JP2017529493A - 改良された３噴流アイランド流体オシレータ回路、方法およびノズル組立体 - Google Patents

改良された３噴流アイランド流体オシレータ回路、方法およびノズル組立体 Download PDF

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Abstract

ノズル組立体が、加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーを生成する流体オシレータ１００を含んでいる。該オシレータは、流体噴流を第１、第２および第３のパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃから相互作用チャンバ１１８内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起１２６に向ける。最外側の噴流１１４Ａ、１１４Ｂは、アイランドを越えて、噴流交差点Ｊｌで交差している軸線に沿って、１００〜１４０度の鈍角に向けられている。相互作用チャンバ１１８の上流端は、左側および右側の渦生成エリアを画定している第１および第２の横方向にオフセットしたくぼんだ壁表面１４２、１５２により画定されているので、流体噴流を誘導する渦が交互に形成され得、渦は次いで遠位側に移動させられて発生して、流体噴流を相互作用チャンバ１１８内で横方向に誘導できる。

Description

関連出願の相互参照
本願は、先の、本願に共通して所有される同時係属の２０１４年７月１５日出願の「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＴＨＲＥＥ ＪＥＴ ＩＳＬＡＮＤ ＦＬＵＩＤＩＣ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ， ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＮＯＺＺＬＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題される米国特許仮出願第６２／０２４７６２号の優先権を主張するものであり、さらに、先の同時係属の２０１５年５月１日出願の「ＴＥＥ−ＩＳＬＡＮＤ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＴＨＲＥＥ ＪＥＴ ＦＬＵＩＤＩＣ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ， ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＮＯＺＺＬＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題される米国特許仮出願第６２／１５５８２６号の優先権を主張するものである。本願はまた、本願に共通して所有される米国特許第７，２６７，２９０号、同第７，４７２，８４８号および同第７，６５１，０３６号にも関連し、それらの開示全体を参照により本明細書に援用する。
本発明は、流体操作プロセスおよび装置に関する。より具体的には、本発明は、通常高粘性の流体と関連づけられる低い温度で精密制御されるスプレーを生成するのに用いられる、流体オシレータおよび方法に関する。
流体オシレータは、液体噴流を周期的に屈折させて広範な液体スプレーパターンを提供する能力が、先行技術でもよく知られている。ほとんどの流体オシレータの動作は、機械的可動部品を用いない流体噴流の周期的屈折により特徴づけられる。したがって、流体オシレータには、他の種類のスプレー装置と違って損耗による信頼性と動作性への悪影響がない、という利点がある。
流体オシレータの例は、多くの特許文献、たとえば米国特許第３，１８５，１６６号（Ｈｏｒｔｏｎ ＆ Ｂｏｗｌｅｓ）、米国特許第３，５６３，４６２号（Ｂａｕｅｒ）、米国特許第４，０５２，００２号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ ＆ Ｂｒａｙ）、米国特許第４，１５１，９５５号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第４，１５７，１６１号（Ｂａｕｅｒ）、米国特許第４，２３１，５１９号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）（ＲＥ３３，１５８として再発行）、米国特許第４，５０８，２６７号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第５，０３５，３６１号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第５，２１３，２６９号（Ｓｒｉｎａｔｈ）、米国特許第５，９７１，３０１号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第６，１８６，４０９号（Ｓｒｉｎａｔｈ）および米国特許第６，２５３，７８２号（Ｒａｇｈｕ）に見ることができる。振動する液体噴流は、この液体噴流が下流で周囲の気体環境中ばらばらになって液滴として分布する際に様々なスプレーパターンを生じさせることができる。
一部の高粘性の液体（つまり１５〜２０センチポアズ）を噴霧するのに、本願に共通して所有される米国特許第６，２５３，７８２号に開示される「マッシュルーム・オシレータ」が特に便利であることが見出された。ところが、そのような液体の温度が下がり続け、そのせいで液体の粘性が高くなると（たとえば２５センチポアズ）、このタイプのオシレータの性能は、スプレーが広い扇角度で分布するのに十分な振動をする噴流をもたらせなくなるほど低下し得ることも見出されている。この状況は、特に自動車のウォッシャ液用途で問題となる。
上記の問題を解決しようと出願人が当初至ったのが、図１Ａ〜１Ｑに示され、参照により本明細書に援用される、本願に共通して所有される米国特許第４，７６１，０３６号の「３噴流アイランド」流体回路の方法および構造である。この流体回路のインサート１８の幾何形状（図１Ｇに示す）は、それまでの流体オシレータよりも効果的だったが、出願人らの実験では、ある種の流体およびある温度では、流体インサート１８は、他の先行技術の流体オシレータと同様に、状況によっては（ａ）流体力学的機構を誘発する振動が確実には開始されない可能性、または（ｂ）相互作用チャンバ内で流体噴流の振動誘導機構が確実には維持されない可能性があることが判明した。この２点は所望どおりに振動するスプレーを確実に確立し維持するのに必要とされ、特に低温または粘性の流体では必要とされる。
したがって、より低温の高粘性の流体のスプレーを生成するための改良された方法および装置が必要とされている。
したがって、本発明の目的は、耐久性と信頼性のあるコスト効率のよいノズル構造、流体オシレータ構造、および流体分布またはスプレー生成の方法を提供することで上述の問題を克服し、振動するスプレーの確実な開始および維持を強化し、自動車その他の用途で使用されるノズル組立体の力学的および低温性能の範囲を広げることである。
本発明の別の目的は、流体流が相互作用チャンバ内で流体力学的機構を誘発し始めると、特に低温または粘性の流体で、所望の振動するスプレーを直ちに確立し維持できる、信頼性の高い流体ノズルおよびオシレータ回路を提供することである。
本発明の一例示的実施形態によると、流体回路は、流体オシレータを有するノズル組立体として構成されている。流体オシレータまたは流体回路は、流体回路内に画定される流路を受けて境界を提供するチャネル、ポートまたはスロットを画定するハウジング内で使用されるように構成されていることが多い。流体オシレータまたは流体回路がいかに使用され得るかの例としては、出願人の米国特許第７６５１０３６号の図４（本明細書にも図１Ｆとして含まれる）に示されるように、後述する新規の流体インサートを有するノズル組立体がハウジングといっしょに構成され、該ハウジングは、内部ルーメンと１つ以上のポートまたはスロットとで実質的に中空の流体不透過構造を画定し、該ポートまたはスロットは、滑らかなスロット壁内部表面で略長方形の通路または孔を画定している。
ノズル組立体は、ハウジングの側壁内に画定されているスロット内にきつく受けられて保持されるような寸法の１つ以上の流体回路インサートまたはチップを含むように構成され得る。流体回路インサートがハウジングのポートまたはスロット内にきつく嵌ると、ノズル組立体はハウジングの内部ルーメンとハウジング外部間を流体連通するチャネルを提供するので、ハウジングの内部ルーメンに流入する流体を用いて、ハウジングの向きおよび構成によって遠位方向に向けて振動するスプレーを生成することができる。
本発明の新規の流体回路の幾何形状は、反復可能な振動噴流ストリームおよびそれに続いてスプレーを生成する移動渦を確実に形成できる、新規の驚くべき堅牢な振動誘発および維持機構で動作する。本発明の回路の現試作品では、２０°〜１２０°の扇角度で扁平スプレーが生成された。本発明の流体回路の第１の実施形態は、複数のセクションを有し、これらは互いに共働してそこを通過する流体流に作用して、内部渦および所望の振動するスプレーを生成する。順序としては、加圧された流体はまず入口から流入し、オプションのろ過セクションを通過してから、流体流を分割する３分割パワーノズルセクションに入り第１、第２および第３のパワーノズルを通過する。この第１、第２および第３のパワーノズルは、第１、第２および第３の流体噴流を生成し、渦を生成する相互作用チャンバまたは空洞セクション内へと向けるように構成されている。このチャンバまたは空洞セクションで、３つの噴流は互いに、および内部要素と衝突して、遠位方向に移動する流体渦を開始し維持する。相互作用チャンバまたは空洞セクションは、振動するスプレーを周囲環境へと遠位に噴出するように構成されているスロートまたは出口オリフィスで、遠位側で終了する。
本発明によると、改良されたノズル組立体は、少なくとも１つの流体オシレータを含み、該流体オシレータはその内部を流れる加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーを生成して方向付ける。流体オシレータの内部幾何形状により、流体噴流は、第１、第２および第３のパワーノズルから相互作用チャンバ内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定し上向きに突出するアイランド突起へと向けられる。アイランド突起は、相互作用チャンバの遠位端またはスプレー端の出口オリフィスから離間しているが共通の中心軸線に沿って揃っており、相互作用チャンバは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲の（好ましくは１３Ｐｗの）相互作用領域幅Ｉｗを有する相互作用領域を画定している。相互作用領域は、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さまたは高さＩｌを有し、第１と第３の（最外側の）噴流は、下流で、中央のまたは第２のオリフィスから２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ遠位に離間している選択された噴流交差点Ｊｌで交差する。第１と第２の（最外側の）噴流は、好ましくは約１１０度である選択された噴流交差角ＪＡで交差する第１と第２の噴流軸線に向けられ、かつそれらに沿って揃っている。
本発明の流体素子の幾何形状では、第１、第２および第３のオリフィスは、（ａ）相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および（ｂ）第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分の間に画定され、第１の湾曲した短手方向壁区分は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面は、相互作用チャンバ内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
第１、第２および第３の噴流は、相互作用チャンバ内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ動き回らせる。双安定性振動サイクルは、相互作用チャンバの上向きまたは内向きに突出するアイランドの両側を中央噴流が交互に流れて、横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生または生成すると開始される。最初、中央噴流は、アイランドの片側（たとえば左側）にあって、同側（たとえば左側）に大きな渦をもたらす。この左側の渦は、左側のオリフィスから流れる左側の噴流を部分的に阻害または抑制して、（ａ）アイランドの上流、かつ右側のオリフィスの近傍で右側の渦が開始され、（ｂ）右側の噴流が、出口オリフィスまたはスロートルーメンから流出する出力噴流を支配することになり、それによって流体素子のスプレー扇の左端の端部または端が画定されることになる。やがて左側の渦と右側の渦はどちらも遠位に移動し、中央噴流はアイランドの反対側（たとえば右側）へと移動し始める。
この移行期の間、出力噴流は、スロートルーメンから放出されるスプレー扇の中心を通過している。中央噴流がアイランドの右側へと横方向に移動するとき、出力噴流スプレーはその扇右端を目がけている。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
特に低温または粘性の流体で、振動が（ａ）確実に開始され、（ｂ）流体噴流の振動誘導機構が相互作用チャンバ内で確実に維持されるように、Ｔ字形アイランドを有する別の実施形態を改良した。このＴ字形アイランドを有する流体回路の実施形態は、非常に広範な流体温度および粘性条件で特に堅牢な振動開始を提供する、近位方向に突出する壁セグメントを有する。
先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。
本発明による、第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受けてこれに作用するように構成されている相互作用領域を有する、改良された３噴流アイランド流体オシレータの幾何形状を示す上面図または平面図であり、外側の噴流同士は選択された鈍角で交差するように構成され、中央噴流は新規のアイランド形の障害物に直接衝突するように構成されて、高粘性流体を用いて振動するスプレーが生成される、幾何形状を示す図である。
図２の流体オシレータを有して構成されており、本発明の方法にしたがってスプレーを生成するのに用いられるノズル組立体の（先行技術のフィードバックおよびマッシュルーム流体オシレータと比較しての）噴霧性能を示すグラフである。
図２の流体オシレータと同様に構成されているが、第１および第３の（外側の）パワーノズルは第２の（中央の）パワーノズルのルーメンよりも大きいルーメンを画定している、本発明の方法にしたがって大量噴霧用スプレーを生成するのに用いられ得る、ノズル組立体の噴霧性能を示す別のグラフである。
本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。 本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。 本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。
本発明による、Ｔ字形アイランド流体回路の実施形態の代替実施形態を示す平面図である。 本発明による、Ｔ字形アイランド流体回路の実施形態の代替実施形態を示す平面図である。
本発明による、図２、４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。
本発明による、図５ＢのＴ字形アイランド流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。 本発明による、図５ＢのＴ字形アイランド流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。
背景技術の図１Ａ〜１Ｑは、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されているノズル組立体構成要素および流体回路構成を示しており、用語を統一するために本明細書の一部として含まれる。次に図２〜６Ｂを参照すると、本発明の構造および方法では、振動を誘発する流体力学的（つまり渦の形成と動き）機構の開始および信頼性の強化（つまり、相互作用チャンバ内での流体噴流の誘導機構が広範な環境条件、特に低温または粘性の流体を噴霧する条件でも維持される）によってこの先行技術に改良を加えている。図２〜６Ｂに示されている、この後説明される改良された流体回路の幾何形状および方法は、出願人の（図１Ｆに示すハウジング１０などの）ハウジング構造内で用いられて、自動車その他の用途で使用される大幅に改良されたノズル組立体を提供するようにされている。本発明の流体噴霧性能を説明する用語としては、図１Ａ〜１Ｅに示され、また出願人の本願に共通して所有される米国特許第７６５１０３６号（その内容を参照により本明細書に援用する）にも説明される、「ｓｐｒａｙ ｆａｎ（スプレー扇）」および「ｆａｎ ａｎｇｌｅ（扇角度）」が挙げられる。本明細書に記載する本発明の例示的実施形態によると、流体回路（たとえば１００、２００または３００）は、（図１Ｆに示すハウジング１０などの）ノズル組立体内に構成されている。流体オシレータまたは流体回路は、空洞、ポートまたはスロット２０を画定するハウジング内で使用されるように構成されていることが多く、以下に説明する新規の流体インサート（たとえば１００、２００または３００）は、ハウジングを有するノズル組立体内に構成されており、該ハウジングは、内部ルーメンと１つ以上の空洞（たとえば２０）ポートまたはスロットとで実質的に中空の流体不透過構造を画定し、該空洞、ポートまたはスロットは、滑らかなスロット壁内部表面で略長方形の通路または孔を画定している。
