JP2007154831A - 間欠制御式チューブポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】チューブを押圧しない領域を設け、チューブの経年変化による押圧劣化と出荷時のチューブ変形を無くすと共に連続してチューブ内の内圧が上昇しない液体供給用ポンプを提供する。またチューブを押圧するローラを位置制御することにより、液体の吐出時の脈動や液だれのない液体供給用ポンプを提供する。
【解決手段】一部を欠いた円弧状のケースの内面に這わせた弾力性を有するチューブを、モータで駆動する回転リングに設けたローラで押圧するよう構成し、リングおよびローラの位置検出手段によりローラを所定の位置で動作、停止させるようにした洗浄液供給用ポンプ。
【選択図】図２ｃ

Description

本発明は駆動制御チューブポンプおよびそれを適用した石鹸、化粧液、消毒液吐出装置の技術分野に属する。

チューブポンプは複数のローラまたはチューブとの複数の接点を要するリングによりチューブを押しつぶしてチューブ内の液体を吐出する。これらのポンプは連続回転して液体を連続的に吐出する装置であり、チューブのいずれかの部分には絶えずローラやリングにより押圧力がかけられ押しつぶされる。従ってチューブ内の液体の移動逆流を防止でき、ローラ、リングが回転することで連続的に液体が吐出される。

チューブポンプでは、ローラがチューブと複数の接点を有している。リングそのものがチューブとの押圧接点を持つ構造をもつチューブポンプも存在する。その場合には押圧リングがチューブと複数の押圧接点を持つ。ローラがチューブを押し切る前に、次のローラ接点でチューブを押す。このチューブを押している間はチューブの内圧が上昇するが、チューブを押し切った瞬間には、ローラのチューブを押す力がなくなり、収縮したチューブが元の形に戻るため内圧が低下する。連続して次のローラがチューブを押し吐出圧が上昇し連続吐出が行われる。この一連動作は連続して行われ、いずれの時点においてもローラや押圧リングの一カ所以上がチューブを押圧している。

従来のチューブポンプでは、ローラがチューブと複数の接点を有している。ローラがチューブを押圧終了する前に、次のローラ接点でチューブを押圧する。このチューブを押圧している間はチューブの内圧が上昇するが、最初のローラがチューブの押圧を終了した瞬間には、吐出側で収縮したチューブが元の形に戻るため内圧が低下する。連続して次のローラがチューブを押圧しチューブ内圧が上昇する。この動作が繰り返えされ吐出流量が脈動となって現れる。このようなポンプを液体吐出に使用し液体をノズルやカランなどから吐出した場合、液体圧力が強弱を繰り返して脈動し、吐出された液体が一定のポイントに着落せず着落ポイントが広範囲に散らばる現象が発生する。例えば、手を洗う石鹸吐出装置の場合、手に届く石けんを手の一定のポイントに安定して落とし込むことが困難であり、手の中心の受け面をはずれ石鹸が飛散したり、手をはずれて液だれしたりする可能性があった。

複数のローラでチューブを押圧することにより、チューブ内の有効容積が小さくなり吐出効率が低下していた。また、複数のローラによる押圧はチューブの劣化も進行を早めていた。

複数のローラやリングは吸い込み部分から吐出側部分までチューブと複数の押圧接点を有している。この構造により従来のチューブポンプではローラがどの位置で停止してもチューブが必ずいずれかのローラで押圧接点を有しチューブ内の逆流を停止することができる。しかしながら 押圧開始からのチューブへの押圧完了までの動作が絶えず重複して行われることになり、チューブをローラが吸い込み方向から吐出方向へ引っ張る力が連続してチューブにかかり、チューブは絶えず延び続ける。その結果チューブへの劣化の影響は大きかった。

チューブ内のローラの二次側内圧は絶えず吐出側にかかっており、吐出側のつまりなどが生じた場合には、チューブの内圧がリングの回転ごとに無限に大きくなり、チューブやチューブ継ぎ手などが破裂する構造となっていた。このため二次側の内圧を検出し一定の内圧を超えた場合には、ポンプの停止または二次側の圧抜きを行う必要があった。

