(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を送出する際の脈動を、低減することができる蠕動ポンプ装置を提供する。【解決手段】シート状に形成されたマイクロ流体チップ内の円弧状流路２１に、複数のローラ１５を押し付け、モータによりロータを回転駆動し、ロータの回転により円弧状流路２１を蠕動させて流体を送るマイクロ蠕動ポンプを備えた蠕動ポンプ装置である。該円弧状流路は複数のローラの回転軌跡に沿って配置され、該ローラが回転時、円弧状流路の吐出側となる外側吐出流路２５から除々に離れるように、該吐出流路が形成されたことを特徴とする。【選択図】図１３
2018091324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバー部材を有し、内部にチップ収容部を有したベースと、
該チップ収容部内に収容され、内部に円弧状流路を形成したシート状のマイクロ流体チップと、
先端部に、複数のローラを回転自在に軸支したロータを、モータにより回転駆動可能に取り付け、該ローラを該円弧状流路に押し付けて、該ベースに固定されるマイクロ蠕動ポンプと、
を備え、
該複数のローラは、該ロータの回転軸と垂直の平面上に、等しい角度間隔をおいて該平面上で該円弧状流路に対し押圧接触して自在回転するように軸支され、
該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、該マイクロ流体チップの表面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該複数のローラの回転軌跡に沿って配置され、
該ローラが回転時、該円弧状流路の吐出側の吐出流路から徐々に離れるように、該吐出流路が形成されたことを特徴とする蠕動ポンプ装置。
【請求項２】
前記円弧状流路の吐出側の吐出流路は、円弧部の曲率半径が該ローラの回転軌跡の曲率半径より大きく、且つ該ローラの回転軌跡の曲率半径の１．５倍より小さい曲率で曲げられて、該吐出流路が形成され、該吐出流路の円弧中心は、該ロータの回転軸中心から円弧開口側にずれて形成されたことを特徴とする請求項１記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項３】
前記円弧状流路の吐出流路は、該マイクロ流体チップの表面から一部が膨出して円弧状に形成されるとともに、吐出端に向かって該マイクロ流体チップ内に徐々に埋め込まれて膨出部分が消失するように形成されたことを特徴とする請求項１記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項４】
前記マイクロ流体チップ内の円弧状流路の吐出側の流路に、バッファ室が設けられ、該バッファ室の吐出側の流路に狭窄部が設けられたことを特徴とする請求項２または３記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項５】
前記モータの回転速度を制御する制御回路が設けられ、該制御回路には、前記ロータの回転位置を検出し、該回転位置を示す検出信号を発生する回転センサと、該ロータの回転位置と該回転位置に対応した該モータの回転速度データを、予め記憶するメモリと、が設けられたことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項６】
前記制御回路は、該回転センサから送られた検出信号に基づき、該メモリに記憶されたデータから、該モータの指令回転速度を算出し、該指令回転速度に基づき該モータの回転を制御し、前記ローラが前記吐出流路を押圧して流体を押し出した後、該吐出流路を離れる行程で、該ローラの回転速度を増速し、該ローラが該吐出流路を離れた直後に、該ローラの回転速度を減速して該回転速度を通常速度に戻すように、構成されたことを特徴とする請求項５記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項７】
カバー部材を有し、内部にチップ収容部を有したベースと、
該チップ収容部内に収容され、内部に円弧状流路を形成したシート状のマイクロ流体チップと、
先端部に、複数のローラを回転自在に軸支したロータを、モータにより回転駆動可能に取り付け、該ローラを該円弧状流路に押し付けて、該ベースに固定されるマイクロ蠕動ポンプと、
を備え、
該複数のローラは、該ロータの回転軸と垂直の平面上に、等しい角度間隔をおいて該平面上で該円弧状流路に対し押圧接触して自在回転するように軸支され、
該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、該マイクロ流体チップの表面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該複数のローラの回転軌跡に沿って配置され、
該カバー部材の内側面に凹部が形成され、該凹部は、該円弧状流路の吐出流路に対応した位置に形成され、
該ローラによる該円弧状流路の押圧が該吐出流路において徐々に減少するように、該凹部が形成されたことを特徴とする蠕動ポンプ装置。
【請求項８】
前記マイクロ流体チップ内の円弧状流路の吐出側の流路に、バッファ室が設けられ、該バッファ室の吐出側の流路に狭窄部が設けられたことを特徴とする請求項７記載の蠕動ポンプ装置。
【請求項９】
前記モータの回転速度を制御する制御回路が設けられ、該制御回路には、前記ロータの回転位置を検出し、該回転位置を示す検出信号を発生する回転センサと、該ロータの回転位置と該回転位置に対応した該モータの回転速度データを、予め記憶するメモリと、が設けられたことを特徴とする請求項７または８記載の蠕動ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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蠕動ポンプ装置に関し、特に流体を送る際の脈動を、効果的に低減することができる蠕動ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、蠕動ポンプが、下記特許文献１などで知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９２５３７号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１５／１７３９２６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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平行に配置され、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、液体を送液するように構成される。
【０００５】
