(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エジェクタシステムであって、
加圧流体供給源から駆動流体の駆動ジェット流を発生するための駆動ノズル配列を備える第１の駆動ステージにわたって真空を発生するための一次エジェクタであって、前記駆動ノズル配列は、それぞれの駆動流体ジェットを一体的に、前記第１の駆動ステージの共通出口に実質的に直接的に供給するように配置された２つ以上のノズルを備え、そのため、前記第１の駆動ステージにわたって真空を発生するために、前記駆動流体ジェットの周囲の容積の空気または他の媒体を前記駆動ジェット流に連行する一次エジェクタと、
前記一次エジェクタと並列に接続された、ブースタステージにわたって真空を同時に発生するためのブースタエジェクタであって、同じ前記加圧流体供給源からブースタ駆動流体ジェットを発生するためであると共に、前記ブースタステージにわたって真空を発生するために、前記ブースタ駆動流体ジェットの周囲の容積にある前記空気または他の媒体を前記ブースタジェット流に連行するように、前記ブースタ駆動流体ジェットを前記ブースタステージの出口に実質的に直接的に供給するためのブースタノズルを備えるブースタエジェクタと
を備え、
前記ブースタエジェクタは、前記第１の駆動ステージの前記一次エジェクタにおいてよりも前記ブースタステージにおいて、より低い圧力に真空を発生するように構成され、前記ブースタステージおよび前記第１の駆動ステージは、排気される共通の容積に接続され、弁が、排気される前記容積の圧力が前記第１の駆動ステージで発生され得る最小圧力未満に低下するとき、前記第１の駆動ステージと排気される前記容積との間の前記接続を閉じるために設けられ、
前記一次エジェクタは第１のモジュールに設けられ、前記第１のモジュールは、
前記加圧流体供給源から一次加圧流体ポートを介して加圧流体を受け入れ、前記加圧流体を前記駆動ノズル配列に供給するための一次加圧流体室と、
前記第１の駆動ステージを実質的に包囲しており、一次真空室内の前記空気または他の媒体が前記第１の駆動ステージにわたって発生される前記真空によって排気されるように配置された一次真空室であって、排気される前記容積への接続のための一次排気ポートを備える一次真空室と、
前記一次エジェクタから放出される前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が通って吐き出される一次出口ポートと
を備え、
前記ブースタエジェクタはブースタモジュールに設けられ、前記ブースタモジュールは、
前記加圧流体供給源からブースタ加圧流体ポートを介して加圧流体を受け入れ、前記加圧流体を前記ブースタノズルに供給するためのブースタ加圧流体室と、
前記ブースタステージを実質的に包囲しており、ブースタ真空室内の前記空気または他の媒体が前記ブースタステージにわたって発生される前記真空によって排気されるように配置されたブースタ真空室であって、排気される前記容積への接続のためのブースタ排気ポートを備えるブースタ真空室と、
前記ブースタエジェクタから放出される前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が通って吐き出されるブースタ出口ポートと
を備え、
前記一次排気ポートは前記ブースタ真空室に接続され、前記ブースタ排気ポートは、排気される前記容積に接続され、前記弁は、前記ブースタ真空室の前記真空が前記一次真空室の前記真空より低い圧力であるときに前記一次排気ポートを閉じるように、前記一次排気ポートに設けられる、エジェクタシステム。
【請求項２】
前記ブースタ加圧流体ポートは、前記加圧流体供給源に接続されるように配置され、前記一次加圧流体ポートは、前記加圧流体供給源から前記ブースタ加圧流体室を介して前記加圧流体を受け入れるために、前記ブースタ加圧流体室に接続される、請求項１に記載のエジェクタシステム。
【請求項３】
前記ブースタ出口ポートは、前記ブースタエジェクタから放出される駆動流体と連行された空気または他の媒体とが、前記一次真空室に吐き出され、かつ、前記一次エジェクタによって前記一次真空室から排気されるように、第２の一次排気ポートを介して前記一次真空室に接続される、請求項１または２に記載のエジェクタシステム。
【請求項４】
前記ブースタモジュールは、入口ポートと出口ポートとを備える排気室をさらに備え、前記一次出口ポートは、前記一次エジェクタから放出される駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が、前記第１のモジュールから前記ブースタモジュールの前記排気室に吐き出され、かつ、前記ブースタモジュールから前記排気室出口ポートを通って吐き出されるように、前記排気室入口ポートに接続される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のエジェクタシステム。
【請求項５】
前記一次エジェクタは、前記第１のモジュールの筐体部内に配置された多段エジェクタカートリッジであり、前記筐体部は、前記一次加圧流体室と、前記一次加圧流体ポートと、前記一次真空室と、前記一次排気ポートとを画定する、請求項１から４までのいずれか一項に記載のエジェクタシステム。
【請求項６】
前記ブースタエジェクタは、前記ブースタモジュールの筐体部内に配置された一段エジェクタカートリッジであり、前記筐体部は、前記ブースタ加圧流体室と、前記ブースタ加圧流体ポートと、前記ブースタ真空室と、前記ブースタ出口ポートとを画定する、請求項１から５までのいずれか一項に記載のエジェクタシステム。
【請求項７】
前記一次エジェクタは多段エジェクタであり、前記第１の駆動ステージの前記出口は、第２のステージの収束発散ノズルの入口であり、前記収束発散ノズルは、前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体を、第２のステージの流体ジェットとして、前記第２のステージの出口に実質的に直接的に方向付けるように配置され、そのため、前記第２のステージにわたる真空を発生するために、前記第２のステージの流体ジェットの周囲の容積の前記空気または他の媒体を前記ジェット流に連行し、前記第２のステージは、排気される共通の容積へも接続されるように、前記第１の駆動ステージと流体連通しており、
前記一次エジェクタは、前記第２のステージにおいてよりも前記第１の駆動ステージにおいて、より低い圧力に真空を発生するように構成され、一次エジェクタ弁が、前記第１の駆動ステージの圧力が前記第２のステージの圧力未満に低下するときに前記第２のステージと前記第１の駆動ステージとの間の流体連通を閉じるために設けられる、請求項１から６までのいずれか一項に記載のエジェクタシステム。
【請求項８】
加圧流体の供給源から真空を発生する方法であって、
前記加圧流体を、少なくとも２つの駆動ノズルを備え前記駆動ノズルの各々からそれぞれの駆動流体ジェットを発生する一次駆動ノズル配列と、ブースタ駆動流体ジェットを発生するブースタノズルとに同時に供給するステップと、
前記駆動ノズルの各々からの前記駆動流体ジェットを一体的に、前記一次駆動ノズル配列の下流に配置された共通駆動出口流路の入口に実質的に直接的に方向付け、前記ブースタ駆動流体ジェットを別に、ブースタ出口流路の入口に実質的に直接的に方向付けるステップと、
前記駆動流体ジェットの周囲の容積から前記駆動ジェット流に空気または他の媒体を連行し、接続された排気される容積を駆動真空圧力まで排気することによって、前記共通駆動出口流路の入口の上流に真空を発生するステップと、
前記ブースタ駆動流体ジェットの周囲の容積から前記ブースタジェット流に前記空気または他の媒体を連行し、接続された排気される前記容積を前記駆動真空圧力より低いブースタ真空圧力まで排気することによって、前記ブースタ出口流路の入口の上流に真空を発生するステップと
を含み、
前記ブースタ駆動流体ジェットによって発生された前記真空が、前記駆動流体ジェットによって発生された前記真空より低い圧力にあるとき、排気される前記容積と前記駆動流体ジェットとの間の前記接続を閉じるステップをさらに含む、方法。
【請求項９】
前記駆動ジェット流に連行されるように、前記ブースタ出口流路から前記駆動流体ジェットの周囲の前記容積に放出される駆動流体および前記連行された空気または他の媒体を吐き出すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記共通駆動出口流路の入口は、第２のステージの収束発散ノズルの入口であり、前記方法は、
第２のステージの流体ジェットを形成するために、前記駆動ジェット流を、前記収束発散ノズルを通じて加速するステップと、
前記第２のステージの出口の上流に真空を発生するために、前記第２のステージの流体ジェットの周囲の容積の前記空気または他の媒体を前記第２のステージのジェット流に連行するように、前記第２のステージの流体ジェットを前記第２のステージの出口に実質的に直接的に方向付けるステップであって、前記第２のステージの流体ジェットの周囲の前記容積は、接続された排気される前記容積にも接続されるように、前記駆動流体ジェットの周囲の前記容積と流体連通している、ステップと
をさらに含み、
前記駆動流体ジェットによって発生される前記真空は、前記第２のステージの流体ジェットによって発生される前記真空より低い圧力までであり、前記方法は、第１の駆動ステージの駆動流体ジェットの周囲の前記容積の圧力が前記第２のステージの流体ジェットの周囲の前記容積の圧力未満に低下するとき、前記第２のステージの流体ジェットの周囲の前記容積と前記第１の駆動ステージの駆動流体ジェットの周囲の前記容積との間の流体連通を閉じるステップをさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
一次エジェクタモジュールによって実現可能な真空圧力を低下するためのブースタモジュールであって、前記一次エジェクタモジュールは、
加圧流体供給源から駆動流体の駆動ジェット流を発生するための駆動ノズル配列を備える第１の駆動ステージを備える一次エジェクタであって、前記駆動ノズル配列は、それぞれの駆動流体ジェットを一体的に、前記第１の駆動ステージの共通出口に実質的に直接的に供給するように配置された２つ以上のノズルを備え、そのため、前記第１の駆動ステージにわたって真空を発生するために、前記駆動流体ジェットの周囲の容積の空気または他の媒体を前記駆動ジェット流に連行する一次エジェクタと、
前記加圧流体供給源から一次加圧流体ポートを介して加圧流体を受け入れ、前記加圧流体を前記一次エジェクタの前記駆動ノズル配列に供給するための一次加圧流体室と、
前記第１の駆動ステージを実質的に包囲しており、一次真空室内の前記空気または他の媒体が前記第１の駆動ステージにわたって発生される前記真空によって排気されるように配置された一次真空室であって、排気される前記容積への接続のための一次排気ポートを備える一次真空室と、
前記一次エジェクタから放出される前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が通って吐き出される一次出口ポートと
を備え、
前記ブースタモジュールは、
前記一次エジェクタと並列に接続された、ブースタステージにわたって真空を同時に発生するためのブースタエジェクタであって、同じ前記加圧流体供給源からブースタ駆動流体ジェットを発生するためであると共に、前記ブースタステージにわたって真空を発生するために、前記ブースタ駆動流体ジェットの周囲の容積にある前記空気または他の媒体を前記ブースタジェット流に連行するように、前記ブースタ駆動流体ジェットを前記ブースタステージの出口に実質的に直接的に供給するためのブースタノズルを備えるブースタエジェクタと、
前記加圧流体供給源からブースタ加圧流体ポートを介して加圧流体を受け入れ、前記加圧流体を前記ブースタノズルに供給するためのブースタ加圧流体室と、
前記ブースタステージを実質的に包囲しており、ブースタ真空室内の前記空気または他の媒体が前記ブースタステージにわたって発生される前記真空によって排気されるように配置されたブースタ真空室であって、排気される前記容積への接続のためのブースタ排気ポートを備えるブースタ真空室と、
前記ブースタエジェクタから放出される前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が通って吐き出されるブースタ出口ポートと
を備え、
前記一次エジェクタモジュールを、前記ブースタモジュールを介して、排気される前記容積に接続するために、前記ブースタ排気ポートは、排気される前記容積への接続のために適合され、前記ブースタ真空室は、前記一次排気ポートへの接続のために適合された一次ブースタポートをさらに備えるブースタモジュール。
【請求項１２】
前記一次エジェクタモジュールの前記一次真空室は、第２の一次排気ポートをさらに備え、
