JP2006506579A - 均一流容積型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 反復可能な既知量の均一流体流が得られかつ非使用時にチューブにフラットスポットが生じることがない容積型ポンプを提供することにある。
【解決手段】 ポンプ組立体とカセット組立体とからなる容積型ポンプ。ポンプ組立体は、キャビティを形成する上下のハウジング部分と、キャビティ内に配置されるアームと、該アームの遠位端に取付けられたローラと、アームの近位端に取付けられた、アームを回転させるためのモータとを有している。カセット組立体は、キャビティ内に着脱可能に配置され、かつチャネルが形成される環状圧縮面を形成する上下のカセットハウジング部分を有している。中空圧縮チューブがこの長さに沿って延びているフランジを備え、中空圧縮チューブは、フランジをチャネルに係合させることにより圧縮面に固定される。

Description

発明の詳細な説明

本願は、２００２年１１月１８日付米国仮特許出願第６０／４２７，４６８号の利益を主張する。

本発明は希薄流体サンプル中の粒子を分析する方法およびシステムに関し、より詳しくは、流体サンプルを取扱うべく前記システムにより使用されるポンプに関する。

米国特許第４，３３８，０２４号明細書および米国特許第４，３９３，４６６号明細書（これらの特許文献は本願に援用する）に開示されているように、粒子より詳しくは沈殿物を分析する方法およびシステムは当業界で良く知られている。このようなシステムは、流体サンプルが通されるフローセル（flow cell）と、該フローセルを通過する流体のスチルフレーム画像を撮影する粒子分析器とを使用している。かくして、フローセルは、分析対象の粒子を含有するサンプル流体を位置決めしかつ提供する。フローセルによるサンプル流体の位置決めが正確であるほど、サンプル流体中の粒子のより良い分析が行える。

一般的なフローセルは、サンプル流体と該サンプル流体を緩衝するシース流体（sheath fluid）とを一緒に、大きい入口のチャンバから小さい断面積の試験領域へと流す。入口チャンバから試験領域への移行により、サンプル流体およびシース流体の両方をより小さいスペースに絞り込む流体力学的レンズ（hydrodynamic lens）が形成される。対象粒子が顕微鏡的粒子であるときは、結果として生じる、サンプル流体の占有断面スペースは、例えば光学的システムまたはレーザシステム等の分析器の被写界深度内に位置決めされなくてはならない。最高の流体力学的焦点を得るには、シース流の大きい領域が、いかなる旋回すなわち渦をも引起こすことなくサンプル流体の小さい領域を包囲しなければならない。かくして、フローセルを通るサンプル流体およびシース流体の均一流は、粒子分析器の最適作動を行わせる上で重要である。

容積型ポンプ（例えばチュービングポンプまたはぜん動ポンプ）は当業界で良く知られており、フローセルを通して流体サンプルおよびシース流体をポンピングするのに使用されている。従来のぜん動ポンプは、流体を収容する可撓性チューブに沿って転がる多数のローラを有している。ローラは、チューブの入口端内に流体を取入れかつチューブの出口端から流体を押出すことにより、チューブの長さに沿って流体を押しやる。一般的な構造は、周囲にローラが配置された回転ハブと、チューブが押付けられる環状ハウジングとを有している。ハブが回転する度毎に、各ローラがチューブと係合し、チューブの長さに沿って転がり、かつチューブから離れる。少なくとも１つのローラが常時チューブと接触しているため、流体がチューブを通って逆流することはない。

従来のぜん動ポンプは幾つかの欠点を有している。例えば、可撓性チューブとの係合および離脱を行う多数のローラが、ポンプを通る流体流に脈動を引起こし、これがフローセルの適正作動にとって問題となる。また、ｎ°の回転でポンプにより供給される流体の量は、ローラの出発角度に基いて定まる。殆どのポンプ設計は、チューブをハウジングに沿う円形経路に保持するのに、チューブと係合している多数のローラに基いて、チューブをその両端部で保持するに過ぎない。かくして、ローラがチューブの長さに沿って移動するときにチューブが伸長および収縮し、このため、ローラにより移動される体積に変動流および不確実性が引起こされる。最後に、ポンプが停止されると、ローラはチューブと接触した状態に置かれ、チューブの圧縮へたり（フラットスポット）を引起こし、これが、ポンプを再び作動させた後の流体の均一流に悪影響を及ぼす。

