JP3703853B2 - スプレーノズル - Google Patents

Description

本発明はスプレーノズル、特にコンクリートのようなセメント混合物をスプレーする際に使用するものに関する。
一般に、吹付けコンクリートなどのセメント混合物を吹付けるためのスプレーノズルは、液体を混合物に注入する手段を有する。ドライスプレー混合物がノズルに運ばれるいわゆる「ドライプロセス」においては、液体の大部分が、硬化促進剤のような混和剤を溶解または分散させた水で構成される。（水がすでに加えられた）ウェット混合物がノズルに運ばれるいわゆる「ウェットプロセス」においては、液体は一般に、混和剤の溶液あるいは分散させたものである。この液体注入は一般に、ノズル内に設けられた出口を通して、液体を混合物に注入するための液体供給パイプにより行われる。加えられた液体量は、供給パイプに備わったバルブにより変えることができる。そのような場合、バルブ作業により、供給される液体の注入速度を変える液体注入圧が変化する一方で、出口の断面は一定のままであるので、ノズルを通過する混合物の流れに対する、液体の浸入度が変化する。注入圧が、混合物に均一に液体を与えるのに十分な大きさでなくなると、上記理由により、混合物の均一性が保てなくなってしまう。
この問題はよく知られており、それに対する解決法が考えられてきた。提案された１つの方法は、環状の出口を有する装置で、この出口の隙間幅は、ノズルが取り外される時のみ、すなわち最初の稼動前に変えることが可能である。それゆえ、隙間幅を変えるためには長時間作業を中断しなければならず、コンクリート混合物の変化や液体圧の変動を所望の速さで安定させることができない。
更に工夫したものとしては、数個の出口を備えた装置があり、その流出断面を、作動中に外部から調整することができる。この構成にはいくつかの長所もあるが、欠点もいくつかある。その１つは、装置のオペレータは、所望の液量を供給するために、出口断面を調整する必要があり、その作業には、上記装置を作動させるのに必要な経験と共に、作業中相当な集中力を要するということである。この装置のさらなる欠点としては、出口が詰まりやすく、それゆえ、圧力増加のために、他の出口における流出速度が変化してしまい、その結果、それらの出口を清掃するために装置全体を分解しなければならないことである。さらなる欠点は、この装置が、調節可能な断面を備えた出口を数個しか有さないため、混合物の流れには、半径方向に一様に液体が与えられず、それゆえ、混合物流れが不均一になることである。
他に知られているスプレーノズルとしては、固定管と、固定管に対し弾性的に押さえつけられた可動管とからなる、同軸上に配置された２つの管を有したスプレーノズルがある。スプレー混合物に注入するための液体を供給することで、可動管を強制的に固定管から離し、液体をスプレー混合物に注入できる環状ダクトを形成する。圧力が高くなるとダクト幅も広がるので、流出速度をほぼ一定に保つことができる。しかしながら、そうしたノズルは、構成部品が多く複雑で、費用もかかり、一般に使用されるには非実用的である。
本発明により、このような欠点の無いスプレーノズルを作ることが可能であることがわかった。それゆえ、本発明では、ノズルから吹付けられるスプレー材に液体を注入するタイプのスプレーノズルを提供する。このノズルは、管状のスプレー導管を有し、その周囲には、スプレーされる材料の流れに垂直な平面内に、環状の液体注入出口が配置される。液体は、環状貯蔵部を介してパイプ供給部から供給される。この貯蔵部は、注入出口近くに、かつスプレー導管の周りに配置される。注入出口は、液圧により開くことができる弾性材により、水密状態で閉鎖されているが、液圧の増加に比例して開放度は大きくなり、それゆえ、スプレー材に注入される液体の量が増加する。
本発明によるノズルは、いくつかの利点を有する。すなわち、比較的構成部品が少なく効率的で、耐久性と使用時の信頼性を有する。
本発明によるスプレーノズルは、スプレー導管及びその周辺に配置された手段を有する。この手段は、流出断面を自己調整する環状の液体注入出口を通って、液体をスプレー材に注入することであり、このスプレー材への注入速度は、スプレーノズルに供給される液体の流入速度に無関係である。
