JP7221522B2

JP7221522B2 - チューブポンプシステムおよびその制御方法

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Publication number: JP7221522B2
Application number: JP2019025682A
Authority: JP
Inventors: 幸宣今井
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
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Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2023-02-14
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Description

本発明は、チューブポンプシステムおよびその制御方法に関するものである。

従来、可撓性を有するチューブを複数のローラによって間欠的に押し潰すことによってチューブ内の液体を圧送するチューブポンプが知られている。チューブポンプは、間欠的に液体を圧送するため、圧送される液体に脈動（流量の増減が繰り返される状態）が生じる。
特許文献１には、ローラにより押しつぶされたチューブが原形に戻る際に、下流側の流路からチューブポンプ側に液体が引き込まれる現象によって脈動が生じるという不具合が開示されている。特許文献１は、このような脈動を抑制するために、一対のローラ部の一方がチューブから離間する離間位置を通過する際に、一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ内の液体の圧力を上昇させることを開示する。特許文献１によれば、チューブ内の液体の圧力を上昇させることにより、チューブポンプ側に液体が引き込まれる現象を抑制することができる。

特開２０１８－４４４８８号公報

チューブポンプシステムが吐出する液体の流量を操作者等により指示された任意の目標流量とする場合、目標流量の変化に応じてチューブポンプシステムの下流側の配管における液体の圧力が変化し、それに伴って脈動の状態も変化する。また、チューブの継続的な使用によりチューブの硬度等が変化すると、それに伴って脈動の状態も変化する。
しかしながら、特許文献１には、このような脈動の状態の動的な変化に対して、どのようにして脈動を抑制するのかについての具体的な方法が開示されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制することが可能なチューブポンプシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のチューブポンプシステムは以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係るチューブポンプシステムは、軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを閉塞した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御部と、前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、前記制御部は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出部が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御する。

本発明の一態様に係るチューブポンプシステムによれば、一対のローラ部のそれぞれを一対の駆動部により軸線回りに同方向に回転させることにより、一対のローラ部がチューブを押し潰した状態で閉塞位置から解除位置に至る。制御部は、一対の駆動部のそれぞれを制御することにより、チューブの一端から流入した液体をチューブの他端から吐出させる。一対のローラ部が少なくとも一回転する際に圧力検出部が検出する液体の圧力の変動幅は、チューブポンプシステムにより圧送される液体の脈動の大きさを示す。一対のローラ部の一方が解除位置を通過してローラ部により押し潰されたチューブが原形に戻る際に、解除位置の下流側の液体の圧力と解除位置の上流側の液体の圧力との圧力差が大きいほど、圧力の変動幅が大きくなる。

解除位置の下流側と上流側の液体の圧力差は、第１回転角度と第２回転角度に応じたものとなる。すなわち、第１回転角度と第２回転角度の差が大きいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ内の液体の圧力が高くなり、第１回転角度と第２回転角度の差が小さいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ内の液体の圧力が低くなる。そこで、本発明の一態様に係るチューブポンプシステムでは、制御部が、圧力検出部が検出する圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１のローラ部が閉塞位置を通過する際の一対のローラ部の間の軸線回りの第１回転角度と、第２のローラ部が解除位置を通過する際の一対のローラ部の間の軸線回りの第２回転角度とを制御している。本発明の一態様に係るチューブポンプシステムによれば、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制することが可能となる。

本発明の一態様に係るチューブポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記第１回転角度よりも前記第２回転角度が小さくなるように制御する構成としてもよい。
本構成に係るチューブポンプシステムによれば、チューブを閉塞する一対のローラ部の間の回転角度を、チューブの閉塞が開始されてからチューブの閉塞が解除されるまでに小さくすることで、チューブ内に液体の圧力を所望の圧力まで上昇させることができる。

上記構成に係るチューブポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記第１のローラ部が前記閉塞位置を通過してから前記第２のローラ部が前記解除位置を通過するまでの期間において、前記第１のローラ部の角速度を第１所定速度から第２所定速度に増加させる構成としてもよい。
本構成に係るチューブポンプシステムによれば、後続する第１のローラ部の角速度を第１所定速度から第２所定速度に増加させることにより、チューブを閉塞する一対のローラ部の間の回転角度を、チューブの閉塞が開始されてからチューブの閉塞が解除されるまでに小さくなる。これにより、解除位置の下流側の液体の圧力と解除位置の上流側の液体の圧力との圧力差が減少し、液体の脈動が抑制される。

上記構成に係るチューブポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記変動幅が前記所定値以内となったことに応じて、前記第２のローラ部が前記解除位置を通過した後に前記第１のローラ部が前記解除位置へ向かう角速度を漸次減少させるよう前記一対の駆動部を制御するようにしてもよい。

第２のローラ部が解除位置を通過した後に第１のローラ部を一定の角速度で回転させた場合、第１のローラ部がチューブを押し潰す位置から解除位置までの距離が漸次減少する。そのため、第１のローラ部が解除位置に近づくにしたがって解除位置の上流側の液体の圧力が上昇してしまう。そこで、本構成に係るチューブポンプシステムでは、第２のローラ部が解除位置を通過した後に第１のローラ部の解除位置へ向けた角速度を漸次減少させている。

そのため、第１のローラ部が解除位置に近づくことによる上流側の液体の圧力上昇を第１のローラ部の角速度の減少による液体の圧力減少で相殺することができる。また、本構成のチューブポンプシステムによれば、液体の圧力の変動幅が所定値以内となった後に第１のローラ部が解除位置へ向かう角速度が漸次減少するように制御される。本構成のチューブポンプシステムによれば、液体の圧力の変動幅が所定値より大きい場合にこのような制御を行う場合に比べ、迅速かつ精度よく脈動の抑制を行うことができる。

上記構成に係るチューブポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記チューブの他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が所定流量に維持されるように、前記第１回転角度に応じて、前記一対のローラ部のそれぞれの角速度を調整してもよい。

本構成のチューブポンプシステムは、制御部が、圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１回転角度と第２回転角度を調整することで、脈動を抑制するものである。しかしながら、脈動を抑制するために液体の流量が変化してしまうと、液体の流量の変化に応じてチューブポンプシステムの下流側の配管における液体の圧力が変化する。この液体の圧力の変化に伴って脈動の状態が更に変化するため、流量と脈動の変化が繰り返され、脈動を短時間で適切に抑制することが困難となる。

そこで、本構成に係るチューブポンプシステムでは、制御部が、チューブの他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が所定流量に維持されるように、第１回転角度に応じて、一対のローラ部のそれぞれの角速度を調整している。そのため、例えば、脈動を抑制するために、第１回転角度と第２回転角度とを制御する場合であっても、チューブの他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が所定流量に維持される。よって、液体の流量の変化に伴って脈動の状態が変化することが抑制され、脈動を短時間で適切に抑制することが可能となる。

本発明の一態様に係るチューブポンプシステムの制御方法は、チューブポンプシステムが、軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを押し潰した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、を備え、前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御工程と、前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出工程と、を備え、前記制御工程は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出工程が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御する。

