JP2017213651A - アブレシブウォータージェット加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムで研磨材Ｇの流量を測定する。【解決手段】研磨材Ｇが混入された加工用流体（Ｑ）をノズル（２１）から噴射させて加工するアブレシブウォータージェット加工装置（１）であって、ノズル（２１）に加工用流体を供給する加工用流体供給装置（３１）と、ノズルに研磨材Ｇを供給して加工用流体に混入する研磨材供給装置４と、を有し、研磨材供給装置４は、研磨材Ｇを貯留する貯留ホッパ（４１）と、貯留ホッパ（４１）とノズル（２１）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の流量を求める研磨材流量測定装置７と、を備え、研磨材流量測定装置７は、研磨材Ｇが流通する研磨材供給配管４２に向けて送信したマイクロ波Ｍを受信して研磨材Ｇの流量を計測する。【選択図】図２

Description

本発明は、アブレシブウォータージェット加工装置に関し、特に、アブレシブ（研磨材）の流量を計測するアブレシブウォータージェット加工装置に関する。

アブレシブウォータージェット加工装置において、研磨材の供給量は、ワークの仕上がり品質に大きく影響するため、適正量の研磨材を安定してノズルに供給する必要がある（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載されたアブレシブウォータージェット加工装置は、研磨材供給配管を流通する研磨材に圧送圧力を負荷するエアパージ装置によって、研磨材を安定して供給することができる。

特開２０１２−１５７９５６号公報

しかしながら、研磨材供給配管内の圧力は、ウォータージェットの噴射圧力や研磨材の流量によって大きく変動し、その結果、一時的に研磨材の供給量が不足または過剰になり、ワークの仕上がり品質にむらが生じる場合がある。特に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の加工において、ウォータージェット加工中に研磨材の供給量が不足すると、ＣＦＲＰの積層部にデラミネーションが発生し、不具合を発生させてしまう。

このため、このような事態を避けて適正量の研磨材が安定して供給されているかどうかを把握する方法として、例えば、研磨材貯留タンク内の研磨材の質量の時間変化を計測し、その計測結果から単位時間当たりの研磨材の供給量を求めることが考えられるが、研磨材の流量をリアルタイムで把握することは難しいという問題がある。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、前記問題発生を未然に防ぐ手段として、有効な研磨材の流量をリアルタイムで把握することができるアブレシブウォータージェット加工装置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加工するアブレシブウォータージェット加工装置であって、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、を有し、前記研磨材供給装置は、前記研磨材を貯留する貯留ホッパと、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を流通する前記研磨材の流量を求める研磨材流量測定装置と、を備え、前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材が流通する前記研磨材供給配管に向けて送信したマイクロ波を受信して当該研磨材の流量を計測すること、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装置は、前記研磨材流量測定装置によって、前記研磨材が流通する前記研磨材供給配管に向けて送信したマイクロ波を受信して当該研磨材の流量を求めることで、一時的に研磨材の供給量が不足または過剰になったとしても、研磨材供給配管を流通する研磨材の流量をリアルタイムで把握することができる。

研磨材の流量は、例えば、研磨材供給配管を流通する研磨材の密度（研磨材が流通して搬送される単位容積の空気中に含まれる多数の研磨材の全体質量）と速度とをパラメータとして算出することができる。研磨材は、密度が高いほどマイクロ波の周波数変化量が大きくなるので出力電圧は低くなり、密度が低いほどマイクロ波の周波数変化量が小さいので出力電圧は高くなる特性を有する。

さらに、研磨材は、例えば、研磨材供給配管を流通する研磨材と送信したマイクロ波が同じ方向に流れている場合、研磨材の速度が大きいほどマイクロ波の周波数変化量が小さく、研磨材の速度が小さいほどマイクロ波の周波数変化量が大きくなる特性を有する。

このため、本発明に係るアブレシブウォータージェット加工装置は、研磨材の流量（密度および流速）と出力電圧の対応関係を予め求めて設定しておくことで、受信したマイクロ波から得られた出力電圧に基づいて、研磨材の流量をリアルタイムに求めることができる。

さらに、本発明に係るアブレシブウォータージェット加工装置は、研磨材の供給量が不足または過剰にならないように監視することができるので、研磨材供給不良によるワークの損傷を効果的に抑制することができる。

