JP2012189045A

JP2012189045A - チューブポンプ

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Publication number: JP2012189045A
Application number: JP2011055273A
Authority: JP
Inventors: Nagao Tamagawa; 長雄玉川; Hiroaki Inoue; 広昭井上
Original assignee: Aquatech Corp
Current assignee: Aquatech Corp
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: JP5419105B2

Abstract

【課題】チューブポンプにおいて、チューブの長寿命化を図ることができ、また、送出する流体への悪影響を少なくする。
【解決手段】チューブポンプ１は、円筒形の内壁面２１が形成されたハウジング３と、リング状に配置されたチューブ４と、チューブ４を圧迫する加圧部材５と、加圧部材５を偏芯運動させる偏芯ロータ６とを備え、加圧部材５の偏芯運動によってチューブ４の圧迫部分を一方向に移動させてチューブ４内の流体を送出するポンプ作用を行わせる。ハウジング３の内壁面がチューブ最大押圧量を可変することができるように変位自在に構成され、ポンプ作用を開始した後においてはチューブ４の圧迫を開放する。ポンプ作用を開始した後ではチューブ４に掛かる圧迫負荷が軽減されるので、チューブ４の損傷が抑えられると共に、チューブ４内の流体に含まれる構成分子が破壊されるなどの悪影響が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、チューブを順次圧迫してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。

従来より、ポンプハウジングに形成された円筒形の内壁面に沿わせてリング状に配置したチューブを、そのリング状内側に設けられた加圧部材の偏芯運動によって圧迫してポンプ作用を行わせるチューブポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。加圧部材はリング状部材から成り、その内接する偏芯ロータがモータで回転されることによって偏芯運動する構造となっている。このような構造を有するチューブポンプは、チューブをリング状の加圧部材を介して間接的に圧迫するので、チューブをローラで直接圧迫する構造のものと比べて、チューブの損傷が少なく、長寿命である。

特開２００６−２９１６１号公報

ところが、上記のようなチューブポンプでは、チューブ内の流体を送出する際、加圧部材がチューブを順次強く圧迫しながら移動するので、チューブは一方向に引っ張られつつ強い押圧力を受けることになり、チューブの損傷が依然として生じることがある。このようなチューブの損傷は、ポンプ作動時間が長くなるほど顕著なものとなる。具体的に、本件出願人は、ポンプ吐出量が毎分５００ｃｃ乃至ｌ０００ｃｃに設定された小型チューブポンプにおいて、５００乃至２０００時間の作動時間でチューブが破損することを確認している。そのため、このようなチューブポンプを、作動時間が５万時間を超えるような長期寿命が要求されるポンプ用途（例えばコンピュータ冷却用、燃料電池用など）に用いることは極めて難しい。また、上記のようなチューブポンプを人工透析用ポンプに用いようとすると、送出する血液に含まれる赤血球などの成分がチューブの圧迫によって破壊されるなどの悪影響が生じる虞がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、チューブの長寿命化を図ることができ、また、送出する流体への悪影響を少なくすることができるチューブポンプを提供することを目的とする。

本発明のチューブポンプは、ハウジングに形成された円筒形の内壁面に沿わせてリング状に配置されたチューブと、前記チューブのリング状内側に設けられ、該チューブを前記内壁面に対して圧迫する加圧部材と、前記加圧部材を前記内壁面に沿って偏芯運動させる偏芯ロータとを備え、前記加圧部材の偏芯運動によって前記チューブの圧迫部分を一方向に移動させてチューブ内の流体を送出するポンプ作用を行わせるチューブポンプであって、前記ハウジングの内壁面又は偏芯ロータが、チューブ最大押圧量又は最大偏芯量を可変することができるように変位自在に構成されており、ポンプ作用を開始した後においては前記チューブの圧迫を開放することを特徴とする。

このチューブポンプにおいて、前記内壁面を構成するハウジングが少なくとも２つのアーム状部材から成り、これらアーム状部材の一端側は回転自在に設けられ、他端側は開閉自在に設けられており、この開閉により前記内壁面の円筒直径を可変とし、チューブ最大押圧量を可変としたことが好ましい。

