JP3208553U - 回転ブラシ及び該回転ブラシを用いた洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄流体を供給しつつ、その流動を利用した回転ブラシによるブラッシングを効率的に行うために、ブラシに適度の押圧力を付加でき、また流体の噴射反力に伴う回転ブラシの運動を抑制できる回転ブラシを提供する。【解決手段】流体を供給するホース又はパイプ２の先端に取り付けられる回転可能なノズル４とノズルと一体となって回転するブラシとからなる回転ブラシであって、ノズルの複数の吐出口のうち特定の吐出方向にある吐出口の吐出を抑制する流出抑制体５を備える。【選択図】図１

Description

本考案は、流体の流れを利用して回転力を得たブラシによる空間境界面の洗浄若しくは清掃装置に関する。

流体の噴出を回転力に変換した回転ブラシによる洗浄、清掃装置は種々提案されている。流体の噴出に関しては、洗浄水を噴出しつつ、その被洗浄面への衝撃力で排除対象物を該被洗浄面から剥離しつつ、回転ブラシによって排出洗浄するものがある。床面洗浄、車両洗浄、配管内面の洗浄装置等である。

特許文献１には、配管洗浄装置として、高圧流体によって回動するカムとカムの回動に伴って回動するブラシとカムに設けられた空間からの噴射水によって、洗浄水を噴射する装置が提案されている。特許文献２には、排水管内面の清掃装置として、中空の軸体に複数の羽板を設けた水車を配し、その水車の回転に連携する回転ブラシが提案されている。特許文献３には、配管清掃用ノズルで、洗浄流体を噴射しつつ、噴射反力によって、配管内面を旋回しながら進行することができるノズルが提案されている。

特開２００６−２４７６０５ 特開２０１５−２３１６０５ 特開平６−３２８０５３，３２８０５４

洗浄流体を供給しつつ、その流動を利用した回転ブラシによるブラッシングを効果的に行うためには、ブラシに適度の押圧力を付加する必要がある。また、高圧水等を利用して、比較的広い空間で洗浄するためには噴射反力に伴う回転ブラシの運動を制御する機能が必要となる。

流体を供給するホース又はパイプの先端に取り付けられる回転可能なノズル体と該ノズル体と一体となって回転するブラシ体とからなる回転ブラシであって、
流体をノズル体内部へ流入させるとともにノズル体の回転軸である、前記ホース又はパイプに継手を通じて延設された流入回転軸部と、
前記ノズル体の回転の中心に対して円の接線方向に配された、吐出方向が回転中心に対して同一の向きになる複数の吐出口を有する吐出部と、
該複数の吐出口のうち特定の吐出方向にある吐出口からの流体の吐出を抑制する流出抑制体と、
を備えるノズル体を有する回転ブラシ。

前記回転ブラシであって、前記ノズル体の回転中心と同一の回転中心を有し、該ノズル体とは独立した回動が可能な流出抑制体を備える回転ブラシ。

前記回転ブラシであって、流出抑制体への重力の作用により、特定の吐出方向にある吐出口からの流体の吐出を抑制することができる前記の回転ブラシ。

前記の流出抑制体の重心位置を変えることによって、吐出を抑制する吐出口の位置を変えることができる前記の回転ブラシ。

請求項1の回転ブラシは、図１０に示すように、ブラシ体が回転可能なノズル体と一体に回転することによって、ブラッシングを行いうるものである。該ノズル体は、図１に示すように、回転中心に対し円の接線方向に複数の吐出口からなる吐出部を有し、それぞれの吐出口からの回転中心に対して同一の向きの流体の吐出によってトルクが生じ、吐出時に吐出方向と反対向きに回転する。この回転によって、ノズル体と一体に回転するブラシ体に植え付けられた刷毛によるブラッシングが行われる。なお、流体の流れの変化が運動量の変化をもたらし、流体周辺に力となって働くが、本考案に関する説明として、図２（１）に示すようにホース等からのノズル部の流入部での流れの変化は、ホース等への引張力となる。ノズル内での運動量の変化は、図２（２）に示すように吐出によって発生する力が卓越すると解して説明する。

