JP5277869B2 - チューブユニット、制御ユニット、マイクロポンプ - Google Patents

Description

本発明は、チューブユニット、制御ユニット、及びこれらを着脱可能に結合して構成されるマイクロポンプに関する。

従来、チューブとチューブを押圧するロータとを備えるポンプモジュールと、ステップモータと出力ギヤ機構を有するモータモジュールとが積み重ねて組立てられ、ロータの回転軸には連結要素としてのギヤが設けられ、出力ギヤ機構には動力取り出し機構としてのピニオンが設けられ、ポンプモジュールとモータモジュールとを積み重ねて結合すると、ピニオンとギヤとが連結（噛合）して、ステップモータの駆動力がロータに伝達される小型蠕動ポンプ装置というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３１７７７４２号公報（第３頁、図１，３）

このような特許文献１による小型蠕動ポンプ装置は、ポンプモジュールとモータモジュールとが連結されて構成されている。そして、この小型蠕動ポンプ装置は、人体に直接装着し薬液を注入することを主たる用途としており、高信頼性、耐久性、及び吐出精度が要求される。

チューブを押圧するポンプ装置においては、特に、チューブの劣化により長期間使用することが困難であり、チューブは容易に交換できるか、使い捨て使用とすることが望ましい。しかしながら、柔らかく細いチューブを単体でポンプ本体に装着することは、使用者にとっては困難であり、吐出性能に影響を与えることが考えられる。

また、一般にチューブの径はばらつきが大きく、このばらつきがチューブ押圧量のばらつきとなり、吐出精度が得られないこと、また、駆動源としての小型モータの過負荷にもつながり、所望の駆動性能が得られないことや、最悪の場合駆動できないというようなことも考えられる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るマイクロポンプは、一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、前記チューブの円弧形状の中心方向から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持する案内枠と、を有するチューブユニットと、前記複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を伝達する駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構を駆動するモータの制御を行う制御回路部と、を有する制御ユニットと、を備え、前記チューブユニットと前記制御ユニットとが積み重ねて装着され、且つ、着脱可能であることを特徴とする。

本適用例によれば、チューブとフィンガーとを案内枠によってユニット化していることから、チューブの交換をチューブユニットとして交換することができ、ユーザーによるチューブ交換を容易に行うことができる。しかも、チューブの径のばらつきに対してフィンガーの長さをチューブユニット毎に調整することにより、チューブ押圧量を調整することができることから、吐出精度の保証がしやすいという効果がある。

また、チューブ押圧量が安定することから、モータの最大負荷トルクも概ね一定の範囲とすることができ、モータの過負荷を排除し、所望の駆動性能が得られる共に、過負荷により駆動できないというようなことを防止することができ、信頼性の高いマイクロポンプを実現することができる。

さらに、使用する液体が薬液等の場合には、また、チューブユニットと薬液を収容するリザーバ（実施形態にて後述する）とを一体にすれば、リザーバ内の薬液が無くなると、チューブユニットとリザーバとを同時に交換できることから、直接薬液に接触するチューブを含むチューブユニットを対象薬液毎に用意することにより薬液の種類を間違えて使用することを防止することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記制御ユニットが、前記モータを備えていることが好ましい。

このような構成によれば、チューブユニットは、チューブと複数のフィンガーと案内枠とからなるユニットであり、制御ユニットは、カムと駆動力伝達機構とモータと制御回路部とからなるユニットである。従って、チューブユニットは、制御ユニットに比べ構成要素が少なく低コストであり、制御ユニットを繰り返し使用とし、チューブユニットを使い捨て使用とすれば、ランニングコストを低減することができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記チューブユニットが、前記モータを備えていることが好ましい。

このような構成によれば、チューブユニットは、チューブと複数のフィンガーとモータと案内枠とからなるユニットであり、制御ユニットは、カムと駆動力伝達機構と制御回路部とからなるユニットである。従って、モータはチューブを交換したい時にチューブユニットとして交換することができることから、モータの駆動性能を常に安定して維持でき、駆動耐久時間が比較的短い小型で安価なモータも安心して使用することができる。

また、モータを単独で交換しなくてもよいので、ユーザー自身がチューブユニットとしてモータ交換を容易にできるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記カムが、前記カムの回転平面に対して略垂直で、且つ、前記複数のフィンガーを前記チューブを押圧または開放する凹凸を有する外周面と、前記チューブユニットに対向する面から前記外周面に連続する斜面または曲面と、を有し、前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際に、前記複数のフィンガーのカム当接部が、前記斜面または前記曲面に沿って前記外周面に当接する位置まで移動されることが好ましい。

フィンガーはチューブユニット単体のときには、進退方向の位置が定まらず、カム当接部がカムと交差する場合がある。そこで、カムにフィンガー案内面を設けることにより、チューブユニットを制御ユニットに装着する際、フィンガーのカム当接部がフィンガー案内面に沿って摺動して、カムとチューブの間に移動するため、特別な操作をすることなくカムによってフィンガーをチューブ押圧可能な位置に収容することができる。また、チューブユニットを制御ユニットに装着する際に、カムまたフィンガーが破壊されることを防止することができる。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記カムの回転中心と、少なくとも前記複数のフィンガーが前記チューブを押圧する範囲のチューブ案内壁の円弧の中心と、を略一致させるための位置決め部材が備えられていることが望ましい。

マイクロポンプは、カムが回転することにより複数のフィンガーをチューブ押圧方向に移動させることから、複数のフィンガーのそれぞれはカムの回転中心から放射状に配設される。従って、位置決め部材を設けることにより、チューブ案内壁の円弧の中心とカムの回転中心が一致し、複数のフィンガーそれぞれの作動量を一定にすることができ、フィンガー毎の作動量（つまり、チューブの押圧量）のばらつきを抑えることができる。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記複数のフィンガーの前記カム当接部が、滑らかな曲面で形成されるか、または摩擦係数の小さい材料で形成されていることが望ましい。

