JP2566756Y2 - 高圧液体噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、噴射ノズルから高圧
水、または高圧水に固体粉末（アブレ−シブ）を分散さ
せたものを噴射して、被加工物表面の洗浄、切削、バリ
取り、表面改質等を行う高圧液体噴射装置、詳しくは、
これらの加工を被加工物表面で均一かつ能率的に行うた
めの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力を高めた液体、または該液体に固体
粉末（アブレ−シブ）を分散させたものをノズルから噴
射して高速の液体流を形成し、被加工物表面に直接に吹
付けて洗浄、切削、バリ取り、表面改質等の表面加工を
行う高圧液体噴射装置が種々実用化されている。このよ
うな高圧液体噴射装置の一般的な課題は、被加工物表面
におけるより高い加工均一性、高い作業速度（能率）、
清潔で能率的な作業性、装置構成が簡略で小型であるこ
と、加工条件の設定が容易で設定範囲も広いこと等であ
る。

【０００３】特に、超高圧液体を噴射する装置の場合に
は、ポンプ能力の限界および噴射の反動による悪影響か
ら液体流量を余り大きく採ることができず、噴射される
液体流が針状の細い流れとなるため、広い面を均一に加
工することが非常に困難であるという問題がある。

【０００４】実用的な超高圧液体の噴射装置の一つとし
て、本願出願人は、先に、特開昭６２−２６６１５２号
の「超高圧液体噴射装置」を提案した。該装置は、噴射
ノズルを回転して噴射液体流を円錐状に走査（副走査）
すると同時に、被加工物に対して噴射ノズルを含む装置
全体を相対移動（主走査）して、フライス盤のように被
加工物を加工するもので、１回の主走査による加工幅が
副走査の直径にまで拡大される。該装置では、細いノズ
ル、少ない液体流量、高い液体圧力の組合わせによる効
率的な、均一性と作業性の高い表面加工が可能である。

【０００５】ここで、噴射液体流を円錐状に副走査する
機構は、液体経路を筐体に対して自転を伴わない円錐回
転可能に支承する支承機構と、液体経路に固定され液体
経路から分岐した液体流で駆動されるタ−ビンモ−タ−
と、タ−ビンモ−タ−の動力を支承機構に伝達する歯車
機構とからなり、液体経路を円錐回転したときの偏心荷
重をタ−ビンモ−タ−の自重で相殺している。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】特開昭６２−２６６１
５２号の装置においては、タ−ビンモ−タ−が液体経路
もろとも筐体に対して円錐回転するため、タ−ビンモ−
タ−の回転数の調整が困難である。また、回転数の調整
は、液体の供給圧力または液体流とタ−ビン羽根の衝突
角度の調整によるが、液体圧力を変化させると加工能力
に直接に影響して都合が悪く、タ−ビン羽根の調整で
は、装置の稼働状態（噴射中）での調整、回転数の連続
的な調整、具体的な回転数の指定が不可能なことに加
え、回転数の可能な設定範囲が狭い。

【０００７】また、円錐回転における偏心荷重が相殺さ
れているから筐体自身の振動は小さいものの、タ−ビン
モ−タ−を含む慣性モ−メントが相当に大きいため、高
速回転が困難で、回転数の立上りも遅い。そこで、円錐
回転の半径を小さくして慣性モ−メントを減少させるこ
とが考えられたが、タ−ビンモ−タ−の構造的な限界か
ら、円錐回転の半径の縮小は容易ではない。また、円錐
回転の半径の縮小に伴って副走査の幅が減少するため、
主走査１回当りの加工幅が狭くなって作業能率が低下す
るという問題が発生する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、副走査の回転
数の調整が容易で、加工能力に影響を与えることなく液
体圧力とは独立して回転数を調整でき、装置の駆動状態
における回転数の調整が可能で、回転数の連続的な調整
と具体的な回転数の指定が容易で、回転数の設定範囲が
広く、高速回転が可能で回転数の立上りも早く、しか
も、１回の主走査における加工幅が広く、加工の均一性
も高い高圧液体噴射装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】請求項１の高圧液体噴射装置は、高圧液体
を供給する液体経路に自転を伴わない公転を行わせる副
走査機構を有し、被加工物に対する相対的な主走査を行
って該液体経路を通じた高圧液体の噴射により面加工を
行う高圧液体噴射装置において、前記主走査と直角な方
向に、前記公転の直径以下の間隔で噴射ノズルを多数配
置したものである。

