独自技術を付加したチューブポンプ
リングポンプの紹介
株式会社アクアテック

谷口 尚司

当社は、独自技術を付加したチューブポンプ

当社は、標準機種として 19 機種のリングポであるリングポンプ（Ring Pump :当社の登録ンプを展開し、30nL/min から 1.6L/min の範囲商標）を製造販売している企業である。の幅広い吐出量をカバーしている。これらのポンプは、サイズの違いはあるが、基本的な構造・原理は共通である。
第 1 図にリングポンプの基本構造を示す。

リングポンプは、構造が簡単で小型化に適していることが特長の一つで、吐出量が 1µL/min以下のマイクロリングポンプも商品化し、微小流量が必要な各種分野で使用されている。
リングポンプもチューブポンプの一種であるため、次に示すチューブポンプの特長も併せ持っている。

リングポンプは以下の構成となっている。ケースにチューブの出入り口部分を有する円筒状・流体が接触するのは、チューブ内面のみ（形）のくぼみを設ける。そのくぼみの壁・呼び水が不要で自吸するに沿って弾性材料のチューブを配置する。この・ポンプが停止しても、逆止弁効果があるくぼみの円筒部の中心に、モーターで駆動され・連続送液、灌流ができるる回転軸を配置する。偏心した位置に回転中心・モーターを逆転すれば、逆流するを持つ円形の偏心ローターの回転中心をこの軸に結合する。偏心ローターの外側にチューブを以下、その他の特徴も含めて、リングポンプの詳細について解説を行う。

押圧するためのリングを挿入する。第 1 図には図示しないが、これらの部材を定位置に収めるため、図の手前側からカバーを取り付ける。

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偏心ローターの回転中心と外円の距離が一番長い部分（第 1 図では右方向）でケースの円筒の自吸性能と、ポンプが停止した時の逆止弁効果を確保している。

状くぼみの壁との隙間が一番小さくなり、この位置でリングを介してチューブを押圧する（押圧ポイント）。
このような構造で回転軸が右回転すると、押圧ポイントも順次チューブに沿って回転方向に移動していく。
ポンプの動作は、回転軸が時計回りに回転すると、回転方向に対し押圧ポイントの後ろ側のチューブの押圧がなくなった部分では、チューブがその弾性力で復元しチューブ内が陰圧になって流体を吸引する。また、回転方向側に押圧ポイントが移動して新たにチューブが押圧されると、チューブ内の容積が減り中の流体を吐出する。
第 3 図に従来型チューブポンプ（ローラポンプとも呼ばれる）の基本構成を示す。
従来型チューブポンプ（以下、従来型ポンプと書く）は、回転軸に固定されたローターに組み込まれた複数個（図では 4 個）のローラーで、順次チューブをしごいて流体を送る構造になっている。チューブの弾性力で流体を吸引することと、ローラーでチューブが押されて流体を吐出する原理は、リングポンプと同じである。

第 2 図に示すように、偏心ローター回転中心

従来型ポンプとリングポンプを比較すると、と外円の距離が一番長い位置が真上に来ると、従来型ポンプでは小さなローラーでチューブがチューブを収めているケースの円筒状部分から押されるのに対し、リングポンプは大きな半径チューブが上に向かう所の境目の部分（図で矢のリングでチューブを押圧する。また、リング印が付いている部分）では真上に比べ偏心ローポンプは 1 回転に 1 回チューブを押すが、従来ターの回転中心から外円までの距離が短くな型ポンプは複数回チューブを押す。したがっり、チューブの押圧が不完全になる。押圧が不て、リングポンプのほうが、チューブに与える完全になると、流体が漏れポンプ性能が悪くな変形負荷が少なくソフトなため、チューブ寿命る。これを対策するため、リングポンプではケが長くなるとともに、チューブ内部が削れてコースの矢印部分に適切な高さの封止用凸を設けンタミが発生することも改善される。ている。

また、リングポンプは、小さなローラーやそこの凸により、ポンプの回転全周にわたっての軸が不要なため構造が簡単で部品点数も少なチューブを確実に押圧することができ、ポンプ

く、従来ポンプに比べ小型化しやすいという特2 / 5長を持っている。そのため、吐出量が 1µL/min

第 4 図は、当社リングポンプ RP-S の吐出量以下のマイクロリングポンプの製品化が可能との時間変化グラフである。ポンプの回転数なっている。

194rpm で水道水を流した時のグラフで、1 回転に 1 回のサイクルで吐出量が約 1470mL/min から約-140mL/min の間を変化する流れになってリングポンプでは、チューブと流体の相性がいるのがわかる。吐出量マイナスは、逆流して重要である。使用する流体によって侵されて溶いる領域である。周期的に変動するこのようなけたり・膨潤したりするチューブは、ポンプ性流れを脈流、あるいは、脈動と呼んでいる。

能・寿命の観点から使用することはできない。

第 2 図に示したように、偏心ローター回転中

当社では、お客様から使用液体が提供可能な心と外円の距離が一番長い位置が真上に来る

場合は、その液体と各種チューブを使って接液と、出口・入口のチューブを同時に押圧するた性の試験を実施して、適切なチューブをお客様め流れが止まる。そこからさらにポンプが回転に提案している。

すると、出口側チューブの押圧が解放されチュチューブの気体の透過性は、チューブの材質ーブが弾性力で復元するため、いったん吐出しによって大きく変わり、シリコーンチューブはた水を引き戻すことになり逆流が発生する。

