JP5707608B2 - 空気圧駆動機器用調湿エアシステム - Google Patents

Description

本発明は、空気圧ラインを通して圧縮空気源からの供給エアを調湿したうえで空気圧駆動機器に供給する空気圧駆動機器用調湿エアシステムに関するものである。

圧縮空気源からの供給エアによってエアシリンダ等の空気圧駆動機器を駆動するようにしたエアシステムにおいては、切換弁を通して圧縮空気源からの供給エアが上記空気圧駆動機器に向けて供給され、あるいはその空気圧駆動機器から排出される場合に、該エアが配管内や空気圧駆動機器内で断熱膨張するためにその温度が低下し、該エア中の水分が凝縮して霧状のミストになるのがしばしば見受けられる。このミストは、エアの給排が繰り返されることによって徐々に成長し、結露となって空気圧駆動機器に錆びを発生させたり、潤滑剤を劣化させて、該空気圧駆動機器の円滑な作動を阻害するなどの弊害をもたらすものである。

この結露を防止するため、一般に中空糸膜と呼ばれているところの、水分選択透過性がある多数の糸状の高分子浸透膜からなる除湿装置を用い、この除湿装置により空気圧駆動機器に供給する供給エアの除湿を行い、ドライエアとして空気圧駆動機器に供給することが従来から広く知られている。上記除湿装置は、通常、ハウジングの内部に、多数の中空糸膜を並列に並べて形成した中空糸膜モジュールを収容し、中空糸膜の周囲に分離した水分を排出するためのパージエアを流すようにしたものである。
この除湿装置の設置は、上記断熱膨張による温度の低下があっても結露しないようにするために有効な対策ではあるが、圧縮空気源と空気圧駆動機器の間の空気圧ラインにその除湿装置を設置する必要があるため、その除湿装置自体の設置に費用が掛かるばかりでなく、当該除湿装置の設置スペースをも考慮する必要があり、これらが設備のコストを高めることになる。

一方、半導体工場などでは、低露点空気（超乾燥空気）が常時供給されている空気圧ラインがあり、これを、上記結露防止対策のために、空気圧駆動機器が接続されている空気圧ラインにも流す例が増えている。
しかしながら、上記除湿装置を設置する場合をも含めて、十分に除湿された低露点空気を空気圧駆動機器に供給すると、該空気圧駆動機器の相互に摺動したり回転したりする部分に使用しているグリスが蒸発しやすくなるなどの問題が生じ、該空気圧駆動機器の寿命を低下させることになる。

本発明の技術的課題は、空気圧駆動機器に対して除湿された低露点空気を供給することによる該空気圧駆動機器の寿命の低下を抑制しながら、供給エア中におけるミストあるいは結露水の発生を抑制できるようにした空気圧駆動機器用調湿エアシステムを提供することにある。

更に具体的には、本発明の技術的課題は、空気圧駆動機器に対する供給エアが十分に除湿されている場合にはそれに対する加湿を行い、また、供給エア中におけるミストあるいは結露水を発生させる水蒸気の分圧が高くなった場合には、その水分を外部に蒸散させるようにした空気圧駆動機器用調湿エアシステムを提供することにある。
また、本発明の他の技術的課題は、空気圧ラインに前述した除湿装置などを配設することなく、空気圧ラインの全部または一部を構成する調湿チューブの材質を特殊なものとするだけの手段で所期の調湿を行えるようにした空気圧駆動機器用調湿エアシステムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮空気源からの供給エアを空気圧ラインを通して空気圧駆動機器に供給する調湿エアシステムにおいて、上記圧縮空気源と空気圧駆動機器との間の空気圧ラインの全部または一部に調湿チューブが用いられていて、該調湿チューブが、その内外の水蒸気分圧に応じて内外双方向の水分選択透過性を有する高分子材料により構成され、上記調湿チューブは上記空気圧ライン中に一本接続されていて、該一本の調湿チューブは大気中に置かれており、上記調湿チューブにおける上記内外双方向の水分選択透過性により、該調湿チューブ内を通して空気圧駆動機器に供給される供給エアの除湿または加湿を該調湿チューブを介して大気との間で行うことを特徴とするものである。
上記調湿チューブは、圧縮空気源と空気圧駆動機器との間の空気圧ラインの空気圧駆動機器側端である該駆動機器の給排気系、具体的には、給排気ポートあるいはそれに接続する管継手等に組み付けることができる。

