JPH04279833A - 流体の圧力／速度検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、微粉体を含
む固気２相混合流で被加工物をエッチングしたり、被加
工物にディポジションする場合の、その固気２相混合流
の主流体の圧力や速度を、また被加工物の表面における
その固気２相混合流の圧力及び又は速度を、更に風胴、
ダクト或いは気象上の風速、気圧をも検出できる、流体
の圧力及び又は速度検出方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の一例として、図１０に示した
ような流体の圧力及び又は速度検出装置（以下、単に「
圧力／速度検出装置」と記す）がある。同図Ａはその側
面図、同図Ｂは図ＡのＡ−Ａ線上での断面図を示してい
る。

【０００３】先ず、その構成から説明する。符号１００
は全体として圧力／速度検出装置を指し、１０１は円柱
状の本体１０２の軸芯を指す。この軸芯１０１を中心に
してその円柱状の本体１０２の中程まで穴１０３を形成
し、また本体１０２の円柱表面１０４の正面から軸芯１
０１に垂直に、前記穴１０３と連通する圧力検出穴１０
５を形成している。また穴１０３の開放端にはネジ１０
８が切られてあって、このネジ部１０８にコネクター１
０６を締結している。コネクター１０６には、穴１０３
の内径と同一で、且つ軸芯１０１と一致した導管部１０
７が設けられている。このような圧力／速度検出装置１
０１にコネクター１０６を介してパイプ１０９を接続し
、図示していないがその他端を圧力／速度測定装置に接
続する。

【０００４】このように構成された圧力／速度検出装置
１００は、例えば、ダクトや風胴のような流体の輸送装
置内に設置され、流体の圧力／速度を測定するのに供せ
られる。図１１は圧力／速度検出装置１００を、ＳｉＯ
２、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等の砥粒のような粉体を含む固
気２相混合流が流れる輸送管１１０内に設置し、固気２
相混合流の圧力／速度を測定する場合を示したものであ
る。圧力／速度検出装置１００より上流の流れを１１１
、圧力／速度検出装置１１０の円柱表面１０４の回りの
流れを１１２、圧力／速度検出装置１１０より下流の流
れを１１３とする。また、円柱表面１０４と上流の流れ
１１１の淀み点を０°とし、下流の流れ１１３の淀み点
を１８０°とし、円柱表面１０４の中間点を９０°の位
置とする。図示のように固気２相混合流は円柱表面１０
４上を０°→９０°→１８０°の方向へと流れる。

【０００５】そこで主流の上流の流れ１１１に抗する点
０°に圧力検出穴１０５を配することにより、固気２相
混合流の全圧を測定し、図示していないが、適当な手段
で圧力／速度検出装置１００を回動して、４５°±１０
°の位置に圧力検出穴１０５配することにより、固気２
相混合流の静圧を測定する。このようにして固気２相混
合流の全圧と静圧が測定できる。そして又、これらの全
圧、静圧の差を演算することにより、固気２相混合流の
流速を測定することができるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような圧力／速度
検出装置１００により固気２相混合流の圧力／速度を測
定する場合、砥粒が円柱表面１０４に当たり、局部的に
磨耗し、円柱表面１０４の初期条件の真円度を満たすこ
とができず、それ故に、全圧、静圧、流速の測定に誤差
が生じたり、測定が不可能になる場合があった。また特
に、圧力検出穴１０５近傍の円柱表面１０４が磨耗した
場合は、測定不可能になり、圧力／速度検出装置１００
として品質に欠陥が生じた。更にまた、静圧を測定する
場合には、圧力／速度検出装置１００を回動しなければ
ならず、それだけ測定するのに時間が掛かる等々の欠点
がある。この発明はこのような欠点を取り除こうとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのためこの発明は、可
撓性弾性部材の表面に少なくとも１個の圧力検出開孔を
設け、この圧力検出開孔に連通する圧力検出溝の終端に
圧力検出素子を配置した圧力／速度検出装置で、この装
置を物体の測定をしようとする表面に１個の圧力検出開
孔が流体の主流に直面するように配置、密着させて物体
の表面の圧力検出するようにした。

