(57)【要約】【課題】ノズル内部における研磨材の詰まりを抑制し加工精度を向上させる。【解決手段】研磨材Ｇが供給口３１から導入される気室からなる混合室３と、ウォーターノズル４の下流部に配設され、ウォーターノズル４から噴出されたウォータージェットＷＪに研磨材Ｇを混入させ、混合室３内にウォータージェットＷＪを導通孔５１から噴出するミキシングノズル５と、ミキシングノズル５の下流部に配設されウォータージェットＡＷを導入してアブレシブウォータージェットＡＷＪを噴射するアブレシブノズル６と、を備え、ミキシングノズル５の導通孔５１の孔径Ｄ３は、ウォーターノズル４の孔径Ｄ１よりも大きく形成され、導通孔５１を通過するウォータージェットＷＪと導通孔５１の内周面との間に形成された隙間δ１に混合室３内の研磨材Ｇを空気とともに吸引して導通孔５１内でウォータージェットＷＪに混入させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入孔に供給された高圧水に研磨材を混入したアブレシブウォータージェットをワークに噴射して加工するアブレシブウォータージェットノズルであって、
前記研磨材が供給口から室内に空気とともに吸い込まれて導入される気室からなる混合室と、
前記導入孔が形成され前記高圧水を噴出するウォーターノズルと、
このウォーターノズルの下流部に配設され、当該ウォーターノズルから噴出されたウォータージェットに前記研磨材を混入させ、前記混合室内に当該ウォータージェットを導通孔から噴出するミキシングノズルと、
当該ウォーターノズルから噴出されたウォータージェットが通過する導通孔から前記混合室内に当該ウォータージェットを噴出して当該ウォータージェットに前記研磨材を混入させるミキシングノズルと、
このミキシングノズルの下流部に配設され前記ウォータージェットを導入して前記アブレシブウォータージェットを前記ワークに噴射するアブレシブノズルと、を備え、
前記ミキシングノズルの導通孔の孔径は、前記ウォーターノズルの孔径よりも大きく形成され、当該導通孔を通過するウォータージェットと当該導通孔の内周面との間に形成された隙間に前記混合室内に滞留させた研磨材を空気とともに吸引して当該導通孔内で前記ウォータージェットに混入させること、を特徴とするアブレシブウォータージェットノズル。
【請求項２】
前記ミキシングノズルの導通孔の孔径は、前記ウォーターノズルの孔径の５〜２５倍であること、を特徴とする請求項１に記載のアブレシブウォータージェットノズル。
【請求項３】
前記ミキシングノズルの導通孔の長さは、当該導通孔の先端部に形成された開口部から前記アブレシブノズルまでの距離よりも長いこと、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ノズル。
【請求項４】
前記アブレシブノズルの孔径は、前記ミキシングノズルの孔径よりも小さく、前記ウォーターノズルの孔径よりも大きいこと、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ノズル。
【請求項５】
前記ミキシングノズルは、略円筒形状をなし、
前記ミキシングノズルの外周面の先端部には、前記アブレシブノズルの方向に向かうように先端部が縮径されたテーパが前記供給口に対面する位置から前記先端部まで形成されていること、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ノズル。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載されたアブレシブウォータージェットノズルと、
前記混合室に所定量の研磨材を供給する研磨材供給装置と、を有するアブレシブウォータージェット加工機であって、
前記研磨材供給装置は、
前記研磨材が貯留された貯留部と、
この貯留部の下部に配設された流出孔と、
この流出孔の下方に所定の隙間を設けて配設され、水平方向の回転軸の回りに回転駆動する搬送ロータと、
前記搬送ロータの下方に配設された受け部と、
この受け部に形成された排出口と、
を備えた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。
【請求項７】
前記搬送ロータは、当該搬送ロータの外周部に形成された凹凸部を備えたこと、を特徴とする請求項６に記載のアブレシブウォータージェット加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアブレシブウォータージェットノズル、およびアブレシブウォータージェット加工機に係り、特に研磨材を導通孔に吸い込んで高圧水（ウォータージェット）に混入させるミキシングノズルを備えたアブレシブウォータージェットノズル、およびアブレシブウォータージェット加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス、石材、合成樹脂、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材料など、硬い材質や厚みのあるワークに切断加工を施す場合には、２００〜４００ＭＰａの高圧で供給された高圧水に研磨材（アブレシブ）を混入させたアブレシブウォータージェットをワークの表面に噴射させることによって切断効率を向上させるアブレシブウォータージェット加工装置が知られている。
