(57)【要約】【課題】  安定したメディア供給およびメディア濃度管理が可能で、均一な加工面を得ることができる、気中における液中表面加工ノズル装置を提供する。【解決手段】  メディア混合液２を加工対象表面５ａへ向けて噴射するメディア混合液噴射ノズル１２と、メディア混合液噴射ノズル１２と重畳して配置され、加工対象表面５ａへ向けて、高圧に加圧された流体３を噴射する高圧流体噴射ノズル１３とを備えたノズルヘッド４を有する、気中における液中表面加工ノズル装置であって、メディア混合液噴射ノズル１２は、高圧流体噴射ノズル１３から噴射する流体３の噴射領域１６とこの噴射領域１６の周辺とにメディア混合液２を噴射し、メディア混合液２の液層１７を生成する。ノズルヘッド４は加工対象表面５ａに対して相対的に移動する。高圧流体噴射ノズル１３は複数の噴射孔を備える。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メディア混合液を加工対象表面へ向けて噴射するメディア混合液噴射ノズルと、
前記メディア混合液噴射ノズルと同軸方向に配置され、前記加工対象表面へ向けて、高圧に加圧された流体を噴射する高圧流体噴射ノズルと、
を備えたノズルヘッドを有する、気中で用いられる液中表面加工ノズル装置であって、
前記メディア混合液噴射ノズルは、前記高圧流体噴射ノズルから噴射する前記高圧流体の噴射領域とこの噴射領域の周辺とに前記メディア混合液を噴射して、前記高圧流体で加速された前記メディア混合液の液層を生成することを特徴とする液中表面加工ノズル装置。
【請求項２】
前記ノズルヘッドと、前記加工対象表面とは相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置。
【請求項３】
前記高圧流体噴射ノズルは、複数の噴射孔を備え、前記高圧流体噴射ノズルの軸心廻りに回転することを特徴とする請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置。
【請求項４】
使用済みの前記メディア混合液をメディアと液体とに一旦分離したあと一定の濃度に保ち、前記メディア混合液噴射ノズルに供給するメディア供給ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置。
【請求項５】
前記メディア混合液噴射ノズルと前記高圧流体噴射ノズルとは、同心状に重畳して配置することを特徴とする請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置。
【請求項６】
前記メディア混合液噴射ノズルは、前記高圧流体噴射ノズルの外周側に配置することを特徴とする請求項１または請求項５に記載の液中表面加工ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中などの気中に液層を形成することによって、被加工物（ワーク）のバリ取りを行なう液中表面加工ノズル装置に関し、特に、樹脂などの粒子からなるメディアと液体とを混合したメディア混合液をノズルヘッドから噴射させて、ワークの加工対象表面に液層を生成させ、その液層に高圧水を噴射することによってメディアを加速して、ワーク表面のバリ取りを精度よく行なう液中表面加工ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液中表面加工装置は、メディアと水とを混合したメディア混合液を入れたタンク槽内において、高圧水を噴射させて、その負圧および衝撃力を利用してメディアを被加工物の加工表面に噴射・衝突させて、素地調整やバリ取りを行っていた。
図７は、従来の液中表面加工装置および加工方法に係る実施形態を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）はノズルの拡大図である。
図７の（ａ）,（ｂ）に示すように、液中表面加工装置５０は、研磨材混入液６７が収容されたタンク５１と、このタンク５１内の研磨材混入液６７中に載置された被加工物６０の加工対象表面６１へ向けて加工流体５６を高圧噴射するノズル装置５４と、加工対象表面６１に対してノズル装置５４を相対移動させる駆動機構（図略）と、ノズル装置５４に加工流体５６を加圧供給するポンプ装置５８と、タンク５１内で研磨材５３を液体（研磨材混入液）６７中に均一分散させるための撹拌装置５９とを備えている。そして、研磨材混入液６７中の所定位置に、被加工物６０が架台ベース６２上にクランプ６３によって載置固定されている。
