(57)【要約】【課題】空気中を高速で流れる液体に合流する固体粒子の流れに改良を施すことによって加工能力を向上させる。【解決手段】固体粒子とともに液体を噴射することによって加工対象物に対して加工を行う液体噴射加工装置である。水Ｗが流れる水流路４５と、水流路４５の下流側に設けられ、水流路４５から流入する水Ｗが空気中を流れる合流室２５と、空気とともに固体粒子が流れ合流室２５に対して合流する固体粒子流路５５と、合流室２５の下流側に設けられ、固体粒子とともに水Ｗを噴射する混合液流出路３５とを有する。合流室２５内において、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡが、自身の下流側に向かうにつれて合流室２５内の空気中を流れる水Ｗに接近していくが、水Ｗに交わることなく離隔していく。【選択図】図３
2012076186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子とともに液体を噴射することによって加工対象物に対して加工を行う液体噴射加工装置であって、
液体が流れる液体流路と、
前記液体流路の下流側に設けられ、当該液体流路から流入する液体が空気中を流れる合流室と、
空気とともに固体粒子が流れ、前記合流室に対して合流する固体粒子流路と、
前記合流室の下流側に設けられ、前記固体粒子とともに前記液体を噴射する混合液噴射部とを有し、
前記合流室内において、前記固体粒子流路の中心軸線が、自身の下流側に向かうにつれて、当該合流室内において空気中を流れる前記液体の中心軸線に接近していくが、当該液体の中心軸線に交わることなく離隔していくものである、
液体噴射加工装置。
【請求項２】
固体粒子とともに液体を噴射することによって加工対象物に対して加工を行う液体噴射加工装置であって、
液体が流れる液体流路と、
前記液体流路の下流側に設けられ、当該液体流路から流入する液体が空気中を流れる合流室と、
空気とともに固体粒子が流れ、前記合流室に対して合流する固体粒子流路と、
前記合流室の下流側に設けられ、前記固体粒子とともに前記液体を噴射する混合液噴射部とを有し、
前記合流室内において、前記固体粒子流路の中心軸線が、自身の下流側に向かうにつれて当該合流室内の空気中を流れる前記液体に接近していくが、当該液体に交わることなく離隔していくものである、
液体噴射加工装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液体噴射加工装置であって、
自身の長さ方向に沿って移動可能であるとともに、自身の長さ方向の軸線回りに回転可能なロッドを有し、
前記合流室及び前記混合液噴射部が前記ロッドの先端部に設けられている、
液体噴射加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子とともに水等の液体を噴射して管状物等の各種の加工対象物に対して切断，孔あけ，はつり等の加工を行う液体噴射加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧の水（液体）を噴射して金属やコンクリート等の加工対象物を加工する装置が知られている。
そのうち、特許文献１に一例が開示されているように、水（液体）とともに多数の微小な固体粒子（研掃材ともアブレーシブともいわれる）を噴射する装置、すなわち、固体粒子を含んだ液体（混合液ということとする）を噴射する装置もある。このような装置では、水（液体）のみを噴射する装置と比較して、切断能力（加工能力）がより大きなものとされている。
【０００３】
上述のように固体粒子とともに水を噴射させて加工を行う装置では、図５に示すように、水Ｗが流れる流路（水流路という）１４５の下流側の合流室１２５に対して、空気とともに固体粒子が流れる流路（固体粒子流路という）１５５が合流している。
そして、図６に示すように、水流路１４５から合流室１２５内に流入した水Ｗが合流室１２５内の空気中を高速で流れることによって生ずる負圧（空気の流れ）に基づいて、固体粒子Ａ及び空気が固体粒子流路１５５を通って合流室１２５内に引き込まれてその水Ｗと合流し、合流室１２５の下流側のノズル１３０（その混合液流出路１３５）から、その固体粒子を含んだ水（混合液）が噴射されるのである。