チューブは長時間、ローラなどにより一定箇所をつぶしておくと、チューブ内面同士の接着やチューブ劣化が発生する。この劣化現象は製品保管、輸送時などの高温環境下において進行する度合いが高く、従来のチューブポンプでは工場出荷時にチューブをポンプから外して、利用者がポンプに設置するなどの手段が講じられてきた。その結果一般ユーザでのポンプへのチューブ取り付け作業などが発生し利用者の利便性が劣っていた。

従来のディスペンサーチューブポンプにてムース石けんなどを吐出する場合において、チューブポンプとエアーポンプが使用される。チューブポンプで吐出された石鹸液とエアーポンプで吐出されたエアーが混合されムースとなる。この時チューブポンプから吐出された石鹸液が混合部を介してエアーポンプに回り込み、エアーチューブの詰まりやエアーポンプの破損を起こす可能性があった。

従来のディスペンサーチューブポンプにてムースや水石鹸液、その他の液体を吐出する場合において、ポンプが停止した時点でもチューブ内の内圧が残り、吐出口から液だれを起こす現象が発生していた。(特許文献１参照)
特開２００４-４２５７７

上記課題は下記の本発明によって解決される。すなわち、
［1］前記内面が円弧状のケースと前記ケースの内面（案内部）に沿って這わせた前記弾力性を有するチューブと、前記ケースの内部で回転する回転体（リング）と、前記回転体（リング）の回転により前記チューブを前記ケースの内面（案内部）と挟むことによって押圧する前記凸状の押圧部（ローラ）とで、構成され、前記ケースの内面（案内部）と前記凸状の押圧部（ローラ）とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧の所定領域を有することを特徴とするチューブポンプ
無押圧の所定領域を設けることにより、前記チューブへの押圧が解消されることが可能となり、経年変化によるチューブの押圧劣化を防ぐことが可能となる。

［2］前記内面が円弧状のケースと前記ケースの内面（案内部）に沿って這わせた前記弾力性を有するチューブと、前記ケースの内部で回転する回転体（リング）と、前記回転体(リング)の回転により前記チューブを前記ケースの内面（案内部）と挟むことによって押圧する前記凸状の押圧部（ローラ）とで、構成され、前記ケースの内面(案内部)と前記凸状の押圧部（ローラ）とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧の所定領域を有し、前記凸状の押圧部の位置を検出する前記位置検出部と前記位置検出部からの出力信号により、回転体（リング）を制御する前記制御部を持つことを特徴とするチューブポンプ
前記回転体（リング）に設けた前記凸状の押圧部（ローラ）の回転位置を検出し制御することにより、前記凸状の押圧部（ローラ）の停止位置を確実に無押圧領域で行うことが可能となり、更にチューブの経年変化による押圧劣化を減らすことになる。

［3］［2］において前記位置検出部（ローラ位置検出装置）は、前記ケース内を回転する回転体(リング)に設けた前記磁性体と前記ケースに設けた前記磁気検出素子によって構成され、前記磁気検出素子の出力電圧をもとに前記凸状の押圧部（ローラ）の位置を制御部によって制御することを特徴とするチューブポンプ
例えば、磁石とホール素子の組合せにより、前記ホール素子からの出力電圧から前記凸状の押圧部（ローラ）の位置を検出し、押圧領域または無押圧領域での停止制御をすることが可能となる。

［4］［1］及び［2］、［3］において前記ケースの内面（案内部）の所定領域の形状を、前記凸状の押圧部（ローラ）の形状と略対称な凹状とすることで、前記ケースの内面（案内部）と、前記凸状の押圧部（ローラ）とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧領域をつくることを特徴とするチューブポンプ
前記内面が円弧状のケースの内面（案内部）の所定領域を、前記回転体設けた前記凸状の押圧部（ローラ）の形状と略対称な凹状に凹ませとし、その所定領域を前記回転体に設けた前記凸状の押圧部（ローラ）が通過または停止した場合にでも、無押圧状態を作ることが可能となる。これにより、チューブの経年変化による押圧劣化を減らすことになる。

