KR20020015693A

KR20020015693A - 여유 공간이 제한된 공기 장치 용품에 사용하기 위한 흡음인서트를 구비한 머플러

Info

Publication number: KR20020015693A
Application number: KR1020017015424A
Authority: KR
Inventors: 힐링죠지디; 블레트루쎌이; 트레디닉케네디에프
Original assignee: 캐롤린 에이. 베이츠; 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2002-02-28
Also published as: CN1138905C; AU6395999A; EP1183446A1; WO2000075495A1; JP2003521609A; KR100632840B1; CA2371112A1; DE69928450D1; DE69928450T2; US6202785B1; BR9917340A; EP1183446B1; CN1371450A

Abstract

여유 공간이 제한된 공기 장치에 의해 발생되는 소음을 저감시키기 위한 머플러(20)가 제공된다. 상기 머플러(20)는 하우징(22), 베이스(24) 및 흡음 인서트(100)를 포함한다. 하우징(22)은 상류 단부(34)와 하류 단부(36)를 형성하고, 이 하류 단부(36)는 폐쇄되어 있다. 또한, 하우징은 약 1.5 인치(38 mm) 미만의 최대 폭으로부터 하류 단부를 향해 좁아진다. 상기 베이스(24)는 상류 단부에서 하우징에 고정되고 공기 흐름과 음파를 하우징 내로 향하게 하는 관(26)을 포함한다. 또한, 흡음 인서트(100)는 하우징 내에 배치되고 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함한다. 머플러를 수용하기 위한 유효 공간이 제한된 공기 밸브에 상기 머플러를 사용할 수 있으며, 배압을 아주 적게 발생하면서 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

여유 공간이 제한된 공기 장치 용품에 사용하기 위한 흡음 인서트를 구비한 머플러{MUFFLER WITH ACOUSTIC ABSORPTION INSERT FOR LIMITED CLEARANCE PNEUMATIC DEVICE APPLICATIONS}

여러 광범위한 장치들이 공압식으로 제어 및/또는 작동된다. 그러한 장치로는 하나 이상의 공기 밸브 뱅크를 포함하는 처리 장치, 공기 로봇 용품, 공기 검사 장치, 휴대용 공기 공구, 펌프 등이 있다. 기본적으로, 링크 장치의 아암과 같은 기구를 작동시키거나 조작하여 원하는 출력을 발생시키는 데는 압축 유체, 통상 공기의 유동을 이용하고 있다. 특정 용례에 따라, 장치 내에 원하는 지점으로 가압 공기를 지향시키고 배출 포트를 통해 공기를 방출시키기 위해서 통상 하나 이상의 공기 밸브가 이용되고 있다. 공기가 압축되고 배출 포트는 비교적 그 크기가 작기 때문에, 공기는 통상 고속으로 배출된다. 고속의 공기가 상대적으로 움직임이 없는 공기 속으로 유입되면, 공기 흐름이 난류로 된다. 이때 난류의 공기 흐름과 관련된 와류가 압력 변동을 일으켜 배출 소음을 발생시킨다.

특정 용례의 경우, 배출 소음이 용납될 수 없는 수준으로 발생하여 소음으로 인한 청력 손실에 이를 수도 있다. 참고로, 미국 기준은 85 데시벨(dB) 이상의 소음 수준에 8시간 이상 계속 노출되는 개인의 경우 청력 보호구를 요구하고 있다. 국제 기준은 80 dB 이상의 소음 수준에 8시간 이상 노출되는 경우 청력 보호구를 요구하고 있다. 주목할 만한 점은, 80 dB 미만의 배출 소음, 또는 80 dB 이상 수준의 간헐적인 소음도 동일하게 짜증을 유발하고 유해할 수 있다는 것이다.

공기 장치에 의해 발생되는 배출 소음의 영향을 최소화하기 위해서 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 예컨대, 장치에 근접해서 일하는 개인에게 청력 보호구를 제공할 수도 있다. 불행하게도, 작업자는 청력 보호구를 착용하는 것을 잊거나, 소리 인지의 불편함 때문에 보호구를 사용하지 않도록 간단히 결정할 수 있다. 또한, 청력 보호구를 착용하지 않은 근처의 다른 작업자나 방문객도 소음과 관련한 동일한 문제를 피할 수 없을 것이다. 이와 달리, 장치 주위에 음파 방벽 또는 밀폐구를 배치할 수도 있다. 그러나, 여러 경우에, 이러한 방법은 비용 관점에서 그리고 외부 방벽이 적절한 장치의 작동을 지나치게 방해할 수도 있기 때문에 실행이 불가능하다. 보다 실용적인 제3의 방법은 머플러 또는 소음기를 배출 포트에 연결하는 것이다.

일반적으로 말해서, 공기 장치의 부속 머플러는 공기 흐름에 대하여 방벽을 제공하거나 음파를 흡수하거나, 또는 양쪽 모두를 실행함으로써 소음을 저감시킨다. 가장 상업적인 용례의 경우, 일반적인 공기 머플러는 배출 포트에 장착하기 위해 구성된 원통형 하우징을 포함한다. 상기 하우징은 배출 포트로부터의 공기가 지향되는 하나 이상의 내부 챔버를 형성한다. 또한, 하우징 내에는 공기 흐름 방벽 및/또는 흡음 인서트가 통상 배치된다. 더욱이, 하우징은 머플러로부터 공기가 방출되는(또는 배출되는) 하나 이상의 공기 흐름 통로 또는 구멍을 형성하고 있다. 금속 및 직물에서 복합 재료에 이르기까지 광범위한 재료가 인서트로서 사용하는 데 유용하다. 예컨대, 교체형 음파 방벽 인서트를 사용할 수 있는 여러 가지 공기 머플러 제품을 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링사에서 시판하고 있다.

공기 머플러의 성능을 결정할 때는 꼭 맞는 형상에 구애받지 않고, 중요한 2개의 변수를 고려해야 한다. 먼저, 머플러는 배출 소음을 허용 수준으로 낮추어야만 한다. 또한, 머플러에 의해 유발되는 배압을 고려해야 한다. 가장 간단하게 말해서, 전체 시스템의 압력 중 일부는 소정의 공기 흐름을 머플러를 통해 가압하는 데 소용된다. 이 압력은 머플러의 "배압"으로서 지칭된다. 특정 용례 및 배압의 수준에 따라, 전체 공기 장치의 성능이 크게 떨어질 수도 있다.

소음의 저감과 배압의 최소화는 서로 역비례 관계에 있다는 것은 널리 공지되어 있다. 즉, 특정 공기 머플러의 소음 저감 특성은 추가의, 또는 보다 조밀한 인서트 재료를 합체시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 이러한 추가 재료 또는 재료의 밀도는 배압을 증가시킬 수 있어 머플러의 효용성을 저감시킨다. 이와 관련하여, 소음 저감과 배압은 머플러 하우징과 부속 인서트 재료를 비교적 크게 설계함으로써 최적화될 수 있다. 예컨대, 가장 많이 시판되고 있는 공기 머플러의 길이는 4 내지 8 인치(102 내지 203 mm)이고 그 외경은 1.5 내지 4 인치(38 내지 102 mm)이다. 머플러로부터의 공기 흐름을 최대화하기 위해서(이에 따라 배압을 최소화하기 위해서), 공기 머플러 하우징은 통상 하우징의 측벽을 따라 일련의 원주방향 슬롯을 포함한다. 따라서, 하우징 자체는 일반적으로 공기 흐름과 음파에 대한 부분적인 방벽으로서의 역할을 한다.

전술한 치수 특성을 갖는 공기 머플러는 최소량의 배압을 발생시키면서 공기 배출 소음을 저감하는 데 매우 효과적인 것으로 입증되었다. 그러나, 불행하게도 소정의 공기 장치 용품은 이렇게 비교적 큰 머플러를 장착할 여유 공간을 마련하지 못한다. 예컨대, 소정 타입의 처리 장치(예컨대, 우편 분류기)는 서로 근접하게 배치된 다수의 공기 밸브(그리고 이에 따른 배출 포트)를 포함하는 밸브 뱅크를 구비한다. 때때로, 밸브의 배출 포트는 중심간 여유 공간이 1.5 인치(38 mm) 미만으로 된다. 명백하게, 전술한 "표준" 머플러 크기는 2개의 머플러를 나란히 설치하는 것이 불가능하기 때문에, 이렇게 여유 공간이 제한된 용품에는 사용하지 못하게 된다. 또한, 머플러 하우징이 비교적 길어서 공기 장치로부터 상당한 거리를 두고 연장하는 경우에는, 작업자가 우연히 머플러와 접촉하여 그것을 파손시키거나 손상을 줄 기회가 더욱 늘어나게 된다.