前述したように、フィンガーは、チューブユニットを制御ユニットに装着する際、カム当接部がフィンガー案内面に沿って摺動してカムとチューブの間に移動する。また、マイクロポンプを駆動する際には、カムの外周面がカムのカム当接部を摺動しながら押圧する。従って、カム当接部の摩擦係数を小さくしておくことにより、摺動により発生する摩擦負荷を減じ、モータの負荷を小さくして駆動の安定性、耐久性を向上させることができる。

［適用例７］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記案内枠に設けられ前記複数のフィンガーの押圧力を受けるチューブ案内壁と、前記チューブと、の間に弾性部材が備えられていることが望ましい。

このような構成によれば、フィンガーでチューブを押圧するときに、弾性部材によって過大な押圧力を吸収することで、チューブを直接チューブ案内壁に押圧する構造に対して、チューブの耐久性を向上させることができる。
なお、弾性部材の摩擦係数を小さい材料にすれば一層効果がある。

［適用例８］上記適用例に係るマイクロポンプは、前記制御ユニットには、前記カムを軸支するカム保持部材をさらに備え、前記カムまたは前記カム保持部材に前記カムの厚さ方向の傾きを抑制する傾き抑制突起部が設けられていることが望ましい。

このような構成によれば、カムまたはカム保持部材にカムの厚さ方向の傾きを抑制する傾き抑制突起部を設けることにより、チューブユニットを制御ユニットに装着する際に、カム当接部がフィンガー案内面に乗り上げてカムが傾き、適正な位置へのフィンガーの移動を阻害することを抑制することができる。

また、マイクロポンプを駆動する際においても、カムが厚さ方向にふらついて回転することによるフィンガーのチューブ押圧状態がばらつくことを抑制することができる。

［適用例９］本適用例に係るチューブユニットは、上記適用例に記載の制御ユニットと着脱可能であって、弾性を有するチューブと、前記チューブを液体の流動方向に順次押し圧する複数のフィンガーと、これらを保持する案内枠と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、チューブユニットと制御ユニットとが着脱可能な構成であり、薬液等を流動する場合には、薬液に直接接触することや耐久性が低いチューブを含むチューブユニットを都度更新使用とすれば信頼性を高めることができる。また、構成要素が少なく低コスト化が可能であるため、ランニングコストを低減することができる。

［適用例１０］上記適用例に係るチューブユニットは、前記チューブと、前記複数のフィンガーと、前記複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムに回転力を伝達する駆動力伝達機構を駆動するモータと、これらを保持する案内枠と、を有することが好ましい。

本適用例によれば、モータをチューブユニットに備え、モータをチューブを交換したい時にチューブユニットとして容易に交換することができることから、モータの駆動性能を常に安定して維持でき、駆動耐久時間が比較的短い小型で安価なモータも安心して使用することができる。

［適用例１１］上記適用例に係るチューブユニットは、前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の一方の端部に設けられるカム当接部と、他方の端部に設けられ鍔状突起部により構成されるチューブ押圧部と、を有し、前記チューブ押圧部を収容し、且つ前記複数のフィンガーの進退方向の位置を規制するフィンガー位置規制壁を有する溝が、前記案内枠に設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、フィンガーに設けられる鍔状突起部と案内枠に設けられる溝によってフィンガーの位置を規制することにより、チューブユニット単体のときに、案内枠からフィンガーが脱落することを防止することができる。

また、チューブユニットを制御ユニットに装着する際においても、フィンガーの進退方向の位置を規制しているため、フィンガー案内面にフィンガーのカム当接部が当接して、確実に所定の位置にフィンガーを移動させることができる。このことによって、カムまたはフィンガーが破壊されることを防止できる。

［適用例１２］上記適用例に係るチューブユニットは、前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の一方の端部に設けられるカム当接部と、他方の端部に設けられるチューブ押圧部と、を有し、前記軸部の途中に鍔状突起部が設けられ、前記鍔状突起部を収容し、且つ前記複数のフィンガーの進退方向の位置を規制する溝が、前記案内枠に設けられていることが望ましい。

このような構成によれば、フィンガーに設けられる鍔状突起部と案内枠に設けられる溝によってフィンガーの位置を規制することにより、チューブユニット単体のときに、案内枠からフィンガーが脱落することを防止することができる。

また、チューブユニットを制御ユニットに装着する際においても、フィンガーの進退方向の位置を規制しているため、フィンガー案内面にフィンガーのカム当接部が当接して、確実に所定の位置にフィンガーを移動させることができる。このことによって、カムまたはフィンガーが破壊されることを防止できる。

［適用例１３］上記適用例に係るチューブユニットは、前記複数のフィンガーが、前記チューブを押圧しない位置、または前記チューブが劣化しない程度の押圧状態で前記案内枠に保持されていることが好ましい。

このような構成によれば、長期間にわたってチューブを押圧状態に維持した場合のチューブの劣化を防止することができる。

［適用例１４］本適用例に係る制御ユニットは、上記適用例に記載のチューブユニットと着脱可能な制御ユニットであって、複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を伝達する駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構を駆動するモータの駆動制御を行う制御回路部と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、駆動力伝達機構や制御回路部よりも耐久性で劣るモータが制御ユニットにないため、制御ユニットをより一層長期間にわたって使用し続けることを可能にする。