［5］［1］及び［2］、［3］前記内面が円弧状のケースの所定領域の一部を削除することにより、前記回転体（リング）に設けた前記凸状の押圧部(ローラ)とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧領域をつくることを特徴とするチューブポンプ
前記内面が円弧状のケースの一部の所定領域を削除することにより、前記回転体（リング）に設けた前記凸状の押圧部（ローラ）とで前記チューブを挟むことによる押圧状態が無くなる。これにより、チューブの経年変化による押圧劣化を減らすことになる。

［6］［1］乃至［5］において前記ケース内を回転する前記回転体（リング）が１回転する毎に、前記ケースの内面（案内部）と前記凸状の押圧部(ローラ)による前記チューブへの押圧が、全ての領域において無押圧状態となるチューブポンプ
前記回転体（リング）に設けた前記凸状の押圧部（ローラ）が無押圧領域を通過または停止することにより、前記ケースの内面（案内部）と前記凸状の押圧部(ローラ)によるチューブへの押圧が開放され、全ての領域において無押圧状態となることにより、チューブへの押圧が解除され、チューブポンプのチューブは開放となり、吐出側の圧力を吸い込み側に逃がすことが出来る。吐出側が何らかの要因により締め切り締め切り状態となったとき、前記チューブ内の圧力が上昇するが、前記ケース内を回転する前記回転体（リング）が１回転する毎に前記チューブを無押圧状態にすることで内圧を開放することができ、吐出側に詰りが生じた場合においても、チューブの内圧を一定に保つことが可能となる。この結果、前記チューブや、前記チューブの継ぎ手などが破裂や破損に至ることを防ぐことが可能となる。

［7］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転（リング）体が、前転及び逆転の動作をすることを特徴とするチューブポンプ
前記前記ケース内を回転する回転体（リング）が逆方向へ回転することにより、吐出側の液体を前記チューブに吸い込むことが可能となり、吐出側の液だれを防ぐことができる。

［8］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転体(リング)を連続または間欠に回転させたときに、無押圧領域を通過した位置で前記凸状の押圧部（ローラ）を停止することを特徴とするチューブポンプ
吐出指令に対して、吸い込み側から前記ケース内を回転する回転体（ローラ）が回転を始め、押圧領域を移通過し吐出側へ移動して行く。これにより液体の吐出動作を行い、無押圧領域を通過して吸い込み側で停止させる。この動作を１回と規定し、この動作を単発または間欠して複数回繰り返す。この動作により、このチューブポンプを用いたディスペンサーなどでは、吐出指令時に一定量の液体を吐出することが可能となる。また、一回の動作の中で吐出圧の変動や脈動を防ぐことができ、吐出液の着地ポイントを安定させることができる。また、前記所定の位置で前記凸状の押圧部（ローラ）を停止することにより、前記チューブ内の内圧を一瞬抜くことになり、残圧による吐出の液だれを吸収することができる。また、所定の位置では前記凸状の押圧部（ローラ）が前記チューブを押圧するため待機時のチューブ内の逆流防止機能を有することができる。

［9］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転体(リング)を連続または間欠に回転させたときに、無押圧領域の直前または押圧領域の終了の位置で前記凸状の押圧部（ローラ）を停止することを特徴とするチューブポンプ
吐出指令に対して、吸い込み側から前記ケース内を回転する回転体（ローラ）が回転を始め、押圧領域を移通過し吐出側へ移動して行く。これにより液体の吐出動作を行い、押圧領域の終了位置または無押圧領域の直前で停止させる。この動作を１回と規定し、この動作を単発または間欠して複数回繰り返す。この動作により、このチューブポンプを用いたディスペンサーなどでは、吐出指令時に一定量の液体を吐出することが可能となる。また、一回の動作の中で吐出圧の変動や脈動を防ぐことができ、吐出液の着地ポイントを安定させることができる。また、前記所定の位置でローラを停止することにより、前記チューブ内の内圧を一瞬抜くことになり、残圧による吐出の液だれを吸収することができる。また、所定の位置では前記凸状の押圧部（ローラ）がチューブを押圧するため待機時の前記チューブ内の逆流防止機能を有することができる。

