JP3516702B2

JP3516702B2 - 回転ノズル装置およびその設計方法

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Publication number: JP3516702B2
Application number: JP18113793A
Authority: JP
Inventors: 一幸合原; 博義野村; 昇若見
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 2004-04-05
Anticipated expiration: 2019-04-05
Also published as: JPH0731575A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，回転しながら流体を噴
射する回転ノズル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転ノズル装置の応用のひとつとして，
食器洗い機が知られている。

【０００３】ここでは，食器洗い機を例として回転ノズ
ル装置の従来技術を説明する。図１４に従来の食器洗い
機を示す。101は食器洗い機のボディ，102は食器を食器
洗い機内部に入れるためのふた，103は水を食器洗い機
内に取り入れるための給水ホース，104は給水ホース103
からの水を加圧しノズルを回転させかつ水を噴射させる
ためのノズル駆動ポンプ，105は回転ノズル，106は内部
にたまった水を排水させるための排水ポンプ，107は排
水を食器洗い機外へ導く排水ホース，108はノズル駆動
ポンプ104と排水ポンプ106の動作タイミングを制御する
制御回路である。以上のように構成された従来の食器洗
い機では，給水ホース103から供給される水をノズル駆
動ポンプ104が加圧し回転ノズル105に供給する。

【０００４】回転ノズル105の従来例を図１５に示す。
図１５は回転ノズル105を上方向からみたもので，水の
噴射口が4つ(A，B，C，D)ついている。各噴射口におけ
る水の噴射方向は，Aがノズルの回転平面に対して水平
方向に設定され，B，C，D はノズルの回転平面に対して
垂直方向に設定されている。噴射口Aからの水の噴射の
反作用によりノズルは回転し，他の噴射口(B, C, D)か
らの水の噴射により食器が洗浄される。したがって，ノ
ズルは回転しながら水を食器に噴射することができる。

【０００５】なお，食器にかけられた水は排水ポンプ10
6に集められ，加圧された後，排水ホース107を通って外
部に排出される。また，ノズル駆動ポンプ104と排水ポ
ンプ106は制御回路108でコントロールされており，食器
の洗浄，ためすすぎ，すすぎなどの洗浄プロセスに応じ
て適切な動作タイミングで制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した回転ノズル10
5の噴射口の回転軌跡を図１６に示す。図１６からわか
るように，ノズルは単純な回転しかしておらず，噴射口
の軌跡は完全な円となる。したがって，回転ノズル105
から噴射された水は食器の限られた場所にしかかからな
いため，食器の配置の仕方によっては十分な洗浄効果が
得られないとか，食器の細かなすき間にまで水が行き渡
らないとかいう課題があった。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑み、カオス技術を
用いて回転ノズルの駆動を行ない，これにより水を対象
に対して均一に噴射することのできる回転ノズル装置を
提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】流体を加圧するポンプ
と，相互に連通した回転可能な複数の中空リンクから構
成されたノズルで，中空リンクに少なくとも1つの流体
の噴射口を持ち，ポンプにより加圧された流体の力によ
り，中空リンクを回転させながら流体を噴射口から噴射
する回転ノズル装置において，リンクの形状・重さ・重
心位置，噴射口の流体噴射角度，ポンプの加圧パターン
などを調整することにより，ノズルの動きをカオス状態
にする。

【０００９】

【作用】カオスは軌道不安定性という特徴を持つため，
カオス状態にあるノズルは，２度と同じ軌道を通らな
い。したがって，カオス状態のノズルは従来のノズルと
比べてより均一な水の散布が可能となる。

【００１０】

【実施例】図１(a)は本発明の第1の実施例における回転
ノズル装置の構成図を示すものである。1は供給される
水を加圧するノズル駆動ポンプ，2はノズル駆動ポンプ1
によって加圧された水の力により回転し水を噴射する2
リンク回転ノズルである。

【００１１】2リンク回転ノズル2の詳細な構成を図１
(b)に示す。図１(b)の上段は，2リンク回転ノズル2の上
面図，下段は側面図を示す。図１(b)のように2リンク回
転ノズル2は2つのリンク(第1リンク2-1,第2リンク2-2)
から構成されている。各リンクは複数の噴射口をもって
おり，図１(b)では，A〜Fの記号で表されている。な
お，各噴射口が水を吹き出す方向は噴射口ごとに異なっ
ている。

