(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する加工機であって、
砥粒を供給する砥粒供給部と、
前記砥粒供給部から供給された砥粒を前記被加工物に向けて吐出するノズルとを備え、
前記ノズルは、
ガスとともに前記砥粒が供給される入口と、
前記砥粒が吐出される出口と、
前記入口と前記出口との間に位置する前記砥粒の通路の外周を形成する多孔質層とを含み、
前記加工機は、前記多孔質層の外周に形成された空間に前記入口に供給される前記ガスよりも高い圧力を供給する圧力供給部をさらに備える、加工機。
【請求項２】
前記多孔質層は、少なくとも前記ノズルの先端部に設けられている、請求項１に記載の加工機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加工機を用いた加工方法であって、
前記砥粒を吐出する前記ノズルと前記被加工物とを対向させる工程と、
前記ノズルの入口にガスとともに前記砥粒を供給し、前記ノズル内の通路の壁面上に前記入口に供給される前記ガスよりも高圧のガスを供給するとともに前記ノズルの出口から前記砥粒を吐出しながら、前記ノズルと前記被加工物とを相対移動させて前記被加工物を加工する工程とを備えた、加工方法。
【請求項４】
前記被加工物を加工する工程は、平面状の前記被加工物を表裏反転させずに前記被加工物を切断することを含む、請求項３に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒によって被加工物を加工する加工機および加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を加工するための加工機として、ノズルから砥粒を吐出するブラスト加工機が従来から知られている。ブラスト加工機は、レーザ加工機に比べて初期費用を低く抑えることができる。ブラスト加工機による加工速度はレーザ加工機による加工速度に比べて遅い。
【０００３】
加工機に用いるものではないが、ノズルの形状としては、たとえば特開平１０−２９６４０７号（特許文献１）に示すものなどが挙げられる。特許文献１は、連続鋳造用ノズル内孔部に段差部を設け、該段差部の下面と該下面に連なるノズル孔周面から還元性または不活性ガス等のガスを吹き込むことを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９６４０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブラスト加工機において、低硬度の研削砥粒を用いた場合には、ノズル毎の加工速度が遅くなる。また、低硬度の研削砥粒を用いて高硬度の被加工物（たとえばサファイア材）の切断を行なうことは難しい。他方、高硬度の研削砥粒を用いた場合には、研削砥粒がノズルの内壁に接触することによる磨耗が生じやすい。この結果、ノズルの寿命が短縮される。ノズルの摩耗を抑制するために低硬度の研削砥粒を使用した場合、研削砥粒が低硬度であるために粉砕しやすく、高硬度の研削砥粒に比べて交換頻度が上がり、ランニングコストを増大させる。
【０００６】
上記とは異なる観点では、ノズル先端の噴射口から噴射される研削砥粒の噴射圧力が分散すると、被加工物の加工効率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、加工効率および装置の耐久性が高く、ランニングコストが低い加工機および加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る加工機は、被加工物を加工する加工機であって、砥粒を供給する砥粒供給部と、上記砥粒供給部から供給された砥粒を上記被加工物に向けて吐出するノズルとを備え、上記ノズルは、ガスとともに上記砥粒が供給される入口と、上記砥粒が吐出される出口と、上記入口と上記出口との間に位置する上記砥粒の通路の外周を形成する多孔質層とを含み、上記加工機は、上記多孔質層の外周に形成された空間に上記入口に供給される上記ガスよりも高い圧力を供給する圧力供給部をさらに備える。
【０００９】
１つの実施態様では、上記加工機において、上記多孔質層は、少なくとも上記ノズルの先端部に設けられている。
【００１０】
本発明に係る加工方法は、上述の加工機を用いた加工方法であって、上記砥粒を吐出する上記ノズルと上記被加工物とを対向させる工程と、上記ノズルの入口にガスとともに上記砥粒を供給し、上記ノズル内の通路の壁面上に上記入口に供給される上記ガスよりも高圧のガスを供給するとともに上記ノズルの出口から上記砥粒を吐出しながら、上記ノズルと上記被加工物とを相対移動させて上記被加工物を加工する工程とを備える。
【００１１】
