JP6914830B2 - 蠕動ポンプ用回転子デバイス - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、改良された蠕動ポンプ用回転子（rotor）デバイスに関し、より具体的には、かかる回転子デバイスを含む蠕動ポンプおよび蠕動ポンプを使用する方法に関する。

先行技術
医療分野において使用される蠕動ポンプは、その回転子にホース内の液体を動かすための弾性ホースの断面を徐々に圧縮するローラが提供されるポンプである。したがって、この種類のポンプは、液体と接触することなしにホース上でのみ、ポンプ−回転子を動作させることによって、ホースの内側の流体を循環させるために使用される。したがって、蠕動ポンプは、例えば無菌の環境で作業する場合に、液体の汚染を回避するために、液体が閉じ込められた雰囲気に留まることが要求されるいずれの適用にも好適である。一般に、蠕動ポンプは、無菌の概念が非常に重要な環境において動作するように適合される。したがって、ポンプは、ホース内で流体を運搬し、環境によるその汚染を防止する機能を満たさなければならないだけでなく、ポンプそれ自体による環境の汚染も回避しなければならない。

現在、市場には、液体サンプルの無菌テストを行う多くの異なる蠕動ポンプがある。これらの蠕動ポンプは、広い範囲の流量に渡って使用される。例えば、使用者は、特定の量の液体で小さな試験チューブのラックを満たしてもよい。普通、蠕動ポンプは、ｍｌでの量、例えば試験チューブごとに０．５〜１０ｍｌ以上を運搬し得るべきである。そして使用者は、試験チューブのラック用の量の液体で蠕動ポンプを使用して分注装置のコンテナを満たし、そして蠕動ポンプは、各試験チューブに特定の体積、例えば２ｍｌをくみ上げる。試験チューブを満たすことが終わった場合、フラッシング液がコンテナに満たされ、およびホースは、それを通してフラッシング液を運搬することによって、フラッシング液でフラッシュされる。このために、フラッシング液の受け入れに好適な異なるコンテナが、分注装置の出口に置かれる。このように分注装置は、使用後に洗浄される。

しかしながら、ラックの試験チューブを満たすために、蠕動ポンプは、とても小さな量の液体、例えば上記のとおり０．５ｍｌを運搬することができなければならない。これらの量は、普通、液体の運搬の速さ、および、蠕動ポンプが動作する時間を特定することによって、蠕動ポンプによって制御される。このいわゆるタイマーモードにおいて、液体の送出される体積の精度は、図１に見られ得るとおり、ロールによって圧搾されるチューブのゾーンの、移送されていない体積によって影響される。このデッドゾーンＤＺは、それにおいて液体がホースに移送され得ないゾーンである。良好な精度を保つために、デッドゾーンＤＺが、運搬され、送出される液体の体積に補償され得るように、回転子のロールの位置を監視することは、必要である。よって、蠕動ポンプがチューブを通して液体を運搬する間、デッドゾーンＤＺが正確に評価されることは、とても重要である。

現在、ロールの角度位置は、ブラシレスモータドライバから出てくるパルスを介して定義される。センサは、０°を与える初期化位置を検知し、そしてロールに関連するデッドゾーンは、この初期の位置に従って位置づけられる。このために、普通、エンコーダホイールを備えるグラフまたはルックアップテーブル（ＬＵＴ）が使用される。エンコーダホイールは、デッド体積の位置へ直接に連結されない、既知の等間隔のセクタを有する。さらに、エンコーダホイールと結合される速さの調整（最大速度）もまた使用され得、速さを増大させなければならないデッド体積位置を示す。しかしながら、これらの方法は、モータドライバからの出力信号が電子ドライバからの不十分な情報に起因して回転子の角度位置を正確に決定しないかもしれないため、問題を引き起こし得る。

かかる方法は、例えばそれにおいて蠕動ポンプの既知の出力曲線が既知のセグメント中に分割され、マイクロプロセッサ入力デバイスによって評価されるUS 4,473,173において、使用される。既知の体積を積極的にずらす出力曲線のセグメントは、利用され、およびとても再現性がある。

US 2005/0180856 Aは、モータの回転位置の計測がプロセッサへフィードバックされ得るように回転位置エンコーダへ機械的に連結され得る、ステッパモータを開示する。プロセッサは、ステッパモータがエンコーダのパルス位置の間を補間することを引き起こし得る。

