JP6841438B2 - 噴霧ノズル - Google Patents

Description

この発明は、栽培植物に対して水などの液体を散布、供給するための噴霧ノズル、中でも、空気を混入せずに空気混入型のノズルと同様に、液体を比較的粗い粒子の霧にして噴射することを可能にした噴霧ノズルに関する。

液体を霧化して噴射する噴霧ノズルの従来例として、例えば、下記特許文献１に示されたもの（同文献の図１参照）がある。その噴霧ノズルの詳細を図１４に示す。

図１４の噴霧ノズル２０は、軸心部に液体通路２２を有するホルダ２１と、そのホルダ２１の先端に配置する噴板２３と、その噴板２３をホルダ２１に固定するキャップ２４と、ホルダ２１と噴板２３との間を封止するシール部材２５を有する。

また、ホルダ２１で保持して前記噴板２３とホルダ２１との間に配置する流体衝突部２６ａを備えた遮板２６と、オリフィス２８を有するオリフィス板２７と、液体を供給する噴管（図示せず）に螺合させて前記噴管にホルダ２１を固定するユニオンナット２９をさらに備えたものになっている。

ホルダ２１の根元側には、外部に通じた空気孔３０が設けられている。この噴霧ノズル２０は、オリフィス板２７のオリフィス２８から噴き出す液体と空気孔３０を通して外部から吸い込まれた空気がホルダ２１の液体通路２２内で混合され、空気の混入された流体が遮板２６に衝突して流体衝突部２６ａの周囲の穴から遮板２６の前方に流れ、噴板２３の中心の噴孔２３ａから外部に噴射される。

図示の噴霧ノズル２０の空気孔３０は、粒子径の大きい（粗い）霧を作り出す目的で設置されている。液体と空気を噴出する直前に混入することで、粒子径の大きい霧を作り出している。

農薬などの薬剤は、微粒子の霧にして噴射されるが、液体肥料や水などの供給では、平均粒子径が例えば５００μｍを超えるような比較的粗い粒子の霧にして噴射する方法が多用されている。

微粒子の霧の噴射に比べて粒子径の粗い霧の噴射は、噴射距離を長くとることができ、また、液体を目標箇所に集中させて効率的に供給することができ、散布の効率化面で有利である。

特開２０１８−５１４２７号公報

液体を粗い霧にして噴射する従来の噴霧ノズルは、液体に空気を混入することで霧の粒子径を大きく（粗く）している。

そのために、ホルダに対する空気孔の設置が不可避であるが、空気孔のある噴霧ノズルは、空気孔からノズルの内部に異物が入り込んで空気の吸い込みが悪化することが考えられる。

空気の吸い込みが悪いと、噴霧対象の液体に対する空気の混入状態が乱れ、良好な噴射がなされなくなる。

また、ノズルの内部に入り込んだ異物によって噴板の中心の噴孔が塞がれることも考えられ、このときには、ノズルの先端部まで移動した液体が逆流して前記空気孔から外部に漏れ出す。

この発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、粗い粒子の霧を空気を混入せずに作り出せるようにして空気孔に起因した不具合を生じさせないようにした噴霧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、下記の噴霧ノズルを提供する。その噴霧ノズルは、
ストレート孔と、そのストレート孔の先端に連なる先細テーパの孔とを有する筒で構成された本体と、この本体の前記ストレート孔に組み込まれる旋回中子と、前記本体を噴管の端末に固定するユニオンナット（キャップ）を有し、
前記旋回中子は、同一方向に傾いたねじれ通路孔を軸心と同心の円上に複数備える旋回流生成ピースと、その旋回流生成ピースの前記ねじれ通路孔の入口側に配置される流量調整板とからなり、
前記流量調整板は、液体の単位時間当たりの通過流量を決める通路孔を各々のねじれ通路孔に対応させた位置に備え、
噴霧対象の液体が、前記通路孔、前記ねじれ通路孔、前記先細テーパの孔に順を追って流れるように構成されている。

前記旋回流生成ピースは、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成したものが好ましい。

また、前記流量調整板が、前記旋回流生成ピースとの合わせ面に断面非円形の凸部を有し、その凸部を前記旋回流生成ピースの後面に形成した嵌合用の凹部に圧入して前記流量調整板の保持を前記旋回流生成ピースで行なうのも好ましい。

