(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空を発生させるためのエジェクタであって、
前記エジェクタが、駆動流体の駆動ジェットの周囲の空間内の空気又はその他の媒体をジェット流の中に取り込ませて駆動段にわたって真空を発生させるために、前記エジェクタの前記駆動段の出口にて加圧流体源からの前記駆動流体の駆動ジェットを発生させると共に前記駆動流体の駆動ジェットを出口流路の中へ向かわせるための駆動ノズルを備えており、
前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションで実質的に構成されており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口端部から実質的に前記駆動ノズルの出口の方へ前記流体流の方向に末広がりになっており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの前記出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有し、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものであり、
前記入口流セクションの前記駆動ノズルの入口側の端部の直径が前記出口流セクションの前記駆動ノズルの前記出口側の端部の直径より小さく、
前記出口流セクションの断面形状が、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に対して直交する方向から見たときに、前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備える、エジェクタ。
【請求項２】
前記駆動ノズルが駆動ノズルピースに設けられており、前記駆動ノズルピースが前記エジェクタの駆動ノズル受容構造部の中に取り付けられる、請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項３】
前記駆動ノズルピースが、前記駆動段の前記出口にて前記駆動ノズルと前記出口流路の入口との間の所望の間隔を維持するための、前記エジェクタを通過する流体流の方向で前方に向かって延在するバー、ロッド、又はポストの形をした、１つ又は複数のスペーサ要素を具備する、請求項２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
前記曲線が、楕円の一部分を画定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項５】
前記出口流セクションの断面形状が、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に対して直交する方向から見たときに、広がりが実質的に無い、前記駆動ノズルの出口における実質的に直線の部分を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項６】
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面形状が実質的に一定のものである、請求項１から５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項７】
前記入口流セクションの断面形状は、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に対して直交する方向から見たときに、実質的に直線で平行な壁部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項８】
前記駆動ノズルの出口は、前記駆動ノズルの出口の端部にて、前記駆動ノズルが形成された材料の端面に対して実質的に９０°の角度を形成する、請求項１から７のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項９】
前記入口流セクションへの入口には、前記駆動ノズルの入口の端部にて、前記駆動ノズルが形成された材料の端面と連結する、面取りされた又はアールが付けられたエッジが設けられている、請求項１から８のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１０】
前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に平行な軸周りに実質的に回転対称になっており、好ましくは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときに、前記駆動ノズルの長さに沿って、断面が実質的に円形である、請求項１から９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１１】
前記入口流セクションの出口端部における内径（ｄｉ）と前記駆動ノズルの出口における内径（ｄｏ）との比が、１：１．２と１：２．２との間である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１２】
多段のエジェクタであって、
前記エジェクタが、駆動流体の駆動ジェットの周囲の空間内の空気又はその他の媒体をジェット流の中に取り込ませて前記エジェクタの駆動段にわたって真空を発生させるために、加圧流体源からの前記駆動流体の駆動ジェットを発生させると共に前記駆動流体の駆動ジェットを前記駆動段の出口の出口流路の中へ向かわせるための駆動ノズルを備えており、
前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションで実質的に構成されており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口端部から実質的に前記駆動ノズルの出口の方へ前記流体流の方向に末広がりになっており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの前記出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有すると共に前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備え、
前記多段のエジェクタが少なくとも第２の段をさらに備え、前記第２の段は入口流路が尻窄まり−末広がりノズルを備えるものであって、前記尻窄まり−末広がりノズルが、前記第２の段にわたって真空を発生させるために、前記第２の段で流体ジェットを発生させると共に前記第２の段の流体ジェットの周囲の空間内の空気又はその他の媒体を流体のジェット流の中に取り込ませるように配置され、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものであり、
前記入口流セクションの前記駆動ノズルの入口側の端部の直径が前記出口流セクションの前記駆動ノズルの前記出口側の端部の直径より小さいエジェクタ。
【請求項１３】
真空を発生させるためのエジェクタであって、
前記エジェクタが駆動ノズルアレイを備え、前記駆動ノズルアレイが互いに並列に設けられた複数の駆動ノズルを備え、駆動流体の複数の駆動ジェットの周囲の空間内の空気又はその他の媒体をジェット流の中に取り込ませて前記エジェクタの駆動段にわたって真空を発生させるために、複数の駆動ノズルが、加圧流体源からの前記駆動流体の駆動ジェットをそれぞれ発生させると共に、複数の前記駆動流体の駆動ジェットを前記駆動段の出口にて出口流路の中に向かわせるように配置されており、
各駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションで実質的に構成されており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口端部から実質的に前記駆動ノズルの出口の方へ前記流体流の方向に末広がりになっており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの前記出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有すると共に前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備え、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものであるエジェクタ。
【請求項１４】
前記複数の駆動ノズルを囲む円の直径が前記出口流路の入口の直径以下となり、好ましくは前記出口流路の最小直径以下となる、請求項１３に記載のエジェクタ。
【請求項１５】
真空を発生させるためのエジェクタカートリッジであって、
前記エジェクタカートリッジが、
駆動流体の駆動ジェットの周囲の空間内の空気又はその他の媒体をジェット流の中に取り込ませてエジェクタの駆動段にわたって真空を発生させるために、前記駆動段の出口にて加圧流体源からの前記駆動流体の駆動ジェットを発生させると共に前記駆動流体の駆動ジェットを出口流路の中へ向かわせるための駆動ノズルと、
少なくとも前記駆動段を画定するハウジングと、
を備え、
前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションで実質的に構成されており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口端部から実質的に前記駆動ノズルの出口の方へ前記流体流の方向に末広がりになっており、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの前記出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有すると共に前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備え、
前記エジェクタカートリッジの少なくとも前記駆動段の周囲の封止空間と排気させようとする連結された空間とを排気するために前記封止空間の中に取り付けられるのに適しており、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものであり、
前記入口流セクションの前記駆動ノズルの入口側の端部の直径が前記出口流セクションの前記駆動ノズルの前記出口側の端部の直径より小さいエジェクタカートリッジ。
【請求項１６】
加圧流体の源から真空を発生させる方法であって、
互いに並列に設けられた複数の駆動ノズルを備える駆動ノズルアレイに前記加圧流体を供給するステップであって、各駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションを有し、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの出口端部の付近でより小さく末広がりとなる形状を有すると共に前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備える、ステップと、
各駆動ノズルを通過する加圧流体を加速させることによって複数の駆動流体ジェットをそれぞれ形成するステップと、
前記複数の駆動流体ジェットを前記駆動ノズルの下流に位置する出口流路の入口の中へ向かわせるステップと、
前記複数の駆動流体ジェットの周囲の空間からジェット流の中に空気又はその他の媒体を取り込ませることによって前記出口流路の前記入口の上流に真空を発生させるステップと、
を含み、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものである方法。
【請求項１７】
加圧流体の源から真空を発生させる方法であって、
駆動ノズルに前記加圧流体を供給するステップであって、前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションを有し、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの出口端部の付近でより小さく末広がりとなる形状を有すると共に前記入口流セクションの前記出口端部における最も大きい広がりから、実質的に前記駆動ノズルの前記出口における最も小さい広がりまで進む滑らかな曲線を備える、ステップと、
