(57)【要約】【課題】液体搬送精度が高い液体搬送装置を提供する。【解決手段】弾性を有するチューブと、前記チューブが液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーをそれぞれ駆動する駆動部と、を備え、前記チューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、を行なう液体搬送装置であって、前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始される。【選択図】図８
2015158209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有するチューブと、
前記チューブが液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーと、
複数の前記フィンガーをそれぞれ駆動する駆動部と、
を備え、
前記チューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、
押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、
を行なう液体搬送装置であって、
前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、
前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体搬送装置であって、
複数の前記フィンガーのうち、前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する速度よりも、
他のフィンガーを駆動する速度の方が速いことを特徴とする液体搬送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体搬送装置であって、
前記チューブが押し潰されていた時間が長いほど、
前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する際の速度を遅くすることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液体搬送装置であって、
前記チューブが使用された期間と押し潰された前記チューブの形状が復元するまでの時間との関係に基づいて、
前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する際の速度を調整することを特徴とする液体搬送装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液体搬送装置であって、
前記チューブの一部が円弧状に設けられ、
複数の前記フィンガーはそれぞれ前記チューブの円弧中心方向から放射状に設けられ、
前記駆動部は前記チューブの円弧中心を軸として回転するカムを備え、
前記カムを所定の速度で回転させて、複数の前記フィンガーを前記搬送方向の上流側から下流側に順次押すことにより、
前記チューブに蠕動運動を生じさせることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体搬送装置であって、
前記液体の搬送量から決められる前記フィンガーを駆動する際の速度条件と、
前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されるように前記フィンガーを駆動する際の速度条件と、を考慮して、
前記駆動部の駆動効率が最も高くなるように前記カムを回転させる速度が決められることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項７】
液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーをそれぞれ駆動することと、
弾性を有するチューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、
押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、
を有する液体搬送方法であって、
前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、
前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体搬送装置、及び、液体搬送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を低速で搬送する装置として蠕動駆動方式のチューブポンプが知られている。このようなチューブポンプの一例として、ステップモーターを駆動源とし、複数のローラーを備えたローターを回転させ、ローターが複数のローラーを転動させながら弾性を有するチューブに沿って回転して液体の吸引及び吐出をするチューブポンプがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５６８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、チューブポンプを用いて液体搬送を行なう場合、特許文献１に記載されているようなローラーや、複数の棒状の部材を用いて液体の搬送方向に順次チューブを押しつぶしていく。これにより、チューブをしごくようにして蠕動運動を生じさせて、チューブ内部の液体を所定量ずつ搬送する。そして、押しつぶされていたチューブが元の状態（元の形状）に復元する際に、該チューブ内部に液体を吸引する（取り込む）ことにより、次に搬送する分の液体を確保する。
【０００５】
