JP2001040551A - 高速織機用ウォータージェットノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緯糸を緯入れするウォータージェットノ
ズルにおいて、織機の超高速運転に対応できる収束性に
優れた高速のジェット水流を発生させること。 【解決手段】 ノズル本体の内部にニードルとオリフィ
ス部材とを同軸配置し、前記オリフィス部材の上流側に
スタビライザーを少なくとも１個備えたウォータージェ
ットノズルにおいて、オリフィス部材のテーパー角θを
１５°乃至３５°に形成した。これによって、１２００
ｒｐｍ以上の超高速運転に適したジェット水流を発生さ
せる。また、オリフィス部材の出口コーナー部から突出
させるニードル先端までの長さｌをｌ＝θ／３６０°×
１０Ｌ×Ｙの式でＹの値を０．２５〜０．７とすること
により、突出長さｌを計算によって求めることができ、
かつ、収束性が格段に優れた緯糸の搬送力が優れたジェ
ット水流を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォータージェッ
トルームにおける緯入れ用のウォータージェットノズル
に係り、特に、高速運転に不可欠な収束性に優れた高速
のジェット水流が得られるようにしたウォータジェット
ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動織機のウォータージェットルーム
は、ポンプから供給される圧力水をジェット水流に変換
して緯糸の搬送および緯糸の緯入れを行なうためのウォ
ータージェットノズルを備えている。このウォータージ
ェットノズルは、ノズル本体内でポンプから供給される
圧力水の整流を行なうスタビライザーとスタビライザー
の下流側に圧力水の流路を順次狭めるためのオリフィス
部材、および同軸上に配置された糸孔を有するニードル
とを備えている。ジェット水流は、オリフィス部材の縮
径角θ部分とニードル先端の外径テーパー部分（縮径角
部分）との間隙から放出され、緯糸をジェット水流で所
定の方向に搬送する作用を有する。

【０００３】ウォータージェットノズルにおいては、ポ
ンプから供給される圧力水をでき得る限り整流状態にし
て、収束性の良いジェット水流を発生させることが重要
とされている。

【０００４】このような緯入れノズルとしては、例えば
実開昭６２−８８７７９号公報や特公平４−１８０５３
号公報に記載されたものがある。これらのウォータージ
ェットノズルは、いずれも供給された圧力水をスタビラ
イザーででき得る限り整流状態にして収束性の良いジェ
ット水流を得ようとするものである。

【０００５】また、特開平８−２９６１５１号公報に
は、スタビライザーの下流側にキャビテーションを抑制
するための空洞部を設けることにより、安定したジェッ
ト水流を放出するウォータージェットノズルが開示され
ている。

【０００６】更に、本発明の発明者は、特願平１０−２
８７７９８において、注水孔と注水孔との間に軸線方向
に平行な隔壁を設けることにより、供給された圧力水を
予め整流状態にした後スタビライザー部へ送るウォータ
ージェットノズルを発明出願した。この隔壁を設けたウ
ォータージェットノズルは、従来のノズルよりも更に優
れた収束性を示し、織機の高速運転に対応できる性能を
有している。

【０００７】これらのウォータージェットノズルは、順
次開発改良がなされ現在に至っているが、初期段階のノ
ズルは図４と図５に示すような構造から成っている。図
４は、ノズル本体１の縦断面図で、１１は圧力水の供給
路、２は圧力水の注水孔、１はノズル本体、８はスタビ
ライザー、７はオリフィス部材、７ａはオリフィス部材
のテーパー部、７ｂはオリフィス部材の出口コーナー
部、５はニードル３のテーパー部、１２はオリフィス部
材の出口コーナー部７ｂから突出しているニードル先端
部、１０は放出口、１３はスタビライザーのブレードを
示す。

