(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材と液体とが混合された研磨材混合液を貯留する研磨材混合液貯留タンクと、
該研磨材混合液貯留タンクに定圧液体供給用配管を介して定圧液体を供給することによって、前記研磨材混合液貯留タンクに貯留されている研磨材混合液を研磨材混合液送出用配管を介して定圧で送出する定圧液供給手段と、
前記研磨材混合液貯留タンクから送出された定圧の研磨材混合液を、被加工物に対して噴射する噴射手段と、
を備えた加工装置であって、
前記定圧液体供給用配管の吐出口と前記研磨材混合液送出用配管の流入口との配管距離を変化させる配管距離可変手段を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記定圧液体供給用配管は、前記研磨材混合液貯留タンク内挿入部分が折曲配管され、かつ、前記吐出口が前記研磨材混合液貯留タンク内で前記研磨材混合液送出用配管の前記流入口と同一高さ位置に配置され、
前記配管距離可変手段は、前記定圧液体供給用配管を回転させることで該定圧液体供給用配管の吐出口と前記研磨材混合液送出用配管の前記流入口との配管距離を変化させることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記定圧は、５０〜１００ＭＰａの高圧であり、
前記噴射手段は、前記研磨材混合液貯留タンクから送出される高圧の研磨材混合液を被加工物に対して噴射することで該被加工物を加工することを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータジェット装置等の加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウォータジェットは、超高圧ポンプ等によって水にエネルギーを与えて形成された高圧水の噴流であり、例えば音速の２〜３倍という流速を有する。特に、切断効率を向上させるため、高圧水に固体の研磨材（abrasive）を混入したアブレシブジェットに注目が集まっている。この研磨材は、ガーネット、酸化アルミナ、炭化珪素などの高硬度の材質からなり、粒径が例えば数〜数百μｍ程度の粒状物であるが、これらの研磨材は、高圧水とともに被加工物に高速で衝突し、被加工物の一部を破壊して切削する。このようなウォータジェットによる切断は、被加工物に熱影響を与えずに切断でき、研磨材によって切断面におけるバリの発生を低減できるという利点がある。さらに、切断ラインが曲線であっても問題なく切断できることに加え、複合材や難加工材の切断にも適しているという利点もある。このため、近年では、複合材や金属等の困難を要するダイシングでは、ウォータジェットによる切断加工が検討されている。
【０００３】
そこで、本願発明者は、特許文献１，２に記載のように、研磨材混合液を貯留する研磨材混合液貯留タンク（高圧タンク）の底部付近に、高圧ポンプから配管を介して送られてきた高圧水を供給し、同じく研磨材混合液貯留タンクの底部付近に流入口が設けられた配管から、タンク内に貯留されている研磨材混合液を噴射ノズルまで送出し、噴射ノズルから研磨材混合液を噴射して被加工物を切断加工するといった構成のウォータジェット切断装置を検討した。
【０００４】
図５に従来のウォータジェット装置における研磨材混合液貯留タンク（高圧タンク）周りの概略構成および動作例を示す。研磨材混合液を貯留する研磨材混合液貯留タンク１００に対して、研磨材として例えば砥粒を供給する砥粒供給配管１０１、図示しない高圧ポンプからの高圧水を供給する高圧水供給用配管１０２、研磨材混合液を図示しない噴射ノズル側に向けて送出する研磨材混合液送出用配管１０３、および研磨材混合液送出用配管１０３の途中に高圧水を供給する高圧水供給用バイパス配管１０４を備える。ここで、高圧水供給用配管１０２の吐出口１０２ａと研磨材混合液送出用配管１０３の流入口１０３ａは、研磨材混合液貯留タンク１００の底部付近に配置されている。
【０００５】
ここで、まず、図５（ａ）に示すように、砥粒（研磨材）１０５を砥粒供給配管１０１から常圧で研磨材混合液貯留タンク１００内に投入後、高圧ポンプから高圧水供給用バイパス配管１０４を介して高圧水を投入することで、研磨材混合液貯留タンク１００内は高圧状態となる。
【０００６】
ついで、図５（ｂ）に示すように、高圧ポンプから高圧水供給用配管１０２の吐出口１０２ａを介して高圧水を研磨材混合液貯留タンク１００内に投入すると、底部付近の砥粒（研磨材）１０５は攪拌され、流入口１０３ａから研磨材混合液送出用配管１０３内に入り込んで研磨材混合液が噴射ノズルまで高圧状態で送出され、噴射ノズルから高速で噴射される。
【０００７】
このような機構では、高圧水供給用配管１０２の吐出口１０２ａと研磨材混合液送出用配管１０３の流入口１０３ａとの配置距離Ｄにより研磨材が研磨材混合液送出用配管１０３内に進入する量が変化するため、所望の研磨材吐出濃度となるように配置距離Ｄを設定している。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２４９２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１０６８７号公報