この発明の噴霧ノズルは、噴霧対象の液体が前記複数のねじれ通路孔を通過して旋回流（螺旋状の渦流）となり、その旋回流となった各々のねじれ通路孔からの液体が前記先細テーパの孔内で衝突合流して前記先細テーパの孔の先端から外部に噴射される。

各々のねじれ通路孔を通過して旋回流となった液体は、本体の孔が先細テーパになっていることから、本体の先端に向かうに従って旋回径が縮小し、これにより、隣り合う旋回流が移動の途中に衝突して合流する。

その衝突・合流が起こることで、空気を混入しなくても液体が粗い粒子の霧となって噴射される。

前記ねじれ通路孔は、前記旋回流生成ピースの最外周部よりも軸心側に偏った位置に設ける。そのねじれ通路孔に換えて一方向にねじれたねじれ溝を前記旋回中子の外周面に複数設けたものは、微細な粒子の霧が生成されてその霧が円錐状に拡散して噴射される。

ねじれ通路孔を旋回流生成ピースの径方向途中に設けた旋回中子を採用した噴霧ノズルでは粗い粒子の霧が生成され、また、ねじれ溝を外周に設けた旋回中子では微細な粒子の霧が生成されるのは、旋回中子を通過した液体の流れ方と衝突・合流の仕方の違いによるのではないかと推測される。

前記ねじれ溝を通って旋回流となった液体は、前記先細テーパの孔の内周面に添って移動して合流する。これに対し前記ねじれ通路孔を通って旋回流となった液体は、前記先細テーパの孔の内周面から離れた位置で旋回しながら流れて合流する。

この流れ状態の相違と、流れる位置の相違により、生成される霧が微細な粒子になったり粗い粒子になったりすると思われる。

なお、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成した旋回流生成ピースは、前記ねじれ通路孔が軸方向に分割されるので、旋回流生成ピースの軸方向寸法が大きくなっても金型によるねじれ通路孔の成形が容易に行なえる。

金型のねじれ通路孔成形部が長すぎると、そのねじれ通路孔成形部の破損や成形体からの抜き取り不能の問題が生じるが、分割ピースを複数個組み合わせた旋回流生成ピース
では、その問題が起こらない。

また、前記流量調整板を旋回流生成ピースで保持するものは、流量調整板と前記旋回流生成ピースを一体の部品として取り扱うことができ、噴管に対する噴霧ノズルの着脱がしやすい。

流量調整板の保持具を別途設ける必要もなく、噴霧ノズルの構造の簡素化も図れる。

この発明の噴霧ノズルの一形態を示す断面図である。 図１の噴霧ノズルの使用例を示す断面図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子を前面側から見た斜視図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子を後面側から見た斜視図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子の平面図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子の底面図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子の分解斜視図である。 図１の噴霧ノズルに採用した旋回中子を、その中子の一部を切り欠いた状態にして示す斜視図である。 粒子径の細かな霧を生じさせる旋回中子の斜視図である。 図９の旋回中子を図１の噴霧ノズルの本体と組み合わせた噴霧ノズルの斜視図である。 図１の噴霧ノズルによる粗い霧の噴射パターンを示す写真である。 図９の噴霧ノズルによるきめ細かな霧の噴射パターンを示す写真である。 旋回中子を外したときの噴射パターン（直射）を示す写真である。 空気混入型噴霧ノズルの従来例を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図８に基づいて説明する。この発明の噴霧ノズルの一形態を図１に示す。同図の噴霧ノズル１は、本体２と、旋回中子３と、ユニオンナット（キャップ）４を組み合わせたものになっている。

ユニオンナット４は、本体２を噴管（図示せず）の端末の管継手１１（図２参照）に固定するものである。

本体２は、内径の一定したストレート孔２ａと、そのストレート孔２ａの先端に連なる先細テーパの孔２ｂを有する筒（図のそれは、後方の円筒部と、先端側の切頭円錐部とからなる筒）で構成されている。前記ストレート孔２ａは、前記円筒部の内側にあり、そのストレート孔２ａに旋回中子３が組み込まれる。本体２には、外部から空気を導入する空気孔は存在しない。