このチューブポンプにおいて、前記偏芯ロータは軸方向において径寸法が漸次異なり、その軸方向移動により最大偏芯量を可変としたことが好ましい。

本発明のチューブポンプによれば、ポンプ作用を開始した後ではチューブの圧迫が開放されてチューブに掛かる圧迫負荷が軽減されるので、チューブの損傷を抑えてチューブの長寿命化が図れると共に、チューブ内の流体に含まれる構成分子が破壊されるなどの悪影響を低減することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るチューブポンプにおいて、ポンプ作用を開始する前のチューブ圧迫状態での平面図、（ｂ）はポンプ作用を開始した後のチューブ圧迫開放状態での平面図。図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るチューブポンプをケースカバーを取り外して見た、ポンプ作用を開始する前のチューブ圧迫状態での平面図、（ｂ）はポンプ作用を開始した後のチューブ圧迫開放状態での平面図。（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図。同チューブポンプにおける偏芯ロータとモータの連結構成を示す斜視図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るチューブポンプについて図１乃至図３を参照して説明する。これらの図において、チューブポンプ１は、円筒室２が形成されたハウジング３と、チューブ４と、加圧部材５と、偏芯ロータ６と、モータ７と、これらが取り付けられる筐体８とを備える。ハウジング３は、２つのアーム状部材３１，３１から成り、これらが互いに組み合わされることにより１つの円筒室２を構成する。チューブ４は、円筒室２の内壁面２１に沿わせてリング状に配置され、一端に流体の流入口４１、他端に流体の流出口４２を有する。加圧部材５は、チューブ４のリング状内側に設けられ、チューブ４を内壁面２１に対して圧迫するリング状の部材である。偏芯ロータ６は、リング状の加圧部材５に内接する円形部材であり、加圧部材５を内壁面２１に沿って偏芯運動させる。モータ７は、偏芯ロータ６を回転するものであり、モータ軸７１が偏芯ロータ６にその円形中心から偏芯して取り付けられる。筐体８は、ここでは板状であり、例えばＡＢＳ樹脂等に成形品により構成される。

円筒室２は、ハウジング３としてのアーム状部材３１，３１に形成され、半円周よりも大きく、全円周よりも小さな内壁面２１を有し、内壁面２１が形成されていない間隙部分がチューブ４の引き出し口となっている。内壁面２１は、アーム状部材３１，３１が開閉されることにより変位自在であり、図１（ａ）に示すように内壁面２１と加圧部材５の間でチューブ４を圧迫する状態と、図１（ｂ）に示すようにチューブ４の圧迫を開放した状態のいずれかに切替え得る構成としている。アーム状部材３１，３１の構成の詳細については後述する。

チューブ４は、送出する流体に応じて選定された可撓性材料、例えばゴム又は合成樹脂から成り、円筒室２の内壁面２１に沿うようにリング（開環形）状に配置される。チューブ４の両端（流入口４１及び流出口４２）は、円筒室２の間隙部分を経て筐体８外に延出される。チューブ４が加圧部材５の偏芯運動に伴って位置ずれが生じないように、チューブ４両端付近は保持具９により保持されることが好ましい。

加圧部材５は、摩擦係数が小さい材料を、平面視形状が円環で一定厚のリング状に形成して成り、例えば、フッ素樹脂系の合成樹脂成形品により構成される。加圧部材５は、偏芯ロータ６が加圧部材５の内周面に摺接して回転することにより、チューブ４の一部を内壁面２１に向けて押圧し、圧迫する。チューブ４において、図１（ａ）、図２のそれぞれ左側に示される圧迫部分は、チューブ４内の流路が閉塞され、図１（ｂ）、図２のそれぞれ右側に示される非圧迫部分は、流路が確保される。

モータ７は、小型の直流モータであり、チューブポンプ１外の直流電源（図示せず）から給電される。チューブポンプ１に電池を内蔵してモータ７に給電するように構成してもよい。ここではモータ７が、筐体８の偏芯ロータ６が取り付けられた反対面側（背面側）にあって、モータ軸７１が筐体８の開口８ａを通して偏芯ロータ６に固定されている。

モータ７の回転は偏芯ロータ６に伝達され、偏芯ロータ６の回転によって加圧部材５が偏芯運動することにより、チューブ４の圧迫部分が一方向に移動し、チューブ４内の流体が送出される。このようなポンプ作用により、流体が流入口４１に流入し、流出口４２から流出する。

本実施形態では、円筒形の内壁面２１が、チューブ最大押圧量を可変することができるように変位自在に構成されており、ポンプ作用を開始した後においてはチューブ４の圧迫を開放するようになっている。すなわち、内壁面２１を構成するアーム状部材３１，３１は、それぞれの一端側が軸３１ａを支点として筐体８に回転自在に設けられ、他端側が開閉自在に設けられており、この開閉により内壁面２１の円筒直径を可変とし、チューブ最大押圧量を可変としている。