然るに、この種の蠕動ポンプは、ロータに複数のローラを設け、チューブに各ローラを押し付けながら、ロータを回動させて、液体をチューブを通して送液するため、必然的に、チューブ内を流れる液体の流量に脈動が生じる。
【０００６】
このため、上記蠕動ポンプは、ロータの回転位置を検出するセンサを設け、各ローラが所定の回転角度で、チューブを押し潰して進む際、液体の流量の脈動が最少となるように、ロータ駆動用のモータの回転を制御するようにしている。
【０００７】
しかし、上記蠕動ポンプは、ロータの回転に伴い、各ローラが押し付けていたチューブから離れるとき、チューブの復元力によってチューブ内に負圧がかかり、流量が急激に減少する、という現象が生じる。このため、上記蠕動ポンプは、ローラ駆動用のモータの回転を、各ロータの回転位置に応じて、液体の脈動を抑制するように制御しているものの、やはり脈動を十分に減少させることが難しいという課題があった。
【０００８】
一方、本出願人は、上記特許文献２において、ロータの回転により円弧状流路を蠕動させて流路内の液体を送液する蠕動ポンプを提案した。この蠕動ポンプは、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、マイクロ流体チップの円弧状流路にロータを押し付け、モータによりロータを回転駆動する。
【０００９】
この蠕動ポンプは、ロータの回転軸と垂直の平面上には、３個のローラが、平面上で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、マイクロ流体チップの円弧状流路は、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とともに、ローラの回転軌跡に沿って配置され、ローラの反対側から円弧状流路を覆ってカバーが取り付けられ、モータによるロータの回転駆動時、ローラが、その外周面を平面上で円弧状流路に押し付けながら回転し、円弧状流路内の液体を送液するように構成される。
【００１０】
しかし、この蠕動ポンプは、ローラが非常に小さい荷重で円弧状流路を押し潰して送液することができるため、ロータの回転負荷を小さくしてモータを小型化することができ、さらに、カバーを外せば、マイクロ流路チップを簡便に交換することができるものの、やはり流体の脈動が発生し、脈動を減少させることが難しいという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、流体を送出する際の脈動を、十分に小さく低減することができる蠕動ポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の蠕動ポンプ装置は、
カバー部材を有し、内部にチップ収容部を有したベースと、
該チップ収容部内に収容され、内部に円弧状流路を形成したシート状のマイクロ流体チップと、
先端部に、複数のローラを回転自在に軸支したロータを、モータにより回転駆動可能に取り付け、該ローラを該円弧状流路に押し付けて、該ベースに固定されるマイクロ蠕動ポンプと、
を備え、
該複数のローラは、該ロータの回転軸と垂直の平面上に、等しい角度間隔をおいて該平面上で該円弧状流路に対し押圧接触して自在回転するように軸支され、
該マイクロ流体チップの該円弧状流路は、該マイクロ流体チップの表面から膨出して円弧状に形成されるとともに、該複数のローラの回転軌跡に沿って配置され、
該ローラが回転時、該円弧状流路の吐出側の吐出流路から徐々に離れるように、該吐出流路が形成されたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記円弧状流路の吐出側の吐出流路は、円弧部の曲率半径が該ローラの回転軌跡の曲率半径より大きく、且つローラの回転軌跡の曲率半径の１．５倍より小さい曲率で曲げられて、吐出流路が形成され、吐出流路の円弧中心が、ロータの回転軸中心から円弧開口側にずれて形成される構成とすることができる。
【００１４】
またここで、上記吐出流路は、該マイクロ流体チップの表面から一部が膨出して円弧状に形成されるとともに、吐出端に向かって該マイクロ流体チップ内に徐々に埋め込まれて膨出部分が消失するように形成され、該ローラが、回転時、該膨出する吐出流路から徐々に離れるように構成することができる。
【００１５】
この発明の蠕動ポンプ装置によれば、ロータの各ローラが、マイクロ流体チップに形成された円弧状流路を、押圧して押し潰し流体を吐出する際、ローラが円弧状流路の吐出流路から徐々に離れ、押圧が徐々に終了するように動作する。
【００１６】
このため、ローラが吐出流路から離れる際、マイクロ流体チップの復元力により吐出流路内にかかる負圧は徐々に生じる。このため、吐出流路内の急激な流量の増大とその後の急激な減少が抑制され、これにより、マイクロ流体チップの円弧状流路から送出される流量は均一化され、流体の流量の脈動を十分に小さく低減することができる。
【００１７】
ここで、上記マイクロ流体チップ内の円弧状流路の吐出側の流路に、バッファ室を設け、バッファ室の吐出側の流路に狭窄部を設けることが好ましい。これによれば、吐出流路にバッファ作用を生じさせ、吐出流量の脈動をさらに一層小さく低減することができる。
【００１８】
またここで、上記蠕動ポンプ装置において、上記モータの回転速度を制御する制御回路を設け、制御回路には、ロータの回転位置を検出し、回転位置を示す検出信号を発生する回転センサと、ロータの回転位置と回転位置に対応した該モータの回転速度データを、予め記憶するメモリと、を設けることが好ましい。
【００１９】
また、制御回路は、該回転センサから送られた検出信号に基づき、該メモリに記憶されたデータから、該モータの指令回転速度を算出し、該指令回転速度に基づき該モータの回転を制御し、前記ローラが前記吐出流路を押圧して流体を押し出した後、該吐出流路を離れる行程で、該ローラの回転速度を増速し、該ローラが該吐出流路を離れた直後に、該ローラの回転速度を減速して該回転速度を通常速度に戻すように制御する構成とすることが好ましい。
【００２０】
これによれば、上記ローラが吐出流路を押圧し流体を押し出して吐出流路を離れる行程で、ローラの回転速度が一時的に増速されるので、ローラが吐出流路から離れた直後に生じる、マイクロ流体チップの復元力による、吐出流路内の負圧に起因した吐出流量の低下が抑制され、吐出流量の脈動を一層小さく低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の蠕動ポンプ装置によれば、流体を送出する際の脈動を、十分に小さく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ａ、Ｂは本発明の蠕動ポンプ装置のマイクロ蠕動ポンプの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】同マイクロ蠕動ポンプの平面図である。
【図３】図２のIII-III断面図である。
【図４】下方から見たマイクロ蠕動ポンプの斜視図である。
