JP6417158B2 - 流体ノズル - Google Patents

Description

本発明は、流体ノズルに係り、特に、連通路の内周部から中心部に向かって突出する突起を備えた整流器を有する流体ノズルに関する。

噴射ノズルから噴出する高圧液体の噴流は、例えば機械部品のバリ取り若しくは洗浄、デスケーリング、コンクリートの剥離等に利用される。特に、３次元自由度を有する移動装置にノズルを配設し、自動車部品等の機械部品の切削面の周囲のバリを除去し、機械部品のねじ穴に詰まった切削くず（切りくず）の洗浄を行う装置が利用されている。高圧液体は、主にプランジャポンプによって得られる。

高圧液体の噴流により、バリ取り、洗浄、デスケーリングを行う加工の効果は、高圧液体の有する動圧密度、噴流の収束性、高圧噴流の整流性と流量に大きく影響される。高圧液体の動圧密度及び収束性を高く保持するために、噴射ノズルの導入口に整流器が取り付けられる場合がある（例えば特許文献１，２）。

特許文献１に記載の整流器（キャビテーション安定器）は、入り口側に配設された筒状ストレート通路と、この筒状ストレート通路からの噴流を複数の平行な分流に分けて噴射ノズルに送り込む出口側に配設された貫流通路と、を備えている。
特許文献２の整流器は、円筒形状の支持枠部と、この支持枠部に支持された板状の複数の整流板と、を備えている。

特許第４３２１８６２号公報（請求項１、図１） 実開平３−３４８４８号公報（図１〜図４）

しかしながら、特許文献１に記載の整流器を利用した場合には、貫通通路によって整流器の有効断面積が小さくなってしまうため、大流量の噴流を整流する整流器に適用しにくいという問題があった。

また、特許文献２に記載の整流器では、支持枠部が円環状であり、支持枠部と整流板との接続部分が小さいため、高圧流体に適用する場合には支持枠部および整流板の支持剛性が不足して十分な整流効果を得にくいという問題があった。

本発明の目的は、有効断面積が大きく、かつ、高い整流化性能を有する整流器を備えた流体ノズルを提供することにある。

上記課題に鑑みて、本発明の流体ノズルは、流体を噴出する流体ノズルであって、前記流体ノズルの上流部に設けられ、大径部と小径部を持つ流体通路と、前記流体通路に配設された絞りと、前記絞りに配設された噴出口と、整流器であって、前記大径部に嵌合して挿入され、前記流体を流入する流入口と、前記流体を流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する連通路と、を有する枠体状の本体と、前記連通路に対して前記流入口側に配設され、前記連通路の内周部から中心部に向かって突出して配設され、前記流体の流れ方向から見て前記連通路の前記内周部よりも前記中心部の幅が狭い形状を有し、前記連通路に沿って延びる複数の突起と、前記小径部と同じ内径を持ち、前記本体の前記流出口側に設けられ、前記突起が配設されていない円筒部と、を持つ整流器と、を備え、前記突起と前記本体とで区画された前記連通路を通過した流体は、前記円筒部に流れ込んで前記流出口から流出され、前記流出口から流出された前記流体が前記小径部および前記絞りを通って前記噴出口から噴出する。
このような構成によれば、前記突起は、前記連通路の内周部から中心部に向かって突出して配設されているため、連通路の断面積を広く確保することができるので、整流器の有効断面積が広くなる。このため、大流量の流体がこの整流器を通過したときにも、圧力低下が少ない。
また、突起は、前記流体の流れ方向から見て前記連通路の内周部よりも中心部の幅が狭い形状をなしているため、流体の流速を径方向において均一化させるとともに本体および突起の剛性を向上させることができる。このため、高圧流体を流通させる場合に、整流器が高圧流体の突入又は遮断による衝撃力に耐えることができる。
また、このような構成によれば、前記突起が流入口側に配設され、前記流出口側に前記突起が配設されていない円筒部を備えていることで、突起が配設された流入口側から円筒部に移動する際に連通路を流通する流体の圧力が一旦解放されるため、流れ方向から見て連通路における円周上（周方向）の流速を均一化して整流効果をより向上させることができる。
また、このような構成によれば、整流器によって流速が均一化された流体を前記流体通路に配設された絞りに導入することで、噴出口から噴出された噴流の乱れを抑制して直進性を向上させることができる。

