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【発明の名称】 研磨材供給装置および研磨材供給方法
【発明者】 【氏名】伊東 光一

【氏名】寺崎 尚嗣

【要約】 【課題】安定した状態で研磨材を供給できる研磨材供給装置および研磨材供給方法を提供すること。

【解決手段】研磨材供給装置1は、研磨材Bを貯留する圧力容器からなる研磨材供給タンク2と、この研磨材供給タンク2内に、空気圧を負荷させるための空気圧縮機3と、研磨材供給タンク2に基端部Paを接続して研磨材供給タンク2内の研磨材Bを圧送するための供給配管Pと、を備えている。供給配管Pは、先端部Pbの空気圧が圧力損失によって大気圧近くまで減衰する長さLに形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子状の研磨材を貯留する圧力容器からなる研磨材供給タンクと、
この研磨材供給タンク内に、空気圧を負荷させるための空気圧縮機と、
前記研磨材供給タンクに基端部を接続して前記研磨材供給タンク内の前記研磨材を圧送するための供給配管と、
を備えた研磨材供給装置において、
前記供給配管は、先端部の空気圧が圧力損失によって大気圧近くまで減衰する長さに形成されていることを特徴とする研磨材供給装置。
【請求項2】
前記供給配管は、上面部を開放した計量ホッパの上方から前記計量ホッパ内に前記先端部を垂下し、前記先端部が前記計量ホッパ内に貯留された前記研磨材に当接することによって前記研磨材の供給が停止されるように設置されていることを特徴とする請求項1に記載の研磨材供給装置。
【請求項3】
前記計量ホッパには、底部に形成した吐出口に、この吐出口を開閉するニードルバルブと、
前記吐出口から排出された前記研磨材を研磨材吸引チューブに導入する漏斗と、
が設けられたことを特徴とする請求項2に記載の研磨材供給装置。
【請求項4】
前記ニードルバルブは、このニードルバルブの先端角が10度から90度に形成されると共に、軸方向の開き量がアクチュエータによって制御されることを特徴とする請求項3に記載の研磨材供給装置。
【請求項5】
前記ニードルバルブは、前記アクチュエータに設けられた出力ロッドによって作動され弁体を開く作動部と、
前記弁体を閉じるためのばね部材と、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の研磨材供給装置。
【請求項6】
請求項1または請求項2に記載の研磨材供給装置を用いた研磨材供給方法であって、
前記計量ホッパには、複数の前記供給配管が配置され、
この複数の供給配管には、それぞれ前記研磨材供給タンクが接続され、
一方の前記研磨材供給タンクの研磨材量が下限に達したとき、
他方の前記研磨材供給タンクに接続された他方の前記供給配管から前記計量ホッパへ前記研磨材を供給するようにしたことを特徴とする研磨材供給方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨材供給タンク内に貯留された粒子状の研磨材を供給配管によって圧送する研磨材供給装置および研磨材供給方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、アブレシブウォータージェット加工に使用される研磨材を供給する研磨材供給装置としては、研磨材をストックした研磨材供給タンク(圧力タンク)から空気圧縮機の圧力を利用して圧送する装置が一般によく利用されている。このような研磨材を圧送する圧送方式の研磨材供給装置では、研磨材を研磨材供給タンクからアブレシブノズルまで送る配管内が圧縮空気の圧送ラインとなっている。
【0003】
この研磨材供給装置では、研磨材供給タンクを昇圧あるいは研磨材供給タンクの出口のバルブを開いて圧送を開始してから、実際に配管の先端に研磨材が流れて到達するまでには数秒〜数十秒の遅れがある。圧送方式の研磨材供給装置では、圧送のみで研磨材をアブレシブノズルに供給する場合、この供給遅れが問題点となっている。
【0004】
このような研磨材の供給遅れを解消するための手段としては、例えば、特許文献1に開示されているウォータージェットの研磨材供給装置が知られている。
この装置では、立ち上がり時の研磨材の供給遅れを補うために、研磨材供給配管の垂直部に開閉弁を設けると共に、意図的に研磨材が溜まる研磨材ストック部を形成して、次回開閉弁を開いた際に、研磨材ストック部に溜まった研磨材をアブレシブノズルから噴射させるようにしている。この場合は、ウォータージェットONよりも早く研磨材供給バルブを開くことによって、供給遅れに対応させている。
【0005】
また、研磨材の供給量の不安定さを補うものとしては、例えば、特許文献2に開示されているアブレシブウォータージェットの研磨材供給装置が知られている。
この装置は、研磨材供給タンクに重量計(ロードセル)を設置し、単位時間当たりの研磨材の使用量を計量して研磨材流量調節バルブのバルブ開度にフィードバックさせて研磨材の供給量を調整している。
