JP4383124B2

JP4383124B2 - 水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置

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Publication number: JP4383124B2
Application number: JP2003296296A
Authority: JP
Inventors: 宏一大浦; 納章大浦; 幸男泉; 篤男大久保
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: JP2005058975A

Description

本発明は、高圧水源から送水される高圧水を噴射する複数の噴射ノズルを搭載し、噴射する高圧水の反動によって回転する回転ヘッドを備える水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置に関する。

飲料水や工業用水等の貯水槽、浄化施設内に配置される各種水槽、プール、養魚水槽、水族館等の水槽、井戸管、大径配管等の水を扱う設備中には、水質管理、衛生管理、湧出量の確保等の観点から定期的な清掃を要するものがある。このうちプールや養魚水槽のように、地上部における開口面積が大きく深さが一定限度内であるものについては、貯留されている水を抜いて内部に作業員が入って簡単に清掃を実施することができる。

これに対し、例えば、井戸管や大径配管の竪坑部分のように地上部における開口面積が小さく深さが深い洗浄対象に付いては、作業員が入り込めない内径である場合もあり、入り込むことが可能である場合にも相当な危険を伴う場合もある。このような井戸管等の洗浄に関しては、今日、高圧水洗浄装置を利用する清掃が行なわれている。高圧水洗浄装置は、複数の噴射ノズルを取り付けた回転ヘッドを備え、回転ヘッドを井戸管等の内部に下降させつつ、高圧水を噴射ノズルから井戸管等の内壁面に向けて噴射し、井戸管等の内壁面を水撃によって洗浄するものである。この際、噴射ノズルを取り付けた回転ヘッドは、噴射ノズルから噴射される高圧水の反動で回転する構造を採っている。回転ヘッドが円滑に回転しなければ、円筒状である井戸管等の内壁面全体を万遍なく洗浄することが困難であるからである。

噴射ノズルから噴射される高圧水の反動で回転するようにした回転ノズル装置は、次に示す文献において既に開示されている。

特開２００１−１９３１０６号公報

特開２００２−１９２０９４号公報

特許文献１および特許文献２には、井戸管内に噴射ノズルを備える回転体をホースを利用して吊り下げ、ホースを介して地上側から供給される高圧水を噴射ノズルから井戸管の内壁面に噴射し、高圧水の水撃によって井戸管内に付着したスケールその他の目詰まり原因物質を井戸管の内壁面から剥落させる洗浄方法および洗浄装置が示されている。

これらの洗浄装置における回転体は、噴射ノズルから噴射される高圧水の反動によって回転するように工夫されている。このための手段として、回転体の回転軸の反対側に位置する１対の噴射ノズルを回転軸を挟んで芯ずれさせて対称に配置する方法、又は、噴射ノズルからの水の噴射方向を回転体の半径方向から一定角度偏向させる方法が採用されている。これらいずれの手段によっても、高圧水の噴射によって回転体にトルクを付与することが可能であり、回転体にトルクを付与する手段の違いに応じて、噴射ノズルから噴射される高圧水は、井戸管の内壁面に対して略垂直方向から噴射されるものと、斜方向から噴射されるものとの違いが生じている。

なお、噴射ノズルから噴射される高圧水の速度が同一であると仮定すれば、井戸管の内壁面に対して略垂直方向から噴射される場合の水撃力の方が、斜方向から噴射される場合の水撃力よりも大きい。したがって、井戸管等の汚れを除去する能力に関しても、水撃力の違いに応じて差異が生じる。ただし、井戸管等の内壁面に付着するスケール等の付着態様によっては、斜方向からの水撃が有効である場合もあり、最も効果的であるのは、垂直方向と斜方向との双方から水撃を加えることである。

上記いずれの洗浄装置においても、井戸管内における回転ヘッドの円滑な回転運動が確保されることによって、円筒形状である井戸管の内壁面を万遍なく洗浄することが可能となる。また、回転ヘッドの回転速度は、速ければよいというものではなく、地上側から操作される回転ヘッドの上下動速度に適する回転速度であることを要する。回転ヘッドの回転速度に対して回転ヘッドの上下動速度が過大である場合には、井戸管の内壁面に洗い残し部分が生じ、逆に、回転ヘッドの回転速度が過大である場合には、同じ箇所を重ねて洗浄する無駄が生じるからである。