【図５】マイクロ蠕動ポンプの左側面図である。
【図６】同マイクロ蠕動ポンプの底面図である。
【図７】カバー部材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８】図７のVIII-VIII断面図である。
【図９】Ａはマイクロ流体チップの下面側の斜視図、Ｂは平面側から見た斜視図である。
【図１０】Ａはマイクロ流体チップの底面図、Ｂはその側面図である。
【図１１】図１０のXI‐XI断面図である。
【図１２】Ａはロータの斜視図、Ｂは底面側から見た斜視図である。
【図１３】Ａはカバー部材と円弧状流路、ロータとの関係を示す平面図、ＢはそのＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】円弧状流路の曲率半径ｒ１と外側吐出流路の曲率半径ｒ２を示す、マイクロ流体チップの底面図である。
【図１５】蠕動ポンプ装置の制御回路を含む全体構成図である。
【図１６】蠕動ポンプ装置の動作を示す説明図である。
【図１７】円弧状流路の流路幅とローラの軸方向の長さの関係を示す説明図である。
【図１８】Ａは他の実施形態の、カバー部材と円弧状流路、ロータとの関係を示す平面図、ＢはそのＢ−Ｂ断面図である。
【図１９】他の実施形態の、カバー部材、円弧状流路、ロータ、吐出側流路を示す平面図である。
【図２０】第２実施形態の蠕動ポンプ装置のマイクロ流体チップの底面図である。
【図２１】同蠕動ポンプ装置の動作を示す説明図である。
【図２２】Ａはロータの回転速度制御を行ない、脈動を最少にしたときの、吐出流量変化を示すグラフ、Ｂは回転速度制御を行なわない場合の同蠕動ポンプ装置の流量変化を示すグラフ、Ｃは比較例として従来の蠕動ポンプ装置の流量変化を示すグラフである。
【図２３】他の実施形態のマイクロ流体チップの平面図である。
【図２４】第３実施形態の蠕動ポンプ装置のマイクロ流体チップの底面図である。
【図２５】同マイクロ流体チップの底面斜視図である。
【図２６】同マイクロ流体チップとロータとの関係を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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１７は第１実施形態の蠕動ポンプ装置を示し、この蠕動ポンプ装置は、図１５に示すように、マイクロ流体チップ２０を収容するベース２と、ベース２の下部に固定され、モータ４によりロータ１０を駆動するマイクロ蠕動ポンプ１と、モータ４の回転速度を制御する制御回路３０とを備えて構成される。
【００２４】
マイクロ蠕動ポンプ１は、モータ４により駆動されるロータ１０がその上部に取り付けられ、ロータ１０には、３個のローラ１５がその水平面上に、間隔をおいて放射状に軸支され、マイクロ流体チップ２０の凹部２７内に形成した円弧状流路２１に対し、３個のローラ１５が押圧され、ロータ１０及びローラ１５が回転し、微小流量の液体を送液する。
【００２５】
マイクロ蠕動ポンプ１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３個のローラ１５を押し付け、モータ４によりロータ１０を回転駆動し、３個のローラ１５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。図１に示すように、モータ４は、ベース２の下部に設けた取付部３に、上向きに固定される。
【００２６】
ベース２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、下側からモータ４の出力軸側が挿入されて固定される。ベース２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。
【００２７】
図３に示すように、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。
【００２８】
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。
【００２９】
ばね保持部１３は、その中央軸孔に、モータ４の出力軸４ａを嵌合させて出力軸４ａと連結され、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が回転するようになっている。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。
【００３０】
図１５に示すように、モータ４は、制御回路３０によりその回転を、ロータ１０の回転位置に応じて正確に制御される。そのために、モータ４には、その出力軸４ａつまりロータ１０の回転を検出しその検出信号を発生する回転センサ３３が取り付けられる。回転センサ３３は、例えばフォトインタラプタ、或いは磁気センサなどを用いて構成され、所定の回転角度位置で検出信号を出力する。回転センサ３３は、原点位置とともに回転角度位置を検出するセンサ、或いはロータ１０の原点位置のみを検出するセンサであってもよく、その場合、制御回路３０が、モータ４の回転駆動に応じて原点位置に基づき、回転角度データを算出する。
【００３１】
制御回路３０は、マイクロコンピュータから構成され、予め記憶されたモータ制御用プログラムに基づき、マイクロ蠕動ポンプ１の吐出流量の脈動を抑制するように、モータ４の回転速度を制御する。このために、制御回路３０のメモリ３１には、予め、ロータ１０の回転角度と指令回転速度データが例えばテーブルデータとして記憶される。制御回路３０は、モータ４の駆動時、回転センサ３３から入力される検出信号（回転角度信号）に基づき、指令回転速度を決定し、指令回転速度に基づき、モータ４を駆動制御し、特に、ロータ１０上の各ローラ１５がマイクロ流体チップ２０の外側吐出流路２５に達したとき、ローラ１５が外側吐出流路２５から離れるタイミングで、ロータ１０の回転速度を急激に加速させ、或いは徐々に低下させるように適正に速度制御し、流体吐出時の流量の増減を抑制するように制御する。
【００３２】
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。
【００３３】
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、ローラ軸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ローラ軸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。
【００３４】
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２０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。
【００３５】
ローラ１５のローラ軸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。
