JP6671710B2 - ノズル - Google Patents

Description

本発明はノズルに関し、特に、植物栽培装置の養液噴霧用のノズルとして好適に用いられるものである。

流体噴射用のノズルは各種の産業分野で用いられており、近時、植物栽培装置において
養液噴霧用として使用されている。例えば、特開２０１２−１１５２５６号公報（特許文献１）において、本出願人は図１５に示すノズル１００を提供している。

前記ノズル１００は射出成形する筒状のノズル本体１０１の噴射側壁１０２の内面にセラミック製のノズルチップ１１０をモールド成形して固定している。ノズル本体１０１は円筒状の周壁１０３の一端を噴射側壁１０２で閉鎖し、該噴射側壁１０２の中央に円錐状の凹部１０４を設け、凹部１０４の底面に開口１０５を設けている。前記ノズルチップ１１０の噴射側端面１１１で開口１０５を閉鎖し、該噴射側端面１１１の中央に設けた噴射穴１１２を設けている。該ノズルチップ１１０には噴射穴１１２より他端面１１３に向けて円弧状に湾曲させた旋回溝１１５を９０度間隔をあけて設け、これら旋回溝１１５を通して液体を旋回させながら噴射穴１１２に流入し、噴射穴１１２から旋回流として水を噴霧する構成としている。

植物栽培装置において養液噴霧用として使用されるノズルでは、養液を微細な霧として噴霧するため微粒化が求められると共に、養液に含まれる異物により目詰まりが発生しないことも求められる。目詰まり防止に関してはノズル自体に目詰まり防止機能を持たせる代わりに、ノズルにストレーナを装着して異物がノズル内部に流入しないようにしている場合が多い。

特開２０１２−１１５２５６号公報

前記特許文献１で開示されたノズル１００では、ノズル本体１０１の射出成型時にセラミック製のノズルチップ１１０をモールドして成形しているため、ノズルチップ１１０に設けた噴射穴１１２に目詰まりが発生した場合、ノズル本体１０１からノズルチップを容易に取り外すことができず、かつ、取り外して目詰まりを解消した後にノズル本体１０１内に再装填することが容易にできない問題がある。植物栽培装置において養液噴射用として用いる場合、大きな植物栽培室内では大量にノズルを設置しているため、ノズル自体に目詰まり防止機能を持たせてノズルをメンテナンスフリーとすることが好ましい。

しかしながら、ノズルの噴射穴の寸法は噴霧流量により決定され、変更することはできない。従って、通常は噴射穴の寸法より小さな目開き（空孔）のストレーナが用いられ、噴射穴を詰まらせる異物をストレーナで捕捉してノズルへの流入を防いでいる。
また、旋回力を高めるために旋回溝の本数を３〜４本と多くすると、各旋回溝の溝寸法を狭くする必要があり、ストレーナを通過した異物により旋回溝に目詰まりが発生してしまう。一方、旋回溝の目詰まりを防止するために旋回溝の本数を１本等と少なくして溝寸法を広くすると、旋回流が弱まり液滴が微粒化されにくくなる。このように、ノズルの微粒化機能と目詰まり防止機能とを両立させ、ノズルの目詰まりを低減・防止してメンテナンスフリーとすることは難しい。
さらに、特許文献１のノズルのようにセラミック製のノズルチップを用いるとコスト高になる問題がある。

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、微粒化機能と目詰まり防止機能とを両立させた安価なノズルを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
ノズル本体と、該ノズル本体に収容するクローザーを備え、
前記ノズル本体は中央に噴射穴が貫通した噴射側壁と外周壁を備え、該ノズル本体の噴射側壁と外周壁の内周面に囲まれた空間に前記クローザーが収容されており、
前記ノズル本体の噴射穴の大径流入口を前記噴射側壁の流入側内面の中央部分または前記クローザーの噴射側端面の中央部分に位置させ、該大径流入口を囲む外周段部に設けられる円弧状の旋回溝の内周端が前記大径流入口に開口すると共に、前記旋回溝の外周端を該クローザーの外周に設けられる液通路に開口させて前記旋回溝を流れる旋回流が前記噴射穴より噴霧されるものとし、かつ、前記旋回溝の内側端に寸法Ｌ１の幅と深さを有するオリフィスを備え、前記寸法Ｌ１は前記噴射穴の最小径部分の寸法と同等とされていることを特徴とするノズルを提供している。

本発明のノズルは、旋回溝に設けるオリフィスの幅寸法と深さ寸法Ｌ１を噴射穴の最小径の寸法と同等としているため、供給する液体中に異物がある場合、該異物の径がＬ１以上であるとノズルに付設する後述のストレーナで捕捉すると共に、該ストレーナを通過する前記寸法Ｌ１より小さい異物は旋回溝のオリフィスで詰まることなく、養液の噴霧と共に前記噴射穴から外部に排出される。該旋回溝の数は限定されないが、微粒化機能を高める点から複数が好ましい。

本発明のノズルでは、
前記ノズル本体またはクローザーに設けられる前記旋回溝は１８０度間隔をあけた一対からなり、これら旋回溝は外周端から内周端に向けて次第に幅狭にされていると共に断面Ｕ形状で底部はアール形状とされ、該旋回溝の外周に連通する液通路が前記クローザーの外周面またはノズル本体の内周面に設けられていることが好ましい。

