ポンプユニット、ポンプ及びポンプ装置
【課題】外筒及び内筒を備えたポンプユニットに対し、加圧用媒体を供給したときに内筒が流路断面を十分に閉塞するように膨張するポンプユニットと、このポンプユニットを用いたポンプ及びポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプユニット1は、外筒2と、該外筒2の内周面に沿って同軸的に設けられた膨張可能な内筒3とを有する。内筒3には、筒軸心方向に延在する拘束体4が複数本、周方向に均等な間隔をあけて埋設されている。ポンプユニット1を複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。孔6から溝7に加圧用媒体を供給すると4個の各区画部分がそれぞれ均等に求心方向に膨張し、膨張方向の先端部はポンプユニット1の中心付近に到達する。このため、3の内周側の流路は実質的に全閉状態となる。膨張する内筒3を順番に切り替えることにより、液体やスラリー等の流体や固体、又は固液混合物が効率よく輸送される。
【解決手段】ポンプユニット1は、外筒2と、該外筒2の内周面に沿って同軸的に設けられた膨張可能な内筒3とを有する。内筒3には、筒軸心方向に延在する拘束体4が複数本、周方向に均等な間隔をあけて埋設されている。ポンプユニット1を複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。孔6から溝7に加圧用媒体を供給すると4個の各区画部分がそれぞれ均等に求心方向に膨張し、膨張方向の先端部はポンプユニット1の中心付近に到達する。このため、3の内周側の流路は実質的に全閉状態となる。膨張する内筒3を順番に切り替えることにより、液体やスラリー等の流体や固体、又は固液混合物が効率よく輸送される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外筒及び内筒を備え、該外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給して内筒を求心方向に膨張させて液体、スラリー等の流体や固体、又は固液混合物を輸送するためのポンプユニットに関する。また、本発明は、このポンプユニットを用いたポンプ及びポンプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給して内筒を収縮させ、液体等を輸送するポンプは、特開昭49−804、特開平5−321842などに記載されている。
【0003】
特開昭49−804では、外筒の内周面に沿って設けたゴム製内管を空気によって求心方向に膨張させるようにした弁を3個直列に接続し、3個の弁のゴム製内管を順次に膨張させて液体を移送するよう構成している。
【0004】
特開平5−321842も、同様の構成及び作動を行うものであり、内筒としてシリコンゴムチューブを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭49−804
【特許文献2】特開平5−321842
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来のポンプの内筒は、ゴム又は軟質の合成樹脂よりなるものである。この内筒の場合、外筒との間に加圧用媒体が圧入されたときに周方向にわたって均等に求心方向に膨張することは稀であり、多くの場合、一部が大きく求心方向に膨らみ、局部的に座屈状に屈曲するようになる。このように内筒が非均等に膨らむと、流路断面が十分には閉塞されず、液体等の輸送効率が低いものとなる。
【0007】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、外筒及び内筒を備えたポンプユニットに対して加圧用媒体を供給したときに、内筒が流路断面を十分に閉塞するように膨張するポンプユニットと、このポンプユニットを用いたポンプ及びポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1のポンプユニットは、外筒と、該外筒の内周面に沿って設けられた内筒と、該内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための通路とを有し、該内筒は、加圧用媒体の圧力によって求心方向に膨張可能であり、該内筒の筒軸心方向の両端部が該外筒に保持されているポンプユニットにおいて、内筒の軸心線方向に延在した、該内筒の変形を拘束する拘束体が、該内筒の周方向に間隔をあけて複数個設けられていることを特徴とするものである。
【0009】
請求項2のポンプユニットは、請求項1において、前記内筒は、ゴム又はエラストマーよりなり、前記拘束体は、線状体よりなり、該ゴム又はエラストマー中に埋設されていることを特徴とするものである。
【0010】
請求項3のポンプユニットは、請求項1又は2において、前記拘束体は、内筒の周方向に等間隔にて4〜6個設けられていることを特徴とするものである。
【0011】
請求項4のポンプは、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のポンプユニットを複数個連結した連結体よりなるものである。
【0012】
請求項5のポンプ装置は、請求項4に記載のポンプと、各ポンプユニットの外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給及び排出する加圧用媒体給排手段とを備えてなるものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明のポンプユニットの内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給すると、内筒が求心方向に膨張して流路を閉塞する。本発明では、内筒に、その筒軸心線方向に延在する拘束体が複数個設けられており、内筒のうち拘束体同士の間の部分が求心方向に膨張する。本発明では、この拘束体同士の間の部分が小チャンバーの如く分画されており、加圧用媒体の圧力により各小チャンバー状部分がそれぞれ均等に求心方向に膨張する。そして、各小チャンバー状部分がポンプユニットの軸心付近に到達するように膨張し、流路がほぼ完全に閉塞される。
【0014】
