JP3747417B2 - 回転ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回転ノズル、特に水液供給用の回転ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に壁体又は容器の壁面の洗浄には、出来得る限り高い噴出力をもって壁面に衝突する液体ジェット流を生ぜしめることが有用である。この場合所望の洗浄効果を得るために、液体ジェット流が壁面の全てに到達するよう構成する必要がある。従ってほぼ円筒形の容器に対しては、液体ジェット流をノズルから容器の全内周面に導入し得る回転ノズルを使用するのが好適である。また回転ノズルを駆動するため、回転ノズルを経て還流する水液を使用することが好ましい。
【０００３】
一方、この種の回転ノズルは低速でも上記の液体ジェット流を維持して回転させる必要があり、液体ジェット流を供給できないときは、容器の壁面の洗浄に適さず、壁面を浸潤する程度にとどまる傾向にある。
【０００４】
上述の低速回転時にも有効に回転するノズルを得るため、ギヤを介しノズル出口に円運動を行わせるタービンを洗浄用水液の流路内に配設される構成等は周知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらギヤの採用による機械的なコスト高を招来することが明らかである。またこのような容器洗浄用の回転ノズルに求められる別の一の要件として、洗浄用水液を泡立ちするものを使用する場合にあってもノズル回転が損なわれず、且つ液体ジェット流の液圧に対し無関係に所望の動作を実現することが挙げられる。
【０００６】
しかして本発明は上述の問題点を解決し、ギヤを採用することなくノズルヘッドが低速回転可能に駆動され、ある所望の液圧範囲内ではその回転数を、液圧に応じて増大させない回転ノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題が液体入口（１１）を具備した内室（４）を有するノズルケース（２）と、内室（４）から外部に連通し、内室（４）に軸方向の軸受面（８）を具備させ、前記軸方向の軸受面が内室から外部に通じる半径方向の円筒状の軸受面に連接されたケース（２）の穴部（６）と、軸受穴に回転自在に支承され、内室から外部へ向かって延設され、内室（４）内において半径方向外側へ膨出する軸方向の段部（１９）を有し、前記段部（１９）が穴部（６）の軸方向の軸受面（８）に作用可能に設けられ、軸方向の軸受面と共に、液圧により制御される摩擦ブレーキとして働くジャーナル軸受（２３）が具備されてなる軸（１７）と、ケース（２）外部において軸（１７）上に回転不可能に固定され、少なくとも１個のノズル穴（４１）を具備し、軸（１７）に対して半径方向に延びる液水がノズル穴（４１）を経て噴出するノズルヘッド（２２）と、軸（１７）に内設され、ノズルヘッド（２２）と液体入口（１１）とを連通する流路列（３３、３４、４２）と、ギヤなしで軸（１７）に直結され、流動する液水の作用を受けて液体入口（１１）の液圧の作用を受ける軸（１７）の駆動力を発生する駆動装置とを備えてなる回転ノズルによって解決されることになる。
【０００８】
【作用】
本発明による回転ノズルの構成においてはジャーナル軸受が同時に摩擦ブレーキとしても機能し、その制動効果が液圧により、実現される。ここで本発明による新規な回転ノズルにより、自動的な回転数の制限効用は洗浄用水液の液圧が低い場合、ノズルを流れる水液により先ずジャーナル軸受の２つの軸受面の軸方向ギャップにおいて液式（液体が介在する）摩擦が生じるが、液圧の増加に伴い液式摩擦が乾式（液体の介在がない）摩擦に移行するものと考えられる。
【０００９】
