JP2023013467A - ポンプユニット及びポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移送効率を向上可能なポンプユニット及びポンプ装置を提供する。【解決手段】外筒と、外筒の内周側に設けられ、弾性体より成る内筒と、内筒の軸方向両端部及び前記外筒の軸方向両端部に固定され、内筒の外周と外筒の内周との間の空間を閉空間とする端部部材とを備え、内筒が、閉空間に流体を供給することにより求心方向に向けて膨張し、閉空間から流体を排出することにより収縮し、閉空間が大気圧状態となることで自由状態に復元可能とされたポンプユニットであって、内筒は、自由状態における軸方向断面において、内周側の表面形状に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有する構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプユニット及びポンプ装置に、関し、特に、蠕動運動を利用して搬送物を移送するポンプ装置等に関する。

従来、外筒と、外筒の内周面に沿って設けられた内筒と、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、内筒の筒軸心方向の両端部を外筒に保持させるとともに、内筒の軸心線方向に延在され、内筒の変形を拘束する拘束体を内筒の周方向に間隔をあけて複数箇所に設けることで、内筒が加圧用媒体の圧力によって求心方向に膨張可能とされたポンプユニットを複数連結し、連結されたポンプユニットを蠕動運動を模すように膨張、収縮させることにより、内筒の内周側を移送路として搬送物を移送可能とされたポンプ装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１０－１９６６８９号公報

しかしながら、このようなポンプユニットは、例えば、図１０（ａ）に示す収縮状態から、図１０（ｂ）に示すように、内筒が膨張したときに、内筒の達することのない空間（デッドスペース）が存在してしまう。このような空間は、搬送物の圧送に寄与せず、搬送物の移送効率の向上に影響を与えている。
そこで、本発明は、上記問題を解決すべく、移送効率を向上可能なポンプユニット及びポンプ装置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、前記外筒の内周側に弾性を有する素材により構成された内筒とを備え、外筒の内周面と内筒の外周面とで区画される閉空間に流体を供給することにより内筒を求心方向に膨張させ、供給した流体を排出することによりその弾性により収縮可能に構成されたポンプユニットであって、前記内筒は、前記収縮時の自由状態における軸方向断面において、両端部間の内周面に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有する構成とした。
本構成によれば、内筒が、両端部間の直線距離よりも、自由状態における軸方向断面において内周側の表面形状に沿う経路長を有することにより、求心方向に膨張しやすくなり、膨張時のデッドスペースを小さくすることができる。その結果、移送効率の向上に寄与することができる。
内筒は、求心方向に膨張する膨出部を備える構成としたり、一方の端部部材を超えて軸方向に突出する突出部を備える構成としても良い。
また、上記課題を解決するためのポンプ装置の構成として、請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のポンプユニットを備えたポンプ装置であって、ポンプユニットにおける閉空間から強制的に流体を排出可能とする減圧手段とを備え、減圧手段は、ポンプユニットの収縮時に閉空間を陰圧とする構成とした。
本構成によれば、内筒内に多くの搬送物を取り込むことができ、移送効率を向上させることができる。
また、ポンプ装置は、ポンプユニットを３以上連結してなるポンプ部を備え、ポンプ部は、減圧手段により陰圧とされたポンプユニットの上流側に隣接するポンプユニットと、下流側に隣接するポンプユニットとを膨張状態としたことにより、上流側及び下流側に隣接するポンプユニットの内筒に負圧を作用させることができ、上流側及び下流側に隣接するポンプユニットに生じるデッドスペースを小さくすることができる。

ポンプ装置の概略構成図である。 本実施形態に係るポンプユニットの収縮状態を示す図である。 本実施形態に係るポンプユニットの膨張状態を示す図である。 本実施形態に係る内筒の外観斜視図である。 本実施形態に係る内筒の軸方向平面視及び軸方向断面図である。 本実施形態に係るポンプユニット及び従来のポンプユニットの移送率の比較した試験環境及びその結果を示す図である。 内筒の他の形態に係る外観斜視図である。 内筒の他の形態に係るポンプユニットを示す図である。 内筒の他の形態に係るポンプユニットの作用を示す図である。 従来の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図である。 外筒の他の形態の断面図である。 流体室を陰圧としたときのポンプユニットの収縮状態を示す図である。 ポンプユニットの膨張を積極的に利用したポンプ部の動作の一例を示した図である。 ポンプユニットの収縮を積極的に利用したポンプ部の動作の一例を示した図である。

