(57)【要約】【課題】ウォータジェット加工において、従来よりも形状加工精度の向上を図る。【解決手段】カッティングノズル１１から高圧の切断水を噴射して被加工物Ｗを切断するウォータジェット加工手段１を有する加工装置１００であって、供給管Ｒ７が高圧ポンプ３とカッティングノズル１１を接続し、高圧ポンプ３が切断水を加圧する。冷却装置２７が管状部材４に冷却媒体を供給し、管状部材４に冷却媒体を流入させて供給管Ｒ７を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッティングノズルから高圧の切断水を噴射して被加工物を切断するウォータジェット加工手段を有する加工装置において、
前記噴射する切断水を加圧する高圧ポンプと、
該高圧ポンプとカッティングノズルとを接続する供給管と、
冷却媒体を流入させ、該冷却媒体で前記供給管を冷却する管状部材と、
該管状部材に前記冷却媒体を供給する冷却装置とを備えたことを特徴とするウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項２】
前記被加工物が取付固定されるとともに、前記噴射された切断水を貯留する加工槽を備えたことを特徴とする請求項１に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項３】
前記加工槽に貯留された前記切断水を回収して清浄することにより前記切断水を再生し、再生した前記切断水を前記高圧ポンプに供給する切断水再生供給装置を備えたことを特徴とする請求項２に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項４】
前記切断水再生供給装置は、再生された前記切断水を冷却して前記高圧ポンプに供給することを特徴とする請求項３に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項５】
前記管状部材が前記供給管の一部を囲繞するように内通させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項６】
前記冷却装置が前記管状部材に前記冷却媒体を循環供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項７】
前記切断水が切断補助材を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【請求項８】
前記ウォータジェット加工手段を有する加工装置は、前記被加工物をワイヤ放電加工するワイヤ放電加工手段をも有する複合加工装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のウォータジェット加工手段を有する加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッティングノズルから高圧の切断水を噴射して被加工物を切断加工するウォータジェット加工手段を有する加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カッティングノズルから高圧の切断水を噴射して被加工物を切断加工するウォータジェット加工装置が知られている。このウォータジェット加工は、形状加工精度が０．１ｍｍ程度の切断加工においては、高速の切断加工を実現するものである。
【０００３】
また、ウォータジェット加工の高速な加工速度に着目し、加工速度は低速であるが高精度な加工を実現するワイヤ放電加工をウォータジェット加工に組み合わせた複合加工が実現されている。
【０００４】
特許文献１には、高速なウォータジェット加工と高精度なワイヤ放電加工を実現できる複合加工装置が記載されている。この複合加工装置は、高速なウォータジェット加工によって被加工物を一次加工し、その後、ワイヤ放電加工によって要求精度に仕上加工するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１０６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ウォータジェット加工においても形状加工精度のさらなる向上が要求されている。特に、上記の複合加工装置においては、ウォータジェット加工時での形状加工精度が向上することにより、ワイヤ放電加工時での仕上時間が短縮されるため、その要望が強い。
