特表 2024-525296 有害品の構成要素にアクセスし、及びそれを分解するための流体ジェットシステム及び使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-12

(54)【発明の名称】有害品の構成要素にアクセスし、及びそれを分解するための流体ジェットシステム及び使用方法

(51)【国際特許分類】

   B24C 5/04 20060101AFI20240705BHJP

   B24C 9/00 20060101ALI20240705BHJP

   B24C 7/00 20060101ALI20240705BHJP

   B24C 11/00 20060101ALI20240705BHJP

【ＦＩ】

B24C5/04 A

B24C9/00 Z

B24C7/00 D

B24C11/00 G

B24C5/04 B

B24C9/00 L

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023574799

(86)(22)【出願日】2022-06-28

(85)【翻訳文提出日】2024-02-02

(86)【国際出願番号】 US2022035297

(87)【国際公開番号】W WO2023278430

(87)【国際公開日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】63/216,307

(32)【優先日】2021-06-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523393405

【氏名又は名称】シェイプ テクノロジーズ グループ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ハシシ，モハメド，エー．

(72)【発明者】

【氏名】ハウズ，ディラン

(57)【要約】

本明細書では、有害品の構成要素にアクセスし、及びそれを分解するための構成要素、システム及び方法が開示される。流体ジェットシステムの切断ヘッドは、流体ジェットによって切断されるワークピースに向かって出口から出る流体ジェットを生成する。流体ジェットシステムのシュラウドは、出口を径方向に取り囲み、及び不活性物質であって、それを通して流体ジェットが出口とワークピースとの間を移動する不活性物質を収容する。流体ジェットシステムは、流体ジェットとワークピースとの衝突の音響パラメータを捕捉するためのセンサを含み、及び音響パラメータの変化の検出時に流体ジェットの生成を中止する。流体ジェットシステムは、ワークピースの様々な領域の厚さを測定するためのセンサと、測定された厚さに基づいて、ワークピースを切断するための経路を選択するためのプロセッサとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体ジェットシステムの切断ヘッドであって、
流体ジェットを生成するために流体が通過するオリフィスを含むノズルであって、前記流体ジェットによって切断されるワークピースに向かって前記流体ジェットが前記切断ヘッドから出る出口を更に含むノズルと、
シュラウドであって、前記シュラウドが前記出口を径方向に取り囲むように前記出口が位置決めされる領域を前記ワークピースとの組み合わせで少なくとも部分的に囲むシュラウドと
を含み、前記領域は、不活性物質であって、それを通して前記流体ジェットが前記出口と前記ワークピースとの間を移動する不活性物質を収容する、切断ヘッド。

【請求項2】

前記シュラウドは、前記切断ヘッドが前記ワークピースに対して移動するとき、前記シュラウドも前記ワークピースに対して移動するように前記ノズルによって支持される、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項3】

前記シュラウドは、前記領域への入口であって、それを通して前記不活性物質が移動する入口を含む、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項4】

前記シュラウドは、前記不活性物質が入る前に前記領域内の非不活性物質が排出される出口を含む、請求項３に記載の切断ヘッド。

【請求項5】

前記シュラウドは、前記不活性物質が入る前に前記領域内の非不活性物質が排出される出口を含む、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項6】

前記シュラウドは、隙間によって前記ワークピースから隔てられる、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項7】

前記シュラウドは、前記ワークピースに接触して液密バリアを形成する、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項8】

前記流体ジェットは、流体と研磨材粒子との混合物であり、前記研磨材粒子は、前記流体ジェットの１５体積％未満を構成する、請求項１に記載の切断ヘッド。

【請求項9】

前記研磨材は、ポンプによる前記流体の加圧前に前記流体と予め混合され、及び前記ポンプは、前記流体が前記オリフィスを通過する前に前記流体及び研磨材混合物を加圧する、請求項８に記載の切断ヘッド。

【請求項10】

前記研磨材が入って、前記流体ジェットと混合して研磨材流体ジェットを形成する研磨材入口ポートを有する混合チャンバを更に含む、請求項８に記載の切断ヘッド。

【請求項11】

流体ジェットシステムを動作させる方法であって、
シュラウドをワークピースに対して、前記シュラウドが前記ワークピースとの組み合わせで領域を少なくとも部分的に囲むように位置決めすることと、
前記領域を不活性物質で少なくとも部分的に満たすことと、
流体ジェットを生成することと、
前記流体ジェットシステムの出口を通して前記流体ジェットを放出することであって、前記出口は、前記領域内に位置決めされ、及び前記シュラウドによって径方向に取り囲まれる、放出することと、
前記放出された流体ジェットを、前記不活性物質を通して導くことと、
前記ワークピースを前記流体ジェットと衝突させることと
を含む方法。

【請求項12】

前記ワークピースの少なくとも一部及び前記シュラウドの少なくとも一部を流体の体積中に浸すことを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記シュラウドを前記ワークピースに対して位置決めすることは、前記シュラウドの底部と前記ワークピースの上部との間に隙間を形成することを含み、前記シュラウドの少なくとも一部を前記流体の体積中に浸すことは、前記隙間を前記流体で満たし、それにより前記領域内の不活性ガスのポケットを捕捉することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

研磨材粒子を流体と混合してスラリーを形成することと、
前記スラリーを加圧することと
を更に含み、前記流体ジェットを生成することは、オリフィスを通して前記加圧スラリーを通過させて、研磨材スラリージェットを生成することを含む、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

流体を加圧することと、
研磨材粒子を前記加圧流体と混合してスラリーを形成することと
を更に含み、前記流体ジェットを生成することは、オリフィスを通して前記スラリーを通過させて、研磨材スラリージェットを生成することを含む、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

流体ジェットシステムを動作させる方法であって、
前記流体ジェットシステムで流体ジェットを生成することと、
前記流体ジェットシステムの切断ヘッドからワークピースに向かって前記流体ジェットを放出することと、
前記流体ジェットで前記ワークピースに穴を開けることと、
前記穴を開けている間、前記流体ジェットが前記ワークピースに前記穴を開けることによって生じる少なくとも１つの音響パラメータを監視することと、
前記少なくとも１つの音響パラメータの変化の検出時に前記流体ジェットの生成を中止することと
を含む方法。

【請求項17】

前記穴は、前記ワークピースの第１の材料に開けられ、及び前記少なくとも１つの音響パラメータの前記変化は、前記流体ジェットがもはや前記第１の材料に接触しなくなるときに生じる、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記少なくとも１つの音響パラメータの前記変化は、前記少なくとも１つの音響パラメータが対象範囲に入ることを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記少なくとも１つの音響パラメータの前記変化は、前記少なくとも１つの音響パラメータが対象範囲から出ることを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記少なくとも１つの音響パラメータは、前記流体ジェットと前記ワークピースとの衝突によって発生する音の周波数、振幅又は両方を含む、請求項１６～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記流体ジェットを生成する前に、前記ワークピースの有害な構成要素を特定することと、
前記流体ジェットを放出する前に、前記有害な構成要素を、前記流体ジェットが放出される前記切断ヘッドの出口と位置合わせすることと
を更に含み、前記流体ジェットで前記ワークピースに前記穴を開けることは、前記有害な構成要素を囲むハウジングを貫通して穴を開けることを含む、請求項１６～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記流体ジェットの生成を中止する前に、前記ハウジングを穿孔し、それにより前記有害な構成要素を露出させることを更に含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記流体ジェットを生成する前に、前記ワークピースの有害な構成要素を特定することと、
前記流体ジェットを放出している間、前記有害な構成要素を、前記流体ジェットが放出される前記切断ヘッドの出口に位置合わせされていない状態に保つことと
を更に含む、請求項１６～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記有害な構成要素を特定することは、前記ワークピースに関する技術情報を調べることを含む、請求項２１～２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

