JPH0645119B2 - 高圧水の減圧装置を備えたウオータージェット加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、水道水等の水を設定高圧にして小径のノズ
ルから所定のワークにウオータージェットとして噴出
し、設計通りに正確に切断等の加工を行うようにした高
圧水の減圧の技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は水道水源等に接続されたポン
プ等の給水ユニットからの水道水等を油圧シリンダ等の
増圧ユニットにより所定の高圧状態に昇圧してアキュー
ムレータ等の高圧部品を介してノズルユニットのトーチ
に圧送するプロセスにおいて、当該給水の使用状態に適
分する高圧水に減圧するようにした高圧水の減圧装置を
備えたウオータージェット加工装置に関する発明であ
り、特に、ノズルユニットのトーチに送給する増圧ユニ
ットからの昇圧状態の高圧水の元圧を維持したままにし
てトーチまでのプロセスにてトーチの要求水圧までオリ
フィスとオンオフバルブの組合せ等により減圧するよう
にした高圧水の減圧装置を備えたウオータージェット加
工装置に係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、多くの工業製品は切断や切削面等の加工面
を有しており、したがって、これらの工業製品の製造工
程に於いては当該面に対する切断加工や切削加工が不可
欠の場合が多い。

而して、かかる切断面や切削面の加工は、例えば、ミー
リング等工作機械による機械加工やガス切断やプラズマ
溶断等の物理的手段を用いる場合が多く、したがって、
かかる手段による切断面や切削面の近傍に於ける素材に
熱変化が生じて製品に変質を生ずる虞れ等があった。

又、後者にあっては溶断ノズルとワークとの取り合いが
厳しく、そのためにノズルのセットがし難い難点があっ
たり、又、ノズルに目詰りや摩耗が生じたりする不具合
もあった。

又、例えば、ワイヤカットやコンタマシンの如く切断加
工に先立って下孔加工が必要で、しかも、その精度が高
くなければならず、作業が著しく煩瑣となる不具合もあ
った。

更に、これらの切断手段や切削手段ではワークとの取合
いにおいて、当該ワークの種類が限定されたりして取合
いの自由度が少いというマイナス面もあった。

これに対処するに、近時水道水等の水を数気圧乃至数百
気圧から数千気圧までも昇圧させた高圧水とし、小径の
ノズルから高圧水として噴射させ、その高いエネルギー
密度により当該ワークを切断したり切削したりする、所
謂ウオータージェットが用いられるようになり、少量の
水で安全、且つ、衛生的で摩耗や目詰りもなく、ワーク
の取合いの自由度もあって変質や臭い等も生じない利点
から新素材の誕生に伴い益々重要視され、近時は一万気
圧にもおよび高圧水のウオータージェット技術が実現可
能にさえなってきている。

そして、ノズルから噴出する高圧水に金属微粉末等の研
磨材を混入させて高硬度の金属や鉱石等の切断や切削を
も可能にするようにもなってきつつある。

而して、かかる多くの利点を有するウオータージェット
はその使用に際し、ワークに対するノズルユニットの使
用状況、即ち、要求圧力の高圧水の増圧状態が最適切断
等を保証することになるために、ウオータージェットの
切断能力等は圧力、流量、送り速度等に関係し、対象と
なるワークや切断条件に応じて適宜選択して切断が行わ
れるようにされてはいる。

上述ウオータージェットの高圧水回路を第７図により略
説すると、図示しない水道水源からの水道水をポンプユ
ニット 2により平滑機能を有するべく併設された油圧ユ
ニット 5を介して油圧シリンダ等の増圧ユニット 3にチ
ェックバルブ 4,4と介して送給させ、図示しない油圧制
御機構により増圧ユニット 3を切り替え、連続的に所定
の高圧水を昇圧して増圧し、アキュームレータ7 から所
定のワーク 9に対設したノズルユニットのトーチ10に圧
送して該トーチ10のノズルからウオータージェット11を
噴出させてワーク 9を所定に切断等するようにされてい
た。

〈発明が解決しようとする課題〉 而して、トーチ10から噴出されるウオータージェット11
の圧力が高ければ高いほど、ワーク 9に対する切断能力
は比例的に向上するために、ユニットプラントの増圧能
力は益々高くなるように設計されるようになり、例え
ば、在来の数千キロから一万気圧程度にまでアップされ
るようになってきている。

