JP2646001B2 - ウオータジェット切断装置のキャッチャー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超高圧水噴流を利用して各種材料を切断加
工する、所謂ウオータジェット切断技術に係り、特に該
ウオータジェット切断を実施するときの加工後のウオー
タジェットの減衰と受容のためのキャッチャーに関する
ものである。

［従来の技術］ 高圧流体噴射を物体加工に利用したウオータジェット
加工は、レーザ加工，プラズマ加工，放電加工等と共
に、高エネルギー密度の加工方法として既に数多く実用
化され、効果的に現用に供されている。

中でもウオータジェット加工は、特に加工時の発熱が
極めて少ないこと、加工工具として作用する高圧流体噴
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、加工工具の摩耗が無視し得る
こと、加工屑の発生が極めて少ないことなどの特徴を有
しており、エレクトロニクス、機械加工、医療、原子力
など、幅広い分野で洗浄，切断，掘削，剥離その他各種
用途において効果的に多用されている。

特殊な用途として、前記ウオータジェット加工方法の
特徴を生かして、ウオータジェットでは加工が困難な材
料の加工に適用するように工夫されたのが、研摩材であ
る砥粒や砂等を水に混入して噴射する所謂アブレーシブ
ジェット加工方法である。該アブレーシブジェット加工
方法では前記ウオータジェット加工方法に加えて、脆性
材料も破損することなく切断加工ができること、複合材
料においては異種材料を同時に一挙に切断可能であるこ
と、鉄筋コンクリート等の構造物に適用した場合、加工
部位以外に振動を与えないため亀裂や損傷を防止できる
ことなど、アブレーシブジェット加工特有の効果を有し
ていて、各種産業界において近年注目されている加工方
法の一つである。

アブレーシブジェット加工を含めたウオータジェット
加工の特性上、任意の点から切断を開始し任意の点で切
断を終了できるため、穴明け加工を含むくり抜き加工に
その威力を発揮することができる。

加工技術について見れば、ノズルを手動で移動させる
簡易なもの、定型的な加工を行う自動専用機、自由な加
工が可能な汎用機、三次元加工を行うためにロボットな
どのマニプレータを組み込んだ加工機など、用途に応じ
て様々な形態で利用されている。汎用機の多くは制御装
置にコンピュータを内蔵していて、目的の加工形状を予
め記憶させ、該記憶加工形状に従ってノズルを移動させ
て被加工物を加工するようにしている。

さて、このようなウオータジェット加工において、通
常は支持手段の上に載置された被加工物に対してウオー
タジェットを噴射し、切断等の加工を行っていた。一般
に、当該加工法では、切断を例にとれば、ウオータジェ
ットは高速の水流となって被加工物に衝突し、衝突部位
において被加工物を切断し、残余エネルギーは被加工物
の下方へのジェット水流として噴射されるものである。
すなわち、効果的に切断加工を行うためには、ウオータ
ジェットが切断後もある程度のエネルギーを有していて
鋭く被加工物を貫通して、被加工物の下方に噴射される
のが一般的な使用方法である。ところが、被加工物を貫
通したウオータジェットは速やかに排出処理されなけれ
ば、該余剰水によって被加工物が必要以上に濡れたり、
裏面が荒されるなどの好ましくない現象が生じるため、
被加工物の下に配設する支持手段としてワイヤー，網，
簀の子などが提案され、実用に供されていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記支持手段においても、余剰ジェットは
効果的に下方に放出し得るが、該余剰ジェットによって
被加工物の下方において発生する霧状の飛散を抑制ない
しは防止することができないのが実情である。しかし、
実用上は、前記霧状の水が飛散することによって周囲環
境を悪くすること、霧散水が被加工物の裏面にはねかえ
り仕上げ形状を悪くすること、霧散水が被加工物に付着
した場合後工程での乾燥などの処理が必要になり工程が
煩雑であるなどの問題があった。

