JP4051907B2 - チューブポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性を有するチューブ（ポンプチューブ）をしごくことにより、チューブ内の液体を送液するチューブポンプが知られており、例えば医療機器、プリンタ等において広く用いられている。
【０００３】
このチューブポンプは、通常、ロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータに設置された複数のローラとを有し、このローラがロータの外周に沿って配置されたチューブを圧閉しつつロータが回転して、送液を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、従来のチューブポンプでは、ロータを駆動するモータが大きいために、小型化、特に薄型化が困難である、という問題がある。
【０００５】
また、従来のチューブポンプでは、モータの電磁ノイズが他の機器に影響を及ぼすおそれがある、という問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化、特に薄型化に有利であり、またロータが回転するのを検出することができるチューブポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００８】
本発明のチューブポンプは、弾性を有するチューブを装着する装着部を有する本体と、前記本体に対し回転可能に設置されたロータと、前記ロータに複数設けられ、前記チューブの一部を圧閉する圧閉部と、前記ロータが回転するのを検出する回転検出手段と、前記装着部に装着された前記チューブの近傍に設けられた可撓性を有する板状体とを有し、
前記圧閉部は、該板状体を介して前記チューブを圧閉し、前記回転検出手段は、前記板状体の一部が前記圧閉部に押圧されて変位することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明のチューブポンプは、前記ロータと連動する被駆動体と、前記被駆動体に当接して設けられ、圧電素子を備えた少なくとも１つの振動体とを有し、前記振動体は、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を駆動して、前記ロータを回転させることを特徴とする。
【００１１】
本発明のチューブポンプは、前記回転検出手段が、前記板状体の一部が電気接点として機能することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明のチューブポンプは、前記回転検出手段が、前記板状体の一部に設けられた少なくとも１つの第１電気接点と、前記本体側に設けられ、前記第１電気接点に対応する第２電気接点とを有し、前記第１電気接点と前記第２電気接点とが接触・離間することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、前記装着部に装着された前記チューブの前記圧閉部に圧閉される部分のほぼ全域に渡って設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、その厚さ方向に変位可能に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、その面内方向に変位しないように設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、前記本体に対し着脱可能に設置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明のチューブポンプは、前記圧閉部が、前記ロータに対し固定的に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明のチューブポンプは、前記圧閉部が、前記ロータの回転軸方向から前記チューブを圧閉することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のチューブポンプを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明のチューブポンプの実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図、図３は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図、図４は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図、図５は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。なお、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３４】
これらの図に示すチューブポンプ１は、弾性を有するチューブ１００を装着するチューブ装着溝（装着部）９３を有する本体９と、本体９に対し回転可能に設置されたロータ５と、本体９に設置され、ロータ５を回転駆動する振動体６と、ロータ５とチューブ１００との間に設けられた薄板（板状体）４と、ロータ５が回転するのを検出する回転検出手段３とを備えている。以下、各部の構成について説明する。
【００３５】
図２に示すように、本体９は、基板９１と、基板９１の中心部から上方に向かって突設されたロータ回転軸９２とを有している。
【００３６】
図１に示すように、基板９１の上面には、薄板挿入溝９４がロータ回転軸９２を中心とするほぼ円環状に形成されている。
【００３７】
基板９１の上面には、さらに、図１に示す平面視でほぼＵ字状をなすチューブ装着溝９３が形成されている。
【００３８】
チューブ装着溝９３は、ロータ回転軸９２を中心とするほぼ円弧状をなす円弧部９３１と、円弧部９３１の図１中の左端部から図１中の下方へ延びる直線部９３２と、円弧部９３１の図１中の右端部から図１中の下方へ延びる直線部９３３とで構成されている。
【００３９】
円弧部９３１は、図２に示すように、薄板挿入溝９４の底部９４１に形成されている。すなわち、チューブ装着溝９３の幅は、薄板挿入溝９４の幅より小さくなっており、円弧部９３１は、薄板挿入溝９４の底部９４１にさらに凹部（溝）を形成するようにして設けられている。また、円弧部９３１は、中心角がほぼ１８０°の範囲に形成されている。
【００４０】
チューブ（ポンプチューブ）１００は、このようなチューブ装着溝９３に沿って、本体９に対し、図１に示す平面視でほぼＵ字状に装着されている。すなわち、チューブ１００は、円弧部９３１に位置する円弧部１０３と、直線部９３２に位置する上流部１０１と、直線部９３３に位置する下流部１０２とを有している。
【００４１】
チューブ１００は、弾性（復元性）を有している。チューブ１００の円弧部１０３は、後述する凸部５４に押圧されることにより閉塞した状態（図２中の左側に示す状態）になり、この押圧が解除されると、元の状態（図２中の右側に示す状態）に戻る。
【００４２】
本体９には、ロータ５が回転可能に設置されている。ロータ５は、ほぼ円盤状をなすロータ本体５１と、ロータ本体５１の外周部に例えば圧入により固着された円環状のリング（被駆動体）５３とを有している。
【００４３】
このロータ５は、ロータ本体５１の中心部に設置された軸受１１、１２を介して本体９のロータ回転軸９２に対し回転可能に設置されている。
【００４４】
このように、本実施形態では、本体９は、ロータ５を片側（下側）から支持しており、ロータ５を上側から覆う部材がない。よって、チューブポンプ１は、薄型化に特に有利である。
【００４５】
ロータ５は、後述する振動体６に駆動され、図１中の時計回りに回転する。すなわち、振動体６は、リング５３（ロータ５）の外周面に当接して設置されており、振動体６が振動すると、振動体６から摩擦力（押圧力）を繰り返し受けてリング５３（ロータ５）が図１中の時計回りに回転駆動される。すなわち、リング５３は、振動体６に駆動される被駆動体となるものである。
【００４６】
図２に示すように、本実施形態では、リング５３の外周には、周方向に沿って溝５３１が形成されており、振動体６（凸部６６）は、溝５３１の内面（凹面）５３２に当接している。これにより、振動体６のリング５３に対する当接位置が上下にずれるのを防止することができる。また、溝５３１（内面５３２）の断面は、円弧状をなしており、これにより、振動体６のリング５３に対する当接位置が上下に多少ずれた場合であっても、振動体６とリング５３との接触状態が維持され、駆動力をロスすることがない。
【００４７】
ロータ５には、チューブ１００を圧閉（押圧閉塞）する圧閉部として、ロータ本体５１の下面から突出する２つの凸部５４、５４がそれぞれ設けられている。この凸部５４は、後述する薄板４を介して、チューブ１００の円弧部１０３の一部をチューブ装着溝９３（円弧部９３１）の底との間で上側から圧閉する。
【００４８】
図示の構成では、凸部５４は、ロータ本体５１の下面からほぼ円柱状（円盤状）に突出するように形成されている。
【００４９】
２つの凸部５４、５４は、ロータ５の周方向に沿ってほぼ等間隔（１８０°間隔）で設置されており、これにより、ロータ５の回転位置によらず、２つの凸部５４、５４のうちの少なくとも一方がチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉する。
【００５０】
ロータ５が回転すると、凸部５４は、薄板４に対し摺動するようにしてチューブ１００（円弧部１０３）をしごき、これにより、チューブ１００内の液体が送液される。
