JPH0751280Y2

JPH0751280Y2 - 高圧水噴射ノズル

Info

Publication number: JPH0751280Y2
Application number: JP1990055163U
Authority: JP
Inventors: 芳正菊池
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-05-24
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2005-05-24
Also published as: JPH0413300U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本願考案は、高圧水噴射ノズルのノズル部の構造に関す
るものである。

（従来技術）近年、例えば樹脂材等の比較的軟質の素材の切断加工用
に、高圧水（例えば、2000kgf/cm²程度）をオリフィス
から噴射し、その高圧・高速の噴流によって切断加工を
行なうようにした高圧水噴射ノズルが開発提供されてい
る（例えば、独国文献「Industrie」のNr.92V.16.11.19
84/106.Jg.参照）。

この種の高圧水噴射ノズルの構造を例えば第４図に示
す。この高圧水噴射ノズルZoは、その筒体内部を例えば
高圧水を導入するための高圧水導入部２に形成し、その
上端側開口部を図示しない高圧水供給パイプに接続した
高圧ノズル管３の先端部に、スタビライザー３を一体的
に形成したオリフィスホルダー４を介してオリフィス５
を取付けて構成している。

そして、上記高圧水導入部２内の高圧水を上記オリフィ
ス５で縮流させ、その通孔5aから高圧・超高速の噴流と
してスタビライザー３側に噴射し、該噴射によって所定
の切断作用を行なうようになっている。なお、図中符号
６は、オリフィス５のオリフィス刃面を示している。

この場合、該噴流による切断性能は、第４図に矢印流線
で示すように噴流が可及的に縮流状態を維持し、その集
束性が良好であるほど高められる。また同時に当該集束
断面が真円形に近いほど正確かつ高精度な切断が可能と
なる。

（考案が解決しようとする課題）ところが、上記従来の高圧水噴射ノズルの構造では、上
記高圧水供給口側より供給され、高圧水導入部２を経て
オリフィス５に到る過程で、高圧水（Ｗ）に旋回流が生
じてしまい、更にオリフィス５を経て吐出された噴流自
体が、それによって断面が楕円形状をなし、しかも該断
面の楕円形状が回転方向に変化する問題が生じる。そし
て、その結果、切断面が波打ってしまうなど正確な切断
が不可能となる欠点を有している。

該問題は、例えば上記高圧水導入部の上流に同軸方向の
細孔部を形成して、該細孔部の上端に同軸状にニードル
バルブを対設させて流路の開閉および噴流量の調整を可
能にするとともに上記細孔部上流側に設けられる高圧水
供給口を上記細孔部および高圧水導入部の流路軸と直交
する方向に開口させたような場合に特に顕著となる。

これは、上記高圧水供給口から軸直交方向に高圧水が流
入することになるとともに同高圧水供給口に接続されて
いる高圧水供給パイプに曲がりがあることなどによって
生じやすくなる。

（考案の目的）本願の請求項１〜４の各考案は、各々上記のような問題
を解決し、噴流断面をできる限り真円に近く形成するこ
とにより正確かつ高精度な切断を可能にした高圧水噴射
ノズルを提供することを目的とするものである。

そして、該目的を達成するために各々次のような課題解
決手段を備えて構成されている。

（課題を解決するための手段）（１）請求項１記載の考案の高圧水噴射ノズルは、例え
ば第１図に示すように、軸直交方向に開口した高圧水供
給口50を介して供給される高圧水Ｗを、ニードルバルブ
と対応し、同軸方向に連通する細孔部53を介して導入す
る所定の長さの非コーン型の高圧水導入部18と、該高圧
水導入部18の下流に設けられ、当該高圧水導入部18に導
入された高圧水Ｗを噴流化して吐出するオリフィス部19
とを備えてなる高圧水噴射ノズルＺにおいて、上記細孔
部53に整流部材55を設けてなるものである。

