JPH10180700A - ウォータージェット式切断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォータージェットノズルを動かすことによ
る危険性及びキャッチャの配置の問題を解消する。 【解決手段】 切断装置ハウジング１の内部に取り付け
られたウォータージェットノズル２と、切断装置ハウジ
ング１内にウォータージェットノズル２から噴射された
ウォーターを受けて回収するキャッチャ３と、切断装置
ハウジング１の外部にベースが固定され、先端のハンド
でワーク１４を把持して切断装置ハウジング１内部のウ
ォータージェット１５によりワーク１４の湯口や湯道等
の切断加工を行うロボット８とを備えたウォータージェ
ット式切断装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物工場等におい
て、鋳出しの後工程で鋳物から製品を取り出すため、ウ
ォータージェットを利用して湯口や湯道等の切断を行う
ための方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳物の湯口や湯道等の切断は、帯
鋸やグラインダ等を使用し、人手作業で行っていた。帯
鋸を使用した場合、湯道部分で製品が曲線になると、切
断刃物が曲線に沿わなくなり、無理して曲線に沿わせよ
うとすると鋸が折れるおそれがあり、非常に危険であっ
た。一方、機械的工具を使用しない、ウォータージェッ
トによる研削装置が各種提案されている。特開平８−８
５０６３号公報には、ロボットの先端にノズルを取り付
け、ノズルから砥粒と水との混合物であるアブレイシブ
ウォータージェットを被加工物に噴射して疵を研削して
除去するウォータージェット装置が開示されている。ま
た、特開平８−８５０６４号公報には、ロボットの先端
にノズルを取り付けたウォータージェット装置をハウジ
ング内に収納して、安全性を向上させた装置が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
ウォータージェット装置は、ワークを固定し、ロボット
により把持されたノズルを動かして切断作業を行うもの
であるため、位置や姿勢により、ノズルから噴射された
ウォータージェットの方向が変化し、安全性に問題があ
るとともに、ウォータージェットを回収するキャッチャ
の配置にも困難な面があった。そこで本発明は、ウォー
タージェットノズルを動かすことによる危険性及びキャ
ッチャの配置の問題を解消することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のウォータージェット式切断装置は、切断装
置ハウジングの内部に取り付けられたウォータージェッ
トノズルと、前記切断装置ハウジング内に前記ウォータ
ージェットノズルから噴射されたウォーターを受けて回
収するキャッチャと、前記切断装置ハウジングの外部に
ベースが固定され、先端のハンドでワークを把持して前
記切断装置ハウジング内部のウォータージェットにより
ワークの湯口や湯道等の切断加工を行うロボットとを備
えたものである。また、本発明のウォータージェット式
切断方法は、ウォータージェットノズルを切断装置ハウ
ジングの内部に固定し、ロボットのハンドでワークを把
持して所定の切断作業を行うものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のウォータージェット式切
断装置においては、次の実施形態がある。 （１） ウォータージェットノズルとキャッチャの間に
コ字状切欠部を有する切断テーブルを設け、この切断テ
ーブルの前記コ字状切欠部に、製品切断寸前に進入して
キャッチャへの製品落下を防止する開閉蓋を設ける。 （２） 開閉蓋の中心線上に、空噴射中でもキャッチャ
にジェットを取り込むことのできる溝を設ける。 （３） 切断テーブルを中央部を支点として両側いずれ
の方向に対しても傾斜可能に構成し、製品の排出側と廃
棄品の排出側のいずれかに前記切断テーブルを傾斜する
手段を設ける。 本発明のウォータージェット式切断方法においては、次
の実施形態がある。 （１） ノズルを高位置で使用して切断するに際して、
ウォータージェットの切口面の傾斜に応じてワークを傾
けて垂直切断を行う。 （２） ２本のウォータージェットノズルを設け、第１
のウォータージェットノズルでワークに溝を加工し、第
２のウォータージェットノズルで前記溝を切断する。 （３） 第２のウォータージェットノズルを可動式と
し、第１のウォータージェットノズルのみ使用する場合
は前記第２のウォータージェットノズルを退避させてお
く。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明のウォータージェットの湯口や湯道等
の切断システムの説明図、図２は本発明のウォータージ
ェットの湯口や湯道等の切断システムの平面配置図であ
る。これらの図において、１はウォータージェットノズ
ル２を収納した切断装置ハウジングであり、ノズル２の
下部にはウォータージェットを受け回収するキャッチャ
３が配置されている。４は切断後の廃棄品１３を廃棄品
回収箱２０に排出するテーブル、５はテーブル４のコ字
状切欠部を切断作業の前後で開閉する開閉蓋、６はノズ
ル２に高圧水を供給する高圧ポンプ、７はワークストッ
カ１６に収納されたワーク１４を手首先端のツール１０
で把持して位置決め装置９上に所定の姿勢で位置決めす
るための位置決めロボット、８は位置決め装置９上のワ
ークをツール１１で把持してウォータージェットノズル
２で切断作業を行うための切断作業ロボット、１７は切
断作業後の製品１２を収納するための製品ストッカ、１
８及び１９は空箱排出装置である。図１において、ワー
ク１４は位置決めロボット７の手首に取り付けたツール
１０によりワークストッカ１６から位置決め装置９へ移
動され、装置が動作してワーク１４は先端位置の決定と
芯出しと方向の修正が行われる。位置決めが終わったワ
ーク１４は切断作業ロボット８の手首に取り付けたツー
ル１１により製品１２をハンドで掴む。ツール１１は切
断装置ハウジング１の内部にあるノズル２の方向に移動
する。ワーク１４はジェット１５に当てられ切断が開始
する。また、ジェット１５はキャッチャ３に向かって噴
射する。切断が終わると開閉蓋５が閉じるので、廃棄品
１３はテーブル４を伝わって廃棄品回収箱２０に落とさ
れる。一方、廃棄品１３がなくなったツール１１に把持
した製品１２はハウジング１の外に出され、製品ストッ
カ１７にハンドリングされる。