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。

図１は、ポンプ装置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、ポンプ装置１は、移送対象の搬送物を圧送するポンプ部８（ポンプ）と、ポンプ部８の動作を制御する制御部１００とを備える。ポンプ部８は、例えば、移送対象を搬送するために設けられた配管の途中に、配管と一体的に設けられたり、ポンプ部８が配管そのものとなるように設けられる。ポンプ部８は、複数のポンプユニット１０を直列に連結して構成され、各ポンプユニット１０の動作が制御部１００により個別に制御される。

制御部１００は、作動流体としての圧縮空気を供給する空気供給手段１０２と、空気供給手段１０２から各ポンプユニット１０への圧縮空気の供給、及びポンプユニット１０に供給した圧縮空気を排出を可能とする弁をポンプユニット１０の数量分設けたバルブユニット１０４と、バルブユニット１０４に設けられた各弁を個別に制御する制御ユニット１０６と、各弁と各ポンプユニット１０との空気の流通を可能にする管１０８とを備える。なお、以下の説明では、作動流体として圧縮空気として説明するが、これに限定されず、作動流体は、液体や他の気体等であっても良い。

制御ユニット１０６は、演算手段としてのＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶手段、入出力手段とを含む。記憶手段には、ポンプ部８を構成するポンプユニット１０を駆動するためのプログラム等が格納され、ＣＰＵが記憶手段に記憶されたプログラムに従った処理を実行することにより、入出力手段を介してバルブユニット１０４の各弁に、弁を開閉するための信号を出力し、複数のポンプユニット１０による蠕動運動を摸したポンプ動作を実行させる。

［ポンプユニット１０について］
図２は、ポンプユニット１０の収縮状態における軸方向平面図及び軸方向断面図である。図３は、ポンプユニット１０の膨張状態における軸方向平面図及び軸方向断面図である。
図２，図３に示すように、ポンプユニット１０は、外筒１４と、外筒１４の内周側に二重管を形成するように同軸的に配置される内筒１２と、内筒１２の外周と外筒１４の内周との間に形成される空間を閉塞する一対の端部部材１６；１６とを備える。

ポンプユニット１０は、端部部材１６；１６により閉塞され、外筒１４の内周と、内筒１２の外周との間に形成された空間に圧縮空気を供給することで内筒１２を軸方向に膨張可能に構成される。

［外筒について］
外筒１４は、剛性を有する円筒体として構成される。外筒１４を構成する素材には、例えば、金属や樹脂等の素材が利用できる。なお、剛性を有するとは、ポンプユニット１０の動作時に、軸方向や半径方向等に実質的に変形しないことをいう。

図２，図３に示すように、外筒１４は、円筒状の筒部１４Ａの両端にフランジ部１４Ｂを備える。フランジ部１４Ｂは、筒部１４Ａと一体的に形成され、筒部１４Ａの端部において半径方向外側に向けて同心円状に広がる中空円板状に形成されている。

［内筒について］
図２，図３に示すように、内筒１２は、円筒状の筒部１２Ａと、該筒部１２Ａの両端にフランジ部１２Ｂを備える。フランジ部１２Ｂは、筒部１２Ａと一体的に形成され、筒部１２Ａの端部において半径方向外側に向けて同心円状に広がる中空円板状に形成されている。このフランジ部１２Ｂは、先端（外周部）に、筒部１２Ａ側（軸方向内向き）に突出する突起部１３が全周にわたり形成されている。

内筒１２は、気密性及び弾性を有する変形自在な筒状体として構成される。内筒１２を構成する素材には、例えば、天然ラテックスゴムやシリコーンゴム等のゴムやエラストマー等の弾性素材が利用できる。

内筒１２は、円筒状の筒部１２Ａと、該筒部１２Ａの両端にフランジ部１２Ｂを備える。フランジ部１２Ｂは、筒部１２Ａと一体的に形成され、筒部１２Ａの端部において半径方向外側に向けて同心円状に広がる中空円板状に形成されている。このフランジ部１２Ｂは、先端（外周部）に、筒部１２Ａ側（軸方向内向き）に突出する突起部１３が全周にわたり形成されている。

図４は、本実施形態に係る内筒の外観斜視図を示したものである。また、図５（ａ）は、内筒１２を軸方向視したときの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ１－Ａ１における軸方向断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ２－Ａ２における軸方向断面図である。

図４，図５（ａ），（ｂ）に示すように、内筒１２は、自由状態において筒部１２Ａが軸方向に膨出する膨出部３０を有するように形成されている。膨出部３０は、円周方向に複数箇所（本実施形態では４箇所）設けられている。なお、自由状態とは、ＪＩＳ Ｂ ００２６に定義されるように、重力だけを受けた状態をいい、他の外力が付加されていないことをいう。

