JP4035119B2 - チューブポンプ - Google Patents

Description

この発明は、円筒室の内周面に沿わせてリング状に配置したチューブを、その内側に配置した加圧部材で一方向に押圧してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。

この種のチューブポンプは、複数個のローラーを備えた加圧部材を回転させてローラーでチューブを加圧するタイプと、リング状の加圧部材を円筒室の内周面に沿って偏心運動させてチューブを加圧するタイプに大別され、後者のリング状加圧部材を用いるものは、チューブが間接的に加圧されるのでローラーで直接加圧するタイプと比較するとチューブの損傷が少なく、長寿命のポンプが得られる利点がある。一方、この後者のタイプにおいては、加圧部材の偏心運動に伴ってその外周面と円筒室の内周面との半径差に応じた逆方向の回転（以下、この回転を自転という）が加圧部材に生じ、この自転によってチューブには自転方向に引っ張る力が作用する。この力は、チューブが次第に引き延ばされて吐出量の変化やモータ負荷の増大、チューブの損傷などを生ずる要因になるので、従来は潤滑剤を塗布して加圧部材とチューブとの間の摩擦抵抗を小さくし、チューブに加わる引っ張り力を低減することが一般に行われている。また加圧部材に回転止め手段を設けて加圧部材の自転を抑制することも提案されている。
特開平１１−１３６４８号公報

しかしながら、潤滑剤による摩擦抵抗の低下だけでは引っ張り力を十分に低減することはできなかった。また、上述した前者及び後者のいずれのタイプにおいても、加圧部材による圧迫箇所の移動に伴ってその移動方向、すなわちチューブ内の流体の送出方向に向けてチューブを移動させる力もチューブに加わる。従って、これらの力をバランスさせる必要があるのであるが、完全にバランスさせてチューブの移動を確実に止めることは困難であったため、従来は、潤滑剤の材料や塗布と供給の手段に工夫を凝らし、更にチューブの材料であるゴムの弾力性と復元力でこれらの問題をある程度カバーすることなどで、何とか実用に供していた。しかしながら、近年チューブポンプの用途の拡大によりチューブの耐薬品性が求められるようになり、耐薬品性に優れたフッ素樹脂、例えば四フッ化エチレン樹脂などほとんど伸縮性のないプラスチック製のチューブの使用が増えている。このため、上述したようなチューブの移動は解決を要する大きな問題となりつつある。

この発明はこれらの点に着目し、チューブの移動を実用上なくして移動に伴う諸問題を解決することを課題としてなされたものである。

上記の課題を達成するために、この発明のチューブポンプでは、チューブの円筒室内周面に接している側を円筒室内周面に当接した状態に保つ保持手段を設けている。

上記の保持手段は、円筒室の内周面に接する側の円弧状の外辺と加圧部材に接する側の円弧状の内辺とが連結部で連なる唇状であって、連結部から外側に向けてフィン状の突出片を設けた断面形状を有するチューブを用いると共に、このチューブの突出片が挿入される溝を円筒室の両側面にそれぞれ形成し、チューブが加圧されていない時にチューブの外辺が円筒室内周面に当接した状態となるように上記の各溝の位置と大きさを選定して構成される。

上記の構成は、偏心運動するリング状の加圧部材を使用するタイプのものに適用されるが、ローラーでチューブを直接加圧するタイプのものにも適用可能である。

加圧部材として偏心運動するリング状のものを使用する場合に、その加圧部材は内リングとその外周に回転可能に設けた外リングを備えた構造とし、更に、内リングの自転を阻止する回転止め手段と、内リングに対する外リングの滑りやすさを調整する調整手段、とを備えたものとすることができる。

加圧部材として内リングの外周に外リングを備えたものを使用する場合に、内リングと外リングの間にころがり軸受を介在させ、あるいは内リングと外リングの少なくとも一方をころがり軸受のレースそのもので兼用することができる。