［適用例１５］上記適用例に係る制御ユニットは、前記カムと、前記駆動力伝達機構と、前記制御回路部と、前記モータと、を有することが好ましい。

このような構成によれば、制御ユニットがモータを有しているため、モータと駆動力伝達機構との係合を分離することがなく、モータと駆動力伝達機構からなる駆動系を安定した係合状態を有する構成とすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は実施形態１に係るマイクロポンプを示し、図５は実施形態１の他の実施例、図６は実施形態２に係るマイクロポンプを示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係るマイクロポンプの１形態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、弾性を有するチューブ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と複数のフィンガーを保持する案内枠１４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。

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、吐出する流出口部５３と、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及び流出口部５３以外の内部は防水性構造となっている。

図２は、本実施形態に係るマイクロポンプの構造を示す部分断面図である。図２において、マイクロポンプ１０は、制御ユニット１２の上面にチューブユニット１１を積み重ねて装着し、結合部材１３によって結合され一体化されている。従って、チューブユニット１１と制御ユニット１２とは、結合部材１３によって着脱可能な構成であって、図２は装着された状態を示している。

まず、制御ユニット１２の構成と作用について説明する。制御ユニット１２は、駆動源としてのモータ７０を備え、モータ７０の駆動（回転）をモータ伝え車７１、第１伝達車７２、第２伝達車７３、カム駆動車７４まで伝達する。本実施形態において、モータ伝え車７１、第１伝達車７２、第２伝達車７３、カム駆動車７４で構成される輪列が駆動力伝達機構である。

第１伝達車７２は伝達歯車７２ａとピニオン７２ｂとから構成され、第２伝達車７３は伝達歯車７３ａとピニオン７３ｂとから構成され、カム駆動車７４は伝達歯車７４ａと駆動軸７４ｂとから構成されている。また、駆動軸７４ｂの一方の先端部には支持軸部７４ｄ、他方の先端部にはカム駆動軸部７４ｃが設けられ、支持軸部７４ｄは第２機枠１８に挿入されており、カム駆動軸部７４ｃはチューブユニット１１側のカム軸７６に穿設されるカム駆動車嵌着穴７６ａに挿入されている。カム駆動軸部７４ｃ及びカム駆動車嵌着穴７６ａとは、本実施形態では、断面形状が正方形であり、挿入するときには遊嵌の関係にあり、嵌着された状態でカム駆動車７４の回転力をカム軸７６に伝達可能な寸法設定としている。なお、上記駆動力伝達機構の各要素は、第１機枠１７と第２機枠１８によって軸支されている。
続いて、カム軸７６とカム駆動車７４との結合構造について説明する。

カム駆動軸部７４ｃとカム駆動車嵌着穴７６ａとが嵌着結合されることにより、モータ７０からの駆動力が駆動力伝達機構を介してカム駆動車７４からカム軸７６に伝達され、カム２０が複数のフィンガーを介してチューブ５０を押圧する。

モータ７０には小型ステップモータを採用している。このモータ７０は、図示は省略するが、内部に４極ロータを有し、ロータに対向して二対のステータ及びコイルを有している。モータ７０は、植立されたモータ案内軸７０ｂ（実際には、離間した位置に２本存在する）をモータ保持枠７８に挿着した状態で、第１機枠１７に植立されたモータ固定軸２１３に挿着して第１機枠１７に取り付けられている。モータ固定軸２１３は複数設けられている。モータ７０は、接続端子８０に接続される。また、接続端子８０を介して図示しない制御回路部（図示せず）に接続される。

制御回路部は制御ユニット１２の内部に配設され、モータ７０の駆動制御を行う制御回路、メモリ、電源制御回路を含み回路基板上に装着されてブロック化されている。

また、第１機枠１７の上面（チューブユニット１１に対向する最上面）には、カム２０が配設されている。カム２０は、カム軸７６に軸止されており、カム軸７６を回転中心として回転する。なお、カム２０を含むカム軸７６は、軸上方をカム保持枠６５、軸下方を第１機枠１７によって軸支されている。カム保持枠６５は、固定螺子２２１によって第１機枠１７に固定されている。

また、制御ユニット１２は裏蓋１９によって封止されている。裏蓋１９は容器状の形状を有し、縁端部の固定部１９１が第１機枠１７の外周部に圧入されている。従って、制御ユニット１２は、モータ７０と駆動力伝達機構と制御回路部とカム２０とが、第１機枠１７と、第２機枠１８に保持された状態で一体にユニット化されて構成されている。モータ７０の駆動力（回転力）は、伝達機構を介してカム２０まで伝達され、カム２０がカム軸７６を回転中心として回転する。

カム２０には、複数のフィンガー（各フィンガーの形状は共通のため、以降フィンガー４４を例示して説明する）が、チューブ５０を押圧または開放する範囲の凹凸を有する外周面を有する。さらに、チューブユニット１１に対向する上面２０ａから外周面に連続するフィンガー案内面２８が設けられている。このフィンガー案内面２８は、チューブユニット１１を上方から制御ユニット１２に装着する際に、複数のフィンガーそれぞれのカム当接部（カム当接部４４ｂを例示）が外周面（フィンガー押圧面２１ｃ及び円弧部２６を例示）に当接する位置まで案内する。なお、外周面は、カム２０回転平面に対して垂直に形成されている。

フィンガー案内面２８は、直線状の斜面で形成しても、上方が凸となる曲面で形成してもよく、フィンガー案内面２８と外周面との接続部は滑らかに仕上げておくことがより好ましい。

