JP2005161156A - 回転ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性が高く、ロータ回転の低速化が可能な回転ノズル装置を提供する。
【解決手段】本回転ノズル装置は、ロータ軸に回転自在に装着されるロータの周側面に、ロータ水路孔と連通して反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルを設け、反動回転用ノズルの流体の噴射による反力方向をロータ軸から偏心した方向に設定することにより、ロータを回転させ、ブレーキ用ノズルの流体の噴射による反力方向をロータ軸を通る方向に設定することにより、ロータの回転速度を低速化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルから噴射する流体の噴射力の反力によりノズルを回転させ、流体を広域に噴射するノズル回転装置に関し、詳しくは、自動車、調理鍋および食器等の洗浄機に、あるいはその他の洗浄機に用いられるのに好適な回転ノズル装置である。

自動車、調理鍋、食器等を洗浄する洗浄機は、ノズルから高圧のジェット噴流を噴射し、この噴射圧により汚れ等を除去するようにしている。このような洗浄機に用いられるノズル装置として、ノズルをロータ軸に対して偏心させてロータに取付け、ノズルの噴射力による反力で、ロータと一体にノズルを回転させる回転ノズル装置が開発されている。この回転ノズル装置によると、ノズルをロータ軸中心に回転移動させているので、広範囲にわたって洗浄を行うことができる。

しかし、このような回転ノズル装置は、ノズルの噴射圧が高くなるほど噴射による反力が大きくなり、ノズルの回転速度が高くなるという関係を有する。したがって、洗浄力を上げるためにノズルの噴射圧を高くすると、ノズルの回転速度が高くなり過ぎてしまい、その遠心力によってジェット噴流が被洗浄物の表面を滑りぬけてしまったり、または霧状となってしまったりして、被洗浄物に対する噴射圧が弱まり、かえって洗浄力が低下してしまうという難点がある。

そこで、ロータの回転を低速化させる目的で、これまで各種ブレーキ機構が考えられてきた。その例として、特許文献１に記載された回転ノズル装置が挙げられる。特許文献１に例示される回転ノズル装置は、ロータの外周に、弾性体（ゴムシート）を備えるブレーキ部材が設けられたものであり、弾性体がロータの外側を取り囲むケース部材のほぼ全内周に接触することにより、ロータの低速回転を可能としたものである。

特開平５−９６２０９号公報

しかしながら、特許文献１に例示される回転ノズル装置は、ロータに設けられたブレーキ部材と、ケース部材との摩擦抵抗によりロータの回転を低速化させているので、部材の消耗による耐久性の低下や、騒音発生などの問題点があった。

本発明は、上記に鑑み、耐久性が高く、ロータ回転の低速化が可能な回転ノズル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ロータ軸に回転自在に装着されると共に、前記ロータ軸の内部の通水路に連通し半径方向に形成されたロータ水路孔を有するロータと、前記ロータの周側面に、前記ロータ水路孔と連通して設けられた反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルとを備え、前記反動回転用ノズルの流体の噴射による反力（噴射推進力）方向が前記ロータ軸から偏心した方向に設定されることにより、前記ロータが回転され、前記ブレーキ用ノズルの流体の噴射による反力方向が前記ロータ軸を通る方向に設定されることにより、前記ロータの回転速度が低速化されることを特徴とする回転ノズル装置である。

このように、反動回転用ノズルは、その噴射による反力方向がロータ軸から偏心した方向に設定されるが、「ノズルの噴射による反力方向がロータ軸から偏心する」とは、ノズルの噴射による反力方向及びその延長線と、ロータ軸及びその延長線とが交わらないこと（すなわち、両者がねじれの関係にあること）である。このようにノズルの噴射による反力方向をロータ軸から偏心させれば、ロータ軸周りにロータの回転を推進させる分力が発生し、ロータを回転させることができる。

一方、ブレーキ用ノズルは、その噴射による反力方向がロータ軸を通る方向に設定される。すなわち、ノズルの噴出による反力方向がロータ軸から偏心していないので、反力がロータ軸方向に働くことになり、ロータを回転させる推進力はなく、ロータの回転に負荷（ブレーキ）をかける。したがって、ロータの回転を減速化することができる。

また、上記では、反動回転用ノズルのみを偏心させたが、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルの両方の流体の噴出による反力方向を、前記ロータ軸から偏心した方向に設定してもよい。その場合、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルのそれぞれの噴射による反力の分力によって発生するロータ軸回りの回転モーメントが、互いに打ち消しあう方向となるように、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルの噴射方向を設定することにより、ロータの回転速度を低速化する。

