JP2001162194A - 流体噴射ノズル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の軌跡の下での、噴出部噴口の所期した
通りの移動を、特別の駆動手段を用いることなしに実現
する。 【解決手段】 加圧流体送給管１の先端に、弾性通路２
を介して噴出部３を連結するとともに、その噴出部３の
変位を案内するガイド部材４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種ブラスティ
ング、ショットピーニング、塗装等に用いられて、気
体、液体または、気体もしくは液体と固体粒子との混合
物を噴射する流体噴射ノズル構造に関し、とくに、特別
の駆動手段を必要とすることなく、噴射部の噴口を所定
の軌跡の下に自動的に変位させるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のノズルとしては、装置そ
れ自体が可動式であると固定式であるとを問わず、ノズ
ルを装置の特定位置に固定したものまたは、それを作業
者の手に保持するとともに、変位させながら、所要のワ
ークに向けてブラスティング等を行うものが一般的であ
る。

【０００３】これがため、各種作業の能率の向上、自動
化および均質化を目的として、ノズルの少なくとも先端
を、所定の移動軌跡の下に、並進運動もしくは回転運動
させるに当たっては、要求される運動に適合する機械的
駆動手段の付設が不可避であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
駆動手段の付設は、装置重量および装置コストの増加に
加え、装置の大型化を余儀なくするという問題があり、
また、ノズルの移動軌跡の変更、ノズルの高速移動等に
対する制御が繁雑であるという問題もあった。

【０００５】そこでこの発明は、所定の軌跡の下での、
噴出部噴口の所期した通りの移動を、その噴口から噴射
される流体のエネルギーを利用することで、特別の駆動
手段を用いることなしに実現し、これにより、駆動手段
を付設する場合の上記問題点をことごとく解決した流体
噴射ノズル構造を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、可撓性もし
くは弾性通路を含む流路に設けた噴出部の噴口から加圧
流体を高圧噴射する場合には、その加圧流体が気体であ
ると液体であるとにかかわらず、噴出部、ひいては、噴
口が、自励振動的に往復運動し、または回動運動する周
知の現象に着目してなされたものである。このような運
動の発生原因は明確ではないが、主には、噴流に生じる
渦から噴口が受ける反力、噴口から流出する流束の脈状
振動から噴口が受ける反力、流体が自由端から流出する
片持梁流路の振動および、流路内流体への渦の発生によ
る、流れと直交する方向の渦放出振動の少なくとも一つ
に起因するものと考えられており、いずれにしても、噴
口の上記運動は、高速下で十分規則的に行われることに
なるので、この発明は、かかる運動を有効に利用するこ
とで、駆動手段の付設なしに、その噴口に所期した通り
の運動を行わせるものである。

【０００７】これがため、この発明の流体噴射ノズル構
造では、多くは剛体からなる加圧流体送給管の先端に、
弾性通路を介して、たとえば、剛性筒体もしくは弾性筒
体からなる噴出部を連結するとともに、この噴出部、少
なくとも、その先端噴口の往復変位、回動変位等を案内
するガイド部材を設ける。

【０００８】このノズル構造では、たとえば、弾性通路
より前方側の、ばね系および質量系、主として、弾性通
路の、変形方向のばね定数および噴出部の質量によって
特定される固有振動数を予め選択することで、それらを
通過する所定の流量および流速の、固体粒子を含むこと
もある流体のエネルギーをもって、その弾性通路および
噴出部を、たとえば、自励振動させるとともに、共振さ
せることで、噴出部噴口を一定の振幅の下に、速い速度
で往復変位させることができる。

【０００９】そこでここでは、ガイド部材をもって、噴
出部の振動領域を直接的に、または間接的に特定して、
噴出部噴口の振動振幅を所期した通りに限定することに
より、ブラスト処理、ピーニング処理、塗装処理等に当
たって、その噴口からの噴出流体を、ワーク寸法等に応
じた前記振幅の範囲内で、特別の駆動手段なしに、自動
的にかつ均一に噴射することができ、これにより、表面
処理効果を増大させ、塗装機能を大きく向上させること
ができる。なおこの場合、上記振動振幅と直交する方向
への噴射に対してはワークもしくは装置それ自体の移動
によって対処することができる。

【００１０】またここで、噴出部が、自励振動に起因す
る回転運動を行う場合には、その回転輪郭をガイド部材
によって特定することで、噴口は、ワーク寸法等に応じ
た所定の円運動等を自動的に行いつつ、流体を十分均一
に噴射することができ、その噴射位置の変更は、ワーク
または装置自体を所要の速度で移動させることによって
実現することができる。