また、カム保持枠６５には、カム２０が厚さ方向の傾くことを抑制するための傾き抑制突起部６５ａが形成されている。傾き抑制突起部６５ａは、本実施形態では断面形状が半球上のリングで形成されているが、点状の突起でもよく、カム２０の上面２０ａの範囲で外周に近い位置に設けられる。なお、傾き抑制突起部６５ａが点状の突起の場合は、少なくとも、カム軸７６に対して複数のフィンガーと対向する位置に設けられる。また、傾き抑制突起部は、カム２０の上面に設ける構造としてもよい。
なお、カム２０の平面形状は、図４を参照して詳しく説明する。

次に、チューブユニット１１の構造について図２を参照して説明する。チューブユニット１１は、略中央部にカム２０とカム保持枠６５とを収容する空間を有し、カム２０の外周面によって押動される複数のフィンガー（図２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、第１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。

チューブ５０は、案内枠１４に設けられるチューブ案内溝１２１内に第１案内枠１５と第２案内枠１６とによって挟着されている。チューブ案内溝１２１には、フィンガー４４によってチューブ５０がフィンガー４４の押圧力を受けるチューブ案内壁１２２と、チューブ５０との間に弾性部材６０が設けられている。弾性部材６０は、チューブ５０が閉塞された状態のときに、断面方向はチューブ５０が接触する範囲、平面方向は少なくとも複数のフィンガーがチューブ５０を押圧する範囲のチューブ案内壁１２２とチューブ５０との間に設けられる（図４も参照する）。弾性部材６０は、各フィンガーでチューブ５０を押圧するときに発生する過大な押圧力を吸収し、チューブ５０を直接チューブ案内壁１２２に押圧する構造に対して、チューブの耐久性を向上させることを目的として設けられる。従って、弾性部材の表面の摩擦係数を小さい材料にすればなお好適である。

チューブ５０とフィンガー４４は、それぞれ第１案内枠１５と第２案内枠１６に形成されたチューブ案内溝１２１、フィンガー案内溝１２６の内部に装着された状態で、第１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ユニット化される。

フィンガー４４には、軸部４４ａと、軸部４４ａの一方の端部に形成される半球形状のカム当接部４４ｂと、他方の端部に形成される鍔状突起部からなるチューブ押圧部４４ｃとから構成されている。フィンガー４４は、第１案内枠１５と第２案内枠１６に設けられるフィンガー案内溝１２６内を摺動して軸方向に進退可能である。この際、チューブ押圧部４４ｃが、フィンガー案内溝１２６内をフィンガー位置規制壁１５ｂとチューブ５０の間で軸方向に進退し、フィンガー位置規制壁１５ｂによってカム２０方向への移動が規制される。従って、チューブ押圧部４４ｃはフィンガー４４のストッパ機能を有する。

チューブ押圧部４４ｃは、カム２０の回転によるチューブ５０の押圧から開放されると、チューブ５０の弾性力によりカム２０に近づく方向に移動される。この際、カム当接部４４ｂは、カム２０の円弧部２６に近接する位置まで移動する（カム当接部４４ｂ'として図示）。このように、鍔形状のチューブ押圧部４４ｃを設けることで、チューブユニット１１が単体のときに、フィンガー４４が案内枠１４から脱落することを防止している。

次に、チューブユニット１１と制御ユニット１２との結合構造、結合方法について図２、図３を参照して説明する。まず、図２に示すように、図示上方からチューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する。この際、チューブユニット１１は、制御ユニット１２に設けられている位置決め部材としての案内軸９７に第２案内枠１６に設けられている案内孔１６ａに合わせてセットされる。

案内軸９７は、先端が半球形状を有する軸部材であって、第１機枠１７に軸止されている。そして、案内部９７ａと案内孔１６ａとで位置規制される。この際、カム２０の回転中心と、チューブ案内壁１２２の円弧の中心と、が一致する。
次に、複数のフィンガーとカム２０との係合について説明する。

図３は、本実施形態における複数のフィンガーとカム２０との係合構造を示す部分断面図である。なお、図３は、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する直前を示しており、図４に示す状態のフィンガー４４を例示している。チューブユニット１１が単体のときには、フィンガー４４自身はチューブ５０の弾性力によりカム２０に近づく方向に移動しており、図示するように、カム当接部４４ｂがカム２０のフィンガー案内面２８に乗り上げている。

ここで、チューブユニット１１を制御ユニット１２側に押し下げると、カム当接部４４ｂがフィンガー案内面２８に倣って摺動し、フィンガー案内面２８の斜面効果により、フィンガー４４はチューブ５０側に移動する。そして、フィンガー４４がカム２０の外周面であるフィンガー押圧面２１ｃに達した（２点鎖線で図示する位置）ときに、チューブユニット１１は制御ユニット１２に対して所定の位置に装着される。

なお、この際、チューブユニット１１と制御ユニット１２とは、図２に示すように、案内部９７ａと案内孔１６ａとでカム２０の回転中心と、チューブ案内壁１２２の円弧の中心と、が一致するように装着される。

ここで、フィンガー４４がフィンガー案内面２８に乗り上げているときには、フィンガー４４により、カム２０に対して厚さ方向に傾けられるような押力が働く。しかし、カム保持枠６５に設けられる傾き抑制突起部６５ａにより、傾きを最小限に抑制することができ、フィンガー案内面２８の斜面効果を有効に働かせる。

上述したような作用では、カム当接部４４ｂとフィンガー案内面２８の間は摩擦は最小限に留めることが求められる。従って、フィンガー４４のカム当接部４４ｂは滑らかに仕上げられており、本実施形態では半球形状としている。摩擦を小さくするためには、少なくともカム当接部をカム２０に対して摩擦係数の小さい材料でコーティングするか、フィンガー自身を摩擦係数が小さい材料で形成する構成とする構成を選択することができる。

