JP2006297568A - ブラストノズル及びこれを備えたブラストガン - Google Patents

Abstract

【課題】メディアと水などの液体の双方が圧縮空気の空気流によって生ずる負圧により吸引され、良好に混合されて噴射されるブラストノズル及びブラストガンの提供を図る。
【解決手段】ブラストノズルの前後を貫通する噴射路３０を、基端側から、圧縮空気の導入口３２、第１室４０、第２室５０、噴射口６０の順で構成する。第１室４０にメディアの供給路４２を接続し、第２室５０に液体の供給路５２を接続し、第２室５０の流路面積を第１室４０の流路面積よりも大きく設定する。ブラストガンから圧縮空気が導入口３２へ導入され、噴射口６０から噴射されることにより、第１室４０内へ吸引されたメディアと第２室５０内へ吸引された液体とが混合され、噴射口から噴射される。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、ブラストノズル、特に、湿式のブラスト加工に適するブラストノズルと、これを備えたブラストガンに関するものである。

従来より、圧縮空気を利用してブラスト用メディアを噴射するようにしたブラストノズルにあって、湿式のブラストに対応したものとしては特許文献１に示すものが知られている。この特許文献１の図５には、従来例として、湿式ブラストノズルを備えた一般的なブラストガンの例が示されている。このブラストガンは、圧縮空気の供給源に接続される接続部を備え、接続部から導入された圧縮空気を筒状の噴射路から噴射するようにしたもので、噴射路の側部には、メディアの供給路が設けられ、圧縮空気源より供給された空気流により生ずる負圧を利用して、メディアタンクよりメディアを吸引する。さらに、この噴射路の先端には、ブラストノズルが接続される。ブラストノズルは、内部中央に噴射路を備え、この噴射路がブラストガンの噴射路に接続される。そして、ブラストノズルの外筒には水供給配管が接続されている。この外筒には、貫通穴が設けられており、外部管接続口より導入された水はリング状のチャンバ構造を介して貫通穴より噴射路に排出され、メディアを吸引した圧縮空気の空気流は、貫通穴を通過する際にチャンバ構造により水を吸引した後、外部に噴射されて、対象物に対してブラスト加工を施すものである。このブラストノズルにあっては、水はリング状のチャンバ構造を介して貫通穴より噴射路に排出されるが、その位置は、噴射路の先端近くであり、当該貫通穴が臨む噴射路は一定の径で前後方向に伸びているものである。

さらに、特許文献１に係る発明は、圧縮空気により搬送されたメディアを一方の端部より導入し、他方の端部より噴射する内筒と、該内筒の周囲に所定の空隙部を隔てて配設された外筒を備える湿式ブラストノズルであって、該外筒の外周面と内周面の間には、周方向に全体又は所定間隔毎に、かつ径方向に所定の厚みをもって貫通され、メディア導入側の端部は水が導入される外部管接続口と連通され、メディア噴射側の端部が外部に連通されたスリットが配設され、前記空隙部は前記一方の端部及び前記他方の端部とも外部に連通されていることを特徴とする湿式ブラストノズルを提案している。これは、水を、その水圧によって、ブラストノズルの最先端からノズルの軸方向に沿って吐出させるものであり、ノズル外でメディアと水とが混合させられる。

また、これらのブラストノズルは、メディアの供給部を備え、圧縮空気によりメディアを吸引噴射するように設計されたブラストガン（具体的には本願出願人であるオオサワ＆カンパニーの製造に係るＷ３０１−ＥＳ−２６型）に対して、水供給配管を備えたブラストノズルを装着して使用することによって、湿式ブラストが可能なようにしたものである。そのため、その設計開発にあっても、既成のブラストガンを前提にノズルを開発せざるを得ず、ガンに設けられたメディアの供給路とノズルに設けられたメディアとの関係、さらに、これらの供給路とガン及びノズルの夫々に設けられた噴射路との関係を、統一的に見直して開発することが困難であった。

特開２００１−２７７１２０号

本願発明は、良好にメディアと水などの液体の双方が圧縮空気の空気流によって生ずる負圧により吸引され、空気流中でメディアと水などの液体とが良好に混合されて噴射されることにより、粉塵の発生を防止して対象物に対して良好なブラストを行うことができるブラストノズル及びブラストガンを提供せんとするものである。

