JPWO2011118382A1 - チューブロータリポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】チューブ内の流体を推進移動させるチュービングロータリポンプを長時間使用した場合、チューブが変形疲労を生じて弾性復元力がなくなる為、長時間一定のポンプ速度を維持することが困難である。【解決手段】本発明はチュービングロータリポンプの回転子に蛇行する案内手段を設け、ポンプ動作中のチューブの捻り回転によりチューブ上の偏平変形位置を変えることにより、長時間連続運転をさせてもポンプ速度の低下の少ないチューブロータリポンプを提供する。【選択図】図5
Description
本発明は、弾力性を有するチューブ内にある流体を、当該チューブを外部のローラによりしごくことにより、流体をローラのしごき動作の方向に移動させ、しごき終わった後はチューブの弾性によりチューブが復元することにより流体がチューブ内に満たされ、全体として、ローラのしごき動作の方向にチューブ内の液体を推進移動させるチューブロータリポンプに関する。
チューブロータリポンプは、液体や気体の輸送に広く使われている。特に、流体物が汚染を嫌う場合にその流体がその内部を流れるチューブを介して他の容器に移動させる用途には有効である。その流体の流路であるチューブを外部からしごいて移動させるため、流体が推進装置とは直接触れることがないからである。
そのため、医療用のバッグに封入された輸血用血液、輸液、薬液、高栄養液を投薬チューブを介して人体に注入する輸液ポンプ、ペンキ等の調色用ポンプ、バイオ実験用ポンプ等に用いられている。
図1は従来のチューブロータリポンプ1を示す。回転推進機構はモータ2のシャフト3に係合した回転子4とその周囲である円筒表面には溝41が形成され、当該溝41の中にあって回転子4に取り付けた自由回転する2以上のローラ5とチューブ6(回転子4を明確に示すためチューブ6の一部は切断して図示している)とハウジング7から成る。ハウジング7には回転子4の外形より少しその内径の大きい周壁8が設けられている。
ローラ5はカバー9によりハウジング7に内包される。回転子4はカバー9に具備されているドーム10(ここでは、透明又は半透明の素材で作られている)の天頂に形成された回転支柱11により回転支持される。なお、カバー9は4つの取り付けスクリュー12によりハウジング7に固定されている。
チューブ6はU字に曲げて、その曲げたU字部分をハウジング7の内部で周壁8を外周とする部分に収納する。回転子4が回転することによりローラ5がチューブ6を周壁8に押し付け、回転子4の回転方向にローラ5はチューブ6をしごき、チューブ6内を満たす流体を推進移動させる。
ローラ5が回転子4に形成された溝41に2つ設けられている場合には、周壁8は回転子4の回転角として360度/2=180度より少し大きい円周を形成している(図1はこの場合である)。また、ローラ5が3つ設けられている場合には、周壁8は360度/3=120度より少し大きい円周を形成している。
実用的には、ローラ5が4つ設けられていて、周壁8は360度/4=90度より少し大きい円周を形成している。このような周壁8の円周により、ローラ5はチューブ6内の流体の逆流を生じることなく、封止効果を維持しつつ流体をしごき動作の方向に推進移動することができる。
このようなチューブロータリポンプ1と同様のポンプは、例えば、特開2003−113782号公報(特許文献1「ローラーポンプ」)、特開2003−254260号公報(特許文献2「ローラ式チュービングポンプ」)、特開2004−156489号公報(特許文献3「チューブポンプ」)に示されている。
図2Aと図2Bは、チューブロータリポンプ1の要部を示す。図2Aではローラ5が2つの場合であり、図2Bはローラ5が3つの場合である。何れのロータリポンプであってもローラ5がチューブ6を周壁8に押し付けている状況を示している。
ローラ5と周壁8との間隙はチューブ6を完全に閉塞させる間隙、即ち、チューブ6の肉厚の2倍かそれより少し小さい間隙である。これはチューブ6の封止効果を得るためである。
図3Aと図3Bはチューブロータリポンプ1において、ローラ5がチューブ6をしごいている時の要部断面を示す図である。ここで図3Cは回転子の回転位置を特定した切断面A−Aにおける断面を特定する。
