JPH06328365A - アブレッシブ・ウオータジェット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アブレッシブ・ウオータジェットの砥粒混入
率を向上させる。 【構成】 高圧室１４aを形成するノズルチューブ１４
と、該ノズルチューブ１４内高圧室１４aからの高圧水
を収束させるオリフィス１３と、該オリフィス１３から
の収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入室６と、該砥粒
混入室６で砥流が混入された噴流をワークに向けて吐出
する砥流混合水ノズル部１１とを備えてなるアブレッシ
ブ・ウオータジェット装置において、上記高圧室１４a
内に高圧水の流れの方向と直交する方向にバー部材等の
渦流形成手段１６を設け、砥粒混入室６に供給される噴
流にカルマン渦を生じさせることによって砥粒を巻き込
み易くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、アブレッシブ・ウオ
ータジェット装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば樹脂材、金属材等の素
材を切断するに際して、例えば高圧水(例えば２０００
〜３０００kgf／cm²程度)をノズル先端から噴射し、そ
の高圧・高速のジェット噴流によって切断するアブレッ
シブ・ウオータジェット装置が開発提供されている。

【０００３】今例えば図１０に基づいて、該従来のアブ
レッシブ・ウオータジェット装置の構成およびその切断
方法について説明する。

【０００４】すなわち、先ず図１０は同装置の超高圧水
ポンプより超高圧水が供給されるノズルチューブ１４内
高圧室１４a以下のアブレッシブ・ウオータジェットノ
ズル要部の構成を示しており、符号２は当該アブレッシ
ブ・ウオータジェットノズル、１０はノズル本体、１１
は砥粒混合水ノズル、１２は砥粒混合室(砥粒混合部)６
を形成している砥粒混合室チューブ、１３は収束部材１
３aおよび整流部材１３bよりなるオリフィス、１４は同
オリフィス１３を保持するとともに上記高圧室１４aを
形成するノズルチューブ、１７は砥粒供給パイプ接続
口、１８は上記混合室チューブ１２の側部に形成された
砥粒導入口と上記砥粒供給パイプ接続口１８を連通させ
る砥粒供給口である。

【０００５】また、符号１２aは、上記砥粒混合室チュ
ーブ１２の上部に形成された高圧水噴流導入口であり、
上記ノズル本体１０のオリフィス整流部材１３bの下流
側空間部１９を介して収束された高圧水噴流が砥粒混合
室６内に導入される。

【０００６】そして、同砥粒混合室６内で上記砥粒導入
口より供給される砥粒と混合された後に砥粒混合水ノズ
ル１１のノズル孔１１aを通して更に混合攪拌されなが
ら収束され、かつ増速された後に被切断材に向けて吐出
される。

【０００７】そして、該構成のアブレッシブ・ウオータ
ジェットノズルでは、上記オリフィス１３からの高圧水
噴流の収束度が高く、かつ流量が大きいほど切断性能は
高くなる。

【０００８】そこで、従来より該切断性能の向上を目的
として、例えば図１０に示すように上記ノズルチューブ
１４の高圧室１４a内に図１１に詳細に示すような内側
に逆円錐台形状の収束用コーン孔１５aを形成した収束
用コーン部材１５を嵌装したものが提案されている(例
えば特開平３−４３５９号公報参照)。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように収束用コ
ーン部材１５を高圧室１４a内に嵌装すると、確かに高
圧水噴流の収束性が高くなり、かつ噴流速度も高くなる
ので切断性能は向上する。

【００１０】しかし、アブレッシブ・ウオータジェット
装置の場合、その前提としてオリフィス１３からの高圧
水噴流と高圧水との混合性が良いことが必要であり、そ
のためには上記オリフィス１３から供給される高圧水噴
流が或る程度拡散されることが望ましい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１〜６各項
記載の発明は、各々上記の課題を解決することを目的と
してなされたもので、それぞれ次のように構成されてい
る。

【００１２】(１) 請求項１記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、高圧
室１４aを形成するノズルチューブ１４と、該ノズルチ
ューブ１４内高圧室１４aからの高圧水を収束用コーン
部材１５を介して収束させるオリフィス１３と、該オリ
フィス１３からの収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入
部６と、該砥粒混入部６で砥流が混入された噴流をワー
クに向けて吐出する砥流混合水ノズル部１１とを備えて
なるアブレッシブ・ウオータジェット装置において、上
記高圧室１４a内に高圧水の流れの方向と直交する方向
に渦流形成手段１６を設けて構成されている。