前記ノズル本体およびクローザーはフッ素樹脂等の樹脂製とすることが好ましい。

前記のようにノズル本体とクローザーとを樹脂製、好ましくはフッ素樹脂の成形品とすると、セラミックス製のクローザーを用いる場合と比較して、ノズルを安価に製造でき、大幅なコスト低減を図れる。かつ、フッ素樹脂製とすると、平滑性に優れるため、異物が付着しにくく、目詰まり防止の点からも好ましい。
さらに、旋回溝を１８０度間隔をあけて２つ設けると、旋回溝から噴射穴に流入する液同士を衝突させて微粒化を促進できる。さらに、各旋回溝の底部に角があると噴霧する養液中の異物が析出して堆積し目詰まりが発生しやすくなるが、旋回溝の底部をアール形状とすると旋回溝内の異物の堆積を防止することができる。

本発明のノズルは、具体的には、前記ノズル本体と、該ノズル本体内に固定されているクローザーとからなり、前記ノズル本体の噴射側壁の流入側内面に前記大径流入口を囲む外周段部および前記旋回溝が設けられ、前記クローザーは、平坦面からなる噴射側端面が前記ノズル本体の外周段部に押接されると共に、該クローザーの外周面が前記ノズル本体の外周壁の内周面に押接されることが好ましい。

前記ノズルは、好ましくはフッ素樹脂からなる樹脂成形品のノズル本体とクローザーとの２部品でノズルを構成しているため、ノズルの簡素化および小型化が図れ、ノズルの製造コストを大幅に低下できる。
かつ、ノズル本体内にクローザーを圧入固定し、クローザーの平坦面からなる噴射側端面が前記ノズル本体の外周段部に押接されると共に、該クローザーの外周面が前記ノズル本体の外周壁の内周面に押接される。このように、バネ等の付勢手段を用いずにクローザーをノズル本体内部に固定しているため、ノズルの構造をより簡素化でき、ノズルの小型化および低コスト化を図ることができる。

本発明のノズルは、具体的には、
前記ノズル本体に外嵌するケーシングおよび前記ノズル本体側へ前記クローザーを押圧するバネを備え、
前記クローザーの噴射側端面の中央凹部が前記噴射穴の大径流入口とされ、該大径流入口
を囲むクローザー側の前記外周段部に前記旋回溝が設けられている構造としてもよい。

前記ケーシングおよびバネを付設したノズルは、部品点数が増加するが、クローザーをノズル本体から分解しやすく、クローザーの噴射側端面に設ける旋回溝に目詰まりが発生した場合に、分解してメンテナンスを容易に行うことができる。

前記いずれのノズルにおいても、ノズル本体に設ける噴射穴は、噴射側に前記寸法Ｌ１の最小径部分を備え、該最小径部分を流入端側の円錐状拡径部と連続させ、該円錐状拡径部を大径直線通路と連続させ、該大径直線通路の流入端を大径流入口としている。

噴霧圧を１〜６ＭＰａ、噴霧する水滴の粒子径を１００μｍ以下、平均粒子径を１０〜３０μｍとすることが好ましい。
本発明のノズルでは前記旋回溝のオリフィスで液体圧力を高めることで、供給する液体圧力を１〜６ＭＰａ、好ましくは１〜２ＭＰａの低圧としても、噴霧する液体の粒子径を１００μｍ以下、平均粒子径を１０〜３０μｍとすることができる。

前記ノズル本体の外周壁の内面と前記クローザーの外周面との間の液通路の流入口に液を供給するストレーナを備え、該ストレーナは多孔質材からなる筒形状で三次元状に連続する空孔を備え、空孔率は４０〜８０％であり、該ストレーナは液供給管の内部に閉鎖端側を突出させて取り付けられ、該液供給管への突出部分の外周面を複数の円弧部を連続させた花弁形状としていることが好ましい。
該ストレーナの空孔の平均径を前記ノズルの噴射穴の最小径部分および旋回溝のオリフィスの寸法Ｌ１より小さくして噴射穴およびオリフィスで詰まりが生じる異物をストレーナの通過時に捕捉してノズルに流入させないようにしている。

前記のように、ノズルの流入側にストレーナを組みつけ、液体中の異物がノズルの旋回溝および噴射穴に流入する前にストレーナで捕捉して除去すると、噴射圧力を高圧とする旋回溝のオリフィスおよびノズル本体の噴射穴が異物により目詰まりするのを確実に防止できる。

前記ノズルは、噴霧する液滴の粒子径を１００μｍ以下、平均粒子径を１０〜３０μｍとすると、植物栽培装置内に例えば１００〜１０００ｍｍピッチで取り付け、養液噴霧用のノズルとして用いることができる。

本発明は、前記ノズルを養液噴霧用とする植物栽培装置を提供している。
即ち、栽培植物の根部が下垂する細長い中空の栽培ボックスを備え、該栽培ボックスの長さ方向の側壁内面に沿って養液供給管が取り付けられ、該養液供給管に所要間隔をあけて養液からなる一流体を噴霧する前記ノズルが取り付けられていることを特徴とする植物栽培装置を提供している。

前記本発明のノズルは、ノズル本体およびクローザーを樹脂成形品としているため、ノズルの製造コストを大幅に低下でき、ノズルの単価を低減できる。よって、大量にノズルを配置する必要がある植物栽培用の養液噴霧ノズルとして好適なものとなる。

さらに、本発明は、前記ノズル本体と前記クローザーを備えたノズルに、チェックバルブを付設してもよい。即ち、ノズル本体のクローザーが収容されている空間に連通する液通路に弁座部を設け、該弁座部を開閉する止水弁を前記空間に収容し、該止水弁と前記クローザーとの間にバネを介設し、該バネにより前記クローザーをノズル本体の噴射側壁に向けて付勢すると共に前記止水弁を前記弁座部に向けて付勢してもよい。

