JP6339944B2 - ウォータージェット加工用ノズルおよびウォータージェット加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォータージェット加工用ノズルおよびウォータージェット加工装置に係り、特に研磨材を混合して加工するウォータージェット加工用ノズルおよびウォータージェット加工装置に関する。

ウォータージェット加工装置において、例えば、被加工物に形成された有底凹部（溝部等の底面を有する窪んだ部位）の側面を加工するような場合には、被加工物の窪んだ部位にウォータージェット加工のノズルを挿入し、ワークの窪んだ部位の側面にウォータージェットを噴射して加工することがある。このような場合には、ノズルが横向きに固定されたノズル主要本体の縦方向から流体及び砥粒を移送し、流体の流路を直角に折り曲げて、横方向に噴出するノズルを取付けたウォータージェット加工用ノズルが用いられる。このようなノズルとして、例えば特許文献１のノズルシステムが提案されている。

特開２０１３−１０７２０２号公報（段落００３１〜００３５、図１〜図３）

ノズル主要本体の横方向から噴流を噴出し、ウォータージェット加工（以下、適宜単に「加工」という。）するノズルを、被加工物の溝部に挿入し、溝部の側面を加工する際には、ウォータージェットを噴射する加工位置から溝部（窪んだ部位）の底面までの距離は、オリフィス（絞り）から主要本体（本体）の底面までの距離よりも大きくする必要がある。つまり、絞りからノズル主要本体の底面までの距離によって、加工可能な溝部の形状が制約されている。
特許文献１では、オリフィスをオリフィス取付台に取り付け、オリフィス取付台の周囲に形成したねじ山でオリフィス（絞り）を固定する。そして、オリフィス取付台と本体との間は、Ｏリングによってシールされる。従って、流体圧力がノズルに作用する面積は、オリフィス取付台の断面積となる。オリフィス取付台が流体から受ける力は、圧力とこの断面積の積で得られるため、大きな力となる。オリフィス取付台の外周に設けられているねじ部材が、流体圧力がオリフィス取付台に与える力に抗して、オリフィス取付台を固定する。そして、オリフィス取付台のねじ径と材料の強度でオリフィス（絞り）を固定する張力が決定される。つまり、ねじ部材の外径は、流体の圧力、オリフィス取付台の外径並びにオリフィス取付台及びノズル主要本体の材質で定められていた。ここで、ウォータージェット加工に用いる流体圧力は通常１００ＭＰａから７００ＭＰａと非常に大きいため、ねじ山部材のねじ外径を大きく設計する必要があった。その結果、オリフィスの中心軸から主要本体底面までの距離が大きくなる。
ウォータージェット加工による加工形状の自由度を高くすることができるウォータージェット加工用ノズルおよびウォータージェット加工装置を提供することを本発明の課題とする。

上記課題に鑑みて、本発明のウォータージェット加工用ノズルは、高圧の流体に研磨材を混合して噴出するウォータージェット加工用ノズル（以下、適宜単に「ノズル」という。）であって、一方の端面に設けられた絞りと、他方の端面へ連通された空洞部と、前記空洞部と前記絞りとを連通する貫通流路と、前記空洞部に連通する貫通穴と、を備えるノズル体と、折れ曲げ部を有し前記絞りへ前記流体を供給する高圧流路を備える本体と、前記ノズル体と前記本体とを結合する結合手段と、前記空洞部に挿入される噴出管と、前記噴出管を前記ノズル体に固定する噴出管装着手段と、前記貫通穴に接続され、前記研磨材を前記空洞部へ供給する研磨材供給管と、を備え、環状隆起部と環状隆起部が当接する当接面とのいずれか一方がノズル体の一方の端面に、他方が本体に設けられており、前記環状隆起部は、前記当接面と当接して前記流体を封止し、前記高圧流路は、前記本体に設けられている前記当接面又は前記環状隆起部の内側に開口している。
本発明のノズルは、本体とノズル体が結合手段で結合されるため、流体圧力を受ける結合手段がコンパクトに構成され得る。また、ノズル体は、流体を噴出する噴出口を形成する絞りと、噴出管が嵌合される空洞部とを備えているため、絞りと噴出管を同軸に組立てることができ、絞りから噴出した流体のエネルギーが効率よく研磨材を運搬し、噴出できる。
ノズル体は、上記当接面の内側の面積と流体圧力との積の大きさの力を受ける。結合手段は、この力に抗してノズル体と本体とを結合する。環状隆起部が高圧流路の開口部を囲む当接面と当接して流体を封止するため、流体の圧力が作用する面積を小さくできる。すると、流体の圧力により結合手段に加わる力を小さく抑えることができ、結合手段を小さく形成することができる。この作用により、絞りの中心軸から本体底面までの距離を小さくできる。

本発明のノズルは、好ましくは、前記ノズル体および前記本体の一方は係合部を備え、他方は前記係合部と嵌合する受容部を備え、前記係合部と前記受容部とが嵌合することで前記ノズル体が前記本体に位置決めされる。
上記構成によれば、ノズル体が本体に位置決めされるため、消耗品であるノズル体を交換した際に、ノズル体の位置が再現性良く固定される。コンピュータ制御加工する際に、ノズル位置が正確に再現されるため、ノズル交換後の再教示が不要である。