【００１２】各リンクやリンクの接続部は中空であり，
第1リンクの下の水取り入れ口に供給された水は，中空
のリンク内部を通り第1リンクや第2リンクの噴射口にま
で達することができる。なお，図の2つのリンクは中心0
2で結合されており，中心02で第2リンク2-2は自由に回
転できる構造となっている。また，第1リンクの水取入
れ口は対象とする機器に接続されるが，第1リンク2-1は
中心01で自由に回転することができる。

【００１３】このように構成された回転ノズル装置の動
作を以下説明する。まず，水はノズル駆動ポンプ1で加
圧され，2リンク回転ノズル2の水取り入れ口に供給され
る。供給された水は第1リンクと第2リンクの内部を通
り，噴射口A〜Fから噴射される。各噴射口の水の噴射方
向は，B，C，D，Eがノズルの回転平面に対して上方向，
A，Fが横方向である。

【００１４】図１(b)に，各噴射口における水の噴射方
向を矢印で示す。噴射口B，C，D，Eは，水をノズルの回
転平面に対して垂直な方向に吹き出すため，ノズルを回
転させる力を生むことができない。しかし，噴射口A，F
は，水をノズルの回転平面と並行に吹き出すため，吹き
出した水の反作用によりノズルを回転させることができ
る。

【００１５】このように，いくつかの噴射口の水の吹き
だし方向をリンクの回転可能な方向に傾けることによ
り，リンクに回転の力を与えることができ，ノズルは回
転しながら水を噴射することができる。

【００１６】図１５に示した従来の回転ノズル装置で
も，リンクの回転平面に対して並行に水を噴射するた
め，回転しながら水を噴射する。しかし，従来の回転ノ
ズル装置では，リンクが1つしかないため噴射口の軌跡
は単純な円となる。

【００１７】一方，本実施例の場合，ノズルは2個のリ
ンクにより構成されているため，第2リンクの上につい
た噴射口の回転軌跡は従来の円軌道よりも複雑になる。

【００１８】図１５の従来の回転ノズル装置における噴
射口Dの回転軌跡のシミュレーション結果を図２(a)に示
し，2リンク回転ノズル2の第2リンク2-2上の噴射口Cの
回転軌跡のシミュレーション結果を図２(b)に示す。た
だし，図２(b)は第1リンク2-1の回転数と第2リンク2-2
の回転数の比を 2:5 に設定した時の計算結果である。

【００１９】図２より，従来の回転ノズル装置の噴射口
は1つの円周上を動いているのに対して，本実施例では
ノズルがより複雑な動きをしていることがわかる。しか
し，図２(b)の場合も回転は周期的であり，どんなに時
間が経過しても図２(b)に示した軌道以外を噴射口が通
過することはない。

【００２０】しかし，2リンク回転ノズル2は，リンクや
噴射口の設計を変更することにより図２(b)以上の複雑
さでの駆動を可能とすることができる。

【００２１】軌跡がさらに複雑になった状態としてカオ
ス状態が知られている。ここでのカオスとは決定論的カ
オスを意味し，完全な運動方程式が記述されているにも
かかわらず，非常に不安定でランダムな動きをする状態
を示す。

【００２２】2リンク回転ノズル2のような，複数のリン
クをもつ装置の運動はカオス状態に変化させることが可
能であり，例えば，2リンク以上のマニピュレータや二
重振子などがカオス状態に遷移できることが知られてい
る(培風館カオス入門長島・馬場共著参照)。

【００２３】カオス状態は軌道不安定性という特徴を持
ち，同じ軌道を2度と通過することがない。したがっ
て，2リンク回転ノズルをカオス状態にすることによ
り，さらに均一に水を噴射することができる。

【００２４】カオス状態であることを示す指標として，
フラクタル次元やリアプノフ数等のカオス特徴量があ
る。これらの値が適当な値になるように，噴射口の水の
噴射方向やリンクの重心や形状・重さを変えることによ
り2リンク回転ノズルをカオス状態にすることができ
る。

【００２５】ここでは，例として最大リアプノフ数を用
いて，噴射口の水の吹きだし方向やリンクの形状・重心
位置を決める方法を示す。

【００２６】リアプノフ数とは，軌跡が初期値に対して
どの程度敏感であるかを示す数値であり，特にリアプノ
フ数の最大値が正の値をとるとき，そのデータはカオス
的な挙動をとることが知られている。リアプノフ数を計
算する具体的な方法は，学会等ですでにいくつか提案さ
れている。ここでは，佐藤らにより提案された方法によ
りデータの最大リアプノフ指数を計算する(長島，永
井，荻原，土屋 : 時系列データとカオス，計測と制
御，Vol. 29, No. 9, pp. 53--60，1990 参照)。

