JPS6399200A - 高圧ウオ−タ−ジェツト切断ヘッドおよび切断方法 - 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］ 本発明は改良型高圧強化ウォータージェットシステムお
よびその切断ヘッドに関する。

［従来の技術］ 最近の約ｌＯ数年間に布、合成樹脂、更に金属さえも高
い効率で切断できる力をもつ高圧強化ウォータージェッ
トシステムが発達してきた。このようなシステムは一般
に内径的０．１５〜０．３ｍｍの小さな孔のあるノズル
に強制的に通すことにより生ずる６０，０００（ポンド
／平方インチ）の桁の高圧下の水の噴流から成る。特に
金属板を通すような最高の切断力を得るために、この水
流は微粒の研磨材と混合され、研磨効果の高いウォータ
ージェットにする内径１〜２ｍｏ＋のノズルに強制的に
通される。

このような研磨材入りウォータージェットに使用される
ノズルは内径が摩擦によって侵蝕されるのできわめて対
摩耗性の高い金属で構成されなければならない。これら
のノズルに適する金属は炭化タングステン綱であるが、
多くの適用例において比較的高価である。ノズルの侵蝕
は、従来の切断ヘッドの貫通孔のオリフィスのところで
特にはげしく、従来の水流吐出用ヘッドの貫通孔は楕円
状に拡大され、もとの円形から変形されてしまう。

オリフィスの対象性の変化により、このオリフィスを通
る研磨材入りウォータージェットもまた変形され、分散
されるのでウォータージェットは目的物に鋭く集中せず
、かたい物体を切断する効率が減少する。

さらにまた、このように摩耗したノズルから出る研磨材
入りウォータージェットは、例えば　金属板のような固
体を切断するとしても、ウォータージェットは楕円形に
なっているゆがんだ流れであるから、滑らかで均一な切
断をすることができない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、効率的で寿命の長いノズルを持つ高圧
強化ウォータージェット切断システムを提供することに
ある。

さらに、本発明の目的は、ウォータージェットの中に研
磨材を使用する一層効率的な高圧強化ウォータージェッ
ト切断システムを提供することにある。

なお、本発明の目的は、高圧研磨材入りウォータージェ
ットによってかたい物体を一様に均一に切断する改良さ
れた方法を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、上記の効果を達成するため
の研磨材入りウォータージェット切断ヘッドを提供する
ことにある。

Ｅ問題点を解決するための手段】 我々は、高圧研磨材入りウォータージェット切断用ヘッ
ドのノズルをその貫通孔の軸を中心にして回転すること
により、ノズルの効果的な寿命を同じ材料で制作した回
転しないノズルの寿命より４倍から１０倍以上延ばすこ
とができることおよび切断システムの効率が十分に増大
することを発見した。

この発明によって、次の装置を含む高圧研磨材入りウォ
ータージェット切断ヘッドを提供する。

高圧ウォータージェット引込口と、研磨材引込口と、前
記高圧ウォータージェット引込口と研磨材引込口とが通
じている混合室とを有する静止ハウジング。

前記静止ハウジングに回転可能に取り付けられ、前記混
合室から内容物が供給されるように前記混合室に接続さ
れているノズル。

前記ノズルに設けられた貫通孔の軸のまわりを前記ノズ
ルを回転させる回転手段。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

水は引込口ｌを経てサファイア族のウォータージェット
ノズル２を通り、高圧で切断用ヘッドに入り、そして混
合室４を通り抜けてノズル３の方向へ流れる。例えば微
粒の砂またはガーネット（ｇａｒｎｅｔ　）のような研
磨材は、ベンチュリー効果により導入管５を経て混合室
４に引込まれ、この混合室４において研磨材は水と混合
し、そしてノズル３を通ってオリフィス６から高速で出
てゆく。ウォータージェットの直径はオリフィスの形で
きまり、そして新品のノズルではこの形は、第４図ａに
示すように実質的には円形であり、この第４図ａにオリ
フィス６から来るウォータージェットが完全に板８を通
り抜けて平滑な切り口９を後に残すような整然とした方
法でかたい板８を貫くことを示す。