従って、このポンプユニットを複数個連結してなるポンプにあっては、液体やスラリー等の流体や固体、又は固液混合物を効率よく輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態に係るポンプユニットの筒軸心方向の断面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】図1のIII−III線断面図である。
【図4】内筒の斜視図である。
【図5】内筒の一部の拡大断面図である。
【図6】内筒膨張時のポンプユニットの断面を示す図7のVI−VI線断面図である。
【図7】図6のVII−VII線断面図である。
【図8】ポンプの作動を説明する断面図である。
【図9】別の実施の形態を示す断面図である。
【図10】異なる実施の形態に係るポンプユニットの筒軸心方向の断面図である。
【図11】図10のXI−XI線断面図である。
【図12】図10のXII−XII線断面図である。
【図13】内筒膨張時のポンプユニットの断面図である。
【図14】図10のポンプユニットを連結したポンプの断面図である。
【図15】図14のポンプユニット連結部の断面図である。
【図16】図14のポンプユニット連結部における通気構造を示す断面図である。
【図17】内筒の膨張前後の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【0017】
[第1の実施の形態]
第1図〜第8図は第1の実施の形態について説明するものである。
【0018】
第1図〜第3図の通り、ポンプユニット1は、外筒2と、該外筒2の内周面に沿って同軸的に設けられた膨張可能な内筒3とを有する。外筒2は、金属、硬質合成樹脂などの、加圧用媒体の圧力によっては変形しない材料よりなる。内筒3は、例えば0.2〜5mm程度の厚さのゴム、エラストマーなどの膨張可能な材料よりなる。
【0019】
なお、内筒3は、加圧用媒体の圧力によって膨張可能であればよく、その材料や厚さは上記のものに限定されない。
【0020】
内筒3には、筒軸心方向に延在する拘束体4が複数本(この実施の形態では4本)、周方向に均等な間隔をあけて埋設されている。
【0021】
拘束体4は、例えば炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の繊維のロービング(繊維を引き揃えたもの)、ヤーン(撚りをかけたもの)、コード(合糸したもの)や、金属のワイヤなど、引張弾性率が内筒3の材料の弾性率以上のものよりなる。
【0022】
拘束体4は、内筒3の筒軸心方向の一端から他端にまで延設されている。
【0023】
内筒3は、例えばマンドレルの外周にゴムラテックスを塗布し、次いで拘束体4を配材し、さらにその上からゴムラテックスを塗布し、架橋させ、その後、マンドレルを引き抜くことなどによって成形することができる。ただし、内筒の成形方法はこれに限定されるものではなく、ゴム、エラストマー等のマトリックス材料と、炭素繊維などの拘束体とを共押し出しして成形することも可能である。
【0024】
この内筒3の筒軸心方向の両端は外筒2に固定されている。この実施の形態では、内筒3の両側の端部3aを拡径方向に折り曲げ、環状のエンドプレート5によって外筒2の端面との間で該端部3aを挟み付けることなどによって固定されている。なお、エンドプレート5は、外筒2にボルト等で留め付けたり、あるいは該エンドプレート5自体を外筒2にねじ込むことなどにより外筒2に取り付けることができるが、エンドプレート5の外筒2への取り付け方法はこれに限定されない。
【0025】
内筒3の端部3aの固定方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、円筒状の内筒3の両端部を内周側から押えリングによって外筒2の内周面に押し付けて固定してもよい。
【0026】
外筒2と内筒3との間に対し加圧用媒体を給排するために、外筒2の内周面を周回するように溝7が設けられると共に、この溝7から外筒2の外周面にまで貫通するように孔6が設けられている。この孔6を介して溝7に対しシリンダ装置などによって水、油、空気などの加圧用媒体を供給することにより、内筒3のうち拘束体4同士の間の部分が第6,7図の如く求心方向に膨張する。また、内筒3が膨張した後、加圧用媒体を孔6から排出させることにより、内筒3が収縮して第1図〜第3図のように元の筒形状に復帰する。
【0027】
このポンプユニット1を第8図の如く複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。ポンプユニット1同士を連結する場合、隣接するポンプユニット1の拘束体4の周方向の位置が互いに合致していてもよく(即ち、各ポンプユニット1の拘束体4が一直線状に揃っていてもよく)、周方向にずれていてもよい。
【0028】
このポンプの各ポンプユニット1の孔6に耐圧ホース等を介してシリンダ装置などを接続することによってポンプ装置が構成される。
【0029】
第8図(a)〜(e)を参照して、このポンプの作動について説明する。
【0030】
第8図では3個のポンプユニット1が接続されている。(a)図ではいずれのポンプユニット1の内筒3も収縮している。(b)図では左側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(c)図では左側及び中央のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(d)図では中央及び右側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(e)図では右側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張している。
【0031】
このように順次に各内筒3を膨張させることにより、第8図の左側から右方向に液体、気液混合流体、スラリーなどの流体や固体、又は固液混合物(以下、流体等と略すことがある。)が輸送される。
【0032】
この実施の形態では、内筒3が4本の拘束体4によって周方向に4個に区画されている。孔6から溝7に加圧用媒体を供給すると4個の各区画部分がそれぞれ第7図の通り均等に求心方向に膨張し、膨張方向の先端部はポンプユニット1の中心付近に到達する。このため、内筒3の内周側の流路は実質的に全閉状態となる。従って、膨張する内筒3を第8図の如く順番に切り替えることにより、流体等が効率よく輸送される。なお、第7図の如く、膨張した各区画の先端にはごく微かな隙間が生じるが、この隙間の流路断面積はごく微かであり、実質的には全閉状態と同様となる。
