JP4785898B2 - Cutting machine - Google Patents
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Description
本発明は、高圧流体を使って被切断物を切削し、その結果被切断物を切断するために用いられる切削切断装置に関する。 The present invention relates to a cutting / cutting apparatus used for cutting a workpiece using a high-pressure fluid and, as a result, cutting the workpiece.
従来、金属、陶磁器、石等の被切断物を水等の高圧液体を被切断物に対して噴射することにより切断する所謂ウォータジェット方式の切削切断装置が用いられる。この種の切削切断装置には、百〜数百メガパスカルの水圧が必要とされる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called water jet type cutting and cutting apparatus is used that cuts an object to be cut such as metal, ceramic or stone by spraying a high-pressure liquid such as water onto the object to be cut. This type of cutting and cutting device requires a hydraulic pressure of one hundred to several hundred megapascals.
この超高圧な水圧を発生させるために実用化されている装置は、数十馬力の動力が必要であり、大型であるとともに据付型であり、持ち運びが可能な装置ではなかった。 A device that has been put into practical use to generate this ultra-high water pressure requires power of several tens of horsepower, is large in size, is stationary, and is not a portable device.
そのため、建設現場でのタイル、マーブル、グラナイト等の床材料の加工の方式としては、ダイシングによる切断加工が大部分を占めており、ウォータジェットによる加工は現在ほとんど普及していない。 For this reason, as a method of processing floor materials such as tiles, marbles, and granites at the construction site, cutting processing by dicing occupies most, and processing by water jet is hardly spread at present.
ダイシングによる加工のメリットは、装置が安価であり、ダイシングは、直線的な切断には向いている。 The merit of processing by dicing is that the apparatus is inexpensive, and dicing is suitable for linear cutting.
しかし、ダイシングは、自由な曲線での切断が難しく、曲線での加工を行うためには何度も直線的な加工を繰り返すため多くの時間が必要であった。また、グラナイトは、大変固い石材であり、切断にはマーブルの2倍以上の時間が必要であった。 However, dicing is difficult to cut along a free curve, and it takes a lot of time to repeat a linear process over and over in order to perform a process with a curve. In addition, granite is a very hard stone, and cutting requires more than twice as much time as marble.
さらに、マーブル等は切断時の石材の欠けがしばしば発生し複雑な加工には極度の集中力が必要となる。 Further, marble and the like often have a chipped stone during cutting, and extreme concentration is required for complicated processing.
このことから、ダイシングでの作業効率が悪い主な原因となっている。また、加工時の騒音は80dB以上であり、さらに、加工時には、直接石材を手で持ち回転刃に近づけるため大変危険の多い作業環境となっていた。また、粉体による人体への悪影響等も考えられる。 This is the main cause of poor work efficiency in dicing. In addition, the noise during processing is 80 dB or more. Furthermore, during processing, the stone material is directly held by hand and brought close to the rotary blade, which is a very dangerous working environment. In addition, adverse effects on the human body due to the powder may be considered.
この種のウォータジェット切削切断装置の第1の方式としては、3連水圧シリンダ106に直接水を供給し、各シリンダ内に設けられたピストンの圧縮により高圧水を得る方式のものがある。 As a first method of this type of water jet cutting and cutting apparatus, there is a method in which water is directly supplied to the triple hydraulic cylinder 106 and high pressure water is obtained by compression of a piston provided in each cylinder.
この第1の方式のウォータジェット切削切断装置100の構成としては、図1に示すように、動力101、3連水圧ポンプ104、リザーブタンク107、高圧ホース108、カッティングヘッド109からなる。3つのピストンは、120度の位相差があり、3連水圧シリンダ106内に注入された水は、ピストンにより圧縮され、バルブを通してリザーブタンク107に蓄えられる。蓄えられた高圧水は、高圧ホース108でカッティングヘッド109に導かれ、噴射ノズル110からウォータジェット流として放射され物体を切断するものである。 As shown in FIG. 1, the first type of water jet cutting and cutting apparatus 100 includes a power 101, a triple water pressure pump 104, a reserve tank 107, a high pressure hose 108, and a cutting head 109. The three pistons have a phase difference of 120 degrees, and the water injected into the triple hydraulic cylinder 106 is compressed by the pistons and stored in the reserve tank 107 through the valves. The stored high-pressure water is guided to a cutting head 109 by a high-pressure hose 108, and is emitted from a spray nozzle 110 as a water jet flow to cut an object.
動力(モータ)101としては、通常50馬力以上の500V3相モータを使い、減速機102で回転速度を落とすと同時に回転トルクを上げ、動力伝達機103(例えばクラッチ等)で、3連水圧ポンプ104への動力伝達の入/切を行う。動力伝達機103で伝達される回転運動がクランクケースで直線運動に変換され、水供給ホース105から注入された水は、3連水圧シリンダ106の各シリンダ内でピストンの往復運動により一気に数百メガパスカルに昇圧される。その水圧は、3連水圧シリンダ106内を往復運動する各ピストンの位相差である120度毎に、高、低を繰り返す水圧となる。水圧は不均一なため水圧平滑装置(リザーブタンク)107で水圧を均等にする。平滑された超高圧水は、高圧ホース108でカッティングヘッド109に運ばれ、その噴射ノズル110からウォータジェット111となって放射される。 As the power (motor) 101, a 500V three-phase motor of 50 horsepower or more is usually used. The rotational speed is lowered at the same time as the speed reducer 102 is increased, and the rotational torque is increased at the power transmission 103 (for example, a clutch). Turns power transmission to and off. The rotary motion transmitted by the power transmission device 103 is converted into a linear motion by the crankcase, and the water injected from the water supply hose 105 is several hundred mega at a stroke by the reciprocating motion of the piston in each cylinder of the triple hydraulic cylinder 106. Boosted to Pascal. The water pressure becomes a water pressure that repeats high and low every 120 degrees that is the phase difference of each piston that reciprocates in the triple water pressure cylinder 106. Since the water pressure is not uniform, the water pressure is made uniform by a water pressure smoothing device (reservation tank) 107. The smoothed ultra-high pressure water is transported to the cutting head 109 by the high-pressure hose 108 and radiated as a water jet 111 from the spray nozzle 110.
このウォータジェット切削切断装置100において、高圧ホース108でカッティングヘッド109まで引き回すことによる水圧の低下は著しく、また、リザーブタンク107でも水圧が著しく低下するため、これらを併せたエネルギーロスは、大きく、それをカバーするために必然的にピストンポンプは、大型化し、その動力源も大型となる。 In this water jet cutting and cutting apparatus 100, the water pressure is significantly reduced by drawing it to the cutting head 109 with the high-pressure hose 108, and the water pressure is also significantly reduced in the reserve tank 107, so that the combined energy loss is large. Inevitably, the piston pump becomes larger in size and the power source becomes larger.
また、この種のウォータジェット切削切断装置の第2の方式としては、2個の交互圧縮ピストンを使った油圧圧縮式により高圧水を得る方式のものがある。 Further, as a second method of this type of water jet cutting and cutting apparatus, there is a method of obtaining high-pressure water by a hydraulic compression method using two alternating compression pistons.
この第2の方式のウォータジェット切削切断装置200は、図2に示すように、油圧ポンプ203と、油圧により左右に動作する油圧ピストンと、そのピストンの動作で180度の位相の異なる左右2個の水圧ポンプ219,220とを有し、この水圧ポンプ219,220により、交互に圧縮された超高圧水を作りリザーブタンク223に蓄え、蓄えられた超高圧水が、第1の方式の切削切断装置100と同様に、超高圧水用ホース224でカッティングヘッド225に導かれノズルからウォータジェット流として放射され物体を切断するものである。 As shown in FIG. 2, this second type of water jet cutting / cutting apparatus 200 includes a hydraulic pump 203, a hydraulic piston that moves to the left and right by hydraulic pressure, and two left and right phases that differ in phase by 180 degrees depending on the operation of the piston. The hydraulic pumps 219 and 220 are used to create ultra-high pressure water that is alternately compressed and stored in the reserve tank 223. The stored ultra-high pressure water is cut and cut in the first method. Similar to the apparatus 100, it is guided to the cutting head 225 by the ultra-high pressure water hose 224 and is emitted as a water jet flow from the nozzle to cut the object.
動力(モータ)201としては、通常50馬力以上の500V3相モータを使い、減速機202を通し油圧ポンプ203で高油圧を作り、油圧ホース(主)209を介し、双方向油圧切換バルブ210に接続される。双方向油圧切換バルブ210を通った油圧はその後、軸対称型2相油圧ポンプ218に供給され双方向油圧切換バルブ210の切換動作により油圧シリンダ(右)213、油圧シリンダ(左室)214に交互に油が注入、排出される。それにより油圧シリンダ213内の油圧ピストンが左右に動き、ピストンの両側に取り付けられたアームが高水圧シリンダ(右)219、高水圧シリンダ(左)220内のピストンを動かす。高水圧シリンダ(右)219、高水圧シリンダ(左)220のシリンダへは注水ホース(主)206から注水ホース(右シリンダ用)207、注水ホース(左シリンダ用)208を通って水が供給される。 As the power (motor) 201, a 500V three-phase motor of 50 horsepower or more is usually used, and a high hydraulic pressure is generated by the hydraulic pump 203 through the reduction gear 202, and connected to the bidirectional hydraulic switching valve 210 via the hydraulic hose (main) 209. Is done. The hydraulic pressure that has passed through the bidirectional hydraulic switching valve 210 is then supplied to the axisymmetric two-phase hydraulic pump 218 and is alternately switched to the hydraulic cylinder (right) 213 and hydraulic cylinder (left chamber) 214 by the switching operation of the bidirectional hydraulic switching valve 210. Oil is injected and discharged. As a result, the hydraulic piston in the hydraulic cylinder 213 moves left and right, and the arms attached to both sides of the piston move the pistons in the high hydraulic cylinder (right) 219 and the high hydraulic cylinder (left) 220. Water is supplied to the high water pressure cylinder (right) 219 and the high water pressure cylinder (left) 220 from the water injection hose (main) 206 through the water injection hose (for right cylinder) 207 and water injection hose (for left cylinder) 208. The
左右のシリンダで圧縮された超高圧水は超高圧ホース221、超高圧ホース222を通ってリザーブタンク223に蓄えられ、最終の超高圧水用ホース224を通ってカッティングヘッド225へ供給され、そのノズルからウォータジェット226となって放射される。 The ultra-high pressure water compressed by the left and right cylinders is stored in the reserve tank 223 through the ultra-high pressure hose 221 and the ultra-high pressure hose 222, and is supplied to the cutting head 225 through the final ultra-high pressure water hose 224. Is emitted as a water jet 226.
また、このウォータジェット切削切断装置200には、予備圧縮ポンプ204、注水供給口205、油圧シリンダ用ホース(右シリンダ用)211、油圧シリンダ用ホース(左シリンダ用)212、油圧オイル貯蔵タンク215、油圧オイル帰還方向216が設けられている。尚、水が逆流しないためのチェックバルブが各所に設けられているがここでは詳細な説明は省略する。この第2の方式のウォータジェット切削切断装置200では、上述の第1の方式のウォータジェット切削切断装置100と同様に、超高圧での配管が必要であると同時に油圧を使うため高速でのポンピングが難しくリザーブタンク223でのダンピングロスは、第1の方式に比べて大きくなる。 The water jet cutting and cutting apparatus 200 includes a preliminary compression pump 204, a water injection supply port 205, a hydraulic cylinder hose (for right cylinder) 211, a hydraulic cylinder hose (for left cylinder) 212, a hydraulic oil storage tank 215, A hydraulic oil return direction 216 is provided. Although check valves for preventing water from flowing back are provided at various locations, detailed description thereof is omitted here. In the water jet cutting / cutting apparatus 200 of the second type, similarly to the water jet cutting / cutting apparatus 100 of the first type described above, piping at an ultra high pressure is necessary and at the same time, pumping is performed at high speed because hydraulic pressure is used. However, the damping loss in the reserve tank 223 is larger than that in the first method.
また、第1の方式で1度高水圧を作り、その高圧水を第2の方式に連結し、更なる高圧を得るようにするウォータジェット切削切断装置もある。 There is also a water jet cutting and cutting device that creates a high water pressure once in the first method and connects the high pressure water to the second method to obtain a higher pressure.
