JP2002011383A

JP2002011383A - 噴出ノズル

Info

Publication number: JP2002011383A
Application number: JP2000199073A
Authority: JP
Inventors: Tetsutaro Nakagawa; 徹太郎中川; Toshiyuki Horio; 敏幸堀尾
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】同等の供給圧力の条件で、従来より大きな噴
流圧力を得ることができる噴流ノズルを提供すること。【解決手段】噴出ノズル１０では、入口孔１３の開口
の面積である入口面積と、出口孔１１の開口の面積であ
る出口面積との比を、略３対１にすることにより、噴出
ノズル１０内の圧力損失を小さくすると同時に、入口孔
１３と出口孔１１とを、所定角度θが２０度のテーパ内
壁面１２により接続することによって、噴出ノズル１０
内の渦流の発生を抑えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気を動力源
とする噴出ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エアブローの省エネルギーに関し
ては、図１０に示すように、配管側の有効断面積Ｓ₁と
ノズル側の有効断面積Ｓ₂のＳ₁／Ｓ₂の比を３以上とす
ると、圧力損失が小さく抑えられて、ブロー効果が高く
なることが知られており、この点については、「油空圧
技術」（Ｖｏｌ．３７、Ｎｏ．１３、１９９８年１２月
発行）の第５３ページにも記載されている。

【０００３】さらに、「油空圧技術」（Ｖｏｌ．３７、
Ｎｏ．１３、１９９８年１２月発行）の第５３〜５４ペ
ージには、図１１に示すように、鋼管などをカットした
もの１０１をノズルとして使用すると、渦流１０２が生
じて騒音が大きく、流量も大きくなるので、低騒音と空
気消費量の低減を図るためには、図１２に示すような整
流ノズル１０３を使用すればよいことが記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エアブ
ローで使用する圧縮空気の使用量は、未だ、工場内の総
使用量のかなりの割合を占めており、近年の地球温暖化
防止にためには、さらなるエアブローの省エネルギーが
求められていた。

【０００５】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、同等の供給圧力の条件
で、従来より大きな噴流圧力を得ることができる噴流ノ
ズルを提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に成された請求項１に係る発明は、流体が入る入口孔
と、前記流体が出る出口孔とが形成され、前記出口孔か
ら前記流体を噴出する噴出ノズルであって、前記入口孔
の開口の面積である入口面積と、前記出口孔の開口の面
積である出口面積との比が、略３対１であり、かつ、前
記入口孔と前記出口孔とが所定角度のテーパ内壁面によ
り接続されること、を特徴としている。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載する噴出ノズルにおいて、前記所定角度が１０度か
ら４０度であること、を特徴としている。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に記載する噴出ノズルにおいて、前記入口孔
及び前記出口孔を２個以上有すること、を特徴としてい
る。

【０００９】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載する噴出ノズルにおいて、前記出口孔は、円周上に
形成された２個以上の円周出口孔と、前記円周の中心に
形成された中心出口孔とからなること、を特徴としてい
る。

【００１０】すなわち、本発明の噴出ノズルでは、入口
孔の開口の面積である入口面積と、出口孔の開口の面積
である出口面積との比を、略３対１にすることによっ
て、噴出ノズル内の圧力損失を小さくすると同時に、入
口孔と出口孔とを所定角度のテーパ内壁面により接続す
ることによって、噴出ノズル内の渦流の発生を抑えてお
り、そのため、噴出ノズルの先端における吐出圧力の低
下を著しく低減することができるので、同等の供給圧力
の条件で、従来より大きな噴流圧力を得ることができ
る。

【００１１】従って、本発明の噴出ノズルでは、従来よ
り低い供給圧力の条件で、従来と同じ噴流圧力を得るこ
とができるので、多数のエアーブローを有する工場にお
ける省エネルギー化に貢献することができる。