【００５１】
本実施形態では、圧閉部を凸部５４のようにロータ５に対し固定的に設けられているもの（自転しないもの）としたことにより、圧閉部の構造を小型化・簡素化することができ、チューブポンプ１全体の小型化に寄与する。
【００５２】
なお、本発明では、圧閉部は、ローラやボール等のように、ロータに対し回転（自転）可能に設置されているようなものであってもよい。また、圧閉部は、ロータ５に３つ以上設けられていてもよく、その場合、それらの圧閉部は、ロータ５の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されているのが好ましい。
【００５３】
本実施形態では、チューブ１００をロータ回転軸９２方向から（図示の構成では上側から）圧閉することにより、チューブ１００とロータ５とがロータ５の厚さ方向（ロータ回転軸９２方向）に重ねて配置される。よって、チューブポンプ１全体の小型化（図１中における占有面積の低減）に特に有利である。
【００５４】
なお、本発明では、圧閉部がチューブ１００（円弧部１０３）をロータ５の半径方向から（内周側から）圧閉するよう構成されていてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、チューブ１００の円弧部１０３は、ロータ５の最外周より内側に位置している。これにより、ロータ５を回転させるのに必要なトルクが比較的小さく、よって、振動体６をより小型化することができ、その結果、チューブポンプ１全体をより小型化することができる。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態のチューブポンプ１では、チューブ１００（円弧部１０３）と、ロータ５との間に、薄板（板状体）４が設けられており、チューブ１００（円弧部１０３）は、この薄板４を介して凸部５４により圧閉される。
【００５７】
図１に示すように、薄板４は、ロータ回転軸９２を中心とするほぼ円環状をなすリング部４１と、リング部４１から外周側（図１中の下側）に向かって突出するように形成された固定部４２とを有している。この薄板４は、固定部４２においてボルト１７、１７により本体９に対し固定されており、その面内方向に変位（移動）しないようになっている。
【００５８】
リング部４１は、薄板挿入溝９４に沿って設けられており、チューブ１００の円弧部１０３を上側から覆っている。リング部４１の幅は、薄板挿入溝９４の幅よりもやや小さくなっている。
【００５９】
図２中の左側に示すように、凸部５４に押圧された部分のリング部４１は、その厚さ方向（下方向）に変位（移動）して薄板挿入溝９４内に挿入し、これによりチューブ１００が圧閉される。
【００６０】
本実施形態では、このような薄板４を用いることにより、凸部５４のような圧閉部とチューブ１００とが直接擦れあうことがなく、チューブ１００は、押し潰される方向（チューブ１００の軸方向と直交する方向）の力のみを凸部５４のような圧閉部から受け、引きずられるような力（チューブ１００の軸方向の力）を受けない。よって、チューブ１００の移動やねじれがより確実に防止され、より円滑な送液が可能となる。また、チューブ１００の劣化が防止され、チューブ１００の長寿命化が図れる。
【００６１】
特に、圧閉部が凸部５４のように自転しないものである場合であっても、薄板４を設けたことにより、チューブ１００を劣化・損傷するようなことを防止することができる。
【００６２】
このような薄板４は、例えば各種金属材料等の導電性材料で構成されており、その一部には、後述する第１電気接点３１が形成されている。なお、薄板４は、その全体が導電性材料で構成されていなくてもよく、少なくとも第１電気接点３１が導電性材料で構成されていればよい。
【００６３】
本実施形態では、凸部５４がリング部４１に対して摺動することとなるため、リング部４１と凸部５４との両方または一方の少なくとも表面を比較的摩擦係数の低い材料で構成することにより、リング部４１と凸部５４との摩擦を低減することが好ましい。前記低摩擦材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のようなフッ素系樹脂等が挙げられる。
【００６４】
また、潤滑剤を用いて、リング部４１と凸部５４との摩擦を低減してもよい。この潤滑剤としては、例えば、グリス、シリコンオイル等が挙げられる。
【００６５】
本実施形態では、ボルト１７、１７による固定部４２の固定を解除することができ、これにより薄板４は、本体９に対し着脱可能になっている。よって、本実施形態では、薄板４を交換することができ、薄板４が劣化、損傷した場合に新しいものに交換することができる。また、送液速度（ロータ５の回転速度）や、チューブ１００の径、材質、硬さ等に合わせて、厚さ、材質、硬さ等が異なる同様の薄板４に交換することができ、最適な薄板４を適宜選択して使用することができる。
【００６６】
また、図２に示すように、本実施形態では、凸部５４に押圧された部分のリング部４１は、薄板挿入溝９４内に挿入したとき、その縁部が薄板挿入溝９４の底部９４１に当接し、それ以上、下方向に変位することが禁止される。これにより、凸部５４に押圧されて厚さ方向に変位した部分のリング部４１の位置決めがなされ、リング部４１が傾くことを防ぐとともに、チューブ１００が常に一定のつぶし量で圧閉される。よって、チューブ１００を過剰に圧閉（圧迫）することが防止され、チューブ１００の劣化をさらに低減し、より長寿命化を図ることができる。
【００６７】
このように、本実施形態では、底部９４１（円弧部９３１）は、薄板４（リング部４１）が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段として機能する。なお、チューブ装着溝９３の円弧部９３１の形状（深さ）は、チューブ１００のつぶし量が最適になるように設定されている。
【００６８】
また、本実施形態では、薄板４は、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）の全域に渡って設けられている。これにより、この全域に渡って前述した効果が得られる。このように、薄板４は、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）のほぼ全域に渡って設けられているのが好ましい。
【００６９】
また、薄板４は、変形後に元の形状に復帰する復元性（弾性）を有するものであるのが好ましい。
【００７０】
また、薄板４の厚さは、特に限定されないが、０．００５〜０．１ｍｍ程度であるのが好ましい。薄板４の厚さが厚すぎると、薄板４の構成材料等によっては、変形しにくいものとなって、チューブ１００を好適に圧閉することができない場合がある。また、薄板４の厚さが薄すぎると、薄板４の構成材料等によっては、破損しやすくなる場合がある。
【００７１】
また、本実施形態では、薄板４を用いることにより、凸部５４のような圧閉部の小型化が図れる。
【００７２】
通常、凸部５４のような圧閉部を小型にすると、押圧面積が小さくなって圧閉するときにチューブ１００に食い込むような状態となり、チューブ１００の劣化が速まったり、ロータ５が円滑に回転できなくなったりする不都合を生じる。
【００７３】
これに対し、本実施形態では、薄板４を介して圧閉することによって、チューブ１００を押圧する面積が拡大し、押圧力を薄板４の面内に分散することができる。すなわち、凸部５４のような圧閉部を小型化しても、薄板１５の剛性によって大きな曲率で圧閉するので、チューブ１００の局部的な変形を妨げることができる。よって、圧閉部を小型にした場合や、圧接点が小さい場合であっても、前記のような不都合を生じない。このようなことから、本発明では、凸部５４のような圧閉部の小型化を図ることができ、これにより、チューブポンプ１全体としてもより小型化を図ることができる。
【００７４】
ロータ５を回転駆動する振動体６は、通常のモータ等と比べ、小型（薄型）である。本発明では、この振動体６を用いてロータ５を回転駆動することにより、チューブポンプ１全体の小型化、特に薄型化（ロータ回転軸９２方向の小型化）を図ることができる。以下、振動体６について説明する。
【００７５】
図３に示すように、振動体６は、ほぼ、長方形の板状をなしている。振動体６は、図３中の上側から板状の電極６１と、板状の圧電素子６２と、補強板６３と、板状の圧電素子６４と、板状の電極６５とをこの順に積層して構成されている。なお、図３では、厚さ方向を誇張して示している。
【００７６】
圧電素子６２、６４は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子６２、６４の構成材料としては、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００７７】
これらの圧電素子６２、６４は、補強板６３の両面にそれぞれ固着されている。補強板６３は、振動体６全体を補強する機能を有しており、振動体６が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板６３の構成材料としては、弾性材料（弾性を有するもの）であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
【００７８】
この補強板６３は、圧電素子６２、６４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体６を高い効率で振動させることができる。
【００７９】
