JP2637626B2 - 高圧洗浄装置のフラットジェットノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、出口とこの出口の上流に同心配置されて出
口に開口する円形断面の流路とを備え、この流路が、流
れ方向へ円錐状に縮径されて、出口の前方上流に位置す
る円筒状部分に遷移し、この部分の端部が出口を形成
し、流路の円錐状部分が円筒状部分に遷移する領域に
は、流路の径方向側面に流路の複数のポケット状延長部
が配置され、それら延長部が、相互に対称に配置、形成
され、円錐状部分を流通する液体の一部を円筒状部分に
本質的横断方向へ誘導する偏向面を備えて構成される高
圧洗浄装置のフラットジェットノズルに関する。

フラットジェットノズルは、扇形に広がる洗浄ジェッ
トにより分割して洗浄されるべき表面に沿った吹き付け
を可能にするために使用される。この洗浄ジェットは、
ジェット（噴流）の全幅に亙って可及的に一様な洗浄作
用を有するとともに、被洗浄面からノズルまでの多様な
距離範囲に亙ってこの洗浄作用を可及的に維持すること
を所望される。そのためにフラットジェットは、扇形の
広がり方向を横切る方向へはできるだけ小さく広がるこ
とが必要である。さらに、ジェット内部の圧力分布は、
液体の衝突速度が全断面に亙って可及的に一定であるよ
うに設定されなければならない。

スリット状又は長円形の出口を備えた従来のフラット
ジェットノズル（英国特許Ａ−2157592号、ベルギー特
許Ａ−554493）では、上記を達成できないことがしばし
ばである。多くの場合、ジェットの中心における液体の
衝突圧力は周縁領域におけるそれよりもかなり大きい。
しかも、ジェットはしばしば、実際の扇形広がり方向を
横切る方向へ広げられる。

本発明の目的は、一般的形成のフラットジェットノズ
ルを、ジェットの断面に亙って可及的に一様な洗浄作用
を達成するフラットジェットが生じ、それによりこの洗
浄作用が、被洗浄面からのさらに広い距離範囲に亙って
可及的に維持されるように構成することにある。

この目的を達成する本発明は、冒頭に述べた種類のフ
ラットジェットノズルにおいて、出口は、流れ方向を横
断する円形断面を有し、複数のポケット状延長部は、円
筒状部分の全径を本質的に超えて延びるように構成され
るものである。

驚くべきことに、ノズル内流路を出口との双方が円形
断面を有する場合、すなわちそれらが細形出口の概念に
従って形成されず、回転対称形のコンパクトジェットを
生成する際に慣例的に使用された方法で形成される場合
に、フラットジェットは所望の特性を有して生成される
ことが見出された。このときコンパクトジェットは、複
数の側方延長部分に配置される偏向面により、扇形に広
げられたフラットジェットに変換される。これら偏向面
は、対向側面からの液体の部分量をコンパクトジェット
に横断方向へ導入し、それによりコンパクトジェットを
変形して導入方向を横切るように広げる。回転対称形流
路と回転対称形出口とを使用したにも関わらず、ジェッ
トの広がりが生じ、その結果ジェットは、その広がり方
向に直交する方向へ圧縮され、すなわち実際の広がり方
向を横切る広がりは首尾よく回避される。実際にジェッ
トは、それに側方から進入する支流群の間で圧縮され、
一方向へ広がることを防止される一方で、それに直交し
て延びる面上で広げられる。

このとき流れの動静は、側方凹部によるこのようなコ
ンパクトジェットの変形に特に適した円錐状縮径部分に
よってノズル内部に形成されることが重要である。円錐
状部分と円筒状部分との間の遷移領域における凹部の配
置は、上記したような所望のジェット形状を生じさせ
る。流れの動静が細部までは明確でないけれども、円錐
状部分により、流入する液体は極めて効果的にコンパク
トな層状流れジェットとして形成されると思われる。こ
のジェットは、側方へ偏向した支流によって極めて効果
的に変形できる。

このようにして形成されるフラットジェットにより生
成される圧力の輪郭は、特に注目に値する。例えば、フ
ラットジェットの全断面に亙って本質的に一定の圧力値
が生じ、また最外縁部では圧力が他の断面における一定
圧力を超えて僅かに上昇する、すなわち最外縁部ではご
く限られた範囲で幾分上昇した洗浄作用が生じることが
分かっている。このようなジェットを被洗浄面に吹き付
けると、ジェットによって覆われる帯状部分全体に完全
に一様な洗浄作用を達成することができる。すなわち外
縁部では、使用者による視認も可能な極めて有効な洗浄
が生じ、使用者が洗浄帯状部分を相互に直に隣接させる
際に、より大きな表面領域を完全に一様にかつ効果的に
洗浄することができる。ある表面領域を何度も覆う必要
はない。またこの洗浄作用は、流れ方向に見てさらに大
きな領域に亙り同様に生じる。