【０００８】

【作用】従って、この発明の圧力／速度検出装置は、そ
の本体が可撓性弾性部材で構成されているので、測定し
ようとする流体がたとえ固気２相混合流であっても、そ
の圧力／速度検出装置は磨耗することがなく、また流体
の圧力を掛けようとする物体の表面に馴染ませることが
できるので、その圧力／速度を正確に測定でき、更にま
た、複数の圧力検出開孔を設けておけば、従来技術のよ
うに圧力／速度検出装置を回動させる手間を省くことが
できる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面と共に詳述す
る。図１乃至図５はこの発明の圧力／速度検出装置を示
すものである。

【００１０】先ず、図１を用いてこの発明の圧力／速度
検出装置の第１の実施例の構成を説明する。同図Ａはそ
の側面図、同図Ｂは図ＡのＡ−Ａ線上での断面図を示し
ている。図１において、１は全体として圧力／速度検出
装置を示し、二枚の平らな可撓性弾性部材２及び３を接
合して、円筒状に構成した状態を示した。これらの可撓
性弾性部材２及び３の材料としてはポリウレタン、シリ
コーン、ネオプレン等の合成樹脂、合成ゴムのいずれか
を用いる。可撓性弾性部材２の厚さは１ｍｍ程度、可撓
性弾性部材３の厚みは０．５ｍｍ程度のものを使用した
。

【００１１】可撓性弾性部材２には、図示の円筒状に構
成した状態において、圧力検出開孔５をその法線方向に
設け、この圧力検出開孔５に連通する圧力検出溝４をそ
の軸芯７に平行に設ける。この圧力検出溝４の、圧力検
出開孔５とは反対側の端部に圧力検出素子６を設置し、
圧力検出溝４を密閉した構成にしている。圧力検出開孔
５の寸法は直径が０．５〜１ｍｍ程度であり、圧力検出
素子６としては拡散型半導体圧力センサを用いることが
望ましい。符号８は可撓性弾性部材２及び３の両端面の
接合部であり、９は円筒状に構成された可撓性弾性部材
２の円筒表面をさす。

【００１２】図２はこの発明の圧力／速度検出装置１の
第２の実施例である。同図Ａはその側面図、同図Ｂは正
面図を示している。この実施例の圧力／速度検出装置１
Ａが前記図１で説明した圧力／速度検出装置１の構成と
異なる点は、圧力／速度検出装置１における圧力検出開
孔５、圧力検出溝４及び圧力検出素子６が８対４５°の
等角間隔で配置し、具備したものであることである。こ
れら８対の圧力検出開孔５、圧力検出溝４及び圧力検出
素子６を便宜上区別するために、各々に添字ａ、ｂ、ｃ
、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを付した。なお、第２の実施例で
は８対の圧力検出開孔５、圧力検出溝４、圧力検出素子
６を設けたが、２対のものを４５°の角間隔で設けるだ
けでも流体の圧力／速度を検出、測定することができる
。

【００１３】次に、前記圧力／速度検出装置１又は１Ａ
を用いて流体の圧力／速度を検出し、測定する方法を図
３及び図５を参照しながら説明する。図３は粉体輸送装
置の断面図で、図７で説明したような粉体と空気、ドラ
イ窒素のような気体とが混合された固気２相混合流１０
０を輸送管３０で流す場合、円柱状の渦流発生器１０を
輸送管３０の中心に、そして主流１００に垂直に配置し
て、その後方に渦流１１５を発生させ、粉体がその渦流
１１５で攪拌されて、気体に均一に分散さすものである
。このような粉体が均一に分散した固気２相混合流１２
０は、噴射流にして、図８を用いて後述するように、被
加工物の表面をエッチングしたり、或いはその表面に粉
体をディポジションするような加工を施すために用いら
れるので、まさしく粉体が均一に分散していることが必
要である。粉体が均一に分散しているか否かは、渦流発
生器１０の周りの圧力分布及び流速を測定することによ
り、その様子を知ることができる。

