JP5597706B2 - 気泡を利用する材料除去システム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年２月２６日に出願された米国特許出願第１２／７１３,２８３号明細書に関する利益を請求する。本出願はまた、３５米連邦法（ＵＳＣ）第１１９条（ｅ）に基づき、２００９年６月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／２２０,０５４号明細書（発明の名称「気泡を利用する材料除去システム及び方法」、代理人整理番号ＳＧＡＩ−０２０／ＰＲＯＶ）及び２０１０年１月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／２９４,６３９号明細書（発明の名称「気泡を利用する材料除去システム及び方法」、代理人整理番号ＳＧＡＩ−０２０／ＰＲＯＶ１）に対する利益を請求し、これらの明細書の両方の内容の全体をすべての目的のためここに組み込む。

本発明の実施形態は、気泡を利用して材料を除去する（例えば、削孔、切断、又は研磨）ためのシステム及び方法に関する。特有の実施形態は、気泡を再循環するのに使用されるシステム及び方法に関する。

材料除去システムは多くの場合、切断要素及び加工物（即ち、材料を除去しようとする対象）を冷却するのを支援する幾つかの形態の潤滑を利用する（例えば、ノコ、ドリルを含む）切断要素機械を組み込んでいる。潤滑は、切断境界面から残留粒子（例えば、材料除去プロセスの際に作り出される切断又は削孔粒子）の材料を除去し、残留物が切断要素の動きを悪くするのを防止するのに使用されることもできる。

一般的な潤滑媒体には、水又は油のような液体が含まれる。液体は一般に、構成材を冷却し、材料残留物を流す場合に効果的になり得るが、その使用が問題を引き起こすことがある。例えば、液体によって損傷を受け得る環境において切断作業を実施しようとする場合には、液体が切断境界面に存在した後には、液体を十分に収容するのが困難となり得る。加工物が多孔質であったり穴又は空洞を含んだりする場合には、液体が加工物の構造に浸透した後は、液体を収容するのが特に困難となり得る。液体が切断境界面に存在した後は、液体を収容するのも困難となり得る。材料除去システムが完成した内部環境において使用されている場合には、液体潤滑剤は、特に問題となり得る。切断境界面を十分に潤滑するのに要する液体の量は、コスト、環境への影響、汚染等に関する問題も提示する。

本開示の或る実施形態は、材料の除去の際に気泡を利用するシステム及び方法を含む。

典型的な実施形態は、材料を除去するためのシステムであって、切断要素と、切断要素を操作するように構成されたアクチュエータと、アクチュエータ及び切断要素に結合されたシャフトと、システムの作動の際に作り出される残留粒子を除去するように構成された真空システムであって、シャフトのまわりに延びるカラーを備える真空システムとを備えるシステムを備える。或る実施形態では、残留粒子は、気泡によってシステムから流される。

特有の実施形態では、カラーは、内キャビティと、内キャビティと流体連通する１個以上の吸引口とを備える。複数個の吸引口は、半径方向吸引口と、軸方向吸引口とを備える。或る実施形態では、カラーは、ボアを取り囲む内壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備える。特有の実施形態では、カラーは、軸方向壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備える。

真空システムは、真空源と、カラーに結合された導管とを備えてもよい。或る実施形態では、導管は、外部口のところでカラーに結合されている。カラーは、外部口と流体連通する複数個の吸引口を備えてもよい。或る実施形態では、切断要素は、ドリルビット又はノコ刃を備える。

典型的な実施形態は、材料除去システムにおいて気泡を利用する方法を備えてもよい。この方法は、アクチュエータ、切断要素及び加工物を提供し、切断要素をアクチュエータによって操作し、気泡生成システムから気泡を提供し、切断要素境界面のところで切断要素を加工物と係合させ、気泡を切断境界面に差し向けることを備えてもよい。典型的な方法はまた、気泡が切断境界面に差し向けられた後、気泡を液体に変える気泡減少剤を気泡に加え、液体を濾過して残留粒子を除去し、濾過された液体を生じ、濾過された液体を気泡生成システムに差し向けることを備えてもよい。

特有の実施形態では、濾過された液体は、気泡生成システムにおいて気泡凝縮物と組み合わされ、気泡を生じる。或る実施形態はまた、切断境界面から真空システムによって気泡を除去することを必要としてもよい。特有の実施形態では、真空システムは、切断境界面に近接したカラーを備えている。或る実施形態では、カラーは、内キャビティと、内キャビティと流体連通する１個以上の吸引口とを備えている。複数個の吸引口は、半径方向吸引口と軸方向吸引口とを備えてもよい。

典型的な実施形態は、気泡を生成するためのシステムを備えてもよい。特有の実施形態は、ポンプと、液体を備える液体リザーバであって、ポンプが、液体リザーバから液体を送り出すように構成されている液体リザーバと、加圧空気を生じるように構成されたコンプレッサと、気泡凝縮物を備える気泡凝縮物リザーバとを備えてもよい。或る実施形態はまた、気泡凝縮物リザーバから放出される気泡凝縮物の量を制御するように構成された第１弁と、液体リザーバから送り出される液体の量を制御するように構成された第２弁と、コンプレッサの下流の空気圧力が高閾値に到達すると、コンプレッサの作動を停止するように構成された第１圧力センサと、コンプレッサの下流の空気圧力が低閾値に到達すると、コンプレッサの作動を始動するように構成された第２圧力センサとを備えてもよい。特有の実施形態は、液体リザーバからの液体を備える第１導管と、加圧空気及び気泡凝縮物を備える第２導管と、第１導管と第２導管を結合するミキサとを備えてもよく、気泡凝縮物と液体とがミキサで組み合わされて気泡を生じる。

特定の実施形態では、気泡は、材料除去システムに差し向けられてもよい。或る実施形態では、気泡は、材料除去システムから気泡生成システムに再循環されてもよい。或る実施形態はまた、気泡が再循環されているとき、気泡を液体に変えるように構成された気泡減少剤を備えてもよい。特有の実施形態は、液体から残留粒子を濾過するフィルタを備えてもよい。或る実施形態では、材料除去システムはドリルを備えている。特有の実施形態では、高閾値は、およそ５〜約１２バールであり、及び／又は、低閾値は、およそ約２〜約８バールである。

