JP3951647B2 - チューブポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性を有するチューブをしごくことにより、チューブ内の液体を送液するチューブポンプが知られており、例えば医療機器、プリンタ等において広く用いられている。
【０００３】
このチューブポンプは、通常、ロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータに設置された複数のローラとを有し、このローラがロータの外周に沿って配置されたチューブ（ポンプチューブ）を圧閉しつつロータが回転して、送液を行うようになっている。
【０００４】
しかしながら、従来のチューブポンプでは、ロータを駆動するモータが大きいために、小型化、特に薄型化が困難である、という問題がある。また、モータの電磁ノイズが他の機器に影響を及ぼすおそれがある、という問題もある。
【０００５】
また、従来のチューブポンプでは、ローラに繰り返し圧閉されるチューブの劣化が速く、チューブの寿命が短い、という問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化、特に薄型化に有利であり、またポンプチューブの長寿命化が図れるチューブポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（２８）の本発明により達成される。
【０００８】
弾性を有するチューブを装着する装着部を有する本体と、
前記装着部に装着された前記チューブの近傍に設けられた可撓性を有する板状体と、
前記本体に対し回転可能に設置されたロータと、
前記ロータに複数設けられ、前記チューブの一部を前記板状体を介して圧閉する圧閉部と、
前記ロータに一体化または固着されている被駆動体と、
前記被駆動体に当接して設けられ、圧電素子を備えた少なくとも１つの振動体とを有し、
前記振動体は、長い方向と短い方向とを有する形状をなし、前記ロータの半径方向から前記被駆動体に当接し、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を駆動し、これにより前記ロータを回転させることを特徴とするチューブポンプ。
【０００９】
（２） 前記板状体は、前記装着部に装着された前記チューブの前記圧閉部に圧閉される部分のほぼ全域に渡って設けられている上記（１）に記載のチューブポンプ。
【００１０】
（３） 前記板状体は、その厚さ方向に変位可能に設けられている上記（１）または（２）に記載のチューブポンプ。
【００１１】
（４） 前記板状体は、その面内方向に変位しないように設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００１２】
（５） 前記板状体は、前記本体に対し着脱可能に設置されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００１３】
（６） 前記板状体が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段を有する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００１６】
（９） 前記振動体は、前記ロータの外周側から前記被駆動体に当接するように設置されている上記（８）に記載のチューブポンプ。
【００１７】
（１０） 前記振動体は、前記ロータの内周側から前記被駆動体に当接するように設置されている上記（８）に記載のチューブポンプ。
【００１８】
（１１） 前記振動体のほぼ全体は、前記ロータの最外周より内側に位置する上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００１９】
（１２） 前記振動体のほぼ全体は、前記ロータの回転軸方向について前記ロータの厚さ分の空間内に位置している上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２０】
（１３） 前記被駆動体に溝が設けられており、前記振動体は、前記溝の内面に当接する上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２２】
（１５） 前記振動体の長手方向の端部付近が前記被駆動体に当接する上記（１４）に記載のチューブポンプ。
【００２３】
（１６） 前記振動体は、板状をなしている上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２４】
（１７） 前記振動体は、略長方形状をなしている上記（１６）に記載のチューブポンプ。
【００２５】
（１８） 前記振動体は、前記ロータと略平行な姿勢で設置されている上記（１６）または（１７）に記載のチューブポンプ。
【００２６】
（１９） 前記振動体から突出して設けられた腕部を有し、前記振動体は、前記腕部により支持されている上記（１）ないし（１８）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２７】
（２０） 前記振動体は、複数設けられている上記（１）ないし（１９）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２８】
（２１） 前記圧閉部は、前記ロータに対し固定的に設けられている上記（１）ないし（２０）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００２９】
（２２） 前記圧閉部は、前記ロータに対し回転可能に設けられている上記（１）ないし（２１）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００３０】
（２３） 前記圧閉部は、前記ロータの回転軸とほぼ同じ方向の回転軸周りに回転可能に支持されたローラである上記（２２）に記載のチューブポンプ。
【００３１】
（２４） 前記圧閉部は、任意の方向に回転可能に支持されたボールである上記（２２）に記載のチューブポンプ。
【００３２】
（２５） 前記圧閉部は、前記ロータの半径方向から前記チューブを圧閉する上記（１）ないし（２４）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００３３】
