JP2002070748A

JP2002070748A - チューブポンプ及びチューブポンプを用いた分析装置

Info

Publication number: JP2002070748A
Application number: JP2000263183A
Authority: JP
Inventors: Hideo Enoki; 英雄榎; Koji Tamaoki; 康二玉置; Katsutoshi Yamada; 勝利山田; Toshihiro Onose; 俊宏小野瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】チューブをねじることによりチューブ内の液
体を圧送することができるチューブポンプを簡単な構成
で安価に提供する。【解決手段】チューブ４１と、正逆回転する回転軸２１
を有するモータ２及び支持体３とからなるチューブポン
プであって、上記支持体３にモータ２の回転軸２１と支
持体側結合手段５１の中心軸が一致するようモータ２及
び支持体結合手段５１を設けて、この支持体側結合手段
５１にチューブ４１の一端を結合し、また上記モータ２
の回転軸２１に取り付けられたモータ側結合手段５２に
チューブ４１の他端を結合して、上記モータ２を正逆回
転させることにより、上記チューブ４１にねじり、ほど
きを与えてチューブ４１内の液体を圧送するようにした
もので、耐久性の高いチューブポンプが簡単な構成で安
価に提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチューブをねじるこ
とによってチューブ内の液体を圧送するチューブチュー
ブポンプ及びチューブポンプを用いた分析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来チューブポンプはチューブを外部か
ら押しつぶすことにより、チューブ内の液体を吸入また
は排出するように構成されており、このようなチューブ
ポンプとしては、例えば特開平８−４９６５７号公報に
記載されているように、円筒状壁面を有するケーシング
内を円筒状壁面に沿って回転するローラが、ケーシング
・ローラ間に挟まれたチューブ内の液体を順次入口側か
ら出口側に送る構造のものや、例えば特開平６−３１７
２５６号公報に記載されているように、直線状のチュー
ブにローラを押し当てローラをチューブに沿って移動さ
せる構造のもの、もしくは特開平−１７０５９０号公報
に記載されているように、チューブを順次押しつぶし蠕
動させて送液する構造のものなどが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらのチュー
ブポンプは、何れもチューブをローラなどの機構で変形
させるため、ローラやローラを駆動するための機構が必
要なことから、構造が複雑で、かつ高価であると共に、
ローラとチューブ間に発生した滑りや摩耗により、流量
変動や、流量ドリフトが生じる恐れがあるため、吐出量
や流量を高精度に保つ必要がある場合は、シリンジポン
プが一般に使用されることが多い。

【０００４】シリンジポンプは、例えば特開平１０−１
８４５３４号公報に記載されているように、回転／直動
変換機構によりモータの回転を直動に変換し、円筒状の
ピストンをシール部を介してポンプ室内に出し入れし、
ポンプ室内の有効体積を変化することによりポンプ室内
への液の出し入れを行うように構成されいる。

【０００５】そしてポンプ室に設けた出入口にそれぞれ
バルブを接続して、吸引時には入口側のバルブを開き、
また出口側のバルブを閉じて、ピストンをポンプ室から
引き出すことにより液を吸入し、吐出時には逆に入口側
のバルブを閉じ、出口側のバルブを開いてピストンをポ
ンプ室に押し込むことにより液を吐出する構造のため、
従来のシリンジポンプでは、ピストンの出し入れに対応
して正確な液の吸引及び吐出が可能であるが、回転／直
動変換機構や、高精度のピストンが必要なためコストが
かかる上、シール部に摩耗が生じやすいことから、粒子
などを含まない清澄な液に用途が限定されるなどの問題
がある。

【０００６】本発明はかかる従来の問題点を改善するた
めになされたもので、チューブをねじることによりチュ
ーブ内の液体を圧送することができるチューブポンプ及
びチューブポンプを使用した分析装置を簡単な構成で安
価に提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のチューブポンプは、チューブと、正逆回転する
回転軸を有するモータ及び支持体とからなるチューブポ
ンプであって、上記支持体にモータの回転軸と支持体側
結合手段の中心軸が一致するようモータ及び支持体結合
手段を設けて、この支持体側結合手段にチューブの一端
を結合し、また上記モータの回転軸に取り付けられたモ
ータ側結合手段にチューブの他端を結合して、上記モー
タを正逆回転させることにより、上記チューブにねじ
り、ほどきを与えてチューブ内の液体を圧送する用構成
すると共に、上記支持体結合手段に設けられた開口部及
びモータ側結合手段に設けられた開口部に、上記モータ
の正逆回転に同期して開閉される吸入弁及び吐出弁を設
けたものである。