【０００７】
しかしながら、ウェータジェット加工では、切断水を高圧に加圧することおよび切断時に発生する熱によって切断水が高温となり、被加工物や、切断水が貯留された加工槽内に配置されて被加工物を固定するワークスタンドが熱変位するため、形状加工精度を向上させることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、従来よりも形状加工精度を向上できるウォータジェット加工手段を有する加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置は、カッティングノズルから高圧の切断水を噴射して被加工物を切断するウォータジェット加工手段を有する加工装置において、噴射する切断水を加圧する高圧ポンプと、この高圧ポンプとカッティングノズルとを接続する供給管と、冷却媒体を流入させ、この冷却媒体で供給管を冷却する管状部材と、この管状部材に冷却媒体を供給する冷却装置とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、「高圧」とは、切断加工に要求される高い圧力であり、具体的には、３５０ＭＰａ〜４００ＭＰａ程度の圧力を意味する。上記「切断水」とは、カッティングノズルから噴射されて切断加工に使用される水を意味する。上記「冷却媒体」とは、冷却する媒体の意味であり、液体、気体をも含むものである。具体的には、水、合成油およびＳＦ６ガス等である。上記「冷却媒体で供給管を冷却する」とは、供給管を管状部材に内通させて冷却媒体で直接的に冷却する場合や、管状部材を供給管に巻き付けることで冷却媒体を流入させた管状部材の管面を介して間接的に冷却する場合等をも含むものである。上記「管状部材」とは、冷却媒体を収容するものを広く意味するものである。
【００１１】
また、本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置は、被加工物が取付固定されるとともに、噴射された切断水を貯留する加工槽を備えたものであってもよい。
【００１２】
また、本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置は、加工槽に貯留された切断水を回収して清浄することにより切断水を再生し、再生した切断水を高圧ポンプに供給する切断水再生供給装置を備えたものであってもよい。
【００１３】
また、切断水再生供給装置は、再生された切断水を冷却して高圧ポンプに供給するものであってもよい。
【００１４】
また、管状部材は、供給管の一部を囲繞するように内通させるものであってもよい。
【００１５】
また、冷却装置は、管状部材に冷却媒体を循環供給するものであってもよい。
【００１６】
また、切断水は、切断補助材を含有するものであってもよい。ここで、「切断補助材」とは、切断水に含有されて被加工物の切断を補助するものであり、具体的に、ガーネットやサンドのような研磨材粒または砥粒を意味する。
【００１７】
また、本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置は、被加工物をワイヤ放電加工するワイヤ放電加工手段をも有する複合加工装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置によれば、冷却装置が管状部材に冷却媒体を供給し、管状部材に流入された冷却媒体が高圧ポンプとカッティングノズルとを接続する供給管を冷却することにより、加圧されて高温となった供給管内の切断水が冷却され、噴射後に通常の圧力に戻った時に、切断水の温度を高圧ポンプに供給される前の温度よりも低くすることができる。したがって、噴射される切断水の温度を低下させることで熱変位による影響を低減し、ウォータジェット加工の形状加工精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】複合加工装置の模式図
【図２】冷却効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のウォータジェット加工手段を有する加工装置の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、ウォータジェット加工とワイヤ放電加工とを有する複合加工装置１００を用いて説明する。図１は、複合加工装置１００の模式図である。
