JPS6215099A - 高速液体噴流のためのエネルギ−消滅リセプタクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液体’９を流切削装置に関し、特にこのような
製置に関連したエネルギー消滅すセッタクルに関する。

従来技術 高速液体噴流による切削は技術上周知である。

典型的には、水のような液体を音速の３倍以上の速度の
噴流にするために、直径０．００３から０．０３０イン
チ（０，００７６２から０．０７６２儒）の受石ノズル
を通して５５．０００　ボンド毎平方インチ（約３８７
０Ｋｐ　／　ｔｙｒｔｔつの圧力が加えられる０このよ
うにして作られた噴流は、鋼鉄、アルミニウム、紙、ラ
バー、プラスチック、ケブラー（Ｋｅ　ｖ　１　ａ　ｒ
　）、グラファイト及び食品などの様々な金属及び非金
！Ａを切削するのに使用できる。

液体噴流の切削力を増すために、噴流に研摩剤を加えて
、いわゆる「研摩噴流」が作られた。研摩噴流は工具鋼
、装甲板、るる種のセラミックス及び防弾ガラスといっ
た硬い物質から鉛などの軟らかな物質まで広い範囲の様
々な物質を効果的に切削するのに使用される。典型的な
研摩剤は石つぶの大ささがφ３６からφ１２０のガーネ
ット、シリカ及び酸化アルミニウム含有する。「液体噴
流」という飴は、ここで使用するときは総称的に液体噴
流と研摩剤流全意味する。

液体ｒ５ＪＬ流の高エネルギーは、−変波加工物を通過
したら、　ｆ’ｌらかの方法で吸収されねはならない。

その噴流は人又は偶発的に衝突するかもしれない装置に
とって危険であるばかりでなく、噴流を形成する液体は
適切な処置のために集められなければならない。

従って、液体噴流切削装置は液体の高速噴流を受けるた
めのエネルギー消滅リセプタクルを有している。例えば
米国％計第２．９８５．０５０号及び第３．２１２．３
７８号はラバー又はネオプレン又は他の弾性重合体物質
の上に水又は他の液体を収容している捕獲タンクを開示
している。スプレィレール（ｓｐｒａｙ　ｒａｉｌ）が
タンクの両側に提供され、ウォータース１レイ液体懺面
の上で下方に向けられており、切削流体の発散Ｐａ金覆
い、それらが切削機の領域に出てくることを防ぐ。

米国特許第３．７３０．０４０号が開示するエネルギー
吸収リセプタクルは、そのリセプタクルの底部に焼入鋼
衝撃ブロックを収容し、リセプタクルの上端部に被加工
物のごく近くに近接して配置したフラストコニ力ルバツ
フル（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌｂａｆｆｌｅ）を
有している。噴流はりセクタクル中に入Ｌｌ！ｊｔ流の
エネルギーの一部分を吸収するりセプタクル内の液体を
通る。噴流はその後、リセプタクルの底部で鋼鉄ブロッ
クに衝突する。バッフル板の向きは音、スプレィ及び発
散物が入口から戻って出てくるのを防ぐように記載され
ている。

エネルギー消滅リセプタクル又は保獲器は、２つの基本
的な難問を受けることが技術上周知である。第１に在来
の捕獲器、特に研摩噴流とともに用いられるものは素度
の１Ｎｆｉに会い、比較的高価な摩損部品が必要とされ
た。噴流の切削力の念めに、これらの部品はそれでもな
お短い有効寿命であった。

第２に、捕獲器ハウジングは所望の金属の質及び量のた
りにこれまでは大きく尚価であった。液体噴流％特に研
摩噴流による貫通に対して安全を確保するために厚い金
属壁が必要とされた。更に、在来の捕獲器本体はリセプ
タクルの内部を通る十分なエネルギー消滅経路全提供す
るために噴流方向に比較的長かった。例えば在来の捕獲
器は典型的には噴流の方向に３６インチ（約９１．４　
ｃｍ　）の長さがめった。

