KR20190110062A

KR20190110062A - 튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20190110062A
Application number: KR1020190031188A
Authority: KR
Inventors: 유키노부 이마이; 카즈키 히라이
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-09-27
Also published as: US11035355B2; JP2019163702A; EP3543532B1; US20190285064A1; KR102630355B1; JP7080472B2; EP3543532A1

Abstract

접촉 위치(Po1)로부터 이격 위치(Po2)에 이르기까지 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태로 축선(X1) 주위로 회전하는 한 쌍의 롤러부(10, 20)와, 한 쌍의 롤러부(10, 20) 각각을 회전시키는 한 쌍의 구동부와, 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 한 쌍의 롤러부(10, 20)의 한쪽이 이격 위치(Po2)를 통과한 후에 한 쌍의 롤러부(10, 20)의 다른 쪽의 이격 위치(Po2)를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 튜브 펌프 시스템을 제공한다.

Description

튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법{TUBE PUMP SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은, 튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래, 가요성을 갖는 튜브를 복수의 롤러에 의해 간헐적으로 눌러 찌부러뜨림으로써 튜브 내의 액체를 압송하는 튜브 펌프가 알려져 있다. 튜브 펌프는, 간헐적으로 액체를 압송하므로, 압송되는 액체에 맥동(유량의 증감이 반복되는 동작)이 발생한다.

펌프에 의해 압송되는 액체에 발생하는 맥동을 억제하는 장치로서, 내부에 설치한 기실과 액실의 압력 밸런스를 유지함으로써 액실에 유도되는 액체의 맥동을 억제하는 댐퍼가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제 2000 - 205201호 공보

특허문헌 1에 개시된 댐퍼를 튜브 펌프의 하류측의 유로에 설치함으로써, 액체의 맥동을 억제할 수 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 댐퍼는, 일정량의 액체를 수용하는 액실을 설치한 구조이므로, 액실 내에 유통되지 않는 액체가 유지되는 공간(소위 데드 볼륨)을 갖는다. 그로 인해, 이 공간에 체류되는 액체에 잡균 등이 발생하여, 액체의 순도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 댐퍼는, 기실과 액실을 설치한 비교적 복잡하고 용적을 필요로 하기 때문에, 장치 전체가 복잡화되고 대형화되어버린다.

또한, 발명자들은, 튜브 펌프에 있어서, 롤러에 의해 눌려 찌부러진 튜브가 원래의 형태로 복귀될 때에, 하류측의 유로로부터 튜브 펌프측으로 액체가 끌려들어가는 현상이 발생하고, 이 현상에 의해 맥동이 발생한다고 하는 지견을 얻었다. 이 현상을 억제 또는 소멸시킴으로써, 액체의 맥동을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 장치를 복잡화 혹은 대형화시키지 않고 액체의 맥동을 억제 또는 소멸시키는 것을 가능하게 한 튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 튜브 펌프는 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템은, 축선 주위로 원호 형상으로 형성되는 내주면을 갖는 수용부와, 상기 내주면을 따라서 배치됨과 함께 가요성을 갖는 튜브와, 상기 수용부에 수용됨과 함께 상기 축선 주위의 접촉 위치로부터 이격 위치에 이르기까지 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태로 상기 축선 주위로 회전하는 한 쌍의 롤러부와, 상기 한 쌍의 롤러부 각각을 상기 축선 주위로 동일 방향으로 회전시키는 한 쌍의 구동부와, 상기 튜브의 일단부로부터 유입된 액체를 상기 튜브의 타단부로부터 토출시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과한 후에 상기 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 상기 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어한다.

한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과한 후에 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽을 일정한 각속도로 회전시켰을 경우, 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽이 튜브를 눌러 찌부러뜨리는 위치로부터 이격 위치까지의 거리가 점차 감소한다. 그로 인해, 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽이 이격 위치에 가까워짐에 따라서 이격 위치의 상류측 액체의 압력이 상승하고, 그에 따라 튜브의 타단부로부터 토출되는 액체의 유량이 점차 증가되어버린다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템에서는, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과한 후에 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키고 있다. 그로 인해, 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽이 이격 위치에 가까워짐에 따른 상류측 액체의 압력 상승과 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 각속도의 감소에 의한 액체의 압력 감소를 상쇄시킬 수 있다. 그로 인해, 튜브의 타단부로부터 토출되는 액체의 유량 변동을 억제 또는 소멸시켜, 액체의 맥동을 억제 또는 소멸시킬 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템에 있어서, 상기 튜브의 타단부에는, 가요성을 가짐과 함께 내부를 유통하는 액체의 압력을 대기압보다도 높은 제1 소정 압력으로 유지하는 배관이 접속되어 있고, 상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과할 때에 상기 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 상기 튜브 내의 액체의 압력이 상기 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승하도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 구성으로 해도 좋다.

본 구성에 따른 튜브 펌프 시스템에 따르면, 배관 내부의 액체의 정압이 대기압보다도 높게 유지되기 때문에, 액체의 맥동에 의해 배관 내의 액체의 정압이 더욱 상승한 경우에는, 배관이 탄성 변형되어 액체의 맥동이 억제된다.

또한, 본 구성에 따른 튜브 펌프에 있어서, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과한 뒤에는 이격 위치의 상류측과 하류측에서 튜브 내부의 액체가 연통된 상태로 되므로, 이격 위치의 상류측과 하류측 액체의 압력에 차가 있으면 튜브의 타단부로부터 토출되는 액체의 유량이 변동되어버린다. 따라서, 본 구성에 따른 튜브 펌프 시스템에서는, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과할 때에 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 튜브 내의 액체의 압력을 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승시킨다. 그로 인해, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과하여 롤러부에 의해 눌려 찌부러진 튜브가 원래의 형태로 복귀될 때에, 이격 위치의 하류측 액체의 압력과 이격 위치의 상류측 액체의 압력의 압력 차가 작아져서 소정의 압력 차로 된다. 이에 의해, 이 압력 차가 소정의 압력 차보다도 큰 경우에 비해, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과할 때에 이격 위치에서 액체의 유량이 변동되어 액체의 맥동이 발생하는 것이 억제된다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽의 각속도를 일시적으로 증가시키도록 해도 좋다.

이와 같이 함으로써, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치의 하류측을 향해 액체를 토출하는 토출력을 일시적으로 높일 수 있다. 그로 인해, 이격 위치의 하류측의 고압력의 액체가, 이격 위치의 상류측의 저압력의 유체를 향하여 끌어들여져 액체의 맥동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템에 있어서, 상기 튜브로부터 토출되는 액체의 유량을 계측하는 유량계를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 유량계가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어해도 좋다.

이와 같이 함으로써, 액체의 맥동이 발생하는 것을 억제하면서, 유량계가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 한 쌍의 구동부 각각을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템에 있어서는, 상기 제1 소정 압력이, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하이어도 좋다.

