JPH057363U - 高圧液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特開昭６２−２６６１５２号の「超高圧液体
噴射装置」では、噴射装置全体と被加工物を相対移動
（主走査）すると同時に、噴射装置に対して噴射ノズル
を円運動（副走査）させて幅広い加工面を達成してい
る。本考案の高圧液体噴射装置では、さらに広い加工面
とより高い加工均一性を両立する。 【構成】 主走査と直角な方向に、円運動（副走査）の
直径以下の間隔で噴射ノズルを多数配置し、これら多数
の噴射ノズルを高速度で小さく円運動（副走査）させる
ようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、噴射ノズルから高圧水、または高圧水に固体粉末（アブレ−シブ） を分散させたものを噴射して、被加工物表面の洗浄、切削、バリ取り、表面改質 等を行う高圧液体噴射装置、詳しくは、これらの加工を被加工物表面で均一かつ 能率的に行うための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

圧力を高めた液体、または該液体に固体粉末（アブレ−シブ）を分散させたも のをノズルから噴射して高速の液体流を形成し、被加工物表面に直接に吹付けて 洗浄、切削、バリ取り、表面改質等の表面加工を行う高圧液体噴射装置が種々実 用化されている。このような高圧液体噴射装置の一般的な課題は、被加工物表面 におけるより高い加工均一性、高い作業速度（能率）、清潔で能率的な作業性、 装置構成が簡略で小型であること、加工条件の設定が容易で設定範囲も広いこと 等である。

【０００３】 特に、超高圧液体を噴射する装置の場合には、ポンプ能力の限界および噴射の 反動による悪影響から液体流量を余り大きく採ることができず、噴射される液体 流が針状の細い流れとなるため、広い面を均一に加工することが非常に困難であ るという問題がある。

【０００４】 実用的な超高圧液体の噴射装置の一つとして、本願出願人は、先に、特開昭６ ２−２６６１５２号の「超高圧液体噴射装置」を提案した。該装置は、噴射ノズ ルを回転して噴射液体流を円錐状に走査（副走査）すると同時に、被加工物に対 して噴射ノズルを含む装置全体を相対移動（主走査）して、フライス盤のように 被加工物を加工するもので、１回の主走査による加工幅が副走査の直径にまで拡 大される。該装置では、細いノズル、少ない液体流量、高い液体圧力の組合わせ による効率的な、均一性と作業性の高い表面加工が可能である。

【０００５】 ここで、噴射液体流を円錐状に副走査する機構は、液体経路を筐体に対して自 転を伴わない円錐回転可能に支承する支承機構と、液体経路に固定され液体経路 から分岐した液体流で駆動されるタ−ビンモ−タ−と、タ−ビンモ−タ−の動力 を支承機構に伝達する歯車機構とからなり、液体経路を円錐回転したときの偏心 荷重をタ−ビンモ−タ−の自重で相殺している。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

特開昭６２−２６６１５２号の装置においては、タ−ビンモ−タ−が液体経路 もろとも筐体に対して円錐回転するため、タ−ビンモ−タ−の回転数の調整が困 難である。また、回転数の調整は、液体の供給圧力または液体流とタ−ビン羽根 の衝突角度の調整によるが、液体圧力を変化させると加工能力に直接に影響して 都合が悪く、タ−ビン羽根の調整では、装置の稼働状態（噴射中）での調整、回 転数の連続的な調整、具体的な回転数の指定が不可能なことに加え、回転数の可 能な設定範囲が狭い。

【０００７】 また、円錐回転における偏心荷重が相殺されているから筐体自身の振動は小さ いものの、タ−ビンモ−タ−を含む慣性モ−メントが相当に大きいため、高速回 転が困難で、回転数の立上りも遅い。そこで、円錐回転の半径を小さくして慣性 モ−メントを減少させることが考えられたが、タ−ビンモ−タ−の構造的な限界 から、円錐回転の半径の縮小は容易ではない。また、円錐回転の半径の縮小に伴 って副走査の幅が減少するため、主走査１回当りの加工幅が狭くなって作業能率 が低下するという問題が発生する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、副走査の回転数の調整が容易で、加工能力に影響を与えることなく 液体圧力とは独立して回転数を調整でき、装置の駆動状態における回転数の調整 が可能で、回転数の連続的な調整と具体的な回転数の指定が容易で、回転数の設 定範囲が広く、高速回転が可能で回転数の立上りも早く、しかも、１回の主走査 における加工幅が広く、加工の均一性も高い高圧液体噴射装置を提供することを 目的としている。

