(57)【要約】【課題】汚損が減少、さらには無くなる、強風条件下での使用に適した噴霧ノズル組立体。【解決手段】噴霧ノズルはノズル本体の下流端の一つまたは複数の空気口（１６０）に空気を導く空気供給源と流体連通した空気流路と、ノズル本体の液体出口（１５０）に液体を導く液体供給源と流体連通した液体流路とを有するノズル本体（１１０）を有する。ノズル本体の下流端にはエアキャップ（１２０）が配置され、このエアキャップは一つまたは複数の空気口と流体連通したオリフィスを有し、このオリフィスは液体出口の外側に配置されている。噴霧ノズルはさらに液体出口に配置された延長部（１７０）を有し、液体出口はエアキャップの表面を超えて突出している。
2005527361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（１）〜（３）から成る噴霧ノズル：
（１）  ノズル本体の下流端の一つまたは複数の空気口へ空気を導くための空気供給源と流体連通した空気流路と、ノズル本体の下流端の液体出口へ液体を導くための液体供給源と流体連通した液体流路を有するノズル本体とを有するノズル本体、
（２）  上記液体出口の外側に配置され且つ上記空気口の一つまたは複数と流体連通したオリフィスを有する上記ノズル本体の下流端に配置されたエアキャップ、
（３）  上記液体出口がエアキャップの外側面表面を超えて突出するように液体出口に配置された延長部。
【請求項２】
上記エアキャップがオリフィスの外側でエアキャップの中心から等間隔の所に配置された一対のエアホーンを有し、各エアホーンが上記エアキャップの上側表面に対して４５°の角度で傾斜した空気出口を有する請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項３】
エアキャップの周りにエアパージシュラウドが配置され、このエアパージシュラウドは上記エアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有し、
ノズル本体が空気流路に流体連通した一つまたは複数のポートをさらに有し、このポートがパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に空気供給源から空気の一部を導く請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項４】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度以下である請求項３に記載の噴霧ノズル。
【請求項５】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度の約０．０５〜約９０％である請求項３に記載の噴霧ノズル。
【請求項６】
パージシュラウドの開口部から放出される空気が液体のスプレーの方向に対して約０〜約９０°の角度を成す請求項３に記載の噴霧ノズル。
【請求項７】
オリフィスから放出される空気が液体のスプレーの方向に対して０〜４５°の角度を成す請求項３に記載の噴霧ノズル。
【請求項８】
エアキャップの周りにエアパージシュラウドが配置され、このエアパージシュラウドはエアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有し、エアパージキャップがこのパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に第２の空気供給源から空気を導く請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項９】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度以下である請求項８に記載の噴霧ノズル。
【請求項１０】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度の約０．０５〜約９０％である請求項８に記載の噴霧ノズル。
【請求項１１】
パージシュラウドの開口部から放出される空気が液体のスプレーの方向に対して約０〜約９０°の角度で放出される請求項８に記載の噴霧ノズル。
【請求項１２】
オリフィスから放出される空気が液体のスプレーの方向に対して０〜４５°の角度で放出される請求項８に記載の噴霧ノズル。
【請求項１３】
エアキャップが一つまたは複数の第２のオリフィスをさらに有し、この第２のオリフィスは上記オリフィスの周りに配置され且つ空気供給源と流体連通している請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項１４】
第２のオリフィスがアーチ形をしている請求項１３に記載の噴霧ノズル。
【請求項１５】
第２のオリフィスが丸い形をしている請求項１３に記載の噴霧ノズル。
【請求項１６】
上記延長部の端部がテーパ状になっている請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項１７】
上記延長部がダックビル弁である請求項９に記載の噴霧ノズル。
【請求項１８】
液体開口部を密封するための弁部材をさらに有する請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項１９】
弁部材が空気作動のニードルである請求項１８に記載の噴霧ノズル。
【請求項２０】
ハウジングの内部に収容され、このハウジングが被噴霧液体をハウジング外部へ放出するためのポートを有する請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項２１】
上記ハウジングが噴霧ノズルとハウジングのポートとの間にシールを形成する密封手段を有する請求項２０に記載の噴霧ノズル。
【請求項２２】
ノズル本体の下流端の少なくとも一つの空気口に空気を導く、空気供給源と流体連通した空気流路とノズル本体の下流端の液体出口に液体を導く、液体供給源と流体連通した液体流路とを有するノズル本体と、
