JP2010064194A - 穴内面照射用噴射ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの穴内面に硬質粒子を照射する際の噴射効率を向上する。
【解決手段】硬質粒子照射用の通路ＰＳ１，ＰＳ２を有する管部材１，２と、管部材１の端部の噴出口１ａから噴射された硬質粒子７を加工対象物の穴内面１０に向けて偏向する偏向部材４と、通路ＰＳ１，ＰＳ２内に延設され、先端部に偏向部材４が取り付けられる棒部材３と、通路ＰＳ１内にて棒部材３を支持する支持部材５と、管部材１の内周面に沿って旋回しつつ噴出口１ａに向けて流れるように圧縮空気に旋回流を発生させる旋回流発生機構１０とを備え、支持部材５を、旋回流が発生する管部材１の内周面から軸方向もしくは径方向に離間して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工対象物の穴内面にショットブラストやショットピーニングを照射する穴内面照射用噴射ノズルに関する。

従来より、機械部品等のワークの表面を硬化または研掃するための手段として、圧縮空気によって硬質粒子をワークに噴射衝突させるショットピーニングやショットブラストといった方法が知られている。とくに、ワークの円筒穴内面に照射する場合に、噴射ノズルの噴出口の先に偏向部材を配設し、偏向部材により硬質粒子を含む噴流を偏向させて、円筒穴面に照射するようにした照射ノズルが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の噴射ノズルでは、ノズル管路内に管軸方向に沿って支柱を延設し、この支柱の先端に偏向部材が支持される。支柱は支持部材によってノズル管路の周面から支持され、支持部材の上流側から高圧エアとともに硬質粒子が供給される。

特開２０００−３４３４２９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の照射ノズルでは、支持部材の上流側から高圧エアとともに硬質粒子が供給されるので、支持部材による流れの損失が大きく、噴射効率が悪い。

本発明は、加工対象物の穴内面に圧縮空気により硬質粒子を照射する穴内面照射用噴射ノズルであって、硬質粒子照射用の通路を有する管部材と、管部材の端部の噴出口から噴射された硬質粒子を加工対象物の穴内面に向けて偏向する偏向部材と、通路内に延設され、先端部に偏向部材が取り付けられる棒部材と、通路内にて棒部材を支持する支持部材と、管部材の内周面に沿って旋回しつつ噴出口に向けて流れるように圧縮空気に旋回流を発生させる旋回流発生機構とを備え、支持部材は、旋回流が発生する管部材の内周面から軸方向もしくは径方向に離間して設けられることを特徴とする。

本発明によれば、偏向部材取付用の棒部材を支持する支持部材を、旋回流が発生する管部材の内周面から離間して設けるようにしたので、支持部材により旋回流れが妨げられることを防止でき、噴射効率を向上できる。

−第１の実施の形態−
以下、図１、２を参照して本発明による穴内面照射用噴射ノズルの第１の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図である。この噴射ノズルは、例えば油圧ポンプのシリンダブロックに設けられたピストン挿入用の円筒穴の内面に、ショットブラストやショットピーニング加工をするために用いられる。すなわち噴射ノズルは、鉄鋼材料やガラス、セラミックなどの硬質粒子を噴射し、衝突させることにより、穴内面の表面研掃や表面硬化を行うものである。

図１（ａ）に示す噴射ノズルは、流路管１と、流路管１に直列かつ流路管１と同軸上に配設された吸入管２とを有する。吸入管２は流路管１の端部の隔壁９を貫通して支持されている。流路管１と吸入管２は、硬質粒子７の通過用の通路ＰＳ１，ＰＳ２を形成する。なお、隔壁９は後述のチャンバ１１を形成する。

流路管１の内部にはその軸線に沿って棒部材３が延設されている。棒部材３の一端部は、流路管１の端部の噴出口１ａよりも外側に突出し、その一端部に偏向部材４が取り付けられている。偏向部材４は、噴出口１ａに対向し径方向外側にかけてラッパ状（円錐状）に広がるテーパ面４ａを有し、噴出口１ａから噴射された硬質粒子７がテーパ面４ａに衝突することで、硬質粒子７の噴射方向が偏向される。

棒部材３の他端部は吸入管２内に挿入されている。図１（ａ）のｂ−ｂ線断面図である図１（ｂ）に示すように、棒部材３の周囲には例えば周方向３カ所に棒状の支持部５が設けられ、棒部材３はこれら支持部５を介して吸入管２の内周面から支持されている。図１（ａ）の支持部５の上流側（図の右側）には、硬質粒子７の供給源である粒子供給部（不図示）が設けられ、硬質粒子７は、この粒子供給部から支持部５の隙間を通過して流路管１内に供給される。

