JP3953003B2 - Tube pump - Google Patents
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Description
本発明は、チューブを加圧部材で順次押圧してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。 The present invention relates to a tube pump that performs a pump action by sequentially pressing a tube with a pressure member.
従来から、弾性材料からなるチューブを一方向に順次押圧することにより、チューブ内の流体あるいは気体を送出するように構成されたチューブポンプが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、チューブポンプは、押圧箇所が真空化することでチューブ内に液体あるいは気体を自吸するため、一般的なポンプのように呼び水が不要となる。また、液体あるいは気体は、チューブを介して輸送され送出されることから、衛生上優れており、医療分野や食品加工分野などで幅広く利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a tube pump configured to send a fluid or gas in a tube by sequentially pressing a tube made of an elastic material in one direction is known (for example, see Patent Document 1). Moreover, since the tube pump self-sucks liquid or gas into the tube when the pressed portion is evacuated, no priming water is required unlike a general pump. In addition, since liquid or gas is transported and delivered via a tube, it is excellent in hygiene and is widely used in the medical field, food processing field, and the like.
チューブポンプには、チューブを押圧するための構成の違いに応じて幾つかの種類に分類され、その一つにリング式チューブポンプがある。リング式チューブポンプにあっては、円筒室の内周面に添わせてチューブが配置され、その内側にリング状の加圧部材が設けられ、さらにその内側にロータが配置されており、ロータが加圧部材の内周面に摺接しながら回転して加圧部材を円筒室の内周側に押圧し、この内周面に沿って加圧部材を円運動させることで、チューブを一方向に順次押圧する構造となっている。このような構造のものは、リング状の加圧部材の加圧部材を介してチューブを間接的に押圧するため、チューブをローラで直接押圧するものに比べ、チューブの損傷が少なく、長寿命のポンプが得られるという利点がある。
しかしながら、ロータがリング状の加圧部材の内周面上を摺動する際に、摩擦力により、リング状の加圧部材も円筒室の内周面に沿って回転移動してしまい、この回転によりチューブが引っ張られ損傷してしまう場合があるといった問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を高めることが可能なチューブポンプを提供することを目的とする。
However, when the rotor slides on the inner peripheral surface of the ring-shaped pressurizing member, the ring-shaped pressurizing member also rotates and moves along the inner peripheral surface of the cylindrical chamber due to frictional force. As a result, the tube may be pulled and damaged.
This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at providing the tube pump which can improve durability.
上記目的を達成するために、本発明は、略円形の内周面を有するケースと、前記ケースの内周面に沿って配置される弾性材料からなるチューブと、前記チューブの内側に配置され、前記チューブを加圧するリング状の加圧部材と、前記加圧部材の内側に配置された回転軸の回転に伴って前記リング状の加圧部材の内周面上を転動すると共に、当該転動によって前記加圧部材に偏心運動を生じさせ、前記チューブを押圧させる回転体と、前記回転体を前記加圧部材の内周面に向けて付勢する付勢手段と、前記付勢手段による付勢力を解く解除手段とを備えたことを特徴とするチューブポンプを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a case having a substantially circular inner peripheral surface, a tube made of an elastic material disposed along the inner peripheral surface of the case, and an inner side of the tube, A ring-shaped pressurizing member that pressurizes the tube, and rolls on the inner peripheral surface of the ring-shaped pressurizing member in accordance with the rotation of a rotating shaft disposed inside the pressurizing member. A rotating body that causes the pressing member to move eccentrically and presses the tube; an urging means that urges the rotating body toward an inner peripheral surface of the pressing member; and the urging means. There is provided a tube pump comprising release means for releasing an urging force.
上記構成によれば、回転体が加圧部材の内周面を押圧しながら転がって移動することで加圧部材が偏心運動するため、加圧部材は、駆動源である回転体から転がり摩擦という比較的小さな摩擦力しか受けず、この回転体の移動に連動してリング状の加圧部材が回転軸の回りを自転してしまうのが防止され、これにより、リング状の加圧部材の自転によってチューブが引っ張られ損傷するのが防止される。 According to the above configuration, the pressing member moves eccentrically by rolling and moving while pressing the inner peripheral surface of the pressing member. Therefore, the pressing member is referred to as rolling friction from the rotating body that is a driving source. Only a relatively small frictional force is applied, and the ring-shaped pressurizing member is prevented from rotating around the rotating shaft in conjunction with the movement of the rotating body. Prevents the tube from being pulled and damaged.
また、上記発明によれば、付勢手段の付勢力によりチューブが加圧部材により押圧されるため、回転体表面あるいはリング状の加圧部材の寸法が磨耗により変化したり、回転体とリング状の加圧部材との配置関係に多少ずれが生じたとしても、付勢力により、回転体と加圧部材との配置関係が適正に維持され、確実にチューブに押圧力を与えることができる。 Further, according to the above invention, since the tube is pressed by the pressing member by the biasing force of the biasing means, the surface of the rotating body or the dimension of the ring-shaped pressing member changes due to wear, or the rotating body and the ring-shaped member Even if a slight deviation occurs in the arrangement relationship with the pressure member, the arrangement relationship between the rotating body and the pressure member is properly maintained by the urging force, and a pressing force can be reliably applied to the tube.