また、このような構成によれば、前記本体の外周部が前記流体通路内に正確な組立精度で備えられるため、剛性が確保され、本体に配設された複数の突起を正確に安定して流体通路内に配置することができる。すると、整流器自体が有する高剛性と相まって、過酷な使用条件においても優良な整流効果を得ることができる。

本発明の流体ノズルの整流器において、望ましくは、前記突起は、前記流体の流れ方向から見て前記連通路の前記内周部から前記中心部へ向かうにつれて徐々に幅が狭くなるＶ字状をなしている。
ここで、Ｖ字状とは、突起の断面幅が連通路の内周部側で広く、中心部の突起先端側で徐々に狭くなる形状をいい、先端部の形状が鋭角、台形状、又は丸みを帯びているかを問わない。
突起がＶ字状を成しているため、径方向における連通路の円周方向の断面長さの変化量が小さい。このため、径方向の整流器内の流速が均一となる。また、整流器内を流れる流体の圧力により発生する、突起に作用する内部応力が小さくなり、突起の強度が向上する

本発明に係る流体ノズルの整流器は、耐久性が高く、有効断面積が大きく、かつ、高い整流化性能を有する。本発明に係る流体ノズルは、噴出口から噴出された噴流の乱れを抑制して直進性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態の流体ノズルに挿入される整流器を示す斜視図である。（ａ）は上流側から見た斜視図、（ｂ）は下流側から見た斜視図を示す。 本発明の第１実施形態の流体ノズルに挿入される整流器を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は右側面図である。 本発明の第１実施形態の流体ノズル組立体の縦断面図を示す。 整流器に高圧流体が流入したときの応力コンター図であり、一部破断して示す。 本発明の第１実施形態の流体ノズルから流体を噴出させたときの噴流の流れを示す正面断面図である。 本発明の第１実施形態の流体ノズルから流体を噴出させたときの噴流の速度ベクトル図である。 本発明の第１実施形態の流体ノズルから流体を噴出させたときの噴流における流線図である。 整流器を備えない流体ノズルから流体を噴出させたときの噴流の速度ベクトル図である。 整流器を備えない流体ノズルから流体を噴出させたときの噴流における流線図である。 本発明の第２実施形態の流体ノズルを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は右側面図である。 本発明の第２実施形態の流体ノズルを示し、（ａ）は上流側から見た斜視図、（ｂ）は下流側から見た斜視図を示す。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の流体ノズル２０（図３参照）に挿入される整流器１０を図１から図３に従って説明する。
整流器１０は、図１に示すように、枠体状の本体１１と、枠体の内部の空洞である連通路１４と、連通路１４の両端の開口部である流入口１２と流出口１３と、連通路１４の内周面から連通路１４に沿って延びて配設される突起１５とを備える。
整流器１０は、図３に示すように、流体ノズル２０の流体通路２６内に配設される。
流入口１２には、図示しない供給流路から流体が導入され、連通路１４を通って流出口１３から流体ノズル２０の流体通路２６へ流れるようになっている。

枠体状の本体１１は、図１に示すように、中空円筒である。本体１１は両端に開口する大きな空洞を内部に有している。本体１１の外面は円筒面に替えて、六角柱などの多角形でも良いし、円筒面の一部と平面で構成されても良い。本体１１の直径に比べて、その長さは４０％から１２０％程度の比率で製作される。本体１１は、外周面が流体通路２６（図３参照）内に嵌合して配設される。

