JP2009233784A - ウオータジェット噴射音の低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウオータージェットによる加工法において、作業性に優れかつ低コストで発生騒音を低減する方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被加工材に噴射されるウオータージェット流の外周を水カーテンで覆うことによって該噴射音の低減を図る方法であって、該水カーテンを二重以上の多重カーテンとすることを特徴とするウオータジェット噴射音の低減方法。更に水カーテンをウオータージェット流に対して下広がりとなるような傾斜カーテンとし、また、水カーテンとウオータージェット流間に空気を導入することにより更に騒音の低減効果を増すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウオータージェットによる切断加工の際に生じる騒音を防止する方法及び装置に関する。

ウオータージェット加工装置は、超高圧水をノズルの微小な噴出孔から噴出させてワーク（金属、石材、ガラス、セラミック、樹脂等）の切断等の加工を行う装置である。ウオータージェット流による加工作業の具体例としては次のものを挙げることができる。
・ワークの切断（研磨材入りのウオータージェット流を用いてワークを切断する。ガス切断に比べ切断面が入熱の影響を受けない工法である。）
・ワークの塗膜層の除去
・溶接開先部や塗装面の下地処理
・樹脂モルタル、樹脂ゴム等の充填材の除去
・コンクリート面のはつり・目荒らし

上記のように、ウオータージェット加工は種々の材料に適用可能であるが、例えばウオータージェットによる切断においては、噴出孔からの超高圧水の噴出速度が音速域に達するため高周波の騒音が発生する。また、材料によっては加工時の衝撃音や切断音が大きくなり、作業環境の悪化につながると共に、住宅地などでの施工では、近隣への騒音が大きく適用が困難な場合がある。

このため、このような騒音を防止するための技術がいくつか提案されている。
特許文献１には、被切断物の表面からウオータージェットを噴射して切断作業を行う場合に、切断後のジェット流が騒音の発生源となっていることから、被切断物の裏面に防音カバーとして、内部壁面に多数本の弾性線材をジェット流の進行方向と直交する方向に交換可能に植え付けた防音カバーを用いて、弾性線材がウオータージェットを乱反射することによって騒音を防止することが記載されている。しかしながらこの方法は防音カバーを装置の構成が複雑となり、また、メンテナンスにコストがかかる。

特許文献２には、被切断物の切断線に沿って、切断線の両側に防護フレームを配置し、この防護フレームは二つの弾性材を密着して配置した上部室とその下部の防護室とからなっており、ノズルの先端をこの二つの弾性材の密着部からねじ込んでノズルの先端を防護室に露出させて切断加工を行うことによって騒音や跳ね返り水の飛散を防止することが記載されている。
しかしながら、この方法は防護フレームを被対象物の形状に追従する必要があり、治具が大型化するため作業性が落ちるという問題がある。

特許文献３〜５には噴出ノズルのまわりに水カーテンを形成することが開示されている。
特許文献３には、噴出ノズルのまわりに噴出点を包囲する放出軌跡をもつ水カーテンの放出ノズルを設けることにより、ウオータージェットに含まれている研磨材の飛散を防止することが記載されている。

特許文献４には、ウオータージェット加工装置において、ウオータージェットの噴出ノズルを囲むようにして円筒状の内筒と外筒とからなるスカート部を設け、スカート部の下方からリング状に水を噴射することによりウオータージェットのノズルの周囲に水カーテンを形成し、この水カーテンにより水や研磨材の飛散を防止すると共に、ウオータージェット加工による切断音を遮断することが記載されている。

特許文献５には、ウオータージェット加工装置においてウオータージェットの噴出ノズルの外周に、ノズルから噴出する高圧ジェット水流の基端から先端までの外周全面に水カーテンを形成するための水カーテン形成用ノズルを設け、この水カーテンによって研磨材の飛散を防止すると共に、発生層音を遮断することが記載されている。
しかしながら、上記のような水カーテンを形成する方法はある程度の騒音防止効果は期待できるが、まだ不十分であり、更なる改良が求められている。

