JP5651920B2 - チューブポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体に圧力を印加して流体を搬送する技術に関する。

印刷媒体上にインクを吐出して画像を印刷するプリンター（いわゆるインクジェットプリンター）は、高品質の画像を簡便に印刷可能であることから、今日では、画像の出力手段として広く使用されている。また、この技術を応用して、インクの代わりに、適切な成分に調製した各種の流体（例えば、機能材料の微粒子が分散された液体や、ジェルなどの半流動体など）を、基板上に噴射すれば、電極や、センサ、バイオチップなど、各種の精密な部品を、簡便に製造することも可能と考えられる。

こうした技術では、噴射しようとする流体を正確な分量で正確な位置に噴射することが重要であり、流体の性状（例えば粘性）についても所定の範囲内に維持しておく必要がある。このため、流体の性状が変化した場合には流体を吸い出して排出するためにポンプが備えられている。

このようなポンプとしては、構造が簡単なことから、いわゆるチューブポンプと呼ばれるポンプが広く使われている。チューブポンプは、円筒形状のシリンダーの内側に、流体を搬送するチューブが側壁に沿って円弧状に納められた構造をしている。シリンダーの中心軸には、モーター等の動力源によって回転する回転部材が備えられ、この回転部材にチューブを押しつぶすローラーが取り付けられている。そして、モーター等の動力源を駆動して回転部材を回転させると、ローラーがチューブをシリンダーの内壁に押し付けながらシリンダー内を回転することによって、チューブ内の流体に圧力を印加して流体を搬送することが可能となる（例えば、特許文献１）。

特開２００１−３０１１９５号公報

しかし、こうした技術では、チューブの表面が回転部材と擦れ合ってしまい、チューブが磨耗して寿命が低下する等の不都合を生じ易いという問題があった。すなわち、ローラーの両端は回転部材によって保持されているので、チューブが押し潰されて横に広がると、チューブがローラーを保持している回転部材と接触してしまうことがある。回転部材は回転しているのに対してチューブは止まっているので、接触した部分でチューブと回転部材とが擦り合ってしまい、チューブの表面が磨耗してしまうという問題が生じる。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、ポンプの駆動時にチューブの表面と回転部材とが干渉してチューブの表面が磨耗してしまう事態を回避可能とする技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のチューブポンプは次の構成を採用した。すなわち、
内壁が円筒に形成されるシリンダーと、前記内壁の両端にそれぞれ固定して設けられるリング状の受け部材と、前記内壁と前記受け部材によって三方を囲まれて前記内壁に沿い円弧状に収められたチューブと、前記チューブを前記内壁に押し付け可能なローラーと、前記チューブの円弧内に配置され、前記チューブの円弧の内周の最小半径よりも外周の最大回転半径が小さく、かつ前記ローラーを前記内壁に沿い回転駆動させる回転部材と、を備え、前記受け部材の内周面と前記回転部材の外周面とによって受溝を形成し、前記受溝でローラーを受けることを要旨とする。

かかる本発明のチューブポンプでは、シリンダーの内側に内側回転部材が設けられている。この内側回転部材が回転する回転軸はシリンダーの中心軸と一致しており、中心軸の方向から見ると、内側回転部材の回転範囲はシリンダーの内径よりも小さくなっている。そして、内側回転部材の回転範囲の外側からシリンダーの内壁までの隙間を塞ぐように外側固定部材（外受け部）が設けられており、この外受け部はシリンダー側に設けられている。また、内側回転部材にはシリンダーの内壁の方向に開口する凹部が形成されている。そして、ローラーはこの凹部と外受け部とによって形成された箇所に収容されて、内側回転部材の回転とともに移動することによって、シリンダーの中心軸のまわりを公転する。