【０００３】
従来、アブレシブウォータージェット加工装置では、研磨材によるノズルの損傷を防止するとともに、切削効率を向上させるため、噴射された高圧水に適正な量の研磨材を混入させる種々の手段が採用されている（例えば、特許文献１，２）。
特許文献１に記載のアブレシブノズルは、らせん溝からなる旋回流発生手段により、ノズル本体内に超高圧流体の旋回流を発生させて、研磨材をノズル本体の中心方向へ移動させ研磨材を高圧水の中心部でより高密度に混入させることとしたものである。
特許文献２に記載のアブレシブノズルは、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に、高圧水供給部１１から供給される高圧水を噴射して高圧水に球状ジルコンビーズを混入させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５１５号公報（段落０００４〜０００８、図１）
【特許文献２】特許第４６５３９６２号公報（段落００４１〜００４４、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアブレシブノズルでは、混合室内に高圧水を噴射することにより混合室内に供給された研磨材が直接高圧水内に巻き込まれて吸収されるため、アブレシブノズルの入口に研磨材が重畳的に集中してノズル詰まりやノズルの磨耗が発生しやすいという課題があった。特に、切断加工精度を向上させるためにアブレシブノズルの径を小さくしようとすると、研磨材の量がノズル内部で飽和し、殊更にノズル詰まりが発生しやすい。
また、高圧水に研磨材を混入したアブレシブウォータージェットをワークに噴射するため、適正な量の研磨材を含有したアブレシブウォータージェットで加工を行わないと切断加工精度や加工品質にバラツキが生じるという課題があった。さらに、ノズル内部における研磨材の混入に部分的な偏りが生じれば、ノズルの磨耗を促進させてしまう可能性があった。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ウォータージェット（高圧水）に適正な量の研磨材を混入して、ノズル内部における研磨材の詰まりを抑制し、加工精度および加工効率を向上させることができるアブレシブウォータージェットノズル、および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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、導入孔に供給された高圧水に研磨材を混入したアブレシブウォータージェットをワークに噴射して加工するアブレシブウォータージェットノズルであって、前記研磨材が供給口から室内に空気とともに吸い込まれて導入される気室からなる混合室と、前記導入孔が形成され前記高圧水を噴出するウォーターノズルと、このウォーターノズルの下流部に配設され、当該ウォーターノズルから噴出されたウォータージェットに前記研磨材を混入させ、前記混合室内に当該ウォータージェットを導通孔から噴出するミキシングノズルと、このミキシングノズルの下流部に配設され前記ウォータージェットを導入して前記アブレシブウォータージェットを前記ワークに噴射するアブレシブノズルと、を備え、前記ミキシングノズルの導通孔の孔径は、前記ウォーターノズルの孔径よりも大きく形成され、当該導通孔を通過するウォータージェットと当該導通孔の内周面との間に形成された隙間に前記混合室内に滞留させた研磨材を空気とともに吸引して当該導通孔内で前記ウォータージェットに混入させること、を特徴とする。
【０００８】
本発明は、前記研磨材が供給口から室内に空気とともに吸い込まれて導入される気室からなる混合室を備えたことで、ウォーターノズルから噴出されたウォータージェットが仕切られた気室からなる混合室内を通過すると、高速で通過するウォータージェットによって生じる負圧により、研磨材を空気とともに吸い込んで混合室内で滞留させ、この滞留させた研磨材をウォータージェットに効率よく混入させる。
なお、本発明の説明において、慣用的に「ウォーター」や「高圧水」の用語を使用するが、特に「水」に限定する趣旨ではなく、広く「加工用の流体」を意味する。
【０００９】
本発明は、前記導通孔を通過する前記ウォータージェットを前記混合室内に噴出するミキシングノズルを備えたことで、前記導通孔を通過するウォータージェットと当該導通孔の内周面との間に形成された隙間に前記研磨材を空気とともに吸引して、ミキシングノズルの導通孔内で研磨材をウォータージェットに吸収するようにして混入させる。
【００１０】
このため、本発明は、従来のように混合室内に導入された研磨材を直接ウォータージェットに混入させるのではなく、ミキシングノズル内に前記研磨材を空気とともに吸い込んで、ミキシングノズルの導通孔内で研磨材をウォータージェットの流れと逆方向に巻き上げるように吸収して混入させることで、適正な量の研磨材をウォータージェットに混入させることができる。
