JP2013174136A - ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】直管ユニットとほぼ同じ閉口率や体積排除率を有し、ポンプに流入された流体を流入方向とは異なる方向に効率よく排出することのできるポンプユニットを提供する。
【解決手段】外筒と、外筒の内周側に設けられたゴム部材から成る内筒と、内筒の軸方向両端部を前記外筒の軸方向両端部に固定する固定部材と、内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための加圧用通路とを備え、内筒を前記加圧用媒体の圧力により膨張させて当該内筒の軸方向の一方の側から流入した流体を他方の側から排出するポンプユニットであって、内筒が、当該内筒の軸線を通り、かつ、当該内筒の軸線方向に平行な面で切ったときの縦断面形状が矩形である円筒部と、縦断面形状が直角三角形である斜面部とを有した構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、外筒とゴム部材から成る内筒との間に加圧用媒体を供給して内筒を膨張させることで、流体を搬送するポンプを構成するポンプユニットに関するもので、特に、流体の搬送方向を変更する機能を有するポンプユニットに関する。

図２４（ａ）は、従来のポンプユニット（以下、直管ユニットという）５０の構成を示す図で、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面、（ｃ）図はＢ−Ｂ断面図である。
直管ユニット５０は、金属又は硬質合成樹脂などから成る外筒５１と、ゴム部材から成る内筒５２との間に、図示しない加圧用媒体給排手段から空気導入孔５３を介して加圧用媒体を供給して内筒５２を膨張させ、内筒５２の一方の端部側からユニット内に送り込まれた流体を内筒５２の他方の端部側から排出する。
前記内筒５２には、図２４（ｄ）に示すように、当該内筒５２の軸方向に平行な方向に延長して、内筒５２の変形を拘束する拘束体５４が周方向に等間隔で複数本設けられている。当該拘束体５４は、内筒５２の軸方向への膨張を規制，拘束するものであって、内筒５２の膨張時には、図２５（ａ），（ｂ）に示すように、拘束体５４により、外筒５１と内筒５２との間に形成されたチャンバー５５が、複数の小チャンバー５５１〜５５４に分割される。
すなわち、加圧用媒体を供給して内筒５２を膨張させると、拘束体５４により分割された複数の小チャンバー５５１〜５５４が均等に膨張して流路を閉状態とするので、流体を効率よく直管ユニット５０の一方の端部側から他方の端部側に搬送することができる。
そして、このような直管ユニット５０を内筒５２の軸方向に複数個同軸に連結することで、流体を直管ユニット５０の連結方向に沿って効率よく搬送することのできる直管型ポンプを構成することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９６６８９号公報

ところで、流体の搬送方向を変更する場合には、軸線が円弧状であるポンプユニットを用いる必要がある。しかしながら、ポンプユニットの軸線を円弧状とすると、内筒を膨張させたときのチャンバー内部の閉鎖割合である閉口率やチャンバー内部の体積変化の割合である体積排除率が減少してしまい、流体の搬送効率が低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、直管ユニットとほぼ同じ閉口率や体積排除率を有し、ポンプに流入された流体を流入方向とは異なる方向に効率よく排出することのできるポンプユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための構成として、外筒と、外筒の内周側に設けられたゴム部材から成る内筒と、内筒の軸方向両端部を前記外筒の軸方向両端部に固定する固定部材と、内筒と外筒との間に加圧用媒体を供給するための加圧用通路とを備え、内筒を前記加圧用媒体の圧力により膨張させて当該内筒の軸方向の一方の側から流入した流体を他方の側から排出するポンプユニットであって、内筒が、当該内筒の軸線を通り、かつ、当該内筒の軸線方向に平行な面で切ったときの縦断面形状が矩形である円筒部と、縦断面形状が直角三角形である斜面部とを有した構成とした。
本構成によれば、内筒内に流入した流体を流入方向とは異なる方向に排出することができる。なお、斜面部は円筒部の片側のみにあってもよいし、円筒部の両側にあってもよい。

また、他の構成として、前記内筒に、当該内筒の周面に沿って軸線方向の一方の側から他方の側に延長し、導入された圧力により内筒に折れ目を誘発する拘束体又はゴム異形部が内筒の周方向に複数設けられた構成とした。
本構成によれば、直管ユニットとほぼ同じ閉口率や体積排除率を確保しつつ、内筒内に流入した流体を流入方向とは異なる方向に排出することができる。

また、他の構成として、ゴム異形部が、当該内筒を形成するゴムが当該内筒の径方向外側に突出することで当該内筒の内側に形成されるガイド溝、もしくは、当該内筒の外周側から当該内筒の径方向外側に突出するゴム部材を備えた肉厚部である構成とした。
これにより、カーボンロービング繊維などの拘束体を用いることなく、内筒の変形を確実に拘束することができる。したがって、内筒をゴムのみで製造できるので、内筒の作製が容易となるだけでなく、製造時のバラツキも小さくなる。また、拘束体とゴムとの間に亀裂が発生して内筒が裂開することがないので、内筒の耐久性が向上する。
なお、本構成の「ゴム異形部」とは、内筒を構成するゴムを変形させて形成された箇所、内筒を構成するゴムの肉厚を変えた箇所、或いは、内筒にゴム部材を貼り付けて肉厚とした箇所をも含む。

