐出側並列流路９２Ａが形成される。筐体１３において、マイクロポンプ１５Ｂの筐体と吸入口側面１３ＡＵとが接するため、吸入口側面１３ＡＵに形成された溝１３ＵＭとマイクロポンプ１５Ａとによって、吸入側並列流路９１Ａが形成される。同様に、直列流路９０Ｂは、マイクロポンプ１５Ｂの吐出口３１Ｂと対向する流路ブロック１３ＳＢの吐出口側面１３ＢＬからマイクロポンプ１５Ｃの吸入口３１Ａと対向する流路ブロック１３ＳＢの吸入口側面１３ＢＵまで貫通するように形成される。筐体１３において、マイクロポンプ１５Ａの筐体と吐出口側面１３ＢＬとが接するため、吐出口側面１３ＢＬに形成された溝とマイクロポンプ１５Ａとによって、吐出側並列流路９２Ｂが形成される。筐体１３において、マイクロポンプ１５Ｃの筐体と吸入口側面１３ＢＵとが接するため、吸入口側面１３ＢＵに形成された溝とマイクロポンプ１５Ｃとによって、吸入側並列流路９１Ｂが形成される。

切換弁４１Ｚ、直列弁９０ＡＢ、９０ＢＢ、吸入側並列弁９１ＡＢ、９１ＢＢ、及び吐出側並列弁９２ＡＢ、９２ＢＢの開閉操作は、コントローラ３８（図７参照）によって行われる。

次に、図１７〜２０に示すポンプユニット１０の作用について説明する。

切換弁４１Ｚは並列状態に、直列弁９０ＡＢ、９０ＢＢは閉状態に、吸入側並列弁９１ＡＢ、９１ＢＢ、及び吐出側並列弁９２ＡＢ、９２ＢＢは開状態に、それぞれセットされる（図１９参照）。入口１１から入った流体は、入口直結流路４１、吸入側並列流路９１Ａ、及び吸入側並列流路９１Ｂを介して分配され、分配された流体は、それぞれマイクロポンプ１５Ａ〜１５Ｃの吸入口３１Ａに吸入される。マイクロポンプ１５Ａ〜１５Ｃでは、それぞれ、ポンプデバイス３２（図５参照）が吸入口３１Ａから吸入された流体を圧縮する。マイクロポンプ１５Ａ〜１５Ｃにて圧縮された流体は、吐出口３１Ｂから出て、吐出側並列流路９２Ａ、吐出側並列流路９２Ｂ、及び出口直結流路４２を介して、合流した後、出口１２から出る。

切換弁４１Ｚは直列状態に、直列弁９０ＡＢ、９０ＢＢは開状態に、吸入側並列弁９１ＡＢ、９１ＢＢ、及び吐出側並列弁９２ＡＢ、９２ＢＢは閉状態に、それぞれセットされる（図１８参照）。入口１１から入った流体は、入口直結流路４１を介して、マイクロポンプ１５Ａの吸入口３１Ａへ吸入される。マイクロポンプ１５Ａでは、ポンプデバイス３２（図５参照）が吸入口３１Ａから吸入された流体を圧縮する。マイクロポンプ１５Ａにて圧縮された流体は、吐出口３１Ｂから出て、直列流路９０Ａを介して、マイクロポンプ１５Ｂの吸入口３１Ａに吸入される。マイクロポンプ１５Ｂの吸入口３１Ａから吸入された流体は、ポンプデバイス３２（図５参照）によって圧縮され、その後、吐出口３１Ｂ及び直列流路９０Ｂを介してマイクロポンプ１５Ｃの吸入口３１Ａへ吸入される。同様にして、マイクロポンプ１５Ｃの吸入口３１Ａから吸入された流体は、ポンプデバイス３２（図５参照）によって圧縮され、その後、吐出口３１Ｂ及び出口直結流路４２を介して、出口１２から出る。

ポンプユニット１０によれば、切換弁４１Ｚ、直列弁９０ＡＢ、９０ＢＢ、吸入側並列弁９１ＡＢ、９１ＢＢ、及び吐出側並列弁９２ＡＢ、９２ＢＢの開閉操作によって、出口１２から出る流体の静圧Ｐ及び流量Ｑを適宜調節することができる。