このようなチューブポンプは、医療現場における点滴に使用される等、液体の搬送（吐出）量を高精度に保つことが要求されることが多い。しかし、チューブポンプを用いた液体搬送において、液体搬送量を高精度に保つことが難しい場合がある。
【０００６】
例えば、チューブポンプで搬送可能な液体の量は、上述のように、押しつぶされたチューブが元の状態に復元する際に、該チューブ内部に取り込まれる分の液体の量によって定まる。したがって、押しつぶされた後のチューブが元の状態に復元される前に液体の搬送動作が行われると、十分な量の液体をチューブ内に取り込むことができず、正確な液体搬送量を確保することができなくなる。
【０００７】
本発明では、液体搬送精度が高い液体搬送装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記チューブが液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーをそれぞれ駆動する駆動部と、を備え、前記チューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、を行なう液体搬送装置であって、前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送装置である。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の送液ポンプ１０の外観を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るチューブポンプ２０の送液機構を説明する概略図である。
【図３】フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。
【図４】図３の時間ｅにおけるチューブとフィンガーの関係を表す概念図である。
【図５】種々のチューブについて、押し潰された状態から復元するときの時間変位を表す図である。
【図６】比較例の場合に、フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。
【図７】図６の時間ｅにおけるチューブとフィンガーの関係を表す概念図である。
【図８】カム６１の回転速度を調整した場合に、フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂはモーターの効率を考慮して液体搬送を行なう例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、前記チューブが液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーをそれぞれ駆動する駆動部と、を備えることを一つ目の前提とする。そして、前記チューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、を行なう液体搬送装置であることを二つ目の前提とする。その上で、前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送装置。
このような液体搬送装置によれば、液体搬送量の精度を高くすることができる。
【００１２】
かかる液体搬送装置であって、複数の前記フィンガーのうち、前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する速度よりも、他のフィンガーを駆動する速度の方が速いことが望ましい。
このような液体搬送装置によれば、フィンガーの動作を遅くする必要のない部分では動作を速くすることができるので、全体の液体搬送速度を向上させることができ、正確褐迅速な液体搬送を行うことが可能になる。
【００１３】
かかる液体搬送装置であって、前記チューブが押し潰されていた時間が長いほど、前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する際の速度を遅くすることが望ましい。
このような液体搬送装置によれば、チューブの使用条件によってチューブの復元時間が変化した場合であっても液体搬送量にばらつき等が生じることなく、正確な液体搬送を行なうことができる。
【００１４】
かかる液体搬送装置であって、前記チューブが使用された期間と押し潰された前記チューブの形状が復元するまでの時間との関係に基づいて、前記搬送方向の最下流側のフィンガー及び前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーを駆動する際の速度を調整することが望ましい。
このような液体搬送装置によれば、チューブの復元時間が変化した場合であっても液体搬送量にばらつき等が生じることなく、正確な液体搬送を行なうことができる。
【００１５】
かかる液体搬送装置であって、前記チューブの一部が円弧状に設けられ、複数の前記フィンガーはそれぞれ前記チューブの円弧中心方向から放射状に設けられ、前記駆動部は前記チューブの円弧中心を軸として回転するカムを備え、前記カムを所定の速度で回転させて、複数の前記フィンガーを前記搬送方向の上流側から下流側に順次押すことにより、前記チューブに蠕動運動を生じさせることが望ましい。
このような液体搬送装置によれば、カム機構によって正確な液体搬送を行なうことができるため、液体搬送装置の構成が単純になる。また、カムの回転速度やカムの形状を調整することによって、液体搬送の精度をコントロールすることができる。
【００１６】
かかる液体搬送装置であって、前記液体の搬送量から決められる前記フィンガーを駆動する際の速度条件と、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されるように前記フィンガーを駆動する際の速度条件と、を考慮して、前記駆動部の駆動効率が最も高くなるように前記カムを回転させる速度が決められることが望ましい。
