JP2014177892A

JP2014177892A - 流体移送装置

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Publication number: JP2014177892A
Application number: JP2013051768A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Teramoto; 要一寺本; Ippei Sakamoto; 一平阪本
Original assignee: YABEGAWA DENKI KOGYO KK
Current assignee: YABEGAWA DENKI KOGYO KK
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-25

Abstract

【課題】携帯可能な、電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置であって、電動ポンプと、電動ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、ポンプ制御部は、単一の制御回路部品で構成されており、制御回路部品は、電気が供給される電源端子と、アースに接続されるアース端子と、電動ポンプに電気信号を供給する２つの出力端子とを有する、流体移送装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体移送装置に関し、特に、電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置に関する。

近年、食品の残留農薬や化学物質が問題となっている。食品を検査する際には、検体をバッファ液と共に移送して検査を行うため、流体移送装置が用いられる。

これまで、発明者らは、流体移送装置やこれを応用した抗体チップ生産装置等を開発してきた（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許第５０３４０１６号公報国際公開第２０１１／１５８７５９号

しかしながら、従来の電動式流体移送装置は、電動ポンプを制御する制御回路が複雑なために大型化して据置型の装置となり、携帯に不向きであった。また、電源ケーブルから電気を供給する必要があり、携帯可能性を制約していた。

ゆえに、本発明は、携帯可能な、電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点は、電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置であって、前記電動ポンプと、前記電動ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、前記ポンプ制御部は、単一の制御回路部品で構成されており、前記制御回路部品は、電気が供給される電源端子と、アースに接続されるアース端子と、前記電動ポンプに電気信号を供給する２つの出力端子とを有する、流体移送装置である。

本発明の第２の観点は、第１の観点の流体移送装置であって、外部からの供給なしに直流の電流を供給する直流電源部と、前記直流電源部の電源電圧を変換する直流電圧変換部とをさらに備え、前記直流電源部、前記直流電圧変換部及び前記電源端子は、順に電気的に接続されており、前記直流電圧変換部は、前記電源電圧が低下しても、基準値以上の電圧を前記ポンプ制御部に供給するものである。

本発明の第３の観点は、第２の観点の流体移送装置であって、前記流体を移送する速度を制御する速度制御部をさらに備え、前記制御回路部品は、可変抵抗に電気的に接続される参照電圧端子をさらに有し、前記速度制御部は、前記参照電圧端子に印加される電圧の大きさに応じて前記速度を制御する。

本発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の流体移送装置であって、外部からの供給なしに直流の電流を供給する直流電源部と、前記制御回路部品に流れる電流の向きを切り替える切替部とをさらに備え、前記制御回路部品は、正方向端子と逆方向端子とをさらに有し、前記切替部が前記正方向端子に接続することにより前記制御回路部品に流れる電流の向きは、前記切替部が前記逆方向端子に接続することにより前記制御回路部品に流れる電流の向きと反対である。

本発明の第５の観点は、第４の観点の流体移送装置であって、２色発光ダイオードと、前記２色発光ダイオードの発光を制御する発光制御部とをさらに備え、前記発光制御部は、前記流体を移送する方向に応じて発光を制御する。

本発明の第６の観点は、第４又は第５の観点の流体移送装置であって、前記制御回路部品は、Ｈブリッジ回路を有する。

本発明によれば、ポンプ制御部が単一の制御回路部品で実現される。そのため、ポンプ装置を小型化することが可能となる。具体的には、ポンプ制御部のサイズを従来の１０分の１以下とし、流体移送装置の顕著な小型化が可能となる。

さらに、本発明の第２の観点によれば、乾電池のような携帯型電源で流体移送装置を駆動することが可能となる。そのため、ポンプ装置を電源ケーブルに接続する必要がなくなり、流体移送装置を携帯することがさらに容易となる。電源のない現場での試料の採取やフィルタリングなどに特に有効である。