上述のいずれかの構成のものにおいて、チューブと加圧部材との間に、一端または両端を固定した帯状シートを介在させることが望ましい。

上述の〔背景技術〕の項において、加圧部材の自転によりチューブには自転方向に引っ張る力が作用すると述べた。本発明者らの研究によれば、この引っ張り力はチューブが円筒室内周面に当接した状態に保たれている時は極めて小さく、チューブが円筒室内周面から浮いた状態の時に大きくなることが判明した。これは、固定されたリング状の外歯車とこの外歯車の内側の歯に噛み合って転動する転位内歯車の関係に相当する。すなわち、この歯車機構では外歯車が回転しないのに対して、内歯車は両者の歯数の差に応じて転動方向とは逆の方向の回転、つまり自転をしながら転動することになるが、円筒室内周面に当接した状態に保たれているチューブは丁度外歯車に相当する状態となって回転せず、円筒室内周面から浮いた状態のチューブは自転する内歯車に相当する状態となって回転（移動）が起きると考えられるのである。

また、チューブが加圧部材で圧迫されると、加圧力が加わっている部分はチューブと加圧部材が密着して一時的に真空状態となり、更に両者間には物理的な加圧や潤滑剤の粘性などに基づく接着力も一時的に生ずる。このため、圧迫される箇所が移動して加圧力がなくなった後でもチューブと加圧部材の接着状態は短時間継続しており、圧迫されていた部分が圧迫されて扁平になった状態から膨らんだ状態に戻りながらチューブ全体が円筒室内周面から浮き上がり、あるいは全体が浮き上がらない場合でも、チューブがすぐに膨らんだ状態に戻ると加圧部材に接していた部分はそのまま加圧部材との接触状態を保つことになり、チューブには自転しつつある加圧部材と共にその自転方向に移動させるような力が作用することになる。なお甚だしい場合には、接着状態が続いてそのままチューブが引きずられ、加圧部材に巻き込まれたような状態になってポンプとして作動できなくなることもある。

チューブを加圧部材の自転方向に引っ張る力は、上述のような現象が複合的且つ連続的に発生するために生ずると考えられる。従って、この発明により円筒室内周面に接している側を円筒室内周面に当接した状態に保つことにより、チューブはあたかも上述の歯車機構における外歯車に相当する状態となって回転せず、また種々の理由でチューブの加圧部材に接していた側が加圧部材に一時的に接着した状態になったとしても、円筒室内周面に接していた部分はその位置にそのまま保持される。従って、円筒室内周面に接していた部分までが浮き上がり、チューブ全体が加圧部材の自転方向に移動する結果となるようなことはないのである。なお、チューブには圧迫箇所が移動する方向の力も作用するが、この力によるチューブの移動防止に対してもこの発明は効果があることはもちろんである。

この発明の構成を採用しても、チューブと加圧部材との間の摩擦力によってチューブを加圧部材の自転方向に引っ張る力は残存する。また圧迫箇所の移動に伴ってその移動方向にチューブを移動させる力もチューブに加わる。偏心運動するリング状の加圧部材を使用する場合において、加圧部材を内リングとその外周に回転可能に設けた外リングを備えた構造とし、更に、内リングの自転を阻止する回転止め手段と、内リングに対する外リングの滑りやすさを調整する調整手段、とを備えたものでは、チューブに対して加わる自転方向の力と圧迫箇所の移動方向の力とをバランスさせ、チューブを移動させる力を最も小さくすることが可能となる。

また、加圧部材として内リングの外周に外リングを備えたものを使用する場合に、内リングと外リングの間にころがり軸受を介在させたもの、あるいは内リングと外リングの少なくとも一方がころがり軸受のレースそのもので構成されているものでは、内外のリング間の回転抵抗が極めて小さくなる。このため、外リングとチューブとの摩擦力が内外両リング間の回転抵抗よりも大きい場合や、外リングにチューブが一時的に接着した状態になった場合でも、外リングはチューブと共にその位置に保たれて回転が阻止され、内リングのみが自転することになる。従って、チューブに引っ張り力が加わることがなくなってチューブの移動が防止されるのである。

