JP5715969B2 - 流体抵抗デバイス - Google Patents

Description

本発明は、流量を測定するときなどに用いられる、例えば差圧を発生させるための流体抵抗デバイスに関するものである。

差圧式の流量測定装置や流量制御装置などでは、差圧を発生させるための流体抵抗デバイスを使用する。代表的な流体抵抗デバイスとしては、板材に細孔を開けて形成したオリフィス部材や、金属細管によって形成したキャピラリ部材などを挙げることができる。

ところで、オリフィス部材を用いるかキャピラリ部材を用いるかは、流体の流量や粘度、流量などによって適宜選択されるが、ここでキャピラリ部材に着目すると、従来、キャピラリ部材は、例えば、特許文献１における図１、図２等に示すように、ブロック体などに形成した流体流路に金属細管５を溶接接続して構成されている。

特開２００９−２０４６２６号公報

しかしながら、前記溶接作業には非常な手間と技術力とが必要とされ、コストアップ等を招くという不具合がある。また、流体抵抗を大きくしたい場合に、金属細管を細くすると、前記溶接作業がさらに難しくなったりすることから、金属細管を長くせざるを得なくなり、コンパクト化を図れないという不具合もある。さらに、キャピラリ部材を一定の大きさに収める必要があることから金属細管を曲げる工程も存在するところ、その曲げ工程のときに内径が僅かに変わるなどして流体抵抗値が変化するため、製品毎の性能の均一化を図ることが難しい。

本発明はかかる課題を解決すべく、シール部材を利用して流体抵抗路を形成するという全く新しい発想に基づいてなされたものであって、簡単に製作できてコンパクト化を図れ、さらには性能の均一化や精度向上等にも寄与できる流体抵抗デバイスを提供することをその主たる目的とするものである。

すなわち、本発明に係る流体抵抗デバイスは、内部に上流側流路、下流側流路及びそれら流路間を接続する流体抵抗路が形成され、前記上流側流路と前記下流側流路との間に所定の差圧を発生させるものであって、
互いに対向する対向面を有するとともに、前記対向面における互いに偏位した箇所に、前記上流側流路の下流端及び前記下流側流路の上流端を開口させた２つの部材と、
前記下流端開口及び上流端開口を取り囲むように配置され、前記対向面に挟まれることによって該下流端開口及び上流端開口の間に前記流体抵抗路を形成し、前記２つの部材とは別体をなす環状シール部材とを具備し、
前記環状シール部材を前記各部材よりも固い素材で形成しておき、前記対向面が接近するように２つの部材を締め付けることによって、前記環状シール部材が前記対向面に食い込むように構成していることを特徴とする。

このようなものであれば、例えば予め型成形などで作っておいた環状体を、一方の部材の対向面における所定位置に載せ、そこに他方の部材を取り付けるだけで、環状体の内周縁と各対向面に囲まれた流体抵抗路を形成することができる。したがって、溶接などの複雑な作業をすることなく、極めて簡単に流体抵抗デバイスを製造することができる。
また、流体抵抗路の寸法精度を向上させることが容易にできるので、性能のばらつきが少ない流体抵抗デバイスを提供できる。
さらに、流体抵抗路を形成する環状体が、各部材の対向面にそれぞれ食い込んでシール部材の機能をも担うので、部品点数の削減を図ることができる。
また、前記部材は共通にして、挟みこむ環状体の種類さえ変えれば、様々な流体抵抗特性を有する流体抵抗デバイスを簡単に製造することができ、製品としてのラインアップを容易に取り揃えることができる。

一方の部材にのみ上流側流路や下流側流路を形成するようにして、他方の部材の構造の簡単化を図るには、前記下流端開口と上流端開口とがともに一方の部材の対向面に形成してあるものが望ましい。

キャピラリを形成する具体的態様としては、前記下流端開口と上流端開口との間において、環状体の対向する内縁部が互いに等しい距離を保ちながら平行に延伸する平行延伸部が形成してあり、該平行延伸部において横断面に比べて長さが十分に長いキャピラリが形成されているものを挙げることができる。

前記環状体が、中央部材と、該中央部材における一方の対向面を向く面の一部から突出する第１突出部と、該中央部材における他方の対向面を向く面の一部から突出する第２突出部とから構成されていれば、環状体の中央部は各突出部に比べて幅広であることから該中央部は対向面にほとんど食い込まず、突出部のみが対向面に食い込むこととなるので、この中央部の高さ分だけの寸法精度のよい隙間が対向面間に形成されることとなる。その結果、流体抵抗路の形状、寸法を極めて精度よく再現することができ、性能のばらつきがより少ない性能の良い流体抵抗デバイスを提供できる。

