JP2017029895A - 洗浄ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】配管内で引っかかることなく円滑な洗浄作業を実施することができる洗浄ノズルを提供する。
【解決手段】高圧ホース２０に接続されてその高圧ホース２０を介して供給された高圧水が流れるチューブ１１と、チューブ１１に連続するメイン水路１２ａと、縦断面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口するブランチ水路１２ｂとが内部に形成されている先部が球状のノズルヘッド１２と、チューブ１１を取り囲み一端がノズルヘッド１２に固定され他端が高圧ホース２０への接続箇所に固定されるとともに、ノズルヘッド側にピッチが粗い部分が形成されているコイルスプリング１３とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、配管等の内部を洗浄する洗浄ノズルに関する。

配管（たとえば排水管や空調装置のドレン管など）の内部に、付着物や堆積物が溜まることがある。これらを取り除くには、先端に洗浄ノズルが装着された高圧ホースを使用する。高圧ホースに、高圧ポンプで圧送された高圧の洗浄水を流すと、洗浄水が洗浄ノズルから噴き出す。この状態の高圧ホースを配管内に送ることで、洗浄ノズルから噴射された洗浄水で付着物等を除去するのである。

ところで、配管には屈曲箇所がある。高圧ホースはそのような屈曲箇所を通りにくい。特許文献１には、ノズルヘッドの先端に、ステンレスバネ線がコイル状に巻かれたガイドを取り付けた洗浄ノズルが開示されている。このガイド付きの洗浄ノズルを装着した高圧ホースが配管内に送られると、ガイドが配管の屈曲部分に当接して配管の屈曲に沿って撓む。このガイドに導かれて、洗浄ノズルが配管の屈曲に沿って送られるので、屈曲箇所においても円滑な洗浄作業を実施できるとしている。

実開平７−３７８０号公報

しかしながら、配管の屈曲部分の直管とジョイントとの嵌合箇所では、内側に段部が出っ張っている場合がある。この段部にガイドが引っかかると、高圧ホース（洗浄ノズル）を円滑に送ることができない。またこの引っかかりが契機となって洗浄ノズルが逆進して、ついには配管内で動かなくなってしまうおそれもあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、配管内で引っかかることなく円滑な洗浄作業を実施することができる洗浄ノズルを提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。また符号を付して説明した構成は適宜代替しても改良してもよい。

第１の発明は、高圧ホース（２０）に接続されてその高圧ホース（２０）を介して供給された高圧水が流れるチューブ（１１）と、前記チューブ（１１）に連続するメイン水路（１２ａ）と、縦断面で見て中心よりも先側で前記メイン水路（１２ａ）から分岐して最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口するブランチ水路（１２ｂ）とが内部に形成されている先部が球状のノズルヘッド（１２）と、前記チューブ（１１）を取り囲み一端が前記ノズルヘッド（１２）に固定され他端が前記高圧ホース（２０）への接続箇所に固定されるとともに、前記ノズルヘッド側にピッチが粗い部分が形成されているコイルスプリング（１３）とを有する洗浄ノズルである。

第２の発明は、第１の発明において、前記ノズルヘッド（１２）は、先部が、洗浄対象配管の内径の６０〜８０％の直径の球状である洗浄ノズルである。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ノズルヘッド（１２）は、先部が、洗浄対象配管の段差の４倍以上の直径の球状である洗浄ノズルである。

第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明において、前記ノズルヘッド（１２）は、前記メイン水路（１２ａ）に連続し、ヘッドの先側に開口するフォワード水路（１２ｃ）をさらに有する洗浄ノズルである。

第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、前記コイルスプリング（１３）の終端部分を水平に保持して前記ノズルヘッド（１２）を垂らした場合に、前記コイルスプリング（１３）の先端部分が水平に対して５６〜６４度の角度をなす洗浄ノズルである。

第６の発明は、第１から第５までのいずれかの発明において、前記ブランチ水路（１２ｂ）は、ノズルヘッド（１２）の球状部分の最大径箇所近傍であって最大径箇所の後方に開口する洗浄ノズルである。

第７の発明は、第１から第５までのいずれかの発明において、前記ブランチ水路（１２ｂ）は、ノズルヘッド（１２）の球状部分の最大径箇所に開口する洗浄ノズルである。

第８の発明は、第１から第５までのいずれかの発明において、前記ブランチ水路（１２ｂ）は、ノズルヘッド（１２）の球状部分の最大径箇所近傍であって最大径箇所の前方に開口する洗浄ノズルである。

この態様によれば、ノズルヘッドが、配管の直管とジョイントとの嵌合箇所の段部に突き当たっても、高圧ホースが配管内に送り続けられることで、コイルスプリングのピッチの粗い部分が撓んで、高圧ホースが配管の内壁に沿うように変形する。また、ブランチ水路の開口から噴き出す高圧水の反力でノズルヘッドが配管の内壁から浮いて、ノズルヘッドが配管内を逆進することなく前進するので、円滑な洗浄作業を実施することができる。

