JP2002224961A

JP2002224961A - アブレシブジェットの形成方法及びアブレシブジェット形成装置

Info

Publication number: JP2002224961A
Application number: JP2001018875A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Hirao; 政利平尾; Akira Makino; 亮牧野; Mitsuo Niwada; 三男庭田
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ウォータジェットに対するアブレシブの供給
量をコントールし、アブレシブの濃度が一定なアブレシ
ブジェットを形成する。【解決手段】ウォータジェットをノズル２に導いて噴
出するウォータジェット供給管３と、液とアブレシブと
を混合したスラリーを貯留する貯留タンク５とを通路
(アブレシブ供給管６)を介して連通し、該通路に作用す
るウォータジェット供給管３の負圧力によって、前記ウ
ォータジェットに前記スラリーを吸入させてウォータジ
ェットにアブレシブを混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属材料などの切
断、研削に用いられるアブレシブジェットの形成方法及
びアブレシブジェットを形成するアブレシブジェット形
成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種、アブレシブジェットはウォータ
ジェットにアブレシブ(研磨材)を混入して形成されるも
のであり、被加工材の切断や、被加工面に付着している
皮膜又は塗膜の剥離、又は、はつり加工等に広く用いら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
は、研削、研磨、切断するために、ウォータジェットを
供給するためのウォータジェット供給管の管内圧力と大
気圧との差圧を利用してウォータジェットに直接、アブ
レシブを混入(乾式供給)し、アブレシブジェットとする
方法を案出し、その評価を行った。

【０００４】アブレシブジェット形成装置は、ウォータ
ジェットをノズルに導いて噴出するためのウォータジェ
ット供給管と、乾燥したアブレシブを供給するための貯
留タンクと、この貯留タンクと前記ウォータジェット供
給管とを連通する通路とから構成し、通路に作用するウ
ォータジェットの負圧力によって、前記ウォータジェッ
トにアブレシブを混入させる構成となる。

【０００５】このアブレシブジェット形成装置を使用す
ると、アブレシブの粒度が大きいときは、噴口から噴出
されるアブレシブジェットの噴流は安定し、研磨、研削
など、被加工材に対して種々の加工を行うことができ
る。しかし、細粒をアブレシブとするときは、アブレシ
ブ供給管に対する細粒の供給量のコントロールは難し
く、アブレシブが均等に拡散されたアブレシブジェット
を連続的に形成することはできないといった不具合があ
る。

【０００６】そこで、ウォータジェットに対するアブレ
シブ供給量をコントールするために解決すべき技術的課
題が生じるのであり、本発明はこの課題を解決すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ウォータジェットをノズル
に導いて噴出するウォータジェット供給管と、液とアブ
レシブとを混合したスラリーを貯留する貯留タンクとを
通路を介して連通し、該通路に作用するウォータジェッ
ト供給管の負圧力によって、前記ウォータジェットに前
記スラリーを混合するアブレシブジェットの形成方法を
提供するものである。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記アブレシブの粒度と前記ウォー
タジェット供給管内の圧力とに基づいて前記通路の内径
及び長さを決定するようにしたアブレシブジェットの形
成方法を提供するものである。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明は、請求項1
又は２記載の発明において、前記アブレシブの粒度を粗
粒から細粒に段階的に変化させて被加工材の表面あらさ
に対応したアブレシブジェットを形成するようにしたア
ブレシブジェットの形成方法を提供するものである。

【００１０】そして、請求項４記載の発明は、ウォータ
ジェットをノズルに導いて噴出するためのウォータジェ
ット供給管と、液とアブレシブとを混合したスラリーを
貯留する貯留タンクと、前記ウォータジェット供給管と
前記貯留タンクとを連通し、前記ウォータジェット供給
管の負圧力によって前記ウォータジェットに前記スラリ
ーを混合する通路とを備えたアブレシブジェット形成装
置を提供するものである。

【００１１】さらに、請求項５記載の発明は、請求項４
記載の発明において、前記通路の内径及び長さを、前記
アブレシブの粒度と前記ウォータジェット供給管内の圧
力とに基づいて決定したアブレシブジェット形成装置を
提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１乃至図６を参照して説明する。図１は本発明に係るア
ブレシブジェット形成装置を示し、符号１はアブレシブ
ジェット形成装置を示す。該アブレシブジェット形成装
置１は、ノズル２の噴口２ａから研削、又は研磨のため
のアブレシブジェットを噴出する。前記ノズル２にはこ
れにウォータジェットを供給するためのウォータジェッ
ト供給管３が接続される。ウォータジェット供給管３の
上流端には加圧水を供給するための加圧ポンプとして、
例えば、プランジャポンプ４が取り付けられる。

