JPH081515A - アブレーシブ型ウォータジェットのノズル構造 - Google Patents

アブレーシブ型ウォータジェットのノズル構造

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JPH081515A
JPH081515A JP15787294A JP15787294A JPH081515A JP H081515 A JPH081515 A JP H081515A JP 15787294 A JP15787294 A JP 15787294A JP 15787294 A JP15787294 A JP 15787294A JP H081515 A JPH081515 A JP H081515A
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JP
Japan
Prior art keywords
abrasive
nozzle
water jet
nozzle body
type water
Prior art date
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Pending
Application number
JP15787294A
Other languages
English (en)
Inventor
Noritane Chiba
規胤 千葉
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH081515A publication Critical patent/JPH081515A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アブレーシブ型ウォータジェットにおいて、
研磨材によるノズル開口のエロージョンを防止する。 【構成】 基端部に超高圧流体発生源10を接続されたノ
ズル本体1の、研磨材3の供給口2より上流に、旋回流
発生手段としての案内翼4を取り付けて、超高圧水11を
旋回流とすることにより、研磨材3を旋回流の中心部に
向かわせ、研磨材がノズル開口1aに接触しないように
して、研磨材によるノズル開口1aのエロージョンの防
止を可能にした。符号7は旋回流中の研磨材を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高圧水に研磨材を混
入して、ウォータジェットの高速エネルギーと研磨材の
持つ切削性とを利用して加工効率を高めた、アブレーシ
ブ型ウォータジェット(以下「アブレーシブ・ジェッ
ト」という)に関し、特にそのノズル部の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、超高圧水(通常200kg/cm2〜10
00kg/cm2)に研磨材(abrasive)を混入してワークに
噴射し切削を行なうウォータジェットは、アブレーシブ
・ジェットと呼ばれ、混合材や熱影響を受けやすい材料
の切断に用いられており、特に宇宙航空機分野における
ケプラ,グラファイト,ボロンの複合材や熱影響を受け
やすいアルミニウムアロイ,ステンレス,インコネルや
チタンの切断や穴あけ加工に用いられている。
【0003】従来のアブレーシブ・ジェットとして例え
ば特公昭63−62342号公報のようなものが知られ
ており、そのノズル部は、図5に示すような構造となっ
ている。すなわち図5において、符号1は円筒状のノズ
ル本体を示しており、ノズル本体1の先端部は円錐状に
絞られてノズル開口1aを形成している。ノズル本体1
に超高圧流体発生源10から超高圧水11(直進流)が供給
され、この超高圧水11にノズル本体1の側壁に前方へ向
かって傾斜状に形成された研磨材供給口2から研磨材3
が混入され、その混合体がノズル開口1aから高速ウォ
ータジェット8としてワーク(図示せず)に噴射される
ようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来のアブレーシブ・ジェットでは、研磨材は細かい
粉体で、これが超高圧水中に均一に混合していて、噴流
となるとき、ノズル本体、特にノズル開口の内面を削り
取るエロージョン現象を生じ、ノズルの寿命を著しく低
下させている、という問題点がある。本発明はこのよう
な問題点の解決をはかろうとするもので、ノズル内に旋
回流を生じさせて、研磨材をノズル中央へ集め、研磨材
によるノズル壁面のエロージョンを防止できるようにし
た、アブレーシブ型ウォータジェットのノズル構造を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明のアブレーシブ型ウォータジェットのノズル
構造は、基端部に超高圧流体発生源を接続されるととも
に先端部にノズル開口を有するノズル本体と、同ノズル
本体の側壁に形成された研磨材供給口とをそなえ、上記
ノズル本体に、上記超高圧流体発生源から供給された超
高圧水を旋回させるための旋回流発生手段が設けられて
上記ノズル開口から噴出する高速ウォータジェットに旋
回運動を持たせるようにしたことを特徴としている。
【0006】
【作用】上述の本発明のアブレーシブ型ウォータジェッ
トのノズル構造では、旋回流発生手段によりノズル本体
内に旋回流が発生する。研磨材供給口よりノズル本体内
に注入された研磨材は、注入直後で粒子の旋回速度が遅
い間は遠心力が小さく、一方旋回流中ではその中心へ向
かう圧力勾配(中心部が低圧となる)が生じているた
め、研磨材(の粒子)は旋回流すなわちノズル本体の中
心方向へ移動する。特に旋回流(の流速)に比べて軸方
向速度が大きいときは、研磨材の中心方向への移動は顕
著となる。
【0007】通常ノズル開口の直径は1mm以下であるか
ら、研磨材として0.01〜0.05mm程度のものを用いれば、
研磨材は流体の一部とみなすことができ、旋回流の中心
部で研磨材の濃度が高く旋回流の周囲は研磨材の濃度が
0に近くなる。そしてこのような研磨材の濃度分布の旋
回流がノズル開口から高速噴流(高速ウォータジェッ
ト)として噴出する。
【0008】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明する
