JP2000000767A - 研磨材の供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォータジェット中に研磨材を混合させるア
ブレイシブウォータジェットで、容易に研磨材の回収に
よる再使用が容易なようにする。 【解決手段】 アブレイシブノズルヘッド２１に供給す
る研磨材は、研磨材タンク２０内で湿った状態で貯留さ
れる。開閉弁２０を開いてオリフィス２３から湿った研
磨材を滴下させ、コンプレッサ３６からのエアで研磨材
供給管２４を介してアブレイシブノズルヘッド２１に供
給すれば、湿った状態の研磨材でも容易に搬送すること
ができる。研磨材タンク２０内は、コンプレッサ３６に
よるエアの圧力で加圧すると、オリフィス２３から研磨
材を円滑に滴下させることができる。使用した研磨材
は、キャッチャ３５で捕集し、再利用する。消耗した研
磨材は、新研磨材タンク３２から補給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧ウォータジェ
ット中に研磨材を混入して切断性能を高めたアブレイシ
ブ形ウォータジェットを発生するノズルへの研磨材の供
給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図３に示すようなアブレイシ
ブノズルヘッド１を用いて、研磨材入りの高圧ウォータ
ジェットを発生し、各種対象物の加工に用いている。図
３に示すようなアブレイシブノズルヘッド１の構成や、
図４に示すようなアブレイシブウォータジェット用いる
加工システムの構成は、たとえば本件出願人である川崎
重工株式会社の明石技術研究所から１９９１年１月２０
日付で発行されている「川崎重工技報」の第１０８号第
５１頁〜第５８頁などに掲載されている。アブレイシブ
ノズルヘッド１は、高圧水供給管２の先端に取付けら
れ、硬質の材料で形成されるウォータノズル３を有す
る。ウォータノズル３には、０．１〜０．５ｍｍ程度の
ノズル孔が形成され、高圧の水がウォータジェット４と
して噴出される。水の圧力はたとえば４０００ｋｇｆ／
ｃｍ²程度にまで達し、ウォータジェット４の噴流の速
度は音速の約３倍にも達する。

【０００３】ウォータジェット４は、ウォータノズル３
に隣接して設けられる混合室５を通過する。混合室５に
は、研磨材供給口６が設けられ、ウォータジェット４の
周辺に発生する負圧によって、研磨材供給口６から粒状
の研磨材が自然吸引され、ウォータジェット４中に混合
される。研磨材が混合されるウォータジェット４は、ア
ブレイシブノズル７を通ってアブレイシブノズルヘッド
１の外部にアブレイシブウォータジェット８として噴出
する。研磨材には、たとえば平均粒径が０．１〜０．２
ｍｍの耐摩耗性の高い特殊硬質材料が用いられる。その
一例として、ガーネットや珪砂、鋳鉄グリットなどがあ
る。

【０００４】図４は、図３のアブレイシブノズルヘッド
１を用いて、切断や研削などの加工を行う場合の全体的
なシステム構成を示す。アブレイシブノズルヘッド１内
で図３に示すようなウォータジェット４を発生させるた
め、高圧水ユニット１０から超高圧の水が供給される。
水の供給は、ＯＮ／ＯＦＦ弁１１によって制御可能であ
る。ＯＮ／ＯＦＦ弁１１がＯＮになって開くと、高圧水
ユニット１０からアブレイシブノズルヘッド１に超高圧
の水が送り込まれ、ウォータノズル３からウォータジェ
ット４が発生し、研磨材を吸引してアブレイシブウォー
タジェット８が噴出する。アブレイシブウォータジェッ
ト８中に混合するための研磨材は、研磨材タンク１２か
ら供給する。研磨材タンク１２中には、乾いた状態の研
磨材が貯留され、アブレイシブノズルヘッド１内の混合
室５の負圧によって吸引される。アブレイシブウォータ
ジェット８は、加工対象物であるワーク１３の表面に照
射され、ワーク１３を支持するテーブル１４に関連して
設けられるキャッチャ１５に回収される。キャッチャ１
５に回収されるアブレイシブウォータジェット８は、水
と研磨材とを含むので、排水設備１６で水と研磨材とを
分離し、水については浄化して排水する。回収した研磨
材は、再使用のため乾燥させた後、再び研磨材タンク１
２に戻す。

【０００５】アブレイシブウォータジェット８によるワ
ーク１３の加工では、先にアブレイシブノズルヘッド１
内で発生する水のみのウォータジェット４がワーク１３
を加工する割合よりも、研磨材がワーク１３の表面に衝
突して加工を行う割合の方が圧倒的に多い。すなわち、
アブレイシブウォータジェット８では、研磨材の加速媒
体としてウォータジェット４を使用しているにすぎず、
ワーク１３の加工は主として高速で移動する研磨材粒子
と材料との衝突によって行われると考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】アブレイシブウォータ
ジェット８を用いるワーク１３の加工では、研磨材粒子
によって効率的な加工が行われる。研磨材粒子は、ウォ
ータジェット４として噴出する水とともに、キャッチャ
１５で回収され、排水設備１６で水と分離される。排水
設備１６で水と分離した状態での研磨材は、湿った状態
であり、そのまま研磨材タンク１２に戻すと、自然吸引
では円滑に混合室５まで送り込むことが困難になる。ま
たウォータジェット４に外部からの水が混入すると、エ
ネルギロスが多くなるので好ましくなく、回収した研磨
材は充分に乾燥させることが必要となる。したがって、
研磨材の再利用は困難であり、研磨材を回収する場合
は、図４の構成に乾燥機を付加する必要があるので、装
置の構成が複雑化してしまう。

