JPH02298466A

JPH02298466A - 脆い材料を高速の研磨材を帯びた水噴流で穿孔する装置

Info

Publication number: JPH02298466A
Application number: JP2029370A
Authority: JP
Inventors: Mohamed A Hashish; モハメッド　エイ　ハシシュ; Steven J Craigen; スティーヴン　ジェイ　クレイガン; Paul Tacheron; ポール　タッチャロン
Original assignee: Flow International Corp
Current assignee: Flow International Corp
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1990-12-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: EP0382319A3; US4934111A; EP0382319A2; JP2868268B2

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】発明の背景種々の材料を正確に切断するため、高速の、研磨材を帯
びた液体を用いることは周知である。簡単に言うと、液
体を３５．０００乃至７０，０００ｐｓｉ　（２，４１
Ｘ］０８乃至４８２×１０８Ｎ／ｒｎ２）の作動圧力に
圧縮し、この圧縮した液体を人の髪の毛の直径に近い直
径、即ち、０００Ｆ乃至０．０１５インチ（０００２５
乃至０　、０３８ｃｍ）の直径を持つオリフィスを強制
的に通ずことにより、高速の水噴流を最初に形成する。

得られた高凝集性の噴流を、音速に近い、または音速を
越える速度でオリフィスから放出する。

噴流を形成するのに最も頻繁に用いられるのは水であり
、したがって、以後に説明する高速の噴流は水噴流と思
ってよい。しかしなから、多数の別の液体が本発明の範
囲から逸脱することなく用いられることを当業名」マ３
忍めることかでき、しながって、水から成る噴流に限定
されるものではない。

研磨材を帯びた水噴流を形成するために、形成された高
速の噴流か、前述の部品と一般に同一ハウジング内にあ
る混合領域を通される。成る量の研磨材が、ヘルヌーイ
の原理に従って、流れる液体を囲む低圧領域により混合
領域内で噴流に捕捉される。研磨材は、代表的には、微
細なシリカまたはカーネッＩ−であり、ノズルハウジン
グの外部にあるホッパから混合領域に入れられる。

研磨材を帯びた水噴流は放出されて、ノズルハウジング
の放出端に接近して配置した加工物に当てられる。研磨
材噴流の技術に関する追加の情報及び詳細は、本発明者
の米国特許第４，６４８゜２１５号に説明されており、
その内容を参照されたい。用語「研磨材噴流」は、当技
術分野の標準的な用法に従って「研磨材を帯びた水噴流
」を簡略に表現したものとして本明細書で用いられてい
る。

研磨材噴流か広範囲の材料を切断するために用いられて
きたが、脆い材料、複合材料、または積層した材料を穿
孔するための商業的に満足のいく装置は得られていなか
った。これらの材料は、噴流に当てられると、細かくな
り、割れ目かでき、破損し、または層が分かれる傾向に
ある。カラスを切断する現在知られている技術は米国時
３１゛第４゜０７２．０４２号に説明されており、その
特許では、最初比較的低い圧力の研磨材噴流により加工
物に初めの穴を明け、次に、噴流形成流体の圧力を切断
用に必要な高圧に増大させている。

このような低圧動作でのへルヌーイの効果は研磨材を外
部のホッパから適切に捕捉するには不十分であると思わ
れ、Ｌ　／：：かって、低圧穿孔を利用する装置は一定
でない結果を与える。例えば、穿孔速度か予想するもの
よりときとき遅くなり、多くの場合、わずかな穿孔の深
さしが得られないことか見い出された。これらの欠点は
、加工物の端から比較的離れた箇所で初めの穴を穿孔す
るとき、著しくなり、穿孔しな切めの穴を含む加工物の
部分は、穴近くの領域の損傷のため、研磨されねはなら
ない。

発明の要約本明細書は、加工物を破損することなく、脆い材料を穿
孔し切断する研磨材噴流式切断装置を開示するものであ
る。この装置は上流端の領域から下流端の領域に延びる
、流体導入用の、ほぼ軸方向に延びる流路を持つ切断用
ノズルハウジングを有する。ハウジングは高圧液体をこ
の流路に入れるための、上流端の領域に連通ずる入［」
ポートを持つ。

流路の上流端の領域に配置されたオリフィス形成手段は
、オリフィスを通る高圧流体から、高凝集性の、高速の
切断用噴流を形成する。移動している液体を囲む低圧領
域により研磨材を噴流に捕捉させるように、高速の噴流
に接近したハウジング内の領域に外部研磨材供給源から
研磨材粒子を導入する手段が組立体内に含まれている。

さらに、研磨材を帯びた噴流をハウジングの下流端から
放出させる手段が含まれている。

この装置は、少なくとも加工′吻の上面が穿孔されるま
で、加工物Ｉ＼の研磨材噴流の衝撃応力を滅少さぜる手
段を有する。１９の実施例ては、衝撃応力は噴流の形成
前に噴流形成液体の圧力を減少させることによって減少
される。減圧オリフィスが、供給管から減圧オリフィス
を分離するバイパスバルブと共に、切断用噴流への供給
管内に配置されている。高圧の噴流形成液体か作業の加
工物穿孔段階で減圧オリフィスを強制的に通され、通常
の切断段階てはオリフィスをバイパスする。