【００１２】もっとも、入口孔と出口孔とを接続するテ
ーパ内壁面の所定角度については、噴出ノズル内の渦流
の発生を抑える観点からするならば、小さい程よいこと
になるが、小さすぎると、噴出ノズルが長くなって、エ
アブローの作業上の問題が発生するだけでなく、製作上
の限界の問題も発生することから、現実の使用・加工の
状況などから総合的に判断すると、かかる所定角度は、
１０度から４０度が適切な範囲と言える。

【００１３】尚、本発明の噴出ノズルは、１個の入口孔
と１個の出口孔とが形成されたものに限定するものでは
なく、複数個の入口孔と複数個の出口孔とが形成された
ものであってもよい。具体的には、例えば、出口孔とし
て、円周上に形成された２個所以上の円周出口孔と、そ
の円周の中心に形成された中心出口孔とを有するものが
ある。また、本発明の噴出ノズルは、入口孔と出口孔の
形状を円形に限定するものだけではなく、矩形であって
もよい。

【００１４】また、従来の技術の欄で述べたように、従
来の技術では、圧力損失を小さく抑えるために、配管側
の「有効断面積」とノズル側の「有効断面積」の比を３
対１とするが、本発明の噴出ノズルでは、入口孔の開口
の面積である「入口面積」と出口孔の開口の面積である
「出口面積」の比を略３対１としており、この点におい
て、従来技術と異なる。このとき、入口孔の開口の面積
である「入口面積」は、本発明の噴出ノズルに接続され
るものであって流体を供給する配管の「断面積」とほぼ
同じとなる場合もあるが、かかる配管の「断面積」と異
なる場合もある。

【００１５】また、ノズル内にテーパ面を設けた場合に
は、ノズル内にオリフィスを設けた場合と比べて、ノズ
ルから噴出される流体の流量が増加することが既に知ら
れているが（以下、「既知事項」という）、本発明の噴
出ノズルでは、従来より大きな噴流圧力を得るため、入
口孔の入口面積と出口孔の出口面積の比を略３対１とし
た上で、入口孔と出口孔とを所定角度のテーパ内壁面で
接続しており、この点において、「既知事項」とは異な
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の噴出ノズルの実施
の形態を、具体例を４つあげて説明する。尚、後述する
本実施の形態の噴出ノズルは、いずれも、黄銅を切削加
工で製作したものである。

【００１７】先ず、第１実施の形態の噴出ノズルについ
て説明する。図１に、第１実施の形態の噴出ノズルの断
面図を示す。また、図２に、第１実施の形態の噴出ノズ
ルの正面図を示す。第１実施の形態の噴出ノズル１０で
は、噴出ノズル１０の後端部分に入口孔１３が形成され
ており、また、噴出ノズル１０の先端部分に出口孔１１
が形成されている。そして、入口孔１３と出口孔１１
は、所定角度θが２０度のテーパ内壁面１２を介して連
通されている。

【００１８】さらに、第１実施の形態の噴出ノズル１０
では、入口孔１３の開口の面積である入口面積と、出口
孔１１の開口の面積である出口面積との比を、略３対１
になるような大きさで形成しており、また、テーパ内壁
面１２にはポリテトラフルオロエチレン又は二流化モリ
ブデンを焼き付けて、流体摩擦抵抗を低減させている。

【００１９】次に、第２実施の形態の噴出ノズルについ
て説明する。図３に、第２実施の形態の噴出ノズルの断
面図を示す。また、図４に、第２実施の形態の噴出ノズ
ルの正面図を示す。第２実施の形態の噴出ノズル２０で
は、噴出ノズル２０の後端部分に配管接続孔２５が形成
されており、また、噴出ノズル２０の中央部分に入口孔
２３が形成されており、さらに、噴出ノズル２０の先端
部分に出口孔２１が形成されている。そして、配管接続
孔２５と入口孔２３は、６０度のテーパ内壁面２４を介
して連通されており、また、入口孔２３と出口孔２１
は、所定角度θが２０度のテーパ内壁面２２を介して連
通されている。