流体ジェットシステムを動作させる方法であって、
ワークピースを走査して、前記ワークピースの複数の領域の厚さを決定することと、
前記ワークピースの残りの部分から分離される対象領域を特定することと、
前記ワークピースを切断する経路を計画することであって、前記経路は、前記対象領域の周囲のより短い経路よりも、前記ワークピースのより厚い領域を回避することを優先する、計画することと、
前記流体ジェットシステムの切断ヘッド内で流体ジェットを生成することと、
前記切断ヘッドが前記経路を辿る間、前記切断ヘッドから前記流体ジェットを放出して、前記ワークピースの前記残りの部分から前記対象領域を分離することと
を含む方法。

【請求項26】

前記経路は、前記ワークピースの第１の材料及び前記ワークピースの第２の材料の両方と交差し、前記方法は、
前記第１の材料を貫通して切断するのに十分なパワー及び前記第２の材料を貫通して切断するのに不十分なパワーを有する前記流体ジェットを生成すること
を更に含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記ワークピースを走査することは、前記ワークピースの超音波画像を生成することを含む、請求項２５又は２６に記載の方法。

【請求項28】

流体ジェットシステムを動作させる方法であって、
ワークピースを流体の体積中に少なくとも部分的に浸すことと、
前記流体の体積の温度を第１の温度まで低下させることと、
前記温度を前記第１の温度まで低下させた後、流体ジェットを生成することと、
前記流体ジェットシステムの出口を通して前記流体ジェットを放出することと、
前記ワークピースを、前記放出された流体ジェットと衝突させることと、
前記ワークピースを、前記放出された流体ジェットと衝突させている間、前記流体の体積を前記第１の温度に維持することと
を含む方法。

【請求項29】

前記流体ジェットを生成するために使用される前記流体の温度を低下させることを更に含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

スラリージェットシステムを動作させる方法であって、
研磨材と流体とを混合して研磨材スラリーを形成することと、
切断ヘッドのオリフィスを通して前記研磨材スラリーを通過させて、研磨材スラリージェットを生成することと、
有害な構成要素を囲むワークピースの内部空間内に前記切断ヘッドの出口を位置決めすることと、
前記出口を通して前記研磨材スラリージェットを放出し、及び前記研磨材スラリージェットを、前記内部空間内に囲まれた前記ワークピースの一部と衝突させることと
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
技術分野
本開示は、流体ジェットシステム及び関連する方法に関し、より詳細には、有害品の構成要素へのアクセス及びその分解を容易にする流体ジェットシステムの使用に関する。

【背景技術】

【0002】

関連する技術分野の説明
ウォータージェット又は研磨材ウォータージェット切断システムは、石、ガラス、セラミック及び金属を含む多様な材料の切断に使用される。典型的なウォータージェット切断システムでは、ワークピース上に切断ジェットを導くノズルを有する切断ヘッドを通して高圧水が流れる。システムは、高圧ウォータージェット中に研磨媒体を引き込むか又は供給して、高圧研磨材ウォータージェットを形成し得る。次に、必要に応じてワークピースを切断するために、切断ヘッド及びワークピースの一方又は両方を切断ヘッド及びワークピースの他方に対して制御可能に移動させ得る。例えば、Flow International Corporationによって製造されたMach 4の５軸ウォータージェット切断システムなど、高圧ウォータージェットを生成するためのシステムが現在利用可能である。ウォータージェット切断システムの他の例は、Flow社の米国特許第５，６４３，０５８号に示され、記載されている。

【0003】

研磨材ウォータージェット切断システムは、有利には、厳しい基準を満たすために特に硬質の材料で作られたワークピースを切断する際に使用される。しかしながら、研磨材の使用は、複雑さを伴い、研磨材ウォータージェット切断システムには、使用済みの研磨材を収容及び管理する必要性を含む他の欠点があり得る。既知の研磨材ウォータージェット切断システムは、特に、熱及び／又は酸素暴露の影響を受けやすい構成要素を含み得る、電池などの一部の種類の有害品の切断又は機械加工にあまり適さない場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、有害品の構成要素へのアクセス、その分解及び再利用を可能にするシステム及び方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

簡単な概要
電池（特にリチウムイオン電池）などの一部の有害品は、故障するか、又は使用後に廃棄される。これらの物品は、構成要素の再利用又は安全な廃棄を可能にするために、物品の残りの部分にアクセスし、それから分離することが望ましい構成要素を含み得る。本開示は、物品を開いて、後に再利用され得る特定の構成要素、特に有価金属にアクセスし、及びそれを分離するための流体ジェットシステム及びその使用方法を提供する。

【0006】

一実施形態によれば、流体ジェットシステムの切断ヘッドは、ノズル及びシュラウドを含む。ノズルは、流体ジェットを生成するために流体が通過するオリフィスを含み、ノズルは、流体ジェットによって切断されるワークピースに向かって流体ジェットが切断ヘッドから出る出口を更に含む。シュラウドは、シュラウドが出口を径方向に取り囲むように出口が位置決めされる領域をワークピースとの組み合わせで少なくとも部分的に囲み、領域は、不活性物質であって、それを通して流体ジェットが出口とワークピースとの間を移動する不活性物質を収容する。

【0007】

本明細書で説明する追加の実施形態は、流体ジェットシステムを動作させる方法を提供する。方法は、シュラウドをワークピースに対して、シュラウドがワークピースとの組み合わせで領域を少なくとも部分的に囲むように位置決めすることと、領域を不活性物質で少なくとも部分的に満たすことと、流体ジェットを生成することと、流体ジェットシステムの出口を通して流体ジェットを放出することであって、出口は、領域内に位置決めされ、及びシュラウドによって径方向に取り囲まれる、放出することと、放出された流体ジェットを、不活性物質を通して導くことと、ワークピースを流体ジェットと衝突させることとを含む。

【0008】

本明細書で説明する追加の実施形態は、流体ジェットシステムを動作させる方法であって、流体ジェットシステムで流体ジェットを生成することと、流体ジェットシステムの切断ヘッドからワークピースに向かって流体ジェットを放出することと、流体ジェットでワークピースに穴を開けることと、穴を開けている間、流体ジェットがワークピースに穴を開けることによって生じる少なくとも１つの音響パラメータを監視することと、少なくとも１つの音響パラメータの変化の検出時に流体ジェットの生成を中止することとを含む方法を提供する。

【0009】

本明細書で説明する追加の実施形態は、流体ジェットシステムを動作させる方法であって、ワークピースを走査して、ワークピースの複数の領域の厚さを決定することと、ワークピースの残りの部分から分離される対象領域を特定することと、ワークピースを切断する経路を計画することであって、経路は、対象領域の周囲のより短い経路よりも、ワークピースのより厚い領域を回避することを優先する、計画することと、流体ジェットシステムの切断ヘッド内で流体ジェットを生成することと、切断ヘッドが経路を辿る間、切断ヘッドから流体ジェットを放出して、ワークピースの残りの部分から対象領域を分離することとを含む方法を提供する。

