JP2013060813A - ポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】弾性体からなる管状部材(10)の長手方向に沿って互いに対向して配置される2つの対向部材(11,12)を備え、2つの対向部材の互いに対向する面に、互いに対向することで管状部材が断面内に収容される空間を形成する溝(13,14)が設けられ、2つの対向部材は対向面に沿って一方が相対的にスライド動作をして、溝が互いに対向することにより空間を形成させて管状部材の内部に流体が導入された流体保持位置と、溝の位置が互いにずれることにより管状部材の断面形状を変化させて管状部材の内部から流体を排出させる流体排出位置と、の間で往復動作をし、2つの対向部材は、スライド動作において互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動が可能であり、一方の溝の周辺部が他方の溝の内部に進入する動作をする。
【選択図】図1
Description
他方の対抗部材を一方の対抗部材に対して蝶番状に開閉させることとなる。
[第1の実施の形態]
図1に示す実施の形態におけるシャトル機構は、シャトルメンバ11,12が、対面するシャトルメンバ12,11に形成された溝14,13に相対的に進入動作することを最も主要な特徴としている。この進入動作の効果を説明するための比較説明として、図2から図5を参照して、進入動作がない場合の動作の問題について説明する。
A=D=(k1×0.5mm)×(k2×0.5mm)×1/2
B=C=(k3×3.14×1.8mm)×(k1×0.5mm)×1/2
となる。ここでは、チューブ10の硬さやその肉厚で決まる定数値は代表的には、例えばk1=1.5,k2=1.0,k3=0.3であり、この場合、
A+B+C+D=1.65mm2
となる。これは、変形を受けない正常な内部断面積の31%である。言いかえると、流体の移動量(ポンプ吐出量)は、5.31mm2−1.65mm2=3.66mm2に、単位時間当たりのチューブ10に沿った流体の移動距離を乗じた量となる。
F=(e/1.41)×2b
G=H=(e/1.41)×(k2×0.5mm)×1/2
となる。定数値は代表的な値としては、k2=1.0であり、その結果、
F+G+H=2.41e+0.355e=2.77e
となる。
図1に示すポンプ装置のシャトル機構では、図2から図4に示す往復スライド動作に加え、シャトルメンバ11,12が、対面するシャトルメンバ12,11に形成された溝14,13に相対的に進入動作をする。この進入動作では、シャトルメンバ11,12間のスライド間隙の経時変化の問題は生じない。もはや、スライド間隙を維持しながらシャトルメンバ11,12を往復スライド動作させる従来の動作が行われないからであり、進入動作によって、チューブ10の閉塞間隙(図3の(C)の長方形F)は生じないこととなるからである。進入動作においては、シャトルメンバ11,12が相対的に相手側に移動するため、機構として、チューブ10の閉塞間隙が生じにくいからである。すなわち、シャトルメンバ11,12の相対的な相手側への進入動作時には、チューブ10を過剰圧縮する程度に押し潰すことができ、チューブ10に閉塞間隙が原理的に生じることはない。よって、図1に示すポンプ装置では、経時変化による吐出量の変化を、進入動作のない従来のシャトルポンプに比べて原理的になくすることができる。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るポンプ装置を説明する図である。ここでは、図1と同様に、シャトル機構とその動作のみを示す。
図6は、本発明の第3の実施の形態に係るポンプ装置を説明する図である。ここでは、図1、図5と同様に、シャトル機構とその動作のみを示す。
図7は、本発明の第4の実施の形態に係るポンプ装置を説明する図である。ここでは、図1、図5および図6と同様に、シャトル機構とその動作のみを示す。
以上の説明においては、本発明の主要な特徴を説明するため、ポンプ装置におけるシャトル機構(チューブの変形機構)とその動作について説明した。以下では、上述したシャトル機構を動作させる構成、すなわち、シャトルメンバ11と12,21と22,31と32あるいは41と42のような2つ対向部材の内の少なくとも一方の対向部材を、互いに対向する面に沿って往復させ、2つの対向部材の相対的なスライド動作を実現すると共に、そのスライド動作と同期して、2つの対向部材の一方の対抗部材に形成した溝の周辺部が他方の対抗部材に形成した溝の内部に進入する進入動作を実現する往復駆動機構の詳細な構成について説明する。
