JP2599241B2 - アブレイシブウォータージェットによる基材表面の部分領域の研削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、素材表面の部分研削に
アブレイシブウォータージェットのようにエネルギー集
中度の高い研削手段を適用する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】砥粒を高圧流体によって搬送して素材表
面に吹付けるいわゆるアブレイシブウォータージェット
は、そのエネルギー集中度が大きいために、金属、石
材、ガラス、セラミックスなどの切断と切削に適してい
る。

【０００３】ところが、このアブレイシブウォータージ
ェットを、鋼板の製造ラインの場合のように鋼材の表面
疵の除去のような、素材表面の部分的な研削に適用して
表面に一様な研削面を形成するためには、その能力を低
減しない程度にエネルギーを分散しつつ、素材表面を一
様に走査する必要がある。

【０００４】このアブレイシブウォータージェットによ
る走査方式として、オシレーション方式や例えば、特開
昭６３−４１２００号公報においては、旋回ヘッドを用
いて素材表面上を走査する方式が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、旋回やオシ
レーション方式の採用によっても走査両端部の折り返し
点減速部や、円弧の両端における走査の重なり部分での
研削むらを生じ易く、平滑な加工面を得ることができな
い。

【０００６】そのため、この折り返し部でマスキングを
施したり、特殊な歯車装置を用いて両端折り返し点や円
弧重なり部の速度を変化させる方法が考えられたが、そ
の走査機構が複雑でコスト面と耐久性の点からの問題が
ある。

【０００７】本発明の目的は、アブレイシブウォーター
ジェットのような集中度の高い切断・切削手段を素材表
面の部分研削に適用するに際して、研削むらをなくし
て、優れた平滑な加工面を効果的に得ることができる走
査方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、研削部分を含
む閉曲線頼域を相対反復走査して研削して、その反復走
査折り返し点での研削むらを防止するアブレイシブウォ
ータージェットによる基材表面の部分領域の研削方法で
あって、その反復走査の折り返し点におけるジェットの
圧力低下、砥粒供給量低下、スタンドオフ距離（ノズル
と被加工物との距離）増大、ノズル傾斜角（ノズルと被
加工物との角度）低下、トラバース速度増大の中のｌ或
いは２以上を組み合わせて操作し、折り返し点部を平滑
に仕上げることを特徴とする。

【０００９】あるいは閉曲線領域を折り返し点なく基材
表面上を走査せしめるための方式として渦巻き状の走査
方式を採用することを特徴とする。

【００１０】往復走査方式としては、さらに、閉曲線領
域内を直線状に走査する方式と、曲線状に走査する方式
とがある。

【００１１】閉曲線領域内を直線状に走査する方式とし
ては、縁部において三角波或いは矩形波を形成する方法
がある。

【００１２】また、研削手段を曲線状に走査する方式
は、領域内を略サインカーブ状あるいはサイクロイドカ
ーブ状に走査する方式が採用できる。

【００１３】さらに、渦巻き状の走査方式の採用に際し
ては、内方渦巻きあるいは外方渦巻きの何れの方式も採
用できる。

【００１４】上記のノズル走査を与えるシステムとし
て、２軸以上の自由度をもったＮＣ装置あるいはロボッ
トなどを用いることができる。もしくは、ワーク走行装
置あるいはそれらを組み合わせて用いることにより相対
走査させても同様の効果が得られる。

【００１５】往復走査方式による場合には、走査の両縁
の折り返し点での研削むらを防止するために高速流体ジ
ェットのパラメータである圧力、砥粒供給量、スタンド
オフ距離、ノズル傾斜角、トラバース速度の中の１種あ
るいは２種以上を調整することによって平滑な表面とす
ることができる。

【００１６】また、渦巻き状の走査方式を採用する場合
には、加工の始点と終点近傍において、上記の高速流体
ジェットのパラメーターの中の１種或いは２種以上を調
整することにより、さらに平滑な表面を得ることができ
る。

【００１７】

【作用】その走査両端部の折り返し点で減速や研削手段
の走査軌跡が、閉曲線領域内で重なり合いを生じてもそ
の部分において過剰研削を生ずることがないので、研削
手段が、例えばアブレイシブウォータージェットのよう
に高いエネルギー集中度を有するものであっても、その
研削能を殆ど低減することなく、研削むらを無くするこ
とができる。

【００１８】

【実施例】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明を鋼材スラブ
の表面における欠陥集合部の除去に際して、アブレイシ
ブウォータージェットを適用し、走査の閉曲線領域Ａを
楕円形としたときの走査軌跡の典型を示す。

【００１９】図１（ａ）は、閉曲線領域Ａをアブレイシ
ブウォータージェットノズルを直線状に走査し、閉曲線
領域の縁部において段階状に方向転換する走査パターン
を示すもので、走査パターンが単純で、走査面中央での
均一な研削能に優れている。この場合、縁部の走査に際
しては、前述の高速流体ジェットパラメーターの中の１
種或いは２種以上で調整して、ノズルの研削能力を僅か
に分散することによってさらに優れた平坦な研削面を得
ることができる。