このような構成とすれば、シリンダーの内壁側には外側固定部材が設けられており、内側回転部材はシリンダーの内壁から離れた内側を回転していることから、ローラーに押し潰されてシリンダーの内壁に沿って横方向に広がったチューブは、外側固定部材に接触することはあっても、内側回転部材に接触することはない。そして、外側固定部材はシリンダーに固定されており、チューブもローラーによってシリンダーに押し付けられていることから、外側固定部材とチューブとが接触しても互いに擦れ合ってしまうことがない。これにより、チューブの表面が擦れて磨耗してしまう事態を回避することが可能となっている。

尚、内側回転部材の回転範囲は、ローラーの公転半径とローラーの半径とを加算した値よりも小さくしておくものとしてもよい。こうすれば、内側回転部材はローラーがチューブを押し潰している箇所よりも外側を回転することがないので、内側回転部材とチューブとの接触をより確実に回避することが可能となる。

また、外側固定部材は、内側回転部材の凹部との間にローラーを収容することが可能であればよく、内側回転部材とシリンダーの内壁との間を必ずしも完全に塞ぐ必要はない。例えば、外側固定部材を内側回転部材に対してシリンダーの半径方向に離して設けてもよい。こうした場合でも、内側回転部材の凹部と外側固定部材との間にローラーが収容されていれば、内側回転部材が回転することによってローラーを公転させることが可能である。あるいは、外側固定部材を内側回転部材に対してシリンダーの軸方向にずらして設けてもよい。こうした場合も、シリンダーの半径方向については、ローラーが外側固定部材と内側回転部材の凹部との間に収められており、内側回転部材が回転することによってローラーを公転させることができるので、チューブをシリンダーに押し付けてチューブ内の流体を搬送することが可能である。

また、上述した本発明のチューブポンプでは、シリンダーの端面に切欠溝を設けておき、この切欠溝からチューブをシリンダーの外に引き出すものとしてもよい。そして、外側固定部材に凸部を設けておき、この凸部を切欠溝に嵌め合わせるようにしてもよい。

シリンダーの端面に切欠溝を設けておけば、チューブポンプを組み立てる際にはシリンダーの端面側からチューブを切欠溝に嵌め込めばよく、シリンダーの側壁の穴からチューブを通す等の煩雑な工程が必要ないので、チューブポンプを容易に組み立てることができる。そして、チューブを嵌めた切欠溝に外側固定部材の凸部を嵌め合わせてやれば、チューブを切欠溝に確実に閉じ込めておくことができ、チューブが切欠溝から外れてしまうことがない。更に、外受け部材の凸部でチューブを切欠溝に押し付けてやれば、凸部と切欠溝とによってチューブを固定することができるので、シリンダーの外からチューブが引っ張られた場合でも、シリンダー内のチューブを正常な位置に保持しておくことが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．流体噴射装置の構成：
Ｂ．本実施例の吸引ポンプ：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：

Ａ．流体噴射装置の構成 ：
図１は、本実施例の吸引ポンプを搭載したインクジェットプリンターの大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、インクジェットプリンター１０は、主走査方向に往復動しながら印刷媒体２上にインクドットを形成するキャリッジ２０と、キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０と、印刷媒体２の紙送りを行うためのプラテンローラー４０などから構成されている。キャリッジ２０には、インクを収容したインクカートリッジ２６や、インクカートリッジ２６が装着されるキャリッジケース２２、キャリッジケース２２の底面側（印刷媒体２に向いた側）に搭載されてインクを噴射する噴射ヘッド２４などが設けられている。こうした構成を用いて、インクジェットプリンター１０は、プラテンローラー４０によって紙送りを行うとともに、キャリッジ２０を往復動しながら噴射ヘッド２４よりインクを噴射することによって、印刷媒体２に画像を印刷していく。

