JPH0716059Y2 - チューブポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、分析装置などに使用される少流量のポンプ、
詳しくは、弾性材料からなるチューブをしごき蠕動させ
てポンプ作用を行う定量精度の高いチューブポンプに関
するものである。

〔従来の技術〕

従来のチューブポンプとしては、一例として、米国特許
第3,737,251号明細書および図面に示されるものが知ら
れている。このチューブポンプにおいては第６図に示す
ように、弾性チューブ１を、ロータ２の周辺部におい
て、ローラ軸３によって回転自在に保持されているロー
ラ４と、湾曲面を有しシュー５と呼ばれるチューブ案内
具との間に通している。ロータ２がモータ６によって駆
動され回転すると、ローラ４がチューブ１をしごいてチ
ューブ内の流体を移動させるようになっている。７は板
バネ、８は調整ネジである。

また、実開昭61-198587号公報には、チューブ保持部材
をスプリングを用いて可動可能とし、使用時はチューブ
保持部材をスプリングによって固定チューブ保持部材の
方向へ押圧し、チューブセット時は、このスプリングの
張力に抗してチューブ保持部材を固定チューブ保持部材
から引き離し、この状態でチューブ保持部材を一時的に
ロックしてチューブをチューブ保持部材と固定チューブ
保持部材及び回転ドラムの間に挿入し、ついでチューブ
保持部材のロックを解除してチューブを固定チューブ保
持部材と回転ドラムとによって挟持するようにした流体
供給装置が記載されている。そして、ロック機構は、ロ
ック棒がロック穴の位置にきた時に、ロック棒がロック
棒まわりに配設されたスプリングに押されてロック棒の
先端がロック穴内に嵌まるように構成されている。

実公昭56-45616号公報には、輸液チューブを押圧するた
めの押圧部材と、この押圧部材を支持する支持部材とを
連結する調整ネジのまわりに緩み止め用のスプリングが
配設された医療用輸液ポンプが記載されている。

そして、実開昭61-198587号公報、実公昭56-45616号公
報には、ローラの軌跡とほぼ平行な湾曲面を有するチュ
ーブガイドが示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

第６図に示されるような従来のチューブポンプを液の定
量の用途に使用した場合には、定量精度が不安定である
という問題があった。それは以下に示す理由による。

（１）シュー５の湾曲面の曲率（曲率＝1/曲率半径）が
ローラ４の外周面の軌跡の曲率（第６図ではロータ２の
外縁の曲率と同じ）より小さいために、ローラ４とシュ
ー５の湾曲面との間の距離がローラ４の位置によって異
なる。たとえば、第７図に示す距離Ａよりも距離Ｂの方
が長い。

チューブ１を押圧する力は上記距離に影響されるため、
Ａの位置で丁度チューブ１内の流路が遮断されていると
き、Ｂの位置ではチューブ１内の流路は遮断されない。
第８図でシュー５の中心から両側へ各々θの角度の間で
はチューブ１が遮断されるとすると、第８図のロータ２
の状態では、チューブ１内の流路は遮断されず、液が漏
れる状態にある。

もしロータ２の回転方向とは反対の方向にチューブ１内
の液に対して圧力が加わっている場合には、ローラ４が
２θの角度だけ動いて送った液のうちの一部分は、逆に
押し返されることになる。したがって完全にチューブ１
内の流路が遮断されている時に送られた流体量と、遮断
が緩んで漏れた液量との差が最終の流量となる。ローラ
４が送る量は安定しているが、遮断が緩んで漏れる液量
は、チューブ１内の液に加わる圧力や、液の粘性、液温
などによって変動する。このため、最終の流量は不安定
な量となる。

（２）シュー５には強い力が加わるため、シュー５が安
定に保持されず、シュー５の湾曲面が傾く場合がある。
またローラ４にも強い力が加わるため、モータ６の固定
が緩んだり、モータ軸のブレによりローラ４の位置が僅
かにずれることがある。さらに、チューブ１の弾性が変
化するため、チューブ１内の流路を遮断する角度（第８
図における角度２θ）が変化することがある。これらの
機構的変動によっても定量精度が不安定となる。

