JP2013200749A - 極微細絞り機構と極微細絞り部の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、極微細絞り機構に関し、従来の極微細絞り機構では、極微細絞りの設定が困難であるとともに歩留まりが悪いことが課題であって、それを解決することである。
【解決手段】絞り機構における金属製のチューブが、絞り機構用ハウジングの内部において流路に沿ってその流路の一部として接続されて配置され、前記絞り機構用ハウジングの内部において前記チューブを潰して流体通過断面積を微小径孔相当の断面積に塑性変形させる極微少流量形成手段が設けられている極微細絞り機構１とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種瓦斯制御系、分析装置などにおいて気体の流量を絞る極微細絞り機構と極微細絞り部の形成方法に関するものである。

従来、上記の各種瓦斯制御系、分析装置等におけて各種の期待を極微量且つ安定して流す必要が有る。例えば、微細絞り機構のうち、固定絞り機構は、図７（Ａ）に示すように、人口宝石等を機械加工により製作する微小オリフィス２６と、図７（Ｂ）に示すように、ステンレス薄板をレーザーまたはエッチングにより鑽孔したオリフィス２７がある。このような固定絞り機構の従来例として特許文献１に記載のものが知られている。

特開２００８−２５６１００号公報

そして、固定絞り機構において、極微小流量を得るには、孔径は、１０ミクロン以下、加工精度は孔径の±１０％以内が必要となるため、機械加工では困難であり、また、レザー、エッチング加工においても薄板の耐圧強度を考慮すると、孔のアスペクト比は、５〜１０が必要であり、加工上困難となる。更に、加工条件を綿密に設定しても加工後の選別は免れず、歩留まりが悪くコストが嵩むものである。

また、可変絞り機構においては、前記固定絞り機構における加工上、歩留まり上の問題は回避できるが、極微小流量の設定には慎重且つ長時間の調整作業が必要であって生産性に課題がある。また、流量の調整後においても、微小な振動、衝撃等が絞り機構に加わると調整値がずれてしまう危険性を含んでおり、長時間安定した極微小流量を維持するのが困難である。

本発明に係る極微細絞り機構と極微細絞り部の形成方法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る極微細絞り機構の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、絞り機構における金属製のチューブが、絞り機構用ハウジングの内部において流路に沿ってその流路の一部として接続されて配置され、前記絞り機構用ハウジングの内部において前記チューブを潰してその内径を微小径に塑性変形させる極微少流量形成手段が設けられていることである。

前記極微少流量形成手段は、
機構用ハウジングの内部にチューブの長手方向に交差する方向に配置され、金属部材でチューブに向けて進行して前記チューブを押圧し塑性変形させる押圧手段と、
該押圧手段で潰された後のチューブの流量を測定する流量計測手段とであることを含むものである。

また、極微少流量形成のもう一つの手段は、
全体が略直線状で潰し部を有するチューブの両端部を保持する保持手段と、
前記保持手段のうち一方の保持手段を他方の保持手段に対してチューブを含む平面内で前記潰し部を中心にして左右に回動する回動手段と、
潰し部の後のチューブの流量を測定する流量計測手段とであることである。

更にまた、極微小流量形成の他の方法は、
円筒状で塑性変形可能なチューブの一部に潰し部を形成する方法であって、
チューブの一部をチューブの軸心に直交する方向から押圧手段で潰して潰し部を形成し、
そのチューブをチューブ両端部が同じ側で略平行になるように前記潰し部で折り曲げ、
当該チューブの両端部のうち一方の端部をチューブの軸心周りに捻りながらチューブ全体が略直線状になるように戻し、
この状態のチューブの両端部を保持手段で保持するとともに前記保持手段のうち一方の保持手段を他方の保持手段に対してチューブを含む平面内で前記潰し部を中心にして左右に回動させることである。

