(57)【要約】【課題】微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプ装置を提供する。【解決手段】マイクロポンプ装置１は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブ１０と、弾性チューブ１０を押圧して該弾性チューブ１０の内部に複数の密閉空間を形成する凸部２６と、凸部２６を弾性チューブ１０に対して移動させて流体を移送するダイレクトドライブモータ１６と、吐出側の流体の流量を検出する流量センサ３６と、吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサ３８と、流量センサ３６の出力信号と圧力センサ３８の出力信号とに基づいて、ダイレクトドライブモータ１６による凸部２６の移動速度を調整するコントローラ４４とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、
前記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、
前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構と、
前記弾性チューブの吐出側の流体の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサの出力信号に基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整するコントローラと、
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記流量センサの出力信号と与えられた目標流量とに基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項１に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項３】
内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、
前記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、
前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構と、
前記弾性チューブの吐出側の流体の流量を検出する流量センサと、
前記弾性チューブの吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記流量センサの出力信号と前記圧力センサの出力信号とに基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整するコントローラと、
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記流量センサの出力信号と、前記圧力センサの出力信号と、与えられた目標流量とに基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項３に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記目標流量と、あらかじめ与えられた前記弾性チューブの断面積とに基づいて、前記押圧部の目標移動速度を算出する演算部と、
前記目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差、または前記目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差および前記圧力センサの出力信号に基づいて補正量を算出する演算部と、
前記目標移動速度と前記補正量とを加えて前記押圧部の補正目標移動速度とする演算部と、
を含み、前記押圧部の移動速度が前記補正目標移動速度となるように前記押圧部移動機構を制御することを特徴とする請求項４に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差、または前記目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差および前記圧力センサの出力信号に基づいて補正量を算出する演算部と、
前記目標流量と前記補正量とを加えて補正目標流量とする演算部と、
前記補正目標流量と、あらかじめ与えられた前記弾性チューブの断面積とに基づいて、前記押圧部の補正目標移動速度を算出する演算部と、
を含み、前記押圧部の移動速度が前記補正目標移動速度となるように前記押圧部移動機構を制御することを特徴とする請求項４に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項７】
前記流量センサは、超音波形流量センサ、熱式流量センサ、コリオリ型流量センサのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項８】
前記押圧部は、回転体に形成された突起部であり、
前記押圧部移動機構は、前記回転体を回転させるモータを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項９】
前記モータは、ＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモータ、ダイレクトドライブモータ、パルスモータ、インバータ駆動モータのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１０】
前記モータの回転を減速して前記回転体に伝達する減速機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８または９に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差と、前記回転体の位相角との相対関係に基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、少なくとも目標流量と前記流量センサの出力信号との偏差と、前記回転体の位相角との相対関係を学習する学習機構を含むことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１３】
前記コントローラの学習機構は少なくとも積分器を含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記回転体の位相角から前記マイクロポンプ装置の出力流量の変動を推定し、該推定結果に基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項１２に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１５】
内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、
前記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、
前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構と、
前記弾性チューブの吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの出力信号に基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整するコントローラと、
を備えたことを特徴とするマイクロポンプ装置。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記圧力センサの出力信号と与えられた目標流量とに基づいて、前記押圧部移動機構による前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項１５に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１７】
前記押圧部は、回転体に形成された突起部であり、
前記押圧部移動機構は、前記回転体を回転させるモータを含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１８】
前記モータは、ＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモータ、ダイレクトドライブモータ、パルスモータ、インバータ駆動モータのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項１９】
前記モータの回転を減速して前記回転体に伝達する減速機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項２０】
前記圧力センサは、半導体式圧力センサ、静電容量式圧力センサ、圧電式圧力センサのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３から１９のいずれか一項に記載のマイクロポンプ装置。
【請求項２１】
複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、
前記弾性チューブを押圧部で押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、
与えられた目標流量と、あらかじめ与えられた前記弾性チューブの断面積とに基づいて、前記押圧部の目標移動速度を算出し、
前記目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差、または前記目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差および前記弾性チューブの吐出側の流体の圧力に基づいて補正量を算出し、
前記目標移動速度と前記補正量とを加えて前記押圧部の補正目標移動速度とし、
前記押圧部の移動速度が前記補正目標移動速度となるように制御し、前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送することを特徴とする流体移送方法。
【請求項２２】
