JPH05111647A - 周期的に移動するジエツトの発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視覚的に識別可能な低速度で移動させ、装飾
的な展示噴水に使用できる魅力的で動的視覚効果を与え
る三次元パターンで周期的に移動するジェットの発生装
置を安価に提供する。 【構成】 円形トラック１６を持つチャンバ１４を有す
るハウジング１２と、該チャンバ内に配置され該円形ト
ラックに沿って転動可能なボデー１８と、該ボデーに結
合され該チャンバの外部へ延び該ハウジング内に回転可
能に支持されて該ハウジングに対して密封される中空の
回転可能な軸４２と、該軸の回転軸線６０に対して不整
合に少なくとも１つのジェットを噴出する様に該チャン
バの外部で軸５６に取付けられるノズル３２と、該チャ
ンバの上流領域２６に通じる流体の流れの供給源２４と
を備えている。前記ボデーは、該ボデーに作用する流体
の動的な力の結果として円形トラック１６に沿って転動
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周期的に移動する流体
ジェットを発生し、特に、流体の流れの中に懸架されそ
の結果として周期的に可動なボデーへの流体の動的な力
の作用によって該ジェットを発生し、これにより、ボデ
ーの運動の少なくとも１つの成分が周期的に移動する通
路へ流体の流れで形成される少なくとも１つのジェット
を連続的に方向を変えるのに利用する周期的に移動する
ジェットの発生装置に関する。更に特に、本発明の任務
の１つは、視覚的に識別可能である適当に遅い速度で移
動する三次元パターンにおいて周期的に移動する個々の
ジェットを発生し、従って例えば装飾的展示噴水に適当
に使用可能である魅力的な動的視覚効果を与えることで
ある。

【０００２】

【従来の技術】周期的に移動する又は反復可能に脈動す
る流体ジェットを噴出する種々な装置は周知である。こ
のとき、ジェットの動的作用の運動量は、流体の流れ自
体の流体動的効果から得られる。例えば、「流体発振
器」として周知の装置は、運動する部分を使用すること
なく単に該効果に依存する。これの代表的な例は、米国
特許第４，１８４，６３６号に開示される。多数のその
他の装置は、流体の流れの方向変更及び／又は中断のた
めと、運動する流れ出力パターンないしジェットの形成
のためとで運動する部品（流れ自体によって移動され
る）に依存する。例えば、タービン状機構（流体被動ロ
ータを使用する）は、反復可能な中断又は方向変更され
る流れパターンの保証によるマッサージ効果を与える様
に自分で行うシャワーヘッドに使用される。例えば米国
特許第３，４７３，７３６号は、その作用が半径方向の
ポート２２の付いた弁１６を駆動するタービンロータ２
０に依存する水出口取付具用脈動装置を開示する。

【０００３】マッサージ効果を与えるシャワーの流れ変
調器は、米国特許第４，０２６，４７０号に開示され、
該変調器１０は、該変調器を流通する水の流れの中に引
付けられた後にその流れから反発される水力学的に成形
された部材４６に依存し、これにより、該流れの移動の
方向及び強さが変更される。該水力学的に成形された部
材は、振動する態様で移動できる様にボール５４、ソケ
ット５２形状内に懸架される。

【０００４】米国特許第３，８８５，４３４号では移動
可能なボール１２が流れチューブ１０の軸方向へ移動す
るのをストッパ１４によって阻止されるが、ボールを通
過する流れがボールの回転及び横方向の運動を生じさせ
る様な該チューブに対する寸法のボールを該チューブ内
に有する装置の一例が開示される。これはボールの運動
を検出することによって流量を測定する流量計である
が、明らかに該装置は、ボールから丁度下流の異なる場
所の局部的な流れを周期的に変調する。しかしながら、
この装置は、視覚的に識別可能な速度の三次元パターン
で移動する個々のジェットを実際上生じ得ず、該速度
は、例えば開示された比較的高いボール回転頻度（第３
欄、第１９行〜第２１行）によって示される。