好適な実施の形態では、円錐状部分の開放角度は10°
と90°との間、好ましくは30°と50°との間である。

偏向面は、様々な幾何形状を有することができる。要
点は、流路の円筒状部分に本質的に平行に流入する液体
の流れが偏向され、かつ偏向後に流路の円筒状部分に本
質的に横断方向へ侵入することである。偏向面が球の一
部分の表面（部分面）である構成は特に有利である。こ
のとき球の部分面は、流路の長手方向に平行に延びる円
筒状又は切頭円錐状の部分面に有利に隣接することがで
きる。端部で球状に形成される円筒状又は円錐状のボア
が、流路の円筒状部分に平行にかつ側方へ後退してノズ
ル本体に導入される場合に、上記のような延長部を容易
に形成することができる。

球状偏向面の中心点間の距離と出口の直径との比は、
0.04と３との間、特に0.04と1.5との間にあるようにす
ることができる。この比は、広がりの程度に関して極め
て重要である。中心点間距離が僅かであるとき、ポケッ
ト状凹部の容積は微小になり、すなわち側方へ偏向して
主ジェットに流入する支流の流量が少なくなり、その結
果、広がりが小さくなる。したがって広がり角度は、こ
の比によって制御でき、中心点間距離が増加するに従っ
て大きくなる。

さらに、部分球状偏向面の直径と出口の直径との比
は、１と２との間、好ましくは1.1と1.6との間にあるこ
とが有利である。部分球状偏向面の直径が出口の直径よ
り小さい場合、主ジェットは広がらずに２つの支ジェッ
トに分流する。また、部分球状偏向面の直径が出口の直
径の２倍より大きい場合、主ジェットの変形が明確に減
少し、すなわち広がりが少なくなる。そして主ジェット
は、回転対称のコンパクトジェットに徐々に近似する。

さらに、偏向面の最下点の連接部と流路の円筒状部分
の端部との間の円筒状部分の長さは、出口の直径の５％
と30％との間にあることが有利である。したがって流路
の円筒状部分は、偏向面の連接部の近傍で終端し、それ
により、ジェットの外側部分が円筒状部分の内壁によっ
て妨げられることなく、ジェットの比較的大きな広がり
角度を得ることが可能になる。

円筒状部分への遷移領域までの流路の円錐状部分の長
さは、出口の直径の５〜20倍に相当することが好まし
い。その結果、流路の円筒状部分への流れを集中させて
加速させる比較的長い円錐状部分が形成される。

好適な実施例の形態において、円筒状部分の長さは出
口の直径の0.1〜１倍に相当する。

出口は、出口の下流に離間して配置される保護環によ
って包囲されることが好ましい。この保護環の内径は、
好ましくは出口の直径の1.5〜10倍に相当する。この保
護環は、出口から流出するフラットジェットを全く妨害
しないが、渦流空気等に関してそれを安定させるととも
に、出口をノズル本体の端面に関して後退させる。

流れ方向への保護環の長さは、出口の直径の0.2〜５
倍に相当することができる。

本発明の好適な実施の形態に関する以下の説明は、図
面に関連して本発明をさらに詳細に開示するものであ
る。図面において、 図１は、フラットジェットのノズル本体の長手方向断
面図、 図２は、図１のノズル本体を流れ方向で示す平面図、 図３は、図１のノズル本体を、そこから放出される扇
形に広がったフラットジェットと共に示す概略側面図
で、フラットジェットの全断面に亙る圧力分布を概略で
示す図、及び 図４は、図３の矢印Ａの方向から示す図３の類型図で
ある。

図１及び図２に示すノズル本体１は、本質的に円筒形
状を有し、一端に張出環状フランジ２を支持する。ノズ
ル本体１は、様々な選択的手段、例えば図示しないねじ
付つば状リングによって、流体供給源に接続される。こ
のリングはノズル本体１の円筒形部分に押し付けられ、
環状フランジ２に支持され、中間層であるシールにより
ノズル本体１をジェット管に対して固定する。また、ノ
ズル本体１をノズルハウジングに挿入して、例えばノズ
ルハウジングに圧入したり接着したりすることができ
る。

ノズル本体は、真鍮等の金属や、摩滅や断裂に対する
耐久性を向上させるために超硬合金から形成でき、また
セラミックやプラスチック材料を使用することもでき
る。

ノズル本体１には、ノズル本体１を長手方向に貫通す
る流路３が配置される。この流路は、流入側に円錐状縮
径部分４を備え、その後段に円筒状部分５が配置され
る。円筒状部分５は円形出口６で終端し、円形出口６
は、ノズル本体１の端面８にて円形断面を呈する凹部７
に開口する。凹部７は出口６よりも大きな内径を有し、
それにより流路の階段状延長部がこの領域に形成され
る。凹部７は、ノズル本体１によって保護環９の形態で
包囲される。

