JP7422047B2

JP7422047B2 - ウォータージェット加工装置

Info

Publication number: JP7422047B2
Application number: JP2020176152A
Authority: JP
Inventors: 崇道藤木
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: JP2022067443A

Description

本発明は、ウォータージェット加工装置に関する。

従来、ウォータージェット切断装置は、加工スペースの水平方向がＸＹ軸方向の長さで定まっている。例えば、Ｘ軸方向は、左右方向であり、Ｙ軸方向は、手前－奥行き方向である。
大型の加工対象のワークを加工する場合、該ワークを上方からクレーンなどを利用して引き下ろし、作業者がウォータージェット切断装置への固定作業等を行った後に加工を行っている。

特許第５０１６３１７号公報(図１、図５等)

ウォータージェット切断の場合、加工に用いる水を加圧することから、タンク水温が40℃になる。そのため、加工スペースの雰囲気の温度、湿度が高くなり、水蒸気や結露が発生しやすい。

そこで、特許文献１では、図１、図５に示すように、ノズル（30）から噴射されるウォータージェットの安定化や加工精度の維持を図るため、細い連通路（114、115）を設け、ウォータージェットノズルで加工中のワーク周辺のミストや浮遊する切屑を排出している。なお、連通路（114、115）の断面積は小さく、ウォータージェットノズル付近の雰囲気を清浄化し、加工作業性の向上を図っている。

ところで、ウォータージェット切断を行うためには、水を高圧化する必要があり、高圧水や研磨材を利用して切断加工するには、かなりの騒音が発生する。
また、空気中に分散する水蒸気を含めて、跳ね返り等によって処理後に飛散する水や切粉(切り屑)も存在し、加工エリアの清浄度の点でも、課題がある。
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、加工対象のワーク周辺のみならず、加工エリア全体の水蒸気や浮遊する切屑、研磨材を回収できるウォータージェット加工装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のウォータージェット加工装置は、高圧水を供給するポンプと、前記ポンプから供給された高圧水を加工対象のワークに噴射するノズルヘッドと、前記ワークを載置するための処理槽と、前記ワークの加工空間を密閉し、開閉するための前面カバーと側面を囲う側面カバーと前記ノズルユニットの上部に配置する上部カバーとを有するカバーと、前記加工空間の上部に配置され、前記高圧水を前記ワークに噴射した際に発生する飛散水、前記ワークの切粉、または高圧水に混入させる研磨剤の少なくともいずれかを回収する回収手段と、前記前面カバーを開閉駆動する駆動機構とを備え、前記駆動機構は、前記ノズルユニットによる加工エリアの外側方に設けられ、前記前面カバーは、鉛直方向にスライド自在に支持され、下方にスライドして前記加工エリアが開放される一方、上方にスライドして前記加工エリアが閉塞され、前記前面カバーは、横長の形状であり、前記加工エリアの横寸法より大きいとともに、前記加工エリアの縦寸法に近い縦寸法を有している。

本発明によれば、加工対象のワーク周辺のみならず、加工エリア全体の水蒸気や浮遊する切屑、研磨材を回収できるウォータージェット加工装置を提供することができる。

実施形態に係るウォータージェット加工装置の正面図。実施形態に係るウォータージェット加工装置の上面図。実施形態に係るウォータージェット加工装置の左側面図。ウォータージェット加工装置を斜め左上前方から見た斜視図。正面シャッターとその駆動機構とを右斜め上から見た斜視図。向かって右側の正面シャッターとその駆動機構を右斜め上から見た拡大斜視図。ウォータージェット加工装置の上面図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るウォータージェット加工装置Ｗを示す。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに、それぞれ実施形態に係るウォータージェット加工装置Ｗの正面図、左側面図、上面図を示す。
実施形態のウォータージェット加工装置Ｗは、高圧水を加工対象のワークに噴射して加工する装置である。