【０００８】また、従来のウォータージェットノズルの
オリフィス部材とニードルとの関係は、いずれも図２の
ような形態から成っており、オリフィス部材７の出口方
向に縮径するテーパー角θは、一般的に６°乃至１２°
であり、特に８°乃至１２°が製織業界で多用されてい
る。このテーパー角θは、できるだけ小さい方がオリフ
ィス部材の出口から放出されるジェット水流がシャープ
な角度で集中するので好ましいと考えられていた。更
に、ニードル先端部が下流側に向けて、縮径するテーパ
ー角αは２°〜５°の範囲で、特に、テーパー角５°の
ニードルが多用されている。また更に、オリフィス部材
の出口コーナー部７ｂから突出するニードル先端部１２
までの長さｌは、いずれも１ｍｍ乃至１．５ｍｍになる
ように構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ウォータージェットノ
ズルに要求される特性は、ジェット水流の収束性が良く
拡散が少ないこと、ジェット水流の流速が速いこと、ジ
ェット水流の緯糸を搬送する力が強いこと、および緯糸
の緯入れに要する水の消費量が少ないこと、更には織機
の高速運転に対応できしかも安定した緯入れが達成でき
ること等々である。

【００１０】これらの要求特性は、いずれもウォーター
ジェットノズルから放出されるジェット水流の収束性を
良くすることにより達成されるものであり、そのために
現在まで長年に渡って収束性を向上させるための発明考
案がなされてきた。

【００１１】しかしながら、現在までの収束性向上の方
策は、ニードル３のテーパー角αが２°〜５°で、しか
も、オリフィス部材７のテーパー角θは６°乃至１２°
の範囲内でできるだけθが小さい方が良いという概念の
もとで、スタビライザーの構造や材質の研究や圧力水の
流体抵抗を少なくするための流路設計が主となってい
た。

【００１２】従がって、従来のウォータージェットノズ
ルは、織機の運転スピードが１０００ｒｐｍ以下では充
分対応可能であったが、今後の織機スピードは１２００
ｒｐｍ以上、更には、１５００ｒｐｍを達成できること
が要求されるようになっているため、従来のノズルで
は、このような超高速の織機スピードに対しては、長時
間安定した緯入れが達成できないという問題があった。

【００１３】そこで、本発明は、織機スピードが１２０
０ｒｐｍ以上、更には１５００ｒｐｍの超高速運転条件
に対してもジェット水流の収束性が優れ、しかも長期間
安定した緯入れが達成できるウォータージェットノズル
を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ノズル本体の
内部に緯糸導入用のニードルを同軸配置し、前記ニード
ルの先端部のヘッド周りにオリフィス部材を配置し、更
に前記オリフィス部材の上流側に整流用のスタビライザ
ーを少なくとも１個備えたウォータージェットノズルに
おいて、前記オリフィス部材の下流側に向かう縮径角θ
を１５°乃至３５°に形成したことを特徴とする。これ
によって、オリフィス部材のテーパー角（縮径角）θが
６°乃至１２°の従来のウォータージェットノズルに比
べて、ジェット水流の収束性を格段に高めることが可能
となる。

【００１５】また、本発明における他の発明は、ノズル
本体の内部に緯糸導入用のニードルを同軸配置し、前記
ニードルの先端部のヘッド周りにオリフィス部材を配置
し、更に前記オリフィス部材の上流側に整流用のスタビ
ライザーを少なくとも１個備えたウォータージェットノ
ズルにおいて、オリフィス部材の下流側流路と下流側端
面とが交差する出口コーナー部から突出させるニードル
先端部の長さｌ、およびオリフィス部材の流路のテーパ
ー角（縮径角）θの延長線とニードル先端部のテーパー
角（縮径角）αの延長線とが交差する位置から前記出口
コーナー部までの長さ寸法Ｌとの関係式をｌ＝θ／３６
０°×１０Ｌ×Ｙとして、このＹの値が０．２５から
０．７の範囲であることを特徴とする。これによって、
オリフィス部材のテーパー内面とニードル先端部の外径
テーパー面との隙間から放出されるジェット水流は、ニ
ードル３の糸孔４から吸引する空気量を適正範囲内で減
少させる作用効果も有しているため、従来のウォーター
ジェットノズルよりも高速でしかも格段に優れた収束性
を示すとともに緯糸の搬送力が強く、また拡散した飛沫
も発生しない等の機能性を発揮する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のウォータージェッ
トノズルの実施形態を添付図によって説明する。この図
に示すものは、単に一例にすぎず、本発明の技術思想の
範囲内で、スタビライザーの材質や形状、スタビライザ
ー８とオリフィス部材７とを一体形成したもの、あるい
はノズル本体内の圧力水流路構造等を種々変更したもの
と組合せたウォータージェットノズルとすることができ
る。

