JPH0659626B2 - アブレ−シブジエツトノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ノズル口から加圧流体および研磨材を吐出
させてコンクリート等の石材や鉄材を切断するアブレー
シブジエツトノズルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ビルの解体工事や道路工事等におけるコンクリー
ト等の石材や鉄材の切断には、ダイヤモンドブレード等
が用いられているが、上記ダイヤモンドブレードは刃の
摩耗が激しく不経済であるとともに、切削によつて騒音
が発生することが問題となっていた。

そこで、近年、より効率的な切断方法として、超高圧水
ジエツトによつて切断する方法が提案され実用化されて
いる。これは、微小なノズル口から水を１〜３トンの高
圧で吐出させることにより水を超高速で直進させ、応力
を一点に集中させてそのエネルギーで対象物を切削する
ものであり、切削点以外に圧力がかからず振動の発生が
なく亀裂等も生じないとともに、騒音を抑えることので
きる優れた方法である。そして、最近では、上記超高圧
水ジエツトによる切削能をより高めるために、吐出させ
る水に微粒ガーネツト等の研磨材を混入させるアブレー
シブジエツト式切断方法が提案されている。このアブレ
ーシブジエツト式切断に用いるアブレーシブジエツトノ
ズルとしては、例えば第４図に示すようなものが一般的
なタイプである。すなわち、このノズルは高圧水の流路
１をノズル中心軸方向に直線的に形成し、この高圧水流
路１の外側に同心円的に研磨材流路２を形成している。
研磨材は、研磨材供給口３から供給される。そして、こ
の研磨材流路２先端側に高圧水吐出口４を開口させ、こ
の高圧水吐出口４からノズル口５までの間で研磨材と水
とを混合してノズル口５からこの混合水を高圧で吐出さ
せるようにしたものである。なお、６は研磨材をノズル
口５方向に飛ばすための空気送入口である。

上記アブレーシブジエツトノズルは、第４図のノズル口
５の周辺を拡大した第５図に示すように、ノズル口５か
ら超高圧水および研磨材７を吐出し、超高速の水流によ
つて加速された研磨材７を対象物に激突させることによ
り対象物を切削するようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のアブレーシブジエツトノズル
では、高圧水吐出口４からノズル口５までの内部空間に
おいて、研磨材７が、高圧で吐出される水によつて加速
され流路内壁面にこすりつけられて上記内壁面を削り取
りながらノズル口５に到達するため、第４図の一点鎖線
Ａで示す領域の内壁面の摩耗が著しい。したがつて、こ
のアブレーシブジエツトノズルを用いて連続的にコンク
リート材等の切断を行うと、比較的短時間でノズル内壁
が摩耗して摩耗屑がノズル口５に詰つてノズルが使用で
きなくなり、新しいノズルと交換しなければならず、大
きな問題となつていた。また、水流に研磨材７を混入し
て研磨材７を加速することが切削能を向上させる前提条
件であるが、通常、吐出する水流の直径は１mm以下で、
かつその流速が５００ｍ／秒以上であり、水流は液体と
いうより固体に近いものとなっているため研磨材７は水
流に混入するよりもはじき飛ばされるものの方が多くな
つているのが実情である。したがつて、はじき飛ばされ
た研磨材７は低速のまま対象物に当たり、切削に寄与せ
ずに落ちてしまうのであり、研磨材７を大量に供給しな
ければ切削能の向上効果が得られないことも問題であつ
た。これは、研磨材７が比較的高価であることから、コ
スト的に大きな問題である。さらに、水流によつて加速
される研磨材７が水流の外側から吐出されるため、どう
しても研磨材７が外周方向に拡散しノズル口５の口径よ
りも直径が大きくなる傾向にあり（第５図参照）、ノズ
ル口５よりも切削点が大きくなり、切断面がいま一つシ
ヤープにならないことも改良の余地があるとされてい
た。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ノ
ズル内壁が研磨材７によつて摩耗せずノズル寿命が長く
切削能に優れるとともに研磨材７の供給が少量ですみ、
かつその切断面をシヤープに形成しうる優れたアブレー
シブジエツトノズルの提供をその目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明のアブレーシブジ
エツトノズルは、中心軸方向に研磨材流路を有する内筒
体と、上記内筒体の外径よりも大径の内径を有し上記内
筒体に同軸的に外嵌された内筒体との隙間に加圧流体流
路を形成する外筒体とを備え、上記内筒体先端側が縮径
されて上記研磨材流路の先端部が所定長さだけ直線的な
細径流路に形成され、その先端に研磨材吐出口が形成さ
れているとともに、上記外筒体先端側の少なくとも内周
面が縮径されて上記加圧流路の先端部が所定長さだけ直
線的な細径円筒状流路に形成され、その先端に上記研磨
材吐出口の周囲を環状に囲う加圧流体吐出口が形成され
ており、上記研磨材吐出口および加圧流体吐出口が同一
面上に開口し、かつこの開口面自体がノズル開口端面に
なつているという構成をとる。