連通路１４は、枠体状の本体１１の内部の空洞である。流体通路２６（図３参照）を流れる流体は、この連通路１４内を通過する。連通路１４の直径は本体１１の直径の８０％以上であることが望ましい。本体１１の体積の大部分が連通路１４であることにより、本体１１が枠体状となる。

突起１５は、連通路１４の内周部から中心部に向かって突出して放射状に配設され、連通路１４に沿って延びている。ここで「連通路１４に沿って」とは、流入口１２と流出口１３を結ぶ方向に沿っていることを表す。突起１５は、本体１１の連通路１４に対して、上流側（流入口１２側）に配設されている。本体１１の流出口１３側は、突起１５が配設されていない円筒部１４ａ（図１（ｂ）参照）を備えている。

突起１５は、流体の流れ方向から見て連通路１４の内周部から中心方向に向かう方向へ向かって徐々にその幅が薄くなるＶ字状をなしていることが望ましい。整流器１０においては突起１５の両側（流れ方向から見てＶ字状をなした左右の側面１５ａ，１５ａ）が平面で構成され、畑の畝のように連通路１４に沿って延びている。突起１５の底面は全域にわたって本体１１と接している。突起１５は、連通路１４に垂直な面における断面（横断面）がＶ字状をなす。突起１５の先端は尖っていても良いし、丸みを帯びても、略台形状に切り詰められていても良い。また、突起１５のＶ字状をなした側面１５ａ，１５ａは平面ではなく、曲面で構成されていても良い。このような突起１５の横断面を総称してＶ字状という。
より好ましくは、突起１５と本体１１との接続部をなだらかな曲面で接続される。これにより、整流器１０が流体通路の配管の曲部直後に配設された場合に、突起１５が流体の静圧又は動圧により曲げ応力を受けたときに受ける応力集中を避けることができる。

突起１５の数は２以上設置され、本実施形態では一例として４としている。突起１５の数が多くなれば整流効果は高くなるが、連通路１５の断面積が小さくなり、有効断面積が縮小する。そのため、突起１５の数は２ないし６が望ましく、特に３ないし５が望ましい。
突起１５は、本体１１に対して、一体で構成することが望ましい。しかしながら別体で構成しても良い。

整流器１０は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、セラミックス、超鋼金属等、流体に対して耐食性を有し、使用する圧力に応じた強度を有する材質で製作される。

図示しない種々の流体流路を経由して供給流路（不図示）から流入口１２に導入された流体は、整流器１０内部の連通路１４を通過する。流入口１２に導入された流体は、種々の流体流路（不図示）の屈曲部や流路断面積の変化により流れが乱れている。流れが乱れている流体は、流入口１２から整流器１０の連通路１４に流入し、連通路１４内部に備えられた突起１５により、連通路１４に沿った方向に垂直な方向の流れが制限され、整流化されて円筒部１４ａへ流れ込んで解放される。

流れの乱れた流体の動圧、および流体の静圧は、整流器１０の突起１５や本体１１に作用する。流体が高圧流体である場合には、流体の流入時、および遮断時にウォーターハンマと呼ばれる衝撃力が流体内に作用する。整流器１０は流れの方向に沿った枠体である本体１１と、本体１１の内面から突設された突起１５により構成されるため、非常に強度が強い。整流器１０は高強度であるため、流体による動圧、静圧、ウォーターハンマにより破損せず、変形が抑えられる。

連通路１４は、枠体である本体１１と突起１５で区画され、横断面が非常に広い。そのため、整流器１０の有効断面積が大きくなり、整流器１０を通過する流体の圧力損失が低く抑えられると共に、大流量の流体を流通させることができる。

突起１５の横断面がＶ字状を成すことにより、連通路１４を通過する流体の圧力によって突起１５が圧縮応力を受けた場合にあっても、突起１５内部に作用する応力が小さくなり、突起１５の強度が向上する。そして、突起が変形を受けにくいことにより、整流器１０の整流効果が高く保持される。本実施形態の整流器１０は上記の作用効果を備えるため、特に高圧液体の整流に好適な整流器である。

