JP4824949B2 - オリフィス部材、及びこれを用いた差圧流量計、流量調整装置 - Google Patents
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Description
このオリフィス装置は、両端に継手構造を設けたチューブ内に、オリフィスを装填した構成とされており、チューブとオリフィスとの間は、例えばOリングによってシールされている。
このため、オリフィス装置に流通させる流体に、Oリングからの不純物の溶出が生じる可能性があり、流通させる流体の性質や、流体に要求される純度によっては、このオリフィス部材を使用することができない場合があった。
さらに、このオリフィス装置では、チューブとオリフィスとが別部材であるので、オリフィス装置の組立に手間がかかってしまう。
本発明は、端部がそれぞれ接続対象に接続され内部が前記接続対象間を接続する流路を構成するチューブ部と、該チューブ部内に設けられるオリフィスとが、一体に形成されているオリフィス部材を提供する。
このように構成されるオリフィス部材は、チューブ部の両端を、それぞれ管路や各種装置等の接続対象に接続することで、オリフィスとして利用される。なお、チューブ部と接続対象との接続構造は、一般的な接続構造を用いることができる。
このため、このオリフィス部材では、流路に流通させる流体を切替えた際に、流路内に残留している流体が、新たに流路内に供給した流体によって確実に押し出されることとなり、流路内の流体を速やかに置換することができる。
また、このオリフィス部材では、チューブ部とオリフィスとが一体に形成されているので、部品点数が少なくて済み、製造が容易であるとともに、流路内にOリング等のコンタミネーションの要因となる部材を配置しなくて済む。
ここで、このようなオリフィス部材は、成形型を用いて射出成形等によって作成するほか、機械加工(削り出し等)によって作成することができる。
チューブ部の接続端は、内周面に係合突部を有するナットに挿入されたのちに、スリーブが挿入されて、端部近傍に、係合突部と係合する拡径部が形成される。
一方、ナットを緩めることで、チューブ部の端部と接続対象の接続端との固定が解除される。
すなわち、このオリフィス部材では、ナットを操作することで、接続対象との接続と分離とを容易に行うことができる。
この場合には、チューブ部の接続端と接続対象との接続端との接続を良好に行うことができる。
チューブ部は、少なくとも一方の端部が柔軟性を有していて、内周面に係合突部を有するナットに挿入される。チューブ部のナットに挿入される端部近傍は、他の部分よりも拡径されており、内部に前記接続対象の挿入部を受け入れることで、その変形が規制されて、この拡径部がナットの内周面に設けられた係合突部と係合するようになっている。
一方、ナットを緩めることで、チューブ部の端部と接続対象の接続端との固定が解除される。
すなわち、このオリフィス部材では、ナットを操作することで、接続対象との接続と分離とを容易に行うことができる。
チューブ部は、その接続端が、内周面に係合突部を有するナットに挿入されるとともに、ナットに挿入される端部近傍は、剛性を有するとともにその外周面に拡径部が設けられている。
一方、ナットを緩めることで、チューブ部の端部と接続対象の接続端との固定が解除される。
すなわち、このオリフィス部材では、ナットを操作することで、接続対象との接続と分離とを容易に行うことができる。
例えば、チューブ部の拡径部を上記条件に適合させる場合には、拡径部は、接続端側が、接続端に向うにつれて漸次縮径する形状をなし、チューブ部の長手方向中央側では軸線に対して略直交する面をなす形状とすることが好ましい。
ナットの係合突部を上記条件に適合させる場合には、係合突部は、ナットの軸線方向のメネジ部側が軸線に対して略直交する面をなし、ナットの軸線方向のメネジ部とは反対の側がメネジ部から軸線方向に離間するにつれて漸次縮径する形状とすることが好ましい。
すなわち、このオリフィス部材は、チューブ部の係合部を接続対象の接続端に対向させた状態で、接続対象の接続端に設けられたナットを、チューブ部の係合部のオネジ部に係合させて、ナットを締め付けていくことで、接続対象の接続端がナットとともにチューブ部の係合部に相対的に近接させられる。そして、ナットを十分に締め付けた状態では、チューブ部の係合部と接続対象の接続端とが、気密、液密に係合した状態で固定される。
