JP2011117349A - エジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】
エジェクタを排気用途に利用するにあたり、従来のエジェクタでは排気経路の大きな断面積変化や屈折により、排気対象物が経路に詰まりやすいという問題があった。また高温環境下や振動のある使用環境では駆動流体ノズル等のパーツの同軸度のズレなどが起こり、安定的に性能を発揮するのは難しかった。
【解決手段】
吸入経路の外周から吸入経路内に環状に駆動流を噴出させて吸入経路管内に負圧を発生させれば、排気経路の断面積変化を小さくかつ直線的にでき、排気対象物の詰まりを抑える事ができる。また上記エジェクタを構成するにあたり、外周に溝１２ｃを設けた吸入経路管１２の排気口１２ｂの端面を、吸入経路管１２の外側に配置したノズル１１ｂの傾斜面に接することで駆動流噴出口１３を形成するにより、駆動流の圧力損失を抑えつつノズルの位置関係を拘束し、高温環境下や振動のある使用環境下でも安定して性能が発揮できるようになった。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体及び液体及び固体及びそれらの混合体の吸気及び移送を目的とした、ベンチュリ効果を利用したエジェクタに関する。

鋳造や成型において、成型時に型内の排気を促進することで、成型粗材の引け巣や充填不足などの成型不良に対しての品質改善効果が得られる真空ダイカスト法や真空射出成型法は広く知られている。
鋳造時のダイカストの金型からガスを排気する手段として、特許文献１の様に金型キャビティと連通する排気口に直接、もしくはチルベント式等の湯止めブロックを介してエジェクタを連結する方法がある。
ダイカスト鋳造時に金型から排出されるガスは、高温でかつ水分及び油分及び金属粉や片などの固形物の混合流体である。本方法で金型内のガスを排気する場合、排気されるガスはエジェクタ内部を通過する。この際、排出ガスに含まれる固形物がエジェクタの排気経路を通過できない大きさであるとエジェクタが詰まる。
上記の場合は金型とエジェクタの間に適正なフィルターを介在させることで、エジェクタ内への固形物の進入を防ぐことができるが、フィルターの目が排気抵抗となりガス排出効率が下がる。
また排気流体中に粘度の高い油分等が含まれていた場合、フィルターを通過する微小な固形物が油分を接着成分としてエジェクタの排気経路の屈折部に徐々に堆積していき、それが排気経路を詰まらせる要因になる。
エジェクタが詰まると、エジェクタの交換もしくはエジェクタのメンテナンスで製造工程を止める事となる。
また鋳造のトラブルによっては金型のガス排出口から溶融金属がそのままエジェクタに流れ込み、エジェクタ内部で凝固する事がある。一般的なアルミダイカストではエジェクタに流れ込んでくる溶湯は７００℃前後であり進入速度が３０ｍ／ｓｅｃにも達する事がある。そのため本用途に供するエジェクタには、強度的な工夫及び耐熱的な工夫及び、機能を復元するためのメンテナンス的な工夫が必要となる。
なお、型内ガスの排気による成型品の品質改善効果を得るには、到達真空度が−５０ｋＰａは必要である。本用途のエジェクタとしては、一般的な製造工場において常用されるエア配管圧力である０．３ＭＰａで、到達真空度が−５０ｋＰａを超える事が望ましい。

図２に吸気口２１ａと駆動流体噴出口であるノズル２２ｂとディフューザー２１ｂと、駆動流体導入口２２ａを備え、ノズル２２ｂとディフューザー２１ｂが同軸で直線的に連通している一般的な構造のエジェクタを示す。金型からの排出ガスは排気経路Hに示すようにノズル２２ｂとディフューザー２１ｂの配置軸方向に対して任意の角度でエジェクタ内部に入り、ディフューザー２１ｂより排出される。
この構造のエジェクタは、吸気口２１ａの口径に対してディフューザーの最小内径部２０ｄが小さいため詰りやすい。例えば、同様のエジェクタである非特許文献１のエジェクタ商品群の最大ノズル径は２ｍｍであり、ディフューザーの最小径もそれに準じ、この型番の吸気口ポートに対応する接続配管の内径は直径１０ｍｍから１１ｍｍになる。
また排気経路Ｈが屈折しているため、その屈折箇所に異物が堆積しやすく、長期使用した際の安定性に欠く。
溶融金属がエジェクタ内部に侵入した場合、ノズル２２ｂとディフューザー２１ｂは側面から溶融金属の物理的及び熱的衝撃を受ける事になる。この場合ノズル２２ｂ及びディフューザー２１ｂの欠損が起こることもある。また欠損しなくてもノズル２２ｂとディフューザー２１ｂの同軸度と相対位置の復元が困難になることもある。