このようなインクジェットプリンターでは、高品質な画像を印刷するためにインクを正確に噴射することが重要であり、そのためには、噴射ヘッド２４に導いたインクについても、粘度などの性状を適切な範囲に保っておくことが重要である。そこで、インクジェットプリンター１０は、画像を印刷するための種々の構成に加えて、キャップ１１０や、キャップ１１０に接続された吸引ポンプ１２０などからなるクリーニング機構１００を備えている。クリーニング機構１００は、図示されている様に、プラテンローラー４０が設けられた印刷範囲の隣に設けられており、噴射ヘッド２４内のインクの性状が悪化した場合には、キャリッジ２０をクリーニング機構１００の位置へ移動させ、キャップ１１０を噴射ヘッド２４の底面に押し付けるとともに、吸引ポンプ１２０を駆動してキャップ１１０内を負圧にする。これにより、性状が悪化したインクを噴射ヘッド２４から吸い出して新しいインクへと入れ替えることができる。こうした動作（クリーニング動作）を適時行うことにより、インクジェットプリンター１０は、噴射ヘッド２４内のインクの性状を適切な範囲に保つことが可能となっている。

クリーニング動作を行うための吸引ポンプとしては、いわゆるチューブポンプと呼ばれるポンプが広く用いられている。もっとも、従来から用いられてきたチューブポンプでは、ポンプを駆動させた際にチューブが磨耗する等の不都合が生じることがあった。そこで、本実施例のインクジェットプリンター１０では、ポンプの駆動中にチューブが磨耗する虞のない改良型のチューブポンプが採用されている。以下では、まず、従来から用いられてきたチューブポンプについて簡単に説明した後、これを受けて本実施例のチューブポンプについて説明する。

図２は、インクジェットプリンターに従来から用いられているチューブポンプの動作を示した説明図である。図２（ａ）には、チューブポンプが吸引動作を行う様子が示されている。図２（ａ）の左の図に示されている様に、チューブポンプは、インクを吸い出すチューブ３００がケース部材９００の内側に収められた構造をしており、チューブ３００の内側には、チューブ３００をケース部材９００に押し付けるローラー９１０が設けられている。このローラー９１０は、ホイール部材９２０の軸受溝９５０にはめ込まれており、図中に矢印で示した様にホイール部材９２０を回転させると、ローラー９１０を軸受溝９５０の端で牽引するようにして、ケース部材９００に沿って回転させることができる。こうしてローラー９１０を回転させると、それに伴ってチューブ３００が順次押し潰されていき、ローラー９１０の通過後には、チューブの押し潰された部分が順次元の形状に復元していく。ここで、チューブ３００が元の形状に戻る際には、チューブ３００内のインクの経路が潰れた状態から広がりながら元の形状に戻るので、この経路の広がりに伴って経路内に負圧が発生する。こうしてチューブ内に発生させた負圧によって、チューブポンプは、噴射ヘッドからインクを吸い出すことが可能となっている。

また、こうしたチューブポンプでは、ローラー９１０をチューブ３００から離して、チューブを導通状態（リリース状態）にすることも可能である。すなわち、図２（ｂ）に示されている様に、ホイール部材９２０を図２（ａ）と逆向きに回転させると、ローラー９１０を軸受溝９５０の反対側の端に収めることができる。ここで、図示されているように、軸受溝９５０はホイール部材９２０の回転方向に対して傾いて設けられているので、軸受溝９５０の反対側の端にローラー９１０を収めると、ローラー９１０をチューブ３００から離すことができる。これにより、チューブ３００内の経路を導通した状態にすることができる。こうした動作（リリース動作）を行えば、噴射ヘッドに装着したキャップの内側を外気と導通させて、キャップ内の負圧を開放することも可能である。

もっとも、こうした従来のチューブ式の吸引ポンプでは、チューブとホイール部材とが擦れ合ってしまうことがあり、チューブが磨耗してしまう等の不都合を生じることがあった。すなわち、図２（ａ）および図２（ｂ）の右側の断面図に示されている様に、ローラー９１０で潰されるとチューブ３００は左右に広がるので、この時、ローラー９１０を保持するためのホイール部材９２０が近くにあると、チューブ３００がホイール部材９２０に接触する虞がある。特に、インクジェトプリンターを小型化するために、チューブポンプをできるだけ小さくすることが要請されており、チューブ３００とホイール部材９２０との隙間も小さくなる傾向にある。このため、ケース部材９００にチューブ３００を組み込んだ時のわずかな位置ズレによって、潰れたチューブ３００がホイール部材９２０に接触してしまう虞がある。また、ケース部材に組み込むときのチューブ３００のねじれによって、あるいは、後述するように、ケース部材９００の内面の勾配によって、ポンプの駆動中に次第にチューブ３００が移動して、ホイール部材９２０と接触することが起こり得る。すると、ポンプの駆動時にはホイール部材９２０が回転するので、チューブ３００の表面がホイール部材９２０に擦られてしまう。そこで、本実施例のインクジェットプリンター１０では、ポンプの駆動中にチューブとホイール部材とが干渉することがないように、次の様な構成を採用している。

