JP2005248948A - 空気機械用消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】保守点検を行うことなく長時間運転できる消音器を提供する。
【解決手段】外側の多孔性フィルタ２、およびこの外側フィルタ２の内側に配置された内側の多孔性フィルタ３を有する消音器１に関する。この消音器１が、フィルタ２、３の相対位置を変化させることができるように設計されている。圧縮空気がフィルタを通過して流れるとき、空気速度および騒音が弱められる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気機械および／または圧縮空気がフィルタを通って排気される形式のプラントのための消音器に関する。

圧縮空気を使用する機械、工具、またはプラントが、さまざまな用途に使用されている。そのような設備は、例えばエンジニアリング産業、鉄鋼業、製紙工場、製材工場、および自動車産業などに見ることができる。多くの場合、個々の機械が複雑な制御系へと組み合わされている。したがって、圧縮空気をどこかの地点で排気することが、不可避であることがしばしばである。圧縮空気がバルブの小さな開口を通って自由に流れることができる場合、空気の速度が高速になる。高速な空気は騒音をもたらし、消音することが望ましい。騒音を減らすため、空気の速度を低減させるという原理を利用することが通常である。いわゆる焼結消音器においては、空気が、焼結させた金属またはプラスチックからなる多孔性の材料を通過して流れるようにする。空気が多孔性材料の孔を通って出るよう強いることによって、騒音レベルの低減が達成される。消音器の穴を介した出口面積は、排気口の出口面積よりもはるかに大きいため、空気の速度が小さくなり、したがって騒音の発生も少なくなる。圧縮空気を多孔性の本体からなる消音器を介して排気することによって空気の速度を抑えることができることは、既に知られている。公知の消音器が、「油圧と空気圧（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ ＆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ）」誌の２０００年１１月号の記事に記載されている。記事のタイトルは「空気騒音を処理するプラスチック消音器（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｉｌｅｎｃｅｒ Ｈｕｓｈｅｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｎｏｉｓｅ）」である。この記事の消音器は、多孔性の本体からなる。この消音器は、バルブの出口にねじ込むことができる。排気が、多孔性の本体内での膨張によって周囲の空気へと排気されると述べられている。寸法および穴構造が最適化され、２０ｄＢ以上の騒音レベル低減が達成されると述べられている。空気圧システムのための他の消音器が、例えば米国特許第４、９７１、６１２号明細書に記載されており、多孔性材料で作られた２つのフィルタを利用している。

この形式の消音器の１つの問題は、通常、多孔性フィルタを通って排気される圧縮空気が微細な粉末状粒子などの種々の汚染物質を含んでいるという点にある。消音器を長期にわたって使用したとき、そのような汚染物質がフィルタに付着し、最終的にフィルタの目詰まりを引き起こして、消音器がもはや意図した通りに機能できなくなる可能性がある。これにより、長い時間のかかる労働作業が必要になるかもしれない。最悪の場合には、消音器が爆発する可能性もある。米国特許第４、９７１、６１２号明細書においては、２つのフィルタを利用し、１つを容易に目詰まりが生じないようにするための比較的大きい穴寸法を有する主フィルタとすることが提案されている。それでもこのような目詰まりが生じた場合に備え、消音器を洗浄できるような構造とすることが述べられている。

本発明の目的は、空気圧設備のための優れた消音器を提供することにある。本発明のさらなる目的は、保守点検を行なうことなく長時間運転できる消音器を提供することにある。本発明の他の目的は、長い運転期間の間にも基本的に性能が変化しない消音器を提供することにある。本発明のさらなる目的は、全面的な目詰まりによって消音器の動作に深刻な障害が生じるよりも前に対策を取ることができるよう、目詰まり寸前になったことを知らせることができる消音器を提供することにある。さらに、本発明の目的は、安全レベルを向上させた消音器を提供することにある。

本発明の目的は、外側の多孔性フィルタ、およびこの外側の多孔性フィルタの内側に配置された内側の多孔性フィルタを有する消音器によって達成される。フィルタは、空気の透過体である。本発明による消音器は、当初は内側フィルタによって覆われていた外側フィルタの部位が露出されるよう、フィルタ間の相対位置を変化させることができるように構成されている。好ましい実施の形態においては、内側フィルタが、外側フィルタの内側に可動であるように配置されている。

