(57)【要約】【課題】線状の高圧液体の周囲を研削材で覆った複層噴流を噴出することにより、研削効率の向上と研削面積の拡大とを図ってコンクリートなどのハツリや剥離を能率的に行うことができる複層噴流式ノズル装置を提供する。【解決手段】一端の導入口２ａから導入された線状の高圧液体ＨＬを他端の噴出口２ｂから噴出するノズルチューブ２と、ノズルチューブ２の内側に径方向の隙間を介して配置されて高圧液体ＨＬを通す加速チューブ３と、ノズルチューブ２の導入口２ａと加速チューブ３の入口３ａとの間に配置されて、ノズルチューブ２内に高速気体ＨＡをノズルチューブ３の軸心回りに旋回させながら供給する高速気体供給管４と、ノズルチューブ２の導入口２ａと加速チューブ３の入口３ａとの間に配置されて、加速チューブ３内に粉体状の研削材Ｇを供給する研削材供給管７とを備えている。【選択図】図１
2010046770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端の導入口から導入された線状の高圧液体を他端の噴出口から噴出するノズルチューブと、
前記ノズルチューブの内側に径方向の隙間を介して配置されて前記高圧液体を通す加速チューブと、
前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記ノズルチューブ内に高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させながら供給する高速気体供給管と、
前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記加速チューブ内に粉体状の研削材を供給する研削材供給管とを備えた複層噴流式ノズル装置。  
【請求項２】
請求項１において、前記高速気体供給管の前記ノズルチューブへの供給口が、前記研削材供給管の前記ノズルチューブへの供給口よりも、前記ノズルチューブの上流側に配置されている複層噴流式ノズル装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記高速気体供給管は前記ノズルチューブに対して斜め上流側へ傾斜している複層噴流式ノズル装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記研削材供給管は前記ノズルチューブに対して斜め上流側へ傾斜している複層噴流式ノズル装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記高速気体供給管の供給口は、円筒状の前記ノズルチューブに対して偏心した方向を向いている複層噴流式ノズル装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記線状の高圧液体が複数本設けられている複層噴流式ノズル装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記ノズルチューブと前記加速チューブ間の前記隙間によって形成された環状通路およびこの環状通路を上流側に延長した仮想気体通路に、前記高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させるスパイラルフィンが設けられている複層噴流式ノズル装置。
【請求項８】
一端の導入口から導入された、粉体状の研削材を含む高圧複合液体を他端の噴出口から噴出するノズルチューブと、
前記ノズルチューブの内側に配置されて前記高圧複合液体を通す加速チューブと、
前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記ノズルチューブ内に高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させながら供給する高速気体供給管と、
