(57)【要約】      （修正有）【課題】線状の高圧液体の周囲を研削材を含む圧力気体の旋回流で囲んだ複合噴流を対象物に噴出することにより研削効率の向上を図るとともにノズルの粉末砥粒による目詰りが生じない噴射ノズル装置を提供する。【解決手段】噴射ノズル装置は、内部に円錐台形状の旋回流を形成するための円錐台形状の複合旋回流形成空間３５を備えた本体３０と、この本体３０の内壁に沿って螺旋状に圧力気体を案内するための案内溝３９と、前記圧力気体を前記空間に案内溝３９に沿って送るための圧力気体供給管３７と、前記圧力気体に本体３０内で研削材を混合するように供給する研削材供給管３８と、本体３０上に取付けられ前記空間の軸心上に高圧液体の噴射ジェットを供給するための液体圧送ノズル３３とを備え、前記高圧液体の細径噴流の周りを、研削材を含んだ圧力気体の旋回流で取り囲んだ複合噴流を本体３０の先端ノズル３２から研削対象物に衝突させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円錐台形状の旋回流を形成するための円錐台形状の複合旋回流形成空間を備えた本体と、
この本体の内壁に沿って螺旋状に圧力気体を案内するための圧力気体案内部材と、
前記圧力気体を前記空間に案内部材に沿って送るための圧力気体供給管と、
前記圧力気体に前期本体内で研削材を混合するように供給する研削材供給管と、
前記本体上に取付けられ前記空間の軸心上に高圧液体の噴射ジェットを供給するための液体圧送ノズルとを備え、
前記高圧液体の細径噴流の周りを、研削材を含んだ圧力気体の旋回流で取り囲んだ複合噴流を本体の先端ノズルから研削対象物に衝突させる噴射ノズル装置。
【請求項２】
前記複合噴流は、細径の高圧液体のジェット噴流と、その半径方向外側に位置してその周りを旋回する、研削材を含んだ圧力気体混合旋回噴流からなる請求項１記載の噴射ノズル装置。
【請求項３】
前記本体は、樹脂により形成された請求項１の噴射ノズル装置。
【請求項４】
前記圧力気体案内部材は、本体内壁に形成された螺旋状の溝、板状のフィン又は突起であり、その螺旋は本体の先端方向にピッチが次第に小さくなるように形成されている請求項１記載の噴射ノズル装置。
【請求項５】
前記圧力気体供給管の先端は圧力気体案内部材の配置方向に開口し、
前記研削部材供給管の先端は圧力気体の旋回流の流れ方向に開口している請求項１記載の噴射ノズル装置。
【請求項６】
前記空間の大径端の直径と、複合噴流の噴射口をなす先端小径端の直径と空間の軸心に沿う長さの比は、２対１対３をなす請求項１記載の噴射ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等の研削対象物に対して高圧液体と粉体状の研削材とからなる複合噴流を噴射して対象物を研削するための複合噴流式の噴射ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に高速道路の拡幅、耐震補強、あるいは建築物の壁面補強等の工事においては、鉄筋を損傷することなく、コンクリートのハツリを行うために超高圧ノズルから噴出する超高圧水流を利用したウォータージェット工法が使用される。このウォータージェット工法は、超高圧ノズルから細く絞られた超高圧水を対象物に噴射するものであり（特許文献１）、この噴流に砥粒を混入させて研削効率を上昇せしめることも行われている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１７８９５３号公報
【特許文献２】特開平５−３４５２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１の超高圧ノズルによるウォータージェット工法によるコンクリート等のハツリや剥離作業は、水のみのウォータージェットで、しかもノズル径が約１ｍｍ程度のものであるので研削面積が小さく、作業能率が低く水圧を上昇させても研削効率の向上に限界がある。
【０００５】
また、特許文献２のスラリーノズルは、ノズル内部にウォータージェットと砥粒を混合する混合室を設け、ここで混合されたスラリーを混合室に接続された細径の一定長のノズル部材に供給するもので、ノズル部材は細径であり砥粒による目詰りが生じ易い。
【０００６】