図１は、洗浄ノズルの第１実施形態を示す図である。 図２は、ノズルヘッド１２について説明する図である。 図３は、排水管や空調装置のドレン管などの配管について説明する図である。 図４は、従来のノズルヘッドに取り付ける金具（スズラン）を示す図である。 図５は、ノズルヘッド１２の重量とコイルスプリング１３の剛性とのバランスを説明する図である。 図６は、実施形態の解決課題について説明する図である。 図７は、本実施形態の作用効果を説明する図である。 図８は、球径が小さいノズルヘッド１２を使用した場合の問題点を説明する図である。 図９は、右斜め上方１０度（＝θ）の角度で作用する力Ｆが、段差の角部の反力と釣り合う場合のノズルヘッド１２の直径を検討するための図である。 図１０は、球径が大きいノズルヘッド１２を使用した場合に、ノズルヘッド１２が段部５１ａを乗り越えやすくなることを説明する図である。 図１１は、ノズルヘッド１２や配管の実際の寸法を用いて、直径ｄが配管内径の６０％であるノズルヘッド１２の段部の乗り越えやすさを検討する図である。 図１２は、ノズルヘッド１２や配管の実際の寸法を用いて、直径ｄが配管内径の８０％であるノズルヘッド１２の段部の乗り越えやすさを検討する図である。 図１３は、直径ｄが配管内径の８０％であるノズルヘッド１２を用いる洗浄ノズル１０が逆進することはないことを説明する図である。 図１４は、直径ｄが配管内径の６０％であるノズルヘッド１２を用いる洗浄ノズル１０が逆進することはないことを説明する図である。 図１５は、チューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進むのに必要な寸法について説明する図である。 図１６は、チューブ１１が嵌合部内蔵タイプのノズルヘッド１２よりも先に進むのに必要な寸法について説明する図である。 図１７は、洗浄ノズルの第２実施形態を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は洗浄ノズルの第１実施形態を示す図であり、図１(Ａ)は側面図、図１(Ｂ)はノズルヘッド１２の近傍を拡大した部分断面図、図１(Ｃ)はチューブ１１の終端近傍を拡大した断面図である。

洗浄ノズル１０は、チューブ１１と、ノズルヘッド１２と、コイルスプリング１３とを含む。

チューブ１１は、たとえばシリコーン製である。図１(Ｃ)に示されているように、チューブ１１の終端には、めねじ継手１１１が挿入されており、その外周にアルミニウム製のスリーブ（アルミスリーブ）３０がカシメられている。このような構成によって、めねじ継手１１１がチューブ１１の終端に固定されている。めねじ継手１１１は、高圧ホース２０の先端に固設されているおねじ継手２１に螺合される。おねじ継手２１は、高圧ホース２０の先端に挿入されて、その外周にアルミニウム製のスリーブ（アルミスリーブ）３０がカシメられることで、高圧ホース２０に固設されている。高圧ホース２０の周囲には、不図示の高圧ポンプから供給される高圧水に耐えることができるように、また屈曲（座屈）しないように、金属メッシュが巻かれている。めねじ継手１１１及びおねじ継手２１はたとえば真鍮製である。

ノズルヘッド１２の材質は、たとえばステンレス鋼，アルミニウムなどであり、真鍮や青銅などであってもよい。ノズルヘッド１２は、図１(Ｂ)に示されているように、先部が球状であり、その背面にボス部１２１が凸設されている全体として略球状ある。球状部分の球径は、配管内径の６０〜８０％であることが好ましい。たとえば、内径２５ｍｍの配管を洗浄するノズルであれば、球状部分の球径が１５〜２０ｍｍであることが望ましい。この理由については後述する。ボス部１２１は、大径部１２１ａ及び小径部１２１ｂの２段構成となっている。小径部１２１ｂがチューブ１１に差し込まれる。そして、チューブ１１がボス部１２１の大径部１２１ａとともにスリーブ３０でカシメられることで、チューブ１１にノズルヘッド１２が固定される。洗浄作業を行う配管の内径は、現場に行かないと判らない。本実施形態では、洗浄ノズル１０が高圧ホース２０から着脱自在であるので、現場の配管径の候補となる複数の球径のノズルヘッド１２（洗浄ノズル１０）を準備しておき、現場で実際の配管径を確認してから、適切な球径のノズルヘッド１２（洗浄ノズル１０）を装着することが可能になる。

ノズルヘッド１２の内部には、少なくともメイン水路１２ａ及びブランチ水路１２ｂが形成されている。さらに図１(Ｂ)ではフォワード水路１２ｃも形成されている。メイン水路１２ａは、チューブ１１に連続する水路である。ブランチ水路１２ｂは、縦断面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して斜め後方に延びる。そして、図１(Ｂ)では、最大径箇所の近傍（最大径箇所のやや後方）に開口する。なお後述するように、この実施形態では、５本のブランチ水路１２ｂが周方向に７２度ピッチで放射状に形成されている。フォワード水路１２ｃは、メイン水路１２ａに連続し、ヘッドの先端に開口する。洗浄作業時に高圧ポンプから供給された高圧水が高圧ホース２０を介してメイン水路１２ａに流れ、ブランチ水路１２ｂ及びフォワード水路１２ｃの開口から噴き出す。ブランチ水路１２ｂ及びフォワード水路１２ｃは、略同径であるが、ブランチ水路１２ｂのほうが数が多く、ブランチ水路１２ｂの総流量のほうがフォワード水路１２ｃの流量よりも多い。ブランチ水路１２ｂは斜め後方に延びている。このような構成であるので、ブランチ水路１２ｂから噴き出す水の反力がノズルヘッド１２を前進させる推進力となる。