そして、スイーベルジョイント 6やアキュームレータ 7
やオンオフバルブ 8等や高圧配管等の高圧部品は、常に
かかる高圧水の供給状況下に置かれており、しかも、上
述した如くワーク 9に対するウオータージェット11の供
給圧力条件の変化に応じて、例えば、アキュームレータ
7に対する圧抜きバルブ 8′等を介しての減圧や該アキ
ュームレータ 7による蓄圧によって昇圧するような高頻
度の昇圧、減圧が繰り返されるために、高圧部品系統に
経時的な疲労破壊が生じてリークを生じたり、耐久性が
低下する等の不都合さがあった。

勿論、増圧ユニット 3の高圧制御機構による圧力コント
ロールも行われるが、高圧部品部分に於ける圧力の頻繁
な激変はかかる疲労破壊やシール不良を阻止することが
出来ないというマイナス点があった。

又、トーチ10の使用条件により要求圧にまで減圧する場
合には、アキュームレータ 7に蓄圧した水を放出し昇圧
する場合には蓄圧するようにするために待ち時間や立上
り時間が必要となり、駆動効率を低下し、生産性を阻害
するというデメリットがあった。

さりながら、先述した如くワーク 9に対するウオーター
ジェット11を介しての切断等は、その使用条件による最
適圧力の高圧水供給が必要であるために、実稼動に際し
てはアキュームレータ 7や圧抜きバルブ12、更には増圧
ユニット 3等を配設して高圧水の昇圧や減圧を頻繁に行
わざるを得ないという避けられないマイナス点があっ
た。

〈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ウオータ
ージェットのワーク対するノズルからの噴出による切断
等に用いる高圧水の昇圧プロセスにおける高圧回路の疲
労破壊、シール機能低下等の問題点を解決すべき技術的
課題とし、ウオータージェットによるワーク切断等の様
々な利点を何等削減することなく有効に利用することが
出来、そのうえ、増圧ユニットによる高圧水の昇圧の元
圧を維持しながらノズルユニットのトーチの要求高圧を
現出することが出来るようにし、しかも、昇圧プロセス
に於ける高圧部品の疲労破壊やシール機能低下等を防止
することが出来るようにして各種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高圧水の減圧装置を備
えたウオータージェット加工装置を提供せんとするもの
である。

〈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、水道水
源に接続されたポンプ等の給水ユニットにより水道水を
油圧シリンダ等の増圧ユニットに送給し、該増圧ユニッ
トは油圧制御機構等により連続的、且つ、平滑裡に所定
の高圧水を連続してノズルユニットのトーチに供給する
ことが出来るようにし、該トーチから当該所定高圧の高
圧水をワークに対してウオータージェットとして噴出
し、該ワークを所定に切断等するようにし、而して、ト
ーチのノズルによるウオータージェットの噴出による切
断等がワークやノズルのウオータージェットに対する要
求条件により供給する高圧水の圧力を所定圧力に減圧し
なければならない時には増圧ユニットからトーチに接続
した昇圧配管中途に設けられたオンオフバルブと可変オ
リフィス、或は、固定オリフィスとの組合せによるオン
オフバルブのオンオフ制御、及び、オリフィスによる絞
りにより所定圧力に減圧し、しかも、昇圧配管に於ける
基部側の増圧ユニットからの元圧は常に一定に維持され
るようにして高圧部品のアキュームレータやスイーベル
ジョイント、或は、オンオフバルブや高圧配管等の疲労
破壊やシール機能低下が生じないようにした技術的手段
を講じたものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を第１乃至６図に従って
説明すれば以下の通りである。

尚、第７図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。

第１乃至３図に示す実施例において、増圧ユニット 3に
は第６図に示す在来態様同様に、水道水源に接続された
ポンプ等の給水ユニットが接続されて給水が所定の高圧
水に昇圧されて高圧配管12を介しアキュームレータ 7、
スイーベルジョイント 6を通り所定の固定オリフィス13
から第二のオンオフバルブ14′を通ってノズルユニット
のトーチ10に接続されて高圧水のウオータージェット11
を図示しないワークに対してノズル16より噴出するよう
にされている。

