JPH09168973A5 - - Google Patents

Description

【書類名】 明細書
【発明の名称】 研削流体噴射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削流体噴流装置であって、
研磨剤源に連結された研磨剤流入口と一定量の研磨剤及び高圧流体噴流が導入される混合室とを備えた切断ヘッド；
該切断ヘッドに位置づけられた取付組立体内に収容された高圧オリフィス；および
該混合室に連結された混合チューブ
を備え、
一定量の高圧流体が、高圧オリフィス中を押し進められて高圧流体噴流を形成し、
該研磨剤および高圧流体噴流が混合され、研削流体噴流として混合チューブから排出され、該混合チューブがその外面の選択された位置に基準部材を備え、
該切断ヘッドが、底面と、該底面から上方に延びるボアとを備え、
該混合チューブが、該切断ヘッドのボアに挿入され、
該基準部材が、底面に接触し、該混合チューブが更にボアに挿入しないようにし、これによって、該混合チューブを所望位置に配置する、
研削流体噴流装置。
【請求項２】 基準部材が、混合チューブの外面に連結されたリングである、請求項１に記載の研削流体噴流装置。
【請求項３】 研削流体噴流装置であって、
研磨剤源に連結された研磨剤流入口と一定量の研磨剤及び高圧流体噴流が導入される混合室とを備えた切断ヘッド；
該切断ヘッドに位置づけられた取付組立体内に収容された高圧オリフィス；および
該混合室に連結された混合チューブ
を備え、
一定量の高圧流体が、高圧オリフィス中を押し進められて高圧流体噴流を形成し、
し、
該取付組立体が、テーパし、該取付組立体の頂面のみが高圧流体をシールするように５５°〜８０°の夾角を有し、
該取付組立体は、切断ヘッドに入りこんで変形しない、
該研磨剤及び該高圧流体噴流が、混合され、研削流体噴流として混合チューフから排出される、
研削流体噴流装置。
【請求項４】
請求項３に記載の研削流体噴流装置であって、
前記混合チューブが、その外面の選択された位置に基準部材を備え、
前記切断ヘッドが、底面と、該底面から上方に延びるボアとを有し、
前記混合チューブが、該切断ヘッドのボアに挿入され、
該基準部材が、底面に接触し、混合チューブが更にボアに挿入しないようにし、
これによって、
該混合チューブを所望位置に配置される、
研削流体噴流装置。
【請求項５】 前記オリフィスが取付組立体の頂面より下で凹部に置かれている、請求項３に記載の研削流体噴流装置。
【請求項６】 高圧オリフィスを受入れ、切断ヘッドに位置づけられるようになったノズル取付体を有し、該ノズル取付体が、周方向にテーパした側面を有し、テーパの角度が５５°〜８０°の夾角を形成する、研削流体噴流装置用ノズル取付体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧流体噴流（ジェット）に関し、特に、高圧研削流体噴流を作りだすための改良型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々のタイプの材料、例えば、ガラス、金属又はセラミックの切断は、研削粒子、例えば、ガーネットと高圧流体噴流とを混合させることによって作りだされる高圧研削流体噴流の使用により行うことができる。別の流体を使用することもできるけれども、高圧流体噴流は、典型的には水であり、水を約１４０．６kg／cm〜５４８．２kg／cm（２，０００psi 〜７５，０００psi ）まで加圧することができる高圧容量（容積）形ポンプによって作りだされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
研削流体噴流を作りだすための現在入手可能な装置は、かろうじて必要条件は満たして入るものの、幾つかの欠点を有している。例えば、研磨剤は、バルクホッパーから、基部に取付けられた計数装置を有する二次ホッパーまで前記研削流体噴流を作りだすための装置に供給される。代表的には、二次ホッパーは、自己調節の仕方で供給チューブによって満たされ、研磨剤は二次ホッパーの或る高さまで増して止まる。二次ホッパーは、バルクホッパーよりも小さいけれども、代表的には、約１５cm〜２０cm（６インチ〜８インチ）の直径及び約３８cm〜５０cm（１５インチ〜２０インチ）の長さを有し、かかる二次ホッパーを運動機器(motionequipment)に取付けることが一般に望ましいと仮定すると、扱いにくいことがある。