上述のように第６図に示す従来のチューブポンプでは、
流量が変動するため、シュー５の位置を移動させ流量を
調整できるようになっている。そのためには、板バネ７
と調整ネジ８とからなるシューの位置調整機構によって
調整するのであるが、調整作業は、所定時間だけポンプ
を働かせて分注した量を計量し、その量が所定量となる
まで調整と分注と計量を繰り返し行うものであり、非常
に時間を要していた。

また、実開昭61-198587号公報、実公昭56-45616号公報
では、チューブガイドの固定／固定解除のために、かな
りの部品が追加されており、複雑な構成となっている。
そして、本考案のクランパ17の具体的構成については、
何も記載されていない。また、実公昭56-45616号公報の
場合は、大型でありスペースも必要である。

実開昭61-198587号公報の場合、ロック解除時には、ロ
ック解除ボタンをスプリングに逆らって引っ張ることに
より、ロック棒がロック孔からはずれ、スプリングの力
により元の状態に戻る。その際、ロック解除の瞬間にス
プリングの力によりチューブ保持部材が急激に移動する
ので、安全性の点で問題があり、また、機構部分に衝撃
を与えることも考えられる。ゆっくりと戻そうとする
と、ロック解除ボタンに無理な力（モーメント）がかか
る。これは、ロック解除ボタンを引っ張る方向とチュー
ブ保持部材の移動する方向とが異なる（直交する）から
である。ロック解除ボタンに無理な力をかけずにゆっく
りと戻すためには、チューブ保持部材をスプリングの力
に逆らって支えつつロック解除ボタンを引っ張らねばな
らず操作性が悪い。

実公昭56-45616号公報には、スプリングは調整ネジの緩
み止めとして用いられることが記載されているが、調整
ネジは２つあるので調整（平行度を出すこと）が難し
い。そして、調整が合っていないとチューブへの押圧が
場所によって変わることになるので、定量精度や安定性
の上で問題が生じる。この場合、調整ネジが２つあるの
はガイド機構を有していないからである。

実開昭61-198587号公報の場合は、ガイド機構を有して
はいるものの、溝とボルトにより構成されており、支持
部材の下端に設けられているので、強度が弱くチューブ
からの反作用の力により傾く恐れがある。

本考案は上記の諸点に鑑みなされたもので、クランパを
追加しただけで、チューブガイドの固定や固定解除を簡
単に安全かつ衝撃もなく行うことができ、突起と溝から
なるガイド機構を有し、定量精度が高く、かつ安定なチ
ューブポンプを提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本考案のチューブポンプ
は、第１図〜第５図を参照して説明すれば、複数のロー
ラ12の軸13を支えるロータ14と、 ロータを回転させるモータ26と、 モータを取り付けるロータベース22と、 前面にチューブを配置するために前記ローラの軌跡とほ
ぼ平行な湾曲面を有し、後面の中央部にロータ14の方向
にクランパ用のネジ穴18を備えたチューブガイド10と、 チューブガイドをロータの方向にのみ前後に移動可能と
するために、チューブガイドの両側面に設けられた突起
15、16とロータベースに設けられたガイド溝31、32とで
ガイド機構を構成し、 チューブガイドの後方に位置するようにロータベースに
取り付けられ、ロータ14の方向にチューブガイドのネジ
穴18と一致するように略小判状のクランプ孔41を有する
スプリング受け33と、 チューブガイドとスプリング受けの間に介在し、チュー
ブガイドをローラの方向へ押し付けるスプリング20と、 スプリング受けのクランプ孔41を通り抜け、前記チュー
ブガイドのネジ穴18に螺合するネジ部43、スプリング受
けのクランプ孔41に嵌まる略小判状の断面を有する中央
部材42及びツマミ部44が設けられたクランパ17とからな
り、 中央部材42の長径方向とクランプ孔41の長径方向とを一
致させた状態ではチューブガイド10は前進してチューブ
を押圧し、中央部材42の長径方向とクランプ孔41の長径
方向とが不一致の状態ではチューブガイド10は前進でき
ずチューブを押圧しないようにしたことを特徴としてい
る。

〔作用〕

パルスモータ26を回転させると、ロータ14が回転し、複
数のローラ12がチューブガイド10の湾曲面内を移動して
チューブ11をしごき、一定量の流体を移動させる。

チューブ11を取り外す場合は、クランパ17を操作して第
５図に示す状態にし、ローラ12とチューブガイド10との
間隔を広くして行う。

またチューブ11を取り付ける場合は、第５図に示すよう
に、ローラ12とチューブガイド10との間隔を広げて、こ
の間隔に第２図に示すようにチューブ11を挿入し、僅か
にチューブ11を引き伸ばした状態でチューブを固定した
後、クランパ17を操作して第４図に示す状態にする。