이와 같이 함으로써, 배관을 유통하는 액체의 제1 소정 압력이 대기압보다도 충분히 높아지고, 액체의 맥동이 배관으로부터 더욱 하류측으로 전달되는 것이 억제된다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법은, 축선 주위로 원호 형상으로 형성되는 내주면을 갖는 수용부와, 상기 내주면을 따라서 배치됨과 함께 가요성을 갖는 튜브와, 상기 수용부에 수용됨과 함께 상기 축선 주위의 접촉 위치로부터 이격 위치에 이르기까지 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태로 상기 축선 주위로 회전하는 한 쌍의 롤러부와, 상기 한 쌍의 롤러부 각각을 상기 축선 주위로 동일 방향으로 회전시키는 한 쌍의 구동부를 구비하는 튜브 펌프 시스템의 제어 방법이며, 상기 튜브의 일단부로부터 유입된 액체를 상기 튜브의 타단부로부터 토출시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 제어 공정을 구비하고, 상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과한 후에 상기 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 상기 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어한다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 따르면, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과한 후에 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키므로, 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽이 이격 위치에 가까워짐에 따른 상류측 액체의 압력 상승과 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 각속도의 감소에 의한 액체의 압력 감소를 상쇄시킬 수 있다. 그로 인해, 튜브의 타단부로부터 토출되는 액체의 유량 변동을 억제 또는 소멸시켜, 액체의 맥동을 억제 또는 소멸시킬 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 튜브의 타단부에는, 가요성을 가짐과 함께 내부를 유통하는 액체의 압력을 대기압보다도 높은 제1 소정 압력으로 유지하는 배관이 접속되어 있고, 상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과할 때에 상기 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 상기 튜브 내의 액체의 압력이 상기 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승하도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 구성으로 해도 좋다.

본 구성에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 따르면, 배관 내부의 액체의 정압이 대기압보다도 높게 유지되기 때문에, 액체의 맥동에 의해 배관 내의 액체의 정압이 더욱 상승한 경우에는, 배관이 탄성 변형되어 액체의 맥동이 억제된다.

또한, 본 구성에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 따르면, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과할 때에 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 튜브 내의 액체의 압력이 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승한다. 그로 인해, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과하여 롤러부에 의해 눌려 찌부러진 튜브가 원래의 형태로 복귀될 때에, 이격 위치의 하류측 액체의 압력과 이격 위치의 상류측 액체의 압력의 압력 차가 작아져서 소정의 압력 차로 된다. 이에 의해, 이 압력 차가 소정의 압력 차보다도 큰 경우에 비해, 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 이격 위치를 통과할 때에 이격 위치에서 액체의 유량이 변동되어 액체의 맥동이 발생하는 것이 억제된다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽의 각속도를 일시적으로 증가시키도록 해도 좋다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 배관의 내부를 유통하는 액체의 유량을 계측하는 계측 공정을 구비하고, 상기 제어 공정은, 상기 계측 공정이 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어해도 좋다.

본 발명의 일 형태에 따른 튜브 펌프 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제1 소정 압력이, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하이어도 좋다.

본 발명에 따르면, 장치를 복잡화 혹은 대형화 시키지 않고 액체의 맥동을 억제 또는 소멸시키는 것을 가능하게 한 튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 유량 제어 장치를 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 튜브 펌프의 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 튜브 펌프의 I - I 화살표 방향 종단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 튜브 펌프의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 제1 구동부가 제1 롤러부에 구동력을 전달하는 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 도 3에 도시하는 제2 구동부가 제2 롤러부에 구동력을 전달하는 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 튜브가 폐쇄된 상태의 튜브 펌프를 도시하는 평면도이다.
도 8은 튜브가 개방되기 시작하는 상태의 튜브 펌프를 도시하는 평면도이다.
도 9는 튜브가 개방된 상태의 튜브 펌프를 도시하는 평면도이다.
도 10은 제2 롤러부가 이격 위치에 도달한 상태의 튜브 펌프를 도시하는 도면이다.
도 11은 도 7에 나타내는 튜브 펌프의 부분 확대도이다.
도 12는 도 8에 나타내는 튜브 펌프의 부분 확대도이다.
도 13은 도 9에 나타내는 튜브 펌프의 부분 확대도이다.
도 14는 도 10에 도시하는 튜브 펌프의 부분 확대도이다.
도 15는 도 11에 도시하는 튜브의 II - II 화살표 방향 단면도이다.
도 16은 도 12에 나타내는 튜브의 III - III 화살표 방향 단면도이다.
도 17은 도 13에 나타내는 튜브의 IV - IV 화살표 방향 단면도이다.
도 18은 도 14에 도시하는 튜브의 V - V 화살표 방향 단면도이다.
도 19는 제1 롤러부의 회전 각도에 대한 제1 롤러부 및 제2 롤러부의 각속도를 나타내는 그래프이다.
도 20은 제1 롤러부의 회전 각도에 대한 제1 롤러부 및 제2 롤러부의 각속도의 비교예를 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템의 유량계가 계측하는 액체의 유량을 나타내는 그래프이다.
도 22는 튜브 펌프 시스템의 유량계가 계측하는 액체의 유량을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 관한 튜브 펌프 시스템 및 그 제어 방법의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)은, 유입단(701)으로부터 유출단(702)을 향하여 액체를 압송하는 동시에, 튜브 펌프(100)에 의해 압송되는 액체의 유량을 제어하는 장치이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)은, 액체를 압송하는 튜브 펌프(100)와, 튜브 펌프(100)로부터 니들 밸브(500)로 액체를 반송하는 배관(200)과, 배관(200)을 유통하는 액체의 압력을 검출하는 압력 센서(300)와, 배관(200)을 유통하는 액체의 유량을 계측하는 유량계(400)와, 상류측에 배치되는 배관(200)을 유통하는 액체의 압력을 조정하는 니들 밸브(500)와, 튜브 펌프(100)가 토출하는 액체의 토출량을 제어하는 제어부(600)를 구비한다.

이하, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)이 구비하는 각 구성에 대하여 설명한다.

튜브 펌프(100)는, 유입단(701)으로부터 유출단(702)을 향하여 액체를 압송하는 장치이다. 튜브 펌프(100)는, 가요성을 갖는 튜브를 롤러로 눌러 찌부러뜨린 상태로 롤러를 이동시키는 동작을 반복함으로써 액체를 압송한다. 튜브 펌프(100)로부터 배관(200)으로 토출된 액체는, 유량계(400) 및 니들 밸브(500)를 통과하여 유출단(702)에 도달한다.

튜브 펌프(100)의 상세에 대해서는 후술한다.

배관(200)은, 튜브 펌프(100)로부터 니들 밸브(500)로 액체를 반송하는 배관이다. 배관(200)은, 튜브 펌프(100)에 의해 압송되는 액체의 압력에 의해 탄성 변형되는 가요성을 갖는 수지 재료(예를 들어, 실리콘 수지)에 의해 형성되어 있다. 배관(200)은, 후술하는 니들 밸브(500)의 개방도를 조정함으로써, 내부를 유통하는 액체의 압력을 대기압보다도 높은 제1 소정 압력(Pr1)으로 유지할 수 있다.

배관(200)의 유로 길이(L)는, 예를 들어 약 1000mm로 하는 것이 바람직하다.

압력 센서(300)는, 배관(200)의 내부를 유통하는 액체의 압력을 검출하는 장치이다. 압력 센서(300)는, 튜브 펌프(100)로부터 니들 밸브(500)에 액체를 유도하는 배관(200)에 있어서, 유량계(400)의 상류측에 배치되어 있다. 압력 센서(300)는, 검출한 압력을 제어부(600)에 전달한다.

