JP4457300B2 - 流体噴出装置 - Google Patents

Description

本発明は、渦によって噴流を自己発振させる流体噴出装置に関する。

特許文献１は従来の流体噴出装置であって、入口ポートから供給される流体（圧縮空気）を噴射するノズル、ノズルから噴射される噴流を自己発振させるキャビティ（空室）、自己発振した噴流を大気に噴出する出口部を有している。この流体噴出装置においては、噴流とキャビティの側壁との間に左右２個の渦ができ、左右の渦の回転エネルギー、内圧の差などを利用して噴流を左右に交互に曲げて発振し、噴流がキャビティの側壁に全く付着することなく、噴流に自己発振をさせる。流体噴出装置から噴出され左右に交互に動く噴流を利用して、物体（例えば製品）の表面に付着した水分や切り粉などを除去し、物体の表面を洗浄することができる。
大形の物体を洗浄する場合、噴流の噴出範囲（広がり範囲）が広ければ、少数の流体噴出装置の出口の近くで洗浄を行うことができるので、噴流の消費量が節減され、エネルギーの節約になる。小形の物体又は大形の物体の一部分を洗浄する場合には、噴流の噴出範囲を狭くして、洗浄に利用されない噴流を少なくすれば、エネルギーの節約になる。また、洗浄を行う場合、物体の表面の状態や除去すべき物体の種類によって、最も洗浄効率の高い噴流の発振周波数が異なると考えられる。
特開平３−７７６６０号公報

本発明は、流体噴出装置において、噴流を当てるべきスペースの大きさに応じて、噴流の噴出範囲を変化させることを第１の課題とし、洗浄すべき対象によって噴流の発振周波数を変化させることを第２の課題とする。

上記課題を解決するため、本発明によれば、下壁とカバーとの間に、入口ポートから供給された圧縮空気を噴射するノズル及び該ノズルから噴射される噴流を自己発振させるキャビティが形成されたキャビティ本体と、上記キャビティ本体に連結されて上記自己発振した噴流を大気に噴出する出口部を備えた出口部本体とを、分離可能に形成した流体噴出装置において、上記キャビティを上記キャビティ本体の上面視において楕円形に形成し、上記ノズルを楕円形のキャビティの横幅の中心に開口させたものとし、縦幅と横幅の比率の相違により噴流の発振周波数を異ならしめた複数のキャビティ本体を備え、上記出口部本体と、上記複数のキャビティ本体のうちで用途に適した発振周波数を有するキャビティ本体とを組み合わせて接続可能にしたことを特徴とする流体噴出装置が提供される。

本発明に係る流体噴出装置の好ましい実施の形態においては、キャビティの横幅の中心と出口部の横幅の中心とを合致させる位置決め手段を備え、キャビティ本体のキャビティ下流側端面と出口部本体の上流側端面とを該位置決め手段により位置決めして接続される。

本発明においては、一つの出口部本体に対してキャビティ形状の異なる複数のキャビティ本体の任意の一つを接続し、洗浄すべき対象によって噴流の発振周波数を変化させることができる。従って、ある物体の洗浄に最も適した発振周波数の噴流を利用して、洗浄効率を高めることができる。

本発明は、噴流を当てるべきスペースの大きさに応じて、噴流の噴出範囲を変化させるという課題を、ノズル及びキャビティを有するキャビティ本体と、出口部を有する出口部本体とを分割可能となし、一つのキャビティ本体に対して出口部の開口角度の異なる複数の出口部本体の任意の一つを接続するという簡単な手段により実現した。

図１〜図３は、本発明の流体噴出装置の実施例１を示す。流体噴出装置はキャビティ本体10、出口部本体11及びカバー12からなり、キャビティ本体10と出口部本体11とが平面上において接続され、接続されたキャビティ本体10・出口部本体11の上面にカバー12が接続されている。キャビティ本体10の中央部に上面視でほぼ楕円形のキャビティ13が窪みとして形成され、キャビティ13の左右には側壁14Ａ、14Ｂがあり、キャビティ13の下側には平板状の下壁があり、キャビティ13の上壁は平板状のカバー12の下面である。キャビティ13の上流側にはノズル16及び入口ポート17が配設され、入口ポート17には配管を介して圧縮空気が供給されるように構成されている。