本発明の一態様に係るチューブポンプシステムの制御方法では、制御工程が、圧力検出工程が検出する圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１のローラ部が閉塞位置を通過する際の一対のローラ部の間の軸線回りの第１回転角度と、第２のローラ部が解除位置を通過する際の一対のローラ部の間の軸線回りの第２回転角度とを制御している。本発明の一態様に係るチューブポンプシステムの制御方法によれば、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制することが可能となる。

本発明によれば、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制することが可能なチューブポンプシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るチューブポンプシステムを示す構成図である。図１に示すチューブポンプの正面図である。図２に示すチューブポンプのI-I矢視縦断面図である。図３に示すチューブポンプの分解斜視図である。図３に示す第１駆動部が第１ローラ部に駆動力を伝達する構造を示す縦断面図である。図３に示す第２駆動部が第２ローラ部に駆動力を伝達する構造を示す縦断面図である。第１ローラ部が閉塞位置に到達した状態のチューブポンプを示す正面図である。第２ローラ部が解除位置に到達した状態のチューブポンプを示す正面図である。図７に示すチューブポンプの第１ローラ部近傍の断面図である。図８に示すチューブポンプの第２ローラ部近傍の断面図である。ローラ部により閉塞されたチューブを示す横断面図である。ローラ部により閉塞された状態が解除されたチューブを示す横断面図である。制御部が実行する処理を示すフローチャートである。ローラ部の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示す図である。基準制御波形により駆動部を制御した際に圧力センサが検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。ローラ部の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示す図である。目標流量と配管の液体の圧力の関数を示す図である。配管の液体の圧力と第１回転角度および第２回転角度の角度差の関係を示す図である。第１回転角度と第２回転角度を調整した制御波形により駆動部を制御した際に圧力センサが検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。ローラ部の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示す図である。液体の圧力と角速度差との関数を示す図である。調整済の制御波形により駆動部を制御した際に圧力センサが検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。

以下に、本発明に係るチューブポンプシステムおよびその制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態のチューブポンプシステム７００について、図面を参照して説明する。
本実施形態のチューブポンプシステム７００は、流入端７０１から流出端７０２へ向けて液体を圧送するとともに、チューブポンプ１００により圧送される液体の流量を制御する装置である。

図１に示すように、本実施形態のチューブポンプシステム７００は、液体を圧送するチューブポンプ１００と、チューブポンプ１００からニードルバルブ５００へ液体を搬送する配管２００と、配管２００を流通する液体の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出部）３００と、配管２００を流通する液体の流量を計測する流量計４００と、上流側に配置される配管２００を流通する液体の圧力を調整するニードルバルブ５００と、チューブポンプ１００が吐出する液体の吐出量を制御する制御部６００とを備える。

以下、本実施形態のチューブポンプシステム７００が備える各構成について説明する。
チューブポンプ１００は、流入端７０１から流出端７０２へ向けて液体を圧送する装置である。チューブポンプ１００は、可撓性を有するチューブをローラで押し潰した状態でローラを移動させる動作を繰り返すことにより液体を圧送する。チューブポンプ１００から配管２００に吐出された液体は、流量計４００およびニードルバルブ５００を通過して流出端７０２へ到達する。チューブポンプ１００の詳細については後述する。

配管２００は、チューブポンプ１００からニードルバルブ５００へ液体を搬送する配管である。配管２００は、チューブポンプ１００により圧送される液体の圧力によって弾性変形する可撓性を有する材料（例えば、シリコーンゴム等の樹脂材料）により形成されている。配管２００は、後述するニードルバルブ５００の開度を調整することにより、内部を流通する液体の圧力を大気圧よりも高い状態に維持することができる。配管２００の流路長Ｌは、例えば、約１０００ｍｍとするのが望ましい。

圧力センサ３００は、配管２００の内部を流通する液体の圧力を検出する装置である。圧力センサ３００は、チューブポンプ１００からニードルバルブ５００へ液体を導く配管２００において、流量計４００の上流側に配置されている。圧力センサ３００は、検出した圧力を制御部６００へ伝達する。

流量計４００は、配管２００の内部を流通する液体の流量を計測する装置である。流量計４００は、チューブポンプ１００からニードルバルブ５００へ液体を導く配管２００において、圧力センサ３００の下流側に配置されている。流量計４００は、計測した流量を制御部６００へ伝達する。

ニードルバルブ５００は、弁孔（図示略）に対するニードル状の弁体（図示略）の挿入量を調整することにより、配管２００の内部を流通する液体の圧力が大気圧よりも高くなるように調整する装置である。ニードルバルブ５００は、チューブポンプ１００から流出端７０２へ液体を導く流路において、流路断面積が最小となる領域を形成する。

ニードルバルブ５００の流路断面積を最小としているのは、ニードルバルブ５００の配管抵抗をチューブポンプ１００から流出端７０２へ液体を導く流路において最も高くするためである。そのため、ニードルバルブ５００の上流側の配管２００の液体の静圧が高い状態に維持される。本実施形態においては、配管２００の内部を流通する液体の圧力が大気圧よりも高くなるようにニードルバルブ５００の開度が調整される。

ここで、第１所定圧力Ｐｒ１は、２０ｋＰａＧ以上かつ２５０ｋＰａＧ以下の範囲のいずれかの値に設定するのが望ましい。特に、９０ｋＰａＧ以上かつ１１０ｋＰａＧ以下の範囲のいずれかの値に設定するのが望ましい。ここで、Ｇはゲージ圧を意味している。

内部の液体の静圧が高い状態に維持される配管２００を可撓性の樹脂材料によって形成しているのは、液体の脈動によって配管２００内の静圧がさらに上昇した場合に弾性変形することにより、液体の脈動が下流側に伝達されることを抑制するためである。
このように、チューブポンプ１００から流出端７０２へ液体を導く流路において最も配管抵抗の高いニードルバルブ５００の上流側に可撓性の樹脂材料によって形成される配管２００を配置することにより、チューブポンプ１００から圧送される液体の脈動を抑制することができる。

制御部６００は、チューブポンプ１００が備える可撓性のチューブ１０１の一端から流入した液体をチューブ１０１の他端から吐出させるよう後述する第１駆動部５０および第２駆動部６０のそれぞれを制御する装置である。制御部６００は、流量計４００が計測する流量が予め定めた目標流量となるように第１駆動部５０および第２駆動部６０のそれぞれを制御する。制御部６００による第１駆動部５０および第２駆動部６０の詳細な制御方法については、後述する。

図１に示すように、制御部６００は、記憶部６１０を備えている。記憶部６１０は、制御部６００が実行するプログラムを記憶している。制御部６００は、記憶部６１０に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、後述する各処理を実行する。記憶部６１０は、例えば、データを書き換え可能な不揮発性メモリにより構成されている。制御部６００は、後述するように、第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御するための制御波形を調整し、調整済の制御波形を記憶部６１０に記憶する。制御部６００は、記憶部６１０に記憶された制御波形を読み出すことにより、調整済みの制御波形を用いて第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御することができる。

次に、チューブポンプシステム７００が備えるチューブポンプ１００について説明する。
図２に示す本実施形態のチューブポンプ１００は、軸線Ｘ１（第１軸線）回りに第１ローラ部１０（第１接触部材）と第２ローラ部２０（第２接触部材）とを同方向に回転させることにより、流入側端部１０１ａから流入するチューブ１０１内の流体を流出側端部１０１ｂへ吐出させる装置である。流出側端部１０１ｂには、配管２００が接続されている。なお、図２は、図３に示すカバー８３を取り外した状態のチューブポンプ１００を示すものである。

