JP5250983B2 - ノズル可動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、送風装置によってノズルに供給された気流を可動させて噴出するノズル可動装置に関するものである。
従来、ノズルを可動させながら流体を噴出するノズルは、例えば特許文献1による方法が提案されており、図11を参照しながら説明する。
噴射口101を持つ円柱状のノズル102は気流が流入する流入室103の内部に噴射口101を外部に臨ませた状態で組み込まれ、流入室103内に通風による旋回流によってノズル102は首振り運動が発生し、螺旋状に噴流を吹き出すことが可能な可動ノズルがある。
また、手に付着した水滴を噴流によって除去する手乾燥装置において、特許文献2によるノズルを回転運動させながら噴流を噴射する方法が提案されており、図12を参照しながら説明する。
送風装置201からダクト202を介して円筒状の回転ノズル203に設けられた吹出口204に気流が送られる構成であって、回転ノズル203はダクト202に円筒の軸方向に回転自在に取り付けられ、吹出口204は回転ノズルの外周面に列状に複数設けられ、且つ吹出口204は円周方向へ適宜間隔に複数設置され、回転ノズル203の外周側には、吹出口204の吹出方向を規制する制御窓205を備えたノズルカバーが設けられている。
特開2003−251228号公報 特開平9−72695号公報
このような従来のノズル可動装置では、特に可動部分の密閉性が悪く、内部の流体が漏れやすいためノズルから噴出する気流の風量が減少して効率が悪化するという課題があり、またノズルの可動部分に微小な隙間があるため、内部に流入する気体中の微小な粉塵が目詰まりしやすく、ノズルの動作不良が発生するなどの信頼性が低いという課題がある。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ノズルの可動部分の密閉状態を保ちつつノズルの可動を可能にする弾性体とすることで密閉性を向上させ、内部の流体が漏れないことができ、効率の良いノズル可動装置を提供することを目的としている。また、ノズルの可動部分に微小な隙間を持たないため、粉塵による目詰まりがなく、ノズルの動作不良が発生せず信頼性の高いノズル可動装置を提供することを目的としている。
本発明のノズル可動装置は、上記目標を達成するためノズルを剛体で形成し、噴出口側を自由端とし、流入口側を弾性体で保持したことを特徴とする。そして、本発明によればノズルの可動部分の密閉状態を保ちつつノズルの可動を可能にする弾性体とすることで密閉性を向上させ、内部の流体が漏れなくすることで効率を良くすることができるとともにノズルの可動部分に微小な隙間を持たないため、粉塵による目詰まりがなく、ノズルの動作不良が発生せず信頼性の高いノズル可動装置が得られる。
また、弾性体にはノズルが貫通しており、且つノズルの外周に面圧かけて保持する構成としたことを特徴とする。
また、弾性体がノズルを保持するノズル保持面の面積は、ノズルの断面積の2倍以上としたことを特徴とする。
また、噴流方向変更手段はノズルに往復運動を伝える案内板を備え、案内板を可動させることによってノズルを傾斜させて噴流方向を変更する構成であって、ノズルの流入口の形状は、流入口に向かって断面積が拡大する方向にテーパ部を有し、且つテーパ部の角度は、ノズルが傾斜する角度より小さくしたことを特徴とする。
また、案内板は外周に案内板支持面を備えた板状で形成され、前記案内板支持面は対称位置に2面備え、且つ2面間距離を等しくしたものであり、ローラは円周にローラ支持面を備え、前記案内板支持面に前記ローラ支持面が正接するように複数配設して前記案内板を往復移動可能に支持したことを特徴とする。
また、建築物の出入口に備えられ、室内空気を天井面から床面に向かって気流を発生させて、屋外空気が室内へ流入することを防止するエアーカーテン装置であって、本発明のノズル可動装置を用いたエアーカーテン装置である。
また、人体の衣服に付着した異物を、噴流によって吹き飛ばすエアーシャワー装置であって、本発明のノズル可動装置を用いたエアーシャワー装置である。
また、人体もしくは物体に付着した水滴を、噴流によって吹き飛ばして乾燥させる水切り装置であって、本発明のノズル可動装置を用いた水切り装置である。
