(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジェット切削装置において、
加圧された水を被切削物に噴射するノズルと、
前記被切削物を経た水流を受けるキャッチャとから構成され、
前記キャッチャは、流入した水流の力を自己の軸周りにおける回転力に変換するロータと、前記ロータを回転自在に支持する支持部材とを有し、
前記ロータは、それぞれが軸方向に延在する複数の突起部又は凹部を内面に有する筒状に形成されることを特徴とするウォータジェット切削装置。
【請求項２】
前記突起部又は凹部のそれぞれは、前記ロータの動径方向に対して非対称な側面を有して形成されることを特徴とする請求項１に記載されたウォータジェット切削装置。
【請求項３】
前記複数の突起部又は凹部は、前記ロータの内周面の周方向に断面鋸歯状に連続して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載されたウォータジェット切削装置。
【請求項４】
前記突起部又は凹部のそれぞれは、前記ロータの動径方向に対して非対称な一方側に向く側面と、他方側に向く側面とを有し、前記一方側に向く側面が前記水流を受けることによって変換された回転力と、前記他方側に向く側面が前記水流を受けることによって変換された回転力とは、回転力の方向および回転力の大きさがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたウォータジェット切削装置。
【請求項５】
前記ロータは、前記被切削物を経た水流が流入する流入口側の内径よりも流出口側の内径が小さいテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載されたウォータジェット切削装置。
【請求項６】
前記突起部又は凹部の幅は、流入口側よりも流出口側が狭いことを特徴とする請求項５に記載されたウォータジェット切削装置。
【請求項７】
前記突起部又は凹部の変換効率は、流入口側の位置に前記水流を受けた場合よりも流出口側の位置に前記水流を受けた場合が高いことを特徴とする請求項５または６に記載されたウォータジェット切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧された水を噴射することによって、被切削物を切削するウォータジェット切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、加圧された水をノズルから噴射することによって、被切削物を切削するウォータジェット切削装置が開示されている。このウォータジェット切削装置において、被切削物を切削した後の水流は、ノズルと同期して移動する円筒状のキャッチャによって受けられる。ここで、被切削物を切削した後の水流の進行方向は、被切削物からの抵抗によってノズルの移動方向とは反対側に折り曲げられるように傾斜する。したがって、被切削物を切削した後の水流は、キャッチャの流入口から流入し、キャッチャの内周面によって受けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−１２１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノズルの移動方向や、被切削物の硬さなどの被切削物を切削する条件が同じ場合には、水流を受ける位置も同じになるので、キャッチャは局所的に摩耗しやすいという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、キャッチャの局所的な摩耗を抑制することができ、キャッチャの寿命を延ばすことができるウォータジェット切削装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決すべく、本発明は、ノズルと、キャッチャとから構成されるウォータジェット切削装置を提供する。ノズルは、加圧された水を被切削物に噴射する。キャッチャは、被切削物を経た水流を受ける。このキャッチャは、ロータと、支持部材とを有する。ロータは、流入した水流の力を自己の軸周りにおける回転力に変換する。支持部材は、ロータを回転自在に支持する。また、ロータは、それぞれが軸方向に延在する複数の突起部又は凹部を内面に有する筒状に形成される。
