JP2001179143A - 回転ノズルを備える装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】超高圧ウオータジェット装置等において処理む
らの発生を防止できる回転ノズル装置及び噴射された物
質や物体表面から剥離された異物を真空生成装置で回収
し、環境汚染を防止する装置の提供。 【解決手段】回転ノズルを備える装置において、円形の
軌跡を被噴射面に沿って移動させるために移動手段を備
え、ノズルは不等速円運動を行うようにされている。す
なわち、該ノズルが該回転ノズルを備える装置の移動方
向に向かって左右の端部に在る場合は運動速度が増加
し、前後の端部に在る場合は減少する。該移動手段は、
函体２及び移動面と協働して減圧空間を規定するシール
３６と、該減圧空間から流体を排出して該減圧空間内を
減圧せしめるための減圧生成手段とを具備し、包囲流体
の圧力によって移動面に吸着し且つ移動面に沿って移動
可能な台車となっており、台車の減圧空間内でノズルが
円運動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体表面に水などの超
高圧流体や、あるいは砥粒を混合された圧縮空気などの
物質を噴射することにより、物体表面に付着する旧塗膜
やさび等の異物を除去し、あるいは物体表面を粗面化す
ることが可能な装置に関する。また、本発明は、物体表
面に塗料や、あるいはプラズマ化された金属などの物質
を噴射することにより、物体表面をコーティングするこ
とが可能な装置に関する。また、本発明は、空気や水の
如とき包囲流体の圧力によって物体表面に吸着し且つそ
れに沿って移動しながら、物体表面に種々の物質を噴射
することにより、物体表面の処理を行うことが可能な装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、貯油タンクや船体等の物体表面に
水などの超高圧流体や、あるいは砥粒を混合された圧縮
空気を噴射することにより、物体表面に付着する旧塗膜
やさび等の異物を除去し、あるいは噴射された砥粒によ
り物体表面を粗面化し、よって塗装の素地調整を行った
り、あるいは非破壊検査を実施するために物体表面を清
浄にする装置として、超高圧ウオータジェット装置やサ
ンドブラスト装置が実用に供されている。また、空気や
水の如とき包囲流体の圧力によって貯油タンクや船体等
の物体表面に吸着し且つそれに沿って移動しながら、物
体表面に水などの超高圧流体や、あるいは砥粒を混合さ
れた圧縮空気を噴射することにより、物体表面に付着す
る旧塗膜やさび等の異物を除去し、あるいは噴射された
砥粒により物体表面を粗面化し、よって塗装の素地調整
を行ったり、あるいは非破壊検査を実施するために物体
表面を清浄にする装置として、例えば特公昭６０−２６
７５２号公報、特許第１３２３８４３号、米国特許第
４，０９５，３７８号に開示された装置を挙げることが
できる。かかる装置は、函体と、該函体に装着された複
数の車輪と、該函体に連結されその自由端部が物体表面
に接触せしめられるシールと、該函体、物体表面及び該
シールによって規定された減圧空間内の流体を外部に排
出するための減圧生成手段とを備えている。かかる装置
においては、減圧生成手段が付勢されると減圧空間内の
流体が外部に排出され、減圧空間内外の流体圧力差に起
因して函体に作用する流体圧力は車輪を介して物体表面
に伝達され、かかる流体圧力によって装置が物体表面に
吸着される。また、かかる吸着状態において電動モータ
の如き駆動手段によって車輪を回転駆動せしめると、上
記車輪の作用によって装置は物体表面に沿って移動す
る。なお、かかる装置には、物体表面に超高圧水を噴射
する超高圧水噴射ノズルや砥粒を圧縮空気と共に噴射す
る砥粒噴射ノズルの如きノズルが装着され、かつ該ノズ
ルから噴射された物質が物体表面上に円形の軌跡を描く
ように該ノズルが円運動を行える状態で装着されてい
る。以下に、従来の超高圧ウオータジェット装置におけ
る、超高圧水を噴射しながら円運動を行う回転ノズルの
具体例を記載する。従来の超高圧ウオータジェット装置
の回転ノズルにおいては、１平方センチメータあたり約
２０００〜２５００キログラムの超高圧に加圧された毎
分約２０リットルの量の水を、直径０．１〜０．５ミリ
メートルのノズルより噴射せしめ、かつ該ノズルを、物
体表面より２０〜３０ミリメートル離れた該表面と平行
な面上において、毎分約１０００回転で、回転直径は約
４００ミリメートルで高速回転せしめ、しかも該回転す
るノズルを毎分約３メートルの速度で物体表面に沿って
徐々に移動せしめることにより、物体表面の処理を連続
的に行っている。なお、上記の装置においては、超高圧
水をノズルに供給する超高圧ホースと回転ノズルの間
は、回転継手により連結されている。なお、上記の装置
においてノズルが高速回転せしめられる理由は、ノズル
の直径が０．１〜０．５ミリメートルと非常に小さく、
よって処理幅も同様に小さいため、もしノズルを低速で
回転せしめると、処理後の表面はノズルの中心が移動す
る軌跡の部分のみ線の状態で処理され、面の状態で処理
されない、という問題が発生するからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】而して、上述した従来
の装置には次の通りの解決すべき問題が存在する。即
ち、従来の超高圧ウオータジェット装置の回転ノズルに
おいては、ノズルが等速円運動を行っており、よって回
転ノズル全体の移動方向に向かって該ノズルが左の端部
もしくは右の端部に在る場合においては処理能力が増大
し、前の端部もしくは後の端部に在る場合においては減
少する、といった現象に起因した処理むらの発生が問題
であった。本発明は、上記事実に鑑みてなされたもので
あり、その主たる技術的解決課題は、従来の装置に比べ
て処理むらの発生を防止できる装置を提供することであ
る。また本発明においては、物質の物体表面への噴射を
物体表面に沿って移動する減圧空間内で実施することに
より、噴射された物質や物体表面から剥離された異物を
真空生成装置により吸引回収し、よって大気浮遊物質の
発生源を無くし環境汚染を防止できる装置を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、円運動
を行う少なくとも１個のノズルから噴射された被噴射物
が被噴射面に射突して該被噴射面上に円形の軌跡を描く
ように構成された回転ノズルを備える装置において、該
円形の軌跡を該被噴射面に沿って移動せしめるために該
回転ノズルを備える装置は移動手段を備えており、該ノ
ズルが該円形の軌跡を描く運動速度に関し、該ノズルは
不等速円運動を行うように構成されている、すなわち、
該ノズルが該回転ノズルを備える装置の移動方向に向か
って左の端部もしくは右の端部に在る場合においては該
運動速度が増加し、前の端部もしくは後の端部に在る場
合においては減少するように構成されている、ことを特
徴とする回転ノズルを備える装置が提供される。また本
発明によれば、上記の移動手段の形態に関し、該移動手
段は、函体と、該函体及び移動面と協働して減圧空間を
規定するシールと、該減圧空間から流体を排出して該減
圧空間内を減圧せしめるための減圧生成手段とを具備す
る構成により包囲流体の圧力によって移動面に吸着し且
つ移動面に沿って移動可能な台車、の形態を成してお
り、該台車の該減圧空間内において、該ノズルが円運動
を行い、該ノズルから噴射された被噴射物が被噴射面に
射突して該被噴射面上に円形の軌跡を描くように構成さ
れている、ことを特徴とする回転ノズルを備える装置が
提供される。

