JPH0942159A - ロ−ラポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吐出側および吸込み側の逆流（局所逆流）防止
と脈動を低減する。 【解決手段】ケーシング１の内面に形成された案内面１
０とポンプ軸２を中心として回転されるローラ４との間
にポンプチュ−ブ２０が配設されて、ローラ４の回転に
応じてポンプチュ−ブ２０の縮径と拡径とが繰り返され
る。案内面１０は、吸込み側から吐出側へ順次、互いに
段差なく形成された吸込み側緩衝部１２、ポンプ軸２を
中心とする真円状とされた中間真円部１３、吐出側緩衝
部１４の３つの領域に分けられる。吸込み側緩衝部１２
は、ローラ４がポンプチュ−ブ２０に徐々に接触するよ
うに２次以上の曲線として形成され、吐出側緩衝部１４
は、ローラ４がポンプチュ−ブ２０から徐々に離間する
ように２次以上の曲線として形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプチュ−ブ内
の流体をローラによって圧送するようにしたローラポン
プに関するものであり、さらに詳しくは、ポンプチュ−
ブ内での流体の逆流防止と脈動低減を十分に行えるよう
にしたローラポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポンプの中には、ローラによってポンプ
チュ−ブ内の流体を圧送するようにしたローラポンプが
ある。このローラポンプは、ポンプ軸を中心として回転
駆動されるローラと、ポンプ軸を中心としたローラの移
動軌跡に沿って固定配設された案内面とを備えて、ロー
ラと案内面との間に配設された弾性変形可能なポンプチ
ュ−ブを、ポンプ軸まわりに回転されるローラによって
押し潰しつつ該ポンプチュ−ブ内の流体を吸込側から吐
出側へと圧送するものである。

【０００３】上述のようなローラポンプにあっては、圧
送すべき流体とポンプとの間にポンプチュ−ブが介在さ
れるため、流体とポンプとが非接触となり、衛生面が重
視される食品関係や医療分野においての流体圧送用とし
て使用されている。

【０００４】従来のローラポンプの多くは、その案内面
全てがポンプ軸を中心とした真円形とされていた。しか
しながら、この場合は、ローラによりポンプチュ−ブが
潰され始める吸込側とポンプチュ−ブからローラが離間
していく吐出側とで流体の脈動と逆流（特に局所逆流）
とが極めて大きなものとなってしまう。特に、医療分野
においては、大きな脈動は新生児や乳児に対して体力的
に問題となる他、血液輸送の場合は脈動による陰圧と逆
流によるせん断応力が溶血（血球の損傷）を生じさせる
ことにもなってしまい、逆流は局所逆流であっても溶血
を生じさせる原因となる。

【０００５】上述のような逆流や脈動を防止あるいは低
減するために、本出願人は、案内面の吐出側形状を、真
円形ではなく、ローラがポンプチュ−ブから徐々に離間
するような曲線形状としたものを開発した（特開平５−
４２２０４号公報参照）。このものにあっては、吐出側
での逆流防止および脈動低減が得られるものではある
が、全体としていまだ十分満足できるものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】逆流防止と脈動低減の
ために種々研究した結果、吸込側においてはローラがポ
ンプチュ−ブに急激に接触することが脈動発生と逆流発
生との大きな原因になるということが判明した、すなわ
ち、透明なポンプチュ−ブを用いて、微粉末を混合した
水の圧送を行う可視化実験を行ったところ、ポンプチュ
−ブからローラが急激に離間する吐出側の他、ローラが
ポンプチュ−ブに急激に接触する吸込側にも逆流を生じ
るものであり、この逆流に伴って大きな脈動が発生して
いるということが判明した。

【０００７】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れてもので、吐出側のみならず吸込側においても逆流防
止と脈動低減とを十分になし得るるようにしたローラポ
ンプを提供することにある。

