JP2014176908A - 湿式ブラスト用噴射ガン - Google Patents

Abstract

【課題】スラリー流入室を有するガン本体に孔が開くことを抑制できる湿式ブラスト用噴射ガンを提供する。
【解決手段】噴射ガン１０は、ガン本体１１と、エアジェット部材１２と、ノズルユニット１３を備えている。ガン本体１１にスラリー流入室２０が形成されている。エアジェット部材１２は、エア噴射孔５３と、該エア噴射孔５３に連通するエア流通部５５とを有している。ノズルユニット１３は、超硬合金からなるノズル部材１４を含んでいる。ノズル部材１４は、フランジ部７０と筒部７１とを有している。筒部７１に噴射流通部７２と、噴射流通部７２に連通するスラリー投射口８２が形成されている。フランジ部７０の第１の面７０ａに、周方向に連続する立上がり壁７６を有した凹部７５が形成されている。凹部の底面７５ａの中央にスラリーガイド穴８０が形成されている。フランジ部７０は、クランプ部材９１，９２とボルト９３，９４を有する締結機構１５によって、ガン本体１１に締結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体中に研磨材を含有させたスラリーをワーク（ターゲット）に向けて噴射する湿式ブラスト用噴射ガンに関する。

ワークの表面処理等に使用されるブラスト装置の一種に、例えば特許文献１，２に記載されているように、液体中に研磨材を含有させたスラリーをワークに向けて噴射することにより、ワークの表面処理を行なう湿式ブラスト装置が知られている。湿式ブラスト装置に使用される噴射ガンは、スラリー流入室を有したガン本体と、エアを噴射するエアジェット部材と、噴射されたエアと共にスラリーを噴出するノズル部材などを含んでいる。湿式ブラストは液体ホーニングと呼ばれることもある。

特開２００８−１３２５４２号公報 特開２０１２−２２８７４３号公報

湿式ブラスト用噴射ガンのノズル部材のように、噴出するエアと共にスラリーが高速で流れる部品は、スラリー中の研磨材によって摩耗することが知られている。ノズル部材の内部ではエアと共にスラリーが高速で移動するため、摩耗を防ぐために超硬合金が使用されることがある。これに対し砲金等の合金からなるガン本体のスラリー流入室は、ノズル部材と比べてスラリーが比較的緩慢に移動するため、特に耐摩耗対策は講じられていなかった。

しかし噴射ガンによっては、研磨材に酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミックスが使用された場合に、ガン本体の特定の箇所に比較的大きな孔が開く事例が見られた。このような孔が開く原因について本発明者達が鋭意研究したところ、ガン本体のスラリー流入室からノズル部材へスラリーが効率良く吸い込まれるようにするために、スラリー流入室の周壁にバイパス孔を形成した噴射ガンが注目された。この種の噴射ガンでは、特にスラリー流入室の底壁付近や、底壁と周壁とが交わるコーナー付近などで摩耗が進む可能性が指摘された。

従って本発明の目的は、スラリー流入室を有するガン本体に孔が開くことを抑制できる湿式ブラスト用噴射ガンを提供することにある。

１つの実施形態の湿式ブラスト用噴射ガンは、ガン本体と、エアジェット部材と、締結手段によって前記ガン本体に固定されたノズル部材などを有している。前記ガン本体は、スラリー流入室と該スラリー流入室の周壁に開口するスラリー流入孔とを有している。前記エアジェット部材は、前記ガン本体の前記スラリー流入室に前記ガン本体の外側から挿入され、エアが供給されるエア流通部と該エア流通部に供給されたエアを噴出するエア噴射孔とを有している。前記ノズル部材は、前記ガン本体よりも硬質の耐摩耗性金属（例えば超硬合金）からなるフランジ部と筒部とを含んでいる。該ノズル部材のフランジ部は、前記スラリー流入室の底壁をなす第１の面と、該第１の面に形成され前記スラリー流入室内のスラリーを流入させる例えば漏斗形状のスラリーガイド穴と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有している。前記ノズル部材の筒部は、前記フランジ部の前記第２の面に設けられている。該筒部は、前記エア噴射孔から噴射されたエアと前記スラリーガイド穴に流入したスラリーとの混合流体が流れる噴射流通部と、噴射流通部から前記エアと前記スラリーを投射するスラリー投射口とを具備している。

前記ガン本体の一例は、前記スラリー流入室の前記周壁の一部に開口する前記スラリー流入孔を有し、かつ前記周壁の前記スラリー流入孔とは異なる位置にバイパス孔が形成され、該バイパス孔にスラリー戻し流路を接続するための接続部を備えている。前記エアジェット部材の一例は、筒形のジェットボディと、該ジェットボディの先端に設けられた耐摩耗性金属（例えば超硬合金）からなるジェット先端部材とを含み、該ジェット先端部材の先端が前記スラリーガイド穴に入り込んでいる。また、前記スラリー流入室の底壁をなす前記フランジ部の前記第１の面に、周方向に連続する立上がり壁を有した凹部が形成され、かつ、該凹部の中央に漏斗形状の前記スラリーガイド穴が形成されていてもよい。さらに前記スラリー流入室の前記周壁の内側に耐摩耗性カラーが配置されていてもよい。