複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、
前記弾性チューブを押圧部で押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、
与えられた目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差、または前記目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差および前記弾性チューブの吐出側の流体の圧力に基づいて補正量を算出し、
前記目標流量と前記補正量とを加えて補正目標流量とし、
前記補正目標流量と、あらかじめ与えられた前記弾性チューブの断面積とに基づいて、前記押圧部の補正目標移動速度を算出し、
前記押圧部の移動速度が前記補正目標移動速度となるように制御し、前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送することを特徴とする流体移送方法。
【請求項２３】
複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、
回転体に形成された押圧部で前記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、
与えられた目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差と、前記回転体の位相角との相対関係に基づいて、前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送することを特徴とする流体移送方法。
【請求項２４】
複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、
回転体に形成された押圧部で前記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、
与えられた目標流量と前記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差と、前記回転体の位相角との相対関係を学習し、
前記学習の結果に基づいて、前記押圧部を前記弾性チューブに対して移動させて前記密閉空間内の流体を移送することを特徴とする流体移送方法。
【請求項２５】
積分器による積分機能を用いて前記相対関係を学習することを特徴とする請求項２４に記載の流体移送方法。
【請求項２６】
前記回転体の位相角から前記マイクロポンプ装置の出力流量の変動を推定し、
前記推定の結果に基づいて前記押圧部の移動速度を調整することを特徴とする請求項２４に記載の流体移送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロポンプ装置に係り、特にマイクロリアクタやマイクロＴＡＳ（Total  Analysis  System）のように粘度の高い微少流量の化学薬品を取り扱うのに好適なマイクロポンプ装置に関するものである。また、本発明は、かかるマイクロポンプ装置を用いて流体を移送する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医薬品製造プロセスや医療用で使用される微少流量の流体を一方向に向けて精度よく送るポンプとしては、スクリューを回転させることによりスクリュー内部の流体を移送するスクリューポンプ、ローラなどで外部からチューブを押し潰すことにより流体を移送するチューブポンプ、注射器（シリンジ）のピストンをアクチュエータで制御することにより流体を移送するシリンジポンプなどが知られている。いずれのポンプにも一長一短があるが、特に薬品製造プロセスや医療用で使用されるポンプには、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に移送することが求められている。
【０００３】
上述したチューブポンプとしては、例えば、チューブのねじりと複数のバルブを併用することにより送液を実現するものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。しかしながら、これらのチューブポンプでは、送液のときに生じる圧力脈動を低減させることが難しく、上述した医療や医薬の分野における各種検査や製造に用いるには問題が多い。
【０００４】
また、圧電素子を用いた超音波モータを利用してポンプ全体の小型化を実現したチューブポンプも知られている（例えば特許文献３参照）。上述した医療や医薬の分野における各種検査や製造においては、通常は複数の異なった状態や物性の試薬を同時にある一定の流量で脈動なく安定して送液することが求められるが、特許文献３に開示されたチューブポンプは１本のチューブを備えているだけであり、単一の流体しか送ることができない。また、このチューブポンプは、送液のときに生じる圧力脈動を低減できるような構造を有しておらず、医療や医薬の分野における各種検査や製造において求められる仕様を十分に満足させることはできない。
【０００５】
また、その他のチューブポンプやシリンジポンプも開発されているが、医療や医薬の分野における各種検査や製造において求められる仕様、すなわち、複数の異なった状態や物性の試薬を同時にある一定の流量で脈動なく安定して送液することを満足する技術は開発されていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７８４９５号公報
【特許文献２】特開２００１−８２３４３号公報
【特許文献３】特開２００３−４９７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプ装置を提供することを第１の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる流体移送方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプ装置が提供される。このマイクロポンプ装置は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、上記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構とを備えている。また、このマイクロポンプ装置は、上記弾性チューブの吐出側の流体の流量を検出する流量センサと、上記流量センサの出力信号に基づいて、上記押圧部移動機構による上記押圧部の移動速度を調整するコントローラとを備えている。
【００１０】
このように、押圧部を弾性チューブに対して移動させて流体を移送する場合には、出力流量は、押圧部の移動速度と有効チューブ断面積の積となる。したがって、押圧部の移動速度を変化させることによりポンプの出力流量を変化させることができる。上述の構成によれば、弾性チューブの吐出側の流体の流量変動を流量センサによって検出し、この流量変動に基づいて押圧部の移動速度を調整することができるので、出力流量の脈動、主として弾性チューブの配置、断面積、圧縮量などの誤差に起因する流量変動を抑制することができる。
【００１１】
ここで、押圧部とは、弾性チューブに押圧点において接触し、換言すれば弾性チューブとの接触部において押圧点を形成し、該押圧点において弾性チューブを押圧し、閉塞して（密閉して）弾性チューブの内部を区分し(画分し)、密閉空間を形成する部材をいう。例えば、回転体の外周側に螺旋状に形成された突起部（凸部）や、回転体の外周側に螺旋状に形成されたねじ溝に配置されたボール列、あるいはボール列とチューブとの間に配置されたカラーなどが押圧部となり得る。また、有効チューブ断面積とは、上記マイクロポンプ運転中の任意の瞬間に吐出側に向かって開いている弾性チューブの断面積の合計をいう。
【００１２】
次に、ポンプ負荷（すなわち、吐出側の圧力）変動に起因する出力流量の変動を圧力センサの出力信号を用いて補正し、さらにポンプの製作誤差などに起因する出力流量の変動を流量センサの出力信号を用いて補正することとすれば、出力流量の変動をより一層抑制する効果を得ることができる。これは、流量センサの応答速度に比べると、圧力センサの応答速度は速いので、瞬間的な流量変動の検出および補正を圧力センサの出力信号を用いて行い、さらに長期的な流量変動の検出および補正を流量センサの出力信号を用いて行うことができるからである。
【００１３】
すなわち、本発明の第２の態様によれば、マイクロポンプ装置は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、上記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構と、上記弾性チューブの吐出側の流体の流量を検出する流量センサと、上記弾性チューブの吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサと、上記流量センサの出力信号と上記圧力センサの出力信号とに基づいて、上記押圧部移動機構による上記押圧部の移動速度を調整するコントローラとを備えている。
【００１４】
ここで、上述した流量センサとしては、流体の種類や粘度に依存しないものが好ましい。一般的には、流量センサとして、カルマン渦流量計や差圧式流量計、タービン流量計（回転式流量計）、電磁流量計などを用いることができる。しかしながら、カルマン渦流量計や差圧式流量計は、管路内に特定の抵抗体を設けることにより流量を検出するものであり、流体の粘度や密度の影響を受けて精度が劣化することに加えて、管路内に抵抗体を設けなければならないという制約があることから、上述した目的に最適なものとは言えない。また、タービン流量計に代表される回転式流量計は、粘度や密度の影響を受けにくいという利点を有するが、流路中に回転子を設けねばならないため、微小流量を流す細い管路内に挿入できる小型の回転子を精度良く製作することが難しいという問題がある。電磁流量計は管路を閉塞しないため、細い流路に設けることも容易であるが、流体が磁気感応性を有している必要があり、薬品製造プロセスのように多種類の流体で用いる応用に対しては最適な選択とは言いがたい。
【００１５】
これらを考慮すると、上記流量センサとしては、超音波形流量センサ、熱線式流量センサ、またはコリオリ型流量センサが好適である。超音波式流量センサと熱線式流量センサは、原理的には流体による音波や熱の移動そのものを検出するものであるから、流体の種類の影響を受けにくい。また、コリオリ式流量センサは、質量の移動そのものによる振動を検出するものであるから、やはり流体の種類を問わない。
