JP2788065B2 - 液体ジェット加工用ノズル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、液体ジェット加工用ノズル装置に関するも
のである。

（ロ）従来の技術 従来の液体ジェット加工用ノズル装置として、特開昭
59−209767号公報に示されるものがある。これに示され
る液体ジェット加工用ノズル装置は、超高速流体ジェッ
トを噴射するジェットノズルと、このジェットノズルを
取り囲んで配置された紡垂形外筒（ケーシング）と、こ
の外筒の内壁に沿いかつこの外筒の軸線まわりに旋回す
る低速の旋回流体を発生させる旋回流体発生手段と、上
記外筒内に研摩材を供給する研摩材供給手段と、上記外
筒における旋回流体と研摩材との混合流体をジェットノ
ズルの前方に導く混合流体ノズルと、を有している。旋
回流体発生手段によって研摩材の緩やかな旋回流を発生
させ、これと超高速流体ジェットとを混合し、切断など
の加工を行なう。研摩材の旋回流の速度は比較的遅いた
め、外筒内部が摩耗することが防止される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような従来の液体ジェット加工用
ノズル装置には、研摩材をスラリー状として供給した場
合には旋回流の効果が不十分となって研摩材が均一に混
合されないという問題点、及び旋回流を発生するために
空気ポンプなどの装置を必要とするという問題点があ
る。

すなわち、旋回流体発生手段である空気、水などの流
体を供給する供給口は外筒の後端側（すなわち、流体ジ
ェット噴射側とは反対側）に設けられており、これによ
って発生させた旋回流によって研摩材を前方に移送して
いく。しかしながら、外筒は比較的長い軸方向寸法を有
しており、特に比較的粒径及び比重の大きい研摩材をス
ラリー状にして供給し、これを旋回流とする場合には、
流動抵抗が大きく分離性も強いのに加えて旋回流を発生
させる流体の量も制限されるので、安定した旋回流を得
ることが困難である。このため、旋回流がジェットノズ
ル付近まで達したときには十分な旋回状態となっておら
ず、研摩材と液体とが分離し、研摩材が自重によって沈
降する傾向にある。この結果、研摩材と超高速流体ジェ
ットとの合流・混合が不十分なものとなる。なお、安定
したスラリー旋回流を得る方法として、流体流量を増大
させ、供給圧力を高め、外筒部での流速を大きくするこ
とが考えられる。この場合、エネルギー密度の小さい流
体が超高圧流体とジェットと合流することになるので、
超高圧流体ジェットのエネルギー密度が低下し、噴射ノ
ズルの加工性能が低下するという問題が発生する。

また、上述のように例えば空気ポンプによって空気を
送り込むことにより旋回流を発生させるようにしてある
ため、ジェットノズルに高圧流体を供給する装置及び外
筒内に研摩材を供給する装置に加えて、更に旋回流発生
のための空気ポンプなどを必要とする。このため装置の
価格が上昇すると共に外筒への拝観の接続などが必要と
なり、装置が複雑化する。

本発明は、このような問題点を解決することを目的と
している。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、従来技術の旋回流を発生させるという複雑
な技術手段に代えて、高圧液噴射部材に隣接した位置で
負圧によって外部から空気を吸入させ、液体とスラリー
状の研摩材とを均一に合流・混合させることにより、上
記課題を解決する。すなわち、本発明による液体ジェッ
ト加工用ノズル装置は、底側が密閉され先端側が開放さ
れた中空円すい台状のケーシング（10）と、ケーシング
の先端側に取り付けられる混合ノズル部材（34）と、ケ
ーシング内から混合ノズル部材（34）の流路中心に向け
て高圧液を噴射する高圧液噴射部材（14）と、ケーシン
グ内にスラリー状の研摩材を供給するためにケーシング
に設けられた研摩材供給口（12）と、ケーシング内外を
連通させるようにケーシングに設けられケーシング内部
の負圧により外部から空気を吸入させる１又は２以上の
空気穴（32）と、を有しており、空気穴の軸方向位置は
高圧液噴射部材（14）と混合ノズル部材（34）との間に
設定され、その軸中心線がケーシング（10）の軸中心線
を通るように配置されており、また空気穴（32）の軸中
心線がケーシング（10）の軸中心線と交わる点は空気穴
（32）が設けられた軸方向位置と同じ軸方向位置又はこ
れよりも混合ノズル部材（34）寄りの位置としており、
高圧液ジェット（52）の流れによるジェットポンプ作用
により空気穴（32）から空気を吸引することにより、空
気及び研磨材（50）を均一に分散混合した層が、高圧液
ジェット（52）の水及び研磨材（50）の混合噴流を包囲
し、かつ空気を吸引することにより加速して噴射するよ
うにしたことを特徴とする。なお、かっこ内の符号は後
述の実施例の対応する部材を示す。

