JPH06170800A - ウォータジェット加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォータジェット加工装置において、共通の
高圧ポンプを使用して複数組の加工ヘッドを異なる水圧
条件で駆動できるようにする。 【構成】 水処理部２にて処理された流体は、高圧ポン
プ４により超高圧となって送られる。切換弁９ａにより
流体経路をバイパス経路９に切換えれば、加工ヘッド６
のノズル６ａに超高圧の流体が送られて、超高圧条件の
加工が行われる。切換弁９ａにより流体経路を調圧弁１
０に切換えれば、流体は調圧弁１０により減圧調整され
て加工ヘッド６のノズル６ａに送られ、比較的低圧の条
件で加工が行われる。よって複数組の加工ヘッド６を異
なる水圧条件で同時運転できることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体噴出圧を利用して
各種材料に対し、切断しまたは穴開けなどの加工を行う
ウォータジェット加工装置に係り、特に共通の高圧ポン
プを使用して複数の加工ヘッドを異なる圧力設定にて駆
動できるようにしたウォータジェット加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種材料に対する切断または穴開けなど
の加工を行う加工手段としてウォータジェット加工装置
が実用化されている。図５は従来のウォータジェット加
工装置の構成を示すブロック図である。このウォータジ
ェット加工装置は、水道水や地下水などが源水経路１を
経て水処理部２へ送られ、この水処理部２において処理
された純水に近い状態の流体が流体経路３から高圧ポン
プ４を経て高圧で送り出される。高圧流体経路５によっ
て送られる流体は、加工ヘッド６に設けられたノズルに
よりワークに対して噴射され、例えばＮＣ制御などで加
工ヘッド６とワークとの相対位置を移動させることによ
り、所望形状の切断が行われ、あるいは穴開けなどが行
われる。また機種によっては、加工ヘッド６に前記流体
と共に研磨材が供給され、研磨材を含む流体がノズルか
らワークに噴射されて加工が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のウォータジェッ
ト加工装置では、加工ヘッド６に与える流体の圧力は高
圧ポンプ４にて設定され、またこの圧力は高圧ポンプ４
にて切換えることができるようになっている。そのた
め、図５に示すように、高圧流体経路５に２組の加工ヘ
ッドあるいは３組以上の加工ヘッドを接続した場合で
も、それぞれの加工ヘッド６に与えられる流体の圧力は
高圧ポンプ４での設定圧力に依存することになり、加工
ヘッド６に対して同じ圧力の流体しか供給されない。よ
って複数組の加工ヘッド６によって、同じ材質で同じ厚
さ寸法のワークを同時加工することは可能であるが、例
えば一方の加工ヘッドにより樹脂材料などを切断し、他
方の加工ヘッドによりガラス材料に穴開けなどを行う場
合のように、それぞれの加工ヘッドによる水圧設定条件
が相違するときには、それぞれの加工ヘッドを同時に運
転することができなくなる。したがって、それぞれの加
工ヘッドにおいて流体噴出圧を異ならせて加工を行おう
とする場合には、それぞれの加工ヘッド毎に高圧ポンプ
を用意しなくてはならなくなり、設備コストがかさみ、
また作業場のスペースの無駄を生じることになる。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、共通の高圧ポンプを使用して複数の加工ヘッドを
それぞれ異なる水圧条件により運転できるようにしたウ
ォータジェット加工装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧ポンプか
らの高圧流体の供給経路に、液体を噴射するノズルを備
えた複数の加工ヘッドが接続されているウォータジェッ
ト加工装置であって、少なくとも１つの加工ヘッドへの
流体経路に、前記ノズルに対する流体供給圧を減圧調整
する調圧手段が設けられていることを特徴とするもので
ある。

【０００６】また上記装置における調圧手段は、支持部
材に形成された流通穴の内部に摺動自在に支持されたス
プールと、このスプールの先端に設けられ前記流通穴の
供給側開口端を閉鎖可能な弁と、スプールの後端に設け
られて前記流通穴のドレーン側開口端に対向する調圧ピ
ストンと、前記流通穴のドレーン側開口端を閉鎖し且つ
流通穴の供給側開口端を開放する方向へ前記調圧ピスト
ンを弾圧するスプリングと、このスプリングの弾圧力の
調整手段とを有しするものであり、且つ前記スプールの
中間部分が細径部が形成され、前記支持部材に穿設され
た高圧流体の供給通路が前記スプールの細径部に対向し
ているものとすることが好ましい。

