JP2006521938A - 方向制御により流体の流れを切換える装置と方法 - Google Patents
方向制御により流体の流れを切換える装置と方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
例えば切断、穴あけ、表面仕上げ等の機械加工の場合に、流体ジェットに砥粒を混入させて使用することは公知である。公知の一装置の場合、高圧搬送流体、例えば水が、砥粒のスラリを入れた容器内へポンプにより送入され、輪郭の明確な砥粒ジェットを生成するノズルから搬送流体と砥粒との混合物が噴射される。
この操作を、高圧ポンプを単に反復的に切換えることで行うのは、実際的ではない。砥粒スラリ容器の減圧と再加圧を交互に行うには時間がかかり、このため、噴出口のところでの砥粒含有流体の停止と再始動が遅延し、ジェットの切換え回数が制限される。
先行技術の或る2方ワイプ弁では、「主として」砥粒無含有の水ジェットをオン/オフ切換えするため、低圧でスラリが処理される。この種の弁は、摩耗しても密封性を維持し続けるように、自己重合式である。しかし、高圧の砥粒含有流体を制御する場合、弁がもう少しで閉じられるというときに損傷が急速に進むが、これは、狭くなった隙間を通って排出される高圧砥粒スラリが弁を腐食させるからだろう。
本発明の第2実施例の目的は、先行技術に関連する諸問題の少なくとも幾つかを軽減する流体流制御方法を得ることである。
(a)入口ポートと、
(b)第1及び第2出口ポートと、
(c)弁に、事実上、入口ポートから第1出口ポートを通る流路は開かれるが、入口ポートから第2出口ポートを通る流路は閉じられる第1位置と、
(d)弁に、入口ポートから第1、第2出口ポート各々を通る各流路が開かれる中間の第2位置と、
(e)弁に、事実上、入口ポートから第2出口ポートを通る流路は開かれるが、入口ポートから第1出口ポートを通る流路は閉じられる第3位置とを有する3方弁により流体の流れを制御する方法であるということができ、
前記方法が、(f)から(l)の順に連続的に行われる次の段階、すなわち、
(f)3方弁の入口ポートを第1圧力で1次流体源に接続し、3方弁を第1位置にすることにより、1次流体が入口ポートへ流入し、3方弁をへて第1出口ポートから流出できるようにする段階と、
(g)補助流体供給源を第2圧力で第2出口ポートに接続する段階と、
(h)3方弁を中間の第2位置に移動する段階と、
(i)前記第2出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止して、補助流体供給源を第3圧力で第1出口ポートに接続する段階と、
(j)1次流体を入口ポートへ流入させ、3方弁をへて第2出口ポートから流出できるようにする段階と、
(k)3方弁を第3位置に移動させることにより、1次流体が第1出口ポートから流出するのを防止する段階と、
(l)前記第1出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止する段階とを含み、これらの段階の場合に、第2、第3の圧力が第1圧力より高くされ、かつ入口ポートへ流入し3方弁をへて出口ポートの少なくとも1つから噴射される1次流体の流れが、前記の諸段階の実施中に事実上連続的に維持されるようになっている。
(a)3方弁の入口ポートを第1圧力で1次流体源に接続し、3方弁の位置を第1出口ポートが開かれ、第2出口ポートが閉じられる位置にすることで、1次流体が入口ポートへ流入し、3方弁をへて第1出口ポートから流出できるようにする段階と、
(b)補助流体供給源を第2圧力で第2出口ポートに接続する段階と、
(c)3方弁の位置を両出口ポートが開かれる位置に移動させ、1次流体が入口ポートに流入し、どちらの出口ポートからも流出できるようにする段階と、
(d)前記第2出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止して、補助流体供給源を第3圧力で第1出口ポートに接続し、それによりはじめに入口ポートへ流入する1次流体を方向転換し、3方弁をへて、第1出口ポートから流出させる代わりに、第2出口ポートから流出させる段階と、
(e)第1出口ポートを閉じることで、更に1次流体が第1出口ポートから流出するのを防止する段階と、
