(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切な弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブを配置し、チューブの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成してゴム膜などの伸縮による容積変化によって気体管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブにおいて、厚さ０．５ｍｍ以下のゴム薄膜円筒状チューブの両端部についてそれぞれＯ・リング状で線径１ｍｍ以上の太さをもち強度と気密性の確保できる縁を構成させて、管路の両端の適切な位置に気密性を保って取り付けられたフランジの外周部の近傍に軸方向に適切な角度を有する環状のＯ・リング溝を設け、ゴム薄膜チューブの両端の縁にあるＯ・リングを嵌合させ、適切な角度の面をもつ締め付けリングで軸方向にＯ・リングを締め付けて、容易に気密性を確実に保ちかつ強度的にも充分にゴム膜を保持するようにし、前記ゴム膜の側面の外側に外気と自由に通じる多数の孔を有する保護管が前記締め付けリングに取付けられて備えられているサージ・チューブの構造。
【請求項２】
請求項１のサージ・チューブの構造において伸縮するゴム膜の側面の外周に適切な距離を隔てて多数の孔を持った金属板または金属メッシュを前記保護管として配置するときに、孔径を６ｍｍ以下としゴム膜の接する面を滑らかに形成して０．３ｍｍ以下の薄いゴム膜の場合でもゴム膜が保護管に接して内圧が外圧に比して高い条件においても充分な強度を確保できるようにした、サージ・チューブの構造。
【請求項３】
請求項１または２のサージ・チューブの構造において伸縮するゴム膜の内面側の管路に設けた管路側壁面の孔径を２０ｍｍ以下としゴム膜の接する面を滑らかに形成して０．３ｍｍ以下の薄いゴム膜の場合でもゴム膜が管路側壁面に接して内圧が外圧に比して低い条件においても充分な強度を確保できるようにした、サージ・チューブの構造。
【請求項４】
請求項１，２または３のサージ・チューブの構造において管路側壁面に設けた複数の孔のある管路区間で、管路内に適当なガイド・ベーンまたは仕切り板などを配置して動圧を効果的に静圧に変換し、かつ管路の流れの一部をサージ・チューブが形成して容積変化する室に誘導するようにし、動圧を含む脈動の流れに対してもゴム薄膜の伸縮による容積変化の利用を効率化するようにしたサージ・チューブの構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は容積型ポンプやエンジンなどを利用する流体工学の広い産業分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体の管路における脈動を減衰させるためには、管路に挿入した容積の大きなサージ・タンクを利用していた。薄いゴム膜を利用することはサージ・タンクの構造の一部に限られて圧力変化や伸縮に対する容積変化の割合が小さく、強度も充分でなかった。とくに１０ｋＰａ以下の低い圧力の脈動に対応できる０．５ｍｍ以下の薄いゴム膜を利用する構造には効果、強度、形状などで小型簡便で実用的な構造がなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本願発明の発明者は圧力や流速に大きな振幅の脈動のある気体の管路系の中で、適当な長さの一部の管路側壁面に気体が自由に出入りできる適切な断面積を持つ孔を１個以上設けて、当該部分の外周に適切な容積を持ちかつ適切な弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブを配置し、チューブの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成して、等価容量の大きなサージ・タンクに対応するようにし、ゴム膜などの伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブを開発した（実願２００１−７３７７号参照）。この開発されたサージ・チューブは、例えば１サイクル４００ｍＬ程度の吐出量のポンプによる１５〜８０Ｈｚ，圧力振幅２００〜３００Ｐａ程度の脈動のある管路に適用して、２．５Ｌ程度の容積のゴムチューブで構成したサージ・チューブで通常のサージタンク５０Ｌ以上の容量に匹敵する脈動振幅減衰効果が得られた。また管路の気体の成分が変化する場合にサージタンクの容量が少なくなるだけに同じ流量条件では成分変化についての応答速度が改善される。さらに脈動のある管路におけるベンチュリ方式など絞り流量計の利用に際して適用し、小型な容積で脈動減衰ができるので従来のサージタンクよりも遥かに利便性がある。