【００１６】
また、上記圧力センサとしては、抵抗線式圧力センサや半導体（ピエゾ抵抗効果）式圧力センサ、静電容量式圧力センサ、圧電式圧力センサなどを用いることができる。種々の流体に使用するため、接液部の材質を任意に選択可能であること、小さな流路で使用できるように小型化が容易であること、変動を適切に検出できる感度を有することなどの条件を加味すると、半導体式圧力センサ、静電容量式圧力センサ、または圧電式圧力センサが好適である。
【００１７】
上述したように、ポンプの出力流量は、概ね押圧部の移動速度とチューブ断面積との積で決まる。したがって、外部から与えられた目標出力流量に対応する速度で押圧部を移動させれば、求めるポンプ出力流量を概ね実現することができる。このため、上述した変動の補正は、目標の出力流量に対応した目標移動速度に、変動を抑制するための補正量を加える形で実現することが好ましい。ここで、外部から与えられた目標出力流量は、与えられたマイクロリアクタの配合比などからコントローラが内部で自動的に算出した流量でも、直接与えられた値であってもよく、あるいは所定の目標流量を流量センサの変換係数で変換したような値でもよい。すなわち、外部から与えられた目標出力流量とは、コントローラに与えられた、目標流量に相当するものをいう。
【００１８】
このとき、吐出側に流量センサが設けられていることから、外部から与えられた目標流量と検出した流量の偏差をとり、適当なゲインをかけた値を目標移動速度とするフィードバック制御を採用することは、技術的には可能であるが、適当かつ洗練された方法とは言いがたい。このような単純フィードバック制御では、偏差を基準にして押圧部の移動速度を算出するので、動作に遅れが生じる上に、目標出力流量に対応する押圧部の移動速度を算出するために偏差が必要であるので、必ず偏差が残ってしまう（すなわち、定常偏差が残る）。このような定常偏差は、流量の偏差の積分器を用いることで改善することが可能であるが、目標流量に相当する目標移動速度を実現するために必要な積分ゲインと変動を抑制するために適切な積分ゲインが異なることで、所望の制御性能を得ることが難しいという問題が生じる。
【００１９】
このような手法が、一般的な容積式ポンプ装置では用いられていなかった理由は、その駆動機構の負荷剛性や容積室の切り替え時間、流量の大きさに起因している。例えば、油圧装置におけるアキシャルプランジャポンプやラジアルプランジャポンプにおいては、１回転あたりの容積室の切り替えを増やし、かつ回転速度を高めることで、１回転中に現れる流量変動の周波数成分を重畳させて変動を低減する構造となっている。これは、本願発明に係るマイクロポンプ装置に比べて、出力流量が圧倒的に大きいため、多数の容積室の出力を重畳させて定常流量を高めることが相対的な流量変動の抑制に効果的であるからである。また、回転速度が比較的高い（数十ｍｉｎ−１以上）場合に、ポンプの１回転中の位相角に伴って変動する出力流量を、ポンプの１回転中の回転速度を制御することによって補償するためには、コントローラやセンサ、駆動機構の応答性がすべて非常に高速であることが必要となるため、実現が困難であるという問題もあったからである。さらに、レシプロケーティングプランジャポンプやラジアルプランジャポンプでは、吸込・吐出部分にチェック弁が設けられており、回転速度の変化が不安定な振動や騒音の原因になることが多い。このため、従来の容積形ポンプでは、一般には安定した回転速度を入力として、流量変動の補償には吐出側管路にアキュムレータを設けることで、残った流量の変動分を補償するという対応をしている。
【００２０】
一方、本願発明に係るマイクロポンプ装置においては、出力として要求される流量はきわめて微小であり、容積室の切り替えを多数重畳させることで流量の定常成分を高め、変動成分の影響を相対的に低減する手法は現実的ではない。その半面で、容積室の移動速度は低速であるので、容積室の移動速度を調整することは構造上、ならびに、技術上の問題の原因とならず、速度を適切に調整することがむしろ有効な手法となる。
【００２１】
このように、押圧部の移動速度を調整することによりポンプの出力流量の変動を抑制する方法では、押圧部の移動速度を規定する移動機構の応答がコントローラの指令に遅滞なく追従することが重要であることは言うまでもない。また、負荷の変動を考えた場合、瞬間的な流量や圧力の変動に伴って負荷が要求する仕事率が増大し、駆動機器にはきわめて短い期間ながら定格出力を大きく超える出力が必要になる場合がある。このように押圧部の移動機構に要求される条件から考えると、押圧部の速度制御に好適な移動機構は、いわゆる電動モータである。特にマイクロリアクタへの応用を考えると、その出力流量は小さいから、低速高トルクなモータが好適なモータであって、ダイレクトドライブモータ、ＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモータの順で好適なモータとなる。
【００２２】
また、低速高トルクという観点から考えれば、高減速比でバックラッシュの少ない減速機構を用いることもできる。バックラッシュが存在すると、流量の変動やコントローラの指令に応じて押圧部を移動させようとしても、不感帯ができてしまい適切な調整や滑らかな運動を実現できなくなる。また、駆動側から見た慣性モーメントは減速比の２乗で影響するので、被駆動部品の慣性モーメントはできるだけ小さいほうがよい。このような観点からは、減速機構は通常の平歯車を組み合わせた減速機構を用いるのでなく、ハーモニックドライブやプラノセントリック減速機構、遊星ローラ減速器（遊星形トラクションドライブ）などのような差動型減速機構を用いることが好ましい。これらの場合には、減速機構の入力となる回転速度は比較的高速でよいため、低速高トルクな特性を有するよりも、高速域で出力効率と応答性が高いことが好ましく、ＡＣサーボモータが最も好適な駆動機構となり、インバータ駆動モータやパルスモータを用いても、良好な流量変動の抑制効果を得ることができる。
【００２３】
また、ポンプを運転しながら、ポンプの位相角とポンプの出力流量の変動との相関関係を学習し、学習した結果を用いて押圧部の移動速度を制御してもよい。この相関関係の学習においては、ある程度の周期性を利用することができるから、例えば、２条のねじ状の押圧部を用いるのであれば、３６０°を１周期とするのではなく１８０°を１周期として考えても、適切な結果を得ることができる。また、この位相角と流量変動の相関関係の学習方法としては、さまざまな手法を用いることができる。
【００２４】
比較的単純な方法としては、ポンプの数周期分の流量変動の測定データをメモリに蓄積しておき、同じ位相角（押圧部と弾性チューブとの間の相対位置関係をいう。本明細書においてはこの意味で用いる）の測定値を平均して用いることができる。この方法では、いわゆる移動平均と同じように、直近の数周期分の流量変動を用いて、一番古いデータを捨てることで連続的な処理が可能となる。数周期分の代わりに１周期分のデータを用いてもよいことは言うまでもないが、ノイズの影響が懸念されるため平均化のようなフィルタリング処理を施すことが好ましい。
【００２５】
この学習処理および学習結果を用いた補正は、通常の制御とは異なり、今の時点の値を直接用いるのではなく、以前の同じ位相角のデータを用いなくてはならない。一定の時間間隔で測定したデータを直接用いると、補正量によって位相角がずれてしまうため、ある時刻の位相角と流量変動の関係を測定しておき、位相角と流量変動のデータを作る必要があり、少し面倒な作業が必要になる。すなわち、一定の位相角の間、位相角と流量変動の時系列的なデータを蓄積しておき、時刻との対応から位相角と流量変動との相関関係のデータに作り直して次回に用いる。具体的には、１周期の間を数個に分割し、対応した区間の最後の位相角を検出したら、次に使うときのためにデータを更新するといった手法を用いることにより、制御に用いるデータの連続性を保つことができる。
【００２６】
また、単に位相角と流量変動の関係だけで流量変動の補正量を得る方法では、実現できる平滑度に限界が生じてしまう。すなわち、学習結果に基づいて流量変動分に相当する補正量を加えることで流量変動が低減してゆくため、補正量そのものが低下してしまい、ある一定以上の脈動が残らざるを得ないこととなる。したがって、以前のデータを単に捨ててしまうのではなく、これを有効に利用する方法が必要である。以前のデータを利用して適切な補正量を記憶しておくひとつの手法は、適当な積分器を用いることである。押圧部の目標移動速度を補償することによって変動が微小な値になると、積分器の出力は概一定となる。これは、位相角と変動の関係がちょうど積分器に学習されたことに相当する。表面上はコントローラの構成や更新手段に積分器が用いられていなくても、以前の出力結果に基づいて順次改善してゆくことは実質的に積分器を含んでいるため、以下では、このような学習機構を積分器ということにする。
【００２７】
ここで、流量変動の積分器の学習結果を用いたとしても所望の性能が得られるとは限らない。最も大きな問題は、積分器の学習が適切になされるかどうかである。流量変動は、負荷側の抵抗（すなわち吐出圧力）や圧力の変動、押圧部自体の運動などさまざまな要因に影響される。これらの要因の影響を加味して学習を行わないと、積分器は誤った位相角と流量変動の関係を学習してしまう。もちろん、位相角と流量変動の関係を誤って学習しても、出力される流量が平坦化されれば問題はないが、学習結果が誤っている多くの場合には負荷変動などの外的影響に対して適切な補償ができなくなる。
【００２８】
このような複数の要因の影響を考慮して積分器を設計する方法を考えた場合に、より理論的な方法が必要となる。例えば、入力とする押圧部の移動速度からポンプの出力流量にいたる関係を物理的な数式モデルで表現して、これに基づいた学習手法を用いて押圧部の移動速度を決定すればよい。このような理論的な設計手法としては、例えばモデル規範形適応制御システムの設計法が利用できる。
【００２９】