特開平２−２４３２９７号公報 特開平２−２９８４９６号公報 特開平４−１０５９００号公報 特開平５−７８４７２号公報 特開平７−２４７３６号公報

本発明は、ウオータージェットによる加工法において、作業性に優れかつ低コストで発生騒音を低減する方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者等は水カーテンによる騒音防止効果が小さい原因について検討をすすめたところ、図４に示すように、ウオータージェット噴射水の流速が音速を超えると高速流体は低圧となるため水カーテン流が噴射水側に引き寄せられて水カーテンがウオータージェット噴射水に巻き込まれて正常に形成されず、また、ウオータージェット噴射水の勢いも殺されてしてしまうとの知見を得た。
上記の問題を解決するには、ウオータージェットを水カーテンと平行に噴射する場合には、ウオータージェット噴射水と水カーテンとの間隔を広く取ることが考えられるが、間隔を広くとると水カーテン噴射治具の形状を大きくしなければならず、作業性の面及びコスト面でも問題がある。

そこで本発明者等は、水カーテンを用いて騒音を低減する方法について検討したところ、水カーテンを二重以上の多重カーテンとすることにより騒音が低減されることを見出した。また、本発明者等は水カーテンをウオータージェット流に対して下広がりにすることにより、更には、水カーテン内に空気を供給することにより、ウオータージェットに水カーテンが巻き込まれることがなくなり、騒音を低減することができることを見出して、本発明を完成した。
すなわち本発明は次に記載するとおりのウオータージェット噴射音の低減方法及び装置である。

（１）被加工材に噴射されるウオータージェット流の外周を水カーテンで覆うことによって該噴射音の低減を図る方法であって、該水カーテンを二重以上の多重カーテンとすることを特徴とするウオータジェット噴射音の低減方法。
（２）前記水カーテンをウオータージェット流に対して下広がりとなるような傾斜カーテンとして前記水カーテンがウオータージェット流に巻き込まれないようにすることを特徴とする上記（１）記載のウオータジェット噴射音の低減方法。
（３）前記水カーテンとウオータージェット流間に空気を導入して前記水カーテンがウオータージェット流に巻き込まれないようにすることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のウオータジェット噴射音の低減方法
（４）前記水カーテンの流速と流量を調整して、前記内側の水カーテン内の被加工材上に水溜りができるようにすることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のウオータジェット噴射音の低減方法。
（５）ウオータージェット加工装置のウオータージェットノズル部に装着可能であり、ジェット流が通過する中央流路と、水カーテン形成用の水の供給口と、リング状の水噴射口と、該水噴射口から、噴出したジェット流の周囲を取り囲む多重の水カーテンを形成するように中央流路の周囲に多重に形成された水カーテン形成用流路とを備えたことを特徴とする水カーテン形成用ノズル。
（６）前記水カーテンがウオータージェット流に対して下広がりとなるように前記水カーテン形成用流路を設けたことを特徴とする上記（５）記載の水カーテン形成用ノズル。
（７）前記水カーテンとウオータージェット流間に空気を導入するための空気導入口を設けたことを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の水カーテン形成用ノズル。
（８）前記水カーテンの厚み及び噴射角度を調節可能としたことを特徴とする上記（５）〜（７）のいずれかに記載水カーテン形成用ノズル。
（９）上記（５）〜（８）のいずれかに記載の水カーテン形成用ノズルをウオータージェットノズル部に設けたことを特徴とするウオータージェット加工装置。

本発明の水カーテン形成用ノズルは従来の鋼製防音装置を使用する必要がないので作業性に優れ、また、従来の水カーテンによる方法に比して効果的に騒音を低減することができるという効果を奏する。また、小型化できるため、コンクリート面のはつり・目荒らし等に用いられるウオーターハンドガンの先端に取り付けて用いることもできる。更に水カーテンにより高圧水や研磨材がワークに反射して周囲に飛散することを防ぐことができる。

