JP5793778B2 - ローラポンプ - Google Patents

Description

本発明は、理化学機器、化学分析機器、医療機器、産業機器等における試料などの送液に使用されるローラポンプに関し、詳しくは、駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に配置した複数の自公転ローラの周状のチューブ押圧面によって、円弧状のガイド面に沿って配されたチューブを押圧挟持させて、前記チューブ押圧面によりチューブ内の液体を送液させるローラポンプに関する。

ローラポンプの従来例として、一端に太陽歯車が形成された駆動軸をチューブケースに回転自在に支持し、該駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、前記太陽歯車と噛合する遊星歯車が形成された自公転ローラを複数個配設し、前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持するとともに、前記遊星歯車を前記ガイド面の下部位置に設けられた内歯に噛合させ、前記駆動軸の回転により、前記駆動軸の太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して自公転ローラが自転しながら円軌跡上を公転移動することで、前記チューブ押圧面による押圧でチューブ内の流体を送液させる構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、別の従来例として、中心に駆動軸を固設したリテーナの前記駆動軸を中心とする円軌跡上に、周状のチューブ押圧面を形成するとともに該チューブ押圧面の下部位置に遊星歯車を形成した複数の自公転ローラを回転可能に前記リテーナに配設し、駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記チューブ押圧面とでチューブを押圧挟持するとともに、前記遊星歯車を前記ガイド面の下部位置に設けられた内歯に噛合させ、前記駆動軸の回転により、前記内歯と噛合する遊星歯車を介して自公転ローラが自転しながら円軌跡上を公転移動することで、前記チューブ押圧面による押圧でチューブ内の流体を送液させる構造のものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、中心に駆動軸を固設したリテーナの前記駆動軸を中心とする円軌跡上に、周状のチューブ押圧面を形成した複数の自公転ローラを回転可能に前記リテーナに配設し、前記駆動軸の回転により、前記リテーナを介して公転する前記自公転ローラが前記チューブとの接触摩擦により自転しながら円軌跡上を移動することで、前記チューブ押圧面による押圧でチューブ内の流体を送液させる構造のものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００３−２１０５０号公報 実開平２−１１９９８９号公報 特開２０１０−４３６００号公報

ところが、前二者の自公転する自公転ローラを備えたローラポンプは、自公転ローラによる送液を続けていると、周状のチューブ押圧面の径が遊星歯車のピッチ円の径より大きいため、円周の回転距離が大きくなり、摩擦力による公転方向と逆の方向の力が発生し、チューブの種類（例えば、材質、サイズ）によっては、チューブが自公転ローラに巻き込まれ、チューブが破損する虞が生じることが確認されていた。後者のローラポンプは、自公転ローラの公転により、チューブと接触して自転する公転フリーローラ機構であるため、公転方向の力が発生し、上記とは逆の現象が生じる。

そこで、本発明は、チューブの巻き込みや破損が生じることを抑制したローラポンプを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の第１のローラポンプは、一端に太陽歯車が形成された駆動軸をチューブケースに回転自在に支持し、該駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを配設し、前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、前記駆動軸の回転により、前記太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、少なくとも１個の前記自公転ローラと、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記円軌跡上に配設するとともに、該公転ローラは、前記周状のチューブ押圧面の外径よりも小径の装着軸部を形成し、該装着軸部に、前記周状のチューブ押圧面の外径と同径のチューブ押圧用のリングローラを回転自在に装着したことを特徴としている。

第２のローラポンプは、一端に太陽歯車が形成された駆動軸をチューブケースに回転自在に支持し、該駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを配設し、前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、前記駆動軸の回転により、前記太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、少なくとも１個の前記自公転ローラと、少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記円軌跡上に配設して前記太陽歯車に対して回転可能なリテーナに回転可能に配設するとともに、前記公転ローラは、前記自公転ローラのチューブ押圧面と同径のチューブ押圧面を形成していることを特徴としている。