【００３６】
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、それらのローラ軸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２０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５（図１４）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。
【００３７】
さらに、図３に示す如く、ローラ１５は、保持穴１７の底面との間に、隙間を有して軸支され、ローラ１５の外周面が保持穴１７の底面に接触しない構造となっている。これにより、ロータ１０の回転時、ローラ１５の回転負荷を最少にして、最少の負荷でローラ１５を回転させることができる。さらに、図１７に示すように、円弧状流路２１の流路幅ｈ１とローラ１５の軸方向の幅ｈ２は略同一に形成される。これにより、ローラ１５の軸方向の幅ｈ２が、円弧状流路２１を押し潰して転動可能で、且つ最少の幅となっているため、ローラ１５が外側吐出流路２５を押圧して流体を吐出させる際、徐々に流体を吐出させるようになり、吐出流量の脈動を低減することができる。
【００３８】
一方、ロータ１０が下から挿入されるベース２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、その凹部２７内の円弧状流路２１を底面側として収容される。ベース２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、つまりローラ１５の反対側から、且つ円弧状流路２１の部位を上面から覆うように、板状のカバー部材６が、ベース２上に固定ねじ２ａにより固定される。カバー部材６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内の状態がカバー部材６を通して観察できるようになっている。なお、カバー部材６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、カバー部材６を固定することもできる。
【００３９】
カバー部材６は、図１３に示すように、そのマイクロ流体チップ２０側の内側面に、平坦部６２と凹部６１を有して形成される。カバー部材６の凹部６１は、円弧状流路２１の外側に曲がる吐出側部分、つまり外側吐出流路２５に対応した部位に設けられ、図１３に示す如く、各ローラ１５が円弧状流路２１の接触を終了して流体を吐出する部分に設けられる。ここで、外側吐出流路２５は、図１４に示すように、円弧状流路２１がローラ１５の回転軌跡５の部位から離れて外側に導出されるように、外側に湾曲した流路部分である。
【００４０】
カバー部材６の凹部６１を除く内側面には、図１３に示す如く、平坦部６２が設けられている。平坦部６２と凹部６１の境界部分は、段差のない、なだらかな曲面６３で繋がって形成されている。つまり、カバー部材６の内側面に形成した凹部６１は、円弧状流路２１の吐出流路に対応した位置に形成され、ローラ１５による円弧状流路２１の押圧が吐出流路において徐々に減少或いは消失するように、凹部６１が形成される。これにより、各ローラ１５が円弧状流路２１の外側吐出流路２５近傍に達したとき、流路への押圧力を徐々に低下させ、ローラ１５が円弧状流路２１の外側吐出流路２５に達したときに発生しやすい吐出流量の増減を抑制することができる。
【００４１】
なお、流体の吐出流量の脈動を低減するためには、外側吐出流路２５を覆うカバー部材６の内側面に、凹部６１を設けて、外側吐出流路２５へのローラ１５の押圧力を低下させるように形成すればよく、吸入流路２４は、脈動の低減のためには、必ずしもカバー部材６の凹部６１で覆う必要はない。しかし、図１８に示すように、吸入流路２４を覆うカバー部材６の内側面においても、凹部６１を設けて、その部分へのローラ１５の押圧力を下げるようにすれば、例えばモータ４を逆回転させ、ロータ１０を図１６の正回転とは逆方向に回転させて、流体の送り方向を逆にするように使用したときでも、正回転時と同様に、流体の吐出流量の脈動を低減することが可能となる。
【００４２】
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の底面中央に、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５の半径と同じであり、ローラ１５が円弧状流路２１の下面を正確に転動して押圧する。また、図１７に示すように、円弧状流路２１の横断方向の幅（流路幅ｈ１）は、ローラ１５の軸方向の長さｈ２と同一に形成される。
【００４３】
図１０に示すように、円弧状流路２１の左側に、流体を吸入する吸入流路２４が、回転するローラ１５が円弧状流路２１の押圧を開始する部分として形成され、円弧状流路２１の右側に、流体を吐出する外側吐出流路２５が、回転するローラ１５が円弧状流路２１の押圧を終了する部分として形成される。この吸入流路２４及び外側吐出流路２５は、上記のように、ローラ１５の回転軌跡５から円弧状流路２１が離れる部分であり、円弧状流路２１から緩やかに曲げられて繋がるように形成される。つまり、円弧状流路２１の吸入側近傍部分である吸入流路２４と、吐出側近傍部分である外側吐出流路２５は、ここでは図１４に示す如く、その曲率半径ｒ２がローラ１５の回転軌跡５の曲率半径ｒ１と略同じ長さに形成され、緩やかな曲りでローラ１５の回転軌跡５から離れる。
【００４４】
ここで、外側に曲がる外側吐出流路２５の曲率半径ｒ２は、ロータ１０のローラ１５における回転軌跡５の曲率半径ｒ１の１／２より大きく、曲率半径ｒ１の２倍より短い範囲で、緩やかな曲率で、外側吐出流路２５を曲げて形成すれば、吐出流量の増減を抑制することが可能である。これにより、図１６Ｆに示すように、ローラ１５が円弧状流路２１の押付を終了する外側吐出流路２５では、ローラ１５による外側吐出流路２５の押付が徐々に終了するようにして、流体の吐出流量の増減を抑制するように形成される。外側吐出流路２５の曲率半径ｒ２を、回転軌跡５の曲率半径ｒ１の１／２以下にした場合、流体の吐出流量の脈動を抑制する作用は少なくなる。
【００４５】
なお、流体の吐出流量の脈動を低減するためには、外側吐出流路２５を円弧状流路２１から緩やかに曲げられて繋がるように形成すればよく、吸入流路２４は、脈動の低減のためには、必ずしも緩やかに曲げる必要はない。しかし、図１４に示すように、吸入流路２４においても、その曲率半径ｒ２がローラ１５の回転軌跡５の曲率半径ｒ１と略同じ長さに形成し、緩やかな曲りでローラ１５の回転軌跡５から離れるように延設すれば、例えばモータ４を逆回転させ、ロータ１０を図１６の正回転とは逆方向に回転させ、流体の送り方向を逆に反転するように使用したとき、正回転時と同様に逆回転時も流体の吐出流量の脈動を低減することが可能となる。
【００４６】
