JP2010203400A - ポンプユニット、ポンプ及びポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内筒及び外筒が膨張するだけでなく、筒軸心方向の長さが短くなることにより流体等を輸送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。外筒２及び内筒３は、ゴム又はエラストマー中に筒軸心方向に配向するように高弾性繊維を配材して筒軸心方向に非伸長性としたものである。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。
【選択図】図７

Description

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ると共に外筒を放射方向に膨張させて液体や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。

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。

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。

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。

特開昭４９−８０４ 特開平５−３２１８４２

Ｉ． 上記従来のポンプは、内筒を順次に求心方向に膨張させることにより、筒状ポンプ内の閉め切り部分を段階的に移動させて液体等を輸送するものである。

本発明は、このような閉め切り部分の移動による輸送作用に対し、ポンプの長手方向の長さを短くすることによる輸送作用を重畳させたポンプユニット、ポンプ及びポンプ装置を提供することを第１の目的とする。

II． 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。

本発明は、その一態様において、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第２の目的とする。

請求項１のポンプは、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るポンプユニットにおいて、該外筒は、加圧用媒体の圧力によって放射方向に膨張可能であり、該外筒及び内筒の少なくとも一方は、筒軸心方向に実質的に非伸長性であることを特徴とするものである。

請求項２のポンプは、請求項１において、該外筒及び内筒が筒軸心方向に実質的に非伸長性であり、該外筒及び内筒は、ゴム又はエラストマーよりなるマトリックスと、該マトリックス中に埋設され、筒軸心方向に配向された高弾性繊維とで構成されていることを特徴とするものである。

請求項３のポンプユニットは、請求項２において、前記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。

請求項４のポンプユニットは、請求項３において、該拘束体は、前記内筒体中に埋設されていることを特徴とするものである。

請求項５のポンプユニットは、請求項３又は４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。

請求項６のポンプは、請求項１ないし５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。

請求項７のポンプは、請求項６において、少なくとも一部のポンプユニットにあっては、他のポンプユニットへ加圧用媒体を給排するためのチューブが内筒と外筒との間に引き通されていることを特徴とするものである。

請求項８のポンプ装置は、請求項６又は７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。

本発明の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すると、内筒が求心方向に膨張するだけでなく、外筒が放射方向に膨張する。この外筒及び内筒の少なくとも一方は、筒軸心方向に対し非伸長性となっている。そのため、外筒及び内筒が膨張するとポンプユニットの筒軸心方向の長さが短くなる。これにより、ポンプ内に存在していた被輸送体がポンプから押し出される方向に付勢される。このように、内筒が求心方向に膨張することに起因した輸送作用と、ポンプ長さが短くなることに起因した輸送作用とが重畳し、輸送効率が向上する。

内筒又は外筒を筒軸心方向に非伸長性とするには、請求項２のように、高弾性繊維を内筒又は外筒中に筒軸心方向に配向するように存在させるのが好適である。

請求項３〜５のポンプユニットの内筒にあっては、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いる。この内筒と外筒との間に加圧用媒体が供給されると、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。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ため、液体やスラリー等の流体や固体、又は固液混合物の輸送効率が向上する。

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１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 内筒の斜視図である。 内筒の一部の拡大断面図である。 外筒及び内筒膨張時のポンプユニットの断面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 ポンプユニットを連結したポンプの断面図である。 ポンプユニットの連結部の断面図である。 ポンプユニットの連結部における通気構造を示す断面図である。 図８のポンプユニット１Ｂ付近の側面図である。 通気用チューブの別の構成例を示す、図１１と同様部分の側面図である。 ポンプの作動を説明する断面図である。 外筒の膨張前後の形状を示す図である。 内筒の膨張前後の形状を示す図である。 別の実施の形態に係るポンプユニットの斜視図である。 図１６のポンプユニットの内筒を省略した斜視図である。 図１６のポンプユニットの連結方法を示す斜視図である。 図１６のポンプユニットを連結したポンプの模式的な展開図である。 異なる実施の形態に係るポンプの断面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態では加圧用媒体として空気を用いているが、その他の気体であってもよく、水、油などの液体であってもよい。

［第１の実施の形態］
第１図〜第１３図を参照して第１の実施の形態について説明する。

第１図は第１の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。第２図は第１図のII−II線断面図である。第３図は第１図のIII−III線断面図である。第４図はこのポンプユニットの内筒の斜視図である。第５図はこの内筒の一部の拡大断面図である。第６図は外筒及び内筒膨張時のポンプユニットの断面図である。第７図は第６図のVII−VII線断面図である。第８図はこのポンプユニットを連結したポンプの断面図である。第９図はポンプユニットの連結部の断面図である。第１０図はポンプユニットの連結部における通気構造を示す断面図である。第１１図は通気用チューブの構成例を示す、第８図のポンプユニット１Ｂ付近の側面図である。第１２図は通気用チューブの別の構成例を示す、第１１図と同様部分の側面図である。第１３図はポンプの作動を説明する断面図である。第１４図は外筒の膨張前後の形状を示す図である。第１５図は内筒の膨張前後の形状を示す図である。