【０００９】 請求項１の高圧液体噴射装置は、高圧液体を供給する液体経路に自転を伴わな い公転を行わせる副走査機構を有し、被加工物に対する相対的な主走査を行って 該液体経路を通じた高圧液体の噴射により面加工を行う高圧液体噴射装置におい て、前記主走査と直角な方向に、前記公転の直径以下の間隔で噴射ノズルを多数 配置したものである。

【００１０】 請求項２の高圧液体噴射装置は、請求項１の高圧液体噴射装置において、副走 査機構が、筐体に固定された油圧モ−タと、液体経路を筐体に対して自転を伴わ ない円錐回転可能に支承する支承機構と、該円錐回転の一回転断面上で油圧モ− タの動力を支承機構に伝達する伝達機構と、該円錐回転の一回転断面内で液体経 路の反対側に重心を有する釣合重りと、からなるものである。

【００１１】 請求項３の高圧液体噴射装置は、請求項１、２いずれかの高圧液体噴射装置に おいて、液体経路に高圧液体を供給する高圧配管と、油圧モ−タに作動油を供給 または排出する一対の油圧管とを保護管内に平行に配置し、該保護管で前記筐体 を支承して前記主走査を行わせるものである。

【００１２】

【作用】

請求項１の高圧液体噴射装置においては、主走査と直角な方向に一体に取付け られた多数の噴射ノズルを、副走査機構により小さく高速で公転（副走査）させ ることにより、あたかも高速回転する小口径エンドミルを多数並列に配置して面 加工を行うように、主走査１回当りの広い加工幅を達成している。副走査の回転 半径が小さいので慣性モ−メントが小さく高速回転が可能である。噴射ノズルの 配置間隔は、噴射の広がり角度、被加工物−ノズル間距離等を考慮して定めるが 少なくとも公転の直径以下とし、１列に配置するのが困難な場合には千鳥状に２ 列、３列に配置してもよい。しかし、噴射ノズルが大型化すると慣性モ−メント が拡大して高速回転が困難になり、装置の振動抑制も困難になるので、材料の選 択等により公転部分全体の軽量化を図る。噴射ノズルの配置間隔は、主走査と直 角な方向における単位時間当りの噴射密度が揃うように定めると加工均一性に関 して好結果が得られる。

【００１３】 請求項２の高圧液体噴射装置においては、油圧モ−タが筐体に固定されて液体 経路の円錐運動とは無関係なため、慣性モ−メントがさらに小さく、油圧モ−タ の作動油の流量や油圧は、噴射液体の供給圧力とは全く無関係に広い範囲で変化 できるから、油圧モ−タの回転数は、装置の運転中（噴射中）であっても、任意 に定めることができる。油圧モ−タ自身は高速回転が困難であるから、高い変速 比の伝達機構を採用して噴射ノズルの公転（副走査）の回転数を確保する。支承 機構は液体経路を支承し、液体経路を油圧モ−タの動力により筐体に対して円錐 回転させる。このとき、液体経路は自転しないので、円錐回転に伴うよりもどし 機構は不要である。伝達機構は、円錐回転の一回転断面上において、一定間隔の ２軸（油圧モ−タの軸と円錐回転の回転断面の軸）間で動力伝達を行う。伝達機 構としては、歯車、タイミングベルト、平ベルト、摩擦車等が採用できる。釣合 重り（カウンタ−バランサ）は、液体経路、噴射ノズル等の円錐回転に伴う偏心 荷重を相殺して筐体の振動を抑制する。