【０００４】
更に、現在入手可能な装置は、必ずしも、制御されているかまたは一定である供給量の研磨剤を有しているわけではなく、このことは作業コストに著しく影響する。また、製造が幾分しにくい。従って、出願人は、研削流体噴流を作りだすための改良型装置が、製造及び性能の両見地から可能であり、望ましい、と信じている。従って、本発明の目的は、より効率的で、使用しやすい研削流体噴流装置を提供することにある。本発明の別の目的は、より簡単で、製造及び使用するのがコスト的に効果的である研削流体噴流装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれらの目的、及び、本願で明らかになるその他の目的は、改良型研削流体噴流装置を提供することによって達成される。好ましい実施形態では、研磨剤は、低速の圧縮空気によってバルクホッパーから空気アイソレータに供給され、空気アイソレータは、この中を流れる空気及び研磨剤を制限するバッフルを収容する。該バッフルには開口部が設けられ、この開口部を通って研磨剤が落ち、これによって、バッフルは、研磨剤から空気を通気させる（逃がす）のに役立つ。その結果、本装置を通る研磨剤の流量は、研磨剤を動かす空気圧に左右されず、これによって、流量を一定させ、本装置をより安定させる。空気アイソレータの頂部領域に設けられたバッフルと通気孔を使用するけれども、この空気アイソレータは、この空気アイソレータによって取って代わられる従来型の二次ホッパーと比べてその１／５〜１／１０の大きさである。
【０００６】
好ましい実施形態では、本装置用の「オンオフ」装置が空気アイソレータ内に配置され、オンオフ装置は、バッフルの開口部を貫通し、一端にストッパを備えたロッドを有する。このロッドは、エアシリンダによって選択的に垂直方向に昇降される。排出ポートが空気アイソレータの底面に設けられ、ロッドが上昇（持ち上げられた）位置にあるときには、研磨剤は排出ポートを介して空気アイソレータから流出することができる。しかしながら、ロッドが、本装置の操作者が使用中の工作機械を停止させることに対応する、下降位置（下げられた位置）にあるときは、ストッパは排出ポートを覆い、研磨剤が空気アイソレータから排出されるのが阻止される。排出オリフィスと整合された開口部を備えた計数ディスクが排出オリフィスに近接し、計数ディスクと空気アイソレータ底面との間の隙間は、好ましくは約０．１６cm（１／１６インチ）未満である。
【０００７】
計数ディスクを通過する研磨剤は、空気アイソレータに連結された通気孔付きアダプタを通過し、通気孔付きアダプタは、これを１／４回転させるだけで選択的に係合させ、係合を解くことができる係止機構を備える。好ましい実施形態では、通気孔付きアダプタは、或る角度で第２ポートと交わる第１ポートを備え、第２ポートは、下流での目詰まりが流体及び研磨剤を戻してしまうときに研磨剤及び流体を本装置から排出する通気孔を有する。第２通気孔をアダプタに設けて、該アダプタへの研磨剤の流量が重力によるようにし、研磨剤が、これに混合される高圧流体噴流によって計数ディスクに引っ張られないようにする。
好ましい実施形態では、高圧流体噴流は、一定量の高圧流体、一般的には、水をノズル本体及び高圧オリフィスの中を押し進めることによって作られる。オリフィスは、テーパ取付組立体にセットされて、これが切断ヘッドに設置される。高圧オリフィスは、その取付組立体の頂面の凹部内に置かれ、例えば、手に研磨剤を有する操作者が触れることによってオリフィスが損傷しないようにされる。取付組立体の側壁は緩やかにテーパし、その結果、取付組立体の頂面のみが高圧流体をシールし、取付組立体それ自体はその切断ヘッドに入りこんで変形しない。その結果、約３８６６kg／cm²（５５０００psi ）のような超高圧で連続運転した後でさえ、取付組立体は、切断ヘッドから簡単に外れ、外すのに、在来のテーパ取付装置では一般に必要とされた特別な工具を必要としない。