ウォータージェット加工装置Ｗは、略直方体形状の外観を有している。ウォータージェット加工装置Ｗは、前面の正面シャッター１ａ(図１Ａ参照)と、上面の上部カバー１ｂ(図１Ｃ)と、左側面カバー１ｃ(図１Ｂ参照)、右側面カバー１ｄ(図１Ａ参照)とで外郭が形成されている。正面シャッター１ａ(図１Ａ参照)と、上部カバー１ｂ(図１Ｃ)と、左側面カバー１ｃ(図１Ｂ参照)、右側面カバー１ｄはそれぞれほぼ矩形の平板である。

前面の正面シャッター１ａと、上面の上部カバー１ｂと、左側面カバー１ｃ、右側面カバー１ｄは、ワークの加工空間である加工エリアＫａ(図４参照)を密閉するカバーを形成する。
図２に、ウォータージェット加工装置Ｗを斜め左上前方から見た透視の斜視図を示す。

図１Ａ、図２に示すように、前面の正面シャッター１ａは、上部に取っ手１ａ１が設けられている。正面シャッター１ａの周囲には、強度部材の架台１ｋが設けられている。
図３Ａに、正面シャッター１ａとその駆動機構とを右斜め前上から見た斜視図を示す。
図３Ｂに、向かって右側の正面シャッター１ａとその駆動機構を右斜め上から見た拡大斜視図を示す。

図３Ａの矢印α１１、α１２に示すように、正面シャッター１ａは、鉛直方向にスライド自在に支持されている。
作業者は、正面シャッター１ａの上部の取っ手１ａ１を把持して下方に押下して、正面シャッター１ａを下方にスライドして開放できる。一方、正面シャッター１ａを閉塞する際には、正面シャッター１ａを上昇させて閉塞できる構成である。

正面シャッター１ａの開閉制御は、制御装置２(図１Ａ参照)により行われる。
図３Ａに示すように、正面シャッター１ａの左右には、正面シャッター１ａを上下させるシャッター駆動機構ｋａ、ｋｂが設けられている。
左側の左シャッター駆動機構ｋａは、スライドブロック７ａ、連結ブラケット８ａ、ガイドシャフト９ａ、ロック付エアシリンダ１０ａ、“閉”状態確認用センサ１１ａを備えている。同様に、右側の右シャッター駆動機構ｋｂは、スライドブロック７ｂ、連結ブラケット８ｂ、ガイドシャフト９ｂ、ロック付エアシリンダ１０ｂ、“閉”状態確認用センサ１１ｂを備えている。

左シャッター駆動機構ｋａと右シャッター駆動機構ｋｂとは、同様な構成であるので、図３Ｂを参照して、右シャッター駆動機構ｋｂについて説明を行い、左シャッター駆動機構ｋａの説明は省略する。

スライドブロック７ｂは、正面シャッター１ａの右上部および右下部に一対固定されているとともに、ガイドシャフト９ｂが上下方向に相通する孔７ｂ１がそれぞれ形成されている。
連結ブラケット８ｂは、正面シャッター１ａの右部に固定されている。
ロック付エアシリンダ１０ｂは、正面シャッター１ａを上下動させる駆動源である。

連結ブラケット８ｂには、ロック付エアシリンダ１０ｂのロッド１０ｂ１に固定される固定板１０ｂ２が固定されている。つまり、正面シャッター１ａは、連結ブラケット８ｂを介して、ロック付エアシリンダ１０ｂのロッド１０ｂ１に固定されている。

“閉”状態確認用センサ１１ｂは、正面シャッター１ａが上昇して閉状態(図１Ａ、図３Ｂ)となったことを検知するセンサである。“閉”状態確認用センサ１１ｂは、磁界の変化、静電容量の変化、接触動作等によって正面シャッター１ａが上昇して閉状態となったことを検知する。ここでは、“閉”状態確認用センサ１１ｂは、磁界の変化を検出する例を挙げる。