【０００５】周期的に移動するジェットないし流れパタ
ーンを発生する従来の装置は、通常、特別に意図される
目的に対して不満足なものではないが、大抵の役割にお
いて、これ等の装置は、三次元パターンにおいて規則的
かつ中断されずに周期的に移動する個々の形状のジェッ
トを与えることができない。この点では、「三次元パタ
ーン」は、ジェットの運動がほゞ単一の平面内であって
扇状パターンを生じる「二次元パターン」に対立するも
のとして３つの空間的な次元を通って移動するジェット
の通路（又は二次元を通って移動するジェットの方向）
を有する様に理解されるべきである。更に、従来の装置
は、一般に、過度な機械的な複雑さ又は過度な寸法なし
に、視覚的に識別可能である様なジェットの適当に低速
度のジェット運動と、従って魅力的な動的視覚効果とを
与えることができない。

【０００６】例えば、前述の米国特許第４，１８４，６
３６号の図４２，４３に開示された実施例は、三次元出
力ジェットパターンを生じる装置を示すが、該装置は、
かなり大きい発振器構造とし、これによる低い周波数の
発振器構造が使用されなければ、視覚的に識別可能な個
々のジェットを得ることは困難であった。

【０００７】同様に、タービン状機構を使用する装置に
関して、満足すべき様な低いロータ速度を得ることは困
難である。即ち高速度のロータの運動が使用されて機構
の複雑さを伴う歯車減速又は他の態様の減速が行われな
ければ、適当に低速度のジェット運動を生じるための実
際的な使用は困難である。

【０００８】マッサージ効果を生じる様に意図された上
述の米国特許第４，０２６，４７０号に開示されたシャ
ワー流れ変調器は、適当に低速度のジェット運動におけ
る視覚的に魅力的な外観の個々のジェットを生じること
が明らかにできないと思われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】視覚的に識別可能な速
度の三次元パターンで移動する個々のジェットを生ずる
魅力的なジェットの発生装置を小型で簡単な構造のもの
として提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の原理は、流体の
流れの中に懸架され、その結果として周期的に可動なボ
デーへの流体の動的力の作用によって周期的に移動する
流体ジェットを発生し、これにより、ボデーの運動の少
なくとも一成分が流体の流れで形成される少なくとも１
つの流体ジェットを周期的に移動する通路内に連続的に
方向を変えるのに使用されるジェット発生装置を設け
る。このジェット発生装置は、内部円形トラックを持つ
チャンバを有するハウジングを備えている。該ボデー
は、円形外周を有し、チャンバの内部円形トラックに沿
いその円形外周によって転動可能な様にチャンバ内に懸
架される。流体の流れは、円形トラックに対して上流領
域内でチャンバに供給され、円形トラックに対して下流
領域からチャンバの外へ導かれる。

【００１１】該ボデーは、ボデーの運動の少なくとも一
成分が軸に伝達される様にチャンバの外部へ延びる軸に
結合される。該軸は、ハウジング内の軸受装置で支持さ
れ、ハウジングに対して密封される。流体導管は、軸を
貫通してチャンバの下流領域からチャンバの外部に配置
される軸の部分に取付けられるノズルへ通じる。該ノズ
ルは、軸の回転軸線の方向に一致しない方向で少なくと
も１つの流体ジェットを形成して方向づける。

【００１２】本発明の一実施例では、該ボデーは、軸と
の間の角度的な不整合を許容する回転継手（例えば自在
継手）を介して軸に結合される。ラジアル及びスラスト
の軸受装置をこの実施例では設ける。ラジアル及びスラ
ストの負荷に抗してハウジング内で軸を支持してその中
心の回りの軸の角度的方向変更を同時に許容する球面ピ
ボット軸受を、ボデーと軸との間の回転継手の代りに他
の実施例で設ける。

【００１３】作用は、ボデーを通過して流れるチャンバ
内の流体によってボデーに作用する流体の動的な力が、
ボデーを移動させ、チャンバの内部円形トラックに沿い
ボデーをその円形外周によって転動させる。ボデーの転
動運動は、回転の成分を有している。少なくともこの成
分は、軸を介してノズルへ伝達され、これにより、ノズ
ルから噴出するジェットへ伝達される。ジェットが軸
（また軸と共にノズル）の回転軸線の方向とは異なる様
に方向づけられる際、最初のジェットの方向は、円錐形
面又は円形平面に沿う通路を描き、後者は、ジェットの
方向が軸の回転軸線に交差しても、しなくてもジェット
が該軸線に垂直に方向づけられれば、然りである。勿
論、最初のジェットの方向は、軸の回転軸線に平行かつ
間隔を設けられてもよい。後者の場合には、最初のジェ
ットの方向は、円筒形面に沿う通路を描く（円錐形面に
なる傾向がある）。