また、上記発明によれば、付勢力を解除することで、チューブへの押圧力を解除でき、当該チューブポンプにポンプ動作をさせないとき(例えば出荷時など)には、チューブに対して加圧部材から押圧力を与えない状態とすることが可能となり、常に押圧したためにチューブの弾性力が失われてしまうといった事が防止される。
Further, according to the invention, the pressing force to the tube can be released by releasing the urging force, and when the tube pump is not pumped (for example, at the time of shipment), the pressure member is applied to the tube. Therefore, it is possible to prevent the tube from losing the elastic force due to the constant pressing.
なお、上記課題を解決するための手段の構成を、望ましい構成を含めて説明したが、これらの構成に加え、更に、以下のような構成を加えても良い。 In addition, although the structure of the means for solving the said subject was demonstrated including the desirable structure, in addition to these structures, you may add the following structures further.
例えば、上記付勢手段は、バネにより前記回転体を付勢する構成であっても良い。
また例えば、前記回転軸を略中心とした前記加圧部材の自転を規制する規制手段を更に備える構成としても良い。
また、前記加圧部材により押圧した際に、前記チューブの一部が前記加圧部材と前記円筒室の内周面との間から逃げ出すのを防止する逃げ出し防止手段を備える構成としても良い。
また、前記チューブは、前記円筒室内に、前記回転軸の周りに少なくとも約2周分だけ巻き回されて配置される構成としても良い。
さらにまた、前記回転軸を駆動する駆動機構を更に備え、当該駆動機構は、前記加圧部材の内側に配置される構成としても良い。
また、前記駆動機構は、モータと、当該モータの出力を減速して前記回転軸に伝達する減速機構を備える構成としても良い。
また、前記モータは、時計用のモータを用いる構成としても良い。
また、前記駆動機構の出力軸と前記回転軸とを着脱自在に構成し、前記駆動機構のみを取り外し可能な構成としても良い。
また、前記回転軸を手動あるいは外部モータにより回転駆動する強制回転機構を更に備える構成としても良い。
For example, the urging means may be configured to urge the rotating body with a spring.
For example, it is good also as a structure further equipped with the control means which controls the rotation of the said pressurization member centering on the said rotating shaft.
Moreover, it is good also as a structure provided with the escape prevention means which prevents that a part of said tube escapes from between the said pressurization member and the internal peripheral surface of the said cylindrical chamber when it presses with the said pressurization member.
Further, the tube may be arranged in the cylindrical chamber so as to be wound around at least about two rounds around the rotation axis.
Furthermore, it is good also as a structure further equipped with the drive mechanism which drives the said rotating shaft, and the said drive mechanism is arrange | positioned inside the said pressurization member.
The drive mechanism may include a motor and a speed reduction mechanism that decelerates the output of the motor and transmits it to the rotating shaft.
The motor may be configured to use a watch motor.
The output shaft of the drive mechanism and the rotary shaft may be configured to be detachable, and only the drive mechanism may be removable.
Moreover, it is good also as a structure further provided with the forced rotation mechanism which rotationally drives the said rotating shaft manually or by an external motor.
本発明によれば、耐久性を高めることが可能なチューブポンプが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tube pump which can improve durability is provided.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