【００２７】今，図３のように2リンク回転ノズル2に角
度センサーを取りつけ，第1リンクと第2リンクの各々の
回転角度を検出できるようにする。検出された回転角度
から第2リンク先端の位置が計算でき，その位置を(x
(i),y(i))と表す。ただし，iは時間を表す。次に，ノズ
ルの先端位置 x(i) から，時系列ベクトル X(i) = {x
(i), x(i+T),x(i+2T),...., x(i+(d-1)×T) }を作りア
トラクタを構成する。ただし，d は時系列ベクトルの次
元を示し，T は時間おくれ量を示す。d，T は適当な値
に設定する。このとき，d次元の空間内に適当な超平面
を選び，この超平面を横切るベクトル X(i)-X(i+1)を求
める。超平面上の交点の座標を X(i) とX(i+1) の内分
点として求め。平面上の点の集合 { Xp1, Xp2,... ,Xp
k,....}をつくる。この集合のなかで，距離が所定のし
きい値 E 以下のペアをすべて選び，その中の2点を Xp
k, Xpk' と表す。このとき，最大リアプノフ指数 L は
次式によって計算できる。

【００２８】

【数１】

【００２９】ただし，Np は距離がしきい値 E 以下のデ
ータペアの総数を示す。（数１）において tau の値を
増やすと L(tau) は収束することが知られている。収
束した時の L(tau) が最大リアプノフ指数である。な
お，最大リアプノフ数の計算方法は他にも提案されてい
る。（T.S.Parker, L.O.Chua : PracticalNumerical Al
gorithm for Chaotic System, Springer-Verlag, 1989
参照）他の方法を用いて計算しても本実施例と同じ効
果が得られる。

【００３０】第2ノズル上の噴射口の角度やリンクの重
心等を変えながら，このような最大リアプノフ指数を求
める計算を繰り返すことにより，最大リアプノフ数が0
でない正の値を取る時を見つけることができる。

【００３１】最大リアプノフ数が正になったときの噴射
口やリンクの設計にしたがえば，ノズルはカオス状態の
駆動ができることになる。

【００３２】カオス状態になった時の2リンク回転ノズ
ルの噴射口Cの軌跡を図４に示す。図４は数値計算によ
って求めたものではなく，2リンク回転ノズル2の実機を
カオス状態にした時の第2リンク上の噴射口Dの軌跡を実
験によってもとめたものである。

【００３３】図４より明らかなように，図２の(a)(b)よ
りもノズルの通過する領域が増えており，水を均一に撒
くことができるようになっていることがわかる。

【００３４】なお，図３のような角度センサをつけるの
はノズルの設計段階のみであり，出荷する製品および通
常の運転時には必要がなく，回転ノズル装置は図１のよ
うな構成となる。

【００３５】以上説明したように，本実施例によれば，
多リンクのノズルを用い，そのノズルの水の噴出方向や
リンクの重心の位置や重さ・形状を適切に設定すること
により，ノズルの動作をカオス状態にすることができ
る。カオス状態になったノズルは，軌道が不安定であ
り，同じ状態軌道を２度と通らない。したがって，均一
な水の散布が可能となる。また，リアプノフ数等のカオ
ス特徴量を調べることにより，ノズルを適切なカオス状
態に設定することができる。

【００３６】なお，この実施例では，変化させるノズル
のパラメータとして噴出口の水の吹き出し角度やリンク
の重心位置や重さなどを用いた。したがって，図５のよ
うな，(a)第2リンクの重心位置を変えたもの，(b)第2リ
ンクの一方におもりをつけ重心位置を変えたもの，さら
に (c)2リンクではなく多リンクにしたもの，(d)第1リ
ンクと第2リンクとの接続部の遊び量を多くしリンクの
回転中心や重心が水の流れにより変化するようにしたも
のなどを用いても同様の効果が得られる。

【００３７】また，本実施例では，カオス状態を判別す
る方法として最大リアプノフ数を用いたが，フラクタル
次元やリアプノフ次元などの他の特徴量を用いても良
い。特に，フラクタル次元はカオス状態を判別する方法
として優れている。フラクタル次元は，得られたデータ
の自己相似性を示すもので，カオスであれば非整数の次
元を有する。フラクタル次元としては，情報次元，容量
次元，相関次元などがいくつか提案されている。これら
の次元の中では，その計算の容易さから相関次元がよく
用いられている。

【００３８】相関次元とは，Grassberger と Procaccia
が 1983年に提案したもので,相関積分(Correlation In
tegral)を利用して求められる。相関積分C(r)は次式で
求める。

