JPS633105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、14.7psia（１Kg／cm²絶対圧）のよう
な大気圧の周囲空気中に配置された空気密閉体に
関し、この密閉体は最初に空気以外のガスまたは
空気以外のガスの混合物またはこのようなガスと
空気の混合物によつて所望圧力まで部分的にまた
は完全に膨張させられるものである。ついで選択
的拡散作用により周囲空気からエネルギが抽出さ
れ、密閉体内の圧力を増大することにより、密閉
体内のポテンシヤル エネルギのレベルを上昇さ
せおよび／または密閉体に有用な仕事をさせる。 周囲空気からエネルギを抽出して密閉体内の圧
力エネルギを増大しまたは有用な仕事をさせるこ
とは、「拡散ポンプ作用」と呼ばれ、これは自己
加圧現象である。 拡散ポンプ作用は簡単に説明すれば次の通りで
ある。本発明においては、エラストマ空気装置を
膨張させるために使用するガスは、装置を包囲す
る周囲空気とは異なりまたは少なくとも部分的に
異なるものである。この膨張用ガス（ここでは
「スーパガス」と呼ぶ）は大きい分子および低い
溶解率を有するガスのグループから選択され、こ
のようなガスは非常に低い浸透性を示し、エラス
トマ材料から少なくとも部分的に作られた密閉体
を通つて容易に拡散することができない。密閉体
が周囲空気で包囲されている場合には、密閉体内
の圧力は最初の膨張後比較的急速に上昇すること
が認められる。この圧力上昇は、密閉体内の空気
の分圧が密閉体外部の大気圧に等しくなるまで、
密閉体内部へ拡散する周囲空気中の窒素、酸素お
よびアルゴンに起因するものと考えられる。周囲
空気が内方へ拡散しつつある間、最初の膨張用ガ
スは密閉体から外方へきわめてゆつくりしか拡散
せず、したがつて本質的には圧力を失なわないか
ら、密閉体内の全圧はかなり上昇する。したがつ
て、この全圧は密閉体内の空気の分圧と密閉体内
の最初の膨張用ガスの圧力の和である。 ある装置においては、圧力は拡散ポンプ作用の
最初の２〜４ケ月間は初期膨張圧力より高くな
り、ついでゆつくり低下し始める。全圧上昇がそ
のピークレベルに達したときには、拡散ポンプ作
用は、装置内の空気の分圧が14.7psiaのその最高
可能値に達した点まで進行している。この点にお
いて、２つの重要な事態が起こつている。第一
に、密閉体は最大量の加圧媒質（空気）で充填さ
れており、この空気は装置から外方へ拡散できな
い、すなわち、内部空気の圧力が外部周囲空気と
平衡状態にあるすなわち両者が14.7psiaにある。 第二に、エラストマフイルムの伸張により装置
の容積が増大しているため、スーパガス圧力は初
期膨張圧力より低くなつている。この低い圧力に
おいては、スーパガスの通常きわめて低い拡散速
度はさらに低い値に低減される。これらの２つの
要因、すなわち、平衡圧力にある最大空気と最少
スーパガスは、本質的に一定圧力の長期間の加圧
に寄与する。この加圧アプローチはここでは「永
久膨張技術（Permanent Inflation
Techniquer）」と呼ばれる。 圧力がピークに達した後、減圧速度は非常に低
く、特定の使用膨張ガス、密閉体の材料および膨
張圧力に依存して、密閉体内の全圧は約２年また
はそれより長い期間初圧力より高い値を維持す
る。上述したように、圧力低下は続行しうるが、
密閉体からのガスの緩慢な拡散速度のゆえに、密
閉体内の圧力は十分に高い値を維持し、さらに数
年間エラストマ密閉体を有効に使用し続けること
ができる。したがつてこの密閉体は永久的に膨張
させられている。 従来のエラストマ空気装置は周囲圧力より高い
所望初圧力まで空気によつて通常膨張させられ
る。これらの装置では空気は使用してもしなくて
もかなり急速に外方へ拡散し、装置は平らになつ
て無用のものになる。さらに、多くの場合にエラ
ストマ材料は加圧によつて伸張して内容積を拡大
し、装置が使用できなくなる速度を増加する。ま
た、装置に加えられる荷重はその内部の空気圧を
さらに増大し、それによりエラストマ装置を通る
空気の一部分の外方拡散を加速し、荷重が除去さ
れたときその初圧力以下のさらに急速な圧力低下
を起こす。荷重の適用と除去が反復されると、内
部空気圧は次第に低減し、膨張装置はその有用性
を非常に急速に失なう。多くのガス（スーパガス
以外）は同様に挙動し、空気装置内の圧力は比較
的短い時間で非常に低い値に次第に低減する。 本発明においては、上述したように、装置が永
久的に膨張させられるだけではなく、内容積がエ
ラストマ材料の伸張により増加しても、拡散ポン
プ作用により装置内の圧力が実質的に一定に維持
される。このような容積増加が起こると、追加の
周囲空気が装置内へ拡散し、容積増加に関係なく
空気圧を維持する。さらに、後述するように、装
置が外部荷重の反復適用と除去を受けるとき、拡
散ポンプ作用が内部圧力を比較的一定のレベルに
維持することができる。 本発明の一目的は、１種またはそれ以上の特殊
