JPH02212099A - 水とシェービング剤の混合物により対象物を切断及び清浄し、材料を目的に応じて搬出させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は、高圧のもとにあり混合室を流入口から流出口
へ横断する水流を用いて対象物を切断及び清浄し、目的
に応じて材料を搬出させる方法であって、混合室内でシ
ェービング剤を水流に供給することによりシェービング
剤を水流に混合させるようにした方法及び装置に関する
ものである。

【従来の技術と問題点〕

対象物、例えば何らかの面を清浄し切断するために高圧
水を利用し、高圧水に硬質物質粒子（シェービング剤）
を添加させるようにしたこの種の方法は知られている。

対象物を切断するための熱的な方法に比べて、この種の
方法には、切断個所が加熱されないという利点がある。

このことは、方法を実施する場合。

特に熱に敏感な対象物を切断または清浄しなければなら
ない場合に有利であ・る、他方、水とシェービング剤の
混合物を使用するこの種の方法は、水中で材料を切断及
び清浄し、または目的に応じて搬出させるために特に適
している。

この種の公知の方法（米国特許第４６４８２１５号公報
）では、水とシェービング剤の混合物を用いて切断及び
清浄する装置の混合室内で、該混合室を横断する水流に
シェービング剤が次のようにして供給される。即ちシェ
ービング剤を水流に対して鋭角を成すように供給する。

混合室の直径は混合室内での自由放射長さよりも短かい
。

この公知の供給方法には、混合室の、シェービング剤ノ
ズルに対向する側で１作動直後混合室の壁に凹みが生じ
、この凹みが極めて迅速に大きくなるという欠点がある
。この凹みが形成されることにより、装置は比較的短時
間作動しただけで正常に機能しなくなってしまう。

このような不具合を解消するため、混合室の少なくとも
流出口側の下部領域に硬質金属から成る被覆部を設ける
ことが提案されたが、この種の装置の製造には著しいコ
ストを要すること、またシェービング剤が逆噴射するこ
とにより、混合室内部へ向けられるシェービング剤導入
管に腐食が生じることが判明した。このような現象によ
ってノズルが著しく摩耗し、実際の使用条件のもとで検
査したところ、この公知の方法及び装置には期待した成
果が得られないことが判明した。

〔発明が解消しようとする課題〕

本発明の課題は、混合室内での混合過程の効率を向上さ
せ、出力範囲（液圧作業範囲）を増大させ、混合室及び
排出ノズルの寿命を長くさせるような方法及び装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段及び効果〕本発明は、上記
課題を解決するため、方法においては。

混合室内で、該混合室を横断する水流にシェービング剤
を直接に且つ目的に応じて供給することを特徴とし、装
置においては、 シェービング剤の混合室内への流入口の軸線が混合室内
で水流の軸線に対してほぼ直角に延びていることを特徴
とするものである。

従来の技術では、シェービング剤の小部分だけを直接水
流のなかへ進入させ、シェービング剤の大部分を混合室
の円錐状の下部部分に到達させ。

シェービング剤の粒子を水流の噴射成分によって排出ノ
ズルのノズルホッパのなかに噴射する前に。

混合室内でのシェービング剤の個々の粒子の飛軌道を水
流軸線へ指向させるようにしていたが、これに対して本
発明では、シェービング剤の粒子は流出口、即ち排出ノ
ズルの流入口に達するずっと以前に加速される。即ち、
シェービング剤が混合室を横断する水流のなかへ最短距
離で噴射されるので、混合室内における水流の自由放射
長さをエネルギーの伝動に完全に利用することができる
。

本発明による方法の他の利点は、混合室内における前記
自由放射長さを短かくさせることができることである。

このため、水とシェービング剤との混合物がシェービン
グノズルの流入口へ流入する際の放射分散性が小さくな
るので、排出ノズルの摩耗が少なくなるとともに、排出
ノズルでのシェービング剤のフォーカシング時における
出力ロスも小さくなる。

