特開 2024-113584 粒子噴射ノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113584

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】粒子噴射ノズル

(51)【国際特許分類】

   B24C 5/04 20060101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

B24C5/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018673

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】古谷 優樹

(57)【要約】

【課題】流路において空気の旋回流が発生する構成において、噴出口での粒子フラックスの均一性を向上させる粒子噴射ノズルを提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、粒子噴射ノズルは、管部材及び棒状部材を備える。管部材の内部には、流路が形成され、流路は、下流端の噴出口で、管部材の外部に開口する。流路では、粒子を含む空気が螺旋状に噴出口に向かう空気の旋回流が、発生する。棒状部材は、径方向について流路の中心部に配置され、流路の上流側から下流側へ向かって延設される。棒状部材は、棒状部材の先端に近づくほど、径方向についての棒状部材の寸法が減少するテーパ部を備え、テーパ部は、棒状部材の先端まで、流路の下流側へ向かって形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に流路が形成されるとともに、前記流路の下流端の噴出口で前記流路が外部に開口し、粒子を含む空気が螺旋状に前記噴出口に向かう前記空気の旋回流が前記流路において発生する管部材と、
径方向について前記流路の中心部に配置され、前記流路の上流側から下流側へ向かって延設される棒状部材と、
を具備し、
前記棒状部材は、前記棒状部材の先端に近づくほど、前記径方向についての前記棒状部材の寸法が減少するテーパ部を備え、
前記テーパ部は、前記棒状部材の前記先端まで、前記流路の前記下流側へ向かって形成される、
粒子噴射ノズル。

【請求項2】

前記テーパ部のテーパ角は、６０°以下の鋭角となる、請求項１の粒子噴射ノズル。

【請求項3】

前記テーパ部は、円錐形状に形成される、請求項１の粒子噴射ノズル。

【請求項4】

前記管部材は、前記径方向についての前記流路の寸法を前記下流側に向かって減少させる管テーパ部を備える、請求項１の粒子噴射ノズル。

【請求項5】

前記流路の軸方向に対する前記管テーパ部の勾配角は、６０°以下の鋭角となる、請求項４の粒子噴射ノズル。

【請求項6】

前記流路の上流端部では、前記粒子を含む前記空気が供給口を通して導入され、
前記棒状部材の前記テーパ部の中心軸は、前記棒状部材の前記先端に近づくほど前記流路の軸方向に交差する方向について前記供給口が位置する側へ向かう状態に、前記流路の前記軸方向に対して傾斜する、
請求項１乃至５のいずれか１項の粒子噴射ノズル。

【請求項7】

前記流路の前記軸方向に対する前記テーパ部の前記中心軸の傾斜角は、３°以下の鋭角である、請求項６の粒子噴射ノズル。

【請求項8】

前記流路の上流端部では、前記粒子を含む前記空気は、供給口から前記管部材の周方向に沿って前記流路に導入される、請求項１乃至５のいずれか１項の粒子噴射ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、粒子噴射ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

粒子を含む空気を対象物へ噴射する粒子噴射ノズルが用いられている。このような粒子噴射ノズルでは、管部材の内部に流路が形成され、流路の下流端の噴出口で、流路が管部材の外部に開口する。そして、管部材の流路では、粒子を含む空気が上流側から下流側へ向かって流れ、噴出口から粒子を含む空気が管部材の外部へ噴出される。