発明の目的 従って１本発明は液体の高速噴流のエネルギーを消滅さ
せるための方法及び装置であって、前記制限を克服する
ものに向けられているＣ簡単に言うと、液体の高速噴流
？受けるためのエネルギー消滅リセプタクルは、収容さ
れた液体を保持し、高速液体噴流を受けるための内部空
胴含有する本体から成ることが開示されている。リセプ
タクルは更に、空胴円に自由に動ける懸濁質の層を有し
ている。エネルキー消滅された余分な液体が前記空胴か
ら流出することを可能にし、同時に実質的に全ての懸濁
質ヲその中に維持するためにレベル制限手段を有してい
る。噴流は少なくともいくらかの懸濁質に衝突するよう
にリセプタクル内で受け止められる。

研摩噴流が懸濁質の層を貫通するとき、少なくともそれ
らのいくらかは収容された液内で懸濁されるｎ！Ｊ］％
’ｌ内で比較的自由に動くそれらの能力のために１部材
は液体中を動いて懸濁質の最小の損傷で衝突する噴流の
少なくともいくらかを吸収する０ 噴流に関係した懸濁質の摩横は収容された液体中への噴
流の進入によって懸濁質に与えられた循環する運動によ
って更に最小化される。好適実施例においてこの循環す
る運動は、一点に集中する断面金有するリセプタクル内
部を提供することによって最大にされる。

好適な一点に集中するりセプタクル内部は、循環する懸
濁質との利用で捕獲器の長さの実質的な短ａを可能にす
る。

発明に関するこれらの計細は、以下の好適実施例の記載
と図面で明らかとなろう。

好適実施例 初めに第１図を参照すると、液体の高速噴流５２を作る
ためのノズル５０から成る液体噴流切削装置が図示され
ている。典型的には、液体は水又は水／研摩剤の混合液
である。その液体は音速の３倍以上の速度の噴流にする
ために１ｍ径０．００３から０．０３０４／チ（０，０
０７６２から０．０７６２　ｃｌｎ）の受石ノズルを通
して５５．０００　ｌｂｓ、／ｓｑ、　ｉｎ、　（約３
８７０Ｋｐ　／１ｙｒｌ　）の圧力が加えられる。

一枚の物質５４が噴流５２による貫通のためにノズルの
下に置かれている。その物質５４はノズル５０に呼応し
て矢印５６によって示されているような方向に動く。第
１図に図示されているように、切削は＄１質の移動と反
対方向になされる。

切削過程の間、噴流５２は物ＪＸ５４を突き抜けてエネ
ルギー消滅リセプタクル１０に入る。実際問題として、
噴流はり負によって切削の方向とは反対の方向に屈折す
るようにそらされるかもしれない。′４ｉｊ負から出て
くる屈折された噴流の経路は、それに従って第１図で点
線５８で示されたように略示的に図示されている。

典型的な切削装置において、ノズルから出る液体噴流は
概して鉛直下向きに出る。捕獲器は切削物質の下方に置
かれ、Ｉ！Ｊ流と一直線に並べられている。

屈折された噴流とリセプタクルとの間の配列は様々な方
法が提供される。第１に、リセプタクル１０は、リセプ
タクルの＠紛６０に関して屈折し九噴流がリセプタクル
に入る角度であって、すぐにはりセプタクルの内部に衝
突しないような経路に沿うように直接ノズルの下の位置
から軸をはずして置いてもよい。第１図に描かれた配列
においては、リセプタクル１０の位置は右にはずして置
かれている。

更に、リセプタクルｌＯはその軸＃６ｏが経路５８と同
軸に一直線に並べられ、それによって噴流が内壁上に衝
突する前にリセプタクル中を進む距離を最大にするよう
にわずかに＃４けられる。

第２図を参照する。と、本発明に従って構造されたエネ
ルギー消滅リセプタクルｌＯの部分断面図が略示的に示
されている。リセプタクルｌＯは典型的には１２ゲージ
鋼のような薄板から形成された本体１２を有し、高速液
体噴流を受けるのに適している。