補強板６３は、圧電素子６２、６４に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子６２には、電極６１と補強板６３とによって交流電圧が印加され、圧電素子６４には、電極６５と補強板６３とによって交流電圧が印加される。
【００８０】
圧電素子６２、６４は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴なって、補強板６３も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加すると、振動体６は、図３中の矢印で示すように、長手方向に微小な振幅で振動（縦振動）する。
【００８１】
補強板６３の図３中の右端部には、凸部６６が一体的に形成されている。この凸部６６は、補強板６３の幅方向中央（中心線６９）からずれた位置（図示の構成では角部）に設けられている。また、図示の構成では、反対側の（対角線上にある）角部には、凸部６６と対称的に同様の凸部６７が設けられている。この凸部６７は、図示の構成では使用されていない。
【００８２】
また、補強板６３の長手方向ほぼ中央からは、腕部６８が長手方向とほぼ垂直な方向に突出するように設けられている。腕部６８の先端部には、ボルト１３が挿入する孔６８１が形成されている。
【００８３】
図１に示すように、このような振動体６は、ロータ５の外周側に設置されており、凸部６６にてロータ５（リング５３）の外周に当接している。すなわち、本実施形態では、振動体６は、ロータ５に対しロータ５の半径方向外周側から当接して設置されている。
【００８４】
図２に示すように、ロータ５の外周側における基板９１からは、ネジ穴９５１を有する振動体取付部９５が上方に向かって突設されており、振動体６は、腕部６８の孔６８１に挿入されたボルト１３によって、この振動体取付部９５に固定されている。
【００８５】
なお、図示の構成と異なり、振動体６は、ロータ回転軸９２方向からロータ５に当接するように設置されていてもよい。
【００８６】
このように、振動体６は、腕部６８によって支持されている。これにより、振動体６は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。また、振動体６は、腕部６８の弾性によって、凸部６６がリング５３（内面５３２）に圧接された状態で設置されている。
【００８７】
また、振動体６は、ロータ５とほぼ平行な姿勢で設置されている。これにより、チューブポンプ１全体の薄型化に特に有利である。
【００８８】
また、本実施形態では、振動体６の厚さは、ロータ５の厚さよりも薄く、振動体６の全体は、上下方向についてロータ５の厚さ分の空間内に位置している。これにより、チューブポンプ１全体の薄型化に特に有利である。
【００８９】
凸部６６がリング５３に当接した状態で、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加して振動体６を振動させると、リング５３は、振動体６が伸長するときに凸部６６から摩擦力（押圧力）を受け、この繰り返しの摩擦力（押圧力）によって、ロータ５が図１中の時計回りに回転する。
【００９０】
ロータ５が図１中の時計回りに回転すると、凸部５４、５４のうちの少なくとも一方が薄板４を介してチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉しつつ図１中の時計回りにしごくように作動する。その結果、チューブ１００内において、図１中の時計回りの流れが生じ、送液がなされる。すなわち、液体は、チューブ１００の上流部１０１から吸入され、チューブ１００の下流部１０２から吐出される。
【００９１】
前述したように、本実施形態では、被駆動体としてのリング５３がロータ本体５１の外周に例えば圧入により固着されており、ロータ５が振動体６によって直接に回転駆動される。これにより、ロータ５は、チューブポンプ１のロータと、モータ（超音波モータ）のロータとを兼ねるものして機能することから、チューブポンプ１は、小型化（薄型化）に特に有利である。また、構造を極めて簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【００９２】
なお、リング５３と、ロータ本体５１とは、一体的に（一部材で）形成されていてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、振動体６の面内振動をロータ５の回転（面内回転）に直接変換するので、この変換に伴なうエネルギーロスが少なく、ロータ５を高い効率で回転駆動することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、凸部６６がリング５３に及ぼす摩擦力（押圧力）の方向は、ロータ回転軸９２に対しほぼ垂直な方向であるため、ロータ５が傾斜するようなことがなく、ロータ５がより円滑かつ確実に回転する。
【００９５】
また、振動体６は、通常のモータのように磁力で駆動する場合と異なり、前記のような摩擦力（押圧力）によってリング５３を駆動することから、駆動力が高い。このため、本実施形態のように、変速機構（減速機構）を介さなくてもロータ５を十分なトルクで回転することができる。
【００９６】
圧電素子６２、６４に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体６の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であるのが好ましい。これにより、振動体６の振幅が大きくなり、高い効率でロータ５を回転駆動することができる。
【００９７】
前述したように、振動体６は、主に、その長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを共振させ、凸部６６を楕円振動させることがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ５を回転駆動することができる。以下、この点について説明する。
【００９８】
図４に示すように、振動体６がロータ５を回転駆動するとき、凸部６６は、ロータ５（リング５３）から図４中の矢印で示すような反力を受ける。本実施形態では、凸部６６が振動体６の中心線６９からずれた位置に設けられていることから、振動体６は、この反力によって、図４に示すように面内方向に屈曲するように変形、振動する。なお、図４では、振動体６の変形を誇張して示している。
【００９９】
印加電圧の周波数、振動体６の形状・大きさ、凸部６６の位置などを適宜選択することにより、この屈曲振動の周波数を縦振動の周波数と同程度にすることができる。このようにすると、振動体６の縦振動と屈曲振動とが共振し、振幅がより大きくなるとともに、凸部６６は、図５中の一点鎖線で示すように、ほぼ楕円に沿って変位（楕円振動）する。
【０１００】
これにより、振動体６の１回の振幅において、凸部６６がリング５３を回転方向に送るときには、凸部６６がリング５３により強い力で圧接され、凸部６６が戻るときには、リング５３との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体６の振動をロータ５の回転により高い効率で変換することができる。
【０１０１】
このようなチューブポンプ１には、ロータ５が回転するのを検出する回転検出手段３が設けられている。
【０１０２】
図１および図２に示すように、回転検出手段３は、薄板４のリング部４１から外周側（図１中の左側）に向かって突出するように形成された第１電気接点３１と、第１電気接点３１の下側に位置するように本体９に設置された第２電気接点３２と、固定部４２およびリング部４１を介して第１電気接点３１に導通する検出端子３３と、第２電気接点に導通する検出端子３４とを有している。
【０１０３】
第１電気接点３１は、その近傍のリング部４１が凸部５４に押圧されていないときには、図２中の一点鎖線Ａで示す位置にあり、第２電気接点３２から離間している。この状態から第１電気接点３１の近傍のリング部４１が凸部５４に押圧されて下方向に変位すると、図２中の実線で示すように、第１電気接点３１は、これに伴なって下方向に変位して、第２電気接点３２に接触する。
【０１０４】
このような構成により、ロータ５が回転して、第１電気接点３１の近傍のリング部４１が凸部５４に繰り返し押圧されて変位すると、第１電気接点３１は、第２電気接点３２に対し接触・離間を繰り返す。第１電気接点３１が第２電気接点３２に接触すると、検出端子３３と検出端子３４とは、薄板４を介して導通し、これにより、検出信号が得られる。
【０１０５】
このように、ロータ５が回転すると、検出端子３３、３４から検出信号が得られ、ロータ５が回転するのを検出することができる。これにより、チューブポンプ１が作動したのを確認することができる。すなわち、回転検出手段３により、チューブポンプ１の作動状態（運転状態にあるか停止状態にあるか）を確認することができる。
【０１０６】
また、検出端子３３、３４からの検出信号（パルス）の数をカウントすることにより、ロータ５の回転数や回転速度を検知することもできる。すなわち、図示の構成では、ロータ５が１回転する毎に２個の検出信号が得られることから、ロータ５の回転数や回転速度を検知することができる。ロータ５の回転数や回転速度からは、送液量や送液速度を検知することもできる。
【０１０７】
このように、本実施形態では、薄板４の一部が第１電気接点３１として機能することにより、簡単な構造で回転検出手段３を設けることができ、チューブポンプ１全体の簡素化・小型化に特に有利である。
