JP2013174139A

JP2013174139A - ポンプユニット

Info

Publication number: JP2013174139A
Application number: JP2012037807A
Authority: JP
Inventors: Taro Nakamura; 太郎中村; Yoshihiro Hirayama; 義浩平山; Kunihiro Saito; 邦広斉藤; Yoshinori Kimura; 義規木村
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】耐久性に優れるとともに、製造が容易でかつ製造時のバラつきの少ない内筒を備えたポンプユニットを提供することを目的とする。
【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と外筒の軸方向両端部とを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加圧用通路とを備え、加圧用媒体にて内筒を膨張させて流体を搬送するポンプユニットであって、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、導入された加圧用媒体の圧力により内筒に折れ目を誘発するゴム異形部が内筒の周方向に複数設けられている構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、外筒と内筒との間に加圧用媒体を供給して外筒及び内筒、もしくは、内筒を膨張させることで流体を搬送するポンプユニットに関するもので、特に、内筒をゴム部材で構成したポンプユニットに関する。

図２０（ａ）は、従来の軸方向に延長する多数の高弾性繊維が埋設されたゴム部材から成る内筒５１と外筒５２とを備えたポンプユニット５０の構成を示す図で、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面である。
ポンプユニット５０は、内筒５１と外筒５２の間に設けられた空気室５３に、図示しない圧搾空気給排手段から一方のフランジ５４に設けられた空気導入孔５４Ｈを介して加圧用媒体である圧搾空気を供給して内筒５１及び外筒５２を膨張させ、内筒５１の一方の端部側から内筒５１の内壁により形成された流路５５内に送り込まれた流体を内筒５１の他方の端部側から排出する。なお、同図の符号５４ｈは、ポンプユニット５０を軸方向に複数接続したときに、当該ポンプユニット５０の後段に接続されるポンプユニットへ圧搾空気を送るための図示しないエア・チューブを通すための孔である。
図２０（ｃ）に示すように、内筒５１には、当該内筒５１の軸方向に平行な方向に延長し、内筒５１の変形を拘束する拘束体５６が周方向に等間隔で複数本設けられている。当該拘束体５６は、内筒５１の軸方向への膨張を規制，拘束するものであって、内筒５１の膨張時には、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、拘束体５６が内筒５１の変形を拘束し、内筒５１を複数の膨張域５１１〜５１４に区画する。
これにより、加圧用媒体である圧搾空気を供給して内筒５１を膨張させると、内筒５１は、拘束体５６により区画された複数の膨張域５１１〜５１４により流路５５となるユニット内部を閉状態にするので、流体を効率よくポンプユニット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。

また、上述した従来のポンプユニット５０の内筒５１及び外筒５２は、ポンプユニット５０の軸方向には伸長せず、内筒５１及び外筒５２の膨張時には、ポンプユニット５０は軸方向に収縮する。これにより、流体を内筒５１内から押し出す際にはポンプユニット５０の長さが短くなるので、流体を効率よく搬送することができる。
したがって、このようなポンプユニット５０を軸方向に複数連結することで、液体や固液混合物などの流体をポンプユニット５０の連結方向に沿って効率よく搬送することのできる蠕動運動型ポンプ装置を構成できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２０３４００号公報

しかしながら、従来のポンプユニット５０では、内筒５１を作製する際には、ガラス繊維やカーボンロービング繊維などのゴムよりも弾性率の高い材料から成る拘束体５６をゴム部材中に埋設するので、製造時にバラツキが発生するだけでなく、長期にわたる膨張・収縮の繰り返しによって、拘束体５６と内筒５１のマトリックス材料であるゴム部材との間に亀裂が発生して内筒５１が裂開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、耐久性に優れるとともに、製造が容易でかつ製造時のバラつきの少ない内筒を備えたポンプユニットを提供することを目的とする。

本願発明は、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と外筒の軸方向両端部とを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加圧用通路とを備え、加圧用媒体にて内筒を膨張させて流体を搬送するポンプユニットであって、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、導入された加圧用媒体の圧力により内筒に折れ目を誘発するゴム異形部が内筒の周方向に複数設けられていることを特徴とする。
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し、流路を全閉状態とすることができる。つまり、内筒をゴム部材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することができる。更に、異形部がゴム部材であるので、ゴム異形部と当該ゴム異形部の周囲のゴム部材との間に亀裂が発生し難く、内筒の耐久性についても向上させることができる。

また、本願発明は、ゴム異形部が、内筒を形成するゴムが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、または、内筒の外周側から当該内筒の径方向外側に突出する突起を有する肉厚部であることを特徴とする。
これにより、ゴム部材自体を変形したり、ゴム部材自体の厚みを部分的に変えるなどの簡単な方法で、周囲のゴム部材との間に確実に折れ目を形成することができる。

