(57)【要約】  【課題】高エネルギーの液滴を広範囲に噴射でき、液滴が噴射された構造体に短時間で大きな損傷を与えることができ、金属材料の表面の錆や異物を除去する洗浄作業、表面の劣化塗料やコンクリート劣化層、砥石表面の磨耗層を除去するハツリ作業、金属材料や無機材料等の表面と塗料との密着性を向上させるためのアンカーパターン形成、溶接部の酸化皮膜除去等の大面積の表面改質処理、コンクリートや石材等の切断作業等を短時間で行うことができ作業性に優れる液滴噴射ノズルを提供することを目的とする。  【解決手段】本発明は、高圧液体が供給される液体室と、前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成された複数のオリフィス孔部と、前記オリフィス孔部の下流側に配設若しくは形成された噴射口と、隣り合う前記オリフィス孔部間の前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成され前記液体室を区画する隔壁と、を備える。  【選択図】図１
2006122846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧液体が供給される液体室と、前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成された複数のオリフィス孔部と、前記オリフィス孔部の下流側に配設若しくは形成された噴射口と、隣り合う前記オリフィス孔部間の前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成され前記液体室を区画する隔壁と、を備えていることを特徴とする液滴噴射ノズル。
【請求項２】
前記隔壁の高さ（Ｔ）が、前記隔壁で前記液体室が区画されて形成され前記オリフィス孔部と連通する高圧液体流路の内径（Ｄ）、前記オリフィス孔部の内径（ｄ）と（数１）の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射ノズル。
【数１】
2006122846.tif 000005
【請求項３】
前記高圧液体流路の内径（Ｄ）と前記オリフィス孔部の孔径（ｄ）との比（Ｄ／ｄ）が、３〜１９であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水や塗料等の液体を加圧した高圧液体を噴射して微粒化させ液滴を形成する液滴噴射ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高圧水の噴流をノズルから噴射して、岩盤，コンクリート，金属材料，木材，無機材料等の構造体の切断等を行うことが広く行われている。これは、ノズルから噴射される高圧水は細い噴流のため、単位面積当たりの加工エネルギーが極めて大きく、綺麗な切断端面が得られるとともに所要動力を小さくできるからである。
しかしながら、高圧水の細い噴流を噴射するのは構造体の切断には適しているものの、金属材料等の洗浄作業やハツリ作業のように構造体の表面を広範囲に壊食する必要がある場合には、作業効率が著しく低いという問題を有していた。
そこで、高圧水の噴流を噴射して構造体の表面を広範囲に壊食できるようにするため、複数箇所から高圧水の噴流を噴射できるようにしたノズルが開発されている。
従来の技術としては、例えば、（特許文献１）に「送り方向に複数個のウォータジェット噴射用のノズル部を備えたウォータジェットノズル装置」が開示されている。
（特許文献２）には、「一直線上に配置されたオリフィスと、上流側に前記オリフィスの上流側開口が連通する１個の高圧水室と、下流側に前記オリフィスの下流側開口が連通するウォータジェット貫通孔と、を備えたウォータジェットノズル」が開示されている。
（特許文献３）には、「複数のノズル孔を形成したマルチウォータノズル」が開示されている。
【特許文献１】実開昭６２−７５０００号公報
【特許文献２】特開平７−１０８４９８号公報
【特許文献３】特許第３４８２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、水路は下流側で分岐水路に分岐しており構造が複雑なため、ブロックに水路や分岐水路を形成する際の加工が困難で生産性が低く、またブロックに形成された複数の装着孔の各々にノズル部を接続するので、部品点数が多く組立てる際の生産性が低く、さらに大型化するという課題を有していた。
（２）装着孔にノズル部を接続するのでノズル部のピッチが広くなるため、明細書に記載の送り方向と略直交する方向に走査して構造体にウォータジェットを噴射すると、損傷部が離散的に形成され、構造体の表面を連続的に広範囲に壊食させ難く作業性に欠ける。
（３）（特許文献２）、（特許文献３）に開示の技術は単に複数のノズル孔を配設した構成なので、壊食効率が低く、所定量の損傷量を得るために長い時間がかかり作業性に欠けるという課題を有していた。特に、（特許文献３）に開示の技術では、１０ｍｍ／分の非常に遅い送り速度の場合の実験例を示しており、実際に製造現場で金属材料等のハツリ作業を行う場合には、単位時間当たりのハツリ作業の処理量が重要なので、そのような遅い送り速度で作業を行ったのでは作業性や生産性に著しく欠け実用上問題である。なお、単に複数のノズル孔を配設した場合、壊食効率が著しく低いことは、本発明者らが実験して確認したものである。