【０１０８】
なお、第１電気接点３１は、リング部４１から突出して設けられていなくてもよく、例えば、リング部４１内に位置していてもよい。
【０１０９】
また、図示の構成では、第１電気接点３１および第２電気接点３２は、１組設けられているが、複数組の第１電気接点３１および第２電気接点３２が円弧部１０３を覆う部分のリング部４１に周方向に沿って設けられていてもよい。複数組の第１電気接点３１および第２電気接点３２を設けることにより、例えばロータ５が回転を開始したのをより早く検出することができるなど、ロータ５の回転状態をより精密・確実に検出することができる。この場合、複数組の第１電気接点３１は、互いに導通していてもよく、また、独立していてもよい。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、薄板４に電気接点を設けてロータ５の回転状態を検出する場合について述べたが、回転検出手段３の構成としては、これに限定されるものではなく、凸部５４がチューブ１００を圧閉して薄板４が変位したことを他のいかなる方法で検出するものでもよい。例えば、回転検出手段３としては、薄板４の所定部位の変位をフォトインタラプタで検出するようなものなどであってもよい。
【０１１１】
本発明では、装置の小型化（薄型化）を図ることができる利点の他に、ロータ５を回転するのに通常のモータを用いないことから、通常のモータのような電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺の機器に影響を及ぼすことがない、という利点もある。
【０１１２】
また、ロータ５を回転駆動していないとき（ロータ５の停止状態）には、凸部６６とリング５３との摩擦力により、ロータ５が回転するのが防止される（ロータ５の保持トルクが高い）。よって、チューブ１００内の液体の圧力等により、ロータ５が不本意に逆回転するようなことがなく、チューブ１００内の液体の逆流を防止することもできる。
【０１１３】
また、本実施形態では、図２に示すように、組み立て時、本体９に下側から組み付ける部品がなく、一方向（図２中の上側）から部品を組み付けて組み立てることができ、組み立てを容易に行うことができる利点もある。
【０１１４】
また、本実施形態では、振動体６でロータ５を直接に回転駆動するものとなっているが、本発明では、振動体６がロータ５を間接的に駆動するものであってもよい。すなわち、ロータ５と回転力伝達機構を介して連動する被駆動体（ホイール）を別個に設け、この被駆動体を振動体６で回転駆動し、その回転力を前記回転力伝達機構によってロータ５に伝達するようなものであってもよい。その場合、回転力伝達機構としては、例えば、歯車列（歯車伝動機構）や、プーリー、ベルト、チェーン等を用いる巻き掛け伝動機構等、いかなる機構を用いるものでもよい。
【０１１５】
なお、本実施形態では、振動体６は、１つ設置されているが、本発明では、複数の振動体６を設けてもよい。
【０１１６】
また、本発明では、チューブ１００の内径は、細いものから太いものまでいかなるものでもよく、例えば内径０．１〜２０ｍｍ程度のものを使用することができ、特に、内径０．２〜２ｍｍ程度の細径のチューブを使用するチューブポンプに好適である。
【０１１７】
また、本発明のチューブポンプの吐出量（流量）は、特に限定されず、例えば、０．０１〜６００ｍＬ／分程度のものとすることができるが、本発明は、特に、吐出量が３０ｍＬ／分以下程度の微量の送液ポンプに好適である。
【０１１８】
なお、本発明のチューブポンプは、間欠的に送液を行うもの（一時的に吐出量が０になるもの）であってもよいことは言うまでもないが、その場合、前記の吐出量の値は、送液を行っているとき（ロータが回転しているとき）の値を指す。
【０１１９】
以上、本発明のチューブポンプを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、チューブポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
【０１２０】
例えば、ロータの回転を検出する回転検出手段としては、図示の実施形態のように板状体の一部を電気接点として用いるようなものに限らず、例えばロータに第１電気接点を設け、この第１電気接点に接触し得るようにブラシ状の第２電気接点を本体側に設けたようなものであってもよい。
【０１２１】
また、回転検出手段は、ロータの回転を電気的に検出するものに限らず、例えばフォトインタラプタ等を用いて光学的に検出するようなものや、例えば磁気ヘッド等を用いて磁気的に検出するようなものなど、いかなるものでもよい。
【０１２２】
また、本発明では、振動体の形状、構造は、図示の構成に限らず、被駆動体を駆動することができるものであればいかなるものでもよい。例えば、圧電素子が１枚のものや、補強板を有さないものや、被駆動体と当接する部分に向かって幅が漸減するような形状のものなどであってもよい。
【０１２３】
また、振動体への通電状態（振動体の振動形態）を変更することなどにより、ロータを正・逆両方向に回転させることができるようなもの（送液方向を切り換えられるもの）であってもよい。
【０１２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動体を用いてロータを回転させることにより、チューブポンプ全体の小型化、特に薄型化を図ることができる。
また、構造を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【０１２５】
また、チューブの近傍に板状体を設け、この板状体を介してチューブを圧閉することとした場合には、チューブの劣化や損傷を防止し、長寿命化を図ることができる。
【０１２６】
また、ロータが回転するのを検出する回転検出手段を設けたことにより、チューブポンプの作動状態を検知することができる。特に、前記板状体の一部が電気接点として機能することによってロータの回転を検出することとした場合には、チューブの長寿命化を図りつつ、小型かつ簡単な構造で上記効果を達成することができる。
【０１２７】
また、通常のモータを用いないことから、電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺機器に影響を及ぼすことを防止することができる。
また、チューブ内の液体が不本意に逆流するのを防止することができる。
【０１２８】
また、被駆動体をロータに一体化または固着した場合には、さらに小型化、薄型化を図ることができるとともに、極めて簡素な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチューブポンプの実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図である。
【図３】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図である。
【図４】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図である。
【図５】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。
【符号の説明】
１ チューブポンプ
１１、１２ 軸受
１３ ボルト
１７ ボルト
３ 回転検出手段
３１ 第１電気接点
３２ 第２電気接点
３３、３４ 検出端子
４ 薄板
４１ リング部
４２ 固定部
５ ロータ
５１ ロータ本体
５３ リング
５３１ 溝
５３２ 内面
５４ 凸部
６ 振動体
６１、６５ 電極
６２、６４ 圧電素子
６３ 補強板
６６、６７ 凸部
６８ 腕部
６８１ 孔
６９ 中心線
９ 本体
９１ 基板
９２ ロータ回転軸
９３ チューブ装着溝
９３１ 円弧部
９３２、９３３ 直線部
９４ 薄板挿入溝
９４１ 底部
９５ 振動体取付部
９５１ ネジ穴
１００ チューブ
１０１ 上流部
１０２ 下流部
１０３ 円弧部
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性を有するチューブ（ポンプチューブ）をしごくことにより、チューブ内の液体を送液するチューブポンプが知られており、例えば医療機器、プリンタ等において広く用いられている。
【０００３】
このチューブポンプは、通常、ロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータに設置された複数のローラとを有し、このローラがロータの外周に沿って配置されたチューブを圧閉しつつロータが回転して、送液を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、従来のチューブポンプでは、ロータを駆動するモータが大きいために、小型化、特に薄型化が困難である、という問題がある。
【０００５】
また、従来のチューブポンプでは、モータの電磁ノイズが他の機器に影響を及ぼすおそれがある、という問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化、特に薄型化に有利であり、またロータが回転するのを検出することができるチューブポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００８】