〔実施例〕

以下、第１図〜第５図を参照して本考案の好適な実施例
を詳細に説明する。ただしこの実施例に記載されている
構成機器の材質、形状、その相対配置などは、とくに特
定的な記載がない限りは、本考案の範囲をそれらのみに
限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。

チューブガイド10は、第６図に示す従来のシュー５と同
様のものであり、その湾曲面はチューブ11の長手方向に
拡がっている。ローラ12がチューブ11内の流路を常時遮
断するように、３個のローラ12が湾曲面内に含まれるだ
けの長さを、湾曲面の長手方向が有することが好適な例
である。なお湾曲面内に２個または４個以上のローラが
含まれるようにすることも可能である。

ローラ軸13はロータ14の回転中心点を中心とする同一円
周上に等間隔を保って設けられている。ローラ12と湾曲
面との距離を湾曲面内のどの位置でも等しくなるように
するために、前記中心点を中心とする曲率半径の曲面
を、チューブガイド10の湾曲面に採用している。この結
果、第７図に示すＡおよびＢに相当する距離は本実施例
では等しくなっている。

チューブガイド10の両側面には細長い突起15、16が横向
きに設けられている。また、チューブガイド10の湾曲面
と反対側の面には第２図に示すように、クランパ17用の
ネジ穴18およびスプリング20用の受穴21が設けられてい
る。また湾曲面にはチューブ表面を保護するためにテフ
ロン膜がコーテイングされている。

ロータベース22は第１図に示すように、平板23に２つの
衝立24、25を立てた形状をしている。平板23の中央部に
は、パルスモータ26の軸受部27と嵌合する丸孔28と、モ
ータ取付孔30が設けられている。両衝立部の24、25内面
上部には前記突起15、16が嵌るガイド溝31、32が平板と
平行に設けられている。両衝立部24、25の第２図におけ
る右側面には、スプリング受け33を取り付けるためのネ
ジ穴34が設けられている。両衝立部24、25の上部にはチ
ューブ11を保持するチューブ溝35、36が設けられてお
り、チューブ11は第２図に示されるように保持される。

ロータ14はモータ軸37に固定される回転体であり、糸巻
き枠状の形状をしている。ロータ14の周辺にはローラ軸
13が、第１図に示すように、ロータ14の回転軸と平行
に、その両端をロータ14に保持されて取り付けられてい
る。ローラ軸13はローラ12を保持している。ローラ12は
含油ポリアセタール製のものであり、ローラ軸13との摩
擦抵抗を低くし回転を円滑にして、チューブ11表面に無
理な力がかからないようにされている。また、ローラ12
の軸穴が摩耗してローラ12の位置がズレるようなことも
防止されている。

スプリング受け33はスプリング20の片側の端を受けとめ
るものであり、スプリング受け穴38が設けられている。
このスプリング受け33をロータベース22の衝立部24、25
に取り付けるために、スプリング受け33の両端部には、
衝立部に設けられたネジ穴34に結合するボルト39を通す
止め孔40が設けられている。スプリング受け33の中央部
にはクランパ17用の小判状のクランプ孔41が設けられて
いる。

クランパ17は、クランプ孔41に嵌まる小判状の断面を有
する中央部材42と、この中央部材を両側から挟むネジ部
43と、ツマミ部44とから構成される。

スプリング20は前述のように、その一端をチューブガイ
ド10に設けられた受け穴21に受け止められ、他端をスプ
リング受け33に設けられたスプリング受け穴38に受け止
められる。スプリング20は、その弾性力によりチューブ
ガイド10の湾曲面がチューブ11をローラ12に押圧し、チ
ューブ11内の流路を遮断状態にするように取り付けられ
ているものである。また、このスプリング20のバネ定数
は、ローラ12の位置変動も吸収できる程度に小さいもの
である。

クランパ17の小判状の中央部材42がクランプ孔41に嵌合
された状態を第４図に示す。この状態では、スプリング
20の弾性力によってチューブガイド10は第４図の左方へ
押されている。