本発明の湿式ブラスト用噴射ガンによれば、スラリー流入室を有するガン本体がスラリーによって摩耗したり孔が開くことを抑制することができ、長寿命な噴射ガンを提供することができる。

１つの実施形態に係る湿式ブラスト用噴射ガンの斜視図。 図１に示された噴射ガンの正面図。 図１に示された噴射ガンの背面図。 図３中のＦ４−Ｆ４線に沿う噴射ガンの断面図。 図１に示された噴射ガンの平面図。 耐摩耗性カラーの斜視図。 ノズル部材の斜視図。

以下に本発明の１つの実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
図１は、湿式ブラスト用噴射ガン１０（これ以降、単に噴射ガン１０と称する）の斜視図である。噴射ガン１０は、中空のガン本体１１と、エアジェット部材１２と、ノズルユニット１３などを備えている。ノズルユニット１３は、後に詳しく説明するノズル部材１４と、ノズル部材１４をガン本体１１に固定するための締結手段として機能する締結機構１５を含んでいる。

図２は噴射ガン１０の正面図、図３は噴射ガン１０の背面図である。図４は噴射ガン１０の断面図、図５は噴射ガン１０の平面図である。エアジェット部材１２は、ガン本体１１の一方側（図１〜図４において上側）からガン本体１１に挿入されている。ノズル部材１４は、ガン本体１１の他方側（図１〜図４において下側）に設けられている。

ガン本体１１は、例えば砲金（青銅の一種で、錫を１０％前後、亜鉛を１〜９％程度含む銅合金）からなる鋳造品である。砲金は材料の入手が容易であり、しかも成形性や加工性が良好で、水に対して耐食性もあるなど、ガン本体１１の材料に適している。なお、ガン本体１１の材料は砲金以外の材料、例えば黄銅や鋳鉄、ステンレス鋼などであってもよい。

ガン本体１１の内部にスラリー流入室２０が形成されている。図４に示されるようにスラリー流入室２０は、おおむね円筒状の周壁２０ａと、図４において上側に位置する上壁２０ｂとを有している。スラリー流入室２０の底壁は、後述するノズル部材１４のフランジ部７０の第１の面７０ａに形成された凹部７５の底面７５ａによって構成されている。

スラリー流入室２０の周壁２０ａにスラリー流入孔２１が形成されている。スラリー流入孔２１は、ガン本体１１と一体に形成されたスラリー供給口２２のスラリー流路２３に連通している。スラリー供給口２２の軸線Ｘ２（図４に示す）は、ガン本体１１の軸線Ｘ１に対し角度θをなして傾いている。スラリー供給口２２は、スラリー流入室２０に連通するスラリー流路２３と、スラリー流路２３の入口側に形成されたスラリー用接続口２４を含んでいる。

図１に示すように、スラリー用接続口２４にスラリー供給管３０が接続される。スラリー供給管３０は、スラリー供給機構３１に接続されている。スラリー供給機構３１の一例は、開閉弁３２と、ポンプ３３と、スラリー３４を収容するタンク３５を備えている。スラリー３４は、液体（例えば水）に研磨材を混ぜたものである。研磨材の一例は、平均粒径が数十μｍから数百μｍのアルミナ等のセラミックスからなる研磨材であるが、金属、ガラスあるいは樹脂製研磨材が使用されてもよい。図１中の矢印Ｑは、スラリー供給管３０内をスラリーが流れる方向を示している。

スラリー流入室２０を構成する周壁２０ａに、バイパス孔４０が形成されている。図４に示されたバイパス孔４０の一例は、後述するジェット先端部材５２を間に挟んでスラリー流入孔２１と対向する位置に形成されている。このバイパス孔４０には、スラリー戻し流路４１（図１に示す配管）の一端４１ａが接続される雌ねじ等の接続部４０ａが形成されている。スラリー戻し流路４１の他端４１ｂは、タンク３５に臨んで開口している。

なお、バイパス孔４０の数やバイパス孔４０の位置は実施形態に限ることはない。要するにスラリー戻し流路４１のレイアウト等に応じて、周壁２０ａの少なくとも１箇所でバイパス孔４０とは異なる位置に形成されていればよい。例えば２つ以上のバイパス孔４０を周壁２０ａの周方向に間隔を存して形成してもよい。複数のバイパス孔４０が形成されている場合、スラリー戻し流路４１のレイアウト等に適したバイパス孔４０を使用し、それ以外のバイパス孔４０を栓によって塞いでもよい。

スラリー流入室２０の周壁２０ａの内側に、耐摩耗性カラー４２（図４と図６に示す）が配置されている。耐摩耗性カラー４２の一例は、ステンレス鋼製の円筒形カラー本体４３の内面に、例えばダイヤモンドコート等の硬質層４４をコーティングしたものである。この耐摩耗性カラー４２には、スラリー流入孔２１と対応した位置に第１の開口４５が形成され、かつ、バイパス孔４０と対応した位置に第２の開口４６が形成されている。