図3Cは、ローラ5が2個の場合のチューブロータリポンプ1であり、図3Aあるいは図3Bに示す回転子4の位置は、回転子4の回転動作にしたがって変化し、2個のローラ5が水平に位置している場合あるいは、垂直に位置して場合に対応している。
図3Aではローラ5がチューブ6をしごいて周壁8に押し付けている状況を示しており、このとき図3Cでは、2個のローラ5が水平に位置している場合に対応している。
図3Bは、ローラ5は回転子4にしたがって回転しその位置が変り、チューブ6は周壁8に押し付けられていない状態を示しており、このとき図3Cでは、2個のローラ5が垂直に位置している場合に対応している。
この場合には、チューブ6は復元してもとの円形の断面に形状に戻っている。また、チューブ6は溝41内に保持されているため回転子4からはみ出すことはない。
ローラ5が回転子4に2つ具備されている場合は、回転子4の1回転につきチューブは2度しごかれることとなり、ローラ5が回転子4に3つあるいは4つ具備されている場合は、回転子4の1回転につきチューブは3度あるいは4度しごかれることとなる。
チューブロータリポンプ1はこのようにローラ5によりチューブ6を押しつぶすことにより変形をさせてチューブ6を閉塞し、その閉塞位置を回転子4の回転方向に移動させる。これによって、チューブ6内の流体を推進移動させるものである。
よって、このチューブロータリポンプ1を長時間連続運転すると、チューブ6はローラ5による変形疲労を生じ弾性復元力がなくなり、チューブ6の断面は図4に示すようにローラ5による押し付け方向に偏平する形状となる。
これは、ポンプ速度が(チューブ断面積)×(ローラ間円周距離)×(単位時間当りのしごき回数)で与えられるため、チューブ断面の形状が連続使用前の円形から長時間連続使用により図4のように断面が経時的に偏平形状に変形すると、ポンプ速度が低下することとなる。偏平円の断面積は元の円形断面の断面積より小さいからである。
また、チューブ6は、チューブ6の閉塞線61(チューブ6においてローラ5により押しつぶされたチューブ断面の両端が作る長手方向に沿った線)が、変形により最も疲労し、この閉塞線に沿ってチューブ6は裂けやすくなる。
チューブ6が裂ければ、もはやポンプとして機能しなくなる。何れの場合であってもチューブロータリポンプ1は長期間の運転においてポンプ速度が漸次低下するという問題を生じる。
チューブロータリポンプ1は、輸送されるべき液体や気体に輸送のための推進機構が直接触れることがないことにより、輸送されるべき液体や気体がポンプの推進機構により汚染されないという特徴がある。
しかし、ポンプ速度が経時的に低下することは、一定量の輸液が必要な医療用の輸液ポンプや液量の計量精度が要求される絵具の調色に用いる目的にはこのような従来のチューブロータリポンプ1では短時間しか使用ができないことを意味する。
そこで、本発明はチューブの経時的偏平変形を緩慢にし、長時間連続運転をさせてもポンプ速度の低下の少ないチューブロータリポンプを提供することを目的とする。これにより、安全な医療用輸液ポンプの使用や高品質の絵具の量産が容易となる。
具体的には、チューブ6の閉塞線61の位置がそれぞれのローラ5ごとに変化するようにする。そうすることにより、チューブの経時的な偏平変形が緩慢になる。本発明では、このような変化を回転子4がチューブ6の案内機構を具備するとともに省力化を実現している。
本発明のチューブロータリポンプは、ローラがチューブをしごく動作をすることで、チューブ内の流体を推進移動させる。その構造上としては、ハウジング内で回転軸線を中心に回転する回転子と、回転子の回転軸線と回転軸が一致するモータと、モータの回転を回転子に伝達するシャフトとにより構成されており、回転子の周囲に形成した溝の中で回転自在な2以上のローラを配置している。
そして回転子の周囲に形成した溝の中で回転自在な2以上のローラを、回転子の回転軸線方向上に対して、それぞれ異なる位置に配置することで上記課題の解決手段とした。即ち、回転子の溝に拘束されたチューブに回転子の回転動作が捻り回転を与え、ローラごとにチューブ上の偏平変形位置を変えるものである。
