JP2021105392A - ポンプユニット及びポンプ並びに搬送物の特性検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送物の特性を検出可能なポンプユニットおよびポンプ並びに搬送物の特性検出方法を提供する。【解決手段】外筒１２と、外筒の内周側に設けられた内筒１４と、内筒と外筒との間に圧力供給室Ｖとを備え、圧力供給室内に加圧媒体が供給されることにより内筒を径方向内側に膨張させて該内筒内の搬送物を搬送するポンプユニット１０であって、内筒の膨張時における該内筒内の搬送物の情報を取得する搬送物情報取得手段２１０を備えた構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプユニット及びポンプ並びに搬送物の特性検出方法に関する。

近年、特許文献１に示すように、二重管構造となるように、円筒状の外筒内に内筒を設け、外筒と内筒との間で形成した環状のチャンバー内に、空気等の流体を供給し、内筒を径方向内側に向けて膨張可能に構成され、内筒の膨張に伴う内筒内の容積の変化により搬送物を搬送するポンプユニットが知られている。このようなポンプユニットは、単体、或いは複数連結した搬送装置として用いられる。複数連結した場合には、連結された各ポンプユニットの内筒を、例えば、人の腸における蠕動運動を模して、順に膨張させることにより、搬送物の搬送がなされている。

特開２０１３−１７４１４０号公報

しかしながら、上述のポンプユニットでは、搬送物によって搬送が困難となる場合がある。例えば、搬送物が、液体や流動性の高い（粘性の低い）固液混合物等である場合には、容易に搬送できるが、粘性の高い固液混合物等の場合には、搬送が困難となる場合があり、搬送効率の向上を図る上で、搬送物の流動性の有無等の特性について知る必要がある。
そこで、本発明では、搬送物の特性を検出可能なポンプユニットおよびポンプ並びに搬送物の特性検出方法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、外筒と、外筒の内周側に設けられた内筒と、内筒と外筒との間に設けられた圧力供給室とを備え、圧力供給室内に加圧媒体を供給することにより内筒を径方向内側に膨張させて該内筒内の搬送物を搬送するポンプユニットであって、内筒の膨張時における該内筒内の搬送物の情報を取得する搬送物情報取得手段を備えた構成とした。
本構成によれば、搬送物の特性を検出するための搬送物の情報を取得することができる。
また、ポンプユニットは、搬送物情報取得手段が、圧力供給室に供給される加圧媒体の流量を計測する流量計測手段と、圧力供給室への加圧媒体の供給により前記内筒が搬送物を押圧する押圧力を計測する押圧力計測手段とを備えるようにしても良い。
また、上記課題を解決するためのポンプの構成として、請求項１に記載のポンプユニットを備えたポンプであって、ポンプユニットへの加圧媒体の供給、排出を制御する給排制御手段と、搬送物情報取得手段により取得された搬送物の情報に基づいて、搬送物の特性を判別する搬送物情報処理手段とを備える構成としたり、請求項２に記載のポンプユニットを備えたポンプであって、ポンプユニットへの加圧媒体の供給、排出を制御する給排制御手段と、流量計測手段により計測された加圧媒体の流量と、押圧力計測手段により計測された内筒が搬送物を加圧する圧力とに基づいて、内筒内の搬送物の体積を算出する体積算出手段と、体積算出手段により算出された体積に基づいて、搬送物の特性を判別する特性判別手段とを有する搬送物情報処理手段とを備えた構成としたりしても良い。
本構成によれば、搬送物の特性を検出することができる。例えば、膨張時におけるポンプユニット内の搬送物の体積を算出することにより、搬送物の特性を検出することができる。
また、ポンプは、搬送物情報取得手段により取得された搬送物の情報に基づいて、搬送異常を検出する搬送異常検出手段を備える構成としたり、給排制御手段が、搬送異常検出手段による異常の検出に基づいて、検出された異常を解消するように複数のポンプユニットの動作を制御する構成としたり、給排制御手段が、搬送物情報処理手段により判別された搬送物の特性に基づいて、複数のポンプユニットの動作を制御する構成としたりすることにより、搬送物の搬送を最適化し、搬送効率を向上させることができる。
また、搬送物情報処理手段は、各ポンプユニットが備える搬送物情報取得手段から入力される搬送物の情報に基づいて、給排制御手段による複数のポンプユニットの異常を解消する動作の制御、又は、判別された搬送物の特性に基づく複数のポンプユニットの動作の制御を選択し、選択した内容を給排制御手段に出力する構成としても良い。
また、搬送物の特性検出方法の態様として、外筒と、外筒の内周側に設けられた内筒と、内筒と外筒との間に設けられた圧力供給室とを備え、圧力供給室内に加圧媒体が供給されることにより内筒を径方向内側に膨張させて該内筒内の搬送物を搬送するポンプユニットにより搬送される搬送物の特性を検出する搬送物の特性検出方法であって、内筒の膨張時における該内筒内の搬送物の体積を算出し、当該体積に基づいて搬送物の特性を検出するようにした。
本態様によれば、膨張時におけるポンプユニット内の搬送物の体積を算出することにより、搬送物の特性を検出することができる。
また、体積は、内筒が搬送物を加圧する圧力と、圧力供給室への流量とに基づいて算出されるようにしても良い。