また、第２のローラポンプは、前記公転ローラのチューブ押圧面の径を前記自公転ローラのチューブ押圧面の径よりも小径に形成するとともに、両ローラのチューブ押圧面の外側の円軌跡が同じになるように、前記公転ローラを前記自公転ローラが配置される円軌跡よりも大径の円軌跡上に配設することもできる。

第３のローラポンプは、チューブケースに回転自在に支持される駆動軸の先端を取り付けることができるリテーナの前記駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを回転可能に配設し、前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、前記駆動軸の回転により、太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、少なくとも１個の前記自公転ローラと、前記内歯と噛合する遊星歯車を形成した少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記リテーナの前記円軌跡上に回転可能に配設するとともに、該公転ローラは、前記周状のチューブ押圧面の外径よりも小径の装着軸部を形成し、該装着軸部に、前記周状のチューブ押圧面の外径と同径のチューブ押圧用のリングローラを回転自在に装着したことを特徴としている。

また、第３のローラポンプは、前記公転ローラに装着されるリングローラの径を前記自公転ローラのチューブ押圧面の径よりも小径に形成するとともに、リングローラ及びチューブ押圧面の外側の円軌跡が同じになるように、前記公転ローラを前記自公転ローラが配置される円軌跡よりも大径の円軌跡上に配設することもできる。

本発明によれば、遊星歯車機構を備えた自公転ローラと、公転ローラとを配したので、自公転する自公転ローラと公転ローラとにより、チューブの伸びを相殺して、引き込みと押し出しとを繰り返すことによりチューブの巻き込みや破損を防止することができる。

本発明に係る遊星歯車機構を用いたローラポンプの第１実施形態例を示す一部分解外観斜視図である。 ローラポンプの第１実施形態例のローラを示す一部分解斜視図である。 ローラポンプのローラの配置構成を示す平面図である。 ローラポンプによる動作原理を説明するための平面図である。 ローラポンプの第１実施形態例におけるローラの他の配置例をそれぞれ示す平面図である。 本発明に係る遊星歯車機構を用いたローラポンプの第２実施形態例のローラを示す一部分解斜視図である。 本発明に係るローラポンプの第３実施形態例のローラの配置構成を示す平面図である。 第２又は第３実施形態例の変形例のローラの配置構成を示す平面図である。

以下、本発明の第１実施形態例を図１〜図３に基づいて説明する。ローラポンプ１は、図１に示されるように、チューブケース２の中央部に形成された円形状の凹部３内に、駆動軸の先端に設けられる太陽歯車４と、該太陽歯車４に噛合する遊星歯車５ａを形成した３個の自公転ローラ５と、前記太陽歯車４に噛合する遊星歯車６ａを形成した３個の公転ローラ６を備えている。

前記自公転ローラ５は、遊星歯車５ａの上部位置にチューブ押圧面５ｂを周状に形成して、前記駆動軸の軸心を中心とする円軌跡７上に３個配設されている。前記公転ローラ６は、遊星歯車６ａの上部位置に前記チューブ押圧面５ｂの外径よりも小径の装着軸部６ｂを形成し、前記チューブ押圧面５ｂの外径と同径のチューブ押圧用のリングローラ６ｃを、フリー回転の機能を具備すべく前記装着軸部６ｂに回転自在に装着している。これら３個の公転ローラ６は、前記自公転ローラ５の間に１個ずつ配設されて、前記駆動軸の軸心を中心とする円軌跡７上に設けられている。

交互に１個ずつ配設されている自公転ローラ５及び公転ローラ６は、リテーナ８に前記駆動軸の軸心を中心とする円軌跡７上に等間隔に形成した各支持孔８ａに、上部の挿通軸５ｄ及び６ｄを挿入して抜け止めピン９により回転可能に装着するとともに、中心の挿通孔８ｂに太陽歯車４の突起４ａを挿通して、前記太陽歯車４、自公転ローラ５及び公転ローラ６をリテーナ８に設けてローラユニット化し、これを凹部３内に入れて、駆動軸の先端を太陽歯車４の中心に装着することにより、自公転ローラ５の遊星歯車５ａ及び公転ローラ６の遊星歯車６ａは、前記太陽歯車４及び前記凹部３の内周壁に設けられた環状の内歯１０に噛合する。