【００１３】(２) 請求項２記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項１記載の発明の構成における渦流形成手段１６
が、バー部材により構成されている。

【００１４】(３) 請求項３記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６がノズルチューブ高圧室１４a内の収束
用コーン部材１５の上流位置に配設して構成されてい
る。

【００１５】(４) 請求項４記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６が、上記収束用コーン部材１５のコーン
室入口位置に配設して構成されている。

【００１６】(５) 請求項５記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６が、上記収束用コーン部材１５のコーン
室途中位置に配設して構成されている。

【００１７】(６) 請求項６記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２,３４又は５記載の発明の構成におけるバー部
材が円柱体により構成されている。

【００１８】

【作用】本願の請求項１〜６各項記載の発明は、それぞ
れ以上の構成に対応して各々次のような作用を奏する。

【００１９】(１) 請求項１記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、高圧
室１４aを形成するノズルチューブ１４と、該ノズルチ
ューブ１４内高圧室１４aからの高圧水を収束用コーン
部材１５を介して収束させるオリフィス１３と、該オリ
フィス１３からの収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入
部６と、該砥粒混入部６で砥流が混入された噴流をワー
クに向けて吐出する砥流混合水ノズル部１１とを備えて
なるアブレッシブ・ウオータジェット装置において、上
記高圧室１４a内に高圧水の流れの方向と直交する方向
に渦流形成手段１６を設けて構成されている。

【００２０】従って、上記高圧室１４aにおいて上記渦
流形成手段１６により、その下流に例えばカルマン渦な
どの渦流が形成され、該渦流状態の高圧水が上記収束用
コーン部材１５からオリフィス１３を通して脈動を伴う
噴流状態となって砥粒混合部６に供給されるようにな
る。

【００２１】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００２２】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００２３】(２) 請求項２記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項１記載の発明の構成における渦流形成手段１６
が、バー部材により構成されている。

【００２４】バー部材よりなる上記渦流形成手段１６に
より、その下流側にカルマン渦などの渦流が形成され、
該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材１５からオ
リフィス１３を通して脈動を伴う噴流状態となって砥粒
混合部６に供給されるようになる。

【００２５】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００２６】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００２７】(３) 請求項３記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６がノズルチューブ高圧室１４a内の収束
用コーン部材１５の上流位置に配設して構成されてい
る。

【００２８】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段１６により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材１５
からオリフィス１３を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部６に供給されるようになる。

【００２９】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００３０】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００３１】(４) 請求項４記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６が、上記収束用コーン部材１５のコーン
室入口位置に配設して構成されている。

【００３２】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段１６により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材１５
からオリフィス１３を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部６に供給されるようになる。

【００３３】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００３４】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００３５】(５) 請求項５記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段１６が、上記収束用コーン部材１５のコーン
室途中位置に配設して構成されている。

【００３６】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段１６により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材１５
からオリフィス１３を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部６に供給されるようになる。

【００３７】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００３８】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００３９】(６) 請求項６記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項２,３４又は５記載の発明の構成におけるバー部
材が円柱体により構成されている。

【００４０】従って、上記円柱体よりなる渦流形成手段
１６により、その下流に効果的にカルマン渦などの渦流
が形成され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部
材１５からオリフィス１３を通して脈動を伴う噴流状態
となって砥粒混合部６に供給されるようになる。

