JPH0569329A - 高圧水噴射ノズル用アブレシブ粒子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高圧水噴射ノズルによる切断性能を良好に維
持しつつ、アブレシブノズルの摩耗を抑制し得るような
アブレシブ粒子を提供すること。 【構成】 オリフィスからの噴流にアブレシブ粒子１
０,１０,・・を混入させてこれをアブレシブノズル４の
ノズル孔４２を通して被加工物１２に向けて噴射するよ
うにした高圧水噴射ノズルに使用される上記アブレシブ
粒子１０,１０,・・を、ガーネット等の高硬度の素材で
構成するとともに、その表面を自己潤滑性を有する皮膜
層１１によって覆ったもの。かかる構成により、アブレ
シブ粒子１０,１０,・・のノズル孔４２の内周面に対す
る入射角が小さいこととも相まって、この両者間に滑り
が生じ、該ノズル孔内周面の摩耗が可及的に抑制され
る。また、アブレシブ粒子１０,１０,・・の被加工物１
２側への入射角は９０°に近いため、滑りは生じず、良
好な切断性能が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、高圧水噴射ノズルに
用いられるアブレシブ粒子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に高圧水噴射ノズルは、これから噴
射される高圧高速の噴流によって比較的軟質の素材を切
断するための切断装置として利用されるが、この噴流に
よる切断能力をより一層高めるための工夫が種々なされ
ており、その一つとして、噴流中に微細なアブレシブ粒
子を混入させ、このアブレシブ粒子とともに噴流を被切
断物に衝突させることが試みられている(特開昭６１ー
２９０１９０号公報参照)。

【０００３】そして、この場合には、高圧水を縮流させ
て噴流とするオリフィスの下流側に小径のノズル孔を持
ったアブレシブノズルを配置するとともに、該オリフィ
スとアブレシブノズルとの間に、アブレシブ粒子が供給
される混合室を形成し、該混合室のアブレシブ粒子中を
貫通してアブレシブノズル側に噴射される噴流に適度に
アブレシブ粒子を混入させるようになっている。また、
このアブレシブ粒子としては、通常、高硬度(ＨＶ１０
００程度)の物質、例えばガーネット微粒が使用され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
高硬度のアブレシブ粒子を噴流中に混入させて使用する
高圧水噴射ノズルにおいては、アブレシブ粒子と噴流と
をアブレシブノズルにおいて絞ることで該アブレシブ粒
子の噴流への混入を促進させるようになっている関係
上、高圧水噴射ノズルの作動中、連続的に噴流中に混入
したアブレシブ粒子が該アブレシブノズルのノズル孔の
内周面に衝突しながら流れることとなる。この結果、本
来、被切断物に対する切削作用を期待して噴流中に混入
させたアブレシブ粒子が、該アブレシブノズルのノズル
孔内周面を削る方向に作用し、アブレシブ粒子を混入さ
せない場合に比して、該ノズル孔が早期に摩耗して次第
にその径が大きくなり、切断能力の低下を招くこととな
る。従って、所要の切断能力を長期に亘って確保しよう
とすれば、このアブレシブノズルの摩耗の度合に応じて
これを交換する必要があり、このためランニングコスト
が高くつくという問題があった。

【０００５】そこで本願発明は、被加工物に対する切削
作用を維持しつつ、アブレシブノズルに対してはほとん
ど切削作用を生じないようなアブレシブ粒子を提供せん
としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として、請求項１記載の発
明では、オリフィス２からの噴流にアブレシブ粒子１
０,１０,・・を混入させてこれをアブレシブノズル４の
ノズル孔４２を通して被加工物１２に向けて噴射するよ
うにした高圧水噴射ノズルに使用される上記アブレシブ
粒子１０,１０,・・を、ガーネット等の高硬度の素材で
構成するとともに、その表面を己潤滑性を有する皮膜層
１１によって覆ったことを特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１におい
て、上記皮膜層１１を自己潤滑性をもった軟質合成樹脂
材で構成したことを特徴としている。