出口部本体11には窪んだ出口部15が形成され、出口部15の上流端には出口部上流端24が開口され、出口部15の下流端は大気に連通されている。上面視で出口部15の左右には出口部側壁25Ａ、25Ｂがあり、出口部15の下側には平板状の下壁があり、出口部15の上壁は平板状のカバー12の下面である。出口部側壁25Ａの延長線と出口部側壁25Ｂの延長線とが交差する角度を開口角度θといい、開口角度120 度の例が図示されている。キャビティ13の上流端にはノズル16が開口され、キャビティ13の下流端にはキャビティ下流端18が開口されている。出口部上流端24の幅を開口幅Ｗと称することとする。

キャビティ本体10の下流側端面19は出口部本体11との接続面であり、出口部本体11の上流側端面20はキャビティ本体10との接続面である。下流側端面19と上流側端面20とを正しい位置で接続させるための位置決め手段として、下流側端面19の中央部には凹部21が形成され、上流側端面20の中央部には凸部22が形成されている。キャビティ本体10と出口部本体11とを正しい位置で接続する場合には、出口部本体11の凸部22がキャビティ本体10の凹部21に嵌合され、キャビティ13の中心と出口部15の中心とが合致する。図２(a) に示した流体噴出装置の場合は、合致したキャビティ下流端18・出口部上流端24が１個の突起のような形状となり、合致したキャビティ下流端18・出口部上流端24が噴流を分流させ、渦を発生させる。しかし、通常は予めキャビティ下流端18の幅を全ての出口部上流端24の出口幅Ｗよりも大きく製作しておき、出口部上流端18で噴流を分流させ、渦を発生させる。

図２に示すように、上面視でキャビティ本体10のキャビティ13の左右には、貫通した２本の挿通孔26Ａ、26Ｂが形成され、挿通孔26Ａ、26Ｂには大径孔27Ａ、27Ｂと小径孔28Ａ、28Ｂとがある。大径孔27Ａ、27Ｂはキャビティ本体10の上流側の端部に位置し、大径孔27Ａ、27Ｂと小径孔28Ａ、28Ｂの段差部は後述のボルト33Ａ、33Ｂの頭部が当接する箇所である。出口部本体11には上流側端面20に開口した２個のねじ孔29Ａ、29Ｂが形成され、キャビティ本体10と出口部本体11とを正しい位置で接続したとき、ねじ孔29Ａ、29Ｂが挿通孔26Ａ、26Ｂと同一軸線上に位置するようにされている。キャビティ本体10には上面に開口した２個のねじ孔31Ａ、31Ｂが、キャビティ13と挿通孔26Ａ、26Ｂとの間の位置に形成されている。出口部本体11には上面に開口した２個のねじ孔32Ａ、32Ｂが、２個のねじ孔29Ａ、29Ｂと出口部本体11の左右側部との間に形成されている。カバー12には４個の上下に貫通した挿通孔30が形成され、挿通孔30は接続された状態のキャビティ本体10のねじ孔31Ａ、31Ｂ及び出口部本体11のねじ孔32Ａ、32Ｂと同一軸線上に位置するようにされている。

本発明の流体噴出装置の組立方について説明する。キャビティ本体10の凹部21に出口部本体11の凸部22を嵌合させ、挿通孔26Ａ、26Ｂにボルト33Ａ、33Ｂを挿通させ、ボルト33Ａ、33Ｂをねじ孔29Ａ、29Ｂに螺合させると、キャビティ本体10と出口部本体11とが連結される。次に連結されたキャビティ本体10・出口部本体11の上面にカバー12を当接させ、短ボルト34（図３(a) 参照）をカバー12の各挿通孔30に挿通させ、短ボルト34をキャビティ本体10のねじ孔31Ａ、31Ｂ及び出口部本体11のねじ孔32Ａ、32Ｂにそれぞれ螺合させると、連結されたキャビティ本体10・出口部本体11にカバー12が連結される。こうして流体噴出装置が組み立てられる。

本発明の流体噴出装置を用いて噴出実験を行った。図３(a) に示すように、０．２ＭＰａの圧縮空気を用いて噴出させ、左右に交互に動く噴流の発振周波数及び流速を、出口部15より下流４００ｍｍで振幅範囲の中心から左右に４０ｍｍの２位置で測定した。キャビティ13の横幅（図２で左右方向の幅）の寸法を１８ｍｍ、キャビティ13の縦幅（図２で縦方向の幅）の寸法を２１ｍｍとした。

