JPH032640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はアブレツシブウオータジエツト切断
方法に関するものである。

（従来の技術） 第８図に基づいて、従来のアブレツシブウオー
タジエツト切断方法について説明する。従来アブ
レツシブウオータジエツトによる切断は、図に示
すように、超高圧水ポンプ５１からジエツトノズ
ル（アブレツシブノズル）５２に超高圧水５３を
供給する一方、研摩材タンク５４から上記ジエツ
トノズル５２に乾式研摩材５５を供給し、上記ジ
エツトノズル５２内の混合室５６にて上記超高圧
水５３に上記乾式研摩材５５を混合して、この乾
式研摩材を含有した超高圧水５３を被切断材に噴
射することによつて成されていた。そして上記乾
式研摩材５５には、例えば平均粒径0.2〜0.8mm程
度の硅砂、鋳鉄グリツド、ガーネツト、アルミナ
等が用いられていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記従来のアブレツシブウオータジエ
ツト切断方法においては、次のような欠点が挙げ
られる。まず第一には、乾式研摩材５５を使用す
ることから、アブレツシブノズルチツプ５７が早
期に摩耗し、寿命が非常に短かくなるという欠点
である。また第二には、乾式研摩材５５はその粒
径が大きいことから、切断幅（カーフ幅）がアブ
レツシブノズルチツプ径よりも広くなると共に、
被切断材の裏面にかえり（バリ）が形成される
等、精密な切断を行うことができないという欠点
である。

この発明は上記した従来の問題点を解決するた
めになされたものであつて、その目的は、アブレ
ツシブノズルチツプの寿命を延ばすことができる
と共に、切断幅をアブレツシブノズルチツプ径と
同等かそれ以下にできることにより、精密な切断
ができるウオータジエツト切断方法を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のウオータジエツト切断方法に
おいては、平均粒径100μm以下の微粒研摩材を含
有する懸濁液を、切断用超高圧水噴流に供給する
ようにしてある。

（作用） 上記のように、微粒研摩材を含有する懸濁液
を、切断用超高圧水噴流に供給すると、乾式研摩
材を供給するのと異なり、アブレツシブノズルチ
ツプの摩耗が大幅に減り、その寿命が大きく延び
ることとなる。また切断幅を狭くでき、かつ研摩
材による切断のみならず、切断面の研摩も同時に
行えることから被切断材の裏面にかえりが形成さ
れない精密な切断が行えることとなる。なお微粒
研摩材に平均粒径100μm以下のものを用いるの
は、これより粒径が大きいと、沈澱速度が速く、
通常の撹拌手段では懸濁液とするのが困難となる
からである。

（実施例） 次にこの発明方法の具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図はこの実施例において使用する装置の概
要を示す。図において、１は被切断材２を切断す
るためのジエツトノズル（アブレツシブノズル）
であつて、このジエツトノズル１の基端部には超
高圧水ポンプから導かれた高圧水供給ホース３が
接続されており、また側部には撹拌槽４から導か
れた懸濁液供給ホース５が接続されている。６は
被切断材２の切断部周辺を囲うカバー、７は上記
ジエツトノズル１から被切断材２に向けて噴射さ
れた超高圧水噴流を受けるためのキヤツチヤであ
つて、このキヤツチヤ７に受けられた懸濁液を含
む超高圧水は、回収管９を介して濃度制御槽１０
に循環供給される構成とされている。上記回収管
９には回収圧送ポンプ８が介設されており、この
回収圧送ポンプ８によつて濃度制御槽１０に圧送
された使用後の研摩材１１は濃度制御され、再生
利用されることになる。上記濃度制御槽１０は、
微粒研摩材１１の供給ホツパ２２を有するもの
で、上記撹拌槽４に接続管２３を介して接続され
ている。なお上記濃度制御槽１０においては、上
部から排水が行なわれる構造とされている。撹拌
槽４は撹拌機２４を備えており、この底部に上記
懸濁液供給ホース５の基端が接続されている。こ
の場合、懸濁液供給ホース５の接続部にはフイル
タ２５が装着されている。そして上記懸濁液供給
ホース５には絞り機能を有する制御バルブ２６が
介設されており、懸濁液の供給量が自在に制御で
きるようなされている。以上のように上記装置に
おいては、研摩材１１を閉回路中を循環させるこ
とにより再生利用し、従来に比較して研摩材１１
の廃棄量を減少し得るようになつているのであ
る。