【０００７】

【作用】上記のウォータジェット加工装置では、高圧ポ
ンプからの流体経路に複数の加工ヘッドが接続され、少
なくとも１つの加工ヘッドへの流体供給路に調圧手段が
設けられている。手動調整によりあるいはＮＣ制御など
を使用した自動制御により前記調圧手段による減圧調整
を行うことにより、加工ヘッドのノズルに供給される流
体の圧力を個別に減圧設定できるようになる。よって複
数の加工ヘッドのノズルへ供給される流体の圧力を個別
に制御することが可能になり、例えば材料の切断とガラ
ス材料の穴開けなどのように、それぞれの加工ヘッドに
より異なる水圧条件での作業を同時に進行させることが
できる。

【０００８】また、調圧手段は、スプールの一端に弁が
他端に調圧ピストンが設けられて、調圧ピストンがスプ
リングにて付勢されている。このスプリングの弾性力を
調整することにより、支持部材に形成された流通穴から
弁側の開口端を経て噴出される流体の圧力が減圧調整さ
れ、加工ヘッドに対する流体の供給圧を減圧設定できる
ようになる。ここで前記高圧ポンプから供給された超高
圧の流体は支持部材に形成された供給通路から支持部材
の流通穴内に送られるが、流通穴内では、スプールに形
成された細径部の周囲に空間が形成され、この空間を経
た流体がスプールと流通穴の隙間に供給される。この流
体経路により、スプールと流通穴との間を通過する流体
の圧力を降下させることができ、弁に作用する圧力負荷
を軽減でき、長寿命を補償した減圧手段を提供できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は、本発明によるウォータジェット加工装置の
全体の構成を示すブロック説明図、図２は調圧手段の具
体的構造を示す断面図、図３と図４は調圧手段の動作を
示す説明図である。図１に示すウォータジェット加工装
置では、水道水や地下水などが源水経路１を経て水処理
部２へ送られ、この水処理部２において処理された純水
に近い状態の流体が流体経路３から高圧ポンプ４に送ら
れる。この高圧ポンプ４から超高圧の流体が高圧流体経
路５に送られるが、この高圧流体経路５には２組の加工
ヘッド６，６が接続されている。ただし高圧流体経路５
を経た超高圧の流体経路には各加工ヘッド６ごとに調圧
弁１０，１０が設けられている。図の実施例での調圧弁
１０は、高圧ポンプ４から送られる流体の圧力を減圧
し、且つ減圧範囲を調整できるようになっている。ま
た、調圧弁１０に対してはバイパス経路９が並列に設け
られており、高圧流体経路５からの流体は、切換弁９ａ
により切換えられて調圧弁１０またはバイパス９のいず
れかに送られ、いずれかの経路を経てノズル６ａに与え
られる。

【００１０】それぞれの加工ヘッド６において、前記ノ
ズル６ａには、研磨材供給部７からの研磨材供給経路７
ａが接続されている。この研磨材供給部７および研磨材
供給経路７ａは、機種によって設けられているものと設
けられていないものとがある。これらが設けられている
場合には、ノズル６ａから水と研磨材とが一緒に噴射さ
れる。また研磨材が供給されないものの場合には、ノズ
ル６ａから純水のみが噴射される。前記ノズル６ａはそ
れぞれワークテーブル８に対向しており、加工ヘッド６
とワークテーブル８上のワークが、ＮＣ制御などにより
相対的に移動させられ、ノズル６ａから所定圧力の流体
とさらには研磨材が噴射して、各種材料が所定形状に切
断され、あるいは穴開け加工される。

【００１１】図２に示すように、前記調圧弁１０は、ハ
ウジング１１の中心部に円柱形状の支持部材１２が嵌装
されている。この支持部材１２の外周面と前記ハウジン
グ１１の内面との間には図示上下２箇所に樹脂材料によ
るリング１３，１３が介装されている。このリング１
３，１３は塩ビ系樹脂などのような高弾性力を有し且つ
充分な密閉力を有する材料により形成されている。ハウ
ジング１１の図示下端には、下部ハウジング１４がねじ
部１４ａを介してねじ込まれており、この下部ハウジン
グ１４により前記支持部材１２が抜け止めされている。
下部ハウジング１４の図示上面と、ハウジング１１との
当接面には、シールリング１５が介装されている。