（ホ）作用 高圧液噴射部材の先端から高圧液が噴射される。この
高速の高圧液ジェットにより負圧が発生し、ケーシング
に設けた空気穴から空気が吸入される。吸入される空気
によってスラリー状の研摩材がケーシング中心部方向に
混合・分散され、ケーシングの底部側に研摩材が沈降す
ることが防止される。このようにして混合・分散した研
摩材に高圧液ジェットが接触するため、研摩材と高圧液
とが効率良く混合され、研摩材を高速で噴射することが
可能となる。研摩材が均一に分散され、また高圧液ジェ
ットの周囲に空気穴から吸入された空気が存在すること
になるので、研摩材がケーシング内壁及び混合ノズル部
材の内壁に直接接触することが防止され、摩耗の発生が
著しく低減される。

（ヘ）実施例 本発明による液体ジェット加工用ノズル装置を第１図
に示す。液体ジェット加工用ノズル装置のケーシング10
は中空円すい台状の部材10aの底部側にふた部材10bを溶
接によって一体化したものである。ふた部材10bには研
摩材を供給するための研摩材供給口12が設けられてい
る。研摩材供給口12には図示してないパイプが接続さ
れ、これを通してスラリー状の研摩材が供給可能であ
る。また、ふた部材10bの中心部を貫通してケーシング1
0の軸心と一致するように高圧液噴射部材14が設けられ
ている。高圧液噴射部材14は図中右方向に向って次第に
縮径される内径部を有する高圧水パイプ16を有してい
る。高圧水パイプ16の先端部には整流器18が設けられて
いる。整流器18は例えば４つの部分に区画された流路を
有しており、これにより水の流れを整える。更に高圧液
噴射部材14の先端側には整流器18の通路に連続する通路
を形成する別の筒状部材20が溶接によって一体に設けら
れている。筒状部材20の段付き穴の出口側の大径部にダ
イヤモンド製のノズルチップ22が取り付けられている。
ノズルチップ22は高圧水を噴出するための小径の穴を有
している。ノズルチップ22はリング24によって抜け止め
されている。リング24は形状記憶合金製のものであり、
低温時には縮小し、常温で拡大するものである。高圧水
パイプ16のふた部材10bの貫通部はＯリング26によって
シールされている。また、高圧水パイプ16はふた部材10
bにバヨネットジョイント28によって連結されている。
従って、高圧液噴射部材14の軸方向取付位置は容易に調
整することが可能である。高圧水パイプ16の外側端部に
は高圧水供給用のパイプと接続するためのねじ30が設け
られている。ケーシング10の先端側部分に外部と連通す
る空気穴32が設けてある。空気穴32は、これの軸中心線
がケーシング10の軸中心線と鋭角αを成して交わるよう
に配置されている。また、空気穴32は、軸方向位置に関
しては、高圧液噴射部材14と後述の混合ノズル部材34と
の間に設けられている。空気穴32は、第２図に示すよう
にケーシング10の上下左右に合計４箇設けられている。
各空気穴32には管42及びバルブ44が接続されており、バ
ルブ44によって開度を調節可能である。この実施例で
は、上側のバルブ44を全閉又はわずかに開いた状態と
し、他のバルブ44は全開としてある。ケーシング10の先
端には混合ノズル部材34が取り付けられている。混合ノ
ズル部材34は金属製の外筒36及びこれの内径部に設けら
れる内筒38によって構成されている。外筒36の図中左端
部に設けたおねじをケーシング10の先端部に設けためね
じにねじ込むことにより混合ノズル部材34がケーシング
10に取り付けられている。内筒38は形状記憶合金製リン
グ40によって外筒36の内径部に固定されている。形状記
憶合金製リング40は断面Ｕ字状のものを環状に形成した
ものである。常温、すなわち液体ジェット加工用ノズル
装置の使用状態における温度では、形状記憶合金製リン
グ40は拡張状態となっているが、所定以下の低温状態
（又は高温状態でもよい）にすると縮小状態となる。形
状記憶合金製リング40は冷却した縮小状態において外筒
36の円周方向みぞ内に設置され、内筒38を挿入した後で
常温状態に戻すことにより拡張状態に復帰する。これに
より内筒38と外筒36とが確実に固着される。