また、他の構成として、内筒の内周側に、当該内筒の径方向内側に突出する内側突出部が複数形成された構成とした。
これにより、拘束体もしくはゴム異形部で分割された内筒の各部分を均一に膨張させることができるとともに、内側突出部により内筒で閉鎖されていない空間を埋めて閉口率をほぼ１００％にして流体の搬送効率を向上させることができる。また、逆に膨張時に内側突出部同士を当接させることにより、分割された内筒の各部分の間に網目状の隙間を形成でき、固液混合物を濾過するなど、流体の搬送状態を制御することができる。
なお、上述した各発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係る曲管ユニットの構成を示す図である。 曲管ユニットの内筒の断面図である。 曲管ユニットのフランジの形状を示す図である。 曲管ユニットの内筒の詳細を示す図である。 曲管ユニットの接続方法の一例を示す図である。 曲管ユニットの接続方法の他の例を示す図である。 中間ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る曲管型ポンプの構成を示す図である。 圧搾空気給排手段の構成を示す図である。 曲管型ポンプの動作を説明するための図である。 閉口率を説明するための図である。 体積排除率を説明するための図である。 ポンプユニットの圧力と閉口率及び体積排除率との関係を示す図である。 ポンプユニットの閉口率の立ち上がり特性及び立ち下がり状態を示す図である。 ポンプユニットの体積排除率の時間変化を示す図である。 ガイド溝を有する内筒の構成を示す図である。 ガイド溝を有する内筒の動作を説明するための図である。 肉厚部を有する内筒の構成を示す図である。 内側突出部を有する内筒の構成を示す図である。 内側突出部の他の構成を示す図である。 真空ポンプを備えた直管ユニットの構成を示す図である。 内側突出部を有する内筒の他の構成を示す図である。 内側突出部の濾過作用を説明するための図である。 従来の直管ユニットの構成を示す図である。 従来の直管ユニットの動作を説明するための図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１（ａ），（ｂ）は、実施形態に係るポンプユニットの一例としての曲管ユニット１０の構成を示す図である。曲管ユニット１０は、外筒１１と、外筒１１の内周側に設けられたゴム部材から成る内筒１２と、内筒１２の軸方向両端部を外筒１１の軸方向両端部にそれぞれ固定する固定部材としての正円フランジ１３ａ及び楕円フランジ１３ｂと、外筒１１と内筒１２との間に設けられた加圧用通路としてのチャンバー１４と、チャンバー１４に圧搾空気を導入するための空気導入溝１５と、一端が空気導入溝１５に連通する空気導入管１６とを備える。なお、同図の符号１７は、内筒１２に設けられた拘束体である。

外筒１１は、金属もしくはアクリル等の合成樹脂などの圧搾空気の圧力によって容易に変形しない材料から構成される。
内筒１２を構成するゴム部材としては、例えば、天然ラテックスゴムやシリコーンゴムなどが好適に用いられる。本例では、ゴム部材として低アンモニア天然ラテックスゴムを用いた。
内筒１２は、図２に示すように、当該内筒１２の軸線を通りかつ軸方向に平行な面で切ったときの縦断面形状が軸方向に直交する辺を有する直角台形をなしている。すなわち、内筒１２は、縦断面形状が矩形である円筒部１２ａと縦断面形状が直角三角形である斜面部１２ｂとを有する。
以下、内筒１２の円筒部１２ａの直径（内径）をｄ、軸線方向の長さの最小値である円筒部１２ａの軸線方向の長さをｌ_min、円筒部１２ａの軸線に垂直な面（円形の面）と斜面部１２ｂの軸線と交差する面（楕円形の面）との成す角を傾斜角φとする。
内筒１２の側面を内筒１２の径方向外側から覆う外筒１１は、内筒１２と同様に縦断面形状が矩形である円筒部１１ａと、縦断面形状が直角三角形である斜面部１１ｂとを有する。なお、外筒１１の傾斜角は内筒１２の傾斜角φと同じである。

図３に示すように、正円フランジ１３ａは円形の中空部１３ｐを有し、外筒１１と内筒１２のそれぞれの円筒部１１ａ，１２ａの一端側が取り付けられる。一方、楕円フランジ１３ｂは楕円形の中空部１３ｑを有し、外筒１１と内筒１２のそれぞれの斜面部１１ｂ，１２ｂの一端側が取付けられる。
本例では、図１（ｂ）に示すように、外筒１１の外縁部をフランジ１３ａ，１３ｂに設けられた中空部１３ｐ，１３ｑの内周側の内縁部に設けられた溝１３ｍにそれぞれ固定するとともに、内筒１２の外縁部をフランジ１３ａ，１３ｂの外周側の内縁部に設けられた溝１３ｎにそれぞれ固定している。なお、外筒１１と内筒１２とをフランジ１３ａ，１３ｂに固定する方法はこれに限るものではなく、内筒１２の外縁部を外筒１１に固定するなど、他の固定方法を採用してもよい。