（２）請求項２記載の考案の高圧水噴射ノズルは、例え
ば第３図に示すように、軸直交方向に開口した高圧水供
給口50を介して供給される高圧水Ｗを、ニードルバルブ
と対応し、同軸方向に連通する細孔部53を介して導入す
る所定の長さの非コーン型の高圧水導入部18と、該高圧
水導入部18の下流に設けられ、当該高圧水導入部18に導
入された高圧水Ｗを噴流化して吐出するオリフィス部19
とを備えてなる高圧水噴射ノズルＺにおいて、上記高圧
水導入部18の上流部に整流部材55を設けてなるものであ
る。

（３）請求項３記載の考案の高圧水噴射ノズルは、例え
ば第１図に示すように、上記請求項１又は２記載の考案
の高圧水噴射ノズルＺにおける整流部材55が３次元方向
配列を有したメッシュ部材により構成されている。

（４）請求項４記載の考案の高圧水噴射ノズルは、例え
ば第３図に示すように、上記請求項１又は２記載の高圧
水噴射ノズルＺの構成における整流部材55が３次元方向
に連通した複数の透孔を有する多孔質部材により構成さ
れている。

（作用）（１）上記請求項１記載の考案の高圧水噴射ノズルの構
成では、まず高圧水導入部18の上流側に同軸方向に細孔
部53が形成されているとともに該細孔部53の上端にニー
ドルバルブ21が対設されていて、流路の開閉および噴流
量の調整が可能となっている。

一方、当該細孔部53の上流側には、上記高圧水導入部18
および細孔部53の流路軸と直交する方向に高圧水供給口
50が開口されていて、軸直交方向から高圧水が導入され
る。そして、上記高圧水供給口50直下流の上記細孔部53
には上記高圧水供給口50から軸直交方向に導入される高
圧水Ｗの旋回流成分を乱流化して整流する整流部材55が
設けられている。

したがって、高圧水導入部18よりも上流側の最も旋回方
向の速度成分量が大きい導入直後の旋回流が効率良く細
孔部53で整流され、高圧水導入部18に導入される高圧水
Ｗは旋回方向のベクトルを有しない自然な流れとなるの
で、オリフィス部19から吐出される噴流の断面は真円形
に近いものとなる。

（２）また請求項２記載の考案の高圧水噴射ノズルの構
成では、上記請求項１記載の考案のものと同様の整流部
材55を、略導入直後であって、やはり高圧水Ｗの旋回方
向の速度成分量が大きい上記高圧水導入部18の上流部に
設けて構成している。

従って、該場合にも上記請求項１記載の考案の高圧水噴
射ノズルの場合と同様の有効な整流作用が得られる。特
に該構成のように、上記細孔部53の下流側である高圧水
導入部18の上流部側に整流部材55を設置するようにする
と、通路断面積の広い流域で旋回方向の渦流ベクトルを
消去できることから、細孔部53に比べて本来通路断面積
自体が数倍近くまで拡大され、圧力水の供給圧を高くす
る必要はなくなる。また、ニードルバルブ21の当接部に
整流部材55が突出する恐れもないのでニードルバルブ21
の設置作業も容易で、その調整精度も高くなる。

（３）請求項３記載の考案の高圧水噴射ノズルの構成で
は、上記請求項１又は２記載の考案の高圧水噴射ノズル
の構成における整流部材55を３次元方向の配列構造を有
するメッシュ部材により構成しているから、このメッシ
ュ部材の３次方向への乱流形成作用によって、上記高圧
水Ｗの旋回方向のベクトルが特に効果的に打ち消されて
整流され、噴流断面の真円形化が可能になる。

（４）請求項４記載の考案の高圧水噴射ノズルの構成で
は、上記請求項１又は２記載の考案の高圧水噴射ノズル
の構成における整流部材55を３次元方向に連通した配列
構造を有する多孔質部材により構成しているから、この
多孔質部材の３次元方向への乱流形成作用によって、上
記高圧水の旋回方向のベクトルが特に効果的に打ち消さ
れて整流され、噴流断面の真円形化が可能になる。

