蠕動ポンプ：その仕組み、用途、選択に関する究極のガイド

さまざまな業界の流体処理アプリケーションは、無菌性の維持から粘性流体や腐食性流体のポンプ移送まで、数多くの課題に直面しています。間違ったポンプを選択すると、汚染、漏れ、頻繁なメンテナンスにつながり、ダウンタイムのコスト増加や効率の低下につながります。

蠕動ポンプは、ポンプと流体が接触することなく、穏やかで脈動のない流れを保証する独特の動作原理により、これらの課題に対する独自のソリューションを提供します。蠕動ポンプは、シンプルでありながら効果的な設計を採用することで、従来のポンプタイプの制限を克服し、幅広い用途に最適です。

この総合ガイドでは、蠕動ポンプの世界を詳しく解説し、そのコンポーネント、タイプ、動作原理について説明します。また、蠕動ポンプのメリット、デメリット、特定の用途に適したポンプを選択するための重要な考慮事項についても説明します。

蠕動ポンプとは

蠕動ポンプは、柔軟なチューブの圧縮と弛緩を交互に利用して液体を移動させる容積式ポンプの一種です。ポンプ動作は、消化管内で食物を移動させる筋肉の収縮と弛緩である蠕動運動に似ています。この独自のポンプ機構により、蠕動ポンプはさまざまな液体を優しく効率的に処理できます。

ポジティブ・ディスプレイスメントの概念

蠕動ポンプは容積式ポンプのカテゴリに分類されます。容積式ポンプでは、ポンプの動作サイクルごとに一定量の流体が移動または移動されます。これは、一定量の流体を捕捉し、ポンプを通して排出パイプに流すことによって実現されます。容積式ポンプは、排出圧力に関係なく、一定の速度で一定の流量を提供するため、正確な投与や計量を必要とする用途に最適です。

蠕動ポンプのコンポーネント

蠕動ポンプの主なコンポーネントは次のとおりです。

フレキシブルチューブ: 蠕動ポンプの心臓部は、流体を送り出すフレキシブルチューブです。チューブは通常、繰り返しの圧縮と緩和に耐えられるシリコン、PVC、その他のエラストマーなどの材料で作られています。
ローターとローラー/シュー: ローターは、円周に 2 つ以上のローラーまたはシューが取り付けられた円形の部品です。ローターが回転すると、ローラーまたはシューがフレキシブルチューブを圧縮し、ポンプの吸入側と排出側の間にシールを形成します。
ポンプケーシング: ポンプケーシングまたはハウジングは、ローターとチューブを囲み、保護とサポートを提供します。ケーシングには、流体の入口ポートと出口ポートも含まれます。
モーター: 蠕動ポンプは、用途に応じて AC または DC の電気モーターによって駆動されます。モーターの速度によって、ポンプの流量が決まります。

蠕動ポンプの動作原理

蠕動ポンプのポンプ動作は、次の手順で実現されます。

フレキシブルチューブがポンプケースに挿入され、ローターの周りにループを形成します。
ローターが回転すると、それに取り付けられたローラーまたはシューがチューブを圧縮し、吸入側と排出側の間にシールを形成します。
ローターの回転により、圧縮点がチューブの長さに沿って移動し、圧縮された部分の後ろから流体が引き込まれ、前方に押し出されます。
ローターが回転し続けると、新しい流体がチューブに吸い込まれ、以前に吸い込まれた流体はポンプから排出されます。

このプロセスは継続的に繰り返され、ポンプを通る流体の安定した流れを生み出します。流量はローターの速度とチューブのサイズに比例します。

蠕動ポンプの種類

蠕動ポンプには主に 3 つのタイプがあります。

チューブポンプ

チューブポンプは、実験室用ポンプまたは低流量蠕動ポンプとも呼ばれ、最も一般的なタイプです。チューブポンプは、小径のフレキシブルチューブ (通常 8 mm 未満) を使用し、低流量および低圧力向けに設計されています。チューブポンプは、液体の正確な投与と計量のために、実験室、医療、バイオテクノロジーの用途で広く使用されています。