図２の正面図に示すように、チューブポンプ１００には、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０を収容するローラ収容部８２の凹所８２ａの内周面８２ｂに沿って、軸線Ｘ１回りに円弧状にチューブ１０１が配置される。図２に示すように、ローラ収容部８２に収容される第１ローラ部１０および第２ローラ部２０は、チューブ１０１に接触しながら反時計回りの回転方向（図２中に矢印で示す方向）に沿って軸線Ｘ１回りに回転する。

図３の縦断面図および図４の分解斜視図に示すように、本実施形態のチューブポンプ１００は、チューブ１０１に接触しながら軸線Ｘ１回りに回転する第１ローラ部１０および第２ローラ部２０と、軸線Ｘ１上に配置されるとともに第１ローラ部１０に連結される駆動軸３０（軸部材）と、第２ローラ部２０に連結される駆動筒（筒部材）４０と、駆動軸３０に駆動力を伝達する第１駆動部５０と、第２駆動部６０と、第２駆動部６０の駆動力を駆動筒４０に伝達する伝達機構７０（伝達部）と、を備える。

第１ローラ部１０は、チューブ１０１と接触しながら軸線Ｘ１と平行な軸線回りに回転する第１ローラ１１と、軸線Ｘ１回りに一体に回転するように駆動軸３０に連結された第１ローラ支持部材１２と、両端部が第１ローラ支持部材１２に支持されるとともに第１ローラ１１を回転可能に取り付ける第１ローラシャフト１３とを有する。

第２ローラ部２０は、チューブ１０１と接触しながら軸線Ｘ１と平行な軸線回りに回転する第２ローラ２１と、軸線Ｘ１回りに一体に回転するように駆動筒４０に連結された第２ローラ支持部材２２と、両端部が第２ローラ支持部材２２に支持されるとともに第２ローラ２１を回転可能に取り付ける第２ローラシャフト２３とを有する。

図３に示すように、第１駆動部５０および第２駆動部６０は、ケーシング（収容部材）８０の内部に収容されている。ケーシング８０の内部には、伝達機構７０を収容するためのギヤ収容部８１と、第１駆動部５０および第２駆動部６０を支持する支持部材９０が取り付けられている。また、ケーシング８０の上部には、第１ローラ部１０と第２ローラ部２０とを収容するためのローラ収容部８２が取り付けられている。

ローラ収容部８２は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０を収容する凹所８２ａを有する。凹所８２ａには、軸線Ｘ１回りに円弧状に形成される内周面８２ｂが設けられている。図３に示すように、チューブ１０１は、内周面８２ｂに沿って軸線Ｘ１回りに円弧状に配置されている。

支持部材９０には、軸線Ｘ１に沿って延びる第１貫通穴９１と軸線Ｘ２に沿って延びる第２貫通穴９２が形成されている。第１駆動部５０は、支持部材９０に形成された第１貫通穴９１に第１駆動軸５１を挿入した状態で支持部材９０に締結ボルト（図示略）により取り付けられている。同様に、第２駆動部６０は、支持部材９０に形成された第２貫通穴９２に第２駆動軸６１を挿入した状態で支持部材９０に締結ボルト（図示略）により取り付けられている。このように、第１駆動部５０および第２駆動部６０のそれぞれは、一体に形成された部材である支持部材９０に取り付けられている。

ここで、第１駆動部５０が第１ローラ部１０に駆動力を伝達する構造について、図５を参照して説明する。図５において、実線で示す部分が、第１駆動部５０の駆動力を第１ローラ部１０に伝達する構造を構成する部分である。
図５に示すように、第１駆動部５０は、軸線Ｘ１上に配置されて駆動軸３０に連結される第１駆動軸５１を有する。第１駆動軸５１は、軸線Ｘ１に直交する方向に延びるピン５１ａを挿入した状態で駆動軸３０の下端に取り付けられている。ピン５１ａにより駆動軸３０が第１駆動軸５１に対して軸線Ｘ１回りに相対的に回転しないように固定されている。そのため、第１駆動部５０が第１駆動軸５１を軸線Ｘ１回りに回転させると、第１駆動軸５１の駆動力が駆動軸３０に伝達され、駆動軸３０が軸線Ｘ１回りに回転する。

第１駆動部５０は、第１駆動軸５１と、第１電動モータ５２と、第１電動モータ５２が回転させる回転軸（図示略）の回転を減速して第１駆動軸５１に伝達する第１減速機５３とを有する。第１駆動部５０は、第１電動モータ５２の駆動力を第１駆動軸５１に伝達することにより、第１駆動軸５１を軸線Ｘ１回りに回転させる。

第１駆動軸５１には、第１駆動軸５１とともに軸線Ｘ１回りに回転する位置検出用部材５１ｂが取り付けられている。位置検出用部材５１ｂは、円環状に形成される外周縁部に軸線Ｘ１回りの周方向に第１ローラ部１０の軸線Ｘ１回りの回転位置を検出するためのスリット（図示略）が形成されている。

図５に示すように、位置検出用部材５１ｂの外周縁部の上面と下面を挟み込むように位置検出センサ５４が配置されている。位置検出センサ５４は、上面側および下面側の一方に発光素子を配置し、上面側および下面側の他方に受光素子を配置したセンサである。位置検出センサ５４は、位置検出用部材５１ｂの軸線Ｘ１回りの回転に伴ってスリットにより発光素子が発光する光が通過することを受光素子で検知することにより、第１ローラ部１０が軸線Ｘ１回りのどの位置に配置されているかを示す回転位置を検出し、制御部６００へ送信するものである。

駆動軸３０は、その下端が第１駆動軸５１に連結され、その上端がカバー８３に形成された挿入穴に挿入される。カバー８３の挿入穴には、第１駆動軸５１の先端を軸線Ｘ１回りに回転可能に支持する第３軸受部材３３が挿入されている。また、駆動軸３０は、外周面に沿って挿入された円筒状の第１軸受部材３１と、第１軸受部材３１とは独立に形成された円筒状の第２軸受部材３２とにより、駆動筒４０の内周側に軸線Ｘ１回りに回転可能に支持されている。

このように、駆動軸３０は、下端側の外周面が第１軸受部材３１により支持され、中央部の外周面が第２軸受部材３２により支持され、先端側の外周面が第３軸受部材３３により支持されている。そのため、駆動軸３０は、中心軸を軸線Ｘ１上に保持した状態で軸線Ｘ１回りに円滑に回転する。
ここで、図４に示すように第１軸受部材３１と第２軸受部材３２とが軸線Ｘ１方向に離れた状態で配置されているのは、駆動筒４０の内周面に軸線Ｘ１回りに延びる無端状の環状突起部４０ａが形成されているからである。

駆動軸３０の先端側には、第１ローラ部１０の第１ローラ支持部材１２が軸線Ｘ１回りに一体に回転するように連結されている。以上のように、第１駆動部５０が第１駆動軸５１を軸線Ｘ１回りに回転させる駆動力は、第１駆動軸５１から駆動軸３０を介して第１ローラ部１０に伝達される。

