(57)【要約】【課題】流体を連続的に吐出するとともに逆流をなくして脈流を防止する。【解決手段】  チューブポンプ１は、チューブ２と、円筒室３ａを有し、円筒室３ａの内壁面３ｂに沿ってチューブ２が配置されるポンプべース３と、を備える。ポンプべース３は、入り口側経路６と、出口側経路７と、を有する。入り口側経路６は、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次小さくし、解放状態のチューブ２をなだらかに圧閉状態に移行させる。出口側経路７は、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次大きくし、圧閉状態のチューブ２をなだらかに解放状態に戻す。従って、逆流をなくして脈流を防止できる。また、チューブ２は内壁面３ｂに沿ってリング状に配置され、チューブポンプ１の作動時に、チューブ２は常に加圧部材４ａにより圧閉されるので、チューブ２内の流体を連続的に吐出できる。【選択図】図１
2014074349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れるチューブと、円筒室を有し該円筒室の内壁面に沿って前記チューブが配置されるポンプべースと、前記円筒室内に配置され前記チューブを前記内壁面に対して圧閉する回転可能な回転体と、前記回転体を前記内壁面に沿って回転駆動させる駆動機構と、を備え、前記回転体の回転運動によって前記チューブを圧閉して該チューブ内の流体を吐出するチューブポンプにおいて、
前記ポンプべースは、前記チューブを前記円筒室内に導入する入り口側から該円筒室の円周方向に沿って径方向の深さが漸次浅くなるように構成された入り口側経路と、前記チューブを前記円筒室内から導出する出口側に向けて該円筒室の円周方向に沿って径方向の深さが漸次深くなるように構成された出口側経路と、を有し、
前記チューブは、前記入り口側経路に沿って前記円筒室内へ導入され、さらに前記円筒室の内壁面に沿ってリング状に配置され、さらに前記出口側経路に沿って外部へ導出されており、該チューブは前記回転体の回転に伴い、入り口側において解放状態からなだらかに圧閉状態に移行され、出口側において圧閉状態からなだらかに解放状態に戻されることを特徴とするチューブポンプ。
【請求項２】
前記チューブは、前記円筒室の内壁面に３６０°の範囲で接し、かつ前記入り口側経路及び前記出口側経路を含んで１．５周巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のチューブポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブを順次圧閉してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ポンプベースに形成された円筒形の内壁面に沿わせてリング状に配置したチューブをローラの回転運動によって圧閉してチューブ内の流体を吐出するローラポンプ、又はそのチューブを加圧部材の偏芯運動によって圧閉するリングポンプが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ特許文献１及び特許文献２に記載されているような従来のローラポンプ及びリングポンプの例を示す。図６（ａ）に示すように、ローラポンプ１００は、ポンプベース１０１の内壁面１０２に沿って配置されたチューブ１０３を一対のローラ１０４で順次圧閉してチューブ１０３内の流体を時計回りに移動させ、チューブ１０３の流体流出口から流体を吐出させてポンプ作用を行う。また、図６（ｂ）に示すように、リングポンプ１０５は、リング状加圧部材１０６の中心を偏芯させてチューブ１０３を順次圧閉してチューブ１０３内の流体を吐出させてポンプ作用を行う。これらローラポンプ１００及びリングポンプ１０５は、チューブ１０３の圧閉点Ｐを時計回りに移動させてポンプ作用を行う点においては共通するが、吐出された流体の流量波形については大きく相違する。
【０００４】
図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来のローラポンプ、及びリングポンプの流量波形の例を示す。図７（ａ）に示すように、ローラポンプは２つの圧閉点を有するので（図６（ａ）参照）、ローラが１回公転すると、１つの山を持った流量波形が２つ現れる。また、図７（ｂ）に示すように、リングポンプは１つの圧閉点を有するので（図６（ｂ）参照）、１つの山を持った流量波形が１つ現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７４４３３号公報