【０００３】
タンク５１の上方に設置されたノズル装置５４の先端には、ノズル５５が取り付けられている。このノズル５５は、研磨材混入液６７中において、加工流体５６を被加工物６０の加工対象表面６１に向けて高圧噴射する。このとき、メディアである研磨材５３を混入した研磨材混入液６７中において、ノズル５５から高圧で噴射された加工流体５６は、周囲の液中に負圧を生じさせ、この周囲の液中に存在する研磨材５３の粒子を噴射流に巻き込み、この粒子を加工流体５６とともに加工対象表面６１へ衝突させる。これによって、噴射流のキャビテーション効果に加えて、この研磨材５３によるブラスト効果が加わって強力な加工力が発生し表面加工処理が施される。この表面加工処理は、研磨材混入液６７の所定のメディア混入濃度において施される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１３６６３号公報（第３頁〜第４頁参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の実施例によると、研磨材混入液６７中を常に撹拌しないとメディア混入濃度が不安定となり管理が難しかった。
【０００５】
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、安定したメディア供給および容易なメディア濃度管理を可能とし、均一な加工面を得ることができる液中表面加工ノズル装置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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、液中表面加工ノズル装置であって、メディア混合液を加工対象表面へ向けて噴射するメディア混合液噴射ノズルと、前記メディア混合液噴射ノズルと同軸方向に配置され、前記加工対象表面へ向けて、高圧に加圧された流体を噴射する高圧流体噴射ノズルとを備えたノズルヘッドを有する、気中で用いられる液中表面加工ノズル装置であって、前記メディア混合液噴射ノズルは、前記高圧流体噴射ノズルから噴射する前記高圧流体の噴射領域とこの噴射領域の周辺とに前記メディア混合液を噴射して、前記高圧流体で加速された前記メディア混合液の液層を生成することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置であって、前記ノズルヘッドと、前記加工対象表面とは相対的に移動することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置であって、前記高圧流体噴射ノズルは、複数の噴射孔を備え、前記高圧流体噴射ノズルの軸心廻りに回転することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置であって、使用済みの前記メディア混合液をメディアと液体とに一旦分離したあと一定の濃度に保ち、前記メディア混合液噴射ノズルに供給するメディア供給ユニットを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の液中表面加工ノズル装置であって、前記メディア混合液噴射ノズルと前記高圧流体噴射ノズルとは、同心状に重畳して配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１または請求項５に記載の液中表面加工ノズル装置であって、前記メディア混合液噴射ノズルは、前記高圧流体噴射ノズルの外周側に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、メディア混合液噴射ノズルは、高圧流体噴射ノズルから噴射する流体の噴射領域とこの噴射領域の周辺とにメディア混合液を噴射して、高圧流体で加速されたメディア混合液の液層を生成することによって、水中環境での液中表面加工が気中環境で可能となり、安定したメディア供給および容易なメディア濃度管理を可能とし、均一な加工面を得ることができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、加工対象表面とノズルヘッドとは相対的に移動するため、加工対象表面を均一に加工することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、高圧流体噴射ノズルは、複数の噴射孔を備え、高圧