と、図1は第1実施例としてのアブレーシブ型ウォータ
ジェットのノズル構造の模式側断面図、図2は第2実施
例としてのアブレーシブ型ウォータジェットのノズル構
造の模式側断面図、図3は第3実施例としてのアブレー
シブ型ウォータジェットのノズル構造の模式側断面図、
図4は第4実施例としてのアブレーシブ型ウォータジェ
ットのノズル構造の模式側断面図である。なお、図1〜
4において図5と同じ符号はほぼ同一の部材を示してい
る。
【0009】まず、図1により第1実施例を説明する。
この実施例のものも、ノズル本体1が円筒形に形成され
るとともに、先端部を円錐状に絞られてノズル開口1a
が形成され、ノズル本体1の基端部に超高圧流体発生源
10に接続されて超高圧水11を供給されるようになってい
る。さらにノズル本体1の側壁に前方へ向かう傾斜状に
形成された研磨材供給口2から研磨材3を超高圧水に混
入しうる構成となっている。
【0010】ノズル本体1内の、研磨材供給口2より上
流側(図1における右側)に、旋回流発生手段として複
数の案内翼4が取り付けられている。案内翼4はいずれ
も翼形断面4aを有し、かつノズル本体1の内壁から片
持ち梁式に突設されていて、超高圧流体発生源10からノ
ズル本体1内に供給される超高圧水11(直進流)を旋回
流6に変える作用を行なうものである。
【0011】したがって、この実施例では、研磨材供給
口2から供給された研磨材3は、旋回流6と共に旋回し
ながらノズル開口1aに向かい、ノズル開口1aから旋
回流の状態で高速ウォータジェット8として噴出する。
符号7は旋回中の研磨材を示している。
【0012】ここで、旋回流について考察してみると、
旋回流中では、その中心へ向かう圧力勾配(中心部が低
圧となる圧力勾配)が生じ、それによる中心へ向かう力
と水の遠心力とが釣り合っている。今、水の微小部分を
比重1より小さい物体で置き換えた場合を想定してみる
と、このときには圧力勾配による中心方向は変わらない
が遠心力のみ小さくなるので、物体は中心方向に向かう
ことになる。
【0013】したがって、研磨材3として、比重が1よ
り小さくかつ粒径が0.01〜0.05mm程度のものを用いると
き、研磨材の粒子は流体の一部とみなすことができ、研
磨材3が旋回流(超高圧水と研磨材3との旋回流)の中
心部に集まってノズル本体1の内壁面に近いところに研
磨材3はなくなる。これにより研磨材3によるノズル本
体1特にノズル開口1aの内壁面のエロージョンが防止
されることになる。
【0014】図2に示した第2実施例では、複数の案内
翼4がそれらの各基端部をそれぞれノズル本体1の内壁
面に取り付けられて配設される一方、各案内翼4の先端
部にボス5が取り付けられて旋回流発生手段を構成して
いる。この構成により、第1実施例の場合と同様の作用
効果のほか、旋回流発生手段としての案内翼の強度を高
くできるという、作用効果がある。
【0015】また、図3に示した第3実施例では、第2
実施例におけるボス5に、研磨材3の供給管2aが取り
付けられていて、研磨材3をボス5から旋回流中に放出
できるようになっている。この構成により、第3実施例
のものでは、第1実施例および第2実施例のものの作用
効果のほか、研磨材3を旋回流の中心部へ一層効果的に
集めることができて、ノズル内壁面のエロージョン防止
効果をさらに向上させうるという利点がある。
【0016】さらに、図4に示した第4実施例では、研
磨材供給口2より上流のノズル本体1の内壁面に、旋回
流発生手段としてのらせん溝9が形成されている。この
構成により、この第4実施例では、第1実施例のものの
作用効果のほか、案内翼を必要としないで旋回流を生成
することができ、使用部品の減少による低コスト化がは
かれるとともに流通抵抗を減少させることができる等の
利点がある。
【0017】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアブレー
シブ型ウォータジェットのノズル構造によれば、旋回流
発生手段によりノズル本体中に旋回流が発生し、この旋
回流中に存在する中心へ向かって物を動かす方向の圧力
分布により、研磨材を旋回流中の中心部へ集めることが
でき、これにより研磨材によるノズル開口の壁面のエロ
ージョンを防止でき、ノズルの延命化をはかることがで
きる、という利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としてのアブレーシブ型ウ
ォータジェットのノズル構造の模式側断面図。
【図2】同第2実施例としてのアブレーシブ型ウォータ
ジェットのノズル構造の模式側断面図。
【図3】同第3実施例としてのアブレーシブ型ウォータ
ジェットのノズル構造の模式側断面図。
【図4】同第4実施例としてのアブレーシブ型ウォータ
ジェットのノズル構造の模式側断面図。
【図5】従来のアブレーシブ型ウォータジェットのノズ
ル構造の模式側断面図。
【符号の説明】
1 ノズル本体 1a ノズル開口 2 研磨材供給口 3 研磨材 4 旋回流発生手段としての案内翼 5 ボス 6 旋回流 7 旋回中の研磨材 8 高速ウォータジェット 9 旋回流発生手段としてのらせん溝 10 超高圧流体発生源 11 超高圧水

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アブレーシブ型ウォータジェットのノズ
    ル構造において、基端部に超高圧流体発生源を接続され
    るとともに先端部にノズル開口を有するノズル本体と、 同ノズル本体の側壁に形成された研磨材供給口とをそな
    え、 上記ノズル本体に、上記超高圧流体発生源から供給され
    た超高圧水を旋回させるための旋回流発生手段が設けら
    れて上記ノズル開口から噴出する高速ウォータジェット
    に旋回運動を持たせるようにしたことを特徴とする、ア
    ブレーシブ型ウォータジェットのノズル構造。
JP15787294A 1994-06-16 1994-06-16 アブレーシブ型ウォータジェットのノズル構造 Pending JPH081515A (ja)

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030604