本発明による方法の有利な実施態様によれば。

シェービング剤が流出口のまわりに集積してシェービン
グ剤ダクトを形成するようにシェービング剤を混合室に
供給する。この場合、水流の噴射成分と供給される乾い
たシェービング剤から成り始動直後に流出口のまわりに
堆積する混合物におけるシェービング剤ダクトの形成は
、最初の数秒以内に自動的に行なわれる。混合室内の水
流のまわりでシェービング剤ダクトが先細りになってい
ることにより、この領域での空気速度が増大し、よって
硬質物質粒子が付加的に加速される。他方、従来の装置
ではシェービング剤によって混合室の壁が腐食して使用
不能になっていたが、本発明ではこれが阻止される。

シェービング剤が混合室のすべての壁に堆積するように
シェービング剤を混合室に供給することもできるので、
混合室の壁を腐食から完全に保護することができる。

本発明による方法の他の有利な実施態様によれば、シェ
ービング剤を水流の軸線に対してほぼ直角になるように
水流に供給するので、シェービング剤を水流に最適に供
給することができ、即ちシェービング剤流入口から水流
までの距離が可能な限り最短になる。

基本的には、シェービング剤を任意の適当な圧力で混合
室に供給できることが判明した。しかし通常の環境では
、混合室の内圧に対して１　ｂａｒの圧力Ｉｌ！囲でシ
ェービング剤を混合室に供給するのが有利である。一方
シェービング剤の圧力は１ないし１２０ｂａｒの範囲で
可能である。

本発明による装置の利点は、シェービング剤流入口を介
して噴射されるシェービング剤の粒子が最短距離で水流
に供給され、その結果シェービング剤に対する最適な供
給形状が得られることである。

基本的には、混合室は任意の適当な構成を有することが
できるが、混合室が、シリンダ軸線としての水流軸線を
もつほぼ筒状の横断面を有し、その直径が混合室を貫ぬ
く水流の自由距離よりも大きいように構成するのが有利
である。このように構成された混合室は比較的簡単に製
造でき、対称に構成されているので、水流軸線のまわり
ではあらゆる方向において等しい半径方向の間隔が得ら
れる。従って始動時に流出口のまわりに所定どおりに集
まる湿ったシェービング剤は均一に堆積する。

混合室は流出口のまわりにホッパ状に、即ち横断面にて
円錐状に形成することができ、その結果水とシェービン
グ剤の混合物を装置から排出させるためのノズルが少な
くとも部分的に混合室内へ突出しているように構成する
ならば、湿ったシェービング剤を混合室の底部で堆積さ
せるために基本的に必要な死空間を形成させることがで
きる。

基本的には、排出ノズルが、筒状に形成される混合室の
中央部に形成されているのが有利であるが、例えば心合
わせの補助手段を使用する場合には。

排出ノズルを混合室の軸線に対して同心にならないよう
に配置することもできる。

本発明によれば、排出ノズルを硬質物質から構成するこ
とは必ずしも必要でない、排出ノズルは一体的に形成さ
れていることができるが、多数に分割して形成すること
もできる。しかし排出ノズルを炭化タングステンのよう
な硬質金属から形成するのが有利である。この場合１本
発明による装・置では、排出ノズルを貫流する水とシェ
ービング剤の混合物によって排出ノズルだけが強い荷重
にさらされることが考慮されているのであるが、混合室
の内部には湿ったシェービング剤混合物が流出口のまわ
りに所定どおりに堆積するので、混合室が強い荷重にさ
らされることはない、この限りでは１本発明による混合
室は、硬質金属から成る排出ノズルに比べて安価に調達
でき、しかも簡単に、従って安価に加工可能な材料から
形成することができる。

本発明による装置の他の有利な実施態様によれば、排出
ノズルが混合室側でホッパ状に形成され、混合室のほう
へ拡大するように形成されている。

排出ノズルをこのように構成すると、混合室を横断する
水流が混合室内への流入するときと混合室から離れると
きの間で流出口を介して拡散されるので有利である。流
出口または排出ノズルをホッパ状に構成することにより
、シェービング剤をすでに含んでいる水流は再び集めら
れる。