【００２１】
複合加工装置１００は、装置本体１と、切断水再生供給装置２と、高圧ポンプ３と、冷却ジャケット４とから構成される。
【００２２】
装置本体１は、加工槽１０と、ウォータジェット加工において切断水を噴射するカッティングノズル１１と、ワイヤ放電加工においてワイヤを案内保持する上ワイヤガイドアッセンブリ１２Ａおよび下ワイヤガイドアッセンブリ１２Ｂとから主に構成されている。
【００２３】
加工槽１０は、ベッド１０１の空洞により形成される下側部位と、ベッド１０１上に立設する加工壁１０２によって囲まれた空間で形成される上側部位とに区分される。この下側部位には、ワークスタンド１０３が上側部位に向けて延出するように設けられており、このワークスタンド１０３上に被加工物Ｗが固定される。
【００２４】
加工槽１０の底面近傍の中央部位には、ドレイン１０４、このドレイン１０４と連通して加工槽１０内の水を外部に一次排水として排出するドレイン管路１０５が形成されている。
【００２５】
カッティングノズル１１は、不図示の移動手段により、図中ＸＹＺ軸方向に往復自在であるとともに、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りに回動自在となっている。カッティングノズル１１は、毎分３リットル程度の切断水を噴射し、噴射された切断水は、加工槽１０に貯留される。ここで、切断水とは、後述する超清水を高圧ポンプ３で加圧したものであり、必要に応じてカッティングノズル１１において切断砥粒が含有させる。なお、切断砥粒とは、具体的に、粒度が♯８０、♯１００、♯１２０、♯１５０，♯２００に整粒したガーネットや、サンド等である。
【００２６】
上ワイヤガイドアッセンブリ１２Ａは、上アーム１３Ａを介して不図示の移動手段に取り付けられ、図中ＸＹ軸方向に往復動可能であるとともに、噴流水を噴流する上噴流ノズル１４Ａを有している。この噴流水は、後述する清水であり、噴流後は加工槽１０に貯留され、切断水再生供給装置２によって循環供給される。なお、下ガイドアッセンブリ１２Ｂは、上ワイヤガイドアッセンブリ１２Ａと同様の構成であり、その説明を省略する。
【００２７】
加工槽１０には、後述する清水を加工水として供給されて貯留している。加工水は、ウォータジェット加工時には、被加工物Ｗが浸漬しない程度に供給され、噴射された切断水を緩衝させる。また、加工水は、ワイヤ放電加工時には、加工槽１０の水位が被加工物Ｗを浸漬する程度となるように、切断水再生供給装置２によって循環供給される。
【００２８】
ここで、加工槽１０に貯留される全ての水を貯留水という。具体的に、ウォータジェット加工時の噴射された切断水、放電加工時の上下噴流ノズル１４Ａ、１４Ｂから噴流された清水や、ウォータジェット加工時の切断水の緩衝用および放電加工時の被加工物Ｗの浸漬用の加工水を全て含むものである。
【００２９】
下ワイヤガイドアッセンブリ１２Ｂは、ウォータジェット加工時には、図中後方に移動し、不図示のシャッタによってウォータジェット加工時の貯留水から隔離される。貯留水は、切断水を緩衝させることによって水温が上昇し、ワークスタンド１０３に熱変位が生じるため、形状加工精度に影響を及ぼす。
【００３０】
切断水再生供給装置２は、加工槽１０の貯留水を、後述する清水および超清水に再生し、噴流水、加工水および切断水として循環供給するものである。切断水再生供給装置２は、サイクロン装置２０と、濾過槽２１と、この濾過槽２１を収容する回収槽２２と、浄水槽２３と、ペーパフィルタ２４と、清水槽２５と、イオン交換器２６と、冷却装置２７と、セラミックフィルタ２８と、超清水槽２９とから構成される。
【００３１】
サイクロン装置２０は、加工槽１０の貯留水を一次排水として導水し、貯留水内の切断砥粒を遠心分離によって除去し、切断砥粒が分離除去された水を浄水として浄水槽２３へ送水するものである。このサイクロン装置２０は、図１に示す通り、濾過槽２１上に２台の第１の遠心分離機２０１と、１台の第２の遠心分離機２０２とを有している。なお、第１および第２の遠心分離機２０１、２０２の台数は、濾過能力に応じて決定されるものであり、上記記載に限定されるものではない。
【００３２】