<チューブポンプの基本構成>
図1は、本実施形態に係るチューブポンプ1の構成の概略を示す上面図であり、図2は、その透視図である。図1に示すように、チューブポンプ1は、その内部に円筒室12が形成された基体としてのケース10を有している。円筒室12の内周面12aは、略円形であり、その一部には、チューブ30の導入・導出口としての開口部12b、12c(図2参照)が形成されている。このケース10は、例えばNBR等のゴム系材料やABS等の合成樹脂の成形品で構成されている。当該ケース10の上面及び下面には、上蓋及び下蓋(共に図示せず)が各々螺子止め固定される。上記円筒室12の内部には、リング状の加圧部材14が配置され、当該加圧部材14の外周面の一部が上記円筒室12の内周面に圧接することで、円筒室12の内周面12aと加圧部材14との間に配置されるチューブ30(図2参照)を押圧する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Basic configuration of tube pump>
FIG. 1 is a top view schematically showing the configuration of the
上記リング状の加圧部材14の内側には、回転により上記リング状の加圧部材14を偏心運動させるロータ16が配置されている。ロータ16は、円周の一部が外方向に突出した突出部16aを有する断面形状の柱状をなし、その中央部分は、柱状にくりぬかれて付勢部材収容部18が形成されている。突出部16aには、ロータ16の回転に従動して回転する回転体としてのローラ23が、当該突出部16aに設けられたローラ回転軸24に軸支されている。一方、付勢部材収容部18には、当該ロータ16を円筒室12の内周面方向に付勢する付勢手段としての付勢部材19が収容されている。付勢部材19は、回転軸17に軸支されロータ16と回転一体に設けられたバネ押さえ20と、当該バネ押さえ20に設けられ付勢部材収容部18の内側面を外側に向けて付勢する2本のコイルバネ21a、21bを有するバネ21とを備えている。
Inside the ring-shaped pressurizing
上記バネ21による付勢方向は、ロータ16の円周上の突出部16aの突出方向(図1中、矢印Aで示す)と概ね一致し、この付勢力により、突出部16aに設けられたローラ23がリング状の加圧部材14の内周面に圧接される。この構成において、ロータ16は、回転軸17の回転に伴うバネ押さえ20の回転と一体となって回転し、この回転に伴って、ローラ23が上記リング状の加圧部材14の内周面に沿って転がりながら当該内周面を押圧しつつ移動し、これにより、加圧部材14が偏心運動する。偏心運動により加圧部材14の外周面と円筒室12の内周面との隙間が最も狭くなる箇所ができ、この箇所で、後述するチューブ30に押圧力が与えられることとなる。なお、この最も狭くなったときの隙間は、チューブ30が完全につぶされたときの厚み(すなわち、チューブ30の側壁の厚み分)と略同程度になるように設計されており、これにより、チューブ30が押圧された際に、この押圧箇所でチューブ30内に中空部を完全に無くすことができ、チューブ30内を流体あるいは気体が逆流するのを防止できるようになっている。
The urging direction by the
図2に示すチューブ30は、弾性材料から形成され、この弾性材料には、移送される流体あるいは気体に応じてゴム系や各種の合成樹脂製、シリコン等が使用される。チューブ30をケース10内に配置する際には、その一端を導入口たる開口部12bから円筒室12内部に送り込み、当該円筒室12の内周面12aとリング状の加圧部材14の外周面との隙間を通過させ、ロータ16の周囲に約2周程度巻き回し、導出口たる開口部12cから導出する。
The
ここで、ロータ16が上記付勢部材19により付勢され加圧部材14の外周面の一部が円筒室12の内周面に圧接されているため、チューブ30の導入過程において、チューブ30が、この圧接部にて侵入を阻止されてしまう。この場合には、ロータ16による加圧部材14への押圧を解き加圧部材14の円筒室12への圧接を解くべく、付勢部材19の付勢力に抗してロータ16を図1中矢印Aで示す方向に引き下げ、加圧部材14の外周面と円筒室12の内周面との間に隙間を設け、この隙間にチューブ30を通すようにする。また、このようにすることで、加圧部材14と円筒室12との間に、比較的大きな隙間を設けることができ、チューブ30の導入時に、チューブ30が加圧部材14の外周面あるいは円筒室12の内周面と摺擦し損傷するのが防止される。円筒室12内に配置された後にあっては、チューブ30は、チューブ30の材質が有する弾性力よりも大きい付勢部材19の付勢力でローラ23により常に押圧された状態となる。ロータ16(回転軸17)が右回転(図2中矢印Bで示す)するとすれば、チューブ30の吸込側30aは、チューブ30の吐出側30bよりも上方に位置し、また、左回転の場合には、その位置関係が逆になる(図示例では、右回転)。
Here, since the
ケース10に設けられた、チューブ30の導入口たる開口部12bと、導出口たる開口部12cとは、円筒室12の中心(回転軸17)を通るI−I’線に対して線対称に配置され、また、ケース10の円筒室12にあっては、図2及び図3に示すように、その開口部12bから内部に向けて、円筒室12の内周面とリング状の加圧部材14の外周面との隙間が次第に狭まるように形成された導入区間L1が、円筒室12の円周長における半周分に渡って設けられている。また、導出口たる開口部12cにも同様に、その開口部12cから内部に向けて導出区間L2が設けられている。これにより、これら導入区間L1及び導出区間L2では、その形状により、加圧部材14が偏心運動によるチューブ30への押圧力が、開口部12b、12cから内部にかけて徐々に変化するため、ポンプ動作時の脈流が防止されることとなる。
The
また、上記のように、チューブ30は、ロータ16の回りに約2回り分だけ巻き回され、図3に示すように、導入区間L1から導出区間L2の間には、加圧部材14によりチューブ30を押圧し完全に押し潰すための押圧区間L2が、円筒室12の円周長における1周分に渡って設けられる。これにより、円筒室12内に配置されたチューブ30の1箇所が、常に加圧部材14により円筒室12の内周面に完全に押し潰されるようになっているため、気体あるいは液体が逆流するのが完全に阻止されることとなる。
Further, as described above, the
