JP6943454B2 - 液体散布ノズル - Google Patents

Description

この発明は、畑に植えられた野菜などの植物に対して農薬や水などの液体を霧化して散布するためのノズル、中でも液体の吐出が空気を混入してなされるノズルであって、高圧噴霧時にも粒子径の比較的大きい霧（粗霧）が生成されて噴射される液体散布ノズルに関する。

液体の吐出が空気を混入してなされる空気混入型（気液混合型とも称されている）液体散布ノズルの代表的なもののひとつにブームスプレーヤ用ノズルがある。この発明の液体散布ノズルは、ブームスプレーヤ以外に小型の一般的な液体散布装置などにも利用できるが、以下の説明は、そのブームスプレーヤ用ノズルを例に挙げて行う。

空気混入型の液体散布ノズルは、散布液に空気を混合することで粒子径の比較的粗い霧を生成して噴射することができる。粒子径の大きい粗霧は、粒子径の細かい霧に比べて噴霧液の飛散距離が延び、このために、空気を混入するブームスプレーヤは、広い畑に効率よく薬液や水を散布する目的で利用されている。

そのブームスプレーヤ用ノズル（以下では単にノズルとも言う）の従来品を、図１０、図１１に示す。図示のノズル１Ａは、フラットノズルと称されるものであって、本体１０と、その本体１０の内部に挿入する空気混入筒２０からなる。

本体１０は、端壁１２を有する筒状胴部１１、端壁１２の中心に開けられた噴孔１３、端壁１２の前面に設けられた拡散溝１４、筒状胴部１１の後部に設けられたフランジ１５、及び筒状胴部１１に開けられた空気導入孔１６と通路１７を有する。

拡散溝１４は、一文字状のＶカット溝であり、噴孔１３から霧化されて噴出する液体の粒子を平たく拡散させる。

空気混入筒２０は、先端部２１が、本体１０の内側に適合して嵌る。先端部２１に続く部分は小径部２２となっており、その小径部２２の外周面と本体１０の内周面との間に図１１に示した空気通路４０が形成される。

小径部２２には、空気通路４０に通じた空気孔２３が設けられ、さらに、空気混入筒２０の後部外周には、本体１０の後部外周のフランジ１５に重ねる取り付け用のフランジ２４が設けられている。

空気孔２３は、空気混入筒２０の内部通路２０ａを液体が高速で流れて生じるエジェクタ効果によって空気混入筒２０の内部に空気を導入するための孔であり、その空気孔２３から吸入される空気が内部通路２０ａ内で液体と混合される。

内部通路２０ａには、エジェクタ効果を生じさせるために、空気孔２３よりも上流側（液体の供給源に近い側）に、通路を細くするオリフィス孔２０ｂが設けられている。

このように構成された液体散布ノズル１Ａは、図１３、図１４に示すように、噴管５１に固定された管継手５２をホルダとして働かせ、その管継手５２にバヨネット嵌合させる図示の如きユニオンナット（キャップ）５０等で当該液体散布ノズル１Ａを取り付けて使用される。図中５３は、シール用のパッキンである。

図１０、図１１に示した従来構造のブームスプレーヤ用ノズルは、例えば、噴霧圧力０．２ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲で使用されている。

そのブームスプレーヤ用ノズルの従来品の噴霧圧力と、霧化された粒子のサイズと、噴出量の関係を表１に示す。

表１の数値は、出願人の会社カタログに示された、コードＮｏ.４９４１０２、ノズル形式ＰＶＡ１１００２の数値を転記したものである。

ＸＣ：極粗霧４２８μｍ〜６２２μｍ
ＶＣ：大粗霧３４９μｍ〜４２８μｍ
Ｃ：粗霧２１８μｍ〜３４９μｍ

なお、図１０、図１１のノズルと同様に、液体を、空気を混入しながら霧化して噴出するスプレーヤ用ノズルは、例えば、下記特許文献１，２などにも示されている。

特開平５−１０４０３４号公報 特開昭６０−１８６２４０号公報

上述したように、従来構造のブームスプレーヤ用ノズルは、噴霧圧力０．２ＭＰａ〜０．６ＭＰａの範囲の低噴霧圧で使用されている。これは、前掲の表１から判るように、噴霧圧力を高めるほど単位時間当たりの噴出量が多くなるのに対し、噴霧圧力を高めるほど生成される霧の粒子は細かくなって噴霧液の飛散距離が短くなるからである。

