JP2015206277A - チューブポンプ及び流体送出方法 - Google Patents

チューブポンプ及び流体送出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】構造の簡略化を図りながらも、流体の送出制御を安定的に行い得るチューブポンプ及びこのようなチューブポンプを用いた流体送出方法を提供する。
【解決手段】駆動部19によって回転される回転体15に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部18,18を設け、該回転体の外周側に流体を送出するチューブ20を設けたチューブポンプ1であって、前記チューブにおける送出方向最上流側の押圧部18Aに押し潰された部位21が、送出方向下流側に隣接する押圧部18Bの反送出側への移動に伴う前記チューブ内の圧力上昇によって復元するように、前記回転体を所定角度となるまで反送出側に回転させる制御部26を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、流体を送出するチューブポンプ及び流体送出方法に関する。
従来より、モーター等の駆動部によって回転される回転体(ローター)にチューブを押圧する加圧ローラー等の押圧部を設け、回転体を回転させて押圧部を移動させることで流体を送出(移送)する構成とされたチューブポンプが知られている。このようなチューブポンプにおいては、ポンプが長期間停止されれば、チューブにおける押圧部に押圧された部位が復元し難くなり、送出元側からの流体の吸込み作用(自吸作用)がスムーズになされ難くなるという問題があった。
例えば、下記特許文献1には、加圧部材による圧迫によって生じたチューブの閉塞部の内面同士を圧迫力の除去後に離間させるための線状部材や帯状部材などの粘着状態阻止部材をチューブ内に挿入した構成とされたチューブポンプが開示されている。
また、下記特許文献2には、ポンプ駆動軸と一体で回転するガイド板に、非使用時に加圧ローラによるチューブの押圧状態を解除する機能を設けたチューブポンプが開示されている。このチューブポンプは、ガイド板に、加圧ローラをチューブ押圧状態と押圧解除状態とに移動自由に支持する長穴状のガイド穴を設け、非使用時にはポンプ駆動軸を逆回転させることで、加圧ローラをガイド穴に沿って移動させて押圧解除状態とする構成とされている。
特開平11−82324号公報 特許第3217518号公報
しかしながら、上記特許文献1及び上記特許文献2に記載されたチューブポンプでは、チューブ自体の構造や加圧ローラを移動させるガイド板の構造が複雑化するという問題があった。また、加圧部材や加圧ローラによるチューブの封止性(閉塞性)の観点からも更なる改善が望まれる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、構造の簡略化を図りながらも、流体の送出制御を安定的に行い得るチューブポンプ及びこのようなチューブポンプを用いた流体送出方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係るチューブポンプは、駆動部によって回転される回転体に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部を設け、該回転体の外周側に流体を送出するチューブを設けたチューブポンプであって、前記チューブにおける送出方向最上流側の押圧部に押し潰された部位が、送出方向下流側に隣接する押圧部の反送出側への移動に伴う前記チューブ内の圧力上昇によって復元するように、前記回転体を所定角度となるまで反送出側に回転させる制御部を備えていることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る流体送出方法は、駆動部によって回転される回転体に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部を設け、該回転体の外周側に流体を送出するチューブを設けたチューブポンプを用いた流体送出方法であって、前記チューブにおける送出方向最上流側の押圧部に押し潰された部位が、送出方向下流側に隣接する押圧部の反送出側への移動に伴う前記チューブ内の圧力上昇によって復元するように、前記回転体を所定角度となるまで反送出側に回転させた後に、該回転体を送出側に回転させることを特徴とする。
