(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジェット加工システムにおいて、高圧液体に比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を混入して噴射ノズルから被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とすることを特徴とするアブレシブジェット加工方法。
【請求項２】
噴射ノズルと、
高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、
比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、
前記噴射ノズルと被加工材との相対位置を任意速度で変化させる相対位置移動装置とを具備し、
前記噴射ノズルから前記球状の微粒子及び前記高圧液体を被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とすることを特徴とするアブレシブジェット加工装置。
【請求項３】
前記比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子は球状ジルコンビーズであることを特徴とする請求項１に記載のアブレシブジェット加工方法。
【請求項４】
前記比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子は球状ジルコンビーズであることを特徴とする請求項２に記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項５】
前記球状ジルコンビーズは１０μｍ〜８００μｍの範囲内の粒子径を有することを特徴とする請求項３に記載のアブレシブジェット加工方法。
【請求項６】
前記球状ジルコンビーズは１０μｍ〜８００μｍの範囲内の粒子径を有することを特徴とする請求項４に記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項７】
前記噴射ノズルの噴射口径は０．１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工方法。
【請求項８】
前記噴射ノズルの噴射口径は０．１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項９】
前記噴射ノズルから噴射される高速液体の速度は大気中の音速（約３３２ｍ／秒）以上であることを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５、請求項７のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工方法。
【請求項１０】
前記噴射ノズルから噴射される高速液体の速度は大気中の音速（約３３２ｍ／秒）以上であることを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６、請求項８のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項１１】
前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を回収して再使用することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５、請求項７、請求項９のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工方法。
【請求項１２】
前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を前記相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置を有することを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６、請求項８、請求項１０のいずれか１つに記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項１３】
前記球状微粒子回収装置は、
前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、
沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータと
を具備することを特徴とする請求項１２に記載のアブレシブジェット加工装置。
【請求項１４】
前記球状微粒子回収装置は前記球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して前記高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のアブレシブジェット加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入して被加工材に噴射することによって、被加工材の切断・洗浄・バリ取り・面取り・表面強化等の加工を短時間で精度良く、かつ低コストで行うことができるアブレシブジェット加工方法及びアブレシブジェット加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧液体噴射を加工に応用したウォータジェット加工は、レーザ加工、放電加工等とともに高エネルギー密度の加工方法として既に様々な分野において実用化されている。特に、ウォータジェット加工は、加工時の発熱が極めて少ないこと、加工工具として作用する高圧液体噴流が加工時において方向性が全くないこと、加工しろが極めて小さくて済むこと、加工屑の発生が極めて少ないこと等の特長を有しており、エレクトロニクス、機械加工、医療、原子力等、幅広い分野において切断・洗浄・掘削・剥離等の各種用途に利用されている。
【０００３】