本願の請求項１に係る発明は、噴射路の基端側から導入され先端側から噴射されるようにした圧縮空気によってブラスト用のメディアを噴射するブラストノズルにおいて、この噴射路が、基端側に設けられた圧縮空気の導入口と、この導入口の先端側に設けられた第１室と、第１室の先端側に設けられた第２室と、第２室の先端に開口した噴射口とを備え、第１室にメディアの供給路が接続され、第２室に液体の供給路が接続され、第２室の流路面積が第１室の流路面積よりも大きく設定されたものであり、圧縮空気が導入口から導入され噴射口から噴射される際に第１室内へ吸引されたメディアと第２室内へ吸引された液体とが混合されて噴射口から噴射されるものであることを特徴とするブラストノズルを提供する。
本願の請求項２に係る発明は、第２室の基端と第１室の先端との間に段差が形成され、この段差が第２室の基端面を構成するものであり、この基端面に隣接して液体の供給路が第２室内に開口しており、第２室の流路面積が第１室の流路面積の１．５〜５．０倍であることを特徴とする請求項１記載のブラストノズルを提供する。
本願の請求項３に係る発明は、第１室と第２室とが連続した筒状体の内部空間であり、液体の供給路の第２室内への開口と噴射口との間の長さが、噴射口の直径よりも長いものであることを特徴とする請求項１又は２記載のブラストノズルを提供する。
本願の請求項４に係る発明は、圧縮空気の供給源に接続される接続部を備え、接続部から導入された圧縮空気を先端部から吐出するようにしたブラスト用のメディアを噴射するブラストガンにおいて、先端部に請求項１乃至３のいずれかに記載のブラストノズルが設けられたことを特徴とするブラストガンを提供する。

本願発明に係るブラトスノズルにあっては、第１室にメディアの供給路が接続され、第２室に液体の供給路が接続され、第２室の流路面積が第１室の流路面積よりも大きく設定されたものであるため、圧縮空気が導入口から導入され噴射口から噴射されることにより、第１室内で生ずる負圧によりメディアを吸引し、第２室内で生ずる負圧により液体を吸引して、両者が良好に混合されて噴射口から噴射される。
特に、請求項２に係る発明のように、第２室の基端と第１室の先端との間に段差が形成され、この段差が第２室の基端面を構成するものであり、この基端面に隣接して液体の供給路が第２室内に開口したものとすることによって、液体の良好な吸引とメディアへの混合が可能となる。その際、第２室の流路面積は、第１室の流路面積の１．５〜５．０倍とすることにより、良好な吸引と混合が実現する。
さらに本願の請求項３に係る発明のように、第１室と第２室とが連続した筒状体の内部空間であり、液体の供給路の第２室内への開口と噴射口との間の長さが、噴射口の直径よりも長いものとしたことにより、このブラストノズルをガンに取り付けるだけで、統一して設計された湿式用ブラストガンを得ることができる。
本願の請求項４に係る発明は、これら請求項１〜３の効果を発揮するブラストガンを提供したものである。

以下、図面に基づき本願発明の実施の形態を説明する。
図１は本願の実施形態に係るブラストガンの側面図であり、図２の（Ａ）は同ブラストガンに装着されるブラストノズルの側面図であり、（Ｂ）は同断面図である。

このブラストガンは、ガン本体１０とその先端に取り付けられたブラストノズル２０（以下、単にノズル２０という）とを備える。ガン本体１０は、本例においては、図１に示すように、筒状であって、作業性、操作性を重視した軽量型を採用しているが、従来から用いられているピストル型（図３参照）であっても良い。このガン本体１０は、基端側に一体に設けられたエアチューブ１２と、エアチューブ１２の基端側に設けられた、圧縮空気の供給源ａに接続される接続部１１とを備え、接続部１１から導入された圧縮空気をガン本体１０の先端部１３から吐出するようにしたもので、流路の開閉をなすエアバルブの開閉操作部１４を備える。また、本例におけるガン本体１０の先端部１３の外周には、後述するノズル２０の基端部を接続可能なねじ山が形成されており、この先端部１３には、取り付けたノズル２０の固定をなすためのロックナット１５を備える。

