JP4222638B2

JP4222638B2 - 機械加工用流体研磨材ジェット

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Inventors: ミラー、ドナルド・ステュアート
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Description

本発明は材料の機械加工のために、加圧されたキャリア流体に研磨材粒子流を作り出す装置に関する。キャリア流体は通常水とざくろ石等の研磨砂である。ここで説明する装置は、金属、セラミックス、重合体及び複合材料を機械加工するのが困難な、高技術のマイクロ機械加工に対する高まりつつある需要を満たすために、直径が１００μｍ（ミクロン）未満の研磨材ウォータージェットを作り出すのに特に適している。
流体ジェットにおける研磨材粒子の使用は、公知の機械加工方法である。研磨材流体機械加工用の装置の商業的に最も重要な形態は、０．２〜０．４ミリメートルの直径のノズルを通して排出される高度に加圧された水を使用して、１秒当たり８００メートルまで上がるジェットを形成する。ウォータージェットはセラミック集束管に入る前に、囲まれたスペースを横切る。研磨材粒子を運んだ空気がジェットによって囲まれたスペースに導入され、ジェットによって集束管へと同伴される。集束管において、エネルギーが水から研磨材粒子に移され、粒子を１秒当たり３００メートルより大きな速度にまで加速する。集束管を出る水、研磨材及び空気のジェットは機械加工される作業片に向けられる。同伴プロセスが作用するためには、集束管の横断面積が高速ウォータージェットの初期の横断面積より約１０倍大きい必要がある。この面積の増大は、集束管におけるエネルギー損失と組み合わされ、作業片に衝突する水と研磨材の平均エネルギー密度が、ウォータージェットの平均エネルギー密度の約２０分の１であるという結果を導く。しかしながら、２５０〜４００ＭＰａ（２５００〜４０００バール）の超高圧を使用してウォータージェットを動かすことにより、作業片における研磨材粒子のエネルギー密度は広範囲のエンジニアリング材料を経済的に機械加工するのに充分である。
典型的に、研磨材を高速ウォータージェットに同伴することにより形成される研磨材ウォータージェットは、０．７〜１．２ミリメートルの直径を有し、これらのジェットは０．７５〜１．３ミリメートルのカット幅を作り出す。ジェット直径が０．７ミリメートル未満に減少するにつれて、機械加工の効率が急速に低下し、研磨材粒子が集束管に入る前に、研磨材粒子を運ぶのに充分な空気流を誘導するために、０．５ｍｍ未満の直径では付加的な特徴が必要である。特許番号ＥＰ０，３９１，５００Ａ２号は、研磨材ウォータージェットの同伴操作を０．２５ミリメートルの直径まで延ばす装置を記載しており、それはおそらく同伴ジェットに対する低い経済的限界であろう。
同伴プロセスに固有のジェットサイズの制限に苦しまない研磨材ウォータージェットを作り出すために、ノズルにおいて水を高速に加速する前に、研磨材を水と混合することが必要である。キャリア流体内の研磨材用に設計されたノズルにおける研磨材粒子加速プロセスが効率的であるので、作業片におけるジェットエネルギー密度はノズルにおけるエネルギー密度に近くなり、作り出されるカット幅がノズル直径に類似するようになる。研磨材粒子の効率的な加速のために、同伴研磨材ウォータージェット設備が必要とする水圧の２５％まで水圧を低下させることができる。研磨材の保管、計量及び流量制御システムはキャリア流体圧力で操作しなければならず、同伴研磨材ウォータージェットを発生させるために必要なものよりはるかに複雑な装置となるので、低い水圧が望ましい。更に、この装置は複雑な流体／粒子とフロー現象を収容しなければならず、研磨材粒子サイズ及び流体流速が減少するにつれて、これらの現象はかなり増大する。
キャリア流体内に研磨材を発生させる装置の一形態は、加圧水源から水流の約１０％を研磨材保管容器を通るように仕向けることによって、保管容器から研磨材粒子を計量し、研磨材粒子を流体化し、それを容器から容器を迂回する約９０％の水へと運ぶ。容器フロー回路とバイパス回路間の加圧水の分離は、容器フロー回路とバイパスフロー回路内の制限器によって達成される。容器とバイパスのフロー回路内の制限器の相対的サイズが、ノズルにおける水に対する研磨材の濃度を決定する。ノズルにおいて、水の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、水と研磨材粒子が５００バールの水圧に対して約３００ｍ／秒の速度に、また１５００バールの水圧に対して約５００ｍ／秒の速度に加速される。
キャリア流体ジェット内で研磨材を動かすために必要な圧力における流体圧縮性が重要である。水の場合、圧力２５０バールにつき約１％体積が減少する。研磨材粒子間の空隙内の水が研磨材保管容器内の研磨材床の体積の約５０％を占めており、通常は、研磨材床の上に、水が充填されたスペースがある。研磨材保管容器内の圧縮された水の体積は典型的に、装置に対する２〜１０秒の定常状態の加圧水流に等しい。加圧水の供給が減少または停止されると、研磨材保管容器内の圧縮された水が膨張し、ノズルを介して容器内の圧力を解放する。圧縮された水が膨張するにつれて、容器から流れる水内の研磨材の高い濃度を生じさせることがあり、フロー回路の一部に研磨材粒子を運び、そこで研磨材粒子が弁や他の成分に損傷を与え得る。
研磨材が切断ノズルを介して減圧される場合、研磨材保管容器から追い出される研磨材の量は、研磨材容器フロー回路内の制限器が容器の入口側に置かれる時に最大となる。キャリア流体を膨張させるための最も簡単な流路は容器の底からであり、研磨材の８０重量％である流れを発生させる。これは４０〜５０％を優に超える研磨材濃度レベルであり、ノズルの詰まりが起こりやすくなる。出口側の制限器は詰まりと摩耗を受けやすいので、制限器は通常研磨材保管容器の入口側に置かれる。
弁を介して研磨材保管容器を低圧範囲にまで減圧する手段を提供することが普通であるが、全ての混乱状態を処理するために弁を操作するのは実用的ではない。特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ９５／００９７９号は容器の入口側の研磨材保管容器フロー回路に置かれるジェットポンプを使用するフロー回路を記載している。ジェットポンプの機能の１つは、減圧中に研磨材保管容器の上部からノズルまでのキャリア流体用の簡単なルートを提供することである。別の機能は、回路から研磨材を取り除くために、研磨材保管容器フロー回路の一部において流れを逆にすることである。直径が０．２ミリメートル未満の切断ノズルでは、研磨材保管容器フロー回路を通る加圧水源の１０％のレイノルズ数（粘性力に対する慣性の比）が低すぎて、乱流ではなく層流が発生する。ジェットポンプの操作が依存する流体同伴プロセスは、層流では非常に貧弱であり、マイクロ機械加工のために必要なジェットサイズでは、ＰＣＴ／ＧＢ９５／００９７９号に記載されている装置は効果的に機能しないであろう。
