JP2017202545A - ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴流を収束させて切断面の品質を向上させることができるノズル装置を提供する。
【解決手段】ノズル装置１は、液体Ｑを供給する液体供給路１１と、液体供給路１１から供給された液体Ｑを噴射してウォータージェットＷＪを生成するオリフィス３と、オリフィス３の下流側に配置されウォータージェットＷＪを覆うように配設された貫通孔６ａを有する整流手段と、貫通孔６ａよりも上流側でオリフィス３に向かうように気体を供給する第１気体供給路１５ｂと、第１気体供給路１５ｂよりも下流側で、かつ、貫通孔６ａの内側または下流側に気体を供給する第２気体供給路１５ｃと、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウォータージェットあるいはアブレシブウォータージェットをワークに噴射して加工するノズル装置に関する。

従来、超高圧水の噴流であるウォータージェットをワークの表面に噴射することによって、切断加工を行う加工装置が知られている。その加工装置では、ウォータージェットが乱れて不安定な状態になっている場合、切断能力が低下して、切断面が荒れたり、加工速度や切断厚さが低下するという問題点がある。

超高圧水の噴流を安定させて収束性を高める方法としては、ノズル内に空気やガス等の気体を供給し、噴流の外周を気体で囲み、噴流の進行方向に沿って気体も噴流と一緒に、上流側から下流側に流す超高圧水噴射ノズルが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１〜４に記載の超高圧水噴射ノズルは、オリフィスを通過した噴流に対して、噴流の周囲から空気を吹き込む空気噴出手段を設けたことによって、噴流がオリフィス刃面に付着して収束性が悪化するのを抑制している。

特開平２−３１１３００号公報（第１，３，５，６図） 実開平３−３８１６３号公報（第１，２図） 米国特許第８２１０９０８号明細書（ＦＩＧ.４，７〜１０） 米国出願公開第２００５／００１７０９１号明細書（ＦＩＧ.１〜４）

しかしながら、特許文献１〜４のノズル装置では、オリフィスを通過した噴流の周囲から噴流軸方向に噴流の流れと同一方向に向けて空気を吹き込む空気噴出手段を設けて、噴流の収束性の向上を図っているが、より品質の高い切断加工を行うため、噴流をさらに収束させることが望まれている。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、さらにウォータージェットを収束させて切断面の品質を向上させることができるノズル装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るノズル装置は、液体を供給する液体供給路と、前記液体供給路から供給された前記液体を噴射してウォータージェットを生成するオリフィスと、前記オリフィスの下流側に配置され前記ウォータージェットを覆うように配設された貫通孔を有する整流手段と、前記貫通孔よりも上流側で前記オリフィスに向かうように気体を供給する第１気体供給路と、前記第１気体供給路よりも下流側で、かつ、前記貫通孔の内側または下流側に気体を供給する第２気体供給路と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によるノズル装置は、オリフィスの下流側に、ウォータージェットを覆うように配設された貫通孔を有する整流手段を備えていることによって、貫通孔内をウォータージェットに沿って流れる気体の速度を高めることができる。さらに、ノズル装置は、貫通孔よりも上流側でオリフィスに向かうように気体を供給する第１気体供給路を備えていることによって、オリフィス直下に気体を供給してオリフィスから噴射されて直ちにウォータージェットを高速の気流で被覆しながら貫通孔内をウォータージェットに沿って流れるようにすることで、ウォータージェットを収束させることができる。
また、ノズル装置は、第１気体供給路よりも下流側で、ウォータージェットに向かうように気体を供給する第２気体供給路を備えていることによって、貫通孔内をウォータージェットに沿って流れる気体の出口側に気体を補充して、気体の剥離を防止して、ウォータージェットの収束性をより高めることができる。
このように、ノズル装置は、オリフィスから噴射されたウォータージェットに対して、第１気体供給路の気体と、第２気体供給路の気体とを、二段階に亘って噴流の位相に供給して当てて被覆することによって、噴流が拡がって速度が減衰するのを抑制することができる。このため、ウォータージェットが安定化されてバラツキの無い流れにすることができる。その結果、ノズル装置は、ウォータージェットの加工精度及び加工能力を向上させることができると共に、切断加工したワークの切断面の品質を向上させることができる。

また、ノズル装置は、前記オリフィスの下流側に当該オリフィスを支持するオリフィス支持部をさらに備え、前記第１気体供給路は、前記オリフィス支持部よりも下流側から前記オリフィスに向けて気体を供給することが好ましい。

かかる構成によれば、オリフィス支持部に気体供給路を設けずに、オリフィス支持部の剛性を確保して、オリフィスをしっかりと保持することができる。このため、オリフィスは、安定したウォータージェットを生成して収束性を高めることができる。
また、第１気体供給路は、下流側からオリフィスに向けて気体を供給することで、下流側から上流側のオリフィスに向けて、噴射口の近傍まで気体を送ることができるので、オリフィス下面に発生する気体の渦場のエネルギーを抑制することができる。このため、第１気体供給路からの気体によって、ウォータージェットの乱れが抑制され、ウォータージェットを効果的に収束させることができる。