【特許文献２】特開１９９９−１３６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７（ａ），（ｂ）の流量波形に示されるように、上記ローラポンプ１００及びリングポンプ１０５においては、例えば流量が略０ｍｌ〜略６２５ｍｌの範囲に至るまで変動して、脈流が生じている。この原因として、以下に示すような第１及び第２の原因が考えられる。
【０００７】
第１の原因は、チューブ１０３がポンプベース１０１の内壁面１０２全周にわたって配置されておらず、一対のローラ１０４又は加圧部材１０６がチューブ１０３を圧閉することができない部分（以下、無効部分という）が生じている点である。
【０００８】
図８（ａ）は、リングポンプ１０５における無効部分を示す。図中において、チューブ１０３の圧閉が開始される内壁面１０２の位置をＢ点とし、チューブ１０３の圧閉が終了される内壁面１０２の位置をＣ点とし、チューブ１０３の出入り口側であって、Ｂ点とＣ点との中間に相当する内壁面１０２の位置をＡ点としている。これらＣ点、Ａ点及びＢ点間の内壁面１０２上の領域では、チューブ１０３は内壁面１０２に沿って配置されていないので、加圧部材１０６がチューブ１０３を圧閉することはできず、この領域が上記無効部分Ｎに相当する。
【０００９】
図８（ｂ）は、リングポンプ１０５の流量波形を示す。加圧部材１０６がＢ点からＣ点までを圧閉するときは、所定の流量が得られているが、無効部分Ｎを圧閉するときはチューブ１０３が圧閉されないので流量が０になり、その結果脈流が生じている。
【００１０】
第２の原因は、一対のローラ１０４又は加圧部材１０６がチューブ１０３の圧閉を開始又は終了するときに、チューブ１０３内の流体が逆流する点である。
【００１１】
図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、リングポンプ１０５において、加圧部材１０６によって圧閉が開始されるとき、及び圧閉が終了されるときのチューブ１０３を示す。図中において、Ａ〜Ｃ点は図８と同様であり、また、簡略化のためチューブ１０３は直線状に描かれている。
【００１２】
図９（ａ）において、加圧部材１０６がＢ点においてチューブ１０３の圧閉を開始するとき、それまでチューブ１０３内に滞留していた流体が、加圧部材１０６の容積によって急激に排斥されることにより逆流方向へ戻される。図９（ｂ）において、加圧部材１０６がＣ点においてチューブ１０３の圧閉を終了するとき、それまで加圧部材１０６の容積によって排斥されていた流体が、チューブ１０３が急激に解放されることにより逆流方向へ戻される。こうしてチューブ１０３内の流体が逆流して、脈流が生じている。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流体を連続的に吐出するとともに、逆流をなくして脈流を防止することができるチューブポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のチューブポンプは、内部に流体が流れるチューブと、円筒室を有し該円筒室の内壁面に沿って前記チューブが配置されるポンプべースと、前記円筒室内に配置され前記チューブを前記内壁面に対して圧閉する回転可能な回転体と、前記回転体を前記内壁面に沿って回転駆動させる駆動機構と、を備え、前記回転体の回転運動によって前記チューブを圧閉して該チューブ内の流体を吐出するチューブポンプにおいて、前記ポンプべースは、前記チューブを前記円筒室内に導入する入り口側から該円筒室の円周方向に沿って径方向の深さが漸次浅くなるように構成された入り口側経路と、前記チューブを前記円筒室内から導出する出口側に向けて該円筒室の円周方向に沿って径方向の深さが漸次深くなるように構成された出口側経路と、を有し、前記チューブは、前記入り口側経路に沿って前記円筒室内へ導入され、さらに前記円筒室の内壁面に沿ってリング状に配置され、さらに前記出口側経路に沿って外部へ導出されており、該チューブは前記回転体の回転に伴い、入り口側において解放状態からなだらかに圧閉状態に移行され、出口側において圧閉状態からなだらかに解放状態に戻されることを特徴とする。
【００１５】
このチューブポンプにおいて、前記チューブは、前記円筒室の内壁面に３６０°の範囲で接し、かつ前記入り口側経路及び前記出口側経路を含んで１．５周巻かれていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のチューブポンプによれば、ポンプベースの入り口側経路は、円筒室との間に生じる間隙を下流側に向って漸次狭くしているので、チューブの圧閉が開始されるとき、解放状態のチューブは回転体によってポンプベースの入り口側経路に対して徐々に押圧されてなだらかに圧閉状態に移行する。また、ポンプベースの出口側経路は、円筒室との間に生じる間隙を下流側に向って漸次広くしているので、チューブの圧閉が終了されるとき、圧閉状態のチューブは回転体によってポンプベースの出口側経路に対して徐々に押圧されなくなってなだらかに解放状態に戻される。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。