なお、噴射部と昇圧部とを備え、昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期して、高圧流体を噴射部から噴射して被切断物の切断を行う切断装置として、実公平5−24480号公報(特許文献1)に記載されたものがある。また、パルス状の高圧流体を噴射部から噴射する装置として、特開2001−115657公報(特許文献2)、特開平1−271199公報(特許文献3)に記載されたものがある。
上述したように、従来の方式のウォータジェットを使った切削切断装置は、超高圧水を得るために大きな動力が必要になるとともに、装置も大型となり、簡単に携帯して使用することが困難であった。 As described above, the cutting and cutting apparatus using the conventional water jet requires a large amount of power to obtain ultra-high pressure water, and the apparatus is also large and difficult to carry and use easily. there were.
そこで、本発明は、被切断物に対して噴射する超高圧流体を高効率に得ることができ、超高圧流体を得るための動力を省力化して、小型化、携帯化を実現する切削切断装置を提供することを技術課題とする。 Accordingly, the present invention can obtain an ultra-high pressure fluid to be ejected onto an object to be cut with high efficiency, reduce the power for obtaining the ultra-high pressure fluid, and achieve a miniaturization and portability. The technical challenge is to provide
さらに、本発明は、噴射部から噴射される昇圧水中に気体成分が溶け込むことにより、エネルギーが減少することを防止し、圧縮工程におけるエネルギー効率の向上を実現した切削切断装置を提供することを技術課題とする。Furthermore, the present invention provides a cutting / cutting device that prevents energy from being reduced by the gas component being dissolved in the pressurized water jetted from the jetting unit, and realizes an improvement in energy efficiency in the compression process. Let it be an issue.
この技術課題を解決するため、本発明を適用した切削切断装置の基本的な構成は、被切断物に対して流体を噴射する噴射部と、昇圧用ピストンを有し、上記噴射部に供給する流体を、上記昇圧用ピストンの圧縮動作により昇圧する昇圧部とを備える。そして、この昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期して、パルス状の高圧流体を上記噴射部から噴射して被切断物の切削切断を行う。 In order to solve this technical problem, a basic configuration of a cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied includes an injection unit that injects a fluid to an object to be cut, and a boosting piston, which are supplied to the injection unit. A pressurizing unit that pressurizes the fluid by the compression operation of the pressurizing piston. Then, in synchronism with the period of the compression operation of the boosting piston, a pulsed high-pressure fluid is ejected from the ejection section to cut and cut the workpiece.
さらに具体的には、本発明を適用した切削切断装置は、水を昇圧する昇圧手段において、昇圧シリンダへの注水時を利用して水圧を一気に減圧し、減圧により水中の気体成分を気泡として発生させる過程と、昇圧時の発生した気体をシリンダから除去する過程を有する、脱気と昇圧を同時に行う装置である。 More specifically, the cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied is a pressure-increasing means for increasing the pressure of water, reducing the water pressure at once by using the time when water is injected into the pressure-increasing cylinder, and generating the gas components in the water as bubbles by the pressure reduction. And an apparatus for simultaneously performing deaeration and pressurization, including a process of removing gas generated at the time of pressurization from a cylinder.
すなわち、切削切断装置は、昇圧用ピストンとして第1のピストンと、この昇圧用ピストンを摺動可能に内部に配置される昇圧用シリンダとして第1のシリンダと、注水口電磁バルブと、脱気用電磁バルブとを有し、昇圧用ピストンを一方向に摺動させて昇圧用シリンダ内部へ水を注入する際に注水口電磁バルブを閉として昇圧用シリンダ内部の圧力(水圧)を減圧し、流体中の気体成分を気泡として発生させ、昇圧用ピストンを他方向に摺動させて昇圧用シリンダの内部の流体を昇圧する際に、脱気用電磁バルブを開として気泡を排出することで、噴射部から噴射される昇圧水中に気体成分が溶け込むことにより、エネルギーの減少を防ぐとともに、圧縮工程におけるエネルギー効率を向上させることが可能となる。 That is, the cutting and cutting apparatus includes a first piston as a boosting piston, a first cylinder as a boosting cylinder that is slidably disposed inside the boosting piston, a water inlet electromagnetic valve, and a degassing cylinder. A solenoid valve, and when injecting water into the booster cylinder by sliding the booster piston in one direction, the water inlet solenoid valve is closed to reduce the pressure (water pressure) inside the booster cylinder, The gas component is generated as bubbles, and when the pressure-increasing piston is slid in the other direction to increase the fluid inside the pressure-increasing cylinder, the deaeration electromagnetic valve is opened and the bubbles are discharged. By dissolving the gas component in the pressurized water jetted from the section, it is possible to prevent a decrease in energy and improve the energy efficiency in the compression process.
また、本発明を適用した切削切断装置は、油圧を動力とする昇圧部分において、昇圧を行う2次昇圧器と、超高圧のパルス噴射を行う3次昇圧器が油圧ピストンに連結され、同じ距離を移動する過程で2次昇圧と、超高圧のパルス的な3次昇圧を同時に行う装置である。 In the cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied, a secondary booster that boosts pressure and a tertiary booster that performs super-high-pressure pulse injection are connected to a hydraulic piston in a boosting portion powered by hydraulic pressure, and the same distance. Is a device that simultaneously performs secondary boosting and ultra-high-pressure pulse-like tertiary boosting in the process of moving.
すなわち、切削切断装置は、昇圧部が油圧により駆動される油圧伝達ピストン部と、この油圧伝達ピストン部に一体に形成され、油圧伝達ピストン部より面積が小さく形成される第1のピストン部として2次昇圧ピストン部と、油圧伝達ピストン部に一体に形成され、第1のピストン部より面積が小さく形成される第2のピストン部として3次昇圧ピストン部とを有し、油圧伝達ピストン部が油圧により移動することにより、第1のピストン部により水の昇圧を行うとともに、第2のピストン部により水のさらに高圧でパルス的な昇圧を同時に行うことで、水の昇圧効率をさらに向上させることができる。 That is, the cutting / cutting device includes a hydraulic pressure transmission piston portion whose pressure raising portion is driven by hydraulic pressure, and a first piston portion formed integrally with the hydraulic pressure transmission piston portion and having a smaller area than the hydraulic pressure transmission piston portion. A secondary boosting piston part and a tertiary boosting piston part are formed integrally with the hydraulic pressure transmission piston part, and the second piston part has a smaller area than the first piston part. The pressure increase efficiency of the water can be further improved by performing the pressure increase of the water by the first piston portion and the pressure increase of the water by the second piston portion at the same time and the pulse pressure increase at the same time. it can.
また、本発明を適用した切削切断装置は、油圧を動力とする昇圧部分(油圧ポンプ)において、プッシュプル動作を行う一対の油圧ピストンと、ピストンで隔てられた油液の注入された反対側のスペースにも油(液体)を充填させ、一対のシリンダ間を油が行き来する構造とし、一方のピストンが押す動作と他の一方のピストンの引く動作が油(液体)を通して伝達され、ピストンのプル動作時における減圧による油液中の発泡を抑えることを可能とした装置である。 Further, the cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied includes a pair of hydraulic pistons that perform a push-pull operation in a pressure increasing portion (hydraulic pump) that is driven by hydraulic pressure, and an opposite side to which an oil liquid separated by the pistons is injected. The space is also filled with oil (liquid) so that the oil moves back and forth between a pair of cylinders. The operation of pushing one piston and the pulling operation of the other piston are transmitted through the oil (liquid), and the piston is pulled. It is an apparatus that can suppress foaming in the oil liquid due to reduced pressure during operation.
すなわち、切削切断装置は、昇圧部が、一対のシリンダとして2次油圧シリンダと、油圧により駆動され一対のシリンダ内をプッシュ動作及びプル動作を交互に行う一対のピストンとして第2のピストンと、一対のシリンダの一対のピストンの油圧により駆動される側と反対側である補助シリンダ室に充填される互いに循環する帰還用油液と、一対のシリンダの帰還用油液が充填される側を帰還用油液が循環可能に接続する連結配管として帰還用油液連結配管とを有することにより、一方の油圧ピストンが押す動作(プッシュ動作)をし、他方の油圧ピストンが引く動作(プル動作)をする際に、プッシュ動作された側の補助シリンダ内の帰還用油液が連結配管を通してプル動作された側の補助シリンダ内に流入し、プル動作された側の油圧ピストンをプル側に押し込むので、プル動作時の油液中の発泡を抑えることを可能とし、エネルギーロスを防止することができる。 That is, in the cutting and cutting apparatus, the booster includes a secondary hydraulic cylinder as a pair of cylinders, a second piston as a pair of pistons that are driven by hydraulic pressure and alternately perform a push operation and a pull operation, and a pair of pistons. The return hydraulic fluid circulating in the auxiliary cylinder chamber opposite to the side driven by the hydraulic pressure of the pair of pistons of the cylinder and the side filled with the feedback hydraulic fluid of the pair of cylinders are used for feedback. By having a return fluid connection pipe as a connection pipe to connect the oil liquid so that it can circulate, one hydraulic piston pushes (push action), and the other hydraulic piston pulls (pull action). At this time, the return hydraulic fluid in the auxiliary cylinder on the pushed side flows into the auxiliary cylinder on the pulled side through the connecting pipe, and the hydraulic pressure on the pulled side Since push the piston to pull side, it can make it possible to suppress the foaming of the oil solution during the pull operation, to prevent energy loss.
また、本発明を適用した切削切断装置は、第1、第2、第3の昇圧工程を有する昇圧部において、プッシュプル動作による機械的な動力で昇圧する第1の昇圧工程と、油圧で動作する大面積のピストンを使って高水圧を作成する第2の昇圧装置と、さらに圧縮面積を減少させたピストンを設け超高水圧を作る第3の昇圧装置により順次水圧を上げていく装置である。 Further, the cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied operates in a first boosting step of boosting with mechanical power by a push-pull operation in a boosting unit having first, second, and third boosting steps, and hydraulically. It is a device that increases the water pressure sequentially by a second pressure booster that creates high water pressure using a large area piston and a third pressure booster that creates a super high water pressure by providing a piston with a reduced compression area. .
すなわち、切削切断装置は、動力源に近い位置に配置される第1の昇圧部と、噴射部に近い位置に配置される2次昇圧、3次昇圧を行う第2の昇圧部とを有し、第1の昇圧部は、流体を圧縮して昇圧するとともに、油液を圧縮して油圧を発生させる第1のピストンを有し、流体の1次昇圧を行い、第2の昇圧部は、第1の昇圧部で発生された油圧により駆動される油圧ピストン部と、この油圧ピストン部より面積が小さく形成される第1のピストン部として2次昇圧ピストン部と、この第1のピストン部より面積が小さく形成される第2のピストン部として3次昇圧ピストン部とからなる第2のピストンを有し、油圧伝達ピストン部が油圧により移動することにより、第1のピストン部で流体の2次昇圧を行うとともに、第2のピストン部で流体の3次昇圧を行うことにより、水の昇圧効率を向上させることができる。 That is, the cutting / cutting device has a first boosting unit disposed at a position close to the power source, and a second boosting unit configured to perform secondary boosting and tertiary boosting disposed at a position close to the injection unit. The first pressurizing unit has a first piston that compresses and pressurizes the fluid and compresses the oil liquid to generate hydraulic pressure, and performs the primary pressurization of the fluid. From a hydraulic piston portion driven by the hydraulic pressure generated in the first boosting portion, a secondary boosting piston portion as a first piston portion formed with a smaller area than the hydraulic piston portion, and from the first piston portion As the second piston portion having a small area, a second piston composed of a tertiary boosting piston portion is provided, and when the hydraulic pressure transmission piston portion is moved by hydraulic pressure, the secondary fluid of the first piston portion is fluidized. While boosting the pressure, the second piston part By performing the third order boosting the body, it is possible to improve the boosting efficiency of the water.
また、本発明に係る切削切断装置を構成する昇圧部の動力部は、回転動作されるピニオンと、上記ピニオンに噛合され、上記ピニオンが回転動作されることにより移動操作される第1のラックと、上記ピニオンに噛合され、上記ピニオンが回転動作されることによって上記第1のラックと反対方向に移動操作される第2のラックとを有し、上記昇圧部は、一対の昇圧ピストンを有し、上記第1及び第2のラックの直線動作により上記一対の昇圧用ピストンが駆動されて、上記流体を圧縮してパルス状の高圧流体を生成する。 Further, the power unit of the boosting unit constituting the cutting / cutting device according to the present invention includes a pinion that is rotated, and a first rack that is engaged with the pinion and is moved by the rotation of the pinion. A second rack that is meshed with the pinion and is moved in the opposite direction to the first rack by rotating the pinion, and the boosting unit has a pair of boosting pistons. The pair of boosting pistons are driven by the linear motion of the first and second racks to compress the fluid to generate a pulsed high-pressure fluid.
