JPH0544656A

JPH0544656A - チユービングポンプ

Info

Publication number: JPH0544656A
Application number: JP3200396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takeuchi; 洋竹内; Kiyohito Shiyokumatsu; 研人飾万津
Original assignee: Tabai Espec Co Ltd
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】吐出流体の脈動が抑制され、流体吐出量の制
御性が良好なチュービングポンプを提供する。【構成】ロータ部材２上のチューブ押圧ローラ３と該
ロータ部材の回転に伴う押圧ローラ３の円運動軌道に臨
むチューブ押さえ部材４のチューブガイド面４０との間
に弾性チューブ６を装着し、押圧ローラ３の円運動によ
りチューブ６をしごいて流体搬送を行うチュービングポ
ンプにおいて、複数の押圧ローラ３を共通の仮想円に内
接して円運動するように配設し、前記ガイド面を、該面
と該仮想円の間隙が、予め定めた流体閉じ込め送り域Ｘ
では押圧ローラ３とガイド面４０の間でチューブ６を閉
塞できる一定間隙となるように形成するとともに、該閉
じ込め送り域に連続する流体解放域Ｙでは流体累積吐出
量がロータ部材２の回転角度に略比例するように漸次拡
開形成したチュービングポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ、特に回転駆動
されるロータ部材に支持されたチューブ押圧部材と該ロ
ータ部材の回転に伴う前記押圧部材の円運動軌道に臨む
チューブ押さえ部材のチューブガイド面との間に弾性チ
ューブを装着し、前記押圧部材の円運動により前記弾性
チューブをしごいて流体搬送を行うチュービングポンプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】チュービングポンプはペリスタポンプ等
で知られており、被搬送流体がチューブに閉じ込められ
たまま搬送されることから被搬送流体の汚染が少なく、
被搬送流体の汚染が嫌われる分野等において利用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チュー
ビングポンプはその構造上、吐出流体に脈動が生じる。
すなわち、チュービングポンプでは、チューブをロータ
部材の回転と共に該部材の回転中心周りに円運動するチ
ューブ押圧部材でしごいて流体搬送を行うので、押圧部
材がチューブを圧縮又は解放するときに、チューブの押
圧部材と接触している部分でチューブ容積が変化する。
例えば、チューブを解放する側では圧縮から解放とな
り、押圧部材が回転している間は、このサイクルが繰り
返され、このサイクルが吐出量の増減を引き起こし、脈
流乃至脈動が発生する。

【０００４】前述のとおり、流体汚染が抑制されること
から、このチュービングポンプを生物細胞等の培養を行
うフラスコ、シャーレ、マイクロプレート等の培基の多
数に液体培地を分注したり、各種検査において多数の試
験管等へ検査用液を分注したりする分注作業に利用する
ことが考えられるが、吐出流体に脈動が生じ、そのため
流体吐出量を正確に制御し難いことから、注液量の正確
さが要求されるかかる分注作業には利用し難い。

【０００５】そこで本発明は、吐出流体の脈動が抑制さ
れ、流体吐出量の制御性が良好なチュービングポンプを
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため、研究を重ね、チューブの解放側でチューブ
を急激に解放すればするほど脈動が大きくなり、チュー
ブを徐々に解放すれば脈動が小さくなることを見出し、
本発明を完成した。すなわち本発明は、回転駆動される
ロータ部材に支持された複数のチューブ押圧部材と該ロ
ータ部材の回転に伴う前記押圧部材の円運動軌道に臨む
チューブ押さえ部材のチューブガイド面との間に弾性チ
ューブを装着し、前記押圧部材の円運動により前記弾性
チューブをしごいて流体搬送を行うチュービングポンプ
において、前記複数のチューブ押圧部材を共通の仮想円
に内接して円運動するように配設し、前記チューブガイ
ド面を、該面と前記円の間隙が、予め定めた流体閉じ込
め送り域では前記押圧部材とガイド面の間でチューブを
閉塞できる一定間隙となるように形成するとともに、該
閉じ込め送り域に連続する流体解放域では流体累積吐出
量が前記ロータ部材回転角度に略比例するように漸次拡
開形成したことを特徴とするチュービングポンプを提供
するものである。