【００２０】図１（ｂ）は、閉曲線領域Ａをアブレイシ
ブウォータージェットノズルを直線状に走査し、縁部に
おいて三角形を形成する方式を示す。この方式は図１
（ａ）の場合と同様に走査パターンが単純で、走査面中
央での均一な研削能に優れている。両端縁における付加
的な操作は図１（ａ）と同様である。

【００２１】図１（ｃ）は、閉曲線領域Ａをアブレイシ
ブウォータージェットノズルを略正弦波状に走査し、縁
部に外接円を形成する走行パターンを示す。この方式に
おいては折り返し点における慣性モーメントが小さく、
図１（ａ），（ｂ）の場合と比較して、装置の耐用性の
上で好ましい態様である。両端縁における付加的な操作
は図１（ａ），（ｂ）と同様である。

【００２２】図１（ｄ）は、走行軌跡が内方から外方に
向かう渦巻きを形成するパターンを示す。この方式にお
いては、表面欠陥集合部である閉曲線領域Ａに対して最
も効率よく走査できる方式であって、ノズル走査軌跡の
曲率半径が大きいために、慣性モーメントが小さく、そ
の分だけ走査装置にかかる負担を小さくできる。この場
合、加工の始点と終点近傍において、上記高速流体パラ
メータの中の１種あるいは２種以上を調整することによ
り（例えばスタンドオフ距離を増大させる）、さらに平
滑な表面を得ることができる。

【００２３】実施例１ ６自由度の多関節型ロボットによるノズル駆動装置を用
いて、以下の操作条件で、上記図１（ａ）に示す操作パ
ターンに基づいてアブレイシブウォータージェットによ
り、鋼材スラブの表面研削を行った。

【００２４】 高圧水圧力 ３０００ｋｇ／ｃｍ² ウォーターノズル径 ０．９５ｍｍ アブレイシブノズル径 ３ｍｍ 砥粒 ３２メッシュガーネット 砥粒供給量 ４ｋｇ／ｍｉｎ ノズル走査速度 ２ｍ／ｍｉｎ ノズル投射角 中間域 スラブ面に対して９
０° 折り返し点 スラブ面に対して３０° 波形 三角波 閉曲線領域の平均径 ２００ｍｍ スタンドオフ（ノズルとスラブ面との距離） １０ｍｍ 走査ピッチ ２ｍｍ 上記条件により、特定閉曲線領域Ａにおいて投射角を調
整することによって、焦点をぼけさせてエネルギー集中
を避ける操作を併用して行った。

【００２５】その結果、この実施例の場合、２±０．３
ｍｍの切削深さの均一な切削面を形成して、表面疵を全
て除くことができた。

【００２６】これに対して、従来の付加的な操作を加え
ない研削においては、縁部に倍以上の深い研削部分を形
成していた。

【００２７】これによって、本発明の場合、数倍以上の
平坦度を有する平滑な研削面を得たことが分かる。

【００２８】実施例２ 上記実施例１と同じ装置を用いて、実施例１の場合と同
様の操作条件で、上記図１（ｄ）に示す渦巻き状走査パ
ターンに基づいてアブレイシブウォータージェットによ
り、鋼材スラブの表面研削を行った。但し、ノズル投射
角は全面をスラブ面に対して９０°に維持して行った。
その結果、表面疵を全て除くことができ、２±０．３ｍ
ｍの切削深さの均一な切削面を得ることができた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。

【００３０】（１） アブレイシブウォータージェット
のように、きわめて高い集中エネルギーを有する切断、
切削手段を、基材表面の特定領域の研削に好適に適用で
きる。 （２） 高能率の研削手段の機能を低下させることな
く、高能率で平滑な研削面を形成することができる。

【００３１】（３） 研削手段の走査パターンそのもの
はきわめて簡単であるので、左程高機能を有する高性能
ロボットのような操作手段を必ずしも必要としない。

【００３２】（４） 操作そのものが単純であるので、
長期間、安定した高能率操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による研削手段の表面操作パターンの
例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野上 不二哉 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 松村 裕之 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 池本 喜和 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 辻田 京史 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 田中 秀尚 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 (56)参考文献 特開 平４−343671（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削部分を含む閉曲線頼域を相対反復走
   査して研削して、その反復走査折り返し点での研削むら
   を防止するアブレイシブウォータージェットによる基材
   表面の部分領域の研削方法であって、その反復走査の折
   り返し点におけるジェットの圧力低下、砥粒供給量低
   下、スタンドオフ距離（ノズルと被加工物との距離）増
   大、ノズル傾斜角（ノズルと被加工物との角度）低下、
   トラバース速度増大の中のｌ或いは２以上を組み合わせ
   て操作し、研削領域を略平滑に仕上げるアブレイシブウ
   ォータージェットによる基材表面の部分領域の研削方
   法。
2. 【請求項２】 研削部分を含む閉曲線領域を相対走査し
   て研削するアブレイシブウォータージェットによる基材
   表面の部分領域の研削方法であって、研削部分を含む閉
   曲線領域を略渦巻き状に折り返し点なく外周部から内側
   に向かって、或いはこの逆方向に順次研削加工を施すこ
   とによって研削領域を略平滑に仕上げるアブレイシブウ
   ォータージェットによる基材表面の部分領域の研削方
   法。