JP5857466B2 - 流体輸送装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体輸送装置に関する。

流体輸送装置の一例として、チューブを円弧状に案内する枠体と、前記円弧の中心を回転軸として回転する偏心円形の板（カム）と、複数の押圧体（ポンプフィンガー）とを有する蠕動ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。このような流体輸送装置では、カムを回転することによって、複数のポンプフィンガーを順に円弧の半径方向に押圧して、チューブを閉塞していく。こうすることによりチューブの流体を流動させている。

特許第３９５７３２２号公報

上述した流体輸送装置では、カムとチューブの同一平面内に、チューブを押圧するためのポンプフィンガーが放射状に複数配置されている。具体的には、カムの外周にポンプフィンガーが配置され、ポンプフィンガーのさらに外周にチューブが配置されている。このため、従来の流体輸送装置では平面サイズが大きくなってしまい、装置の小型化が困難であるという問題点があった。

本発明は、装置の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、
弾性を有し、流体の流路を形成するチューブと、
前記流路が円弧状になるように前記チューブを案内する枠体と、
前記円弧の中心を回転軸として回転する回転押圧板と、
前記流路に沿って配置された複数の押圧体であって、それぞれ、前記回転軸の軸方向に前記チューブと重なるように設けられた複数の押圧体と、
を備え、
前記回転押圧板が回転する際に、前記回転押圧板が前記複数の押圧体を順次前記軸方向に押圧し、各押圧体が前記チューブを前記軸方向に押圧することによって、流体を流入側から流出側に輸送する、
ことを特徴とする流体輸送装置である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本実施形態に係る流体輸送装置を用いた流体輸送器の斜視図である。 本実施形態に係る流体輸送装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 回転押圧板の押圧部の断面図である。 押圧体の流路方向の配置を説明する概略図である。 図６Ａ〜図６Ｄは本実施形態における流体輸送装置の流体輸送動作の説明図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、第２実施形態の回転押圧板の説明図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
弾性を有し、流体の流路を形成するチューブと、
前記流路が円弧状になるように前記チューブを案内する枠体と、
前記円弧の中心を回転軸として回転する回転押圧板と、
前記流路に沿って配置された複数の押圧体であって、それぞれ、前記回転軸の軸方向に前記チューブと重なるように設けられた複数の押圧体と、
を備え、
前記回転押圧板が回転する際に、前記回転押圧板が前記複数の押圧体を順次前記軸方向に押圧し、各押圧体が前記チューブを前記軸方向に押圧することによって、流体を流入側から流出側に輸送する、
ことを特徴とする流体輸送装置。
このような流体輸送装置によれば、押圧部を放射状に設ける場合と比べて平面サイズを小さくすることができる。これにより装置の小型化を図ることができる。

かかる流体輸送装置であって、前記複数の押圧体の少なくとも一つが前記チューブを閉塞していることが望ましい。
このような流体輸送装置によれば、流体を連続的に且つ安定して流動させることができる。

かかる流体輸送装置であって、前記回転押圧板は、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞する領域と、前記チューブを押圧から開放する領域とを有していてもよい。
このような流体輸送装置によれば、回転押圧板を回転することで、それぞれの領域を移動させることができ、これに基づいてチューブの流体を流動させることができる。

かかる流体輸送装置であって、前記回転押圧板は、前記複数の押圧体と対向する側の面に、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞するための突起部を複数有していてもよい。
このような流体輸送装置によれば、より安定して流体を流動させることができる。

かかる流体輸送装置であって、前記突起部は、前記複数の押圧体と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記回転押圧板との境界部分が弾性体で形成されていることが望ましい。
このような流体輸送装置によれば、突起部と押圧体とが当接する際のエネルギーの損失を低減することができる。

かかる流体輸送装置であって、前記複数の押圧体は、前記回転押圧板と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記チューブと接触する部分が弾性体で形成されていることが望ましい。

