(57)【要約】【課題】安価にかつ効率的に３次元アブレシブジェット加工を行うことができるアブレシブジェット加工用治具及びアブレシブジェット加工方法を提供する。【解決手段】治具本体３側壁部周囲に配置するキャッチャ６（ｂ）は、その内部にワーク７の最下方位置よりも上方に位置する球状部材５を収納してなる。その結果キャッチャ６（ｂ）内のワーク７の最下方位置よりも上方に位置する球状部材５によってアブレシブジェット１８を減衰することができることから、ワーク７の側部を加工する加工軌跡Ｌ２に対応して形成するスリット８（ｂ）を介してアブレシブジェット１８を噴射することができ、ワーク７の最下方位置よりも上方のワーク７の側部の加工が可能となる。【選択図】図１
2009297831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの配置部を備える治具本体にキャッチャを付設し、前記キャッチャの保持部材に複数の球状部材を収納してなるアブレシブジェット加工用治具において、前記キャッチャの保持部材に収納した球状部材の少なくとも一部を前記ワークの最下方位置よりも上方に位置させてなることを特徴とするアブレシブジェット加工用治具。
【請求項２】
前記キャッチャに治具防護板を備えている請求項１に記載のアブレシブジェット加工用治具。  
【請求項３】
前記キャッチャに開閉窓を備えている請求項１又は請求項２に記載のアブレシブジェット加工用治具。
【請求項４】
前記キャッチャに洗浄配管を設ける請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のアブレシブジェット加工用治具。
【請求項５】
前記ワークの配置部を備える前記治具本体にはワークの切断線に対応する位置にスリットを設ける請求項１に記載のアブレシブジェット加工用治具。
【請求項６】
ワークの配置部を備える治具本体にワークの切断線に対応する位置にスリットを設ける工程と、保持部材に複数の球状部材を収納してなるキャッチャを少なくとも一部の球状部材がワークの最下方位置よりも上方に位置するように前記治具本体に付設する工程と、前記ワークの配置部に配置したワークの最下方位置よりも上方位置の切断加工を行う工程、とよりなることを特徴とするアブレシブジェット加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水噴流を利用して各種材料を切断加工する、所謂ウォータージェット切断技術に係り、特に３次元形状をアブレシブ切断する際のワークを保持・位置決めするアブレシブジェット加工用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元設計などにより製品形状が複雑化していく中で、ＣＦＲＰ、ガラス、金属や樹脂などの加工において、立体形状切断のニーズが高まり、これらのニーズに応えるため、ノズルの姿勢制御が可能な５軸切断装置が開発された。
【０００３】
５軸切断装置の中でＡＣ軸構成のもの（以下「ＡＣ軸タイプ５軸切断装置」と記す）は、立体形状加工に適した切断装置であって、ＸＹＺ空間におけるＸ軸に対して大きく回転できるＡ軸と、Ｚ軸に対して３６０°回転させるＣ軸を持ち、Ａ軸とＣ軸を回転させることにより、ノズルの姿勢を制御することができる５軸切断装置である。Ａ軸の回転によりノズルの傾き量を、Ｃ軸の回転によってノズルの傾き方向を調整する。そしてこれらＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ軸を同時に制御することによって加工点の位置を決定し、切断を行う。
ＡＣ軸タイプ５軸切断装置では、Ａ軸のノズルの傾き角度を最大±９０°とすることにより、大角度の開先加工が可能であり、また、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭと組み合わせることにより、複雑な立体形状の加工も容易にできる。
【０００４】
ところで、研摩材である砥粒や砂等を水に混入して噴射する所謂アブレシブジェット加工方法によれば、アブレシブジェットが高速の水流となって被加工物に衝突し、衝突部位において被加工物を切断し、残余エネルギーは被加工物の下方へのジェット水流として噴射される。効果的に切断加工を行うためには、被加工物切断後もアブレシブジェットがある程度のエネルギーを有していて鋭く被加工物を貫通して、被加工物の下方に噴射される必要がある。
【０００５】
しかし、被加工物を貫通したアブレシブジェットは速やかに排出処理されなければ、余剰水によって被加工物が必要以上に濡れたり、切断面や裏面が荒されるなどの問題が生じる。