本発明の実施形態に係る整流器１０は、突起１５がＶ字状であり、流体の流れ方向から見て突起１５の先端部（連通路１４の中心部側）が基端部（連通路１４の内周部側）よりも細くなっているため、整流器１０の中心部から連通路１４の周辺部（連通路１４の外周縁付近をいう。）までにかけて、円周方向の断面長さが大きく変化しない。このため、整流器１０の中心部から連通路１４の周辺部までの半径方向（中心部から周辺部まで）の流速がほぼ一定に保たれる。整流器１０内の流速が均一であるため、整流器１０を通過した流体の流れの乱れが少なくなり優良な整流効果を発揮し、かつ圧力損失が小さくなる。

本実施形態の整流器１０を流体ノズル２０に埋め込んだ場合の適用例を図３に従って説明する。流体ノズル２０は、ノズル本体２１と内部に流体通路２６を備え、流体通路２６には整流器１０が嵌挿される。流体通路２６は絞り２７を備え、絞り２７はノズル本体２１の外部に開口する。その開口部が噴出口２８を形成する。

流体通路２６はノズル本体２１の噴出口２８と同軸に配置されている。流体通路２６は緩やかな円錐面２６ａにより、絞り２７と連通している。
整流器１０の本体１１は流体通路２６に嵌挿される。そのため、本体１１の内部に設けられた連通路１４の軸心と絞り２７の軸心が高い精度で一致し、整流器１０内を通過した流体が乱れることなく、流体通路２６から円錐面２６ａを通って絞り２７へ縮流して導かれる。その流体は噴出口２８から噴出する。整流された流体が噴出口２８から噴出するため、乱れの少ない噴流Ｊ（図５参照）を得ることができる。

本体１１の上流側（流入口１２側）には、突起１５が配設され、本体１１の下流側（流出口１３側）には、突起１５を有しない円筒部１４ａ（図１（ｂ）参照）が配設されている。この円筒部１４ａの下流には流体通路２６を通って円錐面２６ａが配設され、円錐面２６ａと絞り２７が連通している。

突起１５が絞り２７に連通する円錐面２６ａと近接している場合、流体の流路は、突起１５部の通過と共に一旦急拡大し、絞り２７で再び急縮小する。このため、突起１５下流端において、流線が突起１５表面から乖離する。そして、突起１５によって円周上の流速にばらつきがあるまま絞り２７に流体が流れ込む。

流体ノズル２０は、突起１５と絞り２７との間に本体１１の連通路１４と同径の円筒面からなる円筒部１４ａが存在するため、突起１５を通過した高圧水が、一旦円筒内で解放され、同じ円周上の流速が均一化される。このため、本実施形態の整流器１０を通過した流体は、円周上において均一な速度で絞り２７に流れ込む。このため、絞り２７から噴出した噴流Ｊは、乱れが少なく、直進性が高い。

なお、本実施形態では、突起１５を本体１１の上流側に配設したが、流体通路２６の形状により、本体１１の下流側若しくは本体１１の全長にわたって配設しても良い。

［強度］
本実施形態の整流器１０において、円筒形状の枠体である本体１１（外径５ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ６ｍｍ）と整流作用のあるＶ字状の突起１５（高さ１．４ｍｍ）とが一体に成形された整流器について、強度計算を行った。図４は整流器１０の外周面を完全固定し、整流器内部に５０ＭＰａの内圧が作用した場合を想定してシミュレーションした結果得られる応力コンター図である。もっとも応力が集中する部位は本体１１の外周部の端部（エッジ部）であり（Ｐ４参照）、最大ミーゼス応力も７１ＭＰａと小さい。内圧により発生する応力は円筒形状の本体１１に作用するため、突起１５への影響は小さく、動圧が作用しても整流効果の変動が小さくなる。応力は、本体１１の外周部の端部（エッジ部）で５０ないし７１ＭＰａと最も大きい（Ｐ４参照）。円筒形状の本体１１の応力が次に大きく、２０ないし５０ＭＰａを示す（Ｐ３参照）。突起１５の基端部では、応力が１０ないし２０ＭＰａである（Ｐ２参照）。突起１５の応力は最も小さく、０ないし１０ＭＰａを示す（Ｐ１参照）。