アーム状部材３１，３１の開閉端側には、開閉機構１０が設けられている。開閉機構１０は、両アーム状部材３１，３１に渡って連続形成された１つの楕円形貫通孔１１に挿嵌され楕円形貫通孔１１を押し広げるように回転されるロータ片１２と、ロータ片１２を回転するためのモータ１３を有する。ここでは、モータ１３が図３に示されるように、ロータ片１２とは筐体８を挟んで反対側に設けられている。また、開閉機構１０は、アーム状部材３１，３１を互いに閉止する方向に付勢するバネ部材１４を有する。ロータ片１２は、楕円形貫通孔１１の長手方向側の周縁部分に少なくとも一部が接する円弧状の周壁部を有する。このロータ片１２が、図１（ａ）に示すようなアーム状部材３１，３１が閉止状態において、図中矢印の方向にモータ１３により回転されると、ロータ片１２の周壁部により楕円形貫通孔１１が押し広げられて、図１（ｂ）に示すようにアーム状部材３１，３１が開いた状態になる。アーム状部材３１，３１が開くと、内壁面２１の円筒直径が大きくなり、内壁面２１と加圧部材５の相対対向距離が広がるので、チューブ最大押圧量が小さくなる。また、ロータ片１２が元の状態に回動されると、アーム状部材３１，３１はバネ部材１４の付勢力により閉じ方向に回転されるので、内壁面２１の円筒直径が元の大きさに戻る。

上記のように構成されたチューブポンプ１において、流体を吸入する前の初期状態には、アーム状部材３１，３１は開閉機構１０により閉じられ、内壁面２１と加圧部材５の間でチューブ４が圧迫された状態にある（図１（ａ））。このような状態で加圧部材５の偏芯運動によってチューブ４の圧迫部分が一方向に移動されると、チューブ４内の空気が流出口４２から排出されてチューブ４内が真空となり、流体が流入口４１に負圧吸入される。そして、吸入した流体を送出するポンプ作用が開始されると、アーム状部材３１，３１が開閉機構１０により開かれる（図１（ｂ））。これにより、内壁面２１の円筒直径が大きくなるので、チューブ最大押圧量が減少してチューブ４の圧迫が開放される。チューブ４の圧迫が開放されてからも、加圧部材５による偏芯運動は継続され、チューブ４が加圧部材５より適度に抑えられた押圧力を受けることにより、チューブ４内の流体が流出口４２により吐出される。

このように本実施形態に係るチューブポンプ１によれば、ポンプ作用を開始した後ではチューブ４の圧迫が開放されてチューブ４に掛かる圧迫負荷が軽減されるので、チューブ４の損傷を抑えることができ、また、チューブ４内の流体に含まれる構成分子が破壊されるなどの悪影響を低減することができる。また、ポンプ駆動用のモータ７に掛かる負荷が小さくなるので、モータ７の寿命も長くなる。また、２つのアーム状部材３１，３１の開閉によって内壁面２１の円筒直径が可変する構造となっているので、チューブ最大押圧量の制御が容易で、チューブ４の圧迫開放時、流体の吐出量を調整し易い。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るチューブポンプについて図４乃至図６を参照して説明する。図４、図５において、本実施形態のチューブポンプ１は、偏芯ロータ６が最大偏芯量を可変することができるように変位自在に構成されている点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態と同等の箇所には同じ符号を付している。チューブポンプ１は、ポンプケースとしての筐体８に収容される。筐体８は、筐体本体８１と、筐体本体８１をカバーする筐体カバー８２とで構成される。筐体本体８１は、ポンプハウジングとして設けられ、円筒形の内壁面２１を有する。筐体本体８１には、チューブ４を収容するための溝部８１ａが設けられている。

偏芯ロータ６は、軸方向において径寸法が漸次異なる偏芯テーパ部６１を有し、この偏芯テーパ部６１がモータ軸７１に対して軸方向移動自在であり、その軸方向移動により最大偏芯量を可変としている。また、偏芯ロータ６は、偏芯テーパ部６１の軸方向端に軸部６２を有し、この軸部６２に一端に、筐体カバー８２に形成された雌ネジ８２ａに螺合する雄ネジ６２ａを有し、この雄ネジ６２ａが軸部６２の回転によって雌ネジ８２ａの軸方向に沿って送られることで、軸方向移動が案内されるようになっている。軸部６２は偏芯テーパ部６１と一体構成され、軸部６２の軸心はモータ軸７１と同軸上にある。