本発明によれば、ノズルは弾性体によって隙間無く保持されるため、吹出風路内の気流が漏れることが無いため、ノズルから噴出される噴流の風量が減少せず、効率が良いという効果があり、また、ノズルの可動部分に微小な隙間を持たないため、粉塵による目詰まりがなく、ノズルの動作不良が発生せず信頼性の高いノズル可動装置を提供できる。
また、弾性体にはノズルが貫通しており、且つノズルの外周に面圧かけて保持する構成としたことにより同様の効果のあるノズル可動装置を提供できる。
また、弾性体がノズルを保持するノズル保持面の面積は、ノズルの断面積の2倍以上としたことにより同様の効果があり、且つ弾性体の伸縮量を確保することができ、ノズルが可動しても柔軟にノズルを保持し続けることができる、すなわちノズルが弾性体から受ける反力を小さくできるため、ノズルを可動させるために必要なエネルギーを小さくすることができるノズル可動装置を提供できる。
また、噴流方向変更手段はノズルに往復運動を伝える案内板を備え、案内板を可動させることによってノズルを傾斜させて噴流方向を変更する構成であって、ノズルの流入口の形状は、流入口に向かって断面積が拡大する方向にテーパ部を有したものであり、ノズルが弾性体から外部に向かって脱落することが無く、且つ吹出風路内の空気が流入しやすい形状となるため、急縮小による圧力損失を低減できるため同様の効果がある。
また、テーパ部の角度はノズルが傾斜する角度より小さくすることで、ノズルの傾斜が最大となってもテーパ部は弾性体と接触することがないため、接触による抵抗を受けること無く傾斜させることができ、ノズルを可動させるために必要なエネルギーを小さくすることができるという効果のあるノズル可動装置を提供できる。
また、案内板は外周に案内板支持面を備えた板状で形成され、前記案内板支持面は対称位置に2面備え、且つ2面間距離を等しくしたものであり、ローラは円周にローラ支持面を備え、前記案内板支持面に前記ローラ支持面が正接するように複数配設して前記案内板を往復移動可能に支持したことにより、案内板支持面とローラ支持面は転がり接触となり、案内板が往復移動する際に抵抗を受けにくいため、ノズルを可動させるために必要なエネルギーを小さくすることができ、且つ滑り接触では無いため、磨耗が発生すること無く耐久性を向上させることができ、さらに案内板支持面は案内板の外周に備えたことで、支持剛性を高められ、往復移動時の振動を低減することで信頼性の高いノズル可動装置を提供できる。
また、建築物の出入口に備えられ、室内空気を天井面から床面に向かって気流を発生させて、屋外空気が室内へ流入することを防止するエアーカーテン装置であって、本発明のノズル可動装置をエアーカーテン装置に利用したものであり、従来はスリット状のノズルを建築部の出入口の上部に備え、出入口全体に噴流を噴出して屋外空気と屋内空気を遮断していたため、ノズルの開口面積が広く、多くの風量を必要としていたが、本発明のノズル可動装置を用いることで、噴流を往復可動させて出入口全体に噴流を行き渡らせられるためノズルの開口面積を少なくでき、送風装置の消費電力を低減できる。また、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置であるため、例えば粉塵が発生する工場にも設置可能であり、設置場所を選ばないエアーカーテン装置を提供できる。
また、人体の衣服に付着した異物を、噴流によって吹き飛ばすエアーシャワー装置であって、本発明のノズル可動装置をエアーシャワー装置に利用したものであり、従来は静止したノズルから噴流が噴出されており、人体に噴流が接触する場所が限定され、噴流が接触しない場所に付着した埃などの異物が残ってしまうことがあったが、本発明のノズル可動装置を用いることで、噴流が往復可動するため、噴流が人体に接触する面積を広くできるため、人体に付着した異物が残ることなく完全に除去できる。また、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置であるため、設置場所を選ばないエアーシャワー装置を提供できる。