【0006】
その他、研磨材の供給量を調整する装置としては、例えば、特許文献3に開示されている研削流体噴射装置が知られている。この装置は、研磨材の流れる量を制限するための排出オリフィスを利用したものであり、その排出オリフィスを、研磨材が導入される空気アイソレータ内のバッフルの下流に設置している。
【0007】
図4は従来の研磨材供給装置の計量ホッパを示す概略断面図である。
従来の計量ホッパ100は、図4に示すように、閉塞した上面に供給配管200が設置され、この供給配管200によって圧送された研磨材300を内圧と下流部に設けられたノズル(図示せず)の吸引力とによって底面部の吐出口110から排出するようになっている。
【0008】
【特許文献1】特開平5−301166号公報(段落0011〜0012参照)
【特許文献2】特開平7−24737号公報(段落0016参照)
【特許文献3】特開平9−168973号公報(請求項1、請求項5、図1、および図2参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記した圧送方式の研磨材供給装置では、研磨材の圧送時に、供給配管内の研磨材と圧縮空気との分布状態が不均一になり、供給配管内の研磨材の流れが不規則に波打ち、流速が不安定になり易いという問題点がある。
その結果、研磨材の供給量も常に不安定であり、バルブの開閉に対する追従も悪いという問題点があった。
【0010】
前記特許文献1のウォータージェットの研磨材供給装置では、開閉弁を開いた際に、研磨材ストック部に溜めてあった研磨材が一気に流れ出るため、供給される研磨材の流量が不均一で安定した状態で供給することができないという問題点があった。
【0011】
前記特許文献2のアブレシブウォータージェットの研磨材供給装置では、研磨材流量調節バルブで研磨材の流量を調整したとしても、圧送ラインの搬送状態が不安定なため、研磨材の供給量の精度が基準値の±30%に収まっており、その精度に問題点があった。
【0012】
さらに、特許文献2のような圧力タンクからなる研磨材供給タンク内の研磨材を供給するバッチ式の研磨材供給装置では、研磨材供給タンクに研磨材を補給する際、アブレシブバルブへの供給を止めてからその補給作業を行わなければならなかった。この場合、1回の切断等の作業を行うのに長時間要するときには、研磨材を補給するため、その切断等の作業を中断しなければならない、という問題点があった。
【0013】
このような場合、従来では、研磨材供給タンクを2台設置して、研磨材を圧送する2本の供給配管を三方弁で切り換えることにより、2台の研磨材供給タンクの研磨材を交互に供給する手段があるが、バルブの切り換え時に、バルブが高圧で高密度の研磨材によって損傷を受けて好ましくないという問題点がある。
【0014】
前記特許文献3の研削流体噴射装置では、研磨材の流量を設定した量に正確に制御できる点で優れているものの、研磨材の供給量を変えたい場合、装置を止めて排出オリフィスを適合するものに交換する必要があるため、作業性が悪く、しかも、切断プログラムに対応させて研磨材の供給量を変化させることができないという問題点があった。
【0015】
バルブは、通常、特許文献3に記載されているように、エアシリンダやねじ送り機構等からなるアクチュエータがバルブの開閉方向に連結されて、そのアクチュエータによって開閉されるようになっている。このバルブを閉じる際には、研磨材の粒子がバルブとバルブシートとの間に入り込むことがある。このときにバルブを閉じる力が大きい場合には、噛み込んだ研磨材の粒子によってバルブやバルブシートが損傷するという問題点があった。
【0016】
そして、バルブとアクチュエータとを連結しているこのアクチュエータの推力は、100%がバルブに負荷されるので、閉止力が過大となり、バルブがその力によって損傷することがあるという問題点があった。
この問題点を避けるためには、従来、バルブを閉じる際のアクチュエータの推力を落とさなければならず、バルブの開閉速度も上げることができないという問題点があった。
【0017】
また、図4に示すような従来の計量ホッパ100では、供給配管200で研磨材300を圧送する圧力によって内部の気圧が高くなっているので、研磨材300が吐出口110から勢いよく吐出されるため、研磨材300の吐出量を制御できないという問題点があった。
【0018】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、安定した状態で研磨材を供給できる研磨材供給装置および研磨材供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