【００１１】従ってここでは、噴口を並進運動もしくは
回転運動させるための駆動手段を設ける必要なしに、流
体の噴出噴口を自動的に移動させるとともに、移動経路
内の各位置に、流体を十分均一に噴射することができ、
また、ブラスト処理、ピーニング処理等の作業の能率を
大きく向上させることができる。

【００１２】ところで、噴出部は、剛性筒体または弾性
筒体にて構成することができ、噴出部の運動を、それに
直接的に接触するガイド部材により案内する場合には、
前者では、噴出部はガイド部材に倣った範囲で流体を噴
出することになり、また、後者では、噴出部先端部分の
弾性変形下で、ガイド部材による拘束範囲より相当広い
範囲に流体を噴出することになる。

【００１３】このようなノズル構造において好ましく
は、弾性通路に接触し、その接触位置より前方側の固有
振動数を特定する支点部材を設ける。これによれば、支
点部材の、弾性通路への接触位置を選択することで、弾
性通路および噴出部の固有振動数を予め厳密に特定する
ことなしに、送給される流体の種類、物性等に応じて、
所期した通りの共振振動等を簡単かつ容易に実現するこ
とができる。この場合、より好ましくは、支点部材の位
置を、弾性通路の長さ方向に調整可能として、支点部材
の位置変更を簡易・迅速ならしめる。

【００１４】ここにおいて、前記弾性通路は、一般的な
平滑な直状筒体にて構成し得ることはもちろん、蛇腹管
にて構成することもでき、また、弾性通路それ自体に曲
がり部を設けることもできる。

【００１５】弾性通路を、たとえばゴム材料または合成
樹脂材料からなる蛇腹管で構成したときは、周方向での
柔軟性を十分均一なものとすることができ、また、大き
な内圧の適用に対しても、適宜の補強により、すぐれた
耐久性の下に、高い柔軟性を確保することができる。

【００１６】また、弾性通路に曲がり部を設けた場合に
は、加圧流体の流動方向の変更に起因して、弾性通路の
曲がり部が流体から受ける衝突エネルギ、ひいては、そ
の衝突エネルギの、直交二次元座標系内でのそれぞれの
次元成分の相違、その曲がり部を含む弾性通路の復元力
等に基づいて、噴出部等をより有利に共振振動させるこ
とができ、この振動は、往復運動および回転運動のいず
れについてもほぼ同様に行われることになる。

【００１７】ところで、弾性通路は、曲がり部を有する
と否とにかかわらず、たとえばスイベルジョイント等の
回り継手を介して加圧流体送給管に連結することがで
き、これによれば、噴出部の回転運動を一層円滑に行わ
せることができる。

【００１８】ここで、噴出部の後端部分の、弾性通路近
傍には、剛性曲がり部を設けることができ、この場合に
は、噴出部の回転運動に際し、その噴口端面をワーク表
面にほぼ平行に維持して、噴口からの噴流をその全体に
わたってほぼ均一な強さでワークに衝接させることがで
きる。

【００１９】以上に述べたところにおいて、弾性通路よ
り前方側の部分を所期した通りに共振振動等させるため
には、加圧流体送給管もしくは弾性通路を並進運動また
は回転運動させる駆動手段を設け、これによって所要の
運動を誘導することが、噴出部の運動を、迅速かつ確実
に実現する上で好ましい。ところで、ここにおける駆動
手段は、流体エネルギに起因する振動を増幅させるきっ
かけをつくるものであり、それによる運動は、ゆっくり
とした単調な並進または回転運動で足りるので、噴出部
を、所期した通りに直接的に駆動するための駆動手段に
比し、極めて簡単な構成とすることができる。

【００２０】なお、噴出部との接触下で、それの移動を
案内するガイド部材の、噴出部との接触部分の輪郭形状
は、円形形状、楕円もしくは長円形状または長方形形状
とすることができ、これによれば、噴出部に、所要に応
じた回転運動または往復運動を円滑に、かつ確実に行わ
せることができる。

【００２１】またここにおいては、噴出部を剛性筒体に
より構成するとともに、その噴出部の噴口を楕円形、長
円形等の扁平形状とすることもでき、これによれば、噴
流の横断面輪郭形状を噴口形状に応じた扁平形状とする
ことで、噴出部を、噴口の短軸方向に共振振動させるこ
とができる。

