JPWO2015173926A1 - マイクロ蠕動ポンプ - Google Patents

Abstract

シート状のマイクロ流体チップ（２０）内にマイクロ流体流路として円弧状流路（２１）が形成される。マイクロ流体チップ（２０）の円弧状流路（２１）に、ロータ（１０）のローラ（１５）を押し付け、駆動モータ４によりロータ（１０）を回転駆動し、ロータ（１０）の回転により円弧状流路（２１）を蠕動させて、流路内の液体を送液する。ロータ（１０）の平面上に、複数のローラ（１５）が、ロータ（１０）の回転軸（１３）と垂直の平面上で円弧状流路（２１）に押圧接触して自在回転するように保持される。円弧状流路（２１）は、複数のローラ（１５）の回転軌跡に沿って配置される。

Description

本発明は、培養液、各種試薬等の微少流体を、マイクロ流体流路に流して、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なう際に使用するマイクロ蠕動ポンプに関し、特にロータの回転負荷を低減することができるマイクロ蠕動ポンプに関する。

従来、円形のロータに複数のローラが回転自在に軸支され、ロータの各ローラの外周面を、チューブに押し付け、ロータを回転させながら、チューブ内の流体を送液する、蠕動ポンプ（ペリスタリシスポンプ）が、下記特許文献１などで知られている。

特表２００７−５２３２８４号公報

しかしながら、従来のこの種の蠕動ポンプは、モータにより回転駆動する円形のロータが、その外周部に複数のローラを回転自在に軸支し、各ローラの支軸がロータの回転軸と直角方向に配置され、ロータの回転時、各ローラの外周面をチューブ（可撓性導管）に、押し当て、ロータのローラを順にチューブに押し付けて回転移動させながら、流体を送液するように構成される。

このため、各ローラがチューブを押し付ける荷重の反力がモータの回転軸に対し垂直に印加されるため、モータの回転負荷が増大し、特に、培養液、各種試薬等の微少流体を、マイクロ流体流路に流して、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なう際に使用する小型のマイクロ蠕動ポンプにおいては、モータが大型化し、ポンプ全体としての小型化が難しいという課題があった。

また、この種の蠕動ポンプは、通常、ロータを含むポンプケーシングからチューブの部分を、簡単に取り外すことができない。このため、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なう際、マイクロ流体流路を有したマイクロチップを、ロータのローラ部分に、簡単に接触させて取り外し可能に装着することができず、培養やスクリーニングごとに、使用済みのマイクロチップを、簡便に使い捨てすることができないという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ロータの回転負荷を減少させ、回転駆動する駆動力の低減が可能となり、流路を形成したマイクロチップの取り付け取り外しを容易に行うことができるマイクロ蠕動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、本発明のマイクロ蠕動ポンプは、
シート状のマイクロ流体チップ内にマイクロ流体流路として円弧状流路が形成され、該マイクロ流体チップの該円弧状流路にロータを押し付け、回転駆動手段により該ロータを回転駆動し、該ロータの回転により該円弧状流路を蠕動させて流路内の液体を送液するマイクロ蠕動ポンプであって、
該ロータの回転軸と垂直の平面上には、複数の自在回転体が、該平面上で該円弧状流路に押圧接触して自在回転するように保持され、
該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、横断面が略山形形状となるように、該マイクロ流体チップの平面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該複数の自在回転体の回転軌跡に沿って配置され、
該自在回転体の反対側から該円弧状流路を覆って堅固部材が取り付けられ、
該回転駆動手段による該ロータの回転駆動時、該ロータ上の該自在回転体が、その外周面を該平面上で該円弧状流路に押し付けながら回転し、該円弧状流路内の液体を送液することを特徴とする。

この発明のマイクロ蠕動ポンプによれば、マイクロ流体チップの円弧状流路が、横断面が略山形形状となるように、マイクロ流体チップの平面から膨出して円弧状に形成されるため、ロータの各自在回転体の外周面が、円弧状流路を押圧して潰す荷重は、非常に小さくなる。つまり、例えば従来の蠕動ポンプで使用される、円形断面の可撓性チューブを、ロータで押圧し潰しながら回転駆動する場合に比して、横断面を山形形状とする円弧状流路は、ロータの押圧側が山形で反押圧側が平面となるため、円弧状流路を押圧して潰す荷重は、非常に小さくすることができる。

さらに、円弧状流路を押し潰す荷重は、駆動用の回転軸と平行にかかるため、この押圧荷重が回転駆動手段の回転負荷に与える影響は極めて小さくなり、ロータの回転負荷を大幅に低減することができる。