第２図ないし第４図に上記ジエツトノズル１の
詳細な構成を示す。図からも明らかなように、上
記ジエツトノズル１は内部にミキサー室１２を有
するミキサー外筒１３と、このミキサー外筒１３
の先端部側にホルダ１４を介して取着されたノズ
ルチツプ１５と、上記ミキサー外筒１３内に配置
され、負圧作用を利用して高圧水に懸濁液を混入
させるミキサー内筒１６と、このミキサー内筒１
６の基端部と上記高圧水供給ホース３の取付金具
側との間に介設された純水ノズル（ダイヤモン
ド、サフイア等）１７等から成り、上記ミキサー
内筒１６の基部が小径に構成されて、その外周部
に上記該円筒状のミキサー室１２が形成されてい
る。そしてこの円筒状のミキサー室１２に、接線
方向に交わるようにして、上記ミキサー外筒１３
の側部に懸濁液導入路１８が形成されている。上
記ミキサー内筒１６は軸心部に高圧水通路１９を
有すると共に、その周囲には上記ミキサー室１２
と上記高圧水通路１９とを連通する複数本の懸濁
液通路２０を有しており、この場合、各懸濁液通
路２０は上記高圧水通路１９に対して所定の角度
で交わるように形成されている。なおミキサー内
筒１６の懸濁液通路２０は１本であつて、かつ高
圧水通路１９に対して90゜で交わる構成であつて
もよい。

次に上記装置を用いて被切断材２をアブレツシ
ブウオータジエツトにより切断する方法について
述べる。まず、上記濃度制御槽１０及び撹拌槽４
にて、平均粒径100μm以下の微粒研摩材（例えば
アルミナ系微粒粉、炭化ケイ素系微粒粉等）と水
とを混合、撹拌し、濃度20〜70％の懸濁液を作
る。研摩材の粒径を100μm以下とするのは、これ
より大きいと沈澱速度が速いため、通常の撹拌手
段では懸濁液を作るのが困難となるからである。
また濃度が20％より低いと良好な切断効果が得ら
れず、70％より高いと固体に近くなつてジエツト
ノズル３へ、負圧を利用して供給することが困難
となるためである。次に懸濁液ができれば、超高
圧水ポンプから超高圧水を高圧水供給ホース５を
介してジエツトノズル３に供給する。そうすると
超高圧水噴流がジエツトノズル３内の高圧水通路
１９を高速で通過し、これによる負圧作用によ
り、ミキサー室１２内の懸濁液が各懸濁液通路２
０を通して上記超高圧水噴流に混入（供給）され
ることになる。そしてこの際、上述のように懸濁
液導入路１８がミキサー室１２に対して接線方向
に交わつていることから、懸濁液はミキサー室１
２内において旋回し、十分撹拌された状態で、超
高圧水噴流に混入されることになる。一方、上記
懸濁液の供給量は制御バルブ２６の絞り径を変え
ることにより制御するのであるが、この場合、懸
濁液の濃度が例えば50％（アブレツシノズル径２
mmの場合）であれば、全供給量が５Kg／min以下
になるように制御する。５Kg／minを超えると、
ジエツトノズル３の拡散が大きくなり、切断効率
が悪くなるからである。もつともアブレツシノズ
ル径が大きい場合には５Kg／min以上であつても
よい。

第５図はジエツトノズル３の噴射時間とノズル
直径変化量との関係を示している。図からも明ら
かなように、乾式研摩材を用いる従来方法におい
ては、ジエツトノズル３が早期に摩耗するのに対
し、この発明の実施例方法においては、摩耗の進
み具合が緩やかとなり、ジエツトノズル３の寿命
が従来方法に比較して通常の使用範囲では約７倍
も延びていることがわかる。

第６図ａ，ｂは、上記実施例方法と従来方法と
により切断した供試材（被切断材）の切断面状況
を示している。この場合、(b)の従来方法には、乾
式硅砂を用いており、また何れも厚さ5.3mmのス
テンレス鋼を供試材として用いている。これによ
れば、従来方法に比べ、この実施例方法の方が同
一の直径のジエツトノズルを用いても、かなり狭
い切断幅（ノズル直径と同程度かそれ以下）で切
断できることがわかる。また断面を顕微鏡写真で
みた場合、供試材の裏面には、従来方法の切断溝
の縁にはかえりが形成されており、これに対し、
上記実施例方法の切断溝の縁にはかえり形成され
ていないことが確認できた。このようなことか
ら、この実施例方法によれば、精密な切断を行え
ることが明らかである。