図8は、往復駆動機構の第1の構成例を示す分解斜視図である。図8には、往復駆動機構により駆動されるシャトル機構を共に示す。この構成例には、シャトル機構の2つの対向部材として、シャトルメンバ110,120が設けられている。往復駆動機構は、この2つのシャトルメンバ110,120を互いに4箇所で連結する4つのアーム130を備える。シャトルメンバ110は、シャトルベース140に、固定的に組み付けられている。シャトルメンバ120は、シャトルメンバ110に対する可動部材となっている。往復駆動機構は、さらに、可動部材であるシャトルメンバ120のシャトルメンバ110と対向する面とは逆の面に設けられた伝達ロッド123(図11と図12参照)を備え、シャトルメンバ110,120の往復動作の範囲に相当する開口部152(図13参照)が設けられたガイドメンバ150を備え、モータ170により駆動される回転軸の周りに偏心したトレース溝であるカム案内溝162を有するロータリカム160を備える(図14)。
図16は、往復駆動機構の第2の構成例を示す分解斜視図である。図16には、往復駆動機構により駆動されるシャトル機構を共に示す。この構成例には、シャトル機構の2つの対向部材として、シャトルメンバ210,220が設けられている。シャトルメンバ210は、取り付け部材としてのシャトルベース230に取り付けられている。シャトルメンバ220は、シャトルメンバ210に対する可動部材となっている。往復駆動機構は、シャトルメンバ210,220の一方の対抗部材(この例ではシャトルメンバ220)の他方の対抗部材(この構成例ではシャトルメンバ210)に対する動きを案内する案内部材として、ガイドメンバ240を備える。シャトルメンバ220とガイドメンバ240とには、突出部(具体的には、案内ロッド224)とその突出部を案内する案内溝(具体的には、シャトル動作案内溝247)とにより、シャトルメンバ210に対してシャトルメンバ220を流体保持位置と流体排出位置との間で相対的に往復移動させるとともに、シャトルメンバ210に対するシャトルメンバ220の互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動を生じさせる手段として、案内ロッド224およびシャトルローラ225(図19および図20参照)と、シャトル動作案内溝247(図21参照)備える。これらは、課題を解決するための手段の一つとして説明した突出部とその突出部を案内する案内溝である。往復駆動機構は、さらに、可動部材であるシャトルメンバ220のシャトルメンバ210と対向する面とは逆の面に設けられた伝達ロッド222(図20参照)を備え、シャトルメンバ210,220の往復動作の範囲に相当する開口部242(図21参照)が設けられたガイドメンバ240を備え、モータ170により駆動される回転軸の周りに偏心したトレース溝を有するロータリカム160を備える。
図22は、往復駆動機構の第3の構成例を示す分解斜視図である。図22には、往復駆動機構により駆動されるシャトル機構を共に示す。この構成例には、シャトル機構の2つの対向部材として、シャトルメンバ310,320が設けられている。シャトルメンバ310は、取り付け部材としてのシャトルベース330に取り付けられている。シャトルメンバ320は、シャトルメンバ310に対する可動部材となっている。往復駆動機構は、シャトルメンバ310,320の一方(この例ではシャメルメンバ320)が4つのアーム(この例ではシャトルインナアーム340という)により取り付けられる取り付け台として、ガイドメンバ350を備える。4つのシャトルインナアーム340はそれぞれ、その両端が、シャトルメンバ320とガイドメンバ350とに対して、チューブと交差する面内で双方向(上下方向と進入方向)に回転可能に取り付けられる。これによりシャトルインナアーム340は、シャトルメンバ310に対してシャトルメンバ320を流体保持位置と流体排出位置との間で相対的に往復移動させるとともに、シャトルメンバ310に対するシャトルメンバ320の互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動を生じさせる。往復駆動機構は、さらに、可動部材であるシャトルメンバ320のシャトルメンバ310と対向する面とは逆の面に設けられた伝達ロッド323(図26参照)を備え、シャトルメンバ310,320の往復動作の範囲に相当する開口部352(図27参照)が設けられたガイドメンバ350を備え、モータ170により駆動される回転軸の周りに偏心したトレース溝であるカム案内溝162を有するロータリカム160を備える。