ジェットポンプ性能の低下を防止する一方法は、駆動ジェットを作り出す制限器の直径を減少させることによてジェットポンプ駆動圧を増大させることである。実際には、これは研磨材保管容器フロー回路の制限器の直径が研磨材粒子ノズル直径に近く、従って制限器に到達する粒子により詰まりが発生する危険があるので、研磨材保管容器フロー回路を通る流れの約１０％程で操作するジェットポンプに対するオプションではない。この発明に開示されたフロー回路は装置に対する加圧水の全供給量で操作するジェットポンプを利用し、それによってレイノルズ数と圧力低下の制限を克服する。
特に薄い材料をドリルで穴開けしたり、表面にディテールをエッチングする場合、また作業片に特徴部をフライス削りする場合、研磨材ウォータージェットの機械加工作用が秒あたり多数回開始／停止できることが望ましい。キャリア流体研磨材ジェット用の駆動圧は充分低いので、多くの材料は研磨材なしのジェットに短時間曝されても損傷を受けない。従って、高速オン／オフ機械加工作用は、キャリア流体がノズルを通って流れ続ける間に、研磨材供給を開始／停止させることによって達成される。研磨材供給の停止は、絶対的でなければならない。なぜなら表面にあたる個々の粒子によって作業片表面に残痕が付けられるからである。典型的に、５０μｍ（ミクロン）のジェットは秒当たり１０００万個の粒子を超える粒子流量を有するであろう。このような高い粒子流量は、研磨材容器フロー回路内の弁を使用することによっては、明確に開始／停止され得ない。開示した発明は他の装置と関連してジェットポンプを使用することによって、研磨材粒子流の高速開始／停止を準備し、研磨材保管容器内の流れを瞬間的に逆流させ、ノズルにおける研磨材流の完全なカットオフを作り出す。この能力は更に、研磨材の流れが停止されるとすぐに操作されるノズルへの導管内の弁によって、ノズルへの水流を素早く開始／停止できるようにする。
１つのオーバーサイズの粒子がノズルを詰まらせ得る。研磨材は典型的に、細かな粒子を作るためにざくろ石等の砂を破砕することによって作り出され、細かな粒子が次にノズル直径の約６０％の最大粒径にまで等級付けされる。例えば、５０μｍ（ミクロン）のノズルに対する粒子は、約３０μｍ（ミクロン）の最大直径を有するであろう。これは人間の髪の毛の直径より小さく、多くのほこり粒子や他の潜在的な汚染物質の粒子より小さい。ノズルを詰まらせ得る粒子を避けるために、一旦研磨材が等級付けされると、研磨材を通常の環境から分離することが必須である。開示した装置は装置に積荷または接続される密閉されたカートリッジに入れられた研磨材を利用することができる。
装置内の流路は研磨材保管容器を迂回するキャリア流体の約９０％が、研磨材保管容器からの出口に置かれる制限器の下流面に流れ出るようにする。これは制限器の下流の詰まりの危険を最小にし、研磨材のないキャリア流体を制限器に提供し、流れが研磨材保管容器回路において逆流されると、直ちに研磨材を制限器から取り除く。研磨材保管容器フロー回路内の制限器が容器への入口に置かれている場合、研磨材保管容器を迂回したキャリア流体の約９０％が容器の基部へと流れ、そこに流路が配置され、流れが研磨材保管容器回路において逆流されると、研磨材の完全なカットオフが発生するようになる。
研磨材保管容器の出口における制限器の直径に対する研磨材粒子の直径は、制限器入口において粒子のブリッジングが発生するようなものである。ブリッジングは更に研磨材の流れを切断するフィルター床の形成を発生させる粒子の集積を生じさせる。瞬間的に研磨材保管容器回路内の流れを逆流させる装置の能力が、ブリッジの形成を妨げ、形成したブリッジを破壊する手段を提供する。
開示した装置がマイクロ機械加工のために使用される場合、研磨材保管容器は幾つかの作業片を機械加工するのに充分な研磨材を保持することができるが、装置の変形が大型ノズルと共に使用される場合、従って高い研磨材流量がある場合、機械加工操作を実行中に、保管容器に研磨材を補充することが望ましい。装置に対する改作により補充容器から研磨材保管容器に補充する準備が為される。
マイクロ機械加工のアプリケーションに対しては、装置は３００バールを超える圧力で、また約５％未満の圧力脈動を伴い、１時間当たり１リットルの何分の１から１時間当たり１０リットルまでの流量を必要とする。流れと圧力の要件を満たすためにプランジャーポンプが必要であるが、それらは非常に高い圧力脈動を生じさせる。増強装置プランジャーポンプからの圧力脈動を最低にする公知の方法は、圧力／流れにおける変動を減衰させるためにフロー回路内にアキュムレータを具備すること、あるいはポンプの１つがその配送ストロークの端に達する前に、他方のポンプが配送ストロークを開始し、ポンピングの役割を引き継ぐ前にその操作圧まで達するように整相さえる２つのプランジャーポンプを使用することである。
アキュムレータは多くのマイクロ研磨材ウォータージェットフロー回路における圧力脈動を最小化するために許容できる解決策ではなく、整相された増強化ポンプを提供することの方が好ましいオプションである。水力で駆動される整相された増強化ポンプがウォータージェットと研磨材ウォータージェットのアプリケーションのために開発されているが、それらはほとんどのマイクロ研磨材ウォータージェットアプリケーションのために使用するにはあまりに強力で、嵩高く、複雑で、高価でありすぎる。
マイクロ研磨材ウォータージェットのために必要な圧力と流れ範囲用に市販されている増強装置ポンプは、ピストンを動かすために約７バールの圧力で圧縮された空気を使用し、このピストンはピストンに接続される水加圧プランジャの面積より５０〜４００倍も大きい。これらのポンプは配送ストロークのために空気を出し、配送ストロークの終わりに空気を抜く機械弁機構を有する。ばねが次の配送ストロークの開始のためにピストンを戻す。２つのポンプの整相操作には機械弁機構は適しておらず、弁アッセンブリの移動部品の数が多く、ポンププランジャの理想的なガイダンスとサポートが低いので、このタイプの増強装置ポンプの信頼性は低い。
ここで開示する増強化プランジャポンプは往復シリンダをガイドするためにプランジャポンプの本体に軸受表面を有する。往復シリンダの一端は閉じられており、ポンププランジャと、ポンプ復帰ストロークのために流体を駆動してシリンダに入らせるための接続部を支える。シリンダの他端はピストンを有し、そのピストン上で駆動流体がポンプ移送ストローク中に作用する。ピストンは固定されたシリンダ内で移動し、その一端のプレートがポンプ本体用の台を提供する一方、他端のプレートがシールを支え、そのシールを通して往復シリンダが伸びる。このポンプの利点は以下の通りである：
１．ポンププランジャを支える往復シリンダをガイドする硬質ポンプ本体上の軸受表面によって得られるポンプ本体内の正確なプランジャアラインメント。プランジャ上の座屈荷重が最小にされ、プランジャストローク長対プランジャ直径の高い割合と、優れた摩耗シーリング特徴を有するセラミックプランジャの使用を可能にするが、過度の座屈力の下ではもろくて、割れやすい。ストローク長対プランジャ直径の高い割合はポンプストローキングの頻度を減少させ、ポンプの信頼性及びポンプ駆動流体用の制御システム内のコンポーネントの寿命に対する利点がある。
２．製造とサービスが容易な簡単なポンプ構成。特に、ポンプと往復シリンダは市販されているコンパクトな空気式シリンダ内に設置することができる。専有権のある空気式シリンダのピストンアッセンブリは機械加工することができ、ピストンがプランジャポンプの往復シリンダ上へと滑動できるようにし、またシリンダの端プレートがポンプ本体と往復シリンダを収容するように変更される。