そこでこの問題を解決するために、本出願人は、特許文献１において、被加工物を支持し、かつ被加工物を貫通したアブレシブジェットを速やかに減衰・排出処理し、アブレシブジェットの余剰水の霧散を効果的に抑制する機構としてノズルから下方に噴射したアブレシブジェットの余剰水を透過可能に配設した支持部材の上に被加工物の加工面がアブレシブジェットに対して垂直となるように大きさが一様である複数個の球状部材を敷きつめ、かつ、互いに隣接させて整列したアブレシブジェット切断装置のキャッチャを開示した。
【特許文献１】特許第２６４６００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来アブレシブジェットで立体形状物を加工する場合、アブレシブ切断用の筒型キャッチャをノズルと連動するようにＣ型アームで連結し、ノズルを３次元的に移動、回転させるに伴い筒型キャッチャが連動して移動する様にして任意の切断を行っていた。
【０００７】
しかし、アブレシブジェット加工におけるアブレシブジェットは上から下、内から外または外から内に噴射され、その場合に、筒型キャッチャが存在する場所にはワークを保持、固定するための加工用治具が不可避的に介在する。したがって筒型キャッチャをノズルと連動するようにアームで連結する従来の方法では、ワークの外周加工であるトリミングはできても、これに連続してワークの抜き穴加工を行う場合には筒型キャッチャ及びアームと加工用治具とが位置的に干渉し、したがってロボットを用いて連続してワークの外周加工と抜き穴加工とを行うことができず、その点で生産効率上及びコスト上の問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、安価にかつ効率的に３次元アブレシブジェット加工を行うことができるアブレシブジェット加工用治具及びアブレシブジェット加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアブレシブジェット加工用治具は、ワークの配置部を備える治具本体にキャッチャを付設し、キャッチャの保持部材に複数の球状部材を収納してなるアブレシブジェット加工用治具において、前記キャッチャの保持部材に収納した球状部材の少なくとも一部を前記ワークの最下方位置よりも上方に位置させてなることを特徴とする。
【００１０】
前記キャッチャに治具防護板を備えてもよく、前記キャッチャに開閉窓を備えてもよい。
さらに前記キャッチャに洗浄配管を設けることができる。また前記治具本体にはワークの切断線に対応する位置にスリットを設けることができる。
【００１１】
さらに本発明のアブレシブジェット加工方法は、ワークの配置部を備える治具本体にワークの切断線に対応する位置にスリットを設ける工程と、保持部材に複数の球状部材を収納してなるキャッチャを少なくとも一部の球状部材がワークの最下方位置よりも上方に位置するように前記治具本体に付設する工程と、前記ワークの配置部に配置したワークの最下方位置よりも上方位置の切断加工を行う工程、とよりなることを特徴とする。
【００１２】
ノズルから噴射された超高圧水は、まず最初にワークに衝突し、衝突部位においてワークを局部的に破壊し、この破壊が連続的に行われることによって切断加工がなされる。ワークを切断したアブレシブジェットは余剰エネルギーを有していてワークの背面に余剰ジェットとして噴出する。余剰ジェットはワークの背面に互いに隣接させて収納した複数の球状部材によって進行方向を変えられて減衰し、球状部材の間を伝って下に落下して空気中へ放出される。以上により、アブレシブジェットは拡散・減衰され、含まれる水と研磨材は保持部材を通過して治具本体の下方に落下し好便に排出される。また洗浄配管によって球状部材の間に滞留する研磨材を洗い流すこともできる。
【００１３】
以上のように、ワークを設置する面の背後に球状部材を配置し、ジェットの拡散、減衰を行い、又、ジェットが直撃する範囲には消耗品として代替可能な防護板を設け、治具本体への損傷を防止する。球状部材は結果として必要な部分にのみ充填され、その保持のため、パンチングメタルのように水、研磨材、ジェットに含まれるエアを通過させる保持板からなる保持部材を設ける。
治具本体には、予め、ワークの切断線に対応する位置にスリットを設ける。なお、このスリットはアブレシブジェット加工による切断によって設けることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアブレシブジェット加工用治具及びアブレシブジェット加工方法によれば、２次元の切断だけでなく、安価にかつ効率的に３次元形状（立体形状）のアブレシブジェット加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具を示す部分切り欠き断面斜視図であり、図２、図３は、図１に示す実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具の使用態様を示す部分切り欠き断面斜視図である。
