JP2995255B2 - 高速液体噴流で脆い材料に小さい直径の穴を明ける方法 - Google Patents
高速液体噴流で脆い材料に小さい直径の穴を明ける方法Info
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- JP2995255B2 JP2995255B2 JP2157428A JP15742890A JP2995255B2 JP 2995255 B2 JP2995255 B2 JP 2995255B2 JP 2157428 A JP2157428 A JP 2157428A JP 15742890 A JP15742890 A JP 15742890A JP 2995255 B2 JP2995255 B2 JP 2995255B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、高速の液体噴流（ジェット）を利用する形
式の切削装置に関する。
式の切削装置に関する。
発明の背景 いろいろな材料を正確に切削するために、高速の研削
材を帯びた液体噴流を用いることはよく知られている。
簡単に言うと、高速の水噴流は、液体を35,000乃至70,0
00psiの作動圧力に圧縮し、圧縮した液体を、人間の髪
の直径に近い直径、即ち0.001−0.015インチ（0.0025−
0.038cm）を持つオリフィスに強制的に通すことによっ
て最初に形成される。得られた高い収束性の噴流が音速
に近いまたは音速を越える速度でオリフィスから放出さ
れる。
材を帯びた液体噴流を用いることはよく知られている。
簡単に言うと、高速の水噴流は、液体を35,000乃至70,0
00psiの作動圧力に圧縮し、圧縮した液体を、人間の髪
の直径に近い直径、即ち0.001−0.015インチ（0.0025−
0.038cm）を持つオリフィスに強制的に通すことによっ
て最初に形成される。得られた高い収束性の噴流が音速
に近いまたは音速を越える速度でオリフィスから放出さ
れる。
噴流を形成するのに非常に頻繁に用いられる液体は水
であり、したがって、以後説明する高速噴流は水噴流と
してもよい。しかしながら、当業者は、多数のその他の
液体を本発明の範囲から逸脱することなく使用できるこ
とを認識するできるので、水から成る噴流に限定して解
釈すべきでない。
であり、したがって、以後説明する高速噴流は水噴流と
してもよい。しかしながら、当業者は、多数のその他の
液体を本発明の範囲から逸脱することなく使用できるこ
とを認識するできるので、水から成る噴流に限定して解
釈すべきでない。
液体噴流の切削力を高めるため、研削材が噴流の流れ
に加えられて、一般に「研削材噴流（アブレイシブジェ
ット）」と呼ばれる研削材を帯びた噴流を形成する。研
削材噴流は、工具鋼のような例外的に硬質の材料から、
アルミニウム、鋳造鉄装甲板、ある種のセラミック及び
防弾ガラス、さらに鉛のような軟質材料までの広範囲の
材料を効率的に切削（切断）するのに用いられる。代表
的な研削材には、＃36乃至＃200のグリット寸法を持つ
ガーネット、シリカ及び酸化アルミニウムがある。
に加えられて、一般に「研削材噴流（アブレイシブジェ
ット）」と呼ばれる研削材を帯びた噴流を形成する。研
削材噴流は、工具鋼のような例外的に硬質の材料から、
アルミニウム、鋳造鉄装甲板、ある種のセラミック及び
防弾ガラス、さらに鉛のような軟質材料までの広範囲の
材料を効率的に切削（切断）するのに用いられる。代表
的な研削材には、＃36乃至＃200のグリット寸法を持つ
ガーネット、シリカ及び酸化アルミニウムがある。
研削材を帯びた水噴流を発生させるため、高速噴流が
ノズル内の混合領域を通り、そこで、或る量の研削材
が、ベルヌーイの原理に従って、流れている液体を囲む
低圧領域によって噴流に捕捉される。研削材はベルヌー
イ誘起吸引によって外部ホッパから導管を介して混合領
域中に引き込まれる。
ノズル内の混合領域を通り、そこで、或る量の研削材
が、ベルヌーイの原理に従って、流れている液体を囲む
低圧領域によって噴流に捕捉される。研削材はベルヌー
イ誘起吸引によって外部ホッパから導管を介して混合領
域中に引き込まれる。
次に、研削材を帯びた水噴流がノズルハウジングの放
出端にかなり接近して支持された工作物の向けて放出さ
れる。研削材噴流の技術に関する別の情報及び詳細は米
国特許第4,648,215号に見い出すことができ、その内容
を参照されたい。
出端にかなり接近して支持された工作物の向けて放出さ
れる。研削材噴流の技術に関する別の情報及び詳細は米
国特許第4,648,215号に見い出すことができ、その内容
を参照されたい。
電子及び航空宇宙産業での新規な用途では、研削材が
当たるとき、細粉し、亀裂が生じ、破壊し、または剥離
し易い種類の感圧材料、複合材料及び積層材料に小さな
穴を明けることが必要となっている。研削材噴流が広範
囲の材料を切削するのに用いられてきたが、このような
脆い材料、複合材料及び積層材料に小さい直径の穴（0.
010インチ:0.025cm）を穴明けするための商業的に満足
のいく装置は得られていなかった。多数の航空宇宙部品
は、例えば、セラミック材料または防熱のためにセラミ
ック材料で被覆した金属基体から成る。セラミック材料
は、工作物に穴を明けるため小さい直径の研削材噴流が
部品に当たるとき、細粉し易い。
当たるとき、細粉し、亀裂が生じ、破壊し、または剥離
し易い種類の感圧材料、複合材料及び積層材料に小さな
穴を明けることが必要となっている。研削材噴流が広範
囲の材料を切削するのに用いられてきたが、このような
脆い材料、複合材料及び積層材料に小さい直径の穴（0.
010インチ:0.025cm）を穴明けするための商業的に満足
のいく装置は得られていなかった。多数の航空宇宙部品
は、例えば、セラミック材料または防熱のためにセラミ
ック材料で被覆した金属基体から成る。セラミック材料
は、工作物に穴を明けるため小さい直径の研削材噴流が
部品に当たるとき、細粉し易い。
先行技術の説明 積層材料及び（又は）複合材料に向けられたものでは
ないが、米国特許第4,702,042号及び第4,703,591号は、
噴流が10,000psiの減少した流体圧力で強化板ガラスに
侵入するような、強化ガラス切削用研削材噴流装置を開
示している。噴流が板ガラスを貫通した後、流体圧力が
30,000psiまで上げられて切削工程が開始される。噴流
形成流体は10,000乃至30,000psiの間で可変的に制御さ
れる高圧ポンプによって加圧される。
ないが、米国特許第4,702,042号及び第4,703,591号は、
噴流が10,000psiの減少した流体圧力で強化板ガラスに
侵入するような、強化ガラス切削用研削材噴流装置を開
示している。噴流が板ガラスを貫通した後、流体圧力が
30,000psiまで上げられて切削工程が開始される。噴流
形成流体は10,000乃至30,000psiの間で可変的に制御さ
れる高圧ポンプによって加圧される。
発明の要約 少なくとの１つの感圧層を持つ工作物、複合材料及び
（又は）積層材料に液体噴流または研削材噴流で小さい
穴を明ける方法及び装置が本明細書に開示される。簡単
に言うと、方法は時間変化圧力曲線を受ける液体によっ
て形成された噴流で工作物を穴明けする工程を有する。
定量的には、時間と圧力の間の最適な関係は、材料の種