本発明のノズルは、好ましくは、前記係合部は、本体に設けられた筒状の突起部であり、受容部は、ノズル体の一方の端面に設けられた窪みとして構成される。
本発明のノズルは、本体が突起部を備え、ノズル体の受容部に突起部が受容されて本体が受容部と係合するため、組み立て性が高い。

また、本発明のノズルは、折り曲げ部が鋭角をなすように構成することができる。このように構成すれば、高圧流路の折り曲げ部の下流側の長さを本体幅一杯にまで取ることができるため、絞り上流の高圧流体の流れを整流化できる。そのため、絞りから噴出する噴流の直進性を高めて加工能力を向上できる。また、加工面が平滑になる効果が生ずる。

本発明のノズルは、好ましくは、噴出管が空洞部に嵌合するように挿入され、絞りと、貫通流路と、空洞部と、が同一軸線上に形成されている。
上記構成によれば、絞りから噴出した噴流が、貫通流路、空洞部、噴出管の中心を通過するため、噴流がこれらの壁面の影響を受けにくく、高いエネルギー密度を備えた研磨材を含む噴流を得ることができる。

本発明のノズルは、更に、前記噴出管装着手段は、前記他方の端面側の外周部に配設される雄ねじ部と、前記雄ねじ部に螺入されるナットと、前記ナットの内部に装着された環状の弾性体と、を備え、前記ナットは、前記弾性体の外周部を支持する弾性体支持部を有し、前記ナットを前記雄ねじ部に締め込む締め込み力によって、前記弾性体が前記ナットと前記ノズル体の他方の端面との間で押圧されて当該弾性体の内周部が縮径して前記噴出管の外周部に付勢されることで当該噴出管が固定される、構成をとることができる。
上記構成によれば、噴出管の固定が簡易かつコンパクトにできる。

本発明によれば、ウォータージェット加工による加工形状の自由度を高くすることができる。

本発明の実施形態に係るノズルの縦断面図を示す。 本発明の実施形態に係るノズルの左側面図を示す。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ切断線の断面図を示す。 本発明の実施形態に係るノズルのノズル体の右側面図を示す。 図１に示すＶ−Ｖ切断線の断面図を示す。 本発明の実施形態に係るノズルの使用方法を示す。 本発明の実施形態の変形例１に係るノズルの縦断面図を示す。 本発明の実施形態の変形例２に係るノズルの縦断面図を示す。 本発明の実施形態の変形例２に係るノズルの左側面図を示す。 図９に示すＸ−Ｘ切断線の断面図を示す。

本発明の実施形態に係るウォータージェット加工用ノズルであるノズル１０について、適宜図１から図６を参照しながら詳細に説明する。図面は、構造の特徴を明確にするため、ノズル体１２および環状隆起部３６（図１参照）を拡大して表している。

（構造）
ノズル１０は、図１に示すように、本体１３と、ノズル体１２と、ノズル体１２と本体１３とを結合する結合手段であるボルト１４（図２参照）と、ノズル体１２に装着された噴出管１５と、ノズル体１２に装着され研磨材を供給する研磨材供給管６１と、を備えている。ノズル体１２は、フランジ体２１を備えている。ノズル体１２と本体１３との係合部は、本体１３に設けられた突起部３１である。

図１に示すように、本体１３は、ノズル体１２の受容部２２に挿入する突起部３１と、高圧水発生装置１６である高圧ポンプから送出された高圧流体が流れる高圧流路３２と、結合手段であるボルト１４（図３参照）と係合する雌ねじ部３３（図３参照）と、を有している。本体１３は、オーステナイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、チタン合金その他の耐食性金属で製作できる。

図１及び図３に示すように、突起部３１は、円筒状に本体１３に突設されて一体に成形されている。突起部３１の端面に高圧流路３２の開口３２ｅ（図３参照）が設けられ、さらに、開口３２ｅを囲むように環状隆起部３６が形成されている。突起部３１は、受容部２２に嵌合し、環状隆起部３６が、受容部２２の底面２２ａに設けられた平滑な表面、すなわち当接面２２ｂ（図４参照）に当接する。これにより、ノズル体１２と本体１３は高い組付け精度で固定される。突起部３１が、受容部２２に嵌合しているため、ノズル体１２は、流体圧力の振動により、振動しにくい。ノズル体１２が振動しにくいため、噴流が安定し、ノズル１０を用いて加工した際の加工面が平滑になる。

なお、突起部３１の断面は、円形でなく、例えば方形など異なる断面に形成できる。また、突起部３１に替えて、ノズル体１２に突起部を備え、本体１３に凹部を備え、本体１３の凹部にノズル体１２の突起部を嵌合することができる。

