JP2001509434A

JP2001509434A - 高速粒子流を生成するための方法と装置

Info

Publication number: JP2001509434A
Application number: JP2000501873A
Authority: JP
Inventors: パオ、ワイ・エイチ・マイケル; マドンナ、ピーター・エル; コーガン、ロス・ティー
Original assignee: Waterjet Technology Inc
Current assignee: Waterjet Technology Inc
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2001-07-24
Also published as: IL133718A0; BG104067A; BG63592B1; IL133718A; NZ502746A; BR9811100A; CN1096336C; NO316114B1; DE69809053D1; PT994764E; NO20000110L; ES2186188T3; OA11309A; PL187868B1; AU8480998A; DK0994764T3; CN1263487A; DE69809053T2; EA003436B1; ID24251A

Abstract

(57)【要約】各段階で異なった媒体を使用する複数段階の加速を通じて、高速粒子流を低コストで生成するための方法と装置である。粒子は、１つまたはそれ以上のガスを低コストで使用して、音速（空気音の速度に関して）以下の速度に加速され、次いで、さらに水の噴射を使用してより速い速度に加速される。さらに、粒子の加速を促進するために旋回運動が生成され、粒子は、旋回運動を有する流れの中に誘導され、それによって目標への粒子の供給が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、表面調整、切断、および塗装を含むがこれに限定されない種々の設
定用に適した高速粒子流を生成するための処理方法と装置とに関する。

【０００２】発明の背景被覆、錆、およびミルスケールを、船のハル（ｈｕｌｌ）、貯蔵タンク、パイ
プライン、等から剥離するような表面調整のための高速粒子流の供給は、粒子を
高速ガス流（空気のような）に伴出し、そしてそれらを加速ノズルを通して損耗
すべき目標へ射出することによって従来から達成されてきた。代表的には、その
ようなシステムは、圧縮空気駆動であって、空気コンプレッサと、研磨剤粒子を
貯蔵するリザーバと、粒子量の流れを制御するための計量装置と、空気と粒子と
の流れを搬送するホースと、および流れを供給する集中−直線型あるいは集中−
拡散型のノズルとを有する。

【０００３】合金、セラミック、ガラス、および積層物などの「冷間切断」（「熱間切断」
としてのトーチ（ｔｏｒｃｈ）、プラズマ、およびレーザ切断のような熱ベース
の方法に対するものとして）のような材料を切断するための高速粒子流の供給は
、従来、液体（水のような）の高速流に粒子を伴出し（ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ）
、それらを集約ノズルを通して切断されるべき目標上に射出することによってな
されてきた。代表的には、そのようなシステムは高圧水で駆動され、高圧水ポン
プと、研磨剤粒子を貯蔵するリザーバと、粒子量の流れを制御するための計量装
置と、粒子を搬送するホースと、高圧水を搬送するホースと、および集中ノズル
とを有していて、高速流体噴射が切断されるべき目標上に粒子流を伴い加速する
ために形成されている。粒子が、表面調整か切断かのいずれのために供給されて
も、当業者に「微細機械加工」として知られた作用のメカニズムは本質的には同
様である。他の効果も生ずるが、二次的な効果である。微細機械加工の基本的な
メカニズムは単純である。研磨剤粒子は、質量（ｍ）掛ける速度（ｖ）によって
得られる運動量（Ｉ）を有していて、目標の表面を衝撃する。鋭い粒子の小さい
衝撃足跡に適用されるそのような力は、材料の臨界的特性を十分に越えた局部的
な圧力、歪みおよび剪断を招来するので、局部的な材料の欠落および除去すなわ
ち微細機械加工効果をもたらす。

【０００４】上述の論議から明らかなように、商業的に重大な研磨剤粒子の特殊な重量が狭
い範囲内であるので、研磨や切断作業の主な増加は、速度の増加からもたらされ
なければならない。第２に、速度が重要であるのみでなく、表面調整応用のため
に、粒子が均一に拡散したパターンで表面と接触しなければならない。すなわち
、高度に集約された流れのみがピンポイント領域を処理するので、沢山の人−時
と、与えられた領域を処理する多くの量の研磨剤を必要とする。第３に、理想的
には、粒子は、処理されるべきではない表面ではなく、処理されるべき表面を衝
撃しなければならない。また、切断応用において、目的の材料内により深く浸食
して、幾つかの応用においてはそれを分離するために集約された流れが切望され
る。

【０００５】流体流表面調整および研磨剤切断分野における当業者は、表面調整や切断用の
完全な装置と方法を望まれ、多くの挑戦に直面している。第１に、除去された被
覆の領域当たりに必要な研磨剤粒子の量は非常に大きく、これは次いで使用上の
比較的高いコストのみでなく、比較的高い清掃および廃棄コストを意味する。

【０００６】第２に、ここで述べた従来の乾燥ブラスト処理において研磨剤粒子を使用する
ことは、粒子それ自身からと、粒子の衝撃に際し粉砕された目的材料の両方とか
ら、恐ろしい量の塵埃を発生する。そのような塵埃は、健康を害しまた環境を害
するのできわめて望ましくない。これを改善するために、あるシステムは、装置
のノズル組立てからの放出の直前で、粒子を湿らせるために水を加える。水は、
研磨剤粒子の速度を減少し、次いで、粒子の所望の目的の効果を減少させるとい
う望ましくない側面的影響を有している。水の追加は、同様にそれらの効果を厳
しく減少する研磨剤粒子の悪化とスラグの形成との更なる望ましくない側面的影
響を有している。水は、粒子の速度の減少なしで乾燥した空気と粒子流に追加す
ることはできないということがこの産業における共通した信念である。この信念
は、広範囲に渡る実験によって確証されてきた。乾燥した空気と粒子流に水を追
加することは、塵埃発生を抑制する多くの応用にとって本質的なことであり、応
用可能な、環境的、健康的、および職業的／操作的安全基準に従う事実上の唯一
の救済である。

【０００７】第３に、現在利用可能な粒子流研磨剤切断システム（鋼、コンクリート、木、
等のようなコストの低い材料の切断のために研磨剤粒子を使用する）は、例えば
、トーチ、プラズマ、レーザあるいはダイヤモンドブレード切断機のような現在
の他の方法に関して、より大きなパワー入力が必要である。それ故、他の方法に
関して研磨剤切断の劣る点は、切断効率ではなくむしろコストである。空気また
は水噴射駆動研磨剤切断は、比較的高いパワー入力が必要であり、温度的に敏感
な材料の冷間切断および／または輪郭切断を支持する特別な状態を除いて、多く
の応用にコスト的に禁止的にする。

【０００８】それ故、当業者が直面する問題は、研磨剤粒子の均一に分配された拡散流を、
清掃されるべき表面に最高速度で、最小限可能なパワー入力で、風によって運ば
れる受け入れがたいレベルの塵埃の発生をしないで供給する装置と方法を構成す
ることである。

【０００９】粒子の速度を増加するという最も簡単な解決は、問題である。従来、これは粒
子を空気に伴出すなわちエントレインメント（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）するこ
とによってなされたが、相対密度が小さいことと、操作者が展開可能なエントレ
インメント／加速ノズル用の実験的な長さ限定とのために、空気は粒子を短い距
離で加速するのには効果的でない媒体である。すなわち、粒子は、ある速度を越
えると空気と共に加速が続かなくなり、滑り流において、空気よりももっと遅く
移動する。粒子速度は、空気流によって駆動された場合さらに減少するが、それ
は、風に運ばれる塵埃を減少するために粒子を「湿らせる」ために、しばしば、
水が空気／粒子流に導入されなければならないからである。この水は、粒子／空
気流内でのエントレインメントに際し、流れの速度の更なる減少、しばしば実質
的な減少の結果となる。

【００１０】従って、この分野の最終的な要望は、均一に分配された研磨剤粒子の拡散流を
表面（清掃されるべき）に、あるいは集約された流れを表面（切断されるべき）
に可能な粒子の最高速度で、最低限のパワーインプットで、および風に運ばれる
受け入れがたいレベルの塵埃を発生しないで供給する方法または装置の開発によ
って満足されるであろう。

【００１１】発明の概要本発明の第１の目的は、ガスの１つまたはそれ以上の噴射を使用して粒子を加
速することによって、チャンバを通って高速で移動する粒子の流れを生成し、次
いで、液体の１つまたはそれ以上の噴射を使用して粒子をより速い速度に加速す
る方法を提供することである。

【００１２】本発明の第２の目的は、ガスの１つまたはそれ以上の噴射を使用して粒子を音
速以下に加速することによって、チャンバを通って高速で移動する粒子の流れを
生成し、次いで、液体の１つまたはそれ以上の噴射を使用して粒子をより速い速
度に加速し、粒子に径方向の運動を誘導させる方法を提供することである。

【００１３】本発明の第３の目的は、高速流体流において、周囲の流体よりも高い密度を有
する粒子の集中を増加するために、粒子を径方向の流れを有する流体流に導き、
次いで、粒子を高速流体流と接触する方法を提供することである。

【００１４】本発明の第４の目的は、研磨剤粒子の流体噴射流を流体母体（ｍａｔｒｉｘ）
内に生成するための装置を提供することである。

【００１５】本明細書において使用する用語について、１インチは約２．５４ｃｍ；１平方
インチは６．４５１ｃｍ^２；１ｆｔ（フィート）は約３０．５ｃｍ；１ｆｔ^２（
平方フィート）は約０．０９３ｍ^２；１ｆｔ^３（立方フィート）は約０．０２８
ｍ^３；１ｌｂｓは約０．４５３ｋｇ；ｐｓｉは１平方インチ当たりのポンドであ
る。