次に、第２駆動部６０が第１ローラ部１０に駆動力を伝達する構造について、図６を参照して説明する。図６において、実線で示す部分が、第２駆動部６０の駆動力を第２ローラ部２０に伝達する構造を構成する部分である。図６に示す構造は、第２ローラ部２０と、駆動筒４０と、第２駆動部６０と、伝達機構７０とを有する。
図６に示す伝達機構７０は、軸線Ｘ１と平行な軸線Ｘ２（第２軸線）回りに回転する第１ギヤ部７１と、第１ギヤ部７１から第２駆動軸６１の駆動力が伝達される第２ギヤ部７２とを有する。伝達機構７０は、第２駆動軸６１の軸線Ｘ２回りの駆動力を駆動筒４０の外周面に伝達して駆動筒４０を軸線Ｘ１回りに回転させる。

図６に示すように、第２駆動部６０は、軸線Ｘ２上に配置される第２駆動軸６１と、第２電動モータ６２と、第２電動モータ６２が回転させる回転軸（図示略）の回転を減速して第２駆動軸６１に伝達する第２減速機６３とを有する。第２駆動部６０は、第２電動モータ６２の駆動力を第２駆動軸６１に伝達することにより、第２駆動軸６１を軸線Ｘ２回りに回転させる。

第２駆動軸６１は、軸線Ｘ２回りに円筒状に形成される第１ギヤ部７１の中心部に形成された挿入穴に挿入されている。第１ギヤ部７１は、第２駆動軸６１が挿入された状態で固定ネジ７１ａを締結して固定ネジ７１ａの先端を第２駆動軸６１に突き当てることにより、第２駆動軸６１に固定される。このようにして、第１ギヤ部７１は、第２駆動軸６１に連結されて第２駆動軸６１とともに軸線Ｘ２回りに回転する。

第１ギヤ部７１の軸線Ｘ２回りに形成された第１ギヤ７１ｂは、第２ギヤ部７２の軸線Ｘ１回りに形成された第２ギヤ７２ｂと係合している。そのため、第１ギヤ部７１の軸線Ｘ２回りの回転による駆動力は、第２ギヤ部７２を軸線Ｘ１回りに回転させる駆動力として伝達される。

第１ギヤ部７１には、第２駆動軸６１とともに軸線Ｘ１回りに回転する位置検出用部材７１ｃが形成されている。位置検出用部材７１ｃは、円環状に形成される外周縁部に軸線Ｘ２回りの周方向に第２ローラ部２０の軸線Ｘ１回りの回転位置を検出するためのスリット（図示略）が形成されている。

図６に示すように、位置検出用部材７１ｃの外周縁部の上面と下面を挟み込むように位置検出センサ６４が配置されている。位置検出センサ６４は、上面側および下面側の一方に発光素子を配置し、上面側および下面側の他方に受光素子を配置したセンサである。位置検出センサ６４は、位置検出用部材７１ｃの軸線Ｘ２回りの回転に伴ってスリットにより発光素子が発光する光が通過することを受光素子で検知することにより、第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りのどの位置に配置されているかを示す回転位置を検出し、制御部６００へ送信するものである。

駆動筒４０は、軸線Ｘ１回りに円筒状に形成される第２ギヤ部７２の中心部に形成された挿入穴に挿入されている。挿入穴は、駆動筒４０の外周面に連結される内周面を有する穴である。
第２ギヤ部７２は、駆動筒４０が挿入された状態で固定ネジ７２ａを締結して固定ネジ７２ａの先端を駆動筒４０に突き当てることにより、駆動筒４０に固定される。このようにして、第２ギヤ部７２は、駆動筒４０に連結されて駆動筒４０とともに軸線Ｘ１回りに回転する。

図６に示すように、駆動筒４０は、駆動軸３０の外周側に第１軸受部材３１および第２軸受部材３２を挟んだ状態で配置されている。そのため、駆動筒４０は、駆動軸３０と独立して軸線Ｘ１回りに回転可能となっている。駆動軸３０は第１駆動部５０による駆動力により軸線Ｘ１回りに回転し、駆動筒４０は駆動軸３０とは独立した状態で、第２駆動部６０による駆動力により軸線Ｘ１回りに回転する。

駆動筒４０の先端側には、第２ローラ部２０の第２ローラ支持部材２２が軸線Ｘ１回りに一体に回転するように連結されている。以上のように、第２駆動部６０が第２駆動軸６１を軸線Ｘ２回りに回転させる駆動力は、伝達機構７０によって駆動筒４０の外周面に伝達され、駆動筒４０から第２ローラ部２０に伝達される。

次に、本実施形態のチューブポンプシステム７００により実行される液体の吐出について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のチューブポンプシステム７００は、チューブポンプ１００から配管２００へ吐出される液体の圧力を圧力センサ３００で検出し、制御部６００へ伝達する。また、チューブポンプシステム７００は、配管２００を流通する液体の流量を流量計で計測し、制御部６００へ伝達する。制御部６００は、配管２００を流通する液体の流量が目標流量と一致するように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の軸線Ｘ１回りの角速度を制御する。

図１に示すチューブポンプシステム７００は、チューブポンプ１００の第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御するための制御信号を制御部６００からチューブポンプ１００へ送信する。
なお、チューブポンプ１００を、制御部６００が内部に組み込まれた装置として構成するようにしてもよい。この場合、チューブポンプ１００の内部に組み込まれた制御部６００が第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御するための制御信号を生成し、第１駆動部５０および第２駆動部６０へ伝達する。

図７は、第１ローラ部１０が閉塞位置Ｐｏ１に到達した状態のチューブポンプ１００を示す正面図である。図８は、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２に到達した状態のチューブポンプ１００を示す正面図である。閉塞位置Ｐｏ１は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０がチューブ１０１を閉塞していない状態から閉塞した状態に切り替わる軸線Ｘ１回りの位置を示す。また、解除位置Ｐｏ２は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０がチューブ１０１を閉塞した状態を解除して閉塞していない状態へ切り替わる軸線Ｘ１回りの位置を示す。第１ローラ部１０および第２ローラ部２０は、閉塞位置Ｐｏ１から解除位置Ｐｏ２に至るまでチューブ１０１を内周面８２ｂとの間で閉塞した状態で、それぞれ独立して軸線Ｘ１回りを回転する。

図７に示す０°，９０°，１８０°２７０°は、軸線Ｘ１回りの回転角度を示し、０°の位置を基準とした反時計回りの角度を示す。閉塞位置Ｐｏ１は、例えば、５０°の回転角度となる。解除位置Ｐｏ２は、例えば、３１０°の回転角度となる。

図７に示す第１回転角度θ１は、第１ローラ部１０が閉塞位置Ｐｏ１を通過する際の第１ローラ部１０及び第２ローラ部２０の間の軸線Ｘ１回りの回転角度である。図８に示す第２回転角度θ２は、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過する際の第１ローラ部１０及び第２ローラ部２０の間の軸線Ｘ１回りの回転角度である。

図９は、図７に示すチューブポンプ１００の第１ローラ部１０近傍の断面図である。図９に示すように、第１ローラ部１０が閉塞位置Ｐｏ１に到達すると、チューブ１０１が閉塞していない状態から閉塞した状態へ切り替わる。この時点において、チューブ１０１の流路断面積は０より大きな値から０に切り替わる。