前記駆動ノズルを通過する加圧流体を加速させることによって駆動流体ジェットを形成するステップと、
前記駆動流体ジェットを、前記駆動ノズルの下流に位置する出口流路の入口の中へ向かわせるステップと、
前記駆動流体ジェットの周囲の空間からジェット流の中に空気又はその他の媒体を取り込ませることによって前記出口流路の前記入口の上流に真空を発生させるステップと、
を含み、
前記出口流路が尻窄まり−末広がりノズルであり、前記方法が、前記尻窄まり−末広がりノズルで流体のジェット流を発生させるステップと、周囲空間から前記尻窄まり−末広がりノズルからの前記ジェット流の中に空気又はその他の媒体を取り込ませることによって前記尻窄まり−末広がりノズルの下流に真空を発生させるステップと、をさらに備え、
前記入口流セクションは、前記駆動ノズルを通過する流体流の方向から見たときの断面積が実質的に一定のものであり、
前記入口流セクションの前記駆動ノズルの入口側の端部の直径が前記出口流セクションの前記駆動ノズルの前記出口側の端部の直径より小さい方法。
【請求項１８】
前記入口流セクションへの入口には、面取りされた、丸められた、又はアールが付けられたエッジが設けられている、請求項１から１４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１９】
前記入口流セクションへの入口には、面取りされた、丸められた、又はアールが付けられたエッジが設けられている、請求項１５に記載のエジェクタカートリッジ。
【請求項２０】
前記入口流セクションへの入口には、面取りされた、丸められた、又はアールが付けられたエッジが設けられている、請求項１６又は１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気により駆動される真空エジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲空間に負圧または真空を発生させるために圧縮空気源（または他の高圧流体源）を使用する真空ポンプが知られている。圧縮空気駆動エジェクタは、駆動ノズルを通して高圧空気を加速させることによって、駆動ノズルと出口流路または出口ノズルとの間の間隙にわたってそれを高速で空気ジェットとして噴出させることにより動作する。駆動ノズルと出口ノズルとの間の周囲空間内の流体媒体は圧縮空気の高速流の中に取り込まれ、同伴媒体および圧縮空気源からの空気のジェット流は出口ノズルを通って噴出される。駆動ノズルと出口ノズルとの間の空間内の流体がこのように噴出されることで、この流体または媒体が以前占めていた空気ジェットの周囲の空間内に負圧または真空が生成される。
【０００３】
任意の所与の圧縮空気源（駆動流体とも呼ばれる場合がある）に関して、真空エジェクタのノズルは、高体積流量を生成するが高い負圧を得ない（すなわち絶対圧がそれに応じて低下しない）ように適合させたり、またはより高い負圧を得る（すなわち絶対圧がより低くなる）が高い体積流量を実現することがないように適合させたりすることがある。そのため、駆動ノズルおよび出口ノズルの任意の個々の対は、高体積流量を生成するようにまたは高い負圧を達成するように適合させるだろう。
【０００４】
高い負圧は、例えばリフト用途の場合など、大気圧との間で最大圧力差を発生させそれにより負圧によって印加され得る最大吸引力を発生させるためには望ましい。また同時に、高体積流量は、真空コンベヤ用途において、排気させようとする空間が、関連する真空デバイスの反復作動を可能にするのに十分な迅速さで、または十分な体積の材料を搬送するため等しく空にされ得るのを確保するためには必要となる。
【０００５】
高い極限真空レベルおよび高い合計体積流量の両方を実現するために、いわゆる多段エジェクタが考案されており、これは、ハウジング内に直列に配置された３つ以上のノズルを備え、一連の各隣接対のノズルは、隣接する２つのノズル間の間隙で負圧を発生させるための各段を画定する。また、一般的には、この一連の任意の各ノズル対は、所与の圧縮空気源に関して、高体積流量を生成するようにまたは高い負圧を達成するように調整され得る。
【０００６】
かかる多段エジェクタにおいて、最前段は、最高レベルの負圧をすなわち最低絶対圧を生成する一方で、後段は、連続的により低くなる負圧レベルをすなわちより高い絶対圧をもたらすが、エジェクタデバイスの体積スループット全体を増加させる。所望の真空デバイスに対して、または、排気させようとする空間に対して多段間で発生した真空をかけるために、連続段が、典型的には共通収集チャンバに連結され、その一方で弁が、少なくとも第１の駆動段の後の各連続段に対して設けられることによって、後段は、収集チャンバ内の負圧が第２のおよび後の段により発生し得る負圧未満に低下すると、収集チャンバから遮断され得る。
【０００７】
駆動段は、圧縮流体（圧縮空気）源に連結された唯一の段であり、そのため、駆動流体および同伴流体が真空エジェクタから噴出される前に一連の後の段およびノズルの全てに圧縮流体流を運ぶことからそう呼ばれる。
【０００８】
各連続段間において流体の取り込みを実現するために、一連のノズルは、断面開口面積が漸次増大する貫通チャネルを備えており、周囲空間内の空気または他の媒体を高速ジェット流に取り込むために、貫通チャネルを通して高速流体流が送られる。各段の間のノズルは、ある段の出口ノズルと次の段の入口ノズルとを形成し、各連続段にわたり流体の高速ジェットを向かわせるために空気および他の媒体の流れを連続的に加速させるように構成される。
【０００９】
様々な圧縮流体が駆動流体として使用され得るが、このタイプの多段エジェクタは、典型的には圧縮空気により駆動され、最も一般的には、ジェット流の周囲の空間から排出されることとなる媒体としての空気を、一連のノズルの各間隙を通して各段にわたって取り込むために使用される。
【００１０】
商業的成功を収めている多段エジェクタの１つの設計は、エジェクタの各段と連通状態にある一連の吸気ポートを組み込んだ実質的に円筒状のハウジング内に、軸方向配置にある一連のノズルを有することである。これらの吸気ポートは、周囲空間の空気との間で各段を選択的に連通させるのに適した弁部材を備える。かような構成により、円筒体は、いわゆるエジェクタカートリッジとして形成され、このエジェクタカートリッジは、ハウジングモジュール内部にまたは適切に寸法設定されたボア穴内に設置された場合に、周囲チャンバの排気を行うために使用され得る。この周囲チャンバは、さらに真空デバイスに流体結合され、この真空デバイスに対して、負圧が印加されることになる。
【００１１】
そのようなデバイスは、ＰＩＡＢ  ＡＢ名義の下記の特許文献１において開示されており、本願の図１４および図１５に示される。
【００１２】
図１４に示すように、エジェクタカートリッジ１は、漸増的な断面開口面積を有する貫通チャネル６を画定する４つのジェット形状ノズル２、３、４、および５を備える。これらのノズルは、間に各スロット７、８、および９を備えつつ終端間を繋げて直列に配置される。
【００１３】
ノズル２、３、４、および５は、共に組み合わされることにより一体型ノズル本体１を形成するように設計された各ノズル本体の形に形成される。貫通開口１０が、外方周囲空間との流体連通をもたらすために、ノズル本体の壁部中に配置される。
【００１４】
図１５を参照すると、エジェクタカートリッジ１がボア穴またはハウジング内にどのように取り付けられ得るかが示される。外方周囲空間は、排気対象のチャンバＶに相当する。各貫通開口１０は、弁部材１１を備えることにより、周囲空間Ｖからの空気流または他の流体をノズルの各隣接対同士の間の空間またはチャンバ内に選択的に流し得る。図１５に示すように、エジェクタカートリッジ１は、ボア穴が穿孔または他の方法で形成されたマシン構成要素２０内に取り付けられている。エジェクタカートリッジ１は、入口チャンバｉから出口チャンバｕまで延在し、外方周囲空間Ｖを構成する３つの別個のチャンバの排気を行うために配置される。その各チャンバは、Ｏリング２２により隣接するチャンバから隔離される。図示しないが、外方周囲空間Ｖを構成する各チャンバは、吸気カップなどの関連付けられた真空被動デバイスに対して発生させた負圧を印加するために、共通収集チャンバまたは吸気ポートに連結される。
【００１５】
かかる多段エジェクタ装置は、高体積流量および高レベルの負圧の両方をもたらす点において有利であるが、多段エジェクタ全体に対して全体的な所望の性能特性を実現するために、このエジェクタの各連続段の設計については依然として幾分かの妥協が必然的に存在する。したがって、多段エジェクタの駆動ノズルと並列に設けられたいわゆるブースタノズルをさらに備えることも提案されている。このブースタノズルは、可能な最高レベルの真空を実現するように特に設計されるが、多段エジェクタを構成する一連の同軸配置ノズルの一部を形成しない。このようにすることで、ブースタノズルは、可能な最高レベルの真空を実現するように構成され得る一方で、一連の並置多段エジェクタノズルは、高い負圧（低絶対圧）を許容し得る短期間内に、排気させようとする空間内で実現させ得る高体積スループットを実現するように配置され得る。
【００１６】
かかる構成は、本願の図１３に示すように、下記の特許文献２において開示されている。この構成では、各ポート１８、１９、および２０を通して真空収集コンパートメント１６と相互連通状態にある関連付けられたチャンバ５、６、７を排気するように連続的に配置されたエジェクタノズル１２、１３、１４、１５のセットが設けられる。弁２１、２２、および２３は、それぞれポート１８、１９、および２０に対して設けられる。
【００１７】
追加の対のノズル２４および２５が、多段エジェクタの駆動ノズル１２と並列に設けられ、ポート１７を介して収集チャンバ１６に連結された別個のブースタチャンバ４に配置される。ブースタ段は、一対のノズル２４および２５から構成され、入口ノズル２４は、多段エジェクタの駆動ノズル１２と共に、圧縮空気を供給される入口チャンバ３に連結される。ブースタ段間のノズル対２４および２５は、ブースタチャンバ４内に可能な最高真空（最低負圧）を発生させる役割を果たす。ノズル２４により発生した圧縮空気ジェットは、ブースタ段からノズル２５を通り同じチャンバ５内に噴出され、このチャンバ５において、駆動ノズル１２が、圧縮空気の駆動ジェットを推進させる。このようにすることで、ブースタ段から放出される空気は、多段エジェクタから放出されることとなる駆動ジェット流の中に取り込まれる。さらに、多段エジェクタの駆動段により発生した真空は、ノズル２５の出口にかけられ、それによりブースタ段間の圧力差が増大することによって、ブースタ段により発生し得る真空レベルが上昇され得る、すなわち実現され得る絶対圧が低下する。
【００１８】
真空エジェクタの動作において、多段エジェクタの一連のノズル１２、１３、１４、および１５は、各チャンバ５、６、および７ならびに収集チャンバ１６からの流体をエジェクタの各連続段により形成されるジェット流に取り込むことにより、短期間内で収集チャンバ１６内にて低絶対圧へと真空を迅速に発生させるために、高体積流量を生成することが可能である。ブースタ段は、多段エジェクタと並行して機能するが、典型的には低体積流量をもたらし、そのため初期真空形成プロセスには大きくは寄与しない。収集チャンバ１６内の真空レベルが上昇すると（すなわち絶対圧が低下すると）、関連付けられる弁部材２３、２２、および２１は、真空収集チャンバ１６内の圧力が関連付けられた各チャンバ７、６、および５内の圧力未満に低下することにより、順に閉じる。最終的に、収集チャンバ１６内の圧力は、多段エジェクタのいずれかの段が発生させ得る最低圧力未満に低下することになり、それにより全ての弁が閉じ、次いで全てのさらなる排気が吸気ポート１７を介して収集チャンバ１６に吸引力を与えるブースタ段によって行われる。
【００１９】
上述のような多段エジェクタおよびエジェクタカートリッジは、複数の種々の産業において、および特に、かかる真空エジェクタが吸気カップに連結され、組立プロセス時に構成要素を取り上げ配置するために使用され得る製造業において商業的成功を収めてきた。
【００２０】
