(57)【要約】【課題】  ガーネット等の研磨材を使用することなく、カーボンファイバー積層体（たとえば、カーボンファイバーとアルミ板との貼り合わせ）の高品質切断を可能とするウォータジェット切断装置を提供する。【解決手段】  ２つの冷却装置１３１，１３２と、超高圧ポンプ１０と、ノズル１１とを備え、ジェット水ＪＷがノズル１１から吐出したときに、一部が減圧により固相化することを特徴とする。固相化によりジェット水ＪＷの一部には氷粒が混入し、あるいはジェット水ＪＷの一部はシャーベット状になる。【選択図】  図１
2011011314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置とを備え、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が固相化されることを特徴とするウォータジェット切断装置。
【請求項２】
超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置と、前記ノズルの吐出口の先端側に設けられた吐出水冷却筒体とを備え、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が冷却筒内の液体冷却ガスにより固相化することを特徴とするウォータジェット切断装置。
【請求項３】
超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置と、前記ノズルの吐出口の先端側に設けられた吐出水冷却二重筒体とを備え、
前記吐出水冷却二重冷却筒の筒間に冷却媒体が流通し、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が前記二重冷却筒により固相化することを特徴とするウォータジェット切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨材（ガーネット等の粒子）を使用することなくカーボンファイバー等の硬質材の切断を行うことができるウォータジェット切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウォータジェット切断装置には研磨材（ガーネット等の粒子）を使用するものと、使用しないものとがある。
【０００３】
研磨材を使用しないウォータジェット切断装置は、切断力が小さいので、紙等の柔らかいものの切断に限って使用される。一方、研磨材を使用するウォータジェット切断装置（アブレシブウォータジェットとも称される）は、切断力が大きいので、金属・ガラス等の硬いものの切断にも使用される。
【０００４】
図６は、研磨材を使用したウォータジェット切断装置９を示す図である。ポンプ装置９０から供給される加圧水Ｗ（約４００ＭＰａ：４０００気圧）は、ノズル９１から音速オーダ（１．５〜３倍の速度）で吐出される。この吐出水（ジェット水ＪＷ）には研
磨材供給起９３からガーネット等の研磨材Ａが混入される。
図６ではノズル９１が切断対象Ｏに対してｘｙ移動（相対移動）できるように構成され、ジェット水ＪＷにより基台９２に載置された切削対象Ｏの切断が行われる。
【０００５】
研磨材Ａを使用するウォータジェット切断装置９では、研磨材Ａはノズル９１の吐出前にジェット水ＪＷに混入される。この研磨材Ａによりノズル９１の内面が削り取られノズル９１が短命化するという問題がある。
【０００６】
また、研磨材Ａを使用するウォータジェット切断装置９では、使用したジェット水から研磨材Ａや切削対象Ｏの切断カスを完全に分離することは実際上できない。このため、ジェット水ＪＷや研磨材Ａが再利用されることはなく、切断カスを含む研磨剤Ａは産業廃棄物として処理せざるを得ないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２２２９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ノズル９２の短命化を防止するために、ノズル９２からジェット水ＪＷを吐出した直後に研磨材Ａを混入する手法もあろうが、この手法では研磨材Ａを効率よくジェット水ＪＷに混入することができない。
【０００９】
また、研磨剤Ａが産業廃棄物とならないように、研磨材Ａに代えて氷粒を使用する技術が知られている（特許文献１参照）。しかし、許文献１の技術では、径が均一の氷粒を作ることが容易でないし、氷粒をノズル９２に混入できたとしてもノズル９２が磨耗するといった問題は依然解消されない。
【００１０】
本発明は、ガーネット等の研磨材を使用することなく、大きな切断力でカーボンファイバー等を高品質で切断できるウォータジェット切断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】