【００２２】このようなノズル構造において、噴出部の
少なくとも内面壁は耐摩耗性部材にて構成することが好
ましく、この場合には、ブラスト処理等に際するその噴
出部の、固体粒子による摩耗を有効に防止することがで
きる。ところで、弾性筒体よりなる噴出部、弾性通路等
の弾性部分もまた、とくに、固体粒子を直接に加圧して
圧力流体に混合させる直圧方式では比較的早期に摩耗す
ることがあるので、かかる場合には、所要の固有振動数
を実現し得る限りにおいて、その弾性部分をも同様に構
成することが好ましい。

【００２３】またここで、噴出部とガイド部材との相互
の接触部分の少なくとも一方を、摩擦力の小さい滑性部
材でカバーした場合には、ガイド部材に案内される噴出
部の運動を一層円滑なものとすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に示すところに基づいて説明する。図１はこの発明の
実施の形態を部分を断面として示す略線斜視図である。
図中１は、加圧された気体もしくは液体または、それら
のいずれかと固体粒子との混合物を送給する、一般的に
は剛性材料からなる加圧流体送給管を示し、この加圧流
体送給管１の先端には、たとえば、ゴム、合成樹脂材料
等の円筒部材からなり、その流体送給管１に嵌め合わせ
連結した弾性通路２を介して、剛性円筒部材からなる所
定長さの噴出部３を連結する。ここにおいて、噴出部３
と弾性通路２とも嵌め合わせ連結により一体化すること
ができる。

【００２５】またここでは、固定側部材としての加圧流
体送給管１に、全体としてほぼ円筒状をなし、弾性通路
２および噴出部３の外径よりも大きい内径を有するガイ
ド部材４を取付ける。ここで、このガイド部材４の内径
寸法および長さは、所要に応じて適宜に選択することが
できる。

【００２６】このようなノズル構造では、流体送給管１
の先端縁より前方側部分のばね定数および質量によって
特定される、その前方側部分の固有振動数を予め選択す
ることにより、流体送給管１から送給されて、噴出部３
の噴口５からほぼ円錐状に噴射される流体の、種類、
量、速度や、比重、粘度等の物性その他に基づいて、そ
の前方側部分、ひいては、噴出部３をたとえば自励振動
させるとともに共振振動させることができ、このときの
振幅および運動形態のそれぞれを、ガイド部材４と噴出
部３との接触をもって所期した通りに特定することがで
きる。

【００２７】この場合において、噴出部３が、自励振動
に起因する回転運動を行うときは、その噴出部３は、円
筒状ガイド部材４の作用下で当初から円滑に回動するこ
とができる。一方、噴出部３がそれの自励振動に当たっ
て往復運動だけを行うときは、振動振幅の次第の増加を
ガイド部材４によって拘束するに当たり、噴出部３が、
ガイド部材４との衝接点から受ける反力の、ガイド部材
周方向の分力に基づいて、その噴出部３の運動は、往復
運動から回転運動に推移することになる。

【００２８】なお図に示すところにおいて、噴出部３
の、所要の振幅の往復運動は、ガイド部材４の少なくと
も先端部分で、噴出部３との接触部分の輪郭形状を、所
要の往復方向に長い長方形形状とすることによって実現
することができ、この場合、噴出部３の自励振動方向
の、所要の往復運動方向への方向修正は、ガイド部材４
による案内作用の下に十分円滑に行われることになる。
そしてこのことは、噴出部３の初期回転運動の、所要の
往復運動への運動形態の修正についてもまた同様であ
る。

【００２９】ところで、噴出部３にこのような回転運動
または往復運動を行わせる場合において、図では円筒状
としたガイド部材４の形状を、先端側に向けて次第に拡
開する先広がり形状とすることも可能である。

【００３０】かくしてここでは、噴出部３、ひいては、
噴口５に所要の運動を付与するための駆動手段を設ける
必要なしに、その噴口５を、所期した通りにむらなく高
速運動させることができる。

【００３１】図２は他の実施形態を示す部分断面斜視図
であり、これは、先の場合に比して弾性通路２の長さを
長くするとともに、その弾性通路２の中間部でそれに接
触する支点部材６を、好ましくは、弾性通路２の長さ方
向に位置変更可能に配設したものであり、ここでは先広
がり形状をなすガイド部材４をその支点部材６に取付け
たものである。