本発明の目的は、ポンプの出力に影響を与えるデッドゾーンを監視することの改良された可能性を備える、分注装置用の蠕動ポンプを提供することである。この目的は、ハウジング、軸方向に伸びハウジングに取り付けられる支持シャフト、支持シャフト上に取り付けられ、支持シャフトから半径方向に伸びる回転子本体を含み、および回転子の半径方向の外部上に取り付けられる複数のローラを有する回転子であって、ここでローラは、好ましくは周方向間隔において等しく間を空けられる前記回転子、回転子を駆動するために支持シャフトへ接続される駆動デバイスを含む、蠕動ポンプ用回転子デバイスであって、ここで回転子デバイスは、支持シャフト上に直接または間接に提供されるローラの数に対応する多数のローラマーカーをさらに含み、ここでローラマーカーは、デッドゾーンを示す、前記回転子デバイスによって達成される。

マーカーは、対応するセンサによって容易に検知され得る。よって、回転子の位置は、支持シャフト上に直接または間接に構造的に定義され、電子ドライバからの不十分な情報に起因するそれ以上のエラーは起き得ない。さらに、回転子の角度位置を監視することは、より容易であり、使用者は、小さな体積、すなわち小さなタイマー入力のための体積移送の良い再現性を得る。最後に、マーカーは、支持シャフトまたは回転子に沿ったいずれの場所上にも提供され得、それは、構成上の条件または必要性の点から見て、マーカーの提供をとても柔軟にする。

回転子デバイスは、支持シャフト上に直接または間接に提供される回転子の初期の位置を示す、初期化マーカーをさらに含み得る。基本的に、この初期化マーカーは、ローラの、および、対応するマーカーの周方向間隔が規則的（等間隔）であり、ローラおよびローラマーカーの両方が、回転子およびローラマーカーの両方を支持する支持シャフトの点から見て周方向の位置において対応する位置上にある限り、ローラマーカーの１つであり得る。しかしながら、初期化マーカーは、初期化後の同じ開始位置の容易な定義を可能にする分離したマーカーでもあり得る。上述のとおり、ローラマーカーは、好ましくは、ローラの間隔に対応した間隔に間を空けられ、より好ましくは、ローラおよびローラマーカーは、支持シャフトの点から見て周方向に同一の位置を有する。これは、ローラ位置に対応するすべてのデッドゾーンの正確な位置がとても正確に定義され得るため、評価をさらに容易にする。

ローラマーカーおよび／または初期化マーカーは、支持シャフトによって支持される制御盤上に提供され得る。制御盤は、相対的な動きがシャフトと盤との間に起き得ないように、支持シャフトへ固定される。また、制御盤は、マーカーを信頼可能に検知し、それぞれのセンサと協働するように、とても柔軟な要素である。

ローラマーカーおよび／または初期化マーカーは、好ましくは、支持シャフト上または制御盤上の突起として形成される。かかる突起は、異なるセンサ（光学の、誘導性センサ）によって検知するのに容易である。特に、突起は、制御盤の外周上に形成され得る。これは、軸方向において回転子要素およびセンサを、とても小さな間を空けて配置することを可能にする。

マーカーを検知するためのセンサは、回転子の一部である必要はないが、好ましくはマーカーの点から見てセンサの正確な位置づけを確実にするように、回転子デバイスのハウジングへ固定される。センサは、例えば突起だけでなく、着色されたマーカーまたは燐光材料を検知し得る光学センサなど、非常に多様なセンサであり得るが、好ましくは、センサは、構造的に突き出ているマーカーの点から見てとても信頼可能な誘導性センサである。

本発明は、特に上述の回転子デバイスを含む蠕動ポンプに関する。蠕動ポンプは、回転子に隣接して置かれる可動ジョー（jaw）をさらに含み、可動ジョーは、それにおいてホースが可動ジョーと、回転子のローラとの間で固定され、および、それにおいてホースにおける液体が運搬され得る運搬位置と、それにおいて可動ジョーが回転子のローラから離れて間を空けられ、ホースが蠕動ポンプから抜き取られ／取り出され得る入れ込み位置との間で、可動である。蠕動ポンプは、蠕動ポンプおよび回転子の機能を制御するための、および、回転子の初期の位置および初期の位置に関する回転を監視するための制御デバイスをさらに含む。かかる蠕動ポンプは、センサが回転子デバイスに含まれない場合、回転子デバイスの支持ロッドへ直接または間接に接続されるマーカーを検知するセンサを含み得る。