【０００５】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明に従って
構成された装置の一実施例を説明する。図１、図２及び
図３において、図示の装置は、例えば鋼の如き剛性乃至
半剛性の材料から形成された函体２を具備している。函
体２は適宜の形状でよいが、図示の具体例では、本発明
の装置が移動する表面である物体表面１に対向する部分
が開口した略円筒の箱の該開口部の外周縁に環状の板が
溶着されている形状をしている。この函体２の側壁の対
向する両部位には、外方に突出する支持部材１２及び１
４が固定され、支持部材１２及び１４には更に支持フレ
ーム１６及び１８が固定されている。主として図１を参
照して、支持フレーム１６には車輪２２ａ及び ２２ｂ
が回転自在に装着されている。支持フレーム１６には、
更に、走行駆動源を構成する電動モータ２４が設置され
ている。電動モータ２４は、チェーン２６及びスプロケ
ットの如き適宜の伝動手段を介して車輪２２ａ及び２２
ｂに連結されていて車輪２２ａ及び２２ｂを回転駆動す
る。また、支持フレーム１８にも、車輪３０ａ及び３０
ｂが回転自在に装着されている。支持フレーム１８に
も、更に、走行駆動源を構成する電動モータ３２が設置
されており、電動モータ３２はチェーン３４及びスプロ
ケットの如き適宜の伝動手段を介して車輪３０ａ及び３
０ｂに連結されていて車輪３０ａ及び３０ｂを回転駆動
する。これら車輪２２ａ，２２ｂ，３０ａ及び３０ｂは
本発明の装置を物体表面１に沿って移動せしめるための
走行手段を構成し、具体例においては後に詳述する如
く、函体２に作用する包囲流体圧力によって物体表面１
に押付けられてこれに接触せしめられる。尚、具体例に
おいては、走行手段として４個の車輪を用いているが、
これに代えて３個又は５個以上の車輪を用いてもよく、
更に車輪に代えて２個以上のそれ自体周知のエンドレス
トラックを用いてもよい。主として図３を参照して、函
体２の開口部にはシール３６が装着されている。全体の
形状が環状のシール３６の一方の端部は函体２の環状板
に連結され、もう一方の端部は物体表面１に接触せしめ
られ、函体２及び物体表面１と協働して減圧空間５０を
規定している。かかるシール３６は、ポリウレタンゴム
の如き非通気性で且つ比較的柔軟な材料から形成されて
おり、従って比較的小さな力によってそれ自体が弾性変
形し、これによって物体表面１に接触する端部は函体２
に対して物体表面１の方向及びこれから離れる方向に変
位せしめられる。函体２、物体表面１及びシール３６に
よって規定される減圧空間５０は減圧生成手段（図示せ
ず）に連通されている。具体例では、函体２の側壁には
接続管部１０ａが設けられており、サクションホース
（図示せず）の一端部が上記接続管部１０ａに接続さ
れ、その他端部がバッグフィルタ等の分離器（図示せ
ず）を介して減圧生成手段（図示せず）に接続されてい
る。減圧生成手段（図示せず）は減圧空間５０から流体
を排して減圧空間５０内を減圧せしめるそれ自体周知の
ものでよく、上記装置を例えば大気中で使用する場合に
は排気ポンプ又はエゼクタ等を用いることができ、また
上記装置を例えば水中又は海中で使用する場合には排水
ポンプ等を用いることができる。