【００１７】
また、チューブは、円筒室の内壁面全周にわたって配置されているので、チューブポンプの作動時に、チューブは常に回転体により圧閉されている。従って、チューブ内の流体を連続的に吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るチューブポンプの正面図、及びそのＡ−Ａ線断面図。
【図２】同チューブポンプが備えているポンプベースの正面図、並びにそのＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線断面図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面の斜視図。
【図４】チューブが配置されたポンプべースの正面図、及びそのＡ−Ａ線断面図。
【図５】同チューブポンプの動作を説明するための模式図。
【図６】（ａ）は従来のローラポンプの正面図、（ｂ）は従来のリングポンプの正面図。
【図７】（ａ）は従来のローラポンプの流量波形を示す図、（ｂ）は従来のリングポンプの流量波形を示す図。
【図８】（ａ）は従来のリングポンプの無効部分を説明するための正面図、（ｂ）は同リングポンプの流量波形を示す図。
【図９】（ａ）は従来のリングポンプの逆流現象を説明するための正面図、及び圧閉が開始されるときのチューブの断面図、（ｂ）は圧閉が終了されるときのチューブの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係るチューブポンプについて、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、チューブポンプの全体構成を示す。チューブポンプ１は、内部に流体が流れるチューブ２と、チューブ２が配置されるポンプベース３と、ポンプベース３に対してチューブ２を圧閉する回転可能な回転体４と、回転体４を駆動させるモータ５（駆動機構）と、を備えている。ポンプベース３は、円筒室３ａを有し、この円筒室３ａの内壁面３ｂに沿ってチューブ２が配置されている。また、ポンプべース３は、本体部３ｃと、本体部３ｃの前面側に配置される透明性を有する前面部３ｄと、本体部３ｃの背面側に配置される背面部３ｅと、を有し、これら本体部３ｃ、前面部３ｄ及び背面部３ｅにより構成される内部空間にチューブ２及び回転体４を収納している。回転体４は、チューブ２を内壁面３ｂに対して圧閉し、リング状の加圧部材４ａと、この加圧部材４ａを内壁面３ｂに沿って偏芯運動させる偏芯ロータ４ｂと、を有している。モータ５は、回転体４を内壁面３ｂに沿って回転駆動させる。チューブポンプ１は、加圧部材４ａの偏芯運動（回転体の回転運動）によってチューブ２を圧閉してチューブ２内の流体を吐出する。
【００２０】
チューブ２は、加圧部材４ａから受ける圧力に耐え得るように、例えばゴム又は合成樹脂等の可撓性材料により形成され、復元性を有している。このようなチューブ２は加圧部材４ａにより圧閉されたとき、その内部が閉塞された状態（以下、圧閉状態という）となり、また、加圧部材４ａにより圧閉されていないとき、その圧閉状態が解放されて元の状態（以下、解放状態という）に戻る。チューブ２の表面には、加圧部材４ａとの摩擦を低減するために、例えば潤滑剤を塗ってもよい。
【００２１】
加圧部材４ａは、チューブ２の損傷を防ぐために摩擦係数が小さい材料をリング状に形成して成り、例えばフッ素樹脂系の合成樹脂成形品により構成される。偏芯ロータ４ｂは、加圧部材４ａに内接する略楕円形状であり、加圧部材４ａの内周面に摺接して回転することにより、加圧部材４ａをポンプベース３の内壁面３ｂに沿って偏芯運動させる。
【００２２】
モータ５は、偏芯ロータ４ｂを回転させるためのものであり、ポンプベース３の背面部３ｅ側に配置されている（図示せず）。モータ５の回転軸５ａは、背面部３ｅに設けられた開口３０ｅを通って、偏芯ロータ４ｂにその中心から偏芯して取り付けられ、さらに前面部３ｄに設けられた開口３０ｄを通って固定されている。モータ５は、例えば小型の直流モータであり、チューブポンプ１外の直流電源から給電されてもよい。あるいは、チューブポンプ１に電池を内蔵してモータ５に給電するように構成してもよい。
【００２３】
次に、ポンプベース３の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３においては、見やすくするためにポンプベース３の前面部３ｄの図示を省略している。ポンプベース３は、例えばＡＢＳ樹脂等の成形品により構成され、本体部３ｃ、前面部３ｄ及び背面部３ｅから成る矩形の立体形状を有している。ポンプべース３は、上記円筒室３ａの他に、チューブ２を円筒室３ａ内に導入する入り口側からこの円筒室３ａの円周方向に沿って径方向の深さが漸次浅くなるように構成された入り口側経路６と、チューブ２を円筒室３ａ内から導出する出口側に向けてこの円筒室３ａの円周方向に沿って径方向の深さが漸次深くなるように構成された出口側経路７と、を有している。
