切断切削装置
【課題】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を可能となし、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。
【解決手段】被切断物に対して流体を噴射する噴射部２と、昇圧用ピストン３２を有し、噴射部２に供給する流体を、昇圧用ピストンの圧縮動作により昇圧する昇圧部３とを備える。昇圧部３は、昇圧用ピストン３２，４２，６２，７２を摺動可能に内部に配置される昇圧用シリンダ３３，４３，７１と、注水用バルブ３５，４５と、脱気用バルブ３６，４６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の内部へ流体を注入する際に注水用バルブを閉として昇圧用シリンダ内部の圧力を減圧し、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、脱気用バルブを開として気泡を排出する。
【解決手段】被切断物に対して流体を噴射する噴射部２と、昇圧用ピストン３２を有し、噴射部２に供給する流体を、昇圧用ピストンの圧縮動作により昇圧する昇圧部３とを備える。昇圧部３は、昇圧用ピストン３２，４２，６２，７２を摺動可能に内部に配置される昇圧用シリンダ３３，４３，７１と、注水用バルブ３５，４５と、脱気用バルブ３６，４６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の内部へ流体を注入する際に注水用バルブを閉として昇圧用シリンダ内部の圧力を減圧し、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、脱気用バルブを開として気泡を排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、特開平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。
【特許文献１】特開平５−２４４８０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１５６５７公報
【特許文献３】特開平１−２７１１９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、上記昇圧部で背制するパルス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。
【００３４】
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。
【発明の効果】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】従来のウォータジェットを用いた切削切断装置の第１の方式の構成を模式的に示す図である。
【図２】従来のウォータジェットを用いた切削切断装置の第２の方式の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明が適用された切削切断装置の基本的な構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明を適用した切削切断装置を構成する動力部を示す斜視図である。
【図５】本発明を適用した切削切断装置を構成する昇圧部の全体図である。
【図６】切削切断装置を構成する第１の昇圧部のピストンがプッシュ動作した際の水の注入される状態及び気泡が発生した状態を示す断面図である。
【図７】第１の昇圧部のピストンがプル動作した際の水中に発生した気泡を脱気し、１次昇圧水を次の工程に供給する状態を示す断面図である。
【図８】切削切断装置を構成する第２の昇圧部を示す断面図である。
【図９】第２の昇圧部の一方のシリンダを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、特開平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。
【特許文献１】特開平５−２４４８０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１５６５７公報
【特許文献３】特開平１−２７１１９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、上記昇圧部で背制するパルス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。
【００３４】
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。
【発明の効果】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】従来のウォータジェットを用いた切削切断装置の第１の方式の構成を模式的に示す図である。
【図２】従来のウォータジェットを用いた切削切断装置の第２の方式の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明が適用された切削切断装置の基本的な構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明を適用した切削切断装置を構成する動力部を示す斜視図である。
【図５】本発明を適用した切削切断装置を構成する昇圧部の全体図である。
【図６】切削切断装置を構成する第１の昇圧部のピストンがプッシュ動作した際の水の注入される状態及び気泡が発生した状態を示す断面図である。
【図７】第１の昇圧部のピストンがプル動作した際の水中に発生した気泡を脱気し、１次昇圧水を次の工程に供給する状態を示す断面図である。
【図８】切削切断装置を構成する第２の昇圧部を示す断面図である。
【図９】第２の昇圧部の一方のシリンダを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
上記昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期にして、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。
【請求項２】
上記昇圧部は、油圧により駆動される油圧ピストン部と、上記油圧ピストン部に一体に形成され、上記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、上記油圧ピストン部に一体に形成され、上記第１の油圧ピストン部より面積が小さく形成される第２のピストン部とを有し、上記油圧ピストン部が上記油圧により移動することにより、上記第１のピストン部により上記流体の昇圧を行うとともに、上記第２のピストン部により上記流体のさらに高圧でパルス的な昇圧を同時に行う請求項１記載の切削切断装置。
【請求項３】
上記昇圧部は、一対のシリンダと、油圧により駆動され上記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、上記一対のシリンダの上記一対のピストンの上記油圧により駆動される側と反対側に充填される帰還用油液と、上記一対のシリンダの上記帰還用油液が充填される側を上記帰還用油液が循環可能に接続する連結配管とを有する請求項１記載の切削切断装置。
【請求項４】
上記昇圧部の動力部は、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請求項１記載の切削切断装置
【請求項５】
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、上記昇圧部で背制するパルス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。
【請求項１】
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、
上記昇圧用ピストンの圧縮動作の周期に同期にして、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。
【請求項２】
上記昇圧部は、油圧により駆動される油圧ピストン部と、上記油圧ピストン部に一体に形成され、上記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、上記油圧ピストン部に一体に形成され、上記第１の油圧ピストン部より面積が小さく形成される第２のピストン部とを有し、上記油圧ピストン部が上記油圧により移動することにより、上記第１のピストン部により上記流体の昇圧を行うとともに、上記第２のピストン部により上記流体のさらに高圧でパルス的な昇圧を同時に行う請求項１記載の切削切断装置。
【請求項３】
上記昇圧部は、一対のシリンダと、油圧により駆動され上記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、上記一対のシリンダの上記一対のピストンの上記油圧により駆動される側と反対側に充填される帰還用油液と、上記一対のシリンダの上記帰還用油液が充填される側を上記帰還用油液が循環可能に接続する連結配管とを有する請求項１記載の切削切断装置。
【請求項４】
上記昇圧部の動力部は、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請求項１記載の切削切断装置
【請求項５】
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、上記昇圧部で背制するパルス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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２７２９３３（Ｐ２００８−２７２９３３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１００５４（Ｐ２００８−２１００５４）
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００７−５５５４１２（Ｐ２００７−５５５４１２）の分割
【原出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（５０７３９５７８４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００７−５５５４１２（Ｐ２００７−５５５４１２）の分割
【原出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（５０７３９５７８４）
【Ｆターム（参考）】
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