JP5205481B2 - アブレシブウォータージェット加工機 - Google Patents

Description

本発明は、アブレシブウォータージェット加工機に関し、特に、研磨材を圧送する圧送圧力を制御するアブレシブウォータージェット加工機に関する。

従来、アブレシブウォータージェット加工機は、オリフィスを通過した高速のウォータージェットが発生する負圧や研磨材の重力による位置エネルギーを利用して研磨材を搬送してウォータージェットに混合し、ノズルからウォータージェットを噴射してワークを切断加工する（例えば、特許文献１，２）。

また、アブレシブウォータージェット加工において、ウォータージェット噴射停止時にノズルから研磨材供給チューブへウォータージェットが逆流したり、研磨材供給チューブが詰まったりすると加工品位が低下するため、これらを検知する手段として、研磨材供給チューブ内の圧力を測定してチューブ内の逆流等を判定する方法がある（例えば、特許文献３）。

特開平７−１３３８号公報 特開２００８−１９４７７３号公報 特開２００２−２３３９５７号公報（図１）

しかしながら、オリフィスが発生する負圧や重力による位置エネルギーを利用して研磨材を搬送する方法では、ウォータージェット噴射開始直後から安定して十分な量の研磨材を供給できないことから、必要な量の研磨材がウォータージェットに十分に混入されないため、加工品位が低下するという問題があった。
特に、脆性材料やＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等において、切断加工の前加工におけるピアス（貫通穴）加工では、層間剥離などの弊害を引き起こす原因となることがあった。

また、研磨材供給チューブ内の圧力は、ウォータージェットの噴射圧力、研磨材供給量によって大きく変動するため、的確に逆流等を判定できないので加工品位が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、ウォータージェットの逆流を防止して、研磨材を安定して供給することで、前加工であるピアス加工およびピアス加工後の切断加工において、それぞれ適切な加工条件を設定して加工品位の高いアブレシブウォータージェット加工が可能なアブレシブウォータージェット加工機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、研磨材が混入された加工用流体をノズルから噴射させて切断加工するアブレシブウォータージェット加工機であって、前記ノズルに前記加工用流体を供給する加工用流体供給装置と、前記ノズルに前記研磨材を供給して前記加工用流体に混入する研磨材供給装置と、前記加工用流体を噴射させる圧力を制御する噴射圧力制御装置と、を有し、前記研磨材供給装置は、前記研磨材を貯留する圧力容器からなる貯留ホッパと、この貯留ホッパと前記ノズルを連通する研磨材供給配管と、この研磨材供給配管および前記貯留ホッパに圧縮エアを供給して、当該圧縮エアにより当該研磨材供給配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷することによって増加するエアの流量を利用して、当該研磨材を前記ノズルに圧送するエアパージ装置と、を備え、前記噴射圧力制御装置は、前記切断加工の前加工であるピアス加工における噴射圧力を、前記切断加工における噴射圧力よりも低く制御する２段階制御を実行し、前記噴射圧力制御装置により噴射圧力を低く制御した状態において、前記エアパージ装置は、前記研磨材供給配管を流通する圧縮エアの圧送圧力を制御する圧送圧力制御装置を備え、この圧送圧力制御装置により、前記ピアス加工時の前記圧送圧力を前記切断加工時の圧送圧力よりも高く制御すること、を特徴とする。

本発明に係るアブレシブウォータージェット加工機は、前記研磨材供給配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷するエアパージ装置を備えたことで、増加するエアの流量を利用して当該研磨材を前記ノズルに安定して供給することができるため、オリフィスを通過した加工用流体が発生する負圧や研磨材の重力による位置エネルギーに過度に依存することなく、研磨材を安定して搬送することができる。さらに、研磨材供給配管内の圧力を高めることで、ノズル側から研磨材供給配管への逆流を効果的に防止することができる。

また、本発明に係るアブレシブウォータージェット加工機は、前記噴射圧力制御装置により、ピアス加工における噴射圧力を前記切断加工よりも低く制御することで、ウォータージェットの噴射初期に研磨材が十分に供給されないことによる欠けや割れを効果的に防止することができる。