本発明の水カーテン形成用ノズルについて以下説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態を示す図であり、水カーテン形成用ノズルのノズル挿入口にウオータージェット噴射ノズル部を挿入して装着した状態を示している。
図１において、水カーテン形成用ノズルには、水カーテン形成用の水の供給口と、噴射口とそれらを結ぶ水供給路とが形成されており、噴射口は内側水カーテンと外側水カーテンとを形成するための同心円状のスリットとして形成されている。図示例では二重の水カーテンを形成する例を示したが、これを三重以上の水カーテンを形成する構造としてより遮音性を向上させても良い。

また、図１に示した装置では水カーテン形成用ノズルの水噴射口の内側に空気導入孔を設けて水カーテンとウオータージェットに空気を導入するようにしている。本発明においてはこのように空気を導入することは必須ではないが、水カーテン内の空間は低圧（空気が薄い状態）となっており、この空間に外部から常圧の大気を強制的に送り込むことによって水カーテンがウオータージェット流に引き寄せられる現象をより効果的に防ぐことができる。また、図２に示すように、水カーテン間にも空気を導入するようにしてもよい。

図３は水カーテン形成用ノズルの正面図である。
図３において、ノズルの中央部にはウオータージェット噴射ノズルの水ジェット噴射口が設けられ、その周囲には同心円状に内側水カーテン形成用の内側噴射口と外側水カーテン形成用の外側噴射口とが設けられており、水ジェット噴射口と内側噴射口との間及び内側噴射口と外側噴射口との間には後述する空気流通孔が設けられている。

従来のような一重の水カーテンであると噴射音が効果的に低減できないことは既に述べたとおりであるが、二重カーテンとすることにより、騒音を効果的に低減することができる。また、外部の風の影響により外側の水カーテンは乱されるが、外側の水カーテンがあることによって、内側の水カーテンへの風の影響が防がれ、水カーテンの形成が正常に行われて噴射音低減効果が安定するという効果もある。
また噴射音の低減効果は水カーテンの流速には関係せず、水カーテンの厚みが均一で厚いほど高くなる。ウオータージェット噴射水の周囲に均一かつ厚い水カーテンを形成するには水の流量を増やせばよい。

なお、図１、２に示した例では、本発明のより好ましい態様として、噴射口から噴射する水が下広がりの傾斜カーテンを形成するように治具内流路及び噴射口を形成した例を示している。このように傾斜カーテンを形成させることによって、水カーテン噴射治具の形状を大きくすることなくウオータージェット噴射水と水カーテンとの間隔を広く取ることができるので、水カーテンがウオータージェット噴射水に巻き込まれることがなく、作業性もよくなり、コストも低く抑えることができる。
噴射の角度θは２０°以上であることが好ましい。

本発明では、図１に示すように、水カーテン内に水溜まりを形成することが好ましい。水溜まりがない場合には、ウオータージェット噴射水が超高速で被対象物に衝突した際の衝撃音やコンクリートが破砕する際の音が騒音として生じるが、水溜りが被対象物表面に存在することによりウオータージェット噴射水がこの水溜まりを介して加工面に当たるので、噴射水が加工面に当たった際に生じる証言気温が低減される。この水溜まりは、水カーテンの流速と流量、噴射角度、水噴射口から被加工物までの距離（路程距離）を調整することによって形成することができる。
このためには、水カーテン形成用ノズルの噴射口の幅及び噴射角度を可変にすることが好ましい。具体的には水カーテン形成用ノズルの噴射口を設けた部分を着脱自在の治具とし、この噴射口及び噴射角度の異なる治具を複数種類用意して、目的に応じて適宜取り替えて使用することができる。

