JPH06315863A - アブレシブ・ウオータジェット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アブレシブ・ウオータジェット装置の砥粒混
合室内における砥粒混入率を向上させる。 【構成】 オリフィス１３を介し高圧室１５aから高圧
水噴流が供給される砥粒混合室６と、該砥粒混合室６内
に高圧空気流とともに砥粒を導入する砥粒導入通路１７
と、上記砥粒混合室６で上記砥粒が混入された高圧水噴
流を収束加速した上でワークに向けて噴射するノズル部
１１とを備えてなるアブレシブ・ウオータジェット装置
において、上記砥粒導入通路１７に、上流側から下流側
に向けて次第に孔径を縮小したテーパ孔(１９a,２１a,
２２a)を有する絞り部材(１９,２１,２２)を設け、上記
テーパ孔(１９a,２１a,２２a)を介して上記高圧空気流
とともに導入される砥粒群を噴流状態に収束加速させた
上で上記高圧水噴流に衝突させることにより混合率を向
上させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、アブレシブ・ウオー
タジェット装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば金属材料や石材等の比
較的硬質の素材を切断するに際して、例えば図７に示す
ように砥粒を混入した高圧水(例えば３０００kgf／cm²
程度)をノズル先端から噴射し、その高圧・高速のジェ
ット噴流によって切断するアブレシブ・ウオータジェッ
ト装置が開発提供されている。

【０００３】今図７に基づいて、該従来のアブレシブ・
ウオータジェット装置の構成およびその切断方法につて
い説明する。この従来のアブレシブ・ウオータジェット
装置は、同図に示すように、先ず水供給ポンプ１Ａを介
して超高圧ポンプ１Ｂに水を導入し、該超高圧ポンプ１
Ｂから超高圧水供給パイプ２０を介してアブレシブ・ウ
ォータジェットノズル２の高圧室チューブ１５に対して
超高圧水３を供給する一方、砥粒(研磨材)貯留タンク４
から砥粒供給パイプ１９を介して上記ウォータジェット
ノズル２に対して乾式砥粒５を供給する。そして、上記
ウォータジェットノズル２内の砥粒混合室６部分にて上
記高圧室チューブ１５内の高圧室１５aからオリフィス
１３を介して供給される超高圧水噴流７a中に上記乾式
砥粒５を混合し、この乾式砥粒５を含有した超高圧水噴
流７bをさらにノズル部１１を通して収束させた上で被
切断材８に高速で噴射することによって当該被切断材８
を切断するように構成されていた(例えば実開平１−８
１２７４号公報参照)。そして、上記乾式砥粒５には、
例えば平均粒径0.2〜0.8mm程度の硅砂、鋳鉄グリッド、
ガーネット、アルミナ等が用いられていた。

【０００４】ところで、上記ウォータジェットノズル２
の砥粒混合室６は、スリーブ状のノズル本体１０内に嵌
合された砥粒混合室チューブ１２内に上下方向に延びて
設けられており、その底部は、上記ノズル部１１上端側
を漏斗状に削成することによって漏斗状の凹孔部に形成
されている。

【０００５】そして、当該砥粒混合室チューブ１２の側
方に砥粒導入口１６を形成するとともに該砥粒導入口１
６に対して砥粒導入パイプ１７の一端を接続し、さら
に、該砥粒導入パイプ１７の他端に上記砥粒貯留タンク
４から延設された砥粒供給パイプ１９の下流端を接続し
て構成されている。

【０００６】そして、砥粒供給パイプ１９を通して供給
される砥粒５は、図示のように砥粒導入パイプ１７を介
して砥粒導入口１６から砥粒混合室６内に導入され、オ
リフィス１３によって噴流化された超高圧水噴流７aの
ノズル部１１側への流出負圧によって吸引されてノズル
部１１の収束孔内で同噴流７a中に混入される。そし
て、該砥粒５が混入され増速された収束噴流７bがノズ
ル部１１から被切断材８に噴射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように砥粒５が
混入され、かつノズル部１１で十分に増速された収束噴
流７bを使用すると、切断装置としての切断性能は大き
く向上する。そして、その切断性能は、上記ノズル部１
１から噴射される収束噴流７bに対する砥粒５の混入率
が高いほど高くなる。

【０００８】しかし、上記従来のアブレシブ・ウオータ
ジェット装置の砥粒混入メカニズムでは、オリフィス１
３からの超高圧水噴流７aに対して砥粒混合室６中での
流出負圧を利用して砥粒５を吸引するだけであるから、
必ずしも十分な砥粒混入率が実現されていない問題があ
る。