【００３２】これによれば、支点部材６の、弾性通路２
への接触位置をそれの長さ方向で選択することで、支点
部材６より前方側部分の固有振動数、とくには、弾性通
路２のばね定数を、たとえば、送給流体の種類、量、速
度、物性等に応じて適宜に変更することができ、これに
より、一の構造体をもって各種の共振振動を行わせるこ
とができる。

【００３３】図３は、噴出部３の所要の共振運動を迅速
かつ円滑に実現するべく、支点部材６に取付けたガイド
部材４にシリンダ７を連結したものであり、これによれ
ば、シリンダ７をもって、ガイド部材４および支点部材
６、ひいては、弾性通路２に、微小の往復運動を付与す
ることで、噴出部３に、ガイド部材４に倣った所要の往
復もしくは回転運動を行わせることができる。

【００３４】ところで、ここでの外部からの付加運動は
微小変位のもので足りるので、その運動を、弾性通路２
に代えて、加圧流体送給管１に付加することも可能であ
る。また、このような付加運動は、往復運動に代えて回
動運動とすることもできる。

【００３５】図４は、噴出部３を、弾性通路２と同一の
材料からなる、それと一体の弾性筒体にて構成し、ガイ
ド部材４を、支点部材６に取付けた円筒状部材にて構成
したものである。この場合には、噴出部３は、それの共
振運動に当たって、ガイド部材４の先端縁部から外側へ
折れ曲がった状態で、半径方向外方へ流体を噴射するの
で、たとえば、円筒状ワークの内面に対するブラスト処
理、塗装処理等に適用して有効である。

【００３６】図５は、剛性円筒部材からなる噴出部３の
後端部分で、弾性通路２の近傍に曲がり部８を設け、曲
がりの外側部分をガイド部材４に接触させたものであ
る。この姿勢で噴出部３を共振回転させた場合には、噴
出部３の中心軸線が、それの曲がり部８を除いて、共振
回転の中心軸線に対して平行に近い状態となり、これに
より、噴口端面が、平坦なワークの表面にほぼ平行とな
るので、噴口５からの噴流をその全体にわたってほぼ均
一な強さでワークに衝接させることができる。ここで、
噴出部３のこのような運動をより確実に行わせるために
は、弾性通路２と加圧流体送給管１とを、後述する回り
継手を介して連結することが好ましい。

【００３７】図６は、弾性通路２を蛇腹管により構成し
たものであり、ゴム材料、合成樹脂材料にて構成するこ
とができるこの蛇腹管によれば、先に述べたように、そ
の全周にわたって、均一にしてすぐれた柔軟性を実現す
ることができる。

【００３８】ところで、以上に述べたノズル構造はいず
れも、弾性通路２を真直通路としたものであるが、その
弾性通路それ自体に曲がり部を設けることもでき、これ
によれば、前述した通り、共振振動を、それが往復運動
であると回転運動であるとにかかわらず、一層有利に実
現することができる。

【００３９】図７は、上述したような曲がり部を設けた
弾性通路２を回り継手９、たとえばスイベルジョインを
介して加圧流体送給管１に連結したものである。この回
り継手９によれば、弾性通路２が図示のような曲がり部
を有する場合はもちろん、それが真直通路であっても、
通路それ自体の回転を可能とすることで、噴出部３の回
転運動を一層円滑ならしめることができる。

【００４０】図８は、ガイド部材４の他の例を示すもの
であり、図８（ａ）は、噴出部３の上下方向の往復運動
を案内するべく、噴出部３との接触部分の輪郭形状を、
上下に長い長方形形状としたものであり、図８（ｂ）
は、上下に長い楕円形状としたものである。なおここ
で、ガイド部材４の輪郭形状を所要に応じて長円形状と
することも可能である。

【００４１】図９は、噴出部３を剛性筒体により構成す
るとともに、その噴口５を、楕円形、長円形等の扁平形
状としたものであり、これによれば、噴出部３の振動方
向を、とくには噴射反力の作用の下で、噴口５の扁平方
向だけに特定することができる。従って、ここにおける
ガイド部材４は、噴出部３との接触部分の輪郭形状のい
かんにかかわらず、噴出部３の振幅を特定するためだけ
に機能することになる。

【００４２】そして、このようなノズル構造において、
少なくとも、噴出部３の内面壁は、耐摩耗部材にて構成
することが、ブラスティング粒、ピーニング粒等に対す
る耐久性を高める上で好ましく、たとえば、ブラスティ
ング粒として合成樹脂粒を用いる場合には、その耐摩耗
部材としては、それらの樹脂粒より硬度の高い、モース
硬度が５以上のメラミン樹脂やユリア樹脂等の高硬度樹
脂を用いることが好ましい。