図１０は、図９に示すチューブポンプ１００の第２ローラ部２０近傍の断面図である。図１０に示すように、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２に到達すると、チューブ１０１が閉塞した状態から閉塞していない状態へ切り替わる。この時点において、チューブ１０１の流路断面積は０から０よりも大きな値に切り替わる。

図１１は、第１ローラ部１０または第２ローラ部２０により閉塞された状態のチューブ１０１を示す横断面図である。図１２は、第１ローラ部１０または第２ローラ部２０により閉塞された状態が解除されたチューブ１０１を示す横断面図である。図１１に示すチューブ１０１の流路断面積は０であり、図１２に示すチューブ１０１の流路断面積は０よりも大きな値である。

次に、制御部６００が実行する処理について説明する。図１３は、制御部６００が実行する処理を示すフローチャートである。制御部６００は、配管２００を流通する液体の流量が目標流量と一致するように制御し、かつ、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制するように制御する。

制御部６００は、電源が投入された場合、あるいは操作者により目標流量Ｆｔ［ｍｌ／ｍｉｎ］が設定され、制御開始が指示された場合に、図１３に示す各処理の実行を開始する。制御部６００は、流量計４００が計測する液体の流量が目標流量Ｆｔ［ｍｌ／ｍｉｎ］と一致するように第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。

ステップＳ１３０１で、制御部６００は、後述する各処理により調整済の制御波形が記憶部６１０に記憶されているかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ１３０２へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ１３０３へ処理を進める。制御部６００は、制御波形に示される回転角度と角速度との対応関係で第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が回転するように、制御波形に基づいて第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。

ステップＳ１３０２で、制御部６００は、基準制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御し、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の各回転角度における角速度を制御する。
ステップＳ１３０３で、制御部６００は、記憶部６１０から調整済の制御波形を読み出し、調整済の制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。制御波形の調整方法については後述する。

図１４は、ローラ部（第１ローラ部１０および第２ローラ部２０）の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示す図である。図１４の実線は基準制御波形を示し、図１４の破線は基礎制御波形を示す。図１４の横軸に示す回転角度の数値は、図７および図８に示す回転角度の数値に対応している。第１ローラ部１０および第２ローラ部２０は、それぞれ異なる回転角度に配置されるが、各回転角度における角速度は同じものとなる。

基礎制御波形は、記憶部６１０にあらかじめ記憶されており、例えば、圧力センサ３００が０ｋＰａＧを検出する状態で配管２００に吐出される液体に脈動が殆ど生じない状態となる制御波形である。基礎制御波形は、チューブポンプシステム７００を製造する際に製造者があらかじめ調整することにより作成され、記憶部６１０に記憶される。基礎制御波形により第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の回転が制御される場合、チューブポンプシステム７００は、所定の基礎流量Ｆ０［ｍｌ／ｍｉｎ］の液体を配管２００へ吐出する。

図１４に示すように、制御部６００が基礎制御波形により第１ローラ部１０および第２ローラ部２０を回転させる場合、各ローラ部の回転角度０°～９０°，１８０°～２７０°における角速度はＶｒ０となる。一方、制御部６００が基準制御波形により第１ローラ部１０および第２ローラ部２０を回転させる場合、各ローラ部の回転角度０°～９０°，１８０°～２７０°における角速度はＶｒｔ１１となる。Ｖｒｔ１１は、以下の式（１）を満たす。
Ｖｒｔ１１＝Ｖｒ０・Ｆｔ／Ｆ０（１）

式（１）に示すように、基準制御波形におけるＶｒｔ１１は、Ｖｒ０に対し、基礎流量Ｆ０に対する目標流量Ｆｔの比率を乗じた値となる。制御部６００は、記憶部６１０に記憶された基礎制御波形の各回転位置における角速度に対して、Ｆｔ／Ｆ０を乗じることにより、基準制御波形を生成する。本実施形態では、記憶部６１０にあらかじめ基礎制御波形と基礎流量Ｆ０が記憶されているものとする。

制御部６００は、操作者により指示された目標流量Ｆｔと記憶部６１０に記憶された基礎流量Ｆ０からＦｔ／Ｆ０を算出し、これを基礎制御波形に乗じることにより、基準制御波形を生成する。制御部６００は、生成した基準制御波形を用いて第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御することにより、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０を軸線Ｘ１回りに回転させる。

図１５は、制御部６００が生成した基準制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御した際に圧力センサ３００が検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。図１５に示す例は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りに３回転した際の圧力の変化を示している。図１５に示すように、圧力センサ３００が検出する圧力は、最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘの間で周期的に変動し、圧力の変動幅ΔＰ＝Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎとなっている。図１５のＰａｖｅは、圧力の平均値を示している。

この周期的な圧力の変動は、主に、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の一方が解除位置Ｐｏ２を通過してローラ部により押し潰されたチューブ１０１が原形に戻る際に、解除位置Ｐｏ２の下流側の液体の圧力と解除位置Ｐｏ２の上流側の液体の圧力との圧力差により生じている。制御部６００は、圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内となるように後述する制御波形の調整を行う。

ステップＳ１３０４で、制御部６００は、圧力センサ３００を用いて配管２００を流通する液体の圧力を検出する。制御部６００は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りに少なくとも一回転（例えば、一回転、三回転）する際に圧力センサ３００が検出する圧力を記憶部６１０に記憶させる。

ステップＳ１３０５で、制御部６００は、記憶部６１０に記憶された圧力を参照し、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りに少なくとも一回転する際の圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内であるかどうかを判断する。制御部６００は、変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内でなければステップＳ１３０６へ処理を進め、変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内であればステップＳ１３０８へ処理を進める。

ステップＳ１３０６で、制御部６００は、圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆよりも大きいため、圧力の変動幅ΔＰを小さくするために、図７に示す第１回転角度θ１と図８に示す第２回転角度θ２を調整する。第１回転角度θ１および第２回転角度θ２を調整しているのは、解除位置Ｐｏ２の下流側と上流側の液体の圧力差が第１回転角度θ１と第２回転角度θ２に応じたものとなるからである。すなわち、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の差が大きいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ１０１内の液体の圧力が高くなり、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の差が小さいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ１０１内の液体の圧力が低くなる。

制御部６００は、第１回転角度θ１よりも第２回転角度θ２が小さくなるように第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する制御波形を調整する。これは、大気圧と略同じ圧力でチューブ１０１に流入する液体の圧力を大気圧よりも高くした状態で配管２００に吐出させるためである。第１回転角度θ１よりも第２回転角度θ２を小さくすることで、配管２００に吐出される液体の圧力が大気圧よりも高くなる。

図１６は、ローラ部の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示し、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２を調整する前の基準制御波形と、調整後の制御波形とを示す図である。制御部６００は、具体的には、ステップＳ１３０２で生成した基準制御波形において、角速度がＶｒｔ１１から増加してＶｒｔ１２へ到達する回転角度Ｒ１１と、角速度がＶｒｔ１２からＶｒｔ１１への減少を開始する回転角度Ｒ１２を、それぞれ回転角度Ｒ２１と回転角度Ｒ２２に変更する。図１６に示す例は、回転角度Ｒ１１と回転角度Ｒ１２とが同一角度となる例である。なお、角速度Ｖｒｔ１１および角速度Ｖｒｔ１２は、後述するステップＳ１３０７の処理により調整されるため、それぞれ角速度Ｖｒｔ２１および角速度Ｖｒｔ２２となる。