前記ブースタ出口ポートは、運転中、前記ブースタエジェクタから放出される駆動流体と前記連行された空気または他の媒体とが、前記一次真空室に吐き出され、かつ、前記一次エジェクタによって前記一次真空室から排気されるように、第２の一次排気ポートへの接続のために適合される、請求項１１に記載のブースタモジュール。
【請求項１３】
モジュールエジェクタキットであって、
加圧流体供給源から駆動流体の駆動ジェット流を発生するための駆動ノズル配列を備える第１の駆動ステージを備える一次エジェクタであって、前記駆動ノズル配列は、それぞれの駆動流体ジェットを一体的に、前記第１の駆動ステージの共通出口に実質的に直接的に供給するように配置された２つ以上のノズルを備え、そのため、前記第１の駆動ステージにわたって真空を発生するために、前記駆動流体ジェットの周囲の容積の空気または他の媒体を前記駆動ジェット流に連行する一次エジェクタと、
前記加圧流体供給源から一次加圧流体ポートを介して加圧流体を受け入れ、前記加圧流体を前記一次エジェクタの前記駆動ノズル配列に供給するための一次加圧流体室と、
前記第１の駆動ステージを実質的に包囲しており、一次真空室内の前記空気または他の媒体が前記第１の駆動ステージにわたって発生される前記真空によって排気されるように配置された一次真空室であって、排気される前記容積への接続のための一次排気ポートを備える一次真空室と、
前記一次エジェクタから放出される前記駆動流体および前記連行された空気または他の媒体が通って吐き出される一次出口ポートと、
請求項１１または１２に記載のブースタモジュールと
を備える一次エジェクタモジュールを具備するモジュールエジェクタキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気によって駆動される真空エジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
負圧または真空を周囲の空間に発生するために圧縮空気(または、他の高圧流体)の供給源を用いる真空ポンプが、知られている。圧縮空気駆動エジェクタは、高圧空気を、駆動ノズルを通過させて加速し、その高圧空気を高速の空気ジェットとして駆動ノズルと出口流路または出口ノズルとの間の隙間にわたって放出することによって機能する。駆動ノズルと出口ノズルとの間の周囲空間にある流体媒体は、圧縮空気の高速の流れに連行され、連行された媒体と圧縮空気供給源から生じた空気とのジェット流が、出口ノズルを通って放出される。駆動ノズルと出口ノズルとの間の空間の流体がこのようにして放出されるとき、負圧または真空が、この流体または媒体によって以前に占められていた空気ジェットの周囲の容積において作り出される。
【０００３】
任意の所与の圧縮空気供給源(駆動流体とも呼ばれ得る)に関して、真空エジェクタのノズルは、大きな体積の流れを作り出すが大きい負圧は得ない(つまり、絶対圧がそれほど低下しない)ように、または、より大きな負圧を得る(つまり、絶対圧がより低下する)がそれほど大きな体積流量を達成しないように、調整され得る。したがって、駆動ノズルと出口ノズルとの任意の個々の対は、大きな体積流量を作り出すか、または、大きな負圧を得るかのいずれかに調整されることになる。
【０００４】
大きな負圧は、大気圧との最大の圧力差を発生し、それによって、例えば持ち上げの用途といった、負圧によって適用され得る最大の吸込力を発生するために、望ましい。同時に、大きな体積流量は、排気される体積が、関連付けられている真空装置の繰り返しの作動を可能にするだけの十分な素早さで空にされ得ることを確保するために、または同じように、真空コンベヤの用途において、十分な量の材料を運ぶために必要である。
【０００５】
高い究極の真空レベルと大きな全体積流量とを達成するために、筐体内に直列に配置された3つ以上のノズルを備えたいわゆる多段エジェクタが考案されており、各々の隣接する対の直列になっているノズル同士はそれぞれのステージを画定し、そのステージにわたって、隣接する2つのノズルの間の隙間で負圧が発生される。また、概して、直列のノズルの任意の個々の対は、圧縮空気の所与の供給源について、大きな体積流量を作り出すか、または、大きな負圧を達成するかのいずれかに向けて調整され得る。
【０００６】
このような多段エジェクタでは、最も早いステージが、最も大きなレベルの負圧、つまり、最も低い絶対圧を作り出し、一方、続くステージは、連続的により小さな負圧レベル、つまり、より高い絶対圧を提供するが、エジェクタ装置の全体の体積処理能力を増加する。複数のステージにわたって発生された真空を所望の真空装置または排気される容積に適用するために、連続するステージは、典型的には、共通の集合室に接続されている一方、少なくとも第1の駆動ステージの後に、弁が連続する各々の連続するステージに設けられており、そのため、第2のステージおよび続くステージが発生できる負圧未満に集合室の負圧が低下されるとすぐに、続くステージは集合室から閉止できる。
【０００７】
駆動ステージは、加圧流体(圧縮空気)の供給源に接続された唯一のステージであるため、そのように呼ばれており、そのため、加圧流体の流れを直列の続くステージおよびノズルのすべてを通じて駆動してから、駆動流体および連行された流体は真空エジェクタから放出される。
【０００８】
各々の連続するステージにわたって流体を連行するために、一連のノズルは、徐々に増加する断面開口面積を有する貫通路を提供し、その貫通路を通じて、高速の流体の流れが、周囲容積の空気または他の媒体を高速ジェット流に連行するために供給される。各々のステージの間のノズル同士は、あるステージの出口ノズルと次のステージの入口ノズルとを形成しており、連続する各々のステージにわたって流体の高速ジェットを案内するために、空気および他の媒体の流れを連続的に加速するように構成されている。
【０００９】
異なる加圧流体が駆動流体として利用されてもよいが、この種類の多段エジェクタは、典型的には、圧縮空気によって駆動され、最も一般的には、それぞれのステージにわたって、一連のノズルにおける各々の隙間を通じてジェット流の周囲の容積から排気される媒体として空気を連行するために使用される。
【００１０】
商業的に成功を得た多段エジェクタの一設計は、エジェクタの各々のステージと連通している一連の吸込ポートを内部に組み込む実質的に円筒形の筐体内において、一連のノズルを同軸の構成で提供するものである。それらの吸込ポートには、各々のステージを周囲容積の空気と選択的に連通するための適切な弁部材が設けられている。そのように提供されることで、円筒形の本体部は、いわゆるエジェクタカートリッジとして形成されており、そのエジェクタカートリッジは、筐体モジュールの内部に、または、適切な寸法とされた掘削孔内に設置されるとき、負圧が適用されることになる真空装置にさらに流体連結される周囲室を排気するように使用できる。
【００１１】
このような装置は、PCT国際出願WO99/49216A1に、PIAB ABの名称で開示されており、本出願の図14および図15に示されている。
【００１２】
図14に示すように、エジェクタカートリッジ1は、徐々に増加する断面開口面積を有する貫通路6を定める4つのジェット形成されたノズル2、3、4、および5を備えている。それらノズルは、端と端とをつないで、それらの間でそれぞれのスロット7、8、および9と直列に配置されている。
【００１３】
ノズル2、3、4、および5は、一体化されたノズル本体部1を形成するために一体的に組み立てられるように設計されているそれぞれのノズル本体部に形成されている。貫通開口10が、外部周囲空間と流れのやり取りを提供するために、ノズル本体部の壁に配置されている。
【００１４】
図15を見ると、エジェクタカートリッジ1が、掘削孔内または筐体内でどのように搭載され得るかが見て取れ、その掘削孔または筐体では、外部周囲空間が、排出される室Vに対応している。各々の貫通開口10には、周囲空間Vから各々の隣接する対のノズル同士の間の空間または室に空気または他の流体の流れを選択的に許容するために、弁部材11が設けられている。図15に示すように、エジェクタカートリッジ1は、掘削孔が穿孔または形成された機械部品20に搭載されている。エジェクタカートリッジ1は、入口室iから出口室uに延びており、外部周囲空間Vを構成する3つの別々の室を排気するように配置されている。3つの室の各々は、Oリング22によって隣接する室から分離されている。図示していないが、外部周囲空間Vを構成する各々の室は、吸引カップなどの関連付けられている真空作動装置に発生した負圧を適用するために、共通の集合室または吸込ポートに接続されている。
【００１５】
このような多段エジェクタ構成は、大きな体積流量と大きなレベルの負圧とを提供するうえで有益であるが、エジェクタの各々の連続するステージの設計において、多段エジェクタについての総合的な所望の性能特性を全体として得るために、ある程度の妥協がなおも必然的に存在している。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る、いわゆるブースタノズルをさらに提供することが提案されてもいる。ブースタノズルは、最も高い可能なレベルの真空を得るために具体的に設計されるが、多段エジェクタを作り上げる一連の同軸に配置されたノズルの一部を形成しない。このようにして、ブースタノズルは最も高い可能なレベルの真空を得るために構成でき、一方、並列な多段エジェクタのノズルの連続は大きな体積処理能力を得るために配置でき、これによって、大きな負圧(低い絶対圧)を、許容可能な短い時間内で、排気される容積内に得ることができる。
【００１６】
このような構成は、本出願の図13に示すように、米国特許第4,395,202号に開示されている。この構成では、関連付けられている室5、6、7の排気のために連続して配置された一組のエジェクタノズル12、13、14、15が設けられており、それらの室5、6、7は、それぞれのポート18、19、および20を通じて真空集合室16と相互連通している。弁21、22、および23が、ポート18、19、および20にそれぞれ設けられている。
【００１７】
追加の一対のノズル24および25が、多段エジェクタの駆動ノズル12と並列に設けられており、ポート17を介して集合室16に接続された別体のブースタ室4に配置されている。ブースタステージは一対のノズル24および25から成り、入口ノズル24は、多段エジェクタの駆動ノズル12と共に、圧縮空気が供給される入口室3に接続された状態となっている。ブースタステージにわたる一対のノズル24および25は、ブースタ室4において、最も高い可能な真空(最も小さい負圧)を発生するように機能する。ノズル24によって発生された圧縮空気のジェットは、ブースタステージからノズル25を通じて室5に放出され、その同じ室5にわたって、駆動ノズル12は圧縮空気の駆動ジェットを推進する。このようにして、ブースタステージから吐き出された空気は、駆動ジェット流に連行されて多段エジェクタから吐き出される。さらに、多段エジェクタの駆動ステージによって発生された真空は、ノズル25の出口に適用され、そのため、ブースタステージの前後の圧力差は増大され、それによって、ブースタステージによって発生できる真空レベルが増加され得る。つまり、得ることができる絶対圧が低下される。
【００１８】
真空エジェクタの運転中、多段エジェクタの一連のノズル12、13、14、および15は、室5、6、および7と集合室16との各々から、エジェクタの各々の連続するステージによって形成されたジェット気流に流体を連行することによって、短い時間内で集合室16において低い絶対圧に真空を素早く発生するように、大きな体積流量を作り出すことができる。ブースタステージは、多段エジェクタと並列に機能するが、小さな体積流量を典型的には作り出し、そのため、初期の真空形成工程には大きく寄与しない。集合室16の真空レベルが増加するにつれて(つまり、絶対圧が低下するにつれて)、関連付けられている弁部材23、22、および21は、真空集合室16の圧力が関連する室7、6、または5の圧力未満にそれぞれ低下するため、順々に閉じることになる。最終的に、集合室16の圧力は、多段エジェクタのステージのいずれかが発生できる最も低い圧力未満に低下することになり、そのため、すべての弁は閉じられ、全体のさらなる排気は、吸込ポート17を介して集合室16に吸込みを提供するブースタステージによって行われることになる。
【００１９】
このような多段エジェクタと前述のようなエジェクタカートリッジとは、多くの異なる産業において、具体的には、このような真空エジェクタが吸引カップに接続され、組立工程の間に部品を拾い上げて配置するために使用され得る製造業において、商業的な成功を得てきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】国際公開第99/49216A1号パンフレット
