(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ円筒形に形成されたポンプハウジングの内周面のほぼ中心部に、駆動源で駆動される駆動軸に固着しその周囲にローラを設けたロータを配置し、前記ローラと前記ポンプハウジングの内径部との間に弾性チューブを挟み、前記ロータを回転させてローラにより弾性チューブを挟む位置を移動させて弾性チューブ内の液体を一方向へしごいて押し出すようにしてポンプ作用をさせるローラポンプにおいて、
前記ポンプハウジングに、前記駆動源の一部を構成する減速装置のケースを一体に設けて前記ポンプハウジングと前記減速装置とを一体に形成し、該減速装置の出力軸に前記ロータを固着するようにし、
前記ポンプハウジングの弾性チューブを挿入するための入り口溝、出口溝の外側に前記弾性チューブを押さえるレバーを備え、該レバーを弾性チユーブの長手方向に対して直角方向に付勢するバネを設け、太さの異なるチューブに対しても前記レバーにより前記各溝に確実に押さえることができるようにしたことを特徴とするローラポンプ。
【請求項２】
前記レバーの先端部の形状は、該レバーの回転中心の支軸を通る中心線に対し斜めに設定されており、該先端部と前記弾性チューブの入口溝、出口溝との間に前記弾性チューブを押し込むだけで簡単に装着できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のローラポンプ。
【請求項３】
前記駆動源は、回転センサを備えたステッピングモータと、該ステッピングモータの回転力を減速する前記減速装置とを備えてなり、前記回転センサの検出に応じてステッピングモータの駆動が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のローラポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弾性チューブをローラ回転装置により押し圧閉塞してポンプ動作を行うローラポンプに関し、特に医療用に適したローラポンプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から実施されているローラポンプにおいてはその駆動源としてブラシレスＤＣモータを使用し、比較的減速比の大きい減速装置で必要な速度まで減速してポンプを駆動させるように構成されていた。
【０００３】
さらに上記減速装置は独立した別のケースに歯車列を組み付けて構成し、ポンプハウジングと、減速装置と、モータとを一体に組み付けてローラポンプを構成していた。
【０００４】
又、送液時の脈動を防止するためにポンプハウジングの内周面の形状を、チューブの入り口、出口付近でローラが弾性チューブから徐々に離れるように半径を暫増した複雑な曲線を形成していた。
【０００５】
又、ポンプを駆動するときに弾性チューブがばたつきポンプハウジングから外れないようにするためにポンプハウジングに弾性チューブを固定できるような入り口溝と出口溝を形成し、該溝に弾性チューブをはめ込み、太さの違いはアダプタを組み込んで対応しているものや、あるいは弾性チューブの太さの違いをばねを組み込んだレバーを用いて対応し、レバーを手で動かしてチユーブを装着できるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来の構成は、減速装置をポンプハウジングとは別体で製作していたため、部品点数が増加し、高コストとなるという問題がある。
【０００７】
また、ブラシレスＤＣモータを比較的高速で回転させ減速比の比較的大きい減速装置でポンプとして必要な速度まで減速して使用していたため、歯車の騒音が大きく、歯車の寿命が短く、また人の手で外部からポンプのロータを回転させる必要が生じたとき回転させるのに大きな力を必要とする等の問題がある。
又、回転センサをもたないステッピングモータを使用した場合は脱調しやすいので必要以上に大出力のモータを使用する必要があり、従って効率が低い、騒音が大きい等の問題がある。
【０００８】
また、ポンプハウジングの内径部の形状をローラが入り口溝、出口溝の近傍で弾性チューブから徐々に離れるような形状にしないと液送時の脈動や歯車の当り音が問題なり、上記のような形状とするためにポンプハウジングの内径部の形状を半径が漸増するような複雑形状にすると製作が困難となり、高コストになる問題がある。
【０００９】
また、ポンプハウジングに溝を形成してその溝に弾性チューブをはめ込む方式の場合、チューブの太さに応じてアダプタで対応しなければならないが、弾性チューブを外すときにアダプタとの一緒に外れていしまうとよいう欠点がある。