また、人間の学習形態を模した人工知能型の学習方法を用いることも可能である。これは複数の入出力との関連をもつ状態量を多数設け、入力から中間の状態量への重みを教師信号に一致するように修正してゆく手法である。重みはいわばシナプス結合であり、状態量は神経細胞に相当している。入力と出力の間に十分な状態量を配置することで、線形関係のみならず、非線形な関係をも適切に学習できるという利点を有している。この手法では、表面上は積分器が現れないが、中間の状態量の出力を自分の入力に戻してやることで、簡単に積分器を作ることができる。この構成において難しいことは、むしろ微分的な要素をどのように作るかということであり、ある意味で積分器の塊のようなコントローラである。
【００３０】
上述した学習方法ではなく、例えば、他の適応推定手法や、適応ファジイ推定法、ニューロファジイ法など、別の学習方法や推定方法を用いることができることは言うまでもない。
【００３１】
本発明の第３の態様によれば、マイクロポンプ装置は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、上記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する押圧部と、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構と、上記弾性チューブの吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサの出力信号に基づいて、上記押圧部移動機構による上記押圧部の移動速度を調整するコントローラとを備えている。このような構成により、主として弾性チューブの配置、断面積、圧縮量などの誤差に起因する流量変動を抑制することができる。
【００３２】
ポンプの負荷（すなわちマイクロリアクタの通過抵抗）が一定であるとすれば、流量変動は圧力の変動としてポンプの吐出側に現れるから、ポンプの吐出側の流体の圧力変動を圧力センサによって検出し、この圧力変動に基づいて押圧部の移動速度を調整できる。
【００３３】
本発明の第４の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる流体移送方法が提供される。この方法においては、複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、上記弾性チューブを押圧部で押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する。与えられた目標流量と、あらかじめ与えられた上記弾性チューブの断面積とに基づいて、上記押圧部の目標移動速度を算出し、上記目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差、または上記目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差および上記弾性チューブの吐出側の流体の圧力に基づいて補正量を算出する。上記目標移動速度と上記補正量とを加えて上記押圧部の補正目標移動速度とし、上記押圧部の移動速度が上記補正目標移動速度となるように制御して上記押圧部を移動させる。この方法によれば、マイクロポンプ装置における流量変動を抑制することができ、マイクロポンプ装置の出力流量を一定に制御することができる。
【００３４】
本発明の第５の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる流体移送方法が提供される。この方法においては、複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、上記弾性チューブを押圧部で押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する。与えられた目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差、または上記目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差および上記弾性チューブの吐出側の流体の圧力に基づいて補正量を算出し、上記目標流量と上記補正量とを加えて補正目標流量とし、上記補正目標流量と、あらかじめ与えられた上記弾性チューブの断面積とに基づいて、上記押圧部の補正目標移動速度を算出する。上記押圧部の移動速度が上記補正目標移動速度となるように制御し上記押圧部を移動させる。この方法によれば、マイクロポンプ装置における流量変動を抑制することができ、マイクロポンプ装置の出力流量を一定に制御することができる。
【００３５】
本発明の第６の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる流体移送方法が提供される。この方法においては、複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、回転体に形成された押圧部で上記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する。与えられた目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差と、上記回転体の位相角との相対関係に基づいて、上記押圧部を移動させる。この方法によれば、あらかじめ把握している流量変動が発生する位相角での流量変動を抑制することができ、マイクロポンプ装置の出力流量を一定に制御することができる。
【００３６】
本発明の第７の態様によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる流体移送方法が提供される。この方法においては、複数の弾性チューブの内部に流体を流通させ、回転体に形成された押圧部で上記弾性チューブを押圧して該弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成し、上記押圧部を上記弾性チューブに対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する。与えられた目標流量と上記弾性チューブの吐出側の流体の流量との偏差と、上記回転体の位相角との相対関係を学習し、上記学習の結果に基づいて上記押圧部を移動させる。この方法によれば、マイクロポンプ装置の実際の出力流量が目標流量と異なっていても、自動的に目標流量と等しくなるように調整できるので、目標流量と実際の出力流量との間の偏差に対する位相角の関係を予め把握していなくてもマイクロポンプ装置の出力流量を一定に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係るマイクロポンプ装置によれば、微少流量の流体を脈動なく連続的かつ定量的に安定して移送することができる。また、組立誤差や部品の製作誤差の影響を低減することができ、製作時間や調整のコストを低減することができる。また、運転中に自動的に調整が行われるから、初めて設置したときや組み立て直したとき、運転条件を変えたときにも、初期調整の手間が必要なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明に係るマイクロポンプ装置の実施形態について図１から図１８を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるマイクロポンプ装置１を示す模式図である。図１に示すように、マイクロポンプ装置１は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブ１０と、内周面に弾性チューブ１０を支持する円筒状のケーシング１２と、ケーシング１２内に収容されたスクリュー状の回転体１４と、回転体１４を回転させる中空軸形ダイレクトドライブモータ１６とを備えている。ダイレクトドライブモータ１６の駆動軸１６ａは回転体１４に結合されており、ダイレクトドライブモータ１６の駆動により回転体１４が一体に回転するようになっている。
【００４０】
ケーシング１２には、ダイレクトドライブモータ１６のモータケーシング１８が取り付けられている。ダイレクトドライブモータ１６は、クロスローラベアリング２０と光学式エンコーダ２２とコイル２４とを備えている。クロスローラベアリング２０は、駆動軸１６ａから伝わるラジアル方向およびアキシャル方向の負荷を負担する。
【００４１】
回転体１４は、弾性チューブ１０を押圧する押圧部としての螺旋状の凸部２６を有している。ケーシング１２には流体供給口２８が形成されており、この流体供給口２８には供給ヘッダ管３０が取り付けられている。この供給ヘッダ管３０はケーシング１２の内部で複数の弾性チューブ１０に分岐している。分岐したチューブ１０は、ケーシング１２の内周面に保持され、回転体１４の凸部２６によって圧縮密閉され、回転体１４の回転に伴って内部の流体が移送されるようになっている。
【００４２】
弾性チューブ１０の吐出側は集合ヘッダ管３２が取り付けられており、この集合ヘッダ管３２には吐出管３４が取り付けられている。弾性チューブ１０を流れる流体は集合ヘッダ管３２により合流し、吐出管３４を通って外部に吐出されるようになっている。
【００４３】
このような構成のマイクロポンプ装置１において、チューブ１０は回転体１４の凸部２６により複数の押圧点で押圧され変形する。ここで、押圧点とは、チューブ１０に押圧部としての凸部２６が接触する接触点をいう。これらの押圧点においてチューブ１０が押圧される結果、チューブ１０の内部に形成された通路は該接触点で部分的または実質的に十分に閉塞される。これにより、隣接する押圧点間のチューブ１０の内部に密閉空間が形成される。このように、それぞれのチューブ１０において、隣接する押圧点の間のチューブ１０内に一定容積の密閉空間が形成され、その密閉空間がチューブ１０に沿って複数個互いに隣接して直列に形成される。なお、ここでいう押圧点は、数学的に厳密な意味での点を意味するものではなく、有限の面積を持つことはもちろんのこと、チューブ１０の長手方向に一定の長さを持つものも含むものである。
【００４４】
そして、回転体１４の回転軸をケーシング１２に対して固定した状態で、ダイレクトドライブモータ１６を駆動して回転体１４をケーシング１２に対して相対的に回転させると、回転体１４の外周面の凸部２６とチューブ１０との接触点（押圧点）がチューブ１０の長手方向に沿って移動する。この押圧点の移動に伴って、チューブ１０内の流体は凸部２６に絞られるようにしてチューブ１０の長手方向に沿って移動し、この結果、チューブ１０内の流体が移送される。このように、ダイレクトドライブモータ１６は、回転体１４の凸部２６をチューブ１０に対して移動させて上記密閉空間内の流体を移送する押圧部移動機構として機能する。