さらに、上記動力部は、上記ピニオンに回転駆動力を伝達する電磁式又は機械式のクラッチを有し、上記クラッチは、電気的又は機械的な制御により、上記昇圧部で生成されるパルス状の高圧流体のパルス幅を制御して、切削切断動作のオンオフ及び切削切断速度の調整を行う。
Further, the power unit has an electromagnetic or mechanical clutch that transmits a rotational driving force to the pinion, and the clutch is a pulse-shaped signal generated by the boosting unit under electrical or mechanical control. By controlling the pulse width of the high-pressure fluid, the cutting / cutting operation is turned on / off and the cutting / cutting speed is adjusted.
すなわち、本発明に係る切削切断装置は、昇圧部の動力部が、回転動作されるピニオンと、ピニオンに噛合され、ピニオンが回転動作されることにより直線動作される第1のラックと、ピニオンに噛合され、ピニオンが回転動作されることにより第1のラックと反対方向に直線動作される第2のラックとを有し、昇圧部は、一対の昇圧用ピストンとして第1のピストンを有し、この第1及び第2のラックの直線動作により一対の昇圧用ピストンが駆動されて、水を圧縮してパルス状態の高圧流体を生成することで、水の昇圧効率を大幅に向上させることができる。 That is, in the cutting and cutting apparatus according to the present invention, the power unit of the boosting unit is engaged with the pinion that is rotated, the first rack that is linearly operated by rotating the pinion, and the pinion. And a second rack that is linearly operated in the opposite direction to the first rack by being engaged with each other and the pinion is rotated, and the pressurizing unit includes the first piston as a pair of boosting pistons, A pair of boosting pistons is driven by the linear movement of the first and second racks to compress the water to generate a high-pressure fluid in a pulsed state, thereby greatly improving the boosting efficiency of the water. .
本発明は、流体の圧縮過程において高効率化を実現し、被切断物に対して噴射する超高圧流体を得るための動力を省力化して、小型化、携帯化を可能とする。 The present invention achieves high efficiency in the process of compressing fluid and saves power for obtaining an ultra-high pressure fluid to be injected onto an object to be cut, thereby enabling miniaturization and portability.
そして、本発明を適用した切削切断装置は、各種金属、陶磁器、石等の被切断物に対して超高圧流体を噴射して切削切断をするために用いることができ、例えば、タイル、マーブル、グラナイト等の床材料や外壁材料の加工に用いられ、特に複雑で装飾的な模様を有する床材料や外壁材料等の加工に対しても有効に用いられる。 And the cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied can be used for cutting and cutting by injecting ultra-high pressure fluid onto objects to be cut such as various metals, ceramics and stones , for example, tiles, marbles, It is used for processing floor materials such as granite and outer wall materials, and is particularly effective for processing floor materials and outer wall materials having complex and decorative patterns.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明が適用される切削切断装置は、例えば、金属、陶磁器、石等の被切断物に対して、水等の流体又は切削切断用の粉体を含んだ流体等を超高圧の状態で噴射することにより、被切断物を切削、切断する、所謂ウォータジェット方式の切削切断装置であって、基本的に図3に示すような構成を備える。 The cutting and cutting apparatus to which the present invention is applied , for example, jets a fluid such as water or a fluid containing powder for cutting and cutting to an object to be cut such as metal, ceramic or stone in an ultra-high pressure state. This is a so-called water jet type cutting and cutting apparatus for cutting and cutting an object to be cut , and basically has a configuration as shown in FIG.
この切削切断装置1は、図3に示すように、被切断物に対して流体を噴射する噴射部2と、この噴射部2に供給する流体を昇圧する昇圧部3と、この昇圧部3を駆動するための動力を発生させる動力部4とを有する。尚、以下では、この昇圧部3で昇圧され噴射部2から噴射される流体として、水を用いるものとして説明するが、本発明は、これに限られるものではなく、その他の流体、高効率に切削を可能とするために粉体を含有した流体等であってもよい。 As shown in FIG. 3, the cutting / cutting device 1 includes an injection unit 2 that injects fluid to an object to be cut, a pressurization unit 3 that pressurizes fluid supplied to the injection unit 2, and the pressurization unit 3. And a power unit 4 that generates power for driving. In the following description, it is assumed that water is used as the fluid that is boosted by the booster 3 and sprayed from the sprayer 2, but the present invention is not limited to this, and other fluids with high efficiency can be used. It may be a fluid containing powder to enable cutting.
この昇圧部3は、後述するように1次昇圧機能とともに脱気機能も有する第1の昇圧部5と、第1の昇圧部5で昇圧された水を2次昇圧及び3次昇圧を行うことでさらに高圧に昇圧する第2の昇圧部6と、第1の昇圧部5で昇圧された1次昇圧水を第2の昇圧部6に流通させるための1次昇圧水配管8と、第1の昇圧部5で発生した油圧を駆動源として第2の昇圧部6に伝達するために油液を相互に循環させるための油圧伝達配管9とを有する。 As will be described later, the boosting unit 3 performs a secondary boosting and a tertiary boosting on the first boosting unit 5 having a primary boosting function and a deaeration function, and water boosted by the first boosting unit 5. A second booster 6 for boosting to a higher pressure, a primary booster water pipe 8 for circulating the primary boosted water boosted by the first booster 5 to the second booster 6, and a first In order to transmit the hydraulic pressure generated in the booster 5 to the second booster 6 as a drive source, there is a hydraulic pressure transmission pipe 9 for circulating the oil liquid mutually.
なお、ここでは、第2の昇圧部6の駆動力を伝達するために、油圧伝達配管9として後述する連結ホース等の連結配管38,48を設けるように構成したが、第1及び第2の昇圧部5,6を近傍の位置に隣接して配置し、又は一体に形成して直結する構成とすることにより、この連結配管を設けることなく第1の昇圧部5で発生した油圧を第2の昇圧部6の駆動源として用いるように構成してもよい。 Here, in order to transmit the driving force of the second booster 6 has been configured to provide a connection pipe 38, 48, such as a connection hose to be described later as a hydraulic transmission pipe 9, the first and second By arranging the pressure-increasing parts 5 and 6 adjacent to the neighboring positions, or by forming them integrally and directly connecting them, the hydraulic pressure generated in the first pressure-increasing part 5 can be reduced to the second without providing this connecting pipe. You may comprise so that it may be used as a drive source of the pressure | voltage rise part 6.
動力部4は、モータ等の駆動源を有し、この駆動源で発生した回転方向の動力を後述のようなプッシュプルな動作の直線運動に変換し、第1の昇圧部5へ伝達する。 The power unit 4 has a drive source such as a motor, converts the rotational power generated by the drive source into a linear motion of a push-pull operation as described later, and transmits the linear motion to the first booster unit 5.
第1の昇圧部5は、油液及び水の両方を圧縮する。第1の昇圧部5で圧縮され昇圧された油液は、油圧伝達配管9を通って、2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6の油圧シリンダを動作させる。また、第1の昇圧部5で昇圧された1次昇圧水は、1次昇圧水配管8を通って第2の昇圧部6へ供給される。 The 1st pressure | voltage rise part 5 compresses both oil liquid and water. The hydraulic fluid compressed and boosted by the first booster 5 operates the hydraulic cylinder of the second booster 6 that performs secondary and tertiary boosting through the hydraulic transmission pipe 9. The primary boosted water boosted by the first booster 5 is supplied to the second booster 6 through the primary boosted water pipe 8.
2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6と、超高圧に昇圧された流体を噴射する噴射部2とは、極めて近傍に設置され、超高圧水の配管ロスのない配置としている。動力源である動力部4の近傍に、第1の昇圧部5を配置し、約10メガパスカルまで昇圧後、圧力の低い状態でカッティングヘッド近傍の2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6まで導き、配管による圧縮エネルギーロスを抑え、第2の昇圧部6で数百メガパスカルまで昇圧する方式である。この構造により、従来の最終昇圧状態でのカッティングヘッドまでの配管方法と比べ1/10以下の圧力での配管となっており、圧力ロスを大幅に減少させることができる。1次昇圧を行う第1の昇圧部5と、2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6とは、後述のような昇圧システムを構成する。 The second boosting unit 6 that performs secondary and tertiary boosting and the injection unit 2 that injects the fluid that has been boosted to ultrahigh pressure are disposed very close to each other and have no piping loss of ultrahigh pressure water. A first booster 5 is arranged in the vicinity of the power unit 4 that is a power source, and after boosting to about 10 megapascals, the second booster performs secondary and tertiary boosting in the vicinity of the cutting head in a low pressure state. This is a system that leads to the unit 6, suppresses compression energy loss due to piping, and boosts the pressure up to several hundred megapascals by the second boosting unit 6. With this structure, the piping is at a pressure of 1/10 or less compared to the conventional piping method up to the cutting head in the final boosted state, and the pressure loss can be greatly reduced. The first boosting unit 5 that performs primary boosting and the second boosting unit 6 that performs secondary and tertiary boosting constitute a boosting system as described below.
切削切断装置1は、定常的に高圧水を作っておく従来の方式と異なり、パルス的な超高圧水を生成し、その出力を直接利用して切断を行う方式であり、従来の方式との違いは、後述する昇圧部3の昇圧用ピストンが圧縮動作中だけパルス的に超高圧流体(以下、「ウォータジェット」ともいう。)を発生するものである。 The cutting / cutting device 1 is a method that generates pulsed ultra-high pressure water and cuts directly using the output, unlike the conventional method of constantly producing high-pressure water. The difference is that a boosting piston of the boosting unit 3 described later generates an ultrahigh pressure fluid (hereinafter also referred to as “water jet”) in a pulsed manner only during the compression operation.
ここで、切削切断装置1を構成し、昇圧部3を駆動する動力部4の説明に先立ち、従来の超高圧昇圧装置の方式について説明する。 Here, prior to the description of the power unit 4 that constitutes the cutting / cutting device 1 and drives the boosting unit 3, a method of a conventional ultra-high pressure boosting device will be described.
従来の超高圧昇圧装置の方式は、回転動力をクランクシャフト或いはカムで直線動力に変え、ピストンによる圧縮にて高圧を得る方式や、回転動力で油圧ポンプを動かし油圧シリンダで圧縮する方式であった。カムやクランクを使った方式では、圧縮力が一定でなく、超高圧ポンプとカッティングヘッドの間にリザーブタンクを設ける必要がある。このリザーブタンクによる圧力ロスは無視できない。また、油圧方式での急速な油圧昇圧は、難しくやはりリザーブタンクが必要となる。どちらの方式でも始動時から安定な出力を得るためにかなり時間がかかり、常に昇圧状態にしておく必要があるため待機時の動力ロスも大きい。 The conventional ultra-high pressure booster system was a system in which the rotational power was changed to linear power with a crankshaft or cam, and a high pressure was obtained by compression with a piston, or a hydraulic pump was moved with rotational power and compressed with a hydraulic cylinder. . In the method using a cam or a crank, the compression force is not constant, and it is necessary to provide a reserve tank between the ultra high pressure pump and the cutting head. The pressure loss due to this reserve tank cannot be ignored. In addition, a rapid increase in hydraulic pressure in the hydraulic system is difficult and still requires a reserve tank. With either method, it takes a considerable amount of time to obtain a stable output from the start, and the power loss during standby is large because it is necessary to always keep the boosted state.
上述の理由で従来の方式では装置の重量、体積とも大型化する。また、大型の動力部のため超高圧水は、長い超高圧配管を介して射出部に供給することになり、大きな配管ロスが発生する。 For the reasons described above, the conventional method increases the weight and volume of the apparatus. In addition, because of the large power unit, the ultra high pressure water is supplied to the injection unit via a long ultra high pressure pipe, resulting in a large pipe loss.