図３(b) は、開口幅Ｗを９、８、７、６ｍｍと変化させ、開口角度θを６０、９０、１２０度と変化させたときの発振周波数を示す。図３(b) から開口幅Ｗを９ｍｍから８、７、６ｍｍと小さくしていくと発振周波数が高くなることが分かり、また開口角度θを６０度から９０度、１２０度と大きくしていくと発振周波数が高くなることが分かる。

図３(c) は図３(b) の開口幅９ｍｍ、開口角度６０度の場合の時間に対する流速の変化を示す。また、図３(d) は図３(b) の開口幅８ｍｍ、開口角度９０度の場合の時間に対する流速の変化を示す。図３(c) 、図３(d) により開口幅と開口角度を変化させることにより、発振周波数が変化する状態がよく分かる。

キャビティ13の形状と噴流の発振周波数との関係として、例えば図２(a) においてキャビティ13の横幅寸法を大きくしていくと発振周波数が上昇し、キャビティ13の縦幅寸法を大きくしていくと発振周波数が低下することが他の実験により判明している。

洗浄すべき物体の大きさに応じて噴流の噴出範囲を変化させたいときは、出口部15の開口角度θの異なる出口部本体11を必要数作成しておく。そして、所望の形状のキャビティ13を有するキャビティ本体10に、各物体の洗浄に適した開口角度θを有する出口部本体11を接続して使用する。また、洗浄すべき物体の種類に応じて噴流の発振周波数を変化させたいときは、キャビティ13の形状の異なるキャビティ本体10を必要数作成しておく。そして、一つの出口部本体11に対してキャビティ13の形状の異なる複数のキャビティ本体10の任意の一つを接続して、各物体の洗浄に最も適した発振周波数を発生する流体噴出装置を作成して使用する。

流体噴出装置から噴出され左右に交互に動く噴流を利用して、物体の表面に付着した水分や切り粉などを除去し、物体の表面を洗浄することができる。本発明では、噴流の噴出範囲及び発振周波数を洗浄すべき物体に最も適したものとすることができるので、噴流の消費量が節減され、洗浄効率が向上する。

図１は本発明の流体噴出装置の実施例１の外観を示し、図１(a) は背面図、図１(b) は上面図、図１(c) は正面図、図１(d) は右側面図である。 図２(a) は図１(d) の断面を矢印Ａ−Ａ方向からみた断面図、図２(b) は図２(a) の流体噴出装置を分割してキャビティ本体のみを示す図、図２(c) は図２(a) の流体噴出装置を分割して出口部本体のみを示す図である。 図３(a) は流体噴出装置の噴射実験を行う場合の噴流の発振周波数及び流速の測定箇所を示す図であり、図３(b) は開口幅及び開口角度を変化させた場合の発振周波数を示す図であり、図３(c) は開口幅を９ｍｍ、開口角度を６０度とした場合の時間に対する流速の変化を示すグラフ、図３(d) は開口幅を８ｍｍ、開口角度を９０度とした場合の時間に対する流速の変化を示すグラフである。

符号の説明

10 キャビティ本体
11 出口部本体
12 カバー
13 キャビティ
15 出口部
16 ノズル

Claims (2)

1. 下壁とカバーとの間に、入口ポートから供給された圧縮空気を噴射するノズル及び該ノズルから噴射される噴流を自己発振させるキャビティが形成されたキャビティ本体と、上記キャビティ本体に連結されて上記自己発振した噴流を大気に噴出する出口部を備えた出口部本体とを、分離可能に形成した流体噴出装置において、
   上記キャビティを上記キャビティ本体の上面視において楕円形に形成し、上記ノズルを楕円形のキャビティの横幅の中心に開口させたものとし、
   縦幅と横幅の比率の相違により噴流の発振周波数を異ならしめた複数のキャビティ本体を備え、
   上記出口部本体と、上記複数のキャビティ本体のうちで用途に適した発振周波数を有するキャビティ本体とを組み合わせて接続可能にした、
   ことを特徴とする流体噴出装置。
2. キャビティの横幅の中心と出口部の横幅の中心とを合致させる位置決め手段を備え、キャビティ本体のキャビティ下流側端面と出口部本体の上流側端面とを該位置決め手段により位置決めして接続した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体噴出装置。