図５（ｂ）は、膨出部３０の頂部近傍の軸方向断面図である。同図に示すように、膨出部３０は、端部部材１６；１６間において軸方向にはＵ字状に窪む形状を呈し、半径方向にはＶ字状に窪んだ状態で軸方向に沿って延長するように形成される。図５（ａ）に示すように、筒部１２Ａは、複数の膨出部３０の形成により、隣接する膨出部３０の間に、見かけ上、内周側から半径方向外向きに窪む凹部３２が複数形成される。

図３（ｃ）は、凹部３２の底部近傍の軸方向断面図である。
同図に示すように、凹部３２は、端部部材１６；１６間において軸方向に沿って直線状に延長するように形成される。

つまり、筒部１２Ａは、自由状態における軸方向断面において、凹部３２の底部近傍の内周側の表面形状に沿う経路長が最も短く、膨出部３０の頂部近傍の内周側の表面形状に沿う経路長が最も長く、膨出部３０から凹部３２に掛けて漸次内周側の表面形状に沿う経路長が短くなるように３次元的に形状が変化するように形成されている。

即ち、内筒１２は、自由状態における軸方向断面において、内周側の表面形状に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有するように形成されていると言える。なお、両端部間の直線距離とは、例えば、凹部３２の底部近傍、換言すれば、端部部材１６；１６間の軸方向距離である。

［端部部材について］
端部部材１６；１６は、内筒１２及び外筒１４の両端に配置される。端部部材１６；１６は、内筒１２及び外筒１４の両端に固定可能とされるとともに、ポンプユニット１０或いはポンプユニット２１０との連結を可能に構成される。

端部部材１６；１６は、フランジ部１６Ａと、筒部１６Ｂとを備える。フランジ部１６Ａは、中空部２０を有する平板矩形状に形成される。中空部２０は、内筒１２の筒部１２Ａが貫通可能な円孔として設けられる。中空部２０の直径は、例えば、内筒１２の筒部１２Ａの外周面に密着するような寸法とすると良い。

フランジ部１６Ａは、軸方向外側の端面１６ａに、環状に窪む環状溝２２を備える。環状溝２２は、中空部２０と同心円状に形成され、内筒１２のフランジ部１２Ｂの先端の突起部１３が嵌合可能とされる。また、フランジ部１６Ａの外側の端面１６ａは、環状溝２２に内筒１２の突起部１３が嵌合された状態において、内筒１２のフランジ部１２Ｂが、該外側の端面１６ａよりも外側に突出するように形成されている。

内筒１２は、端部部材１６の環状溝２２に、フランジ部１２Ｂの突起部１３を嵌め合わせることで端部部材１６；１６に対して所定の位置に取り付けられる。内筒１２の端部部材１６に対する気密は、端部部材１６を介して他のポンプユニット１０の端部部材と連結されたり、既存の配管に設けられたフランジと連結されたりすることで、内筒１２のフランジ部１２Ｂが端部部材１６に押し付けられることにより構成される。

筒部１６Ｂは、フランジ部１６Ａの内側の端面１６ｂから軸方向に円筒状に突出して設けられる。筒部１６Ｂは、中心軸が中空部２０と同心とされ、フランジ部１６Ａと一体的に形成されている。筒部１６Ｂは、外径が外筒１４の内周側に摺接して挿入可能な大きさ、内径が中空部２０の内径よりも大きな寸法で形成される。

外筒１４は、端部部材１６の筒部１６Ｂが挿入された状態で、フランジ部１４Ｂを端部部材１６のフランジ部１６Ａの内側の端面１６ｂに、図外のボルト等の固定手段により固定される。外筒１４は、例えば、外筒１４のフランジ部１４Ｂと、端部部材１６のフランジ部１６Ａとの間にパッキンなどを介在させることで、端部部材１６との気密性を構成することができる。

上述のように、内筒１２及び外筒１４の両端が端部部材１６；１６に取り付けられることにより、内筒１２の外周及び外筒１４の内周の間に形成された空間を閉空間とし、ポンプユニット１０における流体室Ｖ１が形成される。

一方の端部部材１６は、流体室Ｖ１に流体を供給・排出するための給排孔２８を備える。給排孔２８は、一端が端部部材１６のフランジ部１６Ａの外周面に開口し、他端がフランジ部１６Ａの内側の端面１６ｂの内筒１２及び外筒１４の間に開口する。

給排孔２８を構成するフランジ部１６Ａの外周面の開口には、制御部１００から延長し、流体室Ｖ１への流体の供給、流体室Ｖ１から流体を排出するための管１０８が接続可能とされる。