本発明によると、ノズル組立体は、ハウジングの側壁内に画定されている空洞またはスロット内にきつく受けられて保持されるような寸法の１つ以上の流体回路インサートまたはチップ（たとえば１００、２００または３００）を含むように構成されている。流体回路インサート（たとえば１００、２００または３００）がハウジングの空洞またはスロット（たとえば２０）内にきつく嵌ると、ノズル組立体はハウジングの内部ルーメン（加圧された流体の流体入口を提供）とハウジング外部間を流体連通するチャネルを提供するので、ハウジングの内部ルーメンに流入する流体を用いて、ハウジングの向きおよび構成によって遠位方向に向けて振動するスプレーを生成することができる。
（たとえば図１Ｆに示す１０と同様の）ノズル組立体のヘッドは、２部品構成であり得る。ハウジングのノズルヘッドは、２つの主要なノズル部品のうちの１つとして空洞またはソケット（たとえば２０）を含む場合がある。もう１つの部品は流体インサートまたはチップ（たとえば１００、２００または３００）である。ノズルヘッドが流体インサートまたはチップを受ける空洞を含む場合、この空洞内に画定されている概ね平坦な床面は、ハウジング遠位方向に突出する囲みの遠位スプレー噴出側表面に画定される、幅のある概ね長方形の開口部で終わる。内部では、入口からの流体搬送ルーメンが、ノズルヘッド内部、および空洞側壁表面の開口部（たとえば封止表面２２）で終わる流体入口供給チャネルまたはルーメンと、流体連通している。各流体供給ルーメンは、ノズルヘッドの空洞内に画定された内部容積と流体連通し、加圧された流体がノズル供給チャネル内へと送出されそこを通過すると、この流体は空洞内、そして流体素子（たとえば１００、２００または３００）内に流入し通過する。
流体インサートまたはチップ（後で詳述するが、たとえば１００、２００または３００）は概ね平らな部材であり、ハウジングの空洞２０内に圧入されまたは押し込まれるようにされていて、ハウジングの空洞の壁が該インサートに及ぼす圧力によって空洞内にしっかり保持される。そのために、ハウジングは、圧力がかかるとわずかに変形する堅いプラスチックで作製される。空洞には上壁と底壁とがあり、インサート（たとえば１００、２００または３００）の上面と底面の間のインサート厚さとほぼ等しい距離だけ離間している。所望により、インサートの中央あたりをいくらか厚くして、底面をいくらか湾曲させてもよい。インサートの側壁も同様に、インサートの左右または横方向の両端の間の幅とほぼ等しい距離だけ離間している。好ましい実施形態では、流体回路インサート（たとえば１００、２００または３００）は、ノズルヘッドの空洞２０よりも数千分の１インチだけ幅が広くてもよい。インサート（たとえば１００、２００または３００）と空洞２０は、軸方向長さに沿って先細になって、露出している遠位端のほうが広く、挿入方向の近位端に向けて狭くなっていてもよい。これは徐々に先細になってもよいし、（たとえば図２に示すように）どこか１か所以上で互いに対してわずかに角度がつくようにして、先細にしてもよい。
流体オシレータは、インサート（たとえば１００、２００または３００）において、流体通路を画定する基板上面の複数の凹んだ部分として画定される。流体素子の全要素が、インサートまたはチップ上面に設けられた深さが等しいかまたは異なる凹所またはトラフとして画定される。流体インサート（たとえば１００、２００または３００）がハウジングのスロットまたは空洞に完全に挿入されると、ハウジングの内部ルーメンは空洞への開口部を画定し、この開口部はインサートの入口と揃って連通するので、ハウジング入口（たとえば１６）に流入するウォッシャ液または水は、流体素子の相互作用チャンバ（たとえば１１８、２１８または３１８）に流入してその中で振動する渦を生成し、それによって振動が確立され、流体噴流が前後動させられて所望のスプレー１３０が生成され、流出オリフィス（たとえば１２０、２２０または３２０）から放出される。選択された流体インサート（たとえば１００、２００または３００）がノズルヘッドの空洞２０内に圧入されまたは押し込まれると、空洞の側壁２２はわずかに広がって、より高い圧力をインサート中央部分に沿って加える。インサート（たとえば１００、２００または３００）の上面に形成されたオシレータは、インサートの両端間でほぼ真ん中に位置し、空洞の内壁に対し非常に密に封止されているので、インサート表面または空洞表面に形成された流体オシレータは、圧入係合により加えられる圧力のみによって封止され得る。
なお、ノズルヘッドの空洞と流体インサート（たとえば１００、２００または３００）は略平坦に図示しているが、所望のノズルヘッド形状およびスプレーパターン（たとえば１３０）によっては、円弧状でも、曲がっていても、その他の構成でもよい。同様に、オシレータのチャネルは、インサートの上面と底面の両方に、または空洞の上壁と底壁の両方に画定してもよい。唯一の制限は、どの表面に画定される場合も、流体オシレータは、ハウジングの空洞内に圧入されることで加えられる圧力により、当接する表面によって封止されるということである。
図２〜４Ｃに示す本発明の第１の実施形態によると、スプレーを生成するための改良された方法および装置には、好ましくは空洞を有するノズル組立体（たとえば図１Ｆに示すような、空洞２０を有するスプレーハウジング１０）が含まれるが、改良された３噴流アイランド流体回路１００を受けるように構成されている。図２は、第１のパワーノズル１１４Ａ、第２のパワーノズル１１４Ｂおよび第３のパワーノズル１１４Ｃからの第１、第２および第３の噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を受けてこれに作用するように構成されている相互作用領域１１８を有する、改良された３噴流アイランド流体オシレータ１００を示す上面図または平面図である。図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃから最もよくわかるように、振動サイクル中、中央噴流Ｊ２は中心軸線１０２に沿って遠位に流れ、相互作用チャンバ１１８内へと内向きに突出する新規のアイランド形障害物１２６に直接衝突し、図３Ａに示すように、高粘性流体で、精密かつより均一な振動するスプレーを生成するのに使用される。
図２に示す本発明の流体回路１００の第１の実施形態は、複数のセクションを有し、これらは互いに共働してそこを通過する流体流に作用して、所望の振動するスプレー１３０を生成する。流体は、近位入口（全体的に１１２）から流入し、以下に説明する諸セクションを通って下流または遠位に流れ、振動する流体滴スプレーとしてスロートまたは出口１２０から流出する。用語として、中心軸線または流れ軸線１０２は、供給入口１１０の中心からスロート開口部１２０の中心まで伸長する直線として定義する。オシレータ回路１００内を通って遠位に流れる加圧された流体に作用する各要素は、好ましくは中心軸線１０２に関して対称的に画定されている。
再度図２を参照すると、改良された３噴流アイランドオシレータ回路１００は、入口領域１１２から相互作用チャンバ１１８内への流体の遠位方向の流れを促進する第１、第２および第３のルーメンまたはパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃと、この３つのパワーノズル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの中央の下流で、相互作用チャンバ１１８内へと突出する、再構成されたアイランド突起１２６とを備えている。相互作用チャンバ１１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線１０２を有する。例示的実施形態では、第１と第２のパワーノズル１１４Ａおよび１１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル１１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分のほぼ中心線上にある。
図２で最もよくわかるように、相互作用チャンバ１１８は選択された幅Ｉｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロート１２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロート１２０は、名目上は中心線１０２に関して対称的に画定されており、好ましくは選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。相互作用チャンバ１１８内では、アイランド１２６が、第３のパワーノズル１１４Ｃから中心線１０２上の真下かつ遠位に離間しており、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有するほぼ平坦な短手方向遠位側アイランド壁区分を有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる、各パワーノズルに対応する方向付けられた流体噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１と第２の横方向に離間したパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド１２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差鈍角ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流Ｊ１、Ｊ２を生成する。噴流交差角度「ＪＡ」は、具体的には「鈍角」と定義されるが、それは直角（つまり９０度）よりも大きいが１８０度よりは小さいからである。開発試作品で実験と評価を行った結果、出願人らは、この流体回路の性能は、選択された噴流交差鈍角ＪＡが１００〜１４０度である場合に最良であることを発見した。例示の実施形態では、ＪＡは１１０度である。アイランド１２６は、図２および図４Ａ〜４Ｃに示すように、外側のつまり第１および第２の横方向に離間したパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂの遠位または下流に構成されているのがわかる。
出願人らが発見したところでは、これらの要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することによって、スロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接してスロートからより均一に放出されるようにアイランド１２６の後ろつまり下流を遠位に流れる、改良された流れ渦を生成することができる。アイランド１２６の好ましい実施形態として、改良された三角形および位置が選択されている。略三角形のアイランド１２６は、図４Ａ〜４Ｃで最もよくわかるように、角のうちの１つが中央パワーノズル１１４Ｃから流れてくる流体噴流Ｊ３と対向するように、向けられている。
流体オシレータ回路１００では、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定されており、第１の湾曲した短手方向壁区分１４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面１４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分１５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面１５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、相互作用チャンバ１１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
３つの流体噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、順に図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示すように、相互作用チャンバ１１８内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ、動き回らせる。双安定性振動サイクルは、相互作用チャンバの上向きに突出するアイランド１２６の両側を中央噴流Ｊ３が交互に流れて、横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生させまたは生成すると開始される。最初、図４Ａに示すように、中央噴流Ｊ３は、アイランドの片側（つまり左側）にあって、ここ左側に大きな渦ＬＶをもたらす。左側の渦ＬＶは、左側のオリフィスｌ１４Ａから流れる左側の噴流Ｊ１を部分的に阻害または抑制して、（ａ）アイランド１２６の上流、かつ右側のオリフィス１１４Ｂの近傍で右側の渦が開始され、（ｂ）右側の噴流Ｊ２が、出口オリフィスまたはスロートルーメン１２０から流出する出力噴流を支配することになり、それによって流体素子のスプレー１３０の扇形を画定する横移動の左端の端部または端が画定されることになる。やがて左側の渦と右側の渦はどちらもチャンバ１１８内を遠位に移動し、中央噴流Ｊ３はアイランド１２６の反対側（つまり右側）へと横方向に変位または移動を開始させられる。
この移行期の間（図４Ｂに示す）、出口オリフィス１２０からのスプレー出力噴流は、横方向に移動してスプレー扇の中心を通過している。中央噴流がアイランド１２６の右側へと横方向に移動するとき（図４Ｃに示す）、出口オリフィス１２０からの噴流スプレーはその右端に向けられる。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
第１、第２および第３の噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、相互作用チャンバ１１８内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ、横方向および遠位方向に移動させる。この双安定性振動サイクルは、上向きに突出するアイランド１２６の左右の（または横方向に対向する）側を中央噴流Ｊ３が交互に流れ始めて、遠位方向に移動し横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生または生成させると開始される。この振動誘発方法の結果として、強化された３噴流アイランド流体回路１００は、低温の粘性流体で、所与のノズル組立体のスプレー扇角度内でより均一なスプレーパターンの改良されたスプレーを生成する。噴霧性能を図３Ａのグラフの実線で示す。図３Ａは、スプレーパターンの扇全体の全スプレーに対するセル体積％を示す（選択されたスプレー扇角度については、たとえば図１Ｃおよび１Ｅを参照）。セル当たりのスプレー体積の結果は、全体積の約１．６％から全体積の約２．２％の範囲であり、これは出願人の先行技術のフィードバックオシレータ（点線）またはマッシュルームオシレータ（破線）が生成するスプレーよりもはるかに均一である。
本発明の方法によると、改良された３噴流アイランドのパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃには、自明ではないが別個の驚くべき効果的な構成が少なくとも２つある。
Ａ）ほぼ均一なスプレーパターンでは、パワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは３つとも、ほぼ等しいルーメン面積（たとえば長方形断面の幅と深さ）を有する。これにより、スプレー扇全体で均一なスプレー分布が得られる（図３Ａに示すとおり）。
Ｂ）あるいは、大量噴霧用のスプレーパターンでは、（たとえばパワーノズルが３つとも等しい深さを有する場合）、（１１４Ａ、１１４Ｂと同様の）両側のパワーノズルのルーメン面積は等しく、（１１４Ｃよりも大きい）中央パワーノズルよりもわずかに大きい。これにより、スプレー扇の端部の流体量は少し増える（図３Ｂの点線で示すとおり）。
上述したように、図１に示すような噴流交差角度ＪＡは、１００〜１４０度の範囲である。出願人らは９０〜１８０度の範囲で試験して、上述の構成で最高の動作をするには、ＪＡは１００〜１４０度の範囲であるべき（好ましくは１１０度）ということを見出した。以前（出願人の先の米国特許第７、４７２、８４８号および同第７、６５１、０３６号）は、噴流の角度は鈍角ではなく１８０度の「直線」角度だったので、左右のパワーノズルからの噴流は、アイランド２４から遠位または下流にあるパワーノズル開口部から直接互いに向かうことになった（たとえば先の米国特許第７、４７２、８４８号の図１０および１１、ならびに先の米国特許第７、６５１、０３６号の図５Ａ〜１３（本明細書では図１Ｇ〜１Ｑとして複製）を参照）。出願人の開発研究および実験から、本発明の性能を改良するには、渦生成機構は出願人の先の幾何形状とは異なる働きをする必要があり、また、アイランドの上方または上流にもっと大きい「渦生成」エリアが必要であることが明らかになった。この理由から、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃを相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および逆さにしたボウル形の第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定している。第１のくぼんだ壁表面１４２は、第１の円筒形壁セクションを画定し、アイランド１２６の上流または上方かつ左側に、第１のまたは左側の渦生成エリアを提供する。第２のくぼんだ壁表面１５２は、第２の円筒形壁セクションを画定し、鏡像、すなわちアイランド１２６の上流または上方かつ右側にある右側の渦生成エリアを提供する。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定し、対称的に構成されている左右の渦生成エリアは、相互作用チャンバｌ１８内で形成され、成長し、動き回る、横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を生成し収容するように構成されている。