【0003】

粒子噴射ノズルでは、空気が螺旋状に噴出口に向かう空気の旋回流を、流路において発生させ、噴出口での粒子の分散性を向上させている。また、径方向について流路の中心部に棒状部材を配置し、前述した空気の旋回流を安定して発生させている。前述のように空気の旋回流を発生させながら粒子を含む空気を噴出口から噴出する粒子噴射ノズルでは、旋回流によって、空気に含まれる粒子に遠心力が作用する。そして、粒子噴射ノズルでは、流路において空気の旋回流によって粒子に遠心力が作用しても、径方向について噴出口の中心部での後述する単位時間かつ単位面積当たりの粒子の通過量に相当する粒子フラックスの低下を抑制し、噴出口での粒子フラックスの均一性を向上させることが、求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１２０１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、流路において空気の旋回流が発生する構成において、噴出口での粒子フラックスの均一性を向上させる粒子噴射ノズルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、粒子噴射ノズルは、管部材及び棒状部材を備える。管部材の内部には、流路が形成され、流路は、下流端の噴出口で、管部材の外部に開口する。流路では、粒子を含む空気が螺旋状に噴出口に向かう空気の旋回流が、発生する。棒状部材は、径方向について流路の中心部に配置され、流路の上流側から下流側へ向かって延設される。棒状部材は、棒状部材の先端に近づくほど、径方向についての棒状部材の寸法が減少するテーパ部を備え、テーパ部は、棒状部材の先端まで、流路の下流側へ向かって形成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る粒子噴射ノズルを第１の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る粒子噴射ノズルの管部材において、流路の上流端部を軸方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図4】図４は、比較例に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図6】図６は、比較例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図7】図７は、第１の変形例に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図8】図８は、第２の変形例に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図9】図９は、第１の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図10】図１０は、第２の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図11】図１１は、第３の変形例に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図12】図１２は、第４の変形例に係る粒子噴射ノズルを第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図13】図１３は、第３の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図14】図１４は、第４の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図15】図１５は、第５の変形例に係る粒子噴射ノズルを第１の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図16】図１６は、第６の変形例に係る粒子噴射ノズルを第１の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図17】図１７は、第７の変形例に係る粒子噴射ノズルを第１の交差方向に直交又は略直交する断面で示す概略図である。

【図18】図１８は、第５の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図19】図１９は、第６の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【図20】図２０は、第７の変形例に係る粒子噴射ノズルについて、噴出口での粒子フラックスの分布の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

【0009】

まず、実施形態の一例として、第１の実施形態について説明する。図１及び図２は、第１の実施形態に係る粒子噴射ノズル１を示す。図１及び図２に示すように、粒子噴射ノズル１は、管部材２を備え、管部材２の内部に、流路３が形成される。

【0010】

管部材２及び流路３は、中心軸Ｃを有し、管部材２及び流路３では、中心軸Ｃに沿う方向が、軸方向（矢印Ｃ１及び矢印Ｃ２で示す方向）として規定される。そして、管部材２及び流路３では、軸方向の一方側が下流側（矢印Ｃ１側）となり、軸方向について下流側とは反対側が上流側（矢印Ｃ２側）となる。管部材２及び流路３では、中心軸Ｃの軸回り方向が、周方向として規定される。また、管部材２及び流路３では、軸方向及び周方向の両方に直交又は略直交する径方向が、規定される。管部材２及び流路３では、径方向について中心軸Ｃに近づく側が、内周側となり、径方向について内周側とは反対側が、外周側となる。なお、図１及び図２は、軸方向に平行又は略平行な断面で、管部材２及び流路３が示される。

【0011】

管部材２では、流路３の下流端に、噴出口５が形成される。中心軸Ｃは、噴出口５の中心又は略中心を通り、噴出口５は、中心軸Ｃと同軸又は略同軸に形成される。流路３は、噴出口５において、管部材２の外部に開口する。また、管部材２には、供給管６の一端が接続され、供給管６の管部材２との接続部分には、供給口７が形成される。流路３の上流端部は、供給口７を介して、供給管６の内部と連通する。流路３の上流端部には、供給管６の内部から供給口７を通して、粒子を含む空気が導入される。そして、流路３では、粒子を含む空気は、上流側から下流側へ流れ、噴出口５から管部材２の外部に噴出される。噴出口５から噴出された粒子を含む空気は、対象物へ噴射される。

【0012】

粒子噴射ノズル１では、管部材２の内部の流路３に、棒状部材１０が配置される。棒状部材１０は、中心軸Ｂを有し、基端から先端まで中心軸Ｂに沿って延設される。本実施形態では、棒状部材１０の中心軸Ｂは、流路３（管部材２）の中心軸Ｃと同軸又は略同軸となる。棒状部材１０は、径方向について流路３の中心部に配置される。そして、管部材２の内部では、棒状部材１０の外周面と管部材２の内周面との間に、流路３となる隙間が形成される。また、管部材２の内部では、棒状部材１０は、流路３の上流側から下流側へ向かって延設される。

【0013】

管部材２は、底壁８を備え、管部材２では、底壁８は、軸方向について噴出口５とは反対側の端を形成する。棒状部材１０の基端は、底壁８の内表面に接続される。そして、棒状部材１０は、底壁８から流路３の下流側へ向かって、先端まで延設される。このため、棒状部材１０では、先端側の部位ほど、流路３の下流側に位置し、先端に近づくほど、流路３の下流側に位置する。また、棒状部材１０の先端は、管部材２の内部に位置し、噴出口５に対して流路３の上流側に位置する。