なお、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する前の単体のときには、フィンガーは、チューブ５０を押圧しないか、寸法ばらつきによってチューブを押圧する場合がある。この際、チューブ５０を押圧し続けることによるチューブの劣化をさせない程度の押圧量となるように、フィンガーの総長さや、チューブ押圧部の軸方向位置が設定される。

次に、チューブユニット１１と制御ユニット１２の結合構造について説明する。
図２に示すように、案内枠１４（第１案内枠１５）の外周には、制御ユニット１２側に突設された鍔部１４１が設けられ、鍔部１４１の外周部には雄螺子１４２が形成されている。また、裏蓋１９の外周部には外側に突設された鍔部１９２が設けられている。

チューブユニット１１と制御ユニット１２とを積み重ねながら、結合部材１３を裏蓋１９側から挿入し、チューブユニット１１と制御ユニット１２とを結合部材１３によって螺合結合する。

結合部材１３には、内側方向に突設された鍔部１３１と筒部内側に形成された雌螺子１３２が設けられており、結合部材１３とチューブユニット１１とを螺合結合する際、第１案内枠の鍔部１４１の周縁端部と裏蓋１９の鍔部１９２とが密接され、マイクロポンプ１０内部の防水性が確保される。こうして、マイクロポンプ１０が構成される。

なお、密接される鍔部１４１の周縁端部と鍔部１９２との接合部にシール部材を設けるか、シール剤を塗布することにより密着性を高めれば、さらに防水性を高めることができる。また、結合部材１３の外周部には断面方向に螺子の締め付けをしやすくするためローレット１３３または凹凸が形成されている。

続いて、本実施形態のチューブユニット１１の平面構造及びマイクロポンプの駆動について図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係るチューブユニットの概略構造を示す平面図である。なお、図４は、マイクロポンプ１０を定常駆動している状態を示している。また、案内枠１４を透視して表している。図２も参照する。図４において、本実施形態のチューブユニット１１は、チューブ５０と、チューブ５０とカム２０との間にカム軸７６の回転中心Ｐ（カム２０の回転中心と一致）から放射状に介設された７本のフィンガー４０〜４６とから構成されている。フィンガー４０〜４６は、それぞれが等間隔に放射状に配設されている。

カム２０はカム軸７６に軸止されており、外周方向に凹凸を有する外周面にフィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄが形成されている。フィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄは、回転中心Ｐから等距離の同心円上に形成される。フィンガー押圧面２１ａとフィンガー押圧面２１ｂ、フィンガー押圧面２１ｂとフィンガー押圧面２１ｃ、フィンガー押圧面２１ｃとフィンガー押圧面２１ｄ、及びフィンガー押圧面２１ｄとフィンガー押圧面２１ａ、の周方向ピッチと外形形状は等しく形成されている。また、各フィンガー押圧面間のピッチは等しい。

上述したフィンガー押圧面２１ａ〜２１ｄは、それぞれ、フィンガー押圧斜面２２と回転中心Ｐとを中心とする同心円上の円弧部２３とが連続して形成されている。この円弧部２３は、フィンガー４０〜４６を押圧しない位置に設けられる。
また、フィンガー押圧面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの一方の端部と円弧部２３とは、回転中心Ｐから延長した直線部２４で結ばれている。

また、カム２０と離間した位置に液体を流動するチューブ５０が配設されている。チューブ５０は弾性を有し、本実施形態ではシリコン系ゴムによって形成されている。チューブ５０は、第１案内枠１５及び第２案内枠１６（図２、参照）に形成されたチューブ案内溝１２１内に装着され、一方の端部は、液体を外部に吐出する流出口部５３であり、マイクロポンプ１０の外部に突出している。他方の端部は液体を流入する流入口部５２であり、図示しない液体を収容するリザーバに接続されている。

チューブ５０は、フィンガー４０〜４６によって押圧される範囲が、回転中心Ｐに対して同心円となるように形成されたチューブ案内溝１２１内に装着されている。フィンガー４０〜４６は、それぞれ同じ形状で形成されているので、フィンガー４４を例示して説明する。フィンガー４４は、円柱状の軸部４４ａと、軸部４４ａの一方の端部に設けられるチューブ押圧部４４ｃと、他方の端部が半球状に丸められたカム当接部４４ｂと、によって構成されている。

フィンガー４０〜４６は、フィンガー案内溝１２６に沿って進退可能であり、カム２０によって回転中心Ｐから外側方向に押圧され、チューブ５０を押圧して液体流動部５１を閉塞する。フィンガー４０〜４６の断面方向の中心位置は、チューブ５０の中心とほぼ一致している。

続いて、本実施形態による液体の輸送に係る作用について図４を参照して説明する。カム２０は、モータ７０から駆動伝達機構を介して回転される（図示、矢印Ｒ方向）。カム２０のフィンガー押圧面２１ｄでフィンガー４４を押圧し、フィンガー４５はフィンガー押圧面２１ｄとフィンガー押圧斜面２２との接合部に当接しており、チューブ５０を閉塞している。また、フィンガー４６はフィンガー押圧斜面２２上でチューブ５０を押圧しているが、フィンガー４６はフィンガー４４の押圧量より小さく、チューブ５０を完全には閉塞していない。

フィンガー４１〜４３は、カム２０の円弧部２６の範囲にあり、押圧しない初期位置にある。また、フィンガー４０はカム２０のフィンガー押圧斜面２２に当接しているが、この位置では、まだチューブ５０を閉塞していない。

この位置から、さらにカム２０を矢印Ｒ方向に回転すると、カム２０のフィンガー押圧面２１ｄによって、フィンガー４５，４６の順で押圧してチューブ５０を閉塞していく。フィンガー４４はフィンガー押圧面２１ｄから解除されチューブ５０は開放される。チューブ５０のフィンガーから閉塞が開放される位置またはまだ閉塞されていない位置には、液体流動部５１に液体が流入している。