（考案の効果）上記のように本願各請求項記載の考案の高圧水噴射ノズ
ルによると、それぞれニードルバルブを設けて流路の開
閉および噴流量の調整を可能にするとともに、高圧水を
軸直交方向から導入するようにした場合にも、問題なく
旋回流成分を消去して噴流断面形状の真円化を実現する
ことが可能となり、切断精度の高精度化が図られるよう
になる。

（実施例）（１）実施例第１先ず第１図は、本願考案の第１実施例に係る高圧水噴射
ノズルＺの構成を示している。

第１図において、符号11は筒体状のノズル本体であり、
該ノズル本体11の略中央部には中心軸方向（図面上下方
向）に延びる長孔12が形成されている。該長孔12の上端
部は相当に大径の螺孔部12aに形成され、上記ノズル本
体11は該螺孔部12aを利用して工作機本体側取付ヘッド1
3の取付用螺条突部14の外周面部に対し螺合締結して固
定されている。

上記取付ヘッド13の中心部には、例えば電磁手段20によ
ってON・OFF駆動されることによって後述する高圧水導
入部18への高圧水導入状態および導入量を開閉制御する
ニードルバルブ21が上記長孔12内中心部を下方に延びて
設けられている。

そして、該ニードルバルブ21の下端側弁頭部は、後述す
る高圧水導入部18の上方に形成されている細孔部53の上
端側開口部に当接し得るようになっている。

一方、上記長孔12内上部には上記螺孔部12aの直下に位
置してシールリングの嵌合孔12cが形成され、同嵌合孔1
2c内に２層構造のシールリング22が嵌装されており、上
記ニードルバルブ21は当該シールリング22を液密に貫通
して下方に突出している。そして、上記電磁手段20がON
の最大突出状態では、上記の如く後述する高圧ノズル管
15の高圧水導入部18上方の上記細孔部53の上端側開口部
に当接して当該細孔部53を閉塞するようになっている。

他方、上記ノズル本体11の下端側には上記長管状の高圧
ノズル管15が次に述べるように筒状の締め金具16を介し
て取付けられるようになっている。すなわち、上記ノズ
ル本体11側の上記長孔12の下端部には上述の場合と同じ
ように螺孔部12aよりも更に大径の螺孔部12bが形成され
ており、該螺孔部12bに対して上記高圧ノズル管15を係
止するための上記締め金具16の上端側螺条部16aが螺合
されるようになっている。また、上記螺孔部12bの上部
には、後述する高圧ノズル管15の上端部に形成された嵌
合部15aが嵌合される嵌合孔13が形成されている。そし
て、同高圧ノズル管15頭部の嵌合部15aを上記ノズル本
体11の嵌合孔13に嵌合し、下縁11aとの間に上記締め金
具16を嵌挿し螺合締結することによって強固に固定され
ている。

該高圧ノズル管15は、中心軸部に同一軸心方向に延びる
長軸状の高圧水導入部（高圧水導入孔）18が形成され、
又その先端部（図示下端部）15bには、後述するオリフ
ィスホルダー23を介してオリフィス19が取付けられてい
る。

オリフィス19は、第２図に示すように厚肉円板体で一体
構成されるものであって、その軸心部に通孔25を有し、
その外周面下流端側に環状切欠部24を有している。そし
て、前記通孔25の内周面はオリフィス刃面25aとされ、
また該オリフィス刃面25aの下流端側は該オリフィス刃
面25aに連続して拡開するオリフィステーパー部25bとさ
れている。

オリフィスホルダー23は、そのオリフィス取付部23a内
に嵌挿固定せしめた状態で締め金具23bにより上記高圧
ノズル管15の上記先端部15bに対して固定されるもので
ある。そして、このオリフィスホルダー23の外周面下流
端側には上記締め金具23bに係止させるための環状凸部
が形成されている。又、このオリフィスホルダー23の内
部は後述の空気通路40を形成するため環状空隙部が形成
されている。

