JP4823639B2

JP4823639B2 - デバリング装置

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Publication number: JP4823639B2
Application number: JP2005302633A
Authority: JP
Inventors: 和義佐藤; 照彦山田; 宏三林
Original assignee: GRANDEX CO Ltd
Current assignee: GRANDEX CO Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP2006224292A

Description

本発明は、高圧液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入して被加工材に噴射することによって、精密部品等の被加工材に生じた小さなバリや、被加工材に穿設された貫通孔の開口周辺に生じたバリのバリ取り（デバリング）を極めて短時間で確実に行うことができるデバリング装置に関するものであり、特に噴射ノズルから見て貫通孔の反対側にある開口周辺のバリも極めて短時間で除去することができるデバリング装置に関するものである。

鋼材等からなる金属部品等にドリル加工等で生じたバリを除去する方法としては、エアーブラスト、レーザ加工、放電加工、超音波、ウォータジェット等が用いられている。しかし、エアーブラストは安価なため広く普及しているが、精密部品のバリ取りのような微細加工においては静電気の発生や粉塵の除去が問題となり、用いることができない。また、レーザ加工・放電加工はいずれも被加工材に高熱がかかるためバリ周辺の被加工材に変形や変性が起こる可能性があり、さらに極めて高価であるという欠点がある。また、超音波洗浄は水中で超音波によって洗浄を行うものであるが、金属のバリには効果がない。

さらに、ウォータジェットにおいてはバリを取るためにはかなりの高圧力が必要となり、噴射ノズルを始め主要部品の消耗が激しいため実用的でない。また、高圧水に研磨材として珪砂やアルミナ粉を入れて吹き付けるメディア入りウォータジェット加工（アブレシブ加工）によれば、バリ取り効果は高いが被加工材の表面に傷を付け易いため精密部品には不適であり、研磨材も１回限りの使い捨てであるため経済性が悪く、さらに研磨材の処理方法が問題となっていた。したがって、これらの従来のバリ取り（デバリング）方法では、精密部品に開けられた小さな貫通孔の裏の開口周辺のバリを除去することは、ほぼ不可能であった。

そこで、特許文献１に記載の発明においては、バリ取り工具の支持軸部を回転自在及びスライド自在に嵌合支持させておき、ツール部を貫通孔の表面側から挿通させた後で、ガイドを回転軸と直交する方向にスライドさせることにより、周縁部にツール部を当接させて、ガイドをガイド回転手段により回転させることによって、ツール部を周縁部に沿って移動させるとともに、ツール部をガイド回転手段とは独立した支持軸部回転手段により回転させることによって、ツール部で周縁部に発生したバリを除去する技術を開示している。これによって、ワークに形成された貫通孔の裏面側の周縁部に生じたバリを、貫通孔の表面側から確実に除去できるとしている。
特開２００４−２２３６３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来のデバリング技術においては、機械的構造が複雑で微小化するのは困難であるため、精密部品に開けられた小さな貫通孔の裏側のバリを除去することは不可能であり、また大きな貫通孔の裏側のバリを除去することはできるが、極めて効率が悪く長時間を要するという問題点があった。

そこで、本発明は、高圧液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入して被加工材に生じた小さなバリや被加工材の貫通孔に極めて細く絞って噴射することによって、精密部品に生じた小さなバリや、精密部品に開けられた小さな貫通孔の裏側のバリをも極めて短時間で除去することができるデバリング装置を提供することを課題とするものである。

請求項１の発明にかかるデバリング装置は、噴射ノズルと、高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、球状の微粒子を前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、前記噴射ノズルとバリの生じている被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置と、前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を前記相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置とを具備し、前記球状微粒子回収装置は、前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で前記球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置でなるものである。

請求項２の発明にかかるデバリング装置は、噴射ノズルと、高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、比重３．０以上の球状の微粒子を前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、前記噴射ノズルの反対側において周囲にバリが生じている被加工材の貫通孔の開口から前記微粒子の最大径以上の隙間を空けて配置される反射部材と、前記噴射ノズルと前記被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置と、前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を前記相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置とを具備し、前記球状微粒子回収装置は、前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で前記球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置でなるものである。

