JPH01135477A - 液体／研摩材ジエツト切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ウォータジェット切削装置に関するものであ
り１％に、改良液体／研摩材ジェット切削装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

ウォータジェット切削装置においては、長年の間非常に
高圧のウオータジエツ）　（２００Ｍ　Ｐ　ａ以上）が
様々な比較的柔らかい材料を細く刻むのに用いられてき
た。さらに最近では、ざくろ石または鉄のと粒などの固
体粒子がウォータジェット切削装置とともに用いられて
きた。したがって。

現在用いられている研摩材ジェット切削装置がガラス、
ハニカム、積層材料、コンクリート、硬岩および鋼に高
品質の切れ目を作ることができる。

最新型または従来の研摩材ジェット装置は、非常に小さ
な高速度ジェットが固体を研摩材ジェットのノズルに引
き込むためにジェットポンプとして用いられている純ウ
ォータジェット装置を改作したものである。水と固体は
、ノズル中で混合され、そこで固体粒子が付勢される。

最新型または従来の研摩材ジェット装置の主な欠点は１
次のものである。

Ｌ　装置価格　　構成要素には、圧力補償付油圧ポンプ
、高圧増圧器と蓄圧器、油と水のタンク。

固体ホッパ、高圧水配管と管継手、ならびにノズルまた
は切削ヘッドがあり、これらはかなりの費用を構成する
。

ａ　高動力要求　　代表的な装置が数分の一キロワット
の固体エネルギー束または実効動力出力を作るのに７０
にＷ（９１１馬力）程度のかなシの動力入力を必要とす
る。したがって、最新の研摩材ジェット装置は効率が異
常に低く、かつ重くて大きい。

３、低い信頓性と安全性　　所望の切削速度でのノズル
の寿命がよくてもほんの数時間であることがわかった、
したがって、中断のない単一シフト動作が一般に不可能
である。安全性に関しては。

これは明らかに１作業者がｌｌｏＯＭＰａｉでの圧力を
含んでいてもよい水配管にごく近接しているとき解決さ
れなければならない問題である。

これら三つの主な欠点によシ、研摩材ジェット装置の適
用性は、他の既知の方法のどれもが所望の品質の切れ目
を作ることができきい特別の製造過程に限定されている
。なお１機械的切シ刃の価格が高すぎるために研摩材ジ
ェット装量の方がすぐれている適用面およびトーチや高
価なレーザ装置を用いる場合のように、材料の劣化が切
削過程中に起る適用面がいくつかある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前述の欠点によって制限されない改良
液体／研摩材ジェット切削装置を提供することである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の目的は、具体的には、液体供給源を備えた第１
の手段と、切削ジェットノズルと、前記液体供給源と前
記ノズルとの両方と流体で通じて（ａ）前記液体供給源
の液体を加圧し、（ｂ）そのような加圧液体を前記ノズ
ルにポンプで送る第２の手段と、スラリ供給源を備えた
第うの手段とを具備し。

前記第２の手段が（ｃ）前記スラリ供給源のスラリを加
圧し、（ｄ）そのような加圧スラリを前記ノズルにポン
プで送る手段を備えている液体／研摩材ジェット切削装
置を提供することである。

〔実施例〕

各図に示したように、装置１０は、水を水ポンプｉｌｌ
へ供給する水槽１２を備え、水ポンプ１ヰは、供給され
た水を加圧して水を蓄圧器１６に導く。蓄圧器はその中
に水を集め、そこから導き出すのに用いられる。

流体管路１ｇおよび２０は加圧水をノズル２２へ運ぶ。

加圧水供給量の幾分かが、管路１ｇと通じている流体管
路２４を介してスラリタンク２６へ分流される。スラリ
タンク２６の中に密封状態で配設されたピストン２８が
スラリタンクを室２６ａと２６ｂに分割している。ざく
ろ石粒子と水からなる研摩材スラリか室２６ｂ内に閉じ
込められ１粒子を懸濁状態に保つために、翼付攪拌機５
０によって攪拌される。

室２６ａの中への水の吐出し量を制御し、それによって
室２６ｂから（ピストン２ｇの変位に応じて）ノズル２
２へのスラリの排出を制御するために針制御弁５２が管
路２４に挿入される。流体管路３１４’が室２６ｂをノ
ズル２２と連通させている。

ノズル２２には、この実施例では、６鵡の寸法である第
１の直径の中央の側長いチャンネル３１＋がある。チャ
ンネル５Ｉ＋は、その出口端で小さくなって、第２のか
なり小さい直径のジェット形成オリフィス５６になる。