【００１４】それ故、次に、その渦流発生器１０の周り
の圧力分布及び流速を測定をする方法を図４及び図５を
用いて説明する。図４はこの発明の圧力／速度検出装置
１の一使用態様を示した図で、同図Ａは側面図、同図Ｂ
は図ＡのＡ−Ａ線上における断面図である。

【００１５】図４において、符号１１は、渦流発生器１
０のダミーであって、渦流発生器１０の直径よりは若干
小さい円柱である。このダミー１１の材質はアルミニュ
ウム、真鍮、ステンレススチールのような物から作ると
良い。このダミー１１の円柱表面１２に図１で説明した
第１の実施例の圧力／速度検出装置１を装着する。装着
した状態での圧力／速度検出装置１の直径は、渦流発生
器１０の直径と同一寸法に構成する。このように圧力／
速度検出装置１は可撓性弾性部材２及び３からできてい
るので、ダミー１１の円柱表面１２に密着し、その面に
馴染んでいる。即ち、渦流発生器１０の円柱表面と同じ
形態になっている。

【００１６】次に、このような形態の圧力／速度検出装
置１を、図３に示した輸送管３０に、渦流発生器１０の
代わりに、圧力検出開孔５が上流の流れである主流１０
０に直面するように配置する。この様子を図５に示した
。符号１１０は円筒表面９の周りの流れ１１０であり、
１２０は下流の流れである。ここで円筒表面９の周りの
圧力分布をを測定するには、軸芯７を中心に圧力検出開
孔５を上流側０°から下流側１８０°まで任意の角度回
転させ、個々の圧力を測定すればよい。この場合、圧力
検出素子６がそれぞれの圧力に感応し、その電気出力が
外部の演算回路（図示せず）で処理されて、個々の圧力
を定量的に測定することができる。

【００１７】また、図２を用いて説明した圧力／速度検
出装置１Ａをダミー１１に装着して、図５に示したよう
に、輸送管３０内に配置すれば、圧力検出開孔５が一個
しかない圧力／速度検出装置１と違って、前述のように
圧力／速度検出装置１を回転させる必要はなく、各圧力
検出開孔５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ等から流入する
流体の圧力を、各圧力検出素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ
、６ｅ等が感応し、測定することができる。

【００１８】図６は、図２の圧力／速度検出装置１Ａの
圧力検出開孔５ａ及び５ｂのみを、従って圧力検出素子
６ａ及び６ｂのみを有する圧力／速度検出装置を、輸送
管３０内に前例と同様に配置したところを図示したもの
である。圧力検出開孔５ａ及び５ｂの間隔は、前述のよ
うに４５°であるが、±１０°の範囲に配置してもよい
。これは円筒表面９の静圧点を実験から求めて得られた
ものである。圧力検出開孔５ａを流体の主流１００の上
流淀み点０°に配置すると、必然的に圧力検出開孔５ｂ
は上流淀み点より４５°後方に位置することになる。

【００１９】図７に、円筒表面９の圧力分布を無次元化
したものを圧力係数Ｃｆとしてグラフで表示した。この
グラフから、前述のように圧力検出開孔５ａ及び５ｂを
配置することにより、圧力検出開孔５ａから全圧を、圧
力検出開孔５ｂから静圧を、それぞれ圧力検出素子６ａ
及び６ｂで検出し、これらの全圧、静圧を演算回路で算
出することにより、流体の速度を測定することができる
。なお、圧力係数Ｃｆは次の〔数１〕で表せ、流速Ｖは
〔数２〕で演算される。

【００２０】

【数１】

【数２】

【００２１】図７のグラフにおいて、Ｃｆ＝１．０が全
圧Ｐｏであり、Ｃｆ＝０の点が流体の静圧Ｐｓであり、
ここではθ＝４５°が静圧点である。また、θ＝１２０
°付近で渦流が発生することが判る。なお、曲線Ａは流
速が７．５ｍ／ｓｅｃ．の場合の、曲線Ｂは流速が１５
ｍ／ｓｅｃ．の場合のグラフである。