【０００８】請求項３記載の発明では、請求項１におい
て、上記皮膜層１１を、合成樹脂材をバインダーとした
二硫化モリブデン、黒鉛等の固体潤滑剤で構成したこと
を特徴としている。

【０００９】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることによっ
て、高圧水噴射ノズル１が運転されると、オリフィス２
からの噴流中に適度にアブレシブ粒子１０,１０,・・が
混入され、これがアブレシブノズル４のノズル孔４２を
通って被加工物１２に向けて噴射される。そして、この
場合、該ノズル孔４２部分においては、噴流中に混入さ
れているアブレシブ粒子１０,１０,・・が該ノズル孔４
２の内周面に衝突することとなる。

【００１０】ところが、このノズル孔４２内において
は、噴流が該ノズル孔内周面に沿って流れることから、
各アブレシブ粒子１０,１０,・・がノズル孔内周面に衝
突する場合の入射角はせいぜい１０°程度と小さいこ
と、及び該アブレシブ粒子１０,１０,・・そのものがそ
の表面に自己潤滑性の皮膜層１１を形成していることか
ら、該アブレシブ粒子１０,１０,・・がノズル孔内周面
に衝突した場合、この両者間に滑りが生じ、該ノズル孔
内周面に対する切削作用はほとんど生じることがない。

【００１１】一方、噴流が被加工物１２に衝突する場合
を考えると、通常噴流の射出方向は該被加工物１２に対
してほぼ直角に設定されていることから、アブレシブ粒
子１０,１０,・・も被加工物１２に対してほぼ直角方向
に衝突する。従って、アブレシブ粒子１０,１０,・・の
表面に自己潤滑性の皮膜層１１が形成されてたとして
も、これによって両者間に滑りを生じるということはほ
とんどなく、該アブレシブ粒子１０,１０,・・による被
加工物１２に対する切削作用は、該皮膜層１１を形成し
ていない場合とほぼ同様に発揮されるものである。

【００１２】

【発明の効果】従って、本願各発明の高圧水噴射ノズル
用アブレシブ粒子によれば、アブレシブ粒子１０,１０,
・・の表面に自己潤滑性の皮膜層１１を形成することに
よって、該アブレシブ粒子１０,１０,・・による被加工
物１２に対する切削作用は良好状態に維持したまま、該
アブレシブ粒子１０,１０,・・によるアブレシブノズル
４のノズル孔４２の摩耗はこれを可及的に抑えることが
できるものであって、高水準の切断能力とアブレシブノ
ズル４の高い耐久性との両立が可能ならしめられるもの
である。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいて本願
発明の高圧水噴射ノズル用アブレシブ粒子を具体的に説
明するが、ここでは先ず最初に、図２に基づいてこのア
ブレシブ粒子が使用される高圧水噴射ノズル１の全体構
成を説明し、然る後、このアブレシブ粒子の構成及びこ
れによる作用等について説明することとする。

【００１４】高圧水噴射ノズル１は、高圧水導入部５の
底部に設けられたオリフィス２と、該オリフィス２と同
軸上位置にこれと適宜離間して配置されたアブレシブノ
ズル４とを備えるとともに、該オリフィス２とアブレシ
ブノズル４との間に所定容積をもつ混合室３を配置して
構成されている。そして、この高圧水噴射ノズル１は、
上記高圧水導入部５に導入される高圧水を適度に縮流さ
せて噴流とするとともに、この噴流中に上記混合室３に
供給される後述のアブレシブ粒子１０,１０,・・を適度
に混入させ、このアブレシブ粒子１０,１０,・・が混入
した噴流をさらに上記アブレシブノズル４のノズル孔４
２を通して被加工物１２(図１Ｃ参照)に向けて噴射させ
るようになっている。従って、アブレシブノズル４のノ
ズル孔４２内を噴流とともにアブレシブ粒子１０,１０,
・・が絞られながら通過することから、該アブレシブ粒
子１０,１０,・・の切削作用によるノズル孔４２の摩耗
が問題となるものである。

