JP2000135680A - 粉粒体噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】粉粒体をガスとともに固気２相流として噴射口
から噴射するようにした粉粒体噴射ノズルの噴射口の長
さ方向における噴射強度の分布をほぼ一定にすることを
目的とする。 【解決手段】噴射ノズル１８の噴射口５７の幅を噴射口
５７の長さ方向に沿って変化させるようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉粒体噴射ノズルに
係り、とくに粉粒体をガスとともに固気２相流として噴
射口から噴射するようにした粉粒体噴射ノズルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常の機械加工あるいは研削加工によっ
て除去加工を行なうことが困難な材料に対する加工のた
めに、例えば特開平３−１４９１８４号公報に開示され
ているように、難削材から成るワークに対して噴射ノズ
ルから粉粒体を噴射して加工を行なうことが行なわれて
いる。このような加工は、遊離砥粒のような微細な粉粒
体をガスとともに固気２相流として粉粒体噴射ノズルの
噴射口からワークに向けてほぼ直角に噴射するようにし
ている。

【０００３】図４はこのような粉粒体を噴射するための
従来の噴射ノズル１を示している。この噴射ノズル１は
その上部側に円形孔から成る入口部２が形成されるとと
もに、下端側にはスリット状をなす噴射口３が形成され
ている。粉粒体は入口部２からガスとともにこの噴射ノ
ズル１の内部空間に導入される。そしてこの内部空間内
の形状に従ってガスとともに流動するようになってい
る。ここで入口部２に比べて噴射口３の面積の方が小さ
くなっているために、噴射ノズル１の内部空間の圧力が
正圧に維持され、噴射口３から高速で粉粒体がワークに
向けて噴射されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように噴射口３の
面積を入口部２の面積よりも小さくして内部を正圧に維
持しても、幅が一定なスリット状の噴射口３から噴射さ
れる粉粒体の噴射強度が必ずしも一定にはならないとい
う問題がある。すなわち図９において加工痕跡７で示す
ように、噴射口３の長さ方向の両端において噴射強度が
大きくなる。これは粉粒体を搬送するガスが流路表面に
沿って流れ易いことから、内部の凹部の表面に沿って密
度の高い粉粒体の流れが発生することによるものであ
る。

【０００５】また噴射口３の長さ方向の中間部分におい
ても噴射強度が局部的に大きくなる。これは空気ととも
に搬送される粉粒体の質量が大きいために空気ほど分散
されず、入口部２の直下において粉粒体の分布量が増加
することによる。

【０００６】とくに大型のワークを粉粒体によって加工
しようとする場合には、加工の効率化のために噴射ノズ
ル１の噴射口３の長さを長くし、例えば１００ｍｍ以上
の長さの噴射口を形成するようにする。するとスリット
３の長さ方向に対する加工進度のバラツギが大きくな
る。そしてこのような噴射口３を有するノズル１をワー
クに対して鋸歯状にスキャンして加工した場合に、噴射
強度の大きな部分が縞状に残る等の加工ムラの原因にな
っている。このような噴射強度の不均一は、噴射ノズル
１の内部の凹部の形状の工夫のみによっては対応するこ
とができない。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、噴射口の長さ方向における粉粒体の噴
射強度の分布がほぼ一定になるようにした粉粒体噴射ノ
ズルを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願に含まれる一発明
は、粉粒体をガスとともに固気２相流として噴射口から
噴射するようにした粉粒体噴射ノズルにおいて、前記噴
射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度の分布がほぼ
一定になるように前記噴射口の幅を該噴射口の長さ方向
に沿って変化させたことを特徴とする粉粒体噴射ノズル
に関するものである。

【０００９】噴射口の長さ方向の寸法が幅方向の寸法に
比べて十分に大きく、ほぼスリット状の形状をなしてよ
い。また噴射口の長さ方向の両端の近傍における該噴射
口の幅が前記噴射口の長さ方向の中間位置における該噴
射口の幅に比して絞られていてよい。また噴射口の長さ
方向の中間位置であって入口部の直下の位置の該噴射口
の幅を絞るようにしてよい。

