KR100827428B1

KR100827428B1 - 워터젯 시스템

Info

Publication number: KR100827428B1
Application number: KR1020060135085A
Authority: KR
Inventors: 정삼룡; 한송수; 이상헌; 이계영; 안홍락; 김영조; 배욱관; 성대현; 이동현
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-05-06

Abstract

본 발명은 암반 등의 소재를 정확하게 절삭가공할 수 있는 워터젯 시스템을 개시한다. 본 발명은 베이스와, 베이스의 일측에 회전할 수 있도록 장착되어 있으며 유체를 수송하는 가늘고 긴 파이프와, 파이프의 선단에 장착되어 있고 워터젯을 분사하는 하나 이상의 노즐구멍을 갖는 노즐과, 베이스에 장착되어 있고 파이프를 일방향으로 회전시키는 회전구동수단과, 베이스에 외면 후방이 고정되어 있으며 파이프가 수용되는 보어를 가지고 선단에 노즐이 회전할 수 있도록 장착되어 있는 서포팅파이프로 구성된다. 본 발명에 의하면, 암반 등의 소재에 대하여 워터젯을 분사하는 노즐이 스윙운동되어 소재에 슬롯을 정밀하게 절삭가공할 수 있다. 또한, 물과 연마재 등의 유체를 수송하는 파이프의 강성이 보강되어 진동 및 휨변형이 방지됨으로써, 암반 등의 소재를 정밀하게 절삭가공할 수 있다. 그리고 노즐로부터 분사되는 워터젯의 주위에 워터젯을 둘러싸는 에어커튼이 형성되어 절삭효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

워터젯 시스템{WATER JET SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 워터젯 시스템이 산업용 차량의 일례로 지게차에 탑재되어 있는 구성을 나타낸 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 워터젯 시스템의 구성을 나타낸 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 워터젯 시스템의 구성을 나타낸 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 워터젯 시스템에서 파이프, 서포팅파이프, 회전구동장치와 스윙장치의 구성을 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 워터젯 시스템에서 파이프의 스윙운동을 설명하기 위하여 나타낸 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 워터젯 시스템에서 파이프, 노즐과 서포팅파이프의 구성을 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 워터젯 시스템에서 보강수단의 다른 예로 서포팅바들의 구성을 나타낸 평면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 베이스 20: 파이프

40: 노즐 44: 노즐구멍

50: 오리피스튜브 52: 공기구멍

56: 에어커튼 60: 회전구동장치

62: 서보모터 64: 기어장치

70: 스윙장치 72: 마운팅플레이트

74: 서보모터 76: 기어장치

80: 보강수단 82: 서포팅파이프

90: 서포팅바 100: 운동장치

110: Y축 리니어모션 액츄에이터 112: Y축 아암

116: 서보모터 118: 벨트전동장치

120: 커플러 122: 리니어모션 가이드

130: X축 리니어모션 액츄에이터 132: X축 아암

136: 서보모터 138: 벨트전동장치

140: 커플러 142: 리니어모션 가이드

본 발명은 워터젯 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암반 등의 소재를 정확하게 절삭가공할 수 있는 워터젯 시스템에 관한 것이다.

워터젯 시스템은 고압의 워터젯을 분사하여 다양한 소재의 천공, 파쇄, 절단, 구조물의 표면 절삭가공 등을 수행한다. 워터젯은 굴착공법, 발파공법에 비하여 저소음, 전진동, 저분진 및 공기단축 등의 많은 장점을 보유하기 때문에 암반, 콘크리트 구조물 등의 천공, 파쇄, 절단이 요구되는 토목, 건축 분야에 활발하게 적용되고 있다.

워터젯 시스템의 워터젯은 첨가제의 유무에 따라 순수 워터젯(Continous Water Jet)과 연마재 워터젯(Abrasive Water Jet)으로 구분되고 있으며, 수류의 형성 방법에 따라 캐비테이팅 워터젯(Cavitating Water Jet)과 펄스식 워터젯 (Pulsed Water Jet)으로 구분되고 있다. 현재 가장 널리 이용되고 있는 연마재 워터젯은 절삭력이 우수한 연마재를 워터젯에 투입한 것으로 연마재를 물과 함께 노즐에 주입하는 인젝션 타입(Injection type)과 연마재와 물을 혼합하여 슬러리(Slurry)로 만들어 주입하는 서스펜션 타입(Suspension type)이 있다.