図面の目的のために、Ｉ！Ｊ流の進行の軸線及び方向が
鉛直下方に伸びた矢１６によって衣わされ。

そしてそれは概してリセプタクル軸＃６０と同軸に並べ
られている。前記のように、一般の同軸配置は好ましく
、また、屈折した噴流に関して適当にリセプタクルを傾
けることによって達成される。

本体１２は概して環状の断面を有し、その内径は流体の
流れの方向で一点に集中する形状をしている。図示され
た本体は円錐形状であり、その下方に伸びた内壁は好適
には受けられた液体噴流の軸線と１０〜４５℃の角度を
形成する。一点に集中する内部側壁の内側はラバーのよ
うな非金属で収音性の研摩剤抵抗＠質で内張ジしてもよ
い。

リセプタクルｌＯの山端部は好適に白鋳鉄から形成され
たカバー１４を有する。カバー１４は本体１２の上端部
内側に合う大きさにされ、従って本体１２は本体内部に
予め定められた深さにキャップ１４を受ける大きさに作
られた上部円筒領域１８を有する。

カバー１４は通過孔２０を有し、その大きさは液体噴流
を包囲し、それが取９囲まれたりセクタクル中に入って
行くのを可能にするものである。

カバー１４の底面２２は平坦でもよいが、以下に記載す
る理由により好適には凹面である。

本体１２は更に、空胴からの過剰の飛び散つ九液体の流
出を可能にするための液体レベル制限手段を有する。従
って、概して環状コンジット２４はその内部がす造ブタ
クル１０の内部と液体連通している。コンジット２４は
好適には概して円筒断面の上部領域に置かれるが、リセ
プタクルの底に置かれてもよい。更に、飛び散った液体
及び研摩剤の除去のために部分的真空が通用されてもよ
い０ 円錐体断面の底部は好適には除去可能で交換可能な徴し
て円筒状の形をした閉鎖部材で内部に螺子切りされたキ
ャップ２６であって１円錐ｍ面の底端部に形成された外
側螺子に噛合する。キャップ２６は鋳鉄から＠ｉ５合よ
く作られ、内部スチールグラフを有する。

このように記載したリセプタクルは好適には１２乃至１
４インチ（３０，４８乃至３Ｓ、５６ｃｒｎ）の高さと
、およそ５乃至フインチ（１！？乃至１７．７８ｍ）の
直径の概して円筒状の領域１８を有する。

リセプタクルはおよそキャップの底部表面２２のレベル
に複数の自由運動可能な懸濁質２８で満されている。直
径％乃至％インチ（０，６３５乃至０．９５３ｃｒｎ）
のスチール研削ボール及びスチールショット（ｓｔｅｅ
ｌ　５ｈｏｔ）が懸濁質２８として利用され、そのスチ
ールショットは直径％〜にインチ（０，４２３〜０．３
１８４’ＦＦｍ）の円柱テ長さは’ｃｔＬらの直径とほ
ぼ等しくロックウェル＊ｉで０５５又はそれ以上に熱処
理されている〇 液体噴流が入る前に、ボール及びショット２８はリセプ
タクル１０の頂上部カバーから底部まで伸びる層を形成
する。カバー１４は初めは第１図において点線で描かれ
ているように比較的持ち上けられた位置におる０リセプ
タクルｌＯは液体噴流に関し、噴流がボア２０を通って
リセプタクルに入るように置かれている。一度リセプタ
クルの内部に入ると、噴流はｌＯエネルキー吸収鳥の担
抗のために遅くなり、回転し、広がる。噴流が広がり回
転ｔするに従って、それは上方に２０乃至３５の角度で
流れ始める。同様の角度でリセプタクルの内部側壁を形
成することによって、’Ｊｊ流の上方への流れは３０で
図示したように壁に沿つ九薄層をなす低エネルギー流と
なる。従って内張３２は最小の力及びｊＩ！損を受ける
。

