JPH08257998A

JPH08257998A - キャビテーション・ジェット・ノズル

Info

Publication number: JPH08257998A
Application number: JP6381295A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Hamada; 聡美浜田; Masanori Aoki; 正則青木; Yoshinori Kataya; 吉則形谷
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】キャビテーション核の発生を促進する。【構成】ノズル（１）の絞り部（４）の下流側に、急
拡大部（５）を形成し、循環流（Ｓ）により渦（Ｖ）を
発生させてキャビテーション核の発生を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧ポンプから供給す
る液体を、ノズルから液中又は気中に噴射し、キャビテ
ーションを伴う噴流として被加工物に衝突させることに
より、被加工物の表面を洗浄又は加工するキャビテーシ
ョン・ジェット・ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すような従来のキャビテーショ
ン・ジェット・ノズル（以下ノズルという）１Ｄにおい
ては、液Ｌ中に噴出した高速液噴流Ｊの周囲で、外部の
液Ｌが比較的滑らかに誘起され、その誘起された流れＳ
１と噴流Ｊとの境界に、速度剪断層が生じてキャビテー
ション核が発生する。しかし、流れＳ１は比較的滑らか
なので、キャビテーション核の発生は少ない。

【０００３】これに対し図９に示すノズル１Ｅにおいて
は、開口部にテーパ状拡大部５Ｂを設け、キャビテーシ
ョン核の発生を促進している。しかし、このノズル１Ｅ
でも、キャビテーション核の発生は充分でない。

【０００４】本発明は、キャビテーション核の発生を促
進するキャビテーション・ジェット・ノズルを提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、高圧ポ
ンプから供給する液体を、ノズルから液中に噴射し、キ
ャビテーションを伴う噴流として被加工物に衝突させる
ことにより、被加工物の表面を洗浄又は加工するキャビ
テーション・ジェット・ノズルにおいて、前記ノズルの
開口部において、ノズル絞り部の下流側に流路断面積の
急拡大部を設け、該急拡大部の流路断面積を下流方向に
略一定もしくは徐々に減少したのち外部に開放してい
る。

【０００６】更に本発明によれば、前記急拡大部の直径
は、絞り部の直径の２〜６倍であり、該急拡大部の長さ
が前記急拡大部の直径の０．５〜２．５倍であり、か
つ、ノズル出口端と被加工物表面との距離が、前記絞り
部の直径の５倍以上である。

【０００７】更に本発明によれば、前記急拡大部に、気
体を混入させる吸気孔を設けている。

【０００８】更に本発明によれば、前記ノズルの開口部
の外周部に、環状の低速液噴流を噴射する環状ノズルを
設けている。

【０００９】また本発明によれば、高圧ポンプから供給
する液体を、ノズルから気中に噴射し、キャビテーショ
ンを伴う噴流として被加工物に衝突させることにより、
被加工物の表面を洗浄又は加工するキャビテーション・
ジェット・ノズルにおいて、前記ノズルの開口部におい
て、ノズル絞り部の下流側に流路断面積の急拡大部を設
け、該急拡大部の流路断面積を下流方向に略一定もしく
は徐々に減少したのち外部に開放すると共に、前記ノズ
ルの開口部の外周部に、環状の低速液噴流を噴射する環
状ノズルを設けている。

【００１０】更に本発明によれば、前記急拡大部の直径
は、絞り部の直径の２〜６倍であり、該急拡大部の長さ
が該拡大部の直径の０．５〜２．５倍であり、かつ、ノ
ズル出口端と被加工物との距離が、前記絞り部の直径の
５倍以上である。

【００１１】

【作用】上記のように構成されたキャビテーション・ジ
ェット・ノズルにおいては、高速液噴流の流れに誘起さ
れて外周部の液体の一部が急拡大部に逆流して流入し、
噴流との間に強い速度剪断層が生じる。この剪断層内に
微細な多数の渦が発生し、それらの渦の中心にキャビテ
ーション核が生成し、噴流と共に下流側へ流出して充分
に発達したキャビテーション噴流となり、被加工物の表
面でキャビテーションが崩壊する際に、強い衝撃圧を加
えて効果的な加工が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１３】図１において、全体を符号１で示すノズル
の本体２には、内孔３に連続して絞り部４が形成されて
いる。そして、絞り部４の下流側には、急拡大部５が形
成されている。