３．コンパクトなサイズ、軽量、及びポンプ台上の低い反発力。これは切断ノズル用のロボット的動作システムに完全な装置を装着することを実用的にし、高速研磨オン／オフ操作、コンパクトな機械加工設置、及び長い長さの高圧管状材料がないことによる安全性に対する利点がある。
４．ポンプ本体がプランジャ復帰ストローク用のピストンとして作用する。ポンプ本体の横断面積はポンプ駆動ピストンの面積の約２０％であり、それなりにプランジャを戻して新しい移送ストロークのために準備するための大きさにされており、移送ストローク用と同じ流体圧力を使用する。このような特徴は駆動流体消費を減少させ、ポンプ台に移される過渡的荷重を減少させる。
５．従来の磁気ピストン位置センサーを使用してマイクロプロセッサ基部のシステム用の信号を提供し、ポンプ駆動流体回路内のソレノイド弁を制御することができる。これらのソレノイド弁はポンプの２つの操作を整相するようにプログラムすることができ、低い圧力脈動で高圧流体源を提供する。
発明の第一の態様によれば、機械加工目的のために、キャリア流体内の研磨材粒子のノズルへの供給を提供するための装置が提供され、該装置は研磨材粒子用の保管容器と、加圧キャリア流体源と、前記入ってくるキャリア流体の少なくとも大部分をノズルに運ぶための第一の導管手段と、前記キャリア流体源を保管容器の入口に接続するための第二の導管手段と、保管容器の出口を前記ノズルに接続するための第三の導管手段と、前記入ってくるキャリア流体のほんの一部が前記第二の導管手段を通って前記保管容器に流れるようにして、前記第三の導管手段内のキャリア流体の研磨材粒子流を作り出すことができるようにするか、あるいは実質的に全ての前記キャリア流体を前記第一の導管手段を通るように仕向けることができるようにするために、選択的に機能的に作用するスイッチング手段とを備え、前記スイッチング手段は更に前記第二と第三の導管手段内に逆流を生じさせ、それによってノズルへの研磨材粒子流を停止させる手段を備えることを特徴とする。
好ましくは、スイッチング手段は流体流が前記第二の導管手段を通れるように開放でき、また全ての流れが前記第一の導管手段を通過するようにするために閉じることができる弁を備える。
逆流を生じさせる手段は、全てのキャリア流体が第一の導管手段を通るように仕向けられた時、前記第二の導管からの流体が前記第一の導管手段へと同伴され、それによって逆流を開始させるように、前記第一の導管手段に隣接して置かれるジェットポンプ手段を備える。
この場合、スイッチング手段は、前記第一の導管手段が前記第二の導管手段に接続される点に隣接して、前記ジェットポンプ手段を通る流体流を分裂させるために活性化できるそらせ板手段を備える。
好都合なことに、前記第三の導管手段から研磨材粒子が取り除かれた時、前記第二と第三の導管手段内の逆流を停止させるために、弁手段が提供される。
研磨材粒子用の保管容器は、好ましくは加圧されたキャリア流体のない状態で粒子を充填することができ、前記第二と第三の導管手段に接続することができる。
保管容器は研磨材粒子のコンテナと、前記コンテナ用のハウジングを備え、前記ハウジングは、閉じられた時、前記コンテナが前記第二と第三の導管手段に接続されるような接続手段を備える。
この場合、接続手段は前記接続手段内に前記第二と第三の導管手段に対するシーリング手段と、前記第三の導管手段内で逆流を停止させる手段とを備えていてもよい。
研磨材粒子用の第二の保管容器は加圧されたキャリア流体のない状態で充填することができ、キャリア流体の圧力下にその中味が前記保管容器に移されるようにするために開放できる出口を有することができる。
発明の第二の態様によれば、上述の装置と共に使用されるコンテナは、前記第二と第三の導管手段と接続するように適合される、初期には密閉されており、接続された場合開くことができるコネクタ手段を備えることができる。
発明の第三の態様によれば、機械加工目的のためにキャリア流体内の研磨材粒子のノズルへの供給を提供する方法は、研磨材粒子用の保管容器を提供するステップ、加圧されたキャリア流体源を提供するステップ、前記加圧されたキャリア流体の少なくとも大部分をノズルに運ぶステップ、及び選択的に入ってくる流体の流れを切り替えて、前記ノズルへの研磨材粒子を合わせて、前記入ってくるキャリア流体のほんの一部が前記保管容器に流れるようにするか、あるいは前記第二の導管手段からの流体が同伴され、それによって前記保管容器において逆流を開始させるような方法で、前記キャリア流体の全てを直接ノズルに向けるようにするステップを備える。
発明の第四の態様によれば、作業片を機械加工する方法は、ノズルから出て、上述の装置により供給されるキャリア流体内の研磨材のジェットを前記作業片上に向けることを備え、１つのモードから他のモードへのスイッチング手段の操作が、キャリア流体のみを備えるジェットか、あるいはキャリア流体プラス研磨材粒子のジェットを生じさせ、その切り替えは実質的に瞬間的かつ完全に行われる。
発明の第五の態様によれば、上述の装置と共に使用される増強装置ポンプは、第一の固定シリンダと、その中で動くことができるように駆動流体による作用を受けるように適合される第一のピストンと、前記第一のピストンに接続され、それと共に動くことができる第二の往復シリンダと、前記往復シリンダと共に操縦できる第二の固定ピストンと、前記固定ピストン内の円筒形ボアに沿って作用するように前記往復シリンダの閉鎖端によって支えられ、前記第一のピストンが駆動流体による作用を受ける時、前記キャリア流体用の加圧源を提供するポンププランジャとを備える。
この場合、前記第一のシリンダと第一のピストンに、また前記往復する第二のシリンダと第二の固定ピストンに交互に駆動流体を供給することができる。
発明の実施形態について実施例により、また添付図面を参照して説明する。
図１はキャリア流体供給装置内の研磨材の流れ図である。
図２は第二の導管内に制限器を有する、図１の装置の一部の流れ図である。
図３はジェットそらせ板の一形態を示す。
図４はジェットそらせ板の別の形態を示す。
図５は長手方向に移動できるジェットポンプを示す。
図６は逆流を停止させるための流体分離弁を示す。
図７は閉鎖状態の、図６に示した弁の断片図である。
図８は第一と第三の導管間のバイパス回路の流れ図である。
図９は流体分離弁の代替形態を示す。
図１０は予め充填されている容器を含む研磨材粒子用の保管容器の断面図である。
図１１は保管容器の代替形態を示す。
図１２は図１１の容器用のセラミックノズルを示す。
図１３は第三の導管から研磨材を洗い流すための配置を示す。
図１４は該装置のノズルの断片図である。
図１５は補充容器を含む装置の流れ図である。
図１６は別の補充容器を含む装置の代替版の流れ図である。
図１７は該装置に電力を供給するための増強装置ポンプの線図である。
