JP6191706B2 - 液体輸送装置の製造方法、及び交換ユニットの製造方法 - Google Patents

液体輸送装置の製造方法、及び交換ユニットの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、流体輸送装置、交換ユニット、及び交換ユニットの製造方法に関する。
流体輸送装置の一例として、円弧状に案内されたチューブと、前記円弧の中心を回転軸として回転するカムと、複数の押圧体(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、2参照)。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、カムが複数のフィンガーを順に押圧して、チューブを閉塞していくことによって、チューブ内の流体を輸送している。
特許第3957322号公報 特開2009−216080号公報
特許文献1、2の流体輸送装置では、円弧状に案内されたチューブとカムが同一平面上に配置されると共に、チューブを押圧するための複数のフィンガーが放射状に同じ平面上に配置されている。具体的には、カムの外周にフィンガーが配置され、フィンガーの更に外周にチューブが円弧状に案内されている。この結果、流体輸送装置の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、本体ユニットと、前記本体ユニットに着脱可能な交換ユニットとを備え、前記交換ユニットは、流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ前記チューブを押して閉塞させるための複数のフィンガーと、を有し、前記本体ユニットは、前記複数のフィンガーを前記流体の輸送方向に順に押すためのカムを有し、前記カムの回転軸の方向に沿って前記チューブ、前記複数のフィンガー及び前記カムが積層配置され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。
図1は、第1実施形態のチューブ11、フィンガー12、カム21の配置を上から見た説明図である。 図2は、第1実施形態のカム21の形状の説明図である。 図3は、フィンガー12の動作の説明図である。 図4は、第1実施形態の交換ユニット10の装着時の様子の説明図である。 図5Aは、モーター24の配置の説明図である。図5Bは、モーター24の別の配置の説明図である。 図6は、第2実施形態のカム21、チューブ11、フィンガー12の配置を上から見た説明図である。 図7は、第2実施形態のカム21の形状の説明図である。 図8は、フィンガー12の動作の説明図である。 図9は、比較例のチューブ、フィンガー、カムの配置の説明図である。 図10は、比較例の交換ユニットの装着時の様子の説明図である。
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。
本体ユニットと、前記本体ユニットに着脱可能な交換ユニットとを備え、前記交換ユニットは、流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ前記チューブを押して閉塞させるための複数のフィンガーと、を有し、前記本体ユニットは、前記複数のフィンガーを前記流体の輸送方向に順に押すためのカムを有し、前記カムの回転軸の方向に沿って前記チューブ、前記複数のフィンガー及び前記カムが積層配置されることを特徴とする流体輸送装置が明らかとなる。
このような流体輸送装置によれば、装置の小型化を図ることが可能になる。
前記フィンガーは、前記交換ユニットを前記本体ユニットに装着する方向に沿って可動に支持されていることが望ましい。これにより、フィンガーの破損を防止できる。
前記本体ユニットに装着する前は、前記チューブは閉塞しておらず、前記本体ユニットに装着する際に、少なくとも1つのフィンガーが前記カムに押されて、前記チューブが閉塞することが望ましい。このような場合に、フィンガーが装着方向に沿って可動に支持されていることが特に有効である。
前記カムを駆動するためのモーターが前記本体ユニットに設けられていることが望ましい。これにより、交換ユニットを安価に構成できる。
前記カムを駆動するためのモーターが前記交換ユニットに設けられていることが望ましい。これにより、モーターの耐久性を期待できない場合にモーターを交換することが可能になる。
流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ前記チューブを押して閉塞させるための複数のフィンガーと、を有し、前記複数のフィンガーを前記流体の輸送方向に順に押すためのカムを有する本体ユニットに着脱可能な交換ユニットであって、前記カムの回転軸の方向に沿って前記チューブ及び前記複数のフィンガーが積層配置されることを特徴とする流体輸送装置の交換ユニットが明らかとなる。
このような交換ユニットによれば、装置の小型化を図ることが可能になる。