脱ガス、除湿、油圧系統の充填、強制濾過等のプロセスにおいて高い真空レベル（低絶対圧）の需要が高まり続けていることにより、上記のおよび他のプロセスを実施するために高レベルの負圧（すなわち低絶対圧）を繰り返し供給し得る真空エジェクタに対する需要が高まっている。
【００２１】
これに関連して、マシンの全体寸法に負の影響を及ぼすことなく機械上の遠隔位置にて（すなわち機械アームの端部にておよび圧縮空気の最終的な供給源から著しい距離を置いて）所望の排気性能を実現し得る、より小型のエジェクタに向かう傾向が増加している。特に、設置面積の小さい、およびそれによりますますコンパクト化が進む作業エリアに真空をかけ得るエジェクタデバイスに対する要望が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】国際公開第９９／４９２１６号
【特許文献２】米国特許第４３９５２０２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、真空を発生させるためのエジェクタであって、エジェクタが、空気の駆動ジェットの周囲の空間内の空気をジェット流の中に取り込ませて駆動段にわたって真空を発生させるために、エジェクタの駆動段の出口にて圧縮空気源からの空気の駆動ジェットを発生させると共に空気の駆動ジェットを出口流路の中へ向かわせるための駆動ノズルを備えており、駆動ノズルが、駆動ノズルを通過する空気流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションで実質的に構成されており、出口流セクションが、記入口流セクションの出口端部から実質的に駆動ノズルの出口の方へ空気流の方向に末広がりになっており、出口流セクションが、入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、ノズルの出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有する、エジェクタを提供する。
【００２４】
さらに、本発明は、圧縮空気の源から真空を発生させる方法であって、前記圧縮空気を駆動ノズルに供給するステップであって、前記駆動ノズルが、前記駆動ノズルを通過する空気流の方向に整列した入口流セクション及び出口流セクションを有し、前記出口流セクションが、前記入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、前記駆動ノズルの前記出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有する、ステップと、前記駆動ノズルを通過する圧縮空気を加速させることによって空気ジェットを形成するステップと、前記駆動ノズルの下流に位置する出口流路の入口の中へ前記空気ジェットを向かわせるステップと、前記空気ジェットの周囲の空間からジェット流の中に空気を取り込ませることによって前記出口流路の前記入口の上流に真空を発生させるステップと、を含む方法を提供する。
【００２５】
本発明は、先行技術と比べて、本発明がもたらす性能の点で特に有利である。出口流セクションが、入口流セクションの出口の付近でより大きく末広がりとなり、駆動ノズルの出口の付近でより小さく末広がりとなる形状を有することによって、空気の流出流を駆動ノズルの出口の下流へ集束させながら空気流をより速やかに超音速まで加速させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下、本発明のさらに良好な理解を促すために、および本発明を実施し得る方法を示すために、添付の図面を専ら例として参照する。
【図１Ａ】エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、本発明によるエジェクタカートリッジの第１の実施形態の長手方向軸方向断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａと同一方向からの、図１Ａのエジェクタカートリッジの斜視側面図である。
【図２】エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図１Ａの実施形態と同様であるが、図１Ａの単体弁部材の代わりに個別のフラップ弁を有する、本発明によるエジェクタカートリッジの第２の実施形態の長手方向軸方向断面図である。
【図３Ａ】エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図１Ａおよび図２のエジェクタカートリッジの第２の段および出口ノズルを画定する単体エジェクタハウジング本体の長手方向軸方向断面図である。
【図３Ｂ】エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図１Ａおよび図２の第２の段ノズルを備える単体駆動段ハウジングピースの長手方向軸方向断面図である。
【図３Ｃ】エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図１Ａおよび図２の駆動ノズルピースの長手方向軸方向断面図である。
【図４】駆動ノズルを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、本明細書において開示されるエジェクタの駆動ノズルアレイにおいて使用され得る駆動ノズルの一形態を詳細に示す拡大部分長手方向軸方向断面図である。
【図５Ａ】図５Ｂの分割線Ａ−Ａに沿って示される、本発明によるエジェクタカートリッジの第２の実施形態の長手方向軸方向断面図である。
【図５Ｂ】カートリッジの出口端部から見た図５Ａのエジェクタカートリッジの軸方向端面図である。
【図６】エジェクタアレイノズルグループと第２の段の尻窄まり−末広がりノズルの内径との間の関係を示す、エジェクタを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図５Ａのエジェクタカートリッジを同様に詳細に示す長手方向軸方向断面図である。
【図７Ａ】エジェクタを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、図５Ａのエジェクタカートリッジの、駆動段、第２の段、および出口ノズルを画定する単体エジェクタハウジング本体の長手方向軸方向断面図である。
【図７Ｂ】通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の長手方向軸方向断面図、および一体型弁部材を組み込んだ図５Ａの第２の段のノズルピースの出口端部からの軸方向端面図である。
【図７Ｃ】通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の長手方向軸方向断面図、および図５Ａのエジェクタカートリッジの駆動ノズルピースの出口端部からの軸方向端面図である。
【図８】第２の段のノズルピースおよび駆動ノズルピースがエジェクタハウジング本体内にどのように取り付けられるかを詳細に示す、図５Ａのエジェクタカートリッジの、通過する空気流の方向に対して平行な長手方向軸を含む平面を通る等角断面図である。
【図９】図５Ａの単体エジェクタハウジング本体と同様であるが図５Ａのエジェクタハウジングの代わりに使用され得る変更された末広がりノズルセクションを有する単体エジェクタハウジング本体の代替的な実施形態の、エジェクタを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の長手方向軸方向断面図である。
【図１０】単一の駆動ノズルを有する一連の多段ノズルを通過する流れの発達と４つの駆動ノズルを備える駆動ノズルアレイを有する一連の多段ノズルを通過する流れの発達との概略的な比較を示す図である。
【図１１Ａ】エジェクタハウジングモジュール内に取り付けられ、取付プレートに連結された、図１Ａのエジェクタカートリッジを有するエジェクタの一実施形態を示す図であり、入口ポート、出口ポート、および吸気ポートを詳細に示すエジェクタハウジングモジュールの底面図である。
【図１１Ｂ】エジェクタハウジングモジュール内に取り付けられ、取付プレートに連結された、図１Ａのエジェクタカートリッジを有するエジェクタの一実施形態を示す図であり、図１Ａのカートリッジがハウジングモジュール内にどのように取り付けられるかを詳細に示す、エジェクタを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の、エジェクタハウジングモジュールの長手方向軸方向断面図である。
【図１１Ｃ】エジェクタハウジングモジュール内に取り付けられ、取付プレートに連結された、図１Ａのエジェクタカートリッジを有するエジェクタの一実施形態を示す図であり、取付プレートにハウジングモジュールを連結するための取付穴の位置を含む、エジェクタハウジングモジュールの上面平面図である。
【図１２】図１１Ａ〜図１１Ｃと同様のエジェクタハウジングモジュールを有するが、図５Ａのエジェクタカートリッジが図１Ａのエジェクタカートリッジの代わりに取り付けられ、取付プレートとエジェクタハウジングモジュールとの間に取り付けられたブースタエジェクタモジュールをさらに有するエジェクタの、エジェクタカートリッジを通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た場合の長手方向軸方向断面図である。
【図１３】一列に並んだ一連の多段エジェクタノズルと平行に共通ハウジングに組み込まれたブースタ段を備える先行技術のエジェクタユニットを示す図である。
【図１４】先行技術のエジェクタカートリッジの断面図である。
【図１５】先行技術のエジェクタカートリッジの断面図であり、エジェクタのハウジングユニット内に取り付けられたカートリッジを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照として本発明の実施形態を説明する。同様の参照数字が、様々な実施形態の説明全体を通して同様の特徴を指すために使用されている。
【００２８】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明によるエジェクタの第１の実施形態を示す。図１Ａおよび図１Ｂの実施形態は、エジェクタカートリッジ１００として構成される。かかるカートリッジは、エジェクタカートリッジによって排気させようとする空間を画定するエジェクタハウジングモジュール内または設備の関連ピースに形成されたボアもしくはチャンバ内に設置されるように意図される。
【００２９】
図に示すようなエジェクタの最も好ましい実施形態は、駆動流体としてのおよび排気対象の流体としての空気で作動するように設計されるが、このエジェクタは、駆動流体としての任意のガスおよび排気対象の流体としての任意のガスに対して適用可能となる。駆動流体は、エジェクタを通過する移動または流れの主要方向を有する。この方向は、図で水平に示され入口１１４を起点とするエジェクタの長手方向軸に対して平行である。以下においては、この方向は空気流方向と呼ばれる。
【００３０】
エジェクタカートリッジ１００は、各段間で各真空を発生させるための、第１の駆動段１００Ａおよび第２の段１００Ｂを有する多段エジェクタである。
【００３１】
駆動段は、駆動ノズルアレイ１１０を備え、これは、駆動ノズルアレイ１１０の入口１１４に供給される圧縮空気を加速させることにより第２の段のノズル１３２の入口内に高速空気ジェット流を向かわせるように配置される。第２の段のノズル１３２は、同様にエジェクタカートリッジの出口ノズル１４６内に空気ジェット流を発射するように配置される。
【００３２】
単一駆動ノズルを有する本願の図１４および図１５に示すエジェクタカートリッジとは異なり、エジェクタカートリッジ１００は、複数の駆動ノズル１２０を有する駆動ノズルアレイ１１０を備える。駆動ノズル１２０は、エジェクタカートリッジ１００の駆動段にわたり高速空気の空気ジェットを発生させるようにそれぞれ構成され、各駆動ノズル１２０により発生した各ジェット流がいずれも第２の段のノズル１３２の入口１３１内に共に共通して送られるようにグループ化される。
【００３３】