【０００７】図３はウォータージェットの切断片排出方
法の説明図、図４及び図５はウォータージェットの切断
片投入方法の説明図である。ウォータージェットによる
切断の場合、切断片はジェットノズル下部のキャッチャ
にジェット噴流と共に投下される。切断片は切断後、そ
の都度キャッチャの外へ排出するが、鋳物の多数個取り
では更に面倒を究めた。また切断片の中から製品部と廃
棄部を区別することは非常に困難である。そこで、図３
〜図５に示す実施例では、切断片がウォータージェット
のキャッチャに噴流と共に投下されることを防止するよ
うにしている。図３において、キャッチャ３の上部のテ
ーブル４の中央にコ字状切欠４ａを設け、シリンダ２３
によりコ字状切欠４ａを開閉蓋５で開閉できるようにす
る。この開閉蓋は５は、切断時は開いてウォータージェ
ットの噴流がキャッチャ３内に落ちるようにし、切断後
は切断片がキャッチャ３に落下しないように閉じるよう
にする。加工材がないときコ字状切欠４ａは閉じるがノ
ズル２の動作を停止できない時にウォータージェット噴
流が直接開閉蓋５に当たらないように、開閉蓋５にはウ
ォータージェット噴流を通す溝５ａを設けておく。テー
ブル４は、軸受２１により中央部を支持されていてシリ
ンダ２２により左右に傾斜できるようになっている。図
４及び図５において、例えば切断された製品１２を製品
箱２４に入れるにはシリンダ２２によりテーブル４を右
回転して切断片を投入する。廃棄品１３を廃棄品回収箱
２０に入れるにはシリンダ２２によりテーブル４を左回
転して切断片を投入する。この実施例によれば、ロボッ
トがワークを持つウォータージェット切断において、製
品あるいは廃棄品の何れかをロボットが把持しても切断
片はキャッチャ３内に落ちない。また切断テーブル４の
傾斜を利用することにより製品１２と廃棄品１３の投入
方向を区別できる。