(f)前記第1出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止する段階とを含んでおり、これらの段階において、第2と第3の圧力が第1圧力より高く、かつ入口ポートへ流入する1次流体が3方弁をへて出口ポートの少なくとも1つから流出する動作が、前記の諸段階の実施中に事実上連続的に維持されるようになっている。
(a)第1圧力で1次流体源に接続可能な入口ポート2と、
(b)第1と第2の出口ポート4,7と、
(c)弁に入口ポート2から第1出口ポート4を通る流路は事実上得られるが、入口ポートから第2出口ポート7を通る流路は得られない第1位置と、
(d)弁に入口ポートから第1及び第2出口ポート各々を通る各流路が得られる中間の第2位置と、
(e)弁に入口ポートから第2出口ポートを通る流路は事実上得られるが、入口ポートから第1出口ポートを通る流路は得られない第3位置とを有しており、
前記弁装置には、また
(f)第1出口ポートに接続された第1流体流導管17が含まれ、該第1導管が、第1出口ポート4へ第2圧力で流れる補助流体を制御する第1補助弁18を備えており、また
(g)第2出口ポートに接続された第2流体流導管19が含まれ、該第2導管が、第2出口ポート7へ第3圧力で流れる補助流体流を制御する第2補助弁20を備えており、更に
(h)3方弁と第1及び第2の補助弁とを制御する弁制御器が含まれており、
前記弁制御器が、
(i)前記3方弁を第1位置から、中間の第2位置へ、次いで第3位置へと順次に変更するようにされ、
(j)3方弁の位置を第1位置から第2位置へ変更する少なくとも直前及び変更中に、第1補助弁を閉に、第2補助弁を開に維持するようにされ、
(k)3方弁が中間の第2位置の場合に、第1補助弁は開に、第2補助弁は閉となるようにされ、
(l)3方弁の位置を中間の第2位置から第3位置へ変更中に、第2補助弁は閉に、第1補助弁は開に維持するようにされ、
(m)3方弁が第3位置に変更された後、第1と第2双方の補助弁が閉じるようにされている。
1次流体は、搬送流体に連行される砥粒を含むことができる。
1次流体は、搬送液体に連行される砥粒を含むことができる。
搬送液体は水にすることができる。
補助流体は水にすることができる。
ノズルは出口ポートの一方に接続して、ノズルから出る流体をジェット状にすることができる。
任意に、1次流体は搬送液体に連行される砥粒を含み、ノズルは砥粒ジェットを生成するようにすることができる。
第2ノズルは前記出口ポートの他方に接続できる。
3方弁は回転弁にすることができる。
回転弁は、自己重合式平弁座による回転ワイプ作用を利用することができる。
以下で、本発明の一好適実施例を添付図面につき説明する。図示の実施例は単に説明目的のものであり、本発明を制限する意図のものではない。
3方弁1は、また切削流の導管5を介して切削ノズル6に接続する切削流出口ポート4と、バイパス流導管8を介してバイパスノズル9に接続するバイパス流出口ポート7とを有している。この3方弁は、制御軸10とロータとを有し、これらにより弁座11が回転せしめられる。弁座は、ばね12によって弁板13へ向かって付勢されている。該弁板は、三つのポートに対応する3つの開口を有している。すなわち、入口ポートの中央開口14と、中央開口から周方向に間隔をおいて、半径方向外方に位置する2つの出口ポートの開口、すなわち切削流の出口開口15とバイパス流の出口開口16とを有している。
3方弁は、自己重合式平弁座によるワイプ作用を利用する高圧回転弁である。概して、この種の弁は、平弁座前後の圧力差が小さい場合にしか作業できないのだが、この問題は、弁出口がちょうど開いているときに、一時的に弁出口に背圧を与えることで解決された。これについては、更に後述する。
図1、図2、図4に示した装置の場合、3方弁が切削位置にあり、この弁位置では、弁座11によりバイパス流の出口開口16が閉じられる一方、1次流体が入口ポート2と切削流の出口ポート4とをへて切削ノズル6へ流れる流路が得られる。
図3と図5には、3方弁1がバイパス位置にある場合の弁装置が示され、この弁位置では、弁座11により切削流の出口開口15が閉じられる一方、1次流体が入口ポート2からバイパス流の出口ポート7をへて流れる流路が得られる。
図1から最もよく分かるように、切削流の導管5には、好ましくは清水である高圧補助流体の供給源(図示せず)が、加圧導管17を介して接続されている。切削流の加圧導管17は、加圧制御弁18を含んでいる。またバイパス流導管8にも、好ましくは清水である高圧補助流体の供給源(図示せず)が、加圧導管19を介して接続されているが、この供給源は、通常、加圧導管17を介して接続される清水供給源と同じである。バイパス流の加圧導管19は加圧制御弁20を含んでいる。