しかも、携帯型電源の電圧低下を直流電圧変換部が補う。そのため、低電圧の携帯型電源であっても、安定にポンプ制御部に電気を供給可能となる。

さらに、本発明の第３の観点によれば、一定の基準電圧が供給される前提で、流体の移送速度を可変的に制御することが可能となる。

さらに、本発明の第４の観点によれば、２方向の流体移送が可能となる。なお、移送方向を転換するのみであるため、携帯型の低電圧電源に余分な負荷をかけることなく流体を移送することが可能である。

さらに、本発明の第５の観点によれば、ディスプレイを取り付ける余地がないほどに小型化した流体移送装置でも、２色発光ダイオードの発光色から、正逆いずれの方向に流体を移送しているか一目で判別可能となる。

さらに、本発明の第６の観点によれば、ポンプ制御部を構成する制御回路部品の構成としてＨブリッジ回路を採用することにより、１つの電源で２方向の流体移送を実現可能となる。そのため、Ｔブリッジ回路などを採用する場合に比べて、流体移送装置を小型化することがさらに容易となる。

本願発明の実施例に係る流体移送装置の大きさと電源部を示す図である。本願発明の実施例に係る流体移送装置の概要を示すブロック図である。本願発明の実施例に係る流体移送装置の回路図を示す図である。本願発明の実施例に係る流体移送装置のインターフェース部を示す図であり、（ａ）正方向に移送する場合、（ｂ）逆方向に移送する場合、（ｃ）移送しない場合の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施例に係る流体移送装置１（本願請求項の「流体移送装置」の一例）の大きさと電源部を示す図である。

従来の電動型流体装置は、大きいために持ち運びに不便な据置型であった。また、駆動するための電源を外部から電源ケーブルを通じて供給する必要があった。本実施例に係る流体移送装置１は、図１に示すとおり、手の平サイズの大きさと乾電池での駆動を実現し、携帯可能としたものである。以下、流体移送装置１について具体的に説明する。

図２は、本願発明の実施例に係る流体移送装置１の概要を示すブロック図である。流体移送装置１は、制御回路部３、電動ポンプ５（本願請求項の「電動ポンプ」の一例）及びインターフェース部７を備える。制御回路部３は、直流電源部９（本願請求項の「直流電源部」の一例）、直流電圧変換部１１（本願請求項の「直流電圧変換部」の一例）、ポンプ制御部１３（本願請求項の「ポンプ制御部」の一例）及び切替部１５（本願請求項の「切替部」の一例）を備える。インターフェース部７は、入出力部１７、切替操作部１９、速度調整操作部２１及び移送表示部２３を備える。

制御回路部３は、電動ポンプの動作を制御する回路である。直流電源部９は、外部からの供給なしに直流の電流を供給する。本実施例において、直流電源部９は、単三乾電池２本からなる。電源部の省スペースが図られる上、ケーブルが不要となるため、携帯が非常に容易となる。

直流電圧変換部１１は、直流電源部９から供給される電源電圧（本願請求項の「電源電圧」の一例）を変換する。そのため、乾電池の劣化などの原因で電源電圧が低下しても、基準値（本願請求項の「基準値」の一例。例えば３．０Ｖ）以上の電圧をポンプ制御部１３に供給することが可能である。直流電圧変換部１１として、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。

ポンプ制御部１３は、電動ポンプ５を電気信号で制御して、流体を移送させる。ポンプ制御部１３は、電動ポンプ５への電気供給のＯＮ／ＯＦＦ、流体移送の速度、流体移送の方向を制御する。

従来、ポンプ制御部としては、複雑な回路が用いられていた。そのため、必然的にポンプ制御部が大型化し、流体移送装置の小型化が困難であった。

これに対し、本願発明者らは、研究開発の結果、ポンプ制御部１３を単一の制御回路部品で構成するに至った。これにより、流体移送装置１のポンプ制御部のサイズを従来の１／１０以下にするという顕著な小型化を実現したものである。しかも、Ｈブリッジ回路を制御回路に組み込むことで、低電圧電源でも双方向の流体移送を実現可能とした。具体的には、単三乾電池や充電電池で連続百時間以上の駆動を可能とした。ポンプ制御部１３の詳細については、後述する。