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装置であって、前記研磨材流量測定装置は、前記マイクロ波を送信して受信するマイクロ波送受信手段と、前記受信したマイクロ波に基づく電圧を出力する電圧出力手段と、前記電圧出力手段によって出力された出力電圧と前記研磨材の流量との対応関係を予め記憶した電圧流量換算記憶手段と、この電圧流量換算記憶手段から取得した前記対応関係から前記研磨材の流量を求める研磨材流量算出手段と、を備えたこと特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、前記反射波による電圧と前記研磨材の流量の対応関係を記憶した電圧流量換算記憶手段から取得した前記対応関係から前記研磨材の流量を求めることで、研磨材の流量をリアルタイムで算出することができる。

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装置であって、加工用流体供給装置は、前記加工用流体を流通させ当該加工用流体を前記ノズルへ供給する加工用流体供給配管と、この加工用流体供給配管に設けられ前記加工用流体の流通を規制するバルブと、前記研磨材流量測定装置によって計測された研磨材の流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合、前記バルブによって前記加工用流体の流通を停止させる研磨材流量監視手段と、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、前記バルブによって前記加工用流体の流通を停止させる研磨材流量監視手段を備えたことで、研磨材の流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合、加工用流体の流通を自動停止し、研磨材供給不良によるワークの損傷を迅速かつ効果的に抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３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装置であって、前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材供給配管において前記ノズルに対する距離よりも前記貯留ホッパに対する距離の方が近い上流側を流通する前記研磨材の流量を計測すること、を特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、前記研磨材供給配管の上流側を流通する前記研磨材の流量を計測することで、下流側よりも研磨材の流通状態が安定する上流側で計測するため、よりバラつきが少ない状態で研磨材の流量を計測することができる。

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装置であって、前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材の流量を表示する流量表示装置を備えたこと、を特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、前記流量表示装置を備えたことで、作業者が目視にて研磨材の流量をリアルタイムで容易に監視することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５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装置であって、前記研磨材は、ガーネットであること、を特徴とする。

請求項６に係る発明によれば、ガーネットは、誘電率が空気よりも格段に高く、空気中に流通されるガーネットと空気との誘電率の差を検出しやすいので、前記研磨材としてガーネットを使用することによって、ジルコンビーズを使用する場合よりも研磨材の流量の計測精度を向上させることができる。

本発明に係るアブレシブウォータージェット加工装置は、研磨材の流量をリアルタイムで把握することができる。このため、研磨材の供給量が不足または過剰にならないように監視して、研磨材供給不良によるワークの損傷を効果的に抑制することができる。
このため、特に、ＣＦＲＰの加工において、ウォータージェット加工中に研磨材の流量が低下することによって発生しやすい積層部のデラミネーションを効果的に防止することができる。

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装置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研磨材流量測定装置の主要な構成を模式的に示す部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る研磨材流量測定装置の動作を説明するための図であり、（ａ）は研磨材の実測流量と出力電圧の関係を示す表であり、（ｂ）は（ａ）のグラフである。 本発明の実施形態に係る研磨材流量測定装置の動作を説明するためのグラフであり、（ａ）はガーネットの出力特性を示し、（ｂ）はジルコンビーズの出力特性を示す。 本発明の実施形態に係る研磨材流量測定装置の動作を説明するためのグラフであり、研磨材の流量と電圧出力手段の電圧出力レンジに対する出力電圧の割合との関係を示す。 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装置の動作を説明するための図であり、（ａ）は図５を整理した表であり、（ｂ）は研磨材の流量と電圧出力手段の電圧出力レンジに対する出力電圧の割合との関係を示すグラフである。

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装置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装置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装置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、制御装置９と、を備えている。

アブレシブウォータージェット加工装置１は、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、アブレシブウォータージェット加工装置１は、水中で加工を行うことによって、騒音や粉塵等、作業環境への負荷も最小限にとどめることができる。

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。

［加工用流体供給装置］
加工用流体供給装置３１は、３０〜４００ＭＰａ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に供給する加工用流体Ｑを規制するバルブであるオンオフバルブ３１ｂと、図示しない高圧ポンプと、研磨材Ｇの流量が減少した場合に加工用流体Ｑの流通を停止させる研磨材流量監視手段３１ｃと、を備えている。