また、前記オリフィス支持部には、前記ウォータージェットが通過する噴射流路が形成され、前記噴射流路は、下流側が拡開したテーパ状に形成された内周面を備え、前記第１気体供給路は、前記内周面に沿って前記気体を供給することが好ましい。

かかる構成によれば、第１気体供給路から噴射流路に供給される気体を、テーパ状の内周面でガイドしてオリフィスの噴射口に向けて流れるようにすることができる。

また、前記オリフィス支持部には、前記ウォータージェットが通過する噴射流路が形成され、前記第１気体供給路は、前記噴射流路の内周面に沿って前記気体を供給することが好ましい。

かかる構成によれば、第１気体供給路内の気体を噴射流路の内周面に沿って供給してオリフィスの噴射口に向けて流れるようにすることができる。

また、前記オリフィス支持部の下流側に配設され、前記第１気体供給路と前記第２気体供給路とに分岐する気体供給路を有する分岐部材を備えていることが好ましい。

かかる構成によれば、第１気体供給路と第２気体供給路に効率よく分配することができる。また、分岐部材は、配管や継手を使用せずに、気体供給路を第１気体供給路と第２気体供給路とに分岐させることができるので、部品点数及び組付工数を削減して、コストの削減を図ることができる。

また、前記整流手段は、円筒形状から成る整流管であり、前記整流管は、上流側部位が前記分岐部材から突出するように当該分岐部材に支持され、前記上流側部位は、前記内周面の内側に配置され、前記第１気体供給路は、前記内周面と前記整流管の上流側部位との隙間から前記気体を供給することが好ましい。

かかる構成によれば、第１気体供給路を流れる気体の流路が限定されるので、噴射口直下に気体を効率的に供給することができる。また、整流管の上流側部位は、内周面の内側に配置されていることによって、ウォータージェットが収束した状態のまま整流管内に流入させることができる。

また、前記整流手段の下流側には、前記貫通孔の内径よりも大きい内径の高圧流体流通路が配置されていることが好ましい。

かかる構成によれば、貫通孔から直接外部に開放する場合よりも、貫通孔からウォータージェットに沿って流れ出す気体の拡散を抑制して、ウォータージェットを収束させることができる。

また、前記第２気体供給路の下流側には、前記ウォータージェットにアブレシブを混入してアブレシブウォータージェットを生成するアブレシブ供給室が設けられていることが好ましい。

かかる構成によれば、ウォータージェットにアブレシブを混入した収束性が高いブレシブウォータージェットを生成することができる。また、第２気体供給路によってウォータージェットに沿って流れる気体の層が十分に形成されるとともに、ノズル装置内の負圧が低減されることで、アブレシブを円滑にウォータージェットの周りの気体の層に供給させることができる。

本発明に係るノズル装置は、従来よりもさらにウォータージェットを収束させて切断面の品質を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るノズル装置を示す要部概略縦断面図である。 第１実施形態の分岐部材の概略平面図である。 図１の中央部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るノズル装置を示す要部概略縦断面図である。 第２実施形態の分岐部材の概略平面図である。 図４の中央部拡大図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態に係るノズル装置を説明する。なお、本第１及び第２実施形態では、便宜上、図１に示す液体供給路１１を上側（上流側）、高圧流体流通路１４側を下側（下流側）として、適宜説明する。

＜ノズル装置＞
図１に示すノズル装置１は、高圧水等の液体Ｑをオリフィス３でウォータージェットＷＪに変換して生成し、ウォータージェットＷＪをワークに噴射することによって、ワークを切断する切断加工装置に設けられた噴射装置である。ノズル装置１は、オリフィス３と、オリフィス３を保持するオリフィス支持部４と、オリフィス支持部４を収容したボディ２と、オリフィス支持部４の下流側に設けられた分岐部材５と、分岐部材５の中央部の上流側に設けられた整流管６と、分岐部材５を下流側から保持するノズルキャップ７と、を備えている。

また、ノズル装置１には、加工用液体が供給される液体供給路１１と、液体供給路１１の下流にあるオリフィス３から噴射されたウォータージェットＷＪが流れる噴射流路１２と、噴射流路１２の下流側に設けられた貫通路１３と、貫通路１３の下流側に設けられた高圧流体流通路１４と、貫通路１３及び高圧流体流通路１４に空気Ａ（気体）を供給する気体供給路１５と、から成る流路が設けられている。

＜ボディ＞
図１に示すように、ボディ２は、オリフィス支持部４と、ノズルキャップ７とを収容し、液体供給路１１の一部と、気体供給路１５の一部と、を形成するノズル装置本体である。ボディ２は、液体供給路１１の一部を形成する流体供給孔２ａと、流体供給孔２ａの下端に形成された取付台保持部２ｂと、気体供給路１５の一部を形成する気体供給孔２ｃと、流体供給孔２ａおよび気体供給孔２ｃと連通し流体供給孔２ａの下側に形成されたノズルキャップ収容部２ｄと、を有している。

