JP2001030173A - 粉体噴射ノズル及びこれを備えた粉体噴射装置 - Google Patents

粉体噴射ノズル及びこれを備えた粉体噴射装置

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JP2001030173A
JP2001030173A JP11204070A JP20407099A JP2001030173A JP 2001030173 A JP2001030173 A JP 2001030173A JP 11204070 A JP11204070 A JP 11204070A JP 20407099 A JP20407099 A JP 20407099A JP 2001030173 A JP2001030173 A JP 2001030173A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で小型、安価な粉体噴射ノズル
と、これを備えた粉体噴射装置を提供すること。 【解決手段】 粉体噴射ノズル1に供給する圧縮流体W
1、W2、W3の設定圧力P1、P2、P3を制御し
て、粉体(砥粒)9をスリット状導管2aに導入し噴射
させる。粉体吸入口11よりも供給用圧縮流体導入口1
2の側に、導管2aのスリット幅を減少させるためのス
リット幅調節部材15を設けたので、その流体力学的な
作用により粉体の吸入量や噴射強さを自由に変えること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物に粉体を
噴射して文字、図形の剥離(研削)加工を行なう粉体噴
射装置及びこれに用いられる粉体噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】これまでに、金属、石、ガラスなどに文
字や絵柄を彫りつけるために鉄、砂、ガラスなどの微細
な粒子(噴射砥粒)を吹き付けて、被加工物の表面を改
質したり、溝や穴を形成する装置が知られている。この
ような噴射砥粒による加工はサンドブラスト加工、ある
いは単にブラスト加工と呼ばれ、また、アブレイシブ・
ジェット・マシニング(AJM)とも呼ばれる。ブラス
ト加工は大別して、「マスキング法」と「直接法」があ
る。前者は、被加工物の表面に加工を要する形状部分以
外をマスキングして保護層を形成し、その上からブラス
ト加工を行ない、加工終了後に保護層を除去する方法で
ある。マスクには、紫外線硬化型の樹脂、金属板、ある
いはゴムが用いられる。後者は、開口の小さい噴射ノズ
ルを、加工を要する形状部分のみ、被加工物に対して相
対的に移動させながらブラスト加工を行う方法である。
【0003】後者の方法を用いた例では、特開平4−1
29672号公報にて開示されている装置がある。同公
報に開示されている装置は、複数の噴射ノズルを有する
「マルチヘッド噴射ノズル」を有し、各ノズルの噴射流
体量をコントローラからの文字・図形の情報信号により
制御するものである。圧縮流体がノズルを勢いよく通過
する際の噴射エネルギーに吸引されてノズル内に粉体が
流れ込み、圧縮流体と粉体からなる固気混合流体が被加
工物へ噴射されるというものである。この直接法は、マ
スキング法に比べて、マスク製版、マスク転写、現像及
びマスク除去などの工程が不必要であり、そのための設
備や時間を必要としないという長所がある。マスキング
法は、文字や絵柄などの加工パターンが複雑になればな
るほど作業が飛躍的に難しくなるのに対し、直接法は、
基本的にはノズルの噴射口径を変えるだけで対応でき
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
4−129672号公報に開示された装置には以下のよ
うな問題点がある。 (1)噴射ノズルの構造がきわめて複雑であり、ノズル
の小型化が難しく経済的にも高価になってしまう。特
に、同公報の噴射ノズルは、第2図Bに開示されている
ように、噴射制御部2、固気2相混合部3の構造が複雑
である。 (2)同公報の噴射ノズルは、複数個のノズルを一列に