【００１１】
また、本発明は、ミキシングノズルを備えたことで、混合室内に導入された研磨材をミキシングノズルの開口部（導通孔の先端に形成された開口部）から上流にウォータージェットの流れと逆方向に吸引してウォータージェットに混入させる第１混合ルートと、ミキシングノズルの開口部から下流に噴出されたウォータージェットに混入させる第２混合ルートと、により研磨材をウォータージェットに混入させることができる。
【００１２】
このようにして、本発明は、研磨材を第１混合ルートと第２混合ルートに分散して混合することで、混合室内の研磨材がアブレシブノズルの入口に集中して引き込まれないようにし、偏りがなくかつ均一な量の研磨材をウォータージェットに混入して、アブレシブノズル内部における研磨材の詰まりを効果的に抑制する。
【００１３】
このため、本発明に係るアブレシブウォータージェットノズルは、アブレシブノズルの詰まりを抑制することで、アブレシブノズルの孔径をより小さくしてアブレシブウォータージェットの流速をより円滑に高めることができるため、研磨材の消費を節約し、かつ小径のアブレシブウォータージェットにより加工精度および加工効率を向上させることができる。
また、本発明は、一般的なアブレシブウォータージェット加工機はもちろんのこと、簡易な構成により加工精度および加工効率を向上させることができるため、ロボットアームの先端部に装着する場合や作業者が手に持って加工するポータブル式のアブレシブウォータージェットノズルにも好適に採用することができる。
【００１４】
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ノズルであって、前記ミキシングノズルの導通孔の孔径は、前記ウォーターノズルの孔径の５〜２５倍であること、を特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、前記ミキシングノズルの導通孔の孔径を前記ウォーターノズルの孔径の５〜２５倍とすることで、前記導通孔の内周面に形成された隙間に前記研磨材をより効率的に吸引して混入させることができる。
【００１６】
つまり、前記隙間が小さすぎると吸引される研磨材の量が減少し、また、前記隙間が大きすぎると負圧が低下して同様に吸引される研磨材の量が減少するため、前記ミキシングノズルの導通孔の孔径を前記ウォーターノズルの孔径の５〜２５倍の間で吸引される研磨材の量が極値となり、この範囲内で適宜調整することが望ましい。
【００１７】
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ノズルであって、前記ミキシングノズルの導通孔の長さは、当該導通孔の先端部に形成された開口部から前記アブレシブノズルまでの距離よりも長いこと、を特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、前記ミキシングノズルの導通孔の長さを当該ミキシングノズルの開口部から前記アブレシブノズルまでの距離よりも長くすることで、第２混合ルートの長さを短く設定することができるため、混合室内の研磨材がアブレシブノズルの入口に集中して引き込まれないようにして研磨材の詰まりをより効果的に抑制し、適正な量の研磨材を安定して混入させることができる。
【００１９】
つまり、ミキシングノズルの開口部から下流に噴出されたウォータージェットに研磨材を混入させる第２混合ルートは、混合室に導入された研磨材をアブレシブノズルの入口に引き込むように作用するため、研磨材がアブレシブノズルの入口に集中して密度が偏って高くなり、研磨材の詰まりを誘引しやすくなる。このため、第２混合ルートの長さを短くして、その分第１混合ルートの長さを長くすることが好適である。
【００２０】
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ノズルは、混合室内に導入された研磨材をミキシングノズルの開口部から上流に吸い込んで混入させる第１混合ルートの長さを長くして、第２混合ルートの長さを短くすることで、研磨材の詰まりをより効果的に抑制して、均一に適正な量の研磨材を安定して混入させることができる。
【００２１】
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ノズルであって、前記アブレシブノズルの孔径は、前記ミキシングノズルの孔径よりも小さく、前記ウォーターノズルの孔径よりも大きいこと、を特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、前記アブレシブノズルの孔径を前記ミキシングノズルの孔径よりも小さくすることで、小径のアブレシブノズルを適用することができるため、加工精度および加工効率を向上させることができる。そして、前記アブレシブノズルの孔径を前記ウォーターノズルの孔径よりも大きくすることで、研磨材の詰まりを抑制することができる。
【００２３】