上述したように、本発明が適用される切削切断装置1は、パルス的な超高圧水を作りその出力を直接利用して切断を行う方式を採用したものであって、昇圧用ピストンが圧縮動作中だけパルス的にウォータジェットを発生させるものである。尚、以下では、この昇圧用ピストンの圧縮動作により発生されたパルス的なウォータジェットを直接利用して切削切断を行う切削切断装置1について説明するが、以下の効率的な昇圧方式により生成された超高圧水を保持する上述のリザーブタンクを設けるように構成してもよい。 As described above, the cutting / cutting apparatus 1 to which the present invention is applied employs a method in which ultra-high pressure water is generated in a pulse form and the output is directly used for cutting, and the boosting piston is compressed. A water jet is generated only in a pulsed manner. In the following description, the cutting / cutting apparatus 1 that performs cutting using directly the pulsed water jet generated by the compression operation of the boosting piston will be described. You may comprise so that the above-mentioned reserve tank holding super-high pressure water may be provided.
次に、パルス的にウォータジェットを発生させる切削切断装置1を構成する動力部4について、図4を用いて詳細に説明する。 Next, the power unit 4 constituting the cutting and cutting apparatus 1 that generates a water jet in a pulse manner will be described in detail with reference to FIG.
パルス的な超高水圧を作るためには均一な圧縮力が必要であり、その圧縮力を得るために図4に示す回転動力を直線運動に変換する構成とされている。動力部4は、回転運動を略均一な圧力の直線運動に変換できる。動力が直接均一に加わるため、パルス状の均一圧力のウォータジェット出力を可能とするものである。 In order to create a pulsed ultra-high water pressure, a uniform compressive force is required, and the rotational power shown in FIG. 4 is converted into a linear motion in order to obtain the compressive force. The power unit 4 can convert the rotational motion into a linear motion with a substantially uniform pressure. Since power is directly and uniformly applied, a water jet output with a uniform pulse pressure can be achieved.
また、この動力部4は、機械的又は電気的に回転動力をオンオフするクラッチで動力のオンオフを行っているが、電磁クラッチを使用することにより、ウォータジェットのパルス幅を、電気的に制御することが可能である。 The power unit 4 mechanically or electrically turns on and off the rotational power mechanically. The power unit 4 electrically controls the pulse width of the water jet by using an electromagnetic clutch. It is possible.
具体的に動力部4は、図4に示すように、動力源として回転動力を発生させる図示しない電動モータ、内燃機関等の回転駆動部と、回転駆動部により発生された回転動力により回転動作されるピニオン22と、このピニオン22に噛合され、ピニオン22が回転動作されることにより直線動作される第1のラック23と、このピニオン22に噛合され、ピニオン22が回転動作されることにより第1のラック23と反対方向に直線動作される第2のラック24とを有する。 Specifically, as shown in FIG. 4, the power unit 4 is rotated by a rotation drive unit such as an electric motor (not shown) that generates rotation power as a power source, an internal combustion engine, and the rotation power generated by the rotation drive unit. A first rack 23 that is engaged with the pinion 22 and is linearly operated by rotating the pinion 22, and a first rack 23 that is engaged with the pinion 22 and rotated. And a second rack 24 linearly operated in the opposite direction.
また、動力部4は、上述した回転駆動部により発生された駆動力を伝達する回転動力伝達軸11と、この回転動力伝達軸11の速度を所望の回転速度に減速するための大小のギヤ等の組み合わせからなる回転速度減速ギヤ装置とベヴェルギヤの組み合わせからなる対向2軸出力装置とが一体とされたギヤボックス12と、このギヤボックス12に接続され、ピニオン22側に伝達される回転駆動力をオンオフ制御する第1及び第2の電磁クラッチ13,14とを有する。尚、ここでは、ピニオン22側に伝達される駆動力を任意に断続して伝えるクラッチとして、電磁クラッチ13,14を用いるように構成したが、機械
的に同様の機能を有する機械式クラッチを設けるように構成してもよい。
The power unit 4 includes a rotational power transmission shaft 11 that transmits the driving force generated by the above-described rotational driving unit, and large and small gears for reducing the speed of the rotational power transmission shaft 11 to a desired rotational speed. A gear box 12 in which a rotational speed reduction gear device composed of a combination of the above and a counter biaxial output device composed of a combination of bevel gears are integrated, and a rotational driving force transmitted to the pinion 22 side is connected to the gear box 12. The first and second electromagnetic clutches 13 and 14 are controlled on and off. Here, the electromagnetic clutches 13 and 14 are used as clutches for arbitrarily intermittently transmitting the driving force transmitted to the pinion 22 side, but a mechanical clutch having a mechanically similar function is provided. You may comprise as follows.
また、動力部4は、第1の電磁クラッチ13を介してベヴェルギアの駆動力をピニオン22に伝達する第1のクラッチ側プーリ15、第1のVベルト17及び第1のピニオン側プーリ19と、第2の電磁クラッチ14を介してベヴェルギアの駆動力をピニオン22に伝達する第2の電磁クラッチ側プーリ16、第2のVベルト18及び第2のピニオン側プーリ20とを備える。 The power unit 4 includes a first clutch-side pulley 15, a first V-belt 17, and a first pinion-side pulley 19 that transmit the driving force of the bevel gear to the pinion 22 via the first electromagnetic clutch 13. A second electromagnetic clutch side pulley 16, a second V belt 18, and a second pinion side pulley 20 that transmit the driving force of the bevel gear to the pinion 22 via the second electromagnetic clutch 14 are provided.
回転動力伝達軸11は、電動モータ等の動力伝達軸に直結される。ギヤボックス12は、この回転動力伝達軸11からの駆動力を適当な速度に減速させ、それをさらにベヴェルギヤの組み合わせで回転動力伝達軸11に直交する軸に左右対称で回転方向が互いに反対方向とされる一対の出力軸に回転動力を引き出す。 The rotational power transmission shaft 11 is directly connected to a power transmission shaft such as an electric motor. The gear box 12 decelerates the driving force from the rotational power transmission shaft 11 to an appropriate speed, and is further symmetrical with respect to an axis orthogonal to the rotational power transmission shaft 11 by a combination of bevel gears. Rotational power is drawn out to a pair of output shafts.
第1の電磁クラッチ13、第2の電磁クラッチ14は、回転方向が反対方向とされた一対の出力軸に装着される。第1及び第2の電磁クラッチ13,14は、一方がオンすると他方はオフとなるように、又は、両方がオフとなるように制御される。 The first electromagnetic clutch 13 and the second electromagnetic clutch 14 are attached to a pair of output shafts whose rotation directions are opposite to each other. The first and second electromagnetic clutches 13 and 14 are controlled such that when one is turned on, the other is turned off, or both are turned off.
例えば、第1の電磁クラッチ13をオンするとクラッチは、ギヤボックス12の出力軸と接続され、回転運動が同軸の第1のクラッチ側プーリ15を回転させ、それに連結している第1のVベルト17を回転させる。 For example, when the first electromagnetic clutch 13 is turned on, the clutch is connected to the output shaft of the gear box 12, and the first V-belt connected to the first clutch-side pulley 15 rotating in rotation is rotated. 17 is rotated.
第1のピニオン側プーリ19に直結した軸が図4中矢印R1方向に回転するとピニオン側プーリ19に連結したピニオン22が同方向に回転する。 Pinion 22 axis directly connected to the first pinion pulley 19 is coupled to a pinion pulley 19 is rotated in an arrow R 1 direction in FIG 4 is rotated in the same direction.
ピニオン22が矢印R1方向に回転すると、このピニオン22に噛合された第1のラック23は、図4中矢印X1方向に動き、第2のラック24は、図4中矢印X2方向に動く。第1及び第2のラック23,24が移動する方向は、互いに反対であるが、移動距離は同じである。第1のラック23、第2のラック24は、互いに反対方向にピニオン22に対して等距離になるように設定しておく。 When the pinion 22 rotates in the direction of the arrow R 1 , the first rack 23 engaged with the pinion 22 moves in the direction of the arrow X 1 in FIG. 4, and the second rack 24 moves in the direction of the arrow X 2 in FIG. Move. The moving directions of the first and second racks 23 and 24 are opposite to each other, but the moving distance is the same. The first rack 23 and the second rack 24 are set to be equidistant from the pinion 22 in opposite directions.
また、第1の電磁クラッチ13をオフにし、第2の電磁クラッチ14をオンにすると、ピニオン22は、上述したのと逆方向に回転し、第1及び第2のラック23,24は、上述と逆方向に移動する。 When the first electromagnetic clutch 13 is turned off and the second electromagnetic clutch 14 is turned on, the pinion 22 rotates in the opposite direction to that described above, and the first and second racks 23 and 24 are And move in the opposite direction.
電子的又は機械的方法で第1のラック23、第2のラック24の位置を検出し、第1及び第2の電磁クラッチ13,14を交互に切り替えると第1及び第2のラック23,24は、前後対称的な動作を繰り返す。 When the positions of the first rack 23 and the second rack 24 are detected by an electronic or mechanical method and the first and second electromagnetic clutches 13 and 14 are switched alternately, the first and second racks 23 and 24 are switched. Repeats a symmetrical operation.
これら2個のラック23,24の一端に、第1の昇圧部5の後述する第1のピストン32,42のアーム28,29を接続することにより、2個のピストンに180度位相の異なるプッシュプル動作を行わせることができ、この動力を昇圧部3の動力とする。ここでプッシュプル動作とは、一方のピストンが押し込む方向に押す動作(プッシュ動作)しているときには、他方のピストンが引き出す方向に引く動作(プル動作)をしていることをいう。 By connecting arms 28 and 29 of first pistons 32 and 42, which will be described later, of the first booster 5 to one end of these two racks 23 and 24, pushes that are 180 degrees out of phase with the two pistons. A pulling operation can be performed, and this power is used as the power of the booster 3. Here, the push-pull operation means that when one piston is pushing in the pushing direction (pushing operation), the other piston is pulling in the pulling-out direction (pull operation).
次に、本発明を適用した切削切断装置1を構成する1次昇圧を行う第1の昇圧部5、2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6による昇圧システムについて図5を用いて説明する。尚、図5は、昇圧システム全体の詳細を示す図である。 Next, a boosting system using the first booster 5 that performs primary boosting and the second booster 6 that performs secondary and tertiary boosting, which constitutes the cutting apparatus 1 to which the present invention is applied, will be described with reference to FIG. explain. FIG. 5 is a diagram showing details of the entire booster system.
この第1及び第2の昇圧部5,6は、上述したプッシュプルな動作を行う動力部4により駆動されることで昇圧を行う昇圧方式とされている。以下、この昇圧方式をプッシュプル方式と称す。第1及び第2の昇圧部5,6は、それぞれ、一対の同一構造を有するポンプからなり、一方のポンプ(A側)が押す動作(プッシュ動作)を行うと、他方の一方のポンプ(B側)は、引きの動作(プル動作)を行う。また、A側とB側は、後述のように帰還用油液連結配管80を介し互いの補助シリンダ室66,76を帰還用油液が循環する。 第1の昇圧部5は、筒状に形成されそれぞれの一方の側に油液と他方の側に水とが充填された一対の第1のシリンダ31,41と、この第1のシリンダ31,41内を摺動して往復運動される一対の第1のピストン32,42とを有する。 The first and second boosting units 5 and 6 are configured to be boosted by being driven by the power unit 4 that performs the push-pull operation described above. Hereinafter, this boosting method is referred to as a push-pull method. Each of the first and second boosting units 5 and 6 includes a pair of pumps having the same structure. When one pump (A side) performs a pushing operation (pushing operation), the other pump (B Side) performs a pulling operation (pull operation). On the A side and B side, the return oil fluid circulates in the auxiliary cylinder chambers 66 and 76 via the return oil connection pipe 80 as will be described later. The first pressure raising unit 5 is formed in a cylindrical shape, and a pair of first cylinders 31 and 41 each filled with oil liquid and water on the other side, and the first cylinder 31 and And a pair of first pistons 32 and 42 which are reciprocated while sliding in the interior 41.
第1のシリンダ31,41は、それぞれ、第1のピストン32,42の一方の側には油液が充填され第2の昇圧部6の駆動源としての油圧を発生させる油圧シリンダ室33,43として機能し、第1のピストン32,42の他方の側には水が充填され1次昇圧を行う1次昇圧室34,44として機能する。 The first cylinders 31 and 41 are respectively filled with oil on one side of the first pistons 32 and 42, and hydraulic cylinder chambers 33 and 43 that generate hydraulic pressure as a drive source for the second booster 6. And the other side of the first pistons 32 and 42 is filled with water and functions as primary pressurizing chambers 34 and 44 that perform primary pressurization.