図１において、加圧された流体が導管１を通って装置に入る。弁５が開かれると、流体の一部が導管４と弁５を通過して導管７に入り、そこで導管２と制限器３を通過して接合点６に達した流れの一部と混合される。入ってくる流体全部のうち、約９０％が制限器１０と導管１１を通って接合部１４へと流れることによって、研磨材保管容器１９を迂回する残りの１０％ほどの流体が導管９を通過して保管容器１９へと流れ、そこで研磨材粒子を流体化する。この容器からの研磨材粒子が導管１８と制限器１７を通り接合部１４へと運ばれ、そこで研磨材粒子が保管容器を迂回した流れの９０％と合流する。接合部１４から流体と研磨材粒子が導管１５を通過して切断ノズル１６へと進み、そこでキャリア流体の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、研磨材流体ジェット２３を形成する。ノズルにおける研磨材濃度は研磨材保管容器フロー回路９、１９、１８及び１７を通過するキャリア流体の割合に依存する。研磨材保管容器回路を通過する流体の割合は、制限器１０に対する制限器１７の面積の比に比例する。研磨材保管容器回路内の１０％のキャリア流体流に対して、ノズルにおける研磨材濃度は約１０重量％である。
弁５が閉じられている時、導管１からの全ての加圧流体は導管２に沿って、制限器３を通り、接合部６を横切り、制限器１０へと通過する。制限器３の流れ面積は、制限器３の出口付近に置かれた制限器１０の流れ面積より小さい。制限器３と制限器１０の組み合わせがジェットポンプとして作用し、制限器１０が混合管を形成し、そこで制限器３からのジェット内の速度エネルギーの一部が静圧上昇に変換される。これは導管７と接合部６における静圧より高い導管１１と接合部１４における静圧を生じさせ、導管７からの流体が制限器３から接合部６へのジェットに同伴されるにつれて、研磨材保管容器回路内に逆流を生じさせる。従って、弁５を閉鎖することによってノズルへの研磨材の供給が停止され、弁５を開放することによって賦活される。
流体が研磨材保管容器１９を介して接合部１４から接合部６へと再循環される率を調節するために、制限器３を横切る圧力差を変更することができる。フロー回路内の流れを乱流にするのに充分な切断ノズル直径のために、制限器３のサイズは切断ノズル１６を横切る圧力差の約１％の圧力差に対するものである。約５０μｍ（ミクロン）未満のノズル直径では、制限器内の流れのレイノルズ数が、制限器１０において乱流プロセスを維持するために、制限器３を横切る圧力差を増大させるのに必要な層流に関連するレイノルズ数に近づく。
制御された方法でノズル１６からのキャリア流体の流れを停止させるために、ノズルへの研磨材の流れがまず、弁５を閉じることによって停止され、続いて弁２１を開くことによって導管２２を通る流体を低圧シンクに解放する。短い遅延の後、研磨材保管容器１９内の圧縮された水が膨張できるようにし、導管１内の流体の供給が制御された方法で停止される。該装置がノズル１６を通して、研磨材を含み／含まずに、キャリア流体を放出する場合、導管１内の加圧されたキャリア流体の供給が突然停止または減少され、研磨材保管容器１９内の圧縮されたキャリア流体の膨張が、流れ制限器１０と１７の面積に対する一定の割合で、研磨材保管容器１９の上部と底部からの流れを生じさせ、その割合は、弁５が開かれ、装置が通常に操作中のノズル１６への研磨材の流れと同じ割合である。
図２は導管７に置かれた研磨材保管容器フロー回路用の制限器２６を示している。制限器２６は図１の制限器１７の代わりに使用されてもよいし、あるいは制限器１７と関連して使用されてもよい。両方の制限器１７と２６が共に使用される場合、研磨材粒子により制限器１７が詰まる傾向を減少させるために、制限器１７の直径を増大させることができる。ノズル１６を介して容器を減圧中に、研磨材保管容器の上部からのキャリア流体のために、逆止２７がノズル１６への低い圧力損失ルートを提供する。研磨材保管容器１９内の圧力が、逆止２７の開放圧力による接合部６における圧力を超えると、逆止２７が開く。圧力差が逆止２７を開かせる時の状態を除き、研磨材保管容器回路内の流れを停止させるために、弁２８が使用される。
図１と図２に示したフロー回路を備えた装置は、研磨材なしの流体ジェットのエネルギーが機械加工される作業片に損傷を与えない時に特に有益である。これはほとんどの金属及び他の多くの材料に当てはまる。切断ノズル１６用のマニピュレータの操作と弁５の操作を調節することにより、ノズルを新しい切断位置に動かす間に、ノズルへの研磨材の供給を短時間の間停止させることができる。この操作モードは装置が切断、穴開け、及びフライス削り操作を実施する時間を最大にする。細かなディテールを機械加工する場合、研磨材を秒当たり何回もオン／オフに切り替えられることが望ましい。ノズル１６における研磨材の高速オン／オフをできる限り実用的に達成するために、弁５を開くことによっって制限器３からの流れを減少させるのではなく、制限器３からのジェットをそらせることによって、接合部６におけるジェットポンプ作用の開始と停止をより高速に達成することができる。図３と図４は制限器３からのジェットをさえぎってジェットポンプ作用を停止させるための配置を示す。
図３は制限器１０への入口にジェットが衝突しないように、制限器３からのジェットをそらせるために位置決めすることができる、接合部６に置かれるジェットそらせ板（ディフレクタ）３０を示している。そらせ板３０がジェット流に影響を及ぼさない場合、この状態は、図１の回路と同じであり、弁５が閉じられ、研磨材供給をオフにする。そらせ板３０がジェットをそらせて、ジェットポンプ作用を停止させるために動かされた時、研磨材保管容器１９からの研磨材の放出がオンにされる。そらせ板は線形始動装置、穴の付いた回転ディスクまたは他の公知の装置であってもよく、アクチュエータ３１によって駆動される。アクチュエータ３１は、高い圧力シールの付いた移動部品を避けるために、装置の圧力閉じ込め内に置くことができる。
図４は固定された制限器１０へと放出する中空の片持ち梁としての制限器３を示している。中空の片持ち梁制限器３に作用するのが、アクチュエータ３４によって駆動される作動部材３５であり、それは片持ち梁制限器３を曲げさせ、接合部６における制限器３から制限器１０へのジェットのジェットポンプ作用を停止させるために作用する。ジェットポンプ作用を停止させることで、研磨材保管容器１９からの研磨材の放出をオンにする。アクチュエータ３４は電気ソレノイド、圧電性の線形アクチュエータまたは片持ち梁アクチュエータ、梁に取付けられる磁気装置、あるいは他の公知の作動機構の形態を取ることができるであろう。アクチュエータ３４はそれにダイヤフラム３６によりキャリア流体から分離される非電導性流体を満たすことによって、圧力閉じ込め内に置くことができる。圧力閉じ込め内のアクチュエータにより、作動部材３５に対する高圧の動的シールの必要性と共に、作動部材３５上の均衡を失った圧力による力が避けられる。アクチュエータ３４が圧力閉じ込め内に置かれる場合、片持ち梁制限器３によりアクチュエータ部材３５に発揮される力を、アクチュエータをその開始位置に戻すために使用することができる。作動部材が電気ソレノイドのプランジャである場合、プランジャのために復帰ばねが必要ではないので、これは特に有用である。図４に示した配置は、図３の断続器３０の配置で達成できるより、制限器１０の入口近傍に制限器３の出口を置くことができるようにする。図４に示した配置の代替配置は、固定された制限器３と、アクチュエータ部材３５が作用する中空の梁としての制限器１０を有することである。
