JPH054199A - 切削・切断方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 多重管状ノズルからの流体の噴射において、
内管ノズルからの加圧流体の噴射と同時に、最外管ノズ
ルの環状スリットからの加圧流体によるスパイラルジェ
ットフローを噴出させて切削・切断する。 【効果】 切削・切断力は増大し、水中、海中等におい
ても切削・切断が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、切削・切断方法とそ
の装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、切削・切断力とその効率に優れ、しかも切削・切断
面が均一でバリの生成を抑止することができ、水中、海
中においても切削・切断を可能とする新しい切削・切断
方法とそのための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来より、金属の切削・切断
に際しては、ガスの燃焼炎を用いた高温ガス溶断の方法
や、油状物タンクなどの解体において火気使用できない
条件下で採用される液体ジェットカッティングの方法が
知られている。このうちの液体ジェットカッティングに
ついては、高圧水を用いての水ジェットカッティング法
として広く知られており、鋼板の切断などにも多用され
ている。またこの方法は、建築現場や、火薬類が使用で
きない場所での岩石やコンクリートの切断・破壊の方法
として使用されてもいる。

【０００３】この液体ジェットカッティング法に用いる
ジェットノズルの従来例を示したものが図１であり、通
常、ノズル出口（ア）に向かって高圧水導入部（イ）よ
り高圧水を導入し、横方向に設けた切削粒子導入部
（ウ）より硬質粒子を導入する。そして、ノズル出口
（ア）より噴射されるジェット流によって切削または切
断を行う。もちろんこの場合、硬質切削粒子を使用しな
い場合もある。

【０００４】このような液体ジェットカッティングの方
法は、火気の使用が困難な条件下等での切削・切断方法
として極めて有用なものであるが、従来の方法およびそ
の装置については、改善すべきいくつかの課題があっ
た。すなわち、従来の方法と装置の場合には、図１に示
したノズル出口（ア）より噴射されるジェット流が急速
に拡散するため、所定の切削・切断部に噴射流を集中さ
せることが困難であり、切削・切断力の増大には制約が
あった。また、ノズル磨耗が大きく、切削・切断面が不
均一で、バリの生成が避けられないという問題もあっ
た。

【０００５】このような欠点は、高圧水の導入による乱
流ジェット流の噴射においては避けられないものであ
り、このため、切削・切断の効率向上と、切削・切断面
の均一化とバリ生成の抑止、さらにはノズル摩耗の減少
は重要な課題になっていた。このような課題を解決する
ために、この発明の発明者は、コアンダスパイラルジェ
ットフローを利用した切削・切断の方法とそのための装
置をすでに提案してもいる（特開平2-218600号公法）。

【０００６】この方法は、加圧流体の導入によって生成
させたコアンダスパイラルフローにより流体を噴射させ
て切削・切断することを特徴とし、そのための装置とし
て、ノズル噴射口に対して横方向から加圧流体を導入す
る環状スリットと、噴射口に向う湾曲面壁を有するコア
ンダスパイラルフロー生成ノズルを回動および移動自在
としてなる切削・切断装置を使用するものである。

【０００７】この方法は、前記の通り、コアンダスパイ
ラルジェットフローを利用するものであって、そのジェ
ットフローは、旋回しつつ管路方向に高速進行するとい
う特徴を有し、管路方向に導入した流体の流れベクトル
に管の半径方向のベクトルを加えることにより形成する
ことができる。この場合、コアンダスパイラルジェッッ
トフローの進行方向の反対側には強い吸引力の負圧が形
成され、また管内壁近傍にはこの旋回流に基づく高速コ
アンダ層が形成される。

【０００８】このようなコアンダスパイラルジェットフ
ローの特徴を利用して、金属、無機物、セメント、その
他固体の切削・切断が可能となる。また、この方法によ
ってコアンダスパイラルフローの進行方向に対しての速
度分布を進行軸に集中させ、この集中によって、切削・
切断の力を増大させ、その効率を向上させることができ
る。しかも切削・切断面が均一でバリの生成を抑制され
たものとすることができる。

【０００９】すなわち、図２は、このようなコアンダス
パイラルジェットフローを生成させるためのノズルを例
示したものである。たとえば、ノズル出口（１）に向う
主筒（２）には水や、その他の流体を加圧導入するため
の環状のスリット（３）を設け、このスリット（３）に
加圧流体を供給する供給管（７）を設ける。主筒（２）
は、ノズル出口（１）からスリット（３）に向って相似
的に次第にその径を大きくし、滑らかに湾曲した壁面
（５）を形成する。さらにノズル出口（１）と反対の端
部には、補助筒（４）を設け、流体あるいはこれと硬質
切削粒子との混合流の導入口（６）を設ける。この場
合、スリット（３）の壁面（５）の反対の側では、補助
筒（４）の壁面（８）が直角または鋭角状に折り曲げら
れている。