前記課題を解決するため、請求項1に記載の研磨材供給装置の発明は、粒子状の研磨材を貯留する圧力容器からなる研磨材供給タンクと、この研磨材供給タンク内に、空気圧を負荷させるための空気圧縮機と、前記研磨材供給タンクに基端部を接続して前記研磨材供給タンク内の前記研磨材を圧送するための供給配管と、を備えた研磨材供給装置において、前記供給配管は、先端部の空気圧が圧力損失によって大気圧近くまで減衰する長さに形成されていることを特徴とする。
ここで、「大気圧近く」とは、研磨材が自然落下するような大気圧に略近い気圧のことであり、例えば、大気圧を基準として0MPaとした場合において、研磨材供給タンクの内圧を0.3MPa、研磨材の粒度を♯80〜♯220、供給配管の内径を12mm、供給配管の長さを20mとしたとき、0.002MPaである。好ましくは、供給配管の先端部の空気圧は、0.001〜0.003MPaである。
【0020】
請求項1に記載の研磨材供給装置の発明によれば、供給配管は、先端部の空気圧が圧力損失によって大気圧近くまで減衰する長さに形成されているので、圧力容器からなる研磨材供給タンクに接続された基端部から空気圧で研磨材を圧送できるようになっている。そして、供給配管の先端部は、出口側開口部の圧力が大気中と同じ略大気圧になっているので、この出口側開口部から排出される研磨材が、自然落下するように緩やかに排出される。その結果、研磨材が供給配管から勢いよく噴出することがなく、供給配管の出口側開口部の空気および研磨材の流れが均一化されて規則正しく流れるようになると共に、研磨材の流速および供給量が安定化される。
したがって、例えば、供給配管の下流にニードルバルブを設置した場合には、このニードルバルブの開閉に対する研磨材の供給遅れを解消することができる。
【0021】
請求項2に記載の研磨材供給装置の発明は、請求項1に記載の研磨材供給装置であって、前記供給配管は、上面部を開放した計量ホッパの上方から前記計量ホッパ内に前記先端部を垂下し、前記先端部が前記計量ホッパ内に貯留された前記研磨材に当接することによって、前記研磨材の供給が停止されるように設置されていることを特徴とする。
【0022】
請求項2に記載の研磨材供給装置の発明によれば、供給配管は、上面部を大気中に開放した計量ホッパの上方から垂下させてこの計量ホッパ内に先端部を配置しているので、計量ホッパ内に貯留される研磨材の量が増えると、その研磨材が供給配管の先端部に当接して供給配管を詰まった状態にさせるため、研磨材の供給が停止する。供給配管内には研磨材が詰まっており、この研磨材の粒子の隙間から減圧された空気が排気されるので、常に、一定量の研磨材が計量ホッパに貯留されると共に、オリフィスで研磨材量を規制する際に空気圧の影響を受けない状態になる。
【0023】
請求項3に記載の研磨材供給装置の発明は、請求項2に記載の研磨材供給装置であって、前記計量ホッパには、底部に形成した吐出口に、この吐出口を開閉するニードルバルブと、前記吐出口から排出された前記研磨材を研磨材吸引チューブに導入する漏斗と、が設けられたことを特徴とする。
【0024】
請求項3に記載の研磨材供給装置の発明によれば、計量ホッパには、この吐出口を開閉するニードルバルブと、吐出口から排出された研磨材を供給される漏斗とが設けられていることにより、ニードルバルブの開放で研磨材が漏斗に落下される。漏斗に落下した研磨材は、こぼれることなく全てが研磨材吸引チューブに導入される。そして、ウォータージェットの負圧によって研磨材がアブレシブノズル内に吸引され、アブレシブジェットとなって噴射される。
【0025】
請求項4に記載の研磨材供給装置の発明は、請求項3に記載の研磨材供給装置であって、前記ニードルバルブは、このニードルバルブの先端角が10度から90度に形成されると共に、軸方向の開き量がアクチュエータによって制御されることを特徴とする。
【0026】
請求項4に記載の研磨材供給装置の発明によれば、ニードルバルブは、弁体が先端角を10度から90度に形成されると共に、軸方向の開き量をエンコーダ付のアクチュエータによって制御されることにより、研磨材の量を正確に規制することが可能となる。
【0027】
請求項5に記載の研磨材供給装置の発明は、請求項4に記載の研磨材供給装置であって、前記ニードルバルブは、前記アクチュエータに設けられた出力ロッドによって作動され弁体を開く作動部と、前記弁体を閉じるためのばね部材と、を備えたことを特徴とする。
【0028】
請求項5に記載の研磨材供給装置の発明によれば、ニードルバルブは、アクチュエータに設けられた出力ロッドによって作動して弁体を開く作動部と、その弁体を閉じるためのばね部材と、を備えたことにより、アクチュエータの推力によって出力ロッドが弁体を押し開き、ばね部材のばね力で弁体が閉じられる。このように構成したことによって、ニードルバルブは、弁体を閉めるときにばね部材のばね力と弁体の自重によって作動するので、弁体の閉止に必要以上の負荷がかからなくなる。
【0029】
