JPH09502664A - 研磨材のジェットストリームによる切断 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 研磨材が流動性ジェット媒体（６４）中に懸濁されそして高速・高圧（７５）にて加工物（７６）に射出される研磨材ジェットストリーム切断が、高剪断条件下にて優先的に破壊される再形成性犠牲化合結合を有するポリマーの媒体を形成することにより、実質的に改良される。媒体を射出すると、懸濁された研磨材は切断中に再形成性犠牲化学結合を破壊する。該化学結合は再形成し、媒体および研磨材を該方法に再使用するためにリサイクル可能となる。該ジェットは約１４ないし８０ＭＰａの圧力で有効である。

Description

【発明の詳細な説明】 研磨材のジェットストリームによる切断 発明の背影 技術分野 本発明は、ジェットストリーム切断の分野に関する。詳しくは本発明は、流体 の媒体中の研磨材粒子のサスペンジョンを加工物の表面に高圧高速にてポンプ流 出して、切断作業を達成する研磨材ジェットストリーム切断に関する。このよう な操作は、有用な加工品の製造における金属のシートおよびプレートの切断に広 く採用される。 従来の技術 研磨材の水ジェット作業は、特に金属のシートおよびプレートを用いて迅速か つ経済的な切断および関連する成形操作を達成する、切断および機械加工操作に 広く採用されてきた。代表的な用途は、ステンレス鋼、チタン、ニッケル合金、 強化ポリマー複合体、セラミックス、ガラス、岩石等の、機械加工の困難な切断 材料に対するものであった。このような技術は、低平均値の適用力にて非常に高 度の局所的作用にて切断作用を行い、結晶構造の破砕および複合体材料の剥離を 生ずることなく最少の熱的ストレスまたは変形にて該材料の切断を達成するのに 特に有利である。 研磨材の水ジェット切断を実施するには、特別のノズルアセンブリを使用して 、ジェット形成用小直径オリフィスを通して凝集した平行化高圧力ストリームを 指向させる。ノズルのオリフィスを通して該媒体を強制流出するには、約２００ ＭＰａ（約３０，０００ｐｓｉ）以上の圧力が代表的に適用される。 ノズルアセンブリは、タングステンカーバイドまたはタングステンボライド等 の耐磨耗性材料にて代表的に構成される。オリフィス自体はダイヤモンドまたは サファイヤから構成し得る。研磨材粒子はノズルオリフィスから流出する高速の 水のストリームに添加される。「混合管」を通して水のストリームを指向させ、 そして該オリフィスからの該ストリームの出口と該混合管への入口との間の領域 にある該混合管中に研磨材粒子を導入する。代表的に数インチの長さである混合 管は極めて乱れた流れを含む領域である。該領域中にて相対的に静的または低速 の研磨材粒子は、加速されそしてマッハ３のノズル出口の速度を有する高速度の 水ストリーム中に連行される。該連行過程にて、該水ストリームは分散および減 速される傾向があり、そして研磨材粒子は管壁にそして粒子相互に衝突する。 この分散流によって比較的広い切り目幅が生じ、エネルギーが浪費され、そし て混合管がタングステンカーバイドまたはボライド等の耐磨耗性材料製の場合で も急速に磨耗する。或る研究によれば、７０％もの研磨材粒子が切断される加工 物に到達する前に破損するとのことである。 最近の開発では研磨材を含まない水のジェットを水溶性ポリマーにて濃化し、 これによって凝集したジェットストリームを得そして維持し、そしてミスト化お よびスプラッシ化の程度を低減するのが助長されている。 また系中で懸濁剤として作用する水溶性ポリマーの濃化効果によって、水ジェ ット中に微粒状研磨材を懸濁させることが知られている。このような研磨材は、 水単独または濃化剤含有水よりも高能率に切断するが、新しい多くの困難な問題 を生起している。 業界の問題点 ジェットストリーム加工に関連する高圧力および高流速に原因して、ジェット の凝集ストリームを維持するのが非常に困難である。濃化剤を使用して重要な改 善が得られるが、このような操作における高剪断力はポリマーを劣化させそして 劣化したポリマーは水中に溶解して残存して廃棄費用を必要とするので、水およ び水溶性ポリマーを再使用できない操作は高費用となる傾向がある。 研磨材ジェットストリームによる切断およびミル加工用に研磨材を系に添加す る場合には、困難性および費用が更に大きくなる。 研磨材水ジェット切断操作用に使用されるノズルは更に複雑であり、そしてノ ズルアセンブリに通常は隣接しているかまたはノズルの一部分としてのストリー ムの研磨材添加用の付属的器具を必要とする。ノズルアセンブリには、研磨材を 媒体中に導入する混合室、ストリームを加速する集中管、およびストリーム流を 平行化して加工物処理用の凝集ジェットストリームにする小型オリフィスが含ま れる。 研磨材粒子を比較的高速のストリーム中に注入する必要があるので、混合室お よび付属の器具は複雑である。混合室およびオリフィスの内壁が磨耗する程度を できるだけ最少化するように研磨材粒子をストリーム流内に注入することが、該 混合室に必要とされる。混合成分は広範囲に相違する密度を有するので、ノズル アセンブリの前段階に該成分を前もって混合することは一般的に不可能である。 濃化液の場合においても、研磨材粒子はかなりの速さで分離しそして沈下する傾 向があるからである。追加的な濃化工程は、このような系においてコスト的に効 果的ではない。 研磨材のストリーム中への均一な分散は、説明困難でありそして系統的でない 。これは主に、該材料の密度の広範囲の相違、注入された粒子と高流速のストリ ームとの速度の差、および該ストリームが研磨材粒子を加速させることの必要性 によるものである。該粒子の媒体中への混合は、不完全でありそして系統的でな いことが多い。研磨材を加速する必要があるので媒体の流速は低下する。不完全 な混合によって、オリフィスから流出するストリームまたは成分の異なる流れお よび異なる流道を形成する不統一性および不均一性が生起する。これによって加 工物上に不統一および／または増大した切り目幅および不精確かつ非均一な切断 端部が形成される。 良条件下では時間単位の有効寿命を有するノズル要素内部の高速度の磨耗がこ の混合工程によって生起され、そして不良条件下では分単位にてノズルおよびオ リフィスの寿命が低下し得る。 また該粒子の連行はジェットストリームを凝集ではなく反対にする傾向があり 、切断作業において切り目幅が広くなりそして余分な時間および作業力を必要と する。 研磨材が導入されるジェットストリームが適度に濃化される場合、剪断力によ る劣化によって媒体の再使用が不可能となり、そしてコストが増大される。一般 的に使用される研磨材を効果的に懸濁させる適度な濃化を得るには、かなりの量 のポリマーが必要である。 水ジェットストリームノズルのオリフィスは、代表的に約０．２５ｍｍ（約０ ．０１０インチ）のオーダーである。研磨材を導入する場合、最小の実用的な混 合管はオリフィスの直径の約３倍、すなわち約０．７５ｍｍ（約０．０３０イン チ）以上である。より小径のノズルは操業中の過度の磨耗によって使用寿命が不 都合に短くなる。ノズル径を広くすると、ストリームおよび切り目の幅が大きく なり、そして切断の単位あたりの媒体および研磨材の消費が増大する。 ホリンガー外による「プリシジョン カッティング ウイズ ア ロウ プレ ッシャー、コヒアレント アブレイシブ サスペンジョン ジェット」第５回ア メリカン ウオーター ジェット コンファレンス、トロント、カナダ、１９８ ９年８月２９〜３１日に、メチル セルロースおよび適当な濃化剤「スーパーウ オーター」（バークリ ケミカル カンパニイの商標）の水溶液中の研磨材の改 良された分散物が報告されている。この研究は、１．５〜２重量％の該濃化剤を 使用してポリマー液中に研磨材を前もって混合しそしてノズルでの研磨材を注入 する必要を除いて、充分な粘度を達成することに基づくものであった。