【００３９】

【数２】

【００４０】ただし，X(i) は上で定義した時系列ベク
トルであり，H は階段関数を示す。Nは時系列ベクトル
の総数である。

【００４１】相関積分 C(r) がつぎのような関係を持つ
時，D を相関次元と呼ぶ。

【００４２】

【数３】

【００４３】相関次元を求めるためには，まず，log C
(r) と r を最小二乗法にかけ比例定数 D を求める。
求めた D は，次元数 d の値を大きくしていくにしたが
い収束する。十分に収束した時の D が最終的な相関次
元の計算結果となる。したがって，2リンク回転ノズル2
の設計項目である噴射口の水の噴出角度やリンクの重心
の位置等を変えながら，相関次元を求める計算を繰り返
すことにより，相関次元が適当な値(非整数)を取る時を
見つけることができる。この時の状況に2リンク回転ノ
ズル2を設定すれば，カオス状態の駆動ができることに
なる。

【００４４】上述したようにフラクタル次元には，相関
次元以外にも容量次元，情報次元など様々な次元や計算
法が提案されている。他の方法を使って求めても本実施
例と同様の効果である均一な水の散布能力が得られる。

【００４５】図６は本発明の第2の実施例における回転
ノズル装置の構成図を示すものである。1は供給される
水を加圧するノズル駆動ポンプ，2はノズル駆動ポンプ1
によって加圧された水の力により回転し水を噴射する2
リンク回転ノズルであり，これらは第1の実施例の構成
と同様である。第1の実施例と異なるのは，ノズル駆動
ポンプ1の加圧力を制御する加圧力制御回路10を設けた
点である。このように構成された回転ノズル装置の動作
を以下説明する。

【００４６】第1の実施例では，2リンク回転ノズルは噴
射口の水の噴射角やリンクの重心等の設計を適当に行な
うとカオス状態になることを説明した。カオス状態のノ
ズルは，軌道不安定性を持つため軌道が絶えず変化し2
度と同じ軌跡を通らない。したがって，周期的運動をし
ているノズルと比較して，より均一な水の散布が可能と
なる。

【００４７】しかし，第1の実施例では，ノズルをカオ
ス状態にするためには，上記したようなカオス特徴量の
計算と試行錯誤による実験が必要である。

【００４８】カオス状態は，対象とするシステムの自由
度が高いほど発生しやすいことが知られている。本実施
例では，カオス状態をより容易に実現できるノズルとし
て，ノズル駆動ポンプ1の加圧力を加圧力制御回路3によ
り変化させ，システムの自由度を増加させた回転ノズル
装置を説明する。

【００４９】ノズル駆動ポンプ1の出力を加圧力制御回
路10により図７のように変化させると，回転ノズル装置
全体の自由度は増加し，ノズルはカオス状態へと容易に
遷移する。図７では，横軸が時間，縦軸がノズル駆動ポ
ンプ1の加圧力を示しており，(a),(b),(c) の3種類の
加圧力の変化パターンの例を示している。図７(a)は，O
N,OFFの繰り返し，(b)は三角関数状の変化，(c)は鋸歯
状波のような変化を示している。

【００５０】このなかの，いずれの加圧パターンを用い
ても2リンク回転ノズルはカオス状態に遷移する。この
ように，加圧力制御回路10を用いてノズル駆動ポンプ1
の加圧力を時間に対して変化させることにより，ノズル
をカオス状態に遷移させることができる。

【００５１】以上説明したように，本実施例によれば，
2リンク回転ノズルを用い，そのノズルに供給する水を
加圧するノズル駆動ポンプ1の加圧力を加圧力制御回路1
0により変化させることにより，ノズルの挙動をカオス
状態にさせることができる。カオス状態になったノズル
は，軌道が不安定であり，同じ状態軌道を２度と通らな
い。したがって，均一な水の散布が可能となる。また，
第1の実施例に示した方法と結合し，リアプノフ数等の
カオス特徴量を調べながら，ノズル駆動ポンプ1の加圧
パターンを変化させたり，噴射口の水の噴出方向やリン
クの重心位置など変えたりして，ノズルを適切なカオス
状態に設定することもできる。この場合は，リアプノフ
数等の特徴量が検出されるため，カオスの度合を適当に
設定することができ，食器洗い機などに応用した場合
は，洗浄速度などの点でさらなる効果が生まれる。

【００５２】また，加圧力制御回路10の持つ加圧パター
ンの例を図７に示したが，図７以外のパターンでも良
い。特に，カオス信号を直接出力するような関数により
生成された加圧パターンでも良い。この例として，カオ
ス信号としてよく知られたロジスティック関数による加
圧パターンの例を示す。