図１（ｂ）に示すように、チャンバー１４は、外筒１１と内筒１２との間に設けられて、空気導入管１６から空気導入溝１５を通って供給される加圧用媒体としての圧搾空気を収納する空間である。圧搾空気の導入前、もしくは、圧搾空気の排出後には、外筒１１の内面側（径方向内側）と内筒１２の外面側（径方向外側）との間に隙間がなく、チャンバー１４が閉じられた状態となる。
空気導入溝１５は、外筒１１の内面側（チャンバー１４側）に設けられる。空気導入溝１５には空気導入管１６が取付けられており、図示しない圧搾空気給排手段から送られてきた圧搾空気は前記空気導入管１６から空気導入溝１５を通ってチャンバー１４内に導入される。

図４（ａ）にも示すように、内筒１２には、周方向に間隔を隔てて、内筒１２の軸線方向と平行な方向に沿って延長する複数の拘束体１７が設けられている。
本例では、拘束体１７として、細くて強度の高いカーボンロービング繊維を用いるとともに、内筒１２を低アンモニア天然ラテックスゴムから構成した。拘束体１７は、曲管ユニット１０の内部の膨張変形を安定させる役割を果たすもので、拘束体１７の本数ｉとしては、内筒１２を膨張させたときに曲管ユニット１０の内部（内筒１２の内部）が完全に閉鎖されて緩みがない、という条件から、ｉ≧４である。本例では、拘束体１７の本数を、前述の条件を満たす最小の本数である４本に設定した。
これにより、膨張時には、曲管ユニット１０の内筒１２を構成するゴム部材に拘束体１７を起点に折り目が発生し、この折り目により、内筒１２が周方向に複数（ここでは、４つ）の部分に区画される。つまり、拘束体１７は、導入された圧力により内筒１２に折れ目を誘発する部材として機能する。

拘束体１７により区画されたゴム部材のうち、円筒部１２ａのゴム部材を帯状ゴム部材１２ｇとすると、帯状ゴム部材１２ｇは、軸方向の長さがｌ_minで、周方向の長さがπｄ/iである長方形を直径ｄの円筒の側面に貼り付けたものである。
圧搾空気の導入時には、図４（ｂ）に示すように、前記帯状ゴム部材１２ｇが、それぞれ、符号ｔ₁〜ｔ_iで示す１本目〜ｉ本目の拘束体を節として、曲管ユニット１０の中心軸に向かって膨張する。
なお、これまでの実験の結果、曲管ユニット１０に用いられる内筒１２においても、軸方向から見た場合、ゴムの膨張の頂点の位置は、図２５に示した従来の直管ユニット５０の内筒５２と変わらないので、閉口率や体積排除率などに内部閉鎖条件についても直管ユニット５０の場合と同じ条件が適用可能である。

ところで、内筒１２を膨張させたときのユニット内部の閉鎖割合である閉口率やユニット内部の体積変化の割合である体積排除率を確保するためには、帯状ゴム部材１２ｇの軸方向長さｌ_minは、（イ）前記帯状ゴム部材１２ｇに折れ目ができないという条件と（ロ）ユニット内部が完全に閉鎖されるという条件を満たす必要がある。
そこで、帯状ゴム部材１２ｇのアスペクト比を変えて膨張実験を行った結果、前記（イ）及び（ロ）の条件を同時に満たすためには、内筒１２の円筒部１２ａの直径ｄと軸方向の長さをｌ_minの比である円筒部アスペクト比ｎが以下の式（１）を満たす必要があることが分かった。

但し、ｉは拘束体１７の本数
本例では、内筒１２の円筒部１２ａの直径（内径）ｄと軸線方向の長さの最小値である円筒部１２ａの軸線方向の長さｌ_minと、円筒部１２ａの軸線に垂直な面（円形の面）と斜面部１２ｂの軸線と交差する面（楕円形の面）との成す角を傾斜角φとを、上記式（１）を満たすように設定した。
このように、曲管ユニット１０の内筒１２の寸法を設定すれば、曲管ユニット１０に流入した流体の搬送方向を傾斜角φだけ傾いた方向に排出することが可能となる。

図５（ａ）に示すように、曲管ユニット１０は、１個でも流体の搬送方向を変更することが可能であるが、例えば、円筒部１２ａ側を流入側とし、斜面部１２ｂ側を排出側とした場合、排出側の中空部の形状が楕円になってしまうので、流入側に接続する直管ユニット５０と同じ直管ユニットを排出側に接続することが困難である。
そこで、曲管ユニット１０を用いて流体の搬送方向を変更する場合には、図５（ｂ）に示すように、２個の曲管ユニット１０を用いることが実用上好ましい。これにより、流入側の直管ユニット５０Ａと排出側の直管ユニット５０Ｂとに従来の直管ユニット５０を使用することができるとともに、流体を同図の一点鎖線で示す曲率半径がＲの仮想曲管ユニット１０Ｒとほぼ同等の流路で搬送することができるので、流体をスムースに搬送することができる。なお、この場合の搬送方向の変更角度θは、傾斜角φの２倍となる。

ところで、搬送方向の変更角度θが大きい（例えば、４５°以上）場合には、図６（ａ）に示すように、２個の曲管ユニット１０では、流体を仮想曲管ユニット１０Ｒに沿って搬送することが困難となる。そこで、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、流体の流入側に配置される曲管ユニットである第１の末端ユニット１０Ａと排出側に配置される曲管ユニットである第２の末端ユニット１０Ｂとの間に、円筒部１２ａの両側に斜面部１２ｂを有する曲管ユニット１０Ｃを設けるようにすれば、流体をスムースに搬送することができる。以下、曲管ユニット１０Ｃを中間ユニットと呼ぶ。