そこで、本発明では、前記従来の問題点に鑑み、被加
工物を支持し、かつウオータジェットの余剰水の霧散を
効果的に抑制する機構を提案するものである。

［課題を解決するための手段］ 前記のような課題を解決するために本発明では次のよ
うな手段を講じている。ノズルの移動する全範囲にわた
り前記ノズルから下方に噴射されたウォータジェットを
受けるウォータジェット切断装置のキャッチャーにおい
て、該キャッチャー本体枠内に前記ウォータジェットの
余剰水を透過可能に配設した支持部材と、該支持部材の
上に配置された大きさが一様である複数個の球状部材と
からなり、該球状部材に載置する被加工物の加工面が前
記ウォータジェットに対して垂直となるように前記キャ
ッチャー本体枠内に前記球状部材を敷きつめ、かつ、互
いに隣接させて整列したことを特徴とするものである。
ここで前記球状部材は１層または複数層のいずれでも適
用され得るし、材質は好ましくはウオータジェットによ
って切断されないような金属，ガラス，セラミックが適
用される。また、球状部材の下に配設される球状部材を
支持する部材が１層または２層以上に積層された部材が
適用され得る。更に、球状部材を支持する部材が金網ま
たは金網に類似の部材で構成されたもの、板状部材に多
数の穴を穿設した部材で構成されたもの、金属または非
金属の線で構成されたもの、金属または非金属の板状部
材を縦に格子状に構成したものなどが適用され得るが、
第１図の如く金網と格子状の金属製板状物を重ねて配設
したり、第３図の如く複数の金網を重ねて配設してもよ
い。

［作用］ 作用について述べる。

ノズルから噴射された超高圧水は、まず最初に被加工
物に衝突し、衝突部位において被加工物を局部的に破壊
し、この破壊が連続的に行われることによって切断加工
がなされる。ここで、被加工物はキャッチャー本体枠内
に敷きつめられた大きさが一様である球状部材の上に載
置される構成のため、大小さまざまな被加工物を単に球
状部材に載置するだけで、その加工面がウォータジェッ
トの噴射に対して垂直になり、比較的精度の良い加工が
可能となることはいうまでもない。被加工物を切断した
ウォータジェットは余剰エネルギーを有していて被加工
物の下面に余剰ジェットとして噴出する。該余剰ジェッ
トは被加工物の下に敷き詰められた球状部材に衝突し、
互いに隣接させて整列した球状部材によって進行方向を
変えられて減衰し、球状部材の間を伝って下に落下す
る。球状部材はウオータジェットが被加工物に衝突した
ときの力を間接的に受けても、余剰ジェットを直接受け
てもジェットの噴射力によって弾き飛ばされず、さら
に、下方を支持部材によって支持されているので被加工
物を支持する機能を損なうことはない。球状部材によっ
て減衰されたウオータジェットは球状部材を支持する部
材の下方のキャッチャー内部に形成された空気中へ放出
されるが、複数層の金網や格子状の金属製板状物等で構
成される支持部材の通過時に前記余剰ジェットがさらに
減速されるため空気中に放出される際に発生する騒音が
抑制される。支持部材を通過した水はキャッチャー底部
に落下し貯留され、必要に応じて排出される。

［実施例］ 以下、好適な実施例に基づいて本発明を更に詳細に説
明する。

図において、１はノズルで、図示されないポンプ装置
に連結されていて該ポンプから送られる超高圧水をウオ
ータジェット２として噴射するものである。３は被加工
物、４は球状部材、５は支持部材であって受容器６に係
止あるいは固定されている。受容器６には排水用の排出
口７が配設されている。更に必要に応じて霧散水を排出
するための排気手段８が配設され得る。

このように構成された切断装置において、ポンプ（図
示せず）から送られた超高圧水はノズル１から被加工物
３に対してジェット２となって噴射され、超高圧水の衝
突部位において被加工物３は切断される。被加工物３を
切断した後の余剰のジェット２は被加工物３を通過して
下方に投射される。ところが被加工物３の下には球状部
材４が一面に敷き詰められており、投射されたジェット
２は球状部材４に衝突することになる。球状部材４に衝
突したジェット２は衝突した部位において入射角と反射
角の原則に従って流れ方向が変更される。ところが、球
状部材４は隣接してすき間無く配設されているため、球
状部材４で方向変換されたジェット２はすぐに隣接する
球状部材４に衝突し更に方向が変換される。この段階で
ジェット２はかなり減衰されるがさらに支持部材を通過
するともはやジェット水流としての速度は無くなり、単
なる水滴あるいは低速の水流となり、受容器６の底部に
流れ落ちることになる。球状部材４の配設状態は第２図
の平面図に示すようにすき間９があり、このすき間９に
ちょうどジェット２が投射された場合、前記のような効
果が得られないことになる。そこで、球状部材４を積層
して配設し、上の層に配設された球状部材４のすき間９
に投射されたジェット２が下の層に配設された球状部材
４に衝突するように構成すれば所望の効果を得ることが
できる。