ホリンガ ー外の報告によれば、０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）程度のオリフィスが効 果的に使用できた。 ホリンガー外の研究は、１９９０年８月２９日付の出願で１９９３年２月９日 付の米国特許第５１８４４３４号となっている。使用されたポリマーの架橋結合 は意図されていない。 またホウエルズの「ポリマー ブラスティング ウイズ スーパー ウオータ ー １９７４〜１９８９：ア レビュウ」インターナショナル ジャーナル ウ オーター ジェット テクノロジイ、第１巻第１号全１６頁を参照されたい。研 磨材を含有または含有しないポリマージェットストリーム媒体がリサイクルおよ び再使用されなかった理由について、ホウエルズは特定的に述べている。第８お よび９頁を参照のこと。 多くの情況において、水の存在または水による腐食に耐性がない材料または特 定の加工物について、従来技術にて採用された水系または水性系は使用できない 。ジェットストリーム切断はこのような環境には適用できなかった。 従来技術のポリマー系濃化システムのすべてにおいて、該システム中に適用さ れた高剪断力によるポリマー鎖の劣化が現在まで、該ジェットストリーム媒体を 回収しそして再使用する効果的な技術を妨害しており、そして廃物処理のかなり の設備および消費されるポリマーおよび研磨材のかなりの費用を必要としていた 。 発明の目的および概要 本発明の一目的は、従来技術における諸問題を克服する、ジェットストリーム 切断および機械加工用の媒体を提供することである。 詳しくは本発明の一目的は、研磨材粒子を効果的に懸濁させ、凝集した安定な ジェットストリームを形成し、高能率および狭い切り目幅にて切断し、ならびに 再使用できそれによって廃物処理の要求および原材料のコストを低減する、再使 用可能なポリマー濃化ジェットストリームのプレミックスした媒体を提供するこ とである。 本発明の別の目的は、従来技術においても要望されていた低圧力および低流量 にて、ジェットストリーム切断を行うことである。 本発明の他の目的は、従来技術に効果的であった径よりも小さい直径の、研磨 材ジェットストリーム切断およびミル加工用のオリフィスの採用を可能にするこ とである。 本発明の他の目的は、従来の研磨材の水ジェット機械加工および切断に必要と されていたものよりも、かなり小さくそして特に短い簡易化したノズルを使用す る研磨材ジェットストリーム切断を可能にすることである。 本発明の更に別の目的は、濃化したジェットストリーム媒体を再循環および再 使用して、低コストのジェットストリーム切断システムを提供することである。 本発明の一態様において本発明の一目的は、ジェットストリーム切断操作には 従来使用できなかった材料および加工物を用いて、ジェットストリーム切断およ び機械加工操作の採用を可能にする非水系のジェットストリーム媒体を提供する ことである。 下記の開示から明示されるように本発明の上記および更に別の目的は、高剪断 条件下の機械加工および切断中に優先して破損および破壊されそして次いで再使 用工程の再循環に適当な形態にて再形成されて媒体を再構成する、再形成性の犠 牲（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）化学結合を有するポリマーのストリーム媒体を形 成することによって達成される。 本発明の一態様において、水ジェットストリームはイオン性架橋結合した水溶 性ポリマーを用いて濃化される。ここに該イオン性架橋結合は周期率表第III〜V III族の金属の塩によって形成される。 第二の態様において本発明の水系ジェットは、好ましくは周期率表の第II〜VI II族の金属のゲル促進性水溶性塩にて架橋結合された、水溶性ポリマーのヒドロ ゲルから形成される。このような系の架橋結合は、分子間結合すなわちポリマー 分子間の水素結合によるものである。 第三の態様において本発明の非水系媒体は、それ自体がジェットストリームの 主要な成分を形成する分子間結合架橋結合したポリマーから形成される。操作に おいて該ポリマーは研磨材粒子を懸濁させる。ポリマーの架橋結合を形成する分 子間結合の破損によって、該ポリマーは操作の剪断力下に部分的に破壊され得る 。加工物に該ジェットが加工を達成した後に、該ポリマーは回収され、架橋結合 が再形成され、そして該媒体は該工程の再使用にリサイクルされる。 約０．１ｍｍ（約０．００４インチ）のオーダーの小直径のオリフィスが、研 磨材の粒径が充分に小さい場合に効果的に採用できる。 図面の簡単な説明 第１図は、再使用する再循環される媒体を提供する本発明の一態様を示す断面 略図である。 第２図は、本発明による好ましい形態のノズルを示す断面図である。 発明の詳しい記述 本発明は基本的には、ジェットストリーム切断に採用されるポリマー含有ジェ ットストリームの形成および使用において、負荷される剪断ストレスが必然的に 高度であるという見解に依存するものである。ノズルアセンブリ中に適用される 剪断力を最小化するために多くの工程が採用できるが、加工物の表面上のジェッ トストリームの衝撃力も高度でありそしてポリマーの構造を破壊する。高剪断力 は切断操作の固有の特長であるので、ポリマーの破損を低減する技術は、或る観 点からは切断操作の要件と非両立性であり、従って限度がある。 従来技術において代表的に採用されているジェットストリーム媒体中に１．５ または２重量％の濃化剤もしくはポリマー材料を含有させることは、従って該操 作のコストの非常に多くの部分となる。水系媒体中に該ポリマーを溶解させる時 間およびエネルギーの必要性も、操作コストの実質的な要素であり、そして適度 に計画されてない場合は該ポリマーを溶解するのに必要なかなりの時間のために 操作が実質的に遅延し得る。系統的に調制されない場合には、該溶液中の変化に よって切断および機械加工の操作に均一性が不足しそして加工品の品質が劣化す ることがあり得る。 使用後に劣化したポリマー溶液は操作においてかなりの回収および処理の負担 となり、そして該廃物材料の使用は知られていない。処理および廃棄のコストは 操作の代表的にかなりのコストである。 この観点において或る特定の利点を得るために一そう複雑かつ高価なポリマー を使用することは、その追加されるコストのために一般的に実現性がない。 ジェットストリーム切断系におけるポリマーの劣化は、該ポリマーを構成する 化学結合そして特にポリマー鎖の骨格を形成する化学結合の破損によって生起さ れる。このような劣化の結果として、ポリマーの分子量が低減しそして粘度が低 下する。従って研磨材粒子を効果的に懸濁し、凝集したジェットストリームを形 成し、そして装置の磨耗を制限する該媒体の能力が減少する。 本発明において、ジェットストリーム切断操作中に破損した化学結合を再形成 する能力を有しそしてリサイクルおよび再使用を可能にする充分に効果的な形態 に再構成できるポリマー材料を採用することによって、上記の困難性は克服され る。ノズル中の高剪断力の影響および加工物上の衝撃によって切断操作中に該化 学結合が破損されるが、このような劣化は該ジェットストリーム媒体の有用性に 対してもはや有害ではない。 実際に本発明にて使用するポリマーは、多数回の操作サイクルの操作中にリサ イクルできる。該サイクル数を限定するポリマー骨格鎖（通常は共有結合）の一 そうきびしい劣化が発生することもあるであろう。一般的に本発明の好ましいポ リマーは、入替を必要とする前に２０サイクルから１００サイクル以上にわたっ て該システム中にサイクル可能である。 ポリマー濃化剤を有用な形態に再形成する破損した結合の再形成は、切断操作 の高剪断および高衝撃条件下にて犠牲とされそしてその後に原のポリマー構造に 再構成される結合を、該ポリマーが含有することが必要である。このことは、共 有結合のほかに適当量の化学結合を該ポリマーが含有することが必要である。共 有結合が破壊される場合、その破損物は高度に反応性であるので、破損鎖はほと んど即時的な結合鎖停止反応によって通常は停止され、そしてもとの結合は再形 成できない。 