上述の如く摩擦係数が液圧に応じて変化せしめられることにより、通常の０．５バールの液圧までタービンの回転数、これに伴うノズルヘッドの回転数を液圧にほぼ比例して増大させる。この場合本発明によるノズルの他の構成も相俟って毎分約５０回転以下の回転数での回転も実現し得る。液圧が約０．５バール以上になったとき回転数と液圧との比例関係が終止される。またこの液圧を越えると回転数が略一定になりその後低下し始める。このとき回転数の低下あるいは回転数の増大は、本発明による回転ノズルのその他の設計上のパラメータに応じて変化することになる。
【００１０】
更に本発明による回転ノズルにおいては駆動力がノズルから放出される液体ジェット流の反動で生じるものでない。この駆動力はタービンによってもたらされ、回転数が高い場合には必要ならば制動効果を更に補償すべく、液体ジェット流の噴出角を出口面の法線に対する傾きに応じて、液体ジェット流が更に付加力が与えられ得る。
【００１１】
ジャーナル軸受による所望の制動効果を阻害しないため、ジャーナル軸受によって実現される密封構成以下に、別途の密封構成を設けていない。ここでジャーナル軸受の摩擦係数が０．０５〜０．１５の範囲内であるとき、回転ノズルは自動的に始動可能になる。例えば一方又は両方の軸方向軸受面がポリ四フッ化エチレン又は同等の摩擦係数の材料で形成されていれば、上記の摩擦係数を得ることができる。
【００１２】
タービンの動作を出来得る限り高効率にするために、好ましくはタービンにインゼクタを設置することになるが、このインゼクタによりタービンに対し接線方向に流入する液体ジェット流が発生せしめられる。このインゼクタの通路孔はタービンの回転軸に対して巾方向にずらされており、且つ傾斜されている。
【００１３】
またタービンが外周面に通路として凹溝が具備された円板の形状を有する場合、極めて簡潔なタービンが得られることになる。いずれの場合も本発明による新規な回転ノズルは自動的に円滑に始動され得、均一な角速度で回転されるために、インゼクタの通路孔の数とタービンの通路の数が互いに同一にされる。
【００１４】
【実施例】
図１及び図２に示されるように、本発明による回転ノズル１はほぼ円筒形のケース２を具備しており、このケース２の後端部には雄ねじ３が付設されている。またケース２内には円筒状の内室４が形成される。内室４はケース２の前部５側においてケース２と同軸の穴部６と連接される。且つ好ましくはポリ四フッ化エチレンからなるツバ付きブシュ７が穴部６に嵌入されており、このブシュ７のツバ部８は内室４内に位置するように設けられている。
【００１５】
ケース２の後端部側は雄ねじ３上に螺合される袋ナット９に固定される。袋ナット９はその軸線と同軸に形成された液体入口１１を具備する。液体入口１１は袋ナット９の底部において貫通して延び、且つ雌ねじ１２が固設された穴として形成される。
【００１６】
ツバ部８近傍に達するまで一定した横断面を有する円筒形の内室４内において、タービン１３が回転可能に配設される。このタービン１３は円板状に設けられていて、その外径は円筒形の内室４の内寸より僅かに小さく、その外周に図示の実施例においては８個の横断面が長方形の溝１４を具備している。溝１４はタービン１３を構成する円板状部を前側の端面１５から後側の端面１６まで貫通して延び、更に溝１４は半径方向に開放される。また図示から明らかなように溝１４はタービン１３を通る対称軸と一致するタービン１３の軸線に対して傾斜している。各溝１４の縦軸の投影とタービン１３の回転軸との挟み角は１０°〜４０°にされる。図示の実施例においてこの角度は丁度２５°である。
【００１７】
タービン１３を構成する円板状部は端面１５の位置でタービン軸１７に一体化されている。タービン軸１７はタービン１３に直接隣接する大径の円筒状部１８を有する。円筒状部１８は環状段部１９を介して直径が小さい円筒状部２１に連接される。この円筒状部２１の直径は、ツバ付きブシュ７の穴内において僅かな間隙を介在させて回転可能になるように設けられる。円筒状部２１の長さは、タービン軸１７のケース２からの、外部への突出端にノズルヘッド２２を固定するに十分なように設定される。
【００１８】
