JP6683802B2 - 蠕動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、蠕動ポンプに関し、特に、限定されるものではないが、脈動を低減する配置を有する蠕動ポンプに関する。

蠕動ポンプでは、送り出される流体は、管のボアのみに接触し、それによって、ポンプが流体を汚染する危険性を排除する。蠕動ポンプは、それ故に、殺菌された流体を送り出すのに使用されることが多く、および従って特に生物医薬品業界で利用される。

蠕動ポンプでは、圧縮性管は、ローラと円の弧上のトラックとの間で押しつぶされ、接触点でシールを形成する。ローラが管に沿って前進するにつれて、シールも前進する。ローラが通過した後、管は、その元の形に戻り、吸込口から取り出される流体によって充填される部分真空を作り出す。

ローラがトラックの端部に到達する前に、第２のローラがトラックの始まりで管を圧縮し、圧縮点間で流体のパケットを分離する。第１のローラがトラックを出ると、第２のものが前進し続け、ポンプの吐出口を通じて流体のパケットを放出する。同時に、新しい不完全真空が、第２のローラの後ろに作り出され、その中に、より多くの流体が吸込口から取り出される。

蠕動ポンプによって排出される流体は、ポンピング方法によって生成される圧力において特有の脈動を示す。いくつかの用途は、流体流を脈動させるのに敏感であり、従って脈動を低減するために方策がとられ得る。例えば、脈動振幅は、２つのチャネルを使用して低減されることができ、その２つのチャネルは、互いから位相がずれ、ポンプの排出側で互いにマニホールドされる。これは、２つのオフセット部または１対のオフセットトラックを有するロータを用いて達成され得る。これは、正味低減パルス振幅および増加パルス周波数を送出することで知られているが、２ｂａｒまでのシステム圧力でのみである。２−４ｂａｒのシステム圧力で、パルス振幅は、著しく増大し、追加のシステム脈動減衰装置なしに０．５ｂａｒ未満に制御するのが非常に難しい。

それ故に、改良された脈動特性を示す蠕動ポンプを提供することが望まれる。

発明の態様に従って、蠕動ポンプが提供され、その蠕動ポンプは、ロータと、トラックアセンブリであって、ロータから離間し、それらの間にｎ個の管を受け入れ、ここで、ｎ＝２ｍ、ｍは正の整数≧２であり、管は、吐出口で互いにマニホールドされる、トラックアセンブリと、を備え、ロータおよびトラックアセンブリの１つは、ｎ個の管のそれぞれについて閉鎖面を備え、閉鎖面は、ｎ個の異なる角度位置に位置し、閉鎖面間の角度オフセットは、それぞれの管と関連する脈動をオフセットし、全体の脈動を吐出口で低減するようになっている。

ｎ個の管は、ｍ対の管を備えてよく、対のうちの管のそれぞれは、ほぼ同じ直径を有し、管の少なくとも２つの対は、異なる直径を有する。

管の対は、対応する閉鎖面の角度位置が、より小さい管の対およびより大きい管の対について交互配置されるように、配置されてよい。

それぞれの閉鎖面間の角度オフセットθは、ｖ／ｎにほぼ等しくてよく、ここで、ｖは、閉鎖面の行程容積である。

トラックアセンブリは、ｎ個のトラック部を備えてよく、ｎ個のトラック部は、それぞれ閉鎖面の１つを定め、トラック部は、互いから角度オフセットしている。

ロータは、複数のローラを備えてよい。

発明のより良い理解のために、およびそれがどのように実施され得るかをより明確に示すために、例として、添付図面をこれから参照する。

発明の実施形態による蠕動ポンプのポンプヘッドの透視図である。 単一の大きいチャネルの時間に対する吐出圧力のグラフである。 ２つの大きい、位相がずれたチャネルの時間に対する吐出圧力のグラフである。 ２つの小さい、位相がずれたチャネルの時間に対する吐出圧力のグラフである。 ２つの大きいおよび２つの小さい、位相がずれたチャネルの時間に対する吐出圧力のグラフである。

図１は、発明の実施形態によるポンプヘッド２を示す。ポンプヘッドは、ロータ４を備え、ロータ４は、ポンプヘッド本体（図示せず）内に回転可能に取り付けられる。ロータ４には、中心軸（図示せず）と、１対のエンドキャップ８間に延びる３つの円筒形ローラ６とが備わっている。中心軸は、エンドキャップ８の中心に位置し、ローラ６は、中心軸から径方向にオフセットしているが、それに平行である。ローラ６は、中心軸から同じ径方向距離でそれぞれ設けられるが、円周方向に互いからオフセットしている。特に、ローラ６は、１２０°互いからオフセットし、それらが円周方向に等間隔で配置されるようになっている。