【０００７】

【作用】本発明ポンプによると、ロータ部材上のチュー
ブ押圧部材とチューブ押さえ部材のチューブガイド面の
間に装着されたチューブのうち、流体閉じ込め送り域に
ある部分は、チューブ押圧部材にて局部的に圧縮、閉塞
され、且つ、該局部的閉塞位置が押圧部材の円運動に伴
って流体解放側へ移動することで、隣り合う押圧部材に
よる隣り合う閉塞位置間に閉じ込められた流体が流体解
放側へ搬送される。

【０００８】流体解放域へ送られてきた流体は、押圧部
材がさらに該解放域入口から出口へ向け円運動を続け
て、該押圧部材とチューブガイド面の間隙が漸次拡開す
るので、チューブは圧縮状態からチューブ内容積を急激
に増加させることなく徐々に解放され、それによって流
体が脈動を抑制された状態で吐出される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１〜図５はいずれも１実施例を示すもので、図
１はカバーの一部を切り欠いて示す正面図、図２は図１
において左方から見た側面図、図３は図１の実施例の一
部の平面図、図４はチューブ押さえ部材昇降機構の一部
の斜視図、図５はチューブ押さえ部材の正規位置及び後
退位置におけるロック機構を説明する図、図６はチュー
ブ保持装置の平面図である。

【００１０】このチュービングポンプＰＭは、ポンプフ
レーム１０に回転自在に支持された円板形のロータ部材
２、ロータ部材２の周辺部に中心角度９０°間隔で回転
自在に支持された４個の押圧ローラ３、押圧ローラ外側
に配置されたチューブ押さえ部材４及び該部材４のチュ
ーブガイド面４０と押圧ローラ３の間に装着されたチュ
ーブ６を含んでいる。

【００１１】ロータ部材２はフレーム１０の縦方向平坦
面１０１に設け円形凹所１０２に嵌められ、該凹所底面
に垂直な軸２１にて回転可能に支持され、回転角度制御
可能なステッピングモータ２２にて回転駆動される。４
個の押圧ローラ３はそれぞれ外径同一であり、その回転
中心Ｂはいずれもロータ部材２の回転中心Ａから等距離
にある。

【００１２】チューブ６は弾性変形可能の弾力性のある
シリコンチューブである。チューブ押さえ部材４のチュ
ーブガイド面４０は、ロータ部材２の回転中心Ａ周りの
中心角度にして１８０°にわたって上方からチューブ押
圧部材３の円運動軌道に臨んでいる。ガイド面４０の流
体搬送開始端４０１には、この部分に対する接面方向に
チューブ支持面４０１ａが連設され、面４０の流体吐出
側の端４０２には、この部分に対する接面方向にチュー
ブ支持面４０２ａが連設されている。

【００１３】押さえ部材４において、これらガイド面４
０及びチューブ支持面４０１ａ、４０２ａに仕切られた
空間の下端は解放されている。押さえ部材４の背面４１
（図２参照）は平坦に形成されており、フレーム１０の
ロータ部材取着面１０１に当接している。但し、押さえ
部材４の背面４１には、図３に示すように、一対の突出
部４１１、４１１を設けてあり、各突出部は、フレーム
１０の部材４に接する壁１１０に設けた縦方向の長孔１
１１に摺動昇降可能に嵌まっている。各突出部４１１の
壁１１０から背後へ突き出た部分にブロック４１２がネ
ジ止めされ、ブロック４１２は壁１１０の背面１１２に
摺接可能となっている。これによって、部材４が昇降ガ
イドされる。部材４は、その下端がフレーム下部のチュ
ーブ保持装置９に当接した正規の流体搬送位置Ｐ１と、
この位置より上昇してチューブ６の着脱を可能とする後
退位置Ｐ２の間を昇降できる。この昇降機構についての
詳細はこのあとの説明で明らかにする。