【特許文献２】米国特許第4,395,202号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
脱気、除湿、油圧システムの充填、強制濾過などの工程において、高い真空レベル(つまり、低い絶対圧)への要求が引き続き増加しているため、上記および他の工程を実行するために、高いレベルの負圧(つまり、低い絶対圧)を繰り返して提供できる真空エジェクタへの要求が増加している。
【００２２】
これと併せて、機械の全体の寸法に悪い影響を与えることなく、機械における遠隔位置で(つまり、機械的な腕部の端において、および、圧縮空気の元々の供給源からかなり離れて)所望の排気能力を提供できる、より小形のエジェクタに向けた傾向が増加している。具体的には、接地面積が小さく、そのため、益々小さくなる作業領域に真空を適用できるエジェクタ装置に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、先ず、圧縮空気供給源から空気の駆動ジェット流を発生するための駆動ノズル配列を備える第1の駆動ステージにわたって真空を発生するための一次エジェクタであって、駆動ノズル配列は、それぞれの駆動空気ジェットを一体的に、駆動ステージの共通出口に実質的に直接的に供給するように配置された2つ以上のノズルを備え、そのため、駆動ステージにわたって真空を発生するために、駆動空気ジェットの周囲の容積の空気を駆動ジェット流に連行する一次エジェクタと、前記一次エジェクタと並列に接続された、ブースタステージにわたって真空を同時に発生するためのブースタエジェクタであって、前記同じ圧縮空気供給源からブースタ空気ジェットを発生するためであると共に、ブースタステージにわたって真空を発生するために、ブースタ空気ジェットの周囲の容積にある空気をブースタジェット流に連行するように、前記ブースタ空気ジェットをブースタステージの出口に実質的に直接的に供給するためのブースタノズルを備えるブースタエジェクタとを備え、前記ブースタエジェクタは、前記駆動ステージの前記一次エジェクタにおいてよりも前記ブースタステージにおいて、より低い圧力に真空を発生するように構成され、前記ブースタステージおよび前記駆動ステージは、排気される共通容積に接続され、弁が、排気される容積の圧力が駆動ステージで発生され得る最小圧力未満に低下するとき、駆動ステージと排気される容積との間の接続を閉じるために設けられるエジェクタシステムを提供する。
【００２４】
本発明はさらに、圧縮空気の供給源から真空を発生する方法であって、圧縮空気を、少なくとも2つの駆動ノズルを備え駆動ノズルの各々からそれぞれの駆動空気ジェットを発生する一次駆動ノズル配列と、ブースタ空気ジェットを発生するブースタノズルとに同時に供給するステップと、駆動ノズルの各々からの駆動空気ジェットを一体的に、駆動ノズル配列の下流に配置された共通駆動出口流路の入口に実質的に直接的に方向付け、ブースタ空気ジェットを別に、ブースタ出口流路の入口に実質的に直接的に方向付けるステップと、駆動空気ジェットの周囲の容積から駆動ジェット流に空気を連行し、接続された排気される容積を駆動真空圧力まで排気することによって、共通出口流路の入口の上流に真空を発生するステップと、ブースタ空気ジェットの周囲の容積からブースタジェット流に空気を連行し、接続された排気される容積を駆動真空圧力より低いブースタ真空圧力まで排気することによって、ブースタ出口流路の入口の上流に真空を発生するステップとを含む方法を提供する。
【００２５】
最後に、本発明によって、一次エジェクタモジュールによって実現可能な真空圧力を低下するためのブースタモジュールが提供され、その一次エジェクタモジュールは、圧縮空気供給源から空気の駆動ジェット流を発生するための駆動ノズル配列を備える第1の駆動ステージを備える一次エジェクタであって、駆動ノズル配列は、それぞれの駆動空気ジェットを一体的に、駆動ステージの共通出口に実質的に直接的に供給するように配置された2つ以上のノズルを備え、そのため、駆動ステージにわたって真空を発生するために、駆動空気ジェットの周囲の容積の空気を駆動ジェット流に連行する一次エジェクタと、圧縮空気供給源から一次圧縮空気ポートを介して圧縮空気を受け入れ、前記圧縮空気を一次エジェクタの駆動ノズル配列に供給するための一次圧縮空気室と、前記駆動ステージを実質的に包囲しており、一次真空室内の空気が駆動ステージにわたって発生される真空によって排気されるように配置された一次真空室であって、排気される容積への接続のための一次排気ポートを備える一次真空室と、一次エジェクタから放出される圧縮空気および連行された空気が通って吐き出される一次出口ポートとを備える。
【００２６】
本発明のブースタモジュールは、前記一次エジェクタと並列に接続された、ブースタステージにわたって真空を同時に発生するためのブースタエジェクタであって、前記同じ圧縮空気供給源からブースタ空気ジェットを発生するためであると共に、ブースタステージにわたって真空を発生するために、ブースタ空気ジェットの周囲の容積にある空気をブースタジェット流に連行するように、前記ブースタ空気ジェットをブースタステージの出口に実質的に直接的に供給するためのブースタノズルを備えるブースタエジェクタと、圧縮空気供給源からブースタ圧縮空気ポートを介して圧縮空気を受け入れ、前記圧縮空気をブースタノズルに供給するためのブースタ圧縮空気室と、前記ブースタステージを実質的に包囲しており、ブースタ真空室内の空気がブースタステージにわたって発生される真空によって排気されるように配置されたブースタ真空室であって、排気される容積への接続のためのブースタ排気ポートを備えるブースタ真空室と、ブースタエジェクタから放出される圧縮空気および連行された空気が通って吐き出されるブースタ出口ポートとを備え、一次エジェクタモジュールを、ブースタモジュールを介して、排気される容積に接続するために、前記ブースタ排気ポートは、排気される容積への接続のために適合され、ブースタ真空室は、前記一次排気ポートへの接続のために適合された一次ブースタポートをさらに備える。
【００２７】
本発明は、より多目的な方法において、より素早い反応時間でより小さい空間要件で、より高い真空を発生する選択肢を提供する。
【００２８】
本発明のよりよい理解を可能とするために、および、同じことがどのように実行に移せるかを示すために、ここで、例だけを用いて、添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】自身を通る空気流の方向に垂直な方向で示された、本発明によるエジェクタカートリッジの第1の実施形態を貫く長手軸線方向の断面図である。
【図１Ｂ】図1Aと同じ方向からの、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】図1Aの実施形態と同様であるが、図1Aの単一の弁部材の代わりに別体のフラップ弁を備える、自身を通る空気流の方向に垂直な方向で示された、本発明によるエジェクタカートリッジの第2の実施形態の長手軸線方向の断面図である。
【図３Ａ】図1Aおよび図2のエジェクタカートリッジの、第2のステージと出口ノズルとを画定する単一のエジェクタ筐体部の、エジェクタカートリッジを通る空気流の方向に垂直な方向で示された長手軸線方向の断面図である。
【図３Ｂ】エジェクタカートリッジを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、図1Aおよび図2の、第2のステージのノズルを含む単一の駆動ステージ筐体部品の長手軸線方向の断面図である。
【図３Ｃ】エジェクタカートリッジを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、図1Aおよび図2の、駆動ノズル部品の長手軸線方向の断面図である。
【図４】本明細書で開示されるエジェクタの駆動ノズル配列で使用され得る駆動ノズルの一形態を詳細に示し、駆動ノズルを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、拡大した部分的な長手軸線方向の断面図である。
【図５Ａ】図5Bの切断線A-Aに沿って示された、本発明によるエジェクタカートリッジの第2の実施形態の長手軸線方向の断面図である。
【図５Ｂ】カートリッジの出口端から見た図5Aのエジェクタカートリッジの軸線方向の端面図である。
【図６】エジェクタ配列ノズルのグループ化と第2のステージの収束発散ノズルの内径との関係を示す、エジェクタを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、図5Aのエジェクタカートリッジを詳細に示す長手軸線方向の断面図である。
【図７Ａ】図5Aのエジェクタカートリッジの、駆動ステージと第2のステージと出口ノズルとを画定する単一のエジェクタ筐体部の、エジェクタを通る空気流の方向に垂直な方向で示された長手軸線方向の断面図である。
【図７Ｂ】図5Aの第2のステージのノズル部品の、自身を通る空気流の方向に垂直な方向で示された長手軸線方向の断面図と、一体弁部材を組み込む出口端からの軸線方向の端面図とである。
【図７Ｃ】図5Aのエジェクタカートリッジの駆動ノズル部品の、自身を通る空気流の方向に垂直な方向で示された長手軸線方向の断面図と、出口端からの軸線方向の端面図とである。
【図８】第2のステージのノズル部品と駆動ノズル部品とがエジェクタ筐体部にどのように搭載されるかを詳細に示す、図5Aのエジェクタカートリッジの、自身を通る空気流の方向と平行な長手軸線を含む平面を通る等角断面図である。
【図９】図5Aのものと同様であるが、変形された発散ノズル部を備えた、図5Aのエジェクタ筐体の代わりに使用され得る単一のエジェクタ筐体部の代替の実施形態の、エジェクタを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、長手軸線方向の断面図である。
【図１０】単一の駆動ノズルを備える多段の一連のノズルを通る流れの発達と、4つの駆動ノズルを含む駆動ノズル配列を備える多段の一連のノズルを通る流れの発達との間の概略的な比較を示す図である。
【図１１Ａ】エジェクタ筐体モジュールに搭載されて搭載板に接続された、図1Aのエジェクタカートリッジを備えるエジェクタの実施形態を示しており、入口ポート、出口ポート、および吸込ポートを詳細に示すエジェクタ筐体モジュールの下面図である。
【図１１Ｂ】エジェクタ筐体モジュールに搭載されて搭載板に接続された、図1Aのエジェクタカートリッジを備えるエジェクタの実施形態を示しており、図1Aのカートリッジが筐体モジュールにどのように搭載されるかを詳細に示し、エジェクタを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、エジェクタ筐体モジュールを通る長手軸線方向の断面図である。
【図１１Ｃ】エジェクタ筐体モジュールに搭載されて搭載板に接続された、図1Aのエジェクタカートリッジを備えるエジェクタの実施形態を示しており、筐体モジュールを搭載板に接続するための搭載孔の配置を含む、エジェクタ筐体モジュールの平面図である。
【図１２】図11A〜図11Cのものと同様のエジェクタ筐体モジュールを備えるが、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搭載され、モジュール板とエジェクタ筐体モジュールとの間に搭載されたブースタエジェクタモジュールをさらに備えるエジェクタの、エジェクタカートリッジを通る空気流の方向に垂直な方向で示された、長手軸線方向の断面図である。
【図１３】一直線に続く多段エジェクタノズルと並列な共通の筐体に組み込まれたブースタステージを備える先行技術のエジェクタユニットの図である。
【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】エジェクタの筐体に搭載されているカートリッジを示す、先行技術のエジェクタカートリッジの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここで、本発明の実施形態を、添付の図を参照しつつ説明する。同様の符号は、様々な実施形態の記載を通じて、同様の特徴に言及するために用いられている。
【００３１】
図1Aおよび図1Bは、本発明によるエジェクタの第1の実施形態を示している。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として構成されている。このようなカートリッジは、エジェクタ筐体モジュールの内部、または、機器の関連付けられている部品に形成された、エジェクタカートリッジによって排気される容積を画定する孔もしくは室の内部に設置されるように意図されている。
【００３２】