이와 같은 워터젯 시스템은 한국공개특허공보 특2003-0026758호, 한국등록특허공보 제10-0414681호, 미국특허공보 제6,676,486호, 제6,789,748호 등 많은 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 이 문헌들의 워터젯 시스템은 액체를 수송하는 파이프의 선단에 노즐이 장착되어 워터젯을 분사하도록 구성되어 있다.

그러나 상기한 문헌들의 워터젯 시스템을 포함하는 모든 종래기술의 워터젯 시스템은 암반, 콘트리트 구조물 등의 다양한 절삭가공을 위하여 유체의 통로를 제공하는 비교적 길이가 긴 파이프의 선단에 노즐을 장착하여야 하기 때문에 여러 가지 많은 난제가 수반되고 있다.

첫째, 암반의 천공 시 천공 깊이를 증가시키기 위하여 파이프의 길이를 길게 하는 것이 유리하다. 그러나 노즐이 장착되는 파이프의 선단이 자유단으로 되기 때 문에 파이프의 길이가 증가되는 것에 비례하여 파이프의 선단에서 진동이 크게 발생되고, 노즐이 암반의 구멍에 접촉되어 천공 깊이가 제한되는 문제가 있다.

둘째, 암반의 슬롯팅(Slotting) 시 노즐은 리니어모션 액츄에이터(Linear Motion Actuator)의 작동에 의하여 절삭가공의 시점과 종점 사이를 직선왕복운동하고 있다. 그러나 파이프의 진동, 유체 및 분진이 많이 발생하는 암반의 절삭가공에서는 리니어모션 액츄에이터의 기구적인 오차에 의하여 직선왕복운동하는 노즐의 위치를 정확하게 제어하기 매우 곤란한 문제가 있다.

셋째, 리니어모션 액츄에이터의 리니어모션 가이드(Linear Motion Guide)에 유체 및 분진 등이 오염될 경우, 리니어모션 가이드의 오염 구간에서 직선왕복운동하는 노즐의 위치 편차에 의한 암반의 절삭 편차가 발생된다. 특히, 암반의 천공 깊이가 깊어질수록 암반의 절삭 편차에 의하여 노즐이 슬롯의 내면에 접촉되어 직선왕복운동 및 슬롯 안으로의 진입이 불가능해지는 문제가 있다. 또한, 노즐이 슬롯의 내면에 접촉되면서 하중을 부여받아 파이프의 휨변형과 리니어모션 액츄에이터의 고장이 빈번하게 발생되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 암반 등의 소재에 대하여 워터젯을 분사하는 노즐을 스윙운동시켜 슬롯을 정밀하게 절삭가공할 수 있는 워터젯 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 물과 연마재 등의 유체를 수송하는 파이프의 강성을 보강하여 진동 및 휨변형을 방지함으로써, 암반 등의 소재를 정밀하게 절삭가공 할 수 있는 워터젯 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 노즐로부터 분사되는 워터젯의 주위에 워터젯을 둘러싸는 에어커튼을 형성하여 절삭효율을 향상시킬 수 있는 워터젯 시스템을 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 베이스와; 베이스의 일측에 회전할 수 있도록 장착되어 있으며, 유체를 수송하는 가늘고 긴 파이프와; 파이프의 선단에 장착되어 있고, 워터젯을 분사하는 하나 이상의 노즐구멍을 갖는 노즐과; 베이스에 장착되어 있고, 파이프를 일방향으로 회전시키는 회전구동수단과; 베이스에 외면 후방이 고정되어 있으며 파이프가 수용되는 보어를 가지고 선단에 노즐이 회전할 수 있도록 장착되어 있는 서포팅파이프로 이루어지는 워터젯 시스템에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 워터젯 시스템에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1, 도 2와 도 6을 참조하면, 본 발명의 워터젯 시스템은 베이스(Base: 10)를 구비한다. 베이스(10)의 일측에 가늘고 긴 파이프(20)가 배치되어 있으며, 파이프(20)는 그 보어(Bore: 22)를 통하여 물, 연마재 등의 유체를 수송한다. 파이프(20)의 선단 내면에 나사구멍(24)이 형성되어 있다. 파이프(20)는 소 재(2), 예를 들어 암반(4)의 천공, 슬로팅 등의 절삭가공을 위하여 1m 이상의 길이로 구성될 수 있다.

