JP2007313626A

JP2007313626A - 高圧水噴射ノズル

Info

Publication number: JP2007313626A
Application number: JP2006148851A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Koseki; 良治小関
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【解決手段】ノズル本体７に高圧水を噴射する噴射孔１０を設けるとともに、その隣接下方側に大径の気流発生孔１１を形成している。研磨材を収容した収容空間１２は、複数の導入通路１２Ａを介して上記気流発生孔１１と連通している。
噴射孔１０から下方へ高圧水が噴射されると、気流発生孔１１内に下方開口部から空気が吸引されて上昇し、この空気流により供給口１２Ｂから気流発生孔１１内に研磨材が吸引される。その後、研磨材を含んで上昇される空気流がガイド部１１Ｃにより下方側へ折り返されることにより、研磨材が高圧水の周囲を覆うようなり、その状態で研磨材と高圧水が被加工物２に噴射される。
【効果】ノズル本体７は、研磨材により摩耗される混合ノズルを備えず、交換に要するランニングコストを削減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧水噴射ノズルに関し、例えばウォータジェット加工機に用いられ、噴射される高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルに関する。

高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルとしては、高圧水ノズルと高圧水とアブレシブ（研磨材）を混合する混合ノズルとの間に混合室を形成して、該混合室にアブレシブ供給孔を開口させるよう構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
このような高圧水噴射ノズルにおいては、高圧水とアブレシブを混合する混合ノズルは、使用することによってノズル孔内部が研磨材により摩耗され、ノズル孔が徐々に拡大して切断幅が大きくなるため、切断精度を維持できる限界に達したら交換する必要がある。このような問題に対して、特許文献２による発明は、混合ノズル（ノズルチップ）の噴射方向先端面において、ノズル孔の開口部の周囲に円環状の通電部を装着し、ノズル孔の摩耗に伴って、該通電部が切断されることで、ノズル孔の摩耗の程度を自動的に検知するよう構成している。
実開昭６０−３６１５４号公報特公平５−２４８０号公報

上述したように、高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルの従来の構成においては、高圧水と研磨材を混合する混合ノズルを備えており、該混合ノズルが研磨材により摩耗されるため交換する必要があった。また、使用期間が長くなるに従いノズル孔の孔径は徐々に拡大され、高圧水の噴射幅が拡がって加工精度に影響するという問題があった。
本発明はこのような問題に鑑みて、高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルにあって、交換を要する混合ノズルを不要とした高圧水噴射ノズルを提供することを目的としている。

上述した事情に鑑み、本発明は、噴射される高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルにおいて、
高圧水を噴射する噴射孔の前方に、噴射方向に開放される気流発生空間を形成する内壁面を備えた気流発生部を設けるとともに、該気流発生部の内壁面に気流発生空間に研磨材を供給する供給口を設け、上記噴射孔から高圧水を噴射させて上記気流発生空間を通過させることで、反噴射方向を上記内壁面に沿って流れ、上記噴射孔の周囲で折返して高圧水の周囲を噴射方向へ流れる気流を発生させ、上記内壁面に沿う気流の吸引作用により、研磨材を上記供給口から上記気流発生空間内に流出させて上記気流の推進力で送り、噴射方向へ高圧水の周囲から供給するようにしたものである。

このような構成によれば、従来より備えていた高圧水と研磨材を混合する混合ノズルを不要とすることができ、交換により生じるランニングコストを削減することができる。また、高圧水の噴射幅を一定に保ち加工精度を高精度に維持することができる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において１はウォータジェット加工機に設けた本発明に係る高圧水噴射ノズルを示している。
該ウォータジェット加工機は、板状の被加工物２を水平に支持する加工テーブル３を備え、高圧水噴射ノズル１から高圧水を噴射させながら移動させることで、被加工物２に対して所要の切断加工を施すようになっている。本発明に係る高圧水噴射ノズル１では、噴射させる高圧水に研磨材を供給するよう構成されている。