【００１４】噴水は、噴出し周期的に移動するジェット
の動的展示のために発生装置を使用する。展示されるジ
ェットは、噴水の視覚的に魅力を向上するためにストロ
ボスコープによって照明されてもよい。

【００１５】本発明の前述及びその他の目的、特徴及び
利点は、添付図面を参照する以下の、本発明の好適実施
例の詳細な説明によって明らかになる。尚、図面の全体
にわたって同様な符号は、同様な構成部分を示す。

【００１６】

【実施例】図１を参照すると、発生装置１０は、内部円
形路ないしトラック１６を有するチャンバ１４を備えた
ハウジング１２と、該チャンバ内に可動に配置された円
形外周２０を有するボデー１８と、ボデー１８の運動の
少なくとも一成分をチャンバ１４の外部へ伝達する機械
的な伝達装置２２と、チャンバ１４の上流流域２６へ流
体の流れを供給する流体供給装置２４と、下流領域３０
からチャンバ１４の外部へ流体の流れを導く流体のガイ
ド装置２８と、少なくとも１つの流体ジェットを環境へ
噴出するノズル装置３２とを具備する。

【００１７】チャンバ１４は、その外側へハウジング１
２を貫通するボア３４を有し、スラスト軸受３８と、ラ
ジアル軸受４０とを有する軸受装置３６がボア３４内に
配置してある。機械的な伝達装置２２は、結合装置４６
によって相互に連結される第１長さ部分４２と、第２長
さ部分４４とを有する回転可能な軸を備えている。第１
長さ部分４２は、ボデー１８に取付ける。結合装置４６
は、結合される部材間の相対的な角度の不整合を許容す
ると共に該部材間に回転を伝達する自在継手を有してい
る。第２長さ部分４４は、軸受装置３６で支持され、１
つ又はそれ以上の半径方向孔５０を経て下流領域３０に
連通する軸方向導管４８の形状の流体のガイド装置２８
を有している。ノズル装置３２は、第２長さ部分４４の
右端に取付けられ、ノズル装置から噴出するために軸方
向導管４８から流体の流れを受取る。第２長さ部分４４
は、こゝで使用される軸受が平軸受であるために軸受４
０に含まれるシール装置によってハウジング１２に対し
て密封されるが、その他の型式の軸受をシール装置とし
て例えばＯリングと共に使用してもよい。

【００１８】流体供給装置２４は、上流領域２６におけ
る空所と、こゝでは横方向の孔として示された上記空所
への供給導管とを有する。供給装置２４は、流体の流れ
を上流領域２６へ与える任意のその他の好適な形状でも
よい。例えば、領域２６の孔は、ハウジング１２の外に
向かって左向きに設け、図示しない流体源から流体を供
給する様に孔に取付けられて密封される流体案内管を有
してもよい。

【００１９】ノズル装置３２は、それからジェットを噴
出する少なくとも１つのノズル５２を有する。ノズル５
２は、それに沿ってジェットを噴出する指向性出口軸線
５４を有する。機械的な伝達装置２２の回転可能な軸の
第２長さ部分４４は、回転軸線５６を有する。指向性出
口軸線５４の方向は、回転軸線５６の方向とは異なって
いる（または意図的に軸線５６の方向に不整合する）。
これ等の２本の軸線は、相互に交差してもよいが、必ず
しも交差しなくてもよい。

【００２０】円形外周２０は、それに垂直な中心線５８
を有する。又、該中心線は、これに同心状のボデー軸線
５９を限定する。機械的な伝達装置の回転可能な軸の第
１長さ部分４２は、中心線５８と同心の回転軸線６０を
有している。発生装置の作用の際、回転軸線５６，６０
は、同心状ではないが、結合装置４６の自在継手の旋回
点で交差する。