ノズル２０は、図２（Ｂ）に示すように、圧縮空気の噴射路３０が前後に貫通して設けられた筒状をなすもので、噴射路３０の基端部３１が、ガン本体１０の先端部１３に接続され、基端部３１に設けられた狭隘な導入口３２から、圧縮空気が先端側に送られて噴射される。
本例において、ノズル２０は、本体２０ａと、本体２０ａの内部に組み込まれたサクションノズル２０ｂとにより構成されている。サクションノズル２０ｂは圧縮空気の噴射路３０の一部と、導入口３２及びメディア吸引口４１とを備える。
なお、このサクションノズル２０ｂは、メディアｍによる磨耗により引き起こされる内部破損あるいは能力低下に備え、本体２０ａに対して交換可能とした部品である。また、メディアｍとして乾式メディアを使用するゆえ、本体２０ａとサクションノズル２０ｂとの間には水分の逆流を防止すると共に密閉を保持し、噴射状態と吸引力の安定を図るため、Ｏリング２２が取り付けられる。

噴射路３０は、基端側に設けられた上記の導入口３２と、この導入口３２の先端側に設けられた第１室４０と、第１室４０の先端側に連通するように設けられた第２室５０と、第２室５０の先端に開口した噴射口６０とを備え、これらの導入口３２、第１室４０、第２室５０及び噴射口６０は、その中心線が一直線上となるように配設されている。

第１室４０は、断面円形をなすシリンダ状空間で、導入口３２より大きな流路面積（流路方向に直交する面に沿った流路の開口面積）を備え、その基端にメディア供給口４１が開口している。このメディア供給口４１は、第１室４０の周壁において、第１室４０内に開口した口である。ここで、本体２０ａには、周壁から外部に突出するように直管状のメディア供給部４２が設けられており、このメディア供給部４２の内部に設けられた空間であるメディア供給路４２ａと、サクションノズル２０ｂのメディア吸引口４１とは連通している。そしてメディア供給部４２には、図１に示すように、メディアｍの供給源（メディアタンクなど）に接続されたホース４３が接続され、後述のように吸引されたメディアｍが第１室４０に供給される。ここには、必要に応じて流量調整弁などを介在させてもよい。
第１室４０の基端と導入口３２との間には段差４４が形成され、この段差４４が第１室の基端面４４を構成しており、基端面４４に隣接してメディア供給口４１が開口している。本例では、メディア供給口４１は、１つのみであるが、リング状のチャンバ構造を採用して、複数の供給口を周方向に形成してもよい。この第１室４０は、その基端から略一定の流路面積を保ちながら、先端に向けて伸びている。第１室４０の先端４５は第２室５０の基端に開口して連通している。

第２室５０は、断面円形をなすシリンダ状空間で、第１室４０より大きな流路面積を備え、その基端に水などの液体供給口５１が開口している。この液体供給口５１は、第２室５０の周壁において、第２室５０内に開口した口である。ここで、上記第１室４０と同じく、本体２０ａには、周壁から外部に突出するように直管状の液体供給部５２が設けられており、この液体供給部５２の内部に設けられた空間である液体供給路５２ａと、サクションノズル２０ａの液体供給口５１は連通している。そして液体供給部５２には、図１に示すように、液体ｗの供給源（液体タンクや水道など）に接続されたホース５３が接続され、液体ｗが第２室５０に供給される。ここには、必要に応じて流量調整弁などを介在させてもよい。なお本例では、上記メディア供給部４２のセンターラインとこの液体供給部５２のセンターラインとは距離２１．５mmをおいて並行に設けられている。
第２室５０の基端と第１室４０の先端４５の開口との間には段差５４が形成され、この段差５４が第２室５０の基端面５４を構成しており、基端面５４に隣接して（基端面５４の直ぐ先端側に）液体供給口５１が開口している。本例では、液体供給口５１は、１つのみであるが、リング状のチャンバ構造を採用して、複数の供給口を周方向に形成してもよい。第２室５０の先端が噴射口６０であり、系外に開口している。