環状隆起部３６は、断面が略台形をなす円環状の突起である。環状隆起部３６の端面は平滑に作成される。環状隆起部３６の断面における先端部分は、丸みを帯びて製作できる。環状隆起部３６が、結合手段であるボルト１４（図３参照）により、受容部２２の当接面２２ｂ（図４参照）に付勢することにより、環状隆起部３６が弾性変形し、環状隆起部３６と受容部２２の当接面２２ｂとの間が封止される。
環状隆起部３６が当接面２２ｂ（図４参照）に当接し、付勢することで弾性変形されてノズル体１２と本体１３との位置関係が定まる。そのため、フランジ体２１と本体１３との間には若干量のすき間δ（図１参照）が設けられる。

環状隆起部３６の断面は略台形を成しているため、流体圧力が作用したときに環状隆起部３６内に生ずる内部応力が均一となる。また、当接面２２ｂとの接触面積が狭くなるため、当接面２２ｂに高い圧力で当接し、高い密封性が得られる。上述のように、環状隆起部３６は、環状隆起部３６に作用する１００ＭＰａないし７００ＭＰａの高い流体圧力に耐え得る剛性と、弾性変形して密封する機能を備える。

環状隆起部３６は、窒化チタン、炭化チタン、ダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と呼ぶ。）その他の耐摩耗性被膜（以下、単に「耐摩耗性被膜」という。）を備えることができる。環状隆起部３６は、ノズル体１２を交換する毎に、弾性変形し、当接面２２ｂと環状隆起部３６との間を封止するところ、環状隆起部３６に耐摩耗性被膜を設けることで、その寿命を伸ばすことができる。

ノズル体１２が流体から受ける力は、流体の圧力と環状隆起部３６が当接する当接面２２ｂの内側の断面積（受圧面積）との積で定まる。このため、環状隆起部３６によって囲まれる面積は、できるだけ小さく製作される。本体１３が環状隆起部３６を備えていることにより、ノズル体１２の接液し、受圧する断面積を最小限度に抑えることができる。

なお、環状隆起部３６は必ずしも円環状でなくてもよく、絞り２３を囲むように形成された隆起部であればよい。

高圧流路３２は、屈曲部（折れ曲げ部）３２ａと、高圧配管に接続され高圧流体を高圧流路３２へ導入する高圧流体導入口３２ｂと、を有し、高圧流体導入口３２ｂから屈曲部３２ａまでの第１の流路３２ｃと、屈曲部３２ａから突起部３１までの第２の流路３２ｄと、で形成されている。

高圧水発生装置１６が発生した超高圧水（高圧流体）は、高圧配管３８（図６参照）を介して高圧流体導入口３２ｂへ供給される。導入口３２ｂは雌ねじ及びテーパ面を備えている。高圧配管３８はナット３７で雌ねじに固定される（図６参照）。高圧流体導入口３２ｂのテーパ面が、高圧配管３８のテーパ面（不図示）と当接し、液封される。

第２の流路３２ｄは本体１３の図１における下面と平行に形成されている。第１の流路３２ｃは、高圧流体導入口３２ｂから屈曲部３２ａに向かって図１の右側（ノズル体１２から離れる方向）へ傾斜して形成されている。第２の流路３２ｄの開口３２ｅは、環状隆起部３６の内側に位置している。第２の流路３２ｄは受容部２２と同軸に設けられている。

屈曲部３２ａは、第１の流路３２ｃを流れる高圧流体を第２の流路３２ｄへ流動方向を鋭角θに変える部位である。屈曲部３２ａの流動方向（進行方向）に対する折り曲げ角は鋭角θを成す。
折り曲げ角を流動方向に対して鋭角θにすることで、第２の流路３２ｄの長さを本体１３の幅一杯に取ることができる。絞り２３から噴出する噴流の流れは乱れずに収束していることが好ましい。この為には、絞り２３上流での流れの乱れが少ないことが必要となる。しかし、上下方向の流れを左右方向に変えて絞りに供給するノズルにおいては、絞り上流に屈曲部３２ａを設ける必要があるため、一般的には整った噴流を得ることは困難である。この点、本実施形態のノズル１０においては、屈曲部３２ａの折り曲げ角を鋭角θにすることで、屈曲部３２ａの下流かつ絞り２３の上流の流路長さ、すなわち第２の流路３２ｄの長さを出来る限り長く取ることができ、その結果、より安定した高圧噴流を得ることができる。

図１及び図４に示すように、第２の流路３２ｄには、整流器３４を配置することが好ましい。整流器３４は、第２の流路３２ｄに垂直に設けられた、整流板３４ａを備えている。整流板３４ａには、流通路となる複数の貫通穴が設けられている。整流器３４の下流長さ（整流器３４から絞り２３までの長さ）は長いことが望ましい。そのため、整流器３４は、整流板３４ａの下流部に中空円筒状の部材３４ｂを設け、整流板３４ａと絞り２３との距離を確保している。整流器３４は、屈曲部３２ａを通過した高圧流体を整流する効果があり、その結果、絞り２３から噴射された高圧流体の収束性が改善される。