本発明のチューブポンプは、弾性を有するチューブを装着する装着部を有する本体と、前記本体に対し回転可能に設置されたロータと、前記ロータに複数設けられ、前記チューブの一部を圧閉する圧閉部と、前記ロータが回転するのを検出する回転検出手段と、前記装着部に装着された前記チューブの近傍に設けられた可撓性を有する板状体とを有し、
前記圧閉部は、該板状体を介して前記チューブを圧閉し、前記回転検出手段は、前記板状体の一部が前記圧閉部に押圧されて変位することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明のチューブポンプは、前記ロータと連動する被駆動体と、前記被駆動体に当接して設けられ、圧電素子を備えた少なくとも１つの振動体とを有し、前記振動体は、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を駆動して、前記ロータを回転させることを特徴とする。
【００１１】
本発明のチューブポンプは、前記回転検出手段が、前記板状体の一部が電気接点として機能することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明のチューブポンプは、前記回転検出手段が、前記板状体の一部に設けられた少なくとも１つの第１電気接点と、前記本体側に設けられ、前記第１電気接点に対応する第２電気接点とを有し、前記第１電気接点と前記第２電気接点とが接触・離間することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、前記装着部に装着された前記チューブの前記圧閉部に圧閉される部分のほぼ全域に渡って設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、その厚さ方向に変位可能に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、その面内方向に変位しないように設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が、前記本体に対し着脱可能に設置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のチューブポンプは、前記板状体が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明のチューブポンプは、前記圧閉部が、前記ロータに対し固定的に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明のチューブポンプは、前記圧閉部が、前記ロータの回転軸方向から前記チューブを圧閉することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のチューブポンプを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明のチューブポンプの実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図、図３は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図、図４は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図、図５は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。なお、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３４】
これらの図に示すチューブポンプ１は、弾性を有するチューブ１００を装着するチューブ装着溝（装着部）９３を有する本体９と、本体９に対し回転可能に設置されたロータ５と、本体９に設置され、ロータ５を回転駆動する振動体６と、ロータ５とチューブ１００との間に設けられた薄板（板状体）４と、ロータ５が回転するのを検出する回転検出手段３とを備えている。以下、各部の構成について説明する。
【００３５】
図２に示すように、本体９は、基板９１と、基板９１の中心部から上方に向かって突設されたロータ回転軸９２とを有している。
【００３６】
図１に示すように、基板９１の上面には、薄板挿入溝９４がロータ回転軸９２を中心とするほぼ円環状に形成されている。
【００３７】
基板９１の上面には、さらに、図１に示す平面視でほぼＵ字状をなすチューブ装着溝９３が形成されている。
【００３８】
チューブ装着溝９３は、ロータ回転軸９２を中心とするほぼ円弧状をなす円弧部９３１と、円弧部９３１の図１中の左端部から図１中の下方へ延びる直線部９３２と、円弧部９３１の図１中の右端部から図１中の下方へ延びる直線部９３３とで構成されている。
【００３９】
円弧部９３１は、図２に示すように、薄板挿入溝９４の底部９４１に形成されている。すなわち、チューブ装着溝９３の幅は、薄板挿入溝９４の幅より小さくなっており、円弧部９３１は、薄板挿入溝９４の底部９４１にさらに凹部（溝）を形成するようにして設けられている。また、円弧部９３１は、中心角がほぼ１８０°の範囲に形成されている。
【００４０】
チューブ（ポンプチューブ）１００は、このようなチューブ装着溝９３に沿って、本体９に対し、図１に示す平面視でほぼＵ字状に装着されている。すなわち、チューブ１００は、円弧部９３１に位置する円弧部１０３と、直線部９３２に位置する上流部１０１と、直線部９３３に位置する下流部１０２とを有している。
【００４１】
チューブ１００は、弾性（復元性）を有している。チューブ１００の円弧部１０３は、後述する凸部５４に押圧されることにより閉塞した状態（図２中の左側に示す状態）になり、この押圧が解除されると、元の状態（図２中の右側に示す状態）に戻る。
【００４２】
本体９には、ロータ５が回転可能に設置されている。ロータ５は、ほぼ円盤状をなすロータ本体５１と、ロータ本体５１の外周部に例えば圧入により固着された円環状のリング（被駆動体）５３とを有している。
【００４３】
このロータ５は、ロータ本体５１の中心部に設置された軸受１１、１２を介して本体９のロータ回転軸９２に対し回転可能に設置されている。
【００４４】
このように、本実施形態では、本体９は、ロータ５を片側（下側）から支持しており、ロータ５を上側から覆う部材がない。よって、チューブポンプ１は、薄型化に特に有利である。
【００４５】
ロータ５は、後述する振動体６に駆動され、図１中の時計回りに回転する。すなわち、振動体６は、リング５３（ロータ５）の外周面に当接して設置されており、振動体６が振動すると、振動体６から摩擦力（押圧力）を繰り返し受けてリング５３（ロータ５）が図１中の時計回りに回転駆動される。すなわち、リング５３は、振動体６に駆動される被駆動体となるものである。
【００４６】
図２に示すように、本実施形態では、リング５３の外周には、周方向に沿って溝５３１が形成されており、振動体６（凸部６６）は、溝５３１の内面（凹面）５３２に当接している。これにより、振動体６のリング５３に対する当接位置が上下にずれるのを防止することができる。また、溝５３１（内面５３２）の断面は、円弧状をなしており、これにより、振動体６のリング５３に対する当接位置が上下に多少ずれた場合であっても、振動体６とリング５３との接触状態が維持され、駆動力をロスすることがない。
【００４７】
ロータ５には、チューブ１００を圧閉（押圧閉塞）する圧閉部として、ロータ本体５１の下面から突出する２つの凸部５４、５４がそれぞれ設けられている。この凸部５４は、後述する薄板４を介して、チューブ１００の円弧部１０３の一部をチューブ装着溝９３（円弧部９３１）の底との間で上側から圧閉する。
【００４８】
図示の構成では、凸部５４は、ロータ本体５１の下面からほぼ円柱状（円盤状）に突出するように形成されている。
【００４９】
２つの凸部５４、５４は、ロータ５の周方向に沿ってほぼ等間隔（１８０°間隔）で設置されており、これにより、ロータ５の回転位置によらず、２つの凸部５４、５４のうちの少なくとも一方がチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉する。
【００５０】
ロータ５が回転すると、凸部５４は、薄板４に対し摺動するようにしてチューブ１００（円弧部１０３）をしごき、これにより、チューブ１００内の液体が送液される。
【００５１】
本実施形態では、圧閉部を凸部５４のようにロータ５に対し固定的に設けられているもの（自転しないもの）としたことにより、圧閉部の構造を小型化・簡素化することができ、チューブポンプ１全体の小型化に寄与する。
【００５２】
なお、本発明では、圧閉部は、ローラやボール等のように、ロータに対し回転（自転）可能に設置されているようなものであってもよい。また、圧閉部は、ロータ５に３つ以上設けられていてもよく、その場合、それらの圧閉部は、ロータ５の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されているのが好ましい。
【００５３】
本実施形態では、チューブ１００をロータ回転軸９２方向から（図示の構成では上側から）圧閉することにより、チューブ１００とロータ５とがロータ５の厚さ方向（ロータ回転軸９２方向）に重ねて配置される。よって、チューブポンプ１全体の小型化（図１中における占有面積の低減）に特に有利である。
【００５４】