さらに、ウォータジェット加工の特殊な応用として、特許文献１に示されるように、高圧液体（主に高圧水）に研磨材粒子を混入して被加工材に噴射するアブレシブジェット加工技術がある。研磨材粒子の衝突によって被加工材を研削摩耗するため、加工対象の制約が殆どなく、ウォータジェット加工では切れない被加工材でも切ることができるため、主に種々の材料の切断加工に利用されている。
【特許文献１】特開２００４−９１７４号公報
【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、上記特許文献１に記載されたような従来のアブレシブジェット加工技術においては、研磨材粒子として、硅砂・ガーネット・アルミナ・ルビーやサファイアの破砕粉といった角張った研磨材を用いていたため、切断面に細かい凹凸が生じて残滓が付着し易く有害菌等が繁殖したり、さらに金属材料の場合には局部電池が形成され易く、電触やそれを起点とする応力集中腐食割れが起こり易くなる。また、角張っているため破砕し易く研磨材の再使用ができないことからコスト高になるという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、研磨材粒子として球状ジルコンビーズ等の球状微粒子を用いることによって、加工速度が速くなるとともに、切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止し、さらに研磨材粒子の再使用を可能としてシステムのランニングコスト低減を図ることができるアブレシブジェット加工方法及びアブレシブジェット加工装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、ウォータジェット加工システムにおいて、高圧液体に比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を混入して噴射ノズルから被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とするものである。
【０００７】
請求項２の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、噴射ノズルと、高圧液体を前記噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を前記噴射ノズルに供給して前記高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、前記噴射ノズルと被加工材との相対位置を任意速度で変化させる相対位置移動装置とを具備し、前記噴射ノズルから前記球状の微粒子及び前記高圧液体を被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とするものである。
【０００８】
請求項３の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項４の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項１または請求項２の構成において、前記比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子は球状ジルコンビーズであるものである。
【０００９】
請求項５の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項６の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項３または請求項４の構成において、前記球状ジルコンビーズは１０μｍ〜８００μｍの範囲内の粒子径を有するものである。
【００１０】
請求項７の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、請求項１、請求項３、請求項５または請求項２、請求項４、請求項６のいずれか１つの構成において、または請求項８の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項２、請求項４、請求項６のいずれか１つに記載のいずれか１つの構成において、前記噴射ノズルの噴射口径は０．１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内であるものである。
【００１１】
請求項９の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７のいずれか１つの構成において、または請求項１０の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項２、請求項４、請求項６、請求項８のいずれか１つに記載の、前記噴射ノズルから噴射される高速液体の速度は大気中の音速（約３３２ｍ／秒）以上であるものである。
【００１２】
請求項１１の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項７、請求項９のいずれか１つの構成において、前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を回収して再使用するものである。
【００１３】
請求項１２の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項２、請求項４、請求項６、請求項８、請求項１０のいずれか１つの構成において、前記被加工材に噴射された前記球状微粒子を前記相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して洗浄された液体とともに前記噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置を有するものである。
【００１４】
請求項１３の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項１２の構成において、前記球状微粒子回収装置は、前記排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータとを具備するものである。