チューブ11を脱離するには、クランパ17のツマミ部44を
持ってスプリング20の弾性力に抗して、チューブガイド
10を第４図の右方へ引いた後、クランパ17を半回転して
小判状の中央部材42を第５図に示すようにスプリング受
け33の側面に引っかけることにより、小判状中央部材42
がクランプ孔41に戻れないようにして（すなわちクラン
プして）、チューブを離す。第５図はクランプした状態
を示す図であり、チューブガイド10は図の右方へ引き寄
せられている。

上記のようにすれば、ローラ12とチューブガイド10との
間隔は広くなり、チューブ11の着脱が容易に行えるよう
になる。

チューブ11を装着する場合には、前記の広くなった部分
に第２図に示すようにチューブ11をセットして、僅かに
チューブ11を引き伸ばした状態でチューブ溝35、36に嵌
めた後、留輪45、46をチューブ11の位置がずれないよう
にチューブ11に接着することによりチューブ11を固定す
る。チューブ11の固定が完了したら、クランパ17を前述
の操作とは逆に動かし、クランプを解放し第４図の状態
にする。

ロータ14はパルスモータ26により駆動され、第２図に示
す矢印Ｃの向きに回転する。ローラ12はチューブ11を遮
断状態にしたまま、矢印Ｄの向きに自転しつつ位置を移
動する。この動作により、チューブ11内の流体も移動す
る。これによってポンプ作用が行われる。

第２図中の各矢印の向きとは反対の向きの動作も当然可
能である。

また、流量、流速、流動方向などはパルスモータ26の回
転を調節することにより容易に変更できる。

本実施例におけるチューブ11として、ダウコーニング社
製のシリコンチューブを用いて実験を行った結果、内径
1.3mm、外径3mmのチューブの場合は、チューブ11への押
圧510g重にて流量142μl/secを得た。スプリング20のバ
ネ定数は45g重/mmであった。

なお、別の実施例として、チューブガイドを更に本実施
例のチューブガイド10と対向する側に同様の構成で追加
することにより、１つのロータで２方向に液を流動させ
るチューブポンプを得ることもできる。

以下に述べる理由により、本考案のチューブポンプは極
めて安定した流量を得ることができるようになった。

（１）従来のシューは湾曲面上の位置により、湾曲面と
ローラの面との距離が異なっていたが、本考案のチュー
ブポンプではチューブガイド10の湾曲面全域に亘って前
記の距離をほぼ等しくして、遮断の途切れを無くしてい
る。

（２）従来の湾曲面の保持の不安定さを、チューブガイ
ド10の両側面に、ガイド溝31、32に嵌まる突起15、16を
設けてチューブガイドの上下の傾きが生じないようにし
ている。

（３）スプリングの力でチューブを押圧している。それ
により押圧力の変動を抑えて流量を安定にしている。従
来はチューブの弾性の劣化、ローラ、シュー湾曲面の位
置ずれなどで押圧が変化して流量も変化していたが本考
案ではスプリングの作用によりこの変化を小さく抑えて
いる。従来はチューブ弾性のみにより上記位置ずれをカ
バーしていたが、スプリングに比較してチューブ弾性の
弾性定数（力／変位）は非常に大きくカバーしきれなか
った。

（４）モータ軸の固定を、モータ取付用の丸孔28を設
け、最も力のかかるモータ軸受部をロータベースの丸孔
に嵌め込むことによって、堅牢なものにして、ローラの
位置変動を抑えている。

（５）チューブガイドのチューブの当る部分にテフロン
コーティングを施こし、ローラの材質を含油ポリアセタ
ールにして、チューブに無理な力がかからないようにし
てチューブを保護し、流量が長く安定するようにしてい
る。

（６）中央部材42の長径方向とクランプ孔41の長径方向
とを一致させた状態ではチューブガイド10は前進してチ
ューブを押圧し、中央部材42の長径方向とクランプ孔41
の長径方向とが不一致の状態ではチューブガイド10は前
進できずチューブを押圧しないようにしている。