また、吐出口側面１３ＡＬに形成された溝１３ＬＭとマイクロポンプ１５Ａとによって、吐出側並列流路９２Ａが形成されるため、吐出側並列流路９２Ａの形成の手間を短縮することができる。同様に、吸入口側面１３ＡＵに形成された溝１３ＵＭとマイクロポンプ１５Ａとによって、吸入側並列流路９１Ａが形成されるため、吸入側並列流路９１Ａの形成の手間を短縮することができる。

なお、図９に示す筐体１３でも同様であり、流路形成板１３ＡＡ〜１３ＡＤによって入口側収容板１３Ａを形成することが好ましい。流路形成板１３ＡＡ〜１３ＡＤは、それぞれ、所定の位置に、厚み方向に形成された貫通孔を有する。また、流路形成板１３ＡＡ〜１３ＡＤは、それぞれ、他の流路形成板と対向する面の所定の位置に溝を有する。流路形成板１３ＡＡ〜１３ＡＤを重ねるように組み合わせると、流路形成板１３ＡＡ〜１３ＡＤに形成された貫通孔及び溝によって、各流路４１、５２Ａ〜５４Ａ、７１〜７３や、各流路の６１〜６３の上流部分が形成される。同様にして、流路形成板１３ＢＡ〜１３ＢＢによって出口側収容板１３Ｂを形成することが好ましい。流路形成板１３ＢＡ〜１３ＢＢは、それぞれ、厚み方向に形成された貫通孔と、他の流路形成板と対向する面上に形成された溝とを所定の位置に有する。流路形成板１３ＢＡ〜１３ＢＢを重ねるように組み合わせると、流路形成板１３ＢＡ〜１３ＢＢに形成された貫通孔及び溝によって、各流路４２、５１Ｂ〜５３Ｂや、各流路の６１〜６３の下流部分が形成される。

また、上記実施形態では、一のマイクロポンプ１５の出口１２と二のマイクロポンプ１５の入口１１とが正対するように配したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２１に示すように、複数のマイクロポンプ１５を斜め方向に重ねてもよい。
斜め方向に重なる複数のマイクロポンプ１５からなるポンプユニット１０は、物と物との隙間などの小さなスペースに設置可能である。

ポンプユニット１０を、医療用の呼吸補助装置７００に適用した例を図２２Ａ及び図２２Ｂに示す。この呼吸補助装置７００は、呼吸用の気体が通過する流路７０２と、この流路７０２内に配置されて、呼気方向及び吸気方向にそれぞれ加速用の空気を放出可能な呼気ノズル７０４及び吸気ノズル７０６と、流路７０２の外表面に周方向に沿って配置されるポンプユニット１０と、ポンプユニット１０を駆動するバッテリ７１０を備えて構成される。流路７０２内に配置される呼気及び吸気ノズル７０４、７０６の近傍には、それぞれ、ベンチュリー壁７２０が配置される。なお、バッテリ７１０については、離れた場所に配置したり、電源ラインを接続することで省略したりすることもできる。

更にポンプユニット１０の出口１２（図１参照。以下、統合吐出口ともいう）には、呼吸切替弁７２５が配置される。この呼吸切替弁７２５は、統合吐出口から吐出される空気を、呼気ノズル７０４から放出させる場合と、吸気ノズル７０６から放出させる場合を切り換える。図２３Ａに示されるように、呼気ノズル７０４から空気を放出させる場合は、この空気がベンチュリー壁７２０によって広がることで呼気側が負圧状態となり、吸気側（肺側）から排出される二酸化炭素を呼び込んで、呼気方向に流す。結果、呼気動作を補助することができる。一方、図２３Ｂに示されるように、吸気ノズル７０６から空気を放出させる場合は、この空気がベンチュリー壁７２０によって広がることで吸気側が負圧状態となり、吸気側から供給される酸素を吸い込んで呼気方向（肺側）に流れる。結果、吸気動作を補助することができる。

この呼吸補助装置７００によれば、流路７０２を構成する配管自体に、小型化されたポンプユニット１０が直接固定されるので、呼吸補助装置７００を極めてコンパクトに構成することが出来る。更に、流路７０２とポンプユニット１０とが一体化されるので、使用者の体の動作に連動して流路７０２が動いても、この流路７０２とポンプユニット１０が一緒に動くので、呼気及び吸気ノズル７０４、７０６と、ポンプユニット１０の接続が途切れないで済む。従って、呼吸補助動作の安定性が増すと同時に、使用者も体を動かしやすくなる。