さらに、自在回転体の外周面が円弧状流路を押圧する押圧荷重は、反対側から円弧状流路を覆う堅固部材により保持されるので、小さい押圧荷重であっても、円弧状流路を効率良く潰しながら押圧移動して蠕動させることができる。

これにより、例えば回転駆動手段として駆動モータを使用する場合、ロータの回転負荷は大幅に低減され、駆動モータに小型モータの使用が可能となるため、マイクロ蠕動ポンプの全体形状を、より小型化することができる。

ここで、上記ロータには該ロータの平面と垂直方向に、上記回転駆動手段として駆動モータの回転軸が連係され、該駆動モータはベースに取り付けられ、該ベースに設けた開口部内に該ロータが回転可能に配設されるとともに、該ベースに設けたチップ収容部内に該マイクロ流体チップを収容し、上記堅固部材は該マイクロ流体チップを覆って該ベースに固定することができる。

またここで、上記駆動モータの出力軸にばね保持部を嵌合させ、該ばね保持部と上記ロータとの間にばねを装着し、該ロータの該自在回転体を、該ばねにより上記マイクロ流体チップの円弧状流路に押し当て付勢するように構成することが好ましい。これによれば、簡単な構成で、マイクロ流体チップの円弧状流路を、ロータの自在回転体に対し、適度な荷重で押し当てるように、容易に装着することができる。

またここで、上記ロータには、上記自在回転体として複数のローラが、該ローラの外周面を該ロータの回転軸と垂直の平面上で上記円弧状流路に押圧可能に且つ該ロータの平面から露出して回転自在に軸支される構成とすることができる。

またここで、上記ロータには、上記自在回転体として複数のボールが、該ボールの外周面を該ロータの回転軸と垂直の平面上で上記円弧状流路に押圧可能に、該ロータの平面から露出して回転自在に保持される構成とすることができる。

またここで、上記マイクロ流体チップの円弧状流路は、２枚の高分子弾性シートを重ね合わせ、上記自在回転体が接触する側の一方の該高分子弾性シートを流路の部分で山形形状に撓ませて膨出させるように、該２枚の高分子弾性シートを相互に接着させて形成することができる。これによれば、蠕動ポンプ用の円弧状流路を有するマイクロ流体チップを、高い精度で且つ簡単に製造することができる。また、山形形状に膨出する円弧状流路の高分子弾性シートの部分は、より薄く形成することができるので、円弧状流路の押し潰し荷重は非常に小さくなり、ロータの回転負荷を一層低減することができる。

またここで、上記ロータの上記ローラは、回転時、ローラの外周面の内周側と外周側の周速度が同一となるように、略円錐台形に形成され、該ローラの外周面が上記マイクロ流体チップの円弧状流路の表面と平行になるように、該ローラの支軸が傾斜して軸支される構成とすることができる。これによれば、ローラの外周面の内周側と外周側の周速度を同一にして、該ローラをスムーズに回転させ、その回転負荷を軽減することができる。

またここで、上記ロータ上には３個の自在回転体が約１２０°の間隔をおいて配設され、上記マイクロ流体チップの円弧状流路は、約２４０°の角度範囲で、形成することができる。これによれば、ロータの回転時、常時、２個の自在回転体がマイクロ流体チップの円弧状流路を確実に押圧するため、ポンプのシール性を向上させることができる。

またここで、上記堅固部材は、上記ベースに対し固定具で固定され、該堅固部材を取り外したとき、上記マイクロ流体チップが露出して取り外し可能に構成することができる。これによれば、マイクロ流体チップの円弧状流路に液体を流して、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なった後、堅固部材を外すのみで、簡単にマイクロ流体チップを取り外して、使い捨てとし、新たなマイクロ流体チップを簡単にセットすることができる。

またここで、上記ロータの上記ボールは、上記ロータの平面に設けた保持穴内に回転自在に収容され、回転時、ボールの一部が該ロータの平面から僅かに突出して、該ボールの外周面が上記マイクロ流体チップの円弧状流路の表面に押圧接触するように構成することができる。これによれば、ロータの平面から僅かに突出するボールの外周面で、マイクロ流体チップの円弧状流路の表面を押圧して、良好に蠕動ポンピングを行なうことができる。

またここで、上記堅固部材として、透明板状の堅固なカバー体を、上記自在回転体の反対側から円弧状流路を覆って取り付けることができる。これによれば、外側から透明なカバー体を通して円弧状流路の状態を観察することができる。

