JP2021105349A - ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】搬送物の搬送効率を向上可能なポンプユニットを提供することを目的とする。【解決手段】弾性を有し、軸方向にのみ伸縮可能な外筒と、外筒の内周側に設けられ、弾性を有するとともに軸方向の伸長が規制された内筒と、外筒と内筒の両端部間を閉塞し、外筒と内筒の間に気密室を形成する一対の端部部材とを備える構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、搬送物の搬送効率を向上可能なポンプユニットに関する。

従来、金属などの剛体からなる外筒内に、弾性的に膨張収縮可能な内筒を配置することによって外筒内面と内筒内面との間に閉鎖空間となる加圧室が形成され、この加圧室に圧縮空気を供給することで、内筒を膨張させて内筒内の流体を送り出すポンプユニットを連結したポンプが知られている。

特開２０００−２１８４号公報

しかしながら、上記構成のポンプユニットは、剛体からなる外筒の各端部に内筒の各端部が固定されているため、流体を送り出す能力は、内筒の膨張のみに依存する。一方で、内筒が膨張したときの容積は、膨張前の内筒内の容積とはなりえないため、流体を送り出す能力、即ち流体の搬送効率の向上に限界を生じさせている。
本発明は、上記課題を解決するため、搬送効率を向上可能な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ポンプユニットの構成として、弾性を有し、軸方向にのみ伸縮可能な外筒と、外筒の内周側に設けられ、弾性を有するとともに軸方向の伸長が規制された内筒と、外筒と内筒の両端部間を閉塞し、外筒と内筒の間に気密室を形成する一対の端部部材とを備える構成とした。
本構成によれば、内筒は、軸方向の伸長が規制されているため、気密室への作動流体の供給により、半径方向内向きに膨張しつつ軸方向に収縮することになる。この内筒の収縮により、外筒も従動的に軸方向に収縮し、ポンプユニット全体の軸方向の長さを短くすることができる。その結果、非占有空間の容積を小さくするこができ、多くの搬送物を内筒内から押し出すことが可能となり、搬送効率を向上させることができる。
また、ポンプユニットの他の構成として、気密室への作動流体の供給により膨張状態にある内筒を、軸方向に沿ってさらに収縮させる収縮補助手段を備えた構成とすることにより、より多くの搬送物を内筒内から押し出すことが可能となり、搬送効率を向上させることができる。

ポンプユニットの概略図である。 ポンプユニットの他の形態を示す概略図である。 ポンプユニットの他の形態を示す概略図である。 ポンプユニットの他の形態を示す概略図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

実施形態１
図１は、本実施形態に係るポンプユニットの概略図である。図１に示すように、ポンプユニット１０は、外筒１２と、内筒１４と、外筒１２及び内筒１４の両端部を閉塞する一対のエンドリング（端部部材）１６；１６とを備える。

外筒１２は、軸方向にのみ伸縮可能な弾性を有する筒体からなる。外筒１２には、例えば、軸方向への伸縮が可能であり、半径方向への伸縮が拘束された弾性を有する蛇腹を用いることができる。

内筒１４は、気密性を維持しつつ伸縮可能な弾性を有する筒体からなる。内筒１４は、例えば、ゴム素材と繊維素材とを含んで形成され、半径方向の断面視においてゴム層と、ゴム層の間に複数の繊維素材を層状に設けた繊維層を有するように形成される。繊維層を形成する各繊維は、例えば、外筒１２の一端側から他端側まで連続して延長する長さを有し、内筒１４の軸方向に沿って延長するように配設される。なお、繊維の配設形態は、必ずしも層状に含まれる必要はなく、ゴム素材内に分散して埋設されていても良い。

ゴム層を形成するゴム素材には、例えば、低アンモニア天然ラテックスゴムや、シリコーンゴム、合成ゴムなどを用いることができる。
繊維層を形成する繊維素材には、軸方向への伸縮変化の小さい、高弾性繊維が好適である。例えば、アラミド繊維、炭素（カーボン）繊維、ガラス繊維、ナイロン、ポリアミド系繊維やポリオレフィン系繊維、金属繊維等の被伸長性を有するものを適宜選択して用いることができる。繊維には、適当なプライマー処理、又は、表面酸化処理を行うことで、接着性を十分に向上させることができるが、好ましくは、ゴム素材との接着性に応じて選択すると良い。

