JP4160089B2 - 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、その内側に配置されて偏心運動するリング状加圧部材により一方向に圧迫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、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（この回転を本件出願においては「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の引っ張り力が作用する。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となるので、この引っ張り力を軽減し、また円筒室や加圧部材との摩擦などによるチューブの損傷をなくすために、グリースなどの潤滑剤をチューブやその周辺に塗布することが一般的に行われている。この潤滑剤の効果を長期にわたって保持するために、加圧部材にグリース溜めを設けてこのグリース溜めから加圧部材の外周面に潤滑剤を供給することが提案されており、また機械的な回転止め機構を設けて加圧部材の回転を規制することも行われている（特許文献１参照）。また、チューブに対する保持手段を設けてチューブが移動しないようにすることも行われている（特許文献２参照）。実際の製品では、これらの文献に開示されている各種手段を適宜組み合わせているが、加圧部材の自転そのものがなくならないため、チューブが引っ張られる現象を完全になくすことはできていない。
特開平１１−１３６４８号公報 特開２００６−２９１６１号公報

この発明はこれらの点に着目し、チューブが引っ張られる現象をなくすために加圧部材の自転そのものをなくす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、加圧部材の側面に対して軸方向に接触し、偏心運動に伴って発生する加圧部材の自転とは逆方向の回転力を加圧部材に与える逆回転力付勢手段を設けている。ここで加圧部材の側面とは、加圧部材の軸方向に向いた面を意味している。

上記の逆回転力付勢手段は、加圧部材に隣接して設けられた回転部材が加圧部材の側面に軸方向に接触しながら加圧部材の自転とは逆方向に回転することにより、この回転部材の逆回転力が加圧部材に付与されるように構成されている。逆回転力の付与は、例えば回転部材と加圧部材の直接の接触により行われ、あるいは何らかの介在物を介して行われる。

上記の逆回転力付勢手段においては、偏心ローターの側面にフランジを形成してこれを回転部材として利用することができる。またこの構成においてフランジを歯車としてもよく、この場合にはこの歯車をポンプ駆動用のモータで減速駆動される最終段の歯車とすることができる。

また、偏心ローターを駆動するポンプ駆動用のモータとは別に回転部材制御用のモータを設け、このモータによって回転部材を駆動するようにしてもよい。

このように回転部材制御用のモータを設けたものにおいては、加圧部材の姿勢やチューブの長手方向の位置を検出し、その検出結果をフィードバックして回転部材制御用のモータを駆動することができる。

この発明では逆回転力付勢手段によって積極的に逆方向の回転力を加圧部材に与えており、自転方向の回転力と逆方向の回転力がバランスして互いに相殺されれば、加圧部材の自転は発生しないのでチューブが引っ張られる現象をなくすことが可能となる。回転部材が加圧部材に与える逆方向の回転力の調整は、両部材が相互に接触する面を粗面化してその粗さ加減によって摩擦力を調整することにより行われ、あるいは両部材間に介在させたシート等の摩擦力を加減することにより行われる。また、加圧部材と円筒室側面との間に波形ワッシャやゴム系のパッドなどを介在させて両部材間の摩擦力を調整し、あるいは両部材間に介在するグリースなどの潤滑剤の粘度を調整する等の手段によって行うこともできる。なお、これらの各手段は適宜組み合わせることができる。

また、ポンプ駆動用のモータとは別に回転部材制御用のモータを設けたものでは、ポンプ駆動用のモータに関係なく回転部材を制御することができ、特に加圧部材の姿勢検出手段やチューブの長手方向の位置検出手段を設けたものでは、より適切に回転部材を制御して加圧部材の自転を防止することができる。

以下、この発明の実施例について説明する。

図１乃至図３は第１の実施例を示すもので、図１は要部の概略断面図、図２は主要部材の配置を示す要部の概略正面図、図３は動作原理の説明図である。図において、１は内部に円筒室２を形成した本体ケース１ａと蓋１ｂとで構成されるポンプハウジング、３は円筒室２の内周面に沿わせてリング状に配置されたチューブであり、その両端の導出部３ａはポンプハウジング１に形成されている開口部（図示せず）からハウジング１の外部に引き出されている。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の内側に配置された偏心ローター、６はこの発明により加圧部材４に隣接して設けられている回転部材であり、加圧部材４と回転部材６はその側面同士が直接接触するか、あるいは介在物を介して接触している。上記の偏心ローター５は回転部材６の中心部に一体に突設されており、回転部材６と偏心ローター５はその回転軸７がポンプハウジング１に回転可能に支持されている。