エンドキャップ８の少なくとも１つには、駆動部が備わっており、駆動部は、中心軸周りにロータ４を回転させる駆動ユニットの相補的部分（スプラインまたはキー付きシャフトなど）に接続することができる。ローラ６は、玉軸受によってエンドキャップ８に回転可能に取り付けられ、それらがエンドキャップ８に対してそれらの長手方向軸周りに回転することができるようになっている。

ポンプヘッド２は、４つの弓形トラック１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ（集合的にトラック１０と称される）を備えるトラックアセンブリをさらに備える。トラック１０は、エンドキャップ８間でロータ４の長さに沿って軸方向に間隔を置かれる。トラック１０は、ロータ４の周囲に部分的に延びる。特に、トラック１０は、１２０°の弧をそれぞれ有する。トラック１０の長さは、従って、ローラ６の間隔（行程容積）に対応する。トラック１０は、互いからオフセットしている。特に、トラック１０ａ（０°である）に関して、トラック１０ｂは６０°オフセットし、トラック１０ｃは３０°オフセットし、トラック１０ｄは９０°オフセットし、全体で、トラック１０が２１０°の弧の周囲に延びるようになっている。それ故に、それぞれのトラック１０は、１つおきにトラック１０からオフセットしている。

トラックアセンブリが、ポンプヘッド２のカバー部（図示せず）の一部として備わっている。カバー部は、トラック１０がローラ６から離間することができるように、ポンプヘッド本体およびロータ４から分離可能である。

４つの圧縮性管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ（集合的に管１２と称される）が、トラック１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとローラ６との間にそれぞれ配置される。管１２は、ロータ４の上流および下流の両方でマニホールド（図示せず）によって互いに流体的に接続され、ポンプヘッド２が、単一の吸込口（入口）および単一の吐出口（出口）を有するようになっている。

示されていないが、管１２およびマニホールドは、統合カートリッジとして提供されてよく、その統合カートリッジは、管１２を適切な位置で保持し、従って管１２の取り付けを補助し、それらがねじれるまたはよじれるのを防ぐ。カートリッジは、可撓性（ポリマー）膜内で管をシールしてよく、さもなければ処理領域に入り得る管１２からの微粒子（スポール）を抑えるようになっている。カートリッジは、トラック１０の２１０°の弧に一致する形状を有するＣ形状であってよい。カートリッジは、それがロータ４で受け取られることができるように、弾性的に可撓性があってよい。代替的に、カートリッジは、設置後に適所にロックすることができる２ヒンジ（または分離可能）部として形成されてよい。特定の用途、特に生物薬剤用途では、カートリッジは、単回使用または使用期間後に捨てられる、使い捨ての、使い切り製品であってよい。カートリッジは、ガンマ線照射サイクル中に管を保護することができ、圧力トランスデューサおよびＲＦＩＤタグなどの補助製品の組み込みを可能にすることができる。

ロータ４の回転によって、管は、ローラ６とトラック１０との間で連続的に閉鎖される。特に、ロータ４の回転（図１で見て反時計回りの）によって、管１２ａは、ローラ６の１つによってトラック１０ａに対して圧縮され、それによって、管１２ａを塞ぎ、送り出される流体をそれに沿って下流方向（それがすでに呼び水を入れられたと仮定して）に押し出す。ロータ４がさらに３０°回転すると、同じローラ６は、その後、トラック１０ｃに対して管１２ｃを圧縮する。３０°のさらなる回転（計６０°）によって、その後、同じローラ６は、トラック１０ｂに対して管１２ｂを圧縮し、３０°のさらなる回転（計９０°）によって、同じローラ６は、トラック１０ｄに対して管１２ｄを圧縮する。１２０°の回転で、ローラ６は、管１２ａを解放し、それだけが、管１２ａをプライミングし始める次のローラ６によって圧縮される。

当然のことながら、吐出口で、管１２のそれぞれからのパルスは、重ねられる。トラック１０のそれぞれのオフセットによって、パルスは、位相がずれ、それらが破壊的に干渉し、それによって、脈動振幅を低減するようになっている。

示されている例では、管１２ａ，１２ｂは、第１の、より大きい直径を有し、管１２ｃおよび１２ｄは、第２の、より小さい直径を有する。より大きい直径の管１２ａ，１２ｂは、従って、６０°互いからオフセットし、より小さい直径の管１２ｃ，１２ｄは、６０°互いからオフセットする。より小さい直径の管およびより大きい直径の管の組み合わせは、脈動振幅を低減するのに特に効果的であることが分かっている。

