JP2628919B2 - アブレーシブタイプウオータージェット用ノズル及びその製造法 - Google Patents
アブレーシブタイプウオータージェット用ノズル及びその製造法Info
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
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- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49428—Gas and water specific plumbing component making
- Y10T29/49432—Nozzle making
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ウォータージェット加工、特に高圧の噴流
水にガーネット、アルミナ等の研削砥粒を混合して噴射
して加工する際に用いられるアブレーシブタイプウォー
タージェット用ノズル及びその製造法に関する。
水にガーネット、アルミナ等の研削砥粒を混合して噴射
して加工する際に用いられるアブレーシブタイプウォー
タージェット用ノズル及びその製造法に関する。
（従来の技術） ウォータージェット加工装置は、高圧を加えた水を、
細い直径のノズルより噴き出すことによつて超音速の噴
流となし、その勢いで素材を加工する。プラスチック、
紙、合金等ほとんどの素材の加工が可能である。加工時
には、粉塵や熱の発生がほとんどなく、３次元的な加工
も可能である。加工の精度と速度をさらにあげるため
に、高圧の噴流水にアルミナ、ガーネット等の研削砥粒
を混合したアブレーシブタイプウォータージェットも開
発されている。噴流の出口になるノズルには、摩耗が著
しいことから、通常超硬合金やアルミナセラミックス等
が用いられている。又、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう
素の焼結体でつくられたものもある（実開昭63−5070
0）。しかし、これらは高価であり、かつ素材本来の硬
度から期待されるほどの耐久性を示さないのが現状であ
る。
細い直径のノズルより噴き出すことによつて超音速の噴
流となし、その勢いで素材を加工する。プラスチック、
紙、合金等ほとんどの素材の加工が可能である。加工時
には、粉塵や熱の発生がほとんどなく、３次元的な加工
も可能である。加工の精度と速度をさらにあげるため
に、高圧の噴流水にアルミナ、ガーネット等の研削砥粒
を混合したアブレーシブタイプウォータージェットも開
発されている。噴流の出口になるノズルには、摩耗が著
しいことから、通常超硬合金やアルミナセラミックス等
が用いられている。又、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう
素の焼結体でつくられたものもある（実開昭63−5070
0）。しかし、これらは高価であり、かつ素材本来の硬
度から期待されるほどの耐久性を示さないのが現状であ
る。
炭化珪素は、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素につぐ
硬度を有する素材であるとともに気相合成法による析出
も比較的容易であるため、ノズル材料として有望であ
る。
硬度を有する素材であるとともに気相合成法による析出
も比較的容易であるため、ノズル材料として有望であ
る。
（発明が解決しようとする課題） 従来の炭化珪素成形品は、アチソン法等で合成した炭
化珪素の微粉末に、炭素、ほう素、アルミニウム等の様
々な焼結助材を混ぜて、所望の形に成形後、焼結させて
得られる。これをウォータージェットノズルとして使用
すると炭化珪素本来の硬度から期待される耐久性を示さ
ないことがわかった。原因は、焼結助材が優先的に消耗
し、あるいは焼結助材との結合が十分でないため炭化珪
素の粒が遊離して脱落し、炭化珪素本来の硬度を十分に
生かしきれないためと思われる。また、ウォータージェ
ットノズルの内径は、1mm程度と小さく、形状にも厳し