【0033】
なお、内筒3の内周面のうち、該内筒3の周方向に隣り合う拘束体4,4同士の中間部分(即ち、内筒3の膨張時に最も該内筒3の中心側へ膨らみ出す部分)にスポンジ等を取り付け、内筒3の膨張時にその中心付近の隙間がこのスポンジ等によって完全に塞がれるように構成してもよい。
【0034】
第8図では、3個のポンプユニット1を連結しているが、4個以上であってもよいことは明らかである。
【0035】
上記実施の形態では、内筒3を4本の拘束体4によって4区画に区画しているが、5又は6区画としてもよい。本発明者が種々実験を重ねた結果、2又は3区画では、各小区画が求心方向に均等に膨張しないことがあった。また7区画以上では、各区画をポンプユニットの中心付近まで膨張させるための加圧用媒体の圧力がかなり高くなる。そのため区画数すなわち拘束体4の数は4〜6程度とくに4又は5が好適である。
【0036】
[好適な内筒3の長さ及び直径並びに拘束体4の個数の算定方法について]
以下に、第17図を参照して内筒3の長さ及び直径並びに拘束体4の個数(本数)の算定方法について説明する。第17図(a)は内筒3の膨張前の斜視図、第17図(b)は第17図(a)のB−B線断面図、第17図(c)は内筒3が不正形状に膨張した状態を示す第17図(b)と同様部分の断面図、第17図(d)は、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張した状態を示す、該内筒3の筒軸心線に沿う断面図である。なお、内筒3の厚さは、該内筒3の長さ及び直径に対してごく小さいので、以下、この内筒3の厚さは無視できるものとする。
【0037】
第17図(a)の通り、内筒3の非膨張時における長さをLとし、直径をDとする。第17図(b)の通り、i本の拘束体4(41,42,43,…………,4i)が内筒3の周方向に略等間隔にて配設されている。第17図(b),(c)において、二点鎖線は膨張前の内筒3を示し、実線は膨張時の内筒3を示し、一点鎖線は内筒3の最終膨張形状(内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張した状態)を示している。第17図(b)の矢印は、内筒3の膨張時に該内筒3の内面に掛かる圧力の方向を示している。
【0038】
第17図(b)の幾何学的な考察より、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張する条件は、次式の通りである。
iD≧πD
即ち、
i≧π
である。ここで、iは整数であるから、
i≧4(本) (1)
が導かれる。
【0039】
第17図(b)のように、内筒3が膨張時に正しく変形する(即ち、第17図(c)の如く内筒3のうち各拘束体4によって区画された各区間に折れ目等が生じること無く、各区間が全体的にポンプユニットの中心部に向かって膨張する)ためには、次式を満たす必要がある。
L≧πD/i (2)
特に、経験則から、
L/(πD/i)=1.5
が好適である。
【0040】
内筒3の膨張時には、この内筒3の外周面の筒軸心方向の断面形状は、真円に沿う形状となると仮定した場合、第17図(d)の幾何学的な考察より、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張する条件は、次式の通りである。
L≧D (3)
【0041】
よって、上記式(1)〜(3)を全て満たすように内筒3の長さL及び直径D並びに拘束体4の本数iを決定することにより、内筒3の膨張時に、ポンプユニットの中心部がこの膨張した内筒3によって実質的に完全に塞がれるように構成することができる。
【0042】
[第2の実施の形態]
第9図は第2の実施の形態を説明するものである。
【0043】
上記実施の形態では、複数個のポンプユニット1の各内筒3を順次に膨張させるようにしているが、第9図のポンプユニット11のように、内筒13の筒軸心方向の途中に押えリング14を配置し、1個のポンプユニット11の筒軸心方向に、独立して膨張可能な膨張可能部を複数個設けてもよい。
【0044】
このポンプユニット11は、外筒12の内周に沿って内筒13を配置し、内筒13の両端部13aをエンドプレート15で外筒12に固定している。内筒13には、第2〜4図と同様に4本(又は5〜6本)の拘束体4(第9図では図示略)が埋設されている。
【0045】
ポンプユニット11の筒軸心方向に間隔をおいて押えリング14が配置され、内筒13を外筒12の内周面に押し付けている。押えリング14同士の間及び押えリング14とエンドプレート15との間にそれぞれ周回溝17が設けられ、各溝17が孔16を介して外筒12の外周面に連通している。溝17内に対し加圧用媒体を給排することにより、内筒13のうち押えリング14とエンドプレート15との間、及び押えリング14同士の間の部分を膨張させることが可能である。第9図では、最も左側の部分が膨張する様子を2点鎖線にて示している。他の部分も同様に膨張可能である。
【0046】
そのため、前記第8図と同様に、例えば左側から順番に内筒13を膨張させることにより、流体等の被輸送体を右方に輸送することができる。なお、第9図のポンプユニット11も、複数個連結して用いることができる。
【0047】
[第3の実施の形態]
第10図〜第16図は第3の実施の形態を説明するものである。
【0048】
この実施の形態のポンプユニット21においては、外筒22の内径は、非膨張状態の内筒23の外径よりも大きなものとなっている。ポンプユニット21の筒軸心方向の両端にそれぞれ環状のエンドリング24が設けられている。外筒22の両端側は、それぞれ各エンドリング24の外周面に重ね合わされ、バンド等の固定手段(図示略)により固定されている。内筒23の両端は、それぞれ、各エンドリング24の内周側を通って各エンドリング24の外側の端面に回り込んでいる。即ち、ポンプユニット21は、外筒22、内筒23及び1対のエンドリング24によって囲まれた空室25を有している。
【0049】
なお、この実施の形態でも、内筒23には、筒軸心方向に延在する拘束体26が4本、周方向に均等な間隔をあけて埋設されているが、拘束体26の本数はこれに限定されない。