前記高圧複合液体および旋回する前記高速気体の吸引力を利用して前記加速チューブ内に吸引気体を導入する吸引気体導入管とを備えた複層噴流式ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧液体と粉体状の研削材とによる複層の噴流を噴射することにより、例えばコンクリートなどの研削対象物の粉砕によるハツリや剥離を行う用途に好適に用いることができる複層噴流式ノズル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速道路の拡幅や耐震補強などの工事に際しては、既存の道路における端部のコンクリートをハツリすることにより、コンクリート内部の鉄筋を損傷することなく露出させ、その露出した鉄筋に新たな鉄筋を接続したのち、コンクリートを流し込む工程を経て行われている。鉄筋を損傷することなくコンクリートのハツリを行う場合、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ジェット工法を用いることが知られている。このウォータジェット工法に用いる超高圧ノズルとして、噴流の収束を高める超高圧水噴射ノズルが提案されている（特許文献１参照）。また、従来では、ウォ一タジェットに砥粒を混入するいわゆるスラリーノズルも多数提案されている（特許文献２参照）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ウォ一タジェット工法によるコンクリートなどのハツリや剥離作業は、水のみのウォ一タジェットの衝突力による研削効率の向上に限界がある上に、約１ｍｍ程度の小さな径に絞ったウォータジェットによる研削面積が小さいために、作業能率が低い。また、特許文献１の超高圧水噴射ノズルは、空気の混入を防止するように構成されたものであって、研削効率がさほど向上するものではない。さらに、特許文献２のスラリーノズルは、単一のノズルの内部でウォ一タジェットと砥粒などを混合するもので、目詰まりを発生し易い。さらにまた、ベンチュリ式固液混合ノズルは、主に鉄板などをカッティングする用途に用いられるものであり、鉄筋を損傷することなくコンクリートなどのハツリを行う用途には適さない。
【０００５】
本発明は、線状の高圧液体の周囲を研削材で覆った複層噴流を噴出することにより、目詰まりを起こすことなく、研削効率の向上と研削面積の拡大とを図ってコンクリートなどのハツリや剥離を能率的に行うことができる複層噴流式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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一構成に係る複層噴流式ノズル装置は、一端の導入口から導入された線状の高圧液体を他端の噴出口から噴出するノズルチューブと、前記ノズルチューブの内側に径方向の隙間を介して配置されて前記高圧液体を通す加速チューブと、前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記ノズルチューブ内に高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させながら供給する高速気体供給管と、前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記加速チューブ内に粉体状の研削材を供給する研削材供給管とを備えている。
【０００７】
この複層噴流式ノズル装置によれば、ノズルチューブの導入口から導入された線状の高圧液体は、ノズルチューブの内側に配置された加速チューブの内方へ侵入するときに、高圧液体によるエジェクタ効果によって加速チューブの内方に向かう強い吸引力が発生する。したがって、研削材供給管からノズルチューブの導入口と加速チューブの入口との間に供給された粉体状の研削材は、高速気体供給管から供給されてノズルチューブの軸心回りに旋回している高速気体によりノズルチューブの軸心付近に巻き込まれる状態に集められたのち、加速チューブ内に発生している強い吸引力によって加速チューブ内に吸引される。そのため、加速チューブ内では研削材が高圧液体の周囲を覆う配置の複層流が生成されて、加速チューブの出口つまりノズルチューブの噴出口から複層噴流が噴出される。また、ノズルチューブと加速チューブの間の隙間を旋回しながら通る高速気体が、前記噴出口から噴出される前記複層噴流の周囲を包むように平行流を形成して、複層噴流の径方向への飛散を抑制して集束度を高めるので、研削効率が向上する。こうして集束度が高められ複層噴流は、高圧液体の衝突力と研削材による研削作用との双方によって研削対象物を高効率に研削できるとともに、加速チューブ内部の断面積にほぼ等しい断面積を有する複層噴流によって広い面積を同時に研削できるので、コンクリートなどのハツリや剥離を、水のみのウォータジェットに比較して高い効率で能率的に行うことができる。さらに、加速チューブ内で、高圧液体に粉体状の研削材が混合されるから、研削材による目詰まりのおそれがない。