【０００８】
高圧オリフィスによって放出された高圧流体噴流は混合室に入り、ここで、切断ヘッドに設けられた研磨剤流入口を通る研磨剤を飛沫同伴する。研磨剤及び高圧流体噴流は、次いで、混合され、研削流体噴流として、切断ヘッドに設けられた混合チューブから排出される。好ましい実施形態では、切断ヘッドは簡単なボアを備え、この穴に混合チューブが挿入される。基準部材が混合チューブの外面の選択された位置に設けられ、基準部材は切断ヘッドの底面又は下面に合致し、これによって、混合チューブを所望位置に位置決めする。次いで、混合チューブは、ナットのような保持装置によって適所に保持される。この切断ヘッドは第２流入口を備え、供給ライン及び研磨剤供給装置が、好ましい作動条件に応じて、切断ヘッドの第１ポート又は第２ポートに連結される。次いで、第２の使用されていないポートは、塞がれるか、或いは、選択された装置、例えば、穴あけ取付具や、本装置の作動を監視するための装置に連結される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態に従って提供される改良型研削流体噴流装置１０が、図１に示されている。一定量の研磨粒子１８が、低速の圧縮空気によって研磨剤バルクホッパー１６から入口１４を介して空気アイソレータ１２に供給される。好ましい実施形態は１６メッシュ〜２２０メッシュの範囲のガーネット粒子を使用するけれども、別のタイプの研磨剤を使用することができる。研磨剤が通って落ちることができる穴２４を有するバッフル２２が、空気アイソレータ１２内に設けられている。好ましい実施形態では、図２に示すように、バッフル２２と、該バッフルの最下縁３０と交差する水平面２８との間で測定されたバッフルの角度αは２０°〜６０°であり、バッフルが４１°のときに好ましい効果が得られる。種々の容器形状に順応するためバッフルの角度を変えることができることが理解されよう。バッフル２２を有する空気アイソレータ１２を設けることによって、研磨剤がバッフルを通過するときに研磨剤から空気が抜かれる。空気抜きは、通気孔２０を空気アイソレータ１２の頂部領域３６に設けることによって更に効果が高められる。研磨剤からの空気抜きは、本装置を通る研磨剤の流量が、研磨剤をバルクホッパーから移動させる空気の圧力の影響を受けないようにする。この研磨剤供給量の改善されたコンシステンシー(consistency)は、これが作業コストを実質的に減じるという点で重要である。更に、この仕方で研磨剤から空気を抜くことによって、空気アイソレータ１２は、軽量であり、在来の対応品と比較して１／５〜１／１０の大きさであり、特に、空気アイソレータを本装置の作動中移動する機器に取付ける必要があるときには、本装置を使用するのことをより効率的且つ簡単にする。好ましい実施形態では、空気アイソレータは約６cm（２．３８インチ）の外径と、約５cm（２インチ）の内径と、約１５cm（約６インチ）の長さとを有する。
【００１０】
排出オリフィス又はポート３２が、空気アイソレータ１２の底面３４に設けられ、この排出オリフィスは、図２からわかるように、オン／オフ装置５８の作動を介して選択的に開閉される。好ましい実施形態では、オン／オフ装置５８はバッフル２２の穴２４を貫通するロッド５６を有し、このロッド５６は、流体圧シリンダ１９を介して、選択的に、第１位置６２まで持ち上げられ、第２位置６４まで降下される。ロッド５６は、該ロッドが降下位置６４にあるときに排出オリフィス３２を覆うストッパ６０に連結され、これにより、空気アイソレータ１２から研磨剤が排出されるのを防止する。ロッド及びストッパは、耐水材料で作られ、短距離移動することしか要求されず、これにより、確かな性能と寿命を確保する。好ましい実施形態では、オン／オフ装置５８は、在来の手段、例えば、ソレノイドスイッチを介して操作者によって制御される。オン／オフ装置５８を空気アイソレータ１２内に設けることによって、本装置は、オン／オフ装置が典型的にはホッパー供給装置の外にある在来の装置と比較して、簡素化され、より小型化される。
【００１１】