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、高エネルギーの液滴を広範囲に噴射でき、液滴が噴射された構造体に短時間で大きな損傷を与えることができ、金属材料の表面の錆や異物を除去する洗浄作業、表面の劣化塗料やコンクリート劣化層、砥石表面の磨耗層を除去するハツリ作業、金属材料や無機材料等の表面と塗料との密着性を向上させるためのアンカーパターン形成、溶接部の酸化皮膜除去等の大面積の表面改質処理、コンクリートや石材等の切断作業等を短時間で行うことができ作業性に優れ、また構造が簡単なので低原価で製造でき、さらにオリフィスを取り替えるだけで構造体の表面に施す処理の用途に対応でき、汎用性に優れるとともにメンテナンスも容易な液滴噴射ノズル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】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために本発明の液滴噴射ノズルは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の液滴噴射ノズルは、高圧液体が供給される液体室と、前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成された複数のオリフィス孔部と、前記オリフィス孔部の下流側に配設若しくは形成された噴射口と、隣り合う前記オリフィス孔部間の前記液体室の下流側端部に配設若しくは形成され前記液体室を区画する隔壁と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）隣り合うオリフィス孔部間の液体室の下流側端部に配設若しくは形成され液体室を区画する隔壁を備えているので、液体室に供給された高圧液体を一様な流動状態で各オリフィス孔部に導入できるため、オリフィス孔部で縮流された高圧液体の流速が減速し難くエネルギーの大きな噴流が各々のオリフィス孔部から噴射口を通して噴射される。流速の大きな噴流の表面と空気との間に生じる大きな剪断力によって、液柱が微粒化され高エネルギーの液滴が広い範囲で形成される。一方、隔壁がない場合は、液体室に供給された高圧液体はオリフィス孔部に近づくと、整流されていないため互いに干渉し合い、オリフィス孔部近傍の高圧液体に乱流や旋回流が形成されるため、オリフィス孔部で縮流された高圧液体は、乱流や旋回流が形成されたまま噴射される。このため、噴流の液滴化が進みすぎ微粒化して、構造体に高圧液体を噴射した場合は、壊食が起こり難く損傷量が小さくなる。
【０００６】
ここで、複数のオリフィス孔部としては、単数のオリフィス孔部が形成されたオリフィス板を液体室の下流側端部に複数配設するもの、複数のオリフィス孔部が形成されたオリフィス板を液体室の下流側端部に単数配設するもの、液体室の下流側端部の閉塞面に複数のオリフィス孔部が形成されたもの等が用いられる。
【０００７】
隔壁としては、隣り合うオリフィス孔部間の液体室の下流側端部に、オリフィス板や閉塞面に密接して配設されたもの、閉塞面と一体に閉塞面に立設させて形成されたもの等が用いられる。
【０００８】
高圧液体としては、水、塗料、油、有機溶剤、無機溶剤等を用いることができる。
【０００９】
高圧液体の圧力としては、水等の高圧液体を用いて構造体の表面のハツリや切断を行う場合は、２５〜２００ＭＰａ好ましくは３０〜１５０ＭＰａが好適に用いられる。高圧液体の圧力が３０ＭＰａより小さくなるにつれ高圧液体の圧力エネルギーが小さくなるので液滴の運動エネルギーが小さく表面改質効果が小さくなる傾向がみられ、１５０ＭＰａより大きくなるにつれ高圧ポンプ等が大型化する傾向がみられるとともに、構造体に液滴を噴射したときの反動が大きく操作性が低下する傾向がみられる。特に、２５ＭＰａより小さくなるか２００ＭＰａより大きくなると、これらの傾向が著しくなるのでいずれも好ましくない。
また、塗料を高圧液体として用い構造体に塗装を行う場合は、高圧液体の圧力としては、１０〜３０ＭＰａが好適に用いられる。圧力が１０ＭＰａより小さくなるにつれ高圧液体の圧力エネルギーが小さくなり噴流が液滴化し難く均一分散が困難になる傾向がみられ、３０ＭＰａより大きくなるにつれ、構造体の材質にもよるが、塗料が噴射された構造体の表面が壊食される傾向がみられるため、いずれも好ましくない。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴噴射ノズルであって、前記隔壁の高さ（Ｔ）が、前記隔壁で前記液体室が区画されて形成され前記オリフィス孔部と連通する高圧液体流路の内径（Ｄ）、前記オリフィス孔部の孔径（ｄ）と（数２）の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射ノズル。
【００１１】
【数２】
2006122846.tif 000003
【００１２】
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）隔壁が所定の高さ（Ｔ）を有しているので、液体室に供給された高圧液体がオリフィス孔部の近傍で整流され、干渉されて乱流や旋回流を形成するのを抑制し、一様な流動状態で各オリフィス孔部に導入できるため、オリフィス孔部で縮流された高圧液体の流速が減速し難くエネルギーの大きな噴流をオリフィス孔部から噴射口を通して噴射させることができ、噴流の液滴化を促進させる。
【００１３】
ここで、高圧液体流路としては、隔壁で液体室が区画されてオリフィス孔部と連通し横断面が略円状や略楕円状等の略円筒状に形成されたものが用いられる。高圧液体流路の横断面が略楕円状の場合は、内径（Ｄ）は短径が用いられる。
また、オリフィス孔部の横断面が略楕円形状の場合は、孔径（ｄ）は短径が用いられる。
【００１４】