図１に示すように、ノズル体１２は、フランジ体２１（図２を併せて参照）と、フランジ体２１の一方の端面側（第２の流路３２ｄの方向）に設けられた受容部２２と、受容部２２の底面２２ａに設けられた絞り２３と、受容部２２の反対側となる他方の端面側（噴出管１５の先端側）へ延びるように突設された雄ねじ部２４と、雄ねじ部２４の端面からフランジ体２１にかけて設けられた空洞部２５と、絞り２３と空洞部２５との間に形成された貫通流路２７と、を備えている。フランジ体２１、及び雄ねじ部２４は一体に形成されている。ノズル体１２は、オーステナイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、チタン合金その他の液体に対して耐食性を備える金属で製作できる。

図１ないし図３に示すように、フランジ体２１は、ノズル体１２の中央に設けられる厚肉のフランジである。フランジ体２１は、ノズル体１２に作用する流体の圧力を受け止め、その圧力に抗してノズル体１２を本体１３へ固定する。ウォータージェット加工に用いられる流体圧力は１００ＭＰａないし７００ＭＰａと非常に高いため、フランジ体２１に作用する力が大きい。フランジ体２１は、この力を受け止めるため、図１の左右方向に厚みをもち、それにより高い剛性を備えている。本実施例では、フランジ体２１が図１上の上下方向に狭い幅で製作されているため、フランジ体２１は略直方体（図２参照）をなす。フランジ体２１は、結合手段であるボルト１４（図３参照）により、本体１３に結合される。

図３に示すように、段付き穴２１ｃ，２１ｃは、中央部に配設された受容部２２及び空洞部２５を挟むように、フランジ体２１の両端付近に形成されている。

受容部２２は、突起部３１を受容して位置決めするための窪みである。本体１３の突起部３１は、受容部２２に嵌合し、挿入される。

図４に示すように、受容部２２の底面２２ａは環状隆起部３６（図１参照）との当接面２２ｂが設けられている。当接面２２ｂは平面であり、平滑な表面をもつ。当接面２２ｂは平滑な表面を備えるため、環状隆起部３６と当接し、環状隆起部３６との間を密封することができる。当接面２２ｂは、耐摩耗性被膜を備えることができる。当接面２２ｂは、環状隆起部３６と硬度を変えて仕上げる事ができる。
なお、当接面２２ｂは、環状隆起部３６との間を密封することができればよく、平面に替えて、曲面とすることができる。

図１に示すように、逃がし穴２６は、ノズル体１２の底面から受容部２２に貫通するように、設けられている。逃がし穴２６は、環状隆起部３６または当接面２２ｂが摩耗して、流体が環状隆起部３６と当接面２２ｂ（図４参照）との液封を破って漏出した場合に、漏出した高圧の流体をノズル体１２の外部へ逃がす役割を持つ。

図１及び図４に示すように、絞り２３は、絞り部材２３ａに設けられており、高圧流路３２から供給された高圧流体の噴出口となる。絞り部材２３ａは、円柱状をなし、ダイヤモンド、コランダムその他の無機物結晶で形成される。絞り２３はその中心軸が絞り部材２３ａの中心軸上に設けられている。絞り２３の直径は、０．０５〜０．５ｍｍである。絞り部材２３ａは、圧入、接着又は焼結により、ノズル体１２と一体として固定されている。絞り部材２３ａは、ノズル体１２と一体的に成形されることで、絞り２３の中心軸が受容部２２と精密に同軸に位置づけられる。絞り２３が消耗したときは、絞り部材２３ａはノズル体１２と一体として交換される。

貫通流路２７は、絞り２３から空洞部２５へ連通するように、突起部３１と同軸に形成されている。貫通流路２７は、絞り２３から空洞部２５に向かうにつれて、断面が徐々に拡大している。絞り２３から噴出した高圧噴流は、貫通流路２７を通って空洞部２５に入り、空洞部２５内の混合器７１に供給された研磨材と混合し、研磨材を伴って噴出管１５から噴出する。

空洞部２５は、円筒状の空間である。空洞部２５には、貫通穴２８と貫通流路２７が開口している。空洞部２５は、突起部３１と同軸上に形成されている。空洞部２５は、混合器７１及び噴出管１５を納める空間となる。貫通穴２８は、フランジ体２１外面から空洞部２５内面までを貫通する。貫通穴２８には、後述する研磨材供給管６１が設けられる。研磨材は、貫通穴２８を通って空洞部２５に設置された混合器７１に供給される。

混合器７１は、内部に段付き穴を持つ中空円筒状をなす。段付き穴の大径部の側面には、貫通穴２８と一致する箇所に研磨材供給口７１ａが形成される。研磨材供給口７１ａの外面は切欠きを備え、切欠きと後述するアダプタ６２とを接触させることで混合器７１の円周方向の組付け角度が定められる。段付き穴の細径部は絞り２３から噴出した噴流を通し、大径部は、研磨材供給装置１７から供給された研磨材を絞り２３から噴出した噴流と混合し、噴出管１５へ送り出す混合室となる。混合器７１は、超鋼金属等の耐摩耗性材料で製作される。

なお、混合器７１の設置に替えて、空洞部２５の内面に耐摩耗性被膜を設けることができる。この場合には、空洞部２５の先端側に噴出管１５を位置決めする段差を設けることが望ましい。