【００１０】別の発明は、粉粒体をガスとともに固気２
相流として先端側の細長い噴射口から噴射するようにし
た粉粒体噴射ノズルにおいて、粉粒体の流動方向に沿っ
て前記噴射口の長さ方向の寸法が大きくなるデフューザ
部と、該デフューザ部の下流側に位置しかつ粉粒体の流
動方向に沿って前記噴射口の幅方向の寸法が小さくなる
コンフューザ部とを前記ノズルの内部に設け、しかも前
記噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度の分布が
ほぼ一定になるように前記噴射口の幅を該噴射口の長さ
方向に沿って変化させたことを特徴とする粉粒体噴射ノ
ズルに関するものである。

【００１１】前記デフューザ部は粉粒体の流動方向に沿
って前記噴射口の幅方向の寸法が一定であってよい。ま
た前記コンフューザ部は粉粒体の流動方向に沿って前記
噴射口の長さ方向の寸法が一定であってよい。また前記
コンフューザ部の終端側と連続するように前記噴射口が
設けられ、しかも前記噴射口の長さ方向の両端の近傍に
おける該噴射口の幅が前記噴射口の長さ方向の中間位置
における該噴射口の幅に比して絞られていてよい。

【００１２】さらに別の発明は、粉粒体をガスとともに
固気２相流として噴射口から噴射するようにした粉粒体
噴射ノズルにおいて、前記粉粒体を分散させて前記噴射
口における粉粒体の分布の均一化を図る案内ブロックを
内部に設けるとともに、前記噴射口の長さ方向における
粉粒体の噴射強度の分布がほぼ一定になるように前記噴
射口の幅を該噴射口の長さ方向に沿って変化させたこと
を特徴とする粉粒体噴射ノズルに関するものである。

【００１３】第１の案内ブロックが入口部分の近傍にお
いて前記噴射口の幅方向に粉粒体流路を塞ぐように設け
られていてよい。また第２の案内ブロックが前記噴射口
の長さ方向の両側の壁面に密着して取付けられていてよ
い。

【００１４】本発明の好ましい態様は、粉粒体をワーク
に噴射して噴射加工を行なうために用いられる粉粒体噴
射ノズルにおいて、噴射強度の分布あるいは被加工物の
加工度をコントロールすることを目的として、スリット
の幅をその長さ方向に沿って不均一にした噴射口を設け
るようにしたものである。すなわちスリット状をなす噴
射口の長さ方向に対する噴射の分布を均一にすることを
目的として、スリットの形状の変更を行なうようにした
ものである。

【００１５】このような粉粒体噴射ノズルを用いること
によって、加工状態をより均一にすることができ、加工
ムラの発生を低減することが可能になる。また任意の個
所のスリット幅を変えることによって、加工状態の分布
のコントロールが可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明の一実施の形
態に係る粉粒体噴射ノズルを用いてワークを加工するた
めの加工装置の要部を示している。すなわち加工装置を
形成する加工室１７は密閉空間から構成されており、こ
の加工室１７内に粉粒体噴射ノズル１８が配されてい
る。噴射ノズル１８はアーム４０の先端部に支持される
とともに図３に示すようにパレット１９の幅方向に走査
しながら、パレット１９上のワーク２０の表面に粉粒体
を空気とともに固気２相流として噴射するようにしてお
り、このような粉粒体の噴射によってワーク２０の表面
の加工を行なうようにしている。なお噴射ノズル１８に
はこのノズル１８内に粉粒体を供給するための粉粒体供
給パイプ１６が接続されている。粉粒体供給パイプ１６
の先端部は図外の粉粒体供給ユニットに接続されてい
る。

【００１７】噴射ノズル１８から噴射された粉粒体は図
１および図２に示すように加工室１７の下部に向って流
動し、還流管路２５によって空気とともにこの加工室１
７から排出される。そして還流管路２５に接続されてい
る分離機によって空気と粉粒体とに分離されるととも
に、分離された空気が再び空気還流パイプ２８によって
加工室１７に導入されるようになっている。なお空気還
流パイプ２８はジョイント２９によって加工室１７の上
部に接続されている。また分離機で分離された粉粒体が
粉粒体供給ユニットに戻され、この後粉粒体供給パイプ
１６を通って噴射ノズル１８に供給されるようになって
いる。

