JP5619828B2 - ウォータジェット切断装置のキャッチャー構造 - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体の噴流を利用して、各種材料を切断加工する所謂ウォータジェット切断装置において、ウォータジェット切断を実施する際に、加工後のウォータジェットを減衰するためにウォータジェット装置へ備えられるキャッチャー構造に関するものである。

高圧流体を物体加工に利用したウォータジェット加工は、レーザー加工、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ている。
ウォ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、加工しろが極めて小さいこと、加工工具の摩耗を無視し得ること、加工屑の発生が極めて少ないこと等の特徴を有しており、エレクトロニクス、機械加工、医療など幅広い分野で切削、掘削、剥離その他の用途において多用されている。

ウォ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高圧流体であるウォータジェットを噴射し、切断等の加工を行なっている。一般にウォータジェットは、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するが、切断後の残余エネルギーが被加工物の下方への余剰ジェットとして噴射される。

被加工物を貫通した余剰ジェットは、速やかに減衰処理されなければ、この残余エネルギーによって、騒音の発生源となったり、残余エネルギーの跳ね返りによって、被加工物が必要以上に濡れたり、裏面が荒れるなどの問題が発生する。

このため、このような残余エネルギーを減衰処理するための技術がいくつか提案されている。
特許文献１には、減衰材として複数の球状部材を配列させている。この球状部材の回転体へ余剰ジェットを衝突させて回転エネルギーなどに変換させることによって水流の方向を変えさせて残余エネルギーを軽減させている。

特許文献２には、被加工物を切断した後の余剰ジェットが“く”の字状である受板に衝突し、その流れ方向が変わると同時に流速が減速し、エネルギーを軽減させている。

特開平１−２１６７９９号公報 特開平７−１７１７９８号公報

しかしながら、従来技術は、以下の点で問題がある。
特許文献１は、球状部材を大量に敷き詰める必要がある。また、余剰ジェットとの衝突に耐えれるような損傷しにくい材質にする必要がある。それによって単価の高い球状部材が大量に必要となり、非経済的である。また、球状部材が損傷した際の配置変更や交換などメンテナンスが必要不可欠であり、長時間の作業において、非常に手間のかかるものとなる。また、球状部材同士が隣接しているため、切り屑が球状部材の隙間に詰まり、頻繁に清掃作業が必要となる。

特許文献２は、同じ加工を繰り返すと、受板が固定されているため、余剰ジェットが受板の同じ箇所にだけ当たってしまう。そのため、前記同じ箇所の部分の磨耗が激しくなり交換が頻繁に発生するし、その箇所のためだけに交換するのは非経済的である。また、交換も容易にできない。さらに、“く”の字状の受板と受板との間に余剰ジェットが衝突すればよいが、受板そのものの先端部に余剰ジェットが衝突すると、はねかえりにより、被加工物が必要以上に濡れたり、裏面が荒れるなどの問題がある。

したがって、本発明は、ウォータジェット切断装置のキャッチャー構造において、構造が簡単で、ジェット噴射の残余エネルギーをキャッチャー構造を破損させることなく効果的に減衰させ、さらに安価に交換やメンテナンスができるキャッチャー構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、ノズルから高圧水を噴出することで被加工物を切断するウォータジェット切断装置に備えられ、噴出された高圧水を受けるウォータジェット切断装置のキャッチャー構造において、
前記被加工物を支持している支持部材の裏面側に設けられ、高圧水の余剰ジェットの圧力を受ける受け部材が備えられ、
該受け部材が複数枚を積み重ねて配設された金網やパンチングメタル、ハニカム構造、エキスパンドメタル、グレーチングからなり、
前記受け部材が夫々独立して水平方向へ移動自在に遊嵌されており、
前記受け部材が高圧水の余剰ジェットを受け部材の水平方向への移動エネルギーに変換することを特徴とする。