【００１２】前記支持部材１２の中心部には軸方向に貫
通する流通穴１２ａが形成されており、この流通穴１２
ａにスプール１６が摺動自在に挿通されている。流通穴
１２ａの内面とスプール１６の外周面とは共に平滑に仕
上げられており、且つ流通穴１２ａの内面とスプール１
６の外周面との間には微小な隙間が形成されている。図
３と図４に拡大して示すように、スプール１６の先端に
は、弁１６ａが一体に形成されており、この弁１６ａの
基部に形成されたテーパ面１６ｂが、前記流通穴１２ａ
の流出側開口端１２ｂを閉鎖できるようになっている。

【００１３】スプール１６の基端には、調圧ピストン１
７が固定されており、その被圧面１７ａが、前記流通穴
１２のドレーン側開口端１２ｃを閉鎖できるように対向
している。ハウジング１１の図示上端には上部ハウジン
グ１８が取付けられている。この上部ハウジング１８は
ねじ部１８ａによりハウジング１１に螺着されているも
のであり、ハウジング１１と上部ハウジング１８との間
にはシールリング２０が介装されている。上部ハウジン
グ１８には、調圧ハンドル１９と一体のねじ軸１９ａが
螺装されており、このねじ軸１９ａの先端は、上部ハウ
ジング１８の下部に挿入された付勢体２１に当接してい
る。この付勢体２１と前記調圧ピストン１７との間に
は、コイルスプリング２２と２３が介在している。前記
調圧ハンドル１９の回転量を調整し、ねじ軸１９ａのね
じ込み量を調整することにより、前記スプリング２２と
２３の圧縮寸法が変えられ、調圧ピストン１７に対する
弾圧力を調整設定できるようになっている。

【００１４】ハウジング１１の側部には、流入ポート１
１ａが形成されており、前記高圧ポンプ４からの高圧流
体経路５は切換弁９ａを介して、この流入ポート１１ａ
に接続されている。ハウジング１１には前記流入ポート
１１ａに連通する通路１１ｂが形成されている。前記ス
プール１６を支持している支持部材１２の外周面には環
状に凹形成された溝１２ｄが設けられており、この溝１
２ｄから、スプール１６が嵌装された流通穴１２ａ内に
向けて複数の通路１２ｅが形成されている。支持部材１
２はほぼ円柱形状であり、この支持部材１２の断面内に
おいて前記通路１２ｅは、等角度間隔にて例えば４通路
が放射状に形成されている。前記スプール１６の下部に
は、細径部１６ｃが形成されており、前記支持部材１２
にて放射状に形成された通路１２ｅは、この細径部１６
ｃの周囲の空間Ｃ1に連通している。

【００１５】また下部ハウジング１４には、供給ポート
１４ｂが形成され、この供給ポート１４ｂに連通する通
路１４ｃが、前記弁１６ａが設けられた空間Ｃ2に連通
している。この供給ポート１４ｂは加工ヘッド６のノズ
ル６ａに接続され、ノズル６ａに減圧された流体が供給
される。またハウジング１１にはドレーンポート１１ｃ
が形成され、これと連続する通路１１ｄが、ハウジング
１１内の上部空間Ｃ3に連通している。このドレーンポ
ート１１ｃに、逃し経路２４が接続されている。

【００１６】次に上記構造の調圧弁１０の動作について
説明する。高圧ポンプ４により超高圧となった流体は、
この調圧弁１０の流入ポート１１ａから通路１１ｂを経
て、支持部材１２の外周の環状の溝１２ｄ内に入る。さ
らに流体は放射状に形成された例えば４つの通路１２ｅ
から、スプール１６の細径部１６ｃの外周の空間Ｃ1に
入る。この流体は、スプール１６の細径部１６ｃ以外の
部分の外周面と、支持部材１１に形成された流通穴１２
ａの内周面との微小な隙間を通過することになる。ここ
で、流入ポート１１ａから通路１１ｂに入ったときの流
体の圧力をＰ1とすると、環状の溝１２ｄ、通路１２ｅ
および細径部１６ｃの外周の空間Ｃ1での圧力はＰ2とな
る。この圧力Ｐ2は、前記圧力Ｐ1よりも高くなる。そし
てスプール１６の太径部分（前記細径部１６ｃ以外の上
下部分）と流通穴１２ａとの間の微小な隙間を流れる流
体の圧力はＰ3となるが、この圧力Ｐ3は、前記圧力Ｐ1
およびＰ2よりも低い値となる。