液体出口の外側に配置されたオリフィスを有し、上記液体出口および空気口と流体連通した、ノズル本体の下流端に配置されたエアキャップと、
液体出口がエアキャップの外側面表面を超えて突出する状態で、上記液体出口の周りに配置された延長部と、
エアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有する、エアキャップの周りに配置されたエアパージシュラウドとを有し、
ノズル本体が空気流路と流体連通した一つまたは複数のポートをさらに有し、このポートがパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に空気供給源から空気の一部を導く請求項１に記載の噴霧ノズル。
【請求項２３】
エアパージシュラウドが、パージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に第２の空気供給源から空気を導く請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項２４】
空気が第２の空気供給源からだけ導かれる請求項２３に記載の噴霧ノズル。
【請求項２５】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度以下である請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項２６】
パージシュラウドの開口部から放出される空気の速度がオリフィスから放出される空気の速度の約０．０５〜約９０％である請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項２７】
パージシュラウドの開口部から放出される空気が液体のスプレーの方向に対して約０〜約９０°の角度で放出される請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項２８】
オリフィスから放出される空気が液体のスプレーの方向に対して０〜４５°の角度で放出される請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項２９】
エアキャップが一つまたは複数の第２のオリフィスをさらに有し、この第２のオリフィスは上記オリフィスの周りに配置され且つ空気供給源に流体連通している請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項３０】
第２のオリフィスがアーチ形である請求項２９に記載の噴霧ノズル。
【請求項３１】
第２のオリフィスが丸い形をしている請求項２９に記載の噴霧ノズル。
【請求項３２】
上記延長部の端部がテーパ状をしている請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項３３】
上記延長部がダックビル弁である請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項３４】
液体開口部を密封するための弁部材をさらに有する請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項３５】
弁部材が空気作動のニードルである請求項３４に記載の噴霧ノズル。
【請求項３６】
ハウジングの内部に収容され、このハウジングが被噴霧液体をハウジング外部へ放出するためのポートを有する請求項２２に記載の噴霧ノズル。
【請求項３７】
ハウジングが噴霧ノズルとハウジングのポートとの間にシールを形成する密封手段を有する請求項３６に記載の噴霧ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外側に噴霧する噴霧ノズル組立体（externally atomizing spray nozzle assembly)に関するものである。
本発明は特に、液体を散布するための外側に噴霧する噴霧ノズル組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
強風条件下で噴霧ノズルを用いて液体を散布すると噴霧ノズル組立体が汚れ、性能が低下し、装置洗浄のために何度も作業休止時間をとらなければならなくなる。この問題は高分子液体、粒子含有液体あるいは凝集成分を含む液体を強風条件下で散布する場合に見られ、例えば、除草剤、殺虫剤または肥料を航空機を用いて散布する散布法や、自動車組立ラインのように十分に換気された環境下での揮発性ペイントのスプレー塗装や、列車から軌道上に液体組成物を噴霧または散布する交通ペイントの噴霧または散布で特に見られる。
【０００３】
水性摩擦低減剤（フリクションモディファイア）を機関車に搭載し、それをレール上面へ噴霧する場合には、この水性摩擦低減剤を安定かつ確実に塗布することができるように設計されたノズルを使用する必要がある。経済的信頼性のあるシステムとするためには、保守期間と保守期間との間の期間（９０日〜１８０日程度）、分配ノズルは完全に機能しなければならない。水性摩擦低減剤を用いた噴霧形態にした場合にはレール表面上に潤滑剤を散布する手段として液体の蒸気を必要とする車載散布システムとは違ってレール幅全体を被覆することができ、広範囲のカーブに散布でき、乾燥速度を速くすることができるという利点がある。
【０００４】
しかし、噴霧スプレーの場合には噴霧パターンが環境条件および物理条件によって損なわれ、噴霧した材料がノズル表面に急速に堆積してしまう。この環境条件にはクロスフロー条件、例えば、移動中の機関車に起因する随伴ウインド流の影響も含まれる。さらに、ノズルの物理的形状（設計）も空気流に影響を与える。すなわち、空気の乱れまたは負圧領域を生じて噴霧スプレーしたものが循環してノズルへ戻り、そこに堆積する。ノズル表面に噴霧材料が堆積するとノズルから出たアトマイズ用空気の流れが妨げられ、ノズルの液体オリフィスから出る液体の流量が低下してしまう。
【０００５】