【００１４】 請求項３の高圧液体噴射装置においては、保護管内に配置された高圧配管を通 じて液体経路に高圧液体が供給され、一方の油圧管を通じては油圧モ−タに作動 油が供給され、他方の油圧管を通じては油圧モ−タから作動油が排出される。保 護管は、筐体を含めた装置全体を支承するとともに、ロボットア−ムとして移動 （主走査）される。しかし、被加工物側が移動（主走査）される場合には、作業 室の天井等に固定されてもよい。

【００１５】

【実施例】

本考案の実施例を図面を参照して説明する。

【００１６】 図１〜図４は、実施例のバリ取り装置の説明図であって、図１はバリ取り装置 全体の模式図、図２は超高圧水噴射装置本体の断面図、図３はノズルホルダ−部 分の拡大図、図４は保護管部分の断面図である。実施例のバリ取り装置は、超高 圧水をノズルＮから噴射し、ノズルホルダ−Ｈを本体Ｔに対し円錐状に回転（副 走査）しつつ、本体Ｔを支持管Ｅで支承して移動（主走査）して、自動車部品Ａ の表面洗浄とバリ取りを行う装置である。

【００１７】 図１において、多数のノズルＮが取付けられたノズルホルダ−Ｈは、油圧モ− タＭに駆動されて、本体Ｔに対して円錐状に回転する。本体Ｔを支承する支持管 Ｅは、スリ−ブＲ１を介してロボットア−ムＲに固定され支承される。支持管Ｅ 内には、超高圧水を本体Ｔに導くための導水管と、作動油を油圧モ−タＭに導く ための一対の油圧管が設けられ（図４参照）、導水管と本体Ｔは耐圧チュ−ブＱ １により、一対の油圧管と油圧モ−タＭはチュ−ブＰ１、Ｐ２で結ばれる。支持 管Ｅ内の導水管の他端には超高圧水ポンプに至る耐圧チュ−ブＱ２が、一対の油 圧管の他端には油圧ポンプに至るチュ−ブＰ３、Ｐ４が接続される。

【００１８】 図２において、超高圧水噴射装置の本体Ｔのほぼ中心には、ホ−スアダプタＤ ５、コネクタＤ４、フレキシブルな高圧ホ−スＤ３、コネクタＤ２、シャフトＤ １からなり、ノズルホ−ルダＨにまで超高圧水を導くための液体経路が配置され ている。シャフトＤ１は、カウンタバランサ−Ｗ内に設けた偏心孔Ｗ１内にボ− ルベアリングＢ２を介して支承され、カウンタバランサ−Ｗはボ−ルベアリング Ｂ１により本体Ｔ内に同心に支承される。本体Ｔに対するカウンタバランサ−Ｗ の回転に伴って、シャフトＤ１は本体Ｔに対して円錐状に回転するが、その際自 転を伴わない。シャフトＤ１の自転を伴わない円錐状の回転により、ノズルホル ダ−Ｈも回転し、ノズルＮから噴射された高速の水流（ウォ−タジェット）が副 走査される。

【００１９】 カウンタバランサ−Ｗ内に設けた偏心孔Ｗ１は、偏心孔Ｗ１の中心軸が高圧ホ −スＤ３の中央で本体Ｔの中心軸に一致するように形成されており、シャフトＤ １の円錐状の回転に伴う液体経路のたわみは、高圧ホ−スＤ３の曲りにより吸収 される。カウンタバランサ−Ｗの重心は、本体Ｔの中心軸に関して、ノズルホル ダ−Ｈ、シャフトＤ１等の円錐回転部分の重心の反対側に位置する。また、カウ ンタバランサ−Ｗの重心と該円錐回転部分の重心との中心軸方向のずれは、バラ ンサＧにより相殺されているから、ボ−ルベアリングＢ１で支承されたカウンタ バランサ−Ｗ全体の回転は、本体Ｔの中心軸に重心を一致させた振動の少ないも のとなる。

【００２０】 本体Ｔに固定された油圧モ−タＭは、作動油を供給されて回転し、ボ−ルベア リングＢ１で支承されたカウンタバランサ−Ｗの全体を駆動する。油圧モ−タＭ の回転数は、作動油の供給圧力または流量により自由に調整でき、作動油の供給 圧力または流量を一定に保つことにより回転数を安定して維持する。油圧モ−タ Ｍは、出力トルクは大きいものの高速回転は困難なので、カウンタバランサ−Ｗ に動力を伝達する機構としては、ギア比の大きい歯車Ｇ１、Ｇ２の組合わせを採 用している。歯車Ｇ１は油圧モ−タＭの軸に、歯車Ｇ２はカウンタバランサ−Ｗ に、それぞれ固定されている。