【００１７】図１は、本発明の要部を示す縦断面図で、
織機と連動して作動するプランジャーポンプからの圧力
水が供給されるノズル本体１の中にニードル３が組込ま
れている。このノズル本体１を有するウォータージェッ
トノズルの基本的な機能は、図４に示す従来例と同じで
あって、ニードル３の糸孔４から供給される緯糸を、オ
リフィス部材７のテーパー部７ａとニードルヘッドのテ
ーパー部５との隙間９から放出するジェット水流によっ
て、織機の端末まで搬送するものである。

【００１８】中空のノズル本体１は、その内部に同軸配
置されたニードル３を保持し、しかもその軸線方向のほ
ぼ中間部分の周壁に複数の注水孔２を円周方向に一定の
ピッチで開け、これらの注水孔２から流入した圧力水
が、ノズル本体１の内面に組込まれたスタビライザー８
によって整流され、次いでオリフィス部材７の下流側に
向けて先細り状に縮径したテーパー部７ａとニードル３
の先端に向けて先細り状に縮径したテーパー部５との隙
間９に流れるように構成されている。そして、オリフィ
ス部材７のテーパー部７ａとニードルのテーパー部５と
の隙間９は、下流側になる程流路断面が小さくなってい
るため、圧力水の速度が増加してオリフィス部材７の出
口コーナー部分７ｂとニードル先端との隙間９からジェ
ット水流となって放出される。

【００１９】図６は、ニードル３の糸孔４からジェット
水流によって吸引される空気量を説明するための要部の
概念図である。図６において、ニードル３のテーパー部
５の表面に沿って流れるジェット水流は、ニードル３の
先端からニードルのテーパー角αの方向に放出された直
後に、オリフィス部材７のテーパー角θの方向に放出さ
れた多量のジェット水流によって、ニードル３の先端か
ら点線で示すオリフィステーパー角θと同じ角度方向に
集中する作用を受ける。

【００２０】図６のニードル先端１２から点線で囲まれ
た円錐の部分が、高速のジェット水流によって真空状態
となって糸孔４から空気を吸引する真空容器に相当する
作用を果たすので、糸孔４から吸引する空気量は、ニー
ドル先端と点線で囲まれた円錐の体積に比例する。従が
って糸孔４から吸引する空気の量は、オリフィス部材７
のテーパー角θが小さい程多くなる傾向がある。

【００２１】ところで、従来のウォータージェットノズ
ルは、オリフィス部材７のテーパー角θが６°乃至１２
°で形成されているために、ニードル３の糸孔４から吸
引する空気量が必要以上に多くなっているものと考えら
れる。糸孔４から吸引された空気は、ジェット水流に混
入して放出されるので、空気混入量が多くなる程ジェッ
ト水流を形成する水の密度が低くなり、ひいては緯糸の
搬送力を弱めることになる。

【００２２】従がって、従来のウォータージェットノズ
ルは、ジェット水流に混入している空気量が多いため
に、圧力水の整流性を高めたり、圧力水の流路を最適な
形状に構成した場合においても、ジェット水流の収束性
向上に限界が生じ、また、ジェット水流から拡散する飛
沫が多いために経糸にダメージを与えたり、更には、織
機スピードが１０００ｒｐｍを超える高速運転条件に対
してジェット水流の速度や緯糸の搬送力が不充分である
などの欠点があった。