図１３に示す如く、マイクロ流体チップ２０の本体中央の底面に、円形の凹部２７が形成され、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がその回転軌跡５上の円弧状流路２１を押し潰しながら回転する。円弧状流路２１の吸入側の吸入流路２４及び吐出側の外側吐出流路２５は、円弧状流路２１から離れて凹部２７の外に延設され、微少流体を流すためのチューブ状の流路が、マイクロ流体チップ２０内の縁部まで形成される。さらに図９に示すように、吸入流路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）２６が接続される。
【００４７】
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底面に形成され、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。
【００４８】
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を底面に形成し、さらに、凹部２７内に円弧状流路２１を形成するように成形・接合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。
【００４９】
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合し製作される。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。
【００５０】
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。
【００５１】
なお、上記実施形態では、ベース２の下側からモータ４を上向きに固定し、ベース２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、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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、上記構成の蠕動ポンプ装置の使用形態とその動作を説明する。この蠕動ポンプ装置は、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。
【００５４】
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を外してカバー部材６を外し、図８のように、ベース２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の凹部２７の円弧状流路２１を下側にして収容する。このように、カバー部材６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２０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。
【００５５】
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部材６を所定の位置に取り付け、固定ねじ２ａによりカバー部材６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、ローラ１５が円弧状流路２１を押圧して潰す状態となり、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。
【００５６】
この状態で、モータ４が起動すると、ロータ１０が、図１６の時計方向に回転し、３個のローラ１５が図１６のＡからＨに示すように、転動しながら移動し、１２０°間隔の３個のローラ１５は、順に円弧状流路２１を押し潰しながら、回転軌跡５上を自在回転し、円弧状流路２１に沿って移動する。このとき、図１６のＡからＥでは、（２）のローラ１５が円弧状流路２１内の流体を押し出すように転動して外側吐出流路２５から流体が送出される。
【００５７】
そして、（２）のローラ１５が外側吐出流路２５に到達すると、図１６のＦからＧのように、（２）のローラ１５が徐々に外側吐出流路２５から離れる。このとき、外側吐出流路２５から送出される流体は、（２）のローラ１５の手前に位置する（１）のローラ１５による押し出し動作により送られ、（２）のローラ１５が徐々に外側吐出流路２５から離れて押圧を解除するように転動して、外側吐出流路２５から流体を押し出す。これは、外側吐出流路２５が緩やかに曲りながら、ローラの回転軌跡５から外れる形状となっているためである。またこのとき、（２）のローラ１５は、カバー部材６の凹部６１により押圧力を、中間部より弱くした状態で外側吐出流路２５を押圧するようになる。このため、外側吐出流路２５から吐出される流体の流量は、急激に増大することはない。
【００５８】
また、ローラ１５が外側吐出流路２５から離れるタイミングで、制御回路３０は、モータ４の回転速度を急激に短時間だけ加速するように制御する。（２）のローラ１５が図１６のＧで外側吐出流路２５から離れる際、押し潰された外側吐出流路２５が復元するために流路内に負圧が生じ、流量が急激に減少しやすい。このとき、モータ４の回転速度が短時間だけ急激に加速され、離れたローラ１５より１個上流側（反回転側）の（１）のローラ１５も急激に加速される。
【００５９】
このため、（１）のローラ１５の急速な押圧によって、吐出流量が増大し、負圧による流量の減少分が補填され、ローラ１５が外側吐出流路２５から離れる際の、流路内負圧に伴う流量の急激な減少は、抑制される。モータ４の回転速度は、短時間の急激な加速後、直ぐ通常速度に復帰する。
【００６０】
このように、（２）のローラ１５が外側吐出流路２５から完全に離れ、図１６のＨでは、（１）のローラ１５により流体が外側吐出流路２５から送り出され、略一定の吐出流量が維持される。
【００６１】
そして（１）のローラ１５が外側吐出流路２５に達すると、上記と同様に、（１）のローラ１５が徐々に外側吐出流路２５から離れ、このとき、カバー部材６の凹部６１により押圧力を弱くした状態で外側吐出流路２５が押圧される。また、制御回路３０は、（１）のローラ１５の離脱タイミングで、モータ４の回転速度を短時間急激に加速するように速度制御する。これにより、上記と同様、（１）のローラ１５が外側吐出流路２５から離れる際に生じる負圧に起因した、流量の減少は、（１）のローラ１５の１個上流側のローラ１５の加速制御により、補填され、これにより外側吐出流路２５から吐出される流体の流量の急激な減少は抑制され、略一定の吐出流量が維持されることとなる。
【００６２】