どちらかのタイプの懸濁質のみが使用されてもよいが、
各々の相対的な雪は適切な混合物を作るために変えても
よく、最適条件はショットと％〜％イアｆ　（０，（ｉ
　３５〜０．９５３Ｃｒｎ）のボール５乃至２５％（体
積による）から成る混合物によって得られるように見え
る〇 液体噴流が研削ボール及びショットの層に浸入するとき
、小さな部材の強い動きが大きな部材の浮遊又は浮揚を
引き起こす。大きな部材は第２図において幅広い矢印３
８によって示されたように薄層佃域内を循環することは
明らかで、小さな部材は細い矢印３６によって示された
ように円錐薄層境界の内側におる乱流領域３４内を循環
するのは明らかである。キャップ１４の凹形内部表面２
２は研削ボールとスチールショットの循環を助長するＯ 液体噴流のエネルギーの大半が乱流領域３４で消費され
ることは明らかである。組立体の最も摩損しやすい部分
は安価で容易に交換可能なボール及びショット２８であ
る。ボール及びショット２８は自由にリセプタクル内部
を動くことができるので、それらは液体９Ｎ流の衝突に
よる損傷は最小のものでめる０しかし、３つの要素は衝
突の損害を受けやすいので、それ故にｌＪｌ損し％懸濁
質がついには例も有効な働きをしない大きさに減少して
しまうことを予知できる。しかし、それらの大きさが有
効な最小な太きさよりも小さくなると、それらは例えは
ふるいのようないくらかの適切なフィルターによってコ
ンジット２４を通って外へ出ることが許され、グセ１タ
クル内に残ったボール及びスチールショットは維持され
る。

摩損による懸濁質の量の減少に従って、カバー１４は、
リセプタクルの上部円筒部分内をカバーを部分的に切り
欠いて示した位置まで沈む。従って、カバーはりセプタ
クルの使用の間、懸濁質の損質を補うためにある程就の
溶槍測定の１１ｉ１ｖｉがなされる。

懸濁質に加えて、噴流によって摩損することが許される
リセプタクルの残りの部分のみが捕獲器の噴流対向底で
ある。従って、取り外し可能キャップ２６は組立体の＊
ｍし易い部分の安価な交換を許し、また一方でクリーニ
ングの進行を助長する０ 図示し九ＩＪ七ブタクルのエネルギー消滅の特徴は、液
体噴流の進行方向の長さが僅か１２乃至１４インチ（３
０，４８乃至３５．５６ｃｒｎ）又はそれ以下のものを
可能にする。円錐薄層境界内の非常に低い液体エネルギ
ーのために、リセプタクルの内壁は比較的非破壊的レベ
ルの運動エネルギーを受ける。内壁に沿う薄層機能には
比較的安価でるるが効果的に音を減設するラバーのよう
な物質を内壁に使用することが可能でるる。

