JPS5828440B2 - 流体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、流体でもって流体を駆動する装置に関する
。

従来、流体でもって流体を駆動する装置として、例えば
アスピレータが良く知られている。

アスピレータは、周知のように、１次流体の噴流でもっ
て２次流体の流れを誘起するもので、一種のポンプとし
て機能する。

このアスピレータは、これをポンプとして見た場合に、
プランジャポンプやターボポンプで見られるような運動
機構が不要なため、非常に簡単な構成とこれに伴なう小
型化訟よび長寿命が特長となっている。

しかしながら、このアスピレータは、比較的多量の１次
流体を消費する割に必ずしもその効率が良くなく、また
構成が簡単化されているものの、１次流体の噴射用ノズ
ルが２次流体流路の途中で障害物となって、２次流体の
円滑な流れを妨げてし１つ。

このため、流体の駆動効率はさらに低下し、捷た流路が
十分に開かれていないために、例えばサイズの大きな固
型物が２次流体とともに移送されて来たような場合に、
これを円滑に通過されることができない。

筐た、流体システムにおいて、上記アスピレータをカス
ケード接続して２次流体の駆動力を増幅するという使い
方は、上記１次流体噴射ノズルが各段の２次流体路中で
障害物となってそれぞれに介在するとともに、多量の１
次流体が２次流体路に流れ込むため、実際には無意味で
ある。

この発明の目的は、以上述べたような従来の流体装置に
訟ける問題点を克服し、比較的少量の１次流体でもって
単位時間内に多量の２次流体を駆動できるとともに、２
次流体の流れを妨げるような障害物を排除して流路を開
放し、これにより２次流体の流れを円滑にすることがで
き、たとえサイズの大きな固型物が２次流体とともに移
送されて来ても、これを円滑に通過させることができ、
筺た、流体システムにおいて、カスケード接続による駆
動力の増幅を可能にし、これにより従体の流体装置では
実現できなかったような複雑かつ多様な流体回路の組立
を可能にし、さらに構成については、きわめて単純かつ
小型で、しかも低コストであり、さらに筐た、用途が限
定されず、流体を扱うほとんど全ての装置に適用できる
凡用性のすぐれた流体装置を提供することにある。

本発明は本願発明者の極めてユニークな知得に基づくも
ので、この知得したところによると、微小な空隙部の一
方から流体例えば空気を圧送し、この空隙部を除々に縮
小していったところ、ある臨界値に達するとこの流体が
空隙部内で活性化（アクチベー） 二ａｃｔｉｖａｔｅ
）され、この空隙部の他方から放出された後にもこの流
体は暫くの間活性化された状態を維持し周囲の流体に対
し極めて強力に作用することが認められた。

このような流体の活性化の原因を分析すると、成る所定
の加圧下によって流体を空隙部に供給し、この空隙部を
除々に縮小すると流速は増大し、この流速が音速に達す
る丑で空隙部を縮小すると、この音速状態によって流体
の放出側に所謂音速の壁なるものが形成され、この音速
の壁によって空隙内の流体は励起されて極めて微小な撹
流（マイクロタービュランス：ｍ１ｃｒｏｔｕｒｂｕｌ
ｅｎｃｅ）となって空隙内を移動し放出されるようにな
る。

このような音速状態で微小な撹流となった流体は、例え
ば超音波洗浄機に見られるように極めて活性を帝び、空
隙部から放出された後にも暫くこの活性化を継続維持す
る。

これは、空隙内に放出された撹流が何重もの音速の壁と
なって管内全体に拡がり、各音速の壁が恰もピストンの
ように作用して、管内の流体を前方へ駆動するとも考え
られる。

このような空隙部に釦いて流体を活性化するには、所定
の圧力において空隙部の間隔を臨界値以下に設定して流
体を音速状態で流通させること以外に、予め設定された
空隙部に流入築れる流体の圧力を増大させることによっ
て空隙部を比較的広幅としても流体の音速状態が得られ
ることが知得された。

