JP2006035407A

JP2006035407A - ウォータージェット加工方法

Info

Publication number: JP2006035407A
Application number: JP2004223249A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Sekiya; 一馬関家
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】厚さが厚い被加工物の切断や深い溝を形成することができるウォータージェット加工方法を提供する。
【解決手段】被加工物に砥粒を混入した加工水を加工水噴射ノズルから噴射して、被加工物に所望の加工を施すウォータージェット加工方法であって、被加工物の所定位置に一方の面から所定深さのノズル挿入穴を穿設するノズル挿入穴穿設工程と、先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設されたノズル挿入穴に挿入し、噴射口を所定位置に位置付けるノズル挿入工程と、加工水噴射ノズルの噴射口から加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズルをノズル挿入穴に沿って移動し、ノズル挿入穴に沿って加工溝を形成する溝加工工程とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、石材等の被加工物に砥粒が混入した加工水を高圧で噴射して、所望の形状の溝を形成したり切断するウォータージェット加工方法に関する。

板状の被加工物にシリカ、ガーネット、ダイヤモンド等の砥粒を混入した高圧の加工水を加工水噴射ノズルから噴射して、被加工物を切断するウォータージェット加工方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００２−２０５２９８号公報

而して、上述したウォータージェット加工においては、加工水噴射ノズルから噴射される加工水は噴射口から遠ざかるに従って円錐状に広がる。従って、ウォータージェット加工は、板厚の薄い被加工物の場合は問題ないが、石材などの厚さが厚い被加工物に深い溝を形成したり、厚い被加工物を切断することが困難である。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、厚さが厚い被加工物の切断や深い溝を形成することができるウォータージェット加工方法を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物に砥粒を混入した加工水を加工水噴射ノズルから噴射して、被加工物に所望の加工を施すウォータージェット加工方法であって、
被加工物の所定位置に一方の面から所定深さのノズル挿入穴を穿設するノズル挿入穴穿設工程と、
先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設された該ノズル挿入穴に挿入し、該噴射口を所定位置に位置付けるノズル挿入工程と、
該加工水噴射ノズルの該噴射口から加工水を噴射しつつ該加工水噴射ノズルを該ノズル挿入穴に沿って移動し、該ノズル挿入穴に沿って加工溝を形成する溝加工工程と、を含む、
ことを特徴とするウォータージェット加工方法が提供される。

上記ノズル挿入穴穿設工程は所定の間隔を置いて複数のノズル挿入穴を穿設し、上記ノズル挿入工程は加工水噴射ノズルの噴射口を互いに対向するノズル挿入穴に向けて位置付ける。また、上記ノズル挿入穴穿設工程は互いに対向するノズル挿入穴にそれぞれ加工水噴射ノズルを挿入し、上記加工工程はそれぞれ加工水噴射ノズルから噴射される加工水によって形成される加工溝を連通せしめる。また、上記加工工程は被加工物または加工水噴射ノズルを回転しつつ加工水噴射ノズルをノズル挿入穴に沿って移動せしめる。

本発明によるウォータージェット加工方法は、先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設されたノズル挿入穴に挿入し、加工水噴射ノズルの噴射口から砥粒を混入した高圧の加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズルをノズル挿入穴に沿って移動するので、厚さが厚い被加工物の切断や深い溝を形成することができる。

以下、本発明によるウォータージェット加工方法の好適な実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によるウォータージェット加工方法によって加工される被加工物が示されている。図1に示す被加工物2は、直方体状の石材からなっている。図1に示す被加工物2にウォータージェット加工を施す第1の実施形態について、図２乃至図５を参照して説明する。

図２乃至図５に示す実施形態は、被加工物２に所定の幅を有する溝を形成する方法である。
被加工物２に所定の幅を有する貫通した溝を形成するには、先ず図２に示すように被加工物２の一方に面（図において上面）から所定の間隔を置いて後述する加工水噴射ノズルを挿入するための２個のノズル挿入穴２１、２２を穿設する（ノズル挿入穴穿設工程）。このノズル挿入穴２１、２２は、例えば図3に示すようにドリル３によって穿設される。