〔作用〕

すなわち、この発明のアブレーシブジエツトノズルは、
内筒体内に形成される研磨材流路と、上記内筒体の周囲
に形成される加圧流体の流路とが、先端の開口端面に至
るまで互いに独立した状態で形成されており、その開口
端面がそのままノズル自体の開口端面になつているた
め、ノズル口から吐出されるまで両流体は接触すること
がない。したがつて、ノズル内で研磨材が加圧流体によ
つて加速されノズル内壁面にこすりつけられて内壁を摩
耗させるようなことがない。また、加圧流体吐出口が研
磨材吐出口の周囲を環状に囲い、しかも外筒内周面の縮
径によつて先端から吐出される加圧流体が直線的、かつ
超高速に加速された状態で吐出されるため、加圧流体が
いわば円筒状の壁を研摩材吐出口周辺に形成し、その壁
に囲まれた空洞部を真空に近い低圧状態にする。したが
つて、同じく直線的に吐出される研摩材が、上記低圧状
態の空洞部に吸い込まれるようにして加速しながら移動
するのであり、上記加圧流体の形成する円筒状壁を超え
て拡散することなく、吐出する全ての研磨材が自然に加
速された状態で効率よく切削に利用される。この結果、
従来に比べてずつと少量の研磨材供給量で優れた切削能
を示す。これが、この発明の大きな特徴である。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明す
る。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例の縦断面を示している。
すなわち、このアブレーシブジエツトノズルは、ノズル
中心軸方向に直線的な研磨材流路１０を有する内筒体１
１と、上記内筒体１１に外嵌される外筒本体１２と、上
記外筒本体１２にら合するキヤツプ１３とを備えてお
り、上記外筒本体１２とキヤツプ１３とで本願発明にい
う「外筒体」が構成されている。上記外筒本体１２と内
筒体１１の嵌合部において、外筒本体１２の内径の方が
内筒体１１の外径よりも大きくなつており、上記外筒本
体１２の内周壁と上記内筒体１１の外周壁との間の空隙
が加圧流体流路１４に形成されている。上記キヤツプ１
３は、その中心部に開口１５を有しており、この開口１
５内に、内筒体１１の縮径により細径に絞られた上記研
磨材流路１０の先端が所定長さだけ直線的に延び、その
外周に、外筒体１２内周面の縮径により細径に絞られた
上記加圧流体流路１４の先端が所定長さだけ直線的に延
びて位置決め形成されている。そして、上記研摩材流路
１０の先端が研磨材吐出口１６となり、加圧流体流路１
４の先端が加圧流体吐出口１７となつている。すなわ
ち、上記研磨材吐出口１６を中心とし、これを同心円的
に取り囲んだ状態で加圧流体吐出口１６がリング状に配
置した形で、このアシブレーシブジエツトノズルのノズ
ル開口が形成されていることになる。なお、上記キヤツ
プ１３において、開口１５の内周面には、その内壁を保
護して開口１５の口径精度を保つためにダイヤモンド層
１８が形成されている。

上記アブレーシブジエツトノズルへの研磨材の供給は、
上記外筒本体１２から突出した内筒体１１の細径部１１
ａに、研磨材タンク（図示せず）に連通した研磨材供給
用ホース（図示せず）を接続し、水流もしくは空気流を
利用して低圧で送入することにより行われる。供給する
研磨材の種類は何ら限定されないが、ガーネツトや硅砂
等が一般的である。ガーネツトの粒度は＃３６〜＃６０
程度のものが好適であり、硅砂の粒度は４号〜６号程度
のものが好適である。

一方、加圧流体の供給は、第１図のＡ−Ａ′断面図であ
る第２図に示すように、加圧流体流路１４に連通するよ
うに外筒本体１２の一側面から穿設された供給孔１９に
加圧流体供給用ホース（図示せず）を接続し、超高圧ポ
ンプ（図示せず）から上記ホースを介して行われる。供
給する流体としては、通常水が用いられる。

