(57)【要約】中心軸、壁部及び底部を有するカップ形状の外側ハウジングを含む回転ノズル装置が開示される。管状の内側ハウジングは、中心軸を中心として外側ハウジング内にて配置され、外側ハウジングの壁部に係合する。細長い管状ノズル本体の遠位端は、内部ハウジングの外への通路を通って、外部ハウジングの底部を通る開口まで延びるノズルヘッドを保持する。ノズル本体は、内部ハウジング内への流体の回転流れに応答して、内側ハウジングの円錐形内壁部の周りを回転するように構成されている。外側ハウジングの底部と内側ハウジングとの間の間隔を変化させることによって、中心軸に対するノズル本体の角度、ひいては流体スプレー角度を広いスプレー角度から軸流に調節することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸、壁部及び底部を有しているカップ状の外側ハウジングと、
前記外側ハウジングの壁部に係合する特徴を有しており、前記外側ハウジング内にて前記中心軸を中心として配置される管状の内側ハウジングと、
前記内側ハウジング内に保持された細長いノズル本体と、
を備えており、
前記ノズル本体は、管状ステムを有しており、前記管状ステムの遠位端は、前記内側ハウジングから前記外部ハウジングの底部への通路を通って延びるノズルヘッドを保持し、
前記ノズル本体は、前記内側ハウジングの円錐形の内壁部に沿って前記中心軸回りで回転し、前記ノズル本体を通って前記ノズルヘッドから出るように流体を導くように構成されており、
前記外側ハウジングの底部と前記内側ハウジングとの間の軸方向間隔を変化させるように、前記外側ハウジングの壁部に係合する特徴の向きを変えることによって、前記中心軸に対する前記ノズル本体の角度を調節することができる、回転ノズル装置。
【請求項２】
前記内側ハウジングの特徴は、前記外側ハウジングの壁部にある相補的なアクメねじ山と係合するアクメねじ山を含んでいる、請求項１に記載の回転ノズル装置。
【請求項３】
前記ノズルヘッドは、前記外側ハウジングの底部に拘束されている、請求項１に記載の回転ノズル装置。
【請求項４】
前記内側ハウジングの入口部に固定された注入口ナットを更に備えており、
前記内側ハウジングは、前記入口部と前記円錐状の内壁部との間に筒状の壁部を有しており、
前記注入口ナットは、前記ノズル本体の近位端の周りで回転する前記中心軸回りの流体の回転流を生成するように、前記注入口ナットから接線方向に前記円筒状の壁部の周縁へと流体を導くように構成されている、請求項１に記載の回転ノズル装置。
【請求項５】
前記ノズル本体の近位端は、その中に軸方向に延びる複数のベーンを有しており、前記ノズル本体に入る流体の回転流を実質的に減少させる、請求項４に記載の回転ノズル装置。
【請求項６】
前記外側ハウジングの底部は、中央ボアと、前記ボア内に配置されており、前記ノズルヘッドを受け入れる環状バルブシートとを有する、請求項１に記載の回転ノズル装置。
【請求項７】
前記バルブシートに配置されており、前記バルブシート内にて前記ノズルヘッドを捕捉するＯリングを更に備える、請求項６に記載の回転ノズル装置。
【請求項８】
前記内側ハウジングと前記外側ハウジングの間の軸方向間隔は、前記外側ハウジングに対する前記中心軸回りの前記内側ハウジングの相対的な回転によって変化する、請求項６に記載の回転ノズル装置。
【請求項９】
前記ノズル本体のステムは、前記内側ハウジングの前記円錐形の壁部分に係合するための拡径中間部を有する、請求項１に記載の回転ノズル装置。
【請求項１０】
前記内側ハウジングが前記外側ハウジングから完全に離間している場合、前記ステムの中間部は、前記内側ハウジングの外部にて前記通路を実質的に閉じており、前記流体のスプレーを前記中心軸のみに沿って方向付ける、請求項９に記載の回転ノズル装置。
【請求項１１】
中心軸、管状の壁部及び円盤状の底部を有している円筒カップ状の外側ハウジングと、
前記外側ハウジングの管状の壁部に係合し、前記外側ハウジング内にて前記中心軸を中心として配置される管状の内側ハウジングと、