【００１０】また本考案の高圧液体噴射装置において
は、副走査機構が、筐体に固定された油圧モータと、液
体経路を筐体に対して自転を伴わない円錐回転可能に支
承する支承機構と、該円錐回転の一回転断面上で油圧モ
ータの動力を支承機構に伝達する伝達機構と、該円錐回
転の一回転断面内で液体経路の反対側に重心を有する釣
合重りと、からなるものである。

【００１１】さらに本考案の高圧液体噴射装置において
は、液体経路に高圧液体を供給する高圧配管と、油圧モ
ータに作動油を供給または排出する一対の油圧管とを保
護管内に平行に配置し、該保護管で前記筐体を支承して
前記主走査を行わせるものである。

【００１２】

【作用】請求項１の高圧液体噴射装置においては、主走
査と直角な方向に一体に取付けられた多数の噴射ノズル
を、副走査機構により小さく高速で公転（副走査）させ
ることにより、あたかも高速回転する小口径エンドミル
を多数並列に配置して面加工を行うように、主走査１回
当りの広い加工幅を達成している。副走査の回転半径が
小さいので慣性モ−メントが小さく高速回転が可能であ
る。噴射ノズルの配置間隔は、噴射の広がり角度、被加
工物−ノズル間距離等を考慮して定めるが少なくとも公
転の直径以下とし、１列に配置するのが困難な場合には
千鳥状に２列、３列に配置してもよい。しかし、噴射ノ
ズルが大型化すると慣性モ−メントが拡大して高速回転
が困難になり、装置の振動抑制も困難になるので、材料
の選択等により公転部分全体の軽量化を図る。噴射ノズ
ルの配置間隔は、主走査と直角な方向における単位時間
当りの噴射密度が揃うように定めると加工均一性に関し
て好結果が得られる。

【００１３】また本考案の高圧液体噴射装置において
は、油圧モータが筐体に固定されて液体経路の円錐運動
とは無関係なため、慣性モーメントがさらに小さく、油
圧モータの作動油の流量や油圧は、噴射液体の供給圧力
とは全く無関係に広い範囲で変化できるから、油圧モー
タの回転数は、装置の運転中（噴射中）であっても、任
意に定めることができる。油圧モータ自身は高速回転が
困難であるから、高い変速比の伝達機構を採用して噴射
ノズルの公転（副走査）の回転数を確保する。支承機構
は液体経路を支承し、液体経路を油圧モータの動力によ
り筐体に対して円錐回転させる。このとき、液体経路は
自転しないので、円錐回転に伴うよりもどし機構は不要
である。伝達機構は、円錐回転の一回転断面上におい
て、一定間隔の２軸（油圧モータの軸と円錐回転の回転
断面の軸）間で動力伝達を行う。伝達機構としては、歯
車、タイミングベルト、平ベルト、摩擦車等が採用でき
る。釣合重り（カウンターバランサ）は、液体経路、噴
射ノズル等の円錐回転に伴う偏心荷重を相殺して筐体の
振動を抑制する。

【００１４】さらに本考案の高圧液体噴射装置において
は、保護管内に配置された高圧配管を通じて液体経路に
高圧液体が供給され、一方の油圧管を通じては油圧モー
タに作動油が供給され、他方の油圧管を通じては油圧モ
ータから作動油が排出される。保護管は、筐体を含めた
装置全体を支承するとともに、ロボットアームとして移
動（主走査）される。しかし、被加工物側が移動（主走
査）される場合には、作業室の天井等に固定されてもよ
い。

