JPH0221270B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は拍動ポンプに関する。

拍動ポンプは系内の流体の流れに拍動が加わる
ことによる撹拌効果増加のため、系内流体の境壁
における物質移動或は熱伝達が促進される等の効
果を有し、種々の化学工学機器、医療機器への利
用に適している。また間欠的に一定量の流体を計
量注入する動作を自動化するための装置機構とし
ての利用にも適している。

第４図ａ〜ｈに従来の各種方式の拍動ポンプの
概略構成を示す。即ち図ａ，ｂは夫々ピストン式
として分類されるシリンダ型ポンプとプランジヤ
型ポンプを示し、ピストン２３又はプランジヤ２
３′の周期的往復駆動により流路２０内を流体が
矢方向に拍動流として流れる。２１は流体吸入側
弁（この例は球弁）、２２は吐出側弁（同）、２４
はシリンダである。図ｃ，ｄは夫々バーによる圧
縮式として分類されるゴム状弾性板型ポンプと非
ゴム状弾性板型ポンプを示し、バー２５の周期的
進退駆動によりバー先端の押圧板２６又は２６′
で軟質肉質流路２０が周期的に押圧を受けて流路
２０内を流体が拍動流として流れる。図ｅ，ｆは
夫々ダイヤフラム式として分類されるガス圧駆動
型ポンプと水平駆動型ポンプを示し、ダイヤフラ
ム２７をガス又は水の脈動圧で揺動させることに
より流路２０内を流体が拍動流として流れる。図
ｇ，ｈは夫々室式ポンプとして分類されるガス圧
駆動型と水圧駆動型のポンプを示し、ｇの場合は
室２８内に脈動ガス圧を作用させることにより該
室２８内を貫通する軟質肉質流路２０が周期的に
圧迫を受けて流路２０内を流体が拍動流として流
れる。図ｈの場合は室２８内に収容した水をピス
トン２９で脈動させることにより隔膜３０を介し
て流路２０側に脈圧が作用して流路２０内を流体
が拍動流として流れる。

本発明は機構的には上記の各種ポンプの何れに
も属さない独特の機構によるユニークな拍動ポン
プを提供するものである。

即ち上記第４図ａ或は同ｂのピストン式ポンプ
に於けるシリンダ２４に相当する部材を特殊な伸
縮性材料製のものにしてそれ自体を伸縮駆動させ
ることによりピストン２３やプランジヤ２３′な
しで脈動ポンプ作用圧を得るようにした、従つて
摺動部がなく構造が極めて単純簡単、メンテナン
スフリー等の特徴を有する簡便・安価なものであ
り、伸張時の体積が収縮時の体積よりも大きい腔
部を有する伸縮性多孔質材料よりなる成形体、こ
の成形体の一部と連結して成形体に伸縮運動を行
なわせる駆動機構、及び前記成形体の伸縮運動に
応動して流体を吸入吐出せしめる弁よりなる拍動
ポンプを要旨とする。

以下詳細に説明する。例えば特公昭51−18991
号公報に開示の延伸多孔質ポリテトラフルオロエ
チレン、或いは延伸多孔質ポリプロピレン等の多
孔質材料にあつては、その製造条件の選択によつ
て、得られる成型体は、伸縮させたとき伸縮方向
に対して直交する断面積が殆んど変化することな
く、体積が伸縮率に比例して増減するという独特
な性質を有するものとなる。例えば延伸多孔質ポ
リテトラフルオロエチレンにあつては、そのポー
ラス肉質構造は第３図ａの模型図のように、結節
Ａとこれに連接する多数のフイブリルＢとから成
り結節Ａの長さ方向は製造時の延伸方向Ｘ−Ｘと
直交して、またフイブリルＢの長さ方向は同延伸
方向と略平行している。そして成型体の延伸方向
への伸縮に際して、その結節Ａは剛直であるので
その形状、方向を変化させることはないが、フイ
ブリルＢは細くて柔軟であるので、成形体の延伸
方向への伸縮に際して容易に伸張又は挫屈する。
第３図ｂは伸長状態時の、同図ｃは圧縮状態時の
各ポーラス肉質構造の変化を示す模型図である。
このため伸縮方向に直交する成形体肉厚の見かけ
の断面積Ｓは、成形体伸張時・圧縮時とも実質同
じで変化せず、フイブリルＢの伸張、挫屈に伴な
つて伸縮方向の長さが変化l₁・l₂し、成形体の見
かけの体積が変化することゝなる。