【０００４】
図５に示すように、上述の装置においては、従来、合流室１２５内において空気中を直線状に流れる水Ｗの中心軸線ＣＬＷに対して固体粒子流路１５５の中心軸線ＣＬＡが交わるように、固体粒子流路１５５は合流室１２５に対して接続されている。
このため、図６に示すように、固体粒子流路１５５を通って合流室１２５内に流入した固体粒子Ａは、直線状に流れる水Ｗ（その一側部）に沿って直線状に流れる。
なお、固体粒子は、固体粒子流路１５５においてその中心軸線ＣＬＡを中心に分布した状態で流れて合流室１２５内に流入する。図６においては、固体粒子の密度が最も高い部分の当該固体粒子の流れを「Ａ」の符号を有する線で示してある。
【０００５】
ところで、切断等の加工が行われる加工対象物が高い硬度のものの場合等のために、加工能力がより高い液体噴射加工装置が求められている。
そのためには、水（液体）をより高速（高圧）で噴射することも考えられる。しかし、そのためには装置がより大規模なものになるとともに、大きなエネルギーが必要であり、それにも限度がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、空気中を高速で流れる液体に合流する固体粒子の流れに改良を施すことによって加工能力を向上させた液体噴射加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、固体粒子とともに液体を噴射することによって加工対象物に対して加工を行う液体噴射加工装置であって、液体が流れる液体流路と、前記液体流路の下流側に設けられ、当該液体流路から流入する液体が空気中を流れる合流室と、空気とともに固体粒子が流れ、前記合流室に対して合流する固体粒子流路と、前記合流室の下流側に設けられ、前記固体粒子とともに前記液体を噴射する混合液噴射部とを有し、前記合流室内において、前記固体粒子流路の中心軸線が、自身の下流側に向かうにつれて、当該合流室内において空気中を流れる前記液体の中心軸線に接近していくが、当該液体の中心軸線に交わることなく離隔していくものである、液体噴射加工装置である。
【０００９】
この発明の液体噴射加工装置では、次の作用効果が得られる。
液体流路を通って液体が合流室内に流入し、その液体は、合流室内において空気中を流れる。そして、それによって生ずる負圧に基づいて、空気とともに固体粒子が固体粒子流路を通って合流室内に流入する。固体粒子は、固体粒子流路において当該固体粒子流路の中心軸線を中心に分布した状態で流れて合流室内に流入する。
そして、合流室内において、固体粒子流路の中心軸線が自身の下流側に向かうにつれて合流室内の空気中を流れる液体の中心軸線に接近していくが当該液体の中心軸線に交わることなく離隔していくものである（すなわち、固体粒子流路の中心軸線が液体の中心軸線に最も接近した位置関係においても両者は交わることなく離れている）ため、すべての固体粒子がその液体に対して直接的に合流するのではなく、少なくともその一部が、その液体の断面の周囲をらせん状に回転しつつ、その液体とともに下流側に流れ、混合液噴射部を経て噴射される場合がある。
【００１０】
すなわち、上述したように固体粒子は固体粒子流路において当該固体粒子流路の中心軸線を中心に分布した状態で流れて合流室内に流入するため、固体粒子の密度が最も高い部分の当該固体粒子は、合流室内において空気中を流れる液体に対して直接的に合流するとしても、固体粒子流路の中心軸線から離隔した位置を流れる固体粒子のうちには、直接的には当該液体に対して直接的に合流しないものがある場合がある。
そして、その場合には、上述したように固体粒子流路の中心軸線が当該液体の中心軸線に交わることなく離隔していくものである（すなわち、固体粒子流路の中心軸線が液体の中心軸線に最も接近した位置関係においても両者は交わることなく離れている）ことから、かかる固体粒子（すなわち、直接的には当該液体に合流しない固体粒子）は、当該液体を基準に均等に分布するのではなく、当該液体を基準に一方に偏って分布することとなる。