流路管１の端部において、流路管１の周囲にはチャンバ１１が設けられている。チャンバ１１には送入管１４が接続され、送入管１４を介してチャンバ１１内に圧縮空気が供給される。流路管１の端部には、吸入管２の先端部よりも上流側にて、隔壁９との間に全周にわたり環状の細隙１２が設けられ、細隙１２を介してチャンバ１１と流路管１内の通路ＰＳ２とが連通している。さらに流路管１には、細隙１２から通路下流側（図の左側）にかけて通路ＰＳ２の内径が徐々に縮小する傾斜面部１３が形成され、吸入管２の端部はこの傾斜面部１３の内側に傾斜面部１３から離間して配置されている。以上のチャンバ１１と細隙１２と傾斜面部１３は旋回流発生機構１０を構成する。

第１の実施の形態に係る噴射ノズルの動作を説明する。送入管１４を介してチャンバ１１内に送入された圧縮空気は、チャンバ１１内に蓄えられた後、細隙１２を介して全周方向から均一に通路ＳＰ２内に噴出する。通路ＳＰ２内に噴出した空気は、傾斜面部１３に沿って旋回しながら流れ、旋回流（いわゆるコアンダスパイラルフロー）が形成される。この旋回流は流路管１の内周面に沿って通路ＰＳ２内を流れ、噴出口１ａから噴出する。

このとき旋回流の中心部は負圧となるため、吸入管２内の硬質粒子７が負圧により吸引され、通路ＰＳ２内に導かれる。通路ＰＳ２内に導かれた硬質粒子７は、旋回流の流れに沿って搬送され、図２（ａ）に示すように噴出口１ａから噴出する。噴出した硬質粒子７は偏向部材４のテーパ面４ａに衝突および反射して偏向され、径方向外側の加工面６（シリンダブロックの円筒穴内面）に向けて噴射される。あるいは偏向部材４に衝突せずにそのまま加工面６に向けて噴射される。これにより加工面６の硬化または研掃が行われる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）流路管１と吸入管２を連設して硬質粒子照射用の通路ＰＳ１，ＰＳ２を形成し、その通路ＰＳ１，ＰＳ２内に棒部材３を延設するとともに、支持部５を介して棒部材３を吸入管２の内周面から支持し、棒部材３の先端に偏向部材４を取り付け、流路管１の端部に旋回流を発生させる旋回流発生機構１０を設けた。これにより支持部５が流路管１の内周面から離間して設けられるので、支持部５により旋回流れが妨げられることを防止でき、噴射効率を向上できる。また、吸入管２には圧縮空気が流れないため、支持部５に圧縮噴流が衝突することがなく、支持部５の損傷等を防止できる。

（２）流路管１の端部の噴出口１ａから旋回流に沿って硬質粒子７が噴出されるので、図２（ｂ）に示すような硬質粒子７の偏向部材４への直線的な衝突を避けることができ、偏向部材１の表面の損傷を抑えることができる。また、直線的な圧縮噴流が流れる場合に比べ、流路管１の内壁の磨耗も抑えることができる。
（３）流路管１の端部の隔壁９を貫通して吸入管２を設け、流路管１の周囲に圧縮空気用チャンバ１１を形成して、チャンバ１１と通路ＳＰ２とを流路管１の端部と隔壁９との間の環状の細隙１２を介して連通するとともに、細隙１２から通路下流側にかけて通路径が縮小するように傾斜面部１３を形成した。これにより旋回流の発生部において吸入管２から硬質粒子７を吸い込むことができ、効率的である。
（４）流路管１と吸入管２を互いに同軸上に設け、棒部材３を吸入管２の軸中心上で支持するようにしたので、棒部材３が旋回流れの妨げとなることを防止できる。

−第２の実施の形態−
図３，４を参照して本発明による穴内面照射用噴射ノズルの第２の実施の形態について説明する。
図３は、第２の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、流路管１内の通路ＰＳ２の形状である。

すなわち、図３に示すように流路管１の内周面には、傾斜面部１３よりも下流側に、通路下流側にかけて通路ＰＳ２の内径が徐々に縮小する傾斜面部１５が設けられている。このように傾斜面部１５を設けることで、通路径が絞られて旋回流が加速され、硬質粒子７が加工面６に衝突する際の衝撃力を高めることができる。その結果、加工面６の硬化および研掃の効果を高めることができる。

なお、傾斜面部１５は１カ所に限らず、複数箇所に設けてもよい。図４は、傾斜面部１５を２カ所設けた例である。このように傾斜面部１５を複数設けることで、旋回流をより加速することができ、加工面６の硬化および研掃の効果をより高めることができる。なお、傾斜面部１５の絞り量を大きくしすぎると、流路管１の内壁面の磨耗が問題となるため、絞り量が大きい場合には、傾斜面部１５を複数設けて絞り領域を複数に分けることが好ましい。

−第３の実施の形態−
図５を参照して本発明による穴内面照射用噴射ノズルの第３の実施の形態について説明する。
図５は、第３の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、流路管１内の通路ＰＳ２の形状である。

すなわち、図５に示すように流路管１の内周面には、噴出口１ａを終端とした通路下流側にかけて通路ＰＳ２の内径が徐々に拡大する傾斜面部１６が設けられている。このように傾斜面部１６を設けることで、旋回流の軸方向の速度ベクトルが小さくなり、加工面６に対してより垂直に近い角度で硬質粒子７を噴出することができる。その結果、硬質粒子７が加工面１０に衝突する際の衝撃力を高めることができ、加工面１０の硬化および研掃の効果を高めることができる。この場合、硬質粒子７は加工面６に対し垂直に近い角度で噴出するため、偏向部材４の外径は図１のものよりも大きくすることが好ましい。