図１Ａにおいて、１１１は、第２の段の駆動ノズル１３２から見た場合のノズルアレイ１１０の視図を示す。視図１１１は、第２の段のノズル１３２内に図示されるが、これは、専ら図示を目的としてなされたに過ぎない。図１Ａに概略的に示すように、駆動ノズルアレイ１１０は、４つの駆動ノズル１２０を備え、これらは、４つの駆動ノズルの出口が、エジェクタカートリッジ１００の中心軸ＣＬに沿って軸方向に見た場合に、いずれも第２の段のノズル１３２の最小内径に実質的に等しい境界外周部内に位置するように、２×２行列において共にグループ化される。これは、図１Ａで、第２の段のノズル１３２の長さ部分に部分的に沿って描かれた円により示され、この円は、中心軸ＣＬに対して垂直な第２の段のノズルの内方断面に相当し、その外周部内に描かれた４つのより小さな円を有し、これらの小円は、４つの駆動ノズル１２０の出口位置が中心軸ＣＬの方向において第２の段のノズルの入口といずれも整列するようにどのように配置され得るかを示す。このより大きな円および４つのより小さな円は、第２の段のノズル１３２に部分的に沿った構造的特徴を表すのではなく、第２の段のノズルの断面に対してグループ化された駆動ノズルアレイの投影図であり、中心軸ＣＬに沿ったこれらの構成要素の相対的な同心状および同軸状の整列を示すために作成されたものである点が理解されよう。同じことが、図２および図６の第２の段のノズルに部分的に沿って示される同様の円グループに関しても当てはまる。
【００３４】
エジェクタを通過する空気流の方向における駆動ノズルアレイの後には、第２の段のノズル１３２および出口ノズル１４６が存在する。これらのノズルは、中心軸ＣＬに沿って駆動ノズルアレイ１１０と直列に設けられた単一の尻窄まり−末広がりノズルとしてそれぞれ設けられる。したがって、圧縮空気が、エジェクタカートリッジ１００の入口にて駆動ノズルピース１１２の入口１１４に供給されると、高速空気ジェットが、各ノズル１２０により生成されて、駆動空気ジェットが第２の段のノズル１３２の入口１３１内へと共に共通して向かうジェット流を形成する。このようにすることで、駆動ノズルアレイ１１０と第２の段のノズル１３２の入口１３１との間の空間内の、特に各駆動ノズル１２０により発生する各駆動ジェットの周囲の空間内の空気または他の流体媒体は、ジェット流の中に取り込まれ、第２の段のノズル１３２内に追いやられる。
【００３５】
供給される圧縮空気の消費量および送給圧力は、エジェクタのサイズおよび所望の排気特徴によって変化し得る。より小型のエジェクタの場合には、約０．１〜約０．２５ＭＰａの送給圧力における約０．１〜約０．２Ｎｌ／ｓ（正規化リットル／秒）の消費量範囲が、通常は十分なものとなり、大型のエジェクタは、典型的には約０．４〜約０．６ＭＰａにて約１．２５〜約１．７５Ｎｌ／ｓを消費する。中間サイズに関する中間範囲は、可能かつ一般的である。これらの特定の範囲に縛られることを望むものではないが、本明細書において使用されるような圧縮空気は、かかる特性を有するものとして理解されたい。
【００３６】
次いで、駆動段から出るジェット流中の流体が、第２の段の尻窄まり−末広がりノズル１３２において加速されて、第２の段１００Ｂにわたって空気ジェットを発生させ、次いでこの空気ジェットは、出口ノズル１４６の入口内に向かう。これと同様に、第２の段のノズル１３２により発生した空気ジェットの周囲の空間内の空気または他の流体媒体が、ジェット流の中に取り込まれ、出口ノズル１４６を通してエジェクタカートリッジ１００から噴出される。
【００３７】
流体が、第１の段１００Ａおよび第２の段１００Ｂにおいて各ジェット流の中に取り込まれると、第１の段１００Ａおよび第２の段１００Ｂのそれぞれに関連付けられたそれぞれエジェクタカートリッジ１００の本体の周囲に配設された吸気ポート１４２および１４４を通して周囲環境からエジェクタカートリッジ１００内にさらなる流体媒体を引き込む傾向を有する吸引力が、発生する。上述のように、駆動段１００Ａは、第２の段１００Ｂよりも高い数値の負圧（すなわちより低い絶対圧）を発生させる。したがって、弁部材１３５が、第２の段１００Ｂの吸気ポート１４４を選択的に開閉するために設けられる。弁部材１３５は、周囲空間内で発生した負圧が第２の段１００Ｂにおいて発生させられ得る負圧を超過した場合に、吸気ポート１４４を遮断する。これらのポートを閉じることにより、駆動段１００Ａによって排気される空気の逆流が防止される。逆流は、この空気が、逆流条件下において吸気ポート１４４を通して第２の段１００Ｂから、排気させようとする空間に再進入する結果として生ずる。
【００３８】
図１Ａの実施形態においては、弁部材１３５は、真空エジェクタカートリッジ１００の第２の段１００Ｂの内周全体にわたり延在する単体体として設けられて、第２の段１００Ｂにおいて発生する負圧と周囲空間内の外部真空条件との圧力差にしたがって吸気ポート１４４を選択的に開閉する。代替形態としては、図２に示すように、複数の個別のフラップ弁部材または複数の個別の弁フラップ１３５を有する１つの部材が、それぞれが各吸気ポート１４４に関連付けられる状態で設けられ得る。
【００３９】
図１Ｂから明らかなように、エジェクタカートリッジ１００は、駆動ノズルアレイ１１０ならびに吸気ポート１４２および１４４を除いては、中心軸ＣＬを中心とする回転体を形成する実質的に回転対称の本体として形成される。駆動ノズルアレイ１１０ならびに吸気ポート１４２および１４４を備える部分は、厳密に言えば回転体を形成しないが、これらは、前記回転軸ＣＬを中心とする回転対称で配設され得るため、したがって中心軸ＣＬを中心とする回転体となるべきものにごく軽微な不連続部分を有するに過ぎない。
【００４０】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、エジェクタカートリッジ１００は、中心軸ＣＬに対して垂直な、すなわちエジェクタカートリッジ１００を通過する空気流の方向に対して垂直な平面内の長さ部分に沿って実質的に円形の断面形状を有する実質的に円筒状のエジェクタカートリッジである。しかし、エジェクタカートリッジ１００またはその構成要素が円形断面で形成されることは、必須ではなく、特に様々なノズルは、特定の用途に適する場合に正方形または他の非円形断面で形成され得る点が理解されよう。しかし、実質的な円筒状または管状の形状が、エジェクタカートリッジ１００には好ましい。なぜならば、これにより、エジェクタカートリッジ１００は、図１Ａおよび図１Ｂに示すＯリング１１２ａおよび１４０ａなどの適切なシールを使用しつつ、ボア穴または他のエジェクタハウジングモジュール内に最も容易に設置され得るからである。
【００４１】
図１Ａおよび図１Ｂのエジェクタカートリッジ１００の特定の構成を参照すると、エジェクタカートリッジは、第２の段のハウジングピース１４０および駆動段ハウジングピース１３０から構成される２部分のハウジングにより構成されることが分かる。駆動ノズルアレイ１１０を画定する駆動ノズルピース１１２が、駆動段ハウジングピース１３０の入口端部内に取り付けられる。この実施形態において、弁部材１３５は、別個の部材として形成され、駆動段ハウジングピース１３０に対してハウジング内に形成された対応するおよび好ましくは円周方向の溝内に取り付けられることにより、駆動段ハウジングピース１３０が第２の段のハウジングピース１４０の入口端部に挿入された場合に、エジェクタカートリッジ１００に組み付けられる。
【００４２】
また、図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、エジェクタカートリッジ１００の構成要素がさらに詳細に説明される。
【００４３】
第２の段のハウジングピース１４０は、駆動段ハウジングピース１３０を受けるように構成された受容構造部１４５を有する入口部分を備え、さらに、駆動段ハウジングピース１３０は、駆動ノズルアレイ１１０を受ける。図１Ａから理解されるように、弁部材１３５は、受容構造部１４５に係合し、駆動段ハウジングピース１３０が第２の段のハウジングピース１４０の入口端部内に取り付けられた場合に、第２の段のハウジングピース１４０と駆動段ハウジングピース１３０との間にシールを形成する役割を果たす。
【００４４】
第２の段のハウジングピース１４０は、エジェクタカートリッジ１００の出口ノズルを構成する尻窄まり−末広がりノズル１４６を画定する。この尻窄まり−末広がりノズル１４６は、尻窄まり入口セクション１４７、直線セクション１４８、および末広がりセクション１４９を備える。直線セクション１４８もまた若干末広がり状であることが可能である。また、第２の段のハウジングピース１４０は、第２の段の吸気ポート１４４を画定する。この吸気ポート１４４を通して、周囲空間内の空気または他の流体媒体が第２の段に吸入されて、出口ノズル１４６を通してエジェクタカートリッジ１００から噴出される。
【００４５】
出口ノズル１４６の特別な特徴は、末広がりセクション１４９が、この例では末広がりセクション１４９の入口よりもノズル１４６の出口端部により近い位置にて末広がりセクション１４９に部分的に沿って形成された直径方向段状拡張部１５０を備える点である。図示された実施形態において、この拡張部は、出口ノズル１４６の出口端部の付近に位置する。末広がりノズルセクション１４９の第１のセクション１４９ａは、直径方向段状拡張部が鋭角部１５１にて形成される点まで、実質的に一定であり得る広がり角で直線セクション１４８から延在する。好ましくは、鋭角部１５１は、ノズル１４６の末広がりセクション１４９中のアンダーカット部により画定される。直径方向段状拡張部１５０において、末広がりセクションの壁部は、鋭角部１５１を形成するように方向転換し、壁部は、エジェクタカートリッジ１００の出口端部に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなる状態から、短距離にわたりエジェクタカートリッジ１００の入口端部に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなりつつある状態へと変化し、さらにその後カートリッジ１００の出口端部に向かって軸方向に延在しつつ再び末広がり状態に戻る。図に示すような第２の部分１４９ｂは、初期部分にてすなわち鋭角部のすぐ下流において円筒状直線壁部形状へと戻って続き、その後カートリッジ１００の出口端部の少し手前にて末広がり形状で続いてもよいため、末広がり形状への最終反転は任意である。ノズル１４６の形状は、その形状がノズル内の流れ条件および圧力条件からさほど急激ではない大気圧中への流れの膨張への変化をもたらす役割を果たす点を留意しつつ、エジェクタの所望の特徴にしたがって選択されることとなる。このようにすることで、カートリッジ１００の出口端部の設計は、駆動ノズルにおける圧力条件および流量条件に影響を及ぼすために有利に利用され得る。結果として、当業者は、駆動ノズルの設計においてより高い自由度を得ることとなる。
【００４６】
図３Ａに示すように、直径方向段状変化は、鋭角部１５１における段状拡張直前の直径Ｄｉと、点１５１とラジアル方向に一列に並ぶが末広がりセクション１４９の第２の末広がり部分１４９ｂ上の点１５２における段状拡張の直後の直径Ｄｏとを比較することにより測定され得る。直径方向段状変化は、ノズル１４６の末広がりセクション１４９ｂにおいて流体流にトリップを加えることによりノズル壁部に沿って乱流出口流を発生させ、それによってノズル１４６の出口における摩擦を軽減し、それに対応してエジェクタカートリッジ１００が所与の圧縮空気源から真空を発生させ得る効率を向上させる役割を果たす。
【００４７】
好ましくは、Ｄｉ対Ｄｏの比率は、６対７〜２０対２１の間であり、最も好ましくは約９４対１０５である。
【００４８】
図３Ｂを参照すると、吸気ポート１４２が形成された入口セクションを画定する駆動段ハウジングピース１３０が図示される。この吸気ポート１４２を通して、空気または他の流体媒体は、エジェクタカートリッジ１００の第２の段のノズルおよび出口ノズルを通して噴出されることとなる駆動段内に吸入され得る。駆動段ハウジングピース１３０は、弁本体１３５を受けるための環状溝１３９を備える。一方で、環状溝１３９は、各吸気開口１４４について各弁部材１３５を受けるための一連の個別の溝として設けられ得る。
【００４９】