標準的な空気噴霧（アトマイゼーション）ノズルはエアキャップの上側表面に対して鋭角（例えば４５°）に配置された一対のエアホーン（直径方向で互いに反対側に位置する）を有するエアキャップを使用する。このエアホーンは過剰噴霧によって閉塞し易い。特に外部空気流が存在する場合に詰まり易い。エアホーンが詰まるとノズル前面の空気圧のバランスが無くなるため、間違った方向に噴霧され、一部しかアトマイズされない流体流になってしまう。
【０００６】
下記文献に記載の外側で混合する空気噴霧スプレーノズルは、ノズル中央に配置された液体の円形オリフィスと、この液体出口の外側にそれと同心状に配置された空気出口と、直径方向反対側に位置した２対の空気出口とを有し、各対の空気出口は空気出口の外側で空気出口から等間隔に配置されている。
【特許文献１】米国特許第２，５８７，９９３号明細書
【０００７】
この場合、一対の空気出口は空気流をエアキャップの内側へ流し、他方の対の空気出口はエアキャップの中心から出てくる空気流とほぼ平行に空気流を流す。この噴霧ノズルは空気エンベロープで囲まれた平らな扇形の噴霧パターンを形成する。この空気エンベロープが液体の過剰噴霧量を制限している。
下記文献には楕円形の液体出口と、この液体出口の外側でこれと同心状に配置された楕円形の空気出口とを有する外側で混合する空気噴霧液体スプレーノズルが記載されている。
【特許文献２】米国特許第４，２３６，６７４号明細書
【０００８】
このノズルの設計では噴霧ノズルから放出された液体を平らな扇形の噴霧パターンへ直接霧化するので、ノズル中央から放出される霧化された液体のスプレーを平らにするための追加のエアホーンは不要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記の目的は、独立請求項の特徴の組み合わで達成される。従属請求項は本発明のさらに有利な実施例を示している。
本発明の対象は、外側に噴霧する噴霧ノズル組立体、特に液体を分配するための外側に噴霧する噴霧ノズル組立体にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一つの観点から提供される噴霧ノズルは下記（１）〜（３）から成る：
（１）  ノズル本体の下流端の一つまたは複数の空気口へ空気を導くための空気供給源と流体連通した空気流路と、ノズル本体の下流端の液体出口へ液体を導くための液体供給源と流体連通した液体流路を有するノズル本体とを有するノズル本体、
（２）  上記液体出口の外側に配置され且つ上記空気口の一つまたは複数と流体連通したオリフィスを有する上記ノズル本体の下流端に配置されたエアキャップ、
（３）  上記液体出口がエアキャップの外側面表面を超えて突出するように液体出口に配置された延長部。
【００１２】
この観点では、オリフィスは液体開口部から放出された液体流の方向にほぼ平行な前方方向へ圧縮空気流れを向け、その結果、少なくとも液体の一部が霧化する。
この変形施例の本発明噴霧ノズルのエアキャップは、オリフィスの外側でエアキャップの中心から等間隔の所に一対のエアホーンを有する。各エアホーンはエアキャップの上面に対して４５°の角度で傾斜した空気出口を有する。
【００１３】
本発明の噴霧ノズルはエアキャップの周りに配置されるエアパージキャップをさらに有することができる。このエアパージキャップはエアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有する。この場合、ノズル本体は空気流路と流体連通した一つまたは複数のポートをさらに有することができ、このポートはパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に空気供給源から空気の一部を導く。空気導管に流入した空気はエアパージキャップの開口部を通ってエアキャップの中心に向かって放出される。この開口部から放出される空気の速度はオリフィスから放出される空気の速度よりも遅いのが好ましい。
【００１４】
本発明の別の実施例の噴霧ノズルは、エアキャップの周りに配置されたエアパージキャップ（シュラウド）をさらに有する。このエアパージキャップ（シュラウド）はエアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有し、エアパージキャップはこのパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に第２の空気供給源から空気を導く。
【００１５】
本発明の別の対象は、
ノズル本体の下流端の少なくとも一つの空気口に空気を導く、空気供給源と流体連通した空気流路とノズル本体の下流端の液体出口に液体を導く、液体供給源と流体連通した液体流路とを有するノズル本体と、
液体出口の外側に配置されたオリフィスを有し、上記液体出口および空気口と流体連通した、ノズル本体の下流端に配置されたエアキャップと、
エアキャップのオリフィスの周りに配置された開口部を有する、エアキャップの周りに配置されたエアパージキャップと、
上記液体出口がエアキャップの外側面表面を超えて突出するように液体出口に配置された延長部とを有し、
ノズル本体が空気流路と流体連通した一つまたは複数のポートをさらに有し、このポートがパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に空気供給源から空気の一部を導く噴霧ノズルにある。
【００１６】
本発明の上記定義の観点では、オリフィスは液体開口部から放出された液体流の方向に略平行な前方方向へ圧縮空気流を向け、その結果、液体の少なくとも一部を霧化し、さらに、エアパージキャップは少なくとも一つの空気流路からの空気の一部をエアパージキャップの開口部を通ってエアキャップの中心へ向かって放出するように流す。この開口部から放出された空気はオリフィスから放出された空気よりも気圧が低いのが好ましい。エアパージシュラウドはこのパージシュラウドの開口部と流体連通した空気導管に第２の空気供給源のみから空気を導くのが好ましい。
【００１７】
本発明の変形例では、エアキャップのオリフィスが円形で、液体開口部の外側に同心状に配置されるのが好ましい。