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ノズルであって、前記ミキシングノズルは、略円筒形状をなし、前記ミキシングノズルの外周部には、前記アブレシブノズルの方向に向かうように先端部が縮径されたテーパが前記供給口に対面する位置から前記先端部まで形成されていること、を特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、前記ミキシングノズルの外周面の先端部に前記テーパを設けたことで、前記供給口から前記混合室に空気とともに導入された研磨材が前記ミキシングノズルの外周部に沿って先端部まで円滑に流れるように吸い込まれる。
このため、ミキシングノズルの先端部に形成されたウォータージェットの開口部から導通孔の内周面に形成された隙間に前記研磨材を空気とともに効率よく吸い込んで、当該導通孔内で前記ウォータージェットに吸収して混入させることができる。
【００２５】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５に記載されたアブレシブウォータージェットノズルと、前記混合室に所定量の研磨材を供給する研磨材供給装置と、を有するアブレシブウォータージェット加工機であって、前記研磨材供給装置は、前記研磨材が貯留された貯留部と、この貯留部の下部に配設された流出孔と、この流出孔の下流に所定の隙間を設けて配設され、水平方向の回転軸の回りに回転駆動する搬送ロータと、前記搬送ロータの下流に配設された受け部と、この受け部に形成された排出口と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、流出孔の下流に所定の隙間を設けて搬送ロータを備えたことで、流出孔から流出した研磨材は、搬送ロータが回転することで搬送される。
つまり、流出孔と搬送ロータとの間に所定の隙間を設けたことで、搬送ロータが停止しているときには、この隙間に研磨材が粒子間の摩擦抵抗により搬送ロータとの間で留まった状態になる。一方、搬送ロータが回転しているときには、前記隙間に留まった研磨材が搬送ロータの外周面に沿って搬送されることで、流出孔から新たな研磨材が再び隙間に流出する。このようにして、搬送ロータの回転により、その回転速度に応じて前記隙間に流出した研磨材が搬送ロータの外周面に沿って搬送され、下流に配設された研磨材の受け部に収容され、受け部に形成された排出口から排出される。
【００２７】
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機は、搬送ロータの回転により混合室に適量の研磨材を偏りがなく円滑に供給することができるため、ウォータージェットに均一に研磨材を混入して、ノズル内部における研磨材の詰まりを抑制し、加工精度および加工効率を向上させることができる。
【００２８】
請求項７に係る発明は、請求項６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、前記搬送ロータは、当該搬送ロータの外周部に形成された凹凸部を備えたこと、を特徴とする。
かかる構成によれば、搬送ロータの外周部に凹凸部を備えたことで、前記隙間に流出した研磨材を保持し自由落下を抑制して搬送ロータの外周部に沿って円滑に搬送することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ウォータージェット（高圧水）に均一に研磨材を混入して、ノズル内部における研磨材の詰まりを抑制し、加工精度および加工効率を向上させることができるアブレシブウォータージェットノズル、およびアブレシブウォータージェット加工機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】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模式的に示す断面図である。
【図２】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ノズルの模式的な断面図である。
【図３】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ノズルのミキシングノズルの作用を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る研磨材供給装置の作用を説明するための部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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１００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１００は、２００〜４００ＭＰａの高圧で供給された高圧水Ｑに研磨材Ｇを混入し、アブレシブウォータージェットＡＷＪを噴射させて、ワーク（不図示）を切断加工する加工装置である。そして、アブレシブウォータージェット加工機１００は、アブレシブウォータージェットＡＷＪを音速以上の高速で噴射させることができるため、ガラス等の硬い材質であっても、合成樹脂等の比較的柔らかい材質であっても、硬い材料と柔らかい材料等の多種類の材料からなる複合材料であっても高品質な形状切断加工ができる。