図２〜４Ｃに示す新規の幾何形状により得られる流体噴霧性能の改良点としては、次のものが挙げられる。
１．スプレー速度がより速い／効率がより高い。
２．低温性能の改良。
３．扇角度範囲の改良（２０〜１２０度）。高速液滴スプレーでは９０度よりも大きい扇角度。
４．均一な扇分布。あるいは所望により次の５。
５．（このほうが好ましい場合は）大量噴霧の分布。
図２で最もよくわかるように、（開発試験で様々な試作品を用いていくつか実験をして発見した）出願人の好ましい実施形態が例示され、ほぼ一律の縮尺で描かれている。三角形のアイランド１２６が中心軸線１０２を横方向中心とし、アイランドの近位側または上向きの先端は、同じく中心軸線１０２を中心とする中央のまたは第３のパワーノズル１１４Ｃの中心部と軸方向に揃ってこれに向けられている。
流体オシレータ回路１００では、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定されて図示されており、第１の湾曲した短手方向壁区分１４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面１４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分１５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面１５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、相互作用チャンバ１１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
次に図２に例示する実施形態を具体的に見ていくと、各パワーノズル（１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ）は、選択された深さ（「ＰＤ」）およびパワーノズル幅（「Ｐｗ」）を有する長方形の溝またはトラフを画定している。流体素子１００は、ウォッシャ液を噴霧するように構成されているので、典型的なパワーノズル深さ（「ＰＤ」）は１．３ミリメートル（「ｍｍ」）、パワーノズル幅（「Ｐｗ」）は０．５５ｍｍである。流体回路１００を画定する流体通路および内部構造要素の構成は、直線寸法または間隔において特徴づけられ、出願人らは、流体スプレー用途に応じてそれらの寸法関係をスケールアップまたはダウンすることができ、それを複数のパワーノズル幅（「Ｐｗ」）によって表すことができることを発見している。相互作用チャンバ１１８内の各要素は、中心軸線１０２に沿って中央パワーノズル１１４Ｃと出口オリフィス１２０の間で選択された位置に構成され、出口オリフィス１２０は、これらの軸方向距離を測る基準線となる相互作用チャンバの遠位側端壁１６０の中心に位置している。
（ａ）アイランド位置ＩＳＬ：三角形のアイランド１２６は、中心軸線１０２上を中心として出口オリフィス１２０に対向している平坦な短手方向遠位側の端壁を有する。アイランドの遠位側短手方向の平坦な端壁は、振動チャンバの遠位側端壁１６０および出口オリフィス１２０の中心軸線１０２上の中心から、パワーノズル幅の４．５倍（４．５＊Ｐｗ）に等しい軸方向間隔だけ、近位または上流に離間している。
（ｂ）アイランド幅ＩＳＷ：遠位側短手方向の平坦な端壁は、アイランド幅として言及される短手方向幅を有しており、この寸法を調節することは、低温性能を強化するのに重要であることが見出された。アイランド幅を大きくすると、低温での開始圧力も増加し、望ましくない。出願人らは、適切な幅の範囲はＰｗの３．３〜３．６倍であることを見出した。この幅範囲はまた、現代のプラスチック射出成形法での製造に適している。内向きに突出するアイランド突起をプラスチック成形する場合は十分な大きさが必要だからである。
（ｃ）アイランド高さ：アイランド１２６は、相互作用チャンバ１１８の空洞または内部容積の床から上向きまたは内向きに、選択された高さだけ突出している。アイランドの高さは、（射出成形プラスチックなどから部品を製造する実際の限界はもちろんあるが）商業的に無理のない製造工程が可能な範囲で、なるべく小さいのが好ましい。
（ｄ）相互作用領域幅Ｉｗ：出願人らは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）が最適な値になることを見出した。
（ｅ）相互作用領域高さＩｌ：相互作用チャンバ１１８の深さまたは相互作用領域高さ、また相互作用チャンバの横方向の境界を画定する側壁または端壁１６０が上向きに突出する高さでもある。重要な寸法であり、７．５〜８．５Ｐｗの範囲。
（ｆ）噴流交差点Ｊｌ：重要な寸法であり、振動チャンバの遠位側端壁１６０および出口オリフィス１２０の中心軸線１０２上の中心から、Ｐｗの２．５〜３倍（２．５〜３＊Ｐｗ）の範囲内であるとき、性能が強化されることが観察された。
（ｇ）噴流交差角度ＪＡ：上述したように、最外側の噴流Ｊ１、Ｊ２の噴流軸線が１００度〜１４０度の範囲（（図２、図４Ａ〜４Ｃに示すように）たとえば１１０度）であるとき最適な性能が得られる。
改良された３噴流アイランド流体回路１００は、スロート幅１ｍｍ、スロート深さ１．３ｍｍで図２、図４Ａ〜４Ｃに示すように構成される（長方形のスプレーオリフィス１２０となる）と、華氏２２度で、８４０ｍＬ／分の流量で加圧されたとき、約１４ｍ／ｓのスプレー速度を生成して、６０度の扇角度のスプレー扇を生成することができる。これが可能なのは、相互作用チャンバ１１８内の諸要素の幾何形状により、スプレーの所与の扇角度（たとえば２０度〜１２０度の範囲内）について、パワーノズル面積に対するスロート面積の割合が予想よりも小さくなるからである。
例示した例では、６０度の扇で、スロート面積はパワーノズル面積の６０％である。これに対し、先に特許された出願人のマッシュルーム回路の場合、同じ扇角度で、スロート面積はパワーノズル面積の１００％である。このように、流体回路１００では、スロート１２０に至るまでの圧力損失がより少ないので、より高いスプレー速度が可能になる。この実証された高いスプレー速度は、先行技術のノズルと比較してより優れた力学的性能（自動車用途で見られるような風速に対する噴霧性能）となる重要な改良である。
低温性能の改良
アイランド位置、アイランド幅、１１０度の噴流角度（ＪＡ）および大きくなった渦形成エリア（アイランドの上流の渦は利用できる）により、流体素子１００は、高粘性流体で、より低い流体圧力で振動開始（または「スタート」）することができる。メタノールと水の組成が５０：５０の洗浄液では、全扇角度（たとえば６０度）のノズルスプレーパターンが３ｐｓｉ以上で得られる。出願人らは、もっと小さいアイランド幅でも低温性能が改善されることを見出した。これらの要素が組み合わさって、以前の実施形態よりも良好な低温性能をもたらしている。
流体スプレーの液滴分布
次に図３Ａおよび３Ｂを参照すると、噴霧性能（スプレー扇（扇角度６０度）の体積分布）を測定したグラフが示されている。Ｙ軸は全体に占めるセル体積％を表し、Ｘ軸はセル数である。流体回路１００を用いるノズル組立体の性能は図３Ａの実線で示され、より均一な分布を示している。このことは、使用中、ノズル組立体は、先行技術のノズルと比べて、その扇角度全体により均一に噴霧液体を拡散させることを意味する。この性能は、フィードバック流体素子またはマッシュルーム流体素子のタイプの流体ノズルよりも、明らかに均一になっている。
図３Ｂは、上述した大量噴霧用スプレーパターンの実施形態（オプション２で説明したように、パワーノズル１１４Ａおよび１１４Ｂのルーメン面積のほうが大きく、それよりも小さいルーメンの中央パワーノズル（たとえば１１４Ｃ）を有する）用に構成されている、別の改良された３噴流アイランド流体オシレータの噴霧性能（凡例の右端に示す鎖線）を測定したグラフを示す。
図４Ａ〜４Ｃに戻ると、流体素子１００内で振動するスプレーを生成させ維持する動作機構について、ある振動サイクル中の渦の位置および大きさを示す時系列的な静止画で説明している。本発明の方法によると、３噴流双安定オシレータ１００の振動サイクルは、中央噴流（「Ｊ３」）がアイランド１２６の対向する左右の側を交互に遠位方向に流れて図示のように交互に渦を発生させると、生成される。図４Ａでは、中央噴流は大きい渦ＬＶと同じく左側にある。この渦ＬＶは、左側の噴流Ｊ１を阻害または抑制し、その結果右側の噴流Ｊ２がスロートルーメン１２０から流出する出力噴流を支配することになって、該出力噴流はスプレー１３０の扇角度の左端へと押し流される。振動サイクルが進行すると、中央噴流はアイランドの右側に向けて移動し始める。この間、出力噴流は、スロートルーメン１２０から放出されている扇の中心を通過している。図３Ｃでは、中央噴流はアイランドの右側にあり、出力噴流はその扇右端にある。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
大まかにいうと、本発明の３噴流双安定オシレータ１００内で流体を制御する方法は、振動する流体滴スプレー（たとえば１３０、３３０）としての排出流を生成するために、中を通過する加圧された流体に作用する流体オシレータ（たとえば１００、２００または３００（以下に説明）を必要とし、該オシレータは、該加圧された流体の入口（たとえば、フィルター柱１２２の列を所望により含み得る充填領域１１２）を含んでおり、該加圧された流体は、次いで第１、第２および第３のパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃに流入し、各パワーノズルは、ベンチュリ形の先細ルーメンを画定するように構成されている床および側壁を有して、該加圧された流体の移動を加速して該各パワーノズルから流れる第１、第２および第３の流体噴流を形成し、ここで各パワーノズルから得られる噴流は、選択された噴流軸線に沿って揃っている。該流体オシレータは、該入口１１２と該第１、第２および第３のパワーノズルの間で該流体の流れを接続して可能にする流体連通路を画定し、該流体連通路は、該第１、第２および第３のパワーノズルと流体連通しかつ該第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受ける相互作用チャンバ１１８を画定する一対の側壁を含む、境界表面を有する。相互作用チャンバ１１８は、床と、振動するスプレーが排出される出口オリフィス１２０と、上向きまたは内向きに突出するアイランド突起１２６であって、チャンバ１１８の該床から上向きに突出する第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定し、該噴流軸線の交差点に配置され、それによって（図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示すように）該第１、第２および第３のパワーノズルからの該第１、第２および第３の噴流に衝突される、アイランド突起１２６とを有する。アイランド１２６は、相互作用チャンバ１１８内で出口オリフィス１２０から離間しているが好ましくは共通の長手方向対称軸線に沿って揃っている。
Ｔ字形アイランド３噴流の流体素子
図５Ａおよび５Ｂでは２つの追加の実施形態が説明されている。まず図５Ａの実施形態では、Ｔ字形アイランド３噴流オシレータ回路２００が、入口領域２１２から相互作用チャンバ２１８へと流体を加速する第１、第２および第３のパワーノズル２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃと、３つのパワーノズル２１４Ｃの中心の下流で相互作用チャンバ２１８内へと突出するＴ字形アイランド突起２２６とを備えている。相互作用チャンバ２１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線を有する。例示的実施形態では、第１および第２のパワーノズル２１４Ａおよび２１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル２１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分の対称的な中心線または中心軸線のほぼ上にある。
相互作用チャンバ２１８は選択された幅Ｉｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロートオリフィス２２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロートオリフィス２２０は、名目上は中心線に関して対称的に画定されており、選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。Ｔ字形アイランド２２６は、相互作用チャンバ２１８の中心線上に位置する中央パワーノズル２１４Ｃから下流の真下に位置し、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる噴流を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１および第２の横方向に離間したパワーノズル２１４Ａ、２１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド２２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差角度ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流を生成する。
流体オシレータ回路２００では、第１、第２および第３のオリフィス２１４Ａ、２１４Ｂおよび２１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分２４０、２５０の間に画定されて図示されており、第１の湾曲した短手方向壁区分２４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面２４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分２５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面２５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面２４２、２５２は、相互作用チャンバ２１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
上述の流体回路１００では、出願人らが発見したところでは、オシレータ２００の各流体回路要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することで、スロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接してスロートからより均一に放出される、改良された流れ渦をアイランド２２６の前と後ろで生成できる。アイランド２２６の好ましい実施形態として、Ｔ字形アイランドの形状および位置が選択されている。Ｔ字形アイランドアイランド２２６は、図５Ａで最もよくわかるように、ポイントのうちの１つが、中心軸線２０２に沿って揃っている中央パワーノズル２１４Ｃから遠位方向に流れてくる流体と対向するように、向けられている。
次に図５Ｂ、６Ｂおよび６Ｃを参照すると、別のＴ字形アイランド３噴流オシレータ回路３００が、入口領域３１２から相互作用チャンバ３１８へと流体を加速する第１、第２および第３のパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃと、３つのパワーノズル３１４Ｃの中心の下流で相互作用チャンバ３１８内へと突出するＴ字形アイランド突起３２６とを備えている。相互作用チャンバ３１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線を有する。例示的実施形態では、第１および第２のパワーノズル３１４Ａおよび３１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル３１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分の対称的な中心線または中心軸線のほぼ上にある。
相互作用チャンバ３１８は選択された幅Ｉｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロートオリフィス３２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロートオリフィス３２０は、名目上は中心線に関して対称的に画定されており、選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。Ｔ字形アイランド３２６は、相互作用チャンバ３１８の中心線上に位置する中央パワーノズル３１４Ｃから下流の真下に位置し、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる噴流を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１および第２の横方向に離間したパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド３２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差角度ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流を生成する。図５Ａおよび５Ｂに示される流体オシレータの幾何形状は、動作は類似しているが、図５Ｂに示されるアイランド３２６のほうが大きく、図５Ａに示されるアイランド２２６よりも「プラスチック射出成形に好都合」にされている。