図１において、３次元アブレシブジェット加工用治具１は、ワーク配置部２を備える治具本体３に係止あるいは固定した保持部材４に球状部材５を収納してなるキャッチャ６を備える。治具本体３には排水用の排出口（図示せず）を設け、更に必要に応じて霧散水を排出するための排気手段（図示せず）を配設する。
ワーク配置部を備える治具本体３は溶接が可能な鉄板、ステンレス鋼板等の鋼材を使用して、溶接構造とすることができる。なお、その材質や接合構造は被加工物である図２、図３に示すワーク７の大きさ及び形状によって適宜変更する。
【００１６】
治具本体３の内側壁３ａによって形成するワーク配置部２の形状とワーク７の形状とは相互に適合する形状とし、ワーク７に剛性を持たせることによって多少隙間があっても治具本体３のワーク配置部２にワーク７を動かない様に配置することができる。
この治具本体３のワーク配置部２を形成する内側壁３ａにはワーク７に対する所要の加工軌跡に沿ってスリット８を形成する。このスリット８とワーク配置部２を形成する内側壁３ａにおけるワーク７に接する部分とを板金加工などによって成形することによって、容易にワーク７の外側形状に適合する形状とすることができる。
【００１７】
治具本体３のワーク配置部２を形成する内側壁３ａにはワーク７を固定具９を用いて配置するための多数の穴部１０を設ける。ワーク７の固定具９を治具本体３に固定し、図示しないバキュームポンプによってバキューム管１１を介して減圧して固定具９によって治具本体３に対しワーク７を固定する。あるいは治具本体３内部をバキュームしてジェットの霧を吸い出すと共にワーク７を治具本体３のスリット８を利用して吸い付けてもよい。治具本体３に固定する固定具９のワーク７と接する端部はワーク７との間の距離を調整できる様にするのが好ましい。
図示されるように治具本体３をパンチングメタルによって構成して、特に固定具９の位置に対応する領域のみならず、ワーク配置部２の全体に穴部１０が存在するようにすることによって、固定具９の配置位置のフレキシビリティーを向上することができる。
なお、ワーク７の治具本体３に対する固定手段は実施の態様によって適宜の手段とすることができる。
【００１８】
保持部材４は治具本体３に溶接またはネジ等で固定する。また、その素材は球状部材５を保持する目的と噴射したアブレシブジェット１８が通過できる様にすることが必要なため、パンチングメタル又は強度のあるネットなども使う。
【００１９】
保持部材４はアブレシブジェット１８が拡散したり、切断時の抵抗で流れたりする場合でも保持部材４内側に導くことができる様にスリット８を充分にカバーする充分な大きさとする。
この保持部材４は通常は可動にする必要はないが、ワーク７の切断部の変更がしばしばあるとき変更した切断部分に移動できるように可動とする構成を採用することもできる。
保持部材４内に収納されアブレシブジェット１８を受け止める球状部材５は、使用により磨耗するので交換または補充が必要である。そのため、交換を行いやすいように保持部材４は図上波線で示す位置に開閉自在な開閉窓１２を有する。
【００２０】
治具防護板１３は治具本体３に固定しており、必要に応じて交換できたほうが望ましい。したがって、治具防護板１３は治具本体３にネジやボルト、若しくは取り付け用の溝を設けて収まるようにしても良い。また、特には交換を予定しない場合には溶接によって固定することもできる。
治具防護板１３は、球状部材５でアブレシブジェット１８を受け止めることができない時や、アブレシブジェット１８の勢いが残っているものを受け止める働きをする。したがって、治具防護板１３の素材としては耐摩耗性の高い焼入れ鋼、セラミックなどが適するが、厚い鋼板でもよい。
【００２１】
この治具防護板１３についてもその大きさは、予定するアブレシブジェット１８の到達位置、領域よりやや大きめの治具本体３側面領域を被覆して、アブレシブジェット１８がある程度拡散したり、切断時の抵抗で流れたりする場合でも受け止めることができる様にする。
【００２２】
球状部材５は保持部材４内に積層して収納する。その各球状部材５の材質や大きさは超高圧水であるアブレシブジェット１８の圧力と流量との関連においてアブレシブジェット１８との衝突によって損傷しにくい材質及び大きさとする。具体的には、鋼球、ガラス玉やセラミック球などを使用し得る。
同様に保持部材４についても、網状部材やエキスパンドメタルあるいはパンチングメタル並びに溝蓋に使用するグレーチングと同様の構造のもの及びこれらの類似構造のものを効果的に利用可能である。
【００２３】
洗浄配管１４は、球状部材５の間から残留研磨材を流し出す働きをする水流ができる位置、すなわち、球状部材５の最上方位置に設けると効率がよい。しかし、必要に応じて、横方向または上方向に取り付けることができる。その際、洗い流すのに適した角度を設けても良い。
