JPWO2006059466A1 - 整流絞り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細管によらず、簡単に長い層流流路を形成することができる整流絞り装置を得る。【解決手段】空気の入口穴を有する入口板；空気の出口穴を有する出口板；及びこの入口板と出口板との間に交互に積層された複数のスペーサ板と中間流路板；を有しており、この中間流路板は入口穴と出口穴に対応する一対の流路穴を有し、スペーサ板はこの中間流路板の一対の流路穴に通じる単一の流路穴を有していて、入口板の入口穴と出口板の出口穴との間に該中間流路板の表面に沿う曲折流路が形成される整流絞り装置。【選択図】図１

Description

本発明は、流路を絞る整流絞り装置に関する。

各種の用途に用いられている絞り装置は、従来一般にオリフィスが用いられていた。しかしながら、単に短い流路で流路を絞るオリフィスは、不確定うず、衝撃波、境界層剥離ポイント変動、よどみなどが発生するため、出口側圧力（二次圧力）の圧力変動が大きいという問題があった。

二次側の圧力変動を小さくし整流化することができる絞り装置として従来、微細管が用いられていた。十分長い微細管によれば、層流流路を長くとることができ、流量分布を均一化することができるため、二次側の圧力変動を小さくすることができる。しかしながら、微細管の長さには限度があり、小型化が難しく、製造コストが高い。

本発明は、微細管によらず、簡単に長い層流流路を形成することができる整流絞り装置を得ることを目的とする。

本発明は、微細管によらず、複数の板材を重ねることで長い層流流路を得るという着眼に基づいてなされたものである。

すなわち本発明の整流絞り装置は、空気の入口穴を有する入口板；空気の出口穴を有する出口板；及びこの入口板と出口板との間に交互に積層された複数のスペーサ板と中間流路板；を有しており、この中間流路板とスペーサ板は、入口板の入口穴と出口板の出口穴との間に該中間流路板の表面に沿う曲折流路を形成する流路穴を備えていることを特徴としている。

入口板の入口穴、出口板の出口穴、及びスペーサ板と中間流路板の流路穴の設置態様には大きい自由度がある。

それらの一例を挙げると、入口板の入口穴と出口板の出口穴は、異なる平面位置に位置させることができる。

中間流路板には、入口板の入口穴と出口板の出口穴と同じ平面位置に位置する一対の独立した流路穴を設け、スペーサ板には、中間流路板のこの一対の独立した流路穴を連通させる流路穴を設けることができる。

あるいは、中間流路板には、入口板の入口穴と同じ平面位置に流路穴を有する第一中間流路板と、出口板の出口穴と同じ平面位置に流路穴を有する第二の中間流路板とを用意し、スペーサ板には、第一中間板の流路穴と第二中間流路板の流路穴を連通させる流路穴を設け、この第一、第二の中間流路板をスペーサ板を挟んで交互に積層することができる。

この第一、第二の中間流路板を用いる態様では、入口板の入口穴と出口板の出口穴とは、同じ平面位置に位置させてもよい。

いずれの態様でも、入口穴から入った空気のすべてが直接出口穴に至ることがなく、中間流路板とスペーサ板の表面に沿う曲折流路を経て出口穴に至るように、流路穴を形成する。

スペーサ板の流路穴内には、平面的に見て、入口板の入口穴と出口板の出口穴を結ぶ方向に向く橋絡部を形成し流路の変形防止を図ることができる。

別の視点は、板材の種類を減らし製造コストを下げる点にある。入口板と出口板は同一形状とし、位相を変えて（１８０゜反転させて）用いることができる。さらには、積層された複数の中間流路板も同一形状とすることができる。

中間流路板及びスペーサ板の厚さ、入口板の入口穴、出口板の出口穴、中間流路板及びスペーサ板の流路穴の最大径、中間流路板とスペーサ板の枚数は、絞り装置の用途、仕様に応じて定めることができる。