１つの実施態様では、上記加工方法において、上記被加工物を加工する工程は、平面状の上記被加工物を表裏反転させずに上記被加工物を切断することを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加工効率および装置の耐久性が高く、ランニングコストが低い加工機および加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る加工装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す加工装置におけるノズルの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１５】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００１６】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る加工装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る加工装置は、加工のための砥粒およびガスを供給する供給部１００と、砥粒を被加工物であるワーク３００に向けて噴射するためのノズル２００とを備える。ノズル２００は、典型的には、１台の加工機に複数設けられるが、ノズル２００の設置数は特に限定されるものではない。
【００１７】
ノズル２００から吐出された砥粒によってワーク３００を切断するなどの加工が施される。後述のとおり、本実施の形態に係る加工機は、加工効率（単位時間あたりの加工量または加工深さ）が高いため、たとえば、平面状のワーク３００を表裏反転させずにワーク３００を切断することに用いられる。ノズル２００から吐出された砥粒によって行なわれるワーク３００の加工の態様は、切断に限定されるものではない。ワーク３００を加工する際、ワーク３００を表裏反転させて加工してもよい。
【００１８】
ノズル２００から吐出される砥粒としては、加工対象であるワーク３００よりも高硬度のものが用いられる。砥粒の材質は特に限定されるものではない。砥粒の材質を例示すれば、たとえば、白色アルミナ、炭化ケイ素、ステンレスなどからなるものが使用可能である。
【００１９】
供給部１００は、砥粒供給部１１０とガス供給部１２０とを含む。砥粒供給部１１０は、上述の砥粒を供給する。ガス供給部１２０は、砥粒を噴射するために高圧にされたガスを供給する。ガス供給部１２０から供給されるガスの典型例として圧縮空気が挙げられるが、ガス供給部１２０から供給されるガスは圧縮空気に限定されるものではない。砥粒供給部１１０から供給される砥粒とガス供給部１２０から供給されるガスとが混合された状態でノズル２００に供給される。
【００２０】
図２は、ノズル２００の構造を示す図である。図２に示すように、ノズル２００は、吸気口２１０と、吐出口２２０と、吸気口２１０と吐出口２２０との間に形成される通路２１５と、通路２１５の一部の壁面を構成する多孔質層２３０と、ノズル本体に接続されたポート２４０と、多孔質層２３０の外周に形成された空間２５０と、ポート２４０を介して空間２５０に圧力を供給する圧力供給部２６０とを含む。
【００２１】
吸気口２１０には、砥粒供給部１１０からの砥粒と、ガス供給部１２０からのガスとが混合された状態で供給される（図２中の矢印Ａ）。吸気口２１０に供給された砥粒およびガスは、通路２１５内を通過した後、吐出口２２０からワーク３００に向けて吐出される。
【００２２】
多孔質層２３０は、ポーラス材から構成される。ここでいうポーラス材とは、たとえば、連続多孔質体（開気孔）であるセラミック（アルミナ、炭化ケイ素等）、金属（ステンレス等）、ガラス（石英ガラス等）、樹脂（ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等）、またはカーボンからなるものである。ポーラス材の気孔径は、砥粒の粒径よりも小さく、たとえば、３μｍ以上３０μｍ以下程度のものが使用される。また、ポーラス材の気孔率は３０％以上８０％以下程度である。
【００２３】
多孔質層２３０は、通路２１５の壁面を構成する。図２の例において、多孔質層２３０は、ノズル２００の先端部側にのみ設けられているが、通路２１５の全長にわたって多孔質層２３０が設けられていてもよい。多孔質層２３０は、典型的には、通路２１５を全周取り囲むように設けられるが、通路２１５の通路の周方向の一部分のみ（たとえば、多孔質層２３０が無ければ特に砥粒が衝突しやすい場所のみ）を構成するように多孔質層２３０を形成してもよい。
【００２４】