流体噴射ノズルの軸心廻りに回転するため、メディア濃度の均一なメディア混合液の液層を形成し、加工対象表面を均一に加工することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、使用済みのメディア混合液をメディアと流体とに分離したあと一定の濃度に保ち、メディア混合液噴射ノズルに供給するメディア供給ユニットを備えるため、安定したメディア供給および容易なメディア濃度管理を可能とし、均一な加工面を得ることができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、高圧流体噴射ノズルとメディア混合液噴射ノズルとは、同心状に重畳して配置されるため、安定したメディア供給および容易なメディア濃度管理を可能とし、均一な加工面を得ることができる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、メディア混合液噴射ノズルは、高圧流体噴射ノズルの外周側に配置されるため、均一な液層を形成したメディア混合液に高圧流体を噴射させることができ、加工対象表面を均一に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る、気中における液中表面加工ノズル装置の構成図である。
図１に示すように、空気中などの気中において用いられる液中表面加工ノズル装置１は、メディア混合液２と高圧流体３とを噴射するノズルヘッド４と、被加工物５が加工されて、メディア混合液２、高圧流体３、および加工対象表面５ａから取り除かれた樹脂バリ６などを回収し、回収したメディア混合液２をポンプ２１で吸引して分級器１１へ供給する回収槽７と、この回収槽７から供給されたメディア混合液２を分級して、樹脂バリ６や不要メディア８を分離槽９へ放流するとともに、再生可能なメディア混合液２をメディア供給ユニット１０へ供給する分級器１１と、撹拌することによってメディア濃度を一定に保ったメディア混合液２をポンプ２６でノズルヘッド４へ供給するメディア供給ユニット１０と、分級器１１から回収した樹脂バリ６や不要メディア８を分離板９ａやオイルスキマー２８を用いて分別回収したあとのメディア混合液２をポンプ２７でサイクロンフィルタ２９へ供給する分離槽９と、から主に構成されている。なお、タンク１５には、回収槽７と分離槽９とが設けられている。
【００１９】
また、ノズルヘッド４の近傍には、被加工物５がノズルヘッド４に対して上下左右に相対的に移動するように駆動部１４を備えている。高圧流体噴射ノズル１３は、高圧水（高圧流体）３を供給するジェットポンプ１８に接続されている。
また、ノズルヘッド４が被加工物５に対して上下左右に相対的に移動するようにさせることも可能である。さらに、ノズルヘッド４と被加工物５とを共に上下左右に移動させることも可能である。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る、気中における液中表面加工ノズル装置が備えるノズルヘッドの断面図である。
図２に示すように、ノズルヘッド４は、メディア混合液２を加工対象表面５ａへ向けて噴射するメディア混合液噴射ノズル１２と、このメディア混合液噴射ノズル１２と重畳して内側に配置され、加工対象表面５ａへ向けて、高圧に加圧された流体（高圧流体）３を噴射する高圧流体噴射ノズル１３とから構成されている。メディア混合液噴射ノズル１２は高圧流体噴射ノズル１３の外側に配置されている。
【００２１】
メディア混合液噴射ノズル１２は、高圧流体噴射ノズル１３から噴射する流体（高圧水）３の噴射領域１６と、この噴射領域１６の周辺とにメディア混合液２を噴射して、高圧流体で加速されたメディア混合液２の液層１７を生成する。
また、メディア混合液噴射ノズル１２が、高圧流体噴射ノズル１３から噴射する高圧流体の噴射領域１６とこの噴射領域の周辺とにメディア混合液２を噴射し、メディア混合液の液層１７を生成するとしたが、高圧流体噴射ノズル１３から噴射する高圧流体３の噴射領域１６のみであっても構わない。また、ノズルを変更することにより、メディア混合液噴射ノズルの外側に高圧流体噴射ノズルを配置するようにしても構わない。
【００２２】
図３はノズルヘッドの正面図、図４の（ａ）はノズルヘッドの側面図、図４の（ｂ）は底面図、図５の（ａ）はシングルタイプのノズルヘッドを示す側面図、図５の（ｂ）は底面図である。