流体供給孔２ａは、不図示の高圧水供給装置から高圧配管を介して液体Ｑが供給される孔である。流体供給孔２ａは、ボディ２の中央部上端から下側に向けて形成されている。
取付台保持部２ｂは、オリフィス支持部４と当接する部位であり、流体供給孔２ａの下端と、ノズルキャップ収容部２ｄの上端部とが交差する箇所にテーパで形成された部位である。なお、取付台保持部２ｂは、必ずしもテーパ形状でなくてもよい。

気体供給孔２ｃは、オリフィス３から噴出されたウォータージェットＷＪが噴射流路１２及び高圧流体流通路１４を高速で通過することによって生じる負圧により、大気中の空気Ａが吸引される孔である。気体供給孔２ｃは、外部とノズルキャップ収容部２ｄに連通した孔であり、少なくとも一つ以上設けられる。本実施例では、ボディ２の外周面からノズルキャップ収容部２ｄの上端部に向けて複数の孔が形成されている。
なお、気体供給孔２ｃは、空気供給装置から空気Ａが供給される孔でもよい。

ノズルキャップ収容部２ｄは、ノズルキャップ７と、ノズルキャップ７の上部に設けられた分岐部材５と、オリフィス支持部４と、が収容される孔である。ノズルキャップ収容部２ｄは、ボディ２の下端中央部から流体供給孔２ａの下端に亘って形成されている。

＜オリフィス＞
オリフィス３は、液体供給路１１の断面積より小さい小径開口部から液体Ｑを噴出してウォータージェットＷＪを生成する略厚板状のノズルチップである。オリフィス３は、例えば、ダイヤモンドやサファイヤから成る。オリフィス３には、液体供給路１１から供給された液体Ｑが導入される導入孔３ａと、液体Ｑを噴射する噴射口３ｂと、が形成されている。オリフィス３は、噴射流路１２を形成するオリフィス支持部４の中央上端部に保持されている。

導入孔３ａは、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の内径に形成されている。
噴射口３ｂは、導入孔３ａからオリフィス３の下端に亘って形成された流路の噴出口部位である。

＜オリフィス支持部＞
図３に示すように、オリフィス支持部４は、オリフィス３を保持するオリフィス取付台である。オリフィス支持部４は、オリフィス３を装着するためのオリフィス固定部４ａと、オリフィス固定部４ａの下側に形成された噴流噴射孔４ｂと、を有している。

オリフィス固定部４ａは、オリフィス３が内嵌される部位であり、オリフィス固定部４ａの底面である噴流噴射孔４ｂの上端中央部に段差状に切欠形成されている。
噴流噴射孔４ｂの上端は、噴射口３ｂの内径よりも大きな内径で形成され、下流方向に拡径している円錐台形状の流路である。
噴流噴射孔４ｂの内周面４ｃのテーパ角は、導入孔３ａ（噴射口３ｂ）の大きさによって適宜好ましい角度が設定される。
なお、噴流噴射孔４ｂは必ずしも円錐台形状でなくてもよく、円筒形状やドーム型形状であってもよい。

＜分岐部材＞
分岐部材５は、気体供給路１５から供給された空気Ａ（気体）を、第１気体供給路１５ｂと第２気体供給路１５ｃとに分流させてウォータージェットＷＪに送るための流路を形成する部材である。分岐部材５には、係合部５ａと、気体取込口５ｂと、横孔５ｃと、縦孔５ｄ，５ｅと、横溝５ｆ，５ｇと、貫通孔５ｈと、整流管設置部５ｉと、が形成されている。分岐部材５の下流側には、整流管６の内径ｄ１よりも大きい内径ｄ２の高圧流体流通路１４と、分岐部材５を支持するノズルキャップ７と、が配置されている。

係合部５ａは、噴射流路１２を形成するオリフィス支持部４の下流側外周部４ｄに外嵌される部位である。係合部５ａは、分岐部材５の外周上端部から上方向（上流方向）に向けて突出形成されている。係合部５ａは、平面視して環状に形成されている（図２参照）。

気体取込口５ｂは、分岐部材５の外周側面に形成され、ノズルキャップ７の分岐部材収容部７ａの内壁と分岐部材５によって形成された環状の空間から横孔５ｃへ空気Ａを取り込む開口部である（図２参照）。

図２に示すように、横孔５ｃは、気体取込口５ｂから縦孔５ｄ，５ｅに向けて横設され、放射状に複数形成されている。横孔５ｃは、上側の縦孔５ｄに流れる空気Ａの分岐路と、下側の縦孔５ｅに流れる空気Ａの分岐路と、の分岐点になっている。

図３に示すように、縦孔５ｄは、横孔５ｃから上方向に向けて形成され、縦孔５ｅは、横孔５ｃから下方向に向けて形成された分岐孔である。縦孔５ｄは、気体供給路１５の一部を構成する横孔５ｃまで流れて来た空気Ａを噴射流路１２方向（上流方向）に流す第１気体供給路１５ｂと連通し、縦孔５ｅは高圧流体流通路１４方向（下流方向）に流す第２気体供給路１５ｃと連通している。

