JP2004092537A

JP2004092537A - ペリスタポンプ吐出量制御装置

Info

Publication number: JP2004092537A
Application number: JP2002255717A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Osawa; 大澤　秀隆; Norihisa Sagawa; 佐川　典久; Kenji Yamada; 山田　健二; Takashi Kikuchi; 菊池　俊
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】分注量がごく少量であっても安定した分注精度を得ることができるペリスタポンプ吐出量制御装置の提供。
【解決手段】ペリスタポンプ吐出量制御装置１は、ロータ２０上で回転しながら回動する複数のローラ２１を備えたペリスタポンプ１０を有し、また、ロータ２０を回転させるためのモータ５０とモータ５０を制御するＣＰＵ４２と、ローラ２１の回動位置に対応した吐出量のデータを格納したメモリ４３とを有する。ＣＰＵ４２は、ローラ２１の現在の回動位置を把握し、メモリ４３中の吐出量のデータを参照して、ペリスタポンプ１０によって所望の量の吐出を行うための、ローラ２１の回動角度の計算を行い、計算結果に基づきモータ５０を制御して、ローラ２１を回動させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペリスタポンプを用いて必要量の流体を供給するためのペリスタポンプ吐出量制御装置に関し、特に分注精度の向上を目的として、少量の流体を供給する分注装置に適用されるペリスタポンプ吐出量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体を供給するためのポンプとしては、ペリスタポンプが従来より知られている。ペリスタポンプは、ハウジングと、ロータと、複数個のローラと、チューブと、モータと、制御手段とを備えている。ハウジングは円弧状壁部を有しており、ロータは、モータによってハウジングに対して回転駆動されるように構成されている。モータの回転速度及び回転角度は制御手段によって制御される。複数個のローラは、ロータ上の同一円周上に回転可能に支持されている。チューブは、複数のローラと円弧状壁部との間に配設されて、ローラの設けられているロータを取巻いた状態とされ、ロータの回転により複数個のローラの回動と共に円弧状壁部との間で押潰されたり、形状が回復したりする。チューブ内には予め流体が流入され、チューブがローラで押潰されたままローラが回動されてチューブの押潰されている位置が変わることによって、チューブ内の液体が押出される吐出動作が行なわれる。また、ローラの回動によりチューブの押潰されている位置が変わると、押潰されていた箇所は復元力によって元の形状に戻ろうとする。このときに、チューブ内部に負圧が生じて液体をチューブ内に吸引する吸引動作が行われる。このようにペリスタポンプは弁などの機構が無く、メンテナンスもチューブの交換といった簡単な作業で済み、シンプルで安価なポンプとして広く活用されている。
【０００３】
ペリスタポンプは試薬などの分注に有用であり、分注装置に接続され、試薬等を分注装置へ供給するためのポンプとして用いられる。この種のペリスタポンプでは、ロータの回転はステッピングモータなどによって行われる。即ち、ロータ１回転当りの吐出量の値を計算若しくは測定して求め、この値を所定の値で単純に割ることによってロータの所定回転角度当たりの吐出量を計算しておく。そして、分注作業時には、所望の分注量の試薬等が吐出されるように、当該所望の分注量を、計算して求めておいた所定回転角度当たりの吐出量で割ることによって、ロータの回転される角度が決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ペリスタポンプにおいては、ロータが整数回転するような分注の場合、即ち、分注される流体の量が多い場合には、比較的安定した量の流体の供給が行われ、安定した分注量が得られる。しかし、ロータが１回転未満で小刻みに停止されるような微量の分注を行う場合には、ペリスタポンプ特有の脈流が生じ、分注量にばらつきが出ていた。