一方、前記噴射圧力制御装置により噴射圧力を低く制御した状態において、前記研磨材供給配管を流通する圧縮エアの圧送圧力を前記切断加工時の圧送圧力よりも高く制御する圧送圧力制御装置を備えたことで、オリフィスを通過した加工用流体が発生する負圧や研磨材の重力による位置エネルギーに過度に依存することがないので、研磨材供給配管の経路、長さ、およびノズルと貯留ホッパの位置関係等によらず安定して適量の研磨材を供給することができる。
このため、ピアス加工において噴射圧力を低く設定した場合にも安定して充分な量の研磨材を供給することで、高品位のピアス加工を安定して実現することができる。

このようにして、本発明に係るアブレシブウォータージェット加工機は、ウォータージェットの逆流を防止して、適量の研磨材を安定して供給することで、前加工であるピアス加工およびピアス加工後の切断加工において、それぞれ適切な加工条件を設定して加工品位の高いアブレシブウォータージェット加工を実現することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアブレシブウォータージェット加工機であって、前記貯留ホッパに貯留する研磨材を補充する圧力容器からなる研磨材タンクと、この研磨材タンクと前記貯留ホッパを連通する研磨材補充配管と、前記研磨材タンク内に圧縮エアを供給して、当該圧縮エアにより前記研磨材補充配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷するエア供給装置と、を備えたこと特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、前記研磨材補充配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷するエア供給装置を備えたことで、研磨材を前記貯留ホッパに安定して補充することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のアブレシブウォータージェット加工機であって、前記エアパージ装置は、エア源から前記貯留ホッパに連通する第１のエア流路と、この第１の流路から分岐して前記研磨材供給配管に連通する第２のエア流路と、前記第２のエア流路を流通する圧縮エアの流量を計測する流量計測器と、を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、前記流量計測器を備えたことで、前記研磨材供給配管に供給する圧縮エアの供給流量を管理することができるため、前記研磨材供給配管を流通する研磨材の圧送流量を適切に管理することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のアブレシブウォータージェット加工機であって、前記流量計測器により、前記ピアス加工時よりも低い圧縮エアの流量を計測したことによって、前記研磨材供給配管あるいは前記ノズルにおける前記研磨材の詰まりまたは前記加工用流体の逆流を検知する逆流検知装置を備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、第２の流路における圧縮エアの流量を計測することにより、研磨材供給配管における逆流を検知するため、変動が大きく不安定な研磨材供給配管の圧力を計測して逆流を検知する場合よりも的確に安定して研磨材供給配管における逆流を検知することができる。
また、前記ピアス加工時の前記圧送圧力よりも低い圧縮エアの流量を閾値として、逆流および研磨材の詰まりを確実に検知することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアブレシブウォータージェット加工機であって、液中で前記加工用流体を前記ノズルから噴射させて加工することを特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、液中でアブレシブ加工を行う場合であっても、前記研磨材供給配管を流通する圧縮エアの圧送圧力を制御する圧送圧力制御装置を備えたことで、研磨材供給配管内の圧力を適切に高めることができるため、ノズル側から研磨材供給配管への逆流を効果的に防止することができる。

本発明に係るアブレシブウォータージェット加工機は、ウォータージェットの逆流を防止して、研磨材を安定して供給することができるため、前加工であるピアス加工およびピアス加工後の切断加工において、それぞれ適切な加工条件を設定して加工品位の高いアブレシブウォータージェット加工が可能である。

本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機の動作を説明するための流れ図である。 本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機の動作を説明するためのタイムチャートである。

本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機１について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
アブレシブウォータージェット加工機１は、図１に示すように、加工用流体Ｑに研磨材Ｇを混入し、アブレシブヘッド２に装着されたノズル２１からウォータージェットＪを噴射させて、加工槽Ｒの内で水中にクランプされたワークＷを切断加工する加工装置である。