本発明のとくに好都合な実施の形態においては、内側フィルタが少なくとも部分的に外側フィルタに当接するように配置され、外側フィルタが、内側フィルタが外方向に向かって通過して移動できる開口を有している。好ましくは、内側フィルタに、外側フィルタの開口を通過する内側フィルタの外への移動を制限する少なくとも１つの鍔が設けられている。好ましくは、内側フィルタが、少なくとも２つの並列な鍔を有している。随意により、内側フィルタを外側フィルタと異なる色にすることができる。

フィルタは、好ましくは円筒形状である。フィルタは、好ましくは多孔性ポリプロピレンから作られる。外側フィルタと内側フィルタの間にガスケット・リングを配置することができる。

まず図１、２、および６を参照すると、本発明による消音器１が示されている。消音器１は、外側の多孔性フィルタ２、およびこの外側フィルタ２の内側に配置された内側の多孔性フィルタ３からなる。本発明において考えうる実施の形態では、フィルタ２、３は、例えば５０μｍ〜１４０μｍの範囲の穴寸法を有することができる。本発明の好ましい実施の形態においては、フィルタ２、３の穴の寸法は６０μｍ〜８０μｍの範囲でよい。しかしながら、穴の寸法に関して、本発明が上述の範囲に限られないことは理解すべきである。すなわち、フィルタ２、３の穴寸法が５０μｍより小さくてもよく、あるいは１４０μｍより大きくてもよい。したがって、上述の範囲は、考えうる上下限の例としてのみ受け止めるべきである。図１および６に示すように、消音器１は、ねじが設けられてなる後部８を備えることができ、消音器を消音器１がねじ込まれるバルブ１０など、圧縮空気の出口を有する部品１０へとねじ込むことができる。後部８を通って消音器１内へと流入する圧縮空気が内側フィルタの空洞３に進入し、その後フィルタ２、３を通って外に出る。主な流れの方向は、半径方向外側であり、それは図１及び図２の矢印Ａで示されている。しかしながら、内側フィルタが、フィルタ３の端部を通って外に出る流れも許容するような設計でよいことを理解すべきである。原理的には、他の変形例も考えることができる。圧縮空気が多孔性フィルタ２、３を通って外に出るとき、騒音が大きく低減される。図３および４から明らかなように、実際においては、このような消音器１ａ、１ｂを複数、加圧空気によって駆動される複数の機械２０に組み合わせて使用することが可能である。一般的な用途においては、そのような機械２０からなるシステムの陽圧は０〜２ＭＰａの範囲であってよい。現実的な用途においては、陽圧は例えば０．５〜０．７ＭＰａであってよい。しかしながら、上述の陽圧のレベルが、考えうる用途の例にすぎないことを理解すべきである。すなわち、本発明は陽圧が２ＭＰａよりも大きい用途においても使用することができる。

次に、図５〜８を参照する。消音器１は、フィルタ２、３の相対位置が変化でき、最初は内側フィルタ３によって覆われていた外側フィルタ２の部位が露出するように構成されている。本発明の好ましい実施の形態においては、フィルタ２、３の相対位置を運転の最中に変化させることができ、好ましくはフィルタ２、３の相対位置が、内側フィルタ３が目詰まりを抱えたときに自動的に変化する。図５には、消音器の後部８がどのようにして外側フィルタ２へと固定に接続されるのかが示されている。したがって、消音器が圧縮空気の出口へとねじ込みによって接続されたとき、外側フィルタ２の位置が固定される。原理的には、外側フィルタ２が可動であって内側フィルタ３が可動でない実施の形態も考えられる。しかしながら、添付の図面に示した好ましい実施の形態においては、外側フィルタ２の内側で内側フィルタ３が可動である。図から明らかなように、外側フィルタ２は開口４を有することができる。次いで、内側フィルタ３を、外側フィルタ２の内側を向いている部位に少なくとも部分的に当接するように配置することができる。したがって、内側フィルタ３は、外側フィルタ２の開口４を通って外向きに移動することができる。