【００１６】本発明の第１の態様によれば、チャンバ内において高速で移動する粒子の流れ
を生成するのための方法であって、１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して
粒子を音速以下の速度に加速するステップと、その後、チャンバ内において前記
流れを斜めの角度で１つまたはそれ以上の超高圧水の噴射と接触させることによ
って、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体の噴射を使用してより速い速度に加
速するステップとを有している方法が提供される。

【００１７】上述の態様の好ましい実施例において、この方法はさらに、流体の１つまたは
それ以上の噴射を下流へ注入することによって径方向の運動を誘導するステップ
をさらに有している。

【００１８】上述の態様の好ましいさらに他の実施例において、この方法はさらに、チャン
バの内側の半径を狭小にすることによって、前記粒子に径方向の運動を誘導する
ステップさらに有している。

【００１９】本発明の上述の態様のさらに他の実施例において、この方法はさらに、チャン
バの内側の半径を狭小にすることによって前記粒子への前記径方向の運動の増幅
するステップをさらに有している。

【００２０】本発明の上述の態様のさらに他の実施例において、この方法はさらに、半径が
可変なチャンバを使用することによって、前記流れの中への前記径方向の流れを
増幅するステップをさらに有している。

【００２１】本発明の上述の態様のさらに他の実施例において、この方法は、高速流体流に
おいて、周囲の流体よりも高い密度を有する粒子の集中を増加するステップと、
さらに、前記粒子を径方向の流れを有する流体流に導き、前記粒子を高速流体流
と接触するステップをさらに有する。

【００２２】本発明の他の態様によれば、チャンバ内において高速で移動する粒子の流れを
生成するのための方法であって、１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して粒
子を音速以下の速度に加速するステップと、その後、チャンバ内において前記流
れを斜めの角度で１つまたはそれ以上の超高圧水の噴射と接触させることによっ
て、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体の噴射を使用してより速い速度に加速
するステップと、その後、流体の１つまたはそれ以上の噴射の下流への注入によ
って前記粒子に径方向の運動を誘導させるステップを有している。

【００２３】本発明の上述の態様の好ましい１つの実施例において、上述の方法はさらに、
チャンバの内側の半径を狭小にすることによって流れ内への前記径方向の流れの
増幅をするステップをさらに有している。

【００２４】本発明の上述の態様の好ましい他の実施例において、上述の方法はさらに、チ
ャンバの内側の半径の下流への拡大によって前記流れの拡散をするステップをさ
らに有している。

【００２５】本発明の上述の態様の好ましい他の実施例において、研磨剤粒子の流れは、約
６００ｆｔ（フィート）／秒より大きい速度に加速される。

【００２６】本発明の上述の態様の好ましい他の実施例において、研磨剤粒子の流れは、約
１０００ｆｔ／秒より大きい速度に加速される。

【００２７】本発明の上述の態様の好ましいさらに他の実施例において、研磨剤粒子の流れ
は、約２０００ｆｔ／秒より大きい速度に加速される。

【００２８】本発明の上述の態様の好ましいさらに他の実施例において、研磨剤粒子の流れ
は、約３０００ｆｔ／秒より大きい速度に加速される。

【００２９】本発明の他の態様によれば、高速流体流において、周りの流体よりも高い密度
を有する粒子の集中を増加するための方法であって、前記粒子を減少された半径
のチャンバを通って通過し、その後、前記粒子を高速流体流と接触させるステッ
プをさらに有する。

【００３０】本発明の上述の態様の特に好ましい実施例において、上述の方法は、前記粒子
を減少された半径のチャンバを通って通過するステップをさらに有する。

【００３１】本発明の上述の態様の特に好ましい実施例において、上述の方法は、前記粒子
を減少された半径のチャンバを通って通過し、其の後、前記粒子を増加された半
径のチャンバを通って通過するステップをさらに有する。

【００３２】本発明のさらに他の態様によれば、研磨剤粒子の流体噴射流を流体の母体に生
成するための装置であって、混合チャンバと、前記混合チャンバの一端部で、空
気と粒子流を音速以下で混合チャンバ内に供給するための空気と粒子の入力手段
と、空気／粒子の流れをより高い速度に加速するために前記混合チャンバを流体
的に接続する１つまたはそれ以上の超高圧水入力手段と、水入力手段の上流に、
または下流に設けられ、前記流れに径方向の流れを誘導しあるいは増幅するため
に前記チャンバと流体的に結合された１つまたはそれ以上の空気入力手段とを有
している。

【００３３】本発明の上述の態様の１つの好ましい実施例において、上述した混合チャンバ
は、集中する部分と拡張する部分とを有する。

【００３４】本発明の上述の態様の他の好ましい実施例において、混合チャンバは、集中す
る部分を有する。

【００３５】本発明の上述の態様のさらに他の実施例において、混合チャンバは、拡張する
部分を有する。

【００３６】本発明の上述の態様のさらに他の実施例において、混合チャンバは、拡張する
部分と集約する部分とを有する。

【００３７】現在の装置と方法とは、現在利用可能なシステムにおいては多くの利点を有し
ている。また、当業者が直面している主要な問題は、実用的な寸法の装置を使用
して最小限のパワーを用いて、いかにして粒子をその最大限可能な速度に推進す
るかということである。第１に、本発明は、比較的小さいパワー入力と実用的な
寸法の具現化内で、粒子の速度を最大にするというこの目標を達成した。研磨剤
粒子は、本発明において、従来のシステムにおけるよりも小さいパワー入力で、
従来のシステムにおいて達成されたものよりも速い速度に加速される。

【００３８】本発明の第２の利点（表面調整または被覆除去用の具現化に向けられている）
は、均一な粒子の拡がりを達成することである。これは、研磨剤１ポンド当たり
処理することができる表面の量を増加し、より高い生産性と処理された領域当た
りのより低いコストとなり、使用された研磨剤の清掃および廃棄コストもより低
くなる（廃棄コストは、危険な廃棄物を含む消費された研磨剤に実質的にできる
）。

【００３９】これらの利点は、粒子に対する前方への軸線的運動量に加えて、制御された径
方向の運動量を課す旋回を誘導し展開する幾つかの実施例によって達成される。
これは、混合チャンバから出ていく粒子の拡散効果を制御する結果となり、より
広い表面領域が研磨用の粒子流に曝され、結果として、表面調整応用のためによ
り高い生産性とより低いコストとなり、それに相当して処理された領域当たりの
研磨剤の消費も低くなる。

【００４０】本発明の第３の利点は、水中切断および洗浄、または、一般にチャンバから推
進された高速粒子流が、ガスまたは空気以外の流体を通ってその目標に向かって
移動するように搬送されなければならないような所に関する。洗浄と切断の高速
水噴射および粒子流の効力は、離れている距離、すなわちノズルの出口と目標と
の間の距離によって大きく減少することが当業者に良く知られている。その理由
は、水のような液体媒体の存在であり、これは、チャンバ出口と目標との間の領
域における空気の密度の約８００倍の密度を有している。目標に向かって到達す
るためにそのような媒体を貫通しなければならない従来の高速流体噴射は、周囲
の水と共に伴出される。それゆえ、０．５インチのような短い距離内において、
噴射は、そのエネルギーの多くを失い、また洗浄と切断という作業の効力も失う
。本発明によれば、空気は、回転を形成し渦巻き方式でチャンバから放出され、
それ故、チャンバの出口からのガス突出の領域が安定化される。局部的な、安定
化され、回転し、旋回駆動されたエアーポケットの形状の空気環境が、ノズルと
目標との間に発生される。従って、高速の粒子と水の噴射は、今やこの安定化さ
れたエアーポケットを通って通過し、「空気内（ｉｎａｉｒ）」遂行での損傷
されない切断または洗浄供給し、水中でもまだ得られる。

【００４１】本発明の第４の利点は、解放空間における乾燥粒子流表面調整（通常サンドブ
ラストとして参照される）に固有の、塵埃および関連する環境上の、健康上の、
業務上の、および操作上の安全障害を除去することである。サンドブラストは、
塵埃群を発生するものとしてよく知られている。この塵埃群は、非常に小さくて
操作者のみでなく近くにいる人にとっても、重大な呼吸的健康障害と目の刺激を
構成する粒子を含んで相当の距離広がることができる。この塵埃は、粉砕された
研磨剤粒子のみでなく、処理された表面から除去された物質の粒子も含んでいる
。これは、顔料や表面腐食物または、重金属酸化物（たとえば鉛酸化物）、有機
金属（たとえば特に有機錫）のような汚れ止めの混合物、および何年も前に表面
に施され禁止されてから長い他の有毒な混合物を含んでいる。乾燥サンドブラス
トは、早くまたコスト効果であるが、経済的互換性を除けば、本発明を除いて、
環境保護と健康障害管理者によってきっちりと監視され規制される。

【００４２】従来のシステムは、これらの問題をカプセルに入れる（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔ
ｉｏｎ）ことによって改善することを試みた。これは、ブラストサイト（ｂｌａ
ｓｔｓｉｔｅ）を大きなプラスチックの板で囲み、この囲い込みの中をわずか
に負圧にすることを意味する。これは、極めて高価である。たとえば、従来のサ
ンドブラスト表面調整は、１平方フィートあたり約０．５０ドルのコストである
が、カプセルに入れると２．００ドルまたはそれ以上のコストに増加する。

【００４３】本発明は、塵埃の形成と開放の両方を制御する。第１に、研磨剤粒子を加速す
るために、第２段階において超高速水噴射をすることによって、全ての粒子が完
全に湿らされ、ノズル出口および処理されるべき表面への粒子の軌道に、実質的
に塵埃が全く生成されない。第２に、放出される粒子は、混合チャンバの粒子お
よび空気と相互作用するような、超高速水噴射の解散となる水滴の細かい霧によ
って付随される。そのような霧は、源で、目標に衝突して破壊し、あるいは微細
機械加工された／除去された目標材料に逆らう粒子によって生じたどのような微
粒子および塵埃をも磨く。