アブレシブウォータージェット加工機１は、切断加工の前加工である貫通穴を形成するピアス加工と、ピアス加工によりワークＷを貫通したウォータージェットＪを移動させながら多種形状加工等を行う切断加工を実行する機能を備え、ステンレス、ＭＣ（モノマー・キャスティング）ナイロン、ＣＦＲＰ、およびチタン合金等の多種多様な材質にハニカム形状や歯車形状等の自在な多種形状の加工を行うことができる。
また、水中で加工を行うことが可能であるため、騒音や粉塵など作業環境への負荷も最小限にとどめることができる。

アブレシブウォータージェット加工機１は、ノズル２１に加工用流体Ｑを供給する加工用流体供給装置３１と、ノズル２１に研磨材Ｇを供給して加工用流体Ｑに混入する研磨材供給装置４と、加工用流体Ｑを噴射させる圧力を制御する噴射圧力制御装置３２と、研磨材供給配管４２における研磨材Ｇの逆流を検知する逆流検知装置９と、制御装置７と、を備えている。

加工用流体Ｑは、取り扱いの容易性から水を使用しているが、ノズル２１から噴射させるウォータージェットＪの収束性を向上させる増粘材を添加することもできる。
研磨材Ｇは、ワークＷの種類や用途に応じて適宜選択されるが、ガーネット研磨材やアルミナ等を使用することができる。

加工用流体供給装置３１は、３０〜４００ＭＰａの超高圧に加圧した加工用流体Ｑ（超高圧水）をアブレシブヘッド２に供給する装置であり、アブレシブヘッド２に連通する高圧配管３１ａと、アブレシブヘッド２に供給する超高圧水を規制するオンオフバルブ３１ｂと、図示しない高圧ポンプ（図２のＳ１０参照）と、を備えている。

噴射圧力制御装置３２は、アブレシブヘッド２に供給する超高圧の加工用流体Ｑの圧力を調整して、ノズル２１から噴射させるウォータージェットＪの噴射圧力を制御する装置であり、図示しない減圧弁（図３の「減圧弁」の項を参照）を備え、ワークＷの材質や用途に応じて適宜調整できるようになっている。
また、噴射圧力制御装置３２は、切断加工の前加工であるピアス加工における噴射圧力を、切断加工における噴射圧力よりも低く制御する２段階制御を実行する機能を備えている（図３の「噴射圧力」の項を参照）。

アブレシブヘッド２は、高圧配管３１ａから加工用流体Ｑが導入される超高圧水導入口２２と、この超高圧水導入口２２からノズル２１まで連通する超高圧水流路２３と、この超高圧水流路２３に連通して研磨材Ｇが導入される研磨材導入口２４と、を備えている。

かかる構成により、加工用流体供給装置３１により加工用流体Ｑが超高圧水導入口２２から超高圧水流路２３を通ってノズル２１まで供給され、研磨材供給装置４およびエアパージ装置５により適量の研磨材Ｇが研磨材導入口２４から導入されて、加工用流体Ｑに研磨材Ｇが混入される。そして、この研磨材Ｇが混入された加工用流体ＱがウォータージェットＪとなってノズル２１から噴射されるようになっている。

研磨材供給装置４は、研磨材Ｇを貯留する圧力容器からなる貯留ホッパ４１と、この貯留ホッパ４１とアブレシブヘッド２を連通する研磨材供給配管４２と、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇに圧送圧力を負荷するエアパージ装置５と、貯留ホッパ４１に研磨材Ｇを補充するための研磨材補充装置６と、を備えている。

貯留ホッパ４１は、ノズル２１に供給された加工用流体Ｑに混入する適量の研磨材Ｇを計量してノズル２１に供給するための装置である。
貯留ホッパ４１は、一定量の研磨材Ｇを貯留する圧力容器４１ａと、研磨材補充装置６から研磨材Ｇが補充される導入口４１ｂと、研磨材Ｇを排出する排出口４１ｃと、排出口４１ｃの口径を調整するニードルバルブ４１ｄと、ニードルバルブ４１ｄを駆動するアクチュエータ４１ｅと、を備えている。アクチュエータ４１ｅは、例えば、エンコーダ付きの直動アクチュエータを使用して制御装置７で制御する。