（２６） 前記圧閉部は、前記ロータの回転軸方向から前記チューブを圧閉する上記（１）ないし（２４）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００３４】
（２７） 前記装着部に装着された前記チューブの円弧状の部分は、前記ロータの最外周より内側に位置する上記（１）ないし（２６）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００３５】
（２８） 前記本体は、前記ロータを片側から支持する上記（１）ないし（２７）のいずれかに記載のチューブポンプ。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のチューブポンプを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のチューブポンプの第１実施形態を示す一部切欠き平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図、図３は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図、図４は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図、図５は、図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。なお、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３８】
図１および図２に示すチューブポンプ１Ａは、弾性を有するチューブ１００を装着する装着部７０を有する本体７と、装着部７０に装着されたチューブ１００の近傍に設けられた薄板１５と、本体７に対し回転可能に設置されたロータ８と、本体７に設置された振動体６と、ロータ８に複数設けられたローラ１０とを備えている。以下、各部の構成について説明する。
【００３９】
図２に示すように、本体７は、基板７１と、基板７１の中心部から上方に向かって突設されたロータ回転軸７２と、基板７１の周囲から上方に向かって立設された壁部７３とを有している。
【００４０】
図１に示すように、壁部７３の内面の少なくとも一部は、円弧状（円柱面状）をなしている。すなわち、図１中のほぼ右半分側における壁部７３の内周面７４は、ロータ回転軸７２を中心とする円弧状をなしている。
【００４１】
このような本体７には、基板７１と壁部７３とで囲まれて、ほぼ円盤状の空間７５が形成されており、この空間７５には、後述するロータ８が収納される。
【００４２】
図１中の左側の壁部７３には、空間７５から本体７の外部に通じる溝（切欠き）７６、７７がそれぞれ設けられている。溝７６は、図１中の上側に位置し、溝７７は、図１中の下側に位置している。また、溝７６、７７は、図１中の左側に向かって互いに近づくように、ほぼハ字状に形成されている。
【００４３】
本実施形態では、溝７６と溝７７との間における壁部７３の内周面７８も円弧状をなしているが、この内周面７８は、円弧状でなくともよく、例えば直線状（平面状）であってもよい。
【００４４】
このような本体７に対し、チューブ（ポンプチューブ）１００は、溝７６、内周面７４および溝７７に沿って、ほぼＣ字状に装着されている。換言すれば、チューブ１００は、内周面７４に沿って円弧状に配置された円弧部１０３と、円弧部１０３の一端から溝７６を通って本体７の外部に延びる下流部１０２と、円弧部１０３の他端部から溝７７を通って本体７の外部に延びる上流部１０１とを有している。
【００４５】
このように、内周面７４の近傍と、溝７６、７７とで、チューブ１００の装着部７０が構成されている。
【００４６】
チューブ１００は、弾性（復元性）を有している。チューブ１００の円弧部１０３は、後述するローラ１０に押圧されることにより閉塞した状態（図２中の左側に示す状態）になり、この押圧が解除されると、元の状態（図２中の右側に示す状態）に戻る。
【００４７】
本体７に形成された空間７５には、ロータ８が収納、設置されている。ロータ８は、ロータ本体８１と、円環状のリング８２とを有している。
【００４８】
図２に示すように、ロータ本体８１は、中心部に孔８１３を有する円板状の基部８１１と、孔８１３の縁部から下方に向かって円筒状に突出する軸受設置部８１２と、軸受設置部８１２より外周側において同心的に基部８１１から下方に向かって円筒状（円環状）に突出するリング設置部８１４とを有している。
【００４９】
このようなロータ本体８１は、軸受設置部８１２の内側（孔８１３）にロータ回転軸７２が挿入され、軸受設置部８１２の内側にそれぞれ設置された軸受１１、１２を介して、本体７（ロータ回転軸７２）に対し回転可能に設置されている。
【００５０】
このように、本実施形態では、本体７は、後述する第３実施形態のチューブポンプ１Ｃにおけるカバー４に相当するものがなく、ロータ８を片側から（下側から）支持している。すなわち、本体７は、ロータ８を上側から覆っていない。これにより、チューブポンプ１Ａは、薄型化に特に有利である。
【００５１】
リング設置部８１２より外周側における基部８１１には、２つのローラ回転軸８３が下方向に突出するように設置されている。すなわち、ローラ回転軸８３は、ロータ回転軸７２と平行に設置されている。
【００５２】
各ローラ回転軸８３には、それぞれ、チューブ１００を圧閉（押圧閉塞）する圧閉部としてのローラ１０が図示しない軸受を介して設置されている。すなわち、ローラ１０は、基部８１１の下側に位置し、ローラ回転軸８３周りに回転（自転）可能に設置されている。また、ローラ１０は、ロータ８が回転することにより、ロータ回転軸７２周りに回転（公転）する。
【００５３】
ローラ１０は、略円柱状をなし、その外径（直径）は、比較的小型（小径）なものになっている。また、ローラ１０は、略Ｃ字状に配置されたチューブ１００の内側に位置し、上下方向については、チューブ１００とほぼ同じ高さに位置している。
【００５４】
また、本実施形態では、ローラ１０のほぼ全体は、上下方向について、ロータ８の厚さ分の空間に位置している。これにより、チューブポンプ１Ａは、薄型化に特に有利である。
【００５５】
図１に示すように、本実施形態では、２つのローラ１０は、ロータ８の周方向に沿って等間隔で、すなわち１８０°間隔で設置されている。なお、本発明では、ローラ１０のような圧閉部が３個以上ロータ８に設置されていてもよい。この場合も、ローラ１０のような圧閉部は、ロータ８の周方向に沿って等間隔で設置されているのが好ましい。
