(57)【要約】【課題】２重構造のノズル機構における中心側の高圧ノズルの芯ずれや振動を防止するとともに、低圧ノズルを流れる流体の安定した層流状態に維持する。【解決手段】内周側の高圧ノズル１と、外周側の低圧ノズル２とが同心状に配置されて、高圧流体が流れる流路と低圧流体が流れる流路とが設けられた２重構造のノズル機構において、高圧ノズル１は、その根本が低圧ノズル２側に固定されているとともに、少なくとも先端部側が、低圧ノズル流路２ａの内壁と端部を接触させるようにして低圧ノズル流路２ａに配置された保持板４、４の板面で外周面両側から挟まれて保持されている。高圧ノズルの芯ずれや振動の発生が防止され、処理効率が向上すると同時に高精度な処理が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周側の高圧ノズルと、外周側の低圧ノズルとが同心状に配置されて、高圧流体が流れる流路と低圧流体が流れる流路とが設けられた２重構造のノズル機構において、
前記高圧ノズルは、その根本が低圧ノズル側に固定されているとともに、少なくとも先端部側が、前記低圧ノズル流路の内壁と端部を接触させるようにして該低圧ノズル流路に配置された保持板の板面で外周面両側から挟まれて保持されていることを特徴とする２重構造のノズル機構。
【請求項２】
前記保持板が、板バネにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の２重構造のノズル機構。
【請求項３】
前記保持板は、板面が低圧ノズル流路内の低圧流体の流れ方向に略沿うように前記低圧ノズル流路内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の２重構造のノズル機構。
【請求項４】
前記保持板が、径方向断面において前記低圧ノズル流路の内壁に４点で接触しており、該接触点間の板面の長さが、接触点間の前記低圧ノズル流路の内寸より大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２重構造のノズル機構。
【請求項５】
前記高圧ノズルと前記低圧ノズルとは、出口で高圧流体と低圧流体とが混合されて、構造物素材表面を改質させる微細気泡を発生させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２重構造のノズル機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内周側の高圧ノズル、外周側の低圧ノズルとを同心状に配置して、それぞれ高圧流体、低圧流体を流す２重構造のノズル機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体が流れるときに大きな問題となるのはキャビテーションの発生である。これは流れ内に発生した微小気泡が破壊するときのエネルギーで、周辺の配管壁面やポンプスクリューなどの構造物表面を浸食し、最終的には破壊してしまう問題がある。しかし、このキャビテーションのエネルギーを素材表面に有効に生かす方法として、気泡の破壊エネルギーを表面に作用させて表面改質を行う方法が研究されている。
この方法では、有効に微細気泡を得るためにノズルを２重構造として、外側の流路を低圧、中央の流路を高圧とし、出口で高圧と低圧を混合することで微細気泡を発生させている（例えば特許文献１参照）。ノズル内部の流れは層流であることが望ましく、このためノズルは細長い形状となっている。したがって、２重構造の中央の高圧側ノズルの保持は先端部分では流れが乱流になるため一般には行われておらず、根本の部分で保持するのみである。
【０００３】
該ノズルの概略を図５に示す。高圧ノズル１０と低圧ノズル１１とは同心位置に配置されており、高圧ノズル１０の根本側が支持部材１２によって低圧ノズル１１側に固定されている。支持部材１２は、低圧流体が通過可能に形成されており、高圧ノズルの先端側は、非拘束の状態になっている。そして低圧ノズル１１内の流路１１ａは、支持部材１２の下流側は層流生成区間になっている。
【０００４】
また、流体の乱流が問題視されないような用途では、外管に対する内管が外管に付設され内周に等分されて突起を設けられた受け部片によって同心に保持された構造も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【特許文献２】特開２００７−８３２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記のように根本側でのみ高圧側ノズルを保持する構造では、図５に示すように、稼働時に中心部の高圧側ノズルがノズル圧によって低圧ノズル内で片側に寄せられてしまい、低圧と高圧の噴流の中心がずれてしまう問題が避けられない。中心のずれは処理効率を低下させるだけでなく、処理する位置が目標位置に対して外れてしまうことも大きな問題である。また、高圧側ノズルのずれが変化することで高圧側ノズルに振動が生じてしまうという問題もある。
さらに、特許文献２に示されるように受け部片で保持された構造では、乱流の発生を意図していることもあり、低圧流体に乱流が激しく生じてしまうことが避けられず、ノズル内の流体の流れを層流に維持したい用途には採用できない構造となっている。