回転ノズル１の使用時に現れる軸方向の力がジャーナル軸受２３によって伝達可能にされる。このジャーナル軸受の一方の軸受面はツバ部８の平坦な内側端面であり、他方の軸方向の軸受面はタービン軸１７において環状段部１９に配設されるリング２５になる。ジャーナル軸受２３の乾燥状態での摩擦を極力小さくするために、ツバ付きブシュ７および長方形横断面を持つリング２５がポリ四フッ化エチレン又は同等の材料から形成される。本発明による一実施態様においてはリング２５の外径が約１９ｍｍにされ、内径はタービン軸１７の円筒状部２１の外径に相応させて約１３ｍｍにされる。またリング２５の高さは約１ｍｍにされる。タービン軸１７による支承の他に、後側の端面１６に一体に突設された、タービン軸１７と同軸の円筒状の軸部２６による別の支承構成が具備される。この軸部２６は挿入体２８に設けた盲穴２７内において回転可能である。挿入体２８は偏平な円錐台状に設けられ、袋ナット９に対面させて円筒状の内室４の後端部に収容される。挿入体２８が液圧により前方へ押進されないように、その直径はタービン１３の配設領域にいる内室４の主部より幾分大径に設けられる。内室４自体は半径方向内側に膨出する段部２９から後端部の部分が円筒状に拡大されている。
【００１９】
この挿入体２８は合計３個の斜めに延びる穴３１を具備する。穴３１はタービン１３のピッチ径に等しいピッチで配列される。また穴３１はタービン１３の回転軸線に対して溝１４の傾斜より相当に傾斜した角度をもって延設されており、図示の実施態様では３個の穴３１の軸線と回転軸との挟み角が５５°にされる。等間隔を置いて配列された３個の穴３１の直径は約４ｍｍにされ、周方向に沿った溝１４の内径よりやや小さく設けられる。このようにして挿入体２８はタービン１３に対しインゼクタの如く機能する。
【００２０】
この場合液体は液体入口１１を経て挿入体２８と袋ナット９の底部との間のギャップ３２を通り、通路孔３１へ流動可能になる。且つ液体は内室４からタービン軸１７の大径の円筒状部１８に設けた横穴３３を経て流出し得る。この横穴３３は盲穴３４に連通される。盲穴３４はケース２外の端部からタービン軸１７内に連通させる。
【００２１】
ノズルヘッド２２はタービン軸１７上に挿入すると共に適宜な手段をもって固定した管部３５を備えている。管部３５に対し段部３６及びこの段部３６に達するように挿入した六角形横断面を有するリング３７が配設され、管部３５はリング３７と同軸の穴３８に挿入される。穴３８の内部は部位３９において半径方向外側へ膨出されて拡幅されている。
【００２２】
リング３７を段部３６の上に保持するために、管部３５の閉前端部上にナット４０が螺合されている。且つリング３７には複数個、図示の実施態様では３個の比較的大径の穴４１が半径方向外側へ延設されている。穴４１は円周方向には僅かな寸法のみを有するように設けられる。
【００２３】
ここで盲穴３４と液体入口４１との間の液体流動は管部３５の内室及び管部３５の横穴４２を介して実現される。
【００２４】
しかして上述の回転ノズル１の機能は次の通りになる。即ち洗浄水液の如き噴出する液が液体入口１１へ圧送される。ここから噴出液は挿入体２８の外周面に沿ってギャップ３２を経、３個の斜めに延びる穴３１へ流動する。穴３１は合計３つの液体ジェット流を発生する。穴３１で形成される流路は回転軸線に対して上述した５５°の角度をもって傾斜しているから、タービン１３方向に加え円周方向にもジェット流を発生する。このため穴３１から流出する円周方向のジェット流がその流れ方向にある溝１４の壁面に衝突して、タービン１３が回転される。溝１４を経て流れる液流はタービン１３とジャーナル軸受２３との間の内室４に到達する。圧力状態に応じて液流の僅かな一部がジャーナル軸受２３のギャッにも到達し、ここで液体潤滑を生じる。これと同時に大部分の液流は半径方向の横穴３３を経て盲穴３４へ、且つここから管部３５へ流動し、横穴４２を経てノズル出口４１方向に流れて管部３５から放出される。タービン軸１７がタービン１３に一体に、延いては回転不可能に固定されると共に、ノズルヘッド２２が管部３５に回転不可能に固定されているから、ノズルヘッド２２はタービン１３と共に回転される。