유량계(400)는, 배관(200)의 내부를 유통하는 액체의 유량을 계측하는 장치이다. 유량계(400)는, 튜브 펌프(100)로부터 니들 밸브(500)에 액체를 유도하는 배관(200)에 있어서, 압력 센서(300)의 하류측에 배치되어 있다. 유량계(400)는, 계측한 유량을 제어부(600)에 전달한다.

니들 밸브(500)는, 밸브 구멍(도시 생략)에 대한 니들 형상의 밸브체(도시 생략)의 삽입량을 조정함으로써, 배관(200)으로부터 유출단(702)을 향하여 유통시키는 유체의 유량을 조정하는 장치이다. 니들 밸브(500)는, 튜브 펌프(100)로부터 유출단(702)에 액체를 유도하는 유로에 있어서, 유로 단면적이 최소로 되는 영역을 형성한다.

니들 밸브(500)의 유로 단면적을 최소로 하고 있는 것은, 니들 밸브(500)의 배관 저항을 튜브 펌프(100)로부터 유출단(702)에 액체를 유도하는 유로에 있어서 가장 높게 하기 위해서이다. 그로 인해, 니들 밸브(500)의 상류측 배관(200)의 액체의 정압이 높은 상태로 유지된다. 본 실시 형태에 있어서는, 배관(200)의 내부를 유통하는 액체의 압력이 대기압보다도 높은 제1 소정 압력(Pr1)으로 되도록 니들 밸브(500)의 개방도가 조정된다.

여기서, 제1 소정 압력(Pr1)은, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하의 범위의 어느 하나의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 특히, 90kPaG 이상 또한 110kPaG 이하의 범위의 어느 하나의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, G는 게이지압을 의미하고 있다.

내부의 액체의 정압이 높은 상태로 유지되는 배관(200)을 가요성의 수지 재료에 의해 형성하고 있는 것은, 액체의 맥동에 의해 배관(200) 내의 정압이 더욱 상승한 경우에 탄성 변형됨으로써, 액체의 맥동이 하류측에 전달되는 것을 억제하기 위해서이다.

이와 같이, 튜브 펌프(100)로부터 유출단(702)에 액체를 유도하는 유로에 있어서, 가장 배관 저항이 높은 니들 밸브(500)의 상류측에 가요성의 수지 재료에 의해 형성되는 배관(200)을 배치함으로써, 튜브 펌프(100)로부터 압송되는 액체의 맥동을 억제할 수 있다.

제어부(600)는, 튜브 펌프(100)가 구비하는 가요성 튜브(101)의 일단부로부터 유입된 액체를 튜브(101)의 타단부로부터 토출시키도록, 후술하는 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어하는 장치이다.

제어부(600)는, 압력 센서(300)로부터 전달되는 압력이 제1 소정 압력(Pr1)과 일치하도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어한다. 또한, 제어부(600)는, 유량계(400)가 계측하는 유량이 미리 정한 목표 유량으로 되도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어한다. 제어부(600)에 의한 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)의 상세한 제어 방법에 대해서는, 후술한다.

이어서, 튜브 펌프 시스템(700)이 구비하는 튜브 펌프(100)에 대하여 설명한다.

도 2에 도시하는 본 실시 형태의 튜브 펌프(100)는, 축선(X1)(제1 축선) 주위로 제1 롤러부(10)(제1 접촉 부재)와 제2 롤러부(20)(제2 접촉 부재)를 동일한 방향으로 회전시킴으로써, 유입 측단부(101a)로부터 유입되는 튜브(101) 내의 유체를 유출 측단부(10lb)에 토출시키는 장치이다. 유출 측단부(10lb)에는, 배관(200)이 접속되어 있다.

또한, 도 2는, 도 3에 도시하는 커버(83)를 제거한 상태의 튜브 펌프(100)를 나타내는 것이다.

도 2의 정면도에 도시한 바와 같이, 튜브 펌프(100)에는, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)를 수용하는 롤러 수용부(82)의 오목부(82a)의 내주면(82b)을 따라, 축선(X1) 주위로 원호 형상으로 튜브(101)가 배치된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 롤러 수용부(82)에 수용되는 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)는, 튜브(101)에 접촉하면서 반시계 방향의 회전 방향(도 2에 화살표로 나타내는 방향)을 따라 축선(X1) 주위로 회전한다.

도 2의 정면도에 있어서, 접촉 위치(Po1)는, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)가 튜브(101)로부터 이격된 상태로부터 튜브(101)에 접촉한 상태로 전환되는 축선(X1) 주위의 위치를 나타낸다. 또한, 이격 위치(Po2)는, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)가 튜브(101)에 접촉한 상태로부터 튜브(101)로부터 이격된 상태로 전환되는 축선(X1) 주위의 위치를 나타낸다. 도 2에 도시하는 파선은, 접촉 위치(Po1) 및 이격 위치(Po2)에 배치된 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)를 나타내고 있다.

제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)는, 접촉 위치(Po1)로부터 이격 위치(Po2)에 이르기까지 튜브(101)를 내주면(82b)과의 사이에서 눌러 찌부러뜨린 상태에서, 각각 독립적으로 축선(X1) 주위를 회전한다.

도 3의 종단면도 및 도 4의 분해 사시도에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 튜브 펌프(100)는, 튜브(101)에 접촉하면서 축선(X1) 주위로 회전하는 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)와, 축선(X1) 상에 배치됨과 함께 제1 롤러부(10)에 연결되는 구동축(30)(축 부재)과, 제2 롤러부(20)에 연결되는 구동 통(통 부재)(40)과, 구동축(30)에 구동력을 전달하는 제1 구동부(50)와, 제2 구동부(60)와, 제2 구동부(60)의 구동력을 구동 통(40)에 전달하는 전달 기구(70)(전달부)를 구비한다.

제1 롤러부(10)는, 튜브(101)와 접촉하면서 축선(X1)과 평행한 축선 주위로 회전하는 제1 롤러(11)와, 축선(X1) 주위로 일체로 회전하도록 구동축(30)에 연결된 제1 롤러 지지 부재(12)와, 양단부가 제1 롤러 지지 부재(12)에 지지되는 동시에 제1 롤러(11)를 회전 가능하게 설치하는 제1 롤러 샤프트(13)를 갖는다.

제2 롤러부(20)는, 튜브(101)와 접촉하면서 축선(X1)과 평행한 축선 주위로 회전하는 제2 롤러(21)와, 축선(X1) 주위로 일체로 회전하도록 구동 통(40)에 연결된 제2 롤러 지지 부재(22)와, 양단부가 제2 롤러 지지 부재(22)에 지지되는 동시에 제2 롤러(21)를 회전 가능하게 설치하는 제2 롤러 샤프트(23)를 갖는다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)는, 케이싱(수용 부재)(80)의 내부에 수용되어 있다. 케이싱(80)의 내부에는, 전달 기구(70)를 수용하기 위한 기어 수용부(81)와, 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)를 지지하는 지지 부재(90)가 설치되어 있다. 또한, 케이싱(80)의 상부에는, 제1 롤러부(10)와 제2 롤러부(20)를 수용하기 위한 롤러 수용부(82)가 설치되어 있다.