具体的には、前記第１突出部が前記中央部材の内端部から突出しており、前記第２突出部が前記中央部材の外端部から突出しているものを挙げることができる。このようなものであれば、横断面から視て環状シール部材が若干回転しながら、すなわち突出部が斜めに傾きながら各対向面に食い込んでいくので、食い込み箇所において、単に上下方向だけでなく横方向にも応力が生じ、シールをより確実に行うことができる。

前記第１突出部が前記中央部材の中央部から突出しており、前記第２突出部が前記中央部材の内端部及び外端部からそれぞれ突出した一対のものであってもよい。

また、本発明は、上流側流路、下流側流路及びそれら流路間を接続する流体抵抗路が形成され、前記上流側流路と前記下流側流路との間に所定の差圧を発生させる流体抵抗デバイスであって、
互いに対向する対向面を有するとともに、前記対向面における互いに偏位した箇所に、前記上流側流路の下流端及び前記下流側流路の上流端を開口させた２つの部材と、前記下流端開口及び上流端開口を取り囲むように配置され、前記対向面に挟まれることによって該下流端開口及び上流端開口の間に前記流体抵抗路を形成する環状シール部材とを具備し、前記各部材を前記環状シール部材よりも固い素材で形成しておき、前記対向面が接近するように２つの部材を締め付けることによって、前記対向面が前記環状シール部材に食い込むように構成していることを特徴とするものでも構わない。

この場合に、シールをより確実に図る具体的態様としては、前記各対向面に環状の突条がそれぞれ形成してあり、各突条が環状体の表面及び裏面に食い込むように構成してあるものが好ましい。

このように構成した本発明によれば、環状体がシール部材としても流体抵抗路の形成部材としても機能するので、簡単に製作できてコンパクト化や部品点数の削減を図れ、さらには性能の均一化や精度向上等にも寄与できる。

本発明の一実施形態における流体抵抗デバイスの模式的全体図。 同実施形態における流体抵抗デバイスの模式的分解斜視図。 同実施形態における環状体の平面図。 同実施形態における環状体の部分斜視図。 同実施形態における流体抵抗デバイスの組み立て手順を説明する横断面から見た組み立て説明図。 本発明の他の実施形態における流体抵抗デバイスの組み立て手順を説明する横断面から見た組み立て説明図。 本発明のさらに他の実施形態における環状体の横断面図。 本発明のさらに他の実施形態における環状体の平面図。 本発明のさらに他の実施形態における環状体の平面図。 本発明のさらに他の実施形態における流体抵抗デバイスの模式的分解斜視図。 同実施形態における流体抵抗デバイスの組み立て手順を説明する横断面から見た組み立て説明図。

以下、本実施形態にかかる流体抵抗デバイス１００を図面を参照して説明する。

この流体抵抗デバイス１００は、例えば流量制御装置の一部、すなわち、この流体抵抗デバイス１００の前後の圧力を測定して流量を測定する部分（具体的には３ｃｃ／ｍｉｎ以下の液体流量測定部分）を構成するものであり、図１に示すように、全体として直方体ブロック状をなし、その内部には、流体が流れる上流側流路（図示しない）、下流側流路（図示しない）及びそれら流路間を接続する流体抵抗路５（図２等参照）が形成してある。
より具体的に説明すると、この流体抵抗デバイス１００は、図２に示すように、２つの部材たる本体部材１及び蓋部材２と環状体３とを具備している。

本体部材１は、直方体形状をなす金属製のものであり、内部に前記上流側流路及び下流側流路が形成してある。これら各流路は実質的に流体の抵抗にはならない十分な大きさの断面積を有するものであり、前記上流側流路の下流端４１及び前記下流側流路の上流端４２は、この本体部材１の上面１ａ（請求項の対向面）における異なる位置に開口させてある。

蓋部材２は、前記本体部材１の上面１ａに取り付けられる平板状金属製のものであり、平面視、その輪郭形状を前記本体部材１と合致させてある。なお、前記本体部材１及び蓋部材２は、例えば、耐腐食性に富むＳＵＳ３１６Lを素材とするものである。

環状体３は、図２〜図４に示すように、本体部材１及び蓋部材２の対向面１ａ、２ａ間（本体部材１の上面１ａと蓋部材２の下面２ａとの間）に挟まれて保持される金属製のものであって、前記下流端開口４１及び上流端開口４２を含んで取り囲むように配置される。

