JP4163872B2 - 水流交絡装置で極微細な液体噴流を発生させるためのノズルボディおよび噴流交絡のための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、化学繊維または天然繊維から成る製品ウェブ内の長繊維（ｅｎｄｌｏｓ．Ｆａｓｅｒ）または短繊維（ｅｎｄｌｉｃｈ．Ｆａｓｅｒ）を噴流交絡させて、不織布（Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ）、薄織物（Ｔｉｓｓｕｅ）、織物（Ｇｅｗｅｂｅｎ）または編物（Ｇｅｗｉｒｋｅｎ）を形成するための極微細な液体噴流を発生させるためのノズルストリップであって、該ノズルストリップが、有利には供給される製品ウェブに対して直交する横方向に延びるノズルビーム（ジェットヘッドとも呼ばれる）内に液体密に支承されており、該ノズルビームの長さが、製品ウェブの幅に相当しており、該ノズルビーム内に最大１０００バールの液体圧が形成されており、該液体圧が、ノズルストリップを、ノズルビームの、貫流スリットを備えた壁に圧着させており、ノズルストリップに、液体噴流を発生させるために、２０〜１２８ｈｐｉの間隔を置いて、つまり極めて密に相並んで配置された、０．０８〜０．１５ｍｍの直径の、つまり極小の多数のノズル孔が加工成形されている形式のものに関する。
【０００２】
このような形式のノズルストリップは、たとえば欧州特許出願公開第０７２５１７５号明細書に基づき公知である。このノズルストリップは大きな作業幅にわたって延びていて、一般には、たとえば機械的に形成された複数の孔を有する特殊鋼から成る薄い薄板から形成されている。このノズルストリップもしくはこのノズルストリップに加工成形された孔は、実際の使用において十分にテストされかつ繰返し改善されているジオメトリ（幾何学的形状）を有しているが、このようなジオメトリを有する孔の製作方法は極めて高価となる。最大０．１ｍｍまでの直径を有する個々のノズル孔の壁は、極端に平滑に形成されていなければならない。それゆえに、これらの孔は穿孔加工されるか、または打抜き加工される。孔のジオメトリはウォータジェット、つまり水噴流を形成するために特に重要となる。それゆえに、一般には、水噴流を規定するノズル横断面の背後に、ノズル孔の高さにわたって拡張した円錐状の部分が続いている。これにより、形成された水噴流が孔端部への途中で孔壁における摩擦により裂開されることも回避される。使用現場から要求される水圧はますます高くなりつつあり、しかも不断の摩耗にさらされていることに基づき、ノズル孔の縁範囲はすぐにきれいでなくなる。このことは、シャープでなくかつ円形でない水噴流を生ぜしめ、このような水噴流は製品ウェブの動的処理に不満足なエネルギしか付与しない。
【０００３】
本発明の根底を成す課題は、正確に形成された、有効長さにわたって極めて平滑なノズル孔が形成可能であり、しかも内面が大きな時間にわたっても耐摩耗性を発揮するようなノズルボディもしくはノズルストリップを開発することである。
【０００４】
冒頭で述べた形式のノズルボディから出発して、上記課題の解決手段は、ノズルストリップまたは個々のノズルボディのための材料として、超硬合金（Ｈａｒｔｍｅｔａｌｌ）またはセラミック材料またはこれらの材料と同等あるいは類似の物理的特性を有する材料が選択されており、ノズルストリップまたは個々のノズルボディが、その面延在長さ全体にわたって特殊鋼のような別の材料により保持されて支持されていることに認められる。このような材料には、人工ルビーおよびサファイヤ、すなわち単結晶の酸化アルミニウムも包含される。これらの材料、特にセラミックスは脆いので、まず高いＥモジュールを有する超硬合金のグループが優先されることが望ましい。超硬合金は、冶金学的なバインダを用いて粉末冶金学的に製造された２相または多相の合金である。超硬合金はＫ種、Ｍ種およびＰ種に分類可能である；
Ｋ種 炭化タングステン−コバルト合金：高い硬度を特徴とする、
Ｍ種 サーメットのような炭化チタンおよび炭化タンタルの添加物（５〜１５
％）：より高い熱間耐摩耗性を特徴とする、
Ｐ種 より高い炭化チタン・炭化タンタル含量（１０〜６０％）：さらに良好
な鋼切削加工を特徴とする。
【０００５】
これらの材料を用いて、高い耐摩耗性を有するという大きな利点を備えたノズル孔を有するノズルボディを製造することができる。これらの材料は現在、たとえば英国特許第２１７８３４２号明細書に記載されているように金属合金の切削加工、たとえば最大１００００バールの圧力のための任意の材料を切断するために使用されたり、またドイツ連邦共和国特許出願公開第２９０８６４８号明細書に記載されているように高圧洗浄器具のために使用されている。この場合、こうして、個々のノズルまたは付随するノズル部分だけが前記材料から形成されている。そしていま、これらの材料を、ウオータジェットを用いる水流交絡（スパンレースとも呼ばれる）のための水流交絡機械（Ｗａｓｓｅｒｓｔｒａｈｌ−Ｖｅｒｎａｄｅｌｕｎｇｓｍａｓｃｈｉｎｅ）において直接に相並んで配置された多数の流体噴流のために使用しようというわけである。