さらに、前記チェックバルブを設けたノズルに前記ストレーナを付設し、ストレーナから前記止水弁により開閉される液入口に液体を流入してもよい。

前記チェックバルブで用いる止水弁は、前記弁座部との間に流入側の第１シール部と流出側の第２シール部を備え、前記第１シール部は前記液通路の開口の周縁と前記止水弁の先端側外面に設ける一方、前記第２シール部は前記止水弁の外周面と前記弁座部の外周側内面との間に設け、液流入時には前記第１シール部が開いた後に第２シール部が開くと共に、止水時には前記第１シール部が閉じた後に第２シールが閉じる２段階の開閉機構を備えていることが好ましい。

前記チェックバルブを備えたノズルは、ノズルから液体がボタ落ちするのを確実に防止する必要がある用途に好適に用いられ、例えば、ヒートアイランド現象緩和用として水を噴霧するノズル等として好適に用いられる。

前述したように、本発明のノズルは、樹脂成形品のノズル本体とクローザーを備えた構造としているため、ノズルの製造コストを低減できる。かつ、噴射穴の流入口に連通させる旋回溝のオリフィスを該噴射穴の最小径部分の寸法と同等寸法としているため、旋回溝での目詰まり発生を防止できる。かつ、該旋回溝のオリフィスで噴射穴へ流入させる噴射圧を高めることができ微粒化を促進できる。特に、旋回溝を１８０度間隔をあけて２つ設けると、液同士を衝突させて微粒化を促進できる。このように、ノズルの微粒化機能と目詰まり防止機能を両立させたノズルとすることができる。

本発明の第１実施形態のノズルの断面図である。 第１実施形態のノズルのノズル本体を示し、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の要部拡大図、（Ｄ）は（Ｃ）の要部右側面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ線断面図である。 第１実施形態のクローザーを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は右側面図である。 前記ノズルに付設するストレーナを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 前記第１実施形態のノズルを液供給管に取り付けた状態を示す図面である。 本発明の第２実施形態のノズルの断面図である。 図６の要部拡大図である。 第２実施形態のノズルのノズル本体を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は噴射穴を示す拡大断面図である。 第２実施形態のノズルのクローザーを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は噴射側から見た側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 第２実施形態のノズルを液供給管に取り付けた状態を示す図面である。 前記ノズルを用いる植物栽培装置の斜視図である。 （Ａ）は前記植物栽培装置の栽培ボックスを示す垂直断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は一部水平断面図、（Ｄ）はノズルの配管を示す概略平面図である。 第３実施形態のチェックバルブを備えたノズルを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はチェックバルブの開閉作動を示す概略図である。 （Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図面である。

以下、本発明のノズルの実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図５に示す第１実施形態のストレーナ付きのノズル１は、図１１および図１２に示すように植物栽培装置において養液を噴霧する養液噴霧用のノズルとして用いられている。該ノズル１は一流体ノズルからなり、ノズル１のノズル本体３にストレーナ３０を内嵌固定して組みつけている。

ノズル１はノズル本体３とクローザー５の２部材からなり、該２部材はいずれも樹脂成形品からなる。樹脂はナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等で形成しているが、本実施形態では、剛性、強度および平滑性に優れた点からフッ素樹脂製としている。

前記ノズル本体３は図１および図２に示すように、噴射側壁３ａと該噴射側壁の外周に連続する外周壁３ｂを備え、噴射側壁３ａと対向する他端は開口としている。ノズル本体３の噴射側壁３ａと外周壁３ｂの内周面に囲まれた空間３ｃにクローザー５を内嵌固定して収容し、噴射側壁３ａの中央に噴射穴１０を貫通して設けている。

前記噴射穴１０は、図２（Ｃ）に示すように、噴射側に噴射口１０ａに連続する小径部を備え、該小径部に直径（Ｌ１）の最小径部分１０ｂを設け、該小径部に流入端側を広げた円錐状拡径部１０ｃと連続させ、該円錐状拡径部１０ｃを大径直線通路１０ｄと連続させた形状とし、該大径直線通路１０ｄの流入端を大径流入口１０ｅとしている。

ノズル本体３の空間３ｃに面する噴射側壁３ａの流入側内面には、図２（Ｄ）に示すように、中央に開口する大径流入口１０ｅを囲む円形状の外周段部３ｄを設け、該外周段部３ｄに１８０度間隔をあけて一対の円弧状の旋回溝１２（１２Ａ、１２Ｂ）を設けている。これら旋回溝１２の内周端１２ｉを大径流入口１０ｅに１８０度間隔をあけて開口して連通している。かつ、これら旋回溝１２の外周端１２ｕを外周段部３ｄを囲む環状凹部からなる液流入部３ｅに開口している

旋回溝１２（１２Ａ、１２Ｂ）は外周端１２ｕから内周端１２ｉに向けて円弧状に湾曲すると共に、次第に幅狭としている。噴射穴１０に開口する内周端側に最小幅としたオリフィス１２ｆを設けている。図２（Ｅ）に示すように、オリフィス１２ｆの開口の幅寸法１２ｗは前記噴射穴１０の最小径部分１０ｂの幅Ｌ１と同一としている。かつ、オリフィス１２ｆの深さ寸法１２ｈも寸法Ｌ１としている。これにより噴射穴１０より小さい異物であれば旋回溝１２のオリフィス１２ｆで詰まることはなく、噴射穴１０からの養液の噴霧と共に外部に排出されるようにしている。
さらに、旋回溝１２は断面Ｕ形状とし、底部はアール形状とし、異物が引っ掛かるエッジを設けておらず、メンテナンス時に容易に除去できるようにしている。