かかる構成により、貯留ホッパ４１のアクチュエータ４１ｅにより、ニードルバルブ４１ｄを開く方向（図１の上方）に移動させると研磨材Ｇの供給量が増大し、ニードルバルブ４１ｄを閉じる方向（図１の下方）に移動させると研磨材Ｇの供給量が減少する。

このようにして、研磨材供給装置４は、アクチュエータ４１ｅによりニードルバルブ４１ｄの動作を制御して排出口４１ｃの口径を調整することで、ウォータージェットＪに混入する適量の研磨材Ｇを排出口４１ｃから排出することができる。そして、排出口４１ｃから排出された研磨材Ｇは研磨材供給配管４２を通ってエアパージ装置５によりアブレシブヘッド２まで圧送される。

研磨材供給配管４２は、貯留ホッパ４１の排出口４１ｃとアブレシブヘッド２の研磨材導入口２４を連結する研磨材Ｇの供給路となる配管であり、エアパージ装置５から圧縮エアが導入される圧縮エア導入口４２ａを備えている。

エアパージ装置５は、研磨材供給配管４２および貯留ホッパ４１に圧縮エアを供給して、この圧縮エアにより研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇに圧送圧力を負荷することによって増加するエアの流量を利用して、貯留ホッパ４１に貯留された研磨材Ｇをアブレシブヘッド２まで圧送する装置である。

エアパージ装置５は、エア源Ａから貯留ホッパ４１に連通する第１のエア流路Ｌ１と、この第１のエア流路Ｌ１から分岐して研磨材供給配管４２に連通する第２のエア流路Ｌ２と、第２のエア流路Ｌ２を流通する圧縮エアの流量を計測する流量計測器５１と、研磨材供給配管４２を流通する圧縮エアの圧送圧力を制御する圧送圧力制御装置８と、を備えている。

第１のエア流路Ｌ１は、エア源Ａから空気圧縮機等からなるエア制御装置Ａ１を介して所定の圧力に制御された圧縮エアを、圧送圧力制御装置８を介して貯留ホッパ４１まで供給する流路である。

第２のエア流路Ｌ２は、第１のエア流路Ｌ１と貯留ホッパ４１との間から分岐して研磨材供給配管４２まで連通する流路であり、第２のエア流路Ｌ２の途中には流量計測器５１が配設されている。研磨材供給配管４２に供給される圧縮エアは、流量計測器５１で監視している。

かかる構成により、エアパージ装置５は、エア源Ａから供給された圧縮空気を第１のエア流路Ｌ１から貯留ホッパ４１に供給し、第１のエア流路Ｌ１から分岐した第２のエア流路Ｌ２から研磨材供給配管４２に圧縮エアを供給することで、ニードルバルブ４１ｄが開いたときの研磨材Ｇの供給量を安定して制御することができる。

つまり、研磨材供給配管４２にエアパージ装置５から圧縮エアの供給を行う場合、第２のエア流路Ｌ２のみに供給すると、研磨材供給配管４２内の圧力が貯留ホッパ４１内の圧力より高くなり研磨材の供給が阻害されてしまうが、第１のエア流路Ｌ１に圧縮エアを供給することによって貯留ホッパ４１と研磨材供給配管４２の圧力が等しくなるので、安定した供給を行うことができる。

また、エアパージ装置５は、研磨材供給配管４２に供給される圧縮エアを流量計測器５１で監視しているため、研磨材供給配管４２に流通する圧縮エアの圧送圧力を好適に設定することができる。

したがって、貯留ホッパ４１に貯留された研磨材Ｇが研磨材供給配管４２に排出されると、エアパージ装置５により、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇに適切に制御された圧送圧力を負荷することができるため、貯留ホッパ４１から適切な量の研磨材Ｇをアブレシブヘッド２まで好適に圧送することができる。