ポンプの概略構成図である。 ポンプユニットの軸方向及び半径方向の断面図である。 搬送物情報取得手段及び搬送物情報処理手段の構成図である。 搬送物検出装置の形成形態の一例を示す図である。 複数のポンプユニットが連結されたときのポンプの概略構成図である。 給排制御装置の構成の一例を示す図である。 搬送物情報処理手段の他の形態を示す図である。 ポンプユニットの他の形態を示す図である。 評価実験の結果を示すグラフである。

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。

図１は、ポンプ１の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るポンプ１は、概略、搬送対象物（以下搬送物という）を搬送する搬送部として機能するポンプユニット１０と、ポンプユニット１０の動作を制御する駆動制御装置１００と、搬送物の情報について検出する搬送物検出装置２００とを備える。

ポンプユニット１０は、単体、或は複数連結して既設の配管の途中に設けられたり、複数連結することで配管として直接的に設けられたり、搬送物の供給元の出口に接続されたりして用いられる。なお、以下の説明では、ポンプ１が動作する最小単位のポンプユニット１０が一つの場合を用いて説明する。

図２は、ポンプユニット１０の軸方向断面図及び径方向断面図である。図２に示すように、ポンプユニット１０は、外筒１２と、この外筒１２と二重管を構成するように外筒１２の内周側に設けられる内筒１４と、外筒１２と内筒１４との間に気密室Ｖを形成するように外筒１２及び内筒１４の両端部を閉塞する一対のエンドリング１６；１６とを備える。
外筒１２、内筒１４及びエンドリング１６；１６は、ポンプユニット１０を形成する最小構成である。

本実施形態に係る外筒１２は、気密性を維持しつつ伸縮を許容する弾性体よりなる筒体として形成される。外筒１２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、外筒１２の軸方向に沿って延長するように配設される。
なお、外筒１２における繊維の配設形態は、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。
また、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、外筒１２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。

内筒１４は、気密性を維持しつつ伸縮を許容する弾性体よりなる筒体として形成される。内筒１４は、例えば、ゴム素材により形成される。内筒１４の内周側の空間は、搬送物を搬送するための搬送路Ｓである。内筒１４を形成するゴム素材には、外筒１２の形成に用いた天然ラテックスゴムやシリコーンゴム、合成ゴムなどのゴム素材を用いることができる。
なお、内筒１４についても外筒１２と同様に繊維を含んで形成しても良く、気密室Ｖ内への空気の導入より内筒１４が膨張しようとする場合の軸方向への伸長を規制しても良い。

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、筒部１６Ａ；１６Ａの内周と、内筒１４の外周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。内筒１４の筒部１６Ａへの固定は、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２（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２２が設けられる。連結部２２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を可能としている。

このように外筒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Ｖが形成される。

一方のエンドリング１６には、図２（ａ）に示すように、気密室Ｖに加圧媒体を供給、排出するための給排部２４が設けられる。
給排部２４は、例えば、一端がフランジ部１６Ｂの外周面に開口し、エンドリング１６内を延長して、他端が筒部１６Ａに固定された外筒１２及び内筒１４との間に開口する孔として設けられる。この給排部２４には、後述の駆動制御装置１００から延長するチューブが接続され、気密室Ｖへの加圧媒体の給排がなされる（図１参照）。

ポンプユニット１０は、気密室Ｖに加圧媒体を供給することにより、外筒１２が半径方向外向きに、内筒１４が半径方向内向き（求心方向）に膨張する。この膨張では、外筒１２に軸方向に延長する繊維が設けられているため、外筒１２が膨張しようとするときに、軸方向への伸長（膨張）が繊維によって拘束され、径方向外向きへの膨張のみが許容されるとともに軸方向に収縮することになる。
また、ポンプユニット１０は、気密室Ｖから加圧媒体を排出することにより、外筒１２が半径方向内向きに、内筒１４が半径方向外向き（求心方向）に収縮しつつ、軸方向に伸長することになる。
つまり、ポンプユニット１０は、外筒１２と、内筒１４と、一対のエンドリング１６；１６とで形成された気密室Ｖに加圧媒体を供給・排出することで上述のように軸方向及び半径方向に膨縮する膨縮体として機能する。
ポンプユニット１０の内筒１４内にある搬送物は、内筒１４の膨張に伴なう加圧力と、軸方向への収縮とにより、内筒１４の外へと押し出される。即ち、気密室Ｖは、内筒１４により搬送物を加圧して、内筒１４内から押し出すための圧力供給室として機能する。

気密室Ｖには、該気密室Ｖに加圧媒体を供給したときの内筒１４の膨張を、容易かつ安定化させるためのシェイパーリング３０が設けられる。シェイパーリング３０は、内筒１４の軸周りに設けられ、内径部が楕円状、外径部が円状に形成された環状体である。内筒１４がシェイパーリング３０の内径内に位置することにより、楕円の短軸と対応して向かい合う内筒１４の内周面が、楕円の長軸と対応して向かい合う内筒１４の内周面よりも予め径方向内側に接近した状態とされる。つまり、シェイパーリング３０は、内筒１４の膨張時の形状を規定する膨張規定部材として機能する。