【０００７】本発明の目的は、ウォータジェットに混合
させて使用した研磨材の再利用が容易な研磨材の供給方
法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧ウォータ
ジェットに混合する研磨材を、高圧ウォータジェットの
発生用のノズルに供給する方法であって、研磨材を湿っ
た状態でタンクに貯留しておき、タンクの底部に設ける
オリフィスから研磨材を予め定める範囲の少量ずつ滴下
させながら、研磨材をノズルに送り込み、高圧ウォータ
ジェットに混合させることを特徴とする研磨材の供給方
法である。

【０００９】本発明に従えば、タンクには湿った状態の
研磨材が貯留され、タンクの底部に設けるオリフィスか
ら予め定める範囲の少量ずつ研磨材を滴下させる。研磨
材は湿っていても、水分の含有量が比較的少なく、少量
ずつ滴下されるので、高圧ウォータジェットを発生する
ノズルに送り込まれて、高圧ウォータジェットに混合さ
れても、エネルギの損失を少なくして、加工性に富む研
磨材入のウォータジェットを発生させることができる。

【００１０】また本発明は、前記オリフィスから滴下す
る研磨材を、気流で前記ノズルに送り込むことを特徴と
する。

【００１１】本発明に従えば、タンクの底部のオリフィ
スから滴下する研磨材は、気流でノズルに送り込むの
で、研磨材が湿っていても確実にウォータジェット中に
混合させることができる。

【００１２】また本発明は、前記タンク内の研磨材を、
加圧して前記オリフィスから押出すことを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、タンク内の研磨材は加圧
してオリフィスから押出されるので、研磨材が湿ってい
ても確実にオリフィスから滴下させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ウォータジェット発生用のノズルに研磨材を供給するた
めのシステム構成を示す。研磨材タンク２０は、アブレ
イシブノズルヘッド２１に、ウォータジェットに混合し
てアブレイシブウォータジェットを発生させるための研
磨材を供給する。アブレイシブノズルヘッド２１の構成
は、図３と同等である。研磨材タンク２０の底部には開
閉弁２２が設けられる。また開閉弁２２の後にオリフィ
ス２３が設けられ、滴下する湿った研磨材の量を調整す
る。オリフィス２３から滴下する研磨材は、研磨材供給
管２４を介してアブレイシブノズルヘッドの混合室２５
に、研磨材供給口２６から送り込まれる。アブレイシブ
ノズルヘッド２１内で、ウォータジェットと混合された
研磨材は、アブレイシブノズル２７からアブレイシブウ
ォータジェット２８として噴出され、ワークなどに対す
る各種加工に使用される。

【００１５】研磨材タンク２０内で、オリフィス２３か
ら湿った状態の研磨材が円滑に滴下することができるよ
うに、研磨材タンク２０内は、コンプレッサ３６によっ
てエアの圧力で加圧される。アブレイシブノズルヘッド
２１から発生するアブレイシブウォータジェット２８
は、ＯＮ／ＯＦＦ弁３１の開閉制御によって噴出と噴出
停止の状態とが切換えられる。研磨材タンク２０から供
給される研磨材は、アブレイシブノズルヘッド２１でウ
ォータジェットが発生する際に、混合室２５内に送り込
まれて混合される。加工によって研磨材自身も消耗する
ので、新たな研磨材を供給するために、新研磨材タンク
３２も設けられる。新研磨材タンク３２の底部には開閉
弁３３が設けられ、乾燥した状態の研磨材を研磨材タン
ク２０内に供給する量を調整することができる。開閉弁
３３の制御は、研磨材タンク２０の底部に設けられる研
磨材レベル計３４の検出値に基づいて行われる。研磨材
レベル計３４は、水および研磨材を含む研磨材タンク２
０の重量を検出する。研磨材は水よりも比重が大きいの
で、湿った状態の研磨材の存在量を重量から判断するこ
とができる。

【００１６】アブレイシブノズルヘッド２１から噴射さ
れたアブレイシブウォータジェット２８は、ワークを加
工した後キャッチャ３５によって捕集されて研磨材が回
収されるとともに、水の浄化と排水とが行われる。ワー
クとの衝突によって研磨材自身も破壊されたり摩耗した
りして粒径が小さくなってゆき、再使用を行うことがで
きなくなるけれども、複数回は繰返して使用することに
よって、経済性と外部への排出量の削減とを図ることが
できる。