このような流体輸送装置によれば、押圧体を確実に押圧することができる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
≪全体構成について≫
図１は、本実施形態の流体輸送装置を用いた流体輸送器の外観を示す斜視図である。図１において、流体輸送器１０は、流体を蠕動運動によって輸送する流体輸送装置２０と、流体を収容するパック状の流体収容容器９０と、から構成されている。そして、流体輸送装置２０と流体収容容器９０とは、チューブ８０によって連通されている。
流体収容容器９０は、可撓性を有する合成樹脂からなり、本実施形態においては、シリコン系樹脂によって形成されている。流体収容容器９０の一方の端部にはチューブ保持部９２が設けられ、チューブ８０が圧着または熱溶着または接着等の手段で、流体が漏洩しないように密閉固定されている。
なお、本発明で使用される流体としては、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク等流動性がある液体の他、気体が含まれる。

チューブ８０は、一方の端部が流体収容容器９０の内部に連通し、流体輸送装置２０内を通り、流体輸送装置２０の外部に延在され、流体収容容器９０内に収容されている流体を流体輸送装置２０によって外部に輸送する。
流体輸送装置２０は、下蓋８２、ポンプユニット枠３１、チューブ枠３２、上蓋８１を順次重ねて、それらを固定螺子９５（図は、上蓋固定螺子を示す）等によって一体化されている。この流体輸送装置２０の内部に流体を輸送するための回転押出機構が格納されている。
なお、下蓋８２、ポンプユニット枠３１、チューブ枠３２、上蓋８１及び流体収容容器９０は、流体輸送器１０を生体に装着する場合においては、生体整合性の優れた材料、例えば、ポリスルホン、ウレタン等の合成樹脂を採用することが好ましい。

≪流体輸送装置の構成について≫
続いて、流体を輸送するための機構について図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る流体輸送装置の流体を輸送するための機構を示す平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図２は、説明を分かりやすくするために上蓋８１を透視した状態を示している。図２、図３において、流体輸送装置２０は、基本構成としてチューブ８０に蠕動運動を与え、流体を輸送する回転押出機構としてのポンプユニット３０と、ポンプユニット３０を駆動するためのポンプ駆動ユニット６０と、から構成されている。ポンプユニット３０とポンプ駆動ユニット６０とは、断面方向に重ねて構成されている(図３参照)。

＜ポンプ駆動ユニット６０について＞
まず、ポンプ駆動ユニット６０の構造及び駆動について説明する。図３において、ポンプ駆動ユニット６０は、板状の第１基板６１と、第２基板６２と、第３基板６３とを備え、それぞれの基板の間の空間に、駆動力をポンプユニット３０に与えるモーターと伝達輪列、及び駆動制御のための駆動回路（共に、図示せず）とが備えられている。

モーターとしては、本実施形態においては、水晶時計等に採用されているステップモーターが採用され、ポンプユニット３０の外側にコイルブロック７０が配置されている。図示しないが、コイルブロック７０と磁気接合されているステーターとステーター内部にローターが備えられており、駆動回路（図示せず）からの信号に基づいて回転される。駆動回路には、予め所定の駆動パターンが記憶されており、この駆動パターンに基づく信号によってステップモーターが駆動される。

なお、図示しないが、駆動回路と駆動源としての電池とは、第１基板６１と下蓋８２とで形成される空間に配置され、電池は、コイルブロック７０及び後述する伝達車とは交差しない位置に配置されている。また、前述したように、下蓋８２は固定螺子９６によって螺合固定されているために、下蓋８２を取り外せば、電池交換を容易に行うことが可能な構造である。

ローターの回転は、図示しない複数の伝達車によって所定の減速比に減速されて伝達一番車７１に伝達される。伝達一番車７１は、第２基板６２に設けられた軸受７７と第３基板６３に立てられた伝達二番車軸７２との間で軸支されている。伝達一番車７１の回転は、伝達三番車７３（図は省略している）を経て、伝達四番車７４、伝達五番車７５を経てポンプユニット３０の中心に位置する回転板車５６に伝達される。