詳述すれば、この環状体３は、平面方向から視ると、図３に示すように、各開口４１、４２の周囲にそれぞれ配置される一対の部分円弧部３１と、前記部分円弧部３１間に設けられて、対向する内縁部３２１が等しい距離を保って直線的に平行に延伸する平行延伸部３２とからなるものである。なお、この部分円弧部３１は、その内径が前記開口４１、４２の径よりも大きくしてあり、この環状体３の本体部材１に対する位置ずれをある程度許容できるように構成してある。

一方、この環状体３は、図４、図５等に示すように、延伸方向と直交する面で切った横断面形状が等しいものであり、この横断面方向から視ると、この環状体３は、横長の矩形状をなす中央部３ａと、前記中央部３ａの中央から蓋部材２に向かって突出する第１突出部３ｂと、前記中央部３ａの各外端部から本体部材１に向かって突出する一対の第２突出部３ｃとからなるものである。なお、この環状体３は、前記本体部材１及び蓋部材２よりも固い素材、例えばここではＳＵＳ３１６ＬＨを採用している。

次に、この流体抵抗デバイス１００の組み立て方を説明する。
まず、図２に示すように、本体部材１の上面に環状体３を載せる。このとき、環状体３の各部分円弧部３１が前記下流端開口４１と上流端開口４２との周囲にそれぞれ配置されるようにする。

次に、図５（ａ）に示すように、環状体３が載った本体部材１の上に蓋部材２を載せる。そして、蓋部材２の周縁部からねじＮを所定トルクで締結して本体部材１と蓋部材２とを互いの対向面１ａ、２ａが近づくように押圧する。

この過程で、環状体３は、図５（ｂ）に示すように、横断面から視て僅かに回転しながら、その第１突出部３ｂを蓋部材２の下面（対向面）２ａに、第２突出部３ｃを本体部材１の上面（対向面）１ａにそれぞれ食い込ませる。環状体３の方が蓋部材２及び本体部材１よりも固い素材で形成しているからである。

一方、環状体３の中央部３ａは突出部３ｂ、３ｃに比べて幅広であることから対向面１ａ、２ａにほとんど食い込まないので、この中央部３ａの略高さ分だけの寸法精度のよい隙間が対向面１ａ、２ａ間に形成されることとなる。

そして、このことによって、図５（ｂ）に示すように、環状体３における平行延伸部３２の内縁部３２１間及び対向面１ａ、２ａ間に囲まれて、横断面積に比べ長さが十分に長い流体抵抗路５であるキャピラリが形成される。

しかしてこのような構成によれば、予めエッチング成形や型成形などで作っておいた環状体３を、本体部材１の上面所定位置に載せ、蓋部材２を取り付けるだけで、溶接などの複雑な作業をすることなく、極めて簡単に流体抵抗デバイス１００を製造することができる。

また、流体抵抗路５は、その幅寸法が環状体３の内縁部３２１間の距離、その高さ寸法が環状体３の中央部３ａの高さでそれぞれ規定されるので、その形状、寸法を極めて精度よく再現することができる。したがって性能のばらつきが少ない流体抵抗デバイス１００を提供できる。

さらに、流体抵抗路５を形成する環状体３が、蓋部材２及び本体部材１の対向面１ａ、２ａにそれぞれ食い込んでシール部材の機能をも担うので、部品点数の削減を図ることができる。

加えて、この実施形態では、横断面方向から視て第２突出部３ｃがやや斜めに傾いて開きながら各対向面１ａ、２ａに食い込んでいくので、食い込み箇所において、単に上下方向だけでなく横方向にも応力が生じ、シールを確実に行うことができる。

また、本体部材１と蓋部材２とは共通にして挟みこむ環状体３の種類さえ変えれば、様々な流体抵抗特性を有する流体抵抗デバイス１００を簡単に製造することができ、製品としてのラインアップを容易に取り揃えることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、環状体３の横断面形状を、図６（ａ）に示すように、第１突出部３ｂが中央部３ａの内端部から突出しており、前記第２突出部３ｃが前記中央部３ａの外端部から突出したものとしてもよい。このようなものであれば、図６（ｂ）に示すように、横断面方向から視て、環状体３が若干回転しながら、各対向面１ａ、２ａに食い込んでいくこととなる。このように環状体３を横断面で見て上下非対称な形状にしておくことで、第１突出部３ｂ、第２突出部３ｃの双方に横方向にも力が加わって、図６（ｂ）に示すような、横方向への変形が見込まれるので、シールを確実にすることができる。