〔考案の効果〕

本考案のチューブポンプは、上記のように構成されてい
るので、つぎのような効果を奏する。

（１）チューブポンプの流量がロータの回転角度に安定
して比例する。したがって、ロータの回転角度によって
定量を行う場合の定量精度が向上する。

（２）流量の安定によって、時間と労力を要する定量精
度チエックを行う必要がなくなる。

（３）クランパを備えているので、チューブの着脱が容
易であるとともに、不使用時にクランプすることによっ
て、チューブにかかる押圧を零にしておくことができる
ので、チューブの劣化を抑えることができ、チューブの
寿命を長くすることができる。

（４）チューブガイドの固定や固定解除のために、クラ
ンパを設けることにより、構成が簡易なものとなり、操
作性、安全性も向上する。

（５）クランパの引っ張り方向とチューブガイドの戻る
方向が同じであるので、クランパのツマミ部を掴んで引
っ張り、90度程回すことにより、いわゆるロックが解除
され、そのままツマミ部を掴んでスプリングの力に従い
つつ、ゆっくりとクランパの中央部をスプリング受けの
クランプ孔に挿入することにより、簡単に安全かつ衝撃
もなくチューブガイドの固定を解除することができる。
また、逆の場合も同様に何の問題も生じない。

（６）突起と溝からなるガイド機構を有しているので、
調整（平行度を出すこと）が容易であり、チューブへの
押圧が場所によって変わることがなく、定量精度や安定
性の面で優れている。

（７）チューブガイドの側面にガイド機構が設けられて
おり、また、ガイド機構は突起と溝から構成されている
ので、強度は十分であり、チューブからの反作用の力に
より傾くことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のチューブポンプの一例を示す分解斜視
図、第２図は同平面説明図（断面部は第３図のII-II線
切断部を示す）、第３図は同正面説明図、第４図および
第５図はクランパまわりの説明図、第６図はチューブポ
ンプの従来例を示す説明図、第７図および第８図は従来
例の問題点を説明するための説明図である。 １……チューブ、２……ロータ、３……ローラ軸、４…
…ローラ、５……シュー、６……モータ、７……板バ
ネ、８……調整ネジ、10……チューブガイド、11……チ
ューブ、12……ローラ、13……ローラ軸、14……ロー
タ、15、16……突起、17……クランパ、18……ネジ穴、
20……スプリング、21……受穴、22……ロータベース、
23……平板、24、25……衝立、26……パルスモータ、27
……軸受部、28……丸孔、30……モータ取付孔、31、32
……ガイド溝、33……スプリング受け、34……ネジ穴、
35、36……チューブ溝、37……モータ軸、38……スプリ
ング受け穴、39……ボルト、40……止め孔、41……クラ
ンプ孔、42……中央部材、43……ネジ部、44……ツマミ
部、45、46……留輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−198587（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭56−45616（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のローラ（12）の軸（13）を支えるロ
   ータ（14）と、 ロータを回転させるモータ（26）と、 モータを取り付けるロータベース（22）と、 前面にチューブを配置するために前記ローラの軌跡とほ
   ぼ平行な湾曲面を有し、後面の中央部にロータ（14）の
   方向にクランパ用のネジ穴（18）を備えたチューブガイ
   ド（10）と、 チューブガイドをロータの方向にのみ前後に移動可能と
   するために、チューブガイドの両側面に設けられた突起
   （15）、（16）とロータベースに設けられたガイド溝
   （31）、（32）とでガイド機構を構成し、 チューブガイドの後方に位置するようにロータベースに
   取り付けられ、ロータ（14）の方向にチューブガイドの
   ネジ穴（18）と一致するように略小判状のクランプ孔
   （41）を有するスプリング受け（33）と、 チューブガイドとスプリング受けの間に介在し、チュー
   ブガイドをローラの方向へ押し付けるスプリング（20）
   と、 スプリング受けのクランプ孔（41）を通り抜け、前記チ
   ューブガイドのネジ穴（18）に螺合するネジ部（43）、
   スプリング受けのクランプ孔（41）に嵌まる略小判状の
   断面を有する中央部材（42）及びツマミ部（44）が設け
   られたクランパ（17）とからなり、 中央部材（42）の長径方向とクランプ孔（41）の長径方
   向とを一致させた状態ではチューブガイド（10）は前進
   してチューブを押圧し、中央部材（42）の長径方向とク
   ランプ孔（41）の長径方向とが不一致の状態ではチュー
   ブガイド（10）は前進できずチューブを押圧しないよう
   にしたことを特徴とするチューブポンプ。