また、本願発明は、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ていることを特徴とする。
これにより、ゴム異形部で区画された内筒の各部分（以下、膨張域という）は内側突出部を中心に膨張するので、各膨張域を均一に膨張させることができる。また、内側突出部自身が内筒で閉鎖されていない流路の空間を埋めるので、流路となるユニット内部の閉口率Ｒ_L［％］及び体積排除率Ｒ_E［％］をほぼ１００％にすることができる。
また、逆に、膨張時に内側突出部同士が当接してゴム異形部で分割された内筒の各部分の間に網目状の隙間を形成することで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、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２２（ａ），（ｂ）に示すように、ユニットを軸方向から見たときの内筒１１の通常時の流路の開口面積をＳ₀［ｍ²］、膨張時の開口面積をＳ_p［ｍ²］としたときに、以下の式（１）で表わされる。
Ｒ_L［％］＝｛（Ｓ₀−Ｓ_p）/Ｓ₀｝×１００ ……（１）
閉口率Ｒ_L［％］は、ユニットの弁としての性能を表している。
なお、符号１２は外筒、符号１７は空気室、符号１８は流体の流路である。
体積排除率Ｒ_E［％］は、内筒１１が膨張したときのユニット内部（流路１８）の体積変化の割合を表す量で、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、通常時の流路１８の体積をＶ₀［ｍ³］、膨張時の流路１８の体積をＶ_p［ｍ³］としたときに、以下の式（２）で表わされる。
Ｒ_E［％］＝｛（Ｖ₀−Ｖ_p）/Ｖ₀｝×１００ ……（２）
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。

また、本願発明は、外筒が、ゴム部材と、当該ゴム部材内に埋設されて外筒の軸方向に延長する高弾性繊維とを備えることを特徴とする。
このような構成の外筒を用いれば、外筒及び内筒の膨張時に、ポンプユニットの軸方向の長さを収縮させることができる。したがって、外筒及び内筒が膨張して流体をユニット内部から押し出す時には、ユニット長さが短くなるので、流体を効率よく搬送することができる。

また、本願発明は、ゴム異形部の本数が、流体の流入側から排出側に行くにしたがって増加していることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、内筒は流入側から順に閉口していくので、流体の搬送効率を向上させることができる。

また、本願発明は、ゴム異形部が、流体の流入側と排出側とにそれぞれ４本ずつ設けられ、当該内筒の軸方向から見たときの流入側のゴム異形部の周方向の位置と排出側のゴム異形部の周方向の位置とが４５°ずれていることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、内筒内に流入した流体を絞り出すようにして排出できるので、例えば、ポンプユニットを鉛直に立てて、流入側を下側、排出側を上側にすれば、固形分は上側に搬送され、水分は下方に排出されるので、固形分のみを効率よく搬送することができる。
また、本願発明は、ゴム異形部の本数が偶数本で、互いに隣接するゴム異形部が流体の流入側から排出側に行くにしたがって互いに逆方向に傾くように形成されていることを特徴とする。
この構成でも、ユニット内部に流入した流体は絞り出すようにして排出されるので、固形分のみを効率よく搬送することができる。
なお、前記発明の概要は、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１に係るポンプユニットの構成を示す図である。内筒の一例を示す図である。外筒の一例を示す図である。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。ポンプユニットの動作を説明するための図である。ガイド溝の他の形態を示す図である。実施の形態２に係る内筒の構成を示す図である。実施の形態３に係る内筒の構成を示す図である。本発明による内筒の他の構成を示す図である。実施の形態４に係る内筒の構成を示す図である。本発明による内筒を備えたポンプユニットと従来の内筒を備えたポンプユニットの膨張状態を示す図である。内側突出部の他の形態を示す図である。圧搾空気給排手段の一構成を示す図である。本発明による内筒を有するポンプユニットを複数個直列に連結して成るポンプの動作を示す図である。圧力と閉口率及び体積排除率との関係を示す図である。閉口率の立ち上がり特性及び立ち下がり特性を示す図である。閉口率の立ち上がり特性の拡大図である。実施の形態５に係る内筒の構成を示す図である。実施の形態５に係る内筒の動作を示す図である。従来のポンプユニットの構成を示す図である。従来のポンプユニット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。流体の粘性と体積効率との関係を示す図である。

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。

実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係るポンプユニット１０を示す図で、ポンプユニット１０は、内筒１１と、外筒１２と、上流側及び下流側フランジ１３Ａ，１３Ｂとを備える。
内筒１１は、例えば、天然ラテックスゴムやシリコーンゴムなどのゴム部材から構成された円筒状の部材で、内筒１１の軸方向両端部は、それぞれ、上流側フランジ１３Ａの流入側に設けられた凹部１３ｋと下流側フランジ１３Ｂの排出側に設けられた凹部１３ｋとにおいて、内側固定リング１４により固定される。なお、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１１は、内筒１１の軸線方向に平行な方向に沿って延長して、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１５を備える。ガイド溝１５は、図２にも示すように、内筒１１の周方向に間隔を隔てて複数本設けられ、当該内筒１１を構成するゴム部材の変形を拘束し、ゴム部材を周方向に複数個の膨張域に区画する。本例におけるゴム異形部は、内筒１１を構成するゴムを内筒１１の径方向外側に突出する形状とすることで内筒１１の内周面にガイド溝１５を形成している。