なお、第１１図及び第１２図は、それぞれ、外筒を透視した透視図である。第１１図（ａ）及び第１２図（ａ）は外筒及び内筒の膨張前を示し、第１１図（ｂ）及び第１２図（ｂ）は外筒及び内筒が膨張した状態を示している。第１４図（ａ）は外筒の膨張前の側面図であり、第１４図（ｂ）は第１４図（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。また、第１４図（ｃ）は外筒の膨張後の側面図であり、第１４図（ｄ）は第１４図（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視図である。第１５図（ａ）は内筒の膨張前の側面図であり、第１５図（ｂ）は第１５図（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。また、第１５図（ｃ）は内筒の膨張後の側面図であり、第１５図（ｄ）は第１５図（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。第１５図（ｅ）は第１５図（ｄ）を模式的に描いた断面図である。第１５図（ｆ）は、内筒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、第１５図（ｃ）と同様部分の側面図である。

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及び内筒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マトリックス材料と、筒軸心方向に配向した多数の高弾性繊維（図示略）との複合材料よりなる。この高弾性繊維としては炭素繊維、グラスファイバー、アラミド繊維等が好適である。この高弾性繊維を配向させて設けたことにより、外筒２及び内筒３は筒軸心方向には実質的に伸長しないものとなっている。高弾性繊維は、マトリックス中に高密度で配合されており、これにより、外筒２及び内筒３が膨張時に割れにくいものとなっている。

なお、外筒２及び内筒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。

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。

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のマトリックス材料の弾性率以上のものよりなる。

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。

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、次いで高弾性繊維及び拘束体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、炭素繊維などの高弾性繊維と、拘束体とを共押し出しして成形することも可能である。

ポンプユニット１の筒軸心方向の両端に環状のエンドリング５が設けられている。外筒２はエンドリング５の外周面に重ね合わされ、押えリング２ａ（第９，１０図参照）によって固定されている。内筒３の両端は、エンドリング５の端面に回り込んでいる。各ポンプユニット１は、外筒２、内筒３及び１対のエンドリング５によって囲まれた空室８を有している。

第９，１０図の通り、ポンプユニット１の一端側のエンドリング５の内周の外向きの角縁には周回凹段部５ａが設けられている。ポンプユニット１の他端側のエンドリング５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５ｂが突設されている。ポンプユニット１，１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１の周回凸部５ｂが他方のポンプユニット１の周回凹段部５ａに係合する。

内筒３の両端は、それぞれこの凸部５ｂ及び凹段部５ａによって挟持されてエンドリング５に強固に固定される。

エンドリング５には、筒軸心方向に孔６が貫設されている。この孔６は、周方向に間隔をおいて複数個設けられている。第９図のように、一部の孔６にボルト７を通してポンプユニット１同士を連結する。他の孔６には、第１０図のように、通気管９を通し、ポンプユニット１の空室８同士を連通するか、又はこの通気管９にチューブ１０を接続する。

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。

第８図の左側のポンプユニット１Ａの通気管９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。

第８図に示すように、３個のポンプユニット１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１（１Ａ）の空室８は、その左端の通気管９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１（１Ｂ）の空室８は、ポンプユニット１Ａ内を引き回されたチューブ１０（１０Ａ）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１（１Ｃ）の空室８は、ポンプユニット１Ａ、１Ｂ内に引き回されたチューブ１０（１０Ｂ）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１Ａ，１Ｂ内のチューブ１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ両端が通気管９に接続されている。チューブ１０Ａ，１０Ｂ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。

このように通気用のチューブ１０Ａ，１０Ｂを各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの空室８内に引き回したことにより、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｃの外部にこれらのチューブ１０Ａ，１０Ｂが露出しないため、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｃ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１０Ａ，１０Ｂ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。

第８図及び第１１図に明示の通り、この実施の形態では、各チューブ１０Ａ，１０Ｂ（第１１図ではチューブ１０Ｂのみ図示。）は、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの空室８内において、その延在方向の途中部がループ状に巻かれている。符号１０ｒは、このチューブ１０Ａ，１０Ｂのループ状部分を示している。

第１１図（ａ）の通り、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの非膨張時において、各チューブ１０Ａ，１０Ｂのループ状部分１０ｒの直径ｔは、各チューブ１０Ａ，１０Ｂを座屈させることなく湾曲させることができる最小の径と同等かそれよりも大きなものとなっている。