並置して成るマルチヘッド噴射ノズルなので、被加工物
に細長い溝や穴を加工する場合は、その溝又は穴の幅を
一定に加工することは困難である。例えば、PDP(プ
ラズマ・ディスプレイ・パネル)の放電セルのように、
幅に対して長さの大きい溝を加工するときは、溝幅の不
均一が放電セルの性能低下を招く恐れがある。
【0005】本発明は、構造が簡単で小型、安価な粉体
噴射ノズルと、これを備えた粉体噴射装置を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の発明
は、「一端に導管によって導かれた粉体を射出するため
の噴射口、他端に前記粉体を前記噴射口へ供給する供給
用流体を導入するための供給用圧縮流体導入口、前記噴
射口と前記供給用圧縮流体導入口の間に前記粉体を前記
導管内に吸入するための粉体吸入口、前記噴射口と前記
粉体吸入口の間に前記粉体と前記供給用流体との混合流
体を加速するための加速用流体を導入するための加速用
圧縮流体導入口、を有する粉体噴射ノズルであって、前
記導管及び噴射口の断面がスリット状であり、前記粉体
吸入口よりも前記供給用圧縮流体導入口の側に、前記導
管のスリット幅を減少させるためのスリット幅調節部材
を設けた」ことを特徴として構成される。
【0007】本発明の請求項2の発明は、粉体を貯蔵す
る粉体タンクと、粉体タンクに貯蔵された粉体を噴射す
る粉体噴射ノズルと、粉体の噴射量あるいは噴射流を制
御するための圧縮流体制御手段と、を備えた粉体噴射装
置において、この粉体噴射ノズルの一端に導管によって
導かれた粉体を射出するための噴射口、他端に粉体を噴
射口へ供給する供給用流体を導入するための供給用圧縮
流体導入口、噴射口と供給用圧縮流体導入口の間に粉体
を導管内に吸入するための粉体吸入口、噴射口と粉体吸
入口の間に粉体と供給用流体との混合流体を加速するた
めの加速用流体を導入するための加速用圧縮流体導入
口、粉体吸入口よりも供給用圧縮流体導入口の側にスリ
ット状断面をもつ導管のスリット幅を減少させるための
スリット幅調節部材を設けたことを特徴として構成され
る。
【0008】この粉体噴射装置は、供給用圧縮流体導入
口に供給する圧縮流体の設定圧力をP1、加速用圧縮流
体導入口に供給する圧縮流体の設定圧力をP2、粉体タ
ンクを加圧する圧縮流体の設定圧力をP3とすると、P
3<P2<P1の関係を有するように構成することがで
きる(請求項3)。この粉体噴射装置の圧縮流体制御手
段に、供給用圧縮流体を間欠的に粉体噴射ノズルへ供給
するON/OFF切り替え機能を付加してもよい(請求
項4)。また、この粉体噴射装置に、複数個の同一の粉
体噴射ノズルと、これらを集積して保持するノズルブロ
ックを設けてもよいし(請求項5)、ノズル特性の異な
る複数個の粉体噴射ノズルと、これらを集積して保持す
るノズルブロックを設けてもよい(請求項6)。さら
に、この粉体噴射装置に、粉体噴射ノズルから噴射され
た粉体を回収する粉体回収器を備えてもよい(請求項
7)。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る
粉体噴射ノズルと粉体タンクを示す断面図である。図2
(a)は、本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルの正
面図、図2(b)は、粉体噴射ノズルの底面図である。
図2(c)は、図2(a)におけるAA矢視断面図であ
り、図1の粉体噴射ノズルの部分拡大図である。図3
は、本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルの動作を説
明するための制御ブロック図であり、また、本発明の実
施形態に係る粉体噴射装置の主要部分の構成を示す構成
図でもある。
【0010】図1において、粉体噴射ノズル1は、ノズ
ル部10と、これに粉体や圧縮流体を供給するためのチ
ャンバーやチューブと、から主として構成されている。
粉体(噴射砥粒)には、粒径35μmのホワイトアラン