図２（ａ）の拡大図に示すように、ガイド溝１５は、内筒１１の内面側に形成される断面形状が、溝底部の角度がほぼ直角である三角形状の溝である。また、ガイド溝１５は、内筒１１の周方向に等角度（９０°毎）に４本設けられている。また、ガイド溝１５は、
内筒１１の軸方向に平行に延在しており、その位置は、内筒１１の軸方向中央部付近が好ましい。
また、図２（ｂ）に示すように、ガイド溝１５の長さｌ_gとしては、当該内筒１１の軸方向の長さｌの５０％程度かそれ以上の長さを有していればよく、ガイド溝１５の長さｌ_gをこのように設定することにより、内筒１１の膨張時に、内筒１１のゴム部材を確実に複数個（ここでは、４個）の膨張域に区画することができる。
なお、ガイド溝１５の本数ｉとしては、内筒１１を膨張させたときに内筒１１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であることが好ましいがこれに限るものではない。本例では、ガイド溝１５の本数を、前述の条件を満たす最小の本数である４本に設定している。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、外筒１２は、低アンモニア天然ラテックスゴムから成る２つの円筒状のゴム部材１２ａ，１２ｂの間に、軸方向に延長する高弾性繊維１２ｋを周方向に多数本埋設して成る繊維層を設けたもので、外筒１２の軸方向両端部は、それぞれ、上流側及び下流側フランジ１３Ａ，１３Ｂの外周側に、外側固定リング１６を介して固定される。高弾性繊維１２ｋとしては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などが好適に用いられる。

上流側フランジ１３Ａは、図１に示すように、空気流入孔１３Ｈと複数の貫通孔１３ｈとを備え、流体の流入側に配置される。下流側フランジ１３Ｂは、複数の貫通孔１３ｈを備え、流体の排出側に配置される。
内筒１１の外周側と外筒１２の内周側と、上流側フランジ１３Ａ及び下流側フランジ１３Ｂにより、加圧用媒体である圧搾空気を供給するための加圧用通路としての空気室１７が形成される。また、内筒１１の内周側と上流側フランジ１３Ａ及び下流側フランジ１３Ｂにより、液体や固液混合物などの流体を搬送するための流路１８が形成される。なお、この流路１８を、以下「ユニット内部」という場合がある。

空気流入孔１３Ｈは、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を空気室１７に導入するための孔で、貫通孔１３ｈはポンプユニット１０を軸方向に複数接続したときに、当該ポンプユニット１０の後段に接続されるポンプユニットへ圧搾空気を送るための図示しないエア・チューブを通すための孔である。
なお、符号１３ｐは上流側フランジ１３Ａの流入側に設けられた係合凹部であり、符号１３ｑは下流側フランジ１３Ｂの排出側に設けられた係合凸部である。ポンプユニット１０を複数連結する際には、上流側のポンプユニットの係合凸部１３ｑと下流側のポンプユニットの係合凹部１３ｐとを係合する。これにより、複数のポンプユニット１０を内筒１１及び外筒１２の軸方向に連結することができる。

次に、上記構成からなる内筒１１と外筒１２の膨張時の動作について説明する。
空気室１７に圧搾空気を導入すると、図４（ａ）示すように、内筒１１の空気室１７側の面（外周面）には、面に垂直な方向に空気圧Ｐが作用して、内筒１１は膨張する。
このとき、内筒１１の円筒面から鋭角に突き出たガイド溝１５を構成する壁面には、垂直な方向の空気圧が作用するので、ガイド溝１５は、溝が潰れる方向（壁面同士が近づく方向）に変形し、その結果、図４（ｂ）示すように、内筒１１にはガイド溝１５の溝底を起点に折り目が発生する。そして、空気室１７内の圧力を更に上昇させると、内筒１１は、この折り目によって複数個の膨張域に区画されて膨張するような膨張変形を起こす。
一方、外筒１２は、高弾性繊維１２ｋにより軸方向に対しては非伸長性であるので、径方向に膨張しながら軸方向に収縮する。

すなわち、図５（ａ）に示すように、外筒１２はポンプユニット１０の径方向外側へ膨張し、内筒１１はガイド溝１５により分割された複数の膨張域１１１〜１１４が径方向内側に均等に膨張するとともに、図５（ｂ）に示すように、ポンプユニット１０は軸方向へ収縮する。

ガイド溝１５が設けられた内筒１１は、図５（ｂ）に示すように、最大膨張時においては、膨張域１１１〜１１４が流路となるユニット内部をほぼ全閉状態とすることができる。
また、ポンプユニット１０全体は軸方向に収縮するため、流体を効率よくポンプニット１０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。