い精度が要求されることから、炭化珪素焼結品の加工を
困難なものにしている。
化珪素の微粉末に、炭素、ほう素、アルミニウム等の様
々な焼結助材を混ぜて、所望の形に成形後、焼結させて
得られる。これをウォータージェットノズルとして使用
すると炭化珪素本来の硬度から期待される耐久性を示さ
ないことがわかった。原因は、焼結助材が優先的に消耗
し、あるいは焼結助材との結合が十分でないため炭化珪
素の粒が遊離して脱落し、炭化珪素本来の硬度を十分に
生かしきれないためと思われる。また、ウォータージェ
ットノズルの内径は、1mm程度と小さく、形状にも厳し
い精度が要求されることから、炭化珪素焼結品の加工を
困難なものにしている。
（課題を解決するための手段） 発明者らは、焼結助材を含まない高純度の炭化珪素を
所望の形状で直ちに得る方法として、化学気相合成法に
ついて検討した。この結果、同方法で得られるノズルが
従来の炭化珪素焼結加工品よりも優れた性能を有するこ
とを見いだし、本発明に至った。
所望の形状で直ちに得る方法として、化学気相合成法に
ついて検討した。この結果、同方法で得られるノズルが
従来の炭化珪素焼結加工品よりも優れた性能を有するこ
とを見いだし、本発明に至った。
本発明は、外径１〜10mm、肉厚0.1〜4.8mmを有し、密
度が3.18〜3.21g/cm3、不純物含有量が20ppm以下で不通
気性の気相合成法による多結晶炭化珪素チューブからな
り、ロウ付け、接着、焼結又は焼きばめによって外筒部
と一体的に固着してノズルを形成するようにしたアブレ
ーシブタイプウォータージェット用ノズル及びその製造
法に関する。
度が3.18〜3.21g/cm3、不純物含有量が20ppm以下で不通
気性の気相合成法による多結晶炭化珪素チューブからな
り、ロウ付け、接着、焼結又は焼きばめによって外筒部
と一体的に固着してノズルを形成するようにしたアブレ
ーシブタイプウォータージェット用ノズル及びその製造
法に関する。
密度は高い程好ましく、本発明のものは3.18g/cm3以
上であり、その上限は理論密度3.21g/cm3とほとんど同
等にすることができる。そしてこれらは殆ど不通気性で
ある。
上であり、その上限は理論密度3.21g/cm3とほとんど同
等にすることができる。そしてこれらは殆ど不通気性で
ある。
ノズルをつくるためのチューブの形状は添付図面に示
すように各種のものが可能であり、またこれをノズルと
して使用する場合は外径１〜10mm、肉厚は0.1〜4.8mmの
範囲のものが適当である。このような外径、肉厚を有す
るとき、研削砥粒を混入して超音速で噴射するアブレー
シブタイプウォータージェット用ノズルが得られる。こ
れよりも細い、例えば0.1〜0.6mmの径を有する極細のノ
ズルも提案されているが、これは単なる高圧水噴射には
用い得ても上記の如きアブレーシブジェット用ノズルに
は良好に用い得ない。
すように各種のものが可能であり、またこれをノズルと
して使用する場合は外径１〜10mm、肉厚は0.1〜4.8mmの
範囲のものが適当である。このような外径、肉厚を有す
るとき、研削砥粒を混入して超音速で噴射するアブレー
シブタイプウォータージェット用ノズルが得られる。こ
れよりも細い、例えば0.1〜0.6mmの径を有する極細のノ
ズルも提案されているが、これは単なる高圧水噴射には
用い得ても上記の如きアブレーシブジェット用ノズルに
は良好に用い得ない。
次にノズルをつくるためのチューブの製造法について
説明する。
説明する。
本発明のノズルをつくるためのチューブは炭化珪素の
粉末を用いて焼結して作ることは不可能であり、化学気
相合成法で得ることができる。
粉末を用いて焼結して作ることは不可能であり、化学気
相合成法で得ることができる。
炭化珪素を化学気相合成法で作製するためには、基材
となる物質が必要である。本発明の場合、ノズル状に炭
化珪素を作製するために、所定の径を持つ円柱状基材を
用いた。材質は黒煙で、特に不純物を嫌う場合には精製
したものを用いた。円柱の長さはウォータージェットノ
ズルの長さに合わせて加工し化学気相法で炭化珪素を蒸
着した。なお、蒸着する炭化珪素の熱膨張係数は、約4.