【０００８】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、チューブと、正逆回転する回転軸を有するモ
ータ及び支持体とからなるチューブポンプであって、上
記支持体にモータの回転軸と支持体側結合手段の中心軸
が一致するようモータ及び支持体結合手段を設けて、こ
の支持体側結合手段にチューブの一端を結合し、また上
記モータの回転軸に取り付けられたモータ側結合手段に
チューブの他端を結合して、上記モータを正逆回転させ
ることにより、上記チューブにねじり、ほどきを与えて
チューブ内の液体を圧送するよう構成すると共に、上記
支持体結合手段に設けられた開口部と、上記モータの回
転軸内を貫通して、モータ側結合手段の取り付け部と反
対側に設けられた開口部に、上記モータの正逆回転に同
期して開閉される吸入弁及び吐出弁を設けたものであ
る。

【０００９】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、モータ側結合手段に開口された開口部に吐出
チューブの一端を接続し、かつ吐出チューブの他端を、
支持体または支持体に固定された支持体結合手段に固定
したものである。

【００１０】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、モータ側結合手段の取り付け部と反対側に設
けられた開口部に、モータまたは支持体上に固定された
吐出チューブの端部を回転継手を介して接続したもので
ある。

【００１１】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、支持体側結合部とモータ側結合部に取り付け
たチューブ内に、チューブ内容積よりも小さな容積を有
する部材または液体を設けたものである。

【００１２】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、モータまたは支持体にモータ側結合手段上に
設けた突起、または回転軸別に結合した部材上に設けた
突起が、回転軸の回転により当接する位置にストッパを
設けたものである。

【００１３】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、ストッパに突起が当接した状態がモータ回転
の原点として、この原点よりチューブをねじった状態で
チューブの端部を支持体側結合手段及びモータ側結合手
段に取り付けたものである。

【００１４】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、チューブからの吐出量△Ｖをチューブねじり
角θ、不感帯θ_dとチューブ長さＬ_o、チューブ肉部断面
積Ｓ _o、チューブ内径ｒ_in、チューブ外径ｒ_out、チュー
ブ実効径ｒ_eから、△Ｖを、

【数３】とし、実際にチューブを回転したときのチューブからの
流体の吐出量データに上式をフィットすることにより、
不感帯θ_d、チューブ実効径ｒ_eを求め、上式によりモー
タの回転軸の回転速度、回転角度を制御することによ
り、吐出量または流量を設定する制御部を設けたもので
ある。

【００１５】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、チューブからの吐出量△Ｖをチューブねじり
角θ、不感帯θ_dとチューブ長さＬ_o、チューブ肉部断面
積Ｓ _o、チューブ内径ｒ_in、チューブ外径ｒ_out、係数ａ
から、△Ｖを、

【数４】とし、実際にチューブを回転したときのチューブからの
流体の吐出量データに上式をフィットすることにより、
係数ａを求め、上式によりモータの回転軸の回転速度、
回転角度を制御ｓることにより、吐出量または流量を設
定する制御部を設けたものである。

【００１６】上記目的を達成するため本発明のチューブ
ポンプは、試料液が流れる流路と試薬が流れる流路が合
流することにより試料液と試薬を混合する混合部を備
え、混合液の吸光度を測定する分析装置において、上記
記載のチューブポンプにより試料液と試薬を送液するよ
うにしたものである。

【００１７】上記構成により、構成が簡単で、かつ耐久
性の高いチューブポンプ及びこれを使用した分析装置が
安価に得られるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳述する。図１はチューブポンプの側面図を
示すもので、１本以上の支持棒３２の一端をモータ２に
ねじなどの結合手段で（図示しない）に取り付け、支持
棒３２の他端に平板状のホルダ３１をねじなどの結合手
段で取り付ける。円柱状のモータ側コネクタ５２のモー
タ側には、円筒状の穴５２２と、穴５２２の中心軸に直
交するねじ孔５２３があり、止めねじ５５によりモータ
側コネクタ５２をモータ２の回転軸２１に固定する。

【００１９】また、モータ側コネクタ５２のチューブ側
には、チューブ４１の内径よりも大きな外径を有する円
柱状の突起５２４と、モータ側コネクタ５２の外周に形
成した雄ねじ５２５が形成され、それぞれの中心軸が同
心円上にあると共に、突起５２４の中心軸に沿ってモー
タ側流路５２６が形成されている。モータ側流路５２６
は中途で直角に屈曲し、穴５２２に貫通することなくモ
ータ側コネクタ５２の側面に開口しており、この開口部
５２７には雌ねじが切ってある。チューブ４１を突起５
２４の外周に挿入し、雄ねじ５２５に合致する雌ねじを
有する円筒状のキャップ５２１によりチューブ４１を突
起５２４に押し付けねじ止めすることにより、チューブ
４１の一端を固定する。