他の利点及び特徴は、以下の説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本発明の実施形態の１つ以上の例による気泡生成システムの概略図を示している。 図２Ａは、図１の気泡生成システムが組み込まれた、本発明の実施形態の１つ以上の例を示し、図２Ｂは、図１の気泡生成システム及び真空システムが組み込まれた、本発明の実施形態の１つ以上の例による材料除去システムの部分断面図を示している。 本発明の実施形態の１つ以上の例による、真空システムにおいて利用される真空カラーの斜視図を示している。 図１の気泡生成システム及び液体再循環システムが組み込まれた、本発明の実施形態の１つ以上の例による材料除去システムの部分断面図を示している。 図１の気泡生成システム及び気泡再循環システムが組み込まれた、本発明の実施形態の１つ以上の例による材料除去システムの部分断面図を示している。 本発明の実施形態の概略的な全体図を提供する。 本発明の一実施形態の概略的な別の全体図を提供する。 気泡−液体変換装置２２７の斜視図を提供する。 作動時の気泡−液体変換装置２２７の概略的な横断面を提供する。 カバー部分２１７の内部の詳細図である。 導管２３７をカバー部分２１７に結合するように構成された結合部材２６７の斜視図を提供する。 気泡−液体変換装置３２８を利用する材料除去システム２００の全体図を提供する。 ２３５及び２３７に結合された気泡−液体変換装置３２８のより詳細な図を提供する。

本開示の実施形態は、残留粒子の潤滑、冷却及び／又は排出のため、気泡を利用して材料を除去する（例えば、削孔、切断、又は研磨）ためのシステム及び方法を備える。

最初に図１を参照すると、気泡生成システム１００の概略図が、コンプレッサ１１０、ポンプ１２０、液体リザーバ１３０、及び気泡凝縮物リザーバ１４０を図示している。システム１００はさらに、液体リザーバ１３０から送り出される液体の量を制御するように構成された弁１３５を備えている。図１に示される実施形態はまた、気泡凝縮物リザーバ１４０から放出される気泡凝縮物の量を制御するように構成された弁１４５を備えている。他の実施形態では、気泡凝縮物は、気泡凝縮物リザーバ１４０の必要性を除去するため、液体リザーバ１３０に直接加えてもよい。このような実施形態では、弁１４５は、液体リザーバ１３０からの水と気泡凝縮物の液体混合物が混合される加圧空気の量を制御するように構成されることができる。或る典型的な実施形態では、気泡凝縮物は、液体混合物、又は液体混合物が加圧空気と組み合わされるときに得られる気泡の導電率を減少させ又は無効にするように構成されてもよい。

図１に示される実施形態は、コンプレッサ１１０を始動させ停止させるように構成された制御スイッチ１１７、並びにポンプ１２０を始動させ停止させるように構成された制御スイッチ１２７を含んでいる。或る実施形態では、フィルタ１２１が、コンプレッサ１１０とポンプ１２０との間、又はコンプレッサ１１０と制御スイッチ１２７との間に置かれている。特有の実施形態では、フィルタ１２１は、内蔵式の湿分分離器を備えてもよい。さらに、システム１００は、システム１００の流出口１５０からの気泡又は液体の流れを制御する制御スイッチ１３７を備えている。制御スイッチ１３７は、電磁弁又は他の流量制御機構（図示せず）に結合されてもよい。システム１００はさらに、加圧空気及び気泡凝縮物の流れを制御するように構成された制御スイッチ１４７を備えている。

次に、気泡を生成するシステム１００を作動させる一方法の典型的な実施形態を説明する。他の典型的な方法が本発明の範囲内にあり、開示された方法が例示的な目的のためにのみ提供されることが理解される。システム１００の作動の際、オペレータは、コンプレッサ１１０が作動を開始するように、制御スイッチ１１７を操作することができる。特有の実施形態では、コンプレッサ１１０は、コンプレッサ１１０によって得られる圧力を制御する制御システム（図示せず）に信号を提供する圧力センサ１１３を有することができる。或る実施形態では、圧力センサ１１３は、コンプレッサの下流の圧力が所定の高閾値レベルに到達すると、コンプレッサ１１０が作動を停止する信号を提供する。特有の典型的な実施形態では、圧力センサ１１３は、圧力がおよそ６〜約１２バールの高閾値に到達すると、コンプレッサ１１０が作動を停止する信号を提供する。システム１００の作動の際、コンプレッサの下流の圧力が低閾値レベル以下に降下する場合には、圧力センサ１１３は、コンプレッサ１１０を再始動する信号を送ることもできる。特有の実施形態では、圧力がおよそ約２〜約８バールの値以下に降下する場合には、圧力センサ１１３は、コンプレッサ１１０を再始動させる信号を送ることができる。これらの値が一例として提供されているものであり、他の実施形態が、コンプレッサ１１０の作動に対する他の圧力範囲を有してもよいことが理解される。

この典型的な作動方法では、オペレータは、制御スイッチ１１７を操作し、所望の圧力に達するまでコンプレッサ１１０を作動させ、圧力センサ１１３は、コンプレッサ１１０が作動を停止する信号を送る。次いで、オペレータは、制御スイッチ１２７を操作して、ポンプ１２０を始動させてもよい。次いで、ポンプ１２０は、リザーバ１３０から、逆止弁１３４及び弁１３５を通って、（液体を収容する）導管１７１と（加圧空気及び気泡凝縮物を収容する）導管１７２を結合するミキサ１５６まで液体を送り出すことができる。

次いで、オペレータは、制御スイッチ１３７を操作して、リザーバ１３０からの液体を（ポンプ１２０を介して）流出口１５０から排出させてもよい。流出口１５０からの液体の流れが形成されると、オペレータは、制御スイッチ１４７を操作して、気泡凝縮物と加圧空気を、逆止弁１４４を超えて（液体導管を気泡凝縮物導管に結合する）ミキサ１５６まで流れさせることができる。次いで、気泡凝縮物と液体とをミキサ１５６内で混合させることができ、気泡が流出口１５０から出る。

