JP4734519B2 - ポンプヘッド部が着脱可能な往復動ポンプ構造 - Google Patents

Description

本発明は、ダイアフラムポンプ等、往復動ポンプにおける、ポンプヘッド部とポンプ駆動部が容易に着脱可能となる往復動ポンプ構造に関する。

従来、往復動ポンプとしては、ピストンやダイアフラム等を用いたものが一般的に知られているが、なかでも、微量な液体を送液するマイクロポンプには数多くの機構原理が存在し、例えば弁機構においてはリードバルブ型、バルブレス型などが、又、駆動系では小型モータを用いたダイヤフラム型、ピストン型などの機構を有するマイクロポンプが以前から一般的に知られている（特許文献１）。この種のマイクロポンプは、医療機器及び化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられ、現在、より高精度な制御ができる小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。

図６は、本出願人が開発した従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプの一例である（特許文献２）。図１（ａ）のＱ部断面図、図６（ｂ）で示されるマイクロポンプ４４は、駆動部側としては、例えばコアレスモータなどの小型モータ４５を駆動源とし、前記小型モータ４５の駆動軸４６と、前記駆動軸４６に備えられたエキセントリック４７と、前記エキセントリック４７と摺動するコネクティングスライダ４８からなる、前記駆動軸４６の回転運動を往復ピストン運動に変換するスライダ・カム機構４９と、スライダーケース５０より構成され、また、ポンプ部側としては、吸入口５１と排出口５２を備えるバルブヘッド部５３と、吸排出用のバルブ機構５４をそれぞれ１箇所ずつ有するバルブケース部５５と、ダイアフラム５６と、前記ダイアフラム５６を前記バルブケース部５５に固定するダイアフラムマウント５７から概略構成されている。

前記バルブヘッド部５３と、前期バルブケース５５と、前記ダイアフラムマウント５７はネジ５８によって前記スライダーケース５０に締結される。また、前記ダイアフラム５６は前記バルブケース５５と前記ダイアフラムマウント５７に挟み込まれる様に、その円外周部を固定され、前記ダイアフラム５６に形成されるダイアフラムフット５９は前記コネクティングスライダ４８にネジ締結されている。このため、前記ネジ５８を外しても、前記ダイアフラム５６は、前記ダイアフラムフット５９をもって、前記コネクティングスライダ４８にネジ締結されており、その分解が容易でないことから、ポンプヘッド部６０とポンプ駆動部６１が容易に着脱ができない構造となっている。

また、上記マイクロポンプ４４の作動原理は次のとおりである。前記ポンプヘッド部６０には、図６の正面断面図（ａ）に示すように、合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状の前記ダイヤフラム５６を用い、その円外周部は前記バルブケース５５の最外郭径の円周部で前記ダイアフラムマウント５７に保持されることにより、流体を一時的に溜めるポンプ室６２が形成される。また、前記ダイヤフラムフット５９は、上下方向に往復運動する前記コネクティングスライダ４８の先端にネジ締結され、弾性変形して振幅のある動きが可能となる。

以上より、前記マイクロポンプは、コネクティングスライダ４８によってダイヤフラム５６の中央平面部分を上下に変位させて前記ポンプ室６２の容積を増減させ、その際に発生する圧力変動を利用して、流体を吸入口５１から排出口５２まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する事を特徴とするポンプである。
特開昭６２−２９１４８４ 特開２００１−０１２３５６

しかしながら、従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプ構造では、ポンプヘッド部とポンプ駆動部はネジ等で締結されている上、ダイアフラムはダイアフラムマウントとコネクティングスライダに固定されているため、ポンプヘッド部の取り外しは容易ではなく、保守・点検の際には分解に手間がかかり、不便であった。また、流体を変更するためにポンプヘッド部を交換するには、分解の手間を考えると、ポンプ駆動部ごと一緒に変更していたため、コストもかかっていた。