また、チューブと加圧部材との間に一端または両端を固定した帯状シートを介在させたものでは、加圧部材の自転に伴う引っ張り力が直接チューブに加わることがなくなり、チューブの移動が防止されるのである。

以下、この発明のいくつかの実施例について説明するが、その前に図１により一般的なチューブポンプの基本構成について述べる。

図１に示す概略正面図において、１は円筒室２を形成したハウジングであり、円筒室２の内周面２ａは円形で半円周より大きく全円周よりは小さな範囲で形成され、内周面２ａが形成されていない部分は入出力部２ｂとなっている。３は円筒室２の内周面２ａに沿わせてリング状に配置されたチューブであり、その両端を基板１の外部に引き出して流入口３ａと流出口３ｂを構成している。

４はチューブ３の内側に配置されたリング状の加圧部材、５は加圧部材４の内側に回転自在に配置された偏心ローター、６は回転軸である。偏心ローター５は回転軸６に固定されており、その外周部５ａが加圧部材４の内周面４ａに摺接しながら回転し、加圧部材４を内周面２ａに沿って偏心運動させるように構成されている。ハウジング１の背面側には回転軸６を駆動するための減速機付きモータなどが配置され、手前側には蓋が設けられるが、これらは図１では示していない。

ハウジング１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おり、加圧部材４は摩擦係数の小さい材料、例えばフッ素樹脂系の合成樹脂成形品で構成される。またチューブ３には移送される流体に応じてゴム系や各種の合成樹脂製のチューブが使用される。ポンプ作用は、偏心ローター５を実線矢印のように時計方向に回転させて加圧部材４を偏心運動させ、加圧部材４に圧迫されて生ずるチューブ３の閉塞箇所を時計方向に移動させてチューブ内部の流体を流出口３ｂから吐出し、同時に流入口３ａから流体を吸入することで行われる。

７は保持手段の一例であり、フランジ７ａとスプリング７ｂで構成されている。フランジ７ａはチューブ３の流入口３ａと流出口３ｂの部分に設けられたものであり、チューブ３に一体に形成され、あるいはワッシャ状のものをチューブ３に固定することで設けられている。スプリング７ｂは流入口３ａと流出口３ｂにそれぞれ嵌め、ハウジング１の入出力部２ｂに形成されている隔壁２ｃとフランジ７ａの間に縮めた状態で装着されている。

このように構成されているので、チューブ３にはスプリング７ｂの反発力で図の下方向の押圧力が作用し、チューブはそのリング状の径が大きくなって円筒室２の内周面２ａの下端部分に当たると共に左右にも広がり、内周面２ａ全体に押しつけられた状態となる。このため、加圧部材４が偏心運動してその自転方向にチューブ３を引っ張る力が発生しても、チューブ３の内周面２ａに接していた側はそのまま当接状態に保たれて浮き上がることがなく、加圧部材４の破線矢印方向の自転に伴うその方向の移動はなくなるのである。なお、チューブ３はスプリング７ｂで長手方向に押されているので、このような構成は硬くて座屈の生じないプラスチック系のチューブの場合に特に有効である。

図２はこの発明による保持手段を備えた一実施例の概略断面図であり、１ａ及び６ａはそれぞれ図１には示されていなかった蓋及び減速機付きモータである。なお、この図２から図５までは、図１のＡ−Ａ線に相当する位置での断面図となっている。従ってチューブ３も断面であるが、断面を意味する斜線等は省略してある。また各図において同じ部分は同じ符号で示してある。