なお、給排孔２８は、一方の端部部材１６に限定されず、他方の端部部材１６にも設け、両方の端部部材１６；１６から流体室Ｖ１に流体を供給・排出するようにしても良い。また、給排孔２８は、端部部材１６に設けることに限定されず、外筒１４に設けて流体室Ｖ１に流体を供給・排出するようにしても良く、適宜ポンプユニット１０の構成に応じて変更すれば良い。

上記構成によれば、ポンプユニット１０は、制御部１００から給排孔２８を介して流体室Ｖ１に圧縮空気を供給することにより、図３（ａ），（ｂ）に示すように内筒１２が軸方向に膨張し、流体室Ｖ１に供給された圧縮空気を排出することにより、図２（ａ），（ｂ）に示すように収縮する。

内筒１２は、上述したように、収縮状態において軸方向に膨出した形状（図２参照）にあることから、流体室Ｖ１に圧縮空気を供給することにより、軸線方向に加圧される。圧縮空気によって加圧された内筒１２は、膨出部３０が優先的に求心方向に膨張することになり、図３（ａ），（ｂ）に示すように、内筒１２の内周側の空間を閉塞する。
つまり、内筒１２は、収縮時の膨出部３０が膨張状態に近似するように形成されていることから、図１０（ｂ）に示したように、従来のポンプユニットにおける内筒の膨張時に比べてデッドスペースを小さくすることができる。

図６（ａ）は、移送率の比較試験の試験環境を示す図、図６（ｂ）は、その試験結果を示す図である。
本実施形態に係るポンプユニット１０の効果を検証するために、図５に示す試験環境においてポンプユニット単体での移送率の試験を行った。移送率の試験では、上記実施形態で説明した形状の内筒と、従来形状として円筒状の内筒のものとを比較した。
試験方法・条件
1.ポンプを収縮させた状態で内部を満たすように試験搬送物（模擬便）を投入する。
2.圧縮空気（７０ｋｐａ）で印加する。
3.圧縮空気を印加した状態でポンプから排除できた試験搬送物を取り除く。
4.ポンプから排除された試験搬送物の質量を測定して移送率を算出する。
移送率の算出は、（排除した試験搬送物÷投入した試験搬送物）×１００
その結果、図６（ｂ）に示すように、本実施形態の内筒１２により構成されたポンプユニット１０の方が従来の円筒状の内筒に比べて移送率が大きくなる結果となった。

したがって、図１に示すように、上記実施形態に係るポンプユニット１０を複数連結してポンプ部８を構成し、各ポンプユニット１０の膨張・収縮を蠕動運動を模すように制御部１００により制御することで、搬送効率を向上させることができるのは明らかである。

図７は、ポンプユニット１０の他の実施形態の斜視図、図８は、その軸方向平面図及び軸方向断面図である。
膨張時のデッドスペースを小さくするための内筒１２の形状は、上記実施形態に限定されない。
例えば、図７，８に示すように、一部が軸方向に露出するように形成しても良い。本実施形態に係る内筒１２は、内筒１２は、円錐状の筒部１２Ａと、該筒部１２Ａの両端にフランジ部１２Ｂを備える。フランジ部１２Ｂは、筒部１２Ａと一体的に形成され、筒部１２Ａの端部において半径方向外側に向けて同心円状に広がる平板環状に形成されている。このフランジ部１２Ｂは、先端（外周部）に、筒部１２Ａ側（軸方向内向き）に突出する突起部１３が全周にわたり形成されている。

筒部１２Ａは、一方のフランジ部１２Ｂから他方のフランジ部１２Ｂに向けて軸方向に沿い軸方向に近づくように傾斜して延長し、他方のフランジ部１２Ｂを超えた後に、半径方向外側に折り返すようにして軸方向に沿って一方の端部側に向けて延長して平板環状の他方のフランジ部１２Ｂの内周に連続するように形成される。
これにより、内筒１２には、フランジ部１２Ｂから外側に露出するように突出する突出部１８が形成される。

上記構成によれば、本実施形態に係るポンプユニット１０は、図９（ａ）に示すように、突出部１８を移送方向下流側に向けて連結される。そして、この連結により、上流側に隣接するポンプユニット１０の突出部１８が下流側に隣接するポンプユニット１０の内筒１２の内周側に侵入可能とされる。

したがって、例えば、図９（ｂ）に示すように、上流側のポンプユニット１０を膨張させることにより、このポンプユニット１０から下流側に隣接するポンプユニット１０へと押し出される。そして、上流側のポンプユニット１０の膨張状態を維持したまま、下流側に隣接するポンプユニット１０を膨張させると、下流側のポンプユニット１０の膨張したときに形成されるデッドスペースが、膨張状態にある上流側のポンプユニット１０によって占有されるため、搬送効率を向上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の形成において、内筒１２を、例えば、自由状態において、求心方向に膨張する膨出部を備えるように構成したり、一方の端部部材１６を超えて軸方向に突出する突出部を備えるように構成したりすることにより、自由状態における軸方向断面において、内周側の表面形状に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長くなるように構成することで、搬送効率の向上に寄与させることができる。