上述したように、ノズルの噴出による反力方向をロータ軸から偏心させれば、ロータ軸周りの回転モーメントが発生するが、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルの噴射反力によるロータ軸回りの回転モーメントが逆方向となるように、反動回転用ノズルとブレーキ用ノズルとの噴射方向を設定すれば、反動回転用ノズルの回転モーメントの一部をブレーキ用ノズルの回転モーメントで相殺する形となり、ロータの回転を低速化させることができる。なお、反動回転用ノズルの回転モーメントが、ブレーキ用ノズルの回転モーメントよりも大となる関係にある必要がある。

なお、上記構成において、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルは、それぞれ１個ずつ設ければよいが、それぞれ複数個設けてもよい。なお、この場合、反動回転用ノズルの総回転モーメントが、ブレーキ用ノズルの総回転モーメントよりも大きくなるように設定する。

また、ブレーキ用ノズルの噴射による反力方向をロータ軸から偏心させるのではなく、ロータ水路孔をロータ軸から偏心させる形態をとってもよい。すなわち、反動回転用のロータ水路孔とブレーキ用のロータ水路孔とを設け、反動回転用ロータ水路孔及びブレーキ用ロータ水路孔をロータ軸から偏心させると共に、それぞれ流体の噴射により発生するロータ軸回りの回転モーメントが、互いに打ち消しあう方向に設定する。この構成によると、ロータの回転速度を低速化させることができる。なお、このロータ水路孔をロータ軸から偏心させる形態と、上述のブレーキ用ノズルの噴射による反力方向をロータ軸から偏心させる形態とを組み合わせた形態としてもよい。

前記反動回転用ノズル又は前記ブレーキ用ノズルは、前記ロータ水路孔の孔端に回転自在に設けられ、その噴射方向が調節可能とされることにより、前記ロータの回転速度が調節可能とすることができる。すなわち、ノズルの噴射方向を変えることにより、噴射による反力の偏心の程度を調節することができる。したがって、ノズルの噴射方向を調節して、噴射による反力の方向がロータ軸と直交する方向に近づくほど、反力の多くがロータの回転モーメントとなるので、回転モーメントが大きくなる。回転モーメントが大きくなれば、ロータの回転速度も速くなる。このように、ノズルの噴射方向を調節可能とすることにより、ロータの回転速度を任意に変えることができる。

前記反動回転用ノズル又は前記ブレーキ用ノズルは、前記ロータ水路孔の孔端に着脱自在に設けられ、前記ノズル孔径が変更可能とされることにより、前記ロータの回転速度が調節可能とすることができる。すなわち、ノズルの孔径を大きくすれば、ジェット噴流の噴射量も多くなり、噴射による反力も大きくなる。噴射による反力が大きくなれば、ロータの回転モーメントが大きくなり、ロータの回転速度も速くなる。したがって、ノズル孔径を変更可能とすることにより、ロータの回転速度を任意に変えることができる。

前記反動回転用ノズルと前記ブレーキ用ノズルとは、前記ロータ軸に対して対角線上に設けられるのが好ましい。ロータ回転時におけるロータの安定性（バランス）確保され、また、互いに噴射した洗浄水が干渉し合うのを防止することができる。

前記ロータは逆円錐形状とされ、該ロータの周側面にノズルが設けられた構成とすることができる。逆円錐形状とすることにより、ロータの周側面が斜面となる。したがって、この斜面となったロータ周側面に沿ってノズルが設けられるので、ノズルから噴射されるジェット噴流の噴射領域をロータの軸方向前方領域に逆円錐状に幅広く設定することができる。また、噴射された洗浄水が互いに干渉し合うのを防止することができる。

なお、上述の回転ノズル装置は、洗浄機、散水機などの流体を放出する種々のものに適用することができる。

以上の説明から明らかな通り、本発明によると、ロータの回転速度の減速化を摩擦抵抗によるのではなく、ブレーキ用ノズルの反力を利用しているので、部品の消耗がなく、耐久性を高く保つことができ、また、摩擦抵抗の騒音が発生しないですむ。また、摩擦抵抗を起こすための弾性部材等の他の部品を設ける必要がないので、コンパクト化を図れる。

また、反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルの両方による液体の噴射によって被洗浄物を洗浄することができるので、洗浄力を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の回転ノズル装置の側面断面図、図２は同じく回転ノズル装置の分解斜視図、図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の回転ノズル装置の回転動作を示す側面断面図、図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の回転ノズル装置の回転動作を示す斜視図、図５は本実施形態の回転ノズル装置の平面断面図である。なお、図３及び図４の（ａ）及び（ｂ）は、筒状ケースの同一方向から見た状態を示すものである。また、図４は筒状ケース及び蓋を、図５は筒状ケース、蓋及びロータを仮想線で表している。