本発明において評価されておりそして有効であると判明している、三種類の化 学結合が存在する。これらは、イオン結合、分子間水素結合および分子間Ｂ：Ｏ 結合である。 イオン結合は、種々のポリマーのイオン性架橋に多く存在している。このよう なポリマーは本発明の用途によく適合した水溶性の種類であることが多い。この ようなポリマーがイオン性架橋結合している場合、本発明の工程にて添加される 高密度の研磨材粒子を高耐性のサスペンジョンにする有効な粘度値を有する水膨 張ゲルを該ポリマーが代表的に形成する。 イオン性架橋結合ヒドロゲルにおいて、該イオン結合はポリマー骨格の共有結 合よりも弱く、そして高剪断応力にさらされると優先して破損しそして破壊され るイオン結合である。該結合が破壊される際に生成されるイオン種は比較的安定 であり、そして本発明にて使用されるポリマー系において該イオン種は反応して 破壊した架橋結合を再構成し、そして該高剪断応力が除かれると高粘度のヒドロ ゲル構造を再形成する。 これに代わる態様においては、周期率表の第III〜VIII族の金属の水溶性塩等 のゲル化促進剤の存在の有無にかかわらず、ゲル形成性の水溶性ポリマーはヒド ロゲルに形成される。ヒドロゲルは分子間結合、すなわちポリマー分子間の水素 結合の形成に依存するものである。このような結合はイオン結合よりも弱く、そ して切断用ジェットの形成における高剪断応力下に該媒体の濃化を本発明におい て促進する。更に該結合は、該ポリマーの共有結合を保護しそして結合鎖の切断 を最 少化する犠牲結合の供給を促進する。該分子間結合がゲルの構成にて形成される かまたは使用後に再形成されるかいずれにしても、これらのヒドロゲルはまた高 粘度を促進する。このことは、研磨材粒子の分離を防止するために非常に望まし い。 多くの水溶性ポリマーがジェットストリーム切断用配合物の調製に使用されて きたが、若干のゲル形成性ポリマーを含めて該水溶性ポリマーはゲル化促進剤な しにそして自発的ゲル化が生起しない濃度にて使用されてきた。従来技術におけ るこのようなポリマーの添加は、主にジェットの凝集増加に指向されていた。か なりの量の犠牲結合の形成がない場合、該ポリマーは一回の使用においてかなり 劣化されそして再使用できない。従来技術のジェット配合物は廃棄物として通常 廃棄されている。 ポリマーが他の種類の犠牲分子間結合にて架橋結合されている場合、非水系ポ リマー配合物も使用可能である。このような配合物は、鉄金族等の水に弱い材料 を切断および機械加工する場合に特に有意義である。 分子間結合によって架橋結合された好ましい非水系ポリマーは、ポリヒドロシ ロキサンの種類である。これらのポリマーは、隣接するポリマー分子の鎖中にＯ 原子を有するポリマー鎖中のターシャリＢ原子間の電子対によって架橋結合され ている。本発明に有意義な特性は、該ポリボロシロキサン等の分子量を含めて非 常に直接的かつ詳しく調整し得る。 以下に詳しく記述するように、ポリボロシロキサンを使用する切断用媒体の配 合は、本発明において特に好ましい。このことは、該媒体の非水性の性質、粘度 の精密な調節、および実施する切断および機械加工操作の要求に適合するように 静止粘度および高剪断低下粘度を調整する能力によるものである。 水素結合またはＢ：Ｏ結合のどちらかの分子間結合もまた共有結合よりも弱い 。特に本発明の非水系ジェットストリーム工程において分子間結合を容易に形成 するポリマーが使用される。ジェットストリームの形成における高剪断操作下お よび加工物表面上の衝撃力下において、該分子間結合は優先して破損されて、該 ポリマーに負荷されるエネルギーの一部分を吸収しそしてポリマーの骨格を構成 する共有結合を保存する。 これらの分子間結合は高剪断応力が除かれると容易に再形成されて、該システ ムに必要とされる架橋結合およびゲル状の高粘度を回復する。 本発明の態様において、架橋結合すなわちイオン性もしくは分子間結合は、該 操作の高剪断および衝撃条件下にはじめに破損される結合であり、そして結合自 体を犠牲にして適用されたエネルギーを吸収する。この意味において該結合は、 従来技術の材料および工程におけるポリマーの劣化の特長である永久的な不可逆 な形態にて該ポリマーを破損する劣化から、共有結合を保護するのに役立つ犠牲 となる結合である。 剪断応力が除かれると、例えば該媒体が静止されると、破損された該結合は自 発的に再形成される。ジェットストリーム切断工程の操作中の該結合の破壊によ って生起されるもとのポリマー媒体中の結合形成の特長的なイオン種であるので 、該イオン結合の基本は損なわれずに残存している。このような結合は可逆的に 形成され、そしてどの場合にも水性媒体中に平衡状態に存在する。該結合の再形 成の速さは、使用しそして劣化した媒体中のポリマー鎖の移動性によって主に規 定される。このような条件下での該媒体の低下した粘度では、比較的にかなりの 移動性があり、そして回収後数分間内に該ゲルは代表的に再形成される。従って 、回収されたポリマー溶液および研磨材を混合して、該ヒドロゲル中の研磨材粒 子の実質的に均質な分散を確保するのが望ましい。なお、イオン結合が充分に回 復した後に、再形成されたゲル中に研磨材を再分散させることも可能である。 適用される高剪断力に対応してポリマー成分を希釈することは研磨材ジェット ストリームの配合に有利である。該配合物はジェットストリーム中にて低下した 粘度を示し、その結果として適用されるエネルギーの高部分が研磨材粒子に付与 されて、切断効果を向上させる。該ポリマーは、高凝集ジェットストリームを形 成する作用をなし、そして装置内の磨耗を最小化するのに役立つ。 従来技術の研磨材水系のジェットストリーム技術と比較して、特定の粘度のパ ラメータおよび変化が装置の要件を簡易化させる。媒体中の研磨材の連行は使用 される通常の混合装置中の調製時に生起するので、ノズルに研磨材を別途に供給 すること、ストリーム中に研磨材粒子を供給すること、または混合管を設備する ことの必要がない。なお従来技術においてはこれらはすべて通常必要とされてい る。 破損された分子間結合は自然にそして迅速に再形成され、そして研磨材の再分 散は必要な場合でもむしろ簡単である。 ジェットストリーム切断工程および破損された化学結合の再形成を通して該ポ リマー系はリサイクルされるので、各サイクルにおいて共有結合の若干の破損が あるであろう。各サイクルにおける不可逆的に破損される結合の割合は大きくな いので、その影響は累積的である。かなりの回数のサイクルの後に、該ポリマー の永久的劣化は有意となるであろう。該ポリマーが累積的かつ不可逆的に劣化す るにつれて、再形成されたポリマーの粘度は徐々に悪化しそして該媒体は望まし くない程度の粘着性を示し始めるであろう。 現在までの開発において本発明の水ジェットストリームの切断操作に使用され るポリマー濃化剤は、交換が必要とされる前に１００回の使用サイクルまで好結 果にてリサイクル可能である。本発明の非水系媒体は、水系システムと少なくも 同程度に耐性でありそして水系システムよりもはるかに耐性であることが多い。 サイクルの回数は、特定のポリマー、工程の条件等によってもちろん変化する。 しかし、オリフィスを一回通過した後に該媒体の再使用が不可能である従来技術 と比較して、本発明の媒体はかなりの回数のリサイクルに寄与したことが容易に 理解される。小量の「新しい」研磨材／ポリマー混合物を定期的または連続的に 添加して、使用中の材料の統一性および均一性を維持することが、一般的に望ま しい。該材料の同等の増加分を除去して、装置中の該媒体の体積を比較的一定に 維持することが望ましい。 本発明の使用に適当なイオン性架橋結合性ポリマーには、第II族〜第VIII族の 金属の金属塩、金属酸化物または金属有機ゲル化剤とイオン性架橋結合ゲルを形 成する、すべての水溶性ポリマーが含まれる。好ましい種類はかなりの割合のヒ ドロキシル基を有する該水溶性ポリマーである。また該ポリマーは、カルボキシ ル基、スルホン酸基、アミン基等の活性イオン化性反応基を含有することもでき る。