第１１図（ｂ）に示すように、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂが膨張したときには、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが短くなるため、各チューブ１０Ａ，１０Ｂに弛みが生じるが、各チューブ１０Ａ，１０Ｂは、ループ状部分１０ｒの径が大きくなるように変形してこの弛みを該ループ状部分１０ｒに吸収する。また、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂが収縮し、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが長くなった場合には、各チューブ１０Ａ，１０Ｂは、このループ状部分１０ｒの径が小さくなるように変形して各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの筒軸心方向に伸び出す。

このように、各チューブ１０Ａ，１０Ｂにループ状部分１０ｒを設けることにより、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの膨張・収縮に伴い各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが変動しても、各チューブ１０Ａ，１０Ｂは、座屈することなく、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さの変動に追従してスムーズに変形することができる。

なお、本発明においては、この通気用チューブ自体がポンプユニットの長さの変動に追従して長くなったり短くなったりするよう構成されていてもよい。第１２図は、このようなチューブの一例を示す、第１１図と同様部分の側面図である。

第１２図においては、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの空室８内に、前述のループ状部分１０ｒを有するチューブ１０Ａ，１０Ｂの代わりに、それぞれ蛇腹管状のチューブ１０’が配設されている。各ポンプユニット１Ａ，１Ｂ内のチューブ１０’の両端は、それぞれ、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの筒軸心方向一端側の通気管９と他端側の通気管９とにそれぞれ接続されている。チューブ１０’は、少なくともその筒軸心方向の途中部分（第１２図では該チューブ１０’の筒軸心方向の略全体）が該筒軸心方向に伸縮自在な蛇腹状部分１０ｊとなっている。チューブ１０’のうち少なくともこの蛇腹状部分１０ｊは、シリコーンゴムなどの柔軟に変形可能な材料よりなる。

このチューブ１０’は、第１２図（ｂ）に示すように、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂが膨張して各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが短くなったときには、この蛇腹状部分１０ｊが押し縮められて長さが短くなる。また、第１２図（ａ）に示すように、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂが収縮して各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが長くなったときには、この蛇腹状部分１０ｊが引き伸ばされて長さが長くなる。

これにより、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの膨張・収縮に伴い各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さが変動しても、チューブ１０’は、座屈することなく、各ポンプユニット１Ａ，１Ｂの長さの変動に追従してスムーズに変形することができる。

なお、上記の各チューブ１０，１０’はいずれも一例であり、通気用チューブの構成及び配置はこれに限定されない。例えば、本発明においては、通気用チューブは、ポンプユニットの外部を引き回されて直接的に各ポンプユニットに接続されてもよい。

左側のポンプユニット１Ａの空室８内に対し、その左端側の通気管９を介して空気を供給又は排出すると、その外筒２及び内筒３が膨張又は収縮する。

中央のポンプユニット１Ｂの空室８内に対し、ポンプユニット１Ａのチューブ１０Ａを介して空気を供給又は排出すると、その外筒２及び内筒３が膨張又は収縮する。右側のポンプユニット１Ｃの空室８内に対し、ポンプユニット１Ａ，１Ｂのチューブ１０Ｂを介して空気を供給又は排出すると、その外筒２及び内筒３が膨張又は収縮する。

なお、通気管やボルトの挿通に用いない孔６はブラインド１３によって閉塞する。

なお、この実施の形態では、内筒３に拘束体４が設けられているため、空室８に空気を供給した場合、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。

第１３図（ａ）〜（ｅ）を参照して、このポンプの作動について説明する。

第１３図では第８図と同じく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の外筒２及び内筒３も収縮している。（ｂ）図では左側のポンプユニット１Ａの外筒２及び内筒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１Ａ，１Ｂの外筒２及び内筒３が膨張し、（ｄ）図では中央及び右側のポンプユニット１Ｂ，１Ｃの外筒２及び内筒３が膨張し、（ｅ）図では右側のポンプユニット１Ｃの外筒２及び内筒３のみが膨張している。

このように順次に各外筒２及び内筒３を膨張させることにより、第１３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。

この実施の形態では、外筒２及び内筒３が筒軸心方向には実質的に伸長しない材料にて構成されている。従って、外筒２及び内筒３が膨張した場合、ポンプユニット１の筒軸心方向の長さが短くなる。そうすると、各ポンプユニット１の内筒３が順次に収縮することにより流体等が送り出される作用に加えて、ポンプの全長が（ｃ），（ｄ）図のように短くなることによっても、ポンプから液体を往送する作用が生じる。これらの作用が重畳することにより、効率よく流体等を輸送することができる。なお、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｃの長さが順次に短くなることにより、流体以外の固形物体例えば棒状物体であっても往送することができる。

また、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。従って、空室８内に空気を供給すると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１３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。