【００２１】 一方、本体Ｔ自身は、ホ−スアダプタＤ５を固定した中空の上部Ｔ３と、油圧 モ−タＭを固定し、カウンタバランサ−Ｗ全体をボ−ルベアリングＢ１を介して 支承し、本体Ｔを支持管Ｅに取付けるベアリングケ−スＴ２と、機構部分を覆っ て保護するフロントカバ−Ｔ１とからなり、フロントカバ−Ｔ１とシャフトＤ１ の隙間は、シャフトＤ１に固定されたシ−ルリングＶにより水封される。

【００２２】 図３において、(a) は(b) のＸ−Ｘ断面図、(b) は図２の先端側から見た平面 図である。ノズルホルダ−Ｈには、超硬合金製の合計２５個のノズルＮが千鳥状 に２列に配列されて螺合されており、主走査（図１中の矢印）の方向と直角な方 向におけるノズルＮの実質的なピッチｐは、ノズルＮの位置における回転の直径 のほぼ１／２に定めてある。ノズルホルダ−Ｈの中心部には主水路Ｈ１が形成さ れ、主水路Ｈ１に貫通させた枝水路Ｈ３のそれぞれに形成した雌ネジにノズルＮ が螺合される。主水路Ｈ１の中央には、主水路Ｈ１をシャフトＤ１内の水路に接 続するためのコネクタ部Ｈ２が形成されている。ノズルＮの噴射孔の口径は０． １〜０．８mmである。

【００２３】 図４において、(a) は(b) のＸ−Ｘ断面図、(b) は側面図である。図２の本体 Ｔを支承する支持管Ｅの内部には、超高圧水を通す中央の耐圧管ＥＱと、油圧モ −タの作動油を供給および排出する一対の油圧管ＥＰ１、ＥＰ２とが平行に配置 されている。支持管Ｅは、耐圧管ＥＱおよび油圧管ＥＰ１、ＥＰ２を固定する上 ブロックＥ２と下ブロックＥ３とを保護管Ｅ１で連絡したもので、上ブロックＥ ２には表示装置を固定するためのフランジ、下ブロックＥ３には本体Ｔを固定す るための雌ネジが形成されている。

【００２４】 このように構成された実施例のバリ取り装置においては、図１の矢印方向に本 体Ｔが移動（主走査）されるとともに、本体Ｔに対してノズルホルダ−Ｈが自転 を伴わない円運動（副走査）を行う。図３のノズルホルダ−Ｈに配置された２５ 個のノズルＮは、それぞれが０．１〜０．８mmの針状の高速水流（ウォ−タジェ ット）を形成して自動車部品Ａ表面を小さい直径で高速円運動しながらバリ取り を遂行する。これにより、あたかも多数並列に配置された高速回転する小口径エ ンドミルを用いたかのように、自動車部品Ａの上面の広い幅の領域が均一かつ能 率的にバリ取される。

【００２５】 以上の実施例においては、超高圧水の噴射により自動車部品のバリ取りを行う 装置についてのみ説明したが、本考案は、高圧水または高圧水に固体粒子（アブ レ−シブ）を分散させたものを噴射して、自動車部品以外の種々の被加工物に対 してバリ取り加工以外の種々の面加工を行う装置にも応用可能である。

【００２６】

【考案の効果】

請求項１の高圧液体噴射装置においては、副走査の円運動の直径が小さく、慣 性モ−メントが小さいので、高速の円運動（回転）が可能で回転数の立上りも早 い。従って、表面加工を能率的に遂行でき、加工の均一性が終始高い。また、多 数のノズルを主走査に直角な方向に副走査の円運動の直径以下のピッチで配列し ているので、１回の主走査における加工幅が広く、該加工幅における加工の均一 性も高い。従って、被加工物表面におけるより高い加工均一性、高い作業速度と 能率、能率的な作業性、装置構成の小型化が達成される。