また、前記受け部材と受け部材との間に樹脂を組み込んでいることを特徴とする。

また、前記複数枚の金網が、重なり合う受け部材同士の網目の方向を異なる方向に配置されることを特徴とする。

本発明は、受け部材である金網が夫々水平方向へ移動自在に遊嵌されているため、余剰ジェットが金網にあたると金網は不規則に水平方向に移動し、毎回異なる場所にあたるため、金網が損傷しにくい。また、損傷した際の交換も金網を取り除いて新しい金網と交換するだけの作業となるため、非常に簡単であり作業時間も短くすむ。また、金網も市場で安価に手に入るため経済的である。
複数層の金網に余剰ジェットが衝突した後、減衰されるため、被加工物を切断した後の余剰ジェットと空気との間で発生する騒音を低減することが可能である。

本発明に係るウォータジェットのキャッチャー構造の断面図を示す図である。 本発明に係るウォータジェットの構造の概略図である。 本発明に係るウォータジェットのキャッチャー構造の概略図である。 本発明に係るウォータジェットのキャッチャー構造の動きを示す図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。 その他の実施例の説明図である。

本発明のウォータジェット切断装置のキャッチャー構造は、キャッチャー部に余剰ジェットが噴射されたときに、前記キャッチャー部が自在に水平移動する、という構成を採っている。余剰ジェットが前記キャッチャー部に衝突し、水流の反射する方向が転換されると同時に、キャッチャー部も水平移動し、さらに、キャッチャー部は重合された部材のため、部材と部材に衝突が繰り返されるので、水流は連続して反射する方向が転換され、速やかに余剰ジェットを緩和することが可能となる。また、余剰ジェットが緩和することによって、騒音も低減することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図１乃至図４には、本発明の実施例１が示されている。図１はウォータジェット切断装置の断面図である。図２はウォータジェット切断装置の概略図である。図３は図２の概略図から被加工物と支持部材を取り除いた時に現れるキャッチャー部の概略図である。これらの図において、ウォータジェット切断装置２０は、ウォータジェット１ａを噴射する噴射ノズル１と、被加工物３を支持する支持部材４と、支持部材４の裏面側に余剰ジェット１ｂを受けるキャッチャー部５と受容器６から構成されている。
前記キャッチャー部５は、支持部材４の裏面側に受容器６に格子状に接合された金属板７と、前記格子状の一マスごとに隙間Ａを有して遊嵌されている受け部材８と、前記格子状の一マスごとの下方部に前記受け部材８を支持する支え板９とを備えて構成されている。

本実施例１では前記受け部材８は、１個以上の空間を有する金属製板状物であり、網目を有する板状の金網８ａを使用している。
前記空間が１個を有する金属製板状物の場合、空間の外周の金属製板状物に余剰ジェット１ｂが衝突し、金属製板状物が水平移動することが可能である。
また、前記空間は１個に限らず、２個の場合は、空間の外周と空間と空間の間の金属製板状物に余剰ジェット１ｂが衝突し、金属製板状物が水平移動することが可能である。同様に３個以上の場合も空間以外の金属製板状物に余剰ジェット１ｂが衝突し、金属製板状物が水平移動することが可能である。
金属製板状物の空間の個数が多くなると、余剰ジェット１ｂの衝突部も比例して増加し、水平移動もしやすくなる。

前記金網８ａは支え板９の上に複数枚を積み重ねて配設されて重合されている。
金属板７と支え板９は、余剰ジェット１ｂの当り面をテーパー形状で形成されている。

本実施例１では、前記受け部材８は金網８ａを使用しているが、軽い部材または余剰ジェット１ｂの噴射力によって、金網８ａが隙間Ａを有した格子状の一マスごとの中で自在に水平移動できる部材であれば、受け部材８は金網８ａに限らず、他の金属製板状物であっても構わない。
また、実施例１では標準サイズのウォータジェット切断装置で説明したが、前記ウォータジェット切断装置がコンパクトな場合などは、必ずしも金属板７を格子状に接合する必要はなく、支え板９と、複数枚を積み重ねて配設されて重合されている金網８ａだけで構成されていても構わない。余剰ジェット１ｂの噴射力によって、金網８ａが隙間Ａを有した格子状内で自在に水平移動できさえすれば、余剰ジェット１ｂは減衰できるため、金属板７を接合しなくても構わない。