【００１５】

【実施例】本考案の実施例を図面を参照して説明する。

【００１６】図１〜図４は、実施例のバリ取り装置の説
明図であって、図１はバリ取り装置全体の模式図、図２
は超高圧水噴射装置本体の断面図、図３はノズルホルダ
−部分の拡大図、図４は保護管部分の断面図である。実
施例のバリ取り装置は、超高圧水をノズルＮから噴射
し、ノズルホルダ−Ｈを本体Ｔに対し円錐状に回転（副
走査）しつつ、本体Ｔを支持管Ｅで支承して移動（主走
査）して、自動車部品Ａの表面洗浄とバリ取りを行う装
置である。

【００１７】図１において、多数のノズルＮが取付けら
れたノズルホルダ−Ｈは、油圧モ−タＭに駆動されて、
本体Ｔに対して円錐状に回転する。本体Ｔを支承する支
持管Ｅは、スリ−ブＲ１を介してロボットア−ムＲに固
定され支承される。支持管Ｅ内には、超高圧水を本体Ｔ
に導くための導水管と、作動油を油圧モ−タＭに導くた
めの一対の油圧管が設けられ（図４参照）、導水管と本
体Ｔは耐圧チュ−ブＱ１により、一対の油圧管と油圧モ
−タＭはチュ−ブＰ１、Ｐ２で結ばれる。支持管Ｅ内の
導水管の他端には超高圧水ポンプに至る耐圧チュ−ブＱ
２が、一対の油圧管の他端には油圧ポンプに至るチュ−
ブＰ３、Ｐ４が接続される。

【００１８】図２において、超高圧水噴射装置の本体Ｔ
のほぼ中心には、ホ−スアダプタＤ５、コネクタＤ４、
フレキシブルな高圧ホ−スＤ３、コネクタＤ２、シャフ
トＤ１からなり、ノズルホ−ルダＨにまで超高圧水を導
くための液体経路が配置されている。シャフトＤ１は、
カウンタバランサ−Ｗ内に設けた偏心孔Ｗ１内にボ−ル
ベアリングＢ２を介して支承され、カウンタバランサ−
Ｗはボ−ルベアリングＢ１により本体Ｔ内に同心に支承
される。本体Ｔに対するカウンタバランサ−Ｗの回転に
伴って、シャフトＤ１は本体Ｔに対して円錐状に回転す
るが、その際自転を伴わない。シャフトＤ１の自転を伴
わない円錐状の回転により、ノズルホルダ−Ｈも回転
し、ノズルＮから噴射された高速の水流（ウォ−タジェ
ット）が副走査される。

【００１９】カウンタバランサ−Ｗ内に設けた偏心孔Ｗ
１は、偏心孔Ｗ１の中心軸が高圧ホ−スＤ３の中央で本
体Ｔの中心軸に一致するように形成されており、シャフ
トＤ１の円錐状の回転に伴う液体経路のたわみは、高圧
ホ−スＤ３の曲りにより吸収される。カウンタバランサ
−Ｗの重心は、本体Ｔの中心軸に関して、ノズルホルダ
−Ｈ、シャフトＤ１等の円錐回転部分の重心の反対側に
位置する。また、カウンタバランサ−Ｗの重心と該円錐
回転部分の重心との中心軸方向のずれは、バランサＧに
より相殺されているから、ボ−ルベアリングＢ１で支承
されたカウンタバランサ−Ｗ全体の回転は、本体Ｔの中
心軸に重心を一致させた振動の少ないものとなる。

【００２０】本体Ｔに固定された油圧モ−タＭは、作動
油を供給されて回転し、ボ−ルベアリングＢ１で支承さ
れたカウンタバランサ−Ｗの全体を駆動する。油圧モ−
タＭの回転数は、作動油の供給圧力または流量により自
由に調整でき、作動油の供給圧力または流量を一定に保
つことにより回転数を安定して維持する。油圧モ−タＭ
は、出力トルクは大きいものの高速回転は困難なので、
カウンタバランサ−Ｗに動力を伝達する機構としては、
ギア比の大きい歯車Ｇ１、Ｇ２の組合わせを採用してい
る。歯車Ｇ１は油圧モ−タＭの軸に、歯車Ｇ２はカウン
タバランサ−Ｗに、それぞれ固定されている。

