JP6906235B2 - 流体ノズル - Google Patents

Description

本発明は、流体ノズルに関する。

複数の流体を混合して対象物に吹き付けるために流体ノズルが用いられる。特許文献１に、第一流体を中央から噴射し、その周囲から第二流体を旋回流（渦流）として噴射する流体ノズルが開示されている。流体ノズルは、第一流体を噴出する中央のノズル部と、ノズル部に外嵌するリングと、ノズル部及びリングを覆うと共にノズル部の先端の開口を開放するための貫通孔が形成されたキャップとを有する。第二流体を旋回流とするために、リングに旋回溝が形成されている。キャップとノズル部との間に供給された第二流体は、旋回溝を通過することで、キャップの前記貫通孔から旋回流となって噴出される。

特開２０１８−６５０９７号公報

特許文献１では、ノズル部とリングとは別部材により構成されているが、これらが同一部材により構成されていてもよい。いずれの場合でも、噴出する第一流体が少量であり、そのためにノズル部が細くなると、それに応じてノズル部の周囲に配置すべき旋回溝を形成する領域が非常に狭くなる。旋回溝は例えばエンドミルによって切削加工される。旋回溝を形成する領域が狭いと、切削加工が難しい。そこで、本発明は、旋回溝の加工が容易となる流体ノズルを提供することを目的とする。

本発明は、第一流体が流れる流路が中央に設けられ先端が開口するノズル部を有する本体部と、前記本体部に取付けられ前記ノズル部を覆う筒状のキャップと、を備え、前記ノズル部と前記キャップとの間を第二流体が流れる流体ノズルであって、前記キャップには、当該キャップの内側に前記第二流体を通すための旋回溝が形成されていると共に、当該旋回溝を通った前記第二流体を通過させる貫通孔が設けられている。

本発明によれば、旋回溝の加工が容易である流体ノズルとなる。

流体ノズルの一例を示す断面図である。 キャップを軸方向一方側から見た図である。 本体部を軸方向他方側から見た図である。 流体ノズルの他の形態（第二の形態）を示す断面図である。 キャップを軸方向一方側から見た図である。 流体ノズルの他の形態（第三の形態）を示す断面図である。 流体ノズルにおける流体の噴出側を示す断面図である。

図１は、流体ノズルの一例を示す断面図である。この流体ノズル１０は、第一流体Ｇ１及び第二流体Ｇ２を噴出する。図１の上部側が噴出側である。噴出側の反対である図１の下部側を軸方向一方側と称し、噴出側を軸方向他方側と称する。第一流体Ｇ１は、対象物に吹き付けるメイン流体（メインガス）である。第二流体Ｇ２は、キャリア流体（キャリアガス）である。前記対象物が例えば金型である場合、メイン流体は離型剤を含み、キャリア流体はエアである。なお、対象物は様々なものとすることができ、第一流体Ｇ１及び第二流体Ｇ２も対象物に応じて変更可能である。図１に示す流体ノズル１０は、例えばアトマイザーヘッドとして用いられる。流体ノズル１０は、本体部１２とキャップ１４とを備える。本実施形態の本体部１２及びキャップ１４は金属製であるが、その他の材質（例えば樹脂）であってもよい。

キャップ１４は、筒状である筒部４０と板状の蓋部４２とを有する。筒部４０と蓋部４２とは同じ部材により構成されていて一体物である。筒部４０の軸方向他方側に蓋部４２が連続していて、キャップ１４は有底筒状である。蓋部４２の中央に貫通した孔（貫通孔）４６が形成されている。筒部４０は、軸方向一方側の内周側に雌ねじ４８を有する。筒部４０の軸方向他方側に旋回溝４４が形成されている。旋回溝４４は、凹溝であり、筒部４０から蓋部４２にかけて形成されている。旋回溝４４は、貫通孔４６を中心として複数（等間隔で）形成されている（図２参照）。図２は、キャップ１４を軸方向一方側から見た図である。旋回溝４４は、貫通孔４６からその半径方向（中心線Ｃに直交する方向）に延びる仮想線Ｌに対して傾斜している。図２では、前記傾斜の角度をθとしている。