【０００７】
ここで、本発明において、突起部又は凹部のそれぞれは、ロータの動径方向に対して非対称な側面を有して形成されることが好ましい。また、複数の突起部又は凹部は、ロータの内周面の周方向に断面鋸歯状に連続して形成されることが好ましい。また、突起部又は凹部のそれぞれは、ロータの動径方向に対して非対称な一方側に向く側面と、他方側に向く側面とを有し、一方側に向く側面が水流を受けることによって変換された回転力と、他方側に向く側面が水流を受けることによって変換された回転力とは、回転力の方向および回転力の大きさがそれぞれ異なることが好ましい。ロータの動径方向に対して非対称な側面の一方の側面が水流を受けることによって変換された回転力と、他方の側面が水流を受けることによって変換された回転力とは、回転力の方向および回転力の大きさがそれぞれ異なることが好ましい。また、ロータは、被切削物を経た水流が流入する流入口側の内径よりも流出口側の内径が小さいテーパ状に形成されることが好ましい。また、突起部又は凹部の幅は、流入口側よりも流出口側が狭いことが好ましい。さらに、突起部又は凹部の変換効率は、流入口側の位置に水流を受けた場合よりも流出口側の位置に水流を受けた場合が高いことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、キャッチャは、流入した水流の力を自己の軸周りにおける回転力に変換するロータを有するので、水流を受ける位置は、被切削物を切削する条件が同じ場合であってもロータの周方向に変位する。したがって、キャッチャの局所的な摩耗を抑制することができ、キャッチャの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るウォータジェット切削装置の要部斜視図
【図２】キャッチャの分解斜視図
【図３】キャッチャを中心軸に沿って切断した断面図
【図４】ロータを流入口側から見た拡大図
【図５】突起部の断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係るウォータジェット切削装置の要部斜視図である。ウォータジェット切削装置１は、ノズル２と、円筒状のキャッチャ３とを有する。ノズル２は、加圧された水を被切削物Ｗに噴射する。キャッチャ３は、被切削物Ｗを切削した後の水流を受ける。このウォータジェット切削装置１は、ノズル２の中心軸と、キャッチャ３の中心軸とを一致させた状態において、ノズル２およびキャッチャ３を同期して移動させることによって被切削物Ｗを切削する。ここで、被切削物Ｗを切削した後の水流の進行方向は、被切削物Ｗからの抵抗によってノズル２の移動方向（図１の矢印Ａ方向）とは反対側に折り曲げられるように傾斜する（図１の太線）。したがって、被切削物Ｗを切削した後の水流は、キャッチャ３の流入口Ｆｉから流入し、キャッチャ３の内周面によって受けられる。
【００１１】
図２は、キャッチャ３の分解斜視図である。図３は、キャッチャ３を中心軸に沿って切断した断面図である。キャッチャ３は、ロータ４と、支持部材５と、カバー部材６と、ベース部材７とを備える。ロータ４は、円筒状に形成され、その内周面における流入口Ｆｉ側の略半分の領域に複数の突起部４１が形成されている（隣り合う突起部４１の間に凹部が形成されているとも換言できる）。各突起部４１は、被切削物Ｗを切削した後の水流を受ける。また、ロータ４の内周面は、流入口Ｆｉ側の内径よりも流出口Ｆｏ側の内径が小さいテーパ状に形成される。これによれば、テーパ状に形成しない場合と比較して水流の進行方向をロータ４の内周面における法線方向に近づけることができる。したがって、水流の力を効率よくロータ４に伝達することができる。支持部材５は、円筒状に形成され、２つの円環状のベアリング５１を介してロータ４を支持する（図３参照）。すなわち、支持部材５は、ロータ４を中心軸周りに回転自在に支持する。カバー部材６は、中空円盤状に形成され、ロータ４の外周面に固定される。このカバー部材６は、被切削物Ｗを切削した後の水流から支持部材５を保護する。ベース部材７は、支持部材５と嵌合する円筒状に形成される。このベース部材７には、内部に連通する穴７１が形成されている。この穴７１には、吸引装置（図示略）が接続される。
