超音速エアジェットによる加工に関する研究

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ウォータージェット技術は、高速でビーム状の水噴流によって金属材料ないし非金属材料の特殊加工や高圧洗浄を行い、建築物の切断・解体、さらには医療技術など多くの分野に応用する技術である。しかしそれには超高圧水を必要とするので、給水源が近くにあること、増圧機が大寸法、大重量であるため移動が容易でないこと、安全性に特に注意を要することなど、一般に広く使用するには解決しなければならない問題点を含んでいる。本研究は、ウォータージェット技術についてこれまで積み上げてきた実績に基づき、発想を転換して、空気の超音速噴流を軟質材料の加工に適用することの基礎的検討を行うことを目的としている。得られた成果は次のとおりである。(1)超音速エアージェットを得るため、入口直径10mm、スロート部内径1.0mm、出口直径4.0mmのラバルノズル部と、ポリマ水溶液混入用延長ノズル部からなる超音速ノズルを設計製作し、ノズル入口圧力が4MPaから8MPaの範囲で実験を行った。(2)最初に空気のみによる超音速エアージェットについて、ダイヤモンド状の噴流構造をシュリーレン法によって詳細に観測した。次に加工能力試験を行い、発泡ポリスチレン樹脂程度の軟質材料の穿孔が可能であることを見出した。超音速エアージェットの加工能力を一層高める目的で、延長ノズル部の側壁から水を吸入することにより、水滴を超音速エアージェットにより加速する実験を行ったが、エアージェット内の水は霧状の水滴になることが判明し、予期した加工能力の向上は得られなかった。(4)水滴の霧化を抑制するため、水の代わりにポリマ水溶液を吸入し、噴流の構造をバックライトによる影写真法によって観測した結果、水滴の霧化は著しく抑制されていることを確認した。また、加工能力は、アルミニウム試験に対し短時間で損傷を与えるほどに著しく向上することを見出した。