【００４５】
このように、本実施形態におけるマイクロポンプ装置１は、複数の押圧点でチューブ１０を閉塞することにより、チューブ１０の長手方向に沿って複数の押圧点での圧力損失を重畳させることで、従来のチューブポンプに比べて高い昇圧特性を有しつつ、複数のチューブ１０の出力流量を合算することによって流量変動をも低減しうるという優れた特性を有している。
【００４６】
ここで、このようなマイクロポンプ装置１において、構造上不可避な２種類の出力流量の変動が発生する可能性がある。なお、ここでいう出力流量の変動とは、比較的同じ大きさの変動が一定周期で生じる脈動現象をも含む広い意味での流量の変動をいう。
【００４７】
まず、第１の変動は、チューブ１０を凸部２６により画分することによって流体が途切れる部分が存在するために生じるもので、比較的同じ大きさの変動が一定周期で生じる脈動現象である。もちろん、この変動は、複数のチューブ１０の出力流量を合成することにより概ね除去することができる。
【００４８】
例えば、２条の凸部２６を有する回転体１４を用いて３本のチューブＡ，Ｂ，Ｃ内の流体を移送する場合を考える。理想的な状態では、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの出力流量とこれらの合計流量は、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すようになる。図２（ａ）から図２（ｃ）のそれぞれのチューブの出力流量を見ればわかるように、従来のチューブポンプにおいては、十分な出力流量を有する区間と流量の出力がない区間とが交互に発生し、周期的に出力流量が変動する。これに対して、本実施形態のようなマイクロポンプ装置１によれば、凸部２６による閉塞間隔やチューブ同士の相対位置を適切に設定することにより、図２（ａ）に示すように、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの変動を適切に重畳して互いに打ち消し合い、合計流量を理論的にも完全に一定にすることができる。
【００４９】
しかしながら、実際には、マイクロポンプ装置１の部品製作上のわずかな誤差（公差）や組立誤差、チューブ１０とケーシング１２のガタなど「理想的な形状からのずれ」が発生することが避けられない。このため、例えば、チューブ１０同士の相対位置（相対的な位相角）のずれ、チューブ１０の圧縮量（押圧部によりチューブが圧縮ないし押圧される量）やチューブ１０の内径などの誤差が、流量変動の適切な重畳を妨げる要因になってしまう。
【００５０】
例えば、組立・製作誤差がある場合として、３本のチューブＡ，Ｂ，ＣのうちチューブＢの位相が１°だけずれていた場合には、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの出力流量とこれらの合計流量は、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すようになる。図３（ａ）の合計流量を見ればわかるように、わずか１°（すなわち０．３％以下）の位相角誤差であっても、局所的に大きな変動が生じていることがわかる。
【００５１】
また、３本のチューブＡ，Ｂ，ＣのうちチューブＣの有効断面積または圧縮量が１０％だけ少ない場合には、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの出力流量とこれらの合計流量は、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すようになる。図４（ａ）の合計流量を見ればわかるように、概ね断面積誤差に対応した５％程度の長周期の変動が生じることがわかる。さらに、３本のチューブＡ，Ｂ，ＣのうちチューブＢの位相が１°だけずれ、チューブＣの有効断面積または圧縮量が１０％だけ少ない場合には、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの出力流量とこれらの合計流量は、図５（ａ）から図５（ｃ）に示すようになる。
【００５２】
また、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すような断面積誤差が生じている場合の流量変動は、製作・組立誤差に起因するから、出力波形を測定して、変動が少なくなるように組み立て直せば改善されるのは明らかである。しかしながら、実際の変動は、図５（ａ）から図５（ｃ）に示すような位相角誤差と有効断面積誤差の合計となるから、位相角と合計出力流量の関係は非常に複雑な波形となり、波形を見ただけではどこに問題があるのか判断することは容易ではない。また、大きな局所的変動を生じる位相誤差はわずか０．３％の誤差であったとしても５％近い流量変動を生じてしまうから、変動が小さくなるように組立調整を行うことは多大な労力が必要となる。
【００５３】
第２の変動は、流体や管路の圧縮性とポンプの負荷抵抗に起因して生じるものであり、比較的短期の変動である。画分された容積室が押圧部の移動に伴って負荷側の流体と繋がる際に、急激な圧力変動（圧力上昇）が生じ、負荷側から画分されていた容積室に移送流体が逆流する。このため、ポンプの画分区間の切り替えの部分で周期的に出力流量の低下が生じる。
【００５４】
例えば、上述した理想的な組立状態における３本のチューブＡ，Ｂ，Ｃにおいて逆流が生じている場合には、それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの出力流量とこれらの合計流量は、図６（ａ）から図６（ｃ）に示すようになる。それぞれのチューブＡ，Ｂ，Ｃの容積室が吐出側と繋がる短い区間で逆流が生じるので、変動は局所的であるが、位相誤差の場合とは異なって常に出力流量が低減する方向に変動が生じる。このような逆流に起因する流量の変動は、ほとんどすべての容積式ポンプに発生するが、容積室が弾性材料でできているチューブポンプでは、容積室と流体の弾性に起因する等価な体積弾性係数が小さくなってしまうため、同じ圧力差に対しても逆流が大きく現れてしまう。
【００５５】
さらに、これらの流量変動は、付加的な機構の影響でより大きくなってしまう可能性がある。出力流量の変動、負荷側の抵抗や負荷圧力の変動により、凸部２３の移動に必要な力も変化するため、凸部２３の駆動機構の負荷剛性が低い場合には、駆動機構自体のガタや駆動機構の移動速度の変動によって、さらに流量変動が増大してしまうからである。
【００５６】
ここで、本実施形態におけるマイクロポンプ装置１は、コントローラ４４により凸部２３の移動速度、すなわち回転体１４の回転速度を適切に調整することによって、上述した周期的な流量変動を抑制している。この点について、より詳細に説明する。
【００５７】
図１に示すように、ケーシング１２の吐出側には、チューブ１０内の流体の流量を検出する超音波式流量センサ３６と、チューブ１０内の流体の圧力を検出する薄膜型半導体圧力センサ３８が設置されている。超音波式流量センサ３６は流量変換器４０に接続され、薄膜型半導体圧力センサ３８は圧力変換器４２に接続されている。流量変換器４０および圧力変換器４２はコントローラ４４に接続されている。なお、超音波式流量センサ３６に代えて熱式流量センサやコリオリ式センサを用いてもよく、半導体圧力センサ３８に代えて静電容量式圧力センサや圧電式圧力センサを用いてもよい。
【００５８】
超音波式流量センサ３６で読み取られた音波の位相差は、流量変換器４０によって流量に対応する数値に変換され、コントローラ４４に入力される。また、薄膜式半導体圧力センサ３８により読み取られた薄膜の歪は、圧力変換器４２により圧力に対応する数値に変換され、コントローラ４４に入力される。
【００５９】
コントローラ４４には、変化率を算出する微分器４６と、カウンタ４８と、リミッター付の電流フィードバックループ５０と、ＰＩ速度フィードバックループ５２とを含むサーボドライバ５４が接続されている。ダイレクトドライブモータ１６に内蔵された光学式エンコーダ２２の信号は、サーボドライバ５４のカウンタ４８と微分器４６を介して、回転体１４の位相角および回転速度としてコントローラ４４にフィードバックされている。また、ダイレクトドライブモータ１６のコイル２４はサーボドライバ５４によって駆動されるようになっている。
【００６０】
また、コントローラ４４には、外部のマイクロリアクタ制御装置（図示せず）から目標流量が与えられており、コントローラ４４は、上述の流体の圧力および流量、回転体１４の位相角および回転速度の検出信号と目標流量から回転体１４の目標回転速度を算出し、この目標回転速度をサーボドライバ５４に出力する。サーボドライバ５４では、コントローラ４４から与えられた目標回転速度に一致するように、電流フィードバックループ５０およびＰＩ速度フィードバックループ５２を介してダイレクトドライブモータ１６を駆動する。
【００６１】
ここでは、流体の圧力および流量の検出信号を用いた例を説明しているが、これに限られるものではなく、流体の圧力または流量のいずれかの検出信号のみを用いて回転体１４の目標回転速度を算出してもよい。
【００６２】
図７は、図１のマイクロポンプ装置１における制御系の構成の一例を示すブロック図である。図７に示す例では、コントローラ４４は、外部から与えられた目標流量Ｑｄをチューブ１０の瞬時有効断面積Ａｉで除して、回転体１４の凸部２６の目標移動速度Ｖｄに換算する（Ｖｄ＝Ｑｄ／Ａｉ）。
【００６３】
また、目標流量Ｑｄと流量変換器４０の出力信号Ｑとの差分（すなわち偏差）を比例ゲインＫ１、微分ゲインＫ２によるＰＤ（比例＋微分）補償器の入力とする。流量偏差のＰＤ補償器の出力に、圧力変換器４２の出力信号Ｐに比例ゲインＫＬＥと、圧力信号の不完全微分に微分ゲインＫｐを乗じた値を加算する。これらを加算したもの、すなわち補正量ＱＣをチューブ１０の理論有効断面積Ａｔで除して、回転体１４の凸部２６の移動速度の補正量ＶＣに換算する（ＶＣ＝ＱＣ／Ａｔ）。
【００６４】
目標移動速度Ｖｄと補正値ＶＣとを加算した補正目標移動速度Ｖｒを凸部２６のリードＬで除して回転体１４の回転速度ωｒに換算し、これをコントローラ４４からサーボドライバ５４に出力する。なお、理想的な場合には瞬時有効断面積Ａｉと理論有効断面積Ａｔは同一である。