すなわち、第1のピストン32,42が第1のシリンダ31,41内に押し込まれる(プッシュ動作される)と、油圧シリンダ室33,43の内部の油液を圧縮して昇圧して2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6の駆動源としての油圧を発生させるとともに、1次昇圧室34,44に水を注水させる。その一方で、第1のピストン32,42が第1のシリンダ31,41内から引き出される(プル動作される)と、1次昇圧室34,44の内部の水を圧縮して昇圧して1次昇圧水として第2の昇圧部6側へ送り出す。このように、第1のピストン32,42と、第1のシリンダ31,41の1次昇圧室34,44とは、1次昇圧ポンプとして機能する。 That is, when the first pistons 32 and 42 are pushed into the first cylinders 31 and 41 (pushing operation), the hydraulic fluid in the hydraulic cylinder chambers 33 and 43 is compressed to increase the pressure and A hydraulic pressure is generated as a drive source for the second booster 6 that performs the third boost, and water is injected into the primary boost chambers 34 and 44. On the other hand, when the first pistons 32 and 42 are pulled out (pulled) from the first cylinders 31 and 41, the water in the primary pressurizing chambers 34 and 44 is compressed and pressurized to 1 The next boosted water is sent to the second booster 6 side. Thus, the first pistons 32 and 42 and the primary pressure increasing chambers 34 and 44 of the first cylinders 31 and 41 function as a primary pressure increasing pump.
また、第1のシリンダ31、41の1次昇圧室34,44には、シリンダ内へ注水を行うための注水口電磁バルブ35,45と、シリンダ内で発生気泡を脱気するための脱気用電磁バルブ36,46と、昇圧した1次昇圧水を次の工程に送るためのチェックバルブ37,47とが設けられている。 Further, in the primary pressure increasing chambers 34 and 44 of the first cylinders 31 and 41, water inlet electromagnetic valves 35 and 45 for injecting water into the cylinders, and deaeration for degassing generated bubbles in the cylinders. There are provided electromagnetic valves 36 and 46, and check valves 37 and 47 for sending the boosted primary pressurized water to the next step.
また、第1のシリンダ31,41の油圧シリンダ室33,43には、第2の昇圧部6に油圧を供給するための油圧伝達配管9として、連結ホース等の油液用の連結配管38,48が設けられている。 Further, the hydraulic cylinder chambers 33 and 43 of the first cylinders 31 and 41 are connected to a hydraulic pressure transmission pipe 9 for supplying hydraulic pressure to the second booster 6 as a connection pipe 38 for oil and liquid such as a connection hose, 48 is provided.
また、第1の昇圧部5は、注水口電磁バルブ35,45を介して第1のシリンダ31,41に注水するための注水口39,49と、チェックバルブ37,47を介して第1のシリンダ31,41に接続される1次昇圧水配管40,50と、この1次昇圧水配管40,50に接続され、この1次昇圧水を第2の昇圧部6に送る前に貯留するための1次昇圧水タンク51とを有する。 In addition, the first pressure raising unit 5 includes water injection ports 39 and 49 for injecting water into the first cylinders 31 and 41 through the water injection electromagnetic valves 35 and 45, and the first injection through the check valves 37 and 47. The primary boosted water pipes 40 and 50 connected to the cylinders 31 and 41 and the primary boosted water pipes 40 and 50 are connected to the primary boosted water pipes 40 and 50 to store the primary boosted water before being sent to the second booster 6. Primary pressurized water tank 51.
第1の昇圧部5では、そのA側において、一方の第1のピストン32が図5中矢印X3方向に摺動されると、第1のシリンダ31の1次昇圧室34内へ水道水がFw11に示すように注水口電磁バルブ35を通り1次昇圧室34に注入される。 In the first pressurizing unit 5, when one first piston 32 is slid in the direction of arrow X 3 in FIG. 5 on the A side, tap water enters the primary pressurizing chamber 34 of the first cylinder 31. Is injected into the primary pressure increasing chamber 34 through the water inlet electromagnetic valve 35 as indicated by Fw 11 .
注水口電磁バルブ35を適当なところで励起すると弁が閉まり水の注水が止まり1次昇圧室34の気圧が一気に下がり水の中に溶け込んでいた空気が気泡A1となって出現する。 When the water inlet electromagnetic valve 35 is excited at an appropriate position, the valve is closed and water injection stops, and the air pressure in the primary pressurizing chamber 34 falls at once and the air dissolved in the water appears as bubbles A 1 .
一方、B側では、他方の第1のピストン42は、図5中矢印X4方向に摺動されており、第1のピストン42が引き出される方向に引く動作するとき、気泡は、第1のシリンダ41の上部に集まり、さらに第1のピストン42が始点に近づくと気泡は、大きくまとまって圧縮空気A2となる。圧縮空気A2は、第1のシリンダ41の上部に設けられた脱気用電磁バルブ46を通ってA3のように排気される。 On the other hand, the B side, the first piston 42 of the other is slid in the arrow X 4 direction in FIG. 5, when operating pulling in the direction of the first piston 42 is withdrawn, the bubbles, first gathering the upper portion of the cylinder 41, further bubbles when the first piston 42 approaches the starting point is a compressed air a 2 collectively large. The compressed air A 2 passes through the deaeration electromagnetic valve 46 provided at the upper part of the first cylinder 41 and is exhausted as A 3 .
一方、脱気されるとともに圧縮して昇圧された1次昇圧水は、チェックバルブ47を押し開き、Fw12に示すように1次昇圧水配管50を経由して1次昇圧水タンク51に導かれ蓄えられる。 Meanwhile, the primary boosted water that has been boosted by compressing together are degassed, pushes open the check valve 47, guide the primary boost water tank 51 via the primary booster water pipe 50 as shown in Fw 12 It is stored.
1次昇圧水タンク51に蓄えられた1次昇圧水は、約2メガパスカル程度に昇圧されており、一部は切断物を搭載する架台の洗浄水に使われる。 The primary pressurized water stored in the primary pressurized water tank 51 is boosted to about 2 megapascals, and a part thereof is used for washing water for the gantry on which the cut object is mounted.
1次昇圧水タンク51に蓄えられた水の大部分は、さらに高圧水となるように昇圧するために第2の昇圧部6の後述する2次昇圧室67,77に導かれ、第2の昇圧部6のプロセスで昇圧される。 Most of the water stored in the primary pressurization water tank 51 is led to secondary pressurization chambers 67 and 77, which will be described later, of the second pressurization unit 6 in order to increase the pressure so as to become high-pressure water. The voltage is boosted by the process of the booster 6.
次に、第1の昇圧部5における流体としての水中に溶け込んでいる空気等の気体成分の脱気処理の動作について、図6及び図7を用いて詳細を説明する。 Next, the operation of the deaeration process of the gas component such as air dissolved in the water as the fluid in the first booster 5 will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.
超高圧水を空気圧中に噴射すると水中に溶け込んでいる空気等の気体成分の急激な膨張がウォータジェットの放射力を減少させる。水を超高圧に昇圧する前に水中に融けている気体の除去が重要となる。この対策として、切削切断装置1においては、往復運動をする1次昇圧ポンプとしての第1の昇圧部5に、脱気機能を有するようにし、水中の気体成分を除去する構造としている。 When super-high pressure water is injected into air pressure, the rapid expansion of gas components such as air dissolved in the water reduces the radiation force of the water jet. It is important to remove the gas that has melted in the water before the pressure of the water is increased to an ultra-high pressure. As a countermeasure against this, the cutting / cutting device 1 has a structure in which the first booster 5 as a primary booster pump that reciprocates has a deaeration function to remove a gas component in water.
これは、噴射部2から噴射される高圧流体は、大気中において一気に減圧されるため、流体中に空気等の気体が溶け込んでいると気泡が発生し、噴射流体のエネルギーの減少を招くことを防止するためである。また、他の理由として、気泡状態で昇圧部3で昇圧される流体に空気が混入している場合に、水は圧縮しても体積が変化しないが、気体が混入していると気体は収縮してしまうため圧縮の緩衝作用を起こし、エネルギー伝達を妨げることになるが、これを防止するためである。 This is because the high-pressure fluid ejected from the ejection unit 2 is depressurized all at once in the atmosphere, so that if a gas such as air is dissolved in the fluid, bubbles are generated and the energy of the ejected fluid is reduced. This is to prevent it. As another reason, when air is mixed in the fluid pressurized by the pressure increasing unit 3 in a bubble state, the volume does not change even if water is compressed, but if the gas is mixed, the gas contracts. Therefore, a compression buffering action is caused and energy transmission is hindered, but this is to prevent this.
第1の昇圧部5の部分の動作について図6及び図7を用いて詳細に説明する。尚、ここでは、A側の第1のピストン32の動作について説明するが、B側の第1のピストン42については、このA側の第1のピストン32と反対の動作をすることを除いて同様の動作をするものとして、ここでは、詳細な説明は省略する。 The operation of the first booster 5 will be described in detail with reference to FIGS. Here, the operation of the first piston 32 on the A side will be described, but the operation of the first piston 42 on the B side is opposite to that of the first piston 32 on the A side. The detailed description is omitted here for the same operation.
第1の昇圧部5は、図6に示すステップ1と、図7に示すステップ2とを繰り返すことで、噴出流体である水の1次昇圧と、第2の昇圧部6の駆動源となる油圧の発生と、水中に溶け込んだ気体成分の脱気処理を行う。まず、図6に示すステップ1において、第1のピストン32を押すと油圧シリンダ室33の油液が圧縮して押され、油液が図6中Fo1方向に流動され、これが連結配管38を介して後述する油圧伝達シリンダ室61へ導かれる。このとき、1次昇圧室34には、常圧の水が注水され、注水口電磁バルブ35を適当なところで閉じることにより注水された水は減圧され、溶け込んでいた気体が気泡A1となって現れる。 The first booster 5 repeats Step 1 shown in FIG. 6 and Step 2 shown in FIG. 7, thereby serving as a primary booster for water that is the ejected fluid and a drive source for the second booster 6. Generation of hydraulic pressure and degassing of gas components dissolved in water. First, in step 1 shown in FIG. 6, when the first piston 32 is pushed, the oil liquid in the hydraulic cylinder chamber 33 is compressed and pushed, and the oil liquid flows in the Fo1 direction in FIG. Then, it is guided to a hydraulic pressure transmission cylinder chamber 61 which will be described later. In this case, the primary pressurization chamber 34, atmospheric pressure of the water is water injection, water inlet water is water injection by closing the electromagnetic valve 35 at a suitable place is depressurized, the gas had dissolved becomes a bubble A 1 appear.
次に、図7に示すステップ2で、第1のピストン32をピストンの摺動方向である図7中矢印X4方向に引く動作を行う。この段階で、気体は水より軽い性質を利用して、水と気体とを分離する。この気体は、1次昇圧室34からさらに第1のシリンダ31の端部の部分に集まり、さらに第1のピストン32に押されて脱気用電磁バルブ36を開くと一気に排気される。一方、脱気されるとともに、第1のピストン32により圧縮され得られた1次昇圧水は、チェックバルブ37から押出され、1次昇圧水タンク51に送られて貯蔵される。1次圧縮水は、さらに、次の昇圧プロセスを経て最終的に超高圧水として放射される。そのとき、水中の気体に影響されない大きな水圧を得ることができる。 Next, in Step 2 shown in FIG. 7, the operation of pulling the first piston 32 in FIG arrow X 4 direction, which is the sliding direction of the piston. At this stage, gas is separated from water and gas by utilizing the lighter nature than water. This gas gathers further from the primary pressure increasing chamber 34 at the end portion of the first cylinder 31 and is exhausted at once when pushed by the first piston 32 and opens the deaeration electromagnetic valve 36. On the other hand, the primary pressurized water obtained by degassing and being compressed by the first piston 32 is pushed out from the check valve 37 and sent to the primary pressurized water tank 51 for storage. Further, the primary compressed water is finally radiated as ultra-high pressure water through a subsequent pressurization process. At that time, a large water pressure that is not affected by the gas in water can be obtained.
上述のような構成を備える第1の昇圧部5は、水の1次昇圧と、水中の気体成分の脱気処理と、油圧の圧縮とを同一のピストンの両ピストン面を介して同時に行えるため、効率のよい安価な装置を実現できる。 The first pressurizing unit 5 having the above-described configuration is capable of simultaneously performing the primary pressurization of water, the degassing process of the gaseous components in the water, and the compression of the hydraulic pressure through both piston surfaces of the same piston. An efficient and inexpensive device can be realized.