【０００８】前記目的を達成するため、本発明にあって
は次のような構成としてある。すなわち、ポンプ軸を中
心として回転駆動されるローラと、前記ポンプ軸を中心
とした前記ローラの移動軌跡に沿って固定配設された案
内面とを備え、前記ローラと案内面との間に配設された
弾性変形可能なポンプチュ−ブを、前記ポンプ軸まわり
に回転されるローラによって押し潰しつつ該ポンプチュ
−ブ内の流体を吸込側から吐出側へと送出するようにし
たローラポンプにおいて、前記案内面が、吸込側から吐
出側へ順次、吸込側緩衝部と、該吸込側緩衝部の吐出側
終端から段差なく連続されて前記ポンプ軸を中心とした
真円形状とされた中間真円部と、該中間真円部の吐出側
終端から段差なく連続された吐出側緩衝部を有するよう
に形成され、前記吸込側緩衝部が、前記ポンプ軸を中心
として回転される前記ローラが前記ポンプチュ−ブに徐
々に接触されるように２次以上の曲線として形成され、
前記吐出側緩衝部が、前記ポンプ軸を中心として回転さ
れる前記ローラが前記ポンプチュ−ブから徐々に離間す
るように２次以上の曲線として形成され、前記中間真円
部に常時少なくとも１個のローラが存在するように、該
中間真円部の中心角とローラ個数との対応関係が設定さ
れている、ような構成としてある。上記構成を前提とし
た本発明の好ましい態様は、特許請求の範囲における請
求項２以下に記載のとおりである。

【０００９】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、吸
込側および吐出側での両方において、流体の逆流防止と
脈動低減とを行うことができる。

【００１０】請求項２に記載したような構成とすること
により、ローラの数を極力少なくしつつ、真円形とされ
た中間真円部に常にローラを位置させて、吸込側緩衝部
と吐出側緩衝部との遮断を常に行うことができる。

【００１１】請求項３に記載したような構成とすること
により、ローラのポンプチュ−ブに対する吸込側での接
触および吐出側での離間を極力スム−ズに行う上で好ま
しいものとなる。すなわち、吸込側あるいは吐出側での
緩衝部の中心角が同じであれば、当該緩衝部におけるポ
ンプチュ−ブに対するローラの接触移動距離を長く確保
することができる。

【００１２】請求項４に記載したような構成とすること
により、吸込側緩衝部、吐出側緩衝部での両方におい
て、流体逆流防止と脈動低減を十分満足させることがで
きる。また、ポンプチュ−ブを吸込側と吐出側とで極力
離れた位置関係とすると共に極力平行な状態が確保され
るようにして、ポンプチュ−ブを案内面に沿って配設す
る作業を容易にすることができる。ちなみに、吸込側緩
衝部および吐出側緩衝部共に、その中心角を大きくする
ほど逆流防止機能や脈動低減機能は向上されるが、この
中心角をあまり大きくすると、ポンプチュ−ブを吸込側
と吐出側とで極めて接近させ、しかも大きな角度をなし
て極端な場合は交差させる必要が生じて、ポンプチュ−
ブの配設作業の容易化の点で好ましくないものとなる。

【００１３】請求項５に記載したような構成とすること
により、逆流防止と脈動低減を十分行いつつ、ポンプチ
ュ−ブの配設容易性を確保する上で好ましいものとな
る。

【００１４】請求項６に記載したような構成とすること
により、ポンプチュ−ブをケーシング内に配設する作業
つまり案内面に沿わせて配設する作業が容易となる。

【００１５】請求項７に記載したような構成とすること
により、案内面の形状つまり当該案内面が形成されるケ
ーシングの形状を簡単化する上で好ましいものとなり、
また、吸込側と吐出側とを逆に接続した場合でも同じよ
うに流体を圧送することができる。

【００１６】請求項８に記載したような構成とすること
により、逆流および脈動が特に問題となる医療用として
好適なものとなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を添付した図
面に基づいて説明する。図１において、１はケーシン
グ、２はケーシング１に回転自在に保持されたポンプ軸
であり、このポンプ軸２の中心が符合Ｏで示される。ポ
ンプ軸２には、取付ブラケット３が固定され、この取付
ブラケット３には、合計３個のローラ４がピン５を利用
して回転自在に保持されている。各ローラ４は、紙面直
角方向に短く伸びる円柱状とされ、互いに同一形状（同
一半径）とされている。そして、各ローラ４の回転中心
となる上記ピン５は、ポンプ軸２を中心とする同一半径
上に位置するように設定されている。さらに、各ローラ
４は、ポンプ軸２の回りに等間隔（１２０度間隔）に配
設されている。

【００１８】ケーシング１には、案内面１０が形成され
ている。この案内面１０は、ポンプ軸２を中心としたロ
ーラ４の移動軌跡に沿うように形成されており、その一
端部側が吸込側端部ＩＮとされ、他端部側が吐出側端部
ＯＵＴとされている。案内面１０に沿って、弾性変形可
能なポンプチュ−ブ２０が配設される。