本発明のマイクロ蠕動ポンプによれば、ロータの回転負荷を減少させ、回転駆動する回転駆動手段の駆動力の低減が可能となり、円弧状流路を形成したマイクロ流体チップの取り付け取り外しを容易に行うことができ、マイクロ流体チップの使い捨て使用も容易に可能となる。

（ａ）（ｂ）は本発明の第１実施形態のマイクロ蠕動ポンプの斜視図である。 同マイクロ蠕動ポンプの平面図である。 図２のIII-III断面図である。 下方から見たマイクロ蠕動ポンプの斜視図である。 マイクロ蠕動ポンプの左側面図である。 同マイクロ蠕動ポンプの底面図である。 カバー体及びマイクロ流体チップを外した状態の平面図である。 図７のVIII-VIII断面図である。 （ａ）（ｂ）はマイクロ流体チップの斜視図である。 （ａ）はマイクロ流体チップの平面図、（ｂ）はその側面図である。 図１０のXI‐XI断面図である。 （ａ）（ｂ）はロータの斜視図である。 第２実施形態のマイクロ蠕動ポンプの平面図である。 図１３のIV-IV断面図である。 カバー体及びマイクロ流体チップを外した状態の同ポンプの平面図である。 図１５のVI-VI断面図である。 （ａ）（ｂ）はロータの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図１２は第１実施形態のマイクロ蠕動ポンプを示し、このマイクロ蠕動ポンプは、マイクロ流体チップに形成した流路内で、微小流量の液体を送液するために、ロータ１０上に３個のローラ１５を軸支して構成したマイクロ蠕動ポンプの一例を示している。

このマイクロ蠕動ポンプは、概略的には、シート状のマイクロ流体チップ２０内にマイクロ流体流路として円弧状流路２１が形成され、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１にロータ１０のローラ１５を押し付け、回転駆動手段としての駆動モータ４によりロータ１０を回転駆動し、ロータ１０の回転により円弧状流路２１を蠕動させて流路内の液体を送液するように構成される。図１，３，４，５に示すように、駆動モータ４は、ベース１の下部に設けた取付部３に、上向きに取り付けられる。

ベース１は、取付部３の上部に板状部を一体に形成して構成され、板状部には、マイクロ流体チップ２０を収容するホルダーとして機能させるために、略正方形のチップ収容部８が形成される。板状部の下側には取付部３が下側に向けて突設され、その取付部３に駆動モータ４が上向きに取り付けられる。取付部３には開口部が下方に開口して形成され、その開口部に、下側から駆動モータ４の出力軸側が挿入されて固定される。ベース１の板状部には、上面に略長方形のチップ収容部８がシート状の空間として、且つ上方を開口して形成される。チップ収容部８の中央に円形の開口部９が形成され、円形の開口部９には、図１２に示すロータ１０の上部が下側から挿入される。

図３に示すように、駆動モータ４の出力軸４ａは上向きに設けられ、その出力軸４ａには、ばね保持部１３が上から被せるように固定される。ばね保持部１３上にはコイルばね１４を介して、カップを伏せた形状のロータ１０（図１２）が、上から被せるように取り付けられる。ばね保持部１３の外周には、コイルばね１４が、そのフランジ部１３ａとロータ１０との間に装着される。

ロータ１０は、このコイルばね１４によって、ばね保持部１３つまり駆動モータ４の出力軸４ａに対し上方に付勢される。ばね保持部１３の上部には、ロータ１０の回転軸となる軸状の先端部１３ｂが突設され、ばね保持部１３の先端部１３ｂは、回転軸として、ロータ１０の中央に設けた異形孔に嵌合してロータ１０と連結される。

ばね保持部１３は、その中央軸孔に、駆動モータ４の出力軸４ａを嵌合させて出力軸４ａと連結され、駆動モータ４の回転駆動力を、ばね保持部１３を介してロータ１０に伝達し、ロータ１０が低速で回転するようになっている。駆動モータ４には、例えば、減速機を内蔵した、非常に小型のＤＣモータ或いはステッピングモータが使用され、その出力軸４ａは低速で回転駆動される。

ばね保持部１３に装着されるコイルばね１４は、非常に小さいばね力のばねであり、ロータ１０を上から押えたとき、コイルばね１４のばね力により、ロータ１０が弱いばね力で僅かに押し上げられ、ロータ１０に上向き荷重を付与する。

なお、コイルばねに代えて、板ばねなどを使用してロータ１０を上方に付勢することもできる。また、駆動モータ４に代えてハンドル式の手動回転機構を使用することもでき、この場合、ハンドルによりばね保持部１３を手動で回転駆動することとなる。