第2の昇圧部6は、図5に示すように、筒状に形成されそれぞれの一方の側に駆動力伝達用の油液と他方の側に帰還用の油液とが充填された一対の駆動力伝達シリンダ60,70と、この駆動力伝達シリンダ60,70内を摺動して往復運動する油圧伝達ピストン部63,73を有する一対の第2のピストン62,72と、駆動力伝達シリンダ60,70と一体に形成されるシリンダに形成され、水の2次昇圧を行う2次昇圧室67,77と、駆動力伝達シリンダ60,70と一体に形成されるシリンダに形成され、水の3次昇圧を行う3次昇圧室84,94とを有する。 As shown in FIG. 5, the second booster 6 is formed into a pair of cylinders, each of which is filled with an oil liquid for transmitting driving force on one side and an oil liquid for returning on the other side. A pair of second pistons 62, 72 having a driving force transmission cylinder 60, 70, a hydraulic transmission piston portion 63, 73 that reciprocates in the driving force transmission cylinder 60, 70, and a driving force transmission cylinder Formed in a cylinder formed integrally with 60, 70, formed in a secondary pressure increasing chamber 67, 77 for performing a secondary pressure increase of water, and a cylinder formed integrally with the driving force transmission cylinders 60, 70, And third boosting chambers 84 and 94 for performing third boosting.
駆動力伝達シリンダ60,70は、それぞれ、油圧伝達ピストン部63,73の一方の側には上述した油圧シリンダ室33,43と連結配管38,48により連結されて駆動力を伝達するための油液が充填され油圧伝達シリンダ室61,71として機能し、油圧伝達ピストン部63,73の他方の側には帰還用油液が充填され補助シリンダ室66,76として機能する。 The driving force transmission cylinders 60 and 70 are respectively connected to the hydraulic cylinder chambers 33 and 43 and the connecting pipes 38 and 48 on one side of the hydraulic transmission piston portions 63 and 73, respectively, for transmitting the driving force. The liquid is filled and functions as the hydraulic transmission cylinder chambers 61 and 71, and the other side of the hydraulic pressure transmission piston parts 63 and 73 is filled with the return oil and functions as the auxiliary cylinder chambers 66 and 76.
そして、この一対の補助シリンダ室66,76は、帰還用油液連結配管80により連結され、互いに充填された帰還用油液が循環可能な構造とされている。 The pair of auxiliary cylinder chambers 66 and 76 are connected by a return oil / liquid connecting pipe 80 so that the return oil / liquid filled with each other can be circulated.
この第2のピストン62,72は、第1の昇圧部5の油圧シリンダ室33,43により昇圧・減圧された油液の油圧によりこの第2のピストン62,72を往復駆動するための油圧伝達ピストン部63,73と、2次昇圧室67,77内を往復運動する2次昇圧ピストン部64,74と、3次昇圧室84,94内を往復運動する3次昇圧ピストン部65,75とを有して一体に形成されている。 The second pistons 62, 72 transmit hydraulic pressure for reciprocating the second pistons 62, 72 by the hydraulic pressure of the oil liquid that has been boosted and depressurized by the hydraulic cylinder chambers 33, 43 of the first booster 5. Piston portions 63, 73, secondary pressure increasing piston portions 64, 74 reciprocating in the secondary pressure increasing chambers 67, 77, and tertiary pressure increasing piston portions 65, 75 reciprocating in the third pressure increasing chambers 84, 94; And are integrally formed.
2次昇圧ピストン部64,74と、3次昇圧ピストン部65,75とは、油圧伝達ピストン部63,73と一体に形成されているので、油圧伝達ピストン部63,73が駆動されることにより、同方向に同じ距離だけ駆動される。 Since the secondary boost piston portions 64 and 74 and the tertiary boost piston portions 65 and 75 are formed integrally with the hydraulic pressure transmission piston portions 63 and 73, the hydraulic pressure transmission piston portions 63 and 73 are driven. Driven by the same distance in the same direction.
第2のピストン62,72の油圧伝達ピストン部63,73は、その駆動方向に直交する面の面積が、第1のピストン32,42のピストン部の面積より大きくなるように形成されている。 The hydraulic pressure transmission piston parts 63 and 73 of the second pistons 62 and 72 are formed such that the area of the surface orthogonal to the driving direction is larger than the area of the piston parts of the first pistons 32 and 42.
また、2次昇圧ピストン部64,74の駆動方向に直交する面の面積は、油圧伝達ピストン部63,73の面積より小さく形成されている。3次昇圧ピストン部65,75の駆動方向に直交する面の面積は、2次昇圧ピストン部64,74の面積より小さく形成されている。 Further, the area of the surface perpendicular to the drive direction of the secondary boost piston parts 64 and 74 is formed smaller than the area of the hydraulic pressure transmission piston parts 63 and 73. The area of the surface orthogonal to the driving direction of the tertiary boost piston portions 65 and 75 is formed smaller than the area of the secondary boost piston portions 64 and 74.
第2の昇圧部6の2次昇圧室67,77は、第2のピストン62,72の2次昇圧ピストン部64,74が内部で摺動して往復運動されることで、1次昇圧水が注入され、又は、この1次昇圧水を圧縮して2次昇圧水を生成する。このように、第2のピストン62,72の2次昇圧ピストン部64,74と、2次昇圧室67,77とは、2次昇圧ポンプとして機能する。 The secondary pressurizing chambers 67 and 77 of the second pressurizing unit 6 are reciprocated while the secondary pressurizing pistons 64 and 74 of the second pistons 62 and 72 are slid in the primary pressurizing water. Is injected or the primary pressurized water is compressed to generate secondary pressurized water. Thus, the secondary boosting piston portions 64 and 74 of the second pistons 62 and 72 and the secondary boosting chambers 67 and 77 function as a secondary boosting pump.
2次昇圧室67,77には、シリンダ内へ1次昇圧水の注入を行うための注水用電磁バルブ68,78と、昇圧した2次昇圧水を次の工程に送るためのチェックバルブ69,79とが設けられている。 In the secondary boosting chambers 67 and 77, water injection electromagnetic valves 68 and 78 for injecting the primary boosted water into the cylinder, and check valves 69 for sending the boosted secondary boosted water to the next step, 79 is provided.
また、第2の昇圧部6は、注水用電磁バルブ68,78を介して1次昇圧水タンク51に2次昇圧室67,77を接続するための1次昇圧水配管81,91と、チェックバルブ69,79を介して2次昇圧室67,77に接続される2次昇圧水配管82,92と、この2次昇圧水配管82,92に接続され、この2次昇圧水を3次昇圧室84,94に送る前に貯留するための2次昇圧水タンク83とを有する。 In addition, the second booster 6 includes primary boosted water pipes 81 and 91 for connecting the secondary boosted chambers 67 and 77 to the primary boosted water tank 51 via the water injection electromagnetic valves 68 and 78, and a check Secondary boosted water pipes 82 and 92 connected to the secondary boosted chambers 67 and 77 through valves 69 and 79 and the secondary boosted water pipes 82 and 92 are connected to the secondary boosted water pipes 82 and 92. And a secondary pressurized water tank 83 for storing before being sent to the chambers 84 and 94.
第2の昇圧部6の2次昇圧の動力及び後述する3次昇圧の動力は、第1の昇圧部5の第1のピストン32,42が往復運動される工程において昇圧された油液の連結配管38,48を通して油圧伝達シリンダ室61,71に流入、流出される油液の圧力である。例えば、油圧シリンダ室33から連結配管38を通して油圧伝達シリンダ室61に流入し、一方の第2のピストン62を押すA側のプッシュ圧力と、反対に油圧伝達シリンダ室71から連結配管48を通して油圧シリンダ室43に流出され、他方の第2のピストン72を引くB側のプル圧力である。 The secondary boosting power of the second boosting unit 6 and the tertiary boosting power described later are connected to the fluid that has been boosted in the process in which the first pistons 32 and 42 of the first boosting unit 5 are reciprocated. This is the pressure of the hydraulic fluid flowing into and out of the hydraulic pressure transmission cylinder chambers 61 and 71 through the pipes 38 and 48. For example, the hydraulic cylinder flows from the hydraulic cylinder chamber 33 to the hydraulic transmission cylinder chamber 61 through the connection pipe 38 and pushes the second piston 62, and on the contrary, from the hydraulic transmission cylinder chamber 71 to the hydraulic cylinder through the connection pipe 48. This is the B-side pull pressure that flows out into the chamber 43 and pulls the other second piston 72.
第2のピストン62,72を押す油圧は、数メガパスカル程度の圧力の油液が使われる。この動作は、第1の昇圧部5にプッシュプルな動力が加えられている限りA側とB側で交互に繰り返される。 As the hydraulic pressure for pressing the second pistons 62 and 72, an oil liquid having a pressure of about several megapascals is used. This operation is repeated alternately on the A side and the B side as long as push-pull power is applied to the first booster 5.
2次昇圧を行う第2の昇圧部6の動作は、2次昇圧室67,77への1次昇圧水の注入工程と、この1次昇圧水を圧縮して2次昇圧水を生成する圧縮行程とがあり、一対の2次昇圧室67,77を構成するシリンダのうち一方のシリンダが注水動作のときは、他方のシリンダは、圧縮動作を行っている。 The operation of the second boosting unit 6 that performs the secondary boosting includes the step of injecting the primary boosted water into the secondary boosting chambers 67 and 77 and the compression for generating the secondary boosted water by compressing the primary boosted water. When one of the cylinders constituting the pair of secondary pressurizing chambers 67 and 77 performs a water injection operation, the other cylinder performs a compression operation.
注入工程は、1次昇圧水タンク51で蓄えられた1次昇圧水が、A側の1次昇圧水の注水用電磁バルブ68へ接続され、注水用電磁バルブ68が開くと2次昇圧室67に1次昇圧水がFw21に示すように注入される。 In the injection step, the primary boosted water stored in the primary pressurized water tank 51 is connected to the A-side primary pressurized water injection electromagnetic valve 68, and when the water injection electromagnetic valve 68 is opened, the secondary pressurization chamber 67 is opened. The primary pressurized water is injected as shown at Fw 21 .
一方、B側の2次昇圧室77では、2次昇圧が行われる。2次昇圧水の圧力が規定の値を超えると、2次昇圧水は、チェックバルブ79を押し、Fw22に示すように連結配管を通って2次昇圧水タンク83に蓄えられる。 On the other hand, secondary boosting is performed in the secondary boosting chamber 77 on the B side. When the pressure of the secondary boosted water exceeds a predetermined value, the secondary boosted water pushes the check valve 79 and is stored in the secondary boosted water tank 83 through the connecting pipe as indicated by Fw 22 .
第2の昇圧部6の第2のピストン62,72は、2次昇圧及び3次昇圧とともに、駆動源である油圧伝達シリンダ室61,71中の油液中の気泡の発生を防止する役割をしており、同時にこの三種類の役割を果たす。例えば、A側において、上述のように図5中矢印X5方向に駆動された第2のピストン62は、反対側の補助シリンダ室66の油液を同時に押し出す。 The second pistons 62 and 72 of the second boosting unit 6 play a role of preventing the generation of bubbles in the oil liquid in the hydraulic transmission cylinder chambers 61 and 71 as a driving source together with the secondary boosting and the tertiary boosting. At the same time, it plays these three roles. For example, the A side, a second piston 62 which is driven in FIG. 5 arrow X 5 direction as described above, pushes hydraulic fluid opposite to the auxiliary cylinder chamber 66 at the same time.
補助シリンダ室66内の押し出された油液は、もう一方(B側)の補助シリンダ室76に流れ込み、もう一方(B側)の第2のピストン72が図5中矢印X6方向に働くのを助ける。 The extruded hydraulic fluid of the auxiliary cylinder chamber 66 flows into the auxiliary cylinder chamber 76 of the other one (B side), the second piston 72 of the other one (B side) acts in the arrow X 6 direction in FIG. 5 Help.