スーパガスで完全膨張容積より小さい容積まで部
分的または完全に充填されかつ密閉体の容積の減
小または密閉体内への追加ガス媒質の機械的注入
にたよることなく、密閉体内の圧力がその初膨張
圧力以上に増大するところの、周囲空気雰囲気中
に配置されるエラストマ密閉体を提供することで
ある。 本発明の別の目的は、１種またはそれ以上のガ
スにより予選定圧力まで最初に完全に膨張させら
れ、かつ密閉体の容積の減小または密閉体内への
追加ガス媒質の機械的導入を必要とすることな
く、周囲空気からのエネルギの抽出により密閉体
内の圧力が初膨張圧力以上に増大するところの、
周囲空気雰囲気中に配置されるエラストマ密閉体
を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、周囲空気からエネ
ルギを抽出し、それにより有用な仕事を行なう、
１種またはそれ以上の特殊ガスで部分的または完
全に充填された、周囲空気雰囲気中に配置される
エラストマ密閉装置を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、14.7psiaの圧力を
有しかつ外部周囲空気の圧力と平衡状態にあると
ころの最大量の空気と、最少量のスーパガスとを
膨張媒質として利用する装置に永久的膨張を与え
ることである。この永久的膨張技術は比較的一定
の圧力における長期間の膨張に寄与する。また、
大部分の成分である空気が自動的にかつ無費用で
装置に入るから、コスト的に効果的にアプローチ
である。 この発明はそのいくつかの実施態様から明らか
になる多くの他の利点および目的を有する。この
ような実施態様は添付図面に示されている。つぎ
に、本発明の一般的原理を例示する目的でこれら
の実施態様について詳細に説明するが、このよう
な詳細な説明は制限的意味に取られるべきではな
い。 以下本発明の実施例を図によつて説明する。本
発明は、予成形され、自己膨張する密閉チヤンバ
を具備し、前記チヤンバ内の少くとも一部分は大
気圧の周囲空気により包囲された浸透性エラスト
マシート材料であり、前記チヤンバは成形後初め
に低溶解度係数を有する不活性、非極性の大分子
ガスから成るガス媒体により膨張され、前記エラ
ストマ材料はその特性として前記ガスに対して比
較的低い浸透性を有し、それにより前記チヤンバ
からの前記ガスの外方拡散に抵抗し、かつ前記チ
ヤンバを包囲する周囲空気に対して比較的高い浸
透性を有し、それにより前記エラストマ材料を通
つて前記膨張されたチヤンバ内への前記周囲空気
の拡散を可能にし、前記チヤンバ内のガスの分圧
と前記チヤンバ内の空気の分圧との合計である全
圧を前記チヤンバ内に提供し、前記エラストマ材
料を通過する前記ガスの拡散率は前記エラストマ
材料を通過する窒素の拡散率より実質上低くした
ものである。 エラストマチヤンバを初めに膨張させるために
使用されるガスは、きわめて緩慢な速度でしかチ
ヤンバから外方へ拡散できないものである。これ
らのガスは以後「スーパガス」と呼ぶことがあ
る。これらのガスには次のものがある。すなわ
ち、ヘキサフルオロエタン、サルフアヘキサフル
オライド、ペルフルオロプロパン、ペルフルオロ
ブタン、ペルフルオロペンタン、ペルフルオロヘ
キサン、ペルフルオロヘプタン、オクタフルオロ
シクロブタン、ペルフルオロシクロブタン、ヘキ
サフルオロプロピレン、テトラフルオロメタン、
モノクロロペンタフルオロエタン、１，２―ジク
ロロ―テトラフルオロエタン、１，１，２―トリ
クロロ―１，２，２トリフルオロエタン、クロロ
トリフルオロエチレン、プロモトリフルオロメタ
ン、モノクロロトリフルオロメタン。 スーパガスは次の共通特性を有する。すなわ
ち、異常に大きな分子、非常に低い溶解率、不活
性、非極性、均質／対称、球状、長球状（扁平ま
たは扁長）または対称的に分枝した分子形状、無
毒性、不燃性、金属非腐食性、すぐれた誘電性ガ
スおよび液体、高レベルの電子付着および捕捉能
力、合成、すべてのポリマー、エラストマおよび
プラスチツク（固体フイルム）中の著しく低減さ
れた拡散速度。通常、ガス、液体または蒸気の分
子が大きくなると、それらはまた極性が大きくな
る。スーパガスはその反対であつて、すべてのガ
スのうちで極性が最も小さくかつ最も不活性なも
のである。 チヤンバ付装置の製造に使用されかつスーパガ
スに関して適正に機能するところの典型的なシー
トまたはフイルムは、下記エラストマ材料のグル
ープから選択することができる。すなわち、ポリ
ウレタン、ポリエステルエラストマ、フルオロエ
ラストマ、塩素化ポリエチレン、ポリビニルクロ
ライド、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエ
チレン／エチレンビニルアセテートコポリマ、ネ
オプレン、ブタジエンアクリロニトリルゴム、ブ
タジエンスチレンゴム、エチレンプロピレンポリ
マ、天然ゴム、高力シリコーンゴム、低密度ポリ