空気通路40は、締め金具23bの軸心部において上流端側
に延びる環状凸部47で形成されるスタビライザー部41の
内周面41aを囲繞する如く形成した環状空隙部で構成さ
れるチャンバー42と、締め金具23bのオリフィスホルダ
ー23に対する掛止部43をその厚さ方向に貫通しその外端
部をオリフィスホルダー23への衝合面45上に開口せしめ
た空気導入路46と、前記スタビライザー部41の上端部41
bと前記オリフィスホルダー23の軸心部において下流側
に延びる上記環状凸部47とで形成され、且つ前記スタビ
ライザー部内周面41aに沿って延びる環状穴を空気吹出
口48とした空気吹出路49とで構成されている。

一方、符号50は上記ノズル本体11の側壁部に、上記高圧
水導入部18および細孔部53の流路軸と直交する方向に開
口して形成された高圧水供給口であり、該高圧水供給口
50には側方から高圧水供給管51が接続され高圧水Ｗが供
給されるようになっている。

また、上記高圧水供給口50は、細径の連通路52を介して
上記ノズル本体中央部の長孔12の中央付近に、側方から
直交する状態で連通せしめられており、上記高圧水供給
口50を介して供給される高圧水Ｗは先ず上記連通路52を
経て上記長孔12内に直交方向に流入して旋回流成分を生
じる。

一方、上記長孔12に対応して設けられた高圧ノズル管15
の高圧水導入部18の上方側細孔部53は、そのまま上記長
孔12に同軸状に連通している。従って、上記ニードルバ
ルブ21が開制御されると、上記長孔12内の高圧水Ｗは更
に同細孔部53を介して上記高圧水導入部18内に導入さ
れ、やがて上記オリフィス19で噴流化された後外部に吐
出される。該細孔部53内には、第１図に示すように、例
えば３次元方向の繊維配列を有するメッシュ部材によっ
て構成された整流部材55が長さ方向に嵌合されている。
そして、該整流部材55は、上記細孔部53を流れる導入直
後であって旋回流成分の大きな上記高圧水Ｗに３次元方
向の乱流を形成し、上述した従来のような旋回方向の渦
流ベクトルを効果的に消去する作用を果すようになって
いる。

次に、この高圧水噴射ノズルＺの使用方法並びにその作
用を説明する。

この高圧水噴射ノズルＺを使用して切断作用を行う場合
には、上記高圧水導入部18内に高圧水を導入し、上記オ
リフィス19の通孔25からこれを高圧・超高速で噴射させ
る。

一般に噴流は静止空気中に噴射され、噴流界面で空気と
噴流間の相対速度が大きくなるために、該噴流界面の乱
れの成長が早くなりその集束性が悪化し切断能力が低下
する傾向がある。そこで、このような噴流界面の乱れの
成長を防止するために、本実施例では第２図に示すよう
に上記の空気通路40に加圧された空気Ａを供給し、これ
をスタビライザー部内周面41aに沿って延びる空気吹出
口48から噴流の周囲を取り囲むようにして該噴流の流れ
方向に空気を吹き出すようにしている。

そうすると、噴流界面では空気と噴流間の相対速度が小
さくなり、噴流界面の乱れの成長が防止される。従っ
て、噴流の集束性は十分に確保され切断能力の低下を防
止することができる。

このように、この実施例の超高圧水噴射ノズルＺにおい
ては可及的に噴流の集束性を高く維持して、その切断能
力の向上が図られるようになっており、その結果、例え
ば切断速度の高速化あるいは切断精度の硬度化により生
産性・加工性の向上に寄与し得ることになる。

一方、それに加えて、上述のように高圧水導入部18上流
側の旋回流成分の分布度が高い細孔部53部分に位置して
３次元方向への乱流形成用の整流部材55が介設されてい
て、高圧水導入部18に導入される高圧水Ｗが有している
旋回方向の渦流ベクトルを効率良く消去して自然な流れ
に形成する。その結果、最終的に上記オリフィスの透孔
25から吐出される噴流の断面形状は真円形となり、より
高精度な切断が可能となる。