ロック付エアシリンダ１０ｂのロッド１０ｂ１に固定される固定板１０ｂ２には、鋼板製の検出片１０ｂ３が固定されている。正面シャッター１ａが上昇して閉状態となった際に、“閉”状態確認用センサ１１ｂは鋼板製の検出片１０ｂ３の接近を磁界の変化により検出して、正面シャッター１ａの閉塞状態を検知する。

図３Ａに示すように、駆動源のロック付エアシリンダ１０ｂは、内部にエアが供給されることで、ロッド１０ｂ１が上昇して、正面シャッター１ａが閉塞する。正面シャッター１ａが閉塞すると、“閉”状態確認用センサ１１ｂが検出片１０ｂ３を検出して、正面シャッター１ａが閉塞したことを検知する。すると、ロック付エアシリンダ１０ｂのロック機構が作動してロッド１０ｂ１を固定し、正面シャッター１ａが開放されないようにロックされる。

ロック機構は、ロック付エアシリンダ１０ｂの内部を摺動するロッド１０ｂ１を、例えばプランジャ等で移動しないようにロックして固定する。そのため、ロッド１０ｂ１がロック付エアシリンダ１０ｂの内部で固定されるので、正面シャッター１ａを開くことができない構成である。そのため、ウォータージェット加工装置Ｗの内部に利用者がアクセスできず、利用者の安全性を保つことができる。

一方、正面シャッター１ａを開ける際には、ロック付エアシリンダ１０ｂの空気圧、ロックが解除されて、利用者は、正面シャッター１ａの取っ手１ａ１(図１Ａ参照)を把持して下方に押下して、図１Ａ、図３Ａの矢印α１１に示すように、スライドさせて開放できる。
つまり、正面シャッター１ａを開ける際には、利用者が自由に手動で正面シャッター１ａを開閉できる構成である。

正面シャッター１ａが閉まる仕組みは、正面シャッター１ａが上昇した状態で、ウォータージェット加工装置Ｗの切断装置(ノズルユニット５(図１Ａ参照))、図示しないポンプなどの起動させるタイミングと連動している。
具体的には、制御装置２により、例えば、切断装置(ノズルユニット５)やポンプ等を稼働する際またはその前に正面シャッター１ａを閉塞する。或いは、切断装置(ノズルユニット５)やポンプ等をOFFにしたときには、ロック付エアシリンダ１０ｂのロック機構やロック付エアシリンダ１０ｂの空気圧が解除されて、手動で開閉できる仕組みとする。

例えば、図１Ａに示す制御盤や装置パネル２ｐ側にボタン２ｐ１を配置して、ボタン２ｐ１を押下して正面シャッター１ａを開閉する構成としてもよい。この場合も、切断装置(ノズルユニット５)やポンプ等を稼働する際またはその前に正面シャッター１ａを閉塞する。
また、ボタン２ｐ１を押下して、切断装置(ノズルユニット５)やポンプ等をOFFにしたときには、ロック付エアシリンダ１０ｂのロック機構やロック付エアシリンダ１０ｂの空気圧、ロックを解除する。そして、正面シャッター１ａの取っ手１ａ１を把持して下方に押下して、下方にスライドして正面シャッター１ａを開放できる。
このようにすることで、ウォータージェット加工装置Ｗの安全性を向上できる。

図１Ｂ、図１Ｃに示すように、上部カバー１ｂの左右後部には、加工エリアＫａ(図４参照)の水蒸気、切子等の吸引手段であるブロア４ａと回収手段であるフィルタ４ｂとが設けられている。フィルタ４ｂは、ブロア４ａの手前に配置されている。
加工エリアＫａは、高圧水により加工が行われるため、温度、湿度が高くなり、水蒸気や結露が発生しやすい。カバー(１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ)をつけるとより発生しやすいので、水蒸気や結露を回避するために、吸引手段のブロワ４ａを設置している。