従つてこのような伸縮性多孔質材料で腔部を有
する成型体、例えば円筒状のものをつくつた場
合、円筒の軸方向にフイブリルが並ぶ構造とする
ことにより、この軸方向の伸縮に際して、円筒横
断面積はそのまゝで円筒容積を伸縮率に比例して
増減させることができる。この比率は通常１：
５、場合によつては１：５以上にすることが可能
である。

ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン
等のように、水との接触角が90度以上のものにあ
つては、成形体が多孔質材料から成るものであつ
てもそのポーラス肉質内に水が毛細管現象で滲透
することはなく、また微細孔の孔径を小さく選定
することによつて、その透水圧を可成りの水準に
保つことが可能である。例えば延伸多孔質ポリテ
トラフルオロエチレンにあつては、微細孔の孔径
が0.2μのもので、７Kg／cm²以上の透水圧を得るこ
とが可能である。従つて例えば水を対象とした拍
動ポンプを考えた場合、延伸ポリテトラフルオロ
エチレンのチユーブ状成型体では、その微細孔を
封じなくても可成りの圧力迄水洩れを生ずること
がない。併し若しより高い圧力での作動が必要な
場合、或は接触角が90度より小さい材料、液体の
組合せの場合には、伸縮性多孔質材料に気密な被
膜層を組合せることによつて洩液を防止すること
ができる。このような皮膜としては、例えば弗素
ゴム、シリコンゴム等のゴム状弾性体が好適であ
る。そしてこれらの皮膜は、溶剤に溶かしたこれ
らゴム状弾性体の溶液を、これら多孔質材料に含
浸、スプレー等の方法で塗布した後、脱溶剤、架
橋処理を行なう等の方法でつくることができる。

本発明は上記のような性質の伸縮性多孔質材料
を利用して拍動ポンプを構成するもので、第１図
はその一構成例を示すものである。即ち１は伸縮
性多孔質材料より成るチユーブであり、Ｔ字状流
体輸送パイプ（流路パイプ）２の分岐連通パイプ
３に一端側を嵌めて締めバンド４等の手段で一体
に締結し、他端側は栓５を嵌めて閉塞してある。
６は上記チユーブ１を軸線方向に伸縮駆動させる
ためにチユーブ１の栓側端部に連結させた往復動
部材で、該部材６は図には省略したがモータ、変
速機、回転運動を往復運動に転換する機構とより
なる駆動装置により駆動され、チユーブ１に所定
のストローク・周期の伸縮運動を与える。７，８
は夫々分岐連通パイプ３部分を中にして流体輸送
パイプ２の上流側と下流側に於てパイプ２内に設
けた流体吸入側及び吐出側球弁である。

而してチユーブ１に伸縮運動が与えられると、
チユーブ１が伸張した時点ではチユーブ腔部９の
容積が拡張し減圧となるために、流体はイ方向よ
り球弁７を圧し開いてチユーブ腔部９へ流入し、
一方球弁８は流体背圧によつて弁座８₁側に引か
れてパイプ２の流体吐出側を閉鎖するので腔部９
内にチユーブ１の伸張量に見合つた流体が取込ま
れる。次いでチユーブ１が圧縮された時点では腔
部９の容積が縮少し、流体加圧となるために球弁
７は弁底７₁に圧しつけられてパイプ２の流体吸
込み側を閉鎖し、一方の球弁８は圧し開らかれる
ので流体はロ方向に流出する。即ちこれによつて
チユーブ１の伸張、圧縮時の容積差に相当する流
体がイ方向よりロ方向にチユーブ１の繰返し伸縮
に伴ない拍動流として輸送されることになる。

第２図は他の実施例を示すもので、流体吸入用
パイプ２₁と吐出用パイプ２₂とを伸縮性多孔質材
料より成るチユーブ１で締めバンド４等でしつか
りと連通連結して流体管路と成形体としてのチユ
ーブ１を直列に接続し、そのチユーブ１内腔部の
略中央部に吐出側逆止弁として三尖弁８を、その
弁８と流体吸入用パイプ２₁端部との略中間位置
に吸入側逆止弁として三尖弁７を設けることによ
りチユーブ１の腔部を上記２つの弁７，８を境に
して流体吸入用パイプ２₁側から第１・第２・第
３の３室９₁，９₂，９₃に区画し、チユーブ１の
中央部外側にチユーブ軸線方向に往復運動する部
材６を結合させてチユーブ１に所定のストロー
ク・周期の伸縮運動を与えるようにしたものであ
る。弁７，８はチユーブ１と同一の材料でつくら
れていてもよく、また柔軟な弁機能を果す別の材
料でつくられてもよい。

