JP5023085B2 - ホースポンプ - Google Patents

Description

本発明は、輸血、透析の血液移送、または粘度の高い液体やスラリーの移送などに使用されるホースポンプに関する。

従来より、可撓性ポンプホース内に流れる液体を、ポンプホースの一部を潰しながら扱いて上流側から下流側に向かって移送するホースポンプが広く使用されている。
このホースポンプは、例えば図９に示すように、ポンプケーシング５０と、ホンプケーシング５０の内周に沿って配されたポンプホース５１と、ポンプホース５１の一部を潰しながら扱いて上流側から下流側に向かって液体を移送するための送液機構５２とを有している。

送液機構５２は、図１０に示すように、ローター５３に取り付けられた２つのプッシングシュー５４，５５（或いは図１３に示す小径ローラー６０）がローター５３の回転に伴いポンプホース５１に沿って摺動することで、ポンプホース５１が押し潰され内部の液体が上流側から下流側に向かって強制的に移送されるように構成されている。また、図１１に示すように、押し潰されたポンプホース５１がプッシングシュー５４による圧縮から開放されると、その強力な弾性復元力で発生する真空によって液体が上流側から吸入されるように構成されている。

しかし、ポンプホース５１は、吐出サイクル毎にプッシングシュー５４，５５（或いは小径ローラー６０）に押し潰されたり元に戻ったりを繰り返すため、疲労し破損しやすく寿命が短いという問題点があった。このポンプホース５１が破損する度合いは、図１２または図１３に示すように、ポンプホース５１の潰れ角θが大きくなるほど幾何級数的に増大することが経験的に知られている。しかし、ポンプホース５１の潰れ角θを小さくするために、プッシングシュー５４，５５の円周方向の長さや小径ローラー６０の径を単に大きくするだけでは、ポンプホース５１の吐出側の容積が減少しポンプ一回転当たりの吐出量が減少してしまい問題解決に至らなかった。

また、ホースポンプの吐出最高圧力はポンプホース５１が潰れた時の押し圧と潰れ部の長さ（図１２または図１３のＣ）で決定する。ポンプホース５１が潰れた時の押し圧を大きくするためには、プッシングシュー５１，５２或いは小径ローラー６０とホンプケーシングの内周とのクリアランスがより小さくなるように設計することが考えられるが、この方法によると、ポンプホース５１に過剰な潰し圧がかかりホンプホース５１の寿命を縮めてしまう。また、プッシングシュー５４，５５或いは小径ローラー６０による潰れ部の長さＣは、ポンプホース５１の直径の７０〜１２０％程度であり、有効シール長さはポンプホース５１の直径の２０〜３５％程度と小さく、従来のホースポンプでは吐出最高圧力が１０〜１５Kg/cm２程度となって吐出圧力の高圧化が困難であった。

さらに、ホースポンプの吐出圧力に脈動があることは構造的な宿命であるが、従来のホースポンプでは、２つのプッシングシュー５４，５５の間に閉じこめられた液体が開放され、その際に発生するキャビテーション（空洞化現象）が脈動を増幅させており吐出圧脈動が大きいものであった。

さらに、従来のホースホンプはポンプホース５１の表面をプッシングシュー５４，５５が摺動するため、運転動力の２５〜３０％が摩擦熱損として失われ損失が大きいものであった。

特開２００３−１４８３６０号公報

本発明は、上記従来のホースポンプの問題点を一挙に解決するために想起されたものであり、すなわち、本発明の課題は、ポンプホースの寿命が長く、吐出圧力の高圧化が可能で、かつ吐出圧脈動も小さく、さらに運転動力の損失が小さいホースポンプを提供することにある。

上記課題を解決するものは、ポンプケーシングと、該ホンプケーシングの内周に沿って配されたポンプホースと、該ポンプホースを内側から押圧して上流側から下流側に向かって液体を移送するための送液機構とを有するホースホンプであって、前記送液機構は、駆動軸と、該駆動軸に設けられたクランクピンと、該クランクピンの外方に配され該クランクピンを軸として回転可能に設けられた偏心ローラーと、該偏心ローラーの外方に配され該偏心ローラーを軸として回転可能に設けられた押圧ローラーとを有し、該押圧ローラーは前記駆動軸の回転に伴い外周面にて前記ポンプホースを押圧可能に構成されていることを特徴とするホースポンプである。