なお、本発明では、圧閉部がチューブ１００（円弧部１０３）をロータ５の半径方向から（内周側から）圧閉するよう構成されていてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、チューブ１００の円弧部１０３は、ロータ５の最外周より内側に位置している。これにより、ロータ５を回転させるのに必要なトルクが比較的小さく、よって、振動体６をより小型化することができ、その結果、チューブポンプ１全体をより小型化することができる。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態のチューブポンプ１では、チューブ１００（円弧部１０３）と、ロータ５との間に、薄板（板状体）４が設けられており、チューブ１００（円弧部１０３）は、この薄板４を介して凸部５４により圧閉される。
【００５７】
図１に示すように、薄板４は、ロータ回転軸９２を中心とするほぼ円環状をなすリング部４１と、リング部４１から外周側（図１中の下側）に向かって突出するように形成された固定部４２とを有している。この薄板４は、固定部４２においてボルト１７、１７により本体９に対し固定されており、その面内方向に変位（移動）しないようになっている。
【００５８】
リング部４１は、薄板挿入溝９４に沿って設けられており、チューブ１００の円弧部１０３を上側から覆っている。リング部４１の幅は、薄板挿入溝９４の幅よりもやや小さくなっている。
【００５９】
図２中の左側に示すように、凸部５４に押圧された部分のリング部４１は、その厚さ方向（下方向）に変位（移動）して薄板挿入溝９４内に挿入し、これによりチューブ１００が圧閉される。
【００６０】
本実施形態では、このような薄板４を用いることにより、凸部５４のような圧閉部とチューブ１００とが直接擦れあうことがなく、チューブ１００は、押し潰される方向（チューブ１００の軸方向と直交する方向）の力のみを凸部５４のような圧閉部から受け、引きずられるような力（チューブ１００の軸方向の力）を受けない。よって、チューブ１００の移動やねじれがより確実に防止され、より円滑な送液が可能となる。また、チューブ１００の劣化が防止され、チューブ１００の長寿命化が図れる。
【００６１】
特に、圧閉部が凸部５４のように自転しないものである場合であっても、薄板４を設けたことにより、チューブ１００を劣化・損傷するようなことを防止することができる。
【００６２】
このような薄板４は、例えば各種金属材料等の導電性材料で構成されており、その一部には、後述する第１電気接点３１が形成されている。なお、薄板４は、その全体が導電性材料で構成されていなくてもよく、少なくとも第１電気接点３１が導電性材料で構成されていればよい。
【００６３】
本実施形態では、凸部５４がリング部４１に対して摺動することとなるため、リング部４１と凸部５４との両方または一方の少なくとも表面を比較的摩擦係数の低い材料で構成することにより、リング部４１と凸部５４との摩擦を低減することが好ましい。前記低摩擦材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のようなフッ素系樹脂等が挙げられる。
【００６４】
また、潤滑剤を用いて、リング部４１と凸部５４との摩擦を低減してもよい。この潤滑剤としては、例えば、グリス、シリコンオイル等が挙げられる。
【００６５】
本実施形態では、ボルト１７、１７による固定部４２の固定を解除することができ、これにより薄板４は、本体９に対し着脱可能になっている。よって、本実施形態では、薄板４を交換することができ、薄板４が劣化、損傷した場合に新しいものに交換することができる。また、送液速度（ロータ５の回転速度）や、チューブ１００の径、材質、硬さ等に合わせて、厚さ、材質、硬さ等が異なる同様の薄板４に交換することができ、最適な薄板４を適宜選択して使用することができる。
【００６６】
また、図２に示すように、本実施形態では、凸部５４に押圧された部分のリング部４１は、薄板挿入溝９４内に挿入したとき、その縁部が薄板挿入溝９４の底部９４１に当接し、それ以上、下方向に変位することが禁止される。これにより、凸部５４に押圧されて厚さ方向に変位した部分のリング部４１の位置決めがなされ、リング部４１が傾くことを防ぐとともに、チューブ１００が常に一定のつぶし量で圧閉される。よって、チューブ１００を過剰に圧閉（圧迫）することが防止され、チューブ１００の劣化をさらに低減し、より長寿命化を図ることができる。
【００６７】
このように、本実施形態では、底部９４１（円弧部９３１）は、薄板４（リング部４１）が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段として機能する。なお、チューブ装着溝９３の円弧部９３１の形状（深さ）は、チューブ１００のつぶし量が最適になるように設定されている。
【００６８】
また、本実施形態では、薄板４は、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）の全域に渡って設けられている。これにより、この全域に渡って前述した効果が得られる。このように、薄板４は、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）のほぼ全域に渡って設けられているのが好ましい。
【００６９】
また、薄板４は、変形後に元の形状に復帰する復元性（弾性）を有するものであるのが好ましい。
【００７０】
また、薄板４の厚さは、特に限定されないが、０．００５〜０．１ｍｍ程度であるのが好ましい。薄板４の厚さが厚すぎると、薄板４の構成材料等によっては、変形しにくいものとなって、チューブ１００を好適に圧閉することができない場合がある。また、薄板４の厚さが薄すぎると、薄板４の構成材料等によっては、破損しやすくなる場合がある。
【００７１】
また、本実施形態では、薄板４を用いることにより、凸部５４のような圧閉部の小型化が図れる。
【００７２】
通常、凸部５４のような圧閉部を小型にすると、押圧面積が小さくなって圧閉するときにチューブ１００に食い込むような状態となり、チューブ１００の劣化が速まったり、ロータ５が円滑に回転できなくなったりする不都合を生じる。
【００７３】
これに対し、本実施形態では、薄板４を介して圧閉することによって、チューブ１００を押圧する面積が拡大し、押圧力を薄板４の面内に分散することができる。すなわち、凸部５４のような圧閉部を小型化しても、薄板１５の剛性によって大きな曲率で圧閉するので、チューブ１００の局部的な変形を妨げることができる。よって、圧閉部を小型にした場合や、圧接点が小さい場合であっても、前記のような不都合を生じない。このようなことから、本発明では、凸部５４のような圧閉部の小型化を図ることができ、これにより、チューブポンプ１全体としてもより小型化を図ることができる。
【００７４】
ロータ５を回転駆動する振動体６は、通常のモータ等と比べ、小型（薄型）である。本発明では、この振動体６を用いてロータ５を回転駆動することにより、チューブポンプ１全体の小型化、特に薄型化（ロータ回転軸９２方向の小型化）を図ることができる。以下、振動体６について説明する。
【００７５】
図３に示すように、振動体６は、ほぼ、長方形の板状をなしている。振動体６は、図３中の上側から板状の電極６１と、板状の圧電素子６２と、補強板６３と、板状の圧電素子６４と、板状の電極６５とをこの順に積層して構成されている。なお、図３では、厚さ方向を誇張して示している。
【００７６】
圧電素子６２、６４は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子６２、６４の構成材料としては、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００７７】
これらの圧電素子６２、６４は、補強板６３の両面にそれぞれ固着されている。補強板６３は、振動体６全体を補強する機能を有しており、振動体６が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板６３の構成材料としては、弾性材料（弾性を有するもの）であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
【００７８】
この補強板６３は、圧電素子６２、６４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体６を高い効率で振動させることができる。
【００７９】
補強板６３は、圧電素子６２、６４に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子６２には、電極６１と補強板６３とによって交流電圧が印加され、圧電素子６４には、電極６５と補強板６３とによって交流電圧が印加される。
【００８０】
圧電素子６２、６４は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴なって、補強板６３も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加すると、振動体６は、図３中の矢印で示すように、長手方向に微小な振幅で振動（縦振動）する。
【００８１】
補強板６３の図３中の右端部には、凸部６６が一体的に形成されている。この凸部６６は、補強板６３の幅方向中央（中心線６９）からずれた位置（図示の構成では角部）に設けられている。また、図示の構成では、反対側の（対角線上にある）角部には、凸部６６と対称的に同様の凸部６７が設けられている。この凸部６７は、図示の構成では使用されていない。
【００８２】
また、補強板６３の長手方向ほぼ中央からは、腕部６８が長手方向とほぼ垂直な方向に突出するように設けられている。腕部６８の先端部には、ボルト１３が挿入する孔６８１が形成されている。
【００８３】
