JP2017202545A - ノズル装置 - Google Patents
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Abstract
【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
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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