【００２１】円形外周２０の領域では、チャンバ１４
は、内部円形トラック１６を有する。ボデー１８は、流
体が上流領域２６から下流領域３０へボデーを通過して
流れる際にボデー１８に加えられる流体の動的な力によ
り内部円形トラック１６に沿いその円形外周２０によっ
て転動可能である。

【００２２】チャンバ１４の内部円形トラック１６の領
域及びその近くの領域は、流体の動的に活性な活性領域
６２として定義される。流体の動的な活性領域のチャン
バの内部壁部分は、ほゞ円筒形であるが、円錐形の形状
であってもよい。ほゞ円筒形又は僅かに円錐形の活性領
域における壁形状は、実際的な理由のために好適であ
り、図１における表現は、活性領域６２における円錐形
の壁形状をも示す様に見られることが意図される。

【００２３】ボデー１８は、ボデー軸線５９に対して軸
対称の外周面６４（円形外周２０を含む）を有する。外
周面６４は、ボデー軸線５９のまわりの回転面であり、
該面は、ほゞ滑らかな弧状で外方へ凸形の母線（ボデー
軸線５９に対して）を有している。図示の様に、ボデー
１８は、樽状である。代りに球形のボデー形状を特定の
作用条件の下で使用してもよい。ボデー１８がチャンバ
１４内で転動可能であるため、ボデーの最大直径は、ボ
デーの近くのチャンバ１４の内径よりも小さくなければ
ならない。又、特に、円形外周２０の直径は、内部円形
トラック１６の直径よりも小さい。

【００２４】図２に示した断面は、内部円形トラック１
６の面と、円形外周２０の面との概略に過ぎない。図２
は、本発明の原理による発生装置が作用する際、即ちボ
デー１８が内部円形トラック１６に沿いその円形外周２
０によって転動する際の瞬間におけるハウジング１２の
チャンバ１４内のボデー１８を示す。トラック１６に沿
うボデー１８の転動運動の結果としてボデー軸線５９の
回りのボデー１８の回転を示す回転矢印７０を図２に示
す。ボデー軸線５９は、ボデーがトラック１６に沿って
転動する際に円を描く。この円は、転動運動の円７２と
してこゝに示した。転動運動の方向は、ボデー１８の回
転の方向に反対であることが更に認められる。ボデー１
８とハウジング１２のチャンバ壁との間の直径方向の間
隙７４は、流体の流れが通過する流れ面積を与える。

【００２５】ボデーの回転と、転動運動との回転速度
は、相互に著しく異なることを理解されたい。ボデーと
ハウジングとの間に如何なる滑りも無い場合、ボデーの
回転速度と転動運動速度との比は直径方向の間隙７４
（内部円形トラック１６において）をボデー１８の円形
外周２０の直径で割った値に等しい。

【００２６】図３には、例えば図１に示す実施例の発生
装置によって生じる代表的な移動するジェットパターン
の１つの瞬間が示してある。発生装置１０は、ほゞ上向
きの３本の夫々末広がりのジェットを有しほゞ垂直に方
向づけられる。該発生装置は、動的展示噴水として有利
なこの１つの描写によって視覚化可能である。３本のジ
ェットは、上昇して次第に水滴に分断し、結局重力の作
用で落下する際に個々のジェットを観察して識別するの
を容易にする比較的に遅い速度で回転する。例えば、約
１５０ｒｐｍまでのジェットパターンの回転速度は、展
示噴水の用途に好適なことが判明した。任意の数のジェ
ットを使用してもよい。単一のジェットでさえも魅力的
なパターンを生ずる。この点では、例えば図３の描写
は、等しい時間間隔で撮られた単一の回転するジェット
の三重（写真の）露出を表わす様に視覚化可能である。

【００２７】図３は、ジェットの回転速度が著しく早
く、従って個々の別個のジェットが肉眼によって容易に
は（又は全く）視覚的に識別不能なときではあるが、生
じる回転するジェットパターンが観察される際にストロ
ボスコープで照明すると、少なくとも１つの回転するジ
ェットを生じる様に発生装置１０を有する動的展示噴水
をも更に表現可能である。例えば、発生装置１０から噴
出する単一のジェットの回転周波数の３倍のストロボス
コープの閃光反復周波数における照明は、こゝに描写さ
れる様な光景を与え得る。前記２つの周波数が正確に同
期されず、これによりこのパターンが前記異なる周波数
で回転すれば、得られる光景は回転するパターンを与え
ることが認められる。