図７（ａ），（ｂ）は中間ユニット１０Ｃの一構成例を示す図で、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’は、当該内筒１２’の軸線を通り、かつ、軸方向に平行な面で切ったときの縦断面形状が塔脚台形をなしている。すなわち、内筒１２’は、縦断面形状が矩形である円筒部１２ａ’と、縦断面形状が直角三角形である２つの斜面部１２ｂ’とを有している。なお、中間ユニット１０Ｃが１個である場合には、傾斜角φ’は末端ユニット１０Ａ；１０Ｂの傾斜角φに等しい。
内筒１２’の軸方向の周囲を覆う外筒１１’の形状は、内筒１２’の形状と同じく、円筒部と斜面部とを備える。なお、図は省略するが、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’にも、内筒１２に設けられた拘束体１７と同様の拘束体が設けられている。
また、中間ユニット１０Ｃは、楕円形の中空部１３ｑを有し、その形状が末端ユニット１０Ａ；１０Ｂの楕円フランジ１３ｂの形状と同一の２つの楕円フランジ１３ｃを備え、第１及び第２の末端ユニット１０Ａ，１０Ｂの楕円フランジ１３ｂと連結される。

図８は、流体の流入側に配置される第１の末端ユニット１０Ａと、流体の排出側に配置される第２の末端ユニット１０Ｂと、第１の末端ユニット１０Ａと第２の末端ユニット１０Ｂを連結する中間ユニット１０Ｃとを備えた曲管型ポンプ１を示す図である。
第１及び第２の末端ユニット１０Ａ，１０Ｂと中間ユニット１０Ｃとは、第１及び第２の末端ユニット１０Ａ，１０Ｂの楕円フランジ１３ｂ，１３ｂと、中間ユニット１０Ｃの楕円フランジ１３ｃとを図示しないボルト及びナットなどの締結部材により締結することで連結される。
流体の搬送方向を角度θだけ変更するには、曲管型ポンプ１の第１の末端ユニット１０Ａと第２の末端ユニット１０Ｂとを曲率半径がＲ、円周角がθである円弧の両端部に配置する。このとき、末端ユニット１０Ａ，１０Ｂの内筒１２の傾斜角φは、曲率半径Ｒと円筒部アスペクト比ｎが与えられれば、以下の式（２）により決定される。

なお、中間ユニット１０Ｃの傾斜角φ’は、末端ユニット１０の傾斜角φと同じであってもよいし、傾斜角φよりも小さくてもよい。

また、曲管型ポンプ１の曲がりの度合いである曲率半径Ｒが、内筒１２の円筒部１２ａの直径ｄの１．６倍に満たないような急な曲がりである場合には、円筒部アスペクト比ｎが、前述の式（１）で示した条件を満たさない場合があるので、直管ユニットとほぼ同等の閉口率や体積排除率を確保して流体をスムースに搬送するためには、第１の末端ユニット１０Ａと第２の末端ユニット１０Ｂとを、Ｒ≧１．６ｄであるような曲率半径Ｒを有する円弧の両端に配置することが好ましい。
逆に、配管の曲率半径Ｒが予め設定されている場合には、内筒１２の円筒部１２ａの直径ｄを、ｄ＜（Ｒ/１．６）を満たすように設定する。これにより、必要な閉口率と体積排除率とを得ることができるので、流体をスムースに搬送することができる。

図９は、曲管型ポンプ１を動作させるための圧搾空気給排手段２を示す図である。
圧搾空気給排手段２は、圧搾空気を供給するエアコンプレッサー２１と、比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃと、比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃを制御する制御手段２３と、エアチューブ２４Ａ〜２４Ｃとを備える。
圧搾空気給排手段２では、制御手段２３に予め記憶された電磁弁制御プログラムに基づいて比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃを制御する制御信号を比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃに送って、各ユニット１０Ａ〜１０Ｃの内筒１２，１２’の膨張・収縮を制御する。比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃは、エアコンプレッサー２１から排出される一定圧力の圧搾空気の空気圧を、制御信号に応じた圧力に調整する。
本例では、エアチューブ２４Ａ〜２４Ｃにより、比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃと曲管型ポンプ１の末端ユニット１０Ａ，１０Ｂ及び中間ユニット１０Ｃの各空気導入管１６との間をそれぞれ連結することにより、各ユニット１０Ａ〜１０Ｃのチャンバー１４内に供給する圧搾空気の圧力を独立に印加するようにしている。