本発明による整流絞り装置は、各種の用途に用いることができる。例えば、差圧流量計、電空変換式レギュレータ、空気バネ、圧力容器等と組み合わせて用いることができる。

本発明によれば、微細管によらず、簡単に長い層流流路を形成することができる整流絞り装置を得ることができる。

図１及び図２は、本発明による整流絞り装置の第一の実施形態を示している。この実施形態では、４種類（３種類）の外形円形板材を積層して整流絞り装置１００が構成されている。４種類の円形板材は、入口板１１１、出口板１１２、中間流路板１１３及びスペーサ板１１４である。入口板１１１と出口板１１２はそれぞれ、その偏心位置に入口穴１１１ａと出口穴１１２ａを有しており、入口穴１１１ａと出口穴１１２ａの平面位置は異なっている（しかし、入口穴１１１ａと出口穴１１２ａは回転対称位置にあり、入口板１１１と出口板１１２は同一形状の板材を用いることができる）。中間流路板１１３は、入口穴１１１ａと出口穴１１２ａと同じ平面位置に独立した一対の流路穴１１３ａと１１３ｂを備えており、スペーサ板１１４は、この流路穴１１３ａと１１３ｂを連通させる流路穴（横長（小判状）流路穴）１１４ａを備えている。この流路穴１１４ａには、図１に鎖線で示すように、流路穴１１３ａと１１３ｂを結ぶ方向に延びる１ないし複数の橋絡部１１４ｂを形成して流路すきまの変化（変形）を防ぐことができる。

これらの入口板１１１、スペーサ板１１４、中間流路板１１３及び出口板１１２は、入口板１１１上にスペーサ板１１４と中間流路板１１３を交互に積層配置し、最後にスペーサ板１１４上に出口板１１２を積層配置する。このとき、入口穴１１１ａと流路穴１１３ａ及び流路穴１１４ａの位相（平面位置）を一致させ、出口穴１１２ａと流路穴１１３ｂ及び流路穴１１４ａの位相（平面位置）を一致させ、積層部分を接着等して曲折流路を形成して完成する。曲折流路は、入口穴１１１ａから複数の流路穴１１３ａ（流路穴１１４ａ）を経て出口板１１２と中間流路板１１３の間を通り流路穴１１３ｂに至る流路、入口穴１１１ａから入口板１１１と中間流路板１１３の間を通り流路穴１１３ｂに至る流路、入口穴１１１ａから隣り合う中間流路板１１３の間（スペーサ板１１４の流路穴１１４ａ）を通り流路穴１１３ｂに至る流路に大別され、流路穴１１３ｂは出口穴１１２ａに連通している。これらの流路は、流路断面積が変化しないように、板厚及び流路穴の大きさを設定する。流路穴１１４ａ内の橋絡部１１４ｂは、流路断面積の変化を極小にする目的でも用いることができる。

以上の整流絞り装置１００によると、入口板１１１の入口穴１１１ａから出口板１１２の出口穴１１２ａに至る十分長い流路（層流流路）を確保することができる。すなわち、不確定うず、衝撃波、境界層剥離ポイント変動、よどみなどを抑えることができる。図示例では、入口板１１１、出口板１１２、中間流路板１１３及びスペーサ板１１４を平面円形とし、各板の穴形状を長円形としたが、これらの平面形状には自由度がある。各板は、金属板の他、樹脂板、セラミック板、ゴム板等の材質から形成可能である。

図３は、本発明による整流絞り装置の別の実施形態を示している。この実施形態の整流絞り装置１００Ａは、３種類（２種類）の板材だけで構成されている。入口板１１１、出口板１１２及びスペーサ板１１４は、第一の実施形態と同一であり、第一の中間流路板１１１Ａと第二の中間流路板１１２Ａは、入口板１１１と出口板１１２と同一形状をなしていて、それぞれ流路穴１１１Ａａ、１１２Ａａを有している。