【００１４】図３に示すように、押さえ部材４の上端に
は一対の切り欠き凹所４２、４２が形成され、この各凹
所にフレーム平坦面１０１から突出した支持部材１０３
と、これにピン１０４にて回動可能に連結されたカバー
支持部材４３が挿入されている。各カバー支持部材４３
は、押さえ部材４が正規位置Ｐ１にあるとき、その下面
４３１（図４参照）が押さえ部材凹所４２の底面４２１
に当接して部材４を位置Ｐ１に固定する。

【００１５】カバー支持部材４３、４３には透明又は透
明に近い材質のカバー４４がネジ４５にて取り付けら
れ、このカバーは押さえ部材４が正規位置Ｐ１にあると
き、その前面に接してポンプ正面を覆う。各カバー支持
部材４３には、図４に示すように、下面４３１から上方
へスリット４３２が形成してあり、ここにリンク４６が
遊嵌されている。リンク４６は長孔４６１を有し、この
長孔に通したピン４７を介して部材４３に吊り下げられ
ている。

【００１６】リンク４６の下端部は、押さえ部材４の凹
所４２の底面４２１からさらに下方へ形成したスリット
４２２に遊嵌しており、そこで部材４に設けられたピン
４８がリンク長孔４６１に遊嵌されている。従って、押
さえ部材４が正規位置Ｐ１におかれ、カバー４４が閉じ
られている状態では、押さえ部材４は、各カバー支持部
材４３の下面４３１とフレーム下部のチューブ保持装置
９との間で挾着固定される。また、この状態からカバー
４４を前方且つ上方へ回動させると、図４に示すよう
に、カバー支持部材４３も上方へ回動し、これによって
リンク４６が上方へ引き上げられ、その長孔下端が押さ
え部材４のピン４８に係合してこれを引き上げること
で、押さえ部材４がチューブ脱着可能な上昇後退位置Ｐ
２まで持ち上げられる。

【００１７】カバーを閉めると、部材４はカバー支持部
材４３１に押されて、正規位置Ｐ１に固定される。な
お、図１及び図２中、４９はカバー４４を開けるため
の、部材４に設けた指挿入凹所である。このポンプは、
また、チューブ押さえ部材４を正規位置Ｐ１又は後退位
置Ｐ２に配置したとき、該部材をその位置にロックする
機構４００を備えている。

【００１８】このロック機構４００は、図３及び図５に
示すように、チューブ押さえ部材４の背面突出部４１１
にネジ止めされたブロック４１２に装着したボールプラ
ンジャ４０１と、フレーム壁１１０の背面１１２の上下
２本の横溝４０２、４０３（図５参照）を含む。ボール
プランジャ４０１は常時バネにて壁１１０の方へ押圧さ
れるボールを含む。前記上側の溝４０２は押さえ部材４
の上昇後退位置Ｐ２に対応させて設けてあり、下側の溝
４０３は、該部材４の正規位置Ｐ１に対応させて設けて
ある。チューブ押さえ部材４が正規位置Ｐ１に配置され
ると、ボールプランジャ４０１のボールが下溝４０３に
嵌合して、部材４をその位置にロックする。部材４が上
昇後退位置Ｐ２に配置されると、プランジャ４０１のボ
ールが上溝４０２に嵌合して、部材４をその位置にロッ
クする。位置Ｐ１、Ｐ２間の移動時には、プランジャの
ボールは、バネ力に抗して壁背面１１２にて後退せしめ
られる。

【００１９】フレーム下端部のチューブ保持装置９は、
押さえ部材４のチューブ支持面４０１ａ、４０２ａ（図
１参照）に沿って下方へ延びるチューブ６を所定位置に
保持するものである。このチューブ保持装置９は、図６
に詳細を示すように、フレーム１０に固定ブロック９６
を介して取り付けられたチューブ受け用の固定ブロック
９１、このブロックにヒンジ連結された一対のストッパ
（チューブ押さえ部）９２、及び該ストッパのためのワ
ンタッチロック・アンロック機構９３を含んでいる。