【００１７】弁１６ａの周囲から空間Ｃ2へ流出させる
流体の圧力は、前記スプリング２２と２３の弾圧力によ
り設定される。この弾圧力が所定値に設定された場合、
前記圧力Ｐ3が高い初期状態では、図３に示すように、
圧力Ｐ3の流体は調圧ピストン１７を持ち上げ、被圧面
１７ａとハウジング１１との隙間を通過して空間Ｃ3内
に流れ、さらに通路１１ｄとドレーンポート１１ｃから
外部に逃される。圧力Ｐ3が低下すると、図４に示すよ
うに、調圧された圧力Ｐ3の流体が、細径部１６ｃより
も下側のスプール１６の太径部と流通穴１２ａとの微小
な隙間内を通過して弁１６ａの外周から空間Ｃ2に流
れ、通路１４ｃと供給ポート１４ｂを経て、加工ヘッド
６のノズル６ａに供給される。スプール１６と流通穴１
２ａとの隙間を通過する流体の圧力Ｐ3に過剰分がある
場合には、流体がドレーン側開口端１２ｃから空間Ｃ3
に流れ出るため、弁１６ａの外周から流出する流体の圧
力Ｐ3は、前記スプリング２２と２３の弾圧力により設
定された圧力に維持されることになる。

【００１８】この調圧弁１０では、高圧ポンプ４から通
路１１ｂに送り込まれる流体の圧力Ｐ1が超高圧である
ため、通常の減圧弁では、弁にかかる圧力が高くなり過
ぎ、弁あるいは弁の周囲の流出開口部が摩耗したり、損
傷しやすくなって、寿命を補償することができない。し
かしながら上記実施例の調圧弁１０では、超高圧Ｐ1の
流体が、支持部材１２の外周の溝１２ｄおよび、スプー
ル１６の細径部１６ｃの外周の空間Ｃ1にて一旦速度が
低下して高圧Ｐ2となり、さらにスプール１６の太径部
の外周面と流通穴１２ａとの間の微小間内を通過して弁
１６ａまたは調圧ピストン１７の方向へ流れることによ
り、圧力降下が生じるようになっている。そのため弁１
６ａに作用する負荷が小さくなり、弁１６ａの基部のテ
ーパ面１６ｂや、流通穴１２ａの弁側の開口端１２ｂの
エッジ部の摩耗や損傷が生じにくくなる。

【００１９】さらに、支持部材１２の外周とハウジング
１１との間に、塩ビ系樹脂などによる、高弾性率の樹脂
リング１３，１３が介装されているため、流体が弁１６
ａの外周から流出するときにスプール１６に生じる振動
が、前記樹脂リング１３，１３の弾性エネルギーとして
消費され、この振動が支持部材１２からハウジング１１
に伝達されにくくなる。上記の圧力Ｐ3への減圧降下な
らびにリング１３，１３の弾性吸収機能により、長寿命
を補償することができる。上記実施例における調圧弁１
０では、例えば最大圧力が２１００Ｋｇ／ｃｍ²まで使
用可能であり、また流出流体の圧力Ｐ3の減圧調圧範囲
は４００から６００ｋｇ／ｃｍ²程度である。

【００２０】図１に示すウォータジェット加工装置で
は、高圧ポンプ４から供給される超高圧の流体が、調圧
弁１０を通過することにより、例えば前記４００から６
００ｋｇ／ｃｍ²程度に減圧される。よって切換弁９ａ
により、流体を調圧弁１０を介して加工ヘッド６のノズ
ル６ａに与えれば、ガラス材料の穴開けなどの低圧力で
行うべきワーク加工作業などができる。また切換弁９ａ
により、高圧ポンプ４からの供給流体をバイパス経路９
にバイパスさせれば、高圧ポンプ４から超高圧の流体を
そのまま加工ヘッド６のノズル６ａに与えることがで
き、超高圧の流体を使用して材料の切断作業などが可能
になる。

