(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴出するノズルであって、
本体と、
前記本体に設けられ、前記液体の噴流の中心線である軸線を中心軸とするバッファー室と、
前記バッファー室の前記軸線方向における一方の側の面に設けられ、前記軸線を中心軸とし、前記液体を噴出する絞りと、
前記バッファー室の前記一方の側の面に対向して前記バッファー室内に設けられ、前記軸線を中心軸とする円板と、
前記円板を前記バッファー室内で支持する支持部材と、
前記本体に設けられ、前記液体を供給するための供給口と、
前記軸線の延伸方向と異なる方向に沿って設けられ、前記バッファー室の前記円板よりも前記一方の側と反対側である他方の側に開口するとともに前記供給口に連通する流入路と、を備え、
前記円板は、前記円板の前記一方の側の面に設けられる窪みを有することを特徴とするノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルであって、
前記バッファー室の内部空間の外形形状が円柱状を呈することを特徴とするノズル。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のノズルであって、
前記窪みの内部空間の外形形状が、前記軸線を中心軸とする円柱状又は前記一方の側に向かうにしたがって断面が広がる円錐台状を呈することを特徴とするノズル。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のノズルであって、
前記支持部材は、前記円板の前記他方の側の面に設けられるシャフトを有し、
前記シャフトは、前記軸線を中心軸とする円柱状を呈することを特徴とするノズル。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のノズルであって、
前記支持部材は、前記円板の前記他方の側の面に設けられるシャフトを有し、
前記シャフトは、前記軸線が通過するとともに前記流入路を経て送られる前記液体から受ける抵抗を低減する流線形の断面を備えることを特徴とするノズル。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のノズルであって、
前記バッファー室の前記一方の側が開口されており、
前記絞りは、前記軸線を中心軸とする円筒状の絞り部材に設けられ、
前記絞り部材は、前記バッファー室の前記一方の側の開口を閉じるように設けられ、
前記ノズルは、
前記絞り部材を収納する納入室、及び前記軸線と同軸に設けられ前記一方の側に開口するとともに前記納入室に連通する噴流流路、を有するハウジングと、
前記ハウジングを前記本体に向けて押圧して固定することで、前記納入室内に収納されている前記絞り部材を、前記ハウジングと前記本体との間に挟持する押圧部材と、
を更に備えることを特徴とするノズル。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のノズルであって、
前記本体は、前記軸線と同軸に設けられ前記本体の前記他方の側に開口するとともに前記バッファー室に連通する挿入孔を有し、
前記支持部材は、前記挿入孔を貫通して配置されており、
前記ノズルは、
前記支持部材と前記挿入孔との間を封止するシール部材と、
前記支持部材を前記本体に対して前記他方の側から固定する固定部材と、
を更に備えることを特徴とするノズル。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のノズルを有し、前記液体の前記噴流に研磨材を混合して噴出するノズル装置であって、
前記絞りの前記一方の側に前記絞りと連通して前記軸線と同軸に設けられ、前記軸線の延伸方向と異なる方向に沿って前記研磨材が流入する研磨材流入口を有する円筒状の混合部と、
前記混合部の前記一方の側に前記混合部と連通して前記軸線と同軸に設けられる円筒状の噴出管と、
を備えることを特徴とするノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴出するノズル、及び液体の噴流に研磨材を混合して噴出するノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