第1の昇圧部5の第1のピストン42が図5中矢印X4方向に動くとき油圧伝達シリンダ室71、油圧シリンダ室43は、真空に引かれるが、帰還用油液が補助シリンダ室66から図5中矢印Fo2方向に補助シリンダ室76に流入し、この帰還用油液が油圧伝達ピストン部73を介して、同時に油圧伝達シリンダ室71内の油液を37の図5中矢印Fo3方向に押し出す。その結果、油圧シリンダ方式の欠点である油圧シリンダ室43、油圧伝達シリンダ室71での気泡の発生を防止することができる。 First piston 42 is a hydraulic transmission cylinder chamber 71 when moving in the arrow X 4 direction in FIG. 5 of the first booster 5, the hydraulic cylinder chamber 43 is drawn into the vacuum, the feedback hydraulic fluid auxiliary cylinder chamber 66 5 flows into the auxiliary cylinder chamber 76 in the direction of the arrow Fo 2 in FIG. 5, and this feedback oil fluid is simultaneously supplied to the oil fluid in the hydraulic transmission cylinder chamber 71 via the hydraulic pressure transmission piston portion 73 in FIG. Extrude in 3 directions. As a result, generation of bubbles in the hydraulic cylinder chamber 43 and the hydraulic transmission cylinder chamber 71, which is a drawback of the hydraulic cylinder system, can be prevented.
第2の昇圧部6の3次昇圧室84,94は、第2のピストン62,72の3次昇圧ピストン部65,75が内部で摺動して往復運動されることで、2次昇圧水が注入され、又は、この2次昇圧水を圧縮して3次昇圧水を生成する。 The secondary pressure increasing chambers 84 and 94 of the second pressure increasing portion 6 are reciprocated while the tertiary pressure increasing piston portions 65 and 75 of the second pistons 62 and 72 are slid inwardly, so that the secondary pressure increasing water is supplied. Or the secondary boosted water is compressed to generate tertiary boosted water.
3次昇圧室84,94には、シリンダ内へ2次昇圧水の注入を行うための2次昇圧水の注水用電磁バルブ85,95と、昇圧した3次昇圧水を噴射部2に送るための超高圧水用のチェックバルブ86,96とが設けられている。 In the third pressurizing chambers 84 and 94, secondary pressurized water injection electromagnetic valves 85 and 95 for injecting the secondary boosted water into the cylinder and the boosted tertiary boosted water are sent to the injection unit 2. Check valves 86 and 96 for ultra-high pressure water.
また、第2の昇圧部6は、3次昇圧室84,94と2次昇圧室67,77との間に、2次昇圧室及び3次昇圧室を構成するシリンダの2次昇圧室及び3次昇圧室の間の領域の空気の流通を行う空気通気口87,97を有する。 In addition, the second boosting unit 6 includes the secondary boosting chambers 3 and 3 of the cylinders constituting the secondary boosting chamber and the tertiary boosting chamber between the tertiary boosting chambers 84 and 94 and the secondary boosting chambers 67 and 77. Air vents 87 and 97 for circulating air in the region between the next pressurizing chambers are provided.
また、第2の昇圧部6は、注水用電磁バルブ85,95を介して3次昇圧室84,94を2次昇圧水タンク83に接続するための2次昇圧水配管88,98と、チェックバルブ86,96を介して噴射部2に接続される3次昇圧水配管89,99とを有する。 In addition, the second boosting unit 6 includes secondary boosted water pipes 88 and 98 for connecting the tertiary boosted chambers 84 and 94 to the secondary boosted water tank 83 via the water injection electromagnetic valves 85 and 95, and a check. And tertiary boosted water pipes 89 and 99 connected to the injection unit 2 through valves 86 and 96.
3次昇圧室84,94及び第2のピストン62,72の3次昇圧ピストン部65,75は、超高圧のパルス的なウォータジェットである3次昇圧水を生成する。この部分は、3次昇圧室(A側)84が昇圧動作のとき3次昇圧室(B側)94は、注水動作を行う。このように、第2のピストン62,72の3次昇圧ピストン部65,75と、3次昇圧室84,94とは、3次昇圧ポンプとして機能する。 The third booster pistons 65 and 75 of the third booster chambers 84 and 94 and the second pistons 62 and 72 generate tertiary boosted water that is an ultra-high pressure pulsed water jet. In this portion, when the tertiary boosting chamber (A side) 84 performs the boosting operation, the tertiary boosting chamber (B side) 94 performs the water injection operation. Thus, the tertiary boosting piston portions 65 and 75 of the second pistons 62 and 72 and the tertiary boosting chambers 84 and 94 function as a tertiary boosting pump.
第2のピストン62は、2次昇圧ピストン部64と、3次昇圧ピストン部65とが一体に形成されており、同時に同じ方向へ動作する。また、第2のピストン72は、2次昇圧ピストン部74と、3次昇圧ピストン部75とが一体に形成されており、同時に同じ方向、かつ第2のピストン62と反対方向へ動作する。 In the second piston 62, a secondary boosting piston part 64 and a tertiary boosting piston part 65 are integrally formed, and simultaneously operate in the same direction. The second piston 72 has a secondary boosting piston portion 74 and a tertiary boosting piston portion 75 integrally formed, and simultaneously operates in the same direction and in the opposite direction to the second piston 62.
3次昇圧室84,94及び3次昇圧ピストン部65,75は、第2のピストン62,72のプッシュ動作に同期して、上述のように、パルス状の高圧流体である3次昇圧水を生成する。すなわち、例えば、第2のピストン62が図5中矢印X方向に駆動されたときに、この動作に同期して、換言すると、第2のピストン62を駆動する第1のピストン32に同期して、第2のピストン62が駆動した時間だけ瞬間的に均一圧力の3次昇圧水(ウォータジェット)を出射させる。ここで、上述のパルス幅は、この第2のピストン62がプッシュ方向に駆動した時間、すなわち、第1のピストン32がプッシュ方向に駆動した時間である。 The third pressurizing chambers 84 and 94 and the third pressurizing piston portions 65 and 75 synchronize with the push operation of the second pistons 62 and 72 as described above to supply the third pressurizing water that is a pulsed high-pressure fluid. Generate. That is, for example, when the second piston 62 is driven in the direction of arrow X in FIG. 5, in synchronization with this operation, in other words, in synchronization with the first piston 32 that drives the second piston 62. The third pressure increase water (water jet) having a uniform pressure is instantaneously emitted for the time when the second piston 62 is driven. Here, the above-described pulse width is the time when the second piston 62 is driven in the push direction, that is, the time when the first piston 32 is driven in the push direction.
このように、油圧により第2のピストン62,72が図5中矢印X5方向に押されると3次昇圧室84,94に注水された2次昇圧水は、超高圧に圧縮され3次昇圧水とされる。圧縮された3次昇圧水は、Fw31に示すように超高圧チェックバルブ86,96を押し開き、噴射される。 Thus, the hydraulic by a secondary boost water second piston 62, 72 is water injection tertiary pressurization chamber 84, 94 is pushed in Fig. 5 arrow X 5 direction, tertiary boosted compressed into ultra high pressure It is made with water. The compressed tertiary pressurized water is injected by pushing the ultrahigh pressure check valves 86 and 96 open as indicated by Fw 31 .
B側では、2次昇圧水タンク83から2次昇圧水がFw32に示すように注水用電磁バルブ95を通って、3次昇圧室94へ供給されている。 On the B side, secondary boosted water is supplied from the secondary boosted water tank 83 to the tertiary boosting chamber 94 through the water injection electromagnetic valve 95 as indicated by Fw 32 .
次に、第2の昇圧部6における油圧を使った第2のピストン62,72のプッシュプル動作の、プル動作中に発生する油液中の気体の発生を減少させ昇圧効率をアップさせる方法について説明する。 Next, a method for reducing the generation of gas in the oil liquid generated during the pull operation and increasing the pressure increase efficiency in the push-pull operation of the second pistons 62 and 72 using the hydraulic pressure in the second pressure increase unit 6. explain.
2次及び3次昇圧を行う第2の昇圧部6の駆動源、すなわち、エネルギー伝達部となる油圧伝達シリンダ室61,71でのエネルギーロスを少なくするために、油圧伝達シリンダ室61,71の第2のピストン62,72の反対側に、それぞれ補助シリンダ室66,76を設け、この補助シリンダ室66,76を帰還用油液連結配管80で接続するとともに、この補助シリンダ室66,76に帰還用の油液を充満させる構造とした。以下に、この構造及びその作用について図8を用いて詳細を述べる。 In order to reduce energy loss in the drive source of the second booster 6 that performs secondary and tertiary boosting, that is, in the hydraulic transfer cylinder chambers 61 and 71 serving as energy transfer units, Auxiliary cylinder chambers 66, 76 are provided on the opposite sides of the second pistons 62, 72, respectively. The auxiliary cylinder chambers 66, 76 are connected by a return fluid connection pipe 80, and are connected to the auxiliary cylinder chambers 66, 76. The structure is filled with oil solution for return. Hereinafter, details of this structure and its operation will be described with reference to FIG.
帰還用の油液は、補助シリンダ室66,76のスペースに充満されており、帰還用油液連結配管80を介して補助シリンダ室66と補助シリンダ室76との間を行き来する。第
2のピストン62,72は、そのA側がプッシュ動作の場合、B側はプル動作となる。尚、プル動作においては、油圧伝達シリンダ室61,71内の油圧が減圧され、油液に含有した気体成分が発泡する。油液中に気泡が含有されると、気泡が圧縮のクッションとなり、効率的な圧縮が不可能となる。この発泡を減少させるために、液体が第2のピストン62,72を押しプル動作での油圧の低下を防いでいる。
The return oil liquid fills the space of the auxiliary cylinder chambers 66 and 76, and moves back and forth between the auxiliary cylinder chamber 66 and the auxiliary cylinder chamber 76 via the return oil liquid connection pipe 80. When the A side is in a push operation, the B side is in a pull operation. In the pulling operation, the oil pressure in the oil pressure transmission cylinder chambers 61 and 71 is reduced, and the gas component contained in the oil liquid is foamed. When air bubbles are contained in the oil liquid, the air bubbles become a cushion for compression, and efficient compression becomes impossible. In order to reduce this foaming, the liquid pushes the second pistons 62 and 72 to prevent the hydraulic pressure from being lowered in the pulling operation.
尚、この機能を実現する構造としては、駆動力伝達シリンダ60,70間をパイプで接続する構成としてもよいが、上述の図8に示すように、2個のシリンダを一体化して、その間を貫通させ帰還用油液が両ピストン62,72の動作で図8中矢印Fo2方向に、又はこの反対方向に自由に循環できる様な構造とすることで、安価で高性能な構成とすることができる。 As a structure for realizing this function, the driving force transmission cylinders 60 and 70 may be connected by a pipe. However, as shown in FIG. A structure with low cost and high performance is achieved by allowing the return fluid to circulate freely in the direction of arrow Fo 2 in FIG. 8 or in the opposite direction by the operation of both pistons 62 and 72. Can do.
次に、第2のピストン62,72に、2次昇圧及び3次昇圧を行う2個の2次昇圧ピストン部64,74及び3次昇圧ピストン部65,75を一体に形成することで、水の昇圧効率を向上させたことについて述べる。 Next, the second pistons 62 and 72 are integrally formed with two secondary boosting piston portions 64 and 74 and tertiary boosting piston portions 65 and 75 that perform secondary boosting and tertiary boosting, thereby forming water. The improvement of the step-up efficiency will be described.
第2のピストン62,72は、第1の昇圧部5で圧縮された油液の圧力を用いて動作する。油圧で駆動されるピストンにおいて、圧力一定の場合、出力は、面積に比例するという原理を利用して力を増幅している。一方、2次昇圧ピストン部及び3次昇圧ピストン部が一体に形成された第2のピストン62,72による2次昇圧と3次昇圧の関係は、力が一定の場合、圧力は、面積に逆比例するという原理を利用して圧力を増幅している。 The second pistons 62 and 72 operate using the pressure of the oil liquid compressed by the first pressure raising unit 5. In a piston driven by hydraulic pressure, when the pressure is constant, the force is amplified using the principle that the output is proportional to the area. On the other hand, the relationship between the secondary pressure increase and the tertiary pressure increase by the second pistons 62 and 72 in which the secondary pressure increasing piston portion and the tertiary pressure increasing piston portion are integrally formed is such that when the force is constant, the pressure is opposite to the area. The pressure is amplified using the principle of proportionality.