【０００４】
しかしこの新たに開発された考案のサージ・チューブにおいては、形状・強度・効果の面では必ずしも実際に取り扱いが容易な簡便な構造ではなかった。そこで、小型・軽量で効果が大きくかつ取り扱いの容易な構造のサージ・チューブを提供することが課題である。とくに極めて薄いゴム膜のサージ・チューブについて気密性を確保した取り付けや取り扱いが簡単にでき、脈動抑制効果が大きく強度も充分ある構造のサージ・チューブを構成することが主な課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
サージ・チューブにおいては限られた管路におけるある一定の容積変化に対する圧力変化を小さくできることが重要で、例えば図１の形状で自由容積１．９Ｌに作られたサージ・チューブのゴム膜の厚さを０．２ｍｍと０．３ｍｍとにした場合に、容積変化に対する圧力変化は図２のようになり、ゴム膜厚さは０．２ｍｍの方が脈動抑制の効果が大きいことが判る。実際のゴム膜厚さは０．５〜０．１ｍｍ程度の範囲が実用に供し得るのであるが、この場合０．３ｍｍ以下の薄いゴム膜ではチューブを形成しても端部近傍から亀裂が入りやすいなど取り扱いは容易でない。
【０００６】
こうした実際の経験から、気密性を確保してフランジ部に取り付けることを容易にするために、端部をＯ・リング状にし、フランジ部に環状の溝を設けてこれにＯ・リングを嵌め込み密着させる手段を講じた。さらに、気密性と機械的な位置を完全に確保するためにＯ・リング部を適切な角度で押し付ける構造を採用した。
【０００７】
またゴム膜の厚さが薄くなると、小さな圧力の脈動に対する減衰効果は大きいが、より大きな差圧に対する強度は小さくなる。外側に配置する保護管の孔の通気面積は充分に確保しながら、孔径を必要なレベルに小さくして過大な正の差圧にも充分に耐えられるようにした。また例えば吸気系に用いる場合に生じる負の差圧に対しても管路に設ける孔径をある程度以下に小さくして膜にかかる応力を制限するようにした。
【０００８】
さらにまた、脈動の抑制の必要レベルとくに動圧の変化が主な脈動であるような流れに対しては、管路の中にガイド・ベーンなどを配置し動圧を静圧に変換するなどして流れの一部を管路の側方の室に積極的に誘導してゴム薄膜の伸縮による容積変化を効果的に利用できる手段を講じる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の詳細について一実施例を示す図面によって説明する。図１は本発明のサージ・チューブの構造を示す断面図で、管路２は気体３の流れる流路で、管路２に気密に取り付けられたフランジ５と５´の間の区間６に気体３が自由に出入りできる孔４が多数設けられている。フランジ５の外周部１２には軸１の方向とある適当な角度をもつ回転曲面１３が設けられ、この曲面１３に軸１の回りを１周するＯ・リング溝１４が構成されている。この溝１４に図２に示すゴム薄膜チューブ２０（２１）の端部に構成されたＯ・リング２２が嵌め込まれる。このときＯ・リング２２の一部は曲面１３から僅かに溝の外に出ている状態である。締め付けリング１５には曲面１３に適応する角度をもつ面１６があり、締め付けねじ１７により締め付けリング１５を軸１の方向に均一にフランジ５に押し付け、Ｏ・リング２２を確実に気密性を保てるようにすると共に、ゴム薄膜チューブ２０が強い力を受けても位置ずれを生じないように端部を確実に保持する。
【００１０】
締め付けリング１５の外周部には外気と自由に通じる多数の小さな孔１８を設けた保護管１９が取り付けられる。保護管１９はゴム薄膜チューブ２０を外部からの障害から防護すると共に内部から大きな差圧力を受けた時に膜の変形をある範囲に抑えて破損を防止する役割を果たす。このために孔１８の大きさは６ｍｍ以下が望ましく、必要に応じて通路の全有効面積を確保しながら個々の孔はより小さい径の孔としてゴム膜の受ける最大応力を許容範囲内にする。
【００１１】