狭い箇所に挿入され、長手方向に沿って高圧の流体を流入し、長手方向と異なる方向へ研磨材を伴う流体の噴流を噴出するノズルが提案されている（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載のノズルでは、ノズル主要本体に設けられた流体流動導管は、第１の方向に流れる流体を第２の方向へ転換する方向転換部（肘部）を有する。そして、方向転換した第２の方向に沿って、ノズルオリフィスを設けている。このノズルオリフィスから噴出する噴流に研磨媒体を混入し、第２の方向に噴出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０７２０２号公報（段落００３１〜００３５、図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術においては、高圧の流体を方向転換した際に、流れが乱れる。そして、方向転換部の下流に設けられたオリフィス（絞り）から噴出する噴流は発散する。噴流が発散すると、噴流が収束している場合に比較して、噴流の加工能力が低下する。
また、発散した噴流に研磨媒体（研磨材）を混入し、研磨媒体を伴う噴流を噴出すると、噴出導管（噴出管）の摩耗が激しくなる。そして、研磨媒体を伴う噴流が発散するため、噴流の加工能力が低く、加工面が乱れやすい。
本発明は、液体を噴出するノズル、及び液体の噴流に研磨材を混合して噴出するノズル装置において、収束した噴流を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、本発明のノズルは、液体を噴出するノズルであって、本体と、本体に設けられ、液体の噴流の中心線である軸線を中心軸とするバッファー室と、バッファー室の前記軸線方向における一方の側の面に設けられ、前記軸線を中心軸とし、液体を噴出する絞りと、バッファー室の前記一方の側の面に対向してバッファー室内に設けられ、前記軸線を中心軸とする円板と、円板をバッファー室内で支持する支持部材と、本体に設けられ、液体を供給するための供給口と、前記軸線の延伸方向と異なる方向に沿って設けられ、バッファー室の円板よりも前記一方の側と反対側である他方の側に開口するとともに供給口に連通する流入路と、を備え、前記円板は、前記円板の前記一方の側の面に設けられる窪みを有する。
【０００６】
上記構成によれば、流入路から導入された液体が、バッファー室内における円板の他方の側（絞りと反対側）の全体に広がり、円板の周囲からバッファー室内における円板の一方の側（絞り側）へ流入する。円板の絞り側に形成される円板状の空間内に流れ込んだ液体は、円板状の空間の全周からほぼ均等に軸線の通る中心部に向けて流れる。液体は、円板と、円板に対向するバッファー室の壁面との間を通過することによって、整流される。円板状の空間の中心部では、液体の流れが集中し、絞りに向けて軸線方向に急激に縮流するとともにその流れの方向を転回する。液体が円板状の空間から絞りを通って噴出することで、乱れの少ない噴流が得られる。
また、流路が、バッファー室と、バッファー室内部に支持される円板とから構成されるため、非常にコンパクトな流路でありながら、高い整流効果が得られる。
すなわち、本発明によれば、液体を噴出するノズルにおいて、収束した噴流を得ることができる。
また、上記構成によれば、円板と、バッファー室の円板に対向する面との間に形成される円板状の空間は、絞りの反対側に突出する。絞りの反対側に液体が供給される空間を備えることで、軸線に沿った強い流れが絞りの上流側に発生し、絞り付近における渦の発生度合い（渦度）が減少する。そのため、更に乱れの少ない噴流が得られる。
【０００７】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、バッファー室の内部空間の外形形状が円柱状を呈している。
【０００８】
バッファー室の内部空間の外形形状が円柱状であるため、ノズル内部の流路構造が非常にコンパクトになり、外観寸法の小さいノズルが得られる。
ここで、円柱状とは、幾何学上での厳密な円柱に限定される趣旨ではなく、中央部が若干拡径されたたる型、角部が一部丸みを帯びた形状等を含む。
【００１１】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、窪みの内部空間の外形形状が、前記軸線を中心軸とする円柱状又は一方の側に向かうにしたがって断面が広がる円錐台状を呈している。
【００１２】
上記構成によれば、軸線に沿った強い流れが絞りの上流側に円周方向でより均一に発生するため、より一層乱れの少ない噴流が得られる。また、窪みの形成が容易である。
ここで、円柱状とは、幾何学上での厳密な円柱に限定される趣旨ではない。同様に、円錐台状とは、その横断面（軸線に垂直な平面で切断した場合の断面）形状が円形であり、縦断面（軸線を含む平面で切断した場合の断面）がほぼ台形状をなしていれば良く、幾何学上での厳密な円錐台に限定される趣旨ではない。
【００１３】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、支持部材は、円板の前記他方の側の面に設けられるシャフトを有し、前記シャフトは、前記軸線を中心軸とする円柱状を呈している。
【００１４】