（２）実施例第２次に第３図は、本願考案の第２実施例に係る高圧水噴射
ノズルＺの構造を示している。

該第２実施例の構造では、上記第１実施例の高圧水噴射
ノズルの構造に於ける整流部材55を多孔質部材、例えば
透孔率95％程度のニッケル系発泡金属によって形成し、
しかもその設置部を、やはり導入直後であって旋回流成
分の分布度が高い上記高圧水導入部18自体の上流部に設
定したことを特徴とするものである。その他の部分の構
成は上記第１図、第２図の第１実施例のものと全く同様
である。

上述の第１実施例の場合のように高圧水導入部18と高圧
水供給口側長孔12との間の細孔部53に上述のような多孔
質部材よりなる整流部材55を嵌挿したのでは、十分な旋
回流低減作用は得られるが、他方有効通路断面積を狭め
すぎて通路抵抗が高くなる。従って、相対的にポンプ側
の圧力水供給圧もそれだけ高くする必要が生じる。

ところが、本実施例のように、上記細孔部53と略同様に
旋回流成分の分布度が高い高圧水導入部18の上流部側に
設置するようにすると、通路断面積の広い細孔部53下流
側でより効果的に旋回方向の渦流ベクトルを消去でき、
かつ本来通路断面積自体が数倍近くまで拡大されるか
ら、圧力水の供給圧を高くする必要はなくなる。しか
も、金属製の多孔質部材は強度が高く、充填も容易であ
る。従って、特別な保持手段もいらない等のメリットが
生じる。また、ニードルバルブ21先端の当接部に突出す
る恐れもないのでニードルバルブ21の設置作業も容易
で、調整精度も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願考案の第１実施例に係る高圧水噴射ノズ
ルの内部構造を示す中央縦断面図、第２図は、同ノズル
のオリフィス部の構造を示す拡大縦断面図、第３図は、
本願考案の第２実施例に係る高圧水噴射ノズルの内部構
造を示す中央縦断面図、第４図は、従来の高圧水噴射ノ
ズルの内部構造を示す中央縦断面図である。 11……ノズル本体 12……長孔 13……取付ヘッド 15……高圧ノズル管 16……締め金具 18……高圧水導入部 19……オリフィス 21……ニードルバルブ 50……高圧水供給口 53……細孔部 55……整流部材

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】軸直交方向に開口した高圧水供給口（50）
を介して供給される高圧水（Ｗ）を、ニードルバルブ
（21）と対応し、同軸方向に連通する細孔部（53）を介
して導入する所定の長さの非コーン型の高圧水導入部
（18）と、該高圧水導入部（18）の下流に設けられ、当
該高圧水導入部（18）に導入された高圧水（Ｗ）を噴流
化して吐出するオリフィス部（19）とを備えてなる高圧
水噴射ノズル（Ｚ）において、上記細孔部（53）に整流
部材（55）を設けたことを特徴とする高圧水噴射ノズ
ル。
【請求項２】軸直交方向に開口した高圧水供給口（50）
を介して供給される高圧水（Ｗ）を、ニードルバルブ
（21）と対応し、同軸方向に連通する細孔部（53）を介
して導入する所定の長さの非コーン型の高圧水導入部
（18）と、該高圧水導入部（18）の下流に設けられ、当
該高圧水導入部（18）に導入された高圧水（Ｗ）を噴流
化して吐出するオリフィス部（19）とを備えてなる高圧
水噴射ノズル（Ｚ）において、上記高圧水導入部（18）
の上流部に整流部材（55）を設けたことを特徴とする高
圧水噴射ノズル。
【請求項３】整流部材（55）が３次元方向配列を有した
メッシュ部材であることを特徴とする請求項１又は２記
載の高圧水噴射ノズル。
【請求項４】整流部材（55）が３次元方向に連通した複
数の透孔を有する多孔質部材であることを特徴とする請
求項１又は２記載の高圧水噴射ノズル。