上述したノズル挿入穴穿設工程を実施したならば、先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設されたノズル挿入穴に挿入し、該噴射口を所定位置に位置付けるノズル挿入工程を実施する。このノズル挿入工程について図4を参照して説明する。ノズル挿入工程は、先ずウォータージェット加工装置５の被加工物支持台５１上に上述したノズル挿入穴穿設工程によってノズル挿入穴２１、２２が穿設された被加工物２を載置する。次に、ウォータージェット加工装置５の加工水噴射ノズル５２、５２を被加工物２に穿設されたノズル挿入穴２１、２２にそれぞれ挿入する。なお、加工水噴射ノズル５２、５２は、それぞれ先端部に側方に向けて噴射口５２１，５２１を備えている。被加工物２に穿設されたノズル挿入穴２１、２２にそれぞれ挿入された加工水噴射ノズル５２、５２は、図示の実施形態においては噴射口５２１，５２１がノズル挿入穴２１、２２の下端に位置付けられるとともに、噴射口５２１，５２１が互いに対向するノズル挿入穴２１、２２に向けて位置付けられる。なお、加工水噴射ノズル５２、５２は、それぞれ高圧配管５３、５３を介して砥粒を混入した高圧の加工水を供給する加工水供給手段５４に接続されている。

上述したノズル挿入工程を実施したならば、図5に示すようにウォータージェット加工装置５の加工水供給手段５４を作動し、加工水噴射ノズル５２、５２の噴射口５２１，５２１から砥粒を混入した高圧の加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズル５２、５２をノズル挿入穴２１、２２に沿って図５において上方に移動する。なお、加工水は例えば７０MPa（メガパスカル）程度の圧力で噴射される。この結果、加工水噴射ノズル５２、５２の噴射口５２１，５２１から噴射される加工水によって被加工物２のノズル挿入穴２１、２２間が破砕され、ノズル挿入穴２１、２２を連通する加工溝２０が形成される（溝加工工程）。なお、被加工物が石材の場合、加工水の圧力を例えば７０MPa（メガパスカル）とすると、ノズル挿入穴２１と２２の間隔が２００ｍｍ位までは連通した加工溝を形成することができる。

以上のように、第1の実施形態によれば、２個のノズル挿入穴２１、２２で規制された幅を有し深さの深い加工溝２０を形成することができる。なお、更に幅の広い加工溝を形成したい場合には、ノズル挿入穴を同一線上に多数穿設し、各ノズル挿入穴間に上述したようにそれぞれ加工溝を形成すればよい。

次に、本発明によるウォータージェット加工方法の第2の実施形態について、図6乃至図８を参照して説明する。
第2の実施形態は、被加工物２に断面が矩形状の穴を形成する例である。第2の実施形態においては、先ず図６に示すように被加工物２の一方の面（図において上面）からそれぞれ所定の間隔を置いて上記加工水噴射ノズル５２、５２を挿入するための４個のノズル挿入穴２１、２２、２３、２４を穿設する（ノズル挿入穴穿設工程）。このノズル挿入穴２１、２２、２３、２４は、上記第１の実施形態と同様にドリルによって穿設される。

上述したノズル挿入穴穿設工程を実施したならば、先ず被加工物２に穿設されたノズル挿入穴２１と２２間に連通した加工溝を形成する。このノズル挿入穴２１と２２間に連通した加工溝を形成するには、上記第１の実施形態における上述したノズル挿入工程および溝加工工程を実施する。被加工物２におけるノズル挿入穴２１と２２間に連通した加工溝を形成したならば、ノズル挿入穴２２と２３間、ノズル挿入穴２３と２４間、ノズル挿入穴２４と２１間にそれぞれ上述したノズル挿入工程および溝加工工程を実施することにより連通した加工溝を形成する。この結果、図７に示すように各ノズル挿入穴間にはそれぞれ加工溝２０が形成される。従って、各加工溝２０によって囲まれた部分２aは図８に示すように切断されて切り離され、被加工物２には断面が矩形状の穴２００が形成される。