図面に示すような、エジェクタの多くの好ましい実施形態は、駆動流体として、および、排気される流体として、空気と共に作動するように設計されているが、エジェクタは、駆動流体として任意の気体に、および、排気される流体として任意の気体に適用可能である。駆動流体は、エジェクタを通る移動または流れの一次方向を有することになる。この方向は、エジェクタの長手軸線と平行であり、図面では水平に示されており、入口114を起点としている。以下において、この方向は、空気流の方向として言及される。
【００３３】
エジェクタカートリッジ100は、第1の駆動ステージ100Aと第2のステージ100Bとを備えた多段エジェクタであり、各々のステージにわたって真空をそれぞれ発生するためのものである。
【００３４】
駆動ステージは駆動ノズル配列110を備えており、駆動ノズル配列110は、駆動ノズル配列110の入口114に供給される圧縮空気を加速することで、高速の空気のジェット流を第2のステージのノズル132に方向付けるように配置されている。第2のステージのノズル132は、同様に、空気のジェット流をエジェクタカートリッジの出口ノズル146に噴射するように配置されている。
【００３５】
単一の駆動ノズルを備える、本出願の図14および図15に示したエジェクタカートリッジと異なり、エジェクタカートリッジ100は、複数の駆動ノズル120を具備する駆動ノズル配列110を備えている。駆動ノズル120は、各々、エジェクタカートリッジ100の駆動ステージにわたって高速の空気の空気ジェットを発生するように構成されており、駆動ノズル120の各々によって発生された個々のジェット流が、第2のステージのノズル132の入口131にすべて一体的に共同して供給されるようにグループ化されている。
【００３６】
図1Aでは、符号111は、第2のステージの駆動ノズル132から見たときのノズル配列110の見え方を示している。見え方111が第2のステージのノズル132において示されているが、これは、図示の目的だけのために行われている。図1Aに概略的に示しているように、駆動ノズル配列110は4つの駆動ノズル120を備えており、それら駆動ノズル120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の中心軸線CLに沿って軸線方向で見たとき、第2のステージのノズル132の最も小さい内径と必然的に等しい境界周辺内にすべて入るようにして、2×2の配列で一体的にグループ化されている。これは、第2のステージのノズル132の全長に沿う円形の描画された部分によって図1Aに示されており、中心軸線CLに垂直な第2のステージのノズルの内側断面に対応しており、その周辺内に描かれた4つのさらに小さな円を有している。これは、4つの駆動ノズル120の出口位置のすべてがどのようにして、中心軸線CLの方向の第2のステージのノズルの入口と位置合わせされるように配置できるかを示している。このより大きな円と4つのより小さな円とは、第2のステージのノズル132に沿う途中の構造的な特徴を表してはおらず、第2のステージのノズルの断面への駆動ノズル配列グループ化の投射であり、中心軸線CLに沿うこれらの構成部品の比較的同心で同軸な位置合わせを図示する目的のために行われていることを理解されたい。同じことは、図2および図6の第2のステージのノズルに沿う途中に示された同様の円形のグループ化に適用する。
【００３７】
エジェクタを通る空気流の方向において、駆動ノズル配列に続くのは、第2のステージのノズル132および出口ノズル146である。これらのノズルは、単一の収束発散ノズルとして各々設けられており、中心軸線CLに沿って駆動ノズル配列110と直列で設けられている。したがって、圧縮空気が、エジェクタカートリッジ100の入口において、駆動ノズル部品112の入口114に供給されるとき、高速の空気ジェットがノズル120の各々によって発生されて、駆動空気ジェットが第2のステージのノズル132の入口131に一体的に共同して方向付けられるジェット流を形成することになる。このようにして、駆動ノズル配列110と第2のステージのノズル132の入口131との間の容積、具体的には、それぞれの駆動ノズル120によって発生される駆動ジェットの各々の周囲の容積にある空気または他の流体媒体が、ジェット流に連行され、第2のステージのノズル132に駆動されることになる。
【００３８】
供給される圧縮空気の消費および供給圧力は、エジェクタの大きさおよび所望の排気特性に応じて変化できる。より小形のエジェクタについては、約0.1から約0.25MPaまでの供給圧力において、約0.1から約0.2Nl/s(標準化された1秒間あたりのリットル)までの消費範囲が、通常は十分であり、大形のエジェクタは、典型的には、約0.4から約0.6MPaまでにおいて、約1.25から約1.75Nl/sまでを消費する。中間の大きさについては中間の範囲が可能であり、一般的である。これらの具体的な範囲に拘束されることを望まないのだが、本明細書で用いられる圧縮空気は、そのような特性を有すると理解されるものである。
【００３９】
したがって、駆動ステージから出ていくジェット流の流体は、第2のステージの収束発散ノズル132で加速され、そのため、第2のステージ100Bにわたって空気ジェットを発生し、その空気ジェットはさらに出口ノズル146の入口に方向付けられる。同じようにして、第2のステージのノズル132によって発生される空気ジェットの周囲の容積の空気または流体媒体は、ジェット流に連行され、出口ノズル146を通ってエジェクタカートリッジ100から放出される。
【００４０】
流体が第1のステージ100Aおよび第2のステージ100Bでそれぞれのジェット流に連行されるとき、第1のステージ100Aおよび第2のステージ100Bの各々とそれぞれ関連付けられている、エジェクタカートリッジ100の本体部の周りに配置された吸込ポート142および144を通じて、周囲の環境からエジェクタカートリッジ100にさらなる流体媒体を引っ張り込もうとする吸込力が発生される。前述のように、駆動ステージ100Aは、第2のステージ100Bよりも大きな値の負圧(つまり、より低い絶対圧)を発生させることになる。したがって、弁部材135が、第2のステージ100Bの吸込ポート144を選択的に開閉するために設けられている。弁部材135は、周囲容積で発生される負圧が第2のステージ100Bで発生され得る圧力を超えるとき、吸込ポート144を閉じる。ポートを閉じることで、駆動ステージ100Aによって排気されている空気のあらゆる逆流を防止する。つまり、逆流は、反対の流れの条件のもとで、吸込ポート144を通って第2のステージ100Bから出て排気される容積に空気が入ることから生じる。
【００４１】
図1Aの実施形態では、弁部材135は、第2のステージ100Bで発生される負圧と周囲容積の外部真空条件との間の圧力差に応じて吸込ポート144を選択的に開閉するために、真空エジェクタカートリッジ100の第2のステージ100Bの内周部全体の周りに延びる単一の物体として設けられている。代替として、図2に示すように、多数の別体のフラップ弁部材、または、多数の別体の弁フラップ135を備える1つの部材が、1つが吸込ポート144の各々に関連付けられて設けられてもよい。
【００４２】
図1Bから明らかであるように、エジェクタカートリッジ100は、駆動ノズル配列110と吸込ポート142および144とを除いて、中心軸線CLの周りの回転の物体を形成する、実質的に回転対称な物体として形成されている。駆動ノズル配列110と吸込ポート142および144を含む部分とは、厳密に言って、回転の物体を形成していないが、それらは、回転の前記軸線CLの周りに回転対称に配置されてもよく、したがって、それがなければ中心軸線CLの周りの回転の物体であったものにおける、些細な不連続のみを表している。
【００４３】
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、中心軸線CLに垂直な平面、つまり、エジェクタカートリッジ100を通る空気流の方向に垂直な平面において、その長さに沿って実質的に円形の断面を有する、実質的に円筒形のエジェクタカートリッジである。しかしながら、エジェクタカートリッジ100またはその構成部品が円形断面で形成される必要はなく、具体的には、様々なノズルが、四角形または他の円形ではない断面で形成されてもよく、具体的な用途に適しているべきであることを理解されたい。それでもなお実質的に円筒形または管状の形態がエジェクタカートリッジ100には好ましいが、それは、この形態が、エジェクタカートリッジ100を掘削孔または他のエジェクタ筐体モジュール内に最も簡単に設置することができ、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利用できるためである。
【００４４】
図1Aおよび図1Bのエジェクタカートリッジ100の具体的な構造を見ると、エジェクタカートリッジは、第2のステージの筐体部品140と駆動ステージの筐体部品130とから成る2つの部品による筐体によって構成されている。駆動ノズル配列110を画定する駆動ノズル部品112は、駆動ステージの筐体部品130の入口端に搭載されている。弁部材135は、この実施形態では、別体の部材として形成されており、駆動ステージの筐体部品130に形成された好ましくは円周状とされた対応する溝において、駆動ステージの筐体部品130に搭載されており、そのため、駆動ステージの筐体部品130が第2のステージの筐体部品140の入口端に挿入されるとき、エジェクタカートリッジ100に組み込まれることになる。
【００４５】
図3Aから図3Cをも参照しつつ、エジェクタカートリッジ100の構成部品をより詳細に説明していく。
【００４６】
第2のステージの筐体部品140は入口部分を備え、その入口部分は、駆動ノズル配列110をさらに受け入れる駆動ステージの筐体部品130を受け入れるように配置された受入構造145を有している。図1Aから理解されるように、弁部材135は、受入構造145と係合し、駆動ステージの筐体部品130が第2のステージの筐体部品140の入口端に搭載されるとき、第2のステージの筐体部品140と駆動ステージの筐体部品130との間のシールを提供するように機能する。
【００４７】
第2のステージの筐体部品140は収束発散ノズル146を画定しており、収束発散ノズル146は、エジェクタカートリッジ100の出口ノズルを構成している。この収束発散ノズル146は、収束入口区域147と、直線区域148と、発散区域149とを備えている。直線区域148は、若干発散してもよい。第2のステージの筐体部品140は第2のステージの吸込ポート144も画定しており、その吸込ポート144を通じて、周囲容積にある空気または他の媒体が第2のステージに吸い込まれて、出口ノズル146を通じてエジェクタカートリッジ100から放出される。
【００４８】
出口ノズル146の具体的な特徴は、発散区域149が、発散区域149に沿っての途中であって、この例では発散区域149の入口よりもノズル146の出口端の近くに形成された、直径の段階的な拡張150を含んでおり、図示した実施形態では、拡張は出口ノズル146の出口端の近くである。発散するノズル区域149の第1の区域149aは、直線区域148から、実質的に一定であり得る発散角度で、直径の段階的な拡張が鋭角部151において設けられている位置まで延びている。好ましくは、鋭角部151は、ノズル146の発散区域149における下部の切り込みによって画定されている。直径の段階的な拡張150において、発散区域の壁は、鋭角部151を形成するために方向を逆にし、その鋭角部151において、壁は、発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ100の出口端に向かって延びる状態から、発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ100の入口端に向かって延びる状態に、短い距離で変化してから、再び発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ100の出口端に向かって延びるように逆に戻る。発散する形に最後に逆に戻ることは、図に示すような第2の部分149bが、最初に、つまり、鋭角部のすぐ下流で、円筒形の直線状の壁とされた形に続くように逆に戻ってから、カートリッジ100の出口端のすぐ手前で発散する形に続いていく点において、選択的である。ノズル146の形は、その形が、ノズルにおける流れ条件および圧力条件から、流れの大気圧への膨張までの変化を、より穏やかに提供するように機能することを考慮して、エジェクタの所望の特性に応じて選択されることになる。これによって、カートリッジ100の出口端の設計は、駆動ノズルにおける圧力条件および流量条件に影響を与えるために、有利に使用できる。その結果、当業者は、駆動ノズルを設計する際により大きな自由がある。
【００４９】