【００５６】
このようなローラ１０は、内周面７４との間でチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉する。すなわち、本実施形態では、ローラ１０は、チューブ１００をロータ８の半径方向から（ロータ８の内周側から外周側に向かって）圧閉する。これにより、ロータ８がチューブ１００（円弧部１０３）から受ける反力の方向がロータ回転軸７２にほぼ垂直になるため、ロータ８は、傾斜したりするようなことなく、より円滑かつ確実に回転する。
【００５７】
また、本実施形態では、ローラ１０は、自転しながら後述する薄板１５を介してチューブ１００をしごくので、薄板１５との摩擦がなく、よって、ロータ８を駆動するのに必要なトルクを低減することができる。
【００５８】
本発明のチューブポンプ１Ａでは、装着部７０にほぼＣ字状に装着されたチューブ１００の内周に沿って、可撓性を有する薄板（板状体）１５が設置されており、ローラ１０は、この薄板１５を介してチューブ１００の円弧部１０３の一部を圧閉する。
【００５９】
薄板１５は、帯状をなし、装着部７０に装着されたチューブ１００の内周に接触して設置されている。薄板１５は、その厚さ方向には、変位（移動）可能になっており、ローラ１０に押圧された部分は、外側（外周側）に変位する。
【００６０】
また、薄板１５は、その一端側の固定部１５１にて溝７６の近傍における本体７に固定（固着）され、その他端側の固定部１５２にて溝７７の近傍における本体７に固定（固着）されている。これにより、薄板１５は、その面内方向（ロータ８の回転方向）には、固定部１５１、１５２における固定により変位（移動）しないようになっている。
【００６１】
本発明では、このような薄板１５を用いることにより、ローラ１０のような圧閉部とチューブ１００とが直接擦れあうことがなく、チューブ１００は、押し潰される方向（チューブ１００の軸方向と直交する方向）の力のみをローラ１０のような圧閉部から受け、引きずられるような力（チューブ１００の軸方向の力）を受けない。よって、チューブ１００の移動やねじれが防止され、円滑な送液が可能となる。また、チューブ１００の劣化が防止され、チューブ１００の長寿命化が図れる。
【００６２】
固定部１５１、１５２は、好ましくは、図示しないネジ止め機構や、図示しないクリップのような任意の挟持機構等によって本体７に固定されており、これにより、薄板１５が本体７に対し着脱可能になっているのが好ましい。薄板１５が着脱可能に設置されていることにより、薄板１５を交換することができ、薄板１５が劣化、損傷した場合に新しいものに交換することができる。また、送液速度（ロータ８の回転速度）や、ローラ１０の径、チューブ１００の径、材質、硬さ等に合わせて、厚さ、材質、硬さ等が異なる同様の薄板１５に交換することができ、最適な薄板１５を適宜選択して使用することができる。
【００６３】
本実施形態では、薄板１５は、溝７６の近傍から溝７７の近傍まで設置されており、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）の全域に渡って設けられている。これにより、この全域に渡って前述した効果が得られる。このように、薄板１５は、チューブ１００のローラ１０に圧閉される部分（円弧部１０３）のほぼ全域に渡って設けられているのが好ましい。
【００６４】
薄板１５の構成材料としては、特に限定されないが、低摩擦材料であるのが好ましく、その例として、各種金属材料や、例えばポリテトラフルオロエチレン等の各種合成樹脂材料等を用いることができる。
【００６５】
また、薄板１５は、変形後に元の形状に復帰する復元性（弾性）を有するものであるのが好ましい。
【００６６】
また、薄板１５の厚さは、特に限定されないが、０.００５〜０.１ｍｍ程度であるのが好ましい。薄板１５の厚さが厚すぎると、薄板１５の構成材料等によっては、変形しにくいものとなって、チューブ１００を好適に圧閉することができない場合がある。また、薄板１５の厚さが薄すぎると、薄板１５の構成材料等によっては、破損しやすくなる場合がある。
【００６７】
また、本発明では、薄板１５を用いることにより、ローラ１０のような圧閉部の小型化が図れる。
【００６８】
通常、ローラ１０のような圧閉部を小型にすると、押圧面積が小さくなって圧閉するときにチューブ１００に食い込むような状態となり、チューブ１００の劣化が速まったり、ロータ８が円滑に回転できなくなったりする不都合を生じる。
【００６９】
これに対し、本発明では、薄板１５を介して圧閉することによって、チューブ１００を押圧する面積が拡大し、押圧力を薄板１５の面内に分散することができる。すなわち、ローラ１０のような圧閉部を小径化しても、薄板１５の剛性によって大きな曲率で圧閉するので、チューブ１００の局部的な変形を妨げることができる。よって、ローラ１０のような圧閉部を小型にした場合や、圧接点が小さい場合（後述するボール１４を用いるような場合）であっても、前記のような不都合を生じない。このようなことから、本発明では、ローラ１０のような圧閉部の小型化を図ることができ、これにより、チューブポンプ１Ａ全体としてもより小型化を図ることができる。
【００７０】
ロータ本体８１のリング設置部８１２の内周には、リング８２が例えば圧入により固着されている。リング８２の内周面には、後述する振動体６が当接しており、振動体６が振動すると、振動体６から摩擦力（押圧力）を繰り返し受けてリング８２（ロータ８）が図１中の反時計回りに駆動（回転）される。すなわち、リング８２は、振動体６に駆動される被駆動体となるものである。
【００７１】
また、本実施形態では、リング８２の内周には、周方向に沿って溝８２１が形成されており、振動体６（凸部６６）は、溝８２１の内面（凹面）８２２に当接している。これにより、振動体６のリング８２に対する当接位置が上下にずれるのを防止することができる。また、溝８２１（内面８２２）の断面は、円弧状をなしており、これにより、振動体６のリング８２に対する当接位置が上下に多少ずれた場合であっても、振動体６とリング８２との接触状態が維持され、駆動力をロスすることがない。
【００７２】