【0010】

本明細書で説明する追加の実施形態は、流体ジェットシステムを動作させる方法であって、ワークピースを流体の体積中に少なくとも部分的に浸すことと、流体の体積の温度を第１の温度まで低下させることと、温度を第１の温度まで低下させた後、流体ジェットを生成することと、流体ジェットシステムの出口を通して流体ジェットを放出することと、ワークピースを、放出された流体ジェットと衝突させることと、ワークピースを、放出された流体ジェットと衝突させている間、流体の体積を第１の温度に維持することとを含む方法を提供する。

【0011】

図面のいくつかの図の簡単な説明
図面において、同一の参照番号は、同様の要素又は動作を特定する。図面における要素の大きさ及び相対位置は、必ずしも原寸に比例していない。例えば、様々な要素の形状及び角度は、必ずしも原寸に比例しておらず、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを向上させるために任意に拡大され、位置決めされている。更に、描かれているような要素の特定の形状は、必ずしも特定の要素の実際の形状に関する任意の情報を伝えるように意図されておらず、図面における認識の容易さのためにのみ選択されている場合がある。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態による流体ジェットシステムの斜視図である。

【図2】別の実施形態による、図１に図示する流体ジェットシステムの切断ヘッド組立体の側断面図である。

【図3】一実施形態による、図２に図示する使用中の切断ヘッド組立体の一部の側断面図である。

【図4】一実施形態による流体ジェットシステムの概略図である。

【図5】一実施形態による、ある時点での使用中の流体ジェットシステムの切断ヘッド組立体及びセンサの側断面図である。

【図6】一実施形態による、別の時点での使用中の、図５に図示する切断ヘッド組立体及びセンサの側断面図である。

【図7】図５に図示するセンサによってある期間中に捕捉された少なくとも１つの音響パラメータのグラフである。

【図8】図５に図示するセンサによってある期間中に捕捉された少なくとも１つの音響パラメータの別のグラフである。

【図9】一実施形態による、ワークピースを走査して様々な物理的特性の領域を特定するセンサの概略図である。

【図10】別の実施形態による、図１に図示する流体ジェットシステムの切断ヘッド組立体の側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

詳細な説明
以下の説明では、開示される様々な実施形態の詳細な理解を与えるために、特定の具体的な詳細を記載する。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な詳細の１つ若しくは複数なしに又は他の方法、構成要素、材料などを用いて、実施形態が実施され得ることを認識するであろう。他の場合、高圧ウォータージェットシステムに関連する周知の構造は、実施形態の説明を不必要に分かりにくくすることを避けるために、詳細に示されていないか又は説明されていない。

【0014】

文脈上別段の求めがない限り、以下の本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたり、用語「含む（comprise）」並びに「含む（comprises）」及び「含んでいる」などの変化形は、限定のない包括的な意味において、すなわち「含むが、限定されない」として解釈されるべきである。

【0015】

本明細書全体にわたる「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所での「一実施形態では」又は「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。更に、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わされ得る。例えば、別個の実施形態との関連で本明細書において説明する本開示の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせでも提供され得る。逆に、単一の実施形態との関連で説明する本開示の様々な特徴は、個別に又は任意の部分組み合わせでも提供され得る。

【0016】

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その」は、文脈上別段の明確な定めがない限り、複数の指示物を含む。文脈上別段の明確な定めがない限り、用語「又は」は、概して、最も広義の意味において、すなわち「及び／又は」を意味するものとして用いられることにも留意されたい。本明細書における互い「に面する」又は「の方に面する」２つの要素への言及は、介在する固体構造に接触することなく、一方の要素から他方の要素に直線を引くことができることを示す。

【0017】

値の範囲の列挙は、本明細書に別段の指示がない限り、範囲の記述された端を含む範囲に含まれる各々の別個の値に個別に言及する簡単な方法としての役割を果たすことを単に意図し、各々の別個の値は、あたかも本明細書に個別に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。

【0018】

ここで、別段の指定がない限り、類似の参照番号が類似の要素を指す図面を参照して、本開示の態様を詳細に説明する。以下の説明では、特定の用語は、単に便宜上使用されるに過ぎず、限定的なものではない。本明細書で使用される場合、「複数」という用語は、２つ以上を意味する。構造の「一部」及び「少なくとも一部」という用語は、構造全体を含む。構造を「貫通して切断する」という用語は、切断装置の衝突方向、例えばウォータージェットがワークピースの表面に当たる直前のウォータージェットの進行方向に沿って構造の厚さ全体にわたって材料を完全に除去することを指す。

【0019】

本明細書で提供する見出し及び本開示の要約は、便宜上のものであり、実施形態の範囲又は意味を解釈するものではない。

【0020】

図１を参照すると、流体ジェットシステム１０（例えば、ウォータージェット切断システムなど、流体ジェットを生成してワークピースを加工（切断、穴開け、仕上げなど）するシステム）は、システム１０によって加工されるワークピース１４を支持するように構成されたワーク支持面１３（例えば、スラットの配列）を有するキャッチャタンク組立体１１を含み得る。流体ジェットシステム１０は、基部レール１６の対に沿って移動可能であり、及びキャッチャタンク組立体１１を跨ぐブリッジ組立体１５を更に含み得る。動作中、ブリッジ組立体１５は、ワークピース１４を加工するシステム１０の切断ヘッド組立体１２を位置決めするために、並進軸Ｘに関して基部レール１６に沿って前後に移動し得る。

【0021】

工具キャリッジ１７は、前述の並進軸Ｘに対して垂直に位置合わせされる別の並進軸Ｙに沿って前後に並進するように、ブリッジ組立体１５に移動可能に結合され得る。工具キャリッジ１７は、切断ヘッド組立体１２をワークピース１４に向かって及びワークピース１４から離れる方向に（及び並進軸Ｘと並進軸Ｙとの両方に対して垂直に）移動させるために、切断ヘッド組立体１２を更に別の並進軸Ｚに沿って上昇及び下降させるように構成され得る。１つ又は複数の操作可能なリンク又は部材も、追加の機能を提供するために切断ヘッド組立体１２と工具キャリッジ１７との中間に設けられ得る。

【0022】

例として、流体ジェットシステム１０は、回転軸を中心に切断ヘッド組立体１２を回転させるように工具キャリッジ１７に回転可能に結合された前腕部１８と、前述の回転軸に非平行である別の回転軸を中心に切断ヘッド組立体１２を回転させるように前腕部１８に回転可能に結合された手首部１９とを含み得る。組み合わせると、前腕部１８の回転軸と手首部１９の回転軸とは、例えば、複雑なプロファイルの切断を容易にするために、切断ヘッド組立体１２がワークピース１４に対して広範囲の向きで操作されることを可能にし得る。一実施形態によれば、システム１０は、切断ヘッド組立体１２を支持すると共に、必要に応じて切断ヘッド組立体１２をワークピース１４に対して位置決めするように移動可能であるロボットアーム（図示せず）を含み得る。