請求項6に記載の研磨材供給方法の発明は、請求項1または請求項2に記載の研磨材供給装置を用いた研磨材供給方法であって、前記計量ホッパには、複数の前記供給配管が配置され、この複数の供給配管には、それぞれ前記研磨材供給タンクが接続され、一方の前記研磨材供給タンクの研磨材量が下限に達したとき、他方の前記研磨材供給タンクに接続された他方の前記供給配管から前記計量ホッパへ前記研磨材を供給するようにしたことを特徴とする。
【0030】
請求項6に記載の研磨材供給方法の発明によれば、研磨材供給装置は、計量ホッパに複数の供給配管が配置され、この複数の供給配管にそれぞれ研磨材供給タンクが接続されており、一方の研磨材供給タンクの研磨材量が下限に達したとき、他方の研磨材供給タンクに接続された他方の供給配管から計量ホッパへ研磨材の供給が行われる。このため、1つの研磨材供給タンクに研磨材を補充中であっても、他方の研磨材供給タンクおよび供給配管から研磨材を計量ホッパへ供給することが可能となる。このようにすれば、研磨材の供給が途切れることがないので、長時間の連続切断が可能となる。
【発明の効果】
【0031】
本発明の請求項1に係る研磨材供給装置によれば、供給配管の出口側開口部の空気および研磨材の流れが均一化されて規則正しく流れるようになると共に、研磨材の流速および供給量を安定化させることができる。
【0032】
本発明の請求項2に係る研磨材供給装置によれば、供給配管は、先端部に計量ホッパ内に供給されて積もった研磨材が当接することによって、供給が自動停止されるようになっているので、常に一定量の研磨材を計量ホッパ内に貯留しておくことができる。
【0033】
本発明の請求項3に係る研磨材供給装置によれば、計量ホッパ内からニードルバルブの開放で漏斗に落下した研磨材は、こぼれることなく全てが研磨材吸引チューブに導入される。そして、ウォータージェットの負圧でアブレシブノズル内に吸引され、アブレシブジェットとなって加工物に向けて安定して噴射されて加工物を加工することができる。
【0034】
本発明の請求項4に係る研磨材供給装置によれば、ニードルバルブは、弁体が先端角を10度から90度に形成されると共に、軸方向の開き量をエンコーダ付のアクチュエータによって制御されることにより、研磨材の量を適宜な量に規制して送り出すことができる。
【0035】
本発明の請求項5に係る研磨材供給装置によれば、ニードルバルブは、アクチュエータの推力によって出力ロッドが弁体を押し開き、ばね部材のばね力によって弁体が閉じることにより、弁体の閉止に必要以上の負荷がかからなくなる。このため、弁体を急速開閉した場合であっても、研磨材の噛み込みによりバルブが損傷することを防止できる。
【0036】
本発明の請求項6に係る研磨材供給方法によれば、複数の供給配管で研磨材を計量ホッパに送ることができるので、複数の研磨材供給タンクおよび供給配管によって、1つの研磨材供給タンクに研磨材を補充中であっても、計量ホッパへ供給する供給配管を自動的に切り換えながら研磨材の供給可能になる。このため、研磨材の貯留量および供給時間を増加できるので、計量ホッパに供給される研磨材が途切れて不足することを解消できる。その結果、加工機で長時間にわたって切断等の作業を行う場合であっても、研磨材供給装置を停止させることなく、研磨材を研磨材供給タンクからアブレシブノズルに安定して供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0037】
以下、図1および図2を参照して本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法を説明する。
本発明に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法は、供給配管によって研磨材を所望機器等に圧送する装置であれば、その使用用途は特に限定されないが、いわゆるアブレシブ型ウォータージェット加工機(以下、単に「加工機」という)に使用した場合を例に挙げて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法を示す配置図である。図2は、図1に示すX部の拡大図である。
【0038】
≪加工機(アブレシブ型ウォータージェット加工機)の構成≫
図1に示すように、加工機Aは、例えば、流体を高圧ポンプで加圧し、研磨材Bと共にアブレシブノズル8から噴射させて得られる高速水噴流が加工物Wに衝突するときの衝突エネルギーにより、切断や切削、剥離、はつりなどを行う装置である。このような加工機Aでは、通常、流体に水を用いるが、噴流の収束性を向上させ、切削効率を向上するため増粘剤を添加する場合がある。また、加工機Aは、切削力を大きくして鋼材や鉄筋コンクリート等の切断も可能にするために、流体中に研磨材(アブレシブ材)Bを混入して使用している。この加工機Aには、アブレシブノズル8と、アブレシブノズル8に研磨材Bを送るための研磨材供給装置1と、が備えられている。
【0039】
≪研磨材の構成≫