研磨材入りウォータージェットがノズル３を通して流れ
続けるので、貫通孔ＩＯおよびオリフィス６は侵蝕され
、拡大される。ある理由で、この拡大は従来の研磨材入
りウォータージェット切断ヘッドでは均一ではなく、そ
してオリフィスの形は第４図すの６′に見られるように
円形ではなくて楕円形となる、オリフィスのこの変形の
結果、研磨材入りウォータージェット　７′もゆがみそ
して分散する。このジェットはもはや新品のノズルと同
様な切断力はなく、そして更に板８′をきれいに切断せ
ず、切断の出口にバリ１１を残す。

オリフィスのゆがみの理由はウォータージェットおよび
研磨材が互いにある角度をなして混合室４に入り、それ
によってノズルの貫通孔に入る際に運動量を発生すると
いう事実であると信じられている。

第２図に本発明による回転式ノズル研磨材入りウォータ
ージェット切断ヘッドの１つの実施例を示す。水は給水
管ｌおよび高圧でサファイア製ウォータージェットノズ
ル２を通り、混合室１２に流れ込む。研磨材はベンチュ
リー効果によって導入管５から混合室１２に引き込まれ
る。混合室１２において、水と研磨材は混合され、そし
てこの混合物はじょうご状のノズル人口１３を通ってノ
ズル３の貫通孔１０に進み、オリフィス６から飛出す。

導入管１および５、サファイア製ウォータージェットノ
ズル２および混合室１２は静止ハウジング１４に囲まれ
ている。これに反し、ノズル３は、圧力で操作される手
工具をホースに結合するのに使用されるクイックコネク
タ１６．１７で回転ベース２０．１５に搭載されている
。回転ベース１５は静止ハウジング１４の上に回転でき
るように装備されている。小型直流モータ２０がシャフ
ト２１を回転させ、その回転により駆動歯車２２．２３
をベアリング１９に沿って回転させ、ベース１５とベー
ス１５に結合されたノズル３とを回転させる。

本発明によるウォータージェットシステムにおいて、ノ
ズルは、これが制限速度ではないが、約５　ｒｐｍで回
転してもよい。回転はこれより遅いまたは速い場合もあ
るが、２から２０　ｒｐｍ／分の範囲にあることが最も
実際的であると考えられる。主たる規準はノズルの貫通
孔およびオリフィスに一様な摩耗を生ぜしめるのに十分
な回転である。金属のような固体の切断に使用されるノ
ズルは、一般に当業界において公知の非常にかたいそし
て耐磨耗性の金属で造られる。好ましい材料は炭化タン
グステン綱である。ノズルの貫通孔の内径は直径１〜２
１１Ｉ１１の範囲内にあり、そして標準の内径の寸法は
ほぼ１．６＋Ｉ１ｍである。この型のノズルは従来の切
断用ヘッドで、６０メツシユのガーネットを４０ｋｇ／
ｈｏｕｒの割合で送り出すウォータージェットを用いて
約３時間は順調に作動する。この条件で３時間使用した
後はノズルのオリフィスは侵蝕され、長い方の直径が約
２１１１ｍの楕円形になる。オリフィスのこの変形は結
果的に生ずるジェットの切断力を非常に減少させ、それ
に加えて切断のゆがみを起こし、そしてジェットの出口
側にパリを残す。しかしながら、回転ノズルの切断ヘッ
ドでは研磨材による侵蝕が貫通孔およびオリフィスの全
周辺にわたって一様であるから、オリフィスの形は依持
される。このように回転式ノズルを上述と同じ流れの条
件で使用する場合は、５時間の作動後もオリフィスの直
径は円形で一様に１．７ｍｍ＋であり、そしてジェット
は継続して作動するのに十分応じられる。