本回転ノズル装置は、高圧ポンプを介して洗浄機の水源に接続されるロータ軸１と、このロータ軸１に回転自在に装着されたロータ２と、ロータ２の周側面に取付けられた反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４と、ロータ２の外側を囲むようにロータ軸１に固定された筒状カバー５とを備えている。

ロータ軸１は、図１に示すように、管状に形成され、その一端側が水源のホース等と接続され、他端側は一端側よりも小径に形成されてロータを回転自在に軸支する軸部１ａとされる。また、管内が通水路１ｂとなっており、軸部の先端は開口せず、閉じられている。ロータ軸１の軸部１ａには、液体を排出するための複数のロータ軸孔１ｃが形成され、後述するロータ２のロータ水路孔６と連通するようになっている。なお、図１においては、水の流れを理解しやすいように薄墨色で示した。

ロータ２は、図１に示すように、金属製で逆円錐形状に形成され、中央にロータ軸１を通す軸穴７が形成され、ロータ軸１に回転自在に装着されている。ロータ２の軸穴７は、ロータ軸１のロータ軸孔１ｃと対向する付近から半径方向にロータの周側面にかけて、２本のロータ水路孔６が貫通形成される。ロータ水路孔６は、その長さ方向がロータ２の周側面に対して直交する関係となるように形成される。また、２本のロータ水路孔６は、それぞれロータ軸１に対して対角線上の位置に形成される。なお、ロータ水路孔６をロータ軸１から偏心させてもよいが、反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４によるロータ回転速度の調節を明確化させるため、ロータ水路孔６はロータ軸１から偏心させないものとする。

洗浄水を噴出する反動力回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４は、それぞれ、Ｌ字型のエルボ管３ａ、４ａと、エルボ管３ａ、４ａの一端側の管内に挿入され着脱可能に固定されたノズルチップ３ｂ、４ｂとから構成される。反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４は、そのエルボ管３ａ、４ａの他端側をロータ水路孔６に挿入して、ロータ２に回転自在に固定される。そして、両ノズル３、４のロータ２から突出した部分はロータ２の周側面と略平行に設けられるが、ロータ２が逆円錐形状に形成されているので、ノズル３、４の噴射方向がロータ軸１から遠ざかり、ノズルの噴射領域を広くすることができる。

反動回転用ノズル３は、その噴射による反力方向がロータ軸１から偏心した方向となるように、ロータ２に固定される。図３及び図４に示すように、ノズルの噴射による反力方向をロータ軸１から偏心させれば、ロータ軸周りにロータ２の回転を推進させる分力（回転モーメントＰ）が発生し、ロータ２を回転させることができる。この回転モーメントＰは、ノズルの噴射による反力の方向の偏心の程度によって異なり、ノズルの噴射による反力の方向がロータ周側面においてロータ軸１と直交する方向に近づくほど、回転モーメントＰは大きくなる。

一方、ブレーキ用ノズル４は、その噴射による反力方向がロータ軸１から偏心せずに、ロータ軸１を通る方向に設定される。反力がロータ軸１方向に働くことになるので、ロータ２を回転させる推進力はなく、ロータ２の回転に負荷（ブレーキ）をかける。したがって、ロータ２の回転が減速され、効果的な洗浄が可能となる。すなわち、図３に示すように、ノズル４の噴出による反力は、ロータ２を下方に押し下げようとする力（ロータ回転に対する負荷）となって、結果的にロータ２の回転を押さえる効果を発揮する。なお、ロータ軸１から偏心させた反動回転用ノズル３でも下方への分力が発生するが、ロータ軸１からずれるため、ほとんど無視できるものである。

また、上述のように、ノズル３、４は、ロータ２のロータ水路孔６に回転自在に固定されており、ロータ水路孔６を中心としてロータ２の周側面に沿って、その噴射方向が調節可能とされている。したがって、ノズル３、４の噴射による反力の方向の偏心の程度を調節できるので、上述のように、回転モーメントＰの大きさを調節でき、ロータ２の回転速度を調節することができる。すなわち、反動回転用ノズル３の噴射方向をロータ２の周側面においてロータ軸１と直交する方向に近づけるほどロータ２の回転が速くなり、逆に遠ざけるほどロータ２の回転が遅くなる。このように、ノズルの噴射方向を調節することにより、ロータ２の回転速度を任意に変えることができる。