反復可能な既知量の均一流体流が得られかつ非使用時にチューブにフラットスポットが生じることがない容積型ポンプが要望されている。

本発明は、圧縮面と、該圧縮面に固定される中空圧縮チューブと、圧縮面に対して圧縮チューブを漸進的に圧縮して、圧縮チューブを通して流体を均一に押出す、圧縮チューブの移動閉塞部を形成する圧縮手段とを有し、圧縮手段は、該圧縮手段が圧縮チューブを圧縮しない少なくとも１つの休止位置を有する構成のポンプである。

本発明の他の態様では、ポンプは、ポンプ組立体およびカセット組立体を有している。ポンプ組立体は、キャビティを形成するポンプハウジングと、キャビティ内に配置されるローラと、ハウジングに対してローラを移動させるモータとを備えている。カセット組立体はキャビティ内に着脱可能に配置され、圧縮面を有するカセットハウジングと、圧縮面に固定される中空圧縮チューブとを備えている。モータがローラを移動させるときに、ローラが圧縮面に対して圧縮チューブを押圧して、圧縮チューブの移動閉塞部を形成し、圧縮チューブを通して流体を押出す。

本発明の他の目的および特徴は、明細書、特許請求の範囲の記載および添付図面を読むことにより明らかになるであろう。
図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ〜図２Ｃには、本発明の均一流容積型ポンプが示されており、該ポンプはポンプ組立体１０およびカセット組立体１２を有している。

図１Ａおよび図１Ｂにはポンプ組立体１０が示されている。該ポンプ組立体１０はハウジング２０を有し、該ハウジング２０は、ヒンジ２２およびヒンジブラケット２４により互いにヒンジ連結された上方ハウジング部分２０ａおよび下方ハウジング部分２０ｂを備えている。上方ハウジング２０ａが下方ハウジング２０ｂ上に閉じられると、環状キャビティ２６が形成される。キャビティ２６内には、好ましくはばね押圧型ローラアーム２８が配置される。ローラアーム２８はキャビティ２６の中心に近位端を有し、ローラアームの遠位端には、外方を向いた圧縮ローラ２９が取付けられている。モータ３０は駆動軸３２を有し、該駆動軸３２はキャビティ２６内に延びていて、ローラアーム２８の近位端に取付けられ、ローラ２９をキャビティ２６の周囲で回転させる。下方ハウジング２０ｂにはセンサ組立体３４が取付けられ、該センサ組立体３４は、上方ハウジング２０ａからの閉鎖ピン３８を検出して、上方ハウジング２０ａが下方ハウジング２０ｂ上の閉鎖位置にあることを表示する。センサ組立体３４は更に、キャビティ２６内にカセット組立体１２が存在することを検出するセンサスイッチ３７と、ローラアーム２８の位置を検出しかつ確認するセンサ４０とを有している。

図２Ａ〜図２Ｃにはカセット組立体１２が示されており、該カセット組立体１２は、上方のカセットハウジング部分４６ａおよび下方のカセットハウジング部分４６ｂを備えたハウジング４６を有している。両カセットハウジング部分４６ａ、４６ｂは、上方のカセットハウジング４６ａから延びていて下方のカセットハウジング４６ｂと係合する係合タブ４８により、一体にスナップ嵌合する。下方のカセットハウジング４６ｂは環状側壁５０を有し、該環状側壁５０はこの内面から延びている肩部５２を備えている。上方のカセットハウジング４６ａは、環状側壁５４を有している。上下のカセットハウジング４６ａ、４６ｂが一体にスナップ嵌合されると、上方カセットの側壁５４が下方カセットの側壁５０内に嵌合され、これにより、側壁５４および側壁５０の肩部５２が合致して内向きの環状圧縮面５６を形成する。上方カセットの側壁５４は肩部５２から一定距離を隔てて配置され、環状圧縮面５６にチャネル５８を形成する。

