JPH06143145A - アブレイシブウォータージェット装置の高圧水通路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】アブレイシブウォータージェットによるワーク
加工に際し、高圧水の間欠供給に伴う高圧水遮断弁の漏
水をノズルヘッドのミキシングチャンバに浸入させず、
研磨材の湿潤状態を避け、確実にワークの加工が行える
ようにする。 【構成】高圧水発生ユニット１２から通路に設けた高圧
水遮断弁１５の下流側に分岐点１７を設け、該分岐点１
７よりノズルヘッド１への高圧水通路１９を水平姿勢に
し、又、高圧水遮断弁１５とヘッド差を設けて下流側に
排水遮断弁２０を分岐して設け、高圧水通路１６，１９
の径よりも排水通路１８の径を大きくして漏水のスムー
スな高圧水系外への排水を図り、ノズルヘッド１のミキ
シングチャンバ内に水滴の浸入を生じないようにし、研
磨材の湿潤状態になるのを避ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、金属部品等のワーク
の切断等の方法に用いるアブレイシブウォータージェッ
トの高圧水の通路の構造の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、市民生活の向上は産業社会
の高度に発達した科学技術に支持されている産業社会の
隆盛に負うところが大であり、而して、該産業社会は各
種の機械，器具，装置の稼動のうえに立っていることは
勿論のことである。

【０００３】かかる機械，装置，器具は簡単な構造のも
のもあるが、近時、極めて複雑、且つ、精巧な複合体か
らなっており、特に、機械，装置，器具類では複数の部
品の組み合わせ機構からなっているものが多い。

【０００４】したがって、各機構部のユニットに於ては
当該ユニット自体が極めて精細度の高いものが要求さ
れ、そのため、当該ユニットの成形加工はミクロン単位
からサブミクロン単位の精密さが厳しく要求されるよう
になってきている。

【０００５】そして、鋳造や射出成形の一次加工の成形
等の後の二次工程や仕上げ工程においてはより、更に、
厳しくその設計通りの数学的なまでの精密さが要求さ
れ、面当接，面組合せ等のユニットに於てはその精密さ
は著しく厳しいものである。

【０００６】ところで、切削，切断，穴明け等の加工は
旧くからカッター等による機械加工が主流であり、更
に、溶断，レーザーカッティング等も案出されて種々の
態様が採用されているが、加工面の面粗さ，仕上げ精
度，素材の熱変形，残留応力発生等の点から一長一短が
あり、更に、コスト的な制約もあって、これらをクリア
ーするべく、細径のノズルから高圧力水をジェット状に
超高速でワークに噴出させ、そのジェットエネルギーに
より所定の加工面等を得ることが出来るようにした所謂
ウォータージェット技術が研究開発され、実用化される
に至っている。

【０００７】即ち、図４に示す様に、所定のノズルヘッ
ド１をセットされたワーク２に対向させ、水源３から水
を増圧ユニット４により高圧にし、ウォータージェット
５として噴出させ、そのジェットエネルギーにより切断
等の加工を行うものである。

【０００８】そして、かかるウォータージェット５は
紙，木材，合成樹脂のワーク２に対して良好な加工を行
えるようになり、その実績から、更に、ワーク２がセラ
ミックスや金属等の高硬度なものに対しても実効がある
ように用いることが要望される場合には単なる高圧水の
ウォータージェット５では動圧が不足し、ジェットエネ
ルギーによってはワーク２に対する所望の加工を行うこ
とが出来ないことから、高圧力水を数千キロから１万キ
ロにも増圧させることが出来るようにし、更に、ノズル
ヘッド１のミキシングチャンバ６に対しガーネットサン
ド等の研磨材７を供給して混合状態にして噴出させてセ
ラミックスや金属等のワーク２に対しても所定の加工が
出来るようにした所謂アブレイシブウォータージェット
技術が実用化されるに至ってきている。

【０００９】かかる技術は、例えば、出願人の先願発明
である特開平３−３７９９号公報等にも開示されてい
る。

【００１０】ところで、高圧力水にガーネットサンド等
の研磨材を供給して混入する態様として該研磨材をスラ
リー状に供給するウエットタイプと乾燥状態で供給する
ドライタイプがあるが、前者はジェットを細状にするべ
く液体中に当該研磨材を分散させるための特殊な装置が
必要で、コスト的に見合わない不利点がある等の点から
後者が採用され、圧縮エアーによる気体輸送式と高圧水
によって生ずる負圧吸引を介して供給する方式がある
が、いずれにしても次のような問題が生じてきている。