【００１２】
ロータ４の流入口Ｆｉから流入した水流は、各突起部４１にて受けられた後、流出口Ｆｏから流出する。流出口Ｆｏから流出した水流は、ベース部材７の内部にて受けられた後、穴７１を介して前述の吸引装置によって吸引される。
【００１３】
図４は、ロータ４を流入口Ｆｉ側から見た拡大図である。各突起部４１は、ロータ４の動径方向に対して非対称な２つの側面４１Ａ，４１Ｂを有し（隣り合う突起部４１の間に形成された凹部が、ロータ４の動径方向に対して非対称な２つの側面４１Ａ、４１Ｂを有するとも換言できる）、ロータ４の軸方向に延在する。各側面４１Ａ，４１Ｂは、ロータ４の中心軸側に向いている。また、各突起部４１は、ロータ４の内周面に沿って断面鋸歯状に連続して形成される。ここで、各突起部４１の幅は、流入口Ｆｉ側よりも流出口Ｆｏ側を狭くしている。これによれば、ロータ４をテーパ状に形成し、流入口Ｆｉ側の内径よりも流出口Ｆｏ側の内径が小さくなっている場合においても突起部４１を軸方向に連続して形成することができる。したがって、突起部４１の構造を簡素化することができる。
【００１４】
図５は、突起部４１の断面模式図である。突起部４１の形状は、流入口Ｆｉ側の位置（図５の上図）と、流出口Ｆｏ側の位置（図５の下図）とで異なっている。具体的には、突起部４１の突起量は、流入口Ｆｉ側の位置よりも流出口Ｆｏ側が大きい。また、側面４１Ａの区間Ｓ１の幅は、流入口Ｆｉ側の位置よりも流出口Ｆｏ側が狭い。側面４１Ｂの区間Ｓ２の幅は、流入口Ｆｉ側の位置と、流出口Ｆｏ側の位置とで同じである。
【００１５】
以下、図５を参照して、被切削物Ｗを切削した後の水流をロータ４の動径方向（図５の下方向）に受ける場合について検討する。まず、側面４１Ａが受ける水流の力Ｆ１は、側面４１Ａに対して垂直に作用し、その大きさは区間Ｓ１における積分となる。すなわち、図５の上図において、横方向の単位長さ辺り、下方向の水流の力をｐとすると、Ｆ１＝ｐ・Ｓ１・ｃｏｓθ１となる。したがって、ロータ４の回転方向における分力はベクトルＦＲ１＝Ｆ１・ｓｉｎθ１となる。これに対して、側面４１Ｂが受ける水流の力Ｆ２は、側面４１Ｂに対して垂直に作用し、その大きさは区間Ｓ２における積分となる。すなわち、Ｆ２＝ｐ・Ｓ２・ｃｏｓθ２となる。したがって、ロータ４の回転方向における分力はベクトルＦＲ２＝Ｆ２・ｓｉｎθ２となる。
【００１６】
ここで、Ｓ１、Ｓ２、θ１、θ２を調整することによって、ベクトルＦＲ１と、ベクトルＦＲ２とは、方向および大きさをそれぞれ異ならせることができる。本実施形態においては、ベクトルＦＲ１と、ベクトルＦＲ２とは、互いに対向し、ベクトルＦＲ２よりもベクトルＦＲ１を大きくしている。したがって、水流を突起部４１が受けることによって、ロータ４は、ベクトルＦＲ１の方向にＦ＝ＦＲ１―ＦＲ２の力を受けて回転する（図４の矢印Ｂ方向）。換言すれば、突起部４１は、水流の力をロータ４の中心軸周りの回転力に変換する。
【００１７】
また、図５の下図において、横方向の単位長さ辺り、下方向の水流の力をｐ'（＝ｐ）とすると、側面４１Ａが受ける水流の力Ｆ１'は、Ｆ１'＝ｐ'・Ｓ１'・ｃｏｓθ１'となり、流出口Ｆｏ側の位置におけるベクトルＦＲ１'の大きさは、ＦＲ１'＝Ｆ１'・ｓｉｎθ１'となるが、流入口Ｆｉ側の位置におけるベクトルＦＲ１の大きさが、流出口Ｆｏ側の位置におけるベクトルＦＲ１'の大きさよりも小さくなるよう、Ｓ１、Ｓ２、θ１、θ２、Ｓ１'、Ｓ２'、θ１'、θ２'が調整される。同様にＳ１、Ｓ２、θ１、θ２、Ｓ１'、Ｓ２'、θ１'、θ２'を調整し、流入口Ｆｉ側の位置におけるベクトルＦＲ２の大きさは、流出口Ｆｏ側の位置におけるベクトルＦＲ２'の大きさＦＲ２'＝Ｆ２'・ｓｉｎθ２'（Ｆ２'＝ｐ'・Ｓ２'・ｃｏｓθ２'）と略同じとする。したがって、突起部４１が受ける水流の力をロータ４の中心軸周りの回転力に変換する変換効率は、流入口Ｆｉ側の位置に水流を受けた場合よりも流出口Ｆｏ側の位置に水流を受けた場合が高い。すなわち、Ｆ＝ＦＲ１―ＦＲ２とＦ'＝ＦＲ１'―ＦＲ２'とを比較すると、Ｆ＜Ｆ'である。これによれば、流出口Ｆｏ側の位置に水流を受けた場合と、流入口Ｆｉ側の位置に水流を受けた場合とでロータ４の回転速度を略一定とすることができる。ロータ４は、流入口Ｆｉ側の内径よりも流出口Ｆｏ側の内径が小さいテーパ状に形成されているので、突起部４１の変換効率を一定とすると、流出口Ｆｏ側の位置に水流を受けた場合の回転速度は、流入口Ｆｉ側の位置に水流を受けた場合の回転速度よりも遅くなるからである。