オペレータは、弁１３５を調整して、ポンプ１２０によって流出口１５０まで送り出される液体の量を増減させることができる。オペレータはまた、弁１４５を調整して、流出口１５０に差し向けられる気泡凝縮物及び加圧空気の量を調整することができる。図１の概略図では、液体の流れは矢印１３９によって表され、気泡凝縮物及び加圧空気の流れは矢印１４９によって表される。その結果得られる気泡は、矢印１５９によって表される。

気泡凝縮物は、当該技術分野において公知のものを含み、一般に、少量存在するときに気泡の形成を容易にし、或いはバブルの合体を抑制することによってコロイド安定性を高める種々の界面活性剤によって構成される。適当な起泡剤には、１−プロパンアミニウム、３−アミノ−Ｎ−（カルボキシメチル）−Ｎ、Ｎ−ジメチル−Ｎ−ココアシル誘導体、分子内塩、１−プロパンアミニウム、３−アミノ−Ｎ−（カルボキシメチル）−Ｎ、Ｎ−ジメチル−、Ｎ−ココアシル誘導体、水酸化物、分子内塩、又は１−プロパンアミニウム、３−アミノ−Ｎ−（カルボキシメチル）−Ｎ、Ｎ−ジメチル−、Ｎ−ココアシル誘導体、分子内塩とも呼ばれるコカミドプロピルベタインのような、「ベタイン」が含まれる。

次に図２Ａを参照すると、材料除去システム２００の典型的な実施形態の部分断面図が示されている。材料除去システム２００は、気泡生成システム１００からの気泡を利用して、構成材を潤滑し、切断境界面（例えば、切断要素が加工物に係合する境界面）からの残留材を除去する。図２Ａに示される材料除去システムが、気泡生成システム１００からの気泡を利用することができる材料除去システムの一例にすぎず、他の典型的な材料除去システムが異なる形態を備えてもよいことが理解される。図２Ａに示される実施形態は、シャフト２２０及び切断要素２２５を回転させるように構成されたドライバ又はアクチュエータ２１０を備えている。示された実施形態では、切断要素２２５は、ドリルビットとして構成されており、アクチュエータ２１０は、モータを備えている。他の実施形態では、アクチュエータ２１０は、限定するわけではないが内燃機関、油圧被動アクチュエータ、又は空圧被動アクチュエータを含む、他の操作形態を備えてもよい。他の実施形態は、限定するわけではないがノコ刃を含む他の型式の切断要素を備えてもよい。特有の典型的な実施形態は、ダイアモンド円形ブレード又はダイアモンドワイヤを備えてもよい。材料除去システム２００の典型的な実施形態には、限定するわけではないが、壁のノコ作業又は床のノコ作業についての用途が含まれる。図２Ａに示される実施形態の作動の際、アクチュエータ２１０は、シャフト２２０と切断要素２２５を回転させる。切断要素２２５は、加工物２５０に係合し、加工物２５０から材料を除去する。

次に図２Ｂを参照すると、材料除去システム２００は、切断境界面から気泡及び／又は残留材料を除去するように構成された真空システム２０１とともに使用されてもよい。示される実施形態では、真空システム２０１は、導管２３５を介して真空源２４０に結合された真空カラー２３０と、リザーバ２４９とを備えている。（材料除去システム２００から分離された状態で示される）真空カラー２３０の典型的な実施形態に関するより詳細な図面が、図３に提供される。

図３に示されるように、真空カラー２３０は、内ボア２３２を取り囲む外壁２３４及び内壁２３３をもつ本体２７３を備えている。真空カラー２３０はまた、第１軸方向壁２３８と、第２軸方向壁２３９とを備えている。図３では、カラー２３０は逆転して示されており、第２軸方向壁２３９は通常、（図２に示されるように）カラー２３０が使用されるとき、下方を向くであろう。導管２３５は、外部口２３１のところで真空カラー２３０に結合されている。図２及び図３に示されるように、１個以上の半径方向吸引口２３６が内壁２３３から延び、外部口２３１及び導管２３５と流体連通している。示される特有の実施形態では、吸引口２３６は、外部口２３１と流体連通する内キャビティ２４１まで延びている。或る実施形態では、内キャビティ２４１は、内ボア２３０のまわりに延びるリング形のキャビティである。半径方向吸引口２３６は、車輪内におけるスポークと同様に、内ボア２３０と内キャビティ２４１との間で半径方向に延びてもよい。他の典型的な実施形態では、真空カラー２３０は、導管２３５に結合された単一個の口を備えてもよく、複数個の半径方向及び軸方向の吸引口を含まなくともよい。

さらに、真空カラー２３０は、１個以上の軸方向吸引口が第２軸方向壁２３９から延び、内キャビティ２４１及び外部口２３１と流体連通するように構成されている。図３に示される実施形態が典型的なものにすぎず、本開示の範囲内における他の真空カラーが図３に示されるものと異なる構成を備えてもよいことが理解される。例えば、他の典型的な実施形態は、示されるものと異なる構成の吸引口を備えてもよく、半径方向又は軸方向吸引口のみを含んでもよい。

作動の際、残留粒子２４５は、気泡生成システム１００の流出口１５０から出る気泡によって、切断要素２２５と加工物２５０の境界面から流される。次いで、気泡は、残留粒子２４５とともに、真空システム２０１によって収集されることができる。ここで使用される語「残留粒子」は、材料除去プロセスの際に生成される廃棄又はスクラップ粒子（例えば、材料の削りくず、ダスト、切断スラリー等）を記載するのに使用される。