上記をふまえ特許文献２で考案した図３のエジェクタは、ノズル３２ｂとディフューザー部３１ｂを同面上に彫り込み形成することで、ノズル３２ｂとディフューザー３１ｂの同芯度と相対位置を固定しメンテナンス性を上げた。
しかしながら本エジェクタでも吸入口３２ａから吸引されたガスは、屈折した排気経路Ｈ内を通るので、屈折部に異物が堆積しやすいという図１のエジェクタと同じ問題点がある。

図４に示すエジェクタは、排気ガスの吸入口４２ａ及びノズル４２ｂとディフューザー４１ｃを同軸に配し、駆動流体Ｆを吸気経路のノズル部４２ｂ周囲から環状にディフューザー４１ｃ方向に流し、負圧を発生させる。
エジェクタの吸入口４２ａの内径及びディフューザー４１ｃの最小内径を、型や湯止めブロックに設けられた型内キャビティ部と連通する排気経路の内径と同一もしくはより大きくすることで、型や湯止めブロックに設けられた型内キャビティ部と連通する排気経路を通過する大きさの固形物ならば、エジェクタの吸入口４２ａの内径及びディフューザー４１ｃを通過しエジェクタ外部に排出されエジェクタ内部には詰まらない。また排気経路の径を大きくできるため、フィルターを吸入口４２ａ側に設置したとしても、フィルターのメッシュの粗さを大きくできるので、フィルターによる排気抵抗は小さく出来る。
また排気経路Ｈを直線的に出来るため、排気経路Ｈに異物は堆積しにくい。
本構造のエジェクタは吸気経路側端面に設けられたノズル４２ｂの外周と、その外側に設置されたノズル４１ｂの内周で同心円的に駆動流体噴出口４３が形成されるため、ノズル４２ｂの外周とノズル４１ｂの内周の同芯度と相対位置が重要になる。
例えば図２の構造のエジェクタにおいて、駆動流体噴出口であるノズル２２ｂの直径を２ｍｍとした際、図４の構造のエジェクタでノズル４２ｂの外周径を６ｍｍとして図２のエジェクタと同じ噴出口断面積を得る場合、ノズル４１ｂの内径は６．３２ｍｍとなり、隙間が一定の０．１６ｍｍの同心円をノズル４２ｂの外周とノズル４１ｂの内周で形成する事となる。金型からの伝導によるエジェクタの熱膨張や、溶融金属がエジェクタ内部に入ってきた場合の熱的及び物理的衝撃、及び現状復帰へのメンテナンスを考えた場合、片側０．１６ｍｍの寸法を軸方向及び同芯方向で安定的に維持する事は困難である。
またノズルの形状及び材質及び駆動流体の圧力によっては発生するノズル４２ｂの共振現象や、振動環境下での使用には、ノズル類の位置関係の振れによって真空発生性能が安定しない場合もある。
類似の構造の市販エジェクタとして非特許文献２及び非特許文献３が挙げられる。しかしながらこれらのエジェクタは駆動エア圧０．３ＭＰａとした場合の到達真空度が低い（−１５ｋＰａから−３０ｋＰａ）ため、例えば上記真空ダイカスト及び真空成型用途では有効ではない。

特開２００６−２３１５１３ 特開平１０−１１１２９９ 特許番号 第２５０６０８０ 特開２００５−３１３０４９ 特番番号 第３５４１３５０ 特開２００３−１１４９

ＳＭＣ株式会社 商品カタログ「真空エジェクタＺＨシリーズ(2009年版)」 株式会社 日本ピスコ 商品カタログ「真空発生器ＶＲＬ(2009年版)」 株式会社 ブローバック 商品カタログ「エグザイアーガン＆チューブ」

本発明は上記背景技術に鑑みて、気体及び液体及び固体の混合流体の排気及び輸送において、真空発生性能が安定し、詰まりにくく、メンテナンス時の機能再現性に優れたエジェクタの提供を目的とする。

本発明のエジェクタは、駆動流体導入口１１ａとそれに連通した絞り部であるノズル１１ｂからなる外周部品１１と、吸入口１２ａとそれに連通する排出口１２ｂと排出口１２ｂの外周に複数の溝１２ｃを設けられた吸入経路管１２からなり、ノズル１１ｂの傾斜面に排出口１２ｂの端面を接することにより駆動流噴射口１３を形成することを特徴とする。（図１参照）