【0023】

回転軸は、いくつかの実施形態では、切断ヘッド組立体１２のノズル構成要素の端部又は先端からずらされ得る焦点で集束し得る。切断ヘッド組立体１２のノズル構成要素の端部又は先端は、加工されるワークピース１４又は加工面から所望のスタンドオフ距離に位置決めされ得る。スタンドオフ距離は、ウォータージェットの切断性能を最適化するために、所望の距離に選択又は維持され得る。例えば、いくつかの実施形態では、スタンドオフ距離は、約０．２０インチ（５．１ｍｍ）以下又はいくつかの実施形態では約０．１０インチ（２．５ｍｍ）以下に維持され得る。他の実施形態では、スタンドオフ距離は、トリミング動作の過程にわたって又は例えばワークピースを穿孔するときなどの切断手順中に変化し得る。

【0024】

他の場合、ウォータージェット切断ヘッドのノズル構成要素は、とりわけ、最小スタンドオフ距離でのワークピースに対するノズル構成要素の傾斜（例えば、約０．５インチ（１２．７ｍｍ）以下のスタンドオフ距離で３０度の傾斜）を可能にするために、特に細い又は細長いものであり得る。

【0025】

動作中、並進軸及び１つ又は複数の回転軸のそれぞれに対する切断ヘッド組立体１２の移動は、様々な従来の駆動構成要素及び適切な制御システム２０によって達成され得る。制御システム２０は、概して、非限定的に、プロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１つ又は複数のコンピューティング装置を含み得る。情報を記憶するために、制御システムは、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの１つ又は複数の記憶装置も含み得る。１つ又は複数のバスにより、記憶装置をコンピューティング装置に結合することができる。

【0026】

制御システムは、１つ又は複数の入力装置（例えば、ディスプレイ、キーボード、タッチパッド、コントローラモジュール又はユーザ入力のための任意の他の周辺装置）と、出力装置（例えば、表示画面、光インジケータなど）とを更に含み得る。制御システム２０は、様々な切断ヘッド移動命令に従って任意の数の異なるワークピースを加工するための１つ又は複数のプログラムを記憶し得る。制御システム２０は、例えば、本明細書で説明する純ウォータージェット切断ヘッド組立体及び構成要素に結合された２次流体源、真空装置及び／又は加圧ガス源などの他の構成要素の動作も制御し得る。

【0027】

制御システム２０は、一実施形態によれば、汎用コンピュータシステムの形態で提供され得る。コンピュータシステムは、ＣＰＵ、様々なＩ／Ｏコンポーネント、ストレージ及びメモリなどの構成要素を含み得る。Ｉ／Ｏコンポーネントは、ディスプレイ、ネットワーク接続、コンピュータ可読媒体ドライブ及び他のＩ／Ｏ装置（キーボード、マウス、スピーカなど）を含み得る。制御システムマネージャプログラムは、ＣＰＵの制御下など、メモリ内で実行することができ、特に本明細書で説明するウォータージェット切断システムを通して高圧水の経路を指定すること、放出された流体ジェットのコヒーレンスを調整若しくは修正するために２次流体の流れを提供すること、及び／又は繊維強化ポリマー複合ワークピースの妨げられない純ウォータージェット切断を行うために加圧ガス流を提供することに関する機能を含み得る。

【0028】

例えば、ＣＮＣ機能を含み、本明細書で説明するウォータージェット切断システムに適用可能である、ウォータージェット切断システムのための更なる例示的な制御方法及びシステムは、Flow社の米国特許第６，７６６，２１６号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。通常、コンピュータ支援設計（すなわちＣＡＤモデル）を使用して生成されたワークピースの２次元又は３次元モデルを使用して機械を駆動するためのコードを生成することを可能にすることなどにより、指定された経路に沿ってウォータージェット切断ヘッドを効率的に駆動又は制御するために、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）工程が使用され得る。例えば、いくつかの場合、様々な並進軸及び／又は回転軸を中心に切断ヘッドを操作して、ＣＡＤモデルに反映されるようにワークピースを切断又は加工するため、ウォータージェット切断システムの適切な制御及びモータを駆動するための命令を生成するためにＣＡＤモデルが使用され得る。

【0029】

しかしながら、ウォータージェット切断システムに関連する制御システム、従来の駆動構成要素及び他の周知のシステムの詳細は、実施形態の説明を不必要に分かりにくくすることを避けるために、詳細に示されていないか又は説明されていない。ウォータージェット切断システムに関連する他の既知のシステムは、例えば、切断ヘッド組立体１２に高圧流体を供給するための高圧流体源（例えば、約６０，０００ｐｓｉ～１１０，０００ｐｓｉ以上の範囲の圧力定格を有する直接駆動ポンプ及び増圧ポンプ）を含む。

【0030】

いくつかの実施形態によれば、流体ジェットシステム１０は、少なくとも１０，０００ｐｓｉ（例えば、約１０，０００ｐｓｉ～約１１０，０００ｐｓｉ）の動作圧力で加圧流体（例えば、水）を選択的に提供するための、例えば直接駆動ポンプ又は増圧ポンプ（図示せず）などのポンプを含み得る。流体ジェットシステム１０の切断ヘッド組立体１２は、ポンプによって供給された加圧流体を受け入れ、加圧流体ジェット（例えば、ウォータージェット）を生成して、ワークピースを加工するように構成され得る。ポンプから切断ヘッド組立体１２に加圧流体を送ることを補助するために、ポンプ及び切断ヘッド組立体１２と流体連通する流体分配システム（図示せず）が設けられ得る。

【0031】

図２を参照すると、切断ヘッド組立体１２は、ノズル２２を含み得る。ノズル２２は、超高圧流体（例えば、約８０，０００ｐｓｉ（５５１ＭＰａ）以上）、高圧流体（例えば、約５０，０００ｐｓｉ（３４５ＭＰａ）～約８０，０００ｐｓｉ（５５１ＭＰａ））、中圧流体（例えば、約３０，０００ｐｓｉ（２０６ＭＰａ）～約５０，０００ｐｓｉ（３４５ＭＰａ））、低圧流体（例えば、約１０，０００ｐｓｉ（６９ＭＰａ）～約３０，０００ｐｓｉ（２０６ＭＰａ））又はこれらの組み合わせを用いて動作可能であり得る。

【0032】

供給源（例えば、ポンプ）からの加圧流体２４は、ノズル２２内に進む。システム１０は、流体ジェット２８を生成するジェット生成組立体２６を含み得る。ジェット生成組立体２６は、オリフィス取付部３０及び宝石オリフィス３２を含み得る。いくつかの実施形態では、ノズル２２は、シール組立体３４を含み得る。シール組立体３４は、宝石オリフィス３２内に及び宝石オリフィス３２を通して加圧流体２４を導くように、下流方向に内向きに先細りとなる通路３６を有し得る。

【0033】

図示のように、ジェット生成組立体２６は、ノズル２２の供給導管３７を通して流れる加圧流体２４から流体ジェット２８を生じさせ得る。宝石オリフィス３２は、ノズル２２の研磨材ポート４０を通して流れる研磨材３８が混合領域４２（例えば、混合チャンバ）において同伴される流体ジェット２８を生じさせ得る。一実施形態によれば、切断ヘッド組立体１２は、純ウォータージェット（すなわち研磨材のないもの）を生じさせ得るため、システム１０に研磨材ポート４０がない場合がある。