本発明の別の実施例では、衝撃応力は、加工１勿穿孔段
階中噴流の凝集性を低下させる手段により減少させられ
る。噴流の凝集性は噴流形成オリフィスの上流または下
流の噴流形成液体内に乱流を生じさせる手段により低下
させられる。水噴流の凝集性は、加工物が研磨材噴流に
より穿孔された後、元に戻される。

研磨材の送り速度か不規則なことにより切断作業中の加
工物穿孔段階て得られる結果か一定てない場合があるこ
とが見い出された。不規則な送り速度は穿孔段階中（乱
流が発生されるとき）圧力及び（又は）噴流速度の減少
により発生ずると思われる。低い圧力及び（又は）低い
速度では、ベルヌーイの効果にｈＹ＝う噴流を囲む低圧
領域か一定の結果を生しるのに必要な十分な一定の送り
速度で研磨材を捕擢するには不十分である。

したかって、本明細書に開示する装置は、ほぼ一定の送
り速度を切断用噴流の特性とは無関係に維持するように
、穿孔段階中耕磨材を強制的にノスルハウジング内の混
合領域を通ず補助手段を有する。切断用ノズル屈立体は
混合領域に連通ずる補助導管を有する。部分的な真空源
が穿孔段階中補助導管に接続され、研磨材を外部の研磨
材供給源から混合領域を通して引き込み補助導管から出
す。

好ましい実施例では、部分的な真空源は、補助の噴流に
より研磨材を切断用ノズル組立体の混合領域を通して引
き込むように、切断用ノズル組立体に接続された補助の
水噴流用ノズル組立体である。補助噴流は加工物に当た
るようには放出されず、切断または穿孔を行わないので
、補助組立体の部品及び寸法は最適なサイフオン特性に
合わせられる。

本発明に関する他の情報及びＲＭ’　４１１１は以下の
好ましい実施例から明らかになる。

好ましい実施例の説明第１図は、本発明の研磨材噴流（アンレーシノジェット
）用ノズル配置の概略図である。一対の研磨材噴流用ノ
ズル組立体１０．１２が描かれており、各ノズル組立体
はそれぞれの入口ポートを介して高圧水源に連結されて
いる。用語「高圧」は３５，０００乃至５５，０００ｐ
ｓｉ　（２，４１×１０８乃至３．７９Ｘ　１．０８Ｎ
／ｒ＋＋２）の範囲の圧力を示すのに用いられている。

このような高圧水の供給源が、一般に、研磨材噴流式切
断装置の一部を形成する増圧ポンプである、ことを当業
者は理解できるであろう。これらのポンプの説明は本明
細書の範囲外であり、したがって、明細書を簡略にする
ため、省略する。

ノズル組立体１０は当分野で公知の任意の方法で加工物
１４に対して移動するように取付けらノしている。一般
に、Ｘ　−Ｙキャリッジがこのために用いられ、その移
動はマイクロプロセッサによって制御される。このノズ
ル組立体１０は放出チューン１６を有し、この放出チュ
ーブから、研磨材を帯びた、高凝集性の、高速の噴流の
液体が組立体から出る。チューブ１６の下流端が切断作
業中加工物に接近して位置決めされる。実際には、０１
０インチ（０，２５ｃｒｎ）の開始距離で十分である。

研磨材粒子は外部のホッパ、または別の供給源から研磨
材導入用人口１８を通して切断用ノズル組立体１０に導
入される。当分野で公知のように、研磨材は、一般に、
微細なカーネットまたはシリカの粉末から成り（これら
に限定されない）、ベルヌーイの原理に従って移動する
噴流（ジェット）を囲む低圧によって組立体中に引き込
まれる。研磨材噴流の形成に関するさらに詳しいことは
１９８７年３月１０日に発行されたマシッシフー（Ｍ　
ａ　ｓ　１１ｊ　ｓＩ］）等の米国特許第４．．６４．
８゜２１５号に延へられている。この特許の内容を参照
されたい。切断用ノズル組立体］０の好ましい部品に関
するさらに詳しいことを第２Ａ図を参照して以下に説明
する。

切断用ノズル組立体］０は、さらに、液体入ロア０を有
し、この液体入［Ｔ、ｌは、詳細には後述するか、研磨
材か切断用噴流に導入される内部混合領域５８（第２Ａ
図）への噴流低下用流体の流入を可能にする。液体入ロ
ア０は、１０　ｇ　ｌ）　ｍまての流量及び１００ｐｓ
ｉ　（６，９Ｘ１０６Ｎ／ｍ２）までの圧力の水を混合
領域を含むチャンバに導入できるように、導管１９ａを
介して液体源に連通している。実際には、普通の飲料水
を供給する形式の通常の６０１ｂ／ｊｎ２　（４，］、
４Ｘ１０５Ｎ　／　ｍ２）圧力の水道管に連結した０、
１５インチ（０，３７５ｃｍ）の内径及び３フイート（
９０（、：ｍ　）の長さを持つ１本のタイボン（Ｔｙｇ
ｏｎ）チューブて十分であることが見い出されている。