球状部材４は被加工物３を貫通したジェット２が直接
衝突するものであるから重量が軽すぎるとジェット２の
噴射力によって弾き飛ばされるため、球状部材４の大き
さと材質には注意を払わなければならない。ジェット２
の速度すなわちノズル１から噴射される超高圧水の圧力
とジェット２の流量との関連において球状部材４の材質
や大きさが決定される。一例として、実験によれば、圧
力:3,000kgf/cm²,流量:0.6/minの切断条件において球
状部材４に直径8mmの鋼球を金属網の上に１層のみ配設
したとき、鋼球は金属網の上に移動することなく安定に
留まっており所望の効果を得ることができた。同様に鋼
球を２層に配設した場合も鋼球の移動はなく安定して被
加工物３の支持手段としての作用を成し得る。前記デー
タは一例に過ぎず、実際上は、一般に切断に適用される
圧力は数百kgf/cm²〜4,000kgf/cm²、圧力とノズル径に
よって相関的に決まる噴射水量も0.1/min〜数/min
とその適用条件が広範囲であり、更にノズル１と被加工
物３との距離が切断条件に加わる。従って各条件によっ
て球状部材４の材質や直径，敷き詰める層数ならびに支
持部材５の構造や層数が適宜選定されなければならな
い。

ここで、球状部材４並びに支持部材５はそれぞれ１層
でも利用可能であるが、何れか一方または両方を２層以
上にして利用することも可能である。また球状部材４は
実用上はジェット２との衝突によって損傷しない材質で
あればよく、ガラス玉やセラミック球などが前記鋼球と
同様に使用し得る。同様に支持部材５についても、網状
部材やエキスパンドメタルあるいはパンチングメタル並
びに溝蓋に使用するグレーチングと同様の構造のもの及
びこれらの類似構造のものが効果的に利用可能である。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて詳細に説明した通り本発明に
よれば、ウオータジェット切断装置において、被切断物
の下に球状部材を敷き詰め、該球状部材の下には該球状
部材を支持する部材を配設して成り、前記球状部材を支
持する部材は水を透過可能な部材で構成して成るもの
で、前記球状部材は１層または複数層のいずれでも適用
され得るし、材質は好ましくはウオータジェットによっ
て切断されないような金属，ガラス，セラミックが適用
され、また、球状部材の下に配設される球状部材を支持
する部材が１層または２層以上に積層された部材が適用
され、更に、球状部材を支持する部材が金網または金網
に類似の部材で構成されたもの、板状部材に多数の穴を
穿設した部材で構成されたもの、金属または非金属の線
で構成されたもの、金属または非金属の板状部材を縦に
格子状に構成したものなどを適用したものであるから、
ウオータジェットの霧状の飛散を効果的に抑制すること
ができると共に、ウオータジェットが被加工物を貫通し
た後に空気中に放出された際に発生する騒音を極めて効
果的に抑制することができたものである。また球状部材
はシェットの噴射力によってジェットと当接した時に回
転させられてつねに前回とは別の面がジェットと当接す
ることになるので損傷が少なく、保守などの作業が少な
くて済むという効果がある。更に、定期的に球状部材を
混ぜ合わせて再配列するようにすれば損傷が一段と少な
くなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の効果的な一実施例を示す縦断側面
図、第２図は本願発明に基づいて配設された球状部材の
平面図、第３図は要部を拡大して示した縦断側面図であ
る。 1:ノズル、2:ジェット 3:被加工物、4:球状部材 5:支持部材、6:排出口 7:受容器、8:排気手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルの移動する全範囲にわたり前記ノズ
   ルから下方に噴射されたウォータジェットを受けるウォ
   ータジェット切断装置のキャッチャーにおいて、該キャ
   ッチャー本体枠内に前記ウォータジェットの余剰水を透
   過可能に配設した支持部材と、該支持部材の上に配置さ
   れた大きさが一様である複数個の球状部材とからなり、
   該球状部材に載置する被加工物の加工面が前記ウォータ
   ジェットに対して垂直となるように前記キャッチャー本
   体枠内に前記球状部材を敷きつめ、かつ、互いに隣接さ
   せて整列したことを特徴とするウォータジェット切断装
   置のキャッチャー。
2. 【請求項２】前記球状部材が金属製球状物で２層以上の
   複数段に配置してなる請求項１に記載のキャッチャー。
3. 【請求項３】前記支持部材が複数の金網を重ねて配設し
   てなる請求項１に記載のキャッチャー。
4. 【請求項４】前記支持部材が格子状の金属製板状物であ
   る請求項１に記載のキャッチャー。