【０００６】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、乱流の発生を招くことなく内周側の高圧ノズルを安定して保持することができる２重構造のノズル機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の２重構造のノズル機構のうち、第１の本発明は、内周側の高圧ノズルと、外周側の低圧ノズルとが同心状に配置されて、高圧流体が流れる流路と低圧流体が流れる流路とが設けられた２重構造のノズル機構において、前記高圧ノズルは、その根本が低圧ノズル側に固定されているとともに、少なくとも先端部側が、前記低圧ノズル流路の内壁と端部を接触させるようにして該低圧ノズル流路に配置された保持板の板面で外周面両側から挟まれて保持されていることを特徴とする。
【０００８】
第２の本発明の２重構造のノズル機構は、前記第１の本発明において、前記保持板が、板バネにより構成されていることを特徴とする。
【０００９】
第３の本発明の２重構造のノズル機構は、前記第１または第２の本発明において、前記保持板は、板面が低圧ノズル流路内の低圧流体の流れ方向に略沿うように前記低圧ノズル流路内に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
第４の本発明の２重構造のノズル機構は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記保持板が、径方向断面において前記低圧ノズル流路の内壁に４点で接触しており、該接触点間の板面の長さが、接触点間の前記低圧ノズル流路の内寸より大きく形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５の本発明の２重構造のノズル機構は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記高圧ノズルと前記低圧ノズルとは、出口で高圧流体と低圧流体とが混合されて、構造物素材表面を改質させる微細気泡を発生させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の２重構造のノズル機構によれば、内周側の高圧ノズルと、外周側の低圧ノズルとが同心状に配置されて、高圧流体が流れる流路と低圧流体が流れる流路とが設けられた２重構造のノズル機構において、前記高圧ノズルは、その根本が低圧ノズル側に固定されているとともに、少なくとも先端部側が、前記低圧ノズル流路の内壁と端部を接触させるようにして該低圧ノズル流路に配置された保持板の板面で外周面両側から挟まれて保持されているので、低圧流路内を流れる流体の流れが層流状態で流れ、乱流の発生が極力抑えられるとともに、高圧ノズルが芯ずれや振動の発生を防止する。この結果、処理効率が向上すると同時に振動のでない高精度な処理が可能となる。
【００１３】
特に保持板を板バネにすることで上記振動の発生をより効果的に防止することができる。また、板バネは薄いほど流体の流れを安定させることができ、流体の流れに沿って保持板の板面が略沿うように配置することで該効果は一層顕著になる。
【００１４】
また、前記保持板が径方向断面において前記低圧ノズル流路の内壁に４点で接触する構造において、該接触点間の板面の長さが、接触点間の前記低圧ノズル流路の内寸より大きくなる形状とすれば、保持板の弾性変形による付勢力によって高圧ノズルをより安定して保持することができ、高圧ノズルの振動も保持板の減衰力によって効果的に抑えることができる。したがって、保持板には弾性変形可能な材料を用いるのが望ましい。
【００１５】
本発明の２重構造のノズル機構は、前記高圧ノズルと前記低圧ノズルの出口で高圧流体と低圧流体とを混合して微細気泡を発生させて、構造物素材表面を改質させる用途に好適に用いることができる。但し、本発明の用途がこれに限定をされるものではなく、高圧流体と低圧流体とを同軸上に流す種々の用途に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
細長の高圧ノズル１を中心に配して、その外周側に同じく細長の低圧ノズル２が同心状に配置されている。低圧ノズル２は断面半円穴を有する部材に、軸方向に沿って２分割されており、高圧ノズル１等を収容した後、分割された部材同士を対面結合することで２重構造のノズル機構を容易に得ることができる。
【００１７】
高圧ノズル１の根本側には、低圧ノズル２に内装された支持部材３が配置されており、該支持部材３の中心部に前記高圧ノズル１が位置して該支持部材３により支持固定されている。支持部材３には、流体の通過部（図示しない）が確保されている。
上記高圧ノズル１の内部が高圧流体の流路１ａとなっており、高圧ノズル１の外周壁と、低圧ノズル２の内周壁との間が低圧流体の流路２ａになっている。高圧ノズル１の先端は、低圧ノズル２の先端よりもやや後方に位置しており、それぞれの流路を流れる流体が混合されてノズルの先端から噴出される。
【００１８】
また、高圧ノズル１の先端側の流路２ａ内には、高圧ノズル１の外周面を両側から挟むようにして薄板バネ（例えば厚さ０．１ｍｍ）で構成された保持板４、４が配置されている。図２（ａ）は、左右から挟み込む構造の例であり、図２（ｂ）は、上下から挟み込む構造であり、本発明としては挟み込む方向が特に限定されるものではない。この実施形態では保持板４、４は、一箇所で高圧ノズル１を挟み込むものとして説明するが、本発明としては複数位置で高圧ノズルを挟み込むようにしてもよい。また、軸方向位置を異にして、異なる方向から保持板４、４で挟み込むように挟み込み位置を複数設けることも可能である。
【００１９】