圧送圧力制御装置８は、ピアス加工時の圧送圧力を切断加工時の圧送圧力よりも高く制御する機能を有し、高圧エアパージ用レギュレータ８１と、低圧エアパージ用レギュレータ８２と、高圧エアパージと低圧エアパージを切り換える切換バルブ８３と、を備えている。

なお、圧送圧力制御装置８は、研磨材供給配管４２を流通する圧縮エアの圧送圧力を制御して適量の研磨材Ｇをノズル２１に供給する装置であるが、圧送圧力と圧縮エアの流量は相互に連関するものであり研磨材Ｇの供給量は圧縮エアの流量に依存するものであるから、研磨材供給配管４２を流通する圧縮エアの流量を調整して圧送圧力を調整するものであってもよい。

ここで、低圧エアパージは、後記する研磨材補充配管６２の先端部６２ａの圧力（０．０１ＭＰａ）よりも高い圧力（圧送圧力）であり、本実施形態においては切断加工時と同じ圧力とし（図３参照）、ワークＷの材質や切断加工における研磨材Ｇの供給量等を考慮して、例えば、０．０１〜０．１ＭＰａの範囲で適宜設定する。
高圧エアパージは、低圧エアパージよりも高い圧力とし、ピアス加工時における噴射圧力および研磨材Ｇの供給量等を考慮して、例えば、０．０５０〜０．２ＭＰａの範囲で適宜設定する。

かかる構成により制御装置７により切換バルブ８３を切り換えて、エア源Ａから貯留ホッパ４１に向かって導通するようにした場合には、第２のエア流路Ｌ２から研磨材供給配管４２に高圧の圧縮エアが供給されて高圧エアパージが実行され、切換バルブ８３の導通を遮断した場合には、低圧エアパージが実行されるようになっている。

研磨材補充装置６は、貯留ホッパ４１に貯留する研磨材Ｇを補充する装置であり、研磨材Ｇが貯留された圧力容器からなる研磨材タンク６１と、この研磨材タンク６１と貯留ホッパ４１を連通する研磨材補充配管６２と、研磨材タンク６１内に圧縮エアを供給して、この圧縮エアにより研磨材補充配管６２を流通する研磨材Ｇに圧送圧力を負荷するエア供給装置６３と、を備えている。

エア供給装置６３は、エア源Ａからエア制御装置Ａ１を介してエア流路Ｌ３から０．４ＭＰａの圧縮エアを研磨材タンク６１に供給しているため、研磨材タンク６１内の内圧により、研磨材タンク６１から貯留ホッパ４１まで研磨材Ｇが供給されるようになっている。

ここで、エア流路Ｌ３から０．４ＭＰａの圧縮エアを研磨材タンク６１に供給しているのは、研磨材タンク６１に負荷する内圧が研磨材補充配管６２の先端部６２ａに到達するまでに減圧されて、研磨材補充配管６２の先端部６２ａでは大気圧よりも若干高くなるように設定したものである。例えば、研磨材補充配管６２の先端部６２ａにおいて、大気圧を基準として表示すると０．０１ＭＰａとする。

研磨材補充配管６２の先端部６２ａは、貯留ホッパ４１の中で所定の高さに位置するように保持され、貯留ホッパ４１の中には、常に一定量のレベルまで研磨材Ｇが貯留されるようになっている。

つまり、研磨材タンク６１に内圧を負荷しているため、研磨材Ｇが研磨材補充配管６２の先端部６２ａに到達していない場合には、研磨材タンク６１から貯留タンク４１に研磨材Ｇが安定して補充される。
一方、貯留タンク４１に貯留された研磨材Ｇの量が増大して、研磨材Ｇが研磨材補充配管６２の先端部６２ａまで到達すると、研磨材補充配管６２の先端部６２ａを塞ぐようになるため、大気圧に抗して研磨材Ｇを供給することができなくなり、研磨材Ｇの供給が停止するようになっている。

逆流検知装置９は、流量計測器５１により、ピアス加工時の圧送圧力（低圧エアパージ）における圧縮エアの流量よりも低い圧縮エアの流量を計測したことにより、研磨材供給配管４２における加工用流体Ｑの逆流や研磨材Ｇの詰まりを検知し、逆流や詰まりを検知した場合には、作業者に警告灯等により警告したり、加工動作を停止したりすることができる。