偏芯テーパ部６１は、径寸法が軸方向先端側（筐体カバー８２側）に向けて漸増する形状であり、加圧部材５の内周面との摺接箇所が、軸方向先端側の大径部分から軸方向基端側の小径部分に変位することにより、最大偏芯量が小さくなるものとされる。最大偏芯量が小さくなると、加圧部材５と内壁面２１の相対対向距離が広がるので、チューブ最大押圧量が減少する。この偏芯テーパ部６１は、軸方向基端側の小径部分が加圧部材５の内周面に摺接するときに、チューブ４の圧迫が開放されるような寸法に設定してある。ここに、加圧部材５の内周面は、偏芯テーパ部６１に沿うようなテーパ状の傾斜面となっている。

図６において、偏芯ロータ６とモータ７の連結部は、偏芯ロータ６の軸方向移動を可能とするキー結合構造とされ、ここではモータ軸７１の先端にはＴ字形のキー７１ａが形成され、偏芯テーパ部６１にはキー７１ａを貫装するキー溝６１ａが形成されたものとなっている。

上記のように構成されたチューブポンプ１において、図５（ａ）に示すように、流体を吸入する前の初期状態には、偏芯ロータ６は、偏芯テーパ部６１の軸方向先端側が加圧部材５に摺接されて、チューブ４が内壁面２１と加圧部材５の間で圧迫された状態にある。このような状態で偏芯ロータ６がモータ７により回動されると、加圧部材５のテーパ内周面との摺動により筐体カバー８２側に誘導されて雄ネジ６２ａが雌ネジ８２ａに螺合し、偏芯ロータ６は、筐体カバー８２側に近づく方向に移動される。この間、加圧部材５の偏芯運動によってチューブ４の圧迫部分が一方向に移動され、チューブ４内の空気が流出口４２から排出されてチューブ４内が真空となり、流体が流入口４１に負圧吸入される。そして、図５（ｂ）に示すように、偏芯ロータ６が、筐体カバー８２側にさらに移動して雄ネジ６２ａが雌ネジ８２ａとの螺合が解除されると、偏芯ロータ６の軸方向移動が停止され、このとき、偏芯テーパ部６１の軸方向基端側が加圧部材５に摺接した状態になる。このとき、偏芯ロータ６の最大偏芯量が小さくなり、チューブ最大押圧量が減少するので、チューブ４の圧迫が開放される。チューブ４の圧迫が開放されてからも、加圧部材５による偏芯運動は継続され、チューブ４が加圧部材５より適度に抑えられた押圧力を受けることにより、チューブ４内の流体が流出口４２により吐出される。

本実施形態に係るチューブポンプ１においても、第１の実施形態と同様に、チューブ４の損傷を抑えることができ、また、チューブ４内の流体への悪影響を低減することが可能となる。また、偏芯ロータ６の軸方向移動により最大偏芯量を可変とする構造となっているので、チューブ最大押圧量の制御が容易で、チューブ４の圧迫開放時、流体の吐出量を調整し易い。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態において、アーム状部材３１，３１がポンプ作用を開始した後に開閉機構１０により自動開閉する構成を示したが、これに限られず、アーム状部材３１，３１を手動操作にて開閉するように構成されてもよい。

１チューブポンプ
２１内壁面
３ハウジング
３１アーム状部材
４チューブ
５加圧部材
６偏芯ロータ

Claims

ハウジングに形成された円筒形の内壁面に沿わせてリング状に配置されたチューブと、前記チューブのリング状内側に設けられ、該チューブを前記内壁面に対して圧迫する加圧部材と、前記加圧部材を前記内壁面に沿って偏芯運動させる偏芯ロータとを備え、前記加圧部材の偏芯運動によって前記チューブの圧迫部分を一方向に移動させてチューブ内の流体を送出するポンプ作用を行わせるチューブポンプであって、
前記ハウジングの内壁面又は偏芯ロータが、チューブ最大押圧量又は最大偏芯量を可変することができるように変位自在に構成されており、ポンプ作用を開始した後においては前記チューブの圧迫を開放することを特徴とするチューブポンプ。
前記ハウジングが少なくとも２つのアーム状部材から成り、これらアーム状部材の一端側は回転自在に設けられ、他端側は開閉自在に設けられており、この開閉により前記内壁面の円筒直径を可変とし、チューブ最大押圧量を可変としたことを特徴とする請求項１に記載のチューブポンプ。
前記偏芯ロータは軸方向において径寸法が漸次異なり、その軸方向移動により最大偏芯量を可変としたことを特徴とする請求項１に記載のチューブポンプ。