即ち、この空隙部における流体の活化性は空隙部の間隔
と流入流体の加圧圧力と＋Ｕつて相対的に得られるもの
で、流体が空気の場合には空隙部の流入側と流出側の圧
力差が２＝１以上の場合に得られることが知得され、流
入側と流出側の圧力差を２：１以上、即ち３：１として
も前記音速の壁によって流出量の変化並びに活性化の度
合の変化は実質的に認められない。

本発明は上記のような知得に基づき、この空隙部から活
性化されて放出された流体によって他の流体を極めて効
果的に駆動することができる流体装置を発明するに至っ
たのである。

この発明による流体装置は、流入口並びに流出口を備え
た中空体の内周部に該流出口に向けて開口した微小な空
隙部を形成し、この空隙部に連通する加圧流体供給手段
を設け、この空隙部に供給される加圧流体の流入圧力と
この空隙部から中空体の内部へ放出される加圧流体の流
出圧力の比が２：１以上となるように上記空隙部の寸法
並びに上記加圧流体供給手段の圧力を設定するようにし
たものであり、以下その実施例を図面を参照しながら詳
述する。

第１図は、この発明に係る流体装置の一実施例を示した
もので、第１の短管１にこの内径よりも極く僅かに小さ
な外径を有する第２の短管２が嵌合連結されて、一つの
管状中空体４を形成している。

両短管１，２の嵌合連結部５は、好１しくは溶接によっ
てシールされる。

両短管１，２間には微小な空隙６が環状に形成されてい
る。

ここで、空隙６の内壁は、好捷しくは、研摩等によって
平滑に鏡面仕上されている。

この環状の空隙６は、その外周壁すなわち第１の短管１
の管壁１２に等間隔に配列した多数の連絡孔Ｉを通して
第３の短管３に連通している。

そして、この短管３の開口端３１に加圧流体供給源（図
示省略）の出力ポートが接続されて流体装置が構成され
る。

さて、上述のように構成された流体装置において、上記
加圧流体供給源から上記第３の短管３に、例えば所定圧
力値以上の加圧空気を送ったとする。

加圧空気の所定圧力値とは、圧送された空気が環状の空
隙６を通過する間に音速に達し、この空隙６の放出側に
おいて所謂音速の壁なるものが形成され、これ故空隙内
の流通空気がここで圧縮されて微小な撹流（マイクロタ
ービュランス）となる程度の圧力値を言い、この所定圧
力値は空隙６の幅（間隙）によって相対的に定１す、空
隙の幅が狭い時にはこの圧力値は比較的低くなるが、逆
にこの空隙の幅が広い時にはこの圧力値は大きくなり、
加圧空気の場合には空隙部における流入側と流出側の圧
力差が２＝１以上となるように圧力値を設定することで
ある。

即ち、大気中に耘いて本装置を使用する場合、空隙部の
流入側の圧力を２気圧以上とすることである。

このように所定圧力値以上の圧力で圧送された空気は図
示のように環状空隙６内で微小な撹流となって極めて活
性化（アクチベート）された状態となり、第１の短管１
の内周面に沿って放出される。

すると、この放出にともなって、図中の太い矢印で示す
ように、第２の短管２の開口端２２から第１の短管１の
開口端１１に向けて貫流する新たな流体の流れが誘起さ
れる。

すなわち、従来のアスピレータと同じように、１次流体
の流れによる２次流体の流れが誘起される。

しかし、この２次流体は、従来のアスピレータにおける
それとは異じπ、１次流体の供給量に比べて著しく多量
で、しかもその流れは非常にきれいに整流されている。

このような現象は、上記空隙６内において加圧空気の流
入側の圧力値と流出側の圧力値の比を２：１以上にした
時にピーク状態を呈し、この圧力値の比以下では従来の
アスピレータ−の場合と大差ない。

このようなピーク値が現われる理由としては、空隙６内
で微小な撹流となって活性化した１次空気流が空隙部か
ら第１の短管１内に放出された後にも微小な撹流状態を
維持して活性化しており、これ故周囲の空気に極めて活
発に作用してこれを第１の短管の流出口側に向けて強力
に吸引するものと判断される。

このように１本発明の装置では１次流体として比較的高
圧であるが極めて少量の流体を流入することによって比
較的低圧であるが極めて多量の２次流体を誘起すること
が可能となる。

