JPH0349899A - 液体ジェット加工用ノズル装置 - 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】 （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５
９−２０９７６７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周の後端側（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であるた
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配管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と混合ノズル部材との間に設定され
ている。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。

（へ）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１０
ｂを溶接によフて一体化したものである。ふた部材ｔａ
ｂ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には図示してないバイブが接続され、
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１０
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バイブ１６を有して
いる。高圧水バイブ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によって抜は止めされている。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。高圧水バイブ１６のふた部材１０
ｂの貫通部は０リンク２６によってシールされている。

また、高圧水バイブ１６はふた部材１０ｂにバヨネット
ジヨイント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。高圧水バイブ１６の外側端部には高圧水
供給用のバイブ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ずる空
気穴３２が設けである。

空気穴３２は、これの軸中心線がケーシング１゜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！４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３
２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は全開としである。

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
となフているが、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３
８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の高圧水バイブ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態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５
０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５゜の分散・混合状態は、高圧液
噴射部材１４の高圧液ジェット５２の噴射位置に近接し
た位置がら開始されるため、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５
０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５
０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）発明の詳細 な説明してきたように、本発明によると、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
れ味か低下したり、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か簡略化される。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ｌｌ−１１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・・・空気八− ３４・ ・混合ノズル部材。 特 許 出 願 人 鴫も 源 開 発 株 式 式 ム 社 小 山 内 裕 株 式

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   、 底側が密閉され先端側が開放された中空円すい台状のケ
   ーシングと、ケーシングの先端側に取り付けられる混合
   ノズル部材と、ケーシング内から混合ノズル部材の流路
   中心に向けて高圧液を噴射する高圧液噴射部材と、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
   気穴と、を有しており、空気穴の軸方向位置は高圧液噴
   射部材と混合ノズル部材との間に設定されていることを
   特徴とする液体ジェット加工用ノズル装置。 ２、空気穴はこれの軸中心線がケーシングの軸中心線を
   通るように配置されており、また空気穴の軸中心線がケ
   ーシングの軸中心線と交わる点は空気穴が設けられた軸
   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
   材寄りの位置である請求項１記載の液体ジェット加工用
   ノズル装置。 ３、空気穴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又は２記載の液体ジェット加工用
   ノズル装置。