【００２０】キャップ５２１のチューブ４１側の内径は
チューブ４１の外径程度で、モータ側（雌ねじ側）の内
径はチューブ４１側の内径よりも大きくなっており、チ
ューブ４１はチューブ４１の内径よりも大きな外径を有
する突起５２４を弾性により締め付けて、キャップ５２
１をモータ側コネクタ５２側にねじ込むことにより、両
者の間に挟着してねじり方向、軸方向への滑りを規制し
ている。

【００２１】チューブ４１のホルダ側の端部はモータ側
端部と同様に、ホルダ側コネクタ５１にキャップ５２１
と同形のキャップ５１１により締め付けて取り付けられ
る。ホルダ側コネクタ５１は円筒状でチューブ側の形状
は、モータ側コネクタ５２と同様にチューブ４１の内径
よりも大きな外径を有する円柱状の突起５１４と、ホル
ダ側コネクタ５１の外周に形成した雄ねじ５１５が形成
され、それぞれの中心軸が同心円上にあると共に、ホル
ダ側コネクタ５１のホルダ側端面には、ホルダ３１に設
けた孔を貫通する突起５１８があり、また突起５１８の
外周には雄ねじを切ってナット５１９によりホルダ３１
に固定している。

【００２２】ホルダ側コネクタ５１をチューブ側の突起
５１４から突起５１８、開口部５１７に至るホルダ側流
路５１６が貫通しており、ホルダ３１側の開口部５１７
からチューブ４１を通過したモータ側コネクタ５２の開
口部５２７に至る流路が形成されている。

【００２３】以上の構成によりチューブ４１をねじり、
ほどくことにより、チューブ内の流体を開口部から出し
入れすることができるようになっており、流体を送る場
合は、開口部５１７、開口部５２７双方に図示しない電
磁弁よりなる吸入弁及び吐出弁をそれぞれ接続して、チ
ューブ４１のねじり、ほどきに同期してそれぞれの開口
部に接続した吸入弁及び吐出弁を交互に開閉することに
より、一方向に液体を送ることができると共に、チュー
ブの両端に液体の出入口を形成できるので、チューブ内
部やコネクタ内の流路での泡や流体の滞留がなく、また
泡による吐出量の変動や流体の滞留によるコンタミネー
ションが防止できる。

【００２４】一方開口部５２７は、モータ２の回転軸２
１の正逆回転に伴い回動するので、、図１に示すように
開口部コネクタ５３を設けて、開口部コネクタ５３に一
端を取付けたフッ素系の樹脂等からなる吐出チューブ４
２の他端を、ホルダ３１に取り付けた固定用のホルダ側
コネクタ５４に取り付けて固定端とする。このとき吐出
チューブ４２は若干たるませておき、モータ側コネクタ
５２の動きによりはずれることを防止すると共に、チュ
ーブ４２はたるんでいても、開口部コネクタ５３の動き
による内部体積の変化はほとんどないため、チューブ４
１のねじりチューブポンプの吸入・吐出には影響を与え
ない。

【００２５】なお、ホルダ側コネクタ５４は必須の部品
ではなく、吐出チューブ４２をホルダなどのチューブポ
ンプ部材以外の他装置、部品などに直接固定してもよ
く、流体の出入口が固定するので外部との流路の接続が
容易になる。またホルダ側コネクタ５１、モータ側コネ
クタ５２からの流体の取り出し部分は市販の汎用の流体
コネクタに合うように作っても勿論よい。

【００２６】一方、定量の液体が圧送できるよう、モー
タ２のモータ側コネクタ５２側の面から回転方向に離間
する１対のストッパ５６を突出させて、これらストッパ
５６の間にモータ側コネクタ５２の止めねじ５５と接触
させることにより、モータ２の正逆回転範囲を規制して
いる。すなわち一方のストッパ５６に止めねじ５５が当
接した点を回転方向の原点とし、またモータ２が正転し
て他方のストッパ（図示せず）に止めねじ５５が当接し
たところで、モータ２を逆転させるもので、これによっ
てモータ２の回転軸２１を常に原点にリセットさせてか
らモータ２を回動することができるので、回転軸２１の
回転角度により吐出量を一定にコントロールすることが
できるようになる。尚、ステッピングモータの様に回転
角度を一定にできるモータであれば、原点用のストッパ
５６のみで他方のストッパは不要である。また回転方向
の原点位置を設定する際、予めチューブ４１にねじりを
加えてチューブ４１をプリセットすることにより、モー
タ２の回転軸２１の回転開始直後に吐出をはじめること
ができると共に、最初の吐出量漸増域以上にチューブ４
１をねじっておけば、ねじり角―吐出量の特性がリニア
に近くなり、流体の流量のコントロールが容易になる。