脈流は、前述のように、ローラの回動によりチューブの押潰されている位置が変わったときに、押潰されていた箇所が復元力によって元の形状に戻ろうとすることによる吸引動作によって生ずるのであるが、これはローラの回動位置に起因する。従来のペリスタポンプでは、ローラの回動位置を全く考慮せずに、前述のようにロータ１回転当たりの吐出量から単純に所定回転角度当たりの吐出量を求め、分注に必要な流体の所望の吐出量を所定回転角度当たりの吐出量で割ることによって、ロータの回転角度を求めていたため、ペリスタポンプ特有の脈流による吐出量の変化に対応することができず、分注量がばらついて安定した精度の良い分注作業ができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、分注量がごく少量であっても安定した分注精度を得ることができるペリスタポンプ吐出量制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、円弧状壁部を有するハウジングと、該ハウジングに対して回転するロータと、該ロータ上の同一円周上に回転可能に支持された複数個のローラと、該複数のローラと該円弧状壁部との間に配設され該ロータの回転により該複数個のローラの回動と共に該円弧状壁部との間で押し潰されまた形状が回復することでポンプ動作するチューブとを備えたペリスタポンプと、該ロータを回転駆動するモータと、該モータの回転速度及び回転角度を制御する制御手段とを備えたペリスタポンプ吐出量制御装置において、該吐出量制御手段には、該ローラの回動位置に起因する該ペリスタポンプの吐出量のばらつきを補償するロータ回転角度制御手段が設けられているペリスタポンプ吐出量制御装置を提供している。
【０００７】
ここで、該ロータ回転角度制御手段は、該ローラの回動位置を検出するセンサと、該ローラの回動位置に基づく吐出量を吐出データとして予め記憶したメモリと、該ロ一ラの回動位置と該メモリに記憶されている吐出データとに基づき、所望の吐出量に必要な該ロータの回転角度を計算して、該ロータの回転角度に対応するモータ回転角度を制御する中央演算処理装置とから構成されることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるペリスタポンプ吐出量制御装置について、図１乃至図３を参照しながら説明する。ペリスタポンプ吐出量制御装置１は、ハウジング１１を有しており、ハウジング１１内には、ロータ２０と、複数個のローラ２１と、チューブ３０と、制御部４０と、センサ４１とが設けられており、ハウジング１１とロータ２０と複数のローラ２１とチューブ３０とによってペリスタポンプが構成されている。また、ハウジング１１には、図示せぬモータケースが接続されており、図示せぬモーターケース内にはモータ５０が設けられている。また、制御部４０には、当該ペリスタポンプのユーザが操作可能な位置に設けられた図示せぬ入力部が接続されており、ペリスタポンプ１０によってこれから吐出しようとする所望の吐出量を、ユーザが入力部から入力することができるように構成されている。
【０００９】
ロータ２０は、略円盤状をしており、ハウジング１１によってその軸を中心として回転可能に支持されている。ロータ２０上の円周近傍の位置には４つのローラ２１が設けられており、これらは、軸心を中心として回転可能にロータ２０に支持されている。４つのローラ２１の回転軸は、ロータ２０の回転軸と同軸的な同一円周上に位置しており、ロータ２０の回転軸と平行の位置関係にある。また、４つのローラ２１の回転軸は、当該同一円周上において周方向に等間隔に配置されている。ローラ２１の周面は、ロータ２０の円周よりもロータ２０の半径方向外方へ突出した状態となっている。
【００１０】
ハウジング１１の一部であってロータ２０の円周の一部に対向する位置には、円弧状壁部１２が設けられている。円弧状壁部１２はロータ２０の円周に沿って略半円状に設けられており、円弧の中心の位置はロータ２０の回転軸と一致する。円弧状壁部１２は、図１においてロータ２０の上半分を覆うように設けられており、４つのローラ２１が、図１に示されているように上下左右に位置しているときには、上、左、右の３つのローラ２１が円弧状壁部１２に対向し、円弧状壁部１２の２つの端部１２Ａ、１２Ａは左右のローラ２１に対向する位置関係となる。