本発明に係るチューブポンプ及びこのようなチューブポンプを用いた流体送出方法は、上述のような構成としたことで、構造の簡略化を図りながらも、流体の送出制御を安定的に行うことができる。
(a)は、本発明の一実施形態に係るチューブポンプの一例を模式的に示す一部省略概略平面図、(b)は、同チューブポンプを組み込んだ流体送出システムの一例を模式的に示す概略システム構成図である。 (a)〜(d)は、同チューブポンプを用いて実行される本発明の一実施形態に係る流体送出方法の一例を模式的に示す一部破断概略平面図である。 (a)〜(e)は、同流体送出方法の一例を模式的に示す一部破断概略平面図である。 同流体送出方法の一例を模式的に示す概略フローチャートである。
以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1〜図4は、本実施形態に係るチューブポンプの一例及びこれを用いて実行される本実施形態に係る流体送出方法の一例を模式的に示す図である。
本実施形態に係るチューブポンプ1は、図1〜図3に示すように、駆動部19によって回転される回転体15に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部18,18を設け、この回転体15の外周側に流体を送出するチューブ20を設けた構成とされている。また、チューブポンプ1は、チューブ20における送出方向最上流側の押圧部18(18A)に押し潰された部位21が、送出方向下流側に隣接する押圧部18(18B)の反送出側への移動に伴うチューブ20内の圧力上昇によって復元するように、回転体15を所定角度となるまで反送出側に回転(逆回転)させる制御部26を備えている。また、チューブポンプ1は、回転体15を送出側に回転(正回転)させて押圧部18,18を移動させることでチューブ20内の流体を送出(移送)する構成とされている。なお、図1(a)、図2及び図3では、時計廻りを回転体15の逆回転、反時計廻りを回転体15の正回転としている。
このチューブポンプ1は、回転体15及びチューブ20を収容するケーシング状のポンプ本体10を備えている。本実施形態では、ポンプ本体10に、単一の回転体15及び単一のチューブ20を収容させた構成としている。
このポンプ本体10には、回転体15の軸(回転軸16)方向の一方向に開口した収容凹所11が設けられている。なお、図示は省略しているが、ポンプ本体10には、この収容凹所11を覆うように蓋体が設けられている。
また、収容凹所11には、チューブ20が湾曲状態で沿わせられる凹湾曲面部12が設けられている。この凹湾曲面部12は、軸方向に見て、回転軸16と同軸(同心)状の円弧状に形成されている。図例では、凹湾曲面部12を、軸方向に見て、略半円弧状とした例を示している。
また、ポンプ本体10には、チューブ20の送出元側となる上流側部位23及び送出先側となる下流側部位24がそれぞれに挿通される挿通部13,14が設けられている。これら挿通部13,14は、収容凹所11内において、軸方向に見てチューブ20が略U字状となるように、凹湾曲面部12の中央部位に対向する側の側部を貫通するように設けられている。収容凹所11の凹湾曲面部12の両端側に連なる両内側面は、これら挿通部13,14にそれぞれ連なるように形成されている。
また、図例では、これら挿通部13,14を、チューブ20の上流側部位及び下流側部位としての接続部(コネクター、継手)23,24の基端部を保持する保持部とした例を示している。
回転体15は、回転軸16の外周側に、互いに回転軸16から等距離となるように複数の押圧部18,18を設けた構成とされている。つまり、これら押圧部18,18は、軸方向に見て、回転軸16を円心とする同一円周上に位置するように回転体15に設けられている。また、これら押圧部18,18は、回転体15の回転軸16廻りの回転方向に等間隔を空けて設けられている。
本実施形態では、回転体15の回転軸16廻りに、2つの押圧部18,18を設けた構成としている。つまり、回転体15に、互いの回転方向の間隔が180度となるように2つの押圧部18,18を設けた構成としている。図例では、これら押圧部18,18を、回転軸16から半径方向に突出するようにアーム状(スポーク状)に設けられた部位の先端部に設けている。
また、本実施形態では、これら押圧部18,18を、回転体15の回転軸16に平行なローラー軸17,17廻りに回転自在とされた押圧ローラーとしている。