そのため、当該液体を基準に固体粒子がより多く分布する側の当該固体粒子が、当該液体の断面の周囲をらせん状に回転しつつ、その液体とともに下流側に流れ、混合液噴射部を経て噴射されるのである。なお、当該液体を基準に固体粒子がより少なく分布する側の当該固体粒子は、上述の固体粒子とは反対方向に当該液体の断面の周囲をらせん状に回転しようとするが、上述の固体粒子の流れによって相殺される。
【００１１】
以上のようにして、固体粒子のうちの少なくとも一部が、合流室内において空気中を流れる液体の断面の周囲をらせん状に回転しつつ、その液体とともに下流側に流れ、混合液噴射部を経て噴射される場合がある。
そして、そのような場合、当該固体粒子の少なくとも一部は加工対象物に対してらせん状に回転しつつ衝突するため、すべての固体粒子が液体とともに直線的に衝突する場合よりも、加工対象物には大きな衝撃が加わる。こうして、この液体噴射加工装置では大きな加工能力が得られるのである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、固体粒子とともに液体を噴射することによって加工対象物に対して加工を行う液体噴射加工装置であって、液体が流れる液体流路と、前記液体流路の下流側に設けられ、当該液体流路から流入する液体が空気中を流れる合流室と、空気とともに固体粒子が流れ、前記合流室に対して合流する固体粒子流路と、前記合流室の下流側に設けられ、前記固体粒子とともに前記液体を噴射する混合液噴射部とを有し、前記合流室内において、前記固体粒子流路の中心軸線が、自身の下流側に向かうにつれて当該合流室内の空気中を流れる前記液体に接近していくが、当該液体に交わることなく離隔していくものである、液体噴射加工装置である。
【００１３】
この発明の液体噴射加工装置では、次の作用効果が得られる。
液体流路を通って液体が合流室内に流入し、その液体は、合流室内において空気中を流れる。そして、それによって生ずる負圧に基づいて、空気とともに固体粒子が固体粒子流路を通って合流室内に流入する。固体粒子は、固体粒子流路において当該固体粒子流路の中心軸線を中心に分布した状態で流れて合流室内に流入する。
そして、合流室内においては、固体粒子流路の中心軸線が自身の下流側に向かうにつれて合流室内の空気中を流れる液体に接近していくが当該液体に交わることなく離隔していく（すなわち、ずれている）ものであるため、固体粒子（正確には、固体粒子の密度が最も高い部分の当該固体粒子等）は、その液体に対して直接的に合流するのではなく、その液体の断面の周囲をらせん状に回転しつつ、その液体とともに下流側に流れ、混合液噴射部を経て噴射される。
このようにして、固体粒子は加工対象物に対してらせん状に回転しつつ衝突するため、固体粒子が液体とともにに直線的に衝突する場合よりも、加工対象物には大きな衝撃が加わる。こうして、この液体噴射加工装置では大きな加工能力が得られるのである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の液体噴射加工装置であって、自身の長さ方向に沿って移動可能であるとともに、自身の長さ方向の軸線回りに回転可能なロッドを有し、前記合流室及び前記混合液噴射部が前記ロッドの先端部に設けられている、液体噴射加工装置である。
【００１５】
この発明の液体噴射加工装置では、請求項１又は請求項２に係る発明の液体噴射加工装置の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
すなわち、この液体噴射加工装置では、ロッドが管状物に挿入され、その管状物の長さ方向における所定の位置に維持された状態で、そのロッドがその長さ方向の軸線回りに回転されつつ、請求項１又は請求項２に係る発明において述べたように使用される。
こうして、請求項１又は請求項２に係る発明において述べたように、ロッドの先端部に設けられた合流室内において液体に対して固体粒子が合流し、同じくロッドの先端部に設けられた混合液噴射部から、固体粒子とともに液体が噴射される。
このようにして、この液体噴射加工装置では、大きな加工能力（切断能力）で管状物に対して切断等の加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例の液体噴射加工装置のほぼ全体を示す側面図（一部断面）である。