図２に示すように、縦孔５ｄ，５ｅは、貫通孔５ｈを中心として周方向に等間隔で複数配置されている。例えば、縦孔５ｄ，５ｅ及び横孔５ｃは、ノズル装置１の大きさ等によって、２つ以上形成されている。以下、本第１実施形態では、６個の縦孔５ｄ，５ｅ及び横孔５ｃを、貫通孔５ｈを中心として周方向に等間隔で、かつ、対向配置している場合を例に挙げて説明する。

図２、図３に示すように、第１気体供給路１５ｂの横溝５ｆは、分岐部材５の上面に形成された溝であって、６つの縦孔５ｄの開口端を囲むように形成された円形の窪みから成る。横溝５ｆは、下流側が縦孔５ｄを介して横孔５ｃに連通し、上流側が噴射流路１２に連通している。
第２気体供給路１５ｃの横溝５ｇは、分岐部材５の下面に連続形成された溝であって、６つの縦孔５ｅの開口端を囲むように形成された円形（円環）の窪みから成る。横溝５ｇは、図３に示すように、上流側外周部が縦孔５ｅを介して横孔５ｃに連通し、上流側中央部が貫通孔５ｈに連通し、下流側が高圧流体流通路１４に連通している。

貫通孔５ｈは、分岐部材５の中心部に、噴流軸に沿って形成された孔である。貫通孔５ｈの上流側には、整流管６を装着するための整流管設置部５ｉが形成されている。貫通孔５ｈと整流管６とは、ウォータージェットＷＪが流れる貫通路１３を形成している。
整流管設置部５ｉは、整流管６の下側が内嵌される部位である。整流管設置部５ｉは、貫通孔５ｈの上流側に整流管６の厚さ分だけ拡径して段差状に形成されている。整流管設置部５ｉの下流側の小径部と整流管６の内径は等しくなっている。なお、整流管設置部５ｉは、整流管６が固定されていればよく、必ずしも段差状でなくてもよい。

＜整流管＞
整流管６（整流手段）は、エジェクター(ejector)を構成する円筒形状の管から成る。ここで、エジェクターとは、供給した空気Ａを整流して増速させながらウォータージェットＷＪに沿って排出する機能をいう。整流管６は、下流側部位が分岐部材５の整流管設置部５ｉに内嵌され、上流側部位が、横溝５ｆから内周面４ｃの内側に向けて突出した状態に配置されている。整流管６の上流側開口端は、オリフィス３の下流側に噴射流路１２を介して配置されている。
なお、整流管６は、分岐部材５に一体形成したものであってもよい。

＜ノズルキャップ＞
図１に示すように、ノズルキャップ７は、ボディ２のノズルキャップ収容部２ｄ内にオリフィス支持部４と分岐部材５とを介して収容された部材である。図３に示すように、ノズルキャップ７には、分岐部材５を収容する分岐部材収容部７ａと、ウォータージェットＷＪを放出する噴流放出孔７ｂと、ノズルキャップ収容部２ｄの雌ねじ部２ｅに螺着される雄ねじ部７ｃと、が形成されている。ノズルキャップ７は、ノズルキャップ収容部２ｄに、このノズルキャップ収容部２ｄの上端に配置された気体供給路１５を介して配置されている。

分岐部材収容部７ａは、ノズルキャップ７の上面の中央部に形成された円形の窪みから成る。分岐部材収容部７ａは、平面視して、分岐部材５の外径よりも大きな内径の円に形成されている。
噴流放出孔７ｂは、分岐部材収容部７ａの内底面の中央部から下流側に噴流軸に沿って形成されて、高圧流体流通路１４を形成している。噴流放出孔７ｂの上流側端部は、上流側に向かって拡径して形成されている。

＜液体供給路＞
液体供給路１１は、不図示の高圧水供給装置から高圧配管を介して液体Ｑが供給される流路である。液体供給路１１は、ボディ２の上端中央部から下方向に向けて穿設されている。

＜噴射流路＞
図３に示すように、噴射流路１２は、オリフィス３から噴射されたウォータージェットＷＪが通過する流路である。噴射流路１２は、オリフィス支持部４内のオリフィス３の導入孔３ａから噴射口３ｂ及び噴流噴射孔４ｂで形成されている。

＜貫通路＞
貫通路１３は、整流管６の内壁と、分岐部材５の貫通孔５ｈと、によって形成された流路である。貫通路１３の内径は、噴射流路１２の噴流噴射孔４ｂの内径と等しく、高圧流体流通路１４の噴流放出孔７ｂの内径よりも小さく形成されている。

＜高圧流体流通路＞
高圧流体流通路１４は、貫通路１３と、分岐部材５の横溝５ｇの第２気体供給路１５ｃとが合流する部位から下流側に向けて形成された流路である。高圧流体流通路１４からウォータージェットＷＪが噴射され、ワーク（図示省略）を加工する。