請求項３の発明にかかるデバリング装置は、請求項１または請求項２の構成において、前記球状微粒子回収装置は前記球状微粒子を前記排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給するポンプとしてダイヤフラムポンプを使用するものである。

請求項４の発明にかかるデバリング装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記球状微粒子回収装置は前記球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して前記高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有するものである。

請求項１の発明にかかるデバリング装置は、被加工材に対して高圧液体に球状の微粒子を混入して噴射する噴射ノズルと、高圧液体を噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、球状の微粒子を噴射ノズルに供給して高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、噴射ノズルとバリの生じている被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置とを具備している。

これにより、相対位置移動装置によって被加工材のバリに対して精密に位置決めされた噴射ノズルから噴射された微粒子が混入した高圧液体は、被加工材のバリに高速で当接してバリを瞬時に除去する。そして、メディアとして球状の微粒子を用いているため、被加工材にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。また、真球に近い球状の微粒子は高速液流の流速に乗るため、従来の研磨剤（珪砂、アルミナ粉、等）を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧液体を用いる必要があったのに対して、高圧液体の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管及び噴射ノズルの寿命が大幅に延びるという効果も得られる。さらに、被加工材の材質によっては、高圧液体の圧力を数ＭＰａに下げることもできる。

このようにして、高圧液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入して被加工材のバリ部分に極めて細く絞って噴射することによって、精密部品に生じた小さなバリをも極めて短時間で除去することができ、バリ取り跡に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができ、装置の各部品の寿命も大幅に伸ばすことができるデバリング装置となる。

また、被加工材に噴射された球状微粒子を相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置を有するから、球状であるため摩耗・破砕し難く何回も再使用することが可能な球状微粒子を排出液中から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。

さらに、球状微粒子回収装置が、排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置とを具備するものである。

したがって、排出液に含まれる球状微粒子と液体以外の不純物としては、被加工材の切粉と潤滑オイル等の油分と配管系内壁が削られた鉄屑等が主なものである。そこで、まずマグネットセパレータによって鉄分を吸着除去し、続いてオイルスキーマによって油分を除去する。さらに、鉄分以外の材料の切り屑等は段付きシックナー（沈降槽）で沈降速度の速い球状微粒子のみを分離するか、及び／またはサイクロンセパレータで比重の差で球状微粒子のみを分離するかして、さらに僅かではあるが長期間繰返し使用されて破砕した球状微粒子の破砕片を斜面を転がり落ちる速度の速い球状微粒子から除去して、清浄になった液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。

このようにして、球状微粒子回収装置を有することによって球状微粒子を回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるとともに、産業廃棄物を減らすリサイクルにも貢献できるデバリング装置となる。

請求項２の発明にかかるデバリング装置は、被加工材に対して高圧液体に球状の微粒子を混入して噴射する噴射ノズルと、高圧液体を噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、比重３．０以上の球状の微粒子を噴射ノズルに供給して高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、噴射ノズルの反対側において周囲にバリが生じている被加工材の貫通孔の開口から微粒子の最大径以上の狭い隙間を空けて配置される反射部材と、噴射ノズルと被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置とを具備している。

これにより、相対位置移動装置によって被加工材の貫通孔の開口に対して直線に精密に位置決めされた噴射ノズルから噴射された微粒子が混入した高圧液体は、一部が若干拡がって反対側の開口周辺に高速で当接し、貫通孔の両方の開口周囲にバリが生じている被加工材の場合には表側の開口周辺のバリを除去し、噴射された高圧液体の中心部は貫通孔を貫通して裏側に設けられている反射部材に当接して反射され、隙間が狭いため高速を保ったまま裏側の開口周辺に当接して、裏側の開口周辺のバリをも瞬時に除去する。そして、比重３．０以上の球状微粒子を用いることによって加工速度が速くなり、鋼材等の硬い材料のバリも確実に除去できるとともに、メディアとして球状の微粒子を用いているため、貫通孔の両方の開口周囲にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。