８は逆回転力付勢手段であって、回転部材６を中心として以下に述べるような機能を発揮するように構成されている。また、この実施例ではポンプ駆動用モータ（図示せず）で減速駆動される最終段の歯車が回転部材６として用いられており、回転部材６はこれと噛み合う歯車９等を介して駆動用モータの出力軸に連結されている。

この実施例のチューブポンプは上記のように構成されており、ポンプ駆動用モータが駆動されると回転部材６が回転し、偏心ローター５も回転して加圧部材４が偏心運動し、チューブ３を一方向に順次圧迫してポンプ作用が行われる。このようなポンプとしての基本的な動作は周知のチューブポンプと変わるところはないので、詳細な説明は省略する。

次に、図３により逆回転力付勢手段８の動作を述べる。今、回転部材６が時計方向に回転して加圧部材４が偏心運動すると、この偏心運動に伴って加圧部材４には円筒室２の内周面との半径差に応じて破線矢印のように反時計方向の回転力が作用し、何も対策を施さなければ加圧部材４は少しずつ反時計方向に自転することになる。この時の反時計方向の回転力はそれほど大きな値ではなく、自転の速度も回転部材６や偏心ローター５の回転速度と比較して十分小さいものであるから、何らかの手段で時計方向の回転力を与えれば、比較的容易に自転を止めることができる。

この発明はこの点に着目したものであり、加圧部材４はその側面が時計方向に回転している回転部材６に接触しているので、両部材間の摩擦力に応じた時計方向の回転力が回転部材６から与えられるようにしているのである。すなわち、反時計方向に自転しようとする回転力が作用している加圧部材４に対して、回転部材６から時計方向の回転力が与えられて双方の回転力が差し引きされ、その差の回転力によって加圧部材４は僅かずつ反時計方向または時計方向に回転することになる。従って、加圧部材４に作用する反時計方向の回転力と時計方向の回転力とが丁度差し引きゼロになるようにバランスしていれば、加圧部材４には回転力が作用しなくなって加圧部材４の自転は起きず、加圧部材４は静止した状態や静止に近い状態に維持され、その結果チューブが引っ張られる現象が防止されるのである。

加圧部材４に作用する反時計方向の回転力は原理上なくすことはできないが、回転部材６から与えられる時計方向の回転力は調整可能であり、例えば加圧部材４と回転部材６の接触面を粗面化してその粗さを加減し、あるいは両部材間に薄いシートを介在させてその摩擦力を加減することによって調整することができる。また、図示はしていないが加圧部材４と円筒室２の側面（すなわち本体ケース１ａの内面）との間に波形ワッシャやゴム系のパッドなどを介在させて加圧部材４を回転部材６に押し付けるようにし、この押し付け力を加減するようにして加圧部材４と回転部材６の間の摩擦力を調整してもよい。また、加圧部材４と回転部材６の間に塗布される潤滑剤、例えばグリースの粘度を調整することによっても、回転部材６から与えられる時計方向の回転力を調整することができる。なお、これらの手段は単独ではなく適宜組み合わせることもできる。

上記の例は、ポンプ駆動用モータで減速駆動される最終段の歯車が回転部材６として用いられている例であるが、回転部材６は単なるフランジであってもよい。この場合には、回転部材６の回転軸７をポンプ駆動用モータで直接駆動するなど、従来のチューブポンプに準じた駆動機構を採用することになる。

このような従来のチューブポンプは、駆動用モータの出力軸とポンプ回転軸を同軸に配置してこれらの軸を直結したものが一般的であり、軸方向の寸法が大きくなる傾向があった。これに対して、上述の例のように駆動用のモータで減速駆動される最終段の歯車を利用し、これを回転部材として偏心ローターと共に回転させるようにしたものでは、モータの出力軸とポンプ回転軸とを同軸に配置する必要がないので、モータ軸の位置と方向に対する制約が少なくなる。従って、モータや減速機の配置を工夫し、更に例えばポンプハウジングを偏平な形状とすることにより、小型で偏平なポンプを得ることができる。図４及び図５はこのようにモータや減速機の配置を工夫した実施例を示したものであり、図１乃至図３と同じ部材については同じ符号で示してある。