前記内側ハウジング内に保持された細長いノズル本体と、
を備えており、
前記ノズル本体は、管状ステムを有しており、前記管状ステムの遠位端は、前記内側ハウジングから前記外部ハウジングの底部への通路を通って延びるノズルヘッドを保持し、
前記ノズル本体は、前記内側ハウジングの円錐形の内壁部に沿って前記中心軸回りで回転し、前記ノズル本体を通って前記ノズルヘッドから出るように流体を導くように構成されており、
前記外側ハウジングの底部と前記内側ハウジングとの間の軸方向間隔を回転変化させることによって、前記中心軸に対する前記ノズル本体の角度を調節することができる、回転ノズル装置。
【請求項１２】
前記内側ハウジングは、前記外側ハウジングの壁部にある相補的な雌アクメねじ山と係合する雄アクメねじ山を有している、請求項１１に記載の回転ノズル装置。
【請求項１３】
前記ノズルヘッドは、前記外側ハウジングの底部内に拘束されている、請求項１１に記載の回転ノズル装置。
【請求項１４】
前記内側ハウジングの入口部に固定された注入口ナットを更に備えており、
前記内側ハウジングは、前記入口部と前記円錐状の内壁部との間に筒状の壁部を有しており、
前記注入口ナットは、前記ノズル本体の近位端の周りで回転する前記中心軸回りの流体の回転流を生成するように、前記注入口ナットから接線方向に前記円筒状の壁部の周縁へと流体を導くように構成されている、請求項１１に記載の回転ノズル装置。
【請求項１５】
前記ノズル本体の近位端は、その中に軸方向に延びる複数のベーンを有しており、前記ノズル本体に入る流体の回転流を実質的に減少させる、請求項１４に記載の回転ノズル装置。
【請求項１６】
前記外側ハウジングの底部は、中央ボアと、前記ボア内に配置されており、前記ノズルヘッドを受け入れる環状バルブシートとを有する、請求項１１に記載の回転ノズル装置。
【請求項１７】
前記バルブシートに配置されており、前記バルブシート内にて前記ノズルヘッドを捕捉するＯリングを更に備える、請求項１６に記載の回転ノズル装置。
【請求項１８】
前記内側ハウジングと前記外側ハウジングの間の軸方向間隔は、前記外側ハウジングに対する前記中心軸回りの前記内側ハウジングの相対的な回転によって変化する、請求項１６に記載の回転ノズル装置。
【請求項１９】
前記ノズル本体のステムは、前記内側ハウジングの前記円錐形の壁部分に係合するための拡径中間部を有する、請求項１１に記載の回転ノズル装置。
【請求項２０】
前記内側ハウジングが前記外側ハウジングから完全に離間している場合、前記ステムの中間部は、前記内側ハウジングの外部にて前記通路を実質的に閉じており、前記流体のスプレーを前記中心軸のみに沿って方向付ける、請求項１９に記載の回転ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体回転ノズルシステムに関する。特に、本発明の実施形態は、スプレー角度が内部調節可能な回転ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転ノズルは、ノズルアセンブリを通る中心軸回りに流れの向きを連続的に変化させることによって、比較的大きな表面積にわたって流体の集中高圧流を当てる手段をもたらす。このようなノズルの１つは、米国特許第８，８２０，６５９号明細書に記載されている。ハウジング内の回転ノズル本体がハウジング内で回転することで、ノズルを出る流体の流れが広い領域に広がる。しかしながら、そのノズルのスプレー角度は調節できない。幾つかの用途では、そのような高圧ノズル装置のスプレー角度を、回転ノズルを物理的に変更する必要なく、より狭い又はより広いスプレー角度に調節できると有利であろう。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、このようなニーズに直接的に対処する。本発明は、軸流から広いスプレー角度まで制限なく調節可能な回転ノズル装置を提供することによって、これに対処する。