この噴射口６０は、開口面積を大きくするため、本例では、基端から略一定の流路面積を保ちながら、先端に向けて伸びている第２室５０の先端区間、詳しくは、噴射口６０より４mm内側までの区間で、４．３度のテーパ面を形成することにより内径を拡大させている。このように第２室５０の先端区間にテーパ面を形成することにより、噴射範囲の拡大が可能であると共に、噴射範囲と噴射距離とを適宜選択できる。なお、本例のようにテーパ面とはせず、内径均一の筒状で実施することも可能である。

ここで、第１室４０の基端面４４と第２室５０の基端面５４とは、共に段差を形成する。これらの段差は、本例では、軸方向（流路の進行方向）と直交する面（９０度）としているが、先端側に向かうにしたがって開口面積が大きくなるテーパ面としてもよい。その際のテーパ角は、９０度（直交面）乃至４５度の範囲とすることが望ましい。

また、第２室５０の流路面積は、第１室４０の流路面積の約１．５〜５．０倍とすることが望ましい。本例では４倍とされている。
また、第２室５０の長さ（第２室５０の基端面５４から噴射口６０までの長さ）は、噴射口６０の直径よりも長いことが望ましい。
ここで、第２室５０の長さに対する噴射口６０の直径の割合については、圧縮空気の圧力により噴射ノズル内の配管抵抗が変化することから、圧縮空気の圧力が低圧であれば第２室５０を細く、つまり上記の割合を小さくし、圧縮空気の圧力が高圧であれば第２室５０を太く、つまり上記割合を大きくする。
ノズル２０を、一般的な条件である、圧縮空気の圧力０．４MPa〜０．５MPaで使用する場合は、第２室５０の長さに対する噴射口６０の直径の割合は１：０．５に設定される。ここで本例では、圧縮空気の圧力を０．３MPa〜０．４MPaの範囲内と設定しており、第２室５０の長さが１５．５mmであり、噴射口６０の直径が６．６mmであって、上記の割合で表すとほぼ１：０．４３となる。

使用に際しては、図１に示すように、ガン本体１０の先端にノズル２０を接続して、圧縮空気をガン本体１０からノズル２０内に導き、噴射口６０から噴出させる。その際に生ずる負圧によって、メディアｍは、その供給源に接続されたホース４３を介して、メディア供給部４２のメディア供給部４２ａを通り、メディア供給口４１から第１室４０内に吸引され、圧縮空気の流れに乗って第２室５０に流入する。流路面積が拡大した第２室５０においては、負圧が生じる。この負圧によって、液体ｗは、その供給源に接続されたホース５３を介して、液体供給部５２の液体供給路５２ａを通り、液体供給口５１から第２室５０内に吸引され、空気流中のメディアｍと混合されて噴射口６０から噴射される。なお、メディアｍとしては、ブラスト加工に用いられる粉状若しくは粒状の各種メディアを用いることができ、液体としては水を用いる。両供給源においては、加圧の必要はないが、水のみの場合は加圧した状態で供給することも可能である。
乾式メディアのみで噴射した場合、粉塵の拡散と跳ね返りが多く作業環境も粗悪となるが、上記のように、メディアｍと液体ｗとを混合した湿式メディアとして噴射することにより、粉塵の拡散が抑えられ作業環境が良好になる。また、使用されたメディアｍは湿式の為、飛散範囲が狭く回収も楽となる。回収したメディアｍに関しても乾燥し、再度使用できるという利点がある。

次に、本願の発明者が、本例のノズル２０についてテストを行ったので、以下に説明する。
なお、この実験に供したノズル２０の各部寸法は以下の通りである。
全長：５０mm
基端部３１の内径：１２mm、
導入口３２の内径：１．２mm、
第１室４０の内径：３mm、同長さ：２３mm、
第２室５０の内径：６mm（先端のテーパ部分を除く）、同長さ：１５．５mm（先端のテーパ部分を含む）、先端のテーパ部分：噴射口６０から４mm、角度４．３°
噴射口６０の直径：６．６mm
メディア供給路４２ａの内径：３mm
液体供給路５２ａの内径：２mm
上記各供給路間の間隔：２１．５mm