研磨材流量監視手段３１ｃは、研磨材流量測定装置７によって計測された研磨材Ｇの流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合は、オンオフバルブ３１ｂを閉じて加工用流体Ｑの流通を自動停止させる制御装置である。

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。

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］
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、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇの流量を求める研磨材流量測定装置７と、を備えている。

研磨材流量測定装置７は、図２に示すように、マイクロ波Ｍ（Ｍ１，Ｍ２）を送信（符号Ｍ１を参照）して受信（符号Ｍ２を参照）するマイクロ波送受信手段７１と、受信したマイクロ波Ｍ２に基づく電圧を出力する電圧出力手段７２と、電圧出力手段７２によって出力された出力電圧と研磨材Ｇの流量との対応関係（図３（ｂ）参照）を記憶した電圧流量換算記憶手段７３と、電圧流量換算記憶手段７３から取得した対応関係から研磨材Ｇの流量を求める研磨材流量算出手段７４と、研磨材流量算出手段７４によって算出した流量を表示する流量表示装置７５と、を備えている。

研磨材流量測定装置７は、マイクロ波送受信手段７１によって、研磨材Ｇが流通する研磨材供給配管４２に向けてマイクロ波Ｍ１を送信し反射するマイクロ波Ｍ２を受信して、マイクロ波Ｍ２の出力電圧に基づいて研磨材Ｇの流量を計測する装置である。

なお、本実施形態に係る研磨材流量測定装置７は、反射するマイクロ波Ｍ２の出力電圧に基づいて研磨材Ｇの流量を計測するが、これに限定されるものではなく、マイクロ波Ｍ２の出力電力、または出力電流に基づいて研磨材Ｇの流量を計測してもよい。

マイクロ波送受信手段７１は、研磨材Ｇが流通する研磨材供給配管４２に向けてマイクロ波Ｍ１を送信するマイクロ波送信装置７１ａと、マイクロ波送信装置７１ａから送信されたマイクロ波Ｍ１の反射波であるマイクロ波Ｍ２を受信するマイクロ波受信装置７１ｂと、を備えている。

マイクロ波送受信手段７１は、研磨材供給配管４２においてノズル２１に対する距離よりも貯留ホッパ４１に対する距離の方が近い研磨材供給配管４２の上流側に配設され、研磨材流量測定装置７は、研磨材供給配管４２の上流側を流通する研磨材Ｇの流量を計測するようになっている。

かかる構成によれば、研磨材流量測定装置７は、研磨材供給配管４２における下流側よりも研磨材Ｇの流通状態が安定する上流側で計測するため、よりバラつきが少ない状態で研磨材Ｇの流量を計測することができる。

つまり、研磨材供給配管４２における上流側に配設された貯留ホッパ４１から研磨材Ｇが適正な所定量だけ排出されるため、研磨材供給配管４２における下流側よりも貯留ホッパ４１の排出口４１ｃにより近い上流側の方が研磨材Ｇの流通状態が安定しやすくなる。このため、研磨材流量測定装置７は、研磨材供給配管４２における研磨材Ｇの流通状態が安定する上流側で計測することで、よりバラつきが少ない状態で安定して研磨材Ｇの流量を計測することができる。

［研磨材Ｇの流量と出力電圧の対応関係］
電圧出力手段７２は、マイクロ波送信装置７１ａから送信されたマイクロ波Ｍ１が研磨材Ｇから反射する反射波（Ｍ２）に基づいて電圧を出力する電圧変換手段である。
具体的には、研磨材Ｇの流量は、例えば、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇの密度（研磨材Ｇが流通して搬送される単位容積の空気中に含まれる多数の研磨材Ｇの全体質量）と速度、および研磨材供給配管４２の直径をパラメータとして算出することができる。

研磨材Ｇは、密度が高いほどマイクロ波Ｍ２の周波数変化量が大きくなるので、電圧出力手段７２からの出力電圧は低くなり、密度が低いほどマイクロ波Ｍ２の周波数変化量が小さいので出力電圧は高くなる特性を有する。
このため、研磨材Ｇの密度と出力電圧は、一定の関係にあることが理解される（研磨材Ｇの密度と出力電圧の関係）。

また、研磨材Ｇの密度は、研磨材Ｇの粒径と数を用いて表すことができるため、研磨材Ｇの粒径を予め設定した粒径（例えば１５０μｍ）とすれば、所定の粒径における研磨材Ｇの流量と出力電圧の関係を実験的に求めておくことで、この出力電圧から研磨材Ｇの流量をより高精度に算出することができる。