【００１５】
請求項１４の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、請求項１２または請求項１３の構成において、前記球状微粒子回収装置は前記球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して前記高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、高圧液体（高圧水等）に比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を混入して噴射ノズルから被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とするものである。かかる球状の微粒子は、被加工材に突き刺さることもないので分離も容易であり、球状であるため摩耗・破砕し難く、最も効率良く噴射エネルギーを被加工材に与えることができ、従来の研磨材を用いたアブレシブジェット加工方法よりも加工速度が速く、しかも切断面が滑らかになる。したがって、残滓が付着し難くなり、また金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れも生じることがない。
【００１７】
このようにして、研磨材粒子として比重３．０以上の球状の微粒子を用いることによって、加工速度が速くなるとともに、切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができるアブレシブジェット加工方法となる。
【００１８】
請求項２の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、噴射ノズルと、高圧液体（高圧水等）を噴射ノズルに供給する高圧液体供給装置と、比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子を噴射ノズルに供給して高圧液体に混入する球状微粒子供給装置と、噴射ノズルと被加工材との相対位置を任意速度で変化させる相対位置移動装置とを具備し、噴射ノズルから球状の微粒子及び高圧液体を被加工材に噴射して切断面に細かい凹凸が生ずるのを防いで平滑な面とするものである。比重３．０以上の球状の微粒子は上述の如き特性を有するものであり、これを球状微粒子供給装置によって噴射ノズルに供給して、高圧液体供給装置によって噴射ノズルに供給される高圧液体に混入することによって、噴射ノズルから高速（最高で音速の約３倍）で被加工材に噴き付けられる。
【００１９】
このようにして、研磨材粒子として比重３．０以上の球状の微粒子を用いることによって、加工速度が速くなるとともに、切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができるアブレシブジェット加工装置となる。
【００２０】
請求項３の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項４の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、前記比重３．０以上の真球に近い球状の微粒子は球状ジルコンビーズであるものである。球状ジルコン（ＺｒＳｉＯ4 ）ビーズは２５００℃以上の電気溶解プロセスによって作製され、シリカ相に囲まれた結晶ジルコニア粒子は高強度で平滑な表面を有する。比重は３．８、モース硬度は７、破砕強度は径２ｍｍのビーズで７００Ｎであり、球状で被加工材に突き刺さることもないので分離も容易である。
【００２１】
そして、真球に近いため摩耗・破砕し難く、最も効率良く噴射エネルギーを被加工材に与えることができ、従来の研磨材を用いたアブレシブジェット加工方法よりも加工速度が速く、しかも切断面が滑らかになる。したがって、残滓が付着し難くなり、また金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れも生じることがない。さらに、ステンレス鋼等の表面に高速で噴射することによって、ステンレス鋼等の表面強度を大きく向上させることができるので、最近技術革新が進んでいる高圧技術における超高圧ステンレス鋼水槽等の内面を強化することによって、超高圧を掛けても破損することのない信頼性の高い水槽等とすることができる。
【００２２】
このようにして、研磨材粒子として球状ジルコンビーズを用いることによって、加工速度が速くなるとともに、切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができるアブレシブジェット加工方法またはアブレシブジェット加工装置となる。
【００２３】
請求項５の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項６の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、球状ジルコンビーズは１０μｍ〜８００μｍの範囲内の粒子径を有するものである。数１０μｍレベルの微細な球状ジルコンビーズを研磨材粒子として用いることによって、切断面・加工面がより滑らかになって残滓が付着し難くなり、また金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れも生じることがない。また、５００μｍ〜８００μｍのやや大きめの球状ジルコンビーズを研磨材粒子として用いることによって、加工速度がより速くなり、広い面積をも短時間で加工することができる。
【００２４】
このようにして、目的に応じて粒子径の異なる球状ジルコンビーズを用いることによって、加工速度を速くすることもでき、また切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止することができるアブレシブジェット加工方法またはアブレシブジェット加工装置となる。
【００２５】