なお、図６に示すように流路管１の内周面に傾斜面部１５と傾斜面部１６をそれぞれ設けるようにしてもよい。これにより旋回流が傾斜面部１５で加速され、傾斜面部１６における速度低下の影響を緩和することができる。図７に示すように傾斜面部１５を複数箇所に設けて、加速の効果を高めるようにしてもよい。

なお、上記実施の形態では、硬質粒子照射用の通路ＰＳ１，ＰＳ２を形成する管部材としての流路管１（第１の管部材）と吸入管２（第２の管部材）とを連設し、吸入管２の端部を旋回流の発生部である細隙１２よりも通路下流側に配置したが、吸入管２の端部を細隙１２よりも通路上流側に配置してもよい。細隙１２よりも通路上流側に設けた支持部５で棒部材３を支持したが、旋回流が発生する流路管１の内周面から離間して設けるのであれば、支持部を細隙１２の通路下流側に設けてもよい。例えば図８に示すように細隙１２よりも下流側の吸入管２の先端部に支持部５を設けてもよい。棒部材３を流路管１と吸入管２の軸線に沿って延設したが、軸線からずれて設けてもよい。偏向部材４や支持部材としての支持部５の形状は上述したものに限らない。支持部５により棒部材３を片持ちで支持してもよいし、両持ちで支持してもよい。

流路管１の周囲に圧縮空気用チャンバ１１を設け、このチャンバ１１と通路ＰＳ２とを環状の細隙１２で連通するとともに、細隙１２から通路下流側にかけて通路径が徐々に縮小する傾斜面部１３（通路縮径部）を設けることにより旋回流発生機構１０を構成したが、流路管１の内周面に沿って旋回しつつ噴出口１ａに向けて流れる圧縮空気の旋回流を発生させるのであれば、旋回流発生機構１０の構成はいかなるものでもよい。旋回流を加速する旋回流れ加速部としての傾斜面部１５の構成、および旋回流を加工面６に垂直に近づける旋回流れ偏向部としての傾斜面部１６の構成も上述したものに限らない。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の穴内面照射用噴射ノズルに限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図。 本実施の形態の効果を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図。 図３の変形例を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る穴内面照射用噴射ノズルの概略構成を示す断面図。 図５の変形例を示す図。 図５の別の変形例を示す図。 図１の変形例を示す図。

符号の説明

１ 流路管
２ 吸入管
３ 棒部材
４ 偏向部材
５ 支持部
１０ 旋回流発生機構
１１ チャンバ
１２ 環状細隙
１３ 傾斜面部
１５，１６ 傾斜面部

Claims (5)

1. 加工対象物の穴内面に圧縮空気により硬質粒子を照射する穴内面照射用噴射ノズルであって、
   硬質粒子照射用の通路を有する管部材と、
   前記管部材の端部の噴出口から噴射された前記硬質粒子を加工対象物の穴内面に向けて偏向する偏向部材と、
   前記通路内に延設され、先端部に前記偏向部材が取り付けられる棒部材と、
   前記通路内にて前記棒部材を支持する支持部材と、
   前記管部材の内周面に沿って旋回しつつ前記噴出口に向けて流れるように前記圧縮空気に旋回流を発生させる旋回流発生機構とを備え、
   前記支持部材は、旋回流が発生する前記管部材の内周面から軸方向もしくは径方向に離間して設けられることを特徴とする穴内面照射用噴射ノズル。
2. 請求項１に記載の穴内面照射用噴射ノズルにおいて、
   前記支持部材は、旋回流の発生部よりも通路上流側に設けられることを特徴とする穴内面照射用噴射ノズル。
3. 請求項１または２に記載の穴内面照射用噴射ノズルにおいて、
   前記管部材は、
   一端部に前記噴出口が開口された第１の管部材と、
   前記第１の管部材の他端部側に連設され、前記第１の管部材内に前記硬質粒子を導く第２の管部材とを有し、
   前記旋回流発生機構は、
   前記第１の管部材の周囲に設けられた圧縮空気用チャンバと、
   前記圧縮空気用チャンバと前記第１の管部材の内側通路とを連通する環状の細隙と、
   前記環状の細隙から通路下流側にかけて前記通路の径が徐々に縮小する通路縮径部とを有することを特徴とする穴内面照射用噴射ノズル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の穴内面照射量噴射ノズルにおいて、
   前記通路は、前記旋回流の発生部と前記噴出口との間で通路径が徐々に縮小する旋回流れ加速部を有することを特徴とする穴内面照射用噴射ノズル。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の穴内面照射量噴射ノズルにおいて、
   前記通路は、前記噴出口を終端とした通路下流側にかけて通路径が徐々に拡大する旋回流れ偏向部を有することを特徴とする穴内面照射用噴射ノズル。

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