従来技術になる弾性チューブの太さの違いをバネを組み込んだレバーを用いて対応し、レバーを手で動かしてチューブを装着できるようにする方式では一方の手で弾性チューブを持ち、他方の手でレバーを動かす必要があり操作が面倒である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するため、請求項１に開示するようにポンプハウジングと減速装置の一部を一体に形成することにより構造を簡潔にし部品点数を少なくする。
【００１１】
又、請求項２に開示するように駆動モータを回転センサを装着しクローズドループ制御したステッピングモータを使用し、脱調を防止し、効率を改善し、騒音、振動を低減させる。
また、ステッピングモータは比較的低速の領域での駆動を得意とするので、減速装置の減速比を小さくできるので、減速装置の騒音を低減し寿命を長く保つことができる。
【００１２】
又、請求項３、４に開示されたようにハウジングの内周面の形状を比較的単純な形状で、入り口側、出口側付近でローラが弾性チューブから徐々に離れるようにした。
【００１３】
また、請求項５に開示したようにポンプの入り口溝、出口溝に弾性チューブを押さえるレバーを有し、該レバーはバネの力で動かされるように構成されているので太さの異なるチューブを確実に押さえることができ、かつレバーの形状を、レバーの先端部分の形状が支軸を通る中心線に対し斜めになっており、該先端部と上記弾性チューブの入り口溝、出口溝との間に前記弾性チューブを上方から押しこむだけで簡単に装着できる形状とする。
【００１４】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
図１は本発明になるローラポンプの要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った面を軸方向から見た平面図、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿った要部断面図である。
【００１５】
図１、図２において、１はポンプハウジング、２はポンプハウジング１の蓋、３はポンプハウジング１の内径部、４はロータ、５はロータ軸、６はローラ、７はローラ軸、８は軸受け、９は遊星歯車機構、１０は弾性チューブ、１１はチューブ入り口溝、１２はチューブ出口溝、１３、１３’はチューブ押さえレバー、１４、１４’はチューブ押さえレバー支軸、１５、１５’はレバー駆動バネ、２０はステッピングモータ、２１はステッピングモータの回転センサ、２２はステッピングモータの駆動制御回路である。
【００１６】
図１、図２によりロータ４の構造を詳述すれば、ロータ軸５に固着されたロータ４にロータ軸５より半径方向にずれた位置にロータ軸５に対し対称の位置に、ロータ軸５と平行にほぼ三角形のローラ支持板４−１の支持軸４−２を設け、該三角形のローラ支持板４−１の一端は支持軸４−２により旋回可能に支持され、他の先端はバネ４−３によりローラ支持板４−１をロータ４のベースより外側に押し出すようになっている。
その結果、ローラ支持板４−１に設けられたローラ軸７に支持されたローラ６がバネ４−３により弾性チューブ１０をポンプハウジングの内周面３との間に挟み押し圧するようになっている。
【００１７】
図１においてポンプハウジング１の下部には２個の軸受け８が設けられ、該軸受け８により支持されたロータ軸５の上端部にロータ４が固着され、ロータ軸５の下端に遊星歯車機構９の遊星歯車支持板９−１が固着され、該遊星歯車支持板９−１に設けられた複数の支持軸９−２にそれぞれ遊星歯車９−３が支持され、該遊星歯車９−３がポンプハウジング１の下部に設けられた内歯歯車９−４と係合し、ポンプハウジング１と遊星歯車機構９とが一体に形成される。
【００１８】
前記ポンプハウジング１の遊星歯車機構９の下部に回転センサ２１を装着したステッピングモータ２０が固着され、該ステッピングモータ２０の軸に固着された小歯車２０−１が前記遊星歯車９−３と噛合されている。
【００１９】
図１、図２においてポンプハウジング１の一方の端部に弾性チューブ１０をＵ字形に丸めた端部を保持するためのチューブ入り口溝１１と出口溝１２とが設けられ、ポンプハウジング１の内径部３はほぼ円筒形でロータ４を収容できる深さを有し、ほぼ円筒形３の形状は、チューブ入り口溝１１、出口溝１２と反対の方向の位置近傍に前記ロータ軸５を中心とし、ある半径の半円３−１を形成し、該半円３−１の端部からチューブ入り口溝１１、出口溝１２の方向にある長さの接線３−２が形成され、該接線３−２の端部から前記半円３−１と同じ半径の部分円３−３により前記チューブ入り口溝１１、出口溝１２とを結ぶような形状に形成されている。
即ち、内径部は同じ半径の半円３−１と部分円３−３を半径の位置をずらせて配置し、両方の半円の端部を接線３−２で接続したほぼ長円の形状をなしている。
【００２０】