【００２３】本発明は、オリフィス部材７のテーパー角
θを１５°乃至３５°、より好ましくは１５°乃至３０
°に形成することにより、ジェット水流に混入する空気
量を少なくすることができ、しかも格段に優れた収束性
を有するジェット水流を発生させることができる。更に
は、本発明のウォータージェットノズルによって放出す
るジェット水流は、非常に高速で、しかも緯糸の搬送力
が強いので、織機スピードが１０００ｒｐｍはもとより
１２００ｒｐｍ以上さらには１５００ｒｐｍ以上の超高
速条件に対しても長期間安定した緯入れを可能とする。

【００２４】図２は、本発明および従来のウォータージ
ェットノズルの要部を拡大した縦断面を示す。図２にお
いて、オリフィス部材７の内径は、テーパー内面７ａが
テーパー角θで下流側に向けて縮径して、出口コーナー
部７ｂの位置から外径側に拡大した放出口１０で形成さ
れている。また図２に示すニードル３のテーパー外面５
は、テーパー角αで下流側に向けて縮径しており、かつ
ニードル３の先端１２は、前記オリフィス部材７の出口
コーナー部７ｂの位置から長さｌの位置まで突出するよ
うに組込まれている。

【００２５】従来のウォータージェットノズルは、ニー
ドル３のテーパー角αが２°乃至５°で、オリフィス部
材７のテーパー角θが６°乃至１２°であり、しかもニ
ードル先端の突出長さｌが１ｍｍ以上でほとんどのもの
が１．０〜１．５ｍｍで構成されている。この突出長さ
ｌ＝１．０〜１．５ｍｍは、テーパー角θが６°乃至１
２°で形成された従来のウォータージェットノズルにお
いて長年の経験とジェット水流の収束性の点から最善の
寸法として採用されてきたものと推定されるが、ニード
ル３の糸孔４から吸引してジェット水流に混入する空気
量が多く、１０００ｒｐｍ以上、特に１２００ｒｐｍ以
上の織機スピードに対して安定して使用できるジェット
水流を発生するに至っていない。

【００２６】図３は、本願の他の発明であるウォーター
ジェットノズルの構成要件を示す要部の縦断面図であ
る。本発明においては、オリフィス部材７のテーパー角
θを１５°乃至３５°、より好ましくは１５°乃至３０
°に形成し、しかもニードル先端の突出長さｌが、ｌ＝
θ／３６０°×１０Ｌ×Ｙの関係式に相当するように構
成するものである。なお、この式におけるＹの値は０．
２５から０．７、より好ましくは０．２５から０．５の
範囲である。

【００２７】ここで、図３に示す寸法Ｌは、オリフィス
部材７のテーパー角θの延長線とニードルヘッドのテー
パー角αの延長線とが交差する位置からオリフィス部材
７の出口コーナー部７ｂまでの長さである。

【００２８】ニードル先端の突出長さｌは、前記寸法Ｌ
よりも小さくすることが絶対条件であり、仮にＬよりも
大きくした場合は図３に示すオリフィス部材７のテーパ
ー角θの延長線よりもニードル先端が飛出すことになる
結果、テーパー角θに沿って収束しようとするジェット
水流がニードル先端に衝突して拡散するので収束性を阻
害することになる。

【００２９】また、前記関係式は、ｌ／Ｌ＝θ／３６０
°×１０×Ｙと書き換えることができ、Ｙが０．２５か
ら０．７、より好ましくは０．２５から０．５の範囲で
あるので、ｌ／Ｌは１０θ／３６０°×２５％から１０
θ／３６０°×７０％、より好ましくは１０θ／３６０
°×５０％の範囲と同じことになる。