【０００８】
本発明において、前記高速気体供給管の前記ノズルチューブへの供給口が、前記研削材供給管の前記ノズルチューブへの供給口よりも、前記ノズルチューブの上流側に配置されているのが好ましい。これにより、高速気体供給管から供給された高速気体による旋回流が生成したノズルチューブ内の箇所よりも下流側の箇所に研削材供給管から研削材が供給されるので、ノズルチューブ内に供給された研削材を、その上流側に供給された高速気体の旋回流によって、ノズルチューブの軸心付近に効果的に集めて、加速チューブ内へ円滑に導入することができる。
【０００９】
本発明において、前記高速気体供給管は前記ノズルチューブに対して斜め上流側へ傾斜していることが好ましい。これにより、高速気体供給管から高速気体をノズルチューブ内の高圧液体の流動方向に沿った方向に向けて円滑に供給できる。
【００１０】
本発明において、前記研削材供給管は前記ノズルチューブに対して斜め上流側へ傾斜していることが好ましい。これにより、研削材供給管から研削材をノズルチューブ内の高圧液体の流動方向に沿った方向に向けて供給できるので、研削材を、高圧液体のエジェクタ効果による吸引作用と高速気体の旋回流とにより加速チューブの内方へ円滑に導入できる。
【００１１】
本発明において、前記高速気体供給管の供給口は、円筒状の前記ノズルチューブに対して偏心した方向を向いていることが好ましい。これにより、高速気体供給管の供給口からノズルチューブ内に供給された高速気体は、ノズルチューブの内周面に沿って流動することによって容易に旋回流となる。
【００１２】
本発明において、前記線状の高圧液体を複数本設けることもできる。これにより、高圧液体１本当たりの水量は減少するが、研削対象物の広い面積の全体にわたり浅い深さにハツリや剥離を行う場合に好適に使用することができる。
【００１３】
本発明において、前記ノズルチューブと前記加速チューブ間の前記隙間によって形成された環状通路およびこの環状通路を上流側に延長した仮想気体通路に、前記高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させるスパイラルフィンを設けることが好ましい。これにより、高速気体供給管からノズルチューブ内の仮想気体通路内に供給された高速気体がスパイラルフィンに誘導されて流動するので、高速気体の旋回流を強めることができる。
【００１４】
本発明の他の構成に係る複層噴流式ノズル装置は、一端の導入口から導入された、粉体状の研削材を含む高圧複合液体を他端の噴出口から噴出するノズルチューブと、前記ノズルチューブの内側に配置されて前記高圧複合液体を通す加速チューブと、前記ノズルチューブの導入口と前記加速チューブの入口との間に配置されて、前記ノズルチューブ内に高速気体を前記ノズルチューブの軸心回りに旋回させながら供給する高速気体供給管と、前記高圧複合液体および旋回する前記高速気体の吸引力を利用して前記加速チューブ内に吸引気体を導入する吸引気体導入管とを備えている。
【００１５】
この複層噴流式ノズル装置によれば、ノズルチューブの導入口から導入された、粉体状の研削材を含む高圧複合液体がノズルチューブの内側に配置された加速チューブの内方へ侵入するときに、高圧複合液体によるエジェクタ効果によって加速チューブの内方へ向かう強い吸引力が発生する。一方、高圧複合液体のエジェクタ効果と高速気体供給管から供給されてノズルチューブの軸心回りに旋回している高速気体とによる吸引力によって、吸引気体が、吸引気体導入管から加速チューブ内に吸引される。
【００１６】
そのため、加速チューブ内では、高圧複合液体の周囲を吸引気体が覆いながら流動するので、高圧複合液体が、吸引気体により拡がりを防止されて、ノズルチューブの導入口から加速チューブ内に導入されたときの径をほぼ維持したまま、加速チューブから噴出する。この高圧複合液体は、高圧液体の衝突力と研削材による研削作用との双方によって高効率に研削できるので、コンクリートなどのハツリや剥離を、水のみのウォータジェットに比較して高い効率で能率的に行うことができる。特に、この複層噴流式ノズル装置は、高圧複合液体がノズルチューブの導入口から導入されたときの小さな径を保ったまま噴出するので、研削対象物を深く研削する用途に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の複層噴流式ノズル装置によれば、加速チューブの出口、つまりノズルチューブの噴出口から、集束した液体と研削材の複層噴流が噴出されるので、高圧液体の衝突力と研削材による研削作用との双方によって研削対象物を高効率に研削できるとともに、加速チューブ内部の断面積にほぼ等しい断面積を有する複層噴流によって広い面積を同時に研削できる。