切替部１５は、操作者による切替操作部１９の切替に応じて、電気供給のＯＮ／ＯＦＦ、及び、ポンプ制御部１３に流れる電流の向きを切り替える。

電動ポンプ５は、制御回路部３の制御により駆動して流体を移送する。本実施例において、電動ポンプ５として、ぺリスタ式ポンプを採用した。

インターフェース部７は、移送される流体の入出力、操作者による操作、操作者への流体移送状態の表示に関する。流体移送装置１は、入出力部１７において、外部から内部に流体を吸入し、内部から外部へと流体を吐出する。操作者は、切替操作部１９を操作し、流体移送の有無及び流体の移送方向を切り替える。また、操作者は、速度調整操作部２１を操作し、流体移送の速度を調整可能である。移送表示部２３は、流体移送の有無と流体の移送方向を表示する。

図３は、本願発明の実施例に係る流体移送装置の回路図を示す図である。

図３を参照して、直流電源部９と、直流電圧変換部１１と、ポンプ制御部１３と、電動ポンプ５が順に電気的に接続されている。直流電源部９から、直流電圧変換部１１に電気が供給されると、直流電圧変換部１１からポンプ制御部１３に対して基準値以上の電圧が供給される。さらに、ポンプ制御部１３が電動ポンプ５に電気を供給して電動ポンプ５を制御する。

具体的には、直流電源部９の一方の極及びＤＣ３.３Ｖのアダプタ２５の一方の極が、第１トグル２７及び直流電圧変換部１１の電源端子に順に接続されている。直流電源部９の他方の極及びアダプタ２５の他方の極は、アースに接続されている。ここで、アダプタ２５経由での電源供給は、オプションであり、単三乾電池２本で電源を供給する直流電源部９のみで機能する。

第１トグル２７が「ＦＷＤ」又は「ＲＶＳ」の場合、直流電源部９からの電気が直流電圧変換部１１の電源端子ＩＮに入力される。直流電圧変換部１１のアース端子ＧＮＤは、アースに接続されている。出力端子ＯＵＴは、ポンプ制御部１３の電源端子に、基準値以上の電圧が保証された電気を出力する。出力端子ＯＵＴとアース端子ＧＮＤの間には、リップル防止のためのコンデンサ２９（１００mＦ）が接続されている。

本実施例において、ポンプ制御部１３を単一の制御回路部品３１（本願請求項の「制御回路部品」の一例）で実現した。制御回路部品３１は、電源端子Ｖｃｃ（本願請求項の「電源端子」の一例）と、アース端子ＧＮＤ（本願請求項の「アース端子」の一例）と、第１出力端子ＯＵＴ１と、第２出力端子ＯＵＴ２（２つあわせて、本願請求項の「２つの出力端子」の一例）と、正方向端子ＦＩＮ（本願請求項の「正方向端子」の一例）と、逆方向端子ＲＩＮ（本願請求項の「逆方向端子」の一例）と、参照電圧端子Ｖｒｅｆ（本願請求項の「参照電圧端子」の一例）とを有する。

