JPH05177546A - アブレイシブウオータージェットの研摩材送給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アブレイシブウオータージェットに用いる研摩
材の循環回収再使用を図ると共に、適正な設計通りのア
ブレイシブウオータージェットが行えるように循環経路
に於ける研摩材スラリーの濃度を最適濃度に設定する。 【構成】アブレイシブウオータージェットのミキシング
チャンバ４とノズル７に対設するキャッチャータンク８
との間に循環経路１２に形成し、その中に研摩材スラリ
ータンク１５' を設け、その全体重量をロードセル２０
で測定して制御装置２１に入力させると共に、研摩材ス
ラリー６' の体積を液面計１９により測定して制御装置
２１に入力させ、設定濃度になるように新しい研摩材を
ホッパー１７から供給し、ミキサー１８で分散混合し、
最適研摩材スラリーであるようにする。 【効果】循環して回収される研摩材スラリーが常に設定
通りの最適濃度にされることから、正確なアブレイシブ
ウオータージェットによる加工が行え、製品精度が向上
し、低コスト化を図り、公害問題にも充分対処すること
が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、金属製機械部品等に
対する超高圧力水をノズルより細径で噴出するジェット
により切断加工等を行う技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、著しく発達した近代社会は
科学技術に負うところが大であるが、就中機械技術によ
るところが大である。

【０００３】而して、各種の機械器具，装置プラント類
はそ機構構造が複雑になるにつれ、複数部品の組み合わ
せからなるものが多く、したがって、当然ことながら、
各部品の正確な構造は著しく重要になってきており、そ
のため、各部品や金型の切削，切断，穿設，剥離等の加
工は精密、且つ、著しく複雑になってきているものであ
る。

【０００４】そして、製品としての機械部品は勿論のこ
と、これらの成形加工や金型に用いる工作機械類もま
た、自から複雑、且つ、精細であることが求められてお
り、これらの金型，機械部品等の製作加工にはカッタ
ー，ドリル等による機械的な加工が旧くから用いられて
きたが、その機構粗さ等の点から一次加工，二次加工等
の複数段の加工工程が必要とされ、更には、研摩工程等
も必要で、工程数が多く、作業が複雑となり、コスト高
を招き、能率向上が妨げられる等の点から、近時アーク
等による溶断，レーザー等のビーム切断等の新しい技術
が開発されてきている。

【０００５】しかしながら、これらの技術もまた、母材
の材質変化や残留歪等が生ずる不具合があり、加えて、
著しく装置類が複雑で、大きな空間を要し、管理制御が
煩瑣であるという不都合さがあった。

【０００６】これに対し、超高圧力水を細径のノズルか
ら超高速で噴出させる、その運動エネルギーを利用する
所謂ウオータージェットによる加工技術が開発され、紙
や木材，合成樹脂材製のものは勿論のこと、金属製等の
ワークに対しても切断，切削，剥離等の加工が行える技
術が開発され、更に、種々の研究，改良が行われて当該
高圧力水にガーネットサンド等の微粉粒状の研摩材を混
入させて一体的に噴出させるアブレイシブウオータージ
ェットも開発され自動車産業等各種の機械製造産業にお
いて実稼働に供されるようになってきた。

【０００７】即ち、図３に示される様に、所定の高圧力
水の発生装置１からの高圧力水２はノズルヘッド３のミ
キシングチャンバ４に送給され、該ミキシングチャンバ
４に研摩材通路５から供給されるガーネットサンド等の
微粉粒状の研摩材６が負圧吸引等により混入されて均一
に分散，攪拌されてノズル７からキャッチャータンク８
に臨まされた所定のワーク９の加工部位１０に対しアブ
レイシブウオータージェット１１として噴出されて所定
の加工を行うようにされている。