以下に詳細に説明するように、第２のノズル組立体１２
は、切断用ノズル組立体１０を通る１ｎ流低下用流体及
び研磨材のほぼ一定の流量を維持するため、部分的な真
空（負圧）源として用いらる。

したがって、真空（負圧）用ノズル組立体１２は、切断
用ノズル組立体１０と一緒に移動するように都合よく取
付けらでもよいものであるが、導管２４を介して、ノズ
ル組立体１０に形成された研磨材流出用出口２２と連通
ずる研磨材導入用入口２０を有する。研磨材供給源を切
断用ノズル組立体１０に連結する管と同一材料から都合
よく形成される導管２４は、バルブ装置２６を通ってい
る。

好ましくは、バルブ装置２６は工業環境て普通に見い出
される標準のＬｏｏｐｓ　ｊ　（６，９Ｘ］　Ｏ’Ｎ　
／　＋ｎ”　）の圧力源で作動できるソレノイド作動式
空気駆動形ピンチバルブである。

真空用ノズル組立体１２は切断用ノズル組立体１０の放
出チューブ１６に匹敵する噴流放出チューブ１２２を持
つ。放出チューブ１２２は、その噴流放出端が当分野で
一般にキャッチャと呼ぶエネルキー消散装置２５内にあ
るように、位置決めされている。真空用ノズル組立体１
２は加工物を切断することを意図してないのて、その部
品は、効率的な切断用噴流を形成するよりも最大の吸引
を形成するように作られたものである。明らかに、一般
の工場環境て見い出される形式の従来の圧力源からの真
空か真空用ノズルの代わりに用いられてもよい。

切断用ノズル組立体１０及び真空用ノズル組立体１２の
両方は、選択的にノズル組立木内の噴流（ジェット）の
形成を行い、または停止させるバルブ装置２８．３０に
よりそれぞれ制御される。

好ましくは、バルブ装置２８．３０は研磨材用バルブ２
７と同一の空気源から作動できる空気駆動形バルブ構造
体である。適当なバルフ構遺体の１例は１９８２年２月
２日に発行されたジョーンエツヂ、オルセン（Ｊ　ｏ　
ｈ　ｎ　　Ｈ、○ｌ　ｓ　ｅ　ｎ　）の米国特許第４，
３１３．５７０号に見い出される。この特許の内容を参
照されたい。

第２Ａ図は切断用ノズル組立体１０の断面図てあり、こ
のノズル組立体は、水噴流用オリフィスハウジング３２
及び研磨材噴流用ハウジング３４を存する。水噴流用オ
リノイスハウジング３２は上流端の便域３６から下流端
の領域３８に延びる軸方向に延びる流路３３を持つ。代
表的には、この流路は直径が約０．２５インチ（０，６
ｃｍ）である。組立体の入口ポー１−１３　（第１図）
が上流端の領域３６に連通して高圧の水が流路３３に入
るのを可能にしている。

宝石製のオリフィス形成部材４０（第２Ｂ図に拡大して
明瞭に示す）は、オリフィス４０ａを持ち、オリフィス
４−　Ｏａを通って流れる高圧の水から高凝集性の高速
の切断用噴流を発生させるために、流路３３の下流端の
領域に配置されている。

宝石製のオリフィス部材４０は、好ましくは、合成サフ
ァイアまたはルビーのような極めて硬質の材料から形成
され、０００３乃至０．０７０インチ（０，００７６乃
至０．１．７７ｃｍ）の直径の噴流形成オリフィス４０
ａを持つ。宝石（オリフィス部材）４０は流路３３内の
宝石ホルダ４４に取付けられている。

研磨材噴流用本体３４は、３つのねし４６で固着された
」二部本体部材３４ａ、下部本体部材３４ｂから成る。

上部本体部材３４．　ａは、好ましくは、雌ねじ何円筒
状キャヒティ４８によって水噴流用ハウジング１５に固
定されており、この円筒状キャビティに水噴流用ハウジ
ングコ５の下流端の周囲に形成された雄ねじがねし込ま
れている。

上部本体部材及び下部本体部イ・イの当接面は「ポール
コ及び「ソケット」配置を形成するような形状に作られ
ており、この１ボール」及び「ソケット」配置により、
下部部材内の放出チュー７５６の軸方向に延びる流路５
２が調節ねし４６を選択的に回転することによって噴流
形成オリフィス４０ａに軸方向に整列できる。整列機梧
のさらに詳細な内容は、本出願人に譲渡された、１９８
５年１０月３１日出願の米国特許出願第７９４，２３４
号に見い出される。この特許出願の内容を参照されたい
。