エチレン、アダクトゴム、サルフアイドゴム、メ
チルゴム、熱可塑性ゴム。 ここで、浸透性エラストマシート材料からなる
密閉チヤンバを各種の大分子、低溶解率ガスで加
圧したものについて５年間にわたつて行なつた膨
張試験が第５，６図のグラフに示されている。図
示の曲線は時間に対して大気圧以上の空気圧をプ
ロツトして得られたものであり、使用されたシー
トまたはフイルム材料はポリウレタンである。曲
線Ａでは、膨張ガス媒質はヘキサフルオロエタン
（C₂H₆）であり、初膨張圧は20psig（1.4Kg／cm²ゲ
ージ圧）であつた。図示のように、チヤンバ内の
圧力は約１週間にわたつてやや降下し、ついで上
昇し始め、ほぼ３ケ月で約23.6psig（1.7Kg／cm²ゲ
ージ圧）の最高圧力に達した。初めの圧力降下は
エラストマ材料の引張緩和に起因するチヤンバ１
３の容積の初増加によるものと考えられる。ピー
クに達した後、圧力はきわめて徐々に降下し、２
年経過後には約21psig（1.5Kg／cm²ゲージ圧）の値
を有する。このような長期間にわたる圧力の維持
はポリウレタンで作られたチヤンバ内への窒素、
酸素およびアルゴンの内方拡散に起因したものと
考えられる。 他の大分子膨張ガスを使用した膨張試験の結果
は曲線Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに示され、使
用特定ガスは各曲線上に示されている。各場合に
圧力は最初に上昇し、ついで非常に低い速度で降
下した。サルフアヘキサフルオライド（SF₆）に
よる膨張を示す曲線Ｂにおいては、チヤンバ内の
圧力は２年後約20psigに降下した。オクタフルオ
ロシクロブタン（C₃F₈）すなわち曲線Ｃは全圧
が１年後20psigに降下し、２年後約16.5psig（1.2
Kg／cm²ゲージ圧）に降下した。曲線Ｄのガスは２
年後14psig（1.0Kg／cm²ゲージ圧）に降下した。 曲線Ａ〜Ｈに示すガスに対比して、第５図の左
側部分に示すガスは比較的急速に圧力を失なつ
た。第５図の下部左端部分は第６図のグラフに拡
大して示してある。各場合に、ポリウレタン密閉
体は20psigまで膨張させられた。水素、酸化二窒
素、二酸化炭素または酸素で膨張させられたチヤ
ンバは10〜40時間以内に圧力の全部を失なつて平
らになつた。すなわち完全に収縮した。フレオン
22（CHCIF₂）で膨張させられたチヤンバは約３
日以内の圧力の全部を失なつた。同様に、キセノ
ン、アルゴンおよびクリプトンでは６日以内、フ
レオン12（CHCI₂F₂）では18日以内、メタン
（CH₄）では22日以内であつた。窒素で20psigに
初膨張させられたチヤンバは40日後約2psigより
やや高い圧力まで降下した。これらのすべての場
合に、第９図の曲線Ａ〜Ｈで示したガスで膨張し
たチヤンバ内の圧力保持と比較すれば、初膨張チ
ヤンバは比較的短い時間で無能になつた。 第５，６図に示す曲線においては、スーパガス
の拡散速度はポリウレタンバリヤの場合に示され
ている。第７図には、多種類の代表的ポリマバリ
ヤフイルム中のヘキサフルオロエタンの拡散速度
を示すグラフが示されている。各曲線のデータを
得るために、各チヤンバは20psigに加圧された。
曲線Ａに示すように、バリヤフイルムがウレタン
被覆ナイロン布である場合、約５ケ月で8psigの
圧力上昇が得られ、圧力は約２年で約27.4psig
（1.9Kg／cm²ゲージ圧）の全圧まで降下した。
20psig以上の最高圧力までの圧力上昇およびその
後の圧力降下は曲線Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆでも示さ
れ、バリヤ材料は各曲線に付記されている。２年
以内ではバリヤフイルムにかかる全圧はなお
20psigの初圧以上である。曲線Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、
Ｋ、Ｌに示すポリマバリヤフイルム内の圧力はす
べて20psigの初圧以上ある程度まで上昇したが、
その後図示のように20psig以下まで降下した。 第８図は、図示の代表的ポリマバリヤフイルム
中の、20psigの初圧の窒素の拡散速度を示す拡大
グラフである。これらのバリヤフイルム中の比較
的高い窒素の拡散速度の結果として、第８図の曲
線Ｍで示すPVDCおよびブチルを除いて、チヤン
バ内に残存する窒素ガスの圧力は２ケ月の最大期
間内に実質的にゼロゲージ圧になる。 拡散ポンプ作用現象は初めに低圧レベルに膨張
させられたエラストマ密閉体で顕著に示される。
たとえば、ヘキサフルオロエタンのようなスーパ
ガスで1.0psigに初膨張させられたチヤンバーの
圧力上昇が第９図の曲線１で示されている。この
チヤンバーは比較的弾性のある材料から作られ、
内圧の上昇によりその容積は40〜50％増加し、圧
力は６〜８週間で約550％上昇した。拡散ポンプ
作用が第７図の上部曲線で示す特殊エラストマ材