第１の遠心分離機２０１は、一次排水から切断砥粒を遠心分離し、切断砥粒が分離除去された水を浄水として浄水槽２３に送水するとともに、分離除去された切断砥粒を高濃度で含有する水を濾過槽２１に送水する。この切断砥粒を高濃度で含有する水は、濾過槽２１で濾過されて二次排水として回収槽２２に回収される。
【００３３】
第２の遠心分離機２０２は、回収槽２２の二次排水から切断砥粒を遠心分離し、切断砥粒が分離除去された水を浄水として浄水槽２３に送水するとともに、濾過槽２１で濾過できなかった微細な切断砥粒を含有する水を再び濾過槽２１に送水する。
【００３４】
ペーパフィルタ２４は、切断砥粒の微粒子を濾過できる濾過性度のフィルタであり、浄水槽２３の浄水を濾過して清水として清水槽２５に送水する。この清水は、上下噴流ノズル１４Ａ、１４Ｂからの噴流用、切断水の緩衝用、被加工物Ｗの浸漬用に使用される加工水としての清浄度を有している。
【００３５】
イオン交換装置２６は、清水槽２５の清水をワイヤ放電加工に適する所定の比抵抗値を有するようにイオン交換するものである。冷却装置２７は、清水槽２５の清水を所定温度に冷却するものである。
【００３６】
セラミックフィルタ２８は、粒径μｍ程度の超微粒子を濾過できる高濾過精度のフィルタであり、清水槽２５の清水を濾過して超清水として超清水槽２９に送水する。この超清水は、切断水として使用できる程度の清浄度を有している。なお、超清水の上記超微粒子の含有量は、１パーセント以下である。
【００３７】
高圧ポンプ３は、超清水槽２９の超清水を２００ＭＰａ〜４５０ＭＰａ程度の高圧に加圧してカッティングノズル１１に供給するものである。このカッティングノズル１１で切断砥粒が混入されて切断水が生成され、被加工物Ｗに噴射される。なお、高圧ポンプ３は、増圧器を有するものであってもよい。
【００３８】
次に、複合加工装置１００の管路について説明する。複合加工装置１００は、排水管路Ｒ１と、浄水送水管路Ｒ２と、清水送水管路Ｒ３と、加工水供給管路Ｒ４と、噴流供給管路Ｒ５と、超清水送水管路Ｒ６と、切断水供給管路Ｒ７とを主要循環管路として有している。
【００３９】
排水管路Ｒ１は、ドレイン管路１０５とサイクロン装置２０の第１の遠心分離機２０１とを接続する管路、浄水送水管路Ｒ２は、第１の遠心分離機２０１または第２の遠心分離機２０２と浄水槽２３とを接続する管路、清水送水管路Ｒ３は、ペーパフィルタ２４を介して浄水槽２３と清水槽２５とを接続する管路である。
【００４０】
加工水供給管路Ｒ４は、清水槽２５と加工槽１０とを接続する管路、噴流供給管路Ｒ５は、加工水供給管路Ｒ４から分岐して清水槽２５と上下噴流ノズル１４Ａ、１４Ｂとを接続する管路、超清水送水管路Ｒ６は、加工水供給管路Ｒ４から分岐してセラミックフィルタ２８を介して清水槽２５と超清水槽２９とを接続する管路、切断水供給管路Ｒ７は、高圧ポンプ３を介して超清水槽２９とカッティングノズル１１とを接続する管路である。
【００４１】
また、複合加工装置１００は、イオン交換管路Ｒ８と、冷却管路Ｒ９と、切断水冷却管路Ｒ１０とを主要循環管路を補助する副管路として有している。
【００４２】
イオン交換管路Ｒ８は、清水槽２５とイオン交換器２６との間で清水が循環する管路、冷却管路Ｒ９は、清水槽２５と冷却装置２７との間で清水が循環する管路、切断水冷却管路Ｒ１０は、加工水供給管路Ｒ４から分岐して後述する冷却ジャケット４に清水を供給する管路である。
【００４３】
複合加工装置１００は、高圧ポンプ３とカッティングノズル１１との間の切断水供給管路Ｒ７の一部を囲繞するように内通させる冷却ジャケット４を設けている。
【００４４】
冷却ジャケット４は、外径が５０ｍｍ程度、内径４０ｍｍ程度の管状部材であって切断水供給管路Ｒ７を２ｍ程度囲繞するように内通させるものであり、両端に冷却装置２７で冷却された清水を供給する供給口４１と、供給された清水を排出する排出口４２とを有している。
【００４５】
また、本実施形態では、冷却ジャケット４は、切断水供給管路Ｒ７の一部を囲繞するように内通させて清水で直接的に切断水供給管路Ｒ７の一部を冷却するものとしたが、これに限定されるものではない。切断水供給管路Ｒ７の一部に冷却ジャケット４を巻き付けることにより、清水を流入させた冷却ジャケット４の表面を介して間接的に冷却するものであってもよい。さらに、冷却ジャケット４の形状は、管状に限定されるものではなく、冷水を収容できる形状であれば良い。
【００４６】