【０００９】すなわち、上記従来の構成の場合、砥粒混
合室６内に導入された砥粒５は少なくとも当該混合室６
内では超高圧水噴流７aの周囲に発生した空気の流れに
のっているだけであり、超高圧水噴流７a中には殆んど
混入されず、その下流側のノズル部１１の収束孔内で初
めて混合される。従って、被切断材８に噴射される砥粒
５の速度は高圧水の噴流速度までは加速されず、切断性
能の向上には限界がある。また、ノズル部１１の収束孔
を通過する噴流７bの外周に砥粒層が形成されることか
ら、当該収束孔が摩耗しやすい欠点もある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１〜３各項
記載の発明のアブレシブ・ウオータジェット装置は、上
記従来の問題を解決することを目的としてなされたもの
であって、それぞれ次のように構成されている。

【００１１】(１) 請求項１記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の構成 請求項１記載の発明のアブレシブ・ウオータジェット装
置は、オリフィス１３を介し高圧室１５aから高圧水噴
流が供給される砥粒混合室６と、該砥粒混合室６内に高
圧空気流とともに砥粒を導入する砥粒導入通路１７と、
上記砥粒混合室６で上記砥粒が混入された高圧水噴流を
収束加速した上でワークに向けて噴射するノズル部１１
とを備えてなるアブレシブ・ウオータジェット装置にお
いて、上記砥粒導入通路１７に、上流側から下流側に向
けて次第に孔径を縮小したテーパ孔(１９a,２１a,２２
a)を有する絞り部材(１９,２１,２２)を設け、上記テー
パ孔(１９a,２１a,２２a)を介して上記高圧空気流とと
もに導入される砥粒群を噴流状態に収束加速させた上で
上記高圧水噴流に衝突させるようになっている。

【００１２】(２) 請求項２記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の構成 請求項２記載のアブレシブ・ウオータジェット装置は、
上記請求項１記載の発明の構成における上記絞り部材２
１が、その下流側開口端部に上流側から下流側に向けて
次第に孔径を拡大したテーパ孔２１bを有している。

【００１３】(３) 請求項３記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の構成 該請求項３記載のアブレシブ・ウオータジェット装置
は、上記請求項１又は２記載の発明の構成における砥粒
導入通路１７を上記砥粒混合室６内の高圧水噴流に対
し、その下流側から上流側方向に向けて傾斜状態に配設
されている。

【００１４】

【作用】本願の請求項１〜３各項記載の発明のアブレシ
ブ・ウオータジェット装置は、上記のように構成されて
いる結果、当該各構成に対応して各々次のような作用を
奏する。

【００１５】(１) 請求項１記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の作用 請求項１記載の発明のアブレシブ・ウオータジェット装
置では、オリフィス１３を介し高圧室１５aから高圧水
噴流が供給される砥粒混合室６と、該砥粒混合室６内に
高圧空気流とともに砥粒を導入する砥粒導入通路１７
と、上記砥粒混合室６で上記砥粒が混入された高圧水噴
流を収束加速した上でワークに向けて噴射するノズル部
１１とを備えてなるアブレシブ・ウオータジェット装置
において、上記砥粒導入通路１７に、上流側から下流側
に向けて次第に孔径を縮小したテーパ孔(１９a,２１a,
２２a)を有する絞り部材(１９,２１,２２)を設け、上記
テーパ孔(１９a,２１a,２２a)を介して上記高圧空気流
とともに導入される砥粒群を噴流状態に収束加速させた
上で上記高圧水噴流に衝突させることによって、当該高
圧水噴流を適度に乱し、それによって高圧水噴流の中心
に効率良く砥粒を混入させるとともに、絞り部材(１９,
２１,２２)の下流端側開口部を出た所で流路径を拡大さ
せることによって高圧空気流を半径方向外周に拡散させ
て流速を低下させ、該高圧空気流によっては上記高圧水
噴流が不必要に乱されることがないようにしている。

【００１６】(２) 請求項２記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の作用 請求項２記載のアブレシブ・ウオータジェット装置で
は、上記請求項１記載の発明の構成における上記絞り部
材２１が、さらに、その下流側開口端部に上流側から下
流側に向けて次第に孔径を拡大したテーパ孔２１bを有
して構成されている。

【００１７】従って、上記砥粒圧送用の高圧空気流の半
径方向外周への拡散がよりスムーズとなる。

【００１８】(３) 請求項３記載の発明のアブレシブ・
ウオータジェット装置の作用 該請求項３記載のアブレシブ・ウオータジェット装置で
は、上記請求項１又は２記載の発明の構成における砥粒
導入通路１７を上記砥粒混合室６内の高圧水噴流に対
し、その下流側から上流側方向に向けて傾斜状態に配設
されている。