【００１０】たとえばこのようなノズル装置において、
加圧流体としての加圧水をスリット（３）から主筒
（２）内へ導入することができる。これにより加圧水の
運動ベクトルと、導入口（６）からの水および空気等の
流体の運動ベクトルとを合成し、スパイラルジェット
（１０）を生成させることができる。このスパイラルジ
ェット（１０）は、流体速度分布の進行軸方向への集中
をもたらし、高速集中流を形成する。また、主筒内には
コアンダ層が形成されるため、硬質切削粒子を混入する
場合にもノズルの内壁摩耗は抑制される。また、粒子を
混入する場合には軸方向に集中するため、大きな切削・
切断力が得られる。

【００１１】この特徴のあるノズル装置による切削・切
断は、これまでにない効果を奏するものであった。しか
しながら、この特徴のある方法と装置においても、さら
に改善すべき課題が残されてもいた。その課題は、この
スパイラルジェットフローの特徴を生かしつつ、さらに
その切削・切断力の増大とその効率を向上させること
と、前記の方法と装置の場合には水中、海中等の液中で
のジェット流による切削・切断が困難であったため、こ
れを可能とすることであった。

【００１２】実際、これまでにも液体ジェットカッティ
ング法の切削・切断力の増大が求められていたが、水ジ
ェット、水−空気の混合ジェット等によって水中や海水
等の液中で、金属、樹脂、その他の切削・切断を行うこ
とは困難であった。さらにまた、切削・切断力の増大に
は、より大きな圧力を必要とし、その安全性、経済性に
は問題があった。

【００１３】この発明は、以上の通りの事情を踏まえて
なされたものであって、コアンダスパイラルジェットフ
ローの優れた特徴を生かしつつ、さらにその切削・切断
力を増大し、エネルギー効率を向上し、水中等の液中に
おいてもジェットフローによる切削・切断を可能とする
ことのできる新しい方法と装置を提供することを目的と
している。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、多重管状ノズルからの流体の噴
射において、最外管ノズルより、加圧流体の導入によっ
て生成させた多重スパイラルフローにより流体噴射させ
て切削または切断することを特徴とする切削・切断方法
を提供する。また、この発明は、加圧流体を供給する噴
出口方向に向かう傾斜内壁面を有するスパイラルジェッ
トフローノズルを最外管ノズルとして多重構造ノズルを
構成してなることを特徴とする多重ノズルジェット切削
・切断装置を提供する。

【００１５】以下、さらに詳しくこの発明の切削・切断
方法とそのための装置について説明する。

【００１６】

【実施例】図３は、この発明の多重スパイラルジェット
ノズルの一例を示したものである。たとえばこの図３に
例示したように、この発明の多重スパイラルジェット切
削・切断装置のノズルは、環状のスリット（３１）と、
この環状スリット（３１）から管路方向に向かう接続
口、もしくは噴出口（３２）に向かう傾斜内壁面（３
３）を有する外管ノズルユニット（Ａ）の傾斜内壁面
（３３）の内側に、別体の内管ノズルユニット（Ｂ）を
配設している。そして、外管ノズルユニット（Ａ）にお
いては、分配室（３４）を介して環状スリット（３１）
から供給される加圧流体を、傾斜内壁面（３３）に沿っ
て噴出口（３２）に向かって移動させ、スパイラルジェ
ットフローとして噴出口（３２）より噴出させる。

【００１７】また、内管ノズルユニット（Ｂ）からは、
分配室（３４′）を介して環状スリット（３１′）から
供給される加圧流体を、噴出口（３２′）に向かって移
動させ、加圧ジェットフローを噴出させる。この場合の
加圧ジェットフローは、従来公知の乱流状態のものでも
よいし、あるいは一般的な非スパイラルコアンダ流であ
ってもよい。いずれの加圧ジェットフローの場合にも、
内管ノズルユニット（Ｂ）からのジェットフローは、外
管ノズルユニット（Ａ）からのスパイラルジェットフロ
ーによって囲まれ、その拡散を抑えられ、軸方向集中の
傾向を示す。このため、従来の一般ノズルの場合にくら
べてより大きな切削・切断力が得られる。

【００１８】また、外管ノズルユニット（Ａ）からのス
パイラルジェットフローがバリアを形成するため、内管
ノズルユニット（Ｂ）からのジェットフローは液中にお
いても外部液体との摩擦によってそのパワーを減退させ
ることも、拡散させることもなく切削・切断に有効に作
用する。図４は、別の形状の多重ノズルを例示したもの
である。この例においても前記と同様の構造および作用
上の特徴を有している。

【００１９】そして、図３および図４のいずれの場合
も、外管ノズルユニット（Ａ）の傾斜内壁面（３３）の
傾斜角度は５〜７０°程度とするのが好ましい。そし
て、外管ノズルユニット（Ａ）と内管ノズルユニット
（Ｂ）との噴出口（３２）（３２’）の内径（ｄ）
（ｄ′）の比は、ｄ′／ｄが８／１０〜４／１０程度と
なるようにするのが好ましい。