伝達四番車７４は、伝達二番車軸７２の中心軸部に回転可能に嵌められ、伝達五番車７５は、第１基板６１に設けられた支軸６１Ａに回転可能に嵌められている。

ポンプ駆動ユニット６０は、リング状のポンプユニット枠３１の内部に、第１基板６１が図示しない固定螺子によって螺合固定され、第２基板６２と第３基板６３とは、それぞれ所定の間隔を有して、図示しない固定螺子によって第１基板６１に螺合固定されている。このようにして、ポンプ駆動ユニット６０は、伝達五番車７５を除いてユニット化されている。このポンプ駆動ユニット６０の上部にポンプユニット３０が装着されている。

＜ポンプユニット３０について＞
次に、ポンプユニット３０の構造について説明する。図２、図３において、ポンプユニット３０は、基本構成として、ポンプ駆動ユニット６０から伝達される回転力によって回転される回転板車５６と、回転板車５６と一体で回転する回転押圧板５０と、８本の押圧体４１〜４８と、流体を流動するチューブ８０と、チューブ枠３２及びスライド枠３４が備えられている。なお、以下の説明において、回転押圧板５０の回転の回転軸の方向（以下、軸方向ともいう）について、上蓋８１側を上側とし、下蓋８２側を下側とする。ここで、軸方向とは、回転押圧板５０の中心軸（回転軸）に平行な方向、あるいは、回転押圧板５０の面に垂直な方向（法線方向）のことである。

また、図４は、回転押圧板の押圧部（後述する）の断面図であり、図５は押圧体の流路方向の配置を説明する概略図である。図５では、８本の押圧体のうちの一部（押圧体４１、４２）について示しているが、他の部分も同様の構成となっている。

回転押圧板５０は、円盤状の板部材からなり、回転中心部に回転板車５６が設けられている。この回転板車５６に伝達五番車７５から回転力が伝達され、回転押圧板５０が伝達二番車軸７２を回転中心として回転する。回転板車５６の中心の穴が伝達二番車軸７２に挿入され、この伝達二番車軸７２と上蓋８１に設けられている軸受５７とによって、回転板車５６が軸支されている。

また、回転押圧板５０の外周部分には、等間隔（本実施形態では９０度間隔）で放射状に４つの押圧部５０ａ〜５０ｄが設けられている。押圧部５０ａ〜５０ｄは、押圧体４１〜４８を押圧するためのものである。このように、本実施形態の回転押圧板５０は、押圧部５０ａ〜５０ｄによって押圧体４１〜４８を押圧する領域と、押圧体４１〜４８を押圧しない領域とを有している。

各押圧部の幅（回転方向の長さ）は、少なくとも押圧体４１〜４８の間隔よりも長くなっている。また、図４に示すように、各押圧部５０ａ〜５０ｄにおける回転方向下流側の端面は、下側部分（押圧体４１〜４８との当接部分）が傾斜面になるように面取りされている。

回転板車５６の外周には、リング状のスライド枠３４が備えられている。このスライド枠３４の中心も回転押圧板５０の回転中心（回転軸）と一致しており、図示しない位置決め部材によって正確に位置が固定されている。また、スライド枠３４の上部（チューブ８０よりも上側部分）には、スライド枠３４から外周側に突出するように複数のスペーサー３４Ａが設けられている。図５に示すように、これらのスペーサー３４Ａは、押圧体４１〜４８の各間に位置するように配設されている。

スライド枠３４の外周には、さらにリング状のチューブ枠３２が備えられている。チューブ枠３２も、スライド枠３４と同様に中心が回転押圧板５０の回転中心（回転軸）と一致している。なお、チューブ枠３２及びスライド枠３４は、チューブ８０を円弧状に案内する枠体に相当する。

チューブ８０は、弾性を有する柔軟な材料によって形成されており、内部が流体の流動の経路（後述する流路８４）になっている。チューブ８０は、スライド枠３４とチューブ枠３２との間に形成された溝に沿って、図２で示すように円弧状に装着されている。