これらの図において、１１はポンプ駆動用のモータであり、その出力軸に取り付けられたウォーム１２ａとこれに噛み合うウォーム歯車１２ｂによって減速と軸方向の変換を行い、更に平歯車１３ａと中継歯車１３ｂで減速し、中継歯車１３ｂと噛み合う最終段の歯車１４を設けてある。ポンプハウジング１の本体ケース１ａと蓋１ｂはヒンジ１ｃで連結された開閉型となっており、モータ１１と減速機を構成する各歯車などが所定位置に収納される凹部や円筒室（図示は省略）を備えたプラスチック成形品である。歯車１４はこの発明における回転部材６であってこの部分がポンプスペースとなっており、本体ケース１ａに円筒室２が形成されてチューブ３が配置され、歯車１４すなわち回転部材６に形成された偏心ローター５によって加圧部材４が偏心運動し、チューブ３が加圧されることによってポンプ作用が行われる。１５はこのような構成を備えたチューブポンプである。

ここで、ポンプ１５の駆動用モータ１１としては、例えば携帯電話機のバイブレーション用モータとして利用されている非常に小さなモータが使用され、全体としても小型且つ偏平なチューブポンプ１５が得られる。このようなポンプは、例えば携帯電話の燃料電池用として適しており、その他の小型機器にも適宜使用可能である。

上述の実施例は回転部材と加圧部材との間の摩擦を利用した例であるが、これではチューブ周辺に塗布されている潤滑剤の劣化や減少によって加圧部材とチューブとの間の摩擦が変化し、あるいは摩耗によって回転部材と加圧部材との間の摩擦が変化すると、加圧部材に作用している反時計方向の回転力と回転部材から与えられる時計方向の回転力とのバランスが変化する。このため、加圧部材を静止した状態や静止に近い状態に長期にわたって維持することは困難となるが、この問題は図６以下に示す実施例のような構成によって解決される。

図１乃至図３と同じ部材については図６以下においても同じ符号で示してあり、異なるものについて以下に説明する。図において、２１はポンプ駆動用の減速機付きモータ、２２は回転部材制御用のモータである。モータ２１は本体ケース１ａに取り付けられてその回転軸７に偏心ローター５が固定されている。すなわち、ここでは偏心ローター５は回転部材６に対して独立した部材である。回転部材６は軸受６ａで回転軸７に対して回転可能に支持され、本体ケース１ａに取り付けられたモータ２２の出力軸に固定されている小歯車２３と噛み合ってモータ２２により駆動されるようになっており、回転部材６、モータ２２、小歯車２３等によって逆回転力付勢手段８が構成されている。モータ２２としては例えばステッピングモータが使用される。また加圧部材４は側板４ａを備えた有底円筒状であって、側板４ａが形成されていない側の側面を回転部材６に接触させており、蓋１ｂと側板４ａとの間に介在させた弾性パッド２４により回転部材６との接触部に所定の圧力が加わるようにし、同時に加圧部材４の回転を規制するようにしてある。

このような構成のため、モータ２２によって駆動される回転部材６は、偏心ローター５と同じ方向だけでなく、逆の方向、つまり加圧部材４と同じ方向へも回転することができるようになっている。回転部材６の制御は、例えば図７あるいは図８に示すような検出手段を図６のものに付加することによって行われる。

図７は加圧部材４の姿勢を検出する姿勢検出手段を設けた例である。すなわち、蓋１ｂは少なくとも加圧部材４の上面に位置する部分を透光性としてあり、加圧部材４の側板４ａの上面は半分を白色のような反射色、他の半分を黒色のような吸収色に塗り分けて反射部４ｂと無反射部４ｃを形成してある。そして、反射部４ｂと無反射部４ｃの境界部分を光源３０で照射して反射光をフォトセンサ３１及び３２で検出するように構成し、加圧部材４の姿勢が正常な場合にはいずれのフォトセンサにも入光しないようにしてある。