請求項７の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項８の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、噴射ノズルの噴射口径が０．１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内であるものである。このような小径の噴射ノズルから球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子が混入した高圧液体を高速で被加工材に噴き付けることによって、切削力が集中して切断速度・加工速度がより一層速くなるとともに、切断代が小さくなるため、複雑で小さな被加工材の切断も可能になる。
【００２６】
このようにして、研磨材粒子として球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を用いるとともに小径の噴射ノズルを用いることによって、加工速度がより一層速くなるとともに、切断代が小さくなって複雑で小さな被加工材の切断も可能になるアブレシブジェット加工方法またはアブレシブジェット加工装置となる。
【００２７】
請求項９の発明にかかるアブレシブジェット加工方法または請求項１０の発明にかかるアブレシブジェット加工装置においては、噴射ノズルから噴射される高速液体の速度が大気中の音速（約３３２ｍ／秒）以上即ちマッハ以上である。従来の球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を用いたエアブラスト加工（ショットピーニング加工）においては、空気の速度が音速を上回れないために、加工能力にも限界があった。しかし、高速液体噴流に混入することによって、高速液体の速度が大気中の音速を超えて最高マッハ３程度にまで達するので、Ｆ＝ｍｖ2 の運動方程式からも明らかなように、より強力に被加工材を加工することができる。
【００２８】
このようにして、大気中の音速を超える高速液体に球状ジルコンビーズを始めとする球状微粒子を混入することによって、より強力な加工が可能なアブレシブジェット加工方法またはアブレシブジェット加工装置となる。
【００２９】
請求項１１の発明にかかるアブレシブジェット加工方法は、被加工材に噴射された球状微粒子を回収して再使用するものである。前述の如く、球状微粒子は球状であるため摩耗・破砕し難く、したがって何回も再使用することが可能である。また、球状であるため従来の研磨材粒子のように被加工材に突き刺さったりしないので、回収も容易である。
【００３０】
このようにして、研磨材粒子として球状微粒子を用いることによって、回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるアブレシブジェット加工方法となる。
【００３１】
請求項１２の発明にかかるアブレシブジェット加工装置は、被加工材に噴射された球状微粒子を相対位置移動装置からの排出液から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに供給する球状微粒子回収装置を有する。したがって、球状であるため摩耗・破砕し難く何回も再使用することが可能な球状微粒子を排出液中から分離・回収して、洗浄された液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。
【００３２】
このようにして、球状微粒子回収装置を有することによって球状微粒子を回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるアブレシブジェット加工装置となる。
【００３３】
請求項１３の発明にかかるアブレシブジェット加工装置においては、球状微粒子回収装置が、排出液から鉄分と油分を除去するマグネットセパレータ及びオイルスキーマと、沈降速度の差で切粉等と球状微粒子を分離する段付きシックナー及び／または比重の差で球状微粒子を分離するサイクロンセパレータとを具備するものである。排出液に含まれる球状微粒子と液体以外の不純物としては、被加工材の切粉と潤滑オイル等の油分と配管系内壁が削られた鉄屑等が主なものである。そこで、まずマグネットセパレータによって鉄分を吸着除去し、続いてオイルスキーマによって油分を除去する。さらに、鉄分以外の材料の切り屑等は段付きシックナー（沈降槽）で沈降速度の速い球状微粒子のみを分離するか、及び／またはサイクロンセパレータで比重の差で球状微粒子のみを分離するかして、清浄になった液体とともに噴射ノズルに直接供給することによって、高圧液体供給装置から供給される高圧液体によって、噴射ノズルから高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。
【００３４】
このようにして、球状微粒子回収装置を有することによって球状微粒子を回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるアブレシブジェット加工装置となる。
【００３５】
請求項１４の発明にかかるアブレシブジェット加工装置においては、球状微粒子回収装置が球状微粒子が分離された回収液から切粉等を除去して高圧液体供給装置に供給する切粉取フィルタを有する。これによって、清浄になった液体が高圧液体供給装置に供給されて再使用される。
【００３６】