【００３２】
アブレシブウォータージェット加工機１００は、図１に示すように、研磨材Ｇが混入されたアブレシブウォータージェットＡＷＪを噴射するアブレシブウォータージェットノズル１と、アブレシブウォータージェットノズル１に高圧配管１０２から高圧水Ｑを供給する高圧水供給装置１０１と、アブレシブウォータージェットノズル１に適量の研磨材Ｇを供給する研磨材供給装置８と、を備えている。
【００３３】
なお、本実施形態では、図１において、アブレシブウォータージェット加工機１００は、アブレシブウォータージェットＡＷＪの噴射方向を下方にして図示したが、これに限定されるものではなく、水平方向や噴射方向が自在に変化するロボットアームの先端部に装着する場合や作業者が手に持って加工するポータブル式のアブレシブウォータージェット加工機であってもよい。
【００３４】
研磨材Ｇは、ガーネット、サファイア、超硬合金等の一般的なものを適宜、ワークの種類等に応じて使用することができる。研磨材Ｇは、ワークの種類や用途に応じて適宜粒度を設定するが、微細なものやコーティングを施したものも用いることができる。
【００３５】
アブレシブウォータージェットノズル１は、図２に示すように、ノズル本体２と、ノズル本体２内に形成された混合室３と、導入孔４１が形成され高圧水（ウォータージェットＷＪ）を噴出するウォーターノズル４と、ウォーターノズル４から噴出されたウォータージェットＷＪに研磨材Ｇを混入させて研磨材を混入させた状態のウォータージェットＡＷ（以下、単に「ウォータージェットＡＷ」という。）を生成するミキシングノズル５と、ワーク（不図示）を加工するアブレシブウォータージェットＡＷＪを噴射するアブレシブノズル６と、を備えている。
【００３６】
なお、図２において、例えば、ウォーターノズル４の径とウォータージェットＷＪの径の関係は、説明の便宜上、視認性の観点から簡略化して表示したものであり、一般的には、ノズルの径よりも噴射されたジェットの径が小さくなることが想定される。また、図１や図２において、研磨材Ｇの粒径は誇張して表現したものであり、混合室３内では研磨材Ｇが空気中に浮遊して流れる状態を示し、研磨材供給装置８では粒状物が流動して搬送される状態を示す。
【００３７】
ノズル本体２は、上部ボディ２１と下部ボディ２２からなり、ウォーターノズル４やミキシングノズル５等の各構成部材を高精度に位置決めして配設するための部材であり、中央部に中空の混合室３が形成されている。
【００３８】
なお、ノズル本体２の構成は、説明の便宜上、各ノズル部等のレイアウトを明示するために、ミキシングノズル５を埋め込み式にして図示したが、製作性等の観点からノズル本体２（上部ボディ２１）とミキシングノズル５を一体として構成する方が一般的である。
一方、ミキシングノズル５を上部ボディ２１から取り外し可能な埋め込み式にすることで、ミキシングノズル５のサイズや材質等の変更が容易になる。また、本実施形態においては、上部ボディ２１と下部ボディ２２を分離構造としたが、一体として構成することもできる。
【００３９】
混合室３は、略円柱形状をなし、混合室３の中央部にはミキシングノズル５が入り込むように配設され、ミキシングノズル５内を通ってウォーターノズル４から噴出された高圧水（ウォータージェットＷＪ）が混合室３内を通過してアブレシブノズル６に導入されるようになっている。
【００４０】
混合室３は、研磨材Ｇが導入される供給口３１を備えている。研磨材供給装置８（図１参照）から排出された研磨材Ｇは、供給口３１から空気とともに吸い込まれて混合室３内に導入される。また、混合室３は、仕切られた気室からなり、導入された研磨材Ｇを十分に減速して室内で滞溜させることができる空間である。このため、混合室３内に導入された研磨材Ｇは、ウォータージェットＷＪに混入されて、研磨材Ｇが混入されたアブレシブウォータージェットＡＷＪが生成される。研磨材供給装置８（図１参照）は、適量の研磨材Ｇを供給口３１に向けて排出するようになっている。
【００４１】
なお、「気室からなる混合室」とは、混合室内で研磨材を滞溜させるように仕切られた空間であることを意味し、例えばピアス加工時等に負圧を補助的に発生させる真空吸引装置等の他の付属機器を装着する開口部等が形成されていない密閉された気密空間に限定したものではない。
【００４２】
供給口３１は、ミキシングノズル５の開口部５３、およびアブレシブノズル６に対して適正な位置、例えば、ミキシングノズル５の開口部５３よりもウォータージェットＷＪの噴出方向に対して上流側になるように配設されている。
つまり、供給口３１は、口径とも関係するが、供給口３１の位置がミキシングノズル５の開口部５３に対して高すぎると、研磨材Ｇが円滑に開口部５３まで供給されず供給口３１の付近で研磨材Ｇが詰まりやすくなり、供給口３１の位置がミキシングノズル５の開口部５３に対して低すぎると（例えば、開口部５３よりもウォータージェットＷＪの噴出方向に対して下流側）、アブレシブノズル６が詰まりやすくなるため、適正な口径に設定され適正な位置になるように調整される。
【００４３】