したがって、コンクリートなどのハツリや剥離を、水のみのウォータジェットを噴出するノズル装置と比較して、高い効率で能率的に行うことができる。しかも、加速チューブ内で、高圧液体に粉体状の研削材が混合されるから、研削材による目詰まりのおそれがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る複層噴流式ノズル装置１Ａの原理を模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側（図１（ａ）の左側）から見た拡大正面図である。図１（ａ）に示すように、この複層噴流式ノズル装置１Ａは、一端の導入口２ａから導入された線状の超高圧水流ＨＬを他端（図の左端）の噴出口２ｂから噴出する円筒状のノズルチューブ２と、ノズルチューブ２の内側に径方向の隙間を介して配置されて超高圧水流ＨＬを通す円筒状の加速チューブ３と、ノズルチューブ２の導入口２ａと加速チューブ３の入口３ａとの間に配置されて、ノズルチューブ２内に高速気体である高速空気ＨＡをノズルチューブ２の軸心回りに旋回させながら供給する円筒状の高速気体供給管４と、ノズルチューブ２の導入口２ａと加速チューブ３の入口３ａとの間に配置されて、加速チューブ３内に粉体状の研削材Ｇを圧送する円筒状の研削材供給管７とを備えている。ノズルチューブと加速チューブ３の間の前記隙間は、高速空気ＨＡの一部が旋回しながら通る環状通路１９を形成している。前記導入口２ａには、高速液体噴射路８から超高圧水流ＨＬが導入される。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、加速チューブ３は、ノズルチューブ２の内径のほぼ半分の内径を有し、ノズルチューブ２の内部に同心状に配置され、かつ、噴出口３ｂがノズルチューブ２の噴出口２ａよりも僅かに軸方向外方に突出した状態で、図示しない複数のステーを介してノズルチューブ２の内面に支持されている。高速気体供給管４のノズルチューブ２への供給口４ａは、研削材供給管７のノズルチューブ２への供給口７ａよりも、ノズルチューブ２の上流側に配置されている。すなわち、供給口４ａの中心点４１が供給口７ａの中心点７１よりも上流側に位置している。高速気体供給管４は、ノズルチューブ２に対して斜め上流側に傾斜し、かつ、供給口４ａがノズルチューブ２の内面に合致する相対配置でノズルチューブ２に連通している。研削材供給管７は、ノズルチューブ２に対して斜め上流側に傾斜し、かつ、ノズルチューブ２の壁を貫通して、供給口７ａが加速チューブ３の外面の延長線上に合致する相対配置でノズルチューブ２に連通している。この実施形態では、ノズルチューブ２の軸心と高速気体供給管４および研削材供給管７の軸心とはそれぞれ約４０°の交差角θ１，θ２をなしている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、高速気体供給管４および研削材供給管７はそれぞれ、ノズルチューブ２の径方向で相対向して一対ずつ設けられている。一対の高速気体供給管４，４は、各供給口４ａが円筒状のノズルチューブ２に対して偏心した方向を向いてノズルチューブ２に固定されている。一対の研削材供給管７，７の各供給口７ａも、円筒状の加速チューブ３に対して偏心した方向を向いてノズルチューブ２に固定されているが、加速チューブ３の軸心に向く方向としてもよい。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、高圧液体噴射器８は、ノズルチューブ２の導入口２ａに連結されたハウジング９と、このハウジング９内に固定した支持筒１５に支持されたダイヤモンド製の噴射ノズル１０とからなる。噴射ノズル１０には、これの中心部に所定の径（この実施形態においては１ｍｍ）のオリフィス状の噴射孔１０ａが形成されている。噴射ノズル１０には、給水タンク１１内の水Ｗが超高圧ポンプ１２で吸い上げられ、例えば２５００ｋｇ／ｍ2 の圧力に加圧されて供給される。一対の高速気体供給管４には、コンプレッサ１３から送給される高速空気流ＨＡが流量調整弁１４を介して供給される。研削材供給管７には、コンプレッサ１７から送給される研削材Ｇが流量調整弁１７を介して供給される。粉体状の研削材Ｇとしては、例えば、サンドペーパーなどに用いられているガーネットまたは硅砂などを好適に用いることができ、特に、ガーネットは、ダイヤモンドと同等の硬度を有しているので、研削能率が優れている。また、研削材Ｇとして、２００〜２０００μｍ程度の粒径のものを用いれば、鉄筋を損傷しないでコンクリートのハツリや剥離を好適に行うことができる。
