JP2003080117A - 噴射ノズル - Google Patents

噴射ノズル

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JP2003080117A
JP2003080117A JP2001272745A JP2001272745A JP2003080117A JP 2003080117 A JP2003080117 A JP 2003080117A JP 2001272745 A JP2001272745 A JP 2001272745A JP 2001272745 A JP2001272745 A JP 2001272745A JP 2003080117 A JP2003080117 A JP 2003080117A
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injection
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port
injection nozzle
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Tokuo Araida
徳雄 新井田
Hitoshi Takahashi
等 高橋
Ryoji Kobayashi
陵二 小林
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Keihin Corp
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Keihin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液体中に浸漬されているワークに向けてオリフ
ィス状に急激に絞られて形成された噴射口より液体を噴
射して、前記液体中にキャビテーションを発生し、効果
的なバリ取りまたは洗浄を行う噴射ノズルを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】液路12が設けられた筒状部材14と、該
筒状部材14の先端壁部に設けられた噴射口16から構
成された噴射ノズル10Aは、前記噴射口16から排出
されるキャビテーション発生用液L1を、浸漬液L2内
で開口した噴射口16を介して浸漬液L2内に噴射させ
る。前記噴射口16はオリフィス状に急激に絞られて形
成されている。キャビテーション発生用液L1は、液路
12を流通した後、噴射口16から排出され、浸漬液L
2中に浸漬されたワークに指向して噴射される。このと
き発生するキャビテーションCAによって該ワークから
バリ、切り屑および工作油(異物)が洗浄除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1の液体を第2
の液体中に浸漬されているワークに向けて噴射して該ワ
ークのバリを洗浄除去する噴射ノズルに関し、より詳細
には前記第2の液体中にキャビテーションを発生させ
て、該ワークの成形時、加工時、または成形加工時等に
形成されたバリを容易かつ確実に洗浄除去することが可
能な噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鋳造、鍛造、溶接、プレス加工、
成形、成形加工等で製造されたワークに残存しているバ
リおよび前記ワークの表面に依然として付着しているバ
リの切り屑、工作油等の異物を洗浄除去する装置とし
て、キャビテーション発生装置がある。本出願人はこの
種のキャビテーション発生装置として、ワークが浸漬さ
れた液中に噴射ノズルから液を噴射することに伴ってキ
ャビテーションを発生させる装置(例えば、特開平6−
134414号公報および特開平6−134415号公
報参照)を提案している。具体的には、図12に示す噴
射ノズル100において、前記噴射口106の径と該噴
射口106からワークまでの距離との比を一定の範囲内
とすることによって、または図13に示す噴射ノズル1
10において、突端部112の吐出口114の径と、噴
射口106の径との比を一定の範囲とすることによっ
て、切り屑、工作油等の異物を洗浄除去するキャビテー
ション発生装置を提案している。ここで該噴射ノズル1