また、人体もしくは物体に付着した水滴を、噴流によって吹き飛ばして乾燥させる水切り装置であって、本発明のノズル可動装置を水切り装置に利用したものであり、従来は人体もしくは物体に付着した水滴を噴流で吹き飛ばすため、水滴が付着している範囲全体に噴流を接触させるために多くの風量が必要であったが、本発明のノズル可動装置を用いることで、噴流を往復可動させて水滴が付着している場所全体に噴流を行き渡らせられるため、ノズルの開口面積を少なくでき、送風装置の消費電力を低減できる。また、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置であるため、例えば粉塵が発生する工場にも設置可能であり、設置場所を選ばない水切り装置を提供できる。
本発明の請求項1記載の発明は、ノズルを剛体で形成し、噴出口側を自由端とし、流入口側を弾性体で保持したものであり、ノズルが可動した際は弾性体の弾性力によって適宜伸縮し、ノズルと弾性体との間に隙間が生じないという作用を有する。
また、弾性体がノズルを保持するノズル保持面の面積は、ノズルの断面積の2倍以上としたものであり、ノズルが可動した際に弾性体の伸縮量を確保できるという作用を有する。
また、噴流方向変更手段は、ノズルに往復運動を伝える案内板を備え、案内板を可動させることによってノズルを傾斜させて噴流方向を変更する構成であって、ノズルの流入口の形状は、流入口に向かって断面積が拡大する方向にテーパ部を有し、且つテーパ部の角度は、ノズルが傾斜する角度より小さくしたものであり、ノズルの流入口側にテーパ部を設けることで、ノズルが弾性体から外部に向かって脱落することが無く、且つ吹出風路内の空気が流入しやすい形状となる。また、テーパ部の角度はノズルが傾斜する角度より小さくすることで、ノズルの傾斜が最大となってもテーパ部は弾性体と接触することがないという作用を有する。
また、案内板は外周に案内板支持面を備えた板状で形成され、前記案内板支持面は対称位置に2面備え、且つ2面間距離を等しくしたものであり、ローラは円周にローラ支持面を備え、前記案内板支持面に前記ローラ支持面が正接するように複数配設して前記案内板を往復移動可能に支持したものであり、支持部は転がり接触となることで往復移動する際に摩擦が発生せず、抵抗を受けにくい。また、案内板支持面は案内板の外周に備えたことで、支持剛性を高めることができるという作用を有する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1及び図2に示すように、例えばファンモータなどの送風装置1によって送風された気流が送風装置1の吹出側と接続された吹出風路2を通ってノズル3まで気流を案内し、ノズル3に設けられた噴出口4から噴流を噴射する構成となっている。ノズル3は例えば成形可能なABSやPPなどの合成樹脂で製作された剛体で形成され、一端に噴出口4を備え、他端には流入口5が備えられている。ノズル3の流入口5は、弾性体6によって保持されており、弾性体6は、吹出風路2の開口部に隙間無く設置されている。また、噴流方向変更手段7は、ノズル3の近傍に設置されている。
図3に示すように噴流方向変更手段7は、モータ8としての例えばDCブラシレスモータと、モータ8に接続され、偏心軸9を備えたクランク10と、偏心軸9とリンク11の一端が回転自在に連結され、リンク11の他方と回転自在に連結された案内板12と、案内板12を支持するローラ13で構成され、モータ8の回転運動を案内板12の往復運動に変換するスライダークランク機構を構成している。
また、案内板12には複数の開口穴14を備え、それぞれの開口穴14にノズル3を貫通させることにより、案内板12が往復運動する際には、開口穴14の壁面とノズル3が接触してノズル3が傾斜し、噴出口4から噴出する噴流の方向が変更される。
上記構成において、ノズル3は、流入部を例えばシリコンゴムなどの弾性体6で保持されることで、ノズル3が傾斜した際には、弾性体6の弾性力によって伸縮及び変形しながらノズル3が保持されるため、ノズル3が可動してもノズル3と弾性体6との間には隙間が生じない。したがって、ノズル3が可動しても吹出風路2内の気流が外部に漏れることが無く、送風効率を高められる。