【００２２】
つぎに、この実施形態の複層噴流式ノズル装置１Ａの作用について説明する。
高圧液体噴射器８の噴射ノズル１０には、超高圧ポンプ１２が給水タンク１１から吸い上げた水Ｗを２５００ｋｇ／ｍ2 程度の圧力に加圧した高圧水が供給される。この高圧水は、噴射ノズル１０の噴射孔１０ａの孔径である１ｍｍの径に絞られることにより加速されて、線状の超高圧水流ＨＬとなって導入口２ａからノズルチューブ２内の軸心方向に導入されたのち、ノズルチューブ２内に同心状に配置された加速チューブ３内を通過して加速チューブ３の噴出口３ｂから外部に噴出される。加速チューブ３の内部には、これの内径がノズルチューブ３よりも小さいことから、超高圧水流ＨＬが加速チューブ３に侵入するときのエジェクタ効果により、入口３ａ付近の内部が負圧となり、下流側へ向けた強い吸引力が発生する。
【００２３】
一方、ノズルチューブ２における高圧液体噴射器８に近接する上流側の領域には、コンプレッサ１３により所定圧力（この実施形態において７ｋｇ／ｍ2 ）に加圧された高圧空気流ＨＡが高速気体供給管４を通って供給される。この高速気体供給管４は、ノズルチューブ２に対して斜め上流側へ傾斜しているので、高速気体供給管４からの高速空気流ＨＡは、ノズルチューブ２内の超高圧水流ＨＬの流動方向に沿った方向に供給されることから、超高圧水流ＨＬのエジェクタ効果による吸引力を受けて加速されながら、円滑にノズルチューブ内に導入される。また、図１（ｂ）に示すように、一対の高速気体供給管４，４は、これの供給口４ａが円筒状のノズルチューブ２に対して偏心した方向に向けてノズルチューブ２に連結されているから、高速気体供給管４から供給された高速空気流ＨＡは、ノズルチューブ２の内周面に沿って円滑に流動することにより、超高速水流ＨＬの回りを旋回する旋回流となって、超高速水流ＨＬの下流側へ流れる。
【００２４】
ノズルチューブ２における高速空気流ＨＡによる旋回流が発生し始める箇所よりも僅かに下流寄りの領域には、コンプレッサ１７により加圧されて圧送される研削材Ｇが研削材供給管７を通って供給される。ここで、研削材供給管７は、ノズルチューブ２への供給口７ａが、加速チューブ３の外周面の上流側への延長線上にほぼ合致するように配置されているので、研削材供給管７の供給口７ａからは、高速空気流ＨＡによる旋回流の内方の領域に研削材Ｇが円滑に導出されるとともに、研削材供給管７が加速チューブ３の内側へ流入する高速空気流ＨＡの妨げとならない。研削材供給管７の供給口７ａの位置は、加速チューブ３の内周面を上流側へ延長した延長線上まで進出させることが可能である。
【００２５】
ノズルチューブ２内に供給された研削材Ｇは、高速空気流ＨＡの旋回流によるノズルチューブ２の中心部分への巻き込み作用と、超高圧水流ＨＬのエジェクタ効果による吸引作用とを受けることにより、飛散するのが阻止されて、ほぼ全量が加速チューブ３内に吸引される。ここで、粉体状の研削材Ｇは、ノズル径の小さい（約１ｍｍ）噴射ノズル１０ではなく、比較的横断面積の大きい加速チューブ３内で超高速水流ＨＬに混入されるから、研削材Ｇによる目詰まりのおそれがない。
【００２６】
加速チューブ３内では、研削材Ｇが超高圧水流ＨＬの周囲を覆う配置で超高圧水流ＨＬにより引きずられて加速され、図１（ａ）に示すように、加速チューブ３の噴出口３ｂからは、超高圧水流ＨＬとこれの周囲を覆う高速研削材流ＧＬとからなる複層噴流ＤＪを噴出する。ノズルチューブ２よりも径の小さい加速チューブ３内に超高圧水流ＨＬを通すことによって超高圧水流ＨＬによるエジェクタ効果が増大することから、加速チューブ３内で研削材Ｇを十分に加速することができるので、長さの短い加速チューブ３で所要の高速の複層噴流ＤＪを生成することができる。
【００２７】