カム２０をさらに回転すると、フィンガー押圧斜面２２が、フィンガー４０，４１，４２，４３の順に順次押圧していき、フィンガー押圧面２１ｃに達したときにチューブ５０を閉塞する。
このような動作を繰り返すことにより、液体を流入口部５２側から流出口部５３側に向けて流動し、流出口部５３から吐出する。

この際、カム２０のフィンガー押圧面には、複数のフィンガーのうちの２本が当接し、次のフィンガーを押圧する位置に移動するときには、フィンガーのうちの１本を押圧する。このように、フィンガーを２本押圧する状態と、一本を押圧する状態と、を繰り返すことにより、少なくとも１本のフィンガーがチューブ５０を常時閉塞している状態を形成する。このような運動によるマイクロポンプの構造は蠕動駆動方式と呼ばれる。

従って、上記記載の実施形態１によれば、チューブ５０とフィンガー４０〜４６とを案内枠１４によってユニット化していることから、チューブ５０の交換をチューブユニット１１として交換することができ、ユーザーによるチューブ交換を容易に行うことができる。しかも、チューブ５０の径のばらつきに対してフィンガーの長さをチューブユニット毎に調整することにより、チューブ押圧量を調整することができることから、吐出精度の保証がしやすいという効果がある。

また、上述したようにチューブ押圧量が安定することから、モータ７０の最大負荷トルクを概ね一定とすることができ、モータ７０の過負荷を排除し、所望の駆動性能が得られると共に、過負荷により駆動できないというようなことを防止することができ、信頼性の高いマイクロポンプを実現することができる。

また、制御ユニット１２がモータ７０を含んでいるため、モータ７０と駆動力伝達機構との係合を分離することがなく、モータ７０と駆動力伝達機構からなる駆動系を安定した係合状態を有する構成とすることができる。

さらに、使用する液体が薬液等の場合には、チューブユニット１１と薬液が収納されたリザーバとを一体とし、直接薬液に接触するチューブ５０を含むチューブユニット１１を対象薬液毎に用意すれば薬液の種類を間違えて使用することや異種の薬液の混合を防止することができる。

また、制御ユニット１２がモータ７０を備えていることから、チューブユニット１１は、チューブ５０とフィンガー４０〜４６と案内枠１４とからなるユニットであり、制御ユニット１２は、カム２０と駆動力伝達機構とモータ７０と制御回路部とからなるユニットである。従って、チューブユニット１１は、制御ユニット１２に比べ構成要素が少なく低コストであり、制御ユニット１２を繰り返し使用とし、チューブユニット１１を使い捨て使用とすれば、ランニングコストを低減することができる。

また、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際に、カム２０は、複数のフィンガーそれぞれのカム当接部がカム２０の外周面に当接する位置まで案内するためのフィンガー案内面２８とを有している。このことから、各フィンガーのカム当接部がフィンガー案内面２８に沿って摺動して、カム２０とチューブ５０の間に移動する。従って、特別な操作をすることなくカム２０によってチューブ５０を押圧可能な位置に収容することができる。
また、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際に、カム２０またフィンガー４０〜４６が破壊されることを防止することができる。

マイクロポンプ１０は、カム２０が回転することにより複数のフィンガーをチューブ押圧方向に移動させることから、複数のフィンガーそれぞれはカム２０の回転中心Ｐから放射状に配設される。従って、位置決め部材としての案内軸９７を設けることにより、チューブ案内壁１２２の円弧の中心とカム２０の回転中心Ｐが一致し、複数のフィンガーそれぞれの作動量を一定にすることができ、フィンガー毎の作動量（つまり、チューブの押圧量）のばらつきを抑えることができる。

また、前述したように、フィンガー４０〜４６は、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際、カム当接部がフィンガー案内面２８に沿って摺動してカム２０とチューブ５０の間に移動する。また、マイクロポンプ１０を駆動する際には、カム２０の外周面がカムのカム当接部を摺動しながら押圧する。従って、カム当接部を半球形状にして滑らかな仕上げとすることや、摩擦係数が小さい材料でフィンガーを形成することにより、摺動により発生する摩擦負荷を減じ、モータ７０の負荷を小さくして駆動の安定性、耐久性を向上させることができる。

また、チューブ案内壁１２２とチューブ５０との間に弾性部材６０を備えていることから、フィンガー４０〜４６でチューブ５０を押圧するときに、弾性部材６０によって過大な押圧力を吸収することで、チューブ５０を直接チューブ案内壁１２２に押圧する構造に対して、チューブ５０の耐久性を向上させることができる。
なお、弾性部材６０の摩擦係数を小さい材料にすれば一層効果がある。

また、カム２０にカム２０の厚さ方向の傾きを抑制する傾き抑制突起部６５ａを設けることにより、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際に、カム当接部がフィンガー案内面２８に乗り上げた場合、カムが傾き、適正なフィンガー位置への移動を阻害することを抑制することができる。
さらに、マイクロポンプを駆動する際においても、カム２０が厚さ方向にふらついて回転することによるフィンガーのチューブ押圧状態がばらつくことを抑制することができる。

またフィンガー４０〜４６に設けられる鍔状のチューブ押圧部と案内枠１４に設けられるチューブ案内溝１２１によってフィンガー４０〜４６の進退方向の位置を規制することにより、チューブユニット単体のときに、案内枠１４からフィンガー４０〜４６が脱落することを防止することができる。