図１に示すように、駆動制御装置１００は、加圧媒体供給装置１０２と、レギュレータ１０４と、供給弁１０６と、排出弁１０８と、給排制御装置（給排制御手段）１１０とを備える。
加圧媒体供給装置１０２は、ポンプユニット１０の膨張に必要な圧力に加圧媒体を昇圧し、生成する装置であって、例えば、コンプレッサーを利用することができる。つまり、コンプレッサーを用いることにより、大気中の空気を圧縮空気として生成し、加圧媒体として利用することができる。
なお、加圧媒体は、空気に限定されず、空気以外の気体であっても良く、また気体に限定されず水等の液体であっても良い。以下の説明では、加圧媒体を空気（圧縮空気）として説明する。

レギュレータ１０４は、加圧媒体供給装置１０２とチューブを介して接続され、加圧媒体供給装置１０２から供給された加圧媒体を、所定の圧力に減圧し、ポンプユニット１０に一定の圧力に調圧して供給するための装置である。レギュレータ１０４により調圧された加圧媒体は、該レギュレータ１０４とチューブを介して接続された供給弁１０６に供給される。

供給弁１０６は、ポンプユニット１０と接続され、レギュレータ１０４により調圧された加圧媒体のポンプユニット１０への供給、停止を制御する。
排出弁１０８は、供給弁１０６とポンプユニット１０との間に設けられ、ポンプユニット１０に供給された加圧媒体を排出する。本実施形態では、排出弁１０８は、ポンプユニット１０に供給された圧縮空気を大気中に放出するように構成されている。

供給弁１０６及び排出弁１０８には、例えば、電気的な信号により動作するソレノイドバルブを適用することができる。供給弁１０６及び排出弁１０８にソレノイドバルブを用いることにより、ポンプユニット１０を膨張或いは収縮させるときの応答速度を向上させることができる。
供給弁１０６及び排出弁１０８は、給排制御装置１１０と電気的に接続され、給排制御装置１１０から入力される信号に基づいて弁の開閉が制御される。本実施形態では、供給弁１０６及び排出弁１０８は、信号が入力されていない状態ではそれぞれ弁は閉じられた状態にあり、信号が入力されることにより弁を開き、信号の入力が停止されることにより弁を閉じる。

給排制御装置１１０は、演算手段としてのＣＰＵや記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力手段としての通信インターフェース等のハードウェアを備えたコンピュータであって、記憶手段に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、該給排制御装置１１０に接続された供給弁１０６や排出弁１０８の開閉を制御し、ポンプユニット１０の膨張・収縮動作を制御する。

具体的には、給排制御装置１１０は、供給弁１０６にのみ信号を出力し、供給弁１０６を開くことにより、ポンプユニット１０の気密室Ｖ内への加圧媒体の流入を強要し、図２（ｃ）に示すように、ポンプユニット１０を膨張させる。
また、給排制御装置１１０は、この膨張過程において、供給弁１０６への信号の出力を停止し、供給弁１０６を閉じることにより、ポンプユニット１０の膨張状態を維持させる。
また、給排制御装置１１０は、ポンプユニット１０の膨張状態が維持された状態において、排出弁１０８にのみ信号を出力し、排出弁１０８を開くことにより、気密室Ｖ内の加圧媒体の流出を許容し、図２（ａ）に示すように、ポンプユニット１０を収縮させる。

ポンプユニット１０は、外筒１２に軸方向に沿って延長する繊維層が設けられているため、軸方向への伸長が規制され、その結果、外筒１２の膨張方向は径方向外側に限定され、当該径方向外側への膨張に伴って、軸方向長さが収縮することとなる。また、内筒１４は、気密室Ｖ内への空気の供給によって、シェイパーリング３０の位置と対応する内筒１４の軸方向中央部における上記短軸と対応して向かい合う内筒１４の内周面が先行して径方向内側（軸心方向）に向けて膨張を開始し、更なる空気の供給によって内筒１４内の搬送物が軸方向に搬送され、図２（ｃ）に示すように、内筒１４内が略完全に閉塞されることとなる。この内筒１４の膨張により内筒１４内の搬送物が内筒１４により加圧されて軸方向に押し出され、搬送される。

搬送物検出装置２００は、搬送物情報取得手段２１０と、搬送物情報処理手段２２０とを備える。
搬送物情報取得手段２１０は、流量計測手段２１２と、押圧力計測手段２１４とを備え、ポンプユニット１０の動作に基づいて搬送物の情報を取得する。ここでいう搬送物の情報とは、例えば、流動性（粘性）、硬さなどの搬送物の有する特性を言う。

流量計測手段２１２は、供給弁１０６とポンプユニット１０との間に設けられ、内筒１４の膨張時に気密室Ｖに供給された加圧媒体の流量を計測する。流量計測手段２１２には、例えば、計測した流量を電気的な信号に変換可能な流量センサを用いることができる。流量計測手段２１２は、搬送物情報処理手段２２０と電気的に接続され、計測した流量を搬送物情報処理手段２２０に出力する。