このように、本実施の形態１では、外筒１２と、外筒１２の内周側に設けられた内筒１１と、内筒１１の軸方向両端部と外筒１２の軸方向両端部とを固定する固定部材である上流側及び下流側フランジ１３Ａ,１３Ｂと備えたポンプユニット１０において、内筒１１をゴム部材で構成するとともに、内筒１１を形成するゴム部材を内筒１１の径方向外側に突出させることで内筒１１の軸方向に沿って延長するゴム異形部としてのガイド溝１５を内筒１１の周方向に間隔を隔てて複数本形成して、加圧用媒体である圧搾空気の圧力により内筒１１に折れ目を誘発し、内筒１１を複数の膨張域１１１〜１１４に区画するようにしたので、カーボンロービング繊維などのゴムとは異なる材質の拘束体を用いることなく、内筒１１の変形を確実に拘束し、ユニット内部を確実に閉口させることができる。
また、内筒１１をゴムのみで製造できるので、製造が容易となり、製造時のバラツキを小さくでき、更には、拘束体を用いていないので、内筒の耐久性を向上させることができる。また、閉口率や体積排除率も向上するので、流体の搬送効率が向上する。
したがって、このような内筒１１を備えたポンプユニット１０を複数個連結することで、搬送効率の高い蠕動運動型ポンプを構築することができる。

なお、実施の形態１では、ゴム部材中に軸方向に延長する高弾性繊維１２ｋを周方向に多数本埋設した繊維層を設けた外筒１２を有するポンプユニット１０について説明したが、本願発明はこれに限るものではなく、金属または硬質合成樹脂などから成る外筒を有するポンプユニットのように、外形寸法が固定された形態のポンプユニットにも適用可能である。また、上述の例では、ガイド溝１５を内筒１１の周方向に等角度に４本設けたが、３本もしくは５本以上であってもよい。また、前記例では、ガイド溝１５を、軸方向に１本ずつ設けたが、図６（ａ）に示すように、ガイド溝１５を、軸方向に間隔をおいて複数本設けてもよい。

また、加圧用媒体の圧力により内筒１１に折れ目を誘発するゴム異形部の形態としては、のガイド溝１５に限るものではなく、図６（ｂ）に示すような、内筒１１の外周側から当該内筒１１の径方向外側に突出する突起１９ｋを有する肉厚部１９であってもよい。突起１９ｋも、内筒１１の軸方向に沿って平行に延在し、その位置は、内筒１１の軸方向中央部付近が好ましい。このような、肉厚部１９を有する内筒１１内に圧搾空気を導入すると、圧搾空気は突起１９ｋから周囲の円筒部方向に流れて肉厚部１９の周りの円周部を膨張させようとする、その結果、ガイド溝１５を設けた場合と同様に、内筒１１に肉厚部１９を起点とした折り目を発生させることができる。

実施の形態２．
図７（ａ）は実施の形態２に係る内筒１１Ｌの構成を示す図である。
内筒１１Ｌは、流体の流入側に位置する上流側内筒部１１Ａと、排出側に位置する下流側内筒部１１Ｂと、上流側内筒部１１Ａと下流側内筒部１１Ｂとの間に配置される中間内筒部１１Ｃとの３つの部分から成り、各内筒部１１Ａ〜１１Ｃは、それぞれ、軸方向と平行な方向に延長し、周方向に等間隔に形成される複数本のガイド溝１５Ａ〜１５Ｃを備える。
本例では、上流側内筒部１１Ａのガイド溝１５Ａの本数を４本、中間内筒部１１Ｃのガイド溝１５Ｃの本数を６本、下流側内筒部１１Ｂのガイド溝１５Ｂの本数を８本とした。
このように、ガイド溝１５の本数を流入側から排出側に行くに従って増加させる構成とすれば、内筒１１Ｌの膨張時には、図７（ｂ）に示すように、ユニット内部は、上流側内筒部１１Ａから下流側内筒部１１Ｂに向かって順に閉口していくので、流体は上流側から下流側に押し出されるようにして搬送される。したがって、流体を更に効率よく搬送することができる。

なお、内筒１１Ｌを、２つの部分、もしくは、４つ以上の部分に分けてもよい。この場合にも、ガイド溝１５の本数を流体の流入側から排出側に行くにしたがって増加させるようにすれば、同様の効果を得ることができる。また、各内筒部１１Ａ〜１１Ｃにおけるガイド溝１５Ａ〜１５Ｃの本数は、４本、６本、８本に限定されるものではなく、搬送される流体の種類や内筒１１Ｌの大きさ等により適宜決定される。
また、ガイド溝１５Ａ〜１５Ｃに代えて、図６（ｂ）に示すような異形部としての肉厚部１９を設けても同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図８（ａ）〜（ｃ）は実施の形態３に係る内筒１１Ｐの構成を示す図で、図８（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図ある。
内筒１１Ｐは、流体の流入側に位置する上流側内筒部１１Ｄと、排出側に位置する下流側内筒部１１Ｅの２つの部分から成り、各内筒部１１Ｄ，１１Ｅは、それぞれ、軸方向に平行な方向に延長し、周方向に等間隔に形成される複数本のガイド溝１５Ｄ，１５Ｅを備える。