このように、本発明の第１実施形態に係る整流器１０は、本体１１に対して一体に突設されたＶ字状の突起１５を備えたことで、本体１１および突起１５の剛性を向上させ、優良な整流効果を得ることができる。

［噴流の流れの構造］
図５ないし図９に従って、本実施形態の整流器を備えた流体ノズル２０から空気中に噴出した噴流Ｊの流れの構造について説明する。参照する図５は、ワークＷに形成された有底の穴Ｈに噴流Ｊを噴射して切りくずを洗浄する様子を示す模式的な正面図である。図６から図１１は図５のシミュレーション解析図である。シミュレーションは、数値流体解析力学の手法で行い、解析ソフト「ＰＨＯＥＮＩＣＳ」を使用した。流れの状況は有限体積法により算定され、乱流の様子はｋ−εモデルを用いて算出する。
解析のモデルは、ノズルの流入部の直径は８ｍｍ、深さ１０ｍｍとして、整流器１０の有無、新旧整流器の性能の差を確認した。ノズルのチョーク部径１．７ｍｍから噴射された高圧水は６０ｍｍ離れた直径８ｍｍ深さ２０ｍｍのワークＷの穴Ｈに流入する。

図５に示すように、流体ノズル２０からワークＷに形成された穴Ｈに向けて噴射した噴流Ｊは、穴Ｈの入口Ｈ１から導入され、穴Ｈの底部Ｈ２で跳ね返って穴Ｈの入口Ｈ１から排出される。穴Ｈの底部Ｈ２で跳ね返った水が穴Ｈの壁面に沿って通過するため、穴Ｈの中に付着した切りくずを効率的に洗浄して除去することができる。

図６及び図７は、本実施形態の整流器１０を流体ノズル２０に挿入した整流器付ノズルから噴出した噴流Ｊのシミュレーション結果を示す。図６は速度ベクトルプロット図である。速度ベクトルの色調（トーン）が速度範囲を表す。計算結果が収束しているため、その結果が妥当であるとみなすことができる。流体通路２６内では径方向において、突起１５から円筒部１４ａへ向かってほぼ均質な速度分布を示している。ノズル入口２９付近で収縮が起こり、半径方向への速度が生じている。噴流Ｊ中の２２０ｍ／ｓを示すベクトルは絞り２７に近いＡ断面ではその幅が狭く、半径方向においては、噴流Ｊの幅一杯に均質な速度を有する。絞り２７とワークＷとの中間位置Ｂ断面においては、半径方向で中心部が２１０ｍ／ｓと速く、周辺部で１００ｍ／ｓのなだらかなサインカーブ状の速度分布を示す。噴流Ｊのすぐ外側においては、穴Ｈによって跳ね返った上昇流の速度ベクトルがほとんど表れていない。噴流Ｊは穴Ｈによって跳ね返る高圧水の影響をほとんど受けないことが理解される。ワークＷの穴Ｈの入口Ｈ１では噴流Ｊの中心部で１５０ｍ／ｓを示している。

図７は流線図を示す。流体通路２６から絞り２７に向かってなだらかな曲線を描いて収縮し、絞り２７を通過する。流体ノズル２０から噴出した後、ワークＷの表面まで流線が広がることなくほぼ平行に伸び、穴Ｈの内側に入った後、緩やかに流線が１８０°展開し、穴Ｈの表面に沿ってワークＷの表面から排出される。ワークＷから離れる際にも、流線はなだらかに中心線から徐々に離れ、流体ノズル２０の外径とほぼ同じ広さまで広がった状態で薄い円筒状に噴流Ｊが返っている。つまり、噴流Ｊは、円筒状の跳ねかえる流れの中央を、貫通するように流れている。