図５は、接合部６におけるジェットポンプ作用を停止または減少させるために、制限器３の出口と制限器１０の入口間の距離を変化させるための配置を示している。アクチュエータ３７は制限器１０の入口を制限器３の出口から変化する距離に位置付ける。制限器１０が制限器３の出口から離れて位置付けられると、ジェットポンプ作用が取るに足らぬものとなり、接合部６から両導管７と１１への流れによって研磨材が出される。制限器１０の入口が制限器３の近くに置かれると、接合部６におけるジェットポンプ作用が導管７からの流体を同伴し、研磨材保管容器からの研磨材の放出がオフにされる。図５に示したものに対する代替配置は、制限器３を固定された制限器１０に対して動かすことができるようにするためにフロー通路を有することである。
図１の弁５の位置、あるいは図３の断続器３０の位置、あるいは図４の片持ち梁制限器３の位置、あるいは図５の移動可能な制限器１０の位置を制御することにより、接合部６における制限器３から制限器１０へのジェットのジェットポンプ作用を変化させることができる。ジェットポンプ作用を変化させることにより、研磨材保管容器回路内を流れるキャリア流体の量を、マイナスの流量から、ゼロ流量、また制限器１０に対する制限器１７の相対的フロー面積により設定される流量まで制御することができる。その結果は、ノズルにおける研磨材の濃度をゼロから制限器１０と１７の相対的面積により設定される最大まで制御することができることである。ノズルにおける研磨材の濃度レベルを制御する助けをするために、図３の断続器３０を、その中断する表面に、または図４の片持ち梁制限器３の出口に、及び／または制限器１０に対する入口に輪郭を描くことができる。
容器を通るキャリア流体の流れを逆流させることによって、研磨材保管容器１９からの研磨材の流れが停止された時、保管容器１９の基部に入るキャリア流体が容器内の研磨材粒子床（ｂｅｄ）を膨張させる。これは導管１８の入口に対して局部的である、研磨材床のキャリア流体の高い濃度を生じさせる。研磨材が再び出される時、導管１８を通る保管容器からの流れは、初期には必要な研磨材濃度より低く、これは機械加工プロセスを混乱させるかもしれない。変わりやすい研磨材濃度を避けるために、研磨材保管容器回路内の逆流はほんの短時間だけ持続するべきである。これを達成する２つの方法が図６と図９を参照して提示される。
図６に示した研磨材とキャリア流体の分離が、研磨材保管容器１９を通る逆流を停止させ、また切断ノズル１６へのキャリア流体の流れを停止させる手段を提供する。接合部１４において導管１１と導管１８が出会う所に弁が設置される。図６を参照すると、ハウジング４０は本体４０内で固定されるシート４５、４６に対してばねによって荷重される滑動するシート４２、４３が置かれるスライド４１を含む。シート４５内のフロー通路が導管１８によって保管容器１９に接続される。保管容器を迂回した流体が導管１１を通って弁に入り、本体４０とシール４７によって密閉されているスライド４１の間の空間に入る。次に流体はスライド４１内の通路４９を通り、ばね４４が占めている部分である空間５０へと流れ、そこで滑動するシート４２、４３とスライド部材４１間の隙間を通って空間５０に達した流体と一緒になる。バイパス流体は空間５０からシート４２と４３間のギャップ５９を通り、シート４３内のフロー通路５１へと流れ、そこで導管１８から弁に入り、またシート４５と４２内の通路５２、５３に入る、研磨材保管容器回路からの流体及び研磨材と混合される。シート４２内のフロー通路５３は、図１の制限器１７の機能を実行する研磨材保管容器回路用の制限器として作用する。混合された流れは滑動するシート４３内の通路５１を出て、シート４６内の通路５４を通り、切断ノズルに接続する導管１５に達する。
導管１１からのキャリア流体用の弁を通る流路は、アイテム４２と４５間、及び４３と４６間の表面を除き、弁内の滑動する表面に達する研磨材粒子を停止させるために配置される。これらのアイテム間の係合表面は重ねられるか、または高度に機械加工され、表面はばね４４によって互いに接触したまま保持され、表面間の研磨材粒子の浸透を防止する。
導管５６を通る空間５７への駆動流体により、または力を印加する他の手段により、スライド部材４１の端５５に印加される力が、図６に示すように、フロー通路５２と５３、５１と５４を整列させる。５５に対する力が取り除かれると、ばね５８、または導管６０を通る空間６１への駆動流体、またはスライド部材４１の端６２に対して力を印加する他の手段が、シート４２と４３を動かして、図７に示すように、保管容器導管１８からの入口、及び弁から導管１５への出口を密閉する。通路５１と５４の直径は通路５２と５３の直径より大きい。スライド４１を図６と図７に示した位置間の中間位置に動かすと、シート４５と４２内のフロー通路５２と５３をシールすることができる一方、シート４３と４６内の整列されない通路５１と５４間に適切なフロー面積を残す。これは全ての加圧された流体がノズルへとバイパス回路を通って流れる一方、保管容器フロー回路を分離することができるようにする。
図６の研磨材とキャリア流体分離弁は、図１の弁５、または図３から５の装置に関連して操作される。通路５２、５３、５１及び５４を整列させるために作動圧が５６において印加され、接合部６においてジェットポンプ作用がない場合、キャリア流体内の研磨材は導管１５を通り切断ノズルヘと流れる。ジャンプポンプ作用が開始され、逆流が研磨材保管容器回路に誘導されると、短い遅延の後、弁が操作され、逆流が通路５２、５３、５１及び５４から研磨材粒子を取り除くことができるようにする。ノズルからの流れが停止されると、通路５１がシート４６によって完全にシールされるようにスライドが動かされる。加圧されたキャリア流体の流れがノズルへと流れ続けるべき場合、スライド４１が通路５３をシールするように動かされるが、通路５４に対して通路５１を開いたままに残しておく。
ノズルへのキャリア流体の流れを停止もしくは開始させるべき場合に、スライド４１に対する作動力を減少させるために、図８に示したように、導管１１から導管１５へのバイパス回路を使用することができる。導管１１及び導管１５に接続される弁６１は、スライド４１が動き、閉じられるにつれて、短時間の間開かれる。
図９に示した研磨材分離アッセンブリは、接合部６においてジェットポンプ作用を開始した後すぐに、研磨材保管容器フロー回路内の逆流を停止させるための、図６の研磨材とキャリア流体分離弁に対する代替配置である。図９の研磨材分離アッセンブリも、装置が加圧されず、また研磨材が研磨材保管容器１９内に積荷される時、研磨材保管容器１９からの研磨材流出を停止させる。
制限器１７は研磨材保管容器１９の基部において滑動するピストン７６内に支えられる。ピストンはダイアフラム７４に接続され、シート７２に対して制限器を積むばね７７を有する。シート７２は保持器７５内に置かれ、保持器７５はダイアフラム７４を保持するために研磨材保管基部に取付けられる。制限器１７とダイアフラムは保持器７５内の口によって容器１９内の研磨材及びキャリア流体と接触している。導管１５に接続された管７０が研磨材保管容器の底にシールされ、導管１１とピストン７６内の中央に置かれた通路に接続される通路を通って伸びる。管７０は制限器１７の真下で終了するか、あるいは制限器１７が管７０の上に座り、その場合、管７０はキャリア流体が管７０とピストン７６間の環状の空間から管７０に入るためのスロットまたは孔を有する。管７０は管をピストン７６内の中央に保持するためのガイドパッドまたは他の手段を有することができる。