ダム、圧縮流体には、ドライエアー(供給圧力1〜12
kg/cm2)が用いられる。ノズル部10には横断面
がスリット状の閉塞された空間、すなわちスリット状導
管2aが形成されており、その開口部は噴射口になって
いる。このスリット状導管2aに、粉体吸入口11、供
給用圧縮流体導入口12及び加速用圧縮流体導入口13
が導通して設けられている。ノズル部10は、メインブ
ロック4と粉体供給ブロック5の間に挟まれるように接
着固定されている。メインブロック4には、供給用圧縮
流体導入口12及び加速用圧縮流体導入口13が設けら
れている。粉体供給ブロック5には、粉体吸入室6が設
けられている。
【0011】粉体吸入口11は、粉体供給ノズルカバー
3bに設けられ、粉体を粉体吸入室6からスリット状導
管2aへ導入するためのものである。粉体タンク8に貯
蔵されている粉体は、粉体供給チューブ7を経て粉体吸
入室6に供給される。供給用圧縮流体導入口12は、粉
体を吸入して噴射口へ搬送するための供給用流体をスリ
ット状導管2aへ導入するためのものである。加速用圧
縮流体導入口13は、粉体と供給用流体が混じり合った
混合流体を加速するための加速流体をスリット状導管2
aへ導入するためのものである。加圧用圧縮流体チュー
ブ21は、粉体タンク8の粉体タンクカバー8aに接続
され、加圧用圧縮流体W3(圧力P3)を粉体タンク8
へ供給する。供給用圧縮流体チューブ22は、メインブ
ロック4に接続され、供給用圧縮流体W1(圧力P1)
を供給用圧縮流体導入口12を介してスリット状導管2
aへ供給する。加速用圧縮流体チューブ23は、メイン
ブロック4に接続され、加速用圧縮流体W2(圧力P
2)を加速用圧縮流体導入口13を介してスリット状導
管2aへ供給する。
【0012】次に、本実施形態のノズル部10の構造を
図2を参照しながら詳述する。図2に示すように、ノズ
ル部10は、断面がスリット状の溝が形成されたスリッ
トプレート2に、加工ノズルカバー3aと粉体供給ノズ
ルカバー3bがスリット状の溝を内側にして接着された
構成である。従って、ノズル部10には、横断面がスリ
ット状の閉塞された空間、すなわちスリット状導管2a
が形成されたことになる。スリット状導管2aは、図2
(b)のように、スリット幅がd、スリット長がbで示
される。粉体供給ノズルカバー3bには粉体吸入口11
が形成され、その断面形状は矩形であり、断面の長手方
向の長さはスリット状導管2aのスリット長と同じか長
い。また、粉体供給ノズルカバー3bにはスリット状導
管2aのスリット幅を減少させるためのスリット幅調節
部材15が設けられている。メインブロック4には供給
用圧縮流体導入口12と加速用圧縮流体導入口13が形
成され、その断面形状はいずれも円形である。さらに、
スリットプレート2には、供給用圧縮流体導入口12の
一部を成す円形断面の導入室12aが形成され、又、加
速用圧縮流体導入口13の一部を成す長円形断面の加速
室13aが形成され、これらはスリット状導管2aと導
通している。本実施形態においては、スリットプレート
2と加工ノズルカバー3aにサイアロン、粉体供給ノズ
ルカバー3bにステンレス鋼、メインブロック4に炭素
鋼S45C、粉体供給ブロック5と粉体タンク8にアク
リル、各種チューブに真鍮を用いた。
【0013】続いて図3を参照しながら、粉体噴射ノズ
ルの動作を説明する。粉体噴射ノズル1は模式的に描か
れているが、図1、図2のものと同じである。粉体9は
粉体吸入口11から、供給用圧縮流体W1は供給用圧縮
流体導入口12から、加速用圧縮流体W2は加速用圧縮
流体導入口13からスリット状導管2aへ導入される。
図3では粉体吸入室6は図示省略されている。
【0014】タンク加圧用圧縮流体W3は、流体供給源
から圧力調整装置、タンク加圧用圧縮流体制御装置31
を経てタンク加圧用圧縮流体チューブ21へ至り、この
設定圧力はP3である。供給用圧縮流体W1は、流体供
給源から圧力調整装置、供給用圧縮流体制御装置32を
経て供給用圧縮流体チューブ22へ至り、この設定圧力
はP1である。加速用圧縮流体W2は、流体供給源から