ノズル本体３の外周壁３ｂの流入側に段部３ｈを介して小径部３ｉを設け、該小径部３ｉに液供給管４０と螺着するネジ部３ｍを設けている。

クローザー５は図１および図３に示すように略円柱形状とすると共に流入側の先端中央に液流入口５ｃを設けている。該クローザー５はノズル本体３の空間３ｃに内嵌固定し、クローザー５の平坦面からなる噴射側端面５ａをノズル本体３の外周段部３ｄに押接すると共に、該クローザー５の外周面５ｇをノズル本体３の外周壁３ｂの内周面に押接している。

クローザー５の噴射側端面５ａがノズル本体の大径流入口１０ｅを囲む外周段部３ｄに押接されることで、旋回溝１２Ａ、１２Ｂの閉断面の旋回通路としている。
クローザー５の外周面５ｇに９０度間隔をあけて４つの円弧状の窪み１３を設け、ノズル本体の外周壁３ｂとの間に液通路１５を設けている。該液通路１５はノズル本体３の液流入部３ｅに連通させている。

クローザー５の液流入口５ｃを囲む外周壁には、液流入口５ｃを窪み１３と連通する径方向の液通路５ｈを設けている。これにより、クローザー５の液流入口５ｃに流入する液が液通路５ｈ、１５を通してノズル本体３の液流入部３ｅに流入し、旋回溝１２を通して噴射穴１０に旋回流として流入し、先端から外部に噴射されるようにしている。

前記ノズル本体３にクローザー５を内嵌固定して組み立てるノズル１に、前記のように、ストレーナ３０をノズル本体３の流入側に内嵌固定して組みつけている。

ストレーナ３０は図４（Ｃ）に示すように三次元状に連続する空孔３５を備えた樹脂材からなり、空孔率は４０〜８０％としている。
噴射穴１０の最小径部分１０ｂおよび旋回溝１２のオリフィス１２ｆの寸法Ｌ１は、ストレーナ３０の空孔３５の平均径より大きくして、ノズルのオリフィス１２ｆおよび噴射穴１０で詰まる異物をストレーナ３０で予め捕捉できるようにしている。
ストレーナ３０はノズル本体３の外周壁３ｂの流入側に内嵌固定する前部３０ａと、該前部３０ａの後部に連続させる後部３０ｂとからなり、前部３０ａの前端から後部３０ｂの中間部まで中心穴からなる液通路３３を設けている。前部３０ａの前端面をクローザー５の流入側端面に押接し、液通路３３はクローザー５の液流入口５ｃに開口し、前記のように噴射穴１０へと流通させる構成としている。

かつ、ストレーナ３０の後部３０ｂの外周面は図４（Ｂ）に示すように４つの円弧部３２を突出して花弁形状とし、表面積を増大させて、ストレーナ３０の吸液量を多くしている。この円弧部３２を設けた後部３０ｂは液供給管４０内に突出し、液供給管４０内を流通する液体Ｑを円弧部３２より吸収している。

前記実施形態のストレーナ３０を付設したノズル１では、図５に示すように液供給管４０の周壁４０ａに設けたネジ穴４０ｂにノズル本体３の外周壁３ｂのネジ部３ｍを螺合して、液供給管４０内にストレーナ３０を突出させて取り付けている。

液供給管４０から供給される液体Ｑがストレーナ３０を通して導入され、該ストレーナ３０で液体Ｑに混入する異物が捕捉される。ストレーナ３０を通った液は中心の液通路３３を通って、ノズル１内のクローザー５に流入し、液通路１５を通して旋回溝１２に流入する。

旋回溝１２（１２Ａ、１２Ｂ）を流通する過程で、オリフィス１２ｆに向けて流路断面積を漸次減少しているため液体圧が高められ、内周端１２ｉから噴射穴１０の大径流入口１０ｅへ旋回しながら流れ込み、ノズル本体３の噴射穴１０を通して旋回しながら噴射され外部へ飛散する。旋回溝１２のオリフィス１２ｆおよび噴射穴１０の最小径部分１０ｂで噴射圧が高められることより、外部に噴射される噴霧の飛距離は長くなる。かつ、旋回溝１２で旋回された状態で噴射穴１０を旋回しながら流通するため、液滴同士が衝突して微粒化される。このように、微粒化機能が優れているため、供給する液体圧力を１〜６ＭＰａ、本実施形態では１〜２ＭＰａの低圧としても、粒子径が１００μｍ以下、平均粒子径が１０〜３０μｍのセミドライフォグを噴霧できる。

また、液供給管４０から供給する液体Ｑに異物が混入していると、まず、ストレーナ３０の通過時に、ストレーナ３０の空孔３５によりオリフィス１２ｆおよび噴射穴１０で詰まる異物を予め捕捉しているため、オリフィス１２ｆおよび噴射穴１０の最小径部分１０ｂで詰まる異物はノズル１に流入しない。また、ストレーナ３０を通過した噴射穴１０の最小径部分１０ｂより小さい異物は旋回溝１２のオリフィス１２ｆで詰まることなく噴射穴１０からそのまま外部へ排出される。その結果、噴射穴１０およびオリフィス１２ｆでの異物による目詰まり発生を防止できる機能も優れている。