本発明の他の側面は、ホースを挿入すること、蠕動ポンプで液体の運搬を開始すること、それによってローラに対応する制御盤上のマーカーを検知すること、および検知されたマーカーに基づいて運搬された液体を評価することのステップを含む、蠕動ポンプで、小さな、または微小の体積を移送するための方法である。好ましくは、ホースを挿入する前に、制御盤上の初期の位置のためのマーカーの検知を含む初期化ステップが実行される。

図１は、それにおいてデッドゾーンが際立たされる、蠕動ポンプの略図を示す； 図２は、蠕動ポンプの回転子デバイスの断面を示す； 図３は、蠕動ポンプのための回転子デバイス上の等角底面図を示す； 図４は、回転子デバイスによって使用され、マーカーとしての突起を有する制御盤を示す；および 図５は、蠕動ポンプを含む分注装置を示す。

好ましい態様の記載
以下において、「軸方向の（axial）」、「半径方向の（radial）」および「周方向の（circumferential）」が使用される。これらは、要素の支持シャフトの点から見て使用される。すなわち、軸方向は、支持シャフトに沿った方向を描写し、半径方向は、支持シャフトの軸方向に垂直な方向を描写し、および周方向は、支持シャフト回転方向（時計回りまたは反時計回り）を描写する。さらに、参照番号が文字なしで使用される場合、その参照番号は、当該番号を備えるすべての参照記号を参照する（例えば参照番号１３は、参照番号１３ａおよび１３ｂの両方を意味する）。

本発明は、蠕動ポンプの回転子デバイス１０に関する。蠕動ポンプは、図６に示され、例えばEP 1 612 423 A1においてより詳細に記載される。

図１は、回転子１０、ジョー６０およびホース８０の概略的な絵を示す。さらに、デッドゾーンＤＺが示され、それは、回転子１２が回転する間、ジョー６０に対してローラがホース８０を加圧する場合に生じる。デッドゾーンＤＺは、ジョー６０に沿ってローラ１４と共に動く。このように、チューブにおける液体は、前方へ加圧され、ホース８０の出口へ運搬される。しかしながら、デッドゾーンＤＺにおいて、液体は、運搬され得ない。

図２は、蠕動ポンプ５０に使用される回転子デバイス１０の断面を示す。可動ジョー６０も示され、それは、蠕動ポンプの部分であり、可動ジョー６０とローラ１４との間でホース８０を締める役目を果たす。

回転子デバイス１０は、軸方向に伸びる支持シャフト１６を含む。支持シャフト１６は、下方ベアリング２０および上方ベアリング２２によってハウジング１８に支持され、または取り付けられる。支持シャフト１８の上方端部分上に、回転子本体１３を含む回転子１２が取り付けられる。１以上のローラ１４は、回転子１２の半径方向の外部上に取り付けられる。本態様において、回転子１２は、ベアリング１７（例えば、ニードルベアリング）を有するベアリングロッド１５を取り付ける上方回転子本体１３ａおよび下方回転子本体１３ｂを含み、ベアリング１７上にそれぞれのローラ１４が取り付けられ、およびベアリング１７によってローラ１４がベアリングロッド１５の周りに回転し得る。

好ましくは、回転子１２の周方向に置かれる３以上のローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃがある。３つのローラで、蠕動ポンプ５０におけるホース８０の容易な入れ込みおよび抜き取りを可能にするように、可動ジョー６０の取り囲む形状を減らすことが可能である（すなわち、可動ジョーは、回転子の主な部分を取り囲む必要がない）。しかしながら、もちろん、回転子１２の周方向の形状がローラ１４のための十分な空間を可能にする限り、４つ、５つまたはいずれの他の数のローラもあり得る。

回転子１２は、本態様において、回転子の上方表面の中心中、および、支持シャフト１６の上方端中へねじ込まれるフェザーキー１９およびねじ２４を介して、支持シャフト１６へ接続される。フェザーキー１９は、回転子１２へ支持シャフトの回転を安全に伝えるために、周方向において支持シャフト１６で回転子１２を相対的に固定する役目を果たす。