また、駆動段ハウジングピース１３０は、尻窄まり入口セクション１３６、直線中間セクション１３７、および末広がり出口セクション１３８を有する、尻窄まり−末広がり型の第２の段のノズル１３２を画定するノズル本体を形成する。第２の段のノズルは、入口１３１および出口１３３を画定する。さらに、第２の段のノズルピース１３０は、駆動段ハウジングピース１３０の入口端部内に駆動ノズルピース１１２を取り付けるための、環状溝の形態などの受容構造部１３４を画定する。このようにすることで、切欠部または同等の係合構造部が、溝１３４に係合するために駆動ノズルピース１１２上に設けられてもよく、または環状Ｏリングシール１１２ｂが、駆動ノズルピース１１２および駆動段ハウジングピース１３０がこれらの２つの構成要素の各溝内に相互に受けられることによって共に結合されるように設けられてもよい。
【００５０】
図３Ｃを参照すると、駆動段ハウジングピース１３０の入口端部の環状溝１３４などの受容構造部との封止された相互連結を形成するための、そのようなＯリング１１２ｂを備える駆動ノズルピース１１２が図示される。駆動ノズルピース１１２は、駆動ノズルアレイ１１０を備え、この駆動ノズルアレイ１１０は、複数の駆動ノズル１２０を備える。駆動ノズルピース１１２は、各駆動ノズル１２０から高速空気の各空気ジェットを発生させるために駆動ノズル１２０に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給源が設けられた入口１１４を備える。駆動ジェットにより生成される流体流およびそれに取り込まれた任意の流体媒体は、一般的にはジェット流または駆動ジェット流と呼ばれ得る。
【００５１】
図４は、駆動ノズル１２０の拡大断面図を示す。この場合では、駆動ノズル１２０は、各ノズルの軸方向に見た場合に円形断面を有するように形成されるが、同等の流体動的効果を伴う非円形断面もまた可能である。
【００５２】
各駆動ノズル１２０は、図４に示すように、直線状壁部入口流セクション１２２および末広がり出口流セクション１２４を有するように駆動ノズルピース１１２内に形成され得る。直線状壁部入口流セクションは、尻窄まりも末広がりもせず、入口１２１にアールが付けられた、丸められた、または面取りされた１つ又は複数のエッジを備える。末広がり出口流セクション１２４は、その長さ部分に沿って駆動ノズルの出口端部に向かって漸減的な末広がりを呈するように、直線状壁部セクション１２２の出口端部から延在する。換言すれば、末広がりセクション１２４は、直線状壁部部分１２２から延在する位置である出口流セクション１２４の入口端部にて最も大きく末広がりとなり、そのセクション１２４の出口端部にて最も小さく末広がりとなっている。また、末広がりセクション１２４は、末広がり出口流セクション１２４の出口端部にさらなる直線状壁部セクション１２６を備えてもよい。駆動ノズル１２０を通過する空気流の方向に対して垂直な方向において断面で見た場合に、末広がりセクション１２４は、直線状壁部入口流セクション１２２の長手方向中心軸上に焦点を有して位置する楕円の一部分の形状を有し、末広がりノズルセクション１２４の最大末広がり端部から最小末広がり端部まで延在する。
【００５３】
直線状壁部セクション１２６が、駆動ノズル１２０の出口に設けられる場合には、好ましくは、このセクションは、駆動ノズル全体の全長ＬＮの１２％以下の、好ましくは１０％以下の長さｌｅを有する。
【００５４】
駆動ノズル１２０の入口１２１のアールが付けられた、丸められた、または面取りされた１つ又は複数のエッジとは対照的に、駆動ノズル１２０の出口は、駆動ノズル１２０が形成されるノズル本体１１２の端面に対して実質的に９０°の鋭角を成す。これは、圧縮空気が駆動ノズル入口１２１に供給され駆動ノズル１２０を通して加速される場合に、駆動ノズル１２０から出る高速空気のコヒーレントジェットを生成するのを補助する役割を果たす。
【００５５】
かかる加速は、入口流セクション１２２の出口における内径ｄｉから末広がり出口流セクション１２４の出口における内径ｄｏへの径の拡張をもたらすノズル１２０の末広がりセクション１２４において主に実現される。入口流セクション１２２の出口端部の内径ｄｉとノズル１２０の出口の内径ｄｏとの比率は、エジェクタの所望の特徴にしたがって選択されることになる。エジェクタが、「高流量」と一般的に呼ばれるものに向けて設計される場合には、ｄｏは、ｄｉに対してより小さくなり、例えばｄｏ≒１．３・ｄｉとなる。エジェクタが、「高真空」と一般的に呼ばれるものに向けて設計される場合には、ｄｏは、ｄｉに対してより大きくなり、例えばｄｏ≒２・ｄｉとなる。したがって、入口流セクション１２２の出口端部の内径ｄｉとノズル１２０の出口の内径ｄｏとの間の典型的な範囲は、１対１．２〜１対２．２の間となる（１／１．２≦ｄｉ／ｄｏ≦１／２．２）。
【００５６】
直線状壁部セクション１２６が存在するか否かに関わらず、および末広がり出口流セクション１２４について選択される軸方向長さに関わらず、直線状壁部入口流セクション１２２の軸方向長さは、好ましくは入口流セクション１２２の出口端部における内径ｄｉの約５倍となり得る。好ましくは、末広がり出口流セクション１２４の軸方向長さは、それ自体においてかまたは直線状壁部セクション１２６が設けられる場合にはそれを含む状態のいずれかにおいて、直線状壁部入口流セクション１２２について選択された軸方向長さとは無関係に、ノズル１２０の出口の内径ｄｏの少なくとも２倍であり得る。代替的には、直線状壁部入口流セクション１２２の軸方向長さは、入口流セクション１２２の出口端部の内径ｄｉの約５倍であり、直線状壁部セクション１２６を含む末広がり出口流セクション１２４の軸方向長さは、ノズル１２０の出口の内径ｄｏの少なくとも２倍であり得る。
【００５７】
図１Ａ、図２、および図３Ｃに示すように、駆動ノズル１２０は、相互に実質的に平行に整列するように、すなわち各ノズル１２０の長手方向中心軸がエジェクタカートリッジ１００の中心軸ＣＬと平行に軸方向に整列されるように、駆動ノズルアレイ１１０内に設けられる。当然ながら、駆動ノズルアレイ１１０内の駆動ノズル１２０は、ノズルアレイ１１０から第２の段のノズル１３２の入口１３１に向かって発射される共形ジェット流の形状を調整するために、若干の末広がりまたは尻窄まりを同様に伴ってもよく、若干の尻窄まりは、若干の末広がりよりも好ましい。
【００５８】
同様に、これらの図は、２×２行列に配置された４つの駆動ノズルから構成されるノズルアレイ１１０を示すが、これは、本発明に対するいかなる限定でもなく、本発明は、駆動ノズルアレイ１１０内に適切なグループで配置された、具体的には２つ、３つ、４つ、５つ、または６つの駆動ノズルなど、任意の個数の駆動ノズル１２０を備えてもよい。例えば、３つのノズルが、三角形の点に配置されてもよく、４つのノズルが、図示するように正方形の角に配置されてもよく、５つのノズルが、五角形角にまたは正方形の中心に１つと正方形の各角に配置されてもよく、６つのノズルが、六角形の角を含め様々にグループ化されてもよい。
【００５９】
また、当然ながら、さらに多数の駆動ノズル１２０が、目的に応じて駆動ノズルアレイ１１０に対して可能であり予期される。また、例えば中心ノズルが複数の周囲ノズルを有するグループなどにおいて、中心ノズルが、各周囲ノズルよりも低い体積流量を有する高速空気ジェットをもたらすように構成され得るなど、各駆動ノズルの設計が、共形駆動ジェット流を制御するために変更され得ることが予期される。
【００６０】
図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ〜図７Ｃ、および図８を参照すると、本発明によるエジェクタの第２の実施形態が示される。また、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ〜図７Ｃ、および図８の実施形態は、エジェクタカートリッジ２００として構成される。
【００６１】
エジェクタ２００は、エジェクタ１００と構成および動作において同様であり、上述のエジェクタ１００の特徴、構成要素、動作、および使用は、さらなる特徴または変更が具体的に説明される場合を除けば、エジェクタ２００にも同様に当てはまる。また、エジェクタカートリッジ２００は、第１の駆動段２００Ａおよび第２の段２００Ｂを備える。
【００６２】
図５Ｂは、エジェクタ２００の出口端部に対面する軸方向端面図であり、第２の段のノズル２３２および出口ノズル２４６により画定される軸方向通路内におよびそれに沿って対面するようなグループに配置された駆動ノズル２２０の出口を明確に示す。図５Ａは、エジェクタカートリッジ２００が回転体を実質的に形成するその中心軸ＣＬを含む図５Ｂの断面Ａ−Ａを示す。また、エジェクタカートリッジ２００の本体は、吸気ポート２４２および２４４ならびに出口ノズルの末広がりセクションを除いては、実質的に円筒状である。
【００６３】
エジェクタカートリッジ２００の構造は、エジェクタカートリッジ２００が駆動段２００Ａおよび第２の段２００Ｂの両方を構成する単一のハウジングピース２４０を有するように形成されるという主要な例外点を除けば、エジェクタカートリッジ１００の構造と実質的に同一である。第２の段のノズルは、別個の第２の段のノズルピース２３０として形成され、これは、駆動ノズル２１２をハウジングピース２４０の入口端部に挿入する前に、ハウジング２４０の入口端部からハウジング２４０に挿入されるように構成される。
【００６４】
第２の段のノズル本体２３０は、ハウジング２４０の第２の段２００Ｂ部分に単純に圧入されるが、駆動ノズルピース２１２は、ハウジングピース２４０の入口に受容構造部として設けられた環状溝２３４内に係合するように構成された相互係合環状リッジ２１２ｂを備えることが明らかであろう。
【００６５】
図６および図７Ｃにおいてより明確に示すように、駆動ノズルピース２１２は、ロッドまたはポスト２１６を備え、これらのロッドまたはポスト２１６は、駆動ノズルピース２１２のラジアル方向外方フランジセクションから前方に延在し、第２の段のノズルピース２３０の後方側に当接係合して、エジェクタハウジング２４０内で軸方向に定位置に第２の段のノズルピース２３０を保持する。これらのポストまたはロッド２１６は、エジェクタハウジングピース２４０内で第２の段のノズルピース２３０を定位置に固定すると共に、さらにエジェクタノズルアレイ２１０のエジェクタノズル２２０の出口と第２の段の尻窄まり−末広がりノズル２３２への入口２３１との間に所望の間隔を維持する役割を果たす。
【００６６】
また、エジェクタカートリッジ２００は、エジェクタカートリッジ１００と同様に動作するように構成され、圧縮空気は、エジェクタカートリッジ２００の入口にて駆動ノズルアレイ２１０の入口２１４に供給され、駆動ノズルアレイ２１０の駆動ノズル２２０を通して加速されて、第２の段のノズル２３２の入口２３１内に共に共通して向かう各駆動空気ジェットとして出現する点が理解されよう。また、駆動空気ジェットのこのアレイは、周囲空間内の流体を駆動ジェット流の中に取り込むことにより、第１の駆動段２００Ａのハウジング２４０に形成された吸気ポート２４２を通して周囲流体を引き込むことになる吸引力を生成する。次いで、圧縮空気および同伴流体媒体が、第２の段のノズル２３２内で加速されて、第２の段の空気ジェットとして出現し、これは、次いで出口ノズル２４６内に向かう。出口ノズル２４６は、尻窄まり−末広がりノズルとしてハウジングピース２４０によりやはり画定される。前述同様に、第２の段２００Ｂを通過する高速空気ジェットは、第２の段の空気ジェットの周囲の空間内の空気または他の流体媒体を第２の段のジェット流の中に取り込まれ、それを出口ノズル２４６を通してエジェクタ２００から噴出する。これが、吸気ポート２４４にて吸引力を生成し、それにより任意の周囲空間から流体媒体を引き込む。弁部材２３５が、第２の段２００Ｂおよび周囲空間内の相対負圧レベルに関わらず、第２の段の吸気ポート２４４を選択的に開閉するためにやはり設けられる。この実施形態においては、弁部材２３５は、第２の段のノズルピースの一体構成要素として形成され、第２の段のノズルピースは、この弁部材２３５と共に一体成形体を形成する。弁部材２３５は、第２の段２００Ｂ内の圧力が周囲空間内の圧力未満である場合に開き、周囲空間内の圧力が第２の段２００Ｂ内の圧力未満に低下すると閉じる。
【００６７】