該イオン性架橋結合性ポリマーおよび架橋結合系は、該イオン結合が架橋結 合種のイオン化を促進する条件下だけにて形成されることを除いて、分子間水素 結合によって形成されるヒドロゲルと似ている。このような条件は、ｐＨの調節 、ル イス酸またはルイス塩基等の反応触媒または反応促進剤の存在などを必要とし得 る。該イオン性架橋結合ポリマーの形成は、当業者に理解されるように、一般的 によく知られておりそして化学文献に記述されている。 かなりの数のヒドロゲル化性ポリマーおよびゲル化剤が知られており、そして 実質的にすべてのこれらの入手可能な材料が本発明に好結果で使用し得る。 好ましいヒドロキシル基を含有する水溶性ポリマーの例としては、グアーガム （ｇｕａｒ ｇｕｍ）、キサンタンガム、グアーガムおよび／またはキサンタン ガムのヒドロキシプロピルおよびヒドロキシエチル誘導体、および関連するヒド ロキシル基含有または置換ガム、ヒドロキシメチル セルロース、ヒドロキシエ チル セルロース、および関連する水溶性セルロース誘導体、ヒドロキシエチル メタアクリレート、ヒドロキシプロピル メタアクリレート等のヒドロキシル基 含有合成ポリマー、およびポリアクリルアミド等の他の水溶性ポリマーなどが含 まれるが、しかしこれらに限定されない。また興味のあるポリマーとしては、ポ リエチレン オキシド、ポリオキシメチレン等の低分子量のポリマーおよびオリ ゴマーのヒドロキシル基末端停止の水溶性ポリマー種がある。 使用し得る第II族〜第VIII族の金属の好ましいゲル化促進剤の中には、ホウ酸 、ナトリウム ボレート、およびチタン、アルミニウム、クロム、亜鉛、ジルコ ニウム等の金属有機化合物がある。 適度なコストの特に好ましい種類は、ナトリウム ボレートにてゲル化した約 ２〜２．５重量％のグアーガムの水溶液である。この安価なヒドロゲルは、１４ ＭＰａでのジェットストリーム切断操作の１２回のサイクルおよびそれに続く該 ポリマーゲルの永久的劣化が検出されないゲル再形成が生存する能力が実証され た。 非水系の分子間結合架橋結合の好ましいポリマーは、効果的なジェットストリ ーム粘度を有する、ポリボロシロキサン ポリマー、炭化水素系グリースまたは オイルエクステンダーまたは希釈剤、およびステアリン酸等の可塑剤の組成物に よって提供される。該ポリボロシロキサン ポリマーは強力な分子間結合剤であ り、そしてジェット形成に適当な粘度に適度に可塑化されると水感受性材料の用 途用の優れたジェットストリーム媒体となる。更に、ポリボロシロキサンの配合 物は、切断操作の完了後に加工物の表面から容易に除去される一般的に非粘着性 非付着性の材料である。 本発明にて使用されるボロシロキサン ポリマーは、一般的に約２００，００ ０〜約７５０，０００そして好ましくは約３５０，０００〜約５００，０００の 分子量を有する。Ｂ対Ｓｉの原子比は、約１：３〜約１：１００、好ましくは約 １：１０〜約１：５０の範囲であるのが望ましい。 該ボロシロキサンは広範囲のフィラー、軟化剤および可塑剤と高度に共存性で ある。材料のコストを低減するため希釈剤として不活性フィラーを使用し、そし てポリマーを更に希釈しそして粘度を調節するために適当な可塑剤および軟化剤 を使用するのが普通である。 本発明において、研磨材の量を相応して低減する場合には他のフィラーも併用 し得るが、通常は研磨材粒子が単一の不活性フィラーであろう。上記のように研 磨材（および使用する場合には他のフィラー）は配合物の約５〜約６０重量％の 範囲であり得るが、約２５〜４０重量％が一般的に好ましい。 研磨材ジェット媒体の粘度を規制するために、可塑剤および軟化用希釈剤が使 用される。シリコーンポリマー中に使用する適当な可塑剤は、非常に多種類であ りそして当業界によく知られている。適当な粘度の調節の選定は本発明に精密に は有意義でない。限定ではなく例示のための適当な材料には、パルミチン酸、ス テアリン酸およびオレイン酸等の約８〜３０個のそして特定的には約１２〜２０ 個の炭素原子の脂肪酸；炭化水素系パラフィン油、特に「トップ油」等の軽油、 および他の石油系蒸留物および副生成物；菜種油、サフラワー油、大豆油等の植 物油および部分的また充分に水素添加した植物油；自動車用潤滑グリース等の炭 化水素系グリース；ジオクチル フタレート（ＤＯＰ）等の多官能カルボン酸の モノ−、ジ−およびトリ−エステル類が含まれる。また液状または半固体状のシ リコーン油も使用でき、そして炭化水素系可塑剤および希釈剤が劣化され得る高 温度および／または酸化条件に媒体がさらされる場合に、そのコストにかゝわら ずかなりの利点をもたらす。 上記のように可塑剤および軟化用希釈剤は配合物の粘度を調節するために添加 される。ブルックフィールド ビスコメーターによって測定して、環境温度にて 代表的に約３００，０００ｃｐｓの静止粘度が適当でありそして便利である。よ く知られているように、ボロシロキサン ポリマーは適用される剪断力に対応し て粘度の実質的な増加を示し、そして高剪断力の定形流路では閉塞流を示すこと さえある。本発明のノズル中の粘度を直接測定する既知の技術は存在しないが、 約２００，０００〜約５００，０００ｃｐｓの静止粘度を有する配合物が一般的 に適当であり、そして約３００，０００の粘度が非常に信頼できることを本発明 者は見出した。本発明者は、適用される圧力およびこれによるジェットストリー ムの体積の関数として有効な粘度を計算し、そしてノズルでの有効な比粘度は約 ５，０００〜約２０，０００ポイズのオーダーであると確信している。 ジェットストリーム材料を回収しそして静止する場合に、代表的に５分間以下 そして多くの場合１分間以内に該粘度は実質的にもとの静止粘度に迅速に復元す る。もとの粘度に復元することは、分子間のＢ：Ｓｉ結合の再形成および比較的 無意義な量の結合鎖の切断を実証すると思考される。 他数回の使用サイクルにわたって若干の劣化はあり得るが、代表的に２０回以 上のサイクルまでは劣化量は有意とはならず、そして１００サイクル以上の使用 をするまで劣化量は目立たない。新しい未使用の媒体の定期的または連続的添加 および同量の使用した媒体を除去することによって、長期間の劣化が容易に克服 される。またこのような工程は、消耗した研磨材粒子を新しい鋭利な粒子と交換 するのに役立ち、そして媒体中の切断または加工による廃棄物の累積を防ぐのに 役立つ。 本発明においてノズルでの研磨材の注入は好ましくなく、そして一般的に望ま しくない。別途の前操作中にゲル化ポリマー中に研磨材粒子を混合させ、そして 適当な高圧ポンプによってノズルに輸送するのが好ましい。 水系ヒドロゲルシステムにおいて、ポリマーおよびそのゲル化剤は媒体の約１ 〜約２０重量％のオーダーであり、多くの場合約２〜５％であり、そして代表的 に大部分のポリマーの場合約２〜３％であり得る。特定の研磨材、その粒径およ び粘度、および添加する割合に関連して、精密な割合が特定のゲル用に最適化す ることができる。 該研磨材は、約２マイクロメートルから約１４００〜１６００マイクロメート ル（約１６メッシュ）までの粒径であることが最も多い。更に一般的には、研磨 材の粒径は約２０〜約２００マイクロメートル、好ましくは約２０〜約８０マイ クロメートルであろう。 ジェットストリーム媒体は約１〜約７５重量％の研磨材を含有し得る。多くの 場合約５〜約５０重量％そして好ましくは約１５〜約３０重量％が望ましい。 操作において、従来技術にて実施されそして当業者に知られているジェットス トリーム切断とは多くの点で相違する態様にて、配合物が使用される。 本発明の態様において、ポリマー配合物は二つの明らかな態様にて粘度に感受 性である。第一に、低剪断条件下に配合物中に研磨材粒子を効果的に懸濁させる 充分な粘度を、該ポリマーが提供する必要がある。そのパラメーターは静止粘度 によって最も詳しく規定される。更に、高剪断条件下のジェットストリームの形 成は、該ジェットの凝集性およびジェット中の研磨材粒子の均質性に実質的に影 響し得る。