気体の透過性が高い。そのためチューブ内の流第 4 図の 600mL/min の位置の横点線は平均吐体に含まれている物質が透過して外部に漏れ、出量を表している。カタログ等に記載の吐出量ポンプのケースなどを侵すという事例もある。

は、この平均吐出量である。

また、停止状態でポンプを置いておくと、チュ

この脈流はポンプの原理上無くすことができーブ外の空気がチューブの中に入り込み、泡にないものである。しかし、多連のポンプにするなることもある。

ことによって脈流の程度を改善することができ当社では、る。同じポンプを多層にして、それを一つのモ・シリコーンチューブーターで回転させるもので、偏心ローターの押・オレフィン系チューブ

圧ポイントを 2 連なら 180 度、3 連なら 120 度

・フッ素系エラストマーのチューブずらしている。そして複数のポンプの吐出口をなどから、使用する流体に適性のあるものを選一つにまとめて吐出流を合成することによっ択して使用している。て、脈流の変化幅を小さくしている。
第 5・6 図は RP-S を 2 連と 3 連にしたリングポンプ（RP-2S/3S）の吐出量の時間変化グラフである。脈流はあるが、第 4 図の 1 連と比較

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すると吐出量の変動幅が 2 連は約 60％に、3 連ともに 0m で、マイナス方向は吸引高さの変化は約 17%に小さくなっていて、吐出量の変化幅（吐出高さは 0m 一定）を、プラス方向は吐出縮小の効果が分かる。

高さの変化（吸引高さは 0m 一定）を表している。
吐出量は、吸引高さと吐出高さが 0m の時の吐出量を 100%とし、それぞれの高さの変化による吐出量の変化を%で表している。
この図を見ると、吸引高さが大きくなると、吐出量は減少している。ポンプへの吸引は、押圧されたチューブの復元力に依存している。吸引高さが高くなり水を引っ張り上げるのに必要な力が大きくなると、復元に対する負荷が大きくなり吸引できる水の量が少なくなる。その結果として吐出量も減る。
吐出高さについては、十分なトルクのモーターを使用しているため、5m 程度までは吐出量

当社では、吸引・吐出高さと吐出量の関係をへの影響はほとんどない。

第 7 図のグラフで表している。これはリングポ
ンプ RP-KⅡシリーズの測定例である。
リングポンプは容積式ポンプで、1 回転の吐出量の定量性は良い。しかし、脈流があるため1 回転以下の動作では、脈流サイクルのどの位置からスタートしたのかにより、吐出量のばらつきが発生する。そのため、ポンプを間欠運転する場合は、3 回転程度以上運転してスタート位置によるばらつきを少なくすることを推奨している。
当社では、ポンプ 1 回転の定量性に着目し、正確に 1 回転の整数倍の回転数でポンプの回転を停止させることができるポンプとモータコントローラーを組み合わせた、定量ポンプも製品化している。

リングポンプは、モーター寿命に比べチューブ寿命が長いため、開発当初から「チューブ交換は必要ないので行わない」という考え方で製品化してきた。
しかし、細胞培養・医療関連などで利用され横軸は吸引・吐出高さを、縦軸は吐出量を示るようになり、チューブの滅菌のためチューブしている。横軸は中央の 0m が吸引・吐出高さ交換が必要になってきた。その対策として、品4 / 5

質上のトラブルがなく簡単にチューブ交換がで化が図れる。

きるように、チューブの入ったポンプヘッド部

これらのモーターは、モーター単体では回転とモーターの付いた本体部に分割して、ポンプ数が速いため、減速ギアを組み込んだギアードヘッド部を交換できるポンプを、小型ポンプ中モーターとして使用している。

心に製品化している。
写真 2 は、その一例の RP-QⅡである。
吐出量の小さなマイクロリングポンプは、細胞培養、各種分析・検査機器、大学・企業の研究室や宇宙ステーション内を始めとする多くの分野の実験、特に微少流量のコントロールが必要とされるシーンで活躍している。
また、吐出量が比較的大きい汎用のリングポ
ンプは、各種薬液供給装置、全自動洗車機、業務用洗濯機、多機能トイレ、イオン水整水器、介護浴槽、カップコーヒー自販機、インクジェットプリンター等々、ポンプそのものが直接見
当社のポンプには、駆動源としてブラシ付きDC モーター・ブラシレス DC モーター・ステッ

えることはほとんどないが、生活の中の多くの場面で使用されている。

ピングモーター・AC シンクロナスモーターを使用している。
ブラシ付き DC モーターは、直流電圧をかけるだけで回転し、コストも安く、多くのポンプ

当社は、今後ともお客様のニーズを鋭く感知し、常に一歩先をゆくユニークな製品の開発に努めていく所存であるので、ご期待いただきたい。

で使用されている。しかし、ブラシの摩耗が発生するため、寿命は長くない。
寿命を延ばす必要のある場合は、ブラシレス
DC モーターを使用している。ブラシレス DC モーターは、回転させるのにドライバー回路が必要だが、当社では主にドライバー回路一体型のモーターを使用している。
幅広い流量範囲での使用や、細かい回転制御が必要な場合、あるいは超小型ポンプでは、ステッピングモーターを使用している。ステッピ
ングモーターの駆動にはコントローラーが必要だが、当社では、色々な特徴を持った複数のコントローラーを製品化している。
AC 電源で駆動したいという要望に合わせ、ACシンクロナスモーターを使用したモデルも展開している。
ブラシレス DC モーター、ステッピングモー
ター、AC シンクロナスモーターはブラシがな
いため、ブラシ付き DC モーターに比べ長寿命

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