JP5459864B2 - チューブポンプ - Google Patents

Description

本発明は、チューブポンプに関し、より詳しくは、ニードルローラーがチューブに押圧を加えながら回転移動することによりチューブ内の流体を順次移送させるチューブポンプに関する。

従来のローラータイプのチューブポンプは可撓性チューブを利用して、チューブに押圧を加えて閉塞し、閉塞箇所を押圧部材が回転移動してチューブ内の流体を移送させる（例えば、特許文献１参照）。閉塞箇所が移動後チューブは復元力で生じる負圧（吸引圧）で流体をチューブ内流入させる。この一連動作を繰返し、流体を吸引、移送、吐出をさせる。これが蠕動型のチューブポンプの基本原理である。蠕動型チューブポンプは大別すると、ローラー式と複数の板状部材で順次押出すタイプの鍵盤式があり、基本動作はどちらも前述の通りである。

この様にチューブポンプは、呼び水やシール材などを必要とせず流体がチューブ内のみに接するポンプであり、輸送する液体がチューブ以外に触れないという利点により、微少量小型送液ポンプから砂利など含んだ生コンクリートの大量送液用途のポンプまで、各産業分野で広く用いられている。

特開２００１−２９５７７３号公報

しかし、特許文献１のような従来のチューブでは、使用する液剤の薬品性に合わせてチューブ材質を選定限定されるという問題があった。従来の蠕動型チューブポンプでは、チューブに押圧を加えて閉塞できる柔軟性が求められるため、ゴム系チューブでの使用と限定され、高い耐薬品性を有しているポリフッ化エチレン系チューブ（商品名：テフロン（登録商標））を用いることができないという問題があった。他方、ポリフッ化エチレン系チューブを用いたポンプでもチューブへの負担からなる疲労により耐久に劣りチューブの交換頻度が多くなっているという問題があった。

特に産業用や理化学用途では、耐薬品性が高いチューブポンプが求められている。しかし、有機溶剤、塗料、インクなど又、溶剤を含んだ接着剤やシアノ系瞬間接着剤などはゴム系チューブではチューブそのものが液体により膨潤や白化や硬化などが起きる場合があり短時間の使用に限られたり、使用できないものもあるという問題があった。

特許文献１のチューブポンプでは、チューブに押圧を加える押圧ローラーの回転外周軌道の精度を確保出来ない。押圧ローラーの軸を回転可能にするために、軸と軸受けとの間に勘合の隙間を設ける必要がある。したがって、加工上、各押圧ローラーの位置精度を確保するために高いコストが必要になるという問題があった。

薄肉のポリフッ化エチレン系チューブは、ゴム系チューブに比べつぶしシロが極端に少なく弾性が殆んど無いため、ポリフッ化エチレン系チューブを挟持するチューブガイド局面部とローター外周軌道とのクリアランス（隙間）の精度維持が必要となる。しかし、クリアランスが狭すぎるとチューブの劣化を早め、更にチューブ自身が摩擦の増大により回転方向に引きずられることになるという問題があった。反対にクリアランスが広すぎるとチューブを押圧部材が押しきれずに流体の吸引・吐出ができなくなるという問題があった。

そこで、本発明は、高い精度を保つことができ、可撓性が小さいチューブでも長期に安定した送液を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。

本発明の第１の態様は、チューブ内の液体を圧送するチューブポンプであって、
側面円周上に長手方向のスリットを一定間隔で設けた円筒状のリテーナーと、
前記リテーナーのスリットそれぞれに自転可能かつ揺動可能に嵌め込んだ円柱状のニードルローラーと、
前記リテーナーの内側に通して接続してあり前記リテーナーを回転させる主軸と、
前記主軸の周りに嵌め込んだニードルローラー受け部材と、
前記主軸の一端を貫通させる軸受けを有するベースプレートと、
前記ベースプレートに固定された一端を支点として回転可能であって前記チューブを前記リテーナーの外周側において前記ニードルローラー側面に接した状態で保持するためのチューブ押圧曲面部を有する押圧部材であるチューブガイドと、
前記チューブガイドの自由端側に接続されており前記チューブが前記ニードルローラーの側面に接した状態で前記チューブガイドをロックする押圧部材固定具とを有するチューブポンプを提供する。