即ち、内筒１２が、自由状態における軸方向断面において、両端部間の直線距離よりも長い、内周側の表面形状に沿う経路長を得られる形状であれば良い。自由状態における軸方向断面において、両端部間の直線距離よりも長い、内周側の表面形状に沿う経路長が得られる形状とは、内筒１２の筒部１２Ａを従来の円筒状としたときの内周面の表面積よりも広い表面積を有していることを意味する。したがって、従来と本実施形態の内筒１２の肉厚や素材が同じであれば、従来に比べてより大きく膨張させることができることは明らかである。

なお、自由状態における軸方向断面において、内周側の表面形状に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長くする内筒の形状は、自由状態において、求心方向に膨張する膨出部を備えるように構成したり、一方の端部部材１６を超えて軸方向に突出する突出部を備えるように構成したりすることに限定されない。搬送経路となる内筒１２の筒部１２Ａ（端部部材１６；１６間）の内周側の表面積が広くなるように、予め形成しておくことにより、ポンプユニット１０の膨張時のデッドスペースを小さくすることができる。

図１１は、ポンプユニットの他の実施形態に係る軸方向断面図及び径方向断面図である。
図１２は、弾性体により構成された外筒の軸方向断面図である。
上記実施形態では、外筒１４は、剛性を有する実質的に収縮しないものとして説明したが、これに限定されない。外筒１４は、内筒１２と同様な素材、弾性体により構成されたものであっても良い。

以下、本実施形態に係るポンプユニットをポンプユニット１０’、外筒を外筒１４’として示す。なお、外筒１４’を除く、内筒１２及び端部部材１６；１６は、上記実施形態で説明した通りである。
本実施形態に係る外筒１４’は、弾性体よりなる筒体として構成される。外筒１４’は、例えば、弾性素材と繊維素材とを含んで構成される。

図１２に示すように、外筒１４’は、例えば、半径方向の断面視において弾性素材１５Ａと、弾性素材１５Ａに内包される複数の繊維１５Ｂとを備える。弾性素材１５Ａは、気密性を維持しつつ伸縮を可能とする素材、例えば、天然ラテックスゴムやシリコーンゴム等のゴムやエラストマー等の弾性素材を利用できる。

繊維１５Ｂは、弾性素材１５Ａ内において例えば、層状の繊維群を構成するように設けられる。繊維１５Ｂは、外筒１４’の軸線方向への伸長を拘束するための高速手段として設けられ、外筒１４’の軸方向に沿って延長するように配設される。繊維１５Ｂには、例えば、外筒１４’の一端側から他端側まで連続して延長する長さを有するものを適用したり、一端側から他端側まで連続する長さに限定されず、外筒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互いに重複が得られるよう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。
なお、繊維１５Ｂは、外筒１４’において必ずしも層状に含まれる必要はなく、弾性素材内に分散して埋設されていても良い。

繊維１５Ｂの素材には、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、弾性素材との接着性に応じて選択すると良い。

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、外筒１４’の軸線方向への伸長を拘束するものであれば、その構成は繊維１５Ｂに限定されない。例えば、繊維１５Ｂに代えて、外筒１４’を構成する弾性素材により軸方向に延長するリブを一体的に形成し、外筒１４’の軸方向への伸長を拘束するようにしても良い。

［端部部材への外筒の取り付けについて］
弾性素材により構成された外筒１４’は、端部部材１６；１６に次のように固定される。外筒１４’は、内周を端部部材１６に設けられた筒部１６Ｂの外周に密着状態で挿入される。次に、外筒１４’は、筒部１６Ｂに対して、例えば、カシメ中間部材２４及びカシメ部材２６等で構成される固定手段により、外筒１４’の筒部１６Ｂに端部側が気密状態で固定される。

カシメ中間部材２４は、端部部材１６の筒部１６Ｂに挿入された状態の外筒１４’の外周に挿入可能な環状部材として形成される。カシメ中間部材２４の内周側は、円筒面として形成され、外筒１４’の外周に対して例えば、締り嵌めとなるように内径が設定される。

また、カシメ中間部材２４の外周側は、内周面に対して漸次肉厚が厚くなる、円錐面（テーパー面）として形成される。カシメ中間部材２４は、厚肉側を端部部材１６に押し付けるようにして外筒１４’の外周に配置される。