次に、本発明によるウォータージェット加工方法の第３の実施形態について、図９乃至図１３を参照して説明する。
第３の実施形態は、被加工物２に断面が矩形状の凹部を形成する例である。第３の実施形態においては、先ず図９に示すように被加工物２の一方に面（図において上面）からそれぞれ所定の間隔を置いて所定深さの４個のノズル挿入穴２１、２２、２３、２４を穿設する（ノズル挿入穴穿設工程）。このノズル挿入穴２１、２２、２３、２４は、上記第１の実施形態と同様にドリルによって穿設される。

上述したノズル挿入穴穿設工程を実施したならば、ノズル挿入穴２１と２２間、ノズル挿入穴２２と２３間、ノズル挿入穴２３と２４間、ノズル挿入穴２４と２１間にそれぞれ
上述したノズル挿入工程および溝加工工程を実施する。この結果、図１０に示すように被加工物２の各ノズル挿入穴間にはそれぞれ所定深さの加工溝２０が形成される。

被加工物２の各ノズル挿入穴間にそれぞれ所定深さの加工溝２０が形成されたならば、図１１に示すように、ノズル挿入穴２１に加工水噴射ノズル５２を挿入し、その先端（下端）をノズル挿入穴２１の下端に位置付ける。次に、ウォータージェット加工装置５の加工水供給手段５４（図４参照）を作動し、加工水噴射ノズル５２の噴射口５２１から砥粒を混入した高圧の加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズル５２を９０度の角度範囲において回動する。この結果、図１２に示すように被加工物２には、所定深さにおいてノズル挿入穴２１を中心とする９０度の角度をもった扇形の加工溝２５が形成される。このようにしてノズル挿入穴２１を中心とする扇形の加工溝２５が形成されたならば、加工水噴射ノズル５２をノズル挿入穴２２、ノズル挿入穴２３、ノズル挿入穴２４に順次挿入して、それぞれのノズル挿入穴を中心とする扇形の加工溝２５を形成する。この結果、各ノズル挿入穴を中心として形成された扇形の加工溝２５が連通され、各加工溝２０によって囲まれた部分２bは図１３に示すように切断されて切り離され、被加工物２には断面が矩形状の凹部２１０が形成される。

次に、本発明によるウォータージェット加工方法の第４の実施形態について、図１４乃至図１６を参照して説明する。
第４の実施形態は、被加工物２に螺旋溝を形成する例である。第４の実施形態においては、先ず図１４に示すように被加工物２の一方に面（図において上面）からノズル挿入穴２１を穿設する（ノズル挿入穴穿設工程）。このノズル挿入穴２１は、上記第１の実施形態と同様にドリルによって穿設される。

上述したノズル挿入穴穿設工程を実施したならば、図１５上記第１の実施形態と同様にウォータージェット加工装置の被加工物支持台５１上に上述したノズル挿入穴穿設工程によってノズル挿入穴２１が穿設された被加工物２を載置する。次に、ウォータージェット加工装置の加工水噴射ノズル５２を被加工物２に穿設されたノズル挿入穴２１に挿入する。なお、加工水噴射ノズル５２は、先端部に側方に向けて噴射口５２１を備えている。被加工物２に穿設されたノズル挿入穴２１に挿入された加工水噴射ノズル５２は、図示の実施形態においては噴射口５２１がノズル挿入穴２１の下端に位置付けられる（ノズル挿入工程）。

上述したノズル挿入工程を実施したならば、図１６に示すようにウォータージェット加工装置５の加工水供給手段５４（図４参照）を作動し、加工水噴射ノズル５２の噴射口５２１から砥粒を混入した高圧の加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズル５２をノズル挿入穴２１に沿って図１６において上方に移動する。このとき、被加工物支持台５１従って被加工物２を矢印で示す方向に所定の速度で回転せしめる。この結果、ノズル挿入穴２１の内周面には螺旋状の加工溝２６が形成される（溝加工工程）。この溝加工工程においては、加工水の圧力と被加工物２の回転速度と加工水噴射ノズル５２の移動速度を適宜調整することにより、加工溝２６の深さおよびピッチを変更することができる。なお、上述した溝加工工程においては、被加工物２を所定の速度で回転する例を示したが、加工水噴射ノズル５２を所定の速度で回転してもよい。