このようにして、球状微粒子のみならず高圧液体用の液体をも回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるアブレシブジェット加工装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の全体構成を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工方法及びアブレシブジェット加工装置に用いられる球状ジルコンビーズのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す図である。図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の噴射ノズルの構造を示す縦断面図である。図４は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の球状ジルコンビーズ回収装置の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示されるように、本実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置１は、球状微粒子回収装置としての球状ジルコンビーズ回収装置２、球状微粒子供給装置としての球状ジルコンビーズ供給装置３、高圧液体供給装置としての高圧ポンプ５、給液タンクとしての給水タンクユニット６、そして相対位置移動装置７，８，９と噴射ノズル１０を備えた加工ユニット４から構成されている。噴射ノズル１０は、相対位置移動装置を構成するＸ軸移動ブロック８に噴射口を下にして垂直に固定されており、被加工材は同じく相対位置移動装置を構成するＹ軸移動テーブル９の上に載置される。そして、給水タンクユニット６から配管６ａを通って供給される水が高圧ポンプ５で高圧水となって配管５ａを通って噴射ノズル１０に供給され、球状ジルコンビーズ供給装置３から配管３ａを通って噴射ノズル１０に供給される球状ジルコンビーズと混合されて、噴射口から音速の約３倍（マッハ３）の高速でＹ軸移動テーブル９上の被加工材に噴き付けられて、被加工材がアブレシブジェット加工される。
【００３９】
ここで、図２のＳＥＭ写真に示されるように、本実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置１に用いられる球状ジルコンビーズ（写真は粒子径約４０μｍのもの）は、ほぼ真球であり、故に摩耗・破砕し難く、かつ最も効率良く噴射エネルギーを被加工材に与えることができ、従来の角張った研磨材を用いたアブレシブジェット加工方法よりも加工速度が速く、しかも切断面が滑らかになる。したがって、残滓が付着し難くなり、また金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れも生じることがない。
【００４０】
そして、破砕し難いので研磨材として再使用することができる。即ち、図１に示されるように、加工ユニット４に溜まった使用済みの球状ジルコンビーズ混入水は、排出管４ａから排出されて球状ジルコンビーズ回収装置２で不純物を分離して、清浄な球状ジルコンビーズと水だけが回収されて、配管２ａから直接噴射ノズル１０に供給される。さらに、清浄な水だけが別に回収されて、配管２ｂから高圧ポンプ５に供給されて再利用される。
【００４１】
ここで、噴射ノズル１０の詳細な内部構造について、図３を参照して説明する。図３（ａ）に示されるように、噴射ノズル１０の第１の例１０Ａは高圧水供給部１１、球状ジルコンビーズ供給部１２ａ、及び回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂを有しており、高圧水供給部１１は前記配管５ａに、球状ジルコンビーズ供給部１２ａは前記配管３ａに、回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂは前記配管２ａにそれぞれ接続されている。球状ジルコンビーズ供給部１２ａから供給された球状ジルコンビーズＺＢと回収球状ジルコンビーズ供給部１２ｂから供給された球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１１から供給される高圧水によって、噴射口１３から音速の約３倍の高速で噴射される。
【００４２】
噴射口１３の口径は約０．１ｍｍ〜約０．４５ｍｍの範囲内であり、このような小径の噴射ノズルから球状ジルコンビーズが混入した高圧水を高速で被加工材に噴き付けることによって、切削力が集中して切断速度・加工速度がより一層速くなるとともに、切断代が小さくなるため、複雑で小さな被加工材の切断も可能になる。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示されるように、噴射ノズル１０の第２の例１０Ｂは、先端がオリフィスになった高圧水供給部１４、球状ジルコンビーズ供給部１５ａ、及び回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂを有しており、高圧水供給部１４は前記配管５ａに、球状ジルコンビーズ供給部１５ａは前記配管３ａに、回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂは前記配管２ａにそれぞれ接続されている。球状ジルコンビーズ供給部１５ａから供給された球状ジルコンビーズＺＢと回収球状ジルコンビーズ供給部１５ｂから供給された球状ジルコンビーズ混入水は、高圧水供給部１４から供給される高圧水によって、噴射口１６から音速の約３倍の高速で噴射される。
【００４４】
噴射口１６の口径はやはり約０．１ｍｍ〜約０．４５ｍｍの範囲内であり、このような小径の噴射ノズルから球状ジルコンビーズが混入した高圧水を高速で被加工材に噴き付けることによって、切削力が集中して切断速度・加工速度がより一層速くなるとともに、切断代が小さくなるため、複雑で小さな被加工材の切断も可能になる。
【００４５】
本実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置１の具体的な応用例について説明すると、まず高圧水槽の表面強化処理がある。近年、高圧処理技術の発達は目覚しいものがあり、例えばジャム等も加熱工程を経ずして代わりに水中加圧工程を経ることによって製造することができる。また、新幹線の先頭車両のスカート部分等も、炭素繊維を用いたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics  繊維強化プラスティック）で成形した後、高圧水槽に入れて高圧処理をすることによって製造することができる。このような高圧水槽の材料としてはマルテンサイトエイジング鋼材（超高張力鋼）等が用いられるが、内部の水圧が余りに高くなると圧力に耐え切れなくなって破損してしまう場合もある。しかし、アブレシブジェット加工装置１によって高圧水槽の内面を球状ジルコンビーズが混入した高圧水でアブレシブジェット処理することによって、水槽の内面が強化されてより高圧にも耐えられる高圧水槽となる。