밀접하게 이격된 공기 밸브의 배출 포트와 관련된 여유 공간의 문제를 극복하기 위한 노력이 행해졌다. 예컨대, 각각의 배출 포트에 관을 연결한 다음 배출 포트로부터 간격을 둔 지점에서 단일의 머플러에 연결할 수 있다. 이 방법은 고가이고 시간 소비적이며, 금지하는 배압을 발생시킬 수 있다. 이와 달리, 소결 황동 또는 펠트와 같은 방벽 재료를 함유하는 감소된 치수의 원통형 머플러 하우징을 제조하는 시도가 이루어졌다. 그렇게 구성된 일련의 머플러는 여유 공간이 제한된 밸브 뱅크에 나란히 장착될 수 있지만, 각각의 개별 머플러에 연계된 용적이 작은 소정의 인서트 재료가 소음을 충분히 저감시키도록 확실히 공기 흐름을 변경시키고/변경시키거나 소음을 흡수할 수 있는 것은 아니다. 특히 비교적 연속적인 밸브 주기의 용품의 경우 문제가 된다. 때때로, 이러한 장치는 배출 포트마다 비교적 작은 소음 감소(예컨대, 90 dB의 개방 배출 소음에 대해 5 dB의 범위)를 요구하지만, 배압에 극히 영향을 받기 쉽다. 시판중인 감소된 치수의 머플러는 소음을 만족스러울 정도로 감소시킬 수 있지만, 극히 높은 배압을 발생하므로 사용될 수 없다.

공기 장치에 의해 발생된 소음을 저감하는 데 이용하기 위한 머플러의 높은 인기는 계속되고 있다. 그러나, 특정 공기 장치는 머플러를 수용하기 위한 여유 공간이 매우 제한되어 있어, "표준" 크기의 머플러가 사용될 수 없다. 실시가능한 감소된 치수의 공기 머플러를 설계하고자 하는 노력이 소용이 없었다. 따라서, 여유 공간이 제한된 용품에 사용할 수 있는 크기를 갖고 만족스러운 소음 저감과 배압 특성을 갖는 공기 머플러에 대한 요구가 존재하였다.

본 발명은 공기 장치에 의해 발생되는 소음을 저감시키는 머플러에 관한 것이며, 보다 상세히는 머플러 배치를 위해 사용가능한 영역이 제한된 공기 장치에 사용하기 위한 흡음 인서트를 합체하는 감소된 치수의 머플러에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 머플러의 사시도.

도 2는 도 1의 머플러의 하우징 부분의 확대 단면도.

도 3a는 도 1의 머플러의 베이스 부분의 확대 단부도.

도 3b는 도 3a의 베이스를 B-B선을 따라 취한 확대 단면도.

도 4는 도 1의 머플러의 확대 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 머플러를 합체하는 공기 장치의 측면도.

도 6은 머플러를 통한 공기 흐름을 도시하는, 도 5의 장치의 일부의 확대 단면도.

본 발명의 한 양태는 공기 장치의 배출 포트에서 발생된 소음을 저감시키는 머플러에 관한 것이다. 머플러는 하우징, 베이스 및 흡음 인서트를 구비한다. 하우징은 상류 단부와 하류 단부를 형성한다. 하류 단부는 폐쇄된다. 또한, 적어도 하우징의 일부는 하류 단부를 향해 직경이 좁아지고 있다. 베이스는 하류 단부에서 하우징에 고정되고 공기를 배출 포트에서 하우징 내로 향하게 하는 관을 포함한다.또한, 흡음 인서트가 하우징 내에 배치된다. 상기 흡음 인서트는 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함한다.

사용하기 전에, 관이 배출 포트와 유체 연통 상태로 되도록 머플러가 공기 장치에 장착된다. 압축 공기와 음파는 배출 포트로부터 관을 통해 하우징 내로 향하게 된다. 특히, 공기 흐름과 음파는 흡음 인서트와 상호 작용한다. 흡음 인서트는 적어도 음파의 일부를 흡수한다. 이와 관련하여, 하우징의 테이퍼 형상은 인서트 재료와 음파의 상호 작용을 향상시키고 음파의 상 소거를 촉진함으로써 추가로 소음을 감소시킨다. 주목할 만한 점은, 하우징의 테이퍼 형상과 조합하여 흡음 인서트가 배압을 아주 적게 발생시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 공기 장치의 배출 포트에서 발생된 소음을 저감시키는 머플러에 관한 것이다. 머플러는 하우징, 베이스 및 흡음 인서트를 포함한다. 하우징은 상류 단부와 하류 단부를 형성하며, 이 하류 단부는 폐쇄되어 있다. 또한, 하우징의 최대 폭은 1.5 인치(38 mm) 미만이다. 바람직한 일 실시예에서, 예컨대 하우징의 횡단면은 원형이고, 이에 따라 그 최대 직경은 1.5 인치(38 mm) 미만이다. 베이스는 상류 단부에서 하우징에 고정되고 공기를 배출 포트에서 하우징 내로 향하게 하는 관을 포함한다. 또한, 흡음 인서트가 하우징 내에 배치된다. 인서트 재료는 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함한다.

사용하기 전에, 관이 배출 포트와 유체 연통 상태로 되도록 머플러가 공기 장치에 장착된다. 최대 직경이 제한된 하우징은 한정된 영역에 머플러가 장착되는 것을 용이하게 한다. 유사하게 구성된 일련의 머플러는 배출 포트가 밀접하게 이격된 공기 밸브 뱅크에 나란히 장착될 수 있다. 머플러로 유입된 공기와 음파는 흡음 인서트와 접촉하도록 지향된다. 흡음 인서트는 음파의 일부를 흡수함으로써, 배압을 아주 적게 발생시키면서 배출 포트에서 발생되는 소음을 제한한다.

본 발명의 또 다른 양태는 공기 장치의 배출 포트에서 발생되는 소음을 저감시키는 머플러에 관한 것이다. 머플러는 하우징, 베이스 및 흡음 인서트를 포함한다. 하우징은 상류 단부와 하류 단부를 형성하며, 하류 단부는 폐쇄되어 있다. 또한, 하우징은 상류 단부에서 1.5 인치(38 mm) 미만의 최대 폭으로부터 하류 단부를 향해 테이퍼 형상으로 좁아진다. 바람직한 일 실시예에서, 예컨대 하우징의 횡단면은 원형이고, 이에 따라 그 최대 직경은 1.5 인치(38 mm) 미만이다. 베이스는 상류 단부에서 하우징에 고정되고 공기를 배출 포트로부터 하우징 내로 향하게 하는 관을 포함한다. 또한, 흡음 인서트가 하우징 내에 배치된다. 흡음 인서트는 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함한다. 하우징의 직경이 상대적으로 작기 때문에, 머플러 여유 공간이 제한된 공기 장치에 머플러가 장착될 수 있다. 공기 장치에 대한 조립 후에, 관은 배출 포트로부터 흡음 인서트와 접촉하도록 공기를 하우징 내로 지향시킨다. 순서대로, 흡음 인서트는 적어도 음파의 일부를 흡수한다. 이와 관련하여, 하우징의 테이퍼 형상은 음파 소거 및 흡음 인서트와 음파의 상호 작용의 증가를 촉진시킨다.