図３および図４の（ａ）に示すように、ノズルヘッド４は、メディア混合液噴射ノズル１２と高圧流体噴射ノズル１３から構成されている。高圧流体噴射ノズル１３の上方（図４の（ａ）の上方）には回転駆動部３１が設けられている。この回転駆動部３１はエアーにより高圧流体噴射ノズル１３をその軸心廻りに回転させる。
さらに、図４の（ｂ）に示すように、高圧流体噴射ノズル１３には、複数の噴射孔３０が設けられている。これにより、この回転駆動部３１がエアーにより高圧流体噴射ノズル１３をその軸心廻りに回転させ、高圧流体噴射ノズル１３から高圧流体３が噴射される。
【００２３】
また、図５に示したノズルヘッド３２は、シングルタイプのノズルヘッド３２である。
図５の（ａ）に示すように、ノズルヘッド３２はメディア混合液噴射ノズル３３と高圧流体噴射ノズル３４とから構成されている。
図５の（ｂ）に示すように、ノズルヘッド３２にはオリフィス３５と１個の噴射孔３６が設けられている。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る、気中における液中表面加工ノズル装置の動作を説明する。
図１に示すように、メディア混合液２、高圧流体３、および加工対象表面５ａから取り除かれた樹脂バリ６を回収槽７に回収する。さらに回収槽７にエアーを吹き込んで、回収槽７中のメディア混合液２、高圧流体３、および樹脂バリ６，メディア１９を撹拌する。
一方、回収槽７で分離された樹脂バリ６、メディア１９、および水２０は、ポンプ２１を用いて分級器１１へ送り出される。
【００２５】
分級器１１は、この分級器１１からオーバーフローした不要メディア８、メディア混合液２、および樹脂バリ６を分離槽９へ放出する。
一方、分級器１１で選別されて高濃度になったメディア混合液２は、配管２３を通ってメディア供給ユニット１０へ供給される。この分級器１１とメディア供給ユニット１０との間には配管２３が設けられており、この配管２３内でメディア１９や樹脂バリ６の詰まりが発生した場合などに、エアー供給源２４から高圧のエアーを供給して配管２３の詰まりを解消する。
【００２６】
メディア供給ユニット１０では、分級器１１から供給されたメディア混合液２をメディア１９と液体（水）２０に分離したあと、一定の濃度に保つために撹拌器２５で撹拌する。そしてメディア混合液２のメディア濃度を計測するとともにメディア濃度を維持管理する。
このようにメディア濃度と供給量を管理したメディア混合液２は、ポンプ２６によって、メディア混合液噴射ノズル１２へ供給される。
また、メディア供給ユニット１０からオーバーフローしたメディア混合液２は、回収槽７へ放出される。
【００２７】
また、分離槽９の出口側には、吸引ポンプ２７が設けられており、分級器１１をオーバーフローして放出されたメディア混合液２は、分離槽９の入口側に回収されて、樹脂バリ６や不要メディア８を分離板９ａやオイルスキマー２８を用いて分別回収したあと、そのメディア混合液２をポンプ２７でサイクロンフィルタ２９へ供給する出口側の吸引ポンプ２７によって吸引される。このメディア混合液２はサイクロンフィルタ２９を経由して、メディア供給ユニット１０に補充される。
分離槽９に供給された樹脂バリ６や不要メディア８は、分離板９ａを通過する際にそれぞれ分離されて沈殿するとともに、オイルスキマー２８によってすくい出されて回収される。
【００２８】
図２に示すように、メディア混合液噴射ノズル１２と、高圧流体噴射ノズル１３とを備えたノズルヘッド４は、加工対象表面５ａに直交して配置されており、メディア混合液噴射ノズル１２はメディア混合液２を加工対象表面５ａへ向けて噴射する。
そして、高圧流体噴射ノズル１３は、メディア混合液噴射ノズル１２と重畳して同心の内側に配置されているため、高圧に加圧された流体（高圧流体）３を加工対象表面５ａへ向けて噴射する。
【００２９】
また、高圧流体噴射ノズル１３には、複数の噴射孔３０（図４の（ｂ）参照）と、この高圧流体噴射ノズル１３の上方（図２における上方）には、エアーにより回転する回転駆動部３１とが設けられているため、高圧流体３はその軸心廻りに回転して高速に噴射される。
【００３０】
図６は、図２のＡ部を示し、液層を形成する様子を示す拡大断面図である。
図６に示すように、ノズルヘッド４は、メディア混合液噴射ノズル１２と、高圧流体噴射ノズル１３とから構成されており、メディア混合液噴射ノズル１２の内部には、メディア混合液２が充満している。ここでは、メディア１９としてガーネットの♯１８０を用いている。