前記内歯１０の上部位置には、チューブ導入部１１ａからチューブ導出部１１ｂに至る２本のガイド面１１，１１が、前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状に形成され、このガイド面１１，１１に軟質のチューブ１２が装着される。このチューブ１２は、例えばシリコン等の軟質の樹脂で形成されたもので、流体の吐出量に応じて様々な径のチューブが使用される。

前記チューブケース２の凹部３の両側部には、カバー体２ａ，２ａがスライド可能に設けられている。これらカバー体２ａ，２ａは、対称形状をしたもので、対向する凹部側内面に、円弧状のガイド面１１，１１が形成され、外面には摘み２ｂ，２ｂが突設され、ガイド面１１，１１をチューブケース２の中央側に向けてそれぞれ取り付けられている。ガイド面１１，１１は、駆動軸の軸心から自公転ローラ５及び公転ローラ６の中心を通る円軌跡７までの距離を半径とした円弧よりも大きな円弧で形成され、ガイド面１１の両端側からガイド面１１の中央に向けて、ガイド面１１から駆動軸の軸心までの距離が漸次小さくなるように設定されている。

前記カバー体２ａ，２ａのガイド面１１，１１と自公転ローラ５のチューブ押圧面５ｂ及びフリー回転ローラ６のリングローラ６ｃとの間は、２本のチューブ装着溝となる。このチューブ装着溝は、カバー体２ａのガイド面１１が、上述したように、駆動軸の軸心から自公転ローラ５及びフリー回転ローラ６の中心を通る円軌跡７よりも大きく設定されていることから、チューブ装着溝の両端側からチューブ装着溝の中央に向けて次第に細く形成される。

このように構成されたローラポンプ１は、摘み２ｂ、２ｂを弛めて、カバー体２ａ，２ａをチューブケース２の外側にスライドさせ、太陽歯車４と自公転ローラ５と公転ローラ６とをセットしたリテーナ８を前記凹部３内に装着して、遊星歯車５，６と内歯１０とを歯合させるとともに、モータの駆動軸を太陽歯車４に装着させる。ついで、チューブ１２をチューブ装着溝に装着し、カバー体２ａ，２ａをチューブケース２の内側にスライドさせ、チューブ１２を各自公転ローラ５のチューブ押圧面５ｂ及び公転ローラー６のリングローラ６ｂに密着させる。この時、チューブ装着溝は、カバー体２ａ，２ａのガイド面１１の両端側から中央に向けてしだいに細く形成されることから、チューブ１２は、ガイド面１１の中央部とチューブ押圧面５ｂ又はリングローラ６ｂとで潰された状態で保持されている。

前記チューブ１２をチューブ装着溝に装着した状態で、モータを駆動させると、各自公転ローラ５の遊星歯車５ａは、太陽歯車４の回転に伴って太陽歯車４及び内歯１０と噛み合いながら自公転するとともに、公転ローラー６のリングローラ６ｂは自由回転して、チューブ１２が、ガイド面１１の中央部と各チューブ押圧面５ｂ及び各リングローラ６ｂとで連続的に潰されて、チューブ１２内の流体がチューブ導入部１１ａからチューブ導出部１１ｂに移送されていく。ガイド面１１，１１の双方にチューブ１２，１２を装着した場合は、一方のチューブ１２と他方のチューブ１２の流体はそれぞれ公転方向に移送されていく。

このポンプ作業において、遊星歯車機構を備えた自公転ローラ５と公転ローラ６とを配したので、図４に示す如く、自公転する自公転ローラ５によるチューブ１２の矢印Ａ方向への移動と公転ローラ６による矢印Ｂ方向の移動とが相互に作用して、チューブ１２の伸びを相殺し、引き込みと押し出しとを繰り返すことにより生じるチューブ１２の巻き込みや破損を防止することができる。