図3Aに示すように、直径の段階的な変化は、鋭角部151における段階的な拡張の直前の直径Diを、径方向において位置151と平行であるが発散区域149の第2の発散部分149bにある位置152における段階的な拡張の直後の直径Doと比較することによって測定できる。直径の段階的な変化は、ノズル146の発散区域149bにおいて流体の流れを転換するように機能し、そのため、ノズルの壁に沿って乱流の出口流を発生させ、それによって、ノズル146の出口における摩擦を低下させ、それに応じて、エジェクタカートリッジ100が圧縮空気の所与の供給源から真空を発生できる効率を向上させる。
【００５０】
比Di:Doは、好ましくは6:7から20:21の間であり、最も好ましくは約94:105である。
【００５１】
図3Bを見ると、吸込ポート142が形成される入口区域を画定している駆動ステージの筐体部品130が示されており、吸込ポート142を通じて、空気または他の周囲媒体が駆動ステージに吸い込まれて、エジェクタカートリッジ100の第2のステージノズルおよび出口ノズルを通じて放出され得る。駆動ステージの筐体部品130は、弁体135を内部に受け入れるための環状溝139を備えている。同じように、環状溝139は、個々の弁部材135をそれぞれの吸込開口144に対して受け入れるために、一連の別体の溝として設けられてもよい。
【００５２】
駆動ステージの筐体部品130はノズル本体も形成し、そのノズル本体では、収束する入口区域136と、直線状の中間区域137と、発散する出口領域138とを有する、収束発散する第2のステージのノズル132が画定されている。第2のステージのノズルは、入口131と出口133とを画定している。さらに、第2のステージのノズル部品130は、環状溝の形態においてなど、駆動ノズル部品112を駆動ステージの筐体部品130の入口端に搭載するための受入構造134を画定している。このようにして、切欠きまたは同等の係合構造が、溝134と係合するために、駆動ノズル部品112に設けられてもよいし、または、環状のOリングシール112bが、駆動ノズル部品112および駆動ステージの筐体部品130のそれぞれの溝で相互に受け入れられることによって、これら2つの部品を一体的に連結するように設けられてもよい。
【００５３】
図3Cを見ると、駆動ノズル部品112が示されており、駆動ステージの筐体部品130の入口端において環状溝134などの受入構造との封止された相互接続を形成するために、このようなOリング112bが設けられている。駆動ノズル部品112には駆動ノズル配列110が設けられており、駆動ノズル配列110は複数の駆動ノズル120を備えている。駆動ノズル部品112は、圧縮空気の供給部が、高速空気の空気ジェットを各々の駆動ノズル120からそれぞれ発生するために、圧縮空気を駆動ノズル120に供給するために設けられている入口114を備えている。駆動ジェットによって生成された流体の流れと、その流れに連行された流体媒体とは、一般に、ジェット流または駆動ジェット流という用語で呼ばれ得る。
【００５４】
図4は、駆動ノズル120を通る拡大断面図を示している。この場合、駆動ノズル120は、各々のノズルの軸線方向で見たときに円形の断面で形成されているが、同等の流体力学効果を有する円形でない断面も可能である。
【００５５】
駆動ノズル120の各々は、直線の壁とされた入口流れ区域122と発散する出口流れ区域124とを備えるように、図4に示した方法で駆動ノズル部品112に形成されてもよい。直線の壁とされた入口流れ区域は、収束または発散しておらず、入口121において、アールが形成された、丸められた、または、面取りされた1つまたは複数の縁が設けられている。発散する出口流れ区域124は、その長さに沿って駆動ノズルの出口端に向かって小さくなる発散の角度を呈するように、直線の壁とされた区域122の出口端から延びている。つまり、発散区域124は、直線の壁とされた部分122から延びる出口流れ区域124の入口端において最も大きく発散しており、その区域124の出口端において最も小さく発散している。発散区域124は、発散する出口流れ区域124の出口端に直線の壁とされた区域126をさらに備えてもよい。駆動ノズル120を通る空気流の方向に垂直な方向の断面で見られるように、発散区域124は、直線の壁とされた入口流れ区域122の長手方向中心軸線にその中心がある楕円の部分の形を有し、発散ノズル区域124の最も大きく発散している端から最も小さく発散している端まで延びている。
【００５６】
直線の壁とされた区域126が駆動ノズル120の出口に設けられている場合、この区域は、全体として、駆動ノズルの全長LNの12%以下、好ましくは10%以下の長さleを、好ましくは有する。
【００５７】
駆動ノズル120の入口121のアールが形成された、丸められた、または、面取りされた1つまたは複数の縁と対照的に、駆動ノズル120の出口は、駆動ノズル120が形成されているノズル本体部112の端面に対して実質的に90°の鋭利な縁を提供している。これは、圧縮空気が駆動ノズルの入口121に提供され、駆動ノズル120を通じて加速されるとき、駆動ノズル120から出ていく高速空気のコヒーレントジェットを生成するのを支援するように機能する。
【００５８】
このような加速はノズル120の発散区域124で主として提供され、発散区域124は、入口流れ区域122の出口における内径diから、発散する出口流れ区域124の出口における内径doまで、直径の拡張をもたらす。入口流れ区域122の出口における内径diとノズル120の出口における内径doとの間の比は、エジェクタの所望の特性に応じて選択されることになる。エジェクタが、一般的に「高流量」と称されるものに設計される場合、例えばdo≒1.3・diなど、doはdiに対してより小さくなる。エジェクタが、一般的に「高真空」と称されるものに設計される場合、例えばdo≒2・diなど、doはdiに対してより大きくなる。したがって、入口流れ区域122の出口における内径diとノズル120の出口における内径doとの間の典型的な範囲は、1:1.2と1:2.2までとの間(1/1.2≦di/do≦1/2.2)である。
【００５９】
直線の壁とされた区域126の有無に関わらず、および、発散する出口流れ区域124に対して選択された軸線方向長さと無関係に、直線の壁とされた入口流れ区域122の軸線方向長さは、好ましくは、入口流れ区域122の出口端において、内径diの約5倍であり得る。発散する出口流れ区域124の軸線方向長さは、それ自体において、または、直線の壁とされた区域126が設けられる場合には区域126を含めて、直線の壁とされた入口流れ区域122に対して選択された軸線方向長さと無関係に、好ましくは、ノズル120の出口において内径doの少なくとも2倍であり得る。代替で、直線の壁とされた入口流れ区域122の軸線方向の長さは、入口流れ区域122の出口端において、内径diの約5倍であってもよく、また、直線の壁とされた区域126を含む発散する出口流れ区域124の軸線方向の長さは、ノズル120の出口において、内径doの少なくとも2倍であってもよい。
【００６０】
図1A、図2、および図3Cに示すように、駆動ノズル120は、実質的に互いと平行に位置合わせされるように、駆動ノズル配列110に設けられており、つまり、ノズル120の各々の長手中心軸線がエジェクタカートリッジ100の中心軸線CLと並列に軸線方向に位置合わせされている状態となっている。当然ながら、駆動ノズル配列110の駆動ノズル120は、ノズル配列110から第2のステージのノズル132の入口131に向かって噴射される共同で形成されたジェット流の形を調整するために、若干の発散または収束が同じように設けられてもよく、若干の収束が若干の発散よりも好ましい。
【００６１】
同じように、これらの図は、4つの駆動ノズルから成り、2×2の配列で配置されたノズル配列110を示しているが、これは本発明におけるいかなる限定でもなく、具体的には、駆動ノズル配列110における適切なグループ化で配置された2つ、3つ、4つ、5つ、または6つの駆動ノズルなど、任意の数の駆動ノズル120を備え得る。例えば、3つのノズルは、三角形の頂点に配置されてもよく、4つのノズルは、図示するように、四角形の角に配置でき、5つのノズルは、五角形の角か、または、1つが四角形の中心にある状態で四角形の角に配置でき、6つのノズルは、六角形の角を含む、様々にグループ化ができる。
【００６２】
さらにより多くの駆動ノズル120も当然ながら可能であり、目的に応じて駆動ノズル配列110に対して考慮される。各々の駆動ノズルの設計は、例えば、複数の周囲ノズルを伴って中心ノズルを備えるグループ化でといった、共同で形成された駆動ジェット流を制御するために変更されてもよく、中心ノズルは、周囲ノズルの各々より小さい体積流量で、より高速の空気ジェットを提供するように構成されてもよい。
【００６３】
図5A、図5B、図6、図7A〜図7C、および図8を見ると、本発明による第2の実施形態が示されている。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として構成されている。
【００６４】
エジェクタ200は、エジェクタ100と構造および運転において同様であり、エジェクタ100の特徴、構成部品、運転、および使用の先の説明は、さらなる特徴または変形が具体的に説明されているものを除いて、エジェクタ200に等しく適用する。再び、エジェクタカートリッジ200は、第1の駆動ステージ200Aと第2のステージ200Bとを備えている。
【００６５】
図5Bは、エジェクタ200の出口端の方を向く軸線方向の端面図であり、第2のステージのノズル232と出口ノズル246とによって画定された軸線方向の通路内にその通路に沿って向くように、グループ化で配置された駆動ノズル220の出口を示している。図5Aは、図5Bの断面A-Aを示しており、中心軸線CLを含んでおり、その中心軸線CLの周りに、エジェクタカートリッジ200が回転の物体を実質的に形成する。ここでも、エジェクタカートリッジ200の本体部は、吸込ポート242および244と出口ノズルの発散区域とを除いて、実質的に円筒形である。
【００６６】
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が駆動ステージ200Aと第2のステージ200Bとの両方を構成する単一の筐体部品240を備えるように形成されることを主に除いて、エジェクタカートリッジ100の構造と実質的に同じである。第2のステージのノズルは別体の第2のステージのノズル部品230として形成され、ノズル部品230は、駆動ノズル部品212を筐体部品240の入口端に挿入する前に、筐体部品240にその入口端から挿入されるように構成されている。
【００６７】
第2のステージのノズル本体部230は筐体240の第2のステージ200B部分に単に圧入される一方で、駆動ノズル部品212は、筐体部品240の入口にある受入構造として設けられた環状溝234に係合するように構成された相互に係合する環状隆起部212bが設けられている。
【００６８】
図6および図7Cにおいてよりはっきりと見られるように、駆動ノズル部品212は、駆動ノズル部品212の径方向外側のフランジ区域から前方に延びる棒または柱216を備えており、第2のステージのノズル部品230をエジェクタ筐体240内で軸線方向において所定位置に保持するために、第2のステージのノズル部品230の後側に当接して係合する。これらの棒または柱216は、第2のステージのノズル部品230をエジェクタ筐体部品240内で所定位置に確実に固定することと、エジェクタノズル配列210のエジェクタノズル220の出口と、第2ステージの収束発散ノズル232への入口231との間の所望の間隔を維持することとの両方のために機能する。
【００６９】
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と同じ方法で運転するように構成されており、圧縮空気は、エジェクタカートリッジ200の入口で駆動ノズル配列210の入口214に供給され、第2のステージのノズル232の入口231に一体的に共同して方向付けられる駆動空気ジェットとしてそれぞれ生じるように、駆動ノズル配列210の駆動ノズル220を通じて加速されることを理解されたい。駆動空気ジェットのこの配列は、ここでも、周囲容積の流体を駆動ジェット流に連行し、第1の駆動ステージ200Aにおいて筐体240に形成された吸込ポート242を通じて周囲の流体を引っ張り込む吸込みを作り出す。次に、圧縮空気および連行された流体媒体は、第2のステージのノズル232で加速されて、第2のステージの空気ジェットとして生じ、さらに出口ノズル246に方向付けられる。出口ノズル246は、ここでも、筐体部品240によって収束発散ノズルとして画定されている。これまでのように、第2のステージ200Bを通る高速空気ジェットは、第2のステージの空気ジェットの周囲の容積の空気または他の流体媒体を連行し、出口ノズル246を通じてエジェクタ200から放出する。これは、吸込ポート244において吸込力を作り出し、それによって任意の周囲容積から流体媒体を引っ張り込む。第2のステージ200Bと周囲容積との負圧の相対レベルに応じて、第2のステージの吸込ポート244を選択的に開閉するために、弁部材235がここでも設けられている。この実施形態では、弁部材235は、第2のステージのノズル部品の一体的な部品として形成されており、第2のステージのノズル部品と共に単一の成型された本体部を形成している。弁235は、第2のステージ200Bの圧力が周囲容積の圧力未満であるときに開くことになり、周囲容積の圧力が第2のステージ200Bの圧力未満に低下したときに閉じることになる。