00および110は、液路104から噴射口106にか
けて徐々に縮径された構造107を有している(以後、
該噴射ノズル100、110を収縮ノズルという)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
キャビテーション発生装置にあっては、キャビテーショ
ンの気泡の壊食力が弱く、ワークに付着する異物等を洗
浄除去することは可能であるが、ワークの成形時、加工
時、または成形加工時等に形成されたバリを確実に安定
して除去することまでには至らなかった。
【0004】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、キャビテーションの気泡の壊食力
を向上して、例えば水のみでワークにおける異物の洗浄
除去やバリ取りを確実に安定して行うことが可能な、キ
ャビテーション発生装置用の噴射ノズルを提供すること
を目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る噴射ノズルの噴射口は、オリフィス状
に急激に絞られて形成されている。従来の収縮ノズルと
比較して、本発明に係る噴射ノズルは、該噴射ノズルの
内部で急激に縮径されるため、前記噴射口において縮流
が発生する。そして、この縮流の周りに大きなせん断応
力が発生するため、噴流内部から強いキャビテーション
の発生が始まる。該キャビテーションは、噴流とともに
ワークに向けて噴射される。従って、従来の収縮ノズル
と比較して、ワークに対して十分に大きな壊食効果を得
ることができる。それ故、キャビテーションの発生効率
を大きく向上できるとともに、ワークのバリ取り加工が
容易に行える。また、前記縮流の発生により、第1の液
体の流量を減少できるので、該噴射ノズルに対し前記液
体を送液するポンプを小型化することが可能となり、洗
浄除去に要する前記液体の使用量が削減でき、コストの
削減が実現できる。さらに、前記縮流の発生により、強
いキャビテーションを発生することができるので、前記
噴射ノズルからワークまでの距離を短くすることが可能
となるため、キャビテーション発生装置の小型化も実現
できる。
【0006】また、前記噴射口を囲繞するように突端部
を形成し、該突端部には前記噴射口に連通する吐出口を
設けると好ましい。すなわち、このような構成とするこ
とにより、前記吐出口内部においても噴流と第2の液体
との間に強い渦流が発生する。その結果、キャビテーシ
ョンの発生が促進され、ワークのバリ取り洗浄効果がさ
らに向上する。
【0007】また、前記噴射ノズルは、噴射口がオリフ
ィス状に急激に絞られている噴射部材と、中空部を有
し、前記噴射口に連通する吐出口を備え、かつ前記噴射
部材の先端部にはめ込み可能な突端部材とを有して構成
されているとより好ましい。この場合、前記突端部材を
噴射口を有する前記噴射ノズルの先端部にはめ込んで噴
射ノズルを形成する。すなわち、ワークの種類に応じて
噴射ノズルの形状を変えたい場合には、形状の異なる突
端部材を交換するだけでよい。従って、噴射ノズルに要
するコストを削減することが可能となる。
【0008】また、前記突端部または前記突端部材の吐
出口先端を面取りすることによって、さらなるキャビテ
ーションの発生が得られる。すなわち、吐出口内部に加
え、吐出口先端付近にも強い渦流が発生するため、広範
囲にわたり効率よくキャビテーションを発生させること
が可能となる。
【0009】また、前記突端部または前記突端部材の吐
出口を、テーパ状に拡開したテーパ部として形成する
と、より一層強い渦流を発生させることができ、さらに
高いキャビテーション効果が得られる。
【0010】また、上記したような噴射ノズルを、第2
の液体中に浸漬されたワークのバリ取りまたは洗浄を行
う噴射ノズルに用いることによって、従来の収縮ノズル
と比較して、該ワークにおけるより効果的な異物の洗浄
除去・バリ取り加工が実現できる。 そして、噴射口か
ら噴射される第1の液体に、脱気された液体を用いるこ
とによって、高いキャビテーション効果を得ることが可
能となる。これは例えば、水道水のように溶存気体量が
多いと、キャビテーションで発生する気泡径が大きくな
るが、キャビテーション気泡破壊時、それら大きなキャ
ビテーション気泡同士がクッション作用を生じてしま
い、破壊時における衝撃力を弱めてしまう。しかしなが