上記構成によれば、円板が、円柱状のシャフトによって絞りと反対側から支持されるため、支持部材は、液体のバッファー室内での流れを阻害しない。このため、バッファー室内での渦の発生が極力抑制され、バッファー室内における円板と該円板に対向する絞り側の壁面との間の円板状の空間内の流れがより整流化される。絞りから噴出する噴流は、絞りの上流側の液体の乱れに大きく影響されるため、バッファー室内の渦の発生を抑えることによって、より乱れの少ない噴流が得られる。
【００１５】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、支持部材は、円板の前記他方の側の面に設けられるシャフトを有し、前記シャフトは、前記軸線が通過するとともに流入路を経て送られる液体から受ける抵抗を低減する流線形の断面を備えている。
【００１６】
上記構成によれば、流入路からバッファー室内に流れ込む液体が支持部材に衝突し、支持部材から離れるときに、支持部材の壁面から流れが剥離しない。そのため、バッファー室内での渦の発生が抑制され、より乱れの少ない噴流が得られる。
【００１７】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、バッファー室の前記一方の側が開口されており、絞りは、前記軸線を中心軸とする円筒状の絞り部材に設けられ、絞り部材は、バッファー室の前記一方の側の開口を閉じるように設けられ、前記ノズルは、絞り部材を収納する納入室、及び前記軸線と同軸に設けられ前記一方の側に開口するとともに納入室に連通する噴流流路、を有するハウジングと、ハウジングを本体に向けて押圧して固定することで、納入室内に収納されている絞り部材を、ハウジングと本体との間に挟持する押圧部材と、を更に備えている。
【００１８】
上記構成によれば、バッファー室の一方の側（絞り側）を開放し、絞り部材でバッファー室の開放側を閉じることによってバッファー室を構成するため、絞りとバッファー室を製作しやすい。バッファー室の面を構成する絞り部材の上流側の面は、絞り部材の本体への取付け前には外部に露出するため、この面を平滑に製作しやすい。
また、絞り部材をハウジングに収納し、ハウジングを本体に押圧して固定することでノズルを構成するため、絞り部材は容易に交換できる。
【００１９】
本発明のノズルにおいて、好ましくは、本体は、前記軸線と同軸に設けられ本体の前記他方の側に開口するとともにバッファー室に連通する挿入孔を有し、支持部材は、挿入孔を貫通して配置されており、前記ノズルは、支持部材と挿入孔との間を封止するシール部材と、支持部材を本体に対して前記他方の側から固定する固定部材と、を更に備えている。
【００２０】
上記構成によれば、ノズルを簡便に製作できる。
【００２１】
本発明のノズル装置は、前記ノズルを有し、液体の噴流に研磨材を混合して噴出するノズル装置であって、絞りの前記一方の側に絞りと連通して前記軸線と同軸に設けられ、前記軸線の延伸方向と異なる方向に沿って研磨材が流入する研磨材流入口を有する円筒状の混合部と、混合部の前記一方の側に混合部と連通して前記軸線と同軸に設けられる円筒状の噴出管と、を備えている。
【００２２】
上記構成によれば、ノズルからの収束性の高い液体の噴流を利用して、研磨材を混入して噴出するノズル装置が得られる。液体噴流の収束性が高いため、研磨材を混入した噴流の直進性が高い。このため、上記構成によれば、研磨材による噴出管の摩耗を抑制できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、液体を噴出するノズル、及び液体の噴流に研磨材を混合して噴出するノズル装置において、収束した噴流を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態におけるノズルの縦断面図を示す。
【図２】本実施形態におけるノズルの正面図を示す。
【図３】本実施形態におけるノズル装置の縦断面図を示す。
【図４】本実施形態におけるノズル装置の正面図を示す。
【図５】実施例１におけるノズル内部の液体の流れを示す流線図である。
【図６】実施例１におけるノズル内部の液体の流れの速度を示すベクトルプロット図である。
【図７】実施例１におけるノズル内部の液体の流れの渦度を示すコンター図である。
【図８】実施例２におけるノズル内部の液体の流れを示す流線図である。
【図９】実施例２におけるノズル内部の液体の流れの速度を示すベクトルプロット図である。
【図１０】実施例２におけるノズル内部の液体の流れの渦度を示すコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（構造）
図面を参照しながら本発明を実施する形態について詳細に説明する。図１は、ノズル１０正面図である図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図を示す。図1及び図２は、流路構造を説明するため、図の下半分を拡大して示している。以下の説明において便宜上、図１、図３の左方向を前、右方向を後、上方向を上、下方向を下（又は底）という。また、図２、図４の右方向を右、左方向を左という。