切削ノズルから出る流体流の切換えは、制御器(図示せず)によって制御され、該制御器は、1次流体が流れを転じて切削ノズルとバイパスノズルとの間を行き来するように、3方弁1及び2つの加圧弁18,20の状態を逐次に変更する。
図4に示した装置の場合、砥粒を連行する高圧水流が、流入導管3を介して3方弁1の入口ポート2へ給送される。加圧導管17,19は、双方とも高圧清水源に接続されている。加圧弁18,20(各加圧導管17,18の途中の)は双方とも閉じられている。
切削ジェットを停止する場合には、清水でバイパス流加圧導管19を加圧するためにバイパス流の加圧弁20が開かれ、清水がバイパスノズルから放出され、かつ3方弁のバイパス流出口ポート7に背圧が加えられ、既述の圧力差が低減される。この圧力差の低減により弁座が容易に移動可能になる。この背圧なしでは、3方弁の作動は、不可能ではないが難しくなるだろうし、可能であっても、極めて大きな力が必要となり、おそらく過剰な弁の摩耗が生じることだろう。
回転3方弁の弁座11は、その場合、双方の出口ポート間の中間位置(図示せず)へ移動し、この位置では、バイパス流出口ポート7と切削流出口ポート4の両方が開く。
3方弁1の弁座11が中間位置に変わると(すなわち切削流出口ポート4とバイパス流出口ポート7双方が開になると)、加圧弁20は、開から閉に変わり、加圧弁18が閉から開に変わる。
切削流出口ポート4内への補助清水の逆流は、バイパス流出口ポート7から流出する砥粒含有水と合流する。また、この逆流によって、あまり砥粒含有流体の流れない切削流出口ポート4を閉じることもでき(更に後述する)、他方、既に開かれているバイパス流出口ポート7を通過する砥粒含有水の流れが維持され、バイパスノズルから捕集タンク21内へ放出される。
また3方弁の出口ポートへ、3方弁の動作を要する時間中に補助清水により得られる背圧を作用させることにより、他の場合には回転弁の容易な操作を妨害するであろう大きな圧力差が低減される。
ここで弁ポートを開くとか、弁開口を開くと言う場合、ポート又は開口が、全開している場合に加えて、不適当な場合を除いて、完全に閉じられていない場合、つまり一部が開いている場合も含まれるものと理解されたい。
砥粒含有流体の方向転換を完了するために3方弁1の弁座11は、今や図3と図5に見られるように、中間位置から回転して、切削流出口ポート4が閉じられる。これによって、それ以上の切削ノズル9への砥粒含有水の流れが阻止される。砥粒含有水は、3方弁を通り、開いているバイパス流出口ポート7とバイパス流導管8とをへて、バイパスノズル9から放出される。
切削ジェットの噴射を再開するには、前記手続きを単に逆にするだけでよい。より詳しく言えば、加圧弁18を開にし、3方弁を中間位置に移動させ、加圧弁18を閉じ、加圧弁20を開き、3方弁の位置を移動してバイパス出口ポート7を閉じ、加圧弁20を閉じる。
好適適用例の場合にあることだが、1次流体が液体に連行される砥粒を含む場合、液体が例えば切削ノズル又は接続導管のところで停滞したり遅い動きになると、砥粒が沈殿して、詰まりが生じることがある。こうした詰まりの恐れは、既述のように、砥粒含有流体の連続的な流れを維持することで低減される。
こうすることの利点は、切削ノズルが詰まっても、切削スラリの流れは完全には停止されず、減圧される前に、砥粒を3方弁1と、流入導管3と、切削流導管5とから洗い流すことができる点だが、これに対し、従来式の場合であれば、起こりがちな各ノズルの詰まりが起こった後で、切削ラインの詰まりを除去せねばならないだろう。
圧力センサを使用して、いつ切削ノズルが閉塞したかを検出し、自動式に流れの方向転換処置を起動し、砥粒含有流体をバイパスノズルへ方向変換し、その後でポンプを停止することができる。操作員は、その場合、ノズルを取り外し、詰まりを除去し、再度取り付けるだけでよい。
ジェットの急速オン/オフ切換えが可能な場合、高速穴あけ又は穴抜きが切削ジェットで実施できる。先行技術の砥粒噴射機械加工システムでは、砥粒含有流の停止とノズルを通るジェットの減圧とが完了してからでなければ、ノズルを次に必要な穴位置へ再位置決めできない。このため、各再位置決めには、通常、最大1分かかることがある。あるいはまた別の形式では、水ジェットが、まだ高圧でノズルを出ている状態のままで、砥粒を停めることもできよう。しかし、この別形式は、高圧水ジェットが、次の位置へ移動するさいに表面を損傷しそうにない軟質材料の機械加工にしか適さない。