この整流絞り装置１００Ａは、入口板１１１の上に、スペーサ板１１４、第二中間流路板１１２Ａ、スペーサ板１１４、第一中間流路板１１１Ａ、スペーサ板１１４、第二中間流路板１１２Ａと交互に重ね、スペーサ板１１４上に出口板１１２を重ねて配置する。入口穴１１１ａと流路穴１１１Ａａ、出口穴１１２ａと流路穴１１２Ａａはそれぞれ平面的に同じ位置とし、入口穴１１１ａと出口穴１１２ａの平面位置は異ならせる。この実施形態では、曲折流路は、入口穴１１１ａ、流路穴１１２Ａａ、流路穴１１１Ａａ、の順にジグザグ状に形成され、最終的に出口穴１１２ａに至る。この実施形態では、出口穴１１２ａの位相（平面位置）は、入口穴１１１ａと一致させてもよい。

以上の整流絞り装置１００Ａによると、入口板１１１の入口穴１１１ａから出口板１１２の出口穴１１２ａに至るさらに十分長い流路（層流流路）を確保することができる。

流路断面積は、第一の実施形態では中間流路板１１３とスペーサ板１１４の板厚及び流路穴１１３ａ、１１３ｂと流路穴１１４ａの径に依存し、第二の実施形態では第一、第二の中間流路板１１１Ａ、１１２Ａとスペーサ板１１４の板厚及び流路穴１１１Ａａ、１１２Ａａと流路穴１１４ａの径に依存する。これらは、用途に応じ適宜定めることができ、本実施形態の構成によれば、スペーサ板の板厚管理により、数μｍ程度の狭い隙間を安定して実現することができる。

入口板１１１と出口板１１２は、中間流路板１１３、１１１Ａ、１１２Ａとは別の厚さで形成してもよいが、同一仕様とすればコストダウンを図ることができる。

本発明の整流絞り装置１００（１００Ａ）は、各種の用途に用いることができ、その用途は問わない。図４以下にその例を示す。図４は差圧流量計に適用した原理図である。整流絞り装置１００（１００Ａ）の入口穴１１１ａは、圧縮空気源２０に接続されており、入口穴１１１ａ側（一次側）と出口穴１１２ａ（二次側）の差圧を検出する差圧センサ（差圧検出手段）２１が設けられている。また、出口穴１１２ａの絶対圧を検出する絶対圧センサ（絶対圧検出手段）２２が設けられている。演算回路２２ａは、差圧センサ２１で検出された差圧と、絶対圧センサ２２で検出した絶対圧とを積算し、出口穴における流量を演算する。

図５は、本発明の整流絞り装置１００（１００Ａ）を電空変換式空気レギュレータ２３と組み合わせてより正確な二次圧力を取り出すことができるようにした例を示している。電空変換式空気レギュレータ２３は、圧縮空気源２０に接続されており、圧縮空気源２０の圧力に拘わらず一定の二次圧力を取り出すことができる。そして、アナログ入力信号（電気入力量）を大小に変化させると取出二次圧力が変化する。このようなレギュレータは周知である。この実施形態では、電空変換式空気レギュレータ２３の取出圧力を整流絞り装置１００（１００Ａ）の入口穴１１１ａに入力し、差圧センサ２１によって入口穴１１１ａと出口穴１１２ａとの差圧を検出する。上述原理から流量に比例する差圧信号は、演算回路２２ａによって演算され、電空変換式空気レギュレータ２３の入力信号に対してフィードバックされている。従来の電空変換式空気レギュレータ２３では、圧力信号のみをフィードバックしていたが、さらに流量信号を加えることで、より応答性の速いエア制御システムの構築が可能となる。