このような液体搬送装置によれば、液体搬送量の精度を向上させつつ、搬送装置を高効率に駆動させることができる。
【００１７】
また、液体を搬送する搬送方向に沿って並ぶ複数のフィンガーをそれぞれ駆動することと、弾性を有するチューブを押し潰すように前記フィンガーを駆動する閉鎖動作によって、前記チューブ内部の液体を前記搬送方向に搬送することと、押し潰された前記チューブの形状が復元することにより前記フィンガーが押し戻される開放動作によって、前記チューブ内部に液体を吸引することと、を有する液体搬送方法であることを前提とする。その上で、前記搬送方向の最下流側のフィンガーの閉鎖動作が完了し、前記搬送方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記搬送方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送方法が明らかとなる。
【００１８】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜液体搬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搬送装置の形態として、送液ポンプ１０を例に挙げて説明する。
【００１９】
＜送液ポンプ１０の構成＞
図１は、本実施形態の送液ポンプ１０の外観を示す斜視図である。図１において、送液ポンプ１０は、チューブを蠕動運動させることによって液体を搬送するチューブポンプ２０と、液体を収容するパック状の液体収容容器９０とを備える。そして、チューブポンプ２０と液体収容容器９０とは、チューブ８０によって接続されている。
【００２０】
液体収容容器９０は、可撓性を有する合成樹脂からなり、本実施形態においては、シリコン系樹脂等によって形成されている。液体収容容器９０の一方の端部にはチューブ保持部９２が設けられ、チューブ８０が圧着または熱溶着または接着等の手段で、液体が漏洩しないように密閉固定されている。
【００２１】
なお、本発明で使用される液体の例としては、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク等の流動性がある液体が挙げられる。
【００２２】
チューブ８０は、弾性を有する素材で形成され、一方の端部が液体収容容器９０の内部に通じ、他方の端部はチューブポンプ２０の外部へと伸びる。そして、当該チューブ８０の一部がチューブポンプ２０の内部において蠕動運動をすることによって、液体収容容器９０内に収容されている液体をチューブポンプ２０の外部へと搬送する。チューブ８０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、柔らかく弾力性のあるものが適している。
【００２３】
また、液体搬送が終了して液体収容容器９０内の薬液等が空になった場合や、チューブ８０が劣化した場合には、液体収容容器９０及びチューブ８０部分を一体的に交換できるようになっている。
【００２４】
チューブポンプ２０は、チューブ８０に蠕動運動を生じさせる送液部に相当する。チューブポンプ２０は、図１のように、下蓋８２、ポンプユニット枠３１、チューブ枠３２、上蓋８１を順次重ねて、それらを固定螺子９５（図は、上蓋固定螺子を示す）等によって一体化されている。また、チューブポンプ２０の内部には、液体を搬送するための送液機構（詳細は後述する）が格納されている。
【００２５】
上蓋８１及び下蓋８２はチューブポンプ２０本体の外形を構成する。チューブ枠３２は、その内部にチューブ８０を保持する。ポンプユニット枠３１は、その内部に不図示のモーター等の駆動部（後述）を保持する。なお、下蓋８２、ポンプユニット枠３１、チューブ枠３２、上蓋８１及び液体収容容器９０は、送液ポンプ１０を生体に装着する場合においては、生体整合性の優れた材料、例えば、ポリスルホン、ウレタン等の合成樹脂を採用することが好ましい。
【００２６】
図２は、本実施形態に係るチューブポンプ２０の送液機構を説明する概略図である。なお、図２では説明を分かりやすくするために上蓋８１を透視した状態を示している。
【００２７】
図２に示されるように、チューブポンプ２０の内部には、チューブ枠３２に沿って回転軸Ｐを中心とする円弧状に保持されるチューブ８０と、複数のフィンガー４１〜４７と、該フィンガーを駆動させる駆動部６０（図２においてカム６１）とが設けられる。カム６１とフィンガー４１〜４７、及びチューブ８０とは同じ平面上に存在する。
【００２８】
駆動部６０は、カム６１と不図示のモーター及び動力伝達輪列から構成される。モーターの回転によって発生する動力は、動力伝達輪列を介してカム６１へ伝達され、回転軸Ｐ（チューブ８０の円弧中心でもある）を中心としてカム６１を図２の平面上において反時計回り方向へと回転させる。
【００２９】
本実施形態においては、モーターとして水晶時計等に採用されているステップモーターや、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）からの信号に基づいて回転される。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く信号によってモーターが駆動される。また、駆動部６０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。電池は下蓋８２の内部に形成される空間に配置される。前述したように、下蓋８２は固定螺子９５によって螺合固定されているため、下蓋８２を取り外せば電池交換を容易に行うことが可能な構造である。電源を内蔵し、外部電源が不要であることから、チューブポンプ２０の形状は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。