類及び厚みによって、材料毎に変わる。しかしながら、
定性的な時間−圧力関係は大部分の用途にとって同様で
ある。
（又は）積層材料に液体噴流または研削材噴流で小さい
穴を明ける方法及び装置が本明細書に開示される。簡単
に言うと、方法は時間変化圧力曲線を受ける液体によっ
て形成された噴流で工作物を穴明けする工程を有する。
定量的には、時間と圧力の間の最適な関係は、材料の種
類及び厚みによって、材料毎に変わる。しかしながら、
定性的な時間−圧力関係は大部分の用途にとって同様で
ある。
詳細には、本発明の方法は、時間依存圧力変化手段を
介して高圧液体源をノズル組立体の噴流形成オリフィス
に連結して可変的な加圧液体から収束性の高速噴流を形
成する工程を有する。噴流は工作物に向けられ、圧力が
穴明け作業の少なくとも実質的な作業の間傾斜させられ
る。
介して高圧液体源をノズル組立体の噴流形成オリフィス
に連結して可変的な加圧液体から収束性の高速噴流を形
成する工程を有する。噴流は工作物に向けられ、圧力が
穴明け作業の少なくとも実質的な作業の間傾斜させられ
る。
後述するように、本発明の方法及び装置は、傾斜の方
向及び傾斜の速度を工作物の特性に対して調節すること
を考慮している。例えば、脆いセラミック被覆を持った
硬質の金属基体から成る積層工作物を、基体に達するま
で第１の速度に増加した最初の（第１の）低い圧力で作
業を開始し、次に完全な穴明け圧力が達成されるまで一
層速い速度に増加することによって、穴明けすることが
できる。しかしながら、もし穴明けが金属の側から始め
られるならば、作業は完全な穴明け圧力で開始され、圧
力は金属／セラミックの境界面に達するすこし前に急速
に減少され、噴流がセラミックを穴明けするにつれて斜
めに減少され、この結果噴流は最少の穴明け圧力でセラ
ミックからでるようになり、噴流が工作物を貫通すると
き亀裂やバリのない高品質の穴を形成できる。
向及び傾斜の速度を工作物の特性に対して調節すること
を考慮している。例えば、脆いセラミック被覆を持った
硬質の金属基体から成る積層工作物を、基体に達するま
で第１の速度に増加した最初の（第１の）低い圧力で作
業を開始し、次に完全な穴明け圧力が達成されるまで一
層速い速度に増加することによって、穴明けすることが
できる。しかしながら、もし穴明けが金属の側から始め
られるならば、作業は完全な穴明け圧力で開始され、圧
力は金属／セラミックの境界面に達するすこし前に急速
に減少され、噴流がセラミックを穴明けするにつれて斜
めに減少され、この結果噴流は最少の穴明け圧力でセラ
ミックからでるようになり、噴流が工作物を貫通すると
き亀裂やバリのない高品質の穴を形成できる。
工作物に合わせることができる時間変化穴明け圧力を
作るため、装置は、高圧液体源と、液体源から出る高圧
流体中に時間変化減圧を発生させる手段と、高速液体噴
流を形成するため、減圧発生手段を介して高圧液体源に
連通する噴流形成オリフィスを持つノズル組立体とを有
する。
作るため、装置は、高圧液体源と、液体源から出る高圧
流体中に時間変化減圧を発生させる手段と、高速液体噴
流を形成するため、減圧発生手段を介して高圧液体源に
連通する噴流形成オリフィスを持つノズル組立体とを有
する。
減圧発生手段は、好ましくは、噴流形成オリフィスの
上流の圧力を最少の零でない値と完全な穴明け圧力との
間で選択的に傾斜させることができる手段を有する。
上流の圧力を最少の零でない値と完全な穴明け圧力との
間で選択的に傾斜させることができる手段を有する。
本発明に関するさらにその他の詳細は図面を参照した
好ましい実施例の以下の説明から明らかになろう。
好ましい実施例の以下の説明から明らかになろう。
好ましい実施例の説明 本明細書で説明する方法及び装置は、穴明け工程中時
間と共に変化する圧力によって噴射される水噴流（ウオ
ータジェット）または研削材噴流（アブレイシブジェッ
ト）を用い、そのような噴流が当たるとき亀裂が生じ易
い種類の脆い材料に小径の穴を明けるのに特に適してい
るものである。最初に本発明で利用されるグラフ表示の
圧力−時間曲線（輪郭）である第１図を参照する。この
グラフ曲線は、噴流を感圧材料に対して作用させる時間
toにおける初期値POで始まる曲線１を有する。圧力の初
期値は大気圧でもよく、また大気圧でなくてもよい。こ
の圧力は、穴明け作業中、時間tfにおけるPfの最終圧力
まで徐々に増加させられる。噴流は、時間tfより長いこ
ともあり、またはより短いこともある時間tpにおいて完
全に材料を穴明けするが、例示としてより短いものであ
るものてして図示してある。
間と共に変化する圧力によって噴射される水噴流（ウオ
ータジェット）または研削材噴流（アブレイシブジェッ
ト）を用い、そのような噴流が当たるとき亀裂が生じ易
い種類の脆い材料に小径の穴を明けるのに特に適してい
るものである。最初に本発明で利用されるグラフ表示の
圧力−時間曲線（輪郭）である第１図を参照する。この
グラフ曲線は、噴流を感圧材料に対して作用させる時間
toにおける初期値POで始まる曲線１を有する。圧力の初
期値は大気圧でもよく、また大気圧でなくてもよい。こ
の圧力は、穴明け作業中、時間tfにおけるPfの最終圧力
まで徐々に増加させられる。噴流は、時間tfより長いこ
ともあり、またはより短いこともある時間tpにおいて完
全に材料を穴明けするが、例示としてより短いものであ
るものてして図示してある。
材料の貫通後、噴流を、時間tdの間、明けられた穴に
続けてもよい。ドウェル時間tdの量は穴の最終の寸法と
形状を決める。即ち、tdが増加すると、穴の直径が増大
する。時間tdの間、圧力は連続的に変化してもよく、ま
たは定常値Pfに達してもよい。もし貫通時間tpが最終の
定常圧力に達する時間（tf）より短いならば、第１図の
点線２で示すように、最終値Pfに達する前に圧力を減少
させることが望ましいかもしれない。
続けてもよい。ドウェル時間tdの量は穴の最終の寸法と
形状を決める。即ち、tdが増加すると、穴の直径が増大
する。時間tdの間、圧力は連続的に変化してもよく、ま
たは定常値Pfに達してもよい。もし貫通時間tpが最終の
定常圧力に達する時間（tf）より短いならば、第１図の
点線２で示すように、最終値Pfに達する前に圧力を減少
させることが望ましいかもしれない。
噴流を作用する全時間は、したがって、tp＋tdである
ことがわかる。時間「tp＋td」に達した後、噴流の流れ
がオン／オフバルブによって止められ、この結果、曲線
のほぼ垂直な部分３で示すように大気圧までの急速な圧
力降下が生じる。
ことがわかる。時間「tp＋td」に達した後、噴流の流れ
がオン／オフバルブによって止められ、この結果、曲線
のほぼ垂直な部分３で示すように大気圧までの急速な圧
力降下が生じる。
第２図は、異なった材料の２つの層を持つ工作物を穴
明けするために、本発明に従って利用されるグラフ表示
の圧力−時間曲線である。図示の場合、噴流が当てられ
る最初の層は脆い層であり、第２の層が脆くない層であ
る。このような特性を持つ１つの代表的な工作物の例と
しては、高圧噴流で穴明けされるとき細粉になることが
ある比較的脆いセラミック層が吹付け被覆された金属が
ある。
明けするために、本発明に従って利用されるグラフ表示
の圧力−時間曲線である。図示の場合、噴流が当てられ