前記ポンプホースは、前記ポンプケーシングの内周に沿って２重以上の巻数にて螺旋状に配されていることが好ましい。

請求項１に記載したホースポンプによれば、ポンプホースの寿命を長くすることができ、吐出圧力の高圧化も可能で、かつ吐出圧脈動も小さく、さらに運転動力の損失を小さくすることができる。
請求項２に記載したホースポンプによれば、上記請求項１の効果に加え、ポンプホースを２点以上で圧潰することで液体の吸引力を高める（圧送作用を生起させる）ことができると共に、ポンプホースの圧潰点間隔が長くなってポンプホースの寿命をより長くすることができる。

本発明のホースポンプの一実施例の斜視概略図である。 図１に示したホースポンプの送液機構を説明するための分解斜視図である。 図１に示したホースポンプの送液機構を説明するための分解斜視図である。 図１に示したホースポンプの送液機構を説明するための説明図である。 図１に示したホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。 図１に示したホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。 図１に示したホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。 図１に示したホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。 従来のホースポンプの送液機構の作用を説明するための縦断面概略図である。 従来のホースポンプの送液機構の作用を説明するための縦断面概略図である。 従来のホースポンプの送液機構の作用を説明するための縦断面概略図である。 従来のホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。 従来のホースポンプの送液機構の作用を説明するための説明図である。

本発明では、径の大きな押圧ローラーをポンプケーシング内でジャイレントリー回転（歳差回転或いはごますり回転）させる構造を採用したことで、ポンプホースの寿命が長く、吐出圧力の高圧化が可能で、かつ吐出圧脈動も小さく、さらに運転動力の損失が小さいホースポンプを実現した。

本発明のホースポンプを図１ないし図８に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例のホースポンプ１は、図１に示すように、ポンプケーシング２と、ホンプケーシング２の内周に沿って配されたポンプホース３と、ポンプホース３を内側から押圧して上流側から下流側に向かって液体を移送するための送液機構４とを有するホースホンプであって、送液機構４は、駆動軸５と、駆動軸５に設けられたクランクピン６と、クランクピン６の外方に配されクランクピン６を軸として回転可能に設けられた偏心ローラー７と、偏心ローラー７の外方に配され偏心ローラー７を軸として回転可能に設けられた押圧ローラー８とを有し、押圧ローラー８は駆動軸５の回転に伴い外周面にてポンプホース３を押圧可能に構成されている。以下、各構成について順次詳述する。

ポンプケーシング２は、図１または図３に示すように、後述するポンプホース３および送液機構４を内部に配するためのものであり円筒体に構成されている。

ポンプホース３は、移送する液体を内部に流通させるためのものであり、ホンプケーシング２の内周に沿って螺旋状に配されている。具体的には、ポンプホース３は、図４に示すように、ポンプケーシング２の内周に沿って２重の巻数にて配されている。ただし、本発明におけるポンプホースの巻数は２重に限定されるものではなく、３重以上であってもよい。

送液機構４は、ポンプホース３を内側から押圧してポンプホース３内の液体を上流側から下流側に向かって移送するためのものであり、駆動軸５と、クランクピン６と、偏心ローラー７と、押圧ローラー８とを有している。

駆動軸５は、クランクピン６、偏心ローラー７および押圧ローラー８を回転させるためのものであり、駆動用ギヤードモーター９にて、図２に示したＰ１を中心線として回転可能に構成されている。

クランクピン６は、図２に示すように、駆動軸５の中心線Ｐ１に対して偏心した位置に中心線Ｐ２を有する円柱体に構成され、駆動軸５の先端に設けられたクランク盤１０の先端面に設けられている。

偏心ローラー７は、内径の中心と外径の中心が異なるローラー（内径の中心が中心線Ｐ２上に存在し、外径の中心が中心線Ｐ３上に存在するローラー）であり、第１ニードルベアリング１１を介してクランクピン６の外方に配され、クランクピン６を軸として（中心線Ｐ２を回転中心として）、クランクピン６の周囲を回転可能に構成されている。

押圧ローラー８（この実施例ではリングローラー）は、ポンプホースを押圧するためのものであり、第２ニードルベアリング１２を介して偏心ローラー７の外方に配され、偏心ローラー７を軸として（中心線Ｐ３を回転中心として）、偏心ローラー７の周囲を回転可能に構成されている。