圧縮面５６に沿って、中空圧縮チューブ６０が着脱可能に配置される。圧縮チューブ６０にはフランジ６２が接着されているか、一体に成形されている。このフランジ６２は摩擦嵌めによりチャネル５８内にぴったり挿入され、圧縮面５６に対して圧縮チューブ６０を均一に固定する。好ましくは、フランジ６２は、圧縮チューブ６０の一部として一体に形成された中実チューブ状部材であり、チャネル５８の幅に対応する厚さを有する。圧縮チューブ６０は入口端６０ａおよび出口端６０ｂを有している。

ポンプ１を組立てるには、フランジ６２（チャネル５８内に保持されている）を介して圧縮チューブ６０を圧縮面５６に対して固定しておき、上下のカセットハウジング４６ａ、４６ｂを一体にスナップ嵌合する。上方のポンプハウジング２０ａを下方のポンプハウジング２０ｂから離れる方向に回転させて開き、カセット組立体１４を下方のポンプハウジング２０ｂ内に挿入する。次に、上方のポンプハウジング２０ａを閉じ、カセット組立体１２をキャビティ２６内に固定的に保持する。

モータ３０が作動されると、ローラアーム２８がキャビティ２６内で回転し、これにより、ローラ２９が圧縮チューブ６０と係合しかつ該圧縮チューブ６０を圧縮面５６に対して圧縮する。ばね押圧型ローラアーム２８は、ローラ２９が所望の押圧力で圧縮チューブ６０を圧縮することを確保する。これにより、ローラ２９は圧縮チューブ６０内に閉塞部を形成し、該閉塞部は、ローラアーム２８がキャビティ２６内で１回転するときにチューブ６０の長さに沿って移動する。この移動するチューブ閉塞部により、既知量の流体が圧縮チューブ６０を通って均一態様で押される。ローラアーム２８がその１回転を完了するまでに、ローラ２９は、圧縮面５６上に配置された圧縮チューブ部分６０の全長に沿って移動し、該圧縮チューブ６０から離脱する。図示のポンプは、ローラアーム２８が２８５°回転する間に圧縮チューブを閉塞し、ローラ２９がチューブ６０を圧縮しない７５°の回転範囲が残される。

圧縮チューブ６０の直径は、ローラアーム２８の１回転により１プロセス段階（例えば、フローセルによる画像撮影）での所望量の流体が得られ、これにより、ローラ２９と圧縮チューブ６０との反復係合および離脱による脈動が全く引起こされないように選択されるのが理想的である。圧縮面５６に対して圧縮チューブ６０を連続的に係止することにより（すなわち、連続チャネル５８内に係合される連続フランジ６２を用いることにより）、チューブのもがき運動（squirm）および流体流変動が引起こされることが防止される。ローラアーム２８の各回転毎に、均一体積の流体供給が行われる。ポンプが非作動状態にあるときは、ローラ２９は図１Ａに示す非作動位置すなわち休止位置に待機させておくのが好ましい。この位置ではローラ２９が圧縮チューブ６０に接触せず、従って、チューブにフラットスポットが形成されることによるチューブの早期破壊が防止される。しかしながら、ローラ２９は、（停止した）チューブ閉塞部が圧縮チューブ６０内の流体の一時的ピンチ弁として機能するように、圧縮チューブ６０上に待機させておくこともできる。

着脱可能なカセット１２は、使用者による圧縮チューブ６０の容易な交換を可能にする。チャネル５８内にフランジ６２を挿入する構成は、便利でありかつ圧縮面５６に対するチューブ６０の反復可能な位置決めが行える。チューブ６０および／またはその全体としてのカセット組立体１２は、チューブ６０が老朽化したときに、理想的にはいかなる工具も使用することなく交換できる。下方ハウジング２０ｂ上に上方ハウジング２０ａを閉じることによりカセット組立体１２が押圧され、圧縮チューブ６０および圧縮面５６が、ポンプ組立体１０に対して、特にローラ２９に対して所定位置に固定される。カセット組立体１２およびポンプ組立体１０の両者のクランピング特徴により、ポンプの反復可能で便利な組立ておよび作動が行える。ポンプは対称断面をもつチューブ６０を使用するのが好ましく、これにより、チューブのより均一な製造およびより反復性に優れたポンプ性能が得られ、かつカセット組立体１２のクランピング特徴にとっても理想的である。