【００４６】
ここで、アブレシブジェット処理することによって、被加工材の表面に付着しているウィルス・細菌等は全て死滅してしまうので、特に食品加工用の容器に適している。また、原子力発電の分野では、過去に炉心の冷却水洩れの事故が起こったことがあるが、これもアブレシブジェット加工装置１によって冷却水配管を外側から球状ジルコンビーズが混入した高圧水でアブレシブジェット処理することによって、冷却水配管の表面が強化されて応力疲労等によるひび割れが生ずる恐れがなくなる。
【００４７】
さらに、球状ジルコンビーズが混入した高圧水でアブレシブジェット処理することによって、金属材料の疲労強度が増すという効果が得られる。また、真球に近い球状ジルコンビーズは高速水流の流速に乗るため、従来の研磨剤を用いたアブレシブジェット処理においては１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧水を用いる必要があったのに対して、高圧水の圧力を３０ＭＰａ〜５０ＭＰａに下げても同等の効果が得られるため、高圧ポンプ、高圧配管及び噴射ノズルの寿命が大幅に延びるという効果も得られる。さらに、チタン等の難削材も容易に研削・切断することができるという特長を有している。
【００４８】
次に、球状ジルコンビーズ回収装置２の内部構造について、図４を参照して説明する。図４に示されるように、本実施の形態にかかる球状ジルコンビーズ回収装置２は、マグネットセパレータとオイルスキーマを組み合わせたもの２１、サイクロンセパレータ２２、切粉取フィルタ２３、回収液タンク２４及びこれらの間を繋ぐ配管を備えている。
【００４９】
排出液に含まれる球状ジルコンビーズと水以外の不純物としては、被加工材の切粉と潤滑オイル等の油分と配管系内壁が削られた鉄屑等が主なものである。そこで、まずマグネットセパレータ２１によって鉄分を磁力吸着して除去し、同時にオイルスキーマ２１によって油分を除去する。次に、サイクロンセパレータ２２で比重の差で球状ジルコンビーズのみを分離して、清浄になった水とともに噴射ノズル１０に直接供給することによって、高圧ポンプ５から供給される高圧水によって、噴射ノズル１０から高速で被加工材に噴き付けられて再使用される。
【００５０】
さらに、球状ジルコンビーズが一部の清浄な水とともに分離された回収液からは、切粉取フィルタ２３によって切粉等を除去して清浄になった水が、回収液タンク２４を介して高圧ポンプ５に供給されて再使用される。なお、回収液タンク２４の容量は高圧ポンプ５の安全を考慮すると吐出量の約２０倍〜約５０倍あることが望ましい。このようにして、本実施の形態のアブレシブジェット加工装置１においては、球状ジルコンビーズのみならず高圧水用の水をも回収して何回も再使用することが可能になり、ランニングコストを大幅に低減することができるとともに、廃水及び産業廃棄物を減らすことができて環境に優しい加工方法および加工装置となる。
【００５１】
本実施の形態の球状ジルコンビーズ回収装置２においては、サイクロンセパレータ２２で球状ジルコンビーズのみを分離しているが、サイクロンセパレータ２２の代わりに段付きシックナー（沈降槽）を用いて沈降速度の速い球状ジルコンビーズのみを分離しても良いし、段付きシックナーとサイクロンセパレータ２２を両方用いても良い。
【００５２】
このようにして、本実施の形態にかかるアブレシブジェット加工方法及びアブレシブジェット加工装置においては、研磨材粒子として球状ジルコンビーズを用いることによって、加工速度が速くなるとともに、切断面に細かい凹凸が生じるのを防いで平滑な面とすることによって、残滓の付着を防ぐとともに金属材料における電触やそれを起点とする応力集中腐食割れをも防止し、さらに研磨材粒子及び水の再使用を可能としてシステムのランニングコスト低減を図ることができる。
【００５３】
本実施の形態においては、「高圧液体」として用いられる液体として水を用いており、通常のアブレシブジェット加工においては殆ど水が用いられるが、特殊な場合（例えば水中におけるアブレシブジェット切断加工等）には、水より粘性の高い高分子水溶液等の水以外の液体を用いることもできる。
【００５４】
本発明を実施するに際しては、アブレシブジェット加工方法のその他の工程についても、またアブレシブジェット加工装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工方法及びアブレシブジェット加工装置に用いられる球状ジルコンビーズのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を示す図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の噴射ノズルの構造を示す縦断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態にかかるアブレシブジェット加工装置の球状ジルコンビーズ回収装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  アブレシブジェット加工装置
２  球状ジルコンビーズ回収装置
３  球状ジルコンビーズ供給装置
５  高圧液体供給装置
７，８，９  相対位置移動装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ  噴射ノズル
２１  マグネットセパレータ＆オイルスキーマ
２２  サイクロンセパレータ
２３  切粉取フィルタ
ＺＢ  球状ジルコンビーズ
【図１】
0004653962.tif 000002
【図３】
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【図４】
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【図２】
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