ら、脱気手段にてあらかじめ脱気された液体は、著しく
溶存気体量が低いので、上記クッション作用が極力防止
される。このため、キャビテーション気泡破壊時におけ
る衝撃力が弱まることなく最大限に発揮できるので、高
いキャビテーション効果を得ることが可能となる。従っ
て、異物およびバリがほとんどない良好なワークが得ら
れる。
【0011】さらに、前記第1の液体に加え、第2の液
体も脱気された液体とすることで、より一層良好な異物
の洗浄除去・バリ取り効果が得られる。
【0012】最後に第1の液体および第2の液体は、脱
気された水であることが好ましい。水を使用することに
より、作業環境を安全なものとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る噴射ノズルの
好適な実施形態を、図1〜図11を参照しながら説明す
る。
【0014】まず、第1実施形態に係る噴射ノズル10
Aは、図1に示すように液路12が設けられた筒状部材
14と、該筒状部材14の先端壁部に設けられた噴射口
16から構成される。前記噴射口16から排出されるキ
ャビテーション発生用液L1は、浸漬液L2内で開口し
た噴射口16を介して浸漬液L2内に噴射される。
【0015】図1から諒解されるように、液路12の直
径は略一定である。また、噴射口16も直径が略一定と
なるように設けられている。また、筒状部材14におい
ては、内周壁部と先端壁部とが互いに略90°の角度を
なしている。すなわち、この噴射ノズル10Aにおいて
は、噴射口16がオリフィス状に設けられており、液路
12から噴射口16にかけては、図11の収縮ノズル1
00および図12の収縮ノズル110のように絞られた
部分107は設けられておらず、急激に絞られるように
なっている。
【0016】図2は、浸漬液L2に浸漬されたワーク1
8表面の異物やバリを、前記噴射ノズル10Aによって
除去する様子を示す。噴射ノズル10Aの液路12に送
液された、例えば、脱気純水は、該噴射ノズル10Aを
介して、キャビテーション発生用液L1として、例え
ば、脱気純水(浸漬液L2)中に噴射される。すなわ
ち、脱気純水は、噴射ノズル10Aを構成する筒状部材
14の液路12を流通した後、該筒状部材14に設けら
れた噴射口16から排出され、さらに、クランプ台20
に固定された状態で浸漬液L2中に浸漬されたワーク1
8に指向して噴射される。このとき、噴流22と浸漬液
L2との摩擦によって、キャビテーションCAが多数発
生する。このキャビテーションCAがワーク18に衝突
した際に破壊されることに伴って生じる壊食力により、
該ワーク18から切り屑や工作油(異物)が洗浄除去さ
れるとともに、バリが除去される。
【0017】ここでは、溶存気体量が著しく低い脱気純
水をキャビテーション発生用液L1および浸漬液L2と
して使用している。このため、高いキャビテーション効
果を得ることが可能となる。従って、このときに生じる
壊食力が著しく大きくなるので、異物やバリを効率よく
除去することができる。
【0018】しかも、キャビテーションCAの壊食力は
著しく大きいので、複雑な形状を有するワークであって
も、該ワークに残存するバリは確実に除去される。勿
論、キャビテーションCAがワーク18に衝突する位置
を適宜調整することによって、最適なバリ取り加工が行
える。
【0019】上記した噴射の際、図1に示すように、筒
状部材14の噴射口16が液路12に対してオリフィス
状で急激に絞られているため、該噴射口16において、
脱気純水の縮流COが発生する。このようにして縮流C
Oが発生することにより、縮流COの周りには、従来の
収縮ノズルでは得ることのできない大きなせん断応力が
生じ、噴流22の内部から強いキャビテーションCAの
発生が始まる。このため、従来の収縮ノズルより大きな
壊食効果を得ることが可能となる。ワーク18から切り
屑、工作油(異物)およびバリを一層確実に除去するこ
とができる。なお、キャビテーション発生用液L1の吐
出圧力が2.9〜19.6MPaに設定されているの
で、該キャビテーション発生用液L1の噴流22が、ワ
ーク18に衝突した場合であっても、該ワーク18が損
傷することはない。
【0020】以上のようにして、バリがほとんど存在し
ないワークが得られるに至る。