押圧力計測手段２１４は、流量計測手段２１２とポンプユニット１０との間に設けられ、気密室Ｖ内の加圧媒体の圧力を計測する。押圧力計測手段２１４には、例えば、計測した圧力を電気的な信号に変換可能な圧力センサを用いることができる。押圧力計測手段２１４は、搬送物情報処理手段２２０と電気的に接続され、計測した圧力を搬送物情報処理手段２２０に出力する。なお、押圧力計測手段２１４の設けられる位置は、気密室Ｖ内の加圧媒体の圧力が計測できればどこであっても良い。
このように加圧媒体の圧力を計測することにより、内筒１４が搬送物を加圧する押圧力を間接的に計測することができる。

また、押圧力計測手段２１４は、上記圧力センサに限定されず、内筒１４が搬送物を押圧する力を検出できるものであれば良く、例えば、搬送物に内筒１４が接する表面に圧電素子を取り付けて直接的に内筒１４が搬送物を押圧する力を検出したり、例えば、加速度センサを用いることで内筒１４の応力や変形を測定し、間接的に内筒１４が搬送物を押圧する力を検出するようにしても良い。
なお、上記実施形態では、膨張時の内筒１４が搬送物を加圧する圧力を、圧力センサにより気密室Ｖ内の空気の圧力を計測するものとして説明したがこれに限定されない。例えば、内筒１４の表面に、搬送物と直接接触するように荷重センサを設け、直接的に内筒１４の膨張過程や最大膨張時に搬送物を加圧する加圧力（押圧力）を検出するようにしても良く、また、内筒１４の膨張時の張力を計測し、間接的に内筒１４が搬送物を加圧する圧力を検出するようにしても良い。

搬送物情報処理手段２２０は、演算手段としてのＣＰＵや記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ等のハードウェアを備えたコンピュータであって、流量計測手段２１２や押圧力計測手段２１４から入力された流量や圧力等の情報に基づいて搬送物の情報を処理する。搬送物情報処理手段２２０は、記憶手段に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、当該搬送物情報処理手段２２０を後述の各手段や各部として機能させる。流量計測手段２１２や押圧力計測手段２１４から入力された流量や圧力は、例えば流量履歴及び圧力履歴として時間とともに記憶手段に記憶される。

図３は、搬送物情報処理手段２２０の構成を示すブロック図である。なお、図３においてシェイパーリング３０は、省略してある。図３に示すように、搬送物情報処理手段２２０は、体積算出手段２２２と、特性判別手段２２４と、故障検出手段２２６とを備える。

体積算出手段２２２は、流量計測手段２１２及び押圧力計測手段２１４から入力される流量値及び圧力値に基づいて、内筒１４内に含まれる搬送物の体積を算出する。
搬送物の体積は、例えば、流量、圧力及び搬送物の体積の関係を求めたデータマップ、或いは、流量及び圧力を入力することで搬送物の体積を算出することができる数式をあらかじめ記憶手段に記憶させておくことにより算出することができる。
搬送物の体積は、例えば、流量、圧力が入力される毎に、体積の時間変化として算出される。算出された搬送物の体積は、時間とともに記憶手段に記憶される。

特性判別手段２２４は、計測された流量、圧力及び算出された体積値に基づいて、搬送物の特性について判別をする。本実施形態でいう搬送物の特性とは、例えば、粘性、硬さをいう。
粘性は、搬送物の体積の時間変化に基づいて判別することができる。例えば、体積の時間変化が遅い場合、搬送物は粘性が高いものと判別することができ、体積の時間変化が速い場合、搬送物は粘性が低いものと判別することができる。
また、硬さは、搬送物の体積の時間変化と圧力の変化に基づいて判別することができる。例えば、体積の変化が速く、圧力の変化が小さい場合には、搬送物が硬いものと判別することができ、体積の変化が速く、圧力の変化が小さい場合には、搬送物が柔らかいものと判別することができる。

なお、特性判別手段２２４により判別される搬送物の特性は、粘性、硬さに限定されず、計測された流量、圧力及び算出された体積に基づいて判別されるものであれば良い。
特性判別手段２２４により判別された結果は、例えば、図示しない表示手段に表示可能に構成したり、駆動制御装置１００に出力したりすると良い。

故障検出手段２２６は、例えば、流量及び圧力に基づいて、ポンプユニット１０の故障の有無を検出する。即ち、流量の増加に伴い圧力が上昇しない場合には、ポンプユニット１０内に空気漏れが生じていることを検出することができる。

以上説明したように、駆動制御装置１００により内筒１４の膨張・収縮が制御されるポンプユニット１０により構成されるポンプ１が搬送物検出装置２００を備えることにより、ポンプユニット１０により搬送される搬送物の特性を検出することができる。これにより、上記ポンプユニット１０による搬送物の可否を判定することができる。

なお、上記実施形態では、供給弁１０６に所定時間信号を連続的に出力し、継続的に膨張させるようにするものとして説明したが、これに限定されず、例えば、信号を断続的に所定時間間隔で供給弁１０６に出力し、段階的に膨張させるようにしても良い。

また、ポンプユニット１０により搬送物を加圧するときの供給弁１０６の制御は、時間に限定されず、押圧力計測手段２１４により検出された圧力、或いは、体積算出手段２２２により算出された搬送物の体積に基づいて、実施されるようにしても良い。

