JPH08257997A - ハイドロジェットによる材料の処理方法 - Google Patents
ハイドロジェットによる材料の処理方法Info
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Landscapes
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ノズル４から噴射した水噴流の圧力の減衰が
小さい時点で崩壊流が得られるようにして対象物表面に
対する壊食作用を一層高めたハイドロジェットによる材
料の処理方法を提供する。 【構成】 高圧に加圧した液体をノズル４から噴出させ
て気体を混入し、噴流構造を崩壊させることにより、液
滴化を促進させた崩壊流として、対象物に衝突させ、材
料の加工、切削あるいは洗浄等の処理を行う。
小さい時点で崩壊流が得られるようにして対象物表面に
対する壊食作用を一層高めたハイドロジェットによる材
料の処理方法を提供する。 【構成】 高圧に加圧した液体をノズル４から噴出させ
て気体を混入し、噴流構造を崩壊させることにより、液
滴化を促進させた崩壊流として、対象物に衝突させ、材
料の加工、切削あるいは洗浄等の処理を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧に加圧して噴射し
た液体の噴流構造を人為的に崩壊することにより、液滴
化を促進させた崩壊流として対象物の表面に衝突させ、
材料の加工、切削あるいは洗浄等の処理を行うハイドロ
ジェットによる材料の処理方法に関するものである。
た液体の噴流構造を人為的に崩壊することにより、液滴
化を促進させた崩壊流として対象物の表面に衝突させ、
材料の加工、切削あるいは洗浄等の処理を行うハイドロ
ジェットによる材料の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硬い岩石や金属、ガラス、セラミック
ス、鉄筋コンクリート等を切断する手段として、水噴流
中に研摩材（アブレシブ）を混合したアブレシブジェッ
トが実用化されている。しかし、従来のアブレシブジェ
ットでは、研摩材の価格が高いこと、研磨材によるノズ
ルの消耗が著しいこと、厚物を精度良く切断できないこ
となど、問題点も多い。さらに、廃原子炉の解体、放射
能を有する固体材料の切断等への利用も考えられている
が、その場合には、放射化された研摩材の再処理等にも
問題がある。
ス、鉄筋コンクリート等を切断する手段として、水噴流
中に研摩材（アブレシブ）を混合したアブレシブジェッ
トが実用化されている。しかし、従来のアブレシブジェ
ットでは、研摩材の価格が高いこと、研磨材によるノズ
ルの消耗が著しいこと、厚物を精度良く切断できないこ
となど、問題点も多い。さらに、廃原子炉の解体、放射
能を有する固体材料の切断等への利用も考えられている
が、その場合には、放射化された研摩材の再処理等にも
問題がある。
【０００３】また、材料の表面処理あるいは洗浄を行う
方法としては、１個または複数個のノズルを回転させる
ロータリジェットが実用化され、その方法では、ノズル
部の回転により幅広い面の処理が可能であること、研摩
材を用いないので上記のアブレシブジェットに比較する
とコストダウンが図れること等の長所が認められるもの
の、高圧流体の流路に回転部を有するため機器の寿命や
信頼性等に問題が残されている。
方法としては、１個または複数個のノズルを回転させる
ロータリジェットが実用化され、その方法では、ノズル
部の回転により幅広い面の処理が可能であること、研摩
材を用いないので上記のアブレシブジェットに比較する
とコストダウンが図れること等の長所が認められるもの
の、高圧流体の流路に回転部を有するため機器の寿命や
信頼性等に問題が残されている。
【０００４】一方、ウォータージェットに関する従来の
研究によれば、図１および図２に示すように、ジェット
による材料の切削が顕著になる（質量減少量Ｍが大きく
なる）位置は、ノズル近くより、むしろノズルからある
程度離れた位置であることが明らかにされている［日本
ウォータージェット学会編「ウォータージェット技術事
典」、p.７３、丸善（１９９３）］。図１は、ノズルか
らの距離ｘ／ｄ（ノズルから試料片までの距離ｘをノズ
ル出口直径ｄで除した無次元距離）による質量減少量Ｍ
の変化を、吐出し圧Ｐ0 を変えて示したものであり、図
２は、同じく材質を変えてその影響を示したものであ
る。
研究によれば、図１および図２に示すように、ジェット
による材料の切削が顕著になる（質量減少量Ｍが大きく
なる）位置は、ノズル近くより、むしろノズルからある
程度離れた位置であることが明らかにされている［日本
ウォータージェット学会編「ウォータージェット技術事
典」、p.７３、丸善（１９９３）］。図１は、ノズルか