図２Ｂに示される実施形態では、システム１００からの気泡は、シャフト２２０を通って、切断要素２２５と加工物の境界面に差し向けられる。他の実施形態では、気泡は、最初は、図２に示される箇所とは異なる箇所に差し向けられてもよい。半径方向吸引口２３６と軸方向吸引口２２９は、切断境界面に近接しており、気泡（及び／又は残留粒子２４５）が真空システム２０１に入る最初の入口箇所として機能する。カラー２３０は、図２では断面で示されており、カラーの内部の特徴を見ることができる。気泡と残留粒子２４５は、カラー２３０の内キャビティ２４１及び外部口２３１に差し向けられることができる。次いで、気泡と残留粒子２４５は、導管２３５を通って、収集のためリザーバ２４９に流れてもよい。

気泡がリザーバ２４９内に収集されると、気泡を廃棄し或いは再循環することができる。図２に示される実施形態では、気泡を液体に変え、液体の廃棄を可能にするため、気泡減少剤２６０をリザーバ２４９内に噴射することができる。

他の実施形態では、残留粒子２４５に同伴した気泡を、気泡生成システム１００において濾過され再使用される液体に変えることができる。次に、図４を参照すると、気泡減少剤２６２がリザーバ２４９に加えられ、気泡を液体に変える。次いで、液体をフィルタ２５８によって濾過することができ、その結果、残留粒子２４５が液体から除去され、廃棄容器２６１に送られる。次いで、濾過された液体をシステム１００に（例えば、液体リザーバ１３０に）送って、気泡生成システム１００において再使用することができる。これにより、気泡生成システム１００によって消費される液体の量を減少させ、コストを低減することができる。図４に示され記載されている実施形態はまた、環境への気泡の衝撃を最小にする閉ループシステムを作る。図５に示される構成材の構造は多くの典型的な実施形態のまさに一つであることが理解される。例えば、他の実施形態では、気泡減少剤を加える前に、気泡を濾過して残留粒子２４５を除去してもよい。

気泡減少剤は、当該技術分野において公知であり、ポリジメチルシロキサン中に分散されたシリカのようなシリコーン化合物、脂肪酸アミド、炭化水素蝋、脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アルコール、脂肪酸ソープ、エトキシレート、鉱油、ポリエチレングリコールエステル、塩水溶液、モノステアリルりん酸塩のようなアルキルりん酸エステル等、並びに、ＦＯＡＭ ＢＬＡＳＴ^ＴＭのようなアセチル系ジオール、又は、エピクロロヒドリンによって脂肪酸アルコールエトキシレートから作られ、星形高分子構造に形成され、商標名ＤＥＨＹＤＲＡＮ^ＴＭとして市販されている脂肪族ポリオキシエチレンエーテルを含む。適当な薬剤に関する記載は、例えば、マーチン（Ｍａｒｔｉｎ）らに付与された米国特許第３,０４８,５４８号明細書、ブリュネル（Ｂｒｕｎｅｌｌｅ）らに付与された同第３,３３４,１４７号明細書、及びルー（Ｒｕｅ）らに付与された同第３,４４２,２４２号明細書を見てもよい（それらの開示を参考文献としてここに組み込む）。

次に図５を参照すると、この実施形態では、気泡は、廃棄されるのではなく、再循環される。気泡を、フィルタ２４８を介して濾過し、気泡から残留粒子２４５を除去することができる。気泡から濾過された残留粒子２４５を廃棄容器２６１に送ることができる。濾過された気泡は、（再循環導管２４７を通して）流出口１５０に戻され再循環されることができる。この時点で、濾過された気泡は、システム１００から生成される気泡と組み合わされることができる。これは、システム１００によって生成されることが必要とされる気泡の全体量を減少させ、作動のコストと生成される廃棄物の量の両方を減少させる。ここに記載されるように、この気泡の再循環は、気泡の利用に対する閉ループシステムを作り出す。この閉ループシステムは、気泡が周囲環境に影響を及ぼす可能性を減少させることができる。これは、気泡への露出を最小にし又は除去するのが望ましい環境（例えば、完成した内部環境）において材料除去システム２００が使用されるときに特に重要となり得る。このような環境では、家具、乾式壁、床等のような対象物は、液体によって否定的な影響を受け得る。液体ではなく気泡を使用すると、気泡の限定された領域での閉じ込めを向上させることによって、否定的な影響の可能性が最小になる。典型的な実施形態は、本開示に示され記載された真空システムとともに又は当該真空システムなしに、ここに記載された気泡システムとともに利用されてもよい。

次に図６〜図１１を参照すると、典型的な実施形態は、図２に開示された実施形態と同様である。しかしながら、この典型的な実施形態は、気泡減少剤ではなく、導管２３５を介して真空カラー２３０と流体連通する気泡−減少又は気泡−液体変換装置２２７を備えている。気泡−液体変換装置２２７はまた、導管２３７を介してリザーバ２４９とも流体連通している。示される特有の実施形態では、気泡−液体変換装置２２７は、導管２３５及び２３７に結合される、取り外し可能なカバー部分２１７を備えている。図６及び図７は、システムの全体的な概略図を提供し、図８は、気泡−液体変換装置２２７の斜視図を提供する。図９は、作動の際の気泡−液体変換装置２２７の概略横断面を提供し、図１０は、カバー部分２１７の内部の詳細図を示す。図１１は、カバー部分２１７を導管２３７に結合するように構成された結合部材２６７の斜視図を提供する。

作動の際、真空源２４０が、カラー２３０から導管２３５を通して気泡−液体変換装置２２７に気泡２７０（及び残留粒子２４５）を引くことができる。示される実施形態では、導管２３５及び２３７は、結合部材２６５及び２６７を介して、気泡−液体変換装置２２７のカバー部分２１７にそれぞれ結合されている。図９に示されるように、気泡２７０は、導管２３５を介して気泡−液体変換装置２２７の上部分２５７に入り、気泡２７０が結合部材２６７及び導管２１５に到達するまで気泡−液体変換装置２２７に蓄積する。

真空源２４０が結合部材２６７を通して気泡２７０を引くので、気泡２７０は、導管２３５及び２３７の直径よりも小さな直径を各々有する複数本の導管２１５を通して差し向けられる。典型的な実施形態では、導管２１５の横断面積の合計は、導管２３７の横断面積よりも少ない。