上記アブレーシブジエツトノズルを用いたコンクリート
材等の切断は、通常の方法に準じて行われるが、上記ア
ブレーシブジエツトノズルにおいては、従来のノズルと
異なり、研磨材吐出口１６が加圧流体吐出口１７によつ
て環状に囲まれており、しかも両吐出口１６，１７に至
る各流路１０，１４の先端部分が細径に絞られた状態で
所定長さだけ直線的に延びているため、上記加圧流体吐
出口１７から超高速で円筒状に吐出する流体の勢いに研
磨材７が帯同して吐出される。このとき、研磨材７は、
流体に周囲を取り囲まれた状態で吐出するため、研磨材
７全体が著しく加速されて吐出する。そして、吐出時に
加圧流体には乱流が生じることがなく、加圧流体が研磨
材を囲んだ状態は、ノズルからの吐出後も守られる。そ
のため従来に比べて飛躍的な切削能を発揮することがで
きる。具体的に、従来と同一の条件に設定してこのアブ
レーシブジエツトノズルを用いてコンクリートを切断し
たところ、従来品（第４図参照）の切削能のほぼ２倍の
切削能を発揮した。しかも、このとき、研磨材７は、円
筒状の吐出加圧流体に取り囲まれた状態で吐出するた
め、吐出加圧流体の円筒状壁がつくる空洞部に吸い込ま
れて加速しながら吐出するのであつて（第３図参照）、
従来のように外側に拡散せず、切削点がキヤツプ１３の
開口１５よりも大きくなることがない。従来にないシヤ
ープな切断面が得られる。また、研磨材７が加圧流体に
取り囲まれたままの状態で対象物（コンクリート等）面
に到達するため、従来のように切削に寄与しないまま落
ちてしまう無駄な研磨材７がなく、研磨材７の吐出量を
従来よりもずつと少量に設定することができ、経済的で
ある。さらに、上記アブレーシブジエツトノズルは、加
圧流体流路１４と研磨材流路１０とが、互いに独立した
状態でノズル開口端に至るまで形成されているため、従
来のように研磨材７が加圧流体で加速された状態でノズ
ル内の内壁に衝突しない。したがつて、ノズル内の内壁
が研磨材７によつて摩耗するようなことがない。その結
果、ノズル寿命が極めて長くなる。

なお、上記実施例では、アブレーシブジエツトノズルの
外筒体を、外筒本体１２とキヤツプ１３とから形成して
いるが、上記キヤツプ１３は、外筒本体１２と別部品に
する必要はない。すなわち、上記実施例では開口１５の
周辺部内壁保護のためにダイヤモンド層１８を形成する
必要からキヤツプ１３を独立部品として外筒本体１２に
ら合するようにしたのであり、このような保護層を設け
ない場合には、上記キヤツプ１３は不要である。なお、
保護層としてセラミック層や超硬合金層を用いてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のアブレーシブジエツトノズル
は、内筒体内に形成される研磨材流路と、上記内筒体の
周囲に形成される加圧流体の流路とが、先端の開口端面
に至るまで互いに独立した状態で形成されており、その
開口端面がそのままノズル自体の開口端面になつている
ため、ノズル口から吐出されるまで両流体は接触するこ
とがない。したがつて、ノズル内で研磨材が加圧流体に
よつて加速されたノズル内壁面にこすりつけられて内壁
を摩耗させるようなことがない。また、加圧流体吐出口
が研磨材吐出口の周囲を環状に囲い、しかも外筒内周面
の縮径によつて先端から吐出される加圧流体が直線的、
かつ超高速に加速された状態で吐出されるため、加圧流
体がいわば円筒状の壁を研摩材吐出口周辺に形成し、そ
の壁に囲まれた空洞部を真空に近い低圧状態にする。し
たがつて、同じく直線的に吐出される研摩材が、上記低
圧状態の空洞部に吸い込まれるようにして加速しながら
移動するのであり、上記加圧流体の形成する円筒状壁を
超えて拡散することなく、吐出する全ての研摩材が自然
に加速された状態で効率よく切削に利用される。この結
果、従来に比べてずつと少量の研磨材供給量で優れた切
削能を示す。これはコストの大幅な低下を実現するもの
である。しかも、上記のように研磨材が加圧流体の円筒
状壁に囲まれて吐出するため研摩材が拡散せず、切削点
がノズル口の口径よりも拡がることがなくシヤープな切
断面が得られることも利点である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
そのＡ−Ａ′断面図、第３図は上記実施例の研摩材と加
圧流体の吐出状態を説明する説明図、第４図は従来例を
示す縦断面図、第５図は上記従来例の研摩材と水の吐出
状態を説明する説明図である。 ７……研摩材、１０……研摩材流路、１１……内筒体、
１２……外筒本体、１３……キヤツプ、１４……加圧流
体流路、１５……開口、１６……研摩材吐出口、１７…
…加圧流体吐出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心軸方向に研磨材流路を有する内筒体
   と、上記内筒体の外径よりも大径の内径を有し上記内筒
   体に同軸的に外嵌されて内筒体との隙間に加圧流体流路
   を形成する外筒体とを備え、上記内筒体先端側が縮径さ
   れて上記研磨材流路の先端部が所定長さだけ直線的な細
   径流路に形成され、その先端に研磨材吐出口が形成され
   ているとともに、上記外筒体先端側の少なくとも内周面
   が縮径されて上記加圧流路の先端部が所定長さだけ直線
   的な細径円筒状流路に形成され、その先端に上記研磨材
   吐出口の周囲を環状に囲う加圧流体吐出口が形成されて
   おり、上記研磨材吐出口および加圧流体吐出口が同一面
   上に開口し、かつこの開口面自体がノズル開口端面にな
   つていることを特徴とするアブレーシブジエツトノズ
   ル。