研磨材Bは、アブレシブウォータージェットカッティング用研磨材であるガーネット研磨材等からなり、加工物Wの種類および用途に応じて粒度が♯80〜♯220程度のものが使用される。ガーネット研磨材の場合、ガーネット石の比重が4.1であるのに対して、使用されるガーネット研磨材は空気(46%)を含んでいるので、比重が2.2程度になっている。
なお、研磨材Bは、研磨材Bの粒子間に圧縮空気が通過できる隙間が存在していれば、アルミナ等のガーネット研磨材以外のものであっても構わない。
【0040】
≪研磨材供給装置の構成≫
研磨材供給装置1は、例えば、アブレシブノズル8によって研磨材B入りのウォータージェットを発生して、各種の加工物Wを加工する加工機Aにおいて、研磨材Bをアブレシブノズル8に供給するための装置である。この研磨材供給装置1は、研磨材Bを貯留する圧力容器からなる研磨材供給タンク2と、この研磨材供給タンク2内に、研磨材Bの圧送用の空気圧を負荷させるための空気圧縮機3と、この空気圧縮機3から研磨材供給タンク2への空気圧の供給を調整する電磁開閉弁14と、研磨材供給タンク2に基端部Paを接続してこの研磨材供給タンク2内の研磨材Bを圧送するための供給配管Pと、を備えている。
【0041】
≪研磨材供給タンクの構成≫
研磨材供給タンク2は、アブレシブノズル8に供給される研磨材Bを一時的に貯留しておくためのタンクであり、密閉された圧力容器からなる。この研磨材供給タンク2は、上端部に設けられた研磨材投入口2aと、この研磨材投入口2aの近傍の上部に設けられた圧縮空気導入口2bと、底面部に設けられて開閉弁(図示せず)を有する排出口2cと、を備えている。研磨材供給タンク2内の研磨材Bは、前記開閉弁を開放すれば、電磁開閉弁14からの空気圧によって供給配管P内に流れ込むようになっている。
【0042】
また、研磨材供給タンク2には、センサ(図示せず)が取り付けられており、そのセンサによって研磨材供給タンク2内の研磨材B残量を検出している。研磨材投入口2aは、研磨材Bをこの研磨材供給タンク2内に補給するための補充口であり、研磨材供給タンク2内を密閉できるように開閉可能に設けられている。
圧縮空気導入口2bには、エアパイプ3aが接続されて、このエアパイプ3aを介して電磁開閉弁14から圧縮空気が送られるようになっている。この圧縮空気導入口2bには、電磁開閉弁14からの圧縮空気の気圧を調整する圧力調整バルブを設けてもよい。
排出口2cは、略漏斗形状に形成されて下端に向かって細くなる研磨材供給タンク2の底面部の中央下端に形成され、開閉弁(図示せず)によって開閉可能になっている。
【0043】
≪空気圧縮機および電磁開閉弁の構成≫
空気圧縮機3は、研磨材供給タンク2内および供給配管P内に送る圧縮空気を生成するためのものであり、研磨材供給タンク2に接続されたエアパイプ3aが接続されている。研磨材供給タンク2内の圧力は、電磁開閉弁14からの圧縮空気が導入されることによって、例えば、0.3MPaに調整されて、研磨材供給タンク2内および供給配管P内の研磨材Bが送られるような圧送元圧になっている。電磁開閉弁14は、研磨材供給タンク2の内圧を調整するための弁であり、制御装置12に電気的に接続されている。
【0044】
≪供給配管の構成≫
供給配管Pは、研磨材供給タンク2内に貯留されてあった研磨材Bを計量ホッパ4に送るための管であり、基端部Paが研磨材供給タンク2の排出口2cに接続されて、先端部Pbが計量ホッパ4上に配置されている。この供給配管Pは、上面部を大気中に開放した計量ホッパ4の上方から垂下させてその計量ホッパ4内に先端部Pbが配置されている。この先端部Pbは、計量ホッパ4内に貯留されて蓄積される研磨材Bが当接することによって、研磨材Bの供給が停止されるように設置されている。供給配管Pにおいて、研磨材Bの流れが停止して搬送を停止した状態であっても、供給配管P内に詰まった研磨材Bの粒子間の隙間を減圧された空気は、通過して排出されるようになっている。このため、供給配管Pは、常に、一定量の研磨材Bを計量ホッパ4に貯留させることができるようになっている。
【0045】
供給配管Pは、先端部Pbの空気圧が管内での圧力損失によって大気圧近くまで減衰する長さLに形成されて、研磨材Bを安定して送ることができるようになっている。供給配管Pは、例えば、内径が12mm、全体の長さLが20mに形成されている。そして、供給配管Pの先端部Pbの圧力は、大気圧を0MPaとした場合、0.002MPa(2KPa=0.02kgf/cm)に減衰されるようになっている。
【0046】
≪計量ホッパの構成≫
計量ホッパ4は、供給配管Pによって投入された研磨材Bを吐出口4bから安定して所定量で排出できるように制御可能なものであり、略漏斗形状に形成されている。この計量ホッパ4には、底部に形成した吐出口4bに、この吐出口4bを開閉するニードルバルブ5と、吐出口4bから排出された研磨材Bを研磨材吸引チューブTに導入させる漏斗7と、が設けられている。計量ホッパ4には、上端面に開口部4aが形成されて、下端部中央に吐出口4bが形成されて、弁体5aを開放すれば、貯留された研磨材Bが吐出口4bから漏斗7内に自然に排出されるように形成されている。