【００３０】従がって、本願の他の発明は、オリフィス
部材のテーパー角θを１５°乃至３５°に形成し、しか
もニードル先端の突出長さｌが、θ／３６０°×１０Ｌ
×０．２５からθ／３６０°×１０Ｌ×０．７の範囲に
なるようにノズル本体を構成することにより、織機の運
転速度が１０００ｒｐｍはもとより１２００ｒｐｍ以上
の超高速運転に要求されるジェット水流の優れた収束性
や拡散飛沫の無いジェット水流、および高速でしかも緯
糸の搬送力が強いジェット水流の発生、更には、織機１
ｒｐｍ当たりの消費水量が少ないことなどの機能性を発
揮することが可能となる。

【００３１】なお、参考までにニードル先端の突出長さ
ｌの値を、本発明のウォータージェットノズルの内の一
構成品について具体的に計算する例を示すと次のように
なる。まず、ニードルのテーパー角αが５°でニードル
先端の外径が１．４ｍｍ、オリフィス部材の出口コーナ
ー部の直径が２．１ｍｍでかつテーパー角θを３０°に
形成した場合に、寸法Ｌは１．４ｍｍとなる。また、Ｙ
の値を仮に０．５に設定した場合には、ｌ＝３０°／３
６０°×１０×１．４×０．５＝０．５８ｍｍとなる。

【００３２】

【実施例】織機運転条件 織機スピード＝１１００ｒｐｍ プランジャーポンプ；シリンダー内径＝１２ｍｍ，ピス
トンストローク＝１２ｍｍ ウォータージェットノズル寸法 ニードル；ニードルテーパー角α＝５°，ニードル先端
の外径＝１．４ｍｍ オリフィス出口コーナー部の直径＝２．１ｍｍ

【００３３】実施例でジェット水流の収束性の度合を比
較調査したノズルの種類 従来品；特公平４−１８０５３号公報で開示されたノズ
ル 本発明のＡ種；従来品のオリフィス部材７のテーパー角
度θを１５°〜３５°としたもの 本発明のＢ種；ｌ＝θ／３６０°×１０Ｌ×０．３１７
＝０．５ｍｍとｌ＝θ／３６０°×１０Ｌ×０．６３４
＝１．０ｍｍ 本発明のＣ種；特願平１０−２８７７９８号公報と同じ
注水孔と注水孔との間に軸線方向の隔壁を設けたノズル
のオリフィス部材７のテーパー角θを２５°にし、か
つ、ｌ＝θ／３６０°×１０Ｌ×０．３１７＝０．５ｍ
ｍとしたノズル

【００３４】収束性の度合は、厚みが１５ｍｍの石膏ボ
ードをウォータージェットノズルから２ｍ離れた反ノズ
ル側にセットして、織機を１分間運転することにより、
石膏ボードが図７に示するようにジェット水流によって
侵食されたＸ、Ｙ、Ｚの大きさで評価した。

【００３５】なお、図７において、Ｘはジェット水流の
拡散した水しぶきによって石膏ボードが僅かに侵食され
た直径、Ｙはジェット水流によって石膏ボードが０．５
ｍｍの深さまで侵食された部分の直径、Ｚはジェット水
流によって石膏ボードが裏面まで侵食された貫通穴の直
径を示す。

【００３６】また、本実施例によるジェット水流の収束
性の度合を表１に示す。表１から明らかになるように、
従来品は、Ｘの値が非常に大きく拡散した水しぶきの量
が多いことを示しており、またＹの値も大きくてＺの値
が小さいことはジェット水流の収束性が劣っており、か
つジェット水流の流速が低くて、しかも水勢が弱いこと
を示している。

【００３７】次に、本発明の請求項１に相当するＡ種
は、オリフィス部材のテーパー角θを１５°から３５°
に変更させた全てのノズルにおいて、水しぶきの拡散範
囲が小さいためにＸとＹの値が格段に小さくなってお
り、かつ、収束性が良くて水勢が強いために従来品より
もＺの値が大きくなっている。

