JP2002508053A - 氷を吹き付けるための装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板の表面を処理するために基板上に氷の粒子（２０ａ）を連続的に吐出するための装置並びに方法。この装置は、表面（１５）上に薄い氷の膜（２０）を形成するように水と接触される、冷却され、湾曲された表面（１５）を有する。ドクターナイフ（２２）は、氷の膜の前端と当たって、チューブ（３０）中に入る氷の粒子を形成するように氷の膜を破砕する。氷の粒子は、空気により流動化され、所定圧力下で吹き付けノズル（５４）を介して吐出するためのホース（５２）に搬送される。

Description

【発明の詳細な説明】 氷を吹き付けるための装置並びに方法 本発明は、表面を洗浄、浄化（汚染除去）、デバリング（バリの除去）もしく は平滑化のために、この表面に小さい氷粒子を吹き付ける（ブラステング）ため の装置並びに方法を提供する。特に、本発明は、氷粒子を造り、これら粒子を途 中で保存することなく、所望の速度をこれら粒子に与える装置によって供給され る狭い範囲のサイズの分布で氷の粒子を提供する。 本発明の背景 最近、表面を処理する吹き付け技術を使用することに興味が高まってきている 。所定の適用において、氷の吹き付けは、化学的表面処理、砂もしくは他の研磨 剤の吹き付け、水の吹き付け、並びに蒸気もしくはドライアイスの吹き付けに渡 って重要な効果をもたらしている。この技術は、マシーンニング後の伝送チャン ネルプレートのような成形金属部品、並びにプラスチックやゴム成分を含む有機 ポリマー材のような軟性材から緩んだ材料、ブリップ、バリを除去するために使 用され得る。水もしくは氷は、環境に優しく、かつ安価であるから、アイス・ブ ラステング（氷の吹き付け）は、無駄な消費の問題を生じない。また、この技術 は、化学物質、研磨材、高温並びに蒸気を使用しないで、表面の洗浄、表面から の塗料の除去、表面の汚れ落としのために使用され得る。 上記のような明らかな効果のために、アイス・ブラステングは、特別な表面処 理方法を実施するために氷の粒子を含む高圧スプレイを導くように設計された種 々の技術の発展を果たす重大な商業上の興味を起こさせている。これら技術の幾 つかは、例えば、米国特許Ｎｏ．２，６９９，４０３；４，３８９，８２０；４ ，６１７，０６４；４，７０３，５９０；４，７４４，１８１；４，９６５，９ ６８；５，２０３，７９４；並びに５，３６７，８３８に開示されている。これ らは全てアイス・ブラステング装置に向けられた努力ではあるけれど、一般に使 用可能な装置は、装置の保守点検のために作業を中断並びに停止させなければな ら ないという重大な欠点がある。このことは、マシーン加工された部品の表面を処 理する連続自動生産ラインでアイス・ブラステングを使用する場合に特に問題と なっている。 一般的に、従来の装置においては、氷の粒子は、これらが部分的に溶けて互い にくっつき、大きい粒子となってしまう機械的に定められたプロセスをとる。結 果として、発生される氷の粒子の寸法と、ノズルから被処理表面に射出されると きの粒子の速度とが広範囲に渡ってバラバラとなるばかりではなく、固まった領 域を鮮明にするために、装置の動作を中断させなければならないしばしばブロッ クが生じる。更に、従来の装置では、氷の粒子は、互いに接触しながら、これら が物理的に活動しない貯蔵ホッパー内に保持る。この結果、氷の粒子は、自然と 大きな氷のブロックとなり、これらブロックにより吹き付けノズルに氷の粒子を 充分に供給することができなって氷の吹き付け動作が停止してしまう問題を生じ る。他の装置において、氷の粒子は、急激に断面積が変化する領域を備えた流路 に沿って流れる。この結果、細かい氷の粒子が、度々低圧領域内に溜まってしま う。このために、氷の吹き付け作業の予期しない中断を生じるような装置の本質 的な欠点となる。 かくして、装置内で生じる氷のブロックにより、予期しない中断のリスクを最 小にして、連続的に動作され得る氷の吹き付け装置と氷を吹き付ける方法とが要 望されている。このように作動する装置と方法とは、予期しない中断のための経 費と、装置の欠点を無くすための経費とを減じてより効率の良いアイス・ブラス テング作業を可能とし、かつ自動生産ラインにアイス・ブラステングを容易に組 み込むことを可能とする。 発明の態様 本発明は、大きさのバラツキの少ない氷の粒子を作り、これらを一定の速度で 基板上に導くことができ、かくして、汚染を除去、バリを取り、もしくは他の円 滑でクリーンな表面を生じさせるするように基板の表面を処理することの可能な 装置を提供する。本発明の装置は、従来使用され得るアイス・ブラステング装置 と比較して、氷が互いにくっつくことによる中断のリスクが非常に少ない状態で 、 連続して動作され得る。 一般に、本発明は、上に薄い氷の膜が形成される湾曲し冷凍された表面を有す る氷の粒子の製造装置を提供する。