したがって、本発明は、上記の問題点を解決し、ポンプヘッド部とポンプ駆動部が容易に一行程で着脱可能である往復動ポンプ構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、ポンプヘッド部とポンプ駆動部を有し、ポンプヘッド部には、吸入口、排出口、及び流体の流路を吸入側から排出側に決定するバルブ構造と、流体の流路と、ポンプ室と、そのポンプ室の容積を変動させる部品と、それに固定されたフット部を備え、ポンプ駆動部には、駆動源からの出力を伝えるコネクティングスライダを備える往復動ポンプ構造において、コネクティングスライダの一端に設けられたテーパのついた略Ｕ 字型の切欠き部に、フット部に設けられた上下にテーパのついた括れ部を係止可能にし、また、ポンプヘッド部とポンプ駆動部とが上下方向に嵌合するように凹凸形状が設けられ、当該凹凸形状、切欠き部及び括れ部が共に、同一方向にスライド可能になるように、スライド嵌合されることを特徴とした往復動ポンプ構造である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の往復動ポンプ構造において、ポンプ構造がダイアフラム形式を取ることを特徴とした往復動ポンプ構造である。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の往復動ポンプ構造において、ポンプ構造がピストン形式を取ることを特徴とした往復動ポンプ構造である。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の往復動ポンプ構造において、フット部に設けられたテーパのついた略Ｕ字型の切欠き部に、コネクティングスライダの一端に設けられた上下にテーパのついた括れ部を係止可能にし、また、ポンプヘッド部とポンプ駆動部とが上下方向に嵌合するように凹凸形状が設けられ、スライド嵌合されることを特徴とした往復動ポンプ構造である。

本発明は、ポンプヘッド部とポンプ駆動部とが互いに嵌合し、コネクティングスライダにフット部が係止されるように構成されることにより、スライド嵌合可能であるから、ポンプヘッド部をポンプ駆動部より容易に一行程で着脱することが可能な為、ポンプヘッド部つまり接液部を使い捨てにすることが可能である。これにより衛生面での利点や、保守・点検時の利便性のある点、また、１つのポンプ駆動部と複数のポンプヘッド部にて、多種の流体の送流の切替が可能である点が挙げられる。また、この構成はポンプの形式を問わない。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態として、ダイアフラム形式の往復動ポンプ１を図２に示す。この往復動ポンプ１は、ポンプヘッド部２及びポンプ駆動部３より構成されている。前記ポンプヘッド部２は吸入口４、排出口５、バルブ機構６、７、ダイアフラム８、ダイアフラムフット９、バルブヘッド１０、バルブケース１１、ダイアフラムマウント１２を備えている。さらにネジ１３により前記バルブヘッド１０、バルブケース１１、ダイアフラムマウント１２が一体に締結されている。

また、ポンプ駆動部３は、駆動源であるモータ１４、前記モータ１４の駆動軸１５、前記駆動軸１５に備えられたエキセントリック１６、前記エキセントリック１６が偏心円運動することにより上下運動するコネクティングスライダ１７、及びスライダーケース１８を備えている。

ポンプ駆動部３の出力を前記エキセントリック１６及び前記コネクティングスライダ１７を介し、前記ダイアフラムフット９に固定される前記ダイアフラム８に伝達させ、前記ダイアフラム８の中央平面部分を上下に変位させてポンプ室１９の容積を増減する。その際に発生する圧力変動を利用して、流体を前記吸入口４から前記排出口５まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する。

図３に、図２（ｂ）におけるＴ部の断面図を示す。本発明では、前記コネクティングスライダ１７の一端に略Ｕ字型の切欠き部２０を設けている。

また、前記ポンプヘッド部２と前記ポンプ駆動部３が互いに上下方向に嵌合し、更に、スライド可能になるように凹凸形状２１、２２を設け、また、前記コネクティングスライダ１７の切欠き部２０に係止されるようにダイアフラムフット９の中央部に括れ部２３を設け、これらの前期凹凸形状２１、２２、前記切り欠部２０、前記括れ部２３は共に、図４に示すＡ方向にスライド可能になるように構成される。