逆流検知装置９は、流量計測器５１を第２のエア流路Ｌ２の途中に設置したことにより、安定した逆流検知を行うことができる。つまり、貯留ホッパ４１内の圧力は研磨材補充装置６からの研磨材供給状態によって変化し、第１のエア流路Ｌ１を流れる流量も貯留ホッパ４１の内圧の影響を受ける。一方、第２のエア流路Ｌ２を流れる流量は、研磨材補充装置６からの研磨材供給状態の変化による影響を受けず一定である。これは第２のエア流路Ｌ２と研磨材供給配管４２の流量が、圧力とノズル２１径によって決まるため、等しいからである。したがって、流量計測器５１により第２のエア流路Ｌ２の流量を計測することで、安定した逆流検知を行うことができる。

続いて、以上のように構成された本実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機１の動作について、主として図２と図３を参照しながら説明する。
参照する図２は、本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機１の動作を説明するための流れ図であり、図３はタイムチャートである。

ここで、図３において、「噴射圧力」の項目は、ノズル２１（図１参照）からの噴射圧力であり、噴射圧力制御装置３２により、低圧ピアス加工（時刻ｔ２〜ｔ３）における噴射圧力（「ピアス圧力」と表示）を切断加工（時刻ｔ５〜ｔ６、「切断中」と表示）における噴射圧力（「切断圧力」と表示）よりも低く制御する２段階制御を実行していることを示すものである。

「研磨材供給量」の項目は、研磨材供給配管４２（図１参照）を通って貯留ホッパ４１からアブレシブヘッド２に供給される研磨材Ｇの供給量であり、研磨材供給装置４によりニードルバルブ４１ｄの動作を制御して調整したものである。

「オンオフバルブ」の項目は、オンオフバルブ３１ｂ（図１参照）を制御して加工用流体Ｑのアブレシブヘッド２への導通および遮蔽を管理するものであり、「閉」のときには、加工用流体Ｑ（図１参照）がアブレシブヘッド２に供給されず（ｔ１〜ｔ２，ｔ７〜）、「開」のときには、加工用流体Ｑが供給されてノズル２１から噴射されることを示すものである（ｔ２〜ｔ７）。

「高圧エアパージ」の項目における「オンオフ」は、圧送圧力制御装置８（図１参照）により、研磨材Ｇの圧送圧力を制御し、「オン」のときには、高圧エアパージが実行され、「オフ」のときには、低圧エアパージが実行されることを示すものである。

［加工開始前の準備］
アブレシブウォータージェット加工機１による加工開始前の準備として、図２に示すように、研磨材タンク６１（図１参照）に研磨材Ｇを投入しておくと（Ｓ１）、貯留ホッパ４１に研磨材Ｇが補充される（Ｓ２）。

［ピアス加工］
図３に示すように、ピアス加工の準備に要する時刻ｔ１〜ｔ２までの時間（Ｔ１）は、研磨材Ｇが貯留ホッパ４１（図１参照）からアブレシブヘッド２まで到達するまでの供給待ち時間であり、時刻ｔ１において、研磨材Ｇの供給が開始され、「高圧エアパージ」が「オン」となって開始される（図２のＳ３参照）。

ピアス加工は、図３に示すように、時刻ｔ２〜ｔ５まで実行されるが、噴射圧力が段階的に異なる低圧ピアス加工（時刻ｔ２〜ｔ３、図２のＳ４参照）と高圧ピアス加工（時刻ｔ４〜ｔ５、図２のＳ６参照）に分けてピアス加工を実行する。
つまり、時刻ｔ２〜ｔ３までは、ウォータージェットＪ（図１参照）の噴射圧力が小さい低圧ピアス加工であり、時刻ｔ４〜ｔ５までは、ウォータージェットＪの噴射圧力が大きく切断加工と同じである高圧ピアス加工である。時刻ｔ３〜ｔ４は、高圧ピアス加工のための準備時間（Ｔ２）である。