このように、各ローラ１５が円弧状流路２１の押圧を終了する外側吐出流路２５は、緩やかな曲率で曲げられ、且つ外側吐出流路２５がカバー部材６の凹部６１で覆われているので、ローラ１５が円弧状流路２１の外側吐出流路２５から徐々に離れるとともに、ローラ１５による外側吐出流路２５の押圧は弱くなる。このため、ローラ１５が押し潰していた外側吐出流路２５から押し出す際の、流体流量の急激な増大は、抑制され、さらに、各ローラ１５が円弧状流路２１との接触を終了して離れるタイミングで、回転速度を短時間急激に加速するように制御され、これにより、マイクロ流体チップの円弧状流路から送出される流量の変化、特に各ローラ１５が円弧状流路２１から離れる際の流路の負圧に起因した、流体流量の脈動を、小さく抑制することができる。
【００６３】
図１９は、他の実施形態の蠕動ポンプ装置を示している。この蠕動ポンプ装置は、円弧状流路２１の吐出側の流路に、バッファ室４１が設けられ、バッファ室４１の吐出側の流路に狭窄部４２が接続され、狭窄部４２を通して流体を送出するように構成される。バッファ室４１は閉鎖された先端を有する流路として形成され、狭窄部４２としては、例えばマイクロニードルバルブが使用される。
【００６４】
これによれば、ローラ１５が円弧状流路２１を押圧して流体を吐出する際、狭窄部４２により吐出側の流体圧が上昇して、流体がバッファ室４１内の空気を圧縮してその内部に流入する。その後、流体が狭窄部４２を通して徐々に小流量で吐出し、且つ外側吐出流路２５の流体圧の上昇がバッファ室４１により吸収される。このため、ローラ１５が円弧状流路２１の外側吐出流路２５から離れる際の流体の吐出流量の変動は、バッファ室４１と狭窄部４２に吸収され、吐出流量の脈動は一層小さく低減される。
【００６５】
図２０〜図２３は第２実施形態の蠕動ポンプ装置を示し、図２０はそのマイクロ流体チップ２２０を示している。なお、図２０、図２１、図２３に示す平面図においては、マイクロ流体チップ２２０の平面視では現れない内部の流路等の線が、理解し易いように、実線で表示される。
【００６６】
マイクロ流体チップ２２０は、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２２０の本体内中央に、円形の凹部２２７が形成され、その凹部２２７内に円弧状流路２２１が形成されている。円弧状流路２２１の半径は、上記ロータ１０（図７）上の３個のローラ１５（図７）の回転軌跡５の半径と同じであり、ローラ１５が円弧状流路２２１の下面を正確に転動して押圧する。また、円弧状流路２２１の横断方向の幅は、ローラ１５の軸方向の長さと同一に形成される。
【００６７】
図２０に示すように、円弧状流路２２１の左側に、流体を吸入する吸入流路２２４が、回転するローラ１５（図７）が円弧状流路２２１の押圧を開始する部分として形成され、円弧状流路２２１の右側に、流体を吐出する吐出流路２２５が、回転するローラ１５が円弧状流路２２１を押圧して流体を押し出す部分として形成される。この吐出流路２２５は、ローラ１５の回転軌跡５から円弧状流路２２１が徐々に離れるように、吐出流路２２５の円弧部の曲率半径ｒ３は、ローラ１５の回転軌跡の曲率半径ｒ１より大きく、且つローラ１５の回転軌跡の曲率半径ｒ１の１．５倍より小さい曲率で曲げられて、形成される。
【００６８】
さらに、図２０に示す如く、吐出流路２２５の円弧中心Ｃ２は、ロータ１０の回転軸中心Ｃ１から円弧開口側（図２０右下の吐出側）にずれて形成される。これにより、吐出流路２２５が、緩やかな曲りでローラ１５の回転軌跡５から離れ、ローラ１５の回転時、ローラ１５が吐出流路２２５から徐々に外れる形状となっている。
【００６９】
なお、緩やかな曲りでローラ１５の回転軌跡５から離れる形状の吐出流路は、図２３に示す如く、吐出流路２２９の円弧中心Ｃ３を、ロータ１０の回転軸中心Ｃ１から円弧開口側の図２３下側にずれて形成することもできる。吐出流路２２９の円弧部の曲率半径ｒ４は、ローラ１５の回転軌跡の曲率半径ｒ１より大きく、且つローラ１５の回転軌跡の曲率半径ｒ１の１．５倍より小さい曲率で曲げられて、形成される。これにより、吐出流路２２９は、図２０の吐出流路２２５と同様、緩やかな曲りでローラ１５の回転軌跡５から離れ、ローラ１５の回転時、ローラ１５が吐出流路２２９から徐々に外れる形状となる。
【００７０】
ここで、吐出流路２２５の曲率半径ｒ３または吐出流路２２９の曲率半径ｒ４は、ローラ１５における回転軌跡５の曲率半径ｒ１より小さくし、或いは曲率半径ｒ１の１．５倍以上の曲率で、吐出流路２２５，２２９を曲げて形成した場合、ローラ１５の回転時、ローラ１５が吐出流路２２５，２２９から徐々に外れ或いは離れるように回転することは難しい。このため、流体の吐出流量の脈動を抑制する作用は少なくなる。
【００７１】
図２０に示す如く、円弧状流路２２１の吸入側の吸入流路２２４の端部に、マイクロ流体チップ２２０内で、外部接続用の接続パイプ（ステンレスパイプ等）が接続される。吐出側の吐出流路２２５は、凹部２２７からマイクロ流体チップ２２０の内部に入り、マイクロ流体チップ２２０内に設けたバッファ室２２２に連通接続される。
【００７２】
マイクロ流体チップ２２０内には、２個のバッファ室２２２，２２３が形成されており、バッファ室２２２とバッファ室２２３間に狭窄部２２６が接続され、バッファ室２２６の出力側に狭窄部２２８が接続され、狭窄部２２８の出力側が図示しない吐出ポートに連通接続される。バッファ室２２２，２２３の断面積は通常の流路及び狭窄部２２６，２２８より大きく形成され、吐出流体の流量変化にバッファ作用を生じさせる。
【００７３】
これにより、蠕動ポンプから吐出される流体は、円弧状流路２２１の吐出流路２２５から、バッファ室２２２、狭窄部２２６、バッファ室２２３及び狭窄部２２８を通して吐出され、蠕動ポンプの吐出流量の脈動は、直列接続されたバッファ室２２２、２２３と狭窄部２２６，２２８により、大きく吸収される。
【００７４】
マイクロ流体チップ２２０は、上記と同様、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２２７を形成し、さらに、凹部２２７内に円弧状流路２２１を形成するように成形・接合して製作することができる。その際、凹部２２７内の円弧状流路２２１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弾性シートの部分を円弧状に撓ませながら接着する。
【００７５】
これにより、マイクロ流体チップ２２０のポンプ部となる円弧状流路２２１の部分は、厚さの厚い第１弾性シートの下に、厚さの薄い第２弾性シートを、円弧状に撓ませながら、接合することとなる。このようなマイクロ流体チップ２２０には、上記のように、円形の凹部２２７内に円弧状流路２２１が形成され、その吐出流路２２５は、ローラ１５の回転軌跡５から離れ、ローラ１５の回転時、ローラ１５が吐出流路２２５または吐出流路２２９（図２３）から徐々に外れる形状となっている。
【００７６】