また、本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムの好ましい実施形態においては、上記圧縮空気源からの供給エアが大気より水蒸気分圧の低い低露点空気である場合に、上記水分選択透過性の高分子材料からなる調湿チューブを大気中に置くことにより供給エアを加湿するように構成し、更に、上記圧縮空気源からの供給エアが大気より水蒸気分圧の高い高露点空気または中露点空気である場合には、上記水分選択透過性の高分子材料からなる調湿チューブを空気圧ラインの空気圧駆動機器側の一部に接続し、それを大気中に置くことにより、供給エアの除湿に供することができる。

上記本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムにおいては、上記調湿チューブが上述した供給エアの加湿または除湿のみを行うような態様で用いられることもあるが、基本的には、該調湿チューブの内外の水蒸気分圧に応じて、それが高い方から低い方に水分を移行させ、空気圧駆動機器に導入される供給エアに過度の水分が含まれたり、過度に乾燥したエアが空気圧駆動機器に供給されたりするのを自動的に抑制するように機能するものである。

上述した本発明の空気圧駆動機器用調湿エアシステムによれば、空気圧駆動機器に対して除湿された低露点空気を供給することによる該空気圧駆動機器の寿命の低下を抑制しながら、供給エア中におけるミストあるいは結露水の発生を抑制することができ、更に具体的には、空気圧駆動機器に対する供給エアが十分に除湿されている場合にはそれに対する加湿を行い、また、供給エア中におけるミストあるいは結露水を発生させる水蒸気の分圧が高くなった場合には、その水分を外部に蒸散させることができる。
更に、本発明によれば、空気圧ラインに前述した従来の除湿装置などを配設することなく、空気圧ラインの全部または一部を構成する調湿チューブの材質を特殊なものとするだけの手段で所期の調湿を行うことができる。

本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムの模式的構成図で、空気圧ラインにおける供給エアの除湿態様を示すものである。 同模式的構成図で、空気圧ラインの供給エアに対する加湿態様を示すものである。 本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムを、空気圧駆動機器に調湿チューブを組み付けることにより構成した態様を示す断面図である。 上記調湿チューブを、空気圧駆動機器にエア給排のために取り付ける管継手に組み付けた態様を示す断面図である。

符号の説明

１ 圧縮空気源
２ 空気圧ライン
３ 空気圧駆動機器
１０，１０ａ，１０ｂ 調湿チューブ

図１及び図２は、本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムの一実施形態の概要を示すものである。
この空気圧駆動機器用調湿エアシステムは、基本的には、圧縮空気源１からの供給エアを空気圧ライン２を通して空気圧駆動機器３に供給し、この供給エアで空気圧駆動機器３を駆動するように構成したもので、上記空気圧ライン２には、空気圧駆動機器３の駆動を制御する常用の電磁駆動の５ポート切換弁４を介装している。

図においては、空気圧駆動機器３としてエアシリンダを代表的なものとして示しているが、このエアシリンダは、シリンダチューブ５の内部を摺動するピストン６と、該ピストン６から延出したロッド７とを有し、上記ピストン６の両側に、ポート９ａを有するヘッド側圧力室８ａとポート９ｂを有するロッド側圧力室８ｂとがそれぞれ形成されている。そして、上記切換弁４の切り換えにより、一方の圧力室に圧縮空気源１からの供給エアを導入すると同時に、他方の圧力室に導入されていた供給エアを排出させ、それを両圧力室に対して交互に繰り返すことにより、ピストン６を出没させるものである。
なお、ここに示したエアシリンダは、あくまでも空気圧駆動機器の一例であって、本発明の調湿エアシステムの適用は、そのエアシリンダに限るものではない。また、上記５ポート切換弁４も、空気圧駆動機器３の駆動を制御するものであればよく、図示の例に限るものではない。