【００２６】
ノズル１０は、本体１１と、本体１１に設けられ、液体の噴流Ｊの中心線である軸線２８を中心軸とするバッファー室２９と、バッファー室２９の軸線２８方向における一方の側としての前方側の面２９１に設けられ、軸線２８を中心軸とし、液体を噴出する絞り３５と、バッファー室２９の前方側の面２９１に対向してバッファー室２９の内部に設けられ、軸線２８を中心軸とする円板３０と、円板３０をバッファー室２９内で支持する支持部材３１と、本体１１に設けられ、液体を供給するための供給口１２１と、軸線２８の延伸方向と異なる方向に沿って設けられ、バッファー室２９の円板３０よりも他方の側としての後方側に開口するとともに供給口１２１に連通する流入路１２と、を備えている。
【００２７】
本体１１は、略直方体状のブロックである。本体１１の上部には、噴出される液体を供給するための供給口１２１が設けられている。そして、下部の横方向（ここでは前後方向）に、液体が噴出する中心である軸線２８が横たわる。本体１１の下部中央に、バッファー室２９が設けられている。本体１１の下部の後方側には、小径部である段付きの挿入孔３６が設けられている。本体の下部の前方側は、ハウジング２１を納めるため、一部切り欠きされている。本体１１は、オーステナイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼など、液体に対して腐食せず、流体の圧力に耐え得る素材で製作される。
【００２８】
流入路１２は、本体１１に設けられている。流入路１２の供給口１２１は、本体１１の上部に設けられる。流入路１２の流出口１２２はバッファー室２９の円板３０の後方側に設けられている。流出口１２２が円板３０の後方側に設けられているため、流出口１２２からバッファー室２９へ流れ出した液体は、後述する整流空間２９２の流れの構造を乱さない。流入路１２は、軸線２８と垂直に交わっている。液体供給手段４５は、供給口１２１と配管で接続される。液体供給手段４５は１００ＭＰａないし５００ＭＰａの高圧を発生する超高圧ポンプが利用され得る。
【００２９】
なお、流入路１２と軸線２８とは垂直である必要はなく、流入路１２と軸線２８は、異なる方向を向いている。
【００３０】
バッファー室２９は、本体１１の底面（下方）寄りに、軸線２８を中心として設けられる、略円筒状の空洞である。バッファー室２９の内部空間の外形形状は、円柱状を呈している。バッファー室２９は、流入路１２の断面よりも大きな断面を備えている。バッファー室２９は、中央部が若干拡径されている、たる状であっても良い。また、角部が丸みを帯びていても良い。
【００３１】
バッファー室２９の前方側が開口されている。絞り３５は、軸線２８を中心軸とする円筒状の絞り部材１６に設けられている。絞り部材１６は、バッファー室２９の前方側の開口を閉じるように設けられる。バッファー室２９の開口は、絞り部材１６の面２９１で閉じられ、液封されることで、密閉された空間となる。絞り部材１６の面２９１は、バッファー室２９の前方側の面を規定している。本体１１のバッファー室２９の開口には、表面が滑らかに仕上げられたテーパ面２７が設けられる。バッファー室２９の内部空間の外形形状が円柱状であるため、ノズル１０内部の流路構造が非常にコンパクトになる。このため、外観寸法の小さいノズル１０が得られる。
【００３２】
円板３０は、軸線２８を中心として、バッファー室２９の内部に、絞り部材１６に寄せて、絞り部材１６の面２９１とわずかのすき間Ｌ２を開けて設けられている。すき間Ｌ２は、絞り３５の径ｄ（直径）の１倍から４倍程度が望ましい。円板３０の径Ｄ２は、バッファー室２９の径Ｄ１よりもわずかに小さい。望ましくは、円板３０の前方側（絞り３５側）の面に、軸線２８を中心軸とする円柱状の窪み３４が設けられる。すなわち、窪み３４の内部空間の外形形状が、軸線２８を中心軸とする円柱状を呈している。円板３０の外周のエッジに、面取り又は丸みを設けてもよい。円板３０は、バッファー室２９を、円板３０の後側の貯留室２９４と、整流機能を備える円板状の整流空間２９２とに区画する。円板３０の外周面とバッファー室２９の内周面との間の円環状の空間は、貯留室２９４と整流空間２９２との間を連通する連通路２９３として機能する。液体は、貯留室２９４から連通路２９３を通って、整流空間２９２の外周から中心に向かって平板状に流れ、絞り３５から噴出する。
【００３３】
なお、窪み３４の形状は、円柱状に替えて、絞り３５側（前方側）に向かうにしたがって断面が広がる円錐台状にしても良い。円錐台状にした場合には、流路の半径方向の断面積の変化がなだらかになり、渦の発生をより抑制できる。
【００３４】