らの距離ｘ／ｄ（ノズルから試料片までの距離ｘをノズ
ル出口直径ｄで除した無次元距離）による質量減少量Ｍ
の変化を、吐出し圧Ｐ0 を変えて示したものであり、図
２は、同じく材質を変えてその影響を示したものであ
る。
【０００５】また、同「ウォータージェット技術事
典」、p.７において柳井田らが明らかにしたウォーター
ジェットの構造（図３）と、質量減少量が最大となる位
置との関係をみると、その質量減少量が最大となる位置
は、ウォータージェットの流れが１００μｍ程度の液滴
あるいは液塊となっている液滴流領域であり、そこでは
液滴あるいは液塊の衝突によって発生するウォーターハ
ンマー現象の衝撃圧により壊食が生じ、材料の切削が顕
著になることも明らかにされている［清野文雄・他：日
本機械学会論文集Ｂ編、Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．５７３，
（１９９４）］。
典」、p.７において柳井田らが明らかにしたウォーター
ジェットの構造（図３）と、質量減少量が最大となる位
置との関係をみると、その質量減少量が最大となる位置
は、ウォータージェットの流れが１００μｍ程度の液滴
あるいは液塊となっている液滴流領域であり、そこでは
液滴あるいは液塊の衝突によって発生するウォーターハ
ンマー現象の衝撃圧により壊食が生じ、材料の切削が顕
著になることも明らかにされている［清野文雄・他：日
本機械学会論文集Ｂ編、Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．５７３，
（１９９４）］。
【０００６】しかしながら、図４からわかるように、こ
の領域では水噴流の中心軸上の圧力はノズル近傍の圧力
に比べて減衰が著しい。図４は、ノズルからの距離ｘ／
ｄによる水噴流中心軸上の圧力Ｐm ／Ｐ0 の変化を示す
ものである［柳井田勝哉・他：日本鉱業会誌、Ｖｏｌ．
９３ Ｎｏ．１０７２（１９７７）］。したがって、水
噴流の圧力が減衰しない時点で液滴流領域に相当する状
態が得られるようにすれば、対象物表面に対する一層の
壊食作用を期待することができる。
の領域では水噴流の中心軸上の圧力はノズル近傍の圧力
に比べて減衰が著しい。図４は、ノズルからの距離ｘ／
ｄによる水噴流中心軸上の圧力Ｐm ／Ｐ0 の変化を示す
ものである［柳井田勝哉・他：日本鉱業会誌、Ｖｏｌ．
９３ Ｎｏ．１０７２（１９７７）］。したがって、水
噴流の圧力が減衰しない時点で液滴流領域に相当する状
態が得られるようにすれば、対象物表面に対する一層の
壊食作用を期待することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、前記従来技術に採用されている研摩材や高圧流体の
流路に回転部を有する機構を用いず、水噴流の構造を改
変して、材料の加工、切削あるいは洗浄等を効率的に、
かつ廉価に行い得る手段を提供することにある。本発明
の他の技術的課題は、ノズルから噴射した水噴流の圧力
の減衰が小さい時点で前記液滴流領域に相当する状態が
得られるようにして、対象物表面に対する壊食作用を一
層高めた材料の加工、切削あるいは洗浄等のための処理
を行う方法を提供することにある。
は、前記従来技術に採用されている研摩材や高圧流体の
流路に回転部を有する機構を用いず、水噴流の構造を改
変して、材料の加工、切削あるいは洗浄等を効率的に、
かつ廉価に行い得る手段を提供することにある。本発明
の他の技術的課題は、ノズルから噴射した水噴流の圧力
の減衰が小さい時点で前記液滴流領域に相当する状態が
得られるようにして、対象物表面に対する壊食作用を一
層高めた材料の加工、切削あるいは洗浄等のための処理
を行う方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明のハイドロジェットによる材料の処理方
法は、高圧に加圧した液体に気体を混入させて噴射し、
噴流構造を崩壊させることにより、液滴化を促進させた
崩壊流として、対象物に衝突させ、材料の加工、切削あ
るいは洗浄等の処理を行うことを特徴とするものであ
る。上記高圧に加圧した液体に混入させる気体として
は、液体への混入後に気化する液化ガスを用いることも
できる。
るための本発明のハイドロジェットによる材料の処理方
法は、高圧に加圧した液体に気体を混入させて噴射し、
噴流構造を崩壊させることにより、液滴化を促進させた
崩壊流として、対象物に衝突させ、材料の加工、切削あ
るいは洗浄等の処理を行うことを特徴とするものであ
る。上記高圧に加圧した液体に混入させる気体として
は、液体への混入後に気化する液化ガスを用いることも
できる。
【０００９】さらに具体的に説明すると、本発明の方法
では、水等の液体を噴射するノズルの近傍で噴出圧力の
減衰が小さい領域において、噴射した液体の液滴化を促