本発明の別の実施例では、エアパージキャップの開口部が円形で、エアキャップの外側に同心状に配置されるのが好ましい。
変形例では、エアキャップが周方向に配置された、好ましくはアーチ形の、複数のオリフィスをさらに有し、これらのオリフィスは少なくとも一つの空気開口部と流体連通し、エアキャップのオリフィスの外側に配置される。
【００１８】
エアキャップが上記の複数のオリフィスを有する場合、エアキャップのオリフィスから空気が放出されないようにエアキャップを液体開口部のみと流体連通させるのが好ましい。
別の実施例では上記延長部がダックビル弁（duckbill valve）である。
さらに別の実施例では液体開口部の延長部の端部にテーパが付けられる。
別の実施例では、本発明ノズルがハウジング中に主用される。このハウジングはノズルによって作られた霧化された液体をハウジング外へ放出するためのポートを有している。
別の実施例では、ハウジングは噴霧ノズルとハウジングのポートとの間にシールを形成するための密封手段、例えばＯリングを有する。
【００１９】
本発明噴霧ノズルは中央開口部から環状の空気流を作る。この空気流は噴霧ノズルから放出される液体流に対してほぼ平行である。このタイプの空気流によって生じるアトマイズされた物質の液滴は、エアキャップの中心オリフィスから等間隔の所に互いに反対側に配置された一対の噴霧ホーンを有する噴霧ノズルを用いて作った液滴よりも大きな寸法を有する。本発明で作られるアトマイズされた物質の液滴の寸法が大きいので、噴霧パターンはより狭くなり、その結果、過剰噴霧量が低下し、噴霧ノズルおよびキャップ上への堆積が大幅に減る。
本発明の上記または上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。
【００２０】
本発明は外側に噴霧する噴霧ノズル組立体に関するものである。
本発明は特に、摩擦低減剤または潤滑剤のような液体を分配・散布するための外側に噴霧する噴霧ノズル組立体に関するものであるが、これらの液体に限定されるものではない。
以下、本発明の好ましい実施例を例として示すが、本発明を実施するのに必要な特徴が下記の組合せに限定されるものではない。
【００２１】
本発明の噴霧ノズル組立体は粘性液体または粒子含有液体、例えば鉄道軌道上に塗布される摩擦制御用液体組成物の霧化に適しているが、この液体に限定されるものではない。この摩擦制御用液体組成物の例はＫＥＬＴＲＡＣＫ（商標）および下記文献に記載のものが挙げられる。
【特許文献３】国際特許出願第ＷＯ９８／１３４４５公報
【特許文献４】国際特許出願第ＷＯ０２／２６９１９公報
【特許文献５】カナダ国特許第２，３２１，５０７号公報
【特許文献６】欧州特許第０２２５２６５１号公報
【００２２】
これら特許の内容は本明細書の一部を成す。しかし、これら液体に限定されるものではなく、以下で説明する噴霧ノズル組立体は任意の液体の分配・散布にしようできるということは理解できよう。
【実施例】
【００２３】
本発明者達は、現在の噴霧ノズル（［図１Ａ］［図１Ｂ］）は強風条件下では噴霧ノズルが汚損するため、粘性液体または粒子含有液体の供給に適していないということを見出した。
強風条件下では霧化された液体が噴霧ノズル上に堆積する速度が速くなる傾向がある。この問題は移動中のＨｉ−Ｒａｉｌトラックや列車から摩擦制御用液体組成物を鉄道軌道上に塗布するときに見られるような常に風が当たる条件下ではさらに悪化する。さらに、空気のクロスフローが作られる別の条件でも噴霧ノズルの汚れが起こる。また、噴霧の種々の用途、例えば肥料、殺虫剤、除草剤等を航空機を利用して噴霧や、道路のラインのスプレーや、自動車組立ライン等の十分に換気された環境でのペイントの噴霧で噴霧ノズルの汚損が起こる。本発明のノズル組立体はこれらの用途にも適している。
本発明の噴霧ノズル組立体は、過剰噴霧によって噴霧ノズルが汚れることが多い空気のクロスフローが存在する条件下での霧化されたスプレーの散布にも適している。本発明の噴霧ノズルを空気のクロスフローが存在する条件下で用いると汚損が減少または無くなる。本発明の噴霧ノズルによってノズルの汚損が減る理由は下記のｉ）〜iv）であると考えられるが、下記の理論に縛られるものではない：
【００２４】
ｉ）  噴霧ノズルに横方向から供給される空気の点源、例えばエアホーン（例えば６５、［図１Ａ］［図１Ｂ］）を通って運ばれる横方向から空気供給の点源を減少または無くすか、エアホーンを無くし、噴霧ノズルからの空気供給と組み合わせること（［図２Ａ］）で噴霧ノズルから出る霧化されたスプレーの扇形への広がりが小さくなる。
ii)  噴霧ノズルの正面に正圧のミクロ環境を作ることで、ノズル面の表面における気流の速度を速くし、ノズル面での噴霧溶滴の堆積を減少、さらには無くすことができる。正圧のミクロ環境では非対称的な過剰噴霧が生じないので、正圧のミクロ環境は霧化されたスプレーに対して均一にするのが好ましい。例えば、パージシュラウド（エアパージキャップという、［図２Ｃ］、２３０、［図３］）を介して空気流を供給することで噴霧ノズルの正圧のミクロ環境を増やすことができるが、この方法に限定されるものではない。
【００２５】
iii)   横方向空気流に比べて霧化されたスプレーと同軸な空気流を増やすことで汚染は減る。これは例えば下記の手段ａ）〜ｃ）を用いて行うことができるが、これらに限定されるものではない：
ａ）噴霧ノズルの液体出口（１５０、［図２Ａ］［図２Ｂ］）をエアキャップ１２０または２００の外側正面の表面を超えた所へ延ばす。
ｂ）噴霧出口にダックビル（例えば１７０、［図２Ａ］［図２Ｂ］［図３］［図４］）を追加する。
ｃ）噴霧ノズルの一部を取り囲むハウジングを追加して噴霧ノズルの周りから外側の気流を減少または除去する（［図５Ａ］［図５Ｂ］）。
iv)  上記の方法の組合せで汚染は減る。
【００２６】