内側フィルタ３が外側フィルタ２の内表面に当接し、好ましくは内側フィルタ３が、外側フィルタ２の内形寸法をわずかに超える外形寸法を有している。したがって、外側フィルタ３と内側フィルタ２の間の摩擦力の助けによって、内側フィルタ２を適切な位置に保つことができる。図６ａに最もよく見て取れるように、内側フィルタ３に、外側フィルタ２の開口４を通って外に出ようとする内側フィルタ３の動きを制限する鍔５を、少なくとも１つ設けてもよい。図６ａに示されているように、鍔５は、内側フィルタ３におけるより大きい外形寸法を有する部位への移行部として見ることができる。例えば内側フィルタ３が円筒形の断面を有している場合、鍔５は、内側フィルタ３の大径部分への移行部として見ることができる。したがって、図６ａは、内側フィルタ３がどのように鍔５の左側に鍔５の右側よりも大きい外形寸法を有するのかを示している。さらに、内側フィルタに複数の鍔を設けることも考えられる。例えば図６に示されているように、内側フィルタ３が、第１の鍔５から少し離れて第２の鍔６を有してもよい。第１の鍔５とちょうど同じように、第２の鍔６は、内側フィルタ３におけるより小さい外形寸法を有する一断面から、内側フィルタ３におけるより大きい外形寸法を有する断面への移行部として見ることができる。フィルタ２、３は、円筒形の断面であってよい。したがって、第２の鍔６は、第１の鍔５よりもさらに半径方向外側へと広がっている。好ましい実施の形態においては、鍔すなわち移行部５、６は、内側フィルタ３の周囲を全周にわたって走る円周状の鍔５、６でよい。しかしながら、必ずしもこうである必要はなく、鍔５、６が内側フィルタ３の円周を部分的にのみ巡っている実施の形態も考えられる。内側フィルタ３は、３つ以上の並列な鍔５、６を備えてもよいと考えられる。例えば、３つ、４つ、あるいはさらに多くの並列な鍔を有する実施の形態も考えられる。さらに、フィルタが鍔を有さない本発明の実施の形態も考えうることを理解すべきである。そのような実施の形態においては、外側フィルタ２の開口４を通って外に出ようとする内側フィルタ３の動きを、何らかの別の方法で制限すると好都合である。例えば、消音器１に関連してストッパ（図示されていない）を配置し、内側フィルタ３の前部がストッパに達したときに、外側フィルタ２の開口４を通って外に出ようとする内側フィルタ３の動きを拘束することができる。

本発明の好都合な実施の形態においては、内側フィルタ３を外側フィルタ２と異なる色にすることができる。フィルタ２、３は、円筒形フィルタ２、３であると好都合であるが、正方形や楕円の断面を有する形状など、原理的には他の形状も考えられる。原理的には、内側フィルタ３が外側フィルタ２と異なる種類の断面を有する実施の形態も考えることができる。しかしながら、本発明の好ましい実施の形態においては、フィルタ２、３の両者が円筒形である。

フィルタ２、３は、好ましくは多孔性のポリプロピレンで作られる。外側フィルタ２と内側フィルタ３の間には、ガスケット・リング７が適切に配置される。ガスケット・リング７は、例えばニトリルゴムで作ることができる。

