JP2018009552A - ペリスタポンプおよびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低脈動で安定した送液を可能にするペリスタポンプとその制御装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータ２によって回転するシリンダ３の同一円周上に回転可能に支持された複数個のローラ４と、円弧状壁部５１を有するプラテン５との間でチューブ６が押潰され、この押潰状態で円弧状壁部５１に沿ってローラ４がチューブ６内の流体を押出ながら移動し、流体が送液されるペリスタポンプ１であって、チューブ４の押潰状態が解除される位置のローラ４を基準点Ａとし、当該基準点Ａのローラ４が、隣接する一つ手前のローラ４の位置の起始点Ｂから基準点Ａのローラ４の位置まで移動して来る際、起始点Ｂから変更点Ｃまでの移動速度よりも変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度の方が速くなるようにステッピングモータ２によるローラ４間の１ピッチの移動速度を制御する制御装置７が設けられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、安定した流体供給をするためのペリスタポンプと、その制御装置とに関するものである。

一般に、連続して流体を供給するためのポンプとしてペリスタポンプが知られている。このペリスタポンプは、ハウジング、ロータ、ロータに設けられた複数のローラ、チューブ、モータ、制御装置などからなり、モータによってロータを回転させると、当該ロータに設けた複数のローラの位置が変化し、ハウジングとローラとの間でチューブを押潰し、この押潰状態でハウジングに沿ってローラがチューブ内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態を解除し、この一連の動作を複数ある各ローラが断続的に行うことにより、チューブ内の流体を送液するようになされている。ローラがチューブを押潰する際は、当該ローラが押出しながら移動する以外にこの押潰による容量だけ流体を余分に押し出すこととなり、ローラが押潰状態を解除する際は、当該ローラが押出しながら移動する以外にこの押潰状態を解除することによってチューブが押潰状態から元の形状に復元する容量拡大分だけ流体の押出量が減量されることとなる。したがって、ペリスタポンプでは、１つのローラ毎に、押出量の増減を生じ、いわゆる脈動を起こしながら流体の送液が行われることとなる。

従来より、このようなペリスタポンプの脈動に左右されずに所定量の流体を送液するための装置として、ローラの回転位置に起因するペリスタポンプの押出量のばらつきを補正するロータ回転角度制御手段を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−９２５３７号公報

しかし、上記従来のペリスタポンプの場合、押出量のばらつきの補正を行うため、ローラの回転角度と、それによって送液される流体量とを一致させて所定量の流体を送液できるようになるが、脈動自体は無くすことができない。

そのため、連続流れ分析などにこのようなペリスタポンプを使用する場合、脈動によってキャリアーの送液も脈動することとなり、分析の定量下限が影響を受け、微小流量での分析に使用ができないといった不都合を生じることとなる。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、低脈動で安定した送液を可能にするペリスタポンプとその制御装置とを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明のペリスタポンプは、ステッピングモータと、当該ステッピングモータによって回転する円盤状に形成されたシリンダと、当該シリンダ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、前記シリンダの回転による前記ローラの回転軌道の一部と対向する円弧状壁部を有するプラテンと、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で押潰されるチューブとを具備し、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブが押潰され、この押潰状態で前記円弧状壁部に沿って前記ローラが前記チューブ内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態が解除され、この一連の動作が複数ある前記ローラによって断続的に行われることにより、前記チューブ内の流体が送液されるようになされたペリスタポンプであって、前記チューブの押潰状態が解除される位置の前記ローラを基準点とし、当該基準点のローラが、隣接する一つ手前の前記ローラの位置の起始点から前記基準点の前記ローラの位置まで移動して来る際、前記起始点から、当該起始点と前記基準点との間に設定された変更点までの移動速度よりも、当該変更点から前記基準点までの移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの移動速度を制御する制御装置が設けられたものである。