上記ロータ１０は、図８，１２に示すように、円筒部１２の上部に円形の平面部１１を設けて形成され、平面部１１には、３個の保持穴１７が形成され、上記自在回転体となるローラ１５が各保持穴１７内に回転自在に軸支される。平面部１１には、カバー部１１ａが３本の取付ねじ１９により３個のローラ１５を覆うように取り付けられ、保持穴１７内の各ローラ１５は、支軸１５ａにより回転自在に軸支して取り付けられる。平面部１１に設けた３個の保持穴１７は、１２０°の角度間隔で形成され、各保持穴１７内にはローラ１５が、放射状に配設された支軸１５ａにより、回転自在に軸支される。カバー部１１ａには保持穴１７より小径の穴が形成され、図８に示す如く、この穴から各ローラ１５の上部が僅かに突き出し露出するようになっている。

ロータ１０上に３個のローラ１５が約１２０°の角度間隔で配置され、１２０°間隔の３個のローラ１５が、マイクロ流体チップ１０に約２４０°の角度範囲で形成された、円弧状流路２１に当接して回転するため、回転時、常に２個のローラ１５が円弧状流路２１を押し潰した状態にあり、これにより、ポンプのシール性を良好にすることができる。

ローラ１５の支軸１５ａは、図７に示すように、平面視で放射状に配置されるとともに、図８に示すように、外周部でより下方に、内周部でより上方になるように傾斜して、保持される。また、ローラ１５は円錐台状に形成され、その外周面は、図８のように内周側で細く外周側で太くなるように、傾斜して形成される。これにより、３個のローラ１５は、その上部外周面を、図３、８に示す如く、ロータ１０の平面部１１上において、平面部１１の平面と水平となるように配設されている。

このように、平面部１１上に放射状に配設されたローラ１５が円錐台状に形成され、それらの支軸１５ａが傾斜して軸支されて各ローラ１５の上部外周面が平面部１１と平行となって僅かに突出するため、３個のローラ１５が、その上のマイクロ流体チップ１０の円弧状流路２１に当接して回転したとき、内周部と外周部との周速が同じとなるようにしている。また、これら３個のローラ１５の回転軌跡の半径は、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１の半径と同じに設定される。

一方、ロータ１０が下から挿入されるベース１内には、図３に示すように、長方形板状のチップ収容部８が形成され、チップ収容部８内にマイクロ流体チップ２０が収容される。ベース１の上部には、図１に示す如く、マイクロ流体チップ２０の上面を覆うように、堅固部材として透明板状のカバー体２がベース１上に固定ねじ２ａにより固定される。カバー体２は、硬質の透明合成樹脂により成形され、内部のマイクロ流体チップ２０内の状態がカバー体２を通して観察できるようになっている。なお、透明板状のカバー体２に代えて、不透明で堅固な構造の平坦部を有した単純な壁面部材（堅固部材）とすることもできる。また、カバー体２を固定する固定ねじ２ａに代えて、固定クリップなどの固定具を使用して、カバー体２を固定することもできる。

マイクロ流体チップ２０は、図９，１０，１１に示すように、ＰＤＭＳ，シリコーン樹脂等の、軟質透明の合成樹脂である高分子弾性体により、長方形のシート状に形成される。マイクロ流体チップ２０の本体内中央に、円形の凹部２７が形成され、その凹部２７内に円弧状流路２１が形成されている。円弧状流路２１の半径は、ロータ１０上の３個のローラ１５の回転軌跡の半径と同じであり、円弧状流路２１の横断方向の幅は、ローラ１５の軸方向に長さ幅と略同じである。この円形の凹部２７内に下方からロータ１０の上部が挿入され、ローラ１５が円弧状流路２１を押し潰しながら回転する。円弧状流路２１の両側は微少流体を流すためのチューブ状の流路２４が、マイクロ流体チップ２０内の縁部まで形成され、流路２４の端縁部には外部接続用の接続パイプ（ステンレスパイプ等）２５が接続される。

図１１に示すように、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１は、その横断面が、下側に山形形状に膨出するように平面の下側に形成され、円弧状流路２１の上面は平坦形状となり、これにより、小さい押圧荷重でも、ローラ１５が、円弧状流路２１を良好に潰しながら転動できるようになっている。