Ｂ．本実施例の吸引ポンプ ：
図３は、本実施例の吸引ポンプ１２０の構成を示した説明図である。図３（ａ）には、吸引ポンプ１２０の構成が分解図で示されている。図示されている様に、本実施例の吸引ポンプ１２０では、ホイール部材２２０にローラー２１０の軸を受ける切り欠きが設けられており、この切り欠きにローラー２１０の軸を載せた状態で、ホイール部材２２０がケース部材２００の中に収められている。また、図示されている様に、リング形状をした外受け部材２３０が備えられており、この外受け部材２３０は、ケース部材２００の取り付け穴によってケース部材２００に固定されるようになっている。尚、図３（ａ）では、図を簡略化するためにチューブ３００の表示を省略したが、チューブ３００は、ケース部材２００の図中「Ａ」と示した穴を通してケース部材２００の中に収められる。

図３（ｂ）には、本実施例の吸引ポンプ１２０が組み立てられた状態が示されている。図３（ｂ）の左の図に示されている様に、本実施例の吸引ポンプ１２０では、ホイール部材２２０の外側を取り囲むように外受け部材２３０が配置されている。そして、図３（ｂ）に示されているように、外受け部材２３０と、その内側に収まった状態のホイール部材２２０との２つの部品が組み合わさることによって、軸受溝２５０が構成されており、この軸受溝２５０にローラー２１０が軸受けされている。また、外受け部材２３０は、前述した様にケース部材２００に固定されている（図３（ａ）を参照）。こうした構成を採用することにより、本実施例の吸引ポンプ１２０では、ホイール部材２２０とチューブ３００とが擦れ合ってしまう事態を回避することが可能となっている。この点について、次の図４を参照しながら説明する。

図４は、本実施例の吸引ポンプが動作している様子を示した説明図である。図４（ａ）には、ホイール部材２２０を図中の矢印の方向に回転させて吸引動作を行っている様子が示されている。図４（ａ）の左の図に示されている様に、吸引ポンプ１２０が吸引動作を行っている状態では、ローラー２１０がホイール部材２２０の切り欠きの端の部分に押されて、ケース部材２００に沿って回転していく。このとき、図４（ａ）の右側の断面図に示されている様に、ローラー２１０がチューブ３００をケース部材２００に押し付けるので、チューブ３００が潰れて横に広がる。その結果、広がったチューブ３００の側面が、外受け部材２３０の側面に接触する虞がある（図中「Ａ」と示した部分を参照）。ここで、本実施例の吸引ポンプ１２０では、前述した様に、外受け部材２３０はケース部材２００に固定されており、ホイール部材２２０が回転しても外受け部材２３０は回転しない。このため、チューブの側面が外受け部材２３０に接触しても、チューブの側面が擦られてしまうことがない。

また、図４（ｂ）には、ホイール部材２２０を逆向きに回転させて、吸引ポンプをリリース状態にした様子が示されている。リリース状態では、チューブ３００は押し潰されて広がることはないが、ホイール部材２２０を回転させた際の振動や、チューブ３００を導通させた際のチューブ内の圧力変化に伴う振動などのために、チューブ３００が動いて外受け部材２３０に接触してしまう虞がある。こうした場合でも、本実施例の吸引ポンプ１２０では、外受け部材２３０がケース部材２００に固定されているので、チューブ３００が削られてしまうことはない。このように、本実施例の吸引ポンプ１２０は、吸引状態においても、リリース状態においても、チューブ３００が擦れてしまうことなく、吸引ポンプ１２０をスムーズに動作させることが可能となっている。