【0021】そして、キャビテーション発生用液L1お
よび浸漬液L2として、例えば、脱気純水を使用すれ
ば、ワーク18から異物やバリを効率よくかつ確実に除
去することが可能となる。
【0022】図3は、第2実施形態に係る噴射ノズル1
0Bの断面図を示す。
【0023】該噴射ノズル10Bは、液路12が設けら
れた筒状部材14と、該筒状部材14の先端壁部に設け
られた噴射口16とに加え、前記噴射口16を囲繞する
ように突端部24を備えている。そして、前記突端部2
4の一端部には円柱状孔部(リセス)26を備えた吐出
口28が設けられている。なお、筒状部材14と、噴射
口16と、円柱状孔部(リセス)26とは、その中心が
略合致する位置に設けられている。
【0024】ここで、前記噴射ノズル10Bを図2に示
すワーク18の洗浄除去に用いた場合について説明す
る。
【0025】この噴射ノズル10Bにおいて、筒状部材
14の液路12に流通した、例えば、脱気純水は、該筒
状部材14に設けられた噴射口16から噴流22として
浸漬液L2に排出される。その際、突端部24の吐出口
28を介して、クランプ台20に固定された状態で浸漬
液L2中に浸漬されたワーク18に指向して噴射され
る。このとき、噴流22と浸漬液L2との摩擦の他に、
前記噴流と円柱状孔部26(リセス)近傍の浸漬液L2
との間に強い渦流が発生するため、キャビテーションC
Aの発生が促進される。従って、第1実施形態の噴射ノ
ズル10Aの場合と比較して、さらなる該ワーク18の
洗浄除去効果が得られる。
【0026】図4は、噴射ノズル10Bによるワーク1
8の壊食量と、従来の収縮ノズル110によるワークの
壊食量を比較したものである。この場合、噴射ノズル1
0Bにおける液路12の直径D1と、従来の収縮ノズル
110における液路108の直径D2とは同じ大きさに
設定している。また、噴射ノズル10Bにおける吐出口
28の直径D3と、収縮ノズル110における吐出口1
14の直径D4も同じ大きさに設定している。そして、
キャビテーション発生用液L1を7MPaの圧力で、ワ
ーク18に対して30秒間噴射した。壊食量の最大値を
比較すると収縮ノズル110の場合、0.004gであ
ったが、噴射ノズル10Bの場合は0.011gまで増
加した。すなわち、オリフィス状に急激に絞られている
噴射口16とすることによって、2.75倍の壊食量が
得られたことになる。
【0027】図5は、吐出口28を面取りした噴射ノズ
ル10Cの断面図を示す。
【0028】該噴射ノズル10Cの構成は、面取り部分
以外は、噴射ノズル10Bと同じ構成である。ここで面
取りによって形成される吐出口28の角度θは、30°
〜70°の範囲内に設定することが好ましい。このよう
な構成とすることで、円柱状孔部(リセス)26近傍の
浸漬液L2に加え、吐出口28近傍の浸漬液L2と噴流
22との間にも強い渦流を発生することができ、噴射ノ
ズル10Bよりも広範囲にわたってキャビテーションC
Aが発生する。従って、より強力な該ワーク18の洗浄
除去の効果が得られるとともに、噴射ノズル10Cとワ
ーク18との間の距離の設定の自由度を向上することが
できるので、例えば装置内において、各部材のレイアウ
トの自由度を高めることが可能となる。
【0029】図6は、噴射ノズル10Bまたは10Cの
円柱状孔部(リセス)26をテーパ状に拡径したテーパ
状孔部30を備えた噴射ノズル10Dを示す。ここで、
テーパ状孔部30のなす角度θは、30°〜70°の範
囲内に設定することが好ましい。このような構成とする
ことで、テーパ状孔部30内部における噴流22の周辺
に強い渦流CWが生じ、噴射ノズル10Bおよび10C
と比較して、より高いキャビテーションCA効果が得ら
れる。従って、より効果的な該ワーク18の洗浄除去効
果が得られる。
【0030】図7は、噴射口16近傍に小径孔部32が
設けられている噴射ノズル10Eを示す。この小径孔部
32が存在することにより、テーパ状孔部30の中心軸
と噴射口16の中心軸が位置ずれしている場合であって
も、キャビテーション発生用液L1は、テーパ状孔部3
0の略中心軸近傍から噴射される。
【0031】これは、図6に示す噴射ノズル10Dのも
のでは、テーパ状孔部30と噴射口16との同軸ずれが
あると、噴流22が傾いてしまったり、噴流22におけ