また、図1及び図2に示すように、リング状の加圧部材14の上面には、内周側から外周側にかけて略矩形の溝部15が形成され、この溝部15には、図示せぬ上蓋に設けられた係止棒11が、リング状の加圧部材14が偏心運動するに伴い当該溝に沿って移動可能に嵌め込まれ、この溝部15と係止棒11とにより、加圧部材14の自転を規制する規制手段が構成されている。すなわち、この溝部15と係止棒11との係合により、リング状の加圧部材14が、偏心運動の際に、回転軸17の回りに自転するのが規制される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a substantially
さて、図2に示す構成の下、回転軸17が回転すると、ロータ16が付勢部材19と一体となって回転し、この回転に従動してローラ23がリング状の加圧部材14の内周面上を転がりながら移動する。このとき、加圧部材14は、ローラ23から押圧力を受ける箇所が円筒室12の内周面にチューブ30を挟むように圧接され、ローラ23の移動(すなわち、ロータ16の回転)に伴い偏心運動する。そして、この加圧部材14の偏心運動により、チューブ30が加圧部材14により一方向(ロータ16の回転方向)に順次押圧され、チューブ30内を流体あるいは気体が移送されることとなる。
Now, under the configuration shown in FIG. 2, when the rotating
このように、本実施形態の構成によれば、リング状の加圧部材14は、ロータ16が直接当接し加圧部材14の内周面上を摺動するのではなく、ロータ16に設けられたローラ23が加圧部材14の内周面を押圧しながら転がって移動し、当該加圧部材14が偏心運動するため、加圧部材14は、駆動源であるローラ23から転がり摩擦という比較的小さな摩擦力しか受けず、このローラ23の移動に連動してリング状の加圧部材14が円筒室12の略中央に設けられた回転軸17の回りを自転するのが防止され、これにより、リング状の加圧部材14の自転によってチューブ30が引っ張られ損傷するのが防止される。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the ring-shaped pressurizing
さらに、リング状の加圧部材14に対して回転軸17の回りを自転してしまう程度の力が転がり摩擦によって与えられたとしても、当該加圧部材14の溝部15と当該溝部15に嵌め込まれた係止棒11により、その自転が完全に規制される。これにより、加圧部材14の自転によるチューブ30の損傷を完全に防止でき、また、チューブ30が加圧部材14の自転により引っ張られることにより、当該チューブ30の端部が外部機器の接続端から抜けてしまうといった事も防止される。さらに、チューブ30が加圧部材14により引っ張られることが防止されるため、引っ張りによりチューブ30の内径が変化し流量が変わってしまうといった事も防止でき、流量を安定化させることが可能となる。
また、リング状の加圧部材14とローラ23との間の摩擦力は、比較的小さな転がり摩擦であるため、摩擦によりポンプ効率が低下するのを防止でき、ポンプ効率を高く維持することが可能となる。
Further, even if a force that causes the ring-shaped
Further, since the frictional force between the ring-shaped pressing
さらに、本実施形態の構成によれば、ローラ23とリング状の加圧部材14との間の摩擦力は、比較的小さな転がり摩擦であるため、ローラ23による加圧部材14の押圧箇所で摩擦による磨耗が発生し、ポンプ内に磨耗粉が溜まったりするのが防止される。さらに、磨耗を防止できるため、この磨耗により、ローラ23と加圧部材14との間に隙間ができることで、チューブ30に対する押圧力が弱まり、押圧しているにも拘らずチューブ30の入力側と出力側の間が貫通し、結果的にチューブポンプ1の移送量が減少するといったことが防止され、常に必要な移送量を確保できる。
Furthermore, according to the configuration of the present embodiment, the frictional force between the
さらにまた、本実施形態の構成によれば、付勢部材19の付勢力によりチューブ30が加圧部材14により押圧されるため、ローラ23あるいはリング状の加圧部材14の寸法が磨耗により変化したり、ロータ16(ローラ23)とリング状の加圧部材14との配置関係に多少ずれが生じたとしても、付勢力により、ロータ16(ローラ23)と加圧部材14との配置関係が適正に維持され、確実にチューブ30に押圧力を与えることが可能となる。換言すれば、ロータ16(ローラ23)とリング状の加圧部材14との配置関係に多少ずれがあったとしても、付勢部材19の付勢力により、そのずれが補正されるため、組立性がよい。また、上記付勢部材19は、2本のコイルバネ21a、21bにより付勢力を発生する構成となっているため、これらのコイルバネ21a、21bを換装するだけで、チューブ30に与える押圧力を容易に調節可能であり、これにより、チューブ30の径などの寸法が同じであれば、様々な材質(すなわち弾性力)のチューブ30に対応して押圧力を調整するのも容易となる。また、コイルバネ21a、21bの付勢力が劣化したとしても、容易に換装可能となる。
Furthermore, according to the configuration of the present embodiment, the
また、本実施形態の構成によれば、リング状の加圧部材14がチューブ30を押圧する構成であるため、当該押圧箇所の接触面積(接触極率)を極力小さくすることができ、チューブ30に加圧部材14が食い込んで、チューブ30を押圧する際に、当該チューブ30を偏心運動する方向に引っ張って損傷させてしまうという事が防止できる。また、チューブ30の押圧箇所の接触面積(接触極率)を極力小さくすることができるため、チューブ30に与える応力振幅を微視的に小さくでき、チューブ30の疲労破壊を抑制することが可能となると共に、チューブ30の耐久性を向上させることが可能となる。
Moreover, according to the structure of this embodiment, since the ring-shaped