また、弾性体6は柔軟性の高い材質を選定することが望ましく、一般的にゴム材料の硬度は20〜100度まである中で硬度50度以下の材料を選定することが適当であり、ノズル3を可動させて弾性体6が変形や伸縮した際に強い反力が発生することが無いため、モータ8を用いてノズル3を可動させる際にはその動力を減らすことができ、機構部品であるクランク10及びリンク11及び案内板12にかかる荷重を減らせられ、機構部品に発生するひずみを低減できることから信頼性を向上させることができる。
また、弾性体6の形状は板厚が0.5〜3mmのシート状とすることで、弾性体6が変形しやすくなるため、同様に信頼性を向上させることができる。
また、図4に示すように、ノズル3は弾性体6に貫通して保持されており、弾性体6がノズル3を保持する面をノズル保持面15と呼び、ノズル保持面15はノズル3の断面積の2倍以上とすることで、ノズル3が傾斜した際に弾性体6の変形や伸縮する面積を確保できる。ノズル保持面15の面積は広いほど伸縮量に対する面積を大きくできるため、より柔軟に弾性変形が可能であるが、装置の大きさが大きくなるため、装置の大きさによって適宜決定することが望ましい。
また、ノズル3の流入部5と弾性体6との保持部は、例えばノズルが円筒形状である場合、ノズル3の外径に対して弾性体6に備えた穴の穴径を小さくしてノズル3をはめ込むことで弾性体6が弾性変形し、ノズル3の外周に常に面圧がかかる状態で保持されるため、ノズル3が傾斜することにより、弾性体6が変形や伸縮してもノズル3の保持部分は常に密着状態で保持され続けるため、空気漏れが発生しない。一例としては、面圧を1kPaとしたものである。
また、ノズル3の流入口5の形状を流入口5に向かうにつれて断面積を拡大する方向にテーパ部16を備えたものであり、例えばノズル3の最大傾斜角度に対してテーパ部16の角度を0度以上10度以下程度に設定しても良い。
案内板12は外周に案内板支持面17を備え、ローラ13の円周に備えられたローラ支持面18と転がり接触しており、案内板支持面17に複数のローラ13を配置することで案内板12を往復運動可能に支持しており、本発明の実施の形態ではローラ13を4個配置して案内板12を支持する構成としている。ここで、案内板12の支持方法としてローラ13を用いることで、案内板支持面17とローラ支持面18は転がり接触となり、磨耗が発生することがなく耐久性に優れ、且つ転がり支持であるため抵抗が少なく、案内板12が往復運動する際に必要な動力が小さくできるため、機構部品にかかる荷重を減らすことができ、機構部品に発生するひずみを低減できることから信頼性を向上させることができる。また、ローラ13の代わりにボールを用いた支持方法であっても同様の効果がある。
また、案内板支持面17及びローラ支持面18のどちらか一方を凸形状とし、他方を凹形状として噛み合わせることで、ローラ13は案内板12をラジアル方向に加えてスラスト方向にも支持できるため、案内板12が往復運動する際にがたつくことがなく、振動が発生しない。一例として案内板支持面17を円弧状の凸形状とし、ローラ支持面18を同じく円弧状の凹形状として噛み合わせることで、ローラ13は案内板12をラジアル方向とスラスト方向の両方を支持することができる。案内板支持面17及びローラ支持面18は円弧状のみならず、V字型や台形であっても同様の効果がある。
また、図5(a)に示すように案内板12の重心Gを案内板支持面17の間に位置するようにすれば、案内板12が往復運動する際にかかる進行方向の慣性力FkによってモーメントMが発生してローラ13に荷重Pが発生することが無く、ローラ13の耐久性が向上するだけでなく、案内板12の変形も防止できるため、より信頼性を高めることができる。また、案内板の重心Gをローラ13で両持ち支持されるようにすることで、重心Gにかかる重力WによってモーメントMが発生してローラに荷重Pが発生することが無く、同様の効果がある。また、図5(b)に案内板12の重心Gが案内板支持面17の間に位置しない場合、慣性力FkによってモーメントMの発生及びローラ13に荷重Pが発生している様子を図示し、また、図5(c)には案内板12の重心Gがローラ13の支持点間にない場合、重力WによってモーメントMの発生及びローラ13に荷重Pが発生している様子を図示する。