【００４４】本発明の第５の利点は、本発明の装置および方法によってより低い後方への押
し（ｔｈｒｕｓｔ）が生ずることである。これは、より少ないがより速い粒子に
よって洗浄（または切断）された表面の単位当たりさらに低い粒子量の流れの結
果である。それ故、装置を操作することは、操作者にとって疲れが少なく、また
、安全な作業条件の結果となる。同様に、それは、方法と装置を、低コストで自
動化されたシステムに組み入れるためにより受入可能にする。

【００４５】本発明を、好ましい実施例の以下の詳細な説明と図面とによって、請求の範囲
とともにより詳細に述べる。

【００４６】好ましい実施例の説明本発明は、表面を処理しあるいは切断するために、研磨剤粒子を高速流体流を
介して分配するための方法と装置に関する。第１に、研磨剤粒子（たとえば珪砂
）は、加圧ガス（空気のような）のエントレインメントを介して、または、中空
のチャンバすなわち「混合チャンバ」を有するノズル内に導くホースを通った誘
導／吸引によって推進される。この点において、研磨剤粒子の速度は、ある粒子
の最大速度に近接した約６００〜６４０ｆｔ／秒に達する。よりさらに、空気は
、その低い密度により研磨剤粒子を推進するためには貧弱な媒体である。すなわ
ち、ある点以上では、空気の速度の更なる増加は、粒子の速度に無視できる程度
の効果しかない。空気が、粒子をほぼこの速度に加速するために非常にコスト効
果のある手段であるが、それ以上のものではない。

【００４７】この粒子の加速が音速以下（空気中での音の速度に関して）の速度になった後
、空気／粒子の流れは次いで、超高速流体噴射（水噴射のような）を空気／粒子
の流れ内へ導入するための１つまたはそれ以上の入り口と遭遇する混合チャンバ
を通って通過する。水噴射または噴射は、ガス噴射予備加速粒子（約６００〜６
４０ｆｔ／秒までの速度に移動する）に関して４、０００ｆｔ／秒の相対速度を
有し、直接運動量伝達とエントレインメントを通してより高い速度にさらに粒子
を加速する。

【００４８】超高速水噴射は、空気／粒子の流れによって形成された軸線に関して斜めの角
度で、水が空気／粒子の流れを衝撃するように配置される。空気／粒子の流れを
持った水噴射の集中によるか、または、混合チャンバの内部構造によるか、ある
いは、それらの両方によって、空気／粒子／水の流れの旋回すなわち渦巻き運動
が混合チャンバ内に生ずる。

【００４９】旋回運動は、比較的大きい質量（空気と水に関して）のために、高粒子集中の
環状領域を作り出す遠心力によって研磨剤粒子の径方向外方への移動を生ずる。
それ故、超高速水噴射の導入は、３つの基本的な機能に役立つ。それは、（１）
粒子の第２段階加速、（２）空気／粒子／水の流れ内での旋回の生成、および（
３）、粒子流の超高速水噴射との優先的で効果的な接触ための高粒子集中の領域
の生成、であって、より効果的な加速と比較的大きい粒子速度を生ずる。

【００５０】同様に、幾つかの好ましい実施例において、流体流に生成された旋回運動は，
幾つかの方法の１つに増幅される。ある実施例において、流れ（今や、空気、粒
子、および水を有する）は、接線方向に導入された空気を受けるノズルの最終位
置を通過する。この空気は、流れの移動によってチャンバ内に生じた負圧のため
にノズルチャンバ内に導入される。あるいは、空気は、大気圧より大きい圧力で
チャンバ内に注入されてもよい。他の実施例において、混合チャンバの内径は、
粒子の径方向の速度を増加するために狭められていて、それによって旋回運動を
増幅する。これらの実施例の小集団において、混合チャンバの内径は、均一な粒
子拡散を達成するために、それ故続いて広げられる。ノズルから出て行くものは
なにかというと、１つがガス（圧縮された空気）によって駆動され、２つ目が液
体（超高圧水）によって駆動され２つの加速段階でそのような速度に推進された
高速で移動する均一に分配された研磨剤粒子である。２つの異なった媒体（ガス
と液体）を使用した２段階の加速が、駆動源として空気を使用した約６００ｆｔ
／秒を越える加速粒子の基本的限定に打ち克つことができるのみでなく、プロセ
スの全体のエネルギー効率が、ガスのみかまたは液体のみのいずれかのような単
一の媒体を使用した単一または複数段階粒子加速に勝っている。このように、表
面除去割合（すなわち、切除割合）は、変数の２つの広いセットに関数である。
変数の第１のセット（それら自身の研磨剤粒子から離れて）は、研磨剤粒子を混
合チャンバ内へ供給する最初の空気速度と、空気／粒子の流れと集まる超高速水
噴射すなわち噴射の位置と角度、および旋回推進空気注入（特定の実施例に使用
された場合）用の類似の変数に関連する。変数の第２のセットは、混合チャンバ
それ自身の構造に関連する。たとえば、チャンバ内のある位置で比較的小さい直
径が好ましく、これは、研磨剤粒子の回転速度を増加するためであり、それ故、
超高速水噴射すなわち噴射との粒子相互作用を増加する。チャンバは、粒子流の
制御された広がりを作り出すために下流へ向かって広げられる。混合チャンバの
特別な構造（内径）は、与えられた空気／水／粒子流率と速度のために、実験的
に最小化することができる。

【００５１】ここで使用される「斜めの（ｏｂｌｉｑｕｅ）」は、０度より大きいが９０度
より小さい角度次元を参照している。

【００５２】ここで使用される「傾斜した（ｓｋｅｗｅｄ）」は、たとえば、ｘ−軸線に沿
っている２つの対象によって形成された角度が「斜めの」次元を有していて、そ
してその軸線に平行でない軸線に沿っている２つの対象によって形成された角度
が「傾斜した」（０〜９０度の間で設けられている）として述べられている場合
、「斜めの」次元を有する角度に関して異なった軸線で測定されて、０度より大
きいが９０度より小さい角度次元を参照している。

【００５３】ここで使用される「超高圧」は、約１５、０００ｐｓｉ（１平方インチ当たり
のポンド）より大きく約６０、０００ｐｓｉまでの水圧を供給することができる
ポンプの特定のタイプを参照している。

【００５４】ここで使用される「超高速度」は、６００ｆｔ／秒より大きく４、０００ｆｔ
／秒までの速度を有する流体噴射（水噴射のような）水圧を供給することができ
るポンプの特定のタイプを参照している。

【００５５】ここで使用される「研磨剤粒子」は、一般に、装置から除去するためのブラス
ト（ｂｌａｓｔ）産業で頼りになるあらゆるタイプの微粒子を参照している。

【００５６】物質は、一般に、珪砂、石炭スラグ、銅スラグ、およびざくろ石（ガーネット
）を含んで使用される。「ＢＢ２０４９」は、ある共通のタイプ用の工業指定で
ある。接尾語２０４９は、粒子のサイズを参照していて、粒子は、米国標準篩い
分けシリーズの２０−４０メッシュによって保持されている。他の共通なタイプ
は、スターブラスト（ＳｔａｒＢｌａｓｔ）である。

【００５７】図１は、本発明の１つの好ましい実施例を示している。ここで示された装置は
、好ましくは、当業者にとって一般に入手可能な材料から構成されている。空気
／粒子の流れは、入力ノズル１０を介して混合チャンバ４０と遭遇するノズル２
０内に移動する。装置は機能的に第１段階１２と第２段階１４との２つの段階に
分割される。簡単に言うと、第１段階１２において、粒子は、加圧されたガス、
好ましくは、しかし多すぎない空気によって加速される。第２段階１４において
、粒子は、超高圧水によってさらに加速される。ノズル２０に存在する粒子流の
概略的速度は、約６００ｆｔ／秒である。空気／粒子の流れは、混合チャンバ４
０を通って移動するので、空気／粒子の流れの移動によって形成された中央軸線
に関して斜めの角度で、１つまたはそれ以上の超高速水噴射を混合チャンバ内に
導くための、１つまたはそれ以上の超高速度の注入部５２、５４と遭遇する。水
の噴射は、入り口５０と環状の通路１０１を通って、各注入部５２、５４に配置
されたオリフィス１００に超高圧流を提供することによって形成される。流体噴
射は空気／粒子の流れと集合し、それによって、粒子をより速い速度に加速する
。超高速水噴射の第２の機能は、その斜めのおよび／または傾斜した位置によっ
て、純粋に軸線から旋回すなわち渦巻き位置へ流れの方向を変え、それによって
流体流内の粒子の相互作用を促進することである。

【００５８】本発明の１つの実施例において、空気、粒子、および水からなる流れは、ノズ
ル８０の下流端から出る。他の特に好ましい実施例において、流体流は、ノズル
から出る前にさらに旋回運動を促進するために処理される。１つの特に好ましい
実施例において、空気／粒子／水流体流は、空気とさらに混合するノズル内で下
流へ移動する。

【００５９】空気は、幾つかの手段の１つによって混合チャンバ４０内へ導入される。好ま
しい実施例において、空気は、簡単な吸引によって、あるいは、受動的な誘導に
よって、ノズルに設けられていて周囲の空気を混合チャンバ内に侵入できるよう
にする１つまたはそれ以上の孔６０、６２を通って混合チャンバ４０内へ入る。
より特別には、この好ましい実施例において、空気は、混合チャンバを通る流体
流の移動によって生ずる負圧によって孔６０、６２を通って混合チャンバ内に導
入される。