以上、本実施形態に係るチューブポンプ1の基本的構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものでなく、次のような変形を加えることも可能である。
The basic configuration of the
例えば、チューブポンプ1がロータ16を付勢する付勢部材19を備え、この付勢力により加圧部材14にてチューブ30を押圧する構成について説明したが、この構成に加え、チューブ30への押圧力を解除する押圧力解除手段を備える構成としても良い。具体的には、図4に示すように、押圧力解除手段は、付勢部材19の付勢力に抗してリング状の加圧部材14を円筒室12の中心方向(回転軸17)に移動させ、この加圧部材14によるチューブ30への押圧力を解除するものであり、円筒室12に螺合する構造を有したカバー部材40を備えている。
For example, the configuration in which the
詳述すると、このカバー部材40の外周面40b及び円筒室12の内周面12aには、螺子溝が彫られており、カバー部材40が円筒室12にねじ込み可能となっている。このカバー部材40の内側面40bは、傾斜構造を有し、カバー部材40の下端(図中下側)から上端(図中上側)にかけて、その内径が次第に小さくなる形状となっている。なお、カバー部材40の側壁の厚さmは、リング状の加圧部材14によってチューブ30を押し潰したときの加圧部材14の外周面と円筒室12の内周面との隙間より僅かに小さくなっている。この構成の下、カバー部材40を円筒室12に図中矢印Cで示す方向に回転させながらねじ込むことで、当該カバー部材40が図中矢印Dに示すように、円筒室12内に入り込む。そして、加圧部材14の上端がカバー部材40の内側面40bの傾斜に接触し、カバー部材40が円筒室12内に沿って進入するに従い加圧部材14がバネ21の付勢力に抗して円筒室12の中心部(回転軸17)方向(図中矢印Eで示す)に移動し、これにより、加圧部材14によるチューブ30への押圧力が解除されることとなる。
More specifically, screw grooves are carved on the outer
このように、チューブ30への押圧力を解除する押圧力解除手段を備えた構成とすることで、チューブポンプ1にポンプ動作をさせないとき(例えば出荷時など)に、チューブ30に対して加圧部材14からの押圧力を解除でき、これにより、チューブ30が潰れるなどして、チューブ30の弾性力が失われてしまうといった事が防止される。
また、長期の不使用状態があったとしても、チューブ30の弾力性を損なうことがないため、弾力性の劣化によって適切な流量が得られなかったり、チューブ30の耐久性に影響を及ぼすといった事が防止される。
As described above, the structure including the pressing force releasing means for releasing the pressing force to the
In addition, even if there is a long-term non-use state, the elasticity of the
なお、上記実施形態においては、ロータ16及び当該ロータ16に設けられたローラ23が付勢部材19により付勢される構成について説明したが、ローラ23がリング状の加圧部材14に向けて付勢されつつ、当該加圧部材14の内周面上を転がりながら移動する構成であれば良い。例えば、図6に示すように、一端が回転軸17に連結され、リング状の加圧部材14の内周面に沿って屈曲し、その他端がリング状の加圧部材14の内周面近傍に位置する板バネ19’の当該他端に、ローラ23を設ける構成としても良い。この構成によれば、回転軸17の回転と一体となって板バネ19’が回転し、これと従動してローラ23が転がりながら加圧部材14の内周面上を移動する。このとき、ローラ23は、板バネ19’により、常にリング状の加圧部材14を押圧するように付勢されている。
このように、ロータ16と付勢部材19の機能とを板バネ19’に集約し一体構造とすることで、部品点数の削減が可能となると共に、その組み立ても簡単になり、製造コストを削減することが可能となる。
なお、加圧部材14の内周面上を転がりながら移動する回転体の一例としてローラ23を例示したが、これに限らず、例えば球状のものであっても良い。
In the above embodiment, the configuration in which the
Thus, by integrating the functions of the
In addition, although the
<駆動機構の説明>
次いでロータ16を回転させるための駆動機構について説明する。上記チューブポンプ1にあっては、回転軸17を回転駆動するのは、手動であっても、モータなどを用いても良いが、以下の説明では、ステッピングモータによって回転軸17を回転させる構成について例示する。
<Description of drive mechanism>
Next, a drive mechanism for rotating the
図7は、本実施形態に係るチューブポンプ1の構成を示す断面図である。なお、この図において、図1乃至図6に示したものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すように、回転軸17を回転駆動する駆動機構50は、リング状の加圧部材14に囲まれ、上記付勢部材19やローラ23、ロータ16等を備えるポンプ部の下側のスペーサ45で仕切られた空間に配置されている。このように、駆動機構50とポンプ部とを積層構造とすることで、小型化が可能となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the
駆動機構50は、ステッピングモータ60と減速機構70と(共に後述)を備え、駆動機構50の出力軸52が上記回転軸17に接続されている。ここで、出力軸52の上端には突条(マイナス形状の突起)52aが設けら、回転軸17の下端にはマイナス溝(不図示)が設けられており、出力軸52と回転軸17とが凸凹形状で係合する構成となっており、ポンプ部とは別体に駆動機構50だけを取外し可能となっている。また、駆動機構50の出力軸52の上側に位置する軸受け53は、回転軸17の下側の軸受けとしても機能し、軸受けの共通化が図られている。このように、ポンプ部と駆動機構50とを別体にすることで、仕様に応じてポンプ部とステッピングモータ60とを自由に組み合わせ、設定できる。また、チューブ30あるいは駆動機構50が破損した場合でも、壊れた方のユニットのみを交換するだけで、破損に対応できる。特に医療用などに用いられる場合、薬剤・患者に応じた対応が必要なときに、ポンプ部を交換するだけで、衛生上、何ら問題無く使用することが可能となる。