前記氷の膜は、氷の粒子へと破砕され、これ ら氷の粒子は、流動化されて処理される面上に衝突するように空気が流れる同管 内で搬送される。この導管は、好ましくは、氷の粒子がかたまるのを、かくして 、装置の故障最小もしくは防止するように、円滑な流れのための実質的に均一な 断面領域である。 本発明の一実施の形態に係われば、装置は、好ましくは、薄い氷の膜を形成す るように適用された外面を備え、回転可能に装着された円筒ドラムのような、湾 曲した表面を有する冷凍される装置を具備する。一実施の形態においては、ドラ ムは水の容器内に水平に設けられている。少なくとも０℃の表面温度に冷凍され るドラムが容器内で回転されるのに従って、薄く湾曲した氷の膜が、ドラムの円 筒外面上に形成される。ドクターナイフのような氷を破壊する工具が、氷で覆わ れるドラムの側部近くに設けられ、また、ドラムの長手方向に沿って延びている 。このナイフは、氷の膜の前端と当たるように向けられており、ドラムが回転す るのに従って、この氷の膜を破砕して氷の粒子とする。氷受けチューブが、ドク ターナイフ近くに配置され、ドクターナイフの長手方向に沿って延びており、ま た、チューブに形成された細長いスロットが形成された氷の粒子を受けることが できるように、位置されている。このチューブの一端は、冷却された空気を供給 するホースに接続されており、また、他端は、吸引をチューブの内部空間に生じ させる氷吐出ホースに接続されている。この吐出ホースは、アイス・ブラステン グのためのスプレー内で終端している。氷の粒子が氷受けチューブ中に入るのに 従って、氷の粒子は、冷却された空気の連続した流れにより、吐出ホースに、そ して、ここからアイス・ブラステングのためのスプレー中へと搬送される。氷の 粒子のための流れ導管（チューブやホース）は実質的に円滑な（即ち、妨害や表 面不均一がない）内面をと、流れのための実質的に均一な断面領域とを有し、か くして、氷の粒子が止どまったり、たまったり、妨害が生じたりする低速スポッ トを防止することができる。 他の実施の形態において、冷凍されるドラムには、水が噴霧されて、薄い氷の 膜を形成する。このドラムは、均一な厚さの氷の膜を形成するために前述したよ うに水平に配置され得るか、所定角度傾けて配置され得る。本発明のある実施の 形態では、冷凍されるドラムは、垂直に配置され、水は、ドラムに噴霧されて薄 く湾曲した氷の膜が形成される。上述したように、ドクターナイフは、ドラムの 長さ方向に延びており、氷の膜を氷の粒子へと、隣接し、同方向に延びた氷受け チューブ中に破砕する。 本発明の他の実施の形態においては、冷凍された円筒表面は、チューブの内面 である。少なくとも１つのスプレーノズルが、薄い氷の膜を形成するように、チ ューブの円筒壁に水を向けるように設けられている。前述したように、円筒壁の 長手方向に延びたドクターナイフは、氷の膜から大きさの不均一の少ない氷の粒 子を氷受けチューブのスロット中へと破砕する。このチューブは、ナイフの近く で、これと同方向に延びている。 本発明のさらなる実施の形態においては、氷の粒子を形成する装置全体が、加 圧容器内に収容されている。この容器は、約２０ないし１５０ｐｓｉの範囲内の 圧力に維持され得る。さらに、本発明のこの実施の形態においては、加圧された 空気もしくはガスが氷の粒子を流動化する装置に供給され、氷の粒子を、表面に 吹き付けるための１つもしくは複数のノズルに搬送する。 本発明の方法に係われば、氷の粒子は、水を薄く湾曲した氷の膜に冷却するこ とにより準備され得る。湾曲しているために既に応力がかかっているこの薄く湾 曲した氷の膜は、この氷の膜の厚さと曲率半径とに依存した寸法の氷の粒子に比 較的容易に破砕され得る。これら氷の粒子は、流れのための実質的に一定の断面 領域を有する表面が円滑な流れ導管中に氷の粒子を流動化して掃引する冷たく感 想した空気中に負圧により吸引される。この流れ導管の終端で、氷の粒子は、高 速でノズルを介して基板の表面に射出されて、氷の粒子と空気との流れに応じて 、バリ取り、クリーニング、もしくは他の動作を果たす。 図面の簡単な説明 本発明の前述した態様並びに得られる多くの効果は、添付の図面を参照した以 下の詳細な説明によりより理解できるのと同様に、容易に認識されるであろう。 図１は、本発明のアイス・ブラステング装置から氷の粒子を吹き付けている作 業者を示す図である。 図２は、本発明の氷の粒子製造装置を概略的に示すずである。 図３は、本発明に係わるアイス・ブラステング装置の実施の形態を示す概略的 な斜視図である。 図４Ａは、本発明の氷除去具と氷受けチューブとを詳細に示す本発明の実施の 形態の断面図である。 図４Ｂは、回転冷凍ドラムの円筒表面上に氷の膜を形成するための水スレイノ ズルを有する本発明の実施の形態の断面図である。 図４Ｃは、オプションの窓を備えた本発明の氷受けチューブの実施の形態の概 略的斜視図である。 