圧力調整装置、加速用圧縮流体制御装置33を経て加速
用圧縮流体チューブ23へ至り、この設定圧力はP2で
ある。上記の圧縮流体はドライエアー、ドライ窒素等で
あり、圧縮流体制御装置31、32、33には電気信号
によって開閉される電磁弁が用いられる。設定圧力P
1、P2、P3の関係は、P3<P2<P1である。こ
の圧力関係によって粉体の逆流を防止できる。
【0015】圧縮流体制御装置31、32、33は、パ
ソコンのドライバーからの信号によりそれぞれ独立にO
N/OFF制御される。また、圧力P1、P2、P3
は、圧力調整装置により、P3<P2<P1の制約はあ
るが、それぞれ独立に制御される。これらの組合せによ
り、圧縮流体の供給時間、供給圧を任意にコントロール
できる。
【0016】図1において、粉体タンク8に貯蔵される
粉体9は、タンク加圧用圧縮流体チューブ21の設定圧
力P3によって粉体吸入室6に供給される。粉体噴射ノ
ズル1へ導入された供給用圧縮流体W1は、供給用流体
W1としてスリット状導管2aの中を噴射口へ向かって
勢いよく流れてゆく。(以下、圧縮流体と流体は同じ種
類の流体なので、いずれも同じ符号で表現する。)
【0017】前述のように、スリット状導管2aは、ス
リット幅調節部材15によって部分的にスリット幅が狭
くなっている。供給用流体W1がこのスリット幅が狭い
部分を通過すると、流体力学的な作用によって粉体吸入
口11の部分に負圧が生じる。この負圧によって、粉体
吸入室6に存在している粉体が粉体吸入口11からスリ
ット状導管2aへ吸入され、粉体と供給用流体W1の混
合流体が噴射口へ向かって勢いよく流れてゆく。また、
前述した負圧が生じた際、粉体吸入室6内も負圧になる
ので、粉体供給チューブ7を介して粉体タンク8に貯蔵
された粉体9が粉体吸入室6に吸入される。一般に、供
給用圧縮流体W1の設定圧力P1を増すと粉体吸入口1
1の到達負圧が増すので、スリット状導管2aに供給さ
れる粉体量、噴射口から射出される粉体量も増す。
【0018】本発明の大きな特徴は、粉体噴射ノズル1
にスリット状導管2aとスリット幅調節部材15を設け
たことにある。スリット幅調節部材15は、スリット状
導管2aの幅方向(流体が流れる方向と直角方向)に細
長く延びて一様に形成されているので、スリット状導管
2aのこの部分のスリット幅(図2(b)参照)はそれ
以外のスリット幅に比べて均一に狭くなっている。従っ
て、負圧によってスリット状導管2aへ吸入される粉体
の分布も流体が流れる方向と直角方向に沿って均一とな
る。その結果、粉体と供給用流体W1の混合流体は、ス
リット状導管2aの幅方向に粉体が均一分布した状態で
噴射口へと向かう。
【0019】本実施の形態では、スリット状導管2aの
スリット幅dを0.2mm、スリット長bを5mmと
し、スリット幅調節部材15の高さ(厚さ)を0.1m
mとした。従って、スリット幅調節部材15が形成され
ている部分のスリット幅は0.1mmとなる。
【0020】粉体噴射ノズル1へ加速用圧縮流体W2を
導入すると、混合流体を加速することができる。加速用
圧縮流体W2は、加速用圧縮流体導入口13から加速用
流体W2としてスリット状導管2aへ導入される。混合
流体は、加速室13aのところでこの加速用流体W2に
よって加速されて噴射口へと向かい、被加工物(不図
示)に噴射される。加速用圧縮流体W2の設定圧力P2
は、供給用圧縮流体W1の設定圧力P1よりも低いので
混合流体を逆流させる心配はない。この範囲で設定圧力
P2を増せば混合流体を一層加速することができる。
【0021】ここで、加速用流体W2を流した状態で、
供給用圧縮流体制御装置32をON/OFF切り替えし
て、スリット状導管2aに断続的に供給用圧縮流体W1
を導入すると、粉体9も粉体吸入口11から断続的に供
給される。粉体9が供給されている時間は、粉体と供給
用流体W1の混合流体と加速用流体W2が噴射口から噴
射され、粉体9が供給されていない時間は、加速用流体
W2のみが噴射口から噴射される。
【0022】噴射加工において、前に噴射された粉体が