交換ユニットの製造方法であって、長さの異なるフィンガーを用意し、前記チューブの径に応じた長さのフィンガーを選択し、選択した長さのフィンガーを用いて前記交換ユニットを製造することが望ましい。これにより、フィンガーの長さの調整が容易になる。
===比較例===
本実施形態の流体輸送装置の理解を容易にするために、本実施形態の流体輸送装置について説明する前に、比較例の流体輸送装置について説明する。
<比較例の配置>
図9は、比較例のチューブ111、フィンガー112、カム121の配置の説明図である。
チューブ111は、円弧形状のチューブ案内壁の内面に沿って、部分的に円弧形状に配置されている。チューブ111の円弧の中心は、カム121の回転中心と一致している。
フィンガー112は、軸部112Aが軸方向に沿って可動になるように、支持されている。軸部のチューブ側の一端に押圧部112Bが形成されている。軸部のカム側の一端は、半球形状になっており、カムと接触している。
複数のフィンガー112は、カム121の回転軸から放射状に等間隔で配置されている。複数のフィンガー112は、カム121の外周面と、チューブ111との間に配置されている。
カム121は、外周に突起部121Aを有している。カム121の外周に複数のフィンガー112が配置されており、そのフィンガー112の外側にチューブ111が配置されている。カム121の突起部121Aによってフィンガー112が押されることによって、チューブ111が閉塞する。フィンガー112が突起部121Aから外れると、チューブ111の弾性力によってチューブ111が元の形状に戻る。カム121が回転すると、7本のフィンガー112が順に突起部121Aから押されて、輸送方向上流側から順にチューブ111が閉塞する。これにより、チューブ111が蠕動運動させられて、流体がチューブ111に圧搾されて輸送される。
比較例では、円弧状に案内されたチューブ111とカム121が同一平面上に配置されると共に、複数のフィンガー112が放射状に同じ平面上に配置されている。つまり、比較例では、カム121の外周にフィンガー112が配置され、フィンガー112の更に外周にチューブ111が円弧状に案内されている。この結果、流体輸送装置の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。
<比較例の装着時の様子ついて>
図10は、比較例の交換ユニット110の装着時の様子の説明図である。交換ユニット110は、本体ユニット120に対して、上から下に向かって装着される。この装着方向は、カム121の回転軸と平行な方向になっている。
比較例のフィンガー112は、カム121の外周面から力を受けてチューブ111を押圧できるように、カム121の回転軸に垂直な方向(平面方向)に可動に支持されており、装着方向(カム121の回転軸と平行な方向)には拘束されている。交換ユニット110の装着時にフィンガー112の軸部112Aの一端がカム121の突起部121Aに接触すると、フィンガー112が装着方向に拘束されているにも関わらず、軸部112Aの一端が上側に力を受けるため、軸部112Aが破損するおそれがある。
===第1実施形態===
<配置>
以下の説明では、カム21の回転軸22に平行な方向のことを「上下方向」又は「回転軸方向」と呼ぶ。また、本体ユニット20側から見て交換ユニット10の側を「上」とし、逆側を「下」とする。また、カム21の回転軸22と垂直な方向を「平面方向」と呼ぶ。
図1は、第1実施形態のチューブ11、フィンガー12、カム21の配置を上から見た説明図である。図2は、第1実施形態のカム21の形状の説明図である。図3は、フィンガー12の動作の説明図である。
流体輸送装置1は、流体を輸送するための装置である。流体輸送装置1は、チューブ11と、複数のフィンガー12と、カム21とを備えている。図3に示すように、チューブ11及びフィンガー12は、交換ユニット10の交換用枠体13に収容されている。カム21は、本体ユニット20の本体用枠体23に設けられている。なお、カム21は、本体用枠体23の内部には収容されておらず、交換ユニット10側に露出している。
チューブ11は、流体を輸送するための管である。チューブ11は、フィンガー12から押されると閉塞し、フィンガー12からの力が解除されると元に戻る程度に弾性を有している。チューブ11は、交換用枠体13に形成された円弧形状のチューブ案内路13Aの内面に沿って、部分的に円弧形状に配置されている。チューブ11の円弧形状の部分は、チューブ案内路13Aの上面と、複数のフィンガー12の押圧部12B(フィンガー12の上端)との間に配置されている。チューブ11の円弧形状の部分はフィンガー12の上側に位置しており、フィンガー12が上に押し上げられると、チューブ11はフィンガー12によって閉塞する。チューブ11(及びチューブ案内路13A)の円弧の中心は、カム21の回転中心と一致している。
チューブ11の一端はリザーバー(不図示)に連通している。リザーバーは、輸送対象である流体を収容するための収容部である。例えば、リザーバーは、薬液を収容している。但し、リザーバーに収容される流体は、薬液に限られるものではなく、他の液体(例えば、水、食塩水、薬液、油類、芳香液、インク等)でも良い。また、液体ではなく、気体でも良い。