これから判るように、従来のブームスプレーヤ用ノズルでは、噴霧圧力を高めることによる単位時間当たりの噴出量の増加（以下では単に単位時間当たりの噴出量の増加と言う）と飛散距離の増大が両立しない。

なお、前掲の特許文献１，２に示される散布ノズルは、構造が図１０、図１１のノズルに近似している。これらの散布ノズルは低圧仕様ではない。従って、粒子径の細かな霧が生成されるのは明白であり、これらの散布ノズルでも単位時間当たりの噴出量の増加と飛散距離の増大を両立させるのは困難である。

低圧仕様のノズルとして知られている空気混入型の液体散布ノズルについて、単位時間当たりの噴出量の増加と飛散距離の増大を両立させることができれば、ブームスプレーヤ等による噴霧能率のさらなる向上が図れる。

そこで、この発明は、噴霧圧力を例えば１ＭＰａに高めても粒子サイズがＣ以上の粗霧が生成されて噴射される空気混入型の液体散布ノズルを実現して提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、本体と、その本体の内部に挿入する空気混入筒と、この空気混入筒の先端に相対回転不可に係合させる反転拡散板とからなる液体散布ノズルを提供する。

この液体散布ノズルは、従来の空気混入型のノズルに前記反転拡散板を追設したものと考えてよい。

前記本体は、先端に端壁を備えた筒状胴部と、前記端壁の中心に開けられた噴孔と、その噴孔を横切って端壁の前面に設けられた拡散溝と、前記筒状胴部の後部外周に形成された取り付け用のフランジと、前記筒状胴部の長手方向途中に開けられた空気導入孔とを有する。

前記空気混入筒は、先端部が、前記本体の内側に適合して嵌る大きさになっている。また、その先端部に続く部分は先端部よりも外径が小さな小径部となっていてその小径部の外周面と前記本体の内周面との間に空気通路が形成されるものになっている。

さらに、この空気混入筒の前記小径部の後部には、前記空気通路から前記空気混入筒の内側に空気を導入する空気孔と液体を通すオリフィス孔が設けられ、さらに、空気混入筒の最後部の外周には、前記本体の後部外周のフランジの背面に重ねる、取り付け用のフランジが設けられている。

前記反転拡散板は、前記空気混入筒よりもノズルの前方において前記本体の内側に適合して嵌め込まれ、前記本体の内径段差部に突き当てられてその本体と空気混入筒の先端との間に挟み込まれる円板である。

この反転拡散板の背面（前記空気混入筒側の端面）の中心部（軸心部）には、根元側から突端側に向かって外径が漸減する形状を有していて前記オリフィス孔から噴出した液体が衝突する突起を備えた無孔部が設けられ、さらに、その無孔部の周囲に、空気混入後の液体を通過させる通路孔が複数個配置されている。

この反転拡散板は、前記無孔部が前記オリフィス孔の中心軸の延長上に配置されてオリフィス孔を出た液体の直進を阻止する。前記オリフィス孔から噴出した液体は、前記無孔部の突起に衝突して反転し、前記空気混入筒の内部において攪拌される。

その攪拌により、前記空気孔から前記空気混入筒の内部に吸入された空気が液体の全域に平均的に混合される。空気混合後の液体は前記無孔部の周囲の通路孔を通って前記本体の内部の通路に流れて本体の先端の噴孔に至り、その噴孔から粗霧となって外部に噴射される。

前記通路孔は、円形の小孔にして前記反転拡散板の中心と同心の仮想円上に設けてもよいし、反転拡散板を外周リングとその外周リングの内側に一体的に形成される前記無孔部を備えた中子とで構成して、前記外周リングと中子との間に作り出される非円形の窓孔を通路孔となしてもよい。

図１０、図１１に示した従来構造の空気混入型の液体散布ノズルは、噴霧圧力を０．６ＭＰａ以上に高めると、空気の混入された液体が微細な霧になって本体の先端の噴孔から外部に噴射される。

オリフィス孔を出た液体は、噴霧圧力が高くなるとエジェクタ効果が高まることから、空気混入筒の空気孔から吸入された空気を巻き込んでノズルの先端まで直進し（図１２参照）、噴孔から粒子径の細かな霧となって外部に噴射される。