【０００６】
これらの材料がレーザビーム加工または放電加工のために特に好適であることが判った。レーザビーム加工の場合にこの材料に形成される切断縁は平滑に切断可能であるので、場合によっては、これまで必要とされてきた孔の後処理を不要にすることもできる。放電加工の場合には、さらに良好な結果が得られ、またダイヤモンド穿孔器を用いた穿孔の場合にも特に良好な結果が得られる。この限りでは、ノズルボディに設けられるノズル噴流のための孔を前記材料からレーザビーム加工、放電加工またはダイヤモンド穿孔器によって製作することが本発明の構成要件となる。
【０００７】
ノズルボディの材料厚さは全高でノズル孔を形成することができるので有利である。すなわち、これまで導入されなければならなかった、孔の出口に向かって円錐状に拡張する拡張部が不要となる。ノズル孔は０．０８〜０．１５ｍｍの直径を有していると望ましく、また孔間隔は１列または２列で２０〜１２８ｈｐｉであると望ましい。ノズルボディの厚さは０．８〜２ｍｍである。しかし、ノズル孔の長さはもっと大きくてもよく、たとえば最大３ｍｍまたはそれ以上であっても有利である。
【０００８】
本発明の思想によれば、ノズルストリップ全体を同一の材料から製作しなくても済むことにより、特別な利点が与えられている。特殊鋼のような支持性のある材料が、固有のノズルボディのための別の材料を支持していると望ましい。しかし、このことは個々のノズルボディに関してのみ全面で行うこともできる。
【０００９】
より大きな作業幅のためのノズルボディ、ひいてはノズルストリップの別の構成に関しては、複数の可能性が提供されている。超硬合金またはセラミック材料は極めて脆いので、ノズル孔を形成する前記材料を、より安定的なフレーム内に支承するか、または前記材料を、たとえば特殊鋼から成る支持体に被着させることができる。これによって、ノズルボディは上で挙げた硬質の材料からノズルストリップの全長にわたって全面に形成されているか、またはそれぞれ１つの壁を備えた、超硬合金、セラミックスまたはサファイヤから成る、たとえば円筒状の小さなユニットないし極小のユニットとして形成されていて、こうしてストリップ状に形成された別の支持材料、たとえば特殊鋼上に個別部分として支持されて、この支持材料に保持されていてよい。その場合、これらのノズルボディ個別部分に関しては、多数のノズルボディ個別部分を直接に相並んで配置しかつ固定するか、または多数のノズルボディをそれぞれ所定の孔内に配置しかつ固定することができる。固定は接着により行うことができる。
【００１０】
実施例の説明
次に、本発明の実施例を図面につき詳細に説明する。
【００１１】
ノズルビームのケーシングは、上部１と、この上部１に全長にわたって数カ所で下方からねじ３によってねじ締結された下部２とから成っている。上部１は、長手方向に沿って２つの孔４，５を有しており、両孔のうち、上側の孔は圧力室４であり、下側の孔は圧力分配室５である。両室４，５は、一方の端面側で開いていて、再びカバーによって液密に閉鎖されるようにねじ締結されている。両室４，５は、中間壁によって互いに隔離されている。この隔壁にはノズルビームの全長にわたって、多数の貫流孔９が設けられており、これらの貫流孔９は両室４，５を互いに接続している。これにより、圧力室４内に流入した液体は全長にわたって均一に分配されて圧力分配室５内に流入する。圧力分配室５内では、付加的に保持装置２１にバッフルボディ２０が保持されている。圧力分配室５は下方に向かって開いており、しかもこの場合、圧力分配室５は、圧力分配室５の孔の直径に比べて小幅のスリット１０によって開いている。このスリット１０は同じくノズルビームの全長にわたって延びている。
【００１２】
図１に示したように、ケーシングの上部１は下部２に固くかつ液密にねじ締結されている。シール性は、Ｏリング１１によって確保される。このＯリング１１は、上部１に設けられた環状溝内に嵌め込まれている。Ｏリング１１とスリット１０との間では、中央にキー突起２３が設けられていて、スリット１０を取り囲んでいる。キー突起２３は、ケーシングの下部２に設けられた、対応する溝２４内に嵌め込まれていて、Ｏリング１２のために修理溝２６を有している。この修理溝２６の外縁部２５は、ノズルストリップ１４の縁部に向けられている。下部２の溝２４の底部には、やはり環状溝が設けられており、この環状溝には、ノズルストリップ１４をシールするためのＯリング１２が嵌め込まれている。液体のための貫流孔９とスリット１０の下方では、ケーシングの下部２に、貫流孔９およびスリット１０と一直線に整合するように同じくスリット１３が加工成形されている。このスリット１３の上側の領域は極めて小幅に形成されていて、ノズルストリップ１４の有効ノズル開口の幅よりも少しだけ大きな分だけ残している。