以下、図６〜８を参照して消音器１の機能を説明する。図６は、目詰まりが生じる前の初期段階における消音器１を示している。圧縮空気が、消音器１の後部８を通って進入し、フィルタ２、３を通って半径方向外側へと流れ出る。最終的に、圧縮空気中の汚染物質によって、内側フィルタ３の目詰まりが始まる。最初に目詰まりにさらされるのが内側フィルタ３であることが理解できる。これにより、消音器１を通過する流れに対する抵抗が増し、消音器１内の圧力が高まる。続いて、この圧力がフィルタ２、３間の摩擦に打ち勝つまでに大きくなったとき、圧力によって内側フィルタ３が、外側フィルタ２の開口４を通って押し出される。この結果、内側フィルタ３は、鍔５が外側フィルタ２の内縁９に合致するまで前方に移動する。これにより、外方向へのさらなる内側フィルタ３の動きは妨げられる。この位置が図７に示されている。図において、内縁９は、外側フィルタ２の開口４に示されている。しかしながら、内縁を外側フィルタ２内のさらに内側に配置できる点を理解すべきである。今や、内側フィルタ３が外側フィルタ２の開口４を貫いて突き出している。したがって、或る程度の目詰まりが生じており、内側フィルタ３の洗浄や消音器１の新しい未使用の消音器への交換などの対策を取るべき理由が存在することが、はっきりと示されている。内側フィルタ３が外方向へと移動したことによって、外側フィルタ２の内側領域Ａ１も露出している。以前は、この領域Ａ１は内側フィルタ３によって隠されていた。今や、圧縮空気が外側フィルタ２の露出された部位Ａ１を通って外に出ることができ、消音器内の圧力を低減することができる。したがって、空気圧システムの初期の速度を維持することができる。さらにいくらかの時間が過ぎた後、外側フィルタ２の露出部も目詰まりを抱えることになる。したがって、消音器１内の圧力が再び高くなる。外側フィルタ２および内側フィルタ３の少なくとも一方が、好ましくは剛でない材料で作られている。内側フィルタが剛でない材料で作られている場合には、消音器１内の圧力が充分高くなったとき、内側フィルタ３の鍔５が降伏しうる。したがって、内側フィルタ３が、第２の鍔６が外側フィルタの開口４の縁９に合致するまで、外側フィルタ２の開口４を通って外側へと再び移動する。この結果、内側フィルタ３の移動が拘束される。この位置が図８に示されている。図８に示されているように、以前は内側フィルタ３によって隠されていた外側フィルタ２のさらなる部位Ａ２が、今や露出されている。圧力が低下し、さらにいくらかの時間の間、システムの速度を維持することができる。さらに、内側フィルタ３が開口４からさらに大きく突き出しており、したがって、或る程度の目詰まりが生じており、消音器のフィルタの交換または洗浄、あるいは消音器全体の交換など、対策を取らなければならないことを、きわめて明確に表示している。これは、内側フィルタ３が異なる色であってはっきりした色を有している場合、とくに明確になる。例えば、外側フィルタ２を明るい色にし、内側フィルタ３を暗い色にすることができる。この結果、運転者は、対策を取らなければならないことを消音器から直接見て取ることができる。しかしながら、消音器の状態を多くの異なる方法で知らせることができることを理解すべきである。例えば、２つのフィルタ２、３の相対移動を検出するセンサ（図示されていない）を消音器に接続することができる。センサが、例えば外側フィルタ２の開口を通って外側へと動く内側フィルタ３によってフィルタ間の相対移動を記録するため、センサは、運転者が監視する表示装置または制御卓に信号を送ることができる。センサが表示装置または制御卓に信号を送ったとき、運転者はこれを、例えば表示装置上の記号や文章メッセージの形式で眺めることができる。したがって、運転者は、消音器の交換などの適切な対策を取ることができる。

本発明の他に考えられる実施の形態では、消音器を、消音器での圧力低下を測定するセンサ（図示されていない）に接続することができる。圧力低下が所定の範囲を外れているとき、センサが、運転者の監視する表示装置または制御卓に信号を送ることができる。次いで、運転者は、フィルタ２、３の相対位置を変更すべく対策をとり、消音器での圧力低下を再び許容範囲内にすることができる。これは、運転者が、フィルタ２、３の相対位置を変化させるべく内側フィルタ３または外側フィルタ２に作用する制御装置（図示されていない）を動作させることによって行なうことができる。あるいは、運転者が手動で、フィルタのうちの１つを他方に対して変位させることも考えられる。この実施の形態の一変形においては、消音器に、消音器での圧力低下を測定するためのセンサを設けることができる。次いで、このセンサが、消音器１での圧力低下が所定の範囲を外れていることをセンサが知らせたときにフィルタ２、３の相対位置を変化させるように構成された制御装置に接続される。次いで、この制御装置が、消音器での圧力低下が再び許容範囲になるまで、（例えば内側フィルタ３を外側フィルタ２の開口を通って外へと変位させることによって）フィルタ２、３の相対位置を変化させる。他に、制御装置が、消音器１の運転時間の関数または他のいくつかの変数の関数として、フィルタ２、３の相対位置を変化させることも考えられる。