メディア混合液２は、オリフィス３７から噴射されるが、このオリフィス３７は、メディア混合液噴射ノズル１２の内径と高速流体噴射ノズル１３の外径との間に形成される。ここでは、オリフィス３７を形成するメディア混合液噴射ノズル１２の内径をφ２０〜４０とした。
【００３１】
このメディア混合液噴射ノズル１２の内部のメディア混合液２は、０．１ＭＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で加圧されており、この圧力によって、オリフィス３７から加工対象表面５ａへ噴射される。このとき、メディア混合液２は加工対象表面５ａへ向かって円柱状の液層１７を形成する。同時に、高圧流体噴射ノズル１３からは高圧流体３が噴射される。高圧流体３は、細い筋状の束で全体的には円柱状に形成され、液層１７を形成したメディア混合液２に高速で突入する。このため、メディア濃度と供給量が均一に管理されたメディア混合液２によって形成される液層１７中に混在するメディア１９は、高圧流体３によって加速され、さらに、高圧流体は液槽１７内で回転して加工対象表面５ａに高速で衝突する。このように、安定したメディア供給およびメディア濃度管理が可能となり、均一な加工対象表面５ａを得ることができる。
【００３２】
すなわち、メディア混合液を加工対象表面５ａへ向けて噴射するメディア混合液噴射ノズル１２と、メディア混合液噴射ノズル１２と同軸方向に配置され、加工対象表面５ａへ向けて、高圧に加圧された流体を噴射する高圧流体噴射ノズル１３とを備えたノズルヘッドを有する、気中で用いられる液中表面加工ノズル装置１であって、メディア混合液噴射ノズル１２は、高圧流体噴射ノズル１３から噴射する高圧流体３の噴射領域とこの噴射領域の周辺とにメディア混合液２を噴射して、高圧流体３で加速されたメディア混合液２の液層１７を生成し、加工対象表面５ａの素地調整やバリ取りなどの加工を行なう。
【００３３】
以上、好ましい実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、本実施形態では、メディア１９としてはガーネットの♯１８０を用い、オリフィス３７を形成するメディア混合液噴射ノズル１２の内径をφ２０〜４０としたが、これに限るものではない。すなわち、加圧されたメディア混合液２が、空気中などの気中で液層１７を形成することができるものであれば、他の条件でも同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る液中表面加工ノズル装置の構成を示す構成図である。
【図２】ノズルヘッドの構成を示す側面断面図である。
【図３】図２に示すノズルヘッドの正面図である。
【図４】（ａ）は図２に示すノズルヘッドの側面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図５】（ａ）は図２に示すノズルヘッドの変形例を示す側面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図６】図２に示すノズルヘッドのＡ部の拡大断面図である。
【図７】従来例に係る液中表面加工装置の構成を示し、（ａ）は全体概略を示す断面図、（ｂ）はノズルヘッドの動作を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      液中表面加工ノズル装置
２      メディア混合液
３      高圧流体（高圧水、流体）
４,３２    ノズルヘッド
５      被加工物
５ａ    加工対象表面
６      樹脂バリ
７      回収槽
８      不要メディア
９      分離槽
９ａ    分離板
１０    メディア供給ユニット
１１    分級器
１２,３３    メディア混合液噴射ノズル
１３,３４    高圧流体噴射ノズル
１４    駆動部
１５    タンク
１６    噴射領域
１７    液層
１８    ジェットポンプ
１９    メディア
２０    水（液体）
２１,２６，２７    ポンプ
２３    配管
２４    エアー供給源
２５    撹拌器
２８    オイルスキマー
２９    サイクロンフィルタ
３０,３６    噴射孔
３１    回転駆動部
３５,３７    オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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