図２は、単一の、より大きい直径の管１２の吐出圧力を示し、単一チャネルポンプで示される脈動を説明する。対照的に、図３は、６０°位相がずれた、２つの、より大きい直径の管１２の吐出圧力を示す（上のトレースは、比較する目的でのみ、同様のポンプの脈動を示すことを指摘する）。結果として生じる脈動は、周波数がより高い（より低い脈動を示すと認識され得る）が、脈動振幅を著しく低減しない。図３のように、図４は、６０°位相がずれた、２つの、より小さい直径の管１２の吐出圧力を示す。大きい管と比較して、より小さい管は、より高い周波数を示すが、より小さい脈動振幅を示す。図５は、図３および４の重ね合わせと考えられ得る、２つのより大きいおよび２つのより小さい管を備える図１に関連して記載されたポンプヘッド２の吐出圧力を示す。示されるように、より小さい管からのより小さい脈動振幅の追加は、より大きい管から生じる脈動振幅を著しく低減する。この組み合わせは、４ｂａｒの吐出圧力（ＲＭＳ）で±０．１ｂａｒの脈動振幅を提供することが見出されている。

当然のことながら、前述の概念は、異なる数のローラを有するポンプに、および異なる数のチャネルに、拡張されてよい。

例えば、ロータ４は、９０°互いから離間した４つのローラ６を有してよい。この場合、トラックも、９０°の弧を有する。４つのローラロータによって生成されるより高い周波数脈動を減衰するために、各トラック１０間の角度オフセットは、減少する。特に、行程容積ｖを有するポンプについて、各トラック間の角度オフセットθは、θ＝ｖ／ｎと定義されてよく、ここで、ｎはチャネル（すなわち管）の数である。それ故に、９０°の行程容積および４つのチャネルを有する４つのローラロータについて、各トラック間の角度オフセットは、２２．５°に設定される。トラック１０の位置は、±５°のそれに係る公差を有してよく、角度が前記のものからわずかに逸脱するようになっている。

必要に応じて、追加のチャネルも使用されてよい。偶数のチャネル（すなわち、ｎ＝２ｍ、ここでｍは正の整数≧２）が、しかしながら、上記の減衰効果を実現するために使用されるべきである。異なる寸法の管が使用される場合、これらは、２θの角度オフセットを有して対にされるべきである。従って、１２０°の行程容積を有する６チャネルポンプについて、等径管の対は、４０°互いからオフセットするべきである。等径管が、対でまたは２の倍数で提供されるべきである。それ故に、６チャネルポンプについて、３つの異なる寸法の管を使用する必要がある。

管１２およびそれらの各トラック１０は、図示および記載されたものから並べ替えられてよい。例えば、より小さいおよびより大きい管が、互いに交互配置されてよい。

ポンプはオフセットトラックを有するとして記載されたが、当然のことながら、同じ効果が、オフセットローブ付きのロータを使用して実現し得る。

発明は、本明細書に記載の実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく変更または適合されてよい。

Claims (5)

1. 蠕動ポンプであって、
   ロータと、
   トラックアセンブリであって、前記ロータから離間し、前記ロータと前記トラックアセンブリとの間にｎ個の管を受容し、ここで、ｎ＝２ｍ、ｍは正の整数かつｍ≧２であり、前記管は、吐出口を有するマニホールドによって前記ロータの下流で互いに流体的に接続される、トラックアセンブリと、
   を備え、
   前記ロータと前記トラックアセンブリとのうちの１つは、前記ｎ個の管のそれぞれについて閉鎖面を含み、
   前記閉鎖面は、ｎ個の異なる角度位置に位置し、前記閉鎖面間の角度オフセットは、それぞれの管と関連する脈動をオフセットし、全体の脈動を前記吐出口で低減するようになっており、
   トラックアセンブリは、それぞれが閉鎖面の１つを定めるｎ個のトラック部を備え、前記トラック部は、互いから角度オフセットしている、蠕動ポンプ。
2. 請求項１に記載の蠕動ポンプであって、前記ｎ個の管は、ｍ対の管から構成され、対のうちの管のそれぞれは、ほぼ同じ直径を有し、管の少なくとも２つの対は、異なる直径を有する、蠕動ポンプ。
3. 請求項２に記載の蠕動ポンプであって、管の対は、対応する閉鎖面の角度位置が、より小さい直径の管の対およびより大きい直径の管の対について交互配置されるように、配置される、蠕動ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の蠕動ポンプであって、それぞれの閉鎖面間の角度オフセットθは、ｖ／ｎにほぼ等しく、ここで、ｖは、閉鎖面の行程容積である、蠕動ポンプ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の蠕動ポンプであって、前記ロータは、複数のローラを備える、蠕動ポンプ。

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