ロータ８を回転駆動する振動体６は、通常のモータ等と比べ、小型（薄型）である。本発明では、この振動体６を用いてロータ８を回転駆動することにより、チューブポンプ１Ａ全体の小型化、特に薄型化（ロータ回転軸７２方向の小型化）を図ることができる。以下、振動体６について説明する。
【００７３】
図３に示すように、振動体６は、ほぼ、長方形の板状をなしている。振動体６は、図３中の上側から板状の電極６１と、板状の圧電素子６２と、補強板６３と、板状の圧電素子６４と、板状の電極６５とをこの順に積層して構成されている。なお、図３では、厚さ方向を誇張して示している。
【００７４】
圧電素子６２、６４は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子６２、６４の構成材料としては、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００７５】
これらの圧電素子６２、６４は、補強板６３の両面にそれぞれ固着されている。補強板６３は、振動体６全体を補強する機能を有しており、振動体６が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板６３の構成材料としては、弾性材料（弾性を有するもの）であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。
【００７６】
この補強板６３は、圧電素子６２、６４よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体６を高い効率で振動させることができる。
【００７７】
補強板６３は、圧電素子６２、６４に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子６２には、電極６１と補強板６３とによって交流電圧が印加され、圧電素子６４には、電極６５と補強板６３とによって交流電圧が印加される。
【００７８】
圧電素子６２、６４は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴なって、振動板６３も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加すると、振動体６は、図３中の矢印で示すように、長手方向に微小な振幅で振動（縦振動）する。
【００７９】
補強板６３の図３中の右端部には、凸部６６が一体的に形成されている。図１および図２に示すように、振動体６は、凸部６６がロータ８（リング８２）に当接するように設置されている。
【００８０】
この凸部６６は、補強板６３の幅方向中央（中心線６９）からずれた位置（図示の構成では角部）に設けられている。また、図示の構成では、反対側の（対角線上にある）角部には、凸部６６と対称的に同様の凸部６７が設けられている。この凸部６７は、図示の構成では使用されていない。
【００８１】
また、補強板６３の長手方向ほぼ中央からは、腕部６８が長手方向とほぼ垂直な方向に突出するように設けられている。腕部６８の先端部には、ボルト１３が挿入する孔６８１が形成されている。
【００８２】
図１に示すように、このような振動体６は、リング８２の内周側における本体７に設置されており、リング８２にロータ８の半径方向内周側から当接している。すなわち、リング８２の内周側における基板７１からは、ネジ孔７９１を有する振動体取付部７９が上方に向かって突設されており、振動体６は、腕部６８の孔６８１に挿入されたボルト１３によって、この振動体取付部７９に固定されている。
【００８３】
なお、図示の構成と異なり、振動体６は、ロータ回転軸７２方向からロータ８に当接するように設置されていてもよい。
【００８４】
このように、振動体６は、腕部６８によって支持されている。これにより、振動体６は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。また、振動体６は、腕部６８の弾性によって、凸部６６がリング８２（内面８２２）に圧接された状態で設置されている。
【００８５】
前述したように、本実施形態では、振動体６は、リング８２の内周側に位置している。すなわち、振動体６の全体は、ロータ８の最外周より内側に位置している。これにより、チューブポンプ１Ａは、小型化（図１中における占有面積の低減）に特に有利である。
【００８６】
また、振動体６は、ロータ８とほぼ平行な姿勢で設置されている。これにより、チューブポンプ１Ａ全体の薄型化に特に有利である。
【００８７】
また、本実施形態では、振動体６の厚さは、ロータ８の厚さよりも薄く、振動体６の全体は、上下方向についてロータ８の厚さ分の空間内に位置している。これにより、チューブポンプ１Ａ全体の薄型化に特に有利である。
【００８８】
凸部６６がリング８２に当接した状態で、圧電素子６２、６４に交流電圧を印加して振動体６を振動させると、リング８２は、振動体６が伸長するときに凸部６６から摩擦力（押圧力）を受け、この繰り返しの摩擦力（押圧力）によって、ロータ８が図１中の反時計方向に回転する。
【００８９】
ロータ８が図１中の反時計回りに回転すると、１個または２個のローラ１０が薄板１５を介してチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉しつつ図１中の反時計回りにしごくように作動する。その結果、チューブ１０内において、図１中の反時計回りの流れが生じ、送液がなされる。すなわち、液体は、チューブ１００の上流部１０１から吸入され、チューブ１００の下流部１０２から吐出される。
【００９０】
前述したように、本実施形態では、被駆動体としてのリング８２がロータ本体８１のリング設置部８１２の内周に例えば圧入により固着されており、ロータ８が振動体６によって直接に回転駆動されることとなる。これにより、ロータ８は、チューブポンプ１Ａのロータと、モータ（超音波モータ）のロータとを兼ねるものして機能することから、チューブポンプ１Ａは、小型化（薄型化）に特に有利である。また、構造を極めて簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【００９１】
なお、リング８２と、ロータ本体８１とは、一体的に（一部材で）形成されていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、振動体６の面内振動をロータ８の回転（面内回転）に直接変換するので、この変換に伴なうエネルギーロスが少なく、ロータ８を高い効率で回転駆動することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、凸部６６がリング８２に及ぼす摩擦力（押圧力）の方向は、ロータ回転軸７２に対しほぼ垂直な方向であるため、ロータ８が傾斜するようなことがなく、ロータ８がより円滑かつ確実に回転する。