【００２７】図２は本発明の他の実施の形態を示すもの
で、次にこれを説明すると、モータ２は回転軸２１がモ
ータ２の両側に突出した両軸タイプとなっている。モー
タ２の回転軸２１には、回転軸２１を貫通する孔を形成
し、孔の片端に雌ねじ２１１を形成して、この雌ねじ２
１１にモータ側コネクタ５７をねじ込む。モータ側コネ
クタ５７は、チューブ４１を接続する大径部５７１と回
転軸２１に接続する雄ねじ５７２と、外径が回転軸２１
の孔よりも小さな円管部５７３からなり、大径部５７１
側から円管部５７３の先端（開口部５７７が存在）まで
孔が貫通している。

【００２８】円管部５７３の先端はモータ軸２１を貫通
し、チューブ４１と反対側のモータ軸端２１３から突出
しており、モータ軸端２１３側には、リング状のモータ
軸ホルダ５５１の孔にモータ軸２１が挿入され、止めね
じ５５により固定されている。この止めねじ５５は、モ
ータ軸端２１３側のモータ側面に固定したストッパ５６
（リング状でストッパねじ５６１が固定できるねじ穴が
円周上に複数あり）に固定したストッパねじ５６１当接
することにより、モータ２の回転軸２１の回転方向の原
点となっており、ストッパねじ５６１と反対側のモータ
側面には、リング状の支持筒ホルダ３４がモータ側面に
固定されている。

【００２９】支持筒ホルダ３４の孔には雌ねじが切って
あり、円筒状の支持筒３３の中心軸がモータ軸の中心軸
に一致するようにねじで固定できるようになっていると
共に、支持筒３３のモータ２と反対側先端には、中央に
孔を有するコネクタホルダ３５が接着されていて、この
孔に雄ねじを切ったホルダ側コネクタ５８（貫通孔あ
り、チューブ反対側が開口部５８７となる）がナット５
８９で固定されている。ホルダ側コネクタ５８の大径部
５８１（大径部５７１と同様の形状）とモータ側コネク
タの大径部５７１には、チューブ４１の両端がそれぞれ
はめ込まれてチューブ４１が固定されており、それぞれ
の大径部の外径はチューブ４１の内径より大きいので、
チューブ４１が回転方向・軸方向に滑らないようになっ
ているが、チューブの外側をリングやひも等で固定して
もよく、またチューブ４１と大径部を接着してもよい。

【００３０】以上の構成により、モータ軸２１を正逆回
転してチューブ４１にねじり、ほどきを与えることによ
り、チューブ４１内の液体が開口部５８７、開口部５７
７から出入りして、チューブ４１内の液体を圧送するこ
とができるようになり、液体の流れが一直線になるの
で、泡や流体が滞留しにくくなると共に、チューブ４１
が支持筒３３により保護される。

【００３１】またモータ側コネクタ５７の開口部５７７
側端を、Ｏリングなどのシール部材５９１と、固定コネ
クタ５９（固定コネクタホルダ５９２によりモータ２に
固定）よりなる回転継手を介して外部の流路に接続する
もので、シール部材５９１、固定コネクタ５９、固定コ
ネクタホルダ５９２なしで開口部５７７にチューブを接
続し、チューブがたるんだ状態（例えばチューブをコイ
ル状にする）にして外部の流路に接続してもよく、チュ
ーブの出入口が両方とも回転することがないので、他の
流路への接続が容易に行える効果がある。

【００３２】図３は本発明の他の実施の形態を示すも
で、次にこれを説明する。この実施の形態では、両軸の
モータ２の軸突出部分に、チューブ４１を固定するチュ
ーブ固定部５７８、チューブ固定部５７９を設けてい
る。図３のようにチューブ４１を取り付けるために固定
部を太くする必要がある場合は、リング状の部材を軸端
に嵌合して固定部とし、またチューブ４１の内径が小さ
いため軸端を細くする場合は、軸を削り軸の外径を小さ
くし固定部とする。

【００３３】モータ軸２１は中空とし、液体が流通でき
るようにすると共に、モータ２の回転軸２１の軸端にモ
ータ軸ホルダ５５１を挿入し、止めねじ５５により回転
軸２１に固定する。支持筒ホルダ３４１は、図示しない
ねじなどの固定手段によりモータ２に固定されており、
支持筒ホルダ３４１は、円筒形状でモータ軸ホルダ５５
１や止めねじ５５を囲む円筒状の空洞を有していると共
に、支持筒３３１を固定するねじ孔を有し、このねじ孔
に支持筒３３１を固定する。