머플러(20)의 바람직한 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 상기 머플러(20)는 하우징(22), 베이스(24) 및 흡음 인서트(도시 생략)를 포함한다. 일반적으로, 상기 베이스(24)는 하우징(22)에 고정된다. 또한, 흡음 인서트는 하우징(22) 내에 배치된다. 참고로, 최종 조립시, 공기는 베이스(24)에 형성된 관(26)에서 머플러(20)내로 유입되어 하우징(22) 내로 흘러 들어간다. 이러한 일반적인 공기 흐름 방향(도 1의 화살표로 나타냄)과 관련하여, 머플러(20)의 여러 구성요소는 본 명세서 전반에 걸쳐서 서로의 "상류" 또는 "하류"인 것으로 지시될 것이다. 이러한 방향의 용어는 단지 도시를 목적으로 사용되며 제한하려는 의도는 없음을 이해해야 한다. 강조하면, 후술되는 바와 같이, 바람직한 일 실시예에 있어서, 관(26)을 통과한 후의 공기 흐름은 하우징(22)에 의해 도 1의 화살표 방향의 거의 반대 방향으로 지향되거나 굴절된다.

도 2에는 하우징(22)이 보다 상세히 도시되어 있다. 상기 하우징(22)은 상류 단부(34)와 하류 단부(36)를 형성하도록 조합되는 측벽(30)과 단부벽(32)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 측벽(30)에 의해 형성된 상류 단부(34)는 개방되어 있는 것이 바람직하다. 반대로, 단부벽(32)에 의해 형성된 하류 단부(36)는 폐쇄되어 있는 것이 바람직하다.

측벽(30)은 연속되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 측벽(30)은 [상류 단부(34)와 달리] 포트 또는 기타 공기 흐름 통로를 형성하지 않는다. 따라서, 측벽(30)은 공기 흐름과 음파에 대해 완전한 방벽의 역할을 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 적어도 측벽(30)의 일부는 절두 원뿔 형태이다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 측벽(30)은 거의 원통형인 제1 부분(38)과 거의 절두 원뿔형인 제2 부분(40)으로 형성될 수 있다. 보다 상세히는, 제2 부분(40)은 제1 부분(38)으로부터 하류로 연장하며 단부벽(32)을 향해 직경이 테이퍼 형상으로 좁아진다. 도 2에 도시된 종단면도와 관련하여, 측벽(30)의 제2 부분(40)에서의 테이퍼는 대략 20°내지 70°, 보다 바람직하게는 30°내지 50°, 가장 바람직하게는 40°의 끼인각을 형성한다. 하우징(22)은 원통형 및/또는 절두 원뿔형(이에 따라 횡단면이 원형)이 바람직한 것으로 설명하였지만, 기타 형상들도 허용될 수 있다. 예컨대, 하우징(22)의 횡단면은 삼각형, 사각형, 팔각형 등일 수도 있다.

또한, 측벽(30)은 베이스(24)에 부착하기에 바람직하게 형성된다(도 1). 예컨대, 바람직한 일 실시예에 있어서, 측벽(30), 특히 제1 부분(38)은 상류 단부(34)에 인접한 수용 영역(42)을 형성한다. 상기 수용 영역(42)은 안내면(44), 결합면(46) 및 반경방향 정지부(48)를 포함한다. 이후에 보다 상세히 설명하겠지만, 상기 안내면(44)의 직경은 베이스(24)의 대응부보다 약간 작으며, 베이스(24)에 대한 장착을 용이하게 하기 위해 테이퍼 형상을 취하는 것이 바람직하다. 결합면(46)은 베이스(24)의 일부를 마찰식으로 수용할 수 있는 크기를 갖는다. 또한, 반경방향 정지부(48)는 베이스(24)를 확실히 위치시킬 수 있는 크기를 갖는다. 이와 달리, 기타 결합 방법을 이용하여 수용 영역(42)이 거의 선형으로 되도록 구성될 수도 있다. 더욱이, 예컨대 접착제와 같은 다른 장착 수단이 이용되는 경우 수용 영역(42) 전체가 제거될 수도 있다.

단부벽(32)은 용이한 제작을 위해 (도 2에 도시된 바와 같이) 비교적 평탄한 것이 바람직하다. 이와 달리, 단부벽(32)은 기타 형태를 취할 수도 있다. 예컨대, 단부벽(32)은 반구형 또는 기타 돔형의 형태일 수도 있다. 정확한 형상과는 상관없이, 단부벽(32)은 어떠한 공기 흐름 통로 또는 구멍을 형성하지 않도록 폐쇄되는 것이 바람직하다. 따라서, 단부벽(32)은 공기 흐름과 음파에 대해 거의 완벽한 방벽으로 존재한다.

하우징(22)의 여러 부분들은 비교적 강성 재료로 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에 있어서, 하우징(22)은 성형 폴리머, 바람직하게는 폴리아미드(33 중량%의 유리로 강화된 나일론 6, 6)이다. 이와 달리, 폴리프로필렌과 같은 기타 폴리머가 이용될 수도 있다. 본질적으로, 하우징(22)은, 예컨대 세라믹, 강철 또는 알루미늄, 및 그 조합물 또는 복합물과 같이 소정의 성형 및 기계 가공이 가능한 재료일 수 있다.

하우징(22) 전체의 크기는 머플러의 풋프린트(footprint) 또는 여유 공간이 제한된 공기 장치에 사용하기 위한 것이 바람직하다. 특히, 하우징(22)의[측벽(30)의 외부 폭으로 정의된] 최대 폭은 1.5 인치(38 mm) 미만, 보다 바람직하게는 1 인치(25 mm) 미만이다. 바람직한 일 실시예를 참조하면, 하우징의 횡단면은 최대 폭이 1.5 인치(38 mm) 미만, 보다 바람직하게는 1 인치(25 mm) 미만의 직경[측벽(30)의 제1 부분(38)에서의 외경으로 정의됨] 이 되도록 원형으로 된다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에 있어서, 하우징(22)의 외경은 반경방향 정지부(48)의 하류의 제1 부분(38)에서 0.96 인치(24.4 mm)이다. 또한, 측벽(30)의 내부면은 각각의 제1 부분(38)과 제2 부분(40)에서 비교적 균일한 것이 바람직하다. 이와 같은 견지에서, 제1 부분(38)에서 측벽(30)의 내부 폭(바람직하게는 직경)은 대략 0.5 내지 1.0 인치(12.7 내지 25 mm), 보다 바람직하게는 약 0.65 내지 0.85 인치(16.5 내지 21.6 mm)인 것이 양호하다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에 있어서, 측벽(30)은 제1 부분(38)에서 0.78 인치(19.8 mm)의 내경을 갖는다.

하우징(22)의 추가 특징은 벽 두께에 있다. 베이스(24; 도 1)에 대한 장착을 용이하게 하기 위해서, 측벽(30)의 제1 부분(38)의 두께는 차이를 주는 것이 바람직하다. 그러나, 측벽(30)의 제2 부분(40)에서의 두께는 약 0.03 내지 0.09 인치(0.76 내지 2.29 mm), 보다 바람직하게는 약 0.05 내지 0.07 인치(1.27 내지 1.78 mm), 가장 바람직하게는 0.06 인치(1.52 mm)로 비교적 균일하다. 단부벽(32)은 동일한 두께 범위로 구성되는 것이 바람직하다. 하우징(22)을 위한 재료가 적절히 선택되면, 상기 두께 변수로 인해 하우징(22)은 공기 흐름과 음파에 대한 실질적인 방벽이 될 수 있다. 따라서, 바람직한 일 실시예에 있어서, 본질적으로 완벽한 공기 흐름/음파 방벽은 벽 두께가 0.06 인치(1.52 mm)가 되도록 폴리아미드로제조된 하우징으로 존재하게 된다.

베이스(24)는 도 3a와 3b에 보다 상세히 도시되어 있다. 베이스(24)는 관(26), 유입벽(60) 및 환형 플랜지(62)를 포함한다. 상기 관(26)은 유입벽(60)에 대해 중앙에 위치되며, 유입벽(60)은 거의 반경방향 형태로 연장한다. 환형 플랜지(62)는 관(26)의 반대측에서 유입벽(60)으로부터 연장된다.