【０００６】次に、同じく主として図３乃至図５を参照
して説明すると、函体２の上面部に在るフランジ部には
ギヤボックス９がその底面部に在るフランジ部において
固定されている。ギヤボックス９は、回転ノズル軸９
２、フライホイール軸９６１、中間軸９７及び電動モー
タ９４の出力軸９４１の以上４本の回転軸をそれぞれ単
数もしくは複数の軸受を用いて軸支している。電動モー
タ９４はそのフランジ部においてギヤボックス９の上面
部に在るフランジ部に固定されている。フライホイール
軸９６１は中空軸で、該中空部分に回転ノズル軸９２が
挿入、貫通されており、フライホイール軸９６１と回転
ノズル軸９２とはそれぞれ独立して回転可能で、互いが
直接接触することが無いよう、軸受を介して配置されて
いる。フライホイール軸９６１の物体表面側の端部と回
転ノズル軸９２の物体表面側の端部は共にギヤボックス
９の底面部に在るフランジ部を貫通して函体１の内側の
減圧空間５０に至っている。回転ノズル軸９２の物体表
面側の端部にはノズルホルダ９１１が固着され、ノズル
ホルダ９１１には２本のノズルバー９１２が固着され、
ノズルバー９１２の各々にはノズル９１が固着されてい
る。回転ノズル軸９２の物体表面と反対側の端部はギヤ
ボックス９の上面部を貫通し、該端部には回転継手９５
がネジ込まれ、回転継手９５には超高圧水ホース（図示
せず）が接続されている。回転ノズル軸９２の軸線部分
には超高圧水の流路として細孔９２４が有り、超高圧水
ホース（図示せず）から、回転継手９５、細孔９２４、
ノズルホルダ９１１及びノズルバー９１２を通りノズル
９１に至る超高圧水の流路が形成されている。回転ノズ
ル軸９２の上部には従動側の非円形歯車９２２が固着さ
れ、従動側の非円形歯車９２２と噛合う原動側の非円形
歯車９２３は中間軸９７の上部に固着されている。図５
に図示のように、従動側の非円形歯車９２２は概ね長円
形に近い形状を成し、原動側の非円形歯車９２３は概ね
菱形に近い形状を成している。フライホイール軸９６１
の物体表面側の端部には等速円運動を行うフライホイー
ル９６が固着されている。フライホイール軸９６１の物
体表面と反対側の端部には従動側の円形歯車９６２が固
着されている。従動側の円形歯車９６２と噛合う原動側
の円形歯車９６３は中間軸９７の下部に固着されてい
る。中間軸９７の中央部には従動側の円形歯車９４２が
固着され、従動側の円形歯車９４２と噛合う原動側の円
形歯車９４３は出力軸９４１の中央部に固着されてい
る。以上に記載した歯車の構成により、出力軸９４１、
中間軸９７及びフライホイール軸９６１は等速円運動を
行い、回転ノズル軸９２は不等速円運動を行う。よって
回転ノズル軸９２にノズルホルダ９１１及びノズルバー
９１２を介して装着されている２個のノズル９１も不等
速円運動を行う。