도 1, 도 2와 도 4를 참조하면, 파이프(20)의 후단과 근접하는 외면은 베어링(26)에 의하여 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 베어링(26)은 베이스(10)의 상면에 고정되어 있다. 파이프(20)의 후단에는 로터리 조인트(Rotary Joint: 28)가 연결되어 있으며, 로터리 조인트(28)에는 물과 연마재의 수송을 위한 호스(Hose: 30)가 연결되어 있다. 호스(30)는 예를 들어 물과 연마재를 인젝션 타입 또는 서스펜션 타입에 의하여 공급하는 공지의 유체공급장치에 연결되어 있다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 파이프(20)의 선단에는 워터젯(W)을 분사하는 노즐(40)이 장착되어 있다. 노즐(40)의 몸체(42)를 가지며, 몸체(42)에는 하나 이상의 노즐구멍(44)이 형성되어 있다. 노즐구멍(44)은 노즐(40)의 중심축선(46)에 대하여 소정의 각도로 경사져 있고, 노즐구멍(44)의 전방에는 나사구멍(44a)이 형성되어 있다. 몸체(42)의 외면 후방에는 파이프(20)의 나사구멍(24)에 체결되는 나사(48)가 형성되어 있다.

노즐(40)의 노즐구멍(44)의 전방에 오리피스튜브(Orifice Tube: 50)가 장착되어 있으며, 오리피스튜브(50)의 오리피스(50a)를 통과하는 유체의 속도는 증가된다. 노즐(40)의 몸체(42)에 공기의 유로를 형성하는 하나 이상의 공기구멍(52)이 형성되어 있고, 공기구멍(52)은 오리피스튜브(50)의 전방에 공기를 공급할 수 있도록 노즐구멍(44)에 연결되어 있다. 노즐(40)의 나사구멍(44a)에 오리피스튜브(50)의 이탈을 방지하도록 나사(54)가 체결되어 있으며, 나사(54)의 중앙에 오리피스튜 브(50)의 오리피스(50a)와 정렬되도록 구멍(54a)이 형성되어 있다. 노즐(40)의 공기구멍(52)을 통하여 노즐구멍(44)에 공급된 후 분사되면서 워터젯(W)의 주위에 에어커튼(Air curtain: 56)이 형성되도록 공기를 분사한다. 몸체(42)의 외면에 부시(Bush: 58)가 끼워져 장착되어 있다. 도 6에는 두개의 노즐구멍(44)과 공기구멍(52)이 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 노즐구멍(44)과 공기구멍(52)의 개수 및 위치는 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

도 1, 도 2와 도 4를 다시 참조하면, 본 발명의 워터젯 시스템은 베이스(10)에 설치되어 파이프(20)를 일방향으로 회전시키는 회전구동장치(60)를 구비한다. 회전구동장치(60)는 서보모터(62)와 기어장치(64)로 구성되어 있다. 서보모터(62)는 베이스(10)의 일측에 장착되어 있으며 파이프(20)의 회전에 요구되는 구동력을 제공한다. 기어장치(62)는 파이프(20)와 서보모터(62) 사이에 배치되어 있고 서보모터(62)의 구동력을 파이프(20)에 전달한다. 기어장치(64)는 서보모터(62)의 축(62a)에 장착되어 있는 원동기어(64a)와, 파이프(20)의 외면 후방에 장착되어 있으며 원동기어(64a)와 맞물려 있는 종동기어(64b)로 구성되어 있다. 기어장치(64)는 서보모터(62)의 구동력을 파이프(20)에 전달하는 벨트전동장치로 구성될 수 있다.

도 1, 도 2, 도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 워터젯 시스템은 파이프(20)의 후단을 기준으로 파이프(20)를 스윙운동시키는 스윙장치(Swing Device: 70)를 구비한다. 스윙장치(70)는 마운팅플레이트(Mounting Plate: 72), 스윙모터(Swing Motor: 74)와 기어장치(76)로 구성되어 있다.

스윙장치(70)의 마운팅플레이트(72)는 베이스(10)의 하방에 배치되어 있다. 스윙모터(74)는 마운팅플레이트(72)의 일측에 장착되어 있으며 파이프(20)의 스윙운동에 요구되는 구동력을 제공한다. 기어장치(74)는 베이스(10)와 스윙모터(74) 사이에 배치되어 스윙모터(74)의 구동력을 파이프(20)에 전달한다. 기어장치(76)는 스윙모터(74)의 축(74a)에 연결되어 있는 입력축(76a)과 베이스(10)에 결합되어 있는 출력축(76b)을 갖는다. 스윙모터(74)가 주기적으로 정방향 또는 역방향으로 구동되면, 기어장치(76)의 출력축(76b)에 결합되어 있는 베이스(10)가 스윙운동되고, 베이스(10)에 장착되어 있는 파이프(20)와 함께 노즐(40)이 스윙운동된다.