これに対し、この発明の液体散布ノズルは、反転拡散板の中心の無孔部が前記オリフィス孔の前方に位置し、噴射液の噴孔からの直接の噴出をその無孔部が阻止する。

オリフィス孔から噴出した液体は前記無孔部の突起に衝突して反転し、ノズルの先端まで直進することがなくなる。

また、空気混入筒の内部に導入された液体は突起に衝突して反転することによって拡散、攪拌され、その攪拌により、空気混入筒の空気孔から当該空気混入筒の内部に吸入された空気が液体の全域に満遍なく混合される。

その攪拌後の液体が無孔部の周囲の通路孔を通って前記本体の内部の通路に流れ、そこから本体の先端の噴孔に至る。

前記無孔部の周囲の通路孔を通るとき及び通路孔から本体先端の噴孔に至るときの攪拌後の液体の流速は、前記無孔部に対する液体の衝突、反転により、前記オリフィス孔から出て空気を巻き込みながらノズルの先端まで直進する従来品での液体の流速に比べて低下している。

これにより、噴霧液圧を高めても、前記噴孔から噴出される空気混合液体の微粒子化が抑えられ、噴孔から外部に噴射され霧が粒子径の比較的大きな粗霧となって飛散距離が増大する。

この発明の液体散布ノズルの一形態を示す斜視図である。 図１の液体散布ノズルの分解斜視図である。 図１の液体散布ノズルの正面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、図１の液体散布ノズルに採用した反転拡散板を前面側から見て示す斜視図、（ｂ）は同上の反転拡散板を背面側から見て示す斜視図である。 （ａ）は反転拡散板の他の例を前面側から見て示す斜視図、（ｂ）は同上の反転拡散板を背面側から見て示す斜視図である。 （ａ）は反転拡散板のさらに他の例を前面側から見て示す斜視図、（ｂ）は同上の反転拡散板を背面側から見て示す斜視図である。 （ａ）は反転拡散板のさらに他の例を前面側から見て示す斜視図、（ｂ）は同上の反転拡散板を背面側から見て示す斜視図である。 改善対象の液体散布ノズル（従来品）の一例を示す分解斜視図である。 図１０の液体散布ノズルの組み立て状態の断面図である。 図１０の液体散布ノズルの内部における液体の流れを示す断面図である。 図１０の液体散布ノズルの噴管に対する取り付け状態を示す部分破断側面図である。 図１０の液体散布ノズルの取り付け部の詳細を示す拡大断面図である。 図１の液体散布ノズルの噴霧圧力０．３ＭＰａでの霧を示す写真である。 従来の液体散布ノズルの噴霧圧力０．３ＭＰａでの霧を示す写真である。 図１の液体散布ノズルの噴霧圧力１．０ＭＰａでの霧を示す写真である。 従来の液体散布ノズルの噴霧圧力１．０ＭＰａでの霧を示す写真である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図９に基づいて説明する。

図１に示した液体散布ノズル１（以下では、略してノズル１と記す）は、図２、図４、図５に示した本体１０と、その本体１０の内部に挿入する空気混入筒２０と、空気混入筒２０の先端に相対回転不可に係合させて本体１０の内部に組み込む反転拡散板３０とからなる。

本体１０は、先端に端壁１２を備えた筒状胴部１１と、端壁１２の中心に開けられた噴孔１３（図３〜図５参照）と、その噴孔１３を横切って端壁１２の前面に設けられた拡散溝１４と、筒状胴部１１の後部外周に形成された取り付け用のフランジ１５と、筒状胴部１１の長手方向中間部付近に開けられた空気導入孔１６（図１、図２、図５参照）と内部に通路１７を有する。この本体１０は、従来品と変わるところがない。

拡散溝１４は、噴孔１３を横切った一文字状のＶカットの溝であり、その溝の両端は端壁１２の外周に至っている。

空気混入筒２０は、先端部２１が、本体１０の内側に適合して嵌る大きさになっている。先端部２１に続く部分は、先端部２１よりも外径が小さな小径部２２となっており、その小径部２２の外周面と本体１０の内周面との間に空気通路４０（図４、図５参照）が形成される。

小径部２２の後部には、エジェクタ効果を利用して空気通路４０から空気混入筒２０の内部に空気を導入する空気孔２３が設けられ、さらに、空気混入筒２０の後部外周には、本体１０の後部外周のフランジ１５の背面に重ねる取り付け用のフランジ２４が設けられている。