【００７０】
ここでも、図6から理解され得るように、駆動ノズル220は、すべての駆動ノズル220からの空気ジェットを第2のステージのノズル232の入口231に一体的に方向付けることができるグループ化で配置されている。これは、第2のステージのノズル232の内径に対応する2つの隣接するより大きな円の各々の内部で2×2の配列で配置されたより小さな円として示されている駆動ノズルのグループ化によって、図6に概略的に示されている。図6の左手側のグループ化は、図6に示すような駆動ノズル220の位置合わせに対応しており、一方、右手側のグループ化は、グループ化が45°の角度で回転されたとしても、ノズルがどのように第2のステージのノズル232の周辺の境界内に留まっているかを示している。このようにして、駆動ノズル配列210の複数のノズルは、それぞれの駆動ジェットを第2のステージのノズル232の共通の入口231に一体的に方向付けることができる。前述のように、図6の第2のステージのノズルの中間通路に描写されている駆動ノズルのグループ化を含む2つの隣接する円は、第2のステージのノズル132に沿う途中の構造的な特徴を表してはおらず、第2のステージのノズルの断面への可能な駆動ノズル配列グループ化の投射であり、中心軸線CLに沿うこれらの構成部品の相対的な位置合わせを図示する目的のために行われている。
【００７１】
図7Aを参照すると、筐体部品240が示されており、駆動ノズル部品212を受け入れるための環状溝の形態の受入構造234を備えた入口端を備えている。先ず、駆動ステージの吸込ポート242および第2のステージの吸込ポート244も示されており、それらがなければ実質的に円筒形である筐体部品240の本体部における開口として設けられている。遠位端において、筐体部品240は、収束する入口区域247と、直線の壁とされた区域248と、発散する出口区域249とを含む、エジェクタカートリッジ200の収束発散出口ノズル246を画定している。図1、図2、および図3Aの実施形態と同様に、出口ノズル246の発散部分249が、発散区域249を第1の発散区域249aと第2の発散区域249bとに分割する直径の段階的な拡張250を備えて、出口端の近くに設けられている。直径の段階的な拡張250では、発散区域249の壁は、出口ノズル246を通る空気流の方向と垂直な方向の断面で見られるように、発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ200の出口端に向かって延びる状態から、発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ200の入口端に向かって延びる状態に逆になってから、発散しつつ軸線方向においてエジェクタカートリッジ200の出口端に向かって延びるように再び逆になる。発散区域249の壁の方向のこの逆になることは、段階的な拡張250において、鋭角部251を作り出す。直径のこの段階的な拡張は、前述のエジェクタカートリッジ100についての出口ノズル146における出口区域149に対する直径の段階的な拡張150と同じ寸法の関係を有してもよい。
【００７２】
発散区域249が直径の段階的な拡張を2つ以上備えることも可能である。図9を見ると、エジェクタ筐体部品270が示されており、エジェクタ筐体部品270は、エジェクタ筐体部品240の代替の実施形態を表しており、エジェクタカートリッジ200においてエジェクタ筐体部品240の代わりに用いられ得る。エジェクタ筐体部品240と同様に、エジェクタ筐体部品270は、その入口においてエジェクタノズル部品212を受け入れるための受入構造234と、吸込ポート242および244と、吸込ポート同士の間において第2のステージのノズル部品230を受け入れるための受入構造245とを備えている。ここでもまた、エジェクタ筐体部品270は、その出口において収束発散ノズル246を画定しており、エジェクタカートリッジ200のための出口ノズル246を提供している。この出口ノズル246は、収束する入口区域247と、直線の壁とされた中間区域248と、発散する出口区域249とを備えている。しかしながら、この例では、発散する出口区域249は、第1の発散区域249aと、第2の発散区域249bと、第3の発散区域249cとに分割されている。直径の段階的な拡張250および255が、発散区域249を第1の発散区域249a、第2の発散区域249b、および第3の発散区域249cに分けるように、発散区域249の長さに沿う2箇所に設けられている。直径の段階的な拡張250は、図7Aのものと同様に、発散区域249の出口端の近くに形成されている。中間に直径の段階的な拡張255がさらに設けられており、ここでも、出口ノズル246の発散区域249の壁の下部の切り込みによって形成されている。下部の切り込みは、第1の区域249aの端に段階的な拡張の部分に鋭角部256を形成し、その位置において、ノズルの壁は、ノズルを通る空気流の方向に垂直な方向の断面で見られるように、発散しつつ軸線方向においてノズルの出口に向かって延びる状態から、発散しつつ軸線方向においてノズルの入口に向かって延びる状態に逆になってから、発散しつつ軸線方向においてノズルの出口に向かって延びるように再び逆になる。
【００７３】
発散区域249の出口ノズル246の発散する壁の角度は、すべての3つの区域249a、249b、および249cにおいて実質的に同じであるが、より大きな発散角度、または、より小さな発散角度がノズルの出口端に向かって用いられてもよいことを理解されたい。ここでもまた、出口ノズル246の発散区域249における直径の段階的な拡張250、255の目的は、空気流を乱流の空気流に転換し、そのため、出口ノズル246を通過する空気の受けるノズルの壁における摩擦を低減することで、エジェクタカートリッジ200を通る空気流への抵抗に全体として影響を与えることである。
【００７４】
図9に示すように、中間にある段階的な拡張255は、ノズル246の出口端の近くに設けられた段階的な拡張250と、直径において同じ大きさの増加を提供しない。したがって、鋭角部256と、径方向において鋭角部256と平行なノズル246の内壁にあるが第2の発散区域249bにある位置257との間の直径の増加は、直径の第2の段階的な拡張250における鋭角部251と、第3の発散ノズル区域249cの壁にある径方向において鋭角部251と平行な位置252との間の直径の段差より小さい。
【００７５】
図7Aに戻ると、エジェクタ筐体部品240は、第2のステージのノズル部品230を受け入れるための、肩の形態の受入構造245も備えている。第2のステージのノズル部品230には、図7Bに示すように、その入口端において、ノズル部品240の受入構造245に形成された対応する肩部と当接する径方向外側のフランジが設けられている。
【００７６】
図7Bに示す第2のステージのノズル部品230は、収束発散する第2のステージのノズル232をさらに定めており、第2のステージのノズル232は、収束する入口区域236と、直線の壁とされた中間区域237と、発散する出口区域238とを含み、第2のステージのノズル232の入口231と出口233との間で延びている。図7Bの第2のステージのノズル部品230では、エジェクタカートリッジ200のエジェクタ筐体部品240または270に第2のステージの吸込ポート244の選択的な開閉を提供するように、弁部材235がノズル部品230と一体的に形成されている。弁部材235の可撓性を高めるために、弁部材235を吸込ポート244に対してより容易に開閉させることができるように、開口260が弁部材235の基部の近くに設けられ得る。
【００７７】
図7Bは、一方の図において、ノズル部品230を通る空気流の方向に垂直な方向におけるノズル部品230の断面図を示しており、また、ノズル部品230を、ノズル232の出口端233から見たとき、軸線方向の端部の図で示している。この軸線方向の端部の図において、複数の歯262を見ることができ、それらは、第2のステージのノズル本体部230の外側において、弁部材235の基部の近くに形成されている。歯262は、エジェクタ筐体部品240または270の係合構造245に設けられ得る対応する歯と係合するように構成されている。これらの歯は、第2のステージのノズル本体部230の、エジェクタカートリッジ200のエジェクタ筐体部品240または270との回転による位置合わせを容易にするために設けられている。このような位置合わせは、特にエジェクタカートリッジ200が回転対称の形態とされている場合、しばしば必要とされない。しかしながら、特定の実施形態では、エジェクタ筐体部品240または270に、エジェクタ筐体の周囲部の周りに均等に分配されていない第2のステージの吸込ポート244が設けられているか、または、第2のステージのノズル部品230に、吸込ポート244の各々に対応する別体の弁部材235が設けられている可能性があり、選択的に開閉する弁部材235とそれぞれの吸込ポート244との間の位置合わせを必要とする。
【００７８】
第1の駆動ステージ200Aと第2のステージ200Bとの間において、第2のステージのノズル部品230の周りで空気漏れを防止するために、封止部材が設けられていないことを理解されたい。これは、第2のステージのノズル部品230が比較的軟らかい柔軟なゴムまたはプラスチックから作られるように意図されており、そのゴムまたはプラスチックが、エジェクタ筐体部品240または270の内側の寸法に適合して、それらの間に気密なシールを形成することを考慮している。これは、駆動ノズル部品212に設けられた、第2のステージのノズル部品230を軸線方向で所定位置に保持する柱または棒216と共同して、第2のステージのノズル部品230の入口端の周りに固定シールを提供することになる。
【００７９】
図7Cを見ると、駆動ノズル部品212が、ここでも駆動ノズル部品212を通る空気流の方向に垂直な方向で見た断面図で示されており、また、駆動ノズル220の出口端から見た軸線方向での図で示されている。駆動ノズル部品212は、圧縮空気の供給部から圧縮空気を受け入れるためであり、かつ、圧縮空気を駆動ノズル配列210の複数の駆動ノズル220に提供するための入口214を備えている。駆動ノズル配列210の駆動ノズル220は、図4に示した駆動ノズル120と同じ方法で形成され得る。
【００８０】
駆動ノズル部品212には、駆動ノズル部品212をエジェクタカートリッジ200の筐体部品240に確実に固定するように、エジェクタ筐体部品240または270の入口端において、受入構造の環状溝234と係合する大きさとされた環状隆起部212b(または、駆動ノズル部品230の周囲部の周りに輪になって配置された一連の突起部)が形成されている。環状隆起部212bの代わりに、駆動ノズル部品212には環状溝が設けられてもよく、また、駆動ノズル部品212がエジェクタ筐体部品240または270に嵌め込まれときに、エジェクタ筐体部品240または270の溝234と係合することで2つの部品を一体的に確実に固定するために、エラストマのOリングが駆動ノズル部品の溝に設けられてもよいことを理解されたい。また、エジェクタカートリッジ200と排気される外側容積との間の必要な封止がエラストマのシール212aの使用によって得られるため(図12を参照して理解できるように、後でさらに詳述される)、受入構造234に気密なシールを設ける必要がないことも、理解されるものである。同じように、隆起部212bは溝として形成されてもよく、また、隆起部が、エジェクタ筐体部品240または270の受入構造234の溝の代わりに、駆動ノズル部品212の溝に受け入れられるために設けられてもよい。
【００８１】
駆動ノズル部品212のエジェクタ筐体部品240または270の入口端への確実なスナップ式の嵌め込みは、駆動ノズル部品212から前方への軸線方向で延びる棒または柱216が、第2のステージのノズル部品230の後面に押し当たるように配置されて、第2のステージのノズル部品230をエジェクタ筐体部品240または270の受入構造245に設けられた肩部に対して固定するとき、第2のステージのノズル部品230を所定位置にさらに確実に固定する。したがって、第2のステージのノズル部品230は、軸線方向において所定位置に確実に固定され、また、駆動ノズル配列210から所望の軸線方向距離で離間される。棒または柱216の使用は、必要な構造的な安定性を提供することに加えて、エジェクタカートリッジ200の周囲での吸込ポート242を通る駆動ステージ200Aへの空気または他の流体媒体の障害のない流れももたらすことは、容易に理解されるものである。
