(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-17
(45)【発行日】2024-01-25
(54)【発明の名称】ウォータージェット加工装置
(51)【国際特許分類】
B24C 9/00 20060101AFI20240118BHJP
B24C 5/02 20060101ALI20240118BHJP
B26F 3/00 20060101ALI20240118BHJP
【FI】
B24C9/00 D
B24C9/00 H
B24C9/00 M
B24C5/02 B
B26F3/00 J
B26F3/00 P
(21)【出願番号】P 2020176152
(22)【出願日】2020-10-20
【審査請求日】2022-11-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000132161
【氏名又は名称】株式会社スギノマシン
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤木 崇道
【審査官】須中 栄治
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-123030(JP,A)
【文献】特開平05-154800(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2015/0315714(US,A1)
【文献】特開平08-085064(JP,A)
【文献】国際公開第2014/024572(WO,A1)
【文献】特開2020-015157(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24C3/00
B24C5/02
B24C9/00
B26F1/26-1/31
B26F3/00-3/16
B24B55/04;55/06
H01L21/304
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウォータージェット加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第5016317号公報(
図1、
図5等)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【発明の効果】
【0008】
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。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1A】実施形態に係るウォータージェット加工装置の正面図。
【
図1B】実施形態に係るウォータージェット加工装置の上面図。
【
図1C】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。
【
図2】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。
【
図3A】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。
【
図3B】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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
“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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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)。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【符号の説明】
【0045】
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