なお上記実施例方法によれば、使用した研摩材
は、粒径、形状等においてほとんど変化すること
はないので、再生利用について何ら問題はなく、
この再利用により従来のような後処理を不要とす
ることができる。また懸濁液は、その供給量の調
整及び制御が容易であることから、研摩材を安定
に供給し得ることになる。

第７図は、それぞれ上記従来方法と実施例方法
とにおける研摩材供給量と切断限界速度との関係
を示しており、従来方法には乾式硅砂（粒径500
〜800μm）を、この実施例方法にはアルミナ懸濁
液（粒径10〜70μm、濃度50％）を、それぞれ使
用した場合を示している。図から明らかなよう
に、従来一般には、ウオータジエツトの切断能力
は金属のようなダクタイルな材料に対しては、研
摩材の粒径が大きい程高くなると考えられていた
のであるが、この実施例方法のように、平均粒径
100μm以下の微粒研摩材を含有する懸濁液を用い
ても、切断能力は従来法と同程度かそれ以上に優
れていることがわかる。

ところで従来、プラスチツク、繊維強化プラス
チツク（FRP）、シートモールデイングコンパウ
ンド（SMC）、ベークライト、アクリル、ゴム、
皮革等の軟質材料をウオータジエツトにより切断
する場合、純水を噴射することによつて成されて
いるが、このような純水方式によるウオータジエ
ツト切断によると、被切断材の裏面にかえりが形
成されると共に、切断面にクラツク等が生じ、二
次加工を必要とする場合が多い。そこで上記実施
例方法（懸濁液方式）を軟質材料のウオータジエ
ツト切断に適用して、純水方式による場合と比較
してみたところ、次のような良好な結果を得るこ
とができた。まず板厚10mmの炭素繊維強化プラス
チツク（CFRP）を両方法により切断した場合、
純水方式によると、供試材裏面の切断溝の縁にか
えりが形成されると共に、切断面に多数のクラツ
クが生じたが、実施例方法によると、同部にかえ
りは形成されず、また切断面にもほとんどクラツ
クは生じなかつた。これは板厚10mmのガラス繊維
強化プラスチツク（GFFRP）を供試材とした場
合も同様であつた。また板厚６mmのアクリルを両
方法により切断した場合、純水方式によると、供
試材裏面側の切断溝の周囲に多数の面状剥離が形
成されると共に、切断面にも多数の局所欠落が生
じたが、実施例方法によると、このような剥離は
全く生じなかつた。そして上記何れの実施例にお
いても、同一圧力（例えば2000Kg／cm²）におい
て、実施例方法の方が純水方式の場合よりも高速
度で切断を行なうことができた。したがつて上記
実施例方法によると、被切断材が硬質材料の場合
だけでなく軟質材料の場合でも精密な切断を行な
うことができ、二次加工を不要にすることができ
ると共に、純水方式のウオータジエツト切断より
も高速度で切断し得る優れた切断能力を有するこ
とが明らかとなつた。

（発明の効果） この発明のウオータジエツト切断方法において
は、平均粒径100μm以下の微粒研摩材を含有する
懸濁液を、切断用超高圧水噴流に供給するように
したので、乾式研摩材を切断用超高圧水噴流に供
給する従来のウオータジエツト切断方法に比較し
て、アブレツシブノズルチツプの摩耗を大幅に減
らし、その寿命を大きく延ばすことができる。ま
た切断幅を狭くすることができ、かつ研摩材が微
粒であることから、研摩材による切断のみなら
ず、切断面の研摩も同時に行つて、被切断材の裏
面にほとんどかえり（バリ）が形成されることの
ない精密な切断を行うことができる。また懸濁液
は再利用するようにした場合には、後処理を不要
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のウオータジエツト切断方法
の一実施例に使用する装置類の配置図、第２図は
上記実施例に使用するジエツトノズルの縦断側面
図、第３図は第２図の−断面図、第４図は第
２図の−断面図、第５図はノズル噴射時間と
ノズル直径変化量との関係をあらわすグラフ、第
６図ａ，ｂはそれぞれ切断後の供試材の金属組織
を示す図、第７図は研摩材供給量と切断限界速度
との関係をあらわすグラフ、第８図は従来方法の
説明図である。 １……ジエツトノズル、２……被切断材、３…
…高圧水供給ホース、５……懸濁液供給ホース、
１１……微粒研摩材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均粒径100μm以下の微粒研摩材を含有する
   懸濁液を、切断用超高圧水噴流に供給することを
   特徴とするウオータジエツト切断方法。