図２の例では、チューブ３の断面形状を円筒室２の内周面２ａに接する側の円弧状の外辺３１と、加圧部材４に接する側の円弧状の内辺３２とが連結部３３で連なる偏平な形状とし、且つ外辺３１と内辺３２とは鋭角で交わった唇状のものとし、連結部３３からは外側に向けてフィン状の突出片３４を設けたものとしてある。このような形状のチューブ３に対応して、内周面２ａは外辺３１の円弧と同じ形状の凹型としてあり、加圧部材４は内リング４１の外周部にゴム製の外リング４２を設け、チューブ３に接する外リング４２の押圧面４２ａは外辺３１の円弧状に対応した凸型のものとしてある。

また、チューブ３の突出片３４に対応して、円筒室２の側面には溝１１ａを、蓋１ａには溝１１ｂをそれぞれ形成すると共に、各溝１１ａ、１１ｂの幅を突出片３４の厚みに相当する寸法とし、突出片３４をこの溝１１ａと溝１１ｂにそれぞれ挿入してチューブ３を固定するようにしてある。なお、各溝１１ａ、１１ｂはチューブ３を固定した時に外辺３１が内周面２ａにぴったり当接するような位置に形成されている。

このように構成されているので、加圧部材４の偏心運動によってその自転方向にチューブ３を引っ張る力が生じても、チューブ３は突出片３４が溝１１ａ、１１ｂで保持されていて浮き上がることができない。このため、チューブ３はその外辺３１が内周面２ａに当接した状態に保たれたままとなり、しかも溝１１ａ、１１ｂによる保持力も加わるので、仮に内辺３２が押圧面４２ａと共にその移動方向に移動しようとしてもその移動は抑えられ、加圧部材４の自転に伴ってその方向にチューブ３の全体が移動することは防止されるのである。

なお、チューブ３と内周面２ａ及び押圧面４２ａの断面をこの例のような形状としておくことにより、一般的な円管状のチューブを使用する場合と比較して小さな加圧力で完全に押しつぶすことが容易であり、しかもチューブの変形量も小さくなるので、変形の繰り返しによるチューブの破損が生じにくくなる。ここで、圧迫された時に変形するのは内辺３２だけであるので、特に内辺３２の肉厚を薄くしておくことにより上記の効果はより得やすくなる。また、内辺３２の肉厚と膨らみの形状を適切に選定しておくことにより、いわゆるペコ缶効果を発揮することが可能であり、加圧力がある限度を超えると座屈して容易に且つ速やかにへこみ、加圧力がなくなった時には元の形状に速やかに復帰するようにできる。

図３は図２と同様な形状のチューブを使用した別の実施例を示す概略断面図である。ここでは、円筒室２の内周面２ａと加圧部材４の押圧面４２ａの断面形状を直線にすると共に、チューブ３が加圧されていない時にその外辺３１が内周面２ａに当接した状態が保たれる範囲で円筒室２の側面の溝１１ａと蓋１ａの溝１１ｂの幅を大きくしてある。なお、この例あるいは図２の例のようなチューブの形状は、圧迫時の変形量が小さくなって破損が生じにくくなる利点があるので、例えば耐薬品性とするために内面を伸縮性のない厚さ０．２５ｍｍ程度の薄い四フッ化エチレン樹脂で構成し、外面を厚さ２．６ｍｍ程度の比較的厚いゴム系樹脂で構成した二重構造のチューブなどに特に適した形状である。

このように構成されているので、加圧部材４の偏心運動によってその自転方向にチューブ３を引っ張る力が生じても、チューブ３は突出片３４を溝１１ａ、１１ｂで保持されていて浮き上がることができない。このため、チューブ３はその外辺３１が内周面２ａに当接した状態に保たれたままとなり、加圧部材４の自転に伴ってその方向にチューブ３が移動することを防止されるのである。

なお、図２の場合には内周面２ａと押圧面４２ａの断面形状をチューブ３の外辺３１の形状に合わせる必要があるので製作が困難であるが、図３のように内周面２ａと押圧面４２ａの断面形状が直線であれば製作しやすくなる。また突出片３４の厚みが溝１１ａ、１１ｂの幅に対して小さいので、チューブ３の組み込みや交換が容易である。