The
また、上記回転軸17には、付勢部材19の構成部であるバネ押え20が回転一体に取付けられ、この回転軸17の上端は、上蓋2の軸受け17aに支えられている。なお、この上蓋2に、上述したチューブ30への押圧力を解除する機構が設けられる構成としても良い。上記のように、ロータ16の先端には,ローラ回転軸24により回転可能に支持されたローラ23が取付けられ、このローラ23が、リング状の加圧部材14をケース10側に押圧する構成となっている。また、図示のように、リング状の加圧部材14は、上蓋2と下蓋3で上下から挟まれているだけであり、ケース10の側壁方向に移動可能な構造となっている。従って、加圧部材14が偏心運動する際に、その上面又は下面が上蓋2あるいは下蓋3と摺擦するときの摩擦によってその動きが規制されるのを防止すべく、加圧部材14は、摩擦係数をより小さなものとすべく、ポリアセタール等の摩擦係数の小さな材質で成形されている。
Further, a
リング状の加圧部材14の外周面と、ケース10(円筒室12)の内周面12aとの間には、チューブ30が配置され、常に一箇所が完全に押し潰された状態となっている(図示例では左側)。ここで、チューブ30の潰し過ぎの防止、及び、チューブ30がケース10と加圧部材14との間から逃げるのを防止するために、上蓋2及び下蓋3の各々には、突起2a、2bが設けられている。具体的には、上蓋2及び下蓋3がケース10に装着されたときに、この突起2a、2bが、加圧部材14の外周面とケース10の内周面12aとの間に配置され、この突起2a、2bにより、加圧部材14のケース10の内周面方向への移動が規制され、チューブ30を完全に押し潰したときの肉厚に相当する程度の隙間が設けられることとなる。
A
また、同図に示すように、チューブ30を加圧部材14により完全に押し潰したときには、チューブ30は縦長の楕円状に変形する。このとき、図8に示すように、加圧部材14の高さが、変形後のチューブ30の縦方向の最上点30cよりも低い位置にあると、この最上点付近でチューブ30が加圧部材14の上面に回り込んでしまい、チューブ30を押し潰しきる事ができず、その内部に中空部分が残ってしまう。これにより、流体あるいは気体の逆流や脈流といった様々な問題が生じる。そこで、本実施形態では、加圧部材14の高さを、チューブ30を完全に押し潰したときの縦方向の最上点30cより高くなるように構成し、これにより、最上点30c付近でチューブ30が加圧部材14の上面に回り込むのを防止している。
As shown in the figure, when the
また、上述したように、本実施形態では、ケース10の円筒室12内に配置されたチューブ30に対し、一箇所を完全に押し潰す状態を常に維持するようにすべく、チューブ30を、回転軸17の回りに2周分巻き回す構成としている。具体的には、図7に示すように、図面右側上方から導入されたチューブ30は、回転軸17の回りに2周分巻き回されて図面左側下方からケース10の外部に導出される。ここで、ケース10(円筒室12)の内周面のうち、導入口及び導出口に相当する箇所10a、10bの肉厚は、他の箇所よりも薄く形成され、加圧部材14によりチューブ30が完全には押し潰されないようになっている。すなわち、円筒室12の断面内には、チューブ30が高さ方向に2本配列することとなるものの、加圧部材14により完全に押し潰されるのは、いずれか1本のみである。このことを考慮して、ケース10(円筒室12)の内周面の高さは、加圧部材14がチューブ30を完全に押し潰すべく内周面方向に移動したときの、チューブ30の変形後の最上点30cの高さよりも高く設定されている。これにより、押圧時にチューブ30がケース10の上面に回り込まないように設定されている。
Further, as described above, in the present embodiment, the
さらに、押圧時には、加圧部材14とケース10(円筒室12)との間の隙間からケース10の上部あるいは下部、及び、加圧部材14の上部あるいは下部に至る経路は、上蓋2及び下蓋3の各々に設けられた突起2a、3aにより塞がれ、これによっても、チューブ30が押し潰されたときに、この最上点30cがケース10の上面あるいは加圧部材14の上面に回り込むのが防止される。なお、ケース10の内周面12aの高さ、及び、加圧部材14の高さは、チューブ30を完全に押し潰したときの最上点30cの高さよりも僅かに高く設定する程度とすることで、チューブ30を完全に押し潰すことを達成すると共に、装置を最も小型化することが可能となる。
Further, at the time of pressing, the path from the gap between the
次いで、上記駆動機構50の詳細な構成について説明する。図9は、駆動機構50の構成を示す上面図であり、図10は、図9のII−II’線における断面図である。これらの図に示すように、駆動機構50は、コイル60aと、透磁性材料から形成されたステータ60bと、2極のロータ磁石60cとを備えるステッピングモータ60と、ロータ磁石60cの回転を減速して伝達する4段の減速機構70を有している。このステッピングモータ60は、指針式の腕時計などに内蔵されるモータと略同様のものであり、図10に示すように、コイル60a、ステータ60b、ロータ磁石60cの各々が平面的に配置されている。このような構成のモータを用いることにより、駆動機構50の小型化及び薄型化が図られ、また、各々を分散配置することが可能となり、少ないスペースでも従来のステッピングモータよりコイル60aの体積を多くとることが可能なため、高効率を達成でき、低消費電力化が可能となる。
Next, a detailed configuration of the
