JPH0584663A - ウオータージエツト切断機用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切断精度を十分維持することができ、生産効
率を向上させることができるウォータージェット切断機
用ノズルを得ること。 【構成】 高圧流体を噴出することによって被加工材の
切断を行なうウォータージェット切断機用のノズルにお
いて、そのノズル２３を軸線方向或はそれに直交する横
方向又は両方向の分割面２１ａ，２１ｂによって複数個
に分割して組立式とした。また、ノズル孔内壁面にメッ
キ層成は被覆層を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば塩ビ、アクリル
等のプラスチック、セラミックス、ガラス材等の硬くて
脆い平板状のワークや、熱的に影響を受け易いチタン材
等をノズルから高圧流体を噴射することによって切断す
るようにしたウォータージェット切断機用ノズルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、難加工性材料、新素材、複合材
料、或は廃棄物などの切断方法としてウォータージェッ
ト切断が注目されている。このウォータージェット切断
は、１０００〜４０００kgf ／cm² の高圧水、或は切断
効率を増すためにアブレシブ（砥粒）を含有させた水を
ノズルの細孔から噴出させ、その衝撃エネルギーで被加
工材の切断を行なうものである。

【０００３】図３は上記ウォータージェット切断機の概
略構成を示す側面図であり、扁平な機台１の中程には門
型枠体２が機台１を跨ぐように立設されており、この門
型枠体２の水平部２ａの一側面には前後方向に延びる水
平ガイドレール３が設けられ、この水平ガイドレール３
にノズル移動体４が前後動可能に装着されている。この
ノズル移動体４には噴射ノズル５が下向きに取り付けら
れており、この噴射ノズル５に接続されている高圧流体
管６を経て供給された高圧流体を噴射ノズル５から噴射
することによって、機台１上に左右方向に移動自在に装
着された被加工材Ｗを切断するようにしてある。

【０００４】図４は、上述の如きウォータージェット切
断機に使用する噴射ノズルの縦断面図であって、内部に
ウオータノズル１０が装着されたノズルホルダー１１に
高圧流体管６の先端部が挿入装着してある。このノズル
ホルダー１１は外周部に環状フランジ部１２ａが形成さ
れた上部胴体１２内に装着されており、この上部胴体１
２の下半部が下端にアブレシブノズル１３を装着した下
部胴体１４に装着されている。そして、上部胴体１２の
環状フランジ部１２ａが下部胴体１４の上部とその蓋体
１５間に挿入係合されている。

【０００５】一方、上部胴体１２の下端部に形成された
開口１２ｂの下方には研磨剤を高圧流体に混合するミキ
シングチャンバ１７が形成されており、そのミキシング
チャンバ１７で研磨剤が混合された高圧流体がアブレシ
ブノズル１３から噴出されるようにしてある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、水流を絞り
込み高速吹出しをするノズルの寿命は一般に長いとはい
えず、特に高速切断に必要な高圧アブレシブ含有水をジ
ェットする場合には、切断精度及び生産効率の上からノ
ズルの精度保持は一つの重要な問題となっている。

【０００７】このようなことから、ウォータージェット
切断に用いられるノズルは、研磨剤を含む高圧水によっ
てノズル孔が変形され切断精度等に悪影響を及ぼすこと
を防ぐため、通常硬質の金属、例えば超硬鋼、高速度鋼
やタングステン鋼、或はセラミックス例えば炭化タング
ステン、アルミナ、窒化アルミニウム等が用いられてい
る。そして、ノズル孔は一般に生産加工用としては直径
０．２〜２mmの丸穴が用いられ、上記素材を粉末冶金の
手法で一次焼結したのち、リーマ等で機械加工をして明
け、二次焼結後ワイヤカット等の手法で所望寸法に仕上
げるのが普通である。

【０００８】このように、この種ノズルの製作にはやっ
かいな工程を必要とし、コスト高となる等の問題があ
る。しかも、このようにして製作されたノズルにおいて
も、その寿命は一般に数時間〜１００時間と短かい。特
に高圧で研磨剤を用いる程またノズル孔が小さいもの程
取替頻度を大きくしないと、所望の切断精度の切り口が
得られず、生産性が落ち込む等の問題もある。