롤러 수용부(82)는, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)를 수용하는 오목부(82a)를 갖는다. 오목부(82a)에는, 축선(X1) 주위로 원호 형상으로 형성되는 내주면(82b)이 설치되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 튜브(101)는, 내주면(82b)을 따라 축선(X1) 주위로 원호 형상으로 배치되어 있다.

지지 부재(90)에는, 축선(X1)을 따라 연장되는 제1 관통 구멍(91)과 축선(X2)을 따라 연장되는 제2 관통 구멍(92)이 형성되어 있다. 제1 구동부(50)는, 지지 부재(90)에 형성된 제1 관통 구멍(91)에 제1 구동축(51)을 삽입한 상태로 지지 부재(90)에 체결볼트(도시 생략)에 의해 설치되어 있다. 마찬가지로, 제2 구동부(60)는, 지지 부재(90)에 형성된 제2 관통 구멍(92)에 제2 구동축(61)을 삽입한 상태로 지지 부재(90)에 체결볼트(도시 생략)에 의해 설치되어 있다. 이와 같이, 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각은, 일체로 형성된 부재인 지지 부재(90)에 설치되어 있다.

여기서, 제1 구동부(50)가 제1 롤러부(10)에 구동력을 전달하는 구조에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 있어서, 실선으로 나타내는 부분이, 제1 구동부(50)의 구동력을 제1 롤러부(10)에 전달하는 구조를 구성하는 부분이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 구동부(50)는, 축선(X1) 상에 배치되어 구동축(30)에 연결되는 제1 구동축(51)을 갖는다. 제1 구동축(51)은, 축선(X1)에 직교하는 방향으로 연장되는 핀(51a)을 삽입한 상태로 구동축(30)의 하단부에 설치되어 있다. 핀(51a)에 의해 구동축(30)이 제1 구동축(51)에 대하여 축선(X1) 주위로 상대적으로 회전하지 않도록 고정되어 있다. 그로 인해, 제1 구동부(50)가 제1 구동축(51)을 축선(X1) 주위로 회전시키면, 제1 구동축(51)의 구동력이 구동축(30)에 전달되어, 구동축(30)이 축선(X1) 주위로 회전한다.

제1 구동부(50)는, 제1 구동축(51)과, 제1 전동 모터(52)와, 제1 전동 모터(52)가 회전시키는 회전축(도시 생략)의 회전을 감속시켜 제1 구동축(51)에 전달하는 제1감속기(53)를 갖는다. 제1 구동부(50)는, 제1 전동 모터(52)의 구동력을 제1 구동축(51)에 전달함으로써, 제1 구동축(51)을 축선(X1) 주위로 회전시킨다.

제1 구동축(51)에는, 제1 구동축(51)과 함께 축선(X1) 주위로 회전하는 위치 검출용 부재(5lb)가 설치되어 있다. 위치 검출용 부재(5lb)는, 원환 형상으로 형성되는 외주연부에 축선(X1) 주위의 둘레 방향으로 제1 롤러부(10)의 축선(X1) 주위의 회전 위치를 검출하기 위한 슬릿(도시 생략)이 형성되어 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 위치 검출용 부재(5lb)의 외주연부의 상면과 하면을 끼워 넣도록 위치 검출 센서(54)가 배치되어 있다. 위치 검출 센서(54)는, 상면측 및 하면측의 한쪽에 발광 소자를 배치하고, 상면측 및 하면측의 다른 쪽에 수광 소자를 배치한 센서이다. 위치 검출 센서(54)는, 위치 검출용 부재(5lb)의 축선(X1) 주위의 회전에 따라 슬릿에 의해 발광 소자가 발광하는 광이 통과하는 것을 수광 소자로 검지함으로써, 제1 롤러부(10)가 축선(X1) 주위의 어느 위치에 배치되어 있는지를 나타내는 회전 위치를 검출하여, 제어부(600)에 송신하는 것이다.

구동축(30)은, 그 하단부가 제1 구동축(51)에 연결되고, 그 상단부가 커버(83)에 형성된 삽입 구멍에 삽입된다. 커버(83)의 삽입 구멍에는, 제1 구동축(51)의 선단을 축선(X1) 주위로 회전 가능하게 지지하는 제3 베어링 부재(33)가 삽입되어 있다.

또한, 구동축(30)은, 외주면을 따라 삽입된 원통 형상의 제1 베어링 부재(31)와, 제1 베어링 부재(31)와는 독립적으로 형성된 원통 형상의 제2 베어링 부재(32)에 의해, 구동 통(40)의 내주측에 축선(X1) 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다.

이와 같이, 구동축(30)은, 하단부측의 외주면이 제1 베어링 부재(31)에 의해 지지되고, 중앙부의 외주면이 제2 베어링 부재(32)에 의해 지지되고, 선단측의 외주면이 제3 베어링 부재(33)에 의해 지지되어 있다. 그로 인해, 구동축(30)은, 중심축을 축선(X1) 상에 유지한 상태로 축선(X1) 주위로 원활하게 회전한다.

여기서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 베어링 부재(31)와 제2 베어링 부재(32)가 축선(X1) 방향으로 이격된 상태로 배치되어 있는 것은, 구동 통(40)의 내주면에 축선(X1) 주위로 연장되는 무단부 형상의 환 형상 돌기부(40a)가 형성되어 있기 때문이다.

구동축(30)의 선단측에는, 제1 롤러부(10)의 제1 롤러 지지 부재(12)가 축선(X1) 주위로 일체로 회전하도록 연결되어 있다.

이상과 같이, 제1 구동부(50)가 제1 구동축(51)을 축선(X1) 주위로 회전시키는 구동력은, 제1 구동축(51)로부터 구동축(30)을 통하여 제1 롤러부(10)에 전달된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 구동축(30)의 하단부는 원환 형상으로 형성되는 스러스트 베어링(35)의 상면에 지지되어 있고, 스러스트 베어링(35)의 하면은 지지 부재(90)에 의해 지지되어 있다. 그로 인해, 구동축(30)에 축선(X1)을 따라 하방을 향한 스러스트력이 가해진 경우에는, 그 스러스트력은 제1감속기(53) 및 제1 전동 모터(52)에 전달되는 일없이, 스러스트 베어링(35)에 의해 지지된다.

그로 인해, 구동축(30)에 축선(X1)을 따라 하방을 향한 스러스트력이 가해진 경우에, 그 스러스트력에 의해 제1감속기(53) 및 제1 전동 모터(52)에 충격이 가해지는 것이 억제된다.

이어서, 제2 구동부(60)가 제1 롤러부(10)에 구동력을 전달하는 구조에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 있어서, 실선으로 나타내는 부분이, 제2 구동부(60)의 구동력을 제2 롤러부(20)에 전달하는 구조를 구성하는 부분이다. 도 6에 나타내는 구조는, 제2 롤러부(20)와, 구동 통(40)과, 제2 구동부(60)와, 전달 기구(70)를 갖는다.

도 6에 나타내는 전달 기구(70)는, 축선(X1)과 평행한 축선(X2)(제2 축선) 주위로 회전하는 제1 기어부(71)와, 제1 기어부(71)로부터 제2 구동축(61)의 구동력이 전달되는 제2 기어부(72)를 갖는다. 전달 기구(70)는, 제2 구동축(61)의 축선(X2) 주위의 구동력을 구동 통(40)의 외주면에 전달하여 구동 통(40)을 축선(X1) 주위로 회전시킨다.