上記ペリスタポンプにおいて、前記起始点と前記基準点との間を二等分する位置に前記変更点が設けられたものであってもよい。また、前記シリンダの同一円周上に、３０度の中心角ピッチで１２本の前記ローラが設けられ、前記制御装置は、前記基準点を０度として０度から１５度まで中心角が変化する時の移動速度よりも１５度から３０度まで中心角が変化する時の移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの回転速度を制御するものであってもよい。

上記ペリスタポンプにおいて、前記ステッピングモータは、タイミングベルトを介して前記シリンダを回転させるようになされており、前記制御装置は、ホトセンサによって前記タイミングベルトの位置を管理して前記ステッピングモータによる前記シリンダの回転速度を制御するようになされたものであってもよい。

上記ペリスタポンプにおいて、前記ローラの移動速度が遅くなった直後の位置で、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブの押潰が開始されるように、前記プラテンの円弧状壁部が位置決めされたものであってもよい。

上記課題を解決するための本発明のペリスタポンプの制御装置は、ステッピングモータと、当該ステッピングモータによって回転する円盤状に形成されたシリンダと、当該シリンダ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、前記シリンダの回転による前記ローラの回転軌道の一部と対向する円弧状壁部を有するプラテンと、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で押潰されるチューブとを具備し、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブか押潰され、この押潰状態で前記円弧状壁部に沿って前記ローラが前記チューブ内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態が解除され、この一連の動作が複数ある前記ローラによって断続的に行われることにより、前記チューブ内の流体が送液されるようになされたペリスタポンプの制御装置であって、前記チューブの押潰状態が解除される位置の前記ローラを基準点とし、当該基準点のローラが、隣接する一つ手前の前記ローラの位置の起始点から前記基準点の前記ローラの位置まで移動して来る際、前記起始点から、当該起始点と前記基準点との間に設定された変更点までの移動速度よりも、当該変更点から前記基準点までの移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの移動速度を制御するものである。

以上述べたように、本発明によると、ペリスタポンプ特有の脈動を低減して安定した送液を可能とすることができる。

本発明に係るペリスタポンプの全体構成の概略を示す正面図である。 本発明に係るペリスタポンプにおけるローラ間の１ピッチ間のステッピングモータの回転出力変化およびローラの移動速度変化を示すグラフである。 本発明に係るペリスタポンプにおけるローラ１ピッチ間の送液時の脈動を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１はペリスタポンプ１の全体構成の概略を示し、図２は同ペリスタポンプ１のローラ４間の１ピッチのステッピングモータ２の回転出力の変化およびローラ４の移動速度の変化を示し、図３は同ペリスタポンプ１による送液の脈動状態を示している。

このペリスタポンプ１は、ステッピングモータ２と、シリンダ３と、複数個のローラ４と、プラテン５と、チューブ６とを備え、プラテン５の円弧状壁部５１とローラ４との間でチューブ６を押潰し、この押潰状態で円弧状壁部５１に沿ってローラ４がチューブ６内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態を解除し、この一連の動作を複数あるローラ４によって断続的に行うことにより、チューブ６内の流体を送液するようになされたペリスタポンプ１であって、チューブ６の押潰状態が解除される位置のローラ４を基準点Ａとし、当該基準点Ａのローラ４が、隣接する一つ手前のローラ４の位置の起始点Ｂから基準点Ａのローラ４の位置まで移動して来る際、起始点Ｂから、当該起始点Ｂと基準点Ａとの間に設定された変更点Ｃまでの移動速度よりも変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度の方が速くなるようにステッピングモータ２によるローラ４間の１ピッチの移動速度を制御する制御装置７が設けられている。

ステッピングモータ２は、１２歯のプーリ２１が設けられており、タイミングベルト２２を介して、シリンダ３に設けられた２４歯のプーリ３１と歯合して、シリンダ３を回転駆動するようになされている。このステッピングモータ２の回転軸２３には、位置決めセンサ検出用のドグ２４が設けられている。また、ステッピングモータ２の近傍には、ホトセンサ２５が設けられており、このホトセンサ２５によってステッピングモータ２が回転駆動している際の回転数や回転して何処の位置にあるのか等の調整をすることができるようになされている。この調整は、ステッピングモータ２の回転出力時のステップ数を微調整することで行うことができる。このステップ数は、制御装置７によって制御される。