尚、上述した説明では、チューブが潰れて広がったり、振動で動いてしまうことによってチューブとホイール部材とが接触してしまう場合を例に説明したが、チューブとホイール部材とが接触するのはこうした場合に限られず、例えば、ケース部材の内側の形状に起因してチューブとホイール部材とが接触してしまうこともある。こうした場合でも、本実施例の吸引ポンプでは、チューブを磨耗することなくスムーズに動作させることが可能となっている。この点について、図５を参照しながら補足して説明する。

図５は、ケース部材の内側の形状に起因してチューブが動いてしまう様子を示した説明図である。図示されているケース部材２００では、部材の内側のチューブ３００を受ける面が傾斜している。いわゆる型抜き加工でケース部材を形成する場合、円筒の内側に入れた型を取り出す都合上、傾斜を付けざるを得ない場合が多い。ケース部材にこうした傾斜がある場合、図示されている様に、ローラー２１０でチューブ３００をケース部材２００に押し付けると、傾斜に沿ってチューブ３００が外側へと移動してしまい、チューブ３００が外側の部材と接触してしまう。しかし、本実施例の吸引ポンプ１２０では、外受け部材２３０がケース部材２００に固定されて回転しないことから、こうした傾斜がある場合でも、チューブが擦られてしまうことがなく、ポンプをスムーズに動作させることが可能となっている。また、このことから、本実施例の吸引ポンプ１２０は、型抜き加工などの簡便な製法によって製作することも可能となっている。

尚、チューブポンプでは、チューブが円弧状に曲げられてケース部材内に収められていることから、チューブが真っ直ぐに戻ろうとしてチューブが動いてしまう場合もある。特に、図２ないし図４に示した様に、巻かれたチューブが交差した部分を有するタイプのチューブポンプ（いわゆるα型のチューブポンプ）では、巻かれたチューブが元に戻ろうとする力によってチューブが動いてしまいやすい。こうした場合でも、本実施例の吸引ポンプでは、チューブがホイールと擦れ合ってしまうことがなく、吸引ポンプをスムーズに動作させることが可能となっている。

以上に説明した様に、本実施例の吸引ポンプでは、ローラーの軸を受ける軸受け溝を、ホイール部材と外受け部材との２つの部材によって構成しており、その中の外受け部材をケース部材に固定している。その結果、チューブが押し潰されて広がったり、振動で動くなどして外受け部材と接触した場合であっても、チューブが擦られてしまうことがない。また、ホイール部材がチューブと擦れ合わないことから、ホイール部材をスムーズに回転させることが可能となっている。

Ｃ．変形例 ：
前述した実施例には、いくつかの変形例が考えられる。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。
Ｃ−１．第１変形例 ：
図６は、外受け部材の一部に突起部を設けた第１変形例の吸引ポンプを示した説明図である。図示されている様に、第１変形例の吸引ポンプでは、外受け部材２３０のケース部材２００に面した側に、突起部２３０ａが設けられている。この突起部２３０ａは、ケース部材２００からチューブ３００を取り出す切り欠き部分に組み合わさるようになっており、ケース部材２００に取り付けると、ケース部材２００と突起部２３０ａとの間にチューブ３００を保持することが可能となっている。こうすれば、ケース部材２００の中にチューブ３００を確実に保持しておくことができるので、ローラーを回転させた際にチューブ３００を確実に押し潰して、インクを効率よく吸引することが可能となる。また、チューブ３００を挟み込んで固定しておけば、チューブ３００が外に引っ張られた場合であっても、チューブ３００がケース部材２００から引き出されてしまったり、ケース部材２００内で動いてしまうことがないので、吸引ポンプをより確実に動作させることが可能となる。