【００１１】即ち、図５に示す様に、高圧水発生ユニッ
ト１２に於て水道水等の水源３から所定の昇圧装置４を
介し油圧シリンダ等の増圧装置８を介し油圧制御装置１
０を介しチェックバルブ９，９等を介し所定の超高圧力
水はアキュームレータ１１よりスイーベルジョイント１
３を通り、ノズルユニット１４のノズルヘッド１に遮断
弁１５を介して供給され、しかも、該ノズルヘッド１の
ミキシングチャンバに対して供給されたガーネットサン
ド等の研磨材７と混合されてアブレイシブウォータージ
ェット５' としてワーク２に噴出され所定の加工を行う
ようにされている。

【００１２】そして、ノズルヘッド１は図６に示す様な
ハウジング構造が用いられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、該アブレイ
シブウォータージェット５' はその経済性や稼動効率の
向上の点から常時稼動ではなく必要時にのみ稼動させる
実態様が採られており、したがって、遮断弁１５は設計
的に所定の制御によりオン・オフ作動されるようにされ
ている。

【００１４】そこで、該遮断弁１５は相当な精密な機構
部を有しているがために、該機構部に好ましくない傷等
が生じていることがあり、又、高頻度に作動させる稼動
履歴からくるガタツキや摩耗等が生ずる場合があるが、
低圧の場合にはその遮断性能に影響はないものの、数千
気圧の超高圧力水を履歴的に高頻度にオン・オフさせる
と、不測にして、微量な漏水を生ずる場合があり、ノズ
ルヘッド１内に漏水による水滴が混入し、ノズル本体の
先端の径が小さいことや表面張力等の影響を受け、研磨
材７の供給口から供給通路内に流入し、次回の運転開始
に際しての立ち上がり時に該研磨材７を湿潤状態にし、
高圧力水の負圧等による供給の際の流動性を低下させ、
設計通りの高圧力水と研磨材７とのミキシングが行え
ず、結果的に設計通りの切断等の加工がし難くなるとい
う難点があった。

【００１５】これに対処するに、特開平３−３１８２３
号公報発明に示されている様な技術があるが、かかる対
処技術によれば、アブレイシブウォータージェット５'
の停止状態にある間でも連続的に高圧力水を供給せねば
ならず、装置的にコスト高となるデメリットがあり、
又、該高圧力水の供給の連続稼動のための制御管理がな
されなくてはならないのみならず、充分なメンテナンス
も必要とする不具合がある。

【００１６】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づくアブレイシブウォータージェット装置のノズルヘ
ッドの高圧力水漏水の問題点を解決すべき技術的課題と
し、アブレイシブウォータージェット本来のメリットを
フルに生かしながらも、装置のオン・オフ稼動に際して
の高圧力水の送給を遮断している間でも遮断弁からの微
量漏水を不可避的な前提としながら、漏水を高圧力水系
外に導出し、ノズルヘッド内に於ける漏水による水滴充
満を介しての研磨材供給不良を回避することが出来るよ
うにして機械製造産業における加工技術利用分野に益す
る優れたアブレイシブウォータージェット装置の高圧水
通路構造を提供せんとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、アブレイシブウォータ
ージェットにより金属製品等の所定のワークに対する切
断切削等の加工を行うに際し水源よりの水を高圧水発生
ユニットにより、所定の超高圧力水にし、ノズルヘッド
へ高圧水遮断弁を介し供給し、該ノズルヘッドのミキン
シグチャンバに於てガーネットサンド等の研磨材を供給
混合してワークに超高速で噴出させるに、設定プログラ
ムに従い、高圧水発生ユニットからの高圧水遮断弁のオ
ン・オフ動作により、間欠稼動させ、その際、稼動中に
おいては該高圧水遮断弁を開状態にして高圧水をノズル
ヘッドに供給し、一方、停止中においては該高圧水遮断
弁を閉状態にし、又、高圧水遮断弁からノズルヘッドへ
の水通路に分岐点を設け、該分岐点から排水遮断弁を分
岐して設け、該排水遮断弁は稼動中には閉状態にし、停
止中は開状態にし、而して、高圧水遮断弁に微量の漏水
が生じても、上流側が該高圧水遮断弁と下流側の排水遮
断弁の間にヘッド差が設けられて該排水遮断弁から高圧
水系外に排水され、この場合、高圧水遮断弁と排水遮断
弁との間には垂直状態の水路が形成され、分岐点からノ
ズルヘッドへの通路は水平、或いは、上り勾配に形成さ
れることにより漏水のノズルヘッドへの浸入がなく、高
圧水系外へスムースに排水され、設計的には分岐点に段
差部が形成されて上述ノズルヘッドへの漏水の浸入をよ
り確実に阻止し、より排水がし易くなるようにし、更
に、分岐点より排水遮断弁への通路の径がノズルヘッド
への通路の径より大きくするように設計して排水遮断弁
への水の流れがし易くなるようにし、ノズルヘッド内へ
の漏水による水滴の充満を介しての研磨材供給不良を避
け、設計通りのアブレイシブウォータージェットによる
ワークの加工が行えるようにした技術的手段を講じたも
のである。