これら押圧部18,18は、図1(a)に示すように、回転体15が停止位置(初期位置)では、ポンプ本体10の凹湾曲面部12の両端となる上流側端及び下流側端に対向するように配置され、凹湾曲面部12とによってチューブ20を押し潰す構成とされている。つまり、回転体15は、本実施形態では、初期位置において、押圧部18,18によってチューブ20の2箇所の被押圧部位21,22を押し潰す構成とされている。図1(a)に示す初期位置では、複数の押圧部18,18のうちの送出方向最上流側に位置する第1押圧部18Aと凹湾曲面部12の上流側端とによって、チューブ20の上流側被押圧部位21が押し潰されている例を示している。また、図1(a)に示す初期位置では、この第1押圧部18Aの送出方向下流側に隣接する第2押圧部18Bと凹湾曲面部12の下流側端とによって、チューブ20の下流側被押圧部位22が押し潰されている例を示している。このように、回転体15が初期位置で停止された状態では、チューブ20の押し潰された各被押圧部位21,22が閉塞し、流体の送出が不能(送出停止)となる。なお、回転体15の上記初期位置は一例であり、他の位置でもよい。
このチューブ20の上流側接続部23には、図1(b)に示すように、流体の送出元となる貯留部2に接続された送出元側管路3を接続するようにしてもよい。また、チューブ20の下流側接続部24には、流体の送出先5へ流体を送出する送出先側管路4を接続するようにしてもよい。また、このチューブ20の上流側被押圧部位21よりも上流側に、流体の送出元2側への逆流を防止する逆止弁や開閉弁等を適宜、必要に応じて設けるようにしてもよい。
また、チューブ20は、押圧部18,18によって押し潰された部位が復元し得る弾性を有したエラストマー系材料、例えば、EPDMやシリコン、ネオプレン等の合成樹脂系エラストマーや、天然ゴム等から形成されたものとしてもよい。このようなチューブ20の材質は、送出する流体の種類等に応じて、適宜のものを採用するようにしてもよい。また、チューブ20の内径や、凹湾曲面部12に沿う長さ等は、送出する流体の所望する流量等に応じて適宜、設定するようにしてもよい。また、当該チューブポンプ1によって送出される流体としては、種々の液体でもよく、また、エマルション(ラテックス)状のものやスラリー状のものでもよく、気体でもよい。
回転体15を回転させる駆動部19は、回転体15を回転軸16廻りに正回転及び逆回転させ得る構成とされている。このような駆動部19としては、回転軸16に連結された種々の減速ギア等のギア機構を備えたいわゆるギアモーター等を採用するようにしてもよい。また、このような駆動部19としては、回転体15を適宜の回転位置(回転角)において停止させる必要があることから、回転位置の制御が可能なブレーキ付きのモーターや、サーボモーター等を採用するようにしてもよい。また、適宜、回転体15の回転位置を検出する回転角センサー等の検出器を設けるようにしてもよい。
この駆動部19は、図1(b)に示すように、制御部26を備えた制御盤25に接続されている。この駆動部19の駆動が制御部26によって制御されて回転体15が回転され、後述のように、流体の送出(吐出)がなされる。
制御部26は、例えば、CPU等の制御回路によって構成されている。本実施形態では、制御部26は、後述するように反送出側に回転された回転体15の回転位置を、所定時間が経過するまで保持する制御を実行する。
なお、制御盤25には、制御部26に加え、メモリ等によって構成され各種動作プログラムを記憶する記憶部27や、駆動部19に駆動電源を供給する電源部28、操作入力の受け付けや表示を行う表示操作部29等が適宜、設けられている。また、この制御盤25は、チューブポンプ1自体が備えるものとしてもよく、チューブポンプ1が組み込まれる各種装置やシステム(流体送出システム)が備えるものとしてもよい。
上記構成とされたチューブポンプ1においては、図3に示すように、回転体15を初期位置から正回転させれば、押圧部18,18の移動に伴い、流体の自吸及び送出がなされる。つまり、図3(a)、(b)に示すように、最上流側に位置する第1押圧部18Aが送出側に移動すれば、チューブ20の押し潰されていた上流側被押圧部位21が復元する。この上流側被押圧部位21の復元に伴う負圧作用によってチューブ20の上流側部位に送出元2側(送出元側管路3)からの流体が流入する。また、最下流側に位置する第2押圧部18Bがチューブ20から離間するように送出側に移動すれば、チューブ20の押し潰されていた下流側被押圧部位22が復元する。また、図3(b)〜(d)に示すように、第1押圧部18Aがチューブ20を順次、押し潰しながら送出側に移動し、上流側において流体を吸込みながら、下流側のチューブ20内の流体が送出先5側(送出先側管路4)に向けて送出される。