そして、この出願の発明においては高圧配管12のスイー
ベルジョイント 6の先から固定オリフィス13と第二のオ
リフィスバルブ14′との間にバイパス高圧配管12′が分
岐して接続され、その中途には第一のオンオフバルブ14
が介装されている。

そして、増圧ユニット 3からトーチ10にかけての高圧水
の送給を当該トーチ10、及び、ワークに対する切断条件
により供給高圧水の圧力を減圧しなければならない場合
においては、第２図に示す様に、第一のオンオフバルブ
14を閉の状態にするこにとより、スイーベルジョイント
6を通過する高圧水は固定オリフィス13を通って第二の
オンオフバルブ14′を経てトーチ10に送給されてワーク
に対しノズル16よりウオータージェット11を噴出するよ
うにされる。

したがって、かかる態様においては増圧ユニット 3の元
圧はそのまま維持されて第一のオンオフバルブ14と固定
オリフィス13の部位に於いて所定に減圧されるようにさ
れるのである。

而して、第二段的に第３図に示す様に、第一のオンオフ
バルブ14を開にセットすると、スイーベルジョイント 6
を通過する高圧水は固定オリフィス13の絞り量に応じて
高圧配管12、及び、バイパス高圧配管12′に分配されて
第二のオンオフバルブ14′を経てノズル16からウオータ
ージェット11としてワークに対し噴出され、第一のオン
オフバルブ14と固定オリフィス13により、当該ノズル16
の要求圧力に減圧された高圧水が送給されてアキューム
レータ 7、及び、スイーベルジョイント 6には増圧ユニ
ット 3の元圧が維持された状態となる。

したがって、当該実施例においては増圧ユニット 3から
の高圧配管12に於けるアキュームレータ 7やスイーベル
ジョイント 6の高圧部品には、当該増圧ユニット 3の高
圧状態の元圧が維持されたものとなってノズル16の要求
高圧の高圧水が供給されることになり、設計条件にマッ
チングする切断がワークに対して最適になされるもので
ある。

而して、複数本のトーチ10，10を用いたり、或は、１本
のトーチ10により複数条件のワークに対する当該ワーク
毎の切断を行う場合には、例えば、第４図に示す実施例
の様に、高圧配管12からバイパス高圧配管12′，12′…
を分岐接続させて各々固定オリフィス13，13…、及び、
第一のオンオフバルブ14，14…（当該実施例に於いては
３基複段に併設し）、第二のオンオフバルブ14′に接続
させ各々その中途に電磁式の開閉切替えバルブ15を介装
して選択的に該ワークの切断条件に応じて減圧された高
圧水を供給し、この場合、上述実施例同様に増圧ユニッ
ト 3からの高圧配管12には該増圧ユニットの元圧が維持
されるようにすることが可能であり、上述実施例同様
に、トーチ10の使用条件に応じて減圧された高圧水を送
給するにもかかわらず、高圧配管12には増圧ユニット 3
の元圧が維持されるために、アキュームレータ 7やスイ
ーベルジョイント 6等や高圧配管12の疲労破壊やシール
機能低下によるリーク発生等が防止されるものである。

そして、上述２実施例はオリフィスとして固定オリフィ
ス13を用いることにより、第一のオンオフバルブ14との
組合せにおいて、その絞りがあらかじめ一定にされたま
まであるが、これに対し第５図に示す実施例は、オリフ
ィスとして可変オリフィス13′を介装し、第一のオンオ
フバルブ14の開閉に応じて当該可変オリフィス13′の絞
りをコントロールすることにより、トーチ10の要求圧力
が変化しても、これに手動、或は、自動的に制御する高
圧の高圧水を最適条件にて送給することが出来るように
した態様である。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、固定オリフィスと
組合せする第一のオンオフバルブに対してトーチの要求
高圧条件をダイヤルゲージ式にした機構でセットした
り、可変オリフィスにあってはトーチの要求高圧水に適
合するように自動セッティング装置を接続する等種々の
態様が採用可能である。