尚、前記括れ部２３には、その両端にテーパがつけられている。また、前記コネクティングスライダ１７に設けられている前記切欠き部２０にもテーパがつけられている。この為、テーパがガイドの役目を果たし、前記コネクティングスライダ１７の上下運動における位置ズレを修整することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、ピストン形式の往復動ポンプ２４を図５に示す。この往復動ポンプ２４も第１の実施形態と同様に、ポンプヘッド部２５及びポンプ駆動部２６より構成されている。ポンプヘッド部２５は吸入口２７、排出口２８、バルブ機構２９、３０、ピストン３１、ピストンフット３２、バルブヘッド３３、バルブケース３４を備えている。さらにネジ３５にて前記バルブヘッド３３と前記バルブケース３４は一体に締結されている。尚、前記ダイアフラムフット９とピストンフット３２を総称してフット部とする。

また、ポンプ駆動部２６は、駆動源であるモータ３６、前記モータ３６の駆動軸３７、前記駆動軸３７に備えられたエキセントリック３８、前記エキセントリック３８が偏心円運動することにより上下方向に運動するコネクティングスライダ３９、及びスライダーケース４０を備えている。

ポンプ駆動部２６の出力を前記エキセントリック３８及び前記コネクティングスライダ３９を介し、前記ピストンフット３２に固定される前記ピストン３１に伝達させ、前記ピストン３１を上下に変位させてポンプ室４１の容積を増減する。その際に発生する圧力変動を利用して、流体を前記吸入口２７から前記排出口２８まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する。

本発明でも第１の実施形態と同様に、前記ポンプヘッド部２５と前記ポンプ駆動部２６が互いに上下方向に嵌合し、更に、スライド可能になるように凹凸形状４２、４３を設け、また、前記ピストンフット３２の括れ部を係止できるように前記コネクティングスライダ３９に切欠き部を設け、これらの凹凸形状４２、４３、切り欠部、括れ部は、一定方向にスライド可能になるように構成される。

（第３の実施の形態）
また、図７、８に示すように、フット部に切欠き部を設け、コネクティングスライダに括れ部を設けることによっても、ポンプヘッド部とポンプ駆動部の着脱は容易に可能であり、本発明と同様の効果を得ることができる。

図７に示す実施形態はダイアフラム形式の往復動ポンプである。ダイアフラムフット６３に切欠き部を設け、コネクティングスライダ６４に括れ部を設けることにより、ポンプヘッド部６５とポンプ駆動部６６は容易に着脱可能となる。

また、図８に示す実施形態はピストン形式の往復動ポンプである。ピストンフット６７に切欠き部を設け、コネクティングスライダ６８に括れ部を設けることにより、ポンプヘッド部６９とポンプ駆動部７０は容易に着脱可能となる。

以上より、ポンプヘッド部とポンプ駆動部がスライド嵌合することにより、容易に一行程で着脱可能とし、ダイアフラムやバルブが薬品等に浸食された場合、ポンプヘッド部のみを交換可能としたため、ポンプ全体を交換する必要が無く、その分ポンプ装置の整備性にも優れる。

本発明は、ポンプヘッド部がスライド嵌合し、ポンプヘッド部とポンプ駆動部が容易に一行程で着脱可能となるため、医療機器や化学分析機器等に用いる為の小型微量流体供給装置において、接液部が使い捨て可能となる。