流体オシレータ回路３００では、第１、第２および第３のオリフィス３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分３４０、３５０の間に画定されて図示されており、（たとえば図６Ｂに示すように）第１の湾曲した短手方向壁区分３４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面３４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分３５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面３５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面３４２、３５２は、相互作用チャンバ３１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
次に図６Ｂおよび６Ｃを参照すると、これらの要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することで、アイランド３２６の上流または近位（前）および下流または遠位（後ろ）で改良された流れ渦を生成することができ、これらの移動渦はスロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接して、より均一にスロート３２０から放出される。アイランド３２６の好ましい実施形態として、Ｔ字形アイランドの形状および位置が選択されている。略Ｔ字形のアイランド３２６は、図６Ｂおよび６Ｃで最もよくわかるように、左右の側壁端部またはポイントで終わる横方向に突出する短手方向壁区分、ならびに中央パワーノズル３１４Ｃから遠位方向に流れてくる流体と対向する壁端部またはポイントで近位側で終わる近位方向に突出する軸方向に揃った壁区分を有する。図５Ａおよび５Ｂの流体回路の目的は、改良して「スタート」と低温性能を促進することである。典型的には、そのゴールは、華氏零度で５０：５０のエタノール混合液のノズル圧力を１７ｐｓｉよりも低くすることである（液体の粘性＞２０ｃＰ）。例示の設計はそのような性能、またはさらに良好な性能をもたらすことになる。それに加えて、スプレー２３０および３３０ならびに出口オリフィス（たとえば２２０、３２０）からのスプレー端部ははるかに鮮明である（つまり、試験ではスプレー端部の液体体積がより多く、扇の外観がより整っていた）。また、スプレーの振動がより効率的なので、所与のＴＡ（スロート面積）／ＰＡ（パワーノズル面積）の割合は、スプレー２３０および３３０のスプレー扇角度のほうが高い。
図５Ａおよび５Ｂの流体素子の実施形態２００および３００の主な特徴は、低温かつ高粘性流体でより良好なスタートアップをもたらした改良されたＴ字形アイランドの形である（より良好な「低温性能」と特徴づけられる）。この改良は、より良好な振動開始またはスタートを求めて設計したことにより得られた。図６Ａ（図２に例示し上述した改良された３噴流アイランドオシレータ１００を示している）ならびに図６Ｂおよび６Ｃ（本発明に提案されるＴ字形アイランドの形状を示している）を参照すると、オシレータ１００の三角形アイランド１２６（二等辺三角形）は、水で薄めた〜中程度の粘性（たとえば、＜１５ｃＰ）では問題なく動作するが、高粘性の液体（たとえば、＞２０ｃＰ）では苦戦し、振動できないこともある。このことを発見した出願人らがアイランドの形状を逆さにしたＴ字形構成２２６、３２６（ただし、二等辺三角形アイランド１２６と同じ短手方向幅または底辺寸法Ｉｓｗを有する）に変えたところ、高粘性液体でより良好な性能を観察した。たとえば図２および６Ａに例示するような流体素子１００で噴霧する場合、華氏零度でエタノール混合液の流体を噴霧するスプレー扇を生成するのに、２５ＰＳＩよりも高い流体圧力を要するが、Ｔ字形アイランド流体素子２００、３００は、それよりも大幅に低い流体圧力で動作する（たとえば同じエタノール混合液で１７ＰＳＩ未満）。この振動誘発方法は、図４Ａ〜４Ｃに例示した上述のものと似ている。たとえば、図６Ａが例示しているのは、オシレータ１００の三角形アイランド１２６に対する相互作用チャンバ３１８内の対称的な（単安定性の振動していない）流れ場であり（上述したとおり）、図６Ｂが例示しているのは、より新規のＴ字形アイランドオシレータ３００の、この瞬間は対称的な流れ場である。図６Ｃが例示しているのは、より新規のＴ字形アイランドオシレータ３００の振動している流れ場である。
高粘性液体ではレイノルズ数が低下するので流れが対称的になる傾向が強く、その結果出力は図６Ａや６Ｂに示すような直線ストリーム（振動しない噴流）となり、オシレータが非振動状態に達すると、ノズル組立体は求められるスプレーパターンを提供できなくなる。
本発明の方法によると、Ｔ字形アイランドのパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃには、別個の驚くべき効果的な構成が少なくとも２つある。
Ａ）ほぼ均一なスプレーパターンでは、パワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃは３つとも、ほぼ等しいルーメン面積（たとえば長方形断面の幅と深さ）を有する。これにより、スプレー扇全体で均一なスプレー分布が得られる（図３Ａに示したものと同様）。
Ｂ）あるいは、大量噴霧用のスプレーパターンでは、（たとえばパワーノズルが３つとも等しい深さを有する場合）、（３１４Ａ、３１４Ｂと同様の）両側のパワーノズルのルーメン面積は等しく、中央パワーノズルよりもわずかに大きい（３１４Ｃよりも大きい）。これにより、スプレー扇の端部の流体量は少し増える（図３Ｂの点線で示したものと同様）。
先行技術のオシレータでは、および本発明の初期の試作品のいくつかでも（たとえば図２および６Ａに示す三角形アイランド１２６）、中央の流体噴流がアイランド（たとえば図１Ｊに示す３４）の周りでスムーズに２つの流れに分かれると、望ましくない単安定状態により、出口スプレー１３０が横方向移動しなくなる（つまり振動停止する）ことが見出された。
本発明のより新規の実施形態は、（たとえばＴ字形アイランド２２６、３２６で、）逆さにしたＴ字形アイランド３２６により画定される対向する左右の内角壁区分に、中央噴流（「Ｊ３」）からの流れを受けそれに応答して第１および第２の非常に小さい、反対方向に回転するアイランドポケット渦ＩＶＣＣＷおよびＩＶＣＷ（たとえば図６Ｂを参照）を生成するように構成されている、第１および第２のＬ字形アイランド壁区分または内角形ポケットを提供することにより、この問題を解決するものである。第１および第２の反対方向に回転するマイクロ渦は、中央噴流（「Ｊ３」）がアイランドの周りで分裂すると立ち上がる。これらの反対方向に回転するマイクロ渦ＩＶＣＣＷおよびＩＶＣＷは、圧力（と流れ）が増すにつれて強く大きくなる。その結果、不安定度が増し、中央パワーノズル３１４Ｃからの中央噴流Ｊ３は、アイランド３２６の周りで対称的な流れを維持できなくなる。すると中央噴流からの流体流は図６Ｃに示すようにアイランドの一方の側へと切り替わらざるを得ず、振動する流れ場およびスプレー３３０を立ち上げる。
Ｔ字形アイランド流体オシレータ３００で振動を開始させるのに必要な加圧された流体流の圧力は、「切替圧力」と呼ばれるが、上述したようにオシレータ３００の切替圧力は１７ＰＳＩ未満であり、このことは、切替圧力が２５ＰＳＩを超えるような先行技術や初期の試作品（たとえば図２および６Ａに示す１００）に要する切替圧力と比べて大きな進歩である。
Ｔ字形アイランド流体オシレータ２００および３００のその他の特徴は、改良された３噴流アイランド流体オシレータ１００について上述したことと同様であり、具体的には以下のとおりである。
相互作用領域幅Ｉｗ：出願人らは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）が最適な値になることを見出した。
相互作用領域高さＩｌ：重要な寸法であり、７．５〜８．５Ｐｗの範囲。
噴流交差点Ｊｌ：重要な寸法であり、２．５〜３Ｐｗの範囲。
噴流交差角度ＪＡ：上述したように、最外側の噴流の噴流軸線ＪＡが１００度〜１４０度の範囲であるとき最適な性能が得られ、好ましくは（図６Ｂおよび６Ｃに示すように）約１１０度である。および、
改良されたスプレー速度：回路３００では約１４ｍ／ｓのスプレー速度が可能である。これが可能なのは、特殊な幾何形状により、所与の扇角度について、パワーノズル面積に対するスロート面積の割合がより小さくなるからである。
このことが、加圧された流体に作用して振動する流体滴スプレーを生成する改良されたノズル組立体および改良された流体オシレータ回路（たとえば１００、２００、３００）を可能にしていることが理解されよう。該オシレータは、流体噴流を第１、第２および第３のパワーノズル（たとえば１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ）から相互作用チャンバ（たとえば１１８）内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起（たとえば１２６）へと向ける。各パワーノズルは、選択された長方形のルーメン面積および幅（「Ｐｗ」）を有する。アイランドは、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さＩｌを有する相互作用領域を画定する相互作用チャンバの遠位端にある出口オリフィス（たとえば１２０）から離間しているが共通軸線（たとえば１０２）に沿って揃っている。最外側噴流（たとえば１１４Ａ、１１４Ｂ）は、アイランドを越えて、オリフィスから２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ離間している噴流交差点Ｊｌで交差している軸線に沿って、１００〜１４０度の鈍角に向けられる。相互作用チャンバの上流端は、左側および右側の渦生成エリアを画定している第１および第２の横方向にオフセットしたくぼんだ壁のボウル形表面（たとえば１４２、１５２）により画定されているので、流体が押し進められるにつれて、流体噴流を誘導する渦が交互に形成され得、次いで遠位に移動させられて流体噴流を相互作用チャンバ内で横方向に誘導し、それによって確実に横方向に振動するスプレー扇が生成されて維持され、該スプレー扇は上述したような改良されたスプレー速度で、２０〜１２０度の範囲の選択された扇角度を有するスプレー（たとえば１３０、２３０、３３０）となって出口オリフィスから噴出される。
新規の改良されたノズル構成および方法の好ましい実施形態について説明してきたが、当業者であれば、本明細書に記載の教示に鑑み、他の変更形態、変形形態および変化形態に想到しよう。したがって、そのような変更形態、変形形態および変化形態のすべてが、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内にあるものと考えられる。
関連出願の相互参照
本願は、先の、本願に共通して所有される同時係属の２０１４年７月１５日出願の「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＴＨＲＥＥ ＪＥＴ ＩＳＬＡＮＤ ＦＬＵＩＤＩＣ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ， ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＮＯＺＺＬＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題される米国特許仮出願第６２／０２４７６２号の優先権を主張するものであり、さらに、先の同時係属の２０１５年５月１日出願の「ＴＥＥ−ＩＳＬＡＮＤ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＴＨＲＥＥ ＪＥＴ ＦＬＵＩＤＩＣ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ， ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＮＯＺＺＬＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題される米国特許仮出願第６２／１５５８２６号の優先権を主張するものである。本願はまた、本願に共通して所有される米国特許第７，２６７，２９０号、同第７，４７２，８４８号および同第７，６５１，０３６号にも関連し、それらの開示全体を参照により本明細書に援用する。
本発明は、流体操作プロセスおよび装置に関する。より具体的には、本発明は、通常高粘性の流体と関連づけられる低い温度で精密制御されるスプレーを生成するのに用いられる、流体オシレータおよび方法に関する。
流体オシレータは、液体噴流を周期的に屈折させて広範な液体スプレーパターンを提供する能力が、先行技術でもよく知られている。ほとんどの流体オシレータの動作は、機械的可動部品を用いない流体噴流の周期的屈折により特徴づけられる。したがって、流体オシレータには、他の種類のスプレー装置と違って損耗による信頼性と動作性への悪影響がない、という利点がある。
流体オシレータの例は、多くの特許文献、たとえば米国特許第３，１８５，１６６号（Ｈｏｒｔｏｎ ＆ Ｂｏｗｌｅｓ）、米国特許第３，５６３，４６２号（Ｂａｕｅｒ）、米国特許第４，０５２，００２号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ ＆ Ｂｒａｙ）、米国特許第４，１５１，９５５号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第４，１５７，１６１号（Ｂａｕｅｒ）、米国特許第４，２３１，５１９号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）（ＲＥ３３，１５８として再発行）、米国特許第４，５０８，２６７号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第５，０３５，３６１号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第５，２１３，２６９号（Ｓｒｉｎａｔｈ）、米国特許第５，９７１，３０１号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒ）、米国特許第６，１８６，４０９号（Ｓｒｉｎａｔｈ）および米国特許第６，２５３，７８２号（Ｒａｇｈｕ）に見ることができる。振動する液体噴流は、この液体噴流が下流で周囲の気体環境中ばらばらになって液滴として分布する際に様々なスプレーパターンを生じさせることができる。
一部の高粘性の液体（つまり１５〜２０センチポアズ）を噴霧するのに、本願に共通して所有される米国特許第６，２５３，７８２号に開示される「マッシュルーム・オシレータ」が特に便利であることが見出された。ところが、そのような液体の温度が下がり続け、そのせいで液体の粘性が高くなると（たとえば２５センチポアズ）、このタイプのオシレータの性能は、スプレーが広い扇角度で分布するのに十分な振動をする噴流をもたらせなくなるほど低下し得ることも見出されている。この状況は、特に自動車のウォッシャ液用途で問題となる。
上記の問題を解決しようと出願人が当初至ったのが、図１Ａ〜１Ｑに示され、参照により本明細書に援用される、本願に共通して所有される米国特許第４，７６１，０３６号の「３噴流アイランド」流体回路の方法および構造である。この流体回路のインサート１８の幾何形状（図１Ｇに示す）は、それまでの流体オシレータよりも効果的だったが、出願人らの実験では、ある種の流体およびある温度では、流体インサート１８は、他の先行技術の流体オシレータと同様に、状況によっては（ａ）流体力学的機構を誘発する振動が確実には開始されない可能性、または（ｂ）相互作用チャンバ内で流体噴流の振動誘導機構が確実には維持されない可能性があることが判明した。この２点は所望どおりに振動するスプレーを確実に確立し維持するのに必要とされ、特に低温または粘性の流体では必要とされる。
したがって、より低温の高粘性の流体のスプレーを生成するための改良された方法および装置が必要とされている。
したがって、本発明の目的は、耐久性と信頼性のあるコスト効率のよいノズル構造、流体オシレータ構造、および流体分布またはスプレー生成の方法を提供することで上述の問題を克服し、振動するスプレーの確実な開始および維持を強化し、自動車その他の用途で使用されるノズル組立体の力学的および低温性能の範囲を広げることである。
本発明の別の目的は、流体流が相互作用チャンバ内で流体力学的機構を誘発し始めると、特に低温または粘性の流体で、所望の振動するスプレーを直ちに確立し維持できる、信頼性の高い流体ノズルおよびオシレータ回路を提供することである。
本発明の一例示的実施形態によると、流体回路は、流体オシレータを有するノズル組立体として構成されている。流体オシレータまたは流体回路は、流体回路内に画定される流路を受けて境界を提供するチャネル、ポートまたはスロットを画定するハウジング内で使用されるように構成されていることが多い。流体オシレータまたは流体回路がいかに使用され得るかの例としては、出願人の米国特許第７６５１０３６号の図４（本明細書にも図１Ｆとして含まれる）に示されるように、後述する新規の流体インサートを有するノズル組立体がハウジングといっしょに構成され、該ハウジングは、内部ルーメンと１つ以上のポートまたはスロットとで実質的に中空の流体不透過構造を画定し、該ポートまたはスロットは、滑らかなスロット壁内部表面で略長方形の通路または孔を画定している。