【図２】本発明の一実施例の液体噴射加工装置の要部及びその周辺を示す拡大縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例の液体噴射加工装置の要部を示す拡大断面図である。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なる仮想切断面で切断した縦断面図であり、（ｃ）は横断面図である。
【図４】本発明の一実施例の液体噴射加工装置の要部における作用を示す拡大断面図である。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なる仮想切断面で切断した縦断面図であり、（ｃ）は横断面図である。
【図５】従来の液体噴射加工装置の要部を示す拡大断面図である。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なる仮想切断面で切断した縦断面図であり、（ｃ）は横断面図である。
【図６】従来の液体噴射加工装置の要部における作用を示す拡大断面図である。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なる仮想切断面で切断した縦断面図であり、（ｃ）は横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施例について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この液体噴射加工装置は、金属等の管状物Ｔに対して切断等の加工を行うものである。
この液体噴射加工装置は、ロッド１０，ヘッド２０，高圧水供給管４０，固体粒子供給管５０を有している。
【００１８】
この液体噴射加工装置は、ロッド１０がヘッド２０とともに管状物Ｔの内部に挿入されて使用される。ロッド１０は、自身の長さ方向に沿って移動可能であるとともに、自身の長さ方向の軸線回りに回転可能である。
ヘッド２０は、ロッド１０の先端部に設けられている。ヘッド２０の先端部にはノズル３０が設けられている。
高圧水供給管４０及び固体粒子供給管５０は、ともに、ロッド１０に沿って延びている。
【００１９】
高圧水供給管４０の上流端は、高圧水供給装置（図示省略）に接続されている。高圧水供給管４０の下流端は、ヘッド２０に接続されている。そして、高圧水供給装置から供給される高圧の水Ｗが、高圧水供給管４０を流れ、ヘッド２０（合流室２５）に流入する。
【００２０】
固体粒子供給管５０の上流端は、固体粒子供給装置（図示省略）に接続されている。固体粒子供給管５０の下流端は、ヘッド２０に接続されている。そして、固体粒子供給装置から供給される多数の微小な固体粒子及び空気が、固体粒子供給管５０を流れ、ヘッド２０（合流室２５）に流入する。
なお、固体粒子は、研掃材ともアブレーシブともいわれる。固体粒子としては、珪砂（石英），ガーネット，アルミナ等の粒子がある。固体粒子の径は１ｍｍ以下である。
【００２１】
図２及び図３に示すように、ヘッド２０の内部には、合流室２５が設けられている。合流室２５は、ほぼ円柱状をなす（すなわち、円形断面を有する）空洞状をしている。
高圧水供給管４０の下流端及びその近傍は、ヘッド２０（その円柱状の孔部）の内部に挿入され固定されている。そして、高圧水供給管４０の流路（水流路ということとする）４５が、連通路２４を介して合流室２５（その上流端）に接続されている。
合流室２５の下流側において、ノズル３０には、混合液流出路３５（混合液噴射部）が形成されている。
水流路４５（そのうちの下流部分、すなわち、合流室２５の直前の部分），合流室２５，混合液流出路３５は、すべて同一軸線上（同心的）に形成されている。
【００２２】
合流室２５は円形断面を有しており（このことは前述）、その長さ方向における大半の部分の径は、水流路４５の径よりもかなり大きなものである。合流室２５のうちの上流側の部分はテーパ状をしている。