5×10-6/℃であるため、基材である黒鉛は、熱膨張係数
が、4.5×10-6〜5.0×10-61/℃であるものを用いた。化
学気相法としては公知の方法であればどの様な方法でも
よい。例えば、メチルトリクロロシランの様なシラン系
炭化水素と水素ガスを用いた方法、シラン系ガスと炭化
水素ガスを水素ガスで希釈したものを用いる方法、SiO2
と炭素（黒鉛）から発生するSiOガスとCOガスを用いる
方法がある。このような化学気相法を用い、所定の厚み
に炭化珪素で被覆した柱状の黒鉛基材を所定の長さに切
断し、黒鉛基材を空気中で酸化除去すれば所定形状のチ
ューブが作製できる。チューブの使用方法としてはこの
チューブを超硬ノズルの内側にロウ付け、接着、焼結、
焼きばめのいずれかの方法によって一体的に固着して用
いられる。嵌合して固着する方法もあるが、このときは
更に加工が必要であるが一般にCVD形成皮膜は硬質であ
ること、薄いことなどのため破損し易くこのような加工
は困難であるので嵌合して固着する方法は不適当であ
る。上記ロウ付け等の方法で固着するときは追加の加工
が必要でなく適当である。
となる物質が必要である。本発明の場合、ノズル状に炭
化珪素を作製するために、所定の径を持つ円柱状基材を
用いた。材質は黒煙で、特に不純物を嫌う場合には精製
したものを用いた。円柱の長さはウォータージェットノ
ズルの長さに合わせて加工し化学気相法で炭化珪素を蒸
着した。なお、蒸着する炭化珪素の熱膨張係数は、約4.
5×10-6/℃であるため、基材である黒鉛は、熱膨張係数
が、4.5×10-6〜5.0×10-61/℃であるものを用いた。化
学気相法としては公知の方法であればどの様な方法でも
よい。例えば、メチルトリクロロシランの様なシラン系
炭化水素と水素ガスを用いた方法、シラン系ガスと炭化
水素ガスを水素ガスで希釈したものを用いる方法、SiO2
と炭素（黒鉛）から発生するSiOガスとCOガスを用いる
方法がある。このような化学気相法を用い、所定の厚み
に炭化珪素で被覆した柱状の黒鉛基材を所定の長さに切
断し、黒鉛基材を空気中で酸化除去すれば所定形状のチ
ューブが作製できる。チューブの使用方法としてはこの
チューブを超硬ノズルの内側にロウ付け、接着、焼結、
焼きばめのいずれかの方法によって一体的に固着して用
いられる。嵌合して固着する方法もあるが、このときは
更に加工が必要であるが一般にCVD形成皮膜は硬質であ
ること、薄いことなどのため破損し易くこのような加工
は困難であるので嵌合して固着する方法は不適当であ
る。上記ロウ付け等の方法で固着するときは追加の加工
が必要でなく適当である。
（作用） 化学気相合成法により、焼結助材を含まない高純度の
多結晶炭化珪素が得られ、しかも多結晶粒子が緻密に結
合しているので、密度が高く、不通気性のものとなる。
これを研削砥粒を混入して噴射するときに用いられるア
ブレーシブタイプのウォータージェットノズルとして使
用すれば、耐摩耗性が著しく向上する。
多結晶炭化珪素が得られ、しかも多結晶粒子が緻密に結
合しているので、密度が高く、不通気性のものとなる。
これを研削砥粒を混入して噴射するときに用いられるア
ブレーシブタイプのウォータージェットノズルとして使
用すれば、耐摩耗性が著しく向上する。
（実施例） 等方性黒鉛を加工して直径1.8mm、長さ45mmの黒鉛製
丸棒を得た。この丸棒を基材としてSiO及びCOガス雰囲
気中で1700℃に加熱することにより、その表面に膜厚2m
mの炭化珪素多結晶膜を析出させた。
丸棒を得た。この丸棒を基材としてSiO及びCOガス雰囲
気中で1700℃に加熱することにより、その表面に膜厚2m
mの炭化珪素多結晶膜を析出させた。
丸棒の端面に析出した炭化珪素膜を削り落として空気
中で800℃に加熱し、内径1.8mm、肉厚2mm、長さ40mmの
炭化珪素製チューブを得た。
中で800℃に加熱し、内径1.8mm、肉厚2mm、長さ40mmの
炭化珪素製チューブを得た。
膜は密度が3.21g/cm3、不純物は5ppmで、殆どガスを
通さなかった。
通さなかった。
この方法により以下に示す各種のチューブを作成しノ
ズルとした。
ズルとした。
第１図は上記チューブを用いたノズルの概略断面図で
ある。図中、１はチューブ、２はこれを保護、補強する
ための外筒である。この例は、軸方向に一定な内径を有
する円形断面炭化珪素チューブの内筒を金属あるいは超
硬合金製の外筒に一体的に固着した場合である。この内
筒と外筒の固着方法としてはロー付け、接着等を用いる
が、チューブの外径が、大きい場合は焼きばめも可能で
ある。
ある。図中、１はチューブ、２はこれを保護、補強する
ための外筒である。この例は、軸方向に一定な内径を有
する円形断面炭化珪素チューブの内筒を金属あるいは超
硬合金製の外筒に一体的に固着した場合である。この内
筒と外筒の固着方法としてはロー付け、接着等を用いる
が、チューブの外径が、大きい場合は焼きばめも可能で
ある。
このような構成において、研磨材が混入された超高速
噴流がチューブによって形成された噴射孔を通過する。
この噴射孔の内壁は耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素
であり、摩耗が生じにくく、長時間の使用に耐え得る。
噴流がチューブによって形成された噴射孔を通過する。
この噴射孔の内壁は耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素
であり、摩耗が生じにくく、長時間の使用に耐え得る。