空気混入筒２０は、従来品と同じものであり、内部通路２０ａに、オリフィス孔２０ｂが設けられている。

反転拡散板３０は、図４、図５、図６からわかるように、背面（空気混入筒２０側の端面）の中心部に突起３１ａを備えた無孔部３１を設け、さらに、無孔部３１の外周に軸方向に貫通した複数個の通路孔３２を複数設けた円板である。

なお、反転拡散板３０の背面の、無孔部３１と突起３１ａを設ける領域を図のように外周側の領域から凹ませることは材料樹脂の削減が図れて好ましいが、必須ではない。

突起３１ａは、反転拡散板３０の中心と同心の切頭円錐形状のものを設けたが、突端の尖った円錐状や半球状であってもよい。要は、根元側から突端側に向かって外径が漸減する方向に傾斜した外周面を備えるものであればよい。

その突起３１ａを備える図示の無孔部３１は、反転拡散板３０の中心と同心の円に囲まれる領域となっている。また、図示の通路孔３２は、円形の小孔であり、その小孔が反転拡散板３０の中心と同心の仮想円上に周方向に定ピッチで複数個（図のそれは６個）設けられている。

この反転拡散板３０は、図４、図５に示すように、空気混入筒２０の先端よりも本体１０の内側前方に適合して嵌められて本体１０の内径段差部１０ａに突き当てられ、その内径段差部１０ａと空気混入筒２０の先端との間に挟み込まれて保持される。

反転拡散板３０は、図７〜図９に示すようなものも考えられる。図７の反転拡散板３０は、外周リング３３ａの内側に、平行配置の２本のブリッジ部３３ｂと、その２本のブリッジ部３３ｂを外周リング３３ａの中間部において繋ぐ連結部３３ｃとからなるＨ型の中子３３を一体成形して設け、連結部３３ｃを無孔部３１としてそこにオリフィス孔２０ｂから噴出した液体を衝突させる突起３１ａを設けたものになっている。

また、図８の反転拡散板３０は、外周リング３３ａの内側に一体に設ける中子３３を、外周リング３３ａの中央を横切る１本のブリッジ部３３ｂを備えたＩ型（一文字形状）の中子にし、ブリッジ部３３ｂの長手中間部に設けた無孔部３１に前記突起３１ａを設けたものである。

図９の反転拡散板３０は、外周リング３３ａの内側に一体に設ける中子３３を、４本のブリッジ部３３ｂを中心部で繋がるように組み合わせた十字型（十文字形状）の中子にし、その中子３３の中央部に突起３１ａのみからなる無孔部３１を設けたものである。ブリッジ部３３ｂは、周方向に定ピッチで５本以上設けられていてもよい。

これらの反転拡散板３０では、外周リング３３ａと中子３３との間に作り出された非円形の窓孔が通路孔３２となる。

以上の通りに構成した液体散布ノズル１は、従来のノズルと同様に、ユニオンナットで噴管に取り付けて使用する。

本出願人が製品化して販売している、図１０、図１１に示した構造の、コードＮｏ.４９４１０２、ノズル形式ＰＶＡ１１００２のブームスプレーヤ用ノズル（ＰＶＡフラットノズル）をベースにし、そのノズルに、図２、図４、図５に示した反転拡散板３０を追加して図１〜図５に示した構造の発明品のノズルに仕上げた。

この試作ノズルを用いて噴霧圧力０．３ＭＰａと１．０ＭＰａで水を霧化して噴射させた。その結果、噴霧圧力０．３ＭＰａ、１．０ＭＰａのどちらにおいても粗霧が生成されて噴射された（図１５と図１７参照）。

なお、噴霧圧力０．３ＭＰａで生成される粗霧は、図１５から判るように、従来構造のブームスプレーヤ用ノズルで生成される極粗霧（図１６参照）よりも平均粒子径が大きかった。その平均粒子径は４４８μｍであった。生成される霧の粒子径は、マイクロトラック・ベル株式会社製のスプレー粒子径分布測定装置：ＬＤＳＡ−ＳＰＲ１５００Ａを用いて測定した（以下も同様）。

図２、図４、図５に示した反転拡散板に代えて図７〜図９の反転拡散板を使用した液体散布ノズルについても、同じ試験を行った。

その結果、１．０ＭＰａの噴霧圧力で生成される霧の平均粒子径は、図７のＨ型の中子３３を有する反転拡散板３０を採用したものは４２４μｍ、図８のＩ型の中子３３を有する反転拡散板３０を採用したものは４２０μｍ、図９の十字型の中子３３を有する反転拡散板３０を採用したものは４１１μｍであり、これらの反転拡散板でもＶＣ（大粗霧）の霧が生成された。