また、案内板12の重心Gの近傍にローラ13を配置することで、案内板12の重心Gに重力Wがかかっても案内板12の支持位置であるローラ13までの距離が短いため、案内板12がたわみ変形しにくく強度劣化が発生しにくいため、信頼性を向上させることができる。
また、ローラ支持面18と案内板支持面17には一定の面圧がかかるようにすることでローラ支持面18と案内板支持面17は隙間無く支持されて確実に転がり接触することで、支持面にすべりが発生することによる磨耗が無いため、信頼性を高めることができる。また、面圧をかける方法の一例としては、案内板支持面17の間の距離に対して案内板12を挟み込むローラ13の配置を狭くすれば良く、面圧は1MPaとしたものである。
また、図6(a)に示すように案内板12の往復移動方向に対してリンク11が傾斜した状態で力を伝達するため、案内板12にかかる力は往復運動方向と往復運動方向に対して垂直方向に分解でき、この垂直方向にかかる力Fによって案内板12が変形する可能性があるため、リンク11と案内板12の連結部19はローラ13の支持点間に配置することにより、モーメントMが発生してローラ13に荷重Pが発生せず、ローラ13の耐久性が向上するだけでなく、案内板12の変形も防止できるため、より信頼性を高めることができる。また、さらに連結部19はローラ13に近づけることにより、案内板12に力がかかる作用点との距離を小さくでき、案内板12がたわみ変形しにくくなり、信頼性を向上させることができる。また、図6(b)に連結部19がローラ13の支持点間に配置されない場合、案内板12にかかる力FによってモーメントMの発生及びローラ13に荷重Pが発生している様子を図示する。
参考の形態
本発明の参考の形態は、実施の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
図7に示すように、複数のローラ13の回転軸20の延長線は少なくとも一箇所以上交わる様にしたものであり、一例としてはローラ13を4個設置し、対象な案内板支持面17に対して回転軸20の延長線が交わるように設置したものである。上記の様な構成にすることで、案内板12の往復移動方向に対して垂直方向成分の荷重は、ローラ13のラジアル方向及びスラスト方向の両方から支持できるため、スラスト方向のみで支持する場合と比較してローラ13にかかる負荷を低減してローラ13の耐久性を向上させることができる。
(実施の形態
本発明の実施の形態は、実施の形態1および参考の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
図8に示すように、本発明のノズル可動装置21をエアーカーテン装置22に用いたものであり、例えば建築物の出入口の上部に設置し、床面に向かって噴流を噴射することで、屋外空気と屋内空気を遮断するエアーカーテン装置22であって、噴流を往復可動させて出入口全体に噴流を行き渡らせられるため、ノズルの開口面積を少なくでき、送風装置の消費電力を低減できる。また、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置21であるため、例えば粉塵が発生する工場にも設置可能であり、設置場所を選ばない。
(実施の形態
本発明の実施の形態は、実施の形態1から2および参考の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
図9に示すように、本発明のノズル可動装置21をエアーシャワー装置23に用いたものであり、例えば人間が立って入ることができる容積を持った箱体の側面に複数のノズルを備え、ノズルから人体に向かって噴流を噴出して人体に付着した埃等の異物を除去するエアーシャワー装置23であって、噴流が往復可動するため、噴流が人体に接触する面積を広くできるため、人体に付着した異物が残ることなく完全に除去できるまた、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置21であるため、設置場所を選ばない。
(実施の形態
本発明の実施の形態は、実施の形態1から3および参考の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