ノズルの吐出部の特定の方向に吐出する吐出口を塞ぐ流出抑制体は、ノズル体の回転を保ちつつ、ノズル体からの流体の吐出方向を限定することによって、吐出によって生じる力に一定の方向を与えるもので、回転ブラシのブラッシングに押圧力を与えることもでき、高圧水の場合、高圧水の流出によるノズルやホースの動きを制御することにもなる。例えば、下向き吐出成分を有する吐出部を塞ぐと、高圧水の上方への吐出が卓越するため、ノズルは回転しつつも全体として下向きの力が働く。その結果、下面ブラッシングに必要な押圧力を確保できるとともに、高圧水を放出する高圧ノズルや流体を送水するホースの制御を容易にする。

図３を基に上記の効果の説明をする。解りやすくするため、吐出方向が連続的に変化する吐出ではなく、図３（１）のａからｈまでの位置の吐出口から流体が吐出した場合を説明する。各位置の圧力差は、小さいものとし、各吐出口に至る流体は、吐出口流入部で吐出口方向成分の流速を有していない場合を想定する。各吐出口には吐出と反対方向に
Ｆ＝ρ・Ｓ・Ｕ・Ｕ
（ρ：吐出流体密度、Ｓ：吐出口面積、Ｕ：吐出流体速度、「・」は、掛算を意味する。）
の力が発生する。
これらのＸ方向、Ｙ方向の合力は、ａに働く力に対してｅに働く力といったように、中心点ｓに対して相対する位置に働く同じ大きさで反対方向の力の存在によって、
ΣＸ（Ｆ（ａ）、Ｆ（ｂ）、Ｆ（ｃ）、Ｆ（ｄ）、Ｆ（ｅ）、Ｆ（ｆ）、Ｆ（ｇ）、Ｆ（ｈ））＝０
（ΣＸはＸ方向の合力の意味であり、以下上記式はΣ_ａ ^ｈＸ（Ｆ）と表現する。）
同じく、
Σ_ａ ^ｈＹ（Ｆ）＝０
となる。
一方、ｓを支点とするモーメントの合力は、
Σ_ａ ^ｈＭ（Ｆ）＝８・ｒ・Ｆとなる。
（ｒ：中心点ｓからの各吐出位置までの距離）
このモーメントがノズルの回転力の源泉である。

本考案の流出抑制体の効果は図３（２）に示すように、例えば下向きの吐出速度を有する図上のｂ、ｃ、ｄからの吐出が抑制されているとすると、図に示すような状態になる。ａ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの各吐出口には吐出と反対方向に
Ｆ’＝ρ・Ａ・Ｕ’・Ｕ’
（Ｆ’：流出抑制体を設けた場合の各吐出口で発生する力、Ｕ’：流出抑制体を設けた場合の各吐出口からの流体の吐出速度）
の力が発生する。
これらのＸ方向、Ｙ方向の合力は、
ΣＸ（Ｆ’（ａ）、Ｆ’（ｅ）、Ｆ’（ｆ）、Ｆ’（ｇ）、Ｆ’（ｈ））＝０
ΣＹ（Ｆ’（ａ）、Ｆ’（ｅ）、Ｆ’（ｆ）、Ｆ’（ｇ）、Ｆ’（ｈ））≒２．４・Ｆ’
となる。なお、このΣＹ（Ｆ’（ａ）、Ｆ’（ｅ）、Ｆ’（ｆ）、Ｆ’（ｇ）、Ｆ’（ｈ））は、下向きである。
一方、ｓを支点とするモーメントの合力は、
ΣＭ（Ｆ’）＝５・ｒ・Ｆ’
となる。
この結果は、ｓを支点とするモーメントと下向きの力が共存し、ノズルに対する回転力を残しつつ、ノズル全体に下向きの力が働くことになる。

図1及び図4に示すように、流出抑制体が流入回転軸部などホース等との繋がりによってその吐出抑制する方向が固定されている場合、ノズル体の回転等が原因でホース等に捩じれが生じた場合、その捻じれひずみで、前記流出抑制体による吐出口閉塞方向に変異が生じる。ホース等が長い場合は大きなひずみが生じることがある。特に、図４の外部取付け型に比べ図１の内部取付け型の流出抑制体の場合、流出抑制体による吐出抑制方向が外部から視認できない。請求項２の回転ブラシの場合、図８に示すように、前記ノズル体と同一の回転中心を有し、ノズル本体とは独立した回動が可能で且つ前記複数の吐出口のうち特定の位置にある吐出口を塞ぐ流出抑制体を備えていれば、ホース又は管の捻じれの影響を受けることがない。