支持部材３１は、円板３０の後方側の面に設けられている。支持部材３１は、円板３０と一体に成形されている。支持部材３１は、前方側から順番に、シャフト３１１と、挿入部３１２と、ねじ部３１３とからなる、略円柱状の部材である。シャフト３１１は、できる限り細いことが望ましい。シャフト３１１の径が大きい場合、流出口１２２から見てシャフト３１１の反対面（下方側）にカルマン渦が発生しやすい。このため、シャフト３１１の径はなるべく細く製作される。
【００３５】
本体１１は、軸線２８と同軸に設けられ本体１１の後方側に開口するとともにバッファー室２９に連通する挿入孔３６を有している。挿入部３１２は、本体１１の挿入孔３６に嵌合して挿入される。挿入部３１２が、挿入孔３６の段部に当接しているため、バッファー室２９内の液体の圧力を、挿入孔３６が受け止めることができる。そのため、バッファー室２９内の液体の圧力によって支持部材３１が本体１１から後方へ抜け落ちることはない。支持部材３１は、挿入部３１２が挿入孔３６に嵌合して設けられるため、精度良くバッファー室２９内に組み付けられる。
【００３６】
挿入部３１２の外周には、円環状溝が付されている。シール部材３２は、この円環状溝内に挿入されている。シール部材３２としては、天然ゴム、合成ゴム、金属製のＯリングが利用できる。シール部材３２は、挿入部３１２と挿入孔３６との間を封止する。ねじ部３１３は、本体１１の後方側に突出している、すなわち、支持部材３１は、挿入孔３６を貫通して配置されている。そして、支持部材３１のねじ部３１３は、固定部材であるナット３３で固定される。支持部材３１のねじ部３１３にナット３３を締め付ける際に支持部材３１の回転を防止するため、ねじ部３１３の後方の端部にすりわり溝、六角穴、２方取りが設けられても良い。
【００３７】
なお、シャフト３１１は、円柱状とすることに替えて、軸線２８が通過するとともに流入路１２を経て送られる液体から受ける抵抗を低減する流線形の断面を備える形状としても良い。この場合、支持部材３１にピン、キー等を設けて支持部材３１の回転を制限するように構成しても良い。
【００３８】
ハウジング２１は、絞り部材１６を収納する納入室１８と、軸線２８と同軸に設けられ、前方側に開口するとともに納入室１８に連通する噴流流路２１１と、を備えている。ハウジング２１は、押圧部材であるボルト２５（図２参照）で本体１１に固定される。
【００３９】
絞り部材１６は、バッファー室２９の前方側の壁面となる、平滑な平面である面２９１を備えている。ノズル１０が組み立てられたときに、面２９１は、バッファー室２９の開口を塞ぎ、バッファー室２９の前方側の面を規定する。絞り部材１６の外周面は、ハウジング２１の納入室１８の内周面と嵌合する。また、絞り部材１６の外周面と面２９１との角部には、滑らかに仕上げられたテーパ面２６が設けられている。テーパ面２６の頂角は、テーパ面２７の頂角と同じか、若干小さく形成される。
【００４０】
ボルト２５がハウジング２１を本体１１に向けて押圧して固定することで、納入室１８に収納されている絞り部材１６を、ハウジング２１と本体１１との間に挟持する。また、ボルト２５がハウジング２１を本体１１に押圧することにより、絞り部材１６のテーパ面２６が、本体１１のテーパ面２７に当接し、押圧される。このため、バッファー室２９と絞り部材１６との間が液封される。２本のボルト２５を用いてハウジング２１の締結を行うことで、ハウジング２１を軸線２８に対して均等に本体１１に締め付けることができる。ハウジング２１を均等に締め付けられるため、絞り３５が軸線２８と同軸に固定される。そして、ボルト２５は、バッファー室２９に加わる液体の圧力に抗して絞り部材１６を固定する。そのため、液体圧力が高圧になれば、ボルト２５には過大な軸力が作用する。ボルト２５を左右方向に２本用いることで、ボルト２５の軸径を小さくできる。そのため、軸線２８から本体１１の底面までの長さＬ３を小さくできる。
【００４１】
なお、バッファー室２９の開口部にテーパ面２７を、絞り部材１６の角部にテーパ面２６を設けたが、これに限定されるものではない。例えば、これに替えて、バッファー室２９の開口部の周囲に平滑な円環状の平面を設け、この円環状の平面に絞り部材１６の面２９１を当接させて絞り部材１６と本体１１との間を液封しても良い。この場合、絞り部材１６が、確実に軸線２８と同軸に固定される。また、絞り部材１６の外周面の一部が、本体１１に嵌合して位置決めされるように、本体１１に円筒状の窪みを設けてもよい。
【００４２】
次に、図３および図４を参照して、液体の噴流Ｊ（図１参照）に研磨材を混入した噴流Ｊ２を噴出するノズル装置１００について説明する。図３は、ノズル装置１００の正面図である図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図を示す。
【００４３】