【０００８】次に、図１に示した位置決め装置９の実施
例を図６〜図９に示す。鋳物部品の位置決めを行う場
合、片端部の面を基準にすると鋳肌はミリ単位で変化す
るため１ｍｍ単位以下の位置決め精度は出ない。また両
端部を基準にしたサーボモータを利用した方法も鋳物の
外郭の表面精度の影響を受けてしまう。そのことにより
１ｍｍ単位以下の位置決め精度は出なかった。本実施例
では、鋳物部品の位置決めにおいて芯ズレと位置ズレに
なることを防止するもので、２本の静止ピンで鋳物部品
の先端位置を決定し、可動ピンで芯出しと方向の修正を
同時に行うようにしたものである。図６及び図７は２本
の静止ピンの外受けによる位置決め方法の説明図であ
る。図６及び図７において、位置決め治具の可動ピン３
３がａの位置のとき、プレート３７上の静止ピン３１と
静止ピン３２間にワーク１４の凸部３８を入れる。この
とき、静止ピン３１と静止ピン３２はワーク１４に接触
していない。次にシリンダ３５を作動させ、ロッド３４
を伸ばして可動ピン３３を動かしワーク１４の凹部３９
を押しながらｂの位置までストロークＬ移動する。この
とき、静止ピン３１と静止ピン３２と可動ピン３３は全
てワーク１４に接触して位置決めが完了する。図８及び
図９は本発明の２本の静止ピンの内受けによる位置決め
方法の説明図である。図８及び図９において、図６及び
図７と方法は同一であるが、静止ピン３１、３２により
ワークを内受けする点が相違する。本実施例によれば、
位置決め治具に２本の静止ピン３１、３２と１本の可動
ピン３３を使用した３点支持による芯出しと方向の修正
を行う高精度の位置決めが可能になる。

【０００９】図１０及び図１１は本発明のロボットのハ
ンドリングに関する製品掴み爪の実施例を示す斜視図及
び位置決め方法と掴み位置に関係を示す説明図である。
複数個の製品を取り出すウォータージェット切断ではワ
ークの製品部と廃材部を区別することなく掴んでいた。
切断後はキャッチャ落下されるため製品と廃材をキャッ
チャから拾い上げなければならなかった。キャッチャで
は製品と廃材を区別することも難しく、製品だけを取り
出すのも困難である。個々の把持が不充分であると、複
数個の製品が廃材品を介してつながっている場合、製品
１個を切断した時、切断しなかった部分の姿勢が変化す
る。また切断した製品１個も方向が変わる。切断後の製
品箱への搬出方向が変化するため次工程の自動化がが難
しくなる。そこで、本実施例では、鋳物品を複数個の製
品に分割する時、製品の個々について切断時と切断後の
姿勢が変化しないよう製品１つ１つを充分に把持するこ
とができるようにした。図１０において、ロボット８の
手首４１にフレーム４２を取り付け、ハンド４３とハン
ド４４を取り付ける。更にハンド４３には２個爪４５と
１個爪４６が取り付けられている。ワーク１４の掴みは
内側を１個爪先４６ａとし外側を２個爪先４５ａにて製
品１４ａを把持する。製品１４ｂの把持も同様にしてハ
ンド４４の２個爪４７と１個爪４８及び各爪先４７ａ、
４８ａで行われ、製品１４ａとは個別に行われる。図１
１において、位置決め装置による位置決めと本実施例に
よる掴み位置の関係を示す。本実施例によれば、ウォー
タージェットによる切断時にかかるモーメントに耐え、
掴み始めの状態を切断後も維持できる。掴み爪の表面
は、製品凸面に対しては凹面で対応することにより滑り
の防止にも役立つ。ウォータージェットによる切断の多
数個製品取りにおいて、廃材品は落下させ、多数個の製
品は製品箱に搬出する方法は多数個取り鋳物工場で最適
と考えられる。