導管１１からのキャリア流体は研磨材保管容器内の通路に入り、管７０とピストン７６間の環状の空間へと流れる。制限器１７の下側で、キャリア流体は制限器１７を通過したキャリア流体及び粒子と共に管７０に入る。装置が作動していない時、ばね７７がシート７２に対して制限器を保持する。装置が作動しており、接合部６におけるジェットポンプ作用を停止させることにより、研磨材をオンにするように選択された時、ピストン７６とダイアフラム７４に作用する制限器１７を横切る圧力差動装置がピストンを動かし、キャリア流体内の研磨材を保管容器から制限器１７を通って放出できるようにする。接合部６におけるジェットポンプ作用を開始させることにより、研磨材をオフにするよう選択された場合、研磨材分離アッセンブリを横切る圧力差動装置が逆転し、導管１１に入るキャリア流体が制限器１７を通り、研磨材保管容器１９へと流れ、ノズル１６への研磨材の流れを完全に切断する。
研磨材のオフ／オン間の切り替え時間に応じて、アッセンブリを横切る圧力差が逆転され、ノズル１６への研磨材の流れを再始動させる前に、制限器１７を支えるピストン７６が、シート７２に対してシールするために制限器１７を充分に動かしてもよいし、動かさなくてもよい。
図１の装置は１００μｍ（ミクロン）未満の直径の細かなジェットを供給するのに特に適している。研磨材粒子の最大直径は、ノズルを詰まらせるのを避けるために、ノズル直径の約６０％に制限する必要がある。接合部２５を通して容器１９に研磨材を補充する時、小さな粒子はキャリア流体から定着するのに比較的長い時間を要するので、予め充填されたカートリッジで容器１９に細かな研磨材を積むことが望ましい。更に、予め充填されたカートリッジの使用は、研磨材がノズル１６を詰まらせ得る材料で汚染されるのを防止する。図１０と１１は、研磨材保管容器１９内に予め等級付けされた研磨材のカートリッジを積むための、図１の装置の改作を示している。１００μｍ（ミクロン）未満のノズル直径に対しては、研磨材保管容器の容量は典型的に１時間の切断操作に対して１リットル未満である。この容量の研磨材保管容器の胴部は人が処理できるものであり、研磨材とキャリア流体を含むカートリッジを替えることができるようにする。
図１０に示した配置は、図６の研磨材／水分離弁が図１の接合部１４にある装置に含まれる。高密度ポリエチレン等の重合体材料で作られ、容器１９の内部形状に合う外形を有するカートリッジ８２が容器１９に設置される。容器１９は共に螺合されるか、あるいは好ましくは、カートリッジの中味を素早く検査できるようにするため、またカートリッジの交換のために、中断されたクイックリリースねじ山を有する胴部８０と基部８１を有する。カートリッジ８２は導管９と１８を接続するために、基部８１内の通路と係合する通路を含むスクリューキャップ８３を有する。カートリッジ８２とキャップ８３は、カートリッジ内の内圧がカートリッジのねじ山部分に作用して、それをキャップねじ山内にねじ込み、付加的なシーリングを提供するために配置されるシール９０を有する。カートリッジ８２は胴部８０と基部８１間の接合箇所においてゆがみ、胴部８０と基部８１間のギャップをシールする。シール８８と９４は基部とキャップ間の接続部をシールする。
導管９を通って基部に入るキャリア流体は、コネクタ８４、ダイアフラムシール９３、管８５を通過してフィルタ８９に達し、そこでカートリッジ８２へと排出する。キャリア流体と研磨材はカートリッジ８２から、プレート９６、スペーサー９１、ダイアフラムシール９２、コネクタ９４及び基部内の通路を通り導管１８へと、あるいは基部８１の底に弁が直接装着されている場合は、図６の研磨材／キャリア流体分離弁へと達する。管８５は保持器８７によってプレート９６上に保持され、それはダイアフラムシール９２を位置決めするのを助ける。保持器８７はＯリングシール８６によってシールされる。
フィルタ８９は研磨材保管容器１９の減圧中に、またノズルへの研磨材の流れを切断するために、研磨材保管容器フロー回路において流れが逆流される時、研磨材粒子が管８５に入るのを防止する。更にフィルタはキャップ８３がカートリッジ８２に嵌合されている時、研磨材が管８５に入るのを止める。
ダイアフラムシール９２、９３はダイアフラムに小さなナイフカットを有し、それはカートリッジを基部８１に嵌合／から取り外し中に処理する時の静的状態下では開かないが、カートリッジ８２から／への流れによって生じる圧力作動装置との関連で、接合部９４、９５によって開かれる。
研磨材カートリッジ８２が図９の研磨材分離アッセンブリと共に使用される場合、該アッセンブリは図１１に示すように、研磨材カートリッジキャップ９８内に組み込むことができる。図９の管７０は明確にするために図１１には示されていないが、図１１に示した配置の一部である。アイテム８０、８２、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０及び９３は図１０のものと同じであり、導管９から研磨材保管容器に入るキャリア流体用の流路である。アイテム１７、７２、７４、７５および７６の機能は図１１のものと同じである。基部１００は図１０の基部８１の通路に対して付加的な通路を有し、それが導管１１へと接続する。導管１１に入るキャリア流体は基部１００内の通路を通り、管７０とコネクタ９９間の環状の空間へと流れ、それからキャップ９８内の通路を通りピストン７６へと流れる。残りの流路と操作モードは図９のアッセンブリと同じである。
シート７２による制限器１７内のフロー通路の静的状態でのシーリングにより、カートリッジを基部１００に積む／から取り外す間に、研磨材粒子とキャリア流体が制限器１７を介してカートリッジから漏れるのが防止される。
研磨材の流れが切断されている時、ノズル１６における研磨材の完全な切断を達成するために、研磨材粒子がフロー通路の再循環領域または停滞領域に入らずに、制限器１７からノズル１６に直接運ばれることが重要である。これはノズルへの研磨材の流れが作業片に対するノズル１６の動きと同期して、秒当たり何回もオン／オフに切り替えられる時に特に重要なことである。図１２はノズルキャップ１２１によって保持され、図１１の容器１９の基部１００へとねじ込む保持器１２０に装着されるセラミックノズル１２２を示している。管７０の入口は、図９に対するように配置される。管７０の外側は保持器１２０に対してシールされる。管７０のノズル端はノズル１２２内に嵌合し、動かないフロー領域を残さない。ノズル１２２はセラミックの円錐形のシートに対する金属によって保持器１２０に対してシールされる。
特に装置が混乱状態で停止される時、研磨材粒子はノズル入口に定着してもよい。図１３は導管１２７から保持器１２０と導管１５間の環状のフロー通路へのキャリア流体の流れによって、ノズル１２２と導管１５から研磨材を洗い流すための配置を示している。環状のフロー通路の端には、管形成導管１５とノズル１２２内のフロー通路間の環状ギャップがある。図１の導管１における圧力を超える圧力における導管１２７へのキャリア流体の流れを使用して、ノズル１２２を通る研磨材の流れを停止させることができる。