図４は、内リング４１の外周に設けられた外リング４２を内リング４１に対して回転可能とし、且つ内リング４１に対する外リング４２の滑りやすさを調整する調整手段１５を設けた実施例の概略断面図であり、蓋は図示していない。ここでは、内リング４１の側面に調整板１５ａを設けて外リング４２の側面に摺接させて調整手段１５を構成している。すなわち、調整板１５ａをビス１５ｂによって内リング４１に取り付けると共に、その外周面を外リング４２の側面に摺接させ、その接触圧力をビス１５ｂとばね１５ｃによって調整できるようになっている。なお、内リング４１は偏心ローター５の段部５ｂに係合して抜け止めされており、調整板１５ａによる加圧力は確実に外リング４２に伝えられる。なおこの図においては、チューブ３として円形のチューブ３に凸部３５を形成したものを使用し、凸部３５をハウジング１の溝１１ｃに挿入してチューブ３を保持した変形例を示してある。

また１６は内リング４１の自転を阻止する一対の回転止め手段であり、ハウジング１に固定された支軸１６ａと内リング４１に形成された穴１６ｂの組み合わせで構成されている。支軸１６ａの径は必要な強度が得られる寸法に選定され、穴１６ｂの径は加圧部材４がチューブ３に対する押圧作用を支障なく発揮できるだけの運動の自由度が得られる寸法に選定されている。なお、穴１６ｂは必ずしも丸穴である必要はなく、加圧部材４の運動の自由度が確保される形状と大きさであれば円形以外の適宜の形状を採用することができる。

前述したように、加圧部材４の偏心運動に伴ってチューブ３に加わる引っ張り力には、圧迫箇所の移動方向に生ずる力と加圧部材４の自転方向に生ずる力とがあるが、一般に後者の自転方向の力が大きい。従って、図４のように回転止め手段１６を設けることにより内リング４１の自転が抑制され、更に調整手段１５で内リング４１に対する外リング４２の滑りやすさを調整してブレーキを掛けた状態となるので、外リング４２の自転は一層抑制される。このため、チューブ３に対して加えられる自転方向の力を小さくして圧迫箇所の移動方向の力とバランスさせることが可能となり、これらの効果がチューブ３をハウジング１に保持している効果に重畳されてチューブ３の移動をほとんどなくすことができるのである。

図５は、加圧部材４の内リング４１と外リング４２の間にころがり軸受を介在させた実施例の概略断面図であり、１７は内レース１７ａ、外レース１７ｂ、ニードル１７ｃで構成されたニードルベアリングである。すなわち、加圧部材４の内リング４１の外側にベアリング１７の内レース１７ａが嵌められ、その外レース１７ｂの外側に加圧部材４の外リング４２が嵌められており、外リング４２は内リング４１に対して回転自在な状態となっている。チューブ３は例えば図２に示したものと同じ断面形状のものが使用され、円筒室２の内周面２ａに当接させてリング状に配置され、図３に示した構成の保持手段によって内周面２ａに当接した状態に保持されている。

このように構成されているので、外リング４２は内リング４１に対する回転抵抗が極めて小さい。このため、例えば外リング４２とチューブ３の摩擦力が内外両リング４１、４２間の回転抵抗よりも大きい場合や、外リング４２にチューブ３が一時的に接着した状態になったような場合でも、外リング４２はチューブ３と共にその位置に保たれ、あたかも前述した歯車機構における外歯車に相当する状態となって回転が阻止され、内リング４１のみが自転することになる。従って、外リング４２からチューブ３に対して自転方向の引っ張り力が与えられることがなく、この効果がチューブ３をハウジング１に保持している効果に重畳されてチューブ３の移動が防止されるのである。

図５では、内リング４１と外リング４２の間にニードルベアリング１７を介在させているが、内レース１７ａと外レース１７ｂの両方あるいは一方をそのまま内リング４１や外リング４２として兼用する構造として、別部材の内リング４１や外リング４２を省略することもできる。なお、ころがり軸受としては図示したようなニードルベアリングのほか、必要に応じてボールベアリングやローラーベアリングなど、他の形式のものを使用することができる。