コイルスプリング１３は、図１(Ａ)に示されているように、ノズルヘッド側（先側）にピッチの粗い部分が形成されている。このコイルスプリング１３の中にチューブ１１が通されている。コイルスプリング１３の先端部分は、図１(Ｂ)に示されているように、スリーブ３０の外周に巻き付いている。コイルスプリング１３の内径は、チューブ１１の外径と略同じであり、スリーブ３０の外径よりは小さい。そのため、コイルスプリング１３は、スリーブ３０を外側から締め付けてノズルヘッド１２に固定されることとなる。またコイルスプリング１３の終端部分も、スリーブ３０の外周に巻き付いて（スリーブ３０を外側から締め付けて）、めねじ継手１１１に固定されている。コイルスプリング１３も、高圧ホース２０の周囲の金属メッシュと同様に、チューブ１１が高圧水に耐えることができるように、また屈曲（座屈）しないように、設けられている。

図２はノズルヘッド１２について説明する図であり、図２(Ａ)は図１(Ｂ)に相当する側面図、図２(Ｂ)は背面図、図２(Ｃ)及び図２(Ｄ)はノズルヘッド１２の変形例を示す側面図である。

図２(Ａ)に示されているように、ノズルヘッド１２の内部に形成されたメイン水路１２ａは、他の水路（ブランチ水路１２ｂ・フォワード水路１２ｃ）に比べて太径である。ブランチ水路１２ｂは、側面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して斜め後方に延び最大径箇所のやや後方に開口する。ブランチ水路１２ｂは、図２(Ａ)に示されているようにメイン水路１２ａに対して７０度の角度をなすように斜め後方に延びている。またブランチ水路１２ｂは、図２(Ｂ)に示されているように周方向に７２度ピッチで放射状に５本形成されている。ただし、７０度という角度や７２度ピッチで５本といった数値は一例に過ぎない。

なおブランチ水路１２ｂは、側面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して斜め後方に延び最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口すればよく、たとえば図２(Ｃ)に示されているように最大径箇所に開口しても、図２(Ｄ)に示されているように最大径箇所のやや前方に開口してもよい。

図３は、排水管や空調装置のドレン管などの配管について説明する図である。

ここで実施形態の理解が容易になるように、図３を参照して排水管や空調装置のドレン管などの配管について説明する。

図３に示されるように、排水管や空調装置のドレン管などの配管５０は、たとえば屋根裏に配策されている。屋根裏には梁６０があるので、梁６０の手前（図３では梁６０の右側）では、配管５０は、梁６０に向けてやや下がるように取付具７０で壁に固定される。このように配管５０を傾斜させることで、排水性が良好になる。梁６０を越えたら天井裏に置かれる。このようにすることで、余計な取付具が不要になり、耐久性も向上する。なおこの図３は、床平面に配管５０が配策されている図面と捉えてもよい。その場合、符号６０を上下に延びる柱として考えればよい。

このような配管の内部を洗浄するには、従来は、特許文献１に示されたガイドをノズルヘッドに取り付けた洗浄ノズルを使用したり、または図４に示されるようなスズランと呼ばれる金具１４０をノズルヘッド１２０に取り付けた洗浄ノズルを使用していた。スズランは、複数個（図４では３個）の駒体１４１を連結したものである。連結する方法としては、図４に示されるように、単一の駒体１４１の先端に突設した球体１４１ａを次段の駒体１４１の内溝に案内してその駒体１４１を直交挿通する連結ピン１４２を球体１４１ａに貫通することで連結すればよい。また、駒体１４１に突設の球体１４１ａを次段の駒体１４１の内溝に挿入するとともに駒体１４１の後端縁をカシメて球体１４１ａを抜け止めすることで連結してもよい。

ノズルヘッド１２０には、高圧ホース２０から供給された高圧の洗浄水を噴き出す開口１２０ａが形成されている。開口１２０ａが、図４に記載されているように、ノズルヘッド１２０の後方に水を噴射するように形成されていれば、水を噴射したときの反力でノズルヘッド１２を前進させることができる。また開口１２０ａが、ノズルヘッド１２０の周方向に水を噴射するように形成されて、かつノズルヘッド１２０が回転自由な状態で高圧ホース２０に取り付けられていれば、水を噴射したときの反力でノズルヘッド１２を回転させることができる。

図５は、ノズルヘッド１２の重量とコイルスプリング１３の剛性とのバランスを説明する図である。

本実施形態のノズルヘッドは、従来のスズラン１４０を装着したノズルヘッドに比して、大きくて重く、またコイルスプリングの剛性（チューブ１１の剛性も含む）は小さくて柔らかくなっている。そのため、図５に示されているように、洗浄ノズル１０のコイルスプリング１３の終端部分を水平に保持してノズルヘッド１２を垂らした場合に、コイルスプリング１３の先端部分（ノズルヘッド１２の取り付け部分）が、従来のスズラン１４０を装着する場合と比べて大きく垂れるようになる。具体的には、水平に対して５６〜６４度の角度をなすように、ノズルヘッド１２の重量とコイルスプリング１３の剛性とのバランスを図ることが望ましい。このようにすることで、後述のように、段差に引っかかりやすくなるが、配管の中を通しやすくなるからである。なおノズルヘッド１２が大形化すると、ノズルヘッド１２が重くなり、大きく垂れやすくなる。そこで大形のノズルヘッド１２を使用するときには、アルミニウムのような比重の軽い材料を使用するとよい。