しかし、請求項２の流出抑制体は、流入回転軸に対して、独立した回動を行うためには、接触部である流入回転軸部など接触部とは異なる一定の遠隔作用によって制御する力が必要である。例えば、重力を利用するものや流出抑制体の一部に磁性体を用いて磁力によって制御する方法などが考えられる。

請求項３の回転ブラシは、上記の遠隔力として重力を用いるもので、流出抑制体による閉塞方向を重力によって制御し、一定の方向を確保するものである。その重力を用いる具体的手段として、カウンターウエイトを利用するものである。更に、請求項４は、カウンターウエイトの位置を変えることができる流出抑制体によって、吐出反力の方向を変えることができる回転ブラシを提供するものである。

ノズル体断面図 運動量の変化と外部への発生する力 吐出によって吐出口に生じる力 外部取付け型の流出抑制体を有するノズル体断面図 ９０度型の流出抑制体の断面図 ２個のノズル体を有する回転ブラシ ２個のノズル体を有する回転ブラシのノズル体の断面図 回動可能な流出抑制体 カウンターウエイトの取付け位置を変えることができる流出抑制体 回転ブラシ

本考案の流体には、液体、気体のいずれもが該当するが、ノズル体４を回転させるには一定の運動量が必要で、一定の質量、流速が確保しやすい高圧水を実施例として説明する。ここで、高圧水とは一般の家庭で供給される水道水を超える程度の圧力を有する水とする。

高圧水ホース等に取り付けた回転可能なノズルと該ノズルと一体になって回転するブラシには、種々の形態があるが、図１０に示すように、ノズル体４と刷毛３１を植付けられたブラシ体３を区別可能な別部品を接合した一体型を実施例で示す。ノズル体４自体に刷毛を植付けた完全一体型の回転ブラシも実施可能である。

ノズル体４の特定の吐出口４３からの吐出を抑制する流出抑制体５に関しては、図１及び図４に示すように、内部取付け型と吐出口４３の外部に取付ける外部取付け型がある。流出抑制体５は、特定の吐出口４３からの吐出を抑制するものであるが、水の吐出方向によって発生するノズル体４に働く力の方向を制御するものであり、該特定の吐出口４３からの吐出を完全に止める必要はない。また、実施例において、ノズル体４に下向きの力が働く実施例を示すが、力の働く方向に関しては、流出抑制体５によって吐出を抑制する吐出口４３によって、方向の設定は可能である。

本考案において、ノズル体４へ流入する流体の運動量が、吐出口４３からの吐出に伴う回転力などを決定する大きな要素になる。従って、対象となる被洗浄面によって、採用するブラシ体３やノズル体４の重量、ノズル体４の回転数、ノズル体４の押圧力などに応じた水圧を確保する必要がある。また、回転ブラシは、種々の空間の洗浄に利用可能であるが、被洗浄面に関して、流体吐出対象面とブラッシング面が必ずしも一致しないので、ブラッシング面以外の方向に吐出した流体がブラッシング面に戻るような閉鎖空間で、流体吐出の衝撃力による洗浄と洗浄流体を加えたブラッシングによる洗浄の特質を勘案した洗浄対象物、例えば、管渠、側溝等の蓋付の水路の内部が望ましい。別発明である生コン車のドラム内部の洗浄に関する特願２０１６−１４７１６３のように、洗浄対象物が回転することによって、時間差はあるが、洗浄水による衝撃力と洗浄流体を加えたブラッシングを全ての被洗浄面で行うことができる場合は、更に望ましい。また、洗浄個所に応じて、ブラシ体３の刷毛３１の長さや硬さや材質等の規格は本考案の回転ブラシの用途に応じて、適宜採用できる。