本発明の好ましい実施形態では、弾性材が複数のセグメントに分かれて存在し、それらは互いに独立に移動可能で、液圧が作用すると一様に開く。これらのセグメントは、液圧が作用するとほぼ連続した環状隙間が生じ、これにより、ノズルから吹付けられるスプレー材の中に環状に液体流れを導入することができるような形状を有するのが、さらに望ましい。
さらに望ましい実施形態では、ノズルは、液体供給部を備えた円筒状のスプレー導管を有する。このスプレー導管は２つのセクションからなり、それらの間には、それらと同軸のメンブレンリングが設けられている。メンブレンリングは、
（ｉ）基礎部材であって、この基礎部材は、片面が平坦で、かつ外周部と内周部を備えた剛性リングを有し、
上記平面は、上記セクションの一方に接し、
上記剛性リングはまた、他方の面を有し、
この他方の面に垂直に、同一形状でほぼ等間隔に且つ半径方向に配置された複数のリッジを有し、
これらのリッジは上記内周部の方向にテーパが付けられており、
上記内周部かその近傍に頂点を有するものと、
（ｉｉ）連続した弾性メンブレンであって、このメンブレンは、上記リッジ間の隙間を充填するために、
上記リッジ部と同一の高さを有し、上記スプレー導管の他方のセクションの端部に接するようになっているものとを備え、
そのようにして、複数のリッジ及びその間にある弾性メンブレンが、一連の弾性セグメントを形成し、
メンブレンと接する上記導管セクション内に形成され、かつ上記液体供給貯蔵部と連結されている複数の通路によって、上記セグメントに液体が供給される。
本発明では、ノズルに供給される液体は、通路を通って弾性セグメントに向かう。その結果、圧力下でセグメントを通過する液体は、メンブレンを圧縮し、それにより、メンブレンと導管部との間に隙間が生じ、液体はスプレー材に接近する。
弾性メンブレンは、リッジ間の隙間を充填し、かつその高さが、リッジの上端部に等しい。実際、メンブレンは、リッジと共に、非弾性リッジにより分割された一連の弾性セグメントからできた厚肉の組み合わせリングを形成する。「弾性」とは、メンブレンに送られる液体から、圧力を受けて圧縮され、隙間を形成し、さらに液体を放出するのに十分な柔軟性を有するという意味である。それゆえ、弾性メンブレンは、耐久性も備えたエラストマー材からなり（リングの内周に相当する部分は、スプレー材と直接接触する）、さらに疎水性と化学的耐性を有する。特に好ましい材料はポリウレタンであるが、特性パラメータに応じて、専門家なら容易に適切な材料を選択できる。
上述した基材のリッジの重要な特徴は、リングの内周部に近づくに従って先が細くなり、頂点が内周部又はその近傍にあることである。このことにより、ほぼ完全な円状のスプレーパターンを得ることができ、したがって、スプレー材に一様に液体が注入される。このテーパが存在するならば、スプレー材の流れの横断面に関するリッジ部の断面形状は重要ではない。容易に製造するために好適な形は細長い二等辺三角形である。
メンブレンリングは、基材上に弾性メンブレンを成型するのが好都合である。このリッジ部により、弾性メンブレンを所定の位置に配置できるが、例えば、接触部方向にあけた孔（基材を貫通はしていない）を補助的に使用することもできる。
スプレー材に供給される液体は、各セグメントに対し一つずつ形成された複数の通路により弾性セグメントに到達する。これらの通路は、環状貯蔵部から、メンブレンと接触するスプレー導管の面に伸びている。メンブレンリング及び通路は、通路端部がセグメントを形成するリッジ間の中間にある、メンブレンセグメントに接触するように形成される。これにより、液体から圧力を受けると、各メンブレンセグメントは圧縮され、スプレー材料に対し、周辺から液体注入を行うことができる。液圧が増すと、セグメントは大きく圧縮され、したがって、液体の流入速度がほぼ一定に保たれる。
上述の特徴を備えているので、ノズルを実際どのように作るかは重要でなく、専門家は種々の構成を容易に考え得る。例えば、複数の通路を、１つのスプレー導管内にあってもよいし、好ましくは、２つのセクションの間にあってメンブレンと接する別個のユニットに組み入れてもよい。
別の態様では、上述した複数の注入通路の代わりに、メンブレンに接するノズル部内に配置された、少なくとも１つの注入通路を使用してもよい。上記メンブレンに接触し、ノズル部の端部に形成されると共に、上記注入通路につながった環状通路によって、液圧はメンブレン表面全体にかかる。液圧が作用すると、注入通路及び環状通路を通って、圧力が一様にかかり、ほぼ連続の液体流れが得られる。注入通路１つだけを有することは可能ではあるが、半径方向に対向する２つの通路を有する方が、より優れた圧力平衡状態が得られることがわかっている。