【0050】
ポンプユニット21の一端側のエンドリング24の内周の外向きの角縁には周回凹段部24a(第15,16図)が設けられている。ポンプユニット21の他端側のエンドリング24の内周の外向きの角縁には、筒軸心方向の外方に突出する周回凸部24b(第15,16図)が突設されている。ポンプユニット21,21同士を同軸状に配置して突き合わせると、一方のポンプユニット21の周回凸部24bが他方のポンプユニット21の周回凹段部24aに係合する。内筒23の両端は、それぞれこの凸部24b及び凹段部24aによって挟持されてエンドリング24に強固に固定される。
【0051】
エンドリング24には、筒軸心方向に孔27が貫設されている。この孔27は、周方向に間隔をおいて複数個設けられている。第15図のように、一部の孔27にボルト28を通してポンプユニット21同士を連結する。他の孔27には、第16図のように、通気管29を通し、ポンプユニット21の空室25同士を連通するか、又はこの通気管29にチューブ30を接続する。
【0052】
このポンプユニット21を第14図の如く複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。ポンプユニット21同士を連結する場合、隣接するポンプユニット21の拘束体26の周方向の位置が互いに合致していてもよく(即ち、各ポンプユニット21の拘束体26が一直線状に揃っていてもよく)、周方向にずれていてもよい。
【0053】
第14図の左側のポンプユニット21Aの通気管29に対し耐圧ホース等を介してシリンダ装置などを接続することによってポンプ装置が構成される。
【0054】
第14図に示すように、3個のポンプユニット21を連結してポンプを構成した場合、図の左端のポンプユニット21(21A)の空室25は、その左端の通気管29を介してシリンダ装置等の空気給排装置(図示略)に接続される。中央のポンプユニット21(21B)の空室25は、ポンプユニット21A内を引き回されたチューブ30(30A)を介して空気給排装置に接続される。右端のポンプユニット21(21C)の空室25は、ポンプユニット21A、21B内に引き回されたチューブ30(30B)を介して空気給排装置に接続される。なお、ポンプユニット21A,21B内のチューブ30A,30Bは、それぞれ両端が通気管29に接続されている。チューブ30A,30Bはシリコーンゴムなど、柔軟に変形可能な材料よりなると共に、所要の肉厚を有し、空気圧によっては実質的に膨張、収縮しないものとなっている。
【0055】
このように通気用のチューブ30A,30Bを各ポンプユニット21A,21Bの空室25内に引き回したことにより、各ポンプユニット21A〜21Cの外部にこれらのチューブ30A,30Bが露出しないため、各ポンプユニット21A〜21Cの外観がすっきりとしたものとなる。また、ポンプの搬送時等にこれらのチューブ30A,30Bが引っ掛かることが防止されるため、ポンプの取り扱い性も良好である。
【0056】
左側のポンプユニット21Aの空室25内に対し、その左端側の通気管29を介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。
【0057】
中央のポンプユニット21Bの空室25内に対し、ポンプユニット21Aのチューブ30Aを介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。右側のポンプユニット21Cの空室25内に対し、ポンプユニット21A,21Bのチューブ30Bを介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。
【0058】
なお、通気管やボルトの挿通に用いない孔27はブラインド31によって閉塞する。
【0059】
このポンプ装置の作動は、前述の第1の実施の形態のポンプ装置と同様である。即ち、ポンプユニット21A〜21Cをこの順に膨張させることにより、第14図の左側から右方向に流体等の被輸送体が輸送される。なお、ポンプユニット21C〜21Aの順に膨張させることにより、第14図の右側から左方向に輸送が行われる。このポンプユニット21からなるポンプ装置にあっても、第1の実施の形態のポンプ装置と同様の作用効果が奏される。
【0060】
なお、通気用チューブ30は、ポンプユニット21の外部を引き回されて直接的に各ポンプユニット21に接続されてもよい。
【0061】
上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、ポンプユニットの外筒2,12,22の端面は、筒軸心方向と垂直面に限定されるものではなく、筒軸心方向と斜交する斜面であってもよい。このようにすれば、ポンプユニットを連結することにより、長手方向に屈曲したポンプを構成することができる。
【0062】
本発明では、拘束体は内筒の内周面に沿って設けられ、内筒を内周側から押え付ける棒状体であってもよい。拘束体を内筒の外周面に固定し、この拘束体を外筒に固定するように構成してもよい。
【符号の説明】
【0063】
1,11,21 ポンプユニット
2,12,22 外筒
3,13,23 内筒
4,26 拘束体
5,15 エンドプレート
6,16 孔
7,17 溝
14 押えリング
24 エンドリング
25 空室
27 孔
28 ボルト
29 通気管
30 チューブ
【技術分野】
【0001】
本発明は、外筒及び内筒を備え、該外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給して内筒を求心方向に膨張させて液体、スラリー等の流体や固体、又は固液混合物を輸送するためのポンプユニットに関する。また、本発明は、このポンプユニットを用いたポンプ及びポンプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給して内筒を収縮させ、液体等を輸送するポンプは、特開昭49−804、特開平5−321842などに記載されている。
【0003】
特開昭49−804では、外筒の内周面に沿って設けたゴム製内管を空気によって求心方向に膨張させるようにした弁を3個直列に接続し、3個の弁のゴム製内管を順次に膨張させて液体を移送するよう構成している。
【0004】