そして、図3(a)に示す初期位置から回転体15が180度回転(半回転)された状態で、図3(e)に示すように、再び初期位置となる。このように半回転して初期位置とされた状態では、第2押圧部18Bが最上流側に位置し、第1押圧部18Aが最下流側に位置する。
つまり、本実施形態では、回転体15は、180度回転する毎に初期位置となる構成とされ、180度回転する毎に、略同量(定量)の流体の送出が可能な構成とされている。
また、回転体15を適宜の回転位置、例えば、初期位置において停止させれば、上述のように、流体の送出が停止される。
この停止状態が長く継続すれば、流体を送出すべく回転体15を正回転させた際に、チューブ20の押し潰された上流側被押圧部位21が復元し難くなることが考えられる。この上流側被押圧部位21が押し潰された状態で、当該部位を押し潰していた押圧部18が送出側へ移動すれば、送出元側からの流体の吸込み、つまりは自吸作用がスムーズになされ難くなり、流体の送出不良が生じることが考えられる。
上記のような送出不良を抑制すべく、本実施形態に係るチューブポンプ1を用いて実行される本実施形態に係る流体送出方法の一例では、以下の構成を採用している。
本実施形態に係る流体送出方法は、図2に示すように、チューブ20における送出方向最上流側の押圧部18(18A)に押し潰された上流側被押圧部位21が、送出方向下流側に隣接する押圧部18(18B)の反送出側への移動に伴うチューブ20内の圧力上昇によって復元するように、回転体15を所定角度となるまで反送出側に回転させた後に、回転体15を送出側に回転させるようにしている。
以下、この流体送出方法の一例について、図2〜図4を参照して説明する。
図4に示すように、送出ONとなれば(ステップ100)、図2(a)〜(c)に示すように、回転体15を所定角度となるまで逆回転させる(ステップ101〜103)。つまり、駆動部19を駆動し、図2(a)に示す初期位置(停止位置)から回転体15を図示時計廻りに所定角度となるまで反送出側に回転させる。
上記送出ONの判別は、例えば、制御部26が送出ON信号を受信することによって判別するようにしてもよい。また、送出ON信号は、表示操作部29等における操作入力に基づいて出力されたものでもよく、送出先5側からの送出開始信号(要求信号)に基づくものや、当該チューブポンプ1が組み込まれる各種装置やシステムにおいて実行される他の動作信号に基づくものでもよい。
また、回転体15が逆回転されれば、図2(b)、(c)に示すように、チューブ20の上流側被押圧部位21を押し潰していた最上流側に位置する第1押圧部18Aがチューブ20から離間するように反送出側に移動する。また、回転体15が逆回転されれば、チューブ20の下流側被押圧部位22を押し潰していた下流側に隣接する第2押圧部18Bがチューブ20を順次、押し潰しながら反送出側に移動する。この第2押圧部18Bの反送出側への移動に伴い、この第2押圧部18Bよりも上流側のチューブ20内の圧力が上昇し、初期位置において最上流側に位置する第1押圧部18Aに押し潰されていたチューブ20の上流側被押圧部位21が徐々に復元する。つまり、第2押圧部18Bの反送出側への移動に伴うチューブ20の内圧増によって言わば強制的に上流側被押圧部位21の復元がなされる。また、チューブ20の第2押圧部18Bに押し潰されていた下流側被押圧部位22も、復元し難くなることが考えられるが、第2押圧部18Bの反送出側への移動に伴い、下流側被押圧部位22よりも上流側のチューブ20内の圧力が降下し負圧となる。この負圧作用によって下流側被押圧部位22の復元が助長される。