【００２５】
タービン１３が回転する回転数は、溝１４とタービン軸１７の回転軸との間の挟み角、通路孔３１と同じくタービン軸１７の回転軸との間の挟み角による。また前記の回転数は、タービンの端面１６と挿入体２８の対向する平坦面との間の間隔にも影響される。このギャップが大きい程回転数が小さくなる。ギャップ幅の好適な値は１．６ｍｍであり、タービン１３を形成する円板の外径は約３２ｍｍ、厚さは約８ｍｍである。出口の横断面、即ち個々の穴４１の横断面は夫々約３ｍｍ^２であり、流れを制限するように抵抗が大になる。その他の全ての流れ抵抗の和は液流の出口としての穴４１で生じる流れ抵抗より小さくされることが好適である。
【００２６】
上述のように構成された回転ノズル１において、回転ノズル１に室温の液水を供給する場合図３に示す如き回転数特性曲線が得られる。この場合約０．５バールまではノズルヘッド２２の回転数が圧力に比例し、約３７ｒｅｖ／ｍｉｎまで増加する。この圧力を越えたとき、即ち約０．５バール〜１バールの範囲で回転数特性曲線が反転し、それ以上の圧力上昇があるときは先ず回転数が減少し、約１０バールの範囲でノズルヘッド２２の回転数が約３０ｒｅｖ／ｍｉｎまで低下する。圧力が更に上昇すると回転数が再び緩やかに増加する。このような本発明による回転ノズル１は低速回転ノズルであり、相当の圧力範囲、即ち０．５バール〜１５バールの圧力ではこの圧力に比例する回転数変化が現れない。且つ１５バール〜２０バールまで回転数は目立たない程度の増加しか示さない。
【００２７】
【発明の効果】
しかして上述のように構成された本発明による回転ノズルによれば、容器の洗浄に使用される回転ノズルに対する必要条件の範囲内において、回転数は略一定であるものと考えることができる。例えば１：１０の圧力変動に対して回転数の変動は１：１．２程度にされ、回転ノズルの回転数を大幅に変えずに、容器の壁面を様々な強さの噴出ジェット流で洗浄することが可能になる。
【００２８】
上述のように構成された本発明の回転ノズルによれば、ギヤ等の複雑化する構成を用いることなく、簡潔な構成をもって低速の、所望の範囲内でその回転数を液圧に応じて増大させることなく、低速回転を円滑に実現できる等々の効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による回転ノズルの分解斜視図である。
【図２】図２は本発明による図１のノズルの組立状態の縦断面図である。
【図３】図３は本発明による、図１の回転ノズルにおける回転数と液圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 回転ノズル
２ ケース
３ 雄ねじ
４ 内室
５ 前部
６ 穴部
７ ツバ付きブッシュ
８ ツバ部
９ 袋ナット
１１ 液体入口
１２ 雌ねじ
１３ タービン
１４ 溝
１５ 端面
１６ 端面
１７ タービン軸
１８ 円筒状部
１９ 環状段部
２１ 円筒状部
２２ ノズルヘッド
２３ ジャーナル軸受
２５ リング
２６ 軸部
２７ 盲穴
２８ 挿入体
３１ 穴
３２ ギャップ
３３ 横穴
３４ 盲穴
３５ 管部
３６ 段部
３７ リング
３８ 穴
３９ 部位
４０ ナット
４１ 穴
４２ 横穴

Claims (20)