特開平5−321842も、同様の構成及び作動を行うものであり、内筒としてシリコンゴムチューブを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭49−804
【特許文献2】特開平5−321842
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来のポンプの内筒は、ゴム又は軟質の合成樹脂よりなるものである。この内筒の場合、外筒との間に加圧用媒体が圧入されたときに周方向にわたって均等に求心方向に膨張することは稀であり、多くの場合、一部が大きく求心方向に膨らみ、局部的に座屈状に屈曲するようになる。このように内筒が非均等に膨らむと、流路断面が十分には閉塞されず、液体等の輸送効率が低いものとなる。
【0007】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、外筒及び内筒を備えたポンプユニットに対して加圧用媒体を供給したときに、内筒が流路断面を十分に閉塞するように膨張するポンプユニットと、このポンプユニットを用いたポンプ及びポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1のポンプユニットは、外筒と、該外筒の内周面に沿って設けられた内筒と、該内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための通路とを有し、該内筒は、加圧用媒体の圧力によって求心方向に膨張可能であり、該内筒の筒軸心方向の両端部が該外筒に保持されているポンプユニットにおいて、内筒の軸心線方向に延在した、該内筒の変形を拘束する拘束体が、該内筒の周方向に間隔をあけて複数個設けられていることを特徴とするものである。
【0009】
請求項2のポンプユニットは、請求項1において、前記内筒は、ゴム又はエラストマーよりなり、前記拘束体は、線状体よりなり、該ゴム又はエラストマー中に埋設されていることを特徴とするものである。
【0010】
請求項3のポンプユニットは、請求項1又は2において、前記拘束体は、内筒の周方向に等間隔にて4〜6個設けられていることを特徴とするものである。
【0011】
請求項4のポンプは、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のポンプユニットを複数個連結した連結体よりなるものである。
【0012】
請求項5のポンプ装置は、請求項4に記載のポンプと、各ポンプユニットの外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給及び排出する加圧用媒体給排手段とを備えてなるものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明のポンプユニットの内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給すると、内筒が求心方向に膨張して流路を閉塞する。本発明では、内筒に、その筒軸心線方向に延在する拘束体が複数個設けられており、内筒のうち拘束体同士の間の部分が求心方向に膨張する。本発明では、この拘束体同士の間の部分が小チャンバーの如く分画されており、加圧用媒体の圧力により各小チャンバー状部分がそれぞれ均等に求心方向に膨張する。そして、各小チャンバー状部分がポンプユニットの軸心付近に到達するように膨張し、流路がほぼ完全に閉塞される。
【0014】
従って、このポンプユニットを複数個連結してなるポンプにあっては、液体やスラリー等の流体や固体、又は固液混合物を効率よく輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態に係るポンプユニットの筒軸心方向の断面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】図1のIII−III線断面図である。
【図4】内筒の斜視図である。
【図5】内筒の一部の拡大断面図である。
【図6】内筒膨張時のポンプユニットの断面を示す図7のVI−VI線断面図である。
【図7】図6のVII−VII線断面図である。
【図8】ポンプの作動を説明する断面図である。
【図9】別の実施の形態を示す断面図である。
【図10】異なる実施の形態に係るポンプユニットの筒軸心方向の断面図である。
【図11】図10のXI−XI線断面図である。
【図12】図10のXII−XII線断面図である。
【図13】内筒膨張時のポンプユニットの断面図である。
【図14】図10のポンプユニットを連結したポンプの断面図である。
【図15】図14のポンプユニット連結部の断面図である。
【図16】図14のポンプユニット連結部における通気構造を示す断面図である。
【図17】内筒の膨張前後の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【0017】
[第1の実施の形態]
第1図〜第8図は第1の実施の形態について説明するものである。
【0018】
第1図〜第3図の通り、ポンプユニット1は、外筒2と、該外筒2の内周面に沿って同軸的に設けられた膨張可能な内筒3とを有する。外筒2は、金属、硬質合成樹脂などの、加圧用媒体の圧力によっては変形しない材料よりなる。内筒3は、例えば0.2〜5mm程度の厚さのゴム、エラストマーなどの膨張可能な材料よりなる。
【0019】
なお、内筒3は、加圧用媒体の圧力によって膨張可能であればよく、その材料や厚さは上記のものに限定されない。
【0020】
内筒3には、筒軸心方向に延在する拘束体4が複数本(この実施の形態では4本)、周方向に均等な間隔をあけて埋設されている。
【0021】
拘束体4は、例えば炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の繊維のロービング(繊維を引き揃えたもの)、ヤーン(撚りをかけたもの)、コード(合糸したもの)や、金属のワイヤなど、引張弾性率が内筒3の材料の弾性率以上のものよりなる。
【0022】
拘束体4は、内筒3の筒軸心方向の一端から他端にまで延設されている。
【0023】
内筒3は、例えばマンドレルの外周にゴムラテックスを塗布し、次いで拘束体4を配材し、さらにその上からゴムラテックスを塗布し、架橋させ、その後、マンドレルを引き抜くことなどによって成形することができる。ただし、内筒の成形方法はこれに限定されるものではなく、ゴム、エラストマー等のマトリックス材料と、炭素繊維などの拘束体とを共押し出しして成形することも可能である。