【００１３】アブレシブを供給するための貯留タンク５
には、水とアブレシブとが混合したスラリーが貯留され
ていて、貯留タンク５と前記ノズル２にウォータジェッ
トを供給するためのウォータジェット供給管３とが、ア
ブレシブ供給管６により連通される。

【００１４】前記プランジャポンプ４を作動して前記ウ
ォータジェット供給管３に高圧のウォータジェットを供
給し、前記ノズル２の噴口２ａから噴出させると、ウォ
ータジェット供給管３とアブレシブ供給管６との接続部
に発生する負圧力によって、貯留タンク５からアブレシ
ブ供給管６へ、そして、アブレシブ供給管６からウォー
タジェット供給管３に順次、吸入されるスラリーと、ア
ブレシブ供給管6の管内面との間に、管内を流れる際の
流体摩擦による摩擦損失が発生し、この摩擦損失(圧力
損失)によってスラリーの供給量、すなわち、吸入量が
コントロールされる。

【００１５】ダルシー・ワイバッハによって確認されて
いる式(１)によれば、アブレシブ供給管６の損失ヘッド
Δｈ[ｍ]は、アブレシブ供給管6の長さＬ[ｍ]と速度ヘ
ッドｖ²／２ｇ[ｍ]に比例し、内径ｄ[ｍ]に反比例す
る。 Δｈ＝λ×(Ｌ／ｄ)×(ｖ²／２ｇ)…(式１) 但し、λは管摩擦係数、ｖは速度[ｍ／ｓ]、ｇは重力加
速度である。式(１)の流量をＱ(ｍ³／ｓ)とするとＱ＝[(π／４)²×(２ｇｄ⁵Δｈ／λＬ)]^1/2…(式２) が得られる。損失ヘッドΔｈは、アブレシブ供給側(大
気圧側)と、ウォータジェット側との差によって決ま
り、一定値となる。従って、直管、すなわち、アブレシ
ブ供給管６の直径及び長さを変化させることにより、ウ
ォータジェットへのアブレシブの供給量のコントロール
が可能となる。

【００１６】しかし、アブレシブ供給管６内で負圧力の
影響によりスラリー中の空気の溶解度が低下し、アブレ
シブ供給管６内でスラリーに溶解しきれなくなった空気
が発生すると、アブレシブジェットの噴流は不安定とな
る。このため、アブレシブをスラリーとして供給する場
合でも、アブレシブとして細粒乃至は極細粒を用いると
きは、連続供給が困難となる。そこで、アブレシブ供給
管６の内径を、極力、細くし所定量のスラリーを連続的
に供給する必要がある。種々の予備試験の繰り返しによ
って、アブレシブとして細粒を有するスラリーを搬出し
得る最適なアブレシブ供給管６は、ｄ＝２．５(ｍｍ)、
Ｌ＝１．７(ｍ)の管、特に、ビニール管であった。ビニ
ール管を用いると、内部の状態の観察、及び、摩耗に対
する交換が容易となり、コストが安くなる利点もある。
また、管路抵抗を変化させる手段としてビニール管の管
径を外側から変更するピンチ弁を設けることも可能とな
る。また、管路抵抗を変更する別の方法としては、ビニ
ール管の両端部を固定した状態でビニール管を引っ張り
力により伸ばし、管長と管の内径とを変更してもよい。
もちろん、ビニール管を捩じるとともに引っ張って管長
さと、管の内径とを変化させてもよい。ビニール管を引
っ張る手段としては、ビニール管の両端部に、プラグを
取り付け、前記貯留タンク５、ウォータジェット供給管
３に対するプラグの螺入度を調節するのが簡便である
が、大きく伸ばすことによって管長さと管の内径とを変
化させるときは、一対のフレームに多数のローラを円周
上に配置した加圧ローラでビニール管全体を伸ばすよう
にしてもよい。このようにすれば、一種のビニール管を
前記アブレシブ供給管６として、粗粒から微細粒を含む
スラリーの供給量のコントロールが可能となる。