隔壁の高さ（Ｔ）が高圧液体流路の内径（Ｄ）、オリフィス孔部の孔径（ｄ）を用いて（数２）の関係で表すことができることを、本発明者らは実験によって導き出した。
本発明者らは、高圧液体流路の内径Ｄ、オリフィス孔部の孔径ｄ、隔壁の高さＴを変えた液滴噴射ノズルを用い、高圧液体としての水を各液滴噴射ノズルから金属製の試験片に所定時間噴射し、高圧水を噴射した前後の試験片の重量減少量（損傷量）を測定する実験を行った。
この実験から、高圧水の噴射時間と試験片の損傷量との関係を調べ、横軸に時間（秒）、縦軸に損傷量（ｍｇ）をプロットし、１秒間当たりの最大の傾き、即ち各液滴噴射ノズルが構造体に与える１秒間当たりの最大の損傷量（最大損傷率）を求めた。
この結果、最大損傷率は、高圧液体の圧力が一定の場合、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄによって決まる固有の上限があることがわかった（この最大損傷率の固有の上限を、飽和最大損傷率という。）。また、飽和最大損傷率を記録した液滴噴射ノズルの隔壁の高さＴは、Ｄが大きくなるにつれ、またｄが大きくなるにつれ高くなることがわかった。
次に、飽和最大損傷率を記録した液滴噴射ノズルの隔壁の高さＴと、高圧液体流路の内径Ｄとの関係を求めるため、隔壁の高さＴと高圧液体流路の内径Ｄについて両対数プロットしたところ、切片が２０、傾きが０．５の直線で近似できることがわかった。
ここで、先の実験結果から、Ｔはｄが大きくなるにつれ高くなることがわかっているため、近似した直線の一般式をＴ＝Ｋ・ｄ・Ｄ０・５＝Ｋ・ｄ√Ｄ（但し、Ｋは定数。Ｔ，ｄ，Ｄの単位はｍｍ。）とおいた。さらに、オリフィス孔部の孔径ｄは、先の実験結果から、高圧液体の流量、損傷効率等を考慮して０．２〜１ｍｍの範囲が好適であることがわかったため、２０＝Ｋ・ｄ（但し、ｄは０．２〜１とする。）の関係からＫの範囲を計算すると、Ｋは２０〜１００となる。
以上の結果から、隔壁の高さ（Ｔ）は、Ｔ＝Ｋ・ｄ√Ｄ（但し、Ｋは有効な隔壁の高さを示す定数で、２０〜１００。Ｔ，ｄ，Ｄの単位はｍｍ。）と表すことができることがわかった。
【００１５】
なお、オリフィス孔部の孔径ｄが０．２ｍｍより小さくなるにつれオリフィス孔部から噴射される噴流の流量が少なく構造体の損傷効率が低下する傾向がみられ、１ｍｍより大きくなるにつれ液滴化が進行せず壊食が起こり難くなる傾向がみられるため、いずれも好ましくない。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の液滴噴射ノズルであって、前記高圧液体流路の内径（Ｄ）と前記オリフィス孔部の孔径（ｄ）との比（Ｄ／ｄ）が、３〜１９である構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧液体を構造体に噴射し壊食を起こさせたときの１秒間当たりの構造体の最大の損傷量（以下、最大損傷率という。）を大きくすることができ、損傷効率を高めることができ、また液体室の内径を小さくできるのでノズルをコンパクト化できる。
【００１７】
ここで、比（Ｄ／ｄ）が３より小さくなるにつれ、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの差が小さく、オリフィス孔部から噴射される高圧液体が高圧液体流路の内面の影響を受け噴流が広がり易く液滴化が進行しすぎて壊食が起こり難く最大損傷率が低下する傾向がみられ、比（Ｄ／ｄ）が１９より大きくなるにつれ、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの差が大きくなるので、液体室の内径が大きくなり液滴噴射ノズルが大型化する傾向がみられ、またオリフィス孔部及び液体室の内径が一定の場合、高圧液体流路の内径が大きくなると液体室内に配設等されるオリフィス孔部の数が少なくなり壊食される構造体の面積が狭くなる傾向がみられるため、いずれも好ましくない。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の液滴噴射ノズルによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）流速の大きな噴流の表面と空気との間に生じる大きな剪断力によって、液柱が微粒化され高エネルギーの液滴が形成され、構造体に水等の高圧液体を噴射した場合は、壊食が起こり易く短時間で大きな損傷量を得ることができ、金属材料の表面の錆や異物を除去する洗浄作業、表面の劣化塗料やコンクリート劣化層、砥石表面の磨耗層を除去するハツリ作業、金属材料や無機材料等の表面と塗料との密着性を向上させるためのアンカーパターン形成、溶接部の酸化皮膜除去等の大面積の表面改質処理、コンクリートや石材等の切断作業等を短時間で行うことができ作業性に優れた液滴噴射ノズルを提供することができる。
（２）微粒化された液滴が広範囲で形成されるので、高圧液体として塗料を用いた場合は、塗料の分散性に優れ、大きな面積の塗装処理を短時間で行うことができ作業性に優れた液滴噴射ノズルを提供することができる。