図１において、筒部４０は、小径部５０と、小径部５０よりも内径が大きい大径部５２とを有する。小径部５０に旋回溝４４が形成され、大径部５２に雌ねじ４８が形成されている。雌ねじ４８は、本体部１２の雄ねじ３６に噛み合う。キャップ１４は、小径部５０と大径部５２との間に軸方向一方側に臨む環状面５４を有する。雌ねじ４８を雄ねじ３６に締め付けると、環状面５４が、本体部１２が有する短円筒状の取付け部２８に接触する。これにより、キャップ１４の回り止めがされ、キャップ１４は本体部１２に位置決めされる。貫通孔４６の中心は、本体部１２が有するノズル部１８の中心線Ｃ上に位置する。

本体部１２は、ベース部１６とノズル部１８とを有する。図１の形態では、ベース部１６とノズル部１８とは同じ部材により構成されていて一体物である。ノズル部１８は、ベース部１６から軸方向他方側へ突出して設けられている。ベース部１６に、第一流体Ｇ１及び第二流体Ｇ２を供給する第一供給口２０及び第二供給口２２が設けられている。ベース１６に、第一供給口２０と繋がる上流側流路２４が形成され、ノズル部１８に下流側流路２６が形成されている。上流側流路２４と下流側流路２６とは連続し、これらにより第一流路２５が構成される。第一流路２５（下流側流路２６）は、ノズル部１８の先端において開口している。この開口の符号は「２７」である。第一供給口２０から供給された第一流体Ｇ１は、第一流路２５を通過して、開口２７から外部へ噴出される。

ベース部１６は、軸方向他方側であって、円柱状であるノズル部１８の径方向外方に、短円筒状の取付け部２８を有する。ノズル部１８と取付け部２８との間に周溝３０が形成されている。ベース部１６に、第二供給口２２と繋がる第二流路３２が形成されている。第二流路３２は周溝３０で開口している。図３において、この開口の符号は「３４」である。図３は、本体部１２を軸方向他方側から見た図である。取付け部２８は外周側に雄ねじ３６を有し、キャップ１４の雌ねじ４８と噛み合う。ねじ３６，４８によってキャップ１４が本体部１２に取付けられた状態で（図１参照）ノズル部１８の外周側とキャップ１４の内周側との間に空間３８が形成される。第二供給口２２から供給された第二流体Ｇ２は、前記第二流路３２を通過して開口３４（図３参照）から前記空間３８へ供給される。空間３８の第二流体Ｇ２は、キャップ１４の各旋回溝４４（図２参照）に沿って流れ、その後、キャップ１４の貫通孔４６から外部へ噴出される。旋回溝４４によって、第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の中心線Ｃを中心とする旋回流となって流出する。第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の開口２７から噴出された第一流体Ｇ１を巻き込んで、流体ノズル１０から噴出される。

図２に示すように、キャップ１４の外周輪郭形状は多角形（図２では六角形）となっている。これにより、工具を用いて直接的にキャップ１４を本体部１２に締め付けることができる。前記のとおり、旋回溝４４は第二流体Ｇ２を旋回流とする。このため、第二流体Ｇ２が旋回溝４４を通過する際、旋回溝４４は第二流体Ｇ２から、中心線Ｃを中心とする回転方向の力を受ける。つまり、第二流体Ｇ２が旋回溝４４を通過することでキャップ１４を回転させようとする力が発生する。そこで、本体部１２側の雄ねじ３６（第一ねじ）に対してキャップ１４の雌ねじ４８（第二ねじ）が締まる方向が、前記のようにキャップ１４を回転させようとする方向と一致している。この構成により、例えば長期使用により、キャップ１４が本体部１２から脱落するのを防ぐことができる。