スプレー材に対する液体注入は、スプレー材の流れに垂直な平面で行ってもよい。スプレー材の流れに垂直な方向以外の角度で、液体を注入する方が有利なことが多く、このとき、注入液体の形状は円形というよりはむしろ円錐形である。この円錐形は、スプレー材の流れと同じ方向に向いていてもよいし、流れと反対方向に向いていてもよい。これは、リッジ及びメンブレンが、連続で平坦な円状の面を形成する代わりに、頂点がスプレー材の流れの長軸上に位置する、連続な円錐台の形状を有する面を形成することによって得られる。スプレーノズルのメンブレンに接するセクションの端部は、この形状に合うように作られる。
特に好ましい実施形態において、本発明は、特にコンクリートスプレー用に、管状のスプレー導管と、その周りに配置された、混合物に液体を注入する手段とを有したスプレーノズルであって、
スプレー導管の少なくとも一部をなすこの手段は、固定された円筒スリーブ（３，１０３）及び、この円筒スリーブ（３，１０３）に接し、かつ固定されたメンブレンリング（７，１０７）を有し、
このメンブレンリングは、一部が上記メンブレンリング（７，１０７）の円筒内面を形成している複数の弾性セグメント（９，１０９）を有し、
これらのセグメントは、周囲に均等に配置され、
上記セグメントの表面は、上記円筒スリーブ（３，１０３）に接触し、その結果、この円筒スリーブと上記メンブレンリング（７，１０７）が水密シールを形成し、
この円筒スリーブ（３，１０３）はその外周部に、環状貯蔵部（４，１０４）を有し、この貯蔵部から円筒軸に平行に、孔（５，１０５）が少なくとも１つ伸びており、
この孔部は、環状貯蔵部と、上記メンブレンリング（７，１０７）に接触する面との間を液体接続し、
上記弾性セグメント（９，１０９）は、注入される液体の圧力を受けて、一様に圧縮することができると共に、上記弾性セグメント（９，１０９）の接触面と、上記中空円筒（３，１０３）の面（３ｂ）との間に隙間を形成するように、上記孔部に関連して上記弾性セグメント（９，１０９）が形成され配置されており、
液体の放出断面は圧力上昇と共に大きくなり、ほぼ一定の流出速度を得られるようにしたスプレーノズルを提供するものである。
ノズルにおいてスプレー材に液体を注入する必要がある場合、本発明のノズルは、いかなるスプレー材をスプレーするのにも有効であるが、本発明のノズルは、吹付けコンクリートのようなセメント混合物をスプレーするのに有効である。さらに、これらのノズルは、「ドライプロセス」によるセメント混合物スプレーに特に適しているが、「ウェットプロセス」による混合物スプレーに対しても有効である。
本発明はさらに、ドライプロセスによってセメント混合物を基盤上に吹付ける方法を提供する。この方法においては、ドライスプレー混合物が上記スプレーノズルに供給され、上記スプレーノズルの中で、混合物を硬化するのに十分な液体が、混合物に注入される。
本発明はさらに、ウェットプロセスによってセメント混合物を基盤上に吹付ける方法を提供する。この方法においては、ウェットスプレー混合物が上記スプレーノズルに供給され、上記スプレーノズルの中で、液状混和剤が混合物に注入される。
本発明のおけるノズルの全部品は、当業界で公知の装置と技術を用いて、簡単に入手できる既知の材料で作ることができる。出来上がったノズルは使いやすく、かつ信頼性も高く、補修および保全が容易である。
【図面の簡単な説明】
図を参照して本発明をさらに説明する。図では、好ましい実施形態が表されているが、本発明を制限するものではない。以下に表される特定の実施形態は、特にドライプロセスによるコンクリートスプレー用のノズルに関する。
図１では、図３の線Ｉ−Ｉに沿った本発明に係るスプレーノズルの、長手方向の断面図が示されている。
図２では、図１に示されたスプレーノズルのメンブレンリングの水平方向投影図が示されている。
図３では、図１の線III-IIIに沿った断面図が示されている。
図４では、図１に示された装置のノズルヘッドを通る、長手方向の断面図が示されている。
図５では、図４の線V-Vに沿った断面図が示されている。
図６では、第２の実施形態に係るノズルヘッドを通る、長手方向の断面図が示されている。