【０００７】

【作用】次に、上述した装置の作用について説明する。
減圧生成手段（図示せず）が作動すると、この減圧生成
手段の作用によって減圧空間５０内の流体（例えば大気
中で使用する場合には空気、また例えば水中で使用する
場合には水）がサクションホース（図示せず）を通って
外部に排出され、これによって減圧空間５０内が所要の
通り減圧される。かくすると、シール３６が比較的柔軟
な材料から形成されている故に、減圧空間５０の内外の
流体圧力差に起因して函体２に作用する包囲流体圧力は
実質上函体２から支持フレーム１６及び１８、並びに車
輪２２ａ，２２ｂ，３０ａ及び３０ｂを介して物体表面
１に伝達され、これによって装置が物体表面１に吸着せ
しめられる。なお、減圧空間５０の内外の流体圧力差に
起因してシール３６に作用する包囲流体圧力は、シール
３６を物体表面１に向けて偏倚せしめてその端部を物体
表面１に接触せしめるように作用する。尚、容易に理解
される如く、電動モータ２４及び３２を作動せしめて車
輪２２ａ及び２２ｂと車輪３０ａ及び３０ｂを同方向に
回転駆動すると、装置は物体表面１に沿って直進（前進
または後進）し、また車輪２２ａ及び２２ｂと車輪３０
ａ及び３０ｂを逆方向に回転駆動すると、装置はその中
心軸線の回りを回転（左回転または右回転）して所望の
方向に向けられる。