上記公報に示される洗浄装置のうち、噴射ノズルを回転軸を挟んで芯ずれさせて対称に配置する方法を採用する技術に関しては、芯ずれさせることが可能な範囲が小範囲に限られることから、回転ヘッドに十分なトルクを付与することができないという問題を有する。噴射ノズルを芯ずれ配置するということは、噴射ノズルの方向を変えることなく噴射ノズルを回転ヘッドの中心から側方に遠ざけるということであり、芯ずれ可能範囲が限定されるのは、芯ずれ量を大きく設定すると噴射ノズルが井戸管等の内壁面に平行な姿勢で接近してしまうこととなるからである。また、回転ヘッドに十分なトルクを付与することができないことは、回転軸と回転ヘッドとの間に適切なベアリングが用いられていないことにも起因して、水中における回転抵抗負荷の変化に伴う負荷変動に対して安定な回転動作が確保されないとともに、清掃作業の能率を上げるために必用とされる回転数を実現することもできない。

回転ヘッドの軸受け部にベアリングが用いられないのは、水中内の異物が混入して回転不良となるためである。これに対しては、機械要素として完全密閉型のベアリングも存在するが、外圧が加わる水中では外部圧に対して内部封止機構を組み合わせた厳重な構造を採用することから、水中深度が深くなるにつれ外部圧力が高くなり、封止機構より回転体の抵抗が変化し作動不良となる。

また、上記公報に示される洗浄装置のうち、噴射ノズルの取付け部材である１対のノズルアームを回転軸について対称方向に屈曲させることによって回転ヘッドにトルクを付与する技術に関しては、回転ヘッドに高回転を付与するために高トルクを要求するに従って、洗浄に必用な水撃力が低下するという二律背反的な問題が生じる。すなわち、高トルクを発生させるためにノズルアームを大きく屈曲させると噴射ノズルが井戸管等の内壁面に平行に近い姿勢となり、垂直に近い角度から水撃を加えることができず、この結果、噴射ノズルから噴射される高圧水の噴射圧力が同一であっても井戸管等の内壁面に大きな水撃力を加えることが困難となるのである。

そこで本発明の目的は、回転ヘッドの軸受け部分に１対のシールリングを嵌め込んで外部からの異物を封止するとともに内部水圧を適時に放出することにより安定な回転動作を実現した水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の請求項１記載の水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置は、高圧水源から送水される高圧水を噴射する複数の噴射ノズルを有し、噴射する高圧水の反動で回転する回転ヘッドを備える水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置において、回転ヘッドは、中心部に高圧水源に連絡する導水孔を形成した回転軸と、中心部に回転軸を受け入れる軸孔を有し回転軸に回転自在に取り付ける回転ヘッド本体と、中心部に導水孔を有し回転ヘッド本体に径方向に向けて突設する複数のノズルアームと、ノズルアームに取り付ける第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルを備えてなり、第１の噴射ノズルは、ノズルアームの先端にノズルアームと同方向に向けて取り付けられ、第２の噴射ノズルは、噴射する高圧水の反動によって回転する回転ヘッド本体にトルクを付与する向きに取り付けられ、前記回転ヘッド本体は、軸孔の内部に回転軸の導水孔に連絡する環状水路を有し、ノズルアームの導水孔は、環状水路を介して回転軸の導水孔に連絡されており、前記回転ヘッド本体と回転ヘッド本体の回転軸との間に設定される摺動間隙の上下の末端に外部に向けて開くセット溝を形成し、上下のセット溝に弾性部材からなる１対のシールリングを嵌め込んでおり、回転ヘッド本体の周囲の外部水圧が回転ヘッド本体内の内部水圧を上回ることとなった場合には、内外の水圧差によってシールリングが摺動間隙の末端を塞ぐ向きに変位および変形することで外部からの異物を封止するとともに、回転ヘッド本体が回転するに際し、高圧水源からの水圧が環状水路を経由して、回転軸と回転ヘッド本体間の摺動間隙に侵入したときは、内部水圧を適時放出することを特徴とする。