【0034】

流体ジェット２８の所望の流量特性を達成するために、様々な種類の宝石オリフィス又は他の流体ジェット生成装置を使用することができる。オリフィス取付部３０は、切断ヘッド本体４４に対して固定され、宝石オリフィス３２を受け入れて保持するような寸法にされた凹部（例えば、円盤状の凹部）を含み得る。

【0035】

オリフィス取付部３０の構成及び大きさは、宝石オリフィス３２の所望の位置に基づいて選択され得る。一実施形態によれば、オリフィス取付部３０は、円盤状であり、切断ヘッド本体４４によって取り外し可能に保持され、オリフィス取付部３０がそのライフサイクルの終わりに近づいたときのオリフィス取付部３０の取り外し及び交換を可能にし得る。

【0036】

ノズル２２は、第２の物質を導入するための通路を提供するか、或いは加圧源（例えば、真空源、ポンプなど）又は１つ若しくは複数のセンサ（例えば、圧力センサ）にノズル２２が接続されることを可能にする補助ポート４６を含み得る。米国特許出願公開第２００３／００３７６５０号並びに米国特許第６，８７５，０８４号及び米国特許第５，６４３，０５８号は、ポート４０、４６と共に使用できる方法及び装置を開示している。米国特許出願公開第２００３／００３７６５０号並びに米国特許第６，８７５，０８４号及び米国特許第５，６４３，０５８号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0037】

切断ヘッド本体４４は、機械加工工程（例えば、射出成形工程）を通して形成された一体構造を有し得る。切断ヘッド本体４４は、その全体又は一部において、一実施形態によれば、１種又は複数の金属（例えば、鋼、アルミニウム、チタンなど）又は金属合金で作製され得る。一体構造を有する切断ヘッド本体４４により、切断ヘッド本体４４が誤動作しにくくなり得る。

【0038】

図示のように、切断ヘッド本体４４の内面４８は、混合領域４２と、研磨材ポート４０の研磨材入口５０と、補助ポート４６の補助入口５２とを画定し得る。研磨材入口５０を通過した研磨材３８は、流体ジェット２８が混合領域４２を通過するときに流体ジェット２８に同伴され得る。同伴は、非限定的に、２つ以上の異なる物質を混合すること、組み合わせること又は他の方法で一緒にすることを含み得る。例えば、研磨材は、流体ジェットが研磨材を混合管５４内に及び混合管５４を通して搬送し、それにより研磨材流体ジェット５５を形成するように、流体ジェットを形成する流体と部分的に又は完全に混合され得る。一実施形態によれば、研磨材３８は、研磨材流体ジェット５５の１５体積％未満を構成し得る。

【0039】

切断ヘッド本体４４は、混合管５４を受け入れるような大きさにされた凹部を含み得る。一実施形態によれば、ポンプからの加圧流体２４は、ジェット生成組立体２６に送出され得る。宝石オリフィス３２は、混合領域４２を通過する流体ジェット２８を生じさせる。研磨材流体ジェット５５を形成するために、研磨材ポート４０を通して及び研磨材入口５０を経て混合領域４２内に送出された研磨材３８は、混ぜ合わされ、混合管５４の流路５３を通して送出され得る。研磨材３８及び流体ジェット２８は、混合管５４内で更に混合され、ノズル２２の出口５６（例えば、混合管５４の遠位端）から出て、ワークピース１４を加工するためにワークピース１４に導かれる研磨材流体ジェット５５を生じさせ得る。

【0040】

混合管、宝石オリフィス及びオリフィス取付部など、切断ヘッド組立体１２の構成要素は、作動圧力、切断動作などの動作パラメータに基づいて選択され得る。システム１０は、ノズル２２内への加圧流体２４の流れを選択的に制御する弁組立体を含み得る。参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００３／００３７６５０号は、例示のノズル２２と共に使用できる様々な種類の弁組立体を開示している。他の種類の弁組立体を必要又は所望に応じてノズル２２と共に使用することもできる。

【0041】

一実施形態によれば、切断ヘッド組立体１２は、領域６２を少なくとも部分的に囲むシュラウド６０を含み得る。図示のように、シュラウド６０は、ノズル２２の出口５６が領域６２内に位置決めされるように位置決めされ得る（例えば、切断ヘッド本体４４によって支持され得る）。例えば、混合管５４の遠位端は、混合管５４の長手方向軸に関してシュラウド６０によって径方向に取り囲まれ得る。

【0042】

システム１０の動作中、シュラウド６０は、シュラウド６０及びワークピース１４が協働して領域６２を囲むようにワークピース１４に対して位置決めされ得る。一実施形態によれば、シュラウド６０及びワークピース１４は、協働して領域６２を囲むように直接接触し得る。シュラウド６０とワークピース１４との直接接触境界面は、領域６２内にガス（例えば、不活性ガス）のポケット又は液体（例えば、水）のポケットを保持し、領域６２内への大気の流入を防止するか又は実質的に妨げるのに十分であり得る。

【0043】

一実施形態によれば、シュラウド６０及びワークピース１４は、協働して領域６２を囲むために、隙間６４（例えば、径方向隙間）がワークピース１４に最も近接し、及びワークピース１４に面するシュラウド６０の表面（例えば、「底部」）とワークピース１４との間に位置決めされるように近接し得る。シュラウド６０は、システム１０の動作中におけるシュラウド６０と物体（例えば、ワークピース１４の隆起部分）との衝突時、シュラウド６０が（例えば、弾性）変形して衝撃を吸収し、システム１０の継続動作を可能にするような可撓性材料（例えば、ゴム）を含み得る。

【0044】

シュラウド６０は、シュラウド６０とノズル２２との相対移動が防止されるか又は少なくとも抑制されるように、切断ヘッド組立体１２（例えば、ノズル２２）によって支持され得る。一実施形態によれば、シュラウド６０とノズル２２の出口５６との相対移動は、隙間６４の大きさを変化させるためにシュラウドを「上昇」及び「下降」させることを可能にするために、上下方向（すなわちワークピース１４に向かう方向及びワークピース１４から離れる方向）において許容される。例えば、システム１０がワークピース１４の感受性構成要素を切断しており、不活性ポケットが領域６２内に確立されるとき、隙間６４の大きさを減少させるか又はなくすためにシュラウド６０を下降させ得る。感受性構成要素を切断した後、シュラウド６０を上昇させ、それにより隙間６４の大きさを増加させ得る。

【0045】

したがって、一実施形態によれば、シュラウド６０は、ノズル２２がワークピース１４に対して移動すると、シュラウド６０も一体となってワークピース１４に対して移動するように切断ヘッド組立体１２によって支持され得る。シュラウド６０及び出口５６のこの配置により、領域６２の迅速及び選択的な制御が可能となる。「通常」動作中（すなわちワークピース１４の非感受性構成要素を加工するとき）、領域６２内に大気が存在し得る。切断ヘッド組立体１２がワークピース１４の感受性構成要素の加工を開始しようとするとき、以下に詳細に説明するように、領域６２内の空気は、不活性環境に置き換えられ得る。ワークピース１４の感受性構成要素を加工した後、不活性環境が領域６２内で弱まって再び空気が戻り、「通常」動作が再開し得る。