保持板４、４は、径方向断面における端部４ａ、４ｂがぞれぞれ低圧ノズル２の内周壁に接触しており、該接触位置は、高圧ノズル１の外周面に板面が接触する位置よりも内側に位置している。この結果、保持板４、４は、外側に湾曲した形状を呈している。保持板４、４は、平板状等に形成し、流路２ａ内に配置する際に弾性変形をさせて上記のように湾曲した状態で配置する。これにより保持板４、４は、高圧ノズル１をその外周面両側から内側に付勢する力が発生し、高圧ノズル１を両側から安定して支持する。この構造とするためには、保持板４、４は、接触位置間の板面長さが、接触位置間の流路２ａの内寸よりも大きいサイズを有していることが必要であり、低圧流路２ａ内への配置においては弾性変形によって上記湾曲状態にして配置することが必要である。また、保持板４、４の配置においては、その板面は、流路２ａ内における流れ方向に沿った状態になる。さらに、保持板４、４は、ノズルの軸方向においてその端部が線状に接触するので、安定してその姿勢を維持することができる。
【００２０】
上記ノズル構造において、流路１ａに高圧流体、流路２ａに低圧流体を流すと、高圧流体は安定保持された高圧ノズル１の流路１ａ内を流れ、低圧流体は、支持板３を過ぎて流路２ａ内において層流状態で安定して流れる。流路２ａ内を流れる低圧流体は、保持板４に達すると、乱流が生じすることなくその薄板面に沿って層流状態を維持して安定して流れ、低圧ノズル２の先端にまで達する。保持板４は、薄いほど乱流発生の抑制効果があるが、薄くしすぎると剛性が低下するので、これらを勘案して適宜の厚さを選定することができる。また、保持板４、４は、付勢力を発揮する状態で高圧ノズル１に接しているため、万が一高圧ノズル１が変位しても直ちに位置を修復し、さらには減衰力によって高圧ノズル１の振動の発生を効果的に防止する。
低圧ノズル２を流れる低圧流体は、上記のように層流状態を維持したままで先端に達し、高圧ノズル１を流れて先端に達した高圧流体と混合されて、効果的に微細気泡を発生する。微細気泡を含む混合流体はノズル機構から放出され、自動車部品などの構造物素材表面を改質する。
【００２１】
なお、上記保持板４、４の配置に際しては、図３（ａ）に示すように、保持板４の板面と高圧ノズル１の外周面との接触位置を微少量の接着剤で固定してもよく、また、図３（ｂ）に示すように、保持板４、４同士を高圧ノズル１の外周面に沿った連結板５で連結して高圧ノズル１をクリップする構造としてもよい。本発明としては、保持板と高圧ノズルとの固定方法が特に限定されるものではなく、単に保持板が高圧ノズルに圧接した状態であってもよい。また、保持板４の端部と低圧ノズル２の内周壁との接触位置を固定することも可能である。
【００２２】
次に、他の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明する。
当該実施形態においても高圧ノズル１を中心にして、その外周側に低圧ノズル２が同心状に配置されている。低圧ノズル２は、バッファ部６に接続されており、前記高圧ノズル１の基端側は、該バッファ部６内に伸張している。バッファ部６には、外部の低圧側流体供給管７が接続されており、低圧ノズル２への低圧流体の供給が可能になっている。また、バッファ部６内には、バッファ部６の内壁に固定するようにして連通管８が架設されており、該連通管８に、前記高圧ノズル１の基端が連結されている。これにより、高圧ノズル１の根本が低圧ノズル２側に固定されている。連通管８には、バッファ部６外の高圧側流体供給管９が連結されており、高圧ノズル１への高圧流体の供給が可能になっている。
【００２３】
さらに、高圧ノズル１の先端側には、上記実施形態と同様に低圧ノズル２の流路２ａに、保持板４、４が配置されており、該保持板４、４によって高圧ノズル１の外周面両側が挟み込まれている。また、保持板４、４の径方向断面における端部は、前記実施形態と同様に低圧ノズル２の内周壁に接触して保持されている。
【００２４】
この実施形態では、低圧側流体供給管７から供給される低圧流体がバッファ部６を介して低圧ノズル２内の流路２ａを流れ、高圧側供給管９から供給される高圧流体が連通管８を介して高圧ノズル１内の流路を流れる。高圧ノズル１は、前記実施形態と同様に保持板４、４によって安定して支持されており、流路２ａを流れる流体は、層流状態を維持して保持板４、４間を通過して低圧ノズル２の先端へと流れる。
【００２５】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない限りは当然に適宜の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態における２重構造のノズル機構を示す断面図である。
【図２】同じく、拡大した正面断面図と、変更例を示す正面断面図である。
【図３】同じく、保持板の固定方法を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態における２重構造のノズル機構を示す断面図である。
【図５】従来の２重構造のノズル機構を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    高圧ノズル
１ａ  流路
２    低圧ノズル
２ａ  流路
３    支持部材
４    保持板
４ａ、４ｂ  端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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