【0014】

図３は、管部材２において流路３の上流端部を、軸方向に直交又は略直交する断面で示す。管部材２及び流路３では、軸方向に交差する（直交又は略直交する）第１の交差方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、及び、軸方向及び第１の交差方向の両方に交差する（直交又は略直交する）第２の交差方向（矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向）が、規定される。図１では、第２の交差方向に直交又は略直交する断面が、示され、図２では、第１の交差方向に直交又は略直交する断面が、示される。供給管６は、第１の交差方向の一方側（矢印Ｘ１側）から、管部材２に接続される。そして、粒子を含む空気は、第１の交差方向の一方側から、供給口７を通して導入される（図３の矢印Ｆ１）。

【0015】

また、供給口７は、流路３の中心軸Ｃに対して、第２の交差方向の一方側（矢印Ｙ２側）にずれて位置する。供給口７は、流路３（管部材２）の周方向について、角度位置Ｐ１，Ｐ２の間の角度範囲αに渡って、形成される。角度位置Ｐ２は、第２の交差方向について、流路３の中心軸Ｃに対して、角度位置Ｐ１が位置する側に位置する。また、角度位置Ｐ２は、第２の交差方向について、角度位置Ｐ１に対して、中心軸Ｃ（中心軸Ｂ）が位置する側とは反対側に位置する。流路３の上流端部では、供給口７から管部材２の周方向に沿って、粒子を含む空気が導入される（図３の矢印Ｆ２）。したがって、流路３の上流端部では、管部材２（流路）の周方向に沿って、導入された空気が、供給口７から流れる。

【0016】

前述のように流路３に粒子を含む空気が導入されることにより、流路３では、粒子を含む空気が螺旋状に噴出口５に向かう空気の旋回流が、発生する（図１及び図２の矢印Ｆ３）。空気の旋回流は、中心軸Ｃ（棒状部材１０）を中心とする螺旋状に、流路３を噴出口５に向かって流れ、流路３を上流側から下流側に向かって流れる。そして、流路３では、粒子を含む空気の旋回流が、噴出口５から管部材２の外部に噴出される。また、流路３では、径方向について中心部に棒状部材１０が配置されるため、空気の旋回流を安定して発生する。

【0017】

図１及び図２等に示すように、棒状部材１０は、径寸法均一部１１及びテーパ部１２を備える。径寸法均一部１１は、棒状部材１０の基端から流路３の下流側へ向かって延設される。テーパ部１２は、先端側から径寸法均一部１１に接続され、径寸法均一部１１に対して流路３の下流側に隣接する。棒状部材１０では、テーパ部１２は、棒状部材１０の先端まで、流路３の下流側へ向かって延設される。本実施形態では、棒状部材１０の中心軸Ｂが、径寸法均一部１１及びテーパ部１２のそれぞれの中心軸となる。そして、径寸法均一部１１は、テーパ部１２に対して、同軸又は略同軸となる。このため、径寸法均一部１１及びテーパ部１２のそれぞれの中心軸は、流路３（管部材２）の中心軸Ｃと同軸又は略同軸となる。

【0018】

径寸法均一部１１では、基端から先端まで、径方向についての棒状部材１０の寸法が、均一又は略均一になる。すなわち、軸方向について径寸法均一部１１の全範囲に渡って、径方向についての棒状部材１０の寸法が、均一又は略均一になる。このため、径寸法均一部１１では、基端から先端まで、軸方向に直交又は略直交する断面での棒状部材１０の断面積が、均一又は略均一になる。

【0019】

テーパ部１２では、径方向についての棒状部材１０の寸法が、軸方向に沿って変化する。本実施形態では、テーパ部１２において、棒状部材１０の先端に近づくほど、径方向についての棒状部材１０の寸法が減少する。すなわち、テーパ部１２では、流路３の下流側に向かうほど、径方向についての棒状部材１０の寸法が減少する。このため、テーパ部１２では、棒状部材１０の先端に近づくほど、軸方向に直交又は略直交する断面での棒状部材１０の断面積が減少する。