この発明によれば、回転軸の中心部の導水孔に供給された高圧水は、回転ヘッド本体の軸孔の内部に形成される環状水路に導かれる。回転ヘッド本体の回転によりノズルアームは、常時移動するが、環状水路は、リング状であるのでノズルアームの位置変化にかかわらず常時ノズルアームの導水孔と連絡している。したがって高圧水は、環状水路からノズルアームの導水孔を経由して第１および第２の噴射ノズルから噴射される。第１の噴射ノズルから噴射される高圧水は、井戸管の内壁面に略垂直方向から水撃を加えることが可能である。また、第２の噴射ノズルから噴射される高圧水は、その反動によって回転ヘッド本体を回転駆動するとともに、斜方向から井戸管の内壁面に水撃を加え、垂直方向からでは除去できない汚れを落とす。
また特に、この発明によれば、１対のシールリングは、回転ヘッド本体を回転可能とするために回転ヘッドと回転軸との間に設定される摺動間隙の上下２箇所の末端の形成されるセット溝に嵌め込まれている。そして、各セット溝は外部に向けて開く形状に形成されている。１対のシールリングは、弾性による変形によって、高圧水源からの送水圧力による回転ヘッド本体の内部水圧が高い場合において、摺動間隙の末端からの高圧水の流出を許容することができる。この際、摺動間隙の内部には、流れを伴う高圧水の水膜が形成され、回転ヘッド本体は、水膜によって回転軸から浮上した状態となり、水膜による流体浮上軸受けを形成する。逆に、回転ヘッド本体の周囲の水圧の方が高い場合には、シールリングが摺動間隙の両端を閉じ、塵埃を含む周囲の汚水や外部からの異物が摺動間隙に流入するのを阻止しつつ、回転軸の回りに静止した高圧水の水膜を形成する。

本発明の請求項２記載の水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置は、請求項１記載の発明を前提として、ノズルアームをノズルアームの軸を中心として角度調節自在に回転ヘッド本体に取り付けられていることを特徴とする。

この発明によれば、ノズルアームの軸を中心としてノズルアームを回転角度変化させると、ノズルアームと同方向、すなわち、ノズルアームの軸方向に向けて取り付けられた第１の噴射ノズルは、ノズルアームに伴って回転するものの、ノズルアームと同方向である関係を維持する。回転ヘッド本体にトルクを付与する向き、すなわち、ノズルアームの軸に対して、いずれかの方向に傾けて取り付けられた第２の噴射ノズルは、ノズルアームを軸を中心として回転させることによって姿勢変化する。第２の噴射ノズルの姿勢が変化すると、第２の噴射ノズルからの高圧水の反動の方向が変化し、この反動によって回転する回転ヘッド本体に加わるトルクに変化が生じる。したがって、ノズルアームの角度を変化させる操作によって回転ヘッド本体の回転数を調節することができる。

本発明の請求項３記載の水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置は、請求項１又は２記載の発明を前提として、前記回転ヘッド本体に回転ヘッド本体の回転抵抗を増大させる制動板が突設され、この制動板は、第１の金属板と、この金属板の先端に取り付けられる第２の金属板からなり、第１の金属板の直立面には、回転ヘッド本体の径方向に長い長孔を介してボルトで一体化した第２の金属板が付属し、第２の金属板は、所定幅を第１の金属板の直立面に重ね合わせた状態で取り付けられており、重ね代を調節することによって第１の金属板の直立面の全体面積を変更することができることを特徴とする。

この発明によれば、制動板は、回転ヘッドの回転抵抗を増大させる。したがって、回転ヘッド本体は、制動板の負荷に抗して回転する状態となる。無負荷で所定回転数を達成している回転物体と、有負荷で所定回転数を達成している回転物体とでは、外的な負荷変動に対しては、後者の回転物体の方が安定である。したがって、制動板を設けることによって、回転ヘッド本体の回転動作を安定化することができる。

ここで、請求項３記載の発明を前提として、制動板が回転ヘッド本体に沈降分力又は上昇分力を付与する向きに角度調節自在であるとすると良い。

上記回転ヘッド本体に取り付けられた第２の噴射ノズルは、ノズルアームを回転させて回転ヘッド本体の回転数を調節した場合において、結果的に回転ヘッドに沈降分力又は上昇分力を付与することとなる。そこで、第２の噴射ノズルの向きに起因して回転ヘッド本体に沈降分力が生じる場合には、制動板に上昇分力が生じる向きに制動板の角度を調節し、また、第２の噴射ノズルの向きに起因して回転ヘッド本体に上昇分力が生じる場合には、制動板に沈降分力が生じる向きに制動板の角度を調節することによって回転ヘッド本体の上下位置を安定化させることができる。

本発明に係る水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置は、噴射ノズルを搭載する回転ヘッド本体と、その回転軸との間に形成される摺動間隙の２箇所の末端に、摺動間隙を外部に向けて開く向きのセット溝を形成し、セット溝に弾性部材からなる１対のシールリングを嵌め込んで弾性的に封止することによって、シールリングは、外部水圧が大であるときにおいて、摺動間隙の末端を閉じるとともに、外部水圧に対して内部水圧が大であるときにおいて、摺動間隙の末端を開く向きに変形し、外部から摺動間隙内への汚濁水や異物の進入を阻止しながら摺動間隙内に高圧水の水膜を形成し、流体浮上軸受けを形成することができるので、低トルク低回転使用時においても回転ヘッド本体の安定な回転動作を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づき説明する。