図１に示すように、このような振動体６は、ロータ５の外周側に設置されており、凸部６６にてロータ５（リング５３）の外周に当接している。すなわち、本実施形態では、振動体６は、ロータ５に対しロータ５の半径方向外周側から当接して設置されている。
【００８４】
図２に示すように、ロータ５の外周側における基板９１からは、ネジ穴９５１を有する振動体取付部９５が上方に向かって突設されており、振動体６は、腕部６８の孔６８１に挿入されたボルト１３によって、この振動体取付部９５に固定されている。
【００８５】
なお、図示の構成と異なり、振動体６は、ロータ回転軸９２方向からロータ５に当接するように設置されていてもよい。
【００８６】
このように、振動体６は、腕部６８によって支持されている。これにより、振動体６は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。また、振動体６は、腕部６８の弾性によって、凸部６６がリング５３（内面５３２）に圧接された状態で設置されている。
【００８７】
また、振動体６は、ロータ５とほぼ平行な姿勢で設置されている。これにより、チューブポンプ１全体の薄型化に特に有利である。
【００８８】
また、本実施形態では、振動体６の厚さは、ロータ５の厚さよりも薄く、振動体６の全体は、上下方向についてロータ５の厚さ分の空間内に位置している。これにより、チューブポンプ１全体の薄型化に特に有利である。
【００８９】
凸部６６がリング５３に当接した状態で、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加して振動体６を振動させると、リング５３は、振動体６が伸長するときに凸部６６から摩擦力（押圧力）を受け、この繰り返しの摩擦力（押圧力）によって、ロータ５が図１中の時計回りに回転する。
【００９０】
ロータ５が図１中の時計回りに回転すると、凸部５４、５４のうちの少なくとも一方が薄板４を介してチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉しつつ図１中の時計回りにしごくように作動する。その結果、チューブ１００内において、図１中の時計回りの流れが生じ、送液がなされる。すなわち、液体は、チューブ１００の上流部１０１から吸入され、チューブ１００の下流部１０２から吐出される。
【００９１】
前述したように、本実施形態では、被駆動体としてのリング５３がロータ本体５１の外周に例えば圧入により固着されており、ロータ５が振動体６によって直接に回転駆動される。これにより、ロータ５は、チューブポンプ１のロータと、モータ（超音波モータ）のロータとを兼ねるものして機能することから、チューブポンプ１は、小型化（薄型化）に特に有利である。また、構造を極めて簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【００９２】
なお、リング５３と、ロータ本体５１とは、一体的に（一部材で）形成されていてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、振動体６の面内振動をロータ５の回転（面内回転）に直接変換するので、この変換に伴なうエネルギーロスが少なく、ロータ５を高い効率で回転駆動することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、凸部６６がリング５３に及ぼす摩擦力（押圧力）の方向は、ロータ回転軸９２に対しほぼ垂直な方向であるため、ロータ５が傾斜するようなことがなく、ロータ５がより円滑かつ確実に回転する。
【００９５】
また、振動体６は、通常のモータのように磁力で駆動する場合と異なり、前記のような摩擦力（押圧力）によってリング５３を駆動することから、駆動力が高い。このため、本実施形態のように、変速機構（減速機構）を介さなくてもロータ５を十分なトルクで回転することができる。
【００９６】
圧電素子６２、６４に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体６の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であるのが好ましい。これにより、振動体６の振幅が大きくなり、高い効率でロータ５を回転駆動することができる。
【００９７】
前述したように、振動体６は、主に、その長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを共振させ、凸部６６を楕円振動させることがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ５を回転駆動することができる。以下、この点について説明する。
【００９８】
図４に示すように、振動体６がロータ５を回転駆動するとき、凸部６６は、ロータ５（リング５３）から図４中の矢印で示すような反力を受ける。本実施形態では、凸部６６が振動体６の中心線６９からずれた位置に設けられていることから、振動体６は、この反力によって、図４に示すように面内方向に屈曲するように変形、振動する。なお、図４では、振動体６の変形を誇張して示している。
【００９９】
印加電圧の周波数、振動体６の形状・大きさ、凸部６６の位置などを適宜選択することにより、この屈曲振動の周波数を縦振動の周波数と同程度にすることができる。このようにすると、振動体６の縦振動と屈曲振動とが共振し、振幅がより大きくなるとともに、凸部６６は、図５中の一点鎖線で示すように、ほぼ楕円に沿って変位（楕円振動）する。
【０１００】
これにより、振動体６の１回の振幅において、凸部６６がリング５３を回転方向に送るときには、凸部６６がリング５３により強い力で圧接され、凸部６６が戻るときには、リング５３との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体６の振動をロータ５の回転により高い効率で変換することができる。
【０１０１】
このようなチューブポンプ１には、ロータ５が回転するのを検出する回転検出手段３が設けられている。
【０１０２】
図１および図２に示すように、回転検出手段３は、薄板４のリング部４１から外周側（図１中の左側）に向かって突出するように形成された第１電気接点３１と、第１電気接点３１の下側に位置するように本体９に設置された第２電気接点３２と、固定部４２およびリング部４１を介して第１電気接点３１に導通する検出端子３３と、第２電気接点に導通する検出端子３４とを有している。
【０１０３】
第１電気接点３１は、その近傍のリング部４１が凸部５４に押圧されていないときには、図２中の一点鎖線Ａで示す位置にあり、第２電気接点３２から離間している。この状態から第１電気接点３１の近傍のリング部４１が凸部５４に押圧されて下方向に変位すると、図２中の実線で示すように、第１電気接点３１は、これに伴なって下方向に変位して、第２電気接点３２に接触する。
【０１０４】
このような構成により、ロータ５が回転して、第１電気接点３１の近傍のリング部４１が凸部５４に繰り返し押圧されて変位すると、第１電気接点３１は、第２電気接点３２に対し接触・離間を繰り返す。第１電気接点３１が第２電気接点３２に接触すると、検出端子３３と検出端子３４とは、薄板４を介して導通し、これにより、検出信号が得られる。
【０１０５】
このように、ロータ５が回転すると、検出端子３３、３４から検出信号が得られ、ロータ５が回転するのを検出することができる。これにより、チューブポンプ１が作動したのを確認することができる。すなわち、回転検出手段３により、チューブポンプ１の作動状態（運転状態にあるか停止状態にあるか）を確認することができる。
【０１０６】
また、検出端子３３、３４からの検出信号（パルス）の数をカウントすることにより、ロータ５の回転数や回転速度を検知することもできる。すなわち、図示の構成では、ロータ５が１回転する毎に２個の検出信号が得られることから、ロータ５の回転数や回転速度を検知することができる。ロータ５の回転数や回転速度からは、送液量や送液速度を検知することもできる。
【０１０７】
このように、本実施形態では、薄板４の一部が第１電気接点３１として機能することにより、簡単な構造で回転検出手段３を設けることができ、チューブポンプ１全体の簡素化・小型化に特に有利である。
【０１０８】
なお、第１電気接点３１は、リング部４１から突出して設けられていなくてもよく、例えば、リング部４１内に位置していてもよい。
【０１０９】
また、図示の構成では、第１電気接点３１および第２電気接点３２は、１組設けられているが、複数組の第１電気接点３１および第２電気接点３２が円弧部１０３を覆う部分のリング部４１に周方向に沿って設けられていてもよい。複数組の第１電気接点３１および第２電気接点３２を設けることにより、例えばロータ５が回転を開始したのをより早く検出することができるなど、ロータ５の回転状態をより精密・確実に検出することができる。この場合、複数組の第１電気接点３１は、互いに導通していてもよく、また、独立していてもよい。
【０１１０】
さらに、本実施形態では、薄板４に電気接点を設けてロータ５の回転状態を検出する場合について述べたが、回転検出手段３の構成としては、これに限定されるものではなく、凸部５４がチューブ１００を圧閉して薄板４が変位したことを他のいかなる方法で検出するものでもよい。例えば、回転検出手段３としては、薄板４の所定部位の変位をフォトインタラプタで検出するようなものなどであってもよい。
【０１１１】