更に、ポンプユニット１０から呼気及び吸気ノズル７０４、７０６までの距離が短くなるので、呼吸補助動作の応答性を高めることが出来る。

なお、この呼吸補助装置７００は、使用者の口から気管に向かって挿入される挿管チューブと連続するようにして、用いることが可能であるが、例えば図２４に示されるように、鼻マスク８３０に対して流路７０２を接続して用いることもできる。更に、鼻マスクに適用する場合は、例えば図２５に示される呼吸補助装置８００のように、鼻マスク８３０の外周面にポンプユニット１０を直接固定することが好ましく、全体の安定性が増す。また、ここでは、１台のポンプユニット１０を呼吸切替弁７２５で切り換えて、呼気ノズル又は吸気ノズルに供給する場合を例示したが、２台のポンプユニット１０を用意して、それぞれ呼気ノズル、吸気ノズルに接続するようにしても良い。

尚、本発明のポンプユニット及び呼吸補助装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のポンプユニットは、呼吸補助装置以外の様々な用途に用いることが出来る。また、本発明の呼吸補助装置は、様々な生物の呼吸補助目的で利用することができる。

１０ ポンプユニット
１１ 入口
１２ 出口
１３ 筐体
１５ マイクロポンプ
１８ 発光ダイオード
２１ 最上流行グループ
２２、２３ 中間行グループ
２４ 最下流行グループ
３１Ａ 吸入口
３１Ｂ 吐出口
３２Ｂ ポンプデバイス
３６、４５ センサユニット
３８ コントローラ
４１Ｚ、５２Ｘ〜５４Ｘ、５１Ｙ〜５３Ｙ、８１〜８３ 弁
５１Ｂ〜５４Ｂ、５２Ａ〜５４Ａ 流路
６１〜６３ 直列流路
７１〜７３ バイパス流路
９４ ポンプ給電制御部
９５ 故障検知部
９６ ポンプ代替制御部
９７ 流路形成制御部
９８ 警告報知部

Claims (6)