【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、従来にあっては、被加工物に応じた切削能力を得るために適正な研磨材吐出濃度に変更する際には、高圧水供給用配管１０２と研磨材混合液送出用配管１０３との配置距離Ｄの微調整を行い、耐圧容器である研磨材混合液貯留タンク１００のジョイント箇所もその都度作り変えることで対処している。そのため、研磨材としての砥粒や砥粒粒径の変更、所望の研磨材吐出濃度の変更の度に、研磨材混合液貯留タンク１００周り全体の設計変更を行う必要があり、効率が悪く経済的にも負担の大きなものとなっている。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨材吐出濃度の変更を容易に行うことができる加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加工装置は、研磨材と液体とが混合された研磨材混合液を貯留する研磨材混合液貯留タンクと、該研磨材混合液貯留タンクに定圧液体供給用配管を介して定圧液体を供給することによって、前記研磨材混合液貯留タンクに貯留されている研磨材混合液を研磨材混合液送出用配管を介して定圧で送出する定圧液供給手段と、前記研磨材混合液貯留タンクから送出された定圧の研磨材混合液を、被加工物に対して噴射する噴射手段と、を備えた加工装置であって、前記定圧液体供給用配管の吐出口と前記研磨材混合液送出用配管の流入口との配管距離を変化させる配管距離可変手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる加工装置は、上記発明において、前記定圧液体供給用配管は、前記研磨材混合液貯留タンク内挿入部分が折曲配管され、かつ、前記吐出口が前記研磨材混合液貯留タンク内で前記研磨材混合液送出用配管の前記流入口と同一高さ位置に配置され、前記配管距離可変手段は、前記定圧液体供給用配管を回転させることで該定圧液体供給用配管の吐出口と前記研磨材混合液送出用配管の前記流入口との配管距離を変化させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる加工装置は、上記発明において、前記定圧は、５０〜１００ＭＰａの高圧であり、前記噴射手段は、前記研磨材混合液貯留タンクから送出される高圧の研磨材混合液を被加工物に対して噴射することで該被加工物を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる加工装置は、配管距離可変手段によって定圧液体供給用配管の吐出口と研磨材混合液送出用配管の流入口との配管距離を変化させることで、研磨材混合液貯留タンク内で流入口から研磨材混合液送出用配管内に流入する研磨材の吐出濃度を変化させることができ、装置設計を変更することなく、研磨材吐出濃度の変更を容易に行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態である加工装置について図面を参照して説明する。本実施の形態の加工装置は、アブレシブサスペンションタイプのウォータジェット加工装置への適用例を示す。
【００１６】
図１は、本実施の形態のウォータジェット加工装置の構成を示す概略斜視図である。本実施の形態のウォータジェット加工装置１は、被加工物（図示せず）を保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物に研磨材が混入した研磨材混合液を噴射して切断加工を施す噴射ノズル３０を有する噴射手段３と、噴射ノズル３０に研磨材混合液を送出する研磨材混合液供給装置４と、被加工物を切断した研磨材混合液を受けるキャッチタンク５とを備える。
【００１７】
保持手段２は、ステンレス等の硬質金属で形成され被加工物が載置される板状部材２０と、被加工物の形状に応じた形状に形成され垂直方向に貫通する矩形状の開口２１と、被加工物が載置される際の位置決め基準となる複数、例えば貫通部２１周りの４箇所に設けられた４個の位置決めピン２２とから構成されている。
【００１８】
保持手段２は、第１の送り手段６によって駆動されてＹ軸方向（図１中に示す矢印Ｙの方向）に移動可能とされている。第１の移動手段６は、Ｙ軸方向に配設されたボールネジ６０と、ボールネジ６０の一端に連結されボールネジ６０を回転させるパルスモータ６１と、ボールネジ６０に平行に配設された一対のガイドレール６２と、保持手段２を支持しガイドレール６２に摺接するとともに内部の図示しないナットがボールネジ６０に螺合する保持手段支持部６３と、ボールネジ６０とパルスモータ６１とガイドレール６２とを支持する可動基台６４とから構成されている。これにより、パルスモータ６１に駆動されてボールネジ６０が回転するのに伴い、ガイドレール６２にガイドされて保持手段支持部６３がＹ軸方向に移動する。
【００１９】