研磨材Ｇの密度は、研磨材供給装置４によって、適正な許容範囲内に管理することが可能である。研磨材Ｇの密度を適正な許容範囲内に管理すれば、研磨材Ｇの流量は、研磨材Ｇの速度と研磨材供給配管４２の直径とをパラメータとして算出することができる。

研磨材Ｇは、例えば、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇと送信したマイクロ波Ｍ１が同じ方向に流れている場合は、研磨材Ｇの速度が大きいほど研磨材Ｇから反射したマイクロ波Ｍ２の周波数変化量が小さく、研磨材Ｇの速度が小さいほど反射したマイクロ波Ｍ２の周波数変化量が大きくなる特性を有する。
このため、例えば、マイクロ波Ｍ２の周波数変化量を電圧（出力電圧）に変換すれば、研磨材Ｇの速度と出力電圧は、一定の関係にあることが理解される（研磨材Ｇの流速と出力電圧の関係）。

具体的に、研磨材Ｇの流量と出力電圧の対応関係について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態に係る研磨材流量測定装置７における研磨材Ｇの流量（横軸）と電圧出力手段７２から出力された出力電圧（縦軸）との対応関係を実験的に示し、（ａ）は、研磨材Ｇの実測流量に対して出力電圧のバラつき幅と平均出力電圧（Ａｖｅ［Ｖ］）との関係を示す表であり、（ｂ）は、研磨材Ｇの実測流量と平均出力電圧（Ａｖｅ［Ｖ］）との関係を示すグラフである。

ここで、研磨材Ｇの実測流量は、所定の時間内（６０秒間）に流れる研磨材Ｇの重量（ｇ）をバッファタンクに貯留して計測したものである。図３（ｂ）に示すように、平均出力電圧（Ａｖｅ［Ｖ］）と研磨材Ｇの実測流量とが比例関係にあることがわかる。

電圧流量換算記憶手段７３は、アブレシブウォータージェット加工装置１における研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇの流量と出力電圧との対応関係を記憶する記憶手段である。

研磨材流量算出手段７４（図１参照）は、電圧出力手段７２から出力された出力電圧に基づいて、電圧流量換算記憶手段７３に記憶された出力電圧と研磨材Ｇの流量の対応関係から研磨材Ｇの流量を算出する演算手段である。
例えば、研磨材流量算出手段７４は、図３（ｂ）に示すように、例えば、電圧出力手段７２の電圧出力が０〜３．８Ｖ（電圧出力レンジ）である場合において、電圧出力手段７２から出力された出力電圧が２．００Ｖであるときは、研磨材Ｇの流量を１８５ｇ／ｍｉｎとして算出する。

流量表示装置７５は、研磨材流量算出手段７４が求めた研磨材Ｇの流量をリアルタイムで表示する装置であり、デジタル表示とアナログメータを併用したり、時系列でグラフに表示したりすることができる。

ただし、図３に示す出力電圧は、研磨材流量測定装置７における測定対象である研磨材Ｇの大きさ、研磨材Ｇの材質に起因する誘電率（図４を参照して後記する）、その他、研磨材供給配管４２（図１参照）の径、使用環境の温度条件等の種々の要因によって変動する。

このため、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装置１に適用する場合は、実測流量の範囲等の使用目的や研磨材供給配管４２（図１参照）の径等の使用条件に合わせて、キャリブレーション、および電圧出力手段７２から出力された出力電圧レンジ（ゲイン）を調整することが望ましい（図５〜図６を参照して後記する）。

［研磨材Ｇの誘電率と出力電圧の関係］
研磨材Ｇは、誘電率が高く流量の検出感度が向上するためガーネットを好適に適用することができるが、ワークＷの種類や用途に応じて適宜選択され、アルミナ等を使用してもよい。

ガーネットは、誘電率が空気よりも格段に高いと想定される。研磨材Ｇとしてガーネットを使用することで、研磨材流量測定装置７による出力電圧の感度が向上し、研磨材Ｇの流量の計測精度を向上させることができる。