【００６５】
上記と同様の機能は、図８や図９に示すような他の演算順序でも実現することができる。図８に示す例では、目標流量Ｑｄと補正量ＱＣを加算した補正目標流量Ｑｒをチューブ１０の瞬時有効断面積Ａｉで除して、回転体１４の凸部２６の補正目標移動速度Ｖｒに換算している。また、図９に示す例では、断面積に換算する際に、同時に凸部２６のリードＬで除すことにより、回転体１４の目標回転速度ωｄと回転体１４の回転速度の補正値ωＣに換算して、コントローラ４４からサーボドライバ５４に出力している。
【００６６】
上述した例において、圧力変換器４２の出力の不完全微分と比例項を用いているのは、吐出管路の等価体積弾性係数とポンプの漏れに相当する流量の低減分を補正するためである。この補正が必要なければ、流量の偏差のみを用いた補正だけにしてもよいことは自明である。また、流量の偏差のＰＤ補償器は流量の誤差を低減するような補正量を計算するためのものであるから、ＰＤ補償器に限らず、ＰＩ（比例＋積分）補償器、ＰＩＤ（比例＋積分＋微分）補償器など他の形式の補償器を用いてもよい。
【００６７】
図１０は、圧力変換器４２の出力のみによって、図９の制御系と同様の機能を実現する場合の例である。マイクロリアクタの流過抵抗が一定であるとすると、マイクロリアクタを通過する流量Ｑとマイクロリアクタ入口圧力Ｐは、以下の式（１）で表されるオリフィス絞りとして関係づけることができる。
【００６８】
【数１】
2007270689.tif 000003
【００６９】
ここで、Ｃｄは等価な流量係数、ρは流体の密度、Ｐ０はマイクロリアクタ出口圧力（通常は大気圧）である。本発明で対象としている微小流量の場合、流量係数Ｃｄはレイノルズ数Ｒｅの関数であり、レイノルズ数Ｒｅは流量の関数であるため、上記式（１）は、一度の計算では求めることはできない。しかしながら、流量係数Ｃｄの上限はおよそ「０．６×リアクタの等価な流路面積」となるので、流量係数Ｃｄの初期値として上限の値を与えて流量Ｑを計算した後に、レイノルズ数Ｒｅを計算して流量係数Ｃｄを更新し、再度流量Ｑを計算しなおすという収束計算によって、流量Ｑを算出することができる。このようにして、圧力Ｐから流量Ｑを算出することができるので、この演算を図９の制御系における流量変換器４０の出力の代わりに用いることで、圧力変換器４２の出力のみを用いて、図９の制御系と同じ機能を持つ制御系を実現することができる。
【００７０】
また、図１０の制御系は、図７から図９に示した制御系と同様に、異なる演算手順で実現してもよい。また、上記で示した圧力から流量への変換式を用いる代わりに、あらかじめ測定したマイクロリアクタの通過流量とマイクロリアクタの入口圧力の関係の測定結果を用いてもよい。また、カルマン渦流量計や差圧式流量計と同様に、特定の抵抗体を流路の途中に設けて、そこで発生する圧力差によって流量を求めるといった方法によって、圧力から流量を求めてもよい。
【００７１】
図１１は、図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。この例は、目標流量を生成する部分をあらかじめ測定した結果に基づいて調整するように図９に示す例を変更したものである。
【００７２】
上述したポンプの組立・製作誤差（位相角誤差や有効断面積の誤差）による出力流量の変動を考えると、流量の変動は凸部２６と特定のチューブ１０との相対位置関係に依存することが図３（ａ）から図５（ｃ）のグラフからわかる。また、ポンプ吐出側からの逆流に起因する流量変動も、原理上、凸部２６とチューブ１０の相対位置関係に強く依存する。図１に示す例では、チューブ１０を円筒状に配置しているが、チューブ１０を平面状に配置しても、あるいは円周面に沿って配置しても、全く同様に流量変動はポンプの押圧部とチューブの相対関係に依存すると言うことができる。したがって、あらかじめポンプの位相角と出力流量の変動との関係を知ることができるならば、流量変動を補正する分をあらかじめ目標流量に加算することで、流量変動を補正することができる。
【００７３】
上述したように、組立誤差に起因する流量変動は、凸部２６の位相角に依存するが、より厳密には瞬時有効断面積Ａｉが凸部２６の位相角に依存して変化することによって発生する。また、管路の圧縮性に起因した逆流分も、同様に位相角に起因して瞬時有効断面積Ａｉが変化することによって発生するとみなすことができる。負荷管路の容積室が、密閉された容積室と新たに接続されると、新たに接続された容積室の内部の圧力が低いため、負荷管路の流体が新たに接続された容積室内部の流体と管壁を圧縮して圧力を高めようとする。流体と管壁を圧縮するためには、体積が必要であるから負荷管路側から流体が流入する。これが逆流の原因である。逆流した体積分は凸部２６の移動によって順次押し出されるから、逆流が終わった後に吐出される流体の体積は接続する前に容積室に閉じ込められていた液体の体積よりもわずかに多くなる。したがって、逆流後はわずかに大きな流量にならなくてはならないように思える。
【００７４】
ここで、体積流量と質量流量の区別が必要になる。逆流が終わった後に押し出される質量流量は確かにわずかに増える。しかしながら、体積流量として考えるならば、負荷圧力によって圧縮された状態での体積が、ポンプの吐出体積流量となるから、逆流分だけ体積流量の低減が発生する。逆の見方をすると、逆流している分の流体は、負荷圧力によって圧縮されたときに本来あるべき体積より少ない体積しか流体が移送されてこなかった分を補うために発生する、と考えることができる。単位時間あたりの体積変化分が体積流量であり、このポンプの吐出体積流量は瞬時有効断面積Ａｉと凸部２６の移動速度によって規定されると考えてよいので、この圧縮性に起因して生じる逆流も、組立・調整誤差と同じように瞬時有効断面積Ａｉが変動したと見みなすことができる。
【００７５】
したがって、あらかじめ何らかの形で測定した結果、瞬間的な有効断面積と回転体１４の位相角との関係が与えられているならば、サーボドライバ５４からの位相角θをフィードバックすることで、目標流量を適切な値に変化させることができる。位相角と流量変動の関係を測定する方法としては、例えば以下のような方法が考えられる。
【００７６】
位相角θに依存して、周期的に変動するポンプの出力流量Ｑは、目標流量Ｑｄと正弦関数を用いて、以下の式（２）により表すことができる。
【００７７】
【数２】
2007270689.tif 000004
【００７８】
上記式（２）の右辺第２項は変動成分（以下ｑθとする）を示しており、正弦関数を重畳した形であるから、変動成分をフーリエ展開したことに相当する。ａｉ、ｂｉ、ｃｉは適当な係数であり、ｎはフーリエ展開による周波数成分の数である。したがって、理論的には、変動成分ｑθは無限に近い大きな数にまで達し得る。しかしながら、流量変動の要因を考えると基本周波数の数はチューブ１０の本数と概ね一致すると考えられるので、倍成分までを考えたとしてもｎは実質的にはチューブ１０の本数の２倍だけ考えればよい。このことから、位相角と流量変動との相対関係を定めることは、このｎ個（すなわちチューブ１０の本数の２倍）の周波数成分の係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉを定めることと等価であると考えることができる。したがって、上記の流量変動成分ｑθをフーリエ変換して卓越周波数成分を特定して、それぞれの係数を算出すればよい。
【００７９】
ここで、フーリエ変換が計算機に非常に大きな負荷がかかる計算であることや、流量の変動が時間ではなく位相角に依存する形であるため、オンラインで時々刻々計算を行うことは容易ではない。そこで、適切な運転条件で数周期分の位相角と流量の関係を測定しておき、それをもとにオフラインで係数を定めればよい。上記の変動の式が得られたならば、これを凸部２６のリード長Ｌと測定時の回転体１４の回転速度で除せば、瞬時有効断面積Ａｉを得ることができる。
【００８０】
上記の方法で測定した結果を用いる場合には、コントローラ４４のメモリには上記係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉのみを記憶しておいて、実際の瞬時有効断面積Ａｉはコントローラ４４内部で計算してやれば、図１１に示した構成によって実現することができる。
【００８１】
測定結果の利用方法は上述した形態に限定されるものではなく、例えば１周期分の位相角と流量との関係を測定して、位相角と瞬時有効断面積の関係に変換したものをすべてコントローラ４４に記憶させておいてもよい。
【００８２】
なお、図１１で示す例では、補償器からの出力である補正量ＱＣを回転速度の補正量ωＣに換算する際に瞬時有効断面積Ａｉの替わりに理論有効断面積Ａｔを使っている。理論的には目標流量と補償器入力とともに、回転体１４の回転速度に変換する際に瞬時有効断面積Ａｉを使っても全く問題はないが、補正量は理論的な出力流量からの変動分を補正する目的で用いられるため、図１１で示す例ではあえてＡｔを用いている。
【００８３】
上述のように出力流量の変動の大きさや変動が発生する位相角は、製作誤差や負荷側の圧力・ポンプ出力流量などに依存するため、ポンプを運転する前に事前に知ることはできないが、一旦製作したポンプを適切な条件で運転し、その変動分を測定すれば、コントローラ４４で位相角との対応関係から補正量を簡単に算出することができる。また、ポンプの運転状況に応じて変動分が変化するとしても、この考えを応用することで、さらに平滑な出力流量特性を得ることができる。
【００８４】
すなわち、ポンプを運転しながら、ポンプの位相角とポンプの出力流量の変動との相関関係を学習し、学習した結果を用いて押圧部の移動速度を制御することで、理想的にはポンプの１周期後（特定の画分区画が吐出を始めてから、同じチューブのそれに連なる区画が吐出を始めるまでの間）には、位相角に依存した周期的な変動を抑制することができる。すなわち、ポンプを運転しながら、コントローラ４４に取り込んだポンプ位相角と流量センサ３６を用いて検出した流量の変動するタイミングと大きさの相関関係を運転に伴って学習すれば、次に同じ位相角に達した時には、あらかじめ学習された変動量に応じた補正量を含んだ速度を凸部２６の移動速度として与えることができる。
【００８５】