前記円筒部の後端外周には、ユニオンナット４を係止させる鍔２ｃが設けられ、さらに、その鍔２ｃの後面には、内端がストレート孔２ａに開放する係止用凹部２ｄが設けられている。

係止用凹部２ｄは、ストレート孔２ａの軸心を基準にして２個が対称位置に設けられている。

旋回中子３は、旋回流生成ピース５と流量調整板６とで構成されている。

旋回流生成ピース５は、同一方向に傾いたねじれ通路孔７を軸心と同心の円上に複数個有する。例示の旋回流生成ピース５には、計４個のねじれ通路孔７が周方向に定ピッチで設けられている。

ねじれ通路孔７は、噴霧ノズル１のサイズによっては、その数が２個でも設置の効果が現れる。そのねじれ通路孔７は、その数を適宜に増やすことができるが、スペース面での設置制約があるので、１つの噴霧ノズルに対する設置数の上限は１０個程度になると思われる。

例示の旋回流生成ピース５は、２個の分割ピース５_−１、５_−２を軸方向に重ねたものになっている。このように、１つの旋回流生成ピース５を、軸方向に切り離された複数個の分割ピースで構成すると、ひとつの旋回流生成ピース５に設けるねじれ通路孔７が軸方向に複数に分断される。そのために、各々の分割ピースに設ける分断されたねじれ通路孔の金型による成形を、加工規制を受けずに行なうことができる。

分割ピース５_−１、５_−２は、両分割ピースの合わせ面の片方（図は分割ピース５_−２の前面）の中心に設けた締結用の突起５ａと複数の位置決めピン５ｂを、前記合わせ面の他方（図は分割ピース５_−１の後面）に対応させて設けた凹部５ｃとピン孔５ｄに嵌合させて一体に連結される。

突起５ａの凹部５ｃに対する嵌合と、位置決めピン５ｂのピン孔５ｄに対する嵌合は、共に圧入によってなされているが、位置決めピン５ｂのピン孔５ｄに対する嵌合は、締り嵌めでなくてもよい。

分割ピース５_−１の前面の中心部には、円柱５ｅが突出して設けられている。その円柱５ｅは、ねじれ通路孔７の各々を通り抜けた液体の、通り抜け直後の合流を阻止する働きをする。

前記円柱５ｅが中心部にあると、ねじれ通路孔７を通り抜けた液体は、円柱５ｅの表面に添って旋回しながら流れ、ねじれ通路孔７を通過するときに受けた旋回力を弱めずに維持する。

これにより、隣り合うねじれ通路孔７を通り抜けた液体の移動中の衝突が効果的になされ、低吐出圧のときにも液体が粗い粒子の霧となってノズルから噴出される。

分割ピース５_−１の後端外周には、本体２に設けた係止用凹部２ｄに対応させた突起５ｆが設けられている。その突起５ｆを係止用凹部２ｄに入り込ませることで、ストレート孔２ａの内部における旋回中子３の回転が阻止されるようになっている。

流量調整板６は、ねじれ通路孔７の入口側（旋回流生成ピース５の後方）に配置される。この流量調整板６は、小径の通路孔６ａを複数個有する。

各々の通路孔６ａは、液体の単位時間当たりの通過流量を決めるオリフィスに似た孔であって、各々のねじれ通路孔７に対応させた位置に設けられている。その通路孔６ａの通路断面積は、ねじれ通路孔７の断面積よりも小さい。

例示の流量調整板６は、旋回流生成ピース５で保持するものになっている。図示の流量調整板６には、旋回流生成ピース５との合わせ面に断面非円形（図のそれは角軸）の凸部６ｂが形成されている。

また、旋回流生成ピース５の分割ピース５_−２には、前記凸部６ｂに対応させた嵌合用の凹部５ｇが形成されており、その凹部５ｇに凸部６ｂを圧入することで、流量調整板６の保持が旋回流生成ピース５によってなされるようになっている。