［図１Ａ］に示す従来の噴霧ノズル組立体１０はエアキャップ２０と、液体キャップ５０と、サイドロード式ノズル本体５５とを有している。エアキャップ２０は中心に配置された円形オリフィス３０と、４５°の角度に傾斜して等間隔に配置された一対の空気出口４０、４５とを有している。液体開口部６０から放出された液体はオリフィス３０から放出された環状の空気流によって霧化される。次いで、霧化された噴霧はエアホーン６４、６５内の空気出口４０、４５からの空気流によって平らまたは扇形に広げられる。液体開口部６０を開閉するために空気作動式のニードル弁が用いられる。
【００２７】
［図１Ｂ］は後方ロード式の噴霧ノズル組立体（７５）を示している。この噴霧ノズル組立体は［図１Ａ］に示したノズル組立体の液体キャップとエアキャップとを用いているが、ニードル弁の代わりに当業者に周知の可撓性ダックビル（duckbill）８０を用いている。ダックビルはゴム,その他の可撓性材料で作ることができる。ダックビル８０の基部はエアキャップ２０と液体キャップ５０との間に固定され、エアキャップ２０の上側表面を超えて軸線方向へ延びている。ダックビル８０の前端がエアオリフィス３０の全面積を占めるのでエアキャップ２０の中心からは液体しか放出されない。強風条件下や換気システムによって強い気流が発生する状況下では［図１Ａ］および［図１Ｂ］に示した噴霧ノズル組立体は霧化された液体の過剰噴霧によって空気出口および／または液体出口が被覆され易く、噴霧性能は時間の経過とともに次第に低下していく。
【００２８】
［図２Ａ］は本発明の噴霧ノズル組立体（１００）の一つの実施例を示している。この噴霧ノズル組立体（１００）はノズル本体１１０と、エアキャップ１２０と、液体キャップ１３０とを備えている。エアキャップ１２０は締付ナット１２５を用いて液体キャップ１３０に固定されている。液体キャップ１３０はノズル本体１１０と一体化できる。ノズル本体（１１０）はほぼ中心に配置された縦方向に延びた液体運搬用流路１４０を有する。液体は液体出口１５０へ導かれる。この液体出口はエアキャップ１２０内の円形オリフィス１６０と流体連通している。可撓性ゴムのダックビル１７０の基部はエアキャップ１２０と液体キャップ１３０との間に固定されている。ダックビル１７０の基部とエアキャップ１２０との間にはダックビルを定位置に固定するための止め輪１８０が配置されている。この止め輪１８０の周囲には空気口１８５が等間隔に形成されている。
【００２９】
円形オリフィス１６０は空気流路１９０を介して圧縮空気源に流体連通される。液体チャンバ１４０からポンプを用いて液体を送ると、液体出口１５０およびダックビル１７０を通る液体流が生じる。空気流路１９０の中を移動する圧縮空気は止め輪１８０の穴１８５を通った後、円形オリフィス１６０を通って均一かつ円形な同軸空気流となり、液体出口１５０から出る液体を霧化して霧化されたスプレーを作る。
【００３０】
［図２Ａ］に示す実施例の場合、円形オリフィス１６０から出た均一かつ円形な同軸の空気流が作る噴霧パターンは過剰噴霧が減少する。それによってノズルの汚損が減少する。また、同軸な空気流は液体出口１５０を取り囲む領域を霧化された液体が堆積しない状態に維持するを助ける。
【００３１】
［図２Ｂ］に示す本発明の別の実施例では、［図２Ａ］に示された噴霧ノズル組立体のエアキャップの代わりに、中心に配置された円形オリフィス２１０とエアキャップの中心から等間隔の所に配置された一対の空気出口（２２０、２２５）とを有し、さらに、エアキャップの上面に対して４５°の角度で傾斜したエアキャップ２００を用いる。空気出口２２０、２２５から放出された空気によってエアキャップ２００の中心から扇形に広がる霧化されたスプレーが生じる。
【００３２】
本発明の別の観点から、液体出口１５０の長さをエアキャップ（１２０、２００）の前面を超えて延ばし、その先端にテーパを付ける。この場合にはダックビルを液体出口の延長部をさらに延ばすために用いるか、それを空気作動式または機械作動式のニードル弁に代えるか、そうしたニードル弁と一緒に用いることができる。
【００３３】
［図３］および［図４］に示す本発明のさらに別の実施例では、［図２Ａ］に示す噴霧ノズルのエアキャップ１２０の周りにエアパージキャップ（air purge cap）（またはシュラウド、shroud）２３０が設けられている。エアパージキャップ２３０はエアキャップ１２０の外側に同心状に配置された一つ（例えば［図４］）または複数（［図２Ｃ］）のパージ開口２４０を有している。空気流路１９０は、液体キャップ（１３０）の一つまたは複数のポート２５０を介して、液体キャップ１３０、エアキャップ１２０とエアパージキャップ２３０との間に形成された空気導管２６０へ圧縮空気を流し、それによって空気は一つまたは複数のパージ開口２４０を通って放出される。ポート２５０の寸法はパージ開口２４０を通って流出する圧縮空気の圧力および容積を調整するように調節できる。例えば、空気流をパージ開口（２４０）に送るために１８０°離して配置した直径が約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）の２つのポート（２５０）を用いるか、液体キャップ（１３０）の周りに約１２０°離して等間隔に配置した直径が約０．７９４ｍｍ（０．０３１２５インチ）の３つのポート（２５０）を用いるか、７２°の間隔で配置した直径が約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の５つのポート（２５０）を用いれば十分であるが、これらに限定されるものではない。必要に応じて開口直径の異なる追加のポート（２５０）をさらに用いることもできる。
【００３４】