【０００８】次に、等速円運動を行うフライホイール９
６と不等速円運動を行うノズル９１の作用効果について
説明する。電動モータ９４を作動せしめて出力軸９４１
を回転駆動すると、従動側のフライホイール９６は回転
駆動されて等速円運動を行う。一方、同じく従動側の回
転ノズル軸９２も回転駆動されるが、非円形歯車９２２
及び９２３の作用により不等速円運動を行うものであ
る。以下に図６乃至図８により非円形歯車９２２及び９
２３の作用を詳しく説明する。なお、図６は非円形歯車
９２２及び９２３の歯車運動とノズル９１の円運動を示
す平面図、図７は非円形歯車９２２及び９２３の代わり
に円形歯車を用いた場合の歯車運動とノズル９１の円運
動を示す平面図、図８は従動側の非円形歯車９２２の円
運動とノズル９１の円運動の関係及び従動側の円形歯車
の円運動とノズル９１の円運動の関係を示すグラフであ
る。図６及び図７において、矢印Ｃは本発明の装置の移
動方向を示し、Ａは本発明の装置が移動する表面に平行
かつ移動方向に直交する線とノズルバー９１２及びノズ
ル９１が成す角度を示し、Ｒはノズル９１の回転半径を
示し、Ｗは本発明の装置の回転ノズル軸が移動する中心
線とノズル９１の距離を示している。図８において、縦
軸は本発明の装置の回転ノズル軸が移動する中心線とノ
ズル９１の距離Ｗを示し、横軸は本発明の装置が移動す
る表面に平行かつ移動方向に直交する線とノズルバー９
１２及びノズル９１が成す角度Ａを示している。なお、
縦軸はノズル９１の加速度も示している。また鎖線ａは
図６におけるノズル９１の不等速円運動を示し、二点鎖
線ｂは図６におけるノズル９１の加速度を示し、実線ｃ
は図７におけるノズル９１の等速円運動を示している。
図８のグラフで理解されるように、ノズル９１の不等速
円運動は、距離Ｗを縦軸に角度Ａを横軸にとると、鎖線
ａで示すノズル９１の行程の約７０％程度が等速運動に
変換される。ただし二点鎖線ｂで示すノズル９１の加速
度は角度Ａが０度（３６０度）及び１８０度の近傍で急
激に増大しており、よってノズル９１が不等速円運動を
行うためには、該加速度の変化を阻止しようとするノズ
ル９１の慣性力及びノズル９１と一緒に不等速円運動を
行うノズルバー９１２等の慣性力に打ち勝つだけの慣性
力を備えるフライホイール９６が必要となるものであ
る。なおフライホイール９６の配置については、図３に
図示のとうり、フライホイール軸９６１と回転ノズル軸
９２とが軸線を共有しかつフライホイール９６を函体２
の内部に配置すれば装置の小型化の見地から極めて好都
合である。

【０００９】なお、本発明の実施例の装置においては、
超高圧水ホース（図示せず）から回転継手９５、細孔９
２４、ノズルホルダ９１１及びノズルバー９１２を通り
ノズル９１から噴射された超高圧水は、物体表面１へ射
突して物体表面上の旧塗膜やサビ等の異物を除去したあ
と、減圧空間５０から接続管部１０ａ、サクションホー
ス（図示せず）及びバッグフィルタ等の分離器（図示せ
ず）を通って減圧生成手段（図示せず）に至る吸引空気
流の作用により吸引回収される。

【００１０】以上、添付図面を参照して本発明に従って
構成された装置の好適実施例について詳細に説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
本発明の範囲から逸脱することなく更に種々の変形或い
は修正を加えることが可能であることは多言を要しな
い。

【００１１】

【効果】次に、上述した装置の効果について説明する。
ノズルから噴射された物質が被噴射面に射突する点の軌
跡が円形の軌跡を描くようにノズルが円運動を行う、従
来の超高圧ウオータジェット装置等の回転ノズルを備え
た装置においては、ノズルは等速円運動を行っており、
よって回転ノズルを備えた装置の移動方向に向かって、
ノズルが左の端部もしくは右の端部に在る場合において
は処理能力が増大し、前の端部もしくは後の端部に在る
場合においては減少する、といった現象に起因した処理
むらの発生が問題であったが、本発明においては、ノズ
ルが円形の軌跡を描く運動速度に関し、該ノズルは不等
速円運動を行うように構成されており、すなわち、回転
ノズルを備える装置の移動方向に向かって左の端部もし
くは右の端部にノズルが在る場合においては該運動速度
が増加し、前の端部もしくは後の端部に在る場合におい
ては減少するように構成されているため、従来の装置に
比べて処理むらの発生を防止でき、処理品質が均一でか
つ効率的な表面処理作業を実施することができる。また
本発明においては、物質の物体表面への噴射を物体表面
に沿って移動する減圧空間内で実施することにより、噴
射された物質や物体表面から剥離された異物を真空生成
装置により吸引回収し、よって大気浮遊物質の発生源を
無くし環境汚染を防止できる。また本発明においては、
回転ノズルの不等速円運動を可能にするフライホイール
の配置について、フライホイール軸と回転ノズル軸とが
軸線を共有しかつフライホイールを減圧空間の内部に配
置しているので装置の小型化の見地から極めて好都合で
ある。