このようにして、ウォーターノズル４から噴出された高圧水（ウォータージェットＷＪ）が混合室３内を通過すると、高速で通過するウォータージェットＷＪによって生じる負圧により、適正な量の研磨材Ｇが供給口３１から好適に空気とともに吸い込まれる。このため、供給口３１の付近の研磨材Ｇの詰まりを効果的に回避することができる。
そして、供給口３１から吸い込まれた研磨材Ｇは、気流に乗って浮遊し滞溜しながら、混合室３内でウォータージェットＷＪに引き込まれて混入され、適正な量の研磨材Ｇが混入されたウォータージェットＡＷが生成される。
【００４４】
ウォーターノズル４は、上部ボディ２１の上流部（図２の上部）に埋め込まれて配設された胴部４２と、胴部４２に埋設されたノズル部４３と、を備え、高圧配管１０２から導入孔４１に供給された高圧水Ｑをノズル部４３からミキシングノズル５内に噴出する部材である。
このため、ウォーターノズル４（ノズル部４３）の孔径Ｄ１は、ミキシングノズル５の孔径Ｄ３やアブレシブノズル６の孔径Ｄ２よりも小さく設定されている。
【００４５】
ミキシングノズル５は、ウォーターノズル４の下流部に配設され、略円筒状の形態をなし、ウォーターノズル４から噴出された高圧水（ウォータージェットＷＪ）が通過する導通孔５１と、外周面に形成されたテーパ５２と、導通孔５１を通過したウォータージェットＷＪを混合室３内に噴出する開口部５３と、を備えている。
ミキシングノズル５は、研磨材Ｇが接触する部材であるため、研磨材供給量との兼ね合いもあるが、研磨材Ｇよりも硬い材質にしてもよいし、内周部にコーティングを施して耐久性、耐摩耗性を向上させることもできる。
【００４６】
なお、本実施形態においては、ミキシングノズル５を円筒形状にしたが、外周部は多角形状にしてもよい。
【００４７】
＜第１混合ルート＞
ミキシングノズル５は、ウォーターノズル４から噴出された高圧水（ウォータージェットＷＪ）が導通孔５１を通過して開口部５３から噴出することで、導通孔５１内に負圧が発生し、導通孔５１を通過するウォータージェットＷＪと導通孔５１の内周面との間に形成された隙間δ１に開口部５３から研磨材Ｇを空気とともに吸引する（図２の矢印Ｒ１参照）。
【００４８】
ミキシングノズル５は、このようにして導通孔５１内に研磨材Ｇを開口部５３からの高さＨ３まで吸引した後、導通孔５１内で研磨材ＧをウォータージェットＷＪに混入させる（第１混合ルートＲ１）。研磨材Ｇを吸引する開口部５３からの高さＨ３は、隙間δ１とも関係するが、高さＨ３が大きくなれば混入される研磨材Ｇの量が多くなる傾向を示す。
【００４９】
ミキシングノズル５の外周部には、アブレシブノズル６の方向に向かうように先端部が縮径されたテーパ５２が形成され、このテーパ５２は供給口３１に対面する位置からミキシングノズル５の先端部まで形成されている。
かかる構成により、供給口３１から混合室３に空気とともに導入された研磨材Ｇは、ミキシングノズル５の外周部に形成されたテーパ５２の形状に沿って先端部の開口部５３まで円滑に流れるように吸い込まれる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、テーパ５２を形成したが、これに限定されるものではなく、断面が多角形状で先端部に行くにしたがって多角形状が小さくなるようにしてもよいし、上流側から先端部に行く間に段差を設けてしだいに多角形状が小さくなるようにしてもよい。また、ミキシングノズル５の外周部にテーパ５２を設けずにストレート形状にしてもよい。また、ストレート形状の外周部の場合には、外周部の径を小さくすることで、供給口３１から混合室３に空気とともに導入された研磨材Ｇをミキシングノズル５の先端部の開口部５３まで円滑に流れるようにすることができる。
また、本実施形態においては、ミキシングノズル５の外周部にテーパ５２を形成したが、これに限定されるものではなく、外周部と同様に内周部にもテーパを形成することができる。
【００５１】
＜隙間δ１の設定＞
アブレシブウォータージェットノズル１は、ウォータージェットＷＪと導通孔５１の内周面との間に形成された隙間δ１の大きさを適宜設定することで、ウォータージェットＷＪに適正な量の研磨材Ｇを好適に混入することができる。以下、この隙間δ１について、図３を参照しながら説明する。図３は、横軸にミキシングノズル５の孔径Ｄ３とウォーターノズル４の孔径Ｄ１の比（Ｄ３／Ｄ１）をとり、縦軸にピアス加工時間をとって隙間δ１とピアス加工時間の関係を示すグラフである。
【００５２】
なお、ピアス加工は、アブレシブウォータージェット加工における切断加工の前加工として行われるアブレシブウォータージェット加工であり、ウォータージェットＷＪの圧力を一定にしてピアス加工時間を計測することにより、ウォータージェットＷＪに適正な量の研磨材Ｇが混入されたことを検証するために、アブレシブウォータージェット加工における加工効率を計る基準としたものである。
【００５３】
ミキシングノズル５の導通孔５１の孔径Ｄ３は、ウォーターノズル４の孔径Ｄ１の５〜２５倍になるように設定されるのが望ましい。
ここで、δ１＝（Ｄ３−Ｄ１）／２であるから、Ｄ３／Ｄ１＝５のときには、
δ１＝（５Ｄ１−Ｄ１）／２＝２Ｄ１  である。
また、Ｄ３／Ｄ１＝２５のときには、