【００３４】支持筒３３１及び支持筒３３１のモータ２
と反対側先端には、図２の実施の形態と同様に中央に孔
を有するコネクタホルダ３５、コネクタホルダ３５１を
それぞれ接着し、これらコネクタホルダ３５，３５１の
孔に、雄ねじを切ったホルダ側コネクタ５８、ホルダ側
コネクタ５９がそれぞれナット５８９、ナット５９９で
固定されていると共に、モータ２の両軸双方のチューブ
固定部とホルダ側コネクタ５８，５８１にチューブ４
１、チューブ４３をそれぞれはめ込むことによりチュー
ブ４１，４３を固定する。

【００３５】以上の構成により、モータ２の回転軸２１
が回転すると、チューブ４１、チューブ４３が同時にね
じり、ほどけて、チューブ４１，４３内の液体が開口部
５８７、開口部５９７から出入りして、液体の圧送を行
うもので、チューブ４１，４３が２本になるので吐出量
が増加すると共に、液体の出入口が回転しないので外部
の流路への接続が容易になる効果がある。

【００３６】また、図４の（ａ）に示すように、ホルダ
側コネクタ５１の突起５１４、またはモータ側コネクタ
５２の突起部５２４の片方、もしくは双方の先端をチュ
ーブ４１の内径よりも小さく絞り延長するか、図４の
（ｂ）に示すように、チューブ４１内にチューブ４１よ
りも外径が小さく長さが短い円筒形の部材４１１を封入
し、もしくは図４の（ｃ）に示すように、チューブ４１
内に非圧縮性で、かつ液体を圧送する際液体と混合しな
い流体やゲルなどの充填部材４１２を、チューブ４１内
の容積とチューブ４１からの最大吐出量の差程度充填す
る。

【００３７】例えば水を送液する場合、シリコンオイル
などの油脂を出入口のうち、一方から充填し、ポンプと
して使用する場合、充填に使用した出入口を閉塞して、
水を残った一方の出入口から出し入れするもので、チュ
ーブ４１内の液体の占める容積が減少するので、チュー
ブ４１内の液体の入れ替えが早くなり、これによって泡
の滞留やコンタミネーションが防止できるようになる。

【００３８】次に上記構成されたチューブポンプのねじ
りによるチューブ４１からの吐出量について詳細に分析
する。チューブ４１の肉部を構成するゴム材料は変形に
より体積がほとんど変化しないというゴム弾性特有の特
性を持っており、本発明の実施の形態では、チューブ４
１は両端が軸方向に固定されているため、チューブ４１
の見かけ上の長さは変化しないが、チューブ４１にねじ
りを加えることにより伸びるので、チューブ４１の伸び
に反比例してチューブの断面積が減少する、と仮定する
と下記の近似式が求められる。

【数５】ただし、Ｌ_o：チューブの長さ、Ｓ_o：変形前のチューブ
断面積（肉部）、ｒ_e：チューブの代表径、θ：チュー
ブのねじり角であり、図１に示すチューブポンプのチュ
ーブ４１に水を満たし、モータ２側の開口部５２７を閉
塞した状態で回転軸２１を回転し、チューブ４１をねじ
った時のねじり角度に対応する吐出量（チューブ内容積
の変化量）を実測し、その結果を図５に示す。

【００３９】またチューブ４１には従来のチューブポン
プ用のものを使用し、サイズは内径１．６ｍｍ、外径
４．８ｍｍ、長さ１５ｍｍのチューブＡと、内径２．４
ｍｍ、外径５．６ｍｍ、長さ５０ｍｍのチューブＢを使
用した。実測したチューブの場合、近似式に対して吐出
量の立ち上がりに遅れθ_dを生じるので、遅れの分を補
正し、ｒ_eを変化して実測値にフィットする。チューブ
Ａはθ_d＝５０°、ｒ_e＝０．６ｍｍ、チューブＢはθ_d
＝１００°、ｒ_e＝１．２５ｍｍとすると近似式（数
５）はチューブの変形による吐出量の実測値とよく一致
する。

【００４０】従って、実際のチューブでは（数６）に示
す近似式が妥当である。すなわち、不感帯を０〜θ_dと
するとΔＶは、

【数６】となる。また、チューブの中心軸に垂直な方向にチュー
ブを同心の微小円筒に分割し、上記と各微小円筒で（数
５）と同様の仮定が成り立つとして、積分すると△Ｖは