【００１１】
ロータ２０の円周よりもロータ２０の半径方向外方へ突出しているローラ２１の周面と円弧状壁部１２との間は所定の距離を隔て離間しており、そこにはチューブ３０が配設されている。チューブ３０は、その半径方向に弾性変形可能であり、ロータ２０の円周に沿って配置されており、ロータ２０を取巻いた状態でハウジング１１に対して移動不能となっている。ローラ２１の周面と円弧状壁部１２との間の距離は、弾性変形されていない状態のチューブ３０の外径よりも小さい。このため、チューブ３０は、ロータ２０の円周よりもロータ２０の半径方向外方へ突出しているローラ２１の周面と円弧状壁部１２とによって挟まれて、半径方向に押潰された状態となっている。一方、チューブ３０の、ローラ２１の周面と円弧状壁部１２とによって挟まれていない部分は弾性変形されていない。ロータ２０の回転により、ローラ２１の周面と円弧状壁部１２との対向位置が変化し、チューブ３０の、ローラ２１と円弧状外壁部とによって押潰されている部分の位置が変化することによって、チューブ３０内の流体がチューブ３０から押出されて、チューブ３０に接続されている図示せぬ分注装置へ、流体たる試薬等が吐出されるように構成されている。
【００１２】
ロータ２０はモータ５０に駆動連結されており、モータ５０と同一回転量となるように直結されている。４つのローラ２１は、ロータ２０の回転に伴い回転しながら回動（ロータ２０の軸心を中心として公転）する。モータ５０は、より具体的にはステッピングモータであり、制御部４０に接続されている。制御部４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４２と、ＲＡＭ及びＲＯＭからなるメモリ４３と、ドライバ４４とを有しており、ＣＰＵ４２はドライバ４４を介してモータ５０の回転速度及び回転角度を制御する。また、ＣＰＵ４２はエンコーダによって構成されるセンサ４１に接続されており、センサ４１を介してＣＰＵ４２は、常時ローラ２１の回動位置を把握するように構成されている。メモリ４２のＲＯＭには、図２に示されるような、ロータ２０上におけるローラ２１の回動位置に固有の吐出量のデータが記憶されている。ペリスタポンプ１０が所望の量の吐出を行うときには、センサ４１によって検知されたロ一ラ２１の回動位置と、メモリ４３のＲＯＭに記憶されている吐出量のデータとに基づいて、所望の吐出量に必要なロータ２０の回転角度をＣＰＵ４２が計算して、ロータ２０の当該回転角度に対応するモータ回転角度を制御するように構成されている。センサ４１、メモリ４３、及びＣＰＵ４２は、ロータ回転角度制御手段に相当する。
【００１３】
ここで、図２のグラフに示される、ペリスタポンプ１０で生ずる脈流について説明する。図２のグラフにおいて、ロータ回転角度０°とは、図１に示されるように４つのローラ２１が図１の上下左右に位置している状態を示している。なお、この位置を原点位置とする。この状態からモータ５０を駆動させてロータ２０を微小角度回転させ続けたときの、各微小角度におけるそれぞれの吐出量を測定し、ロータ２０が１回転するまで、即ち、４つのローラ２１がそれぞれ元の位置に戻るまで、順次吐出量をプロットしていった値が図２のグラフに示されている。図２に示される４周期の山はローラ２１の数に関係がある。即ち、図１においてロータ２０が右に９０度回転して、図１の上の位置にあるローラ２１が右の位置へと回動してゆくと、図２においてロータ回転角度が０〜９０°の間に示されているような山が一つ生成される。同様に、ロータ２０が更に右に９０度回転して、図１の右の位置にあるローラ２１が下の位置へと回動してゆくと、図２においてロータ回転角度が９０〜１８０°の間に示されているような山が一つ生成される。図２のロータ回転角度が１８０〜２７０°、２７０〜３６０°の間についても同様にして山がそれぞれ生成され、ロータ２０が１回転する間に４つの山が生成される。即ち、山の数はローラの数に対応する。
【００１４】