図６は、実施形態の解決課題について説明する図である。

図６（Ａ）に示されているように、配管５０の直管５１とジョイント５２との嵌合箇所には、段部５１ａがある。そのため、従来の洗浄ノズル１０が取り付けられている高圧ホース２０を配管内に送っていくと、図６（Ａ）に示すように、段部５１ａに洗浄ノズル１０が引っかかってしまうことがある。また図６（Ａ−１）に示すように、直管５１とジョイント５２とがしっかりと嵌め合わせられていないことも少なくなく、間隙５２ｂに洗浄ノズル１０が引っかかってしまうこともある。なお直管５１とジョイント５２とに間隙が生じる原因としては、直管５１が直角に切断されていない、切断時に発生したバリが取られていない、工事場所が狭くて力が入らずに最後まで押し込めることができない等が考えられる。

本願発明者らが透明アクリルパイプを用いて試験したところ、洗浄ノズル１０が引っかかっているにもかかわらす、高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図６（Ｂ）に示されるように、洗浄ノズル１０よりも高圧ホース２０が先に進んでしまうという事実が見いだされた。

この状態で高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図６（Ｃ）に示されるように、洗浄ノズル１０が逆進し始めることがある。

洗浄ノズル１０が一旦逆進し始めると、高圧ホース２０が配管内に送り続けられるにつれて洗浄ノズル１０がどんどん逆進していくが、ついには図６（Ｄ）に示した状態で、押しても引いても高圧ホース２０が動かなくなることがある。このようになっては、配管５０を切断して高圧ホース２０を抜かなければならない。配管を切断して修理する配管工事業者と、配管を洗浄する配管洗浄業者とは、別業者であるため、実態は不明のままであった。

図７は、本実施形態の作用効果を説明する図である。

これに対して、本実施形態の洗浄ノズル１０が取り付けられている高圧ホース２０を配管内に送っていくと、まず図７（Ａ）に示されるように、ノズルヘッド１２の取り付け部分（コイルスプリング１３の先端部分）が水平に対して約６０度程度の角度をなすように、ノズルヘッド１２が垂れることとなる。

高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図７（Ｂ）に示されるように、ノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たる。

さらに高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図７（Ｃ）に示されるように、コイルスプリング１３のピッチの粗い部分（柔らかい部分）が撓んで、高圧ホース２０が配管５０（ジョイント５２）の内壁に沿うように変形し、ノズルヘッド１２の向きが前進方向になって、高圧ホース２０を押し込む力が前進方向に向けられる。またブランチ水路１２ｂの開口から噴き出す高圧水が配管５０（ジョイント５２）の内壁に当たるようになり、この反力でノズルヘッド１２が配管５０（ジョイント５２）の内壁から浮く。このときの内壁に当たる高圧水は、推進水力を重視するならば、たとえば４５°以下の角度とすることが一般的であるが、本願は推進水力を犠牲にして、たとえば図２に示されているように７０°として内壁から浮くことを重視する角度としている。図１１（Ｂ），図１２（Ｂ）を見れば判るように、ノズルヘッド１２が傾いているが、これに接する内壁もＲ部分なので、水路１２ｂは、７０°程度の角度を維持している。

この状態で高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図７（Ｄ）に示されるように、ノズルヘッド１２は、段部５１ａを乗り越えて配管内を前進していく。

次に、図８〜図１０を参照して、ノズルヘッド１２の球状部分の球径が、配管内径の６０％程度よりも大きいことが好ましい理由について説明する。

洗浄ノズル１０が取り付けられている高圧ホース２０が配管内に送られると、上述の図７（Ｂ）に示されていたように、ノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たる。さらに高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、図７（Ｃ）に示されていたように、コイルスプリング１３のピッチの粗い部分（柔らかい部分）が撓んで、高圧ホース２０が配管５０（ジョイント５２）の内壁に沿うように変形し、ノズルヘッド１２に対して、右斜め上から（角度にして１０度から２０度程度）、力がかかるようになる。

このときノズルヘッド１２の球状部分の球径が小さいと、配管内の段部５１ａを乗り越え難くなる。これについて図８を参照して説明する。なお図８は、球径が小さいノズルヘッド１２を使用した場合の問題点を説明する図である。

図８（Ａ）では、ノズルヘッド１２の中心が（ｒ，ｒ）となるように座標がとられている。このようにすると、円周上の或る点（ｐ，ｑ）における接線は、以下の接線の方程式で表される。

図８（Ａ）では、ノズルヘッド１２の直径ｄを段差の２倍としている。段差を１として、ノズルヘッド１２の直径ｄを２としている。ノズルヘッド１２の球状部分の中心の座標（ｒ，ｒ）＝（１，１）であり、座標（ｐ，ｑ）＝（０，１）で段差の角部に当接する。この点における接線は、接線の方程式（式（１））を用いて以下のように示される。

これを整理すると以下になる。

したがって、接線は、切片（０，１）を通って傾きが無限大の線であり、これはＹ軸に一致する。

また図８（Ａ）に示されるように、ノズルヘッド１２に対して右斜め上方１０度（＝θ）から作用する力Ｆは、接線に直交する左向き分力Ｆ１（＝Ｆｃｏｓθ）と接線に平行する下向き分力Ｆ２（＝Ｆｓｉｎθ）とに分けて考えることができる。

これは、図８（Ｂ）に示すように、ノズルヘッド１２を傾斜角１０度の左上がり斜面に置いた場合と同じである。すなわち、このような斜面にノズルヘッド１２を置けば、重心に作用する力Ｆ（重量ｍｇ）を、斜面に直交する下向きの分力Ｆ１（＝Ｆｃｏｓθ）と斜面に平行する右向きの分力Ｆ２（＝Ｆｓｉｎθ）とに分けて考えることができる。