ノズル組立体は、ハウジングの側壁内に画定されているスロット内にきつく受けられて保持されるような寸法の１つ以上の流体回路インサートまたはチップを含むように構成され得る。流体回路インサートがハウジングのポートまたはスロット内にきつく嵌ると、ノズル組立体はハウジングの内部ルーメンとハウジング外部間を流体連通するチャネルを提供するので、ハウジングの内部ルーメンに流入する流体を用いて、ハウジングの向きおよび構成によって遠位方向に向けて振動するスプレーを生成することができる。
本発明の新規の流体回路の幾何形状は、反復可能な振動噴流ストリームおよびそれに続いてスプレーを生成する移動渦を確実に形成できる、新規の驚くべき堅牢な振動誘発および維持機構で動作する。本発明の回路の現試作品では、２０°〜１２０°の扇角度で扁平スプレーが生成された。本発明の流体回路の第１の実施形態は、複数のセクションを有し、これらは互いに共働してそこを通過する流体流に作用して、内部渦および所望の振動するスプレーを生成する。順序としては、加圧された流体はまず入口から流入し、オプションのろ過セクションを通過してから、流体流を分割する３分割パワーノズルセクションに入り第１、第２および第３のパワーノズルを通過する。この第１、第２および第３のパワーノズルは、第１、第２および第３の流体噴流を生成し、渦を生成する相互作用チャンバまたは空洞セクション内へと向けるように構成されている。このチャンバまたは空洞セクションで、３つの噴流は互いに、および内部要素と衝突して、遠位方向に移動する流体渦を開始し維持する。相互作用チャンバまたは空洞セクションは、振動するスプレーを周囲環境へと遠位に噴出するように構成されているスロートまたは出口オリフィスで、遠位側で終了する。
本発明によると、改良されたノズル組立体は、少なくとも１つの流体オシレータを含み、該流体オシレータはその内部を流れる加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーを生成して方向付ける。流体オシレータの内部幾何形状により、流体噴流は、第１、第２および第３のパワーノズルから相互作用チャンバ内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定し上向きに突出するアイランド突起へと向けられる。アイランド突起は、相互作用チャンバの遠位端またはスプレー端の出口オリフィスから離間しているが共通の中心軸線に沿って揃っており、相互作用チャンバは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲の（好ましくは１３Ｐｗの）相互作用領域幅Ｉｗを有する相互作用領域を画定している。相互作用領域は、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さまたは高さＩｌを有し、第１と第３の（最外側の）噴流は、下流で、中央のまたは第２のオリフィスから２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ遠位に離間している選択された噴流交差点Ｊｌで交差する。第１と第３の（最外側の）噴流は、好ましくは約１１０度である選択された噴流交差角ＪＡで交差する第１と第２の噴流軸線に向けられ、かつそれらに沿って揃っている。
本発明の流体素子の幾何形状では、第１、第２および第３のオリフィスは、（ａ）相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および（ｂ）第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分の間に画定され、第１の湾曲した短手方向壁区分は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面は、相互作用チャンバ内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
第１、第２および第３の噴流は、相互作用チャンバ内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ動き回らせる。双安定性振動サイクルは、相互作用チャンバの上向きまたは内向きに突出するアイランドの両側を中央噴流が交互に流れて、横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生または生成すると開始される。最初、中央噴流は、アイランドの片側（たとえば左側）にあって、同側（たとえば左側）に大きな渦をもたらす。この左側の渦は、左側のオリフィスから流れる左側の噴流を部分的に阻害または抑制して、（ａ）アイランドの上流、かつ右側のオリフィスの近傍で右側の渦が開始され、（ｂ）右側の噴流が、出口オリフィスまたはスロートルーメンから流出する出力噴流を支配することになり、それによって流体素子のスプレー扇の左端の端部または端が画定されることになる。やがて左側の渦と右側の渦はどちらも遠位に移動し、中央噴流はアイランドの反対側（たとえば右側）へと移動し始める。
この移行期の間、出力噴流は、スロートルーメンから放出されるスプレー扇の中心を通過している。中央噴流がアイランドの右側へと横方向に移動するとき、出力噴流スプレーはその扇右端を目がけている。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
特に低温または粘性の流体で、振動が（ａ）確実に開始され、（ｂ）流体噴流の振動誘導機構が相互作用チャンバ内で確実に維持されるように、Ｔ字形アイランドを有する別の実施形態を改良した。このＴ字形アイランドを有する流体回路の実施形態は、非常に広範な流体温度および粘性条件で特に堅牢な振動開始を提供する、近位方向に突出する壁セグメントを有する。
先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。 先行技術による、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されている、ノズル組立体構成要素および流体回路構成を示す図である。
本発明による、第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受けてこれに作用するように構成されている相互作用領域を有する、改良された３噴流アイランド流体オシレータの幾何形状を示す上面図または平面図であり、外側の噴流同士は選択された鈍角で交差するように構成され、中央噴流は新規のアイランド形の障害物に直接衝突するように構成されて、高粘性流体を用いて振動するスプレーが生成される、幾何形状を示す図である。
図２の流体オシレータを有して構成されており、本発明の方法にしたがってスプレーを生成するのに用いられるノズル組立体の（先行技術のフィードバックおよびマッシュルーム流体オシレータと比較しての）噴霧性能を示すグラフである。
図２の流体オシレータと同様に構成されているが、第１および第３の（外側の）パワーノズルは第２の（中央の）パワーノズルのルーメンよりも大きいルーメンを画定している、本発明の方法にしたがって大量噴霧用スプレーを生成するのに用いられ得る、ノズル組立体の噴霧性能を示す別のグラフである。
本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。 本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。 本発明による、図２の改良された３噴流アイランド流体回路の実施形態における振動サイクル中の流体流を示す平面図である。
本発明による、Ｔ字形アイランド流体回路の実施形態の代替実施形態を示す平面図である。 本発明による、Ｔ字形アイランド流体回路の実施形態の代替実施形態を示す平面図である。
本発明による、図２、４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。
本発明による、図５ＢのＴ字形アイランド流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。 本発明による、図５ＢのＴ字形アイランド流体回路の実施形態における流体流を示す平面図である。
背景技術の図１Ａ〜１Ｑは、出願人の先の米国特許第７６５１０３６号の３噴流アイランド流体回路で説明されているノズル組立体構成要素および流体回路構成を示しており、用語を統一するために本明細書の一部として含まれる。次に図２〜６Ｂを参照すると、本発明の構造および方法では、振動を誘発する流体力学的（つまり渦の形成と動き）機構の開始および信頼性の強化（つまり、相互作用チャンバ内での流体噴流の誘導機構が広範な環境条件、特に低温または粘性の流体を噴霧する条件でも維持される）によってこの先行技術に改良を加えている。図２〜６Ｂに示されている、この後説明される改良された流体回路の幾何形状および方法は、出願人の（図１Ｆに示すハウジング１０などの）ハウジング構造内で用いられて、自動車その他の用途で使用される大幅に改良されたノズル組立体を提供するようにされている。本発明の流体噴霧性能を説明する用語としては、図１Ａ〜１Ｅに示され、また出願人の本願に共通して所有される米国特許第７６５１０３６号（その内容を参照により本明細書に援用する）にも説明される、「ｓｐｒａｙ ｆａｎ（スプレー扇）」および「ｆａｎ ａｎｇｌｅ（扇角度）」が挙げられる。本明細書に記載する本発明の例示的実施形態によると、流体回路（たとえば１００、２００または３００）は、（図１Ｆに示すハウジング１０などの）ノズル組立体内に構成されている。流体オシレータまたは流体回路は、空洞、ポートまたはスロット２０を画定するハウジング内で使用されるように構成されていることが多く、以下に説明する新規の流体インサート（たとえば１００、２００または３００）は、ハウジングを有するノズル組立体内に構成されており、該ハウジングは、内部ルーメンと１つ以上の空洞（たとえば２０）ポートまたはスロットとで実質的に中空の流体不透過構造を画定し、該空洞、ポートまたはスロットは、滑らかなスロット壁内部表面で略長方形の通路または孔を画定している。
本発明によると、ノズル組立体は、ハウジングの側壁内に画定されている空洞またはスロット内にきつく受けられて保持されるような寸法の１つ以上の流体回路インサートまたはチップ（たとえば１００、２００または３００）を含むように構成されている。流体回路インサート（たとえば１００、２００または３００）がハウジングの空洞またはスロット（たとえば２０）内にきつく嵌ると、ノズル組立体はハウジングの内部ルーメン（加圧された流体の流体入口を提供）とハウジング外部間を流体連通するチャネルを提供するので、ハウジングの内部ルーメンに流入する流体を用いて、ハウジングの向きおよび構成によって遠位方向に向けて振動するスプレーを生成することができる。
（たとえば図１Ｆに示す１０と同様の）ノズル組立体のヘッドは、２部品構成であり得る。ハウジングのノズルヘッドは、２つの主要なノズル部品のうちの１つとして空洞またはソケット（たとえば２０）を含む場合がある。もう１つの部品は流体インサートまたはチップ（たとえば１００、２００または３００）である。ノズルヘッドが流体インサートまたはチップを受ける空洞を含む場合、この空洞内に画定されている概ね平坦な床面は、ハウジング遠位方向に突出する囲みの遠位スプレー噴出側表面に画定される、幅のある概ね長方形の開口部で終わる。内部では、入口からの流体搬送ルーメンが、ノズルヘッド内部、および空洞側壁表面の開口部（たとえば封止表面２２）で終わる流体入口供給チャネルまたはルーメンと、流体連通している。各流体供給ルーメンは、ノズルヘッドの空洞内に画定された内部容積と流体連通し、加圧された流体がノズル供給チャネル内へと送出されそこを通過すると、この流体は空洞内、そして流体素子（たとえば１００、２００または３００）内に流入し通過する。
流体インサートまたはチップ（後で詳述するが、たとえば１００、２００または３００）は概ね平らな部材であり、ハウジングの空洞２０内に圧入されまたは押し込まれるようにされていて、ハウジングの空洞の壁が該インサートに及ぼす圧力によって空洞内にしっかり保持される。そのために、ハウジングは、圧力がかかるとわずかに変形する堅いプラスチックで作製される。空洞には上壁と底壁とがあり、インサート（たとえば１００、２００または３００）の上面と底面の間のインサート厚さとほぼ等しい距離だけ離間している。所望により、インサートの中央あたりをいくらか厚くして、底面をいくらか湾曲させてもよい。キャビティの側壁も同様に、インサートの左右または横方向の両端の間の幅とほぼ等しい距離だけ離間している。好ましい実施形態では、流体回路インサート（たとえば１００、２００または３００）は、ノズルヘッドの空洞２０よりも数千分の１インチだけ幅が広くてもよい。インサート（たとえば１００、２００または３００）と空洞２０は、軸方向長さに沿って先細になって、露出している遠位端のほうが広く、挿入方向の近位端に向けて狭くなっていてもよい。これは徐々に先細になってもよいし、（たとえば図２に示すように）どこか１か所以上で互いに対してわずかに角度がつくようにして、先細にしてもよい。
流体オシレータは、インサート（たとえば１００、２００または３００）において、流体通路を画定する基板上面の複数の凹んだ部分として画定される。流体素子の全要素が、インサートまたはチップ上面に設けられた深さが等しいかまたは異なる凹所またはトラフとして画定される。流体インサート（たとえば１００、２００または３００）がハウジングのスロットまたは空洞に完全に挿入されると、ハウジングの内部ルーメンは空洞への開口部を画定し、この開口部はインサートの入口と揃って連通するので、ハウジング入口（たとえば１６）に流入するウォッシャ液または水は、流体素子の相互作用チャンバ（たとえば１１８、２１８または３１８）に流入してその中で振動する渦を生成し、それによって振動が確立され、流体噴流が前後動させられて所望のスプレー１３０が生成され、流出オリフィス（たとえば１２０、２２０または３２０）から放出される。選択された流体インサート（たとえば１００、２００または３００）がノズルヘッドの空洞２０内に圧入されまたは押し込まれると、空洞の側壁２２はわずかに広がって、より高い圧力をインサート中央部分に沿って加える。インサート（たとえば１００、２００または３００）の上面に形成されたオシレータは、インサートの両端間でほぼ真ん中に位置し、空洞の内壁に対し非常に密に封止されているので、インサート表面または空洞表面に形成された流体オシレータは、圧入係合により加えられる圧力のみによって封止され得る。
なお、ノズルヘッドの空洞と流体インサート（たとえば１００、２００または３００）は略平坦に図示しているが、所望のノズルヘッド形状およびスプレーパターン（たとえば１３０）によっては、円弧状でも、曲がっていても、その他の構成でもよい。同様に、オシレータのチャネルは、インサートの上面と底面の両方に、または空洞の上壁と底壁の両方に画定してもよい。唯一の制限は、どの表面に画定される場合も、流体オシレータは、ハウジングの空洞内に圧入されることで加えられる圧力により、当接する表面によって封止されるということである。
図２〜４Ｃに示す本発明の第１の実施形態によると、スプレーを生成するための改良された方法および装置には、好ましくは空洞を有するノズル組立体（たとえば図１Ｆに示すような、空洞２０を有するスプレーハウジング１０）が含まれるが、改良された３噴流アイランド流体回路１００を受けるように構成されている。図２は、第１のパワーノズル１１４Ａ、第２のパワーノズル１１４Ｂおよび第３のパワーノズル１１４Ｃからの第１、第２および第３の噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を受けてこれに作用するように構成されている相互作用領域１１８を有する、改良された３噴流アイランド流体オシレータ１００を示す上面図または平面図である。図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃから最もよくわかるように、振動サイクル中、中央噴流Ｊ２は中心軸線１０２に沿って遠位に流れ、相互作用チャンバ１１８内へと内向きに突出する新規のアイランド形障害物１２６に直接衝突し、図３Ａに示すように、高粘性流体で、精密かつより均一な振動するスプレーを生成するのに使用される。
図２に示す本発明の流体回路１００の第１の実施形態は、複数のセクションを有し、これらは互いに共働してそこを通過する流体流に作用して、所望の振動するスプレー１３０を生成する。流体は、近位入口（全体的に１１２）から流入し、以下に説明する諸セクションを通って下流または遠位に流れ、振動する流体滴スプレーとしてスロートまたは出口１２０から流出する。用語として、中心軸線または流れ軸線１０２は、供給入口１１０の中心からスロート開口部１２０の中心まで伸長する直線として定義する。オシレータ回路１００内を通って遠位に流れる加圧された流体に作用する各要素は、好ましくは中心軸線１０２に関して対称的に画定されている。
再度図２を参照すると、改良された３噴流アイランドオシレータ回路１００は、入口領域１１２から相互作用チャンバ１１８内への流体の遠位方向の流れを促進する第１、第２および第３のルーメンまたはパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃと、この３つのパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃの中央の下流で、相互作用チャンバ１１８内へと突出する、再構成されたアイランド突起１２６とを備えている。相互作用チャンバ１１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線１０２を有する。例示的実施形態では、第１と第２のパワーノズル１１４Ａおよび１１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル１１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分のほぼ中心線上にある。