一方、ナットを緩めることで、チューブ部の係合部と接続対象の接続端との固定が解除される。
すなわち、このオリフィス部材では、ナットを操作することで、接続対象との接続と分離とを容易に行うことができる。
この場合には、チューブ部の接続端と接続対象との接続端との接続を良好に行うことができる。
このように構成される差圧流量計では、オリフィス部材として、チューブ部とオリフィスとの間に、流体の滞留の要因となる継ぎ目がないオリフィス部材を用いているので、流路に流通させる流体を切替えた際に、流路内に残留している流体が、新たに流路内に供給した流体によって確実に押し出されることとなり、流路内の流体を速やかに置換することができる。
また、オリフィス部材のチューブ部とオリフィスとが一体に形成されているので、部品点数が少なくて済み、製造が容易であるとともに、流路内にOリング等のコンタミネーションの要因となる部材を配置しなくて済む。
このように構成される流量調整装置では、差圧流量計のオリフィス部材が、チューブ部とオリフィスとの間に、流体の滞留の要因となる継ぎ目がない構成とされているので、流路に流通させる流体を切替えた際に、流路内に残留している流体が、新たに流路内に供給した流体によって確実に押し出されることとなり、流路内の流体を速やかに置換することができる。
また、オリフィス部材のチューブ部とオリフィスとが一体に形成されているので、部品点数が少なくて済み、製造が容易であるとともに、流路内にOリング等のコンタミネーションの要因となる部材を配置しなくて済む。
以下、本発明による流量調整装置の第1実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態における流量調整装置10は、例えば、化学工場、半導体製造、食品、バイオ等の各種産業分野における流体輸送配管W上に設けられて、この流体輸送配管Wの一部を構成するとともに、この流体輸送配管W内で背圧によって上流側から下流側に供給される流体の流量の調整に用いられるものである。
本実施形態では、流量調整装置10は、圧力印加や送液ポンプによる圧送、位置エネルギーを付与するなどの手段によって、50k〜500k[Pa]程度の背圧で液体を輸送する流体輸送配管に用いられるものとする。
ここで、差圧流量計において、オリフィスの上流側における流体の圧力をP1、オリフィスの下流側における流体の圧力をP2とし、オリフィスに供給される流体の流量をQとすると、次式(1)に示す関係が成り立つ。
Q=k√(P1−P2) …(1)
なお、式(1)に示す比例係数kは、オリフィスの形状や穴径によって定まる定数であり、実測によって求められる。
これにより、例えば流量の調整対象となる流体輸送配管Wに並列に接続された他の配管系からくる外乱等によって流量調整装置10に供給される流体に圧力変動が生じても、第1、第2圧力測定装置12,13の測定精度に影響が生じにくい。
また、圧力調整弁16は、空気圧を利用したエアオペレート式(電空レギュレータ)等の自動弁としてもよい。圧力調整弁16をエアオペレート式とした場合には、第1圧力調整装置12に供給される流体の圧力だけでなく、流量も調整することが可能となる。
本実施形態では、流量調整弁14は、絞り量調整装置のモータとして、回転軸の回転量を高精度に制御可能なステッピングモータを用いており、これによって、ニードル位置の高精度な制御(すなわち絞り機構の絞り量の高精度な制御)が可能とされている。
このステッピングモータは、制御装置17によってその動作が制御されている。具体的には、ステッピングモータは、制御装置17から入力された駆動信号中のパルス数に比例した角度だけ回転軸を回転させる。
本実施形態では、制御装置17は、制御の正確さと応答性に優れたPID制御法を用いて流量調整弁14の開度を制御する構成とされている。
ここで、制御装置17は、第1圧力測定装置12及び第2圧力測定装置13の測定値の差または出力電圧の差に基づいて、流量調整装置10を通過する流体の流量を求めて、この流量と予め設定された流量の目標値との差に基づいて、この差をなくすように流量調整弁14の開度を制御する構成としてもよい。