【００５３】いま，時間を t とし，ノズル駆動ポンプ1
の加圧力をpとし，ポンプの最大加圧力をPとすると，次
のような関数が加圧パターンとして考えられる。

【００５４】

【数４】

【００５５】これは，ロジスティック関数の計算結果を
そのまま加圧力としたものであり，この(数4)を使っ
て，ノズル駆動ポンプ1の加圧力を制御すると，ノズル
挙動はカオス状態になる。なお，ロジスティック関数以
外の，テント関数や間欠カオスなど，カオス信号を出力
する他の関数を用いてノズル駆動ポンプ1の加圧力を制
御しても，本実施例と同様の効果が得られる。

【００５６】図８は本発明の第3の実施例における回転
ノズル装置の構成図を示すものである。図中の1は供給
される水を加圧するノズル駆動ポンプ，これは第1の実
施例の構成と同様なものである。第1の実施例と異なる
のは，2リンク回転ノズル2を水流抑制型2リンク回転ノ
ズル20に変更した点である。このように構成された回転
ノズル装置の動作を以下説明する。

【００５７】カオス状態は，対象とするシステムの自由
度が高いほど発生しやすい。第3の実施例では，ノズル
駆動ポンプ1の出力を変化させることによりノズル駆動
装置全体の自由度を増し，カオス状態をつくりだした。
この方法以外にシステムの自由度をあげる方法として，
各リンクの接続部分の構造を変化させる方法がある。

【００５８】本実施例では，リンクの接続部分の構造を
変化させ，回転ノズル装置をカオス状態にした例につい
て説明する。

【００５９】第1の実施例で示した回転ノズル装置のリ
ンクの接続部分の構造は図９のようになっている。

【００６０】図９(1)は，2リンク回転ノズル2の第１リ
ンク2-1と第２リンク2-2の接続部の構造を示している。
通常は，円で囲んだ接続部の上に第２リンク2-2をはめ
込み，第２リンク2-2が第１リンクから離れないように
ナットで固定する。ただし，第２リンク2-2は自由に回
転できるようになっている。

【００６１】図９(a),(b)は，図９(1)の第1リンク2-1の
円で囲んだ部分（接続部）を拡大して示したもので，図
９の(a)は側面図，(b)は上面図を示している。図９に示
した接続部では，第1リンクから第2リンクへスムーズに
水がながれるようにするために，接続部には大きな穴が
4つあいており，少ない抵抗で水を第1リンクから第2リ
ンクへ導くことができる。

【００６２】これに対して，第4の実施例では図１０の
ような構造の接続部を持った水流抑制型2リンク回転ノ
ズル20を有している。図１０から明らかなように，この
水流抑制型2リンク回転ノズル20は，第1の実施例と比較
して，接続部の穴の数が少なく，接続部の水の流れがほ
ぼ1方向に限定される。

【００６３】図９のような接続部の構成では，穴の総面
積が大きいため，第1リンクと第2リンクのなす角度がい
かなる値であろうとも，接続部での水の抵抗値はほとん
ど変化しない。ところが，この水流抑制型2リンク回転
ノズル20では，図１０に示したように接続部での水の流
れがほぼ1方向に限定されるため，各リンクの位置に依
存して水の噴出力が変化することになる。

【００６４】水流抑制型2リンク回転ノズルにおける，
各リンクの相対位置に応じた水の噴出力の変化を図１１
を用いて説明する。

【００６５】図１１の(a)は，第2リンク20-2が第1リン
ク20-1とほぼ同方向に位置した時である。この場合の噴
射口Fまでの水の流れは，図中の点線のようになる。第1
リンクの接続部は図１０のような構成になっているた
め，噴射口Fまでの水の流れに対する抵抗は少なく，水
は勢い良く噴射口Fから噴射される。

【００６６】図１２(b)の場合は，第2リンク20-2と第1
リンク20-1のなす角度が約90度の場合である。この場合
の噴射口Fまでの水の流れは，点線のように折れ曲が
る。この場合，第1リンクの接続部は図１０のような構
成になっているため，水流が必要以上に折れ曲がる部分
が発生する。この折れ曲がる部分は，(a)の場合と比べ
て水の通り道が狭くなっており，水流に対する抵抗が増
加する。したがって，結果的には噴射口Fから噴射され
る水の勢いは低下し，逆に相対的に水が通りやすくなる
第1リンクの噴射口からの水の勢いが増加する。