図５は、回転冷凍ドラムが垂直方向に向けられて、このドラムの外周面上に氷 の膜を形成するように水スプレイを受ける、本発明の氷の粒子製造装置の他の実 施の形態を示す概略図である。 図６は、回転ドラムが、氷の薄い膜が上に形成され、、そして氷受けチューブ 中へと破砕される、煙突内周面を有する、本発明の氷の粒子製造装置の他の実施 の形態を示す図である。 図７は、冷凍された氷の粒子の２つの流れを供給するように、２つのセクショ ンに分けられる氷の粒子受けチューブの概略的断面図である。 図８は、圧力容器で囲まれ、圧縮空気が供給される本発明の装置の実施の形態 を概略的に示す図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 本発明は、氷の粒子を連続的に作り、これら氷の粒子を制御された高速で表面 に吐出する装置と方法とを提供する。氷の粒子は、氷の“薄い湾曲膜”を破砕す ることにより形成される。明細書並びに請求の範囲において、このことは、結果 として、膜を準備するように予め処理されるように温度勾配と、残留応力とを有 するような極率と厚さとを有する膜であることを意味している。このような円筒 膜の一例は、約１．５ｍｍの厚さと、約１００ｍｍの曲率半径とを有する膜であ る。好ましくは、膜は、約１．０ないし２．０ｍｍの厚さで、約５０ｍｍないし １５０ｍｍの曲率半径を有している。明らかに、比較的大型もしくは比較的小型 の装置もまた、使用可能であり、本発明の範囲内である。 氷の粒子は、本発明に係われば、一定の運動に保たれ（並びに流動化され）、 この結果、これら氷の粒子は、装置のいかなる部分に対しても残るようなことが なく、また、互いにくっついて、装置内に欠陥を生じさせるように大きい氷のブ ロックを形成するよう互いに静的に接触するようなことがない。さらに、氷の粒 子が、冷却空気のような冷凍ガスにより流路に沿って運ばれ、この流路は、円滑 であり、また、欠陥を生じるような氷の粒子の堆積、これに続く塊りの形成を起 こすような流路の急激な断面の変化領域をなくしている。好ましくは、流れ導管 は、約２５ないし５０ｍｍの直径を有する。互いにくっついて欠陥を生じさせる ような氷の粒子の溶融を最小にするために、氷の粒子と接触する装置の部分は、 好ましくは、円滑で低い熱導伝性を有する材料で形成されていることが好ましい 。このような材料としては、プラスチックが好ましく、特に、内コーテングとし て使用され得るテフロンのような粘着性のないプラスチックが望ましい。 本発明の装置は、氷の粒子を形成し、これらを基板の表面にノズルを介して吐 出するための装置の好ましい実施の形態を概略的に示す添付の図面を参照してよ り良く理解できるであろう。明らかに、他の実施の形態もまた本発明の範囲内で はあるが、図示の好ましい実施の形態に対する参照は本発明の態様の説明を容易 にしている。 図１は、アイス・ブラステング作業を概略的に示している。本発明に係われば 、後述するように、制御された寸法で氷の粒子を形成する新規な氷製造機（アイ ス・メーカ）は、流動化された氷の粒子を氷／空気媒体吐出ホース５２に供給す る。このホース５２には、高圧ホース５６に装着されたノズル５４が接続されて いる。この高圧ホースには、コンプレッサーもしくは圧力シリンダーからなる装 置５８から圧力空気が供給される。この高圧空気は、ホース５６を介してノズル ５４に供給され、後述するように、吐出ホース５２中へ氷の粒子を吸引するノズ ルの入口点の後ろで吸引を生じさせ、作業者の制御のもとで（もしくは自動制御 のもと で）氷の粒子がノズル５４からアイス・ブラステング処理される表面８０へと氷 の粒子が射出され得るように氷の粒子の搬送速度を加速する。後で明らかになる ように、本発明の新規なアイス・メーカは、（幾つかの実施の形態では可能であ るけれども）自身は必ずしも圧力がかけられる必要はないが、図示の実施の形態 では、空気はホース５０を介して装置内に吹き込まれる。そして、空気と氷の粒 子との混合体は、装置から吐出ホース５２を通ってノズル５４に導かれる。形成 された氷の粒子を流動化して加速させるのに充分な空気流を生じさせるためには 、チューブ３０の空気入口３０ａと空気出口３０ｂ（図２に示す）との間の圧力 降下を充分に維持することが必要である。 図２，３，４Ａ，４Ｂの好ましい実施の形態において、アイス・メーカ１０は 、水１３が部分的に満たされるハウジング１２を有する。軸シャフト１６を備え た円筒ドラム１４は、ハウジングが動作可能な量の水を収容している場合には、 ドラムの円筒外周面１５の一部が水で覆われるように、ハウジングに回転可能に 装着されている。このドラムは、一般的には、円筒ドラムの内部に形成され、冷 媒（図示せず）を中に有する複数のチャンネルにより、冷凍される。図示するよ うに、ドラム１４は、軸シャフト１６を中心として反時計方向に、この外周面上 に氷の適当な厚さの層が形成されるような速度で回転される。このために、軸シ ャフトは、電動モータ１８に結合されている。