また、上述のように、ノズルチップ３ｂ、４ｂが着脱可能に設けられているので、放出口３ｃ、４ｃの大きさの異なるノズルチップ３ｂ、４ｂに変更することにより、放出口３ｃ、４ｃの大きさを変更することができる。したがって、ジェット噴流の噴射量を変更できるので、ロータ２の回転速度を任意に調節することができる。すなわち、反動回転用ノズル３の放出口３ｃの孔径を大きくするほどロータ２の回転が速くなり、逆に小さくするほどロータ２の回転が遅くなる。また、ブレーキ用ノズル４の放出口４ｃの孔径を大きくするほどブレーキの作用力が大きくなり（ロータ２の回転が遅くなり）、逆に小さくするほどブレーキの作用力が小さくなる（ロータ２の回転が速くなる）。

筒状カバー５は、噴射方向側の面（上面）が開放された円筒状のものであって、金属、セラミックあるいは硬質合成樹脂で形成されている。筒状カバー５の底面５ａにはロータ軸１を貫通する貫通孔５ｂが形成され、この貫通孔５ｂにロータ軸１を通し、ロックナット８で底面５ａを挟み込むことにより、筒状カバー５がロータ軸１に固定されるようになっている。筒状カバー１の底面５ａには、内部に溜まる水を排出する排水口５ｃが設けられる。

また、筒状カバー５の上面は、ロータ２の上面にねじ止めされた蓋９により覆われ、該蓋９は、ロータ２と共に回転する。蓋９は、周縁に縁壁９ｂを有する円板状に形成され、その板面に、反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４からのジェット水流を外部に放出させるための放出窓９ａが形成される。なお、放出窓９ａの開口範囲は、要求される洗浄領域に合わせて適宜設定すればよい。また、蓋９の縁壁９ｂと筒状カバー５の側壁５ｄとの間には隙間が設けられ、蓋９と筒状カバー５の側壁５ｄとが接触しないようにする。

上記構成において、水源からの通水路１ｂを開放すると、水源からの洗浄水は、ロータ軸１の通水路１ｂからロータ水路孔６を経て、反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４から噴出する。この際、反動回転用ノズル３は、ロータ軸１から偏心する方向に噴射するので、その噴射力の反力でロータ２がロータ軸回りに高速回転する。また、ブレーキ用ノズル４は、その噴射による反力の方向がロータ軸１と交わる方向に設定されているので、ロータ回転にブレーキをかける。したがって、反動回転用ノズル３により高速化するロータ２の回転をブレーキ用ノズル４の作用により減速化させることができるので、効果的な洗浄が可能となる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の変形例を示す回転ノズル装置の回転動作を示す側面断面図である。この変形例の回転ノズル装置は、図１〜図４に示す回転ノズル装置のうち、反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４の噴射による反力の方向をロータ軸１から偏心させ、それぞれの反力の分力によって発生するロータ軸回りの回転モーメントが、互いに打ち消し合う方向となるように設定された装置で、その他の構成は、図１〜図４に示すものと同様である。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）は、筒状ケースの同一方向から見た状態を示すものである。

この回転ノズル装置は、図６に示すように、反動回転用ノズル３及びブレーキ用ノズル４の噴射反力によるロータ軸回りの回転モーメントＰ１、Ｐ２が逆方向となるように、反動回転用ノズル３とブレーキ用ノズル４との噴射方向を設定される。反動回転用ノズル３の回転モーメントＰ１の一部をブレーキ用ノズル４の回転モーメントＰ２で相殺する形となり、ロータ２の回転を低速化させることができる。なお、反動回転用ノズル３の回転モーメントＰ１が、ブレーキ用ノズル４の回転モーメントＰ２よりも大となるようにしなければならない。すなわち、反動回転用ノズル３の噴射による反力方向の偏心の程度を、ブレーキ用ノズル４のそれよりも大きく設定すればよい。

また、上記実施形態においては、反動回転用ノズル３の噴射方向を調節することにより、ロータの回転速度を調節したが、本変形例においては、ブレーキ用ノズル４がロータ２のロータ水路孔６に回転自在に固定され、ロータ水路孔６を中心としてロータ２の周側面に沿って、その噴射方向が調節可能とされている。したがって、ブレーキ用ノズル４の噴射方向を調節することによっても、ロータ２の回転速度を調節することができる。すなわち、ブレーキ用ノズル４の噴射方向をロータ軸１と直交する方向に近づけるほどブレーキの作用力が大きくなり（ロータ２の回転が遅くなり）、逆に遠ざけるほどブレーキの作用力が小さくなる（ロータ２の回転が速くなる）。