【００１３】
図１は、ノズルストリップ１４またはノズルボディ３１の支承形式を説明するためのものでしかなく、ノズルビーム自体は、全く別の外観、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２１６９４号明細書に開示されているような外観を有していてもよい。
【００１４】
ノズルストリップ１４は、多数のノズル孔３０を収容しかつＯリング１２の上方でノズルストリップ１４を支承するために必要となる所定の幅を有している。ノズルボディ３１が個別部分として製造されていて、ノズルストリップ１４に支承されている場合には、ノズルボディ３１は、ノズルボディ３１を収容している材料に設けられた個々の切欠き３２内にそれぞれ保持されている。この材料は、図３および図５に図示したように、固有のノズルストリップ３３の材料であってよい。このことは、ノズルストリップ３３を横断するように貫いて複数の切欠き３２を加工成形することができるという理由で有利である。このノズルストリップ３３は次いで支持ストリップ３４に被着される。この支持ストリップ３４は、ノズルボディ３１の配置に対応して複数の孔３５を有しており、この場合、これらの孔３５は、ノズル噴流の所定の形状を形成するためにノズルボディ３１に設けられた孔３０とそれぞれ整合するが、ただし孔３０よりも大きな直径を有するように形成されている。これにより、水噴流はストリップ１４；３３，３４全体を通じてスムーズに貫流することができる。
【００１５】
当然ながら、ノズルボディ３１は抵抗力のある硬質の材料から製造される。ストリップ３３，３３′の材料は、特殊鋼から製造されていてよいが、支持ストリップ３４，３４′の材料は、超硬合金のような剛性のある硬質の材料から製造されていてもよい。これにより、使用現場で所望される長尺のストリップの過度に大きな弾性が低減される。
【００１６】
均一なの交絡効果を得るためには、図４および図５に図示したように、ノズルボディ３１を直接に相並んで支持ストリップ３４′上に配置する方が有利である。これにより、ノズル噴流を、水流交絡工業において要求されているように互いに一層密接した状態で形成することができる。いずれの場合にも、ノズルボディ３１を２列（図２および図４）で互いにずらして配置することが有利である。ノズルボディ３１を保持するために、図４の実施例の場合では、ストリップ３３′の材料に孔を設けることは必要にならず、ノズルボディ３１を側方で位置固定するために両側に仕切り体３２′（場合によっては円形のセグメント）を設けるだけで済む。
【００１７】
いずれの場合にも、ノズルボディ３１はストリップ３３，３３′内にかつ/または支持ストリップ３４，３４′上に接着される。
【００１８】
個々のノズルボディ３１に設けられた孔は、その全長にわたって正確に円筒状に形成されている。水流入孔の縁部エッジは、シャープなエッジを形成しており、このことは水流出孔にも云える。いずれにせよ、ノズル孔３０の流出端部には、これまで必要であると考えられていたような円錐状の拡大部は設けられていない。
【００１９】
図２〜図５に図示した図面は実際よりも著しく拡大して描かれている。孔間隔は２０〜１２８ｈｐｉであることが望ましい。つまり、ノズルボディ３１の直径は約１ｍｍであり、したがって、ノズル孔３０自体は極めて微細であり、すなわち０．０８〜０．１５ｍｍである。
【００２０】
図２〜図５には、ノズルボディ３１が個別部分として支持ストリップ３４，３４′上に支承されている実施例が示されている。しかし、ストリップ３３，３３′全体を硬質の材料から製造して、このストリップにノズル孔３０を直接に設け、そしてこのストリップを単独でノズルストリップとして使用するか、またはこのようなストリップを、それ自体それほど脆くはなくかつたとえば特殊鋼から製造されている支持ストリップ３４，３４′上に支承することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 欧州特許出願公開第０７２５１７５号明細書に開示されているようなノズルビームの横断面図である。
【図２】 別の材料から成るノズルストリップに支持された個々のノズルボディを備えたノズルストリップの平面図である。
【図３】 図２に示したノズルストリップの断面図である。