本発明の他の有利な実施態様によれば、上記の効果と同
等の効果をもって、排出ノズルが、混合室側に、ノズル
穴を拡大させる流入穴を有していることができる。しか
しいずれにしても、混合室のほうへ向けられている排出
ノズルの開口部がホッパの形状で、或いは筒状の穴とし
て形成されていることが必要である。

水流の直径が小さい場合、即ち液圧が小さい場合（例え
ば薄い精確な切り口を得るために必要である）には、自
由放射長さを短かくできるので。

放射の拡大は、シェービングノズル穴の入口領域を付加
的に拡大させる必要がないほど小さい。

本発明による装置を各種の使用目的に効果的に利用する
ことができるように、混合室内部での水流の自由放射長
さを選定するのが有利である。その際、混合室における
水流の・流入口と流出口との間隔（自由距離）が調整可
能であるのが有利である。この場合、排出ノズル及び／
またはノズル保持体を変化させることによって前記間隔
が調整される。混合室内部での水流の自由放射長さは例
えば２ないし８０１ｍに調整することができる。

混合室の流入口と流出口との間の水流の自由放射長さに
適合させるため、シェービング剤流入口の横断面積も可
変にすることができる。この場合。

貫通穴の横断面積を適当に選定したブシュをシェービン
グ剤流入口へ挿着可能にして横断面積を可変にすること
ができる。

特定の使用例においては、シェービング剤流入口を１つ
設ける代わりに、混合室の内部へ向けられる多数のシェ
ービング剤流入口を設けることができる。これらのシェ
ービング剤の流入口の軸線は、全体的に水流の軸線に対
して直角に向けられる。使用例に応じて複数のシェービ
ング剤流入口を任意の適当な態様で水流軸線の周囲に且
つ混合室の流入口と流出口の間の異なる位置に形成する
ことができる。

最後に、水流の軸線に対するシェービング剤ノズル穴の
心合わせを精密シリンダ及び／または円錐はめ合わせに
よって行なうのが有利である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

本発明による装置１０は混合室本体１２０と、いわゆる
接続部材１２１とを有している。接続部材１２１の自由
端側には圧力管が公知の態様で接続される。接続部材１
２１はほぼ中心を貫通している貫通穴を有している０貫
通穴には１図示していない前記圧力管を介して案内され
る水流１５が導入される。接続部材１２１の、混合室１
２側の下端には、ノズル体２４が設けられている。ノズ
ル体２４は１例えばサファイア等の硬質材料から製造さ
れる高圧水流ノズル２４０を取り囲んでいる。ノズル体
２４はそのほぼ中心を貫通している貫通穴を有している
１貫通穴の混合室１２側の一端は、混合室１２への水流
１５の流入口１３を形成している。ノズル体２４は、接
続部材１２１と受容体１２２の間で、これらの構成要素
に作用するねじにより中心円錐体に締め付は固定されて
いるので、摩耗損傷の場合、または水流１５の直径を変
えたい場合には迅速に交換することができる。

混合室本体１２０はほぼ回転対称に形成されている（特
に第１図と第５図参照）、混合室本体１２０の内部には
、はぼ筒状に形成された混合室１２が設けられている。

混合室１２では、該混合室１２を流入口１３から流出口
１４のほうへ貫流する水流１５にシェービング剤１６０
が混入される。シェービング剤１６０については後述す
る。

混合室１２は、流出口１４側の端部で、第１図で下方へ
向けてホッパー状に先細りに形成されている。しかし第
５図に図示したように平坦に形成することもできる。

水流１５の軸線１８は図の例の場合、筒状に形成された
混合室１２の軸線と一致している。混合室１２の下端、
即ちホッパー状に形成された領域には、水流１５の軸線
１８を延長した位置に排出ノズル２１が配置されている
。排出ノズル２１は硬質材料から成り、中心に水とシェ
ービング剤の混合物１１を貫流させるための貫通穴を有
している。さらに排出ノズル２１は突出部２６を有して
いる。突出部２６は、混合室本体１２０の対応する突出
部または幅狭部に接合させることができる。