これらのパラメーターは動的粘度によって規定される。 ポリマー溶液は非ニュートン性であるが、静的条件下で該溶液はニュートン流 体に近似する流体挙動を示す。更にニュートン流体流特性は高剪断条件でも目立 つ。 静的な液体中で重力下に球状粒子が一定の高さから沈下する時間は特定の時間 を要する。従って流体力学から こゝにｔ＝時間 η＝流体の粘度 Ｈ＝沈下の高さ ａ＝粒子の直径 Ｄｐ＝粒子の密度 Ｄ_L＝流体の密度 ｇ＝重力の加速度 本発明者は、上記の公式が依存する下記の推定が、本発明の目的には充分に有 効であることを観察した。 層流：研磨材粒子の沈下に特定的な非常に低度の速度では、流れ特性は層状で あるかまたは非常に近似している。 球状粒子の形状：研磨材粒子の不規則の形状は若干の誤差を生ずる。しかし平 均的粒子は大きな寸法および小さな寸法において広くは変化せずそしてかなりの 数の粒子にわたってこれらの変数は平均化されるので、本発明の態様においてこ れらの変数は安全に無視できる。 本発明の使用に適当な配合物は、約２００，０００〜５００，０００センチポ イズ（ｃｐ）の好ましくは約３０，０００ｃｐのオーダーの低剪断速度の粘度（ ブルックフィールド）を有するであろう。比重３を有する３２０メッシュのＳｉ Ｃ粒子はインチあたり６．８×１０⁶秒の沈下速度（約１１週間であり、本発明 に適当）を与えるであろう。 より高い剪断速度にてポリマー配合物の挙動は非ニュートン性となり、この場 合に粘度はパワーロー（Ｐｏｗｅｒ Ｌａｗ）の関係にて剪断速度に依存する。 この依存性は高剪断速度であるまで保持される。粘度が適用される剪断力に実質 的に依存しなくなると、ニュートン流動特性が再び実質的に適用される。 本発明のジェットストリーム配合物の特質の一つは、効果的な切断性を構成す るジェットの形成に必要とされる圧力が低減されることである。代表的に必要と される圧力は、従来技術における代表的に少なくも２００ＭＰａ（３０，０００ ｐｓｉ）以上の圧力と比較して、約１４〜約８０ＭＰａ（約２，０００〜約１２ ，０００ｐｓｉ）のオーダーであろう。 慣例として、使用される圧力はジェット形成ノズルを通過する圧力低下として 測定される。当業者が容易に認識するように、従来技術において代表的に必要と される２００ＭＰａ以上の圧力で使用される装置にて要求される、複雑性、高価 性および注意性を８０ＭＰａまでの圧力では必要としない。本発明の実施では、 圧力補償油圧ポンプ、高圧用増圧器の採用を必要とせず、そして蓄圧器も非常に 簡易化された最低限のもので処理できる。本発明は、必要な圧力にて油圧式等に よって駆動されるピストン形ポンプ等の、容易に入手できそして安価な従来の容 量形ポンプを用いて実施できる。 本発明において有効なノズルオリフィス直径にて、ノズル流速は約７５ないし 約６１０メートル／秒（約２５０〜約２，０００フィート／秒）、好ましくは約 １５０ないし約４６０メートル／秒（約５００〜約１，５００フィート／秒）の 範囲にわたり、その速度は本発明の実施に十分に有効であることが証明された。 研磨材の選択は本発明では厳密でなく、通常使用されている材料が有効である 。適した該材料の例として、アルミナ、シリカ、ガーネット、炭化タングステン 、炭化ケイ素、等がある。切断媒体の再使用はより硬いしかしより高価な研磨材 の経済的な使用を可能にし、切断および機械加工操作の効率を増大させる結果と なる。例えば、炭化ケイ素を、コストの理由でガーネットが使用されていた切断 作業で、置換して使用し得る。 一般に、研磨材は配合物中に約５〜約６０重量％、好ましくは約２５〜約４０ 重量％のレベルの濃度で使用するのが望ましい。好ましい範囲、そしてある場合 にはそれより高い濃度での作業は極めて効果的であること、そして研磨水ジェッ トストリーム切断法で従来用いられた濃度よりも一般に実質的に高いことを我々 は見出した。 前述した通り、研磨材粒子の主寸法（直径）は、細かい表面仕上げが望ましい 場合、２〜２，０００ミクロメートル、好ましくは約２０〜２００マイクロメー トルの範囲であることができ、約２０〜約１００マイクロメートルの粒径が特に 有利である。使用するジェット形成用オリフィスの直径と一致した最大粒径を用 いるのが一般に適当であろう。その場合、粒径又は主寸法がオリフィス直径の約 ２０％、好ましくは約１０％、を越えないのが好ましい。 粒径がより大きいと、オリフィスを横断する“ブリッジング”が生じ、ノズル を通る流れを閉塞する危険性があるので、望ましくないことは自明である。２０ ％未満の粒径ではブリッジングはめったに起きず、１０％未満ではかかる現象は 非常にまれである。ノズル直径は一般に他のパラメータによって決定される。 特に、ノズルオリフィスの直径は下記のパラメータにより決定される： 第１に、オリフィスが大きくなればなるほど、ジェットストリームは幅広くな り、その結果、切り目幅は広くなる。切断の正確さはオリフィス直径と逆に変化 するであろう。薄い材料の切断において一般に、オリフィスが小さければ小さい ほど、正確さが良くなりそして他のパラメータ次第で細部が可能となる。より少 量の切断媒体が切断単位長当り使用される。 第２に、オリフィスが大きくなればなるほど、ジェットストリームの流量が多 くなり、従って切断速度が大きくなる。従って、オリフィスが大きくなればなる ほど、他の条件次第であるが、切断速度が良くなる。切断長さに対してより多量 の切断媒体が使用される。 これらの二つの相反する考慮事項の均衡が通常、オリフィス直径に影響を及ぼ し得る他のパラメータより優先するであろう。 本発明において、約０．１ないし約１ミリメートル（約０．００４〜約０．０ ４インチ）のノズル直径が有効に使用し得るが、一般に約０．２ないし０．５ミ リメートル（約０．００８〜約０．０２０インチ）の直径を用いるのが一般に好 ましい。 オリフィスは硬い金属合金、硬い表面仕上げ材料、例えば炭化タングステン又 はケイ素、セラミック配合物、又は結晶材料、例えばサファイヤ又はダイヤモン ド、から形成し得る。適切な材料の選択は選択した研磨材の硬度およびノズル材 料のコストにより通常決定される。ダイヤモンドが好ましい。 スタンドーオフ距離、即ちノズルと加工物の表面との距離、は切断の質に重要 な因子であることがわかったが、研磨水ジェット切断におけるほど重要ではない 。切断の質、特に切り目幅および形状は約２．５ｃｍ（約１インチ）まではスタ ンドーオフ距離によって著しく影響されるが、本発明は約２５ないし約３０ｃｍ （約１０〜約１２インチ）までのスタンドーオフ距離で切断を行うことができる 。研磨水ジェット切断法は１２インチ厚ほどの厚い材料に使用できるが、かかる 技術は一般に約２．５ｃｍ（約１インチ）以下の“フリーエアー（ｆｒｅｅ ａ ｉｒ）”距離を必要とした。 本発明によるジェットストリーム切断法は、かかる技術で今まで用いられた材 料を切断するのに使用できる。注目すべきことは、機械加工が難しい、多くの金 属および合金、例えばステンレス鋼、ニッケル合金、チタン；セラミックおよび ガラス；岩石材料、例えば大理石、花崗岩等；およびポリマーコンポジット、そ して特に繊維補強ポリマーラミネートを含めた特別の材料の全てが、本願の方法 によりかなりの精度で有効に切断される。 本発明の利点の中に特に、ゲルー濃厚化ポリマー媒体を懸濁した研磨材と共に 用いて達成される利点は、以前は使用されなかった研磨材粒径のプレミックスサ スペンジョンを与えることができる能力である。約２００ミクロメートルよりも 細かい研磨材粒径、特に、例えば約１００ミクロメートルよりも小さい粒径は以 前は好ましくなかった。かかる細かい研磨粒子を従来の研磨ヒドロダイナミック ジェットストリーム切断法および機械加工に使用すると、研磨材供給ラインのア ングル、ループおよびたるみの部分で閉塞が生じる傾向があり、またかかる細か い研磨材は、従来の混合室又は混合管におけるジェットストリームに導入するの が更に難しい。これらの困難性のため、かかる小さい粒径は研磨材ジェットスト リーム切断および機械加工の実施に殆んど回避されていた。 