【１】

【００３８】また次に、本発明の請求項２に相当するＢ
種とＣ種は、ＸとＹの値がＡ種よりも更に小さいことか
ら、拡散した水しぶきが非常に少なく、かつＺの値がＹ
の値に近いことからジェット水流の収束性か非常に良く
て、ジェット水流の流速が速くまた水勢も強いことを示
している。

【００３９】

【発明の効果】本発明のウォータージェットノズルは、
下記の性能効果を発揮できる。 １．ニードルの糸孔から吸引する空気量が必要最小限に
削減できるので、ジェット水流への空気混入量が少なく
なり、ジェット水流の拡散飛沫が少なく、収束性が格段
に優れたジェット水流を放出することができる。 ２．ジェット水流の拡散飛沫が少ないので、経糸に毛羽
立ちや損傷を与えることがない。 ３．高速で、しかも、緯糸の搬送力が強いジェット水流
を放出できるので、従来のウォータージェットノズルで
は達成できなかった１２００ｒｐｍ以上の織機スピード
で長期間安定した緯入れを行なうことができる。 ４．卓越した収束性を有するジェット水流が得られるの
で、比較的少ない水の消費量で緯入れが達成できて経済
的である。 ５．織機スピードが同じ条件下においても、ジェット水
流による緯糸の搬送力が強いので、従来のウォータージ
ェットノズルよりも圧力水を発生するポンプの圧力を小
さくすることが可能となり省エネ性が得られる。 ６．ニードルとオリフィス部材の寸法が変わる度に、従
来は数多くの緯入れテストによってニードル先端の突出
長さを決定する必要があったが、本発明のｌ＝θ／３６
０°×１０Ｌ×Ｙの式により突出長さｌを簡単に計算か
ら求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウォータージェットノズルの要部を示
す縦断面図である。

【図２】本発明および従来のオリフィス部材とニードル
の要部を示す縦断面図である。

【図３】本発明のオリフィス部材とニードルとの構成を
示す要部の縦断面図である。

【図４】従来のウォータージェットノズルの要部を示す
縦断面図である。

【図５】従来のウォータージェットノズルに組込まれた
スタビライザーの斜視図である。

【図６】本発明の要旨を説明するための要部の縦断面図
である。

【図７】（ａ）はジェット水流の収束性評価に用いた石
膏ボードがジェット水流によって侵食された状態を示す
正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。なお、
（ｂ）の矢印はジェット水流の進行方向を示す。

【符号の説明】

１ ノズル本体 ２ 注水孔 ３ ニードル ４ 糸孔 ５ ニードルのテーパー部 ６ オリフィス部材の保持座 ７ オリフィス部材 ７ａ オリフィス部材のテーパー部 ７ｂ オリフィス部材の出口コーナー部 ８ スタビライザー ９ 隙間 １０ 放出口 １１ 圧力水の供給口 １２ 出口コーナー部から突出しているニードル先端部 １３ スタビライザーのブレード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル本体の内部に緯糸導入用のニー
   ドルを同軸配置し、前記ニードルの先端部のヘッド周り
   にオリフィス部材を配置し、更に前記オリフィス部材の
   上流側に整流用のスタビライザーを少なくとも１個備え
   たウォータージェットノズルにおいて、前記オリフィス
   部材の下流側に向かう流路のテーパー角θを１５°乃至
   ３５°に形成したことを特徴とするウォータージェット
   ノズル。
2. 【請求項２】 オリフィス部材の下流側流路と下流側
   端面とが交差する出口コーナー部から突出させるニード
   ル先端までの長さｌ、および、オリフィス部材の流路の
   テーパー角θの延長線とニードル先端部のテーパー角α
   の延長線とが交差する位置から前記出口コーナー部まで
   の長さ寸法Ｌとの関係式をｌ＝θ／３６０°×１０Ｌ×
   Ｙとして、このＹの値が０．２５から０．７の範囲であ
   ることを特徴とする請求項１記載のウォータージェット
   ノズル。