前記ニードルローラー受け部材が、前記主軸の側面外側にリング状に嵌め込んで固定された内輪と、前記内輪の外周に並べた転動体と、前記転動体を挟んで前記内輪と同心円上に設け前記リテーナーの内側円周上の前記ニードルローラーの側面に接する外輪とを有することが好ましい。

本発明のチューブポンプによれば、高い精度を保つことができ、可撓性が小さいチューブでも長期に安定した送液をすることができる。

より詳細には、本発明のチューブポンプによれば、自転するリテーナーに嵌め込まれたニードルローラーが、リテーナーの自転に伴い、公転軌跡の内側がニードルローラー受け部材の外側に接した状態で公転するため、リテーナー外周域にある各ニードルローラーの公転移動する軌跡の精度確保ができる。さらに、本発明のチューブポンプによれば、ニードルローラーがチューブとニードルローラー受け部材との間に挟まれ、ニードルローラーがリテーナーに固着されず揺動可能であるため、ニードルローラーがリテーナーのスリット内で自転可能である。ニードルローラーがチューブとの摩擦により自転するので、チューブへの負荷が小さくでき、摩擦によるポリフッ化エチレン系チューブの影響負担の軽減を実現する。本発明のチューブポンプによれば、柔軟性に乏しいチューブでも摩耗しにくく割れなどを生じにくいため、耐薬品性に優れていても従来柔軟性の面で使用が困難であった硬質チューブの長期使用に耐えることができる。したがって、本発明のチューブポンプによれば、従来のゴム系チューブに比べて耐薬品性が高い為にアルコールや溶剤や瞬間接着剤などの送液もできる薄肉ポリフッ化エチレン系チューブを用いて、長期に安定した送液ができる。

更に、本発明のチューブポンプは部材構成が簡素であるので、製造コストが低いチューブポンプを提供することができる。また、小型で堅牢なチューブポンプを実現できる。

本発明の実施例１のチューブポンプの概略正面図である。 本発明の実施例１のチューブポンプの概略底面図である。 本発明の実施例１のチューブポンプの概略側面図である。 本発明の実施例１のチューブポンプのＡ−Ａ´線断面図である。 本発明の実施例１のチューブポンプのＢ−Ｂ´線断面図である。 本発明の実施例１のチューブポンプの主要部拡大図である。

以下、本発明のチューブポンプの一実施形態について、実施例を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明の実施例１のチューブポンプの概略正面図である。図２は、本発明の実施例１のチューブポンプの概略底面図である。図３は、本発明の実施例１のチューブポンプの概略側面図である。図４は、本発明の実施例１のチューブポンプのＡ−Ａ´線断面図である。図５は、本発明の実施例１のチューブポンプのＢ−Ｂ´線断面図である。図６は、本発明の実施例１のチューブポンプの主要部拡大図である。以下、図１〜図６をに基づいて本発明の実施例１の構成及び作用を説明する。

本発明の実施例１のチューブポンプは、チューブ３０内の液体を圧送するチューブポンプであって、側面中央部に帯状の窪みを有し側面円周上に長手方向のスリットを一定間隔で設けた円筒状のリテーナー４１と、リテーナー４１のスリットそれぞれに自転可能かつ揺動可能に嵌め込んだ円柱状のニードルローラー４０と、リテーナー４１の内側に通して接続してありリテーナー４１を回転させる主軸４と、主軸４の周りに嵌め込んだニードルローラー受け部材と、主軸４の一端を貫通させスラストワッシャー４７ａを挟んでリテーナー４１を回転自在とする軸受け２４を有するベースプレート１と、チューブをニードルローラー４０に接するように固定するチューブ端固定具と、ベースプレート１上に回転自在に設けられチューブ３０をニードルローラー４０外側に接した状態で保持するためのチューブ押圧曲面部２ａを有する押圧部材であるチューブガイド２と、チューブ３０がニードルローラー４０外側に接した状態でチューブガイド２をロックする押圧部材固定具であるノブ５と、ベースプレート１の軸受け２４の上に立設しスラストワッシャー４７ｂを挟んでリテーナー４１の側面を覆いチューブ３０がリテーナー４１の外側円周上のニードルローラー４０の側面に接するための切り欠き部３ａを有し上面から主軸４の他端を突出させたローター支持部材３と、ローター支持部材３の上面から突出させた主軸４の他端に留ネジ２７で固定され主軸４を回転可能な回転板１４とを有する。リテーナー４１、ニードルローラー４０、主軸とニードルローラの間に位置するニードルローラー受け部材はいずれも硬質の金属製で表面が滑らかである。チューブ３０は本実施例においてはポリフッ化エチレン系チューブである。