【００６７】このように，接続部の構成を変えた水流抑
制型2リンク回転ノズル20を用いることにより，リンク
の相対的な位置に応じて，各噴射口の水の噴出力は変化
する。したがって，第1の実施例と比較してノズルの挙
動に対する自由度は増加したことになり，カオス状態に
遷移しやすくなる。

【００６８】以上説明したように，本実施例によれば，
多リンクのノズルを用い，ノズルの中や接続部を流れる
水流を一部抑制することにより，各リンクの位置関係に
したがって噴射口からでる水の勢いを変化させることが
できる。このことはノズル駆動装置全体の自由度を増加
させることになり，ノズルの挙動をカオス状態にさせる
ことができる。カオス状態になったノズルは，軌道が不
安定であり，同じ状態軌道を２度と通らない。したがっ
て，均一な水の散布が可能となる。

【００６９】また，第1の実施例に示した方法と結合
し，リアプノフ数等のカオス特徴量を調べながら，接続
部の設計を変更させたり，噴射口の水の噴出方向やリン
クの重心位置など変えたりして，ノズルを適切なカオス
状態に設定することもできる。この場合は，リアプノフ
数等の特徴量が検出されるため，カオスの度合を適当に
設定することができ，洗浄速度などの点でさらなる効果
が生まれる。

【００７０】図１２は本発明の第4の実施例における回
転ノズル装置の構成図を示すものである。1は供給され
る水を加圧するノズル駆動ポンプ，2はノズル駆動ポン
プ1によって加圧された水の力により回転し水を噴射す
る2リンク回転ノズル，10はノズル駆動ポンプの加圧量
を制御する加圧力制御回路であり，以上は第3の実施例
と同様な構成である。

【００７１】第3の実施例と異なるのは，2リンク回転ノ
ズルの動きを検出するセンサー30と，センサー30から検
出されたノズルの動きに関する観測量からカオスの特徴
量を計算するカオス特徴量計算回路を備えた点である。
このように構成された回転ノズル装置の動作を以下説明
する。

【００７２】第1から第3までの実施例では，カオス状態
で動作するノズル駆動装置について説明してきた。食器
洗い機などでは，均一な水の噴射が求められるため，常
時ノズルをカオス状態で動作させることが望ましい。

【００７３】しかし，ノズルに外乱が加わりシステムの
動特性が変化するような場合には，第1の実施例から第3
の実施例で説明した方法では常時カオス状態を保つこと
ができない。このことを防ぐために本実施例では，リア
ルタイムにノズルの動きを検出し，常時安定したカオス
駆動が可能な装置を提供する。

【００７４】センサー30は，ノズルの動きを検出するも
のであり，図３に示したような複数の角度センサーでも
良いし，また，ビデオカメラのような画像処理技術を用
いたものでも良い。ここでは，図３の角度センサーを使
った例で発明を説明する。

【００７５】センサー30で検出された各リンクの角度
は，カオス特徴量計算回路31に入力され，第1の実施例
で説明したカオス特徴量のひとつである最大リアプノフ
数が計算される。カオス特徴量計算回路31での最大リア
プノフ数の計算方法は第１の実施例で述べた方法でもよ
いし，学会等で提案されている他の方法でも良い。

【００７６】最大リアプノフ数が正の値の場合は，ノズ
ルがカオス状態であることを示すが，0の場合は周期的
あるいは準周期的な動作であることを示す。

【００７７】したがって，カオス特徴量計算回路31は，
計算した最大リアプノフ数から，最大リアプノフ数が0
近傍あるいは負ならば，加圧パターンを変えるように加
圧力制御回路10に指令を送り，最大リアプノフ数が0近
傍でない正の値ならば，そのままの駆動を行なうように
加圧力制御回路10に信号を送る。

【００７８】加圧力制御回路10は，カオス特徴量計算回
路31の信号にしたがって，加圧パターンを変化させる。
変化の方法は，図８(a)のようなパターンで加圧してい
る場合は図８(a)のオン時間Tonやオフ時間Toffを変化
させ，図８(b)のようなパターンで加圧している場合
は，サインカーブの周期を変える。

【００７９】以上説明したように，本実施例によれば，
センサによりノズルの動きを観測し，観測結果からカオ
ス特徴量を検出することにより，ノズルの駆動状態を知
ることができる。さらに，その情報を加圧力の制御に用
いることにより，常に最適なカオス状態でノズルを駆動
することができる。カオス状態になったノズルは，軌道
が不安定であり同じ状態軌道を２度と通らない性質を持
つ。したがって，常にカオス状態を保つことにより，均
一な水の散布が可能となる。