水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置３０は、１対のノズルアーム３３，３３を介して搭載する第１の噴射ノズル３６Ａと第２の噴射ノズル３６Ｂおよび１対の制動板３８，３８を備える回転ヘッド本体３２と、回転ヘッド本体３２を回転自在に支持する回転軸３１を主要部としてなる（図１，図２）。

回転軸３１は、回転ヘッド本体３２を回転自在に支持する。回転軸３１は、上端にフランジ継ぎ手３Ｆを一体加工した２段の段付き軸であり、回転軸３１の下端部には、雄ねじが切られている。回転軸３１の中心部には、フランジ継ぎ手３Ｆ側から所定深さに達する導水孔３Ａが穿設され、高圧水を内部に導入することができる。導水孔３Ａの２箇所には、外部に連通する連絡孔３Ｂ，３Ｂが側方に向けて形成され、連絡孔３Ｂ，３Ｂは、回転軸３１内に導入された高圧水を側方に流出させる（図２）。

回転ヘッド本体３２は、四隅を大きく面取りした角ブロック材料からなり、中心部には、回転軸３１を受け入れる軸孔Ｈ１が設けられている。軸孔Ｈ１の内部には、軸孔Ｈ１の中程部分を部分的に拡張した態様の環状水路３Ｃが形成されている。回転ヘッド本体３２の高さ寸法は、回転軸３１における２段の段部の段間長さＬ２より僅かに小さく設定されている。回転ヘッド本体３２は、回転軸３１の１段目の段部と２段目の段部との間に外嵌され、回転軸３１の下端の雄ねじに大型のロックナット３４を締め込むことによって脱落しないように組み込まれている。

回転ヘッド本体３２の高さ寸法と段間長さＬ２の僅差の設定により、ロックナット３４を締め込んでも回転ヘッド本体３２は回転可能である。回転軸３１に回転ヘッド本体３２を取り付けたとき、軸孔３Ａの連絡孔３Ｂ，３Ｂは、環状水路３Ｃに接続する位置関係となる。また、回転軸３１の外径と回転ヘッド本体３２の軸孔Ｈ１の内径との間には、回転ヘッド本体３２の回転を許容するための僅差が設定される。この僅差は、両者を組み合わせたときにおいて、摺動間隙ΔＤを形成する。

両者間に形成された摺動間隙ΔＤの末端は、回転軸３１の１段目の段部と回転ヘッド本体３２との間および２段目の段部とロックナット３４との間との２箇所に存在する。各摺動間隙ΔＤの末端には、セット溝３Ｇが形成されている（図３）。セット溝３Ｇは、回転軸３１の段部の角部３Ｅを面取り加工することと合わせて、摺動間隙ΔＤの末端を外部に向かって開く形状としている。

上下２箇所の摺動間隙ΔＤの末端の設けられたセット溝３Ｇには、いずれも弾性部材からなるシールリング３５，３５が装着され、摺動間隙ΔＤの両端を弾性的に封止している。この結果、各シールリング３５は、方向性をもってシール機能を発揮する。この方向性は、外部水圧に対して摺動間隙ΔＤ内の水圧が高い場合にシール機能を弱め、逆に、摺動間隙ΔＤ側の水圧が低い場合にシール機能を強める方向性である。シールリング３５には、例えば、シリコンゴム等から成形されたＯ−リングを用いることができる。

回転ヘッド本体３２には、１対のノズルアーム３３，３３が取り付けられている。各ノズルアーム３３は、スパナ等の工具で直接操作できる角棒部材からなり、内部には、軸方向にノズルアーム３３を貫通する導水孔３Ｄが穿設されている（図２）。各ノズルアーム３３の基部には、雄ねじが加工されるとともに、回転ノズル装置３０の中心線ＣＬを挟んで位置する回転ヘッド本体３２の対向面には、それぞれ、ノズルアーム３３の雄ねじに適合するねじ孔が径方向に向けて形成されている。１対のノズルアーム３３，３３は、前もって雄ねじ部分にロックナット３７を取り付けた上、回転ヘッド本体３２のねじ孔に基部を螺入し、ロックナット３７を締め込んで固定されている。したがって、各ノズルアーム３３は、ロックナット３７を弛めることによって、その軸を中心として回転させるようにして角度を調整することができる。つまり、第１の噴射ノズル３６Ａの方向を変化させずに第２の噴射ノズル３６Ｂの角度のみを変化させることができる。