【００１４】その急拡大部５の直径Ｄは、絞り部４の直
径ｄの２〜６倍に形成され、長さＬは、その直径Ｄの
０．５〜２．５倍に形成されている。そして、急拡大部
５の出口端と被加工物Ｗの表面との距離Ｈは、直径ｄの
５倍以上に形成されている。

【００１５】次に作用について説明する。

【００１６】ノズル１から液Ｌ中に高速液噴流Ｊを噴射
すると、ノズル１の外部の液Ｌが噴流Ｊの流れに誘起さ
れ、液の一部が急拡大部５に逆流して循環流Ｓが発生
し、その循環流Ｓと噴流Ｊとの間に極めて複雑で顕著な
速度剪断層が生じる。そして、この剪断層内に、多数の
微細な渦が発生し、それらの渦の中心に非常に多くのキ
ャビテーション核が生成し、噴流Ｊと共に下流側に流出
して充分に発達したキャビテーション噴流ＣＪとなり、
被加工物Ｗでキャビテーションが崩壊される際に、強い
衝撃圧力が印加されて効果的な加工が行われる。

【００１７】図２には、本願ノズル１及び従来のテーパ
状の拡大ノズル１Ｅ（図９）の最大衝撃圧力Ｐｓｍａｘ
の実験結果値Ｐ１、Ｐ２が比較して示されている。ノズ
ル１の流路断面積を急拡大させることによって、極めて
簡単な構造で、急拡大部５内の循環流れを効果的に複雑
化することができ、キャビテーション核を増大させるこ
とができる。そのため、本発明によるノズルでは、拡大
部がテーパ状の従来ノズル１Ｅ（図９）と比較して、被
加工物表面における最大衝撃圧力Ｐｓｍａｘが図２に示
すように大きくなり、より効果的な加工効果を得ること
ができる。

【００１８】他方、急拡大部５には、最適な形状寸法が
存在する。すなわち、図３に示す実験結果のように、急
拡大部５の直径Ｄが絞り部の直径ｄの２〜６倍の場合、
図４に示すように長さＬが直径Ｄの０．５〜２．５倍の
ときに、被加工物Ｗの表面における衝撃圧力が大きい。

【００１９】また急拡大部５の出口端と被加工物Ｗの表
面との距離Ｈがあまり小さいと、Ｐｓｍａｘが低く、Ｗ
上の高圧部面積は狭い。また被加工物Ｗから剥離した固
形物などが、流れと共に急拡大部５に流入し、ノズル１
の本来の機能が阻害されるおそれがある。例えば、剥離
した固形物が噴流ＣＪと共に被加工物Ｗに再衝突して被
加工物Ｗを壊食したり、汚染したりする可能性がある。
したがって、特開平６−４７６６５号公報に示されるよ
うに、急拡大部５の出口端と被加工物Ｗの表面との距離
Ｈは、直径ｄの５倍以上にするのが好ましい。

【００２０】図５は本発明の別の実施例を示し、ノズル
１Ａの急拡大部５Ａの流路断面積を、下流方向に徐々に
減少するコーン状に形成し、他を図１と同様に構成した
例である。この実施例でも、同じ作用効果がある。

【００２１】図６は本発明の別の実施例を示し、ノズル
１Ｂの急拡大部５に気体を混入させる吸気孔６を設け、
他を図１と同様に構成した例である。

【００２２】一般に、キャビテーション核は、液体内に
適度に溶解している気体などによって生じる。したがっ
て、噴流Ｊや外周の液Ｌに必要程度の気体が溶解してい
ない場合には、適度な量の気体を供給してやるのが効果
的であることは、特開平６−４７６６７号公報に示され
ている。この実施例では、吸気孔６を設けることによ
り、噴流Ｊの吸引作用で動力なしで気体を供給すること
ができ、同時に、急拡大部５の乱れた循環流Ｓにより、
混入した気泡を効果的に微粒化し、キャビテーション核
の発生を促進することができる。

【００２３】図７は本発明の別の実施例を示し、気中に
高速液噴流Ｊを噴射するノズル１Ｃの急拡大部５の外周
部に、環状の低速液噴流Ｊ１を噴射するテーパ状の環状
ノズル７を設け、他を図１と同様に構成した例である。
他方、外部の液Ｌが汚濁しており、そのまま噴流Ｊを被
加工物Ｗに衝突させると、流れに誘起された汚濁物質も
衝突して加工面に好ましくない影響が生ずる。この実施
例では高速液噴流Ｊの回りを清浄な低速液噴流Ｊ２で環
状に覆うことにより汚濁物質の衝突を防止することがで
きる。