次に、曲管型ポンプ１の動作について説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、第１の末端ユニット１０Ａ側から第１の末端ユニット１０Ａ内へ流体を注入する。このとき、各比例電磁弁は閉状態にあり、各ユニット１０Ａ〜１０Ｃの内筒１２，１２’はいずれも収縮した状態にある。
次に、図１０（ｂ）に示すように、エアチューブ２４Ａが連結されている比例電磁弁２２Ａを開放して末端ユニット１０Ａのチャンバー１４内に圧搾空気を送り、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２のみを膨張させて、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２内の流体を中間ユニット１０Ｃの内筒１２’内に押し出す。
次に、図１０（ｃ）に示すように、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２を膨張させたまま、エアチューブ２４Ｃが連結されている比例電磁弁２２Ｃを開放して中間ユニット１０Ｃのチャンバー１４に圧搾空気を送り、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’を膨張させて、中間ユニット１０Ｃ内の流体を第２の末端ユニット１０Ｂの内筒１２内に押し出す。
次に、図１０（ｄ）に示すように、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’を膨張させたまま、エアチューブ２４Ｂが連結されている比例電磁弁２２Ｂを開放して中間ユニット１０Ｃのチャンバー１４内に圧搾空気を送り、第２の末端ユニット１０Ｂの内筒１２を膨張させて、第２の末端ユニット１０Ｂ内の流体を曲管型ポンプ１の外部へ排出する。
このとき、エアチューブ２４Ａが連結されている比例電磁弁２２Ａを閉鎖するとともに、エアチューブ２４Ａに連結されている図示しない開放弁を開放する。これにより、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２は、ゴム部材の復元力により収縮するので、曲管型ポンプ１内には新たな流体が導入される。
次に、図１０（ｅ）に示すように、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’を縮小させるとともに、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２を膨張させて、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２内の流体を中間ユニット１０Ｃの内筒１２’内に押し出す。
次に、図１０（ｆ）に示すように、第２の末端ユニット１０Ｂの内筒１２を縮小させるとともに、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’を膨張させて、中間ユニット１０Ｃ内の流体を第２の末端ユニット１０Ｂの内筒１２内に押し出す。
図１０（ｆ）の状態は、前記の図１０（ｃ）の状態と同じである。したがって、次には、図１０（ｄ）に示すように、中間ユニット１０Ｃの内筒１２’を膨張させたまま第２の末端ユニット１０Ｂの内筒１２を膨張させて、第２の末端ユニット１０Ｂ内の流体を曲管型ポンプ１の外部へ排出するとともに、第１の末端ユニット１０Ａの内筒１２を同時に収縮させることにより、曲管型ポンプ１内に新たな流体を導入するようにすればよい。
以下、図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）の動作を繰り返すことにより、第１の末端ユニット１０Ａ内へ注入された流体を第２の末端ユニット１０Ｂから排出する。これにより、流体を流入方向とは異なる方向へ排出することができる。

［実験例］
以下に示すような寸法仕様の末端ユニットと中間ユニットとを試作し、その性能について、直管ユニットと比較した。なお、直管ユニットとしては、図２４に示した従来の直管ユニット５０よりも輸送効率の高い蠕動運動型の直管ユニットを用いた。蠕動運動型の直管ユニットは、内筒及び外筒として、ゴム部材から成る筒状体に筒状体の軸方向に平行な方向に延長する複数の繊維（カーボンロービング繊維）から成る繊維層を内包した人工筋肉を使用したもので、内筒がユニットの内部方向（求心方向）に膨張し、外筒が外部方向（放射方向）に膨張する。
末端ユニットの仕様
円筒部の最小長さｌ_min［ｍｍ］
；６０
円筒部の直径ｄ［ｍｍ］ ；６０
内筒の厚さ［ｍｍ］ ；１．５
拘束体の本数 ；４本
傾斜角φ_n［ｒａｄ．］ ；π/８
外筒の直径Ｄ［ｍｍ］ ；９４
中間ユニットの仕様
円筒部の最小長さｌ_min［ｍｍ］
；６０
円筒部の直径ｄ［ｍｍ］ ；６０
内筒の厚さ［ｍｍ］ ；１．５
拘束体の本数 ；４本
傾斜角φ_n［ｒａｄ．］ ；π/８
外筒の直径Ｄ［ｍｍ］ ；９４
直管ユニットの仕様
内筒及び外筒の長さｌ［ｍｍ］ ；６０
内筒及び外筒の直径ｄ［ｍｍ］ ；６０
内筒及び外筒の厚さ［ｍｍ］ ；１．５

評価パラメータは、（１）閉口率、（２）体積排除率、（３）時間応答、の３つとした。
閉口率Ｒ_L［％］は、内筒が膨張したときのユニット内部の閉鎖割合を表す量で、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、ユニットを軸方向から見たときの通常時である内筒の縮小時の開口面積をＳ₀［ｍ²］、膨張時の開口面積をＳ_p［ｍ²］としたときに、以下の式（３）で表される。
Ｒ_L［％］＝｛（Ｓ₀−Ｓ_p）/Ｓ₀｝×１００ ……（３）
閉口率Ｒ_L［％］は、ユニットの弁としての性能を表している。
体積排除率Ｒ_E［％］は、内筒が膨張したときのユニット内部の体積変化の割合を表す量で、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、通常時の内部体積をＶ₀［ｍ³］、膨張時の内部体積をＶ_p［ｍ³］としたときに、以下の式（４）で表される。
Ｒ_E［％］＝｛（Ｖ₀−Ｖ_p）/Ｖ₀｝×１００ ……（４）
体積排除率Ｒ_E［％］は、ユニット内部の流体を押し出す効率を表している。