【００１１】
本発明は（１）から（３）を要旨とする。
（１）超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置とを備え、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が固相化されることを特徴とするウォータジェット切断装置。
【００１２】
「ジェット水の一部が固相化する」とは、ジェット水の一部に氷状粒子が含まれること、またはジェット水の一部がシャーベット化することを意味する。
【００１３】
（２）超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置と、前記ノズルの吐出口の先端側に設けられた吐出水冷却筒体とを備え、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が冷却筒内の液体冷却ガス（液体窒素，二酸化炭素）により固相化することを特徴とするウォータジェット切断装置。
【００１４】
（３）超高圧ポンプと、ノズルと、水供給口からポンプとの間またはポンプとノズルとの間に設けられた少なくとも１つの冷却装置と、前記ノズルの吐出口の先端側に設けられた吐出水冷却二重筒体とを備え、
前記吐出水冷却二重冷却筒の筒間に冷却媒体が流通し、
ジェット水が前記ノズルから吐出したときに、当該ジェット水の一部が前記二重冷却筒により固相化することを特徴とするウォータジェット切断装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガーネット等の研磨材を使用することなく、柔質の切削対象のみならず、硬質の切削対象をも高い品質で切断することができる。
【００１６】
本発明では、ノズルから吐出された冷却ジェット水は、基本的には、吐出直後に固相化する。ノズルから吐出する前にジェット水の一部が固相化することもあるが、この場合には、ジェット水はシャーベット状であるので、ノズルが磨耗して短命化するといった問題は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のウォータジェット切断装置の第１実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の本発明のウォータジェット切断装置のノズル部分を拡大して示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す説明図である。
【図４】図３の液体窒素によりジェット水を直接冷却する本発明のウォータジェット切断装置を示す説明図である。
【図５】図３の液体窒素によりジェット水を間接冷却する本発明のウォータジェット切断装置を示す説明図である。
【図６】従来のウォータジェット切断装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明では、ノズルから吐出されたジェット水は、予め冷却されており、ジェット水は、一部が固相化した状態で吐出するか、吐出直後に固相化する。
冷却態様として、（１）ジェット水の一部の自動固相化、（２）ジェット水の一部の強制固相化があるが何れであっても本発明の作用効果が奏される。
【００１９】
図１は自動固相化による本発明のウォータジェット切断装置の第１実施形態を示す説明図である。
図１において、ウォータジェット切断装置１は、超高圧ポンプ装置１０と、ノズル１１と、基台１２と、１次冷却器１３１と、２次冷却器１３２とを備えている。
【００２０】
本実施形態では、冷却は、２つの冷却器（１３１，１３２）により２箇所で（すなわち、２段階にわたり）行っている。この冷却は、２箇所で行わずに１箇所で行ってもよいが、超高圧ポンプによる水の圧縮を行ったときに発熱が生じる場合等においては複数箇所で行ってもよい。
【００２１】
冷却器（１３１）での冷却温度は、本実施形態では、０℃以上４℃以下とする。冷却手段は、気化媒体圧縮式の通常の冷却装置を使用することができる。０℃以下で水が固相化しない場合には、冷却温度を０℃以下とすることができる。冷却器（１３２）での冷却温度も同様に０℃以上４℃以下とすることができ、０℃以下で水が固相化しない場合には０℃以下とすることができる。
【００２２】
本実施形態では、ジェット水ＪＷは吐出により減圧雰囲気に置かれることになる、ジェット水ＪＷの一部は固相化する（図２）。
ジェット水ＷＪに氷晶化促進成分（ミョウバン等）を混入させることができる。ジェット水ＷＪの一部が固相化した場合、ジェット水はシャーベット状になることもあるし、一部に氷粒が混在することもある。
【００２３】