シリンダ３は、上記ステッピングモータ２によって回転する円盤状に形成されている。このシリンダ３の片面の同一円周上には、３０度の中心角毎に合計１２個のローラ４が均等間隔で設けられている。これにより、シリンダ３の同一円周上の回転軌跡を、各ローラ４が移動するようになされている。

ローラ４は、その一端が、シリンダ３に片持ち支持されており、ボールベアリング（図示省略）を介して回動可能となされている。

プラテン５は、ローラ４が通過することとなるシリンダ３の同一円周上の回転軌跡のうち、ローラ４とローラ４との間の３ピッチ分、シリンダ３の中心角にして約９０度の範囲でローラ４の外周面と対向することができる円弧状に形成された円弧状壁部５１を有している。そして、この円弧状壁部５１とローラ４との間で、チューブ６を押潰できるように、ローラ４に対するプラテン５の位置が決められている。

チューブ６は、直径方向に弾性変形可能な素材で形成されており、前記したプラテン５の円弧状壁部５１とローラ４との間隙は、チューブ６の外径よりも小さくなるように設定されている。これにより、チューブ６は、プラテン５の円弧状壁部５１とローラ４との間で押潰され、ローラ４の無い部分では押潰されずに、その内部に流体が充填された状態となっている。そして、シリンダ３の回転によってローラ４と円弧状壁部５１との対向する位置が変化し、円弧状壁部５１に沿ってローラ４がチューブ６内の流体を押出ながら移動することで、チューブ６内の流体が送液されることとなる。したがって、送液量は、チューブ６の内径やローラ４が設けられたシリンダ３の回転を制御するステッピングモータ２の回転出力等によって決定される。この際、どのような内径のチューブ６を用いるのかについては、ペリスタポンプ１として一般的に使用されているものであれば特に限定されるものではない。ただし、小流量または微小流量を送液する場合には、せっかく小流量または微小流量を送液しているのに脈動を生じると誤差の範囲になってしまうこととなるので、小流量または微小流量において脈動を消すことは、誤差限界をさらに低く設定することができることとなり、有効となる。微小流量では特に有効となる。ここで、小流量とは、２９００μｍｌ／分〜３９００μｍｌ／分程度の流量を言い、微小流量とは、２５μｍｌ／分〜８８０μｍｌ／分程度の流量を言う。

制御装置７は、前記したプラテン５の円弧状壁部５１に沿って移動したローラ４が、当該ローラ４と円弧状壁部５１との間隙で押潰したチューブ６の押潰状態を解除する位置を、基準点Ａとして認識している。また、この基準点Ａにローラ４が位置している時に、一つ手前のローラ４の位置の起始点Ｂと、当該起始点Ｂと基準点Ａとを二等分する位置の変更点Ｃとについても認識するようになされている。この際、起始点Ｂについては基準点Ａから、ステッピングモータ２の回転角度にして３０度戻った位置であり、変更点Ｃは基準点Ａから、ステッピングモータ２の回転角度にして１５度戻った位置であるため、基準点Ａを認識すれば、同時に起始点Ｂおよび変更点Ｃについても制御装置７によって演算されて認識することができる。

なお、基準点Ａの認識は、ローラ４が設けられたシリンダ３の回転を制御しているステッピングモータ２の回転出力時のステップ数を微調整することによって決定することができる。

また、制御装置７は、前記した起始点Ｂから変更点Ｃまでのローラ４の移動速度よりも、変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度が速くなるように、起始点Ｂのローラ４から基準点Ａのローラ４までの１ピッチにおける移動速度が設定されている。この設定は、ローラ４が設けられたシリンダ３の回転を制御しているステッピングモータ２の各ステップの出力を調整することによって行われる。これにより、ステッピングモータ２は、図２に示すように、１ピッチの動きの中で前半は遅く、後半は速くなるように回転出力され、これによりローラ４は、前半は遅く、後半は速く脈動しながら移動することとなる。