また、保持手段２は、第２の送り手段７によって駆動されてＺ軸方向（図１中に示す矢印Ｚの方向）に移動可能とされている。第２の移動手段７は、Ｚ軸方向に配設され可動基台６４の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ７０と、ボールネジ７０の一端に連結されボールネジ７０を回転させるパルスモータ７１と、ボールネジ７０に平行に配設され可動基台６４と摺接する一対のガイドレール７２と、ボールネジ７０とパルスモータ７１とガイドレール７２とを支持する可動基台７３とから構成されている。これにより、パルスモータ７１に駆動されてボールネジ７０が回転するのに伴い、ガイドレール7２にガイドされて第１の送り手段６および保持手段２がＺ軸方向に移動する。
【００２０】
さらに、保持手段２は、第３の送り手段８によって駆動されてＸ軸方向（図１中に示す矢印Ｘの方向）に移動可能とされている。第３の移動手段８は、Ｘ軸方向に配設され可動基台７３の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ８０と、ボールネジ８０の一端に連結されボールネジ８０を回転させるパルスモータ８１と、ボールネジ８０に平行に配設され可動基台７３と摺接する一対のガイドレール８２と、ボールネジ８０とパルスモータ８１とガイドレール８２とを支持する静止基台８３とから構成されている。これにより、パルスモータ８１に駆動されてボールネジ８０が回転するのに伴い、ガイドレール８２にガイドされて第２の送り手段７、第１の送り手段６および保持手段２がＸ軸方向に移動する。
【００２１】
また、研磨材混合液供給装置４は、研磨材と液体とが混合した５０〜１００ＭＰａといった高圧の研磨材混合液を噴射ノズル３０に供給するためのものであり、図２に示すように、研磨材混合液貯留タンク４０と、高圧液供給手段４１とを備える。ここで、液体は、水であり、水道水、純水等が用いられる。また、研磨材は、例えば、ガーネット、酸化アルミナ、炭化珪素、ダイヤモンド等の高硬度の材質からなり、粒径が例えば数十〜数百μｍ程度の粒状物（砥粒）であり、高圧水の切断効率高める機能を有する。
【００２２】
研磨材混合液貯留タンク４０は、外部から密閉され耐高圧容器で構成され、研磨材と液体とが混合された研磨材混合液を貯留する。高圧液供給手段４１は、定圧液供給手段として設けられたものであり、研磨材混合液貯留タンク４０に対して、研磨材として例えば砥粒を供給する砥粒供給配管４２、図示しない高圧ポンプからの高圧水（定圧液体）を供給する高圧水供給用配管（定圧液体供給用配管）４３、研磨材混合液を噴射ノズル３０側に向けて高圧（定圧）で送出する研磨材混合液送出用配管４４、および研磨材混合液送出用配管４４の途中に高圧水を供給する高圧水供給用バイパス配管４５を備える。
【００２３】
ここで、高圧水供給用配管４３の下端の吐出口４３ａと研磨材混合液送出用配管４４の下端の流入口４４ａは、研磨材混合液貯留タンク４０の底部付近に同じ高さ位置となるように配置されている。また、高圧水供給用配管４３は、直管型ではなく、研磨材混合液貯留タンク４０内挿入部分がクランク状に折曲配管され、吐出口４３ａが高圧水供給用配管４３の研磨材混合液貯留タンク４０に対するジョイント部に対して偏心した位置を取り得るように構成されている。そして、高圧水供給用配管４３の研磨材混合液貯留タンク４０に対するジョイント部には、配管距離可変手段４６を備える。配管距離可変手段４６は、高圧水供給用配管４３を研磨材混合液貯留タンク４０に対して水平面内で回転自在かつ位置決め可能に保持し、高圧水供給用配管４３を所望の角度だけ回転させることで高圧水供給用配管４３の吐出口４３ａと研磨材混合液送出用配管４４の流入口４４ａとの配管距離Ｄを変化させるものである。この配管距離可変手段４６は、高圧耐用のスイベルジョイント等により構成すればよい。
【００２４】
このような構成において、図５で説明した場合と同様に、まず、砥粒（研磨材）を砥粒供給配管４２から常圧で研磨材混合液貯留タンク４０内に投入後、高圧ポンプから高圧水供給用バイパス配管４５を介して高圧水を投入することで、研磨材混合液貯留タンク４０内は高圧状態となる。ついで、高圧ポンプから高圧水供給用配管４３の吐出口４３ａを介して高圧水を研磨材混合液貯留タンク４０内に投入すると、底部付近に堆積している砥粒は攪拌され、流入口４４ａから研磨材混合液送出用配管４４内に入り込んで研磨材混合液が噴射ノズル３０まで高圧状態で送出され、噴射ノズル３０から高速で噴射される。
【００２５】
この際、第１，第３の送り手段６，８によって保持手段２をＸ軸およびＹ軸方向に移動させることにより、保持手段２によって保持されている被加工物を噴射ノズル３０に対してＸ軸およびＹ軸方向に相対移動させることができる。これにより、被加工物に対する噴射ノズル３０からのウォータジェットの噴射位置を変更して、被加工物を連続的なラインで切断加工することができる。なお、被加工物の種類、厚さ、表面の凹凸等に応じた噴射ノズル３０との間の距離は、第２の送り手段７によって調整される。
【００２６】
ここで、一例として、