従来構造のブームスプレーヤ用ノズルで生成される霧は、噴霧圧力を１．０ＭＰａにすると、図１８に示すように、粒子径の細かな霧になる。図１７と図１８の比較から、発明品は、１．０ＭＰａの高圧でも、粗霧が生成されて噴射されることがよくわかる。

なお、この発明の適用対象は、ブームスプレーヤ用ノズルに限定されない。農薬や水の散布に利用される液体散布装置用の全てのノズルに適用することができる。

以上述べたように、この発明によれば、形状の工夫された反転拡散板を従来の低圧用の空気混入型液体散布ノズルの本体と空気混入筒との間に追設したことによって噴霧圧力が１．０ＭＰａの高圧に設定されたときにも粗霧が生成されるようになり、生成された霧の飛散距離を縮めることなく、噴出量を従来以上に増加させることが可能になった。

１、１Ａ 液体散布ノズル
１０ 本体
１０ａ 内径段差部
１１ 筒状胴部
１２ 端壁
１３ 噴孔
１４ 拡散溝
１５ フランジ
１６ 空気導入孔
１７ 通路
２０ 空気混入筒
２０ａ 内部通路
２０ｂ オリフィス孔
２１ 先端部
２２ 小径部
２３ 空気孔
２４ フランジ
２５ 溝
３０ 反転拡散板
３１ 無孔部
３１ａ 突起
３２ 通路孔
３３ 中子
３３ａ 外周リング
３３ｂ ブリッジ部
３３ｃ 連結部
４０ 空気通路
５０ ユニオンナット
５１ 噴管
５２ 管継手
５３ パッキン

Claims (3)

1. 先端に端壁（１２）を備えた筒状胴部（１１）、前記端壁（１２）の中心に開けられた噴孔（１３）、その噴孔（１３）を横切って端壁（１２）の前面に設けられた拡散溝（１４）、前記筒状胴部（１１）の後部外周に形成された取り付け用のフランジ（１５）、及び前記筒状胴部（１１）の長手方向途中に開けられた空気導入孔（１６）を有する本体（１０）と、 その本体（１０）の内部に挿入するオリフィス孔（２０ｂ）を備えた空気混入筒（２０）と、
   前記空気混入筒（２０）の先端に相対回転不可に係合させる反転拡散板（３０）とからなり、
   前記空気混入筒（２０）は、先端部（２１）が、前記本体（１０）の内側に適合して嵌る大きさになっており、その先端部（２１）に続く部分は先端部よりも外径の小さな小径部（２２）となっていてその小径部（２２）の外周面と前記本体（１０）の内周面との間に空気通路（４０）が形成され、
   前記小径部（２２）の後部、かつ、前記オリフィス孔（２０ｂ）の前方に、前記空気通路（４０）から前記空気混入筒（２０）の内側に空気を導入する空気孔（２３）を備え、
   前記反転拡散板（３０）は、前記空気混入筒（２０）よりもノズルの前方において前記本体（１０）の内側に適合して嵌め込まれる円板であって、背面の中心部に、根元側から突端側に向かって外径が漸減する形状を有していて前記オリフィス孔（２０ｂ）から噴出した液体が衝突する突起を備えた無孔部（３１）と、その無孔部（３１）の周囲に配置される複数個の通路孔（３２）を有し、
   前記オリフィス孔（２０ｂ）を通った液体が、前記反転拡散板（３０）の前記無孔部（３１）に突き当たって反転し、前記空気孔（２３）から前記空気混入筒（２０）の内側に導入された空気と混合されて前記通路孔（３２）から前記本体（１０）の内部の通路（１７）を通って前記噴孔（１３）から、霧化されて外部に噴射されるように構成された液体散布ノズル。
2. 前記通路孔（３２）が、円形の小孔で構成され、その通路孔（３２）が前記反転拡散板（３０）の中心と同心の仮想円上に、周方向に定ピッチで配置された請求項１に記載の液体散布ノズル。
3. 前記反転拡散板（３０）が、外周リング（３３ａ）と、その外周リング（３３ａ）の内側に一体的に形成される前記無孔部（３１）を備えた中子（３３）とで構成して前記外周リング（３３ａ）と前記中子（３３）との間に作り出された非円形の窓孔を前記通路孔（３２）となした請求項１に記載の液体散布ノズル。

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