【0046】

シュラウド６０は、領域６２への入口６６であって、それを通して不活性物質が移動して不活性環境を形成する入口６６を含み得る。入口６６は、第１のシュラウドポート６８によって形成され得る。第１のシュラウドポート６８は、ガス（例えば、窒素、二酸化炭素などの不活性ガス）、流体（例えば、不活性流体、例えば水又は長鎖ポリマーなどの添加剤を加えた水）又は両方を領域６２内に搬送する管状部材であり得る。一実施形態によれば、第１のシュラウドポート６８は、不活性物質を領域６２に供給する供給源（例えば、不活性ガスの供給源）と連通し得る。

【0047】

シュラウド６０は、領域６２内の物質が排出され得る出口７０を含み得る。出口７０は、第２のシュラウドポート７２によって形成され得る。第２のシュラウドポート７２は、領域６２内に存在するガス（例えば、窒素、二酸化炭素などの不活性ガス）、流体又は両方を搬送する管状部材であり得る。一実施形態によれば、第２のシュラウドポート７２は、領域６２内の物質の除去を補助する供給源（例えば、真空源）と連通し得る。

【0048】

一実施形態によれば、シュラウド６０は、ポートを１つのみ含み得（例えば、第１のシュラウドポート６８のみを含み、第２のシュラウドポート７２を含まない）、その１つのポートは、領域６２のための入口６６及び出口７０の両方として機能し得る。例えば、弁は、１つのポートに結合され得、弁の制御は、１つのポートを、入口６６としての機能するポートから、出口７０として機能するポートに又はその逆に移行させ得る。一実施形態によれば、隙間６４は、物質が入口６６を通して領域６２に入るとき、物質が入る前に領域６２内に存在していた物質が隙間６４から出るように出口７０を形成し得る。

【0049】

一実施形態によれば、シュラウド６０にポートがない場合がある。代わりに、ノズル２２の出口５６が入口６６として機能し、隙間６４が出口７０として機能し得る。不活性環境は、出口５６を通して領域６２に入る物質（例えば、不活性ガス）によって形成され得る。一実施形態によれば、研磨材３８は、物質によって混合領域４２に搬送され、次いで、物質は、混合管５４を通して移動し、出口５６を通して領域６２に入る。

【0050】

有害品（例えば、リチウムイオン電池などの電池）を加工する際の潜在的な危険性の１つは、感受性構成要素の熱暴走（例えば、電池セルの温度と、電池の電解質の導電率との間の正のフィードバックによって生じる、電池の制御できない急速な加熱）である。熱暴走によって物品の発火が生じ得る。有害品の発火を防止する１つの解決策は、生成された流体ジェット（例えば、研磨材流体ジェット５５）がノズル２２から出てワークピース１４を加工する不活性環境（例えば、領域６２内）を形成することである。不活性環境は、ワークピース１４の発火が防止又は少なくとも阻止される環境である。一実施形態によれば、不活性環境は、酸欠状態であり得る（例えば、周囲雰囲気よりも酸素を含む割合が低い）。一実施形態によれば、不活性環境は、領域６２内に位置決めされた不活性ガス（例えば、窒素、二酸化炭素など）、流体（例えば、不活性流体）又は両方を含み得る。

【0051】

他の有害品は、軍需物資（例えば、推進剤を含むロケット）及び有害ガスを収容するタンク（例えば、溶接及び建設中に使用される）を含むが、これらに限定されない。有害品は、火花に反応し、結果として爆発又は燃焼する材料又は物質を含有し得る。不活性環境は、火花発生の可能性を防止するか若しくは低下させ得、及び／又は発火が防止若しくは少なくとも阻止される酸素欠乏環境を提供し得る。

【0052】

一実施形態によれば、流体ジェットシステム１０を動作させる方法は、シュラウド６０をワークピース１４に対して、シュラウド６０がワークピース１４との組み合わせで領域６２を（例えば、少なくとも部分的に）囲むように位置決めすることを含む。方法は、（例えば、入口６６を通して）領域６２を不活性材料で少なくとも部分的に満たすことを更に含み得る。方法は、流体ジェット（例えば、研磨材流体ジェット５５）を生成することと、出口５６が領域６２内に位置決めされた状態で、ノズル２２の出口５６を通して流体ジェットを放出することとを含み得る。方法は、放出された流体ジェットを、不活性物質を通して導くことと、ワークピース１４を流体ジェットと衝突させることとを含み得る。

【0053】

図３を参照すると、キャッチャタンク組立体１１は、流体７４（例えば、水）で満たされ得る。一実施形態によれば、方法は、ワークピース１４の少なくとも一部及びシュラウド６０の少なくとも一部を流体７４に浸すことを含み得る。方法は、領域６２内の不活性物質（例えば、不活性ガス）のポケットを捕捉することを更に含み得る。隙間６４は、流体７４によって占有され、それにより不活性物質のポケットが隙間６４から出ることを防止し得る。一実施形態によれば、シュラウド６０は、ワークピース１４に直接接触して、シュラウド６０とワークピース１４との境界面を通して不活性物質が領域６２の外に出ることを防止するバリアを形成し得る。

【0054】

キャッチャタンク組立体１１は、流体７４の温度に影響を及ぼす冷却器７６を含み得る。流体ジェットシステム１０の動作（例えば、流体７４中への研磨材流体ジェット５５の放出）は、流体７４の温度の上昇をもたらし得る。特定の有害品を加工する際、作業環境の温度上昇を防止することにより、有害品の感受性構成要素が発火する可能性が低減され得る。一実施形態によれば、システム１０を動作させる方法は、流体７４の温度をその周囲温度よりも低下させるように冷却器７６を作動させることを含み得る。

【0055】

一実施形態によれば、システム１０を動作させる方法は、流体７４の所望の温度を維持するように冷却器７６を周期的に作動させることを含み得る。例えば、流体７４の所望の温度は、周囲温度（すなわち休止温度又はシステム１０の動作の影響が全くない温度）であり得る。したがって、冷却器７６は、流体７４の周囲温度を維持するように動作可能であり得る。システム１０の動作中、熱が徐々に生じ／流体７４に加えられ、冷却器７６は、流体７４から熱を除去して所望の温度を維持するように作動する。

【0056】

冷却器７６は、ヒートシンクとして動作し、流体７４とは依然として別のものである別個の冷媒によって流体７４から熱を除去し得る。一実施形態によれば、冷却器７６は、キャッチャタンク組立体１１からの流体７４を、熱が流体７４から除去される熱交換器に循環させ、次にここで冷却された流体７４をキャッチャタンク組立体１１に戻るように循環させ得る。ワークピース１４は、冷却流体がビームの内部を通して循環する１つ又は複数の中空ビームなど、能動的に冷却される構造上に支持され得る。

【0057】

図４を参照すると、流体ジェットシステム１０は、少なくとも１０，０００ｐｓｉ（例えば、約１０，０００ｐｓｉ～約１１０，０００ｐｓｉ）の作動圧力で加圧流体２４（例えば、水）を切断ヘッド組立体１２に選択的に提供するための、例えば直接駆動ポンプ又は増圧ポンプなどのポンプ７８を含み得る。流体分配システム８０は、流体の供給源８２（例えば、タンク）をポンプ７８及び切断ヘッド組立体１２に流体接続し得る。