る最初の層は脆い層であり、第２の層が脆くない層であ
る。このような特性を持つ１つの代表的な工作物の例と
しては、高圧噴流で穴明けされるとき細粉になることが
ある比較的脆いセラミック層が吹付け被覆された金属が
ある。
この関係は、圧力増加の速度を２つの材料の境界面で
またはその付近で変更することを除いては、第１図に示
す関係と同様である。特に、圧力は、噴流が材料の２つ
の層の境界面にある、または境界面付近にあるときの時
間t1までPOからP1に第１速度で増加する。その後、圧力
はt1とtf（定常状態圧力が達成される時間）との間で第
２速度で増加する。かくして、セラミック吹付け被覆し
た金属の場合、噴射圧力は、噴流がセラミック層を穴明
けした後は、金属層を一層効率的に穴明けするために、
一層高い速度に増加させられる。
またはその付近で変更することを除いては、第１図に示
す関係と同様である。特に、圧力は、噴流が材料の２つ
の層の境界面にある、または境界面付近にあるときの時
間t1までPOからP1に第１速度で増加する。その後、圧力
はt1とtf（定常状態圧力が達成される時間）との間で第
２速度で増加する。かくして、セラミック吹付け被覆し
た金属の場合、噴射圧力は、噴流がセラミック層を穴明
けした後は、金属層を一層効率的に穴明けするために、
一層高い速度に増加させられる。
他方、もし金属／セラミック積層の工作物の金属側で
穴明け作業を始めるならば、好ましい圧力曲線は第３図
にグラフ的に示したものとなる。初期圧力POが、噴流が
金属／セラミック境界面に達する、または境界面付近に
なるまで、最大作業圧力に維持される。次に、圧力はセ
ラミックの細粉化を避ける速度で減少させられ、噴流が
工作物の裏側から出る際の切り屑やバリの発生を避ける
最終圧力に達する。３つの異なった圧力減衰曲線4a、4
b、4cが第３図に示されている。
穴明け作業を始めるならば、好ましい圧力曲線は第３図
にグラフ的に示したものとなる。初期圧力POが、噴流が
金属／セラミック境界面に達する、または境界面付近に
なるまで、最大作業圧力に維持される。次に、圧力はセ
ラミックの細粉化を避ける速度で減少させられ、噴流が
工作物の裏側から出る際の切り屑やバリの発生を避ける
最終圧力に達する。３つの異なった圧力減衰曲線4a、4
b、4cが第３図に示されている。
なお、第１図−第３図に示す時間変化圧力曲線はポン
プストローク等の結果としてときには発生する圧力の意
図しないわずかな変動とは異なり、また水噴流切削装置
の始動及び停止に伴う圧力の急速な増加及び消滅とも異
なる。
プストローク等の結果としてときには発生する圧力の意
図しないわずかな変動とは異なり、また水噴流切削装置
の始動及び停止に伴う圧力の急速な増加及び消滅とも異
なる。
量的には、時間と圧力の間の最適な関係は、材料の種
類と厚みにより、材料毎に変わる。例えば、板ガラス、
鉛ガラス、珪硼酸ガラス、光学ガラス及びその他の工業
用ガラスに対する初期始動圧力POは、約2000乃至4000ps
iである。最終圧力Pfは約25,000psiであり、傾斜速度は
2000psi/秒までにすることができる。toとtfとの間の満
足のいく所用時間は1/2インチ（1.8cm）厚みのガラスに
対しては15秒であり、12インチ（30cm）厚みのガラスに
対しては15分である。
類と厚みにより、材料毎に変わる。例えば、板ガラス、
鉛ガラス、珪硼酸ガラス、光学ガラス及びその他の工業
用ガラスに対する初期始動圧力POは、約2000乃至4000ps
iである。最終圧力Pfは約25,000psiであり、傾斜速度は
2000psi/秒までにすることができる。toとtfとの間の満
足のいく所用時間は1/2インチ（1.8cm）厚みのガラスに
対しては15秒であり、12インチ（30cm）厚みのガラスに
対しては15分である。
セラミック材料は、5000乃至6000psiの初期圧力、45,
000psiの最終圧力及び軟質セラミック（例えば、吹付け
被覆したセラミック）に対しては2000psi/秒までの傾斜
速度及び硬質セラミックに対しては3000psi/秒までの傾
斜速度で、穴明けできる。対照的に、金属のような脆く
ない材料は約20,000psi/秒の傾斜速度に耐えることがで
きる。噴流が脆い材料から形成された裏面を持つ工作物
の裏面側を穴明けしているときの細粉化及びバリ形成を
避けるため、第３図に示す最終圧力Pfは約5,000psiであ
る。
000psiの最終圧力及び軟質セラミック（例えば、吹付け
被覆したセラミック）に対しては2000psi/秒までの傾斜
速度及び硬質セラミックに対しては3000psi/秒までの傾
斜速度で、穴明けできる。対照的に、金属のような脆く
ない材料は約20,000psi/秒の傾斜速度に耐えることがで
きる。噴流が脆い材料から形成された裏面を持つ工作物
の裏面側を穴明けしているときの細粉化及びバリ形成を
避けるため、第３図に示す最終圧力Pfは約5,000psiであ
る。
最適な、所用時間、圧力及び速度は、必要が生じた所
定の厚みを持った特定の材料の各々に対して実験的に決
められる。したがって、不当な設備費や労働費なしに、
いろいろな圧力や所用時間を便利に制御し調節できる穴
明け装置が好ましい。
定の厚みを持った特定の材料の各々に対して実験的に決
められる。したがって、不当な設備費や労働費なしに、
いろいろな圧力や所用時間を便利に制御し調節できる穴
明け装置が好ましい。
第４図は、噴射圧力を身近な穴明け用途に適合させる
ための、本発明に従って構成された研削材噴流穴明け装
置のブロック図である。この装置は１層以上の感圧材料
で形成された工作物12に直ぐ隣接して位置決めした穴明
けノズル組立体10を有する。工作物は、例えば、全体部
が単一材料から形成されるか、または、１層以上の中間
の脆くない材料を持っても持たなくてもよい１層以上の
層の積層体である。
ための、本発明に従って構成された研削材噴流穴明け装
置のブロック図である。この装置は１層以上の感圧材料
で形成された工作物12に直ぐ隣接して位置決めした穴明
けノズル組立体10を有する。工作物は、例えば、全体部
が単一材料から形成されるか、または、１層以上の中間
の脆くない材料を持っても持たなくてもよい１層以上の
層の積層体である。
穴明けノズル組立体10は、水のような加圧液体を高圧
源14から受け入れて、研削材を帯びた、高い収束性のあ
る、高速の液体噴流16を形成するように構成されてお
り、液体噴流16は組立体の下流端で工作物に向けられて
いる。好ましいノズル組立体のいくつかの一般的な特性
を以下に説明するが、さらに詳細なことは、1989年４月
７日に出願した本出願人の米国特許第335,054に見い出
されるので、その内容を参照されたい。
源14から受け入れて、研削材を帯びた、高い収束性のあ
る、高速の液体噴流16を形成するように構成されてお
り、液体噴流16は組立体の下流端で工作物に向けられて
いる。好ましいノズル組立体のいくつかの一般的な特性
を以下に説明するが、さらに詳細なことは、1989年４月
７日に出願した本出願人の米国特許第335,054に見い出
されるので、その内容を参照されたい。
第５図を参照すると、本発明に従って構成された研削
材噴流ノズル組立体が示されており、水噴流オリフィス
ハウジング110及び研削材噴流ハウジング112を有する。
水噴流オリフィスハウジング110は、上流端領域116から