ノズルがダイヤモンド、人工ルビーまたはサファイア、セラミックもしくは他の硬い使用に耐える材料のシートまたはフラットブランクから機械加工される場合、図１４に示すように、管７０をキャリア１２０に取付けられたノズルに対して密着させ、密閉することができる。この配置は加圧流体が作用する範囲を最小にし、従ってノズル１２５上への流体のローディングを最小にする。この配置により、ノズル１２５と１２０間の継ぎ目上の単位面積あたりの荷重を接着剤継ぎ目の引張り荷重能力内に維持することができる。
研磨材保管容器１９に研磨材のカートリッジを積むことに対する代替案は、研磨材のカートリッジを研磨材保管容器１９に接続された補充容器に積むことである。補充容器は等級付けされた研磨材の外部源から充填することもできる。図１５において、容器１４３は逆止１４１または他の分離弁を含む導管２５に接続されている。加圧流体が導管１４２に加えられ、研磨材とキャリア流体を補充容器１４３から導管２５を通り研磨材保管容器１９へと移す。容器１９の補充が加圧されていない装置で実施される場合、研磨材保管容器１９から移されたキャリア流体は導管９に沿って、弁２１と導管２２を通って排出される。研磨材保管容器１９の補充が加圧された装置で実施される場合、補充容器１４３から研磨材とキャリア流体の移動は研磨材のオン／オフ操作と同期して行う必要がある。使用できる最大移動率は、研磨材がオンの時、接合部６におけるゼロジェットポンプ作用に対応する。
研磨材をオフにするように選択されている場合、補充容器１４３からの移動率は高すぎてはならない。そうでなければ、研磨材が導管１８を通って排出され始める点まで、制限器６におけるジェットポンプ作用を弱めるであろう。
補充容器１４３から研磨材保管容器１９への研磨材の移動は、図１６に示した配置を使用して実施できる。弁１３２と１３５が閉じられていれば、図１６のフロー回路は、導管１内の制限器１４０を横切る付加的な圧力低下を除き、図１の回路として作用する。弁１３２または１３５のいずれかが開かれているか、もしくは両方の弁が開かれている場合、導管１内のキャリア流体の流れが分かれ、流れの一部が導管１内の制限器１４０を通過し、一部が導管１３１内の制限器１３０を通過する。弁１３２が閉じられ、弁１３５が開かれている場合、補充容器１４３から研磨材保管容器１９への研磨材の移動が発生する。弁１３５を閉じ、弁１３２を短時間だけ開くと、補充容器１４３を減圧する前に、弁１４１から研磨材を取り除く。
図１５と１６の導管２５は、容器１９の上部のキャリア流体の澄んだ層を維持するために容器１９まで伸びてもよく、それによって容器から導管９へと運ばれる研磨材粒子の量を最小にする。図１０と１１のフィルタ８９の機能を果たすフィルタを導管９の端に嵌合することができる。研磨材保管容器１９内の導管２５の末端は、研磨材とキャリア流体を拡散させるための装置を含むことができ、それによって研磨材が急速に容器１９内に落ち着く。研磨材の含有量をモニターするために、キャパシタンスまたは他の感知装置を容器１９と１２０に含むことができる。
装置がマイクロ機械加工のために使用される場合、図１の導管１に対する加圧されたキャリア流体の流れは、理想的には２つの整相されたプランジャポンプによって提供される。ここで説明するプランジャポンプは、マイクロ研磨材ウォータージェット装置に一体化された場合、特殊な利点を有する。
図１７を参照すると、プランジャ２０１は軸受２０３を支えるポンプ本体２０２内を往復し、この軸受上を往復シリンダ２０４が移動する。プランジャ２０１はシリンダ２０４によって保持され、駆動される。シリンダ２０４に装着されているのがピストン２０５であり、これは端プレート２０７と２０８を有する固定されたシリンダ２０６内を移動する。端プレート２０７はポンプ本体２０２からのスラスト荷重を支え、固定シリンダ２０６内にポンプ本体を同軸的に位置付ける。往復シリンダ２０４は端プレート２０８を貫通して伸びる。逆止アッセンブリ、アイテム２０８〜２１４はポンプ本体２０２に接続されるか、または離れて置かれ、導管によってポンプ本体２０２に接続される。
導管２１５に印加される駆動流体は、プランジャ２０１を支える往復シリンダ２０４を収縮させ、出口逆止２０９を閉じ、導管２１６から入口逆止２１２を通して流体を引き込むようにする。導管２１７に印加される駆動流体は、ピストン２０５と往復シリンダ２０４がポンプ２０１を駆動し、入口逆止２１２を閉じ、出口逆止２０９を開いて、加圧流体を導管２１８に送るようにする。
ポンプ本体２０２内のシール２１９は加圧流体を駆動流体から分離する。シール２１９は、やはりプランジャ２０１用のガイドである、ブシュ２２０によって保持される。ブシュ２２０は保持器２２１によって保持される。シール２１０を通る加圧流体の限定された漏出はシールを潤滑するために望ましい。加圧流体または加圧流体内への駆動流体の漏れによる駆動流体の汚染を最小にしなければならない場合、付加的なシール２２７を使用し、シール２１９と２２７間の空間を換気する。
シール２２５と２２６は周囲環境から駆動流体をシールする。シール２２５、２２６は好ましくは、往復シリンダ２０４に重大な副荷重を付与することなく、固定シリンダ２０６の中心線からの往復シリンダ２０４とポンプ本体２０２の転置を収容することができるリップシールである。これはポンプ本体２０２を固定シリンダ２０６内に位置付ける際の実質的な公差を許す。
シール２２２は往復シリンダの駆動流体をピストン２０５と固定シリンダの端プレート２０７間の空間から分離する。
プランジャ２０１用の好ましい配置は、接着剤または他の公知の手段により取付けられたカラー２２３を有する、高度に艶出しされた金属棒またはセラミック材料である。カラー２２３は引っ込めストローク中に、往復シリンダ２０４からプランジャ２０１へと荷重を伝える。保持器２２４がパワーストローク中に往復シリンダ２０４からプランジャ２０１へと荷重を伝える。保持器２２４は他の成分を取り外すことなく、プランジャ２０１を挿入／引っ込めできるようにする。
好ましい配置は、パワーストローク中に駆動流体によってピストン２０５がフランジ２２９に対して保持され、引っ込めストローク中にシール２２５と固定シリンダ２０６間の摩擦力によってフランジ２２９に対して保持されることである。好ましい配置は、ピストンを往復シリンダ２０４上へと押し退けることにより、シールと位置検出用の磁石を含む、専有権のあるピストンアッセンブリを備えた従来の空気式シリンダピストンを使用できるようにする。１つの代替案は、往復シリンダ２０４の一体的な部品としてピストン２０５を作成すること、あるいは公知の技術を使用して、そのピストンを往復シリンダ２０４に取付けることである。
逆止アッセンブリ、アイテム２０８〜２１４は公知の原則に基づいている。導管２１６からポンプに入る流体用の入口接続部２１４が本体２１３内へとねじ込まれ、シート２１２をシールし、それが本体２１３をシールする。入口非復帰ボール２１１がポンプ配送ストローク中にシート２１２をシールする。出口ボール２１９はポンプ復帰ストローク中にシート２１０上に着座する。シート２１０は接続部２０８によって保持され、配送導管２１８に接続される。逆止、アイテム２０８〜２１４の配置は機能性を達成するために最低数のアイテムを含み、高度に信頼できるシーリングを提供するために、成分間に金属と金属の接触を使用する。図１７に示した配置の代わりに、逆止用の他の公知の配置も使用できるであろう。