図４は、搬送物検出装置２００の設置形態の一例を示す図である。上記実施形態で説明した搬送物検出装置２００は、例えば、次のように構成することもできる。上記実施形態では、搬送物情報取得手段２１０を構成する流量計測手段２１２を供給弁１０６とポンプユニット１０との間、押圧力計測手段２１４を流量計測手段２１２とポンプユニット１０との間に設けるものとして説明したがこれに限定されない。
例えば、図４に示すように、例えば、流量計測手段２１２及び押圧力計測手段２１４を、給排部２４を有するエンドリング１６に一体的に設けるとともに、さらに流量計測手段２１２により計測された流量及び押圧力計測手段２１４により計測された圧力をインターネット回線に出力可能な無線通信手段を設けるように構成しても良い。なお、無線通信装置に必要とされる電力は、駆動制御装置１００から延長する配管とともに電気ケーブルを介して各ポンプユニット１０に供給すれば良い。
そして、インターネット回線により形成されたネットワークに、有線或いは無線通信により接続されたサーバー３００に、搬送物情報処理手段２２０としての機能を設定し、サーバー３００に処理させることにより、インターネット等のネットワーク上においてポンプユニット１０の動作状態を監視することができる。

図５は、図１に示す構成を有するポンプ１においてポンプユニット１０を複数連結した場合について示す図である。なお、図５においてシェイパーリング３０は、省略してある。図５に示すように、複数のポンプユニット１０を連結してポンプ１を構成する場合、駆動制御装置１００を構成する供給弁１０６及び排出弁１０８がポンプユニット１０毎に設けられる。供給弁１０６には、レギュレータ１０４により調圧された加圧媒体がそれぞれに分配されるように、レギュレータ１０４と個別に接続される。また、各供給弁１０６及び各排出弁１０８は、給排制御装置１１０と接続され、給排制御装置１１０からの信号の出力により対応するポンプユニット１０への加圧媒体の供給、停止が制御される。

また、流量計測手段２１２及び押圧力計測手段２１４は、ポンプユニット１０毎に設けられ、搬送物情報処理手段２２０の体積算出手段２２２による搬送物の体積の算出や、特性判別手段２２４によるポンプユニット１０内の搬送物の特性の判別、故障検出手段２２６によるポンプユニット１０の故障の検出は、ポンプユニット毎に実行される。

このように、複数のポンプユニット１０が連結された場合、給排制御装置１１０は、例えば、腸の蠕動運動を模すように、搬送方向上流側から順に、ポンプユニット１０の膨張と収縮とが下流側に移動するように、各ポンプユニット１０に接続された供給弁１０６及び排出弁１０８を制御する。

図５に示すポンプユニット１０を搬送方向の上流側から下流側に１０Ａ，１０Ｂ，…，１０Ｆ等として搬送動作について説明する。例えば、給排制御装置１１０は、各ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆに設けられた供給弁１０６及び排出弁１０８を制御し、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆを次のように動作させることにより、搬送物を動作させることができる。
まず、ポンプユニット１０Ｂ〜１０Ｆの収縮状態を維持したままポンプユニット１０Ａのみを膨張させる（ステップ１）。
次に、ポンプユニット１０Ａの膨張後に、ポンプユニット１０Ｃ〜１０Ｆの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ａを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｂを膨張させる（ステップ２）。
次に、ポンプユニット１０Ｂの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ：１０Ｄ〜１０Ｆの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｂを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｃを膨張させる（ステップ３）。
次に、ポンプユニット１０Ｃの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｅ，１０Ｆの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｃを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｄを膨張させる（ステップ４）。
次に、ポンプユニット１０Ｄの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｃ，１０Ｆの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｄを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｅを膨張させる（ステップ５）。
次に、ポンプユニット１０Ｅの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｄの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｅを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｆを膨張させる（ステップ６）。
次に、ポンプユニット１０Ｆの膨張後に、ポンプユニット１０Ｂ〜１０Ｅの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｆを収縮させるとともにポンプユニット１０Ａを膨張させる（ステップ７）。
給排制御装置１１０は、上記ステップ１〜ステップ７を一つのサイクルとして繰り返すことにより、搬送物を下流側へと搬送することができる。給排制御装置１１０では、ステップ１〜ステップ７に示すポンプユニット１０（Ａ〜Ｆ）の制御を例えば、動作パターン１等として記憶手段に記憶させておけば良い。