도 1, 도 2와 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 워터젯 시스템은 파이프(20)의 강성을 보강하는 보강수단(80)을 구비한다. 보강수단(80)은 서포팅파이프(Supporting Pipe: 82)로 구성되어 있다. 서포팅파이프(82)의 보어(Bore: 84)에 파이프(20)가 동축을 이루도록 수용되어 있고 선단 내면에 노즐(40)이 결합되어 있다. 노즐(40)의 몸체(42)에 장착되어 있는 부시(58)는 노즐(40)의 회전을 허용할 수 있도록 서포팅파이프(82)의 내면에 지지되어 있다. 서포팅파이프(82)의 후단은 마운팅블록(Mounting Block: 86)에 고정되어 있으며, 마운팅블록(86)은 베이스(10)의 상면에 고정되어 있다.

도 4와 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 파이프(20)의 외면과 서포팅파이프(82)의 내면 사이에는 공기의 흐름이 가능하도록 간격이 유지되어 있으며, 노즐(40)의 공기구멍(52)은 공기의 도입이 가능하도록 파이프(20)와 서포팅파이프(82) 사이에 위치되어 있다.

도 7에는 본 발명의 워터젯 시스템에서 파이프의 강성을 보강하는 보강수단의 다른 예가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 보강수단(80)은 복수의 서포팅바(Supporting Bar: 90)들로 구성되어 있다. 서포팅바(90)들의 후단은 브래킷(Bracket: 92)의 지지에 의하여 베이스(10)에 고정되어 있으며 선단은 파이프(20)의 외면 전방에 파이프(20)의 회전을 허용하도록 지지되어 있다. 도 7에는 두개의 서포팅바(90)들이 서로 대향되도록 제공되어 있는 것이 도시되어 있으나, 서포팅바(90)의 개수 및 위치는 필요에 따라 적절하게 구성될 수 있다. 또한, 서포팅바(90)들은 파이프(20)를 수용하고 있는 서포팅파이프(82)를 베이스(10)에 고정하도록 구성될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 워터젯 시스템은 마운팅플레이트(72)를 탑재하여 노즐(40)의 절삭위치가 제어되도록 운동시키는 운동장치(100)를 구비하며, 운동장치(100)는 마운팅플레이트(72)를 Y축 및 X축 방향을 따라 직선운동시키는 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)와 X축 리니어모션 액츄에이터(130)로 구성되어 있다. Y축 및 X축 리니어모션 액츄에이터(110, 130) 각각은 Y축 및 X축 아암(Arm: 112, 132), 캐리지(Carriage: 114, 134), 서보모터(Servo Motor: 116, 136), 벨트전동장치(118, 138), 커플러(Coupler: 120, 140)와 리니어모션 가이드(122, 142)로 구성되어 있다. Y축 및 X축 리니어모션 액츄에이터(110, 130)의 작동에 의하여 마운팅플레이트(72)는 직각좌표운동되고, 마운팅플레이트(72)의 직각좌표운동에 의하여 암반(4)에 대한 노즐(40)의 위치가 정확하게 결정된다.

Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 Y축 아암(112)은 Y축 방향을 따라 배치되 어 있다. 캐리지(114)는 Y축 아암(112)의 외면에 Y축 아암(112)을 따라 운동할 수 있도록 장착되어 있고, 캐리지(114)에는 마운팅플레이트(72)가 탑재되어 있다. 서보모터(116)는 Y축 아암(112)의 일단에 장착되어 캐리지(114)의 직선운동에 요구되는 구동력을 제공하며, 서보모터(116)의 축(116a)은 Y축 아암(112)의 내측에 위치되어 있다. 벨트전동장치(118)는 서보모터(116)의 구동력을 캐리지(114)에 전달할 수 있도록 Y축 아암(112)의 내측에 장착되어 있다. 벨트전동장치(118)는 서보모터(116)의 구동력에 의하여 회전할 수 있도록 서보모터(116)의 축(116a)에 장착되어 있는 원동풀리(118a)와, Y축 아암(112)의 타단에 장착되어 있는 종동풀리(118b)와, 원동풀리(118a)와 종동풀리(118b)에 감아 걸려 있는 벨트(118c)로 구성되어 있다.