ノズル装置１００は、前記液体と研磨材とを混合した噴流Ｊ２を噴出する。ノズル装置１００は、ノズル１０と、液体と研磨材とを混合する混合部４０と、噴出管１７と、を備えている。上述のノズル１０と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
ハウジング２１０は、軸線２８を中心軸とする円筒状である挿通孔３８をその前方側（出口側）に備えている。挿通孔３８は、噴流流路２１１と連通している。ハウジング２１０は、研磨材を導入する導入孔２１２を備えている。
【００４５】
混合部４０は、内部に空洞４０２を持つ円筒状をなし、挿通孔３８に挿入される。混合部４０の外周面は、挿通孔３８に嵌合している。空洞４０２は、噴流流路２１１を介して、絞り３５と連通し、軸線２８と同軸に設けられる。混合部４０は、軸線２８と異なる方向に沿って研磨材が流入する研磨材流入口４０１を有する。研磨材は、研磨材流入口４０１から、空洞４０２に流入する。研磨材流入口４０１の径方向外側の開口部には凹部（座ぐり穴、又は外周面の一部を切り欠いて設けられた平面）４０３が設けられる。混合部４０は、研磨材流入口４０１が導入孔２１２に向くように挿入される。
【００４６】
アダプタ４１が、導入孔２１２に取り付けられる。アダプタ４１は、研磨材の通路となる管４２を固定する。アダプタ４１は、凹部４０３の底面に当接することで混合部４０の回転方向を制限する。管４２は、研磨材供給手段４６と接続されている。
【００４７】
噴出管１７は、中空円筒状をなし、挿通孔３８の内部に挿入される。噴出管１７は、混合部４０の前方に隣接して設けられている。噴出管１７の外周面は、挿通孔３８に嵌合している。このため、噴出管１７は、軸線２８と同軸に設けられる。噴出管１７、混合部４０が挿通孔３８に嵌合して軸線２８に同軸に配置されるため、噴出管１７及び混合部４０の摩耗量が減少する。なお、噴出管１７と混合部４０とは一体に成形されていてもよい。
【００４８】
噴出管１７は、固定手段１９により固定される。固定手段１９は、ねじ機構１９１と、噴出管１７の外周を囲むように配置される弾性リング１９２とからなる。ねじ機構１９１のナットを締め込むことで、弾性リング１９２が噴出管１７の外面に付勢し、噴出管１７を固定する。
【００４９】
（流れの解析）
以下、本実施形態のノズル１０内の液体の流れの構造を、より具体的な２つの実施例における流体解析結果に基づいて、詳細に説明する。
但し、以下の実施例は、本発明の効果について説明するために用いられており、本発明の技術的範囲が以下の実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００５０】
バッファー室２９の内径（直径）をＤ１、バッファー室の長さをＬ１、円板３０の外径（直径）をＤ２、円板３０の厚みをｔ、円板３０と面２９１との距離をＬ２、絞り３５の内径（直径）をｄとする。実施例１は、本実施形態のノズル１０であって、その寸法を、Ｄ１＝６ｍｍ、Ｌ１＝５ｍｍ、Ｄ２＝５ｍｍ、ｔ＝０．７５ｍｍ、Ｌ２＝０．５ｍｍ、ｄ＝０．２ｍｍとするノズル１０である。本実施例のノズル１０は、円板３０に窪み３４は設けられていない。
【００５１】
図５ないし図７は、本実施例のノズル内部の流体解析結果を示す。流体解析は、ＡＮＳＹＳ  ＣＦＸ−１５．０（ＡＮＳＹＳ社製の汎用熱流体解析ソフトウエア）を用いて実施する。解析は、有限体積法を用いる。流体は水とする。境界条件は、流入路１２から流量１９．３［ｇｓ−１］で流入し、絞り３５の出口を大気開放とする。内部の壁面においては、滑り無し（Ｎｏ  Ｓｌｉｐ  Ｗａｌｌ）とする。解析モデルは、定常解析タイプで、乱流モデルを用いる。乱流モデルは、ｋ−εモデルを用いる。メッシュは、構造格子とする。
【００５２】
図５は、解析結果の流線図を後方側（絞り３５の反対側）から斜視して表している。図５における前後左右上下の方向は図中に示す通りである（図８でも同様）。流線は、速度が速いほど薄く、遅いほど濃くなるように、グレースケールで表示している。１．０×１０［ｍｓ−１］を超える速度範囲は、白色で表示されている。最も速度が遅い範囲は、黒色で表示されている。液体は、流出口１２２から速度２〜３［ｍｓ−１］でバッファー室２９に流れ込む。流体は、流入路１２の流速よりも遅い速度である１〜３［ｍｓ−１］で貯留室２９４の内部空間の全体に緩やかに広がる。本実施例では、シャフト３１１は直径２ｍｍの円柱状であり、大きなカルマン渦は見られない。流体は、円板３０を回り込むように、円板３０の周囲の連通路２９３から、円板３０の前方側の整流空間２９２に流れ込む。この際に、液体は、連通路２９３において円周方向でほぼ均一に流れる。整流空間２９２では、流体は、整流空間２９２の中心に向けて、円周方向でほぼ均一に流れる。整流空間２９２の中心では、急激に流れが縮まり、全周から均等に軸線方向に転換し、絞り３５へ流れ込む。整流空間２９２の内部において、流速は、整流空間２９２の半径の２乗に反比例して増加する。整流空間２９２の中心部では最も速度の高い６．２５ないし８．３３×１０２［ｍｓ−１］の速度（図６参照）に到達する。