【0047】
開口部4aは、ニードルバルブ5の弁体5aと、供給配管Pと、を計量ホッパ4に挿入した状態に設置するための部分である。開口部4aは、常時開口されて大気が流れ込むことが可能な状態になっており、その中央に、ニードルバルブ5の略棒状の弁体5a上下動自在に垂直に配置されると共に、供給配管Pの先端部Pbが所定の高さ位置に垂下した状態で配置されている。
【0048】
吐出口4bは、計量ホッパ4内の研磨材Bを排出するための開閉出口であり、弁体5aによって閉栓されたり、開栓されたりして、その開栓の程度により研磨材Bの供給量が調節できるようになっている。
【0049】
≪ニードルバルブの構成≫
ニードルバルブ5は、計量ホッパ4の吐出口4bを閉栓、開栓して漏斗7に落し込まれる研磨材Bの量を調整するためのものである。このニードルバルブ5は、アクチュエータ6に設けられた出力ロッド6aによって作動して弁体5aを開く作動部5bと、その弁体5aを閉じるためのばね部材SPと、を備えている。ニードルバルブ5は、例えば、このニードルバルブ5の弁体5aの先端角θ(図2参照)を10度から90度に形成されると共に、軸方向の開き量Hをエンコーダ付のアクチュエータ6によって制御される。
【0050】
弁体5aは、支持部材(図示せず)によって吐出口4bに対して上下方向に移動可能に支持された棒状部材からなり、下端部が円錐形に形成され、上端部が略L字形状に形成された作動部5bが一体的に設けられている。
【0051】
作動部5bは、アクチュエータ6の出力ロッド6aによって押し上げられて弁体5aと共に上昇して開栓し、ばね部材SPのばね力と弁体5aの自重とで下降して閉栓するためのものであり、例えば、弁体5aに一体形成されたレバー形状のものからなる。
【0052】
≪アクチュエータの構成≫
アクチュエータ6は、ニードルバルブ5の弁体5aの軸方向の開き量Hを制御して計量ホッパ4から落下させ、漏斗7および研磨材吸引チューブTを介在してアブレシブノズル8に供給される研磨材Bの供給量を調整するための装置である。このアクチュエータ6は、例えば、エンコーダを備えたボールねじ機構によって構成されている。アクチュエータ6は、ニードルバルブ5の開閉制御において、弁体5aを開いて研磨材Bを供給するときに、このアクチュエータ6の推力で出力ロッド6aを上昇させて弁体5aを開くようになっている。
【0053】
≪ばね部材の構成≫
ばね部材SPは、ニードルバルブ5を閉栓するためのばねであり、例えば、圧縮コイルばねからなり、支持部材(図示せず)によって圧縮可能な状態に支持されている。
【0054】
≪漏斗の構成≫
漏斗7は、ニードルバルブ5の弁体5aの開栓によって、計量ホッパ4から落下した研磨材Bを研磨材吸引チューブTに送るためのものである。この漏斗7は、研磨材吸引チューブTを介在してアブレシブノズル8に接続されている。
【0055】
≪アブレシブノズルの構成≫
アブレシブノズル8は、このアブレシブノズル8に接続された配管(図示せず)からのウォータージェットの負圧によって研磨材Bを研磨材吸引チューブTを介在して吸引し、研磨材Bを超高圧水と混合させたアブレシブジェットを加工物Wに噴射する加工機Aの噴射ノズルである。このアブレシブノズル8は、ウォータージェットが供給される超高圧水導入口8aと、研磨材吸引チューブTの供給口Tbに連通して研磨材Bが供給される研磨材導入口8bと、研磨材Bと超高圧水を混合したアブレシブジェットを噴射するノズル8cと、このノズル8cからの噴射と噴射の停止を切り換える開閉制御を行うオンオフバルブ9と、を備えている。
【0056】
アブレシブノズル8は、例えば、水に高い圧力をかけて高速で噴射されるアブレシブジェットがテーブル10上の加工物Wに噴射されてウォータージェット加工する。
【0057】
<オンオフバルブの構成>
オンオフバルブ9は、アブレシブノズル8をオンおよびオフさせて弁を開閉させ、アブレシブジェットを噴射および停止させるためのバルブであり、制御装置12に電気的に接続されている。
【0058】
<制御装置の構成>
制御装置12は、電磁開閉弁14およびアクチュエータ6を制御して研磨材供給装置1による研磨材Bの供給を作動および停止させると共に、オンオフバルブ9をON・OFFさせて加工機Aのアブレシブノズル8への高圧水供給等を作動停止させる装置である。
【0059】
≪作用≫
次に、図1を参照しながら本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法の作用を説明する。
加工機Aで加工物Wを加工する場合には、まず、研磨材投入口2aから研磨材Bを研磨材供給タンク2に補給して研磨材投入口2aを閉める。
次に、電磁開閉弁14をONさせて、エアパイプ3aを介して圧縮空気導入口2bから研磨材供給タンク2内に圧縮空気を送り込んで、この研磨材供給タンク2内の圧力を例えば、0.3MPaにする。
【0060】