パージ開口は円形オリフィス１６０を通って供給される同軸な気流の周りに均一な空気の流れを与えるための環状の連続リング開口（例えば［図４］に示すもの）にすることができるが、複数の開口部を用いて噴霧ノズルの正面に正圧の環境を作ることもできる（［図２Ｃ］参照）。例えば、複数の部分環状リング開口または半円形開口部を用いたり、複数の丸形または円形のいずれかの開口を円形オリフィス１６０の周りのパージシュラウド２３０内に同心状に配置することができるが、これらに限定されるものではない。エアキャップ（１２０）とパージエアキャップ（２３０）との間のパージ開口（２４０）の隙間は放出された空気の速度によって円形オリフィス１６０での物質の堆積が有効に阻止されると同時に霧化された噴霧の流れの方向を妨げて過剰噴霧とならないように選択しなければならない。この隙間の幅は通常の実験で決定でき発明力は不要である。パージ開口２４０の幅の例としては約０．２５４〜約５．０８ｍｍ（約０．０１０インチ〜約０．２インチ）、約１．２７〜約３．８１ｍｍ（０．０５インチ〜約０．１５インチ）、約１．５４〜約２．５４ｍｍ（約０．０６インチ、または約０．１インチ）、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）または約１．６ｍｍ（０．０６３インチ）が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
変形例では空気導管２６０に独立した加圧空気源から空気を供給してパージ開口２４０から放出された空気の速度および／または圧力が独立して制御できるようにする。
パージ開口２４０から放出された空気によって噴霧ノズルの正面に正圧のミクロ環境が生じる。過剰噴霧に起因する汚損を減らすことができる任意の適当な気圧を用いることができる。パージ開口２４０から出る空気の速度および容積は円形オリフィス１６０から出る空気の速度および容積よりも少ないのが好ましい。パージ開口２４０から出る空気の速度は好ましくは円形オリフィス１６０を通って放出される空気の速度の約０．０５〜約９０％、に好ましくは約０．１〜約５０％である。
【００３６】
本発明の別の観点では、パージ開口２４０から放出された空気はエアキャップ１２０の上側表面に対して約０〜約９０°、好ましくは約０〜約４５°の角度で放出される。
［図５Ａ］[図５Ｂ]［図８］は［図２Ａ］に示した噴霧ノズル組立体に現場使用時に取付けるハウジングの実施例を示している。この実施例ではハウジングはノズルカバー（２７０、［図５Ａ］および［図５Ｂ］）または凹んだハウジング（２９０、［図８］）の形をしているが、これらに限定されるものものではない。このハウジングの他の形状としては現場使用時にノズルを取り付け、ノズル部品を保護し、あるいはその両方を行う手段が考えられる。
【００３７】
［図５Ａ］［図５Ｂ］に示すように、ノズルカバー（２７０）はノズル組立体からの噴霧を流出させる一つまたは複数のポート２８０を有することができる。あるいは、凹んだハウジング（２９０、［図８］）を用いて、現場でノズル部品に簡単にアクセスでき、ハウジングの凹部によってノズル部品を保護することもできる。
【００３８】
ハウジングをノズル組立体から分離でき、また、ハウジングをノズル組立体の例えばノズル本体またはパージシュラウドの外周に取り付けることもできる。ハウジングはノズル組立体が汚染されるのを防ぐ役目をする。ハウジングはノズル組立体の汚損の減少には役立つが、ノズル組立体のエアキャップの汚損の減少には不用であろう。
【００３９】
ハウジング（２７０［図５Ａ］［図５Ｂ］または２９０［図８］）は使用中に油脂、塩、付着した氷、岩屑および岩石からノズル組立体を保護する。従って、ハウジング（２７０；２９０）は丈夫で耐腐食性のある弾力材料で造るのが好ましい。ノズルカバー（２７０）の場合にはハウジングを長方形の箱または円筒の形に作ることができるが、噴霧ノズル組立体を有効に保護でき、連続運転を妨げない任意の形にすることができる。
【００４０】
ハウジングがノズルカバーの場合やノズルカバーがノズル本体に取付けられていない場合には第２のポートをノズルカバーに設けて第２の空気流をカバー内に導入することができる。ノズルカバーは空気がノズルポートのみを通って流れるように密封するのが好ましい。この第２の空気流によってノズルカバー内に正圧のミクロ環境が生じ、それによって空気がノズルカバーおよびノズルから出て過剰噴霧によるノズルの汚損が減少する。ノズルカバーをパージシュラウドに取付けると空気流がパージシュラウドから出るので同様な効果が得られる。
【００４１】
ノズルカバー（２７０［図５Ａ］［図５Ｂ］）を用いた試験からノズル組立体の汚損の減少が証明される（実施例６参照）。凹んだハウジング（２９０［図８］）を用いた同様な試験でもノズル組立体の汚損（噴霧の堆積）が減少することが証明される（実施例７参照）。
ノズルをノズルカバー（２７０）内に収容するか、凹んだハウジング（２９０）とともに後退させて、ノズル組立体の外側表面がハウジングから突出しないようにするのが好ましい。
【００４２】
液体ノズルから放出される物質を完全に霧化するのが好ましいが、物質の一部を霧化する場合も本発明の範囲に含まれる。
本発明の噴霧ノズルは粘性のある液体物質の噴霧に特に有用であるが、任意の形態で存在する任意の種類の物質を用いることができる。本発明の噴霧ノズルは風の強い環境下で物質を塗布、散布する条件下での使用に特に適している。
以上、本発明の噴霧ノズル組立体を、特に粘性摩擦制御組成物を鉄道軌道上に塗布する用途に関して説明したが、本発明の噴霧ノズルは強い空気流が存在する環境下で任意の種類の組成物を塗布するのに同様に有効である。そうした噴霧用途としては作物への殺虫剤の噴霧、道路ラインの塗布および強力換気環境下での自動車へのスプレーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
上記の説明は本発明の請求の範囲をなんら限定するものではない。また、上記の特徴の上記の組み合せのみが本発明の課題解決に絶対に必要というわけでもない。
以下、本発明の実施例を説明するが、下記実施例は単に説明のためであり、本発明の範囲をなんら限定するものではない。
【００４４】
実施例１（比較例）
霧化空気流と扇形拡大用空気流を別々に有する噴霧ノズルとニードル弁とを用いた噴霧試験