（３）表面改質処理や塗装処理を短時間で行うことができるので、構造体に噴射する水や塗料等の高圧液体が少量で済み省資源性に優れた液滴噴射ノズルを提供することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）液体室に供給された高圧液体がオリフィス孔部の近傍で干渉されて乱流や旋回流を形成するのを抑制し、一様な流動状態で各オリフィス孔部に導入できるため、オリフィス孔部で縮流された高圧液体の流速が減速し難くエネルギーの大きな噴流をオリフィス孔部から噴射口を通して噴射させることができ、噴流の液滴化を促進させエネルギー効率の優れた液滴噴射ノズルを提供することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）高圧液体を構造体に噴射し壊食を起こさせたときの最大損傷率を大きくすることができ、損傷効率を高めることができ、またコンパクト化することができる液滴噴射ノズルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における液滴噴射ノズルの要部断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における要部断面図である。
図中、１は実施の形態１における液滴噴射ノズル、２は他端部に図示しない高圧ポンプ等が接続され水等の高圧液体が圧送される高圧液体路、３は一端に高圧液体路２の一端部が螺着され接続された筒状のノズル後端部、４はノズル後端部３の内周面に段差状に形成されたストレーナ係止部、５はストレーナ係止部４と高圧液体路２の先端との間に挟持されたストレーナ、６は一端にノズル後端部３の他端が螺着された筒状のノズル前端部、７はノズル前端部６の内周面に段差状に形成された噴射口形成部材係止部、８はノズル後端部３，ノズル前端部６の内周面側でストレーナ５の下流に形成された液体室、９はノズル前端部６内に嵌装され液体室８の下流側に配設された円柱状の厚さ（Ｔ）の隔壁形成部材、１０はノズル後端部３の端面と隔壁形成部材９の端面外縁部との間に配設されたＯリング等のシール部材、１１，１１は横断面が内径（Ｄ）の円形状に形成され所定の間隔をあけて隔壁形成部材９を略平行に貫通する高圧液体流路、１２は高圧液体流路１１，１１間に形成され高圧液体流路１１，１１を区画する隔壁、１３は後述するオリフィス孔部１６の下流側に配設され外周縁部が噴射口形成部材係止部７に係止され外周から中心にかけて肉厚の笠状に形成された噴射口形成部材、１４は高圧液体流路１１の下流側の隔壁形成部材９側の噴射口形成部材１３の端面に高圧液体流路１１，１１の内径よりも大径の凹状に形成されたオリフィス板装着部、１５は隔壁形成部材９の端面と面一に各々のオリフィス板装着部１４に装着され隔壁形成部材９の端面と密接されたオリフィス板、１６は各々のオリフィス板１５の略中心部に形成され高圧液体流路１１と同芯状に配置されたオリフィス孔部、１７はオリフィス板１５の外周部とオリフィス板装着部１４の内周部との間に嵌装されたＯリング等のシール部材、１８はオリフィス孔部１６と同軸に噴射口形成部材１３の所定部に形成されオリフィス孔部１６の孔径（ｄ）よりも大径の噴射口、１９は噴射口形成部材１３の噴射口１８の下流側に噴射口１８の孔径よりも大径に形成された先端開口部である。先端開口部１９は高圧液体流路１１と同軸になるように、隔壁形成部材係止部９ａと噴射口形成部材係止部１３ａの係止で位置決めされる。
ここで、本実施の形態においては、隔壁１２の高さ（Ｔ）が、高圧液体流路１１の内径（Ｄ）、オリフィス孔部１６の孔径（ｄ）と（数３）の関係になるように構成されており、高圧液体流路１１の内径（Ｄ）とオリフィス孔部１６の孔径（ｄ）との比（Ｄ／ｄ）が、３〜１９になるように構成されている。
【００２２】
【数３】
2006122846.tif 000004
【００２３】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における液滴噴射ノズルについて、以下その動作を説明する。
高圧液体路２に水等の高圧液体を圧力２５〜２００ＭＰａ好ましくは３０〜１５０ＭＰａ（高圧液体が塗料の場合は１０〜３０ＭＰａ）で圧送すると、高圧液体はストレーナ５を通過して液体室８に入り、隔壁１２で区画された高圧液体流路１１から一様な流動状態でオリフィス孔部１６に達し、オリフィス孔部１６から流速の大きな液柱（噴流）として噴射される。オリフィス孔部１６から噴射された液柱は、流速の大きな液柱の表面と噴射口１８及び先端開口部１９内の空気との間に生じる大きな剪断力によって、微粒化され高エネルギーの液滴が形成される。
【００２４】
以上のように、本発明の実施の形態１における液滴噴射ノズルは構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）液体室８の下流側端部に隔壁形成部材９が配設され、液体室８を区画し高圧液体流路１１を形成する隔壁１２が隔壁形成部材９に形成されているので、液体室８に供給された高圧液体を、隣り合うオリフィス孔部１６から噴射される高圧液体に干渉されることなく一様な流動状態で各オリフィス孔部１６，１６に導入できるため、オリフィス孔部１６で縮流された高圧液体の流速が減速し難くエネルギーの大きな噴流が各々のオリフィス孔部１６から噴射口１８を通して噴射される。この結果、流速の大きな噴流の表面と空気との間に生じる大きな剪断力によって、噴流が微粒化され高エネルギーの液滴が形成される。高エネルギーの液滴が複数のオリフィス孔部１６の各々から噴射された噴流で形成されるので、高エネルギーの液滴を広範囲に形成させることができ、短時間で構造体の広い面積を処理できるので作業性に優れる。
（２）隔壁１２で区画された高圧液体流路１１が隔壁形成部材９に形成され、隔壁形成部材９が液体室８の下流側端部に配設されているので、ノズル後端部３，ノズル前端部６，隔壁形成部材９，オリフィス板１５，噴射口形成部材１３を組立てるだけで液滴噴射ノズル１を製造することができ、各々の加工が容易なので生産性に優れるとともに品質の安定性に優れる。