【００８０】なお，本発明ではセンサー30を付加したこ
とにより，カオス状態でない周期的あるいは準周期的な
動作も検出可能である。したがって，カオス状態を保つ
だけではなく，カオス状態と周期的な状態をノズルの使
用目的や使用状況に応じて切替えて使うことも可能であ
る。また，この実施例では，カオス特徴量計算回路31に
おいては最大リアプノフ数の計算を行なうと述べたが，
相関次元，容量次元，情報次元などのフラクタル次元や
リアプノフ次元等の他のカオス特徴量を用いても同様の
効果が得られる。

【００８１】本発明の第5の実施例として回転ノズル装
置を食器洗い機に応用した例を説明する。図１３は本実
施例における食器洗い機の構成を示した図であり，101
は食器洗い機のボディ，102はふた，103は水を食器洗い
機内に取り入れるための給水ホース，104は給水ホース1
03からの水を加圧しノズルを回転させかつ水を噴射させ
るためのノズル駆動ポンプ，106は食器にかかった水を
排水させるための排水ポンプ，107は排水を食器洗い機
外へ導く排水ホース，108はノズル駆動ポンプ104と排水
ポンプ106を制御する制御回路である。以上は，図１４
の従来例と共通の部分である。従来例と異なるのは，1
リンクの回転ノズルの代わりに第1の実施例で説明した2
リンク回転ノズル2を用いている点である。

【００８２】第1の実施例で説明したように，2リンク回
転ノズルはカオス状態にすることが可能である。カオス
状態の2リンク回転ノズル2を用いることにより，ノズル
は図４のような軌跡で動くことになり，図２の従来例の
動作軌跡よりもいろいろな方向で食器に水を噴射でき，
均一に水を散布することができるようになる。

【００８３】したがって，2リンク回転ノズルを用いた
食器洗い機では，従来例と比較して，食器のすみずみに
まで水を噴射することができ，食器の汚れをより十分に
落すことができる。また，従来例ではノズルの軌跡が一
定の円周だったため，汚れを落すためには，食器の置き
方を十分に考慮しなければならなかったが，この実施例
では，ノズルの軌跡が絶えず変化しているため食器の置
き方の工夫をしなくても十分な洗浄効果が得られる。

【００８４】以上説明したように，複数のリンクで構成
された回転ノズルをカオス状態で用いることにより，従
来よりも，食器に水をむらなく均一に噴射することがで
き，食器洗い機の洗浄効率を向上させることができる。
なお，本実施例では，第1の実施例で説明した2リンク回
転ノズルを食器洗い機に応用した例を説明したが，第2
から第4までの実施例で述べた回転ノズル装置を用いて
も良い。また，本実施例では，回転ノズル装置を食器洗
い機に応用した例を説明をしたが，食器だけでなく自動
車や半導体デバイスなど他の物を洗浄する洗浄機に応用
することも可能であり，同様な洗浄効率の向上が期待で
きる。また，スプリンクラーやスプレー塗装機など均一
に液体を散布する必要がある散水機への応用も可能であ
る。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
複数の中空リンクから構成されたノズルを用い。その噴
射口の水の噴射角度や，各リンクの長さや重さや重心の
位置などを，リアプノフ数やフラクタル数などを用いて
適切に設定することにより，ノズルをカオス状態にする
ことができる。

【００８６】カオスは軌道不安定性を持つため，カオス
状態にあるノズルは2度と同じ軌道を通らず，噴射口は
絶えず異なった軌道を動くことになり，結果的に従来と
比べてより均一に水を散布することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第1の実施例における回転ノズル装置の構成を
示す図