図１６に示すように、ローラ部が解除位置Ｐｏ２を通過する前後の回転角度の範囲において、調整後の制御波形は基準制御波形と一致している。そのため、基準制御波形と調整後の制御波形において、解除位置Ｐｏ２を通過する際のローラ部の動作に変化はない。

一方、閉塞位置Ｐｏ１の回転角度から１８０°に至るまでの範囲において、調整後の制御波形は基準制御波形とは異なっている。具体的には、角速度の増加が完了してから角速度の減少が開始するまでの回転角度の範囲が、（Ｒ１２－Ｒ１１）から（Ｒ２２－Ｒ２１）まで増加している。図１６に示す例では、Ｒ１２＝Ｒ１１であるため、角速度の増加が完了してから角速度の減少が開始するまでの回転角度の範囲の増加量は、（Ｒ２２－Ｒ２１）となる。

（Ｒ２２－Ｒ２１）の値が大きいほどローラ部の角速度がＶｒｔ２２となる期間が長くなり、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の差が大きくなる。制御部６００は、回転角度Ｒ２１から回転角度Ｒ２２までの回転角度の範囲の変更と、ステップＳ１３０４で検出する圧力の変動幅ΔＰの確認の処理を繰り返すことにより、変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内となるように制御波形を調整する。制御部６００は、（Ｒ２２－Ｒ２１）の値を増加あるいは減少させて変動幅ΔＰが最小となる（Ｒ２２－Ｒ２１）の値を特定する。

（Ｒ２２－Ｒ２１）の値は、変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内となるように増減させながら調整するが、（Ｒ２２－Ｒ２１）の初期値を適切に設定することで調整時間が短縮される。本実施形態では、以下の手順により（Ｒ２２－Ｒ２１）の初期値を設定する。

第１に、制御部６００は、操作者により指示された目標流量Ｆｔと、記憶部６１０に記憶された目標流量と配管２００の液体の圧力の関数とに基づいて、目標流量Ｆｔから配管２００の液体の圧力Ｐｔを推定する。図１７は、目標流量Ｆｔと配管２００の液体の圧力の関数を示す図である。図１７に示す関数（例えば、目標流量を変数とする一次関数）は、記憶部６１０にあらかじめ記憶されている。

第２に、制御部６００は、目標流量Ｆｔから推定される配管２００の液体の圧力Ｐｔと、記憶部６１０に記憶された配管２００の液体の圧力と第１回転角度θ１と第２回転角度θ２との角度差の関数とに基づいて、圧力Ｐｔから推定される角度差ΔＲを推定する。図１８は、配管の液体の圧力と第１回転角度θ１および第２回転角度θ２の角度差ΔＲの関係を示す図である。図１８に実線で示される関数（例えば、圧力を変数とする一次関数）は、記憶部６１０にあらかじめ記憶されている。

第３に、制御部６００は、目標流量Ｆｔから算出された角度差ΔＲから、回転角度Ｒ２１から回転角度Ｒ２２までの回転角度の範囲である（Ｒ２２－Ｒ２１）の初期値を設定する。記憶部６１０には、角度差ΔＲと（Ｒ２２－Ｒ２１）との関係を示す関数があらかじめ記憶されている。制御部６００は、目標流量Ｆｔから算出された角度差ΔＲを実現するための（Ｒ２２－Ｒ２１）の値を初期値として設定する。

ステップＳ１３０７で、制御部６００は、チューブ１０１の端部から配管２００へ吐出される液体の単位時間当たりの流量が目標流量Ｆｔ（所定流量）に維持されるように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の角速度を調整する。制御部６００は、第１回転角度θ１が大きくなるほど平均角速度が低くなり、第１回転角度θ１が小さくなるほど平均角速度が高くなるように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の角速度を調整する。このようにしているのは、第１回転角度θ１によって第１ローラ部１０および第２ローラ部２０によりチューブ１０１の内部で閉塞される液体の量が決定されるからである。

第１回転角度θ１が大きいほどチューブ１０１により閉塞される液体の量が多くなり、第１回転角度θ１が小さいほどチューブ１０１により閉塞される液体の量が少なくなる。制御部６００は、チューブ１０１により閉塞される液体の量に応じて第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の角速度を制御することにより、目標流量Ｆｔ（所定流量）を維持する。

図１６に示すように、制御部６００による調整済の制御波形は、回転角度Ｒ２１から回転角度Ｒ２２に至る角度範囲において、角速度をＶｒｔ２１（第１所定速度）からＶｒｔ２２（第２所定速度）まで増加させている。この角度範囲は、第１ローラ部１０が閉塞位置Ｐｏ１を通過してから第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過するまでの期間に含まれている。このように、制御部６００は、第１ローラ部１０と第２ローラ部２０によりチューブ１０１を閉塞した状態で、第１ローラ部１０と第２ローラ部２０との間の回転角度が徐々に小さくなるようにしている。そのため、第１回転角度θ１よりも第２回転角度θ２が小さくなり、配管２００に吐出される液体の圧力が大気圧よりも高くなる。

図１６に示す例は、回転角度Ｒ２１と閉塞位置Ｐｏ１が一致する例であるが、回転角度Ｒ２１が閉塞位置Ｐｏ１よりも小さい角度（０°に近い角度）となる場合や閉塞位置Ｐｏ１よりも大きい角度となる場合もある。回転角度Ｒ２１は、解除位置Ｐｏ２を通過してチューブ１０１から離れる際の第１ローラ部１０の回転角度と、先行する第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過する際の第１ローラ部１０の回転角度との間のいずれかの回転角度に設定される。

制御部６００がステップＳ１３０５でＹＥＳと判定する際に設定している（Ｒ２２－Ｒ２１）の値は、初期値として設定した（Ｒ２２－Ｒ２１）の値とは異なっている。これは、（Ｒ２２－Ｒ２１）の初期値を設定するために用いたチューブ１０１と実際に（Ｒ２２－Ｒ２１）を調整する際のチューブ１０１の条件（素材、劣化度等）が異なるからである。

制御部６００は、ステップＳ１３０５でＹＥＳと判定する際に設定している（Ｒ２２－Ｒ２１）の値から導かれる第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の角度差ΔＲ´により、図１８に実線で示す関数を補正し、破線で示す関数として記憶部６１０に記憶する。ステップＳ１３０３で補正された関数を用いることにより、制御部６００は、調整済みの制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。（Ｒ２２－Ｒ２１）の初期値が適切に設定されるため、（Ｒ２２－Ｒ２１）を調整するための調整時間が短縮される。

図１９は、制御部６００が第１回転角度θ１と第２回転角度θ２を調整した制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御した際に圧力センサ３００が検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。図１９に示す例は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りに３回転した際の圧力の変化を示している。

図１９に示すように、圧力センサ３００が検出する圧力は、最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘの間で周期的に変動し、圧力の変動幅ΔＰ＝Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎとなっている。図１７のＰａｖｅは、圧力の平均値を示している。図１９の圧力を示す軸の縮尺と図１５の圧力を示す軸の縮尺は同一である。図１９に示す圧力の変動幅ΔＰは、所定値Ｐｄｉｆ以内であり、図１５に示す圧力の変動幅ΔＰよりも小さくなっている。