【００８２】
図8を見ると、エジェクタカートリッジ200の断面透視図が示されており、どのようにして第2のステージのノズル部品230と駆動ノズル部品212とが、エジェクタ筐体240に搭載されているか、および、駆動ノズル220によって発生されて第2のステージのノズル232および出口ノズル246を通って連続的に方向付けられる高速空気の軸線方向の流れを提供するように配置されているかを詳細に示している。図8は、どのようにして吸込ポート242および244を通る空気流が、第1の駆動ステージ200Aの駆動ノズル220と第2のステージ200Bの第2のステージのノズル232とによって生成された空気ジェットによって作り出されるジェット流に連行され得るかも示している。
【００８３】
図10を見ると、この図は、単一の駆動ノズルによって発生され、並んだ関係にある第2のステージのノズルと出口ノズルとを通る軸線方向の連続する流れで膨張することが許容された単一の駆動ジェット流と、駆動ノズル配列110、210のそれぞれにおいて4つの駆動ノズル120、220を備えるエジェクタカートリッジ100および200によって発生され得るような複数の駆動ジェット流との間の比較を示している。この代表的な図示から理解できるように、複数の駆動ジェット流についての、第2のステージのノズルおよび出口ノズルを通る流体の流れの発達は、従来のエジェクタの単一の駆動ジェット流についての流れの発達と実質的に同じである。
【００８４】
それでも、複数の駆動ノズル構成によって、エジェクタカートリッジは、発生される負圧およびエジェクタカートリッジを通る体積流量の観点において、本出願の図14および図15に示した構造の単一の駆動ノズル多段エジェクタについてよりも、優れた性能を生み出すことが可能となっている。言い換えれば、図14および図15の設計の多段エジェクタと同じ性能を得るために、複数の駆動ノズルを備える本発明による多段エジェクタは、より少ない量の圧縮空気を用いて同じ性能を発生でき、それによって、より高いレベルの効率を提供できる。また、同等の性能のエジェクタに関して、複数の駆動ノズルを駆動ノズル配列に備える本発明のエジェクタは、図14および図15に示された設計のエジェクタより短く、より小さな接地面積を有する。具体的には、両方のエジェクタの設計は、同じレベルの性能に対して実質的に同等の直径を有し得るが、図14および図15のエジェクタカートリッジは、前述の実施形態100および200によって例示されるような、本発明のエジェクタカートリッジが2段の構成のみで達成できる同じレベルの性能を得るために、3段の構成を必要とする。したがって、同等の性能のために、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と比較して、大きさがより小さくでき、より小さな接地面積のものとなり得る。
【００８５】
エジェクタカートリッジ100および200の先の実施形態を参照すると、第2のステージのノズル部品130、230および駆動ノズル部品112、212は、添付の図面に示されるような圧入またはスナップ嵌め構成によるだけでなく、対合係合もしくはネジ係合の任意の代替の形態によって、または、所定位置への接着、溶接、もしくは他の固定にさらによっても同等に、嵌め込まれる対応する受入構造内に受け入れられ得ることを理解されたい。
【００８６】
エジェクタカートリッジ100および200の構成部品の製造に関して、エジェクタカートリッジ筐体部品130、140、240、または270と、駆動ノズル部品112、212とは、当業者にはわかるように、適切なプラスチック材料を用いたワンショットの成型工程によって形成されることが好ましい。
【００８７】
単一の一体成型された第2のステージのノズル部品230の場合、材料は、必要な可撓性を提供し、弁部材235に吸込ポート244を開閉させることができる必要がある一方で、同時に、所望の流れの発達が収束発散ノズル232を通じて発生するように、構造的に十分に硬い必要がある。したがって、第2のステージのノズル部品230は、プラスチックまたはゴムのいずれかであり、好ましくは、Elastollan(登録商標)、S-seriesの商業上の名称でBASFから入手可能な熱可塑性ポリウレタンエラストマ(TPE(U))などの適切な熱可塑性エラストマ調合剤から、ExxonMobil Chemical Europeから入手可能なSantoprene(商標) TPV 8281-65MEDなどの柔軟な熱可塑性加硫物(TPV)から、NBRまたは他の適切な材料から作られている、比較的柔軟な材料から好ましくは形成されている。一般的なフッ素ゴムまたはFPMゴムは、別の適切な材料であり得る。
【００８８】
第2のステージのエジェクタ部品230を成型するために使用される特定の材料は、実際には、エジェクタカートリッジ200に対して意図された使用によって決定されることになる。具体的には、多くの用途に対してTPE(U)を使用すること、および、耐化学性が重要であるE. I. du Pont de Nemours and Companyから入手可能な標準的な種類のViton(登録商標) A、B、またはFを使用することが考えられる。
【００８９】
駆動ノズル120および220は、駆動ノズル部品112、212が形成される成型工程の間に、駆動ノズル部品112、212に形成されてもよいことが考えられる。同じように、駆動ノズル120および220は、十分な寸法精度が駆動ノズル部品112、212の成型のときに不可能である場合、すでに成型されたノズル部品112、212に穿孔などによって形成されてもよい。第2のステージのノズル132、232と出口ノズル146、246とについては、これらが、それぞれの部品130、230、140、240が形成される成型工程の一部として、続く製造ステップを必要とすることなく形成されることになることが考えられる。
【００９０】
ここで図11A〜図11Cを参照すると、どのようにエジェクタカートリッジ100が(同等に、エジェクタカートリッジ200が)、真空ポンプまたは同様のもので使用するために、筐体モジュール1000に搭載できるかの例が示されている。
【００９１】
図11Bは、筐体モジュール1000に形成された内部孔1012、1040、1060に搭載されたエジェクタ100を示している。Oリングシール112aおよび140bは、駆動ノズル部品112と筐体モジュール1000の入口孔1012との間、および、第2のステージのエジェクタ筐体部品140と筐体モジュールに画定された孔の内部との間にそれぞれシールを提供し、そのため、孔を中間真空室1040と出口室1060とに分割する。筐体モジュール1000には入口室1020が設けられており、エジェクタカートリッジ100に圧縮空気の供給をもたらすために、入口室1020には圧縮空気供給源が接続される。入口孔1012は、圧縮空気が駆動ノズル部品112の入口114に供給されるように、入口室1020に接続されている。運転中、圧縮空気は、エジェクタ100を通る高速のジェット流の流れを形成し、その流れは駆動ステージおよび第2のステージにおけるそれぞれの吸込ポート142および144において吸込力を作り出してから、圧縮空気と、周囲容積からの任意の連行された流体とが、出口ノズル146を通って出口室1060に放出される。マフラまたは代替の塞止部材1100が、出口室1060を閉じて、エジェクタ100から放出される流体を収容し、エジェクタ100の出口ノズル146から出ていく空気のこの高速ジェット流によって引き起こされる騒音を抑えるために、筐体モジュールの孔の開口に設けられている。塞止部材1100には、筐体モジュール1000の孔でエジェクタカートリッジ100を軸線方向の所定位置に固定するために配置された腕部または棒1110が設けられている。塞止部材1100は、エラストマのOリング1100aなどの適切なシール部材を用いて所定位置にしっかりと固定され得るか、または、筐体モジュール1000の孔を閉じるために、封止する方法で所定位置にネジ留め、固定、溶接、または接着され得る。
【００９２】
エジェクタ100から放出される空気は、エジェクタ100から出口において大気に吐き出される代わりに、筐体モジュール1000の基部に形成された出口ポート1046を通じて、筐体モジュール1000から運ばれていく。このようにして、圧縮空気が入口ポート1014を通じて筐体モジュールに供給され、周囲容積から吐き出される圧縮空気と任意の連行された流体とは、出口ポート1046を通じて筐体モジュール1000から吐き出される。筐体モジュール1000には吸込ポート1042および1044がさらに設けられ、それら吸込ポート1042および1044は、エジェクタ100の第1のステージの吸込ポート142と第2のステージの吸込ポート144とを包囲する真空室1040の容積を、排気される容積と接続するように構成されている。排気される容積は、例えば、1つまたは複数の吸引カップもしくは他の吸引装置、または、任意の他の真空作動機械を備え得る。
【００９３】
図11Bに示した例では、筐体モジュール1000は、その基部表面に沿って真空作動装置の接続板1200に接続されており、接続板1200には、筐体モジュール1000の基部に成形されたポート1014、1042、1044、および1046と対応するポート1214、1242、1244、および1246が設けられている。Oリング1014a、1042a、1044a、および1046aなどのエラストマのシールが、筐体モジュール1000の対応するポートと、接続板1200のポート1214、1242、1244、および1246との間に設けられている。接続板1200のポート1214は、圧縮空気を、入口ポート1014を通じて筐体モジュール1000の入口室1020に供給するために、圧縮空気供給部に接続されている。同様に、筐体モジュール1000の出口1046を通じて吐き出される空気は、接続板1200の出口通路1246を通じて送られる。同じく、接続板1200のポート1242および1244は、エジェクタ100によって発生された真空を排気される容積に接続しており、排気される容積の空気または他の流体媒体は、接続板1200のポート1242、1244を通じて、かつ、筐体モジュール1000の吸込入口1042および1044を通じて、エジェクタカートリッジ100の第1および第2のステージ100A、100Bの周囲の孔に形成された真空室1040に引っ張り込まれる状態となっている。
【００９４】
真空発生の初期の段階において、大きな圧力差がエジェクタカートリッジ100の第2のステージ100Bにわたって存在することになり、1つまたは複数の弁部材135は、流体媒体が吸込入口144を通じて第2のステージのジェット流に連行されると同時に、吸込ポート142を通じて駆動区域100Aに連行されるように、開くことになる。しかしながら、より大きな負圧(つまり、より低い絶対圧)が発生されるように排気される容積の真空が増加するにつれて、弁部材135の前後の圧力差は、これらの弁部材が閉じるまで減少することになり、その閉じた時点において、駆動ステージ100Aのみが、吸込ポート142を通じて室1040に吸込みを提供し、さらに、筐体モジュールの吸込ポート1042および1044を通じて接続板1200のポート1242、1244に吸込みを提供することになる。
【００９５】
エジェクタカートリッジを筐体モジュールにこのようにして搭載することで、エジェクタカートリッジ100によって発生された真空は、必要により、接続板1200を介して、関連付けられて接続された真空作動機器に選択的に適用できる。
【００９６】
図11Aは、筐体モジュール1000の入口ポート1014、吸込ポート1042、1044、および出口ポート1046の配置を示している。筐体モジュール1000の入口ポート、吸込ポート、および出口ポートの位置は、エジェクタカートリッジ100の入口114、吸込ポート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していないが、代わりに、筐体モジュール1000が取り付けられる接続板1200の入口ポート1214、吸込ポート1242、1244、および出口ポート1246に必ず対応している。しかしながら、吸込ポート142、144がエジェクタカートリッジ100の第1のおよび第2のステージ100Aおよび100Bを包囲する真空室1040全体を排気するように配置されているため、エジェクタカートリッジ100の吸込ポート142、144と筐体モジュール1000の吸込ポート1042、1044との間の位置合わせを提供することは、エラストマのOリング140bが真空室1040と出口室1060とを形成するように筐体モジュールの孔を封止できる、筐体モジュール100の孔内の適切な位置がある場合には、必要ではない。
【００９７】