進するため、その液体の噴射の前後の適宜時点に他の流
体を混入することにより、噴流構造を崩壊し、上記圧力
の減衰が小さい領域で人為的に液滴あるいは液塊を発生
させる。上記他の流体としては、空気、炭酸ガス等の気
体、液体炭酸ガス等の液化ガスで混入後に早期に気化す
るような液体を用いることができ、それらはボンベやコ
ンプレッサーから加圧した流体として供給することもで
きるが、ノズルから噴射する流体に巻き込まれるように
して常圧の状態で混入させることもできる。
では、水等の液体を噴射するノズルの近傍で噴出圧力の
減衰が小さい領域において、噴射した液体の液滴化を促
進するため、その液体の噴射の前後の適宜時点に他の流
体を混入することにより、噴流構造を崩壊し、上記圧力
の減衰が小さい領域で人為的に液滴あるいは液塊を発生
させる。上記他の流体としては、空気、炭酸ガス等の気
体、液体炭酸ガス等の液化ガスで混入後に早期に気化す
るような液体を用いることができ、それらはボンベやコ
ンプレッサーから加圧した流体として供給することもで
きるが、ノズルから噴射する流体に巻き込まれるように
して常圧の状態で混入させることもできる。
【００１０】このようにしてノズルから噴出する液体に
他の流体を混入させ、噴出圧力の減衰が小さい領域にお
いて、前記液滴流領域に相当する状態すなわち崩壊流が
得られるようにして、その崩壊流を対象物に衝突させる
と、対象物表面に対する壊食作用を一層高めた材料の加
工、切削あるいは洗浄等のための処理を行うことができ
る。特に、液体炭酸ガスのように低温の流体を液体噴流
中に混入させると、液温の低下による対象物の表面処理
効果の向上も期待することができる。なお、水噴流中へ
の他流体の混入による切削効果向上の手段として、高分
子材（ポリマー）を水噴流に添加する方法もあり［前記
「ウォータージェット技術事典」、ｐ．１３５および
ｐ．１４６］、切削効率の向上が認められているが、ポ
リマー添加によっても巨視的な噴流構造に変化はないと
の報告があり、本発明のような上記崩壊流を得られるも
のではない。
他の流体を混入させ、噴出圧力の減衰が小さい領域にお
いて、前記液滴流領域に相当する状態すなわち崩壊流が
得られるようにして、その崩壊流を対象物に衝突させる
と、対象物表面に対する壊食作用を一層高めた材料の加
工、切削あるいは洗浄等のための処理を行うことができ
る。特に、液体炭酸ガスのように低温の流体を液体噴流
中に混入させると、液温の低下による対象物の表面処理
効果の向上も期待することができる。なお、水噴流中へ
の他流体の混入による切削効果向上の手段として、高分
子材（ポリマー）を水噴流に添加する方法もあり［前記
「ウォータージェット技術事典」、ｐ．１３５および
ｐ．１４６］、切削効率の向上が認められているが、ポ
リマー添加によっても巨視的な噴流構造に変化はないと
の報告があり、本発明のような上記崩壊流を得られるも
のではない。
【００１１】図５は、本発明のハイドロジェットによる
材料の処理方法を実施するための装置の構成を示す。こ
の図５において、１は水槽であり、この水槽１には水を
高圧に加圧して噴出するための高圧ポンプ等の加圧手段
２が設けられ、この加圧手段２に耐圧ホース３によって
ノズル４が接続されている。ノズル４には、噴出する水
に対して他の流体を混入するための混入機構４ａを具備
させている。混入機構４ａにおいて混入させる流体は、
上記加圧手段２による加圧で噴射する水の噴流中に気体
として混入し、噴流構造を崩壊させることにより液滴化
を促進させるもので、空気、炭酸ガス等の気体を混入さ
せることもできるが、液体炭酸ガス等で混入後に気化す
るような液体を混入させることもできる。また、上記混
入機構４ａは、混入させる流体をノズル４中において水
に混入させることもできるが、ノズル４から噴射した直
後の噴流中に混入させることもできる。噴流中に混入さ
せる他の流体は、ボンベやコンプレッサーからなる混入
流体供給源７から加圧した流体として供給するが、ノズ
ル４から噴射する流体に巻き込まれるようにして、ノズ
ル４の出口に近い位置において常圧の状態で混入させる
こともできる。
材料の処理方法を実施するための装置の構成を示す。こ
の図５において、１は水槽であり、この水槽１には水を
高圧に加圧して噴出するための高圧ポンプ等の加圧手段
２が設けられ、この加圧手段２に耐圧ホース３によって
ノズル４が接続されている。ノズル４には、噴出する水
に対して他の流体を混入するための混入機構４ａを具備
させている。混入機構４ａにおいて混入させる流体は、
上記加圧手段２による加圧で噴射する水の噴流中に気体
として混入し、噴流構造を崩壊させることにより液滴化
を促進させるもので、空気、炭酸ガス等の気体を混入さ
せることもできるが、液体炭酸ガス等で混入後に気化す