各ノズルアーム３３には、第１の噴射ノズル３６Ａと第２の噴射ノズル３６Ｂとが取り付けられている。第１の噴射ノズル３６Ａは、ノズルアーム３３の先端にノズルアーム３３と同方向を向けて、すなわち、回転ヘッド本体３２対しては、その径方向に向けて取り付けられている。第２の噴射ノズル３６Ｂ，３６Ｂは、ノズルアーム３３の側面部分にノズルアーム３３と直交する方向に向けて水平姿勢で、すなわち、回転ヘッド本体３２に対しては、周方向に向けて取り付けられている。また、１対のノズルアーム３３，３３における第２の噴射ノズル３６Ｂ，３６Ｂは、回転ノズル装置３０の中心線ＣＬから等しい取付け距離Ｌ１，Ｌ１を保ち、かつ中心線ＣＬについて線対称の姿勢で取り付けられている（図２）。

回転ヘッド本体３２において対向する他の２面には、それぞれ制動板３８，３８が取り付けられている（図１、図４）。各制動板３８は、Ｌ字形に曲げ加工した第１の金属板Ｐ１と、この金属板Ｐ１の先端に取り付けられる第２の金属板Ｐ２からなり、第１の金属板Ｐ１は、Ｌ字形の１片を回転ヘッド本体３２に密着させるとともに、他の１片を径方向に向けて直立させた姿勢で取り付けられている。したがって、各制動板３８の第１の金属板Ｐ１の直立面は、回転ヘッド本体３２が回転することによって水の抵抗を受け、回転ヘッド本体３２にブレーキ力を及ぼすことができる。

Ｌ字形の第１の金属板Ｐ１は、上下２本のボルトｂ２、ｂ２を用いて回転ヘッド本体３２にねじ止めされ、下方のボルトｂ２は、第１の金属板Ｐ１に形成される透孔２ｈに挿通されている。この透孔２ｈは、各制動板３８を回転ヘッド本体３２に固定している下側のボルトｂ２を挿通するためのもので、円弧状の長孔２ｈとして形成され、第１の金属板Ｐ１は、２本のボルトｂ２，ｂ２を弛めることによって、上側のボルトｂ２を中心に長孔２ｈの範囲で揺動することができる。この揺動動作によって制動板３８の第１の金属板Ｐ１の直立面は、斜め上向きから斜め下向きとなる範囲で姿勢調整可能である。

制動板３８の第１の金属板Ｐ１の直立面には、回転ヘッド本体３２の径方向に長い長孔１ｈ，１ｈを介して２本のボルトｂ１，ｂ１で一体化した第２の金属板Ｐ２が付属している。第２の金属板Ｐ２は、所定幅を第１の金属板Ｐ１の直立面に重ね合わせた状態で取り付けられており、重ね代を調節することによって第１の金属板Ｐ１の直立面の全体面積を変更することができる（図４）。

ガイドローラ装置１０と回転ヘッド本体３２との間には、図６に示すように、遮蔽板５が取り付けられている。遮蔽板５は、噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂから噴射された水が上方に上がらないようにする役割を果たすとともに、その径が噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂの長さよりも大きなものが使用され、高速回転する噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂがストレーナに衝突しないようにする役割も有する。本実施の形態では、回転ヘッド本体３２の真上に配されているために、洗浄用の回転ノズル装置３０が回転ヘッド本体３２の回転により傾斜したとしても、噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂがストレーナに衝突しないように有効に機能する。遮蔽板５の外周には、ゴムやウレタンなどからなるパッド５ａが配され、深井戸管の内面に接して遮蔽板５と隙間が生じないようにされている。このような遮蔽板５は、外周フレームＦと回転ヘッド本体３２との間に配され、噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂの近傍位置に配されているため、噴射ノズル３６Ａ，３６Ｂの洗浄用の噴射口からの高速噴射による回転ヘッド本体３２の傾きを小さく抑制することができる。

このような形態の回転ノズル装置３０は、回転軸３１の上端に設けたフランジ継ぎ手３Ｆを利用して直接に、又は必用な補助装置、例えば、地下に埋設された井戸管２０の内壁面を高圧洗浄する際のガイドローラ装置１０等を組み付けた上、高圧ポンプ車３等の高圧水源に接続して用いることができる（図５）。

ガイドローラ装置１０は、下端部に回転ノズル装置３０のフランジ継ぎ手３Ｆに適合するフランジ継ぎ手１１Ｆを備えるとともに、上端部に高圧ホース２を連結するためのホースジョイント１５を備える高圧導水管１１を中心として構成されている（図６，図７）。高圧導水管１１は、フランジ継ぎ手１１Ｆを利用して回転ヘッド本体３２に連結し、ホースジョイント１５を利用して高圧ホース２に連結することができる。