図１３（ａ）は内筒と外筒間に導入した圧搾空気の圧力［MPa］と閉口率Ｒ_L［％］との関係を示す図で、図１３（ｂ）は圧力［MPa］と体積排除率Ｒ_E［％］との関係を示す図である。各図において、◆が直管ユニットのデータ、△が末端ユニットのデータ、○が中間ユニットのデータである。
図１３（ａ）に示すように、閉口率Ｒ_Lは、末端ユニットも中間ユニットも、直管ユニットとほぼ同じく、印加圧力が約０．０２［MPa］付近から収束し始め、約０．０３［MPa］でほぼ１００％になることがわかった。
また、図１３（ｂ）に示すように、直管ユニットの体積排除率Ｒ_Eは、印加圧力が約０．０２［MPa］付近から収束し始め、約０．０３［MPa］でほぼ１００％になるのに対し、末端ユニット及び中間ユニットでは、印加圧力が約０．０３［MPa］付近から収束し始め、約０．０４［MPa］でほぼ９０％になった。

また、図１４（ａ）は立ち上がり時間［sec.］と閉口率Ｒ_L［％］との関係を示す図で、図１４（ｂ）は立ち下がり時間［sec.］と閉口率Ｒ_L［％］との関係を示す図で、各図において、一点鎖線が直管ユニットのデータ、実線が末端ユニットのデータ、破線が中間ユニットのデータである。図１４（ａ），（ｂ）から、立ち上がり応答は末端ユニット及び中間ユニットがよく、立ち下がり応答は直管ユニットがよいことわかる。これは、直管ユニットの内管として弾性の高い人工筋肉を使用したことによると考えられる。
また、図１５は、立ち上がり時間［sec.］と体積排除率Ｒ_E［％］との関係を示す図で、図に示すように、末端ユニット及び中間ユニットのように傾斜部を有する部材であっても、安定した応答で、直管ユニットの約９０％の体積排除率Ｒ_Eが得られる。
このように、本発明による末端ユニット及び中間ユニットは、直管ユニットとほぼ同等の圧力応答特性を示すことが確認された。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前述の実施形態では、拘束体１７の本数を４本に設定して内筒１２，１２’のゴム部材を４つに区画したが、５つ以上にしてもよい。但し、拘束体１７の本数を多くすると、拘束体１７により区画された各帯状ゴム部材１２ｇをユニット１０Ａ〜１０Ｃの中心軸付近まで膨張させるのに高い圧力を必要とするので、拘束体１７の本数は、４〜６本程度にすることが好ましい。

また、前述の実施形態では、カーボンロービング繊維から成る拘束体１７により内筒１２，１２’のゴム部材の変形を拘束することで、内筒１２，１２’のゴム部材を周方向に複数個に区画したが、ゴム部材に、ゴムを変形させて形成された箇所やゴムの肉厚を変えた箇所、もしくは、ゴム部材を貼り付けた箇所などのような、導入された圧力により折れ目を誘発するゴム異形部を設けて、内筒のゴム部材の変形を拘束してもよい。
ゴム異形部は、内筒の周方向に等間隔に、かつ、内筒の軸方向に平行な方向に沿って延長するように、複数個設けられる。

図１６（ａ），（ｂ）は、ゴム異形部の一例としてのガイド溝３１が形成された第１及び第２の末端ユニット１０Ａ，１０Ｂの内筒３０を示す図である。ガイド溝３１は、内筒３０を形成するゴムを当該内筒３０の径方向外側に突出させたもので、これにより、内筒３０の内面側には、例えば、縦断面形状が、溝底部の角度が直角である直角二等辺三角形などの三角形状の溝が形成される。なお、図示は省略するが、中間ユニット１０Ｃの内筒３０’にも、内筒３０と同様のガイド溝３１が設けられている。
なお、図１６では、ガイド溝３１を内筒３０の周方向に等角度に４本設けたが、拘束体１７における好ましい本数と同様に、４〜６本程度にすること望ましい。
また、ガイド溝３１は、内筒３０の軸方向に沿って平行に延在するものであって、その位置としては、円筒部３０ａの中央部付近であることが好ましい。
また、ガイド溝３１の長さｌgとしては、円筒部３０ａの軸方向の長さｌ_minの５０％程度であれば、膨張時に内筒３０（内筒３０’）のゴム部材を周方向に複数個（ここでは、４個）に区画することができる。
また、ガイド溝３１を、軸方向に沿って連続して延長する形態とするのではなく、軸方向に沿って所定の間隔を空けて延長する形態としてもよい。

拘束体１７が設けられた内筒１２，１２’では、図４（ｂ）に示すように、拘束体１７を起点に膨張し、当該拘束体１７によって周方向に複数個に区画するような膨張変形を起こさせたが、内筒３０，３０’では、ガイド溝３１が内筒３０，３０’を周方向に複数個に区画するような膨張変形を誘起する。
すなわち、内筒３０内に圧搾空気を導入すると、図１７（ａ）に示すように、内筒３０の図示しない加圧用通路１４側の面に対しては垂直な方向に空気圧Ｐが作用して内筒３０は膨張する。このとき、円筒面から鋭角に突き出たガイド溝３１には、ガイド溝３１の壁面に垂直な方向の空気圧が作用する。したがって、ガイド溝３１は、溝壁面同士が近づく（溝が潰れる）方向に変形し、その結果、内筒３０にはガイド溝３１を起点に折り目が発生する。なお、図示は省略するが、内筒３０’の動作についても同様である。
したがって、図１７（ｂ）に示すように、ガイド溝３１は、内筒１２，１２’に設けられた拘束体１７と同様に、内筒３０，３０’を周方向に複数個に区画するような膨張変形を誘起することができる。