【００２１】一方、本体Ｔ自身は、ホ−スアダプタＤ５
を固定した中空の上部Ｔ３と、油圧モ−タＭを固定し、
カウンタバランサ−Ｗ全体をボ−ルベアリングＢ１を介
して支承し、本体Ｔを支持管Ｅに取付けるベアリングケ
−スＴ２と、機構部分を覆って保護するフロントカバ−
Ｔ１とからなり、フロントカバ−Ｔ１とシャフトＤ１の
隙間は、シャフトＤ１に固定されたシ−ルリングＶによ
り水封される。

【００２２】図３において、(a) は(b) のＸ−Ｘ断面
図、(b) は図２の先端側から見た平面図である。ノズル
ホルダ−Ｈには、超硬合金製の合計２５個のノズルＮが
千鳥状に２列に配列されて螺合されており、主走査（図
１中の矢印）の方向と直角な方向におけるノズルＮの実
質的なピッチｐは、ノズルＮの位置における回転の直径
のほぼ１／２に定めてある。ノズルホルダ−Ｈの中心部
には主水路Ｈ１が形成され、主水路Ｈ１に貫通させた枝
水路Ｈ３のそれぞれに形成した雌ネジにノズルＮが螺合
される。主水路Ｈ１の中央には、主水路Ｈ１をシャフト
Ｄ１内の水路に接続するためのコネクタ部Ｈ２が形成さ
れている。ノズルＮの噴射孔の口径は０．１〜０．８mm
である。

【００２３】図４において、(a) は(b) のＸ−Ｘ断面
図、(b) は側面図である。図２の本体Ｔを支承する支持
管Ｅの内部には、超高圧水を通す中央の耐圧管ＥＱと、
油圧モ−タの作動油を供給および排出する一対の油圧管
ＥＰ１、ＥＰ２とが平行に配置されている。支持管Ｅ
は、耐圧管ＥＱおよび油圧管ＥＰ１、ＥＰ２を固定する
上ブロックＥ２と下ブロックＥ３とを保護管Ｅ１で連絡
したもので、上ブロックＥ２には表示装置を固定するた
めのフランジ、下ブロックＥ３には本体Ｔを固定するた
めの雌ネジが形成されている。

【００２４】このように構成された実施例のバリ取り装
置においては、図１の矢印方向に本体Ｔが移動（主走
査）されるとともに、本体Ｔに対してノズルホルダ−Ｈ
が自転を伴わない円運動（副走査）を行う。図３のノズ
ルホルダ−Ｈに配置された２５個のノズルＮは、それぞ
れが０．１〜０．８mmの針状の高速水流（ウォ−タジェ
ット）を形成して自動車部品Ａ表面を小さい直径で高速
円運動しながらバリ取りを遂行する。これにより、あた
かも多数並列に配置された高速回転する小口径エンドミ
ルを用いたかのように、自動車部品Ａの上面の広い幅の
領域が均一かつ能率的にバリ取される。

【００２５】以上の実施例においては、超高圧水の噴射
により自動車部品のバリ取りを行う装置についてのみ説
明したが、本考案は、高圧水または高圧水に固体粒子
（アブレ−シブ）を分散させたものを噴射して、自動車
部品以外の種々の被加工物に対してバリ取り加工以外の
種々の面加工を行う装置にも応用可能である。

【００２６】

【考案の効果】本考案の高圧液体噴射装置においては、
多数の噴射ノズルを副走査機構により小さく高速で公転
させることにより、副走査の円運動の直径が小さく、慣
性モーメントが小さいので、高速の円運動（回転）が可
能で回転数の立上りも早い。従って、表面加工を能率的
に遂行でき、加工の均一性が終始高い。また、多数のノ
ズルを主走査に直角な方向に副走査の円運動の直径以下
のピッチで配列しているので、１回の主走査における加
工幅が広く、該加工幅における加工の均一性も高い。従
って、被加工物表面におけるより高い加工均一性、高い
作業速度と能率、能率的な作業性、装置構成の小型化が
達成される。