【００１０】次に、本発明に係るウォータージェットノ
ズルによるワークの切断方法について説明する。ウォー
タージェットによる切断の場合、切断速度が最適の場
合、図１２（ａ）に示すようにワーク１４の切り口上面
幅１４ｃと切り口下面幅１４ｄはほぼ等しいが、切断速
度が速い場合、１２図（ｂ）に示すように切り口上面幅
１４ｃは切り口下面幅１４ｄより大きくなる。また切断
速度が遅い場合は図１２（ｃ）に示すように切り口上面
幅１４ｃは切り口下面幅１４ｄより小さくなる。ここで
問題となるのは、切断時間を短縮するために切断速度を
上げたり、ノズルからの切断面までの距離が大きい等の
場合の、図１２（ｂ）に示すように切断幅の差が大きく
なり切断面に大きなテーパが付くことである。このよう
な場合、図１３（ａ）に示すように製品１２と廃棄品１
３を切り離すためにノズル２を廃棄品１３に対して垂直
に当てると製品１２に角度θが付く。そこで、本発明で
は、図１３（ｂ）に示すようにワーク１４を把持してい
るロボットのハンドを予め角度θ傾けて切断作業を行う
と、製品１２側は垂直に切断される。このとき、廃棄品
１３の切断部の角度は２倍になるが、廃棄品側であるの
で何ら問題は生じない。このように、ロボット側でワー
クの傾きがθになるように姿勢を制御することにより、
製品部分の垂直切断が可能になった。これは、特に、多
量生産部門における生産性が要求される工場で最適と考
えられる。さらに、切断速度を積極的に上げることがで
きるため、その結果、ウォータージェットのエネルギー
の殆どを被加工物の切り口上面から下面に至るテーパ部
で吸収できるし、切断部を通過する噴射エネルギーを小
さく抑えることができる。そのため、キャッチャ内の整
流格子や緩流用鋼球の摩耗が減少しメンテナンスが容易
になる。

【００１１】図１４〜図１９は本発明におけるツインノ
ズルの実施例を示すものである。ウォータージェットを
使用して鉄系金属類及び非金属を切断する場合、ノズル
は、鉄系金属類に対してはアブレイシブノズルを使い、
非金属に対してはウォータージェットノズルを使うが、
それぞれ１個のノズルを使用していた。ノズルを１個使
用したウォータージェットでは、切断が不充分であった
り切り口が溝状になった場合、加工速度は落とさなけれ
ばならない。加工速度を落とすと生産性が下がり、多量
生産に適さなくなる。そこで、生産性が要求されるもの
に対しては、加工速度を上げる工夫が必要になる。図１
４は本発明のウォータージェットのツインノズルによる
切断の立体説明図、図１５はウォータージェットのツイ
ンノズル平行配置の正面図、図１６はウォータージェッ
トのツインノズル傾斜配置の正面図である。図１４にお
いて、第１のアブレイシブノズル２Ａと第２のアブレイ
シブノズル２Ｂはそれぞれ取り付け板５１と取り付け板
５２に固定されている。ロボット８に取り付けられた爪
８ａで掴んだワーク１４をウォータージェット本体の手
前からロボット８で移動させる。ワーク１４は第１のア
ブレイシブノズル２Ａで溝状に掘り起こされ、次いで第
２のアブレイシブノズル２Ｂで切断を完了する。図１５
において、第１のアブレイシブノズル２Ａと第２のアブ
レイシブノズル２ＢのノズルピッチＬ１を示す。図１６
において、第１及び第２のアブレイシブノズル２Ａ及び
２Ｂをそれぞれθ１及びθ２傾けた場合の第１のアブレ
イシブノズル２Ａと第２のアブレイシブノズル２Ｂのノ
ズルピッチＬ２を示す。このように、第１及び第２のア
ブレイシブノズル２Ａ及び２Ｂを傾けることにより図１
５のノズルピッチＬ１よりもノズルピッチＬ２が短くな
る。このノズルピッチの長短による作用の相違を図１７
及び図１８に示す。