研磨材流量測定装置７は、研磨材供給配管４２内で空気中を流通するガーネットと空気の誘電率の差を検出して、空気中を流通するガーネットの流量を測定する。研磨材Ｇとして使用されるガーネットは、誘電率が空気よりも格段に高いと想定されるため、ガーネットと空気の誘電率の差を検出しやすいので、ジルコンビーズを使用する場合に比較して、感度が向上し、研磨材Ｇの流量の計測精度を向上させることができる。

図４は、研磨材流量測定装置７における測定感度を検証するために、研磨材Ｇとしてガーネットを使用した場合における出力感度（Ｖ）とジルコンビーズを使用した場合における出力感度（Ｖ）とを比較したグラフであり、（ａ）は、ガーネットの出力特性を示し、（ｂ）は、ジルコンビーズの出力特性を示す。

具体的には、図４（ａ）は、研磨材供給配管４２に研磨材Ｇとして、粒径がφ０．１５ｍｍのガーネットを０．０１３ｇ（重量）を投下した場合における出力電圧Ｖ（縦軸）を示し、図４（ｂ）は、粒径がφ０．１５ｍｍのジルコンビーズを略同量０．０１１ｇ（重量）を投下した場合における出力電圧Ｖ（縦軸）を示す。

図４（ａ）に示すように、ガーネットは出力電圧が約３Ｖであるのに対し、図４（ｂ）に示すように、ジルコンビーズは出力電圧が約１Ｖであるから、ガーネットの方がジルコンビーズよりも出力感度が３倍程度高いことがわかる。

［研磨材流量測定装置の動作］
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装置１における研磨材流量測定装置７の動作について、図５と図６を参照しながら説明する。
図５は、電圧出力手段７２の電圧出力レンジに対して、研磨材Ｇの流量（ｇ／ｍｉｎ）における電圧出力手段７２から出力された出力電圧の割合（％）を示すグラフであり、縦軸が出力電圧の割合（％）、横軸が時間（ｓｅｃ）である。

図５における電圧出力手段７２の電圧出力レンジは、アブレシブウォータージェット加工装置１の仕様等に応じて初期設定されるが、研磨材供給配管４２（図１参照）の径等の使用条件に合わせてキャリブレーションを行ってから、ゲインを調整して、例えば、電圧出力レンジを０〜１１．３Ｖとしたものである。

なお、図５では、便宜上、５０ｇの研磨材Ｇを５０秒かけて５０秒間で均等に供給するようにした研磨材Ｇの流量を実測流量５０（ｇ／ｍｉｎ）として表示したため、研磨材Ｇの流量によって４０〜５０秒経過後は実測流量が低下して計測されたので、計測データとしては採用せずに無視するものとする。また、実際に使用する研磨材Ｇの流量（ｇ／ｍｉｎ）は、必要に応じて、適宜補正した数値を適用するものとする。

図６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装置１における研磨材Ｇの実測流量（ｇ／ｍｉｎ）に対する電圧出力手段７２から出力された出力電圧（Ｖ）の対応関係、および電圧出力手段７２の電圧出力レンジに対する出力電圧の割合（％）を示し、（ａ）は、研磨材Ｇの実測流量に対して出力電圧のバラつき幅と平均出力電圧（Ａｖｅ［Ｖ］）の関係を示す表であり、（ｂ）は、研磨材Ｇの実測流量と電圧出力手段７２の電圧出力レンジに対する出力電圧の割合（％）を示すグラフである。

図５と図６に示すように、研磨材Ｇの実測流量（ｇ／ｍｉｎ）が増加するにつれて、電圧出力手段７２の電圧出力レンジに対する出力電圧の割合（％）が高くなり、出力電圧のバラつき幅が増加する傾向があるが（図５参照）、図６（ａ）に示すように、キャリブレーションやゲイン調整によって、出力電圧のバラつき幅を抑制することができる。

このようにして、アブレシブウォータージェット加工装置１は、研磨材Ｇの流量（密度および流速）と出力電圧の対応関係を予め設定することで、電圧出力手段７２から出力された出力電圧（Ｖ）から研磨材Ｇの流量を求めることができる。

例えば、図６（ｂ）に示すように、研磨材流量算出手段７４は、電圧出力手段７２から出力された出力電圧が電圧出力手段７２の電圧出力レンジ（０〜１１．３Ｖ）に対して、３０％（２．３６Ｖ）である場合は、研磨材Ｇの流量を２００ｇ／ｍｉｎ、として算出する。