以上より、噴流Ｊが高く収束したまま穴Ｈに入射し、底部Ｈ２付近でラッパ状に広がった後、穴Ｈの内表面に沿って中空円筒状に排出されている様子が分かる。
このように、本実施形態の整流器１０を備えたノズルから噴出する噴流Ｊは、ワークＷ内の穴Ｈへ入射した噴流Ｊが渦を発生させず、穴Ｈの内表面に沿ってやや広がりながら円筒状に排出されるため、跳ね返りが噴流Ｊに与える影響は非常に少ない。また、跳ね返った水が乱れずに排出されるため、穴Ｈの壁面に付着した付着物が良好に排出される。

図８及び図９は、整流器１０（図１参照）が挿入されていない流体ノズル２００から空気中へ噴出した噴流Ｊ１の流れを上述の条件で計算した結果を示す。図８は、速度ベクトル図を示す。流体通路２６内の速度分布はほぼ均一である。絞り２７のノズル入口２９では強く絞られ、本実施形態の整流器１０を用いた場合よりも半径方向の速度が大きく出ている。断面Ａ点では速度分布は噴流Ｊ１の幅一杯においてほぼ均一で２１１ｍ／ｓ程度である。断面Ｂにおいては、噴流Ｊ幅で中心が最も高い速度を有し、半径方向に中心から離れるにしたがって、曲線を描いて降下し、噴流Ｊ１の外側では略サインカーブを描くように逆方向の速度が生じている。この速度は１１０ｍ／ｓに達している。また、絞り２７周辺では計算値が発散気味であり、渦の発生が推測される。

図９は流線図を示す。絞り２７から噴出した流線は、若干広がりを見せている。そして、穴Ｈから跳ね返った噴流Ｊ１がＡ地点付近と穴Ｈの底部Ｈ２までの区間で大きく渦を描いて再び穴Ｈへ向かって延びている。跳ね返った噴流Ｊ１が大きく渦となり、噴流Ｊ１がこれらを巻き込むため、噴流Ｊ１は跳ね返った液体流により大きく影響を受け、エネルギーの減衰と噴流Ｊ１の乱れを誘発する。噴流Ｊ１は跳ね返り流と混然一体となって流れの場を形成する。

［洗浄効果］
本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０をノズル移動式の数値制御式の洗浄装置（スギノマシン製Ｓｐａ−Ｃｌｅａｎ Ｊｅｔ（商標））に組込み、機械部品を空気中で洗浄した。対象とした機械部品は、自動車用トランスアクスル箱体である。箱体表面には多くのねじ穴が設けられている。そして、穴径に対して４０倍程度の深さをもつ深孔を複数備える。深孔は交差しており、複雑な形状を成す。箱体の表面、穴内部には箱体を切削加工した際に生じた切りくずが多量に残されている。この洗浄装置は、流体ノズル２０から高圧噴流を噴出しながら、このような箱体の穴に対して流体ノズル２０の絞りが対面するような位置に流体ノズル２０を移動させ、箱体を洗浄する。このときの洗浄結果を表１に示す。表１の比較例１は、整流器１０を備えないノズル２００（図８と図９参照）を使用した場合の洗浄結果である。

本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０を使用した場合、洗浄数１０００台当り切りくず残留数が０．５５台、比較例１においては、同じく１０００台当り切りくず残留数が１．４台であった。これは、噴流Ｊが乱れないことが洗浄能力に直結していることを端的に示している。本実施形態の整流器１０は、その有効断面積が大きく、単一の流体通路２６を備えているため、流体通過時の圧力損失が小さく、大流量を通過可能である。