この図８（Ｂ）の右側に壁を付けた図８（Ｃ）から明らかなように、重心に作用する力Ｆが大きくなれば、ノズルヘッド１２を壁に押しつける力が大きくなることが判る。

この図８（Ｃ）を全体的に８０度右回転させたものが図８（Ａ）の力関係を表し、配管内のノズルヘッド１２の場合も、右斜め上方１０度の角度で作用する力Ｆが大きくなるほど、すなわちノズルヘッド１２を押す力Ｆが大きくなるほど、ノズルヘッド１２を配管底面に押しつける力Ｆ２が大きくなるので、ノズルヘッド１２が段部を乗り越え難くなることが判る。

なお図８（Ａ）には、正確にはノズルヘッド１２の重量ｍｇが垂直方向に作用するが、ノズルヘッド１２に対して右斜め上方１０度の角度で押す力Ｆに比べて小さいため、またノズルヘッド１２に作用する力関係を判りやすくするためにここでは無視した。また図８（Ａ）を平面図と捉えて重力の影響を考えないようにしてもよい。

次にノズルヘッド１２に対して右斜め上方１０度（＝θ）の角度で作用する力Ｆが、段差の角部の反力と釣り合う場合を考える。

はじめにノズルヘッド１２の重心に作用する力Ｆ（重量ｍｇ）について考える。力Ｆが、反力と釣り合うというのは、図９（Ａ）のようにノズルヘッド１２を水平面に置いた状態である。そして、右側に鉛直線に対して１０度傾けた壁を付けた図９（Ｂ）を考える。この図９（Ｂ）を全体的に８０度右回転させた図９（Ｃ）の状態が、右斜め上方１０度（＝θ）の角度で作用する力Ｆが、段差の角部の反力と釣り合っている状態である。

このようになるノズルヘッド１２の直径は、以下のようにして求めることができる。

まず中心の座標（ｒ，ｒ）であって半径がｒの円周上の点（ｐ，ｑ）は以下の式で表される。

段差を１、すなわちｑ＝１として、上式（４）から段差の角部の座標（ｐ，ｑ）を求めると以下になる。

この角部における接線は、接線の方程式（式（１））から以下のように表される。

これを整理すると以下になる。

図９（Ｃ）の状態は、段差の角部における接線の傾きが−ｔａｎ（８０°）であるので以下が成立する。

これをｒについて解くと、ｒ＝１．２１となる。すなわち、ノズルヘッド１２の直径ｄ＝２．４２である場合には、右斜め上方１０度の角度の力Ｆが、段差が１の角部（座標は（０．０１８４，１））に作用して、その力Ｆと同じ大きさの反力を受ける。図８に示したようにノズルヘッド１２の直径ｄが小さい場合には、ノズルヘッド１２を押す力が大きくなるにつれて、ノズルヘッド１２を配管底面に押しつける分力が大きくなったが、ノズルヘッド１２の直径ｄ＝２．４２の場合には、ノズルヘッド１２に対して右斜め上方１０度の角度の力Ｆが加わった場合にノズルヘッド１２を配管底面に押しつける分力は生じないのである。

ノズルヘッド１２の直径ｄがさらに大きくなると、右斜め上方１０度の角度の力Ｆに、ノズルヘッド１２を配管底面から遠ざける分力が生じるようになる。すなわち、ノズルヘッド１２の直径ｄがさらに大きくなると、図１０（Ｂ）のように左下がり斜面にノズルヘッド１２を置いた場合と同じになり、ノズルヘッド１２には右側の壁から遠ざける力が作用する。斜面の下がり角がθであるとすると、重心に作用する力Ｆ（重量ｍｇ）は、斜面に直交する下向きの分力Ｆ１（＝Ｆｃｏｓθ）と斜面に平行する左向きの分力Ｆ２（＝Ｆｓｉｎθ）とに分けて考えることができ、力Ｆ（重量ｍｇ）が大きくなれば、ノズルヘッド１２を壁から遠ざける力が大きくなる。そして発明者らは、ノズルヘッド１２を配管底面から遠ざける分力Ｆ２が、重心に作用する力の３０％程度以上であることが好ましいと考えた。この場合、θ＝ａｒｃｓｉｎ（０．３）＝１７．５度となるが、概算値としてθ＝２０度とする。そして、右斜め上方１０度（＝θ）の角度で作用する力Ｆを考えるために、図１０（Ｂ）に示すように右側壁を鉛直線に対して１０度傾ける。そして、全体的に８０度右回転させた図１０（Ｃ）の状態が、右斜め上方１０度（＝θ）の角度で作用する力Ｆが、段差の角部に作用している状態である。

このようになるノズルヘッド１２の直径ｄは、図９の場合と同様に求めることができる。

すなわち中心の座標（ｒ，ｒ）であって半径がｒの円周上の点（ｐ，ｑ）は、式（４）のようになり、段差を１、すなわちｑ＝１として、上式（４）から段差の角部の座標（ｐ，ｑ）を求めると以下になる。