ローラポンプ１は、１本のチューブに少なくとも２個のローラによって押圧されていればよいことから、自公転ローラと公転ローラとの配置構成は、自公転ローラ５と公転ローラ６を１つ置きに配置するものに限定されず、例えば、図５に示すローラの配置構成でも適用できる。例えば、図５の（Ａ）に示す如き、２個のローラのうち、１個の自公転ローラ５と１個の公転ローラ６とを対向配置した構成、（Ｂ）は、３個のローラのうち、２個の自公転ローラ５と１個の公転ローラ６とを配置した構成、（Ｃ）は、６個のローラのうち、３個の自公転ローラ５と３個の公転ローラ６とを対向配置した構成、（Ｄ）は、６個のローラのうち、対向配置した２個の自公転ローラ５の間に、それぞれ１個の公転ローラ６を配置した構成等が考えられる。理論的には、自公転ローラ５と公転ローラ６とは、それぞれ１個以上あればローラポンプとしての機能を発揮することができるが、通常は、公転ローラ６が少なくとも１個含んでいれば、使い勝手や費用の面等から全体として２個乃至８個程度のローラ構成が効果的である。なお、図５の（Ａ）の配置構成は、１個の自公転ローラ５と１個の公転ローラ６とにより常にチューブ１２を押圧する必要上、いわゆるＵ字掛けした１本のチューブに適用されるが、その他はこれに限らない。また、公転ローラの数が多い構成の方が硬度の低いチューブに適している。

本発明の第２実施形態例を図６に基づいて説明する。この実施形態例のローラポンプの公転ローラ１３は、第１実施形態例の公転ローラ６のリングローラ６ｃを設けずに、自公転ローラ５のチューブ押圧面５ｂと同径の周状のチューブ押圧面１３ａを設けるとともに、該チューブ押圧面１３ａの下部に遊星歯車を設けていない構成であって、その他の構成及び作用は、第１実施形態例と同様である。この実施形態例によれば、公転ローラ１３は、太陽歯車４及び内歯１０とは噛み合わないので、第１実施形態例のリテーナ８に回転自在の設けられることによって、フリーに回転できる機能を具備していることになる。

本発明の第３実施形態例を図７に基づいて説明する。この実施形態例のローラポンプは、第１実施形態例の太陽歯車４を設けない構成であって、中心に駆動軸１４を取り付けることにより駆動軸１４と該駆動軸１４に対して回転可能なリテーナ８に、３個の自公転ローラ５とリングローラ６ｃを備えた３個の公転ローラ６を第１形態例と同様の配置構成で、抜け止めピン９にて回転可能に取り付けて、ユニット化したものである。

ローラポンプとして使用する際には、駆動軸１４の先端をリテーナ８に固設して、ユニット化した自公転ローラ５の遊星歯車５ａ及び公転ローラ６の遊星歯車６ａを内歯１０に噛合させ、駆動軸１４によるリテーナ８の回転により、第１及び第２実施形態例と同様のローラポンプとしての機能を発揮する。

図８に示す実施形態例は、第２又は第３実施形態例の変形例のローラの配置構成に関するものである。この実施形態例は、フリー回転ローラ１５のチューブ押圧面又はリングローラの径を自公転ローラ５のチューブ押圧面５ｂの径よりも小径に形成し、両ローラ５，１５のチューブ押圧面の外側の円軌跡１６が同じになるように、又は、リングローラ及びチューブ押圧面５ｂの外側の円軌跡１６が同じになるように、自公転ローラ５が配置される円軌跡７よりも大径の円軌跡１７上に配設したもので、第２形態例の変形例では、第２形態例のチューブ押圧面の径よりも小径に形成し、第３実施形態例の変形例では、リングローラよりも小径のリングローラを装着したもので、その他の構成は、第１又は第３実施形態例の場合と同様である。