図３は強制固相化による本発明のウォータジェット切断装置の第２実施形態を示す説明図である。
図３において、ウォータジェット切断装置２は、超高圧ポンプ装置２０と、ノズル２１と、基台２２と、１次冷却器２３１と、２次冷却器２３２と、冷却筒２４とを備えている。
【００２４】
本実施形態では、冷却は、２つの冷却器（２３１，２３２）により２箇所にわたり行っているが、第１実施形態と同様、１箇所で冷却してもよい。
この場合にも、１次冷却温度度は、０℃以上４℃以下とでき、０℃以下で水が固相化しない場合には、０℃以下とすることができる。２次冷却温度も同様に０℃以上４℃以下とすることができ、０℃以下で水が固相化しない場合には、０℃以下とすることができる。
【００２５】
本実施形態では、ジェット水ＪＷの吐出による減圧により、ジェット水の一部が固相化していてもよいし、していなくてもよい。
【００２６】
図４は、冷却筒２４１の内部に、直接液体窒素ＬＮを注入する実施形態を示している。この場合、冷却筒２４１内において氷結が生じるが、この氷結はジェット水ＪＷに巻き込まれる。
【００２７】
図５は、冷却筒２４２を二重に構成し、液体窒素ＬＮを二重筒の筒間を通過させる実施形態を示している。この場合にも、冷却筒２４２のジェット水ＪＷ側の面に氷結が生じるが、この氷結はジェット水ＪＷに巻き込まれる。
【００２８】
なお、第２実施形態でも、ジェット水ＷＪに氷晶化促進成分（ミョウバン等）を混入させることができる。ジェット水の一部が固相化した場合、ジェット水はシャーベット状になることもあるし、ジェット水の一部に氷粒が混在することもある。
【００２９】
また、第２実施形態では、液体窒素を用いてジェット水ＪＷを急速冷却したが、液体二酸化炭素等の他の液体を用いて冷却することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
近年、最先端複合材料として、カーボンファイバーレインフォーストプラスチック（ＣＦＲＰ：以下、単に「カーボンファイバー」と言う）が種々の産業分野で使用されるようになっている。カーボンファイバーは、カーボン繊維をエポキシ、ポリイミドなどのマトリックス樹脂で成形・加工してなるもので、軽量（スチールの約１／５）、高剛性（スチールの約２倍）、高強度（スチールと同等以上）などの優れた特性を備えている。
【００３１】
通常、カーボンファイバーは、他の材料と組み合わせて使用される。一般的には低価格の他の材料、たとえばアルミニウム（以下、「アルミ」と言う）と貼り合わせて（積層して）使用される。
【００３２】
カーボンファイバー積層体は、特性としては極めて優れているが、切断加工には、レーザやエンドミルといった切断技術を用いることができない。すなわち、カーボンファイバー積層体の切断をレーザにより行うと、切断面に燃焼痕が残るため、レーザはカーボンファイバー積層体の切断には不向きである。また、エンドミル切断では、切断対象がアルミ等の金属である場合には切断オイルの使用が必須である。アルミ等の金属を張り合わせたカーボンファイバー積層体の切断をエンドミルにより行うと、カーボンファイバーに切断オイルがしみ込んでしまう。このため、エンドミルもカーボンファイバー積層体の切断には不向きである。
【００３３】
したがって、カーボンファイバー積層体の切断には、ウォータジェット切断装置を用いることが最適であり、逆に言えば、ウォータジェット切断装置でしかカーボンファイバー積層体の切断ができない。
【００３４】
前述したように、使用された研磨材には切断カスが含まれるが、切断カスを研磨材から分離することは、実際上不可能であり、切断カスを含む研磨剤は産業廃棄物として処理せざるを得ない。このため、カーボンファイバー積層体を活用すること自体はＣＯ2削減といった環境対策上の長所を有するにもかかわらず、全体ではエコロジカルとはいえないといった問題が生じる。
【００３５】
本発明では、研磨材を一切使用することなく、一部が固相化した状態で吐出したジェット水ＪＷまたは吐出直後に固相化したジェット水ＪＷにより切断を行うので、環境対策上も極めて優れた技術と言える。
【符号の説明】
【００３６】
１，２  ウォータジェット切断装置
１０，２０  超高圧ポンプ装置
１１，２１  ノズル
１２，２２  基台
１３１，２３１  １次冷却器
１３２，２３２  ２次冷却器
１４，１４１，１４２  冷却筒
【図１】
2011011314.tif 000003
【図２】
2011011314.tif 000004
【図３】
2011011314.tif 000005
【図４】
2011011314.tif 000006
【図５】
2011011314.tif 000007
【図６】
2011011314.tif 000008