加工水供給管路Ｒ４中に設けられる不図示のポンプが冷却装置２７で冷却された清水を供給口４１に供給し、供給された清水を切断水供給管路Ｒ７の管面と冷却ジャケット４との間に通過させ、排出口４２から排出し、再び清水槽２５に送水する。これにより、切断水供給管路Ｒ７を冷却する清水が循環供給される。具体的に、毎分１０リットル程度の清水が冷却ジャケット４に供給される。
【００４７】
また、本実施形態では、冷却媒体を清水とし、冷却装置を冷却ジャケット４に清水を供給する冷却装置２７としたが、これに限定するものではない。新たな冷却装置を設け、冷却ジャケット４との間で冷却媒体を循環供給させてもよい。また、ラジエータ、熱交換器およびフィルタ等の付属装置を含む新たな冷却装置により、冷却ジャケット４を含む給排経路を完全に密閉することで冷却媒体として合成油の使用も可能である。さらに、大容量変圧器で広く使用されている冷却媒体としてＳＦ６ガス等の気体の使用も可能である。
【００４８】
図２は、冷却ジャケット４による冷却効果を示すものである。ここで、高圧ポンプ３と冷却ジャケット４との間の切断水供給管路Ｒ７内の超清水は、高圧ポンプ３により加圧されて高温状態となる。
【００４９】
一般に、圧縮による物質の温度変化について、断熱圧縮と等温圧縮という現象が存在する。断熱圧縮では、図２に示す通り、断熱状態で物質が圧縮された場合に、加圧により上昇した温度は、圧縮後（膨張）には、圧縮前の温度に戻る。等温圧縮では、圧縮時の温度が圧縮前と等温である場合、圧縮後（膨張）には、圧縮前の温度よりも低下する。
【００５０】
冷却ジャケット４により冷却された切断水供給管路Ｒ７内の超清水は、上記等温圧縮に近い状態となり、カッティングノズル１１から噴射された切断水は、圧縮前の超清水の温度よりも低下する。
【００５１】
具体的に、高圧ポンプ３に供給される超清水の温度は、摂氏２３度程度であり、高圧ポンプ３で圧縮されることにより、高圧ポンプ３とカッティングノズル１１間の切断水供給管路Ｒ７の、冷却ジャケット４手前の管面温度は、摂氏８０度程度に上昇する。
【００５２】
冷却ジャケット４に供給排出される清水は、供給時が摂氏２３度程度であり、排出時が摂氏２６度程度となる。冷却ジャケット後の切断水供給管路Ｒ７の管面温度は、摂氏７７度程度に低下し、カッティングノズル１１から噴射された切断水は、摂氏２０度程度である。
【００５３】
以上、述べた通り、本発明の実施形態である複合加工装置１００は、高圧ポンプ３とカッティングノズル１１との間の切断水供給管路Ｒ７の一部を囲繞するように内通させる冷却ジャケット４を備えているため、冷却装置２７で冷却された清水が冷却ジャケット４に供給されることで高圧ポンプ３によって加圧された高温の超清水が冷却される。圧縮状態で高温の超清水を冷却することで等温圧縮に近づけることにより、カッティングノズル１１から噴射される加工水を圧縮前の超清水の温度よりも低下できる。これにより、熱変位による影響を低減させて従来よりも形状加工精度を向上できる。
【００５４】
このように、本発明の実施の形態の複合加工装置１００は、高圧で高温の超清水の温度を安全に効率よく冷却できる構成として有利である。特に、等温圧縮の原理を応用して加工水の温度を適度に下げることができる本実施形態の複合加工装置１００は、装置本体１と被加工物Ｗの温度を可能な限り一定に維持することで加工形状精度の低下を防止する加工機械において有効である。
【００５５】
また、本発明の実施形態である複合加工装置１００は、冷却装置を新たに設けることなく、同一の冷却装置によって冷却された超清水をさらに冷却することが可能であり、複合加工装置の省スペース化を図れる。
【００５６】
本実施形態では、ウォータジェット加工手段を有する加工装置をウォータジェット加工手段とワイヤ放電加工手段の両方を有する複合加工装置１００として説明したが、これに限定されるものではなく、ウォータジェット加工手段のみを有するウォータジェット加工装置であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
Ｒ７    切断水供給管路
Ｗ      被加工物
１      装置本体
２      切断水再生供給装置
３      高圧ポンプ
４      冷却ジャケット
１０    加工槽
１１    カッティングノズル
２７    冷却装置
１００  複合加工装置
【図１】
2010158732.tif 000003
【図２】
2010158732.tif 000004