【００９４】
また、振動体６は、通常のモータのように磁力で駆動する場合と異なり、前記のような摩擦力（押圧力）によってリング８２を駆動することから、駆動力が高い。このため、本実施形態のように、変速機構（減速機構）を介さなくてもロータ８を十分なトルクで回転することができる。
【００９５】
なお、本発明では、ロータ８と回転力伝達機構を介して連動する被駆動体（ホイール）を別個に設け、この被駆動体を振動体６で回転駆動し、その回転力を前記回転力伝達機構によってロータ８に伝達するようなものであってもよい。その場合、回転力伝達機構としては、例えば、歯車列（歯車伝動機構）や、プーリー、ベルト、チェーン等を用いる巻き掛け伝動機構等、いかなるものでもよい。
【００９６】
圧電素子６２、６４に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体６の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であるのが好ましい。これにより、振動体６の振幅が大きくなり、高い効率でロータ８を回転駆動することができる。
【００９７】
本実施形態では、このような振動体６は、２つ設けられており、これら２つの振動体６でロータ８を駆動する。これにより、１つの振動体６が発生する駆動力は小さくて済むので、各振動体６を小型化することができ、本実施形態のように、ロータ８の最外周より内側に設置するのに適する。また、複数の振動体６をロータ８の外周側に設置した場合にも、チューブポンプ１Ａの小型化（図１中における占有面積の低減）に寄与する。
【００９８】
また、２つの振動体６は、ロータ８の周方向に沿ってほぼ等間隔（１８０°間隔で）設置されている。これにより、軸受１１、１２に作用する軸方向に垂直な力が相殺され、軸受１１、１２の負担を軽減することができる。
【００９９】
なお、本発明では、振動体６は、３つ以上設けられていてもよい。その場合、これらの振動体６は、ロータ８の周方向に沿ってほぼ等間隔で設置されているのが好ましい。
【０１００】
前述したように、振動体６は、主に、その長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを共振させ、凸部６６を楕円振動させることがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ８を回転駆動することができる。以下、この点について説明する。
【０１０１】
図４に示すように、振動体６がロータ８を回転駆動するとき、凸部６６は、ロータ８（リング８２）から図４中の矢印で示すような反力を受ける。本実施形態では、凸部６６が振動体６の中心線６９からずれた位置に設けられていることから、振動体６は、この反力によって、図４に示すように面内方向に屈曲するように変形、振動する。なお、図４では、振動体６の変形を誇張して示している。
【０１０２】
印加電圧の周波数、振動板６の形状・大きさ、凸部６６の位置などを適宜選択することにより、この屈曲振動の周波数を縦振動の周波数と同程度にすることができる。このようにすると、振動体６の縦振動と屈曲振動とが共振し、振幅がより大きくなるとともに、凸部６６は、図５中の一点鎖線で示すように、ほぼ楕円に沿って変位（楕円振動）する。
【０１０３】
これにより、振動体６の１回の振幅において、凸部６６がリング８２を回転方向に送るときには、凸部６６がリング８２により強い力で圧接され、凸部６６が戻るときには、リング８２との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体６の振動をロータ８の回転により高い効率で変換することができる。
【０１０４】
本発明では、装置の小型化（薄型化）、およびチューブ１００の長寿命化を図ることができる利点の他に、ロータ８を回転するのに通常のモータを用いないことから、通常のモータのような電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺の機器に影響を及ぼすことがない、という利点もある。
【０１０５】
また、ロータ８を回転駆動していないとき（ロータ８の停止状態）には、凸部６６とリング８２との摩擦力により、ロータ８が回転するのが防止される（ロータ８の保持トルクが高い）。よって、チューブ１００内の液体の圧力等により、ロータ８が不本意に逆回転するようなことがなく、チューブ１００内の液体の逆流を防止することもできる。
【０１０６】
また、本実施形態では、図２に示すように、組み立て時、本体７に下側から組み付ける部品がなく、一方向（図２中の上側）から部品を組み付けて組み立てることができ、組み立てを容易に行うことができる利点もある。
【０１０７】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明のチューブポンプの第２実施形態を示す平面図、図７は、図６中のＹ−Ｙ線での断面側面図である。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１０８】
以下、これらの図を参照して本発明のチューブポンプの第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１０９】
本実施形態のチューブポンプ１Ｂは、弾性を有するチューブ１００を装着するチューブ装着溝（装着部）９３を有する本体９と、本体９に対し回転可能に設置されたロータ５と、本体９に設置され、ロータ５に半径方向外周側から当接する振動体６と、ロータ５に複数設けられた圧閉部としてのボール１４と、ロータ５とチューブ１００との間に設けられた薄板１６とを備えている。
【０１１０】
図７に示すように、本体９は、基板９１と、基板９１の中心部から上方に向かって突設されたロータ回転軸９２とを有している。
【０１１１】
基板９１の上面には、薄板挿入溝９４がロータ回転軸９２を中心とする円環状に形成されている。
【０１１２】
基板９１の上面には、さらに、図６に示す平面視でほぼＵ字状をなすチューブ装着溝９３が形成されている。
【０１１３】