このような形状のマイクロ流体チップ２０は、製造時、例えば、同じ厚さの２枚の高分子弾性シート（ＰＤＭＳ等のシート）を使用し、下側のシートを上側のシートに重ね合わせ、下側のシートを成形して円形の凹部２７を形成し、さらに、凹部２７内に円弧状流路２１を形成するように成形・接着して製作することができる。その際、凹部２７内の円弧状流路２１は、流路の横断面が山形形状に膨出するように、下側の薄い第２弾性シート２３の部分を円弧状に撓ませながら接着して製作する。これにより、図１１に示すように、マイクロ流体チップ２０のポンプ部となる円弧状流路２１の部分は、厚さの厚い第１弾性シート２２の下に、厚さの薄い第２弾性シート２３を、円弧状に撓ませながら、接合することとなる。

なお、第１弾性シート２２に代えて堅固部材を使用し、堅固部材の表面に第２弾性シート２３を、円弧状に撓ませながら接合して円弧状流路２１を形成することもできる。

マイクロ流体チップ２０の具体例としては、例えば、図１１に示すように、厚さ約１．１ｍｍの第１弾性シート２２と第２弾性シート２３とを重ね合わせて接着し製作される。その場合、ポンプ部の凹部２７の深さを約０．８ｍｍとすれば、ポンプ部の第２弾性シート２３の厚さは約０．３ｍｍとなり、円弧状流路２１は、その膨出側の外側層の厚さが約０．１ｍｍとなり、円弧状流路２１内空間の高さ幅は約０．１ｍｍとなる。

このように、第２弾性シート２３の下面に、円形の凹部２７を形成し、凹部２７内に円弧状流路２１を形成しているので、この凹部２７の深さを調整することにより、僅かな押圧荷重で潰すことができる円弧状流路２１を形成することができる。つまり、凹部２７の深さを変えれば、円弧状流路２１の外側層の厚さを調整することができるため、円弧状流路２１の耐久性を良好に保ちながら、ローラ１５による押し潰し時の荷重が最少となるように、円弧状流路２１を製作することができる。

なお、上記実施形態では、ベース１の下側から駆動モータ４を上向きに固定し、ベース１内のチップ収容部８内に収容したマイクロ流体チップ２０の下面に、蠕動ポンプ用の円弧状流路２１を設け、駆動モータ４により回転駆動されるロータ１０の上面に押圧用のローラ１５を軸支したが、それらの部材を上下反転した位置と形態に配設し、マイクロ流体チップ２０の上面に形成した円弧状流路に対し、その上側に配設したロータの下面のローラを押し付け、出力軸を下方に向けて配設した駆動モータによりロータを回転駆動する構成とすることもできる。

また、上記チップ収容部８内に収容したマイクロ流体チップ２０の形状は、図９に示すように、長方形としたが、正方形或いは三角形とすることもでき、また、各々のチップ部材をチップモジュールとして形成し、それらのチップモジュールを組み合わせて使用するチップモジュールとして、マイクロ流体チップ２０を構成することもできる。

次に、上記構成のマイクロ蠕動ポンプの使用形態とその動作を説明する。このマイクロ蠕動ポンプは、例えば、培養液、各種試薬等の微少流体を、マイクロ流体チップ２０の流路に流して、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なう際に使用される。

使用するマイクロ流体チップ２０は、ポンプ上面の固定ねじ２ａを外してカバー体２を外し、図８のように、ベース１内のチップ収容部８上を開放し、その内部の所定位置に、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１を下側にして収容する。このように、カバー体２を外すのみで、容易にマイクロ流体チップ２０を簡単にセットすることができるので、培養や分析ごとにマイクロ流体チップを交換する場合、非常に簡単にチップの交換を行なうことができ、マイクロ流体チップの使い捨て使用を容易に行うことができる。

チップ収容部８内にマイクロ流体チップ２０をセットしてカバー体２を所定の位置に取り付け、固定ねじ２ａによりカバー体２を固定すると、マイクロ流体チップ２０の凹部２７内の円弧状流路２１は、ロータ１０の３個のローラ１５に当接して押圧する状態となり、ロータ１０はコイルばね１４を圧縮して僅かに押し下げられる。このときのローラ１５にかかる押圧荷重は非常に小さいが、山形形状に膨出した円弧状流路２１の外側層は非常に薄く、また円弧状流路２１の反押圧側は平坦形状となっているため、図３に示す如く、ローラ１５が当接する円弧状流路２１の外側層は低荷重で容易に潰される。

この状態で、ロータ１０が、図２の時計方向に回転し、３個のローラ１５が円弧状流路２１を押し潰しながら自在回転し、円弧状流路２１に沿ってローラ１５は転動する。このとき、ローラ１５が円弧状流路２１を押圧する荷重は、駆動モータ４の出力軸４ａと平行にかかる。このため、ローラ１５の押圧荷重によって、その出力軸４ａ及びばね保持部１３の回転負荷が増大する割合は微少である。