1. 液体入口（１１）を具備した内室（４）を有するノズルケース（２）と、内室（４）から外部に連通し、内室（４）に軸方向の軸受面（８）を具備させ、前記軸方向の軸受面が内室から外部に通じる半径方向の円筒状の軸受面に連接されたケース（２）の穴部（６）と、軸受穴に回転自在に支承され、内室から外部へ向かって延設され、内室（４）内において半径方向外側へ膨出する軸方向の段部（１９）を有し、前記段部（１９）が穴部（６）の軸方向の軸受面（８）と協働するように設けられ、一方の軸方向の軸受面（８）と他方の軸方向の軸受面（２５）とから形成され、液圧により制御される摩擦ブレーキとして働くジャーナル軸受（２３）が具備されてなる軸（１７）と、ケース（２）外部において軸（１７）上に回転不可能に固定され、少なくとも１個のノズル穴（４１）を具備し、軸（１７）に対して半径方向に延びる液水がノズル穴（４１）を経て噴出するノズルヘッド（２２）と、軸（１７）に内設され、ノズルヘッド（２２）と液体入口（１１）とを連通する流路列（３３、３４、４２）と、ギヤなしで軸（１７）に直結され、流動する液水の作用を受けて作動され、液体入口（１１）の液圧に依存する軸（１７）の駆動力を発生する駆動装置とを備えてなる回転ノズル。
2. 駆動装置が軸（１７）に回転不可能に固定され、内室（４）内において回転されるタービン（１３）である請求項１の回転ノズル。
3. 小さな圧力で動作するときジャーナル軸受（２３）に液体潤滑が生じ、圧力の増加に伴いこれが消滅するように、液圧に起因する軸方向の力をもたらすタービン（１３）または軸（１７）の面と前記軸方向の軸受面（８）との比率を設定してなる請求項２の回転ノズル。
4. ジャーナル軸受（２３）を軸方向の軸受面（８，２５）から形成される密封構成として用い、ジャーナル軸受（２３）の動作領域には軸（１７）用の別のシールを設けないことを特徴としてなる請求項１の回転ノズル。
5. 軸方向の軸受面（８、２５）の間における乾燥状態の摩擦係数が０．０５〜０．１５である請求項１の回転ノズル。
6. 軸方向の軸受面（８、２５）の少なくとも１つがポリ四フッ化エチレンを有してなる請求項１の回転ノズル。
7. 軸方向の軸受面（８、２５）の双方がポリ四フッ化エチレンを有してなる請求項１の回転ノズル。
8. 内室（４）が円筒状であり、軸受穴（６）が内室（４）に対して同軸に配列されてなる請求項１の回転ノズル。
9. 少なくとも１つの流路穴を具備するインゼクタ（２８）が流路に対してタービン（１３）の直近に配設され、接線方向の流れ成分を有する少なくとも１つのジェット流がタービン（１３）に流入するように設けられてなる請求項２の回転ノズル。
10. インゼクタ（２８）の流路穴が軸（１７）の回転軸線に対して巾方向にずらされ、軸（１７）の回転軸線に対して傾斜されてなる請求項９の回転ノズル。
11. インゼクタ（２８）が軸（１７）の回転軸線の周囲に等間隔で配列されて同方向に整列された少なくとも３つの流路穴を具備してなる請求項９の回転ノズル。
12. タービン（１３）が軸（１７）と反対側の端面において軸端（２６）に支承され、前記軸端（２６）がインゼクタ（２８）の軸受穴内に回転自在に支承されてなる請求項９の回転ノズル。
13. タービン（１３）のインゼクタ（２８）に面した側（１６）が平坦である請求項９の回転ノズル。
14. インゼクタ（２８）のタービン（１３）に面した側が平坦である請求項９の回転ノズル。
15. タービン（１３）に設けた通路の数とインゼクタ（２８）の流路穴の数とが相応するように設けられてなる請求項９の回転ノズル。
16. タービン（１３）が円板状をなし、円板の縁端部に流路が等間隔に配列され、流路の縦軸が軸（１７）の回転軸線に対して傾斜されてなる請求項９の回転ノズル。
17. 流路が円板の周囲において開放された溝（１４）である請求項１６の回転ノズル。
18. タービン（１３）の溝（１４）と軸（１７）の回転軸線との挟み角が、インゼクタ（２８）の流路穴と回転軸線との挟み角より小さく設けられてなる請求項１６の回転ノズル。
19. タービン（１３）の溝（１４）と軸（１７）の回転軸線との挟み角が１０°〜４０°にされてなる請求項９の回転ノズル。
20. インゼクタ（２８）の流路穴と軸（１７）の回転軸線との挟み角が１５°〜７５°である請求項９の回転ノズル。

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