【００２４】また、この実施例は気中における被加工物
Ｗの加工又は洗浄に有効である。すなわち、外周部が気
相のためキャビテーションが生じない場合は、高速液噴
流Ｊの回りを低速液噴流Ｊ１で環状に覆うことにより、
両噴流Ｊ、Ｊ１の境界に速度剪断層を生じさせ、キャビ
テーションを効果的に発生させることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば以上の通りノズル１の流
路断面積を急拡大させることによって、極めて簡単な構
造で、急拡大部５内の循環流れを効果的に複雑化するこ
とができ、キャビテーション核を増大させることができ
る。そのため、本発明によるノズルでは、拡大部がテー
パ状の従来ノズル１Ｅ（図９）と比較して、被加工物表
面における最大衝撃圧力Ｐｓｍａｘが図２に示すように
大きくなり、より効果的な加工効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す側断面図。

【図２】最大衝撃圧力の実験結果を示す図。

【図３】最大衝撃圧力の実験結果を示す図。

【図４】最大衝撃圧力の実施例を示す図。

【図５】本発明の第２実施例を示す側断面図。

【図６】本発明の第３実施例を示す側断面図。

【図７】本発明の第４実施例を示す側断面図。

【図８】従来ノズルの一例を示す側断面図。

【図９】従来ノズルの他の例を示す側断面図。

【符号の説明】

ＣＪ・・・キャビテーション噴流Ｄ・・・急拡大部の直径ｄ・・・絞り部の直径Ｌ・・・急拡大部の長さＨ・・・急拡大部出口端と被加工物表面との距離Ｊ・・・高速液噴流Ｊ１・・・低速液噴流Ｌ・・・液Ｓ・・・循環流Ｓ１・・・誘起された流れＶ・・・渦Ｗ・・・被加工物１、１Ａ〜１Ｅ・・・キャビテーション・ジェット・ノ
ズル２・・・本体３・・・内孔４・・・絞り部５、５Ａ・・・急拡大部５Ｃ・・・テーパ状拡大部６・・・吸気孔７・・・環状ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧ポンプから供給する液体を、ノズル
から液中に噴射し、キャビテーションを伴う噴流として
被加工物に衝突させることにより、被加工物の表面を洗
浄又は加工するキャビテーション・ジェット・ノズルに
おいて、前記ノズルの開口部において、ノズル絞り部の
下流側に流路断面積の急拡大部を設け、該急拡大部の流
路断面積を下流方向に略一定もしくは徐々に減少したの
ち外部に開放していることを特徴とするキャビテーショ
ン・ジェット・ノズル。
【請求項２】前記急拡大部の直径は、絞り部の直径の
２〜６倍であり、該急拡大部の長さが前記急拡大部の直
径の０．５〜２．５倍であり、かつ、ノズル出口端と被
加工物表面との距離が、前記絞り部の直径の５倍以上で
あることを特徴とする請求項１記載のキャビテーション
・ジェット・ノズル。
【請求項３】前記急拡大部に、気体を混入させる吸気
孔を設けたことを特徴とする請求項１記載のキャビテー
ション・ジェット・ノズル。
【請求項４】前記ノズルの開口部の外周部に、環状の
低速液噴流を噴射する環状ノズルを設けたことを特徴と
する請求項１記載のキャビテーション・ジェット・ノズ
ル。
【請求項５】高圧ポンプから供給する液体を、ノズル
から気中に噴射し、キャビテーションを伴う噴流として
被加工物に衝突させることにより、被加工物の表面を洗
浄又は加工するキャビテーション・ジェット・ノズルに
おいて、前記ノズルの開口部において、ノズル絞り部の
下流側に流路断面積の急拡大部を設け、該急拡大部の流
路断面積を下流方向に略一定もしくは徐々に減少したの
ち外部に開放すると共に、前記ノズルの開口部の外周部
に、環状の低速液噴流を噴射する環状ノズルを設けたこ
とを特徴とするキャビテーション・ジェット・ノズル。
【請求項６】前記急拡大部の直径は、絞り部の直径の
２〜６倍であり、該急拡大部の長さが該拡大部の直径の
０．５〜２．５倍であり、かつ、ノズル出口端と被加工
物との距離が、前記絞り部の直径の５倍以上であること
を特徴とする請求項５記載のキャビテーション・ジェッ
ト・ノズル。