料の１つから作られた定積密閉体内で起こつた場
合には、圧力上昇はさらに大きくたとえば1420％
になつたであろう（第９図の曲線２）。 第１１図のバーチヤートは、特殊エラストマ材
料から作られかつ図示のゲージ圧の100％スーパ
ガスで初めに充填された定積密閉体で可能なパー
セント圧力上昇を示す。バーチヤートが示すよう
に、ゲージ圧の大幅なパーセント上昇は拡散ポン
プ作用に起因して起こる。圧力上昇の最大増分は
14.7psigであり、これは拡散ポンプ作用の終結で
起こり、このとき最大量の空気が密閉体内へ拡散
している。この増分は初ゲージ圧に関係なく一定
であるから、初ゲージ圧が低いときには、圧力の
パーセント上昇は高い。たとえば、初膨張圧が
1.0psigであるときには1420％の上昇が起こる。
初圧が0.5psigであるときには上昇は2940％であ
り、10.0psigの初圧の場合には上昇は147％であ
る。 スーパガスで初めに膨張させられたチヤンバー
内への周囲空気の拡散は特願昭53−1840号の第１
図に示すタイプの中底内のガスの分析によつて確
認される。この中底は1975年12月10日に純サルフ
アヘキサフルオライドガスにより22psigの圧力ま
で初めに膨張させられた。1978年１月24日すなわ
ち初膨張後２年以上経過したとき、中底内の圧力
が測定され、19.5psigであることが見出された。
ほぼ２年の経過で、中底の厚さは約15.3％増大
し、中底のチヤンバの容積が増大したことを示し
た。この容積が一定に保たれていたならば、約２
年後の中底内の圧力は19.5psigの測定圧より高く
なつていたであろう。 上記中底内のガスが1978年１月の後半に質量分
析法で分析された。この分析により、中底は52体
積％の空気（周囲空気中と同一比率の窒素、酸素
およびアルゴン）、47体積％のサルフアヘキサフ
ルオライドおよび0.6体積％の二酸化炭素を含む
ことが判明した。中底チヤンバに初めに導入され
たガスは100％サルフアヘキサフルオライドであ
つたが、分析の結果、２年の期間に空気がエラス
トマ密閉体を通つてその内部へ拡散し、一方小量
の原サルフアヘキサフルオライドが中底のエラス
トマ材料を通つて大気中へ拡散したことが実証さ
れた。 中底チヤンバ内に存在することが見出された
0.6％二酸化炭素は周囲空気中に通常見出される
量の約20倍である。この比較的大量の二酸化炭素
はウレタンの典型的なものであり、ウレタンフイ
ルムの基本成分からのガス放出に起因する。 初めにスーパガスを含有する中底または他の特
定装置内への周囲空気の逆すなわち内方拡散の結
果として、中底内の全ゲージ圧は初膨張圧または
その付近に、たとえば、約20psigに維持される。
しかしながら、全ゲージ圧に寄与するガス圧の構
成は中底膨張後大幅に変化している。初めに、中
底内のゲージ圧（かつまた絶対圧）の100％はス
ーパガス（SF₆）から来るものである。２年後中
底の容積は中底チヤンバを形成する高応力のかか
つたエンベローブの伸張により25〜40％増大して
いる。チヤンバからのスーパガスの外方拡散によ
り小量の圧力損も起こつている。しかも、初膨張
に続く最初の約２ケ月間の介在小圧力上昇を除い
て（第５図参照）、有用なゲージ圧は本質的に不
変である。前記質量分析が示すように、中底内の
有用全圧の50％以上は系内へ拡散した周囲空気の
圧力から来るものである。かくして、拡散ポンプ
作用現象が起こりつつあり、示された圧力上昇
は、ガスとフイルムまたはフイルムの放出ガスと
の化学反応のような、他の機構の結果でないこと
が決定的に実証された。 少なくとも小量のスーパガスを含む密閉体に入
る周囲空気の逆すなわち内方拡散ポンプ作用は、
中底の寿命中連続して周囲雰囲気から自動的に動
作エネルギを抽出し、中底内の初貯蔵エネルギに
時間の経過とともに逐次に付加し、それにより高
応力のかかつたフイルムまたはシートの引張緩和
に起因する容積増加、バリヤフイルム中へのスー
パガスの吸収、飽和、スーパガスの外方拡散によ
る小圧力損、高度に起因する外部空気圧力変化、
および周期的荷重に起因する内部空気圧力損をほ
とんど完全に補償する。 スーパガスの分圧は空気と共同するビルデイン
グ ブロツクのようなものであることに注目する
ことが重要である。それは常に系の空気の分圧に
対して付加的である。14.7psiaの空気による全有
用ゲージ圧の寄与はスーパガス圧に対する一定の
安定した基礎である。14.7psia空気圧は外部空気
の圧力と完全な平衡状態にあるから決して漏出し
ない。 この状態は、スーパガスからの圧力成分が初め
の完全な全圧より非常に低くなつているから、中
底の長期間膨張にさらに寄与する。より低い差圧
においては、スーパガスの通常非常に低い拡散速
度がより高い圧力値の分数にまで低減され、実質
的な永久膨張の状態を現出する。前述したよう
に、膨張媒質として外部空気と平衡圧力状態にあ
る空気の最大量と１種またはそれ以上のスーパガ
スの最少量とを使用する、比較的一定の圧力レベ