下部本体部材は、さらに、研磨材を外部のホッパ（また
は別の供給源）から下部本体部材内の混合領域５８に導
入するための研磨材導入用入口ポート１８を有する。当
業者にとって公知のように、研磨材は噴流形成オリフィ
ス４．０　ａから下流て高速の噴流に接近させて混合領
域に導入され、その結果研磨材は、ヘルヌーイ効果に従
って、移動している液体の周囲の低圧領域によって噴流
に捕捉される。

研磨材を帯びた液体を流出させる出口ポート２２が下部
本体部材３４１〕に形成されている。混合領域に連通ず
る出口ポート２２は、好ましくは、入口ボー１〜１８と
直径方向で反対側にありかつ同軸上に整列している。

放出チュー７５６は下部本体部材３４Ｎ）内に形成した
軸方向に延びるボアに配置されている。チューフ５６は
タングステンカーバイド、または他の極めて硬質の材料
から形成され、０．０１０乃至０．２０インチ（０，０
２５乃至０．５２ｃｍ）の内径を持つ。放出チフーー７
５６の下流端は研磨材を帯びた噴流を放出し、加工物１
４（第１図）に当てる。

脆い加工物に当たる研磨旧を帯びた噴流の初期衝撃を減
少させるために、ノズル組立体は、少なくとも加工物の
表面か穿孔されるまて、水噴流の凝集性を低下させる手
段を持つ。第３図は第２Ａ図のノズル組立体の水噴流用
ノズル部分の拡大部分図てあり、水噴流の凝集性を選択
的に低下さぜる１一実施例を示す。第３図において、水
噴流用ノズル部分はステンレススチィールまたは黄銅の
ような非腐食金属から形成された管状の宝石に近いイン
サート６２を有する。

インサーＩ・６２は、水噴流本体の流路３３を通って軸
方向に延びる細長いスデｌ＼の下流端を収納するために
、噴流形成オリフィス４０ａの上にほぼ同軸的に配置さ
れている。ステムの外径は約０．０４０インチ（０，１
，０ｃｍ）である。イン１ノ−トの内径は、ステムの外
径より０００２乃至００３０インチ（０，００５乃至０
．００７６ｃａｎ　）程大きく、約０１乃至０５インチ
（０２５乃至１　２７ｃｍ）の軸方向の長さを持つ。ス
テム６０は、下けられて宝石製オリフィス形成部ｊＡ’
４０に接触するとき、オリフィスに入る流体の流れを遮
断するのに没立つ。

作動において、ステムは、その下流端かインサ−２Ｑ　
− −トに囲まれる第１位置と、その下流端かインサー１〜
より約０．２５インチ（０，６３ｃｍ）ｌ一方にある第
２位置と、の間で軸方向に移動できる。ステムの下流端
かインサー１〜に入れられたとき、ステムの下流端はイ
ンサー１〜の内径と協働してオリフィスに流入する水の
流れに対してほぼ環状の断面を与え、オリフィスによっ
て形成された噴流の凝集性を低下させる。他方、ステノ
、の下流端がイン１ノートの頂部から約０２５インチ（
０６３ｃｍ　）上方の位置に引き出されたとき、ステム
はオリフィスの」−流面から十分変位され噴流の凝集性
の低下を回避できる。このインサートは、インサー１へ
の移動をハウジングの外部の磁石手段によって便利に誘
導するように、磁気的に応答する材料によって移動させ
られる。当然、油圧及び空圧か所望の移動を行うため磁
石に変えて用いられてもよい。

別の実施例では、ステムには、噴流の凝集性を低下させ
るため、その上流端に半径方向に拡大した部分６４か設
けられてもよい。ステムの半径方内拡大部分６４の外径
はポア３３の内径より約０００］乃至０．０４．０イン
チ（０，００２５乃至０１０］、　ｃｍ　）はと小さく
、この拡大部分は、ステｊ＼が宝石製オリフィス部材か
ら持ち上げｊ゛−２れ、オリフィスを通って流体が流れ
るとき、入ＩＩＩポート１８を通って高圧の流体か入る
ことに対して部分的に抵抗するため、配置されている。

したかつて、この拡大部分６４は、噴流の凝集性を低下
させる成る程度の乱流を流入する高圧流体内に発生させ
る。前述の半径方向拡大部分を持つステムはインサー１
へと共に、またはインサートなして用いることができる
。ステムがイン→）−−１〜と共に用いられる場合、イ
ンサートが発生ずる乱流は、水がステムの下流端のまわ
り及びインサート６２を通って流れるとき、環状の流れ
の水を強制的にオリフィスに入れることにより発生され
る凝集性の低下を補う。

拡大セフメン１〜（拡大部分）をステムに位置決めする
際、必要なときに、必要な程度の乱流を発生させること
を保証し、かつ不要のときには、凝集性を低下させない
乱流を発生させる一方、要求される軸方向のステムの移
動を最少にすることが望ましい。代表的な水噴流用ノス
ルハウジングでは、入口ポート１８は噴流形成オリフィ
スの」二流面から約２乃至４インチ（５０８乃至１０１
６　ｃＩｌｌ　）であり、約０１８］インチ（０，４−
７４ｃｍ　）の直径を持つ。したがって、ステムの半径
方向拡大部分は長さを０１８］インチ＜０．４．７４　
ｃｍ　）にできる。ステムを宝石製オリフィスの面から
離してわずかに移動させると、水の流れは、ポート１８
に環状に入るのて乱流となる。ステムを宝石製オリフィ
ス部材から離して０１８］インチ＜０．４７４ｃ＋＋＋
）移動させると、拡大部分は流入する水に対して非干渉
位置にきて、噴流形成オリフィスの上流で水の層流がほ
ぼ得られるのて凝集性の噴流が形成される。