【００２２】以上のように、原理的に〔数１〕及び〔数
２〕から演算して、前記実施例で採り挙げた、砥粒のよ
うな粉体が均一に分散化された固気２相混合流が生成し
ている時の、渦流発生器１０の周面の流体の圧力分布及
び流速を知ることができる。また、その逆に、粉体が攪
拌され、均一に分散化された固気２相混合流を得るため
に、圧力／速度検出装置１又は１Ａは、渦流発生器１０
の下流の流れに渦流１１５を発生させるための条件を調
べる用に供することもできる。

【００２３】以上の説明は、図３の粉体輸送装置の輸送
管３０内における粉体を含む固気２相混合流１００の流
れの様子を調べる実施例に付いて行ったが、この発明の
圧力／速度検出装置１又は１Ａは、その測定の対称物が
このような固気２相混合流の流体のみに限定されるもの
ではない。流体が最も単純な空気でもよく、例えば、風
胴やダクト内の空気の流れの状態を調べる場合にも使用
することができる。即ち、図４で説明したように、ダミ
ー１１の円柱表面１２に、図１又は図２で説明した圧力
／速度検出装置１又は１Ａを装着し、これを図５又は図
６のように、図の輸送管３０を風胴又はダクトと見做し
て、図の様に圧力／速度検出装置１又は１Ａを配置し、
空気の流れ１００の様子、例えば、渦流が発生しない状
態の圧力分布や速度を検知し、測定することができる。 更にまた、このような圧力／速度検出装置１又は１Ａを
、風胴又はダクトのような限られた空間に配置すること
なく、自由空間の特定の場所に設定して、気象条件、例
えば、気圧とか風速を観測する用に供することもできる
。

【００２４】これ迄の説明では、この発明の圧力／速度
検出装置１を円筒状に構成して、流体の圧力／速度を検
出し、測定する方法を説明してきたが、次に、この様な
圧力／速度検出装置１を平らな状態のままで使用する態
様を、図８及び図９を用いて説明する。図８は固気２相
混合噴射流による被加工物の表面加工方法を説明するた
めの斜視図であり、図９はこの発明の圧力／速度検出装
置を用いて、図８に示した固気２相混合噴射流の被加工
物表面における圧力分布の測定方法を説明するための断
面側面図である。

【００２５】先ず、図８の被加工物の表面加工方法につ
いて説明する。符号４０は被加工物で、ＸＹＺの各軸方
向に移動できるステージ４１の上に固定されている。符
号４２は噴射ノズルで、この上端部には、図３に示した
固気２相混合流の輪送管３０が接続され、粉体が均一に
分散した固気２相混合流が噴射ノズル４２の噴射口４３
から噴射流４４として被加工物４０の表面４５に噴射さ
れ、例えば、この噴射流４４により表面４５を研磨する
。このような加工を施す場合、噴射口４３の口径Ｌ１と
噴射流４４の表面４５上における圧力が問題になり、そ
の如何によって研磨面の良好な表面性状や表面構造が得
られない場合がある。特に被加工物４０のエッジ部４６
がだれてしまう場合がある。それ故、本発明者がこのよ
うな加工方法を改良し、本出願人が平成３年１月２１日
に出願した特許願平３−４７９９号「遊離粒子による物
体の加工方法」に記載の発明を行った。この発明の要点
は、その図１に示されているように、「被加工物１の被
加工面２と、この被加工物１を取り囲んで収容する治具
４の端部の表面６とが連続した同一面になるように被加
工物１を治具４に収容して、この同一面上から固気２相
混合噴射流を噴射し、物体を加工する方法」である。 このような加工を施す場合、被加工面２及び治具４の表
面６上で、その出願の明細書の図４に示されたような、
噴射流の圧力分布が得られることが必要である。