【００４３】そしてまた好ましくは、噴出部３とガイド
部材４との相互の接触部分の少なくとも一方を、フェノ
ール樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、フッ素樹脂等
の耐摩耗性が高く、摩擦係数の小さい滑性部材でカバー
して、噴出部３の運動をより円滑なものとする。

【００４４】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、噴出部、ひ
いては、噴口を、特別の駆動手段を付設する必要なしに
所期した通りに移動させることができ、これがため、装
置の重量、コスト等の増加を有効に防止するとともに、
ノズルの移動軌跡の変更、ノズルの高速移動等に対する
制御を簡単かつ容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を部分を断面として示
す略線斜視図である。

【図２】 この発明の他の実施形態を部分を断面として
示す略線斜視図である。

【図３】 この発明の他の実施形態を部分を断面として
示す略線斜視図である。

【図４】 この発明の他の実施形態を示す略線斜視図で
ある。

【図５】 この発明のさらに他の実施形態を部分を断面
として示す略線斜視図である。

【図６】 他の実施形態を部分を断面として示す略線斜
視図である。

【図７】 他の実施形態を部分を断面として示す略線斜
視図である。

【図８】 ガイド部材の他の例を示す斜視図である。

【図９】 さらに他の実施形態を示す略線斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 加圧流体送給管 ２ 弾性通路 ３ 噴出部 ４ ガイド部材 ５ 噴口 ６ 支点部材 ７ シリンダ ８ 曲がり部 ９ 回り継手

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧流体送給管の先端に、弾性通路を介
   して噴出部を連結するとともに、その噴出部の変位を案
   内するガイド部材を設けてなる流体噴射ノズル構造。
2. 【請求項２】 前記噴出部を剛性筒体により構成してな
   る請求項１に記載の流体噴射ノズル構造。
3. 【請求項３】 前記噴出部を弾性筒体により構成してな
   る請求項１に記載の流体噴射ノズル構造。
4. 【請求項４】 前記弾性通路に接触し、その接触位置よ
   り前方側の固有振動数を特定する支点部材を設けてなる
   請求項１〜３のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
5. 【請求項５】 支点部材の位置を、弾性通路の長さ方向
   に調整可能としてなる請求項４に記載の流体噴射ノズル
   構造。
6. 【請求項６】 前記弾性通路を蛇腹管で構成してなる請
   求項１〜５のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
7. 【請求項７】 前記弾性通路に曲がり部を設けてなる請
   求項１〜６のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
8. 【請求項８】 弾性通路と加圧流体送給管とを回り継手
   を介して連結してなる請求項１〜７のいずれかに記載の
   流体噴射ノズル構造。
9. 【請求項９】 前記噴出部の、弾性通路の近傍部分に、
   剛性曲がり部を設けてなる請求項２，４，５，６もしく
   は８に記載の流体噴射ノズル構造。
10. 【請求項１０】 加圧流体送給管もしくは弾性通路を並
    進運動または回転運動させる駆動手段を設けてなる請求
    項１〜９のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
11. 【請求項１１】 前記ガイド部材の、噴出部との接触部
    分の輪郭形状を円形形状としてなる請求項１〜１０のい
    ずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
12. 【請求項１２】 前記ガイド部材の、噴出部との接触部
    分の輪郭形状を楕円もしくは長円形状としてなる請求項
    １〜１０のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
13. 【請求項１３】 前記ガイド部材の、噴出部との接触部
    分の輪郭形状を長方形形状としてなる請求項１〜８もし
    くは１０のいずれかに記載の流体噴射ノズル構造。
14. 【請求項１４】 前記噴出部を剛性筒体により構成する
    とともに、その噴出部の噴口を扁平形状としてなる請求
    項１，４〜６もしくは１３のいずれかに記載の流体噴射
    ノズル構造。
15. 【請求項１５】 前記噴出部の少なくとも内面壁を耐摩
    耗性部材にて構成してなる請求項１〜１４のいずれかに
    記載の流体噴射ノズル構造。
16. 【請求項１６】 噴出部とガイド部材との相互の接触部
    分の少なくとも一方を、摩擦力の小さい滑性部材でカバ
    ーしてなる請求項１〜１５のいずれかに記載の流体噴射
    ノズル構造。