電源端子Ｖｃｃは、直流電圧変換部１１の出力端子ＯＵＴと接続されている。また、電源端子Ｖｃｃは、高周波ノイズをカットするバイパスコンデンサ３３（０．１μＦ）を介してアース端子ＧＮＤと接続されている。さらに、電源端子Ｖｃｃは、制御回路部品３１内で、Ｈブリッジ回路（本願請求項の「Ｈブリッジ回路」の一例）の入力に接続されている。第１出力端子ＯＵＴ１及び第２出力端子ＯＵＴ２は、コネクタ３５を介して電動ポンプ５に接続されている。また、第１出力端子ＯＵＴ１及び第２出力端子ＯＵＴ２は、制御回路部品３１内で、Ｈブリッジ回路の出力に接続されている。正方向端子ＦＩＮ及び逆方向端子ＲＩＮは、それぞれ、第２トグル３７のＦＷＤ端子及びＲＶＳ端子を介してアースに接続されている。また、正方向端子ＦＩＮ及び逆方向端子ＲＩＮは、それぞれ、第１プルアップ抵抗３９（２．２ｋΩ）及び第２プルアップ抵抗４１（２．２ｋΩ）を介して、直流電圧変換部１１の出力端子ＯＵＴと接続されている。さらに、正方向端子ＦＩＮ及び逆方向端子ＲＩＮは、制御回路部品３１内で、Ｈブリッジ回路の入力に接続されている。参照電圧端子Ｖｒｅｆは、可変抵抗４３を介して、直流電圧変換部１１の出力端子ＯＵＴ及びアースに接続されている。また、参照電圧端子Ｖｒｅｆは、制御回路部品３１内で、パルス幅変調部（本願請求項の「速度制御部」の一例）に接続されている。パルス幅変調部は、参照電圧端子Ｖｒｅｆに印加される電圧の大きさに応じて、ポンプ制御部１３に流れる電気信号のパルス幅を制御する。

第１出力端子ＯＵＴ１及び第２出力端子ＯＵＴ２は、電動ポンプ５に電気信号を出力する。このとき、正方向端子ＦＩＮから電気が供給されていれば、ポンプ制御部１３は、電動ポンプ５を制御して、正方向に流体を移送させる。一方、逆方向端子ＲＩＮから電気が供給されていれば、ポンプ制御部１３は、電動ポンプ５を制御して、逆方向に流体を移送させる。いずれからも電気が供給されていなければ、電動ポンプ５を停止させる。また、ポンプ制御部１３は、操作者が調整した可変抵抗４３の大きさに応じたパルス幅変調により、流体の移送速度を制御する。

なお、電動ポンプ５は、駆動部品であるため、劣化や故障が起きやすい。そのため、電動ポンプ５は、ポンプ制御部１３とコネクタ３５で接続されており、交換が容易なように設計されている。

図４は、本願発明の実施例に係る流体移送装置のインターフェース部７を示す図であり、（ａ）正方向に流体を移送する場合、（ｂ）逆方向に流体を移送する場合、（ｃ）移送しない場合の一例を示す図である。

本実施例において、入出力部１７を構成部品である流路４５は、樹脂製のチューブで構成されている。そのため、移送される流体は、金属に触れずに移送され、移送により金属が混入するおそれがない。さらに、インターフェース部７は、３接点のトグルスイッチ４７（切替操作部１９）と、ツマミ４９（速度調整操作部２１）と、２色発光ダイオード５１（本願請求項の「２色発光ダイオード」の一例であり、移送表示部２３の一例）を有する。

図４を参照して、操作者の操作について説明する。図４（ａ）を参照して、操作者が「ＦＷＤ」側にトグルスイッチ４７を倒した場合、流体移送装置１は、入出力部１７の「ＩＮ」から流体を吸入して「ＯＵＴ」から流体を吐出する（正方向）。他方、図４（ｂ）を参照して、操作者が「ＲＶＳ」側にトグルスイッチ４７を倒した場合、流体移送装置１は、入出力部１７の「ＯＵＴ」から流体を吸入して「ＩＮ」から流体を吐出する（逆方向）。また、図４（ｃ）を参照して、トグルスイッチ４７を真ん中に立てた場合、流体移送装置１は、流体を移送しない。トグルスイッチ４７は、回路内の第１トグル２７及び第２トグル３７（２つあわせて切替部１５の一例）と連動している。さらに、操作者は、ツマミ４９で可変抵抗の大きさを変更することにより、流体速度を調整することができる。

２色発光ダイオード５１は、制御回路部３が有する発光制御部（本願請求項の「発光制御部」の一例）により、流体を移送する方向に応じて発光が制御される。２色発光ダイオード５１は、正方向に流体を移送しているとき、赤色に発光する。他方、逆方向に流体を移送しているとき、青色に発光する。さらに、流体を移送しないとき、発光しない。このため、操作者は、一目で流体の移送状況（流体移送の有無及び流体の移送方向）を把握可能である。