また、図６から理解されるように、駆動ノズル２２０は、全ての駆動ノズル２２０からの空気ジェットが第２の段のノズル２３２の入口２３１内に向かうのを可能にするグループで配置される。これは、図６において駆動ノズルグループにより概略的に示され、このグループは、第２の段のノズル２３２の内径に対応する２つの隣接し合う大円のそれぞれの内部の２×２行列で配置された小円として示される。図６の左手のグループは、図６に示すような駆動ノズル２２０の配列に対応するが、右手のグループは、ノズルが、そのグループが４５°の角度にわたり回転された場合でも第２の段のノズル２３２の外周部の範囲内にどのように留まるかを示す。このようにすることで、駆動ノズルアレイ２１０の複数のノズルが、第２の段のノズル２３２の共通入口２３１内に各駆動ジェットをどのように向かわせることができるかが分かる。上記のように、図６の第２の段のノズルの中間チャネルに描かれた駆動ノズルグループを含む２つの隣接し合う円は、第２の段のノズル１３２に部分的に沿った構造的特徴を表すものではなく、中心軸ＣＬに沿ったこれらの構成要素の相対配列を図示するために作成された、第２の段のノズルの断面に対する可能な駆動ノズルアレイグループの投影図である。
【００６８】
図７Ａを参照すると、駆動ノズルピース２１２を受けるための環状溝の形態の受容構造部２３４を有する入口端部を有するハウジングピース２４０が示される。第１の駆動段吸気ポート２４２および第２の段の吸気ポート２４４もまた図示され、これらは、それらを除けば実質的に円筒状であるハウジングピース２４０の本体に開口として設けられる。ハウジングピース２４０は、その遠位端部に、尻窄まり入口セクション２４７、直線状壁部セクション２４８、および末広がり出口セクション２４９を備えるエジェクタカートリッジ２００の尻窄まり−末広がり出口ノズル２４６を画定する。図１、図２、および図３Ａの実施形態と同様に、出口ノズル２４６の末広がり部分２４９は、出口端部付近に直径方向段状拡張部２５０を備え、それにより末広がりセクション２４９は、それぞれ第１の末広がりセクション２４９ａと第２の末広がりセクション２４９ｂとに区分される。直径方向段状拡張部２５０には、アンダーカット部が形成され、その位置にて、末広がりセクション２４９の壁部は、出口ノズル２４６を通過する空気流の方向に対して垂直な方向の断面で見た場合に、エジェクタカートリッジ２００の出口に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなる状態から、エジェクタカートリッジ２００の入口に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなる状態へと反転し、さらにその後エジェクタカートリッジ２００の出口端部に向かって軸方向に延在しつつ再び末広がり状態に戻る。末広がりセクション２４９の壁部のこの方向転換により、段状拡張部２５０に鋭角部２５１が形成される。この直径方向段状拡張部は、上述のエジェクタカートリッジ１００に関する出口ノズル１４６の出口セクション１４９に対する直径方向段状拡張部１５０と同一の寸法関係を有してもよい。
【００６９】
また、末広がりセクション２４９が、２つ以上の直径方向段状拡張部を備えることも可能である。図９を参照すると、エジェクタハウジングピース２７０が示されるが、これは、エジェクタハウジングピース２４０の代替形態に相当し、エジェクタカートリッジ２００のエジェクタハウジングピース２４０の代わりに使用され得る。エジェクタハウジングピース２４０と同様に、エジェクタハウジングピース２７０は、エジェクタノズルピース２１２を受けるための入口端部の受容構造部２３４と、吸気ポート２４２および２４４と、第２の段のノズルピース２３０を受けるための吸気ポート間の受容構造部２４５とを備える。また、エジェクタハウジングピース２７０は、その出口端部に尻窄まり−末広がりノズル２４６を画定して、エジェクタカートリッジ２００に出口ノズル２４６を与える。この出口ノズル２４６は、尻窄まり入口セクション２４７、直線状壁部中間セクション２４８、および末広がり出口セクション２４９を備える。しかし、この例においては、末広がり出口セクション２４９は、第１の末広がりセクション２４９ａ、第２の末広がりセクション２４９ｂ、および第３の末広がりセクション２４９ｃに区分される。直径方向段状拡張部２５０および２５５が、末広がりセクション２４９の長さ部分に沿って２つの位置に設けられて、それにより末広がりセクションは、第１の末広がりセクション２４９ａ、第２の末広がりセクション２４９ｂ、および第３の末広がりセクション２４９ｃに区分される。直径方向段状拡張部２５０は、図７Ａにおけるのと同様に末広がりセクション２４９の出口端部付近に形成される。直径方向中間段状拡張部２５５が、さらに設けられ、出口ノズル２４６の末広がりセクション２４９の壁部中のアンダーカット部によってやはり形成される。アンダーカット部は、第１のセクション２４９ａの端部の段状拡張部の位置に鋭角部２５６を形成し、この位置にて、ノズル壁部は、ノズルを通過する空気流の方向に対して垂直な方向の断面で見た場合に、ノズルの出口に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなる状態から、ノズルの入口に向かって軸方向に延在しつつ末広がりとなる状態へと反転し、さらにその後ノズルの出口に向かって軸方向に延在しつつ再び末広がり状態に戻る。
【００７０】
末広がりセクション２４９の出口ノズル２４６の末広がり壁部の角度は、３つの全てのセクション２４９ａ、２４９ｂ、および２４９ｃにおいて実質的に同一であるが、さらに大きいまたは小さい広がり角がノズルの出口端部に対して使用され得る点が理解されよう。また、出口ノズル２４６の末広がりセクション２４９における直径方向段状拡張部２５０、２５５の目的は、空気流にトリップを加えることにより乱流空気流をもたらして、出口ノズル２４６を通過する空気が被るノズル壁部における摩擦を軽減し、それにより全体としてのエジェクタカートリッジ２００を通過する空気流に対する抵抗に影響を及ぼすことである。
【００７１】
図９に示すように、中間段状拡張部２５５は、ノズル２４６の出口端部付近に設けられた段状拡張部２５０と同様の直径方向増分をもたらすような設計ではない。したがって、鋭角部２５６と、鋭角部２５６とラジアル方向に一列に並ぶが第２の末広がりセクション２４９ｂに位置するノズル２４６の内方壁部上の点２５７との間の直径方向増分は、第２の直径方向段状拡張部２５０の鋭角部２５１と、第３の末広がりノズルセクション２４９ｃの壁部上の鋭角部２５１とラジアル方向に一列に並ぶ点２５２との間の直径方向段差よりも小さい。
【００７２】
図７Ａを参照すると、エジェクタハウジングピース２４０は、第２の段のノズルピース２３０を受けるためのショルダの形態の受容構造部２４５をさらに備えることが分かる。図７Ｂに示すように、第２の段のノズルピース２３０は、ノズルピース２４０の受容構造部２４５に形成された対応するショルダと当接するラジアル方向外方フランジをその入口端部に備える。
【００７３】
図７Ｂに示す第２の段のノズルピース２３０は、尻窄まり入口セクション２３６、直線状壁部中間セクション２３７、および末広がり出口セクション２３８を備える尻窄まり−末広がり型の第２の段のノズル２３２をさらに画定する。この第２の段のノズル２３２は、第２の段のノズル２３２の入口２３１と出口２３３との間に延在する。図７Ｂの第２の段のノズルピース２３０においては、弁部材２３５は、ノズルピース２３０と一体的に形成されて、エジェクタカートリッジ２００のエジェクタハウジングピース２４０または２７０の第２の段の吸気ポート２４４の選択的な開閉を可能にする。弁部材２３５の可撓性を助長するために、開口２６０が、弁部材２３５のベース付近に設けられてもよく、それにより吸気ポート２４４に対して弁部材２３５をより容易に開閉可能にしてもよい。
【００７４】
図７Ｂは、一方の図において、ノズルピース２３０を通過する空気流の方向に対して垂直な方向におけるノズルピース２３０の断面図を示し、さらにノズルピース２３２の出口端部２３３から見た場合の軸方向端面図において、ノズルピース２３０を示す。この後者の図においては、複数の歯２６２がさらに示され、これらは、第２の段のノズル本体２３０の外部上に弁部材２３５のベース付近に形成される。歯２６２は、エジェクタハウジングピース２４０または２７０の係合構造部２４５に設けられ得る対応する歯に係合するように配置される。これらの歯は、エジェクタカートリッジ２００のエジェクタハウジングピース２４０または２７０に対する第２の段のノズル本体２３０の回転整列を容易化するために設けられる。かかる整列は、特にエジェクタカートリッジ２００が回転対称形状である場合には、しばしば必要とはされない。しかし、いくつかの実施形態においては、エジェクタハウジングピース２４０または２７０は、エジェクタハウジングの外周部に沿って均等には分布しない第２の段の吸気ポート２４４を備えてもよく、または、第２の段のノズルピース２３０は、各吸気ポート２４４に対応する個別の弁部材２３５を備えてもよく、その場合には、弁部材２３５と弁部材２３５により選択的に開閉されることとなる各吸気ポート２４４との間の整列が必要となる。
【００７５】
第１の駆動段２００Ａと第２の段２００Ｂとの間の第２の段のノズルピース２３０の周囲における空気漏れを防止するためにシール部材が設けられない点が理解されよう。これは、第２の段のノズルピース２３０が、エジェクタハウジングピース２４０または２７０の内方寸法に順応することによりそれとの間に気密シールを形成する比較的軟質および従順なゴムまたはプラスチックから作製されるように意図される点に応じたものである。これは、第２の段のノズルピース２３０を軸方向において定位置に保持する駆動ノズルピース２１２上に設けられたポストまたはロッド２１６と協働することにより、第２の段のノズルピース２３０の入口端部の周囲にしっかりしたシールをもたらす。
【００７６】
図７Ｃを参照すると、駆動ノズルピース２１２が、駆動ノズルピース２１２を通過する空気流の方向に対して垂直な方向に見た断面図において、および駆動ノズル２２０の出口端部から見た軸方向図においてやはり示される。駆動ノズルピース２１２は、圧縮空気供給源から圧縮空気を受けるための、および駆動ノズルアレイ２１０の複数の駆動ノズル２２０に圧縮空気を供給するための入口２１４を有する。駆動ノズルアレイ２１０の駆動ノズル２２０は、図４に示す駆動ノズル１２０と同様に形成され得る。
【００７７】
駆動ノズルピース２１２は、環状リッジ２１２ｂ（または駆動ノズルピース２１２の外周部周囲にリング状に配置された一連の突出部）を有して形成され、この環状リッジ２１２ｂは、エジェクタハウジングピース２４０または２７０の入口端部の受容構造部の環状溝２３４に係合してエジェクタカートリッジ２００のハウジングピース２４０内に駆動ノズルピース２１２を固定するようにサイズ設定される。環状リッジ２１２ｂの代わりに、駆動ノズルピース２１２は、環状溝を備えることが可能であり、エラストマーＯリングが、駆動ノズルピースの溝内に設けられて、駆動ノズルピース２１２が嵌入した場合にエジェクタハウジングピース２４０または２７０の溝２３４に係合することにより、２つのピースを共に固定することが可能である点が理解されよう。また、エジェクタカートリッジ２００と、排気させようとする外部空間との間の必要な封止が、エラストマーシール２１２ａの使用により得られる（以下でさらに論じることになる図１２を参照して理解され得るように）ことにより、受容構造部２３４に気密シールを設けることが不要である点が理解されよう。一方で、リッジ２１２ｂが、溝として形成され、リッジが、駆動ノズルピース２１２の溝内に受けられるように、エジェクタハウジングピース２４０または２７０の受容構造部２３４の溝の代わりに設けられてもよい。
【００７８】
エジェクタハウジングピース２４０または２７０の入口端部内への駆動ノズルピース２１２のしっかりしたスナップ嵌めにより、第２の段のノズルピース２３０が定位置にさらに固定される。なぜならば、駆動ノズルピース２１２から前方軸方向に延在するロッドまたはポスト２１６が、第２の段のノズルピース２３０の裏側表面に対して押し付けられることにより、エジェクタハウジングピース２４０または２７０の受容構造部２４５に設けられたショルダに対してロッドまたはポスト２１６を固定するように配置されるからである。したがって、第２の段のノズルピース２３０は、軸方向において定位置に固定され、また駆動ノズルアレイ２１０から所望の軸方向距離だけ離間される。ロッドまたはポスト２１６の使用は、必要な構造安定性をもたらすことに加えて、エジェクタカートリッジ２００の周囲の空気または他の流体媒体が吸気ポート２４２を通り駆動段２００Ａ内へと妨げられることなく流れるのを可能にする点が容易に理解されよう。