図２で最も良くわかるように、オリフィス４２を有する計数ディスク４０が、空気アイソレータ１２の底面３４に隣接して設けられ、計数ディスクのオリフィス４２は、排出オリフィス３２と整合されている。計数ディスクのオリフィスの寸法により本装置を通る研磨剤の流量を制御し、従って、所望の流量に応じてかかる寸法を選択し、変更することができる。好ましい実施形態では、計数ディスク４０と、空気アイソレータ１２の底部との間の隙間３８は、研磨剤が空気アイソレータの底部で後退するようにするため、約０．１６cm（１／１６インチ）未満である。隙間３８が余りに大きいと、研磨剤の流れは、細くなり、これにより、計数ディスクのオリフィスから該オリフィスよりも小さい流れで流れ、計数ディスクはその所望の機能を損なってしまう。また、本発明の好ましい実施形態による装置を提供することによって、研磨剤の流れを迅速且つ効率的に停止し、開始することができる。
【００１２】
更に、図１及び図２に示すように、計数ディスク４０を通過した研磨剤は、アダプタ６６の第１ポート６８に入るが、このアダプタ６６は更に第２ポート７０を備えている。好ましい実施形態では、第１ポート６８及び第２ポート７０は、たがいに対して３０°〜６０°の角度γに設けられ、γが４５°のときに好ましい効果が得られる。第２ポート７０は通気孔７２を備え、例えば、アダプタ６６の詰まった下流の流れ７８により流体及び研磨剤が上流の方向７４に流れたときに、流体及び研磨剤は上記通気孔７２を介して本装置から排出される。この結果、水は、研磨剤が、凝集せず、自由に流れ続けるように、空気アイソレータに戻り上がらないようにされる。アダプタ６６は、更に、１つ、又は、２つ以上の二次通気孔７６を有し、この通気孔７６により、空気は第１ポート６８に入ることができ、これにより、計数ディスク及び第１ポート６８を通る研磨剤の流量が、重力によるものであること、及び、供給ライン４４の吸引の影響を実質的に受けないことを保障する。（研磨剤の流量は、一般にポンド／分で測定されることが理解されよう。）更に、本装置を水噴霧（スプレー）から保護するため、保護シールド２７がアダプタ６６のまわりに設けられる。
【００１３】
図２に示すように、空気アイソレータ１２の底部領域１１４及びアダプタ６６の頂部領域１１６は、清掃を容易にするため、選択的に、且つ、たやすく、互いに係合し、係合が解かれる。在来のいかなる係止機構をも使用することができるけれども、好ましい実施形態では、３つのピン２１が、凹部２３に係合され、空気アイソレータ及びアダプタを互いに対して１／４回転廻したときに、凹部２３に係止される。本装置を清掃するときには、空気アイソレータ１２が小さいので、在来の装置における約２．２５０kg〜１３５kg（５〜３００ポンド）と比較して、約４５０g〜９００g （１〜２ポンド）の研磨剤を落とすだけで良い。研磨剤１８は、アダプタ６６を通過した後、切断ヘッド４６に連結された供給ライン４４を通る。特に図３で最も良くわかるように、研磨剤は、上述した第１ポート６８を通じて重力による供給がなされ、次いで、高圧流体噴流５０によって引き起こされる真空によって、第２ポート７０、供給ライン４４及び第１入口２６を通じて混合室４８に引っ張られる。これにより、高圧流体噴流５０は研磨剤を飛沫同伴し、流体噴流及び研磨剤は、混合され、研削流体噴流として混合チューブ５４から排出される。
【００１４】
高圧流体噴流５０は、一定量の高圧流体９６、例えば、水を高圧流体源１１からノズル本体１７及び高圧オリフィス９４の中を押し進めることによって引き起こされる。高圧オリフィス９４は、テーパ取付体９８にセットされ、例えば操作者の手がオリフィスに触れ、手に研磨剤がついてしまう危険を減じるため、テーパ取付体の頂面１００の凹所に置かれる。従って、オリフィスは損傷しにくい。図４で最も良くわかるように、取付体の周方向テーパした側面１０２の角度βは５５°〜８０°が好ましく、好ましい結果は、夾角が６０°のときに得られる。浅いテーパ形状を提供することによって、取付体９８は切断ヘッド内に入りこんで変形しない。従って、非常に高圧で連続運転した後でさえ、在来の装置では一般に要求される工具の使用なしに取付体を簡単に取り外すことができる。また、頂面１００は、高圧流体が頂面１００のみによって、すなわち、側面１０２によってではなくシールされるように僅かにテーパされている。