このようなノズル装置の例示的な一実施形態は、中心軸、壁部及び底部を有するカップ形状の外側ハウジングを含んでいる。管状の内側ハウジングは、中心軸を中心として外側ハウジング内に配置されており、外側ハウジングの壁部に係合する特徴を有している。この特徴は、スレッド、カム、摩擦ストリップ、又は、内側ハウジングと外側ハウジングを方向付ける他の機械的リンク機構であってよい。細長いノズル本体は、内部ハウジング内に保持されている。このノズル本体は管状のステムを有する。ステムの遠位端は、内側ハウジングから軸方向通路を通って外側ハウジングの底部へと延びるノズルヘッドを保持する。ノズル本体は、内側ハウジングの円錐形の内壁部に沿って中心軸回りで回転し、ノズル本体を通して、ノズルヘッド、更には外側ハウジングの底部の開口を出て流体を流出させるように構成されている。中心軸に対するノズル本体の角度は、外側ハウジングの底部と内側ハウジングの間の軸方向間隔を変化させることによって調節される。
【０００４】
本発明によるノズル装置のある実施形態は、５０ｐｓｉ乃至２０，０００ｐｓｉの範囲の圧力下で水を運ぶような高圧流体供給ホースに接続される注入口ナットを含んでいる。この注入口ナットはほぼ管状であり、実質的に閉じた遠位端を有している。この遠位端は、装置の内側ハウジング内にねじ込まれており、遠位端は、高圧流体を内側ハウジングの内部へと接線方向に向ける１又は複数の外周開口を有する。管状の内側ハウジングは、円筒状の内壁部と、内側ハウジングの外部の通路と結合する円錐状の内壁部とを有している。
【０００５】
ノズル本体は、内側ハウジングと、内側ハウジングの近位端に固定された注入口ナットとの間に捕捉される。注入口ナットは、中心軸回りの流体の回転流れを作り、ノズル本体の近位端周りで回転するように、注入口ナットから円筒状壁部の周縁へと流体を接線方向に導くように構成されている。この流体の回転流によって、ノズル本体は、内側ハウジングの円錐状壁部の周りで回転することになる。
【０００６】
ノズル本体の近位端は、軸方向に延びる複数のベーンを有する。これらのベーンは、近位端を通って延びており、ノズルヘッドへの流体の流れが回転方向ではなく軸方向になるように、ノズル本体を通る流体の回転流を実質的に減少させる。
【０００７】
カップ状の外側ハウジングは、内側ハウジングにねじ込まれるのが好ましい。外側ハウジングの底部は、それを通る中央ボアと、そのボア内に配置された環状バルブシートとを有する。このバルブシートは、ノズルステムのノズルヘッドを受け入れており、ノズルヘッドは、バルブシートに配置されたＯリングによってバルブシートに保持されるのが好ましい。
【０００８】
内側ハウジングと外側ハウジングの間の軸方向の間隔は、外側ハウジングに内側ハウジングを係合させる特徴の向きを中心軸回りで変更することによって変更される。この特徴は、内側ハウジングの外部と外側ハウジングの内部であって、この回転を容易にするねじ山のような相補的な形態を有していてよい。ノズル本体のステムは、内側ハウジングの円錐形の壁部に係合する拡径中間部を有する。内側ハウジングが外側ハウジングから完全に離間すると、ステムの中間部は、内側ハウジング外から通路を実質的に閉じて、中心軸に沿ってのみ流体スプレーを誘導する。外側ハウジングと内側ハウジングの間の空間が縮小するにつれて、ノズル本体周りの回転高圧流体の流れに起因してノズル本体は、より広い円で回転し始める。故に、内側ハウジングと外側ハウジングの間に空間がない場合、最も幅広いスプレー経路が達成される。
【０００９】