なお、液供給管４０より供給する液体の異物混入率が極めて低い場合、ノズル１をストレーナ３０を付設せずに用いることもできる。

前記第１実施形態のノズル１は、樹脂成形品からなるノズル本体３とクローザー５との２部品を組み立てて構成しており、部品点数が少ないことより、製造コストおよび組立コストを大幅に低減することができる。

図６乃至図１０に第２実施形態のノズル１ーＢを示す。
該ノズル１−Ｂも図１１および図１２に示す植物栽培装置において養液を噴霧する養液噴霧用のノズルとして用いられている。
ノズル１ーＢは一流体ノズルからなり、ノズル本体３ーＢにストレーナ３０を螺合して組みつけている。

ストレーナ付きのノズル１ーＢは、ノズル本体３ーＢ、クローザー５−Ｂ、ノズル本体３−Ｂに外嵌するケーシング２、クローザー５−Ｂをノズル本体３−Ｂに付勢するバネ４、さらに、ケーシング２にストレーナ３０を連結するストレーナホルダ３１から組み立てている。ノズル本体３−Ｂおよびクローザー５−Ｂは第１実施形態と同様にフッ素樹脂の成形品とし、ケーシング２は金属製としている。

ケーシング２は、円筒状の周壁２ａの一端を噴射側壁２ｂで閉鎖し、その中央に大径の開口２ｄを設けている。周壁２ａの他端の開口２ｅにストレーナホルダ３１の前部を螺合している。以下、噴射側を前部、反対の液流入側を後部と称する。

前記ケーシング２の周壁２ａと噴射側壁２ｂで囲まれた内部空間に開口２ｅよりノズル本体３ーＢを挿入して噴射側壁２ｂの開口２ｄを内面から閉鎖する状態で当接させ、続いてクローザー５ーＢ、バネ４を挿入し、前記ストレーナホルダ３１を螺合している。ストレーナホルダ３１の前端の凹部３１ａの底面とクローザー５ーＢとの間にバネ４を張架し、クローザー５ーＢ、ノズル本体３ーＢをケーシング２の噴射側壁２ｂの方向に押圧している。

前記ノズル本体３ーＢは図７および図８に示すように、ケーシング２の噴射側壁２ｂの内面に当接させる噴射側壁３ａと周壁２ａの内周面に密着させる外周壁３ｂを備えている。噴射側壁３ａの中央に噴射穴１０を貫通して設け、該噴射穴１０をケーシング２の開口２ｄの中央に位置させている。

前記噴射穴１０は、噴射側端に噴射口１０ａ、該噴射口１０ａに最小径部分１０ｂを連続させ、該最小径部分１０ｂを流入端側を広げた円錐状拡径部１０ｃと連続させ、該円錐状拡径部１０ｃを大径直線通路１０ｄと連続させ、該大径直線通路１０ｄの流入端を大径流入口１０ｅとしている。かつ、大径流入口１０ｅを囲んだ外周段部３ｄと外周壁３ｂとの間に環状凹部からなる液流入部３ｅを設けている。

ノズル本体３ーＢの流入側に組みつけるクローザー５ーＢは、図９に示すように、噴射側端面５ａの中央部分に噴射穴の大径流入口１０ｅと連通する同一形状の凹部５ｂを設けており、該凹部５ｂが噴射穴１０の実質上の大径流入口となる。
前記凹部５ｂを囲む噴射側端面５ａから突出する外周段部５ｓを設け、該外周段部５ｓの外周端から内周端の凹部５ｂにかけて図９（Ｂ）に示す一対の円弧状の旋回溝１２（１２Ａ、１２Ｂ）を設けている。

クローザー５ーＢの噴射側端面に設ける旋回溝１２は、第１実施形態のノズル本体３に設ける旋回溝１２と同形状とし、その内周端１２ｉを大径流入口となる凹部５ｂの対向面に開口させて噴射側端面５ａに浅く凹設し、外周段部５ｓに溝底面を同一平面として深く凹設し、外周端１２ｕをノズル本体３−Ｂの外周壁３ｂとの間の空間からなる液流入部１５Ａに開口している。

前記一対の旋回溝１２は、外周端から内周端に向けて円弧状に湾曲すると共に溝幅を漸次縮小し、中央の凹部５ｂと接する部分を最小幅となるオリフィス１２ｆとしている。該オリフィス１２ｆの断面形状は第１実施形態の図２（Ｅ）と同様な図９（Ｃ）に示すＵ字形とし、幅寸法１２ｗおよび深さ寸法１２ｈを噴射穴１０の最小径部分１０ｂの幅寸法Ｌ１と同一としている。

クローザー５ーＢには、外周段部５ｓより後部にノズル本体３ーＢの外周壁３ｂの内周面に嵌合する大径の外周面５ｇを設けている。第１実施形態と同様に、外周面５ｇに周方向に等間隔をあけて４つの円弧状の窪み１３を設け、該窪み１３とノズル本体３−Ｂの外周壁３ｂとの間の空間を液通路１５Ｂとし、旋回溝１２の外周端が開口する液流入部１５Ａに連通させている。

外周面５ｇの流入側後部に段状の小径部５ｋを設け、該小径部５ｋとノズル本体３−Ｂの外周壁３ｂとの間の空間を液通路１５Ｃとし、前記液通路１５Ｂと連通している。かつ、外周面５ｇと小径部５ｋとの間の段差面５ｊを前記バネ４の前端の受け面としている。