また、このオリフィス部材11は、内部の流路を流通する流体に汚染が生じにくく、また流体により侵されにくい材質、例えばPFA(四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体)によって構成されている。
本実施形態では、オリフィス部材11は、チューブ部21の長手方向の中央部21aのみが中実となった略円筒形状をなしており、長手方向の中央部21aには、長手方向の一端側から他端側まで通じる細孔21bが、チューブ部21の軸線と同心にして形成されており、この長手方向の中央部21aによってオリフィス22が構成されている。
このため、このオリフィス部材11では、流路に流通させる流体を切替えた際に、流路内に残留している流体が、新たに流路内に供給した流体によって確実に押し出されることとなり、流路内の流体を速やかに置換することができる。
また、このオリフィス部材11では、チューブ部21とオリフィス22とが一体に形成されているので、部品点数が少なくて済み、製造が容易であるとともに、流路内にOリング等のコンタミネーションの要因となる部材を配置しなくて済む。
ここで、このようなオリフィス部材11は、成形型を用いて射出成形等によって作成するほか、機械加工(削り出し等)によって作成することができる。
ナット26は、内周面にメネジ部26aが形成され、メネジ部26aよりもチューブ部21の長手方向の中央部21a側には、ナット部26の径方向内側に突出して拡径部21dと係合する係合突部26bが設けられている。本実施形態では、係合突部26bは、ナット部26の内周全周にわたって形成される内フランジとされている。
スリーブ27においてチューブ部21の端部から突出される端部(以下「突出端」とする)は、第1、第2圧力測定装置12,13の接続端と係合する形状をなす係合部28とされている。本実施形態では、係合部28は、スリーブ27の流路の開口端を取り囲んで第1、第2圧力測定装置12,13の接続端の端面と面接触する略円環状の当接面28aと、当接面28aよりも突出した状態にして設けられて当接面28aの周囲を囲う円筒部28bとを有している。
また、スリーブ27においてチューブ部21内に挿入される端部には、チューブ部21を径方向外側に押し拡げる拡径部27aが形成されている。
ここで、第2圧力測定装置13は、第1圧力測定装置12において流体輸送配管Wの代わりに流量調整弁14が接続される以外はほぼ同様の構成であるので、以下では第1圧力測定装置12の構成のみ説明し、第2圧力測定装置13の詳細な説明は省略する。
円筒部31bの外周面には、オリフィス部材11のナット26のメネジ部26aが螺合されるオネジ部31dが形成されている。
ここで、ハウジング31と流体輸送配管Wとの接続構造(第2圧力測定装置13においては流量調整弁14との接続構造)としては、一般的な接続構造を用いることができる。
一方、ナット26を緩めることで、係合部28とハウジング31との固定が解除される。
オリフィス部材11と第2圧力測定装置13との接続操作及び分離操作も、上記したオリフィス部材11と第1圧力測定装置12との接続操作、分離操作と同様である。
すなわち、この流量調整装置10では、オリフィス部材11は、ナット26を操作することで、各圧力測定装置との接続と分離とを容易に行うことができる。
この場合には、チューブ部21の端部によって係合部28が構成される(但し円筒部28bは無くなり、チューブ部21の端部が当接面28aとして機能する)。また、第1圧力測定装置12及び第2圧力測定装置13は、前記のハウジング31の代わりに、ハウジング31から凹部31cを削除した構成のハウジング38を有する構成とされる。
本発明にかかる流量調整装置の第2実施形態を、図6及び図7を用いて説明する。
図6に示すように、本実施形態における流量調整装置40は、第1実施形態で示した流量調整装置10において、オリフィス部材11、第1圧力測定装置12、及び第2圧力測定装置13の代わりに、これらとは各部材同士の接続構造が異なるオリフィス部材41、第1圧力測定装置42、及び第2圧力測定装置43を用いたことを主たる特徴とするものである。