本発明によるノズルの実施形態は、中心軸を有する円筒形のカップ形状の外側ハウジングを含んでよい。この外側ハウジングは、管状の壁部と環状の円盤状の底部とを有している。管状の内側ハウジングは、中心軸を中心として外側ハウジング内に配置され、外側ハウジングの管状壁部と係合している。細長いほぼ管状のノズル本体が、内側ハウジング内に保持されている。このノズル本体は、管状のステムを有する。ステムの遠位端は、内側ハウジングから外側ハウジングの底部へと通路を通って延びる概ね円錐形のノズルヘッドを保持する。ノズル本体は、厚い中間部を有し、内側ハウジングの円錐形の内壁部に沿って中心軸回りで回転し、ノズル本体を通してノズルヘッドから流体を流出させるように構成されている。外側ハウジングの底部と内側ハウジングの間の軸方向間隔を変化させることによって、中心軸に対するノズル本体の角度、ひいては、ノズルを通過する放出流体のスプレー角度を簡単に調節することができる。
【００１０】
本発明の実施形態のさらなる特徴、利点及び特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に基づくノズル装置の縦断面図であり、内側ハウジングが外側ハウジングの底部に当接しており、当該装置の中心軸回りで広いスプレー角度がもたらされている
【００１２】
【図２】図２は、図１に示すノズル装置の縦断面図であり、内側ハウジングが外側ハウジングの底部から中程度に離間しており、中心軸回りでより狭いスプレー角度がもたらされている。
【００１３】
【図３】図３は、図１に示すノズル装置の縦断面図であり、内側ハウジングは、外側ハウジングの底部から完全に離間しており、軸方向流体流路がもたらされている。
【００１４】
【図４】図４は、図１の線４-４に沿って破断した、図１に示すノズル装置の正面断面図である。
【００１５】
【図５】図５は、図１の線５-５に沿って破断した、図１に示すノズル装置の正面断面図である。
【００１６】
【図６】図６は、図１に示すノズル装置の分解縦断面図である。
【００１７】
【図７】図７は、図６に示すノズル装置の分解外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に基づくノズル装置１００の縦断面図が図１に示されている。装置１００は、装置１００を通る中心軸Ａ回りで概ね対称である。装置１００は、カップ状の外側ハウジング１０２を含んでいる。当該ハウジングは、円筒状壁部１０４と、径方向に延びるほぼ平坦な底部１０６とを有しており、当該底部は、中心開口１０８から壁部１０４へと外側に延びている。
【００１９】
管状の内側ハウジング１１０は、外側ハウジング１０２内に、相補的な形状を用いて保持されている。好ましくは、相補的な形状は、外側ハウジング１０２の壁部１０４の雌アクメねじ山１１２と、内側ハウジング１１０外側の雄アクメねじ山１１４である。内側ハウジング１１０は、近位端部１１６と、円錐形の内壁部１１８と、遠位端部１２０とを有しており、当該遠位端部は、そこを通る中央通路１２２を有している。内側ハウジング１１０は、近位端部１１６と円錐形の内壁部１１８との間に円筒形の内壁部１２４を更に有している。
【００２０】
近位端部１１６にねじ込まれている注入口ナット１２６は、近位端部１１６を閉じている。更に、注入口ナット１２６は、図示していない高圧流体供給ホースに固定されている。注入口ナット１２６は環状であって、好ましくは円錐形の外形を有する閉じた遠位端１２８を有している。遠位端１２８は、少なくとも一対の外周接線方向ポート孔１３０を有しており、注入口ナット１２６を出る流体を、内側ハウジングへと接線方向に円筒状壁部１２４のあちこちに向けている。流体の流入を内側ハウジング１１０に誘導するこの方法によって、図４の断面図に示すように、矢印１３２で示す回転方向に流体が流される。
【００２１】
内側ハウジング１１０内には、ノズル本体１３４が保持されている。ノズル本体１３４は、管状ステム１３６と、遠位端１３８と、近位端１４０とを含んでいる。遠位端１３８は、先細ノズルヘッド１４２を保持している。ノズル本体のステム１３６は、拡径中間部１４４を有しており、これは、動作時に、内側ハウジング１１０内の流体の回転流れに応答して、内側ハウジング１１０の円錐形内壁部１１８に沿って円錐形内壁部１１８の周りでノズル本体１３４を転動させる。中間部１４４の周りを囲む１対のＯリング１５６は、動作中において、内部ハウジング１１０の内壁部１１８周りを転動する際にノズル本体１３４の滑らかな回転を容易にする。