図２で最もよくわかるように、相互作用チャンバ１１８は選択された幅Ｉｓｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロート１２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロート１２０は、名目上は中心線１０２に関して対称的に画定されており、好ましくは選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。相互作用チャンバ１１８内では、アイランド１２６が、第３のパワーノズル１１４Ｃから中心線１０２上の真下かつ遠位に離間しており、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有するほぼ平坦な短手方向遠位側アイランド壁区分を有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる、各パワーノズルに対応する方向付けられた流体噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１と第２の横方向に離間したパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド１２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差鈍角ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流Ｊ１、Ｊ２を生成する。噴流交差角度「ＪＡ」は、具体的には「鈍角」と定義されるが、それは直角（つまり９０度）よりも大きいが１８０度よりは小さいからである。開発試作品で実験と評価を行った結果、出願人らは、この流体回路の性能は、選択された噴流交差鈍角ＪＡが１００〜１４０度である場合に最良であることを発見した。例示の実施形態では、ＪＡは１１０度である。アイランド１２６は、図２および図４Ａ〜４Ｃに示すように、外側のつまり第１および第２の横方向に離間したパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂの遠位または下流に構成されているのがわかる。
出願人らが発見したところでは、これらの要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することによって、スロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接してスロートからより均一に放出されるようにアイランド１２６の後ろつまり下流を遠位に流れる、改良された流れ渦を生成することができる。アイランド１２６の好ましい実施形態として、改良された三角形および位置が選択されている。略三角形のアイランド１２６は、図４Ａ〜４Ｃで最もよくわかるように、角のうちの１つが中央パワーノズル１１４Ｃから流れてくる流体噴流Ｊ３と対向するように、向けられている。
流体オシレータ回路１００では、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定されており、第１の湾曲した短手方向壁区分１４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面１４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分１５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面１５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、相互作用チャンバ１１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
３つの流体噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、順に図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示すように、相互作用チャンバ１１８内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ、動き回らせる。双安定性振動サイクルは、相互作用チャンバの上向きに突出するアイランド１２６の両側を中央噴流Ｊ３が交互に流れて、横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生させまたは生成すると開始される。最初、図４Ａに示すように、中央噴流Ｊ３は、アイランドの片側（つまり左側）にあって、ここ左側に大きな渦ＬＶをもたらす。左側の渦ＬＶは、左側のオリフィスｌ１４Ａから流れる左側の噴流Ｊ１を部分的に阻害または抑制して、（ａ）アイランド１２６の上流、かつ右側のオリフィス１１４Ｂの近傍で右側の渦が開始され、（ｂ）右側の噴流Ｊ２が、出口オリフィスまたはスロートルーメン１２０から流出する出力噴流を支配することになり、それによって流体素子のスプレー１３０の扇形を画定する横移動の左端の端部または端が画定されることになる。やがて左側の渦と右側の渦はどちらもチャンバ１１８内を遠位に移動し、中央噴流Ｊ３はアイランド１２６の反対側（つまり右側）へと横方向に変位または移動を開始させられる。
この移行期の間（図４Ｂに示す）、出口オリフィス１２０からのスプレー出力噴流は、横方向に移動してスプレー扇の中心を通過している。中央噴流がアイランド１２６の右側へと横方向に移動するとき（図４Ｃに示す）、出口オリフィス１２０からの噴流スプレーはその右端に向けられる。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
第１、第２および第３の噴流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３は、相互作用チャンバ１１８内で、双安定性周期的振動サイクルで渦を形成させ、横方向および遠位方向に移動させる。この双安定性振動サイクルは、上向きに突出するアイランド１２６の左右の（または横方向に対向する）側を中央噴流Ｊ３が交互に流れ始めて、遠位方向に移動し横方向（たとえば左右）に離間する渦を交互に発生または生成させると開始される。この振動誘発方法の結果として、強化された３噴流アイランド流体回路１００は、低温の粘性流体で、所与のノズル組立体のスプレー扇角度内でより均一なスプレーパターンの改良されたスプレーを生成する。噴霧性能を図３Ａのグラフの実線で示す。図３Ａは、スプレーパターンの扇全体の全スプレーに対するセル体積％を示す（選択されたスプレー扇角度については、たとえば図１Ｃおよび１Ｅを参照）。セル当たりのスプレー体積の結果は、全体積の約１．６％から全体積の約２．２％の範囲であり、これは出願人の先行技術のフィードバックオシレータ（点線）またはマッシュルームオシレータ（破線）が生成するスプレーよりもはるかに均一である。
本発明の方法によると、改良された３噴流アイランドのパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃには、自明ではないが別個の驚くべき効果的な構成が少なくとも２つある。
Ａ）ほぼ均一なスプレーパターンでは、パワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは３つとも、ほぼ等しいルーメン面積（たとえば長方形断面の幅と深さ）を有する。これにより、スプレー扇全体で均一なスプレー分布が得られる（図３Ａに示すとおり）。
Ｂ）あるいは、大量噴霧用のスプレーパターンでは、（たとえばパワーノズルが３つとも等しい深さを有する場合）、（１１４Ａ、１１４Ｂと同様の）両側のパワーノズルのルーメン面積は等しく、（１１４Ｃよりも大きい）中央パワーノズルよりもわずかに大きい。これにより、スプレー扇の端部の流体量は少し増える（図３Ｂの点線で示すとおり）。
上述したように、図１に示すような噴流交差角度ＪＡは、１００〜１４０度の範囲である。出願人らは９０〜１８０度の範囲で試験して、上述の構成で最高の動作をするには、ＪＡは１００〜１４０度の範囲であるべき（好ましくは１１０度）ということを見出した。以前（出願人の先の米国特許第７、４７２、８４８号および同第７、６５１、０３６号）は、噴流の角度は鈍角ではなく１８０度の「直線」角度だったので、左右のパワーノズルからの噴流は、アイランド２４から遠位または下流にあるパワーノズル開口部から直接互いに向かうことになった（たとえば先の米国特許第７、４７２、８４８号の図１０および１１、ならびに先の米国特許第７、６５１、０３６号の図５Ａ〜１３（本明細書では図１Ｇ〜１Ｑとして複製）を参照）。出願人の開発研究および実験から、本発明の性能を改良するには、渦生成機構は出願人の先の幾何形状とは異なる働きをする必要があり、また、アイランドの上方または上流にもっと大きい「渦生成」エリアが必要であることが明らかになった。この理由から、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃを相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および逆さにしたボウル形の第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定している。第１のくぼんだ壁表面１４２は、第１の円筒形壁セクションを画定し、アイランド１２６の上流または上方かつ左側に、第１のまたは左側の渦生成エリアを提供する。第２のくぼんだ壁表面１５２は、第２の円筒形壁セクションを画定し、鏡像、すなわちアイランド１２６の上流または上方かつ右側にある右側の渦生成エリアを提供する。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定し、対称的に構成されている左右の渦生成エリアは、相互作用チャンバｌ１８内で形成され、成長し、動き回る、横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を生成し収容するように構成されている。
図２〜４Ｃに示す新規の幾何形状により得られる流体噴霧性能の改良点としては、次のものが挙げられる。
１．スプレー速度がより速い／効率がより高い。
２．低温性能の改良。
３．扇角度範囲の改良（２０〜１２０度）。高速液滴スプレーでは９０度よりも大きい扇角度。
４．均一な扇分布。あるいは所望により次の５。
５．（このほうが好ましい場合は）大量噴霧の分布。
図２で最もよくわかるように、（開発試験で様々な試作品を用いていくつか実験をして発見した）出願人の好ましい実施形態が例示され、ほぼ一律の縮尺で描かれている。三角形のアイランド１２６が中心軸線１０２を横方向中心とし、アイランドの近位側または上向きの先端は、同じく中心軸線１０２を中心とする中央のまたは第３のパワーノズル１１４Ｃの中心部と軸方向に揃ってこれに向けられている。
流体オシレータ回路１００では、第１、第２および第３のオリフィス１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分１４０、１５０の間に画定されて図示されており、第１の湾曲した短手方向壁区分１４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面１４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分１５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面１５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面１４２、１５２は、相互作用チャンバ１１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦（たとえば図４Ａおよび４Ｃを参照）を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
次に図２に例示する実施形態を具体的に見ていくと、各パワーノズル（１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ）は、選択された深さ（「ＰＤ」）およびパワーノズル幅（「Ｐｗ」）を有する長方形の溝またはトラフを画定している。流体素子１００は、ウォッシャ液を噴霧するように構成されているので、典型的なパワーノズル深さ（「ＰＤ」）は１．３ミリメートル（「ｍｍ」）、パワーノズル幅（「Ｐｗ」）は０．５５ｍｍである。流体回路１００を画定する流体通路および内部構造要素の構成は、直線寸法または間隔において特徴づけられ、出願人らは、流体スプレー用途に応じてそれらの寸法関係をスケールアップまたはダウンすることができ、それを複数のパワーノズル幅（「Ｐｗ」）によって表すことができることを発見している。相互作用チャンバ１１８内の各要素は、中心軸線１０２に沿って中央パワーノズル１１４Ｃと出口オリフィス１２０の間で選択された位置に構成され、出口オリフィス１２０は、これらの軸方向距離を測る基準線となる相互作用チャンバの遠位側端壁１６０の中心に位置している。
（ａ）アイランド位置ＩＳＬ：三角形のアイランド１２６は、中心軸線１０２上を中心として出口オリフィス１２０に対向している平坦な短手方向遠位側の端壁を有する。アイランドの遠位側短手方向の平坦な端壁は、振動チャンバの遠位側端壁１６０および出口オリフィス１２０の中心軸線１０２上の中心から、パワーノズル幅の４．５倍（４．５＊Ｐｗ）に等しい軸方向間隔だけ、近位または上流に離間している。
（ｂ）アイランド幅ＩＳＷ：遠位側短手方向の平坦な端壁は、アイランド幅として言及される短手方向幅を有しており、この寸法を調節することは、低温性能を強化するのに重要であることが見出された。アイランド幅を大きくすると、低温での開始圧力も増加し、望ましくない。出願人らは、適切な幅の範囲はＰｗの３．３〜３．６倍であることを見出した。この幅範囲はまた、現代のプラスチック射出成形法での製造に適している。内向きに突出するアイランド突起をプラスチック成形する場合は十分な大きさが必要だからである。
（ｃ）アイランド高さ：アイランド１２６は、相互作用チャンバ１１８の空洞または内部容積の床から上向きまたは内向きに、選択された高さだけ突出している。アイランドの高さは、（射出成形プラスチックなどから部品を製造する実際の限界はもちろんあるが）商業的に無理のない製造工程が可能な範囲で、なるべく小さいのが好ましい。
（ｄ）相互作用領域幅Ｉｗ：出願人らは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）が最適な値になることを見出した。
（ｅ）相互作用領域高さＩｌ：相互作用チャンバ１１８の深さまたは相互作用領域高さ、また相互作用チャンバの横方向の境界を画定する側壁または端壁１６０が上向きに突出する高さでもある。重要な寸法であり、７．５〜８．５Ｐｗの範囲。
（ｆ）噴流交差点Ｊｌ：重要な寸法であり、振動チャンバの遠位側端壁１６０および出口オリフィス１２０の中心軸線１０２上の中心から、Ｐｗの２．５〜３倍（２．５〜３＊Ｐｗ）の範囲内であるとき、性能が強化されることが観察された。
（ｇ）噴流交差角度ＪＡ：上述したように、最外側の噴流Ｊ１、Ｊ２の噴流軸線が１００度〜１４０度の範囲（（図２、図４Ａ〜４Ｃに示すように）たとえば１１０度）であるとき最適な性能が得られる。
改良された３噴流アイランド流体回路１００は、スロート幅１ｍｍ、スロート深さ１．３ｍｍで図２、図４Ａ〜４Ｃに示すように構成される（長方形のスプレーオリフィス１２０となる）と、華氏２２度で、８４０ｍＬ／分の流量で加圧されたとき、約１４ｍ／ｓのスプレー速度を生成して、６０度の扇角度のスプレー扇を生成することができる。これが可能なのは、相互作用チャンバ１１８内の諸要素の幾何形状により、スプレーの所与の扇角度（たとえば２０度〜１２０度の範囲内）について、パワーノズル面積に対するスロート面積の割合が予想よりも小さくなるからである。
例示した例では、６０度の扇で、スロート面積はパワーノズル面積の６０％である。これに対し、先に特許された出願人のマッシュルーム回路の場合、同じ扇角度で、スロート面積はパワーノズル面積の１００％である。このように、流体回路１００では、スロート１２０に至るまでの圧力損失がより少ないので、より高いスプレー速度が可能になる。この実証された高いスプレー速度は、先行技術のノズルと比較してより優れた力学的性能（自動車用途で見られるような風速に対する噴霧性能）となる重要な改良である。
低温性能の改良
アイランド位置、アイランド幅、１１０度の噴流角度（ＪＡ）および大きくなった渦形成エリア（アイランドの上流の渦は利用できる）により、流体素子１００は、高粘性流体で、より低い流体圧力で振動開始（または「スタート」）することができる。メタノールと水の組成が５０：５０の洗浄液では、全扇角度（たとえば６０度）のノズルスプレーパターンが３ｐｓｉ以上で得られる。出願人らは、もっと小さいアイランド幅でも低温性能が改善されることを見出した。これらの要素が組み合わさって、以前の実施形態よりも良好な低温性能をもたらしている。
流体スプレーの液滴分布
次に図３Ａおよび３Ｂを参照すると、噴霧性能（スプレー扇（扇角度６０度）の体積分布）を測定したグラフが示されている。Ｙ軸は全体に占めるセル体積％を表し、Ｘ軸はセル数である。流体回路１００を用いるノズル組立体の性能は図３Ａの実線で示され、より均一な分布を示している。このことは、使用中、ノズル組立体は、先行技術のノズルと比べて、その扇角度全体により均一に噴霧液体を拡散させることを意味する。この性能は、フィードバック流体素子またはマッシュルーム流体素子のタイプの流体ノズルよりも、明らかに均一になっている。