以下、第1実施形態と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
ここで、チューブ部21の端部は柔軟性を有していて変形可能であるので、容易にナット26に挿通することができる。
第2圧力測定装置43は、第1圧力測定装置42において流体輸送配管Wの代わりに流量調整弁14が接続される以外はほぼ同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
このように拡径部46に挿入部42aを挿入した状態で、チューブ部51が挿通されたナット26を第1圧力測定装置42及び第2圧力測定装置43の円筒部31bに形成されたオネジ部31dに係合させて、ナット26を締め付けていくことで、チューブ部51の拡径部46がナット26とともに円筒部31bに相対的に近接させられる。このナット26を十分に締め付けた状態では、チューブ部51の拡径部46と挿入部42aとが、気密、液密に係合した状態で固定される。
一方、ナットを緩めることで、チューブ部の端部と各圧力測定装置の接続端との固定が解除される。
すなわち、このオリフィス部材では、ナットを操作することで、各圧力測定装置との接続と分離とを容易に行うことができる。
本発明にかかる流量調整装置の第3実施形態を、図8及び図9を用いて説明する。
本実施形態における流量調整装置60は、第1実施形態で示した流量調整装置10において、オリフィス部材11の代わりに、第1、第2圧力測定装置12,13との接続構造が異なるオリフィス部材61を用いたことを主たる特徴とするものである。
以下、第1実施形態と同様または同一の部材については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。
また、チューブ部71の端部には、第1実施形態で示したスリーブ27と同様に、係合部28を構成する当接面28a及び円筒部28bが一体的に設けられている。
本実施形態では、チューブ部71の拡径部66は、チューブ部71の端部側が、端部に向うにつれて漸次縮径され、チューブ部71の長手方向中央側では軸線に対して略直交する面をなす形状とされている。
また、ナット26の係合突部26bは、ナット26の軸線方向のメネジ部26a側が軸線に対して略直交する面をなし、ナット26の軸線方向のメネジ部26aとは反対の側がメネジ部26aから軸線方向に離間するにつれて漸次縮径する形状とする。
この場合には、第1、第2圧力測定装置12、13のそれぞれのハウジング31は、図11に示すように凹部31cを削除した構成とすることができる。
本発明にかかる流量調整装置の第3実施形態を、図12を用いて説明する。
本実施形態における流量調整装置80は、第1実施形態で示した流量調整装置10において、オリフィス部材11、第1圧力測定装置12、及び第2圧力測定装置13の代わりに、これらとは各部材同士の接続構造が異なるオリフィス部材81、第1圧力測定装置82、及び第2圧力測定装置83を用いたことを主たる特徴とするものである。
具体的には、オリフィス部材81は、第1実施形態で示したオリフィス部材11において、ナット26及びスリーブ27を無くし、チューブ部21の代わりに、図12に示す構成のチューブ部91を用いたことを主たる特徴とするものである。
チューブ部91は、第1実施形態で示したチューブ部21において、両端が剛性を有する構成とされるとともに、各端部が、それぞれ流路の開口端を取り囲む略円環状の当接面31aと、当接面31aよりも軸線方向に突出した状態にして設けられて当接面31aの周囲を囲う円筒部31bと、当接面31aと円筒部31bとの間に設けられる円環状の凹部31cとを有する構成とされたものである。ここで、円筒部31bの外周面には、オネジ部31dが形成されている。
ここで、スリーブ27には、第1実施形態と同様、スリーブ27の流路の開口端を取り囲んで第1、第2圧力測定装置12,13の接続端の端面と面接触する略円環状の当接面28aと、当接面28aよりも突出した状態にして設けられて当接面28aの周囲を囲う円筒部28bとからなる係合部28が設けられている。