このようにして、混合室１２内への排出ノズル２１の侵
入深さと、水とシェービング剤との混合物１１を貫流さ
せるための内径とに関して異なって形成される排出ノズ
ル２１を使用することができる。排出ノズル２１は使用
目的に応じて切断パラメータまたは清浄パラメータに適
合させることができる。混合室１２内への排出ノズル２
１の突出度合いは、流入口１３と、本実施例の場合ホッ
パー状に形成されたノズル穴２３によって形成される流
出口１４との間隔２０、即ち流入口１３と流出口１４の
間における水流１５の長さを決定する。

第５図に示すように、排出ノズルは分割して構成するこ
とができる。その利点は硬質材料から成るノズルに精密
穴を簡単に形成することができることで、特にノズルの
各部分の長さが短いために直径の小さな穴を形成するこ
とができる。さらにフォーカシング穴の摩耗によって交
換が必要な場合には下部ノズル部分２１１だけを交換す
ればよい、上部のノズル部分２１０は、前記のシェービ
ング放射作用によって研磨されているので、放射パラメ
ータを維持して作動時間があまり長くなければ新しいノ
ズルのような流入形状を有している。

シェービング剤流入口１６の軸線１７は水流の軸線１８
にほぼ直角に延びている。シェービング剤流入口１６に
は種々の直径のブシュ２５を選択的に取付けて固定する
ことができる。ブシュ２５の直径は、装＠１０の効果を
適当に選択した清浄条件或いは切断条件に適合させるた
めに、任意に選択した長さ（間隔）２０に適合するよう
に選定される。

水流の軸線１８に対して平行且つ同心になるようにシェ
ービングノズル穴２１２を整向することは、精密なシリ
ンダ及び／または円錐はめあい部１２３．１２４，１２
６によって有利に行なわれる。シェービングノズル穴２
１２を精密に形成することと関連してシェービングノズ
ル２１の対称な放射作用が得られる。このことはシェー
ビングノズル２１のフォーカシングロスを減少させたり
、寿命を長くさせる。

大きな公差をもった構成要素を利用する場合、特に同心
でない排出ノズル穴２１２をもった排出ノズル２１の場
合、装置ｌ！１０に適当な！Ｉ！１手段を備えさせるこ
とができる。

テーバ心合わせ部１２５（第５図）による高圧ノズル保
持体１２２の心合わせは、検査等の目的で混合室１２を
頻繁に開閉する必要がある場合。

侵入する硬質物質の粒子による心合わせ面の侵食を阻止
するので有利である。

軟室物質から成るパツキン１２７とともにテーバ心合わ
せ部１２５を使用することにより、装置１０の組み立て
が完了したときに周囲の任意の位置にシェービング剤流
入口１６を付加的に整向させることができる（カッター
ヘッド）。

次に第３図と第４図を用いて本発明による装置１０の作
用を説明する。すでに述べたように公知の態様で装置１
０に供給される水流１５は、混合室１２を流入口１３か
ら流出口１４へ向けて貫流する。この場合間隔２０は所
定の態様で適当な大きさに設定されている。シェービン
グ剤１６０はシェービング剤流入口１６から直接に水流
軸線１８に対して直角に噴射される。その際シェービン
グ剤１６０は混合室１２の内圧に対してｌ　ｂａｒの圧
力をもった空気により混合室１２内へ噴射される。特殊
な使用例の場合、例えば水面下の作業室の場合には、シ
ェービング剤を混合室１２の内圧に対してより高い圧力
で供給することもできる。