次にこの実施例の作用について説明する。高圧液噴射
部材14の高圧水パイプ16には高圧水が供給され、ノズル
チップ22を通ってジェット状となった高圧水は混合ノズ
ル部材34の内筒38の中心軸方向に噴射される。一方、ケ
ーシング10の内部には研摩材供給口12からスラリー状の
研摩材50が供給されている。このため、ノズルチップ22
を通って噴射される高圧水によって研摩材50もいっしょ
に運ばれ、混合状態となって混合ノズル部材34を通過し
て外部に噴射される。これにより加工物を切断すること
ができる。この際、高圧水の流れによって生ずる負圧に
よるジェットポンプ作用により空気穴32からケーシング
10内の混合室に空気が吸込まれる。空気穴32から吸い込
まれた空気はケーシング10の中心方向に流入し、スラリ
ー状の研摩材50をかくはんし分散させる。特に上部側の
空気穴32のバルブ44は閉鎖又は開度小とされているの
で、空気は底部及び側部の空気穴32から吸い込まれ、下
方に沈降しようとする研摩材50を効率良く分散させる。
こうして研摩材50が高圧液ジェット52の周囲に均一に分
散している状態を第３図に示す（なお、空気の吸入がな
い場合の状態を参考に第４図に示す）。こうして均一に
分散した研摩材50が高圧水と接触し、これによって効率
良く加速される。空気流による研摩材50の分散・混合状
態は、高圧液噴射部材14の高圧水ジェット52の噴射位置
に近接した位置から開始されるため、最も均一に分散・
混合した研摩材50が高圧液ジェット52と接触し、安定し
た水及び研摩材50の混合噴流が維持される。一方、吸入
された空気は高密度の高圧液ジェット52の周囲に集ま
り、高圧液ジェット52と共に混合ノズル部材34を通過す
る。従って、混合ノズル部材34の内壁への研摩材50の衝
突が防止され、内壁の摩耗が大幅に低減する。なお、弁
44の開度を調整して各空気穴32から吸入される空気量の
バランスを調整することにより、研摩材50の混合・分散
状態を調整することができる。また、空気穴32を通して
吸入される全体の空気量を調整することにより、外部に
噴射される研摩材50の量を調整することができる。すな
わち、吸入される空気量を増大させると消費される研摩
材50の量が減少する。これにより切れ味の調整を行なう
ことができる。このため、研摩材50の供給量の調整のた
めに特別なフィーダなどの装置は必要としない。

なお、この実施例では空気穴32に弁44を設けたが、弁
などを設けることなく、第５図に示すように、上部側の
空気穴32のみをプラグ60によって封鎖するようにするこ
と、又は上部側にのみ空気穴を設けないようにすること
も可能である。また、空気穴32は例えば下部側に１箇の
み設けることもできる。結局、空気穴32の数及び径は、
研摩材50の種類及び粒径、高圧液噴射部材14の容量など
に応じて決定するが、通常は研摩材50の沈降速度の数倍
以上の空気の流速が得られるように設定すれば、良好な
分散状態が得られる。