溝321、伝達ロッド322およびローラ323の詳細は、図19および図20を参照して説明した溝221、伝達ロッド222およびローラ223と同等であり、ここでは説明を省略する。
図28は、バルブ機構を含むポンプ装置の全体構成例を示す斜視図である。このポンプ装置は、シャトルメンバ410,420、シャトルベース430、受座440、バルブプランジャ450、ガイドメンバ460、ロータリカム470、背板480およびモータ170を備える。すなわち、チューブ(図示せず)の長手方向におけるシャトルメンバ410,420の両側にそれぞれ、チューブの閉塞および開放を行うバルブプランジャ450を備え、ロータリカム470の外周には、シャトルメンバ410,420の往復スライド動作に同期してバルブプランジャ450の動作を制御するための外縁部(具体的にはプランジャ案内内縁474とプランジャ案内外縁475(図35参照))を有する。バルブプランジャ450と受座440の組は2つあり、これらが、それぞれチューブの閉塞および開放を行うバルブ手段(以下、簡単のため「バルブ」とも云う)を構成する。
V=b・f(x)
の関係があるとする(上部のグラフ)。これに対して、ロータリカムの回転角θに対してシャトルメンバの変位位置xが、
x=g(θ)=f−1(θ)
となるように(下部のグラフ)、カム案内溝162または472の形状を設定する。ここで、シャトメルメンバ110と120、210と220、310と320または410と420においてx=0とは、具体的には図1の(A)、図5の(A)、図6の(A)、図7の(A)の流体保持位置のときのシャトルメンバ11と12の間、シャトルメンバ21と22の間、シャトルメンバ31と32の間、シャトルメンバ41と42の間の変位位置xの量を意味する。これにより、一定の速度でチューブ内の液体を吐出することができる。なぜなら、
V=b・f(f−1(θ))
=b・θ
だからである。図37に、ロータリカムの外周と、カム案内溝のトレースとの関係の一例を示す。ここで、横軸とカム案内溝のトレースとの2つの交点は、シャトメルメンバ110と120、210と220、310と320または410と420(具体的にはシャトルメンバ11と12、シャトルメンバ21と22、シャトルメンバ31と32、シャトルメンバ41と42)のそれぞれが有する2つの流体排出位置を表し、縦軸とカム案内溝のトレースとの2つの交点(図37では「中点」と記載されている)はそれぞれが有する2つの流体保持位置を示す。
11,12,21,22,31,32,41,42,110,120,210,220、310,320,410,420…シャトルメンバ、
13,14,23,24,33,34,43,44,111,121,211,221,321,411,421…溝、
25,35,45,422…バンプ、
15,16,17,18,46,47,48,49…折り曲げ部、
112,125,324,357…軸受、
113,126,325…軸穴、
114…スクリュー穴、
122…案内溝、
123,222,322,424…伝達ロッド、
124,223,323,425…ローラ、
130…シャトルアーム、
140,230,330,430…シャトルベース、
141,231,431…結合溝、
142,143,156,234,246,356,466…ボルト穴、
150、240,350,460…ガイドメンバ、
151…案内レール、
152,242,352,462…開口部、
153,243,353,463,481…カム軸受、
154,244,354,464…カムホール、
155,245,355,465…ベース結合部、
160,470…ロータリカム、
161…カム軸、
162,472…カム案内溝、
163,473…モータ軸穴、
170…モータ、
171…モータ本体、
172…モータ軸、
173…モータ軸受
180,250,360…チューブ絞り溝、
212,312,412…脚部、
213,413,443,446…取り付け穴、
214,314,414…結合ボックス、
215,315,415…ロッド結合穴、
216,316,416…ロッド装着ピン穴
217,317,417…シャトル開放ロッド
218,318,418…先端ボール
224,426…案内ロッド、
225,427…シャトルローラ、
232,432…シャトルメンバ取り付け台、
233…取り付け台穴、
241,461…案内縁、
247,467…シャトル動作案内溝、
326…アーム軸、
340…シャトルインナアーム、
341…アームピン、
342…アーム穴、
351…アーム取り付け壁、
358…支持穴、
414…ロッド結合ボックス、
419,444…連動結合穴、
423…伝達ブロック、
432…取り付け台、
433…受座取り付け部、
434…シャトルメンバ取り付け穴、