〔第二の形態〕
図４は、流体ノズル１０の他の形態（第二の形態）を示す断面図である。第二の形態と、図１〜図３に示す第一の形態と異なる主な点は、本体部１２において、ノズル部１８がベース部１６と別体である点、キャップ１４（大径部５２）が外周側に雄ねじ４９を有しベース部１６の筒状の取付け部２８が内周側に雌ねじ３７を有する点、旋回溝４４は小径部５０及び大径部５２に形成されている点、及び、本体部１２に対するキャップ１４の位置決めのための構成である。また、第二の形態では、本体部１２に、キャリア流体Ｇ１等の流量調整機構（図示せず）を備えるブロック６６を取り付けることができる。第一の形態と第二の形態とで同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号（参照番号）を付し、重複する説明は省略する。

ノズル部１８は、軸状の部材であり、軸方向一方側の大径軸部６０と、大径軸部６０よりも外径が小さい軸方向他方側の小径軸部６２とを有する。大径軸部６０と小径軸部６２との間に軸方向他方側に向く環状の段付き面６４が設けられている。キャップ１４の雄ねじ４９を本体部１２の雌ねじ３７に噛み合わせ、締め付けることで、キャップ１４側の環状面５４がノズル部１８側の段付き面６４に接触する。前記締め付ける力によって、ノズル部１８はベース部１６に軸方向に押し付けられ固定される。更に、この状態で、キャップ１４の回り止めがされ、キャップ１４は本体部１２に位置決めされる。第二の形態では、ノズル部１８がベース部１６と別体であることから、直径が異なる下流側流路２６を有するノズル部１８に交換することが可能となる。

ねじ３７，４９によってキャップ１４が本体部１２に取付けられた状態で（図４参照）ノズル部１８の外周側とキャップ１４の内周側との間に空間３８が形成される。第二供給口２２に供給された第二流体Ｇ２は、第二流路３２を通過して、開口３４から前記空間３８へ供給される。空間３８の第二流体Ｇ２は、キャップ１４の各旋回溝４４（図５参照）に沿って流れ、その後、キャップ１４の貫通孔４６から噴出される。旋回溝４４によって、第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の中心線Ｃを中心とする旋回流となって流出する。第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の開口２７から噴出された第一流体Ｇ１を巻き込んで、流体ノズル１０から噴出される。

図５に示すように、キャップ１４の外周輪郭形状は多角形となっている。これにより、工具を用いてキャップ１４を直接的に本体部１２に締め付けることができる。第二の形態においても、第二流体Ｇ２が旋回溝４４を通過することでキャップ１４を回転させようとする力が発生する。そこで、本体部１２側の雌ねじ３７（第一ねじ）に対してキャップ１４側の雄ねじ４９（第二ねじ）が締まる方向が、前記のようにキャップ１４を回転させようとする方向と一致している。

〔第三の形態〕
図６は、流体ノズル１０の他の形態（第三の形態）を示す断面図である。第三の形態は、第二の形態の変形例であり、第二の形態と異なる主な点は、キャップ１４にアタッチメント６８が取付けられている点、及び、本体部１２がキャリア流体Ｇ１の流量調整機構７４を備えている点である。流量調整機構７４は、弁体７６を有し、弁体７６が軸方向に変位する。この変位により、弁体７６の一部と上流側流路２４との間に形成される流路の断面積が変更され、この流路を通過する第一流体Ｇ１の流量が調整される。第二の形態と第三の形態（第一の形態）とで同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号（参照番号）を付し、重複する説明は省略する。

第三の形態においても、第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の開口２７から噴出された第一流体Ｇ１を巻き込んで、流体ノズル１０から噴出される。アタッチメント６８は、筒状である第二のノズル７０とカバー７１とを有する。カバー７１は、キャップ１４の雄ねじ４９に噛み合う雌ねじ７２を有し、第二のノズル７０をキャップ１４との間に取り付ける。第二のノズル７０は、第一流体Ｇ１と第二流体Ｇ２とを受け誘導し外部へ噴出する。第二のノズル７０は球面座構造部７３を有し、中心線Ｃを中心として首振り動作（揺動）可能である。このため、流体Ｇ１，Ｇ２の噴出方向を変更することができる。第三の形態においても、ノズル部１８がベース部１６と別体であることから、直径が異なる下流側流路２６を有するノズル部１８に交換することが可能である。