ノズルを交換しなければならない時はいつでもすべての
切断作業を停止しなければならず、このことは当然作業
行程の原価を増大させることが認められる。なおその上
、これらのノズルはその高い耐侵蝕性の必要性により、
相対的に高価であり、そして耐用期間を増すことは重要
な経済的利益をもたらすことができる。これらのことは
研磨材入りウォータージェット切断方式をこれまでノズ
ルの原価の要因により除外されていたより多くの分野に
適用できることを意味している。

第３図に回転式ノズル付ウォータージェット切断ヘッド
の他の実施例を示す。この場合は、ノズル３は普通、電
気ドリルのビットを保持するために使われるチャック２
４によって回転ベース１５に搭載される。これはノズル
を速やかに交換することができ、そして切断作業の休止
時間を減少させる。

回転ベース２５およびモーター２０、特に可動部品およ
び／あるいは電気部品は、研磨切断作業中、切断用ヘッ
ドの近くに必然的に存在する研磨材の粉末および水蒸気
を含む環境から隔離することが好ましい。

本発明による回転手段は必ずしもモーターでなくてもよ
い。それらは例えば水圧あるいは空気圧のように１つの
部品を他の部品の回りに回転させるようないかなる公知
の手段でもよい。

本発明による高圧強化ウォータージェット付切断用ヘッ
ドはコンピューターによって操作される切断テーブルに
組込むことができ、金属板を含むかたい材料に対する前
置ってプログラムされた効率的な自動精密切断工具を提
供する。本発明によるヘッドに使用することに適する切
断装置は我々の同時出願中の出願書Ｎｏ、７８８４６に
報告しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高圧研磨材入りウォータージェット切断
ヘッドの平面図、第２図および第３図は本発明の回転式
ノズル付研磨材入りウォータージェット切断ヘッドの２
つの実施例の平面図、第４ａ図および第４ｂ図は新品お
よび摩耗したノズルの上面図および側面図、第５図は従
来の研磨材入りウォータージェット切断用ヘッドの炭化
タングステンのノズルと本発明による回転式ノズル付切
断ヘッドの同様なノズルとの耐久性を比較したグラフで
ある。 １：引込口 ２：サファイア製ウォータージェットノズル３：ノズル ４：混合室 ５：導入管 ６、６’　　ニオリフイス ７．７’　　：研磨材入りウォータージェット８、８’
　：板 ９：切り口 １０：貫通孔 １１：バリ １２：混合室 １３：じょうご状ノズル １４：静止ハウジング １５：回転ベース １６．１７：クイックコネクタ １９：ベアリング ２０：小型直流モーター ２１：シャフト ２２．２３：駆動歯車 ２４：チャック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧ウォータージェット引込口と、研磨材引込口と
   、前記高圧ウォータージェット引込口と前記研磨材引込
   口とが通じている混合室とを含む静止ハウジングと、 前記静止ハウジングに回転可能に取り付けられ、前記混
   合室から混合物が供給されるように前記混合室に接続さ
   れているノズルと、 前記ノズルに設けられた貫通孔の中心軸のまわりを前記
   ノズルを回転させる回転手段とを有する高圧ウォーター
   ジェット切断ヘッド。 ２、前記ノズルが回転ベースによって前記静止ハウジン
   グに搭載されている特許請求の範囲第１項記載の高圧ウ
   ォータージェット切断ヘッド。 ３、前記混合室に通じる前記高圧ウォータージェット引
   込口および前記混合室に通じる前記研磨材引込口が互い
   に平行ではない特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の高圧ウォータージェット切断ヘッド。 ４、前記回転手段が小型直流モーターを含む特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれか　１項に記載の高圧
   ウォータージェット切断ヘッド。 ５、前記ノズルがチャックによって前記回転ベースに取
   り付けられた特許請求の範囲第２項ないし第４項のいず
   れか１項に記載の高圧ウォータージェット切断ヘッド。 ６、研磨材を含む高圧ウォータージェットを回転ノズル
   を含む切断ヘッドを強制的に通過させて、前記研磨材を
   含む高圧ウォータージェットで固い物体を切断する切断
   方法。 ７、前記回転ノズルが１分間に約２回転ないし２０回転
   する特許請求の範囲第６項に記載の切断方法。