具体的には、当該2以上のローラは当該回転子の周囲の円筒内において当該回転軸線方向上に対して異なった位置に取り付けられて、当該ローラを繋ぐ当該チューブの案内する案内手段を当該回転子の周囲の円筒面に形成した。
より具体的には、前記案内手段を回転子の回転周囲面に形成した溝とする。または、溝の内部側面から突出して形成したフィンを案内手段とする。あるいは、溝の表面に形成した複数の凸部を案内手段とすることもできる。
更に、上記課題の他の解決手段として、前記案内手段を持つ回転子を複数備えた態様がある。このとき複数の回転子の回転軸は一致しており、複数の回転子の内隣り合う回転子を当該隣り合う面に対して前記ローラの位置がミラー対象となるように配置する。また、回転子の回転面にチューブ差入口を形成する。
本発明によれば、ポンプ動作中のチューブの捻り回転により偏平変形位置を変えることにより、長時間連続運転をさせてもポンプ速度の低下の少ないチューブロータリポンプを構成することができる。
また、回転子の回転周囲の円筒面に、チューブの案内手段としての溝を形成することにより、この溝がチューブの案内機能を発揮し、チューブが回転子の外に出ること(以下、「チューブ外れ」という。)を防ぐ。
また、回転子の回転周囲の円筒面に、チューブの案内手段として、溝の表面に凸部を、あるいは、溝の内部側面から突出して形成されたフィンを、形成することにより、この凸部またはフィンが案内機能を発揮し、チューブ外れを防ぐことに加え、チューブに対する回転子の摩擦負荷を小さくできる。その結果、同じポンプ速度を得る場合でも、モータ負荷が小さく省電力化を図ることができる。
また、複数の回転子の内隣り合う回転子を当該隣り合う面に対して前記ローラの位置がミラー対象となるようにして、回転軸を一致させて配置することにより、ポンプ動作中に複数の回転子にセットされた各チューブが各回転子に加える捻り荷重を、各回転子の間で互いに相殺することができる。その為、駆動源のモータのシャフトにかかる軸方向の負荷を低減できる。
また、回転子にチューブの外径よりも少し大きな切り欠き状のチューブ差入れ口を設けることにより、チューブを回転子に装着しやすくなる。
図5は本発明にかかる第1の実施例に対するチューブロータリポンプ101の全体の構成を示す。従来の発明と本質的に同一のものは同一の番号をつけて示している。即ち、モータ2とシャフト3、並びにチューブ6と、ドーム10、回転支柱11及びスクリュー12は本質的に従来の発明と同一である。
回転子401はローラ501を2個(図5では2個の場合を示す)ないし4個をその溝411に有する。溝411はチューブ6を各ローラ501に案内する機能を有する。ハウジング701には回転子401の外形より少しその内径の大きい周壁801が設けられている。ローラ501はカバー901によりハウジング701に内包される。
回転子401はカバー901に具備されているドーム10(ここでは、透明又は半透明の素材で作られている)の天頂に形成された回転支柱11により回転支持される。なお、カバー901は4つの取り付けスクリュー12によりハウジング701に固定されている。
2つのローラ501は回転子401の回転軸線即ちシャフト3の延長線上において異なった投影位置に取り付けられて(言い換えれば、回転軸線方向上に対して異なった位置に取り付けられて)、溝411は回転子401の回転面に形成されていて、当該溝411は当該2つのローラ501を繋いでいる。当該溝411はチューブ6の案内溝として働く。
チューブ6は周壁801を外周としてハウジング701の内部に留まる。回転子401が回転することにより、ローラ501がチューブ6を周壁801に押し付け、回転子401の回転方向にチューブ6をしごき、チューブ6内を満たす流体を推進移動させる。
ローラ501が回転子401に形成された溝411に2つ設けられている場合には、溝411は回転子401の回転面に対して傾斜角を持って形成されている。即ち、回転子401の回転面において溝411は蛇行して形成されている。
また、溝411の幅は、チューブ6の直径より少し大きく、チューブ6は回転子401の回転にしたがって回転子401の軸方向に溝411にしたがって動く。そのため回転子401が回転することにより、チューブ6はローラ501から見て溝411を案内溝として捻り回転することとなる。