水流路４５の径は高圧水供給管４０の全長にわたって基本的に同一であるが、合流室２５の直前の部分に絞り部４２（円形断面を有する）が形成されている。水流路４５の径は、その絞り部４２において最も小径である。絞り部４２における径は、０．６ｍｍ〜１．２ｍｍである。その代表例として０．８５ｍｍのものがある。本来的に高圧水供給管４０の水流路４５を高圧（高速）の水Ｗが流れるのであるが、絞り部４２においてさらにその速度は高速とされる。
このため、水流路４５を流れて合流室２５内に流入した水Ｗは、合流室２５内において、水流路４５の延長線上（すなわち、合流室２５の中心軸線上）に沿って空気中を高速で流れる（すなわち、飛ぶ）こととなる。
合流室２５内において空中を流れる水Ｗの断面は円形であり、その径Ｄは絞り部４２の径とほぼ同一である。
【００２３】
ノズル３０の混合液流出路３５は合流室２５の下流側に設けられており（このことは前述）、混合液流出路３５の径は、合流室２５（その大半部分）の径よりもかなり小さいものである。このため、合流室２５のうちの下流側の部分（ノズル３０に形成されている）はテーパ状をしている。
【００２４】
固体粒子供給管５０の下流端及びその近傍は、ヘッド２０（その円柱状の孔部）の内部に挿入され固定されている。固体粒子供給管５０の下流側において、ヘッド２０には、固体粒子流入部５２が形成されている。固体粒子流入部５２は、固体粒子供給管５０の流路５１の延長線上に延びており、合流室２５に接続している。
固体粒子供給管５０の流路５１及び固体粒子流入部５２は、同心状の（すなわち中心軸線が共通する）同径の円形断面を有している。固体粒子供給管５０の流路５１及び固体粒子流入部５２のことを固体粒子流路５５ということとする。固体粒子流路５５の径は、５ｍｍ〜１８ｍｍである。その代表例として７ｍｍのものがある。
固体粒子流入部５２（固体粒子流路５５）は斜めに形成されている。すなわち、固体粒子流路５５は、その下流側に向かうにつれて、合流室２５の下流側に向かうとともに合流室２５に接近し、最終的に合流室２５に接続している。
【００２５】
合流室２５内において、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡは、自身の下流側に向かうにつれて、合流室２５内において空気中を流れる水Ｗの中心軸線ＣＬＷ（水流路４５及び合流室２５の中心軸線）の下流側に向かうとともに水Ｗの中心軸線ＣＬＷ（水流路４５及び合流室２５の中心軸線）に接近していくが、水Ｗの中心軸線ＣＬＷ（水流路委４５及び合流室２５の中心軸線）に交わることなく離隔していく。すなわち、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡと合流室２５内において空気中を流れる水Ｗの中心軸線ＣＬＷとは、いわゆる「ねじれの位置」の関係にある。
【００２６】
さらにいえば、合流室２５内において空気中を流れる水Ｗは所定の径Ｄを有する円形断面を有しており（このことは前述）、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡは、自身の下流側に向かうにつれて水Ｗに接近していくが、水Ｗに交わることもなく離隔していく。
すなわち、水Ｗの径Ｄ（絞り部４２の径とほぼ同一である）は、０．６〜１．２ｍｍである。その代表例として、０．８５ｍｍの場合がある。また、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡが水流路４５の中心軸線ＣＬＷに最も接近した位置関係における両者間の距離（すなわち、両者間の最短距離）Ｌは、０．５〜３．０ｍｍである。その代表例として、１．４５ｍｍの場合がある。
そして、この代表例において、Ｌ＞Ｄ／２であり、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡは、水Ｗに交わらないのである。
また、その代表例以外においても、上述のＤ＝０．６〜１．２ｍｍ（Ｄ／２＝０．３〜０．６ｍｍ），Ｌ＝０．５〜３．０ｍｍのうちにおいて、Ｌ＞Ｄ／２の関係を満たす数値が採用され、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡは水Ｗに交わらないようにされている。
【００２７】
次に、この液体噴射加工装置の使用方法及び作用効果について説明する。