上記圧縮空気源１と空気圧駆動機器３との間の空気圧ライン２の一部には、水分選択透過性がある高分子材料からなる調湿チューブ１０ａ，１０ｂを接続している。上記調湿チューブは、中空糸膜等の素材として用いられているフッ素樹脂系ポリマーなどからなり、エアは透過させないが、該エア中の水分は、そのチューブの内外の水蒸気分圧に応じて内外双方向に透過させるところの水分選択透過性を有する高分子材料により構成したものである。

そして、上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂは、上記切換弁４の一方の出力ポート４ａと空気圧駆動機器３を構成するエアシリンダの一方のポート９ａとの間、及び該切換弁４の他方の出力ポート４ｂとエアシリンダの他方のポート９ｂとの間の各一部に、つまり、空気圧ライン２における空気圧駆動機器３における各ポートに接続される流路の一部にそれぞれ接続している。
この調湿チューブは、空気圧ライン２の全部、具体的には、上記切換弁４の一方の出力ポート４ａとエアシリンダの一方のポート９ａとの間、及び該切換弁４の他方の出力ポート４ｂとエアシリンダの他方のポート９ｂとの間、更に圧縮空気源１と切換弁４の入力ポート４ｐとの間に接続することもできるが、上述したような接続態様あるいは他の接続態様で、空気圧ライン２の一部において用いることもできる。

上記調湿エアシステムにおいて用いる調湿チューブ１０ａ，１０ｂは、基本的には、一般の空気圧駆動機器を圧縮空気源に接続する配管用チューブに代わるものとして用いるものであり、そのため、該配管用チューブと同様な圧縮空気の送給機能を持つことが必要である。具体的には、該調湿チューブは、少なくとも、その一本により流し得る供給エアが小型の汎用空気圧駆動機器を駆動できる配管用としての径を有するものであり、また、中空糸膜のように、全体としての水分選択透過性を高めるために流量を犠牲にして細径の多数本を用いるようなものではなく、その両端間を流れる供給エアの圧力損失が無視できる内径及び長さを有することが望まれる。

例えば、ＪＩＳ規格においては、空気圧システムの配管用ポリウレタンに関し、最小径のものとして、呼び径２のものが〔外径×内径〕＝２×１．２ｍｍ、最大径のものとして、呼び径１２のものが〔外径×内径〕＝１２×８ｍｍとして規定されているが、かかる規定を調湿チューブの径を決める際の参考にすることが望まれる。
なお、上記調湿チューブの製造に際し、多数の呼び径のものを製造することは、必ずしも得策といえるものではなく、その場合に、接続する空気圧駆動機器３の容量に応じて空気圧ライン２に複数本の調湿チューブを並列に配置することもでき、これにより多数の呼び径の調湿チューブの製造を回避できる。

上記構成を有する空気圧駆動機器用調湿エアシステムにおいては、空気圧駆動機器３に対して送給する供給エア、あるいは空気圧駆動機器３から排出されるエア中において、ミストや結露水を発生させる程度に水蒸気の分圧が高くなっている場合、具体的には、供給エアが非除湿の高露点空気、または除湿空気であっても低露点まで達していない中露点空気である場合には、図１に示すように、その空気圧ライン２における調湿チューブ１０ａまたは１０ｂにおいて、その水分の透過により外部に放出されて自然蒸発し、それによってエアが除湿される。なお、上記中露点空気とは、一応の除湿は行っているが排気時等の断熱膨張により温度が低下したときにミストや結露が発生する可能性がある空気のことを意味している。また、空気圧駆動機器３に対する供給エアが冷凍式エアドライヤ等で十分に除湿された低露点空気である場合には、調湿チューブの外側の水蒸気分圧が高いので、図２に示すように、その供給エアに対する加湿が行われる。

これらの除湿及び加湿は、空気圧ライン２の全部または一部を構成する調湿チューブの材質を上述した特殊なものとするだけの手段でよく、外部から何らの操作を行うことなく水蒸気分圧の差により自動的に除湿及び加湿行われるものである。また、従来のように、空気圧ラインに除湿装置などを配設する必要もない。
このように、上記空気圧駆動機器用調湿エアシステムにおいては、上記空気圧駆動機器３に対して除湿された低露点空気を供給することによる該空気圧駆動機器３の寿命の低下を抑制しながら、供給エア中におけるミストあるいは結露水の発生を抑制することができる。