前記ケーシング２、ノズル本体３ーＢ、クローザー５ーＢを組み立てて形成するノズル１ーＢに、前記のように、ストレーナ３０をストレーナホルダ３１と組みつけたストレーナユニットとして取り付けている。
ストレーナホルダ３１は筒形状で、ケーシング２の周壁２ａの内周面に螺合する前部３１ｂの内部にバネ４を収容する前記凹部３１ａを設けている。該凹部３１ａの底面に液通路３１ｃを中心軸線に沿って設け、後部３１ｄの後端開口の凹部３１ｅの中央開口に連通している。後部３１ｄの外周面にネジ３１ｍを設け、図１０に示す液供給管４０の周壁４０ａに設けたネジ穴４０ｂと螺合して、液供給管４０内に突出している。

ストレーナ３０は第１実施形態と同一部材からなり、前部３０ａをストレーナホルダ３１の凹部３１ｅに内嵌固定し、液通路３３を液通路３１ｃに連通させている。該ストレーナ３０の空孔も第１実施形態と同様とし、ノズル１−Ｂで噴射穴の最小径部分および旋回溝のオリフィスで詰まる大きさの異物をストレーナ３０で捕捉できるようにしている。

第２実施形態のストレーナを付設したノズル１ーＢでは、液供給管４０から供給される液体Ｑがストレーナ３０を通して導入され、該ストレーナ３０で液体Ｑに混入する異物が捕捉される。ストレーナ３０を通った液は中心の液通路３３を通ってストレーナホルダ３１の液通路３１ｃ、凹部３１ａをへてノズル１ーＢ内に流れ込む。ノズル１ーＢ内で、クローザー５ーＢの小径部５ｋの外周とノズル本体３−Ｂとの間の液通路１５Ｃ、窪み１３とノズル本体３−Ｂとの間の液通路１５Ｂ、旋回溝１２の外周端１２ｕとノズル本体３−Ｂの間の液流入部１５Ａを通って、旋回溝１２に流入する。

旋回溝１２（１２Ａ、１２Ｂ）を流通する過程で、オリフィス１２ｆに向けて流路断面積を漸次減少しているため液体圧が高められ、内周端１２ｉから中心の凹部５ｂ内に旋回しながら流れ込み、ノズル本体３−Ｂの噴射穴１０を通して旋回しながら噴射され外部へ飛散する。旋回溝１２のオリフィス１２ｆおよび噴射穴の最小径部分１０ｂで噴射圧が高められ、噴射穴から所要の噴射角αで噴射される。かつ、旋回溝１２で旋回された状態で噴射穴１０を旋回しながら流通するため、液滴同士が衝突して微粒化される。その結果、供給する液体圧力を１〜６ＭＰａ、本実施形態では１〜２ＭＰａの低圧としても、粒子径が１００μｍ以下、平均粒子径が１０〜３０μｍのセミドライフォグを噴霧できる。

また、液供給管４０から供給する液体Ｑに異物が混入していると、ストレーナ３０の通過時に、ストレーナ３０の空孔３５より大きな異物は捕捉され、噴射穴１０の最小径部分１０ｂで詰まる異物は流入せず、ストレーナ３０を通過した異物も旋回溝１２のオリフィス１２ｆで詰まることなく噴射穴１０からそのまま外部へ排出され、噴射穴１０およびオリフィス１２ｆでの異物による目詰まり発生を防止できる。
ケーシング２にクローザー５ーＢと共にノズル本体３ーＢを挿入して組みつけているため、ケーシング２よりノズル本体３ーＢおよびクローザー５ーＢを取り出して分解し、異物を除去するメンテナンスを行うこともできる。

図１１および図１２に、第１実施形態のストレーナ付きノズル１を植物栽培装置の養液噴霧用として用いる場合を示す。
植物栽培装置５０では、図１１に示すように、搭載用フレーム５１に上下２段で栽培ボックス５２を搭載している。図１２に示すように、栽培ボックス５２の上面開口を蓋材５４で閉鎖し、栽培ボックス５２の内部を略密閉された中空部５２ｃとしている。蓋材５４は発泡スチロールからなる基板の上面に遮熱板を固着している。蓋材５４に間隔をあけて植付穴を設け、蓋材５４でフロート支持された栽培植物Ｐの根部Ｐｒを植付穴を通して中空部５２ｃの上部に垂れ下げている。

栽培ボックス５２の長さ方向の両側壁５２ｗの内面に沿って略全長に一対の養液供給管５３を配管し、これら養液供給管５３に一定間隔をあけて内部側に向けて養液のみの一流体を噴霧するノズル１を取り付けている。図１２（Ｄ）に示すように、両側の養液供給管５３の長さ方向の一端を共通配管５３ａを介してポンプ５５と接続し、該ポンプ５５を養液タンク（図示せず）と接続し、ノズル１より養液を植物Ｐの根部Ｐｒに向けて噴霧している。其の際、両側のノズル１から所定時間間隔をあけて交互に養液を噴霧することが好ましい。

前記ノズル１は養液の噴射圧力が１ＭＰａ〜６ＭＰａとなるように、ポンプ５５の吐出圧を制御している。ノズル１では噴射穴１０から旋回流として養液を噴霧しているため、噴射圧力が増加すると、旋回流として噴射される噴霧が分布する角度、即ち、噴霧角度は次第に増加する。かつ、前記ノズル１からの噴射圧を前記設定範囲として、噴霧する養液は粒子径を１００μｍ以下、平均粒子径を１０〜３０μｍとしている。