435…座台取り付け穴、
436…取り付けロッド、
437…連動ロッド、
440…受座、
441…座台、
442…受台、
443,446…取り付け穴、
445…プランジャ溝、
450…バルブプランジャ、
451…押子、
452…押子ガイド、
480…背板、
453…伝達スラブ、
454…カムローラ、
455…ピン穴、
456…バネ、
457…ピン、
468…プランジャ穴、
469,482…背板取り付け穴、
471…カム前軸、
474…プランジャ案内内縁、
475…プランジャ案内外縁、
476…カム後軸、
480…背板
1000…シャトルポンプ
1001,1011,1020…チューブ
1002…シャトル機構
1003…入力バルブ機構
1004…出力バルブ機構
1012,1013…顎部材
1014…陵部
1021,1022…部材
Claims (14)
- 弾性体からなる管状部材の長手方向に沿って互いに対向して配置される2つの対向部材を備え、
前記2つの対向部材にはそれぞれ、互いに対向する面に溝が設けられ、前記2つの対抗部材が互いに対向することで前記管状部材が当該溝の断面内に収容される空間を形成し、
前記2つの対向部材は、前記互いに対向する面に沿って少なくとも一方が他方に対して相対的にスライド動作をして、前記溝が互いに対向することにより前記空間を形成させて前記管状部材の内部に流体が導入された状態を保持する流体保持位置と、前記溝の位置が互いにずれることにより前記管状部材の断面形状を変化させて前記管状部材の内部に導入された流体を前記管状部材から排出させる流体排出位置と、の間で往復動作をし、
前記2つの対向部材は、前記スライド動作において前記互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動が可能であり、前記溝の位置が互いにずれるときには、前記溝のうちの一方の溝の周辺部が他方の溝の内部に進入する進入動作をする
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1記載のポンプ装置において、
前記スライド動作は、前記2つの対抗部材の内の少なくとも一方の対抗部材を、前記互いに対抗する面に沿って往復させる往復駆動機構により実現され、かつ前記進入動作は、前記往復駆動機構により前記スライド動作と同期して実現されている
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1または2記載のポンプ装置において、
前記流体排出位置が前記流体保持位置を挟んで2つあり、前記2つの対向部材は、前記往復動作を、前記流体保持位置を中心に2つの前記流体排出位置の間で行う
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から3のいずれか1項記載のポンプ装置において、
前記溝は、前記2つの対向部材でそれぞれ実質的に同一形状の三角形溝であり、互いに対向することで、前記管状部材の長手方向における断面形状が実質的に正方形の溝空間を形成する
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項4記載のポンプ装置において、
前記溝のうち前記2つの対向部材の一方の三角形溝には、前記流体排出位置において前記管状部材を押し潰してその内部の断面積を小さくする突出部が設けられている
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項1から3のいずれか1項記載のポンプ装置において、
前記溝として、前記2つの対向部材の一方には三角形溝が設けられ、前記2つの対向部材の他方には、前記流体排出位置において前記管状部材を押し潰す2つの突起部と当該2つの突起部を隔絶する形状の溝が設けられている
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項2記載のポンプ装置において、
前記往復駆動機構は、前記記2つの対向部材を互いに4箇所で連結する4つのアームを備え、
前記4つのアームはそれぞれ、その両端が、前記2つの対向部材に対して、前記管状部材と交差する面内で双方向に回転可能に取り付けられ、前記2つの対向部材を前記流体保持位置と前記流体排出位置との間で相対的に往復移動させるとともに、前記2つの対向部材の前記互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動を生じさせる
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項2記載のポンプ装置において、