【図２】2リンク回転ノズルの動作軌跡の説明図

【図３】リンクの動きを検出する方法の説明図

【図４】カオス状態の回転ノズルの動作軌跡

【図５】第1の実施例と同様の効果が得られる回転ノズ
ルの構成を示す図

【図６】第2の実施例における回転ノズル装置の構成を
示す図

【図７】加圧力の変化パターンを示した図

【図８】第3の実施例における回転ノズル装置の構成を
示す図

【図９】第1の実施例の接続部の構成を示した図

【図１０】第3の実施例の接続部の構成を示した図

【図１１】リンクの回転に応じて噴射される水の強さが
変化することの説明図

【図１２】第4の実施例における回転ノズル装置の構成
を示す図

【図１３】第5の実施例である食器洗い機の構成を示し
た図

【図１４】従来の食器洗い機の構成を示した図

【図１５】従来の回転ノズルの構成を示した図

【図１６】第5の実施例の接続部の構成を示した図

【符号の説明】

1 ノズル駆動ポンプ 2 2リンク回転ノズル 10 加圧力制御回路 20 水流抑制型2リンク回転ノズル 30 センサ 31 カオス特徴量計算回路 101 ボディ 102 ふた 103 給水ホース 104 ノズル駆動ポンプ 105 回転ノズル 106 排水ポンプ 107 排水ホース 108 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若見昇大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平５−130964（ＪＰ，Ａ) 特開平４−67828（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−83163（ＪＰ，Ｕ) 実開昭53−108774（ＪＰ，Ｕ) 「研究始まったカオスの工学的応用非線形現象の表現に光明」，ＮＩＫＫＥＩＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ，1992年６月15 日発行，38〜48頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47L 15/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも1つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記ノズルを構成する少なくともひとつの中空リン
クの回転中心が前記中空リンクの重心から離れており、
前記ノズルを構成する少なくともひとつの中空リンクの
動きをカオス状態にする回転ノズル装置。
【請求項２】流体を加圧するポンプと、接続部を介し
て相互に連通した回転可能な複数の中空リンクから構成
されたノズルと、前記ノズルの少なくともひとつの中空
リンクに少なくとも1つの流体の噴射口を持ち、前記ポ
ンプにより加圧された流体の力により、中空リンクを回
転させながら流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル
装置において、前記中空リンクの接続部の少なくともひ
とつに遊びを設けることにより、流体の流れの強さにし
たがって各中空リンクの回転中心または重心位置が変化
するようにし、前記ノズルを構成する少なくともひとつ
の中空リンクの動きをカオス状態にする回転ノズル装
置。
【請求項３】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも１つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記ポンプの加圧力を一定の周期パターンにしたが
って変化させる加圧力制御手段を備え、前記ノズルを構
成する少なくともひとつの中空リンクの動きをカオス状
態にするように前記加圧力制御手段を制御する回転ノズ
ル装置。
【請求項４】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも１つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、カオス信号を発生するカオス信号発生部と前記カオ
ス信号発生部の信号に応じて前記ポンプの加圧力を変化
させる加圧力制御手段を備え、前記ノズルを構成する少
なくともひとつの中空リンクの動きをカオス状態にする
ように前記加圧力制御手段を制御する回転ノズル装置。
【請求項５】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも１つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記中空リンクにおける流体の流れを制限する水流
抑制手段を前記中空リンクの少なくともひとつに設け、
流体の流れの強さが各中空リンクの回転位置に応じて変
化するようにし、前記ノズルを構成する少なくともひと
つの中空リンクの動きをカオス状態にする回転ノズル装
置。
【請求項６】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも１つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記ノズルの回転運動特性を検出するセンサーと、
前記センサーから検出されたデータからカオス特徴量を
計算するカオス特徴量計算回路と、前記カオス特徴量計
算部で計算した特徴量からノズルの動作状態を判断しノ
ズルがカオス状態でない場合に、前記ポンプの加圧力を
変化させる加圧制御回路を備え，ノズルの動作を常時カ
オス状態に保つ回転ノズル装置。
【請求項７】請求項１から６のいずれかの回転ノズル装
置を備えた洗浄機。
【請求項８】請求項１から６のいずれかの回転ノズル装
置を備えた食器洗い機。
【請求項９】請求項１から６のいずれかの回転ノズル装
置を備えた散水機。
【請求項１０】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも1つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記ノズルを構成する少なくともひとつの中空リン
クの動きをカオス状態にするために、前記ノズルの回転
運動特性を検出し、検出されたデータから最大リアプノ
フ数を計算して、前記最大リアプノフ数が正となるよう
に、前記リンクの少なくとも一つのリンクの形状、重
さ、重心位置、あるいは噴射口の流体噴出角度の少なく
とも一つを決定する回転ノズル装置設計方法。
【請求項１１】流体を加圧するポンプと、相互に連通し
た回転可能な複数の中空リンクから構成されたノズル
と、前記ノズルの少なくともひとつの中空リンクに少な
くとも１つの流体の噴射口を持ち、前記ポンプにより加
圧された流体の力により、中空リンクを回転させながら
流体を前記噴射口から噴射する回転ノズル装置におい
て、前記ノズルを構成する少なくともひとつの中空リン
クの動きをカオス状態にするために、前記ノズルの回転
運動特性を検出し、検出されたデータからフラクタル次
元を計算し、前記フラクタル次元が非整数値になるよう
に、前記リンクの少なくともひとつのリンクの形状、重
さ、重心位置、あるいは噴射口の流体噴出角度の少なく
とも一つを決定する回転ノズル装置設計方法。