【００２０】ブロック９１は押さえ部材４のチューブ支
持面４０１ａ、４０２ａから下方へ延びるチューブ６を
半分嵌め込む断面半円形の縦方向溝９１１を一対備えて
いる。ストッパ９２は各溝９１１に対応して設けてあ
り、溝９１１に対向し得る断面半円形の溝９２１を有す
る。チューブ６はこれを溝９１１と９２１に嵌めるよう
にしてストッパ９２を閉じることで定位置に保持され
る。

【００２１】各ストッパ９２はその内面に突出ピン９２
２を有し、このピンは、ストッパ９２を閉じるとき、ブ
ロック９１に設けたピン孔９１２を貫通し、ブロック９
６の孔９６１まで達する。各ピン９２２の先端には後で
詳述する機構９３のバネ９３１の端が係合する切り欠き
９２２ａを設けてある。ブロック９６と９１の間には中
央部を山高状に形成した板バネ９３１が配置してある。
バネ９３１の山高中央部はブロック９６の中央孔９６２
に臨んでおり、他の部分は若干の横方向動が可能にブロ
ック９６と９１の間に挟まれている。板バネ９３１は、
その左右端部それぞれに左右方向に延びる図示しない長
孔を有し、この長孔がブロック９１から前面へ延びるス
プリングプランジャー９４の後端部に係合している。ス
トッパ９２を閉じることで、ブロック９６の孔９６１へ
ピン９２２が突入すると、バネ９３１の端が該ピン先端
の切り欠き９２２ａに自動的に係合し、ピン９２２の抜
け止めをする。かくしてストッパ９２は閉位置にワンタ
ッチロックされる。前記各スプリングプランジャー９
４は、閉位置におかれたストッパに対し常時、開方向の
力を付与する。

【００２２】ブロック９１の中央部には、前面側からバ
ネ操作用の押しボタン９５が貫通しており、このボタン
９５をブロック前面側から押して、バネ中央部を押圧す
ると、バネ９３１の左右両端が中央へ寄るように変位す
る。この変位によってバネ両端がストッパ９２のピン９
２２の切り欠き９２２ａから外れ、ストッパ９２を開く
ことができるようになる。

【００２３】バネ９３１がピン９２２から外れると、ス
トッパ９２はプランジャー９４に押され、自動的に開
き、かくして、チューブの脱着が可能となる。次に押さ
え部材４のチューブガイド面４０について説明する。ガ
イド面４０と押圧ローラ３との間隙のうち、ガイド面４
０の流体搬送開始端４０１からロータ部材回転中心Ａ周
りに９０°まわった位置Ｑまでが流体閉じ込め送り域Ｘ
であり、位置Ｑからさらに９０°まわったガイド面４０
の端４０２までが流体解放域Ｙである。

【００２４】この送り域Ｘでは、ロータ部材上のローラ
３が内接する共通の仮想円Ｃとガイド面４０との間隙距
離Ｄｓは一定であり、それは、ローラ３とガイド面４０
との間でチューブ６を圧縮閉塞できるように設定されて
いる。しかし、解放域Ｙでは、前記仮想円Ｃとガイド面
４０との間隙距離は、流体累積吐出量がロータ部材２の
回転角度に略比例するように徐々に拡大している。

【００２５】さらに詳述すると、この間隙は、解放域Ｙ
のガイド面４０を次のように設けることで決定してあ
る。先ず、基礎データをとるためのチューブ押さえ部材
を製作した。このとき、チューブガイド面は次のように
決定した。すなわち、図７に示すように、前記仮想円Ｃ
の半径ｒに送り域Ｘでの一定間隙距離Ｄｓを加えた半径
（ｒ＋Ｄｓ）の円Ｃｓを考える。次に送り域Ｘと解放域
Ｙの境目にある円Ｃｓ上の点Ｅを出発点として、解放域
Ｙ側へ中心角９０°進んだ円Ｃｓ上の位置をＧ１とす
る。