なお、直流電源部は、本実施例で示した以外の携帯可能な電源であってもよい。例えば、乾電池の種類やサイズを問わない。また、化学電池以外にも、光電変換パネル等の電源であってもよい。

また、図３に示すとおり、オプションとして、外部から流体移送装置への電気供給も可能である。具体的には、付属のアダプタを使用することにより、ＡＣ１００Ｖ電源から連続駆動させることも可能である。

さらに、切替操作部は、ＯＮ／ＯＦＦを切り替える手段であれば、トグルスイッチ以外で構成することもできる。

さらに、入出力部のチューブ径を大きくすることにより、流体の移送速度を向上させることも可能である。

さらに、流体速度に応じて発光ダイオードの発光強度を変化させてもよい。このとき、操作者は、流体の移送方向だけでなく移送速度も一目で把握可能となる。

ポンプ制御回路のサイズを従来の１／１０以下にするという顕著な小型化を実現した。しかも、単三乾電池や充電電池などの低電圧電源で、安定な連続百時間以上の双方向の流体移送を実現した。ポンプ装置を電源ケーブルに接続する必要がなくなり、流体移送装置を携帯することがさらに容易となる。結果として、小型（Ｗ６７ｍｍ×Ｈ２９ｍｍ×Ｄ９２ｍｍ）、軽量（１５０ｇ）、高速（最大流速０．４５ｍＬ±１５％、吐出圧力０．０５ＭＰａ）の携帯型流体移送装置を提供可能とした。本発明に係る流体移送装置は、電源のない現場での試料の採取やフィルタリングなどに特に有効である。

１・・・流体移送装置、３・・・制御回路部、５・・・電動ポンプ、７・・・インターフェース部、９・・・直流電源部、１１・・・直流電圧変換部、１３・・・ポンプ制御部、１５・・・切替部、１７・・・入出力部、１９・・・切替操作部、２１・・・速度調整操作部、２３・・・移送表示部、２５・・・制御回路部品、ＦＩＮ・・・正方向端子、ＲＩＮ・・・逆方向端子、Ｖｒｅf・・・参照電圧端子

Claims

電動ポンプにより流体を移送する流体移送装置であって、
前記電動ポンプと、
前記電動ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、
前記ポンプ制御部は、単一の制御回路部品で構成されており、
前記制御回路部品は、
電気が供給される電源端子と、
アースに接続されるアース端子と、
前記電動ポンプに電気信号を供給する２つの出力端子とを有する、流体移送装置。
外部からの供給なしに直流の電流を供給する直流電源部と、
前記直流電源部の電源電圧を変換する直流電圧変換部とをさらに備え、
前記直流電源部、前記直流電圧変換部及び前記電源端子は、順に電気的に接続されており、
前記直流電圧変換部は、前記電源電圧が低下しても、基準値以上の電圧を前記ポンプ制御部に供給する、請求項１記載の流体移送装置。
前記流体を移送する速度を制御する速度制御部をさらに備え、
前記制御回路部品は、可変抵抗に電気的に接続される参照電圧端子をさらに有し、
前記速度制御部は、前記参照電圧端子に印加される電圧の大きさに応じて前記速度を制御する、請求項２記載の流体移送装置。
外部からの供給なしに直流の電流を供給する直流電源部と、
前記制御回路部品に流れる電流の向きを切り替える切替部とをさらに備え、
前記制御回路部品は、正方向端子と逆方向端子とをさらに有し、
前記切替部が前記正方向端子に接続することにより前記制御回路部品に流れる電流の向きは、前記切替部が前記逆方向端子に接続することにより前記制御回路部品に流れる電流の向きと反対である、請求項１から３のいずれかに記載の流体移送装置。
２色発光ダイオードと、
前記２色発光ダイオードの発光を制御する発光制御部とをさらに備え、
前記発光制御部は、前記流体を移送する方向に応じて発光を制御する、請求項４記載の流体移送装置。
前記制御回路部品は、Ｈブリッジ回路を有する、請求項４又は５記載の流体移送装置。