すると、研磨材供給タンク2内の研磨材Bは、空気圧縮機3の空気圧に押圧されて圧縮空気と共に供給配管P内を流れて、先端部Pbから計量ホッパ4内に落下して貯留される。
【0061】
このとき、供給配管Pは、先端部Pbの空気圧が圧力損失によって大気圧近くの0.002MPaまで減衰する長さに形成されているので、圧力容器の状態の研磨材供給タンク2に接続された基端部Paから空気圧で研磨材Bがゆっくりと圧送される。その結果、供給配管Pの先端部Pbの空気および研磨材Bの流れが均一化されて規則正しく流れるようになると共に、研磨材Bの流速および供給量が安定化され、研磨材Bの供給遅れを解消できる。
【0062】
計量ホッパ4において、供給配管Pの先端部Pbは、計量ホッパ4の上方から垂下させて計量ホッパ4内に配置されているので、研磨材Bが自重で落下するような弱い圧力で排出される。このため、計量ホッパ4内に貯留される研磨材Bの量が増えると、積もった研磨材Bが供給配管Pの先端部Pbに当接して供給配管Pを詰まった状態にさせるので、研磨材Bの供給が停止する。
供給配管Pは、先端部Pbが、計量ホッパ4内で徐々に増加した研磨材Bに当接することによって供給が自動停止されるので、常に一定量の研磨材Bを計量ホッパ4内に貯留しておくことができる。
【0063】
このように研磨材Bが供給配管P内に詰まった状態になっている場合、研磨材Bの粒子の隙間から減圧された空気が排気されるので、常に、一定量の研磨材Bが計量ホッパ4に貯留されると共に、その計量ホッパ4の上部が開口しているため、研磨材Bが圧送するための空気圧の影響を受けない状態なる。
【0064】
加工機Aで加工物Wを加工する場合には、制御装置12を操作してオンオフバルブ9を開いてアブレシブノズル8へウォータージェットを送ると共に、アクチュエータ6をONさせてニードルバルブ5の弁体5aを開く。
すると、計量ホッパ4内の研磨材Bは、ニードルバルブ5の開放で弁体5aの開き量H(図2参照)に応じた量の研磨材Bが漏斗7に落下される。漏斗7に落下した研磨材Bは、漏斗7から研磨材吸引チューブTを介してアブレシブノズル8に吸引される。
【0065】
そして、研磨材Bとウォータージェットが混合されたアブレシブジェットが、アブレシブノズル8から加工機Aのテーブル10上の加工物Wに向けて噴射されて、加工物Wを加工する。
【0066】
また、研磨材供給装置1からアブレシブノズル8への研磨材Bの供給を停止する場合には、制御装置12を操作して、アクチュエータ6を操作し、ニードルバルブ5の弁体5aを閉めれば、研磨材Bが計量ホッパ4より下流に流れることが停止される。さらに、オンオフバルブ9のOFFによってアブレシブノズル8への超高圧水の供給も停止される。
【0067】
前記ニードルバルブ5が停止する際には、弁体5aが自重とばね部材SPのばね力によって閉じるので、弁体5aの閉止に必要以上の負荷がかからないため、弁体5aを急速開閉(弁体5aの開閉速度を100mm/s以上、弁体5aの開閉時間0.05〜0.15秒)した場合であっても、研磨材Bの噛み込みにより計量ホッパ4が損傷することを防止できる。
【0068】
なお、計量ホッパ4におけるニードルバルブ5は、弁体5aがエンコーダ付きのアクチュエータ6を制御装置12で制御することによって、計量ホッパ4内から漏斗7に可変可能な適宜な量の研磨材Bを落下させて、アブレシブノズル8に供給することができると共に、その研磨材Bの供給量を±5%の高精度に制御して送り出すことができる。
その結果、加工機Aで加工物Wを切断加工等をする際には、アブレシブノズル8から常に所望量の研磨材Bを含ませたアブレシブジェットを加工物Wに向けて連続噴射して連続的に加工することができる。
【0069】
[変形例]
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【0070】
図3は、本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法の変形例を示す図であり、(a)は第1供給配管から研磨材を計量ホッパに供給して第2研磨材供給タンクに研磨材を補充しているときの状態を示す説明図、(b)は第1供給配管の研磨材の供給量が下限で、第2供給配管で計量ホッパに研磨材を供給しているときの状態を示す説明図、(c)は第1研磨材供給タンクに研磨材を補充して第2研磨材供給タンクの研磨材を供給しているときの状態を示す説明図である。
【0071】
図3(a)、(b)、(c)に示すように、計量ホッパ4には、第1供給配管P1および第2供給配管P2の複数の配管を配置して、第1供給配管P1および第2供給配管P2に第1研磨材供給タンク2Aおよび第2研磨材供給タンク2Bを接続してもよい。この場合、第1研磨材供給タンク2Aには、第1制御バルブ13Aを介在して空気圧縮機3を接続する。第2研磨材供給タンク2Bには、第2制御バルブ13Bを介在して空気圧縮機3を接続する。第1制御バルブ13A、第2制御バルブ13Bは、それぞれ制御装置12Aによってコントロールできるように電気的に接続する。