第２図は本発明の他の態様を示す。第２図において、
符号は第１図と同一のため説明を省略する。第２図は、
多結晶の炭化珪素チューブの内径が軸線方向に沿ってテ
ーパー状に変化する場合を示している。外筒との固着方
法は実施例１と同一の方法が用いられる。
符号は第１図と同一のため説明を省略する。第２図は、
多結晶の炭化珪素チューブの内径が軸線方向に沿ってテ
ーパー状に変化する場合を示している。外筒との固着方
法は実施例１と同一の方法が用いられる。
第３図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第
３図において、符号は第１図と同一であるため説明を省
略する。第３図において、内径が軸方向に沿って連続的
に変化する炭化珪素チューブが用いられている。外筒と
の固着方法は第１図と同一である。
３図において、符号は第１図と同一であるため説明を省
略する。第３図において、内径が軸方向に沿って連続的
に変化する炭化珪素チューブが用いられている。外筒と
の固着方法は第１図と同一である。
第４図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第
４図において、符号は第１図と同一のため説明を省略す
る。第４図ではロート状の多結晶炭化珪素チューブが用
いられている。外付との固着方法は第１図と同一の方法
が用いられる。
４図において、符号は第１図と同一のため説明を省略す
る。第４図ではロート状の多結晶炭化珪素チューブが用
いられている。外付との固着方法は第１図と同一の方法
が用いられる。
第５図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第
５図において、符号は第１図と同一のため説明を省略す
る。第５図は多結晶の炭化珪素を単体で使用した場合の
一例を示している。厚肉の成型体の場合は本例のごとく
補強用の外筒を省略した使用が可能であり、また、超高
速噴流の入口部にテーパー状の導入口を追加工（研削）
することも出来る。さらに必要に応じて外径部の加工を
行うことも可能である。
５図において、符号は第１図と同一のため説明を省略す
る。第５図は多結晶の炭化珪素を単体で使用した場合の
一例を示している。厚肉の成型体の場合は本例のごとく
補強用の外筒を省略した使用が可能であり、また、超高
速噴流の入口部にテーパー状の導入口を追加工（研削）
することも出来る。さらに必要に応じて外径部の加工を
行うことも可能である。
第６図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第
６図において、第１図と同一部材には同一符号を付けて
重複する説明を省略する。
６図において、第１図と同一部材には同一符号を付けて
重複する説明を省略する。
図中３は金属焼結体からなる補強用外筒である。第６
図では多結晶の炭化珪素と外筒部とが一体的に焼結され
た構造となっている。この例では炭化珪素の内径が上部
の入り口から下部の出口部にかけて連続的に収縮、拡大
した形状となっている。
図では多結晶の炭化珪素と外筒部とが一体的に焼結され
た構造となっている。この例では炭化珪素の内径が上部
の入り口から下部の出口部にかけて連続的に収縮、拡大
した形状となっている。
さらに、上記各例に対して、ノズル内壁の断面形状
（手照断面および横断面）ならびに外形状について、あ
るいは内筒と外筒との接合、固着方法について種々な変
形および組合せが考えられるが、これについても当然本
発明の範囲に含まれるものである。
（手照断面および横断面）ならびに外形状について、あ
るいは内筒と外筒との接合、固着方法について種々な変
形および組合せが考えられるが、これについても当然本
発明の範囲に含まれるものである。
（発明の効果） 以上で説明したように、研削砥粒を含有する高圧流体
を噴射する際に用いられる本発明のノズルによれば、従
来硬質物質本来の耐摩耗性を阻害していた前述のような
焼結物質を用いることなく気相合法によりつくられるの
で、耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素により噴射孔の
内壁が形成される。このために、ノズルから噴射される
高速噴流の系が長時間安定しており、ノズル交換頻度が
減少し、作業能率ならびに切断精度が向上するという優
れた効果を奏する。かくして本発明によれば、研削砥粒
を混入して高圧で噴射するアブレーシブタイプウォータ
ージェット用ノズルとして誠に好適なものを得ることが
できる。
を噴射する際に用いられる本発明のノズルによれば、従
来硬質物質本来の耐摩耗性を阻害していた前述のような
焼結物質を用いることなく気相合法によりつくられるの
で、耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素により噴射孔の
内壁が形成される。このために、ノズルから噴射される
高速噴流の系が長時間安定しており、ノズル交換頻度が
減少し、作業能率ならびに切断精度が向上するという優
れた効果を奏する。かくして本発明によれば、研削砥粒
を混入して高圧で噴射するアブレーシブタイプウォータ
ージェット用ノズルとして誠に好適なものを得ることが
できる。
第１図は本発明の炭化珪素チューブを使用したノズルの
断面図、第２図〜第６図は本発明の他の態様を示すノズ
ルの断面図である。 １……炭化珪素チューブ、2,3……外筒
断面図、第２図〜第６図は本発明の他の態様を示すノズ