ホースポンプ

ホースポンプは、高流量ポンプまたは工業用蠕動ポンプとも呼ばれ、直径の大きい強化ホース (通常 10 ～ 25 mm) を使用し、より高い流量と圧力に対応するように設計されています。ホースは、耐久性と耐薬品性に優れた Norprene や Marprene などの素材で作られることがよくあります。ホースポンプは、廃水処理、化学処理、採鉱などの工業用途でよく使用されます。

マイクロ流体ポンプ

マイクロ流体ポンプは、通常マイクロリットルまたはナノリットルの範囲の極微量の流体を処理するために設計された特殊な蠕動ポンプです。これらのポンプは、小型化されたコンポーネントと非常に小さな直径のチューブ (多くの場合 1 mm 未満) を使用します。マイクロ流体ポンプは、創薬、ポイントオブケア診断、ラボオンチップデバイスなどのアプリケーションで使用されます。

蠕動ポンプの流量計算

蠕動ポンプの流量は次の式を使用して計算できます。

Q = n × V

どこ：

Q = 流量 (mL/分)
n = ローター速度 (rpm)
V = 1回転あたりの容積 (mL/回転)

1 回転あたりの容積は、チューブのサイズとローターのローラーまたはシューの数によって異なります。メーカーは通常、ユーザーが希望する流量に適したチューブのサイズとローター速度を判断できるように、流量チャートまたは計算機を提供しています。

蠕動ポンプの利点

液体の優しい取り扱い

蠕動ポンプ動作は穏やかで非侵襲的であるため、細胞培養、血液、その他の生物学的サンプルなどの繊細な液体の取り扱いに適しています。液体はチューブの内側にのみ接触するため、汚染や損傷のリスクが最小限に抑えられます。

メンテナンスが簡単

蠕動ポンプには可動部品が少なく、流体はチューブのみに接触するため、ポンプ部品の摩耗が軽減されます。その結果、他のポンプタイプと比較してメンテナンスの必要性が少なくなり、耐用年数が長くなります。

可逆フロー

ローターの方向を反転させることにより、蠕動ポンプは流体の流れの方向を簡単に変えることができます。この双方向機能は、ラインを空にしたり、詰まりを解消したりする必要がある用途で役立ちます。

セルフプライミング

蠕動ポンプは自動プライミング式であるため、ポンプが乾燥している場合でも、ソースから流体を吸い上げることができます。これにより、手動プライミングや追加のプライミングシステムが不要になります。

ドライランニング能力

他のポンプタイプとは異なり、蠕動ポンプは空運転しても損傷しません。液体供給がなくなった場合でも、ポンプは固着や過熱のリスクなしに動作を続行できます。

蠕動ポンプの欠点

限られた圧力能力

蠕動ポンプは、ギアポンプやピストンポンプなどの他の容積式ポンプに比べて、一般的に圧力能力が低くなります。最大圧力は、チューブ材料の強度とローラーの圧縮力によって制限されます。

脈動流

蠕動ポンプ動作により、特に低速時に流体の流れにわずかな脈動が生じます。この脈動は、ローラーの数を増やしたり、圧縮ゾーンを長くしたりすることで最小限に抑えることができますが、非常にスムーズな流れを必要とする用途には適さない場合があります。

チューブの摩耗

チューブは繰り返し圧縮と緩和を繰り返すため、時間の経過とともに摩耗し、定期的な交換が必要になります。チューブの寿命は、材質、流体の特性、動作条件などの要因によって異なります。

効率が低い

蠕動ポンプは、ローラーとチューブ間の摩擦により、他のポンプタイプに比べて一般的にエネルギー効率が低くなります。その結果、消費電力と運用コストが増加する可能性があります。

蠕動ポンプの用途

化学薬品の投与

蠕動ポンプは、水処理、廃水処理、プール、工業プロセスにおける化学薬品の投与に広く使用されています。塩素、pH 調整剤、凝集剤などの化学薬品を正確かつ繰り返し投与できます。