上記送液機構４により押圧ローラー８がポンプホース３を圧潰する作用について図５ないし図８を用いて説明する。なお、図５ないし図８は押圧ローラー８の挙動をするために簡略化したものでありポンプホース３は省略されている。また、Ｐ１は押圧ローラー８を公軸させるための回転中心となり、Ｐ２は偏心ローラー７がクラングピン６の周りを回転する際の回転中心となり、Ｐ３は押圧ローラー８が偏心ローラー７の周りを回転する際の回転中心となる。すなわち、Ｐ１とＰ２との間の距離は駆動軸５の中心線とクランクピン６の中心線との距離であるため一定であり、Ｐ３とＰ２との間の距離も偏心ローラー７の内径の中心と外径の中心との距離であるため一定であり、Ｐ３とＰ１との間の距離のみが、Ｐ３がＰ２の周りを回転するため駆動軸５の回転に伴って変化する。

図５は押圧ローラー８のホース潰し点（以下、踏点という。）における圧力が最大（踏点における偏心ローラー７の幅が最大）となった図であり、踏点はポンプケーシング２の内径以上になっている。換言すれば、Ｐ１から押圧ローラー８の外周までの長さがポンプケーシング２の半径の長さを超えている。この状態は現実にはあり得ないが、Ｐ３とＰ１との距離が最長となった状態を仮想的に示している。

図６は押圧ローラー８の踏点が最小（踏点における偏心ローラー７の幅が最小）となった図であり、踏点はポンプケーシング２の内径以下になっている。換言すれば、Ｐ１から押圧ローラー８の外周までの長さがポンプケーシング２の半径より小さくなっており、この状態はＰ３とＰ１との距離が最小になった状態を示している。

そして、図７に示すように、障害物ｍ（ポンプホース３の内圧）を押圧ローラー８が押圧するため、駆動軸５が反時計回りに回転すると、障害物ｍに差し掛かった時点で偏心ローラー７が内圧の抵抗を受けて、図８に示すように時計回りに回転する。この時、押圧前の状態（図７の状態）で押圧ローラー８と偏心ローラーとが保持していた距離（Ｌ１）は、押圧によりＬ２に増大する。このＬ１からＬ２への変動は、送液機構４がポンプホース３の内圧に応じて最適なホ−ス潰し圧を発生させることを意味する。

このように、本発明のホースポンプ１は、送液機構として、押圧ローラー８がポンプケーシング２内でジャイレントリー回転（歳差回転或いはごますり回転）する構造を採用しているため、ポンプホース３の内圧に応じて最適なホ−ス潰し圧を発生させることができ、プッシングシューや小径ローラーによってポンプホースを圧潰させるときの回転方向への引張り力を発生させることもなく、さらに、大径の押圧ローラー８でポンプホース３を押圧するため、ポンプホース３の潰れ角θ（図４参照）も小さくなり、ポンプホースの寿命を長くすることができる。

また、大径の押圧ローラー８でポンプホース３を押圧するため、ポンプホース３の潰れ部の長さＣ（図４参照）が大きくなり、封止力を従来の３〜５倍に高めることができると共に、ポンプホース３をジャイレントリー回転する押圧ローラー８にて圧潰し、かつ押圧ローラー８は偏心ローラー７の負荷に応じた偏位によって自律的にポンプホース３を加圧するため、高圧化に不適な欠点が解消され、吐出圧力を５０〜１００Kg/cm２程度にまで高圧化することができる。

さらに、大径の押圧ローラー８でポンプホース３を押圧し開放するため、封止点からの加圧液流の噴出が緩やかになり従来構造のものに比して脈動を極めて小さくすることができる。また、押圧ローラー８が歳差運動によってポンプホース３を圧潰する構造であるため、摩擦損失が極めて少なく、動力効率を高く（８５〜９０％）することができる。

１ ホースポンプ
２ ポンプケーシング
３ ポンプホース
４ 送液機構
５ 駆動軸
６ クランクピン
７ 偏心ローラー
８ 押圧ローラー
９ 駆動用ギヤードモーター
１０ クランク盤
１１ 第１ニードルベアリング
１２ 第２ニードルベアリング

Claims (2)

1. ポンプケーシングと、該ホンプケーシングの内周に沿って配されたポンプホースと、該ポンプホースを内側から押圧して上流側から下流側に向かって液体を移送するための送液機構とを有するホースホンプであって、前記送液機構は、駆動軸と、該駆動軸に設けられたクランクピンと、該クランクピンの外方に配され該クランクピンを軸として回転可能に設けられた偏心ローラーと、該偏心ローラーの外方に配され該偏心ローラーを軸として回転可能に設けられた押圧ローラーとを有し、該押圧ローラーは前記駆動軸の回転に伴い外周面にて前記ポンプホースを押圧可能に構成されていることを特徴とするホースポンプ。
2. 前記ポンプホースは、前記ポンプケーシングの内周に沿って２重以上の巻数にて螺旋状に配されている請求項１に記載のホースポンプ。

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