このようにローラ２１の回動位置に因って、吐出量が安定している所、即ち、図２の略水平になっている山の頂上部分が生じ、また、吐出量の少ない所、即ち、図２の山と山との谷間の部分が生じて、吐出量にばらつきが生ずる。谷間の部分が生じてしまうのは、円弧状壁部１２の端部１２Ａに対向する位置にあったローラ２１、即ち、円弧状壁部１２との間でチューブ３０を押潰していたローラ２１が、更に右へ回動することによって、ローラ２１が円弧状壁部１２に対向しなくなることによってチューブ３０を押潰さなくなった瞬間に、チューブ３０が弾性力によって弾性変形されていない元の状態に戻り、図１の右方向へ押し流されていた流体が一時的に逆流されてしまうからである。ペリスタポンプ１０では、このように吐出量が変化するいわゆる脈流が生ずるので、ＣＰＵ４２は、図２に示されるようなローラ２１の各回動位置における吐出量と、現在のローラ２１の回動位置とを把握し、現在のローラ２１の回動位置から更にどれだけ回動させれば所望の吐出量が得られるかを計算し、その計算値に基づきモータ５０の回転角度を制御する。
【００１５】
次に、図３のフローチャートに基づき、ペリスタポンプ吐出量制御装置１の動作について説明する。先ず、所望の吐出量を図示せぬ入力部から入力する（Ｓ１）。このフローチャートの例では、所望の吐出量は３μｌ（マイクロリットル）である。次に、センサ４１が、原点からのローラ２１の回動位置を把握する。ここでは例えば、図１に示される状態のローラ２１の位置から右へ４５度回動された状態であることを検知し、ＣＰＵ４２へ回動位置の情報を伝達する（Ｓ２）。次に、ＣＰＵ４２は、メモリ４３のＲＯＭ中の図２のグラフのデータに基づき、現在のローラ２１の回動位置における吐出量が０．６μｌであることを把握する（Ｓ３）。次に、ＣＰＵ４２は、所望の吐出量である３μｌ吐出するために必要な現在の位置からのローラの回動量を演算する（Ｓ４）。
【００１６】
ローラの回動量の演算は、例えば次のように行われる。現在のローラ２１の回動位置である４５度から６０度までの間は、図２に示されるように４つの微小角度に区分されており、各区間における吐出量はそれぞれ０．６μｌ、０．６μｌ、０．６μｌ、０．５５μｌである。次に、ローラ２１の回動位置が６０度〜７５度までの間は、図２に示されるように４つの微小角度に区分されており、各区間における吐出量はそれぞれ０．６μｌ、０．５７５μｌ、０．５６μｌ、０．５５μｌである。ここで、４５〜６０度までの間の吐出量の合計と、６０度〜７５度の間の微小角度の区間のうちの、最も６０度に近い微小角度の１区間における吐出量との和は、０．６μｌ＋０．６μｌ＋０．６μｌ＋０．５５μｌ＋０．６μｌ≒３μｌであり所望の吐出量に略一致することから、ローラ２１を４５度の位置から６０度の位置まで回動させ、更に微小角度１区間分、即ち、１５度÷４（区間）≒３．８度回動させればよく、合計で（６０−４５）度＋３．８度＝１８．８度回動させればよいことが分かる。即ち、現在の回動位置である４５度の位置から６３．８度の位置まで回動させればよいことが求まる。
【００１７】
次に、ＣＰＵ４２がモータ５０を駆動させ、ローラ２１の回動角度が１２０度に達したときにモータ５０を停止させて処理を終了する（Ｓ５）。より具体的には、ローラ２１を１２０度回動させる分量のパルス列信号を、ＣＰＵ４２からドライバ４４を介してモータ５０へ送ることによってロータを回転駆動させ、ローラ２１が１２０度回動されたことをセンサ４１によって検知したときにロータの回転が停止される。
【００１８】
メモリ４３に予めローラ２１の回動位置に基づく吐出量データを記憶させ、現在のローラ２１の回動位置を把握し、現在の位置からどれぐらいローラ２１を回動させれば所望の吐出量を得ることができるかを吐出量データを用いて求め、その回動角度分だけローラ２１が回動するようにモータ５０を制御するようにしたため、ローラ２１の回動角度に因らずに、安定した吐出量を得ることができる。従って、ペリスタポンプ１０特有の脈流による吐出量のばらつきを防止することができ、高精度な微量分注を実現することができる。
【００１９】
本発明によるペリスタポンプ１０の吐出量制御装置は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、モータ５０はステッピングモータであったが、サーボモータでもよい。