【００２０】さらに、第２実施の形態の噴出ノズル２０
では、入口孔２３の開口の面積である入口面積と、出口
孔２１の開口の面積である出口面積との比を、略３対１
になるような大きさで形成しており、また、テーパ内壁
面２２、２４にはポリテトラフルオロエチレン又は二流
化モリブデンを焼き付けて、流体摩擦抵抗を低減させて
いる。

【００２１】次に、第３実施の形態の噴出ノズルについ
て説明する。図５に、第３実施の形態の噴出ノズルの断
面図を示す。また、図６に、第３実施の形態の噴出ノズ
ルの正面図を示す。第３実施の形態の噴出ノズル３０で
は、噴出ノズル３０の後端部分に配管接続孔３４が形成
されており、また、噴出ノズル３０の中央部分に６個の
入口孔３３が形成されており、さらに、噴出ノズル３０
の先端部分に６個の出口孔３１が形成されている。そし
て、配管接続孔３４に対して、６個の入口孔３３が直接
に連通されており、また、６個の入口孔３３と６個の出
口孔３１は、所定角度θが２０度のテーパ内壁面３２を
介してそれぞれ連通されている。

【００２２】さらに、第３実施の形態の噴出ノズル３０
では、互いに連通する入口孔３３と出口孔３１の６組の
それぞれにおいて、入口孔３３の開口の面積である入口
面積と、出口孔３１の開口の面積である出口面積との比
を、略３対１になるような大きさで形成しており、ま
た、６個のテーパ内壁面３２にはポリテトラフルオロエ
チレン又は二流化モリブデンを焼き付けて、流体摩擦抵
抗を低減させている。

【００２３】また、第３実施の形態の噴出ノズル３０で
は、６個の出口孔３１のうち５個は、ピッチ円３５の周
上に等間隔で「円周出口孔」として形成されており、さ
らに、残りの１個は、ピッチ円３５の中心に「中心出口
孔」として形成されている。

【００２４】次に、第４実施の形態の噴出ノズルについ
て説明する。図７に第４実施の形態の噴出ノズルの断面
図を示す。また、図８に第４実施の形態の噴出ノズルの
正面図を示す。第４実施の形態の噴出ノズル４０では、
噴出ノズル４０の後端部分に配管接続孔４４が形成され
ており、また、噴出ノズル４０の中央部分に矩形の入口
孔４３が形成されており、さらに、噴出ノズル４０の先
端部分に矩形の出口孔４１が形成されている。また、矩
形の入口孔４３と矩形の出口孔４１は、所定角度θが２
０度のテーパ内壁面４２を介して連通されている。

【００２５】さらに、第４実施の形態の噴出ノズル４０
では、入口孔４３の開口の面積である入口面積と、出口
孔４１の開口の面積である出口面積との比を、略３対１
になるような大きさで形成しており、また、テーパ内壁
面４２にはポリテトラフルオロエチレン又は二流化モリ
ブデンを焼き付けて、流体摩擦抵抗を低減させている。

【００２６】次に、第１実施の形態の噴出ノズル１０に
ついて、従来品のものと比較した性能試験を実施した。
すなわち、噴出ノズル１０の入口孔１３の直径が２．６
ｍｍ、噴出ノズル１０の出口孔１１の直径が１．５ｍ
ｍ、テーパ内壁面１２の所定角度θが２０度であり、入
口孔１３の開口の面積である入口面積と、出口孔１１の
開口の面積である出口面積との比が、略３対１になるも
のを、第１実施の形態の噴出ノズル１０として製作し
た。

【００２７】一方、従来品については、入口孔と出口孔
とが、段差部で直接に連通されている以外は、第１実施
の形態の噴出ノズル１０と同じものを使用した。すなわ
ち、従来品についても、入口孔の直径は２．６ｍｍ、出
口孔の直径は１．５ｍｍ、入口孔の開口の面積である入
口面積と、出口孔の開口の面積である出口面積との比
は、略３対１にある。但し、従来品には、入口孔と出口
孔の間にテーパ形状は存在しない。