一般に、噴流は、水の流量が多量てあり、拡大部分の位
置か下流に動かされると、がなりの程度間められる。Ｏ
，Ｏ］、５乃至００３０インチ（０，０３８乃至０．０
７６ｃｍ）の大きな切断用噴流に対しては、拡大部分は
オリフィスより２乃至３インチ（５，０８乃至７．６２
ｃｍ）上方にあるへきであり、０００３乃至００１０イ
ンチ（０，００７６乃至０　、０２５ｃｍ）の小さい噴
流に対しては、拡大部分は宝石製オリフィスから０．２
５乃至１０インヂ（０，６３乃至２．５４　ｃｍ　＞上
方にあるべきである。

前述のように、噴流を弱める乱流は研磨材噴流による加
工物の表面の初期穿孔中に誘導される。

作業のこの段階で、ホッパからノズル組立体に入る一定
流量の研磨材を維持し、かつベルヌーイの原理に従って
噴流によって研磨材に働く引張力の減少にかかわらず、
十分な量の研磨材を弱められた噴流に捕捉させることを
保証することが重要である。さらに、研磨材が噴流用ノ
ズル組立体の混合領域５８（第２Ａ図）の付近及び内部
に累積するのを阻止することが非常に望ましい。その理
由は、累積した研磨材が研磨材の流れを詰まらせるか、
または急に噴流に捕捉されることがあり、望ましくない
結果を発生させるからである。

したがって、図示の実施例ては、加工物の最初の穴を穿
孔する間組立体に入る研磨材の粒子の一定速り速度を維
持し、かつ累積を阻止するため組立体から非捕捉研磨材
を排出することが行われている。前述のように、これら
の機能を果たす図示の手段は吸引誘導用ノズル組立体１
２（第１図）と、混合領域を吸引用ノズル組立体の混合
領域に連結するのに用いられる、混合領域５８に連通ず
る研磨材流出用放出ポート２２と、である。かくして、
非捕捉研磨材粒子は切断用ノズル組立体１０から加工物
に向けられない通路を介して出る。

吸引用ノズル組立体１２は、ボー１へ２２に類似の研磨
材流出用放出ポート及び流体入ロア０がないことを除い
て、第２Ａ図に示す切断用ノズル組立体の部品と同様な
部品を有する。さらに、吸引用ノズル組立体１２の種々
の部品は最適の切断効率のためよりも研磨材の最大吸引
のために寸法が決められている。切断用ノズル組立体］
０は０００５乃至００２５インチ（０，０１２乃至０．
０６３ｃｍ）の範囲の直径を持つ噴流形成オリフィスと
、００］０乃至０．２００インヂ（０，０２５乃至０．
５０８ｃｍ）の範囲の直径及び約２乃至５インチ（５０
８乃至１．２．７ｃｍ）の範囲の長さを持つ放出チュー
ンと、を存する。

他方、吸引用ノズル組立体は、Ｏ，Ｏ］、３乃至００１
８インチ（０，０３３乃至０　、０４５ｃｎ＋）の範囲
の噴流形成直径及び０．０６２乃至０．１００インチ（
０１５乃至０．２５ｃｍ）の範囲の放出チューブの直径
及び約２インチ（５，０８Ｃ１１１）の放出チューブの
長さを持ち、研磨材を外部の供給源から切断用ノズル組
立体］０の混合領域を通して運び出すのに十分な空気の
流量を与える。

当然、適当な、部分的に真空な任意の別の供給源が吸引
用ノズル組立体の代わりに利用できる。

しかしなから、この吸引用ノズル組立体は、最大の信頼
性と最少の保守性を持って機能を果たす低コスト装置で
あると思われる。

噴流をさらに低下させるなめ、外部流体を噴流に捕捉さ
せることもできる。第２Ａ図に示すように、混合領域の
上流で研磨材導入用流路に連通ずる入口ボーＩ〜７０は
、この人口ポートに低圧の水または別の適当な液体に接
続するように、設けられている。したかって、低圧液体
は吸引用ノズル組立体１２の影響下て切断用ノズル組立
体に入ることかできる。入１」ボー１へ７０は従来の水
道水、タンク等に都合よく接続できる。実際には、］　
００ｐｓ　ｉの圧力までの１０ｇｐｍまでの水を許容す
る低圧管か接続するのに適当であることが見い出されて
いる。