【００１９】従って、オリフィス１３からの高圧水噴流
に対する砥粒衝突時の食い込み力が高くなり、より砥粒
混入率が向上する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように高速で砥粒を水噴流に衝突
させるようにすると、水噴流に対する砥粒の垂直方向速
度成分が大きくなり水噴流中心に砥粒が混入しやすくな
るため、砥粒の加速効率がよくなる。また水噴流表面で
の砥粒の反射の割合が減るため混合特性がよくなる。こ
れらのことより被加工物に衝突する際の砥粒は従来のも
のと比べて高速で高密度になるので、切断性能の向上が
図られる。また、混合は主に混合室内で行なわれるので
アブレシブルノズルのノズル部内の摩耗も軽減される。

【００２１】

【実施例】

(１) 第１実施例 図１〜図４は、本願発明の第１実施例に係るアブレシブ
・ウオータジェット装置の構成とその作用および特性を
示している。

【００２２】すなわち、先ず図１は同装置の高圧室１５
a以下の要部の構成を示しており、符号２はアブレシブ
・ウオータジェットノズル、１０はノズル本体、１２は
砥粒混合室６を形成している混合室チューブ、１３はオ
リフィス、１４は同オリフィス１３を保持するとともに
上記高圧室１５aを形成する図示しない高圧室チューブ
とノズル本体１０とを連結する連結スリーブ、１７は砥
粒導入パイプ(砥粒導入通路)、１６は上記混合室チュー
ブ１２の側部に形成された砥粒導入口であり、これらの
各部の構成は前述した図７の従来例のものと同一であ
る。

【００２３】一方、符号１９は、上記砥粒導入パイプ１
７の開口部側に嵌合された砥粒絞り部材であり、本実施
例の場合、該絞り部材１９を介して砥粒導入パイプ１７
下流側空間部１８に収束された砥粒群５０が導入され、
砥粒導入口１６から砥粒混合室６内に供給される。

【００２４】すなわち、該絞り部材１９は、図示のよう
に、その内側に上流側から下流側にかけて次第に内径が
縮小するテーパ孔１９aを有した摩耗硬度の高いスリー
ブ部材よりなっており、前述した砥粒貯留タンク４側の
砥粒供給パイプ１９を介して高圧空気流とともに供給さ
れる乾式砥粒を当該テーパ孔１９aの部分で収束させ高
速噴流化した上で矢印で示すように上記砥粒混合室６内
の超高圧水噴流７aに向けて衝突させ、その衝撃により
超高圧水噴流７aを適度に乱すことにより混合させる。

【００２５】この時、上記絞り部材１９の下流側開口端
から吐出される上記砥粒群は、図２に示すように当該開
口端を出た時点で流路径が拡大されることから、圧送用
の高圧空気流は半径方向外周側に拡散して流速が低下
し、慣性の高い砥粒の集合体５０のみが直進して超高圧
水噴流７aに効率よく衝突する。従って、砥粒圧送用の
高圧空気流によって不必要に超高圧水噴流７aが乱され
るという恐れもない。

【００２６】ところで、その際の絞り部材１９の出口径
であるが、図３に示すように絞り部材１９出口での砥粒
流速は出口径の変化に対してあるピークを持った形で変
化する。従って、本効果を最大に高めるためにはこのピ
ーク位置での出口径を用いる必要がある。我々が行った
実験によると、絞りを設けないときの砥粒流速は約１２
m／s、絞りの出口径φを２mmにしたとき最も砥粒流速が
速くなり約８０m／sであった。また、絞り部材１９を設
ける位置については、超高圧水噴流７aに近づけ過ぎる
と加速された空気流が水噴流を乱してしまい良くない。
また一方、遠ざけ過ぎると一度加速された砥粒が減速し
てしまいこれも良くない。すなわち、砥粒は加速された
状態のままで、空気流は流路拡大により減速される上記
のような位置が最適である。我々が行った実験による
と、この位置(水噴流から絞り部材１９の出口部までの
距離)は本実験例の場合では１６mm前後が最適であっ
た。

【００２７】以上のように、高速で砥粒を超高圧水噴流
７aに衝突させると、超高圧水噴流７aに対する砥粒の垂
直方向の速度成分が大きくなり超高圧水噴流７aの中心
に砥粒が混入しやすくなるため、砥粒の加速効率がよく
なる。また超高圧水噴流７a表面での砥粒の反射の割合
が減るために混合特性がよくなる。これらのことより被
加工物に衝突する際の砥粒は従来のものと比べて高速で
高密度になるので、切断性能の向上が図れる。また、混
合は主に混合室６内で行なわれるのでノズル部内の摩耗
も軽減させる。