押圧体４１〜４８は、円弧状に装着されたチューブ８０上に、等間隔に並んで配置されている。つまり、押圧体４１〜４８は、それぞれチューブ８０と軸方向に重なるようにして、円弧状に配置されている。また、押圧体４１〜４８は、上端部分が押圧部５０ａ〜５０ｄ下端と当接する位置に設けられている。各押圧体において、押圧部５０ａ〜５０ｄと当接する部分は滑らかな剛体で形成されている。また、チューブ８０と接触する部分は弾性体で形成されている。

図５において、押圧体４１、４２は、流路方向（回転方向）の位置がスペーサー３４Ａで固定されつつ、それぞれ軸方向に移動可能になっている。また、押圧体４１、４２は、回転押圧板５０の回転による力を、軸方向の力に変換するように、上端が曲面形状になっている。すなわち、流路方向（回転方向）に沿って厚さが緩やかに変化しており、端部の厚さが最小で、中央部の厚さが最大となっている。このため各押圧体は、押圧部５０ａ〜５０ｄに当接すると、押圧部５０ａ〜５０ｄに押圧され、軸方向下側（すなわちチューブ８０側）に移動する。

また、図５において、押圧体４１〜４８の下側端には鍔部が設けられている。この鍔部は、後述するように、スペーサー３４Ａからの抜け止めのために設けられている。

なお、押圧体４１〜４８で形成される円弧の中心角度は９０度以上である。さらに、前述したように、各押圧部の幅は、押圧体４１〜４８の間隔よりも長い。このため、押圧体４１〜４８の少なくとも一つの上には押圧部５０ａ〜５０ｄの何れかが位置することになる。例えば、図２では、押圧部５０ｄが押圧体４７上に位置している。また、この押圧部５０ｄが、回転方向における最後段の押圧体４８を通過するよりも前に、次の押圧部５０ｃが最前段の押圧体４１を押圧する。つまり、チューブ８０は少なくとも円弧のどこかで閉塞していることになる。こうすることで、流体の逆流を防ぐことができ、流路方向に確実に輸送できる。

≪流体輸送装置の動作について≫
続いて、本実施形態における流体の輸送動作にについて図６Ａ〜図６Ｄを参照して説明する。図６Ａ〜図６Ｄは本実施形態における流体輸送装置の輸送動作の説明図である。

回転押圧板５０は、ポンプ駆動ユニット６０によって、流体の流路方向（図２参照、本実施形態では反時計方向）に回転する。図２の状態のとき、図６Ａに示すように、回転押圧板５０の押圧部５０ｃが押圧体４１に近づいている。

押圧部５０ｃが押圧体４１に当接すると、押圧部５０ｃは、押圧体４１をチューブ８０の弾性力に抗して下側（チューブ８０側）に押圧しつつ回転方向に進む。こうして、押圧体４１は押圧部５０ｃに押圧されて、図６Ｂに示すようにチューブ８０（流路８４）を閉塞する。

さらに回転押圧板５０が回転すると、図６Ｃに示すように、押圧部５０ｃは、押圧体４１と押圧体４２を同時に押圧する。これにより、図６Ｂで押圧体４２の下側にあった流体が流路方向の下流側に流動する。

さらに、回転押圧板５０が回転すると、図６Ｄに示すように、押圧部５０ｃは、押圧体４１を通り過ぎ、押圧体４２のみを押圧するようになる。押圧体４１の下側ではチューブ８０は押圧から開放されて、流路方向の上流側から流体が流れ込む。このとき、押圧体４１は、チューブ８０によって上側に押圧されるが、抜け止め用の鍔部によってスペーサー３４Ａの位置で停止する。

回転押圧板５０の回転が進むことによって、後段の押圧体（押圧体４３〜４８）についても同様の動作が行われる。このようにチューブ８０を順次押圧していく運動を蠕動運動と呼び、この蠕動運動によってチューブ８０を圧搾して流体を輸送する。