メディアｍには珪砂（７号）、液体ｗには水をそれぞれ使用した。
ノズル２０に供給する圧縮空気の圧力は、０．３MPa、０．４MPa、０．５MPaの３種とした。
図４に示すように、１．５ｍ四方の試験板Ｂを用いて実験を行なった。ノズル２０の噴射口６０と試験板との距離は１００mm、１５０mmの２種とした。試験板Ｂの表面には、図示したように、直径１００mm及び２００mmの同心円と、その外側に１．０ｍ四方の正方形の目標線Ｌ１〜Ｌ３を描いておき、メディアｍの飛散具合を目視で評価した。具体的には、メディアｍのみ噴射した場合（表１中の［１］参照）と、メディアｍと液体（水）ｗとを混合して噴射した場合（表１中の［３］参照）とを比較して評価した。
その結果、メディアｍのみを噴射した場合、試験板Ｂのほぼ全面に噴射されたメディアｍが飛び散ることが確認できた。一方、メディアｍと液体（水）ｗとを混合して噴射した場合、噴射されたメディアｍと液体ｗの混合物は、そのほとんどが直径１００mmの目標線Ｌ１の内部に納まるように噴射されており、かつ、直径２００mmの目標線Ｌ２よりも飛び散ったものはほとんどないことが確認できた。

また、表１に示すように、ノズル２０の噴射口６０と試験板との距離を１５０mmとした場合の、１分間当たりのメディアｍと液体ｗの使用量を測定した。この使用量は、メディアｍと液体ｗのそれぞれを収納したボトルの重量を試験前と試験後に計測し、３回のテストにおける平均値を算出した。また、メディアｍと液体ｗのそれぞれの使用量から、ノズル２０から噴射されるメディアｍと液体ｗの混合物の含水率も算出した。

本願の実施の形態に係るブラストガンの側面図である。 （Ａ）は同ブラストガンに装着されるブラストノズルの側面図であり、（Ｂ）は同断面図である。 本願の他の実施の形態に係るブラストガンの側面図である。 本願の実施の形態に係るブラストガンのテストの状況を示す概略説明図である。

符号の説明

１０ ガン本体
１１ 接続部
１２ エアチューブ
１３ ガン本体の先端部
１４ エアバルブの開閉操作部
１５ ロックナット
２０ ブラストノズル
２０ａ 本体
２０ｂ サクションノズル
３０ 噴射路
３１ 噴射路の基端部
３２ 導入口
４０ 第１室
４１ メディア供給口
４２ メディア供給部
４２ａ メディア供給路
４３ メディア供給用のホース
４４ 第１室の基端面
４５ 第１室の先端
５０ 第２室
５１ 液体供給口
５２ 液体供給部
５２ａ 液体供給路
５３ 液体供給用のホース
５４ 第２室の基端面
６０ 噴射口

Claims (4)

1. 噴射路の基端側から導入され先端側から噴射されるようにした圧縮空気によってブラスト用のメディアを噴射するブラストノズルにおいて、
   この噴射路が、基端側に設けられた圧縮空気の導入口と、この導入口の先端側に設けられた第１室と、第１室の先端側に設けられた第２室と、第２室の先端に開口した噴射口とを備え、
   第１室にメディアの供給路が接続され、第２室に液体の供給路が接続され、
   第２室の流路面積が第１室の流路面積よりも大きく設定されたものであり、
   圧縮空気が導入口から導入され噴射口から噴射される際に第１室内へ吸引されたメディアと第２室内へ吸引された液体とが混合されて噴射口から噴射されるものであることを特徴とするブラストノズル。
2. 第２室の基端と第１室の先端との間に段差が形成され、この段差が第２室の基端面を構成するものであり、この基端面に隣接して液体の供給路が第２室内に開口しており、
   第２室の流路面積が第１室の流路面積の１．５〜５．０倍であることを特徴とする請求項１記載のブラストノズル。
3. 第１室と第２室とが連続した筒状体の内部空間であり、液体の供給路の第２室内への開口と噴射口との間の長さが、噴射口の直径よりも長いものであることを特徴とする請求項１又は２記載のブラストノズル。
4. 圧縮空気の供給源に接続される接続部を備え、接続部から導入された圧縮空気を先端部から吐出するようにしたブラスト用のメディアを噴射するブラストガンにおいて、先端部に請求項１乃至３のいずれかに記載のブラストノズルが設けられたことを特徴とするブラストガン。

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