したがって、本発明を、上述の消音器の運転方法という観点から定義することも可能である。この方法においては、消音器の機能および／または使用についての上記の説明から明らかなように、フィルタの相対位置が変更される。これに対応し、本発明を、圧縮空気で動作する機械を有し前記形式の消音器を１つ以上有するプラントの運転方法という観点から定義することも可能である。例えば、本発明を、圧縮空気によって駆動される機械および本発明による消音器を有するプラントについて、フィルタ２、３の相対位置を監視しフィルタ２、３の相対位置が変化したときに対策をとる運転方法という観点から定義することも可能である。

さらに、本発明を、圧縮空気を使用する機械／工具２０を有し、圧縮空気機械２０に接続されかつ前記の形式の消音器１が設けられている１つ以上のユニット１０を有しているシステムまたはプラントという観点から定義することも可能である。

通常の用途において、本発明による消音器は、騒音レベルを約２０〜４０ｄＢ低減するものと予想されている。しかしながら、本発明に従って動作する消音器が、前記２０〜４０ｄＢの範囲外の用途をも有することを理解すべきである。

本発明によれば、消音器が爆発する恐れが小さくなる。したがって、本発明による消音器によれば、高度の安全性が達成できる。さらに、空気圧システムにおいてより長い時間、空気速度および／または圧力低下を基本的に変化しないように維持できるという利点も達成される。したがって、消音器の性能を、より長い期間にわたって不変または基本的に不変に維持できる。目詰まりを抱えたときに外側に移動するよう内側フィルタを構成すれば、保守要員が交換または洗浄が必要であることを示す明確な指示を入手できるという利点を達成することができる。

本発明による消音器を側面図で示している。 図１の消音器を上面図で示している。 いかにして２つの消音器をバルブに組み合わせるのかを示している。 空気圧システムに組み合わされた複数の消音器を示している。 本発明による消音器の一部を断面図で示している。 本発明による消音器を断面図で示しており、内側フィルタが第１の位置にある。ａは図６の詳細拡大図である。 図６による消音器を示しており、ここでは内側フィルタが第２の位置にある点が相違している。 図６および７と同じ消音器を示しているが、ここでは内側フィルタが第３の位置にある。

Claims (10)

1. ａ）外側の多孔性フィルタ（２）、および
   ｂ）該外側フィルタ（２）の内側に配置された内側の多孔性フィルタ（３）
   を有し、
   当初は内側フィルタ（３）によって覆われていた外側フィルタ（２）の部位（Ａ１、Ａ２）が露出されるよう、フィルタ（２、３）の相対位置を変化させることができるように設計されている消音器（１）。
2. 前記内側フィルタ（３）が、前記外側フィルタ（２）の内側に可動であるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の消音器（１）。
3. 前記内側フィルタ（３）が、少なくとも部分的に前記外側フィルタ（２）に当接するように配置され、前記外側フィルタ（２）が、前記内側フィルタ（３）が外方向に向かって通過して移動できる開口（４）を有していることを特徴とする請求項２に記載の消音器（１）。
4. 前記内側フィルタ（３）に少なくとも１つの鍔（５）が設けられ、前記外側フィルタ（２）の前記開口（４）を通過する該内側フィルタ（３）の外への移動を制限することを特徴とする請求項３に記載の消音器（１）。
5. 前記内側フィルタ（３）の色が、前記外側フィルタ（２）と異なっていることを特徴とする請求項３に記載の消音器（１）。
6. 前記内側フィルタ（３）が、少なくとも２つの並列な鍔（５、６）を有していることを特徴とする請求項４に記載の消音器（１）。
7. 前記フィルタ（２、３）が、円筒状フィルタ（２、３）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の消音器（１）。
8. 前記フィルタ（２、３）が、多孔性ポリプロピレンで作られていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の消音器（１）。
9. ガスケット・リング（７）が、前記外側フィルタ（２）と前記内側フィルタ（３）の間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の消音器（１）。
10. 前記フィルタ（２、３）の相対位置を動作中に変化させることができ、好ましくは、前記内側フィルタ（３）が目詰まりを抱えたときに自動的に変化させることができる請求項１に記載の消音器（１）。

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