〔前記各形態の流体ノズル１０について〕
以上のように、第一、第二、及び第三の各形態の流体ノズル１０は、本体部１２とキャップ１４とを備える。本体部１２はノズル部１８を有し、ノズル部１８は、第一流体Ｇ１が流れる流路（下流側流路２６）が中央に設けられ先端が開口する（開口２７）。キャップ１４は、本体部１２に取付けられ、ノズル部１８を覆う筒状（有底筒状）の部材である。そして、ノズル部１８とキャップ１４との間を第二流体Ｇ２が流れる。キャップ１４には、その内側に第二流体Ｇ２を通すための旋回溝４４が形成されていると共に、旋回溝４４を通った第二流体Ｇ２を通過させる貫通孔４６が設けられている。前記各形態の流体ノズル１０では、旋回溝４４によって、第二流体Ｇ２はノズル部１８の中心線Ｃを中心とする旋回流となって流出する。

ここで、旋回溝４４は、キャップ１４を加工対象として、例えばエンドミルによって形成される。旋回溝４４は、軸方向に同じ深さを有する。例えば、流体ノズル１０からの第一流体Ｇ１の噴出量を少量とする場合、第一流路２５及び開口２７の直径が小さくなる。すると、ノズル部１８の外径も小さくなる。このような細いノズル部１８の外周側に旋回溝を形成することは、加工領域が非常に狭くなることから、困難である。しかし、前記各形態の流体ノズル１０では、旋回溝４４がキャップ１４の内側に形成される。このため、ノズル部１８が細くなっても、旋回溝４４の加工領域は、ノズル部１８側に形成する従来の場合よりも広くなり、旋回溝４４の加工が容易となる。また、旋回溝４４の加工対象はキャップ１４であるために、旋回溝４４の加工のための別部材（前記特許文献１の場合のリング）は不要である。

前記各形態において、適用可能なノズル部１８の直径（外径）について説明する。図１、図４、図６それぞれにおいて、ノズル部１８の先側の外周面は、直径が８ミリメートル以下である。より具体的に説明すると、ノズル部１８のうち、先側の外周面１９は、軸方向に沿って外径が一定である円筒面であり、その直径Ｄが８ミリメートル以下である。特に、旋回溝４４がキャップ１４の内側に形成されることから、前記直径Ｄが５ミリメートル以下となる流体ノズル１０にも適用可能である。なお、前記直径Ｄの最小値の例として２ミリメートルである。なお、これらの具体的な値は目安であり、変更可能である。このように、ノズル部１８の直径Ｄが小さい場合であっても、その径方向外方にあるキャップ１４において旋回溝４４が形成される。ノズル部１８が細くなるにしたがって、そのノズル部１８の周囲に配置すべき旋回溝４４の形成領域が狭くなるが、旋回溝４４はキャップ１４の内側に形成されることから、前記のとおりその加工が容易である。つまり、ノズル部１８が細い場合において、前記各形態の流体ノズル１０は好適である。

旋回溝４４は（図２参照）、キャップ１４の内側において部分的に形成されている。つまり、キャップ１４の内側の一部（筒部４０の内周側の一部）に旋回溝４４が形成されている。そして、キャップ１４の内側の他部（筒部４０の内周側の他部）がノズル部１８の先側の外周面１９と（隙間無く又は隙間を有して）対向している。図１及び図４の形態では、ノズル部１８の外周面１９とキャップ１４の前記他部とは隙間無く対向していて、図６の形態では隙間を有して対向している。