【００５３】
図６は、図２のＩ−Ｉ断面における流れの速度を示すベクトルプロット図を示す。但し、図６における前後上下の方向は図中に示す通りである（図９でも同様）。図６は、整流空間２９２の部分を拡大して示す。ベクトルの大きさ及び色調は速度を表している。ベクトルの色は、グレースケールで表され、０［ｍｓ−１］にごく近い速度が黒色で、８．３３×１０２［ｍｓ−１］を超える速度が白色で表される。図５と図と６では速度表示範囲が大きく異なっている。軸線２８から離れた地点では、非常に小さい、２〜３［ｍｓ−１］の速度（図５参照）で、円板３０に平行な流れとなっている。軸線２８に非常に近い地点（直径１ｍｍ程度）まで、ほぼ円板３０に平行な層状の流れであって、中心部に向かうにつれてその速度が徐々に上昇している。直径１ｍｍの範囲において、流れのベクトルの方向が中心に向うにつれて徐々に絞り３５側に傾き（変化し）、中心のごく狭い範囲においては、ベクトルが軸線２８にほぼ平行になっている。その範囲は、直径が絞り３５の直径ｄの約半分の０．１ｍｍ程度である。絞り３５と平行な範囲は絞り３５の直径ｄの約半分の範囲であり、絞り３５の周辺では、半径方向の速度を含むまま絞り３５へ流入している。
絞りの周囲はベクトルが絞られるようにプロットされ、流れの構造が良く読み取れない。絞り３５の後側では、軸線２８の方向において、円板３０に近い側から絞り３５に近づくにつれて速度が上昇し、絞りを通過したときに、最大の速度８．３３×１０２［ｍｓ−１］に到達する。
【００５４】
図７は、図２のＩ−Ｉ断面における渦度を示すコンター図である。但し、図７における前後上下の方向は図中に示す通りである（図１０でも同様）。渦度は、グレースケールの濃淡で、渦度が高い場合に白色、低い場合に黒色に表示されている。渦度が最も低い点は貯留室２９４の絞り３５から最も遠い地点で、黒色に表示されている。流出口１２２の前方端付近から連通路２９３にかけて、渦度が中程度から比較的高めに表れている。そして、連通路２９３の底部側（円板３０の外周面側）付近にも中程度の渦が発生している。そして、整流空間２９２の後方、円板３０の前面に沿って、底部側（円板３０の前面側）に渦が発生しており、円板３０の前面側の外縁近傍では最も渦度が高くなっている。この渦は、整流空間２９２の中央部に向かうにしたがって次第に減少する。円板３０の前面付近の渦は、整流空間２９２の中央部では軸線２７を中心としてほぼ軸対称に薄く広がっている。整流空間２９２の前方では、面２９１に沿って薄く、かつ広く渦が発生している。そして、渦が絞り３５の周囲の狭い範囲に略半球状に集中している。整流空間２９２の径方向中心部近傍において、軸線２８に沿って前後方向の中央部から後方にかけての円柱状の範囲では、渦度がやや低い。また、整流空間２９２の径方向中心部の軸線２８に沿った細い範囲（直径０．０４ｍｍの円柱状の範囲）、及び軸線２８方向（前後方向）の中央部から円盤３０にかけて、絞り３５とほぼ同一の直径範囲（直径０．３ｍｍの範囲）は、渦が殆ど発生していない。
【００５５】
以上のように、流出口１２２からバッファー室２９に流れ込んだ液体は、貯留室２９４に受け止められる。液体は、貯留室２９４の全域に緩やかに広がり、その前方周縁部からほぼ均一に連通路２９３に流れ出る。液体は、貯留室２９４から、連通路２９３を円周上においてほぼ均一に軸線２８方向に流れる。そして、液体は、整流空間２９２内に外周部から流れ込む。液体は、整流空間２９２において、円板３０に平行にかつ、半径方向に均一に、整流空間２９２の中心に向かって速度を上げながら流れる。整流空間２９２の中心でその流れの方向は、円板３０に垂直になるように朝顔の花冠状（朝顔状）に転回する。液体は、絞り３５とほぼ同じ径の円柱状の範囲においては、乱れの少ない、軸線２８に沿う高速で、かつほぼ一様な流れとなって絞り３５に流れ込む。
【００５６】
流出口１２２からバッファー室２９に流れ込んだ液体が、貯留室２９４に受け止められ、貯留室２９４の全域に広がり、連通路２９３を通って整流空間２９２の外周部から中心に向けて流れ込み、整流空間２９２の中心部で絞りに向けて収縮して噴出することで、乱れの少ない噴流Ｊが得られる。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、実施例１のノズルの円板３０に、窪み３４が加えられたノズルに係る流体解析結果を示す。窪み３４の直径は１．５ｍｍ、深さは０．２ｍｍである。その他のノズルの形状および解析条件、並びに作図の条件は実施例１と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