高圧水噴射ノズル１は、上部ブロック５と下部ブロック６とを一体に連結して概略円柱状に形成されたノズル本体７を備えている。
上記上部ブロック５の軸心位置には、上下方向に貫通する貫通孔を穿設してあり、この貫通孔を高圧水が通過する液通路８としており、該液通路８に給液管９を介して高圧水が供給されるようになっている。上記液通路８の下端開口に対向する下部ブロック６の軸心上部には、液通路８よりも内径を極端に縮小させて形成した噴射孔１０が開口され、この噴射孔１０よりも下方であって高圧水の噴射方向前方には、噴射孔１０よりも遥かに大径であり、噴射方向へ開放された気流発生孔１１を形成している。
このように、下部ブロック６内に形成した気流発生孔１１は、噴射孔１０に連続して下方に向けて円錐状に拡径させた円錐部１１Ａと、円錐部１１Ａの開口径よりも拡大させた円柱状孔からなる大径部１１Ｂを備えており、さらにこの大径部１１Ｂの上端部分は、上方へくぼむ断面円弧状のガイド部１１Ｃとしている。該ガイド部１１Ｃの中央に円錐部１１Ａ、ならびに噴射孔１０が開口し、該開口から高圧水が噴射され、大径部１１Ｂの中央を通過して、下部ブロック６の下端面であるノズル本体７の下面中央に開口させた気流発生孔１１の開口部から出射されるようになっている。

本実施例では、噴射孔１０の噴射口径を２５０μｍ、気流発生孔１１の大径部１１Ｂの長手方向の長さを２０ｍｍ、直径を５ｍｍに設定してあり、図示しない高圧ポンプから給液管９を介して５００ＭＰａの高圧水を供給するようになっている。加工を行う際は、ノズル本体７の下面と被加工物２の表面とは若干の隙間をもって対向させてあり、この状態で噴射孔１０から高圧水を噴射させて、気流発生孔１１の内部を通過させると、高圧水の周囲では下方に向けて高速に気流が生じ、気流発生孔１１の上部では負圧が発生する。そのため、下方に向けて生じた気流の外側、すなわち、気流発生孔１１の大径部１１Ｂの内壁面に沿って上昇気流が生じ、ノズル本体７下面の気流発生孔１１の開口から外気が吸引されるようになる。これによって、気流発生孔１１の内部、噴射されている高圧水の周囲の空間では、大径部１１Ｂの内壁面に沿って反噴射方向へ上昇して流れ、噴射孔１０の周囲を取り囲む円弧状のガイド部１１Ｃで内側に折り返され、高圧水の周囲を噴射方向へ下降して流れる循環気流が発生する。この循環気流の作用により、高圧水は流入する外気に覆われて拡散が防止されて直線的な液柱状に保たれ、被加工物２の表面に圧力を集中させるとともに、極細の切断幅を得ることができる。
このように、気流発生孔１１の内部、すなわち、大径部１１Ｂの内壁面および、ガイド部１１Ｃによる天面により取り囲まれた空間は、上記循環気流を発生させる気流発生空間として形成され、該気流発生孔１１を開口させることで、本発明における気流発生部が設けられている。
このように構成されたノズル本体７において、本発明においては、さらに気流発生孔１１の内部で、液柱状の高圧水に粉状の研磨剤を供給するようになっている。