δ１＝（２５Ｄ１−Ｄ１）／２＝２４Ｄ１／２＝１２Ｄ１  である。
つまり、導通孔５１内に形成された隙間δ１は、片側でウォーターノズル４の孔径Ｄ１の２〜１２倍に設定されている。
【００５４】
隙間δ１は、ウォータージェットＷＪの流速や圧力、およびウォーターノズル４の径Ｄ１とも関係するが、小さすぎると吸引される研磨材Ｇの量が減少し、大きすぎると負圧が低下して同様に吸引される研磨材Ｇの量が減少する傾向を示す。そして、図２に示すように、研磨材Ｇが上流に吸い込まれる高さＨ３が大きくなれば混入される研磨材Ｇの量も増大する傾向を示す。
ウォータージェットＷＪに吸引されて混入された研磨材Ｇの量が適正であることを検証するため、図３を参照しながら、ピアス加工時間と隙間δ１との関係を説明する。アブレシブウォータージェットＡＷＪの流速を一定にすれば、一般的に混入された研磨材Ｇの量が多いと加工効率が向上して加工時間が短縮され、混入された研磨材Ｇの量が少ないと加工時間が増大する傾向を示す。
【００５５】
図３に示すように、例えば、ウォータージェットＷＪの圧力を３００ＭＰａ、ウォーターノズル４の孔径Ｄ１を０．１〜０．１５で設定した場合には、Ｄ３／Ｄ１が約１３倍で加工効率が極値になり、混入された研磨材Ｇの量が最大になると推測される。
実際には、ウォータージェットＷＪの流速や圧力やウォーターノズル４の孔径Ｄ１等の種々の条件が考慮されるため、この極値を挟んでＤ３／Ｄ１が５〜２５倍の範囲内で適宜設定することが好ましい。
【００５６】
＜第２混合ルート＞
一方、ミキシングノズル５の開口部５３から混合室３内に噴出されたウォータージェットＷＪは、混合室３内のミキシングノズル５の開口部５３からアブレシブノズル６まで通過する際にも負圧を発生するため、研磨材Ｇが混入される（図２の矢印Ｒ２参照）。
【００５７】
＜第１ルートと第２ルートの関係＞
ミキシングノズル５の開口部５３は、ミキシングノズル５の先端部に配設され、アブレシブノズル６から所定の高さＨ１になるように配設されている。
アブレシブノズル６からミキシングノズル５の開口部５３までの高さＨ１は、ミキシングノズルの導通孔５１の長さＨ２よりも小さくなるように設定されている。
【００５８】
つまり、ミキシングノズル５の開口部５３から下流に噴出されたウォータージェットＡＷに混入させる第２混合ルートは、混合室３に導入された研磨材Ｇをアブレシブノズル６の入口に引き込むように作用するため、研磨材Ｇがアブレシブノズル６の入口に集中して密度が偏って高くなり、研磨材Ｇの詰まりを誘引しやすくなる。このため、第２混合ルートの長さＨ１を短くして、その分第１混合ルートの長さＨ３を長くすることが好適である。
【００５９】
アブレシブノズル６は、ミキシングノズル５の下流部に配設されている。アブレシブノズル６は、第１の混合ルートＲ１および第２の混合ルートＲ２から研磨材Ｇが混入されたウォータージェットＡＷを導入してアブレシブウォータージェットＡＷＪをワーク（不図示）に噴射する部材である。
そして、アブレシブノズル６の孔径Ｄ２は、一般的には０．３〜０．５ｍｍ程度に設定されるが、ミキシングノズル５の孔径Ｄ３よりも小さく、ウォーターノズル４の孔径Ｄ１よりも大きく設定することが望ましい。
つまり、アブレシブノズル６の孔径Ｄ２をミキシングノズル５の孔径Ｄ３よりも小さくすることで、小径のアブレシブノズル６を設定することができるため、加工精度および加工効率を向上させることができる。そして、アブレシブノズル６の孔径Ｄ２をウォーターノズル４の孔径Ｄ１よりも大きくすることで、アブレシブノズル６内における研磨材Ｇの詰まりを抑制する効果が期待される。
【００６０】
なお、本実施形態においては、本発明を理解しやすくするために単純化して、第１混合ルートＲ１と第２混合ルートＲ２に分けて説明したが、混合室３内には飛散したウォータージェットに混合される研磨材Ｇも存在するため、混合室３に供給された研磨材Ｇがすべて第１混合ルートおよび第２混合ルートからウォータージェットに混入されることを意味するものではない。また、第１混合ルートＲ１では研磨材Ｇを上流に巻き上げるときに旋回流が発生することがあり、このような旋回流が第１混合ルートＲ１の長さＨ３に影響を及ぼす場合がある。
【００６１】
＜研磨材供給装置＞
研磨材供給装置８は、図１に示すように、研磨材Ｇが貯留された貯留部８１と、貯留部８１の下部に配設された流出孔８２と、流出孔８２の下方に所定の隙間δ２（図４参照）を設けて配設され、水平方向の回転軸８３ａの回りに回転駆動する搬送ロータ８３と、搬送ロータ８３を回転駆動するモータ８４と、モータ８４の回転を制御する制御装置（不図示）と、搬送ロータ８３の下方に配設された受け部８５と、受け部８５に形成された排出口８６と、を備えている。
【００６２】
搬送ロータ８３は、図４に示すように、外周部に形成された凹凸部である凸部８３ｂと、周方向に形成された壁部８３ｃと、を備えている。凸部８３ｂは、軸方向に沿って直線状に形成され、円周方向に渡って等間隔で複数が水車の羽根のように形成されている。壁部８３ｃは、外周部の両縁部から径方向に突出するように鍔状に形成されている。