【００４１】その結果、砥粒混合部６における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。

【００４２】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。

【００４３】

【発明の効果】以上の結果、本願発明のアブレッシブ・
ウオータジェット装置によると、砥粒混合率の向上と水
撃作用により、切断性能が相当に向上する。

【００４４】

【実施例】

(１) 第１実施例 図１〜図５は、本願発明の第１実施例に係るアブレッシ
ブ・ウオータジェット装置の構成とその作用および特性
データを示している。

【００４５】すなわち、先ず図１、図２は同装置の超高
圧水ポンプより超高圧水が供給されるノズルチューブ１
４内高圧室１４a以下のアブレッシブ・ウオータジェッ
トノズル要部の構成を示しており、符号２は当該アブレ
ッシブ・ウオータジェットノズル、１０はノズル本体、
１１は砥粒混合水ノズル、１２は砥粒混合室(砥粒混合
部)６を形成している砥粒混合室チューブ、１３は収束
部材１３aおよび整流部材１３bよりなるオリフィス、１
４は同オリフィス１３を保持するとともに上記高圧室１
４aを形成するノズルチューブ、１７は砥粒供給パイプ
接続口、１８は上記混合室チューブ１２の側部に形成さ
れた砥粒導入口と上記砥粒供給パイプ接続口１８を連通
させる砥粒供給口である。

【００４６】また、符号１２aは、上記砥粒混合室チュ
ーブ１２の上部に形成された高圧水噴流導入口であり、
上記ノズル本体１０のオリフィス整流部材１３bの下流
側空間部１９を介して収束された高圧水噴流が砥粒混合
室６内に導入される。

【００４７】そして、同砥粒混合室６内で上記砥粒導入
口より供給される砥粒と混合された後に砥粒混合水ノズ
ル１１のノズル孔１１aを通して更に混合攪拌されなが
ら収束され、かつ増速された後に被切断材に向けて吐出
される。

【００４８】一方、符号１５は、上記ノズルチューブ１
４内の高圧室１４a底部に嵌装された収束用コーン部材
であり、例えば図３および図４に示すように内側に所定
角度の逆円錐台形状のコーン室１５aを形成して構成さ
れ、その上端部には円柱体よりなるバー部材１６が高圧
水の流通方向と直交する状態で配設されている。該バー
部材１６は、図４に示すように、その下流側コーン形状
孔１５a内にカルマン渦を形成するための渦流形成手段
として設けられており、該バー部材１６の下流に図４に
示すように周期的な互い違いのカルマン渦列を伴う後流
を形成することによって上記オリフィス１３の上流側の
流れを周期的に乱し、それによって上記オリフィス１３
下流側の収束された高圧水噴流を砥粒を巻き込み易い乱
流に形成するとともに該乱流に周期的な脈動(圧力変動)
を生じさせることによって上記砥粒の混合度が特に良好
となるようにしている。

【００４９】そして、このようにして良好に砥粒が混入
された高圧水噴流が、さらに砥粒混合水ノズル１１内の
ノズル孔１１a内で収束、加速された後に高流速で初切
断材に向けて吐出される。その結果、切断性能が向上す
る。

【００５０】また、該高流速の吐出噴流は、その脈動に
より当該噴流に圧力波を生ぜしめて水撃作用を実現する
ことから、該作用によって一層切断性能が向上する。

【００５１】該実施例の切断性能の測定結果Ｃを上述し
た従来例のものＡ(収束用コーン部材なし)、Ｂ(収束用
コーン部材のみ)と対比して示すと、図５のようになっ
た。この測定結果から見ると、本実施例のものＣは噴流
幅が従来例のものＢと余り変わらないにも拘わらず、切
断性能は２０％程度向上しており、十分に効果があるこ
とが分る。

【００５２】ここで、上記図３の構成における高圧室１
４a内の超高圧水の平均速度をＶ(m／s)、円柱体のバー
部材１６の直径をd(mm)、該バー部材１６の下流に形成
されるカルマン渦列の周波数をn(Ｈz)とすると、周知の
ように実際の製品と実験モデルとの関係におけるストロ
ーハル数ＳtはＳt＝nd／Ｖであり、該無次元周波数Ｓt
は広い範囲の超高圧水速度Ｖにおいて略一定である。そ
して、上記円柱体のバー部材１６のストローハル数Ｓt
はＳt＝0.2である。

【００５３】従って、結局上式からカルマン渦列の周波
数nは、n＝0.2Ｖ／dとして求められる。このようにして
求めた上記カルマン渦列の実用的な範囲の周波数nを、
上記超高圧水の高圧室平均速度Ｖ、バー部材１６の直径
値dとの関係で示すと、例えば次の(表１)のＡ〜Ｆのよ
うになった。