特に図１１を参照すると、この典型的な実施形態では、結合部材２６７は、フランジ部分２９０と、延長部２９１と、導管２１５とを備えている。フランジ部分２９０は、結合部材２６７をカバー部分２１７に結合させる取り付け表面、及び結合部材２６７を導管２３７に結合させる延長部２９１を提供する。導管２１５は、フランジ部分２９０を貫通しており（一方、延長部２９１は、貫通していない）、その結果、結合部材２６７を通過する流体又は気泡２７０を、導管２１５を通過させる。

気泡２７０が導管２１５を通して引かれるので、各導管の直径は、気泡の一部を液体に変換させる程に十分小さく寸法が定められている。作動の際、気泡２７０中のバブルは互いに（そして、各導管２１５の壁に向かって）押され、その結果、気泡２７０中のバブルに及ぼされる圧力は増加する。圧力が十分に増加すると、バブルはつぶれ、気泡と液体の混合物になるにつれて気泡２７０の容積は減少する。気泡２７０の容積のこのような減少により、（気泡２７０の容積を減少させない材料除去システムと比較して）材料除去システム２００を長時間作動させることができる。気泡２７０の容積が減少しない場合には、リザーバ２４９の容量は、材料除去システム２００の最大作動時間に関して限定する要因となり得る。リザーバ２４９が気泡で満たされるとき、気泡及び／又は液体をリザーバ２４９から除去するために、材料除去システム２００の作動は停止されるべきである。リザーバ２４９に入る前に気泡２７０の容積を減少させることによって、材料除去システム２００の最大作動時間を延長することができる。

特有の実施形態では、複数本の導管２１５における１本以上の導管の直径は、４〜８ｍｍ、又はより明確には５〜７ｍｍでよい。特有の実施形態では、複数本の導管２１５における１本以上の導管の直径は、およそ６ｍｍである。或る特有の実施形態では、複数本の導管２１５における１本以上の導管の長さは、５０〜５００ｍｍ、又は６０〜４００ｍｍ、又は７０〜３００ｍｍ、又は８０〜２００ｍｍ、又は９０〜１００ｍｍでよい。特有の実施形態では、複数本の導管２１５における１本以上の導管の長さは、およそ１００ｍｍである。

液体と気泡の混合物がリザーバ２４９内に収集されると、それを廃棄し又は濾過して使用のため再循環することができる。特有の実施形態では、つぶれた気泡から得られる液体を、再使用前に気泡生成システム１００を介して気泡に変換することができる。

次に図１２及び図１３を参照すると、或る実施形態では、気泡−液体変換装置３２８は、導管２３５及び２３７の外部にリザーバを備えなくともよい。図１２は、気泡−液体変換装置３２８を利用する材料除去システム２００の全体図を提供し、図１３は、２３５及び２３７に結合される気泡−液体変換装置３２８のより詳細な図を提供する。

気泡−液体変換装置３２８は、結合部材２６７と全体的に同様に構成されてもよく、例えば、気泡−液体変換装置３２８は、フランジ部分３９０と、延長部３９１と、複数本の導管３１５とを備える。しかしながら、気泡−液体変換装置３２８は、付加的な延長部分３９２を備えてもよく、その結果、導管２３５と２３７の両方に結合されてもよい。気泡−液体変換装置３２８が導管２３５と２３７に結合されるとき、導管３１５は、導管２３５及び２３７と流体連通する。特有の実施形態では、導管３１５は、導管２３５及び２３７の外周が導管３１５を取り囲むように、導管２３５及び２３７と一線に（例えば、同一線上に）置かれている。作動の際、導管３１５は、導管２１５に関連して上述されたのと全般的に同じやり方で内部を通過する気泡のバブルに作用し、気泡を液体に変換する。

本発明の種々の代表的な実施形態についてある程度詳細に説明してきたが、当業者は、明細書及び特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の精神及び範囲を逸脱することなしに、開示された実施形態に対して多くの変形を施すことができる。例えば、ここに図示され説明された材料除去システムは、シャフト及び回転する切断要素で構成されている。さらに、他の実施形態は、再循環に使用される気泡又は液体から残留粒子を分離するため、遠心分離器、サイクロンセパレータ、又はプレスを使用してよい。しかしながら、ここに記載される気泡生成／再循環システムを利用する他の材料除去システムは、他の型式の切断要素を利用してもよい。他の実施形態は、添付図面に示したものと異なる構成をもつ構成材を有してもよい。

接合に関する言及（例えば、取り付けられ、結合され、連結され）は幅広く解釈されるべきであり、要素の連結部間の中間部材及び要素間の相対運動を含んでもよい。それ故、接合に関する言及は、２つの要素が直接連結され、互いに固定関係にあることを必ずしも推論しない。場合によっては、ここに直接的又は間接的に記載された手法では、種々の工程及び作動は、一つの可能な作動順序で記載されているが、当業者は、本発明の精神及び範囲から必ず逸脱することなしに、工程及び作動を再構成し、置換し、又は除去してもよいことを認識するであろう。上記説明に含まれ添付図面に示される全事項は、限定的なものではなく例示的なものとみなされるべきであることが意図される。特許請求の範囲に規定された本発明の精神から逸脱することなしに、細部又は構造において変形を施してもよい。

（１）から（８０）まで連続して列挙された以下のパラグラフは、本発明の種々の態様を提供する。一実施形態では、第１パラグラフ（１）において、本発明は、
切断要素と、
切断要素を操作するように構成されたアクチュエータと、
アクチュエータ及び切断要素に結合されたシャフトと、
気泡を切断要素に差し向けるように構成された気泡生成システムと
を備える、材料を除去するためのシステムを提供する。

（２）残留粒子が気泡によってシステムから流されるパラグラフ（１）のシステム。

（３）システムの作動の際に作り出される残留粒子を除去するように構成された真空システムであって、シャフトのまわりに延びるカラーを備える真空システムをさらに備える、パラグラフ（１）のシステム。

