JP7251938B2 - 流体キャビテーション研磨表面仕上げのための方法および装置 - Google Patents
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Description
表面仕上げ方法ならびに流体フローデバイスおよび研磨媒体を有する表面仕上げ装置の様々な実施形態が、以下で説明され、関連する図面に示される。特に断らない限り、表面仕上げ装置および/またはその様々な構成要素は、本明細書に記載、図示および/または組み込まれた構造、構成要素、機能および/または変形の少なくとも1つを含むことができるが、必須ではない。さらに、本教示に関連して本明細書に記載、図示、および/または組み込まれた構造、構成要素、機能および/または変形は、他の表面仕上げ装置に含まれてもよいが、必須ではない。以下の様々な実施形態の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本開示、その用途、または使用法を限定するものでは決してない。さらに、以下に説明されるような、実施形態によって提供される利点は、本質的に例示であり、すべての実施形態が、同じ利点または同じ程度の利点を提供するわけではない。
以下のセクションでは、ワークピースから材料を除去するための例示的な装置ならびに関連するシステムおよび/または方法の選択された態様について説明する。これらのセクションの例は、説明のためのものであり、本開示の範囲全体を限定するものとして解釈されるべきではない。各セクションは、1つ以上の別個の発明、ならびに/または文脈上のもしくは関連する情報、機能、および/もしくは構造を含むことができる。
図2は、流体キャビテーション研磨表面仕上げのための例示的な装置のブロック図であり、全体として10で示されている。高圧ポンプ12が、導管16に沿って加圧水14を供給する。分岐導管18が、制御弁20によって調節される。制御弁のこのような配置は、導管16に沿ってノズル22に供給される水の圧力および流量を正確に制御することを可能にする。
図6は、流体キャビテーション研磨表面仕上げのための他の例示的な装置のブロック図であり、全体として110で示されている。上述した装置10と同様の構成要素には、対応する参照番号が付されている。図示のように、高圧ポンプ112が、加圧水114を導管116に沿ってノズル122に供給する。分岐導管118が、制御弁120によって調節される。
図8a~図8dは、多段階流体キャビテーション研磨表面仕上げプロセスを受けている表面210を示す。図8aにおいて、キャビテーションクラウドによってエネルギーを与えられた第1の研磨媒体212が、表面210の突き出たピーク214と相互作用し、材料を表面から除去し、ピークを低下させる。
図9は、全体として300で示された、表面仕上げのための方法の複数のステップを記載する。方法300は、図1~図8を参照して説明した装置、ノズル、またはプロセスのいずれかと共に使用することができる。方法300の様々なステップを以下で説明し、図9に示すが、ステップは、必ずしもすべて実行される必要はなく、場合によっては、示された順序とは異なる順序で実行されてもよく、場合によっては、同時に実行されてもよい。
このセクションでは、限定されることなく一連のパラグラフとして提示された実施例の追加の態様および特徴について説明し、その一部または全部が、明瞭および効率のために英数字で指定され得る。これらのパラグラフのそれぞれが、1つ以上の他のパラグラフと、および/または任意の適切な方法で本出願の他の箇所からの開示と組み合わせることができる。以下のパラグラフのいくつかは、他のパラグラフを明示的に参照し、さらに限定し、適切な組み合わせのいくつかの例を限定なしに提供する。
材料を除去する方法であって、
複数のキャビテーション気泡を形成するのを促進する圧力および流量でワークピースに向けて流体のフローを放出することと、
研磨媒体を複数のキャビテーション気泡の中に導入することと、
キャビテーション気泡で研磨媒体を活性化させることと、研磨媒体を伴うキャビテーション気泡とワークピースの表面との間の相互作用に基づいて材料をワークピースから除去することと、を含む方法。
流体環境において実施される、Aの方法。
流体環境が、タンクに入れられた流体の塊である、A1の方法。
放出するステップが、第1の圧力レベルで第1の流体ストリームをポンプ供給することを含み、流体環境が、第1の圧力レベルよりも低い第2の圧力レベルで第1のストリームを囲む流体の第2のストリームを含む、A1の方法。
流体が水を含む、Aの方法。
導入するステップが、研磨媒体を供給源から複数のキャビテーション気泡に送ることを含む、Aの方法。
研磨媒体が、(a)金属、(b)ガラス、(c)セラミック、(d)酸化ケイ素、(e)酸化アルミニウム、(f)軽石、(g)ナッツ殻、(h)トウモロコシ穂軸、および(i)プラスチック研磨材のうちの1つ以上を含む粒子を含む、Aの方法。
研磨媒体が、約16~1200ANSIグリットサイズの寸法範囲の粒子を含む、Aの方法。
研磨媒体の供給源から延びる導管を通って複数のキャビテーション気泡に研磨媒体を送ることを、さらに含む、Aの方法。
導入するステップの間、導管の動きを回転させること、または他の方法で作動させることを、さらに含む、A8の方法。
研磨媒体を導管内のコルクスクリュー構造を通って移動させることを、さらに含む、A9の方法。
研磨媒体を導管の遠位端にある広角ノズルを通って分散させることを、さらに含む、A8の方法。
研磨媒体を複数の導管を通って複数のキャビテーション気泡に送ることを、さらに含む、Aの方法。
放出するステップが、50~10,000ポンド/平方インチの範囲の圧力で行われる、Aの方法。
材料を除去する方法であって、
キャビテーション気泡と研磨媒体との混合物を形成することと、
混合物を表面に向けることによって、ワークピース上の表面から材料を除去することと、を含む方法。
ワークピースに向けられたノズルを通って流体を高圧で放出することと、
放出するステップによって生成されたキャビテーション気泡の中に研磨媒体を導入することと、を含むBの方法。
導入するステップが、キャビテーション気泡に向けられた広角ノズルを通って研磨媒体を分散させることを含む、B1の方法。