また、繊維素材の形態としては、フィラメント、ヤーン（スパン・ヤーン及びフィラメント・ヤーン）、ストランド等のいずれの形態でも用いることができ、さらに、撚りをかけずに収束させた無撚繊維、これらの繊維を複数本撚って作成した繊維を用いることも可能である。繊維の種類にもよるが、二種類以上の素材の異なる繊維や形態の異なる繊維を組み合わせても良い。
なお、繊維の長さは、一端側から他端側まで連続する長さに限定されず、内筒１４の軸方向長さよりも短い複数の繊維を軸方向に沿って連続的に分布させて一端側から他端側まで到達するように構成しても良い。

一対のエンドリング１６；１６は、円筒状の筒部１６Ａ；１６Ａと、筒部１６Ａ；１６Ａの一端側において筒部１６Ａ；１６Ａの外径よりも大径に形成された平板円板状のフランジ部１６Ｂ；１６Ｂとを備える。

筒部１６Ａ；１６Ａの外周側には、外筒１２の各端部の内周が挿入され、筒部１６Ａ；１６Ａの外周面と外筒１２の内周面との気密状態が維持されるように、図外の固定手段によって固定される。

筒部１６Ａ；１６Ａの内周側には、内筒１４の各端部が挿入され、フランジ部１６Ｂとの間に端部を挟むことにより、気密状態が維持されるようにエンドリング１６に固定される。つまり、各筒部１６Ａにより、外筒１２と内筒１４の端部間が閉塞されることになる。なお、内筒１４のエンドリング１６への固定は、適宜変更すれば良く、内筒１４の端部がエンドリング１６；１６の端面１６ｔ；１６ｔにできるだけ近づくようにすると良い。

フランジ部１６Ｂ；１６Ｂには、図１（ｂ）に示すように、ポンプユニット１０同士の連結を可能にする連結部２０が設けられる。連結部２０は、例えば、フランジ部１６Ｂの板厚方向に貫通する孔として外筒１２の半径方向外側に、円周方向に沿って均等な間隔で複数設けられる。これにより、ボルトナット等の締結手段を用いたポンプユニット１０同士の連結や搬送物の供給元の配管等との連結が可能とされる。

このように内筒１４の両端の開口状態を維持しつつ外筒１２及び内筒１４の両端部を一対のエンドリング１６；１６により閉塞することにより、ポンプユニット１０には、外筒１２、内筒１４及び一対のエンドリング１６；１６によって囲まれた気密室ｖ１が形成される。

一方のエンドリング１６には、図１（ａ），（ｃ）等に示すように、気密室ｖ１に作動流体を供給、排出するための給排部２４が設けられる。以下の説明では、作動流体を空気として説明するが、空気に限定されず他の気体や液体等を用いても良い。
給排部２４は、例えば、一端が筒部１６Ａの外周面に開口し、筒部１６Ａ内を延長して、他端が筒部１６Ａに開口する孔として設けられる。

ポンプユニット１０は、給排部２４を介して気密室ｖ１にコンプレッサーなどにより加圧された圧縮空気を供給することにより、図１（ｃ）に示すように、内筒１４が半径方向内向き（求心方向）に膨張させることができる。内筒１４の膨張は、内筒１４に軸方向に延長する繊維が内挿され、軸方向への伸長（膨張）が繊維によって拘束されるため、求心方向への膨張にともなって軸方向に長さＬ１収縮することになる。この内筒１４の軸方向の収縮に従動して外筒１２も軸方向に収縮し、その結果ポンプユニット１０全体の軸方向の長さも収縮する。
また、ポンプユニット１０は、気密室ｖ１から加圧媒体を排出することにより、外筒１２の有する弾性の復元力によって軸方向に伸長し、内筒１４も半径方向外向きに収縮しつつ軸方向に伸長する。