第１３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。

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。

上記実施の形態では、内筒３に拘束体４を設けているが、本発明では拘束体４を省略してもよい。

［好適な外筒２及び内筒３の諸元値並びに拘束体４の個数の算定方法について］
以下に、第１４，１５図を参照して、外筒２及び内筒３の非膨張時における筒軸心方向の長さ（以下、単に長さという。）及び直径、並びに拘束体４の個数の算定方法について説明する。なお、外筒２及び内筒３の厚さは、これらの長さ及び直径に対してごく小さいので、以下、この外筒２及び内筒３の厚さは無視できるものとする。

＜拘束体４の個数（本数）について＞
第１５図（ａ）の通り、内筒３の非膨張時における長さをＬ_２とし、直径をＤ_２とする。第１５図（ｄ）の通り、ｉ本の拘束体４（４_１，４_２，４_３，…………，４_ｉ）が内筒３の周方向に略等間隔にて配設されている。第１５図（ｄ），（ｅ）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（第１５図（ｄ）のみ図示）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１５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。
ｉＤ_２≧πＤ_２
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。

＜外筒２について＞
第１４図（ａ）の通り、外筒２の非膨張時における長さをＬ_１とし、直径をＤ_１とした場合、この外筒２の長さＬ_１と直径Ｄ_１との比Ｎは次式で表される。
Ｎ＝Ｌ_１／Ｄ_１ （２）

第１４図（ｂ）の通り、外筒２は球形に膨張すると仮定すると、この外筒２の最大膨張径Ｄｍ_１について、第１４図（ｂ）の幾何学的な考察より、次式が成り立つ。
Ｄｍ_１＝（２Ｎ／π＋１）Ｄ_１ （３）

また、第１４図（ｂ）の通り、外筒２の膨張時における筒軸心方向の収縮量をＸ_１とすると、外筒２の筒軸心方向の収縮率Ｘ_１／Ｌ_１について、以下の近似式が成り立つ。
Ｘ_１／Ｌ_１＝α（（Ｄｍ_１−Ｄ_１）／Ｌ_１）^２ （４）
なお、αは近似定数である。

上記式（２），（３），（４）よりＸ_１について解くと、次式が得られる。
Ｘ_１＝４αＮＤ_１／π^２ （５）

＜内筒３について＞
内筒３の長さをＬ_２と直径をＤ_２との比ｎは次式で表される。
ｎ＝Ｌ_２／Ｄ_２ （６）

第１５図（ｃ）の通り、内筒３の膨張時において、該内筒３のうち最も細くなった部分の内径をＤ_３とする。内筒３の膨張時には、第１５図（ｅ）のように、この内筒３の外周面の筒軸心方向と直交方向の断面形状は円形となると仮定すると共に、第１５図（ｃ），（ｆ）のように、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する。なお、第１５図（ｅ）は、ｉ＝４とした例を示している。第１５図（ｃ）において一点鎖線にて示されるように、この膨張した内筒３の外周面を筒軸心側と反対側に反転させて得られる仮想球体の最大直径（以下、これを内筒３の最大膨張径と称する。）をＤｍ_２とする。内筒３の膨張時における筒軸心方向の収縮量をＸ_２とする。

第１５図（ｅ）の幾何学的な考察より、内筒３の膨張時に、この内筒３の内周面同士が接触して内筒３の内側が閉じた状態となるには、次式を満たす必要がある。
ｉＤ_３≧πＤ_２
この式から次式が導かれる。
Ｄ_３≧πＤ_２／ｉ （７）

内筒３の膨張時の収縮量Ｘ_２が最大となるのは、上記式（７）において等号が成り立つとき即ちＤ_３＝πＤ_２／ｉである。よって、このときのＤ_３を用いることにより、内筒３の最大膨張径Ｄｍ_２は次式で表される。
Ｄｍ_２＝（２−π／ｉ）Ｄ_２ （８）

第１５図（ｃ）の通り、内筒３の筒軸心方向の収縮率Ｘ_２／Ｌ_２については、以下の近似式が成り立つ。
Ｘ_２／Ｌ_２＝α（（Ｄｍ_２−Ｄ_２）／Ｌ_２）^２ （９）
なお、αは近似定数である。

上記式（６），（８），（９）よりＸ_２について解くと、次式が得られる。
Ｘ_２＝（１−π／ｉ）^２αＤ_２／ｎ （１０）

また、第１５図（ｆ）より、内筒３の膨張時に該内筒３の内側が閉じた状態となるには、次式を満たす必要がある。
Ｌ_２−Ｘ_２≧Ｄ_２ （１１）

この式（１１）に上記式（１０）を代入すると、次式が得られる。
Ｌ_２≧Ｄ_２｛１＋α（１−π／ｉ）^２／ｎ｝ （１２）

さらに、この式（１２）に前記式（６）（ｎ＝Ｌ_２／Ｄ_２）を代入すると、次式が得られる。
ｎ^２−ｎ−α（１−π／ｉ）^２≧０ （１３）

この式（１３）をｎについて解くと、ｎ＞０より、次式が得られる。
ｎ≧（１＋｛１＋４α（１−π／ｉ）^２｝^１／２）／２ （１４）
なお、α＞０より、ｎ＞１は確定。