また、ポンプなどの吸気系において管路の脈動が外気に対して大きな負圧を生じるような場合には管路側の孔４の径についてもゴム膜が接した時の最大応力を制限するために必要に応じて２０ｍｍ以下にする。
【００１２】
さらに、管路の抵抗があまり問題でない場合に、サージ・チューブの効果をより大きくするためには管路の気体３を積極的に容積変化する室内区間１０に導くことが考えられる。管路の途中で複数の孔４がある区間６の中間においてガイドベーン８と９とを適宜な位置・角度・枚数だけ管内に配置し、流れの一部または大部分を流線７のように一旦サージ・チューブと管路の構成する空間１０の方に導くようにする。流れの動圧をガイド・ベーンなどにより効率的に静圧に変換することができ、これによってもゴム薄膜の伸縮が生じてサージ・チューブによる脈動の抑制効果は大きくできる。
【００１３】
図２に示すＯ・リング付のゴム薄膜チューブ２０の構造は両端部に直径１ｍｍ以上２ｍｍ程度のＯ・リング状の縁２２を設けていて、Ｏ・リングと一体に作られている円筒状の薄膜２１は０．５ｍｍ以下の厚さである。縁のＯ・リング２２はフランジの溝に嵌められて気密性を完全に保つと共にチューブの端部の位置を確実に固定する。さらに、このＯ・リングによって厚さ０．３ｍｍ以下の極めて薄いゴム膜の取り扱いにおいて端部から薄膜に生じやすい亀裂などの損傷を効果的に防止することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による管路の脈動を減衰させる効果は、主にはサージ・チューブの容積変化と圧力の関係による。図３には自然状態で内容積を１．９Ｌとしたサージ・チューブについての内容積を静的に変化させた場合の圧力変化の例を示している。ゴム膜の厚さによって差はあるが−５０ｍｍＨ２Ｏから＋５０ｍｍＨ２Ｏの圧力変化に対応する容積変化はほぼ１Ｌ以上にも達している。逆に言えば、この１．９Ｌのサージ・チューブの効果はほぼ１００Ｌ以上の固定容積のサージタンクに相当する特性と言える。本発明によるとこの種のサージ・チューブについてゴム膜の両端部を気密性と機械的保持を容易に確実に取り付けることができ、さらに亀裂その他損傷を生じ易い０．３ｍｍ以下の厚さのゴム膜チューブに関して取り扱いを容易にすることができる。また、ゴム薄膜のチューブの外側に配置される保護管に設ける通気用の孔径を流路全面積は充分に確保しながらある程度以下に小さくすることにより、サージ・チューブにかかる大きな正の差圧に対する強度を高くすることができる。同様に管路に大きな負圧を生じるような場合に管路の側壁に設ける通気用の孔径を小さくすることにより、大負圧に対する膜の応力をある範囲に制限することもできる。さらに、必要に応じては管内にガイド・ベーンなどを設けることにより、流れの動圧を効率的に静圧に変換して、ゴム薄膜の伸縮による容積変化を効果的にし、脈動抑制をさらに効果的にすることも可能である。
【００１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサージ・チューブの構造を例示する断面図で、入口側フランジ５に対応する締付リング１５は締め付け前、出口側は締め付けられた状態である。
【図２】本発明に用いるＯ・リング付のゴム薄膜チューブの構造例で、実用では裏返してＯ・リング側を内側にすることもできる。
【図３】本発明のサージ・チューブで１．９Ｌの自由内容積をもつ製品の特性例を示す容積変化と圧力との関係例である。
【符号の説明】
１        流路の管の軸
２        管路
３        気体
４        管路に設けられた孔
５、５´  フランジ
６        区間
７        流線
８        ガイド・ベーン
９        ガイド・ベーン
１０      空間
１２      フランジの外周部
１３      軸と適切な角度をもつ曲面
１４      Ｏ・リング溝
１５      締め付けリング
１６      曲面
１７      締め付けねじ
１８      保護管に設けた通気孔
１９      保護管
２０      Ｏ・リング付ゴム薄膜チューブ
２１      ゴム薄膜チューブ
２２      Ｏ・リング
【図１】
0004247870.tif 000002
【図２】
0004247870.tif 000003
【図３】
0004247870.tif 000004