このような構成であり、加圧部材４が破線矢印のように反時計方向に回転すると、反射部４ｂで反射した光がフォトセンサ３１に入光し、逆に加圧部材４が実線矢印のように時計方向に回転すると、反射部４ｂで反射した光がフォトセンサ３２に入光するので、これにより加圧部材４の姿勢がどちらに傾いているかを検出できる。この検出結果に応じて、図示しない制御装置によってモータ２２を駆動し、加圧部材４の傾きを修正する方向に回転部材６を回転させることにより、加圧部材４は回転部材６から回転力を与えられてその方向に回動し、傾きが修正される。こうして傾きのない正常な姿勢に戻ってフォトセンサへの入光がなくなった時に、回転部材６を停止させる。このようなフィードバック制御によって、加圧部材４は正常な姿勢あるいはそれに近い状態に常に維持されて自転することがなくなり、チューブ３が引っ張られる現象が防止されるのである。

図８はチューブの位置を検出する位置検出手段を設けた例である。すなわち、ポンプハウジング１から導出されているチューブ３の導出部３ａの一方に、黒色のような吸収色を塗って無反射部３ｂを形成し、その境界部分を光源３３で照射して反射光をフォトセンサ３４で検出するように構成してある。すなわち、チューブ３が引っ張られてその長手方向に移動すると、導出部３ａも長手方向に移動して無反射部３ｂの位置が変化するので、この変化に伴うフォトセンサ３４への入光の有無を検出し、チューブ３が正常な位置に戻るまで、すなわちフォトセンサ３４への入光が正常状態に戻るまで回転部材６を駆動するのであり、このようなフィードバック制御によってチューブ３が引っ張られている状態が解消されることになる。

この発明は各種のチューブポンプに適用することができる。

この発明の一実施例の要部の概略断面図である。 同実施例の要部の概略正面図である。 同実施例の動作原理の説明図である。 他の実施例の概略正面図である。 同実施例の概略断面図である。 更に他の実施例の概略断面図である。 同実施例の姿勢検出手段の説明図である。 同実施例の位置検出手段の説明図である。

符号の説明

１ ポンプハウジング
２ 円筒室
３ チューブ
３ｂ 無反射部
４ 加圧部材
４ｂ 反射部
４ｃ 無反射部
５ 偏心ローター
６ 回転部材
８ 逆回転力付勢手段
１１、２１ ポンプ駆動用モータ
１５ チューブポンプ
２２ 回転部材制御用モータ
３０、３３ 光源
３１、３２、３４ フォトセンサ

Claims (7)

1. ハウジング本体に形成された円筒室の内周面に沿わせてチューブをリング状に配置し、チューブの内側に設けたリング状の加圧部材を偏心ローターにより上記内周面に沿って偏心運動させることにより、チューブのリング状部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、
   加圧部材の側面に対して軸方向に接触し、偏心運動に伴って発生する加圧部材の自転とは逆方向の回転力を加圧部材に与える逆回転力付勢手段を設けたことを特徴とするチューブポンプ。
2. 逆回転力付勢手段が、加圧部材に隣接して設けられた回転部材が加圧部材の側面に軸方向に接触しながら加圧部材の自転とは逆方向に回転することにより、上記回転部材の逆回転力が加圧部材に付与されるように構成されている請求項１記載のチューブポンプ。
3. 偏心ローターの側面に形成されたフランジが上記回転部材となっている請求項２記載のチューブポンプ。
4. 上記フランジがポンプ駆動用のモータにより減速駆動される最終段の歯車となっている請求項３記載のチューブポンプ。
5. 回転部材が回転部材制御用のモータによって駆動されるように構成されている請求項２記載のチューブポンプ。
6. 加圧部材の姿勢を検出する姿勢検出手段を設け、この姿勢検出手段による検出結果に応じて回転部材制御用のモータが駆動されるように構成された請求項５記載のチューブポンプ。
7. チューブの長手方向の位置を検出する位置検出手段を設け、この位置検出手段による検出結果に応じて回転部材制御用のモータが駆動されるように構成された請求項５記載のチューブポンプ。

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