上記式（１４）において、近似定数αの値が分かれば、後述の式（２３）のｎの値を絞り込むことができる。

第１５図（ｄ）のように、内筒３が膨張時に正しく変形する（即ち、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_２−Ｘ_２≧πＤ_２／ｉ （１５）
特に、経験則から、
（Ｌ_２−Ｘ_２）／（πＤ_２／ｉ）＝１．５
が好適である。

この式（１５）に上記式（１０）を代入すると、次式が得られる。
Ｌ_２≧Ｄ_２｛π／ｉ＋α（１−π／ｉ）^２／ｎ｝ （１６）

さらに、この式（１６）に前記式（６）（ｎ＝Ｌ_２／Ｄ_２）を代入すると、次式が得られる。
ｎ^２−πｎ／ｉ−α（１−π／ｉ）^２≧０ （１７）

この式（１７）をｎについて解くと、ｎ＞０より、次式が得られる。
ｎ≧（π／ｉ＋｛（π／ｉ）^２＋４α（１−π／ｉ）^２｝^１／２）／２ （１８）
なお、α＞０より、ｎ＞π／ｉは確定。

上記式（１８）において、近似定数αの値が分かれば、後述の式（２３）のｎの値を絞り込むことができる。

外筒２と内筒３との膨張時の収縮量Ｘ_１，Ｘ_２が等しくなるとき、前記式（５），（１０）を等置してＤ_１について解くと、次式が得られる。
Ｄ_１＝π^２（１−π／ｉ）^２Ｄ_２／４ｎＮ （１９）

ここで、外筒２と内筒３との長さの比Ｌ_１／Ｌ_２をｋとすると、
ｋ＝Ｌ_１／Ｌ_２ （２０）
となる。

上記式（２），（６），（２０）を用いて式（１９）のｎを消去すると、次式が得られる。
Ｄ_１＝π（１−π／ｉ）ｋ^１／２Ｄ_２／２Ｎ （２１）

ここで、Ｄ_１＞Ｄ_２より、
Ｎ＜π（１−π／ｉ）ｋ^１／２／２ （２２）
となる。

また、上記式（２），（６），（２０）を用いて式（１９）のＮを消去すると、次式が得られる。
ｎ＝π（１−π／ｉ）／２ｋ^１／２ （２３）

上記式（１），（１４），（１８）を全て満たすように内筒３の長さＬ_２及び直径Ｄ_２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。

［第２の実施の形態］
第１６図〜第１９図を参照して第２の実施の形態について説明する。

第１６図及び第１７図は第２の実施の形態に係るポンプユニットの斜視図である。第１８図はこのポンプユニットの連結方法を示す斜視図である。第１９図（ａ）はこのポンプユニットを連結したポンプの模式的な展開図、第１９図（ｂ）は、第１９図（ａ）において各ポンプユニットの通気孔同士が通気用チューブによってどのように接続されているかを示すブロック図である。

なお、第１６図及び第１８図は、それぞれ、外筒を透視した透視図である。第１７図は、第１６図から内筒を省略した図である。第１９図（ａ）は、第１７図のXIX線からポンプユニットを周方向に展開した模式的な展開図である。以下、第１６〜１９図の右側を上流側といい、左側を下流側という。

この実施の形態のポンプユニット２０においては、各エンドリング５に、通気管１０が接続される複数個の通気孔２１と、ボルト７が通される複数個のボルト挿通孔２２とが設けられている。なお、前述の第１の実施の形態では、これらの通気孔２１とボルト挿通孔２２とを総称して孔６と呼んでいる。これらの通気孔２１及びボルト挿通孔２２は、それぞれ、各エンドリング５をポンプユニット２０の筒軸心方向に貫通している。

この実施の形態では、各エンドリング５に、通気孔２１とボルト挿通孔２２とが６個ずつ設けられている。これらの通気孔２１とボルト挿通孔２２とは、各エンドリング５の周方向に略等間隔にて交互に配設されている。一方のエンドリング５の各通気孔２１と、他方のエンドリング５の各通気孔２１とは、互いにポンプユニット２０の筒軸心方向と略平行に対面するように、即ちポンプユニット２０の筒軸心回りに同位相上にそれぞれ位置するように配置されている。以下、単に位相という場合には、ポンプユニット２０の筒軸心回りの位相である。一方のエンドリング５の各ボルト挿通孔２２と、他方のエンドリング５の各ボルト挿通孔２１とも、同位相上にそれぞれ位置するように配置されている。なお、通気孔２１及びボルト挿通孔２２の個数及び配置はこれに限定されない。