도 6에 도시한 바와 같이, 제2 구동부(60)는, 축선(X2) 상에 배치되는 제2 구동축(61)과, 제2 전동 모터(62)와, 제2 전동 모터(62)가 회전시키는 회전축(도시 생략)의 회전을 감속하여 제2 구동축(61)에 전달하는 제2감속기(63)를 갖는다. 제2 구동부(60)는, 제2 전동 모터(62)의 구동력을 제2 구동축(61)에 전달함으로써, 제2 구동축(61)을 축선(X2) 주위로 회전시킨다.

제2 구동축(61)은, 축선(X2) 주위로 원통 형상으로 형성되는 제1 기어부(71)의 중심부에 형성된 삽입 구멍에 삽입되어 있다. 제1 기어부(71)는, 제2 구동축(61)이 삽입된 상태로 고정 나사(71a)를 체결하여 고정 나사(71a)의 선단을 제2 구동축(61)에 닿게 함으로써, 제2 구동축(61)에 고정된다. 이와 같이 하여, 제1 기어부(71)는, 제2 구동축(61)에 연결되어 제2 구동축(61)과 함께 축선(X2) 주위로 회전한다.

제1 기어부(71)의 축선(X2) 주위로 형성된 제1 기어(7lb)는, 제2 기어부(72)의 축선(X1) 주위로 형성된 제2 기어(72b)와 결합되어 있다. 그로 인해, 제1 기어부(71)의 축선(X2) 주위의 회전에 의한 구동력은, 제2 기어부(72)를 축선(X1) 주위로 회전시키는 구동력으로서 전달된다.

제1 기어부(71)에는, 제2 구동축(61)과 함께 축선(X1) 주위로 회전하는 위치 검출용 부재(71c)가 형성되어 있다. 위치 검출용 부재(71c)는, 원환 형상으로 형성되는 외주연부에 축선(X2) 주위의 둘레 방향으로 제2 롤러부(20)의 축선(X1) 주위의 회전 위치를 검출하기 위한 슬릿(도시 생략)이 형성되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 위치 검출용 부재(71c)의 외주연부의 상면과 하면을 끼워넣도록 위치 검출 센서(64)가 배치되어 있다. 위치 검출 센서(64)는, 상면측 및 하면측의 한쪽에 발광 소자를 배치하고, 상면측 및 하면측의 다른 쪽에 수광 소자를 배치한 센서이다. 위치 검출 센서(64)는, 위치 검출용 부재(71c)의 축선(X2) 주위의 회전에 따라 슬릿에 의해 발광 소자가 발광하는 광이 통과하는 것을 수광 소자로 검지함으로써, 제2 롤러부(20)가 축선(X1) 주위의 어느 위치에 배치되어 있는지를 나타내는 회전 위치를 검출하여, 제어부(600)에 송신하는 것이다.

구동 통(40)은, 축선(X1) 주위로 원통 형상으로 형성되는 제2 기어부(72)의 중심부에 형성된 삽입 구멍에 삽입되어 있다. 삽입 구멍은, 구동 통(40)의 외주면에 연결되는 내주면을 갖는 구멍이다.

제2 기어부(72)는, 구동 통(40)이 삽입된 상태로 고정 나사(72a)를 체결하여 고정 나사(72a)의 선단을 구동 통(40)에 닿게 함으로써, 구동 통(40)에 고정된다. 이와 같이 하여, 제2 기어부(72)는, 구동 통(40)에 연결되어 구동 통(40)과 함께 축선(X1) 주위로 회전한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 구동 통(40)은, 구동축(30)의 외주측에 제1 베어링 부재(31) 및 제2 베어링 부재(32)를 끼운 상태로 배치되어 있다. 그로 인해, 구동 통(40)은, 구동축(30)과 독립적으로 축선(X1) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 구동축(30)은 제1 구동부(50)에 의한 구동력에 의해 축선(X1) 주위로 회전하고, 구동 통(40)은 구동축(30)과는 독립된 상태로, 제2 구동부(60)에 의한 구동력에 의해 축선(X1) 주위로 회전한다.

구동 통(40)의 선단측에는, 제2 롤러부(20)의 제2 롤러 지지 부재(22)가 축선(X1) 주위로 일체로 회전하도록 연결되어 있다.

이상과 같이, 제2 구동부(60)가 제2 구동축(61)을 축선(X2) 주위로 회전시키는 구동력은, 전달 기구(70)에 의해 구동 통(40)의 외주면에 전달되고, 구동 통(40)으로부터 제2 롤러부(20)에 전달된다.

이어서, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 의해 실행되는 액체의 토출에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)은, 튜브 펌프(100)로부터 배관(200)으로 토출되는 액체의 압력을 압력 센서(300)로 검출하여, 제어부(600)에 전달한다. 또한, 튜브 펌프 시스템(700)은, 배관(200)을 유통하는 액체의 유량을 유량계로 계측하여, 제어부(600)에 전달한다. 제어부(600)는, 배관(200)을 유통하는 액체의 유량이 목표 유량과 일치하도록, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 축선(X1) 주위의 각속도를 제어한다. 또한, 튜브 펌프 시스템(700)의 작업자는, 압력 센서(300)가 검출하는 압력이 제1 소정 압력(Pr1)과 일치하도록, 니들 밸브(500)의 개방도를 조정한다.

도 1에 도시하는 튜브 펌프 시스템(700)은, 튜브 펌프(100)의 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)를 제어하기 위한 제어 신호를 제어부(600)로부터 튜브 펌프(100)에 송신한다.

또한, 튜브 펌프(100)를, 제어부(600)가 내부에 내장된 장치로서 구성하도록 해도 좋다. 이 경우, 튜브 펌프(100)의 내부에 내장된 제어부(600)가 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)에 전달한다.

도 7 내지 도 18에 도시하는 예는, 튜브(101)의 유입 측단부(101a)로부터 맥동이 발생하지 않고 있는 액체(유량의 변동이 발생하지 않고 있는 액체)가 유입되고, 그것을 맥동이 발생하지 않는 상태로 유출 측단부(10lb)로부터 토출되도록 한 예이다.

도 7 내지 도 10은 튜브 펌프(100)를 도시하는 평면도이며, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)에 근접하는 모습을 시계열로 나타내고 있다. 도 11 내지 도 14는, 각각 도 7 내지 도 10에 도시하는 튜브 펌프(100)의 제2 롤러(21) 근방의 부분 확대도이다. 도 15 내지 도 18은, 각각 도 11 내지 도 14에 도시하는 튜브(101)의 종단면도이다.

도 7은, 튜브(101)가 폐쇄된 상태의 튜브 펌프(100)를 도시하는 평면도이다. 튜브(101)가 폐쇄된 상태란, 도 11 및 도 15에 도시하는 바와 같이 제2 롤러부(20)의 제2 롤러(21)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태를 말한다. 이 시점에 있어서, 도 15에 도시하는 튜브(101)의 유로 단면적은 0으로 된다.