雄ねじ部２４は、フランジ体２１を挟んで受容部２２の反対側となる他方の端面側に、受容部２２と同軸上に突設されている。雄ねじ部２４の外周円筒面に、雄ねじが設けられている。雄ねじ部２４の内周端面には、大きく面取りが設けられている。

噴出管１５は、図１及び図３に示すように、空洞部２５に嵌合して挿入されている。噴出管１５は、噴出管装着手段１８によってノズル体１２の雄ねじ部２４に固定されている。噴出管装着手段１８は、雄ねじ部２４に螺入されるナット４１と、ナット４１の内部に装着された環状の弾性体４２と、を備えている。
ナット４１は、雄ねじ部２４に螺入される大径の雌ねじ部４１ａと、噴出管１５が挿通される小径の貫通穴４１ｂと、貫通穴４１ｂが形成された底部４１ｃと、底部４１ｃの内側底面に形成された弾性体支持部４１ｄである傾斜した面取りと、を備えている。ナット４１は、断面が略コの字形状をなした有底筒型形状からなる部材である。

弾性体４２は、内周部が噴出管１５に当接している。弾性体４２の外周部は、ナット４１を締めて取り付けられた状態では、断面視で三角形をなしている。
弾性体４２は、天然ゴム、又はＮＢＲ，ＥＰＤＭその他の合成ゴムで作成された円形断面をなしたＯリングを利用できる。また、弾性体４２は、ＰＥ、ＰＰ、ＰＴＦＥその他のプラスチックスで作成された断面三角形の円形リングを利用できる。これらのリングは一部で切断されていても良い。噴出管１５を混合器７１に当接するように空洞部２５に挿入してから、ナット４１を雄ねじ部２４に締めこむと弾性体４２が変形し、噴出管１５に付勢するため、噴出管１５は空洞部２５に固定される。

ナット４１の内側底面は、弾性体４２の断面形状に適合する傾斜した面取り４１ｄが設けられている。雄ねじ部２４の内周端面には、弾性体４２の断面形状に適合する傾斜した面取り２４ａが設けられている。面取りの角度は、弾性体４２の材質、寸法により適宜設計される。
ナット４１の内側底面の面取り４１ｄと雄ねじ部２４の内周端面の面取り２４ａとの間に、弾性体４２が挟まれている。噴出管１５は、雄ねじ部２４側から挿入され、ナット４１を雄ねじ部２４に締めこんで噴出管１５をノズル体１２に固定する。

具体的には、ナット４１を雄ねじ部２４に締め込む締め込み力によって、弾性体４２がナット４１と雄ねじ部２４の内周端面との間で押圧されて弾性体４２の内周部が縮径して噴出管１５の外周部に付勢されることで噴出管１５がノズル体１２に固定されるようになっている。

なお、噴出管装着手段１８は、上述の構成に替えて、噴出管１５の外周面に突起を設け、この突起をナット４１及び雄ねじ部２４との間に挟持して噴出管１５をノズル体１２に固定できる。また、ナット４１と噴出管１５を一体に製作するか、ナット４１と噴出管１５を接着、圧入、ろう付けにより固定しても良い。弾性体４２に替えて、コレットを利用できる。コレットを用いる場合、コレットと同一のテーパを雄ねじ部２４内面に設ける。これらの場合においては、ナット４１を雄ねじ部２４に締めこむことにより、噴出管１５がノズル体１２に固定される。

図３に示すように、結合手段であるボルト１４は、ノズル体１２から段付き穴２１ｃ内に挿入され、フランジ体２１を、ねじ穴３３を介して結合する。ボルト１４の頭部は段付き穴２１ｃ内に収容されている。図２における横方向に、噴出管１５の両側に配置したボルト１４を用いて、フランジ体２１を介してノズル体１２を本体１３に固定することで、ボルト１４の軸径を細くすることができる。ボルト１４の軸径が小さくなるため、噴出管１５の中心から図面下側の端面までの距離Ｌ（図１参照）を非常に小さく構成することができる。

なお、ボルト１４を２本設けることに替えて、ボルト１４を４本以上設けることができる。結合手段としてはボルト１４に替えてクランプを利用できる。また、ねじ穴３３をノズル体１２に設け、ボルト１４を本体１３から挿入して固定しても良い。この他、ボルト及びナットによりフランジ体２１と本体１３とを結合することができる。

図１に示すように、研磨材供給管６１は、貫通穴２８に設けられたアダプタ６２に固定され、研磨材供給装置１７と空洞部２５とを接続する。研磨材は、研磨材供給管６１及びアダプタ６２を流れる。研磨材供給管６１は、ポリウレタンチューブその他の耐摩耗性材料で製作できる。アダプタ６２は、超鋼金属、工具鋼等の耐摩耗性の高い素材で製作される。また、アダプタ６２の内面に耐摩耗性被膜を形成することもできる。

噴出管１５は、中空円筒状の管である。空洞部２５に挿入され、弾性体４２を介してナット４１を締めることによってノズル体１２に固定される。噴出管１５は、研磨材と流体が混合した混相流を通過させ、流体を整える役割をもつ。噴出管１５は超鋼金属、工具鋼等の耐摩耗性の高い素材で製作できる。噴出管１５の内外径は高い同軸度で成形されている。