以上のように、本発明によるウォータージェット加工方法は、先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設されたノズル挿入穴に挿入し、加工水噴射ノズルの噴射口から砥粒を混入した高圧の加工水を噴射しつつ加工水噴射ノズルをノズル挿入穴に沿って移動するので、厚さが厚い被加工物の切断や深い溝を形成することができる。

なお、上述した実施形態においては、石材からなる被加工物に加工を施す例を示したが、本発明によるウォータージェット加工方法は他の材料からなる種々の被加工物に対しても適用することができる。

本発明によるウォータージェット加工方法によって加工される被加工物の一例を示す斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第１の実施形態におけるノズル挿入穴穿設工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法におけるノズル挿入穴穿設工程の実施形態を示す斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第１の実施形態におけるノズル挿入工程の説明図。本発明によるウォータージェット加工方法の第１の実施形態における溝加工工程の説明図。本発明によるウォータージェット加工方法の第２の実施形態におけるノズル挿入穴穿設工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第２の実施形態における溝加工工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第２の実施形態における溝加工工程が実施された被加工物における加工溝によって囲まれる部分が取り出された状態を示す斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第３の実施形態におけるノズル挿入穴穿設工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第３の実施形態における溝加工工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第３の実施形態における加工溝によって囲まれた部分を切断するための溝加工工程の説明図。図１２におけるＡ−Ａ線断面図。本発明によるウォータージェット加工方法の第３の実施形態における溝加工工程が実施された被加工物における加工溝によって囲まれる部分が取り出された状態を示す斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第４の実施形態におけるノズル挿入穴穿設工程が実施された被加工物の斜視図。本発明によるウォータージェット加工方法の第４の実施形態におけるノズル挿入工程の説明図。本発明によるウォータージェット加工方法の第４の実施形態における溝加工工程の説明図。

符号の説明

２：被加工物
２０：加工溝
２１、２２、２３、２４：ノズル挿入穴
３：ドリル
５：ウォータージェット加工装置
５１：被加工物支持台
５２：加工水噴射ノズル
５２１：噴射口
５３：高圧配管
５４：加工水供給手段

Claims

被加工物に砥粒を混入した加工水を加工水噴射ノズルから噴射して、被加工物に所望の加工を施すウォータージェット加工方法であって、
被加工物の所定位置に一方の面から所定深さのノズル挿入穴を穿設するノズル挿入穴穿設工程と、
先端部に側方に向けて噴射口を備えた加工水噴射ノズルを被加工物に穿設された該ノズル挿入穴に挿入し、該噴射口を所定位置に位置付けるノズル挿入工程と、
該加工水噴射ノズルの該噴射口から加工水を噴射しつつ該加工水噴射ノズルを該ノズル挿入穴に沿って移動し、該ノズル挿入穴に沿って加工溝を形成する溝加工工程と、を含む、
ことを特徴とするウォータージェット加工方法。
該ノズル挿入穴穿設工程は所定の間隔を置いて複数のノズル挿入穴を穿設し、該ノズル挿入工程は該加工水噴射ノズルの該噴射口を互いに対向する該ノズル挿入穴に向けて位置付ける、請求項１記載のウォータージェット加工方法。
該ノズル挿入穴穿設工程は互いに対向する該ノズル挿入穴にそれぞれ該加工水噴射ノズルを挿入し、該加工工程はそれぞれ該加工水噴射ノズルから噴射される加工水によって形成される加工溝を連通せしめる、請求項２記載のウォータージェット加工方法。
該加工工程は被加工物または該加工水噴射ノズルを回転しつつ該加工水噴射ノズルを該ノズル挿入穴に沿って移動せしめる請求項１記載のウォータージェット加工方法。