커플러(120)는 캐리지(114)와 벨트(118c)의 일부분을 연결하도록 장착되어 있다. 리니어모션 가이드(122)는 Y축 아암(112)의 일측면에 길이 방향을 따라 장착되어 있는 가이드레일(Guide Rail: 122a)과, 캐리지(114)에 장착되어 있으며 가이드레일(112)을 따라 구름 운동하여 캐리지(144)의 운동을 직선 운동으로 안내하는 복수의 가이드롤러(122b)들로 구성되어 있다.

X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 X축 아암(132), 캐리지(134), 서보모터(136), 벨트전동장치(138), 커플러(140), 리니어모션 가이드(142)는 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 Y축 아암(112), 캐리지(114), 서보모터(116), 벨트전동장치(118), 커플러(120), 리니어모션 가이드(122)와 기본적인 구성 및 작용이 동일하므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다. X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 X축 아암(132)은 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 Y축 아암(112)과 직교하는 X축 방향을 따라 배치되어 있다. X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 캐리지(134)에는 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 Y축 아암(112)이 탑재되어 있다. 벨트전동장치(118)는 원동풀리(118a), 종동풀리(118b)와 벨트(118c)로 구성되어 있고, 벨트(118c)는 커플러(140)에 의하여 캐리지(134)에 연결되어 있다. 리니어모션 가이드(142)의 가이드레일(142a)은 X축 아암(132)의 양측면에 길이 방향을 따라 장착되어 있고, 복수의 가이드롤러(142b)들은 가이드레일(142b)을 따라 구름 운동할 수 있도록 캐리지(134)에 장착되어 있다.

Y축 및 X축 리니어모션 액츄에이터(110, 130)는 캐리지(114, 134)의 직선운동을 위하여 서보모터(116, 136)의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 Y축 및 X축 아암(112, 132)에 내장되어 있는 리드스크루(Lead screw), 캐리지(114, 134)에 연결되어 있으며 리드스크루를 따라 나사운동할 수 있도록 장착되어 있는 볼부시(Ball Bush)로 구성될 수 있다. X축 리니어모션 액츄에이터(130)는 삭제될 수 있다. 베이스(10)는 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)를 삭제시킨 후 X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 캐리지(134)에 탑재시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 X축 아암(132)은 건설현장, 토목공사현장 및 작업장 등에서 이동을 위하여 다양한 산업용 차량(150)의 작업기구(152)에 탑재되어 있다. 산업용 차량(150)은 예를 들어 지게차(154), 굴착기, 스키드 스티어 로더(Skid Steer Loader), 휠 로더(Wheel Loader) 등으로 구성될 수 있다. 작업기구(152)는 지게차(154)의 리프트(Lift: 156), 굴착기의 어태치 먼트(Attachment), 스키드 스티어 로더 및 휠 로더의 리프트 붐 조립체(Lift Boom Assembly) 등으로 구성될 수 있다. X축 리니어모션 액츄에이터(130)가 삭제되는 경우, Y축 리니어모션 액츄에이터(110)는 산업용 차량(150)의 작업기구(152)에 탑재된다.

지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 워터젯 시스템에 대한 작용을 설명한다.

도 1을 참조하면, 작업자는 운동장치(100)가 탑재되어 있는 지게차(154)의 리프트(156)를 작동시켜 노즐(40)의 위치를 절삭가공하기 위한 암반(4)에 1차 셋팅(Setting)한다. 지게차(154)의 리프트(156)에 운동장치(100)를 탑재하여 워터젯 시스템의 운반 및 절삭위치를 셋팅하는 것에 의하여 건설현장, 토목공사현장 등에서도 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참좌면, 작업자는 운동장치(100)의 작동에 의하여 노즐(40)을 암반(4)의 절삭가공위치에 정확하게 2차 셋팅한다. Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 서보모터(116)가 구동되면, 서보모터(116)의 구동력에 의하여 벨트전동장치(118)의 원동풀리(118a)와 종동풀리(118b)에 감아 걸려 있는 벨트(118c)가 이송된다. 벨트(118c)의 이송에 의하여 벨트(118c)와 연결되어 있는 캐리지(114)가 Y축 아암(112)을 따라 운동되고, 캐리지(114)와 함께 마운팅플레이트(72)가 Y축 방향을 따라 운동된다. 리니어모션 가이드(122)의 가이드롤러(122b)들은 가이드레일(122a)을 따라 구름 운동하여 캐리지(114)의 운동을 직선 운동으로 안내한다.