るような液体を混入させることもできる。また、上記混
入機構４ａは、混入させる流体をノズル４中において水
に混入させることもできるが、ノズル４から噴射した直
後の噴流中に混入させることもできる。噴流中に混入さ
せる他の流体は、ボンベやコンプレッサーからなる混入
流体供給源７から加圧した流体として供給するが、ノズ
ル４から噴射する流体に巻き込まれるようにして、ノズ
ル４の出口に近い位置において常圧の状態で混入させる
こともできる。
【００１２】ノズル４から高圧に加圧して噴射した水
は、気体の混入により噴流構造を崩壊させ、液滴化を促
進させた崩壊流として対象物５の表面に衝突させる。こ
れにより、対象物５の加工、切削あるいは洗浄等の処理
を行うことができる。噴射により対象物５に衝突させた
使用済みの水は、対象物５からの剥離物と共に受水槽６
に回収される。
は、気体の混入により噴流構造を崩壊させ、液滴化を促
進させた崩壊流として対象物５の表面に衝突させる。こ
れにより、対象物５の加工、切削あるいは洗浄等の処理
を行うことができる。噴射により対象物５に衝突させた
使用済みの水は、対象物５からの剥離物と共に受水槽６
に回収される。
【００１３】
【実施例】図６および図７に、本発明者が行った実験結
果の一例を示す。図６は、ノズル近傍の噴流核域に圧縮
空気もしくは液体炭酸ガスを混入したとき、アルミ板試
料（ＪＩＳ Ｈ４０００、Ａ１０５０Ｐ）の質量減少量
ｍが、ノズル出口から試料片までの距離ｘによってどの
ように変化するかを示したものである。また、図７は、
液体炭酸ガスの混入量を一定（０．６ｋｇ／ｍｉｎ）と
したとき、混入位置の違い（噴流核域およびそれより下
流の連続流域）による質量減少量ｍの変化を示したもの
である。図中、横軸はノズルから試料片までの距離ｘを
ノズル出口直径ｄ（ここでは、０．８ｍｍ）で除した無
次元距離ｘ／ｄである。なお、噴射時間は３０秒、噴射
環境は気中である。これらの図から、圧縮空気もしくは
液体炭酸ガスの混入により質量減少量が増加し、つまり
混入の効果が認められることがわかる。また、図７から
明らかなように、供給位置の違いにより混入の効果に差
異があり、噴流核域に混入した場合の方が効率が良くな
っている。
果の一例を示す。図６は、ノズル近傍の噴流核域に圧縮
空気もしくは液体炭酸ガスを混入したとき、アルミ板試
料（ＪＩＳ Ｈ４０００、Ａ１０５０Ｐ）の質量減少量
ｍが、ノズル出口から試料片までの距離ｘによってどの
ように変化するかを示したものである。また、図７は、
液体炭酸ガスの混入量を一定（０．６ｋｇ／ｍｉｎ）と
したとき、混入位置の違い（噴流核域およびそれより下
流の連続流域）による質量減少量ｍの変化を示したもの
である。図中、横軸はノズルから試料片までの距離ｘを
ノズル出口直径ｄ（ここでは、０．８ｍｍ）で除した無
次元距離ｘ／ｄである。なお、噴射時間は３０秒、噴射
環境は気中である。これらの図から、圧縮空気もしくは
液体炭酸ガスの混入により質量減少量が増加し、つまり
混入の効果が認められることがわかる。また、図７から
明らかなように、供給位置の違いにより混入の効果に差
異があり、噴流核域に混入した場合の方が効率が良くな
っている。
【００１４】また、図８には、ポンプの吐出し圧力が４
００ｋｇｆ／ｃｍ2 で、噴流核域に液体炭酸ガスを混入
したときの液体炭酸ガスの混入量と質量減少量との関係
を示している。図中、縦軸は質量減少量ｍを液体炭酸ガ
スを混入しないときの質量減少量ｍ0 で除した無次元量
ｍ／ｍ0 である。これらの図および他の実験結果例を合
わせて評価すると、噴流核域に液体炭酸ガスを混入した
場合、混入なしの場合に比較して約１．５〜２倍の質量
減少量を示していることが明らかである。
００ｋｇｆ／ｃｍ2 で、噴流核域に液体炭酸ガスを混入
したときの液体炭酸ガスの混入量と質量減少量との関係
を示している。図中、縦軸は質量減少量ｍを液体炭酸ガ
スを混入しないときの質量減少量ｍ0 で除した無次元量
ｍ／ｍ0 である。これらの図および他の実験結果例を合
わせて評価すると、噴流核域に液体炭酸ガスを混入した
場合、混入なしの場合に比較して約１．５〜２倍の質量
減少量を示していることが明らかである。
【００１５】
【発明の効果】以上に詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、ノズルから噴射した水噴流の圧力
の減衰が小さい時点で崩壊流が得られるようにして、対
象物表面に対する壊食作用を一層高めることができるば
かりでなく、次のような利点もある。 （１）従来の研摩材によるアブレシブジェットに比較し
て低コストで操業が可能である。 （２）回転機構等がなく、機器構成が簡潔である。 （３）処理対象物への異物の付着がない。 （４）排水処理が容易となる。 （５）液滴化の促進により、通常噴流に比べ、一様な圧