【００３０】
カム６１は図２のように外周方向に凹凸を有し、回転しながら外周部でフィンガー４１〜４７を押すことで、フィンガー４１〜４７をそれぞれ駆動させる。カムの回転によってフィンガーを駆動させるので、装置（特に駆動部６０）の構成が単純になり、また、カムの形状や回転速度を調整することでフィンガーの動作を制御することができる。
【００３１】
フィンガー４１〜４７は、それぞれ、回転軸Ｐを中心として放射状に並ぶように配置され、チューブ８０に対して直行するように設けられる。言い換えると、液体の搬送方向とフィンガー４１〜４７の軸方向とがそれぞれ直行するように設けられ、各フィンガーは搬送方向に沿うように並んでいる。フィンガー４１〜４７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６１と接するように配置され、他端側は円盤状で、チューブ８０と接するように配置される（図２参照）。なお、フィンガーの形状や数量(本数)はこの限りではなく、チューブポンプ２０の仕様（例えば、単位時間当たりの液体の最大搬送量や吐出圧力等）に応じて変更可能である。
【００３２】
各フィンガーは、駆動部６０（カム６１）によって駆動され、液体の搬送方向と直行する方向に往復移動することで、チューブ８０に蠕動運動を生じさせ、チューブ内部の液体を搬送する。例えば、図２のフィンガー４４のように、カム６１の凸部によって一端側が押されると、他端側がチューブ８０を押し潰すように動く（以下、この動作を「閉鎖」と呼ぶ）。一方、図２のフィンガー４３のように、一端部がカム６１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８０が元の形状に復元しようとする。このとき、フィンガー４３はチューブの復元力によって押し戻されるように動く（以下、この動作を「開放」と呼ぶ）。
【００３３】
＜チューブポンプの液体搬送動作について＞
チューブポンプ２０による液体搬送動作について簡単に説明する。カム６１が液体の搬送方向（回転方向）に所定の速度で回転するのに合わせて、搬送方向上流側から搬送方向下流側に順次フィンガーが押され（駆動され）、チューブを順番に押し潰していく（閉鎖動作）。すなわち、フィンガー４１〜４７まで、搬送方向に沿って順次フィンガーが駆動されていく。これにより、チューブ８０に蠕動運動が生じ、チューブ内に充填された液体が回転方向下流側に押し出され、流出する。つまり、回転方向に液体が搬送される。そして、カム６１の回転に応じて閉鎖されていたフィンガーがカム６１の凸部から外れることにより、回転方向上流側のフィンガー４１から回転方向下流側のフィンガー４７へと順次開放されていく。このとき、チューブの復元力によって回転方向の上流側からチューブ内に液体が流入する。
この動作を繰り返すことによって、搬送方向（図２では回転方向）に液体が搬送される。
【００３４】
＜フィンガーの動作と液体の搬送量との関係＞
図３は、フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。
【００３５】
チューブポンプ２０を用いた液体搬送は、前述のようにカム６１の回転に応じてフィンガー４１〜４７が順次閉鎖・開放されることによって行なわれる。ここでは、搬送方向最上流側のフィンガー４１を例として、フィンガーの動作について具体的に説明する。
【００３６】
フィンガー４１は、まず、時間ａにおいてカム６１の凸部に押されることにより閉鎖動作を開始し、時間ｂにおいて完全に閉鎖された状態となる。ここで、フィンガーが「閉鎖」された状態とは、カム６１によってフィンガーが押し込まれることによりチューブ８０が完全に押し潰された状態を意味する。
【００３７】
フィンガー４１は所定時間の間、閉鎖された状態を継続し、時間ｃにおいてカム６１からの押圧がなくなると開放動作を開始する。前述のように、フィンガーの開放動作は、押し潰されていたチューブ８０の形状が復元する際にフィンガーを押し戻すことによって行なわれる。そして、時間ｄにおいて完全に開放された状態となる。ここで、フィンガーが「開放」された状態とは、カム６１によってフィンガーが押されていない状態であり、かつ、押し潰されたチューブ８０が元の形状に復元することにより、フィンガーが完全に開いた状態のことを言う。
【００３８】
フィンガー４１は所定時間の間、開放された状態を継続し、時間ｅにおいてカム６１の凸部に押されることにより再び閉鎖動作を開始する。
【００３９】
フィンガー４２〜４７についても、所定の時間（図３においてはｔ秒）ずつずれながらフィンガー４１と同様の動作をする。例えば、フィンガー４１の閉鎖動作が開始されてからｔ秒後にフィンガー４２の閉鎖動作が開始され、フィンガー４２の閉鎖動作が開始されてからｔ秒後にフィンガー４３の閉鎖動作が開始される。このように、各フィンガーは所定の時間間隔（ｔ秒）を保ちつつ同じ動作を繰り返す。そして、搬送方向最下流側のフィンガー４７の閉鎖動作が開始されてからｔ秒後（時間ｅ）に、再び搬送方向最上流側のフィンガー４１の閉鎖動作が開始される。これらの動作によってチューブに蠕動運動が生じ、液体が間欠的に搬送される。なお、正確な液体の搬送を行うためには、搬送方向最下流側のフィンガー４７が閉鎖された状態においてチューブ内に充填された液体が搬送方向に対して逆流するのを防止する必要がある。そこで、本実施形態では搬送方向最上流側のフィンガー４１と、搬送方向最下流側のフィンガー４７とが同時に閉鎖される瞬間を設けることで、液体の逆流を防止している。
【００４０】
本明細書中では、フィンガー４１の閉鎖動作が開始されてから（例えば時間ａ）、再びフィンガー４１の閉鎖動作が開始されるまで（例えば時間ｅ）の動作を１サイクルとして考える。したがって、１サイクルの動作を行うのに要する時間は（ｅ−ａ）で表される。
【００４１】