【００２６】円Ｃｓの中心Ａ（ロータ部材２の回転中心
Ａに相当）と点Ｇ１とを結ぶ円Ｃｓの半径延長上に、点
Ｇ１から距離Ｌだけ隔たった位置Ｇを求める。このＬは
チューブ６の内径に等しくする。すなわち、ＧとＧ１の
間でチューブが完全に解放される設定とする。次に点Ｅ
と点Ｇを結ぶ線分の垂直二等分線が円Ｃｓの点Ｅ及び中
心Ａを通る直径線と交わる点をＤとする。この点Ｄを中
心に点Ｅにおいて円Ｃｓに外接し、点Ｅから始まって点
Ｇに至る円弧Ｆを描く。

【００２７】次に、円弧Ｆを点Ａを中心として中心角α
（例えば５°）で等分割していく。点Ｅから円弧Ｆの終
点Ｇ、換言すれば、ガイド面４０の端４０２に相当する
位置へ向かって角度αずつ移動したときに、円Ｃｓと円
弧Ｆとの間隙の漸次増大によってもたらされる吐出量の
累積値を順次計測する。図８に示すように、横軸に角度
を、縦軸に累積吐出量をとり、累積吐出量曲線Ｌ１を描
く。

【００２８】一方、図８のグラフの縦軸に、円Ｃｓと円
弧Ｆとの間隙距離をとり、点Ｅから角度αずつ進行した
ときの各位置での間隙距離を算出して求め、同グラフ上
に曲線Ｌ２として表す。さらに、ラインＬ１の始点と終
点Ｈを直線Ｌ３で結ぶ。この直線Ｌ３は、ロータ部材２
の回転角度に比例して増加する脈動を伴わない理想的な
累積吐出量を意味している。

【００２９】さらに、前記グラフ上で予め定めた角度β
（例えば１０°）進むごとに、ラインＬ３でその角度で
の理想吐出量ａを求め、この値ａに対応するラインＬ１
上の点ｂを求め、この点ｂに対応するラインＬ２上の点
ｃを求め、この点ｃに対応する間隙距離（図中、点ｄで
の間隙距離）をその角度位置での間隙距離Ｄｘと決定す
る。

【００３０】このようにして円Ｃｓ上の点Ｅから角度β
ずつ進むごとの円Ｃｓと円弧Ｆとの間隙距離Ｄｘを次々
と決定する。図８上、ラインＬ４は求めたＤｘを連ねた
ラインである。このように図８の曲線Ｌ４から、ロータ
部材２の回転に伴う押圧ローラ３の任意の回転角度とそ
のときの理想間隙Ｄｘの関係が求められる。

【００３１】次に図９に示すように、ローラ３の中心Ｂ
（図１参照）の移動円弧ラインＣ_B上で中心角度０〜９
０°の範囲にわたり、中心角０°の位置から任意の角度
θｘ進んだ位置で、半径ｒｘの円を描く。この半径ｒｘ
は図８上の横軸で角度θｘ進んだ位置においてラインＬ
４から求めた理想間隙Ｄｘと、前述の一定間隙Ｄｓと、
ローラ３の半径ｒ１の和（Ｄｘ＋Ｄｓ＋ｒ１）である。
このようにして、０〜９０°の範囲にわたり、半径ｒｘ
の円を多数求め、これら円の外接包絡線をもって求める
ガイド面を決定する理想ガイド曲線とし、当該ガイド面
を決定する。図９中、中心角０°における包絡線の始点
ｅは送り域Ｘと解放域Ｙの境目位置に相当し、終点ｇは
解放域Ｙの終点４０２（図１参照）に相当する。