［10］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転体(リング)を連続または間欠に回転させたときに、前記凸状の押圧部（ローラ）を無押圧領域で停止させることを特徴とするチューブポンプ。
この状態においては、前記チューブへの押圧が無く、チューブ同士の接着や押圧劣化が起こらない。この位置で前記凸状の押圧部（ローラ）を停止させた場合には、前記チューブに力が加わらず前記チューブは無負荷状態となり、前記チューブの変形や前記チューブ内面の接着などが発生せず前記チューブ寿命が延びる。したがって、長期間ポンプを使用しない状況、例えば工場出荷時や、製品での使用頻度検出により無負荷領域に前記凸状の押圧部（ローラ）を停止させることはポンプ寿命にとって有効である。

［11］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転体(リング)を連続または間欠に回転させたときに、前記凸状の押圧部（ローラ）を押圧領域で停止させた後前記ケース内を回転する回転体(リング)を逆回転ることを特徴とするチューブポンプ。
本発明に係るチューブポンプにおいて、前記チューブ内液体吐出終了時に、モータの逆転制御を行うことで、吐出側の液体を前記チューブにて吸い込み、吐出側の液だれを防止する。また、本ポンプに繋がる他の前記チューブへの本ポンプ吐出流体の回り込み防ぐことができる。逆転制御を早く行うために前記チューブ内液体吐出終了時に電磁ブレーキ制御を行い、続けて逆転制御を行うと効果的である。

［12］［1］乃至［6］において前記ケース内を回転する回転体(リング)を連続または間欠に回転させたときに、前記凸状の押圧部（ローラ）を押圧領域開始部分で停止させ待機し吐出指令動作時に、１回の連続動作で押圧領域を回転させることを特徴とするチューブポンプ。
吐出指令に対して、吸い込み側から前記ケース内を回転する回転体(リング)が回転を始め、押圧領域を移通過し吐出側へ移動して行く。これにより液体の吐出動作を行い、押圧領域の終了位置または無押圧領域の直前で停止させる。この動作を１回と規定し、この動作を単発または間欠して複数回繰り返す。この動作により、このチューブポンプを用いたディスペンサーなどでは、吐出指令時に一定量の液体を吐出することが可能となる。

［13］石鹸液、洗髪液、調髪液、洗顔液、消毒液、洗浄液を吐出する機構において［１］〜［１２］のいずれかに記載のチューブポンプが用いられていることを特徴とするディスペンサー装置。以上のようなチューブポンプをディスペンサーに用いことにより、石鹸液、洗髪液、調髪液、洗顔液、消毒液、洗浄液の吐出量を正確に制御することが可能となる。

以上の発明によればチューブポンプ特有の不確定な脈動を停止することができる。その結果ムースや石鹸液吐出用ディスペンサーなどの吐出された液体が一定のポイントに着落させることが可能になる。

またチューブ内の容積を最大限に利用することができチューブ内の有効容積を効率よく使用することができる。同時に単発のローラによるチューブ押圧とチューブの引っ張り力の蓄積を解消する構造のためチューブの劣化を低減できポンプ寿命を延ばすことができる。

またチューブの内圧をリング１回転ごとに抜くことができるため、吐出負荷側の詰まり時などに、チューブやチューブ継ぎ手などが内圧の連続的な上昇により破裂することがなく、二次側の内圧を検出し一定の内圧を超えた場合には、ポンプの停止または二次側の圧抜きを行う等の装置が不要となる。

また工場出荷時からチューブをポンプに内蔵したまま出荷しても、チューブ内面同士の接着やチューブ劣化を防止でき一般ユーザでのポンプへのチューブ取り付け作業など不要となる。

またチューブポンプで吐出された石鹸液が混合部を介してエアーポンプに回り込むことを防止できる。同時に吐出口から液だれを起こす現象を防止できる。

次に、本発明について実施の形態を説明する。本発明の駆動制御チューブポンプにおける構成について図１〜図３を参照して説明する。本発明の駆動制御チューブポンプは、チューブポンプ、その駆動部分、そのチューブポンプ内のローラ位置検出装置、等から構成され、図１にはそれらが示されている。また、図２にはチューブポンプのチューブとローラとの構造説明図が、図３にはチューブポンプを使用したムース吐出装置の構成図が示されている。
図１〜図３において、１はチューブポンプ本体、２はケース、３は案内部、３ａは吐出開始部、３ｂは吐出終了部、３ｃは押圧領域、３ｄは無押圧領域、４はチューブ、４ａはチューブ吸い込み側、４ｂはチューブ吐出側、５はリング、６はローラ、７はローラ位置検出装置、７ａはマグネット、７ｂはホール素子、８はモータ、９はギア、９ａはギア軸を示す。