【0020】

本実施形態の棒状部材１０では、径寸法均一部１１は、円柱形状又は略円柱形状に形成され、テーパ部１２は、円錐形状又は略円錐形状に形成される。テーパ部１２では、棒状部材１０の先端が、円錐形状又は略円錐形状の頂点となる。ただし、ある一例では、径寸法均一部１１は、円柱形状に類似する多角柱形状に形成されてもよく、テーパ部１２は、円錐形状に類似する多角錐形状に形成されてもよい。

【0021】

また、テーパ部１２では、テーパ角θが規定される。テーパ部１２では、円錐形状又は略円錐形状の頂角が、テーパ角θとなる。本実施形態では、テーパ角θは、３０°又は略３０°となる。また、本実施形態では、テーパ部１２の中心軸は、流路３（管部材２）の中心軸と同軸又は略同軸になり、テーパ部１２の中心軸（棒状部材１０の中心軸Ｂ）は、流路３の軸方向と平行又は略平行となる。このため、流路３の軸方向に対するテーパ部１２の勾配角は、テーパ角θの半分値と同一又は略同一の大きさになる。

【0022】

管部材２は、第１の径寸法部１５、第２の径寸法部１６及び管テーパ部１７を備える。第１の径寸法部１５は、底壁８に接続され、底壁８から流路３の下流側へ向かって延設される。第２の径寸法部１６は、第１の径寸法部１５に対して底壁８とは反対側に配置され、流路３の下流側に向かって噴出口５まで延設される。したがって、流路３の下流端の噴出口５は、第２の径寸法部１６によって形成される。管テーパ部１７は、管部材２の軸方向について、第１の径寸法部１５と第２の径寸法部１６との間に設けられる。管テーパ部１７は、流路３の下流側から第１の径寸法部１５に接続され、流路３の上流側から第２の径寸法部１６に接続される。したがって、管テーパ部１７は、第１の径寸法部１５との境界位置から第２の径寸法部１６との境界位置まで、軸方向に沿って延設される。

【0023】

軸方向について第１の径寸法部１５が延設される範囲では、径方向についての流路３の寸法が、均一又略均一になる。すなわち、底壁８から第１の径寸法部１５と管テーパ部１７との境界位置に渡る範囲では、中心軸Ｃから管部材２の外周面までの寸法が、均一又は略均一になる。また、軸方向について第２の径寸法部１６が延設される範囲では、径方向についての流路３の寸法が、均一又略均一になる。すなわち、管テーパ部１７と第２の径寸法部１６との境界位置から噴出口５に渡る範囲では、中心軸Ｃから管部材２の外周面までの寸法が、均一又は略均一になる。第２の径寸法部１６が延設される範囲での径方向についての流路３の寸法は、第１の径寸法部１５が延設される範囲での径方向についての流路３の寸法比べて、小さい。

【0024】

また、軸方向について管テーパ部１７が延設される範囲では、径方向についての流路３の寸法が、軸方向に沿って変化する。そして、管テーパ部１７は、径方向についての流路３の寸法を、下流側に向かって減少させる。このため、軸方向について管テーパ部１７が延設される範囲では、噴出口５（第２の径寸法部１６）に近づくほど、中心軸Ｃから管部材２の外周面までの寸法が減少する。なお、第１の径寸法部１５と管テーパ部１７との境界位置での径方向についての流路３の寸法は、第１の径寸法部１５が延設される範囲での径方向についての流路３の寸法と、同一又は略同一になる。また、管テーパ部１７と第２の径寸法部１６との境界での径方向についての流路３の寸法は、第２の径寸法部１６が延設される範囲での径方向についての流路３の寸法と、同一又は略同一になる。

【0025】

管テーパ部１７では、流路の軸方向に対する勾配角φが規定される。本実施形態では、勾配角φは、３０°又は略３０°となる。また、図１及び図２の一例では、棒状部材１０の先端（テーパ部１２の先端）は、第１の径寸法部１５と管テーパ部１７との境界位置に対して、流路３の上流側に位置する。ただし、ある一例では、棒状部材１０の先端は、流路３の軸方向について、第１の径寸法部１５と管テーパ部１７との境界位置からずれていない、又は、ほとんどずれていない。別のある一例では、棒状部材１０の先端は、第１の径寸法部１５と管テーパ部１７との境界位置に対して、流路３の下流側に位置する。ただし、いずれの場合も、棒状部材１０の先端は、噴出口５に対して流路３の上流側に位置する。