X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 서보모터(136)가 구동되면, 서보모터 (136)의 구동력에 의하여 벨트전동장치(138)의 원동풀리(138a)와 종동풀리(138b)에 감아 걸려 있는 벨트(138c)가 이송된다. 벨트(138c)의 이송에 의하여 벨트(138c)와 연결되어 있는 캐리지(134)가 X축 아암(132)을 따라 운동되고, 캐리지(134)와 함께 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)가 X축 방향을 따라 운동된다. 리니어모션 가이드(142)의 슬라이더(142a)는 가이드롤러(142b)들에 지지되어 캐리지(134)의 운동을 직선 운동으로 안내한다. 이와 같은 Y축 및 X축 리니어모션 액츄에이터(110, 130)의 작동에 의하여 노즐(40)을 직각좌표운동시켜 암반(4)에 대한 노즐(40)의 절삭위치를 정확하게 제어할 수 있다.

도 2와 도 4를 참조하면, 노즐(40)의 셋팅이 완료되면, 유체공급장치의 작동에 의하여 물과 연마재가 호스(30), 로터리 조인트(28)와 파이프(20)를 통하여 노즐(40)의 노즐구멍(44)에 공급된다. 노즐(40)은 노즐구멍(44)을 통하여 물과 연마재의 워터젯(W)을 암반(4)에 분사하며, 워터젯(W)은 암반(4)을 절삭한다. 워터젯(W)의 분사와 병행하여 회전구동장치(60)의 서보모터(62)가 구동되면, 서보모터(62)의 구동력은 기어장치(64)의 원동기어(64a)와 종동기어(64b)에 의하여 파이프(20)에 전달되고, 파이프(20)는 일방향으로 회전된다. 또한, X축 리니어모션 액츄에이터(130)의 작동에 의하여 노즐(40)이 일정한 속도로 전진되면, 노즐(40)의 전진에 의하여 암반(4)에는 구멍이 절삭가공된다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 노즐(40)의 노즐구멍(44)을 통하여 워터젯(W)이 분사되면서 오리피스튜브(50)의 선단과 근접하는 노즐구멍(44)에는 저압이 발생되고, 이에 따라 공기구멍(52)을 통하여 공기가 흡입되어 노즐구멍(44)에 공급 된다. 이때, 공기구멍(52)을 거친 공기는 오리피스튜브(50)와 나사(54) 사이의 계면을 통과하여 노즐구멍(44)에 공급된다. 공기는 노즐구멍(44)을 통하여 분사되어 워터젯(W)의 주위를 둘러싸는 에어커튼(56)을 형성한다. 에어커튼(56)은 암반(4)의 구멍을 천공하는 과정에서 배수되지 못하고 구멍에 채워져 있는 물과 워터젯(W) 사이를 차단한다. 따라서 분사되는 워터젯(W)은 물에 의한 흐름의 방해를 받지 않고 암반(4)을 정확하게 절삭한다.

도 4와 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 노즐(40)이 암반(4)의 전방에 셋팅되어 있는 상태에서 스윙모터(74)가 구동되면, 스윙모터(74)의 회전력은 기어장치(76)의 출력축(76b)에 전달되고, 출력축(76b)과 베이스(10)가 함께 회전된다. 스윙모터(74)의 정방향 구동과 역방향 구동이 주기적으로 이루어지면, 베이스(10)는 출력축(76b)을 기준으로 스윙운동된다. 스윙운동되는 노즐(40)은 암반(4)에 워터젯(W)을 분사하며, 노즐(40)을 통하여 분사되는 워터젯(W)은 스윙 방향을 따라 암반(4)에 슬롯(6)을 정확하게 절삭가공한다.

도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 워터젯(W)의 분사에 의한 암반(4)의 절삭과 병행하여 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 서보모터(116)가 구동되어 캐리지(114)를 암반(4)에 대하여 접근시키면, 노즐(40)은 암반(4)의 슬롯(6) 또는 구멍 안으로 진입되어 암반(4)에 소정의 깊이로 슬롯(6) 또는 구멍을 절삭가공할 수 있다. 암반(4)의 구멍을 절삭가공할 때 스윙모터(74)는 정지되어 있고, 노즐(40)은 Y축 리니어모션 액츄에이터(110)의 작동에 의하여 Y축 방향을 따라 점진적으로 전진된다.