具体的には、図１２に示すように、図１１で示す構成に加えてさらに学習機構６０を追加してもよい。すなわち、図１１で示す構成では、瞬時有効断面積Ａｉ（θ）としてあらかじめ測定した結果を用いていたが、このコントローラでは、オンラインで（運転しながら）瞬時有効断面積Ａｉ（θ）の測定を行っている。
【００８６】
図１３は、図１２の制御系における学習機構６０の一例として最も単純なものを示すものであり、この学習機構６０は、位相角θと流量Ｑの相関を周期ごとに収集し、それを加重平均して一定の値に収束させるものである。この学習機構６０においては、上述した測定方法と同様に、フーリエ展開を用いて係数を順次学習することも可能であるが、以下では、より簡便に学習を進める方法を説明する。
【００８７】
まず、１周期のデータを取得してｑθを算出する。また、同時に学習されている位相角θに対応する流量の変動分の推定値ｑθ＊も記憶しておく（ｑθ＊の初期値は零である）。このとき、新しい変動分の推定関数を
ｑθ＊［ｋ＋１］＝１．５ｑθ―０．５ｑθ＊［ｋ］  ・・・（３）
という形で計算する。このアルゴリズムは、
ｑθ＊［ｋ＋１］＝ｑθ＊［ｋ］＋１．５（ｑθ―ｑθ＊［ｋ］）  ・・・（４）
としたものと等価であり、推定値を最新の測定値との誤差で修正する積分型の学習則である。
【００８８】
上記式（４）から分かるように、誤差の修正分の倍率を１倍にすると、次の計算には直前の測定結果が用いられる。この場合には、以前の学習結果が次の制御に反映されないため、上述のように推定結果に基づいて目標回転速度ωｄを算出しても、ある程度の流量変動が残ってしまう。学習結果を反映しながら、学習の収束速度や収束の仕方を調整するためには、誤差の修正分の倍率を適切に調整すればよい。また、上記アルゴリズムは、誤差の積分だけによる修正則であるが、これに比例項を加えるなど適宜変更して、収束の速度を調整することも可能である。
【００８９】
このように、流量変動と位相角とに限定するならば、理論的な取組みは必要ない。しかしながら、多くの要因を考慮しつつ適切な学習制御システムを作ることは極めて難しく、制御理論に則って作る場合でも決して容易ではない。以下の例では、複数の要因を考慮したコントローラ４４を設計するために、適応制御の考え方を利用している。
【００９０】
近年の代表的な適応制御理論は、線形制御理論に基づいており、学習・制御システムの設計には制御対象（すなわちポンプ）の物理的特性を表した数学モデルが必要となる。
【００９１】
図１４は、コントローラ４４の制御の一例を示す伝達線図（signal  flow  diagram）である。図１４に示す伝達線図では、サーボドライバ５４内部の電流ループ（ゲインＫａ）やＰＩ速度制御ループ（ゲインＫＶ、時定数ＴＶ）、電機子の抵抗ＲｍおよびインダクタンスＬｍ、回転子の慣性モーメントＪｍや粘性抵抗Ｄｍ、逆起電力定数Ｋｅ、トルク定数ＫＴ、凸部２６のリードＬ、有効断面積Ａｉ、回転体１４から見たチューブ１０と内部の流体の慣性ｍおよび粘性抵抗μ、マイクロミキサーの流過抵抗Ｒ、負荷管路の等価な圧縮性Ｃｐおよびポンプの漏れ係数ＫＬ、およびすべてのチューブ１０の断面積Ａｐを考慮している。
【００９２】
図１４に示す伝達線図に基づいて、ポンプ（回転体１４）の入力回転速度ωｒから、ポンプの出力流量Ｑまでの伝達関数を求めると、分母が８次、分子が４次という極めて複雑な伝達関数となる。しかしながら、この伝達関数においては、個々の要素の時定数がかけ離れているため、ポンプの出力流量の変動を考える上では無視し得る要因が多数存在する。例えば、サーボドライバ５４の設定が適切であれば、電動機特性（ωｒからω）は時定数Ｔｍの一次遅れに近似でき、また、チューブ１０内部の流体の慣性ｍよりも粘性抵抗μが圧倒的に大きいと考えれば、図１４の伝達線図は、図１５に示すように簡略化することができる。図１５に示す場合においては、ポンプの回転速度指令ωｒからポンプ出力流量Ｑまでの伝達関数は、分母が２次、分子が１次の伝達関数となる。
【００９３】
この図１５に示す信号伝達線図から、値を正確に特定することが困難であったり運転条件に応じて変化したりするために未知である係数は、瞬時有効断面積Ａｉ、負荷管路の等価な圧縮性Ｃｐおよびポンプの漏れ係数ＫＬ、粘性係数μ、電動機時定数Ｔｍ、マイクロリアクタの流過抵抗Ｒの６つの係数であることがわかる。
【００９４】
ここで、ポンプの回転速度が比較的低速である場合には、これら６つの未知係数の変化速度が比較的緩やかであると仮定できる。例えば、電動機時定数の時間変化は、電機子の抵抗ＲｍやインダクタンスＬｍ、逆起電力係数Ｋｅの温度変化に起因するため、その時間変化は緩やかであり、ポンプの回転速度が低速であるならば、瞬時有効断面積Ａｉの時間変化も緩やかであると考えられる。粘性抵抗μはチューブ１０の材質と内部の流体の粘性が定まれば概ね一定と考えてよい。また、負荷管路の等価な圧縮性Ｃｐやポンプの漏れ係数ＫＬ、マイクロリアクタの流過抵抗Ｒは、薬液の圧縮性や粘性に依存するため、正確な値が不明であるだけで、薬液が変わらなければ時間変化はしない定数である（厳密には、液温によって圧縮性も粘性も変化するから定数とは言えないが、以下で述べる制御システムの収束速度に比べて、極めて変化速度が緩やかである場合には定数とみなしてよい）。
【００９５】
このため、これらの係数を未知の時不変係数として扱い、実際の変化は時々刻々の推定によって補償しても、実質的に目的の制御特性を得ることができる。
【００９６】
このような考えに基づくと、未知係数を推定しながら、所望の動特性（参照モデルの動特性）となるように制御するモデル規範形適応制御システムの設計手法を用いてコントローラ４４の出力（すなわち回転速度指令ωｒ）を導出することができる。
【００９７】
図１５の簡略化した信号伝達線図から、回転速度指令ωｒから出力流量Ｑの伝達関数Ｇ（ｓ）は分母が２次で分子が１次であるから、次の式（５）のように表現することができる。ここで、ｓは微分演算子であり、係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は上述した６つの未知パラメータがまとめられた係数である。
【００９８】
【数３】
2007270689.tif 000005
【００９９】
また、目標流量Ｑｄから、理想的な出力流量Ｑｍの参照モデルを次の式（６）で示されるように、分母多項式の次数が制御対象と同じ次数となるbinominal形で与えるものとする。ここで、σは参照モデルの応答の速さを規定するパラメータである。
【０１００】
【数４】
2007270689.tif 000006
【０１０１】
このとき、以下に示すモデル規範形適応制御系は、未知係数を推定しながら、ポンプ出力流量Ｑと参照モデルの出力Ｑｍの偏差ｅｑがゼロに収束するように回転速度指令ωｒの制御パラメータを自動的に調整する。参照モデルは定常偏差のない形で与えられているから、一定の期間後には目標Ｑｄと実際のポンプ出力流量Ｑが一致する。
【０１０２】
これらの準備のもとに、ポンプの伝達関数の形や参照モデルに適したモデル規範形適応制御系の一設計方法に基づいて設計を行うと、次の式（７）に示す回転速度指令ωｒの制御則を得ることができる。
【０１０３】
【数５】
2007270689.tif 000007
【０１０４】
ここで、記号＾を付した係数ｋ１〜ｋ４は、以下の式（８）〜式（１１）に示すように、推定・調整則で時々刻々更新されるパラメータである。ここでγ１〜γ４は、推定・調整則の収束速度を定める正の適応収束ゲインである。
【０１０５】
【数６】
2007270689.tif 000008
【０１０６】
この推定・調整則によって定まる係数ｋ１〜ｋ４の収束が、ポンプ出力流量の変動に比べて十分に早ければ、緩やかに変化する未知係数の変化に対応することができる。したがって、コントローラ４４の性能を決める係数γ１〜γ４をどのように設定するか、ということが調整上の問題となる。例えば、マイクロリアクタへの応用を考えた場合には、ポンプの目標出力流量は通常一定であるから係数ｋ４の寄与分は小さく、流量の変動に関する係数ｋ２、ｋ３と入力信号に対する係数ｋ１の収束速度が重要である。ｋ２とｋ３を比べると、ｋ２はｋ３の不完全積分の形をしているから、調整の指標としては、例えばｋ３：ｋ２：ｋ１：ｋ４＝１００：１０：１０：１などの形で与えるとよい。
【０１０７】
上記式の収束性の証明は示さないが、リアプノフの安定論やポポフの超安定性理論などから、目標が達成される（すなわちｔ→∞でｅｑ→０となる）ことを確かめることができる。
【０１０８】
上記コントローラ４４の構成を図１６に示す。回転速度指令は、目標回転速度と実際の流量およびコントローラ４４の出力自身から構成されている。各々の係数は上記推定・調整則に示したように参照モデルと実際の出力との偏差を基に積分してゆく構造となっている。このため、指令信号を学習した結果に基づいて調整しても参照モデルと実際の出力の偏差が低減する。また、回転速度指令や推定・調整則に参照モデルの係数が含まれているのは、参照モデルに一致させるためである。言い換えれば、上述したモデル規範形適応制御系は、対象の未知係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を推定するステップと、推定された係数から動特性が参照モデルに一致するコントローラを構成するステップの２つのステップを、ひとつにまとめたものであると考えてよく、その構成には未知の係数の推定機能が潜在的に含まれている。すなわち、上述の未知係数である電動機時定数Ｔｍ、瞬時有効断面積Ａｉ、粘性抵抗μ、マイクロリアクタの流過抵抗Ｒ、管路の等価な圧縮性Ｃｐやポンプの漏れ係数ＫＬは、上述した推定・調整則の中に潜在的に含まれている。
【０１０９】
すなわち、モデル規範形適応制御系の構成によって、温度変化や低速運転時の瞬時断面積変化のような比較的緩やかな変化は、適切な学習方法により推測され、それに応じた制御系の調整が自動的になされるため、目的とする出力流量を得ることができる。
【０１１０】
なお、上述した構成は、ポンプに対するモデル規範形適応制御系の構成の一例にすぎず、例えば参照モデルを別の形態にしたり、推定・調整則を比例積分型としたりすることもできる。また、より高次の簡略化しない制御対象に対してモデル規範形適応制御系を構成するなどの変形も可能である。これらの変形は目的とする精度や収束速度、安定性、計算負荷の大きさ、調整の容易さなどの様々な観点で選択し得るので、一概に何が良いとの評価を与えることはできないが、目的に応じて適切な制御を行うことができる。
【０１１１】