【００２８】図４を参照すると、符号８２で示される機
械的な伝達装置が一端でボデー１８に取付けられ、他端
はチャンバ１４の外部のノズル装置３２に結合されるほ
ゞ１つ物の剛性軸組立体から成ることを除き図１の発生
装置１０に基本的に類似する発生装置８０が略図で示し
てある。上記軸組立体は、軸線８５のまわりに回転し、
更に内部円形トラック１６に沿うボデー１８の転動運動
に参加する。更に、発生装置８０は、球面ピボット軸受
８４を有する軸受装置を備える点で発生装置１０とは異
なっている。この球面ピボット軸受８４は、ボデー１８
が内部円形トラック１６に沿って転動する際（図２も参
照）、及び転動作用の結果として軸線８５がその頂点と
して軸受８４の旋回中心を有する円錐面に沿って移動す
る際、ハウジング１２に対して異なる角度方向で軸を支
持するのに役立つ。図４には、更に機械的な伝達装置８
２の軸とハウジングとの間のシール装置に含まれるＯリ
ング８６が示されている。Ｏリング８６は、この球面軸
受８４の球形部材の外側部分をハウジング１２に対して
密封するのに役立つ。その他の点では図４の実施例は、
基本的に構造上、図１の実施例と同様であるのでその点
は、図１，２に関連して前に説明した該その他の点を参
照されたい。

【００２９】図５を参照すると、発生装置８０（図４
の）の作動で生じる代表的な移動ジェットパターンの１
つの瞬間が示してある。図５は、描写されるジェットパ
ターンが各ジェットの中心線のまわりに高頻度回転の形
状で各ジェットに別の変調運動を有する点を除き図３に
類似する。該変調運動は、図２に関連して（又特に転動
運動の円７２に関して）前に説明した様にボデー１８の
転動運動に対応し、該転動運動によって発生する。又、
発生装置８０は、ほゞ上方へ方向づけられる３本の相互
に末広がりのジェットを有し、ほゞ垂直に方向づけられ
る。該発生装置は、動的展示噴水として有利なこの描写
の１つによて視覚化可能である。該３本のジェットは、
上昇して次第に水滴に分断し、結局重力の作用の下で落
下する際、個々のジェットを観察して識別するのを容易
にする比較的に遅い速度で回転する。例えば約１５０ｒ
ｐｍまでのジェットパターンの回転速度は、該展示噴水
の用途に好適なことが判明した。任意の数のジェットを
使用してもよい。単一のジェットでさえも魅力的なパタ
ーンを生じる。この点では、例えば図５の描写は、等し
い時間間隔で撮られた単一の回転するジェットの三重
（写真）露出として視覚化可能である。

【００３０】又、図５は、ジェットの回転速度が著しく
早く、従って個々の別個のジェットが肉眼によって容易
には（又は全く）視覚的に識別不能なときであるが、生
じる回転するジェットパターンが観察される際にストロ
ボスコープによって照明されるとき、少なくとも１つの
回転するジェットを生じる様な発生装置８０を有する動
的展示噴水を更に象徴している。例えば、発生装置８０
から噴出する単一のジェットの回転頻度の３倍のストロ
ボスコープによる閃光反復頻度における照明は、こゝに
描写される様な光景を与え得る。前記２つの頻度が正確
に同期されずこれによりこのパターンが異なる頻度で循
環すれば、得られる光景は回転するパターンを与えるこ
とが認められる。