別の構成(図示せず)では、砥粒含有流体が2つ以上の切削ノズル間で切換えられる。既述のような単一の切削ノズルと単一のバイパスノズルではなく、2つ以上の切削ノズルが使用される。その場合には、砥粒含有流は、選択された切削ノズルへ切換えられる一方、残りのノズルを次の機械加工作業の準備のために、再位置決めができる。
本発明の以上の説明は好適形式を含むものである。当業者には明らかと思われる別形式及び変更態様も、特許請求の範囲に定義された本発明の枠内に含まれるものである。
2 入口ポート
3 流入導管
4 切削流出口ポート
5 切削流導管
6 切削ノズル
7 バイパス流出口ポート
8 バイパス流導管
9 バイパスノズル
10 3方弁制御軸
11 弁座
12 弁ばね
13 弁板
14 中央入口ポート開口
15 切削流出口開口
16 バイパス流出口開口
17 切削流加圧導管
18 加圧制御弁
19 バイパス流加圧導管
20 加圧制御弁
21 捕集タンク
22 使用済み流体
Claims (21)
- 3方弁(1)により流体の流れを制御する方法であって、前記3方弁が、
(a)入口ポート(2)と、
(b)第1及び第2出口ポート(4,7)と、
(c)弁に入口ポート(2)から第1出口ポート(4)を通る流路は事実上得られるが、入口ポート(2)から第2出口ポート(7)を通る流路は得られない第1位置と、
(d)弁に入口ポートから第1、第2出口ポート各々を通る流路が得られる中間の第2位置と、
(e)弁に入口ポートから第2出口ポートを通る流路は得られるが、入口ポートから第1出口ポートを通る流路は得られない第3位置とを有する形式のものにおいて、
前記方法が、(f)から(l)への順序で連続的に行われる次の段階、すなわち、
(f)3方弁の入口ポートを第1圧力で1次流体源に接続し、3方弁を第1位置にすることにより、1次流体が入口ポートへ流入し、3方弁をへて第1出口ポートから流出できるようにする段階と、
(g)補助流体供給源を第2圧力で第2出口ポートに接続する段階と、
(h)3方弁を中間の第2位置に移動させる段階と、
(i)前記第2出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止して、補助流体供給源を第3圧力で第1出口ポートに接続する段階と、
(j)1次流体を入口ポートへ流入させ、3方弁をへて第2出口ポートから流出できるようにする段階と、
(k)3方弁を第3位置に移動させることにより、1次流体が第1出口ポートから流出するのを防止する段階と、
(l)前記第1出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止する段階とを含んでおり、これらの段階を実施するさい、第2、第3の圧力が第1圧力より高くされ、かつ入口ポートへ流入し3方弁をへて出口ポートの少なくとも1つから噴射される1次流体の流れが、前記の諸段階の実施中、事実上連続的に維持される、3方弁により流体の流れを制御する方法。 - 3方弁(1)の入口ポート(2)へ流入する1次流体の流れを方向転換し、始めに3方弁の第1出口ポート(4)から放出し、方向転換して3方弁の第2出口ポートから放出し、その間、入口ポートへの前記1次流体の連続的な流入が維持される方法において、該方法が、(a)から(f)への順序で連続的に実施される次の段階、すなわち、
(a)3方弁の入口ポートを第1圧力で1次流体源に接続し、3方弁の位置を第1出口ポートが開かれ、第2出口ポートが閉じられる位置にすることで、1次流体が入口ポートへ流入し、3方弁をへて第1出口ポートから流出できるようにする段階と、
(b)補助流体供給源を第2圧力で第2出口ポートに接続する段階と、
(c)3方弁を双方の出口ポートが開かれる位置に移動させ、1次流体が入口ポートに流入し、どちらの出口ポートからも流出できるようにする段階と、
(d)前記第2出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止して、補助流体供給源を第3圧力で第1出口ポートに接続し、それにより始めに入口ポートへ流入する1次流体の流れを方向転換し、3方弁をへて、第2出口ポートから流出させる代わりに、第1出口ポートから流出させる段階と、
(e)第1出口ポートを閉じることで、更に1次流体が第1出口ポートから流出するのを防止する段階と、