フィンガー12は、チューブ11を閉塞させるための押圧体である。フィンガー12は、カム21から力を受けて、従動的に動作する。フィンガー12は、棒状の軸部12Aと、鍔状の押圧部12Bとを有し、T字形状になっている。フィンガー12は、軸部12Aが軸方向に沿って可動になるように、交換用枠体13から支持されている。軸部12Aのチューブ11側の一端に押圧部12Bが形成されており、押圧部12Bがチューブ11と接触している。軸部12Aのカム21側の一端は、半球形状になっており、カム21と接触している。フィンガー12は、金属材料又は高剛性の樹脂材料から構成されるが、他の材料で構成されても良い。
フィンガー12は、軸部12Aが上下方向(カム21の回転軸方向)に沿うように、配置されている。各フィンガー12の軸部12Aからカム21の回転軸22までの距離が同じになるように、複数のフィンガー12(ここでは7本のフィンガー12)が円弧状に等間隔に配置されている。各フィンガー12は、チューブ11の下側に配置されている。図1では、フィンガー12はチューブ11の下に隠れており、フィンガー12の位置が点線で示されている。各フィンガー12は、カム21の上側に配置されている。言い換えると、各フィンガー12は、カム21とチューブ11の間に配置されている。
前述の比較例のフィンガー12はカム21の外周に配置されているが、本実施形態のフィンガー12は、カム21の上側に配置されている。また、前述の比較例のフィンガー12は、カム21の回転軸22から放射状に配置されており、フィンガー12の軸部12Aの軸方向は、平面方向(カム21の回転軸22と垂直な方向)である。これに対し、本実施形態のフィンガー12は、軸部12Aをカム21の回転軸方向と平行にしながら、チューブ11に沿って円弧状に配置されている。また、比較例のフィンガー12は、平面方向(カム21の回転軸22と垂直な方向)に可動であるのに対し、本実施形態のフィンガー12は、カム21の回転軸方向に可動である。
カム21は、回転しながらフィンガー12を順にチューブ11側に押すための部品である。第1実施形態のカム21は、円盤状の板部材の上面に4箇所の突起部21Aを有している。突起部21Aは、フィンガー12を上側に押し上げるための突起である。4つの突起部21Aは、同じ形状である。カム21の突起部21Aがフィンガー12を上側に押し上げることによって、チューブ11が閉塞する。フィンガー12が突起部21Aから外れると、チューブ11の弾性力によってチューブ11が元の形状に戻り、フィンガー12が下に下がる。カム21が回転すると、7本のフィンガー12が順に突起部21Aから押し上げられて、輸送方向上流側から順にチューブ11が閉塞する。これにより、チューブ11が蠕動運動させられて、流体がチューブ11に圧搾されて輸送される。流体の逆流を防止するため、少なくとも1つ、好ましくは2つのフィンガー12がチューブ11を閉塞させるように、4つの突起部21Aが形成されている。
突起部21Aは、傾斜面21Bと水平面21Cとを備えている(図2参照)。傾斜面21Bは、水平面21Cに対して、カム21の回転方向(輸送方向)の下流側に位置する。このため、カム21が回転すると、傾斜面21Bが、水平面21Cよりも先にフィンガー12の軸部12Aの端部に接触し、フィンガー12を少しずつ押し上げる。水平面21Cがフィンガー12に接触している間では、チューブ11は閉塞され続ける。カム21が更に回転してフィンガー12が突起部21Aの水平面21Cから外れると、フィンガー12が下に下がり、チューブ11が元の形状に戻る。
本実施形態では、フィンガー12がカム21の上側に配置されており、チューブ11がフィンガー12の上側に配置されている(これに対し、比較例では突起部21Aがカム21の外周に設けられており、フィンガー12はカム21の外周に配置されており、チューブ11はフィンガー12の外側に配置されている)。本実施形態のように、カム21の回転軸方向(本体ユニット20に交換ユニット10を装着する方向)にチューブ11、フィンガー12及びカム21を積層配置することによって、平面サイズ(平面方向の寸法、特にカム21の回転軸22を中心とした径方向の寸法)を小さくできる。
<フィンガーを交換ユニット側にする理由>
チューブ11は、フィンガー12によって押圧されるため、劣化しやすく、長期間使用することが難しい。そこで、チューブ11を交換ユニット10側に配置して、チューブ11を交換可能にしている。
チューブ11の径はばらつきが大きい。このため、チューブ11を交換したときに、チューブ11の径が変わってしまうことがある。チューブ11の径が変わってしまうと、フィンガー12がチューブ11を押圧したときの押圧量が変わってしまい、流体の輸送量の精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、チューブ11とフィンガー12を一体にして交換ユニット10を構成することによって、チューブ11の径に合わせてフィンガー12の長さを調整することを可能にしている。