軸線方向に延びる液体流路114を有する。上流端領域116
の入口ポート（図示せず）により高圧水（または他の適
当な液体）が流路114に入ることができる。用語「高
圧」は35,000乃至55,000psiの範囲の圧力を表すのに用
いられている。当業者は、そのような高圧水の供給源が
研削材噴流切削装置の一部を構成する代表的な増圧ポン
プであることを認識するであろう。これらのポンプの説
明は本明細書の範囲外であり、したがって、明細書を簡
略にするため省略する。
材噴流ノズル組立体が示されており、水噴流オリフィス
ハウジング110及び研削材噴流ハウジング112を有する。
水噴流オリフィスハウジング110は、上流端領域116から
軸線方向に延びる液体流路114を有する。上流端領域116
の入口ポート（図示せず）により高圧水（または他の適
当な液体）が流路114に入ることができる。用語「高
圧」は35,000乃至55,000psiの範囲の圧力を表すのに用
いられている。当業者は、そのような高圧水の供給源が
研削材噴流切削装置の一部を構成する代表的な増圧ポン
プであることを認識するであろう。これらのポンプの説
明は本明細書の範囲外であり、したがって、明細書を簡
略にするため省略する。
宝石オリフィス形成部材118はオリフィスを通る高圧
水から高い収束性、高速切削噴流を発生させるために流
路114の下流端領域に位置決めされた噴流形成オリフィ
スを有する。宝石オリフィス部材118は、好ましくは、
合成サファイアまたはダイヤモンドのような極めて硬質
の材料から形成される。
水から高い収束性、高速切削噴流を発生させるために流
路114の下流端領域に位置決めされた噴流形成オリフィ
スを有する。宝石オリフィス部材118は、好ましくは、
合成サファイアまたはダイヤモンドのような極めて硬質
の材料から形成される。
軸線方向に延びる放出チューブ138が研削材噴流ハウ
ジング112の下流端に取付けられており、研削材を帯び
た噴流16を工作物に向けて放出するため、穴明け作業中
工作物に接近させて位置決めされている。
ジング112の下流端に取付けられており、研削材を帯び
た噴流16を工作物に向けて放出するため、穴明け作業中
工作物に接近させて位置決めされている。
研削材噴流ハウジング112は、さらに、研削材を外部
のホッパ226（または別の供給源）からハウジング112内
の混合領域142に案内する研削材案内入口流路140を有す
る。当分野で知られているように、研削材は、代表的に
は（しかし限定されないが）、微細なガーネットまたは
シリカの粉末から成り、ベルヌーイの原理に従って、移
動中の噴流を囲む低圧により組立体中に引き込まれる。
研削材は部材118の噴流発生オリフィスから下流で高速
噴流に接近した混合領域に運ばれ、研削材は移動中の液
体を囲む低圧領域によって噴流に捕捉されるようにな
る。
のホッパ226（または別の供給源）からハウジング112内
の混合領域142に案内する研削材案内入口流路140を有す
る。当分野で知られているように、研削材は、代表的に
は（しかし限定されないが）、微細なガーネットまたは
シリカの粉末から成り、ベルヌーイの原理に従って、移
動中の噴流を囲む低圧により組立体中に引き込まれる。
研削材は部材118の噴流発生オリフィスから下流で高速
噴流に接近した混合領域に運ばれ、研削材は移動中の液
体を囲む低圧領域によって噴流に捕捉されるようにな
る。
研削材及び（又は）研削材を帯びた液体を送出する研
削材出口流路144も研削材噴流ハウジング112に形成され
ている。この研削材出口流路144は一端で混合領域142と
連通し、好ましくは、入口研削材流路140と直径方向に
向き合い同軸的に整列している。出口流路144は真空装
置に連結されており、真空装置は、流入中の水噴流155
を囲むベルヌーイ効果が満足な穴明けを与える研削材の
流れのレベルを維持するのに不十分であるか、または遠
方のホッパから研削材を移送することができない期間
中、外部ホッパ226から入口流路140を通る研削材をほぼ
一定の流入量に維持する。
削材出口流路144も研削材噴流ハウジング112に形成され
ている。この研削材出口流路144は一端で混合領域142と
連通し、好ましくは、入口研削材流路140と直径方向に
向き合い同軸的に整列している。出口流路144は真空装
置に連結されており、真空装置は、流入中の水噴流155
を囲むベルヌーイ効果が満足な穴明けを与える研削材の
流れのレベルを維持するのに不十分であるか、または遠
方のホッパから研削材を移送することができない期間
中、外部ホッパ226から入口流路140を通る研削材をほぼ
一定の流入量に維持する。
真空補助式研削材流入技術のいくつかの一般的な特性
を以下に説明するが、その詳細は、1989年２月９日に出
願した本出願人の米国特許第308,730号に一層詳細に説
明されているので、その内容を参照されたい。
を以下に説明するが、その詳細は、1989年２月９日に出
願した本出願人の米国特許第308,730号に一層詳細に説
明されているので、その内容を参照されたい。
穴明けノズル組立体10を通る研削材をほぼ一定の流量
に維持するために好ましく利用される真空装置は第２ノ
ズル組立体212（第４図）である。この真空ノズル装置2
12は、導管220を介して、ノズル組立体10に形成した研
削材送出出口144（第５図）に連通する研削材案内入口
を有する。導管220はバルブ装置214を通っており、この
バルブ装置は、好ましくは、工業界で普通に見い出され
る標準の100psi圧力源によって動作されるソレノイド作
動式空気駆動形オン／オフバルブである。
に維持するために好ましく利用される真空装置は第２ノ
ズル組立体212（第４図）である。この真空ノズル装置2
12は、導管220を介して、ノズル組立体10に形成した研
削材送出出口144（第５図）に連通する研削材案内入口
を有する。導管220はバルブ装置214を通っており、この
バルブ装置は、好ましくは、工業界で普通に見い出され
る標準の100psi圧力源によって動作されるソレノイド作
動式空気駆動形オン／オフバルブである。
真空ノズル組立体212は穴明けノズル組立体10の放出
チューブ138に匹敵する噴流放出チューブ222を有する。
放出チューブ222は、一般に当業者によってキャッチャ
と言われているエネルギー消散装置225内にその噴流放
出端を置くように位置決めされている。真空ノズル組立
体212は工作物を切削または穴明けするように意図した
ものでないので、その部品は効率的な噴流よりむしろ最
大吸引を発生させるような寸法である。したがって、こ
の真空ノズル組立体212には、例えば、0.010インチ（0.
025cm）の直径の噴流形成オリフィスと、２インチ（5.6
cm）の長さで0.60インチ（0.15cm）の直径の放出チュー
ブとが設けられている。
チューブ138に匹敵する噴流放出チューブ222を有する。
放出チューブ222は、一般に当業者によってキャッチャ
と言われているエネルギー消散装置225内にその噴流放
出端を置くように位置決めされている。真空ノズル組立
体212は工作物を切削または穴明けするように意図した
ものでないので、その部品は効率的な噴流よりむしろ最
大吸引を発生させるような寸法である。したがって、こ
の真空ノズル組立体212には、例えば、0.010インチ（0.