かかる点に鑑み、本発明は線状の高圧液体の周囲を研削材を含む圧力気体の旋回流で囲んだ複合噴流を対象物に噴出することにより研削効率の向上を図るとともにノズルの粉末砥粒による目詰りが生じない噴射ノズル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の噴射ノズル装置は、内部に円錐台形状の複合旋回流を形成するための円錐台形状の複合旋回流形成空間を備えた本体と、この本体の内壁に沿って螺旋状に圧力気体を案内するための圧力気体案内部材と、前記圧力気体を前記空間に案内部材に沿って送るための圧力気体供給管と、前記圧力気体に研削材を前記本体内で混合するように供給する研削材供給管と、前記本体上に取付けられ前記空間の軸心上に高圧液体の噴射ジェットを供給するための液体圧送ノズルとを備え、前記高圧液体の細径噴流の周りを、研削材を含んだ圧力気体の旋回流で取り囲んだ複合噴流を本体の先端ノズルから研削対象物に衝突させるようにした。
【０００８】
なお、前記複合噴流は、細径の高圧液体のジェット噴流とその半径方向外側に位置してその周りを旋回する、研削材を含んだ圧力気体混合旋回噴流からなる。
【０００９】
なお、前記本体は、樹脂により形成させることもできる。
【００１０】
なお、圧力気体案内部材は、本体内壁に形成された螺旋状の溝、板状のフィン又は突起であり、その螺旋は本体の先端方向にピッチが次第に小さくなるように形成されていることが好ましい。
【００１１】
なお、前記圧力気体供給管の先端は圧力気体案内部材の配置方向に開口し、前記研削部材供給管の先端は圧力気体の旋回流の流れ方向に開口していることが好ましい。
【００１２】
なお、前記空間の大径端の直径と、複合噴流の噴射口をなす先端小径端の直径と空間の軸心に沿う長さの比は２対１対３をなすことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、圧力気体としての圧力空気をノズル装置本体内で旋回流とし、これに研削材を混合し、この混合旋回流で軸心に位置する圧力液体としての水の細径噴流を被い囲むようにして本体先端の先端ノズルから対象物に複合噴流を噴射するようにしたので、前記先端ノズルから噴射される複合噴流は従来のものに比較して大径となり、これにより研削面積が著しく大きくなり、研削効率が増大する。また、水の細径噴流に研削材を混入することなく（スラリーは作らない）、その周囲の空気の旋回流に混入せしめ、これにより前記先端ノズルの径も大きく設定でき、先端ノズルの目詰りも生じない。
【００１４】
また圧力気体をガイドするための螺旋状の案内部材の本体軸方向におけるピッチを噴射ノズル本体の先端に近づくにつれ次第に小さくなるように形成すれば、混合旋回流の速度が次第に速くなり、その旋回の中心に水の細径噴流を保持するとともに砥粒を含んだ旋回流の研削効果が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の噴射ノズル装置を道路の研削作業に適用した道路ハツリ装置の構成図である。
【図２】本発明の噴射ノズル装置を建築物の研削作業に適用したガン式の壁面研削装置の構成図である。
【図３】本発明の噴射ノズル装置の斜視図である。
【図４】本発明の噴射ノズル装置の縦断面図である。
【図５】本発明の噴射ノズル装置の上面から見た噴流状態を示す説明図である。
【図６】本発明の噴射ノズル装置の本体先端部分の複合噴流状態を示す説明図である。
【図７】本発明の噴射ノズル装置の内壁に形成される圧力気体案内部材の他の実施例を示す部分斜視図である。
【図８】本発明の噴射ノズル装置の内壁に形成される圧力気体案内部材の更に他の実施例を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１７】
第１図、第２図において、本発明の噴射ノズル装置１を備えたコンクリート表面２のハツリ作業又は剥離作業を行うための道路ハツリ装置Ｍ１は、移動自在の架台３を備え、この架台３は車輪４，４によって支持され、前記噴射ノズル装置１は、架台３の支持枠５に沿って水平に前後左右に移動して高圧液体である線状のウォータージェットの周囲を研削材で包み込んだ断面円形の複合噴流によりコンクリート表面の研削作業を行う。
【００１８】
前記架台３には、前記噴射ノズル装置１に高圧水を供給するための給水タンク６と、この給水タンク６からの水を高圧にして噴射ノズル装置１に圧送するための超高圧ポンプ７と、圧送気体の空気を貯留するための空気タンク８と、この空気を流量調整弁９を介して前記噴射ノズル装置１に圧送するためのコンプレッサ１０と、サンドペーパー等に用いられているガーネット又は硅砂等の粉末の研削材を貯留しておくための研削材タンク１１と、この研削材の所定量を噴射ノズル装置１に供給するためのコンプレッサ１２とが設けられるとともに、これら各機械要素を電気的にコントロールするためのコントローラＣが設けられている。
【００１９】