【００２０】
また、ＣＰＵ４２は、センサ４１を介して常時ローラ２１の位置を検知していたが、一度センサによってローラの位置を検知した後には再び検知しないようにしてもよい。この場合には、ＣＰＵがモータを駆動するために送ったパルス列信号を記憶し、パルス列信号に基づいて計算することによってローラの位置を把握するようにすればよい。
【００２１】
また、図２に示されるようなグラフに代えて、図４に示されるような、ロータの一回転当たりの総吐出量についてのデータをメモリ中に予め記憶しておいて、ローラを回動させる角度を求めるようにしてもよい。例えば、現在のローラの回動位置が９０度（ロータ回転角度が９０度）で、所望の吐出量が５μｌである場合には、０度から現在のローラの回動位置である９０度に至るまでのローラが回動された場合の吐出量が１３μｌであることから、総吐出量が５（μｌ）＋１３（μｌ）＝１８（μｌ）となる１２６度の位置までローラを回動させればよい。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載のペリスタポンプ吐出量制御装置によれば、吐出量制御手段には、ローラの回動位置に起因するペリスタポンプの吐出量のばらつきを補償するロータ回転角度制御手段が設けられているため、ペリスタポンプ特有の脈流による吐出量のばらつきを防止することができる。
【００２３】
請求項２記載のペリスタポンプ吐出量制御装置によれば、ロータ回転角度制御手段は、ロ一ラの回動位置とメモリに記憶されている吐出データとに基づき、所望の吐出量に必要なロータの回転角度を計算して、ロータの回転角度に対応するモータ回転角度を制御する中央演算処理装置を有しているため、シンプルな構成で安価なペリスタポンプにおいて、現在のローラの回動角度に因らずに、安定した吐出量を得ることができ、高精度な微量分注を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるペリスタポンプ吐出量制御装置を示すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態によるペリスタポンプ吐出量制御装置における、ロータ回転角度（ローラの回動角度）と吐出量との関係を示したグラフ。
【図３】本発明の実施の形態によるペリスタポンプ吐出量制御装置による吐出制御手順を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態によるペリスタポンプ吐出量制御装置における、ロータ一回転の総吐出量とロータの回転角度（ローラの回動角度）との関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１　　　ペリスタポンプ吐出量制御装置
１０　　ペリスタポンプ
１１　　ハウジング
１２　　円弧状壁部
２０　　ロータ
２１　　ローラ
３０　　チューブ
４０　　ロータ回転角度制御手段
４１　　センサ
４２　　ＣＰＵ
４３　　メモリ
５０　　モータ

Claims

円弧状壁部を有するハウジングと、該ハウジングに対して回転するロータと、該ロータ上の同一円周上に回転可能に支持された複数個のローラと、該複数のローラと該円弧状壁部との間に配設され該ロータの回転により該複数個のローラの回動と共に該円弧状壁部との間で押し潰されまた形状が回復することでポンプ動作するチューブとを備えたペリスタポンプと、
該ロータを回転駆動するモータと、
該モータの回転速度及び回転角度を制御する制御手段とを備えたペリスタポンプ吐出量制御装置において、
該吐出量制御手段には、該ローラの回動位置に起因する該ペリスタポンプの吐出量のばらつきを補償するロータ回転角度制御手段が設けられていることを特徴とするペリスタポンプ吐出量制御装置。
該ロータ回転角度制御手段は、該ローラの回動位置を検出するセンサと、
該ローラの回動位置に基づく吐出量を吐出データとして予め記憶したメモリと、
該ロ一ラの回動位置と該メモリに記憶されている吐出データとに基づき、所望の吐出量に必要な該ロータの回転角度を計算して、該ロータの回転角度に対応するモータ回転角度を制御する中央演算処理装置とから構成されることを特徴とする請求項１記載のペリスタポンプ吐出量制御装置。