【００１７】なお、アブレシブの粒度が、＃６０、＃１
００、＃２２０、＃３２０(ＪＩＳ規格)のガーネット
と、＃４００、＃８００、＃１５００、＃３０００(Ｊ
ＩＳ規格)のＧＣ砥粒とをスラリーとして安定供給でき
ることを確認しているが、アブレシブ供給管６の内径
ｄ、アブレシブ供給管６の長さＬの設定によって、＃３
６〜＃３０００の粒径、及び比重の異なるアブレシブを
安定的に供給することができる。

【００１８】次に、前記アブレシブジェット形成装置１
により被加工材を加工した際のアブレシブの粒度と硬度
が被加工面に如何なる影響を及ぼすかの試験をした。

【００１９】図２は被加工材７の形状とノズル２の加工
位置及び加工方向を示す。被加工材７は、フライス加工
により直方体状に整形されたＳＫＤ１１に焼入れを施し
て硬さをＨＲｃ５８としたものを用いた。これは金型と
ほぼ同じである。前記貯留タンク５には、アブレシブと
して粗粒、又は細粒を貯留し、これに水を供給しながら
攪拌してスラリーとした。また、前記アブレシブ供給管
６としては、ｄ＝２．５(ｍｍ)、Ｌ＝１．７(ｍ)のビニ
ール管を用いた。前記プランジャポンプ４の供給圧力は
３５０ＭＰａ又は１５０ＭＰａとし、アブレシブ供給管
６に作用する負圧を−０．０５ＭＰａ(−０．５ｋｇｆ
／ｃｍ²)、又は、−０．０３ＭＰａ(−０．３ｋｇｆ／
ｃｍ²)とした。ノズル２の移動速度は１０ｍｍ／sとし
た。アブレシブ供給管６の内径ｄが大きすぎると、負圧
力の影響によって、アブレシブ供給管６内で空気の溶解
度が低下し、スラリーに溶解しきれなくなった空気が発
生するが、前記したｄ＝２．５(ｍｍ)、Ｌ＝１．７ｍの
ビニール管をアブレシブ供給管６としているので、この
ような問題は発生せず、安定した噴流が得られた。

【００２０】図３はノズル２が被加工材７の被加工面の
一端より他端に至ったときの一工程を一回とし、アブレ
シブジェットによる各粒度における加工回数と表面あら
さ(Ｒａ)の関係を示すものである。なお、加工には１０
個の被加工材７を用い、その平均値から表面あらさ(Ｒ
ａ)を算出した。使用された砥粒はすべてガーネットで
ある。試験では、まず、砥粒＃６０により、２０回加工
を行い、さらに、その加工面に砥粒＃１００で２０回加
工を行うという操作を、砥粒＃６０〜＃３２０まで繰り
返した。これにより、(１)加工面は＃６０を除く各粒度
において加工前より良好となり、その表面あらさは加工
回数の増加とともにある一定値に収束する、(２)又、収
束する前の加工回数は粒度(平均粒子径が小さくなる)が
高くなるに連れて増加する、(３)アブレシブジェット加
工により段階的に混入するアブレシブを細粒にしていく
と良好な加工面が得られる、(４)粗粒から、従来、供給
量の制御が困難であった極細粒のアブレシブの供給量が
安定してコントロールされ、梨地から鏡面までの広い範
囲で被加工面を加工することができる、ことが観察され
た。

【００２１】次に、図３において、各粒度において表面
あらさ(Ｒａ)がある一定値に収束する加工回数を用い、
＃６０、♯１００、♯２２０のガーネット砥粒を前記ウ
ォータジェットに混合したアブレシブジェット(乾式供
給)で被加工材７の被加工面を順次、加工し、次に、♯
４００、♯８００、♯１５００、♯３０００のＧＣ砥粒
と水より成るスラリーを混合したアブレシブジェットに
よって被加工材7の被加工面を順次、加工した。結果を
図４及び図５に示す。加工には、５個の被加工材７を用
い、その平均値から表面あらさ(Ｒａ，Ｒｙ)を算出し
た。

【００２２】図４及び図５に示すように、アブレシブと
してガーネット砥粒＃６０、♯１００による加工では被
加工面は加工前と比較して表面あらさ(Ｒａ，Ｒｙ)は悪
化したが、加工前に見られたフライス加工の加工跡は無
く、被加工面は梨地となった。