【００７９】
図８を参照すると、第２の段のノズルピース２３０および駆動ノズルピース２１２が、エジェクタハウジングピース２４０内にどのように取り付けられ、駆動ノズル２２０により発生すると共に第２の段のノズル２３２および出口ノズル２４６を通って連続的に向かう高速空気の軸方向流をもたらすようにどのように配置されるかの詳細を示した、エジェクタカートリッジ２００の断面斜視図が示される。また、図９は、吸気ポート２４２および２４４を通過する空気流が、第１の駆動段２００Ａおよび第２の段２００Ｂのそれぞれの駆動ノズル２２０および第２の段のノズル２３２により生成された空気ジェットにより生成されるジェット流の中にどのように取り込まれ得るかを示す。
【００８０】
図１０を参照すると、この図は、単一の駆動ノズルにより発生し並列関係にある第２の段のノズルおよび出口ノズルを通過する軸方向連続流へと膨張し得る単一の駆動ジェット流と、各駆動ノズルアレイ１１０、２１０に４つの駆動ノズル１２０、２２０を有するエジェクタカートリッジ１００および２００により発生し得るような複数の駆動ジェット流との比較を示す。この代表的な図から理解されるように、複数の駆動ジェット流の例についての第２の段のノズルおよび出口ノズルを通過する流体流の発達は、従来のエジェクタの単一の駆動ジェット流の例の場合と実質的に同一である。
【００８１】
そうであるが、複数駆動ノズル構成により、エジェクタカートリッジは、本願の図１４および図１５に示す構成の単一駆動ノズル多段エジェクタの場合よりも、発生する負圧およびエジェクタカートリッジを通過する体積流量に関して優れた性能を発揮することが可能となる点が判明した。換言すれば、図１４および図１５の設計の多段エジェクタと同一性能を実現するために、複数の駆動ノズルを有する本発明による多段エジェクタは、より少量の圧縮空気を使用して同一の性能を発揮し得るため、より高い効率レベルをもたらす。加えて、同等の性能のエジェクタに関して、駆動ノズルアレイに複数の駆動ノズルを有する本発明のエジェクタは、図１４および図１５に示す設計のエジェクタよりも短尺であり、より小さな設置面積を有する。特に、両エジェクタ設計は、同一の性能レベルに関して実質的に均等な径を有し得るが、図１４および図１５のエジェクタカートリッジは、上述した実施形態１００および２００により例示されるような本発明のエジェクタカートリッジが２段構成だけで達成し得るのと同一の性能レベルを実現するために、３段構成を必要とする。したがって、同等性能について、本発明によるエジェクタカートリッジは、先行技術のエジェクタカートリッジに比べてより小さなサイズでおよび設置面積を削減して作製され得る。
【００８２】
エジェクタカートリッジ１００および２００の上記の実施形態を参照すると、第２の段のノズルピース１３０、２３０および駆動ノズルピース１１２、２１２は、対応する受容構造部内に受けられ得るが、添付の図面に示すようにそれらが圧入構成またはスナップ嵌め構成によってだけでなく、任意の代替的な対合もしくは螺合の形態によりまたはさらには接着、溶接、もしくは他の方法による定位置への固定によっても同様にそれらが嵌められる対応する受容構造部内に受けられ得る点が理解されよう。
【００８３】
エジェクタカートリッジ１００および２００の構成要素の製造に関して、エジェクタカートリッジハウジングピース１３０、１４０、２４０、または２７０および駆動ノズルピース１１２、２１２は、当業者には既知であるように適切なプラスチック材料を使用してワンショット成形プロセスにより形成されることが好ましい。
【００８４】
単体型の一体的に成形された第２の段のノズルピース２３０の場合には、材料は、弁部材２３５による吸気ポート２４４の開閉を可能にするのに必要な可撓性をもたらす一方で、同時に所望の流れ発達が尻窄まり−末広がりノズル２３２を通して発生するのに十分な構造剛性を有さなければならない。そのため、好ましくは、第２の段のノズルピース２３０は、プラスチックまたはゴムのいずれかである、および好ましくはＢＡＳＦよりＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）Ｓ−ｓｅｒｉｅｓの商標名で市販される熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＥ（Ｕ））などの適切な熱可塑性エラストマー配合物から、ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｕｒｏｐｅより市販されるようなＳａｎｔｏｐｒｅｎｅ（商標）ＴＰＶ  ８２８１−６５ＭＥＤなどの軟質熱可塑性加硫物（ＴＰＶ）から、ＮＢＲから、または他の適切な材料から作製された、比較的従順な材料から形成される。通常のフッ素ゴムまたはＦＰＭゴムが、別の適切な材料である。
【００８５】
第２の段のエジェクタピース２３０を成形するために使用されることとなる具体的な材料は、実際にはエジェクタカートリッジ２００の用途により決定される。具体的には、殆どの用途についてはＴＰＥ（Ｕ）を使用することが、しかし耐化学性が重要である場合にはＥ．  Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されるような標準タイプのＶｉｔｏｎ（登録商標）Ａ、ＢまたはＦを使用することが予期される。
【００８６】
駆動ノズル１２０および２２０は、ノズルピース１１２、２１２が形成される成形プロセス時に駆動ノズルピース１１２、２１２内に形成され得ることが予期される。一方で、駆動ノズル１２０および２２０は、十分な寸法精度が駆動ノズルピース１１２、２１２の成形時に可能でない場合には、穿孔などにより既に成形済みのノズルピース１１２、２１２中に形成されてもよい。第２の段のノズル１３２、２３２および出口ノズル１４６、２４６に関しては、これらは、後の製造ステップを必要とせずに、各構成要素１３０、２３０、１４０、２４０が形成される成形プロセスの一部として形成されることが予期される。
【００８７】
次に図１１Ａ〜図１１Ｃを参照すると、真空ポンプまたは同様の物において使用するためにエジェクタカートリッジ１００（均等なものとしてエジェクタカートリッジ２００）がハウジングモジュール１０００内にどのように取り付けられ得るかの一例を示す。
【００８８】
図１１Ｂは、ハウジングモジュール１０００内に形成された内部ボア１０１２、１０４０、１０６０内に取り付けられたエジェクタ１００を示す。Ｏリングシール１１２ａおよび１４０ｂが、それぞれ駆動ノズルピース１１２とハウジングモジュール１０００の入口ボア１０１２との間におよび第２の段のエジェクタハウジングピース１４０の外部とハウジングモジュール中に画定されたボアの内部との間にシールを形成することにより、ボアを中間真空チャンバ１０４０と出口チャンバ１０６０とに隔てる。ハウジングモジュール１０００は、エジェクタカートリッジ１００に圧縮空気供給源を与えるために圧縮空気源が連結される入口チャンバ１０２０を備える。入口ボア１０１２は、入口チャンバ１０２０内に連結され、それにより圧縮空気は駆動ノズルピース１１２の入口１１４に供給される。動作時には、圧縮空気は、エジェクタ１００を通過する高速ジェット流の流れを形成し、これは、エジェクタ１００の駆動段および第２の段のそれぞれの吸気ポート１４２および１４４にて吸引力を生成し、その後、圧縮空気および周囲空間からの任意の同伴流体が、出口ノズル１４６を通り出口チャンバ１０６０内に噴出される。マフラまたは代替的な停止部材１１００が、ハウジングモジュールボアの開口内に設けられることにより、出口チャンバ１０６０を遮断してエジェクタ１００から噴出される流体を収容し、エジェクタ１００の出口ノズル１４６から出るこの空気の高速ジェット流により引き起こされる騒音を抑制する。停止部材１１００は、ハウジングモジュール１０００のボア内に軸方向において定位置にエジェクタカートリッジ１００を固定するように配置されたアームまたはロッド１１１０を備える。停止部材１１００は、エラストマーＯリング１１００ａなどの適切なシール部材を使用して定位置に固定されてもよく、またはハウジングモジュール１０００のボアを遮断するために封止的に定位置に螺合、固定、溶接、もしくは接着されてもよい。
【００８９】
エジェクタ１００から噴出される空気は、エジェクタ１００から出る際に大気へと放出される代わりに、ハウジングモジュール１０００のベースに形成された出口ポート１０４６を通りハウジングモジュール１０００から送出される。このようにすることで、圧縮空気は、入口ポート１０１４を通してハウジングモジュール内に供給され、圧縮空気および周囲空間から排気された任意の同伴流体は、出口ポート１０４６を通してハウジングモジュール１０００から放出される。ハウジングモジュール１０００は、吸気ポート１０４２および１０４４をさらに備え、これらのポートは、エジェクタ１００の第１の段の吸気ポート１４２および第２の段の吸気ポート１４４を囲む真空チャンバ１０４０内の空間を、排気させようとする空間に連結するように構成される。排気させようとする空間は、例えば１つまたは複数の吸引カップもしくは他の吸引デバイス、または任意の他の真空被動機械などを備えてもよい。
【００９０】
図１１Ｂに示す例においては、ハウジングモジュール１０００は、そのベース表面に沿って真空被動デバイスの連結プレート１２００に対して連結され、連結プレート１２００は、ハウジングモジュール１０００のベースに形成されたポート１０１４、１０４２、１０４４、および１０４６に対応するポート１２１４、１２４２、１２４４、および１２４６を備える。Ｏリング１０１４ａ、１０４２ａ、１０４４ａ、および１０４６ａなどのエラストマーシールが、ハウジングモジュール１０００の対応するポートとコネクタプレート１２００のポート１２１４、１２４２、１２４４、および１２４６との間に設けられる。コネクタプレート１２００のポート１２１４は、入口ポート１０１４を通してハウジングモジュール１０００の入口チャンバ１０２０内に圧縮空気を供給するために圧縮空気供給源に連結される。同様に、ハウジングモジュール１０００の出口１０４６を通り放出される空気は、コネクタプレート１２００の出口通路１２４６を通して運び去られる。同様に、コネクタプレート１２００のポート１２４２および１２４４は、エジェクタ１００により発生した真空を、排気させようとする空間に連結し、排気させようとする空間内の空気または他の流体媒体は、コネクタプレート１２００のポート１２４２、１２４４を通り、ハウジングモジュール１０００の吸気入口１０４２および１０４４を通り、エジェクタカートリッジ１００の第１の段１００Ａおよび第２の段１００Ｂを囲むボア内に形成された真空チャンバ１０４０内へと引き込まれる。
【００９１】
真空発生の初期段階では、大きな差圧が、エジェクタカートリッジ１００の第２の段１００Ｂ間に存在し、弁部材１３５は、開くことにより、流体媒体が吸気入口１４４を通り第２の段のジェット流の中に取り込まれ、さらに同時に吸気ポート１４２を通り駆動セクション１００Ａの中に取り込まれる。しかし、排気させようとする空間内の真空が上昇することによってより高い負圧（すなわちより低い絶対圧）が発生すると、弁部材１３５間の圧力差は、これらの弁部材が閉じるまで低下し、弁部材が閉じる時点では、駆動段１００Ａのみが、吸気ポート１４２を通してチャンバ１０４０に対して吸引力を与え、次いでこれにより、ハウジングモジュールの吸気ポート１０４２および１０４４を通して連結プレート１２００のポート１２４２、１２４４に対して吸引力が与えられる。
【００９２】
このようにハウジングモジュール内にエジェクタカートリッジを取り付けることにより、エジェクタカートリッジ１００により発生する真空は、連結プレート１２００を介して所望に応じて関連付けられる連結された真空被動装置へと選択的にかけられ得る。
【００９３】