025cm）の直径の噴流形成オリフィスと、２インチ（5.6
cm）の長さで0.60インチ（0.15cm）の直径の放出チュー
ブとが設けられている。
穴明けノズル組立体10及び真空ノズル組立体212はそ
れらの上流端でそれぞれ一対のオン／オフバルブ24、22
4に連結されており、これらのバルブは、ノズル組立体
内での噴流の形成を選択的に行いまたは停止する手段15
によって制御される。好ましくは、バルブは研削材バル
ブと同一の空気供給源から作動できる空気駆動形構造で
ある。適当なバルブ構造の１例が1982年２月２日に発行
されたジョーン エッチ オルセンの米国特許第4,313,
570号に見い出される。この特許の内容を参照された
い。
れらの上流端でそれぞれ一対のオン／オフバルブ24、22
4に連結されており、これらのバルブは、ノズル組立体
内での噴流の形成を選択的に行いまたは停止する手段15
によって制御される。好ましくは、バルブは研削材バル
ブと同一の空気供給源から作動できる空気駆動形構造で
ある。適当なバルブ構造の１例が1982年２月２日に発行
されたジョーン エッチ オルセンの米国特許第4,313,
570号に見い出される。この特許の内容を参照された
い。
吸引ノズル組立体は最大の信頼性と最少の保守で機能
を達成する低費用の装置であると思われるが、当然、任
意の他の適当な部分真空源を吸引ノズル組立体に代えて
用いてもよい。しかしながら、真空補助に代えて、研削
材の供給速度を穴明け噴流液体の時間変化圧力と共に一
般に増加（または減少）させるように、供給ライン内の
バルブ手段によって研削材の供給速度を変えてもよい。
前述した真空源が研削材供給速度を達成したとき、穴明
けノズル組立体は、混合領域を通って真空源に至る研削
材の流れから、達成できた研削材供給速度を単に取るこ
とができる。噴流形成オリフィスから上流の穴明け液体
の圧力が増加するにつれて、流れている噴流を囲む低圧
のベルヌーイ領域は噴流中に一層多くの研削材を捕捉す
る。この増加する捕捉速度は研削材供給ライン内のマイ
クロプロセッサ制御式バルブによって得られることがで
き、このバルブは穴明け作業に伴う圧力曲線に少なくと
もほぼ従って研削材の供給速度を調節する。
を達成する低費用の装置であると思われるが、当然、任
意の他の適当な部分真空源を吸引ノズル組立体に代えて
用いてもよい。しかしながら、真空補助に代えて、研削
材の供給速度を穴明け噴流液体の時間変化圧力と共に一
般に増加（または減少）させるように、供給ライン内の
バルブ手段によって研削材の供給速度を変えてもよい。
前述した真空源が研削材供給速度を達成したとき、穴明
けノズル組立体は、混合領域を通って真空源に至る研削
材の流れから、達成できた研削材供給速度を単に取るこ
とができる。噴流形成オリフィスから上流の穴明け液体
の圧力が増加するにつれて、流れている噴流を囲む低圧
のベルヌーイ領域は噴流中に一層多くの研削材を捕捉す
る。この増加する捕捉速度は研削材供給ライン内のマイ
クロプロセッサ制御式バルブによって得られることがで
き、このバルブは穴明け作業に伴う圧力曲線に少なくと
もほぼ従って研削材の供給速度を調節する。
第４図に示す装置は、0.005インチ（0.012cm）の直径
（dd）の噴流形成オリフィスと、4.0インチ（10cm）の
長さ（1m）を及び0.018インチ（0.045cm）の内径（dm）
を持つ放出チューブとを有する穴明けノズル10を有す
る。これとは対照的に、真空ノズル組立体212は、0.010
インチ（0.024cm）の直径の噴流形成オリフィスと、２
インチ（5cm）の長さ及び0.060インチ（0.15cm）の内径
を持つ放出チューブとを有する。
（dd）の噴流形成オリフィスと、4.0インチ（10cm）の
長さ（1m）を及び0.018インチ（0.045cm）の内径（dm）
を持つ放出チューブとを有する穴明けノズル10を有す
る。これとは対照的に、真空ノズル組立体212は、0.010
インチ（0.024cm）の直径の噴流形成オリフィスと、２
インチ（5cm）の長さ及び0.060インチ（0.15cm）の内径
を持つ放出チューブとを有する。
穴明けノズル組立体10は、傾斜オリフィス部材20、蓄
圧器22及びオン／オフバルブ24を通して高圧液体源14と
連通するように直列に連結されている。バイパスバルブ
（逃し弁）25が傾斜オリフィス20の側に流路を選択的に
設けるように傾斜オリフィス20に並列に連結されてい
る。名称が暗示するように、傾斜オリフィス（その機能
は後述する）は、小さい流体送出オリフィスを有し、こ
のオリフィスを通って、流体が高圧源14から蓄圧器22に
流入する。オリフィスの直径（du）は約0.005インチ
（0.012cm）である。蓄圧器は単なる高圧容器である。
実際には、約60立方インチ（960cm3）の内部体積を持っ
た蓄圧器が満足のいくものであることが見い出されてい
る。この傾斜オリフィス20は、もし適当なバイパスバル
ブ装置が配置されるならば、入口オリフィスとして機能
できる。
圧器22及びオン／オフバルブ24を通して高圧液体源14と
連通するように直列に連結されている。バイパスバルブ
（逃し弁）25が傾斜オリフィス20の側に流路を選択的に
設けるように傾斜オリフィス20に並列に連結されてい
る。名称が暗示するように、傾斜オリフィス（その機能
は後述する）は、小さい流体送出オリフィスを有し、こ
のオリフィスを通って、流体が高圧源14から蓄圧器22に
流入する。オリフィスの直径（du）は約0.005インチ
（0.012cm）である。蓄圧器は単なる高圧容器である。
実際には、約60立方インチ（960cm3）の内部体積を持っ
た蓄圧器が満足のいくものであることが見い出されてい
る。この傾斜オリフィス20は、もし適当なバイパスバル
ブ装置が配置されるならば、入口オリフィスとして機能
できる。
傾斜オリフィスと蓄圧器の組み合わせにより、噴流形
成オリフィスにおいて液体内に、初期圧力Poから最終圧
力Pfに傾斜する圧力が発生される。高圧液体が、蓄圧器
から出る液体より高圧で傾斜オリフィスを通して蓄圧器
に入る。蓄圧器を充填した後、液体は、引き続き高圧液
体が液体が出るよりも速い速度で入るにつれて、圧縮さ
れるようになる。液体が圧縮されるようになると、蓄圧
器の下流の圧力は、オリフィスの寸法du及びddで決まる
定常圧力に達するまで、増加する。もしdu＝ddであるな
らば、最大穴明け圧力は供給源14における圧力の約半分
である。
成オリフィスにおいて液体内に、初期圧力Poから最終圧
力Pfに傾斜する圧力が発生される。高圧液体が、蓄圧器
から出る液体より高圧で傾斜オリフィスを通して蓄圧器
に入る。蓄圧器を充填した後、液体は、引き続き高圧液
体が液体が出るよりも速い速度で入るにつれて、圧縮さ
れるようになる。液体が圧縮されるようになると、蓄圧
器の下流の圧力は、オリフィスの寸法du及びddで決まる
定常圧力に達するまで、増加する。もしdu＝ddであるな
らば、最大穴明け圧力は供給源14における圧力の約半分
である。
Poの値が、図示の実施例において、穴明けノズル組立
体の流路と並列な流路を形成する始動ノズル組立体26で
達成される。なお、始動ノズル組立体26はオン／オフバ
ルブ27を通して蓄圧器22に連通するように直列に連結さ
れている。
体の流路と並列な流路を形成する始動ノズル組立体26で
達成される。なお、始動ノズル組立体26はオン／オフバ
ルブ27を通して蓄圧器22に連通するように直列に連結さ
れている。
初期圧力Poを達成するために、穴明けノズル組立体10
は最初バルブ24を閉じることによって流路ラインから分
離される。バルブ27を開くと、高圧源14から傾斜オリフ
ィス20、蓄圧器22及び始動ノズル26の噴流形成オリフィ
スを通る流れは、蓄圧器の下流の穴明けノズル組立体10
内の噴流形成オリフィスに始動圧力Poを達成する。始動
ノズル組立体の噴流形成オリフィスdsに対しては、0.00
6インチ（0.015cm）の直径が満足なものであることが見
い出されている。一旦初期圧力が達成されると、始動ノ
ズル組立体はバルブ27を閉じることにより圧力ラインか
ら分離され、穴明けノズル組立体がバルブ24を開くこと
により圧力ラインに連結される。
は最初バルブ24を閉じることによって流路ラインから分
離される。バルブ27を開くと、高圧源14から傾斜オリフ
ィス20、蓄圧器22及び始動ノズル26の噴流形成オリフィ
スを通る流れは、蓄圧器の下流の穴明けノズル組立体10
内の噴流形成オリフィスに始動圧力Poを達成する。始動
ノズル組立体の噴流形成オリフィスdsに対しては、0.00
6インチ（0.015cm）の直径が満足なものであることが見
い出されている。一旦初期圧力が達成されると、始動ノ
ズル組立体はバルブ27を閉じることにより圧力ラインか
ら分離され、穴明けノズル組立体がバルブ24を開くこと
により圧力ラインに連結される。
始動ノズル組立体の分離と穴明けノズル組立体を通る
ように流体を方法転換することにより、穴明けノズル組
立体10の噴流形成オリフィスにおける圧力は上昇する。
その理由は、始動ノズルオリフィスの直径dsが穴明けオ
リフィスの直径ddより大きいからである。圧力増加速度
は、dd、duと、圧力源14における所定の値の圧力に対す
る蓄圧器22の体積（Ｖ）の関数である。穴明けオリフィ
スでの最終定常状態圧力はdd及びduの関数である。穴明
け作業が完了した後、バルブ24が閉じられ、その後、バ
ルブ27が開かれて蓄圧器から下流に始動圧力Poを再び確
立する。
ように流体を方法転換することにより、穴明けノズル組
立体10の噴流形成オリフィスにおける圧力は上昇する。
その理由は、始動ノズルオリフィスの直径dsが穴明けオ
リフィスの直径ddより大きいからである。圧力増加速度
は、dd、duと、圧力源14における所定の値の圧力に対す
る蓄圧器22の体積（Ｖ）の関数である。穴明けオリフィ
スでの最終定常状態圧力はdd及びduの関数である。穴明
け作業が完了した後、バルブ24が閉じられ、その後、バ
ルブ27が開かれて蓄圧器から下流に始動圧力Poを再び確
立する。
圧力の急速な放出が穴明け作業の完了時に望ましい場
合には、ダンプ（廃棄）ノズル組立体28が使用されても
よい。ダンプノズルはオン／オフバルブ30を介して蓄圧
器の下流端に連通するように直列に連結されている。ダ
ンプノズル組立体の噴流形成オリフィスは0.009インチ
（0.022cm）の比較的大きな直径を有する。したがっ
て、常閉バルブ30を開くことにより、蓄圧器から下流に
圧力の急速な放出が生じる。始動ノズル組立体26がこの
目的のために使用されてもよいが、比較的小さいオリフ
ィスから生じる長い放出期間は、噴流の滞留が穴の寸法
形状に無視できない作用を持つ場合のような或る用途に
は、満足すべきものでないかもしれない。
合には、ダンプ（廃棄）ノズル組立体28が使用されても