るキャビテーションCAの発生量が低下する等の不具合
が発生するが、図7に示す噴射ノズル10Eのもので
は、テーパ状孔部30と噴射孔16との間に小径孔部3
2を設けるようにしたので、上記同軸ずれの影響をなく
すことが容易に可能となるからである。また、この噴射
ノズル10Eは、上記のように同軸精度を高くする必要
がないにもかかわらず、噴射ノズル10Dに比して、壊
食力が低下することが極力抑制されるという効果もあ
る。また、噴射ノズル10Eのものでは、同軸精度を高
くする必要がないので、噴射ノズル10Dに比して、そ
の加工工具の製作およびその加工を容易にすることがで
きる、というさらなる効果もある。
【0032】なお、上記の実施形態では、噴射液体とし
て脱気純水を使用したものを示したが、この液体に限定
されるものではなく、脱気水、水等でもよい。
【0033】図8は、第3実施形態に係る噴射ノズル1
0Fを示す。
【0034】これは、図3に示す噴射ノズル10Bの円
柱状孔部(リセス)26が、突端部24を前記噴射ノズ
ル10Bと別体にした突端部材34Fとして形成したも
のである。この場合、噴射ノズル10Fの噴射部材36
Fは、噴射ノズル10Aに相当する。この突端部材34
Fを交換可能にすることで、キャビテーションCAによ
る円柱状孔部(リセス)26に例えば摩耗が発生して
も、前記突端部材34Fのみを交換すればよいので、噴
射ノズル10Fそのものを交換する必要はなくなる。ま
た、ワーク18の種類に応じて噴射ノズル10Fの形状
を変えたい場合には、形状の異なる突端部材34Fを交
換するだけでよい。従って、噴射ノズル10Fに要する
コストを低減することができる。また、前記突端部材3
4Fの構成材料としては、焼入れ処理が施された金属や
超硬合金、セラミックス等、耐摩耗性が良好なものが好
適である。なお、前記突端部材34Fと噴射部材36F
とを組み合わせる方法としては、交換可能とする場合
は、ねじ等によって連結され、また、例えば条件設定後
で交換可能とする必要がない場合は、ろう付け、溶接、
圧入、加熱融着等、どのような方法を用いてもよい。
【0035】従って、第2実施形態に係る噴射ノズル1
0B〜10Eの突端部24を、前記噴射ノズルとは別体
とし、突端部材として形成することができる。
【0036】すなわち、噴射ノズル10Cは、図9に示
す噴射ノズル10Gに変形することができる。この噴射
ノズル10Gは、吐出口28を面取りした突端部材34
Gと噴射部材36Gとを備えたものである。
【0037】また、図10に示すように、噴射ノズル1
0Dを変形した噴射ノズル10Hであってもよい。この
噴射ノズル10Hは、テーパ状に拡径したテーパ状孔部
30を有する突端部材34Hと噴射部材36Hとを備え
たものである。
【0038】また、図11に示すように、噴射ノズル1
0Eを変形した噴射ノズル10Iであってもよい。この
噴射ノズル10Iは、噴射口16の端部を小径孔部32
とテーパ状に拡径したテーパ状孔部30を有する突端部
材34Iと噴射部材36Iとを備えたものである。
【0039】なお、上述した実施例においては、噴射ノ
ズル10E、10Iに小径孔部32を設けるようにした
が、この小径孔部32の軸方向長さをゼロとして円形平
面とし、その外径からテーパ状に拡径するようにしても
勿論構わない。
【0040】
【発明の効果】本発明に係る噴射ノズルによれば、噴射
口がオリフィス状に急激に絞られた噴射ノズルを使用し
てキャビテーションを発生させるようにしている。この
ため、キャビテーションを効率よく発生させることがで
きるので、例えば水のみでワークに付着した切り屑や工
作油等の異物を洗浄除去することができるとともに、該
ワークのバリを確実に除去することができる。従って、
清浄でかつバリのない良好なワークを得ることができる
という効果が達成される。勿論、噴射口がオリフィス状
に急激に絞られた噴射ノズルを使用し、かつ、この噴射
ノズルを介して、脱気手段によって予め脱気された液体
を噴射するようにすれば、より一層の洗浄除去効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る噴射ノズルの断面図であ
る。
【図2】噴射ノズルによるワークの洗浄除去作業を示す
図である。
【図3】第2実施形態に係る噴射ノズルであり、噴射口