図８は、解析結果の流線図を後方側から斜視して表す。流線図は、実施例１とほぼ同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
図９は、図２のＩ−Ｉ断面における流れの速度を示すベクトルプロット図である。本実施例においても、中心付近（直径で１ｍｍの範囲）で、流れの方向が前方に傾いている（変化している）。絞り３５の後側の空間では、実施例１に比較してやや太い範囲で軸線２８と平行な流れが生じている。軸線２８と平行な流れの範囲は、絞り３５と同程度の直径０．２ｍｍの範囲である。窪み３４の周辺部では窪み３４の底面に沿って（円板３０の表面に平行に）液体が流れている。そして、窪み３４の中央付近で２．０８×１０２［ｍｓ−１］以下の速度の軸線方向の流れが生じている。液体が窪み３４全体から朝顔状に絞り３５に向かって集まるように流れている。
【００６０】
整流空間２９２の内部の窪み３４の付近で、平板３０に平行な流れが、窪み３４の内部に向かって軸線２８方向に幅を増すように一旦緩やかに広がる。液体が軸線２８の方向に幅を増すように広がることによって、絞り３５に向かい、かつ実施例１に比較して軸線２８の半径方向に広く広がった、軸線２８に平行な層状の流れが生ずる。絞り３５に向かう、軸線２８と平行な太い流れを生み出すことにより、噴流Ｊの直進性が実施例１よりもさらに高められる。
【００６１】
図１０は、図２のＩ−Ｉ断面における渦度を示すコンター図である。本実施例では、新たに窪み３４の周辺部で渦度の高いエリアが生じている。しかし、本実施例では、絞り３５の後側の領域のうち、整流空間２９２の高さ（軸線２８に沿う前後方向の幅）の半分程度より前方側（円板３０側）で、渦度の低い領域が半径方向に実施例１と同程度の径０．３ｍｍ程度に一旦広がり、さらに窪み３４の底面にかけて朝顔状に広く広がっている。その領域のサイズは、窪み３４の底面で直径１ｍｍ程度にまで達する。窪み３４の中央部では特に渦度が低くなっている。
【００６２】
本実施例のノズルでは、円板３０に窪み３４が設けられていることにより、窪み３４内の空間から液体が朝顔状に集められるように、絞り３５に向けた流れが生じている。そして、本実施例では、実施例1に比較して半径の大きい範囲で層状の流れが生じている。このため、本実施例のノズルによれば、絞り３５から噴出した噴流Ｊの乱れがさらに少なく、収束性の高い噴流Ｊが得られる。
【００６３】
（適用例）
以上、実施例に基づいて説明したように、本実施形態のノズル１０によれば、乱れの少なく、収束性の高い噴流Ｊが得られる。ノズル１０を用いたノズル装置１００においては、直進性および収束性の高い液体噴流Ｊが得られるため、混合部４０及び噴出管１７の摩耗量が減少する。さらに、噴流Ｊの直進性が高いため、噴流Ｊに研磨材を混入した噴流Ｊ２のエネルギー密度も向上する。
【００６４】
また、内部構造をコンパクトに形成できるため、ノズル１０のサイズを縮小できる。特に、流体圧力が１００ＭＰａを超える場合、流路の周囲を形成する部材に大きな内部応力が発生し、この部材を破壊しやすい。このため、ノズル１０の部材の肉厚はある程度大きくせざるを得ない。本実施形態のノズル１０は、構造が単純であり、流路断面を小さく構成できるため、高圧流体に非常に適している。
【００６５】
本実施形態のノズル１０およびノズル装置１００は、非常にコンパクトであるため、例えば加工等の作業の対象となる有底溝部や孔内部に挿入して、挿入方向と異なる、側面方向の加工等の作業を行うことができる。特に、バッファー室２９よりも底面側（供給口１２１から見て奥側）に、構造体がないため、軸線２８から本体１１の底面までの距離Ｌ３（図１、図３参照）を非常に小さくできる。
【符号の説明】
【００６６】
１０    ノズル
１００  ノズル装置
１１    本体
１２    流入路
１２１  供給口
１６    絞り部材
１７    噴出管
１８    納入室
１９    固定手段
２１、２１０  ハウジング
２１１  噴流流路
２５    ボルト（押圧部材）
２８    軸線
２９    バッファー室
２９１  面
３０    円板
３１    支持部材
３１１  シャフト
３２    シール部材
３３    ナット（固定部材）
３４    窪み
３５    絞り
３６    挿入孔
４０    混合部
４０１  研磨材流入口
【図１】
0006438848.tif 000002
【図２】
0006438848.tif 000003
【図３】
0006438848.tif 000004
【図４】
0006438848.tif 000005
【図５】
0006438848.tif 000006
【図６】
0006438848.tif 000007
【図７】
0006438848.tif 000008
【図８】
0006438848.tif 000009
【図９】
0006438848.tif 000010
【図１０】
0006438848.tif 000011