本発明の水カーテン形成用ノズルはウオータージェット加工装置の水噴射ノズル部に設けられるが、水カーテン形成用ノズルを水噴射ノズルと一体に形成しても良いし、水噴射ノズル部に着脱自在に設けても良い。
例えば、コンクリート面の目荒らし・はつりにはウオータージェットハンドガンが用いられるが、この場合には、ウオータージェットハンドガンの先端に本発明の水カーテン形成用ノズルを止めネジで固定して取り付けることができる。

（試験条件）
本発明の効果を検証するために下記の機材を用い図５、６に示すような機材配置で、コンクリート壁に水平に水カーテンノズル付きＷＪを噴射して試験を実施した。
ＷＪポンプ車 ：圧力２，３００ｋｇｆ／ｃｍ^２］
ＷＪハンドガン：高圧ノズル径φ１ｍｍ、ＮＬＢ社製＃４０
水カーテン用ポンプ ：１００Ｖ、１００Ｌ／ｍｉｎ、０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２
騒音計 ： 積分型精密騒音計ＮＬ−３２
表１に示す条件で、ウオーターカーテンなしのもの、一重のウオーターカーテンを形成したもの、二重のウオーターカーテンを形成したもののそれぞれについて試験を行った。
上記の試験結果を表１に示す。
表中の路程とは図７に示すように、ウオータージェット噴射口及び水カーテン噴射口から噴射対象物までの距離を示す。

本発明の水カーテン形成用ノズルは効果的に騒音を低減することができるだけでなく、ウオーターハンドガン先端にも取り付け可能な程度に小型化できるため、ウオータージェット加工装置の騒音低減用装置としての利用性が高い。

水カーテン形成用ノズルのノズル挿入口にウオータージェット噴射ノズル部を挿入して装着した状態を示す図である。 二重の水カーテンの間に空気を導入した例を示す図である。 水カーテン形成用のノズルを示す図である。 水カーテン流がウオータージェット噴射水に巻き込まれている様子を示す図である。 騒音試験におけるコンクリートブロックにウオータージェットを噴射した状態を示す図である。 騒音試験における基材の配置状況を示す図である。 ウオータージェット及び水カーテンの噴射の様子を示す模式図である。

Claims (9)

1. 被加工材に噴射されるウオータージェット流の外周を水カーテンで覆うことによって該噴射音の低減を図る方法であって、該水カーテンを二重以上の多重カーテンとすることを特徴とするウオータジェット噴射音の低減方法。
2. 前記水カーテンをウオータージェット流に対して下広がりとなるような傾斜カーテンとして前記水カーテンがウオータージェット流に巻き込まれないようにすることを特徴とする請求項１記載のウオータジェット噴射音の低減方法。
3. 前記水カーテンとウオータージェット流間に空気を導入して前記水カーテンがウオータージェット流に巻き込まれないようにすることを特徴とする請求項１又は２記載のウオータジェット噴射音の低減方法
4. 前記水カーテンの流速と流量を調整して、前記内側の水カーテン内の被加工材上に水溜りができるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウオータジェット噴射音の低減方法。
5. ウオータージェット加工装置のウオータージェットノズル部に装着可能であり、ジェット流が通過する中央流路と、水カーテン形成用の水の供給口と、リング状の水噴射口と、該水噴射口から、噴出したジェット流の周囲を取り囲む多重の水カーテンを形成するように中央流路の周囲に多重に形成された水カーテン形成用流路とを備えたことを特徴とする水カーテン形成用ノズル。
6. 前記水カーテンがウオータージェット流に対して下広がりとなるように前記水カーテン形成用流路を設けたことを特徴とする請求項５記載の水カーテン形成用ノズル。
7. 前記水カーテンとウオータージェット流間に空気を導入するための空気導入口を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載の水カーテン形成用ノズル。
8. 前記水カーテンの厚み及び噴射角度を調節可能としたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載水カーテン形成用ノズル。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の水カーテン形成用ノズルをウオータージェットノズル部に設けたことを特徴とするウオータージェット加工装置。

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