【００１２】

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に従って構成された装置の一具体例
を示す平面図。

【図２】は、図１の装置の下側面図。

【図３】は、図１の装置のＡ−Ａ線による断面図。

【図４】は、図３の部分拡大図。

【図５】は、図３の装置のＢ−Ｂ線による断面図。

【図６】は、非円形歯車９２２及び９２３の歯車運動と
ノズル９１の円運動を示す平面図。

【図７】は、非円形歯車９２２及び９２３の代わりに円
形歯車を用いた場合の歯車運動とノズル９１の円運動を
示す平面図。

【図８】は、従動側の非円形歯車９２２の円運動とノズ
ル９１の円運動の関係及び従動側の円形歯車の円運動と
ノズル９１の円運動の関係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｃ 3/06 Ｂ２４Ｃ 3/06 Ａ 5/02 5/02 Ｃ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円運動を行う少なくとも１個のノズルから
   噴射された被噴射物が被噴射面に射突して該被噴射面上
   に円形の軌跡を描くように構成された回転ノズルを備え
   る装置において、該円形の軌跡を該被噴射面に沿って移
   動せしめるために該回転ノズルを備える装置は移動手段
   を備えており、該ノズルが該円形の軌跡を描く運動速度
   に関し、該ノズルは不等速円運動を行うように構成され
   ている、すなわち、該ノズルが該回転ノズルを備える装
   置の移動方向に向かって左の端部もしくは右の端部に在
   る場合においては該運動速度が増加し、前の端部もしく
   は後の端部に在る場合においては減少するように構成さ
   れている、ことを特徴とする回転ノズルを備える装置。
2. 【請求項２】移動手段の形態に関し、該移動手段は、函
   体と、該函体及び移動面と協働して減圧空間を規定する
   シールと、該減圧空間から流体を排出して該減圧空間内
   を減圧せしめるための減圧生成手段とを具備する構成に
   より包囲流体の圧力によって移動面に吸着し且つ移動面
   に沿って移動可能な台車、の形態を成しており、該台車
   の該減圧空間内において、該ノズルが円運動を行い、該
   ノズルから噴射された被噴射物が被噴射面に射突して該
   被噴射面上に円形の軌跡を描くように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転ノズルを備える
   装置。
3. 【請求項３】不等速円運動を行うノズルが、等速円運動
   を不等速円運動に変換する運動伝達機構を介して、等速
   円運動を行うフライホイールに連結されている、ことを
   特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の回転ノズルを
   備える装置。
4. 【請求項４】等速円運動を不等速円運動に変換する運動
   伝達機構として非円形歯車機構を備えている、ことを特
   徴とする請求項３に記載の回転ノズルを備える装置。
5. 【請求項５】被噴射面と交差する軸線を有する回転軸に
   ノズルが装着されており、該ノズルは該軸線の周囲を周
   回運動する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に
   記載の回転ノズルを備える装置。
6. 【請求項６】不等速円運動を行うノズルが、等速円運動
   を不等速円運動に変換する運動伝達機構を介して、等速
   円運動を行うフライホイールに連結されている、ことを
   特徴とする請求項５に記載の回転ノズルを備える装置。
7. 【請求項７】ノズルが装着された回転軸の軸線とフライ
   ホイールの回転軸の軸線が同一である、ことを特徴とす
   る請求項６に記載の回転ノズルを備える装置。
8. 【請求項８】ノズルが装着された回転軸に、中空の回転
   軸が挿入され、該中空の回転軸にフライホイールが装着
   されている、ことを特徴とする請求項７に記載の回転ノ
   ズルを備える装置。
9. 【請求項９】等速円運動を不等速円運動に変換する運動
   伝達機構として非円形歯車機構を備えている、ことを特
   徴とする請求項６乃至請求項８に記載の回転ノズルを備
   える装置。