次に、１サイクルの動作で搬送される液体の量について説明する。１サイクルの動作で搬送される液体の量は、図３の時間ｅの時点でフィンガー４７が閉鎖されている状態において、その搬送方向上流側のチューブ内に取り込まれた（吸引された）分の液体である。言い換えると、搬送方向最上流側のフィンガー４１から、搬送方向際下流側のフィンガー４７に隣り合うフィンガー４６までの各フィンガーが開放された状態において、当該部分のチューブ内に充填されている分の液体である。
【００４２】
図４に、図３の時間ｅにおけるチューブとフィンガーの関係を表す概念図を示す。なお、本実施形態のチューブポンプ２０では、チューブ８０が円弧状に配置されるが（図２参照）、図４では説明のため、チューブ８０を直線状に描いている。
【００４３】
図４においてチューブ８０の内部の斜線部の領域に充填（吸引）されている液体が１サイクルで搬送される液体の量を表している。実際の液体搬送時には、まずフィンガー４７が開放され、続いてフィンガー４１〜４６が搬送方向に順次閉鎖されることによって、図４の斜線部で示される液体が搬送方向に押し出され、１サイクル分の液体が搬送される。
【００４４】
したがって、１サイクルにおける液体の搬送予定量（以下、規定量とも呼ぶ）を正確に確保する為には、搬送方向最上流側のフィンガー４１の閉鎖が開始される時点で、図４のようにチューブ８０の内部に液体が満たされている必要がある。すなわち、図３の時間ｅ（またはａ）の時点において。フィンガー４１〜４６の部分のチューブ内に液体が完全に充填（吸引）されている必要がある。
【００４５】
フィンガー４１〜４６の部分のチューブ内に液体が完全に充填されている状態とは、その部分のチューブ形状が完全に復元されていること、すなわち、図４に示されるようにフィンガー４１〜４６の部分でチューブが潰れていない状態であればよい。
【００４６】
したがって、フィンガー４１の閉鎖動作が開始される前に、フィンガー４１〜４６までの開放動作が完了していれば、当該部分のチューブ内に液体が完全に充填されることとなる。図３の関係で考えると、フィンガー４６の開放動作が完了するタイミング（時間ｆ）よりも、フィンガー４１の閉鎖動作を開始するタイミング（時間ｅ）が遅ければよい。言い換えると、ｆ−ｅ間の時間が０（ゼロ）よりも大きければよい。以下、このｆ−ｅ間の時間をFilled-up timeと呼ぶ。
【００４７】
＜チューブの復元力＞
１サイクル毎に規定量の液体を搬送するために、Filled-up time＞０となればよいことを説明したが、当該Filled-up timeはチューブ８０の復元力によって影響されるものである。
【００４８】
フィンガー４６の開放動作が開始されるタイミング（図３で時間ｇ）は、カム６１の形状や回転速度によって決定される。すなわち、フィンガー４６がカム６１の凸部によって押されている間は閉鎖状態を保っているが、凸部が外れるタイミングで開放動作が開始される。これに対して、開放動作が完了するタイミング（図３で時間ｆ）は、チューブ８０の復元力の強さによって決定される。前述のように、フィンガーの開放動作は、閉鎖動作によって押し潰されていたチューブ８０が元の形状に復元する際に、フィンガーを押し戻すことによって行われる。したがって、チューブ８０の復元力が弱ければ、開放動作には長い時間がかかる（時間ｆのタイミングが遅くなる）。逆に、チューブ８０の復元力が強ければ、開放動作は短時間で終了する（時間ｆのタイミングが早くなる）。
【００４９】
図５は、種々のチューブについて、押し潰された状態から復元するときの時間変位の様子を表す図である。図５では、素材や製造メーカーの異なる４種類のチューブ（チューブ１〜チューブ４）を用いて行なった実験の結果をプロットしている。４種類のチューブは全て同じサイズ（外径Ｄ、肉厚ｈ）のものを使用する。実験の条件は、本実施形態と同様とする。すなわち、フィンガー４１〜４７と同様のフィンガーを用いて、同様の力で同様の時間だけ押し潰した場合に、各チューブが元の形状に戻るまでの時間をそれぞれ計測している。ここで、チューブが「復元」するとは、元のチューブの外径の９０％の大きさまで戻る状態ことを言う。言い換えると、押し潰された各チューブの外径が０．９Ｄまで戻れば、チューブが「元の状態」に戻ったものとする。つまり、図５は各チューブが押し潰された状態から、外径がそれぞれ０．９Ｄの大きさに戻るまでの時間を表している。
【００５０】
図に示されるようにいずれのチューブも、最終的にはほぼ元の形状に復元するが、戻るまでの時間がそれぞれ異なる。例えば、チューブ１は時間ｒ１で元の形状に戻り、チューブ３及び４は時間ｒ２で元の形状に戻ることがわかる。このことからチューブ１は最も復元力が強く、チューブ３、４は復元力が弱いと言える。したがって、本実施形態のチューブポンプ２０でチューブ１を使用する場合は開放動作に要する時間が短くなり、チューブ３や４を使用する場合は開放動作に要する時間が長くなると考えられる。
【００５１】
＜比較例＞
比較例として、チューブの復元力が弱い場合の例について説明する。図６は、比較例の場合に、フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。図７は、図６の時間ｅにおけるチューブとフィンガーの関係を表す概念図である。
【００５２】
比較例では、チューブの復元力が弱いため、図３の場合と比較して、フィンガーの開放動作に要する時間（図６のｃ−ｄ間に相当）が相対的に長くなっている。そのため、フィンガー４６の開放が完了するタイミング（図６の時間ｆ）よりもフィンガー４１の閉鎖が開始されるタイミング（図６の時間ｅ）が早くなっている。すなわちFilled-up time＜０となっている。この場合、フィンガー４１の閉鎖が開始される時間ｅにおいてフィンガー４６の開放が完了していないため、図７のようにフィンガー４６に対応する部分のチューブ内には十分な液体が充填されていない。この状態で液体の搬送が開始されてしまうため、規定量の液体を搬送することができなくなる。すなわち、液体搬送量の精度が悪化する。