冷凍されたドラムが回転するのに 従って、この円筒外周面と接触する水は凍って氷の薄い膜２０が形成される。こ の氷の膜は、氷の粒子２０として除去するようにドラムの他の面側に回転される 。そして、氷が除去されたドラムの面は回転し続けて、再び水中に入り、氷の膜 を形成する。 薄い湾曲した氷の膜は、この形状によって生じる応力と、氷の膜の厚さ方向の 温度勾配とにさらされ、かくして、氷の膜は、氷の粒子へと破砕されるように予 め準備していることが気付くであろう。これら氷の粒子の大きさのバラツキ（分 布）は、氷の膜の厚さと、温度と、曲率半径とに依存している。そして、これら 条件は、ドラムの回転速度並びに温度と、ドラム１４の半径とに依存している。 氷の膜を破砕するための装置の部品は、図４Ａ並びに図４Ｂにより明確に示さ れている。氷除去具、即ち、ドクターナイフ２２は、この工具の先端が氷の膜２ ０の先端と約４５°で交わって延びるように支持体２４に装着されている。この ドクターナイフ２２と、支持体２４とは、図２並びに図３に示すように、円筒ド ラム１４の全長に渡って実質的に延びている。かくして、氷の膜の先端がドクタ ーナイフ２２の先端と当接するのに従って、応力を受けた氷の膜は、氷の粒子２ ０ａに破砕される。そして、氷の粒子２０ａは、図４Ａ並びに図４Ｃに示すよう に、円滑な内面を備え、流れのための好ましくは実質的に均一な内断面領域を有 するチューブ内に入る。これら拘束内で、前記チューブは、この説明を読んだ当 業者により容易になされるであろう多くの可能なデザインのうちの１つで良い。 図示の実施の形態においては、氷の粒子は、ドラム１４の全長に沿って実質的に 延びた氷受けチューブ３０のスロット２８中に入る。図４Ｃに詳細に示し、円滑 な内面を有するチューブ３０は、細長いスロットの１つの長手方向エッジ２６が 、機械的押圧により、ドクターナイフ２２の上端と接触しかつ封止されるように 、装着されている。前記スロット２８の他方の長手方向エッジ２７は、氷の膜を 上方で覆い、氷の膜０と接触する関係の位置へと下方に延びながら氷の膜の先端 に向かって後方に湾曲している。かくして、エッジ２７は、氷の膜の表面に対し て封止されている。従って、氷の粒子２０ａはスロット内に捕獲されて氷受けチ ューブ３０に入り、ここで、後述するようにすぐに流動化されて搬送される。氷 受けチューブ３０の内部の観察を可能にするために、チューブはフレーム３５内 に保持された細長いガラス窓３４がオプション的に装備されている。このオプシ ョン的なガラス窓３４は、氷受けチューブ３０の上面の実質的な長さに沿って延 びており、ここでは、チューブの対応する部分が除去されている。氷受けチュー ブは、これの上方外面に沿って延びている支持ブラケット４０に固定されている 。このブラケット４０は、ハウジング１２に装着されており、以下に説明するオ プション的な警告システムと相互に接続されている。 本発明の装置は、氷受けチューブがあふれるか破損したときに、これを検出す るための警告システムを好ましくは有している。このような状況のもとで、さら なる粒子を強制的に既にいっぱいになったチューブ内に入れるドラムの連続した 回転は、チューブ３０をドラム１４から持ち上げ、この結果、ブラケット４０を 上方に付勢する。このブラケットは、複数対の圧縮留めボルト４２により、ハウ ジング１２の上面と同一平面となるようにして、所定位置で保持されている。こ れらボルトの各々は、ブラケット４０の上面と留めボルト４２の上部近くのワッ シャーとの間に維持され、中にボルトが挿入されているコイルばね４４を有する 。かくして、ブラケットが上方に付勢されるのに従って、ばねは圧縮される。こ の圧縮は、センサー４５により検出されて自動的に警告音が発せられる。このシ ステムにより、必要な保守点検がなされるように潜在的もしくは実際の欠陥が容 易に検出できる。しかし、説明したように、このような欠陥は、形成された氷の 粒子が、流動化状態に、一定の運動で維持され、また、欠陥が通常は生じないよ うに滞在並びに接着がないので、非常にまれにしか発生しない。しかし、欠陥は 、不適当な流動化空気の供給もしくは氷の膜の適当な破砕を生じるドクターナイ フのミスアラインメントにより生じるかもしれない。 図２，図３、並びに図４に戻って参照すると、ホース５０は、氷受けチューブ ３０の空気入口端３０ａに接続されており、また、媒体（氷と空気）吐出ホース ５２はチューブの他方の端部３０ｂに接続されている。かくして、ホース５０中 に供給された冷えた圧縮空気は、チューブ３０中へと破砕された氷の粒子２０ａ を流動化し、これら粒子を媒体吐出ホース５２中へ搬送する。以下に説明するよ うに、前記氷受けチューブ３０は、これの内側と周囲との間で高い圧力差を受け ず、幾つかの実施の形態では大気圧近くにさらされる。以下に説明する他の実施 の形態では、装置全体が加圧された容器内に入れられている。より重要なことは 、チューブの空気入口と出口との間の圧力差である。 