この場合には、第1、第2圧力測定装置82,83では、係合部28を有さないリング状のスリーブ37がチューブ部96の端部よりも奥方まで挿入されて、これによってチューブ部96に拡径部21dが形成される。また、チューブ部96の端部によって係合部28が構成される(但し円筒部28bは無くなり、チューブ部96の端部が当接面28aとして機能する)。
この場合には、第1、第2圧力測定装置82,83では、スリーブ37をなくし、チューブ部96の代わりに、チューブ部96において、その端部が、柔軟性を有しかつ他の部分よりも拡径されて、内部にオリフィス部材81のチューブ部91の後述する接続端を受け入れる拡径部46とされたチューブ部100が用いられ、ナット26の係合突部26bが、この拡径部46に係合する構成とされる。
ここで、チューブ部100の端部は柔軟性を有していて変形可能であるので、容易にナット26に挿通することができる。
11,41,71,91 オリフィス部材
12,42,82 第1圧力測定装置(接続対象)
13,43,83 第2圧力測定装置(接続対象)
14 流量調整弁
15 差圧流量計
21,51,71,76,91,98,99 チューブ部
21d 拡径部
22 オリフィス
26 ナット
26a メネジ部
26b 係合突部
27 スリーブ
28 係合部
Claims (7)
- 端部がそれぞれ接続対象に接続され内部が前記接続対象間を接続する流路を構成するチューブ部と、
該チューブ部内に設けられるオリフィスとが、一体に形成されて、
前記チューブ部の少なくとも一方の端部に、該チューブ部の端部が挿通されるナットと、
前記チューブ部の端部内に挿入されて該チューブ部の端部近傍部分を径方向外側に押し広げて拡径部を形成するスリーブと、が設けられ、
前記ナットの内周面には、
メネジ部と、
該メネジ部よりも前記チューブ部の長手方向中央部側から径方向内側に突出して前記拡径部と係合する係合突部と、が設けられているオリフィス部材。 - 端部がそれぞれ接続対象に接続され内部が前記接続対象間を接続する流路を構成するチューブ部と、
該チューブ部内に設けられるオリフィスとが、一体に形成されて、
前記チューブ部の少なくとも一方の端部に、該チューブ部の端部が挿通されるナットが設けられ、
前記チューブ部の前記ナットに挿通される端部が、柔軟性を有しかつ他の部分よりも拡径されて内部に前記接続対象の接続端を受け入れる拡径部とされ、
前記ナットの内周面には、
メネジ部と、
該メネジ部よりも前記チューブ部の長手方向中央部側から径方向内側に突出して前記拡径部と係合する係合突部と、が設けられているオリフィス部材。 - 端部がそれぞれ接続対象に接続され内部が前記接続対象間を接続する流路を構成するチューブ部と、
該チューブ部内に設けられるオリフィスとが、一体に形成されて、
前記チューブ部の少なくとも一方の端部に、該チューブ部の端部が挿通されるナットが設けられ、
前記チューブ部の前記ナットに挿通される端部が、剛性を有するとともにその外周面に拡径部が設けられ、
前記ナットの内周部には、
メネジ部と、
該メネジ部よりも前記チューブ部の長手方向中央部側から径方向内側に突出して前記拡径部と係合する係合突部と、が設けられているオリフィス部材。 - 端部がそれぞれ接続対象に接続され内部が前記接続対象間を接続する流路を構成するチューブ部と、
該チューブ部内に設けられるオリフィスとが、一体に形成されて、
前記チューブ部の少なくとも一方の端部が、剛性を有し該チューブ部を前記接続対象の前記チューブ部との接続端と係合する係合部とされており、
該係合部の外周面には、オネジ部が形成されているオリフィス部材。 - 前記チューブ部の端部が、前記接続対象の前記チューブ部との接続端と係合する形状をなす係合部とされている請求項3または4に記載のオリフィス部材。
- 請求項1から5のいずれかに記載の前記オリフィス部材と、
該オリフィス部材の前記チューブ部の一端に接続される第1圧力測定装置と、
前記チューブ部の他端に接続される第2圧力測定装置とを有する差圧流量計。 - 請求項1から5のいずれかに記載の前記オリフィス部材を用いた差圧流量計と、
該差圧流量計の上流側または下流側に接続される流量調整弁とを有する流量調整装置。
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