さらに、洗浄配管１４は分岐したもの、平たい形状のもの、小さい穴が幾つもあいたものなど、切断部の形状に合わせて選ぶことができる。
保持部材４を通過した水と研磨材は分離槽（図示せず）に送り必要に応じた処理を行う。
【００２４】
なお、治具本体３の上面には球状部材の取り出し口１５、１５、・・・をワーク配置部２を中心とする四方向に設けており、係る取り出し口１５、・・・を介して保持部材４内側の状態を外部から視認することができる。
【００２５】
以上の本発明の実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具１では、保持部材４に球状部材５を収納してなるキャッチャ６は、ワーク７の底部を加工する加工軌跡Ｌ１に対応して形成するスリット８（ａ）をカバーする領域の治具本体３下方に配置するキャッチャ６（ａ）と、ワーク７の側部を加工する加工軌跡Ｌ２に対応して形成するスリット８（ｂ）をカバーする領域の治具本体３側壁部周囲に配置するキャッチャ６（ｂ）とよりなる。またこの治具本体３側壁部周囲に配置するキャッチャ６（ｂ）は、その内部にワーク７の最下方位置よりも上方に位置する球状部材５を収納してなる。
【００２６】
次に以上の実施の形態の３次元アブレシブジェット加工用治具１を用いたワーク７に対する切断加工について説明する。
先ず、治具本体３に対してワーク７を所定に位置決めして配置する。その配置したワーク７の内側面に望んでアブレシブヘッド１６に装着したノズル１７を配置する。
アブレシブヘッド１６は、図示しないポンプ装置とアブレシブ供給装置に連結する。治具本体３の内側壁３ａにワーク７を動かない様に配置して、図示しないポンプから送給した超高圧水をノズル１７からアブレシブジェット１８としてワーク７の内側面に向けて噴射し、噴射した超高圧水の衝突部位においてワーク７を切断する。ワーク７を切断した後の余剰のアブレシブジェット１８はスリット８を通過させて外側方に排出する。
【００２７】
ワーク７の外側の保持部材４内には球状部材５を積層して収納しており、噴射したアブレシブジェット１８は隣接してすき間無く配設した球状部材５間で減衰し、さらに保持部材４を通過するともはやアブレシブジェット水流としての速度は無くなり、単なる水滴あるいは低速の水流となり、治具本体３の底部に流れ落ちる。
【００２８】
以上の実施の形態の３次元アブレシブジェット加工用治具１を用いた３次元アブレシブジェット加工では、前述したように治具本体３側壁部周囲に配置するキャッチャ６（ｂ）は、その内部にワーク７の最下方位置よりも上方に位置する球状部材５を収納してなる。その結果キャッチャ６（ｂ）内のワーク７の最下方位置よりも上方に位置する球状部材５によってアブレシブジェット１８を減衰することができることから、ワーク７の側部を加工する加工軌跡Ｌ２に対応して形成するスリット８（ｂ）を介してアブレシブジェット１８を噴射することができ、ワーク７の最下方位置よりも上方のワーク７の側部の加工が可能となる。
【００２９】
以上の実施の形態の３次元アブレシブジェット加工用治具１を用いた３次元アブレシブジェット加工では、特に
（ｉ）トリミングと中抜き加工とを切断装置を複数設置し、複数の切断装置を切り換えたりすることなく連続的に行うことができる。
（ｉｉ）既存の加工装置に適用した単純な機構で、３次元アブレシブジェット加工が可能となり、切断装置を低廉化することができる。
（ｉｉｉ）３次元アブレシブジェット加工用治具１は可動式としては構成されないため機構が単純化し、切断装置の全体構成を低廉化することができる。
（ｉｖ）３次元アブレシブジェット加工用治具１は可動式としては構成されないため、治具の動作を待つ必要が無く、タクトタイムが短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具を示す部分切り欠き断面斜視図。
【図２】図１に示す実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具の使用態様を示す部分切り欠き断面斜視図。
【図３】図１に示す実施の形態である３次元アブレシブジェット加工用治具の使用態様を示す他の部分切り欠き断面斜視図。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・３次元アブレシブジェット加工用治具
２・・・ワーク配置部
３・・・治具本体
４・・・保持部材
５・・・球状部材
６（ａ），６（ｂ）・・・キャッチャ
７・・・ワーク
８（ａ），８（ｂ）・・・スリット
９・・・固定具
１３・・・治具防護板
１４・・・洗浄配管
１６・・・アブレシブヘッド
１７・・・ノズル
１８・・・アブレシブジェット
【図１】
2009297831.tif 000003
【図２】
2009297831.tif 000004
【図３】
2009297831.tif 000005