図１Ａに示すように、ウォータージェット加工装置Ｗの右側部には、制御を司る制御装置２が手前側に配置されている。図１Ｃに示すように、ウォータージェット加工装置Ｗの右側後部および後部には、それぞれ機構部３ａ、３ｂが配置されている。

図４にウォータージェット加工装置Ｗの上面図を示す。
ノズルユニット５は、高圧水でワークを切断する切断装置を構成する。
ノズルユニット５は、ジェット水流を噴射するノズルヘッド５ａを有している。ノズルヘッド５ａには、図示しないポンプから高圧水が供給される。そして、ノズルヘッド５ａから、ポンプから供給された高圧水が加工対象のワークに噴射される。ノズルヘッド５ａは、後記するように、Ｘ軸方向(左右方向)、Ｙ軸方向(奥行方向)、Ｚ軸方向(上下方向)に移動できるように構成されている。ノズルヘッド５ａの移動範囲を含んでノズルヘッド５ａで加工されるワークを載置するための処理槽５Ｓ(図２、図４参照)が設けられている。

ノズルユニット５は、ノズル支持部６(図４参照)に支持されている。
ノズル支持部６は、図示しないボールねじのナット部を有する支持板、ガイドシャフト、ボールねじのねじ軸、およびＺ軸駆動モータを有している。
ノズルユニット５は、ノズル支持部６の支持板に固定されている。支持板には、一対のガイドシャフトが挿通しており、支持板は、一対のガイドシャフトに上下方向に案内される。

支持板には、ボールねじのナット部が設けられている。ボールねじのナット部は、ボールねじのねじ軸に螺合されている。ボールねじのねじ軸は、Ｚ軸駆動モータの軸に固定されている。

この構成により、ノズルヘッド５ａは、Ｚ軸駆動モータを駆動することで、ボールねじのねじ軸、ボールねじのナット部、支持板を介して上下動することができる。
ノズルユニット５をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させる機構部は、それぞれＸ軸方向蛇腹ＪｘとＹ軸方向蛇腹Ｊｙの内部に設けられている
Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙの内部には、Ｙ軸方向(前後方向)に延びるＹ軸直動レールとＹ軸ラックとが前後方向に延在して設けられている。Ｙ軸ラックには、前後方向に延びるラックギアが形成されている。

Ｘ軸方向蛇腹Ｊｘの内部には、Ｘ軸方向(左右方向)に延びるＸ軸直動レールとＸ軸ラックとが左右方向に延在して設けられている。Ｘ軸ラックには、左右方向に延びるラックギアが形成されている。
ノズル支持部６は、Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙの前部Ｊｙ１の内部に収納される第１支持部(図示せず)に固定されている。
第１支持部には、Ｙ軸駆動モータが固定されている。Ｙ軸駆動モータの軸には、前後方向に延びるＹ軸ラックのラックギアと噛み合うピニオンギア(図示せず)が固定されている。

Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙの後端部Ｊｙ２には、第２支持部９(図４参照)が固定されている。第２支持部９には、Ｘ軸駆動モータが収納されている。Ｘ軸駆動モータの軸には、Ｘ軸ラックのラックギアと噛み合うピニオンギア(図示せず)が固定されている。
上記構成により、ノズルユニット５は、Ｘ軸方向蛇腹Ｊｘ内のＸ軸駆動モータを駆動することで、Ｘ軸方向蛇腹Ｊｘ内のＸ軸ラックに沿って左右方向に移動させることができる。ノズルユニット５の左右方向の移動に伴って、Ｘ軸方向蛇腹Ｊｘが伸縮する。

また、ノズルユニット５は、Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙ内のＹ軸駆動モータを駆動することで、Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙ内のＹ軸ラックに沿って前後方向に移動させることができる。ノズルユニット５の前後方向の移動に伴って、Ｙ軸方向蛇腹Ｊｙが伸縮する。