この作動態様の場合、水流のパラメータと、混合室のパ
ラメータと、シェービング剤の供給パラメータとを互い
に適合させる必要がある。シェービング剤１６０の噴射
開始直後（シェービング剤１６０は、自然にまたは人工
的に得られ慣用されている材料、例えば石英砂、砂状の
ざくろ石、銅のスラグ、コランダム、硬質金属の粒子、
もしくは他の適当な固形物質から成ることができる）、
シェービング剤１６０は、本実施例の場合混合室のなか
へ突出する排出ノズル２１によって形成されている流出
口１４のまわりに集められて堆積し、混合室１２内に自
然に生じる噴震水成分とともに湿った堆積シェービング
剤１６１を形成する。これと同時に、堆積シェービング
剤１６１のなかには、排出ノズル１４のまわりにシェー
ビング剤ダクト１６２が形成され、このシェービング剤
ダクト１６２により、シェービング剤流入口１６からく
る次のシェービング剤が水流１５のなかへ誘導せしめら
れる。堆積シェービング剤１６１が堆積することにより
混合室１２の壁がシェービング剤１６０による腐食から
保護され、その結果摩耗性の小さな材料をも混合室１２
の形成のために使用することができる。この種の材料は
容易に加工することができ、調達も安価である。

水流１５の自由比Ｊ１１２０とシェービング剤１６０の
圧力とに依存して自動的に形成されるシェービング剤ダ
クト１６２の形状により、シェービング剤１６０を予め
適当に加速させることができる。

即ち水流１５によるシェービング剤１６０へのエネルギ
ー伝達の効果を最適にし、その都度の所望の条件に適合
させることができる。この場合、シェービング剤１６０
へのエネルギー伝達をさらに効果的にするためには、排
出ノズル２１の貫通穴内でノズルの自由開口部のほうへ
移動する気泡が適している。従って、これに適したシェ
ービング剤流入口の穴径、及び装置１０ヘシエービング
剤１６０を供給するための供給管の大きさも最適な空気
量を得るために考慮される。

本発明による方法及び装置１０によれば、混合室１２の
性能は以下のごとくである。

水流の圧力範囲：約３００−６，０００　ｂａｒ液圧　
　：　０．５−５０　　ｋｍ シェービング量：　　０．１−１０　　　ｋｇ／ｓｉｎ
空気量　　　　：　　１０　−５００　４１／ｗｉｎこ
の場合、排出ノズル２１の貫流穴の穴径は０．５ないし
３膿であり、排出ノズル２１の長さは１０ないし２００
ｍである。また自由比！１ｍ（間隔）２０は２ないし８
０■である。

次に本発明の実施態様を列記しておく。

（１）シェービング剤が流出口のまわりに集積してシェ
ービング剤ダクトを形成するようにシェービング剤を混
合室に供給することを特徴とする請求項１に記載の方法
。

（２）シェービング剤が混合室の壁に堆積するようにシ
ェービング剤を混合室に供給することを特徴とする請求
項１または上記第１項に記載の方法。

（３）シェービング剤を水流の軸線に対してほぼ直角に
なるように水流に供給することを特徴とする請求項１、
上記第１項または第２項に記載の方法。

（４）シェービング剤を大気の圧力範囲で混合室に供給
することを特徴とする請求項１または上記第１項から第
３項までのいずれか１っに記載の方法。

（５）シェービング剤を１ないし１２０ｂａｒの圧力範
囲で混合室に供給することを特徴とする請求項１または
上記第１項から第３項までのいずれか１つに記載の方法
。

（６）混合室（１２）が、シリンダ軸線（１９）として
の水流軸線（１８）をもつほぼ筒状の横断面を有し、そ
の直径が混合室（１２）を貫ぬく水流（１５）の自由距
離（２０）よりも大きいことを特徴とする請求項２に記
載の装置。

（７）混合室（１２）が流出口（１４）のまわりでホッ
パ状に形成されていることを特徴とする請求項２または
上記第６項に記載の装置。

（８）水とシェービング剤の混合物（１１）を装置（１
０）から排出させるためのノズル（２１）が少なくとも
部分的に混合室（１２）内へ突出していることを特徴と
する請求項２゜上記第６項または第７項に記載の装置。