（ト）発明の効果 以上説明してきたように、本発明による液体ジェット
加工用ノズル装置は、底側が密閉され先端側が開放され
た中空円すい台状のケーシング（10）と、ケーシングの
先端側に取り付けられる混合ノズル部材（34）と、ケー
シング内から混合ノズル部材（34）の流路中心に向けて
高圧液を噴射する高圧液噴射部材（14）と、ケーシング
内にスラリー状の研摩材を供給するためにケーシングに
設けられた研摩材供給口（12）と、ケーシング内外を連
通させるようにケーシングに設けられケーシング内部の
負圧により外部から空気を吸入させる１又は２以上の空
気穴（32）と、を有しており、空気穴の軸方向位置は高
圧液噴射部材（14）と混合ノズル部材（34）との間に設
定され、その軸中心線がケーシング（10）の軸中心線を
通るように配置されており、また空気穴（32）の軸中心
線がケーシング（10）の軸中心線と交わる点は空気穴
（32）が設けられた軸方向位置と同じ軸方向位置又はこ
れよりも混合ノズル部材（34）寄りの位置としており、
高圧液ジェット（52）の流れによるジェットポンプ作用
により空気穴（32）から空気を吸引することにより、空
気及び研磨材（50）を均一に分散混合した層が、高圧液
ジェット（52）の水及び研磨材（50）の混合噴流を包囲
し、かつ空気を吸引することにより加速して噴射するよ
うに構成したことにより、高圧液噴射部材に隣接して設
けた空気穴から負圧によって空気を吸入させ、この空気
によってスラリー状の研摩材を分散・混合させるように
したので、均一に分散した研摩材を高圧液ジェットに効
率良く合流させることができる。従って、研摩材が高圧
液ジェットの例えば下方側に片寄って切れ味が低下した
り、混合ノズル部材の内壁が摩耗したりすることが防止
される。また、空気は空気穴から負圧によって吸入され
るので、空気を送り込むための特別なポンプなどを必要
とせず装置が簡略化される。更に、吸入される空気量を
調整するようにすれば、高圧液ジェットに合流する研摩
材の量を調整することができ、フィーダなどを用いるこ
となく研摩材の供給量を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液体ジェット加工用ノズル装置を
示す図、第２図は第１図のII−II線に沿う断面図、第３
図は本発明の場合の研摩材の分布状態を示す図、第４図
は従来の装置の研摩材の分布状態を示す図、第５図は本
発明の別の実施例を示す図である。 10……ケーシング、12……研摩材供給口、14……高圧液
噴射部材、32……空気穴、34……混合ノズル部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 佳晴 東京都中央区銀座６丁目15番１号 電源 開発株式会社内 (72)発明者 小山内 裕 神奈川県川崎市高津区諏訪342 (72)発明者 横田 正和 広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１ 号 株式会社日本製鋼所内 (56)参考文献 実開 昭58−113451（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−201699（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−166098（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B26F 3/00 B24C 5/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研摩材と液体との混合流体を加工物に向け
   て高圧で噴射するための液体ジェット加工用ノズル装置
   において、 底側が密閉された先端側が開放された中空円すい台状の
   ケーシング（10）と、ケーシング（10）の先端側に取り
   付けられる混合ノズル部材（34）と、ケーシング（10）
   内から混合ノズル部材（34）の流路中心に向けて高圧液
   を噴射する高圧液噴射部材（14）と、ケーシング（10）
   内にスラリー状の研摩材を供給するためにケーシング
   （10）に設けられた研摩材供給口（12）と、ケーシング
   （10）内外を連通させるようにケーシング（10）に設け
   られケーシング（10）内部の負圧により外部から空気を
   吸入させる１又は２以上の空気穴（32）と、を有してお
   り、 空気穴（32）は、その軸方向位置は高圧液噴射部材（1
   4）と混合ノズル部材（34）との間に設定され、その軸
   中心線がケーシング（10）の軸中心線を通るように配置
   されており、また空気穴（32）の軸中心線がケーシング
   （10）に軸中心線と交わる点は空気穴（32）が設けられ
   た軸方向位置と同じ軸方向位置又はこれよりも混合ノズ
   ル部材（34）寄りの位置としており、 高圧液ジェット（52）の流れによるジェットポンプ作用
   により空気穴（32）から空気を吸引することにより、空
   気及び研磨材（50）を均一に分散混合した層が、高圧液
   ジェット（52）の水及び研磨材（50）の混合噴流を包囲
   し、かつ空気を吸引することにより加速して噴射するよ
   うにしたことを特徴とする液体ジェット加工用ノズル装
   置。
2. 【請求項２】空気穴（32）にこれの開度を調節可能な開
   度調節機構が設けられている請求項１記載の液体ジェッ
   ト加工用ノズル装置。