被加工物表面に滞留し、これに後から噴射された粉体が
衝突して加工効率や加工精度が低下する現象が生じる。
このような場合、粉体の噴射を一時的に止めて、加速用
流体W2のみを被加工物表面に噴射する。このブローを
行うことによって切り屑や残留粉体の除去や被加工物表
面のクリーニングが行われる。
【0023】以上述べたように、本発明における粉体噴
射装置は、圧縮流体を制御することによって粉体の噴射
量と噴射強さをコントロールしている。すなわち、タン
ク加圧用圧縮流体W3の設定圧力P3、供給用圧縮流体
W1の設定圧力P1及び加速用圧縮流体W2の設定圧力
P2を圧力調整装置で制御するとともに、供給時間を電
磁弁で制御する。粉体9の噴射量は、設定圧力P1(負
圧の大きさを決める)、P2及びP3と圧縮流体制御装
置31、32、33の電磁弁の開閉時間によって決まる
ので、適宜調整を行うことによって、所望の噴射量を容
易に得ることができる。また、設定圧力P2によって噴
射強さもコントロールできる。
【0024】さて、これまで本発明の一実施形態につい
て説明したが、本発明はこれのみに限定されず、その技
術思想の範囲内で種々の形態をとることができる。ま
ず、タンク加圧用圧縮流体W3の設定圧力P3は零にす
ることができる。このようにすれば、圧力調整装置、タ
ンク加圧用圧縮流体制御装置31、タンク加圧用圧縮流
体チューブ21は省略できるので経済的に有利である。
また、粉体タンク8を省略し、タンク加圧用圧縮流体W
3を直接、粉体吸入室6に供給してもよい。これによっ
て、粉体9の吸入量を精度よく変化させることができ
る。
【0025】本発明の粉体噴射装置は、本発明の粉体噴
射ノズルを複数個備え、これらを任意に配列してノズル
ブロックにて保持するように構成することができる。複
数個の粉体噴射ノズルはノズル特性が同一であっても異
なるものであってもよい。ノズル特性が同一の粉体噴射
ノズルを用いれば、複数の被加工物を同時に加工した
り、一つの被加工物に対して同時に数カ所の加工をする
ことができ、加工時間を短縮できる。噴射口、導管のス
リット幅やスリット形状の異なる、いわゆるノズル特性
が異なる複数の粉体噴射ノズルを用いれば、より一層加
工の自由度は増大する。
【0026】また、本発明の粉体噴射装置は、粉体噴射
ノズルから噴射された粉体を回収する粉体回収器を備え
るので、粉体の有効活用(再利用)を図ることができ、
作業環境も改善される。
【発明の効果】以上述べたように、本発明の粉体噴射ノ
ズルは、噴射口と導管の断面形状をスリット状としたの
で、幅が均一な線状の加工が短時間で可能である。ま
た、スリット状導管は、導管のスリット幅を減少させる
ためのスリット幅調節部材が設けられているだけで構造
が極めて簡単であり、製作コストが低減できる。本発明
の粉体噴射装置は、上記の粉体噴射ノズルを有するもの
で、圧縮流体を制御するだけで、粉体の噴射量と噴射強
さを容易且つ高精度にコントロールすることが可能であ
る。さらに、複数個の粉体噴射ノズルを備えることによ
って、複数の被加工物を同時に加工したり、一つの被加
工物に対して同時に数カ所の加工をすることができ、加
工時間を短縮できる。ノズル特性が異なる複数の粉体噴
射ノズルを用いれば、より一層加工の自由度は増す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルと粉体
タンクを示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルの正面
図(a)、底面図(b)及びAA矢視断面図(c)であ
る。
【図3】本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルの動作
を説明するための制御ブロック図であり、また、本発明
の実施形態に係る粉体噴射装置の主要部分の構成を示す
構成図でもある。
【符号の説明】