ルの断面図である。 １……炭化珪素チューブ、2,3……外筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 繁朋 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 松村 裕之 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 池本 喜和 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 清水 英樹 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭51−80317（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−28145（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−179049（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−1236（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】外径１〜10mm、肉厚0.1〜4.8mmを有し、密
度が3.18〜3.21g/cm3、不純物含有量が20ppm以下で不通
気性の気相合成法による多結晶炭化珪素チューブからな
り、ロウ付け、接着、焼結又は焼きばめによって外筒部
と一体的に固着してノズルを形成するようにしたアブレ
ーシブタイプウォータージェット用ノズル。 - 【請求項２】柱状黒鉛の表面に気相合成法により炭化珪
素を析出させ、その後黒鉛を除去することを特徴とする
請求項１記載のアブレーシブタイプウォータージェット
用ノズルの製造法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1283545A JP2628919B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | アブレーシブタイプウオータージェット用ノズル及びその製造法 |
| KR1019900017352A KR940003474B1 (ko) | 1989-10-31 | 1990-10-29 | 탄화규소 구조체의 제조방법 |
| CA002028894A CA2028894C (en) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Tubular silicon carbide structures and process for production thereof |
| AT90120818T ATE128957T1 (de) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Verfahren zum herstellen einer siliciumcarbiddüse für einen schleifmittel-wasserstrahl. |
| DE69022952T DE69022952T2 (de) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbiddüse für einen Schleifmittel-Wasserstrahl. |
| EP90120818A EP0426121B1 (en) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Process for the production of silicon carbide abrasive-water-jet nozzle |
| AU65621/90A AU638764B2 (en) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Tubular silicon carbide structures and process for production thereof |
| CN90109657A CN1023446C (zh) | 1989-10-31 | 1990-10-31 | 碳化硅管形构件及其制作方法 |
| US08/139,045 US5407503A (en) | 1989-10-31 | 1993-10-21 | Process for producing silicon carbide nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1283545A JP2628919B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | アブレーシブタイプウオータージェット用ノズル及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146413A JPH03146413A (ja) | 1991-06-21 |
| JP2628919B2 true JP2628919B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=17666913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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