【0026】

ここで、実施形態の比較例となる粒子噴射ノズル１を、図４に示す。比較例の粒子噴射ノズル１でも、本実施形態等と同様に、管部材２の内部に流路３が形成され、管部材２は、第１の径寸法部１５、第２の径寸法部１６及び管テーパ部１７を備える。そして、径方向について流路３の中心部には、棒状部材１０が配置される。また、流路３には、本実施形態等と同様にして、粒子を含む供給口７から導入され、流路３では、前述した空気の旋回流が発生する。ただし、比較例では、棒状部材１０にテーパ部１２は設けられず、棒状部材１０は、径寸法均一部１１のみから構成される。このため、棒状部材１０では、軸方向について基端から先端までの全範囲に渡って、径方向についての寸法が、均一又は略均一になる。

【0027】

本実施形態及び比較例の粒子噴射ノズル１では、前述のように空気の旋回流が流路において発生し、旋回流によって、空気に含まれる粒子に、遠心力が作用する。また、比較例の粒子噴射ノズル１では、棒状部材１０にテーパ部１２が形成されないため、流路３において、径方向の中心部へ向かう空気の流れが、棒状部材１０によって阻害され易くなる。このため、比較例の粒子噴射ノズル１では、流路３において、空気に含まれる粒子が、径方向の中心部に到達し難くなる。これにより、径方向について噴出口５の中心部では、粒子の密度が低い傾向となる。また、比較例の粒子噴射ノズル１では、前述のように、流路３において、径方向の中心部へ向かって空気が流れ難くなる。このため、径方向について噴出口５の中心部では、軸方向についての空気の流速が低い傾向となる
前述のように、比較例の粒子噴射ノズル１では、径方向について噴出口５の中心部において、粒子の密度及び軸方向についての空気の流速が低い傾向となるため、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスが、低い傾向となる。径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスが低下することにより、比較例では、噴出口５における粒子フラックスの均一性が、低下する。

【0028】

これに対して、本実施形態では、棒状部材１０にテーパ部１２が設けられ、テーパ部１２は、棒状部材１０の先端まで、流路３の下流側へ向かって形成される。そして、テーパ部１２では、棒状部材１０の先端に近づくほど、径方向についての棒状部材１０の寸法が減少する。本実施形態では、前述のようなテーパ部１２が設けられるため、流路３において、径方向の中心部へ向かって空気が流れ易くなり、空気に含まれる粒子が、径方向の中心部に到達し易くなる。これにより、径方向について噴出口５の中心部で、粒子の密度の低下が抑制される。また、本実施形態では、前述のように、流路３において、径方向の中心部へ向かって空気が流れ易くなる。このため、径方向について噴出口５の中心部では、軸方向についての空気の流速の低下が、抑制される。

【0029】

前述のように、本実施形態の粒子噴射ノズル１では、径方向について噴出口５の中心部において、粒子の密度及び軸方向についての空気の流速の低下が抑制されるため、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制される。径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が抑制されることにより、本実施形態では、噴出口５における粒子フラックスの均一性が、向上する。

【0030】

ここで、粒子フラックスは、単位時間かつ単位面積当たりの粒子の通過量であり、粒子の密度と軸方向についての空気の流速との積となる。ある一例では、粒子の密度は、１／ｍ^３等を単位として示され、軸方向についての空気の流速は、ｍ／ｓ等を単位として示される。この場合、粒子フラックスは、１／（ｍ^２・ｓ）等を単位として示される。

【0031】

図５は、本実施形態の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示し、図６は、図４の比較例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示す。図５及び図６の粒子フラックスの分布では、明るい部分（白色に近い部分）ほど、粒子フラックスが高く、暗い部分（黒色に近い部分）ほど、粒子フラックスが低い。また、図５及び図６では、第１の交差方向についての仮想上の中央線β１、及び、第２の交差方向についての仮想上の中央線β２を示す。噴出口５では、中央線β１，β２の交点が、中心軸Ｃの通過位置と一致又は略一致する。

【0032】

図５に示す本実施形態の粒子フラックスの分布では、図６に示す比較例の粒子フラックスの分布に比べて、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制された。特に、比較例では、噴出口５の中心部に粒子フラックスが０になる領域ε１が発生したのに対し、本実施形態では、噴出口５において、粒子フラックスが０になる領域が発生しなかった。また、本実施形態の粒子フラックスの分布では、比較例の粒子フラックスの分布に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。前述のような本実施形態と比較例との間での粒子フラックスの分布の比較結果から、棒状部材１０にテーパ部１２を設けることにより、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上することが、実証された。