1 粉体噴射ノズル 2 スリットプレート 2a スリット状導管 3a 加工ノズルカバー 3b 粉体供給ノズルカバー 6 粉体吸入室 8 粉体タンク 9 粉体 10 ノズル部 11 粉体吸入口 12 供給用圧縮流体導入口 13 加速用圧縮流体導入口 15 スリット幅調節部材 21 タンク加圧用圧縮流体チューブ 22 供給用圧縮流体チューブ 23 加速用圧縮流体チューブ 31 タンク加圧用圧縮流体制御装置 32 供給用圧縮流体制御装置 33 加速用圧縮流体制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 崇 宮城県名取市田高字原277番地 株式会社 仙台ニコン内 (72)発明者 厨川 常元 宮城県仙台市青葉区昭和町4−19

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端に導管によって導かれた粉体を射
    出するための噴射口、他端に前記粉体を前記噴射口へ供
    給する供給用流体を導入するための供給用圧縮流体導入
    口、前記噴射口と前記供給用圧縮流体導入口の間に前記
    粉体を前記導管内に吸入するための粉体吸入口、前記噴
    射口と前記粉体吸入口の間に前記粉体と前記供給用流体
    との混合流体を加速するための加速用流体を導入するた
    めの加速用圧縮流体導入口、を有する粉体噴射ノズルで
    あって、 前記導管及び噴射口の断面がスリット状であり、前記粉
    体吸入口よりも前記供給用圧縮流体導入口の側に、前記
    導管のスリット幅を減少させるためのスリット幅調節部
    材を設けたことを特徴とする粉体噴射ノズル。
  2. 【請求項2】 粉体を貯蔵する粉体タンクと;前記粉体
    タンクに貯蔵された粉体を噴射する粉体噴射ノズルと;
    前記粉体の噴射量あるいは噴射流を制御するための圧縮
    流体制御手段と;を備えた粉体噴射装置において、 前記粉体噴射ノズルは、一端に導管によって導かれた粉
    体を射出するための噴射口、他端に前記粉体を前記噴射
    口へ供給する供給用流体を導入するための供給用圧縮流
    体導入口、前記噴射口と前記供給用圧縮流体導入口の間
    に前記粉体を前記導管内に吸入するための粉体吸入口、
    前記噴射口と前記粉体吸入口の間に前記粉体と前記供給
    用流体との混合流体を加速するための加速用流体を導入
    するための加速用圧縮流体導入口を有し、前記導管及び
    噴射口の断面がスリット状であり、前記粉体吸入口より
    も前記供給用圧縮流体導入口の側に、前記導管のスリッ
    ト幅を減少させるためのスリット幅調節部材を設けたこ
    とを特徴とする粉体噴射装置。
  3. 【請求項3】 前記粉体噴射ノズルの供給用圧縮流体導
    入口に供給する供給用圧縮流体の設定圧力P1、前記粉
    体噴射ノズルの加速用圧縮流体導入口に供給する加速用
    圧縮流体の設定圧力P2、及び、前記粉体タンクを加圧
    するための加圧用圧縮流体の設定圧力P3の間に、P3
    <P2<P1の関係を有することを特徴とする請求項2
    に記載の粉体噴射装置。
  4. 【請求項4】 前記圧縮流体制御手段は、前記供給用圧
    縮流体を間欠的に前記粉体噴射ノズルへ供給するON/
    OFF切り替え機能を有することを特徴とする請求項2
    に記載の粉体噴射装置。
  5. 【請求項5】 前記粉体噴射ノズルを複数個有し、これ
    らを集積して保持するノズルブロックを設けたことを特
    徴とする請求項2乃至4に記載の粉体噴射装置。
  6. 【請求項6】 ノズル特性の異なる複数個の前記粉体噴
    射ノズルを有し、これらを集積して保持するノズルブロ
    ックを設けたことを特徴とする請求項2乃至4に記載の
    粉体噴射装置。
  7. 【請求項7】 前記粉体噴射ノズルから噴射された粉体
    を回収する粉体回収器をさらに備えたことを特徴とする
    請求項2乃至6に記載の粉体噴射装置。
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