好ましくは、氷の粒子の溜まり、接着、密着が生じて、問題を起こすかも知れ ない氷流の内部での妨害が生じないようにする、チューブ３０から吐出ホース５ ２への円滑な搬送が達成される。好ましくは円滑な内ライニングを備えた吐出ホ ースは、アイス・ブラステングのノズル５４中に終端しており、これは、作業者 により手動で制御されるか、自動的に操作され得る。ノズルが閉じられる分流加 減弁（ダイバータバルブ）６２は、媒体をホース６４を介して排出する。かくし て、このアイス製造装置は、吹き付け作業を断続的に行っても、氷の粒子２０ａ の蓄積が無く連続して動作することができる。このことは、装置を再スタートさ せる必要性をなくすこの結果、再スタート時に生じる不安定な動作を避けること ができ、吹き付け動作を再び行うことを容易にしている。 上記実施の形態において、高圧空気ホース５６が、ノズル５４中に氷を吸引し 、ノズル５４を通る氷が制御された速度で流れることを促進するように、ノズル ５４の後部に結合されている。空気がノズルの先端に向かって流れるようなノズ ルの後部への接続は、ノズルの後部で吸引効果を生じさせる。この結果、氷の粒 子は、氷受けチューブ３０から吸引されてノズル５４へと推進される。かくして 、チューブ３０は、ホース５０を通って入る空気によっては加圧されず、空気は ホース５０を介する吸引により引かれる。この空気は、氷の粒子を一定の運動で 流動化状態に保っ。 図４Ｂに示す、本発明の他の実施の形態において、ドラム１４は、水の容器内 で回転しない、その代わり、このドラム１４は、ドラムの円筒表面に水を噴霧し て冷凍された表面に氷の膜を形成するように向けられた少なくとも１つのスプレ イノズルが容器内にこれに沿って設けられている。かくして、図４Ｂに示すよう に、複数の水分配器（ウオータディストリビュータ）７２が、水平に配置された ドラム１４の長さに沿って長く延びている。これら水分配器は、ノズル７０から ドラムの表面上に水を噴霧する。余った水は、容器の底に集められ、排出され得 て、再びノズル７０に供給される。明らかに、ドラム１４は、ほぼ均一な厚さの 薄い氷の膜を形成するためには、水平に維持されることが好ましいけれども、他 の向きにしても良い。 氷製造装置の他の実施の形態が図５に示されている。この実施の形態において 、ドラム１４は、垂直に向けられ、中心シャフト１６を中心として回転する。円 筒ドラムの近くに配置された少なくとも１つのスプレーノズル７０は、噴霧水を 冷却された（少なくとも１℃）ドラムの円筒外面１５上に導く。この噴霧された 水は、表面と接触して氷って、氷の膜となる。再び、氷の膜の前端がドクターナ イフの前端に当たると、湾曲した氷の膜は破砕されて氷の粒子となる。このナイ フは、支持体（図示せず）に支持され、好ましくは、ドラムの軸シャフトに平行 な円筒表面のほぼ長さだけ、これに沿って延びている。氷受けチューブ３０は、 ドクターナイフの長さだけ、これに沿って延びている。また、チューブの細長い ス ロットは、前述したように、氷の粒子と当たって、これらをチューブ３０内の空 間に導く。 前述したように、空気ホース５０が、チューブ３０の上開口端３０ａに装着さ れており、また、媒体吐出ホース５２が氷受けチューブ３０の下開口端３０ｂに 接続されている。かくして、ホース５０を介して導かれた空気は、前述したよう に、チューブ３０内の氷の粒子を流動化し、この流動化された粒子を吐出ホース ５２に、さらにここから吐出ノズル５４に搬送する。 図６に示す本発明に係るさらなる実施の形態において、氷の膜は、冷凍される 円筒ドラム１７の内円筒表面上に形成される。この実施の形態において、冷凍さ れるドラム１７は、円筒壁に囲まれた内円筒空間７５を有する。また、このドラ ムは、三角形の頂点に配設された３つの回転シャフト８０間に、これらと外周面 が摩擦接触して支持されており、ドラムは、これらシャフトが回転するのに従っ て制御された速度で回転する。好ましくは、このドラム１７の中心軸に平行な分 配器（ディストリビュータ）７６上のノズルからの水は、ドラム１７の冷たい内 円筒表面上に噴霧される。そして、この水は、内円筒空間内で氷の膜の前端と当 節するように装着され、長手方向に延びたドクターナイフにより破砕される氷の 膜に凍る。上述したように、氷の膜は、氷受けチューブ３０に形成された細長く 延びたスロットを介して氷受けチューブ内に捕獲される。このスロットは、内円 筒表面のほぼ全長に沿って延びている。チューブ３０の上端３０ａは、空気供給 ホース５０と流体的に連通しており、また、チューブの下端３０ｂは、媒体吐出 ホース５６と流体的に連通している。空気は、チューブの上開口端中に吸引され 、このチューブ内で氷の粒子を流動化し、これら流動化された氷の粒子を吐出ホ ース５２を通してアイス・ブラステング５４へと搬送する。 また、この装置は、氷の製造を続けるようにノズル５４が閉じられたときに、 ホース６４へと氷の粒子を切り換えるためのダイバートバルブ６２をオプション 的に有する。 