このようにして構成されるペリスタポンプ１は、ローラ４が押潰状態を解除する基準点Ａでは、当該ローラ４が押出しながらチューブ６内の流体を送液する以外にこの押潰状態を解除することによってチューブ６が押潰状態から元の形状に復元する容量拡大分だけ、普通にローラ４が移動してチューブ６内の流体を送液している箇所と比較すると、流体の押出量が減量されることとなる。しかし、前記したように、本発明のペリスタポンプ１は、起始点Ｂから変更点Ｃまでのローラ４の移動速度よりも、変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度が速くなるように、起始点Ｂのローラ４から基準点Ａのローラ４までの１ピッチにおける移動速度を設定しているので、前記した押出量の減量分が、移動速度が速くなる分で補われることとなり、結果として脈動を生じることなく、均等な流体の送液が可能となる。

また、このペリスタポンプ１において、ローラ４がプラテン５の円弧状壁部５１にチューブ６を押潰する際は、当該ローラ４が押出しながら移動する以外にこの押潰による容量だけ流体を余分に押し出すこととなる。しかし、前記したように、本発明のペリスタポンプ１は、起始点Ｂから変更点Ｃまでのローラ４の移動速度よりも、変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度が速くなるように、起始点Ｂのローラ４から基準点Ａのローラ４までの１ピッチにおける移動速度を設定しており、かつ、プラテン５は、ローラ４の３ピッチ分にわたって対向することができる円弧状に形成された円弧状壁部５１を有しているので、この移動速度が遅くなる起始点Ｂに相当する部分で押潰を開始し始めることとなり、前記した余分に押し出した増量分は、移動速度が遅くなる分で減量されることとなり、結果として脈動を生じることなく、均等な流体の送液が可能となる。

したがって、本発明のペリスタポンプ１は、図３に示すように、従来のペリスタホンプのような送液時の脈動を生じることなく、送液時の脈動を略無くすことが可能となる。そのため、脈動によって検出誤差が大きくなることを防止して安定して小流量ないし微小流量の流体を送液することができることとなり、今まで検出できなかった非常に低い検出限界での連続流れ分析が可能となる。また、既設のペリスタポンプであっても、上記したような制御装置７を取り付けて本発明のペリスタポンプ１と同様の制御を行うことで、本発明のペリスタポンプ１と同様の性能を発揮させることができることとなる。

なお、本実施の形態において、ペリスタポンプ１は、シリンダ３の片面の同一円周上に、３０度の中心角毎に合計１２個のローラ４を均等間隔で設けているが、特にこのローラ４の数およびローラ４を取り付ける中心角については、限定されるものではなく、例えば、少ないローラ４の数としては、９０度の中心角毎に合計４個のローラ４を均等間隔で設けたものであってもよい。

また、本実施の形態においては、基準点Ａにローラ４が位置している時に、一つ手前のローラ４の起始点Ｂまでの３０度の中心角を１ピッチとし、起始点Ｂから変更点Ｃまでのローラ４の移動速度よりも、変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度が速くなるように、起始点Ｂのローラ４から基準点Ａのローラ４までの１ピッチにおける移動速度を設定しているが、この変更点Ｃとしては、特に起始点Ｂと基準点Ａとの中間であれば、二等分する中央に限定されるものではなく、基準点Ａ側に近くてもよく、起始点Ｂ側に近くてもよい。

また、ローラ４の移動速度は、所定量の流体を送液するための設定速度を基準にして、起始点Ｂから変更点Ｃまでは設定速度よりも遅く、変更点Ｃから基準点Ａまでは設定速度よりも速くなるように設定することで、起始点Ｂから変更点Ｃまでのローラ４の移動速度よりも、変更点Ｃから基準点Ａまでの移動速度が速くなるようになっている。したがって、１ピッチが大きい中心角度の場合には、起始点Ｂから所定の回転角度までは設定速度よりも遅く、その後設定速度で所定の回転角度分回転した後、基準点Ａまでは設定速度よりも速くなるように、１ピッチで３段階にローラ４の移動測度が変化するものであってもよい。