高圧導水管１１には、シース管１２が摺動自在に外嵌され、シース管１２は、シース管１２の側面から高圧導水管１１に向けて螺入する止めねじｂ５，ｂ５によって高圧導水管１１の任意の位置に固定することができる。シース管１２の上端部および下端部には、それぞれ３方向にベースブロック１３…が突設され、各ベースブロック１３には、先端部にガイドローラＲ１を備える揺動アーム１４が取り付けられている。上下に対応する３対の揺動アーム１４…は、リンクアーム１７によって連結され、上下１対ごとに連動して揺動動作することができる。

シース管１２の上側の３個のベースブロック１３…には、各リンクアーム１７の動作をロックするためのステー１６が取り付けられており、ステー１６の先端部は、リンクアーム１７の複数箇所に形成する長孔３ｈ…にねじ止めされる。揺動アーム１４…の姿勢は、この際に選択される長孔３ｈ…によって大まかに位置決めされ、選択された長孔３ｈ…の範囲内における各ステー１６先端部の移動によって精密に位置決めすることができる。揺動アーム１５…の姿勢制御によってガイドローラＲ１…に対する外接円の直径を変えることができるので、ガイドローラ装置１０は、直径の異なる多種類の井戸管２０に適合することができる。

ガイドローラ装置１０を組み付けた回転ノズル装置３０は、貯留された井戸水を排水することなく、そのまま井戸管２０内に下降させて高圧水源である高圧ポンプ車３から高圧水を送水することによって、井戸管２０の内壁面を水撃によって洗浄することができる。この際、ガイドローラ装置１０は、３対のガイドローラＲ１…によって井戸菅２０の内壁面を上下方向にトレースしながら、回転ノズル装置３０を井戸菅２０の中心に位置決めすることができる。

高圧ポンプ車３から所定の水圧で圧送された高圧水は、高圧ホース２およびガイドローラ装置１０の高圧導水管１１を経由して回転ノズル装置３０に至る。また、回転ノズル装置３０に至った高圧水は、回転ノズル装置３０の回転軸３１内の導水孔３Ａから環状水路３Ｃに進み、環状水路３Ｃにおいて回転軸３１の周囲を高圧水で取り囲む状態となる。環状水路３Ｃに至った高圧水は、１対のノズルアーム３３，３３の導水孔３Ｄ、３Ｄを経て、ノズルアーム３３，３３に取り付けられた第１の噴射ノズル３６Ａと第２の噴射ノズル３６Ｂとから同時に噴射される（図８）。

したがって、回転ヘッド本体３２には、４個の噴射ノズル３６…から噴射される高圧水の反動が加わる。このうち第１の噴射ノズル３６Ａ，３６Ａによって生じる反動は、強さが同一で向きが反対となることから、互いに打ち消し合い、回転ヘッド本体３２の姿勢ないし挙動には何ら影響を与えない。第１の噴射ノズル３６，３６から噴射される高圧水は、井戸管２０の内壁面に略垂直方向から水撃を加えることができる。

一方、第２の噴射ノズル３６Ｂ，３６Ｂから噴射される高圧水の反動は、回転ノズル装置３０の中心線ＣＬから噴射ノズル３６までの取付け距離Ｌ１，Ｌ１と反動力との積で決定される回転モーメントを回転ヘッド本体３２に加える。したがって、回転ヘッド本体３２には、２個の第２の噴射ノズル３６Ｂ，３６Ｂによって加えられる回転モーメントの和に等しい回転力が加わり、回転ヘッド本体３２は、噴射される高圧水の噴射方向とは逆方向に逃げる向きに回転する。第２の噴射ノズル３６Ｂ，３６Ｂから噴射される高圧水は、井戸管２０の内壁面に斜方向から水撃を加え、直交方向からの水撃のみでは除去することができないスケール等を除去することができる。

回転ヘッド本体３２が回転するに際しては、高圧水源からの水圧が環状水路３Ｃを経由して、回転軸３１と回転ヘッド本体３２間の摺動間隙ΔＤに侵入し、高圧水による水膜を形成する。そこで、回転ヘッド本体３２は、高圧の水膜による流体浮上軸受けによって支持された状態となり、低回転で使用する場合においても安定に回転し、周囲を万遍なく洗浄することができる。

また、洗浄時に井戸管２０内に生じる乱流による水圧の偏在等により回転ヘッド本体３２の周囲の外部水圧ＰＳ１が一時的に回転ヘッド本体３２内の内部水圧ＰＳ２を上回ることとなった場合には、内外の水圧差によってシールリング３５が摺動間隙ΔＤの末端を塞ぐ向きに変位および変形するので、摺動間隙ΔＤ内に外部の塵埃を含む汚水が浸入するのを防止する。すなわち、１対のシールリング３５，３５は、一種の逆止弁として機能する。