この角部における接線は、接線の方程式（式（１））を用いて整理することで以下のように表される。

図１０（Ｃ）の状態は、段差の角部における接線の傾きが−ｔａｎ（６０°）であるので以下が成立する。

これをｒについて解くと、ｒ＝２となる。すなわち、ノズルヘッド１２の直径ｄ＝４である場合には、右斜め上方１０度の角度の力Ｆが、高さが１の段差の角部（座標は（０．２６８，１））に作用すると、その力Ｆは、接線に直交する左向き分力Ｆ１（＝Ｆｃｏｓθ）と接線に平行する上向き分力Ｆ２（＝Ｆｓｉｎθ）とに分けて考えることができ、ノズルヘッド１２を押す力Ｆの３４％程度（＝ｓｉｎ（２０°））がノズルヘッド１２を配管底面から離れるように作用することとなるので、ノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすくなるのである。

配管のサイズは、ＪＩＳ規格Ｋ６７４１一般用硬質ポリ塩化ビニル管やＪＩＳ規格Ｋ６７４２水道用硬質ポリ塩化ビニル管などで規格されている。段差は規格化されていないものの、配管内径が２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲では配管内径の最大１５％程度である。そして上述のように、ノズルヘッド１２の直径ｄが段差の４倍であれば、ノズルヘッド１２を押す力の三十数％がノズルヘッド１２を配管底面から離れるように作用することとなってノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすくなるので、ノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の６０％以上であれば、ノズルヘッド１２が段部５１ａを乗り越えやすくなることが判る。

なお上述の検討では、ノズルヘッド１２の大きさにかかわらず、ノズルヘッド１２に対して右斜め上方１０度（＝θ）の角度で力Ｆが作用するとした。この点についてさらに詳細に検討する。

図１１は、ノズルヘッド１２や配管の実際の寸法を用いて、直径ｄが配管内径の６０％であるノズルヘッド１２の段部の乗り越えやすさを検討する図である。

本実施形態の高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、上述したようにノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たる（図７（Ｂ））。この図７（Ｂ）のノズルヘッド１２の付近を拡大したのが図１１（Ａ）である。

高圧ホース２０が配管内にさらに送られると、まずコイルスプリング１３の粗の部分が変形して、続いてその粗の部分の両側のやや密の部分が変形して、さらに引き続いて密の部分が変形して、コイルスプリング１３（チューブ１１）が配管の内壁に沿うようになる。この状態が図１１（Ｂ）に示されている。この図１１（Ｂ）から、メイン水路１２ａが水平に対して右斜め上方１２度程度（＝θ）の角度をなしていることが判る。この状態では、ノズルヘッド１２を押す力Ｆは、右斜め上方１２度程度（＝θ）の角度で作用する。この場合は、ノズルヘッド１２を壁から遠ざける力は、ｓｉｎ（３０°−１２°）≒０．３となって、段差脱出分力として有効に作用することが確認できた。

以上の通り、図１０の大雑把な検討でも、ノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の６０％以上であれば、ノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすくなることが判ったが、実際の寸法で検討した図１１によっても、ノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の６０％以上であれば、ノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすくなることを確認できた。

ノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の８０％を超えると、洗浄によって排出されるゴミが、ノズルヘッド１２の進行方向と逆方向に排出される際の妨げになってしまうことが発明者らによって確認された。そこで、ノズルヘッド１２の直径ｄは、配管内径の８０％を超えないようにした。

次に、ノズルヘッド１２の最大径（配管内径の８０％）の場合に、段部の乗り越えやすさを、ノズルヘッド１２や配管の実際の寸法を用いて検討する。

直径ｄが配管内径の８０％（段差１に対して直径ｄ＝５．３３）であるノズルヘッド１２が装着された高圧ホース２０が配管内に送り続けられると、上述したようにノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たる（図７（Ｂ））。この図７（Ｂ）のノズルヘッド１２の付近を拡大したのが図１２（Ａ）である。

高圧ホース２０が配管内にさらに送られると、まずコイルスプリング１３の粗の部分が変形して、続いてその粗の部分の両側のやや密の部分が変形して、さらに引き続いて密の部分が変形して、コイルスプリング１３（チューブ１１）が配管の内壁に沿うようになる。この状態が図１２（Ｂ）に示されている。この図１２（Ｂ）から、メイン水路１２ａが配管底面に対して右斜め上方２０度程度（＝θ）の角度をなしていることが判る。この状態では、ノズルヘッド１２を押す力Ｆは、右斜め上方２０度程度（＝θ）の角度で作用する。

この場合、段差の角部の座標は、式（５）にｒ＝２．６７を代入して（ｐ，ｑ）＝（０．５９，１）となり、また式（７）にｒ＝２．６７を代入して接線の方程式は以下になる。

この場合、直径ｄが段差の５．３３倍（ｒ＝２．６７）であるノズルヘッド１２に対して右斜め上方２０度程度（＝θ）の角度で力Ｆが作用すると、その力Ｆの７８％程度（＝ｓｉｎ（５１．３°））が段差脱出分力として作用する。したがってノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の８０％程度であっても、ノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすく、しかもノズルヘッド１２の直径ｄが大きくなるほど段差脱出分力が大きくなるので、ノズルヘッド１２が段部を乗り越えやすくなることが判る。

そして、本実施形態の洗浄ノズル１０であれば、逆進することもない。これについて説明する。

図１３（Ａ）には、直径ｄが配管内径の８０％程度であるノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たった状態が示されている。この状態では、配管の右側から透視した図１３（Ｂ）から判るように、ノズルヘッド１２のボス部１２１が配管内壁と非常に近くてほとんど空隙がない。このような状態で、ノズルヘッド１２を押しても、図１３（Ａ）の矢印Ａの方向に回転することは不可能であり、必ず矢印Ｂの方向に回転し、図１２（Ｂ）の状態になる。したがって、洗浄ノズル１０が逆進することはない。