流量調整板６に設けた通路孔６ａは、凹部５ｇに凸部６ｄを圧入したときに旋回中子３のねじれ通路孔７に連通するところに位置決めされる。

なお、図６からわかるように、流量調整板６に設けた通路孔６ａは、ねじれ通路孔７の片方のねじれた側面側（通路孔６ａの中心を延長した線が接する側）に偏らせている。これにより、通路孔６ａを通過した液体は、ねじれ通路孔７のねじれた側面に沿い易くなり、ねじれ通路孔７に流入した液体に安定して旋回力が加わる。

以上の通りに構成された噴霧ノズル１は、噴霧用の液体が通される噴管に装着して使用される。

例示の噴霧ノズルの使用の一例を図２に示す。図中１１は、噴管（図示せず）の末端に設けられる管継手である。この管継手１１に、ユニオンナット４を螺合させて本体２の内部に旋回中子３を組み込んだ噴霧ノズル１が接続される。

図２の符号１２は、本体２と管継手１１との間に介在した接続界面シール用のパッキン、符号１３は、パッキン１２と管継手１１との間に介在した金網のフィルタである。

噴管から管継手１１に流れた水などの液体は、流量調整板６の通路孔６ａから旋回中子３のねじれ通路孔７に流れ、そのねじれ通路孔７を通過することで一方向への旋回力が付与される。

そのため、ねじれ通路孔７を通過した液体は、旋回流となって本体２の先細テーパの孔
２ｂ内を本体２の先端に向かって移動する。

そして、孔２ｂの内径が次第に細くなっていることから、隣り合うねじれ通路孔７を通過した液体が移動の途中に互いに近づいて衝突・合流する。

これにより、衝突・合流した液体は先細テーパの孔２ｂの軸心部でもひねりが加えられた旋回流となって先細テーパの孔２ｂの先端に至り、粗い粒子の霧となって孔２ｂの先端から噴出される。

図９は、一定のねじれ角（リード角）を有するねじれ溝１６を、外周に周方向に定ピッチで複数条設けた旋回中子１５を示している。

図示の旋回中子１５は、図１の噴霧ノズル１に設けた旋回中子３の旋回流生成ピース５と同一サイズの単一の部材として構成されている。

この旋回中子１５には、突起１５ａが設けられている。その突起１５ａは、図１の噴霧ノズル１の本体２に設けられている係止用凹部２ｄに対応させた位置にある。

図示の旋回中子１５は、前記突起１５ａを係止用凹部２ｄに入り込ませることで図１の噴霧ノズル１の本体２に相対回転不可に組み込むことができる。このため、図１の噴霧ノズルの旋回中子３との置き換えが可能である。

この図９の旋回中子１５を、図１の噴霧ノズル１の本体２と組み合わせた噴霧ノズル１Ａの全体図を図１０に示す。

この噴霧ノズル１Ａは、きめの細かな霧を生成して円錐状に噴射することができる。よって、図１の噴霧ノズル１は、旋回中子１５を別途用意しておくことで、旋回中子３と１５の置き換えによる２パターンの噴射形態の選択が可能である。

図１の噴霧ノズル１と図１０の噴霧ノズル１Ａによる噴射パターンの相違を図１１、図１２に示す。また、旋回中子を使用しない場合の噴射パターンを図１３に示す。

図１１は、図１の噴霧ノズル１による粗い霧の噴射状態を、また、図１２は図１０の噴霧ノズル１Ａによるきめ細かな霧の噴射状態をそれぞれ示している。

旋回中子を使用しない図１３の噴射パターンは、水の拡散が無い直射になっている。

なお、図１１〜図１３の噴射試験に利用した噴霧ノズルの寸法は、本体２の先細テーパの孔２ｂの長さ（図１のＬ）：約２６ｍｍ、その先細テーパの孔２ｂの最大部内径：１２ｍｍ、その先細テーパの孔２ｂの先端の最小部内径：３ｍｍ、旋回中子３の直径：１２ｍｍである。先細テーパの孔２ｂのテーパ角（図２のα）：２０°である。

また、図１の噴霧ノズル１の流量調整板６に設けた４個の通路孔６ａの直径（図６のｄ)：１ｍｍ、旋回流生成ピース５に設けたねじれ通路孔７の大きさは、その孔の内周縁の半径（図５のＲ１)：２．１ｍｍ、その孔の外周縁の半径（図５のＲ２)：４．８ｍｍ、その孔の広がり角（図５のβ)：４０°、各々のねじれ通路孔７のねじれ角（旋回中子の軸心と直交する線を基準にした傾斜角）：５１°である。