図７では、図６の線VII-VIIの沿った断面図が示されている。
図１に示された符号１のスプレーノズルは、ノズル部１４と、内部に円筒スリーブ３を収容した管状ジャケット２と、供給パイプ用固定ナット１２とを有し、ノズル部１４は、固定ナット１６により管状ジャケット２に固定されている。これらの部品は、ドライコンクリートのスプレー混合物が通過する円筒状の通路を形成している。円筒スリーブ３はその肩部３ａが、管状ジャケット２の内面から突出した環状リブ２ａに接している。また、円筒スリーブは、円筒外面から内側に向かって伸びた環状貯蔵部４を備えており、この貯蔵部４から、半径方向に同一形状の複数の孔５が伸びている。これらは等間隔で配置され、かつ円筒通路の長軸方向に平行である。孔部５は、環状貯蔵部４を介して連結孔６に接続されている。メンブレンリング７は、円筒スリーブ３に接している。このメンブレンリングは、外周部と内周部とを有する基本的に平坦なリングである金属支持部８を備えている。外周部に設けた環状の壁８ｃと、平坦面に設けたリッジ８ｂとが、上記リングの一方の面から垂直方向に、同じ高さまで伸びている。これらリッジ部は同一形状を有し、等間隔に且つ半径方向に配置されている。図２に見られるように、これらのリッジ部は、平面図上で、内周部に向けてテーパが付けてある細長い二等辺三角形をなしており、その頂点が内周部にある、メンブレンリング７は、リッジ間の隙間をエラストマーポリウレタン材で充填することにより完成し、金属支持部８の平坦面から離れた平坦な上面が、リッジ８ｂの上端部及び環状壁８ｃと面一となり、さらにその内周部が、金属支持部８の内周部に一致するようなリング状のメンブレンを形成している。このように、リッジ８ｂは、メンブレンを複数のセグメント９に分割しており、これらのセグメントはリッジ部の頂点で接している。ポリウレタン材は疎水性で、かつ化学的耐性を有し、所定の液圧に対してたわむように、当該分野で周知のパラメータに選択される。
供給パイプ用ナット１２、ノズル部１４、ジャケット２及び円筒スリーブ３をねじ止めしてノズルが組立てられると、メンブレンリング７は、ノズル部１２、内側スリーブ３及びジャケット２との間に、液体が入り込まないように接触し、かつ保持されており、メンブレンは後者の２つとは、直に接触している。ナット１２とメンブレンリング７に関しては、シールリング１３が２つの間に固定される。
孔５とリッジ８ｂの数は等しく（本実施形態では２０個）、２つのリッジの中間で、各孔がメンブレンに当たるように、メンブレンリングが配置される。
パイプ１１は制御バルブ１０を備えており、連結孔６を介して環状貯蔵部４に液体を供給するのに用いられる。
貯蔵部４の液圧が十分高ければ、全てのセグメント９に一様な液圧がかかるので、これらセグメント９は、同程度圧縮される。各セグメント９と円筒スリーブ３の面３ｂとの間に隙間が生じ、この隙間幅は作用する液圧に応じて変化する。これらの隙間から均一な円状の液体流が放出され、その幅は、セグメント９の大きさに依存する。リングの内周部にリッジ８ｂの頂点があるので、均一な隙間幅を有するほぼ連続の環状隙間ｍが形成され、これにより、環状で均一な液体の流れが生じる。
図５では、メンブレンリング７の各セグメント９が、それぞれ各孔５に対応しているのが示されている。この構成は、環状貯蔵部４に到着した液体の流れを、セグメント９に垂直な液体の流れに分けるという利点を有する。これらの液体の流れは、セグメント９を圧縮するのに必要な力を生成する。そのようにした場合、環状隙間から放出される液体の流速を最適化することができる。すなわち、高速の注入速度が得られ、その結果、環状隙間ｍから放出される液体の流れの少なくとも一部は、コンクリート混合物の中心に到達することができる。
圧力のかからない状態では、弾性セグメント９及び金属支持部８は、隙間を形成することなく水密状態で、円筒スリーブ３の対向面と接触し、その結果、対向するメンブレンリング７の面と円筒スリーブ３の面とは、混合物通路に存在し得る材料によって生じる不純物から保護される。