溝411の位置が最もカバー901に近いところに2つのローラ501の一方が自由回転できる態様で回転子401に取り付けられ、溝411の位置が最もカバー901に遠いところに他方のローラ501が自由回転できる態様で回転子401に取り付けられている。
チューブ6は溝411の中に収納されているため、2つのローラ401により前記の捻り回転により生じたチューブ6上の異なる回転面でしごかれることとなる。
図6A、図6B、図6Cは第1の実施例のチューブロータリポンプ101において、ローラ501がチューブ6をしごいている時の要部断面を示す図である。ここで図6Dは回転子の回転位置を特定した切断面A−Aにおける断面を特定する。
図6Aではローラ501がチューブ6を周壁801に押し付けてしごいている状況を示している。回転子401の回転面に対して傾斜角を持って形成された溝411内に具備されているため、上下の2つのローラ501は、上部側のローラ501は回転支柱11側に位置し、下部側のローラ501はモータ2のシャフト3側に位置する。
このような溝411の構造は、ローラ501でチューブの一端を固定し、他端を回転子401の周囲の円筒表面に形成した溝411にそって、この傾斜角をもって方向を強制的に決めるため、チューブに捻りによる回転が生じる。
図6Bは回転子401が図6Aより90度回転した状態を示している。この場合、ローラ501は回転子401の回転にしたがってその位置が変りチューブ6は周壁801に押し付けられていない状態を示す。チューブ6は溝411の中に納まっている。また、チューブ6は復元してもとの円形の断面に形状に戻っている。
図6Cは、回転子401が図6Bより更に90度回転した状態を示している。この場合、ローラ501は回転子401の回転にしたがってその位置が変り再びローラ501がチューブ6を周壁801に押し付けてしごいている状況を示している。
図6Aでは、図面における上部側のローラ501は回転支柱11側に位置し、下部側のローラ501はモータ2のシャフト3側に位置する。それにしたがって、チューブ6の位置が、上部側では回転支柱11側に位置し、下部側ではモータ2のシャフト3側に位置する。
一方、図6Cでは、回転子401が合計180度回転したため、図6Aにあった上部側と下部側のローラ501はそれぞれ下部側と上部側に位置することとなり、チューブ6の位置が、上部側のローラ501はモータ2のシャフト3側に位置し、下部側のローラ501は回転支柱11側に位置することとなる。
回転子401が回転するとローラ501はチューブ6を押しつぶすことにより変形をさせてチューブ6を閉塞し、その閉塞位置を回転子401の回転方向に移動させる。これによって、チューブ6内の流体を推進移動させる。
ローラ501が図6Aと6Cにある場合ではチューブ6を変形させる位置が異なる。即ち、回転子401が回転し、図面において上部側のローラ501の手前方向に図面において下部側のローラ501が後方に回転し、手前方向に周壁801が存在する場合を考えると、図6Aでは、上部側のローラ501が回転することにより、チューブ6を変形させ内部の流体を推進移動させる。
回転子401が180度にわたって回転した後は、他方のローラ501が図6Cの図面において上部に来る。このとき、溝411は案内溝としてチューブ6を捻り回転していることなる。したがって、他方のローラ501はチューブの他の部分を押しつぶし変形をさせて閉塞し、その閉塞位置を回転子401が次の180度にわたって回転方向に移動させる。
これによって、チューブ6内の流体を推進移動させる。回転子401の前者の180度の回転と、後者の180度の回転では、チューブ6は溝411の中に収納されているため、2つの回転子401によりチューブ6の異なる回転面でしごかれることとなる。即ち、チューブ6の閉塞線601aと601bがチューブ6の断面上では異なる位置となる。その位置の変化は、チューブの蛇行の幅できまる。
そこで、これら閉塞線601aと601bの離間距離は溝411の回転子401の円周上の蛇行の変化の幅により設定する。こうすることにより、図7に示すようにチューブ6の変形疲労は閉塞線601aと閉塞線601bの2つになり、チューブ6の疲労は半減することとなる。
そうすると、変形疲労によるチューブ6の断面が偏平形状に変形する変化は緩慢となり、元の円形が長時間維持されやすく、その結果、長時間の運転をさせてもポンプ速度の低下が少ない。従って、本発明の第1実施例では、安全な医療用輸液ポンプや高品質の絵具の量産が容易となる。