【0033】

なお、テーパ部１２のテーパ角θは、前述の実施形態等の角度に限定されるものではない。図７に示す第１の変形例では、テーパ角θは、１２０°又は略１２０°となり、図８に示す第２の変形例では、テーパ角θは、６０°又は略６０°となる。第１の変形例及び第２の変形例のそれぞれでは、テーパ角θが前述のように異なる以外は、第１の実施形態等と同様の構成になる。また、図７及び図８では、粒子噴射ノズル１は、流路３の軸方向に平行又は略平行な断面で示され、第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示される。

【0034】

図９は、第１の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示し、図１０は、第２の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示す。図９及び図１０の粒子フラックスの分布でも、明るい部分ほど、粒子フラックスが高く、暗い部分ほど、粒子フラックスが低い。また、図９及び図１０でも、前述の中央線β１，β２を示す。

【0035】

図９に示す第１の変形例の粒子フラックスの分布、及び、図１０に示す第２の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、図６に示す比較例の粒子フラックスの分布に比べて、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制された。なお、第１の変形例では、噴出口５の中心部に粒子フラックスが０になる領域ε２が発生したが、領域ε２は、比較例において粒子フラックスが０になる領域ε１に比べて、小さくなった。したがって、テーパ部１２のテーパ角θが１２０°又は略１２０°の構成であっても、棒状部材１０にテーパ部１２が設けられない構成に比べて、噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制された。

【0036】

また、第１の変形例の粒子フラックスの分布、及び、第２の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、比較例の粒子フラックスの分布に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。したがって、テーパ部１２のテーパ角θが１２０°又は略１２０°の構成であっても、棒状部材１０にテーパ部１２が設けられない構成に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上することが、実証された。

【0037】

また、第１の変形例に比べて第２の変形例では、噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が抑制され、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。そして、第２の変形例に比べて第１の実施形態では、噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が抑制され、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。このため、テーパ部１２のテーパ角θが小さいほど、噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が抑制され、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上することが、実証された。

【0038】

特に、テーパ角θが６０°又は略６０°の第２の変形例、及び、テーパ角θが３０°又は略３０°の第１の実施形態では、噴出口５において、粒子フラックスが０になる領域が発生しなかった。このため、テーパ部１２のテーパ角θは、６０°以下の鋭角であることが、好ましい。

【0039】

また、流路３の軸方向に対する管テーパ部１７の勾配角φは、前述の実施形態等の角度に限定されるものではない。図１１に示す第３の変形例では、勾配角φは、６０°又は略６０°となり、図１２に示す第４の変形例では、勾配角φは、８０°又は略８０°となる。第３の変形例及び第４の変形例のそれぞれでは、勾配角φが前述のように異なる以外は、第１の実施形態等と同様の構成になる。また、図１１及び図１２では、粒子噴射ノズル１は、流路３の軸方向に平行又は略平行な断面で示され、第２の交差方向に直交又は略直交する断面で示される。

【0040】

図１３は、第３の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示し、図１４は、第４の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示す。図１３及び図１４の粒子フラックスの分布でも、明るい部分ほど、粒子フラックスが高く、暗い部分ほど、粒子フラックスが低い。また、図１３及び図１４でも、前述の中央線β１，β２を示す。

【0041】

図１３に示す第３の変形例の粒子フラックスの分布、及び、図１４に示す第４の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、図６に示す比較例の粒子フラックスの分布に比べて、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制された。また、第３の変形例の粒子フラックスの分布、及び、第４の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、比較例の粒子フラックスの分布に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。したがって、管テーパ部１７の勾配角φを変化させても、棒状部材１０にテーパ部１２を設けることにより、テーパ部１２が設けられない構成に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上することが、実証された。

【0042】

また、管テーパ部１７の勾配角φが８０°又は略８０°の第４の変形例では、勾配角φが３０°又は略３０°の第１の実施形態、及び、勾配角φが６０°又は略６０°の第３の変形例に比べて、噴出口５の全体に渡って、粒子フラックスが低くなった。実際に、勾配角φが８０°又は略８０°になる等、勾配角φが大きくなると、流路３において管テーパ部１７に対して上流側の領域に、空気に含まれる粒子が停滞し易くなる。この際、管テーパ部１７に対して上流側の領域では、特に、中心部から外周側に離れた部分に、粒子が停滞し易くなる。したがって、粒子噴射ノズル１では、噴出口５での粒子フラックスを高くする観点から、管テーパ部１７の勾配角φは、６０°以下の鋭角であることが、好ましい。