【００６０】他の実施例において、空気は能動的に混合チャンバ４０内に注入（圧力下にお
いて）されてもよい。また、図示した実施例において、空気は、超高圧水を入り
口５０からチャンバに導入する超高圧水の注入部５２、５４から上方に配置され
た孔６０、６２を通って混合チャンバ４０に入る。他の実施例において、空気は
、水注入部５２、５４から下流でチャンバに入る。さらに他の実施例において、
空気と水とは、同時にチャンバに入る。空気が混合チャンバに受動的な移動で入
るので、外部から混合チャンバへの能動的圧力勾配を横切って、また空気／粒子
／水／流体流と混合して、旋回運動を促進し、それ故、特別の加速を促進する。
他の特に好ましい実施例において、空気は、混合チャンバ内に受動的には入らず
、たとえば、ほぼ１０から１５０ｐｓｉ目盛りの圧力範囲の圧力下において混合
チャンバ内に能動的に汲み上げられる。

【００６１】他の好ましい実施例において、旋回運動は生成され（混合チャンバ４０内への
空気の流入なしで）、あるいは、混合チャンバの内部構造を変えることによって
さらに促進される。これらの幾つかの実施例において、図２に示したように、混
合チャンバ４０を通って移動する空気／水／粒子流は、集中通路４２（すなわち
、混合チャンバの直径が減少している）と遭遇する。この結果は、粒子の径方向
の速度が各運動量保存の法則によって増加することである。増加した径方向の速
度は、超高速水噴射が向けられ、衝突とエントレインメントとを、それ故チャン
バ内の粒子加速処理を促進し、領域での粒子集中の増加の結果となる。さらに、
チャンバのこの狭小部から下流は、半径が増加４４し、粒子に課された径方向運
動量によるチャンバの壁に向かった移動により、研磨剤粒子が拡大することとな
る。それ故、混合チャンバは、集中部４２とそれに続く拡散部４４とを有する。
さらに、制御された均一な広がりが表面調整の応用のために望ましいが、それは
、研磨剤粒子によって衝突される表面領域を増加するからである。他の実施例に
おいて、旋回運動は、混合チャンバの内壁の全てまたは一部分に、溝あるいは、
尾根または羽根を配置することによって生成されるかまたは促進される。

【００６２】好ましい実施例において、混合チャンバは、化学物質源と流体的に連通した１
つまたはそれ以上の補助的な入り口がさらに設けられている。異なった化学物質
が使用されているけれども、装置が使用される環境によるが、好ましい実施例に
おいて、腐食抑制剤が混合チャンバ内に導入される。

【００６３】図３は、本発明の更なる好ましい実施例を示している。図２のように、混合チ
ャンバの直径は、超高速水噴射との効果的な相互作用のために、径方向の速度を
増加し粒子を領域に集中するするために減少（集中部４２）しているが、それに
続いて拡張部を形成するために分散してはいない。それに代わって、ノズルは集
中するチューブ７２を形成するためにテーパが付けられている。それ故、この実
施例は、表面除去用により適した図２に示された実施例よりも、切断するのによ
り適している。

【００６４】図３に更に示されているように、単一の超高圧流体噴射が、切断の実行を促進
するための出口ノズルの長手方向の軸線と整列されている。装置は、また、長手
方向の軸線と偏倚した複数のノズル２０と、システムへの研磨剤の均一な供給を
提供するための超高圧流体噴射とを有している。

【００６５】最適な除去あるいは切断割合は、水と空気入り口に関する集中／分散の配置と
同様、混合チャンバの内部構造、すなわち内側の半径、旋回促進構造、旋回促進
空気誘導の構造、または、注入部を最適化することによって得られる。

【００６６】図４に示されたような本発明のさらに他の好ましい実施例において、操作を簡
単にし、製造コストを減少するために、装置の重量を軽減するために幾つかの改
良がなされた。図４に示された好ましい実施例において、研磨剤粒子の第２段階
加速は、注入部５２に配置された入り口５０とオリフィス１００を通って超高圧
流を向ける単一の超高圧流体噴射の導入によって達成される。入り口５０と通路
１０２とは、超高圧流体噴射が注入部５２を離れ混合チャンバ４０に入る経路に
沿ってオリフィス１００と直接整列されている。単一の超高圧流体噴射は、混合
チャンバに研磨剤流を伴い加速する斜めの角度で入る。同様に、空気が混合チャ
ンバ４０に接線的に導入されるようにするために、単一の空気入り口孔６０が設
けられている。図４に示された実施例によって設けられた装置は、装置の使用と
製造を単純にするので、コストを下げられる。装置の重量をさらに軽減するため
に、混合チャンバはアルミニューム、窒化珪素、あるいは他の同様の材料で作ら
れる。本発明の好まし実施例のいずれかによって設けられた装置は、通常銃として参照
される手動装置を有する。概略的に図４に示されたような好ましい実施例におい
て、操作者が水および／または研磨剤の流れを選択的に遮断することを可能にす
るバルブ９０、９２、９４の列がノズルに設けられている。たとえば、操作者が
作業している目的物から残滓を洗浄するために、流体と空気との流れのみがノズ
ルを出るように、操作者は、研磨剤の流れの停止を希望するかもしれない。ある
いは、空気との流れのみがノズルを出るようにして、操作者が作業している目的
物を乾燥するために、操作者は、水と研磨剤の両方の流れの停止を希望するかも
しれない。操作者が乾燥ブラストを達成することを希望する場合、ノズルを通る
超高圧流体の流れは停止される。操作者は、それ故、ノズルを開放することなし
に、または、研磨剤と超高圧流体の供給源の近傍の離間した位置に置くために、
ノズルの機能を選択的に切り換える。種々のバルブを使用することもできるが、
好ましい実施例において、バルブ９０、９２、９４は、超高圧流体源と研磨剤源
でバルブを作動するパイロットバルブである。

【００６７】従来の装置および方法と比較して、本発明に関する方法と装置の達成度と経済
性の両方を研究するために、沢山の工業的段階、比較実験が適切に制御された条
件において達成された。これらの実験結果の幾つかは以下に開示される。鋼の表
面から亜鉛基のプライマー（ｐｒｉｍｅｒ）あるいはミルスケールの地金属まで
の除去は、従来の方法と比較して本発明の効果を評価するために選択される。こ
の実証の環境は表面調整であるが、その応用のための本発明の優位性を示すのみ
ではなく、切断、機械加工、フライス加工、塗装のような他の応用のような、手
短かに言えば、高速度粒子を表面に供給するのを頼りにするいかなる応用もまた
示すものである。同一の変数の下で、表面被覆の除去割合を比較することにより
、本発明の装置と方法の優位性の達成は、従来の装置／方法に関して実証できる
。そのような実験は、（ａ）２段階加速による増加された粒子速度の達成と経済
性を確認する、および（ｂ）粒子に課された旋回運動の達成と経済性を確認する
、ために構成される。

【００６８】継続する実験に適切な変数は、以下に示される。方法と装置とがさらに最小化
できる各変数用の範囲がまた示されている。図１に関しては、定義、配置、寸法
、および比率である。表１に掲げられた第１の変数は、「喉部の直径比」であっ
て、これは、２つの直径Ｄ_１とＤ_２の比である。これらの値は図１に示されてい
て；Ｄ_１は上流から離れた空気／粒子入力ノズル１０の近くの点で測定され；Ｄ _２はさらに下流の段階２の喉部が最も狭い点に達したところで測定される。開示
された第２の変数は、「長さの直径に対する比」であって、これは、同様に図１
に示されたＤ_１とＬ_２との比である。

【００６９】開示された次の変数は、「第１段階と第２段階との合流角度」である。図１に
示された装置のために、第１段階１２と第２段階１４とは同軸的に整列されてい
るので、この角度は零度である。表１に掲げられた次の変数は、「第２段階内に
放出される第１段階の傾斜した角度」である。図１に示された装置は、図１には
示されていないが、傾斜した角度は０である。この変数は、先のものが、図面が
描かれているページに垂直な面において、一方の段階との関係における他方の段
階の位置に関する２つの段階の間の特別な関係を示していること、を除いて先の
ものと類似している。「力率」は、段階１の馬力に対する段階２の馬力の比、あ
るいは、空気の馬力に対する液圧の馬力の比である。この変数は有益である。な
ぜならば、図１からも実証されるように、粒子は、第１段階の入力ノズル１０を
介した空気と第２段階の注入部５２、５４を介した水との、２つの供給源によっ
て加速されるからである。