また、その構造が高強度であるため、高圧流体中でも変形、破損しない。本体１１の外面が流体ノズル２０に嵌挿されているため、精密に流体ノズル２０（ノズル本体２１）と整流器１０が組立てられるため、高い整流化能力を発揮できる。これらの効果により、本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０から噴出した噴流Ｊは、集束した状態でワークＷの穴Ｈに進入し、穴Ｈの底部Ｈ２に沿ってラッパ状に広がり、緩やかに流れの方向を反転して穴Ｈの内壁面に沿って排出され、噴流Ｊの流れを乱さない。そして、噴流Ｊのエネルギーを損失することなく洗浄に利用されるため、洗浄性能が格段に向上する。

［噴流の衝撃力］
ノズル径１．７ｍｍの本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０、及びノズル径１．７ｍｍの整流器を挿入しない流体ノズル２００を下向きの直管に取付け、噴射圧力２０ＭＰａで噴射したときの噴流の衝撃力を、受圧面φ２０で測定した。測定した結果を表２に示す。

両者の衝撃力は、ノズル−受圧面間距離が１００ｍｍ以内では大きな差がなかった。しかし、１００ｍｍを超えると、比較例１の衝撃力は、距離が長くなるに従って小さくなり、距離３００ｍｍでは２０ｍｍの半分以下の３．５ｋｇｆまで低下した。本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０の低下量は比較例１に比べて著しく少なく、距離３００ｍｍにおいても、２３％しか低下しなかった。

ノズル径２．０ｍｍの本実施形態の整流器１０を備えた流体ノズル２０、及びノズル径１．７ｍｍの整流器を挿入しない流体ノズル２００を、鉛直下向きの流路の先端に水平に取付けて噴射圧力２０ＭＰａで噴射したときの噴流の衝撃力を、受圧面φ２０で測定した。測定した結果を表３に示す。ここで、２つの比較例はノズル径が異なるが、噴流の流量は同一である。

本実施形態の流体ノズル２０では、距離が２０ｍｍのときに衝撃力が８．５ｋｇｆであり、距離３００ｍｍのときにも衝撃力が７．０ｋｇｆであった。その低下量は高々１７％にしか過ぎなかった。しかし、比較例１では、距離が２０ｍｍのときに衝撃力が７．８ｋｇｆ、距離が３００ｍｍのときに衝撃力が３．０ｋｇｆであった。その低下量は６１％に達した。
本実施形態の整流器１０を設けた場合、流路方向と同軸にノズルを取付けた場合（表２）と、流路方向と垂直にノズルを取付けた場合（表３）とにおいて、距離に対する衝撃力が大きく変わらなかった。これは、本実施形態の整流器１０が高い整流機能を備えることを示す。

［第２実施形態］
図１０と図１１に従って、本発明の第２実施形態の整流器３０を備える流体ノズル４０を説明する。流体ノズル４０は、その内部に流体通路４６を備えるノズル本体４１と、流体通路４６内に嵌挿され、絞り３７を含む連通路３４を備える整流器３０と、からなる。

ノズル本体４１は、外周部上流側にノズルを固定するためのねじ部４９を備え、略円筒状をなす。その内部には上流側が大径である段付き貫通穴の流体通路４６を備える。ノズル本体４１は鉄鋼、ステンレス鋼等の金属で製作される。
流体通路４６の大径部には整流器３０が嵌挿される。整流器３０の本体３１は連通路３４を内部に備える円筒形状である。

連通路３４の流出口は小径の絞り３７となっている。絞り３７はオリフィス絞り、チョーク３０の全長の５０％ないし７０％程度が大径の円筒部分となっている。円筒部分と絞りとは円錐台状の空洞部で接続される。つまり、連通路３４は大径の流入口３２から大径の円筒部分を備え、縮流して絞り３７へ連通し、絞り３７の出口が流出口３３を形成している。この流出口３３はこのノズルの噴出口となる。