【００５３】
＜第１実施例＞
そこで、本実施形態では、チューブ８０の復元力に応じて、常にFilled-up time＞０となるように調整してフィンガーを動作させる。
【００５４】
第１実施例では、チューブの復元時間について図５のような関係をあらかじめ調べておき、フィンガー４６の開放動作が完了した後に、フィンガー４１の閉鎖動作が開始されるようにカム６１の回転速度を調整する。例えば、比較例のような復元力が弱いチューブを用いる場合、カム６１の回転速度を落とすことで、フィンガー同士の閉鎖・解放動作の時間間隔（図３においてｔに相当する時間間隔）を長く取る。
【００５５】
図８は、カム６１の回転速度を調整した場合に、フィンガー４１〜４７のそれぞれについて、開放・閉鎖の動作と時間との関係を表す図である。カム６１の回転速度を遅くしたことにより、隣り合うフィンガー同士の動作間隔が長くなっている。例えば、フィンガー４１が閉鎖動作を開始するタイミングと、フィンガー４２が閉鎖動作を開始するタイミングとの時間間隔ｔ´は、図３における時間間隔ｔよりも長くなる。
【００５６】
図８で、フィンガー４６とフィンガー４１との動作に着目すると、チューブの復元力が弱いため、フィンガー４６の開放動作に要する時間が長くなり、フィンガー４６が完全に開放されるタイミング（時間ｆ）は遅くなる。一方、フィンガー動作の時間間隔ｔ´も長くなっているため、フィンガー４１の閉鎖が開始されるタイミング（時間ｅ）は、フィンガー４６が完全に開放されるタイミング（時間ｆ）よりも後になる。すなわち、Filled-up time＞０が確保される。
【００５７】
このようにカム６１の回転速度を調整することで、チューブの種類によらず、常にFilled-up time＞０とすることができる。したがって、１サイクルにおける液体搬送量も一定に保たれ、搬送精度を高くすることができる。
【００５８】
＜第２実施例＞
第１実施例ではカム６１の回転速度を遅くすることで、Filled-up time＞０となるように調整を行うが、その分１サイクルの液体搬送時間（図８において時間ａから時間ｅまで）が長くなってしまう。
【００５９】
そこで、第２実施例として、カム６１の回転速度を途中で変更する例について説明する。図８において、カム６１の回転速度を遅くする必要があるのは、フィンガー４６の開放動作が完了してからフィンガー４１の閉鎖動作が開始されるまでの時間（Filled-up time）を確保するためである。したがって、当該フィンガーの動作について無関係な部分については、必ずしもカム６１の回転速度を遅くする必要はない。そこで、図８の時間ａから時間ｇまでの間ではカム６１の回転速度を速くして、時間ｇから時間ｅまでの間のみカム６１の回転速度を遅くする。すなわち、フィンガー４１〜４７のうち、搬送方向最下流側のフィンガー４７、及びそれと隣り合うフィンガー４６を駆動する速度よりも、他のフィンガー（４１〜４５）を駆動する速度を速くする。
【００６０】
これにより、図８でａ−ｇ間の時間を短縮することができるため、Filled-up time＞０として液体搬送量を高精度に保ちつつ、１サイクルの液体搬送時間を速くすることが可能となる。
【００６１】
＜第３実施例＞
本実施形態では、カム６１の回転速度を調整するに際してチューブ８０の復元力を考慮するが、同じチューブを使用した場合であっても、使用条件によって押し潰されたチューブが復元するまでに要する時間が異なる場合がある。
そこで、第３実施例として、チューブの復元時間が変化する場合の例について説明する。
【００６２】
まず、閉鎖状態が長く続く場合、すなわち、長時間にわたってチューブがフィンガーに押し潰されているような場合、チューブが元の形状に戻るまでの時間が長くなることがある。これは、チューブの材質等にも影響されるが、一般的に閉鎖状態が長いほど、戻り時間も長くなる傾向がある。そこで、閉鎖時間（例えば図３において時間ｂ〜ｃの間）が長くなるほど、カム６１の回転速度が遅くなるように調整する。すなわち、チューブが押し潰されていた時間が長いほど、フィンガーを駆動する際の速度、特にフィンガー４６とフィンガー４７を駆動する際の速度を遅くする。
【００６３】
上述の場合と同様に、フィンガー４６の開放動作に要する時間が長くなる分、フィンガー４１の閉鎖が開始されるタイミングを遅らせることによって、Filled-up time＞０となるように調整することができる。
【００６４】
また、同じチューブを連続的に使用していると、蠕動運動を繰り返す間に、チューブの復元力が劣化する場合がある。このような場合、チューブが押し潰された状態から元の形状に戻るまでの時間が長くなる。そこで、あらかじめチューブを連続的に使用する等の耐久実験を行って、チューブの使用時間と復元力の劣化との関係を求めておく。そして、求められた関係に基づいて、実際の液体搬送時のチューブの使用期間に応じてカム６１の回転速度を調整する。すなわち、チューブが使用された期間と押し潰されたチューブの形状が復元するまでの時間との関係に基づいて、フィンガーを駆動する際の速度、特にフィンガー４６とフィンガー４７を駆動する際の速度を調整する。例えば、チューブの使用期間が長いほど、カム６１の回転速度が遅くなるように調整される。
【００６５】
チューブの使用条件等に起因してフィンガー４６の開放動作に要する時間が長くなるのに応じて、フィンガー４１の閉鎖が開始されるタイミングを遅らせることによって、Filled-up time＞０となるように調整することができる。
【００６６】
このように、チューブの使用条件（復元時間）を詳細に考慮することにより、液体搬送量をより高精度に保つことができる。