本発明では、装置の小型化（薄型化）を図ることができる利点の他に、ロータ５を回転するのに通常のモータを用いないことから、通常のモータのような電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺の機器に影響を及ぼすことがない、という利点もある。
【０１１２】
また、ロータ５を回転駆動していないとき（ロータ５の停止状態）には、凸部６６とリング５３との摩擦力により、ロータ５が回転するのが防止される（ロータ５の保持トルクが高い）。よって、チューブ１００内の液体の圧力等により、ロータ５が不本意に逆回転するようなことがなく、チューブ１００内の液体の逆流を防止することもできる。
【０１１３】
また、本実施形態では、図２に示すように、組み立て時、本体９に下側から組み付ける部品がなく、一方向（図２中の上側）から部品を組み付けて組み立てることができ、組み立てを容易に行うことができる利点もある。
【０１１４】
また、本実施形態では、振動体６でロータ５を直接に回転駆動するものとなっているが、本発明では、振動体６がロータ５を間接的に駆動するものであってもよい。すなわち、ロータ５と回転力伝達機構を介して連動する被駆動体（ホイール）を別個に設け、この被駆動体を振動体６で回転駆動し、その回転力を前記回転力伝達機構によってロータ５に伝達するようなものであってもよい。その場合、回転力伝達機構としては、例えば、歯車列（歯車伝動機構）や、プーリー、ベルト、チェーン等を用いる巻き掛け伝動機構等、いかなる機構を用いるものでもよい。
【０１１５】
なお、本実施形態では、振動体６は、１つ設置されているが、本発明では、複数の振動体６を設けてもよい。
【０１１６】
また、本発明では、チューブ１００の内径は、細いものから太いものまでいかなるものでもよく、例えば内径０．１〜２０ｍｍ程度のものを使用することができ、特に、内径０．２〜２ｍｍ程度の細径のチューブを使用するチューブポンプに好適である。
【０１１７】
また、本発明のチューブポンプの吐出量（流量）は、特に限定されず、例えば、０．０１〜６００ｍＬ／分程度のものとすることができるが、本発明は、特に、吐出量が３０ｍＬ／分以下程度の微量の送液ポンプに好適である。
【０１１８】
なお、本発明のチューブポンプは、間欠的に送液を行うもの（一時的に吐出量が０になるもの）であってもよいことは言うまでもないが、その場合、前記の吐出量の値は、送液を行っているとき（ロータが回転しているとき）の値を指す。
【０１１９】
以上、本発明のチューブポンプを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、チューブポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
【０１２０】
例えば、ロータの回転を検出する回転検出手段としては、図示の実施形態のように板状体の一部を電気接点として用いるようなものに限らず、例えばロータに第１電気接点を設け、この第１電気接点に接触し得るようにブラシ状の第２電気接点を本体側に設けたようなものであってもよい。
【０１２１】
また、回転検出手段は、ロータの回転を電気的に検出するものに限らず、例えばフォトインタラプタ等を用いて光学的に検出するようなものや、例えば磁気ヘッド等を用いて磁気的に検出するようなものなど、いかなるものでもよい。
【０１２２】
また、本発明では、振動体の形状、構造は、図示の構成に限らず、被駆動体を駆動することができるものであればいかなるものでもよい。例えば、圧電素子が１枚のものや、補強板を有さないものや、被駆動体と当接する部分に向かって幅が漸減するような形状のものなどであってもよい。
【０１２３】
また、振動体への通電状態（振動体の振動形態）を変更することなどにより、ロータを正・逆両方向に回転させることができるようなもの（送液方向を切り換えられるもの）であってもよい。
【０１２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動体を用いてロータを回転させることにより、チューブポンプ全体の小型化、特に薄型化を図ることができる。
また、構造を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【０１２５】
また、チューブの近傍に板状体を設け、この板状体を介してチューブを圧閉することとした場合には、チューブの劣化や損傷を防止し、長寿命化を図ることができる。
【０１２６】
また、ロータが回転するのを検出する回転検出手段を設けたことにより、チューブポンプの作動状態を検知することができる。特に、前記板状体の一部が電気接点として機能することによってロータの回転を検出することとした場合には、チューブの長寿命化を図りつつ、小型かつ簡単な構造で上記効果を達成することができる。
【０１２７】
また、通常のモータを用いないことから、電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺機器に影響を及ぼすことを防止することができる。
また、チューブ内の液体が不本意に逆流するのを防止することができる。
【０１２８】
また、被駆動体をロータに一体化または固着した場合には、さらに小型化、薄型化を図ることができるとともに、極めて簡素な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチューブポンプの実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図である。
【図３】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図である。
【図４】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図である。
【図５】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。
【符号の説明】
１ チューブポンプ
１１、１２ 軸受
１３ ボルト
１７ ボルト
３ 回転検出手段
３１ 第１電気接点
３２ 第２電気接点
３３、３４ 検出端子
４ 薄板
４１ リング部
４２ 固定部
５ ロータ
５１ ロータ本体
５３ リング
５３１ 溝
５３２ 内面
５４ 凸部
６ 振動体
６１、６５ 電極
６２、６４ 圧電素子
６３ 補強板
６６、６７ 凸部
６８ 腕部
６８１ 孔
６９ 中心線
９ 本体
９１ 基板
９２ ロータ回転軸
９３ チューブ装着溝
９３１ 円弧部
９３２、９３３ 直線部
９４ 薄板挿入溝
９４１ 底部
９５ 振動体取付部
９５１ ネジ穴
１００ チューブ
１０１ 上流部
１０２ 下流部
１０３ 円弧部
Claims (11)
- 弾性を有するチューブを装着する装着部を有する本体と、前記本体に対し回転可能に設置されたロータと、前記ロータに複数設けられ、前記チューブの一部を圧閉する圧閉部と、前記ロータが回転するのを検出する回転検出手段と、前記装着部に装着された前記チューブの近傍に設けられた可撓性を有する板状体とを有し、
前記圧閉部は、該板状体を介して前記チューブを圧閉し、前記回転検出手段は、前記板状体の一部が前記圧閉部に押圧されて変位することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とするチューブポンプ。 - 前記ロータと連動する被駆動体と、前記被駆動体に当接して設けられ、圧電素子を備えた少なくとも１つの振動体とを有し、
前記振動体は、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を駆動して、前記ロータを回転させることを特徴とする請求項１記載のチューブポンプ。 - 前記回転検出手段は、前記板状体の一部が電気接点として機能することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のチューブポンプ。
- 前記回転検出手段は、前記板状体の一部に設けられた少なくとも１つの第１電気接点と、前記本体側に設けられ、前記第１電気接点に対応する第２電気接点とを有し、前記第１電気接点と前記第２電気接点とが接触・離間することにより、前記ロータの回転を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記板状体は、前記装着部に装着された前記チューブの前記圧閉部に圧閉される部分のほぼ全域に渡って設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記板状体は、その厚さ方向に変位可能に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記板状体は、その面内方向に変位しないように設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記板状体は、前記本体に対し着脱可能に設置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記板状体が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記圧閉部は、前記ロータに対し固定的に設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のチューブポンプ。
- 前記圧閉部は、前記ロータの回転軸方向から前記チューブを圧閉することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のチューブポンプ。
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