図8Aと図8Bは本発明の第1実施例の要部である回転子401とローラ501を示している。図8Aは要部の斜視外観を示し、図8Bは回転子401の周辺の方向から見た外観を示している。溝411はチューブ6の案内手段となっている。
図9Aと図9Bは本発明の第2の実施例の要部を示している。第2の実施例は第1の実施例とは、回転子401に代えて回転子402により、ローラ501に代えてチューブ6をしごくためのローラ502とチューブ6が横ズレしないためのローラ503により構成され、更に溝411に代えて、チューブ6の直径より大きい幅の溝412の側壁に形成されたガイドフィン413の輪郭がチューブ6の案内機能を果たすガイド空間414を構成している。
ガイド空間414はチューブ6に対して、各ローラ503にチューブ6を導く案内機能を発揮する。この点において溝411と同機能を有する。溝411を、ガイドフィン413を利用したガイド空間414に代えることにより、チューブ6に対する回転子401の摩擦負荷(第1の実施例)を、それに対する回転子402の摩擦負荷(第2の実施例)にすることができる。
後者の摩擦負荷は、チューブ6に対するガイドフィン413の接触面積が溝411の接触面積より小さいため、前者の摩擦負荷より小さい。このことにより、同じポンプ速度を得る場合でも、第2の実施例では第1の実施例より、モータ負荷が小さく省電力化を図ることができる。
図10Aと図10Bはローラ501を用いる第1の実施例とローラ501とローラ502と503を用いる第2の実施例においてローラセットの個数を3つとした場合の要部展開図を示す。
即ち、これら図面は回転子401と回転子402が一回転した場合の回転表面をその回転にしたがって展開したものであって、ローラ501とローラ502と503のセットが3つ具備されている状態において、溝411とローラ401、ガイドフィン413とガイド空間414とローラ502と503のセット及びローラ501とローラ502の相対関係を明確にしている。
図11は本発明の第4の実施例の要部を示している。第4の実施例は第1の実施例の回転子401を同一の回転軸に2つ重ね合わせるかたちで組み合わせて1つの回転子ユニット403とした。当然に回転子ユニット403には、チューブをセットする溝411が2つある。
したがって、チューブを2本セットした状態で使用するとき、2本のチューブが各々同時にローラ501によってしごかれることにより、効率良く送液することができる。
また、2つの回転子401は、隣り合う面に対してローラ501の位置がミラー対象となるようにして、回転軸を一致させて配置している。これにより、ポンプ動作中に2つの回転子401にセットされる各チューブが各回転子401に加える荷重の向きは、2つの回転子の間で互いに相殺する方向に生じる。その為、駆動源のモータシャフトにかかる軸方向の負荷を低減できる。
尚、回転子ユニット403を構成する回転子401の個数は、複数であれば2つでなくともよい。また、偶数個でも奇数個でもよい。複数ある各回転子401の回転軸を一致させ、且つ、隣り合う面に対してローラ501の位置がミラー対象となるようにした場合には、同数の回転子をローラ501の位置の対称性を考慮しないで配置した場合よりも、駆動源のモータのシャフトにかかる軸方向の負荷を低減できる。
図12は本発明の第5の実施例の要部である回転子404と凸部415を示している。第5の実施例の回転子404は第1の実施例の回転子401に対して、溝部411に複数の凸部415が形成されている。ローラ51は、実施例1のローラ501と基本的には同一形状である。
回転子404の溝部411にチューブをセットした場合、チューブは凸部415で接触する。 溝部411に凸部415が無い場合と比較して接触面積が小さいため、摩擦負荷も小さくなる。このことにより、同じポンプ速度を得る場合でも、第5の実施例では第1の実施例より、モータ負荷が小さく省電力化を図ることができる。