図３Ｂは、上述した大量噴霧用スプレーパターンの実施形態（オプション２で説明したように、パワーノズル１１４Ａおよび１１４Ｂのルーメン面積のほうが大きく、それよりも小さいルーメンの中央パワーノズル（たとえば１１４Ｃ）を有する）用に構成されている、別の改良された３噴流アイランド流体オシレータの噴霧性能（凡例の右端に示す鎖線）を測定したグラフを示す。
図４Ａ〜４Ｃに戻ると、流体素子１００内で振動するスプレーを生成させ維持する動作機構について、ある振動サイクル中の渦の位置および大きさを示す時系列的な静止画で説明している。本発明の方法によると、３噴流双安定オシレータ１００の振動サイクルは、中央噴流（「Ｊ３」）がアイランド１２６の対向する左右の側を交互に遠位方向に流れて図示のように交互に渦を発生させると、生成される。図４Ａでは、中央噴流は大きい渦ＬＶと同じく左側にある。この渦ＬＶは、左側の噴流Ｊ１を阻害または抑制し、その結果右側の噴流Ｊ２がスロートルーメン１２０から流出する出力噴流を支配することになって、該出力噴流はスプレー１３０の扇角度の左端へと押し流される。振動サイクルが進行すると、中央噴流はアイランドの右側に向けて移動し始める。この間、出力噴流は、スロートルーメン１２０から放出されている扇の中心を通過している。図３Ｃでは、中央噴流はアイランドの右側にあり、出力噴流はその扇右端にある。この振動サイクルは、比較的高いサイクル数で繰り返される（サイズおよび動作圧力／流量にもよるが、たとえば３００Ｈｚにもなる）。
大まかにいうと、本発明の３噴流双安定オシレータ１００内で流体を制御する方法は、振動する流体滴スプレー（たとえば１３０、３３０）としての排出流を生成するために、中を通過する加圧された流体に作用する流体オシレータ（たとえば１００、２００または３００（以下に説明）を必要とし、該オシレータは、該加圧された流体の入口（たとえば、フィルター柱１２２の列を所望により含み得る充填領域１１２）を含んでおり、該加圧された流体は、次いで第１、第２および第３のパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃに流入し、各パワーノズルは、ベンチュリ形の先細ルーメンを画定するように構成されている床および側壁を有して、該加圧された流体の移動を加速して該各パワーノズルから流れる第１、第２および第３の流体噴流を形成し、ここで各パワーノズルから得られる噴流は、選択された噴流軸線に沿って揃っている。該流体オシレータは、該入口１１２と該第１、第２および第３のパワーノズルの間で該流体の流れを接続して可能にする流体連通路を画定し、該流体連通路は、該第１、第２および第３のパワーノズルと流体連通しかつ該第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受ける相互作用チャンバ１１８を画定する一対の側壁を含む、境界表面を有する。相互作用チャンバ１１８は、床と、振動するスプレーが排出される出口オリフィス１２０と、上向きまたは内向きに突出するアイランド突起１２６であって、チャンバ１１８の該床から上向きに突出する第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定し、該噴流軸線の交差点に配置され、それによって（図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示すように）該第１、第２および第３のパワーノズルからの該第１、第２および第３の噴流に衝突される、アイランド突起１２６とを有する。アイランド１２６は、相互作用チャンバ１１８内で出口オリフィス１２０から離間しているが好ましくは共通の長手方向対称軸線に沿って揃っている。
Ｔ字形アイランド３噴流の流体素子
図５Ａおよび５Ｂでは２つの追加の実施形態が説明されている。まず図５Ａの実施形態では、Ｔ字形アイランド３噴流オシレータ回路２００が、入口領域２１２から相互作用チャンバ２１８へと流体を加速する第１、第２および第３のパワーノズル２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃと、第３のパワーノズル２１４Ｃの中心の下流で相互作用チャンバ２１８内へと突出するＴ字形アイランド突起２２６とを備えている。相互作用チャンバ２１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線を有する。例示的実施形態では、第１および第２のパワーノズル２１４Ａおよび２１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル２１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分の対称的な中心線または中心軸線のほぼ上にある。
相互作用チャンバ２１８は選択された幅Ｉｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロートオリフィス２２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロートオリフィス２２０は、名目上は中心線に関して対称的に画定されており、選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。Ｔ字形アイランド２２６は、相互作用チャンバ２１８の中心線上に位置する中央パワーノズル２１４Ｃから下流の真下に位置し、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる噴流を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１および第２の横方向に離間したパワーノズル２１４Ａ、２１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド２２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差角度ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流を生成する。
流体オシレータ回路２００では、第１、第２および第３のオリフィス２１４Ａ、２１４Ｂおよび２１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分２４０、２５０の間に画定されて図示されており、第１の湾曲した短手方向壁区分２４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面２４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分２５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面２５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面２４２、２５２は、相互作用チャンバ２１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
上述の流体回路１００では、出願人らが発見したところでは、オシレータ２００の各流体回路要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することで、スロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接してスロートからより均一に放出される、改良された流れ渦をアイランド２２６の前と後ろで生成できる。アイランド２２６の好ましい実施形態として、Ｔ字形アイランドの形状および位置が選択されている。Ｔ字形アイランドアイランド２２６は、図５Ａで最もよくわかるように、ポイントのうちの１つが、中心軸線２０２に沿って揃っている中央パワーノズル２１４Ｃから遠位方向に流れてくる流体と対向するように、向けられている。
次に図５Ｂ、６Ｂおよび６Ｃを参照すると、別のＴ字形アイランド３噴流オシレータ回路３００が、入口領域３１２から相互作用チャンバ３１８へと流体を加速する第１、第２および第３のパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃと、３つのパワーノズル３１４Ｃの中心の下流で相互作用チャンバ３１８内へと突出するＴ字形アイランド突起３２６とを備えている。相互作用チャンバ３１８には上流部分と下流部分があると考えることができ、上流部分は、一対の境界端およびこれら各端から等間隔の長手方向中心線または中心軸線を有する。例示的実施形態では、第１および第２のパワーノズル３１４Ａおよび３１４Ｂは、中心線から横方向に離間して、相互作用チャンバの上流部分の各端のところにあるのがわかり、第３のパワーノズル３１４Ｃは、相互作用チャンバの上流部分の対称的な中心線または中心軸線のほぼ上にある。
相互作用チャンバ３１８は選択された幅Ｉｗを有し、下流を分けている左右の側壁の間に画定され、振動するスプレーが排出される、中心に位置する出口ルーメンまたはスロートオリフィス３２０のところで、遠位または下流で終わっている。スロートオリフィス３２０は、名目上は中心線に関して対称的に画定されており、選択された短手方向のスロート幅Ｔｗを有する長方形のルーメンを画定する。Ｔ字形アイランド３２６は、相互作用チャンバ３１８の中心線上に位置する中央パワーノズル３１４Ｃから下流の真下に位置し、選択された短手方向のアイランド幅ｌｗを有する。各パワーノズルは、選択された流れ軸線角度を有する選択されたパワーノズル流れ軸線に沿って流れを生成し、また、初めは該選択されたパワーノズルの流れ軸線に沿って中心決めされる噴流を生成する選択されたパワーノズル幅Ｐｗを有する。第１および第２の横方向に離間したパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂは、相互作用領域内で、アイランド３２６の下流または遠位の噴流交差点ＪＬで選択された噴流交差角度ＪＡで交差する、第１と第２の流体噴流を生成する。図５Ａおよび５Ｂに示される流体オシレータの幾何形状は、動作は類似しているが、図５Ｂに示されるアイランド３２６のほうが大きく、図５Ａに示されるアイランド２２６よりも「プラスチック射出成形に好都合」にされている。
流体オシレータ回路３００では、第１、第２および第３のオリフィス３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃは、相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の湾曲した、短手方向の流体不透過壁区分３４０、３５０の間に画定されて図示されており、（たとえば図６Ｂに示すように）第１の湾曲した短手方向壁区分３４０は、選択された半径の第１の円筒形壁セクションを画定する第１のくぼんだ壁表面３４２を提供し、第２の湾曲した短手方向壁区分３５０は、前述の第１のくぼんだ壁表面の選択された半径とほぼ等しい第２の選択された半径の第２の円筒形壁セクションを画定する第２のくぼんだ壁表面３５２を提供している。第１および第２のくぼんだ壁表面３４２、３５２は、相互作用チャンバ３１８内で形成され、成長し、動き回る横方向にオフセットした流体渦を受けて収容するように構成されている横方向にオフセットした各円筒形壁セクションを画定している。
次に図６Ｂおよび６Ｃを参照すると、これらの要素を適切に加圧し、方向付け、スケール設定することで、アイランド３２６の上流または近位（前）および下流または遠位（後ろ）で改良された流れ渦を生成することができ、これらの移動渦はスロートの右側の側壁そして左側の側壁に交互に近接して、より均一にスロート３２０から放出される。アイランド３２６の好ましい実施形態として、Ｔ字形アイランドの形状および位置が選択されている。略Ｔ字形のアイランド３２６は、図６Ｂおよび６Ｃで最もよくわかるように、左右の側壁端部またはポイントで終わる横方向に突出する短手方向壁区分、ならびに中央パワーノズル３１４Ｃから遠位方向に流れてくる流体と対向する壁端部またはポイントで近位側で終わる近位方向に突出する軸方向に揃った壁区分を有する。図５Ａおよび５Ｂの流体回路の目的は、改良して「スタート」と低温性能を促進することである。典型的には、そのゴールは、華氏零度で５０：５０のエタノール混合液のノズル圧力を１７ｐｓｉよりも低くすることである（液体の粘性＞２０ｃＰ）。例示の設計はそのような性能、またはさらに良好な性能をもたらすことになる。それに加えて、スプレー２３０および３３０ならびに出口オリフィス（たとえば２２０、３２０）からのスプレー端部ははるかに鮮明である（つまり、試験ではスプレー端部の液体体積がより多く、扇の外観がより整っていた）。また、スプレーの振動がより効率的なので、所与のＴＡ（スロート面積）／ＰＡ（パワーノズル面積）の割合は、スプレー２３０および３３０のスプレー扇角度のほうが高い。
図５Ａおよび５Ｂの流体素子の実施形態２００および３００の主な特徴は、低温かつ高粘性流体でより良好なスタートアップをもたらした改良されたＴ字形アイランドの形である（より良好な「低温性能」と特徴づけられる）。この改良は、より良好な振動開始またはスタートを求めて設計したことにより得られた。図６Ａ（図２に例示し上述した改良された３噴流アイランドオシレータ１００を示している）ならびに図６Ｂおよび６Ｃ（本発明に提案されるＴ字形アイランドの形状を示している）を参照すると、オシレータ１００の三角形アイランド１２６（二等辺三角形）は、水で薄めた〜中程度の粘性（たとえば、＜１５ｃＰ）では問題なく動作するが、高粘性の液体（たとえば、＞２０ｃＰ）では苦戦し、振動できないこともある。このことを発見した出願人らがアイランドの形状を逆さにしたＴ字形構成２２６、３２６（ただし、二等辺三角形アイランド１２６と同じ短手方向幅または底辺寸法Ｉｓｗを有する）に変えたところ、高粘性液体でより良好な性能を観察した。たとえば図２および６Ａに例示するような流体素子１００で噴霧する場合、華氏零度でエタノール混合液の流体を噴霧するスプレー扇を生成するのに、２５ＰＳＩよりも高い流体圧力を要するが、Ｔ字形アイランド流体素子２００、３００は、それよりも大幅に低い流体圧力で動作する（たとえば同じエタノール混合液で１７ＰＳＩ未満）。この振動誘発方法は、図４Ａ〜４Ｃに例示した上述のものと似ている。たとえば、図６Ａが例示しているのは、オシレータ１００の三角形アイランド１２６に対する相互作用チャンバ３１８内の対称的な（単安定性の振動していない）流れ場であり（上述したとおり）、図６Ｂが例示しているのは、より新規のＴ字形アイランドオシレータ３００の、この瞬間は対称的な流れ場である。図６Ｃが例示しているのは、より新規のＴ字形アイランドオシレータ３００の振動している流れ場である。
高粘性液体ではレイノルズ数が低下するので流れが対称的になる傾向が強く、その結果出力は図６Ａや６Ｂに示すような直線ストリーム（振動しない噴流）となり、オシレータが非振動状態に達すると、ノズル組立体は求められるスプレーパターンを提供できなくなる。
本発明の方法によると、Ｔ字形アイランドのパワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃには、別個の驚くべき効果的な構成が少なくとも２つある。
Ａ）ほぼ均一なスプレーパターンでは、パワーノズル３１４Ａ、３１４Ｂおよび３１４Ｃは３つとも、ほぼ等しいルーメン面積（たとえば長方形断面の幅と深さ）を有する。これにより、スプレー扇全体で均一なスプレー分布が得られる（図３Ａに示したものと同様）。
Ｂ）あるいは、大量噴霧用のスプレーパターンでは、（たとえばパワーノズルが３つとも等しい深さを有する場合）、（３１４Ａ、３１４Ｂと同様の）両側のパワーノズルのルーメン面積は等しく、中央パワーノズルよりもわずかに大きい（３１４Ｃよりも大きい）。これにより、スプレー扇の端部の流体量は少し増える（図３Ｂの点線で示したものと同様）。
先行技術のオシレータでは、および本発明の初期の試作品のいくつかでも（たとえば図２および６Ａに示す三角形アイランド１２６）、中央の流体噴流がアイランド（たとえば図１Ｊに示す３４）の周りでスムーズに２つの流れに分かれると、望ましくない単安定状態により、出口スプレー１３０が横方向移動しなくなる（つまり振動停止する）ことが見出された。
本発明のより新規の実施形態は、（たとえばＴ字形アイランド２２６、３２６で、）逆さにしたＴ字形アイランド３２６により画定される対向する左右の内角壁区分に、中央噴流（「Ｊ３」）からの流れを受けそれに応答して第１および第２の非常に小さい、反対方向に回転するアイランドポケット渦ＩＶＣＣＷおよびＩＶＣＷ（たとえば図６Ｂを参照）を生成するように構成されている、第１および第２のＬ字形アイランド壁区分または内角形ポケットを提供することにより、この問題を解決するものである。第１および第２の反対方向に回転するマイクロ渦は、中央噴流（「Ｊ３」）がアイランドの周りで分裂すると立ち上がる。これらの反対方向に回転するマイクロ渦ＩＶＣＣＷおよびＩＶＣＷは、圧力（と流れ）が増すにつれて強く大きくなる。その結果、不安定度が増し、中央パワーノズル３１４Ｃからの中央噴流Ｊ３は、アイランド３２６の周りで対称的な流れを維持できなくなる。すると中央噴流からの流体流は図６Ｃに示すようにアイランドの一方の側へと切り替わらざるを得ず、振動する流れ場およびスプレー３３０を立ち上げる。
Ｔ字形アイランド流体オシレータ３００で振動を開始させるのに必要な加圧された流体流の圧力は、「切替圧力」と呼ばれるが、上述したようにオシレータ３００の切替圧力は１７ＰＳＩ未満であり、このことは、切替圧力が２５ＰＳＩを超えるような先行技術や初期の試作品（たとえば図２および６Ａに示す１００）に要する切替圧力と比べて大きな進歩である。