ワークピースから材料を除去するための装置であって、
ノズルを通って流体をポンプ供給し、ワークピースに向けられた複数のキャビテーション気泡を生成するように構成された流体フローデバイスと、
流体フローデバイスによって生成されたキャビテーション気泡の中に研磨媒体を供給するように構成された研磨媒体吐出デバイスと、を備える装置。
流体の塊を入れるためのタンクと、
ワークピースを流体の塊の中で支持するためのステージであって、流体フローデバイスがステージに向けられている、ステージと、をさらに備える、Cの装置。
流体フローデバイスが、複数のキャビテーション気泡を生成するのに十分な第1の圧力レベルで流体の第1のストリームを供給するように構成された内側チャネルと、第1の圧力レベルよりも低い第2の圧力レベルで流体の第2のストリームを供給するように構成された外側チャネルと、を有するノズルを含み、流体の第2のストリームは、流体の第1のストリームを実質的に囲む、Cの装置。
本明細書に記載の表面仕上げのための方法および装置の様々な実施形態は、材料表面を仕上げるための既知の解決策に比べていくつかの利点を提供する。例えば、本明細書に記載の方法の例示的な実施形態は、複雑で不規則な形状の表面の仕上げを可能にする。加えて、数ある利益の中でも特に、本明細書に記載された方法の例示的な実施形態は、1つのプロセスで表面を滑らかにし、洗浄し、ピーニングすることを可能にする。特にそのような広範囲の表面形状および材料に対して、既知のシステムまたは装置は、これらの機能を実行することができない。したがって、本明細書に記載される例示的な実施形態は、付加製造によって製造される部品の仕上げに特に有用である。しかしながら、本明細書に記載された全ての実施形態が、同じ利点または同じ程度の利点を提供するわけではない。
上述の開示は、独立した有用性を有する複数の異なる発明を包含しているかもしれない。これらの発明の各々が、好ましい形態で開示されているが、本明細書に開示され例示されたその特定の実施形態は、多くの変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではない。本開示内でセクションの見出しが使用される限り、そのような見出しは、構成的な目的のみのためのものであり、特許請求する発明の特徴づけを構成するものではない。本発明の主題は、本明細書に開示されている様々な要素、特徴、機能、および/または特性のすべての新規かつ非自明のコンビネーションおよびサブコンビネーションを含む。以下の特許請求の範囲は、新規かつ非自明と見なされる特定のコンビネーションおよびサブコンビネーションを特に指摘する。特徴、機能、要素、および/または特性の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションで具体化された発明が、本出願または関連する出願からの優先権を主張する出願において特許請求されてもよい。そのような請求項もまた、異なる発明または同一の発明に向けられているかどうかにかかわらず、また最初の請求項に対して範囲が広いか、狭いか、等しいかまたは異なるかにかかわらず、本開示の発明の主題に含まれるものとみなされる。
Claims (12)
- 材料を除去する方法であって、
キャビテーションクラウドを構成する複数のキャビテーション気泡を形成するのを促進する圧力および流量でワークピースに向けて流体のフローを放出することと、
研磨媒体を前記複数のキャビテーション気泡が形成する空間に導入することと、
前記キャビテーション気泡で前記研磨媒体を活性化させることと、
前記研磨媒体を伴う前記キャビテーション気泡と前記ワークピースの表面との間の相互作用に基づいて材料を前記ワークピースから除去することと、
前記研磨媒体の供給源から延びている導管を通って前記複数のキャビテーション気泡が形成する空間に前記研磨媒体を送ることと、
前記導入するステップの間、前記導管の動きを回転させる、または他の方法で作動させることと
を含む方法。 - 前記方法が、流体環境で実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記流体環境が、タンクに入れられた流体の塊である、請求項2に記載の方法。
- 前記放出するステップが、第1の圧力レベルで第1の流体ストリームをポンプ供給することを含み、前記流体環境が、前記第1の圧力レベルよりも低い第2の圧力レベルで前記第1の流体ストリームを囲む第2の流体ストリームを含む、請求項2または3に記載の方法。
- 前記流体が、水を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記導入するステップが、前記研磨媒体を供給源から前記複数のキャビテーション気泡が形成する空間に送ることを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨媒体が、(a)金属、(b)ガラス、(c)セラミック、(d)酸化ケイ素、(e)酸化アルミニウム、(f)軽石、(g)ナッツ殻、(h)トウモロコシ穂軸、および(i)プラスチック研磨材のうちの1つ以上を含む粒子を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨媒体が、約16~1200ANSIグリットサイズの寸法範囲の粒子を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨媒体を前記導管内のコルクスクリュー構造を通って移動させることを、さらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記研磨媒体を前記導管の遠位端にある広角ノズルを通って分散させることを、さらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨媒体を複数の導管を通って前記複数のキャビテーション気泡が形成する空間に送ることを、さらに含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の方法を実施するように動作可能な、ワークピースから材料を除去するための装置。
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