【００２４】
入り口側経路６は、直線状の入り口側直路６ａと、この入り口側直路６ａの下流端に接続され円筒室３ａの円周方向に沿って湾曲している入り口側曲路６ｂと、から成る。入り口側直路６ａは、ポンプベース３の上面における前面部３ｄ側の一端近傍から、ポンプベース３の側面に沿って円筒室３ａの半径Ｒよりも外側に離れて形成され、下流端において円筒室３ａと接している。つまり、ポンプベース３の中心を通る鉛直線から入り口側直路６ａの最も遠い内壁面までの距離Ｒ´は、円筒室３ａの半径Ｒよりも大きくなっており（正面図及びＡ−Ａ線横断面図参照）、入り口側直路６ａ内に配置されたチューブ２は、加圧部材４ａにより圧閉されない。
【００２５】
入り口側曲路６ｂは、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次小さくする非真円形状に構成されている。そのため、入り口側曲路６ｂに配置されたチューブ２は、下流側に向ってだんだんと加圧部材４ａから大きな力を受ける。
【００２６】
出口側経路７は、直線状の出口側直路７ａと、この出口側直路７ａの上流端に接続され円筒室３ａの円周方向に沿って湾曲している出口側曲路７ｂと、から成る。出口側直路７ａは、ポンプベース３の上面における背面部３ｅ側の他端近傍から、ポンプベース３の側面に沿って円筒室３ａの半径Ｒよりも外側に離れて形成され、上流端において円筒室３ａと接している。つまり、円筒室３ａの中心を通る鉛直線から出口側直路７ａの最も遠い内壁面までの距離Ｒ´は、円筒室３ａの半径Ｒよりも大きくなっており、出口側直路７ａ内に配置されたチューブ２は、加圧部材４ａにより圧閉されない。
【００２７】
出口側曲路７ｂは、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次大きくする非真円形状に構成されている。そのため、出口側曲路７ｂに配置されたチューブ２は、下流側に向ってだんだんと加圧部材４ａから受ける力を取り除かれる。
【００２８】
ポンプベース３の円筒室３ａは、半径Ｒの真円形状に形成され、ポンプベース３の前面部３ｄ側において入り口側経路６の入り口側曲路６ｂとなめらかに連結され、ポンプベース３の背面部３ｅ側において出口側経路７の出口側曲路７ｂとなめらかに連結されている。このように、ポンプベース３の内部空間は、主として、入り口側曲路６ｂによる非真円領域Ｄ１、円筒室３ａによる真円領域Ｄ２、及び出口側曲路７ｂによる非真円領域Ｄ３による３つの領域から構成されている（図２のＡ−Ａ線横断面図及び図３参照）。
【００２９】
次に、ポンプベース３の内部空間におけるチューブ２の配置経路について、図４を参照して説明する。図４においては、配置経路をわかりやすくするために、チューブ２を簡略化して描いている。チューブ２は、ポンプベース３の入り口側において、入り口側直路６ａに沿って直線状に配置された後、入り口側曲路６ｂに沿って湾曲して配置されて円筒室３ａ内へ導入されている。円筒室３ａ内へ導入されたチューブ２は、円筒室３ａの内壁面３ｂに沿ってリング状に配置されている。その後、チューブ２は、ポンプベース３の出口側において、出口側曲路７ｂに沿って湾曲して配置された後、出口側直路７ａに沿って直線状に配置されて外部へ導出されている。
【００３０】
このように、チューブ２は、円筒室３ａの内壁面３ｂに３６０°の範囲で接し、かつ入り口側経路６及び出口側経路７を含んで１．５周巻かれている。つまり、入口側のチューブ２は、入り口側曲路６ｂの非真円領域Ｄ１と円筒室３ａの真円領域Ｄ２との連結部分Ｐ１上に配置され、かつ、出口側のチューブ２は、円筒室３ａの真円領域Ｄ２と出口側曲路７ｂの非真円領域Ｄ３との連結部分Ｐ２上に配置され、チューブ２は２層状態で巻かれている。従って、チューブポンプ１の作動時に、入り口側及び出口側のチューブ２を同時に圧閉することができるので、チューブポンプ１の弁効果を高めることができる。その結果、吐出圧の高いチューブポンプを実現することができる。
【００３１】
次に、上記のような構成を有するチューブポンプ１の動作について、図５を参照して説明する。図５の上列の図は、加圧部材４ａがチューブ２を圧閉している様子を示し、図５の下列の図は、チューブ２を直線状に展開し、加圧部材４ａ及び偏芯ロータ４ｂがそのチューブ２上を右側から左側へと移動する様子を示す。図５の上下列の図において、右側には偏芯ロータ４ｂの回転角度が０°であって、入り口側のチューブ２の圧閉が開始される状態を示し、真ん中には偏芯ロータ４ｂの回転角度が１８０°であって、チューブ２が圧閉されている状態を示し、左側には偏芯ロータ４ｂの回転角度が３６０°であって、出口側のチューブ２の圧閉が終了される状態を示す。