図２２Ｂのグラフは、上記構成のマイクロ流体チップ２２０を設けた蠕動ポンプについて、吐出流量の変化を測定した際のグラフを示している。このグラフＢは、モータ４を一定速度で回転させて、ロータ１０を駆動し、３個のローラ１５が円弧状流路２２１を潰しながら旋回し、流体を送出する際の吐出流量の変化が示される。図２２Ｃのグラフは、従来一般に使用されている通常の蠕動ポンプ（円弧状のチューブを複数のローラにより順に押し潰して流体を吐出する構造の蠕動ポンプ）の吐出流量の変化を示す。
【００７７】
図２２Ｃのグラフから、複数のローラが円弧状の流路から離れるタイミングＳｈで流量が増大し、その直後、急激に吐出流量が大きく低下することがわかる。この現象は、ローラがチューブを押し潰して流体を押し出し、チューブから離れるタイミングＳｈで、潰されていたチューブがその弾性復元力により膨らみ、その際にチューブ内に負圧が生じることに起因する。
【００７８】
これに対し、マイクロ流体チップ２２０を設けた上記構成の蠕動ポンプでは、図２２Ｂのグラフに示す如く、各ローラ１５が、吐出流路２２５から徐々に離れるように回転し、且つ、マイクロ流体チップ２２０の吐出側に、２個のバッファ室２２２，２２３と狭窄部２２６，２２８が設けられるため、各ローラ１５が離れるタイミングＳｈでは、吐出流量が上下に変化するものの、その吐出流量の上下変化は減少し、吐出流量の脈動が抑制されていることが分かる。
【００７９】
ローラ１５を有するロータ１０は、モータ４により回転駆動され、モータ４は、図１５に示すように、制御回路３０により回転速度が制御される。制御回路３０は、マイクロコンピュータから構成され、予め記憶されたモータ制御用プログラムに基づき、マイクロ蠕動ポンプ１の吐出流量の脈動を抑制するように、モータ４の回転速度を制御する。このために、制御回路３０のメモリ３１には、予め、ロータ１０の回転角度と指令回転速度データが例えばテーブルデータとして記憶される。回転角度と指令回転速度データは、試作された蠕動ポンプの性能試験を行うことにより、計測され、脈動の低減に最適なデータがメモリ３１に記憶される。
【００８０】
すなわち、上記構成の蠕動ポンプ装置について、吐出流量を測定しながら性能試験を行い、このとき、吐出流量が大きく低下するタイミングＳｈで、ロータ１０の回転速度を急激に上昇させ、吐出流量が略一定となるよう、モータ４の回転速度を制御する。このときのロータ１０の回転角度と回転速度データが、指示回転速度データとして、メモリ３１にロータ１０の回転角度に対応して記憶される。
【００８１】
指示回転速度データを記憶した制御回路３０は、モータ４の駆動時、回転センサ３３から入力される検出信号（回転角度信号）に基づき、指令回転速度を決定し、指令回転速度に基づき、モータ４を駆動制御する。モータ４の回転制御では、ロータ１０上の各ローラ１５がマイクロ流体チップ２２０の吐出流路２２５に達したとき、ローラ１５が吐出流路２２５から離れるタイミングＳｈで、ロータ１０の回転速度を、急激に加速させ、その後、直ぐに通常速度に戻すように回転制御が行なわれる。これにより、吐出流量の脈動は、図２２Ａのグラフに示すように、大きく低減される。
【００８２】
次に、上記構成の蠕動ポンプ装置の動作を説明する。マイクロ流体チップ２２０は、上記と同様、図８のように、ベース２のカバー部材６を外してチップ収容部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２２０の円弧状流路２２１を下側にして収容する。
【００８３】
チップ収容部８内にマイクロ流体チップ２２０をセットしてカバー部材６を所定の位置に取り付け、固定ねじ２ａによりカバー部材６を固定すると、マイクロ流体チップ２２０の凹部２２７内の円弧状流路２２１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２２１の外側層は非常に薄く、また円弧状流路２２１の反押圧側は平坦形状となっているため、ローラ１５が当接する円弧状流路２２１の外側層は低荷重で容易に潰される。
【００８４】
この状態で、モータ４が起動すると、ロータ１０が回転し、３個のローラ１５が図２１の時計方向に旋回する。このとき、３個のローラ１５は、図２１のＡからＨに示すように、転動しながら移動し、１２０°間隔の各ローラ１５は、円弧状流路２２１を、吸入流路２２４から吐出流路２２５側に、順に押し潰しながら自在回転し、回転軌跡５上を旋回移動する。
【００８５】
このとき、図２１のＡからＢでは、（２）のローラ１５が円弧状流路２２１内の流体を押し出すように転動して吐出流路２２５から流体が吐出され、そして、図２１のＣからＦでは、（２）のローラ１５が押し潰す吐出流路２２５の幅は徐々に減少し、図２１のＧでは、（２）のローラ１５が吐出流路２２５から離れていく。このとき、吐出流路２２５は弾性シートがその弾性力で復元し内部に負圧がかかるが、同時にロータ１０の回転速度が増速するため、（２）のローラ１５の上流側（反回転側）の（１）のローラ１５が急速に流体を押し出すように作用する。
【００８６】
これにより、吐出流路２２５内に生じる負圧に起因した吐出流量の減少は効果的に補填され、ローラ１５が吐出流路２２５から離れるタイミングＳｈにおける脈動は、ロータ１０の回転速度を一時的に増速制御し、直ぐに通常速度の戻すように制御することにより、大きく低減される。
【００８７】
図２２Ａは、上記構成のマイクロ流体チップ２２０を設けた蠕動ポンプ装置について、上記制御回路３０を動作させてモータ４の回転速度を制御し、性能試験を行って、吐出流量の変化を測定した際のグラフを示している。この図２２Ａのグラフによれば、各ローラ１５が吐出流路２２５から離れるタイミングＳｈにおいて、ローラ１５の回転速度を一時的に増速制御し、直ぐに回転速度を通常速度に戻すことにより、吐出流量の上下のピークが大幅に低減され、脈動が大きく低減されることがわかる。
【００８８】
このような吐出流量の脈動低減効果は、上記マイクロ流体チップ２２０の吐出流路２２５の形状をローラ１５の回転軌跡から徐々に離す形状とし、バッファ室２２２，２２３と狭窄部２２６，２２８によりバッファ作用を生じさせるようにし、且つ制御回路３０のモータ４の回転速度の制御によって、タイミングＳｈで、ローラ１５の回転速度を一時的に増速制御し、直ぐに回転速度を通常速度に戻すように制御し、これによって、吐出流量の上下の変動つまり脈動を大きく低減することができる。
【００８９】
すなわち、図２２に示す、ＡのグラフとＢ、Ｃのグラフを対比した場合、図２２Ｂのグラフでは、図２０に示すように、吐出流路２２５の円弧中心がロータ１０の回転軸中心Ｃ１から吐出側にずれて形成され、各ローラ１５が吐出流路２２５を押し潰して離れる際、徐々に離れ、且つ吐出側に設けたバッファ室２２２，２２３及び狭窄部２２６，２２８のバッファ作用により、タイミングＳｈにおける流量変化は低減される。さらに、本実施形態の蠕動ポンプ装置は、タイミングＳｈで、さらに各ローラ１５の回転速度が一時的に増速制御されるので、図２２Ａのグラフに示す如く、各ローラ１５が吐出流路２２５から離れるタイミングＳｈで、吐出流量の上下変化が大幅に低減され、脈動が大幅に抑制される。
【００９０】