(f)前記第1出口ポートへの前記補助流体供給源の接続を中止する段階とを含んでおり、これらの段階において、第2と第3の圧力が第1圧力より高くされており、かつ入口ポートへ流入し3方弁をへて出口ポートの少なくとも1つから流出する1次流体の流れが、前記の諸段階の実施中に事実上連続的に維持される、1次流体の流れを方向転換させる方法。 - 前記1次流体が搬送流体に連行される砥粒を含む、請求項1又は請求項2に記載された方法。
- 前記1次流体が搬送液体に連行される砥粒を含む、請求項1又は請求項4に記載された方法。
- 前記搬送液体が水である、請求項4に記載された方法。
- 前記補助流体が水である、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された方法。
- ノズル(6)が出口ポートの一方(4)に接続されていることで、ノズルから出る1次流体がジェットに生成される、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記1次流体が、搬送液体に連行される砥粒を含み、前記ノズルが砥粒ジェットを生成するためのものである、請求項7に記載された方法。
- 第2ノズル(9)が前記出口ポートの他方(7)に接続されている、請求項7又は請求項8に記載された方法。
- 前記3方弁が回転弁である、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記回転弁が自己重合平弁座による回転ワイプ動作を利用している、請求項10に記載された方法。
- 流体の流れを制御する弁装置であって、該弁装置が3方弁(l)を含み、該3方弁が、
(a)第1圧力で1次流体源に接続可能な入口ポート(2)と、
(b)第1と第2の出口ポート(4,7)と、
(c)弁に入口ポート(2)から第1出口ポート(4)を通る流路は事実上得られるが、入口ポートから第2出口ポート(7)を通る流路は得られない第1位置と、
(d)弁に入口ポートから第1及び第2出口ポート各々を通る流路が得られる中間の第2位置と、
(e)弁に入口ポートから第2出口ポートを通る流路は事実上得られるが、入口ポートから第1出口ポートを通る流路は得られない第3位置とを有する形式のものにおいて、
前記弁装置が、また
(f)第1出口ポートに接続された流体流第1導管(17)を含み、該第1導管が、第1出口ポート(4)へ第2圧力で流れるように補助流体を制御する第1補助弁(18)を備えており、また
(g)第2出口ポートに接続された流体流第2導管(19)を含み、該第2導管が、第2出口ポート(7)へ第3圧力で流れるように補助流体流を制御する第2補助弁(20)を備えており、更に
(h)3方弁と第1及び第2の補助弁とを制御する弁制御器を含んでおり、
前記弁制御器が、
(i)前記3方弁を第1位置から、中間の第2位置へ、次いで第3位置へと順次に変更するようにされ、
(j)3方弁の位置を第1位置から第2位置へ変更する少なくとも直前と変更中とに、第1補助弁を閉に、第2補助弁を開に維持するようにされ、
(k)3方弁が中間の第2位置にある場合、第1補助弁は開かれ、第2補助弁は閉じられるようにされ、
(l)3方弁の位置を中間の第2位置から第3位置へ変更中に、第2補助弁は閉に、第1補助弁は開に維持するようにされ、
(m)3方弁が第3位置に変更された後、第1と第2双方の補助弁が閉じるようにされている、流体を制御する弁装置。 - 前記1次流体が搬送流体に連行される砥粒を含む、請求項12に記載された弁装置。
- 前記1次流体が搬送液体に連行される砥粒を含む、請求項12に記載された弁装置。
- 前記搬送液体が水である、請求項14に記載された弁装置。
- 前記補助流体が水である、請求項12から請求項15までのいずれか1項に記載された弁装置。
- ノズル(6)が出口ポートの一方(4)に接続されており、これによりノズルから出る1次流体がジェットに生成される、請求項12から請求項16までのいずれか1項に記載された弁装置。
- 前記1次流体が、搬送液体に連行される砥粒を含み、前記ノズルが切削ジェットを生成するためのノズルである、請求項17に記載された弁装置。
- 第2ノズル(9)が前記出口ポートの他方(7)に接続されている、請求項17又は請求項18に記載された弁装置。
- 前記3方弁が回転弁である、請求項12から請求項19までのいずれか1項に記載された弁装置。
- 前記回転弁が自己重合平弁座による回転ワイプ動作を利用する、請求項20に記載された弁装置。
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