１…ローラポンプ、２…チューブケース、３…凹部、４…太陽歯車、４ａ…突起、５…自公転ローラ、５ａ…遊星歯車、５ｂ…チューブ押圧面、５ｄ…挿通軸、６…公転ローラ、６ａ…遊星歯車、６ｂ…装着軸部、６ｃ…リングローラ、６ｄ…挿通軸、７…駆動軸を中心とする円軌跡、８…リテーナ、８ａ…支持孔、８ｂ…挿通孔、９…抜け止めピン、１０…内歯、１１…ガイド面、１１ａ…チューブ導入部、１１ｂ…チューブ導出部、１２…チューブ、１３…公転ローラ、１４…駆動軸、１５…フリー回転ローラ、１６…外側の円軌跡、１７…駆動軸を中心とする円軌跡

Claims (5)

1. 一端に太陽歯車が形成された駆動軸をチューブケースに回転自在に支持し、該駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを配設し、
   前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、
   前記駆動軸の回転により、前記太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、
   少なくとも１個の前記自公転ローラと、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記円軌跡上に配設するとともに、
   該公転ローラは、前記周状のチューブ押圧面の外径よりも小径の装着軸部を形成し、該装着軸部に、前記周状のチューブ押圧面の外径と同径のチューブ押圧用のリングローラを回転自在に装着したことを特徴とするローラポンプ。
2. 一端に太陽歯車が形成された駆動軸をチューブケースに回転自在に支持し、該駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、前記太陽歯車及び内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを配設し、
   前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、
   前記駆動軸の回転により、前記太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、
   少なくとも１個の前記自公転ローラと、少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記円軌跡上に配設して前記太陽歯車に対して回転可能なリテーナに回転可能に配設するとともに、
   前記公転ローラは、前記自公転ローラのチューブ押圧面と同径のチューブ押圧面を形成していることを特徴とするローラポンプ。
3. 前記公転ローラのチューブ押圧面の径を前記自公転ローラのチューブ押圧面の径よりも小径に形成するとともに、両ローラのチューブ押圧面の外側の円軌跡が同じになるように、前記公転ローラを前記自公転ローラが配置される円軌跡よりも大径の円軌跡上に配設することを特徴とする請求項２記載のローラポンプ。
4. チューブケースに回転自在に支持される駆動軸の先端を取り付けることができるリテーナの前記駆動軸の軸心を中心とする円軌跡上に、内歯と噛合する遊星歯車を形成した自公転ローラを回転可能に配設し、
   前記駆動軸の軸心を中心とする円弧状のガイド面と前記自公転ローラに形成した周状のチューブ押圧面とでチューブを押圧挟持し、
   前記駆動軸の回転により、太陽歯車と噛合する遊星歯車を介して前記自公転ローラを自公転させながら前記円軌跡上を移動させて、前記チューブ押圧面にて前記チューブ内の流体を送液させるローラポンプにおいて、
   少なくとも１個の前記自公転ローラと、前記内歯と噛合する遊星歯車を形成した少なくとも１個の公転ローラとを、前記自公転ローラによる前記チューブの反太陽歯車回転方向への移動と前記公転ローラによる太陽歯車回転方向への移動とが前記チューブへ相互に作用するよう前記リテーナの前記円軌跡上に回転可能に配設するとともに、
   該公転ローラは、前記周状のチューブ押圧面の外径よりも小径の装着軸部を形成し、該装着軸部に、前記周状のチューブ押圧面の外径と同径のチューブ押圧用のリングローラを回転自在に装着したことを特徴とするローラポンプ。
5. 前記公転ローラに装着されるリングローラの径を前記自公転ローラのチューブ押圧面の径よりも小径に形成するとともに、前記公転ローラを前記自公転ローラが配置される円軌跡よりも大径の円軌跡上に配設することを特徴とする請求項４記載のローラポンプ。

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