（ａ）本発明のダイアフラム形式の往復動ポンプ及び従来のマイクロポンプの外観を示す模式斜視図である。 （ｂ）本発明のピストン形式の往復動ポンプの外観を示す模式斜視図である。 （ａ）本発明の第１の実施の形態の図１（ａ）におけるＰ部断面図である。 （ｂ）本発明の第１の実施の形態の図１（ａ）におけるＱ部断面図である。 図２におけるＴ部断面図である。 図２においてポンプヘッド部をスライドさせた状態の断面図である。 （ａ）本発明の第２の実施の形態の図１（ｂ）におけるＲ部断面図である。 （ｂ）本発明の第２の実施の形態の図１（ｂ）におけるＳ部断面図である。 （ａ）従来のマイクロポンプの構造を示す図１（ａ）におけるＰ部断面図である。 （ｂ）従来のマイクロポンプの構造を示す図１（ａ）におけるＱ部断面図である。 （ａ）本発明のフット部とコネクティングスライダの形状を変更した一例を示す図１（ａ）におけるＰ部断面図である。 （ｂ）本発明のフット部とコネクティングスライダの形状を変更した一例を示す図１（ａ）におけるＱ部断面図である。 （ａ）本発明のフット部とコネクティングスライダの形状を変更した一例を示す図１（ｂ）におけるＲ部断面図である。 （ｂ）本発明のフット部とコネクティングスライダの形状を変更した一例を示す図１（ｂ）におけるＳ部断面図である。

符号の説明

１ ダイアフラム形式の往復動ポンプ
２，２５，６０，６５，６９ ポンプヘッド部
３，２６，６１，６６，７０ ポンプ駆動部
４，２７，５１ 吸入口
５，２８，５２ 排出口
６，７，２９，３０，５４ バルブ機構
８，５６ ダイアフラム
９，５９，６３ ダイアフラムフット
１０，３３，５３ バルブヘッド
１１，３４，５５ バルブケース
１２，５７ ダイアフラムマウント
１３，３５，５８ ネジ
１４，３６ モータ
１５，３７，４６ 駆動軸
１６，３８，４７ エキセントリック
１７，３９，４８，６４，６８ コネクティングスライダ
１８，４０，５０ スライダーケース
１９，４１，６２ ポンプ室
２０ 切欠き部
２１，２２，４２，４３ 凹凸形状
２３ 括れ部
２４ ピストン形式の往復動ポンプ
３１ ピストン
３２，６７ ピストンフット
４４ 従来タイプのダイアフラム型マイクロポンプ
４５ 小型モータ
４９ スライダ・カム機構

Claims (4)

1. ポンプヘッド部とポンプ駆動部を有し、ポンプヘッド部には、吸入口、排出口、及び流体の流路を吸入側から排出側に決定するバルブ構造と、流体の流路と、ポンプ室と、そのポンプ室の容積を変動させる部品と、それに固定されたフット部を備え、ポンプ駆動部には、駆動源からの出力を伝えるコネクティングスライダを備える往復動ポンプ構造において、
   コネクティングスライダの一端に設けられたテーパのついた略Ｕ字型の切欠き部に、フット部に設けられた上下にテーパのついた括れ部を係止可能にし、また、ポンプヘッド部とポンプ駆動部とが上下方向に嵌合するように凹凸形状が設けられ、当該凹凸形状、切欠き部及び括れ部が共に、同一方向にスライド可能になるように、スライド嵌合されることを特徴とした往復動ポンプ構造。
2. 請求項１記載の往復動ポンプ構造において、ポンプ構造がダイアフラム形式であることを特徴とした往復動ポンプ構造。
3. 請求項１記載の往復動ポンプ構造において、ポンプ構造がピストン形式であることを特徴とした往復動ポンプ構造。
4. 請求項１乃至３記載の往復動ポンプ構造において、
   フット部に設けられたテーパのついた略Ｕ字型の切欠き部に、コネクティングスライダの一端に設けられた上下にテーパのついた括れ部を係止可能にし、また、ポンプヘッド部とポンプ駆動部とが上下方向に嵌合するように凹凸形状が設けられ、スライド嵌合されることを特徴とした往復動ポンプ構造。

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