【0058】

システム１０は、供給源８２と切断ヘッド組立体１２との間に上流側冷却器８４を含み得る。上流側冷却器８４は、切断ヘッド組立体１２に到達する前に流体の温度を低下させ得る。一実施形態によれば、上流側冷却器８４は、流体が加圧された後に上流側冷却器８４が流体の温度を低下させるように、図示のようにポンプ７８と切断ヘッド組立体１２との間に位置決めされ得る。例えば、加圧水を凍結させずに加圧水を冷却するために、液体窒素が使用され得る。

【0059】

一実施形態によれば、上流側冷却器８４は、上流側冷却器８４が流体の加圧前に流体の温度を低下させるように、供給源８２とポンプ７８との間に位置決めされ得る。一実施形態によれば、システム１０は、複数の上流側冷却器８４（例えば、１つは、ポンプ７８と切断ヘッド組立体１２との間に位置決めされ、もう１つは、供給源８２とポンプ７８との間に位置決めされる）を含み得る。

【0060】

図示のように、システム１０の切断ヘッド組立体１２は、純流体ジェット５７（すなわち研磨材のない流体ジェット）を生じさせ得る。したがって、システム１０に研磨材ポート４０及び補助ポート４６の一方又は両方がない場合がある。同様に、切断ヘッド組立体１２にシュラウド６０がない場合がある。システム１０は、冷却器７６若しくは上流側冷却器８４のいずれかを含み得るか、冷却器７６と上流側冷却器８４との両方を含み得るか、又は冷却器７６も上流側冷却器８４も含まない場合がある。

【0061】

図５～図８を参照すると、システム１０は、ワークピース１４の加工中にシステム１０の音響パラメータ９２を捕捉するセンサ９０（例えば、マイクロフォン）を含み得る。音響パラメータ９２は、切断ヘッド組立体１２によって生じた流体ジェット（例えば、研磨材流体ジェット５５又は純流体ジェット５７）とワークピース１４との衝突によって生成され得る。一実施形態によれば、音響パラメータ９２は、流体ジェットとワークピース１４との衝突によって生じる周波数、振幅又は周波数と振幅との両方を含み得る。

【0062】

ワークピース１４における異なる材料は、流体ジェットの影響を受けたときに異なる音響パラメータ９２を生じさせ得る。一実施形態によれば、システム１０は、センサ９０によって捕捉された音響パラメータ９２を解析するプロセッサ９４を含み得る。所望の材料（例えば、再利用される貴重な材料）に影響を及ぼす流体ジェットを特定すると、システム１０のコントローラ９６は、流体ジェットの生成を停止し得る。

【0063】

例示の実施形態に示すように、純流体ジェット５７は、ワークピース１４を加工し得る（例えば、穴開けし得る）。ワークピース１４は、２つの異なる材料（第１の材料９８及び第２の材料１００）を含み得る。この例では、第２の材料１００は、再利用される貴重な材料（例えば、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、グラファイト、マンガン、リチウム）であり、第１の材料９８は、スクラップ材料である。

【0064】

流体ジェットが第１の材料９８に衝突すると、少なくとも１つの音響パラメータ９２がセンサ９０によって捕捉される。図６に示すように、流体ジェットが第２の材料１００に衝突すると、音響パラメータ９２は、図７に示すように、時間ｔで対象範囲１０２に入り得る。（例えば、読取値が異常でないことを確実にするための設定されたサイクル数にわたって）音響パラメータ９２が対象範囲１０２に入ったことを検出すると、コントローラ９６は、時間ｔ’で流体ジェットの生成を停止する。一実施形態によれば、停止は、加圧流体２４の流れを止めることによって（例えば、遮断弁の作動によって）達成され得る。

【0065】

コントローラ９６は、複数の対象範囲の１つに入る音響パラメータ９２により、複数の所望の材料のいずれかとの流体ジェットの衝突を特定し、かかる特定時に流体ジェットの生成を停止し得る。したがって、一実施形態によれば、システム１０は、様々な材料に衝突する流体ジェットの様々な組み合わせに対応する複数の対象範囲１０２を用いてプログラムされ得る。例えば、第１の対象範囲１０２は、６０，０００ｐｓｉの圧力での純ウォータージェットとコバルトとの衝突を示し得、第２の対象範囲１０２は、６０，０００ｐｓｉの圧力での研磨材ウォータージェットとコバルトとの衝突を示し得る。動作パラメータ（例えば、流体ジェットの種類、研磨材の使用、動作圧力など）が選択されると、動作パラメータに対応する対象範囲１０２の組が特定され得る。一実施形態によれば、センサ９０は、領域６２の内側に位置決めされ得る。

【0066】

センサ９０は、穴開け手順についての上記の説明と同様に切断手順中に使用され得る。流体ジェット（例えば、純流体ジェット５７）がワークピース１４の第１の材料９８を貫通して切断するとき、音響パラメータ９２は、第１の範囲内（例えば、対象範囲１０２の外）にある。流体ジェットがワークピース１４の第２の材料１００に衝突すると、音響パラメータ９２が変化して対象範囲１０２に入る。音響パラメータ９２が対象範囲１０２に入ったことを検出すると、コントローラ９６は、流体ジェットを停止し、したがって第２の材料１００を維持し得る。

【0067】

図８に示すように、システム１０は、対象範囲１０２が、ワークピース１４の第１の既知の材料に衝突する流体ジェットの音響パラメータ９２に対応するように動作し得る。例えば、システム１０は、電池の外側ケーシングを穿孔して電池の内部構成要素にアクセスするために使用され得る。外側ケーシングの材料は、既知であり得るため、外側ケーシング、ワークピース１４に衝突する流体ジェットの音響パラメータ９２によって対象範囲１０２が定められる。外側ケーシングが穿孔され、流体ジェットが外側ケーシング以外の材料に影響を及ぼした時点で音響パラメータ９２が対象範囲１０２から出て、音響パラメータ９２が対象範囲１０２から出たことを特定すると、コントローラ９６が流体ジェットを停止し得る。

【0068】

一実施形態によれば、流体ジェットとワークピース１４の材料の１つとの衝突によって生じる周波数は、２２．５ｋＨｚ～２３．５ｋＨｚであり得る。一実施形態によれば、ワークピース１４の別の材料の衝突時、流体ジェットとワークピース１４の別の材料との衝突によって生じる周波数は、少なくとも５パーセント変化し得る。

【0069】

一実施形態によれば、流体ジェットとワークピース１４の１つの材料との衝撃による音響パラメータ９２の振幅は、８８～９２ｄＢであり得、流体ジェットとワークピース１４の別の材料との衝突は、少なくとも５パーセント（例えば、９８～１０２ｄＢになるように）変化し得る。