カシメ部材２６は、外筒’１４の外周に配置されたカシメ中間部材２４に対し、外周側から嵌合可能なな環状部材として形成される。カシメ部材２６は、内周側が円錐面（テーパー面）として形成され、カシメ中間部材２４の円錐面に対して面接触するように構成される。

カシメ部材２６は、内周側の円錐面をカシメ中間部材２４の円錐面に接触させた状態で、図外のボルト等の締結手段で端部部材１６の内側の端面１６ｂに固定される。これにより、カシメ中間部材２４が外筒１４’に押し付けられ、端部部材１６の筒部１６Ｂに外筒１４が気密状態で固定される。

上述のように、端部部材１６；１６が、内筒１２及び外筒１４’の端部に取り付けられることにより、内筒１２の外周及び外筒１４’の内周の間に形成された空間を閉空間とし、ポンプユニット１０’における流体室Ｖ１を形成する。

そして、ポンプユニット１０’は、給排孔２８を介して流体室Ｖ１に圧縮空気が供給されることにより、図１１（ｂ）に示すように内筒１２が半径方向内向き（求心方向）、外筒１４’が半径方向外向きに膨張する。外筒１４’の膨張は、外筒１４’に内包された繊維が外筒１４’の軸方向への伸長を拘束するため、半径方向外側に膨張することになる。これにより、ポンプユニット１０’は、半径方向外側に膨張するとともに軸方向に収縮する。

また、ポンプユニット１０’は、図１１（ａ）に示す膨張状態から流体室Ｖ１に供給された圧縮空気を排出することにより、図１１（ａ）に示すように半径方向に収縮するとともに軸方向に伸長する。

ポンプユニット１０’は、外筒１４’を弾性素材で構成したことにより、膨張時に軸方向に収縮するため、上記実施形態で説明したように外筒１４が剛体により構成された場合に比べ、よりデッドスペースをよりなくすことができる。

なお、ポンプユニット１０’における外筒１４’を弾性体により構成する場合、内筒１２の求心方向への膨張のしやすさを考慮して、外筒１４’の弾性率を設定すると良い。好ましくは、外筒１４’の弾性率が内筒１２の弾性率よりも大きくなるように設定すると良い。外筒１４’の弾性率を内筒１２の弾性率よりも大きくすることにより、内筒１２の膨張を先に完了させた後に、外筒１４’の膨張が完了することになる。これにより、内筒１２が膨張した状態で、軸方向に収縮するため、デッドスペースを小さくすることができ、その結果としてポンプ装置の移送効率を向上させることができる。

上述したように内筒１２は、圧縮空気が流体室Ｖ１に供給される前の自由状態では、収縮時の軸方向断面において、両端部間の内周面に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有するように形成されているため、従来のように内筒を円筒状としたときに比べて、見かけ上、移送路が狭くなる。内筒１２は、流体室Ｖ１が大気開放状態にあるときに変形自在である。「見かけ上、移送路が狭くなる」とは、例えば、搬送物はその流動性によってポンプ部８に達することを考慮すれば、移送路である内筒１２はその弾性により伸縮可能であるので、搬送物の流入を実質的に妨げないことから「移送路が狭くなる」ことは「見かけ上」であると見なすことができる。

一方で、内筒１２の内周側が移送路であることを考慮すれば、収縮した状態であっても、従来のように内筒が円筒状のとき、或いはそれよりも広い方が好ましいことは言うまでもない。このような場合、図１に示したようなポンプ装置１において、負圧ポンプ等の減圧手段を備える構成とすれば良い。そして、ポンプユニット１０を収縮させるときに、減圧手段によって収縮させたり、流体室Ｖ１を大気開放し、内筒１２を自由状態で収縮させた後に、減圧手段により流体室Ｖ１からさらに空気を強制的に排出して、流体室Ｖ１が陰圧となるようにポンプユニットを動作させても良い。なお、「収縮した後に」とは、動作における時系列の順序を単に示すものであって、収縮の動作として一時的な停止を必ずしも意味するものではなく、一連の動作として連続的に収縮する意味も含むものである。

ポンプユニット１０は、流体室Ｖ１が陰圧とされると、図１３に示すように、内筒１２の膨出部３０が優先的に半径方向外向きに変形することになり、求心方向に突出した膨出部３０の山の頂部がちょうど半径方向外向きに窪む谷となるように折り返される。
即ち、ポンプユニット１０’は、流体室Ｖ１が陰圧とされることにより、内筒１２の膨出部３０が全体的に裏返されたように変形することになり、内筒１２が自由状態で収縮したとき、さらには従来のように内筒が円筒状のときよりも移送路を広げることもできる。その結果、内筒１２の内周側に多くの搬送物を取り込むことができ、移送効率を向上させることができる。