上記空気圧駆動機器用調湿エアシステムは、上記圧縮空気源１からの供給エアが除湿された低露点空気である場合には、図２に示すように、上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂを大気中に置くことにより、調湿チューブ１０ａ，１０ｂの外側雰囲気の水蒸気分圧がその供給エアの水蒸気分圧よりも高くなるため、エアシリンダのポート９ａ，９ｂのいずれに供給エアを導入する場合にも調湿チューブ１０ａ，１０ｂにおいてその供給エアが加湿される。この加湿に起因し、あるいは、圧縮空気源１からの供給エアに含まれていた水分に起因して、調湿チューブ１０ａ，１０ｂ内等に断熱膨張に伴うミストが発生する程度に供給エアの水蒸気分圧が上昇した場合には、当然に該調湿チューブ内の水蒸気分圧がチューブ外の大気の水蒸気分圧よりも高くなるので、調湿チューブを通してその水分が外部に浸透し、蒸散される。

なお、大気中の水蒸気分圧は不安定であり、調湿チューブ１０ａ，１０ｂ内の供給エアの水蒸気分圧との差が小さくなることもあるため、加湿量を増加する必要が生じることもあり、また、半導体工場などで常時供給されている低露点空気（超乾燥空気）等を空気圧駆動機器３の駆動に利用する場合などで、比較的多くの加湿を行う必要がある場合には、空気圧ライン２における調湿チューブ１０ａ，１０ｂを長くしておくとか、該チューブを加湿された雰囲気に置くなどの対策をとることができる。

一方、上記圧縮空気源１からの供給エアが非除湿の高露点空気であってその除湿を主目的にする場合には、図１に示すように、上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂを空気圧ライン２の空気圧駆動機器３側の一部に接続すればよい場合が多く、場合によっては数ｃｍの長さにすることもでき、そのチューブを大気中に置くことにより、空気圧ライン２内の供給エアの除湿を行うことができる。この供給エアの除湿を行う場合には、調湿チューブ１０ａ，１０ｂ内のエアの水蒸気分圧が大気のそれに比べて比較的高くなることが多く、そのため、調湿チューブを空気圧ライン２の一部に設ければ除湿の目的を達成できることが多いが、除湿の効果を更に高めるために、空気圧ライン２の全部または大半を上記調湿チューブで構成し、あるいは、それらの調湿チューブを除湿された雰囲気に置くこともできる。

なお、上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂは、上述した供給エアの加湿または除湿のみを行うような態様で用いられることもあるが、基本的には、該調湿チューブの内外の水蒸気分圧に応じて、それが高い方から低い方に水分を移行させ、空気圧駆動機器に導入される供給エアに過度の水分が含まれたり、過度に乾燥したエアが空気圧駆動機器に供給されたりするのを自動的に抑制するように機能させるものであるから、そのような機能を考慮して空気圧ライン２における調湿チューブ１０ａ，１０ｂの径や長さ、あるいは接続位置が設定されるべきである。

上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂは、圧縮空気源１と空気圧駆動機器３との間の空気圧ライン２の空気圧駆動機器３側の端部である該駆動機器３における給排気系、具体的には給排気用のポート９ａ，９ｂの内外、あるいはそれらに接続する管継手等に組み付けることもできる。
図３は、本発明に係る空気圧駆動機器用調湿エアシステムを、空気圧駆動機器３におけるポート９ａ，９ｂに、調湿チューブ１０ａ，１０ｂを有する調湿ユニット１１Ａ，１１Ｂを組み付けることにより構成した実施態様を示すもので、この実施態様における空気圧駆動機器３としてのエアシリンダは、シリンダチューブ５の内部を摺動するピストン６と、該ピストン６から延出したロッド７とを有し、上記ピストン６の両側に、ポート９ａを有する圧力室８ａと、ポート９ｂを有する圧力室８ｂとがそれぞれ形成されている。なお、空気圧駆動機器３はエアシリンダに限るものではない。