관(26)은 거의 원통형인 것이 바람직하며 유입 단부(66)에서 유출 단부(68)로 연장하는 통로(64)를 형성한다. 또한, 관(26)은 공기 장치의 배출 포트(도시 생략)에 장착하기 위한 형태로 되는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 일 실시예에 있어서, 관(26)은 유입 단부(66)에 인접하게 외부 나사부(70)를 형성하고 있다. 이와 달리, 다른 장착 방법 및 관련 구성이 조합될 수도 있다. 그러나, 바람직한 외부 나사부(70)의 경우, 유입 단부(66)의 크기는 "표준" 배출 포트의 크기에 따라 정해진다. 따라서, 예컨대 유입 단부(66)는 1/8 인치 국내 파이프 테이퍼(NPT) 배출 포트에 대응하는 외경을 갖는다. 이와 달리, 유입 단부(66)은 1/4 인치 NPT, 3/8 인치 NPT, 1/2 인치 NPT, 3/4 인치 NPT 또는 1 인치 NPT에 대응하는 크기를 가질 수도 있다. 더욱이, 배출 포트가 국내 파이프 테이퍼와 다른 장착 구성을 실행하는 경우(예컨대, 테이퍼가 형성되지 않은 경우), 유입 단부(66)는 대응하는 구성을 취하는 것이 바람직하다.

최종 조립시 유입벽(60)과 하우징(22)에 대한 관(26)의 관계는 이하에서 보다 상세히 설명한다. 그러나, 바람직한 일 실시예에서, [유입 단부(66)에서 유출 단부(68)까지의 거리로서 정의된] 관의 길이는 대략 0.6 내지 1.0 인치(15.2 내지25.4 mm), 보다 바람직하게는 약 0.7 내지 0.9 인치(17.8 내지 22.9 mm)이다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에서, 관(26)의 길이는 약 0.81 인치(20.6 mm)이다.

특히 통로(64) 내의 관(26)은 공기 흐름과 음파를 배출 포트(도시 생략)로부터 유입벽(60)의 하류 지점으로 지향시키도록 구성된다. 따라서, 관(26)은 상류 부분(72)과 하류 부분(74)을 구비하는 유입벽(60)에 대해서 형성될 수 있다. 상류 부분(72)은 유입벽(60)의 상류에 배치되는 반면에, 하류 부분(74)은 유입벽(60)의 하류에 배치된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 하류 부분(74)에서의 통로(64)는 원통형인 것이 바람직하다. 이와 달리, 다른 형상도 또한 희망하는 공기 흐름 분배를 이루는 데 유용할 수 있다. 예컨대, 하류 부분(74)에서의 통로(64)는 직경이 증가하거나 좁아지는 절두 원뿔형일 수 있다.

유입벽(60)은 관(26)으로부터 거의 반경방향 형태로 연장하며 외부면(76)과 내부면(78)을 한정한다. 도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 유입벽(60)은 내부면(78)으로부터 외부면(76)으로 각각 연장하는 다수의 슬롯 또는 공기 흐름 통로(80)를 형성한다. 바람직한 일 실시예에서, 다수의 슬롯(80)은 각각 아치 형상이며, 그 반경방향 폭은 대략 0.02 내지 0.06 인치(0.5 내지 1.5 mm), 가장 바람직하게는 약 0.04 인치(1 mm)이고, 그 호의 길이는 대략 40°내지 60°, 가장 바람직하게는 약 50°이다. 바람직하게는, 다수의 슬롯(80)의 제1 시리즈(82)는 유입벽(60)의 제1 직경에 배치되고 제2 시리즈(84)는 제2 직경에 배치된다. 이와 달리, 다수의 슬롯(80)을 위해 다른 수, 크기, 형상 및 위치가 채택될 수도 있다. 그러나, 적어도 하나의 슬롯(또는 공기 흐름 통로)이 마련되는 것이 바람직하고 최종 형상은베이스(24)의 충분한 구조적 보존성을 유지하면서 유입벽(60)을 통해 최대의 공기 흐름을 촉진시킨다는 것을 이해해야 한다.

전술한 바와 같이, 환형 플랜지(62)는 유입벽(60)의 내부면(78)으로부터 하류를 향해 연장하고 하우징(22; 도 2)에 장착하기 위한 형상을 취하고 있다. 따라서, 바람직한 일 실시예에서, 환형 플랜지(62)의 내부면(86)은 하우징(22)의 상류 단부(34; 도 2)를 수용하도록 위치된 숄더(88)를 형성한다. 또한, 내부면(86)은 마찰식 끼워맞춤을 용이하게 하기 위해 하우징(22)의 결합면(46; 도 2)의 직경에 근사한 직경을 갖는다. 또한, 환형 플랜지(62)의 외부면(90)은 도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이 사용자에 의한 베이스(24)의 조정을 향상시키기 위해 널링(knurling) 가공되는 것이 바람직하다. 이와 달리, 외부면(90)은 평탄하게 될 수도 있다.

관(24)의 여러 부분들은 비교적 강성의 재료로 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에서, 관(24)은 하우징(22)과 동일한 재료인 폴리아미드(33 중량%의 유리로 강화된 나일론 6,6)와 같은 성형 폴리머로 형성된다. 이와 달리, 폴리프로필렌과 같은 다른 폴리머를 이용할 수도 있다. 본질적으로, 관(24)의 재료는, 예컨대 세라믹, 강철 또는 알루미늄, 및 그 조합물 또는 복합물과 같이 소정의 성형 또는 기계가공이 가능한 재료일 수 있다.

이하에 설명되는 바와 같이, 최종 조립시 유입벽(60)에 대한 관(26)의 하류 연장부는 하우징(22; 도 2) 내에서 유출 단부(68)의 원하는 위치와 직접적으로 관련된다. 그러나, 유입벽(60)에 대한 관(26)의 소정의 치수 특성은 도 3b를 참조하여 설명될 수 있다. 특히, 관(26)의 하류 부분(74)[예컨대, 내부면(86)으로부터 유출 단부(68)로의 관(26)의 연장부]의 길이는 대략 0.3 내지 0.7 인치(7.6 내지 17.8 mm), 보다 바람직하게는 대략 0.35 내지 0.55 인치(8.9 내지 14 mm)인 것이 바람직하다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에서, 하류 부분(74)의 길이는 약 0.46 인치(11.7 mm)이다.

머플러(20), 특히 흡음 인서트(100)가 도 4에 보다 상세히 도시되어 있다. 흡음 인서트(100)는 하우징(22) 내에서 관(26) 주위에 배치된다. 흡음 인서트(100)는 하우징(22)의 테이퍼 형상과 거의 일치하는 것이 바람직하며, 관(26)의 유출 단부(68)를 가로질러 연장되어 있다. 즉, 흡음 인서트(100)는 관(26)의 하류에 있는 하우징(22)의 유효 용적의 일부, 바람직하게는 유효 용적 전부를 둘러싼다. 따라서, 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 관(26)으로부터의 공기 흐름과 음파는 유출 단부(68)로부터 직접적으로 흡음 인서트(100)로 향하게 된다.

흡음 인서트(100)는 섬유와 결합 수지로 이루어지고, "발포 미세섬유(blown microfiber)"로 통칭되는 부직 웹이 바람직하다. 이러한 구성의 경우, 흡음 인서트(100)는 음파를 흡수하는 역할을 수행한다.

본 발명에 따른 유용한 섬유는 합성 및/또는 천연 폴리머 섬유일 수 있다. 유용한 합성 폴리머 섬유의 예로는 폴리에스테르, 폴리에틸렌(테레프탈레이트) 및 폴리부틸렌(테레프탈레이트) 등의 폴리에스테르 수지, 나일론 등의 폴리아미드 수지 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀 수지와, 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하지만, 그것으로 제한되지는 않는다. 유용한 천연 폴리머 섬유의 예로는 양모, 견사, 면사 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하지만, 그것으로 제한되지는 않는다. 섬유의 직경은 대략 30 내지 150 ㎛, 바람직하게는 35 내지 100 ㎛ 이어야 한다. 섬유가 더욱 큰 직경의 섬유를 형성하도록 함께 꼬이거나 성형될 수 있다면, 섬유의 직경은 30 ㎛ 미만일 수 있다. 섬유의 길이는 특별히 문제되지 않지만, 웹 형성에 용이한 섬유의 길이는 약 30 mm 내지 약 100 mm, 바람직하게는 35 내지 50 mm가 적절하다. 여러 길이와 직경을 갖는 섬유들의 혼합물을 부직 웹에 사용할 수 있다. 또한, 섬유는 대략 5 내지 50 데니어의 미세도 특성을 갖는 것이 바람직하다.