前記複層噴流ＤＪは、超高圧水流ＨＬの衝突力と高速研削材流ＧＬ中の研削材Ｇによる研削作用との双方によって研削対象物を研削するので、従来の水のみのウォータジェットによる場合よりも研削能力が大きく向上する。特に、この実施形態において研削材Ｇとして用いるガーネットは、ダイヤモンドに近い硬度を有して優れた研削力を発揮する。しかも、複層噴流ＤＪによる研削面積は、加速チューブ３の内周の断面積にほぼ等しいので、従来のウォータジェットのみによる研削面積よりも格段に大きくなる。例えば、図１（ａ）に示すように、超高圧水流ＨＬの径Ｒ１が１ｍｍで、高速研削材流ＧＬの径Ｒ２を１５ｍｍ程度に設定すれば、研削面積が従来の１５×１５＝２２５倍になる。これにより、ハツリの作業効率が約３倍となることが実験により確認された。
【００２８】
また、高速空気流ＨＡによる旋回流の大部分はノズルチューブ２と加速チューブ３間の環状通路１９を通って外部に導出されるから、高速空気流ＨＡの空気の一部が入口３ａよりも下流側で加速チューブ３内に流入することに起因する加速チューブ３内での乱流の発生を抑制することができ、加速チューブ３内で所要の複層噴流ＤＪを容易に生成することができる。しかも、環状通路１９を通って外部に導出された高速空気流ＨＡの旋回流は、複層噴流ＤＪにおける高速研削材流ＧＬに対し超高圧水流ＨＬの周囲に絞り込むように作用して、高速研削材流ＧＬの径方向外方への拡がりを抑制するので、複層噴流ＤＪを、加速チューブ３の噴出口３ｂから噴出したときの速度を大きく低下させることなく研削対象物に衝突させることができる。また、加速チューブ３内を流動する高速研削材流ＧＬは、超高圧水流ＨＬによる引きずり作用を受けて中心部に絞られて集束するので、高速研削材流ＧＬが摺接することによる加速チューブ３の内周面の磨耗を抑制することができる。
【００２９】
したがって、前記複層噴流式ノズル装置１Ａを所要の研削装置に取り付けて複層噴流ＤＪを噴射させれば、コンクリートなどのハツリや剥離を、水のみのウォータジェットによる場合よりも約３倍程度の高い作業効率で能率的に行うことができ、この能率向上に伴って作業のランニングコストを低減できる。研削能力は、流量調整弁１４による高速空気流ＨＡの空気流量の調節および流量調整弁１８による研削材Ｇの流量の調節により、任意に調整することができる。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る複層噴流式ノズル装置１Ｂを模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側（図２（ａ）の左側）から見た拡大正面図である。図２（ａ），（ｂ）において、図１（ａ），（ｂ）と同一もしくは相当する部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この第２実施形態の複層噴流式ノズル装置１Ｂが第１実施形態のものと相違するのは、図２（ｂ）に示すように、高圧液体噴射器８の噴射ノズル１０に、第１実施形態と同一径の噴射孔１０ａが正面視で三角形を形作る配置で三つ形成され、第１実施形態の研削材供給管７よりも径の小さい単一の研削材供給管２０が設けられ、この研削材供給管２０が、これのノズルチューブ２への供給口２０ａが噴射ノズル１０の各噴射孔１０ａから噴出する三つの超高圧水流ＨＬの中心部に位置するように、すなわちノズルチューブ２の軸心上に位置するように、ノズルチューブ２を貫通して配置されている構成のみである。したがって、図２（ｂ）に示すように、研削材供給管２０は、隣接する二つ超高圧水流ＨＬの間隙よりも小さい外径に設定されている。
【００３１】
この複層噴流式ノズル装置１Ｂの基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、第１実施形態では、高速空気流ＨＡによる旋回流の中に研削材Ｇを供給して、この研削材Ｇを旋回流と超高圧水流ＨＬのエジェクタ効果とによって単一の超高圧水流ＨＬの周囲に集めるように作用するのに対して、この第２実施形態の複層噴流式ノズル装置１Ｂでは、三つの高速空気流ＨＡの中央部に研削材Ｇを供給して、高速空気流ＨＡによる旋回流と三つの超高圧水流ＨＬのエジェクタ効果とによって研削材Ｇを三つの高速空気流ＨＡに対し飛散しないように絞り込んでいる。研削材Ｇを三つの超高圧水流ＨＬの中心部に供給しているのは、超高圧ポンプ１２から高圧液体噴射器８に供給された高圧水流が３分割されて三つの噴射孔１０ａから噴射されることから、三つの超高圧水流ＨＬの各々の水量が第１実施形態の単一の超高圧水ＨＬの１／３となって、三つの超高圧水流ＨＬの個々のエジェクタ効果による吸引力が第１実施形態の単一の超高圧水ＨＬよりも低下するので、これを補うためである。