本発明のチューブポンプ構造は、図１に示すように、ケース２の案内部３に沿うように配置されたチューブ４とそのチューブ４を押圧するローラ６からなる。ローラ６はリング５に配置され、リング５の回転により、ローラ６を押圧する。ローラ６により押圧されたチューブ４内の液体は、リング５の回転方向（図１では右回転）である吐出側４ｂへ吐出され、チューブ４の復元力により吸い込み側４ａより新たに液体を吸引する。リングは軸９ａによりギア９に結合されモータ８により、回転する。またローラ６の位置はローラ位置検出装置７により検出される。

本発明のチューブポンプは、図２に示すローラ６とチューブ４および案内部３の構成により、以下の動作を実現する。
チューブ４は案内部３の円弧形状に沿って配置されローラ６により押圧される。図２において、ローラ６は右回転しチューブ４内部液体を吸い込み側４ａから吐出側４ｂに移動する。このときチューブ４が押圧領域３ｃにあるときチューブ４は押圧され内部の液体の移動を実現する。またチューブ４が無押圧領域３ｄにあるときローラ６はチューブ４を押圧せず、チューブ４内部の液体の移動は無い。この時、同時にチューブ４にはいかなる引っ張り力も働かずチューブ４は負荷を受けない状態となる。

図３においては、本発明であるチューブポンプを使用したムース吐出装置の構成図について説明する。図３において ２０は石鹸タンク、２１はコントローラ、２２はムース吐出用カラン、２３はカランに取り付けられたセンサ、２４はエアーポンプ、２５は混合室である。チューブポンプ１により石鹸タンク２０から供給された水石鹸液とエアーポンプ２４にて供給された圧縮空気が、混合室２５にて混合されムースとなってカラン２２より吐出される。

次に図４ａにおいて動作シーケンスを表す。センサ２３により指令された動作起動信号によりコントローラ２１はチューブポンプ１とエアーポンプ２４を駆動しムースを吐出する。チューブポンプ１内のローラ位置検出７により、ローラ６は吐出開始部３aから右回転し、吐出終了部３ｂを経由して回転する。このとき吐出開始部に設置されたローラ位置検出装置７にてローラ６の位置は検出され、ローラ６は吐出開始部３ａで停止する。ローラ６が吐出終了部３ｂを経過した時点でエアーポンプ２４を停止しムース吐出動作を停止する。このローラ６が吐出終了部３ｂから吐出開始部３ａへ移動する無押圧領域３ｄの期間、チューブ４は無押圧状況になり、押圧された形状からチューブ４が回復し、吸い込み側４ａと吐出側４ｂはスルー状態となる。この作用により、カラン内の石鹸液の残圧が減水しカラン２２からの液だれを防止する。また同時に、混合室２５に接続されたエアーポンプ２４への石鹸液の回り込み進入をも回避する。

また図５ａの動作シーケンスでは、ローラ６が吐出終了部３ｂを経過した時点でエアーポンプ２４を停止しムース吐出動作を停止するとともに、モータ８にブレーキをかけかつ逆回転を一瞬行う。この作用により、カラン内の石鹸液の残圧が減水しカラン２２からの液だれを防止する。また同時に、混合室２５に接続されたエアーポンプ２４への石鹸液の回り込み進入をも回避する。

ローラ位置検出の手段としては、ホール素子による検出が主であり、ホール素子の検出信号とモータとの通電時間制御との併用により位置制御を行うのが一般的である。またホール素子以外に、エンコーダによる位置検出、ステッピングモータやシンクロナスモータによる位置制御も可能である。ステッピングモータおよびシンクロナスモータは一定位置からの動作量を検出することが可能であるが、電源投入時の位置は検出ができない。このため前記位置検出装置や逆転時にストッパーにぶつけて脱調させゼロ点検出する方法も考えられる。この場合においてはクラッチなどを設けて逆転防止と位置検出用ストッパーとする構造が一般的である。