連通路３４の大径の円筒部分の内部には、連通路に沿って延びるように突起３５が放射状に設けられている。突起３５の横断面形状はＶ字状を成す。突起３５の先端部形状は特に問わないが、絞り３７と同一の円筒面で形成されても良い。突起３５の下流側は、流体通路４６の下流側に向かうにつれて突起３５の幅が徐々に小さく高さが徐々に低くなった勾配部３５ａが形成されている。
突起３５の先端部は、絞り３７の円筒面と同一か、円筒面よりも外周側であることが望ましい。突起３５が絞り３７の円筒面と同一か、それより外周寄りに位置することにより、突起３５を通過した流体が均等に絞り３７に流れ込む。
突起３５の横断面形状がＶ字状であることにより、整流器内の流体の流速が均一になる効果は実施形態１と同様である。

整流器３０はセラミックス、超鋼金属、硬鋼など高硬度の材質で一体的に成形される。高硬度の材質で成形されることで、内部を流れる流体により、絞り３７および突起３５が摩耗することを防止できる。
整流器３０は、ノズル本体４１に嵌挿されることで、ノズル噴出口である流出口３３がねじ部４９と高精度に組付けられる。整流器３０は、ノズル本体４１と接着される。整流器３０はノズル本体４１に焼結して固定されても良い。整流器３０はノズル本体４１に焼き締め、又は圧入により固定することもできる。

なお、本実施形態では、ノズル本体と整流器は別体で製作されているが、これらを一体に成形することもできる。

［その他の使用例］
なお、以上の実施形態においては、流体ノズル２０上流の流体通路２６に整流器１０を配置したが、整流器１０は、流体を整流させる用途に汎用的に利用できる。例えば、整流器１０は、流量計の上流に設置することができる。電磁流量計、コリオリ式流量計、差圧式流量計、カルマン渦式流量計、超音波式流量計等の流量計を用いる場合、流量計に流入する流体の乱れが少ないことが要求される。そのため、流量計の流入側に長い距離の直線部を必要とする。しかし、洗浄機などの流体装置は、複雑な機構を狭いスペースに設置することが多い。このため、長い直線部を設けることは困難である。また、長い直線部を設けるために配管の長さが多くなり、製造コストが増大する。そこで、直線部の代替手段として、流量計の上流に整流器１０を配置する事が出来る。

１０、３０ 整流器
１１、３１ 本体
１２、３２ 流入口
１３、３３ 流出口
１４、３４ 連通路
１４ａ 円筒部
１５、３５ 突起
２０、４０ 流体ノズル
２１、４１ ノズル本体
２６、４６ 流体通路
２７、３７ 絞り
２８ 噴出口

Claims (2)

1. 流体を噴出する流体ノズルであって、
   前記流体ノズルの上流部に設けられ、大径部と小径部を持つ流体通路と、
   前記流体通路に配設された絞りと、
   前記絞りに配設された噴出口と、
   整流器であって、
   前記大径部に嵌合して挿入され、前記流体を流入する流入口と、前記流体を流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する連通路と、を有する枠体状の本体と、
   前記連通路に対して前記流入口側に配設され、前記連通路の内周部から中心部に向かって突出して配設され、前記流体の流れ方向から見て前記連通路の前記内周部よりも前記中心部の幅が狭い形状を有し、前記連通路に沿って延びる複数の突起と、
   前記小径部と同じ内径を持ち、前記本体の前記流出口側に設けられ、前記突起が配設されていない円筒部と、
   を持つ整流器と、
   を備え、
   前記突起と前記本体とで区画された前記連通路を通過した流体は、前記円筒部に流れ込んで前記流出口から流出され、
   前記流出口から流出された前記流体が前記小径部および前記絞りを通って前記噴出口から噴出する、
   流体ノズル。
2. 前記突起は、前記流体の流れ方向から見て前記連通路の前記内周部から前記中心部へ向かうにつれて徐々に幅が狭くなるＶ字状をなしている、
   請求項１に記載の流体ノズル。