【００３２】
この複層噴流式ノズル装置１Ｂは、三つの超高圧水流ＨＬの各々の水量が第１実施形態の単一の超高圧水流ＨＬの１／３に減少するので、第１実施形態のものに比べて研削深さは浅くなるが、研削対象物の広い面積を浅い深さに研削する用途に適している。この複層噴流式ノズル装置１Ｂは、従来の三つのウォータジェットのみにより研削を行う超高圧ノズルに比較して、高速研削材流ＧＬで研削する分だけ研削効率が向上する。実験によれば、従来の三つの噴射孔を有する超高圧ノズルに比べて研削効率が２．４倍になった。なお、噴射ノズル１０の噴射孔１０ａは、三つに限らず、二つまたは四つ以上でも上述したのとほぼ同等の効果を得ることができる。
【００３３】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る複層噴流式ノズル装置１Ｃを模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側（図３（ａ）の左側）から見た拡大正面図である。図３（ａ），（ｂ）において、図１（ａ），（ｂ）と同一もしくは相当する部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この第３実施形態の複層噴流式ノズル装置１Ｃが第１実施形態のものと相違するのは、ノズルチューブ２と加速チューブ３間の環状通路１９およびこの環状通路１９を上流側に高速気体供給管４の供給口４ａの上流縁まで延長した仮想気体通路２１に、ねじ山状に連続する単一のスパイラルフィン２２が配置されて、このスパイラルフィン２２がノズルチューブ２の内周面に固定され、また、単一の高速気体供給管４および研削材供給管７がそれぞれ設けられた構成のみである。
【００３４】
この複層噴流式ノズル装置１Ｃの基本的な作用は第１実施形態と同様であるが、高速気体供給管４からノズルチューブ２内に供給された高速空気流ＨＡがスパイラルフィン２２に誘導されながら流れることにより、高速空気流ＨＡによる強い旋回流が生成される。そのため、研削材Ｇを一層効果的に超高速水流ＨＬの周囲に集めることができる。
【００３５】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る複層噴流式ノズル装置１Ｄを模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側（図４（ａ）の左側）から見た拡大正面図である。図４（ａ），（ｂ）において、図１（ａ），（ｂ）と同一もしくは相当する部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この第４実施形態の複層噴流式ノズル装置１Ｃが第３実施形態のものと相違するのは、図３の超高圧ポンプ１２に代えて、給水タンク１１から吸い上げた水Ｗと研削材タンク２３から供給される研削材Ｇとを混合した高圧スラリー流を高圧液体噴射器８の噴射ノズル１０に供給する高圧スラリーポンプ２４が設けられ、さらに、図３の研削材供給管７を削減して、この研削材供給管７が設けられていたノズルチューブ２の箇所に、ノズルチューブ２内に外部から吸引空気を導入する吸引気体導入管２７が設けられた構成のみである。高圧スラリーポンプ２４としては、１００ＭＰＡまでスラリー流を加圧できるラバー・シリンダ・ポンプなどの特殊ポンプを好適に用いることができる。
【００３６】
この複層噴流式ノズル装置１Ｄの基本的な作用は第１実施形態と同様であり、また、第３実施形態と同様に、高速気体供給管４からノズルチューブ２内に供給された高速空気流ＨＡがスパイラルフィン２２に誘導されながら流動することにより、高速空気流ＨＡによる高速で強い旋回流が強制的に生成される。そして、第１ないし第３実施形態と相違する作用は、ノズルチューブ２における高速空気流ＨＡによる旋回流の発生領域に研削材Ｇを供給するのに代えて、高圧スラリーポンプ２４から水Ｗと研削材Ｇとを混合した高圧スラリー流を高圧液体噴射器８の噴射ノズル１０に供給し、この高圧スラリー流が、噴射ノズル１０の噴射孔１０ａの孔径である１〜１．５ｍｍの径に絞らることにより加速されて、線状の高圧複合液体ＨＤＬが導入口２ａからノズルチューブ２内の軸心方向に導入されたのち、ノズルチューブ２内に同心状に配置された加速チューブ３内を通過して加速チューブ３の噴出口３ｂから外部に噴出される。加速チューブ３の内部には、これの内径がノズルチューブ３よりも小さいことから、高圧複合液体ＨＤＬのエジェクタ効果により加速チューブ３の入口３ａ付近の内部が負圧となるのに伴って、下流側へ向けた強い吸引力が発生する。