本発明においてプレミックスした研磨材サスペンジョンの使用は追加の供給ラ インとノズル装置での設備の必要を除く。細かい研磨粒子は切断および機械加工 の質および精度を改良し、そして切断部に隣接する加工物表面に対する研磨粒子 の損傷を減少する。従って、細かい研磨粒子は、追加の仕上げ工程を除去できる 適用に特に有用である。 プレミックスされた研磨材サスペンジョンを使用する結果、本質的に均一な研 磨材のサスペンジョンを用いそしてキャリア媒体の速度に匹敵する速度で動く研 磨材を用いるので、研磨材がノズルオリフィスでブリッジ又は詰まる傾向が著し く低減される。従って、ノズルオリフィス直径を減少することができる。研磨材 粒径によるが、ノズルオリフィス直径を約０．１ｍｍ（約０．００４インチ）ほ どに小さくすることができる。かかる小さいオリフィスは比較的小さい直径のジ ェットストリームを与え、小さい切り込みを生じさせ且つ媒体消費速度を減少さ せることにより、切断および機械加工精度を高める。 研磨材の該媒体中の分散は単純な混合法により達成され、本発明の実施に厳密 に重要ではない。 前述したように、本発明のシステムに使用するノズル要素の設計および構造は 混合管、研磨材供給機構、および研磨材輸送導管、典型的にはホース、を除くこ とにより、大きく単純化される。特徴およびそれらの嵩、複雑さ、費用、重量お よび操作者の判断への依存性と熟練は、研磨材ジェットストリーム切断および機 械加工操作の著しい利点によって、全て除かれる。 使用するノズルの特定の設計は、ジェットストリーム媒体のポリマー成分に剪 断力がかかるのを最小にするような形状にするのが望ましい。従って、ノズルの 断面積の相対的に大きい入口からノズルオリフィスの出口までの変化割合は滑ら かに、きれいな連続曲線で展開し、エッジ又はその他の不連続をできるだけ避け るのが好ましい。流れの加速は、媒体が吸み上げられる断面積を減少させること により達成され、高剪断応力がポリマーに必然的に加わる。しかしながら、鎖切 断およびポリマー分解は、応力の変化割合が非常に大きいエッジ等での応力の集 中を避けることにより最少にされるが、それらは断面積の変化割合の急激な変化 に比例する。 ノズルのかかる特徴は媒体中に乱流が発生するのを避けるのに役立つ。ジェッ トストリームの凝集（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）はノズルオリフィスを通過する層流 により促進されるので、指示したノズル形状はストリームの発散を最小にするの に役立つ。 誘導された剪断応力を最小にすることは、本発明の全ての観点から有用である 。特に、通過する媒体中で乱流が発生するのに十分な強度の剪断応力は回避すべ きである。高速度流についてのこの強度の剪断応力は不連続部およびエッジの通 過に付随する。かかる流れの結果、ポリマー結合を破壊するのに十分な強度の応 力が媒体中に発生する。ポリマー共有結合の破壊およびそれに伴う不可逆的な分 子量の低下は全てポリマー分解の表示であり、可能ならばできるだけ避けるか最 小にすべきである。 本発明の別の観点として、ジェットストリームを加工物の通過後に捕らえるの に使用される媒体捕捉器の設計の改良がある。加工物の切断および機械加工の後 でさえも、全部でないにしても一部のストリームがまだ高速度で移動しているの で、特別の媒体捕捉器が、はね返り、霧の発生および媒体捕捉ハードウェアへの 損傷を最小にするために必要とされる。更に、媒体捕捉器は、ジェットストリー ムの分散により生じる騒音を低減させそしてポリマーの分解と研磨材粒子の破壊 を最小にするように設計する必要がある。 以前、媒体捕捉器に長い管が使用されていた。これらの長い管は、ジェットス トリームが媒体捕捉器の底部に達する前に、表面壁に沿ってジェットストリーム が分散するように形状化され且つ配向されていた。或いは、媒体捕捉器に置換可 能な底部挿入物を含むか又はゆるい鋼球を充填して、ジェットストリームを分散 させていた。置換可能な底部を使用した場合、ジェットストリームが底部を切断 するであろうことが認められていた。この欠点に取りくむために、媒体捕捉器底 部は容易な低コストの置換体用に設計されたと推測される。使用される現在の媒 体捕捉器のタイプに関係なく、捕捉されたジェットストリームは高剪断応力に付 され、不可避的にポリマー分解が促進される。 本発明は第１回に断面を示した新しい媒体捕捉器の設計を提供し、媒体捕捉器 は一般に参照番号４８で表される。ジェットストリーム（５０）は媒体捕捉器（ ４８）に射出することができ、ゆっくり減速される。ここで、ジェットストリー ム（５０）は金属表面に衝突せず、むしろ収容された媒体（５２）を貫通するよ うに指向する。好ましくは、この媒体（５２）は、ジェットストリーム（５０） と同じゲル濃縮化ポリマー溶液又はサスペンジョンである。従って、媒体捕捉器 （４８）に捕らえられたジェットストリーム（５０）中のポリマー分子は、金属 表面と衝突しそして直ちに減速するのではなく、かなりの距離にわたって減速す る。この拡がった減速は、金属表面の衝突に伴う剪断応力強度の発生を回避する 。収容媒体（５２）に多くの種々の材料を使用し得るが、ジェットストリーム（ ５０）の媒体と同じ媒体を使用しない場合は不利益がある。これらの不利益には 希釈と分離の難しさが含まれ、媒体をジェットストリーム切断および機械加工に 再使用する場合には不可能にさえなる。 ジェットストリーム（７６）のエネルギー、および特に切断物を通過したスト リームの部分（５０）および媒体（５２）の深さによるが、ジェットストリーム （５０）は媒体（５２）を経て媒体捕捉器表面（５４）まで貫通することができ る。この問題を解決する一つの方法は、媒体捕捉器を十分大きい容積にして、ジ ェットストリーム（５０）中のエネルギーに関係なくジェットストリーム（５０ ）が媒体捕捉器表面（５４）まで貫通する可能性を除くことである。 本発明の媒体捕捉器（４８）は単純な構造であり、ジェットストリームを再使 用するか否かにかかわらず、使用できる。ジェットストリーム（５０）を再使用 しない場合は、水を含めたあらゆる流体を媒体（５２）に使用できる。 従来のピストン移動ポンプを使用して本発明のゲル濃化ポリマーを有する有効 なジェットストリーム（７６）を発生することができ、そして移動ポンプを媒体 （５４）のリサイクルのためにも使用できるが、かかる設備を用いて媒体戻し切 断および機械加工システム用の設備を組立てることが可能であり、且つ実際に便 利である。 装置を使用するためには、ジェットストリーム切断および機械加工用の媒体（ ６４）を容量形ポンプ（６６）のシリンダーに充填する。ノズル（６８）、好ま しくは実質的に第２図に示されるノズル構造設計を有するもの、を該ポンプ（６ ６）の出口に直接連結により又は媒体用の高圧導管（７５）を介して取り付ける 。ピストンロッド（７２）を介して作用する液圧式アクチュエータ（７０）はピ ストンヘッド（７４）を下に押し、媒体（６４）をノズル（６８）のオリフィス を通って高速度ジェットストリーム（７６）として排出する。ジェットストリー ム（７６）は加工物（７８）を切断しそして機械加工する。ジェットストリーム が加工物（７８）を切断および機械加工した後、ジェットストリームの分散流（ ５０）は今度は媒体捕捉器（４８）に入る。この特定の態様では、媒体（５２） は媒体（６４）と同じである。媒体捕捉器（４８）に入るジェットストリーム（ ５０）の運動量は次第に消失し、ジェットストリーム（７６）媒体は媒体（５２ ）と混合する。 媒体（６４）の大半が媒体捕捉器（４８）に入った時、媒体（５２）の一部は 戻されて容量形ポンプ（６６）内の媒体を再充填するので、切断／機械加工が継 続する。媒体（６４）を容量形ポンプ（６６）に戻すために、戻りライン（８２ ）上のポンプ（８０）が使用される。容量形ポンプのピストンヘッド（７４）を 後退させて媒体（６４）をピストンヘッド（７４）の圧縮側に入れる。