かかる構成により、搬送ロータ８３は、流出孔８２から流出した研磨材Ｇが飛散しないように保持して、必要な量の研磨材Ｇを適正なタイミングで受け部８５まで搬送できるようになっている。
【００６３】
なお、本実施形態においては、搬送ロータ８３の外周部に凸部８３ｂを設けたが、研磨材Ｇを外周部に所定の時間、所定の量だけ留まらせることができる形状であれば特に限定されるものではなく、凹部であってもよく、凹部と凸部で構成してもよく、このような凹凸部を形成しなくてもよい。
【００６４】
研磨材供給装置８は、図１に示すように、貯留部８１の下部に配設された流出孔８２から所定の量の研磨材Ｇを下方に流出し、流出孔８２から流出した研磨材Ｇを搬送ロータ８３によって受け部８５まで搬送し、受け部８５に形成された排出口８６から混合室３の供給口３１まで研磨材Ｇを供給する装置である。
【００６５】
図４に示すように、研磨材供給装置８は、流出孔８２と搬送ロータ８３との間に所定の隙間δ２を設けたことで、搬送ロータ８３を停止させた状態では、この隙間に研磨材Ｇを粒子間の摩擦抵抗により搬送ロータ８３との間で留まった状態に保持することができる（図４（ａ）参照）。
【００６６】
一方、研磨材供給装置８は、搬送ロータ８３を回転させると、隙間δ２に留まった研磨材Ｇを搬送ロータ８３の外周面に沿って搬送することで、流出孔８２から新たな研磨材Ｇを再び隙間に流出させる（図４（ｃ）参照）。
【００６７】
このようにして、研磨材供給装置８は、図１に示すように、搬送ロータ８３の回転により、その回転速度に応じて、隙間δ２に流出した研磨材Ｇを搬送ロータ８３の外周面に沿って搬送し、下方に配設された研磨材Ｇの受け部８５に収容して、受け部８５に形成された排出口８６から混合室３の供給口３１まで研磨材Ｇを供給する。
研磨材供給装置８は、制御装置（不図示）により、搬送ロータ８３の回転速度を適宜制御することで、混合室３に適量の研磨材Ｇを偏りがなく円滑に適正なタイミングで供給することができる。
【００６８】
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ノズル１を搭載したアブレシブウォータージェット加工機１００は、以下のような効果を奏する。
アブレシブウォータージェットノズル１は、混合室３内に導入された研磨材Ｇをミキシングノズル５の開口部５３から上流に吸引してウォータージェットＷＪに混入させる第１混合ルートと（図２のＨ３参照）、ミキシングノズル５の開口部５３から下流に噴出されたウォータージェットＷＪに混入させる第２混合ルートと（図２のＨ１参照）、に分散して混合することができる。
このため、アブレシブウォータージェットノズル１は、混合室３内の研磨材Ｇがアブレシブノズル６の入口に集中して引き込まれないようにし、偏りがなくかつ均一な量の研磨材ＧをウォータージェットＷＪに混入して、アブレシブノズル６内部における研磨材Ｇの詰まりを効果的に抑制する。
【００６９】
アブレシブウォータージェット加工機１００は、研磨材供給装置８により、混合室３に適量の研磨材Ｇを偏りがなく円滑に供給することができるため、ウォータージェットＷＪに均一に研磨材Ｇを混入して、アブレシブノズル６内部における研磨材Ｇの詰まりをより効果的に抑制し、加工精度および加工効率を向上させることができる。
【００７０】
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、搬送ロータ８３で研磨材Ｇを供給する研磨材供給装置８を使用したが、これに限定されるものではなく、流出孔８２の口径を可動式のニードルバルブで調整して研磨材Ｇの供給量を制御することもできる。
【００７１】
また、本実施形態においては、混合室３に供給口３１を１箇所設けた場合について説明したが、複数個所設けてもよく、複数の供給口３１に対応させて研磨材供給装置８を複数設けてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１      アブレシブウォータージェットノズル
２      ノズル本体
３      混合室
４      ウォーターノズル
５      ミキシングノズル
６      アブレシブノズル
８      研磨材供給装置
３１    供給口
４１    導入孔
５１    導通孔
５２    テーパ
５３    開口部
８１    貯留部
８２    流出孔
８３    搬送ロータ
８３ａ  回転軸
８３ｂ  凸部（凹凸部）
８３ｃ  壁部
８４    モータ
８５    受け部
８６    排出口
１００  アブレシブウォータージェット加工機
ＡＷ    研磨材を混入させた状態のウォータージェット
ＡＷＪ  アブレシブウォータージェット
Ｄ１    ウォーターノズルの孔径
Ｄ２    アブレシブノズルの孔径
Ｄ３    ミキシングノズルの孔径
Ｇ      研磨材
Ｑ      高圧水
Ｒ１    第１混合ルート
Ｒ２    第２混合ルート
ＷＪ    ウォータージェット（高圧水）
【図１】
2013215854.tif 000003
【図２】
2013215854.tif 000004
【図３】
2013215854.tif 000005
【図４】
2013215854.tif 000006