【００２３】図６(ａ)は加工前、図６(ｂ)は加工後のプ
ロファイルのチャンピオンデータである。表面あらさ
(Ｒａ，Ｒｙ)は、加工前のＲａ＝０．１μｍ，Ｒｙ＝
０．５μｍを下回る結果となった。なお、ＧＣ砥粒にお
いては鏡面となった。

【００２４】従って、アブレシブジェット加工により段
階的に混入する砥粒を細粒にしていくと、フライス加工
の加工跡は消滅し、アブレシブジェット加工において、
アブレシブを粗粒から順次、細粒に替えていくと、梨地
から鏡面までの良好な加工面が得られることが確認され
た。なお、♯６０、♯１００、♯２２０のガーネット砥
粒を乾式で前記ウォータジェットに供給するのは、アブ
レシブ供給管６の数次の付け替え数を削減するためであ
り、スラリー状で供給することを妨げるという趣旨では
ない。この結果、金型の表面仕上げであっても、熟練を
要することなく仕上げを行うことが可能となり、仕上げ
に要するコストダウンを達成することができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、前記一実施の形態に詳述し
たことから明らかなように、ウォータジェットをノズル
に導いて噴出するウォータジェット供給管と、液とアブ
レシブとを混合したスラリーを貯留する貯留タンクとを
通路を介して連通し、該通路に作用するウォータジェッ
ト供給管の負圧力によって、前記ウォータジェットにス
ラリーのアブレシブが希釈されて混合されるようにした
ので、濃度一定のアブレシブジェットが連続的に形成さ
れる(請求項１及び請求項４)。

【００２６】また、アブレシブの粒度と前記ウォータジ
ェット供給管内の圧力とに基づいて前記通路の内径及び
長さを決定するようにしたので、粗粒から極細粒のアブ
レシブを前記ウォータジェットに混合することができる
(請求項２及び請求項５)。

【００２７】さらに、前記アブレシブの粒度を粗粒から
細粒に段階的に変化させて被加工材の表面あらさに対応
したアブレシブジェットを形成するので、梨地から鏡面
までの範囲で仕上げることができ、その表面あらさを一
定とすることができる(請求項３)。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係り、アブレシブジェ
ット形成装置を示す。

【図２】本発明の一実施の形態に係り、被加工材の形状
とノズルの加工位置及び加工方向を示す要部詳細図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態に係り、アブレシブジェ
ットによる各粒度における加工回数と表面あらさ(Ｒａ)
の関係を示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態に係り、アブレシブの粒
度と表面あらさ(Ｒａ)の変化を示す図である。

【図５】本発明の一実施の形態に係り、アブレシブの粒
度と表面あらさ(Ｒｙ)の変化を示す図である。

【図６】図６(ａ)は加工前、図６(ｂ)は加工後の表面あ
らさのプロファイルのチャンピオンデータを示す図であ
る。

【符号の説明】

２ノズル３ウォータジェット供給管５貯留タンク６アブレシブ供給管(通路)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウォータジェットをノズルに導いて噴出
するウォータジェット供給管と、液とアブレシブとを混
合したスラリーを貯留する貯留タンクとを通路を介して
連通し、該通路に作用するウォータジェット供給管の負
圧力によって、前記ウォータジェットに前記スラリーを
混合することを特徴とするアブレシブジェットの形成方
法。
【請求項２】前記アブレシブの粒度と前記ウォータジ
ェット供給管内の圧力とに基づいて前記通路の内径及び
長さを決定するようにした請求項１記載のアブレシブジ
ェットの形成方法。
【請求項３】前記アブレシブの粒度を粗粒から細粒に
段階的に変化させて被加工材の表面あらさに対応したア
ブレシブジェットを形成するようにした請求項1又は２
記載のアブレシブジェットの形成方法。
【請求項４】ウォータジェットをノズルに導いて噴出
するためのウォータジェット供給管と、液とアブレシブ
とを混合したスラリーを貯留する貯留タンクと、前記ウ
ォータジェット供給管と前記貯留タンクとを連通し、前
記ウォータジェット供給管の負圧力によって前記ウォー
タジェットに前記スラリーを混合する通路とを備えたこ
とを特徴とするアブレシブジェット形成装置。
【請求項５】前記通路の内径及び長さを、前記アブレ
シブの粒度と前記ウォータジェット供給管内の圧力とに
基づいて決定した請求項４記載のアブレシブジェット形
成装置。