ルにおける密閉体の長期間加圧へのこのアプロー
チは、「永久的膨張技術」と呼ばれる。 長期間の周期的荷重および／または圧力の変化
が起こつて内部空気圧と周囲空気圧間に不平衡を
生ずると、空気の拡散ポンプ作用が有効に働いて
製品の有用寿命を延長する。 たとえば、海水面で安定な空気平衡状態に達し
たチヤンバーが周囲空気圧の低いより高い高度
（たとえば航空機または山岳）にもつてこられる
と、装置の堅固度は海水面で製造されているチヤ
ンバーの最適値より大きくなるであろう。チヤン
バー内の空気圧は外部空気圧より大きいから、空
気は自己補償作用を行なつて外方拡散が起こり、
それにより過加圧を低減し、所望の荷重支持特性
を有するほぼ原状態に装置を回復させる。 つぎに同じチヤンバーが海水面まで戻される
と、中底内の空気の分圧は周囲空気圧より低くな
るから、所望状態よりやや軟かくなる。しかしな
がら、数時間内に空気の拡散ポンプ作用が内部空
気圧を増強して平衡状態を回復する。 チヤンバー内の全圧は所望の有用ゲージ圧に近
いレベルまで再び自動的に回復したことになる。 また、チヤンバーが初膨張においてその無応力
の全容積まで膨張させられないで、初膨張直後し
わの寄つた状態にあるならば、圧力上昇をさらに
低減させることができる。この状態ではゲージ圧
はゼロpsig（スーパガスの14.7psia）よりごく僅
かに高くなつている。拡散ポンプ作用により圧力
上昇が起こると、チヤンバーは膨張し、スーパガ
スの圧力は降下する。このアプローチの解決のか
ぎは、チヤンバーが完全に膨張した時点において
スーパガスの分圧が降下して設計圧に達するよう
にすることである。 周囲空気はエラストマフイルムを通過してチヤ
ンバーに入り、その内部の圧力を増大する。すな
わち、空気の分圧がスーパガスの分圧に加えら
れ、ゼロpsigより高い全圧を生ずることになる。
しかしながら、初めにしわの寄つた状態にあるた
め、チヤンバーの容積は膨張し、この膨張は拡散
ポンプ作用によりチヤンバーの最終容積に達する
まで続く。これは安定状態に達するまで数週間を
要し、所望の最終内圧はたとえば0.5psigである。
この時点において、装置内の空気圧は14.7psiaで
あり、スーパガス圧は0.5psiaに降下している。
これは長期間の永久的膨張の理想的状態である。
すなわち、装置は前述した「永久的膨張技術」に
従つて膨張させられている。 第３，４図は本発明を拡散ポンプ作用空気リフ
ト装置に適用した実施例を示す。この装置は拡散
ポンプ作用を使用して仕事をする良い実施例であ
る。エラストマ製浸透性シートからなるバツグま
たはベロー３０はその下端がベース３１で適当に
閉じられかつその上端が水平プラツトホーム３２
で閉じられ、このプラツトホーム上にウエイトＷ
が置かれている。バツグまたはベロー３０はプラ
ツトホームが所望の高さH₁に位置する程度まで
スーパガスで膨張させられている。このエラスト
マ密閉体が膨張させられているゲージ圧は常にウ
エイトＷを支持しなければならないから、このよ
うなゲージ圧は一定に維持される。周囲空気中の
酸素、窒素およびアルゴンのエネルギが密閉体内
へ拡散するにしたがつて、密閉体内のガスの体積
が増大し、プラツトホーム３２がその上のウエイ
トＷと共に上昇して高さH₂になる。プラツトホ
ームは標準海水面状態および70〓（21℃）におい
て密閉体内の空気圧が14.7psia（大気圧）に達す
るまで上昇を続ける。ウエイトＷを高さH₁から
H₂まで上昇させるのに外力は必要でない。上昇
は、拡散ポンプ作用、すなわち、膨張可能なエラ
ストマ密閉体３０内への周囲空気からの窒素、酸
素およびアルゴンの内方拡散の結果として、自動
的に達成される。密閉体３０内の全圧はウエイト
を支持するのに必要な周囲圧より高い大気圧と全
圧の増分の和に維持される。 初膨張の時点では、全圧はスーパガスによる
100％である。空気が密閉体に入り、プラツトホ
ームが上昇するとき、全圧は一定に維持される。
しかしながら、空気の分圧に起因する全圧の部分
はプラツトホームが上昇するにしたがつて増大す
る。これに対応して、スーパガスの分圧は降下す
る。プラツトホームは空気の分圧がその最高値す
なわち14.7psiaに達するまで上昇し続ける。この
時点でスーパガスの分圧はその最低値に達してい
る。しかしながら、全圧（空気＋スーパガス）は
変わつていない。それは初膨張の時点の全圧と同
一である。 空気リフト装置で行なわれうる仕事は特に大き
なサイズの適用において非常に実質的なものであ
る。たとえば、下記の表は、１フイート、２フイ
ートおよび３フイートのプラツトホーム直径を有
する３つの異なる大きさの装置で達成されうる仕
事量を示す。各場合に、1000ポンドのウエイトが
プラツトホーム上に配置され、ベローは100％ス
ーパガスで１フイートの初高まで膨張させられ
る。

【表】 ＊ 拡散ポンプ作用に起因する
上記データは装置が大きいほど効果的であるこ