【００１８】なお加工室１７内における粉粒体と空気と
の固気２相流を案内するために、パレット１９の両側の
部分と下側の部分とにはそれぞれ整流板４１、４２が配
されている。また加工室１７の上部側の部分には一対の
案内板４３が配されており、このような案内板４３によ
って還流された空気を安定的に流動させるようにしてい
る。

【００１９】従って粉粒体供給ユニットから粉粒体を空
気とともに粉粒体供給パイプ１６を通して噴射ノズル１
８に供給すると、パレット１９上のワーク２０に粉粒体
が空気とともに噴射されるようになり、このときにワー
ク２０の表面に所定の加工を行なう。また加工室１７の
上部に、空気還流パイプ２８を通して空気が供給され、
この空気が加工室１７内を上方から下方に流動する。そ
してこの空気流はワーク２０に噴射された固気２相流を
搬送しながら加工室１７の下方から還流管路２５を通っ
て分離機側に流動するようになる。ここで分離機が空気
と粉粒体とを分離し、空気は再び空気還流パイプ２８に
よって加工室に還流され、粉粒体は粉粒体供給ユニット
から粉粒体供給パイプ１６を介して噴射ノズル１８に供
給される。すなわちここではクローズドシステムで粉粒
体の噴射加工を行なうようにしている。

【００２０】次にこのような噴射加工に用いられる粉粒
体噴射ノズル１８の構造について図４〜図６によって説
明する。噴射ノズル１８は上側部材４７と下側部材４８
とから構成されるとともに、これらの部材４７、４８が
それぞれ前後に２分割される構造になっている。また上
側部材４７の上部であってその中央部には円形孔から成
る入口部４９が形成されるとともに、この円形孔４９と
整合するように上側部材４７の上部には接続筒５０が連
設されている。この接続筒５０には粉粒体供給パイプ１
６が接続される。

【００２１】この噴射ノズル１８の内部であって上側部
材４７の内部にはデフューザ部５５が形成されている。
デフューザ部５５は先端側の噴射口５７の幅方向には一
定の寸法を有し、長さ方向に次第に拡大するような空間
から構成されている。これに対して下側部材４８の内側
にはコンフューザ部５６が形成されている。コンフュー
ザ部５６は噴射口５７の長さ方向の寸法が一定で幅方向
の寸法が次第に狭くなるような形状の空間をなしてい
る。

【００２２】そしてコンフューザ部５６の終端に連通す
るように噴射口５７が形成されている。この噴射口５７
は図５に示すように軸線方向に所定の経路長を有し、し
かも図６に示すようにほぼスリット状をなしており、そ
の長さ方向の寸法が幅方向の寸法に比べて十分な値にな
っている。しかもこのような噴射口５７はその長さ方向
の両端部の幅が中間位置の幅よりも小さな値になってお
り、噴射口５７の両端が絞られた形状になっている。

【００２３】またこの粉粒体噴射ノズル１８の内部に
は、上記デフューザ部５５内であって入口部分４９の直
下の位置に上側の案内ブロック６１が配されるととも
に、デフューザ部５５の下端側であってコンフューザ部
５６との接続部に臨む位置に下側の案内ブロック６２が
取付けられている。下側の一対の案内ブロック６２はデ
フューザ部５５の終端において噴射口５７の幅方向の全
幅に及ぶように形成されている。

【００２４】このように本実施の形態の粉粒体噴射ノズ
ルは図４および図５に示すように、上部に接続筒５０を
備え、この接続筒５０を介して粉粒体供給パイプ１６が
接続されるようになっている。供給パイプ１６との接合
部における入口部４９の穴は円形になっており、粉粒体
の入口を構成している。