したがって、内筒１２，１２’に代えて、導入された圧力により折れ目を誘発するゴム異形部としてのガイド溝３１を備えた内筒３０，３０’を用いれば、カーボンロービング繊維などの拘束体１７を用いることなく、内筒３０，３０’の変形を確実に拘束できる。
また、内筒３０，３０’をゴムのみで製造できるので、内筒３０，３０’を一体成型で作製することができる。したがって、製造が容易となるだけでなく、製造時のバラツキも小さくなる。
なお、導入された圧力により折れ目を誘発するゴム異形部としては、図１８（ａ）に再掲する前記のガイド溝３１に限るものではなく、図１８（ｂ）に示すような、内筒３０の外周側から当該内筒３０の径方向外側に突出する突起３２ａを有する肉厚部３２であってもよい。突起３２ａは、前述のガイド溝３１と同様に、内筒３０の軸方向に沿って平行に延在するものであって、その位置は、円筒部３０ａの中央部付近であることが好ましい。

このような肉厚部３２を有する内筒３０内に圧搾空気を導入すると、圧搾空気が導入される側である内筒３０の外周面側には突起３２ａが設けられているので、圧搾空気は突起３２ａから周囲の円筒部方向に流れを変え、突起３２ａの周り円周部を膨張させようとする。その結果、ガイド溝３１を設けた場合と同様に、内筒３０に肉厚部３２を起点とした折り目を発生させることができる。
なお、肉厚部３２を、内筒３０の外周面に軸方向に平行な方向に延長するゴム部材を貼り付けて形成してもよい。また、貼り付けるゴム部材としては、内筒３０を形成するゴム部材と同じゴム部材を用いてもよいし、異種ゴムから成るゴム部材を用いてもよい。異種ゴムから成るゴム部材を用いる場合には、内筒３０を形成するゴム部材よりも弾性率の高いゴム部材を用いることが好ましい。

また、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、内筒４０（内筒４０’）に、当該内筒４０の内周側に突出して軸方向に平行な方向に延長する複数の山形状の内側突出部４２を、互いに隣接するガイド溝４１とガイド溝４１との中間に設けるようにすれば、閉口率をほぼ１００％にすることができる。なお、ガイド溝４１は、図１６に示したガイド溝３１と同一の構成である。
内側突出部４２は、前述した突起３２ａとは異なり、内筒４０のチャンバー１４側とは反対側の面である内周面側に設けられている。すなわち、内側突出部４２がある部分はチャンバー１４側から見ると円筒なので、内筒４０内に圧搾空気を導入すると、圧搾空気は内側突出部４２がある部分にも面に垂直な方向の力を作用させる。しかし、内側突出部４２近傍は周囲の円筒部よりも肉厚が厚いので、内筒４０は内側突出部４２の周囲のゴムよりもやや凹んだ状態で膨張する。この凹んだ部分は、内側突出部４２の配置と同じなので、内筒４０のガイド溝４１により区画された各部分を均一に膨張させることができる。また、内側突出部４２は内筒４０の内周面側に設けられているので、内側突出部４２自身が内筒４０により閉鎖されていない空間を埋めることができる。その結果、閉口率をほぼ１００％にすることができる。なお、内側突出部４２の機能については、内筒４０’についても同様である。
このように、閉口率をほぼ１００％とすれば、例えば流体を鉛直方向上方に搬送するときなどに生じる、内筒４０（内筒４０’）により閉鎖されていない微小穴からの流体の逆流をなくすことができるので、流体の搬送効率を更に向上させることができる。

なお、内側突出部４２の形状としては、前述した山形状の突起に限るものではなく、図２０に示すような、円錐台状であってもよい。
また、内側突出部４２は、必ずしも内筒４０（内筒４０’）の周方向に延長している必要はなく、円錐台状の内側突出部４２ｒのように、周方向中心部にある程度の大きさを有して設けられていればよい。なお、このような、周方向の長さが短い内側突出部４２は、周方向に複数個設けることが好ましい。
また、上述した拘束体１７を有する内筒１２，１２’においても、複数の内側突出部４２と同様の突起を当該内筒１２，１２’の内周側で拘束体１７の中間に設ければ、閉口率をほぼ１００％にすることができる。

ところで、内側突出部４２を有し、閉口率がほぼ１００％となる内筒４０及び内筒４０’を用いて構成した曲管ポンプにより、流体を鉛直方向上方に搬送する場合、流体の粘性によっては、内筒４０，４０’の初期状態への復元が流体の粘性によって遅くなることや、復元不可能となるということが想定される。
そこで、高粘度流体を内側突出部４２を有する内筒４０，４０´を備えた曲管ポンプによって鉛直方向上方に搬送する場合には、図２１に示すように、圧搾空気給排手段２に、エアポンプ（真空ポンプ）２５とエアタンク２６とエアレギュレータ２７と３ポート電磁弁２８Ａ〜２８Ｃとから成る排気系を追加してチャンバー１４内の空気を強制的に排気する構成とすれば、内筒４０，４０’の復元を安定して行うことができるので、搬送効率を更に向上させることができる。