とを示している。たとえば、３―フイート直径の
装置は６倍のスーパガスで１―フイート直径装置
の９倍の仕事を行なうことができる。この大型装
置は小型装置の55倍の空気を使用する。 本発明の別の実施例は第１，２図に示すような
保護密閉体または建造物と関連するものである。
この密閉体は倒立管状アーチ４２に固着された端
壁４１、およびアーチ４２および介在倒立管状ア
ーチ４５ならびに縦方向管状エラストマ部材４６
に固着された側壁４３と頂壁４４を含み、各エラ
ストマ部材４６の両端は管状アーム４５，４２に
取付けられかつこれらと連通して一体構造を形成
している。 この構造全体は折りたたまれた状態で輸送かつ
貯蔵することができる。すなわち、相互に連通す
る管状部材４２，４５，４６内に空気またはガス
が入つていないときには、端壁４１、側壁４３お
よび頂壁４４はフレキシブルであつて折りたたむ
ことができる。密閉体を建立すべき場所に達した
とき、前述したスーパガスの１つの小量が相互連
通管状部材４２，４５，４６にポンプで入れられ
る。スーパガスの量は構造体の管状部材をそれら
の最大完全膨張状態の約1/10〜1/5まで膨張させ
るに十分であればよい。この時点では、スーパガ
スのゲージ圧は本質的にゼロである（すなわち、
14.7psiaの周囲圧より僅か数オンス高い圧力であ
る）。構造体はまだ柔軟なしわの寄つた状態にあ
り、「地面上に平らに横たわつている」状態より
僅かに膨張している。このとき構造体は、これを
完全に直立した剛性化状態に自己膨張させる、拡
散ポンプ作用のエネルギ転移の準備ができてい
る。 拡散ポンプ作用は各管状部材をそれらのアーチ
形状または直線形状に膨張させ、その結果管状部
材が実質的に剛性状態になりかつ端壁４１、側壁
４３および頂壁４４が緊張状態になる。構造体の
直立中拡散ポンプ作用によつてかなりの量の仕事
がなされる。完全に直立したとき、構造体は「永
久的膨張技術」に従つて加圧されているから、圧
力は長期間にわたつて所望の上昇値を維持する。
密閉体４０は収縮した折りたたみ状態にあるとき
には容易に輸送されかつ選択スーパガスまたはス
ーパガスと空気の混合物によつて大気圧以上の所
望圧力まで容易に膨張させられ、この圧力におい
て密閉体はその完全に直立した剛性状態をとる。 拡散ポンプ作用の利点は第１２，１３図にさら
に明示されている。第１２図は、膨張媒質として
使用された空気のみにより、完全に加圧された直
立形態にある膨張可能構造体を示す。この場合に
は、あるタイプの機械的ポンプ装置１００によつ
て構造体内の圧力を維持することが必要である。
すなわち、ポンプは拡散により構造体から流出し
た空気を補充するために新空気を供給しなければ
ならない。第１２ａ図のバー チヤートは、膨張
がポンプ１００によつて発生され、それにより空
気がアーチ４２，４５および縦部材４６に押込ま
れ、空気圧が17.7psiaになつていることを示す。 一方、スーパガスおよび拡散ポンプ作用が構造
体を自己直立させるために使用される場合には、
構造体は長期間にわたつて完全剛性状態を維持す
るであろう。これが起こるのは、拡散ポンプ作用
による自己加圧サイクルの終点において、構造体
が「永久的膨張技術」状態まで自動的に膨張させ
られているからである。この状態は第１３図に示
されている。バー チヤート（第１３ａ図）は、
構造体の膨張が14.7psiaの空気の最大量と3.0psia
のスーパガスの最少量で達成されていることを示
す。この小量のスーパガスが構造体を永久的直立
状態に維持することができる。その理由は、スー
パガスが空気の14.7psia「基礎」の上に支持され
ているからである。 第１２図の場合のように、この系にエネルギを
供給するために空気ポンプを使用する必要はな
い。 第１４図のバー チヤートは、初膨張時の構造
体内の圧力状態（バーＡ）および構造体完全直立
時の拡散ポンプ作用サイクルの終点における構造
体内の圧力状態（バーＢ）を示す。図示のよう
に、初膨張時には全圧はスーパガスによる100％
である。スーパガス圧は15.0psiaであり、これは
周囲圧より僅か数オンス高い圧力である。したが
つて、密閉体はごく僅かに膨張し、本質的には折
りたたまれた状態にある。しかしながら、拡散ポ
ンプ作用サイクルが終了して構造体が完全に直立
したときには、スーパガス圧は15.0psiaのその初
値の1/5〜1/10に降下し、現在では3.0psiaであ
る。この圧力降下は直立過程中の密閉体の容積増
加に起因するものである。これが起こりつつある
間、空気は密閉体に入り続け、その結果管状部材
４２，４５，４６内の空気圧は14.7psiaに達す
る。 空気圧は最高レベルにあり、スーパガス圧は最
低レベルにあり、これはやはり「永久的膨張技
術」を例示するものである。 構造体がこのようにして膨張させられる時間を
通じて、拡散ポンプ作用は重要な役割を演じ続け
る。たとえば、拡散ポンプ作用は周囲温度の変化
が密閉体内の圧力に及ぼす影響を補償する。この