後者のオリフィス３６は。

寸法が約１＋■のものである。

ノズル２２はさらに、中央テヤンネｊＬ５１１を囲む環
状の細長い導管５８を中に形成されている。

導管５８はまた。その出口端においてオリフィス３６の
直径よりわずかに大きい直径（約１％ｍ）のジェット形
成オリフィス４０として終っている。

オリフィスｌＩＯは、環状導管５ｇとオリフィスｌ！０
の間を橋絡する先細１円錐形室１１２から形成されてい
る。

ノズル２２は、水および高密度スラリを下線チャンネル
３４および同様の子細導管３８の中で予備加速を行う。

そのあと、二つの流れは１円錐形室１＋２で合流して一
緒に速度を増してノズル出口オリフィスｌＩＯに至る。

予備的または第１段階の加速の目的は、最終出口直径よ
りわずかに小さい出口直径の高密度スラリを作ることで
ある。これが達成できるのは、高密度スラリの体積流量
〔この実施例では約Ｌ　Ｈ７ｍ／５ｅａ（６，ｌｌｌｆ
ｔ、／５ｅａ）おヨヒｌ　ｌ１９１　／ｒｔｉｙｒ　（
ｃ，６６Ｆｐｍ）］が純水の流量〔約＆　ｎ　Ｏｍ　／
　ｓｅａ　（２１ｆｔ、／５ｅａ）および１０．７５ｉ
／ｍ１ｔｔ（乙ａ　ｑ　Ｊ’ｐｍ）］　　よシずつと小
さいからである。とにかく、それは１周囲に環状の水流
場がある中央のスラリ給送を生ずる。

二つの流れの加速が室＋４２の中のノズル出口オリフィ
ス４０に至る細まり流れ場において起る。

ポテンシャルエネルギーの最後の転換はこ＼で起り、そ
れは純水ノズルと実質的に同じ位有効である。これに関
連して、第２段階ノズルにおける粒子加速の主な機構は
、液体こう配であるということを付言しておく。したが
って、ノズル２２の第２の段階、すなわち、オリフィス
４０．は１図示のように短かくてもよく、希薄な分布の
固体粒子の比較的小数のものしか出口ノズルの壁との高
エネルギー衝突に関連しないであろう。

上述のノズルの特徴は、最新型のノズルでは達成できな
い。第１に、従来のノズルでは、固体粒子の加速は１本
質的にすべての超高圧水エネルギーが浪費される実質的
に一定圧力の場で起るので。

固体粒子の加速の生ずる効率は非常に悪い。第２には、
Ｒ新型のノズルは、直径が０．０６６　（ｃ，０２Ｊ１
ｎ）の程度のものである。したがって、環状ウォータジ
ェット内の固体の中央送＠Ｊ１４．０．０３　ｍ（Ｑ、
０Ｏ１２ｉｎ）の程度の厚さをもった環状ジェットを含
むであろう。明らかに、そのような環状ジェットを生ず
るノズルを商業的に製作することはできない。

本願に提示された装置１０およびノズル２２の設計概念
は、研摩材ジェット切削技術についての文献の最近の調
査に引き続いて行った計算から生じている。現在は、そ
れは、計算にだけに基づいているが、これらは、装置効
率を現在の技術水準より数桁大きなものにすることを示
している。したがって１例えば、第１図および第２図に
提示されたデータから。

ポンプ圧力　　Ｐ　Ｔ　＝１６　Ｍ　Ｐ　ａ　（２う２
２ｐｓｉ）ポンプ流量　　Ｑ−１５，９！Δ動（５，６
８１Ｆｐｍ）ポンプ動力出力　　Ｐ。−５，７ＫＩＩＩ
（ｌｉ、９７馬力）固体動力Ｐ８−０．２５にＷ（ｃ，
ｉ馬力）このデータは、同様の固体動力出力の最新型の
装置の ＰＴ＝２１１１ＭＰａ（３５，０ＯＯｐｓｉ）Ｑ　−１
２，５７／ｍｍ（３，５ｊｐｍ）Ｐｏ＝５０．２に’１
（６７，５馬力）と比較する必要がある。最新型装置の
油圧効力入力は新規な装置概念のものの１３．６倍であ
る。

本発明は、想像通り、（ａ）きびしいノズル摩損問題お
よび（ｂ）未解決の装置インタフェースと制御の間顕を
もっていたので１文献で「間接ポンピング」装置と呼ば
れていたものの特別の変形である。