＜気体供給路＞
図１に示すように、気体供給路１５は、大気中の空気Ａが吸引される気体導入路１５ａと、噴射流路１２に空気Ａを供給する第１気体供給路１５ｂと、第１気体供給路１５ｂよりも下流側であって整流管６の下流側に空気Ａを供給する第２気体供給路１５ｃと、を備えている。また、気体供給路１５は、分岐部材５の横孔５ｃと、縦孔５ｄ，５ｅと、を備えている。

気体導入路１５ａは、ノズル装置１の外部から供給された空気Ａをボディ２を介して分岐部材５内の横孔５ｃまで送るための流路である。気体導入路１５ａは、気体供給孔２ｃと、ノズルキャップ収容部２ｄと、分岐部材収容部７ａと、横孔５ｃと、によって形成されている。

図３に示すように、第１気体供給路１５ｂは、横孔５ｃから上流方向にある噴射流路１２に亘って形成された分岐ラインである。第１気体供給路１５ｂは、縦孔５ｄと、横溝５ｆと、整流管６の外周部位と、を介して整流管６の上流側にある噴射流路１２に向かう流路である。

第２気体供給路１５ｃは、横孔５ｃから下流方向にある高圧流体流通路１４に亘って形成された分岐ラインである。第２気体供給路１５ｃは、縦孔５ｅと、横溝５ｇと、を介して貫通孔５ｈの下流側にある高圧流体流通路１４に向かう流路である。

≪第１実施形態の作用≫
次に、図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態にノズル装置の作用を作業工程順に説明する。

まず、図１に示すノズル装置１の下方の受台（図示省略）上に、ワークを取り付ける。次に、液体Ｑ（高圧水）をノズル装置１に供給する不図示のポンプと、高圧水供給装置と、を起動すると、ノズル装置１の液体供給路１１に液体Ｑが供給される。

図３に示すように、液体供給路１１に供給された液体Ｑは、オリフィス３を通過する際に、流速が増大されたウォータージェットＷＪになって噴射口３ｂから噴射される。噴射されたウォータージェットＷＪは、噴射流路１２、貫通路１３、及び、高圧流体流通路１４を介して噴流放出口からワークに向けて噴射される。

また、噴射流路１２、貫通路１３及び高圧流体流通路１４内は、ウォータージェットＷＪによって生じる負圧により、大気中の空気Ａが気体供給孔２ｃの供給口からに気体供給路１５に吸入される。気体供給路１５に吸入された空気Ａは、ノズルキャップ収容部２ｄの上端の空間、分岐部材収容部７ａ、気体取込口５ｂを通って、放射状に配置された６つの横孔５ｃ（図２参照）内にそれぞれ流れ込む。

各横孔５ｃから上流側に向かって縦孔５ｄ（第１気体供給路１５ｂ）に流れた空気Ａは、横溝５ｆ内を通り、整流管６と内周面４ｃとの間を通過してオリフィス３の下面に向かって流れる。つまり、第１気体供給路１５ｂによって噴射口３ｂ近傍まで空気Ａを取り込むことが可能になる。
オリフィス３方向に向かっていた空気Ａは、噴射口３ｂから噴射されたウォータージェットＷＪによって流れの向きを変えて、ウォータージェットＷＪの周囲を覆うようにして、ウォータージェットＷＪの流れに沿って上流から下流方向へ流れる。このように、第１気体供給路１５ｂによって、オリフィス３からの噴射直後に空気ＡとウォータージェットＷＪの相対速度の差を小さくすることができたため、噴射口３ｂから噴射されて直ちにウォータージェットＷＪは乱れが抑制されて安定した状態をつくることができる。 また、周方向に均等な間隔で６つの縦孔５ｄを配置して、空気ＡをウォータージェットＷＪに向かって周方向に均等な間隔で流れるようにしてウォータージェットＷＪに対する空気抵抗を円周方向で均一化させることにより、ウォータージェットＷＪの収束性を高めている。噴射流路１２内の空気Ａは、エジェクター効果によって整流管６内に吸引されて、加速されて下流側に流れる。このため、ウォータージェットＷＪは、噴射流路１２内が高速のウォータージェットＷＪで負圧状態になっていても拡散されることなく、空気Ａによって均等に収束されて下流方向に流れる。

また、６つの横孔５ｃから下流側に向かって縦孔５ｅ（第２気体供給路１５ｃ）に流れた空気Ａは、横溝５ｇを通過して高圧流体流通路１４内に流れることにより、ウォータージェットＷＪの外周面を噴流軸に向かって均等に被覆する。貫通路１３の出口付近では、整流管６内の加速された気流によって第２のエジェクターが構成されることにより、第２気体供給路１５ｃ内の空気Ａが高圧流体流通路１４内に吸引され、高圧流体流通路１４の出口から空気ＡとともにウォータージェットＷＪが噴射される。このため、ウォータージェットＷＪは、第２気体供給路１５ｃを流れて来た空気Ａで外周部が被覆状態になることによって、負圧で拡がって速度が減衰するのを抑制して、外周面の空気抵抗を均等にし、バランスよく収束させて、安定した状態で下流方向に流れる。