【００１９】前記案内面１０は、その吸込側端部ＩＮ側
から吐出側端部ＯＵＴ側に順次、合計５種類の案内部１
１〜１５とされている。各案内部１１〜１５の始端部あ
るいは終端が、符合ａ〜ｆで示される。もっとも吸込側
に位置して吸込側端部端部ＩＮを構成する案内部１１
（ａ〜ｂ部分）は直線とされ、同様に、もっとも吐出側
に位置して吐出側端部ＯＵＴを構成する案内部１５（ｅ
〜ｆ部分）も直線とされている。そして、各ａ〜ｅ部分
においては、段差のないように設定されている。

【００２０】案内部１１に続く案内部１２（ｂ〜ｃ部
分）は、特許請求の範囲における吸込側緩衝部となるも
ので、ポンプ軸２を中心とするその中心角（案内部１２
の始端ｂと終端ｃとがなすポンプ軸中心Ｏに回りの角
度）が符合θ１で示される。案内部１２に続く案内部１
３（ｃ〜ｄ部分）は、特許請求の範囲における中間真円
部となるもので、ポンプ軸２を中心とする真円形とされ
て、ポンプ軸２を中心とする中心角がθ２で示される。
案内部１３に続く案内部１４（ｄ〜ｅ部分）は、特許請
求の範囲における吐出側緩衝部となるもので、ポンプ軸
２を中心とする中心角が符合θ３で示される。

【００２１】中間真円部としての案内部１３は、ローラ
４によってポンプチュ−ブ３０が完全に押し潰されるよ
うになっている（ローラ４と案内部１３との隙間が、完
全に押しつぶされたポンプチュ−ブ２０の肉厚と同じに
なるように設定されている）。吸込側緩衝部としての案
内部１２は、後述するように、ローラ４によってポンプ
チュ−ブ２０が徐々に押し潰されるように形状設定され
ている。さらに、吐出側緩衝部としての案内部１４は、
後述するように、完全に押し潰されているポンプチュ−
ブ２０からローラ４が徐々に離間するように形状設定さ
れている。

【００２２】ケーシング１（の案内面１０）は、中間真
円部としての案内部１３の中心位置Ｘとポンプ軸中心Ｏ
とを結ぶ中心線αを境に、左右対称に形成されている
（線対称）。以上のことを前提として、案内部１３〜１
５について詳述する（案内部１１、１２は案内部１４、
１５と左右対称）。

【００２３】先ず、中間真円部としての案内部１３の中
心角θ２は、１２０度あるいはこれよりも若干大きい角
度とされている。これにより、案内部１３には、必ず１
個のローラ４が位置されて、この案内部１３に位置する
ローラ４によって、吸込側緩衝部としての案内部１２と
吐出側緩衝部としての案内部１４とが常に遮断されるよ
うになっている。

【００２４】次に、吐出側緩衝部としての案内部１４
は、後述するように２次以上の曲線とされている。ちな
みに、ローラ４をポンプチュ−ブ２０から徐々に離間さ
せるために案内部１４の形状を直線としたときは、ロー
ラ４が急激にポンプチュ−ブ２０から離間してしまうこ
とになり、逆流防止や脈動低減の観点から不十分であ
る。なお、直線とされた案内部１５は、案内部１４の終
端ｅでの接線とされている。

【００２５】図２は、上記吐出側緩衝部としての案内部
１４にローラ４が位置したときを示し、このとき、案内
部１４のうち、ローラ４によってポンプチュ−ブ２０が
もっとも強く押圧される部分が符合Ｙで示され、このＹ
部分での案内部１４から法線が符合Ｌ１で示される。こ
の法線Ｌ１が、ポンプ軸２を中心とするローラ４の回転
中心半径Ｒの円と交差する点が、符合Ｏ２で示される。
そして、ＹとＯ２との長さからローラ半径ｒを差引いた
値が、自由状態にあるポンプチュ−ブ２０の外径Ｄと一
致したときに、ローラ４がポンプチュ−ブ２０から離間
することになる。

【００２６】ポンプ軸２を中心としたローラ４の回転角
がθのときのポンプチュ−ブ２０の押し潰し量をθの関
数ｈ（θ）と指定すると、吐出側緩衝部としての案内部
１４の曲線は、半径をｒ＋Ｄ−ｈ（θ）とする円群の包
絡線として決定される。すなわち、案内部１４は、ロー
ラ４の中心を中心としかつ該ローラ４の半径ｒを最小値
として吐出側にむかって漸増する半径を有する円群の包
絡線として形成されている。ポンプチュ−ブ２０の押し
潰し量の急激な変化が逆流の主たる原因であるから、ロ
ーラ４をポンプチュ−ブ２０に押し付けることに伴うポ
ンプチュ−ブ内容積が減少するときの、その容積変化率
が案内部１４の区間を通じて一定となるように指定する
のがよい。ローラ４によるポンプチュ−ブ２０の押し潰
し量とポンプチュ−ブ内容積の変化量の関係は、実験的
にあらかじめ求めておけばよく、この関係は、ポンプチ
ュ−ブの外径寸法や材質が影響するが、現在使用されて
いる血液輸送用のポンプチュ−ブの間ではあまり相違が
ないものである。