（使用方法）
図６を参照して、ノズル１０の使用方法を説明する。ノズル１０は、ブラケット３５を介して、ノズル移動装置である多関節ロボット（不図示）のフランジ面に固定される。研磨材供給管６１は、研磨材供給装置１７と接続され、多関節ロボットの基台からロボットアームに沿ってノズル１０まで設けられている。高圧配管３８は、多関節ロボットの基台からロボットアームに沿って配管され、ノズル１０の本体１３へ接続されている。被加工物Ｗは断面略Ｕ字状の溝Ｄを備えている。高圧流体としては、超高圧に加圧された水（高圧水）が利用される。研磨材としては、ガーネット砥粒が利用できる。ノズル１０は、多関節ロボットにより、溝Ｄ内に溝底付近まで挿入される。高圧水発生装置１６から供給された高圧水は、研磨材供給装置１７から研磨材供給管６１を通って供給されたガーネット砥粒と混合し、噴出管１５から噴出する。ガーネット砥粒を含む高速の噴流Ｊは、被加工物Ｗを貫通する。多関節ロボットによりノズル１０が溝Ｄ内を移動すると、ノズル１０の軌跡に沿って、被加工物Ｗが加工される。

なお、高圧水の圧力、研磨材の供給量、ノズル１０の移動速度、噴出管１５の内径等を適宜変更することで、溝加工等の種々の加工をすることができる。また、ノズル移動装置としては、多関節ロボットに替えて、ＸＹＺ軸を有する直交軸ロボットを利用できる。

ノズル１０は、上記構成により、噴流中心から本体の底面（図６における下方端）までの距離Ｌを非常に小さく製作できる。このため、溝Ｄの底面から加工部位までの距離Ｌ２を従来技術に比較して小さくできる。

（作用効果）
図１に示すように、本実施形態のノズル１０は、高圧の流体に研磨材を混合して噴出するウォータージェット加工用ノズルであって、一方の端面に設けられた絞り２３と、他方の端面へ連通された空洞部２５と、空洞部２５に収容された混合器７１と、混合器７１と絞り２３とを連通する貫通流路２７と、空洞部２５に連通する貫通穴２８と、を備えるノズル体１２と、折れ曲げ部３２ａを有し絞り２３へ流体を供給する高圧流路３２を備える本体１３と、ノズル体１２と本体１３とを結合する結合手段１４と、空洞部２５に挿入される噴出管１５と、噴出管１５をノズル体１２に固定する噴出管装着手段１８と、貫通穴２８に接続され、研磨材を空洞部２５へ供給する研磨材供給管６１と、を備えている。環状隆起部３６と環状隆起部３６が当接する当接面２２ｂ（図４参照）とのいずれか一方がノズル体１２の一方の端面に、他方が本体１３に設けられており、環状隆起部３６は、当接面２２ｂと当接して流体を封止し、高圧流路３２は、本体１３に設けられている当接面２２ｂ又は環状隆起部３６の内側に開口している。

上記のように構成したノズル１０は、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、ノズル１０は、ノズル体１２がフランジ体２１を備え、本体１３とノズル体１２がフランジ体２１を介してボルト１４で結合されるため、流体圧力を受けるボルト１４がコンパクトに構成され得る。また、ノズル体１２は、流体を噴出する噴出口を形成する絞り２３と、噴出管１５が嵌合される空洞部２５とを備えているため、絞り２３と噴出管１５を同軸に組立てることができ、絞り２３から噴出した流体のエネルギーが効率よく研磨材を運搬し、噴出できる。
ノズル体１２は、当接面２２ｂの内側の面積と流体圧力との積の大きさの力を受ける。ボルト１４は、この力に抗してノズル体１２と本体１３とを結合する。環状隆起部３６が絞り２３を囲む当接面２２ｂと当接して流体を封止するため、流体の圧力がノズル体１２に作用する面積を小さくできる。すると、流体の圧力によりボルト１４に加わる力を小さく抑えることができ、ボルト１４を小さく形成することができる。この作用により、絞り２３の中心軸から本体１３の底面までの距離Ｌ（図６参照）を小さくできる。

ノズル１０は、フランジ体２１と本体１３のいずれか一方は係合部である突起部３１を備え、他方は係合部と嵌合する受容部２２を備え、突起部３１と受容部２２とが嵌合することでノズル体１２が本体１３に位置決めされる。
上記構成によれば、ノズル体１２が本体１３に位置決めされるため、消耗品であるノズル体１２を交換した際に、ノズル体１２の位置が再現性良く固定される。多関節ロボット（不図示）を使用してコンピュータ制御加工する際に、本体１３に対してノズル体１２の位置が正確に再現されるため、ノズル交換後におけるコンピュータプログラミングの再教示が不要である。

ノズル１０の係合部は、本体１３に設けられた筒状の突起部３１であり、前記受容部２２は、ノズル体１２の一方面に設けられた窪みとして構成される。
本体１３が突起部３１を備え、ノズル体１２の受容部２２に突起部３１が受容されて本体１３が受容部２２と係合するため、ノズル１０の組み立て性が高い。