【００２６】このような圧力分布を測定する方法には種
々の方法があるが、図９には、この発明の圧力／速度検
出装置１を用いて、前記同一面上の圧力分布を測定する
方法を示した。先ず、図１で説明したこの発明の圧力／
速度検出装置１を、可撓性弾性部材２及び３の両端部を
接合８しないで、即ち円筒状にしないで、開いたままダ
ミー４７の表面に馴染むように平面状に装着する。この
ダミー４７は前記の被加工物１と治具４とで構成しても
よく、要はそれらが構成する表面と同一の表面に構成さ
れていることである。このように圧力／速度検出装置１
を装着したダミー４７をステージ４１に固定し、圧力／
速度検出装置１の圧力検出開孔５（口径は１ｍｍ程度）
が噴射ノズル４２の軸芯に一致させる。ここではこの一
致点をスケール４９の０位置とした。また、ステージ４
１を高さ方向Ｙに移動して、固定された噴射ノズル４２
の噴射口４３の端部と圧力／速度検出装置１の表面９と
の距離Ｈを設定する（この実施例ではＨ＝８ｍｍとした
）。また、Ｌ１は噴射口４３の口径である（この実施例
ではＬ１＝２ｍｍとした）。なお、４８は固定台で前記
スケール４９が付されてある。次に、噴射口４３から空
気又はドライ窒素の噴射流４４を表面９に噴射し、圧力
分布を測定する。この場合、ステージ４１を矢印のＸ方
向に移動させ、各所定距離での圧力を実測する。このよ
うな実測作業に基づいて、前記特許願の図４に示したよ
うな圧力分布特性が得られる。

【００２７】以上の説明から明らかなように、この発明
の圧力／速度検出装置１又は１Ａは、平面状にしても流
体の圧力を測定することができる。更にまた、その本体
の材質が可撓性弾性部材２及び３からできているので、
物体の表面形状に係わりなく、その形状に応じて馴染む
ので、その各部の圧力を検出し、測定することができる
。

【００２８】これ迄の説明は、この発明の圧力／速度検
出装置１又は１Ａを主として固定状態に置き、流体を流
して、その流体の流速や圧力を測定する方法であったが
、例えば、自動車のような移動体に、圧力／速度検出装
置１、１Ａ又はこれらを円筒状に構成して取り付け、そ
の移動体に当たる風圧或いは風速の状態を測定すること
もできることは、前記の説明から容易に理解することが
できよう。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の圧力／速度検
出装置は、その本体が可撓性弾性部材で構成されている
ので、測定しようとする流体が例え固気２相混合流であ
っても、その圧力／速度検出装置は磨耗することがなく
、また流体の圧力を掛けようとする物体の表面に馴染ま
せることができるので、固気２相混合流でもその圧力／
速度が正確に測定でき、更にまた、複数の圧力検出開孔
を設けておけば、従来技術のように圧力／速度検出装置
を回動させる手間を省くことができるので簡便に検出、
測定でき、更にまた固気２相混合流でなくても空気等の
圧力／速度も検出、測定できる汎用性がある等数々の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧力／速度検出装置の第１の実施例
で、図Ａはその側面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ線上での断
面図である。

【図２】この発明の圧力／速度検出装置の第２の実施例
で、図Ａはその側面図、図Ｂは正面図である。

【図３】この発明の圧力／速度検出装置を用いて流体の
圧力／速度を検出し、測定する方法を説明するための粉
体輸送装置の断面図である。

【図４】この発明の圧力／速度検出装置の一使用態様を
示した図で、図Ａは側面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ線上に
おける断面図である。

【図５】図４で図示した圧力／速度検出装置を用いて流
体の圧力／速度を検出し、測定する方法を説明するため
の流体輸送装置の断面図である。

【図６】この発明の第２の実施例の圧力／速度検出装置
の一部を用いて流体の圧力／速度を検出し、測定する方
法を説明するための流体輸送装置の断面図である。

【図７】図５又は図６に示した圧力／速度検出装置を用
いて流体の圧力／速度を検出し、測定した円筒表面の圧
力分布を無次元化したものを圧力係数Ｃｆとしてグラフ
で表示した図である。

【図８】固気２相混合噴射流による被加工物の表面加工
方法を説明するための斜視図である。

【図９】この発明の圧力／速度検出装置を用いて、図８
に示した固気２相混合噴射流の被加工物表面における圧
力分布の測定方法を説明するための断面側面図である。

【図１０】従来技術の圧力／速度検出装置で、図Ａはそ
の側面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ線上での断面図である。

【図１１】図１１に示した圧力／速度検出装置を粉体を
含む固気２相混合流が流れる輸送管内に設置し、固気２
相混合流の圧力／速度を測定する方法を説明するための
断面図である。