図10に示すように、本発明のノズル可動装置21を水切り装置24に用いたものであり、例えば人間の手に付着した水分を噴流を噴き当てることで水分を吹き飛ばして乾燥させる水切り装置24に用いれば、噴流を往復可動させて水滴が付着している場所全体に噴流を行き渡らせられるため、ノズルの開口面積を少なくでき、送風装置の消費電力を低減できる。また、ノズルの可動部から空気漏れが発生しないため、より送風効率を高めることができ、且つ信頼性の高いノズル可動装置21であるため、例えば粉塵が発生する工場にも設置可能であり、設置場所を選ばない。
建築物の出入口に設置し、外気と室内空気を遮断する装置に適用でき、また、人体及び物体に付着した水滴や埃を噴流によって除去する用途にも適用できる。
本発明の実施の形態1のノズル可動装置と送風装置と吹出風路の構成を示す斜視図 同側面断面図 同噴流変更手段7の構成を示す斜視図 同側面断面図 同噴流変更手段7の正面図((a)同案内板12の重心位置の一例を示す正面図、(b)同別の一例を示す正面図、(c)同別の一例を示す正面図) 同噴流変更手段7の側面図((a)同噴流変更手段7の連結部19の位置の一例を示す側面図、(b)同噴流変更手段7の別の一例を示す側面図) 本発明の参考の形態のローラの配置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態のエアーカーテン装置22を示す斜視図 本発明の実施の形態のエアーシャワー装置23を示す斜視図 本発明の実施の形態の水切り装置24を示す斜視図 従来技術のノズル可動装置を示す断面図 従来技術の手乾燥装置を示す斜視図
符号の説明
1 送風装置
2 吹出風路
3 ノズル
4 噴出口
5 流入口
6 弾性体
7 噴流方向変更手段
8 モータ
9 偏心軸
10 クランク
11 リンク
12 案内板
13 ローラ
14 開口穴
15 ノズル保持面
16 テーパ部
17 案内板支持面
18 ローラ支持面
19 連結部
20 回転軸
21 ノズル可動装置
22 エアーカーテン装置
23 エアーシャワー装置
24 水切り装置

Claims (8)

  1. 気流を噴出する噴出口と空気を流入する流入口を備えたノズルであって、前記ノズルから噴出する噴流の方向を変化させる噴流方向変更手段を備え、前記ノズルを剛体で形成し、前記噴出口側を自由端とし、前記流入口側を弾性体で保持したことを特徴とするノズル可動装置。
  2. 弾性体にはノズルが貫通しており、且つ前記ノズルの外周に面圧をかけて保持する構成としたことを特徴とする請求項1記載のノズル可動装置。
  3. 弾性体がノズルを保持するノズル保持面の面積は、ノズルの断面積の2倍以上としたことを特徴とする1または2記載のノズル可動装置。
  4. 噴流方向変更手段はノズルに往復運動を伝える案内板を備え、前記案内板を可動させることによって前記ノズルを傾斜させて噴流方向を変更する構成であって、前記ノズルの流入口の形状は、前記流入口に向かって断面積が拡大する方向にテーパ部を有し、且つ前記テーパ部の角度は、ノズルが傾斜する角度より小さくしたことを特徴とする請求項1から3のいずれか記載のノズル可動装置。
  5. 案内板は外周に案内板支持面を備えた板状で形成され、前記案内板支持面は対称位置に2面備え、且つ2面間距離を等しくしたものであり、ローラは円周にローラ支持面を備え、前記案内板支持面に前記ローラ支持面が正接するように複数配設して前記案内板を往復移動可能に支持したことを特徴とする請求項4記載のノズル可動装置。
  6. 建築物の出入口に備えられ、室内空気を天井面から床面に向かって気流を発生させて、屋外空気が室内へ流入することを防止するエアーカーテン装置であって、請求項1からのいずれか記載のノズル可動装置を用いたエアーカーテン装置。
  7. 人体の衣服に付着した異物を、噴流によって吹き飛ばすエアーシャワー装置であって、請求項1からのいずれか記載のノズル可動装置を用いたエアーシャワー装置。
  8. 人体もしくは物体に付着した水滴を、噴流によって吹き飛ばして乾燥させる水切り装置であって、請求項1からのいずれか記載のノズル可動装置を用いた水切り装置。
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