（４）カラーが、内キャビティと、内キャビティと流体連通する１個以上の吸引口とを備えるパラグラフ（３）のシステム。

（５）複数個の吸引口が、半径方向吸引口と、軸方向吸引口とを備えるパラグラフ（４）のシステム。

（６）カラーが、ボアを取り囲む内壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備えるパラグラフ（３）のシステム。

（７）カラーが、軸方向壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備えるパラグラフ（３）のシステム。

（８）真空システムが、真空源と、カラーに結合された導管とを備えるパラグラフ（３）のシステム。

（９）導管が、外部口のところでカラーに結合されるパラグラフ（８）のシステム。

（１０）カラーが、外部口と流体連通する複数個の吸引口を備えるパラグラフ（９）のシステム。

（１１）切断要素がドリルビットを備えるパラグラフ（１）のシステム。

（１２）切断要素がノコ刃を備えるパラグラフ（１）のシステム。

（１３）材料除去システムにおいて気泡を利用する方法であって、
アクチュエータ、切断要素、及び加工物を準備し、
アクチュエータで切断要素を操作し、
気泡生成システムから気泡を提供し、
切断要素境界面のところで切断要素を加工物と係合させ、
気泡を切断境界面に差し向け、
気泡が切断境界面に差し向けられた後に、気泡を液体に変える気泡減少剤を気泡に加え、
液体を濾過し、残留粒子を除去して濾過された液体を生じ、
濾過された液体を気泡生成システムに差し向けることを備える方法。

（１４）濾過された液体が気泡生成システムにおいて気泡凝縮物と組み合わされて気泡を生じるパラグラフ（１３）の方法。

（１５）真空システムによって切断境界面から気泡を除去することをさらに備えるパラグラフ（１３）の方法。

（１６）真空システムが切断境界面に近接してカラーを備えているパラグラフ（１５）の方法。

（１７）カラーが、内キャビティと、内キャビティと流体連通する１個以上の吸引口とを備えているパラグラフ（１６）の方法。

（１８）複数個の吸引口が、半径方向吸引口と、軸方向吸引口とを備えているパラグラフ（１７）の方法。

（１９）カラーが、ボアを取り囲む内壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備えるパラグラフ（１６）の方法。

（２０）カラーが、軸方向壁と、内壁から延びる複数個の吸引口とを備えるパラグラフ（１６）の方法。

（２１）真空システムが、真空源と、カラーに結合された導管とを備えるパラグラフ（１６）の方法。

（２２）導管が、外部口のところでカラーに結合されているパラグラフ（２１）の方法。

（２３）カラーが、外部口と流体連通する複数個の吸引口を備えているパラグラフ（２２）のシステム。

（２４）気泡を生成するためのシステムであって、
ポンプと、
液体を備える液体リザーバであって、ポンプが、リザーバから液体を送り出すように構成されている、リザーバと、
加圧空気を生じるように構成されたコンプレッサと、
気泡凝縮物を備える気泡凝縮物リザーバと、
気泡凝縮物リザーバから放出される気泡凝縮物の量を制御するように構成された第１弁と、
液体リザーバから送り出される液体の量を制御するように構成された第２弁と、
コンプレッサの下流の空気圧力が高閾値に到達すると、コンプレッサの作動を停止するように構成された第１圧力センサと、
コンプレッサの下流の空気圧力が低閾値に到達すると、コンプレッサの作動を開始するように構成された第２圧力センサと、
液体リザーバからの液体を備える第１導管と、
加圧空気及び気泡凝縮物を備える第２導管と、
第１導管と第２導管を結合するミキサであって、気泡凝縮物と液体とがミキサ内で組み合わされて気泡を生じる、ミキサと
を備えるシステム。

（２５）気泡が材料除去システムに差し向けられるパラグラフ（２４）のシステム。

（２６）気泡が材料除去システムから気泡生成システムに再循環されるパラグラフ（２５）のシステム。

（２７）気泡が再循環されるときに気泡を液体に変えるように構成された気泡減少剤をさらに備えるパラグラフ（２６）のシステム。

（２８）液体から残留粒子を濾過するフィルタをさらに備えるパラグラフ（２５）のシステム。

（２９）材料除去システムがドリルを備えるパラグラフ（２３）のシステム。

（３０）高閾値がおよそ約６〜約１２バールであるパラグラフ（２４）のシステム。

（３１）低閾値がおよそ約２〜約８バールであるパラグラフ（２４）のシステム。

（３２）予め混合された気泡凝縮物と液体が液体リザーバ内に置かれるパラグラフ（２４）のシステム。

（３３）複数本の結合部材導管を備えた結合部材を備え、
結合部材が、第１真空導管と第２真空導管とを結合するように構成されており、
複数本の結合部材導管の各直径が、第１真空導管の直径よりも小さく、かつ、第２真空導管の直径よりも小さく、
複数の結合部材導管が第１真空導管及び真空第２導管と流体連通する、気泡−液体変換装置。

（３４）気泡−液体変換装置が第１及び第２真空導管に結合されるとき、複数の結合部材導管が第１及び第２真空導管と同一線上にあるパラグラフ（３３）の気泡−液体変換装置。

（３５）リザーバと、
リザーバと流体連通する第１導管と、
リザーバと流体連通する第２導管と、
第２導管と流体連通する複数本の導管であって、複数本の導管における各導管の直径が第２導管の直径未満である、複数本の導管と
を備える、気泡−液体変換装置。

（３６）複数本の導管における１本以上の導管の直径がおよそ４ｍｍ〜８ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（３７）複数本の導管における１本以上の導管の直径がおよそ５ｍｍ〜７ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（３８）複数本の導管における１本以上の導管の直径がおよそ６ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（３９）複数本の導管が２〜１０本の導管であるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４０）複数本の導管が３〜９本の導管であるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４１）複数本の導管が４〜８本の導管であるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４２）複数本の導管が５〜７本の導管であるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４３）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ５０ｍｍ〜５００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４４）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ６０ｍｍ〜４００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４５）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ７０ｍｍ〜３００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４６）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ８０ｍｍ〜２００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４７）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ９０ｍｍ〜１００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４８）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ１００ｍｍであるパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（４９）複数本の導管における第１導管が複数本の導管における第２導管に隣接しているパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（５０）複数本の導管が、第２導管をリザーバに結合するように構成された結合部材内に置かれているパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（５１）複数本の導管が第２導管内に置かれているパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（５２）気泡−液体変換装置が、取り外し可能なカバー部分を備え、複数本の導管が、取り外し可能なカバー部分に結合されているパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（５３）複数本の導管がリザーバの上部分に結合されているパラグラフ（３５）の気泡−液体変換装置。