【0043】

また、図１５に示す第５の変形例、図１６に示す第６の変形例、及び、図１７に示す第７の変形例のそれぞれでは、テーパ部１２の中心軸Ｂ２は、流路３の中心軸Ｃと同軸ではなく、流路３の軸方向に対して傾斜する。ただし、第５の変形例乃至第７の変形例のそれぞれでは、棒状部材１０において、径寸法均一部１１の中心軸Ｂ１は、流路３の中心軸Ｃと同軸又は略同軸となり、流路３の軸方向に対して平行又は略平行となる。第５の変形例乃至第７の変形例のそれぞれでは、テーパ部１２の中心軸Ｂ２が流路３の軸方向に対して傾斜すること以外は、第１の実施形態等と同様の構成になる。また、図１５乃至図１７では、粒子噴射ノズル１は、流路３の軸方向に平行又は略平行な断面で示され、第１の交差方向に直交又は略直交する断面で示される。

【0044】

図１５乃至図１７に示すように、第５の変形例乃至第７の変形例のそれぞれでは、棒状部材１０のテーパ部１２の中心軸Ｂ２は、棒状部材１０の先端に近づくほど流路３の軸方向に交差する方向について供給口７が位置する側へ向かう状態に、流路３の軸方向に対して傾斜する。このため、テーパ部１２の中心軸Ｂ２は、流路３の下流側に向かうほど第２の交差方向について供給口７が位置する側（矢印Ｙ２側）に位置する状態に、流路３の中心軸Ｃに対して傾斜する。ある一例では、中心軸Ｂ２は、棒状部材１０の先端に近づくほど流路３の軸方向に交差する方向について角度位置Ｐ２が位置する側へ向かう状態に、中心軸Ｃに対して傾斜する。

【0045】

前述のようにテーパ部１２の中心軸Ｂ２が傾斜するため、第２の交差方向についてテーパ部１２に対して供給口７が位置する側の領域では、第２の交差方向についてテーパ部１２に対して供給口７が位置する側とは反対側の領域に比べて、テーパ部１２と管部材２との間に形成される流路３となる隙間が、狭くなる。第５の変形例乃至第７の変形例では、流路３の軸方向（中心軸Ｃ）に対するテーパ部１２の中心軸Ｂ２の傾斜角ηが、規定される。中心軸Ｂ２の傾斜角ηは、第５の変形例で１°又は略１°となり、第６の変形例で３°又は略３°となり、第７の変形例で５°又は略５°となる。

【0046】

図１８は、第５の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示し、図１９は、第６の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示し、図２０は、第７の変形例の粒子噴射ノズル１について、噴出口５での粒子フラックスの分布の一例を示す。図１８乃至図２０の粒子フラックスの分布でも、明るい部分ほど、粒子フラックスが高く、暗い部分ほど、粒子フラックスが低い。また、図１８乃至図２０でも、前述の中央線β１，β２を示す。

【0047】

図１８に示す第５の変形例の粒子フラックスの分布、図１９に示す第６の変形例の粒子フラックス分布、及び、図２０に示す第７の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、図６に示す比較例の粒子フラックスの分布に比べて、径方向について噴出口５の中心部での粒子フラックスの低下が、抑制された。また、第５の変形例乃至第７の変形例の粒子フラックスの分布のそれぞれでは、比較例の粒子フラックスの分布に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上した。したがって、テーパ部１２の中心軸Ｂ２を流路３の軸方向に対して前述のように傾斜させても、棒状部材１０にテーパ部１２を設けることにより、テーパ部１２が設けられない構成に比べて、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上することが、実証された。

【0048】

また、テーパ部１２の中心軸が傾斜しない第１の実施形態では、第２の交差方向について中央線β２に対して供給口７が位置する側（矢印Ｙ２側）の領域で粒子フラックスが高くなる状態に、噴出口５において粒子フラックスの偏りが発生した（図５参照）。実際に、テーパ部１２の中心軸が傾斜しない場合、棒状部材１０に対して供給口７が位置する側の領域から噴出口５へ供給される粒子の数が、棒状部材１０に対して供給口７が位置する側とは反対側の領域から噴出口５へ供給される粒子の数に比べて、多い傾向となる。