を囲繞する突端部を備えた噴射ノズルの断面を示す図で
ある。
【図4】図3の噴射ノズルと、図13に示す従来技術に
係る噴射(収縮)ノズルのワークに対する壊食量を比較
した図である。
【図5】噴射ノズルの吐出口を面取りした噴射ノズルの
断面図である。
【図6】テーパ状孔部を有する突端部を備えた噴射ノズ
ルの断面図である。
【図7】噴射ノズルの噴射口近傍に小径孔部を設けた噴
射ノズルの断面図である。
【図8】第3実施形態に係る噴射ノズルであり、突端部
材と噴射部材とから構成される噴射ノズルの断面を示す
図である。
【図9】突端部材の先端が面取りされた噴射ノズルの断
面を示す図である。
【図10】テーパ状孔部を有する突端部材を備えた噴射
ノズルの断面図である。
【図11】小径孔部とテーパ状孔部とを有する突端部材
を備えた噴射(収縮)ノズルの断面図である。
【図12】従来技術に係る噴射(収縮)ノズルの断面図
である。
【図13】従来技術に係る噴射ノズルの断面図である。
【符号の説明】
10A〜10I、100、110…噴射ノズル 12、108…液路 14…筒状部材 16、106…噴射口 18…ワーク 20…クランプ台 22…噴流 24、112…突端部 26…円柱状孔部
(リセス) 28、104、114…吐出口 30…テーパ状孔部 32…小径孔部 34F〜34I…突
端部材 36F〜36I…噴射部材 102…噴射ノズル 36F〜36I…噴射部材 L1…キャビテーシ
ョン発生用液 L2…浸漬液 CA…キャビテーシ
ョン CO…縮流 CW…渦流 D1、D2…液路の直径 D3、D4…吐出口
の直径
フロントページの続き (72)発明者 小林 陵二 宮城県仙台市太白区八木山本町二丁目8番 13号 Fターム(参考) 3B201 AA48 BB32 BB92 4F033 AA04 BA04 CA01 DA01 EA01 NA01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】噴射口から第1の液体を第2の液体中に噴
    射することによって前記第2の液体中にキャビテーショ
    ンを発生させる噴射ノズルにおいて、 前記噴射口がオリフィス状に急激に絞られていることを
    特徴とする噴射ノズル。
  2. 【請求項2】請求項1記載の噴射ノズルにおいて、 前記噴射口を囲繞する突端部を有し、かつ前記噴射口に
    連通する吐出口が該突端部に設けられていることを特徴
    とする噴射ノズル。
  3. 【請求項3】噴射口から第1の液体を第2の液体中に噴
    射することによって前記第2の液体中にキャビテーショ
    ンを発生させる噴射ノズルにおいて、 前記噴射口がオリフィス状に急激に絞られている噴射部
    材と、中空部を有し、前記噴射口に連通する吐出口を備
    え、かつ前記噴射部材の先端部にはめ込み可能な突端部
    材とを有して構成されていることを特徴とする噴射ノズ
    ル。
  4. 【請求項4】請求項2または3記載の噴射ノズルにおい
    て、 前記吐出口の先端が面取りされていることを特徴とする
    噴射ノズル。
  5. 【請求項5】請求項2または3記載の噴射ノズルにおい
    て、 前記吐出口がテーパ状に拡開したテーパ部を有すること
    を特徴とする噴射ノズル。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項に記載の噴射
    ノズルにおいて、 前記噴射ノズルは、前記第2の液体中に浸漬されたワー
    クのバリを洗浄除去する噴射ノズルであることを特徴と
    する噴射ノズル。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項に記載の噴射
    ノズルにおいて、 前記第1の液体は、脱気された液体であることを特徴と
    する噴射ノズル。
  8. 【請求項8】請求項7記載の噴射ノズルにおいて、 前記第1の液体および前記第2の液体は、脱気された液
    体であることを特徴とする噴射ノズル。
  9. 【請求項9】請求項8記載の噴射ノズルにおいて、 前記第1の液体および前記第2の液体は、脱気された水
    であることを特徴とする噴射ノズル。
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