バイオメディカルおよび製薬

医療およびバイオテクノロジーの分野では、蠕動ポンプは血液循環、透析、薬剤投与などの流体処理に使用されます。蠕動ポンプは穏やかなポンピング動作と繊細な流体の処理能力を備えているため、これらの用途に最適です。

食品および飲料

蠕動ポンプは、食品や飲料の加工において、原料の投与、香料の注入、製品の移送などの作業に使用されます。ポンプはシロップやペーストなどの粘性流体を処理でき、衛生的な設計により製品の品質維持に役立ちます。

印刷とインクの配送

印刷業界では、インクジェットプリンターやその他のデジタル印刷機器のインク供給システムに蠕動ポンプが使用されています。正確な流量制御と顔料インクの取り扱い能力により、この用途では蠕動ポンプが人気です。

適切な蠕動ポンプの選び方

特定の用途に蠕動ポンプを選択する際には、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

流量と圧力の要件

最初のステップは、アプリケーションに必要な流量と排出圧力を決定することです。これにより、必要なポンプのサイズとチューブの直径を絞り込むことができます。メーカーの流量チャートを参照するか、オンラインのサイズ設定ツールを使用して、要件を満たすポンプを選択してください。

流体の粘度

ポンプで送る流体の粘度も重要な考慮事項です。粘度の高い流体にはより強力なモーターが必要となり、達成可能な最大流量が制限される可能性があります。ポンプがアプリケーションの粘度範囲に対応できることを確認してください。

流体とポンプ材料の化学的適合性

ポンプのチューブやその他の濡れる部品は、ポンプで汲み上げる流体と互換性がなければなりません。メーカーが提供する耐薬品性チャートをチェックして、チューブの材質が劣化や浸出を起こさずに流体に耐えられることを確認してください。互換性を評価するときは、温度、濃度、暴露時間などの要素を考慮してください。

蠕動ポンプと他のポンプタイプとの比較

ポンプタイプ	利点	デメリット
蠕動運動	– 優しい取り扱い – メンテナンスが簡単 – 可逆フロー – セルフプライミング – 枯渇する可能性がある	– 圧力が制限される – 脈動流 – チューブの摩耗 – 効率が低い
遠心分離	– 高い流量 – メンテナンスが簡単 – スムーズな流れ – コンパクトなデザイン	– 自己プライミング機能なし – 空にならない – 低流量性能が悪い – 粘度の取り扱いが制限される
ギヤ	– 高圧 – 正確な投与 – 高粘度にも対応可能 – コンパクトなデザイン	– 自己プライミング機能なし – 空にならない – メンテナンスが必要 – 液体汚染の可能性
ダイヤフラム	– セルフプライミング – 枯渇する可能性がある – 固形物を処理 – 高圧	– 脈動流 – メンテナンスが必要 – 流量制限 – 動作音がうるさい

よくある問題とトラブルシューティング

チューブの故障: チューブが破裂したり漏れたりした場合は、直ちにポンプを停止してチューブを交換してください。摩耗、閉塞、または化学的な侵食の兆候がないか確認してください。
流量の低下: 流量の低下は、チューブの詰まりまたはローターの摩耗を示している可能性があります。チューブにねじれや障害物がないか検査し、必要に応じて清掃または交換してください。ローターに摩耗の兆候がないか確認し、必要に応じて交換してください。
騒音を伴う動作: 動作中に異常なノイズが発生する場合は、ポンプに問題がある可能性があります。ポンプヘッドにゴミが詰まっていないか、ローターが緩んでいないか、ベアリングが摩耗していないか確認してください。具体的な手順については、製造元のトラブルシューティングガイドを参照してください。
モーターの過熱: モーターが過熱した場合、電源に問題があるか、ポンプに障害がある可能性があります。電圧と電流が適切かどうかを確認し、チューブとローターに詰まりや固着がないか点検してください。モーターが冷めてから再起動してください。