以上のように、制御部６００は、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２を調整することにより、圧力の変動幅ΔＴが所定値Ｐｄｉｆ以下となるように制御する。制御部６００は、ステップＳ１３０５でＹＥＳと判定された場合に、ステップＳ１３０８へ処理を進める。

ステップＳ１３０８～ステップＳ１３１１で、制御部６００は、圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以下であるため、圧力の変動幅ΔＰを更に小さくするために、制御波形を調整する。図２０は、ローラ部の回転角度とローラ部の角速度の対応関係を示し、ステップＳ１３０８～ステップＳ１３１０による調整前の制御波形を破線で示し、ステップＳ１３０８～ステップＳ１３１０による調整後の制御波形を実線で示したものである。

図２０に実線で示すように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が閉塞位置Ｐｏ１を通過した後に先行する他のローラ部との間で閉塞される液体の圧力を高めるために、角速度をＶｒｔ３１（第１所定速度）からＶｒｔ３２（第２所定速度）へ増加させている。Ｖｒｔ３１とＶｒｔ３２との角速度差は、閉塞位置Ｐｏ１を通過した後に増加させた角速度の増加分に相当する。

ステップＳ１３０８で、制御部６００は、図２０に示す角速度差Ｄを調整する。図２０に実線で示すように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過する際に、これらのローラ部の角速度をＶｒｔ３１からＶｒｔ３３まで一時的に増加させている。これは、ローラ部がチューブ１０１を押し潰した状態を解除する際に、解除位置Ｐｏ２の下流側から上流側へ流体が引き込まれる現象を抑制するためである角速度差Ｄは、Ｖｒｔ３１とＶｒｔ３３との角速度差である。制御部６００は、角速度差Ｄを増加あるいは減少させて圧力の変動幅ΔＰが極小となる角速度差Ｄを特定する。

角速度差Ｄは、変動幅ΔＰが極小となるように増減させながら調整するが、角速度差Ｄの初期値を適切に設定することで調整時間が短縮される。本実施形態では、以下の手順により角速度差Ｄの初期値を設定する。

制御部６００は、図１７に示す目標流量と配管２００の液体の圧力の関数から推定された圧力Ｐｔと、記憶部６１０に記憶された圧力Ｐｔと角速度差Ｄとの関数とに基づいて、角速度差Ｄを推定する。図２１は、液体の圧力Ｐｔと角速度差Ｄとの関数を示す図である。図２１に実線で示される関数は記憶部６１０にあらかじめ記憶されており、制御部６００は、目標流量Ｆｔから算出された角速度差Ｄを初期値として設定する。

制御部６００は、ステップＳ１３０８を実行して角速度差Ｄを調整するたびに、調整後の角速度差Ｄ´により図２１に実線で示す関数を補正し、破線で示す関数として記憶部６１０に記憶する。制御部６００は、ステップＳ１３０３において、この補正された関数を用い、調整済みの制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。角速度差Ｄの初期値が適切に設定されるため、角速度差Ｄを調整するための調整時間が短縮される。

ステップＳ１３１０で、制御部６００は、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過した後に後続する第１ローラ部１０が解除位置Ｐｏ２へ向かう角速度を漸次減少させるよう第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。同様に、制御部６００は、第１ローラ部１０が解除位置Ｐｏ２を通過した後に後続する第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２へ向かう角速度を漸次減少させるよう第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御する。

図２０に示すように、制御部６００は、回転角度が１８０°～２７０°の範囲において、ローラ部の角速度が解除位置Ｐｏ２へ向かう角速度をＶｒｔ３４からＶｒｔ３１まで漸次減少させるようにしている。このようにしているのは、ローラ部が解除位置Ｐｏ２へ近づくと、ローラ部からニードルバルブ５００に至るまでのチューブ１０１および配管２００の容積が減少し、ローラ部の下流側の液体の圧力が上昇してしまうからである。ローラ部が解除位置Ｐｏ２へ近づくことによるローラ部の下流側の液体の圧力上昇と、ローラ部の角速度の減少による圧力減少とを相殺させることで、脈動を抑制することができる。

ステップＳ１３１０で、制御部６００は、チューブ１０１の端部から配管２００へ吐出される液体の単位時間当たりの流量が目標流量Ｆｔ（所定流量）に維持されるように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の角速度を調整する。制御部６００は、第１回転角度θ１が大きくなるほど平均角速度が低くなり、第１回転角度θ１が小さくなるほど平均角速度が高くなるように、ように、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０の角速度を調整する。このようにしているのは、第１回転角度θ１によって第１ローラ部１０および第２ローラ部２０によりチューブ１０１の内部で閉塞される液体の量が決定されるからである。

ステップＳ１３１１で、制御部６００は、操作者により目標流量Ｆｔの変更あるいは制御終了が指示されたかどうかを判定し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を終了させる。制御部６００は、ＮＯであればステップＳ１３０４以降の処理を繰り返す。

図２２は、ステップＳ１３０８からステップＳ１３１０による調整済の制御波形により第１駆動部５０および第２駆動部６０を制御した際に圧力センサ３００が検出する圧力の時間変化の一例を示す図である。図２２に示す例は、第１ローラ部１０および第２ローラ部２０が軸線Ｘ１回りに３回転した際の圧力の変化を示している。

図２２に示すように、圧力センサ３００が検出する圧力は、最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘの間で周期的に変動し、圧力の変動幅ΔＰ＝Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎとなっている。図２２に示すＰａｖｅは、圧力の平均値を示している。図２２に示すＰａｖｅは、図１９および図１５に示すＰａｖｅと同じ値となっている。

図２２の圧力を示す軸の縮尺と図１９，図１５の圧力を示す軸の縮尺は同一である。図２２に示す圧力の変動幅ΔＰは、所定値Ｐｄｉｆ以内であり、図１９に示す圧力の変動幅ΔＰよりも小さくなっている。以上のように、制御部６００は、ステップＳ１３０８からステップＳ１３１１の調整を繰り返すことにより、圧力の変動幅ΔＴが所定値Ｐｄｉｆよりも更に減少するように制御する。

以上説明した本実施形態のチューブポンプシステム７００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のチューブポンプシステム７００によれば、一対のローラ部のそれぞれを一対の駆動部により軸線Ｘ１回りに同方向に回転させることにより、一対のローラ部がチューブ１０１を押し潰した状態で閉塞位置Ｐｏ１から解除位置Ｐｏ２に至る。制御部６００は、一対の駆動部のそれぞれを制御することにより、チューブ１０１の一端から流入した液体をチューブ１０１の他端から吐出させる。

一対のローラ部が少なくとも一回転する際に圧力センサ３００が検出する液体の圧力の変動幅は、チューブポンプシステム７００により圧送される液体の脈動の大きさを示す。一対のローラ部の一方が解除位置Ｐｏ２を通過してローラ部により押し潰されたチューブ１０１が原形に戻る際に、解除位置Ｐｏ２の下流側の液体の圧力と解除位置Ｐｏ２の上流側の液体の圧力との圧力差が大きいほど、圧力の変動幅が大きくなる。