【００６７】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、第１実施形態で説明したFilled-up timeに加えて、駆動部６０のモーター（不図示）の効率を考慮することにより、正確な液体搬送を実現しつつ、エネルギー効率の良い液体搬送を行なう。なお、送液ポンプ１０の構成は第１実施形態と同様である。
【００６８】
図９Ａ及び図９Ｂはモーターの効率を考慮して液体搬送を行なう例について説明する図である。図の横軸はモーターの駆動速度を表す（つまりフィンガーを駆動する際の速度に対応する）。図の縦軸はモーター効率の大きさを表す。そして、実線で描かれる曲線が、或る駆動速度でモーターを駆動させた場合のモーター効率を表す。なお、モーターの「効率」はエネルギー供給量に対するモーターの仕事量（回転量や振動量）の割合を示す。例えばピエゾモーターを使用する場合であれば、或る大きさの電圧信号を圧電素子に印加したとき、共振周波数付近で振動する時の効率が最大となる。
【００６９】
図の左側の斜線部で表される領域は液体搬送装置の使用目的上課される制限領域であり、この斜線部の領域ではモーター(フィンガー)を駆動させることはできない。例えば、単位時間当たりの液体搬送量の最小値が決められている場合には、モーター駆動速度の最低条件も決められる。すなわち、図のｖ１以上の速度でモーターを駆動させなければ、必要量の液体を搬送できないため、正確な液体搬送ができなくなる。
【００７０】
また、図の右側の斜線部で表される領域はFilled-up timeを確保するための制限領域であり、この斜線部の領域ではモーター(フィンガー)を駆動させることはできない。例えば、この領域の速度でモーターを駆動させると、フィンガー４６が開放される前にフィンガー４１の閉鎖が開始されてしまい、Filled-up time＜０となる。すなわち、図のｖ２以下の速度でモーターを駆動させなければ、Filled-up time＞０を確保することができないため、正確な液体搬送ができなくなる。
【００７１】
図９Ａの場合、モーターの効率が最大となる速度ｖ３は、ｖ１以上かつｖ２以下（ｖ１≦ｖ３≦ｖ２）の領域に含まれるため、モーターの駆動速度をｖ３とすることで、液体搬送の精度を確保しつつ（Filled-up time＞０）、効率の良い駆動をすることができる。
【００７２】
一方、図９Ｂの場合、モーターの効率が最大となる速度ｖ３は、ｖ２以上となる（ｖ１≦ｖ２≦ｖ３）。この場合、モーターの駆動速度をｖ３とすると、Filled-up time確保のための制限領域中に含まれてしまうため、液体搬送の精度を確保することができなくなる（Filled-up time＜０となる）。したがって、ｖ１以上、ｖ２以下の領域でモーター効率が最大となる速度ｖ２でモーターを駆動することにより、液体搬送の精度を確保しつつ（Filled-up time＞０）、効率の良い駆動をすることができる。
【００７３】
このように、液体の単位時間当たりの液体搬送量等の使用目的から決められる駆動速度の条件、及び、Filled-up time＞０を確保できる条件を考慮した上で、モーター効率が最も高くなるようにカム６１を回転させる速度が決められる。これにより、正確な液体搬送を実現しつつ、エネルギー効率の良い液体搬送を行なうことができる。
【００７４】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
前述の実施形態では、モーターが常に駆動（連続駆動）している場合の液体搬送について説明していたが、必ずしも連続的なモーター駆動が行われるとは限らない。例えば、液体搬送装置の使用用途に応じて３０秒間駆動して、３０秒間停止するような間欠駆動が行なわれる場合も考えられる。そこで、第３実施形態では、間欠駆動時にも効率の良い液体搬送を行なう。
【００７５】
第２実施形態（または第１実施形態）における液体搬送量をＤｕｔｙ＝１００％とした時、間欠駆動時でも連続駆動時と同量の液体を搬送するためには、その分フィンガーの駆動を速くする必要がある。例えば、Ｄｕｔｙ＝５０％とすると、モーターの速度を２倍にして駆動する必要がある。このような場合、Ｄｕｔｙに対応するモーターの駆動速度を算出し、当該速度に応じてFilled-up time＞０となるモーター駆動条件と、使用目的上のモーター駆動条件を求める。そして、前述の図９と同様にその条件を満たす範囲内でモーターの効率が最大となるときの駆動速度にてモーターを駆動する。これにより、間欠的に液体の搬送を行なう場合であっても、液体搬送の精度を確保しつつ（Filled-up time＞０）、効率の良い駆動をすることができる。
【００７６】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてフィンガーで押圧するチューブポンプを用いた液体搬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。
【００７７】
＜送液機構について＞
前述した実施形態において、チューブポンプの送液機構として、フィンガーを用いてチューブを押す機構について説明しているが、この限りではない。例えば、送液機構としてローラーで押す機構や、タイヤ（リング）で押す機構などを用いてもよく、本発明は高精度の吐出が要求されるチューブポンプすべてに適用することができる。
【００７８】
＜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６０は、カム６１を回転させることによってフィンガー４１〜４７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。例えば、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、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。