【００１２】図１７はウォータージェットのツインノズ
ルによる直線部切断のノズルピッチと切断軌跡を示す。
この図から、ノズルピッチが短いほうが、切断終わりの
部分の長さが短くなり、効率的であることが分かる。図
１８は曲線部切断の軌跡を示す。この図から、ノズルピ
ッチがＬ２のようにＬ１より短いほうが、小回りが利く
ことが分かる。ノズルピッチが大きいと、曲率が小さい
曲線の切断ができない。本実施例によれば、ツインノズ
ルを用いることにより、ウォータージェットにより切断
を行う時、従来方法の１個のノズルと比較して約２倍の
切断速度を得ることができる。アブレイシブノズルのよ
うにノズル外径が大きい（４０ｍｍ）場合は、２個のノ
ズル先端部分を角度をつけて突き合わせる方法を取るこ
とによりノズルピッチを小さくできるため、小半径の切
断加工が可能になる。なお、図１９に示すように、第１
のノズルのみで加工する場合があるので、第１のノズル
２Ａは固定式とし、第２のノズル２Ｂは退避させてお
き、ツインノズルで使用する場合は第２のノズル２Ｂを
加工位置まで移動させることで、ツインノズルとシング
ルノズルの加工を兼用することができる。

【００１３】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、下記
の効果を奏する。 （１）ウォータージェットノズルを固定し、ワークをロ
ボットで把持して切断作業を行うので、ウォータージェ
ットノズルを動かすことによる危険性及びキャッチャの
配置の問題を解消することができる。またキャッチャの
小型化を図ることができる。 （２）ウォータージェットノズルとキャッチャの間にコ
字状切欠部を有する切断テーブルを設け、この切断テー
ブルのコ字状切欠部に、製品切断寸前に進入してキャッ
チャへの製品落下を防止する開閉蓋を設けたことによ
り、製品あるいは廃棄品の何れかをロボットが把持して
も切断片はキャッチャ内に落ちず、また切断テーブルの
傾斜を利用することにより製品と廃棄品の投入方向を区
分できる。 （３）ノズルを高位置で使用して切断するに際して、ウ
ォータージェットの切口面の傾斜に応じてワークを傾け
て垂直切断を行うことにより、一般に使用されるウォー
タージェットの切断能力である表面精度と切断速度を落
とすことなく、切断面が低い場合の高位置でのノズル使
用による加工が可能になった。 （４）２本のウォータージェットノズルを設け、第１の
ウォータージェットノズルでワークに溝を加工し、第２
のウォータージェットノズルで前記溝を切断することに
より、従来方法の１個のノズルと比較して約２倍の切断
速度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウォータージェットの湯口や湯道等の
切断システムの斜視図である。