【００１７】オリフィス２３に滴下する湿った研磨材を
効率よくアブレイシブノズルヘッド２１に輸送するため
に、コンプレッサ３６によって発生するエアを用いるこ
とができる。エアの圧力は１０〜５ｋｇｆ／ｃｍ²程度
が適切であり、効率よく研磨材をアブレイシブノズルヘ
ッド２１に供給することができる。研磨材タンク２０内
の初期水位を適切に保つために、水レベル計３７が設け
られ、加圧ポンプ２９は、水レベル計３７の検出するレ
ベルに従って水タンク３０から研磨材タンク２０内に水
を送り込む。

【００１８】なお、キャッチャ３５で回収する研磨材を
再利用するためには、ポンプ３８によって回収された研
磨材を湿った状態のままふるい３９など介して研磨材タ
ンク２０内に戻すようにすればよい。ＯＮ／ＯＦＦ弁３
１の制御や開閉弁２２による研磨材の滴下の制御は、コ
ントローラ４０によって行われる。

【００１９】図２は、図１のコントローラ４０によって
行われる制御手順を示す。ステップａ１から手順を開始
し、ステップａ２では、研磨材レベル計３４によって、
研磨材が不足か否かを判断する。不足と判断されるとき
には、ステップａ３で開閉弁３３を開き、新研磨材タン
ク３２から乾燥した状態の研磨材を研磨材タンク２０内
に補給する。研磨材の不足でないときあるいは不足が解
消されると、ステップａ４では、水レベル計３７の出力
から、研磨材タンク２０内の水レベルが不足しているか
否かを判断する。不足と判断されるときにはステップａ
５でポンプ２９を駆動し、水タンク３０から水を研磨材
タンク２０内に補給する。ステップａ４で、水位不足で
ないと判断されるか、水補給して水位不足が解消される
と、ステップａ６でコンプレッサ３６を起動し、ステッ
プａ７でウォータジェットをＯＮにする指令を待つ。ウ
ォータジェットがＯＮになると、ステップａ８でＯＮ／
ＯＦＦ弁３１を開き、ステップａ９で開閉弁２２を開
く。これによってアブレイシブノズルヘッド２１からア
ブレイシブウォータジェットが噴出し、ワークの加工を
行うことができる。ステップａ１０では、ウォータジェ
ットをＯＦＦにする指令を待つ。ウォータジェットをＯ
ＦＦにする指令があれば、ステップａ１１で開閉弁２２
を閉じ、ステップａ１２でＯＮ／ＯＦＦ弁３１を閉じ、
ステップａ１３でコンプレッサ３６を停止し、ステップ
ａ１４で手順を終了する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、湿った状
態の研磨材を供給して研磨材が混合されたウォータジェ
ットを発生させることができるので、研磨材を再利用す
るときであっても、湿った状態のまま使用することがで
き、乾燥が不要となり、研磨材の再使用が容易となる。
また、研磨材の搬送に気体を用いるので、ウォータジェ
ットのエネルギロスを小さくすることができる。

【００２１】また本発明によれば、オリフィスから滴下
する湿った状態の研磨材を、確実にウォータジェット発
生用のノズルに送り込むことができる。

【００２２】また本発明によれば、タンク内を加圧して
研磨材をオリフィスから押出すので、研磨材のオリフィ
スからの滴下を促進して、湿った研磨材でも容易に滴下
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的なシステム構成
を示す簡略化した配管系統図である。

【図２】図１のコントローラ４０の制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【図３】研磨材が混合されるウォータジェットを発生す
るアブレイシブノズルヘッドの概略的な構造を示す断面
図である。

【図４】従来からの研磨材の供給方法を示す簡略化した
断面図である。

【符号の説明】

２０ 研磨材タンク ２１ アブレイシブノズルヘッド ２２，３３ 開閉弁 ２３ オリフィス ２５ 混合室 ２７ アブレイシブノズル ２８ アブレイシブウォータジェット ２９ ポンプ ３０ 水タンク ３１ ＯＮ／ＯＦＦ弁 ３２ 新研磨材タンク ３４ 研磨材レベル計 ３５ キャッチャ ３６ コンプレッサ ３７ 水レベル計 ４０ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 正道 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 木村 剛 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 3C060 CE20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧ウォータジェットに混合する研磨材
   を、高圧ウォータジェットの発生用のノズルに供給する
   方法であって、 研磨材を湿った状態でタンクに貯留しておき、 タンクの底部に設けるオリフィスから研磨材を予め定め
   る範囲の少量ずつ滴下させながら、 研磨材をノズルに送り込み、高圧ウォータジェットに混
   合させることを特徴とする研磨材の供給方法。
2. 【請求項２】 前記オリフィスから滴下する研磨材を、
   気流で前記ノズルに送り込むことを特徴とする請求項１
   記載の研磨材の供給方法。
3. 【請求項３】 前記タンク内の研磨材を、加圧して前記
   オリフィスから押出すことを特徴とする請求項１または
   ２記載の研磨材の供給方法。