上記ニードルローラー受け部材は、主軸４側面外側にリング状に嵌め込んでストップリング４６で固定された内輪４３と、内輪４３の外周に並べた転動体である玉４２と、玉４２を挟んで内輪４３と同心円上に設けリテーナー４１の内側円周上のニードルローラー４０の側面に接する外輪４４とを有する。

上記ニードルローラー受け部材は、ニードルローラー受け部材の外輪４４の外側に接したニードルローラー４０の外側から圧力がかかっていないときは外輪４４に摩擦力が働かないので外輪４４も内輪４３も主軸の回転に伴い回転する。一方、ニードルローラー４０の外側から内側に向かって圧力がかかると、ニードルローラー４０は揺動可能なため、内側へ揺動し、外輪４４の外側を加圧する。ニードルローラー４０の内側への揺動による加圧で外輪４４の外側に摩擦力が働くと外輪４４はニードルローラーに対しては回転せず、よって外輪４４はニードルローラーが公転するのに伴って回転し、一方、内輪４３は主軸の回転とともに回転するため、外輪４４と内輪４３は別々の動きとなる。

本実施例においては、主軸４はニードルローラー受け部材の位置固定のためにベースプレート１側に円盤状の翼を有する。翼の半径はニードルローラー受け部材の半径より僅かに小さく、ニードルローラー受け部材の外周に接するニードルローラー４０に直接主軸４の回転が伝わらないようにしてある。リテーナー４１と主軸４とは、主軸４の翼の厚み部分に設けた、ピンとのハメアイ穴に差し込んだピン４５によって接続して固定してある。したがって、リテーナー４１は主軸４と一緒に回転する。ニードルローラー４０は、リテーナー４１の円周上の各スリットに１個ずつ並べた全てのニードルローラー４０は、リテーナー４１のスリット内で自転可能である。主軸４を、例えば時計回りに回転したとき、主軸４に伴いリテーナー４１は時計回りに回転し、チューブ３０をチューブガイド２によって固定していない状態では、外輪４４も主軸４に伴い時計回りに回転し、ニードルローラー４０も、リテーナー４１の回転に伴い時計回りに公転するが、外側から加圧されないので、ニードルローラー４０は自転はしない。

チューブ３０をチューブガイド２によってニードルローラー４０に接するように固定したとき、ニードルローラー４０はリテーナー４１の外側から内側の方向に向かって加圧される。その場合には、主軸４を例えば時計回りに回転したとき、主軸４に伴いリテーナー４１は時計回りに回転するが、ニードルローラー４０は、リテーナー４１の回転に伴い時計回りに公転する際、外輪４４とチューブ３０との間に挟まれて、チューブ３０ａとの摩擦により自動的に反時計回りに自転する。ニードルローラー４０の列の内側に接している外輪４４は、主軸４の回転とは別に、ニードルローラー４０の自転に伴い時計回りに回転する。ニードルローラー４０の列の外側に接しているチューブ３０は、ニードルローラー４０に接している部分が時計回り移動するので内部の液体が時計回り方向に吐出される。

加圧されていないとき、ニードルローラー４０はリテーナー４１のスリット内で揺動可能で外輪４４とチューブ３０に触れているもののいずれにも圧力がかからないが、外側にあるチューブ３０から加圧されると揺動して内側にある外輪４４を加圧する。外輪４４は加圧されても半径方向に移動しないので、ニードルローラー４０は、揺動して外輪４４に強く接するものの外輪に阻まれるために内側に移動しない。したがって、チューブ３０と外輪４４との隙間はニードルローラー４０の直径分の隙間で一定を保つので、チューブ３０は径の伸縮がほとんどない。ニードルローラー受け部材により、外輪４４がニードルローラー４０を強制的に自転させることはない。ニードルローラー４０はリテーナー４１の自転に伴い公転するため、チューブ３０との間に摩擦が生じ、その摩擦を打ち消すように自転する。ポリフッ化エチレン系のチューブ３０は柔軟性に優れないが、ニードルローラー４０はチューブ３０に接したとき、位置は変わらないまま内側に揺動するので、チューブ３０に急激に大きな変形圧力はかからず、従来のチューブポンプでチューブをしごいて液を送出するときに発生しやすかったチューブの割れや液漏れや変形が生じにくい。