【数７】が得られる。（数５）と同様に実測値にフィットする場
合、立ち上がりの遅れθ _dと係数ａを導入し下記する
（数８）が得られる。

【数８】実測値に（数８）をフィットした場合、チューブＡはθ
_d＝５０°、ａ＝０．１２、チューブＢはθ_d＝１００
°、ａ＝０．３３とすると近似式（数８）はチューブの
変形による吐出量の実測値とよく一致する。

【００４１】従って、実施の形態のチューブでは、（数
８）に示す近似式が妥当であり、また（数６）または
（数８）によりチューブの任意のねじり角によるチュー
ブからの吐出量が計算できるので、図示しない制御部に
数値テーブル化し記憶することにより、一定量吐出した
い場合は、制御部で数値テーブルから所用ねじり角を求
め、回転軸を制御部によりそのねじり角分回転すればよ
く、チューブのねじり角によるチューブからの吐出量を
事前に把握することができ、吐出量の制御や吐出流量の
制御が可能になるので高精度なポンプが実現できる。

【００４２】以上の実測データ、解析から分かるよう
に、一定のねじり角（θ_d）以上になってチューブから
の液体が吐出するので、チューブを予めθ_d以上ねじっ
てストッパで固定することにより、予めチューブをプリ
セットする。これによって、モータ２の回転軸２１の回
転開始直後に吐出をはじめることができると共に、最初
の吐出量漸増域以上にチューブをねじっておけば、ねじ
り角―吐出量の特性がリニアに近くなり、流体の流量の
コントロールが容易になる。

【００４３】図７は水質監視装置の分析装置にチューブ
ポンプを使用した実施の形態を示すもので、次にこれを
説明する。湖沼や河川、海洋など水質監視や水道水の残
留塩素などの水質監視がメータサイズの計器で行われて
いる（例えば水道水質では「工業用水；第４０９号；ｐ
９６〜ｐ１０２」に記載の水質監視装置などの例があ
る）が、装置が大型のため価格が高く設置場所に制限が
あるなどの問題がある。

【００４４】そこでこの実施の形態では、半導体微細加
工技術により形成した検出器に本発明のチューブポンプ
により試料水、試薬を送液することにより、装置の小形
化と低コスト化を図っている。チューブポンプを使用し
た分析装置は図８に示すように、シリコン基板７００の
片面に異方性エッチングし、台形断面の屈曲した溝を形
成し、溝側の面（表面と呼ぶ）にガラス板７０１を接合
して流路を構成し、裏面にガラス板７０２を接合して補
強したセル７を用いる。

【００４５】表面の溝から構成されるセル７の流路は屈
曲部を境に上流側から（流体）導入流路７０３、検出部
流路７０４、排出流路７０５からなり、導入流路７０３
には、裏面から異方性エッチングし、複数の孔を設けて
いると共に、それぞれ、上流側から洗浄液孔７０６、基
準液孔７０７、試料液孔７０８、複数の微小な孔が配列
したミキサ７０９となっている。

【００４６】また、図８（ｄ）に示すように、それぞれ
の孔の上流側のガラス板７０２にも対応する孔が設けら
れており、ガラス板７０２の孔の上流側はセル７を乗せ
た流路ブロック７４の流路７１８，７１９などに接続す
ると共に、流路ブロック７４は光造形技術または、複数
の板（流路を形成、板間の流路をつなぐ孔などを形成）
を貼り合わせてセル７の流路から外部のポンプなどに接
続する流路７１８，７１９などを形成している。

【００４７】セル７と流路ブロック７４の流路の接続
は、図示しない０リングなどを介して行い、洗浄液孔７
０６からは流路洗浄剤を導入すると共に、基準液孔７０
７は測定基準となる液を導入し、校正を行うために設け
ている（なお洗浄液、基準液の導入路以前の構成は省略
する）。

【００４８】試料液９３と試薬９２は、セル７の導入流
路７０３内に同時に注入され、ミキサ７０９で合流混合
するが、このとき図８（ｃ）に示すように、ミキサ７０
９の複数の微小孔から試薬９２が試料液９３内に微小な
プリュームとなり噴出するので、拡散により速やかに混
合する。混合液内では、試料液９３内に含まれる特定成
分（例えば残留塩素）が試薬（例えば残留塩素測定の場
合はＤＰＤ試薬）と反応し、反応生成物を生じ発色する
と共に、発色量は特定成分の濃度と相関するため、下流
側の検出部流路７０４（図８（ｂ）に断面を示す）で発
色量に応じた吸光度を測定する。