駆動流体流入口１１ａから導入された駆動流体は、ノズル１１ｂの壁面に沿って収束され加速され方向性を与えられて駆動流体噴射口１３から排出口１２ｂの前方へ噴射される。駆動流体噴射口１３から噴射された流体はノズル１１ｂ壁面に沿って流れ、排出口１２ｂの先に収束し、ディフューザー部１１ｃを通過する。この際に排出口１２ｂからディフューザー１１ｃに向けて流れる２次流が発生し、吸気口１２ａ部に負圧が発生する。

ディフューザー１１ｃと、吸気口１２ａ及び排出口１２ｂを直線的に連通させることにより、屈折の無い排気経路を実現できる。
また、ディフューザー１１ｃの最小内径を、吸気口１２ａ及び排出口１２ｂの内径に近似もしくは大きくすることにより、吸気口１２ａから吸入される大きさの固形物ならば、エジェクタ内の経路を詰まらせること無くディフューザー１１ｃより排出する事ができる。

駆動流体噴射部１３は、ノズル１１ｂの傾斜面に、溝１２ｃを設けられた排出口１２ｂの外周端を接する事により、排出口１２ｂを支持及び位置を拘束して形成される。これにより発生真空度に大きく影響する排出口１２ｂとノズル１１ｂの同軸度や相対位置のずれが起きにくくなり、振動環境下での性能の安定が見込め、また排出口１２ｂの共振現象も起きにくくなる。

本エジェクタの基本形状は汎用旋盤で用意に削り出す事が可能で、材料に鋼材を使用することで、例えば真空ダイカスト用排気エジェクタとしてならば十分な耐熱性を付与できる。
これらの利点により熱的及び物理的衝撃に強くかつ性能の安定したエジェクタを実現できる。

図５の様に溝１２ｃを軸に対して傾斜をつけて設ける事で、駆動流体噴射部１３から噴射される駆動流体を旋回させる事ができる。なお、複数本の溝１２ｃはそれぞれ同じ形状である必要は無い。
また排出口１２ｂの外周部にある溝１２ｃ形状部は、切り欠き形状であっても代用できる。

駆動流体噴射部の形状の違いによる発生真空度を比較した。
図５は、本発明に関わる一実施形態として、駆動流体導入口１１ａとそれに連通した絞り部であるノズル１１ｂとディフューザー１１ｃを備えた外周部品１１と、吸入口１２ａとそれに連通する排出口１２ｂと排出口１２ｂの外周に複数の溝１２ｃを備えた吸入経路管１２において、外周部品１１のノズル１１ｂの傾斜面に吸入経路管１２の排出口１２ｂを接することにより駆動流噴射口１３を形成したエジェクタである。
図６は、本発明の実施形態ではない、効果の比較として製作したエジェクタである。
図６は、駆動流体導入口６１ａとそれに連通した絞り部であるノズル６１ｂとディフューザー６１ｃを備えた外周部品６１と、吸入口６２ａとそれに連通する排出口６２ｂと排出口６２ｂの外周に複数の溝６２ｃを備えた吸入経路である吸入経路管６２において、ノズル６１ｂの傾斜面より手前で外周部品６１と吸入経路管６２の排出口６２ｂを円筒形状で面的に嵌合させ駆動流体噴射部を形成しているエジェクタである。なお嵌合長さＫは２ｍｍとした。
比較のため、以下の寸法と形状を同一とした。
（１）排出口１２ｂと排出口６２ｂの内径ｄ１を６ｍｍとした。
（２）排出口１２ｂと排出口６２ｂの外径ｄ２を１０ｍｍとした。
（３）溝１２ｃ及び溝６２ｃの溝一つの断面積を１．５平方ｍｍとして排出口外周に等間隔に６つ設けた。駆動流噴出口の総断面積は９平方ｍｍとなる。
（４）ノズル１１ｂとノズル６１ｂの角度Ａ１を３０度とした。
（５）ディフューザー１１ｃとディフューザー６１ｃは円筒形とし内径を６ｍｍに、長さＬ１を６ｍｍとした。
図７にそれぞれ図５と図６のエジェクタの導入駆動エア圧力による発生真空度を示す。エア圧０．３ＭＰａにおける発生真空度は、図６のエジェクタが−３８ｋＰａ、本発明の一実施形態である図５のエジェクタが−４４ｋＰａとなった。
発明の一実施形態である図５のエジェクタは、駆動流が駆動流噴出口１３から噴出した時に既にノズル１１ｂの斜面に沿った角度となっているため、噴出口１３より噴出した駆動流がノズル壁面に衝突することによる圧力損失が少ない。また図６のエジェクタは駆動流の最小絞り部が勘合部となるため、勘合距離Ｋの長さの分だけ通路抵抗による圧力損失が生じる。
本結果より本発明の一実施形態である図６のエジェクタの方が駆動流の圧力損失を抑えられ、良好な真空度を得られると考えられる。