上記実施形態では、内筒１２の膨張により、ポンプユニット単体の動作においてデッドスペースを小さくすることについて説明したがこれに限定されない。例えば、ポンプユニットを連結したときの搬送動作を利用してデッドスペースを小さくすることもできる。この場合、少なくとも３つ以上のポンプユニット１０を連結してポンプ部８を構成すると良い。

図１４は、ポンプユニット１０の膨張を積極的に利用して搬送物を移送する場合のポンプ部８の動作の一例を示した図である。図１５は、ポンプユニット１０の収縮を積極的に利用して搬送物を移送する場合のポンプ部８の動作の一例を示した図である。以下の説明では、図１４，１５に示すように、３つのポンプユニット１０を連結してポンプ部８が構成されているものとしてポンプ部８の動作を説明する。また、各ポンプユニット１０を特定するために、搬送方向上流側からポンプユニット１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃとして示す。

まず、図１４に示すように、ポンプユニット１０の膨張を積極的に利用して搬送物を移送する場合のポンプ部８の動作について説明する。
図１４（ａ）に示すように、ポンプ部８は、例えば、全てのポンプユニット１０Ａ～１０Ｃが収縮した状態を初期状態とされる。このとき搬送物は、その流動性及び自重によってポンプユニット１０Ａ～１０Ｃ内に流入しているものとする。
次に、図１４（ｂ）に示すように、ポンプユニット１０Ａを膨張させ、ポンプユニット１０Ｂ；１０Ｃの収縮状態を維持させる。これにより、ポンプユニット１０Ａ内の搬送物は、ポンプユニット１０Ａの内筒１２により加圧されて、ほとんどがポンプユニット１０Ｂへと移動する。ポンプユニット１０Ａの内筒１２により加圧された搬送物は、ポンプユニット１０Ａの上流側にも一部が押し出されようとするものの、ポンプユニット１０Ａに達した搬送物の重さが壁なって、ポンプユニット１０Ｂへと移動する。
次に、図１４（ｃ）に示すように、ポンプユニット１０Ａの膨張状態及びポンプユニット１０Ｃの収縮状態を維持したまま、ポンプユニット１０Ｂを膨張させる。これにより、ポンプユニット１０Ｂ内の搬送物は、ポンプユニット１０Ａが壁となってポンプユニット１０Ｂの内筒１２の加圧により、ポンプユニット１０Ａ；１０Ｂの間に生じるデッドスペース分を除いてポンプユニット１０Ｃへと移動する。
次に、図１４（ｄ）に示すように、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。これにより、ポンプユニット１０Ｃ内の搬送物は、ポンプユニット１０Ｂが壁となってポンプユニット１０Ｃの内筒１２の加圧により、ポンプユニット１０Ｂ；１０Ｃの間に生じるデッドスペース分を除いてポンプユニット１０Ｃ外へと移動する。また、ポンプユニット１０Ａの収縮により、上流側から搬送物がポンプユニット１０Ａの内筒１２内に取り込まれる。
次に、図１４（ｅ）に示すように、ポンプユニット１０Ａ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。これにより、上流側から搬送物がポンプユニット１０Ａの内筒１２内にさらに流入し、ポンプユニット１０Ａ内の搬送物がポンプユニット１０Ｂの内筒１２内へと取り込まれる。
次に、ポンプユニット１０Ａ；１０Ｂ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。これにより、図１４（ａ）に示した状態となり、搬送物が、上流からポンプユニット１０Ａに、ポンプユニット１０Ａからポンプユニット１０Ｂに、ポンプユニット１０Ｂからポンプユニット１０Ｃに移動する。
つまり、図１４（ａ）～（ｅ）を１サイクルとして搬送物がポンプ部８により加圧されて下流に搬送される。