チューブ装着溝９３は、ロータ回転軸９２を中心とする円弧状をなす円弧部９３１と、円弧部９３１の図６中の左端部から図６中の下方へ延びる直線部９３２と、円弧部９３１の図６中の右端部から図６中の下方へ延びる直線部９３３とで構成されている。
【０１１４】
円弧部９３１は、図７に示すように、薄板挿入溝９４の底部９４１に形成されている。すなわち、チューブ装着溝９３の幅は、薄板挿入溝９４の幅より小さくなっており、円弧部９３１は、薄板挿入溝９４の底部９４１にさらに凹部（溝）を形成するようにして設けられている。
【０１１５】
チューブ１００は、このようなチューブ装着溝９３に沿って、本体９に対し、ほぼＵ字状に装着されており、円弧部９３１に位置する円弧部１０３と、直線部９３２に位置する上流部１０１と、直線部９３３に位置する下流部１０２とを有している。
【０１１６】
ロータ５は、ほぼ円盤状をなすロータ本体５１と、ロータ本体５１の外周部に例えば圧入により固着された円環状のリング（被駆動体）５３とを有している。
【０１１７】
このロータ５は、ロータ本体５１の中心部に設置された軸受１１、１２を介して本体９のロータ回転軸９２に対し回転可能に設置されている。
【０１１８】
本体９は、前記第１実施形態と同様に、ロータ５を片側から支持している。よって、チューブポンプ１Ｂは、薄型化に特に有利である。
【０１１９】
ロータ本体５１には、圧閉部として、２つのボール１４がロータ５の周方向に沿ってほぼ等間隔（１８０°間隔）で設置されている。このボール１４は、ロータ本体５１の下面に形成された凹部５１１内にその上側が挿入するように設置されており、ロータ本体５１に対し、任意の方向に回転可能になっている。
【０１２０】
このようなボール１４は、後述する薄板１６を介して、チューブ１００の円弧部１０３の一部を上側から圧閉する。
【０１２１】
本実施形態では、圧閉部がボール１４で構成されていることにより、保持の方向性がないため凹部５１１内にボール１４を単に収納（挿入）すればよいので、ローラ回転軸が不要であり、構造をより簡素化・小型化することができる。
【０１２２】
また、本実施形態では、チューブ１００をロータ回転軸９２方向から（図示の構成では上側から）圧閉することにより、チューブ１００とロータ５とがロータ５の厚さ方向（ロータ回転軸９２方向）に重ねて配置される。よって、チューブポンプ１Ｂ全体の小型化（図６中における占有面積の低減）に特に有利である。
【０１２３】
ロータ５の外周側には、１つの振動体６が設置されている。図７に示すように、ロータ５の外周側における基板９１からは、ネジ穴９５１を有する振動体取付部９５が突設されており、振動体６は、腕部６８の穴６８１に挿入されたボルト１３によって、この振動体取付部９５に固定されている。この振動体６は、ロータ５を図６中の時計方向に回転駆動する。
【０１２４】
振動体６は、その凸部６６がロータ５（リング５３）の外周に当接するように設置されている。すなわち、本実施形態では、振動体６は、ロータ５に対しロータ５の半径方向外周側から当接して設置されている。
【０１２５】
リング５３の外周には、周方向に沿って溝５３１が形成されており、振動体６の凸部６６は、溝５３１の内面５３２に当接している。これにより、前記第１実施形態における溝８２１を設けたのと同様の効果が得られる。
【０１２６】
また、本実施形態では、チューブ１００の円弧部１０３は、ロータ５の最外周より内側に位置している。これにより、ロータ５を回転させるのに必要なトルクが比較的小さく、よって、振動体６をより小型化することができ、その結果、チューブポンプ１Ｂ全体をより小型化することができる。
【０１２７】
チューブ１００と、ロータ５との間には、薄板１６が設けられており、チューブ１００は、薄板１６を介してボール１４により圧閉される。
【０１２８】
薄板１６は、ロータ回転軸９２を中心とする円環状をなすリング部１６１と、リング部１６１から外周側に向かって突出するように形成された固定部１６２とで構成されている。薄板１６は、固定部１６２においてボルト１７、１７により本体９に対し着脱自在に固定されており、図６における面内方向に変位（移動）しないようになっている。
【０１２９】
リング部１６１は、薄板挿入溝９４に沿って設けられており、チューブ１００の円弧部１０３を上側から覆っている。リング部１６１の幅は、薄板挿入溝９４の幅よりもやや小さくなっている。
【０１３０】
図７中の右側に示すように、ボール１４に押圧された部分のリング部１６１は、その厚さ方向（下方向）に変位（移動）して薄板挿入溝９４内に挿入し、これによりチューブ１００が圧閉される。
【０１３１】
このとき、リング部１６１の縁部が薄板挿入溝９４の底部９４１に当接し、それ以上、下方向に変位することが禁止される。これにより、ボール１４に押圧されて厚さ方向に変位した部分のリング部１６１の位置決めがなされ、リング部１６１が傾くことを防ぐとともに、チューブ１００が常に一定のつぶし量で圧閉される。よって、チューブ１００を過剰に圧閉することが防止され、チューブ１００の劣化をさらに低減し、より長寿命化を図ることができる。
【０１３２】
このように、本実施形態では、底部９４１（円弧部９３１）は、薄板１６が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段として機能する。なお、チューブ装着溝９３の円弧部９３１の形状（深さ）は、チューブ１００のつぶし量が最適になるように設定されている。
【０１３３】
ロータ５が図１中の時計回りに回転すると、１個または２個のボール１４が薄板１６を介してチューブ１００（円弧部１０３）を圧閉しつつ図１中の時計回りにしごくように作動する。その結果、チューブ１０内において、図１中の時計回りの流れが生じ、送液がなされる。すなわち、液体は、チューブ１００の上流部１０１から吸入され、チューブ１００の下流部１０２から吐出される。
【０１３４】
なお、本実施形態では、振動体６は、１つ設置されているが、本発明では、複数の振動体６を設けてもよい。
【０１３５】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明のチューブポンプの第３実施形態を示す断面側面図である。なお、以下の説明では、図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１３６】