この回転体15を初期位置から逆回転させる所定角度は、押し潰された上流側被押圧部位21が完全に復元するような角度である必要はなく、後に正回転させた際に、吸込みが可能な復元状態となるような角度としてもよい。また、この所定角度を、回転体15が逆回転されて初期位置となる角度未満、つまりは、本実施形態では、180度未満としてもよく、また、流体の送出元2側への逆流が概ねないような角度等としてもよい。このような所定角度は、チューブ20の内径や、回転体15の回転半径、押圧部18の数やローラー径、流体の物性等に応じて、適宜、設定するようにしてもよい。図例では、回転体15を初期位置から90度の回転位置となるまで逆回転させた例を示している。また、回転体15が所定角度となるまで反送出側に回転された否かの判別は、制御部26において判別するようにしてもよく、例えば、回転体15の回転位置を検出する回転角センサー等の検出器からの信号を制御部26が受信することによって判別するようにしてもよい。また、この所定角度は、予め設定されたものでもよく、表示操作部29等から入力されたものでもよい。
また、本実施形態では、図2(d)に示すように、このように逆回転された回転体15の回転位置を、所定時間が経過するまで保持するようにしている。つまり、図4に示すように、逆回転された回転体15が所定角度となれば(ステップ102)、所定時間が経過するまで回転体15を停止させるようにしている(ステップ103,104)。
上記のように、逆回転された回転体15の回転位置を、所定時間が経過するまで保持することで、図2(d)に示すように、上記負圧作用による下流側被押圧部位22の復元がより助長される。この逆回転された回転体15の回転位置を保持する所定時間は、下流側被押圧部位22が完全に復元するような時間である必要はなく、また、チューブ20の材質や径、回転体15の回転半径、押圧部18のローラー径等に応じて、適宜、設定するようにしてもよい。また、この所定時間を余りにも長くし過ぎれば、流体の送出開始が遅くなる傾向があることから、例えば、数秒程度としてもよい。また、この所定時間の経過の判別は、回転体15が所定角度となるまで逆回転されて停止した時点からの経過時間を制御部26において判別する態様に限られない。例えば、送出ONからの経過時間をカウントすることで、上記所定時間の経過を制御部26において判別する態様等としてもよい。また、この所定時間は、予め設定されたものでもよく、表示操作部29等から入力されたものでもよい。
そして、上記所定時間が経過すれば、回転体15を正回転させる(ステップ104,105)。つまり、上記と概ね同様、図2(d)及び図3に示すように、駆動部19を駆動し、回転体15を図示反時計廻りに送出側に回転させる。これにより、チューブ20から送出先5側(送出先側管路4)に向けて流体が送出される。
そして、送出OFFとなり、回転体15が初期位置となれば、回転体15を停止させる(ステップ106〜107)。つまり、駆動部19を停止させ、回転体15の回転を停止させる。
上記送出OFFの判別は、例えば、制御部26が送出OFF信号を受信することによって判別するようにしてもよい。また、送出OFF信号は、表示操作部29等における操作入力に基づいて出力されたものでもよく、送出先5側からの送出停止信号(不要信号)に基づくものや、当該チューブポンプ1が組み込まれる各種装置やシステムにおいて実行される他の動作信号に基づくものでもよい。また、回転体15の初期位置の判別は、制御部26において判別するようにしてもよく、例えば、上記同様、回転体15の回転位置を検出する回転角センサー等の検出器からの信号を制御部26が受信することによって判別するようにしてもよい。
なお、このような態様に代えて、回転体15を、半回転若しくは複数回転させた後や、所定量の流体が送出されるまで回転させた後に、停止させるような制御態様としてもよい。また、初期位置において停止させる態様に限られず、他の位置において停止させる態様としてもよい。
本実施形態に係るチューブポンプ1及びこれを用いた流体送出方法は、上述のような構成としたことで、構造の簡略化を図りながらも、流体の送出制御を安定的に行うことができる。
つまり、上記のような停止状態が長く継続すること等によって、上流側被押圧部位21が復元し難くなることによる流体の送出不良を抑制することができる。つまりは、上記のように、回転体15を初期位置(停止位置)から所定角度となるまで逆回転させることで、初期位置において最上流側に位置する押圧部18(第1押圧部18A)に押し潰されていたチューブ20の上流側被押圧部位21を復元させることができる。また、このように復元させた状態で、回転体15を正回転させれば、最上流側に位置する押圧部18(第1押圧部18A)の送出側への移動に伴う送出元2側からの流体の自吸作用がスムーズになされることとなる。これにより、流体を安定的に送出することができ、送出不良を抑制することができる。また、チューブ内に粘着状態阻止部材を挿入させたり、ガイド板に加圧ローラを案内するガイド穴を設けたりしたようなものと比べて、構造の簡略化を図ることができる。また、このようなものと比べて、回転体15の停止時に押圧部18,18によってチューブ20を押し潰すことができるので、封止性を向上させることができ、停止時における流体の垂れ等も抑制することができ、流体の送出を安定的に停止させることができる。