【図２】本発明のウォータージェットの湯口や湯道等の
切断システムの平面図である。

【図３】ウォータージェットの切断片排出方法の説明図
である。

【図４】ウォータージェットの切断片投入方法の説明図
である。

【図５】ウォータージェットの切断片投入方法の説明図
である。

【図６】２本の静止ピンの外受けによる位置決め方法の
説明図である。

【図７】２本の静止ピンの外受けによる位置決め方法の
説明図である。

【図８】２本の静止ピンの内受けによる位置決め方法の
説明図である。

【図９】２本の静止ピンの内受けによる位置決め方法の
説明図である。

【図１０】本発明のロボットのハンドリングに関する製
品掴み爪の実施例を示す斜視図である。

【図１１】本発明のロボットのハンドリングに関する位
置決め方法と掴み位置に関係を示す説明図である。

【図１２】切断速度によるワークの切り口上面幅と切り
口下面幅の関係を示す説明図である。

【図１３】ワークを傾けない従来の工法による切断部断
面と本発明によりワークを傾けた場合の切断部断面を示
す説明図である。

【図１４】本発明のウォータージェットのツインノズル
による切断の立体説明図である。

【図１５】ウォータージェットのツインノズル平行配置
の正面図である。

【図１６】ウォータージェットのツインノズル傾斜配置
の正面図である。

【図１７】ウォータージェットのツインノズルによる直
線部切断のノズルピッチと切断軌跡を示す説明図であ
る。

【図１８】ウォータージェットのツインノズルによる曲
線部切断の軌跡を示す説明図である。

【図１９】ツインノズル配置の他の例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 切断装置ハウジング、２，２Ａ，２Ｂ ノズル、３
キャッチャ、４ テーブル、５ 開閉蓋、６ 高圧ポ
ンプ、７ 位置決めロボット、８ 切断作業ロボット、
９ 位置決め装置、１０，１１ ツール、１２ 製品、
１３ 廃棄品、１４ ワーク、１５ ジェット、１６
ワークストッカ、１７ 製品ストッカ、１８，１９ 空
箱排出装置、２０ 廃棄品回収箱、２１ 軸受、２２，
２３ シリンダ、２４ 製品箱、３１，３２ 静止ピ
ン、３３ 可動ピン、３４ ロッド、３５ シリンダ、
３７ プレート、３８ 凸部、３９ 凹部、４１ 手
首、４２フレーム、４３，４４ ハンド，、４５，４７
２個爪、４６，４８ １個爪、４５ａ，４６ａ，４７
ａ，４８ａ 爪先、５１，５２ 取り付け板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切断装置ハウジングの内部に取り付けら
   れたウォータージェットノズルと、前記切断装置ハウジ
   ング内に前記ウォータージェットノズルから噴射された
   ウォーターを受けて回収するキャッチャと、前記切断装
   置ハウジングの外部にベースが固定され、先端のハンド
   でワークを把持して前記切断装置ハウジング内部のウォ
   ータージェットによりワークの湯口や湯道等の切断加工
   を行うロボットとを備えたことを特徴とするウォーター
   ジェット式切断装置。
2. 【請求項２】 ウォータージェットノズルとキャッチャ
   の間にコ字状切欠部を有する切断テーブルを設け、この
   切断テーブルの前記コ字状切欠部に、製品切断寸前に進
   入してキャッチャへの製品落下を防止する開閉蓋を設け
   たことを特徴とする請求項１記載のウォータージェット
   式切断装置。
3. 【請求項３】 開閉蓋の中心線上に、空噴射中でもキャ
   ッチャにジェットを取り込むことのできる溝を設けたこ
   とを特徴とする請求項２記載のウォータージェット式切
   断装置。
4. 【請求項４】 切断テーブルを中央部を支点として両側
   いずれの方向に対しても傾斜可能に構成し、製品の排出
   側と廃棄品の排出側のいずれかに前記切断テーブルを傾
   斜する手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のウ
   ォータージェット式切断装置。
5. 【請求項５】 ウォータージェットノズルを切断装置ハ
   ウジングの内部に固定し、ロボットのハンドでワークを
   把持して所定の切断作業を行うウォータージェット式切
   断方法。
6. 【請求項６】 ノズルを高位置で使用して切断するに際
   して、ウォータージェットの切口面の傾斜に応じてワー
   クを傾けて垂直切断を行うことを特徴とする請求項５記
   載のウォータージェット式切断方法。
7. 【請求項７】 ２本のウォータージェットノズルを設
   け、第１のウォータージェットノズルでワークに溝を加
   工し、第２のウォータージェットノズルで前記溝を切断
   することを特徴とする請求項５記載のウォータージェッ
   ト式切断方法。
8. 【請求項８】 第２のウォータージェットノズルを可動
   式とし、第１のウォータージェットノズルのみ使用する
   場合は前記第２のウォータージェットノズルを退避させ
   ておくことを特徴とする請求項７記載のウォータージェ
   ット式切断方法。