また、本発明に係る極微細絞り部の形成方法の要旨は、
円筒状で塑性変形可能なチューブの一部に潰し部を形成する方法であって、
前記チューブの長手方向に交差する方向に対向配置され、金属部材でチューブに向けて螺進してその先端部で前記チューブを押圧し塑性変形させる一対のネジ部材であることである。

本発明の極微細絞り機構と極微細絞り部の形成方法によれば、瓦斯等において任意の極微少な流量に設定できることであり、圧力や温度などの条件が変わらない限り、安定した極微少流量が得られ、振動や衝撃による影響も抑制できるようになる、と言う優れた効果を奏するものである。

本発明に係る極微細絞り機構１において、絞る前の状態の縦断面図（Ａ）、絞った後の縦断面図（Ｂ）である。 同本発明に係る極微細絞り機構１における一部分解縦断面図である。 同極微細絞り機構１の一部を組立てた縦断面図である。 実施例１に係る極微細絞り機構１における極微小流量形成手段と流量設定方法を説明する説明図である。 実施例２に係るチューブアセンブリを示す図である。 実施例２に係る極微細絞り機構１ａの断面図である。 実施例２に係る極微細絞り機構１ａの外観図である。 実施例２に係る極微細絞り機構１ａにおける極微少流量形成手段と流量設定方法を説明する説明図である。 実施例３に係るチューブの潰し方を説明した説明図である。 実施例３における、チューブの潰し具合における流量との関係を示す図表である。 従来例に係る固定絞りの例を示す縦断面図（Ａ），（Ｂ）である。

本発明に係る極微細絞り機構１とその極微細絞り部の形成方法は、筒状のチューブを塑性変形させ、流量を測りながら微小流量の状態を安定して維持させるものである。

本発明に係る極微細絞り機構１について、図１乃至図３を参照して説明する。この極微細絞り機構１においては、金属製（例えば、ステンレス製で外径が２ｍｍ以下）のチューブ（キャピラリーチューブともいう）２が、絞り機構用ハウジング３の内部において流路４に沿ってその流路の一部として接続されて配置され、前記絞り機構用ハウジング３の内部において前記チューブ２を潰してその流路断面が微小径（孔径が１０ミクロン以下で、±１０％以内）相当の流路断面になるように塑性変形させる極微少流量形成手段５が設けられている。

前記極微少流量形成手段５は、金属製機構用ハウジング３の内部にチューブ２の長手方向に交差する方向、例えば直交方向に配置され、金属部材で前記チューブ２に向けて進行して前記チューブ２を押圧し塑性変形させる押圧手段がある。

前記押圧手段としては、図２に示すように、貫通した流路４を有する金属製の本体６と、該本体６においてチューブ２を流路４に沿って保持するＯリング７と本体６上部のネジ孔６ｂに螺合される固定用カラー８と、該固定用カラー８とチューブ２の一端は圧入、カシメまたはロー付け等により気密且つ一体的に組み付けられており、本体６下部のネジ孔６ｂに螺合される保持用カラー８ａはチューブ２の他端が貫通し且つチューブ２が軸方向に自由に移動できる貫通孔を有し、チューブ２の外周と保持カラー８ａを密封するOリング７が収納され、前記流路４に直交する方向に本体６に穿孔されたネジ孔６ａに螺合されるネジ部材である六角孔付ネジ９，９とから構成されている。

前記六角孔付ネジ９は、前記チューブ２を直接押圧して潰すものであり、その先端部９ａは、前記チューブ２の外径よりも大となるように加工された平坦面になっている。この極微少流量形成手段５を組み立てたのが、図３に示す状態である。

前記極微少流量形成手段５は、図１（Ａ）に示すように、ハウジング３に気密用のガスケットシール１０，１１を介装させて装着される。また、ハウジング３の上に、流路４の一部を上下貫通させたブロック３ａが取り付けられている。そのブロック３ａの流路４には、瓦斯供給配管と接続するための接続ネジ３ｂが設けられている。また、ハウジング３の流路の下部にも、瓦斯供給配管と接続するための接続ネジ３ｃが設けられている。