【００２２】
ノズルヘッド１４２は、丸みを帯びた半球状の端部１４６を有しており、当該端部は、外側ハウジング１０２の開口１０８に押し込まれた環状カップ形態のノズルシート１４８に当接する。ヘッド１４２は、管状スリーブ部１５０と、半球状の端部１４６とスリーブ部１５０の間にあるフランジ１５２とを有する。ノズルシート１４８は、Ｏリング１５４を保持する環状凹部を有する。ヘッド１４２のフランジ１５２は、Ｏリング１５４と係合して、ヘッド１４８がシート１４８から外れることを防止する。ノズルヘッド１４２のスリーブ部１３８は、ステム１３６の遠位端１３８に圧入される。
【００２３】
基端部１４０にてステム１３６の内部には、軸方向ベーン構造１５８がある。このベーン構造１５８は、典型的には板金で作られており、高圧流体がノズル本体１３４内を通過する際に、内側ハウジング１１０内に存在する流体の回転流れを軸方向流れに整流するように設計されている。
【００２４】
図１乃至図３は、ノズル装置１００を通る流れがオペレータによってどのように手動で調節されるかを示している。図１は、内側ハウジング１１０が、外側ハウジング１０２の底部１０６に押しつけられている模様を示す。高圧流体が注入口ナット１２６に加えられると、流体はポート１３０を通って内側ハウジング１１０の円筒状壁部へと接線方向に流れ、流体の強い回転流れを形成する。内側ハウジングと外側ハウジングの間のこの位置は、ノズル本体１３４が内側ハウジング１１０の円錐状内面１１８の大径端の周りで回転することを可能にする。故に、ノズル本体と中心軸Ａの間で大きな角度が生成されて、高圧流体ストリームの幅広のアークがノズルヘッド１４２から出てくる。
【００２５】
図２は、同じノズル装置１００を示しており、内側ハウジング１１０と外側ハウジング１０２とが互いに対して回転することで、内側ハウジング１１０が、外側ハウジング１０２の底部１０６からある距離まで離れて配置されている。ノズル本体１３４は、依然としてノズルヘッド１４２がノズルシート１４８に当接したままである。しかしながら、ノズル本体１３４の中間部１４４は、この際、内側ハウジング１１０の円錐状壁部１１８のより狭い直径部の周りで回転する。故に、ノズルヘッド１４２を通って流れる流体によって生成されるアークは、図１に示されるものよりもかなり狭い。
【００２６】
図３は、ノズル本体１３４が軸Ａと完全に揃えられており、中間部１４４はもはや内側ハウジング１１０の円錐形壁部１１８の周りで回転しない、完全に引っ込んだ構成のノズル装置１００を示す。この配置では、ノズル本体のステム１３６の中間部１４４は要するに、バイパス通路１６６を除いて内側ハウジング１１０から通路１２２を塞ぐ。このバイパス通路１６６は、内側ハウジング１１０の内部と、内側ハウジング１１０と外側ハウジング１０２の間の空間との間の圧力均等化を保証する。
【００２７】
装置１００の断面図を図４及び図５に示す。図４は、注入口ナット１２６から内側ハウジング１１０の内部への接線ポート１３０のレイアウトを示しており、方向矢印１３２は、ノズル本体１３４の入口端１４０の周りにおけるハウジング１１０内の流体の流れ方向を示している。図５は、ノズル本体１３４と均等化通路１６６を示しており、方向矢印１６８は、ノズル本体１３４の内側ハウジング１１０の円錐面１１８の周りの回転方向を示している。
【００２８】
図６及び図７は夫々、既に説明した構成部品の断面及び外観を示す分解図である。図１乃至図７に示されているように、カップ状の外側シュラウド１７０が、好ましくは外側ハウジング１０２に設置されており、嵌合カラー１７２が、内側ハウジング及び外側ハウジングを一緒に取り囲む。カラー１７２は、外側ハウジング１０２の近位端１７８にねじ込まれている。シュラウド１７０は、管状ピン１７４を介して外側ハウジング１０２に固定されており、シュラウド１７０を軸Ａ及び注入口ナット１２６回りに手動で回転すると、ハウジング１０２がシュラウド１７０と共に回転することを確実にし、図１乃至３に示すように、ハウジング１０２とハウジング１１０の間の間隔が変化する。