以下、第１６〜１９図においてポンプユニット２０の左端側に配置されたエンドリング５を下流側エンドリング５Ｄと呼び、右端側に配置されたエンドリング５を上流側エンドリング５Ｕと呼ぶことがある。第１６〜１８図において下流側エンドリング５Ｄの中心の下方に配置された通気孔２１を通気孔２１ａと呼び、この通気孔２１ａから図の反時計回りに各通気孔２１を順に通気孔２１ｂ、通気孔２１ｃ、通気孔２１ｄ、通気孔２１ｅ及び通気孔２１ｆと呼ぶことがある。また、第１６〜１８図において上流側エンドリング５Ｕの中心の下方に配置された通気孔２１を通気孔２１ｐと呼び、この通気孔２１ｐから図の反時計回りに各通気孔２１を順に通気孔２１ｑ、通気孔２１ｒ、通気孔２１ｓ、通気孔２１ｔ及び通気孔２１ｕと呼ぶことがある。

即ち、下流側の通気孔２１ａと上流側の通気孔２１ｐとが同位相上に配置され、下流側の通気孔２１ｂと上流側の通気孔２１ｑとが同位相上に配置され、下流側の通気孔２１ｃと上流側の通気孔２１ｒとが同位相上に配置され、下流側の通気孔２１ｄと上流側の通気孔２１ｓとが同位相上に配置され、下流側の通気孔２１ｅと上流側の通気孔２１ｔとが同位相上に配置され、下流側の通気孔２１ｆと上流側の通気孔２１ｕとが同位相上に配置されている。

下流側エンドリング５Ｄの各通気孔２１の周縁部から、それぞれ、上流側エンドリング５Ｕと反対方向に向って円筒状の凸部２３が突設されている。また、上流側エンドリング５Ｕの下流側エンドリング５Ｄと反対側の板面には、各通気孔２１をそれぞれ取り囲むように環形の凹段部２４が設けられている。ポンプユニット２０，２０同士を同軸状に配置して突き合わせると、上流側のポンプユニット２０の各筒状凸部２３がそれぞれ下流側のポンプユニット２０の各環形凹段部２４に係合する。これにより、上流側のポンプユニット２０と下流側のポンプユニット２０との通気孔２１同士が連通したものとなる。

このポンプユニット２０においては、第１６，１７図のように、外筒２と内筒３との間の空室８内に、各エンドリング５の通気孔２１の数よりも１本少ない（即ちこの実施の形態では５本）の通気用チューブ１０が配設され、これらの通気用チューブ１０によって下流側エンドリング５Ｄの各通気孔２１と上流側エンドリング５Ｕの各通気孔２１とがそれぞれ接続されている。即ち、このポンプユニット２０においては、各エンドリング５Ｄ，５Ｕには、チューブ１０が接続されていない通気孔２１が１個ずつ存在している。

この実施の形態では、第１７，１９図の通り、下流側エンドリング５Ｄの通気孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅにそれぞれチューブ１０の一端が接続され、上流側エンドリング５Ｕの通気孔２１ｑ，２１ｒ，２１ｓ，２１ｔ，２１ｕにそれぞれチューブ１０の他端が接続されている。これらのチューブ１０は、それぞれ、下流側エンドリング５Ｄ及び上流側エンドリング５Ｕの同位相上に位置する通気孔２１同士ではなく、該下流側エンドリング５Ｄから見て反時計方向に１個ずつずれた通気孔２１同士を接続している。

詳しくは、一端が通気孔２１ａに接続されたチューブ１０の他端は通気孔２１ｑに接続され、一端が通気孔２１ｂに接続されたチューブ１０の他端は通気孔２１ｒに接続され、一端が通気孔２１ｃに接続されたチューブ１０の他端は通気孔２１ｓに接続され、一端が通気孔２１ｄに接続されたチューブ１０の他端は通気孔２１ｔに接続され、一端が通気孔２１ｅに接続されたチューブ１０の他端は通気孔２１ｕに接続されている。

この実施の形態では、下流側エンドリング５Ｄの通気孔２１ｆと、上流側エンドリング５Ｕの通気孔２１ｐとには、チューブ１０が接続されていない。

なお、チューブ１０によって接続されない通気孔２１の位置はこれに限定されない。

この実施の形態では、各チューブ１０にはループ状部分１０ｒを設けていないが、前述の第１１図の如く各チューブ１０にループ状部分１０ｒを設けてもよい。あるいは、このチューブ１０に代えて第１２図の蛇腹管状のチューブ１０’を用いてもよい。