次いで、上記構成を有するウォータジェット切断装置のキャッチャー構造の動作について説明する。図４はキャッチャー部の動作の概略図である。

まず、図１に示すように、図示しないポンプから送られた超高圧水は噴射ノズル１から被加工物３に対してウォータジェット１ａ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ジェット１ｂは被加工物３と支持部材４を通過して下方に投射される。
被加工物３と支持部材４の下にはキャッチャー部５が構成されており、余剰ジェット１ｂはキャッチャー部５に衝突することになる。キャッチャー部５内に隙間Ａを有して遊嵌されている金網８ａに衝突した余剰ジェット１ｂ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同時に金網８ａも隙間Ａを有した格子状内で、図４に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向へと自在に水平移動する。
ところが、金網８ａは複数枚を積み重ねて配設されて重合しているため、金網８ａで方向変換された余剰ジェット１ｂはすぐに下方の金網８ａに衝突し更に方向変換される。この繰り返しにより、積み重なって重合された金網８ａを抜けた余剰ジェット１ｂは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。

キャッチャー部５内に接合されている金属板７や支え板９に余剰ジェット１ｂが衝突すると、はねかえりにより、被加工物が必要以上に濡れたり、裏面が荒れるなど前記のような効果が得られないことになる。
そこで、衝突面をテーパー形状にすることによって、このテーパー形状面に余剰ジェット１ｂが衝突するように構成し、所望の効果を得ることが可能となる。

金網８ａは被加工物３を貫通した余剰ジェット１ｂが直接衝突するものであるから重量が重すぎると余剰ジェット１ｂの噴射力によって水平移動できず、余剰ジェット１ｂを減衰することができない。また、水平移動できないため、はねかえりにより、被加工物が必要以上に濡れたり、裏面が荒れるなどの問題も発生する。さらに、水平移動で力を逃がせられなくなるため、金網８ａは切断されやすくなり、頻繁に交換を余儀なくされる可能性もある。よって、金網８ａの材質や重ね枚数は、前記要因より考慮する必要がある。
ウォータジェット１ａの速度すなわち噴射ノズル１から噴射される超高圧水の圧力とノズル径との関連において金網８ａの材質および重ね枚数が決定される。
一例として、実験によれば、一般に切断に適用される圧力：１５０〜４００ＭＰａ、ノズル径０．１〜０．３ｍｍの切断条件において金網８ａを１層〜１５層まで積み重ねた時、前記金網８ａは自在に水平移動し所望の効果を得ることができた。
前記データは一例に過ぎず、使用者の切断条件によって、金網８ａの材質やメッシュ間隔や積み重ねる層数などが適宜に選定されなければならない。
また、更なる効果として、一例として、実験によれば、圧力：２８０ＭＰａ、ノズル径０．１５ｍｍの場合、金網８ａでキャッチャーすることによって、金網８ａが無い時と有る時との騒音データを比較すると、金網８ａが無い時は、１０４ｄｂであったが、金網８ａが有る時は８２ｄｂとなり、２２ｄｂも騒音が減少するという効果を得ることができた。

本実施例１では、金属製板状物を金網８ａで実施したが、別の例を説明する。
図５乃至図８は、実施例１の金属製板状物の代替案を記している。
図５は、重合する金網８ａではあるが、偶数個または奇数個ごとに網目の角度を変えた金網８ｂの積み重ねたものである。網目の角度を振ることによって、高圧水が網目に当りやすくなることにより、同時に水平移動も頻繁にしやすくなり、余剰ジェットを減衰することが可能となる。

次に、金属製板状物であって、金網８ａ以外の部材の実施例を説明する。
図６は、実施例１の金網８ａをパンチングメタル８ｃの部材に変えたものである。図７は、実施例１の金網８ａをハニカム構造８ｄの部材に変えたものである。図８は、実施例１の金網８ａをエキスパンドメタル８ｅの部材に変えたものである。図９は、実施例１の金網８ａをグレーチング８ｆの部材に変えたものである。