【0024】
この内筒3の筒軸心方向の両端は外筒2に固定されている。この実施の形態では、内筒3の両側の端部3aを拡径方向に折り曲げ、環状のエンドプレート5によって外筒2の端面との間で該端部3aを挟み付けることなどによって固定されている。なお、エンドプレート5は、外筒2にボルト等で留め付けたり、あるいは該エンドプレート5自体を外筒2にねじ込むことなどにより外筒2に取り付けることができるが、エンドプレート5の外筒2への取り付け方法はこれに限定されない。
【0025】
内筒3の端部3aの固定方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、円筒状の内筒3の両端部を内周側から押えリングによって外筒2の内周面に押し付けて固定してもよい。
【0026】
外筒2と内筒3との間に対し加圧用媒体を給排するために、外筒2の内周面を周回するように溝7が設けられると共に、この溝7から外筒2の外周面にまで貫通するように孔6が設けられている。この孔6を介して溝7に対しシリンダ装置などによって水、油、空気などの加圧用媒体を供給することにより、内筒3のうち拘束体4同士の間の部分が第6,7図の如く求心方向に膨張する。また、内筒3が膨張した後、加圧用媒体を孔6から排出させることにより、内筒3が収縮して第1図〜第3図のように元の筒形状に復帰する。
【0027】
このポンプユニット1を第8図の如く複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。ポンプユニット1同士を連結する場合、隣接するポンプユニット1の拘束体4の周方向の位置が互いに合致していてもよく(即ち、各ポンプユニット1の拘束体4が一直線状に揃っていてもよく)、周方向にずれていてもよい。
【0028】
このポンプの各ポンプユニット1の孔6に耐圧ホース等を介してシリンダ装置などを接続することによってポンプ装置が構成される。
【0029】
第8図(a)〜(e)を参照して、このポンプの作動について説明する。
【0030】
第8図では3個のポンプユニット1が接続されている。(a)図ではいずれのポンプユニット1の内筒3も収縮している。(b)図では左側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(c)図では左側及び中央のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(d)図では中央及び右側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張し、(e)図では右側のポンプユニット1の内筒3のみが膨張している。
【0031】
このように順次に各内筒3を膨張させることにより、第8図の左側から右方向に液体、気液混合流体、スラリーなどの流体や固体、又は固液混合物(以下、流体等と略すことがある。)が輸送される。
【0032】
この実施の形態では、内筒3が4本の拘束体4によって周方向に4個に区画されている。孔6から溝7に加圧用媒体を供給すると4個の各区画部分がそれぞれ第7図の通り均等に求心方向に膨張し、膨張方向の先端部はポンプユニット1の中心付近に到達する。このため、内筒3の内周側の流路は実質的に全閉状態となる。従って、膨張する内筒3を第8図の如く順番に切り替えることにより、流体等が効率よく輸送される。なお、第7図の如く、膨張した各区画の先端にはごく微かな隙間が生じるが、この隙間の流路断面積はごく微かであり、実質的には全閉状態と同様となる。
【0033】
なお、内筒3の内周面のうち、該内筒3の周方向に隣り合う拘束体4,4同士の中間部分(即ち、内筒3の膨張時に最も該内筒3の中心側へ膨らみ出す部分)にスポンジ等を取り付け、内筒3の膨張時にその中心付近の隙間がこのスポンジ等によって完全に塞がれるように構成してもよい。
【0034】
第8図では、3個のポンプユニット1を連結しているが、4個以上であってもよいことは明らかである。
【0035】
上記実施の形態では、内筒3を4本の拘束体4によって4区画に区画しているが、5又は6区画としてもよい。本発明者が種々実験を重ねた結果、2又は3区画では、各小区画が求心方向に均等に膨張しないことがあった。また7区画以上では、各区画をポンプユニットの中心付近まで膨張させるための加圧用媒体の圧力がかなり高くなる。そのため区画数すなわち拘束体4の数は4〜6程度とくに4又は5が好適である。
【0036】
[好適な内筒3の長さ及び直径並びに拘束体4の個数の算定方法について]
以下に、第17図を参照して内筒3の長さ及び直径並びに拘束体4の個数(本数)の算定方法について説明する。第17図(a)は内筒3の膨張前の斜視図、第17図(b)は第17図(a)のB−B線断面図、第17図(c)は内筒3が不正形状に膨張した状態を示す第17図(b)と同様部分の断面図、第17図(d)は、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張した状態を示す、該内筒3の筒軸心線に沿う断面図である。なお、内筒3の厚さは、該内筒3の長さ及び直径に対してごく小さいので、以下、この内筒3の厚さは無視できるものとする。
【0037】
第17図(a)の通り、内筒3の非膨張時における長さをLとし、直径をDとする。第17図(b)の通り、i本の拘束体4(41,42,43,…………,4i)が内筒3の周方向に略等間隔にて配設されている。第17図(b),(c)において、二点鎖線は膨張前の内筒3を示し、実線は膨張時の内筒3を示し、一点鎖線は内筒3の最終膨張形状(内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張した状態)を示している。第17図(b)の矢印は、内筒3の膨張時に該内筒3の内面に掛かる圧力の方向を示している。
【0038】
第17図(b)の幾何学的な考察より、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張する条件は、次式の通りである。
iD≧πD
即ち、
i≧π
である。ここで、iは整数であるから、
i≧4(本) (1)
が導かれる。
【0039】