高圧流体流通路１４から放出されたウォータージェットＷＪは、空気Ａによって均等に収束されて収束性が高く、安定した噴流となっているため、加工精度及び品質の優れた切断面にしてワークを加工することができる。
このようなことから、ノズル装置１は、従来よりも厚い材料のワークを、送り速度を変更せずに、切断することができる。

ワークの切断加工終了後、ポンプや高圧水供給装置を停止させ、受台から加工済のワークを取り外すことにより、加工作業が終了する。

［第２実施形態］
次に、図４〜図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
図４は、本発明の第２実施形態に係るノズル装置を示す要部概略縦断面図である。図５は、第２実施形態の分岐部材の概略平面図である。図６は、図４の中央部拡大図である。

前記第１実施形態で説明したノズル装置１は、図４に示すように、高圧流体流通路１４の下流側に、高圧流体流通路１４を通過したウォータージェットＷＪにアブレシブＧを混入してアブレシブウォータージェットＡＷＪを生成するアブレシブ供給室１６を設けたノズル装置１Ａであってもよい。

アブレシブウォータージェットノズルであるノズル装置１Ａには、液体Ｑが供給される液体供給路１１と、液体供給路１１の下流にあるオリフィス３から噴射されたウォータージェットＷＪが流れる噴射流路１２と、噴射流路１２の下流側に設けられた貫通路１３と、貫通路１３の下流側に設けられた高圧流体流通路１４と、噴射流路１２及び貫通路１３に空気Ａを供給するための気体供給路１５と、貫通路１３の下流に設けられた高圧流体流通路１４と、高圧流体流通路１４の下流に設けられたアブレシブ供給室１６と、アブレシブ供給室１６にアブレシブＧを供給するアブレシブ供給路１７と、アブレシブ供給室１６内でウォータージェットＷＪとアブレシブＧが混合されたアブレシブウォータージェットＡＷＪが噴射されるアブレシブノズル流路１８と、から成る流路が設けられている。

また、ノズル装置１Ａは、オリフィス３と、オリフィス３を備えたオリフィス支持部４Ａと、オリフィス支持部４Ａ及び分岐部材５Ａを収容したボディ２Ａと、オリフィス支持部４Ａの下流側に設けられて整流管部５Ａａ（整流手段）を有する分岐部材５Ａと、分岐部材５Ａを下流側から保持すると共にアブレシブ供給室１６を形成するノズルキャップ７Ａと、ノズルキャップ７Ａの下流側に配置されたアブレシブノズル８と、を備えている。

図６に示すように、オリフィス支持部４Ａは、オリフィス３を保持するオリフィス保持部材４１Ａを一体的に保持して構成されている。オリフィス支持部４Ａ及びオリフィス３の外径形状は、第１実施形態と同一である。つまり、オリフィス支持部４Ａには、噴射口３ｂより内径が大きい噴流噴射孔４Ａｂが形成され、内周面４Ａｃがテーパ形状の噴射流路１２を形成している。

ボディ２Ａは、オリフィス支持部４Ａを上流側から保持する上部ボディ２１Ａと、オリフィス支持部４Ａ、分岐部材５Ａ及びノズルキャップ７Ａを保持する下部ボディ２２Ａと、から形成されている。
下部ボディ２２Ａには、オリフィス支持部４Ａを収容するオリフィス支持部材収容部２２Ａａと、分岐部材５Ａを収容する分岐部材収容部２２Ａｂと、ノズルキャップ７Ａを収容するノズルキャップ収容部２２Ａｄと、空気Ａが供給される気体供給孔２２Ａｃと、気体供給孔２２Ａｃから分岐した縦孔２２Ａｅと、アブレシブ供給路１７を形成するアブレシブ供給孔２２Ａｆと、が形成されている。

整流手段である整流管部５Ａａは、分岐部材５Ａに一体形成されている。つまり、整流管部５Ａａは、噴射流路１２内に突出して配置されると共に、噴射流路１２内のウォータージェットＷＪ及び空気Ａが流れ込む貫通孔５Ａｂを有するものであればよく、その形状は特に限定されない。

分岐部材５Ａは、第１実施形態の分岐部材５と同様に、気体供給路１５を第１気体供給路１５ｂと第２気体供給路１５ｃとに分流させて、ウォータージェットＷＪの上流から下流方向に空気Ａを二段階に供給する流路を形成するための部材である。
図５及び図６に示すように、分岐部材５Ａは、前記整流管部５Ａａと、上流側から下流側に向けて穿設されて貫通路１３を形成する貫通孔５Ａｂと、貫通孔５Ａｂに直交して穿設されて気体供給孔２２Ａｃ（気体供給路１５）に連通した横孔５Ａｃと、第１気体供給路１５ｂの一部を形成する上部外周面５Ａｄと、を有している。