さらに、チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際においても、フィンガー４０〜４６の進退方向の位置を規制している。従って、フィンガー案内面２８にフィンガー４０〜４６のカム当接部を摺動し、確実に所定の位置にフィンガー４０〜４６を移動させることができる。このことによって、カム２０またはフィンガー４０〜４６が破壊されることを防止できる。

また、フィンガー４０〜４６をチューブ５０を押圧しない位置、またはチューブ５０が劣化しない程度の押圧状態で案内枠１４に保持していることから、長期間にわたってチューブ５０を押圧状態に維持した場合に考えられるチューブ５０の劣化を防止することができる。
（実施形態１の他の実施例）

なお、フィンガー４０〜４６の進退方向の位置を規制する構造としては、フィンガーの軸部途中にストッパとしての鍔状突起部を設ける構造を採用できる。
図５は、実施形態１の他の実施例に係るマイクロポンプを示す部分断面図である。なお、フィンガー４４を例示して説明する。図５において、フィンガー４４は、軸部４４ａの軸方向途中に鍔状突起部としてのストッパ４４ｅが形成されている。軸部４４ａの一方の端部はカム当接部４４ｂであって、前述した実施形態１（図２，４、参照）と同形状であり、他方の端部はチューブ押圧部４４ｄである。

また、案内枠１４（第１案内枠１５及び第２案内枠１６）には、ストッパ溝３０が形成され、フィンガー４４のストッパ４４ｅが収容されている。フィンガー４４は、第１案内枠１５と第２案内枠１６との間で保持されつつ、ストッパ４４ｅとストッパ溝３０とで進退位置が規制されている。

そして、カム２０側では、ストッパ４４ｅとストッパ溝３０のストッパ壁３０ｂとが当接する位置において、カム当接部４４ｂがカム２０のフィンガー案内面２８上に乗り上げる位置に規制される。また、チューブ５０側では、チューブ押圧部４４ｄがチューブ５０を閉塞する位置までカム２０によって押動されるに足りる位置になるようにストッパ壁３０ａの位置が設定される。

このような構成としても、実施形態１と同様に、チューブユニット１１が単体のときに、案内枠１４からフィンガー４０〜４６が脱落することを防止することができ、フィンガー案内面２８にフィンガー４０〜４６のカム当接部を摺動し、確実に所定の位置にフィンガー４０〜４６を移動させることができる。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係るマイクロポンプについて図面を参照して説明する。実施形態２は、カムを駆動するモータをチューブユニットに設けていることを特徴としている。従って、相違個所を中心に図示し説明する。なお、実施形態１と同じ機能要素及び部位には同じ符号を附している。
図６は、実施形態２に係るマイクロポンプを示す部分断面図である。なお、図６は、チューブユニット１１と制御ユニット１２とが結合され駆動可能な状態を示している。図６において、チューブユニット１１には、モータ７０が装着されている。従って、チューブユニット１１は、チューブ５０と複数のフィンガーとモータ７０とが、案内枠１４に保持されてユニット化されている。一方、制御ユニット１２は、カム２０と駆動力伝達機構と制御回路部とから構成される。

モータ７０は、モータ案内軸７０ｂ（複数設けられる）を第２案内枠１６圧入し、モータ伝え車７１とモータ駆動軸７０ａとの平面方向の正確な相対的位置を正確に規制して固定されている。モータ駆動軸７０ａは断面形状が正方形となるよう形成され、モータ伝え車７１に穿設される断面形状が正方形のモータ軸嵌着穴７１ｃに挿入され、嵌着されている。

モータ伝え車７１は、歯車部７１ａと支持軸７１ｂとから構成されており、先端部７１ｄが弾性部材としてのモータ伝え車ばね２１０によりモータ駆動軸７０ａの軸方向に付勢されている。この状態でモータ伝え車７１の歯車部７１ａと第１伝達車７２の伝達歯車７２ａとが噛合結合されている。従って、モータ７０の駆動力が第１伝達車７２を介してチューブユニット１１に伝達される。

モータ７０は、モータ基板２３０に接続端子８０によって接続されている。モータ基板２３０は、チューブユニット１１に配設されていることから、制御ユニット１２側に配設される制御回路部とは、コンタクトピン等（図示せず）を用いて接続される。

チューブユニット１１を制御ユニット１２に装着する際、モータ駆動軸７０ａとモータ軸嵌着穴７１ｃとの互いの回転方向の位相がずれているときは、モータ駆動軸７０ａの４隅の端部とモータ軸嵌着穴７１ｃの周縁端部とが当接され、モータ伝え車７１は第２機枠１８側に押し下げられる。そして、モータ伝え車７１は、先端部７１ｄにてモータ伝え車ばね２１０を撓める。なお、モータ伝え車７１の歯車部７１ａは、第１伝達車７２の伝達歯車７２ａとの噛合が外れない。従って、このような状態で、チューブユニット１１と制御ユニット１２とを結合させてもモータ駆動軸７０ａとモータ伝え車７１が破壊されることがない。

そして、上記状態からモータ７０を駆動すると、モータ駆動軸７０ａとモータ軸嵌着穴７１ｃとの回転方向の位相が一致し、モータ伝え車７１がモータ伝え車ばね２１０によってモータ７０の方向に移動され、モータ駆動軸７０ａとモータ軸嵌着穴７１ｃとが嵌着結合される。なお、この際、モータ伝え車７１の歯車部７１ａは、第１伝達車７２の伝達歯車７２ａと噛合した状態で移動し、図６に示すような駆動力が伝達可能な状態となる。