第17図(b)のように、内筒3が膨張時に正しく変形する(即ち、第17図(c)の如く内筒3のうち各拘束体4によって区画された各区間に折れ目等が生じること無く、各区間が全体的にポンプユニットの中心部に向かって膨張する)ためには、次式を満たす必要がある。
L≧πD/i (2)
特に、経験則から、
L/(πD/i)=1.5
が好適である。
【0040】
内筒3の膨張時には、この内筒3の外周面の筒軸心方向の断面形状は、真円に沿う形状となると仮定した場合、第17図(d)の幾何学的な考察より、内筒3がポンプユニットの中心部を完全に塞ぐように膨張する条件は、次式の通りである。
L≧D (3)
【0041】
よって、上記式(1)〜(3)を全て満たすように内筒3の長さL及び直径D並びに拘束体4の本数iを決定することにより、内筒3の膨張時に、ポンプユニットの中心部がこの膨張した内筒3によって実質的に完全に塞がれるように構成することができる。
【0042】
[第2の実施の形態]
第9図は第2の実施の形態を説明するものである。
【0043】
上記実施の形態では、複数個のポンプユニット1の各内筒3を順次に膨張させるようにしているが、第9図のポンプユニット11のように、内筒13の筒軸心方向の途中に押えリング14を配置し、1個のポンプユニット11の筒軸心方向に、独立して膨張可能な膨張可能部を複数個設けてもよい。
【0044】
このポンプユニット11は、外筒12の内周に沿って内筒13を配置し、内筒13の両端部13aをエンドプレート15で外筒12に固定している。内筒13には、第2〜4図と同様に4本(又は5〜6本)の拘束体4(第9図では図示略)が埋設されている。
【0045】
ポンプユニット11の筒軸心方向に間隔をおいて押えリング14が配置され、内筒13を外筒12の内周面に押し付けている。押えリング14同士の間及び押えリング14とエンドプレート15との間にそれぞれ周回溝17が設けられ、各溝17が孔16を介して外筒12の外周面に連通している。溝17内に対し加圧用媒体を給排することにより、内筒13のうち押えリング14とエンドプレート15との間、及び押えリング14同士の間の部分を膨張させることが可能である。第9図では、最も左側の部分が膨張する様子を2点鎖線にて示している。他の部分も同様に膨張可能である。
【0046】
そのため、前記第8図と同様に、例えば左側から順番に内筒13を膨張させることにより、流体等の被輸送体を右方に輸送することができる。なお、第9図のポンプユニット11も、複数個連結して用いることができる。
【0047】
[第3の実施の形態]
第10図〜第16図は第3の実施の形態を説明するものである。
【0048】
この実施の形態のポンプユニット21においては、外筒22の内径は、非膨張状態の内筒23の外径よりも大きなものとなっている。ポンプユニット21の筒軸心方向の両端にそれぞれ環状のエンドリング24が設けられている。外筒22の両端側は、それぞれ各エンドリング24の外周面に重ね合わされ、バンド等の固定手段(図示略)により固定されている。内筒23の両端は、それぞれ、各エンドリング24の内周側を通って各エンドリング24の外側の端面に回り込んでいる。即ち、ポンプユニット21は、外筒22、内筒23及び1対のエンドリング24によって囲まれた空室25を有している。
【0049】
なお、この実施の形態でも、内筒23には、筒軸心方向に延在する拘束体26が4本、周方向に均等な間隔をあけて埋設されているが、拘束体26の本数はこれに限定されない。
【0050】
ポンプユニット21の一端側のエンドリング24の内周の外向きの角縁には周回凹段部24a(第15,16図)が設けられている。ポンプユニット21の他端側のエンドリング24の内周の外向きの角縁には、筒軸心方向の外方に突出する周回凸部24b(第15,16図)が突設されている。ポンプユニット21,21同士を同軸状に配置して突き合わせると、一方のポンプユニット21の周回凸部24bが他方のポンプユニット21の周回凹段部24aに係合する。内筒23の両端は、それぞれこの凸部24b及び凹段部24aによって挟持されてエンドリング24に強固に固定される。
【0051】
エンドリング24には、筒軸心方向に孔27が貫設されている。この孔27は、周方向に間隔をおいて複数個設けられている。第15図のように、一部の孔27にボルト28を通してポンプユニット21同士を連結する。他の孔27には、第16図のように、通気管29を通し、ポンプユニット21の空室25同士を連通するか、又はこの通気管29にチューブ30を接続する。
【0052】
このポンプユニット21を第14図の如く複数個同軸に連結することによりポンプが構成される。ポンプユニット21同士を連結する場合、隣接するポンプユニット21の拘束体26の周方向の位置が互いに合致していてもよく(即ち、各ポンプユニット21の拘束体26が一直線状に揃っていてもよく)、周方向にずれていてもよい。
【0053】
第14図の左側のポンプユニット21Aの通気管29に対し耐圧ホース等を介してシリンダ装置などを接続することによってポンプ装置が構成される。
【0054】
第14図に示すように、3個のポンプユニット21を連結してポンプを構成した場合、図の左端のポンプユニット21(21A)の空室25は、その左端の通気管29を介してシリンダ装置等の空気給排装置(図示略)に接続される。中央のポンプユニット21(21B)の空室25は、ポンプユニット21A内を引き回されたチューブ30(30A)を介して空気給排装置に接続される。右端のポンプユニット21(21C)の空室25は、ポンプユニット21A、21B内に引き回されたチューブ30(30B)を介して空気給排装置に接続される。なお、ポンプユニット21A,21B内のチューブ30A,30Bは、それぞれ両端が通気管29に接続されている。チューブ30A,30Bはシリコーンゴムなど、柔軟に変形可能な材料よりなると共に、所要の肉厚を有し、空気圧によっては実質的に膨張、収縮しないものとなっている。
【0055】
このように通気用のチューブ30A,30Bを各ポンプユニット21A,21Bの空室25内に引き回したことにより、各ポンプユニット21A〜21Cの外部にこれらのチューブ30A,30Bが露出しないため、各ポンプユニット21A〜21Cの外観がすっきりとしたものとなる。また、ポンプの搬送時等にこれらのチューブ30A,30Bが引っ掛かることが防止されるため、ポンプの取り扱い性も良好である。