必要に応 じて、切断および機械加工からの生成物のような破片を濾去するために、戻りラ イン内にフィルター（８４）を設けることができる。この濾過は主としてノズル （６８）のオリフィスを保護しそして閉塞を防止するためである。鉄又は他の常 磁性材料が切断される場合は、破片の磁性分離法を用いることもできる。前述の 通り、ピストンヘッド（７４）により与えられる力は、媒体がノズル（６８）を 通過して、加工物（７８）を有効に機械加工するのに十分なエネルギーを有する ジェットストリーム（７６）を生じさせるに十分である。設備コストの低減、信 頼性の増大および操作員の安全性の増大は、本発明のこの態様によって与えられ る利益である。 切断物製造における本発明の性能は従来技術の性能と少なくとも等しくそして しばしばそれよりも優れていることが例証された。本発明のシステムの大きい利 点は、媒体を、典型的には多くの配合物について２０ないし１００サイクルだけ リサイクルしそして再使用する能力に基づく。別の大きい利点は、低圧力で作動 する研磨材ジェットストリーム切断および機械加工作業に必要な設備の単純化で ある。この特徴はかなりのコスト節減となり、設備の操作者の熟練および経験へ の依存性を少なくする。 本発明でジェットストリームの凝集が増大したことは一般に、研磨材粒径に関 連して従来技術で達成された切り目幅と比べて、他の全てのパラメータが同じで あるなら、より狭い切り目幅を生じさせる結果となる。より狭い切り目幅は、切 断物の製造において精度を大きくしそして細部を可能にするので、単独で考えて も著しい利点である。 一定の研磨材粒径について、切断端部の表面仕上げは従来技術で達成されるも のよりもかなり良いことが観察された。従来技術で使用できる粒径よりも小さい 粒径を使用できることを結びつけると、切断端部に表面仕上げ工程を必要としな い切断物を製造することができ、操作回数を少なくしそして製造に必要な労働量 と設備を少なくする。 本発明で用いられる操作圧力は従来技術の研磨材ジェット切断工程で用いられ る圧力よりも実質的に低いが、切断速度は従来技術で達成される速度と比較して 損なわれず、そして多くの場合それよりも大きいことが見出された。 実施例 例１〜３： グアー（ｇｕａｒ）ガム４０重量％の水溶液を、該ガムと水を約３５℃の僅か に高温で約３０分間、該ガムが十分に溶解するまで混合することにより生成する 。このようにして生成された溶液に、マンノース、グルコースおよびグルコウロ ン 酸カリウム アセチルエステルの高分子量アルカリ脱アセチル化ポリサッカリド ０．６０重量％を加えそして溶解させた。この溶液に、ホウ酸３５重量％および ホウ酸ナトリウム２．０重量％の水溶液を等容量で添加しそして均一にブレンド されるまで混合すると、ヒドロゲル形成の開始が伴う。 形成されるヒドロゲルに、粒径４５ミクロメートル（３２５メッシュ）のＳｉ Ｃ５０部を加え、合わせた材料を、研磨材の均一な分散体が得られるまで十分混 合する。その結果、以後プレカーサー濃縮物と呼ばれるもろい粉末が得られる。 上記のプレカーサー濃縮物は一般に乾燥粉末形で使用され、そして媒体がジェ ットストリーム切断および機械加工中に通過しなければならないノズルオリフィ スのサイズに依存して、種々のパーセントの水、および適当なパーセントの切断 ・機械加工用の微粉砕研磨材と混合される。必ずではないが好ましくは、少量の パラフィン油又は炭化水素グリースを湿潤剤として組成物に加えて、直ちに使用 しない場合に媒体上に外皮が形成するのを防止する。種々のノズルオリフィスサ イズについての適当な容量配合の特徴を以下の表Ｉに掲示する。 上記規定の組成物中の油成分は外皮形成を遅らせるか防止するだけでなく、粘 着性を抑制する。油が少ないか無いと、媒体は金属および操作者の手に付着する 。従って、適当な湿潤油は好ましい添加剤である。 上記の媒体の貯蔵寿命はバクテリア又は菌の成長の攻撃により制限される。非 常に少量の抗菌剤、例えばメチルー又はパラヒドロキシーベンゾエート、の典型 的には約１％未満、そしてしばしば約０．５％未満の添加は、かかる攻撃を抑制 するのにしばしば有用である。 例４〜２６： 下記の成分を遊星形ミキサー内で合わせた： 成分 重量部 ポリボロシロキサン ３５．０ ステアリン酸 ２１．５ ライト ターキー レッドオイル ８．５ 炭化水素系グリース ３５．０ ポリボロシロキサンは分子量１２５，０００であり、ホウ素対ケイ素の比が１ ：２５であった。該グリースはエクソン（Ｅｘｘｏｎ）から得られる自動車車台 潤滑用グリースであった。 成分を周囲条件下で、滑らかな均質のブレンドが得られるまで混合し、そして 次に部分に分割した。各部分を表IIに示す研磨材粒子と合わせそして混合して、 複数の研磨材ジェットストリーム媒体を形成した。各配合物をステアリン酸の添 加により、３００，０００ｃｐの定常粘度を生じるように調整した。 各媒体配合物を、表IIに示す条件下で４分の１インチのアルミニウム板の切断 に使用し、切断物を評価すると、表に報告する結果を示した。 表IIに示されるように、迅速、効果的且つ高品質の切断物が得られた。 例２７−６２： 例４−２６に使用した基礎配合物を再び使用し、表IIIに示す研磨材を混合し た：粘度を、ステアリン酸を用いて静止粘度３００，０００ｃｐに調整し、配合 物を０．２５インチアルミニウム板の切断に用いた。切断条件を表IIIに示す。 該板の切断端部の特性を表面粗さについて測定した。測定値を表IIIのＧおよ びＨに示す。 当業者は、測定しそして表IIIに報告した表面仕上げが研磨材ジェットストリ ーム切断法については例外的な品質であることを容易に認めるであろう。 前記の例は本発明を例示するためのものである。本発明の範囲を制限するため のものではない。本発明は、本発明の範囲を特別の様式で示す下記の請求の範囲 によって規定されそして限定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数個の研磨材粒子が流動性のジェット媒体中に懸濁されそして高速度かつ 高圧で加工物に射出される研磨材ジェットストリーム切断および機械加工法にお いて、下記を特徴とする改良法： Ａ．高剪断力条件下で優先的に破壊される再形成性犠牲化学結合を有するポリ マーの上記媒体を形成し； Ｂ．該媒体および懸濁された研磨材を該加工物に、該再形成性犠牲化学結合を 破壊する剪断条件下で該切断および機械加工を行うために射出し； Ｃ．該化学結合を再形成し；そして Ｄ．該媒体および該研磨材を該方法に再利用するためにリサイクルする。 ２．該媒体がオリフィスを通って射出されて、約１４ないし８０ＭＰａの圧力の ジェットストリームを形成する、請求の範囲１記載の方法。 ３．該ジェットストリームが約２００ないし約１０００フィート／秒の速度で射 出される、請求の範囲２記載の方法。 ４．該研磨材粒子が主寸法約２ないし約１，６００ミクロメートルの粒径を有す る、請求の範囲１記載の方法。 ５．該媒体が第II族ないし第VIII族金属の化合物とイオン性架橋結合した水溶性 ポリマーの水性ゲルである、請求の範囲１記載の方法。 ６．該媒体が分子内結合を形成してゲルを形成する非水性可塑化ポリマーである 、請求の範囲１記載の方法。 ７．該ゲルが約２００，０００ないし６００，０００センチポイズの静止粘度を 有する、請求の範囲１記載の方法。 ８．該媒体が第II族ないし第VIII族金属を含むゲル化促進剤の作用により促進さ れる分子間水素結合の形成によりゲル化された水溶性ポリマーを含むヒドロキシ 基約１ないし約２０容量パーセントの水性ヒドロゲルである、請求の範囲１記載 の方法。 ９．該ジェットストリームが、該濃厚化水性媒体を、内部の入口表面および内部 の出口オリフィス表面および相互結合用の転移帯域表面を有するノズル手段を通 過させることにより形成され；該人口表面、該転移帯域表面および該出口オリフ ィス表面の全ては該ノズル手段を通過する該濃厚化水性媒体と接触しており、そ して該転移帯域表面および該出口オリフィス表面は不連続のない連続した機能を 規定する、請求の範囲１記載の方法。 １０．該媒体に５０重量パーセントまでの該研磨材粒子を添加する、請求の範囲 ４記載の方法。 １１．該水溶性ポリマーが、グアーガム、そのヒドロキシプロピル誘導体、カル ボキシメチルセルロースを含むセルロース誘導体、またはポリアクリルアミドお よびポリオキシメチレンを含む合成ヒドロキシ機能性ポリマーからなる群から選 択される一員である、請求の範囲５記載の方法。 １２．該媒体が約１ないし約２０容量パーセントの該水溶性ポリマーを含む、請 求の範囲８記載の方法。 １３．該水性媒体が約５０ないし約７５重量パーセントのグアーガム、約３０な いし約４０重量パーセントのホウ酸、および約１．０ないし約２．５重量パーセ ントのホウ酸ナトリウムを含む、請求の範囲５記載の方法。 １４．ジェットストリーム切断および機械加工法であって、該ジェットストリー ムが加工物を加工した後に該ジェットストリームを捕捉手段で収集し、該捕捉手 段が収容容器および該ジェットストリームを減速するための減速媒体を含む、上 記の方法。 １５．該減速媒体が該ジェットストリームの形成に使用した媒体と同じ媒体であ る、請求の範囲１４記載の方法。 １６．該減速媒体および減速された媒体がジェット媒体として再利用のためにリ サイクルされる、請求の範囲１５記載の方法。 １７．該濃厚化水性媒体に１０重量パーセントまでの湿潤用油を添加する、請求 の範囲１記載の方法。 １８．該濃厚化水性媒体に抗菌剤を添加する、請求の範囲１記載の方法。 １９．レオロジー挙動の改良のために可溶性チキソトロープを与える、請求の範 囲８記載の方法。 ２０．該ゲル化剤に約０．２５ないし約０．６０重量パーセントの高分子量ポリ サッカリドを添加する、請求の範囲１１記載の方法。 ２１．該ポリサッカリドがマンノース、グリコース、グルコウロン酸カリウム、 およびそれらの混合物からなる群から選択されるポリマーのアルカリ脱アセチル 化誘導体アセチルエステルを含む、請求の範囲１２記載の方法。 ２２．ポリマー組成物中に分散された粒状の研磨材を含むポリマー含有研磨材ジ ェットストリーム切断用媒体であって、該ポリマーは高剪断力条件下で優先的に 破壊されそして低応力条件下で再形成する再形成性犠牲化学結合を有し、該ポリ マー組成物は、剪断力条件下で、約０．１ないし約１ｍｍの直径のオリフィスを 約１４ないし約８０ＭＰａの圧力で通過する該媒体の流れで表される約１００， ０００ないし約５００，０００センチポイズの静止粘度と約３，０００ないし約 ３０，０００ポイズの動的粘度を有する、上記の研磨材ジェットストリーム切断 用媒体。 ２３．該再形成性犠牲化学結合がイオン結合および分子間結合からなる群から選 択されるゲル形成性架橋結合である、請求の範囲２２記載の研磨材ジェットスト リーム切断用媒体。 ２４．該媒体が水溶性ポリマーの水性ヒドロゲルおよびゲル促進剤を含む、請求 の範囲２３記載の研磨材ジェットストリーム切断用媒体。 ２５．該水溶性ポリマーが、グアーガム、そのヒドロキシプロピル誘導体、カル ボキシメチルセルロースを含むセルロース誘導体、またはポリアクリルアミドお よびポリオキシメチレンを含むヒドロキシ基末端合成ポリマーを含み、そして該 ゲル促進剤がホウ酸、ホウ酸ナトリウム、少なくとも第II族ないし第VIII族金属 の有機金属化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される一員を含む 、ヒドロゲル形成用の金属酸化物または金属有機化合物を含む、請求の範囲２３ 記載の研磨材ジェットストリーム切断用媒体。 ２６．該ゲル促進剤がチタン、アルミニウム、クロム、亜鉛、ジルコニウム、お よびそれらの混合物からなる群から選択される金属の有機金属化合物である、請 求の範囲１７記載の研磨材ジェットストリーム切断用媒体。 ２７．該ヒドロゲルが約１ないし約２０容量パーセントの該水溶性ポリマーと約 ９９ないし約８０重量パーセントの水を含む、請求の範囲記載２６の研磨材ジェ ットストリーム切断用媒体。 ２８．該媒体が更に水溶性チキソトロープを含む、請求の範囲２４記載の研磨材 ジェットストリーム切断用媒体。 ２９．該ヒドロゲルポリマーが約３０ないし約４０重量パーセントのホウ酸およ び約１．０ないし約２．５重量パーセントのボラックスと反応される約５０ない し約７５重量パーセントのグアーガムを含む、請求の範囲２４記載の研磨材ジェ ットストリーム切断用媒体。 ３０．該媒体が更に約０．２５ないし約０．６０重量パーセントの高分子量水溶 性ポリサッカリドを含む、請求の範囲２４記載の研磨材ジェットストリーム切断 用媒体。 ３１．該ポリサッカリドがグルコウロン酸カリウムのアルカリ脱アセチル化アセ チルエステルを含む、請求の範囲３０記載の研磨材ジェットストリーム切断用媒 体。 ３２．該媒体が更に約０．５ないし約１０．０重量パーセントの湿潤用油を含む 、請求の範囲２４記載の研磨材ジェットストリーム切断用媒体。 ３３．該研磨材粒子がアルミナ、シリカ、ガーネット、タングステンカーバイド 、シリコンカーバイド、およびそれらの混合物を含む、請求の範囲２３記載の研 磨材ジェットストリーム切断用媒体。 ３４．分子間結合によって架橋結合された非水性可塑化架橋結合ポリマーゲルを 含み、該媒体は約２００，０００ないし約６００，０００センチポイズの静止粘 度を有する、請求の範囲２２記載のジェットストリーム切断用媒体。 ３５．該ポリマーがホウ素−酸素分子間架橋結合を有するポリボロシロキサンで ある、請求の範囲３４記載のジェットストリーム切断用媒体。 ３６．該ポリボロシロキサンが約２００，０００ないし約７５０，０００の分子 量およびホウ素−ケイ素原子比約１０ないし約１００を有する、請求の範囲３４ 記載のジェットストリーム切断用媒体。 ３７．該研磨材粒子が約２ないし約１，４００ミクロメ−トルの最大寸法を有す る、請求の範囲２２記載のジェットストリーム切断用媒体。 ３８．該研磨材粒子が約１０ないし約２００ミクロメートルの最大寸法を有する 、 請求の範囲２２記載のジェットストリーム切断用媒体。 ３９．該研磨材粒子が約２０ないし約１００ミクロメートルの最大寸法を有する 、請求の範囲２２記載のジェットストリーム切断用媒体。 ４０．該媒体が約３００，０００センチポイズの静止粘度を有する、請求の範囲 ２２記載のジェットストリーム切断用媒体。 ４１．ジェットストリームを形成するためのノズル手段を含む、架橋結合ポリマ ーゲル媒体を使用したジェットストリーム形成可能なジェットストリーム切断お よび機械加工装置であつて、該ノズル手段は入口および出口オリフィスを有し、 転移帯域が該入口および該出口オリフィスを相互結合しており、該転移帯域は、 ノズル手段を通過する該架橋結合ポリマーゲル媒体と接触する表面を有しており 、該転移帯域表面は滑らかなきれいな連続曲線状に形成され、そして該出口オリ フィスは一定の断面積および少なくとも約３の長さ：直径比を有している、上記 のジェットストリーム切断および機械加工装置。 ４２．該ジェットストリームが加工物を加工した後に該ジェットストリームを導 入する媒体捕捉手段を含む、架橋結合ポリマーゲル媒体から形成されたジェット ストリームを有するジェットストリーム切断および機械加工装置であって、該捕 捉手段は該ジェットストリームを減速するための減速媒体を含む、上記のジェッ トストリーム切断および機械加工装置。 ４３．研磨材粒子を含む該架橋結合ポリマーゲル媒体を更に含む、請求の範囲４ １記載のジェットストリーム切断および機械加工装置。 ４４．ポリマーゲル濃化剤を含む該架橋結合ポリマーゲル媒体を更に含む、請求 の範囲４３記載のジェットストリーム切断および機械加工装置。 ４５．該減速媒体が該ポリマーゲル濃厚化架橋結合ポリマーゲル媒体である、請 求の範囲４２記載のジェットストリーム切断および機械加工装置。 ４６．該減速媒体が該ジェットストリームの減速後、ジェットストリームの形成 に使用される、請求の範囲４２記載のジェットストリーム切断および機械加工装 置。