補償効果は第１５，１６，１７図を参照すれば理
解できる。第１５図は80〓（27℃）の夏日におけ
る構造体を示す。バー チヤートＡは構造体内の
空気およびスーパガスの分圧のレベルを示す。空
気の14.7psia（基礎）で支持されているとき、
3.0psiaのスーパガス圧は構造体の管状部材を剛
性状態に維持するのに十分である。しかしなが
ら、外部空気温度が夜間80〓降下して０〓になる
と（第１６図）、装置内のスーパガス圧と空気圧
は冷却効果により低減される。構造体内の
15.0psiaの全圧は装置がつぶれないように維持す
るには十分でないであろう。しかしながら、構造
体はつぶれない。すなわち、管状密閉体内の空気
が次第に冷えるにしたがつて外部空気と内部空気
間に圧力差を生じ、これにより外部空気が内方へ
拡散して内部空気圧を14.7psiaに維持する。説明
を簡単にするために、第１６図は温度降下が瞬時
的であつたかのように冷たい周囲温度状態を示
す。外部空気圧（バーＢ）と内部空気圧（バー
Ａ）を比較すると、2.2psiの圧力差が拡散ポンプ
作用のために存在することが示されている。第１
７図は低温日に対する最終平衡状態を示しかつ拡
散ポンプ作用が温度変化に関係なく内部空気圧を
14.7psiaに維持し、それにより管状構造体内に十
分な全圧を維持して構造体を適正な直立・剛性化
状態に保つことを示している。ゲージ圧は第２１
図のバー チヤートＡで示すように2.5psigであ
る。 構造体はまた初膨張の時点において「永久的膨
張技術」により加圧して直立させることもでき
る。膨張に続いて自己直立サイクルが起こる場合
のように100％スーパガスで膨張させる代りに、
空気の14.7psia分圧とスーパガスの適切な小圧力
増分を与えるに十分な空気とスーパガスの混合物
で初膨張を行なう。これを行なう一方法は初めに
構造体を空気ポンプで直立膨張させ、ついでに小
量のスーパガスを添加することである。過剰の空
気圧（周囲圧以上）は拡散流出して平衡状態を設
定する。 拡散ポンプ作用現象の別の用途はテニスボー
ル、バレーボール、バスケツトボールなどような
競技用ボールの製造に関連するものである。これ
らボールは中空であり、浸透性エラストマ材料か
ら作られる。これらのボールは初めに周囲圧の空
気とスーパガスの適正混合物で膨張させられ、そ
の後各ボール内の圧力が大気圧より高い所定圧力
レベルまで内方拡散によつて自動的に増大する。 この拡散ポンプ作用の結果として初完全膨張が
達成された後、ボールは上述した永久的膨張特性
を発揮する。したがつて、ボールは無期限に膨張
状態を維持する。テニスボールの場合には、それ
らの適正な内圧を維持するために、ボールをハー
メチツクシールした加圧金属容器に詰め込む必要
性が解消される。使用時には、ボールはボール内
の窒素、酸素およびアルゴンが浸透性膜を通して
外方へ押出されるためある程度圧力を失なうが、
使用していない時には、拡散ポンプ作用が起こ
り、内部の全圧が所望値に復帰する。 拡散ポンプ作用はまた前述したように高度の変
化を補償することもできる。このような補償はテ
ニスボールの場合に特に有用である。拡散ポンプ
作用はテニスボールが使用されるすべての高度に
おいてボールのゲージ圧を常にその適正値に維持
する（通常14.0psig）。 現在のテニスボールの場合には、ボール製造業
者は極端な高度条件を有する一部の地方のために
特定圧力を有するボールを製造することが必要で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す膨張可能な密閉
体または建造物の斜視図である。第２図は第１図
の２―２線断面拡大図である。第３図は本発明の
別の実施例の縦断面図である。第４図は大容積に
膨張したチヤンバを示す第３図類似の図である。
第５図は密閉チヤンバ内のある時間にわたる圧力
を表わすグラフであり、チヤンバを初膨張させる
ために各種のガスが使用されている。第６図は第
５図の左側部分の一部を拡大したグラフである。
第７図は密閉チヤンバ内のある時間にわたる圧力
を表わすグラフであり、チヤンバーは異なるエラ
ストマ材料で作られかつ同一ガス（C₂F₆）で初
膨張させられている。第８図は窒素が代表的ポリ
マーフイルムを通つて拡散する比較的速い速度を
示す第７図類似の図である。第９図はチヤンバ内
への空気の逆拡散に起因するエラストマ チヤン
バの拡散ポンプ作用を示すグラフである。第１０
図は、空気と他のガスの異なる混合物が初めにチ
ヤンバ内にある、エラストマ チヤンバ内の拡散
ポンプ作用に起因する圧力上昇を示す、第９図類
似のグラフである。第１１図は異なる圧力の特殊
ガスで初めに充填された定積密閉体内の拡散ポン
プ作用に起因するパーセント圧力上昇を示すバー
チヤートである。第１２図は、構造体が空気で
100％膨張させられかつ圧力が電気モータとポン
プの組合せによつて適当なレベルに維持されてい
る、第１図の加圧構造体の別の図である。第１２