支持シャフト１６は、駆動デバイスによって駆動され、それはこの場合、支持シャフト１６へ固定される、対応するピニオン２７を駆動するウォームギア２８へ接続されるプーリー２６である。プーリー２６は、ベルトを介して電気モータ３０へ接続される（図３を参照）。しかしながら、プーリー２６が、歯車によって置き換えられ、および、他の歯車（単数または複数）を介して電気モータへ直接に接続されることも可能である。さらに、電気モータが、回転子デバイス１０のハウジング１８中へ組み込まれ、および、直接に支持シャフト１６を駆動することもまた、理論的に可能である。

シャフト１６は、ローラの位置を示すマーカーを直接または間接に含み得る、すなわち、マーカーは支持シャフト１６上に直接形成され得るが、この適用において後に記載されるとおり制御盤などのさらなる要素上にも形成され得る。一般に、マーカー４１、４２は、特定の色、燐光剤または金属ストリップなどの光学マーカーであり得る。これらのマーカー４１は、光学センサなどの異なるセンサ３５によって、または、誘導性センサによって検知され得る。ローラマーカー４１は、ローラが回転子にある場合、好ましくは、同じ角度位置に配置される。より具体的には、ローラマーカー４１は、各回転子の正確な位置を示すべきであり、すなわち、ローラマーカー４１は、ローラマーカー４１の位置もまた回転子のローラ１４がどこにあるかを示すように、支持シャフト１６上に直接または間接に間を空けられる。換言すれば、支持シャフト１６の点から見たローラ１４の相対的な位置は、対応するマーカー４１が有するのと同じ位置である。

好ましい態様において、制御盤４０は、支持シャフト１６の下方端に提供される。ここで、制御盤４０は、支持シャフト１６において回転子１２の反対の端上に置かれるが、かかる制御盤４０を、支持シャフト１６に沿っていずれの場所上にも置くことは、構成上の空間がそれを可能にする限り、可能である。これは、とても柔軟なマーカーシステムを有することを可能にし、支持シャフト１６上のいずれの場所にも置かれ得、および、異なる回転子デバイス構成へ適合され得る。

制御盤は、光学マーカーも含み得るが、好ましい態様において、マーカーは、好ましくは制御盤４０の外周上に提供される突起として形成される。この場合に、３つのローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃがあるため、３つの突起４１ａ、４１ｂおよび４１ｃがある。これらの突起は、センサ３５、例えば誘導性センサが、単一のマーカー／突起４１の間で区別し得るように、幅および／または長さにおいて一意的に形成され得る。よって、センサは、ローラ１４が特定の位置にあるかだけでなく、どのローラ１４がその位置にあるかを検知することができない。

さらに、制御盤４０によって回転子１２の初期の位置を定義することも有利である。基本的に、マーカー／突起のいずれも、特に異なるマーカー４１ｂ、４１ａおよび４１ｃが上述のとおり区別可能な場合、初期の位置のためのマーカーとして使用され得る。しかしながら、ローラ１４の位置の点から見て、追加のマーカーが、初期化マーカー４２として好ましいことは可能である。これは、回転子１２が、ローラマーカー４１の１つと必ずしも一致しない、あらかじめ決定された位置において初期化され得ることを、可能にする。他の可能性は、いずれのローラマーカー４１、または特定のローラマーカー４１が検知された場合に、回転子１２が初期の位置にあるように、あらかじめ決定された位置にセンサ３５を置くことである。もちろん、この目的のためにも、第２のセンサが提供され得る。

センサ３５は、図３に見られ得る。ここで、センサは、固定プレート３６およびねじ３７を介して回転子のハウジング１８へ固定される。センサ３５は、ワイヤレスであり得るが、この場合に、蠕動ポンプに提供される制御デバイス（示されない）へセンサ３５を接続するワイヤ３８がある。

図５において、かかる蠕動ポンプ５０が示される。蠕動ポンプは、回転子デバイス１０を含み、回転子用固定子としての役目を果たすハウジング５３を有する。図５に見られ得るとおり、カバー５１によって覆われる可動ジョー６０は、上方表面上に提供される。カバーは、それを通してホース（単数または複数）８０が導かれ得る、スリット５２を有する。

さらに、蠕動ポンプ５０は、蠕動ポンプ５０および回転子デバイス１０のすべての機能を制御するための制御デバイスを含む。さらに、制御デバイスは、初期の位置および初期の位置に関する回転子の回転も監視する。使用者は、運搬される所望の体積を有するような回転子の回転の速さおよび時間を決定する。