よい。ダンプノズルはオン／オフバルブ30を介して蓄圧
器の下流端に連通するように直列に連結されている。ダ
ンプノズル組立体の噴流形成オリフィスは0.009インチ
（0.022cm）の比較的大きな直径を有する。したがっ
て、常閉バルブ30を開くことにより、蓄圧器から下流に
圧力の急速な放出が生じる。始動ノズル組立体26がこの
目的のために使用されてもよいが、比較的小さいオリフ
ィスから生じる長い放出期間は、噴流の滞留が穴の寸法
形状に無視できない作用を持つ場合のような或る用途に
は、満足すべきものでないかもしれない。
バイパスバルブ25は、もし傾斜オリフィス20が作業中
ならば、通常閉じられているオン／オフバルブである。
傾斜オン／オフをバイパスするために、バイパスバルブ
が開かれて蓄圧器の下流の圧力を圧力源14の圧力まで直
ぐ上昇させる。
ならば、通常閉じられているオン／オフバルブである。
傾斜オン／オフをバイパスするために、バイパスバルブ
が開かれて蓄圧器の下流の圧力を圧力源14の圧力まで直
ぐ上昇させる。
第６図は、第４図の種々のバルブの開閉の好ましいタ
イミングをグラフにより示す。バルブ27を開くことによ
って最初に始動ノズルを作動させて、蓄圧器22の下流に
始動圧力を得る。次に、バルブ224を開くことによって
吸引ノズルを作動させる。バルブ24を開くことにより穴
明けノズルを作動させる直ぐ前に、研削材供給バルブ22
8を開いて穴明けノズル10を通る吸引ノズル212への研削
材の流れを得る。
イミングをグラフにより示す。バルブ27を開くことによ
って最初に始動ノズルを作動させて、蓄圧器22の下流に
始動圧力を得る。次に、バルブ224を開くことによって
吸引ノズルを作動させる。バルブ24を開くことにより穴
明けノズルを作動させる直ぐ前に、研削材供給バルブ22
8を開いて穴明けノズル10を通る吸引ノズル212への研削
材の流れを得る。
次に、バルブ24を開いて穴明けノズルを作動させ、バ
ルブ27を閉じて始動ノズルを作動解除させる。しかしな
がら、研削材の供給は、穴明けノズルの作動前に必ず始
める必要はない。その理由は、比較的低い始動圧力は、
たとえ工作物に研削材のない水噴流を当てたとしても、
工作物の破断または剥離を生じさせないからである。
ルブ27を閉じて始動ノズルを作動解除させる。しかしな
がら、研削材の供給は、穴明けノズルの作動前に必ず始
める必要はない。その理由は、比較的低い始動圧力は、
たとえ工作物に研削材のない水噴流を当てたとしても、
工作物の破断または剥離を生じさせないからである。
研削材がノズル組立体内に残留するのを防止するた
め、低圧洗浄液体が混合領域の上流及び下流の両方の研
削材流路に導入される。研削材の累積は２つの点で穴明
け作業に悪影響を与える。第１に、累積は研削材の流れ
に抵抗してノズル組立体の穴明け効率を減少させること
がある。第２に、混合領域の上流に形成される累積した
研削材の塊が突然噴流に捕捉され、不正確な穴明けを行
い工作物に損傷を与える危険がある。
め、低圧洗浄液体が混合領域の上流及び下流の両方の研
削材流路に導入される。研削材の累積は２つの点で穴明
け作業に悪影響を与える。第１に、累積は研削材の流れ
に抵抗してノズル組立体の穴明け効率を減少させること
がある。第２に、混合領域の上流に形成される累積した
研削材の塊が突然噴流に捕捉され、不正確な穴明けを行
い工作物に損傷を与える危険がある。
したがって、低圧洗浄液体が水道水等の低圧源11から
穴明けノズル組立体10に導入される。第５図を一時的に
参照すると、洗浄液体が、それぞれ、上流洗浄流路48及
び下流洗浄流路59を介して、混合領域の上流及び下流の
両方で研削材流路に導入される。
穴明けノズル組立体10に導入される。第５図を一時的に
参照すると、洗浄液体が、それぞれ、上流洗浄流路48及
び下流洗浄流路59を介して、混合領域の上流及び下流の
両方で研削材流路に導入される。
第６図を戻ると、穴明け作業は、ダンプノズルバルブ
30を開いた直後に、穴明けノズルバルブ24、研削材供給
バルブ228及び真空ノズルバルブ224を閉じることによっ
て完了する。次に、上流洗浄液体がバルブ29を開くこと
によって導入され、次回の穴明け作業中工作物に衝突し
て害を与えるような研削材のどんな累積も防止する。
30を開いた直後に、穴明けノズルバルブ24、研削材供給
バルブ228及び真空ノズルバルブ224を閉じることによっ
て完了する。次に、上流洗浄液体がバルブ29を開くこと
によって導入され、次回の穴明け作業中工作物に衝突し
て害を与えるような研削材のどんな累積も防止する。
当業者は他の方法でマイクロプロセッサ制御式高圧ポ
ンプにより時間変化圧力曲線を実施し、高圧ポンプの吐
出量を、切削しようとする材料の種類及び寸法にプロセ
スパラメータを相関させるプログラムによる指示に従っ
て変化させることができる。
ンプにより時間変化圧力曲線を実施し、高圧ポンプの吐
出量を、切削しようとする材料の種類及び寸法にプロセ
スパラメータを相関させるプログラムによる指示に従っ
て変化させることができる。
本発明の他の特徴によると、穴明けした穴の寸法は、
噴流が材料を貫通した後、噴流のドウェル時間を制御す
ることによって制御される。噴流による完全な貫通が起
こると、穴明け作業によって発生される音量のレベルが
変化し、噴流が工作物を完全に貫通した後には音量レベ
ルが実質的に増加する。したがって、マイクロホン17が
穴明け作業によって発生される音量レベルを検出するた
めに配置されており、音量レベルが変化した後の所定時
間に穴明け噴流を作動解除するタイミング回路に接続さ
れている。
噴流が材料を貫通した後、噴流のドウェル時間を制御す
ることによって制御される。噴流による完全な貫通が起
こると、穴明け作業によって発生される音量のレベルが
変化し、噴流が工作物を完全に貫通した後には音量レベ
ルが実質的に増加する。したがって、マイクロホン17が
穴明け作業によって発生される音量レベルを検出するた
めに配置されており、音量レベルが変化した後の所定時
間に穴明け噴流を作動解除するタイミング回路に接続さ
れている。
感圧材料に、その面に対して垂直でない角度で穴明け
するとき、斜めの衝突噴流が、穴に隣接する工作物の部
分に損傷を与えるような仕方で、工作物の面によってと
きには偏向される。このことは、特に工作物が複合材料
吹付け被覆金属であるとき当てはまり、噴流が基体から
跳ね飛び、複合材料被覆に亀裂を生じさせることがあ
る。
するとき、斜めの衝突噴流が、穴に隣接する工作物の部
分に損傷を与えるような仕方で、工作物の面によってと
きには偏向される。このことは、特に工作物が複合材料
吹付け被覆金属であるとき当てはまり、噴流が基体から
跳ね飛び、複合材料被覆に亀裂を生じさせることがあ
る。
したがって、このような状況下で斜めの穴を明けると
きには、噴流の軸線を材料の面に対して90゜にして穴明
け作業を開始するのが好ましい。一旦噴流が感圧材料の
表面に侵入したならば、噴流の入射角を、適当な方向が
達成されるまで徐々に変更する。角度変更の最適速度は
材料及びこの材料の厚みによって変わるが、約10゜／秒
の速度がほぼ満足のいくものであることが見い出されて
いる。1/8インチ（0.3cm）セラミック被覆を穴明けする
とき、例えば、枢動させることは初期衝突後約１−２秒
で開始してもよい。
きには、噴流の軸線を材料の面に対して90゜にして穴明
け作業を開始するのが好ましい。一旦噴流が感圧材料の
表面に侵入したならば、噴流の入射角を、適当な方向が
達成されるまで徐々に変更する。角度変更の最適速度は
材料及びこの材料の厚みによって変わるが、約10゜／秒
の速度がほぼ満足のいくものであることが見い出されて
いる。1/8インチ（0.3cm）セラミック被覆を穴明けする
とき、例えば、枢動させることは初期衝突後約１−２秒
で開始してもよい。
前述の説明は当業者にとって本発明を実施させること
ができる詳細を含むが、これらの教示を知った当業者に
とっては多くの変更及び変形が明らかであるように、こ
の説明は例示的である。したがって、本発明は特許請求
の範囲にだけに基づいて限定されるべきであり、特許請
求の範囲は先行技術に照らしてできるだけ広く解釈され
るべきである。
ができる詳細を含むが、これらの教示を知った当業者に
とっては多くの変更及び変形が明らかであるように、こ
の説明は例示的である。したがって、本発明は特許請求
の範囲にだけに基づいて限定されるべきであり、特許請
求の範囲は先行技術に照らしてできるだけ広く解釈され
るべきである。
第１図乃至第３図は、水噴流または研削材噴流によって
いろいろな種類の工作物を穴明けするのに用いられるい
ろいろな時間変化圧力曲線のグラフ表示である。 第４図は、本発明に従って構成された研削材噴流装置の
ブロック図である。 第５図は、本発明に従って構成されたノズル組立体の断
面図である。 第６図は、第１図の装置の作動サイクルにいろいろな期
間中の第１図に示すバルブの状態を概略的に示す図であ
る。 10……穴明けノズル組立体、 12……工作物、 14……高圧源、 16……噴流、 212……真空ノズル組立体、 26……始動ノズル組立体、 28……ダンプノズル組立体。
いろいろな種類の工作物を穴明けするのに用いられるい
ろいろな時間変化圧力曲線のグラフ表示である。 第４図は、本発明に従って構成された研削材噴流装置の
ブロック図である。 第５図は、本発明に従って構成されたノズル組立体の断
面図である。 第６図は、第１図の装置の作動サイクルにいろいろな期
間中の第１図に示すバルブの状態を概略的に示す図であ
る。 10……穴明けノズル組立体、 12……工作物、 14……高圧源、 16……噴流、 212……真空ノズル組立体、 26……始動ノズル組立体、 28……ダンプノズル組立体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−28599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−39800（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B26F 3/00 B24C 5/02
Claims (10)
- 【請求項１】液体の収束性の高速噴流を当てたとき亀裂
を生じ易い少なくとも１つの層を持ちかつ前面及び裏面
を持つ材料から成る工作物に小さな直径の穴を明ける方
法において、 高圧液体の源をノズル組立体の噴流形成オリフィスに連
結して収束性の高速穴明け噴流を形成する工程と、 前記噴流を工作物に向けて放出する工程と、 補助オリフィスを前記高圧液体の源に連結することによ
って該高圧液体の源からの液体の少なくとも一部を前記
補助オリフィスに流して、前記噴流形成オリフィスへの
液体の流れの圧力を変化させることによって、前記材料
を穴明けする少なくとも実質的な作業過程での圧力を少
なくともある率で変更する工程と、を有することを特徴