本願発明者の実験結果について以下に述べる。

第１の短管１として内径が１０ｆｌのものを用い、第２
の短管２としてその外径が第１の短管の内径より僅かに
小さいものを用い、第１の短管１に第２の短管２を挿入
して、第１の短管の内周面と第２の短管の外周面との間
に幅（空隙）が約０．０１ｎの微小な環状空隙６を形成
し、この環状空隙を区画する第１の短管の周囲に数箇の
連絡孔７を形成し、この部分に第３の短管３の一端を溶
接結合した。

この第３の短管３の他端を加圧空気供給手段としての小
型ポータフルコンプレッサー（図示せず）に連結し、１
次流体として１ｋｇ／ｃｙｓｔの加圧空気を上記第３の
短管３に供給したところ、第３の短管３には毎分９１の
加圧空気が圧送されることが認められ、これに対し第２
の短管２には毎分６０１もの多量の空気が吸入され、そ
の結果第１の短管１からは毎分６９１の空気が噴射され
た。

この時、第２の短管の吸入側には６５ｉｉＡｑ（約６朋
Ｈｇ）の負圧を得ることができた。

即ち、高圧の１次流体でもって約７．６倍もの２次流体
を駆動することができるという驚異的結果を得たのであ
る。

以上の結果から本発明の装置では上記第２の短管２の開
口端２２を吸入ポートとし捷た上記第１の短管１の開口
端１１を吐出ポートとじでらに上記第３の短管３を駆動
ポートとすれば駆動ポートに少量の加圧流体を送り込む
ことにより吐出ポートに正圧が生じるとともに吸入ポー
トに負圧が生じていわゆる流体作動型のポンプ装置とし
て動作させることができる。

このときこのポンプ装置は上述したように少量の１次流
体でもって多量の２次流体が駆動されるからポンプ装置
として高効率であるとともに吐出ポートから流れ出る２
次流体中に混入する１次流体による吐出量の増加が少な
く従って後述するがカスケードによるポンプ能力の増幅
が可能である。

また上記流体装置は上述したように少量の高圧１次流体
の流れでもって大量の低圧２次流体の流れを誘起させる
特性があるがこれは一種の流体的なインピーダンス変換
と見ることもできる。

従って、このような特性を利用すれば、単なるポンプ装
置としてだけではなく、流体システムにおける流体回路
素子としての使い方も可能である。

例えば、従来のポンプ装置は一般に瞬時起動あるｈは瞬
時停止させることが難しいが、上記流体装置ならば、少
量の流体を制御するだけでよいので、きわめて簡単であ
り、従って、大量の２次流体の流れを高速でスイッチン
グ市１ｊ御するようなことも簡単に行なえる。

第２図は、第１図に示した流体装置を２個カスケード接
続した場合を示したもので、第１段目と第２段目の各流
体装置８ａ、８ｂにそれぞれ１ｋｇ／ｃｒＡの加圧空気
を供給したところ、合計して毎分１８１１の加圧空気が
送り込筐れ、これに対して、毎分１２０Ａの空気が吸入
された。

このとき吸入側には１３０ｍ１Ａｑの負圧が得られた。

同様にして、３段のカスケード接続を行なったところ、
上ｉ記負圧は１段の場合の３倍（１９５ｉｉＡｑ ）に
増加した。

すなわち、カスケード接続によって２次流体の駆動力を
増幅することができた。

第３図は、この発明の別の実施例を示したもので、前述
してきた実施例との相違点についてのみ述べると、第１
の短管１の内周面１４と第２の短管２の外周面１３との
間に、管状中空体４の長手方向に沿って複数個の独立し
たトンネル状空隙部５ａ、５ｂ・・・が形成され、各空
隙部６ａ、６ｂ・・・がそれぞれにその外周壁に設けら
れた孔７を通して第３の短管３と連通している。

この場合、第３の短管から供給された加圧流体は、各空
隙部６ ａ ｐ６ｂ・・・に分流して、各空隙部６ａ、
６ｂ・・・を通ることにより高速状態に活性化された撹
流となって、第１の短管１の開口端へ向けて放出される
。