図４に示すように、ノズルキャップ７Ａは、貫通孔５Ａｂの下流側に連設された高圧流体流通路１４を形成する流路形成孔７Ａａと、流路形成孔７Ａａの下流側に連設されたアブレシブ供給室１６を形成するアブレシブ供給室形成孔７Ａｂと、アブレシブ供給孔２２Ａｆに連通するアブレシブ導入孔７Ａｃと、を有している。

図６に示すように、流路形成孔７Ａａ（高圧流体流通路１４）の内径ｄ４は、貫通孔５Ａｂ（貫通路１３）の内径ｄ３と同じ大きさ、または、内径ｄ３よりも大きく形成されている。
図４に示すアブレシブ供給室形成孔７Ａｂは、略円柱形状の空間を成す。アブレシブ供給室形成孔７Ａｂ内では、オリフィス３から噴出されたウォータージェットＷＪがアブレシブ供給室１６内の中央部を下流方向に通過する際に、アブレシブ供給室１６内でアブレシブ導入孔７Ａｃ内からアブレシブＧを吸引して、アブレシブウォータージェットＡＷＪが生成される。

図４に示すアブレシブＧは、例えば、研磨材等のコーナが鋭角に形成されている所謂アンギュラーな形状の砥粒から成る。アブレシブＧは、アブレシブ供給装置（図示省略)からアブレシブ供給路１７を介してアブレシブ供給室１６内に供給される。

アブレシブノズル８は、アブレシブ供給室形成孔７Ａｂに連通するアブレシブノズル流路１８を形成するノズル孔８ａを有する部材である。

≪第２実施形態の作用≫
次に、図４〜図６を参照して本発明の第２実施形態のノズル装置の作用を説明する。
本発明の第２実施形態では、図６に示すように、前記第１実施形態と同様に、オリフィス３から噴出されたウォータージェットＷＪによって生じる負圧により、気体供給孔２２Ａｃから空気Ａが吸引されて、噴射流路１２及び貫通路１３内に流れ込む。気体供給孔２２Ａｃから吸引された空気Ａは、気体供給路１５から第１気体供給路１５ｂと第２気体供給路１５ｃとに分流して噴射流路１２及び貫通路１３内に流れ込む。

第１気体供給路１５ｂを通過する空気Ａは、第１実施形態と同様に、気体供給孔２２Ａｃから上流側に向かって縦孔２２Ａｅ、分岐部材５Ａの上部外周面５Ａｄを通って、上流の噴射口３ｂ方向に向けて内周面４Ａｃに沿って斜め上流方向に流れて、噴射流路１２内に流入する。オリフィス３方向に向かって流入した空気Ａは、噴射口３ｂから噴射されたウォータージェットＷＪによって流れの向きを変えて、ウォータージェットＷＪの周囲を覆うようにしてウォータージェットＷＪの流れに沿って上流から下流方向へ流れる。第１気体供給路１５ｂによって、オリフィス３からの噴射直後に空気ＡとウォータージェットＷＪの相対速度の差を小さくすることができる。このため、噴射口３ｂから噴射された直後からウォータージェットＷＪは乱れが抑制されて安定した状態をつくることができる。

第２気体供給路１５ｃは、分岐部材５Ａの側面に形成された横孔５Ａｃから高圧流体流通路１４（流路形成孔７Ａａ）に向かって空気Ａが貫通路１３内に流れ込む。その空気Ａは、貫通路１３内でウォータージェットＷＪの外周面を高速の気流で被覆しながらウォータージェットＷＪの噴射方向に沿って流れ、負圧によって生じる空気Ａの逆流により拡がるウォータージェットＷＪを収束させることができる。

このように、第１実施形態と同様に、オリフィス３から噴出されたウォータージェットＷＪに対して、噴射流路１２で第１気体供給路１５ｂからの空気Ａによって、負圧によるウォータージェットＷＪの拡散をオリフィス３からの噴射直後から抑制する。さらに、第２気体供給路１５ｃから空気Ａによって改めてウォータージェットＷＪを気流で被覆することにより、収束性に優れたウォータージェットＷＪの状態を長く維持することができる。

空気Ａに被覆されたウォータージェットＷＪは、高圧流体流通路１４を通過してアブレシブ供給室１６に流れると、アブレシブＧがアブレシブ導入孔７ＡｃからウォータージェットＷＪに引き込まれて混入され、アブレシブウォータージェットＡＷＪを生成する。

ウォータージェットＷＪを被覆する高速の空気Ａによって、アブレシブ供給室１６内の負圧が抑制されるため、アブレシブＧが上流側に向かう逆流現象が抑制され、逆流現象によって生じるウォータージェットＷＪの乱れが防止されるため、収束されたウォータージェットＷＪにアブレシブＧが混入される。したがって、収束性に優れたアブレシブウォータージェットＡＷＪが生成される。