【００２８】ここで、図４に、図１に示した実施例装置
を用い、ワークとしてステンレス(ＳＵＳ３０４)を切断
した時の実験結果を示している。これは上記砥粒加速手
段である絞り部材１９の出口径φをφ＝２mmにし、超高
圧水噴流７aから同絞り部材１９出口までの距離を上述
のように１６mmとした場合の結果である。該実験結果か
らも、上記本実施例の効果の有効性(切断性能の向上)が
証明されている。

【００２９】(２) 第２実施例 次に、図５は、本願発明の第２実施例に係るアブレシブ
・ウオータジェット装置の構成を示している。

【００３０】本実施例の装置では、図示のように上記第
１実施例の絞り部材１９と同様の構造の絞り部材２１の
下流側開口端部に更に逆に上流側から下流側にかけて次
第に内径が拡大する所定長さの第２のテーパ孔２１bを
形成したことを特徴とするものである。

【００３１】このようにすると、上記絞り部材２１の下
流側端部で流路径拡大により半径方向に拡散される高圧
空気の拡散が上記第２のテーパ孔２１bのガイド作用に
よりスムーズとなり、より有効な作用を果たすようにな
る。

【００３２】(３) 第３実施例 さらに、図６は、本願発明の第３実施例に係るアブレシ
ブ・ウオータジェット装置の構成を示している。

【００３３】本実施例のものは、上記第１実施例と同様
の構成において、砥粒導入パイプ１７および絞り部材２
２を下方側から上方側に向けて傾斜した状態で配設し、
噴射される砥粒の集合体５０を超高圧水噴流７aに鋭角
的に衝突せしめるようにしたことを特徴としている。

【００３４】このように、高速で噴出される空気流と分
離された砥流の集合体５０を超高圧水噴流７aの下流側
から上流側に向けて衝突せしめるようにすると、上記第
１実施例の場合に比べてより砥粒の混入率を向上させる
ことが可能となる。

【００３５】なお、以上の各実施例における絞り部材１
９,２１,２２の各テーパ孔１９a,２１a,２２aの断面形
状は、上述のような円形のものに限られることなく、例
えば円周方向に所定の間隔でスリットを形成したもので
もよい。また、砥粒導入口も１個所に限るものではな
く、半径方向(放射方向)に複数の導入口を設けるように
しても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の第１実施例に係るアブレシ
ブ・ウオータジェット装置の砥粒混合部の構成を示す断
面図である。

【図２】図２は、同砥粒混合部の要部の作用を示す説明
用断面図である。

【図３】図３は、同砥粒混合部の要部の特性関係を示す
グラフである。

【図４】図４は、同実施例装置の効果を従来例と対比し
て示すグラフである。

【図５】図５は、本願発明の第２実施例に係るアブレシ
ブ・ウオータジェット装置の砥粒混合部の構成を示す断
面図である。

【図６】図６は、本願発明の第３実施例に係るアブレシ
ブ・ウオータジェット装置の砥粒混合部の構成を示す断
面図である。

【図７】図７は、従来のアブレシブ・ウオータジェット
装置の構成を示すシステム図である。

【符号の説明】

２はアブレシブ・ウオータジェットノズル、５は砥粒、
６は混合室、１０はノズル本体、１１はノズル部、１２
は混合室チューブ、１３はオリフィス、１５aは高圧
室、１６は砥粒導入口、１７は砥粒導入パイプ、１９,
２１,２２は絞り部材、１９a,２１a,２２aはテーパ孔、
２１bは第２のテーパ孔である、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィス１３を介し高圧室１５aから
   高圧水噴流が供給される砥粒混合室６と、該砥粒混合室
   ６内に高圧空気流とともに砥粒を導入する砥粒導入通路
   １７と、上記砥粒混合室６で上記砥粒が混入された高圧
   水噴流を収束加速した上でワークに向けて噴射するノズ
   ル部１１とを備えてなるアブレシブ・ウオータジェット
   装置において、上記砥粒導入通路１７に、上流側から下
   流側に向けて次第に孔径を縮小したテーパ孔(１９a,２
   １a,２２a)を有する絞り部材(１９,２１,２２)を設け、
   上記テーパ孔(１９a,２１a,２２a)を介して上記高圧空
   気流とともに導入される砥粒群を噴流状態に収束加速さ
   せた上で上記高圧水噴流に衝突させるようにしたことを
   特徴とするアブレシブ・ウオータジェット装置。
2. 【請求項２】 上記絞り部材２１は、その下流側開口端
   部に上流側から下流側に向けて次第に孔径を拡大したテ
   ーパ孔２１bを有することを特徴とする請求項１記載の
   アブレシブ・ウオータジェット装置。
3. 【請求項３】 砥粒導入通路１７を上記砥粒混合室６内
   の高圧水噴流に対し、その下流側から上流側方向に向け
   て傾斜状態に配設したことを特徴とする請求項１又は２
   記載のアブレシブ・ウオータジェット装置。