【００１５】このようなノズル孔４２の摩耗を可及的に
抑制すると同時に、被加工物１２に対する切断能力はこ
れを従来通り良好に維持する手法としては、該アブレシ
ブノズル４側において対策を講じる場合と、アブレシブ
粒子１０側において対策を講じる場合等が考えられる
が、この実施例において後者の方法を採用し、これを実
現すべく本願各発明を適用したものである。以下、本願
発明の実施例にかかるアブレシブ粒子１０について、図
１Ａ〜図１Ｃを参照して詳述する。

【００１６】アブレシブ粒子１０としては、図１Ａに示
すように、通常、ガーネット等の硬質素材(ＨＶ１００
０程度)の微粒( )が使用される。従来は、このガ
ーネット微粒をそのままアブレシブ粒子１０として用い
ていたが、このようにした場合には該アブレシブ粒子１
０,１０,・・によるアブレシブノズル４のノズル孔内周
面の摩耗が大きく、該アブレシブノズル４の耐久性が損
なわれることは既述の通りである。

【００１７】そこで、この実施例においては、本願各発
明を適用して、ガーネット微粒からなるアブレシブ粒子
１０の表面に自己潤滑性を有する皮膜層１１(層厚さ１
０μ程度)を形成して使用に供するようにしている。

【００１８】この皮膜層１１の素材としては、ポリ四ふ
っ化エチレン,ポリプロピレン、ナイロン、ポリふっ化
ビニリデン等の自己潤滑性をもった軟質合成樹脂材の
他、例えば二硫化モリブデン,二硫化タングステン、窒
化ボロンあるいは黒鉛等の固体潤滑剤が考えられる。但
し、固体潤滑剤を用いる場合には、バインダーとして合
成樹脂材(例えば、フェノール,エポキシ,ポリイミド,塩
化ビニール等)を併用することが必要である。

【００１９】また、このような皮膜材を用いてアブレシ
ブ粒子１０の表面に皮膜層１１を形成する方法として
は、種々の方法が考えられるが、コスト面等を考慮すれ
ば、皮膜材の溶液中にアブレシブ粒子１０を浸漬してそ
の表面に付着させた後、これを乾燥する方法が好適であ
る。

【００２０】続いて、このようにしてその表面に皮膜層
１１が形成されたアブレシブ粒子１０,１０,・・を用い
て高圧水噴射ノズル１により被加工物１２の切断作業を
行う場合について説明すると、このアブレシブ粒子１
０,１０,・・は、図２に示すように、アブレシブ粒子入
口６から高圧水噴射ノズル１の混合室３内に順次供給さ
れる。そして、この混合室３内に供給されたアブレシブ
粒子１０,１０,・・は、該混合室３を貫通してアブレシ
ブノズル４側に噴出する噴流内に順次混入されてそのノ
ズル孔４２から被加工物１２側に向けて噴射され、高圧
水の噴流とともに該被加工物１２の切断作用を行うもの
である。

【００２１】この場合、先ず、アブレシブノズル４側に
おいては、図１Ｂに示すように、噴流がノズル孔４２に
よって絞られながらこれに沿って流れることから、該噴
流中に混入されたアブレシブ粒子１０,１０,・・は、こ
れがノズル孔４２の内周面に衝突するとしてもその入射
角αは１０°程度と極めて小さい。また、このアブレシ
ブ粒子１０,１０,・・の表面には、上述の如くしてそれ
ぞれ自己潤滑性をもつ皮膜層１１が形成されている。こ
のため、アブレシブ粒子１０,１０,・・がノズル孔４２
の内周面に接触した場合には、上記の如き小さな入射角
αと皮膜層１１の潤滑性との相乗作用により、該アブレ
シブ粒子１０,１０,・・とノズル孔内周面との間に滑り
が生じ、該アブレシブ粒子１０,１０,・・はノズル孔４
２の内周面に対してほとんど切削作用を発揮することな
く流下することとなる。この結果、アブレシブ粒子１
０,１０,・・を噴流中に混入しているにもかかわらず該
ノズル孔４２の摩耗は、噴流のみの場合とほとんど差が
なく、従ってアブレシブ粒子１０を用いた高圧水噴射ノ
ズル１におけるアブレシブノズル４としては、その耐久
性が従来に比して格段に向上せしめられるものである。