とする方法。 - 【請求項２】前記補助オリフィスが、前記ノズル組立体
の前記噴流形成オリフィスと並列に連結されている、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記補助オリフィスは、低圧が確立された
後に、高圧液体から実質的に分離され、これと実質的に
同時に、前記ノズル組立体の前記噴流形成オリフィス
が、低圧の初期圧力の液体に連結される、請求項２に記
載の方法。 - 【請求項４】経時的に圧力が変化する液体によって前記
噴流が形成されている間、前記補助オリフィスを作動解
除する工程を含む、請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】前記高圧液体の源からの液体を該補助オリ
フィスを介して畜圧器に差し向けて、該畜圧器での液体
の加圧によって、これに対応する前記噴流形成オリフィ
スの下流の液体の加圧を生じさせるように前記補助オリ
フィスが配置されている、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】前記畜圧器に連通され且つ前記噴流形成オ
リフィスと並列に配置され、前記畜圧器内の加圧液体を
逃がして前記噴流形成オリフィスの下流の液体の圧力を
減少させるための手段を設けることを含む、請求項５に
記載の方法。 - 【請求項７】圧力の経時的な変化を実質的に終わらせる
ために前記補助オリフィスをバイパスする工程を含む、
請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】前記噴流が工作物を貫通し終わったことを
決めるために、工作物に衝突する噴流を監視する工程を
更に含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】騒音レベルの増大に応答して、前記噴流の
形成を停止する工程を含む、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】前記噴流が、亀裂を生じ易い材料の内部
からその裏面に接近すると、前記圧力が低圧に向けて減
圧され、前記噴流が、亀裂を生じ易い材料のほぼ途中の
領域での圧力よりも低い圧力で前記裏面から出る工程を
更に含む、請求項１に記載の方法。
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Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0535581A1 (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-07 | Kimberly-Clark Corporation | Process for hydrosonically microaperturing thin sheet materials |
| US5314737A (en) * | 1991-09-30 | 1994-05-24 | Kimberly-Clark Corporation | Area thinned thin sheet materials |
| US5269981A (en) * | 1991-09-30 | 1993-12-14 | Kimberly-Clark Corporation | Process for hydrosonically microaperturing |
| US5443886A (en) * | 1991-09-30 | 1995-08-22 | Kimberly-Clark Corporation | Hydrosonically embedded soft thin film materials |
| US5370830A (en) * | 1992-09-23 | 1994-12-06 | Kimberly-Clark Corporation | Hydrosonic process for forming electret filter media |
| US5336452A (en) * | 1992-09-23 | 1994-08-09 | Kimberly-Clark Corporation | Process for hydrosonically area embossing thin thermoplastic film materials |
| JP3019671B2 (ja) * | 1993-05-27 | 2000-03-13 | ダイキン工業株式会社 | 超高圧制御装置 |
| US5643058A (en) * | 1995-08-11 | 1997-07-01 | Flow International Corporation | Abrasive fluid jet system |
| US5964644A (en) * | 1996-03-01 | 1999-10-12 | Extrude Hone Corporation | Abrasive jet stream polishing |
| US5860849A (en) * | 1997-03-25 | 1999-01-19 | Huffman Corp | Liquid abrasive jet focusing tube for making non-perpendicular cuts |
| DE19917611A1 (de) * | 1999-04-19 | 2000-10-26 | Abb Alstom Power Ch Ag | Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen |
| US6306010B1 (en) * | 1999-10-26 | 2001-10-23 | Industrial Gasket, Inc. | Method of forming a hole in a glass reflector |
| DE20014024U1 (de) * | 2000-08-10 | 2001-03-01 | RAG Aktiengesellschaft, 45128 Essen | Vorrichtung zum Trennen und Bearbeiten von Bauteilen oder Halbzeugen |
| US6749490B1 (en) * | 2002-05-16 | 2004-06-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Portable numerically controlled water-jet driller |
| US6946013B2 (en) | 2002-10-28 | 2005-09-20 | Geo2 Technologies, Inc. | Ceramic exhaust filter |
| US7067031B2 (en) * | 2003-12-03 | 2006-06-27 | Dew Engineering And Development Limited | Process for making a ceramic armor plate |
| JP2006343653A (ja) * | 2005-06-10 | 2006-12-21 | Sharp Corp | スタンド装置及びその装置を備える薄型の電子機器 |
| US7682577B2 (en) | 2005-11-07 | 2010-03-23 | Geo2 Technologies, Inc. | Catalytic exhaust device for simplified installation or replacement |
| US7682578B2 (en) | 2005-11-07 | 2010-03-23 | Geo2 Technologies, Inc. | Device for catalytically reducing exhaust |
| US7722828B2 (en) | 2005-12-30 | 2010-05-25 | Geo2 Technologies, Inc. | Catalytic fibrous exhaust system and method for catalyzing an exhaust gas |
| US7934977B2 (en) * | 2007-03-09 | 2011-05-03 | Flow International Corporation | Fluid system and method for thin kerf cutting and in-situ recycling |
| WO2009039096A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-26 | Ann Williams Group Llc | Sound recordable/playable device and method of use |
| US8448880B2 (en) * | 2007-09-18 | 2013-05-28 | Flow International Corporation | Apparatus and process for formation of laterally directed fluid jets |
| US8210908B2 (en) * | 2008-06-23 | 2012-07-03 | Flow International Corporation | Vented cutting head body for abrasive jet system |
| US20110076405A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | United Technologies Corporation | Hole drilling with close proximity backwall |
| US20110200220A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Ann Williams Group, Llc. | Sound recordable/playable device, packaging, and method of use |
| AU2011203006B2 (en) * | 2010-06-21 | 2015-10-01 | Omax Corporation | Systems for abrasive jet piercing and associated methods |
| US9395715B2 (en) * | 2012-04-04 | 2016-07-19 | Hypertherm, Inc. | Identifying components in a material processing system |