栽培ボックス５２内に、ノズルから１０μｍ以下の微細な養液を含む霧（所謂ドライフォグ）を噴霧すると、空気中に浮遊する液滴が植物に吸収されずに栽培ボックス５２の底部に溜まりやすく、植物Ｐの根部Ｐｒに吸収されず、非効率となる。
これに対して、本発明で用いるノズル１は平均粒子径を１０〜３０μｍの所謂セミドライフォグとしているため、栽培植物の根茎に直接的に無駄なく吸収させることができると共に、２０μｍ未満の超微粒の液滴を栽培ボックス内の空気中に浮遊させ、ノズル噴射側と反対側や根茎から分岐する髭部分に養液を付着させることができる。
なお、霧の平均粒子径はレーザ法で測定している。
このように、ノズル１からの噴霧全体の平均粒径を１０〜３０μｍの微霧からなるセミドライフォグとしているため、栽培ボックス５２の底部に水滴となって落下しにくく、栽培植物の根部への養液吸収率を高めると共に養液の無駄を無くすことができる。

前記のように、両側に千鳥配置するノズル１から栽培ボックス５２内に向けて噴霧すると、栽培ボックス５２内の全体に略均等に噴霧を充満させ、栽培植物Ｐの根部の全周に渡って均等に養液を吸収させることができる。かつ、栽培植物Ｐの根部Ｐｒと対向位置のノズル１から根部Ｐｒに向けて噴霧することで、液滴を根部に直接に吸収させて、養液の無駄を無くし、より経済的な営農ができる。

なお、ノズル１には、養液に代えて、洗浄水となる水道水を間欠的に供給し、養液をノズル１に供給していない時に洗浄水を供給している。この洗浄水の供給開始と停止は、噴霧開始および噴霧停止と共に制御装置を用いて自動制御で行うことが好ましい。

図１３および図１４に本発明の第３実施形態のチェックバルブ付きのノズル１−Ｃを示す。
該ノズル１−Ｃは噴霧開始時から所要の噴霧パターンで且つ所要の液滴で噴霧でき、かつ、噴霧停止時に液滴がボタ落ちするのを確実に防止できるようにチェックバルブを組みつけている。該第３実施形態のノズル１−Ｃは、前記第２実施形態の図６〜図１０に示すノズル１−Ｂに、本出願人の特許第５１１８４１０号公報で提示したチェックバルブと同様なチェックバルブ機構を付設している。

図１３に示すように、ノズル本体３−Ｂとストレーナホルダ３１とにより構成するクローザー収容用の空間６２の液流入側にチェックバルブ機構を構成する止水弁６０を収容し、噴射側に収容するクローザー５−Ｂと止水弁６０との間にバネ４を縮装している。止水弁６０を収容している空間６２の流入側となるストレーナホルダ３１の凹部３１ａに底面３１ａ１に向けて縮径する傾斜内周面３１ａ２を設け、かつ、底面３１ａ１の中央に開口する液通路３１ｃを小径とし、該液通路３１ｃをストレーナ３０の液通路３３と連通している。

前記液通路３１ｃの開口周縁に円弧状の弁座部６３を設けている。止水弁６０は液体圧で弾性変形するゴム成形品からなり、ポペット形状とし、球状部６０ａの噴射側中央部から段差部６０ｂを介して小径軸部６０ｃが突出し、段差部６０ｂにバネ４の一端を係止している。
止水弁６０の球状部６０ａの先端側６０ｐ１が弁座部６３と面接触する第１シール部Ｃ１を設けている。かつ、該球状部６０ａの最大外周部６０ｐ２が傾斜内周面３１ａ２と線接触する第２シール部Ｃ２を設けている。かつ、第１シール部Ｃ１と第２シール部Ｃ２の間に、止水弁６０が常時非接触の液溜め部６６を設けている。

止水弁６０の第１シール部Ｃ１の第一受圧面の面積Ｓ１と、第２シール部Ｃ２の第二受圧面の面積Ｓ２とは、Ｓ１：Ｓ２＝１：２〜１：１０としている。
これにより、図１４（Ｂ）に示すように、第１シール部Ｃ１が弾性変形して開弁しても、第２シール部Ｃ２は移動せず、液体圧力が所要圧に達した時に図１４（Ｃ）に示すように第２シール部Ｃ２が開弁する設定としている。

前記チェックバルブ付きのノズル１−Ｃを図１０と同様に、液供給管に接続し、液体をノズルから噴霧している。他の構成は第２実施形態と同様であり、ノズル１−Ｂと同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
前記止水弁６０と弁座部６３とからなるチェックバルブ機構は、前記特許第５１１８４１０号公報の記載と同様な開閉作動をする。

第３実施形態のノズル１−Ｃは、前記のように止水弁６０と弁座部６３との間に流入側の第１シール部Ｃ１と流出側の第２シール部Ｃ２を備えた構成としているため、図１４（Ａ）に示すように、第１、第２シール部Ｃ１、Ｃ２が閉じた状態から、流入する液体の液圧が加えられると、（Ｂ）に示すように、まず、第１シール部Ｃ１が開き、ついで、（Ｃ）に示すように第２シール部Ｃ２が開き、２段階の開き工程を経て止水弁６０を開き、空間６２に流入する液体は噴射側のクローザー５−Ｂを経て噴射口から外部に噴霧され、かつ、液溜め部６６に液体を溜める。一方、液体の供給が遮断される止水時には、第１シール部Ｃ１が閉じた後に第２シールＣ２が閉じ、２段階で閉じる。