（実施例1）ノズル体４が一つの場合で、ホース等２が継手２１を通じてノズル体４の流入回転軸部４１に接続されたものを図１に示す。流入回転軸部４１からの流入水は、複数の吐出口流入部４５から吐出流路４４を通じて吐出口４３から吐出される。

吐出口４３は、ノズル体４の回転中心に対して一定の半径を有する接線方向に吐出されるように、点対象に配されている。図１に示すノズル体４においては、外径に対して、約２／３の半径を有する円の接線方向に８箇所の吐出口４３を有する。吐出口流入部４５は、ノズル体４の外径に対して回転中心から約５／９の半径位置に回転円の中心角度４５度の弦長の長径とノズル体４の内空幅の短径を有するだ円又は円の形状としている。

流出抑制体５は、流入回転軸部４１と一体のハブ５１、該ハブに支持されるスポーク５２、該スポークを通じてハブ５１と連結するリム５３と該リムと一体構造のフランジ形弁５４で構成され、該フランジ形弁が特定の前記吐出口流入部４５を閉鎖する構造になっている。本実施例では、下向き流出成分を有する吐出口４３からの流出を抑制するため、図１で略右半分の吐出口流入部４５を閉塞した状態になっている。本実施例の場合、フランジ形弁５４の中心角が約−１００度から８０度になっている。ハブ５１は流入回転軸部４１の一部をなし、継手２１を通じてホース等２と繋がっている。直接的には、ノズル体４の回転の影響を受けることなく、流出抑制体５が一定の方向を維持する。

本実施例では、吐出口４３における下向き吐出成分を有する吐出口流入部４５を塞ぐことによって、「発明の効果」で示すように、回転ブラシ全体として、下向きの吐出反力を得ることでき、回転ブラシが被洗浄面に対して、適度の押圧力を得ることができる。高圧ホース等を人力でコントロールして洗浄を行う場合、ホース等２を通じて人力で回転ブラシに押圧力を加えることは困難である。そのような場合、ホース等２の送出し位置より離隔したブラッシングに効果的である。

この押圧力は、流出抑制体５のフランジ形弁５４の吐出口流入部４５の閉塞によって生じるが、下向き流出成分を有する全ての吐出口流入部４５を塞ぐ必要はない。ノズル体４の吐出口４３の一部を閉塞して得られる押圧力は「００１３」で記した通り、ノズル体の回転力を犠牲にして得られうるものであり、ノズル体４の回転力及び吐出抑制による押圧力を勘案して、調整することもできる。本実施例の場合、下向きの吐出方向成分を有する吐出口４３からの吐出を全て抑制するため、流出抑制体５のフランジ型弁５４は、中心角１８０度有するものとなっている。これに対して、図５にしめすようなフランジ形弁５４の中心角は−５５度から３５度となり、吐出方向の鉛直下向きに対して前後４５度の９０度の吐出を抑制することとなる。所定の回転力を残しつつ、効率的に下向きの押圧力を得ることができる。即ち、１８０度型に対して、９０度型では吐出抑制範囲は５０％で、押圧力は約７０％を得ることができる。

（実施例２）図４の外部取付け型の流出抑制体５の場合、図においてノズル体４の上位置にある水平方向への吐出口４３からノズル体４の下位置の水平方向吐出口を残し、吐出方向が下向き成分を有する吐出口４３を閉塞する。ノズル体４の内部の構造は、実施例１と流出抑制体を除き同様である。流出抑制体５は、図４に示すようにノズル体４の吐出部４２とノズル体４の側面の一部を覆う扇型カバー５８と該扇型カバーの弧の先端付近に連続して取付けられた逆Ｔ形状のフランジ形弁５４からなる。扇型カバー５８の扇の要の部分はノズル体の流入管と接合されていて、扇の方向は、ノズル体４の回転に影響されることなく、流入管２５によって定められる。また、ノズル体４の吐出部４２には、フランジ型弁用通路５９を外周に設けており、ノズル体４の回転に伴い吐出口４３が所定の方向にある間、該吐出口を逆Ｔ型で連続したフランジ形弁５４で塞ぐ構造になっている。