また、例えば、給排制御装置１１０は、次のようにポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆを動作させることもできる。
まず、ポンプユニット１０Ｂ〜１０Ｆの収縮状態を維持したままポンプユニット１０Ａのみを膨張させる（ステップ１）。
次に、ポンプユニット１０Ａの膨張後に、ポンプユニット１０Ｃ〜１０Ｆの収縮状態、及びポンプユニット１０Ａの膨張状態を維持したままポンプユニット１０Ｂを膨張させる（ステップ２）。
次に、ポンプユニット１０Ｂの膨張後に、ポンプユニット１０Ｄ〜１０Ｆの収縮状態、及びポンプユニット１０Ｂの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ａを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｃを膨張させる（ステップ３）。
次に、ポンプユニット１０Ｃの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ，１０Ｅ，１０Ｆの収縮状態、及びポンプユニット１０Ｃの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｂを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｄを膨張させる（ステップ４）。
次に、ポンプユニット１０Ｄの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｆの収縮状態、及びポンプユニット１０Ｄの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｃを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｅを膨張させる（ステップ５）。
次に、ポンプユニット１０Ｅの膨張後に、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｃの収縮状態、及びポンプユニット１０Ｅの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｄを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｆを膨張させる（ステップ６）。
次に、ポンプユニット１０Ｆの膨張後に、ポンプユニット１０Ｂ〜１０Ｄの収縮状態、及びポンプユニット１０Ｆの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｅを収縮させるとともにポンプユニット１０Ａを膨張させる（ステップ７）。
次に、ポンプユニット１０Ａの膨張後に、ポンプユニット１０Ｃ〜１０Ｅの収縮状態、及びポンプユニット１０Ａの膨張状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｆを収縮させるとともにポンプユニット１０Ｂを膨張させる（ステップ８）。
給排制御装置１１０は、上記動作パターンをポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆに繰り返させることにより、ポンプユニット１０の内筒１４内の搬送物が、内筒１４の膨張により順次下流側へと圧送され、搬送物を搬送することができる（ステップ９）。
給排制御装置１１０は、上記ステップ１〜ステップ９を一つのサイクルとして繰り返すことにより、搬送物を下流側へと搬送することができる。給排制御装置１１０では、ステップ１〜ステップ９に示すポンプユニット１０（Ａ〜Ｆ）の制御を、例えば動作パターン２等として前述の動作パターン１とともに記憶手段に記憶させておけば良い。

なお、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆの動作は、上記動作パターン１，２に限定されず、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆにより搬送物の搬送を可能とする他の動作パターンを給排制御装置１１０の記憶手段に記憶させておけば良い。
図６は、複数の動作パターンを給排制御装置１１０に記憶させたときの給排制御装置１１０の構成の一例を示す図である。図６に示すように、複数の動作パターンを給排制御装置１１０の記憶手段に記憶させた場合、特性判別手段２２４により判別された結果に基づいて、動作パターンを選択するように構成すると良い。
例えば、搬送物情報処理手段２２０と給排制御装置１１０とを電気的に接続し、特性判別手段２２４による判別結果を給排制御装置１１０に出力可能に構成する。さらに、給排制御装置１１０には、入力された判別結果に基づいて、当該判別結果に対応する搬送物の特性に紐付けされた動作パターンを選択する動作パターン選択手段として給排制御装置１１０を機能させるプログラムを記憶手段に記憶させておけばよい。

即ち、各ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆが流量計測手段２１２及び押圧力計測手段２１４を備え、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆ毎の搬送物の特性が検出されることから、特性判別手段２２４により得られた判別結果を直ちに駆動制御装置１００に出力することにより、例えば、異なる特性の搬送物が混合されて搬送され、連結されたポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆ内で、搬送物の状態が変化する場合であっても、搬送効率を低下させることなく搬送物を搬送することができる。

上記実施形態では、図５に示すように連結されたポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆは、給排制御装置１１０の記憶手段に記憶されたプログラムに基づいて所定の動作パターンをするものとして説明したがこれに限定されない。
例えば、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆが、所定の動作パターン（以下、基本動作という）の動作中に、いずれかのポンプユニットで搬送の異常が検出されたときに、割り込み処理として、異常を検出したポンプユニットの搬送異常を解消するのに好適な他のポンプユニットを動作させるプログラムを記憶手段に記憶させても良い。即ち、給排制御装置１１０を搬送異常解消手段として機能させるプログラムを記憶手段に記憶させおけば良い。そして、搬送異常が解消された後に、再び基本動作を実行させれば良い。

図７は、搬送物情報処理手段２２０の他の形態を示す図である。図５に示すようにポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆが複数連結されたときに、搬送物が正常に搬送されているかどうかを検出する搬送異常検出手段２２８を各ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆに設けても良い。
搬送異常検出手段２２８は、例えば、各ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆにおいて算出される搬送物の体積を比較し、一つのサイクルにおいて、上流側から下流側にかけて閾値以上の体積が減少している場合や、途中のポンプユニット１０の体積が、前後のポンプユニット１０よりも多い場合に、詰まり等の搬送異常があることを検出することができる。

また、故障検出手段２２６が、ポンプユニット１０Ａ〜１０Ｆ毎の故障を検出しているので、搬送異常検出手段２２８により検出された搬送異常の原因がポンプユニット１０の故障によるものか、搬送物の特性に起因する搬送異常か直ちに把握することができる。

また、図５に示すようにポンプユニット１０を連結し、各ポンプユニット１０を図４に示すように構成して、サーバー３００にポンプユニット１０毎に入力された流量や圧力、サーバー３００の体積算出手段２２２により算出された体積、特性判別手段２２４により判別された搬送物の特性は、サーバー３００の記憶手段に動作履歴としてポンプユニット毎に記憶すると良い。

また、サーバー３００に記憶された動作履歴は、連結されたポンプユニットにより構成される１つのポンプを単位として紐付けして記憶すると良く、さらに、ポンプ１の設置された場所や搬送物等の情報を紐付けしてサーバー３００に記憶させると良い。
そして、異なる場所で利用されるポンプ１から上記情報をサーバー３００に集約し、例えば、集約された情報を機械学習することにより、例えば、搬送物に応じた動作パターンや、搬送物によって生じうる搬送異常を予測することができる。これにより、搬送効率の向上や搬送異常の回避が可能となり、ポンプ１の信頼性を向上させることができる。