（３）噴射口形成部材１３が外周から中心にかけて肉厚の笠状に形成されているので、噴射口形成部材１３の中心部の機械的強度が高く、高圧液体の圧力がオリフィス板１５に加わっても撓んだり破損し難いため、高圧液体が噴射口１８以外の箇所から漏れたりオリフィス板１５が破損したりするのを防止でき耐久性に優れる。
（４）オリフィス孔部１６の下流側にオリフィス孔部１６の孔径（ｄ）よりも大径の噴射口１８が形成され、その下流に噴射口１８の孔径よりも大径に形成された先端開口部１９が段状に形成されているので、オリフィス板１５に加わる高圧液体の圧力を噴射口１８の周囲の噴射口形成部材１３で支えることができ、オリフィス板１４の撓みや破損を防止し耐久性に優れる。
（５）隔壁１２の高さ（Ｔ）が、（数３）の関係になるように構成されているので、オリフィス孔部で縮流された高圧液体の流速が減速し難くエネルギーの大きな噴流をオリフィス孔部から噴射口を通して噴射させることができ、噴流の液滴化を促進させることができる。
（６）高圧液体流路１１の内径（Ｄ）とオリフィス孔部１６の孔径（ｄ）との比（Ｄ／ｄ）が、３〜１９になるように構成されているので、高圧液体を構造体に噴射し壊食を起こさせたときの最大損傷率を大きくすることができ、損傷効率を高めることができ、また液体室８の内径を小さくできるので液滴噴射ノズル１をコンパクト化できる。
（７）オリフィス板１５を取り替えるだけで、構造体の表面に施す処理の用途に対応でき汎用性に優れる。
（８）先端開口部１９が、隔壁形成部材係止部９ａと噴射口形成部材係止部１３ａの係止で高圧液体流路１１と同軸になるように位置決めされるので、軸心合わせ作業を簡単かつ確実に行うことができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図２（ａ）は本発明の実施の形態２における液滴噴射ノズルの要部断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における要部断面図である。なお、実施の形態１と同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、２０は実施の形態２における液滴噴射ノズル、２１はノズル前端部６内に嵌装され液体室８の下流側に配設された円柱状の隔壁形成部材、２２は横断面が内径（Ｄ）の円形状に形成され所定の間隔をあけて隔壁形成部材２１を略平行に貫通する高圧液体流路、２３は高圧液体流路２２，２２間に形成され高圧液体流路２２，２２を区画する隔壁、２４は隔壁形成部材２１の下流側の端面に形成された凹部に挿設され後述するオリフィス板２５に密接されるＯリング等のシール部材、２５はノズル前端部６内に嵌装され隔壁形成部材２１の下流側の端面と密接された円盤状のオリフィス板、２６はオリフィス板２５の所定箇所に複数形成され高圧液体流路２２と同芯状に配置されたオリフィス孔部、２７はオリフィス孔部２６の下流側にオリフィス板２５と密接して配設され外周縁部が噴射口形成部材係止部７に係止された円盤状の噴射口形成部材、２８はオリフィス孔部２６と同軸になるように噴射口形成部材２７の所定部に形成されオリフィス孔部２６の孔径（ｄ）よりも大径の噴射口である。オリフィス板２５は、オリフィス板２５の両面に突設されたオリフィス板係止部２５ａ，２５ｂで、隔壁形成部材２１に形成された隔壁形成部材係止部２１ａ、噴射口形成部材２７に形成された噴射口形成部材係止部２７ａに係止され、オリフィス孔部２６が、高圧液体流路２２、噴射口２８と同軸になるように配置されている。これにより、軸芯合わせを簡単かつ確実に行うことができる。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態２における液滴噴射ノズルの動作は、実施の形態１で説明したものと同様なので、説明を省略する。
【００２７】
以上のように、本発明の実施の形態２における液滴噴射ノズルは構成されているので、実施の形態１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）オリフィス板２５に複数のオリフィス孔部２６が形成されているので、部品点数が少なく組立てが容易で生産性に優れる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、オリフィス板２５が１枚配設された場合について説明したが、オリフィス孔部が同軸状になるようにすれば、複数枚のオリフィス板を重ねて配設することもできる。これにより、オリフィス板が薄板状に形成された場合でも、複数枚を重ねることで補強し、オリフィス板やオリフィス孔部が破損したり変形したりするのを防止できる。
【００２９】
図３は実施の形態２における液滴噴射ノズルの噴射口形成部材の変形例を示す要部断面図である。
図中、３０は変形例の噴射口形成部材、３１はオリフィス板と噴射口形成部材が一体化して形成された噴射口形成部材３０の一面側に複数形成されたオリフィス孔部、３２は噴射口形成部材３０の噴出側にオリフィス孔部３１と同軸に形成されオリフィス孔部３１の孔径よりも大径の噴射口である。これにより、オリフィス板が不要になり部品点数を少なくすることができ、さらに組立て時の生産性を高めることができる。
【００３０】
なお、オリフィス孔部３１が形成された噴射口形成部材３０の液体室側に隔壁を一体に形成することもできる。この場合も実施の形態２で説明したのと同様に流体を整流させるという作用を得ることができる。
【００３１】
図４は実施の形態２における液滴噴射ノズルの噴射口形成部材の他の変形例を示す要部断面図である。