【００２５】この円形孔から成る入口部４９の下部には
下方に向うに従って噴射口５７の長さ方向において連続
的に寸法が大きくなっていくデフューザ部５５が設けら
れている。このデフューザ部５５は噴射口５７の幅方向
にはストレートな断面形状になっている。そしてデフュ
ーザ部５５の下部には噴射口５７の長さ方向にはストレ
ートだが噴射口５７の幅方向に連続的に縮小されていく
コンフューザ部５６を有しており、粉粒体の噴射出口と
なる噴射口５７に連通している。

【００２６】このような形状がノズル１８内における粉
粒体の流路を構成しており、デフューザ部５５からコン
フューザ部５６を経て噴射口５７に至るまでの流路がそ
の断面積が連続的に変化していく構造になっている。

【００２７】噴射ノズル１８の内部には上記粉粒体流路
を構成するデフューザ部５５に第１の案内ブロック６１
が取付けられている。この案内ブロック６１はデフュー
ザ部５５の上部であって入口部４９の直下に取付けら
れ、このような案内ブロック６１は噴射口５７の幅方向
に粉粒体流路を完全に塞ぐ構造になっている。これに対
してデフューザ部５５の終端側であってコンフューザ部
５６との接続部には別の案内ブロック６２が取付けられ
ている。この案内ブロック６２はデフューザ部５５の噴
射口５７の長さ方向の両端の壁面に密着して取付けられ
るとともに、噴射口５７の長さ方向中心側に向って突出
するような形状をなしている。そして上記コンフューザ
部５６と連通される噴射口５７はスリット状をなすとと
もに、その長さ方向の両端の開口面積を減少させるよう
な絞った形状になっている。

【００２８】次に粉粒体噴射ノズル１８の具体的な構造
の一例を次に示す。

【００２９】 粉粒体供給パイプ１６を通り、空気によって搬送された
粉粒体は、噴射ノズル１８の内部に達すると、デフュー
ザ部５５を通過することで噴射口５７の長さ方向に分散
される。そしてコンフューザ部５６で幅方向に集束さ
れ、スリット状をなす噴射口５７から噴射される。スリ
ット状の噴射口５７の開口面積は、入口部４９の円形孔
の面積よりもはるかに小さいために、噴射ノズル１８の
内部は正圧になり、スリット状の噴射口５７からは高速
の粉粒体が噴射されることになる。ここで噴射流速は、
空気の流量、スリット状噴射口５７の開口面積およびそ
の流路長の関係から決定される。

【００３０】上述の如く粉粒体と空気との固気２相流を
ワーク２０に衝突させて加工を行なうようにしている
が、従来のノズルの場合には図９に示す如く加工状態の
バラツキが見られる。一般に空気は拡散時に流路表面に
沿って流れていく性質をもっているために、デフューザ
部５５の一部のテーパ面に沿って密度の高い流れが発生
することによって、スリット状噴射口５７の長さ方向の
両端部に偏りがでる傾向にある。

【００３１】また入口部４９の直下においては、質量の
大きな粉粒体が空気ほどには分散されずに集中的に噴射
されることから、噴射口５７の長さ方向の中間位置にお
ける噴射強度が増大する。すなわち入口部分４５からス
トレートに噴射される粉粒体が多いことによる噴射強度
のバラツキを発生する。

【００３２】このような噴射強度のバラツキを案内ブロ
ック６１、６２のみによる対策をとっても、必ずしも十
分な効果を発揮するとは限らない。とくに大きなワーク
を効率的に噴射加工するために大きなノズル１８を用い
るとともに、噴射口５７の長さ方向の寸法を大きくする
と、大流量でしかも大噴射量になる。従ってこの場合に
は案内ブロック６１、６２のみによっては加工状態のバ
ラツキがそれほど改善されない。そこでこのような案内
ブロック６１、６２による粉粒体の流量の調整に加え
て、さらに噴射口５７の長さ方向に沿う幅の寸法を調整
し、加工状態の均一化を図るようにしている。これはス
リット５７の幅を狭くすることによって、空気と粉粒体
の噴射量とを相対的に減らすことで、噴射強度が局部的
に大きくなることを抑えるようにしたものである。