ノズル１０は、折り曲げ部３２ａが鋭角θをなすように構成することができる。このように構成すれば、高圧流路３２の折り曲げ部３２ａの下流側である第２の流路３２ｄの長さを本体１３の幅一杯にまで取ることができるため、絞り２３の上流側の高圧流体の流れを整流化できる。そのため、絞り２３から噴出する噴流の直進性を高めて加工能力を向上できる。また、噴流の直進性を高めることで、噴流による加工面が平滑になる効果が生ずる。

ノズル体１２は、絞り２３から噴出した噴流が通過する、絞り２３と空洞部２５とを連通する貫通流路２７を更に備え、噴出管１５が空洞部２５に嵌合するように挿入され、絞り２３と、貫通流路２７と、空洞部２５と、が同一軸線上に形成されている。
上記構成によれば、絞り２３から噴出した噴流が、貫通流路２７、空洞部２５、噴出管１５の中心を通過するため、噴流がこれらの壁面の影響を受けにくく、高いエネルギー密度を備えた研磨材を含む噴流を得ることができる。

噴出管装着手段１８は、内部に環状の弾性体４２を有するナット４１を備え、ノズル体１２は、フランジ体２１の他方側に、空洞部２５を取り囲むように突設される雄ねじ部２４を備え、ナット４１を雄ねじ部２４に締めこむときに、弾性体４２が噴出管１５と当接し、噴出管１５に付勢することで噴出管１５が固定される、構成をとることができる。
上記構成によれば、噴出管１５を簡易かつコンパクトに固定できる。

ノズル１０は、封止部である環状隆起部３６及び当接面２２ｂが受容部２２内部に設けられるため、封止部に噴射した研磨材や加工くずのような異物が混入しにくい。このため、封止部が損傷しにくい。また、封止部から高圧の流体が漏出した場合には、漏出した流体が逃がし穴２６から排出されるため、高圧水が不用意に予期しない方向へ飛び散ることを防止できる。

ノズル１０は、整流器３４を第２の流路３２ｄ内に備えている。このため、折れ曲げ部３２ａを通過して乱れた、絞り２３の上流側の高圧流体の流れが整流化される。絞り２３から乱れの少ない噴流が噴出管１５の中心を貫通するように噴出し、噴出管１５から噴出する研磨材を伴う噴流が高いエネルギー密度を備える。

（変形例１）
図７に、上記実施形態の変形例１のノズル８０を示す。上記実施形態のノズル１０と同一の部材については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本体８１は、底部が細くなっており、本体８１の上方に高圧流体導入口３２ｂが設けられている。第１の流路８２ｃは、高圧流体導入口３２ｂから図面上の下方向へ本体８１の下端付近まで伸びている。第１の流路８２ｃの下端に屈曲部８２ａが設けられ、第２の流路８２ｄは図面上の左上方向に延びている。突起部３１は、第２の流路８２ｄと同軸に本体８１に設けられ、ノズル体１２の受容部２２に受容される。ノズル体１２は第２の流路８２ｄと同軸に斜め上方向に傾いて設けられている。ノズル体１２に設けられたアダプタ８３は、屈曲し、研磨材供給管６１を上向きに本体８１に沿って固定している。

ノズル８０によれば、断面溝型の被加工物の溝部に、ノズル８０を挿入し、溝部の奥から斜め上方向への加工が可能になる。本体８１の底部が細くなっているため、より狭い場所へノズル８０を挿入することができる。

（変形例２）
図８ないし図１０を参照して、変形例２のノズル９０を説明する。上記実施形態のノズル１０と同一の部材については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。図１０に示すように、雌ねじ部３３は、フランジ体９７に設けられている。ボルト１４は、本体９１側から挿入され、ノズル体９５の雌ねじ部３３に係合し、本体９１とノズル体９５をねじ締結する。本体９１は、穴９４を備える。穴９４は、図８に示すように、ノズル体９５側（左側面）から見て第２の流路３２ｄの両側で、かつ、本体９１に設けられた段付き穴９８（図１０参照）の外側に設けられている。図１０に示すように、係合部であるピン９２、９３は、穴９４に嵌合して挿入されている。ピン９２は、円柱状のいわゆる丸ピンである。ピン９３は、円柱状のピンの、外周面を４方向から一部削り取られている、断面が略菱形のいわゆるダイヤピンである。ノズル体９５のフランジ体９７は、受容部である穴９６を備える。穴９６は、係合部であるピン９２、９３と嵌合する。ノズル体９５は、ピン９２、９３が穴９６と嵌合し、フランジ体９７の一方の端面側に設けられた環状隆起部３６が本体９１の表面に当接することで、位置決めされて固定される。本体９１の環状隆起部３６が当接する面は平滑に仕上げられており、この面が当接面２２ｂ（図８参照）となっている。
本変形例では、本体９１に設けられているピン９２、９３がそれぞれ、フランジ体９７の穴９６に嵌合するため、ノズル体９５が正確に位置決めされ、かつ、丸ピンとダイヤピンを組み合わせているため抜差しが容易に構成される。