本例では、上流側内筒部１１Ｄ及び下流側内筒部１１Ｅがそれぞれ有するガイド溝１５Ｄ，１５Ｅの本数を共に４本に設定し、内筒１１Ｐの軸方向から見たときのガイド溝１５Ｄの周方向の位置と、ガイド溝１５Ｅの周方向の位置とを４５°ずらしている。具体的には、図８（ｂ），（ｃ）において、内筒１１Ｐの中心Ｏを通り、各図の右側に延長する軸をｘ軸としたときに、ガイド溝１５Ｄは、ｘ軸から反時計回りに０°，９０°，１８０°，２７０°の位置に形成され、ガイド溝１５Ｅはｘ軸から反時計回りに４５°，１３５°，２２５°，３１５°の位置に形成されている。

上流側内筒部１１Ｄのガイド溝１５Ｄと下流側内筒部１１Ｅのガイド溝１５Ｅとの関係を上記のように設定することにより、図８（ｄ）に示すように、内筒１１Ｐの膨張時には、上流側内筒部１１Ｄのゴム部材と下流側内筒部１１Ｅゴム部材とが、４５°の位相を持って膨張するので、内筒１１Ｐ内に流入した流体は内筒１１Ｐによって絞り出されるようにして搬送される。したがって、例えば、内筒１１Ｐを備えたポンプユニットを鉛直に立てて、流入側を下側、排出側を上側にすれば、固形分Ｇは上側に搬送され、水分は下方に排出されるので、固形分のみを効率よく搬送することができる。

なお、内筒１１Ｐに代えて、図９（ａ）の斜視図及び図９（ｂ）の展開図に示すような、周方向に循環配置された偶数本のガイド溝１５１〜１５６を備えた内筒１１Ｑを用いても同様の効果を得ることができる。

図９に示す内筒１１Ｑにおいては、互いに隣接するガイド溝１５１とガイド溝１５２、ガイド溝１５２とガイド溝１５３、……、ガイド溝１５６とガイド溝１５１とが流入側から排出側に行くにしたがって互いに逆方向に傾くように形成されている。換言すれば、内筒１１Ｑの軸方向からみたときに、任意のガイド溝１５ｊの排出側の端部が流入側の端部に対して時計回りに所定角移動しているときには、隣接するガイド溝１５（ｊ＋１）の排出側の端部とガイド溝１５（ｊ−１）の排出側の端部が流入側の端部に対して反時計回りに移動している（ｊ＝１〜６）。なお、ガイド溝１５１〜１５６は循環配置されているので、ガイド溝１５７はガイド溝１５１であり、ガイド溝１５０はガイド溝１５６である。
具体的には、流入側では、ガイド溝１５ｊの端部に隣接するガイド溝のうちの一方の側のガイド溝であるガイド溝１５（ｊ＋１）の端部とは一致しているが、排出側では、ガイド溝１５ｊの端部はガイド溝１５ｊに隣接するガイド溝のうちの他方の側のガイド溝であるガイド溝１５（ｊ−１）の端部と一致するように形成される。
このような構成の内筒１１Ｑは、内筒１１Ｐと同様に、上流側のゴム部材と下流側のゴム部材とが４５°の位相を持って膨張するので、内筒１１Ｐ内に流入した流体を絞り出すようにして搬送することができる。
なお、ガイド溝１５Ｄ，１５Ｅ、１５１〜１５６に代えて、図６（ｂ）に示すような肉厚部１９を設けても同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１０（ａ）は実施の形態４に係る内筒２１を備えたポンプユニット１０Ｚの構成を示す図で、ポンプユニット１０Ｚは、内筒２１と、外筒１２と、上流側及び下流側フランジ１３Ａ，１３Ｂとを備える。外筒１２と、上流側及び下流側フランジ１３Ａ，１３Ｂについては、前記実施の形態１と同じものであるので、その説明を省略する。
図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、内筒２１は、周方向に間隔を隔てて、当該内筒２１の軸方向に沿って延長する複数のガイド溝２２と、複数の山形状の内側突出部２３とを備える。山形状の内側突出部２３は、周方向に等角度に形成された４本のガイド溝２２のうちの互いに隣接するガイド溝２２の中間にそれぞれ設けられる。
ガイド溝２２は、前記実施の形態１のガイド溝１５と同一構成である。

内側突出部２３は、内筒２１の内壁側に設けられているので、空気室１７内に圧搾空気を導入すると、内側突出部２３がある部分に対しても面に垂直な方向の圧力が作用し、内筒２１の膨張時には、内側突出部２３自身が閉鎖されていない空間を埋めるので、閉口率と体積排除率とをほぼ１００％にすることができる。