また、空気Ａによってアブレシブ供給室１６内の負圧が抑制されるため、アブレシブＧがアブレシブ導入孔７Ａｃからアブレシブ供給室１６内に吸引される速度が低減される。このため、アブレシブ供給室１６のアブレシブＧによる摩耗を大幅に抑制することができる。また、アブレシブＧは引き込まれる速度が低減した状態でウォータージェットＷＪと混入するので、良好にウォータージェットＷＪとアブレシブＧが混合したアブレシブウォータージェットＡＷＪが生成されるため、アブレシブノズル流路１８の摩耗が抑制され、アブレシブノズルの耐久性を大幅に向上させることができる。

このように、高速の気流である空気Ａに被覆されたウォータージェットＷＪを生成することによって、アブレシブ供給路１７から適量のアブレシブＧを円滑に供給することができるため、ウォータージェットＷＪに均一にアブレシブＧが混入された収束性が高いアブレシブウォータージェットＡＷＪとなる。そのため、ワークを高精度に切断加工することができる。

［変形例］
なお、本発明は、第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

例えば、前記第１実施形態で説明したオリフィス３と、オリフィス支持部４とは、一体に形成して一つにしたものであってもよい。

また、気体供給路１５の気体供給孔２ｃに供給する空気Ａは、空気圧縮機等を備えて構成された空気供給装置から供給された圧縮空気であってもよい。

また、前記第１実施形態では、整流管６の一例として配管状の部材から成る場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。整流管６は、ウォータージェットＷＪと、空気Ａとを流すことができる貫通路１３を有するものであればよく、形状及び材質は特に限定されない。整流管６は、例えば、板状部材やブロック状部材に孔を穿設して、その孔を貫通路１３としたものでもよい。

また、前記第１実施形態では、気体供給路１５の第２気体供給路１５ｃを、横孔５ｃから縦孔５ｅ及び横溝５ｇを通って高圧流体流通路１４に連通する流路を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。第２気体供給路１５ｃは、第１気体供給路１５ｂの空気ＡとウォータージェットＡＪとが交差する部位（噴射流路１２）よりも下流に連通する流路であればよい。第２気体供給路１５ｃは、例えば、整流管６の外周に貫通路１３に連通する孔を穿設して、横孔５ｃをその孔を介して貫通路１３内に連通するように形成したものでもよい。

１ ノズル装置
３ オリフィス
４ オリフィス支持部
４ｃ 内周面
４ｄ 下流側外周部
５ 分岐部材
５ａ 係合部
５ｃ 横孔
５ｄ，５ｅ 縦孔
６ 整流管（整流手段）
６ａ 貫通孔
１１ 液体供給路
１２ 噴射流路
１５ 気体供給路
１５ｂ 第１気体供給路
１５ｃ 第２気体供給路
１６ アブレシブ供給室
Ａ 空気（気体）
ＡＷＪ アブレシブウォータージェット
Ｇ アブレシブ
Ｑ 加工用流体（液体）
ＷＪ ウォータージェット

Claims (8)

1. 液体を供給する液体供給路と、
   前記液体供給路から供給された前記液体を噴射してウォータージェットを生成するオリフィスと、
   前記オリフィスの下流側に配置され前記ウォータージェットを覆うように配設された貫通孔を有する整流手段と、
   前記貫通孔よりも上流側で前記オリフィスに向かうように気体を供給する第１気体供給路と、
   前記第１気体供給路よりも下流側で、かつ、前記貫通孔の内側または下流側に気体を供給する第２気体供給路と、を備えていること、
   を特徴とするノズル装置。
2. 前記オリフィスの下流側に当該オリフィスを支持するオリフィス支持部をさらに備え、
   前記第１気体供給路は、前記オリフィス支持部よりも下流側から前記オリフィスに向けて気体を供給すること、
   を特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
3. 前記オリフィス支持部には、前記ウォータージェットが通過する噴射流路が形成され、
   前記噴射流路は、下流側が拡開したテーパ状に形成された内周面を備え、
   前記第１気体供給路は、前記内周面に沿って前記気体を供給すること、
   を特徴とする請求項２に記載のノズル装置。
4. 前記オリフィス支持部には、前記ウォータージェットが通過する噴射流路が形成され、
   前記第１気体供給路は、前記噴射流路の内周面に沿って前記気体を供給すること、
   を特徴とする請求項２に記載のノズル装置。
5. 前記オリフィス支持部の下流側に配設され、前記第１気体供給路と前記第２気体供給路とに分岐する気体供給路を有する分岐部材を備えていること、
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載のノズル装置。
6. 前記整流手段は、円筒形状から成る整流管であり、
   前記整流管は、上流側部位が前記分岐部材から突出するように当該分岐部材に支持され、
   前記上流側部位は、前記内周面の内側に配置され、
   前記第１気体供給路は、前記内周面と前記整流管の上流側部位との隙間から前記気体を供給すること、
   を特徴とする請求項５に記載のノズル装置。
7. 前記整流手段の下流側には、前記貫通孔の内径よりも大きい内径の高圧流体流通路が配置されていること、
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のノズル装置。
8. 前記第２気体供給路の下流側には、前記ウォータージェットにアブレシブを混入してアブレシブウォータージェットを生成するアブレシブ供給室が設けられていること、
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のノズル装置。

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