したがって、非常に小型で低出力の駆動モータ４であっても、ロータ１０を回転駆動して、流路２４内の液体を送液することができる。このような駆動モータ４によるロータ１０の回転駆動によって、円弧状流路２１が蠕動運動し、マイクロ流体チップの流路２４内の液体が、図２の左から右に送液される。

このように、上記マイクロ蠕動ポンプは、ロータ１０の平面上に、３個のローラ１５が、ロータ１０の回転軸と垂直の平面上で、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１に押圧接触して自在回転するように保持され、円弧状流路２１は、各ローラ１５の回転軌跡に沿って配置され、ロータ１０の中央部に、駆動モータ４の出力軸４ａがロータ１０の平面と垂直方向に連結される。

駆動モータ４によるロータ１０の回転駆動時、ロータ１０上のローラ１５が、その外周面をマイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１に、ロータ１０の回転軸と平行に押し付けながら、山形形状に膨出する横断面形状の流路を押し潰して回転し、円弧状流路２１内の液体を送液するので、非常に小さい回転負荷によりロータ１０が回転駆動される。このため、駆動モータ４には低出力の小型モータを使用することができ、マイクロ蠕動ポンプを大幅に小型化することができる。

図１３〜図１７は第２実施形態のマイクロ蠕動ポンプを示している。このマイクロ蠕動ポンプは、そのロータ４０の平面部に、上記ローラに代えてボール４５を回転自在に設けて構成される。なお、上記第１実施形態のマイクロ蠕動ポンプと同じ部分については、上記と同じ符号を図面に付して、その詳細な説明は、省略する。

このマイクロ蠕動ポンプのロータ４０は、図１４〜図１７に示すように、円筒部４２の上部に円形の平面部４１を設けて形成される。円筒部４２内にはコイルばね１４を介して、下方からばね保持部１３が上向きに挿入され、ばね保持部１３の先端部１３ｂが、回転軸としてロータ４０の軸孔４６に嵌入される。ロータ４０の平面部４１内には３個の保持穴４７が形成され、各保持穴４７にはボール（ステンレス球）４５が回転自在に配設される。

平面部４１の上面には、カバー部４１ａが３本の取付ねじ１９によってボール４５を覆うように取り付けられる。３個のボール４５は保持穴４７内に回転自在に保持される。ロータ４０の平面視において、３個のボール４５は、ロータ４０の回転軸（ばね保持部１３の先端部１３ｂ）を中心にして放射状に１２０°の間隔をおいて配置される。ロータ４０の上部を覆うカバー部４１ａには、３個の保持穴４７に対応した位置に、より小径の穴が形成され、図１４に示す如く、この穴から各ボール４５の上部が僅かに突き出し露出するようになっている。

また、３個の保持穴４７は、ロータ４０の平面部４１のカバー部４１ａ内に、同様に形成されるため、図１４に示す如く、各保持穴４７に収容されるボール４５は、ロータ４０の平面部４１上からその上部外周面を僅かに突き出し、３個のボール４５の上部外周面は、平面部４１の平面と平行に位置する。

このように、平面部４１上に放射状に配設された３個のボール４５が１２０°の角度間隔で配置され、その上部外周面が平面部４１と平行となって僅かに突出する。また、ロータ４０の回転時の、これら３個のボール４５の回転軌跡の半径は、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１の半径と同じである。このため、ロータ４０がその上部をベース１の開口部９内に挿入され、ベース１のチップ収容部８内に、マイクロ流体チップ２０が収容された状態で、図１４に示す如く、ロータ４０の上面の３個のボール４５は、その上部外周面がマイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１に当接して、円弧状流路２１を僅かな押圧荷重で潰すことができる。

上記構成のマイクロ蠕動ポンプは、その使用時、上記と同様に、ポンプ上面の固定ねじ２ａを外してカバー体２を外し、ベース１内のチップ収容部８上を開放し、その内部の所定位置に、マイクロ流体チップ２０がその円弧状流路２１を下側にして収容される。

チップ収容部８内にマイクロ流体チップ２０をセットしてカバー体２を所定の位置に取り付け、固定ねじ２ａによりカバー体２を固定すると、図１４に示すように、マイクロ流体チップ２０の凹部２７内の円弧状流路２１は、ロータ４０の３個のボール４５の上部外周部に当接して押圧する状態となり、ロータ４０はコイルばね１４を圧縮して僅かに押し下げられる。このときのボール４５にかかる押圧荷重は非常に小さいが、山形形状に膨出した円弧状流路２１の外側層は非常に薄く、また円弧状流路２１の反押圧側は平坦形状となっているため、図１４に示す如く、ボール４５が当接する円弧状流路２１の外側層は低押圧荷重で容易に潰される。