明らかに、本発明は、単一の氷受けチューブ３０の使用のみに限定されない。 代わって、各チューブがアイス・ブラステングのための氷の粒子の連続した流れ を供給できるような一連のチューブが使用され得るか、単一のチューブが少なく とも２つ、好ましくは複数のチューブセクションに分けられ得る。各チューブセ クションは、互いに関連付けられて独立に作動され得る。かくして、例えば、基 板の前面と後面とがアイス・ブラステングされなければならないときにには、本 発明では両側からの同時のアイス・ブラステングを可能にしている。所定の実施 の形態においては、基板の前面と後面との両者を処理するために両表面を自動的 に横切るように基板の両側にノズルが配置され得る。図７に示す実施の形態にお いて、氷受けチューブ３０は、所定のダイアグラム３０ｃにより、２つのチュー ブセクション３１，３３に夫々分けられている。かくして、空気供給ホース５５ ａが一方のチューブセクション３１の入口３１ａ中に、ダイアグラム３０ｃの近 くで挿入されている。好ましくは、このホース５５ａは、チューブセクション３ １を通る空気の流れの制御を助けるように制御弁５７ａが設けられている。上述 したように、氷の粒子吐出ホース５２ｂがチューブセクション３１の開口端３１ ｂに接続され、この結果、氷の粒子は、チューブセクション３１から連続的にホ ース５２ｂ中に吸引され、ノズルから吐出される。同様に、他方のチューブセク ション３３は、これの入口３３ａに装着された空気導入ホース５５ｂを有する。 このチューブセクションの出口３３ｂは、氷の粒子の吐出ホース５２ａに接続さ れている。このホース５２ａは、流動化された氷の粒子をアイス・ブラステング のためにノズルへと吸引する。かくして、氷受けチューブ３０は、一連のノズル に氷の粒子を供給するために、一連のセクションに分けられ得ることは明らかで ある。さらに、各ノズルへの空気の供給は、独立して制御できるので、氷のチュ ーブセクションに接続されたノズルから吐出される氷の粒子の速度は夫々独立し て制御され得る。 上述したように、ノズルは、固定もしくは動く基板の表面を自動的に横切るよ うに機械的／電気的システムに接続され得る。かくして、本発明の装置並びに方 法は、表面を処理するような氷の吹き付け用のノズルの手動作業に限定されるこ とはない。代わって、装置は、生産ラインで製造される連続した一連の部品の自 動的クリーニング用として理想的に適している。例えば、本発明のアイス・ブラ ステング装置が、バリもしくは他の処理部を有する表面に使用され得る自動車産 業に一般に適している。本発明は、従来の装置並びに方法で生じた重大な問題を 解決するように、長期に渡って連続的に動作できる効果がある。 前述したように、氷の粒子の流動化は、チューブ３０の空気入口から空気出口 までの圧力降下を維持することに依存する。一般的に、流れのための所定のチュ ーブ断面領域にとって、圧力降下が大きくなればなるほど、供給される流動化が 高くなる。また、流れのための断面領域単位当たりの流動化空気の量が大きいほ ど、氷の粒子をチューブ３０から離す圧力が高くなり、かつ、（吐出ホース５２ の所定の長さに対して）吐出ノズル５４での圧力が高くなる。 図８の実施の形態に係われば、実質的に上述したように、装置は、好ましくは 圧力ゲージ７４を備えた圧力容器７２内に収容されている。しかし、この例にお いて、空気は、空気のような冷却圧縮媒体を搬送するホース７０を介してチュー ブ３０に供給される。かくして、チューブ３０が加圧されている間、装置は、圧 力容器７２内に収容されており、この結果、チューブ３０の内側と外側との間の 圧力差は、チューブが損傷しないで耐え得るようなレベルに維持される。加圧さ れた冷却空気が、チューブの入口端中に導入されるのに従って、空気は氷の粒子 を流動化し、チューブの出口端３０ｂから搬送する。この出口端は、吐出ホース ５２と、かくして、ノズル５４と流体的に連通している。 本発明のこの特別な実施の形態は、大産業の適用に特に有用である。この方法 に係われば、水は、好ましくは、円筒表面上で水を凍らせることにより、薄い湾 曲した氷の膜へと凍る。この氷の膜は、互いに対向した湾曲面部間の温度差が応 力を発生するような厚さである。この応力は、氷の粒子へと氷の膜が破砕される のを予め準備させる。この応力によりひび割れした（ｓｔｒｅｓｓ−ｃｒａｃｋ ｅｄ）氷の膜は、氷の膜の前端に沿って延びたドクターナイフのような装置で、 氷の膜の前端と衝突することにより細かく破砕される。氷の膜の前端は、より均 一なサイズの氷の膜のためには、氷の膜の長さに沿って実質的に均一な厚さを好 ましくは有する。そして、細かく破砕された氷の粒子は、チューブ中に吸引され 、ここで、氷の粒子は冷却空気もしくは他のガス内で溶けることがなく、流動化 される。この流動化された氷の粒子は、吐出ホース中へと搬送され、ここから、 氷の粒子は、アイス・ブラステングされる表面上にノズルを介して射出される。 