また、図４に示すように各ポンプユニット１０が無線通信装置を備える場合、駆動制御装置１００から給排制御装置１１０の機能を分離して各ポンプユニット１０に設け、各ポンプユニット１０が個別に動作を制御するようにしても良い。例えば、ポンプユニット１０に、給排制御装置１１０、搬送物検出装置２００、無線通信装置とともに供給弁１０６，排出弁１０８を設け、レギュレータ１０４から延長するチューブと、給排制御装置１１０，搬送物検出装置２００，無線通信装置，供給弁１０６，排出弁１０８に供給する電力とを接続することにより、動作可能にしても良い。即ち、一つのポンプユニット１０を所謂IoT機器として構成しても良い。この場合、各ポンプユニット１０は、サーバー３００との通信に加え、ポンプユニット１０同士の通信を可能とし、このポンプユニット１０同士の通信に基づいて、上述の搬送の基本動作や、故障が検出されたときの動作、搬送異常の解消動作、搬送物の特性に対応する動作などを実行するように、給排制御装置１１０を構成すれば良い。
このように、ポンプユニット１０に、給排制御装置１１０の機能や、搬送物検出装置２００の機能を設ける場合、ＣＰＵ、記憶手段、無線通信装置として機能する通信手段を１つにまとめたワンチップマイコンを利用することができる。
そして、各ポンプユニット１０の搬送物情報取得手段により取得された搬送物の情報を、ポンプユニット１０同士が交換、或いは共有することにより、各ポンプユニット１０が、自立して搬送物の搬送動作、故障が検出されたときの動作、検出された異常を解消する動作、搬送物の特性に対応する複数のポンプユニットの動作を実行させるプログラムをワンチップマイコンの記憶手段に記憶させておくことで、サーバー３００を用いることなく、ポンプユニット１０のみで自立して動作させることができる。
この場合、前述の複数のポンプユニット１０の異常を解消する動作の制御、又は、前記判別された搬送物の特性に基づく複数のポンプユニットの動作の制御等を取得された搬送物の情報に基づいて選択する機能を搬送物情報処理手段に設け、選択した内容を前記給排制御手段に出力するように構成することで、ポンプ１の動作をより自動化させることができる。

以上説明したように、ポンプユニット１０により搬送される搬送物の特性を検出し、当該検出した搬送物の特性に基づいて、ポンプユニットに、搬送の基本動作、故障が検出されたときの動作、搬送異常の解消動作、搬送物の特性に対応する動作をさせることにより、搬送物の搬送を最適化することができ、効率的な搬送を行うことができる。
また、上述したポンプ１の構成は、一つの例を示すものであって、給排制御装置１１０の有する手段や、搬送物検出装置２００の有する手段が設けられる場所は、ポンプユニット１０や、駆動制御装置１００、サーバー３００等に適宜変更しても良い。

図８は、ポンプユニット１０の他の形態を示す図である。上記実施形態では、ポンプユニット１０を構成する外筒１２を弾性体により構成し、内筒１４とともに膨張可能に構成したが、図８に示すように、半径方向に膨張しない硬質な樹脂等によって外筒１２を構成しても良い。図８に示すポンプユニット１０では、外筒１２の内周面に沿うように内筒１４が設けられている。外筒１２の内周面には円周方向に沿って一周にわたり窪み圧力供給室として機能する溝１５が形成されており、当該溝１５に外筒１２を貫通する給排部２４から加圧媒体を供給することにより、図中破線で示すように、内筒１４が求心方向に膨張する。このようにポンプユニット１０を構成しても、内筒１４内の搬送物を内筒１４により加圧して搬送物が搬送することができる。

図９は、ポンプユニット１０に供給される流量及びポンプユニット１０内の圧力を計測し、計測した流量及び圧力から得られる搬送物の特性の有効性を評価するための評価試験の試験結果を示すグラフである。
評価試験では、図１に示すように、一つのポンプユニット１０の内筒１４内に、搬送物を想定したアクリルパイプを挿入し、空気の流量及び圧力の変化に基く搬送物の体積検出の有効性について評価した。アクリルパイプは、外径が、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍの５種類を用意し、それぞれについて体積検出の影響について調べた。外径の違いは、搬送物の粘性の大きさの違いや、圧縮性等の特性の違いを再現するものとして設定した。
なお、ポンプユニット１０の内筒１４の寸法は、内径が５５ｍｍ、軸方向の長さが１１０ｍｍである。
ポンプユニット１０に供給される圧力は、レギュレータ１０４により６０ｋＰａに調圧し、供給弁１０６を３秒間開いた後に閉じると同時に、排出弁１０８を開いて空気を排出した。