力分布が得られるため、表面処理や洗浄に有利となる。
に、本発明によれば、ノズルから噴射した水噴流の圧力
の減衰が小さい時点で崩壊流が得られるようにして、対
象物表面に対する壊食作用を一層高めることができるば
かりでなく、次のような利点もある。 （１）従来の研摩材によるアブレシブジェットに比較し
て低コストで操業が可能である。 （２）回転機構等がなく、機器構成が簡潔である。 （３）処理対象物への異物の付着がない。 （４）排水処理が容易となる。 （５）液滴化の促進により、通常噴流に比べ、一様な圧
力分布が得られるため、表面処理や洗浄に有利となる。
【図１】ノズルからの距離ｘ／ｄによる質量減少量Ｍの
変化に対する吐出し圧Ｐ0 の影響を示すグラフである。
変化に対する吐出し圧Ｐ0 の影響を示すグラフである。
【図２】ノズルからの距離ｘ／ｄによる質量減少量Ｍの
変化に対する材質の影響を示すグラフである。
変化に対する材質の影響を示すグラフである。
【図３】既知の気中高速水噴流の構造概念図である。
【図４】ノズルからの距離ｘ／ｄによる水噴流中心軸上
の圧力Ｐm ／Ｐ0 の変化を示すグラフである。
の圧力Ｐm ／Ｐ0 の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の方法を実施するための装置の構成図で
ある。
ある。
【図６】ノズルからの距離ｘ／ｄによる質量減少量ｍの
変化（圧力および混入量の影響）についての発明者らの
実験例を示すグラフである。
変化（圧力および混入量の影響）についての発明者らの
実験例を示すグラフである。
【図７】ノズルからの距離ｘ／ｄによる質量減少量ｍの
変化（圧力および混入位置の影響）についての発明者ら
の実験例を示すグラフである。
変化（圧力および混入位置の影響）についての発明者ら
の実験例を示すグラフである。
【図８】液体炭酸ガスの混入量による質量減少量ｍ／ｍ
o の変化についての発明者らの実験例を示すグラフであ
る。
o の変化についての発明者らの実験例を示すグラフであ
る。
【符号の説明】 ２ 加圧手段 ４ ノズル ４ａ 混入機構 ５ 対象物 ７ 混入流体供給源
Claims (2)
- 【請求項１】高圧に加圧した液体に気体を混入させて噴
射し、噴流構造を崩壊させることにより、液滴化を促進
させた崩壊流として、対象物に衝突させ、材料の加工、
切削あるいは洗浄等の処理を行うことを特徴とするハイ
ドロジェットによる材料の処理方法。 - 【請求項２】高圧に加圧した液体に混入させる気体とし
て、液体への混入後に気化する液化ガスを用いることを
特徴とする請求項１に記載のハイドロジェットによる材
料の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7069038A JP2717241B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | ハイドロジェットによる材料の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7069038A JP2717241B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | ハイドロジェットによる材料の処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08257997A true JPH08257997A (ja) | 1996-10-08 |
| JP2717241B2 JP2717241B2 (ja) | 1998-02-18 |
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ID=13391024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7069038A Expired - Lifetime JP2717241B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | ハイドロジェットによる材料の処理方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2717241B2 (ja) |
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- 1995-03-28 JP JP7069038A patent/JP2717241B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2717241B2 (ja) | 1998-02-18 |
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