上記減速機構70は、ロータ磁石60cの1番カナ60dと噛合する2番歯車62と、この2番歯車62の2番カナ62aと噛合する3番歯車63と、この3番歯車63の3番カナ63aと噛合する4番歯車64と、この4番歯車64の4番カナ64aと噛合する5番歯車65とを備え、これら2番歯車62〜5番歯車65の4つの歯車により4段減速機構が構成されている。ロータ磁石60c及び2〜4番歯車62〜64の各歯車は、平面配置されるように地板67及び輪列受69に嵌め込み固定されたルビー(軸受)により軸支され、地板67と輪列受69とは,受け足68により高さ方向の位置決めがなされている。また、駆動機構50の出力軸52(すなわち、5番歯車65の出力軸52)は、上記のように、回転軸17と共通の軸受けである軸受53に軸支され、この軸受53は、輪列受69に取付けられている。出力軸52の上端には、突条(マイナス形状の突起)52aが設けられ、ポンプ部を駆動する回転軸17と着脱可能に接続されている。なお、本実施形態では、一般的な時計の輪列機構と比較して、地板67と輪列受69との配置が逆になっているものの、本発明は、これに限定されるものではない。
The
上記ステッピングモータ60のコイル60aに、外部から制御信号が入力されると、この制御信号によりステータ60bが励磁されロータ磁石60cが回転する。この制御信号には、様々な種類の入力信号があるが、本実施形態では、図11に示すように、最も簡単な信号である正負のパルス信号を制御信号として用いている。この制御信号を用いた場合、制御パルスの正負の信号により、ステータ60b内を流れる電流の方向が切り替わり、交番磁界が生成されることで、ロータ磁石60cが回転することとなる。このロータ磁石60cの回転は、減速機構70により減速されながら、5番歯車65の出力軸52に伝達され、この出力軸52の回転が、上記のように、回転軸17に伝達される。ここで、制御信号の電圧振幅Hとパルス幅Wとを適宜設定することにより、ポンプ動作時に必要なトルクを生成することが可能である。すなわち、トルク値を極力必要最低限の値とすることで、省電力化を実現することができる。
When a control signal is input from the outside to the
このように、本実施形態の駆動機構50によれば、大きい減速比を有する減速機構70がステッピングモータ60の出力を減速して伝達し出力する構成となっているため、時計用のモータ等の比較的小さなトルクしか発生しないモータを用いた場合であっても、そのトルクを、ポンプ動作時に必要となる大きさで出力することが可能となる。
また、減速機構70により、ステッピングモータ60の回転を減速して出力することで、上記リング状の加圧部材14の偏心運動速度を遅くし、ポンプ動作時の超微量吐出を可能としている。特に、当該チューブポンプ1を医療用の薬剤注入ポンプとして使用する場合などに、微量の薬剤を長時間に渡って持続的に注入する際に効果を発揮することとなる。また、時計並の超低消費電力を実現できることから、携帯型の小型ポンプが実現可能となる。
As described above, according to the
Further, the rotation speed of the stepping
なお、ステッピングモータ60を有する駆動機構50により回転軸17を回転する構成について説明したが、さらに、当該回転軸17あるいは駆動機構50の出力軸52を手動あるいは外部モータにより強制的に回転可能とする強制回転機構を有する構成としても良い。
In addition, although the structure which rotates the
図12は、上記強制回転機構の構成をチューブポンプ1と共に模式的に示す断面図である。この図に示すように、強制回転機構80は、一端が回転軸17に接続されたアーム部81を有し、このアーム部81の回転により回転軸17が強制的に回転されるように構成されている。更に、本例では、強制回転機構80は、アーム部81の回転をステッピングモータ60に伝達させないためのクラッチ機構82を備えている。具体的には、クラッチ機構82は、外部から出力軸52に一定以上のトルクが加わった場合に、当該出力軸52と上記減速機構70とを切断するものであり、出力軸52に設けられ、当該出力軸52に連結すべき減速機構70の5番歯車65を当該出力軸52の軸線上方に付勢する板バネ83と、出力軸52に形成された突起であり当該板バネ83によって付勢された5番歯車65の上方位置を規制する規制突起52bとを備えている。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the forced rotation mechanism together with the
この構成の下、ステッピングモータ60による駆動の場合には、減速機構65の5番歯車65が板バネ83と規制突起52bとに挟持され、板バネ83と5番歯車65との間の摩擦により出力軸52と連結し、ステッピングモータ60の回転が減速機構65を介して出力軸52に伝達される。一方、上記アーム部81により強制的に回転軸17を回転させた場合には、出力軸52が回転軸17と連動して回転するものの、この回転トルクが一定以上のときには、5番歯車65と板バネ83との摩擦による連結が絶たれ、板バネ83が5番歯車65上を摺動するため、出力軸52と減速機構65の連結が絶たれ、アーム部81の回転がステッピングモータ60に伝達されなくなる。
Under this configuration, when driven by the stepping
このように、強制回転機構80を設けることで、ステッピングモータ60に動力を伝達する事無く、回転軸17を手動あるいは外部モータで任意の速度で回転させて、ポンプ動作を行うことが可能となる。特に、チューブ30内に液体あるいは気体を充満させる際に、上記強制回転機構80により回転軸17を高速に回転させることで、充満に要する時間を短縮することが可能となる。特に、ステッピングモータ60による駆動時の吐出量が微量吐出に設定されている場合(例えば、加圧部材が1周分だけ偏心運動するのに1時間要するような場合)には、ステッピングモータ60の駆動によりチューブ30内に液体あるいは気体を充満させるには、非常に時間がかかるものの、上記構成によれば、強制回転機構80により、その時間を短縮できる。また、チューブ30内から液体あるいは気体を排出するための時間も端出することが可能となる。
Thus, by providing the forced rotation mechanism 80, it is possible to perform the pump operation by rotating the
また、微量吐出から急速吐出までの広範囲の吐出が要求された場合に、安定的に回転するモータは少なく、さらに、このような要求に耐え得るモータで、なおかつ、低消費電力化が可能なモータは皆無に等しい。しかしながら、上記構成を用いれば、強制回転機構80による回転軸17の回転速度を調整することで、ステッピングモータ60で対応できない範囲を補うことが可能となり、ポンプ動作における微量吐出から急速吐出の広範囲の吐出を達成することができる。