さらに、本実施の形態において、プラテン５は、ローラ４間の３ピッチ分に相当する円弧状壁部５１を設けているが、特に３ピッチ分の円弧状壁部５１に限定されるものではなく、少なくとも１ピッチ分に相当する円弧状壁部５１を設けたものであればよい。

１ ペリスタポンプ
２ ステッピングモータ
３ シリンダ
４ ローラ
５ プラテン
５１ 円弧状壁部
６ チューブ
７ 制御装置
Ａ 基準点
Ｂ 起始点
Ｃ 変更点

Claims (6)

1. ステッピングモータと、当該ステッピングモータによって回転する円盤状に形成されたシリンダと、当該シリンダ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、前記シリンダの回転による前記ローラの回転軌道の一部と対向する円弧状壁部を有するプラテンと、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で押潰されるチューブとを具備し、
   前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブが押潰され、この押潰状態で前記円弧状壁部に沿って前記ローラが前記チューブ内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態が解除され、この一連の動作が複数ある前記ローラによって断続的に行われることにより、前記チューブ内の流体が送液されるようになされたペリスタポンプであって、
   前記チューブの押潰状態が解除される位置の前記ローラを基準点とし、当該基準点のローラが、隣接する一つ手前の前記ローラの位置の起始点から前記基準点の前記ローラの位置まで移動して来る際、前記起始点から、当該起始点と前記基準点との間に設定された変更点までの移動速度よりも、当該変更点から前記基準点までの移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの移動速度を制御する制御装置が設けられていることを特徴とするペリスタポンプ。
2. 前記起始点と前記基準点との間を二等分する位置に前記変更点が設けられた請求項１記載のペリスタポンプ。
3. 前記シリンダの同一円周上に、３０度の中心角ピッチで１２本の前記ローラが設けられ、前記制御装置は、前記基準点を０度として０度から１５度まで中心角が変化する時の移動速度よりも１５度から３０度まで中心角が変化する時の移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの回転速度を制御する請求項２に記載のペリスタポンプ。
4. 前記ステッピングモータは、タイミングベルトを介して前記シリンダを回転させるようになされており、前記制御装置は、ホトセンサによって前記タイミングベルトの位置を管理して前記ステッピングモータによる前記シリンダの回転速度を制御するようになされた請求項１ないし３の何れか一に記載のペリスタポンプ。
5. 前記ローラの移動速度が遅くなった直後の位置で、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブの押潰が開始されるように、前記プラテンの円弧状壁部が位置決めされた請求項１ないし４の何れか一に記載のペリスタポンプ。
6. ステッピングモータと、当該ステッピングモータによって回転する円盤状に形成されたシリンダと、当該シリンダ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、前記シリンダの回転による前記ローラの回転軌道の一部と対向する円弧状壁部を有するプラテンと、前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で押潰されるチューブとを具備し、
   前記プラテンの円弧状壁部と前記ローラとの間で前記チューブか押潰され、この押潰状態で前記円弧状壁部に沿って前記ローラが前記チューブ内の流体を押出ながら移動し、その後、押潰状態が解除され、この一連の動作が複数ある前記ローラによって断続的に行われることにより、前記チューブ内の流体が送液されるようになされたペリスタポンプの制御装置であって、
   前記制御装置が前記チューブの押潰状態が解除される位置の前記ローラを基準点とし、当該基準点のローラが、隣接する一つ手前の前記ローラの位置の起始点から前記基準点の前記ローラの位置まで移動して来る際、前記起始点から、当該起始点と前記基準点との間に設定された変更点までの移動速度よりも、当該変更点から前記基準点までの移動速度の方が速くなるように前記ステッピングモータによる前記ローラ間の１ピッチの移動速度を制御することを特徴とするペリスタポンプの制御装置。

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