図１０の噴霧ノズル１Ａの旋回中子１５の外周に設けたねじれ溝１６のねじれ角は４５°にした。また、２条のねじれ溝１６の総通路断面積は、前記４個のねじれ通路孔７の総通路断面積と同じにした。さらに、この噴霧試験での噴霧圧は、０．５ＭＰａにした。

上記の条件での図１１の噴射パターンにおける霧の平均粒子径は５６７μｍ、図１２の噴射パターンにおける霧の平均粒子径は２０２μｍであった。

この図１１と図１２から、この発明の噴霧ノズルは、空気孔を設けずに粗い粒子の霧を生成して噴射できることがわかる。

なお、図１の噴霧ノズル１において生成される霧の平均粒子径は、流量調整板６に設ける通路孔６ａの孔径や噴霧圧力を変えることによって変動する。

図１０の噴霧ノズル１Ａは、旋回中子１５の外周に設けるねじれ溝１６のねじれ角を小さくするほど液体が移動中によく回転して霧が細かくなる。この図１０の噴霧ノズル１Ａは、ねじれ溝１６の数を４条にしたもの（合計通路断面積は、２条のものと同じ）も試作したが、これについても、ねじれ溝１６の数が２条のものと同様に細かい霧が生成された。

１，１Ａ 噴霧ノズル
２ 本体
２ａ ストレート孔
２ｂ 先細テーパの孔
２ｃ 鍔
２ｄ 係止用凹部
３ 旋回中子
４ ユニオンナット
５ 旋回流生成ピース
５_−１，５_−２ 分割ピース
５ａ 締結用の突起
５ｂ 位置決めピン
５ｃ 凹部
５ｄ ピン孔
５ｅ 円柱
５ｆ 突起
５ｇ 凹部
６ 流量調整板
６ａ 通路孔
６ｂ 断面非円形の凸部
７ ねじれ通路孔
１１ 管継手
１２ パッキン
１３ フィルタ
１５ 旋回中子
１５ａ 突起
１６ ねじれ溝
２０ 噴霧ノズル
２１ ホルダ
２２ 液体通路
２３ 噴板
２３ａ 噴孔
２４ キャップ
２５ シール部材
２６ 遮板
２６ａ 流体衝突部
２７ オリフィス板
２８ オリフィス
２９ ユニオンナット
３０ 空気孔

Claims (3)

1. ストレート孔（２ａ）と、そのストレート孔（２ａ）の先端に連なる先細テーパの孔（２ｂ）とを有する筒で構成された本体（２）と、この本体（２）の前記ストレート孔（２ａ）に組み込まれる旋回中子（３）と、前記本体（２）を噴管の端末に固定するユニオンナット（４）を有し、
   前記旋回中子（３）は、同一方向に傾いたねじれ通路孔（７）を軸心と同心の円上に複数備える旋回流生成ピース（５）と、その旋回流生成ピース（５）の前記ねじれ通路孔（７）の入口側に配置される流量調整板（６）とからなり、
   前記流量調整板（６）は、液体の単位時間当たりの通過流量を決める通路孔（６ａ）を各々のねじれ通路孔（７）に対応させた位置に備え、
   噴霧対象の液体が、前記通路孔（６ａ）、前記ねじれ通路孔（７）、前記先細テーパの孔（２ｂ）に順を追って流れるように構成された噴霧ノズル。
2. 前記旋回流生成ピース（５）が、複数個の分割ピースを軸方向に重ねて構成された請求項１に記載の噴霧ノズル。
3. 前記流量調整板（６）が、前記旋回流生成ピース（５）との合わせ面に断面非円形の凸部（６ｂ）を有し、その凸部（６ｂ）を前記旋回流生成ピース（５）の後面に形成した嵌合用の凹部（５ｇ）に圧入して前記流量調整板（６）の保持を前記旋回流生成ピース（５）で行なった請求項１又は２に記載の噴霧ノズル。