一方、図１５に示すように、ポンプユニット１０の収縮を積極的に利用して搬送物を移送する場合のポンプ部８の動作について説明する。この場合、図１に示すポンプ装置１において、減圧手段を備える構成とされる。
図１５（ａ）に示すように、ポンプ部８は、例えば、ポンプユニット１０Ａ；１０Ｂが膨張状態とされ、ポンプユニット１０Ｃが減圧手段により過収縮状態（図１３参照）とされる。
次に、図１５（ｂ）に示すように、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を過収縮状態、ポンプユニット１０Ｃを膨張状態とする。ポンプユニット１０Ａが過収縮状態とされることにより、ポンプユニット１０Ａの内筒１２の内周側が負圧となり、搬送物がポンプユニット１０Ａ内に引き込まれる。
次に、図１５（ｃ）に示すように、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１０Ａを膨張、ポンプユニット１０Ｂを過収縮させる。
これにより、搬送物は、ポンプユニット１０Ａの内筒１２内の膨張により加圧され、収縮するポンプユニット１０Ｂの負圧によってポンプユニット１０Ｂ内へと引き込まれる。ポンプユニット１０Ｂは、減圧手段により過収縮とされるため、ポンプユニット１０Ａの膨張後のポンプユニット１０Ｂの内筒１２の内周側は負圧とされる。この負圧は、膨張状態にあるポンプユニット１０Ａやポンプユニット１０Ｃの内筒１２をポンプユニット１０Ｂ側に吸引する力として作用し、ポンプユニット１０Ａ；１０Ｃのポンプユニット１０Ｂ側に形成されるデッドスペースを小さくすることができ、膨張状態にあるポンプユニット１０Ａやポンプユニット１０Ｃに残留する搬送物を少なくすることに寄与する。

なお、ポンプ部８を構成するポンプユニット１０は、３つに限定されず、それ以上としても良い。上述のように、減圧手段を利用してポンプユニット１０を積極的に収縮させて搬送物を移送する場合、減圧手段により過収縮とされるポンプユニット１０の上流側及び下流側のポンプユニット１０を膨張状態としておくことで、膨張状態にある上流側及び下流側のポンプユニット１０のデッドスペースを小さくし、膨張状態にある上流側及び下流側のポンプユニット１０に残留する搬送物を少なくすることができる。したがって、膨張状態にある上流側及び下流側のポンプユニット１０の間において減圧手段により収縮されるポンプユニット１０の数は、いくつであっても良い。

また、ポンプユニット１０’の外筒１４を弾性体により構成して流体室Ｖ１を陰圧とする場合、ポンプユニット１０’は、流体室Ｖ１における陰圧の影響が内筒１２よりも小さくなるように、外筒１４の弾性率を設定すると良い。

以上説明したように、ポンプユニット１０は、内筒が、収縮時の自由状態における軸方向断面において、両端部間の内周面に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有するように、自由状態において求心方向に膨張する膨出部を備えるように構成されたり、一方の端部部材を超えて軸方向に突出する突出部を備えるように構成されることにより、膨張時のデッドスペースを小さくすることができる。また、ポンプユニット１０が、このような内筒を有する場合、減圧手段を用いて流体室Ｖ１を陰圧とすることにより、内筒１２を自由状態よりも半径方向外向きに膨張させることにより、求心方向に膨張した内筒１２を自由状態に収縮させたときに比べ、搬送物の移送路である内筒１２の内周側の空間に対して大きな負圧を作用させることができる。そして、この負圧を利用すべくポンプ部８を３以上のポンプユニット１０を連結して構成し、減圧手段により流体室Ｖ１が陰圧とされるポンプユニット１０（数量は限定されない）の上流側及び下流側に隣接するポンプユニット１０を膨張状態とし、この間にあるポンプユニット１０減圧手段により流体室Ｖ１を陰圧とすれば良い。これにより、膨張状態にある上流側及び下流側に隣接するポンプユニット１０のデッドスペースが小さくなり、デッドスペースに含まれる搬送物を少なくし、移送効率を向上させることができる。

１ ポンプ装置、８ ポンプ部、１０ ポンプユニット、１２ 内筒、１４ 外筒、
１６ 端部部材、１００ 制御部。

Claims (5)

1. 外筒と、前記外筒の内周側に弾性を有する素材により構成された内筒とを備え、
   外筒の内周面と内筒の外周面とで区画される閉空間に流体を供給することにより内筒を求心方向に膨張させ、供給した流体を排出することによりその弾性により収縮可能に構成されたポンプユニットであって、
   前記内筒は、前記収縮時の自由状態における軸方向断面において、両端部間の内周面に沿う経路長が、両端部間の直線距離よりも長い形状を有することを特徴とするポンプユニット。
2. 前記内筒は、自由状態において求心方向に膨張する膨出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
3. 前記内筒は、自由状態において一方の端部部材を超えて軸方向に突出する突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
4. 前記請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載のポンプユニットを備えたポンプ装置であって、
   前記ポンプユニットにおける閉空間から強制的に流体を排出可能とする減圧手段と、
   を備え、
   前記減圧手段は、ポンプユニットの収縮時に閉空間を陰圧とすることを特徴とするポンプ装置。
5. 前記ポンプユニットを３以上連結してなるポンプ部を備え、
   前記ポンプ部は、前記減圧手段により陰圧とされたポンプユニットの上流側に隣接するポンプユニットと、下流側に隣接するポンプユニットとが膨張状態にあることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。

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