図１４（Ａ）には、直径ｄが配管内径の６０％程度であるノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たった状態が示されている。この状態を右側から透視した図１４（Ｂ）では、ノズルヘッド１２のボス部１２１と配管内壁との間に空隙があり、ノズルヘッド１２を押した場合に、矢印Ａの方向に回転するようにも思われる。しかしながら、そのような事態にはならない。

すなわち、洗浄ノズル１０が逆進を生じるには、ノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たって停止している状態で、チューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進んで、その結果、ノズルヘッド１２が逆方向を向くことが起点となる。チューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進むには、図１５に示されているチューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進むのに必要な寸法（ノズルヘッド球径＋嵌合部長さ＋最小内Ｒ＋コイルスプリング外径）が必要である。換言すれば、そのようなスペースがなければ、チューブ１１が先行しないので、洗浄ノズル１０が逆進しない。

ノズルヘッド１２の直径ｄが配管内径の６０％程度であれば、チューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進むのに必要な寸法が、図１４に示されている空間寸法（配管内径＋段差）に収まることがないので逆進することがない。

なお、洗浄ノズルには、図１６に示されるような嵌合部内蔵タイプもある。このタイプでは、チューブ１１の先端にカラー１４が挿入されて、その外周からスリーブ３０でカシられ、さらにその外周にコイルスプリング１３が巻き付けられている。このようなチューブ１１がゴムパッキンＧを介して、ノズルヘッド１２の球状部分の裏面部分に突き当てられて、止めビスＶで固定されている。このような嵌合部内蔵タイプの場合は、チューブ１１がノズルヘッド１２よりも先に進むのに必要な寸法は、ノズルヘッド球径＋最小内Ｒ＋コイルスプリング外径である。この寸法が図１４に示されている空間寸法（配管内径＋段差）に収まれば逆進する可能性があるが、収まらなければ逆進しない。したがって、嵌合部内蔵タイプは、大きな球径のものを用いて太い配管を洗浄する場合に好適である。なお球径を５０ｍｍや８０ｍｍにすると重量が重くなるので、材料にアルミニウムを使用することも一案であるが、この場合は止めビスＶによってアルミニウムが割れる可能性がある。この場合は、図１５のタイプを使用すればよい。またステンレス鋼や真鍮などを用いれば、止めビスＶによる破損の可能性が低くなるので、嵌合部内蔵タイプを使用してもよい。

以上説明したように、本実施形態の洗浄ノズル１０は、高圧水が流れるチューブ１１と、そのチューブ１１に連接される球状のノズルヘッド１２と、チューブ１１を取り囲み一端がノズルヘッド１２に固定されるコイルスプリング１３とを有する。そして、ノズルヘッド１２の内部には、チューブ１１に連続するメイン水路１２ａと、縦断面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口するブランチ水路１２ｂとが形成されている。また、コイルスプリング１３には、ノズルヘッド側にピッチが粗い部分が形成されている。このように構成されているので、ノズルヘッド１２が、配管５０の直管５１とジョイント５２との嵌合箇所の段部５１ａに突き当たっても、高圧ホース２０が配管内に送り続けられることで、コイルスプリング１３のピッチの粗い部分が撓んで、高圧ホース２０が配管５０（ジョイント５２）の内壁に沿うように変形する。また、ブランチ水路１２ｂの開口から噴出する高圧水の反力でノズルヘッド１２が配管５０（ジョイント５２）の内壁から浮いて、通常は推進力となるブランチ水路１２ｂの水が段差乗り越え用の力に変わり、ノズルヘッド１２が配管内を逆進することなく前進するので、円滑な洗浄作業を実施することができるのである。

また、ブランチ水路１２ｂは、縦断面で見て中心よりも先側でメイン水路１２ａから分岐して斜め後方に延びて最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口するので、ブランチ水路１２ｂから水が噴出するとその反力がノズルヘッド１２を前進させる推進力となり、これによっても、円滑な洗浄作業を実施することができるようになる。またブランチ水路１２ｂは、断面で見ると中心よりも先側でこのメイン水路１２ａから分岐して斜め後方に延び最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口すればよく、最大径箇所のやや後方に開口しても、最大径箇所に開口しても、最大径箇所のやや前方に開口してもよい。いずれであっても、ブランチ水路１２ｂの開口から噴出する高圧水の反力でノズルヘッド１２が配管５０（ジョイント５２）の内壁から浮いて、ノズルヘッド１２が配管内を逆進することなく前進することとなり、またブランチ水路１２ｂから水が噴出したときの反力でノズルヘッド１２を前進させる推進力を得ることができて、円滑な洗浄作業を実施することができるようになる。

ノズルヘッド１２の球状部分の球径は、配管内径の６０〜８０％であることが好ましい。球径が大きすぎれば、付着物等が溜まっている配管内を通過しにくくなるからである。また球径が小さすぎると、洗浄作業者が高圧水を流すことなく洗浄ノズル１０を配管内に送ってノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たった場合に、ノズルヘッド１２を押し込む力が、ノズルヘッド１２を配管内壁に押しつけるように作用することとなって、段部５１ａを乗り越えにくくなる。したがって、ノズルヘッド１２の球径が小さすぎないことが望ましい。また、ノズルヘッド１２の球径が小さく、図１５を参照して判るように、ノズルヘッド１２の球径＋ボス部１２１の長さ＋チューブ１１の外側のコイルスプリング１３の曲げ半径の最小値（最小内Ｒ）＋コイルスプリング１３の外径の総和が、配管内径と段差の和の寸法（空間寸法）に対して小さすぎると、配管内を逆進する可能性が出てくるので、好ましくない。