また、真球に近い球状の微粒子は高速液流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧液体を用いる必要があったのに対して、高圧液体の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管及び噴射ノズルの寿命が大幅に延びるという効果も得られる。

このようにして、高圧液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入して被加工材の貫通孔に極めて細く絞って噴射することによって、精密部品に開けられた小さな貫通孔の裏側のバリをも極めて短時間で除去することができ、比重３．０以上の球状微粒子を用いることによって加工速度が速くなるとともに、バリ取り跡に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができ、装置の各部品の寿命も大幅に伸ばすことができるデバリング装置となる。

さらに、被加工材に噴射された球状微粒子を相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置を有するから、球状であるため摩耗・破砕し難く何回も再使用することが可能な球状微粒子を排出液中から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。

加えて、球状微粒子回収装置が、排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置とを具備するものである。

排出液に含まれる球状微粒子と液体以外の不純物としては、被加工材の切粉と潤滑オイル等の油分と配管系内壁が削られた鉄屑等が主なものである。そこで、まずマグネットセパレータによって鉄分を吸着除去し、続いてオイルスキーマによって油分を除去する。さらに、鉄分以外の材料の切り屑等は段付きシックナー（沈降槽）で沈降速度の速い球状微粒子のみを分離するか、及び／またはサイクロンセパレータで比重の差で球状微粒子のみを分離するかして、さらに僅かではあるが長期間繰返し使用されて破砕した球状微粒子の破砕片を斜面を転がり落ちる速度の速い球状微粒子から除去して、清浄になった液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。

請求項３の発明にかかるデバリング装置においては、球状微粒子回収装置は球状微粒子を排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに供給するポンプとしてダイヤフラムポンプを使用している。これによって、ダイヤフラムポンプの間欠液送り運動により、球状微粒子回収装置内の球状微粒子が高い比重にも関わらず、洗浄された液体中に均一に分散して、沈降してしまうことなく噴射ノズルに供給される。こうして、回収された球状微粒子が無駄なく再使用される。

請求項４の発明にかかるデバリング装置においては、球状微粒子回収装置が球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有する。これによって、清浄になった液体が高圧液体供給装置に供給されて再使用される。このようにして、球状微粒子のみならず高圧液体用の液体をも回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるデバリング装置となる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の全体構成を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態にかかるデバリング方法及びデバリング装置に用いられる球状ジルコンビーズのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の噴射ノズルの構造を示す縦断面図、（ｃ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例１のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例２のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図５（ａ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例３のデバリングの被加工材を示す斜視図、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例３のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図６は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例４のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図７は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の球状ジルコンビーズ回収装置の構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、本実施の形態にかかるデバリング装置１は、球状微粒子回収装置としての球状ジルコンビーズ回収装置２、球状微粒子供給装置としての球状ジルコンビーズ供給装置３、高圧液体供給装置としての高圧ポンプ５、給液タンクとしての給水タンクユニット６、そして相対位置移動装置７、８、９と噴射ノズル１０を備えた加工ユニット４から構成されている。噴射ノズル１０は、相対位置移動装置を構成するＸ軸移動ブロック８に噴射口を下にして垂直に固定されており、被加工材は同じく相対位置移動装置を構成するＹ軸移動テーブル９の上の反射部材に固定される。そして、給水タンクユニット６から配管６ａを通って供給される水が高圧ポンプ５で高圧水となって配管５ａを通って噴射ノズル１０に供給され、球状ジルコンビーズ供給装置３から配管３ａを通って噴射ノズル１０に供給される球状ジルコンビーズと混合されて、噴射口から音速の約３倍（マッハ３）の高速でＹ軸移動テーブル９上の被加工材に噴き付けられて、被加工材がデバリングされる。