以上の各種の構成を単独で、あるいは併用して実施することによりチューブ３の移動はほとんど防止されるが、なお残存する引っ張り力をなくすための実施例を図６に示す。すなわち、ここではチューブ３と加圧部材４との間に帯状シート１８を介在させてチューブ３と加圧部材４とが直接接触しないようにし、シート１８の両端部１８ａ、１８ａを隔壁２ｃの外側でハウジング１に固定してある。帯状シート１８としては滑りのよいもの、例えば厚さ０．５ｍｍの四フッ化エチレン樹脂のシートが使用される。なお、図６では帯状シート１８を設けることのみを示してあり、チューブ３を内周面２ａに保持する構成等は適宜採用されるものとする。なお、加圧部材４が時計方向に偏心運動する場合の自転は半時計方向となり、前述したようにチューブを引っ張る力はこの自転による力の方が一般に大きいので、シート１８は図の左端のみをハウジング１に固定してもよい。しかし、ポンプの吐出方向が一定でない使い方の場合には、シート１８は両端を固定する必要がある。

加圧部材４の自転方向にチューブ３が引っ張られる要因としては、チューブ３と加圧部材４との回転抵抗や両部材の一時的な接着などによってチューブ３が加圧部材４と共に移動しようとすることがあるが、この例のような構成であればチューブ３と加圧部材４とが直接接触せず、加圧部材４はシート１８に対して滑りながら自転する。このため、チューブ３に引っ張り力が加わることがなく、この効果がチューブ３をハウジング１に保持している効果などに重畳されてチューブ３の移動が防止されるのである。

以上の各実施例はリング状の加圧部材を用いた場合についてのものであるが、この発明は複数個のローラーでチューブを直接加圧するタイプも含む各種のチューブポンプに適用することができる。

一般的なチューブポンプの基本構成を示す概略正面図である。 この発明の一実施例の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施例の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施例の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施例の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施例の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 円筒室
２ａ 内周面
３ チューブ
４ 加圧部材
５ 偏心ローター
７ 保持手段
７ｂ スプリング
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 溝
１５ 調整手段
１６ 回転止め手段
１７ ニードルベアリング
１８ 帯状シート
３４ チューブの突出片
３５ チューブの凸部
４１ 加圧部材の内リング
４２ 加圧部材の外リング

Claims (5)

1. チューブを円筒室の内周面に沿わせてリング状に配置し、チューブの内側に設けた加圧部材によりチューブを一方向に順次圧迫してチューブ内の流体を送出するチューブポンプにおいて、
   円筒室の内周面に接する側の円弧状の外辺と加圧部材に接する側の円弧状の内辺とが連結部で連なる唇状であって、連結部から外側に向けてフィン状の突出片を設けた断面形状を有するチューブを用いると共に、前記突出片が挿入される溝を円筒室の両側面にそれぞれ形成し、チューブが加圧されていない時にチューブの外辺が円筒室内周面に当接した状態となるように前記各溝の位置と大きさを選定したことを特徴とするチューブポンプ。
2. 加圧部材が偏心運動するリング状のものである請求項１記載のチューブポンプ。
3. 加圧部材が内リングとその外周に回転可能に設けた外リングを備えた構造であり、内リングの自転を阻止する回転止め手段と、内リングに対する外リングの滑りやすさを調整する調整手段、とを備えた請求項２記載のチューブポンプ。
4. 加圧部材が内リングとその外周に回転可能に設けた外リングを備えた構造であり、内リングと外リングの間にころがり軸受を介在させ、あるいは内リングと外リングの少なくとも一方がころがり軸受のレースで構成されている請求項２記載のチューブポンプ。
5. チューブと加圧部材との間に、一端または両端を固定した帯状シートを介在させた請求項１乃至４のいずれかに記載のチューブポンプ。

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