【符号の説明】

１　　　　圧力／速度検出装置 １Ａ　　　　圧力／速度検出装置 ２　　　　可撓性弾性部材 ３　　　　可撓性弾性部材 ４　　　　圧力検出溝 ５　　　　圧力検出開孔 ６　　　　圧力検出素子 ７　　　　軸芯 ８　　　　接合部 ９　　　　円筒表面 １０　　　　渦流発生器 １１　　　　ダミー １２　　　　円柱表面 ３０　　　　輸送管 ４０　　　　被加工物 ４１　　　　ステージ ４２　　　　噴射ノズル ４３　　　　噴射口 ４４　　　　噴射流 ４５　　　　表面 ４６　　　　エッジ部 ４７　　　　ダミー ４８　　　　固定台 １００　　　　上流の流れ １１０　　　　円筒表面の流れ １１５　　　　渦流 １２０　　　　下流の流れ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平らな可撓性弾性部材からなる本体の表面
   に１個以上の圧力検出開孔を設け、該圧力検出開孔から
   流入した流体の圧力に感知する圧力検出素子を、前記圧
   力検出開孔に対向して配置したことを特徴とする流体の
   圧力／速度検出装置。
2. 【請求項２】請求項１の記載の圧力／速度検出装置を、
   物体の表面に馴染むように、且つ該物体の測定をしよう
   とする表面に前記圧力検出開孔が位置するように配置、
   密着させ、前記圧力検出開孔の１つを流体の主流に直面
   するように、該流体に対し配置したことを特徴とする物
   体の表面における流体の圧力／速度検出方法。
3. 【請求項３】前記可撓性弾性部材からなる本体を環状に
   構成したことを特徴とする請求項１に記載の流体の圧力
   ／速度検出装置。
4. 【請求項４】可撓性弾性部材からなる本体の表面に少な
   くとも２個以上の圧力検出開孔を設け、該圧力検出開孔
   から流入した流体の圧力に感知する圧力検出素子を、前
   記圧力検出開孔に対向してそれぞれ配置して成る圧力／
   速度検出装置を、円筒又は円柱状物体の表面上に無終端
   となるように巻付け、このように無終端に構成した圧力
   ／速度検出装置を被測定流体中に設置し、前記１個の圧
   力検出開孔を被測定流体の主流に対向するするように配
   置することにより流体の全圧を測定し、前記少なくとも
   他の１個の圧力検出開孔を、前記被測定流体の主流に対
   して４５°±１０°の位置に配置することにより、前記
   被測定流体の静圧を測定し、これらの全圧及び静圧の差
   を演算して前記被測定流体の流速を測定することを特徴
   とする流体の圧力／速度検出装置。
5. 【請求項５】可撓性弾性部材からなる本体の表面に少な
   くとも２個以上の圧力検出開孔を設け、該圧力検出開孔
   から流入した流体の圧力に感知する圧力検出素子を、前
   記圧力検出開孔に対向してそれぞれ配置して成る圧力／
   速度検出装置を、円筒又は円柱状物体の表面上に無終端
   となるように巻付け、このように無終端に構成した圧力
   ／速度検出装置を移動体に取り付け、前記１個の圧力検
   出開孔を該移動体の移動方向に配置することにより流体
   の全圧を測定し、また前記少なくとも他の１個の圧力検
   出開孔を、前記移動体の移動方向に対して４５°±１０
   °の位置に配置することにより、前記流体の静圧を測定
   し、これらの全圧及び静圧の差を演算して前記移動体の
   流速を測定することを特徴とする流体の圧力／速度検出
   装置。
6. 【請求項６】被加工物又はそれと同一のダミーの加工を
   施そうとする表面に馴染むように請求項１に記載の流体
   の圧力／速度検出装置を設置し、該圧力／速度検出装置
   の表面に流体を噴射して、該表面上の該流体の圧力分布
   を測定し、その結果に基づき、被加工物を加工するのに
   用いる粉体を含む固気２相混合噴射流の噴射圧力を調整
   することを特徴とする固気２相混合噴射流噴射圧調整方
   法。