この状態で、ロータ４０が、図１３の時計方向に回転し、３個のボール４５が円弧状流路２１を押し潰しながら自在回転し、円弧状流路２１に沿ってボール４５は転動する。このとき、ボール４５が円弧状流路２１を押圧する荷重は、駆動モータ４の出力軸４ａと平行にかかる。このため、ボール４５の押圧荷重によって、その出力軸４ａ及びばね保持部１３の回転負荷が増大する割合は微少である。

よって、非常に小型で低出力の駆動モータ４であっても、ロータ４０を回転駆動して、流路２４内の液体を送液することができる。このような駆動モータ４によるロータ４０の回転駆動によって、円弧状流路２１が蠕動運動し、マイクロ流体チップの流路２４内の液体が、図１３の右から左に送液される。

このように、上記マイクロ蠕動ポンプは、ロータ４０の平面上に、３個のボール４５が、ロータ４０の回転軸と垂直の平面上で、マイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１に押圧接触して自在回転するように保持され、円弧状流路２１は、各ボール４５の回転軌跡に沿って配置され、ロータ４０の中央部に、駆動モータ４の出力軸４ａがロータ４０の平面と垂直方向に連結される。

駆動モータ４によるロータ４０の回転駆動時、ロータ４０上のボール４５が、その外周面をマイクロ流体チップ２０の円弧状流路２１に、ロータ４０の回転軸と平行に押し付けながら、山形形状に膨出する横断面形状の流路を押し潰して回転し、円弧状流路２１内の液体を送液するので、非常に小さい回転負荷によりロータ４０が回転駆動される。このため、駆動モータ４には低出力の小型モータを使用することができ、マイクロ蠕動ポンプを大幅に小型化することができる。

１ ベース
２ カバー体
３ 取付部
４ 駆動モータ
４ａ 出力軸
５ ローラ
８ チップ収容部
９ 開口部
１０ ロータ
１１ 平面部
１１ａ カバー部
１２ 円筒部
１３ ばね保持部
１３ａ フランジ部
１３ｂ 先端部
１５ ローラ
１５ａ 支軸
１７ 保持穴
２０ マイクロ流体チップ
２１ 円弧状流路
２２ 第１弾性シート
２３ 第２弾性シート
２４ 流路
２５ 接続パイプ
２７ 凹部
４０ ロータ
４１ 平面部
４１ａ カバー部
４２ 円筒部
４５ ボール
４６ 軸孔
４７ 保持穴

上記目的を達成するために、本発明のマイクロ蠕動ポンプは、
シート状のマイクロ流体チップ内にマイクロ流体流路として円弧状流路が形成され、該マイクロ流体チップの該円弧状流路にロータを押し付け、回転駆動手段により該ロータを回転駆動し、該ロータの回転により該円弧状流路を蠕動させて流路内の液体を送液するマイクロ蠕動ポンプであって、
該マイクロ流体チップは、ベースに設けたチップ収容部内に収容され、
該回転駆動手段は、該ベースの取付部に取付られ、
該ロータの回転軸と垂直の平面上には、複数の自在回転体が、該平面上で該円弧状流路に押圧接触して自在回転するように保持され、
該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、横断面が略山形形状となるように、該マイクロ流体チップの平面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該自在回転体の該回転軌跡の半径と略同じ半径を有し、且つ該複数の自在回転体の回転軌跡に沿って配置され、
該自在回転体の反対側から該マイクロ流体チップの該円弧状流路を覆って堅固部材が取り付けられ、
該堅固部材は、該ロータ上の該自在回転体の反対側から該マイクロ流体チップを覆い、且つ該ベースに対し取り外し可能に固定具により固定され、
該マイクロ流体チップは、該堅固部材を該ベースから取り外した状態で、露出して取り外し可能とされたことを特徴とする。

ここで、上記ロータには、ロータの平面と垂直方向に上記回転駆動手段として駆動モータにより駆動される回転軸が連結され、該駆動モータはベースに取り付けられ、該ベースに設けた開口部内に該ロータが回転可能に配設された構成とすることができる。

またここで、上記ロータには、上記自在回転体として複数のローラが、該ローラの外周面を該ロータの回転軸と垂直の平面上に位置させ、前記円弧状流路に押圧可能に該ロータの平面から露出して、回転自在に軸支され、該ローラは、該ロータの本体とは非接触状態で軸支された構成とすることができる。