（イ）は本発明の実施の一形態に係るエジェクタの断面図、同図（ロ）は同図（イ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 従来の構造のエジェクタその１の説明図。 （イ）従来の構造のエジェクタその２の説明図、同図（ロ）は同図（イ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 （イ）従来の構造のエジェクタその３の説明図、同図（ロ）は同図（イ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 効果の比較のための本発明の実施の一形態であるエジェクタの断面図。 効果の比較のためエジェクタの断面図。 図５及び図６のエジェクタの駆動エア圧に対する発生真空度の比較グラフ。 （イ）本発明の実施の一実施形態に係るエジェクタ断面図、同図（ロ）は同図（イ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施形態における駆動エア圧に対する発生真空度グラフ。 本発明の一実施形態における駆動水圧に対する発生真空度グラフ。

図８は、本発明の実施形態の一例である。

図９に、図８に対して以下の寸法とし、エアを駆動流体とした時の発生真空度グラフを示す。
（１）吸入口１２ａ及び排出口１２ｂの内径ｄ１を６ｍｍとした。
（２）排出口１２ｂの外径ｄ２を１０ｍｍとした。
（３）溝１２ｃは断面積１．５平方ｍｍとして６本設けた。６本の溝１２ｃの総断面積となる駆動流噴出口１３の断面積は９平方ｍｍとなる。
（４）ノズル１１ｂの角度Ａ１を３０度とした。
（５）ディフューザー１１ｃの最小内径ｄ３を６ｍｍ、ディフューザー１１ｃの最大内径ｄ４を８ｍｍ、ディフューザーは円錐形としその角度Ａ２を８度とした。
（６）ノズル１１ｂの最小径であり、ディフューザー１１ｃの最小径である円筒形状箇所の長さＬを２ｍｍとした。
本実施形態のエジェクタで駆動エア圧が０．３ＭＰaとした時に真空度−５８ｋＰａに達した。この真空度であれば、一般の製造工場の配管エア圧にて上記真空ダイカスト及び真空成型用途においての成型品の品質改善を期待できる。

図１０に、図８に対して以下の寸法とし、水を駆動流体とした時の真空度発生グラフを示す。
（１）吸入口１２ａ及び排出口１２ｂの内径ｄ１を６ｍｍとした。
（２）排出口１２ｂの外径ｄ２を１０ｍｍとした。
（３）溝１２ｃは断面積１．５平方ｍｍとして８本設けた。８本の溝１２ｃの総断面積となる駆動流噴出口１３の断面積は１２平方ｍｍとなる。
（４）ノズル１１ｂの角度Ａ１を３０度とした。
（５）ディフューザー１１ｃの最小内径ｄ３を６ｍｍ、ディフューザー１１ｃの最大内径ｄ４を８ｍｍ、ディフューザーは円錐形としその角度Ａ２を１２度とした。
（６）ノズル１１ｂの最小径であり、ディフューザー１１ｃの最小径である円筒形状箇所の長さＬを２ｍｍとした。
本実施形態のエジェクタで駆動水圧を０．１７５ＭＰａとした時に真空度−９８ｋＰａに達した。０．１７５ＭＰａという水圧は一般家庭水道で十分に供給されうる圧力である。
駆動流を水とした場合の考えられる用途例としては、成型金型の冷却水を負圧で循環させる駆動源、湖沼の汚泥の吸い上げの駆動源、水溶性ガスの吸気及び排気及び混合等が考えられる。

１１ 外周部品、１１ａ 駆動流導入口、１１ｂ ノズル、１１ｃ ディフューザー
１２ 吸入経路管、１２ａ 吸入口、１２ｂ 排出口、１２ｃ 溝
１３ 駆動流体噴出口
Ａ１ ノズル１１ｂの角度、Ａ２ ディフューザー１１ｃの角度
ｄ１ 吸入口１２ａの内径、ｄ２ 排出口１２ｂの内径、ｄ３ ディフューザー１１ｃの最小部内径、ｄ４ ディフューザー１１ｃの最大部内径
Ｆ 駆動流体の流れ方向
Ｈ 吸入及び排出流体の流れ方向

Claims (1)

1. 吸入経路の外周から吸入経路内に環状に駆動流を噴出することで吸入経路管内に負圧を発生させ、吸入経路管内の気体及び流体及び固体及びそれらの混合体を吸気及び排気もしくは移送させるエジェクタにおいて、外周に溝等を設けた吸入経路管の外周端面を、吸入経路管の外側に設置したノズルの傾斜面に接することにより、駆動流の噴出口を形成することを特徴としたエジェクタ。