前記往復駆動機構は、前記2つの対向部材の一方の対抗部材の他方の対抗部材に対する動きを案内する案内部材を備え、
前記一方の対抗部材と前記案内部材とには、突出部とその突出部を案内する案内溝とにより、前記他方の対抗部材に対して前記一方の対抗部材を前記流体保持位置と前記流体排出位置との間で相対的に往復移動させるとともに、前記他方の対抗部材に対する前記一方の対抗部材の前記2つの対向部材の前記互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動を生じさせる
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項8記載のポンプ装置において、
前記突出部には、前記案内溝を滑らかになぞって動作するためのローラを備える
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項2項記載のポンプ装置において、
前記往復駆動機構は、前記2つの対向部材の一方の対抗部材が4つのアームにより取り付けられる取り付け台を備え、
前記4つのアームはそれぞれ、その両端が、前記一方の対抗部材と前記取り付け台とに対して、前記管状部材と交差する面内で双方向に回転可能に取り付けられ、前記2つの対向部材の他方の対抗部材に対して前記一方の対抗部材を前記流体保持位置と前記流体排出位置との間で相対的に往復移動させるとともに、前記他方の対抗部材に対する前記一方の対抗部材の前記2つの対向部材の前記互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動を生じさせる
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項8から10のいずれか1項記載のポンプ装置において、
前記他方の対抗部材が取り付けられる取り付け部材を備え、
前記取り付け部材は、当該取り付け部材の表面に平行な直線を軸として有し、前記他方の対抗部材を前記管状部材の長手方向と交差する面内において当該軸を中心に回転させることにより、前記他方の対抗部材を前記一方の対抗部材に対して蝶番状に開閉させる
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項2または請求項7から11のいずれか1項記載のポンプ装置において、
前記往復駆動機構は、
前記2つの対向部材の一方の対抗部材を他方の対抗部材に対する可動部材とし、この可動部材の前記他方の対抗部材と対向する面とは逆の面に設けられた伝達ロッドと、
前記往復動作の範囲に相当する開口部が設けられた部材と、
モータにより駆動される回転軸の周りに偏心したトレース溝を有するロータリカムと
を備え、
前記伝達ロッドは、先端部が前記開口部を通して前記トレース溝内に配置され、前記ロータリカムの回転に伴って前記開口部に沿って移動し、前記ロータリカムの回転運動を前記可動部材の往復運動に変換する
ことを特徴とするポンプ装置。 - 請求項12記載のポンプ装置において、
前記管状部材の長手方向における前記対向部材の両側にそれぞれ、前記管状部材の閉塞および開放を行うバルブ手段を備え、
前記ロータリカムの外周には、前記2つの対向部材の前記往復スライド動作に同期して前記バルブ手段の動作を制御するための外縁部が設けられた
ことを特徴とするポンプ装置。 - 弾性体からなる管状部材の少なくとも2箇所を閉塞および開放するバルブ手段と、
前記少なくとも2箇所の間に配置され、前記管状部材に圧力を加えて前記管状部材の断面形状を変化させる加圧手段と
を備え、
前記加圧手段は、前記管状部材の長手方向に沿って対向して配置される2つの対向部材を有し、
前記2つの対向部材にはそれぞれ、互いに対向する面に、互いに対向することで前記管状部材を断面方向に収容できる空間を形成する溝が設けられ、
前記2つの対向部材は、前記互いに対向する面に沿って少なくとも一方が他方に対して相対的にスライド動作して、前記溝が互いに対向して前記空間を形成することにより前記管状部材の内部に流体が導入された状態を保持する流体保持位置と、前記溝の位置が互いにずれることにより前記管状部材の断面形状を変化させて前記管状部材の内部に導入された流体を前記管状部材から排出させる流体排出位置と、の間で往復動作をし、
前記2つの対向部材は、前記スライド動作において前記互いに対向する面と直交する方向への相対的な移動が可能であり、前記溝の位置が互いにずれるときには、前記溝のうちの一方の溝の周辺部が他方の溝の内部に進入する進入動作をする
ことを特徴とするポンプ装置。
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