このポンプユニット２０のその他の構成は、前述の第１の実施の形態のポンプユニット１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

このポンプユニット２０を第１８，１９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２０を連結する場合、上流側のポンプユニット２０と下流側のポンプユニット２０との間で同一符号の通気孔２１ａ〜２１ｆ同士及び２１ｐ〜２１ｕ同士がそれぞれ同一位相上に位置するように配置してこれらのポンプユニット２０，２０同士を突き合わせ、上流側のポンプユニット２０の各筒状凸部２３及び周回凸部５ｂを下流側のポンプユニット２０の各環形凹段部２４及び周回凹段部５ａにそれぞれ係合させる。

これにより、第１９図（ｂ）の通り、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ａが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｐと連通し、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｂが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｑと連通し、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｃが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｒと連通し、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｄが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｓと連通し、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｅが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｔと連通し、上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｆが下流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｕと連通したものとなる。

ポンプユニット２０を所定個数突き合わせた後、これらのポンプユニット２０の各ボルト挿通孔２２にそれぞれボルト７（図示略）を挿通してポンプユニット２０同士を結合する。

このポンプの最上流側のポンプユニット２０の通気孔２１ｐ〜２１ｕに対し、シリンダ装置（図示略）等からの耐圧ホース２５をポンプユニット２０の数だけ接続する。この際、耐圧ホース２５を通気孔２１ｐ，２１ｑ，２１ｒ，２１ｓ，２１ｔ，２１ｕの順に接続していき、余った通気孔２１はブラインド１３で閉塞する。また、各ポンプユニット２０の通気孔２１ｆもブラインド１３で閉塞する。これにより、ポンプ装置が構成される。

即ち、この実施の形態では、１個のポンプは最大６個（即ち各エンドプレート５に設けられた通気孔２１の数と同数）のポンプユニット２０を連結してなる。第１９図は、ポンプユニット２０を４個連結した例を示している。以下、第１９図において右端側（最上流側）に配置されたポンプユニット２０から順にポンプユニット２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと呼ぶ。ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｐ〜２１ｓにそれぞれ耐圧ホース２５（２５ａ〜２５ｄ）が接続されている。なお、ポンプユニット２０を複数個連結してなるポンプをさらに複数個連結し、各ポンプにそれぞれ耐圧ホース２５を接続してポンプ装置を構成するようにしてもよい。これにより、全体として６個以上のポンプユニット２０が連結されたポンプ装置を構築することができる。

第１９図に示すように、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｐは、このポンプユニット２０Ａの空室８内に連通している。従って、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｐに接続された耐圧ホース２５ａを介してポンプユニット２０Ａの空室８の給排気が行われる。

ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｑは、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ａ及びポンプユニット２０Ｂの通気孔２１ｐを介して該ポンプユニット２０Ｂの空室８内に連通している。従って、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｑに接続された耐圧ホース２５ｂを介してポンプユニット２０Ｂの空室８の給排気が行われる。

ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｒは、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｂ、ポンプユニット２０Ｂの通気孔２１ｑ、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ｂの通気孔２１ａ、及びポンプユニット２０Ｃの通気孔２１ｐを介して該ポンプユニット２０Ｃの空室８内に連通している。従って、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｒに接続された耐圧ホース２５ｃを介してポンプユニット２０Ｃの空室８の給排気が行われる。

ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｓは、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｃ、ポンプユニット２０Ｂの通気孔２１ｒ、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ｂの通気孔２１ｂ、ポンプユニット２０Ｃの通気孔２１ｑ、これに接続されたチューブ１０、ポンプユニット２０Ｃの通気孔２１ａ、及びポンプユニット２０Ｄの通気孔２１ｐを介して該ポンプユニット２０Ｄの空室８内に連通している。従って、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｓに接続された耐圧ホース２５ｄを介してポンプユニット２０Ｄの空室８の給排気が行われる。

第１９図の通り、各ポンプユニット２０Ａ〜２０Ｄの空室８の給排気に使用しないポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｔ，２１ｕと、各ポンプユニット２０Ａ〜２０Ｄの通気孔２１ｆとは、それぞれ、ブラインド１３によって閉塞されている。

なお、ポンプユニット２０Ｄの下流側にもう１個（即ち５個目の）ポンプユニット２０を連結した場合には、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｔがこの５個目のポンプユニット２０の空室８に連通する。そこで、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｔにも耐圧ホース２５を接続する。この場合、この通気孔２１ｔに接続された耐圧ホース２５を介して５個目のポンプユニット２０の空室８の給排気が行われる。また、この５個目のポンプユニット２０の下流側にさらにもう１個（即ち６個目の）ポンプユニット２０を連結した場合には、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｕがこの６個目のポンプユニット２０の空室８に連通する。そこで、さらに、このポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｕにも耐圧ホース２５を接続する。この場合、この通気孔２１ｕに接続された耐圧ホース２５を介して６個目のポンプユニット２０の空室８の給排気が行われる。