유용한 섬유는 또한 외장-코어 타입일 수 있는 용융 부착 가능한 섬유를 포함하지만 그것으로 제한되지는 않으며, 여기서 섬유의 코어는 주위의 외장 폴리머에 비해 비교적 높은 용융 온도를 갖는 폴리머이므로, 웹의 성형시 외장의 용융은 주위의 웹 섬유로 유동하여 부착될 수 있게 한다. 통상, 외장과 코어 간에 용융점의 차이는 약 10℃ 내지 40℃, 보다 일반적으로는 20℃ 내지 40℃이다. 용융 부착 가능한 섬유의 유용한 예로는 폴리에스테르/폴리에스테르 공중합체 혼합물, 폴리에스테르/폴리프로필렌 섬유 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하지만 그것으로 제한되지는 않는다. 외장 코어 섬유는 호에쉿-셀라니즈(Hoescht-Celanese), 듀퐁사 및 이스트만 코닥(Eastman Kodak)과 같은 회사에서 시판 중에 있다.

본 발명에 따른 유용한 부직 웹은 경화될 때 충분한 내유성과 내습성을 웹에 추가로 부여하는 결합 수지로 피복되거나 포화된다. 결합 수지는 또한 부직 웹을 강화시키는 역할을 하므로 부직 웹이 압축 및 사용에 저항할 수 있다. 이들 수지는 거의 열경화성 폴리머 조성물이며 내유성 및 내수성이 되도록 선택된다. 바람직한일 실시예에서, 결합제는 라텍스(스티렌 부타디엔)이다. 이와 달리, 적합한 결합 수지로는 페놀알데히드 수지, 부틸화 요소 알데히드 수지, 에폭시드 수지, 폴리에스테르 수지(말레 무수물과 프탈 무수물의 농축물 및 프로필렌 글리콜 등), 아크릴 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 가소화 비닐, 폴리우레탄 및 그 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 것을 포함하지만, 그것으로 제한되지는 않는다. 결합 수지는 웹의 강성을 향상시키기 위해 활석, 실리카, 탄화칼슘 등과 같은 충전제를 또한 포함할 수 있다. 결합 수지는 물 유제 또는 라텍스에, 또는 유기 용제에 제공될 수 있다.

섬유를 지나치게 강화시키지 않으면서 적소에 유지하기에 충분한 결합 수지가 첨가된다. 본 발명의 실시에 있어서 결합 수지의 유효량은 통상 100 중량부의 부직 웹 마다 약 100 내지 400 중량부의 건식 수지이다. 바람직하게는, 결합 수지의 양은 최상의 압축 및 음파 성능을 위해 100 중량부의 부직 웹 마다 130 내지 230 중량부를 사용한다.

부직 웹은 소음 저감 특성을 향상시키기 위해 점탄성 조성물의 포화제 피막을 선택적으로 포함할 수 있다. 유용한 점탄성 재료로는 폴리아크릴레이트, 스티렌 부타디엔 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무 및 천연 고무와 같은 내유성과 내습성의 점탄성 감쇠 폴리머와, (미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링사에서 시판 중인) 3M 점탄성 감쇠 폴리머 ISD110, ISD112 및 ISD113 과 같은 아크릴계 점탄성 재료를 포함한다. 폴리머는 적합한 용제 내로 산포되어 부직 구조상에 피복될 수도 있다. 폴리머 용제는 통상 1 중량% 내지 7 중량%의 폴리머 고체를 함유하고 바람직하게는 2% 내지5%의 고용체이다. 폴리머는 통상 약 -40℃ 내지 약 50℃, 보다 일반적으로는 약 5℃ 내지 40℃인 공기 장치의 사용 온도에서 안정적이어야 한다. 폴리머는 사용 온도(예컨대, 21℃)에서 약 0.2, 바람직하게는 0.5, 가장 바람직하게는 0.8보다 큰 손실 인자를 갖는다.

흡음 인서트(100)용으로 허용 가능한 웹 구조의 예는 미국특허 제5,418,339호에 기술되어 있으며, 그 기술 내용은 본 명세서에 참조로서 합체된다.

관(26) 주위의 배치를 용이하게 하기 위해서 음파 복합 인서트(100)는 코어 통로(102)를 형성하는 것이 바람직하다. 코어 통로(102)의 크기는 하류 부분(74)에서 관(26)의 외경에 근사한다. 이 때문에, 바람직한 일 실시예에서, 흡음 인서트(100)는 약간 변형될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 코어 통로(102)는 초기에 관(26)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖지만 관(26) 위에 삽입될 때 약간 큰 직경으로 변형된다.

도 4를 참조하면, 머플러(20)는 실질적으로 다음과 같이 조립된다. 흡음 인서트(100)를 하우징(22)의 크기 및 형상과 거의 상응하게 형성한다. 예컨대, 흡음 인서트(100)는 적절한 대량의 웹 재료로부터 절단될 수도 있다. 다음에, 코어 통로(102)를 형성한다. 이와 관련하여, 음파 복합 인서트(100)는 단일체로서 형성될 수 있으며, 이에 의해 코어 통로(102)는 단일체를 통해 부분적으로 연장한다. 이와 달리, 흡음 인서트(100)는 2개의 별개 부분으로서 형성될 수 있다. 제1 부분 또는 상류 부분(도 4에서 도면 번호 104로 도시됨)은 관(26)의 하류 부분(74)에 상응하는 높이를 갖는다. 따라서, 코어 통로(102)는 전체적으로 상류 부분(104)을 관통한다. 또한, 제2 부분 또는 하류 부분(106)을 마련한다. 하류 부분(106)은 본질적으로 중앙 통로가 없는 절두 원뿔형 디스크이다. 따라서, 하류 부분(106)은 관(26)의 유출 단부(68)를 가로질러 연장된다. 이 방법의 경우, 하류 부분(106)은 초기에 관(26) 위에서 상류 부분(104)의 상부상에 배치된다. 이와 달리, 하류 부분(106)은 단부벽(32)과 맞닿도록 하우징(22) 내로 삽입될 수도 있다.

어느 쪽의 삽입 방법이라도, 하우징(22) 내에 흡음 인서트(100)의 양을 최적화할 수 있다. 보다 상세히는, 흡음 인서트(100)가 바람직하게는 변형 및 압축이 가능하기 때문에, 하우징 내에 배치된 재료의 양(예컨대, 질량)이 증가 또는 감소될 수 있어, 최종 흡음 인서트(100)는 [관(26)에 의해 점유된 용적을 제외하고] 하우징(22) 내의 유효 용적을 항상 채울 수 있다. 이와 관련하여, 다른 곳에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 흡음 인서트(100)를 포함하는 실제 재료량이 머플러 성능을 결정한다. 그러나, 일반적으로 흡음 인서트(100)를 포함하는 재료량(재료 질량)을 감소시키면 머플러(20)의 소음 저감 능력을 저하시킬 수도 있다. 반대로, 재료를 보다 많이 첨가하면 금지된 배압을 발생시킬 수도 있다. 주목할 만한 점은, 흡음 인서트(100)를 포함하는 "최적의" 재료량은 웹 조성과 하우징 내의 유효한 내부 용적과 상관한다는 것이다. 예컨대, 약 0.5 내지 2.0 in³(8 ×10³내지 33 ×10³mm³)의 유효 내부 용적[즉, 하우징(22)의 내부 용적에서 하우징(22) 내에 관(26)의 용적을 감산한 용적]을 갖는 하우징(22)의 경우에, 흡음 인서트(100)는 0.25 내지 1.0 그램의 질량을 갖는 것이 바람직하며, 여기서 5 내지 50 데니어의 스티렌 부타디엔으로 피복된 폴리에스테르 섬유가 웹 재료로서 사용된다.