【００１８】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図１乃至図
３に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００１９】尚、図４以下と同一態様部分は同一符号を
用いて説明するものとする。

【００２０】図１，図２に示す実施例において、１２は
超高圧水発生ユニットであり、水道水等の水源３からの
水はポンプ装置等の昇圧装置４を介し油圧シリンダ等の
増圧装置８に送給され、油圧制御装置１０により制御さ
れて所定の超高圧にされた高圧水はチェックバルブ９，
９を介しアキュムレータ１１を経てスイーベルジョイン
ト１３よりノズルユニット１４に送給され高圧水遮断弁
１５のオン・オフ動作によりノズルヘッド１に送給され
るようにされている。

【００２１】尚、高圧水遮断弁１５から下流側の高圧力
水通路１６には分岐点１７が設けられてノズルヘッド１
への通路１９、及び、漏水の排水通路１８がそれぞれ分
岐して接続され、該排水通路１８には排水遮断弁２０が
設けられている。

【００２２】そして、高圧水遮断弁１５、及び、排水遮
断弁２０は戻りスプリングを有したソレノイド作動タイ
プ等の周公知のものを用いることが出来る。

【００２３】そして、分岐点１７に於ては図２に詳示す
る様に、高圧水通路１６の管路１６' の径ｄ₁ 、及び、
ノズルヘッド１への高圧水通路１９の管路１９' の径ｄ
₂ よりも排水通路１８の管路１８' の径ｄ₃ が設計サイ
ズが大きいようにされて漏水の水径外への排出がスムー
スになされるようにされている。

【００２４】そして、高圧水遮断弁１５と排水遮断弁２
０の動作態様は図示しない制御装置を介し設定プログラ
ムに従って次のようになされるようにされている。

【００２５】即ち、アブレイシブウォータージェット５
' の稼動中においては、高圧水遮断弁１５が開状態にさ
れ、これに対し、排水遮断弁２０は閉状態にされ、又、
アブレイシブウォータージェット５' の停止中において
は高圧水遮断弁１５は閉状態にされ、これに対し排水遮
断弁２０は開状態にされるように作動するようにされて
いる。

【００２６】上述構成において、アブレイシブウォータ
ージェット５' によりワーク２に対し所定の加工を行う
に際しては水源３からの水を昇圧装置４により昇圧して
増圧装置８に送給し油圧制御装置１０を介し所定の超高
圧力水にされ、チェックバルブ９，９を介しアキューム
レータ１１を経てスイーベルジョイント１３からノズル
ユニット１４の高圧水遮断弁１５に送給され、上述プロ
グラムに従い、稼動中は高圧水遮断弁１５が開状態にさ
れて高圧水が通路１９を経てノズルヘッド１に送給さ
れ、ミキシングチャンバ６にてガーネットサンド等の研
磨材７を供給されて混合されアブレイシブウォータージ
ェット５' としてワーク２に噴出され所定の加工がなさ
れる。

【００２７】そして、所定の制御信号により高圧水遮断
弁１５が閉状態にされると、排水遮断弁２０は開状態に
され、高圧水遮断弁１５からの不可避的に生ずる漏水は
該高圧水遮断弁１５と排水遮断弁２０との間の通路６，
１８が上下方向に鉛直に配設され、ヘッド差が生じるこ
とになることにより、又、設計により前述の如く高圧水
通路１６と１９の径ｄ₁ ，ｄ₂ よりも排水通路１８の径
ｄ₃ の方が大サイズにされていることから、漏水は分岐
点１７からノズルヘッド１側には流れず、排水遮断弁２
０側に流れ、スムースに水系外に排水されてゆき、その
結果、ノズルヘッド１のミキシングチャンバ６内には水
滴が浸入せず、したがって、研磨材７が停滞状態であっ
ても、湿潤状態にはされず、次回の立ち上がりに該研磨
材７が吸湿状態となって供給に支障をきたすことはな
く、そのため、高圧水遮断弁１５のオン・オフ動作が反
復されても、研磨材７はスムースに供給され、設計通り
のアブレイシブウォータージェット５' によるワーク２
の加工がなされる。