マイクロポンプ１０を生体または生体内に装着する場合、モータも超小型のものが用いられ、モータ７０の構成要素の寸法が非常に小さく、チューブユニット１１（カム２０）を駆動する際の過負荷により耐久性が確保できないことが予測される。この際、チューブユニット１１の交換（つまり、チューブ５０の交換）のタイミングで、モータ７０を含んで交換することができる。従って、モータ７０の駆動性能を常に安定して維持でき、モータを小型化しても安心して使用することができる。

また、チューブユニット１１の交換の際、モータ７０を含んでユニット状態で交換できるため、チューブユニット１１（実施形態１では制御ユニット１２）からモータ７０を取り外す必要がなく作業性が向上するという効果もある。

さらに、駆動力伝達機構や制御回路部よりも耐久性で劣るモータ７０が制御ユニット１２にないため、制御ユニット１２をより一層長期間にわたって使用し続けることを可能にする。

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
また、前述した実施形態１及び実施形態２によるマイクロポンプ１０は、小型化が可能で、微量流量を安定して連続的に流動することができる。従って、生体内に装着し、新薬の開発などの医療用に好適であるが、様々な機械装置において、装置内、または装置外に搭載し、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク、気体等の流体の輸送に利用することができる。また、マイクロポンプ単独で、前記流体の流動、供給に利用することができる。

実施形態１に係るマイクロポンプの１形態の概略構成を示す斜視図。 実施形態１に係るマイクロポンプの構造を示す部分断面図。 実施形態１における複数のフィンガーとカムとの係合構造を示す部分断面図。 実施形態１に係るチューブユニットの概略構造を示す平面図。 実施形態１の他の実施例に係るマイクロポンプを示す部分断面図。 実施形態２に係るマイクロポンプを示す部分断面図。

符号の説明

１０…マイクロポンプ、１１…チューブユニット、１２…制御ユニット、１４…案内枠、１５…第１案内枠、１６…第２案内枠、４０〜４６…フィンガー、５０…チューブ、７０…モータ。

Claims (12)

1. 一部が円弧形状に配設され弾性を有するチューブと、前記チューブの円弧形状の中心から放射状に配設される複数のフィンガーと、前記チューブと前記複数のフィンガーとを保持する案内枠と、を有するチューブユニットと、
   前記複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を伝達する駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構を駆動するモータの制御を行う制御回路部と、を有する制御ユニットと、を備え、
   前記チューブユニットが前記モータを備え、
   前記チューブユニットと前記制御ユニットとが、積み重ねて装着され、且つ、着脱可能である、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
2. 請求項１に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記カムが、前記カムの回転平面に対して略垂直で、且つ、前記複数のフィンガーを前記チューブを押圧または開放する凹凸を有する外周面と、前記チューブユニットに対向する面から前記外周面に連続する斜面または曲面と、を有し、
   前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際に、前記複数のフィンガーのカム当接部が、前記斜面または前記曲面に沿って前記外周面に当接する位置まで移動される、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
3. 請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記チューブユニットを前記制御ユニットに装着する際、前記カムの回転中心と、前記複数のフィンガーが前記チューブを押圧する範囲のチューブ案内壁の円弧の中心と、を略一致させるための位置決め部材が設けられている、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
4. 請求項２に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記複数のフィンガーの前記カム当接部が、滑らかな曲面で形成されるか、または摩擦係数の小さい材料で形成されている、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記案内枠に設けられ前記複数のフィンガーの押圧力を受けるチューブ案内壁と、前記チューブと、の間に弾性部材が備えられている、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のマイクロポンプにおいて、
   前記制御ユニットには、前記カムを軸支するカム保持部材をさらに備え、前記カムまたは前記カム保持部材に前記カムの厚さ方向の傾きを抑制する傾き抑制突起部が設けられている、
   ことを特徴とするマイクロポンプ。
7. 請求項１に記載の制御ユニットと着脱可能なチューブユニットであって、
   弾性を有するチューブと、前記チューブを液体の流動方向に順次押圧する複数のフィンガーと、これらを保持する案内枠と、を有する、
   ことを特徴とするチューブユニット。
8. 請求項７に記載の制御ユニットと着脱可能なチューブユニットであって、
   前記チューブと、前記複数のフィンガーと、前記複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムに回転力を伝達する駆動力伝達機構を駆動するモータと、これらを保持する案内枠と、を有する、
   ことを特徴とするチューブユニット。
9. 請求項７または請求項８のいずれか一項に記載のチューブユニットにおいて、
   前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の一方の端部に設けられるカム当接部と、他方の端部に設けられ鍔状突起部により構成されるチューブ押圧部と、を有し、前記チューブ押圧部を収容し、且つ前記複数のフィンガーの進退方向の位置を規制するフィンガー位置規制壁を有する溝が、前記案内枠に設けられている、
   ことを特徴とするチューブユニット。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載のチューブユニットにおいて、
    前記複数のフィンガーが、軸部と、前記軸部の一方の端部に設けられるカム当接部と、他方の端部に設けられるチューブ押圧部と、を有し、前記軸部の途中に鍔状突起部が設けられ、前記鍔状突起部を収容し、且つ前記複数のフィンガーの進退方向の位置を規制する溝が、前記案内枠に設けられている、
    ことを特徴とするチューブユニット。
11. 請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載のチューブユニットにおいて、
    前記複数のフィンガーが、前記チューブを押圧しない位置、または前記チューブが劣化しない程度の押圧状態で前記案内枠に保持されている、
    ことを特徴とするチューブユニット。
12. 請求項１に記載のチューブユニットと着脱可能な制御ユニットであって、
    複数のフィンガーを液体の流動方向に順次押圧するカムと、前記カムに回転力を伝達する駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構を駆動するモータの駆動制御を行う制御回路部と、を有する、
    ことを特徴とする制御ユニット。

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