【００７０】各入力は、供給源、それ故「力率」変数が必要である。「旋回力率」は、直ぐ
上の変数と類似していて、第１段階の馬力（空気馬力）を越えて旋回を生じある
いは促進するために適用される馬力である。次の変数は、「旋回空気噴射ポート
」であり、これは、そこを通って旋回誘起／促進空気が導入される入り口の数を
参照する。２つの入り口６０、６２が図１に示されている。「旋回テーパを含む
角度」は、第２段階１４の内側の直径が集合する角度を参照している。より詳細
には、これは、第２段階１４の最初からＤ_２まで測定された第２段階の内壁の断
面をトレースした線によって形成された角度を参照している。「旋回空気入り口
傾斜角度」は、空気入り口６０、６２の配置を参照している。図面が示されてい
るページと平行な面に相対的な装置の内部に空気が入るところの角度は、「旋回
空気入り口傾斜角度」である。次の変数は、図１にＬ_１として示された「ＵＨＰ
水噴射軌跡交差」である。図１に示されたように、Ｌ_１は、超高圧水の各噴射（
注入部５２、５４から供給された）の集中する点から、第２段階の端部までの距
離（Ｌ_２の終端）である。「＠Ｄ_２」のＵＨＰ水噴射軌跡交差値（ｔｒａｊｅｃ
ｔｏｒｙｉｎｔｅｒｓｅｃｔｖａｌｕｅ）は、噴射が点Ｄ_２で集中すること
を意味する（図１に示されている）。変数の値は、Ｄ_２の倍数に基づいているの
で、＋１０ｘＤ_２の値は、噴射が、Ｄ_２が測定された点から、Ｄ_２の値の１０倍
の距離だけ下流に集中することを意味する。次の変数は、超高圧水の注入部５２
、５４の数を参照している。そのような２つのポートが図１に示されている。表
１に掲載されている次の変数は、「ＵＨＰ水噴射注入ポート直径」であり、これ
は、単に注入部５２、５４の内径である。次の変数は、「ＵＨＰ水噴射含有角度
」であり、これは、ポート５２、５４を出る２つの噴射によって形成される角度
である。表１の最後の変数は、「ＵＨＰ水噴射傾斜角度」である。この変数は、
図１が示されたページに垂直な面に沿った、各ポートの位置を部分的に規定する
。

【００７１】表１変数好ましい実施例の実験値変数の範囲喉部の直径比（Ｄ_１／Ｄ_２）１〜３．５２．３３長さの直径に対する比（Ｌ_２／Ｄ_１）＞５２３第１段階と第２段階軸線的に（０°）から３０° ０°と１５° との合流角度第２段階内に放出される軸線的に（０°）から３０° ０° 第１段階の傾斜角度力率；第２段階ＵＨＰ− ０．５〜５．０１．２〜１．７水／第１段階空気旋回力率；旋回空気０．０５から１．００．１７／第１段階空気旋回空気噴射ポート（＃）１〜２０１〜４；６旋回テーパを含む角度 −３０から＋３０° １６° 旋回空気入り口傾斜角度０〜３０° ０° ＵＨＰ水噴射軌跡交差＋／−１０ｘＤ_２＠Ｄ_２（Ｌ_１）ＵＨＰ水噴射１〜１０３、４、６注入ポート（＃）ＵＨＰ水噴射注入ポート８〜４０７〜１３直径（インチ／１０００）ＵＨＰ水噴射０〜３０° １６° 含有角度ＵＨＰ水噴射０〜３０° ０°、２°、６° 傾斜角度

【００７２】例１（亜鉛プライマー除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、この産業で一般的な、３／１６インチの直径（または＃３）の
集中／分散乾燥研磨剤ブラストノズルを有している。ノズルは、１６〜４０メッ
シュのサイズの研磨剤を試験表面に２６０ｌｂｓ（ポンド）／時、５０ｆｔ^３（
立方フィート）／分の流量割合で、１００ｐｓｉの空気によって駆動された。

【００７３】本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、第１の加速段階として役立
ち、同一の空気圧力で、同一の空気流量割合で駆動され、また同一の研磨剤流量
で同一の粒子サイズで第２の加速段階に供給する。第２の加速段階は、約２２０
０ｆｔ／秒の噴射速度で駆動される水噴射である。旋回動作は、外部へは推進さ
れない。すなわち、混合チャンバ内の旋回動作を増幅するために側部から混合チ
ャンバ内に注入される補助的な流体はない。旋回動作は慎重に誘導されないけれ
ども、チャンバの内部構造の固有の結果としていずれにしてもそのような動作は
起きるであろうということに注意してほしい。

【００７４】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合１８０ｆｔ^２／時６０ｆｔ^２／時清掃された１ユニット１．４ｌｂｓ／ｆｔ^２４．３ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．１９ＨＰ／ｆｔ^２０．２１ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．１８ドル／ｆｔ^２０．３８ドル／ｆｔ^２領域当たりの全体コスト（労力、燃料、研磨剤、および装置費用）ノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然（目視検査による測定）

【００７５】例２（亜鉛プライマー除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、この産業で一般的な、４／１６インチの直径（または＃４）の
集中／分散乾燥研磨剤ブラストノズルを有している。ノズルは、１６〜４０メッ
シュのサイズの研磨剤を試験表面に５００ｌｂｓ／時、９０ｆｔ３／分の流量割
合で、１００ｐｓｉの空気によって駆動された。

【００７６】本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、第１の加速段階として役立
ち、同一の空気圧力で、同一の空気流量割合で駆動され、また同一の研磨剤流量
で同一の粒子サイズで第２の加速段階に供給する。第２の加速段階は、約２２０
０ｆｔ／秒の噴射速度で駆動される水噴射である。旋回動作は、外部へは推進さ
れない。すなわち、混合チャンバ内の旋回動作を増幅するために側部から混合チ
ャンバ内に注入される補助的な流体はない。

【００７７】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合２８３ｆｔ^２／時７５ｆｔ^２／時清掃された１ユニット１．８ｌｂｓ／ｆｔ^２６．６ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．１８ＨＰ／ｆｔ^２０．３０ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．１５ドル／ｆｔ^２０．４２ドル／ｆｔ^２領域当たりのコストノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然

【００７８】例３（ミルスケール除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、この産業で一般的な、４／１６インチの直径（または＃４）の
集中／分散乾燥研磨剤ブラストノズルを有している。ノズルは、１６〜４０メッ
シュのサイズの研磨剤を試験表面に５００ｌｂｓ／時、９０ｆｔ^３／分の流量割
合で、１００ｐｓｉの空気によって駆動された。本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、第１の加速段階として役立
ち、同一の空気圧力で、同一の空気流量割合で駆動され、また同一の研磨剤流量
で同一の粒子サイズで第２の加速段階に供給する。第２の加速段階は、約２２０
０ｆｔ／秒の噴射速度で駆動される水噴射である。旋回動作は、外部へは推進さ
れない。すなわち、混合チャンバ内の旋回動作を増幅するために側部から混合チ
ャンバ内に注入される補助的な流体はない。

【００７９】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合１６５ｆｔ^２／時５５ｆｔ^２／時清掃された１ユニット３．０ｌｂｓ／ｆｔ^２９．１ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．３０ＨＰ／ｆｔ^２０．４１ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．２６ドル／ｆｔ^２０．５８ドル／ｆｔ^２領域当たりのコスト＊ノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然

【００８０】例４（亜鉛プライマー除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、この産業で一般的な、３／１６インチの直径（または＃３）の
集中／分散乾燥研磨剤ブラストノズルを有している。ノズルは、１６〜４０メッ
シュのサイズの研磨剤を試験表面に２６０ｌｂｓ／時、５０ｆｔ^３／分の流量割
合で、１００ｐｓｉの空気によって駆動された。本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、第１の加速段階として役立
ち、同一の空気圧力で、同一の空気流量割合で駆動され、また同一の研磨剤流量
で同一の粒子サイズで第２の加速段階に供給する。第２の加速段階は、約２２０
０ｆｔ／秒の噴射速度で駆動される水噴射である。旋回動作は、第１加速段階に
入る空気の１ポンド当たり０．１７インチ−ポンドの量の回転効果を生成する補
助的な圧縮空気の注入によって推進される。

【００８１】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合２１０ｆｔ^２／時６０ｆｔ^２／時清掃された１ユニット１．２ｌｂｓ／ｆｔ^２４．３ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．１７ＨＰ／ｆｔ^２０．２１ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．１５ドル／ｆｔ^２０．３８ドル／ｆｔ^２領域当たりのコスト＊ノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然

【００８２】例５（ＭＩＲスケール除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、この産業で一般的な、４／１６インチの直径（または＃４）の
集中／分散乾燥研磨剤ブラストノズルを有している。ノズルは、１６〜４０メッ
シュのサイズの研磨剤を試験表面に５００ｌｂｓ／時、９０ｆｔ^３／分の流量割
合で、１００ｐｓｉの空気によって駆動された。本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、第１の加速段階として役立
ち、同一の空気圧力で、同一の空気流量割合で駆動され、また同一の研磨剤流量
で同一の粒子サイズで第２の加速段階に供給する。第２の加速段階は、約２２０
０ｆｔ／秒の噴射速度で駆動される水噴射である。旋回動作は、第１加速段階に
入る空気の１ポンド当たり０．１７インチ−ポンドの量の回転効果を生成する補
助的な圧縮空気の注入によって推進される。

【００８３】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合２０５ｆｔ^２／時５５ｆｔ２／時清掃された１ユニット２．４ｌｂｓ／ｆｔ^２９．１ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．２６ＨＰ／ｆｔ^２０．４１ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．２１ドル／ｆｔ^２０．５８ドル／ｆｔ^２領域当たりのコスト＊ノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然

【００８４】例６（ＡＭスケール除去）本発明の１つの実施例と従来の表面調整装置／方法との比較従来の装置は、３５、０００ｐｓｉの圧力によって駆動され２５ＨＨＰ（液圧
馬力）を供給する水ブラストノズルを有している。５００ｌｂｓ／時の量の研磨
剤（４０〜６０メッシュのサイズ）が、混合チャンバ内に真空で生成された水噴
射によって吸引される（例１〜５のような、第１段階ノズルで搬送され予備加速
された圧縮空気よりも）。本発明の装置は、上述の従来の装置を有していて、そ
れに加えて補助的な７ＨＨＰの旋回促進空気注入があり、システム全部のパワー
は３２ＨＨＰになる。