【００３１】本発明の発生装置（図１の発生装置１０又
は図４の発生装置８０のいずれか）の作用の際、チャン
バ１４内のボデー１８を通過する流体の流れは、ボデー
を最初にチャンバ壁に向かってほゞ半径方向に移動させ
た後、チャンバ１４の内部円形トラック１６に沿ってボ
デーの円形外周２０によって転動させるように流体の動
的な力をボデー上に発生する。ボデー１８の高速度の転
動運動は、円形外周２０の中心に垂直である軸線５９の
まわりのボデーの低速度回転を生じさせる。更に、該転
動運動は、ボデーがその軸線５９に沿う一位置で旋回可
能に支持される際、チャンバ１４に対して軸線５９のす
りこぎ運動状の運動を生じさせる。旋回可能なサポート
は、図１の実施例の結合装置４６（自在継手）と、図４
の実施例の球面ピボット軸受８４とである。

【００３２】発生装置に供給された後にボデー１８を通
過する流体の流れは、チャンバ１４の外部へ延びる機械
的な伝達装置（図１の２２、図４の８２）の軸の部分内
に配置された導管を経てチャンバの外へ導かれる。この
流体の流れは、ノズル装置３２を経て送給され、指向性
出口軸線５４に沿ってノズル出口を通って環境へ噴出す
る。ボデー軸線のまわりのボデー１８の運動の少なくと
も回転成分がノズル装置３２へ伝達されるため、ノズル
装置から噴出するジェットは、回転するジェットパター
ンをもたらす。該パターンは、少なくとも最初にノズル
から噴出する際に螺旋円錐形渦巻曲線を描くジェットの
結果として形成される。該パターンは、規則的かつ周期
的に移動する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の装置は簡単な
構造で三次元パターンにおいて規則的且つ中断されずに
周期的に移動する個々の形状の魅力的なジェットを与え
る。

【００３４】以上、本発明を特にその好適実施例に関し
て図示説明したが、本発明は、その技術思想から逸脱し
ない種々な変更及び変形を施して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理による発生装置の１実施例の部分
的な概略縦断面図である。

【図２】図１の線２−２に沿う部分的な拡大断面図であ
る。

【図３】例えば図１の実施例によって発生する代表的な
移動ジェットパターンを瞬間的に見た概略の立面図であ
る。

【図４】本発明の他の１実施例の部分的な概略縦断面図
である。

【図５】例えば図４の実施例によって発生する代表的な
移動ジェットパターンを瞬間的に見た概略の立面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 発生装置 １２ ハウジング １４ チャンバ １６ 内部円形トラック １８ ボデー ２０ 円形外周 ２２ 機械的な伝達装置 ２４ 流体供給装置 ２６ 上流領域 ２８ 流体案内装置 ３０ 下流流域 ３２ ノズル装置 ３４ ボア ３６ 軸受装置 ３８ スラスト軸受 ４０ ラジアル軸受 ４２ 第１長さ部分 ４４ 第２長さ部分 ４６ 結合装置 ４８ 軸方向導管 ５２ ノズル ５４ 指向性出口軸線 ５６ 第２長さ部分の回転軸線 ５８ 円形外周の中心線 ５９ ボデー軸線 ６０ 第１長さ部分の回転軸線 ６２ 活性領域 ６４ 外周面 ８０ 発生装置 ８２ 機械的な伝達装置 ８４ 球面ピボット軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部円形トラックを持つチャンバを有す
   るハウジングと、円形外周を有し該チャンバ内に可動に
   配置されたボデーとを備え、該ボデーが、該ボデーを通
   過して流体が流れる際に該ボデーへ加えられる流体の動
   的な力によって前記内部円形トラック沿いに該円形外周
   によって転動可能であり、更に、該ボデーの運動の少な
   くとも一成分を前記チャンバの外部へ機械的に伝達する
   伝達装置と、前記内部円形トラックの上流の該チャンバ
   へ流体の流れを供給する供給装置と、該チャンバの内部
   から外部へ該内部円形トラックの下流からの流体の流れ
   を導くガイド装置と、少なくとも１つの流体ジェットを
   環境へ噴出するノズル装置とを備え、該ノズル装置が、
   前記チャンバの外部に配置され、前記ガイド装置から流
   体の流れを受取り、該ガイド装置の少なくとも一部分
   が、該チャンバの外部に配置された前記機械的伝達装置
   の少なくとも一部に含まれ、前記ノズル装置が、該チャ
   ンバの外部で該伝達装置に機械的に結合され、該チャン
   バの外部で該ガイド装置に流体を導くように結合された
   周期的に移動するジェットの発生装置。