ここで、図２のＳＥＭ写真に示されるように、本実施の形態にかかるデバリング装置１に用いられる球状ジルコンビーズ（写真は粒子径約４０μｍのもの）は、中実でほぼ真球であり、故に摩耗・破砕し難く、かつ最も効率良く噴射エネルギーを被加工材に与えることができ、従来の角張った研磨材を用いたデバリング方法よりもバリ取り速度が速く、しかもバリ取り跡が滑らかになる。したがって、残滓が付着し難くなり、また金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れも生じることがない。比重は３．８、モース硬度は７、破砕強度は径２ｍｍのビーズで７００Ｎであり、球状で被加工材に突き刺さることもないので精密部品に傷を付ける恐れもない。

そして、破砕し難いので何回でも再使用することができる。即ち、図１に示されるように、加工ユニット４に溜まった使用済みの球状ジルコンビーズ混入水は、排出管４ａから排出されて球状ジルコンビーズ回収装置２で不純物を分離して、清浄な球状ジルコンビーズと水だけが回収されて、配管２ａから直接噴射ノズル１０に供給される。さらに、清浄な水だけが別に回収されて、配管２ｂから高圧ポンプ５に供給されて再利用される。

ここで、噴射ノズル１０の詳細な内部構造とデバリングの実施例１について、図３を参照して説明する。図３（ａ）に示されるように、噴射ノズル１０の第１の例１０Ａは高圧水供給部１１、球状ジルコンビーズ供給部１２ａ、及び回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂを有しており、高圧水供給部１１は前記配管５ａに、球状ジルコンビーズ供給部１２ａは前記配管３ａに、回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂは前記配管２ａにそれぞれ接続されている。球状ジルコンビーズ供給部１２ａから供給された球状ジルコンビーズＺＢと回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂから供給された球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって、噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。

噴射口１３の口径は約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内であり、このような小径の噴射ノズルから球状ジルコンビーズが混入した高圧水を高速で被加工材に噴き付けることによって、応力が集中してバリ取り速度がより一層速くなるとともに、小さな箇所に応力を集中させることができるため、複雑で小さな精密部品のバリ取りも可能になる。

また、図３（ｂ）に示されるように、噴射ノズル１０の第２の例１０Ｂは、先端がオリフィスになった高圧水供給部１４、球状ジルコンビーズ供給部１５ａ、及び回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂを有しており、高圧水供給部１４は前記配管５ａに、球状ジルコンビーズ供給部１５ａは前記配管３ａに、回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂは前記配管２ａにそれぞれ接続されている。球状ジルコンビーズ供給部１５ａから供給された球状ジルコンビーズＺＢと回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂから供給された球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１４から供給される高圧水によって、噴射口１６から音速の約３倍の高速で噴射される。

噴射口１６の口径はやはり約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内であり、このような小径の噴射ノズルから球状ジルコンビーズが混入した高圧水を高速で被加工材に噴き付けることによって、応力が集中してバリ取り速度がより一層速くなるとともに、小さな箇所に応力を集中させることができるため、複雑で小さな精密部品のバリ取りも可能になる。

次に、図３（ｃ）を参照して、本実施の形態にかかるデバリング装置１の具体的な実施例１について説明すると、被加工材Ｗとしてドリルで貫通孔２０を穿設して両面の開口２０Ａ、２０Ｂの周囲に小さな表バリ１７Ａ、裏バリ１７Ｂが生じた鋼板を反射部材１８の上に固定して、被加工材Ｗの貫通孔２０に対して正面に相対するように、相対位置移動装置７、８、９によって噴射ノズル１０Ａを移動させる。そして、平均粒径約４０μｍの球状ジルコンビーズＺＢと球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。

これによって、図３（ｃ）に示されるように、噴射ノズル１０Ａから噴射された球状ジルコンビーズＺＢが混入した高圧水は、一部が若干拡がって貫通孔２０の表側開口２０Ａの周辺に高速で当接し、表側開口２０Ａの周辺の表バリ１７Ａを除去し、噴射された高圧水の中心部は貫通孔２０を貫通して裏側に設けられている反射部材１８に当接して反射され、隙間が狭いため高速を保ったまま裏側開口２０Ｂの周辺に当接して、裏側開口２０Ｂの周辺の裏バリ１７Ｂをも瞬時に除去する。