回転ヘッド本体３２の回転動作を安定化するには、長いノズルアーム３３を用い、回転ノズル装置３０の中心ＣＬから第２の噴射ノズル３６Ｂまでの取付け距離Ｌ１を長く設定することによって、高圧水の噴射による反動力と第２の噴射ノズル３６Ｂまでの取付け距離Ｌ１との積の値を大きくすればよい。ただし、この場合には、回転ヘッド本体３２の回転数は減少し、低速用となる。

また、回転ヘッド本体３２の回転数は、ロックナット３７を弛めてノズルアーム３３を回すことによって、第２の噴射ノズル３６Ｂの噴射方向ＦＦとノズルアーム３３の回転面Ｋとが一致しないように、例えば、両者間に噴射角度θ１を設定することによって調節することができる（図９）。

回転ノズル装置３０の中心線ＣＬと回転面Ｋとは直交しており、高圧水の噴射による反動力は、噴射方向ＦＦと反対向きの反動力Ｆとしてノズルアーム３３に加わる。したがって、反動力Ｆの回転面Ｋ方向の分力Ｆ１は、Ｆ１＝Ｆｃｏｓｉｎθ１で示されることから、噴射角度θ１を設定することにより、回転ヘッド本体３２の回転速度は低下する。送水圧を低下させることなく、すなわち、井戸管２０の内壁面に垂直方向から水撃を加える第１の噴射ノズル３６Ａによる洗浄力を低下させることなく、回転ヘッド本体３２の回転速度を調整することができる。

ただし、噴射角度θ１を設定することによって、回転ヘッド本体３２は、反動力Ｆの下向きの分力である沈降分力Ｆ２を受けることとなる。また、回転面Ｋを挟んで噴射ノズル３６に逆方向の噴射角度−θ１を付与する場合には、回転ヘッド本体３２には、上向きの上昇分力−Ｆ２が加わり、回転ノズル装置３０は、使用中に独りでに浮上し始める傾向を示し、洗浄作業に支障を来たすことともなる。この傾向は、より高い圧力の高圧水を用いるほど大きくなる。

回転ヘッド本体３２に作用するこのような上向き又は下向きの力は、制動板３８の姿勢を調整することによって簡単にキャンセルすることができる。例えば、回転ヘッド本体３２に下向きの力が作用する場合には（図９）、制動板３８の姿勢を回転ノズル装置３０の中心線ＣＬに対して下向きとすることによって（図１０）、回転ヘッド本体３２に上向きの力を作用させ、使用中における回転ヘッド本体３２の下降傾向を是正することができる。

すなわち、回転ヘッド本体３２の回転動作に基づく相対的水流は、下向きの向かい角θ２を付与された制動板３８に対して、制動板３８の直立面Ｐ１の姿勢にかかわらず水平方向から衝突する。このとき水流が制動板３８の直立面Ｐ１を押す力、すなわち、回転ヘッド本体３２を制動する制動力Ｂは、直立面Ｐ１に垂直に加わる分力Ｂ１と、直立面Ｐ１に平行の下向きの分力Ｂ２とに分解することができる。そして、この下向きの分力Ｂ２の反動力Ｂ３が制動板３８に加わることとなる。したがって、制動板３８に加わる反動力の垂直方向成分Ｂ４が、回転ヘッド本体３２に加わる上向きの力となる。分力Ｂ２は、Ｂ２＝Ｂｓｉｎθ２で示され、反動力Ｂ３は、分力Ｂ２と大きさが同じで向きが反対の成分であり、Ｂ３＝−Ｂｓｉｎθ２で示される。また、反動力Ｂ３の垂直方向成分Ｂ４は、Ｂ４＝Ｂ３ｃｏｓｉｎθ２で示される。ただし、制動板３２の姿勢調整範囲は、長孔２ｈの狭い範囲に限定されていることから、回転ヘッド本体３２は、反動力Ｂ３そのままの上向きの力を受けると考えて差し支えない。

上記実施の形態の説明は、各々のノズルアーム３３に第１の噴射ノズル３６Ａと第２の噴射ノズル３６Ｂをそれぞれ１個備えるものについて説明したが、これらは１個のノズルアーム３３に複数個取り付けることもできる。