【００５４】

【表１】

【００５５】該(表１)に例示されるn＝７００〜４００
０(Ｈz)のもので十分に実用的効果が認められ、切断性
能が向上する。

【００５６】(２) 第２実施例 次に図６〜図８は、上記バー部材１６を上記収束用コー
ン部材１５のコーン室途中に設けたことを特徴とするも
のである。

【００５７】該構成によっても上記第１実施例の場合と
同様に、バー部材１６の下流に周期的に高圧水噴流に乱
れを生じさせるカルマン渦列を形成することができ、上
記第１実施例と同様の砥粒混合率向上効果、水撃効果を
得ることができる。

【００５８】(３) 第３実施例 次に図９は、上記バー部材１６を上記収束用コーン部材
１５の上流側高圧室１４aに設けたことを特徴とするも
のである。

【００５９】該構成によっても上記第１、第２実施例の
場合と同様に、バー部材１６の下流に周期的に高圧水噴
流に乱れを生じさせるカルマン渦を形成することがで
き、上記第１実施例と得ようの砥粒混合率向上効果、水
撃効果を得ることができる。

【００６０】(４) 第４実施例 以上の実施例では、その何れにあっても上記バー部材１
６を１本のもので構成したが、該バー部材１６は、例え
ば十字形のものでも、又放射状のものでも良いことは言
うまでもない。

【００６１】また、その断面形状も必ずしも円柱体形状
のものに限られることなく、断面三角形状のものや、断
面四角形状のものでも良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の第１実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２】図２は、同装置の拡大断面図である。

【図３】図３は、同装置の要部の構成を示す拡大斜視図
である。

【図４】図４は、同要部の構成を示す拡大断面図であ
る。

【図５】図５は、同装置の切断性能向上効果を示すグラ
フである。

【図６】図６は、本願発明の第２実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す拡大断面図で
ある。

【図７】図７は、同装置の要部の構成を示す拡大斜視図
である。

【図８】図８は、同要部の拡大断面図である。

【図９】図９は、本願発明の第３実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す拡大断面図で
ある。

【図１０】図１０は、従来のアブレッシブ・ウオータジ
ェット装置の構成を示す断面図である。

【図１１】図１１は、同装置の要部の構成を示す拡大斜
視図である。

【符号の説明】

２はアブレッシブ・ウオータジェットノズル、６は混合
室、１０はノズル本体、１１は砥粒混合水ノズル部、１
２は混合室チューブ、１３はオリフィス、１４はノズル
チューブ、１４aは高圧室、１５は収束用コーン部材、
１５aは高圧室、１６はバー部材、１７は砥粒供給パイ
プ接続口である、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧室１４aを形成するノズルチューブ
   １４と、該ノズルチューブ１４内高圧室１４aからの高
   圧水を収束用コーン部材１５を介して収束させるオリフ
   ィス１３と、該オリフィス１３からの収束噴流に砥粒を
   混入させる砥粒混入部６と、該砥粒混入部６で砥流が混
   入された噴流をワークに向けて吐出する砥流混合水ノズ
   ル部１１とを備えてなるアブレッシブ・ウオータジェッ
   ト装置において、上記高圧室１４a内に高圧水の流れの
   方向と直交する方向に渦流形成手段１６を設けたことを
   特徴とするアブレッシブ・ウオータジェット装置。
2. 【請求項２】 渦流形成手段１６は、バー部材よりなる
   ことを特徴とする請求項１記載のアブレッシブ・ウオー
   タジェット装置。
3. 【請求項３】 バー部材よりなる渦流形成手段１６を、
   上記ノズルチューブ高圧室１４a内の上記収束用コーン
   部材１５の上流位置に配設したことを特徴とする請求項
   ２記載のアブレッシブ・ウオータジェット装置。
4. 【請求項４】 バー部材よりなる渦流形成手段１６を、
   上記収束用コーン部材１５のコーン室入口に配設したこ
   とを特徴とする請求項２記載のアブレッシブ・ウオータ
   ジェット装置。
5. 【請求項５】 バー部材よりなる渦流形成手段１６を、
   上記収束用コーン部材１５のコーン室途中に配設したこ
   とを特徴とする請求項２記載のアブレッシブ・ウオータ
   ジェット装置。
6. 【請求項６】 バー部材が円柱体であることを特徴とす
   る請求項２,３,４又は５記載のアブレッシブ・ウオータ
   ジェット装置。