【0072】
このようにすれば、第1研磨材供給タンク2Aと第2研磨材供給タンク2Bとで研磨材Bを交互に補充することによって、第1供給配管P1または第2供給配管P2のどちらか一方から常に研磨材Bを計量ホッパ4に供給できる。その結果、研磨材Bが不足して供給が途切れることを解消できる。
【0073】
さらに詳述すると、図3(a)に示すように、第2研磨材供給タンク2Bに研磨材Bを供給しているときには、制御装置12Aが第2制御バルブ13Bを制御して第2研磨材供給タンク2B内を減圧し、第2供給配管P2から計量ホッパ4への研磨材Bの供給を停止する。このとき、制御装置12Aは、第1制御バルブ13Aの弁を開いて第1空気圧縮機3Aの圧縮空気を第1研磨材供給タンク2A内に送り込むように制御することによって、第1供給配管P1から研磨材Bが計量ホッパ4に供給されて、第1研磨材供給タンク2A内の空気圧が高くなっている。
【0074】
そして、第1研磨材供給タンク2Aに取り付けられたセンサ(図示せず)が、第1研磨材供給タンク2A内の研磨材B量の下限を検出すると、制御装置12Aが第1制御バルブ13Aを制御して第1研磨材供給タンク2A内を減圧し、第1供給配管P1から計量ホッパ4への研磨材Bの供給を停止すると共に、第2制御バルブ13Bの弁を開いて圧縮空気を第2研磨材供給タンク2B内に送り込むように制御することによって、第2供給配管P2から研磨材Bが計量ホッパ4に供給される。その結果、計量ホッパ4への研磨材Bの供給は途切れることがない。
【0075】
図3(a)、(b)、(c)に示すように、第1研磨材供給タンク2A内の研磨材B量の下限がセンサによって検出されると、制御装置12Aによって第1制御バルブ13Aおよび第2制御バルブ13Bが制御され、第1研磨材供給タンク2Aおよび第1供給配管P1から計量ホッパ4への研磨材Bの供給が、第2研磨材供給タンク2Bおよび第2供給配管P2からの研磨材B供給に切り換えられる。そして、研磨材Bは、途切れることなく計量ホッパ4内に供給され、常に一定量の研磨材Bが計量ホッパ4内に貯留される。
【0076】
このため、研磨材供給装置1は、切換弁を設置しなくても、複数の研磨材供給タンクに貯留した研磨材Bを適宜に切り換えて使用することができるようになった。
その結果、第1研磨材供給タンク2Aと第2研磨材供給タンク2Bを交互に使い続けることによって、加工機A(図1参照)のアブレシブノズル8から常に所望量の研磨材Bを含んだアブレシブジェットを加工物Wに向けて噴射し続けて連続加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法を示す配置図である。
【図2】図1に示すX部の拡大図である。
【図3】本発明の実施形態に係る研磨材供給装置および研磨材供給方法の変形例を示す図であり、(a)は第1供給配管から研磨材を計量ホッパに供給して第2研磨材供給タンクに研磨材を補充しているときの状態を示す説明図、(b)は第1供給配管の研磨材の供給量が下限で、第2供給配管で計量ホッパに研磨材を供給しているときの状態を示す説明図、(c)は第1研磨材供給タンクに研磨材を補充して第2研磨材供給タンクの研磨材を供給しているときの状態を示す説明図である。
【図4】従来の研磨材供給装置の計量ホッパを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【0078】
1 研磨材供給装置
2 研磨材供給タンク
2A 第1研磨材供給タンク(研磨材供給タンク)
2B 第2研磨材供給タンク(研磨材供給タンク)
3 空気圧縮機
4 計量ホッパ
4b 吐出口
5 ニードルバルブ
5a 弁体
5b 作動部
6 アクチュエータ
6a 出力ロッド
7 漏斗
8 アブレシブノズル
8a 超高圧水導入口
14 電磁開閉弁
A アブレシブ型ウォータージェット加工機(加工機)
B 研磨材
H 開き量
L 供給配管の長さ
P 供給配管
P1 第1供給配管(供給配管)
P2 第2供給配管(供給配管)
Pa 基端部
Pb 先端部
SP ばね部材
T 研磨材吸引チューブ
W 加工物
θ ニードルバルブの先端角の角度
【出願人】 【識別番号】000132161
【氏名又は名称】株式会社スギノマシン
【出願日】 平成19年2月13日(2007.2.13)
【代理人】 【識別番号】100064414
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 道造

【識別番号】100111545
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 悦夫

【識別番号】100133868
【弁理士】
【氏名又は名称】岡林 義弘


【公開番号】 特開2008−194773(P2008−194773A)
【公開日】 平成20年8月28日(2008.8.28)
【出願番号】 特願2007−31495(P2007−31495)