また、本実施形態では、反送出側に回転された回転体15の回転位置を、所定時間が経過するまで保持するようにしている。従って、初期位置(停止位置)において最上流側に位置する押圧部18(第1押圧部18A)に押し潰されていたチューブ20の上流側被押圧部位21を、より確実に復元させることができる。また、上記のように、負圧作用による下流側被押圧部位22の復元をより助長することができる。これにより、回転体15を正回転させた際に、よりスムーズに流体を送出することができる。なお、このような態様に代えて、回転体15を初期位置(停止位置)から所定角度となるまで逆回転させた後に、直ちに正回転させるような態様としてもよい。
また、上記した例では、送出ONとなれば、回転体15を逆回転させ、次いで、回転体15を正回転させて流体を送出する態様とした例を示しているが、このような態様に限られない。例えば、予め設定された所定時間(例えば、24時間)が経過する毎に、または、停止された状態が予め設定された所定時間を超えれば、チューブ20の被押圧部位21,22が復元し易くなるように、回転体15を逆回転及び正回転させる態様としてもよい。この場合、流体を送出させることなく、回転体15を逆回転及び正回転させる態様としてもよく、また、複数回繰り返して逆回転及び正回転させる態様としてもよい。
また、チューブポンプ1としては、上記した例に限られない。例えば、回転体15に、3つ以上の押圧部18を設けるようにしてもよい。この場合は、360度を押圧部18の数で除して得た角度毎に回転体15が初期位置となるものとして把握するようにしてもよい。また、回転体の外周側を回転方向に複数等分するように複数のチューブを設けた構成とされたものや、軸方向に並列的に複数の回転体を設け、それぞれの外周側に単一または複数のチューブを設けた構成とされたもの等としてもよい。その他、チューブポンプ1としては、種々の構成とされたものとしてもよい。
また、上記した例では、本実施形態に係るチューブポンプ1を用いて本実施形態に係る流体送出方法を実行した例について説明したが、本実施形態に係る流体送出方法は、他のチューブポンプを用いても実行可能である。
1 チューブポンプ
15 回転体
18 押圧部
19 駆動部
20 チューブ
21 上流側被押圧部位(送出方向最上流側の押圧部に押し潰された部位)
26 制御部

Claims (4)

  1. 駆動部によって回転される回転体に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部を設け、該回転体の外周側に流体を送出するチューブを設けたチューブポンプであって、
    前記チューブにおける送出方向最上流側の押圧部に押し潰された部位が、送出方向下流側に隣接する押圧部の反送出側への移動に伴う前記チューブ内の圧力上昇によって復元するように、前記回転体を所定角度となるまで反送出側に回転させる制御部を備えていることを特徴とするチューブポンプ。
  2. 請求項1において、
    前記制御部は、前記反送出側に回転された前記回転体の回転位置を、所定時間が経過するまで保持することを特徴とするチューブポンプ。
  3. 駆動部によって回転される回転体に回転方向に間隔を空けて複数の押圧部を設け、該回転体の外周側に流体を送出するチューブを設けたチューブポンプを用いた流体送出方法であって、
    前記チューブにおける送出方向最上流側の押圧部に押し潰された部位が、送出方向下流側に隣接する押圧部の反送出側への移動に伴う前記チューブ内の圧力上昇によって復元するように、前記回転体を所定角度となるまで反送出側に回転させた後に、該回転体を送出側に回転させることを特徴とする流体送出方法。
  4. 請求項3において、
    前記反送出側に回転された前記回転体の回転位置を、所定時間が経過するまで保持することを特徴とする流体送出方法。
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