ポンプユニット２０を３個だけ連結した場合には、ポンプユニット２０Ａの通気孔２１ｐ，２１ｑ，２１ｒにのみ耐圧ホース２５を接続し、残りの通気孔２１ｓ〜２１ｕをブラインド１３で閉塞する。

このポンプ装置の作動は、ポンプユニット２０が４個連結されていること以外は、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２０Ａ〜２０Ｄをこの順に膨張させることにより、第１９図の右側から左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２０Ｄ〜２０Ａの順に膨張させることにより、第１９図の左側から右方向に輸送が行われる。このポンプユニット２０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。

かかる構成のポンプユニット２０にあっては、このポンプユニット２０を複数個、各々の通気孔２１ａ〜２１ｆ同士及び２１ｐ〜２１ｕ同士の位置を合わせて連結してボルト７で固定し、不要な通気孔２１をブラインドで閉塞するだけでポンプを構築することができる。また、このポンプユニット２０は、ポンプの上流側から下流側まで全て共通品である。そのため、ポンプのどの位置に配置されるかによってポンプユニットの種類を変えたり、各ポンプユニット２０の空室８内に別途通気用チューブ１０を引き直したりする必要がないので、ポンプユニット２０が１種類で足り、合理的であると共に、ポンプの組立作業も容易である。

［第３の実施の形態］
第２０図を参照して第３の実施の形態について説明する。

第２０図は第３の実施の形態に係るポンプユニットを連結したポンプの断面図である。

この実施の形態のポンプにおいては、各ポンプユニット１（１Ａ，１Ｂ）の空室８内に通気用チューブ１０又は１０’を配置していない。この実施の形態では、各ポンプユニット１の一端側又は他端側の少なくとも一方のエンドリング５の外周面に、耐圧ホース２５の接続口２６が設けられている。第２０図の通り、この接続口２６は、各ポンプユニット１の空室８に連通している。

この実施の形態では、３個のポンプユニット１を連結してポンプを構成した後、各ポンプユニット１の接続口２６にそれぞれシリンダ装置（図示略）等からの耐圧ホース２５を接続することにより、ポンプ装置が構成されている。

この実施の形態のその他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

この実施の形態のポンプ装置の作動は、各耐圧ホース２５から直接的に各ポンプユニット１の空室８に対し給排気が行われること以外は、前述の第１の実施の形態のポンプ装置と同様である。この実施の形態の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。

この実施の形態にあっては、各ポンプユニット１の空室８内に通気用チューブ１０又は１０’が配設されていないので、各ポンプユニット１を、構成が簡易で且つ低コストなものとすることができる。

なお、この実施の形態でもポンプユニット１が３個連結されているが、４個以上連結されてもよい。各ポンプユニット１に接続口２６が２個以上（例えば給気用と排気用）設けられてもよい。

上記の各実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の第１及び第２の実施の形態において、各ポンプユニット内に吸気用チューブと排気用チューブとが別々に設けられてもよい。

１，２０ ポンプユニット
２ 外筒
３ 内筒
４ 拘束体
５ エンドリング
５ａ 周回凹段部
５ｂ 周回凸部
６ 孔
７ ボルト
８ 空室
９ 通気管
１０，１０’ チューブ
２１ 通気孔
２２ ボルト挿通孔
２３ 筒状凸部
２４ 環形凹段部
２５ 耐圧ホース
２６ 接続口

Claims (8)

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るポンプユニットにおいて、
   該外筒は、加圧用媒体の圧力によって放射方向に膨張可能であり、
   該外筒及び内筒の少なくとも一方は、筒軸心方向に実質的に非伸長性であることを特徴とするポンプ。
2. 請求項１において、該外筒及び内筒が筒軸心方向に実質的に非伸長性であり、
   該外筒及び内筒は、ゴム又はエラストマーよりなるマトリックスと、該マトリックス中に埋設され、筒軸心方向に配向された高弾性繊維とで構成されていることを特徴とするポンプ。
3. 請求項２において、前記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。
4. 請求項３において、該拘束体は、前記内筒体中に埋設されていることを特徴とするポンプユニット。
5. 請求項３又は４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。
6. 請求項１ないし５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。
7. 請求項６において、少なくとも一部のポンプユニットにあっては、他のポンプユニットへ加圧用媒体を給排するためのチューブが内筒と外筒との間に引き通されていることを特徴とするポンプ。
8. 請求項６又は７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。

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