図９（ａ）は、気密室Ｖ内の圧力の変化を示すグラフであり、給気開始後、内筒１４内が空の状態、アクリルパイプ挿入時のいずれの場合も１３ｋＰａまで遅れることなく立ち上がる。これは、気密室Ｖ内に空気が充満したためであると考える。その後、印加圧力である６０ｋＰａまで緩やかに上昇する。気密室Ｖ内の圧力の上昇は、外径の太いアクリルパイプを挿入した場合ほど立ち上がりが速い。これは、外径の太いアクリルパイプほど内筒１４の表面が速く剛体と接することで、内筒１４の膨張が抑えられ、気密室Ｖ内の圧力が上昇するためと考えられる。
図９（ｂ）は、流量センサにより計測された気密室Ｖ内への供給空気量を示すグラフであり、アクリルパイプの直径が太い程、供給空気量は少ない。これはアクリルパイプの直径が太い程、内筒１４の膨張が抑えられるためと考えられる。
図９（ｃ）は、アクリルパイプの体積と、内筒１４内が空状態との比較から算出した排除体積の相関を示すグラフである。プロットした点について線形近似を行った結果、0.9987という強い正の相関が確認された。即ち、内筒１４内へのアクリルパイプの太さの増加に則した排除体積となっている。よって、気密室Ｖに供給される圧縮空気の流量を計測することにより、ポンプユニット１０内における搬送物の体積を検知できることが確認された。
したがって、計測された流量及び圧力に基づいて搬送物の体積を検知し、内筒１４が最大膨張したとき、或いは内筒１４が最大膨張に至るまでの体積の変化を調べる搬送物の特性検出方法を行うことにより、搬送物の粘性や硬さなどの特性を知ることができる。

１ ポンプ、１０（Ａ〜Ｆ） ポンプユニット、１２ 外筒、１４ 内筒、
１６ エンドリング、２４ 給排部、３０ シェイパーリング、
１００ 駆動制御装置、１０２ 加圧媒体供給装置、１０４ レギュレータ、
１０６ 供給弁、１０８ 排出弁、１１０ 給排制御装置、
２００ 搬送物検出装置、２１０ 搬送物情報取得手段、２１２ 流量計測手段、
２１４ 押圧力計測手段、
２２０ 搬送物情報処理手段、２２２ 体積算出手段、２２４ 特性判別手段、
２２６ 故障検出手段、２２８ 搬送異常検出手段、Ｖ 気密室。

Claims (10)

1. 外筒と、
   外筒の内周側に設けられた内筒と、
   前記内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室と、
   を備え、
   前記圧力供給室内に加圧媒体を供給することにより前記内筒を径方向内側に膨張させて該内筒内の搬送物を搬送するポンプユニットであって、
   前記内筒の膨張時における該内筒内の搬送物の情報を取得する搬送物情報取得手段を備えたことを特徴とするポンプユニット。
2. 前記搬送物情報取得手段は、
   前記圧力供給室に供給される加圧媒体の流量を計測する流量計測手段と、
   前記圧力供給室への加圧媒体の供給により前記内筒が搬送物を押圧する押圧力を計測する押圧力計測手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
3. 前記請求項１に記載のポンプユニットを備えたポンプであって、
   前記ポンプユニットへの加圧媒体の供給、排出を制御する給排制御手段と、
   前記搬送物情報取得手段により取得された搬送物の情報に基づいて、搬送物の特性を判別する搬送物情報処理手段と、
   を備えたことを特徴とするポンプ。
4. 前記請求項２に記載のポンプユニットを備えたポンプであって、
   前記ポンプユニットへの加圧媒体の供給、排出を制御する給排制御手段と、
   前記流量計測手段により計測された加圧媒体の流量と、前記押圧力計測手段により計測された内筒が搬送物を加圧する圧力とに基づいて、内筒内の搬送物の体積を算出する体積算出手段と、前記体積算出手段により算出された体積に基づいて、搬送物の特性を判別する特性判別手段と、を有する搬送物情報処理手段と、
   を備えたことを特徴とするポンプ。
5. 前記搬送物情報取得手段により取得された搬送物の情報に基づいて、搬送異常を検出する搬送異常検出手段を備えたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のポンプ。
6. 前記給排制御手段は、
   前記搬送異常検出手段による異常の検出に基づいて、前記検出された異常を解消するように複数のポンプユニットの動作を制御することを特徴とする請求項５に記載のポンプ。
7. 前記給排制御手段は、
   前記搬送物情報処理手段により判別された搬送物の特性に基づいて、複数のポンプユニットの動作を制御することを特徴とする請求項３乃至請求項６いずれかに記載のポンプ。
8. 前記搬送物情報処理手段は、
   各ポンプユニットが備える搬送物情報取得手段から入力される搬送物の情報に基づいて、
   前記給排制御手段による複数のポンプユニットの前記異常を解消する動作の制御、又は、前記判別された搬送物の特性に基づく複数のポンプユニットの動作の制御を選択し、選択した内容を前記給排制御手段に出力することを特徴とする請求項７に記載のポンプ。
9. 外筒と、
   外筒の内周側に設けられた内筒と、
   内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室と、
   を備え、前記圧力供給室内に加圧媒体を供給することにより前記内筒を径方向内側に膨張させて該内筒内の搬送物を搬送するポンプユニットにより搬送される搬送物の特性を検出する搬送物の特性検出方法であって、
   前記内筒の膨張時における該内筒内の搬送物の体積を算出し、当該体積に基づいて搬送物の特性を検出することを特徴とする搬送物の特性検出方法。
10. 前記体積は、前記内筒が搬送物を加圧する圧力と、前記圧力供給室への流量とに基づいて算出されることを特徴とする請求項９に記載の搬送物の特性検出方法。

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