具体的に、例えばA側を用いて説明すると、第2のピストン62の油圧伝達ピストン部63は、第1のピストン32及び油圧シリンダ室33により圧縮された油液を連結配管38を介して供給されることで駆動される。そして、この油圧伝達ピストン部63のピストン面の面積は、第1のピストン32のピストン面の面積より大きくされている。油圧で駆動される第2のピストン62の場合、圧力一定の場合、出力は、面積に比例する原理を利用しているので、力を増幅することができる。 Specifically, for example, using the A side, the hydraulic pressure transmission piston portion 63 of the second piston 62 supplies the oil liquid compressed by the first piston 32 and the hydraulic cylinder chamber 33 via the connection pipe 38. Is driven. The area of the piston surface of the hydraulic pressure transmission piston 63 is larger than the area of the piston surface of the first piston 32. In the case of the second piston 62 driven by hydraulic pressure, when the pressure is constant, the output uses the principle proportional to the area, so that the force can be amplified.
そして、第2のピストン62においては、2次昇圧ピストン部64のピストン面の面積は、油圧伝達ピストン部63のピストン面の面積より小さく形成され、3次昇圧ピストン部65のピストン面の面積は、この2次昇圧ピストン部64のピストン面の面積よりさらに小さく形成されている。一体に形成された第2のピストン62においては、力が一定であるので、圧力は、面積に逆比例するという原理を利用しているので、2次昇圧ピストン部64で発生する圧力は増幅され、3次昇圧ピストン部65で発生する圧力はさらに増幅されたものとなり、2次昇圧ピストン部64及び2次昇圧室67では、1次昇圧水をさらに圧縮して2次昇圧水とすることができ、3次昇圧ピストン部65及び3次昇圧室84では、2次昇圧水をさらに圧縮して超高圧の流体である3次昇圧水とすることができる。尚、ここでは、A側を用いて説明したが、B側においても同様である。 In the second piston 62, the area of the piston surface of the secondary boosting piston part 64 is smaller than the area of the piston surface of the hydraulic pressure transmission piston part 63, and the area of the piston surface of the tertiary boosting piston part 65 is The area of the piston surface of the secondary boost piston portion 64 is further smaller than that of the piston. Since the force is constant in the integrally formed second piston 62, the pressure is inversely proportional to the area, so the pressure generated in the secondary boosting piston 64 is amplified. The pressure generated in the tertiary boosting piston portion 65 is further amplified, and in the secondary boosting piston portion 64 and the secondary boosting chamber 67, the primary boosted water can be further compressed into secondary boosted water. Further, in the tertiary boosting piston portion 65 and the tertiary boosting chamber 84, the secondary boosted water can be further compressed into tertiary boosted water that is an ultra-high pressure fluid. In addition, although demonstrated using the A side here, it is the same also in the B side.
図9は、第2の昇圧部6の一対のシリンダの内一方(A側)のシリンダの断面図である。第2のピストン62は、一体に形成されており各部での力が一定となるように油圧伝達ピストン部63、2次昇圧ピストン部64及び3次昇圧ピストン部65が直結して形成されている。第1のピストン32及び第1のシリンダ31が油液を図9中矢印Fo1方向に押すと、油液が油圧伝達シリンダ室61に流入し、第2のピストン62の油圧伝達ピストン部63を押す。油圧伝達ピストン部63と2次昇圧ピストン部64及び3次昇圧ピストン部65とは、一体に連結されているため、第2のピストン62の力がそのまま、2次昇圧水及び超高圧昇圧水である3次昇圧水に伝達される。このとき、2次昇圧室及び3次昇圧室を構成するシリンダ内の空気A4が空気通気口87を介して外部に排出される。 FIG. 9 is a cross-sectional view of one of the pair of cylinders of the second booster 6 (A side). The second piston 62 is integrally formed, and is formed by directly connecting a hydraulic pressure transmission piston portion 63, a secondary boost piston portion 64, and a tertiary boost piston portion 65 so that the force at each portion is constant. . When the first piston 32 and the first cylinder 31 push the oil in the direction of arrow Fo 1 in FIG. 9, the oil flows into the hydraulic transmission cylinder chamber 61, and the hydraulic transmission piston 63 of the second piston 62 is moved. Push. Since the hydraulic pressure transmission piston portion 63, the secondary boost piston portion 64, and the tertiary boost piston portion 65 are integrally connected, the force of the second piston 62 remains as it is in the secondary boost water and the ultra high pressure boost water. It is transmitted to some tertiary boosted water. At this time, the air A 4 in the cylinders constituting the secondary boosting chamber and the tertiary boosting chamber is discharged to the outside through the air vent 87.
油圧伝達を行う油圧伝達ピストン部63、2次昇圧ピストン部64及び3次昇圧ピストン部65を一体化することで、小型、軽量、経済的な昇圧構造を実現できる。 By integrating the hydraulic pressure transmission piston portion 63 that transmits the hydraulic pressure, the secondary boost piston portion 64, and the tertiary boost piston portion 65, a compact, lightweight, and economical boost structure can be realized.
このように、本発明を適用した切削切断装置1は、昇圧用ピストンの圧縮の周期に同期して、パルス状の超高圧水を噴射して、物体のカッティングを行うパルス水圧を用いた装置である。 Thus, the cutting and cutting apparatus 1 to which the present invention is applied is an apparatus using pulsed water pressure that injects pulsed ultra-high pressure water and performs cutting of an object in synchronization with the compression cycle of the boosting piston. is there.
すなわち、切削切断装置1は、被切断物に対して流体を噴射する噴射部2と、噴射部2に供給する流体を昇圧用ピストン32,42,62,72の圧縮動作により昇圧する昇圧部3とを備え、この昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期して、パルス状の高圧流体を噴射部2から噴射することで被切断物の切削切断を行うことにより、従来必要であった、超高圧水の配管の引き回しや、リザーブタンクを不要とする。さらに、切削切断装置1は、水の昇圧効率を大幅にアップでき、小さな動力で、安価で携帯可能なウォータジェットの切断装置を実現させることが可能となり、安全でスピーディな切削切断を実現し、例えば、マーブルタイル等の加工品の効率化が可能となる。 That is, the cutting / cutting device 1 includes an injection unit 2 that injects fluid to an object to be cut, and a pressurization unit 3 that pressurizes fluid supplied to the injection unit 2 by compressing the pressurizing pistons 32, 42, 62, and 72. In synchronism with the period of the compression operation of the boosting piston, the cutting object is cut by injecting a pulsed high-pressure fluid from the injection unit 2, which is conventionally necessary. There is no need to route high-pressure water pipes or reserve tanks. Furthermore, the cutting / cutting device 1 can greatly increase the pressure-increasing efficiency of water, and can realize a water jet cutting device that is inexpensive and portable with small power, realizing safe and speedy cutting / cutting, For example, it is possible to improve the efficiency of processed products such as marble tiles.
上述のように、本発明は、超高圧水を得るための効率を大幅に改善し、従来の装置に比べて約1/10の動力での駆動を実現させ、簡単に携帯可能にしたウォータジェット方式の切削切断装置を実現するものである。本発明を適用した切削切断装置1は、水の圧縮方式や圧縮過程において、効率アップのための多くの発明により、従来方式に比べ効率を数倍以上アップさせることで、小さな動力での切断装置を可能とした。それにより外形も小型化でき建設現場への持ち運びも可能な装置を作成することが可能となる。 As described above, the present invention greatly improves the efficiency for obtaining ultra-high pressure water, realizes driving with about 1/10 of the power compared to conventional devices, and makes the water jet easy to carry. A cutting / cutting apparatus of the type is realized. The cutting and cutting apparatus 1 to which the present invention is applied is a cutting apparatus with a small power by increasing efficiency several times or more as compared with the conventional system by many inventions for improving efficiency in the water compression system and compression process. Made possible. As a result, it is possible to create a device that can be reduced in size and portable to a construction site.
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments described with reference to the drawings, and various modifications, substitutions or equivalents thereof can be made without departing from the scope and spirit of the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that this can be done.
1 切削切断装置、 2 噴射部、 3 昇圧部、 4 動力部、 5 第1の昇圧部、 6 第2の昇圧部、 8 1次昇圧水配管、 9 油圧伝達配管、 31,41 第1のシリンダ、 32,42 第1のピストン、 33,43 油圧シリンダ室、 34,44 1次昇圧室、 35,45 注水口電磁バルブ、 36,46 脱気用電磁バルブ、 51 1次昇圧水タンク、 60,70 駆動力伝達シリンダ、 61,71 油圧伝達シリンダ室、 62,72 第2のピストン、 63,73 油圧伝達ピストン部、 64,74 2次昇圧ピストン部、 65,75 3次昇圧ピストン部、 66,76 補助シリンダ室、 67,77 2次昇圧室、 80 帰還用油液連結配管、 83 2次昇圧水タンク、 84,94 3次昇圧室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting cutting device, 2 Injection part, 3 Pressure | voltage rise part, 4 Power part, 5 1st pressure | voltage rise part, 6 2nd pressure | voltage rise part, 8 Primary pressure | voltage rise water piping, 9 Oil pressure transmission piping, 31, 41 1st cylinder 32, 42 1st piston, 33, 43 Hydraulic cylinder chamber, 34, 44 Primary booster chamber, 35, 45 Water inlet solenoid valve, 36, 46 Deaeration solenoid valve, 51 Primary booster tank, 60, 70, driving force transmission cylinder, 61, 71 hydraulic transmission cylinder chamber, 62, 72 second piston, 63, 73 hydraulic transmission piston part, 64, 74 secondary boosting piston part, 65, 75 tertiary boosting piston part, 66, 76 Auxiliary cylinder chamber, 67,77 Secondary pressurizing chamber, 80 Return hydraulic fluid connection piping, 83 Secondary pressurized water tank, 84,94 Tertiary boosting chamber
Claims (5)
昇圧用ピストンを有し、上記噴射部に供給する流体を、上記昇圧用ピストンの圧縮動作により昇圧する昇圧部とを備え、
上記昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期して、パルス状の高圧流体を上記噴射部から噴射して上記被切断物の切削若しくは切断を行う切削切断装置において、
上記昇圧部は、上記昇圧用ピストンを摺動可能に内部に配置される昇圧用シリンダと、注水用バルブと、脱気用バルブとを有し、上記昇圧用ピストンを一方向に摺動させて上記昇圧用シリンダの内部へ上記流体を注入する際に上記注水用バルブを閉として上記昇圧用シリンダ内部の圧力を減圧し、上記流体中の気体成分を気泡として発生させ、上記昇圧用ピストンを他方向に摺動させて上記昇圧用シリンダの内部の上記流体を昇圧する際に、上記脱気用バルブを開として上記気泡を排出する切削切断装置。 An injection unit for injecting a fluid to an object to be cut;
A pressurizing unit that has a boosting piston and pressurizes the fluid supplied to the injection unit by a compression operation of the boosting piston;
In a cutting and cutting apparatus for cutting or cutting the workpiece by injecting a pulsed high-pressure fluid from the injection unit in synchronization with the period of the compression operation of the boosting piston,
The boosting unit includes a boosting cylinder that is slidably disposed inside the boosting piston, a water injection valve, and a deaeration valve. The boosting piston is slid in one direction. When injecting the fluid into the boosting cylinder, the water injection valve is closed to reduce the pressure in the boosting cylinder to generate gas components in the fluid as bubbles, and the boosting piston is A cutting and cutting device that opens the degassing valve and discharges the bubbles when the fluid inside the pressure increasing cylinder is increased in pressure by sliding in a direction.
上記昇圧部は、一対の昇圧ピストンを有し、上記第1及び第2のラックの直線動作により上記一対の昇圧用ピストンが駆動されて、上記流体を圧縮してパルス状の高圧流体を生成する請求項1記載の切削切断装置 The power unit of the boosting unit is engaged with the pinion that is rotated, the first rack that is engaged with the pinion and moved by the rotation of the pinion, and the pinion that is engaged with the pinion. A second rack that is operated to move in the opposite direction to the first rack;
The boosting unit has a pair of boosting pistons, and the pair of boosting pistons is driven by the linear motion of the first and second racks to compress the fluid to generate a pulsed high-pressure fluid. The cutting / cutting device according to claim 1.
上記クラッチは、電気的又は機械的な制御により、上記昇圧部で生成されるパルス状の高圧流体のパルス幅を制御して、切削切断動作のオンオフ及び切削切断速度の調整を行う請求項4記載の切削切断装置。 The power unit has an electromagnetic or mechanical clutch that transmits a rotational driving force to the pinion,
The said clutch controls the pulse width | variety of the pulse-form high pressure fluid produced | generated by the said pressure | voltage rise part by electrical or mechanical control, and adjusts the cutting cutting speed on-off and cutting cutting speed. Cutting device.
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