また、第２の噴射ノズル３６Ｂの取付け角度については、ノズルアーム３３の回転平面Ｋ内において回転ヘッド本体３２にトルクを付与することができる範囲で変化させることができる。つまり、第１の噴射ノズル３６Ａの方向と異なる方向で回転ヘッド本体３２にトルクを付与することができる範囲で変化させることができる。好ましくは、水平取付け角θ３（図８）の範囲で変化させることによって回転ヘッド本体３２の回転数を調節することができる。ただし、この場合の調節は、固定的調節となる。

上記実施例１では、回転ノズル装置３０の他、回転ノズル装置３０にガイドローラ装置１０を組み付けて井戸管２０等の洗浄に使用する実施の形態について説明したが、本発明は、回転ノズル装置３０は、ガイドローラ装置１０以外の洗浄対象物に適した専用又は汎用のガイド部材やスタビライザ装置と組み合わせて、特に、作業員が入り込めない箇所の高圧水洗浄に広く活用することができる。

本発明に係る回転ノズル装置の実施の形態を示す斜視図である。本発明に係る回転ノズル装置の実施の形態を示す縦断面図である。本発明に係る回転ノズル装置の実施の形態を示す要部の拡大断面図である。本発明に係る回転ノズル装置の実施の形態を示す側面図である。本発明に係る回転ノズル装置の使用状態説明図である。本発明に係る回転ノズル装置にガイドローラ装置を組み付けて示す斜視図である。本発明に係る回転ノズル装置にガイドローラ装置を組み付けて示す断面図である。本発明に係る回転ノズル装置の実施の形態を示す平面図である。本発明に係る回転ノズル装置の動作説明図である。本発明に係る回転ノズル装置の動作説明図である。

ΔＤ摺動間隙、
Ｆ２沈降分力、
−Ｆ２上昇分力、
Ｈ１軸孔、
２ｈ透孔（円弧状の長孔）、
２０井戸管、
３０回転ノズル装置、
３１回転軸、
３Ａ回転軸の導水孔、
３２回転ヘッド本体、
３Ｃ環状水路、
３３ノズルアーム、
３Ｄノズルアームの導水孔、
３５シールリング、
３６Ａ第１の噴射ノズル、
３６Ｂ第２の噴射ノズル、
３８制動板、
Ｐ１第１の金属板、Ｐ２第２の金属板、

Claims

高圧水源から送水される高圧水を噴射する複数の噴射ノズルを有し、噴射する高圧水の反動で回転する回転ヘッドを備える水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置において、
回転ヘッドは、中心部に高圧水源に連絡する導水孔を形成した回転軸と、中心部に回転軸を受け入れる軸孔を有し回転軸に回転自在に取り付ける回転ヘッド本体と、中心部に導水孔を有し回転ヘッド本体に径方向に向けて突設する複数のノズルアームと、ノズルアームに取り付ける第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルを備えてなり、
第１の噴射ノズルは、ノズルアームの先端にノズルアームと同方向に向けて取り付けられ、第２の噴射ノズルは、噴射する高圧水の反動によって回転する回転ヘッド本体にトルクを付与する向きに取り付けられ、
前記回転ヘッド本体は、軸孔の内部に回転軸の導水孔に連絡する環状水路を有し、ノズルアームの導水孔は、環状水路を介して回転軸の導水孔に連絡されており、
前記回転ヘッド本体と回転ヘッド本体の回転軸との間に設定される摺動間隙の上下の末端に外部に向けて開くセット溝を形成し、上下のセット溝に弾性部材からなる１対のシールリングを嵌め込んでおり、
回転ヘッド本体の周囲の外部水圧が回転ヘッド本体内の内部水圧を上回ることとなった場合には、内外の水圧差によってシールリングが摺動間隙の末端を塞ぐ向きに変位および変形することで外部からの異物を封止するとともに、
回転ヘッド本体が回転するに際し、高圧水源からの水圧が環状水路を経由して、回転軸と回転ヘッド本体間の摺動間隙に侵入したときは、内部水圧を適時放出することを特徴とする水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置。
前記ノズルアームは、ノズルアームの軸を中心として回転角度調節自在に回転ヘッド本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置。
前記回転ヘッド本体に回転ヘッド本体の回転抵抗を増大させる制動板が突設され、この制動板は、第１の金属板と、この金属板の先端に取り付けられる第２の金属板からなり、第１の金属板の直立面には、回転ヘッド本体の径方向に長い長孔を介してボルトで一体化した第２の金属板が付属し、第２の金属板は、所定幅を第１の金属板の直立面に重ね合わせた状態で取り付けられており、重ね代を調節することによって第１の金属板の直立面の全体面積を変更することができることを特徴とする請求項１又は２記載の水中で使用する洗浄用の回転ノズル装置。