【0049】

これに対して、テーパ部１２の中心軸Ｂ２の傾斜角ηが１°又は略１°の第５の変形例、及び、中心軸Ｂ２の傾斜角ηが３°又は略３°の第６の変形例では、噴出口５において、粒子フラックスの偏りが、発生しなかった、又は、ほとんど発生しなかった（図１８及び図１９参照）。実際に、傾斜角ηが３°以下となる範囲で前述のようにテーパ部１２の中心軸Ｂ２を傾斜させることにより、第２の交差方向についてテーパ部１２に対して供給口７が位置する側の領域において、テーパ部１２と管部材２との間に形成される流路３となる隙間が、適正範囲で狭められる。これにより、噴出口５において、粒子フラックスの偏りの発生が、適切に抑制される。

【0050】

また、テーパ部１２の中心軸Ｂ２の傾斜角ηが５°又は略５°の第７の変形例では、第２の交差方向についてテーパ部１２に対して供給口７が位置する側の領域において、テーパ部１２と管部材２との間に形成される流路３となる隙間が、適正範囲を超えて狭められる。このため、第７の変形例では、第２の交差方向について中央線β２に対して供給口７が位置する側（矢印Ｙ２側）の領域で粒子フラックスが低くなる状態に、噴出口５において粒子フラックスの偏りが発生した（図２０参照）。

【0051】

以上より、傾斜角ηが３°以下の鋭角となる範囲でテーパ部１２の中心軸Ｂ２を流路３の軸方向に対して前述のように傾斜させることにより、噴出口５での粒子フラックスの均一性が向上する。したがって、棒状部材１０にテーパ部１２が設けられる構成では、傾斜角ηが３°以下の鋭角となる範囲でテーパ部１２の中心軸Ｂ２を流路３の軸方向に対して前述のように傾斜させることが、好ましい。

【0052】

なお、第５の変形例乃至第７の変形例では、径寸法均一部１１の中心軸Ｂ１は、流路３の軸方向に対して平行又は略平行であるが、ある変形例では、径寸法均一部１１の中心軸Ｂ１も、テーパ部１２の中心軸Ｂ２と同様に、流路３の軸方向に対して傾斜する。この場合、棒状部材１０において、径寸法均一部１１は、テーパ部１２に対して、同軸又は略同軸となる。そして、棒状部材１０の中心軸Ｂが、流路３の軸方向（中心軸Ｃ）に対して傾斜する。本変形例では、棒状部材１０の中心軸Ｂは、棒状部材１０の先端に近づくほど流路３の軸方向に交差する方向について供給口７が位置する側へ向かう状態に、流路３の軸方向に対して傾斜する。

【0053】

前述のような構成にすることにより、本変形例でも、第５の変形例及び第７の変形例等と同様に、テーパ部１２の中心軸Ｂ２は、棒状部材１０の先端に近づくほど流路３の軸方向に交差する方向について供給口７が位置する側へ向かう状態に、流路３の軸方向に対して傾斜する。また、本変形例では、流路３の軸方向に対する棒状部材１０の中心軸Ｂの傾斜角は、３°以下の鋭角であることが、好ましい。これにより、流路３の軸方向に対するテーパ部１２の中心軸Ｂ２の傾斜角ηは、３°以下の鋭角になり、第５の変形例及び第６の変形例と同様に、噴出口５において、粒子フラックスの偏りの発生が、適切に抑制される。

【0054】

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、棒状部材は、径方向について流路の中心部に配置される。棒状部材は、棒状部材の先端に近づくほど、径方向についての棒状部材の寸法が減少するテーパ部を備え、テーパ部は、棒状部材の先端まで、流路の下流側へ向かって形成される。これにより、流路において空気の旋回流が発生する構成において、噴出口での粒子フラックスの均一性を向上させる粒子噴射ノズルを提供することができる。

【0055】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0056】

１…粒子噴射ノズル、２…管部材、３…流路、５…噴出口、７…供給口、１０…棒状部材、１２…テーパ部、１７…管テーパ部、Ｃ…中心軸、Ｂ２…中心軸、θ…テーパ角、φ…勾配角、η…傾斜角。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】