以下、この図を参照して本発明のチューブポンプの第３実施形態について説明するが、前記第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１３７】
本実施形態のチューブポンプ１Ｃにおける本体２は、ベース３と、ベース３の上側を覆うカバー４とで構成されている。ベース３とカバー４との間には、ロータ５を収納する空間２１が形成されている。本実施形態では、ベース３とカバー４とで筐体を構成している。
【０１３８】
ベース３は、下板３１と、下板３１から上方に向かって立設された壁部３２とを有している。下板３１には、後述するロータ回転軸５２が挿入する軸孔３１１が形成されている。
【０１３９】
カバー４は、ほぼ板状をなし、ベース３の上側に固着されている。カバー４には、ロータ回転軸５２が挿入する軸孔４１が形成されている。
【０１４０】
ロータ５は、ほぼ円盤状のロータ本体５１と、ロータ本体５１の中心部から上下方向に延びるように設けられたロータ回転軸５２と、ロータ本体５１の外周部に例えば圧入により固着された円環状のリング５３とで構成されている。
【０１４１】
ロータ回転軸５２の上端部は、軸孔４１に挿入され、軸受１１を介してカバー４に対し回転可能に支持されている。また、ロータ回転軸５２の下端部は、軸孔３１１に挿入され、軸受１２を介してベース３に対し回転可能に支持されている。このように、本実施形態における本体２は、ロータ５を上・下の両側から支持している。
【０１４２】
ベース３の下板３１の上面には、前記薄板挿入溝９４とほぼ同様の薄板挿入溝３４と、前記チューブ装着溝９３とほぼ同様のチューブ装着溝（装着部）３３とがそれぞれ設けられている。チューブ１００は、チューブ装着溝３３に沿って装着されている。
【０１４３】
ロータ本体５１の下面には、圧閉部として、凸部５１２が複数形成されており、この凸部５１２が薄板１６を介してチューブ１００の円弧部１０３を上側から圧閉する。すなわち、凸部５１２は、薄板１６に対し摺動する。
【０１４４】
本発明では、圧閉部は、この凸部５１２のようにロータ５に固定的に設けられているようなものであってもよい。これにより、圧閉部を極めて簡素な構造とすることができ、チューブポンプ１Ｃ全体の小型化に特に有利となる。
【０１４５】
本発明では、薄板１６を介してチューブ１００を圧閉することから、圧閉部がチューブ１００と直接接触しないため、圧閉部が凸部５１２のようにロータ５に固定的に設けられているようなものであっても、チューブ１００を劣化・損傷するようなことを防止することができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、薄板１６と、凸部５１２との両方または一方の少なく
とも表面を比較的摩擦係数の低い材料で構成することにより、薄板１６と凸部５１２との摩擦を低減することが好ましい。前記低摩擦材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂等が挙げられる。
【０１４７】
また、潤滑剤を用いて、薄板１６と凸部５１２との摩擦を低減してもよい。この潤滑剤としては、例えば、グリス、シリコンオイル等が挙げられる。
【０１４８】
凸部５１２に押圧された部分の薄板１６は、薄板挿入溝３４内に挿入し、その縁部が薄板挿入溝３４の底部３４１に当接する。これにより、前記第２実施形態と同様に、チューブ１００を常に一定のつぶし量で圧閉することができる。
【０１４９】
なお、本実施形態では、振動体６は、１つ設置されているが、本発明では、複数の振動体６を設けてもよい。
【０１５０】
以上、本発明のチューブポンプを図示の第１〜第３実施形態について説明したが、本発明では、第１〜第３実施形態のうちの任意の２以上の特徴を組み合せることもできる。
【０１５１】
また、本発明では、チューブ１００の内径は、細いものから太いものまでいかなるものでもよく、例えば内径０．１〜２０ｍｍ程度のものを使用することができ、特に、内径０．２〜２ｍｍ程度の細径のチューブを使用するチューブポンプに好適である。
【０１５２】
また、本発明のチューブポンプの吐出量（流量）は、特に限定されず、例えば、０．０１〜６００ｍＬ／分程度のものとすることができるが、本発明は、特に、吐出量が３０ｍＬ／分以下程度の微量の送液ポンプに好適である。
【０１５３】
また、本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、チューブポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
【０１５４】
例えば、本発明では、振動体の形状、構造は、図示の構成に限らず、被駆動体を駆動することができるものであればいかなるものでもよい。例えば、圧電素子が１枚のものや、補強板を有さないものや、被駆動体と当接する部分に向かって幅が漸減するような形状のものなどであってもよい。
【０１５５】
また、振動体への通電状態（振動体の振動形態）を変更することなどにより、ロータを正・逆両方向に回転させることができるようなもの（送液方向を切り換えられるもの）であってもよい。
【０１５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動体を用いてロータを回転させることにより、チューブポンプ全体の小型化、特に薄型化を図ることができる。
また、構造を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【０１５７】
また、通常のモータを用いないことから、電磁ノイズが全くないか、あっても僅かであるので、周辺機器に影響を及ぼすことを防止することができる。
【０１５８】
また、チューブの近傍に板状体を設け、この板状体を介してチューブを圧閉することとしたことにより、チューブの劣化や損傷を防止し、長寿命化を図ることができる。
また、チューブ内の液体が不本意に逆流するのを防止することができる。
【０１５９】
また、被駆動体をロータに一体化または固着した場合には、さらに小型化、薄型化を図ることができるとともに、極めて簡素な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチューブポンプの第１実施形態を示す一部切欠き平面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線での断面側面図である。