（５４）材料を除去するためのシステムであって、
切断要素と、
切断要素を操作するように構成されたアクチュエータと、
アクチュエータ及び切断要素に結合されたシャフトと、
システムの作動の際に作り出された残留粒子を除去するように構成された真空システムであって、
真空源、
第１リザーバ、および
シャフトのまわりに延びるカラー
を備える真空システムと、
気泡を生成し、気泡をカラーに近接して差し向けるように構成された気泡生成システムと、
気泡を減少させるように構成された気泡−液体変換装置であって、気泡が複数本の導管を通過すると、気泡を液体に変換するように構成された複数本の導管を備える気泡−液体変換装置と
を備えるシステム。

（５５）気泡−液体変換装置が、カラーと流体連通する第１導管に結合され、気泡−液体変換装置が、第１リザーバと流体連通する第２導管に結合されているパラグラフ（５４）のシステム。

（５６）複数本の導管が第２導管と流体連通し、複数本の導管における各導管の直径が、第２導管の直径未満であるパラグラフ（５４）のシステム。

（５７）気泡の容積を減少させる方法であって、
第１リザーバ、真空源、第１導管、第２導管及び複数本の導管を提供し、
第１導管が、第１リザーバと流体連通し、
第２導管が、真空源及び第１リザーバと流体連通し、
複数本の導管の横断面積の合計が、第２導管の横断面積未満であり、
真空源を作動させて、第１リザーバ、第１導管及び第２導管に真空を作り出し、
第１導管を通して第１リザーバ内に、複数本の導管を通して第２導管内に気泡を引くこと
を備える方法。

（５８）気泡が複数本の導管を通して引かれると、気泡の容積が減少するパラグラフ（５７）の方法。

（５９）気泡が複数本の導管を通して引かれると、気泡の一部が液体に変換されるパラグラフ（５７）の方法。

（６０）第２導管が第２リザーバと流体連通し、液体が第２リザーバ内に収集されるパラグラフ（５９）の方法。

（６１）材料を除去するためのシステムであって、
切断要素と、
切断要素を操作するように構成されたアクチュエータと、
アクチュエータ及び切断要素に結合されたシャフトと、
システムの作動の際に作り出される残留粒子を除去するように構成された真空システムであって、
真空源、
第１リザーバ、および
シャフトのまわりに延びたカラー
を備える真空システムと、
気泡を生成し、気泡をカラーに近接して差し向けるように構成された気泡生成システムと、
気泡を減少させるように構成された気泡−液体変換装置であって、気泡が複数本の導管を通過すると、気泡を液体に変換するように構成された複数本の導管を備える気泡−液体変換装置と
を備えるシステム。

（６２）気泡−液体変換装置がカラーと流体連通する第１導管に結合されており、気泡−液体変換装置が第１リザーバと流体連通する第２導管に結合されているパラグラフ（６１）のシステム。

（６３）複数本の導管が第２導管と流体連通し、複数本の導管における各導管の直径が第２導管の直径未満であるパラグラフ（６１）又は（６２）のいずれかのシステム。

（６４）複数本の導管における１本以上の導管の直径がおよそ４ｍｍであるパラグラフ（６１）〜（６３）のいずれかのシステム。

（６５）複数本の導管が２本〜１０本の導管を備えているパラグラフ（６１）〜（６４）のいずれかのシステム。

（６６）複数本の導管における１本以上の導管の長さがおよそ５０ｍｍ〜５００ｍｍであるパラグラフ（６１）〜（６５）のいずれかのシステム。

（６７）複数本の導管における第１導管が複数本の導管における第２導管に隣接しているパラグラフ（６１）〜（６６）のいずれかのシステム。

（６８）複数本の導管が、第２導管をリザーバに結合するように構成された結合部材内に置かれているパラグラフ（６１）〜（６７）のいずれかのシステム。

（６９）複数本の導管が第２導管内に置かれているパラグラフ（６１）〜（６７）のいずれかのシステム。

（７０）気泡−液体変換装置が、取り外し可能なカバー部分を備え、複数本の導管が、取り外し可能なカバー部分に結合されているパラグラフ（６１）〜（６９）のいずれかのシステム。

（７１）複数本の導管がリザーバの上部分に結合されているパラグラフ（６１）〜（６９）のいずれかのシステム。

（７２）気泡の容積を減少させる方法であって、
第１リザーバ、真空源、第１導管、第２導管及び複数本の導管を提供し、
第１導管が、第１リザーバと流体連通し、
第２導管が、真空源及び第１リザーバと流体連通し、
複数本の導管の横断面積の合計が、第２導管の横断面積未満であり、
真空源を作動させて、第１リザーバ、第１導管及び第２導管に真空を作り出し、
第１導管を通して第１リザーバ内に、複数本の導管を通して第２管内に気泡を引くこと
を備える方法。

（７３）気泡が複数本の導管を通して引かれると、気泡の容積が減少するパラグラフ（７２）の方法。

（７４）気泡が複数本の導管を通して引かれると、気泡の一部が液体に変換されるパラグラフ（７２）の方法。

（７５）第２導管が第２リザーバと流体連通し、液体が第２リザーバ内に収集されるパラグラフ（７２）の方法。

（７６）複数本の導管における１本以上の導管の直径がおよそ４ｍｍであるパラグラフ（７２）〜（７５）のいずれかの方法。

（７７）複数本の導管における第１導管が複数本の導管における第２導管に隣接しているパラグラフ（７２）〜（７６）のいずれかの方法。

（７８）複数本の導管が、第２導管をリザーバに結合するように構成された結合部材内に置かれているパラグラフ（７２）〜（７７）のいずれかの方法。

（７９）気泡−液体変換装置が取り外し可能なカバー部分を備え、複数本の導管が取り外し可能なカバー部分に結合されているパラグラフ（７２）〜（７７）のいずれかの方法。

（８０）複数本の導管がリザーバの上部分に結合されるパラグラフ（７２）〜（７７）のいずれかの方法。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに形態及び細部に変更を施してもよいことを認識するであろう。