第１図を再び参照して、前述の装置の動作を説明する。

補助吸引用噴流を最初に動作させる。次に、低圧水を低
圧管内のバルブを開くことにより入口ポート７０を介し
て切断用ノズル組立体１０に入れる。ポート］８への研
磨材供給を研磨材供給管内のバルブにより始め、切断用
噴流を同時に、または短い時間の後出す。加工物の穿孔
が完了すると、ポートを通る低圧の水の流れがバルブ８
０を閉しることにより止められる。吸引用ノズル組立体
がバルブの閉鎖と同時に、まははその直ぐ後に止められ
、２つのノズル組立体１０．１２の間の研磨材の管がバ
ルブで閉しられる。次に、切断用噴流が当分型で公知の
方法て加工物を切断するため流入される。

第１図に示す真空補助式研磨材捕捉構造を穿孔段階で切
断用ノズルの低圧力動作に関連して用いることもできる
。第４図はそのような装置を概略的に示す。オリフィス
１２０が切断用ノズル組立体１２１への高圧流入管に取
付けられて、組立体の上流の圧力を減少させている。減
圧したこの水は作業の穿孔段階で切断用ノズル組立体に
入り、研磨材を捕捉することが前述のように真空ノズル
組立体１２２の動作によって行われる。

高圧管内のオリフィス］−２０と並置して取付りられた
バイパス用バルブ１２３は穿孔後に開かれ、高圧水がオ
リフィス１２０をバイパスするとき切断用ノズル組立体
の上流で圧力の急激な増大を生しさせる。バルブ２６が
閉じられ、バイパス用バルブ）２３が開かれた後、真空
用ノズル組立体が止められ、このとき、切断作業を開始
できる。