【００４９】検出部流路７０４のガラス板７０１の上面
は、金属膜などを蒸着した反射面７６１となっていて、
検出部流路７０４の上流・下流端には反射膜のない窓部
があり、それぞれの窓部に対向してＬＥＤなどの光源７
６２と光センサ７６３を設置すると共に、光源７６２か
ら発した光は、窓部から検出部流路７０４に入り、検出
部流路７０４のシリコン下面と反射面７６１間を通過
し、反対側の窓部から出て光センサ７６３に至り検出さ
れる。

【００５０】また本実施の形態では、図７（図７ではセ
ル内の流路や光学系は単純化して示しており、詳細は図
８に示す）に示すように、チューブポンプを２台用いて
おり、１台のチューブポンプ１０は試薬の送液用、もう
１台のチューブポンプ１１は試料液（水道水）の送液用
である。試薬９２は流路３１１を通り、試薬タンク９１
からバルブ６１１を介して、チューブポンプ１０に至
り、さらにチューブポンプ１０を通過した試薬９２は、
流路３１２を通り、バルブ６１２を介して流路ブロック
７４内の流路７１９を通過してセル７に至る。

【００５１】一方試料液９３は水道管から減圧弁（とも
に図示せず）を介して流路３２１に入り、バルブ６２１
を介してチューブポンプ１１に至ると共に、さらにチュ
ーブポンプ１１を通過した試料液９３は流路３２２を通
り、バルブ６２２を介して流路ブロック７４内の流路７
１８を通過してセル７に至る。試料計測時には、制御部
８からの指令信号８１１、指令信号８１２に基づいてモ
ータ２１０、モータ２１１を回転すると同時に、制御部
８からの司令信号８２，８３，８４，８５に基づいてバ
ルブ６１１，６１２，６２１，６２２を（モータ２１
０，モータ２１１の回転に伴う）チューブのねじり（モ
ータ正転、バルブ６１１，６１２閉、バルブ６１２，６
２２開）、ほどき（モータ逆転、バルブ６１１，６２１
開、バルブ６１２，６２２閉）に従って交互に開閉し、
吐出、吸引することにより、試薬タンク９１の試薬９２
と試料液９３をセル７側に送液する。

【００５２】これにより、試料液と試薬がミキサ７０９
で合流混合し検出部流路７０４を満たすが、この時の混
合液の吸光度を表す光センサ７６３の出力信号８６を制
御部８に取り込み特定成分の濃度データとして保存した
り、図示しない表示部に表示し、もしくは図示しない通
信部からデータを電話回線やインターネットを通じて水
道局などの外部機関に送信するようにしてもよい。

【００５３】なお、初期に流路へ液を導入するなどの場
合は、片方のチューブポンプを用いて送液してもよい。
本実施例によれば、ポンプの構成が簡素で、検出部を半
導体微細加工技術により小形化するので装置が小形、低
コストとなる。

【００５４】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように、チューブ
にねじり、ほどきを与えて、チューブ内の液体を圧送す
るように構成したことから、従来のシリンジポンプのよ
うな複雑な回転／直動変換機構や、高精度のピストンを
必要とせずに液体の圧送が可能となり、これによってチ
ューブポンプ及びこれを使用した分析装置が簡単な構成
で、安価に得られると共に、チューブを加圧して液体を
圧送する必要がないので、チューブの耐久性が従来のチ
ューブポンプに比べて大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態になるチューブポンプの断
面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態になるチューブポンプ
の断面図である。

【図３】本発明の実施の形態になるチューブポンプの断
面図である。

【図４】（ａ）ないし（ｃ）は本発明の実施の形態にな
るチューブポンプの変形例を示す断面図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態になる
チューブポンプの吐出特性を示す線図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態になる
チューブポンプの吐出特性を示す線図である。