【００２７】 請求項２の高圧液体噴射装置においては、副走査の回転数の調整が容易で、加 工能力に影響を与えることなく液体圧力とは独立して回転数を調整でき、装置の 駆動状態における回転数の調整が可能で、回転数の連続的な調整と具体的な回転 数の指定が容易で、回転数の設定範囲が広く、さらに高速回転が可能で回転数の 立上りもさらに早い。従って、被加工物表面におけるより高い加工均一性、高い 作業速度と能率、清潔で能率的な作業性、装置構成の小型化、低い故障発生率（ 高稼働率）、加工条件の設定が容易で設定範囲も広いこと等が達成される。

【００２８】 請求項３の高圧液体噴射装置においては、加工システム全体の配管が簡略化さ れ、高圧液体および油圧モ−タの作動油の主走査に伴う圧力変動が軽減され、速 度主走査に伴う配管のひっかかり、噴射液体の跳ね返りによる配管の破損等の事 故も防止される。従って、被加工物表面におけるより高い加工均一性、高い作業 速度と能率、清潔で能率的な作業性、装置構成の小型化、低い故障発生率（高稼 働率）、加工条件の高い安定性が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のバリ取り装置の全体の模式図である。

【図２】実施例のバリ取り装置の超高圧水噴射装置本体
の断面図である。

【図３】実施例のバリ取り装置のノズルホルダ−部分の
拡大図である。

【図４】実施例のバリ取り装置の保護管部分の断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ 自動車部品 Ｅ 支持管 Ｈ ノズルホルダ− Ｎ ノズル Ｍ 油圧モ−タ Ｒ ロボットア−ム Ｔ 本体 Ｒ１ スリ−ブ Ｑ１ 耐圧チュ−ブ Ｑ２ 耐圧チュ−ブ Ｐ１ チュ−ブ Ｐ２ チュ−ブ Ｐ３ チュ−ブ Ｐ４ チュ−ブ Ｇ バランサ Ｖ シ−ルリング Ｗ カウンタバランサ− Ｂ１ ボ−ルベアリング Ｂ２ ボ−ルベアリング Ｄ１ シャフト Ｄ２ コネクタ Ｄ３ 高圧ホ−ス Ｄ４ コネクタ Ｄ５ ホ−スアダプタ Ｇ１ 歯車 Ｇ２ 歯車 Ｔ１ フロントカバ− Ｔ２ ベアリングケ−ス Ｔ３ 上部 Ｗ１ 偏心孔 Ｅ１ 保護管 Ｅ２ 上ブロック Ｅ３ 下ブロック Ｈ１ 主水路 Ｈ２ コネクタ部 Ｈ３ 枝水路 ＥＱ 耐圧管 ＥＰ１ 油圧管 ＥＰ２ 油圧管

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧液体を供給する液体経路に自転を伴
   わない公転を行わせる副走査機構を有し、被加工物に対
   する相対的な主走査を行って該液体経路を通じた高圧液
   体の噴射により面加工を行う高圧液体噴射装置におい
   て、前記主走査と直角な方向に、前記公転の直径以下の
   間隔で噴射ノズルを多数配置したことを特徴とする高圧
   液体噴射装置。
2. 【請求項２】 請求項１の高圧液体噴射装置において、
   副走査機構は、筐体に固定された油圧モ−タと、液体経
   路を筐体に対して自転を伴わない円錐回転可能に支承す
   る支承機構と、該円錐回転の一回転断面上で油圧モ−タ
   の動力を支承機構に伝達する伝達機構と、該円錐回転の
   一回転断面内で液体経路の反対側に重心を有する釣合重
   りと、からなることを特徴とする高圧液体噴射装置。
3. 【請求項３】 請求項１、２いずれかの高圧液体噴射装
   置において、液体経路に高圧液体を供給する高圧配管
   と、油圧モ−タに作動油を供給または排出する一対の油
   圧管とを保護管内に平行に配置し、該保護管で前記筐体
   を支承して前記主走査を行わせることを特徴とする高圧
   液体噴射装置。