| US8894468B2 (en) * | 2012-05-16 | 2014-11-25 | Flow International Corporation | Fluid jet receptacle with rotatable inlet feed component and related fluid jet cutting system and method |
| US9358668B2 (en) | 2012-07-19 | 2016-06-07 | Ascent Aerospace, Llc | Fluid jet receiving receptacles and related fluid jet cutting systems |
| US9586306B2 (en) | 2012-08-13 | 2017-03-07 | Omax Corporation | Method and apparatus for monitoring particle laden pneumatic abrasive flow in an abrasive fluid jet cutting system |
| US8904912B2 (en) * | 2012-08-16 | 2014-12-09 | Omax Corporation | Control valves for waterjet systems and related devices, systems, and methods |
| US9095955B2 (en) | 2012-08-16 | 2015-08-04 | Omax Corporation | Control valves for waterjet systems and related devices, systems and methods |
| EP2740574A1 (de) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und akustisch überwachte Wasserstrahlverfahren |
| CH707657A1 (de) * | 2013-02-21 | 2014-08-29 | Waterjet Robotics Ag C O Matthias Straubhaar | Verfahren zum Bohren mindestens eines Loches in einem Werkstück mittels eines Bearbeitungsstrahls aus Flüssigkeit. |
| US9440370B2 (en) * | 2013-06-20 | 2016-09-13 | Mark William Hayden | Re-circulating system for slurried abrasive/liquid feed to multiple abrasive water jet cutting heads |
| RU2554841C1 (ru) * | 2013-11-26 | 2015-06-27 | Владислав Григорьевич Вохмянин | Способ в.г. вохмянина получения в детали длинномерных отверстий |
| RU2593320C1 (ru) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | Иван Иванович Михеев | Станок для сверления отверстий малого диаметра |
| WO2016136443A1 (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 新東工業株式会社 | ノズル組立体及びこのノズル組立体を用いた表面処理方法 |
| US20170232513A1 (en) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | The Boeing Company | Systems and methods for biaxial symmetric canted holes |
| US11577366B2 (en) | 2016-12-12 | 2023-02-14 | Omax Corporation | Recirculation of wet abrasive material in abrasive waterjet systems and related technology |
| US11554461B1 (en) | 2018-02-13 | 2023-01-17 | Omax Corporation | Articulating apparatus of a waterjet system and related technology |
| US11224987B1 (en) | 2018-03-09 | 2022-01-18 | Omax Corporation | Abrasive-collecting container of a waterjet system and related technology |
| EP3632618B1 (en) * | 2018-10-04 | 2021-03-10 | Politecnico di Milano | Abrasive water-jet cutting machine and method, and composition comprising abrasive material |
| US12051316B2 (en) | 2019-12-18 | 2024-07-30 | Hypertherm, Inc. | Liquid jet cutting head sensor systems and methods |
| CN115698559A (zh) | 2020-03-24 | 2023-02-03 | 海别得公司 | 用于液体喷射切割系统的高压密封件 |
| CN115698507A (zh) | 2020-03-30 | 2023-02-03 | 海别得公司 | 用于具有多功能接口纵向端的液体喷射泵的气缸 |
| US12030206B2 (en) | 2021-08-12 | 2024-07-09 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Producing holes in glass containers |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3524367A (en) * | 1968-05-31 | 1970-08-18 | Norman C Franz | High velocity liquid jet |
| US3691695A (en) * | 1971-01-20 | 1972-09-19 | Norman Green | Rapid acting abrasive trimmer for micro-electronic devices |
| US3769753A (en) * | 1972-03-16 | 1973-11-06 | H Fleischer | Automatic car sand blaster |
| US3903526A (en) * | 1973-09-10 | 1975-09-02 | William L Cotter | Recording apparatus |
| US4272017A (en) * | 1976-03-22 | 1981-06-09 | Franz Norman C | Method and nozzle assembly for fluid jet penetration of a work material |
| US4146049A (en) * | 1977-07-28 | 1979-03-27 | Ag-Rain Incorporated | Traveling sprinkler radio-controlled mechanism and warning device |
| DE2838916A1 (de) * | 1978-09-07 | 1980-03-20 | Steuler Industriewerke Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines dekors auf der oberflaeche keramischer platten |
| JPS57201560A (en) * | 1981-03-27 | 1982-12-10 | Biieru Tekunorojii Ltd | Method and device for spraying medium |
| US4562960A (en) * | 1983-03-14 | 1986-01-07 | Masco Corporation Of Indiana | Pressure responsive aerator |
| GB8324553D0 (en) * | 1983-09-14 | 1983-10-19 | Btr Plc | Monitoring flow of particulate material in impact treatment equipment |
| US4702042A (en) * | 1984-09-27 | 1987-10-27 | Libbey-Owens-Ford Co. | Cutting strengthened glass |
| US4707952A (en) * | 1986-10-01 | 1987-11-24 | Ingersoll-Rand Company | Liquid/abrasive jet cutting apparatus |
| US4846402A (en) * | 1988-02-03 | 1989-07-11 | Wheelabrator Air Pollution Control, Inc. | Spray nozzle and method of preventing solids build-up thereon |
| US4934111A (en) * | 1989-02-09 | 1990-06-19 | Flow Research, Inc. | Apparatus for piercing brittle materials with high velocity abrasive-laden waterjets |
-
1989
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