参考文献
次の参考文献が参考文献として本明細書に組み込まれる。
米国特許第３,５８９,４６８号明細書
米国特許第５,１２８,１７８号明細書
米国特許第６,６７３,５７２号明細書
米国特許出願公開第２００２／０１１５３９０号明細書
米国特許第６,７９２,３７５号明細書
米国特許出願公開第２００３／０１６７７２８号明細書
米国特許第６,７９０,２４５号明細書
米国特許第６,８９０,１３１号明細書
米国特許第６,０２６,６１８号明細書
米国特許第６,０７１,０４７号明細書
米国特許第６,５８８,５１６号明細書
米国特許第６,６０９,６６８号明細書
米国特許第２,５７８,０４０号明細書
米国特許第３,５１８,９１７号明細書
米国特許第４,３２５,６６３号明細書
米国特許第４,６６２,８０２号明細書
米国特許第５,６６０,２４０号明細書
米国特許第５,８００,１０４号明細書

Claims (14)

1. 材料を除去するための装置であって、
   切断要素と、
   前記切断要素を操作するように構成されたアクチュエータと、
   前記アクチュエータ及び前記切断要素に結合されたシャフトと、
   気泡を生成し、前記気泡を前記シャフトを通して、前記切断要素と加工物との切断境界面に対して差し向けるように構成された気泡生成装置、
   真空装置、及び
   気泡−液体変換装置を含み、
   前記真空装置は、前記シャフトのまわりに延び、前記切断境界面を含むカラーと、
   前記カラー内に、前記切断境界面に近接した複数の半径方向吸引口と、
   前記カラー内に、前記切断境界に近接した複数の軸方向吸引口、及び
   前記複数の半径方向吸引口と、前記複数の軸方向吸引口とに結合する真空源からなり、前記装置の作動の際に作り出された粒子を、前記複数の半径方向吸引口及び前記複数の軸方向吸引口を通り、前記切断境界面から、前記カラーの外に流すために、前記シャフトを通る、又は前記切断境界に近接する気泡の流れを形成するように、前記気泡生成装置、及び前記真空装置は構成され、
   前記気泡を減少させるように構成された前記気泡−液体変換装置が、前記カラーと流体連通する第１導管に結合され、第１導管は、その直径よりも小さな直径を各々有する複数本の導管を通して差し向けられ、前記気泡−液体変換装置が、第１リザーバと流体連通する第２導管に結合され、第２導管は、その直径よりも小さな直径を各々有する複数本の導管を通して差し向けられ、前記気泡が前記複数本の導管を通過するに従い、前記気泡を液体に変換させるように構成された複数本の導管を含む、装置。
2. 前記カラーが、ボアを取り囲む内壁を備える請求項１の装置。
3. 前記切断要素がドリルビットを備える請求項１の装置。
4. 前記切断要素がノコ刃を備える請求項１の装置。
5. 材料除去装置において気泡を利用する方法であって、
   アクチュエータ、切断要素及び加工物を提供し、
   前記切断要素を前記アクチュエータによって操作し、
   気泡を気泡生成装置から提供し、
   ポンプと、
   液体を備える液体リザーバであって、前記ポンプが、前記液体リザーバから液体を送り出すように構成されている、液体リザーバと、
   加圧空気を生じるように構成されたコンプレッサと、
   気泡凝縮物を備える気泡凝縮物リザーバと、
   前記気泡凝縮物リザーバから放出される気泡凝縮物の量を制御するように構成された第１弁と、
   前記液体リザーバから送り出される液体の量を制御するように構成された第２弁と、
   前記コンプレッサの下流の空気圧力が高閾値に到達すると、前記コンプレッサの作動を停止するように構成された第１圧力センサと、
   前記コンプレッサの下流の前記空気圧力が低閾値に到達すると、前記コンプレッサの作動を開始するように構成された第２圧力センサと、
   前記液体リザーバからの液体を備える第１導管と、
   加圧空気及び前記気泡凝縮物を備える第２導管と、
   前記第１導管と前記第２導管を結合するミキサであって、前記気泡凝縮物と液体とが前記ミキサ内で組み合わされて気泡を生じる、ミキサと
   を備え、
   切断要素境界面のところで前記切断要素を前記加工物と係合させ、
   前記気泡を前記切断境界面に差し向け、
   前記気泡が前記切断境界面に差し向けられた後、前記気泡を液体に変える気泡減少剤を前記気泡に加え、
   前記液体を濾過して残留粒子を除去し、濾過された液体を生じ、
   前記濾過された液体を前記気泡生成装置に差し向けること
   を備える方法。
6. 前記複数本の導管が前記第２導管と流体連通し、前記複数本の導管における各導管の直径が、前記第２導管の直径未満である請求項１の装置。
7. 前記複数本の導管における１本以上の導管の前記直径が４ｍｍ〜８ｍｍである請求項１の装置。
8. 前記複数本の導管が２本〜１０本の導管を備える請求項１の装置。
9. 前記複数本の導管における１本以上の導管の長さが５０ｍｍ〜５００ｍｍである請求項１の装置。
10. 前記複数本の導管における第１導管が前記複数本の導管における第２導管に隣接している請求項１の装置。
11. 前記複数本の導管が、前記第２導管をリザーバに結合するように構成された結合部材内に置かれる請求項１の装置。
12. 前記複数本の導管が前記第２導管内に置かれる請求項１の装置。
13. 前記気泡−液体変換装置が、取り外し可能なカバー部分を備え、前記複数本の導管が前記取り外し可能なカバー部分に結合されている請求項１の装置。
14. 前記複数本の導管が、前記リザーバの上部分に結合されている請求項１の装置。
    

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