多孔質層２３０の外周には空間２５０が形成されている。空間２５０には、圧力供給部２６０からポート２４０を介して圧力が供給されている（図２中の矢印Ｂ）。圧力供給部２６０から空間２５０に供給される圧力は、吸気口２１０に供給されるガスの圧力よりも高圧である。
【００２５】
図２の例では、多孔質層２３０はノズル２００の先端に向かうにつれて通路２１５を縮径させるテーパ形状を有しているが、多孔質層２３０の形状はこれに限定されない。多孔質層２３０は、内径が長さ方向に一定となるような円筒形状を有していてもよい。多孔質層２３０は、内径が長さ方向に一定となるようなスリット形状を有していてもよい。
【００２６】
加工機による加工効率を向上させる観点からは、砥粒の硬度を高くすることが好ましい。一方で、ノズル２００の耐久性を向上させることにより、ノズル２００の交換頻度を減らし、ランニングコストを低減できる。ノズル２００の耐久性を向上させる観点からは、ノズル内壁の摩耗を抑制することが望ましく、単純に砥粒の硬度を高くすることが好ましいとはいえない。
【００２７】
本実施の形態に係る加工機では、多孔質層２３０の外周に高圧を供給することで上記の問題を解消している。すなわち、本実施の形態に係る加工機においては、多孔質層２３０の外周空間２５０に高圧を供給することにより、多孔質層２３０の内周面上に高圧のガス層が形成される。これにより、砥粒がノズルの内壁に衝突することを抑制することができるので、ノズル内壁の摩耗を抑制することができる。このため、本実施の形態に係る加工機では、高硬度の砥粒を用いることができ、加工効率を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施の形態に係る加工機では、上述のとおり、砥粒がノズルの内壁に衝突することが抑制されているため、摩擦による減速が生じにくく、加工効率がさらに向上する。
【００２９】
さらに、本実施の形態に係る加工機では、多孔質層２３０がテーパ形状を有し、さらに、多孔質層２３０上に高圧のガス層が形成されることにより、砥粒流れが通路２１５の中心に集められる。すなわち、吐出口２２０において砥粒の流路断面積が小さい。この結果、砥粒の噴射圧力が増大し、加工効率がさらに向上する。
【００３０】
また、本実施の形態に係る加工機では、上述のとおり、砥粒がノズルの内壁に衝突することが抑制されているため、ノズル２００の耐久性が向上する。この結果、ノズル２００の交換頻度が低下し、ランニングコストが低減される。
【００３１】
このように、本実施に係る加工機によれば、加工効率を向上させつつ、装置の耐久性も向上させることができる。本実施に係る加工機によれば、高硬度のワークを切断、加工することが可能である。なお、ワーク３００を構成する材料としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ、セラミックス）、サファイア（Ａ１２０３）、サファイアガラス、石英（ＳｉＯ2、水晶）、石英ガラス、強化ガラス、耐熱ガラス、アルミナ等が挙げられる。
【００３２】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る加工機は、「被加工物」としてのワーク３００に対して切断などの加工を行なうものであって、砥粒を供給する砥粒供給部１１０と、砥粒供給部１１０から供給された砥粒をワーク３００に向けて吐出するノズル２００とを備える。ノズル２００は、「ガス」としての圧縮空気とともに砥粒が供給される「入口」としての吸気口２１０と、砥粒が吐出される「出口」としての吐出口２２０と、吸気口２１０と吐出口２２０との間に位置する砥粒の通路２１５の外周を形成する多孔質層２３０とを含む。加工機は、多孔質層２３０の外周に形成された空間２５０に吸気口２１０に供給される圧縮空気よりも高い圧力を供給する圧力供給部２６０をさらに備える。
【００３３】
本発明に係る加工方法は、砥粒を吐出するノズル２００とワーク３００とを対向させる工程と、ノズル２００の吸気口２１０に圧縮空気とともに砥粒を供給し、ノズル２００内の通路２１５の壁面上に吸気口２１０に供給される圧縮空気よりも高圧の圧縮空気を供給するとともにノズル２００の吐出口２２０から砥粒を吐出しながら、ノズル２００とワーク３００とを相対移動させてワーク３００を加工する工程とを備える。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１００  供給部、１１０  砥粒供給部、１２０  ガス供給部、２００  ノズル、２１０  吸気口、２１５  通路、２２０  吐出口、２３０  多孔質層、２４０  ポート、２５０  空間、２６０  圧力供給部、３００  ワーク。
【図１】
0006506635.tif 000002
【図２】
0006506635.tif 000003