この間、僅か３秒足らずである。そして、メディアとして球状ジルコンビーズＺＢを用いているため、貫通孔２０の両方の開口２０Ａ、２０Ｂ周囲にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。また、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤（珪砂、アルミナ粉、等）を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管５ａ及び噴射ノズル１０の寿命が大幅に延びるという好ましい効果も得られる。

次に、本実施の形態にかかるデバリング装置１によるデバリングの具体的な実施例２について説明すると、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、被加工材としての細いパイプＷ１に極細ドリルで穿設された小さな貫通孔２１の周囲に生じた微小な表バリ２３Ａ、裏バリ２３Ｂを除去するために、実施例１と同様に細いパイプＷ１の貫通孔２１に対して正面に相対するように、相対位置移動装置７、８、９によって噴射ノズル１０Ａを移動させる。ここで、細いパイプＷ１の内部には、反射部材としての細い丸棒２２が、細いパイプＷ１の貫通孔２１の下に狭い隙間を生じるように挿入・固定されている。また、噴射ノズル１０Ａの噴射口１３の口径は約０．２ｍｍである。

そして、平均粒径約４０μｍの球状ジルコンビーズＺＢと球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。これによって、図４（ｂ）に示されるように、噴射された球状ジルコンビーズＺＢが混入した高圧水は、一部が若干拡がって貫通孔２１の表側開口の周辺に高速で当接し、表側開口の周辺の表バリ２３Ａを除去し、噴射された高圧水の中心部は貫通孔２１を貫通して裏側に挿入されている反射部材２２に当接して反射され、隙間が狭いため高速を保ったまま裏側開口の周辺に当接して、裏側開口の周辺の裏バリ２３Ｂをも瞬時に除去する。

この間、僅か３秒足らずである。そして、メディアとして球状ジルコンビーズＺＢを用いているため、貫通孔２１の両方の開口周囲にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。また、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管５ａ及び噴射ノズル１０の寿命が大幅に延びるという好ましい効果も得られる。

次に、本実施の形態にかかるデバリング装置１によるデバリングの具体的な実施例３について説明すると、図５（ａ）に示されるように、中空の被加工材Ｗ２の表面にはＯリングを嵌め込むための溝２５が設けられており、このＯリングの溝２５に極細ドリルでごく小さな貫通孔２６が穿設されている。図５（ｂ）、（ｃ）に示されるように、このように穿設されたごく小さな貫通孔２６の周囲に生じた微小な表バリ２８Ａ、裏バリ２８Ｂを除去するために、実施例１と同様に被加工材Ｗ２の貫通孔２６に対して正面に相対するように、相対位置移動装置７、８、９によって噴射ノズル１０Ａを移動させる。

ここで、中空の被加工材Ｗ２の内部には、反射部材としての鋼板２７が被加工材Ｗ２の貫通孔２６の下に狭い隙間を生じるように挿入・固定されている。また、噴射ノズル１０Ａの噴射口１３の口径は約０．１ｍｍである。そして、平均粒径約４０μｍの球状ジルコンビーズＺＢと球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。

これによって、図５（ｃ）に示されるように、噴射された球状ジルコンビーズＺＢが混入した高圧水は、一部が若干拡がって貫通孔２６の表側開口の周辺に高速で当接し、表側開口の周辺の表バリ２８Ａを除去し、噴射された高圧水の中心部は貫通孔２６を貫通して裏側に挿入されている反射部材２７に当接して反射され、隙間が狭いため高速を保ったまま裏側開口の周辺に当接して、裏側開口の周辺の裏バリ２８Ｂをも瞬時に除去する。

この間、僅か３秒足らずである。そして、メディアとして球状ジルコンビーズＺＢを用いているため、貫通孔２６の両方の開口周囲にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。また、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管５ａ及び噴射ノズル１０の寿命が大幅に延びるという好ましい効果も得られる。