交換ユニット10を製造するときに、長さの異なる3種類のフィンガー12(基準の長さのフィンガー12、基準よりも長いフィンガー12、基準よりも短いフィンガー12)を予め用意する。或る交換ユニット10に収容するチューブ11の径が基準範囲であれば、基準の長さのフィンガー12をその交換ユニット10に収容する。チューブ11の径が基準範囲よりも小さい場合、基準よりも長いフィンガー12を交換ユニット10に収容する。チューブ11の径が基準範囲よりも大きい場合、基準よりも短いフィンガー12を交換ユニット10に収容する。このように、異なる長さのフィンガー12を予め用意し、その中からチューブ11の径に合ったフィンガー12を選択するだけなので、フィンガー12の長さの調整が容易である。
フィンガー12がチューブ11の径に合った長さに調整されることによって、フィンガー12がチューブ11を押圧したときの押圧量が調整され、流体の輸送量が調整される。この結果、流体の輸送量の精度が向上する。また、フィンガー12がチューブ11を押圧したときの押圧量が所定の範囲内に安定するので、カム21を回転させるための負荷(トルク)も所定範囲内に収まり、カム21を駆動するモーター24への過負荷を回避できる。
<装着時の様子>
フィンガー12を交換ユニット10の側に配置すると、比較例のように装着時のフィンガー12の損傷が問題になる。但し、本実施形態では、比較例とはフィンガー12の可動方向が異なるため、このような問題は生じない。以下、この点を説明する。
図4は、第1実施形態の交換ユニット10の装着時の様子の説明図である。交換ユニット10は、本体ユニット20に対して、上から下に向かって装着される。この装着方向は、カム21の回転軸方向と平行である。交換ユニット10のチューブ11は、装着前は閉塞しておらず、フィンガー12はチューブ11によって下側に押し下げられている。
交換ユニット10を本体ユニット20に装着するとき、まず、本体用枠体23の外周面23Aによって交換用枠体13の案内面13B(内周面)がカム21の回転軸方向(上下方向)に案内される。この段階で、交換ユニット10の平面方向の動きが制限される。
更に交換ユニット10を本体ユニット20に近づけると、交換用枠体13の軸穴13Cにカム21の回転軸22が挿入される。カム21の回転軸22が軸穴13Cに挿入される前に交換ユニット10の平面方向の動きが制限されているので、カム21の回転軸22が軸穴13Cから平面方向に無理な力を受けることは無く、カム21の回転軸22を損傷させるおそれはない。
その後、更に交換ユニット10を本体ユニット20に近づけると、フィンガー12の軸部12Aの端部がカム21に接触する。逆流防止のために少なくとも1つのフィンガー12がチューブ11を閉塞させるようにカム21の突起部21Aが構成されているため、交換ユニット10を装着するときに、少なくとも1つのフィンガー12が、突起部21Aと接触することになる。このとき、フィンガー12は上側に力を受けることになる。フィンガー12が上下方向に可動に支持されているため、装着時にフィンガー12がカム21の上面や突起部21Aから上側に力を受けても、フィンガー12は上側に移動でき、破損しないで済む(これに対し、比較例では、フィンガー12が上下方向に拘束されているため、装着時にフィンガー12がカム21から上側に力を受けると、フィンガー12が破損するおそれがある)。
交換ユニット10を本体ユニット20に装着した後、交換用枠体13と本体用枠体23がネジなどの固定手段(不図示)によって固定される。
<モーター等の配置>
図5Aは、モーター24の配置の説明図である。ここでは、カム21を駆動するためのモーター24が、本体ユニット20の本体用枠体23に収容されている。本体ユニット20の本体用枠体23には、モーター24と共に、駆動力伝達機構25と制御部(不図示)が設けられている。駆動力伝達機構25は、モーター24の駆動力を減速して、カム21の回転軸22に伝達する。制御部(不図示)は、モーターを制御するためのコントローラーである。
図5Bは、モーター24の別の配置の説明図である。ここでは、モーター24は、交換ユニット10側に設けられている。交換ユニット10が本体ユニット20に装着されると、モーター24の駆動軸24Aが本体ユニット20の本体用枠体23に挿入されて、本体ユニット20に設けられた駆動力伝達機構25と駆動軸24Aとが噛み合う。これにより、駆動力伝達機構25が交換ユニット10のモーター24の駆動力をカム21の回転軸22に伝達する。
モーター24に耐久性があれば、図5Aのようにモーター24を本体ユニット20に設けることによって、交換ユニット10を安価に構成することが望ましい。但し、流体輸送装置1を生体に装着する場合、モーター24は超小型なものが用いられ、耐久性を確保できないことがある。このようにモーター24の耐久性を期待できない場合には、図5Bのようにモーター24を交換ユニット10に設けると良い。
===第2実施形態===