다음에, 하우징(22)은 도 4에 도시된 바와 같이 베이스(24)에 장착된다. 보다 상세히는, 환형 플랜지(62)가 하우징(22)에 의해 형성된 수용 영역(42)과 접촉하도록 지향된다. 안내면(44)은 환형 플랜지(62) 내에 하우징(22)의 배치를 용이하게 한다. 바람직한 한 실시예에서, 환형 플랜지(62)의 내부면(86)은 하우징(22)의 결합면(46)과 마찰식으로 결합한다. 반경방향 정지부(48)는 환형 플랜지(62)와 접촉하는 반면에, 숄더(88)는 하우징(22)의 상류 단부(34)와 맞닿는다. 일단 적절하게 배치되면, 하우징(22)과 베이스(24)를 밀봉하는 것이 바람직하다. 예컨대, 진동 융착법을 이용할 수 있다. 이와 달리, 접착제와 같은 다른 밀봉 방법이 또한 유용할 수 있다.

최종 조립된 형태에서, 관(26)은 하우징(22) 내에서 중앙으로 연장하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 관(26), 특히 하류 부분(74)은 유출 단부(68)가 하우징(22)의 상류 단부(34)와 하류 단부(36) 사이에서 등거리상에 있도록 형성된다. 예컨대, 바람직한 일 실시예에서, 하우징(22)의 내부 높이[상류 단부(34)에서 단부벽(32)의 내부면까지의 거리로서 정의됨]는 0.8 인치(20.3 mm)이며, 유출 단부(68)는 하우징(22) 내에서 0.39 인치(9.9 mm)의 높이로 연장한다. 주목할 만한 점은, 유출 단부(68)가 상류 단부(34)와 하류 단부(36) 사이에서 등거리상에 있을 필요가 없다는 것이다. 그러나, 하우징(22)에 대한 베이스(24)의 관계는, 최종 조립시 관(26)의 유출 단부(68)가 대략 하우징(22) 높이의 25% 내지 75%의 높이, 보다 바람직하게는 하우징(22) 높이의 40% 내지 60%의 높이로 연장하도록 되는 것이바람직하다.

최종 조립시, 하우징(22)과 관(24)은 조합되어 머플러(20)의 전체 길이(또는 도 4의 배향을 참조하면 전체 높이)를 한정한다. 이와 관련하여, 베이스(24)의 일부, 특히 관(26)의 일부는 배출 포트(도시 생략) 내의 배치를 위해 형성되며, 머플러(20)의 나머지는 배출 포트에서 거리를 두고 연장한다. 따라서, 하우징(22)과 베이스(24)는 조합되어 머플러(20)의 연장 길이를 한정하며, 즉 머플러(20)의 길이는 배출 포트로부터 외측을 향해 연장한다. 이러한 한정의 견지에서, 머플러(20)는 대략 1.5 인치(38 mm), 보다 바람직하게는 대략 1 인치(25 mm)보다 작은 연장 길이를 갖는 것이 바람직하다.

조립 후에, 머플러(20)는 공기 밸브에 의해 발생된 소음을 저감시키는 데 사용된다. 예컨대, 도 5는 공기 밸브 뱅크(110)를 도시한다. 공기 밸브 뱅크(110)는 제조 및/또는 처리 장치 또는 공압식 로봇 용품과 같이 보조 장치(도시 생략)의 부품으로서 형성될 수 있다. 이와 달리, 머플러(20)는 펌프 또는 기타 공기 장치와 연계된 단일 밸브에 사용될 수도 있다. 도 5에 도시된 용례와 관련하여, 공기 밸브 뱅크(110)는 3개의 공기 밸브(112; 도 5에 전체가 도시됨)를 포함하는 것으로 도시되며, 각 공기 밸브는 배출 포트(114)를 형성한다. 일반적으로, 공기 밸브(112)의 작동은 각 배출 포트(114)를 통해 배출되는 압축 공기를 발생시킨다. 밸브가 개방되면, 배출 포트(114)를 빠져나가는 가압된 공기가 심한 난류가 되어 소음이 발생하게 된다. 이러한 소음은 본 발명에 따른 머플러(20)를 각각의 배출 포트(114)에 개별적으로 결합시킴으로써 저감된다.

각각의 머플러(20)는 사용하기 전에 각 배출 포트(114)에 장착된다. 예컨대, 대부분의 공기 밸브의 용례의 경우, 각 배출 포트(114)는 나사부가 형성되어 있다. 도 3b를 참조하면, 각 머플러(20)와 연계된 관(26)은 배출 포트(104)상의 나사부에 대응하는 외부 나사부(70)를 포함한다. 이와 달리, 다양한 기타 장착 방법을 이용할 수도 있다. 중요한 점은, 공기 밸브 뱅크(110)에 연계된 공기 밸브(112)가 서로 밀접하게 이격된 것으로 도시되어 있다는 것이다. 이러한 배열은 상업적 용례에서 매우 흔하게 생기며, 이에 의해 공기 밸브(112), 이에 따른 배출 포트의 중심간 간격은 1.5 인치(38 mm) 미만으로 된다. 이렇게 제한된 여유 공간 조건하에서는, 과대한 크기의 하우징으로 인해 "표준" 머플러를 사용하는 것이 불가능하다. 그러나, 본 발명의 머플러(20)는, 머플러(20)의 최대 폭(바람직하게는, 최대 직경)이 약 1.5 인치(38 mm) 미만이기 때문에 여유 공간이 제한된 공기 밸브(112)에 사용할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 머플러(20)는 바람직하게는 밸브 뱅크(110)로부터 대략 1.5 인치(38 mm) 미만의 연장 길이로 연장하기 때문에, 부주의한 접촉 및 손상이 일어날 기회가 크게 줄어든다.

일단 밸브 뱅크(110)에 고정되면, 머플러(20)는 배출 포트(114)에서 발생된 소음을 개별적으로 저감시킨다. 개별 머플러(20)와 개별 공기 밸브(112)는 도 6에 보다 상세히 도시되어 있다. 관(26)은 유입 단부(66)에서 배출 포트(114)에 유체 연결된다. 따라서, 공기 흐름 및 이와 결합된 음파는 관(26)을 통해 머플러(20)로 유입된다. 관(26)은 소음 방벽의 역할을 하며, 이에 따라 공기 흐름과 음파를 통로(64)를 통해 하우징(22) 내로 향하게 한다(도 6에서 화살표에 의해 전체적으로표시됨). 공기 흐름과 음파는 유출 단부(68)에서 관(26)을 빠져나가 흡음 인서트(100) 내로 유동한다. 전술한 바와 같이, 흡음 인서트(100)는 적어도 음파의 일부를 흡수하도록 구성된다. 그러나, 모든 음파가 즉시 흡수되는 것은 아닐 것이다. 대신에, 도 6에서 화살표로 도시된 바와 같이, 공기 흐름과 나머지 음파는 하우징(22), 특히 측벽(30)과 단부벽(32)과 접촉하도록 흡음 인서트(100)를 통해 거의 하류로 유동한다. 전술한 바와 같이, 상기 측벽(30)과 단부벽(32)은 음파 방벽으로서의 역할을 수행하도록 구성된다. 따라서, 나머지 음파는 다시 흡음 인서트(100)와 접촉하도록 측벽(30) 및/또는 단부벽(32)으로부터 멀어지게 굴절된다. 다시 접촉하면, 흡음 인서트(100)와 음파의 상호작용에 의해 음파가 감소되거나 흡수되게 된다. 또한, 적어도 굴절된 음파의 일부는 다른 음파와 상호작용하여 상 소거가 생기게 되며, 이에 따라 추가로 음파가 저감된다. 시간이 경과하면, 결국에는 나머지 음파가 베이스(24)를 향해 굴절되어 유입벽(60)에 있는 다수의 슬롯(80)을 통해 머플러(20)를 빠져나간다. 그러나, 머플러(20)를 빠져나가기 전에, 음파의 실질적인 부분은 흡음 인서트(100)에 의해 흡수되거나 또는 상 소거에 의해 제거된다. 공기 흐름 방벽에 존재하는 흡음 인서트(100)에 의해 공기 흐름을 난류가 적게 되도록(즉, 보다 층류로 되도록) 변경시켜 (소량일지라도) 추가의 음파 저감을 또한 달성할 수도 있다.