【００２８】そして、第１実施の形態の噴出ノズル１０
と従来品について、圧縮空気の供給条件（圧力０．４Ｍ
Ｐａ、圧縮空気ラインとの接続口径１０ｍｍ）と、噴出
ノズルの出口孔からワークまでの距離（５０ｍｍ）とを
共通にして、ワークに対するショット力を噴出圧力とみ
なして測定し、図９に整理した。

【００２９】図９によれば、従来品の噴出圧力は、１６
ｋＰａであり、第１実施の形態の噴出ノズル１０の噴出
圧力は、従来品の約１．４倍の２２ｋＰａであった。こ
こで、第１実施の形態の噴出ノズル１０と従来品との差
異について考慮すれば、従来品には存在しなくて第１実
施の形態の噴出ノズル１０には存在するテーパ内壁面１
２（のテーパ形状）が、噴出圧力を約１．４倍も大きく
させたと言える。

【００３０】以上詳細に説明したように、第１〜４実施
の形態の噴出ノズル１０、２０、３０、４０では、入口
孔１３、２３、３３、４３の開口の面積である入口面積
と、出口孔１１、２１、３１、４１の開口の面積である
出口面積との比を、略３対１にすることにより、噴出ノ
ズル１０、２０、３０、４０内の圧力損失を小さくする
と同時に、入口孔１３、２３、３３、４３と出口孔１
１、２１、３１、４１とを、所定角度θが２０度のテー
パ内壁面１２、２２、３２、４２により接続することに
よって、噴出ノズル１０、２０、３０、４０内の渦流の
発生を抑えている。

【００３１】従って、第１〜４実施の形態の噴出ノズル
１０、２０、３０、４０では、出口孔１１、２１、３
１、４１における吐出圧力の低下を著しく低減すること
ができるので、同等の供給圧力の条件で、従来より大き
な噴流圧力を得ることができる（図９参照）。

【００３２】よって、第１〜４実施の形態の噴出ノズル
１０、２０、３０、４０では、従来より低い供給圧力の
条件で、従来と同じ噴流圧力を得ることができるので、
多数のエアーブローを有する工場における省エネルギー
化に貢献することができる。

【００３３】もっとも、入口孔１３、２３、３３、４３
と出口孔１１、２１、３１、４１とを接続するテーパ内
壁面１２、２２、３２、４２の所定角度θについては、
噴出ノズル１０、２０、３０、４０内の渦流の発生を抑
える観点からするならば、小さい程よいことになるが、
小さすぎると、噴出ノズル１０、２０、３０、４０が長
くなって、エアブローの作業上の問題が発生するだけで
なく、切削加工上の限界の問題も発生することから、現
実の使用・加工の状況などから総合的に判断すると、か
かる所定角度θは、１０度から４０度が適切な範囲と言
える。

【００３４】また、第２〜４実施の形態の噴出ノズル２
０、３０、４０では、噴出ノズル２０、３０、４０の外
周を、出口孔２１、３１、４１に向かって先細くなるよ
うに傾斜させており、噴出ノズル２０、３０、４０の外
周にある空気を、渦が発生することなく、出口孔２１、
３１、４１から噴出された空気に巻き込ませることがで
きるので、従来より大きな噴流圧力を得られる効果が高
いと考えられる。

【００３５】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、本実施の形態の噴出ノズルは、エ
アブローとしての様々な用途に使用することができ、具
体的には、噴流圧力による付着物のせん断剥離を行うガ
スター、噴流圧力による付着液滴のせん断流動排除を行
う水切り、濡れ面の多湿空気と乾燥空気の高速置換を行
う乾燥、高温面空気と冷却空気の高速置換を行う冷却、
圧力パルスによる加工物への衝撃発生とブローの複合で
行う振動ブロー、加工物の移動と同期した瞬時パルスブ
ローによる加工物の瞬時移動を行うはね出し、積層加工
物の層間への空気の吹き込み剥離を行う薄膜剥離、糸や
テープの軟質線の噴流の低圧伴流による噴流軸方向の位
置決めを行う誘引、噴流膜による雰囲気空気の透過遮断
を行うエアーカーテン、液体スプレイやオイルミスト潤
滑および金属溶射の反固溶体の噴出を行う液体混合エア
ーブロー、ショットブラストやショットピーニングを行
う粉体混合エアーブロー、液体吸引や真空発生を行う吸
引などに使用される。