解除位置Ｐｏ２の下流側と上流側の液体の圧力差は、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２に応じたものとなる。すなわち、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の差が大きいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ１０１内の液体の圧力が高くなり、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２の差が小さいほど一対のローラ部との接触により閉塞されたチューブ内の液体の圧力が低くなる。

そこで、本実施形態のチューブポンプシステム７００では、制御部６００が、圧力センサ３００が検出する圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内となるように、第１ローラ部１０が閉塞位置Ｐｏ１を通過する際の一対のローラ部の間の軸線Ｘ１回りの第１回転角度θ１と、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過する際の一対のローラ部の間の軸線Ｘ１回りの第２回転角度θ２とを制御している。本実施形態のチューブポンプシステム７００によれば、脈動の状態が動的に変化する場合であってもその変化に応じて適切に脈動を抑制することが可能となる。

本実施形態のチューブポンプシステム７００によれば、チューブ１０１を閉塞する一対のローラ部の間の回転角度を、チューブ１０１の閉塞が開始されてからチューブ１０１の閉塞が解除されるまでに小さくすることで、チューブ１０１内に液体の圧力を所望の圧力まで上昇させることができる。
本実施形態に係るチューブポンプシステム７００によれば、後続する第１ローラ部１０の角速度を第１所定速度から第２所定速度に増加させることにより、チューブ１０１を閉塞する一対のローラ部の間の回転角度を、チューブ１０１の閉塞が開始されてからチューブ１０１の閉塞が解除されるまでに小さくすることができる。

本実施形態のチューブポンプシステム７００では、第２ローラ部２０が解除位置Ｐｏ２を通過した後に第１ローラ部１０の解除位置Ｐｏ２へ向けた角速度を漸次減少させている。そのため、第１ローラ部１０が解除位置Ｐｏ２に近づくことによる上流側の液体の圧力上昇を第１ローラ部１０の角速度の減少による液体の圧力減少で相殺することができる。また、本実施形態のチューブポンプシステム７００によれば、液体の圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆ以内となった後に第１ローラ部１０が解除位置Ｐｏ２へ向かう角速度が漸次減少するように制御される。本実施形態のチューブポンプシステム７００によれば、液体の圧力の変動幅ΔＰが所定値Ｐｄｉｆより大きい場合にこのような制御を行う場合に比べ、迅速かつ精度よく脈動の抑制を行うことができる。

本実施形態のチューブポンプシステム７００では、制御部６００が、チューブ１０１の他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が目標流量Ｆｔに維持されるように、第１回転角度θ１に応じて、一対のローラ部のそれぞれの角速度を調整している。そのため、例えば、脈動を抑制するために、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２とを制御する場合であっても、チューブ１０１の他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が所定流量に維持される。よって、液体の流量の変化に伴って脈動の状態が変化することが抑制され、脈動を短時間で適切に抑制することが可能となる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、チューブポンプシステム７００は、チューブポンプ１００から流出端７０２へ液体を導く流路において流路断面積を最小とするニードルバルブ５００を設けるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、チューブポンプ１００から流出端７０２へ液体を導く流路において流路断面積を最小とするオリフィス等をニードルバルブ５００の代わりに設けても良い。

１０第１ローラ部
２０第２ローラ部
５０第１駆動部
６０第２駆動部
８２ｂ内周面
１００チューブポンプ
１０１チューブ
２００配管
３００圧力センサ
４００流量計
５００ニードルバルブ
６００制御部
６１０記憶部
７００チューブポンプシステム
Ｄ角速度差
Ｆｔ目標流量
Ｐｏ１閉塞位置
Ｐｏ２解除位置
Ｘ１，Ｘ２軸線
θ１第１回転角度
θ２第２回転角度

Claims

軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、
前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、
前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを閉塞した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、
前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、
前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御部と、
前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記制御部は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出部が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、前記圧力検出部が検出した液体の圧力に応じて、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御するチューブポンプシステム。
前記制御部は、前記第１回転角度よりも前記第２回転角度が小さくなるように制御する請求項１に記載のチューブポンプシステム。
前記制御部は、前記第１のローラ部が前記閉塞位置を通過してから前記第２のローラ部が前記解除位置を通過するまでの期間において、前記第１のローラ部の角速度を第１所定速度から第２所定速度に増加させる請求項２に記載のチューブポンプシステム。
軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、
前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、
前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを閉塞した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、
前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、
前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御部と、
前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出部が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御し、
前記変動幅が前記所定値以内となったことに応じて、前記第２のローラ部が前記解除位置を通過した後に前記第１のローラ部が前記解除位置へ向かう角速度を漸次減少させるよう前記一対の駆動部を制御するチューブポンプシステム。
前記制御部は、前記チューブの他端から吐出される液体の単位時間当たりの流量が所定流量に維持されるように、前記第１回転角度に応じて、前記一対のローラ部のそれぞれの角速度を調整する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のチューブポンプシステム。
前記制御部は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出部が検出する液体の圧力を記憶部に記憶させ、前記記憶部に記憶された液体の圧力の変動幅が所定値以内であるかどうかを判断し、前記変動幅が前記所定値以内でない場合に前記変動幅が所定値以内となるように、前記記憶部に記憶された液体の圧力に応じて、前記第１回転角度および前記第２回転角度を制御する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のチューブポンプシステム。
軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを閉塞した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、を備えるチューブポンプシステムの制御方法であって、
前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御工程と、
前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出工程と、を備え、
前記制御工程は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出工程が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、前記圧力検出工程が検出した液体の圧力に応じて、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御するチューブポンプシステムの制御方法。
前記制御工程は、前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出工程が検出する液体の圧力を記憶部に記憶させ、前記記憶部に記憶された液体の圧力の変動幅が所定値以内であるかどうかを判断し、前記変動幅が前記所定値以内でない場合に前記変動幅が所定値以内となるように、前記記憶部に記憶された液体の圧力に応じて、前記第１回転角度および前記第２回転角度を制御する請求項７に記載のチューブポンプシステムの制御方法。
軸線回りに円弧状に形成される内周面を有する収容部と、前記内周面に沿って配置されるとともに可撓性を有するチューブと、前記収容部に収容されるとともに前記軸線回りの閉塞位置から解除位置に至るまで前記チューブを閉塞した状態で前記軸線回りに回転する一対のローラ部と、前記一対のローラ部のそれぞれを前記軸線回りに同方向に回転させる一対の駆動部と、を備えるチューブポンプシステムの制御方法であって、
前記チューブの一端から流入した液体を前記チューブの他端から吐出させるよう前記一対の駆動部のそれぞれを制御する制御工程と、
前記チューブの他端に接続される配管内の液体の圧力を検出する圧力検出工程と、を備え、
前記制御工程は、
前記一対のローラ部が少なくとも一回転する際に前記圧力検出工程が検出する液体の圧力の変動幅が所定値以内となるように、第１の前記ローラ部が前記閉塞位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第１回転角度と、第２の前記ローラ部が前記解除位置を通過する際の前記一対のローラ部の間の前記軸線回りの第２回転角度とを制御し、
前記変動幅が前記所定値以内となったことに応じて、前記第２のローラ部が前記解除位置を通過した後に前記第１のローラ部が前記解除位置へ向かう角速度を漸次減少させるよう前記一対の駆動部を制御するチューブポンプシステムの制御方法。