図中、３０ａは他の変形例の噴射口形成部材、３３は噴射口形成部材３０ａの一面側に複数形成された漏斗状の縮径部、３４は縮径部３３の端部に形成されたオリフィス孔部、３５は噴射口形成部材３０ａの噴出側にオリフィス孔部３４と連通して形成されオリフィス孔部３４の孔径よりも大径の噴射口である。これにより、オリフィス板が不要になり部品点数を少なくすることができ、組立て時の生産性を高めることができるとともに、流体の整流作用を向上させることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施の形態１で説明した液滴噴射ノズルを用いて行った隔壁の効果を確認する実験例を示し、本発明を具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
（実験例１）
内径５ｍｍの先端開口部１９、内径２．５ｍｍの噴射口１８がピッチ６ｍｍで２箇所に形成された噴射口形成部材１３を、ノズル前端部６の噴射口形成部材係止部７に係止した。次に、噴射口形成部材１３に形成された２箇所のオリフィス板装着部１４に、外径５．６ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ、オリフィス孔部１６の孔径ｄ＝０．４５ｍｍのオリフィス板１５とシール部材１７をそれぞれ装着した。オリフィス孔部１６のピッチは、噴射口のピッチと同様の６ｍｍであった。次に、オリフィス板１５が装着された噴射口形成部材１３の端面に厚さ４０ｍｍの隔壁形成部材９を配設した。隔壁形成部材９には、隔壁１２によって離間された内径Ｄ＝４ｍｍの高圧液体流路１１がピッチ６ｍｍで形成されている。以上の噴射口形成部材１３及び隔壁形成部材９とノズル前端部６、ノズル後端部３、ストレーナ５を組立て、実験例１の液滴噴射ノズル１を得た。実験例１の液滴噴射ノズルは、隔壁形成部材９の厚さが４０ｍｍのため、隔壁１２の高さＴ＝４０ｍｍである。
【００３３】
（実験例２）
厚さ２０ｍｍの隔壁形成部材９を用い隔壁１２の高さＴを２０ｍｍにした以外は実験例１と同様にして、実験例２の液滴噴射ノズルを得た。
【００３４】
（実験例３）
厚さ１０ｍｍの隔壁形成部材９を用い隔壁１２の高さＴを１０ｍｍにした以外は実験例１と同様にして、実験例３の液滴噴射ノズルを得た。
【００３５】
（実験例４）
図５は実験例４における液滴噴射ノズルの要部断面図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、４０は実験例４における液滴噴射ノズル、４１はノズル後端部３の先端と噴射口形成部材１３との間に配設されたＯリング等のシール部材である。
以上のように、隔壁形成部材を用いない以外は実験例１と同様にして、実験例４における隔壁の高さＴ＝０ｍｍの液滴噴射ノズルを得た。
【００３６】
（実験例５）
図６は実験例５における液滴噴射ノズルの要部断面図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様のものは、同じ符号を付して説明を省略する。
図中、５０は実験例５における液滴噴射ノズル、５１は外周縁部がノズル前端部６の噴射口形成部材係止部７に係止され外周から中心にかけて肉厚の笠状に形成された噴射口形成部材、５２は噴射口形成部材５１の中心の１箇所に横断面が円形状に一端面側から穿設形成された先端開口部、５３は先端開口部５２の上流側の噴射口形成部材５１に先端開口部５２と同軸で先端開口部５２の内径よりも小径に形成された噴射口、５４は噴射口形成部材５１の他端面に密接された円盤状のオリフィス板、５５はオリフィス板５４の中心の１箇所に形成され噴射口５３と同軸に配設されたオリフィス孔部、５６はオリフィス板５４の端面とノズル後端部３の先端との間に配設されたＯリング等のシール部材である。
実験例５の液滴噴射ノズルでは、先端開口部５２の内径は５ｍｍ、噴射口５３の内径は２．５ｍｍ、オリフィス板５４の厚さは０．４ｍｍ、オリフィス孔部５５の孔径は０．４５ｍｍとした。
以上のようにして、複数のオリフィス孔部を有しない実験例５の液滴噴射ノズルを得た。
【００３７】
（損傷量の測定）
実験例１〜５の液滴噴射ノズルに高圧液体路２を接続し、高圧液体として圧力５０ＭＰａの水を試験片に所定時間噴射し、高圧水を所定時間噴射した前後の試験片の重量減少量（損傷量）を測定した。なお、試験片は、Ａｌ−Ｍｇ系合金（５０８３）製で一辺の長さ４０ｍｍ、厚さ５ｍｍの大きさに形成された方形板である。この合金は、非熱処理合金としては最も優れた強度を有し、溶接性、耐海水性、耐低温性に優れるため、溶接構造材として船舶、車両、温用タンク、圧力容器等に広く使用されている。また、オリフィス孔部から試験片までの距離は１００ｍｍとした。
高圧水を試験片に噴射することで、オリフィス孔部から噴射された液滴によって、試験片の表面を壊食させ損傷させることができた。構造体の表面を目視観察したところ、損傷は、１個のオリフィス孔部について、直径１〜２ｍｍ程度の円形状であった。
図７は高圧水の噴射時間（３０秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図であり、図８は高圧水の噴射時間（５秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図である。なお、実験例５の液滴噴射ノズルのオリフィス孔部は１個であるが、実験例１〜４の液滴噴射ノズルでは２個なので、比較のため、実験例５の実験値の損傷量を２倍して、図７及び図８にプロットした。
【００３８】