図６は、本発明の整流絞り装置１００（１００Ａ）を除振用の空気バネ２４とエアタンク（アキュームレータ）２５との間に介在させて、安定した減衰性能が得られるようにした例である。従来から、空気バネ２４とエアタンク２５とを絞り（オリフィス）を介して結合することにより、振動が発生した場合に空気バネ２４とエアタンク２５の間で空気を行き来させることで減衰を付加し共振ピークを抑制させる技術が知られている。このような振動減衰装置の絞りを本発明の整流絞り装置１００（１００Ａ）に置き換えることで、より優れた減衰性能を得ることができる。

図７は、圧力容器（エアタンク）２６に本発明の取出用整流絞り装置１００（１００Ａ）を接続した例である。圧力容器２６内の圧縮空気を、この整流絞り装置１００（１００Ａ）を介して取り出す。この圧力容器２６によれば、安定した層流の空気を取り出すことができる。

図８は、圧力容器（エアタンク）２７に、図７の取出用の整流絞り装置１００（１００Ａ）（図の左方）に加え、流出入流量検出用の整流絞り装置１００（１００Ａ）（図の右方）を接続した例である。流出入流量検出用の整流絞り装置１００（１００Ａ）の出口穴１１２ａは閉塞されており、入口穴１１１ａと出口穴１１２ａの差圧を検出する差圧センサ２８と、出口穴１１２ａの絶対圧を検出する絶対圧検出センサ２９が設けられている。この圧力容器によれば、差圧センサ２８の検出する差圧と絶対圧検出センサ２９の検出する絶対圧を積算することで、圧力容器２７への圧縮空気の入出流流量を検出することができる。

本発明による整流絞り装置の一実施形態を示す、各板の平面形状を併せて描いた断面図である。 図１の整流絞り装置の分解斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す、図１に対応する平面図を含む断面図である。 本発明による整流絞り装置を用いた差圧流量計の例を示すブロック図である。 本発明による整流絞り装置を空気レギュレータに組み合わせた例を示すブロック図である。 本発明による整流絞り装置を空気バネ装置に組み合わせた例を示すブロック図である。 本発明による整流絞り装置を圧力容器に組み合わせた例を示すブロック図である。 本発明による整流絞り装置を圧力容器に組み合わせた別の例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ １００Ａ 整流絞り装置
１１１ 入口板
１１１ａ 入口穴
１１２ 出口板
１１２ａ 出口穴
１１３ １１１Ａ １１２Ａ 中間流路板
１１３ａ １１３ｂ １１１Ａａ １１２Ａａ 流路穴
１１４ スペーサ板
１１４ａ 流路穴
１１４ｂ 橋絡部

Claims (5)

1. 空気の入口穴を有する入口板；
   空気の出口穴を有する出口板；及び
   この入口板と出口板との間に交互に積層された複数のスペーサ板と中間流路板；を備え、
   この中間流路板とスペーサ板は、上記入口板の入口穴と出口板の出口穴との間に該中間流路板の表面に沿う曲折流路を形成する流路穴を備えていることを特徴とする整流絞り装置。
2. 請求項１記載の整流絞り装置において、入口板の入口穴と出口板の出口穴は、異なる平面位置に位置している整流絞り装置。
3. 請求項１または２記載の整流絞り装置において、中間流路板は、入口板の入口穴と出口板の出口穴と同じ平面位置に位置する一対の独立した流路穴を備え、スペーサ板は、中間流路板の上記一対の独立した流路穴を連通させる流路穴を備えている整流絞り装置。
4. 請求項２記載の整流絞り装置において、中間流路板は、入口板との入口穴と同じ平面位置に流路穴を有する第一中間流路板と、出口板の出口穴と同じ平面位置に流路穴を有する第二の中間流路板とを備え、スペーサ板は、第一中間板の流路穴と第二中間流路板の流路穴を連通させる流路穴を備え、上記第一、第二の中間流路板はスペーサ板を挟んで交互に積層されている整流絞り装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の整流絞り装置において、上記スペーサ板の流路穴内には、平面的に見て、入口板の入口穴と出口板の出口穴を結ぶ方向に向けて橋絡部が形成されている整流絞り装置。
   
   
   
   

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