又、適用対象は純粋のウオータージェットばかりでなく
高圧水に研磨材等を混入する所謂アブレイシブウオータ
ージェット噴出にも適用出来る等設計変更も自在である
ことも勿論のことである。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、高圧水噴出を用いるノ
ズルやアブレイシブウオータージェット等によるワーク
の切断や切削加工等において、水道水等の給水ユニット
に接続される油圧シリンダ等の増圧ユニットから延設さ
れる高圧配管がアキュームレータやスイーベルジョイン
ト等の高圧部品を介装してノズルユニットのトーチに接
続されて高圧水をワークに対して噴出する高圧水送給プ
ロセスにてトーチの近傍に於いてのみ当該トーチの要求
高圧にまで減圧された高圧水を送給し、しかも、増圧ユ
ニットから先の高圧配管部分に於いては該増圧ユニット
の元圧が維持された状態となるので、トーチの使用条件
が変わっても、各高圧部品に於ける圧力変動が経時的に
頻繁に変化することがなく、したがって、当該高圧部品
や高圧配管に疲労破壊やシール不良によるリーク発生等
が防止されるという優れた効果が奏される。

又、アキュームレータは高圧水を蓄圧したり、放出した
りする必要がないために、圧力設定に要する立ち上がり
や待ち時間が不要となり、稼動効率が向上し、生産性が
向上するという効果も奏される。

更に、複数本のトーチや一本のトーチを複数使用条件の
ワークに対して使用するに際して、増圧ユニットの元圧
を変えることなくトーチ単独で圧力設定が可能となるた
めに待ち時間調整が不要となり、この点からも生産性が
向上するという効果が奏される。

又、耐久性が向上するためにプラントや各ユニットの寿
命が向上し、メンテナンス等が不要となり、ランニング
コストの低下にもつながるという利点がある。

しかも、ウオータージェットやアブレイシブウオーター
ジェットによるワーク切断の利点は何等損われることな
く生かすことが出来る効果もある。

そして、増圧ユニットの元圧が維持されるために、増圧
ユニットによる高圧水の数千キロや一万気圧等の超高圧
の高圧水現出が出来て、高硬度の連続製品等の切断や切
削等が可能になり、新素材や複合素材による製品の加工
が現出されるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１乃至６図はこの出願の発明の実施例の説明図であ
り、第１図は１実施例の原理的態様の要部模式回路図、
第２、３図はその減圧調整の部分模式図、第４図は別の
実施例の要部模式図、第５、６図は更に他の実施例の要
部の模式図、第７図は従来技術に基づくウオータージェ
ットの高圧ウオータージェットの高圧水回路図である。 2……給水ユニット 3……増圧ユニット 10……ノズルユニット（トーチ） 11……ウオータージェット 13，13′……オリフィス 13……固定オリフィス 13′……可変オリフィス 14，14′……オンオフバルブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】給水ユニットからの水を増圧ユニットを介
   し元圧を昇圧状態にしたままノズルユニットのトーチに
   圧送する高圧水送給回路を有し、加工条件に応じた高圧
   水に減圧する減圧装置を備えたウオータージェット加工
   装置であって、上記増圧ユニットからの昇圧状態の高圧
   水の元圧を維持する少くとも１組のオリフィスと第１の
   オンオフバルブからなる並列回路の減圧装置を、増圧ユ
   ニットと第２のオンオフバルブの間の高圧水送給回路に
   設けて、該トーチの要求水圧に減圧するようにしたこと
   を特徴とする高圧水の減圧装置を備えたウオータージェ
   ット加工装置。
2. 【請求項２】上記オリフィスと第１のオンオフバルブか
   らなる並列回路の減圧装置を並列複数にしてトーチに選
   択的に減圧した高圧水を送給するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の高圧水の減圧装置を
   備えたウオータージェット加工装置。
3. 【請求項３】上記オリフィスと第１のオンオフバルブか
   らなる並列回路の減圧装置が可変オリフィスとオンオフ
   バルブとの組合せであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高圧水の減圧装置を備えたウオータージ
   ェット加工装置。
4. 【請求項４】上記オリフィスと第１のオンオフバルブか
   らなる並列回路の減圧装置が固定オリフィスとオンオフ
   バルブとの組合せであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高圧水の減圧装置を備えたウオータージ
   ェット加工装置。
5. 【請求項５】上記固定オリフィスとオンオフバルブと組
   合せからなる減圧装置がノズルを有するトーチごとに対
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の高圧水の減圧装置を備えたウオータージェット加工
   装置。