円錐状縮径部分４と円筒状部分５との間の遷移領域に
は、流路の径方向対向側面に２つのポケット状延長部10
が配置される。これら延長部は、図示実施形態では、上
流側で円筒の一部を構成する表面と、この表面に隣接し
て球の一部を構成する表面とによって画成される。

円錐状縮径部分４の開放角度αは、10°〜90°であ
り、好ましくは30°〜50°である。円錐状縮径部分４の
長さｙは、出口６の直径ｅの５〜20倍に相当する。円筒
状部分５の長さｄは、出口６の直径ｅの0.1〜１倍に相
当する。

２つのポケット状延長部10は、流路の長手軸線に平行
に挿入された球状端部を有するボアから形成される。こ
れら球状面の中心点の間の距離ａは、出口の直径ｅの0.
04〜３倍、特に0.04〜1.5倍に相当し、部分球状偏向面
の直径ｂは、出口の直径ｅの１〜２倍、好ましくは1.1
〜1.6倍に相当する。

ポケット状延長部の偏向面は、出口６の比較的近傍で
流路３の円筒状部分５に開口する。延長部10の偏向面11
の下端連接部と円筒状部分５の端部との間の流路３の円
筒状部分５の長さｃは、好ましくは出口６の直径ｅの５
％〜30％である。

保護環９の内径ｆは、出口の直径ｅの1.5〜10倍に相
当し、保護環９の流れ方向への長さｇは、出口の直径ｅ
の0.2〜５倍に相当する。

好適な実施の形態において、出口の直径ｅは例えば1.
6mmであることができ、それにより上記したノズル全体
の可能な寸法が特定の比率に基づいて算出される。

円錐状縮径部分と円筒状部分との間の遷移領域におけ
る側方凹部により、ジェット12の扇形の広がりが生じ、
２つの凹部10の間の中心面に沿って、すなわち円筒状部
分５への偏向面11の流入方向を横断して、ジェットは出
口６から流出する。この面におけるジェット12の放散角
度は、一方では両延長部10の中心点間の距離ａによっ
て、他方では球状偏向面11の直径ｂによって、変更可能
である。これら両寸法は、液体の主流と、延長部10及び
偏向面11によってこの主流を横切る方向へ導入される支
流との比率を変化させる。これら支流が主流に対して多
ければ多いほど、主流の扇形広がりが大きくなる。

図３及び図４から明らかなように、扇形広がりは、２
つの延長部10の間の中心面にほぼ集中的に生じ、これを
横切る方向へは、出口６から所定距離の位置でごく僅か
の扇形広がりが生じる（図４）。

このようにして、本質的に１つの面上で扇形に広がる
とともに、図３及び図４にハッチングで示すようなより
大きな距離範囲に亙って、ジェットの全断面にて本質的
に一様の圧力分布を有するジェットが得られる。圧力分
布は、圧力分布曲線14によって図３に示される。この曲
線は、全断面に亙る圧力値を、その上昇が下向きになる
ように示す。これから明らかなように、ジェット12の周
縁部15では、圧力の僅かな上昇が非常に狭い範囲で生
じ、すなわちフラットジェットの洗浄作用は、外側領域
まで全断面に亙って同様に良好であり、周縁領域では僅
かに改善される。

このような全断面に亙って平衡した洗浄作用により、
洗浄ノズルが低い動作圧力で作動することが可能になる
とともに、それにも関わらず被洗浄表面全体に亙る完全
な洗浄を達成できるようになる。また、必要な動作圧力
の低減は、より小さい高圧ポンプの使用を可能にする。
すなわち上記した新規なフラットジェットノズルの特有
の構成により、高圧洗浄装置は全体に軽微な構造からな
ることができる。さらに、そのような高圧洗浄装置に要
求されるエネルギは、周知の装置に比べて小さくなる。

また、円形の出口６を使用することにより、ノズルの
摩滅及び断裂が相当に低減されることが分かっている。

様々な適用に関して、比較的小さな放散角度を有する
フラットジェットを有することが重要である。これはま
た、距離ａ、及び必要ならば球状偏向面の直径ｂを適当
に変更することによっても達成できる。例えば、４°程
度の小さな放散角度を達成でき、それにも関わらずその
結果上記特性を有するフラットジェットが生じる。

上記したノズルは、金属材料を使用する場合は切削加
工により生成できる。このとき側方延長部10は、球状刃
先を有したドリル又は成形カッターによって形成される
ボアからなることが特に好ましい。