【００１８】
なお、ロータ４の回転速度は、遅いことが望ましい。これは、ロータ４と、支持部材５との間の摩耗を抑制するためである。このロータ４の回転速度は、側面４１Ａ，４１Ｂの区間Ｓ１，Ｓ２や、側面４１Ａ，４１Ｂの動径方向に対する角度θ１、θ２に基づいて調整することができる。本実施形態では、水流を側面４１Ｂが受けることによって生じるベクトルＦＲ２は、水流を側面４１Ａが受けることによって生じるベクトルＦＲ１に対して回転の速度を遅くするように働く。したがって、ロータ４の回転速度を遅くする場合には、ベクトルＦＲ１と、ベクトルＦＲ２との大きさの差を小さくするように、側面４１Ａ，４１Ｂを設計すればよい。
【００１９】
このように、本実施形態によれば、キャッチャ３は、流入した水流の力を自己の軸周りにおける回転力に変換するロータ４を有するので、水流を受ける位置は、被切削物Ｗを切削する条件が同じ場合であってもロータ４の周方向に変位する。したがって、キャッチャ３の局所的な摩耗を抑制することができ、キャッチャ３の寿命を延ばすことができる。
【００２０】
本発明の本質は、被切削物Ｗを経て流入した水流の力を軸周りの回転力に変換する機構を設けることによりキャッチャ３を回転動作させることであり、そのような作用効果を発揮するものであるならばいかなる構成でもよい。例えば、上述した実施形態では、ロータ４は、流入口Ｆｉ側の内径よりも流出口Ｆｏ側の内径が小さいテーパ状に形成されていたが、テーパ状に形成されていなくてもよい。各突起部４１の幅は、流入口Ｆｉ側よりも流出口Ｆｏ側を狭くしていたが、広くしてもよく、流入口Ｆｉ側と、流出口Ｆｏ側とを同じにしてもよい。突起部４１の変換効率は、流入口Ｆｉ側の位置に水流を受けた場合よりも流出口Ｆｏ側の位置に水流を受けた場合を高くしていたが、低くしてもよく、流入口Ｆｉ側の位置に水流を受けた場合と、流出口Ｆｏ側の位置に水流を受けた場合とを同じにしてもよい。
【００２１】
また、上述した実施形態では、各突起部４１は、ロータ４の動径方向に対して非対称な２つの側面４１Ａ，４１Ｂを有していたが、被切削物Ｗを切削した後の水流をロータ４の動径方向に対して傾斜する方向から受ける場合には、各側面は対称であってもよい。各側面４１Ａ，４１Ｂは、ロータ４の中心軸側に向いていたが、いずれか一方の側面のみがロータの中心軸側に向いていてもよい。
【００２２】
また、上述した実施形態では、突起部４１は、ロータ４の内周面に沿って断面鋸歯状に連続して形成されていたが、周方向に間隔をあけて不連続的に形成してもよい。また、各突起部は、軸方向に連続して形成されていなくてもよく、要するに、突起部は、軸方向に延在していればよい。
【００２３】
また、上述した実施形態では、ロータ４は、円筒状に形成されていたが、角筒状などの他の筒状に形成されていてもよい。
【００２４】
また、上述した実施形態では、突起部４１を形成していたが、波状などの他の形状に形成してもよく、更に、凹部を形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上のように、本発明は、加圧された水を噴射することによって、被切削物を切削するウォータジェット切削装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  ウォータジェット切削装置
２  ノズル
３  キャッチャ
４  ロータ
５  支持部材
６  カバー部材
７  ベース部材
４１  突起部
４１Ａ，４１Ｂ  側面
５１  ベアリング
７１  穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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