1. 流体の入口及び出口が設けられた本体と、
   前記本体の内部に並べられ前記入口から入った流体を前記出口から出す複数のマイクロポンプからなるポンプ群とを備え、
   前記ポンプ群は、
   直列状態にて最上流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて最下流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて中間に位置するマイクロポンプとを有し、
   前記本体は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプの吸入口及び前記入口を直結する入口直結流路と、
   前記最下流に位置するマイクロポンプの吐出口及び前記出口を直結する出口直結流路と、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプをつなぐ流路形成機構とを有し、
   前記流路形成機構は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプ、前記中間に位置するマイクロポンプ、前記最下流に位置するマイクロポンプをこの順につなぐ直列状態と、
   前記中間または前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口と前記入口とをつなぐ入口側分岐路を形成するとともに、前記最上流または前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口と前記出口とをつなぐ出口側分岐路を形成する並列状態と
   の間で切り替え自在であり、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプは互いに重なるように配され、
   前記ポンプ群を保持する筐体を有し、
   前記筐体には、前記入口直結流路、前記入口側分岐路、前記出口直結流路及び前記出口側分岐路の一部が形成されることを特徴とするポンプユニット。
2. 流体の入口及び出口が設けられた本体と、
   前記本体の内部に並べられ前記入口から入った流体を前記出口から出す複数のマイクロポンプからなるポンプ群とを備え、
   前記ポンプ群は、
   直列状態にて最上流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて最下流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて中間に位置するマイクロポンプとを有し、
   前記本体は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプの吸入口及び前記入口を直結する入口直結流路と、
   前記最下流に位置するマイクロポンプの吐出口及び前記出口を直結する出口直結流路と、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプをつなぐ流路形成機構とを有し、
   前記流路形成機構は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプ、前記中間に位置するマイクロポンプ、前記最下流に位置するマイクロポンプをこの順につなぐ直列状態と、
   前記中間または前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口と前記入口とをつなぐ入口側分岐路を形成するとともに、前記最上流または前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口と前記出口とをつなぐ出口側分岐路を形成する並列状態と
   の間で切り替え自在であり、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプは互いに重なるように配され、
   互いに重なるように配される上流側の前記マイクロポンプと下流側の前記マイクロポンプの間には流路ブロックが配置され、
   前記流路ブロックは、
   上流側の前記マイクロポンプの前記吐出口と、下流側の前記マイクロポンプの前記吸入口とを直結する直列流路と、
   前記直列流路に配置されて該直列流路を開閉する直列弁と、
   上流側の前記マイクロポンプの前記吐出口と前記出口側分岐路を開閉する吐出側並列弁と、
   下流側の前記マイクロポンプの前記吸入口と前記入口側分岐路を開閉する吸入側並列弁と、を有して構成され、
   前記直列状態では、前記吐出側並列弁及び前記吸入側並列弁が閉じ、且つ、前記直列弁が開くようになっており、
   前記並列状態では、前記吐出側並列弁及び前記吸入側並列弁が開き、且つ、前記直列弁が閉じることを特徴とする、
   ポンプユニット。
3. 流体の入口及び出口が設けられた本体と、
   前記本体の内部に並べられ前記入口から入った流体を前記出口から出す複数のマイクロポンプからなるポンプ群とを備え、
   前記ポンプ群は、
   直列状態にて最上流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて最下流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて中間に位置するマイクロポンプとを有し、
   前記本体は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプの吸入口及び前記入口を直結する入口直結流路と、
   前記最下流に位置するマイクロポンプの吐出口及び前記出口を直結する出口直結流路と、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプをつなぐ流路形成機構とを有し、
   前記流路形成機構は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプ、前記中間に位置するマイクロポンプ、前記最下流に位置するマイクロポンプをこの順につなぐ直列状態と、
   前記中間または前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口と前記入口とをつなぐ入口側分岐路を形成するとともに、前記最上流または前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口と前記出口とをつなぐ出口側分岐路を形成する並列状態と
   の間で切り替え自在であり、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプは互いに重なるように配され、
   前記筐体は、
   前記ポンプ群の積層方向に対してその積層幅方向に窪む凹部を有する第一筐体形成ブロックと、
   前記ポンプ群の積層方向に対してその積層幅方向に窪む凹部を有する第二筐体形成ブロックと、を備え、
   前記第一筐体形成ブロックの前記凹部と前記第二筐体形成ブロックの前記凹部を対向させるように組み合わせることで、前記筐体の内部に前記ポンプ群の収容孔が形成されることを特徴とするポンプユニット。
4. 前記流路形成機構を制御する流路形成制御部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポンプユニット。
5. 前記マイクロポンプは、自身に内蔵されたポンプデバイスを給電するための給電端子を有し、
   前記凹部には、前記凹部に収容された前記マイクロポンプの前記給電端子と電気的に接続する配線が設けられたことを特徴とする請求項３記載のポンプユニット。
6. 呼気又は吸気の気体が通過する流路と、
   前記流路内に配置されて呼気又は吸気方向に加速用の気体を噴出するノズルと、
   前記流路の周囲に固定され、前記ノズルに対して前記加速用の気体を供給するポンプユニットとを備え、
   前記ポンプユニットは、
   流体の入口及び出口が設けられた本体と、
   前記本体の内部に並べられ前記入口から入った流体を前記出口から出す複数のマイクロポンプからなるポンプ群とを備え、
   前記ポンプ群は、
   直列状態にて最上流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて最下流に位置するマイクロポンプと、
   直列状態にて中間に位置するマイクロポンプとを有し、
   前記本体は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプの吸入口及び前記入口を直結する入口直結流路と、
   前記最下流に位置するマイクロポンプの吐出口及び前記出口を直結する出口直結流路と、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプをつなぐ流路形成機構とを有し、
   前記流路形成機構は、
   前記最上流に位置するマイクロポンプ、前記中間に位置するマイクロポンプ、前記最下流に位置するマイクロポンプをこの順につなぐ直列状態と、
   前記中間または前記最下流に位置する前記マイクロポンプの吸入口と前記入口とをつなぐ入口側分岐路を形成するとともに、前記最上流または前記中間に位置する前記マイクロポンプの吐出口と前記出口とをつなぐ出口側分岐路を形成する並列状態と
   の間で切り替え自在であり、
   前記ポンプ群を構成する前記マイクロポンプは互いに重なるように配されることを特徴とする呼吸補助装置。

Images