前記各形態において、キャップ１４は、本体部１２の第一ねじに噛み合う第二ねじを有する。図１に示す第一の形態の第一ねじは雄ねじ３６であり、第二ねじは雌ねじ４８である。図４及び図６に示す第二及び第三の形態の第一ねじは雌ねじ３７であり、第二ねじは雄ねじ４９である。そして、各形態において、前記第一ねじに対して前記第二ねじが締まる方向は、第二流体Ｇ２が旋回溝４４を通過することでキャップ１４を回転させようとする方向と一致している。この構成により、第二流体Ｇ２がキャップ１４を回転させようとしても、その回転方向は、前記第一ねじと前記第二ねじとが締まる方向であるため、例えば長期使用により、キャップ１４が本体部１２から脱落するのを防ぐことができる。

前記各形態において、図７に示すように、ノズル部１８は、先端側に、先端１７に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面５６を有する。キャップ１４は、貫通孔４６に向かうにしたがって縮径し貫通孔４６と繋がるテーパ内周面５７を有する。テーパ外周面５６とテーパ内周面５７との間にテーパ流路５８が形成される。テーパ流路５８に沿った仮想延長テーパ面Ｆは、ノズル部１８の中心線Ｃ上の点Ｑで交差する。テーパ外周面５６とテーパ内周面５７との間には中心線Ｃを中心として全周にわたって隙間が形成され、この隙間がテーパ流路５８となる。テーパ流路５８は、旋回溝４４を流れた第二流体Ｇ２を通過させる。この構成によれば、旋回溝４４流れた第二流体Ｇ２はテーパ流路５８に沿って流れることで誘導され、テーパ流路５８を通過した第二流体Ｇ２は、ノズル部１８の中心線Ｃに向かって流れる。このため、中心線Ｃを中心とする旋回流（渦流）が生成されやすい。

前記各形態において、前記のとおり、第一流体Ｇ１は、下流側流路２６をノズル部１８の軸方向の一方側から他方側に向かって（図７では、下から上に向かって）流れて、開口２７から噴出する。ノズル部１８の先端１７は、キャップ１４の貫通孔４６よりも、軸方向の一方側（図７では下側）に位置する。この構成によれば、第一流体Ｇ１と第二流体Ｇ２とは流体ノズル１０において内部混合となりやすく、所望の混合流が得られる。

第一の形態（図１、図２参照）及び第二の形態（図４、図５参照）では、キャップ１４のうち、少なくとも蓋部４２を含む軸方向他方側の部分は、前記のとおり、多角形を有する。このため、前記部分は、工具によってキャップ１４を本体部１２へ前記第一ねじ及び前記第二ねじによって締め付けるための部分として機能する。第三の形態（図６参照）では、キャップ１４は、蓋部４２から更に軸方向他方側（図６では上側）へ延び雄ねじ４９を延長して形成するための筒状延長部６７を有する。このため、前記各形態において、キャップ１４の蓋部４２を含む部分は、中心線Ｃの直交方向（半径方向）に拡大した形状を有する。このようにキャップ１４の蓋部４２を含む部分が拡大形状を有することから、そのキャップ１４の内側に旋回溝４４が形成しやすくなる。

前記各形態において、旋回溝４４は、等間隔で形成される。旋回溝４４の数は変更可能であるが、旋回流の発生効率の観点で、奇数とするのが好ましい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
前記実施形態では（例えば図２参照）旋回溝４４は、径方向外側から径方向内側に向かって（傾斜する）直線状の溝であるが、円弧状に湾曲した溝であってもよい。

前記実施形態では、ノズル部１８から噴出させる第一流体Ｇ１がメイン流体（離型剤を含む流体）であり、旋回溝４４を通過する第二流体Ｇ２がキャリア流体（エア）である場合について説明したが、反対に、ノズル部１８から噴出させる第一流体Ｇ１がキャリア流体（エア）であり、旋回溝４４を通過する第二流体Ｇ２がメイン流体（離型剤を含む流体）であってもよい。また、前記流体ノズル１０を対象物の冷却用として用いる場合、第一流体Ｇ１と第二流体Ｇ２とを、水とエアとの組み合わせとすることでき、また、潤滑油を噴出する流体ノズル１０とする場合、第一流体Ｇ１と第二流体Ｇ２とを、潤滑油とエアとの組み合わせとすることできる。このように前記流体ノズル１０は様々な分野に適用可能である。