Ｃ−２．第２変形例 ：
前述した実施例では、外受け部材２３０の内側の端面と、ホイール部材の外側の端面とを向かい合わせに組み合わせることで、軸受溝を形成していた（図３（ｂ）を参照）。しかし、軸受溝は、ローラーを保持可能であればよく、外受け部材の端面とホイール部材の端面とを必ずしも向かい合わせておく必要はない。

図７（ａ）には、外受け部材２３０の端面とホイール部材２２０の端面とをずらして設けた変形例の吸引ポンプが示されている。図中に矢印で示されている様に、変形例の吸引ポンプでは、外受け部材２３０の端面とホイール部材２２０の端面とが、ホイールの回転軸の方向（図の左右の方向）に互いにズレた構造となっている。こうした構造であっても、ポンプの半径方向（図の上下の方向）へのローラー２１０の動きは、外受け部材２３０の端面およびホイール部材２２０の端面で規制されており、ローラー２１０を軸受溝に保持しておくことが可能である。

尚、ホイール部材２２０の端面と外受け部材２３０の端面とは、必ずしも接近して設けられている必要はなく、図７（ｂ）に示されている様に、ホイール部材２２０の端面と外受け部材２３０の端面との間が空いているものとしてもよい（図中に矢印で示した部分を参照）。こうした場合も、図７（ａ）の構成と同様に、ポンプの半径方向へのローラー２１０の動きを規制することができるので、ローラー２１０を軸受溝に保持しておくことが可能である。

以上、本実施例の吸引ポンプについて、インクジェットプリンターに搭載された場合を例にとって説明したが、本発明は上記すべての実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、本実施例の吸引ポンプを、多数の噴射ヘッドが備えられた、いわゆるラインヘッドプリンターに搭載するものとしてもよい。

本実施例の吸引ポンプを搭載したインクジェットプリンターの大まかな構成を示した説明図である。 インクジェットプリンターに用いられる一般的なチューブポンプの動作の様子を示した説明図である。 本実施例の吸引ポンプの構成を示した説明図である。 本実施例の吸引ポンプを動作させた様子を示した説明図である。 ケース部材の内側の形状に起因してチューブが動いてしまう様子を示した説明図である。 外受け部材の一部に突起部を設けた第１変形例の吸引ポンプを示した説明図である。 外受け部材の端面とホイール部材の端面とをずらした変形例の吸引ポンプを示した説明図である。

１０…インクジェットプリンター、 ２０…キャリッジ、
２２…キャリッジケース、 ２４…噴射ヘッド、 ２６…インクカートリッジ、 ３０…駆動機構、 ４０…プラテンローラー、
１００…クリーニング機構、 １１０…キャップ、 １２０…吸引ポンプ、
２００…ケース部材、 ２１０…ローラー、 ２２０…ホイール部材、
２３０…外受け部材、 ２５０…軸受溝、 ３００…チューブ

Claims (2)

1. 内壁が円筒に形成されるシリンダーと、
   前記内壁の両端にそれぞれ固定して設けられるリング状の受け部材と、
   前記内壁と前記受け部材によって三方を囲まれて前記内壁に沿い円弧状に収められたチューブと、
   前記チューブを前記内壁に押し付け可能なローラーと、
   前記チューブの円弧内に配置され、前記チューブの円弧の内周の最小半径よりも外周の最大回転半径が小さく、かつ前記ローラーを前記内壁に沿い回転駆動させる回転部材と、
   を備え、
   前記受け部材の内周面と前記回転部材の外周面とによって受溝を形成し、前記受溝でローラーを受けることを特徴とするチューブポンプ。
2. 請求項１に記載のチューブポンプであって、
   前記回転部材は、その外周に前記内壁の方向に開口する切り欠き部が形成されており、
   前記ローラーは、前記切り欠き部と前記受け部材のリング開口部との間に形成される溝部に沿い移動可能であり、
   前記溝部は、前記ローラーの直径よりも細いローラー軸を受ける軸受溝であり、
   前記軸受溝の幅は、前記ローラーの直径よりも小さいことを特徴とするチューブポンプ。

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