前記のように、チェックバルブ機構は、開弁時に、まず、第１シール部Ｃ１が開くが、第２シール部Ｃ２は開弁していないため、開弁開始時に液体が少しづつ通過することはなく、第２シール部Ｃ２が開弁した時に所要圧となった液体を一気に通過させることができる。その結果、ノズル１−Ｃの噴射口からの噴霧開始時から所要の噴霧パターンで所要の粒径の噴霧を発生させることができる。
一方、液体供給停止時には、第２シール部Ｃ２の流路が狭くなり、スプリング４との対向液圧の低減により、第１シール部Ｃ１を一気に閉じることができる。その結果、噴射口からの液滴のボタ落ちの発生を低減できる。

前記第３実施形態のノズルは、ヒートアイランド対策用のノズル等として好適に用いれるが、植物栽培装置の養液噴霧用として用いてもよい。

１、１−Ｂ、１−Ｃ ノズル
２ ケーシング
３、３−Ｂ ノズル本体
４ バネ
５、５−Ｂ クローザー
１０ 噴射穴
１０ｂ 最小径部分
１２ 旋回溝
１２ｆ オリフィス
３０ ストレーナ
３１ ストレーナホルダ
５０ 植物栽培装置
５２ 栽培ボックス
６０ 止水弁
６３ 弁座部
Ｐ 栽培植物
Ｐｒ 根部
Ｑ 液体（養液）

Claims (10)

1. 中央に噴射穴が貫通した噴射側壁と外周壁を備えたノズル本体と、
   前記ノズル本体の噴射側壁と外周壁の内周面に囲まれた空間に収容されたクローザーと、
   前記ノズル本体の外周壁の内面と前記クローザーの外周面との間の液通路の流入口に液を供給するストレーナとを有し、
   前記ノズル本体の噴射穴の大径流入口は前記噴射側壁の流入側内面の中央部分または前記クローザーの噴射側端面の中央部分に設けられ、該大径流入口を囲む外周段部に設けられる円弧状の旋回溝の内周端が前記大径流入口に開口すると共に、前記旋回溝の外周端を前記液通路に開口させて前記旋回溝を流れる旋回流が前記噴射穴より噴霧されるものとし、かつ、前記旋回溝の内側端に寸法Ｌ１の幅と深さを有するオリフィスを備え、前記寸法Ｌ１は前記噴射穴の最小径部分の寸法と同等とされていることを特徴とするノズル。
2. 前記ノズル本体またはクローザーに設けられる前記旋回溝は１８０度間隔をあけた一対からなり、これら旋回溝は外周端から内周端に向けて次第に幅狭とされていると共に断面Ｕ形状で底部はアール形状とされ、該旋回溝の外周に連通する液通路が前記クローザーの外周面またはノズル本体の内周面に設けられている請求項１に記載のノズル。
3. 前記ノズル本体とクローザーは樹脂製である請求項１または請求項２に記載のノズル。
4. 前記ノズル本体と、該ノズル本体内に固定されているクローザーとからなり、
   前記ノズル本体の噴射側壁の流入側内面に前記大径流入口を囲む外周段部および前記旋回溝が設けられ、
   前記クローザーは平坦面からなる噴射側端面が前記ノズル本体の外周段部に押接されると共に該クローザーの外周面が前記ノズル本体の外周壁の内周面に押接されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
5. 前記ノズル本体に外嵌するケーシングおよび前記ノズル本体側へ前記クローザーを押圧するバネを備え、
   前記クローザーの噴射側面の中央凹部が前記噴射穴の大径流入口とされ、該大径流入口
   を囲むクローザー側の前記外周段部に前記旋回溝が設けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
6. 噴霧圧を１〜６ＭＰａ、噴霧する水滴の粒子径を１００μｍ以下、平均粒子径を１０〜３０μｍとしている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のノズル。
7. 前記ストレーナは多孔質材からなる筒形状で三次元状に連続する空孔を備え、空孔率は４０〜８０％であり、該ストレーナは液供給管の内部に閉鎖端側を突出させて取り付けられ、該液供給管への突出部分の外周面を複数の円弧部を連続させた花弁形状としている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のノズル。
8. 前記ノズル本体のクローザーが収容されている空間に連通する液通路の開口に弁座部を設け、該弁座部を開閉する止水弁を前記空間に収容し、該止水弁と前記クローザーとの間にバネを介設し、該バネにより前記クローザーをノズル本体の噴射側壁に向けて付勢すると共に前記止水弁を前記弁座部に向けて付勢している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のノズル。
9. 前記止水弁は、前記弁座部との間に流入側の第１シール部と流出側の第２シール部を備え、前記第１シール部は液通路の開口周縁と前記止水弁の先端側外面に設ける一方、前記第２シール部は前記止水弁の外周面と前記弁座部の外周側内面との間に設け、液流入時には前記第１シール部が開いた後に第２シール部が開くと共に、止水時には前記第１シール部が閉じた後に第２シールが閉じる２段階の開閉機構を備えている請求項８に記載のノズル。
10. 栽培植物の根部が下垂する細長い中空の栽培ボックスを備え、該栽培ボックスの長さ方向の側壁内面に沿って養液供給管が取り付けられ、該養液供給管に所要間隔をあけて養液からなる一流体を噴霧する請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のノズルが取り付けられていることを特徴とする植物栽培装置。

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