１０：流体ノズル １２：本体部 １４：キャップ
１７：先端 １８：ノズル部 １９：外周面
２６：下流側流路（流路） ２７：開口 ３６：雄ねじ（第一ねじ）
３７：雌ねじ（第一ねじ） ４４：旋回溝 ４６：貫通孔
４８：雌ねじ（第二ねじ） ４９：雄ねじ（第二ねじ） ５６：テーパ外周面
５７：テーパ内周面 ５８：テーパ流路 Ｃ：中心線
Ｆ：仮想延長テーパ面 Ｇ１ 第一流体 Ｇ２ 第二流体
Ｑ：点

Claims (5)

1. 第一流体が流れる流路が中央に設けられ先端が開口するノズル部を有する本体部と、前記本体部に取付けられ前記ノズル部を覆う筒状のキャップと、を備え、前記ノズル部と前記キャップとの間を第二流体が流れる流体ノズルであって、
   前記キャップには、当該キャップの内側に前記第二流体を通すための旋回溝が形成されていると共に、当該旋回溝を通った前記第二流体を通過させる貫通孔が設けられていて、
   前記ノズル部の先側の外周面は、直径が８ミリメートル以下であり、
   前記キャップの内側の一部に前記旋回溝が形成されていて、当該内側の他部が前記先側の外周面と対向している、流体ノズル。
2. 第一流体が流れる流路が中央に設けられ先端が開口するノズル部を有する本体部と、前記本体部に取付けられ前記ノズル部を覆う筒状のキャップと、を備え、前記ノズル部と前記キャップとの間を第二流体が流れる流体ノズルであって、
   前記キャップには、当該キャップの内側に前記第二流体を通すための旋回溝が形成されていると共に、当該旋回溝を通った前記第二流体を通過させる貫通孔が設けられていて、
   前記キャップは、前記本体部の第一ねじに噛み合う第二ねじを有し、
   前記第一ねじに対して前記第二ねじが締まる方向は、前記第二流体が前記旋回溝を通過することで前記キャップを回転させようとする方向と一致している、流体ノズル。
3. 第一流体が流れる流路が中央に設けられ先端が開口するノズル部を有する本体部と、前記本体部に取付けられ前記ノズル部を覆う筒状のキャップと、を備え、前記ノズル部と前記キャップとの間を第二流体が流れる流体ノズルであって、
   前記キャップには、当該キャップの内側に前記第二流体を通すための旋回溝が形成されていると共に、当該旋回溝を通った前記第二流体を通過させる貫通孔が設けられていて、
   前記ノズル部は、先端側に、先端に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面を有し、
   前記キャップは、前記貫通孔に向かうにしたがって縮径し当該貫通孔と繋がるテーパ内周面を有し、
   前記テーパ外周面と前記テーパ内周面との間に、前記旋回溝を流れた前記第二流体を通過させるテーパ流路が形成され、当該テーパ流路に沿った仮想延長テーパ面は、前記ノズル部の中心線上の点で交差する、流体ノズル。
4. 第一流体が流れる流路が中央に設けられ先端が開口するノズル部を有する本体部と、前記本体部に取付けられ前記ノズル部を覆う筒状のキャップと、を備え、前記ノズル部と前記キャップとの間を第二流体が流れる流体ノズルであって、
   前記キャップには、当該キャップの内側に前記第二流体を通すための旋回溝が形成されていると共に、当該旋回溝を通った前記第二流体を通過させる貫通孔が設けられていて、
   前記第一流体は、前記流路を前記ノズル部の軸方向の一方側から他方側に向かって流れて、前記開口から噴出し、
   前記ノズル部の先端は、前記貫通孔よりも、軸方向の一方側に位置する、流体ノズル。
5. 前記ノズル部の先側の外周面は、直径が８ミリメートル以下であり、
   前記キャップの内側の一部に前記旋回溝が形成されていて、当該内側の他部が前記先側の外周面と対向している、請求項２〜４のいずれか一項に記載の流体ノズル。

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