回転子が、回転子ハウジング上に固定されるセンサ３５を含まない場合において、蠕動ポンプ５０は、マーカー４１を検知するためのセンサ３５を含んでもよい。

蠕動ポンプ５０を使用するために、コンテナ５４は、液体で満たされ、回転子は、初期位置中に至らされ、および、可動ジョーは、入れ込み位置中に動かされる。そして、ホースは、蠕動ポンプ中、特にスリット５２中に入れ込まれ、および、可動ジョーは、回転子１２に近い運搬位置中に動かされる。その後、回転子は、回転し始め、および液体は、ホース８０内で運搬される。液体を運搬する間、マーカーは、対応するセンサによって検知され、および、ローラのデッドゾーンＤＺは、正確に評価され得る。よって、運搬される液体もまた、検知されたマーカーおよび回転子の回転の時間と速さに基づいて、とても正確に決定され得る。

本発明はさらに、入れ込み位置に可動ジョー（６０）を動かすこと、ホース（８０）を挿入すること、運搬位置に可動ジョー（６０）を動かすこと、蠕動ポンプ（５０）での液体の運搬を開始すること、それによってローラ（１４）に対応するマーカー（４１）を検知すること、および検知されたマーカー（４１）に基づいて運搬される液体を評価することのステップを含む、上記のような蠕動ポンプで小／微小体積を移送するための方法に関する。好ましい態様において、既述の方法は、初期の位置のためにマーカー（４２）を検知することによって、初期の位置に回転子（１２）を動かすことのステップをさらに含む 。

Claims (6)

1. 蠕動ポンプ（５０）用の回転子デバイス（１０）であって：
   ハウジング（１８）；
   軸方向に伸び、ハウジング（１８）に支持される支持シャフト（１６）；
   支持シャフト（１６）上に取り付けられ、支持シャフト（１６）から半径方向に伸びる回転子本体（１３）および回転子本体（１３）の外部上に半径方向に取り付けられる複数のローラ（１４）を含む回転子（１２）；
   回転子（１２）を駆動するために支持シャフト（１６）へ接続される駆動デバイス（２６、２７、２８）；
   ローラ（１４）の数に対応する多数のローラマーカー（４１）であって、ここで、ローラマーカー（４１）は、デッドゾーン（ＤＺ）を示し、ローラマーカー（４１）は、支持シャフト（１６）上に直接または間接に提供される、前記ローラマーカー（４１）；および
   回転子（１２）の初期の位置を示すための初期化マーカー（４２）であって、初期化マーカー（４２）は、支持シャフト（１６）上に直接または間接に提供される、前記初期化マーカー（４２）：を含み、
   ローラマーカー（４１）および初期化マーカー（４２）は、支持シャフト（１６）に固定された同じ制御盤（４０）の外周上に突起として形成されており、初期化マーカー（４２）がローラマーカー（４１）から回転角度的に離間されることで、ローター（１２）の初期の開始位置の容易な定義を可能にした、
   前記回転子デバイス（１０）。
2. ローラマーカー（４１）が、ローラ（１４）の間隔に対応する間隔に間を空けられる、請求項１に記載の回転子デバイス（１０）。
3. 制御盤（４０）上のマーカー（４１、４２）を検知するためのセンサ（３５）をさらに含む、請求項１または２に記載の回転子デバイス（１０）。
4. 回転子（１２）に隣接して置かれる可動ジョー（６０）であって、運搬位置と入れ込み位置との間で可動である前記可動ジョー（６０）；
   蠕動ポンプ（５０）を制御し、少なくとも回転子（１２）の回転を監視するための制御デバイス
   をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転子デバイス（１０）を含む蠕動ポンプ（５０）。
5. 請求項４に記載の蠕動ポンプで小／微小体積を移送するための方法であって、以下のステップ：
   −入れ込み位置に可動ジョー（６０）を動かすこと；
   −ホース（８０）を挿入すること；
   −運搬位置に可動ジョー（６０）を動かすこと；
   −蠕動ポンプ（５０）での液体の運搬を開始すること、それによってローラ（１４）に対応するマーカー（４１）を検知すること；および
   −検知されたマーカー（４１）に基づいて運搬された液体を評価すること：
   を含む、前記方法。
6. 初期の位置のためのマーカー（４２）を検知することによって、初期の位置に回転子（１２）を動かすステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。

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