すなわち、下部ブロック６には、中心部に開口した気流発生孔１１の大径部１１Ｂを囲繞して研磨材を収容する環状の収容空間１２を形成してあり、該収容空間１２から気流発生孔１１の軸心に向けて複数（本実施例では１２本）の導入通路１２Ａを形成するとともに、それら各導入通路１２Ａの内方側の先端を大径部１１Ｂの内壁面に開口させ、研磨材の供給口１２Ｂを設けている。つまり、収容空間１２と大径部１１Ｂ内側とは複数の導入通路１２Ａを介して相互に連通しており、導入通路１２Ａを介して大径部１１Ｂの内壁面内側の気流発生空間に、研磨材を供給できるようになっている。各導入通路１２Ａは、上記大径部１１Ｂの円周方向等間隔位置に設けてあり、かつ大径部１１Ｂの長手方向の長さのほぼ中間より下方の範囲で、全て同一高さに配置している。
上記収容空間１２の上面には、下部ブロック６から上部ブロック５にわたって設けられ、上部ブロック５の周面に開口された供給通路１３が接続され、該供給通路１３とそれに接続した供給管１４を介して図示しない供給源から研磨材が補充されるようになっている。
該供給通路１３は環状の収容空間１２の中心を挟んだ２か所に配置され、収容空間１２内の研磨材の消費に応じて必要量の研磨材を、供給管１４を介して供給源から供給するようになっている。使用する研磨材としては、噴射される高圧水の噴射径の約１／３程度の粒径をしたパウダー状のものが選定され、かなり微細となることから、湿気により収容空間１２内で固まることを防止するため、ドライエアにより供給管１４内を給送させている。なお、固まりを防止する手段としては、ノズル本体７にヒータを内蔵して乾燥させるようにしても良い。

以上のように、気流発生孔１１の大径部１１Ｂの内壁面に研磨材の供給口１２Ｂを開口させた本実施例にあっては、噴射孔１０から高圧水が噴射されると、気流発生孔１１内で発生する負圧により生じる大径部１１Ｂの内壁面に沿った上昇気流の吸引作用によって、供給口１２Ｂから研磨材が吸引されて気流発生空間内に流出し、大径部１１Ｂの内壁面に沿って上昇する空気流による推進力で上方へ送られ、さらに円弧状のガイド部１１Ｃによって内側に向けて折り返されて、噴射された高圧水の周囲を噴射方向へ送られる。
そして、このように研磨材が高圧水の周囲から高圧水を覆うように供給されると、即座に研磨材は液柱状とした高圧水の表面張力により、その表面に吸着されて高圧水とともに運ばれて被加工物２に高速で衝突される。被加工物２は、高圧水の水圧とその外周部での研磨材の衝撃により切削され切断される。
なお、本実施例においては、噴射孔１０の口径を２５０μｍとしたが、上記循環気流を発生させることのできる範囲で選定することができ、５０〜５００μｍの範囲で選定することが望ましい。また、気流発生孔１１の大径部１１Ｂの長手方向の長さを２０ｍｍ、直径を５ｍｍに設定したが、気流発生孔１１の長手方向の長さについては６〜３０ｍｍの範囲で、また、直径については２〜１０ｍｍの範囲で選定することが可能である。ただし、長手方向の長さ（ａ）と直径（ｂ）の比率（アスペクト比：ａ／ｂ）が２〜１０の範囲となるように選定するようにする。

本発明の一実施例を示す断面図。

符号の説明

１…高圧水噴射ノズル１０…噴射孔
１１…気流発生孔（気流発生部）１２Ｂ…供給口

Claims

噴射される高圧水に研磨材を供給するようにした高圧水噴射ノズルにおいて、
高圧水を噴射する噴射孔の前方に、噴射方向に開放される気流発生空間を形成する内壁面を備えた気流発生部を設けるとともに、
該気流発生部の内壁面に気流発生空間に研磨材を供給する供給口を設け、
上記噴射孔から高圧水を噴射させて上記気流発生空間を通過させることで、反噴射方向を上記内壁面に沿って流れ、上記噴射孔の周囲で折返して高圧水の周囲を噴射方向へ流れる気流を発生させ、上記内壁面に沿う気流の吸引作用により、研磨材を上記供給口から上記気流発生空間内に流出させて上記気流の推進力で送り、噴射方向へ高圧水の周囲から供給することを特徴とする高圧水噴射ノズル。