研磨材混合液貯留タンク４０の容量：約３．３リットル
（高さ２９０ｍｍ、直径１２０ｍｍ）
研磨材：ＷＡ（白色溶融アルミナ粉）＃２２０（中心径６３μｍ）比重３．９８
配管距離Ｄ：４８ｍｍ
配管長さＬ：２８３ｍｍ
の条件で、予め８．５ｋｇの研磨材混合液を投入し、高圧水供給用配管４３の吐出口４３ａから６９ＭＰａの高圧水を投入すると、重量比で３０〜４０％の研磨材濃度の高圧水が研磨材混合液送出用配管４４から送出されることが実測により確認されたものである。
【００２７】
そして、研磨材濃度を変更させるためには吐出口４３ａと流入口４４ａとの間の配管距離Ｄが重要である。研磨材は、水よりも比重が重く、研磨材混合液貯留タンク４０内において底部に沈降し堆積しているためである。配管距離Ｄが短くなると流入口４４ａ付近に投入される高圧水が多くなることから、流入口４４ａに入り込む研磨材濃度は、低く（薄く）なる傾向を示し、逆に、配管距離Ｄが長くなると流入口４４ａ付近に投入される研磨材が多くなることから、流入口４４ａに入り込む研磨材濃度は、高く（濃く）なる傾向を示す。
【００２８】
そこで、被加工物に応じた適正な切削能力を得るために、所望の研磨材濃度への変更を要する場合には、配管距離可変手段４６を利用して高圧水供給用配管４３を水平面内で所望の角度だけ回転させるだけで対応可能となる。配管距離可変手段４６を利用して高圧水供給用配管４３を水平面内で回転させると、吐出口４３ａと流入口４４ａとの間の配管距離Ｄは、最短Ｄ１から最長Ｄ２までの間で無段階に微調整可能であり、流入口４４ａに入り込む研磨材濃度も無段階で微調整可能となる。これにより、研磨材混合液貯留タンク４０周りの構造に関する設計変更を要することなく、研磨材吐出濃度の変更を容易に行うことができ、被加工物に応じた適正な切削能力を得ることができる。
【００２９】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、高圧水供給用配管４３をクランク状に折曲配管させたが、ジョイント部から斜め直線状に折曲配管させた高圧水供給用配管としてその吐出口を回転中心に対して偏心させ、回転により吐出口の位置が変更されるようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態では、高圧水供給用配管４３を水平面内で回転させる配管距離可変手段４６としたが、図３に示すように、直管状の高圧水供給用配管４７を上下方向にスライドさせることで吐出口４７ａと流入口４４ａとの間の配管距離Ｄを変化させる配管距離可変手段４８としてもよい。この配管距離可変手段４８も、スイベルジョイント等により構成すればよい。特に、後述する低圧仕様時であれば、このような構成を採用してもよい。
【００３１】
さらに、配管距離可変手段４６，４８では、所定の範囲内で、配管距離Ｄを無段階に変化させる構成例としたが、配管距離Ｄを段階的に変化させる構成としてもよい。例えば、流入口４４ａとの間の配管距離Ｄをそれぞれ異ならせた吐出口４７ａを有する複数本の直管状の高圧水供給用配管４７を用意し、バルブ４９の選択により、所望の配管距離Ｄの高圧水供給用配管４７を高圧ポンプに選択的に接続するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述の説明では、アブレシブサスペンションタイプのウォータジェット加工装置のような５０〜１００ＭＰａなる高圧による定圧仕様の加工装置への適用例として説明したが、このような高圧による定圧仕様の加工装置に限らず、定圧を扱うものであればよく、例えば、低圧による定圧仕様のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨法）への研磨液吐出装置等のように、固液二相噴流における研磨材濃度を一定濃度として噴射ノズルより噴射させる場合であっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態のウォータジェット加工装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の研磨材混合液供給装置の構成例を示す概略断面図である。
【図３】研磨材混合液供給装置の変形例の構成例を示す概略断面図である。
【図４】研磨材混合液供給装置の他の変形例の構成例を示す概略断面図である。
【図５】研磨材混合液タンク周りの従来の構成例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
３  噴射手段
４０  研磨材混合液タンク
４１  高圧液供給手段
４３  高圧液体供給用配管
４３ａ  吐出口
４４  研磨材混合液送出用配管
４４ａ  流入口
４６  配管距離可変手段
４７  高圧液体供給用配管
４７ａ  吐出口
４８  配管距離可変手段
【図１】
0005068127.tif 000002
【図２】
0005068127.tif 000003
【図３】
0005068127.tif 000004
【図４】
0005068127.tif 000005
【図５】
0005068127.tif 000006