このように、ローラ１５が押し付けていた吐出流路２２５から離れる際、マイクロ流体チップ２２０の復元力に起因した吐出流路２２５内にかかる負圧は、ローラ１５が吐出流路２２５から徐々に離れることにより、流体がバッファ室２２２、２２３、狭窄部２２６、２２８を通って送出され、さらにロータ１０の回転速度が負圧のタイミングで一時的に増速制御されることによって抑制され、急激な流量の減少とその後の急激な増大は低減される。これにより、蠕動ポンプのマイクロ流体チップ２２０の円弧状流路２２１から送出される流量は均一化され、流体の流量の脈動を十分に小さく低減することができる。
【００９１】
図２４〜図２６は、蠕動ポンプ装置の第３実施形態のマイクロ流体チップ３２０を示している。図２４〜図２６では、便宜上、マイクロ流体チップ３２０の内側面を上にした状態を示しており、図のマイクロ流体チップ３２０は、図示の形態から裏返した状態で、ベース２上のチップ収容部８内に収容され、使用される。
【００９２】
このマイクロ流体チップ３２０は、上記と同様、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、図２４に示す如く、下側のシートを成形して中央に、円形の凹部３２７を形成し、さらに、凹部３２７内に円弧状流路３２１を形成している。
【００９３】
その際、凹部３２７内の円弧状流路３２１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弾性シートの部分を円弧状に撓ませながら接着して製作される。これにより、マイクロ流体チップ３２０のポンプ部となる円弧状流路３２１の部分は、厚さの厚い第１弾性シートの下に、厚さの薄い第２弾性シートを、円弧状に撓ませながら、接合することとなる。また、円弧状流路３２１の流路幅は、上記ローラ１５の軸方向の幅と略同一に形成され、円弧状流路３２１の曲率半径は、ローラ１５の回転軌跡の半径と略同一に形成される。
【００９４】
さらに、円弧状流路３２１は、その吐出側の吐出流路３２５が、マイクロ流体チップ３２０の表面から膨出して円弧状に形成されるとともに、吐出端に向かってマイクロ流体チップ３２０内に徐々に埋め込まれる形状となっている。つまり、円弧状流路３２１は、図２４〜図２６に示す如く、吸入側の吸入流路３２４が表面から膨出して円弧状に形成され、吐出流路３２５が、その吐出端に向かってマイクロ流体チップ３２０内に徐々に進入し、膨出部分が徐々に消失するようになっている。これにより、図２６に示す如く、ローラ１５が、回転時、吐出流路３２５に達した時、吐出流路３２５から徐々に離れるように構成される。
【００９５】
マイクロ流体チップ３２０は、上記ベース２のチップ収容部８内に収容された状態で、上記ロータ１０のローラ１５が図２６の反時計方向に回転する。このため、図２６の右側が円弧状流路３２１の吸入側の流路となり、その左側が円弧状流路３２１の吐出流路３２５となる。図２５に示す如く、吐出流路３２５は、吐出端に向かってマイクロ流体チップ３２０内に徐々に埋め込まれ、膨出する部分が徐々に消失するように形成される。なお、図示は省略されるが、吐出流路３２５の吐出端の出力ポート側には、上記と同様、バッファ室２２２、２２３と狭窄部２２６、２２８（図２０）がマイクロ流体チップ３２０内に設けられ、連通接続される。
【００９６】
上記マイクロ流体チップ３２０は、上記と同様に、ベース２内のチップ収容部８に収容され、モータ４を起動して、ロータ１０を回転駆動すると、３個のローラ１５が図２６のように反時計方向に旋回し、マイクロ流体チップ３２０の円弧状流路３２１を押し潰しながら、吐出流路３２５から流体を押し出して流体を送出する。
【００９７】
ロータ１０が回転駆動されると、３個のローラ１５は、円弧状流路３２１を、押圧し押し潰しながら回転移動し、吸入流路３２４から吐出流路３２５側に向けて、順に流路を押圧しながら自在回転し、図２６の如く回転軌跡５上を旋回移動する。
【００９８】
各ローラ１５が円弧状流路３２１内の流体を押し出すように転動して吐出流路３２５から流体が吐出され、各ローラ１５が、吐出流路３２５上を押し潰して転動する際、吐出端に向けてローラ１５による押し潰し量が徐々に少なくなり、その結果、吐出流路３２５からローラ１５が徐々に離れていく。
【００９９】
ローラ１５が吐出流路３２５から離れるとき、マイクロ流体チップ３２０の弾性力で吐出流路が復元して内部に負圧がかかりやすいが、吐出流路３２５はその膨出する断面積が徐々に少なくなり、チップ内に進入してローラ１５が吐出流路３２５から徐々に離れ、同時にローラ１５が離れるタイミングで、ローラ１５の回転速度が一時的に増速制御され、上流側（反回転側）のローラ１５が急速に流体を押し出し、直ぐに通常速度に戻すように動作する。
【０１００】
これにより、吐出流路３２５内に生じる負圧に起因した吐出流量の減少は補填され、ローラ１５が吐出流路３２５から離れるタイミングで生じる流量の脈動は、ローラ１５が吐出流路３２５から徐々に離れ、且つローラ１５の回転速度が増速制御されることにより、大きく低減される。さらに、吐出側に設けたバッファ室２２２、２２３及び狭窄部２２６、２２８（図２０）によるバッファ作用によっても、吐出流量の脈動は効果的に低減することができる。このように、蠕動ポンプのマイクロ流体チップ３２０の円弧状流路３２１から送出される流量は均一化され、流体の流量の脈動を十分に小さく低減することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１      マイクロ蠕動ポンプ
２      ベース
３      取付部
４      モータ
４ａ    出力軸
５      回転軌跡
６      カバー部材
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    保持部
１３ａ  フランジ部
１３ｂ  先端部
１５    ローラ
１５ａ  ローラ軸
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    吸入流路
２５    外側吐出流路
２６    接続パイプ
２７    凹部
３０    制御回路
３１    メモリ
３３    回転センサ
４１    バッファ室
４２    狭窄部
６１    凹部
６２    平坦部
６３    曲面
２２０  マイクロ流体チップ
２２１  円弧状流路
２２２  バッファ室
２２３  バッファ室
２２４  吸入流路
２２５  吐出流路
２２６  狭窄部
２２７  凹部
２２８  狭窄部
２２９  吐出流路
３２０  マイクロ流体チップ
３２１  円弧状流路
３２４  吸入流路
３２５  吐出流路
３２７  凹部                        
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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