【００３３】すなわち本実施の形態の粉粒体噴射ノズル
１８は、とくに図６に示すように、この噴射ノズル１８
の先端部に設けられているスリット状の噴射口５７の幅
方向の寸法を、その長さ方向の両端において絞るように
したものである。このように噴射口５７の長さ方向の両
端の寸法を絞って狭くすると、図４において加工痕跡６
５として示すように、噴射口５７の長さ方向における噴
射強度の分布がほぼ一定になり、加工ムラの発生を低減
することが可能になる。

【００３４】なお噴射口５７の長さ方向の両端の噴射強
度の分布を抑えるための形状としては、必ずしも図６に
示すようなスリット状の形状にする必要はなく、図７に
示すようにその他各種の形状を採用することが可能にな
る。

【００３５】図８は別の実施の形態を示している。この
実施の形態は、噴射ノズル１８のスリット状の噴射口５
７の長さ方向の両端部とともに、その長さ方向の中間位
置であって入口部４９の直下の部分における噴射口５７
の幅を狭くするようにしたものである。すなわち入口部
４９からストレートに粉粒体が噴射されることによる局
部的な噴射強度の増大を中間部分の噴射口５７の幅を狭
くすることによって抑えるようにしたものである。

【００３６】

【発明の効果】本願の一発明は、粉粒体をガスとともに
固気２相流として噴射口から噴射するようにした粉粒体
噴射ノズルにおいて、噴射口の長さ方向における粉粒体
の噴射強度の分布がほぼ一定になるように噴射口の幅を
噴射口の長さ方向に沿って変化させるようにしたもので
ある。

【００３７】従ってこのような噴射口の幅の変化によ
り、噴射口の長さ方向に沿って噴射強度の分布をほぼ一
定になるように調整することが可能になる。このような
調整によって、この噴射ノズルで加工されるワークの加
工ムラを防止することが可能になり、より均一な加工を
行なうことが可能になる。

【００３８】本願に含まれる別の発明は、粉粒体をガス
とともに固気２相流として先端側の細長い噴射口から噴
射するようにした粉粒体噴射ノズルにおいて、粉粒体の
流動方向に沿って噴射口の長さ方向の寸法が大きくなる
デフューザ部と、該デフューザ部の下流側に位置しかつ
粉粒体の流動方向に沿って噴射口の幅方向の寸法が小さ
くなるコンフューザ部とをノズルの内部に設け、しかも
噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度の分布がほ
ぼ一定になるように噴射口の幅を該噴射口の長さ方向に
沿って変化させたものである。

【００３９】従ってこのような構成によれば、デフュー
ザ部とコンフューザ部とを有する噴射ノズルにおいて、
その噴射口の長さ方向における噴射強度の分布をほぼ一
定にすることが可能になる。

【００４０】さらに別の発明は、粉粒体をガスとともに
固気２相流として噴射口から噴射するようにした粉粒体
噴射ノズルにおいて、粉粒体を分散させて噴射口におけ
る粉粒体の分布の均一化を図る案内ブロックを内部に設
けるとともに、噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射
強度の分布がほぼ一定になるように噴射口の幅を該噴射
口の長さ方向に沿って変化させるようにしたものであ
る。

【００４１】従ってこのような構成によれば、案内ブロ
ックと噴射口の幅の変化とによって噴射口の長さ方向に
沿う噴射強度の分布をほぼ一定にすることが可能にな
り、粉粒体の噴射による加工の際における加工ムラを防
止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】粉粒体噴射ノズルを用いた噴射加工装置の加工
室の縦断面図である。

【図２】同内部構造を示す要部斜視図である。

【図３】加工室内における加工の状況を示す平面図であ
る。

【図４】粉粒体噴射ノズルの縦断面図である。

【図５】同側面側から見た縦断面図である。

【図６】噴射口を示す底面図である。

【図７】噴射口の端部の形状を示す要部底面図である。

【図８】別の実施の形態の噴射口の底面図である。

【図９】従来の噴射ノズルの縦断面図である。

【符号の説明】

１‥‥噴射ノズル、２‥‥入口部、３‥‥噴射口、７‥
‥加工痕跡、１６‥‥粉粒体供給パイプ、１７‥‥加工
室、１８‥‥噴射ノズル、１９‥‥パレット、２０‥‥
ワーク、２５‥‥還流管路、２８‥‥空気還流パイプ、
２９‥‥ジョイント、４０‥‥アーム、４１、４２‥‥
整流板、４３‥‥案内板、４７‥‥上側部材、４８‥‥
下側部材、４９‥‥入口部（円形孔）、５０‥‥接続
筒、５５‥‥デフューザ部、５６‥‥コンフューザ部、
５７‥‥噴射口、６１‥‥案内ブロック（上）、６２‥
‥案内ブロック（下）、６５‥‥加工痕跡