【００２７】ケーシング１の外側面のうち、ポンプチュ
−ブ２０の導出側となる所定の外側面が符合１ａで示さ
れる。この外側面１ａは、ポンプ軸２を挟んで案内部１
３とは反対側に位置されている。そして、ポンプ軸２の
中心Ｏと案内部１３の中間位置Ｘとを結ぶ直線αと直交
するようになっている。そして、実施例構造のもので
は、中心角θ１〜θ３の設定関係により、ポンプチュ−
ブ２０は、ケーシング１から外部へ導出される付近いお
いては、吸込側と吐出側とが略平行になるように（吸込
側部分と吐出側部分とのなす角度が極力小さくなるよう
にされている）、かつ互いに十分離間したものとされて
（中間真円部としての案内部１３の直径相当距離よりも
若干短い距離）、全体として略Ｕ字状の形状とされてい
る。これにより、ポンプチュ−ブ２０のケーシング１内
へ配設作業つまり案内面１０に沿わせる作業が容易とな
る。

【００２８】ここで中心角θ１、θ２、θ３の好ましい
設定について、ローラ４の数、ポンプチュ−ブ２０の配
設容易性（吸込側と吐出側とで近接あるいは交差しない
ような配設）をも考慮して説明する。先ず、中心角θ１
〜θ３の合計値は、ポンプチュ−ブ２０の配設容易性の
観点から、３００度を越えない範囲、好ましくは２７０
度程度以下に設定するのが好ましい。また、逆流防止と
脈動低減の観点から、中心角θ１とθ３とは、２０度〜
３０度程度では不十分であり、少なくとも４０度以上、
好ましくは６０度程度要求される。また、案内部１３の
中心角θ２は、それ自身は大きくても構わないが、上記
合計値からの制約、上記θ１、θ３の設定上の制約か
ら、１８０度以下に設定する要求がある。そして、ロー
ラ４が常に案内部１３に位置させつつローラ４の数を極
力小さくするという観点（案内部１２にローラ４が位置
するときに案内部１３に別のローラ４が位置し、案内部
１４にローラ４が位置するときに案内部１３に別のロー
ラ４が位置されるという観点）から、１２０度〜１８０
度の範囲のうち、１２０度に近い値を選択するのが好ま
しいものとなる。

【００２９】なお、案内部１３の中心角θ２を１８０度
以上とすれば、ローラ４の数を２個とすることもできる
が、この場合は、ポンプチュ−ブ２０の配設容易性と、
案内部１２、１４の中心角θ１、θ３を十分確保すると
いう要請の両方を共に満足させることが困難となる。ま
た、案内部１３の中心角θ２を９０度程度というように
小さくした場合は、ローラ４の数が４個以上必要とな
る。

【００３０】本発明の効果を確認するため、ポンプチュ
−ブ２０として透明なものを用い、このポンプチュ−ブ
２０内に色付きの微粉末を混合した水を流して、当該ポ
ンプチュ−ブ２０内での流れの様子を観察した。この実
験結果によれば、吐出側および吸込側で共に流体の逆流
は全く生じないものであり、この逆流に起因する脈動も
大幅に低減されることになる。

【００３１】以上実施例について説明したが、本発明は
これに限らず例えば次のような場合をも含むものであ
る。 (1)ローラ４の数は４個以上であってもよい。ただし、
機械効率やコストの点から、３個または４個とするのが
好ましい。 (2)吸込側緩衝部としての案内部１２の中心角θ１、お
よび吐出側緩衝部としての案内部１４の中心角θ３は、
実施例よりも十分大きくしてもよく、ポンプチュ−ブ３
０が、吸込側と吐出側とで交差させて配設する必要があ
る程度にまで上記中心角θ１、θ２を大きくすることも
可能である。また、上記中心角θ１、θ２は、実施例の
場合よりも小さくてもよいが、脈動を十分に防止すると
いう観点から、２０〜３０度程度では十分とはいえ
ず、。少なくとも４０度以上に設定するのがよく、ポン
プチュ−ブ２０の配設の容易性、脈動の十分な防止、案
内面１０の加工性を総合的に考慮して、略６５度（５０
〜７０度）に設定するのが好ましい。 (3)本発明におけるローラポンプは、医療用に限らず、
食品関係用（例えばジュ−ス類の輸送）等、適宜の分野
に使用することができる。もっとも、脈動によって、溶
血発生というよう重要な問題を有する医療用（特に血液
輸送用）として用いた場合に好適となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面断面図。