【００３２】なお、前記包絡線よりなる理想ガイド曲線
を近似的に求めて、これをガイド面を決定する曲線とし
てもよい。近似的に求める方法を例示すると、図１０に
示すように、前記円弧ラインＣ_B上を任意の角度γ進む
ごとにその位置での半径ｒｘの円Ｃｘを描くとともに、
これに近似させて同一半径ｒｘの円を両側（中心角で例
えば５度両側）に描き、これら３個の円Ｃｘに外接する
円弧Ｌｘを順次求め、これら円弧をつなげる。本実施例
ではこの近似的方法でガイド面を決定している。

【００３３】なお、前記ポンプフレーム１０は、図２に
示すように、その背面に上下で一対のローラ１０５を二
対備えており（図には一対のみ示され、あと一対はその
向こうに隠れて見えない。）、このローラ１０５が例え
ば分注作業空間に設置されるポンプ架設台１０６上のレ
ール１０７に上下から嵌まることで、該レールに沿って
移動可能となっている。

【００３４】以上説明したポンプＰＭによると、押さえ
部材４を後退位置Ｐ２において該部材と押圧ローラ３の
間にチューブ６を損傷の恐れなく、簡単に装着できる。
次いで部材４を正規位置Ｐ１に配置し、また、チューブ
６をチューブ保持装置９にて定位置に損傷の恐れなく、
簡単に保持し、この状態でチューブ６の一端を例えば図
示しない培養液ボトルに接続するとともに、他端を分注
用ヘッドに接続し、ロータ部材２をモータ２２にて駆動
回転すれば、吐出流体の脈流乃至脈動が実用上問題にな
らない程度に抑制された状態で吐出量を正確に制御して
分注作業を行える。

【００３５】なお、押圧ローラ３の数は、流体搬送機能
を有する限り前記実施例の数に限定されない。但し、押
さえ部材４を前述の如く位置Ｐ１とＰ２に選択的に配置
するには、流体搬送機能を得、且つ、押さえ部材４をそ
のように動かせるように少なくとも４個必要である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、吐
出流体の脈動が抑制され、流体吐出量の制御性が良好な
チュービングポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の、カバーを一部切り欠いて
示す正面図である。

【図２】図１に示す実施例の側面図である。

【図３】図１に示す実施例の一部の平面図である。

【図４】チューブ押さえ部材の昇降機構の一部の斜視図
である。

【図５】チューブ押さえ部材のロック機構の説明図であ
る。

【図６】チューブ保持装置の平面図である。

【図７】基礎データをとるためのチューブ押さえ部材の
チューブガイド面の求め方を説明する図である。

【図８】チューブガイド面と押圧ローラの間隙距離の求
め方を説明する図である。

【図９】理想的なチューブガイド面ラインの求め方を説
明する図である。

【図１０】近似的なチューブガイド面ラインの求め方の
一例を説明する図である。

【符号の説明】

１０ポンプフレーム２ロータ部材２２モータ３押圧ローラ４チューブ押さえ部材Ｐ１正規位置Ｐ２後退位置４０チューブガイド面４２部材４上部の凹所４３カバー支持部材４４カバー４００チューブ押さえ部材のロック機構１０１フレーム１０の平坦面１０３フレーム１０からの突出支持部材１０４ピン６チューブ９チューブ保持装置９１固定ブロック９２ストッパ９３ワンタッチロック・アンロック機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動されるロータ部材に支持された
複数のチューブ押圧部材と該ロータ部材の回転に伴う前
記押圧部材の円運動軌道に臨むチューブ押さえ部材のチ
ューブガイド面との間に弾性チューブを装着し、前記押
圧部材の円運動により前記弾性チューブをしごいて流体
搬送を行うチュービングポンプにおいて、前記複数のチ
ューブ押圧部材を共通の仮想円に内接して円運動するよ
うに配設し、前記チューブガイド面を、該面と前記円の
間隙が、予め定めた流体閉じ込め送り域では前記押圧部
材とガイド面の間でチューブを閉塞できる一定間隙とな
るように形成するとともに、該閉じ込め送り域に連続す
る流体解放域では流体累積吐出量が前記ロータ部材回転
角度に略比例するように漸次拡開形成したことを特徴と
するチュービングポンプ。