前記ハウジング３の上下方向に直交する方向に、前記極微少流量形成手段５における六角孔付ネジ９を回転させ締め込むための六角レンチ１２（図４参照）を挿通させる孔３ｄ，３ｅが穿孔されている。

このように構成される極微細絞り機構１は、図４に示す方法により、極微少瓦斯供給のための絞り機構が設定される。流量設定装置は、瓦斯供給源１４、フィルター１５、一次減圧弁１６、圧力計１７、精密フィルター１８、精密減圧弁１９、上流側精密圧力計２０、流量計測手段２１で構成される。

このように構成される極微少瓦斯流量設定装置により、所定の供給圧力を精密減圧弁１９で設定し、下流側の瓦斯流量計２１の指示計を見ながら、一対の六角レンチ１２，１２を孔３ｄ，３ｅから挿入して六角孔付ネジ９を締め込んでいく。そして、チューブ２の一部が潰され塑性変形して行き、所望の瓦斯流量になったところで、前記六角孔付ネジ９による締め込みを停止して、セット完了となる。

前記塑性変形されたチューブ２により、極微少流量の瓦斯が安定して供給されるようになるものである。

本発明に係る第２実施例は、極微細絞り機構１に代わって極微細絞り機構１ａを採用したものである。この極微細絞り機構１ａには、図５−Ａに示す管路の一部を潰しチューブ２ｂを使用するものである。

前記チューブ２ａは、図５−Ａに示すように、その一端をＡカラー６ｃ、他端をＢカラー６ｄに圧入、カシメまたはロー付け等により気密且つ一体的に組み付けられており、チューブ２ａのほぼ中央部をチューブの軸心に直交する方向から押圧手段で潰して潰し部２ｂを形成する。この押圧手段は、実施例１と同様の押圧手段で行う。

この状態のチューブアセンブリはハウジング２２に気密用のＯリングを介装させて装着される。更に、上ブロック２３ａ，下ブロック２３ｂを取り付けた極微細絞り機構１ａの断面図及び外観図を図５−Ｂ、図５−Ｃに示す。

図５−Ｂに示すように、ハウジング２２の上に、流路４の一部を上下貫通させた上ブロック２３ａが取り付けられている。その上ブロック２３ａの流路４には、瓦斯供給配管と接続するための接続ネジ３ｂが設けられている。また、ハウジング２２の下部に取付けられた下ブロック２３ｂにも、瓦斯供給配管と接続するための接続ネジ３ｃが設けられている。

そして、このハウジング２２の下側の外周壁面に、前記Ｂカラー６ｄをチューブ２ａの軸周りに回転させる凹状の回転冶具挿入用スリット２５が刻設されている。また、ハウジング２２には、前記Ａカラー６ｃ及びＢカラー６ｄを固定できる位置に流路４に対し直交する方向に穿孔されたネジ孔が設けられ、各々一対のカラー固定用セットスクリュー２４ａ、カラー設定位置保持用セットスクリュー２４ｂが対向して螺合されている。

このように構成される極微細絞り機構１ａは、図５−Ｄに示す方法により、極微少瓦斯供給のための絞り機構が設定される。流量設定装置は、瓦斯供給源１４、フィルター１５、一次減圧弁１６、圧力計１７、精密フィルター１８、精密減圧弁１９、上流側精密圧力計２０、流量計測手段２１で構成される。

このように構成される極微少瓦斯流量設定装置において、初めに一対のカラー固定用セットスクリュー２４ａを同時に締めこみＡカラー６ｃを固定する。所定の供給圧力を精密減圧弁１９で設定し、下流側の瓦斯流量計２１の指示計を見ながら、回転冶具挿入用スリット２５に挿入した冶具によりＢカラー６ｄを回転させ、所望の瓦斯流量になったところで回転を停止し、一対のカラー設定位置保持用セットスクリュー２４ｂを均一且つ同時に締めこんでセット完了となる。