【００３６】

【発明の効果】本発明の噴出ノズルでは、入口孔の開口
の面積である入口面積と、出口孔の開口の面積である出
口面積との比を、略３対１にすることによって、噴出ノ
ズル内の圧力損失を小さくすると同時に、入口孔と出口
孔とを所定角度のテーパ内壁面により接続することによ
って、噴出ノズル内の渦流の発生を抑えており、そのた
め、噴出ノズルの先端における吐出圧力の低下を著しく
低減することができるので、同等の供給圧力の条件で、
従来より大きな噴流圧力を得ることができる。

【００３７】従って、本発明の噴出ノズルでは、従来よ
り低い供給圧力の条件で、従来と同じ噴流圧力を得るこ
とができるので、多数のエアーブローを有する工場にお
ける省エネルギー化に貢献することができる。

【００３８】もっとも、入口孔と出口孔とを接続するテ
ーパ内壁面の所定角度については、噴出ノズル内の渦流
の発生を抑える観点からするならば、小さい程よいこと
になるが、小さすぎると、噴出ノズルが長くなって、エ
アブローの作業上の問題が発生するだけでなく、製作上
の限界の問題も発生することから、現実の使用・加工の
状況などから総合的に判断すると、かかる所定角度は、
１０度から４０度が適切な範囲と言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の線Ａ−Ａで切断した第１実施の形態の噴
出ノズルの断面図を示す。

【図２】第１実施の形態の噴出ノズルの正面図を示す。

【図３】図４の線Ｂ−Ｂで切断した第１実施の形態の噴
出ノズルの断面図を示す。

【図４】第２実施の形態の噴出ノズルの正面図を示す。

【図５】図６の線Ｃ−Ｃで切断した第３実施の形態の噴
出ノズルの断面図を示す。

【図６】第３実施の形態の噴出ノズルの正面図を示す。

【図７】図８の線Ｄ−Ｄで切断した第４実施の形態の噴
出ノズルの断面図を示す。

【図８】第４実施の形態の噴出ノズルの正面図を示す。

【図９】噴出ノズルの性能比較試験の結果を示した図で
ある。

【図１０】配管とノズルの有効断面積比と圧力比の関係
を示した図である。

【図１１】鋼管などをカットして製作された従来の噴出
ノズルを示した図である。

【図１２】従来の整流ノズルを示した図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０、４０噴出ノズル１１、２１、３１、４１出口孔１２、２２、３２、４２テーパ内壁面１３、２３、３３、４３入口孔 θ 所定角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が入る入口孔と、前記流体が出る出
口孔とが形成され、前記出口孔から前記流体を噴出する
噴出ノズルであって、前記入口孔の開口の面積である入口面積と、前記出口孔
の開口の面積である出口面積との比が、略３対１であ
り、かつ、前記入口孔と前記出口孔とが所定角度のテー
パ内壁面により接続されること、を特徴とする噴出ノズ
ル。
【請求項２】請求項１に記載する噴出ノズルにおい
て、前記所定角度が１０度から４０度であること、を特徴と
する噴出ノズル。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載する噴出ノ
ズルにおいて、前記入口孔及び前記出口孔を２個以上有すること、を特
徴とする噴出ノズル。
【請求項４】請求項３に記載する噴出ノズルにおい
て、前記出口孔は、円周上に形成された２個以上の円周出口孔と、前記円周の中心に形成された中心出口孔とからなるこ
と、を特徴とする噴出ノズル。