【符号の説明】
【００７９】
１０  送液ポンプ、２０  チューブポンプ、３１  ポンプユニット枠、３２  チューブ枠、４１〜４７  フィンガー、６０  駆動部、６１  カム８０  チューブ、８１  上蓋、８２  下蓋、９０  液体収容容器、９２  チューブ保持部、９５  固定螺子。
【図１】
2015158209.tif 000003
【図２】
2015158209.tif 000004
【図３】
2015158209.tif 000005
【図４】
2015158209.tif 000006
【図５】
2015158209.tif 000007
【図６】
2015158209.tif 000008
【図７】
2015158209.tif 000009
【図８】
2015158209.tif 000010
【図９】
2015158209.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月9日(2015.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に液体を搬送するチューブと、
前記第１の方向と直交する第２の方向に往復移動する複数のフィンガーと、
調整される回転速度で回転するカムと、
を備えた液体搬送装置であって、
前記カムは前記フィンガーを押す凸部を有し、
前記フィンガーが、前記凸部に押されて前記チューブを押し潰す閉鎖動作と、前記凸部からの押圧が減少して前記チューブを押し戻す開放動作と、を繰り返しおこなうことを特徴とする液体搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体搬送装置であって、
前記フィンガーの一方の端部を第１端部とし、
前記フィンガーのもう一方の端部を第２端部とし、
前記閉鎖動作とは、前記凸部が前記第１端部を押すことによって前記フィンガーを前記第２の方向に移動させて前記第２端部が前記チューブを押し潰す動作であり、
前記開放動作とは、前記凸部から前記第１端部が外れることによって押し潰されていた前記チューブが復元力によって押し戻すように動く動作であり、
前記カムが回転するにしたがって前記凸部と前記フィンガーとが前記閉鎖動作と前記開放動作とを繰り返すことを特徴とする液体搬送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体搬送装置であって、
前記カムの回転速度を調整することにより、
前記第１の方向において最下流側である第１のフィンガーの閉鎖動作と、前記第１のフィンガーと隣り合う第２のフィンガーが押し潰したチューブが復元される開放動作と、が完了した後で、前記搬送方向の最上流側の第３のフィンガーの閉鎖動作が開始されることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体搬送装置であって、
前記カムの回転速度を調整することにより、
前記第１のフィンガー及び前記第２のフィンガー以外の他のフィンガーが前記第２の方向に移動する速度を、前記第１のフィンガー及び前記第２のフィンガーが前記第２の方向に移動する速度よりも速くすることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の液体搬送装置であって、
前記チューブを長い時間において押し潰していたフィンガーの開放動作では、
前記第２の方向に移動する速度を遅くするように、前記カムの回転速度を調整することを特徴とする液体搬送装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の液体搬送装置であって、
前記チューブが使用された期間と押し潰された前記チューブの形状が復元するまでの時間との関係に基づいて、
前記第１の方向において最下流側であるフィンガー及び前記第１の方向において最下流側であるフィンガーと隣り合うフィンガーが前記第２の方向に移動する際の速度を調整するように前記カムの回転速度を設定することを特徴とする液体搬送装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液体搬送装置であって、
前記チューブの一部が円弧状に設けられ、
複数の前記フィンガーはそれぞれ前記チューブの円弧中心方向から放射状に設けられ、
前記カムは前記チューブの円弧中心を軸として回転し、
前記カムを所定の速度で回転させて、前記凸部が複数の前記フィンガーを前記第１の方向の上流側から下流側に順次押すことにより、
前記チューブに蠕動運動を生じさせることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液体搬送装置であって、
前記液体の搬送量から決められる前記フィンガーを第２の方向へ移動させる際の速度条件と、
前記第１の方向の最下流側のフィンガーと隣り合うフィンガーの開放動作が完了した後で、前記第１の方向の最上流側のフィンガーの閉鎖動作が開始されるように前記フィンガーを第２の方向に移動させる際の速度条件と、を考慮して、
前記カムを回転させるモーターのエネルギー効率が最も高くなるように前記カムを回転させる速度が決められることを特徴とする液体搬送装置。
【請求項９】
チューブ内の液体を第１の方向に搬送する液体搬送方法であって、
前記第１の方向と直交する第２の方向に往復移動する複数のフィンガーを前記第１の方向に配置し、
カムを回転させて、前記カムに設けられた凸部が前記フィンガーを押して、前記フィンガーが前記第２の方向に往復移動することによって、
前記フィンガーが、前記チューブを押し潰す閉鎖動作と、前記凸部からの押圧が減少して前記チューブが復元する開放動作と、を繰り返しおこなうことを特徴とする液体搬送方法。