ａ図は第１２図の構造体内に所要圧力を維持する
ために必要なガス媒質のタイプを示すバー チヤ
ートである。第１３図はスーパガスと空気で膨張
させられた第１図の加圧構造体の別の図である。
第１３ａ図は第１３図の構造体内に所要圧力を維
持するためのガス媒質の成分を示すバー チヤー
トである。第１４図は、初膨張の時点と構造体が
折りたたまれた状態から拡散ポンプ作用によつて
完全加圧状態に直立させられた後の時点におけ
る、膨張可能構造体内の空気とスーパガスの相対
量を示すバー チヤートである。第１５，１６，
１７図は周囲温度の変化中膨張可能構造体内のス
ーパガスおよび空気の圧力の変化ならびに拡散ポ
ンプ作用の自己補償効果を示す一連のバー チヤ
ートである。 ３０…ベロー、３１…ベース、３２…プラツト
ホーム、Ｗ…ウエイト、４０…保護密閉体、４１
…端壁、４２…管状アーチ、４３…側壁、４４…
頂壁、４５…管状アーチ、４６…管状エラストマ
部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膨張する部材により形成される少なくとも１
   個のチヤンバーを具備し、前記膨張する部材の少
   なくとも一部分はエラストマ材料を含み、前記エ
   ラストマ材料により形成される前記チヤンバーは
   成形後初めに低溶解度係数を有する不活性、非極
   性の大分子ガスから成るガス媒体により膨張さ
   れ、前記エラストマ材料はその特性として前記ガ
   スの外方拡散に抵抗する比較的低い浸透性を有
   し、かつ前記チヤンバーを包囲する周囲空気に対
   して比較的高い浸透性を有し、それにより前記エ
   ラストマ材料を通つて前記膨張されたチヤンバー
   内への前記周囲空気の拡散を可能にし、前記チヤ
   ンバー内のガスの分圧と前記チヤンバー内の空気
   の分圧との合計である全圧を前記チヤンバー内に
   付与し、前記エラストマ材料を通過する前記ガス
   の拡散率は前記エラストマ材料を通過する窒素の
   拡散率より実質上低くしたことを特徴とする自己
   膨張性保護構造物。 ２ 前記チヤンバーが初めに大気圧以上の前記ガ
   スを含み、前記エラストマ材料を通つて拡散する
   前記空気が前記チヤンバー内のガス初圧にその分
   圧を加えることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の自己膨張性構造物。 ３ 前記チヤンバーの全体が浸透性エラストマ材
   料から形成されている特許請求の範囲第２項記載
   の自己膨張性構造物。 ４ 前記チヤンバーの全体が前記エラストマ材料
   から形成されている特許請求の範囲第１項記載の
   自己膨張性構造物。 ５ 前記チヤンバーを構成する前記エラストマ材
   料が、ポリウレタン、ポリエステルエラストマ、
   フルオロエラストマ、塩素化ポリエチレン、ポリ
   ビニルクロライド、クロロスルホン化ポリエチレ
   ン、ポリエチレン／エチレンビニルアセテートコ
   ポリマ、ネオプレン、ブタジエンアクリロニトリ
   ルゴム、ブタジエンスチレンゴム、エチレンプロ
   ピレンポリマ、天然ゴム、高力シリコーンゴム、
   低密度ポリエチレン、アダクトゴム、サルフアイ
   ドゴム、メチルゴムまたは熱可塑性ゴムから選択
   される特許請求の範囲第１項記載の自己膨張性構
   造物。 ６ 前記ガスがヘキサフルオロエタンを含む特許
   請求の範囲第１項記載の自己膨張性構造物。 ７ 前記ガスがサルフアヘキサフルオライドを含
   む特許請求の範囲第１項記載の自己膨張性構造
   物。 ８ 前記エラストマ材料がポリウレタンである特
   許請求の範囲第１項記載の自己膨張性構造物。 ９ 前記チヤンバーが初めに前記ガスと空気の混
   合物を含む特許請求の範囲第１項記載の自己膨張
   性構造物。 １０ 前記チヤンバーが初めに前記ガスと窒素の
   混合物を含む特許請求の範囲第１項記載の自己膨
   張性構造物。 １１ 前記チヤンバーが初めに前記ガスと酸素の
   混合物を含む特許請求の範囲第１項記載の自己膨
   張性構造物。 １２ 前記チヤンバーが初めにガスとアルゴンの
   混合物を含む特許請求の範囲第１項記載の自己膨
   張性構造物。 １３ 前記ガスはヘキサフルオロエタン、サルフ
   アヘキサフルオライド、ペルフルオロプロパン、
   ペルフルオロブタン、ペルフルオロペンタン、ペ
   ルフルオロヘキサン、ペルフルオロヘプタン、オ
   クタフルオロシクロブタン、ペルフルオロシクロ
   ブタン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフル
   オロエタン、１，１，２―トリクロロ―１，２，
   ２トリフルオロエタン、クロロトリフルオロエチ
   レン、プロモトリフルオロメタン、又はモノクロ
   ロトリフルオロメタンから選択される特許請求の
   範囲第１項記載の自己膨張性構造物。