図１１Ａは、ハウジングモジュール１００の入口ポート１０１４、吸気ポート１０４２、１０４４、および出口ポート１０４６の配置を示す。ハウジングモジュール１０００における入口ポート、出口ポート、および吸気ポートの位置は、エジェクタカートリッジ１００の入口１１４、吸気ポート１４２、１４４、およびエジェクタ出口ノズル１４６の位置に必ずしも対応せず、代わりにハウジングモジュール１０００が装着されることとなるコネクタプレート１２００の入口ポート１２１４、吸気ポート１２４２、１２４４、および出口ポート１２４６の位置に必ず対応する点が理解されよう。しかし、吸気ポート１４２、１４４が、エジェクタカートリッジ１００の第１の段１００Ａおよび第２の段１００Ｂを囲む真空チャンバ１０４０全体を排気するように配置されるため、エラストマーＯリング１４０ｂがハウジングモジュールのボアを封止することにより真空チャンバ１０４０および出口チャンバ１０６０を形成し得る適切な位置が、ハウジングモジュール１０００のボア内に存在する場合には、エジェクタカートリッジ１００の吸気ポート１４２、１４４とハウジングモジュール１０００の吸気ポート１０４２、１０４４とを整列させることは必要ではない。
【００９４】
図１１Ｃを参照すると、ハウジングモジュール１０００に設けられたねじボア１０５０などのボアを使用して１つまたは複数のモジュール式ハウジングユニットを共に相互連結するためのコネクタの構成が図示される。各ねじボア１０５０は、上方端部にて開口するボアを囲む凹部エリア１０５５を備え、それによりねじまたはボルトなどの連結部材は、ハウジングモジュール１０００の上方表面に対して引き込まされ得る。また、かかるコネクタ穴は、適宜コネクタプレート１２００にハウジングモジュール１０００を装着するために使用され得る。
【００９５】
かかるモジュール式ハウジング構成についての１つの使用が、図１２に示され、エジェクタ１００が、専ら例としてハウジングモジュール１０００内のエジェクタカートリッジ２００により置き換えられている。しかし、この例では、ハウジングモジュール１０００は、コネクタプレート１２００に直接的には連結されず、代わりにブースタエジェクタ３００を収容するブースタモジュール２０００上に連結され、ブースタモジュール２０００は、次いでコネクタプレート１２００に連結される。この例では、コネクタプレート１２００は、入口ポート１２１４、単一の吸気ポート１２４２、および出口ポート１２４６を備える。
【００９６】
あるいは、ハウジングモジュール１０００は、吸気ポート１０４２が弁部材１３５０を備え、これによりハウジングモジュール１０００の真空チャンバ１０４０とブースタエジェクタ３００のブースタ段との間で吸気ポート１０４２の選択的な開閉が可能となるという例外を除けば、図１１に関して説明されたようなものである。
【００９７】
ブースタモジュール２０００は、コネクタプレート１２００の入口ポート１２１４から対応する入口ポート２０１４を通して圧縮空気を受けるための入口チャンバ２０２０を備える。ブースタモジュール２０００の入口チャンバ２０２０は、ブースタエジェクタ３００が取り付けられるブースタモジュール２０００の入口ボア２０１２に連結され、それによりブースタエジェクタ３００の入口に圧縮空気を供給する。ブースタエジェクタ３００が取り付けられるこのボアは、例えば入口チャンバ２０２０に隣接する側からブースタモジュール２０００に穿孔することなどにより形成されてもよく、そのため、停止部材２１００が、ボア穴開口を封止するために設けられる。また、入口チャンバ２０２０は、出口ポート１０１５を形成し、これは、ハウジングモジュール１０００の入口ポート１０１４に入口チャンバ２０２０を連結してそれと同時にエジェクタカートリッジ２００の入口に圧縮空気を供給する。
【００９８】
ブースタモジュール２０００は、真空チャンバ２０３０からコネクタプレート１２００の吸気ポート１２４２への吸引力を印加するための吸気ポート２０４２を備える。真空チャンバ２０３０は、同様にブースタモジュール２０００のポート２０３３およびハウジングモジュール１０００の吸気ポート１０４２を介してハウジングモジュールの真空チャンバ１０４０に連結される。このようにすることで、エジェクタカートリッジ２００により発生する真空は、排気させようとする空気または他の流体媒体を、連結プレート１２００の吸気ポート１２４２を通し、吸気ポート２０４２を通し、真空チャンバ２０３０を通し、ポート２０３３および１０４２を通し、真空チャンバ１０４０を通して、エジェクタカートリッジ２００の吸気ポート２４２および２４４内に引き込むことにより、排気させようとする空間にかけられ得る。実際には、これは、エジェクタカートリッジ２００が、ブースタカートリッジ３００よりも実質的に多量の空気を駆動段２００Ａおよび第２の段２００Ｂの中に取り込むことができるため、図１２に示すエジェクタ構成に圧縮空気を供給する初期段階で行われる。しかし、排気させようとする空間内で生成された真空が、エジェクタ２００が発生し得る最高負圧値（すなわち最低絶対圧）未満に低下すると、弁１３５０は、閉じることによりエジェクタ２００を囲む排気チャンバ１０４０からブースタエジェクタ３００を囲むチャンバ２０３０内への空気の逆流を防止する。
【００９９】
ブースタエジェクタ３００は、高体積（低絶対圧）が得られるブースタ段を共に形成する駆動ノズル３２０および出口ノズル３４６である一対のノズルを備える。具体的には、駆動ノズル３２０は、尻窄まり−末広がりノズル３４６の入口内に高速空気ジェットを向かわせることにより、空気ジェットの周囲の空間内の空気または他の流体媒体をブースタジェット流の中に取り込み、それにより排気対象のチャンバ２０３０に連結された吸気ポート３４２にて真空を生成し、チャンバ２０３０は、次いでコネクタプレート１２００の吸気ポート１２４２に対して封止されたブースタモジュールの吸気ポート２０４２に連結されて、排気させようとする連結された空間を排気する。
【０１００】
ブースタ駆動ノズル３２０は、上述のように駆動ノズル１２０および２２０と同様の構成を有してもよいが、尻窄まりセクション３４７、直線状壁部中間セクション３４８、および末広がり出口セクション３４９から形成される尻窄まり−末広がりノズル３４６との組合せにおいて高真空レベル（低絶対圧）を達成するように特に設計される。ブースタエジェクタ３００の出口からノズル３４６により放出される流体は、ブースタモジュール２０００内のチャンバ２０４０内に吐出され、チャンバ２０４０は、次いで出口ポート２０４５を介してハウジングモジュール１０００の吸気ポート２０４４に連結される。このようにすることで、ブースタエジェクタ３００を通して噴出される空気は、吸気ポート２４２および／または２４４を経由してエジェクタカートリッジ２００のジェット流の中に実質的に取り込まれ、次いでエジェクタカートリッジ２００から噴出チャンバ１０６０内へと噴出され、出口ポート１０４６およびブースタモジュールの関連付けられるポート２０４７を通り、ブースタモジュール２０００の出口通路２０６０を通り、ブースタモジュールの出口ポート２０４６を通り、コネクタプレート１２００の出口ポート２０４６を通り出る。
【０１０１】
理解されるように、ブースタ駆動ノズル３２０は、ブースタモジュール２０００に設けられたボア２０１２内に圧入または他の方法で固定されるノズル本体３１２の一部として形成される。ブースタ出口ノズル３４６は、同様にブースタ出口ノズルピース３４０の一部として形成され、これもまた、出口チャンバ２０４０を画定するブースタモジュール２０００に形成されたボア内に圧入または他の方法で固定される。Ｏリング３４０ａおよび３１２ａなどの各エラストマーシールは、ブースタエジェクタ３００の各端部を封止することにより、ブースタエジェクタ３００によって排気させようとする排気チャンバ２０３０を画定する。図１２に示すように、Ｏリング１０１４ａ、１０４２ａ、１０４４ａ、１０４６ａ、２０１４ａ、２０４２ａ、および２０４６ａなどのエラストマーシールは、ハウジングモジュール１０００およびブースタモジュール２０００の各入口ポートおよび出口ポートに設けられて、隣接し合うポートと連結されたチャンバとの間に気密シールを形成する。
【０１０２】
図１２に示す構成により、エジェクタカートリッジ２００は、短時間で高レベルの真空を実現することが可能であり、これは、ハウジングモジュール１０００およびブースタモジュール２０００がコネクタプレート１２００のポート１２４２を介して連結される、排気させようとする空間に印加される負圧をさらに増大させる（すなわち絶対圧をさらに低下させる）ために、ブースタカートリッジ３００により補助される。
【０１０３】
また、エジェクタカートリッジ２００により吸気ポート１０４４に与えられる吸引力は、ブースタエジェクタ３００の出口にて出口チャンバ２０４０内の圧力を低下させて、入口チャンバ２０２０と出口チャンバ２０４０との間のブースタエジェクタ３００間の圧力差を上昇させる点に、留意されたい。次いで、これは、ブースタエジェクタ３００が達成し得る真空レベルのさらなる上昇（すなわち絶対圧のさらなる低下）を実現するために使用され得る。
【符号の説明】
【０１０４】
１  エジェクタカートリッジ
２  ジェット形状ノズル
１１  弁部材
１２  エジェクタノズル（駆動ノズル）
１３  エジェクタノズル
１４  エジェクタノズル
１５  エジェクタノズル
２１  弁、弁部材
２２  Ｏリング、弁、弁部材
２３  弁、弁部材
２４  ノズル、入口ノズル
２５  ノズル
１００  エジェクタカートリッジ
１００Ａ  第１の駆動段
１００Ｂ  第２の段
１１０  駆動ノズルアレイ
１１２  駆動ノズルピース
１１４  入口
１２０  駆動ノズル
１２１  入口
１３０  駆動段ハウジングピース
１３１  入口
１３２  第２の段のノズル、尻窄まり−末広がり型の第２の段のノズル
１３３  出口
１３４  受容構造部
１３５  弁部材、弁フラップ
１４０  第２の段のハウジングピース
１４５  受容構造部
１４６  出口ノズル、尻窄まり−末広がりノズル
２００  エジェクタカートリッジ
２００Ａ  第１の駆動段
２００Ｂ  第２の段
２１０  エジェクタノズルアレイ
２１２  駆動ノズル
２１４  入口
２１６  ロッドまたはポスト
２２０  駆動ノズル
２３０  第２の段のノズルピース
２３１  入口
２３２  第２の段のノズル、第２の段の尻窄まり−末広がりノズル
２３３  出口端部
２３４  環状溝、受容構造部
２３５  弁部材
２４０  ハウジングピース、エジェクタハウジングピース、チャンバ
２４５  受容構造部
２４６  出口ノズル
２７０  エジェクタハウジングピース
３００  ブースタエジェクタ
３１２  ノズル本体
３２０  駆動ノズル
３４０  ブースタ出口ノズルピース
３４２  吸気ポート
３４６  尻窄まり−末広がりノズル、ブースタ出口ノズル
１０００  ハウジングモジュール
１０１２  内部ボア
１０１４  入口ポート
１０２０  入口チャンバ
１３５０  弁
２０００  ブースタモジュール
２０２０  入口チャンバ
２０３０  真空チャンバ、排気チャンバ
２０４０  チャンバ、出口チャンバ
２０６０  出口通路
２１００  停止部材
【図１Ａ】
0006575013.tif 000002
【図１Ｂ】
0006575013.tif 000003
【図２】
0006575013.tif 000004
【図３Ａ】
0006575013.tif 000005
【図３Ｂ】
0006575013.tif 000006
【図３Ｃ】
0006575013.tif 000007
【図４】
0006575013.tif 000008
【図５Ａ】
0006575013.tif 000009
【図５Ｂ】
0006575013.tif 000010
【図６】
0006575013.tif 000011
【図７Ａ】
0006575013.tif 000012
【図７Ｂ】
0006575013.tif 000013
【図７Ｃ】
0006575013.tif 000014
【図８】
0006575013.tif 000015
【図９】
0006575013.tif 000016
【図１０】
0006575013.tif 000017
【図１１Ａ】
0006575013.tif 000018
【図１１Ｂ】
0006575013.tif 000019
【図１１Ｃ】
0006575013.tif 000020
【図１２】
0006575013.tif 000021
【図１３】
0006575013.tif 000022
【図１４】
0006575013.tif 000023
【図１５】
0006575013.tif 000024