【０００８】尚、キャッチャータンク８は超高速のアブ
レイシブウオータージェットの衝撃をスチールボール等
の衝撃吸収材で吸収し、研摩材６の沈澱を図るようにす
るものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
アブレイシブウオータージェットによるワーク９の加工
にあっては研摩材６の粒度分布がシビアに求められるこ
とから、資材的に著しく高価であり、したがって、ワン
パス式の使い捨てタイプでは製品コストにはねかえる不
利点があり、又、キャッチャータンク８において沈澱す
る研摩材６を廃棄することは公害問題や環境汚染の点か
ら防がねばならず、したがって、これに対処するに、キ
ャッチャータンク８で沈降する研摩材６を該キャッチャ
ータンク６とノズルヘッド３のミキシングチャンバ４に
接続する研摩材送給通路５へ循環経路を形成して回収し
再利用を図る研摩材送給方法が採用されるようになり、
例えば、図４に示す様に、キャッチャータンク８とミキ
シングチャンバ４との間にループ状の循環経路１２を形
成し、マグネット式スクリーン等の所定の分離装置１
３，選別装置１４，スラリータンク１５等を直列式に介
装され、ポンプ１６，１６' ，１６''により循環するよ
うにして回収再利用するようにしていた。

【００１０】ところで、アブレイシブウオータージェッ
トは確かに前述した如くその混入されているガーネット
サンド等の研摩材を介しての高エネルギー付与による加
工能力が大であり、しかも、設計に沿う精細な加工が行
われるメリットはあるものの、ミキシングチャンバ３か
らノズル７へ圧送される研摩材スラリーに於ける濃度は
施工中における研摩材のミクロ的な各粒子の損耗が生ず
ることから低下し、次第に加工精度が低下することが避
けられない。

【００１１】そこで、分離装置１３や回収装置１４によ
り循環する研摩材の粒度分布を再調整し、更に、減耗す
る量分についてはスラリータンク１５に対するホッパー
１７により補給するようにはしているものの、定性的に
は安定した循環供給がなされはするものの、計量的には
回収循環する研摩材スラリーの濃度が不安定であり、結
果的にノズル７から噴出する研摩材の粒度分布が変化し
てワーク９の切断加工の切断面等の粗さが設計通りに出
来なかったり、製品精度にバラツキが生ずる等の不具合
が生ずるマイナス点があった。

【００１２】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく研摩材循環回収再利用方式のアブレイシブウオー
タージェットにおける循環研摩材スラリーの濃度不安定
の問題点を解決すべき技術的課題とし、複雑な工程を採
らずに循環経路に於いて研摩材スラリーの濃度を正確に
測定し、安定した濃度での研摩材スラリーのノズルヘッ
ドへの循環を保証出来るようにして機械製造産業におけ
る加工技術利用分野に益する優れたアブレイシブウオー
タージェットの研摩材送給方法を提供せんとするもので
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、金属製機械部品の切
削，切断等の加工をアブレイシブウオータージェットに
よって行うに際し、所定の高圧力水発生装置からの高圧
力水をノズルヘッドのミキシングチャンバに供給し、ガ
ーネットサンド等の所定の粒度分布の研摩材を該ミキシ
ングチャンバに送給して混合，攪拌し、研摩材スラリー
を形成してノズルからキャッチャータンクに臨ませたワ
ークに対しジェットとして噴出させ、所定の加工を行
い、加工に供された研摩材スラリーはキャッチャータン
クに於いてその衝撃エネルギーを吸収され、研摩材は沈
澱し循環経路によりマグネット式スクリーン等の分離回
収装置により損耗された研摩材や他の混入されている塵
埃等を除去され、所定の粒度分布の研摩材のみが管理さ
れてスラリータンクに送給され、ミキサー等により均一
分散状態に攪拌され、而して、該スラリータンクの重量
がロードセル等により測定され、更に、液面計等により
スラリーの体積が測定され、所定の計測装置により濃度
が測定され、或いは、光透過度により測定され、損耗分
の不足分は補給ホッパーより新たな研摩材が補給されて
常に設定濃度に保たれてミキシングチャンバに循環供給
され再利用に供せられるようにした技術的手段を講じた
ものである。

【００１４】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図１，図２
に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００１５】尚、図３以下と同一態様部分は同一符号を
用いて説明するものとする。

【００１６】図示実施例は湿式のアブレイシブウオータ
ージェットによる微細部品のワークの切断を行う態様で
あって、研摩材が循環回収方式によって再利用送給され
るものであり、第１図に示す実施例に於いて、ノズルヘ
ッド３のミキシングチャンバ４には所定の高圧力水発生
装置１からの高圧力水２と循環再利用されるガーネット
サンド等の研摩材送給通路５が臨まされると共にノズル
７が在来態様同様にキャッチャータンク８に臨まされる
ワーク９の切断部分に指向されている。