図７から明らかなように、複数のオリフィス孔部の間に隔壁を有する実験例１〜３の液滴噴射ノズルで得られる損傷量は、複数のオリフィス孔部の間に隔壁を有しない実験例４の液滴ノズルで得られる損傷量より、著しく大きなことが確認された。特に、高圧水の噴射時間が３〜５秒程度と短い場合でも、図８に示すように、実験例４の液滴噴射ノズルでは損傷量がほぼ０ｍｇなのに対し、実験例１〜３の液滴噴射ノズルでは１ｍｇ以上の損傷が得られている。また、隔壁の高さＴが１０ｍｍ（実験例３）、２０ｍｍ（実験例２）、４０ｍｍ（実験例１）と高くなるにつれ、損傷が大きくなる傾向がみられることも明らかになった。
具体的には、７秒間の噴射時間の場合、実験例１の液滴噴射ノズルで得られた損傷量は５．５ｍｇであり、実験例４の液滴噴射ノズルで得られた損傷量は０．１ｍｇであったため、約５０倍の損傷が得られたことになる。また、１０秒間の噴射時間の場合、実験例１の液滴噴射ノズルで得られた損傷量は７．９ｍｇであり、実験例４の液滴噴射ノズルで得られた損傷量は０．４ｍｇであったため、約２０倍の損傷が得られたことになる。
さらに、隔壁の高さＴが４０ｍｍの実験例１の液滴噴射ノズルは、試験片に向かって２秒以上高圧水を噴射すれば、噴射時間が同じ場合に、実験例５の液滴噴射ノズル２つ分の損傷量より大きくなることから、複数のオリフィス孔部から噴射された液滴の相乗効果によって、単数のオリフィス孔部を寄せ集めた以上の大きな損傷が得られることが明らかになった。
以上のように、隔壁を有する実験例１〜３の液滴噴射ノズルによれば、隔壁を有しない実験例４の液滴噴射ノズルと比較して、短時間で大きな損傷量を得ることができるので、金属材料の表面の錆や異物を除去する洗浄作業、表面の劣化塗料やコンクリート劣化層、砥石表面の磨耗層を除去するハツリ作業、金属材料や無機材料等の表面と塗料との密着性を向上させるためのアンカーパターン形成、溶接部の酸化皮膜除去等の大面積の表面改質処理、コンクリートや石材等の切断作業等を短時間で行うことができ作業性に著しく優れることが明らかになった。
【００３９】
（実験例６）
実験例１〜３では内径Ｄが４ｍｍの高圧液体流路１１が形成された隔壁形成部材９を用いたが、高圧液体流路の内径Ｄを小さくしたときの挙動を確認するため、隔壁形成部材９を内径Ｄが２ｍｍの高圧液体流路が形成された隔壁形成部材に代えて、Ａｌ−Ｍｇ系合金（５０８３）製の試験片を損傷させる実験を行った。実験は、隔壁形成部材の厚さ、即ち隔壁の高さＴが１０ｍｍと３０ｍｍの液滴噴射ノズルについて、実験例１〜５の損傷量の測定と同様に、高圧液体として圧力５０ＭＰａの水を試験片に所定時間噴射し、高圧水を噴射した前後の試験片の重量減少量（損傷量）を測定する方法で行った。本実験においても、オリフィス孔部（孔径ｄ＝０．４５ｍｍ）から試験片までの距離は１００ｍｍとした。
図９は高圧水の噴射時間（３０秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図であり、図１０は高圧水の噴射時間（５秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図である。
図７と図９、図８と図１０を比較して、オリフィス孔部の孔径ｄ＝０．４５ｍｍのとき、高圧液体流路の内径ＤがＤ＝４ｍｍからＤ＝２ｍｍに小さくなると損傷量が小さくなることが確認された。これは、高圧液体流路の内径Ｄが小さくなり、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄが小さくなるにつれ、オリフィス孔部から噴射される高圧液体が高圧液体流路の内面の影響を受け噴流が広がり易く液滴化が進行しすぎて壊食が起こり難くなったものであると推察している。
【００４０】
（実験例７）
高圧液体流路の内径Ｄ＝２，４，６ｍｍ、オリフィス孔部の内径ｄ＝０．１〜２ｍｍ、隔壁の高さＴ＝１０〜１００ｍｍと変えた液滴噴射ノズルを用い、実験例６と同様にして、Ａｌ−Ｍｇ系合金（５０８３）製の試験片を損傷させる実験を行った。実験は、高圧液体として圧力５０ＭＰａの水を各液滴噴射ノズルから試験片に所定時間噴射し、高圧水を噴射した前後の試験片の重量減少量（損傷量）を測定する方法で行った。本実験においても、液滴噴射ノズルのオリフィス孔部から試験片までの距離は１００ｍｍとした。
実験例６と同様にして、高圧水の噴射時間（３０秒まで）と試験片の損傷量との関係を調べ、横軸に時間（秒）、縦軸に損傷量（ｍｇ）をプロットした図における１秒間当たりの最大の傾き、即ち各液滴噴射ノズルが構造体に与える１秒間当たりの最大の損傷量（最大損傷率）を求めた。
この実験の結果から、最大損傷率は、高圧液体の圧力が一定（５０ＭＰａ）の場合、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄによって決まる固有の上限があることがわかった（この最大損傷率の固有の上限を、飽和最大損傷率という。）。また、飽和最大損傷率を記録した液滴噴射ノズルの隔壁の高さＴは、Ｄが大きくなるにつれ、またｄが大きくなるにつれ高くなることがわかった。
図１１は高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄと飽和最大損傷率（ｍｇ／秒）との関係を示す図である。本実験例では、この最大損傷率の曲線よりも上側の値は得られなかったため、図１１は、最大損傷率が、高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄによって飽和し固有の上限を示すことを示している。
図１１から、比Ｄ／ｄが４より小さくなるにつれ最大損傷率が低下する傾向がみられ、予備実験等のデータも併せると、比Ｄ／ｄが１８より大きくなるにつれ最大損傷率が上限に近づき増加し難くなる傾向がみられる。特に、比Ｄ／ｄが３より小さくなるか１９より大きくなると、これらの傾向が著しくなるためいずれも好ましくない。なお、比Ｄ／ｄが小さくなると、オリフィス孔部から噴射される高圧液体が高圧液体流路の内面の影響を受け噴流が広がり易く液滴化が進行しすぎて壊食が起こり難くなると推察している。