本実施例においては、主軸４側面外側にリング状に嵌め込んで固定された内輪４３とその外周に並べた転動体である玉４２と玉４２を挟んで内輪４３と同心円上に設けリテーナー４１の内側円周上のニードルローラー４０の側面に接しリテーナー４１を回転させる外輪４４とを有するニードルローラー受け部材は、２個設けてあるが個数は１個でも３個以上でもよく、ニードルローラーの長さとリテーナー４１の半径や主軸４の半径との関係などによって調整する。

チューブガイド２は金属製で、一端を支点部品１１によってベースプレート１に固定され、支点部品１１を支点として回転可能である。チューブガイド２は硬質樹脂製でもよい。支点部品１１の中心には穴が設けてあり、支点部品１１は、穴に通してベースプレート１にねじ込む化粧ネジ２６を有する。化粧ネジ２６は化粧座金２１を付属している。

ノブ５はつまんで操作してチューブガイド２を固定するための部品で、ノブ保持部材６とバネ２０と案内ピン７と案内ピン保持部材１２とネジ２５とカラー１３を有する。先端部が球状であるノブ５の下方に有する円筒状のノブ保持部材６の内部には、バネ２０が巻かれた案内ピン７の先端が差し込んであり、案内ピン７の根元側はリング状の案内ピン保持部材１２に接続され、案内ピン保持部材１２の中心部にはネジ２５が設けられている。ノブ５の先端部を引っ張るとバネ２０が縮み、ノブ保持部材６で隠れていた案内ピン７が剥き出しになる。ノブ５を持つ手を離すとバネ２０は戻り案内ピン７は隠れる。案内ピン保持部材１２は、案内ピン保持部材１２と同心円のリング状で案内ピン７を側面から突出させる穴を有するカラー１３に周囲をカバーされ、ネジ２５によってベースプレート１に回転可能に固定されている。ノブ５は、チューブガイド２の自由端側に着脱自在に接続する。チューブガイド２の自由端側にはカラー１３が嵌る窪みと案内ピン７を挟む溝とノブ保持部材６の下端が嵌る窪みとが設けられている。

前記チューブ端固定具は、リテーナー４１の側面中央部外側円周上のニードルローラー４０にカーブして接するようにチューブ３０をＵ字型にした直線部分を差し込む２個の溝を有するチューブ固定台１０と、チューブ固定台１０の溝にチューブ３０を出し入れし位置を固定するための２個のＬ字型のチューブ固定溝９ａを有しチューブ固定台１０に被せるチューブ固定部材９と、チューブ固定台１０とチューブ固定部材９とをベースプレート１にネジ止めするローレット固定ネジ８とを有してなる。なお、チューブ端固定具は、チューブ３０をニードルローラーに接する部分の給液側と排液側の両方を固定するものであり、チューブ端固定具に挟持されたチューブ３０は、給液側となる一端が薬液などの給液装置に接続されており、排液側となる他端が給液装置からチューブを通って送液されて排液される注射器等の吐出装置に接続されている。本実施例ではチューブ端固定具は、１つのチューブ固定台で給液側も排液側も固定するが、Ｕ字型でなく山型に固定する場合など、給液側と排液側で別々の場所にそれぞれ固定するものであってもよい。

図１及び図６を用いてチューブ３０をニードルローラー４０に接して保持させるようにチューブガイド２をセットするときの手順を説明する。図１において、チューブガイド２を、支点部品１１を回転軸として時計回りに回転させて開き、チューブ３０をニードルローラー４０に接するようにＵ字型にセットしてローレット固定ネジ８で位置決めし、反時計回りにノブ５を傾けてチューブガイドを反時計回りに閉じて内側のチューブ押圧曲面部２ａがチューブ３０に接した状態にし、ノブ５の先端部を引っ張って案内ピン７をチューブガイド２の自由端側の溝に挟み込んでノブ５を持つ手を離し、ノブ保持部材６がチューブガイド２に嵌めてチューブ３０をニードルローラー４０に接した状態で固定する。