もし、仮に、回転押圧板５０と押圧体４１〜４８とチューブ８０を同一平面上に形成し、回転押圧板５０の回転によって半径方向に押圧体４１〜４８を押圧することでチューブ８０を閉塞して流体を輸送するという構成にすると、平面サイズが大きくなり装置の小型化が困難になる。これに対し、本実施形態では、チューブ８０と押圧体４１〜４８とを回転押圧板５０の回転軸の軸方向に配置している。そして、回転押圧板５０（押圧部５０ａ〜５０ｄ）によって押圧体４１〜４８を軸方向に押圧することによりチューブ８０を閉塞させている。こうすることにより、平面サイズを小さくすることができるので装置の小型化を図ることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では回転押圧板の構成が第１実施形態と異なる。なお、回転押圧板以外の構成は第１実施形態と同様であるため図示及び説明を省略する。

図７Ａ及び図７Ｂは、第２実施形態の回転押圧板５０´の説明図である。図７Ａは第２実施形態の回転押圧板５０´を上側から見た平面図であり、図７Ｂは、図５Ａの矢印側から見た側面図である。

第２実施形態の回転押圧板５０´は完全な円形状であり、回転押圧板５０´の半径は、回転中心からチューブ８０までの距離（以下、円弧の半径ともいう）よりも長くなっている。

また、回転押圧板５０´の下面には、等間隔（本実施形態では９０度間隔）で４つの突出部５１〜５４が設けられている。この突出部５１〜５４は、円弧の半径に対応する位置（すなわちチューブ８０上に相当する位置）に設けられている。

突出部５１〜５４は、第１実施形態の押圧部５０ａ〜５０ｄと同様の断面形状をしている。すなわち、回転方向下流側の端面が面取りされている。なお、突出部５１〜５４は、それぞれ、回転押圧板５０´との境界部分が弾性体で構成されており、それ以外は剛体材料で構成されている。

突出部５１〜５４は、回転押圧板５０´が回転する際に、第１実施形態の押圧板５０ａ〜５０ｄと同様に押圧体４１〜４８を押圧していく。このことによる流体の輸送の動作については第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、突出部５１〜５４において、回転押圧板５０´との境界部分が弾性体で構成されているので、各突出部が押圧体４１〜４８と当接する際の回転押圧板５０にかかる衝撃を緩和できる。

このように、第２実施形態では、円形状の回転押圧板５０´の下に突出部５１〜５４を設けた構造になっているので、軸方向についての強度が増し、撓みが生じにくくなる。これにより、回転押圧板５０´を安定して回転させることができるとともに、チューブ８０を閉塞させる際の確実性を高めることができる。よって、チューブ８０の流体をより確実に輸送することができる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

＜流体輸送装置について＞
前述した実施形態の流体輸送装置は、様々な機械装置の装置内、または装置外に適用することができ、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク、気体等の流体の輸送に利用することができる。また、前述した実施形態の流体輸送装置は、流体の流量を精度良く管理できるので、流体収容容器内に薬剤等を収容して生体内に植え込むことができ、新薬の開発や治療等に採用するのに適している。

＜押圧体について＞
前述した実施形態では、押圧体は８個（押圧体４１〜４８）であったが、これには限られず複数であればよい。また、前述した実施形態では、押圧体４１〜４８の上端部分の形状は曲面であったが、これ以外の形状でもよい。例えば、流路方向の上流側が傾斜面になっていてもよい。

また、前述した実施形態では、軸方向の下側に押圧していたが、例えば、チューブと押圧体と回転押圧板の配置を逆にして、軸方向の上側に押圧するようにしてもよい。

＜回転押圧板について＞
前述した実施形態では、押圧体を押圧する部分は９０度間隔で４つ（押圧部５０ａ〜５０ｄ、突出部５１〜５４）であったが、これには限られず、例えば３つでもよいし、５つ以上であってもよい。