次に、本実施の形態にかかるデバリング装置１によるデバリングの具体的な実施例４について説明すると、図６に示されるように、被加工材としての金属製の丸パイプＷ３の内面全周に亘ってＯリングを嵌め込むための溝３０がフライス加工によって形成されており、この際にＯリングの溝３０の両縁にバリ３１が全周に亘って生じている。そこで、丸パイプＷ３を丸パイプＷ３の中心軸を中心にして回転可能な固定治具に固定して、噴射ノズル１０Ａの噴射口１３の先端がＯリングの溝３０の方向を向くようにセットする。

ここで、噴射ノズル１０Ａの噴射口１３の口径は約０．３ｍｍである。そして、平均粒径約６０μｍの球状ジルコンビーズＺＢと球状ジルコンビーズ混入水が、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。これによって、図６に示されるように、噴射された球状ジルコンビーズＺＢが混入した高圧水は、若干拡がってＯリングの溝３０両縁のバリ３１周辺に高速で当接してバリ３１を瞬時に除去する。さらに、噴射された高圧水の中心部はＯリングの溝３０内で反射され、Ｏリングの溝３０の底部３０ａに当接して底部３０ａの細かい凹凸をも除去して平滑な面とする。

このように球状ジルコンビーズＺＢが混入した高圧水を噴射させながら、丸パイプＷ３を固定治具を回転させて丸パイプＷ３の中心軸を中心にして一周回転させることによって、全周のバリ３１が除去されるとともにＯリングの溝３０の底部３０ａが平滑な面となる。この間、僅か１０秒足らずである。そして、メディアとして球状ジルコンビーズＺＢを用いているため、Ｏリングの溝３０の周囲にも傷を付ける恐れがなく、精密部品にも安心して用いることができる。また、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたデバリング処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を５ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管５ａ及び噴射ノズル１０の寿命が大幅に延びるという好ましい効果も得られる。

次に、球状ジルコンビーズ回収装置２の内部構造について、図７を参照して説明する。図７に示されるように、本実施の形態にかかる球状ジルコンビーズ回収装置２は、マグネットセパレータとオイルスキーマを組み合わせたもの４１、サイクロンセパレータ４２、切粉取フィルタ４３、回収液タンク４４、破砕片除去装置４５及びこれらの間を繋ぐ配管を備えている。

排出液に含まれる球状ジルコンビーズと水以外の不純物としては、被加工材の切粉と潤滑オイル等の油分と配管系内壁が削られた鉄屑等が主なものである。そこで、まずマグネットセパレータ４１によって鉄分を磁力吸着して除去し、同時にオイルスキーマ４１によって油分を除去する。次に、サイクロンセパレータ４２で比重の差で球状ジルコンビーズのみを分離し、さらに破砕片除去装置４５によって僅かではあるが長期間繰返し使用されて破砕した球状ジルコンビーズの破砕片を斜面を転がり落ちる速度の速い球状ジルコンビーズから除去して、清浄になった水とともに噴射ノズル１０に直接供給することによって、高圧ポンプ５から供給される高圧水によって、噴射ノズル１０から高速で被加工材Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３に噴き付けられて再使用される。

さらに、球状ジルコンビーズが一部の清浄な水とともに分離された回収液からは、切粉取フィルタ４３によって切粉等を除去して清浄になった水が、回収液タンク４４を介して高圧ポンプ５に供給されて再使用される。なお、回収液タンク４４の容量は高圧ポンプ５の安全を考慮すると吐出量の約２０倍〜約５０倍あることが望ましい。このようにして、本実施の形態のデバリング装置１においては、球状ジルコンビーズのみならず高圧水用の水をも回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるとともに、廃水及び産業廃棄物を減らすことができて環境に優しいデバリング方法およびデバリング装置となる。

本実施の形態の球状ジルコンビーズ回収装置２においては、サイクロンセパレータ４２で球状ジルコンビーズのみを分離しているが、サイクロンセパレータ４２の代わりに段付きシックナー（沈降槽）を用いて沈降速度の速い球状ジルコンビーズのみを分離しても良いし、段付きシックナーとサイクロンセパレータ４２を両方用いても良い。