도 2와 도 4 내지 도 6을 참조하면, 파이프(20)는 서포팅파이프(82)의 보어(84)에 수용되어 있고, 서포팅파이프(82)의 선단에는 노즐(40)이 부시(58)의 개재에 의하여 회전할 수 있도록 지지되어 있으므로, 파이프(20)의 강성이 서포팅파이프(82)에 의하여 보강된다. 따라서 파이프(20)의 진동 및 휨변형이 방지되어 암반(4)을 정밀하게 절삭가공할 수 있다. 도 7에 도시되어 있는 서포팅바(90)들은 파이프(20)의 선단을 베이스(10)에 지지하여 서포팅파이프(82)와 마찬가지로 파이프(20)의 강성을 보강한다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 워터젯 시스템에 의하면, 암반 등의 소재에 대하여 워터젯을 분사하는 노즐이 스윙운동되어 소재에 슬롯을 정밀하게 절삭가공할 수 있다. 또한, 물과 연마재 등의 유체를 수송하는 파이프의 강성이 보강되어 진동 및 휨변형이 방지됨으로써, 암반 등의 소재를 정밀하게 절삭가공할 수 있다. 그리고 노즐로부터 분사되는 워터젯의 주위에 워터젯을 둘러싸는 에어커튼이 형성되어 절삭효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims

베이스와;

상기 베이스의 일측에 회전할 수 있도록 장착되어 있으며, 유체를 수송하는 가늘고 긴 파이프와;

상기 파이프의 선단에 장착되어 있고, 워터젯을 분사하는 하나 이상의 노즐구멍을 갖는 노즐과;

상기 베이스에 장착되어 있고, 상기 파이프를 일방향으로 회전시키는 회전구동수단과;

상기 베이스에 외면 후방이 고정되어 있으며 상기 파이프가 수용되는 보어를 가지고 선단에 상기 노즐이 회전할 수 있도록 장착되어 있는 서포팅파이프로 이루어지는 워터젯 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회전구동수단은,

상기 베이스의 일측에 장착되어 있으며, 상기 파이프의 회전을 위한 구동력을 제공하는 서보모터와;

상기 파이프와 상기 서보모터 사이에 배치되어 있고, 상기 서보모터의 구동력을 상기 파이프에 전달하는 기어장치로 구성되어 있는 워터젯 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 노즐은 상기 노즐구멍을 통하여 분사되는 워터젯의 주위에 에어커튼이 형성되도록 상기 노즐구멍에 공기를 도입하는 공기구멍을 가지며, 상기 공기구멍은 상기 노즐에 상기 노즐구멍과 상기 서포팅파이프의 보어를 연결하도록 형성되어 있는 워터젯 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 노즐의 노즐구멍에 오리피스를 갖는 오리피스튜브가 장착되어 있으며, 상기 공기구멍은 상기 오리피스튜브의 전방에 공기를 공급할 수 있도록 상기 노즐구멍에 연결되어 있는 워터젯 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 파이프의 후단을 기준으로 상기 파이프를 스윙운동시키는 스윙수단을 더 구비하는 워터젯 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 스윙수단은,

상기 베이스의 하방에 배치되어 있는 마운팅플레이트와;

상기 마운팅플레이트의 일측에 장착되어 있으며, 상기 파이프의 스윙운동을 위한 구동력을 제공하는 서보모터와;

상기 베이스와 상기 서보모터 사이에 배치되어 있으며, 상기 서보모터의 구동력을 상기 파이프에 전달하는 기어장치로 구성되어 있는 워터젯 시스템.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 스윙수단을 탑재하여 Y축 방향을 따라 직선운동시키는 Y축 리니어모션 액츄에이터를 더 구비하는 워터젯 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 Y축 리니어모션 액츄에이터를 탑재하여 X축 방향을 따라 직선운동시키는 X축 리니어모션 액츄에이터를 더 구비하는 워터젯 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 Y축 리니어모션 액츄에이터와 상기 X축 리니어모션 액츄에이터는 산업용 차량의 작업기구에 탑재되어 있는 워터젯 시스템.