この試験ではスプレー本体（１／４ＪＡＵモデル）と、流体キャップ（６０１００モデル）と、中心に配置された円形オリフィスを有するエアキャップと、互いに反対側に配置された一対のエアホーン（６７２２８−４５モデル）（全てイリノイ州、ホイートンのIndustrial Spray Products社製）とで構成された噴霧ノズル組立体を用いた。各エアホーンはキャップの中心から等間隔の所に配置され且つキャップの上側表面に対して４５°の角度で傾斜している。エアキャップの円形オリフィスは直径０．１２５”（０．３ｃｍ）の穴にした。この噴霧ノズル組立体は［図１Ａ］に示してある。使用時には、噴霧ノズルのエアキャップは中心に配置された円形オリフィスからの霧化空気流とエアホーンからの扇形に広がる空気流との両方を作る。液体キャップの液体チャンバ内に配置した空気作動式のニードル弁を用いて液体キャップを通って放出される液体流の放出を開始または停止させた。底端部のほぼ中心に直径０．５インチの円形開口を位置したノズルカバー（３．９１インチ×２．７４インチ×２．６３インチ）で噴霧ノズルを覆った。噴霧ノズル組立体のエアキャップの平らな部分はノズルカバーの開口の上方９ｍｍの所に配置した。
【００４５】
風胴（２フィート×２フィート×６フィート）内で噴霧ノズル組立体を模擬機関車の車輪（直径３６インチ）の後ろに配置した。電気送風機（Dry Eaze、F174,5000CFMモデル）を用いて機関車の車輪越しに３０〜３１ｋｍ／時の空気流を供給した。摩擦低減組成物〔KELTRACK（登録商標）、ケルサン  テクノロジーズ社〕をノズル本体を介して供給し、３０ｋｍ／時の列車速度、０．１Ｌ／マイルの噴霧速度でエアキャップの中心から放出した。試験中に車輪および噴霧組立体越しに移動する空気の速度を測定するために風速計器（Fisher Scientific）を用いた。
【００４６】
噴霧ノズルおよびカバーは車輪中心から（風の方向へ）約２２インチ後方に配置した。この際、ノズルカバーの底を床面から４インチ上方に配置した。空気は中心に位置した空気開口および一対のエアホーンを介して２０ｐｓｉの気圧で供給した。試験は６．５時間行った。
試験の初期の段階でノズルカバーおよび噴霧ノズルに堆積がみられ、堆積は続き、結果として噴霧の均一性が損なわれ、噴霧の方向がずれた。堆積が大くなりエアホーンからの空気流およびエアキャップの中心からの霧化空気流を完全に止めてしまった（［図６Ａ］［図６Ｂ］）。ノズルカバー本体の内側表面にも大量の噴霧物の堆積がみられた。
【００４７】
実施例２（比較例）
扇形拡大空気流のみを有する噴霧ノズルとダックビル弁とを用いた噴霧試験
この試験ではスプレー本体（１／４ＪＢＣモデル）と、流体キャップ（６０１００モデル）と、中心に配置した円形オリフィスを有するエアキャップと、互いに反対側に配置した一対のエアホーン（６７２２８−４５モデル）（全てイリノイ州、ホイートンのIndustrial Spray Products社製）とで構成された噴霧ノズル組立体を用いた。各エアホーンはキャップの中心から等間隔の所に配置し且つキャップの上側表面に対して４５°の角度で傾斜させた。エアキャップの円形オリフィスは直径０．１５３”の穴にした。可撓性ゴムのダックビル（オハイオ州、クリーブランド、Lubriquip社製）を流体キャップの液体出口に取り付けた。このダックビルの基部はエアキャップと液体キャップとの間に固定した。ダックビルの前端はエアキャップの中心に位置した円形オリフィスから突出させた。また、ダックビルがオリフィスの全面積を占めるためエアキャップの中心からは液体しか放出されない。この噴霧ノズル組立体は［図１Ｂ］に示してある。
試験は実施例１と同様に行ったが、試験は列車速度３０ｋｍ／時にし、噴霧塗布を０．１Ｌ／マイルにし、風速３０ｋｍ／時および気圧設定４０ｐｓｉで８時間行った。試験終了後、噴霧ノズルの後縁（風の吹出から離れた方向）および噴霧ノズルカバーの外側に噴霧物の堆積がみられた。噴霧物の堆積は噴霧キャップおよびノズルを１００％覆っており、締付ナットの外側表面にもみられた。
【００４８】
実施例３
環状霧化空気流のみを有する噴霧ノズルを用いた噴霧試験
この試験では実施例２の噴霧ノズル組立体と、ノズルカバーと、風胴機構とを用いたが、エアキャップを中心に位置した直径０．１７３”の円形オリフィスのみを有するエアキャップに代えた。ダックビルの基部をエアキャップと液体キャップとの間に固定し、周囲に４つの空気口を等間隔に配置した止め輪をダックビルの基部とエアキャップとの間に配置してダックビルを定位置に固定した。止め輪の空気口を介してエアキャップの円形オリフィスへ空気を通した。ダックビルの前端はエアキャップの中心に位置した円形オリフィスおよびダックビルの周囲に形成された環状オリフィス（幅０．２５）から突出させた。環状開口部から放出された空気流はダックビルから放出された液体流とほぼ平行であった。この噴霧ノズル組立体は［図２Ａ］に示してある。
試験は列車速度３０ｋｍ／時で、噴霧速度を０．１Ｌ／マイルにし、風速３０ｋｍ／時および気圧設定４０ｐｓｉで１／２時間行った。試験終了後、噴霧ノズル上および噴霧ノズルカバーの外側上に認められるほどの堆積はなかった。
【００４９】
実施例４
霧化空気流と扇形拡大空気流とを別々に有する噴霧ノズルとダックビル弁とを用いた噴霧試験
この試験でも実施例２の噴霧ノズル組立体と、ノズルカバーと、風胴機構とを用いたが、エアキャップの中心に位置した円形オリフィスを直径４．３９ｍｍ（０．１７３インチ）の穴に拡大した。ダックビルの前端はエアキャップの中心に位置した円形オリフィスおよびダックビルの周囲に形成された環状オリフィス（幅０．２５ｍｍ）から突出させた。環状開口から放出された空気流はダックビルから放出された液体流とほぼ平行であった。この噴霧ノズル組立体は［図２Ｂ］に示してある。
試験は列車速度３０ｋｍ／時で、噴霧速度を０．１Ｌ／マイルにし、風速３０ｋｍ／時および気圧設定４０ｐｓｉで８時間行った。試験終了後、エアキャップの被覆率は実施例２の結果でみられた被覆量の約２０〜３０％であり、ノズルカバーの後側に実施例２の結果と同様な面積の堆積がみられたが、堆積厚さは実施例２の結果のわずか３０％であった。
【００５０】
実施例５
等間隔に配置された６つの円形開口から霧化空気流を供給する噴霧ノズルを用いた噴霧試験