したがって、本実施形態のポンプユニット１０によれば、内筒１４の膨張に伴ってポンプユニット１０全体が軸方向に収縮することにより、従来のように外筒が軸方向に収縮しないときに比べて、膨張した内筒１４が到達しない非占有空間Ｘの容積を小さくすることができる。つまり、内筒１４内の搬送物をより多く押し出すことが可能となり、一回の内筒１４の膨張による搬送効率を向上させることができる。

実施形態２
図２は、ポンプユニット１０の他の形態を示す図である。本実施形態に係るポンプユニット１０は、図１に示したポンプユニット１０の外筒１２の外周側に、外筒１２を内包する第２の外筒（以下第２外筒という）１８を備える。即ち、第２外筒１８の内周側に外筒１２が設けられ、外筒１２の内周側に内筒１４が設けられ、内筒１４の両端の開口が維持されるように、内筒１４、外筒１２、第２外筒１８がエンドリング１６；１６により固定され、エンドリング１６；１６とともに内筒１４の外周と外筒１２の内周とで気密室ｖ１を、外筒１２の外周と第２外筒１８の内周とで第２の気密室（以下、第２気密室という）ｖ２を形成している。
一方のエンドリング１６には、第２気密室ｖ２に作動流体を給排を可能にする第２の給排部（以下第２給排部）２８が設けられている。

実施形態２のポンプユニット１０は、次のように動作させることができる。まず、給排部２４を介して気密室ｖ１に圧縮空気を供給することにより、図２（ｂ）に示すように、内筒１４が求心方向に膨張しながらポンプユニット１０全体を軸方向に長さＬ１収縮する。
次に、第２給排部２８を介して第２気密室ｖ２から負圧ポンプなどにより空気を排出することにより、図２（ｃ）に示すように、ポンプユニット１０が軸方向にさらに長さＬ２収縮することができる。即ち、第２気密室ｖ２を形成する外筒１２、第２外筒１８及び、エンドリング１６；１６は、内筒１４の膨張時に、内筒１４を軸方向にさらに収縮させる収縮補助手段として機能する。
これにより、膨張状態にある内筒１４は、表面同士の密着面積を増加させながら、さらに軸方向に収縮し、実施形態１における非占有空間Ｘの容積よりもさらに、非占有空間Ｘの容積を減少させることができ、内筒１４内から押し出される搬送物の容積をさらに増加させることができる。

実施形態３
上記実施形態２では、第２外筒１８に外筒１２と同様な蛇腹を用いたが、これに換えて内筒１４と同様に、軸方向の伸長が規制された筒体を用いても良い。この場合、第２給排部２８から圧縮空気を供給すれば良い。
実施形態３のポンプユニット１０は、次のように動作させることができる。まず、気密室ｖ１に加圧媒体を供給することにより、図３（ｂ）に示すように、内筒１４が求心方向に膨張しながらポンプユニット１０全体を軸方向に長さＬ１収縮させる。
次に、第２気密室ｖ２に空気を供給することにより、図３（ｃ）に示すように、ポンプユニット１０が軸方向にさらに長さＬ２収縮させる。このようにポンプユニット１０を構成しても、実施形態２と同様に、非占有空間Ｘの体積を減少させることができ、内筒１４内から排出される搬送物の排出量を増加させることができる。

実施形態３では、給排部２４から気密室ｖ１に圧縮空気を供給し、内筒１４を膨張させた後に、給排部２８から第２気密室ｖ２に圧縮空気を供給するものとしたが、同時に圧縮空気を供給するようにしても良い。
また、第２気密室ｖ２への圧縮空気の供給は、気密室ｖ１を通じてなされるように構成しても良い。例えば、図３（ｄ）に示すように、給排部２８に換えて気密室ｖ１と第２気密室ｖ２とを連通する通気孔２９を設けても良い。このように構成することにより、ポンプユニット１０の構成を簡素化することができ、故障の要因を少なくできる。