１０ 流体輸送器、２０ 流体輸送装置、
３０ ポンプユニット、３１ ポンプユニット枠、
３２ チューブ枠、３４ スライド枠、３４Ａ スペーサー、
４１〜４８ 押圧体、
５０ 回転押圧板、５０ａ〜５０ｄ 押圧部、
５１〜５４ 突出部、５６ 回転板車、５７ 軸受、
６０ ポンプ駆動ユニット、６１ 第１基板、６１Ａ 支軸、
６２ 第２基板、６３ 第３基板、
７０ コイルブロック、７１ 伝達一番車、７２ 伝達二番車軸、
７３ 伝達三番車、７４ 伝達四番車、７５ 伝達五番車、７７ 軸受、
８０ チューブ、８１ 上蓋、８２ 下蓋、８４ 流路
９０ 流体収容容器、９２ チューブ保持部

Claims (10)

1. 弾性を有し、流体の流路を形成するチューブと、
   前記流路が円弧状になるように前記チューブを案内する枠体と、
   前記流路に沿って配置されて、それぞれ、前記回転軸の軸方向に前記チューブと重なるように設けられた複数の押圧体と、
   前記円弧の中心を回転軸として回転し、前記複数の押圧体と対向する側の面に、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞するための突起部を複数有する、回転押圧板と、
   を備え、
   前記突起部は、前記複数の押圧体と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記回転押圧板との境界部分が弾性体で形成され、
   前記押圧体が前記チューブを前記軸方向に押圧することによって、前記流体を流入側から流出側に輸送する、ことを特徴とする流体輸送装置。
2. 請求項１に記載の流体輸送装置であって、
   前記複数の押圧体の少なくとも一つが前記チューブを閉塞していることを特徴とする流体輸送装置。
3. 請求項１又は２に記載の流体輸送装置であって、
   前記回転押圧板は、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞する領域と、前記チューブを押圧から開放する領域とを有することを特徴とする流体輸送装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の流体輸送装置であって、
   前記複数の押圧体は、前記回転押圧板と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記チューブと接触する部分が弾性体で形成されていることを特徴とする流体輸送装置。
5. 弾性を有し、流体の流路を形成するチューブと、
   前記流路が円弧状になるように前記チューブを案内する枠体と、
   前記流路に沿って配置されて、それぞれ、前記回転軸の軸方向に前記チューブと重なるように設けられた複数の押圧体と、
   前記複数の押圧体を押圧する押圧部を有して、前記円弧の中心を回転軸として回転する回転押圧板と、
   を備え、
   前記押圧部の端面において前記押圧回転板が回転する軸方向の下側が面取りされ、
   前記押圧体が前記チューブを前記軸方向に押圧することによって、前記流体を流入側から流出側に輸送する、ことを特徴とする流体輸送装置。
6. 請求項５に記載の流体輸送装置であって、
   前記複数の押圧体の少なくとも一つが前記チューブを閉塞していることを特徴とする流体輸送装置。
7. 請求項５又は６に記載の流体輸送装置であって、
   前記回転押圧板は、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞する領域と、前記チューブを押圧から開放する領域とを有することを特徴とする流体輸送装置。
8. 請求項５又は６に記載の流体輸送装置であって、
   前記回転押圧板は、前記複数の押圧体と対向する側の面に、前記押圧体を押圧して前記チューブを閉塞するための突起部を複数有することを特徴とする流体輸送装置。
9. 請求項８に記載の流体輸送装置であって、
   前記突起部は、前記複数の押圧体と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記回転押圧板との境界部分が弾性体で形成されている、ことを特徴とする流体輸送装置。
10. 請求項５〜９の何れかに記載の流体輸送装置であって、
    前記複数の押圧体は、前記回転押圧板と当接する部分が滑らかな剛体で形成され、前記チューブと接触する部分が弾性体で形成されていることを特徴とする流体輸送装置。

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