【００８５】結果は、次のように要約される：変数本発明従来の装置除去割合１５０ｆｔ^２／時９０ｆｔ^２／時清掃された１ユニット３．３ｌｂｓ／ｆｔ^２５．６ｌｂｓ／ｆｔ^２領域当たりに使用した研磨剤粒子清掃された１ユニット０．２３ＨＰ／ｆｔ^２０．３１ＨＰ／ｆｔ^２領域当たりのパワー入力（馬力）清掃された１ユニット０．２７ドル／ｆｔ^２０．４３ドル／ｆｔ^２領域当たりのコスト＊ノズルでのダスト発生検出不可判然目標でのダスト発生検出不可判然

【００８６】例７２段階加速の優れたエネルギーとコスト効率水と空気の両方が粒子を加速するために使用できる。流体内に移動された粒子
に作用する力は、その抵抗（ｄｒａｇ）（Ｆ_Ｄ）である。抵抗力の方程式は：
Ｆ_Ｄ＝Ｃ_Ｄｘρｖ^２Ａ／２である。ここで、Ｆ_Ｄは抵抗力であり、Ｃ_Ｄは粒子の抵抗係数であり、ρは流体
の密度であり、ｖは周囲の流体に関する粒子の相対速度であり、およびＡは粒子
の断面領域、または異形粒子の場合、その突出した領域である。Ｃ_Ｄは、粒子のレイノズル（ｒｅｙｎｏｌｄｓ）数（Ｎ_Ｒ）の実験的に決定さ
れた機能である。レイノズル数は：Ｎ_Ｒ＝ρｖｄ／μ で規定される。ここで、ρは流体の密度であり、ｖは相対的粒子速度であり、ｄ
は粒子の直径であり、μは流体の動的な速度である。Ｎ_Ｒが約５００から２００
、０００までのためと、比較的早い速度の流体流を持った粒子の加速のための典
型的な速度スパンを呈する球形の粒子のために、抵抗係数Ｃ_Ｄは、音速以下の空
気用に、ほぼ０．４から０．５の範囲である。

【００８７】上述の分析から、水は、抵抗力が移動する流体密度に比例するので、空気より
もむしろ、粒子を加速するのに効果的な手段であろうということが結論付けられ
る。空気に対する水の密度比は、約８００である。しかしながら、駆動用液体と
して水のみを使用することは、手が届かないほど高くなる。空気を１分当たり１
立方フィートの割合で１００ｐｓｉの圧力において供給することは、資本コスト
（ｃａｐｉｔａｌｃｏｓｔ）がわずかに６０ドルで工業的サイズのコンプレッ
サーで達成でき、その結果のエンジンパワーは、１ｆｔ^３／分＠１００ｐｓｉの
圧力の空気流用に０．２５ＨＰになる。そのような空気流は、粒子を約６００ｆ
ｔ／秒に加速できるが、しかし、比較的早い速度で存在するスリップ流効果（ｓ
ｌｉｐ−ｓｔｒｅａｍｅｆｆｅｃｔ）のためにそれ以上ではない。同様の仕事
を水で達成するために、１ｆｔ^３／分（７．５ＧＰＭ）の供給割合で約５、４０
０ｐｓｉの圧力を生成することが可能な高圧水ポンプが、約２５ＨＰのエンジン
によって駆動される資本コスト約６、０００ドルで約６００ｆｔ／秒（または、
流体速度の約７０％にまで）に粒子を加速するために必要である。資本コストと
必要なエネルギーとの比較は、水を駆動流として達成することができることより
も、空気が、資本コストの１／１００番目（ｔｈ）、およびエネルギー入力の約
１／１００番目（ｔｈ）で粒子を約６００ｆｔ／秒の速度に加速できることを実
証する。それ故、空気は、より経済的で、エネルギー効率も良く、約６００ｆｔ
／秒までの最初の（第１の）粒子加速用の好ましい媒体であるのに対し、超高速
度水流は、６００ｆｔ／秒を越えて（第２段階）約３、０００ｆｔ／秒までおよ
びそれを越えて粒子を加速するのに好ましい媒体である。第１段階加速用に空気
を使用するための２つ目の考慮は、粒子が、延ばされた距離と高さに、ホースま
たはパイプ内で、容易に搬送され激しい空気流にもたらされることである。それ
故、研磨剤粒子の貯蔵装置は大きくて、貯蔵装置を補充するためにわずかな中断
にしかならず、研磨あるいは切断されるべき面上に粒子を射出するノズルの近傍
にある必要がない。

【００８８】例８旋回導入部による優れた粒子供給を介した切断材料用に必要なパワー入力の削減本発明の１実施例において、超高速水噴射すなわち噴射を持った加速粒子の利
益は、流体流に旋回すなわち渦巻き運動を生じさせ、粒子にそのような旋回すな
わち渦巻き運動をもたらすことによって、さらに悪化される。そのような構造を
持って管理された試みは、優れた結果（表面除去によって測定されれた）を生み
出し、駆動させる超高速水噴射による粒子上とエントレインメントへの優れた運
動量の搬送の証拠となる。粒子が、旋回運動をしている流体と接触した場合、粒
子は、遠心力によって径方向外側へ推進される。この力、およびその結果として
の粒子の運動は、以下のようにして本発明の１つの実施例に利用される。粒子が
遠心力によって外方へ推進されると、それらは、慎重にその領域に向けられた超
高速水噴射とそれらが優先的に接触する領域に集中する。その結果、チャンバか
ら放出される粒子の放出速度が劇的に促進され、よりエネルギー効率の加速処理
となり、そして、粒子のより大きい集中を駆動用超高速の水噴射流に関し導くた
めの能力となる。現在の応用を擁護して導かれる試みは、現在利用可能な技術が
、推進されている流体中に粒子の約１２％の導入に限定されることを示している
。それと比較して、本発明は、旋回すなわち渦巻き運動の導入によって、超高速
度に効果的に加速される粒子集中が、５０％（駆動される水媒体に関して）まで
可能である。この進歩は、２つの源から引き出すために経験的に決定される。１
つ目は、水の噴射と接触する粒子の数が、最大の数の粒子を水噴射の経路に配置
する旋回運動によって促進されることである。２つ目は、粒子に及ぼされる遠心
力が、水噴射にほぼす直に向けられたベクトルに関して非常に小さいことである
。もし、例えば、粒子と接触する水噴射が、水噴射の方向に実質的に垂直な結果
としての大きな力を持って移動すると、水噴射の方向への粒子の加速は挫折され
るであろう。本発明は、最大の粒子加速を依然として達成しながら、水噴射の方
向に垂直な方向への結果としての小さな力で、遠心力により粒子を水噴射の経路
に集中することによってこの制限を克服した。

【００８９】旋回運動は、当業者に良く知られた種々の方法によって導くことができる。例
えば、変更可能な半径のチャンバ、すなわち、半径が下流に向かって増加するチ
ャンバが使用できる。同様に、チャンバの内側に溝を機械加工するか、または羽
根を追加することもできるし、あるいは流体は、チャンバ内に斜めの角度または
チャンバによって形成された長手方向の軸線に関して接線的に、注入、導入、ま
たは吸引（ａｓｐｉｒｅ）することができるようにしても良い。

【００９０】例９粒子の速度、集中および集約を増加することによって優れた切断作業と能率とを達成する本発明の背景と共に、粒子速度の増加分（あるしきい値を越えて）が、表面調
整および切断応用のための材料除去を劇的に増加することが示されてきた。事実
、材料除去は、粒子の速度増加の２乗で増加する。本発明の粒子速度は、切断作
業において２倍の増加の結果となる現在の技術の粒子流切断機で達成可能な、約
４０〜５０％を越えて増加できる。他の２つのファクターは、研磨剤流切断処理
をより効率的に、すなわち、（ａ）時間Ｍ_ｔの単位当たり放出された最大速度粒
子の量あるいは集中（ｌｂｓ／秒）、および、（ｂ）直径Ｄ_０（ミクロン）を有
することが可能な最小のスポットへのそのような粒子流の集中するために同様に
おおいに貢献する。

【００９１】出願人は、例４、５および６において、粒子への旋回すなわち渦巻き運動が、
処理と、現在利用可能な技術の約１２％から４倍に増加した５０％へ、超高速度
水（粒子集中として参照される）の単位当たりのより多い粒子を導入する能力を
劇的に促進することを示した。旋回作用は、また、粒子噴射を比較的小さい領域
Ｄ_Ｏに集約するのを助ける。それ故、材料の衝撃領域当たりの粒子の集中は増加
する。従来の技術の粒子流装置では、集約直径Ｄ_Ｃを達成し、領域当たりの粒子
の集中は直径比の２乗で増加する（Ｄ_Ｃ／Ｄ_Ｏ）^２。

【００９２】本発明の方法と装置とによれば、集約直径は、従来の研磨剤粒子流切断機の約
２５％に減少でき、その結果、２倍の切断作業の増加を達成される。上述の議論
の合成効果は次の通りである：変数切断作業乗数粒子速度２ｘ流体中の研磨剤の集中４ｘ集約化２ｘ合成効果：２ｘ４ｘ２＝１６ｘ実質的にいってこの作業乗数は、莫大な結論である。より詳細には、従来の粒
子流切断システム用に必要な現在の投資は、馬力（ＨＰ）当たり約２、０００ド
ルまたは代表的な３０ＨＰの工業システム用に約６０、０００ドルである。ファ
クター１６による減少は、コストを約４、０００ドルに下げる。今や方法と装置
は、鋼板、ビル用材料、ガラス、木等のような幅広い従来の高容積応用のための
トーチおよびプラズマ切断機と競合する結果となった。

【００９３】従って、本発明は、目的をもたらし、それに本来備わっているその他のものと
同様、最終目的および上述した利点を達成するのに良く適している。本発明の現
在好ましい実施例が、本発明の顕著な態様の開示のために示されてきたが、構造
の詳細、構成部品の配置、操作のステップ、等の多くの変更はなされ得るであろ
うし、これは当業者に容易に示唆され、本発明の精神と請求の範囲の範疇に包含
される。