本発明は、以上に説明しかつ図示した実施形態（単一または複数）に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内に包含される種々の変更を考えることができる。例えば、ポンプハウジング部分２０ａ、２０ｂはヒンジ連結されるものを示したが、カセットハウジング部分４６ａ、４６ｂに示したようなスナップ嵌合を用いることができ、この逆についてもいえる。アーム２８は必ずしもばね押圧する必要はない。ばね押圧型ローラアーム２８が圧縮チューブ６０を圧縮するのに所望の最小力を維持できる限り、圧縮面５６は必ずしも円形である必要はない。例えば、圧縮面は楕円形にすることができ、この場合には、図３に示すように、回転するばね押圧型ローラアームを、該アーム２８の長さに沿う充分な長手方向移動距離をもつものとし、アームの回転中に充分な力で圧縮チューブ６０との接触を維持できるようにする。或いは図４に示すように、回転アームの長手方向移動量をより制限することもできる。この場合には、ローラ２９が、回転中の多数の箇所で圧縮チューブの圧縮を行わないことがあり、また圧縮チューブとの接触すら行わないこともある。この場合には、ローラ２９は圧縮チューブ６０との接触を２回喪失し、従って、ポンプはアーム２８の完全１回転につき流体流の２つの別々のパルスを発生する。実際には、図５に示すように、ローラ２９を固定点の回りで回転させる必要はなく、直線移動させることもできる。この実施形態では、ばね押圧型アーム２８は、平らな圧縮面５６に沿ってローラ２９を移動させるコンベアベルトまたはトラック６４に連結される。任意の所与の時点で１つのみのローラが圧縮チューブ６０と係合する限り、１つ以上の付加ローラアーム２８（ローラ２９を備えている）をベルト／トラック６４に付加できる。

本発明のポンプ組立体を示す分解図である。 本発明のポンプ組立体を示す斜視図である。 本発明のカセット組立体を示す分解図である。 本発明のカセット組立体（圧縮チューブは取外されている）を示す斜視図である。 本発明のカセット組立体を示す斜視図である。 本発明の変更形態を示す平面図である。 本発明の第二変更形態を示す平面図である。 本発明の第三変更形態を示す側面図である。

Claims (24)