そして、この放出にともなって、多量の２次流体の流れ
が駆動される。

ところで、前述してきた流体装置は、その１次流体およ
び２次流体が空気等の気体に限られるものでないことも
ちろんで、例えば、前記第１．第２の短管１，２からな
る管状中空体４の２次流体流入口を液体に臨１せれば、
この液体を吸入混合して噴射させることができる。

この場合、１次流体としては、空気、水蒸気等の気体、
あるいは上記液体と同じかもしくは異なる液体の何れで
もよい。

上記のように１次流体と２次流体とが異なる場合、微小
な空隙部から第１の短管１に放出された１次流体は暫く
の間微小な撹流状態を維持して活性化しているため、２
次流体との混合が極めて良好なものとなるという効果も
兼ね備えている。

従って、２次流体に１次流体を極めて良好に混入させて
噴射することができる。

例えば、上記管状中空体４の２次流体入口を気体に臨１
せるとともに、１次流体として液体を加圧供給すれば、
液体が霧状あるいはガス状になって混入した混合気体の
噴射が得られる。

反対に、上記管状中空体４０２次流体流入口を液体に臨
捷せるとともに、１次流体として気体を加圧供給すれば
、気体が混入した液体の噴射が得られる。

また、上記２次流体入口は、粉体のような流動体に臨捷
せて、これを周囲の気体とともに吸入することもできる
。

すなわち、一種の物体移送駆動装置として機能すること
もできるが、この場合、その移送される物体は、第１図
に示した実施例からも明らかなように、上記管状中空体
４の内部に一端から他端にかけて一様に開口した貫通孔
が形成されるため、サイズの大きなものでも円滑に通過
することができる。

以上、実施例について説明して来たが、この発明は、以
上の説明からも明らかなように、流入口並びに流出口を
備えた中空体の内周部に該流出口に向けて開口した微小
な空隙部を形成し、この空隙部に連通ずる加圧流体供給
手段を設けて、この空隙部に供給される加圧流体の流入
圧力とこの空隙部から中空体の内部へ放出される加圧流
体の流出圧力の比が２：１以上となるように上記空隙部
の寸法並びに上記加圧流体供給手段の圧力を設定するこ
とにより、比較的少量の１次流体でもって多量の２次流
体を駆動することができる。

捷た、これとともに、２次流体の流れを妨げるような障
害物が排除されて流路が広く開放されているため、２次
流体の流れを円滑にすることができ、たとえサイズの大
きな固形物が２次流体とともに移送されて来ても、これ
を円滑に通過させることができる。

さらに、カスケード接続による上記２次流体の駆動力の
増幅が現実的に可能になり、これにより従来の流体装置
では実現できなかったような複雑かつ多様な流体回路の
組立を可能にしている。

しかも、上記流体装置は、きわめて単純かつ小型で、低
コストに構成することができ、捷た凡用性にもすぐれて
いる等、多くの利点を兼ね備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す破断面図、第２図は
カスケード接続の−ｆＩｌを示す側面図、第３図は別の
実施例を示す横断面図である。 １・・・・・・第１の短管、２・・・・・・第２の短管
、３・・・・・・第３の短管、４・・・・・・管状中空
体、６・・・・・・空隙、７・・・・・・連絡孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流入口並びに流出口を備えた中空体の内周部に該流
   出口に向けて開口した微細な空隙部を形成し、該空隙部
   に連通ずる加圧流体供給手段を設け、該空隙部に供給さ
   れる加圧流体の流入圧力と該空隙部から該中空体の内部
   へ放出される該加圧流体の流出圧力の比が２：１以上と
   なるように該空隙部の寸法並びに該加圧流体供給手段の
   圧力を設定し、該空隙部に供給された加圧流体を該空隙
   部内において音速状態で流通させてなることを特徴とす
   る流体装置。 ２ 前記中空体が径の異なる第１の円筒体と第２の円筒
   体とを嵌合してなり、前記空隙部が該第１の円筒体と該
   第２の円筒体の内外周面間に形成されてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の流体装置。