図11Cを見ると、1つまたは複数のモジュールの筐体部を一体的に相互接続するための接続器の構成が示されており、筐体モジュール1000に設けられネジ穴1050などの穴を用いており、各々のネジ穴1050には、上端において開口する穴を包囲する凹面1055が設けられており、ネジまたはボルトなどの接続部材を筐体モジュール1000の上面に対して引っ込ませることができる。このような接続穴は、必要に応じて、筐体モジュール1000を接続板1200に取り付けるために使用されてもよい。
【００９８】
このようなモジュール筐体構成のある使用が図12に示されており、そこでは、単なる例として、エジェクタ100が、筐体モジュール1000において、エジェクタカートリッジ200によって置き換えられている。しかしながら、この例では、筐体モジュール1000は、接続板1200に直接的に接続されておらず、代わりに、ブースタモジュール2000に接続されており、ブースタモジュール2000はブースタエジェクタ300を収容し、ブースタモジュール2000が接続板1200にさらに接続されている。この例では、接続板1200は、入口ポート1214と、単一の吸込ポート1242と、出口ポート1246とを備えている。
【００９９】
筐体モジュール1000は、図11に関して説明されている場合、吸込ポート1042に弁部材1350が設けられており、弁部材1350は、筐体モジュール1000の真空室1040とブースタエジェクタ300のブースタステージとの間の吸込ポート1042の選択的な開閉を可能にする。
【０１００】
ブースタモジュール2000は、対応する入口ポート2014を通じて接続板1200の入口ポート1214から圧縮空気を受け入れるための入口室2020を備えている。ブースタモジュール2000の入口室2020は、圧縮空気をブースタエジェクタ300の入口に供給するために、ブースタエジェクタ300が搭載されているブースタモジュール2000の入口孔2012に接続されている。ブースタエジェクタ300が搭載されているこの孔は、例えば、ブースタモジュール2000を入口室2020に隣接する側から穿孔することで形成され、そのため、掘削孔の開口を封止するために、塞止部材2100が設けられている。入口室2020は出口ポート2015も提供し、出口ポート2015は、圧縮空気をエジェクタカートリッジ200の入口に同時に供給するために、入口室2020を筐体モジュール1000の入口ポート1014に接続する。
【０１０１】
ブースタモジュール2000は、接続板1200の吸込ポート1242に真空室2030から吸込みを適用するための吸込ポート2042を備えている。真空室2030は、ブースタモジュール2000のポート2033と筐体モジュール1000の吸込ポート1042とを介して、筐体モジュールの真空室1040に同様に接続されている。このようにして、エジェクタカートリッジ200によって発生された真空は、排気される空気または他の流体媒体を、接続板1200の吸込ポート1242を通じ、吸込ポート2042を通じ、真空室2030を通じ、ポート2030および1042を通じ、真空室1040を通じて、エジェクタカートリッジ200の吸込ポート242および244に引っ張り込むことで、排気される容積に適用できる。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よりも実質的により大量の空気を駆動ステージ200Aおよび第2のステージ200Bに連行することができるため、圧縮空気を図12に示したエジェクタ構成に供給する初期の段階の間に起こることになる。しかしながら、排気される容積で作り出された真空が、エジェクタ200が発生できる最も大きい負圧値(つまり、最も低い絶対圧)未満に低下すると、エジェクタ200の周囲の排気室1040からブースタエジェクタ300を包囲する室2030への空気の逆流を防止するために、弁1350が閉じることになる。
【０１０２】
ブースタエジェクタ300は、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、それらノズルはブースタステージを一体的に形成し、そのブースタステージにわたって、高い真空(低い絶対圧)が得られる。具体的には、駆動ノズル320は、高速の空気ジェットを収束発散ノズル346の入口に方向付け、それによって、空気ジェットを包囲する容積の空気または他の流体媒体を連行し、そして、排気される室2030に接続されており、さらに、接続板1200の吸込ポート1242に封止されているブースタモジュールの吸込ポート2042に接続されている吸込ポート342において真空を作り出し、そのため、排気される接続された容積を排気する。
【０１０３】
ブースタの駆動ノズル320は、前述したような駆動ノズル120および220と同様の構成を備え得るが、収束区域347と、直線の壁とされた中間区域348と、発散する出口区域349とから形成されている収束発散ノズル346との組み合わせで、高い真空レベル(低い絶対圧)を達成するように具体的に設計されている。ノズル346によってブースタエジェクタ300の出口から吐き出された流体はブースタモジュール2000の室2040に送り出され、その室2040は、出口ポート2045を介して、筐体モジュール1000の吸込ポート1044にさらに接続されている。このようにして、ブースタエジェクタ300を通じて放出される空気は、吸込ポート242および/または244を介してエジェクタカートリッジ200のジェット流に続いて連行され、そして、エジェクタカートリッジ200を出てエジェクタ室1060に放出され、ブースタモジュールの出口ポート1046とブースタモジュールの関連付けられているポート2047とを通じ、ブースタモジュールの出口ポート2046を通じ、接続板1200の出口ポート1246を通じて外部に放出される。
【０１０４】
察しが付くように、ブースタの駆動ノズル320は、ノズル本体312の一部として形成されており、その一部は、ブースタモジュール2000に設けられた孔2012に圧入または固定されている。ブースタの出口ノズル346は、同様に、ブースタの出口ノズル部品340の一部として形成されており、その一部も、出口室2040を画定するブースタモジュール2000に形成された孔に圧入または固定されている。Oリング340aおよび312aなどのそれぞれのエラストマのシールは、ブースタエジェクタ300の各々の端を封止し、そのため、ブースタエジェクタ300によって排気される排気室2030を画定している。図12に示すように、Oリング1014a、1042a、1044a、1046a、2014a、2042a、および2046aなどのエラストマのシールが、筐体モジュール1000およびブースタモジュール2000のそれぞれの入口ポートおよび出口ポートに設けられており、隣接するポートと接続された室との間に気密なシールを提供している。
【０１０５】
図12に示した構成によって、エジェクタカートリッジ200は、高いレベルの真空を短い時間間隔内で提供でき、これが、ブースタカートリッジ300によって補完されることで、筐体モジュール1000およびブースタモジュール2000が接続板1200のポート1242を介して接続されている排気される容積に適用される負圧をさらに大きくする(つまり、絶対圧をさらに低下する)。
【０１０６】
エジェクタカートリッジ200によって吸込ポート1044にもたらされる吸込みは、ブースタエジェクタ300にわたる入口室2020と出口室2040との間の圧力差が増加されるように、ブースタエジェクタ300の出口において、出口室2040の圧力を低下することにも留意されたい。これは、ブースタエジェクタ300が達成できる真空レベルのさらなる増加(つまり、絶対圧のさらなる低下)を得るために用いられ得る。
【符号の説明】
【０１０７】
100  エジェクタカートリッジ
100A  第1の駆動ステージ
100B  第2のステージ
110  駆動ノズル配列
111  見え方
112  駆動ノズル部品
112a  Oリングシール
112b  Oリングシール
114  入口
120  駆動ノズル
121  入口
122  入口流れ区域
124  出口流れ区域
126  直線の壁とされた区域
130  駆動ステージの筐体部品、第2のステージのノズル部品
131  入口
132  第2のステージのノズル、収束発散ノズル
133  出口
135  弁部材、弁体
136  入口区域
137  中間区域
138  出口領域
139  環状溝
140  第2のステージの筐体部品
140a  Oリング
140b  Oリングシール
142  吸込ポート
144  吸込ポート、吸込開口
146  出口ノズル、収束発散ノズル
147  収束入口区域
148  直線区域
149  発散区域
149a  第1の区域
149b  第2の発散部分
149b  第2の発散区域
150  直径の段階的な拡張
151  鋭角部、位置
152  位置
200  エジェクタカートリッジ
200A  第1の駆動ステージ
200B  第2のステージ
210  エジェクタノズル配列、駆動ノズル配列
212  駆動ノズル部品
212a  シール
212b  環状隆起部
214  入口
216  棒、柱
220  駆動ノズル、エジェクタノズル
230  第2のステージのノズル部品、第2のステージのノズル本体部
231  入口
232  第2のステージのノズル、収束発散ノズル
233  出口
234  環状溝、受入構造
235  弁部材
236  入口区域
237  中間区域
238  出口区域
240  筐体部品
242  吸込ポート
244  吸込ポート
245  受入構造、係合構造
246  収束発散出口ノズル
247  入口区域
248  直線の壁とされた区域
249  出口区域、発散部分、発散区域
249a  第1の発散区域
249b  第2の発散区域
249c  第3の発散区域
250  直径の段階的な拡張
251  鋭角部
255  直径の段階的な拡張
256  鋭角部
260  開口
262  歯
270  エジェクタ筐体部品
300  ブースタエジェクタ
312  ノズル本体
312a  Oリング
320  駆動ノズル
340  出口ノズル部品
340a  Oリング
342  吸込ポート
346  収束発散ノズル
347  収束区域
348  中間区域
349  出口区域
1000  筐体モジュール
1012  内部孔、入口孔
1014  入口ポート
1014a  Oリング
1020  入口室
1040  内部孔、中間真空室、排気室
1042  吸込ポート、吸込入口
1042a  Oリング
1044  吸込ポート、吸込入口
1044a  Oリング
1046  出口ポート
1046a  Oリング
1050  ネジ穴
1055  凹面
1060  内部孔、出口室
1100  マフラ、塞止部材
1110  腕部、棒
1200  接続板
1214  入口ポート
1242  吸込ポート
1244  ポート
1246  出口ポート、出口通路
1350  弁
2000  ブースタモジュール
2012  孔
2014  入口ポート
2014a  Oリング
2020  入口室
2042  吸込ポート
2100  塞止部材
2030  真空室、排気室
2033  ポート
2040  出口室
2042  吸込ポート
2042a  Oリング
2046  出口ポート
2046a  Oリング
2047  ポート
Di  直径
di  内径
Do  直径
do  内径
le  長さ
LN  全長
【図１Ａ】
0006301360.tif 000002
【図１Ｂ】
0006301360.tif 000003
【図２】
0006301360.tif 000004
【図３Ａ】
0006301360.tif 000005
【図３Ｂ】
0006301360.tif 000006
【図３Ｃ】
0006301360.tif 000007
【図４】
0006301360.tif 000008
【図５Ａ】
0006301360.tif 000009
【図５Ｂ】
0006301360.tif 000010
【図６】
0006301360.tif 000011
【図７Ａ】
0006301360.tif 000012
【図７Ｂ】
0006301360.tif 000013
【図７Ｃ】
0006301360.tif 000014
【図８】
0006301360.tif 000015
【図９】
0006301360.tif 000016
【図１０】
0006301360.tif 000017
【図１１Ａ】
0006301360.tif 000018
【図１１Ｂ】
0006301360.tif 000019
【図１１Ｃ】
0006301360.tif 000020
【図１２】
0006301360.tif 000021
【図１３】
0006301360.tif 000022
【図１４】
0006301360.tif 000023
【図１５】
0006301360.tif 000024