低圧ピアス加工においては（時刻ｔ２〜ｔ３）、「研磨材供給量」の項目に示すように、研磨材Ｇの供給量が切断時供給量よりも小さく設定される一方、「高圧エアパージ」の項目に示すように、高圧エアパージがオンとなっているため（時刻ｔ１）、高圧エアパージが実行されている。

このようにして、アブレシブウォータージェット加工機１は、噴射圧力制御装置３２（図１参照）により噴射圧力を低く制御した状態において、圧送圧力制御装置８により、研磨材供給配管４２を流通する圧縮エアの圧送圧力を切断加工時の圧送圧力よりも高く制御して（高圧エアパージ）、低圧ピアス加工を行っている。

アブレシブウォータージェット加工機１は、低圧ピアス加工時に高圧エアパージを実行することで、研磨材供給配管４２の経路、長さ、およびノズル２１と貯留ホッパ４１の位置関係等によらず安定して適量の研磨材Ｇを供給することができるので、低圧ピアス加工において噴射圧力を低く設定した場合にも欠けや割れを効果的に防止して高品位のピアス加工を安定して実現することができる。

低圧ピアス加工の後、高圧ピアス加工に移行する準備をおこなう（図２のＳ５参照）。すなわち、時刻ｔ３〜ｔ４に要する時間（Ｔ２）は、噴出圧力が切断圧力と同じになるまで昇圧されるまでの待ち時間であり、「高圧エアパージがオフ」となり（時刻ｔ３）、切断加工と同じ低圧エアパージに移行するとともに、噴射圧力を上げて高圧ピアス加工に移行する準備を行う。

高圧ピアス加工においては（時刻ｔ４〜ｔ５）、切断加工と同じ「研磨材供給量」であり、切断加工と同じ低圧エアパージが実行されている（図２のＳ６参照）。高圧ピアス加工を行うことで、ピアス加工時間を短縮して切断加工に迅速に移行することができる。

［切断加工］
切断加工は、時刻ｔ５〜ｔ６まで実行される（図２のＳ７参照）。
切断加工中は、「噴射圧力」および「研磨材供給量」が低圧ピアス加工時よりも高く設定されるが（「切断圧力」および「切断時供給量」の項を参照）、高圧エアパージは、時刻ｔ３においてオフとなっているので（「高圧エアパージ」の項を参照）、低圧エアパージが実行される。

切断加工が終了すると、研磨材供給装置４のニードルバルブ４１ｄを閉じて研磨材Ｇの供給を停止するとともに（図２のＳ８参照）、オンオフバルブ３１ｂ（図１参照）を閉じてウォータージェットＪの噴射を停止するとともに、図示しない減圧弁を開いてアブレシブヘッド２内の圧力を解放する（図２のＳ９参照）。そして、加工用流体供給装置３１の図示しない高圧ポンプの吐出圧力を下げて待機状態とする（図２のＳ１０参照）。

本発明の実施形態に係るアブレシブウォータージェット加工機１は、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、エアパージ装置５により、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇに圧送圧力を負荷することで、増加するエアの流量を利用して研磨材Ｇをノズル２１に安定して供給することができるため、オリフィスを通過した加工用流体が発生する負圧や研磨材の重力による位置エネルギーに過度に依存することなく、研磨材Ｇを安定して搬送することができる。

このため、ノズル２１からウォータージェットＪを下向きに噴射する場合（図１参照）の他、横向き、ないし上向きに噴射するような場合（不図示）であっても適量の研磨材Ｇを供給することができる。

また、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇに圧送圧力を安定して負荷することで、ノズルヘッド２やオンオフバルブ３１ｂまでが水中に浸るような使用状態であっても（図１参照）、ノズルヘッド２側から研磨材供給配管４２への逆流を効果的に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、ピアス加工を低圧ピアス加工と高圧ピアス加工の２段階で実施したが、低圧ピアス加工によりピアス加工を完結し高圧ピアス加工を省略して昇圧待ち時間を取ってから切断加工に移行してもよいし、低圧ピアス加工が含まれていればよく、低圧、中圧、および高圧ピアス加工の３段階ないしそれ以上の段階的なピアス加工を実施してもよい。