도 8은, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태의 튜브 펌프(100)를 도시하는 평면도이다. 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태란, 도 12 및 도 16에 도시한 바와 같이 제2 롤러부(20)의 제2 롤러(21)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태의 해제가 개시되는 상태를 말한다. 이 시점에 있어서, 도 16에 나타내는 튜브(101)의 유로 단면적은 0보다도 큰 값으로 된다.

도 9는, 튜브(101)가 개방된 상태의 튜브 펌프(100)를 도시하는 평면도이다. 튜브(101)가 개방된 상태란, 도 13 및 도 17에 도시한 바와 같이 제2 롤러부(20)의 제2 롤러(21)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태가 해제된 상태를 말한다. 이 시점에 있어서, 도 17에 나타내는 튜브(101)의 유로 단면적은 제2 롤러(21)가 접촉하지 않은 상태와 동일한 유로 단면적으로 된다.

도 10은, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)에 도달한 상태의 튜브 펌프(100)를 도시하는 평면도이다. 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)에 도달한 상태란, 도 14 및 도 18에 도시한 바와 같이, 제2 롤러부(20)에 의한 튜브(101)의 변형이 해제된 상태를 말한다. 이 시점에 있어서, 도 18에 나타내는 튜브(101)의 유로 단면적은 도 17에 나타내는 튜브(101)의 유로 단면적과 같다. 이것은, 제2 롤러부(20)가 도 9에 나타내는 위치에 도달한 후에는 튜브(101)의 변형이 서서히 해제되기는 하나 튜브(101)의 유로 단면적이 변화하지 않는 것을 의미하고 있다.

도 19는, 제1 롤러부(10)의 회전 각도(Ra)(°)에 대한 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 각속도(rad/s)를 나타내는 그래프이다. 여기서, 제1 롤러부(10)의 회전 각도(Ra)란, 도 7에 나타내는 각 위치를 0°, 90°, 180°, 270°로 한 축선(X1) 주위의 각도를 말한다.

도 1에 도시하는 제어부(600)는, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)를 통과할 때에 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)가 도 19에 나타내는 각 속도로 회전하도록, 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)를 제어하기 위한 제어 신호를 튜브 펌프(100)에 송신한다.

이어서, 도 19를 참조하여, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)를 통과할 때의 제어부(600)에 의한 튜브 펌프(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는 제1 롤러부(10)의 제어 방법을 설명하지만, 제2 롤러부(20)의 제어 방법도 마찬가지이므로, 이하에서의 중복되는 설명을 생략한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 이격 위치(Po2)는, 축선(X1) 주위의 회전 각도(Ra)가 270°보다 크고 360°(0°)보다 작은 범위에 존재하고 있다. 이하에서는, 회전 각도가 0°로부터 360°에 이르기까지의 튜브 펌프(100)가 실행하는 동작을 설명한다.

회전 각도(Ra1)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 롤러부(20)와의 접촉에 의해 튜브(101)가 폐쇄된 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra2)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 롤러부(20)와 접촉한 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra3)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 튜브(101)가 개방된 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra4)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)에 도달한 상태에 대응한다.

회전 각도(Ra5)는, 제1 롤러부(10)와의 접촉에 의해 튜브(101)가 폐쇄된 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra6)는, 제1 롤러부(10)와 접촉한 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra7)는, 튜브(101)가 개방된 상태에 대응한다. 또한, 회전 각도(Ra8)는, 제1 롤러부(10)가 이격 위치(Po2)에 도달한 상태에 대응한다.

제어부(600)는, 회전 각도 0°로부터 회전 각도(Ra1)에 이르기까지 제1 롤러부(10)를 각속도(V1)로 유지한 상태로 하고, 회전 각도(Ra1)에 있어서 제1 롤러부(10)를 각속도(V1)로부터 각속도(V4)로 증가시킨다. 여기서, 각속도(V4)는, 튜브 펌프(100)의 각 부의 특성에 따라, 유량계(400)가 계측하는 유량에 변동(맥동)이 발생하지 않도록, 각속도(V1)보다 큰 임의의 각속도로 할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는, 각속도(V4)를, 압력 센서(300)가 검출하는 제1 소정 압력(Pr1)에 비례하도록 설정한다. 이에 의해, 튜브(101)의 내부에서 폐색된 액체의 압력을, 배관(200)의 액체의 제1 소정 압력(Pr1)과 일치시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 제어부(600)는, 각속도(V4)를 제1 소정 압력(Pr1)에 비례시키지 않고 일정하게 하고, 회전 각도(Ra1)로부터 회전 각도(Ra3)까지의 회전 각도의 범위를 제1 소정 압력(Pr1)에 비례하도록 설정해도 좋다. 이 경우, 회전 각도(Ra1)를 변동시키지 않고 회전 각도(Ra3)를 증가시켜도 좋고, 회전 각도(Ra3)를 변동시키지 않고 회전 각도(Ra1)를 감소시켜도 좋다. 또한, 회전 각도(Ra1)를 감소시키고 회전 각도(Ra3)를 증가시켜도 좋다. 이에 의해, 튜브(101)의 내부에서 폐색된 액체의 압력을, 배관(200)의 액체의 제1 소정 압력(Pr1)과 일치시킬 수 있다.

제어부(600)가 회전 각도(Ra1)로부터 제1 롤러부(10)의 각속도를 증가시키고 있는 것은, 제1 롤러부(10)와 제2 롤러부(20)의 축선(X1) 주위의 각도 차를 감소시키기 위해서이다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 회전 각도(Ra1, Ra2)에 있어서는, 튜브(101)의 일부가 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)와의 접촉에 의해 눌려 찌부러져 폐색된 상태로 되어 있다. 그로 인해, 제1 롤러부(10)와 제2 롤러부(20)의 축선(X1) 주위의 각도 차가 감소하면, 폐색된 튜브(101)의 내부 체적이 감소하고, 내부에 존재하는 액체의 압력이 상승한다.

제어부(600)는, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태로 되는 회전 각도(Ra2)에 있어서 튜브(101) 내의 액체 압력이, 배관(200)의 액체 압력인 제1 소정 압력(Pr1)과의 압력 차가 소정의 압력 차로 되는 제2 소정 압력(Pr2)으로 상승하도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60)를 제어한다.

여기서, 소정의 압력 차로서는, 제1 소정 압력(Pr1)의 0.2배 이내로 하는 것이 바람직하다. 즉, 제2 소정 압력(Pr2)이 이하의 조건식(1)을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

0.8Pr1 = Pr2 ≤= 1.2Pr1 (1)

제어부(600)는, 조건식(1)을 만족하는 제2 소정 압력(Pr2)으로 되도록 튜브(101) 내의 액체 압력을 상승시킨다. 이에 의해, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태에 있어서, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 위치의 상류측과 하류측 액체의 압력 차가 작아진다. 그로 인해, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 위치의 상류측과 하류측 사이에서 액체의 유출입이 일어나고, 그에 의해 맥동이 발생한다고 하는 문제를 억제할 수 있다.

제어부(600)는, 제1 롤러부(10)의 각속도를, 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태로 되는 회전 각도(Ra2)를 통과한 후에도, 회전 각도(Ra3)에 이르기까지는 각속도(V4)를 유지한다. 이것은, 회전 각도(Ra2)를 통과해도 튜브(101)가 개방된 상태인 회전 각도(Ra3)에 이르기까지는, 튜브(101)의 유로 단면적이 증가하기 때문이다. 제어부(600)는, 튜브(101)의 유로 단면적이 증가할 때에 튜브(101)가 개방되는 위치의 상류측과 하류측 사이에서 액체의 유출입이 발생하지 않도록, 제2 롤러부(20)의 각속도보다도 제1 롤러부(10)의 각속도를 높은 속도로 유지한다.