【０００９】本発明はこのような点に鑑み、切断精度を
十分維持することができ、生産効率を向上させることが
できるウォータージェット切断機用ノズルを得ることを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧流体を噴
出することによって被加工材の切断を行なうウォーター
ジェット切断機用のノズルにおいて、そのノズルを軸線
方向或はそれに直交する横方向又はその両方向の分割面
によって複数個に分割して組立式としたことを特徴とす
る。また、第２の発明は、ノズル孔の横断面形状を切断
方向に対してその幅が徐々に小さくなる台形孔としたこ
とを特徴とする。さらに第３の発明は、ノズル孔の内壁
面にメッキ層或いは被覆層を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】ノズルを複数個に分割し組立式とした場合、高
圧流体や研磨剤によって比較的浸食および壊食によって
消耗する上部のみを必要に応じて取換えることができ、
また軸線方向に長いノズル孔の穿設作業を行なう必要が
なくなり、ノズルの製作が容易となる。また、第２の発
明においては、ノズル孔の断面形状を比較的大きくでき
ノズル孔精度を出し易く、しかも前方ジェットで切断し
た傾斜した切口面も後部ジェットで仕上げ切削され、切
り口幅精度が改善される。さらに第３の発明ではジェッ
トとノズル孔内壁の摩擦が軽減され、切断精度を長期に
わたって保持することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す一部断面斜視
図であり、ノズル本体２０が軸線方向に延びる直径分割
面２１ａ、およびこれと直交する横方向の分割面２１ｂ
によって上下に分割され、その分割されたブロックを一
体に組立て、それが円筒状の外筒２２内に収納され、一
本のノズル２３が形成されている。

【００１３】しかして、軸線方向に延びる直径分割面２
１ａによってノズル本体２０を分割することによって、
細孔からなるノズル孔２４を、分割面に軸線方向に延び
る半円状の溝を設けることによって形成することがで
き、その加工が容易でノズル孔２４の仕上げ精度を向上
させることができる。また、横方向の分割面２１ｂによ
って分割することによって加工すべきノズル孔の長さを
それぞれ比較的短いものとでき、その加工をきわめて容
易に行なうことができる。

【００１４】なお、上記実施例においては、軸線方向に
延びる分割面２１ａ及び横方向の分割面２１ｂの両者に
よってノズルを分割したものを示したが、それらの一方
によって分割するようにしてもよい。

【００１５】また、図２は本発明の他の実施例を示す図
であって、ノズル２３に形成されるノズル孔２４の断面
形状が、ノズル２３による切断方向に対してその幅が徐
々に小さくなる台形状としてある。

【００１６】ところで、ノズル孔は通常円孔であり、切
り口精度を向上させること、小さな曲率半径の曲線切断
を可能とすること、及び被加工材の除去量を減少させる
こと等の点からなるべく小さな直径の孔が好ましい。

【００１７】しかし、小さな孔の精密加工は比較的困難
であるばかりでなく、小さな孔ほど消耗し易く、切断加
工中に孔径が大きくなり易く切断精度が劣化してくる。
また、仮に孔径が変化しないとしても、切断後の切り口
幅はジェットの勢いが被加工材の内部にはいるにつれて
弱くなるので同一ではない。そこで、これを全板厚にわ
たって一様化するとすれば、再度やや大き目のノズルを
用いてジェットを通過させる必要がある。すなわち二連
ノズル方式とする必要がある。

【００１８】ところが、本発明のように、ノズル孔形状
を例えば切断時に先行する側を直径０．５mmとし後部を
１．０mmとし両円を接線で結んだ台形状とすれば、前方
ジェットで被加工材を切断し、傾斜した切口面も後部ジ
ェットで仕上切削され、切り口幅精度が改善される。

【００１９】また、ノズルは基本的に全体が硬質である
必要はなく、よく摩耗するノズル孔内面のみ硬質であれ
ばよい。したがって、ノズル孔内面を硬質クロムメッ
キ、窒化（タフトライド）処理、炭窒化処理等をして硬
質化することが有効である。また、特に砥粒（研磨剤）
を含有するジェットの場合等は、硬質性よりもジェット
と孔内壁の摩擦を軽減することも有利となる。

【００２０】摩擦はノズル孔内壁をできるだけ平滑にす
ることでかなり減少するが、一般に細孔内面の平滑仕上
げは容易ではない。また、研磨剤を含有するジェットに
おいては、研磨剤粒子が孔内壁にその角部を打ちつけた
り、突き刺したりする。したがって、孔内壁は摩擦係数
が小さく滑りやすく、剛性が小さく弾力性に富む方が有
利となる場合もある。そこで、ノズル孔内壁を例えばふ
っ素樹脂などで被覆してもよい。