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉粒体をガスとともに固気２相流として噴
   射口から噴射するようにした粉粒体噴射ノズルにおい
   て、 前記噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度の分布
   がほぼ一定になるように前記噴射口の幅を該噴射口の長
   さ方向に沿って変化させたことを特徴とする粉粒体噴射
   ノズル。
2. 【請求項２】噴射口の長さ方向の寸法が幅方向の寸法に
   比べて十分に大きく、ほぼスリット状の形状をなすこと
   を特徴とする請求項１に記載の粉粒体噴射ノズル。
3. 【請求項３】噴射口の長さ方向の両端の近傍における該
   噴射口の幅が前記噴射口の長さ方向の中間位置における
   該噴射口の幅に比して絞られていることを特徴とする請
   求項２に記載の粉粒体噴射ノズル。
4. 【請求項４】噴射口の長さ方向の中間位置であって入口
   部の直下の位置の該噴射口の幅を絞るようにしたことを
   特徴とする請求項２に記載の粉粒体噴射ノズル。
5. 【請求項５】粉粒体をガスとともに固気２相流として先
   端側の細長い噴射口から噴射するようにした粉粒体噴射
   ノズルにおいて、 粉粒体の流動方向に沿って前記噴射口の長さ方向の寸法
   が大きくなるデフューザ部と、該デフューザ部の下流側
   に位置しかつ粉粒体の流動方向に沿って前記噴射口の幅
   方向の寸法が小さくなるコンフューザ部とを前記ノズル
   の内部に設け、 しかも前記噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度
   の分布がほぼ一定になるように前記噴射口の幅を該噴射
   口の長さ方向に沿って変化させたことを特徴とする粉粒
   体噴射ノズル。
6. 【請求項６】前記デフューザ部は粉粒体の流動方向に沿
   って前記噴射口の幅方向の寸法が一定であることを特徴
   とする請求項５に記載の粉粒体噴射ノズル。
7. 【請求項７】前記コンフューザ部は粉粒体の流動方向に
   沿って前記噴射口の長さ方向の寸法が一定であることを
   特徴とする請求項５に記載の粉粒体噴射ノズル。
8. 【請求項８】前記コンフューザ部の終端側と連続するよ
   うに前記噴射口が設けられ、しかも前記噴射口の長さ方
   向の両端の近傍における該噴射口の幅が前記噴射口の長
   さ方向の中間位置における該噴射口の幅に比して絞られ
   ていることを特徴とする請求項５に記載の粉粒体噴射ノ
   ズル。
9. 【請求項９】粉粒体をガスとともに固気２相流として噴
   射口から噴射するようにした粉粒体噴射ノズルにおい
   て、 前記粉粒体を分散させて前記噴射口における粉粒体の分
   布の均一化を図る案内ブロックを内部に設けるととも
   に、 前記噴射口の長さ方向における粉粒体の噴射強度の分布
   がほぼ一定になるように前記噴射口の幅を該噴射口の長
   さ方向に沿って変化させたことを特徴とする粉粒体噴射
   ノズル。
10. 【請求項１０】第１の案内ブロックが入口部分の近傍に
    おいて前記噴射口の幅方向に粉粒体流路を塞ぐように設
    けられていることを特徴とする請求項９に記載の粉粒体
    噴射ノズル。
11. 【請求項１１】第２の案内ブロックが前記噴射口の長さ
    方向の両側の壁面に密着して取付けられていることを特
    徴とする請求項９に記載の粉粒体噴射ノズル。