【００２２】一方、被加工物１２側においては、図１Ｃ
に示すように、噴流の入射角がほぼ９０°に設定されて
いることから、この噴流中に混入されたアブレシブ粒子
１０,１０,・・も同様に被加工物１２に対してほぼ９０
°の入射角をもって衝突する。従って、この場合には、
入射角が大きいところから、例えアブレシブ粒子１０,
１０,・・の表面に自己潤滑性をもった皮膜層１１が形
成されているとしても、該被加工物１２とアブレシブ粒
子１０,１０,・・との間にはほとんど滑りを生じること
がなく、該アブレシブ粒子１０,１０,・・は被加工物１
２に対して最大限の切削作用を発揮することとなり、良
好な切断性能が確保されるものである。

【００２３】このように、アブレシブ粒子１０の表面に
皮膜層１１を形成するという極めて簡易な構成により、
アブレシブノズル４側になんら手を加えることなく、該
アブレシブノズル４の耐久性の向上と高い切断性能の維
持とを同時に実現できるものである。

【００２４】尚、この実施例においては、上記アブレシ
ブノズル４が硬くて比較的脆い性状をもつ超硬合金ある
いはセラミックス等によって形成されることに鑑み、該
アブレシブノズル４の外周に軟質金属からなる被包管４
３を配置して該アブレシブノズル４の損壊を未然に防止
するようにしている。また、噴流の径を規定しその切断
能力の良否を支配するノズル孔４２の先端部には、ダイ
ヤモンドからなる噴口部材４４を取り付けて、例えノズ
ル孔４２の内部側部分が摩滅して拡径しても切断能力の
低下を最小限に抑えることができるようにしている。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本願発明の実施例にかかるアブレシブ粒子の
拡大断面図である。

【図１Ｂ】アブレシブ粒子のアブレシブノズルのノズル
孔に対する衝突状態説明図である。

【図１Ｃ】アブレシブ粒子の被切断物に対する衝突状態
説明図である。

【図２】本願発明のアブレシブ粒子を使用する高圧水噴
射ノズルの縦断面図である。

【符号の説明】

１は高圧水噴射ノズル、２はオリフィス、３は混合室、
４はアブレシブノズル、５は高圧水導入部、６はアブレ
シブ粒子入口、１０はアブレシブ粒子、１１は皮膜層、
１２は被加工物、４２はノズル孔、４３は被包管、４４
は噴口部材である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィス(２)からの噴流にアブレシブ
   粒子(１０),(１０),・・を混入させてこれをアブレシブ
   ノズル(４)のノズル孔(４２)を通して被加工物(１２)に
   向けて噴射するようにした高圧水噴射ノズルに使用され
   る上記アブレシブ粒子(１０),(１０),・・であって、該
   アブレシブ粒子(１０),(１０),・・が、ガーネット等の
   高硬度の素材で構成されるとともに、その表面が自己潤
   滑性を有する皮膜層(１１)によって覆われていることを
   特徴とする高圧水噴射ノズル用アブレシブ粒子。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記皮膜層(１１)
   が、ポリ四ふっ化エチレン等の自己潤滑性をもった軟質
   合成樹脂材で構成されていることを特徴とする高圧水噴
   射ノズル用アブレシブ粒子。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記皮膜層(１１)
   が、合成樹脂材をバインダーとした二硫化モリブデン、
   黒鉛等の固体潤滑剤で構成されいることを特徴とする高
   圧水噴射ノズル用アブレシブ粒子。