【００２０】このようなノズルを用いて切削・切断のた
めに導入する流体については、その種類に特に制限はな
いが、たとえば、内管ノズルユニット（Ｂ）からは、主
として切削・切断のためのジェット流体を、また、外管
ノズルユニット（Ａ）からは、内管ノズルユニット
（Ｂ）からのジェット流体を加速し、その拡散を抑止す
るための流体を噴出するように選択することができる。

【００２１】このため、内管ノズルユニット（Ｂ）の噴
出口（３２′）からは、水等の加圧流体、あるいは水と
硬質粒子としての金属やアルミナガーネット等の無機物
との混合流を噴出させ、外管ノズルユニット（Ａ）の噴
出口（３２）からは、空気や水等を噴出することができ
る。無機物粒子等の大きさは、通常、５０〜１５０メッ
シュ程度とする。

【００２２】もちろん、これに限られることなく、内管
ノズルユニット（Ｂ）と外管ノズルユニット（Ａ）から
は、同種の流体を噴出させてもよいし、さらに別の異種
流体の組合わせでもよい。加圧流体の圧力は適宜に選択
でき、たとえば水を使用する場合には１０，０００ｐｓ
ｉ〜５０，０００ｐｓｉ程度までの適宜な圧力とし、必
要に応じてさらに低圧力のものとしてもよい。

【００２３】いずれにしても、従来よりも小さな圧力
で、この発明の多重ジェットによって大きな切削・切断
作用が実現される。なお、以上の側においては、２重管
ノズル方式について説明したが、これに限られることは
ない。さらに多重管構成としてもよい。いずれの場合で
も、最外側の外管ノズルユニットからはコアンダスパイ
ルジェットフローが噴出されるようにする。

【００２４】次に実施例を示し、さらい詳しくこの発明
について説明する。

【００２５】

【実施例】

実施例１ 図４に示したノズルを用いてコンクリートの切削を行な
った。この時のノズル噴出口径は、内管ノズルユニット
（Ｂ）において８mm、外管ノズルユニット（Ａ）におい
て１３mmとした。

【００２６】ノズル出口と被切削試料のコンクリート壁
との距離は５０mmとした。この場合、内側噴出口より１
５，０００ｐｓｉの加圧水を噴射させた。また、外側噴
出口からは２０kg／cm² の空気のコアンダスパイラルジ
ェットを噴射させた。硬質の切削粒子は使用しなかっ
た。切削・切断の深さは、１０cmであった。同様の条件
で従来の水ジェット方式による切削・切断を行ったとこ
ろ、同一時間内でその深さは５cmにすぎなかった。ま
た、その切断面は荒れており、微小なバリが無数に生成
していた。また、切断部の幅も、前記のコアンダスパイ
ラルフローによる切断に比べて２倍以上になっていた。

【００２７】なお、内管ノズルユニット（Ｂ）にアルミ
ナ粒子を混入したところ、切削・切断の深さは約２０cm
にもなった。 実施例２ 実施例１と同様にして、水中において切削を行った。そ
の結果、ほぼ同様の結果が得られた。

【００２８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明に
より、 １）噴流の拡散が少く、エネルギーが進行方向に集中し
て作用するため、切削・切断の効率は大きく向上する。
また、硬質切削粒子も流体軸方向に集中する。このた
め、より大きな切削・切断力が得られる。

【００２９】２）水中、海中等においての切削・切断が
可能となる。このため、従来に比べてはるかに有用な切
削・切断の方法とそのための装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の切削・切断装置を示した断面図である。

【図２】この発明者がすでに提案している切削・切断装
置を示した断面図である。

【図３】この発明の装置を例示した断面図である。

【図４】この発明の別の装置例を示した断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル出口 ２ 主筒 ３ スリット ４ 補助筒 ５ 壁面 ６ 導入口 ７ 供給管 ８ 壁面 ９ 分配室 １０ スパイラルジェット ３１，３１′ 環状スリット ３２，３２′ 噴出口 ３３， 傾斜内壁面 ３４，３４′ 分配室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重管状ノズルからの液体の噴射におい
   て、最外管ノズルより、加圧流体の導入によって生成さ
   せたスパイラルフローにより流体噴射させて切削または
   切断することを特徴とする切削・切断方法。
2. 【請求項２】 内管ノズルより硬質切削粒子を加圧水と
   ともに噴射する請求項１の切削・切断方法。
3. 【請求項３】 加圧流体を供給する環状のスリットと、
   このスリットから噴出口方向に向かう傾斜内壁面を有す
   るスパイラルジェットフローノズルを最外管ノズルとし
   て多重構造ノズルを構成してなることを特徴とする多重
   ノズルジェット切削・切断装置。