前述の説明は、当業者が発明を実施できる詳細を含んで
いるが、説明は例示的なものであり、この説明を読んだ
当業者にとっては多数の変更が明らかである。したがっ
て、本発明は添付した特許請求の範囲によってのみ限定
されるものであり、特許請求の範囲は先行技術に照らし
てできるだけ広く解釈ずへきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成された研磨材噴流用ノズ
ル装置の概略図である。第２Ａ図は、本発明に従って構成された研磨材噴流用ノ
ズル組立体の概略的な断面図である。第２ＢＱｌ］は、第２Ａ図に示す研磨材噴流形成オリフ
ィス部材の拡大図である。第３図は、第２Ａ図の水噴流用ノズル部分の拡大部分図
である。第４図は、本発明に従って構成された他の研磨材噴流用
切断装置の概略図である。１０・・・研磨材噴流用ノズル組立体、１２・・真空（
吸引用）ノズル組立体、１４−・・加工物、１−８・・入口ボーｌ〜、２２　放出ポート、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）研磨材を帯びた噴流を発生し、前記噴流を放出し
て加工物に当てる研磨材噴流式切断装置において、切断
装置は、ａ）上流端の領域から下流端の領域に延びる流体導入用
のほぼ軸方向に延びる流路を持つノズルハウジング手段
を有し、該ノズルハウジング手段は高圧液体を流路に入
れるため上流端の領域に連通する入口ポートを有し、ｂ）オリフィスを通過する高圧流体から高い凝集性の高
速の切断用噴流を形成するため流路の下流端の領域に配
置されたオリフィス形成手段を有し、ｃ）移動中の流体を囲む低圧領域によって研磨材を噴流
に捕捉させるように、研磨材粒子をノズルハウジング手
段の外部の研磨材供給源から高速噴流に接近させてノズ
ルハウジング内の混合領域に導入する手段を有し、ｄ）ノズルハウジングから下流端で研磨材を帯びた噴流
を放出する放出手段を有し、ｅ）混合領域に連通し、ノズルハウジング手段からの研
磨材の別の放出流路を与える補助導管手段を有し、ｆ）少なくとも加工物の上面を穿孔する間、加工物への
研磨材を帯びた噴流の衝撃応力を選択的に減少させる手
段を有し、ｇ）研磨材を外部供給源から選択的に強制して混合領域
を通過させノズルハウジング手段から補助導管を手段を
介して出す強制手段を有する、ことを特徴とする研磨材
噴流式切断装置。
（２）請求項１記載の研磨材噴流式切断装置において、
応力減少手段は切断用噴流の凝集性を少なくとも部分的
に低下させる手段を有する、ことを特徴とする研磨材噴
流式切断装置。
（３）請求項２記載の研磨材噴流式切断装置において、
凝集性減少手段は噴流形成オリフィスの上流の軸方向に
延びる流路に配置されかつ噴流形成オリフィスに接近し
た凝集性低下位置からオリフィスから離れた不作動位置
に可動である液体遮断部材を有する、ことを特徴とする
研磨材噴流式切断装置。
（４）請求項３記載の研磨材噴流式切断装置において、
液体遮断部材が流路に配置された、ほぼ軸方向に延び、
かつ軸方向に可動なロッド状ステム部材の下流端によっ
て形成される、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置
。
（５）請求項４記載の研磨材噴流式切断装置において、
ステム部材がステンレススチィールから形成される、こ
とを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（６）請求項４記載の研磨材噴流式切断装置において、
ステム部材は少なくとも磁気的に応答する材料の或る領
域を有し、さらにステム部材を移動させる磁石手段を有
する、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（７）請求項４記載の研磨材噴流式切断装置において、
噴流形成オリフィスの上流端の周囲にあるカラー部材を
さらに有し、ステム部材がカラー部材に関連して環状流
路を形成するためほぼ軸方向にカラー部材中で可動であ
る、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（８）請求項７記載の研磨材噴流式切断装置において、
カラー部材がステンレススチィール及び黄銅から成る群
から選択された材料から形成される、ことを特徴とする
研磨材噴流式切断装置。
（９）請求項７記載の研磨材噴流式切断装置において、
ステム部材は約０．０２０乃至０．０５０インチの範囲
の外径を持ち、カラー部材は約０．０２２乃至０．０８
０インチの範囲の内径を持ち、オリフィスは約０．００
３乃至０．０３０インチの直径を持つ、ことを特徴とす
る研磨材噴流式切断装置。
（１０）請求項４記載の研磨材噴流式切断装置において
、ステム部材は高圧液体中に凝集性低下乱流を誘導する
ため入口ポート及び噴流形成オリフィスの間に配置でき
る流量絞り面を有する、ことを特徴とする研磨材噴流式
切断装置。
（１１）請求項１０記載の研磨材噴流式切断装置におい
て、流量絞り面が軸方向に延びるステム部材の半径方向
拡大部分により形成される、ことを特徴とする研磨材噴
流式切断装置。
（１２）請求項１１記載の研磨材噴流式切断装置におい
て、ステム部材の半径方向拡大部分の外径が軸方向に延
びる流路の寸法より０．００１乃至０．０４０インチの
範囲で小さい、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置
。
（１３）請求項１記載の研磨材噴流式切断装置において
、応力減少手段は噴流の凝集性を低下させるため比較的
低圧の液体を混合領域内の高圧噴流に向ける手段を有す
る、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（１４）請求項１記載の研磨材噴流式切断装置において
、強制手段は外部供給源から混合領域を介して研磨材を
引き込むために補助導管手段に連結された部分的な真空
源を有する、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（１５）請求項１４記載の研磨材噴流式切断装置におい
て、部分的な真空源は、ハウジング手段内の混合領域を
介して外部供給源から研磨材を引き込むのに十分な周囲
の低圧領域を発生させるのに十分な高速を持つ流れる流
体と、導管手段内の研磨材を流れる流体に連通させる接
続手段と、を有する、ことを特徴とする研磨材噴流式切
断装置。
（１６）請求項１５記載の研磨材噴流式切断装置におい
て、部分的な真空源は、上流端の領域から下流端の領域に延びる、第２の流体導
入のほぼ軸方向に延びる流路を持つ第２ハウジング手段
を有し、第２ハウジング手段は高圧液体を流路に入れる