また、本実施形態においては、高圧ピアス加工における低圧エアパージのエア圧（圧送圧力）を切断加工時のエア圧（圧送圧力）と同じにしたが、これに限定されるものではなく、低圧ピアス加工における高圧エアパージのエア圧よりも低く、切断加工時のエア圧よりも高い範囲で適宜設定して、段階的に切断加工時の圧送圧力に移行してもよい。

１ アブレシブウォータージェット加工機
２ アブレシブヘッド
４ 研磨材供給装置
５ エアパージ装置
６ 研磨材補充装置
７ 制御装置
８ 圧送圧力制御装置
９ 逆流検知装置
２１ ノズル
３１ 加工用流体供給装置
３２ 噴射圧力制御装置
４１ 貯留ホッパ
４２ 研磨材供給配管
５１ 流量計測器
６１ 研磨材タンク
６２ 研磨材補充配管
８１ 高圧エアパージ用レギュレータ
８２ 低圧エアパージ用レギュレータ
８３ 切換バルブ
Ｇ 研磨材
Ｊ ウォータージェット
Ｌ１ 第１のエア流路
Ｌ２ 第２のエア流路
Ｑ 加工用流体
Ｒ 加工槽
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 研磨材が混入された加工用流体をノズルから噴射させて切断加工するアブレシブウォータージェット加工機であって、
   前記ノズルに前記加工用流体を供給する加工用流体供給装置と、
   前記ノズルに前記研磨材を供給して前記加工用流体に混入する研磨材供給装置と、
   前記加工用流体を噴射させる圧力を制御する噴射圧力制御装置と、を有し、
   前記研磨材供給装置は、
   前記研磨材を貯留する圧力容器からなる貯留ホッパと、
   この貯留ホッパと前記ノズルを連通する研磨材供給配管と、
   この研磨材供給配管および前記貯留ホッパに圧縮エアを供給して、当該圧縮エアにより当該研磨材供給配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷することによって増加するエアの流量を利用して、当該研磨材を前記ノズルに圧送するエアパージ装置と、
   を備え、
   前記噴射圧力制御装置は、前記切断加工の前加工であるピアス加工における噴射圧力を、前記切断加工における噴射圧力よりも低く制御する２段階制御を実行し、
   前記噴射圧力制御装置により噴射圧力を低く制御した状態において、前記エアパージ装置は、前記研磨材供給配管を流通する圧縮エアの圧送圧力を制御する圧送圧力制御装置を備え、この圧送圧力制御装置により、前記ピアス加工時の前記圧送圧力を前記切断加工時の圧送圧力よりも高く制御すること、
   を特徴とするアブレシブウォータージェット加工機。
2. 前記貯留ホッパに貯留する研磨材を補充する圧力容器からなる研磨材タンクと、
   この研磨材タンクと前記貯留ホッパを連通する研磨材補充配管と、
   前記研磨材タンク内に圧縮エアを供給して、当該圧縮エアにより前記研磨材補充配管を流通する前記研磨材に圧送圧力を負荷するエア供給装置と、
   を備えたこと特徴とする請求項１に記載のアブレシブウォータージェット加工機。
3. エア源から前記貯留ホッパに連通する第１のエア流路と、この第１の流路から分岐して前記研磨材供給配管に連通する第２のエア流路と、
   前記第２のエア流路を流通する圧縮エアの流量を計測する流量計測器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアブレシブウォータージェット加工機。
4. 前記流量計測器により、前記ピアス加工時よりも低い圧縮エアの流量を計測したことによって、前記研磨材供給配管あるいは前記ノズルにおける前記研磨材の詰まりまたは前記加工用流体の逆流を検知する逆流検知装置を備えたことを特徴とする請求項３に記載のアブレシブウォータージェット加工機。
5. 液中で前記加工用流体を前記ノズルから噴射させて加工することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアブレシブウォータージェット加工機。

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