【００２８】而して、図２に於て分岐点１７からノズル
ヘッド１への高圧水通路１９は水平状態に設計されてい
るが、上り勾配に設計される態様では上述排水がより確
実になされることになる。

【００２９】次に、図３に示す実施例においては分岐点
１７のケーシング内に排水通路１８の管路１８' と高圧
水通路１６の管路１６' 、並びに、ノズルヘッド１への
排水通路１９の管路１９' の結合部分に段差部２１が設
けられて排水遮断弁２０側へ漏水がより流れ易く保証さ
れる態様である。

【００３０】このようにして、アブレイシブウォーター
ジェット５' によるワーク２に対する所定の加工は高圧
水遮断弁１５の反復するオン・オフ動作によっても、ガ
ーネットサンド等の研磨材７の高圧水に対する供給混合
は確実に保証され、設計通りのアブレイシブウォーター
ジェット加工が行われることになる。

【００３１】尚、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、分岐点
の排水遮断弁側への排水通路にエアージェットノズルを
設けて排水をより強制的に、積極的に、排水遮断弁へ送
給することが出来るようにする等種々の態様が採用可能
である。

【００３２】又、設計変更的に分岐点からノズルヘッド
への通路にチェックバルブを設ける等することも出来る
ものである。

【００３３】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
にアブレイシブウォータージェット装置において、高圧
力水をノズルヘッドにオン・オフ動作させる高圧水遮断
弁を設けることにより、不可避的に漏水が発生しても、
該漏水を排水停止中においてはノズルヘッドに送給させ
ず、高圧水遮断弁から該ノズルヘッドへの高圧水通路に
設けた分岐点から排水遮断弁への分岐通路を設け、高圧
水通路よりも排水通路の径を大きくしたり、ヘッド差を
設ける等して積極的にスムースに漏水が排水遮断弁を経
て高圧水系外に排水されるようにしたことにより、高圧
水を遮断している間でも微量の漏水をも排水遮断弁を経
て水系外に導出し、ノズルヘッドのミキシングチャンバ
内に排水による水滴を充満させず、ガーネットサンド等
の研磨材を湿潤状態にせず、停止後の再稼動時の立ち上
がりに際し、設計通りに高圧力水に対し研摩材の供給混
合が出来、結果的に設計通りのワークの加工が出来ると
いう優れた効果が奏される。

【００３４】そして、装置的には高圧水通路に分岐点を
設け、その下流側に排水遮断弁を設けるだけで良いため
に、組み付けも簡単であり、イニシャルコストも高くな
らず、又、遮断弁に対する保守，点検，整備等もさほど
煩瑣でなく、耐久性が向上し、ランニングコストも高く
ならずにすむという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の全体概略システム
図である。

【図２】図１の分岐点の構造断面図である。

【図３】図２相当他の実施例の分岐点の構造断面図であ
る。

【図４】アブレイシブジェット、及び、アブレイシブウ
ォータージェットの模式断面図である。

【図５】従来技術に基づくアブレイシブウォータージェ
ットの模式システム図である。

【図６】アブレイシブウォータージェットのノズルヘッ
ドの部分切截斜視図である。

【符号の説明】

１２ 高圧水発生ユニット １ ノズルヘッド １５ 高圧水遮断弁 １７ 分岐点 １８ 排水通路 ２０ 排水遮断弁 ２１ 段差部

フロントページの続き (72)発明者 長谷川 覚 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 籔内 忠興 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧水発生ユニットからノズルヘッドへの
   高圧水通路が遮断弁を介装されている構造において、高
   圧水遮断弁からヘッドへの通路に分岐点を介して排水通
   路が接続され、該排水通路に排水遮断弁が配設されてい
   ることを特徴とするアブレイシブウォータージェット装
   置の高圧水通路構造。
2. 【請求項２】上記分岐点の下流側の通路の径が上流側の
   通路の径より大きくされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のアブレイシブウォータージェット
   装置の高圧水通路構造。
3. 【請求項３】上記分岐点の通路に段差部が形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアブレ
   イシブウォータージェット装置の高圧水通路構造。