図6は、第2実施形態のカム21、チューブ11、フィンガー12の配置を上から見た説明図である。図7は、第2実施形態のカム21の形状の説明図である。図8は、フィンガー12の動作の説明図である。
第2実施形態においても、チューブ11及びフィンガー12は、交換ユニット10の交換用枠体13に収容されている。カム21は、本体ユニット20の本体用枠体23に設けられている。なお、カム21は、本体用枠体23の内部には収容されておらず、交換ユニット10側に露出している。
第1実施形態では、円盤状の板部材の上面に突起部21Aが形成されているのに対し、第2実施形態では、円盤状の板部材の外周に突起部21Aが形成されている。但し、第2実施形態のカム21の突起部21Aは、第1実施形態と同様に、フィンガー12を上側(カム21の回転軸22と平行な方向)に押し上げる機能を有する。
第2実施形態によれば、第1実施形態のカム21よりも、カム21の厚さ(上下方向の寸法)を薄くできる。これにより、流体輸送装置1の薄型化を図ることができる。
第2実施形態においても、カム21の回転軸方向(本体ユニット20に交換ユニット10を装着する方向)にチューブ11、フィンガー12及びカム21を積層配置することによって、平面サイズを小さくできる。また、第2実施形態においても、フィンガー12が上下方向に可動に支持されていれば、装着時にフィンガー12がカム21の突起部21Aから上側に力を受けても、フィンガー12は上側に移動でき、破損しないで済む。
===その他===
上記の実施形態は、主として流体輸送装置について記載されているが、その中には、流体輸送方法、流体輸送装置(若しくは交換ユニット、本体ユニット)の製造方法等の開示が含まれていることは言うまでもない。
また、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。
1 流体輸送装置、10 交換ユニット、11 チューブ、12 フィンガー、12A 軸部、12B 押圧部、13 交換用枠体、13A チューブ案内路、13B 案内面、13C 軸穴、20 本体ユニット、21 カム、21A 突起部、21B 傾斜面、21C 水平面、22 回転軸、23 本体用枠体、23A 外周面、24 モーター、25 駆動力伝達機構、110 交換ユニット(比較例)、111 チューブ(比較例)、112 フィンガー(比較例)、112A 軸部(比較例)、112B 押圧部(比較例)、120 本体ユニット(比較例)、121 カム(比較例)、121A 突起部(比較例)。

Claims (5)

  1. 本体ユニットと前記本体ユニットに着脱可能な交換ユニットとを備え、前記交換ユニットはチューブと前記チューブに沿って設けられて前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーとを有し、前記本体ユニットは前記複数のフィンガーを押すカムを有する、流体輸送装置の製造方法であって、
    前記チューブと、基準の長さの第1フィンガーと、基準の長さよりも長い第2フィンガーと、基準の長さよりも短い第3フィンガーと、を用意する準備工程と、
    前記チューブを収納し、前記チューブの径が基準範囲であれば前記第1フィンガーを収納し、前記チューブの径が基準範囲より小さければ前記第2フィンガーを収納し、前記チューブの径が基準範囲より大きければ前記第3フィンガーを収納する、収納工程と、を含む流体輸送装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の流体輸送装置の製造方法であって、
    前記本体ユニットに装着する前は、前記チューブは閉塞しておらず、
    前記本体ユニットに装着する際に、少なくとも1つのフィンガーが前記カムに押されて、前記チューブが閉塞する流体輸送装置の製造方法。
  3. 請求項1または2に記載の流体輸送装置の製造方法であって、
    前記カムを駆動するモーターが前記本体ユニットに設けられている流体輸送装置の製造方法。
  4. 請求項1または2に記載の流体輸送装置であって、
    前記カムを駆動するモーターが前記交換ユニットに設けられている流体輸送装置の製造方法。
  5. チューブと、前記チューブに沿って設けられ前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーと、を有し、前記複数のフィンガーを押すカムを有する本体ユニットに着脱可能な交換ユニットの製造方法であって、
    前記チューブと、基準の長さの第1フィンガーと、基準の長さよりも長い第2フィンガーと、基準の長さよりも短い第3フィンガーと、を用意する準備工程と、
    前記チューブを収納し、前記チューブの径が基準範囲であれば前記第1フィンガーを収納し、前記チューブの径が基準範囲より小さければ前記第2フィンガーを収納し、前記チューブの径が基準範囲より大きければ前記第3フィンガーを収納する、収納工程と、を含む交換ユニットの製造方法。
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