また、環状体３の横断面形状を、図７に示すように、単純な縦長矩形状のものとしてもよい。この場合は、対向面１ａ、２ａ間の距離を規定するスペーサを別に設けておくことが好ましい。

環状体３の平行延伸部３２が、図８に示すように、曲線状をなし、曲がりくねっていてもよい。このような構成によれば、流体抵抗路５の長さを無理なく長くすることができる。
環状体３に平行延伸部３２がなく、平面視、例えば、図９に示す楕円形状や円形状をなすものとしてもよい。

上流側流路と下流側流路とは、前記実施形態のように、部材の一方にのみ設ける必要はなく、例えば、一方の部材に上流側流路、他方の部材に下流側流路を設けてもよい。その場合は、下流端開口が一方の部材の対向面、上流端開口が他方の部材の対向面にそれぞれ設けられることとなる。

さらに、図１０、図１１に示すように、部材１、２の方を環状体３よりも固くしても構わない。この場合は、例えば、部材１、２の対向面１ａ、２ａにそれぞれ突条１ｄ、２ｄを設け、図１１（ｂ）に特に示すように、横断面扁平な形状をなす環状体３の表裏面に突条１ｄ、２ｄが食い込むように構成すればよい。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・流体抵抗デバイス
１・・・本体部材
２・・・蓋部材
１ａ、２ａ・・・対向面
３・・・環状体
３ａ・・・中央部
３ｂ・・・第１突出部
３ｃ・・・第２突出部
３２・・・平行延伸部
４１・・・下流端開口
４２・・・上流端開口
５・・・流体抵抗路

Claims (8)

1. 上流側流路、下流側流路及びそれら流路間を接続する流体抵抗路が形成され、前記上流側流路と前記下流側流路との間に所定の差圧を発生させる流体抵抗デバイスであって、
   互いに対向する対向面を有するとともに、前記対向面における互いに偏位した箇所に、前記上流側流路の下流端及び前記下流側流路の上流端を開口させた２つの部材と、
   前記下流端開口及び上流端開口を取り囲むように配置され、前記対向面に挟まれることによって該下流端開口及び上流端開口の間に前記流体抵抗路を形成し、前記２つの部材とは別体をなす環状シール部材とを具備し、
   前記環状シール部材を前記各部材よりも固い素材で形成しておき、前記対向面が接近するように２つの部材を締め付けることによって、前記環状シール部材が前記対向面に食い込むように構成していることを特徴とする流体抵抗デバイス。
2. 前記下流端開口と上流端開口とがともに一方の部材の対向面に形成してある請求項１記載の流体抵抗デバイス。
3. 前記下流端開口と上流端開口との間において、前記環状シール部材の対向する内縁部が互いに等しい距離を保ちながら平行に延伸する平行延伸部が形成してあり、該平行延伸部において横断面に比べて長さが十分に長い流体抵抗路が形成されている請求項１又は２記載の流体抵抗デバイス。
4. 前記環状シール部材が、中央部材と、該中央部材における一方の対向面を向く面の一部から突出する第１突出部と、該中央部材における他方の対向面を向く面の一部から突出する第２突出部とから構成されている請求項１乃至３いずれか記載の流体抵抗デバイス。
5. 前記第１突出部が前記中央部材の内端部から突出しており、前記第２突出部が前記中央部材の外端部から突出している請求項４記載の流体抵抗デバイス。
6. 前記第１突出部が前記中央部材の中央部から突出しており、前記第２突出部が前記中央部材の内端部及び外端部からそれぞれ突出した一対のものである請求項４記載の流体抵抗デバイス。
7. 上流側流路、下流側流路及びそれら流路間を接続する流体抵抗路が形成され、前記上流側流路と前記下流側流路との間に所定の差圧を発生させる流体抵抗デバイスであって、
   互いに対向する対向面を有するとともに、前記対向面における互いに偏位した箇所に、前記上流側流路の下流端及び前記下流側流路の上流端を開口させた２つの部材と、
   前記下流端開口及び上流端開口を取り囲むように配置され、前記対向面に挟まれることによって該下流端開口及び上流端開口の間に前記流体抵抗路を形成し、前記２つの部材とは別体をなす環状シール部材とを具備し、
   前記各部材を前記環状シール部材よりも固い素材で形成しておき、前記対向面が接近するように２つの部材を締め付けることによって、前記対向面が前記環状シール部材に食い込むように構成していることを特徴とする流体抵抗デバイス。
8. 前記各対向面に環状の突条がそれぞれ形成してあり、各突条が前記環状シール部材の表面及び裏面に食い込むように構成してある請求項７記載の流体抵抗デバイス。