次に、金属製板状物を重合するものであって、金属製板状物と金属製板状物との間に樹脂を組込む構造の実施例を説明する。
図１０は、実施例１の金網８ａと金網８ａとの間に、滑りやすい樹脂を組込む構造である。この手法は、実施例１の金網８ａ部材に限らず、図５から図９の部材でも実施可能である。ポリエチレン、テトロン、フッ素樹脂、ポリアセタール、ナイロン等の滑りやすい樹脂８０を金属製板状物と金属製板状物との間に組込むことによって、水平移動しやすくし、余剰ジェットを減衰することが可能となる。

このような実施例によっても、前記実施例１と同様の作用、効果を得ることができるが、実施例２によれば、金属を重合する点において実施例１と同様であるが、金属と金属の間に滑りやすい樹脂８０を有することにより、実施例１より、より、水平方向へ移動しやすくなり、結果として余剰ジェットを減衰しやすくなる。また、金属製板状物が重い部材での重合であっても、前記滑りやすい樹脂８０を有することで滑りやすくなり、水平方向に移動が可能となる。

次に、重合するものであって、金属製板状物以外の実施例について説明する。
実施例３では実施例１または実施例２で説明した、金網８ａやパンチングメタル８ｃ、ハニカム構造８ｄ、エキスパンドメタル８ｅ、グレーチング８ｆなどの板状物に限らない実施例を説明する。
図１１（ａ）は、金属の円柱もしくは円筒の部材８００を交互に重ねたものである。図１１（ｂ）は余剰ジェット１ｂが金属の円柱もしくは円筒の部材８００に衝突した際の金属の円柱もしくは円筒の部材８００の動きと、余剰ジェット１ｂの動きを示した図である。前記円柱もしくは円筒の部材８００が水平移動することによって、余剰ジェットを減衰することが可能である。

図１２（ａ）は、金属板をＬ字形鋼に山折にしたもの８０１を重合したものである。図１２（ｂ）は余剰ジェット１ｂが金属板をＬ字形鋼に山折にしたもの８０１に衝突した際の金属板をＬ字形鋼に山折にしたもの８０１の動きと、余剰ジェット１ｂの動きを示した図である。層と層の間には上の層が下の層にいかないように仕切り板を有している。前記金属板をＬ字形鋼に山折にしたもの８０１が水平移動することによって、余剰ジェットを減衰することが可能である。

１ 噴射ノズル
１ａ ウォータジェット
１ｂ 余剰ジェット
２０ ウォータジェット切断装置
３ 被加工物
４ 支持部材
５ キャッチャー部
６ 受容器
７ 金属板
８ 受け部材
８ａ 金網
８ｂ 金網
８ｃ パンチングメタル
８ｄ ハニカム構造
８ｅ エキスパンドメタル
８ｆ グレーチング
８０ 滑りやすい樹脂
８００ 金属の円柱もしくは円筒の部材
８０１ 金属板をＬ字形鋼に山折にしたもの
９ 支え板
Ａ 隙間

Claims (3)

1. ノズルから高圧水を噴出することで被加工物を切断するウォータジェット切断装置に備えられ、噴出された高圧水を受けるウォータジェット切断装置のキャッチャー構造において、
   前記被加工物を支持している支持部材の裏面側に設けられ、高圧水の余剰ジェットの圧力を受ける受け部材が備えられ、
   該受け部材が複数枚を積み重ねて配設された金網やパンチングメタル、ハニカム構造、エキスパンドメタル、グレーチングからなり、
   前記受け部材が夫々独立して水平方向へ移動自在に遊嵌されており、
   前記受け部材が高圧水の余剰ジェットを受け部材の水平方向への移動エネルギーに変換する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構造。
   
2. 前記受け部材と受け部材との間に樹脂を組み込んでいることを特徴とする請求項１に記載のウォータジェット切断装置のキャッチャー構造。
   
3. 前記複数枚の金網が、重なり合う受け部材同士の網目の方向を異なる方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載のウォータジェット切断装置のキャッチャー構造。