また、ここで示したモデル規範形適応制御方法以外の方法であっても、ポンプの出力流量の数学モデルを使って理論的に複数の要因を考慮して、回転速度指令を導出する手法を用いてもよい。
【０１１２】
図１７は、図１２に示す学習機構６０の他の例を示す図である。図１７に示す例は、上述した線形制御理論に基づく設計法とは異なり、人間の学習過程程を模したいわばヒューリスティックな学習機構である。この学習機構は、目標流量Ｑｄ、位相角θ、回転速度指令ωｒ、流量Ｑ、圧力Ｐを入力として、目的の出力である瞬時有効断面積Ａｉ（θ）までの関係を中間層の状態量を介して学習するものである。中間層に設けられた状態量が多ければ多いほど、複雑な関係を学習することができる。中間層の状態量は、それぞれの入力からの影響度合い（重み）を加算した値であり、重みは教師信号ｙ（ここでは実際の流量Ｑと推定値Ｑ＊との差）によって調整される。図１７に示す構成は、Hopfield形ネットワークと呼ばれる構成であり、各々の重みは、２次形式で表される評価関数を最小化するように最急降下法により調整される。
【０１１３】
図１８は、本発明の第２の実施形態におけるマイクロポンプ装置１０１を示す模式図である。図１８に示すように、マイクロポンプ装置１０１は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブ１０と、内周面に弾性チューブ１０を支持する円筒状のケーシング１２と、ケーシング１２内に収容されたスクリュー状の回転体１４と、回転体１４を回転させる回転駆動機構としてのＡＣサーボモータ１１６とを備えている。
【０１１４】
回転体１４の軸端には、減速比１：１００の小型ハーモニックドライブ１６０の出力軸が直結されており、このハーモニックドライブ１６０の出力軸は、薄肉カップ状の金属弾性体（フレックススプライン）１６２と一体に構成されている。このフレックススプライン１６２の薄肉部には微細な外歯が形成されている。このフレックススプライン１６２の外歯は、ハーモニックドライブ１６０と一体に構成されたサーキュラスプライン１６４の内歯と噛合している。フレックススプライン１６２の歯数は、サーキュラスプライン１６４の歯数よりもわずかに少ない。フレックススプライン１６２の内側には、外周に転がり軸受を有する楕円状のウェーブジェネレータ１６６が嵌め込まれており、このウェーブジェネレータ１６６によりフレックススプライン１６２を楕円形に変形させている。
【０１１５】
ウェーブジェネレータ１６６にはＡＣサーボモータ１１６の駆動軸１１６ａが直結されており、ＡＣサーボモータ１６６が回転すると、ウェーブジェネレータ１６６の回転するようになっている。このウェーブジェネレータ１６６の回転に伴って、フレックススプライン１６２が変形しながら、サーキュラスプライン１６４に噛合する。サーキュラスプライン１６４は、フレックススプライン１６２との歯数の差の分だけずれて差動減速回転される。
【０１１６】
ＡＣサーボモータ１１６の端部には、レゾルバ発信機１６８が取り付けられており、このレゾルバ発信機１６８によりＡＣサーボモータ１１６の回転角度を高精度に検出できるようになっている。
【０１１７】
弾性チューブ１０は、ケーシング１２を貫通して直接ケーシング１２内に導入されている。この弾性チューブ１０は、ケーシング１２の内周面に保持され、回転体１４の凸部２６によって圧縮閉塞され、回転体１４の回転に伴って内部の流体が移送されるようになっている。なお、弾性チューブ１０の吐出側はマイクロリアクタ１７０に結合されている。
【０１１８】
マイクロリアクタ１７０の流体が導入される部分には、小型のコリオリ式流量計アレイ１７２が設けられており、このコリオリ式流量計アレイ１７２によりそれぞれの個々のチューブ１０を流れる流体の流量が検出される。なお、このコリオリ式流量計アレイ１７２はＭＥＭＳ技術で作製される。
【０１１９】
また、マイクロリアクタ１７０の外周部には、ポンプ負荷圧力の変動を検出する半導体式圧力センサ１７４が設けられている。この半導体式圧力センサ１７４もＭＥＭＳ技術で作製される。ここで、図１８に示すマイクロリアクタ１７０は、外周部から内部に向かって流体が流れるにしたがって、流体を攪拌、混合して、拡散作用によって異種流体の混合作用を実現するものであるため、その外周部の圧力はどのチューブ１０の出力端を見ても同一であるので、半導体式圧力センサ１７４は１つだけ設ければよい。
【０１２０】
コリオリ式流量計アレイ１７２の出力と半導体式圧力センサ１７４の出力は、それぞれ流量変換器４０および圧力変換器４２を介してコントローラ４４に入力されるようになっている。なお、コントローラ４４は、各流量計アレイ１７２の流量を適宜合算して流量を算出する。また、コントローラ４４には、レゾルバ発信機１６８の信号を直接位相角に変換すると同時に速度信号を生成するＲ／Ｄ変換器１４８が内蔵されたＡＣサーボドライバ１５４が接続されている。Ｒ／Ｄ変換器１４８により変換された信号は、内部の速度フィードバックループ５２に用いられるとともにコントローラ４４に出力される。
【０１２１】
コントローラ４４には、外部から目標流量が与えられており、コントローラ４４は、上述の流体の圧力および流量、回転体１４の位相角および回転速度の検出信号と目標流量から回転体１４の目標回転速度を算出し、この目標回転速度をＡＣサーボドライバ１５４に出力する。ＡＣサーボドライバ１５４では、コントローラ４４から与えられた目標回転速度に一致するようにＡＣサーボモータ１１６を駆動する。
【０１２２】
本実施形態においても、第１の実施形態において説明したコントローラ４４の構成を用いることができる。この場合においては、図１の半導体式圧力センサ３８の出力信号に対応する信号として、各半導体式圧力センサ１７４からの出力信号を適宜合算したものを用いる必要があり、ハーモニックドライブ１６０の減速比（１：１００）を考慮して回転体１４の回転速度を１００倍に換算する必要がある。それ以外の点については、上述した第１の実施形態における制御と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２３】
これまで本発明の限られた実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるマイクロポンプ装置を示す模式図である。
【図２】理想的な組立状態における３本のチューブの出力流量およびその合計流量と回転体の位相角との関係を示すグラフである。
【図３】３本のチューブのうち１本の位相が１°だけずれている場合の各チューブの出力流量およびその合計流量と回転体の位相角との関係を示すグラフである。
【図４】３本のチューブのうち１本の断面積または圧縮量が１０％だけ少ない場合の各チューブの出力流量およびその合計流量と回転体の位相角との関係を示すグラフである。
【図５】３本のチューブのうち１本の位相が１°だけずれ、他の１本の断面積または圧縮量が１０％だけ少ない場合の各チューブの出力流量およびその合計流量と回転体の位相角との関係を示すグラフである。
【図６】理想的な組立状態における３本のチューブにおいて逆流が生じている場合の各チューブの出力流量およびその合計流量と回転体の位相角との関係を示すグラフである。
【図７】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。
【図９】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。
【図１０】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。
【図１１】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。
【図１２】図１のマイクロポンプ装置における制御系の構成の他の例を示すブロック図である。
【図１３】図１２の制御系における学習機構の一例を示す図である。
【図１４】図１のマイクロポンプ装置におけるコントローラの制御の一例を示す伝達線図である。
【図１５】図１のマイクロポンプ装置におけるコントローラの制御の一例を示す伝達線図である。
【図１６】図１のマイクロポンプ装置におけるコントローラの構成を示す図である。
【図１７】図１２の制御系における学習機構の他の例を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態におけるマイクロポンプ装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１，１０１    マイクロポンプ装置
１０    チューブ
１２    ケーシング
１４    回転体
１６    ダイレクトドライブモータ
２６    凸部
３６    超音波式流量センサ
３８    薄膜型半導体圧力センサ
４０    流量変換器
４２    圧力変換器
４４    コントローラ
５４    サーボドライバ
１１６    ＡＣサーボモータ
１５４    ＡＣサーボドライバ
１６０    ハーモニックドライブ
１６２    フレックススプライン
１６４    サーキュラスプライン
１６６    ウェーブジェネレータ
１７０    マイクロリアクタ
１７２    コリオリ式流量計アレイ
１７４    半導体式圧力センサ
【図１】
2007270689.tif 000009
【図２】
2007270689.tif 000010
【図３】
2007270689.tif 000011
【図４】
2007270689.tif 000012
【図５】
2007270689.tif 000013
【図６】
2007270689.tif 000014
【図７】
2007270689.tif 000015
【図８】
2007270689.tif 000016
【図９】
2007270689.tif 000017
【図１０】
2007270689.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007270689.tif 000022
【図１５】
2007270689.tif 000023
【図１６】
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【図１７】
2007270689.tif 000025
【図１８】
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