特に医療用のポンプにあっては、薬剤投入量を時間により変化させる場合がある。例えばインシュリン注入の場合には常時微量吐出動作が行われ、食事後には急速注入が必要となる。このような場合でも、当該チューブポンプ1によれば、微量吐出及び急速吐出に十分対応することが可能となる。
In addition, when a wide range of discharge from minute discharge to rapid discharge is required, there are few motors that rotate stably, and a motor that can withstand such a request and that can reduce power consumption. Is equal to nothing. However, if the above-described configuration is used, it is possible to compensate for the range that cannot be handled by the stepping
Particularly in the case of a medical pump, there are cases where the amount of medicine input is changed with time. For example, in the case of insulin injection, a micro discharge operation is always performed, and rapid injection is necessary after meals. Even in such a case, according to the
さらにまた、強制回転機構80がクラッチ機構82を備え、外部から出力軸52に一定以上のトルクが加わった場合に、当該出力軸52と上記減速機構70とを切断する構成としたため、強制回転機構80により、回転軸17に大きなトルクを加えたとしても、ステッピングモータ60に伝達されないため、ステッピングモータ60の損傷を防止することができる。また、強制回転機構80により回転軸17を駆動する際に、ステッピングモータ60側からのトルクが加わることが無いため、回転軸17を効率良く回転させることが可能となる。また、ステッピングモータ60が故障したとしても、この強制回転機構80により回転軸17を回転させることで、緊急的にチューブポンプ1を使用することが可能となる。
Furthermore, since the forced rotation mechanism 80 includes the clutch mechanism 82 and the
以上説明したように、本実施形態のチューブポンプ1によれば、耐久性を高めることが可能であり、なおかつ、小型化、低消費電力化及び広範囲にわたる吐出量に対応することが可能となる。
特に、携帯型医療用ポンプにあっては、微量吐出、小型、低消費電力、高い耐久性、及び衛生的という要素が要求されるものの、本実施形態のチューブポンプ1によれば、これら全ての要求を同時に満足することが可能となり、携帯型医療用ポンプとして有効なポンプが提供されることとなる。
As described above, according to the
In particular, in the portable medical pump, elements such as a small amount of discharge, small size, low power consumption, high durability, and hygiene are required. However, according to the
1…チューブポンプ、12…円筒室、12a…内周面、14…加圧部材、16…ロータ、17…回転軸、19…付勢部材、19’…板バネ、21…バネ、23…ローラ、24…ローラ回転軸、30…チューブ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ケースの内周面に沿って配置される弾性材料からなるチューブと、
前記チューブの内側に配置され、前記チューブを加圧するリング状の加圧部材と、
前記加圧部材の内側に配置された回転軸の回転に伴って前記リング状の加圧部材の内周面上を転動すると共に、当該転動によって前記加圧部材に偏心運動を生じさせ、前記チューブを押圧させる回転体と、
前記回転体を前記加圧部材の内周面に向けて付勢する付勢手段と、
前記付勢手段による付勢力を解く解除手段と
を備えたことを特徴とするチューブポンプ。 A case having a substantially circular inner peripheral surface;
A tube made of an elastic material disposed along the inner peripheral surface of the case;
A ring-shaped pressurizing member disposed inside the tube and pressurizing the tube;
Rolls on the inner peripheral surface of the ring-shaped pressure member with the rotation of the rotary shaft arranged inside the pressure member, and causes the pressure member to move eccentrically by the rolling, A rotating body that presses the tube;
Biasing means for biasing the rotating body toward the inner peripheral surface of the pressure member;
A tube pump comprising: release means for releasing the urging force of the urging means.
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