【図７】本発明の実施の形態になるチューブポンプを使
用した分析装置の構成図である。

【図８】（ａ）ないし（ｄ）は本発明の実施の形態にな
るチューブポンプを使用した分析装置の説明図である。

【符号の説明】

２モータ２１回転軸３１支持棒３２支持筒４１チューブ４２吐出チューブ５１ホルダ側コネクタ５２モータ側コネクタ５３開口部コネクタ５４ホルダ側コネクタ５６ストッパ

フロントページの続き (72)発明者山田勝利茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者小野瀬俊宏茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内Ｆターム(参考） 2G054 AA02 CA10 CE01 FA06 FA15 GB01 2G059 AA05 BB04 EE01 FF12 GG02 KK01 3H077 AA08 AA20 BB10 CC04 CC10 DD02 EE40 FF03 FF09 FF12 FF14 FF22 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チューブと、正逆回転する回転軸を有す
るモータ及び支持体とからなるチューブポンプであっ
て、上記支持体にモータの回転軸と支持体側結合手段の
中心軸が一致するようにモータ及び支持体結合手段を設
けて、この支持体側結合手段にチューブの一端を結合
し、また上記モータの回転軸に取り付けられたモータ側
結合手段にチューブの他端を結合して、上記モータを正
逆回転させることにより、上記チューブにねじり、ほど
きを与えてチューブ内の液体を圧送するよう構成すると
共に、上記支持体結合手段に設けられた開口部及びモー
タ側結合手段に設けられた開口部に、上記モータの正逆
回転に同期して開閉される吸入弁及び吐出弁を設けたこ
とを特徴とするチューブポンプ。
【請求項２】チューブと、正逆回転する回転軸を有す
るモータ及び支持体とからなるチューブポンプであっ
て、上記支持体にモータの回転軸と支持体側結合手段の
中心軸が一致するようモータ及び支持体結合手段を設け
て、この支持体側結合手段にチューブの一端を結合し、
また上記モータの回転軸に取り付けられたモータ側結合
手段にチューブの他端を結合して、上記モータを正逆回
転させることにより、上記チューブにねじり、ほどきを
与えてチューブ内の液体を圧送するよう構成すると共
に、上記支持体結合手段に設けられた開口部と、上記モ
ータの回転軸内を貫通して、モータ側結合手段の取り付
け部と反対側に設けられた開口部に、上記モータの正逆
回転に同期して開閉される吸入弁及び吐出弁を設けたこ
とを特徴とするチューブポンプ。
【請求項３】請求項１，２に記載のチューブポンプに
おいて、モータ側結合手段に開口された開口部に吐出チ
ューブの一端を接続し、かつ吐出チューブの他端を、支
持体または支持体に固定された支持体結合手段に固定し
てなるチューブポンプ。
【請求項４】請求項２に記載のチューブポンプにおい
て、モータ側結合手段の取り付け部と反対側に設けられ
た開口部に、モータまたは支持体上に固定された吐出チ
ューブの端部を回転継手を介して接続してなるチューブ
ポンプ。
【請求項５】請求項１ないし４の何れか１項に記載の
チューブポンプにおいて、支持体側結合部とモータ側結
合部に取り付けたチューブ内に、チューブ内容積よりも
小さな容積を有する部材または液体を設けてなるチュー
ブポンプ。
【請求項６】請求項１ないし５の何れか１項に記載の
チューブポンプにおいて、モータまたは支持体に、モー
タ側結合手段上に設けた突起、または回転軸別に結合し
た部材上に設けた突起が、回転軸の回転により当接する
位置にストッパを設けてなるチューブポンプ。
【請求項７】請求項６に記載のチューブポンプにおい
て、ストッパに突起が当接した状態がモータ回転の原点
として、この原点よりチューブをねじった状態でチュー
ブの端部を支持体側結合手段及びモータ側結合手段に取
り付けてなるチューブポンプ。
【請求項８】請求項１ないし７の何れか１項に記載の
チューブポンプにおいて、チューブからの吐出量△Ｖを
チューブねじり角θ、不感帯θ_dとチューブ長さＬ_o、チ
ューブ肉部断面積Ｓ_o、チューブ内径ｒ_in、チューブ外
径ｒ_out、チューブ実効径ｒ_eから、△Ｖを、【数１】とし、実際にチューブを回転したときのチューブからの
流体の吐出量データに上式をフィットすることにより、
不感帯θ_d、チューブ実効径ｒ_eを求め、上式によりモー
タの回転軸の回転速度、回転角度を制御することによ
り、吐出量または流量を設定する制御部を設けてなるチ
ューブポンプ。
【請求項９】請求項１ないし７の何れか１項に記載の
チューブポンプにおいて、チューブからの吐出量△Ｖを
チューブねじり角θ、不感帯θ_dとチューブ長さＬ_o、チ
ューブ肉部断面積Ｓ_o、チューブ内径ｒ_in、チューブ外
径ｒ_out、係数ａから、△Ｖを、【数２】とし、実際にチューブを回転したときのチューブからの
流体の吐出量データに上式をフィットすることにより、
係数ａを求め、上式によりモータの回転軸の回転速度、
回転角度を制御することにより、吐出量または流量を設
定する制御部を設けてなるチューブポンプ。
【請求項１０】試料液が流れる流路と試薬が流れる流
路が合流することにより試料液と試薬を混合する混合部
を備え、かつ混合液の吸光度を測定する分析装置であっ
て、請求項１ないし８の何れか１項に記載のチューブポ
ンプにより試料液と試薬を送液することを特徴とするチ
ューブポンプを用いた分析装置。