本発明のチューブポンプ構造図 チューブポンプ正面外観図 チューブポンプ底面図 チューブポンプ内動作領域断面説明図（Ｆ−Ｆ断面） 本発明のチューブポンプを使用したムース吐出装置構成図 本発明のチューブポンプを使用したムース吐出装置制御シーケンス図 本発明のムース吐出装置制御シーケンス図１のローラ位置を示す説明図 本発明のチューブポンプを使用したムース吐出装置制御シーケンス図 本発明のムース吐出装置制御シーケンス図２のローラ位置を示す説明図

符号の説明

１ チューブポンプ本体
２ ケース
３ 案内部
３ａ 吐出開始部
３ｂ 吐出終了部
３ｃ 押圧領域
３ｄ 無押圧領域
４ チューブ
４ａ 吸い込み側
４ｂ 吐出側
５ リング
６ ローラ
７ ローラ位置検出装置
７ａ マグネット
７ｂ ホール素子
８ モータ
９ ギア
９ａ 軸
２０ 石けんタンク
２１ コントローラ
２２ ムース吐出カラン
２３ ムース吐出用センサ
２４ エアーポンプ
２５ 混合室
２６ カランセンサ

Claims (13)

1. 内面が円弧状のケースと、
   前記ケースの内面に沿って這わせた弾力性を有するチューブと、
   前記チューブの内側で回転する回転体と、
   前記チューブの一部分を押圧するように前記回転体に設けた押圧部材とで構成され、
   前記ケースの内面と前記押圧部材とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧の所定領域を有することを特徴とするチューブポンプ。
2. 内面が円弧状のケースと、
   前記ケースの内面に沿って這わせた弾力性を有するチューブと、
   前記チューブの内側で回転する回転体と、
   チューブの一部分を押圧するように前記回転体に設けた押圧部材とで構成され、
   前記ケースの内面と前記押圧部材とによる前記チューブへの押圧が存在しない無押圧の所定領域を有し、前記押圧部材の位置を検出する位置検出部と前記位置検出部からの出力信号により、回転体を制御する制御部を持つことを特徴とするチューブポンプ。
3. 請求項２において、前記位置検出部は、回転体に設けた磁性体と前記ケースに設けた磁気検出素子によって構成され、磁気検出素子の出力電圧をもとに前記押圧部材の位置を制御部によって制御することを特徴とするチューブポンプ。
4. 請求項１乃至3において、前記ケースの内面の所定領域の形状を、前記押圧部材の形状と略対称な凹状とすることで、前記ケースの内面と、前記押圧部材とのチューブへの押圧が存在しない無押圧領域を設けることを特徴とするチューブポンプ。
5. 請求項1乃至3において、前記ケースの前記チューブの出入り口及びその周囲を前記押圧部材による前記チューブへの押圧が存在しない無押圧領域とすることを特徴とするチューブポンプ。
6. 請求項1乃至５において、前記回転体にに設けた押圧部材が１箇所であることを特徴とするチューブポンプ。
7. 請求項1乃至６において、前記ケース内を回転する回転体が、前転及び逆転の動作をすることを特徴とするチューブポンプ。
8. 請求項１乃至６において、前記押圧部材が、無押圧領域を通過した位置に停止させることを特徴とするチューブポンプ。
9. 請求項１乃至６において、前記押圧部材が、無押圧領域の直前または押圧領域の終了の位置で押圧部材を停止することを特徴とするチューブポンプ。
10. 請求項１乃至６において、前記押圧部材を無押圧領域で停止させることを特徴とするチューブポンプ。
11. 請求項１乃至６において、前記押圧部材を押圧領域で停止させた後、前記回転体を所定角度だけ逆回転させることを特徴とするチューブポンプ。
12. 請求項１乃至６において、前記押圧部材を押圧領域開始部分で停止させ、待機し、吐出指令動作時に、１回転の連続動作で押圧領域を通過させることを特徴とするチューブポンプ。
13. 石鹸液、洗髪液、調髪液、洗顔液、消毒液、洗浄液を吐出する機構において請求項１から請求項１２のいずれかに記載のチューブポンプが用いられていることを特徴とするチューブポンプ。

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