さらにまた、図７は本発明の第２の変形例を示す回転ノズル装置のロータの平面断面図である。この第２の変形例の回転ノズル装置は、上記実施形態の回転ノズル装置において、ノズル３、４の噴射による反力方向をロータ軸から偏心させるのではなく、ロータ水路孔６自体をロータ軸１から偏心させる形態をとったものである。その他の構成は、図１〜図６に示すものと同様である。

すなわち、反動回転用のロータ水路孔６ａとブレーキ用のロータ水路孔６ｂを設け、両水路孔６ａ、６ｂをロータ軸１から偏心させると共に、それぞれから発生するロータ軸回りの回転モーメントが、互いに打ち消しあう方向となるように設定する形態とする。反動回転用ロータ水路孔６ａによりロータ２が回転されるが、ブレーキ用ロータ水路孔６ｂによりブレーキ作用を示すことができる。なお、反動回転用ノズル３の回転モーメントが、ブレーキ用ノズル４の回転モーメントよりも大となるようにしなければならない。すなわち、反動回転用ノズル４の噴射による反力方向の偏心の程度を、ブレーキ用ノズル４のそれよりも、大きく設定すればよい。

本実施形態の回転ノズル装置の側面断面図 同じく回転ノズル装置の分解斜視図 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の回転ノズル装置の回転動作を示す側面断面図 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の回転ノズル装置の回転動作を示す斜視図 本実施形態の回転ノズル装置の平面断面図 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の変形例を示す回転ノズル装置の回転動作を示す側面断面図 本発明の第２の変形例を示す回転ノズル装置のロータの平面断面図

符号の説明

１ ロータ軸
１ａ 軸部
１ｂ 通水路
２ ロータ
３ 反動回転用ノズル
４ ブレーキ用ノズル
５ 筒状カバー
６ ロータ水路孔
７ 軸穴
９ 蓋
９ａ 放出窓

Claims (8)

1. ロータ軸に回転自在に装着されると共に、前記ロータ軸の内部の通水路に連通し半径方向に形成されたロータ水路孔を有するロータと、
   前記ロータの周側面に、前記ロータ水路孔と連通して設けられた反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルとを備え、
   前記反動回転用ノズルの流体の噴射による反力方向が前記ロータ軸から偏心した方向に設定されることにより、前記ロータが回転され、
   前記ブレーキ用ノズルの流体の噴射による反力方向が前記ロータ軸を通る方向に設定されることにより、前記ロータの回転速度が低速化されることを特徴とする回転ノズル装置。
2. ロータ軸に回転自在に装着されると共に、前記ロータ軸の内部の通水路に連通し半径方向に形成されたロータ水路孔を有するロータと、
   前記ロータの周側面に、前記ロータ水路孔と連通して設けられた反動回転用ノズル及びブレーキ用ノズルとを備え、
   前記反動回転用ノズル及び前記ブレーキ用ノズルの流体の噴射による反力方向は、前記ロータ軸から偏心した方向に設定されると共に、それぞれの反力の分力によって発生するロータ軸回りの回転モーメントが互いに打ち消しあう方向に設定され、ロータの回転速度が低速化されたことを特徴とする回転ノズル装置。
3. 前記反動回転用ノズル又は前記ブレーキ用ノズルは、前記ロータ水路孔の孔端に回転自在に設けられ、その噴射方向が調節可能とされることにより、前記ロータの回転速度が調節可能とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転ノズル装置。
4. 前記反動回転用ノズル又は前記ブレーキ用ノズルは、前記ロータ水路孔の孔端に着脱自在に設けられ、前記ノズル孔径が変更可能とされることにより、前記ロータの回転速度が調節可能とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転ノズル装置。
5. 前記反動回転用ノズルと前記ブレーキ用ノズルとが、前記ロータ軸に対して対角線上に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転ノズル装置。
6. ロータ軸に回転自在に装着されると共に、前記ロータ軸の内部の通水路に連通し半径方向に形成されたロータ水路孔を有するロータと、前記ロータの周側面に、前記ロータ水路孔と連通して設けられたノズルとを備え、
   前記ロータ水路孔は、ロータ軸から偏心して形成された反動回転用ロータ水路孔とブレーキ用ロータ水路孔とからなり、それぞれ流体の噴射により発生するロータ軸回りの回転モーメントが、互いに打ち消しあう方向に設定され、ロータの回転速度が低速化されたことを特徴とする回転ノズル装置。
7. 前記ロータは逆円錐形状とされ、該ロータの周側面にノズルが設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回転ノズル装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の回転ノズル装置を備えたことを特徴とする洗浄機。
   

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