［研磨材供給装置の構成］
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９で制御する。

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から排出して、研磨材供給配管４２を流通する研磨材Ｇの密度を適正な許容範囲内に管理することができる。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Ｇ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。

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は、研磨材タンク６１から貯留ホッパ４１に研磨材Ｇが安定して補充される。
一方、貯留ホッパ４１に貯留された研磨材Ｇの供給量が増大して、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。

圧送圧力制御装置８は、圧送圧力を段階的に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。

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装置１は、研磨材流量測定装置７を備えたことで、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、アブレシブウォータージェット加工装置１は、研磨材Ｇの流量と出力電圧の対応関係を予め求めて設定しておくことで、受信したマイクロ波Ｍ２から得られた出力電圧に基づいて、リアルタイムに研磨材Ｇの流量を求めることができる。

そして、研磨材Ｇの流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合は、オンオフバルブ３１ｂを閉じて加工用流体Ｑの流通を停止させる研磨材流量監視手段３１ｃを備えたことで、研磨材Ｇの供給量が不足した場合は自動停止させることができるため、研磨材供給不良によるワークＷの損傷を迅速かつ確実に抑制することができる。

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、研磨材Ｇの流量をより安定させるために研磨材供給装置４において圧送圧力を負荷するエアパージ装置５を設けたが、これに限定されるものではなく、構成を簡素化することを優先する場合はエアパージ装置５を設けなくてもよい。

また、本実施形態において、研磨材Ｇの流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合は、オンオフバルブ３１ｂを閉じて加工用流体Ｑの流通を停止させたが、フィードバック制御によって加工用流体Ｑの流通を停止させずにアクチュエータ４１ｅを操作して、ニードルバルブ４１ｄを開く方向に移動させて研磨材Ｇの供給量を増加させてもよい。

１ アブレシブウォータージェット加工装置
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 研磨材流量測定装置
８ 圧送圧力制御装置
９ 制御装置
２１ ノズル
３１ 加工用流体供給装置
３１ａ 高圧配管
３１ｂ オンオフバルブ（バルブ）
３１ｃ 研磨材流量監視手段
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
７１ マイクロ波送受信手段
７１ａ マイクロ波送信装置
７１ｂ マイクロ波受信装置
７２ 電圧出力手段
７３ 電圧流量換算記憶手段
７４ 研磨材流量算出手段
７５ 流量表示装置
Ｇ 研磨材
Ｊ ウォータージェット
Ｍ（Ｍ１，Ｍ２） マイクロ波
Ｑ 加工用流体
Ｒ 加工槽
Ｗ ワーク

Claims (6)

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加工するアブレシブウォータージェット加工装置であって、
   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、を有し、
   前記研磨材供給装置は、
   前記研磨材を貯留する貯留ホッパと、
   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を流通する前記研磨材の流量を求める研磨材流量測定装置と、を備え、
   前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材が流通する前記研磨材供給配管に向けて送信したマイクロ波を受信して当該研磨材の流量を計測すること、
   を特徴とするアブレシブウォータージェット加工装置。
2. 前記研磨材流量測定装置は、
   前記マイクロ波を送信して受信するマイクロ波送受信手段と、
   前記受信したマイクロ波に基づく電圧を出力する電圧出力手段と、
   前記電圧出力手段によって出力された出力電圧と前記研磨材の流量との対応関係を予め記憶した電圧流量換算記憶手段と、
   この電圧流量換算記憶手段から取得した前記対応関係から前記研磨材の流量を求める研磨材流量算出手段と、
   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装置。
3. 加工用流体供給装置は、
   前記加工用流体を流通させ当該加工用流体を前記ノズルへ供給する加工用流体供給配管と、
   この加工用流体供給配管に設けられ前記加工用流体の流通を規制するバルブと、
   前記研磨材流量測定装置によって計測された研磨材の流量が予め設定された所定の閾値よりも減少した場合、前記バルブによって前記加工用流体の流通を停止させる研磨材流量監視手段と、
   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装置。
4. 前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材供給配管において前記ノズルに対する距離よりも前記貯留ホッパに対する距離の方が近い上流側を流通する前記研磨材の流量を計測すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３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装置。
5. 前記研磨材流量測定装置は、前記研磨材の流量を表示する流量表示装置を備えたこと、
   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装置。
6. 前記研磨材は、ガーネットであること、
   を特徴とする請求項１から請求項５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装置。

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