【0070】

システム１０を動作させる方法は、流体ジェット（例えば、研磨材流体ジェット５５又は純流体ジェット５７）を生成することと、流体ジェットをノズル２２からワークピース１４に向かって放出することとを含み得る。方法は、流体ジェットでワークピースに穴を開けることと、穴を開けている間、流体ジェットがワークピースに衝突することによって生じる少なくとも１つの音響パラメータ９２を監視することとを更に含み得る。方法は、少なくとも１つの音響パラメータ９２の変化を検出した時点で流体ジェットの生成を終了することを更に含み得る。一実施形態によれば、少なくとも１つの音響パラメータ９２の変化は、対象範囲１０２に入る音響パラメータ９２の値を含む。一実施形態によれば、少なくとも１つの音響パラメータ９２の変化は、対象範囲１０２から出る音響パラメータ９２の値を含む。

【0071】

図９を参照すると、システム１０は、ワークピース１４の１つ又は複数の物理的特性（例えば、厚さ、密度など）を測定するセンサ１１０を含み得る。一実施形態によれば、センサ１１０は、超音波撮像装置である。センサ１１０は、異なる物理的特性を有するワークピースの領域を特定し得る。図示のように、センサ１１０は、ワークピース１４の異なる厚さの領域を特定し得る。

【0072】

例えば、センサ１１０は、ワークピース１４を走査した後、１つ又は複数のより厚い厚さの領域１１２、１つ又は複数のより薄い厚さの領域１１４及び１つ又は複数の中間厚さの領域１１６を特定し得る。一実施形態によれば、センサ１１０は、ワークピース１４の残りの部分から分離される構成要素又は材料を有する対象領域１１８も特定し得る。

【0073】

システム１０（例えば、プロセッサ）は、ワークピース１４の物理的特性に関するデータを解析し、ワークピース１４の残りの部分から対象領域１１８を分離するためにワークピース１４を切断する経路１２０を特定し得る。図示のように、経路１２０は、１つ又は複数のより厚い厚さの領域１１２を回避し、１つ又は複数のより厚い厚さの領域１１２を通過することを回避するために、対象領域１１８の周囲の最短経路から逸脱し得る。一実施形態によれば、経路１２０は、１つ又は複数のより薄い厚さの領域が有害又は貴重な材料を含み得るため、１つ又は複数のより薄い厚さの領域１１４（又は１つ若しくは複数の一定厚さの領域）を回避し、１つ又は複数のより薄い厚さの領域１１４を通過することを回避するために、対象領域１１８の周囲の最短経路から逸脱し得る。

【0074】

同様に図示のように、経路１２０は、１つ又は複数の中間厚さの領域１１６を横切る距離を最小化し、１つ又は複数の中間厚さの領域１１６の幅狭部分１２２を通過するために、対象領域１１８の周囲の最短経路から逸脱し得る。

【0075】

システム１０を動作させる方法は、ワークピース１４を（例えば、センサ１１０、例えば超音波撮像装置を用いて）走査して、ワークピース１４の様々な領域の厚さを決定することを含み得る。方法は、ワークピース１４を切断する経路１２０を特定することを更に含み得、経路１２０は、ワークピース１４の厚肉部よりもワークピース１４の薄肉部を優先することによって決定される。例えば、部分（例えば、Ｔ字状部）を切断することは、流体ジェットが厚肉側を貫通して切断する代わりにＴ字状部の薄肉側を切断するように、支持面１３上のワークピース１４の位置及び／又は向きを調整することを含み得る。

【0076】

方法は、流体ジェットシステム１０の切断ヘッド組立体１２内で流体ジェットを生成することと、経路１２０を辿る間、ノズル２２から流体ジェットを放出して、ワークピース１４を切断することとを更に含み得る。一実施形態によれば、方法は、対象領域１１８を特定することを含み得、経路１２０は、ワークピース１４の残りの部分から対象領域１１８を分離するように選択される。

【0077】

システム１０は、切断ヘッド組立体１２によって生成される流体ジェットのパラメータの１つ又は複数が調整可能であるように調整可能であり得る。例えば、流体ジェットの圧力、研磨材の使用／研磨材の種類などは、経路１２０に沿って位置するワークピース１４の１つ又は複数の物理的特性に基づいて選択され得る。一実施形態によれば、切断ヘッド組立体１２によって生成される流体ジェットの１つ又は複数のパラメータは、流体ジェットが、ワークピース１４の第１の材料（例えば、プラスチック製のハウジング又はブラケット）を貫通して切断するのに十分なパワーを有し、及び（流体ジェットに対して）第１の材料「よりも下に」位置する第２の材料（例えば、貴金属）を貫通して切断するのに十分なパワーがないように選択され得る。したがって、経路１２０は、第２の材料を貫通して切断することなく、ワークピース１４の残りの部分から対象領域１１８内の第２の材料を分離する一方、対象領域１１８と重なるように選択され得る。

【0078】

一実施形態によれば、切断ヘッド組立体１２によって生成される流体ジェットは、厚さ６インチの金属を貫通して切断するのに不十分なパワーを有するが、厚さ０．５インチの金属を貫通して切断するのに十分なパワーを有するように、供給速度１ポンド／分でガーネットを研磨材として使用している間、６０，０００の動作圧力を有し得る。

【0079】

図１０を参照すると、システム１０は、研磨材スラリージェット１３０を生成してワークピース１４を加工し得る。研磨材スラリージェット１３０を生じさせるために、スラリー１３２がジェット生成組立体２６に送出されるように、研磨材は、加圧流体と予め混合されてスラリー１３２を形成し得る。スラリー１３２が宝石オリフィス３２を通過すると、研磨材スラリージェット１３０が生成される。研磨材が予め混合されるため、混合領域４２及び研磨材ポート４０などの構成要素は、宝石オリフィス３２の下流側には必要ない。これにより、ノズル２２が薄型（例えば、研磨材スラリージェット１３０の進行方向に垂直な平面において測定された狭い断面寸法Ｄ１、例えば０．５インチ未満）を有し得る。

【0080】

次に、薄型ノズル２２は、ワークピース１４の内部１３４に挿入され得る。一実施形態によれば、内部１３４は、ノズル２２の出口５６がワークピース１４の内部１３４に位置決めされたとき、研磨材スラリージェット１３０によって加工され得る有害な構成要素１３６を含み得る。一実施形態によれば、内部１３４は、ガス状の有害な構成要素１３６を収容し得る。研磨材スラリージェット１３０は、前述の実施形態で説明したように、出口５４がシュラウド６０の領域６２内に位置決めされたとき、研磨材流体ジェット５５及び純流体ジェット５７と同様に出口５４を通して放出され得る。

【0081】

２０２１年６月２９日に出願された米国仮特許出願第６３／２１６，３０７号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0082】

要約書に記載した内容を含む、例示の実施形態についての上記の説明は、網羅的であるか又は開示した正確な形態に実施形態を限定するように意図されるものではない。本明細書では、具体的な実施形態及び例が例示の目的で説明されているが、当業者によって認識されるように、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な均等な修正形態がなされ得る。更なる実施形態を提供するために、上で説明した様々な実施形態を組み合わせることができる。

【0083】

本明細書で説明する方法の多くは、変更を加えて実行することができる。例えば、方法の多くは、追加の動作を含み、いくつかの動作を省略し、及び／又は例示若しくは説明されるものと異なる順序で動作を行い得る。

【0084】

上で詳述した説明に照らして、実施形態に対するこれら及び他の変更形態がなされ得る。概して、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、本明細書及び特許請求の範囲に開示した具体的な実施形態に特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に全ての可能な実施形態を含むものと解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】