図１に示すように、この液体噴射加工装置は、管状物Ｔを切断するのに好適である（このことは前述）。
ロッド１０を管状物Ｔの内部に挿入し、ヘッド２０（混合液流出路３５）を管状物Ｔの切断箇所に対応する位置に位置づける。その状態で、ロッド１０を軸回り方向に回転しつつ、混合液流出路３５から混合液（水Ｗ及び固体粒子Ａ）を噴射させ、管状物Ｔを切断するのである。
【００２８】
図４に示すように、水流路４５を通って高圧（高速）の水Ｗが合流室２５に流入し、その水Ｗは、合流室２５内において水流路４５の延長線上に沿って（すなわち、一直線状に）空気中を流れる（このことも前述）。
そして、それによって生ずる負圧に基づいて、空気とともに固体粒子Ａが固体粒子流路５５を通って合流室２５内に流入する。すなわち、合流室２５内において空気中を水Ｗが高速で流れる（飛ぶ）ことによって、その水Ｗの周囲の空気が水Ｗにつられて流れ、その空気の流れによって固体粒子Ａ及び空気が合流室２５内に流入するのである。
なお、固体粒子は、固体粒子流路５５においてその中心軸線ＣＬＡを中心に分布した状態で流れて合流室２５内に流入する。図４においては、固体粒子の密度が最も高い部分の当該固体粒子の流れを「Ａ」の符号を有する線で示してある。
【００２９】
ここで、図３に示すように、固体粒子流路５５の中心軸線ＣＬＡは、自身の下流側に向かうにつれて合流室２５内において空気中を流れる水Ｗの中心軸線ＣＬＷに接近していくが、その水Ｗの中心軸線ＣＬＷに交わることなく、さらには、その水Ｗに交わることもなく離隔していくものである（このことも前述）。
このため、図４に示すように、固体粒子Ａは、基本的には合流室２５内において空気中を流れる水Ｗに向かって流れるのであるが、直接的にその水Ｗに対して合流するのではなく、らせん状に回転しつつ、徐々に水Ｗに混合しつつ、水Ｗとともに下流側に流れ、混合液流出路３５を経て噴射される。
こうして、固体粒子Ａは切断対象物（加工対象物）である管状物Ｔ（その周壁部）に対してらせん状に回転しつつ衝突するため、固体粒子Ａが水Ｗとともに直線的に衝突する場合よりも、管状物Ｔには大きな衝撃が加わる。
【００３０】
このようにして、この液体噴射加工装置では、大きな切断能力（加工能力）が得られる。すなわち、それまで切断できなかったものを切断することが可能となるとともに、それまででも切断できたものに対しても、切断するための時間が短縮されるのである。
【００３１】
なお、上記のものはあくまで本発明の一実施例にすぎず、当業者の知識に基づき種々の変更を加えた態様で本発明を実施できることはもちろんである。
【００３２】
例えば、固体粒子流路（５５）の中心軸線（ＣＬＡ）は、自身の下流側に向かうにつれて合流室（２５）内において空気中を流れる水Ｗの中心軸線（ＣＬＷ）に接近していくが、その水（Ｗ）の中心軸線（ＣＬＷ）に交わることなく離隔していく一方で、少なくとも固体粒子流路（５５）の中心軸線（ＣＬＡ）が水（Ｗ）の中心軸線（ＣＬＷ）に最も接近した状態においては、その固体粒子流路（５５）の中心軸線（ＣＬＡ）が水Ｗに交わる、という態様でもよい。
【００３３】
また、液体流路（水流路４５）を流れ合流室（２５）内に流入する液体は、単なる水ではなく、水に他の成分（物質）が混合された液体でもよいし、水を含まない他の液体でもよい。
【００３４】
また、この発明の液体噴射加工装置は、管状物（Ｔ）を切断するものではなく、別の加工対象物を切断するものであってもよい。
また、加工対象物を切断するのではなく、孔あけや、はつり等を行うものであってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ロッド
２５  合流室
３５  混合液流出路（混合液噴射部）
４５  水流路（液体流路）
５５  固体粒子流路
Ｗ  水（液体）
Ａ  固体粒子
Ｔ  管状物
ＣＬＷ  水の中心軸線
ＣＬＡ  固体粒子流路の中心軸線
【図１】
2012076186.tif 000003
【図２】
2012076186.tif 000004
【図３】
2012076186.tif 000005
【図４】
2012076186.tif 000006
【図５】
2012076186.tif 000007
【図６】
2012076186.tif 000008