【００２９】
注入口ナット１２６は、内側ハウジング１１０の近位端１１６の雌ねじ山と係合する雄ねじ山を有する。外側ハウジング１０２の基部１０６の周りのＯリング１７６は、シュラウド１７０の対応する凹部と係合して、シュラウド１７０を外側ハウジング１０２にて軸方向に保持する。カラー１７２は、外側ハウジング１０２の近位端１７８の雄ねじ山に係合する雌ねじ山を有する。
【００３０】
次に図６及び図７を参照して、ノズル装置１００の組立てについて説明する。最初に、シート１４８が、外側ハウジング１０２の底部１０６を通って開口１０８に押し込まれて、Ｏリング１５４が、シート１４８に装着される。次に、内側ハウジング１１０が、図１に示す位置まで外側ハウジング１０２内に完全に挿入される。次いで、ノズルヘッド１４２がＯリング１５４を超えて押し付けられた状態で、ノズル本体１３４が装着されて、フランジ１５２は、ノズルヘッド１４２をシート１４８内に保持する。注入口ナット１２６は、その後、内側ハウジング１１０の近位端にねじ込まれる。最後に、カラー１７２が、外側ハウジング１０２の近位端１７８にねじ込まれ、シュラウド１７０が、外側ハウジング１０２を覆うように所定位置にスナップ嵌めされて、ピン１７４が、シュラウド１７０の基部の対応する凹部と係合するように回転させられる。
【００３１】
本発明によるノズル装置に多くの変更を加えることができる。例えば、通路１６６は、特定の用途においては除去されてよい。ステム１４６の中間部１４４は、図示の外側球形ボール形状を形成するように、ステム１４６の周りに固定された別個のスリーブであってよい。ベーン構造１５８は、具体的に示されている以外の形態で形成されてもよい。例えば、図５に示された板金ベーン構造１５８は、図示のような８の字のような十字状ではなく、三角形又は星形を有してもよい。バルブ本体１３４全体は、１片の管状材料から構成されてよい。円錐状壁１１８は、内側ハウジング１１０の内部に沿って、図に示されているものとは異なる角度で軸Ａから更に延びてよい。注入口ナット１２６の遠位端１２８は、図示したように先細にされてよく、先細にされていなくとも、或いは、図示したものとは異なる断面形状を有してよい。注入口ナット１２６の遠位端は、より細長い円錐形に成形されてよく、バルブ本体１３４の近位端は、内側ハウジング１１０の円筒状部の周りに方向１３２に流入する流体の回転を高めるために、相補的な発散円錐状に形成されてよい。内側ハウジング１１０と外側ハウジング１０２の間の係合形態は、摩擦ストリップ、又はスロットとキーによる構成であってよい。或いは、アクメねじ山以外の異なるねじ山１１２及びねじ山１１４が、内側ハウジング１１０と外側ハウジング１０２の嵌合に利用されてよい。例えば、内側ハウジング１１０と外側ハウジング１０２の間の間隔を変化させるために、アクメねじ山の代わりに回転式カムリンク機構やその他の機械的リンク機構が用いられてよい。最後に、具体的に示されている数とは異なる数のＯリングが使用されてよく、シュラウド１７０は、本発明の本質から逸脱することなく、幾つかの代替的な設計において削除されてよい。
【００３２】
本明細書に記載された特徴及び利点に従った全ての変更、代替物及び等価物は、本発明の範囲内である。そのような変更と代替物は、特許請求の範囲とそれらの等価物によって定義される本発明の精神及び幅広い範囲から逸脱することなく導入されてよい。
【図１】
2018505781.tif 000003
【図２】
2018505781.tif 000004
【図３】
2018505781.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018505781.tif 000008
【図７】
2018505781.tif 000009
【国際調査報告】
2018505781.tif 000010
2018505781.tif 000011