チューブに入る氷の粒子を流動化し、搬送し、そして、加速するために、一実施 の 形態では、高圧空気がノズル中に導入され、この結果、ノズル内の入口点の後方 に低圧領域が発生する。この低圧領域は、吐出ホースと流体的に連通し、破砕さ れた氷の粒子をチューブ中に、そしてここから吐出チューブ中へと吸引する。高 圧空気の入る点の前の、ノズルの先端の近くでの高圧は、アイス・ブラステング 動作のために氷の粒子を加速する。他の実施の形態においては、圧縮された空気 ／ガスチはチューブ内で氷の粒子を流動化してノズルの先端に氷の粒子を運ぶの に使用される。 本発明の２〜３の例示的な実施の形態は、詳述されたけれども、当業者は、本 発明の新規な技術並びに効果から逸脱することがなく、例示的な実施の形態で多 くの変更が可能であることは容易にわかるであろう。従って、このような変更の 全ては、後述する請求の範囲で規定するような本発明の範囲内に含まれることを 意図とする。請求の範囲において、如何なるミーズ・プラス・ファンクション・ クローズは、記載された機能を果たすようにここで説明された構造、構造上の均 等物、並びに均等の構造をカバーするように意図されている。かくして、くぎが 木製ワークピース相互を取着するような円筒表面を使用し、一方、ねじが木製ワ ークピース相互を取着する状態で螺旋表面を使用するくぎとねじとは構造上均等 ではないかも知れないが、くぎとねじとは、均等上の構造であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 フィッシャー、ノーマン・ダブリュ アメリカ合衆国、ワシントン州 98005、 ベルブー、14000 エス・イー・サーティ ーンス・プレイス、アパートメント 702 （番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）中心軸を中心として回転可能に設けられ、円筒表面に水が接触する ときにこの円筒表面上に氷の膜を形成するように円筒表面が少なくとも０℃に冷 却可能である冷凍ドラムと、 （ｂ）この冷凍ドラムの円筒表面近くに設けられ、冷凍ドラムの円筒表面 の長さ方向に延び、水が円筒表面に接触するときに形成される薄い氷の膜から氷 の粒子に破砕するように位置されたドクターナイフと、 （ｃ）このドクターナイフと隣接し、ドクターナイフが冷凍ドラムの円筒 表面から薄い氷の膜を破砕するときにドクターナイフにより形成される氷の粒子 を受けるように位置された細長いスロットを有する氷受けチューブであって、こ のチューブは、チューブから氷の粒子を掃引するようにこのチューブに冷却空気 を供給するための供給ホースと流体的に連通される第１の端と、氷受けチューブ から氷の粒子と空気とを搬送するための吐出ホースと流体的に連通される第２の 端とを有する氷受けチューブと、 （ｄ）氷受けチューブの出口端から氷の粒子を搬送するホースの終端に設 けられ、ここを通る氷の粒子の流れを制御可能なノズルとを具備する、粒子を供 給並びに加速するための装置。 ２．前記ドラムは、容器内に水平に配置され、この容器は、水がドラムの円筒 表面と接触するときにこの表面上に薄い氷の膜を形成するのに少なくとも充分な 量の水を収容することができる、請求項１の装置。 ３．前記ドラムは、垂直に配置されている請求項１の装置。 ４．前記冷凍ドラムの円筒表面上に水を噴霧するように配置された少なくとも １つの水噴霧ノズルをさらに具備する請求項１の装置。 ５．少なくとも０℃に冷却可能な前記円筒表面は、前記ドラムの外面である請 求項４の装置。 ６．前記冷凍ドラムの円筒表面上に水を噴霧するように配置された少なくとも １つの水噴霧ノズルをさらに具備する請求項３の装置。 ７．前記氷受けチューブは、少なくとも２つのチューブセクションを有し、各 チューブセクションは、吐出ホースと空気供給ホースとに、氷の粒子が空気供給 ホースからの空気によりチューブセクション内で流動化されたときに、吐出ホー スが氷の粒子をノズルに搬送するように、接続されている、請求項１の装置。 ８．前記氷受けチューブは、少なくとも２つのチューブセクションを有し、各 チューブセクションは、吐出ホースと空気供給ホースとに、氷の粒子が空気供給 ホースからの空気によりチューブセクション内で流動化されたときに、吐出ホー スが氷の粒子をノズルに搬送するように、接続されている、請求項２の装置。 ９．前記氷受けチューブは、少なくとも２つのチューブセクションを有し、各 チューブセクションは、吐出ホースと空気供給ホースとに、氷の粒子が空気供給 ホースからの空気によりチューブセクション内で流動化されたときに、吐出ホー スが氷の粒子をノズルに搬送するように、接続されている、請求項４の装置。 １０．前記氷受けチューブは、少なくとも２つのチューブセクションを有し、 各チューブセクションは、吐出ホースと空気供給ホースとに、氷の粒子が空気供 給ホースからの空気によりチューブセクション内で流動化されたときに、吐出ホ ースが氷の粒子をノズルに搬送するように、接続されている、請求項５の装置。 １１．（ａ）円筒表面が少なくとも０℃に冷却可能である、回転可能な冷凍装 置と、 （ｂ）この冷凍装置の円筒表面近くに設けられ、前記円筒表面の長さ方 向に延び、水が冷凍装置の円筒表面上で凍るときに円筒表面上に形成される氷の 膜から氷の粒子に破砕するように向けられて配置されたドクターナイフと、 （ｃ）このドクターナイフと隣接し、ドクターナイフが氷の膜を破砕す るときに氷の粒子を受けるように位置された細長いスロットを有する氷受けチュ ーブであって、このチューブは、チューブから氷の粒子を掃引するようにこのチ ューブに冷却空気を供給するための供給ホースと流体的に連通される第１の端と 、氷受けチューブから氷の粒子と冷却空気とを搬送するための吐出ホースと流体 的に連通される第２の端とを有する氷受けチューブと、 （ｄ）吐出ホースの終端に設けられ、ここを通る氷の粒子の流れの速度 を制御可能なノズルとを具備する、氷の粒子を吐出するための装置。 １２．前記冷凍装置は、容器内に水平に配置され、この容器は、前記円筒表面 上に薄い氷の膜を形成するのに充分な量の水を収容することができる、請求項１ １の装置。 １３．前記冷凍装置、垂直に配置されている請求項１１の装置。 １４．前記冷凍装置の円筒表面上に水を噴霧するように配置された少なくとも １つの水噴霧ノズルをさらに具備する請求項１１の装置。 １５．前記円筒表面は、冷凍装置の内面である請求項４の装置。 １６．前記冷凍装置の円筒表面上に水を噴霧するように配置された少なくとも １つの水噴霧ノズルをさらに具備する請求項１３の装置。 １７．（ａ）湾曲した表面上の水を連続して冷凍して、薄い湾曲した氷の膜を 、これを破砕することにより氷の粒子を形成することができるような前記湾曲し た表面の曲率で形成する工程と、 （ｂ）氷の粒子を流動化するのに充分な空気の流れ中に直接に分離され た氷の粒子を連続して掃引することにより、前記湾曲した表面から破砕された氷 の粒子を連続して分離する工程と、 （ｃ）前記氷の粒子を流動化した状態に維持する工程と、 （ｄ）流動化された氷の粒子を、ノズルから制御された速度で連続して 基板に射出する工程と、を具備する氷の粒子の流れを連続してつくる方法。 １８．前記連続して冷凍する工程は、円筒状に湾曲された氷の膜に冷凍するこ とを含む請求項１７の方法。 １９．前記氷の粒子を分離しかつ掃引する工程は、負圧により空気の流れの中 に氷の粒子を吸引することを含む請求項１７の方法。 ２０．前記工程（ａ）並びに（ｃ）は、氷の粒子が解けてくっつくようなかな いようにしてなされる請求項１７の方法。 ２１．（ａ）湾曲した表面上の水を冷凍して、薄い湾曲した氷の膜を、これが 自己破砕するのに充分な内部応力が湾曲した氷の膜内に生じるような曲率で形成 する工程と、 （ｂ）自己破砕した氷の粒子を湾曲した表面から直接得る工程と、 （ｃ）前記氷の粒子がかたまるのを防止するように、流動化した状態に 得た氷の粒子を維持する工程と、 （ｄ）前記得られ、流動化された氷の粒子を、ノズルから制御された速 度で基板に吹き付ける工程と、を具備する氷の粒子の流れを連続してつくる方法 。 ２２．前記水の冷凍工程は、回転している円筒ドラム上で冷凍することを含む 請求項２１の方法。 ２３．前記氷の粒子を得る工程は、円筒ドラムから氷の粒子を分離するように 、ナイフのエッジを自己破砕された氷の膜の先端に当てることを含む請求項２２ の方法。 ２４．前記氷の粒子を得る工程は、前記ナイフのエッジに隣接し、氷の粒子を 受けるようにドラムの長さに沿って配置された細長いスロットを備えた氷受けチ ューブ中に氷の粒子を掃引することを含む請求項２３の方法。 ２５．前記水受けチューブには、このチューブと流体的に連通した導管中にチ ューブから集められた氷の粒子を連続的に掃引するのに充分な速度で空気が供給 され、かつ、氷の粒子を流動化状態で維持する請求項２４の方法。 ２６．（ａ）回転している円筒ドラムの表面上に薄く湾曲した氷の膜を、この 氷の膜の自己破砕を生じさせるのに充分な曲率半径を有するようにして、形成す るための工程と、 （ｂ）前記ドラムの表面に近接した氷受けチューブ中にドラムの表面か ら自己破砕された氷の粒子を、得られる氷の粒子を流動化するのに充分な量の空 気をチューブに供給刷ることにより、直接得、そして、チューブと流体的に連通 した氷吐出導管中に氷の粒子を掃引する工程と、 （ｃ）制御された状態で導管の終端から氷の粒子を基板の面に吹き付け る工程と、を具備する氷の粒子を発生させつ加速する方法。 ２７．前記形成工程は、水が部分的に満たされた容器内に水平に設けられたド ラム上に形成することを含む請求項２６の方法。 ２８．前記形成工程は、垂直に配置されたドラムの円筒湾曲表面に水を吹き付 けることにより形成することを含む請求項２６の方法。 ２９．氷受けチューブ中に得た後に、導管の終端から氷の粒子を吹き付ける前 にかたまらないように流動化状態に氷の粒子を維持することを含む請求項２６の 方法。