（実施例３） 図６（１）には、複数のノズル体４とブラシ体３を有する回転ブラシの実施例を示す。高圧ホース等２は継手２１によって流入管２５と接続され、該流入管は２つのノズルの間で二股に分かれるようにして、夫々の先端に流入回転軸部４１を配したノズル体４と接続する。夫々のノズル体４の流入回転軸部４１、吐出口流入部４５及び吐出部４２等の構造は図７（１）に示すとおりである。

図６（２）には、回転方向の異なる複数のノズル体４を組合せたものである。この場合、それぞれのブラシ体３の回転による進行方向が逆方向になるために流入管２５を捩じる方向に回転力が加わるため、流入管２５と高圧ホース又は高圧管２を繋ぐ継手には、回転継手２２を用いている。この例の場合は、捩じり回転のブラッシングとなり、被洗浄面への洗浄効果は図６（１）とは異なる。

（実施例４） 図８には、流出抑制体５がノズル体４と同じ回転中心でノズル体４の回転とは独立した回転体で構成されている例を示す。流入回転軸部４１と一体の軸受けにハブ５１が嵌合され、スポーク５２を通じて前記フランジ形弁５４が外縁にあり、前記吐出口流入部４５を閉塞する。 図８で略右半分の吐出口流入部４５からの吐出が抑制された状態になっている。

図９には、目的とする吐出方向の制御を行うため、重力を利用する態様を示す。流出抑制体５のスポーク５２に係止ねじ孔５７を設け、該係止ねじ孔に係止ねじ５６を貫通させ、該係止ねじにカウンターウエイト５５を吊設して設置できる構成とする。図９では、流出抑制体５のフランジ形弁５４が中心角で約−１００度から８０度になるように、カウンターウエイト５５を設置している。また、図９には、流出抑制体５のスポーク５２に取付けるカウンターウエイトの位置を変えることができるように、スポーク５２の７箇所に係止ねじ孔５７を設けている。ｃ１では、前記のとおり、図上で略右側の吐出口流入部４５が閉塞され、ｃ４では、略下面の吐出口流入部４５が閉塞され、ｃ７では、略左側吐出口流入部４５が、閉塞される。ｃ２、ｃ３、ｃ５及びｃ６は、それぞれの中間位置になる。この閉塞箇所によって、回転ブラシ全体に働く吐出の反力の方向が異なる。

１ 回転ブラシ
２ ホース又はパイプ、 ２１ 継手、 ２２ 回転継手 ２３ ねじ切り部、 ２４ シール部、 ２５ 流入管
３ ブラシ体、 ３１ 刷毛、
４ ノズル体、 ４１ 流入回転軸部、 ４２ 吐出部、 ４３ 吐出口、 ４４ 吐出流路、 ４５吐出口流入部、 ４６ 回転軸受、 ４７ 回転羽、
５ 流出抑制体、 ５１ ハブ、 ５２ スポーク、 ５３ リム、 ５４ フランジ弁、 ５５ カウンターウェイト、 ５６ 係止ねじ、 ５７ 係止ねじ孔、 ５８ 扇型カバー、 ５９ フランジ形弁通路

Claims (4)

1. 流体を供給するホース又はパイプの先端に取り付けられる回転可能なノズル体と該ノズル体と一体となって回転するブラシ体とからなる回転ブラシであって、
   流体をノズル体内部へ流入させるとともにノズル体の回転軸である、前記ホース又はパイプに継手を通じて延設された流入回転軸部と、
   前記ノズル体の回転の中心に対して円の接線方向に配された、吐出方向が回転中心に対して同一の向きになる複数の吐出口を有する吐出部と、
   該複数の吐出口のうち特定の吐出方向にある吐出口からの流体の吐出を抑制する流出抑制体と、
   を備えるノズル体を有する回転ブラシ。
2. 請求項１の回転ブラシであって、請求項１のノズル体の回転中心と同一の回転中心を有し、該ノズル体とは独立した回動が可能な流出抑制体を備える回転ブラシ。
3. 請求項２の回転ブラシであって、流出抑制体への重力の作用により、特定の吐出方向にある吐出口からの流体の吐出を抑制することができる前記の回転ブラシ。
4. 請求項３の流出抑制体の重心位置を変えることによって吐出を抑制する吐出口の位置を変えることができる請求項３の回転ブラシ。

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