【００９４】専有権すなわち特権が請求される本発明の実施例は請求の範囲に記載されてい
る。

【００９５】本発明の上述の態様と多くの付随する利点は、添付した図面と共にみた場合、
詳細な記述を参照することによってよりよく理解されるようになるのと同様に、
より容易に認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例を現わしているノズルを示す断面図である。

【図２】図１のノズルの内部構造を示すが、ノズルチャンバの構造を強調するために様
式を一致させた断面の線図である。

【図３】本発明の他の好ましい実施例のノズルの内部構造を示すが、ノズルチャンバの
構造とノズルチャンバを通る研磨剤粒子の経路とを強調するために様式を一致さ
せた断面の線図である。

【図４】本発明の他の実施例によって提供されるノズルを示す断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項５３】化学物質源は、腐食抑制剤を有することを特徴とする請求
項５２記載の装置。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月２４日（２０００．４．２４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７１】表１変数好ましい実施例の実験値変数の範囲喉部の直径比（Ｄ_２／Ｄ_１）１〜３．５２．３３長さの直径に対する比（Ｌ_２／Ｄ_１）＞５２３第１段階と第２段階軸線的に（０°）から３０° ０°と１５° との合流角度第２段階内に放出される軸線的に（０°）から３０° ０° 第１段階の傾斜角度力率；第２段階ＵＨＰ− ０．５〜５．０１．２〜１．７水／第１段階空気旋回力率；旋回空気０．０５から１．００．１７／第１段階空気旋回空気噴射ポート（＃）１〜２０１〜４；６旋回テーパを含む角度 −３０から＋３０° １６° 旋回空気入り口傾斜角度０〜３０° ０° ＵＨＰ水噴射軌跡交差＋／−１０ｘＤ_２＠Ｄ_２ＵＨＰ水噴射１〜１０３、４、６注入ポート（＃）ＵＨＰ水噴射注入ポート８〜４０７〜１３直径（インチ／１０００）ＵＨＰ水噴射０〜３０° １６° 含有角度ＵＨＰ水噴射０〜３０° ０°、２°、６° 傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 21414−68ｔｈＡｖｅ，Ｋｅｎｔ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ 98032，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ (72)発明者マドンナ、ピーター・エルアメリカ合衆国、ワシントン州 98001 アーバーン、サーティーエイス・アベニュー・エス 33040 (72)発明者コーガン、ロス・ティーアメリカ合衆国、テキサス州 77066 ヒューストン、グリーン・スプリングス 5902 Ｆターム(参考） 4F033 QB12Y QB15X QB17 QB18 QB19 QD03 QD10 QD16 QE12 QE25 QH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバ内において高速で移動する粒子の流れを生成するの
ための方法であって：（ｉ）１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して前記粒子を音速以下の速度
に加速するステップと、（ｉｉ）チャンバ内において前記流れを斜めの角度で１つまたはそれ以上の超
高圧水の噴射と接触させることによって、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体
の噴射を使用してより速い速度に加速するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】流体の１つまたはそれ以上の噴射を下流へ注入することによ
って、前記粒子に径方向の運動を誘導させるステップをさらに有することを特徴
とする請求項１記載の方法。
【請求項３】チャンバの内側の半径を狭小にすることによって前記粒子へ
の前記径方向の運動の増幅をするステップをさらに有することを特徴とする請求
項２記載の方法。
【請求項４】チャンバの内側の半径を狭小にすることによって前記粒子へ
の前記径方向の運動を起こさせるステップをさらに有することを特徴とする請求
項１記載の方法。
【請求項５】高速流体流において、周囲の流体よりも高い密度を有する粒
子の集中を増加し、：（ｉ）前記粒子を径方向の流れを有する流体流に導くステップと、（ｉｉ）前記粒子を高速流体流と接触させるステップと、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】半径が可変なチャンバを使用することによって、前記径方向
の流を前記流れの中へ増幅するステップをさらに有することを特徴とする請求項
５記載の方法。
【請求項７】チャンバ内において高速で移動する粒子の流れを生成するの
ための方法であって：（ｉ）１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して粒子を音速以下の速度に加
速するステップと、次いで（ｉｉ）チャンバ内において前記流れを斜めの角度で１つまたはそれ以上の超
高圧水の噴射と接触させることによって、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体
の噴射を使用してより速い速度に加速するステップと、および（ｉｉｉ）流体の１つまたはそれ以上の噴射を導入することによって前記粒子
に径方向の運動を誘導させるステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項８】径方向の運動は、流体の１つまたはそれ以上の噴射を上流へ
注入することによって誘導されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】径方向の運動は、流体の１つまたはそれ以上の噴射を下流へ
注入することによって誘導されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】流体の１つまたはそれ以上の噴射の導入は、加圧流体の注
入によって生ずることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１１】流体の１つまたはそれ以上の噴射の導入は、流体の受動的
な吸引によって生ずることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１２】前記流体は、空気であることを特徴とする請求項７記載の
方法。
【請求項１３】チャンバ内において高速で移動する粒子の流れを生成する
のための方法であって：（ｉ）１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して粒子を音速以下の速度に加
速するステップと、（ｉｉ）チャンバ内において前記流れを１つまたはそれ以上の超高圧水の噴射
と接触させることによって、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体の噴射を使用
してより速い速度に加速するステップと、（ｉｉｉ）流体の１つまたはそれ以上の噴射を導入することによって前記粒子
に径方向の運動をさせるステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】チャンバ内において高速で移動する粒子の流れを生成する
のための方法であって：（ｉ）１つまたはそれ以上のガスの噴射を使用して粒子を音速以下の速度に加
速するステップと、（ｉｉ）チャンバ内において前記流れを斜めの角度で１つまたはそれ以上の超
高圧水の噴射と接触させることによって、前記粒子を１つまたはそれ以上の流体
の噴射を使用してより速い速度に加速するステップと、（ｉｉｉ）前記チャンバの内部構造を操作することによって前記粒子に径方向
の運動をさせるステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１５】前記径方向の運動は、前記チャンバの内壁に設けられた複
数の羽根によって誘導されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】前記径方向の運動は、前記チャンバの内壁の設けられた複
数の溝によって誘導されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】前記径方向の運動は、前記チャンバの内部構造を変更する
ことによって誘導されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１８】チャンバの内側の半径を狭小にすることによって前記径方
向の運動の増幅をするステップをさらに有することを特徴とする請求項１４記載
の方法。
【請求項１９】チャンバの内側の半径の下流への拡大によって前記流れの
拡散をするステップをさらに有することを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項２０】研磨剤粒子の流れは、約６００ｆｔ（１８３ｍ）／秒より
大きい速度に加速されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項２１】高速流体流において、周りの流体よりも高い密度を有する
粒子の集中を増加するための方法で：（ｉ）前記粒子を径方向の流れを有する流体内へ導入するステップと、（ｉｉ）前記粒子を高速流体流と接触するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２２】前記粒子を、減少された半径のチャンバを通って通過するステップをさらに有することを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】前記粒子を、減少された半径のチャンバを通って通過し、その後前記粒子を増加されたチャンバを通って通過するステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２４】研磨剤粒子の流体噴射流を流体の母体に生成するための装
置であって：（ｉ）混合チャンバと；（ｉｉ）前記混合チャンバの一端部で、空気と粒子流を音速以下で混合チャン
バ内に供給するための空気と粒子の入力手段と；（ｉｉｉ）空気／粒子の流れをより速い速度に加速するために前記混合チャン
バを流体的に接続する１つまたはそれ以上の超高圧水入力手段と；（ｉｖ）水入力手段の上流に、または下流に設けられ、前記流れに径方向の流
れを誘導しあるいは増幅するために前記チャンバと流体的に結合された１つまた
はそれ以上の空気入力手段と；を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２５】研磨剤粒子の流体噴射流を流体の母体に生成するための装
置であって：（ｉ）混合チャンバと、（ｉｉ）前記混合チャンバの一端部で、空気と粒子流を音速以下で混合チャン
バ内に供給するための空気と粒子の入力手段と；（ｉｉｉ）空気／粒子の流れをより速い速度に加速するために前記混合チャン
バを流体的に斜めに接続する１つまたはそれ以上の超高圧水入力手段と、（ｉｖ）前記流れに径方向の流れを誘導しあるいは増幅するための手段と、を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２６】前記径方向の流れを誘導しあるいは増幅するための手段は
、前記混合チャンバの内壁に設けられた羽根であることを特徴とする請求項２５
記載の装置。
【請求項２７】前記径方向の流れを誘導しあるいは増幅するための手段は
、前記混合チャンバの内壁に設けられた溝であることを特徴とする請求項２５記
載の装置。
【請求項２８】前記混合チャンバは、集中する部分と拡張する部分とを有
することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２９】前記混合チャンバは、集中する部分を有することを特徴と
する請求項２５記載の装置。
【請求項３０】前記混合チャンバは、拡張する部分を有することを特徴と
する請求項２５記載の装置。
【請求項３１】前記混合チャンバは、集中する部分と集約する部分とを有
することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項３２】前記混合チャンバは、第１段階と第２段階とを有し、各段
階は内径と長さとを有していて；前記第１段階と前記第２段階とは、結合角度と傾斜した角度とを形成するよう
に結合していて、さらに、前記粒子を前記各段階を通して加速するためにパワー
入力部が前記第１と第２の段階に適用されていて、；空気パワー入力部は、空気入力手段を通して空気を推進するために適用されて
いて；空気入力手段は、複数の空気噴射部からなり、各内径を位置的に有していて、
旋回テーパ含有角度と旋回空気入力傾斜角度によって位置的に規定されていて；
および前記超高圧入力手段は、１つまたはそれ以上の注入部を有し、各注入部は内径
を有し、軌跡交差によって位置的に規定されている；ことを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項３３】前記第１段階の内径と前記第２段階の内径とは、約１から
約４よりも大きい比率を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３４】前記第１段階の内径と前記第２段階の内径とは、約２．３
との間の比率を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３５】前記第２段階の長さと前記第１段階の長さとは、約５より
も大きい比率を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３６】前記第２段階の長さと前記第１段階の内径とは、約２３の
比率を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３７】前記結合角度は、０°と約３０°との間であることを特徴
とする請求項３２記載の装置。
【請求項３８】前記結合角度は、０°であることを特徴とする請求項３２
記載の装置。
【請求項３９】前記結合角度は、約１５°であることを特徴とする請求項
３２記載の装置。
【請求項４０】前記傾斜した角度は、０度と約３０°との間であることを
特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４１】前記傾斜した角度は、０度であることを特徴とする請求項
３２記載の装置。
【請求項４２】前記第２段階に適用される前記パワー入力部と前記第１段
階に適用される前記パワー入力部とは、約０．５と約５．０との間の比率を有す
ることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４３】前記第２段階に適用される前記パワー入力部と前記第１段
階に適用される前記パワー入力部とは、約１．２と約１．７との間の比率を有す
ることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４４】前記空気パワー入力部と前記第１段階に適用される前記パ
ワー入力部とは、約０．０５と約１との間の比率を有することを特徴とする請求
項３２記載の装置。
【請求項４５】前記空気パワー入力部と前記第１段階に適用される前記パ
ワー入力部とは、約０．１７の比率を有することを特徴とする請求項３２記載の
装置。
【請求項４６】前記空気入力手段は１から約２０の空気噴射部を有するこ
とを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４７】前記空気入力手段は４から６の空気噴射部を有することを
特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４８】前記旋回テーパ部は、約−３０°と約＋３０°との間の角
度を有していることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項４９】前記旋回テーパ部を含む角度は、約１５°であることを特
徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５０】前記旋回空気入力傾斜角度は、０°と約３０°との間であ
ることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５１】前記旋回空気入力傾斜角度は、約１５°であることを特徴
とする請求項３２記載の装置。
【請求項５２】前記軌跡交差は、前記第２段階の内径の約＋１０倍と、前
記第２段階の直径の−１０倍との間を測定することを特徴とする請求項３２記載
の装置。
【請求項５３】前記軌跡交差は、ほぼ前記第２段階の内径値を測定するこ
とを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５４】前記超高圧入力手段は、１と約１０との間の注入部を有す
ることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５５】前記超高圧入力手段は、３と約６との間の注入部を有する
ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５６】前記超高圧入力手段は、複数の注入部を有し、この各注入
部は約０．００８インチ（約０．０２０ｃｍ）と０．０４０インチ（約０．１０
ｃｍ）との間の内径を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５７】前記超高圧入力手段は、複数の注入部を有し、この各注入
部は約０．００７インチ（約０．０１８ｃｍ）と０．０１３インチ（約０．０３
３ｃｍ）との間の内径を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項５８】前記超高圧入力手段は、複数の注入部を有し、水が水噴射
含有角度および水噴射傾斜角度を形成して噴射部から放出されることを特徴とす
る請求項３２記載の装置。
【請求項５９】水噴射含有角度は、０°と約３０°との間であることを特
徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項６０】水噴射含有角度は、約１５°であることを特徴とする請求
項３２記載の装置。
【請求項６１】水噴射傾斜角度は、０°と約３０°との間であることを特
徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項６２】水噴射傾斜角度は、０°と約６°との間であることを特徴
とする請求項３２記載の装置。
【請求項６３】前記第１段階の内径と前記第２段階の内径とは、約２と約
３との間の比率を有し；前記第２段階の長さと前記第１段階の内径とは、約１５から約２５の間の比率
を有していて；前記結合角度は、０°から約１５°の間であり；前記傾斜した角度は、０°から約１５°の間であり；前記第２段階に適用されるパワー入力と前記第１段階に適用されるパワー入力
とは、約１と約２との間の比率を有していて；空気パワー入力と前記第１段階へのパワー入力とは、約０．１と約０．２との
間の比率を有していて；前記空時入力手段は、１から１０の空気噴射部を有していて；前記旋回テーパ含有角度は、約−１５°と約＋１５°との間であり；前記旋回空気入力角度は、約−１５°と約＋１５°との間であり；前記軌跡交差は、前記第２段階の内径の約＋２倍から、前記第２段階の直径の
−２倍との間で測定し：前記超高圧入力手段は、１と６との間の注入部を有し；各注入部は、約０．００８インチ（約０．０２０ｃｍ）と０．０４（約０．１
０ｃｍ）インチとの間の内径を有し；前記水噴射含有角度は、約−１５°と約＋１５°との間であり；および前記水噴射傾斜角度は、−１５°と約＋１５°との間である；ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項６４】前記第１段階の内径と前記第２段階の内径とは約２．３の
比率を有していて；前記第２段階の長さと前記第１段階の内径とは約２３の比率を有していて；前記結合角度は、０°であって；前記傾斜した角度は、０°であって；前記第２段階に適用されるパワー入力と前記第１段階に適用されるパワー入力
とは、約１．２と約１．７との間の比率を有していて；前記空気パワー入力と前記第１段階へのパワー入力とは、約０．１７の比率を
有していて；前記空気入力手段は、４から６の空気噴射部を有し；前記旋回テーパ含有角度は、約１５°であり；前記旋回空気傾斜角度は、約１５°であり；前記軌跡交差は、前記第２段階の内径の約＋１．２倍と前記第２段階の直径の
約−１．２倍ととの間で測定し；前記超高圧入力手段は、３と６との間の注入部を有し；各注入部は、約０．００７と０．０１３インチとの間の内径を有し；前記水噴射含有角度は、約１５°であり；および前記水噴射傾斜角度は、０°と約６°との間である；ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項６５】粒子および／または超高圧液体の流れを混合チャンバの上
流に、操作者が選択的にスタートおよび停止を可能にするために、空気／粒子の
入力手段に結合された第１のバルブと、超高圧液体入力手段に結合された第２の
バルブとをさらに有することを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項６６】超高圧流体−研磨剤流を生成するための方法であって：研磨剤粒子と空気の加圧流をノズル入力部に供給し；研磨剤粒子の加圧流を第１の速度に加速し、研磨剤粒子の加圧された流れは混
合チャンバに入り；超高圧液体噴射を混合チャンバ内に導入し、超高圧液体噴射は研磨剤粒子の加
圧された流れに接触して、超高圧流体研磨剤流を生成するために第１の速度より
早い第２の速度に加速し；および超高圧流体研磨剤流を出口オリフィスを通って放出する；ことを特徴とする方法。
【請求項６７】研磨剤粒子がノズル入力部を通過することを選択的に可能
にしたり阻止したりすることをさらに有することを特徴とする請求項６６記載の
方法。
【請求項６８】超高圧液体噴射の流れを混合チャンバの上流に流すことを
選択的に可能にしたり阻止したりすることをさらに有することを特徴とする請求
項６６記載の方法。
【請求項６９】研磨剤粒子を有する流体噴射を生成するための装置であっ
て：第１のノズルの入り口に研磨剤粒子の加圧流を供給するために、ガスによって
加圧され第１のノズルの入り口に接続された研磨剤粒子源と；第１のノズルの出口と流体的に連通した混合チャンバであって、研磨剤粒子の
加圧流が通過して第１のノズルによって加速されて混合チャンバの中に放出され
；混合チャンバおよび超高圧液体源と流体的に連通して接続された流体入力ノズ
ルであって、超高圧液体噴射が、研磨剤粒子の加圧流を連なって加速されるのに
十分な速度で流体入力ノズルを通って放出され；および混合チャンバと流体的に連通した入り口と、そこを通って研磨剤粒子を含んだ
超高圧流体噴射が放出される出口とを有する出口チューブと；を有することを有することを特徴とする装置。
【請求項７０】混合チャンバは、超高圧液体噴射の研磨剤粒子の供給を改
良するために混合チャンバ内にガス流を供給するガス源に接続された第１の入り
口を有することを特徴とする請求項６９記載の装置。
【請求項７１】研磨剤粒子の加圧流を、第１のノズル内へ選択的に供給ま
たは停止するために第１のノズルに接続された第１のバルブと；超高圧液体流を、混合チャンバ内へ選択的に供給または停止するために流体入
力ノズルに接続された第２のバルブと；ガス流を、混合チャンバ内へ選択的に供給または停止するために第１の入り口
に接続された第３のバルブと；をさらに有することを特徴とする請求項７０記載の装置。
【請求項７２】流体入力ノズルは、超高圧液体噴射が混合チャンバに入る
経路に沿ってオリフィスから装置の開口部に延びている通路と整列されたオリフ
ィスを有していることを特徴とする請求項６９記載の装置。
【請求項７３】複数の流体入力ノズルと流体的に連通し、次いで混合チャ
ンバと流体的に連通した管状の供給リングをさらに有し、超高圧液体の量は、管
状の供給リングに設けられていて、複数の流体入り口ノズルを通って混合チャン
バに続いていることを特徴とする請求項６９記載の装置。
【請求項７４】混合チャンバは、化学物質源に流体的に連通した第２のオ
リフィスを有することを特徴とする請求項６９記載の装置。
【請求項７５】化学物質源は、腐食抑制剤を有することを特徴とする請求
項７４記載の装置。