本発明に係る第３実施例は、チューブ２ａを変形させる方法の一例を示すものである。その形成方法について説明すると、図６−Ａに示すように、最初の筒状態でステンレス製のチューブ２ａを、段階(1)〜段階(2)のように、チューブ２ａの一部をチューブの軸心に直行する方向から押圧手段で潰して潰し部２ｂを形成する。この押圧手段は、実施例１と同様の押圧手段で行う。

そのチューブ２ａをチューブ両端部２ｃ，２ｄが同じ側で略平行になるように前記潰し部２ｂで折り曲げて、段階(3)のようにする。次に、当該チューブ２ａの両端部２ｃ，２ｄのうち一方の端部２ｄを、チューブ２ａの軸心周りに捻りながらチューブ全体が略直線状になるように戻して、段階(4)に示す状態にする。なお、潰し部２ｂで曲がっているので、一本の直線状となるものではないので、若干オフセットされた状態であり、この状態を略直線状と称している。

この場合、前記一方の端部２ｄを、前記潰し部２ｂを通る中間軸に対して他方の端部２ｃと一方の端部２ｄを含む対向する平行な平面を考え、この一方の端部２ｄを有する平面内で上に１８０度で時計方向若しくは反時計方向に回転させるものである。なお、前記一方の端部２ｄを、チューブ２ａの軸心周りに捻らないで、前記一方の端部２ｄを有する平面内で上に１８０度で時計方向若しくは反時計方向に回転させるだけの場合も含むものである。

この状態の段階(4)のチューブ２ａを予め用意しておく。そして、このチューブ２ａの両端部２ｃ，２ｄを、図５−Ｂにおいて示す極微細絞り機構１ａにおける保持手段である円筒状のＡカラー６ｃ，Ｂカラー６ｄで保持させる。このカラー６ｃ，６ｄは、ハウジング２２の取付孔に装着されて、更に、流路４に直交する方向からカラー位置固定用ネジ２４，２４がそれぞれの貫通孔に螺合されて、固定される。

前記ハウジング２２において、前記Ａカラー６ｃに対して前記Ｂカラー６ｄが相対的に回転するように構成されている。図５−Ｂでは、単に、Ｂカラー６ｄがチューブ２ａの軸周りに回転できる状態で示しているが、図６−Ａの段階(5)のように２ａ全体を含む平面内で回転角度θにするには、図５−Ｂにて示すハウジング２２を上下で分割して、Ｂカラー６ｄを含む下だけのハウジングを、上ハウジングに対して回動させるようにするものである。

そして、前記保持手段のうち一方の保持手段であるカラー６ｄを他方の保持手段であるカラー６ｃに対して、チューブ２ａの全体を含む平面内で前記潰し部２ｂを中心にして左右に回動させる。これが、図６−Ａにおける段階(4)の状態から段階(5)に示す状態である。

そして、回転角度θを１８０度にしたものが、段階(6)に示す状態である。そして、図４に示す、前記チューブ２ａの流量を測定する流量計測手段である瓦斯流量計２１を含めて、極微細絞り機構１ａが構成されているものである。

このチューブ２ａにおける流量に関して、図６−Ｂに示すように、絞り形状に応じた瓦斯流量を示す。段階(1)で径０．９１〜段階(2)の径０．２４までは、１分間（ｍｉｎ）の瓦斯流量は左目盛りのＬ/ｍｉｎで示され、段階(2)の径０．２３〜段階(6)までの瓦斯流量は右目盛りのｍＬ/ｍｉｎで示される。段階(3)以降の数値（９０°など）は時計（反時計）方向の回転角度を示すものである。例えば、段階(5)９０°では、瓦斯流量が約１０ｍＬ/ｍｉｎとなっている。