상당한 소음 저감을 달성하는 것에 추가하여, 본 발명에 따른 머플러(20)는 배압을 아주 적게 발생시킨다. 우선, 흡음 인서트(100)는 상당히 다공성이며, 이에 따라 공기 흐름에 대해 여백의 방벽으로 존재한다. 또한, 바람직한 측벽(30)의 테이퍼 형태는 공기 흐름을 베이스(24), 이에 따라 다수의 슬롯(80)을 향해 지향시킨다. 즉, 하우징(22)은 공기 흐름을 직접적으로 다수의 슬롯(80)으로, 이에 따라 머플러(20)의 바깥으로 전체적으로 안내하도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 머플러(20)는 상당한 소음 저감을 제공한다. 예컨대, 개방형 배출 포트의 소음이 대략 50 내지 100 dB 수준인 공기 밸브의 경우, 머플러(20)는 공기 밸브의 배출 포트의 소음을 적어도 5 dB, 보다 바람직하게는 적어도 10 dB, 가장 바람직하게는 적어도 15 dB 정도 저감시킨다. 중요한 점은, 배압을 최소로 하면서 머플러(20)가 이러한 소음 저감을 제공한다는 것이다. 이 때문에, 배압을 나타내는 적절한 변수는 공기 밸브의 실린더 회복 시간이다. 실린더 회복 시간은 단일 행정을 완료하기 위해 공기 밸브에 연계된 실린더에 필요한 어느 정도의 시간이다. 배압이 전혀 없는 경우(즉, 개방형 배출 포트의 경우)에도 실린더 회복 시간이 존재함(예컨대, 0보다 크다는 것)을 이해해야 한다. 그러나, 실린더 회복 시간의 변화(또는 증가)는 시스템에서 배압의 변화(또는 증가)와 상관한다. 따라서, 예컨대 머플러가 공기 밸브 장치에 연결되는 경우, 머플러에 의해 유발된 소정의 배압은 실린더 회복 시간을 증가시킬 것이다. 이러한 견지에서, 0 내지 40 cfm(0 내지 1,130 liters/minute)의 공기 흐름과 약 0.33 초의 실린더 회복 시간의 경우, 머플러(20)는 대략 0.01 초 미만의 실린더 회복 시간의 증가를 유발한다. 즉, 머플러(20)는 약 5% 미만의 실린더 회복 시간의 저하(또는 증가)를 유발한다. 따라서, 머플러(20)는 실린더 회복 시간이 주요 관심사인 비교적 연속적인 흐름의 공기 밸브 장치에 특히 적용할 수 있다.

본 발명의 공기 머플러는 종래의 구성에 대해 현저한 개선을 제공한다. 머플러는 머플러의 여유 공간이 제한된 공기 밸브에 사용하기 위해 특유한 크기를 가질 수 있다. 3 인치(75 mm) 이상의 직경과 5 인치(127 mm) 이상의 길이를 갖는 일반적으로 시판 중인 공기 머플러와 달리, 본 발명의 머플러는 최대 폭과 연장 길이가 모두 약 1.5 인치(38 mm) 미만일 수 있도록 특별히 설계된다. 이렇게 그 크기가 크게 감소되면, 머플러를 중심간 여유 공간이 극히 제한된 밸브의 배출 포트에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 머플러는 바람직하게는 부주의한 작업자의 접촉과 이에 따른 손상이 생기는 기회를 최소화한다. 결과적으로, 현재 시판 중인 크기가 축소된 몇몇의 다른 머플러와 달리, 본 발명의 머플러는 실질적으로 배압이 생기지 않으면서 소음 저감을 제공한다.

실시예

본 발명을 여러 특정 실시예 및 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으며, 다음의 상세한 실시예를 참조하여 더 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 실시예 및 상세한 설명에 나타낸 본 발명의 기본 주제에 대한 여러 가지 확대, 변형 및 변경이 존재함을 이해해야 한다.

본 발명에 따라 머플러를 제조하여 공기 밸브의 배출 포트에 고정하였다. 머플러는 폴리아미드(33 중량%의 유리로 강화된 나일론 6, 6)로 제조하였으며 그 외부 치수는 높이가 1.33 인치(3.38 cm)이고 베이스 직경이 1.00 인치(2.54 cm)이었다. 머플러의 유입 단부는 1/4 인치 NPT이었다. 베이스와 하우징을 함께 진동 융착하였다. 사용된 흡음 인서트 재료는 상이한 중량으로 15 데니어(아주 적은) 라텍스가 피복된 폴리에스테르 발포 미세섬유이었다.

이후에, 공기 밸브를 작동시키고 다양한 데이터를 측정하였다. 특히, 브뤼엘 앤드 크자어 타입의 2144 실시간 이중 채널 주파수 분석기 마이크로폰(Bruel & Kjaer Type 2144 Real Time Dual Channel frequency analyzer microphone)을 머플러로부터 45 각도로 24 인치(61 cm)에 배치하였다. 1초 윈도우에서 임펄스로서 음파를 측정하였다. 또한, 공기 밸브의 실린더 회복 시간을 측정하였다.

상기 변수를 염두에 두고, 본 발명의 머플러가 있는 경우(시료 1 내지 15)와 없는 경우(비교 시료 1, 즉 개방형 배출 포트) 모두에 대해 공기 밸브의 작동 중 측정을 행하였다. 데이터는 12번 판독의 평균인 비교 시료 1을 제외하고는 3 번 판독의 평균을 표시하였다. 다음의 결과를 얻었다.

시료	흡음 인서트 재료의 중량(g)	음압 수준(데시벨)	실린더 회복 시간(초)
비교 시료 1	N/A	96.4	0.3375
1	0.26	85.9	0.337
2	0.26	85.1	0.337
3	0.27	85.3	0.340
4	0.27	85.3	0.337
5	0.30	85.2	0.337
6	0.48	82.7	0.339
7	0.53	84.3	0.341
8	0.54	82.7	0.339
9	0.58	82.8	0.339
10	0.59	83.6	0.338
11	0.70	82.5	0.342
12	0.73	82.1	0.336
13	0.73	81.7	0.343
14	0.75	81.8	0.342
15	0.76	82.4	0.345

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 형태 및 상세한 부분에 있어 변경이 이루어 질 수도 있다는 것을 알 것이다. 예컨대, 머플러가 테이퍼 형상의 하우징을 포함하는 것으로 설명하였지만, 다른 구성이 유용할 수도 있다. 예컨대, 하우징은 원통형일 수도 있다. 이와 달리, 하우징은 다수의 직경의 변형물을 포함할 수도 있다.

Claims

공기 장치의 배출 포트에서 발생되는 소음을 저감시키기 위한 머플러에 있어서,

상류 단부와 하류 단부를 형성하는 하우징으로서, 상기 하류 단부는 폐쇄되어 있고, 적어도 일부는 하류 단부를 향해 그 폭이 테이퍼 형상으로 좁아지는 것인 하우징과;

상기 상류 단부에서 하우징에 고정되고, 공기 흐름과 음파를 배출 포트로부터 하우징 내로 향하게 하는 유입관을 포함하는 베이스와;