【００２１】したがって、それぞれの加工ヘッドに対し
て、調圧弁１０を使用するかしないかの選択切換を行う
ことにより、２組の加工ヘッドのそれぞれにおいて、超
高圧を必要とする加工と、低圧を必要とする加工の双方
を切換えて行うことができ、また一方の加工ヘッド６に
より、超高圧加工を行い、他方の加工ヘッド６にて、調
圧弁１０を使用し、低圧加工を同時に行うことが可能に
なる。なお、前記調圧弁１０のスプリング２２，２３の
弾性力の設定は、調圧ハンドル１９を手動で操作するこ
とにより行われるが、この調圧ハンドル１９を、ステッ
ピングモータにより駆動し、ＮＣ制御などにより、調圧
弁１０での減圧範囲を自動調整できるようにしてもよ
い。

【００２２】また図１では、調圧弁１０と並列なバイパ
ス経路９を設けているが、例えば一方の加工ヘッドへの
流体経路に調圧弁１０を設けず、超高圧による加工専用
機とし、他方の加工ヘッドへの流体経路にのみ調圧弁１
０を設け、低圧による加工専用機としてもよい。また高
圧流体経路５に接続される加工ヘッドは３組以上であっ
てもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高圧ポン
プからの高圧流体経路に複数組の加工ヘッドを設けた場
合に、少なくとも１つの加工ヘッドに対する流体経路
に、流体圧を減圧する調圧手段を設けることにより、複
数の加工ヘッドの加工条件を変えることができ、超高圧
の流体と比較的低圧の流体とによる加工作業を同時に行
うことが可能になる。

【００２４】請求項２記載の発明では、高圧ポンプから
の超高圧の流体が、スプールの細径部を経てスプールと
流通穴との隙間に送られるため、弁に送られる流体圧力
を降下させることができ、弁に作用する負荷を軽減し
て、摩耗や損傷を防止でき、長寿命の調圧手段となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウォータジェット加工装置の構成
を示すブロック説明図、

【図２】調圧手段の一例として調圧弁の構造を示す断面
図、

【図３】調圧弁の動作を説明する部分断面図、

【図４】調圧弁の動作を説明する部分断面図、

【図５】従来のウォータジェット加工装置の構成を示す
ブロック説明図、

【符号の説明】

２ 水処理部 ４ 高圧ポンプ ６ 加工ヘッド ６ａ ノズル １０ 調圧弁 １１ ハウジング １２ 支持部材 １２ａ 流通穴 １２ｂ 流出側開口端 １２ｃ ドレーン側開口端 １６ スプール １６ａ 弁 １６ｃ 細径部 １７ 調圧ピストン １９ 調圧ハンドル ２２，２３ スプリング １１ａ 流入ポート １１ｃ ドレーンポート １４ｂ 供給ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧ポンプからの高圧流体の供給経路
   に、液体を噴射するノズルを備えた複数の加工ヘッドが
   接続されているウォータジェット加工装置であって、少
   なくとも１つの加工ヘッドへの流体経路に、前記ノズル
   に対する流体供給圧を減圧調整する調圧手段が設けられ
   ていることを特徴とするウォータジェット加工装置。
2. 【請求項２】 前記調圧手段は、支持部材に形成された
   流通穴の内部に摺動自在に支持されたスプールと、この
   スプールの先端に設けられ前記流通穴の供給側開口端を
   閉鎖可能な弁と、スプールの後端に設けられて前記流通
   穴のドレーン側開口端に対向する調圧ピストンと、前記
   流通穴のドレーン側開口端を閉鎖し且つ流通穴の供給側
   開口端を開放する方向へ前記調圧ピストンを弾圧するス
   プリングと、このスプリングの弾圧力の調整手段とを有
   しており、前記スプールの中間部分は細径部が形成さ
   れ、前記支持部材に穿設された高圧流体の供給通路が前
   記スプールの細径部に対向している請求項１記載のウォ
   ータジェット加工装置。