同図に示すように、３ポート電磁弁２８Ａ〜２８Ｃは、エアチューブ２４Ａ〜２４Ｃと比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃとエアレギュレータ２７とに接続されて、比例電磁弁２２Ａ〜２２Ａとエアチューブ２４Ａ〜２４Ｃとの通路を開閉するとともに、エアレギュレータ２７とエアチューブ２４Ａ〜２４Ｃとの通路を開閉する。
エアレギュレータ２７とエアチューブ２４Ａ〜２４Ｃとの通路が開放されると、チャンバー１４内に導入された圧搾空気は、真空ポンプ２５により強制的に吸引され、その結果、チャンバー１４内の圧力は、外気圧より低く設定されたエアレギュレータ２７の設定圧力にまで減少する。エアレギュレータ２７の設定圧力は、各ユニット１０Ａ〜１０Ｃ内（流路内）に発生する負圧に応じて設定される。

このように、比例電磁弁２２Ａ〜２２Ｃの閉鎖時において、チャンバー１４内の空気を真空ポンプ２５により強制的に吸引するようにすれば、膨張状態にある内筒４０，４０’の初期状態（圧搾空気導入前の状態）への復元を阻害する高粘性流体を搬送する場合であっても流体の粘性による復元力の低下をなくすことができ、内筒４０，４０’を速やかに初期状態に戻すことができる。

なお、図１９及び図２０に示した内側突出部４２，４２ｒのように、内側突出部をガイド溝４１とガイド溝４１との中間に１個だけ設けるようにすれば、閉口率をほぼ１００％にすることができるが、図２２に示すように、円筒状の突起などから成る内側突出部４２ｋをガイド溝４１とガイド溝４１との間に複数個設けるようにすれば、曲管ユニット１０に濾過機能を付与することができる。
すなわち、図２３（ａ）に示すように、内筒４０，４０’の膨張時には、ガイド溝４１により区画された膨張領域のうち、互いに隣接する膨張領域の内側突出部４２ｋ同士が当接して膨張領域の間に網目状の隙間が形成される。
よって、搬送される流体が固液混合物等である場合には、網目状の隙間の大きさよりも大きな固体は隙間を通過できず、液体と網目状の隙間の大きさよりも小さな固体のみが曲管ユニット１０から排出されるので、曲管ユニット１０に流入した固液混合物を濾過することができる。
また、図２３（ｂ），（ｃ）に示すように、内側突出部４２ｋの大きさや個数を変更すれば網目の大きさを調整できるので、濾過する固体の大きさを選別することができる。つまり、内側突出部４２ｋの大きさや個数を変更することにより流体の搬送状態を自在に制御することができる。

１ 曲管型ポンプ、２ 圧搾空気給排手段、１０ 曲管ユニット、
１０Ａ 第１の末端ユニット、１０Ｂ 第２の末端ユニット、１０Ｃ 中間ユニット、
１１，１１’ 外筒、１１ａ 外筒の円筒部、１１ｂ 外筒の斜面部、
１２，１２’，３０，３０’，４０，４０’ 内筒、１２ａ 内筒の円筒部、
１２ｂ 内筒の斜面部、１３ａ 正円フランジ、１３ｂ，１３ｃ 楕円フランジ、
１４ 加圧用通路（チャンバー）、１５ 空気導入溝、１６ 空気導入管、
１７ 拘束体、２１ エアコンプレッサー、２２Ａ〜２２Ｃ 比例電磁弁、
２３ 制御手段、２４Ａ〜２４Ｃ エアチューブ、２５ 真空ポンプ、
２６ エアタンク、２７ エアレギュレータ、２８Ａ〜２８Ｃ ３ポート電磁弁、
３１，４１ ガイド溝、３２ 肉厚部、３２ａ 突起、
４２，４２ｒ、４２ｋ 内側突出部。

Claims (4)

1. 外筒と、
   前記外筒の内周側に設けられたゴム部材から成る内筒と、
   前記内筒の軸方向両端部を前記外筒の軸方向両端部に固定する固定部材と、
   前記内筒と前記外筒との間に加圧用媒体を供給するための加圧用通路と、
   を備え、
   前記内筒を前記加圧用媒体の圧力により膨張させて当該内筒の軸方向の一方の側から流入した流体を他方の側から排出するポンプユニットであって、
   前記内筒が、当該内筒の軸線を通り、かつ、当該内筒の軸線方向に平行な面で切ったときの縦断面形状が矩形である円筒部と、
   前記縦断面形状が直角三角形である斜面部と、
   を有したことを特徴とするポンプユニット。
2. 前記内筒には、
   周面に沿って当該内筒の軸線方向の一方の側から他方の側に延長し、導入された圧力により前記内筒に折れ目を誘発する拘束体又はゴム異形部が前記内筒の周方向に複数設けられたことを特徴とする請求項１記載のポンプユニット。
3. 前記ゴム異形部が、当該内筒を形成するゴムが当該内筒の径方向外側に突出することで当該内筒の内側に形成されるガイド溝、もしくは、当該内筒の外周側から当該内筒の径方向外側に突出するゴム部材を備えた肉厚部であることを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
4. 前記内筒の内周側に、当該内筒の径方向内側に突出する内側突出部が複数形成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のポンプユニット。

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