하우징 내에 배치되고, 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함하는 흡음 인서트

를 구비하는 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 하우징의 최대 외부 폭은 38 mm 미만인 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 하우징과 베이스는 조합되어 배출 포트에 대한 조립시의 연장 길이를 형성되고, 이 연장 길이는 약 38 mm 미만인 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장하는 측벽을 포함하고, 이 측벽은 하우징의 내부에서 음파에 대한 연속적인 방벽을 형성하는 것인 머플러.
제4항에 있어서, 상기 측벽의 일부는 두께가 약 0.76 내지 2.3 mm인 것인 머플러.
제4항에 있어서, 상기 측벽은 하우징의 직경을 한정하고, 적어도 측벽의 일부는 상류 단부로부터 하류 단부로 직경이 좁아지며, 측벽의 테이퍼는 약 30°내지 50°의 끼인각을 형성하는 것인 머플러.
제4항에 있어서, 상기 측벽은 상류 단부로부터 연장하는 제1 부분과 이 제1 부분으로부터 하류 단부로 연장하는 제2 부분을 한정하고, 상기 제1 부분은 베이스를 수용하도록 구성되는 것인 머플러.
제7항에 있어서, 상기 제1 부분은 거의 원통형이며, 상기 제2 부분은 직경이 하류 단부를 향해 좁아지는 거의 절두 원뿔형인 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 베이스는 관으로부터 거의 반경방향으로 연장하는 유입벽과 관의 반대측 유입벽으로부터 연장하는 환형 플랜지를 더 포함하는 것인 머플러.
제9항에 있어서, 상기 환형 플랜지는 하우징에 밀봉되는 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 베이스는 공기 흐름이 하우징 바깥으로 빠져나가도록 관으로부터 간격을 두고 있는 하나 이상의 통로를 형성하는 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 관은 유입 단부 및 유출 단부를 한정하고, 최종 조립시 상기 유출 단부는 하우징의 내부에 위치되는 것인 머플러.
제12항에 있어서, 상기 관은 최종 조립시 유출 단부가 하우징 높이의 약 40% 내지 60%의 높이로 하우징 내에서 연장하도록 구성되는 것인 머플러.
제12항에 있어서, 흡음 인서트는 관의 유출 단부와 하우징의 하류 단부 사이에서 연속적인 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 미세도는 약 5 내지 50 데니어인 것인 머플러.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 폴리에스테르를 포함하는 것인 머플러.
제16항에 있어서, 흡음 인서트의 용적은 약 8 ×10³내지 33 ×10³mm³이며 그 질량은 약 0.25 내지 1.0 그램인 것인 머플러.
공기 장치의 배출 포트에서 발생되는 소음을 저감시키기 위한 머플러에 있어서,

상류 단부와 하류 단부를 형성하는 하우징으로서, 상기 하류 단부는 폐쇄되어 있고, 최대 외부 폭은 약 38 mm 미만인 것인 하우징과;

상기 상류 단부에서 하우징에 고정되고, 공기 흐름과 음파를 배출 포트로부터 하우징 내로 향하게 하는 관을 포함하는 베이스와;

하우징 내에 배치되고, 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함하는 흡음 인서트

를 구비하는 것인 머플러.
제18항에 있어서, 적어도 하우징의 일부는 하류 단부를 향해 그 폭이 테이퍼 형상으로 좁아지는 것인 머플러.
제18항에 있어서, 상기 하우징과 베이스는 조합되어 배출 포트에 대한 조립시의 연장 길이를 형성하고, 이 연장 길이는 약 38 mm 미만인 것인 머플러.
제18항에 있어서, 상기 하우징은 측벽을 포함하고, 적어도 이 측벽의 일부는 두께가 약 0.76 내지 2.3 mm인 것인 머플러.
제18항에 있어서, 상기 하우징은 상류 단부로부터 하류 단부로 연장하는 측벽을 포함하고, 적어도 측벽의 일부는 직경이 하류 단부를 향해 좁아져서 약 30°내지 50°의 끼인각을 형성하는 것인 머플러.
제18항에 있어서, 상기 베이스는 관으로부터 거의 반경방향으로 연장하는 유입벽을 더 포함하고, 이 유입벽은 공기 흐름이 하우징 바깥으로 빠져나가도록 하나 이상의 통로를 형성하는 것인 머플러.
제18항에 있어서, 상기 관은 유입 단부 및 유출 단부를 한정하고, 최종 조립시 상기 유출 단부는 하우징의 내부에 위치되는 것인 머플러.
제24항에 있어서, 상기 관은 최종 조립시 유출 단부가 하우징 높이의 약 40% 내지 60%의 높이로 하우징 내에서 연장하도록 구성되는 것인 머플러.
제24항에 있어서, 흡음 인서트는 관의 유출 단부와 하우징의 하류 단부 사이에서 연속적인 것인 머플러.
제18항에 있어서, 흡음 인서트의 용적은 약 8.0 ×10³내지 33 ×10³mm³이며 그 질량은 약 0.25 내지 1.0 그램인 것인 머플러.
공기 장치의 배출 포트에서 발생되는 소음을 저감시키기 위한 머플러에 있어서,

상류 단부와 하류 단부를 형성하는 하우징으로서, 상기 하류 단부는 폐쇄되어 있고, 상류 단부에서 38 mm 미만의 최대 외부 폭으로부터 하류 단부를 향해 테이퍼 형상으로 좁아지는 것인 하우징과;

상기 상류 단부에서 하우징에 고정되고, 공기 흐름과 음파를 배출 포트로부터 하우징 내로 향하게 하는 관을 포함하는 베이스와;

하우징 내에 배치되고, 음파를 흡수하도록 구성된 섬유 웹을 포함하는 흡음 인서트

를 구비하는 것인 머플러.
제28항에 있어서, 상기 하우징과 베이스는 조합되어 배출 포트에 대한 조립시의 연장 길이를 형성하고, 이 연장 길이는 약 38 mm 미만인 것인 머플러.
제28항에 있어서, 상기 하우징은 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장하는 측벽을 포함하고, 이 측벽은 음파에 대한 연속적인 방벽을 형성하는 것인 머플러.
제28항에 있어서, 상기 베이스는 관으로부터 거의 반경방향으로 연장하는 유입벽을 더 포함하고, 이 유입벽은 공기 흐름이 하우징 바깥으로 빠져나갈 수 있게 하기 위한 하나 이상의 통로를 형성하는 것인 머플러.
제28항에 있어서, 상기 관은 유입 단부 및 유출 단부를 한정하고 최종 조립시 상기 유출 단부가 하우징의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 대략 등거리상에 있도록 구성되는 것인 머플러.
제28항에 있어서, 흡음 인서트의 용적은 약 8.0 ×10³내지 33 ×10³mm³이며 그 질량은 약 0.25 내지 1.0 그램인 것인 머플러.
배출 포트를 형성하는 공기 밸브와,

상기 배출 포트에 유체 연결되는 제1항에 따른 머플러

를 구비하는 것인 공기 밸브 장치.
제34항에 있어서, 하우징의 최대 외부 폭은 38 mm 미만인 것인 공기 밸브 장치.
제34항에 있어서, 하우징과 베이스는 조합되어 배출 포트에 대한 조립시의 연장 길이를 형성하고, 이 연장 길이는 약 38 mm 미만인 것인 공기 밸브 장치.
제34항에 있어서, 하우징은 측벽을 포함하고, 적어도 측벽의 일부는 두께가 약 0.76 내지 2.3 mm 인 것인 공기 밸브 장치.
제34항에 있어서, 관은 유입 단부와 유출 단부를 한정하고, 최종 조립시 상기 유출 단부는 하우징의 내부에 위치되는 것인 공기 밸브 장치.
제38항에 있어서, 상기 관은 최종 조립시 유출 단부가 하우징 높이의 약 40% 내지 60%의 높이로 하우징 내에서 연장하도록 구성되는 것인 공기 밸브 장치.
제34항에 있어서, 섬유는 폴리에스테르인 것인 공기 밸브 장치.
배출 포트를 형성하는 공기 밸브와,

상기 배출 포트에 유체 연결되는 제18항에 따른 머플러

를 구비하는 것인 공기 밸브 장치.
제41항에 있어서, 적어도 하우징의 일부는 폭이 하류 단부를 향해 좁아지는 것인 공기 밸브 장치.
제41항에 있어서, 하우징과 베이스는 조합되어 배출 포트에 대한 조립시의 연장 길이를 형성하고, 이 연장 길이는 약 38 mm 미만인 것인 공기 밸브 장치.
제41항에 있어서, 하우징은 측벽을 포함하고, 적어도 측벽의 일부는 두께가약 0.76 내지 2.3 mm 인 것인 공기 밸브 장치.
제41항에 있어서, 관은 최종 조립시 유출 단부가 하우징 높이의 약 40% 내지 60%의 높이로 하우징 내에서 연장하도록 구성되는 것인 공기 밸브 장치.
제41항에 있어서, 흡음 인서트의 용적은 약 8.0 ×10³내지 33 ×10³mm³이며 그 질량은 약 0.25 내지 1.0 그램인 것인 공기 밸브 장치.