別の実施例においては、図１、図２においてポンプハウジング１の一方の端部に弾性チューブ１０をＵ字形に丸めた端部を保持するためのチューブ入り口溝１１と出口溝１２とが設けられ、ポンプハウジング１の内径部３はほぼ円筒形でロータ４を収容できる深さを有し、ほぼ円筒形３の形状は、チューブ入り口溝１１、出口溝１２と反対の方向の位置に前記ロータ軸５を中心に、ある半径の半円３−１を形成し、該半円３−１の中心より該半円の端部の方向にある距離離れた２点を中心とし、前記半円３−１よりわずかに大きい半径の部分円３―３を前記半円３−１の端点とチューブ入り口溝１１、出口溝１２と交差するように形成し、前記半円３−１と前記部分円３−２との端部を直接接続するように形成する。
即ち、半円３−１の左側に該半円３−１よりわずかに大きい半径の部分円３−３を中心位置を前記半円の端部方向ずらせて接続するような形状となっている。
【００２１】
チューブの入り口溝１１と出口溝１２の断面形状は図３の左半分を参照し、チューブ出口溝１２は、該溝１２の上部入り口１２−１は広く開き、中間部１２−２は上記入り口より狭く、下部１２−３は広く形成され、外形寸法の異なるチューブを容易に受け入れ、かつ容易に脱落しないように形成されている。
右半分の入り口溝１１の断面形状も同様な形状となっている。
【００２２】
図２、図３を参照しチューブ入り口溝１１と出口溝１２の外側にチューブ保持レバー１３、１３’が支軸１４とバネ１５と共に設けられ、チューブ保持レバー１３、１３’がバネ１５の力で弾性チューブ１０をチューブ入り口溝１１、出口溝１２に押しつけて保持するようになっている。
【００２３】
チユーブ保持レバー１３の形状は、図３に示すように弾性チューブ１０を保持していない状態で、両方のレバーの支軸を通る中心線に対し斜めに切除された先端部分１３−１がＶ字形に開いており、図示の状態で弾性チューブ１０を入り口溝１１と出口溝１２の上端部１１−１、１２−１と保持レバー１３の斜めの先端部１３−１との間に当接して上部より下方に押し圧すると、保持レバー１３の斜めの先端部１３―１がバネ１５の力に抗して左右に開き、弾性チューブ１０の通過を許し、弾性チューブ１０が通過してチユーブ入り口溝１１、出口溝１２に入った後にバネ１５の力で弾性チューブ１０を溝内に押しつけて脱落を防ぐように作用する。
この操作は片手で一挙動で可能であり、従来構成のように両手で操作することを必要とするのに対し優れた操作性を有している。
【００２４】
本発明になるローラポンプを作動せしめるには、弾性チューブ１０の入り口側をハウジングの入り口溝１１に上述の如く保持レバ１３ーの先端部に押しつけて装着し、弾性チューブ１０の出口側を半円形に曲げて２このローラ６とハウジングの内周面３との間を通過させて出口側溝１２の保持レバー１３の先端部に押しつけて装着して動作所準備を完了する。
【００２５】
本発明になるローラポンプの動作は、駆動制御回路２２よりステッピングモータ２０に適宜のパルス数のパルス電流を流すと、ステッピングモータ２０が回転し遊星歯車機構９を介してロータ４が回転し、ロータ４に装着された２個のローラ６はスプリングの力で弾性チューブ１０をポンプハウジングの内周面３に押しつけ、ローラ６でチューブを閉塞し、この閉塞された位置がロータの回転に連れて移動し、チューブ内に閉塞された液体が出口方向は移動してポンプ作用をする。
【００２６】
本発明になるローラポンプにおいては、その駆動源として回転センサを装着したステッピングモータを使用しており、ステッピングモータは、固定子と回転子に多数の歯が設けられており、固定子の通電パルス数により回転速度が制御される構造であるので速度の制御範囲の比率が従来から使用されているＤＣブラシレスモータより大きくできる特徴があり、液体の送出量制御の幅が拡大できると共に、特に低速度における安定度が優れている。
従って減速装置の減速比を小さくできるので、小型の遊星歯車装置をポンプハウジングと一体に構成できるという特徴がある。
本発明のように減速装置の減速比を小さくできると、弾性チューブ１０をポンプハウジングに装着するとき等ロータ４を手で回転させるときに小さな力で回転させることができるので操作上有利となる。
また、本発明の実施例においては遊星歯車装置を使用しているが、遊星歯車装置に限らず他の構成の歯車装置でも良いことは論ずるまでもない。
【００２７】
請求項３の構成においてはポンプハウジング１の内周面３の形状を単純な円筒形より変更して、チューブ入り口溝１１、出口溝１２と反対の方向の位置近傍に前記ロータ軸５を中心とし、ある半径の半円３−１を形成し、該半円３−１の端部からチューブ入り口溝１１、出口溝１２の方向にある長さの接線３−２を設け、該接線３−２の端部から前記半円３−１と同じ半径の部分円３−３により前記チューブ入り口溝１１、出口溝１２を結ぶような形状に形成されている。
【００２８】