異なる実施形態において、基本輪郭すなわち外形を有
したノズル本体と、円錐状縮径部分４及び円筒状部分５
を備えた流路とを、機械加工により形成するとともに、
側方延長部10をこの基本輪郭に型押形成することもでき
る。このとき、工具は例えば、心出し手段として流路３
に係合する中心刃先を備えて使用できる。

例えばプラスチック等の他の材料を使用する場合は、
ノズル全体を射出成形工程により製造することができ
る。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出口（６）と該出口の上流に同心配置され
   て該出口に開口する円形断面の流路（３）とを備え、該
   流路が、流れ方向へ円錐状に縮径されて、出口（６）の
   前方上流に位置する円筒状部分（５）に遷移し、該部分
   の端部が該出口（６）を形成し、流路（３）の円錐状部
   分（４）が円筒状部分（５）に遷移する領域には、流路
   （３）の径方向対向側面に流路（３）の複数のポケット
   状延長部（10）が配置され、それら延長部が、相互に対
   称に配置、形成され、円錐状部分（４）を流通する液体
   の一部を円筒状部分（５）に本質的横断方向へ誘導する
   偏向面（11）を備えて構成される高圧洗浄装置のフラッ
   トジェットノズルにおいて、 出口（６）は、流れ方向を横断する円形断面を有し、 複数のポケット状延長部（10）は、円筒状部分（５）の
   全径を本質的に超えて延びること、 を特徴とするフラットジェットノズル。
2. 【請求項２】円錐状縮径部分（４）の開放角度（α）が
   10°と90°との間にあることを特徴とする請求項１に記
   載のフラットジェットノズル。
3. 【請求項３】円錐状縮径部分（４）の開放角度（α）が
   30°と50°との間にあることを特徴とする請求項２に記
   載のフラットジェットノズル。
4. 【請求項４】偏向面（11）が球の部分面であることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフラット
   ジェットノズル。
5. 【請求項５】球状偏向面（11）が、流路（３）の長手方
   向に平行に延びる円筒又は切頭円錐の部分面に隣接する
   ことを特徴とする請求項４に記載のフラットジェットノ
   ズル。
6. 【請求項６】部分球状偏向面（11）の中心点間の距離
   （ａ）と出口（６）の直径（ｅ）との比が0.04と３との
   間にあることを特徴とする請求項４又は５に記載のフラ
   ットジェットノズル。
7. 【請求項７】部分球状偏向面（11）の中心点間の距離
   （ａ）と出口（６）の直径（ｅ）との比が0.04と1.5と
   の間にあることを特徴とする請求項６に記載のフラット
   ジェットノズル。
8. 【請求項８】部分球状偏向面（11）の直径（ｂ）と出口
   （６）の直径（ｅ）との比が１と２との間にあることを
   特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のフラッ
   トジェットノズル。
9. 【請求項９】部分球状偏向面（11）の直径（ｂ）と出口
   （６）の直径（ｅ）との比が1.1と1.6との間にあること
   を特徴とする請求項８に記載のフラットジェットノズ
   ル。
10. 【請求項１０】偏向面（11）の最下点の連接部と流路
    （３）の円筒状部分（５）の端部との間の円筒状部分
    （５）の長さ（ｃ）が、出口（６）の直径（ｅ）の５％
    と30％との間にあることを特徴とする請求項１〜９のい
    ずれか１項に記載のフラットジェットノズル。
11. 【請求項１１】円筒状部分（５）への遷移領域までの流
    路（３）の円錐状縮径部分（４）の長さ（ｙ）が、出口
    （６）の直径（ｅ）の５〜20倍に相当することを特徴と
    する請求項１〜10のいずれか１項に記載のフラットジェ
    ットノズル。
12. 【請求項１２】円筒状部分（５）の長さ（ｄ）が出口
    （６）の直径（ｅ）の0.1〜1.0倍に相当することを特徴
    とする請求項１〜11のいずれか１項に記載のフラットジ
    ェットノズル。
13. 【請求項１３】出口（６）が、該出口（６）の下流に離
    間して配置される保護環（９）によって包囲されること
    を特徴とする請求項１〜12のいずれか１項に記載のフラ
    ットジェットノズル。
14. 【請求項１４】保護環（９）の内径（ｆ）が出口（６）
    の直径（ｅ）の1.5〜10倍に相当することを特徴とする
    請求項13に記載のフラットジェットノズル。
15. 【請求項１５】流れ方向への保護環（９）の長さ（ｇ）
    が出口（６）の直径（ｅ）の0.2〜５倍に相当すること
    を特徴とする請求項13又は14に記載のフラットジェット
    ノズル。