（９）ｔｌｓノ、（ル（２１）が、筒状に形成される混
合室（１２）の中央部に形成されていることを特徴とす
る。上記第８項に記載の装置。

（ｌＯ）排出ノズル（２１）が硬質物質から成っている
ことを特徴とする。上記第８項または第９項に記載の装
置。

（１１）排出ノズル（２１）が複数に分割して（２１０
，２１１）形成されていることを特徴とする、上記第８
項から第１０項までのいずれか１つに記載の装置。

（１２）排出ノズル（２１）が混合室（１２）側でホッ
パ状に形成され、混合室（１２）のほうへ拡大するよう
に形成されていることを特徴とする。上記第８項から第
１１項までのいずれか１つに記載の装置。

（１３）排出ノズル（２１）が、混合室（１２）側に、
ノズル穴（２３）を拡大させる流入穴を有していること
を特徴とする、上記第８項から第１２項までのいずれか
１つに記載の装置。

（１４）混合室（１２）における水流（１５）の流入口
（１３）と流出口（１４）との間隔（自由距離２０）が
調整可能であることを特徴とする。上記第５項から第１
３項までのいずれか１つに記載の装置。

（１５）排出ノズル（２１）及び／またはノズル保持体
（１２２）を変位させることによって前記間隔（２０）
が調整可能であることを特徴とする。上記第１４項に記
載の装置。

（１６）シェービング剤流入口（１６）の横断面積が可
変であることを特徴とする請求項２または上記第６項か
ら第１５項までのいずれか１つに記載の装置。

（１７）貫通穴の横断面積を適当に選定したブシュ（２
５）をシェービング剤流入口（１６）へ挿着可能にして
横断面積を可変にしたことを特徴とする、上記第１６項
に記載の装置。

（１８）混合室（１２）の内部へ向けられる多数のシェ
ービング剤流入口（１６）を設けたことを特徴とする請
求項２または上記第６項から第１７項までのいずれか１
つに記載の装置。

（１９）水流（１５）の軸線（１８）に対するシェービ
ング剤ノズル穴（２１２）の心合わせを精密シリンダ及
び／または円錐はめ合わせによって行なうようにしたこ
とを特徴とする請求項２または上記第６項から第１８項
までのいずれか１つに記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は混合室と排出ノズルと混合室を横断する水流と
を併せて示した本発明による装置の断面図、第２図は第
１図の装置のノズル体の拡大断面図、第３図は混合室へ
噴射されるシェービング剤を併せて示した混合室領域の
拡大断面図であって。 混合室の一部をさらに拡大して示した断面図、第４図は
第３図の混合室の線Ａ−Ｂによる拡大断面図、第５図は
本発明による装置の他の実施例の半分を断面にて示した
図である。 １２・・・・・・混合室 １５・・・・・・水流 １６・・・・・・シェービング剤流入口１７・・・・・
・シェービング剤流入口の軸線１８・・・・・・水流の
軸線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧のもとにあり混合室を流入口から流出口へ横
   断する水流を用いて対象物を切断及び清浄し、目的に応
   じて材料を搬出させる方法であって、混合室内でシェー
   ビング剤を水流に供給することによりシェービング剤を
   水流に混合させるようにした方法において、 混合室内で、該混合室を横断する水流にシ ェービング剤を直接に且つ目的に応じて供給することを
   特徴とする方法。
2. （２）高圧のもとにありシェービング剤を含んでいる水
   流を用いて対象物を切断し清浄する装置であって、水流
   が流入口から流出口のほうへ横断する混合室と、シェー
   ビング剤を混合室に供給するための流入口とを備えた装
   置において、シェービング剤の混合室（１２）内への流
   入口（１６）の軸線（１７）が混合室（１２）内で水流
   （１５）の軸線（１８）に対してほぼ直角に延びている
   ことを特徴とする装置。