図１１（ａ），（ｂ）は、内筒２１を備えたポンプユニット１０Ｚと、従来の内筒５１を備えたポンプユニット５０との膨張状態を示す図で、上段の図が圧搾空気を導入していない状態である「通常時」、中段の図が圧力が約０．０２［MPa］である「低圧時」、下段の図が圧力が約０．０３［MPa］である「加圧時」の膨張状態である。
同図から分かるように、内側突出部２３自身が内筒２１で閉鎖されていない空間を埋めるので、閉口率と体積排除率とをほぼ１００％にすることができる。

なお、内側突出部の形状としては、山形状の内側突出部に限るものではなく、図１２に示すような、円錐台状の内側突出部２３ｒであってもよい。
また、円柱状の内側突出部２３ｒに代えて、半球状の内側突出部を設けてもよい。
円柱状の内側突出部２３ｒや半球状の内側突出部は、必ずしも内筒２１の周方向に延長している必要はなく、周方向中心部にある程度の大きさを有していればよい。なお、このような周方向の長さが短い内側突出部２３ｒは、周方向に複数個設けることが好ましい。
また、円柱状の内側突出部２３ｒや半球状の内側突出部の個数としては、内筒の軸方向に１個であってもよいが、内筒１１の軸方向の長さが長い場合には、円柱状の内側突出部２３ｒを軸方向に間隔を隔てて複数個設けることが好ましい。

図１３は、上記のような内筒２１を有するポンプユニット１０Ｚを複数個直列に連結して成るポンプ１Ｚを動作させるために用いられる圧搾空気給排手段３０の一構成を示す図である。本例では、排気系を備えた圧搾空気給排手段３０を用い、空気室１７内の空気を強制的に排気する構成とすることで、特に搬送対象となる流体の粘度が高い高粘度流体搬送時における内筒２１の戻り（復元）を速くして、搬送効率を向上させることが可能な形態について説明する。流体によっては排気系を使用しない場合もあることはもちろんである。
なお、ここでは、ポンプユニット１０Ｚが６個の場合について説明する。前記６個のポンプユニットを、以下、第１〜第６ユニット１０１〜１０６という。
圧搾空気給排手段３０は、圧搾空気を供給するコンプレッサー３１と、比例電磁弁３２１〜３２６と、エアポンプ３３と、エアタンク３４と、エアレギュレータ３５と、３ポート電磁弁３６１〜３６６と、比例電磁弁３２１〜３２６及び３ポート電磁弁３６１〜３６６を制御する制御手段３７と、エアチューブ３７１〜３７６とを備える。

圧搾空気給排手段３０は、制御手段３７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３２１〜３２６及び３ポート電磁弁３６１〜３６６を制御する制御信号を比例電磁弁３２１〜３２６及び３ポート電磁弁３６１〜３６６に出力し、第１〜第６ユニット１０１〜１０６の膨張・収縮を制御する。
３ポート電磁弁３６１〜３６６は、エアチューブ３７１〜３７６と比例電磁弁３２１〜３２６と、エアレギュレータ３５とに接続されて、比例電磁弁３２１〜３２６とエアチューブ３７１〜３７６との通路を開閉するとともに、エアレギュレータ３５とエアチューブ３７１〜３７６との通路を開閉する。
比例電磁弁３２１〜３２６は、開放時には、コンプレッサー３１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して第１〜第６ユニット１０１〜１０６の空気室１７に供給する。
エアレギュレータ３５とエアチューブ３７１〜３７６との通路が開放されると、空気室１７内に導入された圧搾空気は、エアポンプ３３により強制的に吸引され、その結果、空気室１７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３５の設定圧力にまで減少する。エアレギュレータ３５の設定圧力は、第１〜第６ユニット１０１〜１０６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３２１〜３２６の閉鎖時には、空気室１７内の空気をエアポンプ３３により強制的に吸引する構成とすれば、高粘度流体の粘性により、膨張状態にある内筒２１の初期状態（圧搾空気導入前の状態）への復元が阻害されるような場合であっても、内筒２１を速やかに初期状態に戻すことができる。
なお、本例では、エアチューブ３７１〜３７６により、第１〜第６ユニット１０１〜１０６とコンプレッサー３１とエアポンプ３３との間を、３ポート電磁弁３６１〜３６６を介して、それぞれ連結することにより、第１〜第６ユニット１０１〜１０６の空気室１７への圧搾空気の供給と空気室１７内からの圧搾空気の排気とを独立に制御している。