この試験でも実施例２の噴霧ノズル組立体と、ノズルカバーと、風胴機構とを用いたが、エアキャップを６つの円形開口（各開口の直径は３／６４”）を有するキャップに変えた。６つの円形開口は中心に位置した直径３．８９（０．１５３インチ）の円形オリフィスと同心状に円形に配置した。各円形開口の中心はエアキャップの中心から３．５ｍｍの所にした。ダックビルの基部をエアキャップと液体キャップとの間に固定した。ダックビルの前端はエアキャップの中心に配置された円形オリフィスから突出させた。ダックビルはオリフィスの全面積を占めるので、エアキャップの中心からは液体しか放出できない。この噴霧ノズル組立体のエアキャップは［図２Ｃ］に示してある。各円形開口はダックビルから放出された液体流とほぼ平行な空気流になった。
試験は列車速度３０ｋｍ／時で、噴霧速度を０．１Ｌ／マイルにし、風速３０ｋｍ／時および気圧設定４０ｐｓｉで１／２時間行った。試験終了後、噴霧ノズルには認められるほどの堆積はなく、噴霧ノズルカバーの外側にごく少量の堆積がみられた。
【００５１】
実施例６
環状霧化空気流とパージ空気流の両方を有する噴霧ノズルを用いた噴霧試験
この試験では実施例３の噴霧ノズル組立体と、実施例４のノズルカバーおよび風胴機構を用いた。さらに、噴霧ノズルは円形開口（直径＝１７．５ｍｍ）のエアパージキャップを有し、このキャップを液体キャップの周りに固定した（［図３］）。エアキャップの外側端縁とエアパージキャップの外側表面上に形成したフランジとの間には幅１．６ｍｍの環状開口を形成した。液体キャップを改良して、液体キャップとエアパージキャップとの間に形成した空気導管に液体キャップの空気流路から圧縮空気を供給するためのポートを追加した。
試験は列車速度３０ｋｍ／時で、噴霧速度を０．１Ｌ／マイルにし、風速３０ｋｍ／時および気圧設定＝４０ｐｓｉで８時間行った。試験終了後、エアキャップの被覆率は実施例１の結果でみられた被覆量の約１０〜１５％であった。ノズルカバーの外側に実施例４の結果と同様な面積の堆積がみられたが、層の厚さは実施例４でみられた厚さより５０％減少した。
【００５２】
実施例７
環状霧化空気流と設計変更したパージ空気流との両方を有する噴霧ノズルを用いた噴霧試験
この試験では実施例３の噴霧ノズル組立体と、実施例４のノズルカバーおよび風胴機構を用いた。さらに、噴霧ノズルは円形開口部（直径＝１７．５ｍｍ）のエアパージキャップを有し、このキャップを液体キャップの周りに固定した（［図３］）。エアキャップの外側端縁とエアパージキャップの外側表面上に形成されたフランジとの間には幅１．６ｍｍ（０．０６３インチ）の環状開口を形成した。液体キャップを改良して、液体キャップとエアパージキャップとの間に形成した空気導管に液体キャップの空気流路から圧縮空気を供給するために、それぞれ７２°の間隔で配置された直径０．８８９ミリ（０．０３５インチ）の５つのポートを追加した。空気導管中の空気はエアキャップの面を横切って環状開口の内側へ導いた。
試験は実施例６と同様に行ったが、所定温度範囲内で、噴霧ノズル組立体に対して加速振動を与える試験を行う試験パラメータを追加した。このノズル組立体でもノズルの閉塞の減少がみられた。
【００５３】
上記と同じノズル組立体を凹んだハウジングと一緒に機関車の車輪の後方に取り付け、摩擦制御用液体組成物を軌道に塗布する現場試験を行った。
設置してから約１ヶ月後に試験ノズルを検査した。この時点でのノズルの噴霧時間は３６．５時間であった。噴霧ノズル、可撓性ダックビルおよびエアキャップ部品は汚染されていなかった。現場試験から９５時間後、周りの領域に無視できる程度の厚さの流体被覆がわずかに部分的にみられたが、堆積を示すものはなく、ダックビルはきれいに見え、ノズルは設置当初と同様に機能していた。
引用した全ての文献の内容は本明細書の一部を成す。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、特許請求の範囲から逸脱せずに多くの変更および改良ができるということは当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】従来の噴霧ノズル組立体の側部断面図。
【図１Ｂ】従来の別の噴霧ノズル組立体の側部断面図。
【図２Ａ】本発明の噴霧ノズル組立体の一実施例の側部断面図。
【図２Ｂ】本発明の噴霧ノズル組立体の別の実施例の側部断面図。
【図２Ｃ】本発明の噴霧ノズル組立体の実施例と一緒に用いたエアキャップ（エアパージキャップ）の正面の写真。
【図３】エアパージキャップを含む本発明の噴霧ノズル組立体の別の変形例の側部断面図。
【図４】図３のノズル組立体を矢印４−４の方向から見た正面図。
【図５Ａ】図３に示すノズル組立体の一部を長方形ハウジング中に入れた本発明の実施例の側部断面図。
【図５Ｂ】図５Ａの実施例の底面図。
【図６Ａ】３０〜３１ｋｍ／時の風の存在下で、ＫＥＬＴＲＡＣＫ（登録商標）（摩擦低減組成物）を噴霧する前の、図１Ａの噴霧ノズル組立体のエアキャップ部分（一部は長方形ハウジング中に入っている）の写真。
【図６Ｂ】３０〜３１ｋｍ／時の風の存在下で、ＫＥＬＴＲＡＣＫ（登録商標）（摩擦低減組成物）を６．５時間噴霧した後の、図１Ａの噴霧ノズル組立体のエアキャップ部分（一部は長方形ハウジング中に入っている）の写真。
【図７Ａ】３０ｋｍ／時の風の存在下で、ＫＥＬＴＲＡＣＫ（登録商標）（摩擦低減組成物）を噴霧する前の、図３および図４の噴霧ノズル組立体のエアキャップ部分（一部が長方形ハウジング中に入っている）の写真。
【図７Ｂ】３０ｋｍ／時の風の存在下で、ＫＥＬＴＲＡＣＫ（登録商標）（摩擦低減組成物）を８時間噴霧した後の、図３および図４の噴霧ノズル組立体のエアキャップ部分（一部が長方形ハウジング中に入っている）の写真。
【図８】噴霧ノズル組立体用のハウジングの変形例を示す図。
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【国際調査報告】
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