【００１７】そして、該キャッチャータンク８から研摩
材送給通路５には循環経路１２が形成され、ポンプ１
６，１６…を有して研摩材スラリーに対するマグネット
式スクリーン等の分離回収装置１３，１４、スラリータ
ンク１５' が直列式に介装されており、該スラリータン
ク１５' には損耗する研摩材に対する新しい研摩材の供
給ホッパー１７が併設されている。

【００１８】又、該スラリータンク１５' には回収され
る研摩材を懸濁沈降を防止するためのミキサー１８が設
けられると共に周公知の適宜の液面計１９（該液面計１
９は接触式等の機械的なものである。）が設けられ、更
に、スラリータンク１５' はそのスラリー６' と共に全
重量を測定するロードセル２０が設けられ、これらのミ
キサー１８、液面計１９、ロードセル２０は所定の制御
装置２１に電気的に接続されている。

【００１９】蓋し、この出願の発明の時点では直接的に
研摩材スラリーの濃度を測定する装置は入手不可能であ
るからである。

【００２０】又、循環経路１２のスラリータンク１５'
の入口側と出口側には開閉バルブ２３，２３' が設けら
れて制御装置２１に電気的に接続され、又、２２は異常
濃度警告ランプであり、制御装置２１に同じく電気的に
接続されている。

【００２１】上述構成のアブレイシブウオータージェッ
トプラントにおいて、ワーク９に対するウオータージェ
ット切断を行うに際し、高圧力水発生装置１からの高圧
力水を供給する共に研摩材スラリータンク１５' からポ
ンプ１６を介し設定濃度にされた研摩材スラリー６' を
供給通路５をからノズルヘッド３のミキシングチャンバ
４に供給し均一分散状態に混合攪拌してノズル７からワ
ーク９に向けてアブレイシブウオータージェット１１を
噴出し所定の切断を行う。

【００２２】そして、切断に供されたアブレイシブウオ
ータージェット１１はキャッチャータンク８に於いてス
チールボール等によりそのジェットエネルギーを吸収さ
れ、研摩材分は沈降してポンプ１６により循環経路１２
において回収プロセスに移り、マグネットスクリーン等
の分離回収装置１３，１４により回収処理されると共
に、切断加工において損耗されたり、混入された異物等
を除去され、有効的に再利用に供される分のみ研摩材ス
ラリータンク１５' に送給される。

【００２３】そして、スラリータンク１５' に於ける研
摩材スラリーの全体重量、及び、タンク自身の重量も共
にロードセル２０で測定されてその検出信号は制御装置
２１に入力され、併せて、該スラリータンク１５' の研
摩材スラリー６' のレベルが液面計１９により測定され
て制御装置２１に入力される。

【００２４】そこで、該制御装置２１に於いては予めス
ラリータンク１５' の風袋が分っていることから、所定
の演算を行って研摩材スラリー６' の重量を測定するこ
とが出来る。

【００２５】又、該スラリータンク１５' の断面積も予
め分っていることから、液面計１９によるレベルにより
研摩材スラリー６' の体積も測定され、したがって、ミ
キサー１８により研摩材スラリー６' が均一分散されて
懸濁沈降されていない限りにおいて、その濃度が直ちに
測定され、該アブレイシブウオータージェットに於ける
設計濃度と比較演算される。

【００２６】而して、上述した如く、アブレイシブウオ
ータージェットに於いては、切断加工に供される研摩材
は現実には損耗する量があるため、分離回収装置１３，
１４において再使用に不適切な研摩材分を除去すること
から、ミキサー１８が分散攪拌している限りにおいては
濃度が減少することになる。

【００２７】したがって、設定濃度に対し、低下した濃
度の研摩材スラリーに対しては新しい研摩材がホッパー
１７よりそのダンパの制御装置２１からの制御信号によ
る開閉により新しい研摩材がスラリー濃度１５' に供給
され、ミキサー１８により分散混合されるために、自動
的に設定濃度になるように自動的に制御，管理すること
になりポンプ１６を介しノズルヘッド３のミキシングチ
ャンバ４へと循環的に供給されていく。