제어부(600)는, 튜브(101)가 개방된 상태로 되는 회전 각도(Ra3)를 통과한 후에, 제1 롤러부(10)를 각속도(V4)로부터 각속도(V2)까지 감속한다. 도 19에 도시한 바와 같이, 각속도(V2)는, 각속도(V1)보다도 높은 속도이다.

도 19에 나타내는 예에서는, 제1 롤러부(10)의 각속도를 각속도(V4)로부터 각속도(V2)까지 일정한 구배로 점차 감소시키도록 하였으나, 다른 형태이어도 좋다. 예를 들어, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)를 축선(X1) 주위로 일정 속도로 회전시켰을 때에 유량계(400)가 계측하는 유량의 시계열 변화의 파형을 미리 측정하고, 유량의 시계열 변화의 파형의 역파형으로 되도록 각속도(V4)로부터 각속도(V2)까지 각속도를 감소시키도록 해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)를 축선(X1) 주위로 일정 속도로 회전시켰을 때의 유량의 시계열 변화를 상쇄하도록, 제1 롤러부(10)를 각속도(V4)로부터 각속도(V2)까지 감속시킬 수 있다.

제어부(600)는, 회전 각도(Ra4)에 도달한 후에는 회전 각도(Ra5)에 이르기까지, 제1 롤러부(10)를 각속도(V2)로부터 각속도(V1)까지 점차 감소시킨다. 즉, 제어부(600)는, 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)를 통과한 후에 제1 롤러부(10)의 이격 위치(Po2)를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어한다.

여기서, 각속도(V2)는, 튜브 펌프(100)의 각 부의 특성에 따라, 유량계(400)가 계측하는 유량에 변동(맥동)이 발생하지 않도록, 각속도(V1)보다 큰 임의의 각속도로 할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는, 각속도(V2)를, 압력 센서(300)가 검출하는 제1 소정 압력(Pr1)에 비례하도록 설정한다. 이에 의해, 튜브(101) 내의 액체 압력을, 배관(200)의 액체의 제1 소정 압력(Pr1)과 일치시킬 수 있다.

제어부(600)는, 제1 롤러부(10)가 회전 각도(Ra5)를 통과한 후에, 제1 롤러부(10)가 회전 각도(Ra6)에 이르기까지 제1 롤러부(10)를 각속도(V1)로부터 일정한 가속도로 각속도(V3)까지 증가시킨다. 여기서, 회전 각도(Ra6)는, 제1 롤러부(10)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제하여 튜브(101)가 개방되기 시작하는 상태에 대응한다. 따라서, 제어부(600)는, 제1 롤러부(10)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 제1 롤러부(10)의 각속도를 일시적으로 증가시킨다. 이와 같이 함으로써, 제1 롤러부(10)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 제1 롤러부(10)가 이격 위치(Po2)의 하류측을 향하여 액체를 토출하는 토출력을 일시적으로 높일 수 있다.

이와 같이 하고 있는 것은, 튜브(101)가, 도 15에 도시하는 유로 단면적이 0인 상태로부터 도 16에 나타내는 유로 단면적이 0보다 큰 상태로 변화할 때에 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)에 의해 폐색된 튜브(101)의 내부 체적이 점차 증대하기 때문이다. 튜브(101)의 내부 체적 증대에 따라 튜브 펌프(100)로부터 토출되는 액체의 유량이 감소한다. 전술한 바와 같이, 제1 롤러부(10)의 토출력을 일시적으로 높임으로써, 튜브 펌프(100)로부터 토출되는 액체의 유량이 감소하여 액체의 맥동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

여기서, 각속도(V3)는, 튜브 펌프(100)의 각 부의 특성에 따라, 유량계(400)가 계측하는 유량에 변동(맥동)이 발생하지 않도록, 각속도(V1)보다 큰 임의의 각속도로 할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는, 각속도(V3)를, 압력 센서(300)가 검출하는 제1 소정 압력(Pr1)에 비례하도록 설정한다. 이에 의해, 튜브(101) 내의 액체 압력을, 배관(200)의 액체의 제1 소정 압력(Pr1)과 일치시킬 수 있다.

제1 롤러부(10)의 토출력을 일시적으로 높이는 것은, 배관(200)의 내부를 유통하는 액체의 압력인 제1 소정 압력(Pr1)이 비교적 낮은 경우(예를 들어, 90kPa 이하)에 특히 유효하다. 제1 소정 압력(Pr1)이 비교적 낮은 경우, 튜브 펌프(100)로부터 토출되는 액체의 유량 감소에 의한 압력 변동이 제1 소정 압력(Pr1)에 대하여 상대적으로 커지기 때문이다.

이어서, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 의해 제어되는 액체의 유량에 대하여, 비교예와 대비하면서 설명한다.

도 20은, 제1 롤러부(10)의 회전 각도(Ra)(°)에 대한 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 각속도(rad/s)의 비교예를 나타내는 그래프이다. 비교예에 있어서, 제어부(600)는, 튜브(101)가 개방된 상태로 되는 회전 각도(Ra3)를 통과한 후에, 제1 롤러부(10)를 각속도(V4)로부터 각속도(V1)까지 감속하고 있다. 또한, 비교예에 있어서, 제어부(600)는, 제1 롤러부(10)가 회전 각도(Ra3)에 이르기까지 각속도(V1)를 유지하고 있다.

도 21은, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)의 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량을 나타내는 그래프이다. 도 22는, 비교예의 튜브 펌프 시스템의 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량을 나타내는 그래프이다.

도 22에 도시한 바와 같이, 비교예의 튜브 펌프 시스템에서는, 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량에 대하여, 약 3초 간격으로 진폭이 2ml/min 정도의 주기적인 맥동이 발생하고 있다. 유량이 감소하고 있는 기간에 있어서는, 제1 롤러부(10)가 회전 각도(Ra3)를 통과하여 튜브(101)가 개방된 상태로 되고, 튜브(101)의 내부 체적의 증대에 따라 튜브 펌프(100)로부터 토출되는 액체의 유량이 감소하고 있는 것으로 추정된다. 또한, 유량이 증가하고 있는 기간에 있어서는, 제1 롤러부(10)가 이격 위치(Po2)에 근접함에 따라서 제1 롤러부(10)가 튜브(101)를 눌러 찌부러뜨리는 위치와 이격 위치(Po2)까지의 거리가 짧아지고, 제1 롤러부(10)의 하류측 액체의 압력이 증가하고 있는 것으로 추정된다. 이와 같이, 비교예에 있어서는, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)가 이격 위치(Po2)를 통과한 후에 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량 변동이 발생하고 있어, 주기적인 유량의 변동(맥동)이 발생하고 있다.