【図２】吐出側緩衝部の形状設定を説明するための図。

【符合の説明】

１：ケーシング ２：ポンプ軸 ４：ローラ １０：案内面 １２：案内部（吸込側緩衝部） １３：案内部（中間真円部） １４：案内部（吐出側緩衝部） ２０：ポンプチュ−ブ θ１〜θ３：中心角

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ軸を中心として回転駆動されるロー
   ラと、前記ポンプ軸を中心とした前記ローラの移動軌跡
   に沿って固定配設された案内面とを備え、前記ローラと
   案内面との間に配設された弾性変形可能なポンプチュ−
   ブを、前記ポンプ軸まわりに回転されるローラによって
   押し潰しつつ該ポンプチュ−ブ内の流体を吸込側から吐
   出側へと送出するようにしたローラポンプにおいて、 前記案内面が、吸込側から吐出側へ順次、吸込側緩衝部
   と、該吸込側緩衝部の吐出側終端から段差なく連続され
   て前記ポンプ軸を中心とした真円形状とされた中間真円
   部と、該中間真円部の吐出側終端から段差なく連続され
   た吐出側緩衝部を有するように形成され、 前記吸込側緩衝部が、前記ポンプ軸を中心として回転さ
   れる前記ローラが前記ポンプチュ−ブに徐々に接触され
   るように２次以上の曲線として形成され、 前記吐出側緩衝部が、前記ポンプ軸を中心として回転さ
   れる前記ローラが前記ポンプチュ−ブから徐々に離間す
   るように２次以上の曲線として形成され、 前記中間真円部に常時少なくとも１個のローラが存在す
   るように、該中間真円部の中心角とローラ個数との対応
   関係が設定されている、ことを特徴とするローラポン
   プ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記ローラが、前記ポンプ軸回りに等間隔に３個設けら
   れ、 前記中間真円部の中心角が、１２０度〜１８０度の範囲
   に設定されている、ことを特徴とするローラポンプ。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記吸込側緩衝部が、前記ローラの中心を中心としかつ
   該ローラの半径を最小値として吸込側にむかって漸増す
   る半径を有する円群の包絡線として形成され、 前記吐出側緩衝部が、前記ローラの中心を中心としかつ
   該ローラの半径を最小値として吐出側にむかって漸増す
   る半径を有する円群の包絡線として形成されている、こ
   とを特徴とするローラポンプ。
4. 【請求項４】請求項２において、 前記中間真円部の中心角が、略１２０度とされ、 前記吸込側緩衝部および前記吐出側緩衝部の中心角が、
   それぞれ略６５度とされている、ことを特徴とするロー
   ラポンプ。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記中間真円部の中心角が、３６０度をローラの合計数
   で除した角度以上の角度に設定され、 前記吸込側緩衝部の中心角と吐出側緩衝部の中心角とが
   それぞれ、３６０度から前記中間真円部の中心角を差引
   いた角度の１／２以内の角度として設定され、 前記吸込側緩衝部の中心角と吐出側緩衝部の中心角とが
   それぞれ、４０度以上に設定されている、ことを特徴と
   するローラポンプ。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
   おいて、 前記案内面が形成されると共に前記ポンプ軸を保持した
   ケーシングの外側面のうち、該ポンプ軸を挾んで前記中
   間真円部とは反対側に位置する外側面から、前記ポンプ
   チュ−ブの吸込側と吐出側とが該ケーシング外へ導出さ
   れるようにされ、 前記案内面に沿うように前記ケーシング内に配設された
   前記ポンプチュ−ブが、全体として略Ｕ字状に近い形状
   とされている、ことを特徴とするローラポンプ。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
   おいて、 前記ポンプ軸の中心と前記中間真円部の中間位置とを結
   ぶ線を境にして、前記案内面の形状が吸込側と吐出側と
   で左右対称となるように形成されている、ことを特徴と
   するローラポンプ。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれか１項に
   おいて、 ローラポンプが医療用とされている、ことを特徴とする
   ローラポンプ。