【００２８】尚、該アブレイシブウオータージェットに
於ける発停はタンクに対する研摩材スラリーのミキシン
グチャンバ４への供給の制御装置２１による開閉バルブ
２３に対する制御によって行われる。

【００２９】このようにして、ワーク９に対するアブレ
イシブウオータージェットによる切断は、常に同一濃度
の研摩材スラリーによる研摩材の循環的供給によって安
定して行われ、製品精度も設計通りに保証されることが
出来る。

【００３０】したがって、ノズルから噴出されるアブレ
イシブウオータージェット１１内に於ける研摩材は、常
に同一粒径分布のものが混在することになり、加工精度
は常に保証されることになる。

【００３１】次に、図２に示す実施例は、研摩材スラリ
ータンク１５' 内に設定数のバルクヘッド２４群を設け
て終段のスラリータンク本体部分に於けるスラリー濃度
がより安定するようにし、しかも、ミキサー１８により
設定濃度にされる研摩材スラリー６' の濃度測定を光透
過タイプの液面計１９' により行うようにした態様であ
り、その奏する作用効果は上述実施例と実質的には変り
はないものである。

【００３２】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、研摩
材スラリーの濃度測定については粒度分布測定装置や電
気抵抗測定装置による測定を用いる等種々の態様が採用
可能である。

【００３３】そして、同様例としては制御装置における
測定結果を自動記録して他の態様の参考にする等出来る
ことは勿論のことである。

【００３４】又、濃度オーバーの場合には適宜に水補給
を行うようにする等も採用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に金属製機械部品の成形加工等に用いられるアブレイシ
ブウオータージェットに用いられるガーネットサンド等
の研摩材の循環再利用方式において回収した研摩材を研
摩材スラリーの形にてノズルヘッドのミキシングチャン
バに循環送給するに際し、その循環経路にて研摩材スラ
リータンクに於いて該研摩材スラリーの濃度を測定し設
定濃度になるようにすることによりワークに対して噴出
されるアブレイシブウオータージェットの研摩材濃度が
一定にされ、したがって、ワークの加工精度が常に同一
に保持され、製品に対する信頼度も保持することが出来
るという優れた効果が奏される。

【００３６】又、研摩材スラリーの濃度が設定濃度に保
たれることにより、該アブレイシブウオータージェット
の発停が行われても立ち上がりに際し、目詰り等が生ぜ
ず、したがって、設計通りのアブレイシブウオータージ
ェットが行え得るという優れた効果が奏される。

【００３７】そして、使用した研摩材が循環的に回収さ
れて再使用に供されるために、コスト低減にもつなが
り、又、廃棄物処理をしなくて済むために公害問題や環
境問題にもつながらないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の全体概略模式図で
ある。

【図２】他の実施例の部分模式図である。

【図３】アブレイシブウオータージェット加工の模式部
分断面側面図である。

【図４】従来技術に基づくアブレイシブジェットの研摩
材循環回収システムの模式図である。

【符号の説明】

３ ノズルヘッド ４ ミキシングチャンバ ７ ノズル ８ キャッチャータンク ６ 研摩材 １２ 回収循環経路 ６' 研摩材スラリー １９，１９' 濃度測定装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルヘッドのミキシングチャンバへノズ
   ルを臨ませたキャッチャータンクから研摩材を回収循環
   して再使用するにしたアブレイシブウオータージェット
   の研摩材送給方法において、上記ミキシングチャンバへ
   の回収循環経路にて研摩材スラリーの濃度を測定して設
   定濃度に設定して該ミキシングチャンバに送給するよう
   にしたことを特徴とするアブレイシブウオータージェッ
   トの研摩材送給方法。
2. 【請求項２】上記濃度測定をスラリータンクの重量測定
   とスラリー体積測定を行うようにすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のアブレイシブウオータージ
   ェットの研摩材送給方法。
3. 【請求項３】上記濃度測定をスラリーに対する光透過度
   で行うようにすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のアブレイシブウオータージェットの研摩材送給
   方法。