而して往復動部材６が図面上右方へ往動すると
これに伴ないチユーブ１の左半分は伸張して腔部
９₂の容積が増加し、右半分は圧縮されて腔部９₃
の容積が減少する。この時腔部９₂は減圧となり
弁７は開き、弁８は閉じる。これによつて吸入用
パイプ２₁側から流体が弁７を通つて腔部９₂に入
つてくる。また腔部９₃にあつた流体は閉じた弁
８に圧されて吐出側パイプ２₂内へ移動する。次
に部材６が左に動くと、チユーブ１の左半分は圧
縮されて腔部９₂の容積が減少し、右半分は伸張
して腔部９₃の容積が増加する。この時腔部９₂は
加圧となり、弁７は閉じ、弁８は開く。これによ
つて腔部９₂の流体は弁８を通つて腔部９₃に流入
する。従つて部材６の往復運動が繰返されること
によつて、部材６の右側への移動でパイプ２₁側
よりの流体の腔部９₂への流入、腔部９₃の流体の
パイプ２₂への流出が行なわれ、逆に部材６の左
側への移動で腔部９₂内の流体の腔部９₃への移動
が繰返し行なわれ、パイプ２₁側からパイプ２₂側
へ流体が拍動的に移送される。

以上のように本発明による拍動ポンプは、従来
のピストン式拍動ポンプの機能を有するものであ
るが、従来のピストン式に属するシリンダ型やプ
ランジヤー型等のような摺動部をもたないため、
構造は極めて簡単であり、メンテナンス上も多く
の利点を有するものである。

一般に本ポンプに適した伸縮チユーブ、つまり
伸縮性多孔質成型体としては、伸縮運動に際して
の挫屈防止の上から適度の肉厚を有するものが好
ましく、更に伸縮量を極力大きくするためには多
孔肉質の空隙率が大きい方が好ましい。例えば本
ポンプ用成型体に適した代表的な伸縮性多孔質材
料として延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン
を例にとると、このものはポリマーグレード、延
伸条件、焼成条件の適当な選択によつて、多孔肉
質の空隙率、微細孔の孔径を自由に調節すること
が可能である。そして延伸多孔質ポリテトラフル
オロエチレンにあつては、空隙率としては通常40
〜90％に選ぶのが好ましい。更に延伸多孔質ポリ
テトラフルオロエチレンの場合、微細孔の孔径は
小さい方が透水圧を高く設定できるが、通常0.1
〜5μの範囲に設定するのが実用的である。

またチユーブ状成型体等にあつては、その伸縮
運動に際して成型体が挫屈するのを防止するため
に、チユーブ状多孔質伸縮成型体の外部を弾性補
強層で囲んでやることが有効である。

なおポンプ本体の成型体の形としては、チユー
ブ状のものが最も単純で汎用性が大きいが、伸縮
運動による本ポンプの機能を妨げない範囲で、そ
の他の形状の成型体とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明拍動ポンプの一実施例の縦断面
図、第２図は他の実施例の同上図、第３図ａ乃至
同図ｃは伸縮性多孔質材料のポーラス肉質構造の
模型図でａは自由状態図、ｂは伸張時状態図、ｃ
は圧縮時状態図である。第４図ａ乃至ｈは夫々従
来の各種方式の拍動ポンプの概略構成図である。 １は伸縮性多孔質チユーブ、２，２₁，２₂は流
路パイプ、６は往復動部材、７，８は吸入用及び
吐出用弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伸長時の体積が収縮時の体積よりも大きい腔
   部を有する伸縮性多孔質材料よりなる成形体、こ
   の成形体の一部と連結して成形体に伸縮運動を行
   なわせる駆動機構、及び前記成形体の伸縮運動に
   応動して流体を吸入吐出せしめる弁よりなる拍動
   ポンプ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の拍動ポンプに
   おいて、成形体は多孔質ポリテトラフルオロエチ
   レンよりなることを特徴とする拍動ポンプ。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の拍動ポンプに
   おいて、成形体は多孔質ポリプロピレンよりなる
   ことを特徴とする拍動ポンプ。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか
   に記載の拍動ポンプにおいて、成形体は気密膜層
   を備えることを特徴とする拍動ポンプ。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   に記載の拍動ポンプにおいて、成形体は弾性補強
   層を備えることを特徴とする拍動ポンプ。 ６ 特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか
   に記載の拍動ポンプにおいて、成形体はＴ字状流
   体輸送パイプの一路に他端を閉塞して連結され、
   Ｔ字状流体輸送パイプの他の上流側と下流側の二
   路には流体吸入用と吐出用の弁がそれぞれ設けら
   れることを特徴とする拍動ポンプ。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか
   に記載の拍動ポンプにおいて、流体管路に直列に
   接続された成形体の内腔部に少なくとも一個の逆
   止弁が設けられることを特徴とする拍動ポンプ。