なお、ベースプレート１の裏側には、パネル（図示省略）を介して主軸４を回転させるためのモーター部（図示省略）を接続可能で、留めネジ２２は、パネルにベースプレート１を固定する固定手段である。モーター部はパネルの裏側に取り付け、ベースプレート１はパネルの表側に取り付ける。また、ローター支持部材３は、留めネジ２３でベースプレート１に固定されている。さらに、回転板１４の表面には回転表示シール２８が貼られていて、リテーナー４１を回転可能な方向が表示されている。留ネジ２７は、回転板１４の厚み部分の内部に設けられ、主軸４を回転板１４に固定してあり、主軸４が回転すると回転板１４も回転し、回転板１４を回すと主軸４も回転する。モーター部は、輸液方向や輸液流量の調整ができるものであることが好ましい。

本発明の実施例１によれば、高い精度を保つことができ、可撓性が小さいチューブでも長期に安定した送液をすることができるチューブポンプを実現することができる。また、本発明の実施例１によれば、部材構成が簡素で製造コストが安く、また、容易に制御ができる。

詳細には、まず、本実施例においては、チューブに押圧を加える押圧ローラーの役割をするニードルローラーの回転外周軌道の精度を確保できる。したがって、チューブガイド２の曲面部とニードルローラーとの間のクリアランスを精度よく一定に保つことができる。

また、耐薬品性に優れながら弾性・可撓性が低いポリフッ化エチレン系のチューブであっても、送液のための押圧による割れや変形などを防止し、チューブへの負担が少ないため、交換頻度も少なくて済み、長期に安定して内部の液を送ることができる。加工上、ニードルローラーの位置精度を確保するためのコストが低くてすむ。

チューブは給液側も排液側も固定され、チューブガイドがノブで固定され、かつニードルローラーは外輪により公転軌跡が一定となるため、チューブガイドのチューブ押圧曲面部とニードルローラー公転軌跡とのクリアランスが精度よく一定に保持され、したがって、チューブが摩擦増大により回転方向に引きずられたり流体の吸引・吐出ができなくなるという問題が生じない。また、クリアランス精度がよいために、流量の細かな制御が可能である。本実施例は部材構成が簡素で、製造コストが、従来のチューブポンプで同程度の精度を実現する製造コストより低い。本実施例のチューブポンプは、小型でありながら堅牢である。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。また、上記各実施の形態の構成要素を発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせることができる。

１ ベースプレート
２ チューブガイド
２ａ チューブ押圧曲面部
３ ローター支持部材
３ａ 切り欠き部
４ 主軸
５ ノブ
６ ノブ保持部材
７ 案内ピン
８ ローレット固定ネジ
９ チューブ固定部材
９ａ チューブ固定溝
１０ チューブ固定台
１１ 支点部品
１２ 案内ピン保持部材
１３ カラー
１４ 回転板
２０ バネ
２１ 化粧座金
２２ 留ネジ
２３ 留ネジ
２４ 軸受け
２５ ネジ
２６ 化粧ネジ
２７ 留ネジ
２８ 回転表示シール
３０ チューブ
４０ ニードルローラー
４１ リテーナー
４２ 玉
４３ 内輪
４４ 外輪
４５ ピン
４６ ストップリング
４７ａ、ｂ スラストワッシャー

Claims (2)

1. チューブ内の液体を圧送するチューブポンプであって、
   側面円周上に長手方向のスリットを一定間隔で設けた円筒状のリテーナーと、
   前記リテーナーのスリットそれぞれに自転可能かつ揺動可能に嵌め込んだ円柱状のニードルローラーと、
   前記リテーナーの内側に通して接続してあり前記リテーナーを回転させる主軸と、
   前記主軸の周りに嵌め込んだニードルローラー受け部材と、
   前記主軸の一端を貫通させる軸受けを有するベースプレートと、
   前記ベースプレートに固定された一端を支点として回転可能であって前記チューブを前記リテーナーの外周側において前記ニードルローラー側面に接した状態で保持するためのチューブ押圧曲面部を有する押圧部材であるチューブガイドと、
   前記チューブガイドの自由端側に接続されており前記チューブが前記ニードルローラーの側面に接した状態で前記チューブガイドをロックする押圧部材固定具とを有することを特徴とするチューブポンプ。
2. 前記ニードルローラー受け部材が、前記主軸の側面外側にリング状に嵌め込んで固定された内輪と、前記内輪の外周に並べた転動体と、前記転動体を挟んで前記内輪と同心円上に設け前記リテーナーの内側円周上の前記ニードルローラーの側面に接する外輪とを有することを特徴とする請求項１記載のチューブポンプ。

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