【0056】
左側のポンプユニット21Aの空室25内に対し、その左端側の通気管29を介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。
【0057】
中央のポンプユニット21Bの空室25内に対し、ポンプユニット21Aのチューブ30Aを介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。右側のポンプユニット21Cの空室25内に対し、ポンプユニット21A,21Bのチューブ30Bを介して空気を供給又は排出すると、その内筒23が膨張又は収縮する。
【0058】
なお、通気管やボルトの挿通に用いない孔27はブラインド31によって閉塞する。
【0059】
このポンプ装置の作動は、前述の第1の実施の形態のポンプ装置と同様である。即ち、ポンプユニット21A〜21Cをこの順に膨張させることにより、第14図の左側から右方向に流体等の被輸送体が輸送される。なお、ポンプユニット21C〜21Aの順に膨張させることにより、第14図の右側から左方向に輸送が行われる。このポンプユニット21からなるポンプ装置にあっても、第1の実施の形態のポンプ装置と同様の作用効果が奏される。
【0060】
なお、通気用チューブ30は、ポンプユニット21の外部を引き回されて直接的に各ポンプユニット21に接続されてもよい。
【0061】
上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、ポンプユニットの外筒2,12,22の端面は、筒軸心方向と垂直面に限定されるものではなく、筒軸心方向と斜交する斜面であってもよい。このようにすれば、ポンプユニットを連結することにより、長手方向に屈曲したポンプを構成することができる。
【0062】
本発明では、拘束体は内筒の内周面に沿って設けられ、内筒を内周側から押え付ける棒状体であってもよい。拘束体を内筒の外周面に固定し、この拘束体を外筒に固定するように構成してもよい。
【符号の説明】
【0063】
1,11,21 ポンプユニット
2,12,22 外筒
3,13,23 内筒
4,26 拘束体
5,15 エンドプレート
6,16 孔
7,17 溝
14 押えリング
24 エンドリング
25 空室
27 孔
28 ボルト
29 通気管
30 チューブ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外筒と、該外筒の内周面に沿って設けられた内筒と、該内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための通路とを有し、
該内筒は、加圧用媒体の圧力によって求心方向に膨張可能であり、該内筒の筒軸心方向の両端部が該外筒に保持されているポンプユニットにおいて、
内筒の軸心線方向に延在した、該内筒の変形を拘束する拘束体が、該内筒の周方向に間隔をあけて複数個設けられていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項2】
請求項1において、前記内筒は、ゴム又はエラストマーよりなり、前記拘束体は、線状体よりなり、該ゴム又はエラストマー中に埋設されていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項3】
請求項1又は2において、前記拘束体は、内筒の周方向に等間隔にて4〜6個設けられていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のポンプユニットを複数個連結した連結体よりなるポンプ。
【請求項5】
請求項4に記載のポンプと、各ポンプユニットの外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給及び排出する加圧用媒体給排手段とを備えてなるポンプ装置。
【請求項1】
外筒と、該外筒の内周面に沿って設けられた内筒と、該内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための通路とを有し、
該内筒は、加圧用媒体の圧力によって求心方向に膨張可能であり、該内筒の筒軸心方向の両端部が該外筒に保持されているポンプユニットにおいて、
内筒の軸心線方向に延在した、該内筒の変形を拘束する拘束体が、該内筒の周方向に間隔をあけて複数個設けられていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項2】
請求項1において、前記内筒は、ゴム又はエラストマーよりなり、前記拘束体は、線状体よりなり、該ゴム又はエラストマー中に埋設されていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項3】
請求項1又は2において、前記拘束体は、内筒の周方向に等間隔にて4〜6個設けられていることを特徴とするポンプユニット。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のポンプユニットを複数個連結した連結体よりなるポンプ。
【請求項5】
請求項4に記載のポンプと、各ポンプユニットの外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給及び排出する加圧用媒体給排手段とを備えてなるポンプ装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2010−196689(P2010−196689A)
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−46073(P2009−46073)
【出願日】平成21年2月27日(2009.2.27)
【出願人】(000000479)株式会社INAX (1,429)
【出願人】(599011687)学校法人 中央大学 (110)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年2月27日(2009.2.27)
【出願人】(000000479)株式会社INAX (1,429)
【出願人】(599011687)学校法人 中央大学 (110)
【Fターム(参考)】
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