図４に示すように、ノズルヘッド５ａを有するノズル支持部６がＸ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、Ｚ軸駆動モータによって移動してワーク(被加工物)の加工を行える空間を加工エリアＫａと称する。ワークを加工するための加工エリアＫａを外側加工空間と称し、加工エリアＫａ上奥側の空間を空気の流れを集約する内側加工空間と称す。
加工エリアＫａの下方には、ノズルヘッド５ａから噴射される水が貯留される水張りタンク１０(図４参照)が設けられている。

ノズル支持部６のノズルヘッド５ａからの高圧水には、加工を促進するための研磨剤が混入されている。
ウォータージェット切断(加工)の場合、加工に用いる水が貯留されるタンクの水温が40℃になる。すると、加工エリアＫａの温度、湿度が高くなり、水蒸気や結露が発生しやすい。
そのため、加工エリアＫａでは、ノズルヘッド５ａからの高圧水の噴射よる加工に伴い、加工対象のワーク周辺だけでなく、加工エリアＫａ内全体に水蒸気や切屑、研磨材が浮遊することとなる。

また、カバー(１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ)をつけると水蒸気や結露がより発生しやすい。
そこで、図２に示すように、加工エリアＫａを清浄化する目的で、ウォータージェット加工装置Ｗの後上部に、吸引手段であるブロア４ａと回収手段であるフィルタ４ｂを一対備えている。フィルタ４ｂを設けることで、切子、切屑、研磨材等の回収物を排気から分離できる。
ブロワ４ａを稼働することで、図２に示すように、正面シャッター１ａと架台１ｋとの間の隙間ｓから外気を吸込み、上部カバー１ｂの後部に設置されたブロワ４ａを通して排気する(図２の矢印α１２)。

ブロア４ａとフィルタ４ｂとが、加工空間の加工エリアＫａの上部に配置されることで、加工空間内の空気の流れを下側(手前下側)から上側(奥上側)に引き込む構造となっている。ブロア４ａとフィルタ４ｂとが奥側上部に配置されるので、正面シャッター１ａの前で作業する作業者の邪魔になることがない。
装置Ｗ内の構成で、鉄系統の素材を利用した場合や、湿度で影響があるワーク等があれば、できるだけ蒸気量を減らしておいた方がよい。

そこで、加工エリアＫａの前方から後方へと流れる空気によって、加工エリアＫａ内全体に浮遊する水張りタンク１０から蒸発する水蒸気や切屑、研磨材、飛散水を機外へ排出し、機内の結露を防いでいる。
また、前記したように、ブロワ４ａの吸気口にフィルタ４ｂを設置することで、加工中に飛散する研磨材の機外への排出を防ぐことができる。

なお、吸引機構(ブロア４ａ、フィルタ４ｂ)の位置について、本実施形態では上部から回収している例を示したが、ワークより低い位置の処理槽５Ｓの下側から吸引する場合や、側方から吸引してもよい。また、水張りタンク１０の周辺でもよい。しかし、作業者の利用する加工エリアＫａに影響がないように、上部から吸引することが最も好ましい。

図２に示すように、外気を隙間ｓから機内へ吸込み、排気することにより、機内の湿度を下げられる。また、機内外の気温差を小さくすることで露付きが抑制される。
なお、吸引手段(ブロア４ａ)、回収手段(フィルタ４ｂ)は、加工エリアＫａ上奥側の空間（内側加工空間）に連続して機外に延びるダクトと、フィルタ４ｂとブロア４ａとで構成してもよい。

上記構成によれば、ワーク周辺だけでなく、加工エリアＫａ内全体の空気中に浮遊する水蒸気を含めて、跳ね返り等によって処理後に飛散する水や、浮遊する切粉、切屑、研磨材も回収でき、加工エリアＫａの清浄度を向上できる。