図２は、建築物の壁面２０を研削するための研削装置Ｍ２を示し、前記噴研削装置Ｍ２としてノズルガンの形式が採用され、ノズルガン２１の先端に本発明の噴射ノズル装置１が支持され、この噴射ノズル装置１には、道路ハツリ装置Ｍ１における各機械要素がそれぞれ接続されている。
【００２０】
以下、本発明の噴射ノズル装置１の構造について説明する。
【００２１】
図３、図４において、本発明のノズル装置１は、逆円錐台状のケーシング本体３０を備え、このケーシング本体３０はその上面が円形の閉塞板３１によって閉塞され、その下面には複合噴流を噴射するための先端ノズル３２が接続されている。前記閉塞板３１の中央には、高圧液体としての水を線状に噴射するための液体圧送ノズル３３が接続されている。前記ケーシング本体３０および閉塞板３１はアクリル等の成形容易な樹脂で形成されるのが好ましいが金属製のものであってもよい。また、圧力液体としては金属表面の洗浄作業の場合にはアルコール等が使用され得る。
【００２２】
前記液体圧送ノズル３３のノズル径は１ｍｍ前後であり、これにより約直径１ｍｍの水ジェット３４が噴射ノズル装置１の軸心位置を下降して複合噴流となり、先端ノズル３３を経て対象物に衝突する。前記液体圧送ノズル３３には、前記給水タンク６からの水が超高圧ポンプ７により１８００〜２５００ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力に加圧されて供給される。この高圧の水ジェット３４により噴射ノズル装置１の本体３０内の逆円錐台形状の複合旋回流形成室３５内には、そのエジェクタ効果により負圧が発生し、これにより下流側に向けた強い吸引力が発生し、その負圧は本体３０に取付けられた負圧調整弁３６により調整される。なお、前記本体３０の上面の直径Ｄ１は約３０ｍｍであり、下面の直径Ｄ２は約１５ｍｍでその軸心方向長さＬは約９０ｍｍとするのが好ましい。すなわち、Ｄ１：Ｄ２：Ｌ＝２：１：３とするのが好ましい。
【００２３】
前記閉塞板３１には、空気タンク８からの空気を流量調整弁９を介して圧送（７ｋｇ／
ｃｍ３）するための圧力気体としての空気（窒素等の他の気体でもよい）が供給される空気供給管３７（先端開口３７ａ）および前記粉末の研削材を供給するための研削材供給管３８（先端開口３８ａ）が取付けられている。前記本体３０の内壁には、図４に示すように、螺旋状の案内溝３９が形成され、そのピッチは下降するにつれて狭くなっており（本体上部のピッチ：本体下部のピッチ＝２：１）、この案内溝３９に沿って圧力空気が螺旋状に下降して高速回転旋回流を生ぜしめ、この高速回転気流内に前記研削材供給管３８から研削材が吸入混合される。前記空気供給管３７の先端部分は案内溝３９に沿う空気流が生じるように案内溝３９に沿うように開口しており、前記研削材供給管３８の先端部も旋回空気流に沿って研削材が流出するように開口している。
【００２４】
なお研削材は、毎分３ｋｇ程度供給され、図５、６に示すように本体内壁に沿う空気旋回流４０の内側に研削材が供給されて混合旋回流４１を生じ、この混合旋回流４１が軸心位置に噴射される水ジェット３４の周りを覆って水ジェットを中心とする複合噴流４２を生ぜせしめ、この複合噴流の中心の水ジェット３４の周りを次第に速度が増した複合旋回流４１で被って水ジェットを中心位置に保持する。この複合噴流４２の直径を先端ノズル３２の直径を約１５ｍｍと設定することにより、それと同径に形成でき従来のウォータージェットの径が約１ｍｍであるのに対し、研削面積が１５×１５＝２２５倍になり、これによりハツリの作業効率が約３倍となることが確認されている。
【００２５】
本体下面の先端ノズル３２の直径が１５ｍｍ程度と大きいので、砥粒を含んだ混合旋回流の目詰りも生じない。
【００２６】
なお、本体３０の内壁には高速旋回流４１を生ぜしめるための螺旋案内溝３９が形成されているが、この代わりに図７に示すように板状の螺旋フィン５０を内壁に植設してもよく、また図８に示すように、内壁に螺旋突起５１を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の噴射ノズル装置は、道路の修理、建築物の壁面の修理あるいは金属表面の洗浄作業に使用され得る。
【符号の説明】
【００２８】
１…噴射ノズル装置
３…架台
２０…壁面
２１…ノズルガン
３０…ケーシング本体
３２…先端ノズル
３３…液体圧送ノズル
３４…水ジェット
３５…複合旋回流形成室
３７…空気供給管
３８…研削材供給管
３９…案内溝
４０…空気旋回流
４１…混合旋回流
４２…複合噴流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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