前記した中には当業者が本発明の実施をすることが可能
な詳細な情報が記載されているが、当業者がこれらの技
術の恩恵によって多くの変更態様が可能なことは明らか
である。従って、ここに記載された発明はもつはら添付
された特許請求の範囲によって限定されるものであり、
特許請求の範囲は従来技術に徴して可能な限り広く判断
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された液体噴流切削装置の
略示正面図である。 第２図は本発明に従って構成された液体の〜□速噴流を
受けるためのエネルギー消滅リセプタクルの部分的に切
り欠いた略示正面図である。 主要符号の説明 １０−一エネルキー消畝りセクタグル １２−−不体 １８−一円筒領域 ２８−一自由運動可能懸濁質 特許出願人　　フロー・システムズインコーホレイテツ
ド代　理　人　　弁理士　　竹　　内　　澄　　夫同　
　　　弁理士　　富　　１）　修　　自問　　　　弁理
士　　太°　負　　進　　介ＦＩＧ、　　２ 手続補正書 昭和６１年１月ＩＪ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体の高速噴流を受けるためのエネルギー消滅リセ
   プタクルであつて、 ａ）液体の高速噴流を受けるための内部空胴を有する本
   体、 ｂ）空胴中の複数の懸濁質、 ｃ）空胴からエネルギー消滅された液体の流出を可能に
   し、一方、その中に懸濁質を維 持するための手段、 とから成る装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された装置であつて、 前記空胴が噴流に垂直な少なくとも１つの 次元において、一点に集中する形状であるところの装置
   。 ３、特許請求の範囲第２項に記載された装置であつて、 前記空胴が概して円錐断面であるところの 装置。 ４、特許請求の範囲第３項に記載された装置であつて、 前記空胴の壁が液体噴流軸線に関し、１５°乃至４５°
   の範囲の角度があるところの装置。 ５、特許請求の範囲第１項に記載された装置であつて、 少なくとも前記懸濁質のいくらかが、液体 による衝突に応答して運動可能な大きさ及び質量である
   ところの装置。 ６、特許請求の範囲第５項に記載された装置であつて、 少なくとも前記懸濁質のいくらかがスチー ルであるところの装置。 ７、特許請求の範囲第１項に記載された装置であつて、 少なくとも前記懸濁質のいくらかがスチー ルであるところの装置。 ８、特許請求の範囲第１項に記載された装置であつて、 少なくとも前記懸濁質のいくらかが、液体 噴流を受ける間、空胴内で概して循環する運動を受ける
   大きさと質量であるところの装置。 ９、特許請求の範囲第１、５又は８項に記載された装置
   であつて、 前記懸濁質が一般に球形及び円柱形の本体 から成るグループから選ばれるところの装置。 １０、特許請求の範囲第９項に記載された装置であつて
   、 少なくとも前記懸濁質のいくらかがおよそ １／８インチ（０．３２ｃｍ）の直径及び１／８インチ
   （０．３２ｃｍ）の長さを有する概して円柱形状体であ
   るところの装置。 １１、特許請求の範囲第９項に記載された装置であつて
   、 少なくとも前記懸濁質のいくらかが、研削 ボール及びショットから成るグループから選択されると
   ころの装置。 １２、特許請求の範囲第９項に記載された装置であつて
   、 少なくとも前記懸濁質のいくらかが概して およそ１／４乃至３／８インチ（０．６３５〜０．９５
   ３ｃｍ）の直径のスチール球状体であるところの装置。 １３、液体の高速噴流を受けるためのエネルギー消滅リ
   セプタクルであつて、 ａ）液体の高速噴流を受けるための内部空胴であり、噴
   流に垂直な少なくとも１つの次 元内で一点に集中する形状の空胴を有する 本体、 ｂ）前記空胴内の懸濁質の層、 ｅ）エネルギー消滅された液体の空胴からの流出を可能
   にし、一方、その中に実質的に 懸濁質の全てを維持するための手段、 とから成る装置。 １４、高速液体噴流の運動エネルギーを吸収するための
   方法であつて、 空胴が複数の懸濁質を収容し、噴流が前記 懸濁質の少なくともいくらかに衝突するように、噴流を
   空胴内で受けるところの工程から成る方法。 １５、高速液体噴流の運動エネルギーを吸収するための
   方法であつて、 ａ）噴流が進行する方向に減少する断面を有するリセプ
   タクルを形成する工程、 ｂ）懸濁質によつて部分的にリセプタクルを満たす行程
   、 ｃ）噴流が少なくとも前記懸濁質のいくらかと衝突する
   ように液体噴流に対してリセプ タクルを配置する工程、 とから成る方法。 １６、高速液体噴流の運動エネルギーを吸収するための
   方法であつて、 ａ）複数の懸濁質によつて部分的にリセプタクルを満た
   す工程、 ｂ）液体噴流をリセプタクル内で受けるようにリセプタ
   クルと液体噴流の位置を合わせ る工程、 ｃ）液体噴流を受け取る間、比較的低い運動エネルギー
   の液体をリセプタクル内にため ることを許す工程、 ｄ）液体噴流によつて衝突される間、蓄積された液体内
   で懸濁質が懸濁されることを可 能にする工程、 とから成る方法。 １７、特許請求の範囲第１６項に記載された方法であつ
   て、 初めに、前記蓄積された液体の循環する流 れを許すようにリセプタクルの内部を形成する工程を有
   するところの方法。