ウォータージェットによる切断を行うためには、水を高圧化する必要があり、高圧水や研磨材を利用して切断加工するには、かなりの騒音が発生する。
ウォータージェット加工装置Ｗでは、前面の正面シャッター１ａと、上面の上部カバー１ｂと、左側面カバー１ｃ、右側面カバー１ｄを用いることで、開口面積を減らすことで、騒音低減を図ることができる。
ウォータージェット加工装置Ｗの加工時の騒音測定によれば、図２に示す正面シャッター１ａ側の位置で、従来装置と比較して、２ｄＢの騒音低減効果が測定された。

以上のことから、正面シャッター１ａと、上面の上部カバー１ｂと、左側面カバー１ｃ、右側面カバー１ｄを用いることで、ＢＯＸ化することによって、小型のワーク等にも対応でき、工場施設内に設置しやすい。そして、ウォータージェット加工装置Ｗをコンパクトな装置として用いることができる。
なお、前記実施形態で説明した構成は、本発明の一例であり、特許請求の範囲で記載した範囲内でその他の様々な形態が可能である。

１ａ正面シャッター(カバー、前面カバー)
１ｂ上部カバー(カバー)
１ｃ左側面カバー(カバー、側面カバー)
１ｄ右側面カバー(カバー、側面カバー)
２制御装置
４ａブロア(吸引手段)
４ｂフィルタ(回収手段)
５ノズルユニット
５ａノズルヘッド
５Ｓ処理槽
１０ａロック付エアシリンダ(駆動機構、ロック機構)
１０ｂ１ロッド(駆動機構)
１０ｂ３検出片(検出部)
１１ａ、１１ｂ “閉”状態確認用センサ(検出部)
Ｋａ加工エリア(加工空間)
Ｗウォータージェット加工装置

Claims

高圧水を供給するポンプと、
前記ポンプから供給された高圧水を加工対象のワークに噴射するノズルユニットと、
前記ワークを載置するための処理槽と、
前記ワークの加工空間を密閉し、開閉するための前面カバーと側面を囲う側面カバーと前記ノズルユニットの上部に配置する上部カバーとを有するカバーと、
前記加工空間の上部に配置され、前記高圧水を前記ワークに噴射した際に発生する水蒸気、前記ワークの切粉、または高圧水に混入させる研磨剤の少なくともいずれかを回収するための吸引手段および回収手段と、
前記前面カバーを開閉駆動する駆動機構とを備え、
前記駆動機構は、前記ノズルユニットによる加工エリアの外側方に設けられ、
前記前面カバーは、
鉛直方向にスライド自在に支持され、下方にスライドして前記加工エリアが開放される一方、上方にスライドして前記加工エリアが閉塞され、
前記前面カバーは、
横長の形状であり、前記加工エリアの横寸法より大きいとともに、前記加工エリアの縦寸法に近い縦寸法を有している
ことを特徴とするウォータージェット加工装置。
前記吸引手段は、
前記加工空間の加工エリアの奥側上部に配置され、
前記前面カバーと、その下方の架台との間の隙間から外気を取り込み、前記加工空間内の空気を手前下側から奥上側に引き込む
ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェット加工装置。
前記回収手段は、
回収物を分離するためのフィルタを有している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウォータージェット加工装置。
前記前面カバーを開閉駆動する駆動機構と、
前記ウォータージェット加工装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ポンプおよび前記ノズルユニットの稼働を開始する際またはその前に前記前面カバーを閉塞し、
前記ポンプおよび前記ノズルユニットの稼働を停止した際に前記前面カバーを開放するように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のウォータージェット加工装置。
前記前面カバーの閉塞を検知する検出部と、
前記前面カバーを閉塞状態に保持するロック機構とを備え、
前記制御装置は、
前記検出部により前記前面カバーの閉塞を検知した際に、前記ロック機構により前記前面カバーを閉塞状態に保持するように制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のウォータージェット加工装置。