図２４は、圧搾空気給排手段３０を備えたポンプ１Ｚに導入される流体の粘性（Viscosity）と体積効率(Volumetric efficiency)との関係を示す実験結果である。同図のグラフは、粘性の異なる３種類の流体ごとの体積効率をそれぞれ数値化したものである。また、体積効率とは、理論的に吐出できる流量を１００％とした時の、実際に吐出された流量の割合を示すものである。なお、理論的な流量は、ポンプの直径や長さ等の形状要素、及びポンプの動作パターンや動作間隔等により定められる。
同図に示すように、圧搾空気給排手段３０による強制吸引が実行されない場合には、流体の粘性が増加するごとに体積効率が次第に低下していくことが分かる。
一方で、圧搾空気給排手段３０による強制吸引が実行される場合には、流体の粘性に関わらず３種の流体の流量が略同じ値で収束していることから、ポンプ１Ｚが有する管内体積を十分に活用できていることが分かる。つまり、強制吸引を実行するポンプ１Ｚによれば、流体の粘性に依存することなく、流体を安定して搬送することが可能となる。

次に、ポンプ１Ｚの動作について説明する。
まず、図１４（ａ）に示すように、第１〜第６ユニット１０１〜１０６の連結方向が鉛直方向になるようにポンプ１Ｚセットするとともに、最下段のポンプユニットである第１ユニット１０１を図１３に示した水槽３８内に収納された液体３９内に設置して、第１ユニット１０１内へ液体を導入する。なお、初期状態では、３ポート電磁弁３６１はコンプレッサー３１側が開放され、かつ、比例電磁弁３２１〜３２６は閉状態にあるので、第１〜第６ユニット１０１〜１０６の内筒１１はいずれも収縮した状態にある。
次に、図１４（ｂ）に示すように、比例電磁弁３２１を開放して第１ユニット１０１の空気室１７内に圧搾空気を送り、第１ユニット１０１のみを膨張させて、第１ユニット１０１内の流体を第２ユニット１０２内に押し出す。
次に、図１４（ｃ）に示すように、第１ユニット１０１の内筒１１を膨張させたまま、エアチューブ３７２が連結されている比例電磁弁３２２を開放して第２ユニット１０２の空気室１７に圧搾空気を送り、第２ユニット１０２を膨張させて、第２ユニット１０２内の流体を第３ユニット１０３内に押し出す。
次に、図１４（ｄ）に示すように、第２ユニット１０１を膨張させたまま、エアチューブ３７３が連結されている比例電磁弁３２３を開放して第３ユニット１０３の空気室１７内に圧搾空気を送り、第３ユニット１０３を膨張させて、第３ユニット１０３内の流体を第４ユニット１０４内に押し出す。このとき、エアチューブ３７１が連結されている比例電磁弁３２１を閉鎖するとともに、３ポート電磁弁３６１をエアポンプ３３側に切換える。これにより、第１ユニット１０１の空気室１７内の圧搾空気はエアポンプ３３により強制的に吸引され、エアレギュレータ３５の設定圧力にまで減少するので、内筒１１及び外筒１２は、容易に収縮する。したがって、第１ユニット１０１内に新たな液体（高粘度流体）３９を速やかに導入することができる。
なお、内筒１１及び外筒１２の収縮後には、３ポート電磁弁３６１を再びコンプレッサー３１側に切換えておくことが好ましい。

次に、図１４（ｅ）に示すように、第３ユニット１０３を膨張させたまま、第４ユニット１０４を膨張させて、第４ユニット１０４の内の流体を第５ユニット１０５内に押し出すとともに、第２ユニット１０２を収縮させる。なお、当該第２ユニット１０２収縮時にも第２ユニット１０２の空気室１７内の圧搾空気を強制的に吸引する。以下、同様に各ユニットの収縮時には、エアポンプ３３、エアタンク３４及びエアレギュレータ３５による強制吸気が実行される。
次に、図１４（ｆ）に示すように、第４ユニット１０４を膨張させたまま、第５ユニット１０５を膨張させて、第５ユニット１０５内の流体を第６ユニット１０６内に押し出すとともに、第３ユニット１０３を収縮させる。
次に、図１４（ｇ）に示すように、第５ユニット１０５を膨張させたまま、第６ユニット１０６を膨張させて、第６ユニット１０６内の流体をポンプ１Ｚの外部へ押し出すとともに、第４ユニット１０４を収縮させる。
次に、図１４（ｈ）に示すように、第６ユニット１０６を膨張させたまま、第１ユニット１０１を膨張させて、第１ユニット１０１内の流体を第２ユニット１０２内に押し出すとともに、第５ユニット１０５を収縮させる。
図１４（ｈ）の状態は、第６ユニット１０６が膨張している以外は、前記の図１４（ｂ）の状態と同じである。したがって、次には、図１４（ｃ）に示すように、第６ユニット１０６を収縮させるとともに、第１ユニット１０１を膨張させたまま第２ユニット１０２を膨張させて、第２ユニット１０２内の流体を第３ユニット１０３内へ押し出す。
以下、図１４（ｃ）〜図１４（ｈ）の動作を繰り返すことにより、第１ユニット１０１内へ注入された流体を第６ユニット１０６からポンプ１Ｚの外部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内筒を備えたポンプユニットを試作し、その性能について、図２０（ｃ）に示した従来の内筒を備えたポンプユニットと比較した。
本発明にかかる内筒の仕様
長さ［ｍｍ］；９０
内直径［ｍｍ］；６０
厚さ［ｍｍ］；６０
ガイド溝〜４本
（深度［ｍｍ］×角度［°］×長さ［ｍｍ］）；１．５×９０×６５
内側突出部〜４つ
（高さ［ｍｍ］×角度［°］×長さ［ｍｍ］）；３×５６×２０
なお、従来の内筒の拘束体の本数は、本発明にかかる内筒に形成されたガイド溝の本数と同じ４本とした。