図13は本発明の第6の実施例を示している。第6の実施例では第1の実施例の回転子401の回転面にチューブ差入れ口420を形成した。回転子401に、チューブ6の外径よりも少し大きな切り欠き状のチューブ差入れ口420を設けることにより、チューブ6を回転子401に装着しやすくなる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1、101 チューブロータリポンプ
2 モータ
3 シャフト
4、401、402、404 回転子
5、51、501、502、503 ローラ
6 チューブ
7、701 ハウジング
8、801 周壁
9、901 カバー
10 ドーム
11 回転支柱
12 スクリュー
41、411、412 溝
61、601a、601b 閉塞線
403 回転子ユニット
413 ガイドフィン
414 ガイド空間
415 凸部
420 チューブ差入れ口
2 モータ
3 シャフト
4、401、402、404 回転子
5、51、501、502、503 ローラ
6 チューブ
7、701 ハウジング
8、801 周壁
9、901 カバー
10 ドーム
11 回転支柱
12 スクリュー
41、411、412 溝
61、601a、601b 閉塞線
403 回転子ユニット
413 ガイドフィン
414 ガイド空間
415 凸部
420 チューブ差入れ口
Claims (6)
- ハウジングと、
当該ハウジング内の回転軸線を中心に回転する回転子と、
当該回転軸線に沿って回転軸が一致するモータと、
当該モータの回転を当該回転子に伝達するシャフトと、
により構成されてなり、
当該回転子は当該シャフトに係合した当該回転子の周囲に形成された溝と、当該溝の中で回転自在にとりつけられた2つ以上のローラとにより構成されてなり、当該ハウジングと当該ローラの間にチューブを位置させ、当該回転子を当該モータにより回転駆動することにより、当該チューブを当該ローラがしごき当該チューブ内の流体を推進移動させるチューブロータリポンプにおいて、
当該2以上のローラは当該回転子の周囲の円筒内において当該回転軸線方向上に対して異なった位置に取り付けられて、当該ローラを繋ぐ当該チューブを案内する案内手段が当該回転子の周囲の円筒面に形成されていることを特徴とするチューブロータリポンプ。
- 前記案内手段が前記回転子の周囲の円筒面に形成された前記溝であることを特徴とする
請求項1に記載するチューブロータリポンプ。
- 前記案内手段が前記回転子の回転周囲面に形成された前記溝の内部側面から突出して形成されたフィンであることを特徴とする
請求項1に記載するチューブロータリポンプ。
- 前記案内手段は、前記溝の表面に形成した複数の凸部であることを特徴する
請求項1に記載するチューブロータリポンプ。
- 前記チューブロータリポンプは、前記回転軸と一致する複数の回転子を有し、
当該複数の回転子の内隣り合う回転子は当該隣り合う面に対して前記ローラの位置がミラー対象となることを特徴とする
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載するチューブロータリポンプ。
- 前記回転子の回転面にチューブ差入口が形成されていることを特徴とする
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載するチューブロータリポンプ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010066979 | 2010-03-23 | ||
JP2010066979 | 2010-03-23 | ||
PCT/JP2011/055400 WO2011118382A1 (ja) | 2010-03-23 | 2011-03-08 | チューブロータリポンプ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012506917A Withdrawn JPWO2011118382A1 (ja) | 2010-03-23 | 2011-03-08 | チューブロータリポンプ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2011118382A1 (ja) |
WO (1) | WO2011118382A1 (ja) |
Cited By (1)
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