メンブレンリング７に作用する液圧が、制御バルブ１０で増減される場合（すなわち、液体が環状貯蔵部４内に導入される場合）、この液体は、矢印２１の方向に孔部５を通って、さらにセグメント９に流れる。これにより、セグメントは一定の圧縮力を受け、上述の環状隙間ｍが形成され、そこから液体が、均一な環状の液体流れとなって矢印２２の方向に放出される。その結果、円筒通路を介して矢印２３の方向（又は可能なら逆方向）に導入されたコンクリート混合物に、液がを与えられる。環状隙間ｍの幅は特に、貯蔵部を通って導入される単位時間当たりの液体の量によって変化し、それに応じて隙間幅の大きさが増す。隙間幅に応じて導入される液体の放出断面は、圧力上昇と共に大きくなり、流量にかかわらず、ほぼ一定の流出速度が得られる。このことは、制御バルブ１０のみが、流出速度が一定のもとで流量を変える手段であることを意味する。
円筒スリーブ３とメンブレンリング７との間の環状隙間ｍが、汚れたり詰まったりした場合、連結ナット１２がジャケット２から取り外される。その結果、メンブレンリング７及び円筒スリーブ３を、ジャケット開口部から取り外したり、不純物を簡単に洗い落としたり、あるいはメンブレンリングを簡単に取り替えることができる。
円筒スリーブ３とメンブレンリング７の上述した対向部の平面が、スプレー材の流れに垂直である場合、均一な環状の水流が上述の通り形成される。上述面が円錐台の形状なら、円錐台状の水流が生じる。この実施形態では、特定の液体流れを、上流又は下流に向けてスプレー混合物に対し送ることができ、いずれに向かうかは、何に適用するかによって決まる。
そのような水流を形成する構成は、図６及び図７に見ることができる。これらの図によると、この構成もまた、環状貯蔵部１０４を有する円筒スリーブ１０３とメンブレンリング１０７とから構成される。上述の原理は本構成についても有効で、以下に詳細に説明しないが、上述の構成の特徴部分のみ説明する。円錐台状の流れを生成するため、中空円筒１０３及びメンブレンリング１０７（並びにリッジ１０９）には、対をなす円錐台状の面が備わっている。
図６及び７では、混合物通路に液体を注入するための別の形態が示されている。円筒スリーブ１０３の環状貯蔵部１０４から、直径方向に対向する２つの孔１０５が伸びており、これらは円筒軸に平行である。これらの孔部は、円筒スリーブ１０３の環状溝１０６，１１７に通じている。この環状溝１０６，１１７は、メンブレンリング１０７に対向し、当該装置の作動中は、液体を弾性セグメント１０９に分水する。液体の注入時でさえ、全てのセグメント１０９に、一定の圧力が自然と作用し、その結果、上記ノズルヘッドにより、均一な液体流れと液体の薄い膜が形成される。
図１から図７に記載された装置及びノズルヘッドは、本発明の様々な可能な実施形態の一部しか表しておらず、修正も種々可能である。専門家なら容易に種々の修正例を実現することができるが、それらは全て、本発明の範囲に属するものである。
従って、図１から５に記載の円筒スリーブ３における孔部５の数、及び対をなす弾性セグメント９の数は、１６，１８，２４又は３２個などに変えることができる。円筒スリーブ３とメンブレンリング７との間に、シールリングをさらに加えることも可能である。
加えて、図１から７に記載した両ノズルヘッドの形及びデザインを、いろいろ組合わせることも可能で、必要ならば、図１から４までに記載のノズルを変更して、作業中に円錐台状の流れを形成したり、図６及び７に記載された、液体を供給するための環状溝を有するノズルヘッドを使用して、環状の液体流を形成したりすることができる。

Claims (3)

1. ノズルからスプレーされる材料に、液体を注入するタイプのスプレーノズルであって、上記ノズルは管状のスプレー導管を有し、その周囲には、上記スプレー材の流れに垂直な平面内に、環状の液体注入出口が配置されており、
   上記液体は、環状貯蔵部を介してパイプ供給部から供給され、
   この環状貯蔵部は、上記注入出口近くに、かつ上記スプレー導管の周りに配置されており、
   液圧がかからない状態では、上記注入出口に当接して上記注入出口を水密状態で閉鎖する弾性材であって、液圧がかかった状態では、液圧の増加に比例して、上記弾性材と上記注入出口の間の隙間を増大させ、上記材料に注入される液体の量を増加させる弾性材を有することを特徴とするスプレーノズル。
2. 弾性材が、液圧がかかったとき、互いに独立して作動し、一様に開口する複数のセグメントからなる、請求項１のスプレーノズル。
3. 上記セグメントは、液圧がかかったとき、上記隙間がほぼ連続して環状となり、環状液体流れをスプレー導管内に導入することができるような形状を有する、請求項１または２のスプレーノズル。

Images