そして、上記圧縮空気源１と空気圧駆動機器３との間の空気圧ライン２の末端である上記ポート９ａ，９ｂに、水分選択透過性を有する高分子材料により構成した前記調湿チューブ１０ａ，１０ｂを内蔵してなる調湿ユニット１１Ａ，１１Ｂを接続している。この調湿ユニット１１Ａ，１１Ｂは、両端の接続部材１２ａ，１３ａ及び１２ｂ，１３ｂの間を、それぞれ上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂにより接続し、該チューブ１０ａ，１０ｂの周りを通気性のある保護カバー１４ａ，１４ｂによって覆ったものである。上記調湿チューブ１０ａ，１０ｂと保護カバー１４ａ，１４ｂの両端は、ポッティング剤１５によって接続部材１２ａ，１３ａ及び１２ｂ，１３ｂの各凹溝内に固定している。

調湿ユニット１１Ａ，１１Ｂにおける空気圧駆動機器３側の接続部材１３ａ，１３ｂは、空気圧駆動機器３の各ポート９ａ，９ｂの外側にネジで固定するようにしているが、調湿チューブ１０ａ，１０ｂが外気や管理された雰囲気に触れる状態に保持できるのであれば、それを空気圧駆動機器３に内蔵させることもできる。

また、図４は、上記調湿チューブを、空気圧駆動機器３のポートにエアの給排のために取り付ける管継手２０に組み付けた実施態様を示すものである。この管継手２０は、簡易継手部２１と調湿ユニット２２とを接続することにより構成され、その調湿ユニット２２を各種空気圧駆動機器３におけるエアの給排のためのポートに接続するようにしている。

上記簡易継手部２１は、図示したように、その本体２４に内挿したリリースブッシュ２５内に、空気圧ライン２を構成する配管用チューブ２９を深く挿入すると、該チューブ２９の周囲がシール部材２６によりシールされると同時に、該チューブ２９の外周面に係止爪２７が係止することによりその抜脱が阻止され、また、上記リリースブッシュ２５を本体２４内に押入することにより、上記係止爪２７のチューブ２９外周面への係止が解除され、チューブ２９を簡易継手部２１から容易に離脱することができる公知のものである。

一方、上記調湿ユニット２２は、水分選択透過性を有する高分子材料からなる前記調湿チューブ１０及びその周りを覆う通気性のある保護カバー１４の両端を、接続部材３１，３２に接続することにより構成したもので、上記調湿チューブ１０と保護カバー１４の両端は、ポッティング剤１５によって接続部材３１，３２の各凹溝内に固定している。そして、この調湿ユニット２２における接続部材３１には、空気圧駆動機器３のポートに接続する接続用ネジ３１ａを設け、また、他方の接続部材３２は、上記簡易継手部２１の本体２４における接続筒部２４ａに気密に内挿され、適宜接合できるように構成されている。

上述したように、上記調湿チューブは、空気圧駆動機器における給排気用のポートの内外に組み付けることができるものであるから、少なくとも、上記空気圧駆動機器における給排気用のポートの内側に調湿チューブを組み付ける場合には、本明細書における空気圧ラインは、空気圧駆動機器内において駆動用圧力室に達するまでの給排気系をも含むものと解されるべきである。

Claims (4)

1. 圧縮空気源からの供給エアを空気圧ラインを通して空気圧駆動機器に供給する調湿エアシステムにおいて、
   上記圧縮空気源と空気圧駆動機器との間の空気圧ラインの全部または一部に調湿チューブが接続されていて、該調湿チューブが、その内外の水蒸気分圧に応じて内外双方向の水分選択透過性を有する高分子材料により構成され、
   上記調湿チューブは上記空気圧ライン中に一本接続されていて、該一本の調湿チューブは大気中に置かれており、
   上記調湿チューブにおける上記内外双方向の水分選択透過性により、該調湿チューブ内を通して空気圧駆動機器に供給される供給エアの除湿または加湿を該調湿チューブを介して大気との間で行う、
   ことを特徴とする空気圧駆動機器用調湿エアシステム。
2. 上記圧縮空気源からの供給エアが、大気より水蒸気分圧の低い低露点空気である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧駆動機器用調湿エアシステム。
3. 上記圧縮空気源からの供給エアが、大気より水蒸気分圧の高い高露点空気または中露点空気である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧駆動機器用調湿エアシステム。
4. 上記調湿チューブが、空気圧駆動機器における給排気系に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧駆動機器用調湿エアシステム。

Images