【図４】 別の材料から成るノズルストリップに支持された、互いに極めて密に支承された個々のノズルボディを備えたノズルストリップの平面図である。
【図５】 図４に示したノズルストリップの断面図である。
【符号の説明】
１ 上部
２ 下部
３ ねじ
４ 圧力室
５ 圧力分配室
６ 貫流孔
１０ スリット
１１，１２ Ｏリング
１３ スリット
１４ ノズルストリップ
２０ バッフルボディ
２１ 保持装置
２３ キー突起
２４ 溝
２５ 外縁部
２６ 修理溝
３０ ノズル孔
３１ ノズルボディ
３２ 切欠き
３２′ 仕切り体
３３，３３′ ストリップ
３４，３４′ 支持ストリップ
３５ 孔

Claims (14)

1. 化学繊維または天然繊維から成る製品ウェブ内の長繊維または短繊維を噴流交絡させて、不織布、薄織物、織物または編物を形成するための極微細な液体噴流を発生させるためのノズルストリップ（１４）であって、該ノズルストリップ（１４）が、製品ウェブの幅にわたって延びるノズルビーム（１）内に液体密に支承されており、該ノズルビーム（１）の長さが、製品ウェブの幅に相当しており、該ノズルビーム（１）内に最大１０００バールの液体圧が形成されており、該液体圧が、ノズルストリップ（１４）を、ノズルビーム（１）の、貫流スリット（１３）を備えた壁（２）に圧着させており、ノズルストリップ（１４）に、液体噴流を発生させるために、２０〜１２８ｈｐｉの間隔を置いて、つまり極めて密に相並んで配置された、０．０８〜０．１５ｍｍの直径の、つまり極小の多数のノズル孔（３０）が加工成形されている形式のものにおいて、ノズルストリップ（１４）は、ノズル孔（３０）を有する、超硬合金、セラミック材料、及びサファイヤのいずれかから成るノズルボディ（３１）と、一定の間隔をもってノズルボディ（３１）を保持する、特殊鋼から成るストリップ（３３，３３´）と、該ストリップ（３３，３３´）が被着された、特殊鋼から成る支持ストリップ（３４，３４´）とを備え、該支持ストリップ（３４，３４´）は、ノズルボディ（３１）のノズル孔（３０）に対応した孔（３５）を有していることを特徴とする、噴流交絡装置で極微細な液体噴流を発生させるためのノズルストリップ。
2. 孔（３５）は、各ノズル孔（３０）からの水噴流に影響を与えず、水噴流をスムーズに通過させるために、ノズル孔（３０）より大きな通過横断面を有している、請求項１記載のノズルストリップ。
3. ノズルボディ（３１）が、壁を備えた、円筒状のユニットとして形成されていて、支持ストリップ（３４，３４´）上に個別部分として支持されて、該支持ストリップ（３４，３４´）に保持されている、請求項１又は２記載のノズルストリップ。
4. 多数のノズルボディ（３１）が密に相並んで支持ストリップ（３４，３４′）上に配置されている、請求項３記載のノズルストリップ。
5. 多数のノズルボディ（３１）が２列で互いにずらされて支持ストリップ（３４，３４′）上に配置されている、請求項３記載のノズルストリップ。
6. 前記ストリップ（３３，３３′）に、個々の円筒状のノズルボディ（３１）を収容するための切欠き（３２）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
7. 前記切欠きが、それぞれ円形に形成されている、請求項６記載のノズルストリップ。
8. 前記切欠きは、ノズルボディ（３１）が密に相並んで配置されたセグメントに対応して形成されている、請求項６記載のノズルストリップ。
9. ノズル孔が前記材料にレーザビームを用いて加工成形されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
10. ノズル孔が前記材料に放電加工（型彫り放電加工）を用いて加工成形されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
11. ノズル孔が前記材料にダイヤモンド穿孔器を用いて加工成形されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
12. ノズル孔（３０）の内面における平滑が極めて小さく、最大０．０１μの粗さＲ_Ａで形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
13. ノズル孔（３０）が、ノズルボディ（３１）の表面に対して全周にわたってシャープなエッジを成すように形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のノズルストリップ。
14. 有効ノズル孔長さ（３０）が、ノズルボディ横断面の全高にわたって延びている、請求項１３記載のノズルストリップ。

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