【００３２】
図５の右側に示すように、チューブ２の圧閉が開始されるとき、入り口側曲路６ｂと円筒室３ａとの間隙は下流側に向って漸次狭くなっているので、加圧部材４ａはチューブ２からＬＡの寸法だけ離れた位置から緩やかな角度でチューブ２をだんだんと押圧していく。その結果、チューブ２は加圧部材４ａの偏芯運動（回転体の回転）に伴い、入り口側において解放状態からなだらかに圧閉状態に移行される。従って、それまでチューブ２内に滞留していた流体が、加圧部材４ａの容積によって急激に排斥されて逆流することを防止できる。なお、入り口側のチューブ２が圧閉されているとき、実際には、出口側のチューブ２も圧閉されている。
【００３３】
図５の真ん中に示すように、チューブ２が圧閉されているとき、加圧部材４ａは、円筒室３ａの内壁面３ｂに対してチューブ２を圧閉し、この圧閉箇所を時計回りに移動させて、チューブ２内の流体を送出している。
【００３４】
図５の左側に示すように、チューブ２の圧閉が終了されるとき、出口側曲路７ｂと円筒室３ａとの間隙は下流側に向って漸次広くなっているので、加圧部材４ａはＬＢの寸法だけ離れた位置まで緩やかな角度でチューブ２からだんだんと離れていく。その結果、チューブ２は加圧部材４ａの偏芯運動に伴い、出口側において圧閉状態からなだらかに解放状態に戻される。従って、それまで加圧部材４ａの容積によって排斥されていた流体が、チューブ２が急激に解放されて逆流することを防止することができる。なお、出口側のチューブ２が圧閉されているとき、実際には、入り口側のチューブ２も圧閉されている。
【００３５】
このように本実施形態のチューブポンプ１によれば、ポンプベース３の入り口側経路６は、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次小さくしているので、チューブ２の圧閉が開始されるとき、解放状態のチューブ２は、加圧部材４ａによって入り口側経路６の入り口側曲路６ｂに対して徐々に押圧されてなだらかに圧閉状態に移行する。また、ポンプベース３の出口側経路７は、円筒室３ａとの間に生じる間隙の寸法を下流側に向って漸次大きくしているので、チューブ２の圧閉が終了されるとき、圧閉状態のチューブ２は、加圧部材４ａによって出口側経路７の出口側曲路７ｂに対して徐々に押圧されなくなってなだらかに解放状態に戻される。従って、逆流をなくして脈流を防止することができる。また、そのため、本実施形態のチューブポンプ１は、逆流や脈流を防止したチューブポンプを必要とするマイクロ流体デバイス、細胞増殖機器分野、及び医療機器分野等での使用に適している。
【００３６】
また、本実施形態のチューブポンプ１によれば、チューブ２は、円筒室３ａの内壁面３ｂ全周にわたって配置されているので、チューブポンプ１の作動時に、チューブ２は常に加圧部材４ａにより圧閉される。従って、チューブ２内の流体を連続的に吐出することができる。
【００３７】
また、本実施形態のチューブポンプ１によれば、複雑な制御回路が必要とされないので、製造コストを低く抑えることができる。
【００３８】
本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、リングポンプを例として示したが、ローラポンプであってもよい。すなわち、回転体４として、加圧部材４ａ及び偏芯ロータ４ｂの代わりに、例えば、円筒室３ａの中心に設けられるサンローラ、及びこのサンローラの周りにこれと接するように配置された複数の遊星ローラを用いた構成としてもよい。また、上記実施形態では、ポンプベース３は、本体部３ｃ、前面部３ｄ及び背面部３ｅから構成される例を示したが、上記のような入り口側経路６及び出口側経路７を有していれば、そのような構成に限られない。
【符号の説明】
【００３９】
１      チューブポンプ
２      チューブ
３      ポンプベース
３ａ    円筒室
３ｂ    内壁面
４ａ    加圧部材（回転体）
４ｂ    偏芯ロータ（回転体）
５      モータ（駆動機構）
６      入り口側経路
７      出口側経路
【図１】
2014074349.tif 000003
【図２】
2014074349.tif 000004
【図３】
2014074349.tif 000005
【図４】
2014074349.tif 000006
【図６】
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【図８】
2014074349.tif 000008
【図９】
2014074349.tif 000009
【図５】
2014074349.tif 000010
【図７】
2014074349.tif 000011