パワーストローク後に往復シリンダ２０４とプランジャ２０１を復帰させるために、往復シリンダ２０４と固定シリンダの端プレート２０７間にばねを有するために増強装置ポンプを配置することができる。別の配置は新しい配送ストローク用に往復シリンダ２０４とプランジャ２０１を復帰させるために、導管２２８を通して印加される駆動流体を有する。
５０μｍ（ミクロン）ノズルに電力を供給するための発明の実装例は、７００バールで１時間あたり約２リットルの水を配送する二相増強装置ポンプであり、圧力脈動は５％未満である。適当なポンププランジャの直径は６ミリメートル、プランジャストローク長は４５ミリメートル、往復シリンダ内径は２４ミリメートル、外径が３２ミリメートル、及び固定シリンダのボアは８０ミリメートルである。定常状態で操作する空気圧は約５．５バールであり、ストローク頻度は各々のポンプに対して１分当たり約１５ストロークであろう。研磨材保管容器用の適当なサイズは５０ｍｍの内径であり、それは２５０ｍｌの体積のカートリッジを収める。カートリッジ内の研磨材含有量は１０重量％の研磨材濃度で、１時間を超える切断時間を提供するであろう。

Claims

機械加工目的のために、キャリア流体内の研磨材粒子のノズルへの供給を提供するための装置であって、該装置は研磨材粒子用の第１の保管容器と、加圧されたキャリア流体源と、前記入ってくるキャリア流体の少なくとも大部分をノズルに運ぶための第一の導管手段と、前記キャリア流体源を前記第１の保管容器の入口に接続するための第二の導管手段と、前記第１の保管容器の出口を前記ノズルに接続するための第三の導管手段と、前記入ってくるキャリア流体のほんの一部が前記第二の導管手段を通って前記第１の保管容器に流れるようにして、前記第三の導管手段内のキャリア流体の研磨材粒子流を作り出すことができるようにするか、あるいは全ての前記キャリア流体を前記第一の導管手段を通るように仕向けることができるようにするために、選択的に機能的に作用するスイッチング手段と、を備え、前記スイッチング手段は更に、全ての前記キャリア流体を前記第一の導管手段を通るようにした際に、前記第二と第三の導管手段内に逆流を生じさせ、それによってノズルへの研磨材粒子流を停止させる手段を備えることを特徴とする装置。
スイッチング手段は流体流が前記第二の導管手段を通れるように開放でき、また全ての流れが前記第一の導管手段を通過するようにするために閉じることができる弁を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
逆流を生じさせる手段は、全てのキャリア流体が第一の導管手段を通るように向けられたとき、前記第二の導管からの流体が前記第一の導管手段へと同伴され、それによって逆流を開始させるように、前記第一の導管手段に隣接して置かれるジェットポンプ手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
前記スイッチング手段は、前記第一の導管手段が前記第二の導管手段に接続される部分に隣接して、前記ジェットポンプ手段を通る流体流を遮り偏向させるために活性化できるそらせ板手段を備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
前記第三の導管手段から研磨材粒子が取り除かれたとき、前記第二と第三の導管手段内の逆流を停止させるための弁手段を備えることを特徴とする、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
研磨材粒子用の前記第１の保管容器は、加圧されたキャリア流体のない状態で粒子を充填することができ、前記第二と第三の導管手段に接続することができることを特徴とする、前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
前記装置は、また、加圧されたキャリア流体のない状態で充填することができる研磨材粒子用の第２の保管容器を備え、前記第２の保管容器は、前記キャリア流体の圧力下にその中味が前記第１の保管容器に移されるようにするために開放できる出口を有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記第１の保管容器は研磨材粒子のコンテナと、前記コンテナ用のハウジングを備え、前記ハウジングは、閉じられたとき、前記容器が前記第二と第三の導管手段に接続されるような接続手段を備えることを特徴とする、前記請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
前記接続手段は前記接続手段内に前記第二と第三の導管手段に対するシーリング手段と、前記第三の導管手段内で逆流を停止させる手段とを備えることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
前記第二と第三の導管手段と接続するように適合される、初期には密閉されており、それらに接続されたときに開くことができるコネクタ手段を備えることを特徴とする、請求項８または９に記載の装置と共に使用される、研磨材粒子のコンテナ。
請求項１ないし９のいずれか１項記載の機械加工目的のためにキャリア流体内の研磨材粒子のノズルへの供給を提供する装置に利用される方法であって、研磨材粒子用の第１の保管容器を提供するステップ、加圧されたキャリア流体源を提供するステップ、前記加圧されたキャリア流体の少なくとも大部分をノズルに運ぶステップ、及び前記入ってくる流体の流れを選択的に切り替えて、前記ノズルへの研磨材粒子を合わせて、前記入ってくるキャリア流体のほんの一部が前記第１の保管容器に流れるようにするか、あるいは前記第二の導管手段からの流体が同伴されることで、前記第１の保管容器において逆流を開始させるような方法で、前記キャリア流体の全てを直接ノズルに向けるようにするステップを備えることを特徴とする方法。
作業片を機械加工する方法であって、ノズルから出て、請求項１から９のいずれかに記載の装置により供給されるキャリア流体内の研磨材のジェットを前記作業片上に向けることを備え、１つのモードから他のモードへのスイッチング手段の操作が、キャリア流体のみを備えるジェットか、あるいはキャリア流体プラス研磨材粒子のジェットを生じさせ、その切り替えは瞬間的かつ完全に行われることを特徴とする方法。
請求項１から９のいずれかに記載の装置と共に使用される増強装置ポンプであって、該ポンプは固定された第一のシリンダと、その中で動くことができるように駆動流体による作用を受けるように適合される可動の第一のピストンと、前記可動の第一のピストンに接続され、それと共に動くことができる可動の第二の往復シリンダと、前記往復シリンダと共に操作できる固定された第二のピストンと、前記固定ピストン内の円筒形ボアに沿って作用するように前記往復シリンダの閉鎖端によって支えられ、前記第一のピストンが駆動流体による作用を受けるとき、前記キャリア流体用の加圧源を提供するポンププランジャとを備えることを特徴とする増強装置ポンプ。
駆動流体は前記第一のシリンダと第一のピストンに、また前記第二の往復シリンダと固定された第二のピストンに交互に供給されることを特徴とする、請求項１３に記載の増強装置ポンプ。