【００２７】また本考案の高圧液体噴射装置において
は、油圧モータが筐体に固定されて液体経路の円錐運動
とは無関係なため、副走査の回転数の調整が容易で、加
工能力に影響を与えることなく液体圧力とは独立して回
転数を調整でき、装置の駆動状態における回転数の調整
が可能で、回転数の連続的な調整と具体的な凹転数の指
定が容易で、回転数の設定範囲が広く、さらに高速回転
が可能で回転数の立上りもさらに早い。従って、被加工
物表面におけるより高い加工均一性、高い作業速度と能
率、清潔で能率的な作業性、装置構成の小型化、低い故
障発生率（高稼働率）、加工条件の設定が容易で設定範
囲も広いこと等が達成される。

【００２８】さらに本考案の高圧液体噴射装置において
は、保護管内に液体経路へ高圧液体を供給する高圧配管
と、油圧モータに作動油を供給または排出する一対の油
圧管とを平行に配置し、該保護管で前記筺体を支承する
ものであるため、加工システム全体の配管が簡略化さ
れ、高圧液体および油圧モータの作動油の主走査に伴う
圧力変動が軽減され、速度主走査に伴う配管のひっかか
り、噴射液体の跳ね返りによる配管の破損等の事故も防
止される。従って、被加工物表面におけるより高い加工
均一性、高い作業速度と能率、清潔で能率的な作業性、
装置構成の小型化、低い故障発生率（高稼働率）、加工
条件の高い安定性が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のバリ取り装置の全体の模式図である。

【図２】実施例のバリ取り装置の超高圧水噴射装置本体
の断面図である。

【図３】実施例のバリ取り装置のノズルホルダ−部分の
拡大図である。

【図４】実施例のバリ取り装置の保護管部分の断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ 自動車部品 Ｅ 支持管 Ｈ ノズルホルダ− Ｎ ノズル Ｍ 油圧モ−タ Ｒ ロボットア−ム Ｔ 本体 Ｒ１ スリ−ブ Ｑ１ 耐圧チュ−ブ Ｑ２ 耐圧チュ−ブ Ｐ１ チュ−ブ Ｐ２ チュ−ブ Ｐ３ チュ−ブ Ｐ４ チュ−ブ Ｇ バランサ Ｖ シ−ルリング Ｗ カウンタバランサ− Ｂ１ ボ−ルベアリング Ｂ２ ボ−ルベアリング Ｄ１ シャフト Ｄ２ コネクタ Ｄ３ 高圧ホ−ス Ｄ４ コネクタ Ｄ５ ホ−スアダプタ Ｇ１ 歯車 Ｇ２ 歯車 Ｔ１ フロントカバ− Ｔ２ ベアリングケ−ス Ｔ３ 上部 Ｗ１ 偏心孔 Ｅ１ 保護管 Ｅ２ 上ブロック Ｅ３ 下ブロック Ｈ１ 主水路 Ｈ２ コネクタ部 Ｈ３ 枝水路 ＥＱ 耐圧管 ＥＰ１ 油圧管 ＥＰ２ 油圧管

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧液体を供給する液体経路に自転を伴
   わない公転を行わせる副走査機構を有し、被加工物に対
   する相対的な主走査を行って該液体経路を通じた高圧液
   体の噴射により面加工を行う高圧液体噴射装置におい
   て、 前記主走査と直角な方向に、前記公転の直径以下の間隔
   で噴射ノズルを多数配置し、前記副走査機構は、筐体に固定された油圧モータと、液
   体経路を筐体に対して自転を伴わない円錐回転可能に支
   承する支承機構と、該円錐回転の一回転断面上で油圧モ
   ータの動力を支承機構に伝達する伝達機構と、該円錐回
   転の一回転断面内で液体経路の反対側に重心を有する釣
   合重りと、からなり、 前記液体経路に高圧液体を供給する高圧配管と、前記油
   圧モータに作動油を供給または排出する一対の油圧管と
   を保護管内に平行に配置し、該保護管で前記筐体を支承
   して前記主走査を行わせる ことを特徴とする高圧液体噴
   射装置。