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。なお、閉口率Ｒ_L［％］と体積排除率Ｒ_E［％］については、前述した通りである（図２２，２３参照）。
図１５（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１５（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、◆が本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットのデータ、△が従来の内筒を備えたポンプユニットのデータである。
図１５（ａ）に示すように、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットにおいては、閉口率Ｒ_Lは、印加圧力が約０．０１［MPa］という非常に低い圧力から収束を始め、０．０２［MPa］でほぼ１００％が得られた。これにより、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットでは、印加圧力を０．０１［MPa］以上にすれば、ユニットの弁として十分な性能を発揮できることが分かった。

また、図１５（ｂ）に示すように、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットの体積排除率Ｒ_Eと従来の内筒を備えたポンプユニットの体積排除率Ｒ_Eは、ともに、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１００％に近い値が得られた。
なお、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットでは、低圧段階での閉口率Ｒ_Lが向上したため、体積排除率Ｒ_Eも向上している。つまり、当該内筒を備えたポンプユニットでは、従来の内筒を備えたポンプユニットに比較して低圧下においてより多くの流体を搬送可能なことが分かった。

図１６（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１６（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ある。各図において、実線が本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットのデータ、一点鎖線が従来の内筒を備えたポンプユニットのデータである。
立ち上がり応答は従来の内筒を備えたポンプユニットの方がわずかに応答が速い。しかしながら、図１７に示すように、従来の内筒を備えたポンプユニットでは閉口率Ｒ_Lが９９．６［％］であるのに対し、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットでは、完全な閉口率１００［％］を発揮していることがわかる。
この差は小さいように見えるが、ポンプユニットと連結して得られる螺旋運動型ポンプでは、管内に負圧が発生する動作をするため、僅かな隙間であっても逆流による搬送流量の損失につながるので、閉口率が１００［％］であることは重要である。
一方、図１６（ｂ）に示すように、立ち下がり応答は、本発明にかかる内筒を備えたポンプユニットの方が緩やかである。

実施の形態５．
図１８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た内筒４０を備えたポンプユニットを用いれば、濾過機能を有するポンプユニットを得ることができる。なお、本実施の形態５の内筒４０を備えたポンプユニットの構造は、図１０で示したポンプユニット１０Ｚとは内筒の構成が異なるだけなので、図を省略した。また、ガイド溝４１は、図１０に記載のポンプユニット１０Ｚのガイド溝２２と同一である。
すなわち、図１９（ａ）に示すように、内筒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ポンプユニットから排出されるので、ポンプユニットに流入した固液混合物を濾過することができる。
また、図１９（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。

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、多様な変更また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。そのような変更また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。

１０ポンプユニット、１１内筒、１２外筒、１３Ａ，１３Ｂフランジ、
１２ａ，１２ｂ円筒状のゴム部材、１２ｋ高弾性繊維、１３Ｈ空気流入孔、
１３ｈ貫通孔、１３ｋ凹部、１３ｐ係合凹部、１３ｑ係合凸部、
１４内側固定リング、１５ガイド溝、１６外側固定リング、１７空気室、
１８流路。

Claims

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と前記外筒の軸方向両端部とを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加圧用通路とを備え、
前記加圧用媒体にて前記内筒を膨張させて流体を搬送するポンプユニットであって、
前記内筒には、周面に沿って内筒の軸線方向の一方の側から他方の側に延長し、導入された前記加圧用媒体の圧力により前記内筒に折れ目を誘発するゴム異形部が、内筒の周方向に複数設けられていることを特徴とするポンプユニット。
前記ゴム異形部が、前記内筒を形成するゴムが前記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、または、前記内筒の外周側から当該内筒の径方向外側に突出する突起を有する肉厚部であることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
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ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプユニット。
前記外筒が、ゴム部材と、当該ゴム部材内に埋設されて前記外筒の周方向に延長する高弾性繊維とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のポンプユニット。
前記ゴム異形部の数が、流体の流入側から排出側に行くにしたがって増加していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のポンプユニット。
前記ゴム異形部が、前記流体の流入側と排出側とにそれぞれ４本ずつ設けられ、当該内筒の軸方向から見たときの前記流入側のゴム異形部の周方向の位置と前記排出側のゴム異形部の周方向の位置とが４５°ずれていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のポンプユニット。
前記ゴム異形部の本数が偶数本で、互いに隣接するゴム異形部が流体の流入側から排出側に行くにしたがって互いに逆方向に傾くように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のポンプユニット。