本発明は、それらの間助をもっていない。普通の型式の
主水ポンプ１４は、高密度スラリを加圧して出口ノズル
３６および１１０へポンプで運ぶのに用いられる。

純水と高密度スラリは単純なピストン２ｇで分離される
。

高密度スラリ流れ、したがって純固体流れは。

水−スラリ−タンク２６の純水側で一つの普通の可変オ
リフィス制御装置（例えば、針弁５２）によって任意の
所望の速度に精確に制御される。

前述の特徴を組合せることによって、出口ノズルのオリ
フィスＩｌＯを通る単位面積の純水の流量が一定である
装置１０ができる。したがって、弁３２は、固体の流量
をゼロからある装置の最大像までノズル２２を通る定ノ
ズル出口速度で制御する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の好ましい実症例による新規な装置の
略図であり。 第２図は、第１図のノズルの部分断面図であシ。 下側出口部分を非常に拡大して（約８倍）示している。 （Ｑ、３４）ＩＰ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体源と、ジェット切削ノズルと、前記液体源およ
   び前記ノズルの両方と流体で連絡して（ａ）液体を加圧
   し、（ｂ）加圧液体を前記ノズルへポンピングする手段
   と、スラリ源とを備え、前記液体加圧およびポンピング
   手段が（ｃ）スラリを加圧し、（ｄ）加圧スラリを前記
   ノズルへポンピングする手段を備え、前記スラリ源がた
   めを備えさらに、前記ためを１対の室に密封状態で分割
   する手段を含み、前記分割手段が前記ため内に可動に配
   設されて前記室の体積を変える壁を備え、前記液体加圧
   ポンピング手段が加圧液体を前記１対の室の一方へ導い
   て、その結果として、前記ため内で前記壁を動かして、
   その結果前記１対の室の他方の室の体積の減少を同時に
   生じさせることを特徴とする液体／研摩材ジェット切削
   装置。 ２、前記加圧液体を導く手段に挿入されて前記加圧液体
   の前記一方の室への流れを選択的に制御する手段をさら
   に含む特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記液体源が液体の容器を備え、前記液体加圧ポン
   ピング手段が（ａ）液体を加圧するポンプと、（ｂ）ポ
   ンプ加圧液体を蓄積する蓄圧器と、（ｃ）前記容器を前
   記ポンプと連通させ、前記ポンプを前記蓄圧器と連通さ
   せ、前記蓄圧器を前記ノズルと連通させる流体管路を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ４、前記液体源が液体の容器を備え、前記液体加圧ポン
   ピング手段が（ａ）液体を加圧するポンプと、（ｂ）ポ
   ンプ加圧液体を蓄積する蓄圧器と、（ｃ）前記容器を前
   記ポンプと連通させ、前記ポンプを前記蓄圧器と連通さ
   せ、前記蓄圧器を前記ノズルと連通させる流体管路を備
   え、前記流れ制御手段が前記管路の一つに挿入されて動
   作する弁を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の装置。 ５、前記他方の室内にあつて中の内容物を攪拌する手段
   をさらに含む特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６、前記他方の室が前記スラリ源からくるスラリを中に
   閉じ込める手段を備え、前記加圧液体を導く手段が前記
   液体加圧ポンピング手段を前記他方の室と連通させる流
   体管路を備え、前記流体管路に挿入され、前記加圧液体
   の前記一方の室への流れを選択的に制御する手段をさら
   に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   装置。 ７、前記他方の室が前記スラリ源からくるスラリを中に
   閉じ込める手段を備え、前記加圧液体を導く手段が前記
   液体加圧ポンピング手段を前記一方の室と連通させる第
   １の流体管路を備え、前記液体加圧ポンピング手段が前
   記他方の室を前記ノズルと連通させ、スラリを導く第２
   の流体管路をさらに備え、前記二つの液体管路の一方に
   挿入され、前記他方の室から前記第２の流体管路を通る
   スラリの流れを選択的に制御する手段をさらに含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ８、前記ノズルが第１の直径の中央の細長いチャンネル
   を中に形成され、前記チャンネルは前記ノズルの出口端
   で前記第１の直径よりかなり小さい第２の直径の所定の
   ジェット形成オリフィスの形に減少しており、前記ノズ
   ルは、さらに、前記中央チャンネルに外接する環状の細
   長い導管を中に形成され、前記第２の流体管路が前記中
   央チャンネルと流体で連通しており、前記液体加圧ポン
   ピング手段がさらにそれを前記環状導管に連通させる手
   段を備えていること、を特徴とする特許請求の範囲第７
   項に記載の装置。 ９、前記環状導管が（ａ）所定の最大断面積を有し、（
   ｂ）それの出口端に向かつて減少してもう一つの最小断
   面積にな、（ｃ）前記環状導管の前記出口端でもう一つ
   のジェット形成オリフィスになつて終つていることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０、前記所定のオリフィスともう一つのオリフィスが
   異なる直径のものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第９項に記載の装置。 １１、前記所定のオリフィスが前記もう一つのオリフィ
   スの直径より小さい直径のものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １２、前記環状導管が細まり円錐形室に変わり、前記円
   錐形室が前記もう一つのオリフィスに変わることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １３、前記所定のオリフィスが前記円錐形室に通じてい
   る末端を有することを特徴とする特許請求の範囲第１２
   項に記載の装置。