【図３】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の斜視図である。
【図４】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体が屈曲振動する様子を示す平面図である。
【図５】図１および図２に示すチューブポンプにおける振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図である。
【図６】本発明のチューブポンプの第２実施形態を示す平面図である。
【図７】図１中のＹ−Ｙ線での断面側面図である。
【図８】本発明のチューブポンプの第３実施形態を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ チューブポンプ
２ 本体
２１ 空間
３ ベース
３１ 下板
３１１ 軸孔
３２ 壁部
３３ チューブ装着溝
３４ 薄板挿入溝
３４１ 底部
４ カバー
４１ 軸孔
５ ロータ
５１ ロータ本体
５１１ 凹部
５１２ 凸部
５２ ロータ回転軸
５３ リング
５３１ 溝
５３２ 内面
６ 振動体
６１、６５ 電極
６２、６４ 圧電素子
６３ 補強板
６６、６７ 凸部
６８ 腕部
６８１ 孔
６９ 中心線
７ 本体
７０ 装着部
７１ 基板
７２ ロータ回転軸
７３ 壁部
７４ 内周面
７５ 空間
７６、７７ 溝
７８ 内周面
７９ 振動体取付部
７９１ ネジ孔
８ ロータ
８１ ロータ本体
８１１ 基部
８１２ 軸受設置部
８１３ 孔
８１４ リング設置部
８２ リング
８２１ 溝
８２２ 内面
８３ ローラ回転軸
９ 本体
９１ 基板
９２ ロータ回転軸
９３ チューブ装着溝
９３１ 円弧部
９３２、９３３ 直線部
９４ 薄板挿入溝
９４１ 底部
９５ 振動体取付部
９５１ ネジ穴
１０ ローラ
１１、１２ 軸受
１３ ボルト
１４ ボール
１５ 薄板
１５１、１５２ 固定部
１６ 薄板
１６１ リング部
１６２ 固定部
１７ ボルト
１００ チューブ
１０１ 上流部
１０２ 下流部
１０３ 円弧部

Claims (25)

1. 弾性を有するチューブを装着する装着部を有する本体と、
   前記装着部に装着された前記チューブの近傍に設けられた可撓性を有する板状体と、
   前記本体に対し回転可能に設置されたロータと、
   前記ロータに複数設けられ、前記チューブの一部を前記板状体を介して圧閉する圧閉部と、
   前記ロータに一体化または固着されている被駆動体と、
   前記被駆動体に当接して設けられ、圧電素子を備えた少なくとも１つの振動体とを有し、
   前記振動体は、長い方向と短い方向とを有する形状をなし、前記ロータの半径方向から前記被駆動体に当接し、前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を駆動し、これにより前記ロータを回転させることを特徴とするチューブポンプ。
2. 前記板状体は、前記装着部に装着された前記チューブの前記圧閉部に圧閉される部分のほぼ全域に渡って設けられている請求項１に記載のチューブポンプ。
3. 前記板状体は、その厚さ方向に変位可能に設けられている請求項１または２に記載のチューブポンプ。
4. 前記板状体は、その面内方向に変位しないように設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のチューブポンプ。
5. 前記板状体は、前記本体に対し着脱可能に設置されている請求項１ないし４のいずれかに記載のチューブポンプ。
6. 前記板状体が一定の限度を超えて変位しないように規制する変位量規制手段を有する請求項１ないし５のいずれかに記載のチューブポンプ。
7. 前記振動体は、前記ロータの外周側から前記被駆動体に当接するように設置されている請求項１ないし６に記載のチューブポンプ。
8. 前記振動体は、前記ロータの内周側から前記被駆動体に当接するように設置されている請求項１ないし６に記載のチューブポンプ。
9. 前記振動体のほぼ全体は、前記ロータの最外周より内側に位置する請求項１ないし６または８のいずれかに記載のチューブポンプ。
10. 前記振動体のほぼ全体は、前記ロータの回転軸方向について前記ロータの厚さ分の空間内に位置している請求項１ないし９のいずれかに記載のチューブポンプ。
11. 前記被駆動体に溝が設けられており、前記振動体は、前記溝に当接する請求項１ないし１０のいずれかに記載のチューブポンプ。
12. 前記振動体の長手方向の端部付近が前記被駆動体に当接する請求項１ないし１１に記載のチューブポンプ。
13. 前記振動体は、板状をなしている請求項１ないし１２のいずれかに記載のチューブポンプ。
14. 前記振動体は、略長方形状をなしている請求項１ないし１３に記載のチューブポンプ。
15. 前記振動体は、前記ロータと略平行な姿勢で設置されている請求項１ないし１４に記載のチューブポンプ。
16. 前記振動体から突出して設けられた腕部を有し、前記振動体は、前記腕部により支持されている請求項１ないし１５のいずれかに記載のチューブポンプ。
17. 前記振動体は、複数設けられている請求項１ないし１６のいずれかに記載のチューブポンプ。
18. 前記圧閉部は、前記ロータに対し固定的に設けられている請求項１ないし１７のいずれかに記載のチューブポンプ。
19. 前記圧閉部は、前記ロータに対し回転可能に設けられている請求項１ないし１７のいずれかに記載のチューブポンプ。
20. 前記圧閉部は、前記ロータの回転軸とほぼ同じ方向の回転軸周りに回転可能に支持されたローラである請求項１９に記載のチューブポンプ。
21. 前記圧閉部は、任意の方向に回転可能に支持されたボールである請求項１９に記載のチューブポンプ。
22. 前記圧閉部は、前記ロータの半径方向から前記チューブを圧閉する請求項１ないし２１のいずれかに記載のチューブポンプ。
23. 前記圧閉部は、前記ロータの回転軸方向から前記チューブを圧閉する請求項１ないし１９または２１のいずれかに記載のチューブポンプ。
24. 前記装着部に装着された前記チューブの円弧状の部分は、前記ロータの最外周より内側に位置する請求項１ないし２３のいずれかに記載のチューブポンプ。
25. 前記本体は、前記ロータを片側から支持する請求項１ないし２４のいずれかに記載のチューブポンプ。

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