実施形態４
実施形態２，３では、一つのポンプユニット１０に、第２外筒１８を設けるものとして説明したが、これに限定されない。
図４に示すように、実施形態１で示したポンプユニット１０を複数連結して搬送部を形成する場合、第２外筒１８を２つのポンプユニット１０に跨るように設けても良い。この場合、連結された２つのポンプユニット１０の外筒１２と第２外筒１８との間に、第２気密室ｖ２を形成するように、外筒１２の中途部に、第２外筒１８の端部を固定する例えば、円板状の結合部材２２で結合すれば良い。また、一方の結合部材２２には、第２気密室ｖ２への流体の給排を可能にする給排部２８を設ければ良い。

実施形態４に係る搬送部は、例えば、次のように動作させることができる。ここで、搬送方向上流側をポンプユニット１０Ａ、下流側をポンプユニット１０Ｂとして説明する。
まず、ポンプユニット１０Ａの気密室ｖ１に圧縮空気を供給することにより、図４（ｂ）に示すように、内筒１４が求心方向に膨張しながらポンプユニット１０全体を軸方向に長さＬ１収縮する。
次に、第２気密室ｖ２の空気を排出することにより、図４（ｃ）に示すように、膨張状態にあるポンプユニット１０Ａは、ポンプユニット１０Ｂに引き寄せられるように、さらに長さＬ２収縮する。
次に、第２気密室ｖ２の空気の排出を継続しつつ、ポンプユニット１０Ｂの気密室ｖ１に圧縮空気を供給することにより、ポンプユニット１０Ａからポンプユニット１０Ｂに押し出された搬送物が下流側に押し出される。このようにポンプユニット１０を構成しても、実施形態２，３と同様に、非占有空間Ｘの体積を減少させることができ、内筒１４内から排出される搬送物の排出量を増加させることができる。

また、図１に示す外筒１２や、図２，４に示す第２外筒１８のように、軸方向にのみ伸縮する筒体をポンプユニット１０の最も外側に配置することにより、ポンプ設置時の占有面積を小さくすることができる。占有面積とは、図１乃至図４に示すポンプユニット１０を軸方向に見たときに、外筒１２や第２外筒１８の外側に必要とされる空間である。例えば、図３に示すポンプユニット１０では、第２外筒１８が、軸方向に収縮したときに径方向に膨張するするため、この膨張分の空間をあらかじめ確保しておく必要がある。一方、図１に示すポンプユニット１０や図２，４に示すポンプユニット１０は、膨張や収縮をしても径方向に膨張しないため、外筒１２や第２外筒１８の周囲に、図３に示すポンプユニット１０のような空間が不要であり、ポンプユニット１０の設置条件を緩和することができる。

なお、収縮補助手段の構成は、上記作動流体を用いたものに限定されず、機械的にポンプユニット１０を収縮させても良い。例えば、ポンプユニット１０を構成するエンドリング１６；１６間にワイヤーを掛け渡し、当該ワイヤーをモーターにより巻取り、エンドリング１６；１６を牽引するように構成することもできる。

１０ ポンプユニット、１２ 外筒、１４ 内筒、１６ エンドリング（端部部材）、
１８ 第２の外筒（第２外筒）、２２ 結合部材、
２４ 給排部、２８ 第２の給排部（第２給排部）、２９ 通気孔、
ｖ１ 気密室、ｖ２ 第２の気密室（第２気密室）、Ｘ 非占有空間。

Claims (2)

1. 弾性を有し、軸方向にのみ伸縮可能な外筒と、
   前記外筒の内周側に設けられ、弾性を有するとともに軸方向の伸長が規制された内筒と、
   前記外筒と前記内筒の両端部間を閉塞し、前記外筒と前記内筒の間に気密室を形成する一対の端部部材と、を備えたポンプユニット。
2. 前記気密室への作動流体の供給により膨張時の前記内筒を、軸方向に沿って収縮させる収縮補助手段を備えた請求項１に記載のポンプユニット。

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