한편, 도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에서는, 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량에 대하여, 주기적인 맥동이 발생하지 않고 있다. 이것은, 제1 롤러부(10)가 회전 각도(Ra3)를 통과하여 튜브(101)가 개방된 상태로 되어도, 제1 롤러부(10)의 각속도를 각속도(V1)보다도 높은 각속도(V2)까지밖에 감속시키지 않아, 튜브(101)의 내부 체적의 증대에 따른 튜브 펌프(100)로부터의 액체의 토출량의 감소를 억제하고 있기 때문으로 추정된다. 또한, 제1 롤러부(10)가 이격 위치(Po2)에 근접함에 따라서 제1 롤러부(10)의 각속도를 점차 감소시킴으로써, 제1 롤러부(10)의 하류측 액체의 압력 증가를 억제하고 있기 때문으로 추정된다.

이상에서 설명한 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)이 발휘하는 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 따르면, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 한쪽이 이격 위치(Po2)를 통과한 후에 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 다른 쪽의 이격 위치(Po2)를 향한 각속도를 점차 감소시키므로, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 다른 쪽이 이격 위치(Po2)에 근접함에 따른 상류측 액체의 압력 상승과 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 다른 쪽의 각속도의 감소에 따른 액체의 압력 감소를 상쇄시킬 수 있다. 그로 인해, 튜브(101)의 유출측 단부(10lb)로부터 토출되는 액체의 유량 변동을 억제 또는 소멸시켜, 액체의 맥동을 억제 또는 소멸시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 따르면, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 한쪽이 이격 위치(Po2)를 통과할 때에 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)와의 접촉에 의해 폐색된 튜브(101) 내의 액체 압력이 제1 소정 압력(Pr1)과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력(Pr2)으로 상승한다. 그로 인해, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 한쪽이 이격 위치(Po2)를 통과하여 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)에 의해 눌려 찌부러진 튜브(101)가 원래의 형태로 복귀될 때에, 이격 위치(Po2)의 하류측 액체의 압력과 이격 위치(Po2)의 상류측 액체의 압력의 압력 차가 작아져서 소정의 압력 차로 된다. 이에 의해, 이 압력 차가 소정의 압력 차보다도 큰 경우에 비해, 제1 롤러부(10) 및 제2 롤러부(20)의 한쪽이 이격 위치(Po2)를 통과할 때에, 이격 위치(Po2)에서 액체의 유량이 변동되어 액체의 맥동이 발생하는 것이 억제된다.

또한, 본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)은, 배관(200)의 내부를 유통하는 액체의 유량을 계측하는 유량계(400)를 구비하고, 제어부(600)는, 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어한다.

이와 같이 함으로써, 액체의 맥동이 발생하는 것을 억제하면서, 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 제1 구동부(50) 및 제2 구동부(60) 각각을 제어할 수 있다.

본 실시 형태의 튜브 펌프 시스템(700)에 있어서는, 제1 소정 압력(Pr1)이, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하로 되도록 니들 밸브(500)의 개방도를 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 배관(200)을 유통하는 액체의 제1 소정 압력(Pr1)이 대기압보다도 충분히 높아져, 액체의 맥동이 배관(200)으로부터 더욱 하류측으로 전달되는 것이 억제된다.

〔다른 실시 형태〕

이상의 설명에 있어서, 튜브 펌프 시스템(700)은, 튜브 펌프(100)로부터 유출단(702)으로 액체를 유도하는 유로에 있어서 유로 단면적을 최소로 하는 니들 밸브(500)를 설치하는 것으로 하였으나, 다른 형태이어도 좋다. 예를 들어, 튜브 펌프(100)로부터 유출단(702)으로 액체를 유도하는 유로에 있어서 유로 단면적을 최소로 하는 오리피스 등을 니들 밸브(500) 대신에 설치해도 좋다.

또한, 이상의 설명에 있어서, 튜브 펌프 시스템(700)은, 유량계(400)가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 제어부(600)가 튜브 펌프(100)를 제어하는 것이었으나, 다른 형태이어도 좋다. 예를 들어, 유량계(400)가 계측하는 유량을 튜브 펌프(100)에 의해 제어하지 않는 형태나, 유량계(400)를 설치하지 않는 형태로 해도 좋다.

Claims

축선 주위로 원호 형상으로 형성되는 내주면을 갖는 수용부와,
상기 내주면을 따라서 배치됨과 함께 가요성을 갖는 튜브와,
상기 수용부에 수용됨과 함께 상기 축선 주위의 접촉 위치로부터 이격 위치에 이르기까지 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태로 상기 축선 주위로 회전하는 한 쌍의 롤러부와,
상기 한 쌍의 롤러부 각각을 상기 축선 주위로 동일 방향으로 회전시키는 한 쌍의 구동부와,
상기 튜브의 일단부로부터 유입된 액체를 상기 튜브의 타단부로부터 토출시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과한 후에 상기 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 상기 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 튜브의 타단부에는, 가요성을 가짐과 함께 내부를 유통하는 액체의 압력을 대기압보다도 높은 제1 소정 압력으로 유지하는 배관이 접속되어 있고,
상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과할 때에 상기 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 상기 튜브 내의 액체의 압력이 상기 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승하도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽의 각속도를 일시적으로 증가시키는, 튜브 펌프 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 튜브로부터 토출되는 액체의 유량을 계측하는 유량계를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 유량계가 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 소정 압력이, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하인, 튜브 펌프 시스템.
축선 주위로 원호 형상으로 형성되는 내주면을 갖는 수용부와, 상기 내주면을 따라서 배치됨과 함께 가요성을 갖는 튜브와, 상기 수용부에 수용됨과 함께 상기 축선 주위의 접촉 위치로부터 이격 위치에 이르기까지 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태로 상기 축선 주위로 회전하는 한 쌍의 롤러부와, 상기 한 쌍의 롤러부 각각을 상기 축선 주위로 동일 방향으로 회전시키는 한 쌍의 구동부를 구비하는 튜브 펌프 시스템의 제어 방법이며,
상기 튜브의 일단부로부터 유입된 액체를 상기 튜브의 타단부로부터 토출시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는 제어 공정을 구비하고,
상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과한 후에 상기 한 쌍의 롤러부의 다른 쪽의 상기 이격 위치를 향한 각속도를 점차 감소시키도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템의 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 튜브의 타단부에는, 가요성을 가짐과 함께 내부를 유통하는 액체의 압력을 대기압보다도 높은 제1 소정 압력으로 유지하는 배관이 접속되어 있고,
상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 이격 위치를 통과할 때에 상기 한 쌍의 롤러부와의 접촉에 의해 폐색된 상기 튜브 내의 액체의 압력이 상기 제1 소정 압력과 소정의 압력 차인 제2 소정 압력으로 상승하도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템의 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 제어 공정은, 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽이 상기 튜브를 눌러 찌부러뜨린 상태를 해제할 때에 상기 한 쌍의 롤러부의 한쪽의 각속도를 일시적으로 증가시키는, 튜브 펌프 시스템의 제어 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 배관의 내부를 유통하는 액체의 유량을 계측하는 계측 공정을 구비하고,
상기 제어 공정은, 상기 계측 공정이 계측하는 액체의 유량이 목표 유량으로 되도록 상기 한 쌍의 구동부 각각을 제어하는, 튜브 펌프 시스템의 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 소정 압력이, 20kPaG 이상 또한 250kPaG 이하인, 튜브 펌프 시스템의 제어 방법.