【００３７】
一方、高速気体供給管４からノズルチューブ２内に供給された高速空気流ＨＡがスパイラルフィン２２に誘導されることによって強い旋回流が生成される。これにより、ノズルチューブ２内の高圧複合液体ＨＤＬは、これに含まれる研削材Ｇが飛散しようとするのが周囲の高速空気流ＨＡの旋回流により阻止されて、導入口２ａから導入されたときの横断面積をほぼ維持したまま加速チューブ３内に導かれる。
【００３８】
また、吸引気体導入管２７からは、高圧複合液体ＨＤＬおよび高速空気流ＨＡの旋回流による吸引力によって外部空気が吸引空気ＳＡとしてノズルチューブ２内に導入され、この吸引空気ＳＡが、上述したように、エジェクタ効果によって加速チューブ３内に発生している強い吸引力を受けて、加速チューブ３内に導入される。この加速チューブ３内に導入された吸引空気ＳＡは、高圧複合液体ＨＤＬにより引きずられて加速されながら、高圧複合液体ＨＤＬの周囲を覆う配置で高圧複合液体ＨＤＬと共に加速チューブ３内を流動する。これにより、高圧複合液体ＨＤＬは、加速チューブ３の内周面との間隙を流動する吸引空気ＳＡによって拡がるのが阻止されて、噴射ノズル１０の噴射孔１０ａから噴射されたときの外径をほぼ維持しながら加速チューブ３の噴出口３ｂから噴出される。したがって、この複層噴流式ノズル装置１Ｄは、研削対象物の狭い面積を深く研削する用途に好適に用いることができる。
【００３９】
本発明は、第１〜第３実施形態で示した研削材供給管７から研削材Ｇをノズルチューブ２内に圧送するのに代えて、水と研削材とを予め混合した高圧スラリー流を、高圧スラリーポンプにより、研削材供給管７を通してノズルチューブ２内に圧送するようにしてもよく、この場合には超高速水流ＨＬの圧力を若干下げながらも複層噴流ＤＪによる研削能力の向上を得ることができる。また、研削に用いた複層噴流ＤＪを前記高圧スラリー流として再利用することもできる。一方、高速道路の拡幅や耐震補強などの工事では多くの作業排水が生じるので、この作業排水を再利用して超高圧水流ＨＬを生成することもできる。さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る複層噴流式ノズル装置を模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側から見た拡大正面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る複層噴流式ノズル装置を模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側から見た拡大正面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る複層噴流式ノズル装置を模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側から見た拡大正面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る複層噴流式ノズル装置を模式的に図示した概略縦断面図および噴出口側から見た拡大正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ〜１Ｄ  複層噴流式ノズル装置
２  ノズルチューブ
２ａ  ノズルチューブの入口
２ｂ  ノズルチューブの噴出口
２ｃ  ノズルチューブの内周面
３  加速チューブ
３ａ  加速チューブの入口
４  高速気体供給管
４ａ  高速気体供給管の供給口
７  研削材供給管
７ａ  研削材供給管の供給口
１９  環状通路
２０  研削材供給管
２０ａ  研削材供給管の供給口
２１  仮想気体通路
２２  スパイラルフィン
２７  吸引気体導入管
ＨＬ  超高圧水流（高圧液体）
ＨＡ  高速空気流（高速気体）
Ｇ  研削材
ＨＤＬ  高圧複合液体
ＳＡ  吸引空気
【図１】
2010046770.tif 000003
【図２】
2010046770.tif 000004
【図３】
2010046770.tif 000005
【図４】
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