このような構成にすることにより、図２において上側ローラ６と下側ローラ６とがそれぞれ弾性チューブ１０を押しつぶし、弾性チューブ１０の内側外観が２点鎖線で図示されていて、ロータ４が反時計方向に回転しているときに上側ローラ６が図示の位置から左方向に移動したときに、ポンプハウジング１の内径部３の接線部３−２と部分円弧３−３の位置に対向するようになり、この接線部３−２と部分円弧３−３の位置は、中心位置が接線３−２の長さ左方向に移動しているのでローラ６との距離が長くなるからローラ６が弾性チューブ１０を押す力が順次小さくなり、ローラ６が弾性チューブ１０から離れるとき弾性チューブ１０の弾撥力によりローラ６を回転方向に撥ね返す力が小さくなるから、減速装置における歯をたたくような騒音を低減させることができる。
【００２９】
一方、下側ローラ６が弾性チユーブ１０に接触を開始するときは、部分円弧３−３の位置から接触を開始しローラ６の回転に連れてローラ６と部分円弧３−３との距離が順次小さくなり更に接線部３―２と半円３−１の交点で最小となり以後１８０度の間不変で回転する。この状態でのトルク変化は緩やかに増加し最大に達し以後１８０度の間不変となるから歯車減速装置及びステッピングモータ２０に掛かる負荷トルクの変化が緩やかとなり、騒音の発生が減少し歯車減速装置の寿命を長く保つことができる。
【００３０】
請求項４においては、ポンプハウジング内周面が前記駆動軸を中心としある半径の値を持つ半円と、前記駆動軸の中心より前記半円の両端点に向かいある距離離れた点（ｂ）、（ｃ）を中心とし、前記半円の両端点からチューブ入り口側と出口側に向かって前記半円の半径より若干大きな半径を持つ部分円で前記チユーブ入り口側溝と出口側溝と連結される形状をしている。
このような内周面の形状においてもローラ６が半円３−１の端部からチューブ入り口側、出口側溝に向かうときローラ６と内周面との距離が漸増するのでローラ６がチューブ１０より離れるときの跳ね返りが少なく、歯車をたたく音を減少させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明なるローラポンプは上記のような構成であるので下記のような効果がある。
（１）請求項１に開示したようにポンプハウジングと減速体を一体に構成することにより、部品点数を大幅に削減することができたのコストの低減を実現できる。
（２）請求項２に開示したように駆動源として回転センサを備えたステッピングモータを使用することにより原動機の駆動速度を低くすることが可能となり減速比を小さくすることができるとと共に、脱調することなく低速から高速まで広範囲の制御が可能で、低振動、低騒音が実現できる。
（３）請求項３、４に開示したようなポンプハウジングの内周面形状とすることにより、歯車のたたき音の低減とポンプの脈動を低減できるポンプを低コストで供給できる効果がある。
（４）請求項５に開示するように弾性チューブを装着が容易となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるローラポンプの要部断面を示す正面図である。
【図２】本発明のなるローラポンプのポンプハウジングの平面図である。
【図３】本発明になるローラポンプの要部断面を示す右側面図である。
【図４】従来から実施されているローラポンプの概略図である。
【符号の説明】
１          ポンプハウジング
２          ポンプハウジングの蓋
３          ポンプハウジングの内径部（減速装置一体形）
４          ロータ
５          ロータ軸
６          ローラ
７          ローラ軸
８          軸受け
９          遊星歯車機構
９−１      遊星歯車機構の遊星歯車支持板
９−２      遊星歯車支持軸
９−３      遊星歯車
９−４      遊星歯車の内歯歯車
１０        弾性チューブ
１１        入り口溝
１２        出口溝
１３        保持レバー
１３−１    保持レバーの先端部
１４        保持レバーの支軸
１５        保持レバーのバネ
２０        ステッピングモータ
２１        ステッピングモータの回転センサ
２２        ステッピングモータの駆動制御回路
１０１      ＤＣブラシレスモータ
１０２      減速装置
１０３      ポンプハウジング
１０４      ロータ
１０５      ローラ
１０６      弾性チューブ
１０７      カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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