1. 圧縮面と、
   該圧縮面に固定される中空圧縮チューブと、
   圧縮面に対して圧縮チューブを漸進的に圧縮して、圧縮チューブを通して流体を均一に押出す、圧縮チューブの移動閉塞部を形成する圧縮手段とを有し、圧縮手段は、該圧縮手段が圧縮チューブを圧縮しない少なくとも１つの休止位置を有することを特徴とするポンプ。
2. 前記圧縮手段は、圧縮チューブに沿って転がる単一ローラであることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
3. 前記圧縮面は環状であり、
   前記単一ローラは固定点の回りで回転することを特徴とする請求項２記載のポンプ。
4. 前記圧縮面は楕円形であり、
   前記単一ローラは固定点の回りで回転するばね押圧型アームに取付けられていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
5. 前記ばね押圧型アームが固定点の回りで完全に１回転すると、単一ローラは圧縮チューブとの係合から少なくとも２回離脱することを特徴とする請求項４記載のポンプ。
6. 前記圧縮手段は圧縮チューブに沿って転がる複数のローラであり、
   任意の所与の時点で前記複数のローラのうちの１つのみのローラが圧縮チューブを圧縮することを特徴とする請求項１記載のポンプ。
7. 前記圧縮面にはチャネルが形成されており、
   中空圧縮チューブはこの長さに沿って延びるフランジを有し、
   該フランジはチャネルと係合して、圧縮チューブを圧縮面に固定することを特徴とする請求項１記載のポンプ。
8. 前記フランジはチューブ状をなしかつ圧縮チューブと一体に形成されていることを特徴とする請求項７記載のポンプ。
9. 圧縮手段が配置されるキャビティを形成するポンプハウジングと、
   前記キャビティ内に着脱可能に配置されるカセット組立体とを更に有し、該カセット組立体が圧縮面および中空圧縮チューブを備えていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
10. 前記圧縮手段は第二休止位置を有し、該第二休止位置では、圧縮手段が、圧縮チューブの移動閉塞部を一時的に停止させることにより一時的ピンチ弁を形成することを特徴とする請求項１記載のポンプ。
11. ポンプ組立体を有し、該ポンプ組立体が、
    キャビティを形成するポンプハウジングと、
    キャビティ内に配置されるローラと、
    ハウジングに対してローラを移動させるモータとを備え、
    キャビティ内に着脱可能に配置されるカセット組立体を更に有し、該カセット組立体が、
    圧縮面を有するカセットハウジングと、
    圧縮面に固定される中空圧縮チューブとを備え、
    モータがローラを移動させるときに、ローラが圧縮面に対して圧縮チューブを押圧して、圧縮チューブの移動閉塞部を形成し、圧縮チューブを通して流体を押出すことを特徴とするポンプ。
12. 前記キャビティ内に配置されかつ近位端および遠位端を備えているアームを更に有し、該アームの遠位端にはローラが取付けられかつ近位端にはモータが取付けられていることを特徴とする請求項１１記載のポンプ。
13. 前記アームは、ローラにより圧縮チューブに圧力を加えるべく、ばね押圧されていることを特徴とする請求項１２記載のポンプ。
14. 前記アームは、ローラが圧縮チューブに接触しない休止回転位置を有することを特徴とする請求項１２記載のポンプ。
15. 前記圧縮面にはチャネルが形成されており、
    中空圧縮チューブはその長さに沿って延びるフランジを有し、
    該フランジはチャネルと着脱可能に係合して、圧縮チューブを圧縮面に固定することを特徴とする請求項１１記載のポンプ。
16. 前記フランジはチューブ状をなしかつ圧縮チューブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１５記載のポンプ。
17. 前記ポンプハウジングは、
    下方のポンプハウジング部分と、
    該下方のポンプハウジング部分に対して着脱可能に取付けられる上方のポンプハウジング部分とを有していることを特徴とする請求項１１記載のポンプ。
18. 前記上方のポンプハウジング部分は、下方のポンプハウジング部分にヒンジ連結されていることを特徴とする請求項１７記載のポンプ。
19. 前記ポンプハウジング部分が下方のポンプハウジング部分に対して閉位置にあることを検出するセンサを更に有していることを特徴とする請求項１７記載のポンプ。
20. 前記カセット組立体がキャビティ内に配置されたことを検出するセンサを更に有することを特徴とする請求項１１記載のポンプ。
21. 前記カセットハウジングは、
    下方のカセットハウジング部分と、
    該下方のハウジング部分に対して着脱可能に取付けられる上方のカセットハウジング部分とを有していることを特徴とする請求項１５記載のポンプ。
22. 前記下方のカセットハウジング部分は、環状側壁と、該環状側壁から延びている肩部とを備え、
    上方のカセットハウジング部分は環状側壁を備え、
    上方および下方のカセットハウジング部分の環状側壁は、合致して圧縮面を形成し、上方のカセットハウジング部分の側壁は肩部から一定距離を隔てて配置され、チャネルを形成していることを特徴とする請求項２１記載のポンプ。
23. 前記上方および下方のカセットハウジング部分の一方には、他方のカセットハウジング部分と係合するタブが設けられていることを特徴とする請求項２１記載のポンプ。
24. 前記アームは、ローラが圧縮チューブの移動閉塞部を一時的に停止させることにより一時的ピンチ弁を形成する第二休止回転位置を有することを特徴とする請求項１４記載のポンプ。

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