【００１５】
混合チューブ５４は、その外面１０８に基準部材１０６を備える。好ましい実施形態では、金属リングが混合チューブの外面に接着される。切断ヘッド４６は、底面１１０と、該底面から上方に延びるボアとを有し、このボアに混合チューブが挿入される。混合チューブの外面の所望の位置に基準部材１０６を設けることによって、基準部材は切断ヘッドの底面１１０に合致し、これによって、混合チューブがボア１１２内に更に挿入しないようにし、これによって混合チューブを所望の位置に位置決めする。混合チューブ５４は更に保持ナット１５を介して適所に保持される。本発明の好ましい実施形態により混合チューブ５４を位置決めすることによって、製造が、混合チューブを位置合わせするための手段を切断ヘッド内方に配置する在来の装置と比較して、簡略化される。
【００１６】
混合室４８の長さ９２は、最小にされ、最適化され、これによって、混合室４８の磨耗を減じ、一般に高価な保護カーバイドシールドの必要性をなくす。混合室の長さを最小にすることによって、高圧流体噴流５０が混合室から混合チューブ５４に流れるときに、高圧流体噴流５０はより凝集したままであり、この乱流の減少により混合室の磨耗は少なくなると思われる。混合室の長さは、種々の要素、例えば、オリフィスの寸法や、入口２６、８０が切断ヘッド４６に設けられる角度に左右されることになるけれども、取付体が約０．０７６mm〜０．５mm（０．００３インチ〜０．０２インチ）の寸法の範囲のオリフィスを収容する好ましい実施形態では、混合室の長さは約１cm〜１．９cm（０．４インチ〜０．７５インチ）である。
【００１７】
好ましい実施形態では、切断ヘッド４６は第２入口８０を有し、供給ラインは、望ましい一定の作動条件である、第１入口２６又は第２入口８０のいずれかに連結される。説明の目的で、供給ラインを第１入口２６に連結したときには、第２入口８０を簡単に閉じることができ、また、選択した任意の取付具、例えば、本装置の動作を監視するための組立体、穴あけ取付具、又は、別の研磨剤流路に連結することできる。例えば図５に示すように、空気エジェクタ８８と、ピンチバルブ９０とを有する穴あけ取付具が、第２入口８０に連結される。切断ヘッドが材料の縁にない場合に材料の切断を開始するときには、始めに、材料に穴をあけて材料が損傷しないようにするのが望ましい。（脆性材料、例えば、陶器や石は、高圧流体流が材料に最初に接したときに研磨剤が高圧流体流にない在来の始動技術によっては損傷してしまうかもしれない。同様に、かかる始動技術は、複合材料のような幾つかの材料を離層させるかもしれない。）この望ましい結果を達成するためには、流体噴流が材料に最初に接したときに、流体噴流に研磨剤が存在するようにすることが必要である。このことは、本発明の好ましい実施形態では、バルブ９０を開き、空気エジェクタ８８を作動させ、研磨剤を混合室に引っ張り込んでから、高圧流体噴流５０を生じさせることによって達成される。供給ライン４４の長さを３０．４８cm（１２インチ）未満に保持し、計数ディスク４０を混合室４８よりも上にするようにすることによって、研磨剤を混合室に引っ張り込むのに必要とされる真空を最小にし、これによって、本装置を簡略化する。
【００１８】
図６に図示する変形実施形態では、本装置の動作を監視するための真空ゲージ８４が、切断ヘッド４６の第２入口８０に連結されている。改良型研削流体噴流装置を最も良く図示し、説明した。以上のことからは、本発明の実施形態を例示の目的で説明したけれども、本発明の精神を逸脱することなしに種々の変更を行うことができることが理解されよう。かくして、本発明は、ここで説明した実施形態には限定されず、特許請求の範囲によって構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の部分断面立面図である。
【図２】図１に示した好ましい実施形態の幾つかの要素の拡大断面立面図である。
【図３】図１に示した好ましい実施形態の一部の断面立面図である。
【図４】図１に示した好ましい実施形態の一部の断面立面図である。
【図５】本発明の変形実施形態の部分断面立面図である。
【図６】本発明の変形実施形態の部分断面立面図である。