Ｔ字形アイランド流体オシレータ２００および３００のその他の特徴は、改良された３噴流アイランド流体オシレータ１００について上述したことと同様であり、具体的には以下のとおりである。
相互作用領域幅Ｉｗ：出願人らは、パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）が最適な値になることを見出した。
相互作用領域高さＩｌ：重要な寸法であり、７．５〜８．５Ｐｗの範囲。
噴流交差点Ｊｌ：重要な寸法であり、２．５〜３Ｐｗの範囲。
噴流交差角度ＪＡ：上述したように、最外側の噴流の噴流軸線ＪＡが１００度〜１４０度の範囲であるとき最適な性能が得られ、好ましくは（図６Ｂおよび６Ｃに示すように）約１１０度である。および、
改良されたスプレー速度：回路３００では約１４ｍ／ｓのスプレー速度が可能である。これが可能なのは、特殊な幾何形状により、所与の扇角度について、パワーノズル面積に対するスロート面積の割合がより小さくなるからである。
このことが、加圧された流体に作用して振動する流体滴スプレーを生成する改良されたノズル組立体および改良された流体オシレータ回路（たとえば１００、２００、３００）を可能にしていることが理解されよう。該オシレータは、流体噴流を第１、第２および第３のパワーノズル（たとえば１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ）から相互作用チャンバ（たとえば１１８）内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起（たとえば１２６）へと向ける。各パワーノズルは、選択された長方形のルーメン面積および幅（「Ｐｗ」）を有する。アイランドは、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さＩｌを有する相互作用領域を画定する相互作用チャンバの遠位端にある出口オリフィス（たとえば１２０）から離間しているが共通軸線（たとえば１０２）に沿って揃っている。最外側噴流（たとえば１１４Ａ、１１４Ｂ）は、アイランドを越えて、オリフィスから２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ離間している噴流交差点Ｊｌで交差している軸線に沿って、１００〜１４０度の鈍角に向けられる。相互作用チャンバの上流端は、左側および右側の渦生成エリアを画定している第１および第２の横方向にオフセットしたくぼんだ壁のボウル形表面（たとえば１４２、１５２）により画定されているので、流体が押し進められるにつれて、流体噴流を誘導する渦が交互に形成され得、次いで遠位に移動させられて流体噴流を相互作用チャンバ内で横方向に誘導し、それによって確実に横方向に振動するスプレー扇が生成されて維持され、該スプレー扇は上述したような改良されたスプレー速度で、２０〜１２０度の範囲の選択された扇角度を有するスプレー（たとえば１３０、２３０、３３０）となって出口オリフィスから噴出される。
新規の改良されたノズル構成および方法の好ましい実施形態について説明してきたが、当業者であれば、本明細書に記載の教示に鑑み、他の変更形態、変形形態および変化形態に想到しよう。したがって、そのような変更形態、変形形態および変化形態のすべてが、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内にあるものと考えられる。

Claims (20)

  1. 中を流れる加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーとしての排出流を生成する流体オシレータ１００、２００または３００であって、
    前記加圧された流体の入口と、
    第１、第２および第３のパワーノズルであって、前記第１、第２および第３のパワーノズルを通って流れる前記加圧された流体の移動を加速するように構成されている床と側壁とをそれぞれ有して、各前記パワーノズルから流れる流体の噴流を形成する、第１、第２および第３のパワーノズルと、
    前記入口と前記第１、第２および第３のパワーノズルの間の前記流体の流れを接続して可能にする流体連通路であって、一対の側壁を含む境界表面と、前記第１、第２および第３のパワーノズルと流体連通し、前記第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受ける、相互作用チャンバ１１８、２１８、３１８とを有する、流体連通路とを備え、
    前記相互作用チャンバ１１８、２１８、３１８は、床と、前記相互作用チャンバから前記スプレーが排出される出口オリフィス１２０、２２０、３２０と、前記第１、第２および第３のパワーノズルからの前記第１、第２および第３の噴流に衝突される位置に前記チャンバ床から上向きに突出する第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起１２６、２２６、３２６とを有し、
    前記上向きに突出するアイランド突起は、前記相互作用チャンバ内で、前記出口オリフィスから離間しているが共通軸線１０２、２０２、３０２に沿って揃っており、
    前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、１００〜１４０度の範囲の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、
    オシレータ（１００、２００または３００）。
  2. 前記第１、第２および第３のパワーノズルは、パワーノズル幅Ｐｗだけ離間した側壁をそれぞれ有し、前記相互作用チャンバは、前記パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）の相互作用領域幅Ｉｗを有する相互作用領域を画定している、請求項１に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  3. 前記相互作用領域は、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さまたは高さＩｌを有している、請求項２に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  4. 前記第１と第３の噴流は、前記オリフィスから２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ離間している噴流交差点Ｊｌで交差している、請求項３に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  5. 前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、約１１０度の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、請求項４に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  6. 前記相互作用チャンバは、前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の上流で横方向に離間した渦生成エリアで内部渦を開始するように構成されている相互作用領域を画定し、前記渦は、遠位側または下流に移動させられて前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の両側で交互に発生させられる、請求項１に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  7. 前記相互作用チャンバの第１、第２および第３のパワーノズルは、前記相互作用チャンバの対向する左右の側壁の間、および第１と第２の逆さになったボウル形壁区分の間に画定され、
    前記第１のボウル形壁区分は、前記アイランドの上流または上方かつ左側にある第１のまたは左側の渦生成エリアを提供し、前記第２のボウル形壁区分は、前記アイランドの上流または上方かつ右側にある鏡像または右側の渦生成エリアを提供し、
    対称的な左側と右側の渦生成エリアは、前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の上流で横方向にオフセットした流体渦を生成し収容するように構成されている、請求項６に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  8. 前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、約１１０度の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、請求項１に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  9. 前記第１および第２の（最外側の）パワーノズルは、前記第３の（中央の）パワーノズルよりも大きいルーメン面積を有し、前記流体オシレータは大量噴霧の扇スプレーを生成する、請求項１に記載の流体オシレータ（１００、２００、３００）。
  10. 前記相互作用チャンバの上向きに突出するアイランド突起は、前記共通軸線１０２に初めは略平行な流れの中で前記第３の（中央の）パワーノズルからの流体噴流に衝突される対称的な三角形セクションの渦生成突起１２６の、前記チャンバ床から上向きに突出する第１、第２および第３の略直線アイランド壁区分を画定している、請求項１に記載の流体オシレータ（１００）。
  11. 前記相互作用チャンバの上向きに突出するアイランド突起２２６、３２６（「Ｔ字形アイランド」）は、前記チャンバ床から上向きに突出する第１および第２のＬ字形アイランド壁区分を画定し、第３の壁区分で、対称的なＴ字形セクションの反対方向に回転するマイクロ渦生成突起２２６、３２６を画定して、前記相互作用チャンバ内で、前記出口オリフィス３２０と共通の前記共通軸線に初めは略平行な流れの中で前記第２のパワーノズルからの前記第２の噴流に衝突される、左側および右側の、噴流を捕捉する鋭角の内角形壁区分を提供し、
    前記左側の、噴流を捕捉する鋭角の内角形壁区分は、ぶつかってくる流体の流れを受けて、第１の回転方向を有する第１のマイクロ渦を生成するように構成されており、前記右側の、噴流を捕捉する鋭角の内角形壁区分は、前記ぶつかってくる流れに応答して、前記第１のマイクロ渦の方向とは逆の第２の回転方向を有する第２のマイクロ渦を生成することになる、請求項１に記載の流体オシレータ（２００、３００）。
  12. 前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、約１１０度の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、請求項１１に記載の流体オシレータ（２００、３００）。
  13. 前記第１および第２の（最外側の）パワーノズルは、前記第３の（中央の）パワーノズルよりも大きいルーメン面積を有し、前記流体オシレータは大量噴霧の扇スプレーを生成する、請求項１１に記載の流体オシレータ（２００、３００）。
  14. 前記Ｔ字形アイランド流体素子２００、３００は、振動するスプレーパターンを開始して維持し、通常の流体圧力よりもかなり低い圧力（たとえば水とエタノール５０：５０の混合物では１７ＰＳＩ未満）で動作し、前記スプレーは、約１４ｍ／ｓのスプレー速度を有する、請求項１１に記載の流体オシレータ（２００、３００）。
  15. 流体オシレータのスプレーを噴霧対象表面に向けるように構成されているノズル組立体であって、
    中を流れる加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーとしての排出流を生成する流体オシレータ１００、２００または３００を受けて支持するように構成されている空洞を有するハウジングを備え、前記オシレータは、前記加圧された流体の入口と、第１、第２および第３のパワーノズルとを画定する、基板に設けられた流体通路を含み、前記第１、第２および第３のパワーノズルは、前記第１、第２および第３のパワーノズルを通って流れる前記加圧された流体の移動を加速するように構成されている床と側壁とをそれぞれ有して、各前記パワーノズルから流れる流体の噴流を形成し、
    前記流体素子はさらに、前記入口と前記第１、第２および第３のパワーノズルの間の前記流体の流れを接続して可能にする、流体連通路を含み、前記流体連通路は、一対の側壁を含む境界表面と、前記第１、第２および第３のパワーノズルと流体連通し、前記第１、第２および第３のパワーノズルからの第１、第２および第３の噴流を受ける、相互作用チャンバ１１８、２１８、３１８とを有し、
    前記相互作用チャンバ１１８、２１８、３１８は、床と、前記相互作用チャンバから前記スプレーが排出される出口オリフィス１２０、２２０、３２０と、第１、第２および第３のパワーノズルからの前記第１、第２および第３の噴流に衝突される位置に前記チャンバ床から上向きに突出する第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起１２６、２２６、３２６とを有し、
    前記上向きに突出するアイランド突起は、前記相互作用チャンバ内で、前記出口オリフィスから離間しているが共通軸線１０２、２０２、３０２に沿って揃っており、
    前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、１００〜１４０度の範囲の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、
    ノズル組立体。
  16. 前記第１、第２および第３のパワーノズルは、パワーノズル幅Ｐｗだけ離間した側壁をそれぞれ有し、前記相互作用チャンバは、前記パワーノズル幅Ｐｗの１２．５〜１３．５倍の範囲（好ましくは１３Ｐｗ）の相互作用領域幅Ｉｗを有する相互作用領域を画定している、請求項１５に記載のノズル組立体。
  17. 前記相互作用チャンバは、前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の上流で横方向に離間した渦生成エリアで内部渦を開始するように構成されている相互作用領域を画定し、前記渦は、遠位側または下流に移動させられて前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の両側で交互に発生させられる、請求項１６に記載のノズル組立体。
  18. 流体オシレータ１００、２００、３００が、加圧された流体に作用して、振動する流体滴スプレーを生成し、前記オシレータは、流体噴流を第１、第２および第３のパワーノズル１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃから相互作用チャンバ１１８内へ、そして第１、第２および第３のアイランド壁区分を画定している上向きに突出するアイランド突起１２６へと向け、各パワーノズルは、選択された長方形のルーメン面積および幅（「Ｐｗ」）を有し、
    前記アイランド１２６は、前記相互作用チャンバ１１８の遠位端の出口オリフィス１２０から離間しているが共通軸線１０２に沿って揃っており、前記相互作用チャンバは、７．５〜８．５Ｐｗの範囲の軸方向長さＩｌを有する相互作用領域を画定しており、
    最外側の噴流１１４Ａ、１１４Ｂは、前記アイランドを越えて、前記オリフィス１２０から２．５〜３Ｐｗに等しい距離だけ離間している噴流交差点Ｊｌで交差している軸線に沿って、１００〜１４０度の鈍角に向けられ、前記相互作用チャンバ１１８の上流端は、左側および右側の渦生成エリアを画定している第１および第２の横方向にオフセットしたくぼんだ壁表面１４２、１５２により画定されているので、流体噴流を誘導する渦が交互に形成され得、次いで遠位に移動させられて前記流体噴流を前記相互作用チャンバ１１８内で横方向に誘導することができ、オリフィス１２０から２０〜１２０度の選択された扇角度に噴出される、確実に横方向に振動するスプレー扇が生成されて維持される、請求項１５に記載のノズル組立体。
  19. 振動するスプレーを流体オシレータ内で生成して維持するための改良された方法であって、
    （ａ）加圧された流体の入口と、第１、第２および第３のパワーノズルと、中心スプレー軸線１０２、２０２、３０２に沿って画定されている出口オリフィスとを有する流体オシレータ１００、２００または３００を準備するステップと、
    （ｂ）前記流体オシレータ内に第１、第２および第３のパワーノズルを構成して、前記第１、第２および第３のパワーノズルを流れる前記加圧された流体の移動を加速させて、相互作用チャンバ１１８、２１８、３１８内へと流入して、出口オリフィスから離間しているが前記中心スプレー軸線１０２、２０２、３０２に沿って揃っているアイランド突起にぶつかる第１、第２および第３の流体噴流を形成するステップであって、前記第１と第２の（最外側の）噴流（Ｊ１、Ｊ２）は、１００〜１４０度の範囲の噴流交差角度ＪＡで交差している第１と第２の噴流軸線に沿って揃っている、ステップと、
    （ｃ）選択された圧力で流体を前記入口に通過させ、前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の上流の横方向に離間した渦生成エリアで内部渦を開始させるステップと、
    （ｄ）前記入口に流体を通過させ続けることによって、前記渦を遠位側または下流に移動させて、前記アイランド突起（１２６、２２６、３２６）の両側で交互に発生させるステップとを含む、方法。
  20. 前記流体流は、水とエタノール５０：５０の混合物では１７ＰＳＩ未満の選択された圧力を与えられ、振動するスプレーパターンが開始して維持される、請求項１９に記載の方法。
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