【００２１】

【実験例】

（１） 中炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の縦分割ノズルを試作し
た。そこで、ノズル孔径を０．８０mmに設定するため、
それぞれの半割ノズルに半径０．４０mm、長さ８０mmの
円弧溝を機械加工によってつけ、円弧溝のみ塩浴処理
（タフトライド法、５５０℃、３０分）によって軟窒化
し、２０〜５０μｍの窒化層を形成し、溝の表面硬さを
Ｈv ＝２８０からＨv ＝９９０まで上げて硬質化し耐摩
耗性を改善した。そして、このノズルを用いて３２００
kgf ／cm² の高圧水に２００gr／minの割合で粒度＃１
２０ガーネットを供給しつつノズル間隔２mmで厚さ２０
mmのガラス板のウォータージェット切断を行なった。

【００２２】この場合、軟窒化処理をしない中炭素鋼の
ままでは３０分以内でジェット幅ならびに切口幅が大き
く変化し寿命に達したのに対し、タフトライド処理をし
たものは約２０時間の寿命であった。この寿命時間はセ
ラミックス系ノズルには劣るが、焼結工具鋼（Ｈv ＝８
００）で作られた通常のノズルよりも大幅に大きいもの
である。

【００２３】また、寿命前に組立てを解除してノズル溝
表面を観察したところ、上部に壊食が見られるものの、
その程度はむしろ浅く局限される傾向があった。これは
基材が軟質で弾性的に変形し得ることと、ノズル孔の仕
上げ精度がよくなったことに依ると推定される。

【００２４】（２） 中炭素鋼の縦分割ノズルの溝内面
に約５０μｍのふっ素樹脂被覆を行ない、同じ条件でウ
ェータージェット切断を行なった。この場合、寿命は約
１０時間であり、柔軟材を被せる方法が有利であること
が確認された。

【００２５】（３） １８−８ステンレス鋼の縦分割ノ
ズルで、ノズル孔を二等辺三角形（頂角５．７２°、高
さ１０mm、底辺１．０mm）とした。すなわち、深さが０
〜０．５mmに徐々に大きくなる全長１０mmの傾斜溝を機
械加工で平滑に仕上げ、両部材を合せてノズルを形成し
た。

【００２６】そして、この分割ノズルを用いて前記の条
件で厚さ３．２mmの軟鋼板をウォータージェット切断し
たところ、被加工材の切口幅が表面１．０２mm、裏面
１．０１mmとなり、傾斜角はほぼ零となった。

【００２７】この値は通常のように直径１．０mmの円孔
ノズルで切断を行なった時の表面１．０２mm、裏面０．
８３mm、傾斜角１．７°に比較すると著しい改善で、ほ
ぼ完全に垂直な切口面になるということができる。

【００２８】（４） 前記（１）のノズルを更に上下に
２分割して、合計４個のノズル片を外筒内に収納するこ
とによりノズルを形成した。そして、（１）と同様の条
件で切断作業を行ない、寿命前に１５時間後に解体し、
壊食の著しい上部２片を新しいものに取替えたところ、
更に約１３時間切断作業が継続できた。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、ノズルを複数個に
分割して組立式としたものにおいては、ノズル加工が容
易になり、また消耗部のみ取替えることができてコスト
低下を計ることができ、ノズル孔精度等についても観察
しやすく、ノズルの切断精度を長期にわたって保持する
ことができる。またノズル孔を台形孔とした場合には、
再ジェット切断等の仕上げ工程が不要で切口精度を向上
できる。さらにノズル孔内面にメッキ層或は被覆層を設
けたものにおいては、高価なノズル材を用いる必要がな
く、寿命を延ばすことができ、切断精度を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノズルの一実施例を示す一部断面斜視
図。

【図２】本発明の他の実施例を示す図。

【図３】ウォータージェット切断機の全体概略構成を示
す側面図。

【図４】従来のウォータージェット切断機のノズルの縦
断面図。

【符号の説明】

１０ ウォータノズル １１ ノズルホルダー １３ アブレシブノズル ２０ ノズル本体 ２１ａ，２１ｂ 分割面 ２２ 外筒 ２３ ノズル ２４ ノズル孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧流体を噴出することによって被加工材
   の切断を行なうウォータージェット切断機用のノズルに
   おいて、そのノズルを軸線方向或はそれに直交する横方
   向又はその両方向の分割面によって複数個に分割して組
   立式としたことを特徴とする、ウォータージェット切断
   機用ノズル。
2. 【請求項２】ノズル孔の横断面形状を、切断方向に対し
   てその幅が徐々に小さくなる台形孔としたことを特徴と
   する、ウォータージェット切断機用ノズル。
3. 【請求項３】ノズル孔の内壁面にメッキ層或は被覆層を
   設けたことを特徴とする、ウォータージェット切断機用
   ノズル。