前記極微微細絞り機構１ａのチューブ２ａの回転角度θは、前記瓦斯流量計２１の指示計を見ながらゆっくりと回転させて設定するものである。所定の瓦斯流量になったら前記Ｂカラー６ｄの回転を停止して、その状態を維持するものである。

本発明に係る極微細絞り機構とその極微細絞り部の形成手段は、瓦斯流量のみならず液体流量の極微細絞り機構としても適用できるものである。

１ 極微細絞り機構（実施例１）、
１ａ 極微細絞り機構（実施例２）
２ チューブ、
２ａ 第２実施例のチューブ、 ２ｂ 潰し部、
２ｃ 他方の端部、 ２ｄ 一方の端部、
２ｅ 中間軸、
３ ハウジング、 ３ａ ブロック、
３ｂ，３ｃ 接続ネジ、 ３ｄ，３ｅ レンチ挿入用孔、
４ 流路、
５ 極微少流量形成手段、
６ 本体、 ６ａ ネジ孔、
６ｂ ネジ孔、 ６ｃ Ａカラー、
６ｄ Ｂカラー、
７ Ｏリング、
８ 固定用カラー、
８ａ 保持用カラー
９ 六角孔付ネジ、 ９ａ 先端部、
１０，１１ ガスケットシール、
１２ 六角レンチ、
１４ 瓦斯供給源、
１５ フィルター、
１６ 一次減圧弁、
１７ 圧力計、
１８ 精密フィルター、
１９ 精密減圧弁、
２０ 上流側精密圧力計、
２１ 瓦斯流量計、
２２ ハウジング、
２３ａ 上ブロック、 ２３ｂ 下ブロック、
２４ａ カラー固定用セットスクリュー
２４ｂ カラー設定位置保持用セットスクリュー、
２５ 回転軸挿入用スリット、
２６，２７ オリフィス。

Claims (5)

1. 絞り機構における金属製のチューブが、絞り機構用ハウジングの内部において流路に沿ってその流路の一部として接続されて配置され、
   前記絞り機構用ハウジングの内部において前記チューブを潰してその内径を微小径に塑性変形させる極微少流量形成手段が設けられていること、
   を特徴とする極微細絞り機構。
2. 極微少流量形成手段は、
   機構用ハウジングの内部にチューブの長手方向に交差する方向に配置され、金属部材でチューブに向けて進行して前記チューブを押圧し塑性変形させる押圧手段と、
   該押圧手段で潰された後のチューブの流量を測定する流量計測手段とであること、
   を特徴とする請求項1に記載の極微細絞り機構。
3. 極微少流量形成手段は、
   全体が略直線状で潰し部を有するチューブの両端部を保持する保持手段と、
   前記保持手段のうち一方の保持手段を他方の保持手段に対してチューブを含む平面内で前記潰し部を中心にして左右に回動する回動手段と、
   潰し部の後のチューブの流量を測定する流量計測手段とであること、
   を特徴とする請求項１に記載の極微細絞り機構。
4. 円筒状で塑性変形可能なチューブの一部に潰し部を形成する方法であって、
   チューブの一部をチューブの軸心に直交する方向から押圧手段で潰して潰し部を形成し、
   そのチューブをチューブ両端部が同じ側で略平行になるように前記潰し部で折り曲げ、
   当該チューブの両端部のうち一方の端部をチューブの軸心周りに捻りながらチューブ全体が略直線状になるように戻し、
   この状態のチューブの両端部を保持手段で保持するとともに前記保持手段のうち一方の保持手段を他方の保持手段に対してチューブを含む平面内で前記潰し部を中心にして左右に回動させること、
   を特徴とする極微細絞り部の形成方法。
5. 円筒状で塑性変形可能なチューブの一部に潰し部を形成する方法であって、
   前記チューブの長手方向に交差する方向に対向配置され、金属部材でチューブに向けて螺進してその先端部で前記チューブを押圧し塑性変形させる一対のネジ部材であること、
   を特徴とする極微細絞り部の形成方法。

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