ノズル９０によれば、当接面２２ｂ（図８参照）が本体９１の表面に完全に露出しているため、平面度の高い当接面２２ｂを得ることができる。例えば、当接面２２ｂを平面研磨して製作することができる。当接面２２ｂの平面度が向上した場合には、当接面２２ｂと環状隆起部３６が均等に接触できるため、当接面２２ｂの寿命が向上する。また、当接面２２ｂに耐摩耗性被膜を施した場合にも、平滑な膜厚の被膜を得ることが容易である。さらに本体９１の形状が単純になるため、製作コストを下げることができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、係合部および受容部はノズル体を本体に対して位置決めできればよく、自由に変形できる。

１０ ノズル
１２ ノズル体
１３ 本体
１４ ボルト（結合手段）
１５ 噴出管
１８ 噴出管装着手段
２１ フランジ体
２１ｃ 段付き穴
２２ 受容部
２２ｂ 当接面
２３ 絞り
２４ 雄ねじ部
２５ 空洞部
２６ 逃がし穴
２７ 貫通流路
２８ 貫通穴
３１ 突起部（係合部）
３２ 高圧流路
３２ａ 屈曲部（折れ曲げ部、高圧流路）
３２ｂ 高圧流体導入口（高圧流路）
３２ｃ 第１の流路（高圧流路）
３２ｄ 第２の流路（高圧流路）
３３ 雌ねじ部
３４ 整流器
３６ 環状隆起部
４１ ナット
４１ｄ 弾性体支持部
４２ 弾性体
６１ 研磨材供給管
６２ アダプタ
７１ 混合器

Claims (7)

1. 高圧の流体に研磨材を混合して噴出するウォータージェット加工用ノズルであって、
   一方の端面に設けられた絞りと、他方の端面へ連通された空洞部と、前記空洞部と前記絞りとを連通する貫通流路と、前記空洞部に連通する貫通穴と、を備えるノズル体と、
   折れ曲げ部を有し前記絞りへ前記流体を供給する高圧流路を備える本体と、
   前記ノズル体と前記本体とを結合する結合手段と、
   前記空洞部に挿入される噴出管と、
   前記噴出管を前記ノズル体に固定する噴出管装着手段と、
   前記貫通穴に接続され、前記研磨材を前記空洞部へ供給する研磨材供給管と、を備え、
   環状隆起部と前記環状隆起部が当接する当接面とのいずれか一方が前記ノズル体の前記一方の端面に、他方が前記本体に設けられており、
   前記環状隆起部は、前記当接面と当接して前記流体を封止し、前記高圧流路は、前記本体に設けられている前記当接面又は前記環状隆起部の内側に開口していることを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
2. 請求項１に記載のウォータージェット加工用ノズルであって、
   前記ノズル体および前記本体の一方は係合部を備え、他方は前記係合部と嵌合する受容部を備え、前記係合部と前記受容部とが嵌合することで前記ノズル体が前記本体に位置決めされることを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
3. 請求項２に記載のウォータージェット加工用ノズルであって、
   前記係合部は、前記本体に設けられた筒状の突起部であり、
   前記受容部は、前記ノズル体の前記一方の端面に設けられた窪みであることを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のウォータージェット加工用ノズルであって、
   前記高圧流路は前記流体が供給される第１の流路と、前記第１の流路に連通し前記絞りと同軸に配設された第２の流路と、を有し、
   前記折れ曲げ部は、前記第１の流路と前記第２の流路の間に配設され、前記第１の流路の軸線と前記第２の流路の軸線が鋭角をなすことを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
5. 請求項３に記載のウォータージェット加工用ノズルであって、
   前記噴出管が前記空洞部に嵌合するように挿入され、
   前記突起部と、前記絞りと、前記貫通流路と、前記空洞部と、が同一軸線上に形成されていることを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウォータージェット加工用ノズルであって、
   前記噴出管装着手段は、前記他方の端面側の外周部に配設される雄ねじ部と、
   前記雄ねじ部に螺入されるナットと、
   前記ナットの内部に装着された環状の弾性体と、を備え、
   前記ナットは、前記弾性体の外周部を支持する弾性体支持部を有し、
   前記ナットを前記雄ねじ部に締め込む締め込み力によって、前記弾性体が前記ナットと前記ノズル体の他方の端面との間で押圧されて当該弾性体の内周部が縮径して前記噴出管の外周部に付勢されることで当該噴出管が固定されることを特徴とするウォータージェット加工用ノズル。
7. ウォータージェット加工装置であって、
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のウォータージェット加工用ノズルと、
   前記ウォータージェット加工用ノズルが配設され、前記ウォータージェット加工用ノズルを被加工物に対して相対的に移動させるノズル移動装置と、
   前記高圧流路に接続され、前記高圧流路へ前記流体を供給する高圧流体発生装置と、
   前記研磨材供給管に接続され、前記空洞部へ前記研磨材を供給する研磨材供給装置と、を備えることを特徴とするウォータージェット加工装置。

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