ために上流端の領域に連通する入口ポートを有し、第２オリフィスを通って流れる高圧流体から高い凝集性
の高速の液体噴流を形成させるため第２流路の下流端の
領域に配置した第２オリフィス形成手段と、下流端で第２ハウジング手段から噴流を放出する放出手
段と、を有する、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（１７）研磨材噴流式切断装置で使用するために、研磨
材を帯びた噴流を形成し前記噴流を放出して加工物に当
てるノズル組立体において、ノズル組立体は、ａ）上流端の領域から下流端の領域に延びる流体導入用
のほぼ軸方向に延びる流路を持つハウジング手段を有し
、該ハウジング手段は高圧液体を流路に入れるため上流
端の領域に連通する入口ポートを有し、ｂ）オリフィスを通過する高圧流体から高い凝集性の高
速の切断用噴流を形成するため流路の下流端の領域に配
置されたオリフィス形成手段を有し、ｃ）移動中の流体を囲む低圧領域によって研磨材を噴流
に捕捉させるように、研磨材粒子をハウジング手段の外
部の研磨材供給源から高速噴流に接近させてノズルハウ
ジング内の混合領域に導入する手段を有し、ｄ）ノズルハウジングから下流端で研磨材を帯びた噴流
を放出する放出手段を有し、ｅ）加工物への研磨材を帯びた噴流の衝撃応力を実質的
に減少させるため切断用噴流の凝集性を選択的にかつ少
なくとも部分的に低下させる手段を有する、ことを特徴とするノズル組立体。
（１８）請求項１７記載のノズル組立体において、凝集
性減少手段は噴流形成オリフィスの上流の軸方向に延び
る流路に配置されかつ噴流形成オリフィスに接近した凝
集性低下位置からオリフィスから離れた不作動位置に可
動である液体遮断部材を有する、ことを特徴とするノズ
ル組立体。
（１９）請求項１８記載のノズル組立体において、液体
遮断部材は流路に配置された、ほぼ軸方向に延び、かつ
軸方向に可動なロッド状ステム部材の下流端を有する、
ことを特徴とするノズル組立体。
（２０）請求項１８記載のノズル組立体において、ステ
ム部材がステンレススチィールから形成される、ことを
特徴とするノズル組立体。
（２１）請求項１９記載のノズル組立体において、ステ
ム部材は少なくとも磁気的に応答する材料の或る領域を
有する、ことを特徴とするノズル組立体。
（２２）請求項１９記載のノズル組立体において、噴流
形成オリフィスの上流端の周囲にあるカラー部材をさら
に有し、ステム部材がカラー部材に関連して環状流路を
形成するためほぼ軸方向にカラー部材中で可動である、
ことを特徴とするノズル組立体。
（２３）請求項２１記載のノズル組立体において、カラ
ー部材がステンレススチィール及び黄銅から成る群から
選択された材料から形成される、ことを特徴とするノズ
ル組立体。
（２４）請求項２１記載のノズル組立体において、ステ
ム部材は約０．０２０乃至０．０５０インチの範囲の外
径を持ち、カラー部材は約０．０２２乃至０．０８０イ
ンチの範囲の内径を持ち、オリフィスは約０．００３乃
至０．０３０インチの直径を持つ、ことを特徴とするノ
ズル組立体。
（２５）請求項２２記載のノズル組立体において、ステ
ム部材は高圧液体中に凝集性低下乱流を誘導するため入
口ポート及び噴流形成オリフィスの間に配置できる流量
絞り面を有する、ことを特徴とするノズル組立体。
（２６）請求項２４記載のノズル組立体において、流量
絞り面が軸方向に延びるステム部材の半径方向拡大部分
により形成される、ことを特徴とするノズル組立体。
（２７）請求項２６記載のノズル組立体において、ステ
ム部材の半径方向拡大部分の外径が軸方向に延びる流路
の寸法より０．００１乃至０．０４０インチの範囲で小
さい、ことを特徴とするノズル組立体。
（２８）請求項１７記載のノズル組立体において、放出
手段の下流端から出ることなく混合領域から研磨材を出
す流出手段をさらに有する、ことを特徴とするノズル組
立体。
（２９）請求項１７記載のノズル組立体において、噴流
形成手段を通すことなく混合領域に低圧液体を入れる流
入手段をさらに有する、ことを特徴とするノズル組立体
。
（３０）高速液体噴流で脆い加工物を切断する方法にお
いて、噴流形成オリフィスを通って流れる液体から高速の高凝
集性の切断用噴流を形成する流れる高加圧液体の流路に
噴流形成オリフィスを有するような噴流放出ハウジング
を脆い加工物に接近させて配置し、加工物に対して放出する前にハウジング内の混合領域で
研磨材粒子を噴流に捕捉させ、噴流が加工物を実質的に穿孔するまで噴流の凝集性を少
なくとも部分的に低下させるため噴流形成オリフィスの
上流で十分な乱流を発生させ、噴流が実質的に加工物を穿孔した後乱流を減少させ、噴
流が切断線に沿って加工物を切断するように噴流と加工
物との間に相対運動を生じさせる、ことを特徴とする方法。
（３１）請求項３０に記載の方法において、研磨材粒子
を強制的に混合領域を通して移動させ、加工物に向いて
ない流路を介してハウジングから出す、ことを特徴とす
る方法。
（３２）研磨材噴流式切断装置において、Ａ）第１のノズル組立体を有し、該ノズル組立体は、ｉ）上流端の領域から下流端の領域に延びる流体導入用
のほぼ軸方向に延びる流路を持つハウジング手段を有し
、該ハウジング手段は高圧液体を流路に入れるため上流
端の領域に連通する入口ポートを有し、ｉｉ）オリフィスを通過する高圧流体から高い凝集性の
高速の切断用噴流を形成するため流路の下流端の領域に
配置されたオリフィス形成手段を有し、ｉｉｉ）移動中の流体を囲む低圧領域によって研磨材を
噴流に捕捉させるように、研磨材粒子をハウジング手段
の外部の研磨材供給源から高速噴流に接近させてノズル
ハウジング内の混合領域に導入する手段を有し、ｉｖ）ノズルハウジングから下流端で研磨材を帯びた噴
流を放出する放出手段を有し、ｖ）混合領域及びハウジングの外部に連通する、研磨材
導入手段及び放出手段以外の導管手段を有し、Ｂ）高圧液体を高圧源からノズル組立体に導入する流入
管と、Ｃ）少なくとも加工物の上面が穿孔されるまで加工物上
の少なくとも初期箇所への研磨材を帯びた噴流の衝撃応
力を選択的にかつ少なくとも部分的に減少させる手段と
、Ｄ）研磨材を選択的に強制して外部供給源から混合領域
を通して導管を介してハウジング手段から出す手段と、
を有する、ことを特徴とする研磨材噴流式切断装置。
（３３）請求項３２記載の研磨材噴流式切断装置におい
て、応力減少手段は、ノズル組立体の入口ポートに入る
流体の圧力を減少させるため流入管に配置した圧力減少
オリフィスを持つ手段と、全衝撃応力を加工物に加える
ため高圧流体を圧力減少オリフィスから選択的にバイパ
スさせるバイパスバルブ手段と、を有する、ことを特徴
とする研磨材噴流式切断装置。