また、ノズルヘッド１２に、メイン水路１２ａに連続しヘッドの先側に開口するフォワード水路１２ｃが形成されていれば、高圧水を前方にも噴射でき、溜まっている付着物等を落としながら配管内を通過することができる。これによって、より高い洗浄能力を得ることができる。またノズルヘッド１２が回転（回動）することで噴出角度の有効性がアップする。すなわち、図１１（Ａ）のようにノズルヘッド１２が段部５１ａに突き当たった状態から、図１１（Ｂ）のようにノズルヘッド１２が回転したときに、ジョイント５２や段部５１ａや直管５１の内壁に溜まっている付着物等を手前側から奥側に送り出すようになる。このようにして付着物が除去されれば、ノズルヘッド１２と配管５０（直管５１，ジョイント５２）との摩擦係数が小さくなり、また静摩擦よりも滑り摩擦（動摩擦）のほうが小さいので、動きやすくもなる。このようなことによっても、ノズルヘッド１２が段部５１ａを乗り越えやすくなる。

さらに、コイルスプリング１３の終端部分を水平に保持してノズルヘッド１２を垂らした場合に、コイルスプリング１３の先端部分が水平に対して５６〜６４度の角度をなすように、ノズルヘッド１２の重量とコイルスプリング１３の剛性とのバランスが取られていることが好ましい。このようにすることで配管の屈曲箇所を通しやすくなるからである。

（第２実施形態）
図１７は、洗浄ノズルの第２実施形態（変形形態）を示す図である。

なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

コイルスプリング１３は、ノズルヘッド側（先端側）にピッチが粗い部分（柔らかい部分）が形成されていればよく、具体的な形状は適宜変更して構わない。たとえば、図８に示されているように、ピッチが粗の部分が、図１(Ａ)の場合よりも密であってもよい。配管の屈曲箇所を通過しやすいように適宜設定すればよい。なおピッチが粗な部分は、ピッチが密な部分よりも柔らかく、そのピッチが密な部分は、高圧ホース２０の部分よりも柔らかい。

この実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、上記実施形態においては、５本のブランチ水路１２ｂが周方向に７２度ピッチで放射状に形成されている場合を挙げて説明したが、これは一例に過ぎない。４本以下であっても、６本以上であってもよい。適宜設定すればよい。

またコイルスプリング１３は、目の粗い金属メッシュと目の細かい金属メッシュとを組み合わせた金属メッシュであってもよく緩急を設定できれば材質，形状等を問わない。

ノズルヘッド１２の材質は、真鍮や青銅，アルミニウムなどであってもよい。また上記説明において、ボス部１２１はノズルヘッド１２の外側に設けられているが、内側（内蔵タイプ）であってもよい。

チューブ１１の材質は、上記説明においてはシリコーンを例示したが、これには限られず、ポリエステル，ポリアミド，ポリプロピレン，ＰＶＣ（polyvinyl chloride：ポリ塩化ビニル）などであってもよい。

また上記説明において登場した金属メッシュに代えて、ウレタンブレードを使用してもよい。

また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１０ 洗浄ノズル
１１ チューブ
１２ ノズルヘッド
１２ａ メイン水路
１２ｂ ブランチ水路
１２ｃ フォワード水路
１３ コイルスプリング
２０ 高圧ホース

Claims (8)

1. 高圧ホースに接続されてその高圧ホースを介して供給された高圧水が流れるチューブと、
   前記チューブに連続するメイン水路と、縦断面で見て中心よりも先側で前記メイン水路から分岐して最大径箇所又は最大径箇所近傍に開口するブランチ水路とが内部に形成されている先部が球状のノズルヘッドと、
   前記チューブを取り囲み一端が前記ノズルヘッドに固定され他端が前記高圧ホースへの接続箇所に固定されるとともに、前記ノズルヘッド側にピッチが粗い部分が形成されているコイルスプリングと、
   を有する洗浄ノズル。
2. 請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ノズルヘッドは、先部が、洗浄対象配管の内径の６０〜８０％の直径の球状である、
   洗浄ノズル。
3. 請求項１又は請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ノズルヘッドは、先部が、洗浄対象配管の段差の４倍以上の直径の球状である、
   洗浄ノズル。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ノズルヘッドは、前記メイン水路に連続し、ヘッドの先側に開口するフォワード水路をさらに有する、
   洗浄ノズル。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記コイルスプリングの終端部分を水平に保持して前記ノズルヘッドを垂らした場合に、前記コイルスプリングの先端部分が水平に対して５６〜６４度の角度をなす、
   洗浄ノズル。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ブランチ水路は、ノズルヘッドの球状部分の最大径箇所近傍であって最大径箇所の後方に開口する、
   洗浄ノズル。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ブランチ水路は、ノズルヘッドの球状部分の最大径箇所に開口する、
   洗浄ノズル。
8. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の洗浄ノズルにおいて、
   前記ブランチ水路は、ノズルヘッドの球状部分の最大径箇所近傍であって最大径箇所の前方に開口する、
   洗浄ノズル。

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