【００４１】
次に、飽和最大損傷率を記録した液滴噴射ノズルの高圧液体流路の内径Ｄと隔壁の高さＴとの相関式を得るため、図１１の飽和最大損傷率の曲線上のＤとＴに対して両対数プロットした。
図１２は図１１の飽和最大損傷率の曲線上のＤとＴに対して両対数プロットし近似線を求めた図である。
ここで、近似線の一般式は、最大損傷率が飽和したときの隔壁の高さＴが、Ｄが大きくなるにつれ、またｄが大きくなるにつれ高くなること、ＤとＴに対して両対数プロットした結果、図１２に示したように近似線が傾き０．５の直線（切片は２０）になったことから、Ｔ＝Ｋ・ｄ・Ｄ０．５（但し、Ｋは定数。Ｔ，ｄ，Ｄの単位はｍｍ。）とおける。さらに、オリフィス孔部の孔径ｄは、高圧液体の流量、損傷効率等を考慮して０．２〜１ｍｍの範囲が好適であることがわかったため、２０＝Ｋ・ｄ（但し、ｄは０．２〜１とする。）の関係からＫの範囲を計算すると、Ｋは２０〜１００となる。
以上の結果から、隔壁の高さ（Ｔ）は、Ｔ＝Ｋ・ｄ√Ｄ（但し、Ｋは有効な隔壁の高さを示す定数で、２０〜１００。Ｔ，ｄ，Ｄの単位はｍｍ。）と表すことができることがわかった。
【００４２】
（実験例８）
実験例１で説明した液滴噴射ノズルを用い、圧力１０ＭＰａの塩化ビニル樹脂塗料を高圧液体として試験片に噴射した。なお、オリフィス孔部から試験片までの距離は１００ｍｍとした。
試験片の表面を目視観察したところ、試験片の表面には微粒化された液滴が噴射され、均一な塗膜が形成されていた。
本実験の結果、実験例１で説明した液滴噴射ノズルは、塗料を噴射する塗装装置としても優れていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、水や塗料等の液体を加圧した高圧液体を噴射して微粒化させ液滴を形成できる液滴噴射ノズルに関し、高エネルギーの液滴を広範囲に噴射でき、液滴が噴射された構造体に短時間で大きな損傷を与えることができ、金属材料の表面の錆や異物を除去する洗浄作業、表面の劣化塗料やコンクリート劣化層、砥石表面の磨耗層を除去するハツリ作業、金属材料や無機材料等の表面と塗料との密着性を向上させるためのアンカーパターン形成、溶接部の酸化皮膜除去等の大面積の表面改質処理、コンクリートや石材等の切断作業等を短時間で行うことができ作業性に優れた液滴噴射ノズルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）実施の形態１における液滴噴射ノズルの要部断面図  （ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線における要部断面図
【図２】（ａ）実施の形態２における液滴噴射ノズルの要部断面図  （ｂ）図２（ａ）のＢ−Ｂ線における要部断面図
【図３】実施の形態２における液滴噴射ノズルの噴射口形成部材の変形例を示す要部断面図
【図４】実施の形態２における液滴噴射ノズルの噴射口形成部材の別の変形例を示す要部断面図
【図５】実験例４における液滴噴射ノズルの要部断面図
【図６】実験例５における液滴噴射ノズルの要部断面図
【図７】高圧水の噴射時間（３０秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図
【図８】高圧水の噴射時間（５秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図
【図９】高圧水の噴射時間（３０秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図
【図１０】高圧水の噴射時間（５秒まで）と試験片の損傷量との関係を示す図
【図１１】高圧液体流路の内径Ｄとオリフィス孔部の孔径ｄとの比Ｄ／ｄと最大損傷率（ｍｇ／秒）との関係を示す図
【図１２】オリフィス孔部の孔径ｄ＝０．４５ｍｍの液滴噴射ノズルにおいて最大損傷率が得られたときの高圧液体流路の内径Ｄと隔壁の高さＴとの関係をプロットした図
【符号の説明】
【００４５】
１  液滴噴射ノズル
２  高圧液体路
３  ノズル後端部
４  ストレーナ係止部
５  ストレーナ
６  ノズル前端部
７  噴射口形成部材係止部
８  液体室
９  隔壁形成部材
９ａ  隔壁形成部材係止部
１０  シール部材
１１  高圧液体流路
１２  隔壁
１３  噴射口形成部材
１３ａ  噴射口形成部材係止部
１４  オリフィス板装着部
１５  オリフィス板
１６  オリフィス孔部
１７  シール部材
１８  噴射口
１９  先端開口部
２０  液滴噴射ノズル
２１  隔壁形成部材
２１ａ  隔壁形成部材係止部
２２  高圧液体流路
２３  隔壁
２４  シール部材
２５  オリフィス板
２５ａ，２５ｂ  オリフィス板係止部
２６  オリフィス孔部
２７  噴射口形成部材
２７ａ  噴射口形成部材係止部
２８  噴射口
３０，３０ａ  噴射口形成部材
３１  オリフィス孔部
３２  噴射口
３３  縮径部
３４  オリフィス孔部
３５  噴射口
４０  液滴噴射ノズル
４１  シール部材
５０  液滴噴射ノズル
５１  噴射口形成部材
５２  先端開口部
５３  噴射口
５４  オリフィス板
５５  オリフィス孔部
５６  シール部材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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