また、上記堅固部材は、上記ベースに対し固定具で固定され、該堅固部材を取り外したとき、上記マイクロ流体チップが露出して取り外し可能な状態となるので、マイクロ流体チップの円弧状流路に液体を流して、細胞培養、試薬スクリーニング、化学分析などを行なった後、堅固部材を外すのみで、簡単にマイクロ流体チップを取り外して、使い捨てとし、新たなマイクロ流体チップを簡単にセットすることができる。

Claims (11)

1. シート状のマイクロ流体チップ内にマイクロ流体流路として円弧状流路が形成され、該マイクロ流体チップの該円弧状流路にロータを押し付け、回転駆動手段により該ロータを回転駆動し、該ロータの回転により該円弧状流路を蠕動させて流路内の液体を送液するマイクロ蠕動ポンプであって、
   該ロータの回転軸と垂直の平面上には、複数の自在回転体が、該平面上で該円弧状流路に押圧接触して自在回転するように保持され、
   該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、横断面が略山形形状となるように、該マイクロ流体チップの平面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該複数の自在回転体の回転軌跡に沿って配置され、
   該自在回転体の反対側から該円弧状流路を覆って堅固部材が取り付けられ、
   該回転駆動手段による該ロータの回転駆動時、該ロータ上の該自在回転体が、その外周面を該平面上で該円弧状流路に押し付けながら回転し、該円弧状流路内の液体を送液することを特徴とするマイクロ蠕動ポンプ。
2. 前記ロータには、該ロータの平面と垂直方向に前記回転駆動手段として駆動モータにより駆動される回転軸が連結され、該駆動モータはベースに取り付けられ、該ベースに設けた開口部内に該ロータが回転可能に配設されるとともに、該ベースに設けたチップ収容部内に該マイクロ流体チップが収容され、前記堅固部材は該マイクロ流体チップを覆って該ベースに固定されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ蠕動ポンプ。
3. 前記駆動モータの出力軸にばね保持部が嵌合され、該ばね保持部と前記ロータとの間にばねが装着され、該ロータの該自在回転体を、該ばねにより前記マイクロ流体チップの円弧状流路に押し当て付勢することを特徴とする請求項２記載のマイクロ蠕動ポンプ。
4. 前記ロータには、前記自在回転体として複数のローラが、該ローラの外周面を該ロータの回転軸と垂直の平面上に位置させ、前記円弧状流路に押圧可能に該ロータの平面から露出して、回転自在に軸支されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ蠕動ポンプ。
5. 前記ロータには、前記自在回転体として複数のボールが、該ボールの外周面を該ロータの回転軸と垂直の平面上に位置させ、前記円弧状流路に押圧可能に該ロータの平面から露出して、回転自在に保持されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ蠕動ポンプ。
6. 前記マイクロ流体チップの円弧状流路は、２枚の高分子弾性シートを重ね合わせ、前記自在回転体が接触する側の一方の該高分子弾性シートを流路の円弧状部分で撓ませて山形形状に膨出させた状態で、該２枚の高分子弾性シートを相互に接着させて形成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ蠕動ポンプ。
7. 前記ロータの前記ローラは、回転時、該ローラの外周面の内周側と外周側の周速度が同一となるように、略円錐台形に形成され、該ローラの外周面が前記マイクロ流体チップの円弧状流路の表面と平行になるように、該ローラの支軸が傾斜して軸支されたことを特徴とする請求項４記載のマイクロ蠕動ポンプ。
8. 前記ロータ上には３個の自在回転体が約１２０°の間隔をおいて配設され、前記マイクロ流体チップの円弧状流路は、約２４０°の角度範囲内で、円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ蠕動ポンプ。
9. 前記堅固部材は、前記ベースに対し固定具で固定され、該堅固部材を取り外したとき、前記マイクロ流体チップが露出して取り外し可能に構成されたことを特徴とする請求項２記載のマイクロ蠕動ポンプ。
10. 前記ロータの前記ボールは、該ロータの平面に設けた保持穴内に回転自在に収容され、回転時、該ボールの一部が該ロータの平面から僅かに突出して、該ボールの外周面が前記マイクロ流体チップの円弧状流路に押圧接触されることを特徴とする請求項５記載のマイクロ蠕動ポンプ。
11. 前記堅固部材として、透明板状の堅固なカバー体が、前記自在回転体の反対側から前記円弧状流路を覆って取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ蠕動ポンプ。

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