このようにして、本実施の形態にかかるデバリング方法及びデバリング装置においては、微粒子として球状ジルコンビーズを用いることによって、加工速度が速くなるとともに、バリ取り跡に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止し、さらに微粒子及び水の再使用を可能としてシステムのランニングコスト低減を図ることができる。

本実施の形態においては、「高圧液体」として用いられる液体として水を用いており、通常のデバリングにおいては殆ど水が用いられるが、特殊な場合（例えば水中におけるデバリング等）には、水より粘性の高い高分子水溶液等の水以外の液体を用いることもできる。

また、本実施の形態においては、「球状の微粒子」として球状ジルコンビーズＺＢを用いた場合についてのみ説明しているが、本実施の形態における球状ジルコンビーズＺＢのように真球に近く、破砕しにくい微粒子であれば、その他の材質から成る球状の微粒子を用いることもできる。本発明者らが鋭意実験研究した結果、球状の微粒子の比重は３．０以上で７．０以下であることが加工速度が速くなり、かつ被加工材に凹みや傷跡を付ける恐れがないという理由で、また球状の微粒子の硬度はモース硬度が６〜９の範囲内、ビッカース硬度が５ＧＰａ〜１６ＧＰａの範囲内のセラミックスが好ましいことが判明した。

本発明を実施するに際しては、デバリング方法のその他の工程についても、またデバリング装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の全体構成を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態にかかるデバリング方法及びデバリング装置に用いられる球状ジルコンビーズのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の噴射ノズルの構造を示す縦断面図、（ｃ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例１のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例２のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図５（ａ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例３のデバリングの被加工材を示す斜視図、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例３のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図６は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置による実施例４のデバリングの様子を説明する拡大断面図である。図７は本発明の実施の形態にかかるデバリング装置の球状ジルコンビーズ回収装置の構成を示すブロック図である。

１デバリング装置
２球状ジルコンビーズ回収装置
３球状ジルコンビーズ供給装置
５高圧液体供給装置
７、８、９相対位置移動装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ噴射ノズル
１７Ａ、２３Ａ、２８Ａ表バリ
１７Ｂ、２３Ｂ、２８Ｂ裏バリ
１８、２２、２７反射部材
２０、２１、２６貫通孔
２０Ａ貫通孔の表側開口
２０Ｂ貫通孔の裏側開口
２５、３０Ｏリングの溝
３１バリ
４１マグネットセパレータ＆オイルスキーマ
４２サイクロンセパレータ
４３切粉取フィルタ
４５破砕片除去装置
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３被加工材
ＺＢ球状ジルコンビーズ

Claims

被加工材に対して高圧液体に球状の微粒子を混入して噴射する噴射ノズルと、
前記高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、
前記球状の微粒子を前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体と混入する球状微粒子供給装置と、
前記噴射ノズルとバリの生じている前記被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置と、
前記被加工材に噴射された前記球状微粒子と前記高圧液体として使用された排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置とを具備し、
前記球状微粒子回収装置は、前記高圧液体として使用された前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と前記球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で前記球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で前記球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置とを有することを特徴とするデバリング装置。
被加工材に対して高圧液体に球状の微粒子を混入して噴射する噴射ノズルと、
前記高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、
前記球状の微粒子を比重３．０以上として前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体と混入する球状微粒子供給装置と、
前記噴射ノズルとバリの生じている前記被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置と、
前記噴射ノズルの反対側において周囲にバリが生じている前記被加工材の貫通孔の開口から前記微粒子の最大径以上の隙間を空けて配置される反射部材と、
前記噴射ノズルと前記被加工材との相対位置を精密に制御できる相対位置移動装置と、
前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を前記相対位置移動装置から前記高圧液体として使用された排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置とを具備し、
前記球状微粒子回収装置は、前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と前記球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で前記球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと、斜面を転がり落ちる速度の差で前記球状微粒子の破砕片を除去する破砕片除去装置とを有することを特徴とするデバリング装置。
前記球状微粒子回収装置は、前記球状微粒子を前記排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給するポンプとしてダイヤフラムポンプを使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバリング装置。
前記球状微粒子回収装置は、前記球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して前記高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のデバリング装置。