ガン本体１１の外面に、ねじ孔４８を備えた取付部４９が形成されている。例えばこの取付部４９を利用して、噴射ガン１０を保持機構のアーム等に保持することができるようになっている。なお、取付部４９以外の箇所に形成した被保持部を、保持機構やロボットアームによって保持するようにしてもよい。

図４に示されるように、ガン本体１１の第１の端面１１ａ付近に、軸線Ｘ１に沿う孔５０が形成されている。この孔５０に、ガン本体１１の外側からエアジェット部材１２がスラリー流入室２０に向かって挿入されている。そしてエアジェット部材１２の先端から所定長さ分がスラリー流入室２０内に位置している。このエアジェット部材１２は、筒形のジェットボディ５１と、ジェットボディ５１の先端に設けられた耐摩耗性金属からなるジェット先端部材５２とを有している。ジェット先端部材５２は先端側が細くなる円錐台のような形状をなしている。

ジェット先端部材５２は、ジェットボディ５１よりも硬質な金属、例えば超硬合金（タングステン炭化物を含む焼結合金）からなり、先端にエア噴射孔５３が開口している。ジェット先端部材５２の一例は、ジェットボディ５１の先端に嵌合させた状態において、接着およびピン等の固定手段によってジェットボディ５１に固定されている。

ジェットボディ５１の内部に、軸線Ｘ１に沿うエア流通部５５が形成されている。エア流通部５５の一端側（図４において上側）にエア用接続口５４が形成されている。エア流通部５５の他端側（図４において下側）はエア噴射孔５３に連通している。エアジェット部材１２は、ジェットボディ５１の長さ方向の途中に形成された大径部５１ａがガン本体１１の第１の端面１１ａに突き当たる深さまで孔５０に挿入されている。そして、ボルト等の固定用部材５６（図５に示す）によって、ガン本体１１の所定位置に固定される。固定用部材５６は一対設けられており、エアジェット部材１２をジェットボディ５１の両側から挟持するようになっている。

エアジェット部材１２のエア用接続口５４に、エア供給管６０（図１に示す）が接続される。エア供給管６０は、開閉弁６１を含むエア供給系６２を介して、圧縮エアの供給源６３に接続されている。この実施形態で言うエアは空気であるが、空気の主成分である窒素が使用されてもよいし、あるいは化学的に不活性なガスであってもよい。図１中の矢印Ｇは、エア供給系６２においてエアが流れる方向を示している。

ガン本体１１の第２の端面１１ｂにノズル部材１４が取付けられている。ノズル部材１４は、ガン本体１１よりも硬質な耐摩耗性金属、例えばジェット先端部材５２と同様の超硬合金からなる。図７はノズル部材１４を単品で示した斜視図である。ノズル部材１４はフランジ部７０と筒部７１とを有している。言い換えると、フランジ部７０と筒部７１とは、耐摩耗性金属（焼結金属等の超硬合金）によって互いに一体に成形されている。

フランジ部７０は、スラリー流入室２０の底壁をなす第１の面（第１の端面）７０ａと、第１の面７０ａとは反対側の第２の面（第２の端面）７０ｂとを有している。筒部７１はフランジ部７０の第２の面７０ｂにフランジ部７０と一体に形成されている。フランジ部７０は、筒部７１の径方向に全周にわたって突出している。筒部７１の内側に噴射流通部７２が形成されている。エア噴射孔５３から噴射されたエアとスラリー流入室２０から流入したスラリーとの混合流体が、噴射流通部７２を流れるようになっている。

フランジ部７０の第１の面７０ａに、浅い凹部７５が形成されている。凹部７５の底面７５ａは実質的にスラリー流入室２０の底壁をなしている。そしてこの凹部７５の周りに、軸線Ｘ１と同心状で周方向に連続する立上がり壁７６が形成されている。立上がり壁７６は、凹部７５の全周にわたって円環状に連続している。

図４に示されるように、立上がり壁７６は、凹部７５の底面７５ａからスラリー流入室２０の周壁２０ａに向かって内径が徐々に大きくなるように滑らかな曲面を描いて立上がる形状をなしている。この凹部７５の底面７５ａの中央に、漏斗形状のスラリーガイド穴８０が形成されている。スラリーガイド穴８０は、エア噴射孔５３および噴射流通部７２と同様に、ガン本体１１の軸線Ｘ１上（エアジェット部材１２の軸線上）に形成されている。

スラリーガイド穴８０は、前記スラリー流入室２０に連通している。このスラリーガイド穴８０は、スラリー流入室２０から筒部７１の噴射流通部７２に向かって内径が小さくなる漏斗形状（軸線Ｘ１を中心とする傾斜面の回転体形状）をなしている。スラリーガイド穴８０の内側に、ジェット先端部材５２の先端が入り込んでいる。しかもジェット先端部材５２の先端と、噴射流通部７２の入口側開口７２ａとの間にスラリーが流入可能な広さの隙間が形成されるように、ジェット先端部材５２の先端が入口側開口７２ａから少し離れた位置で対向している。

ノズル部材１４の筒部７１に形成された噴射流通部７２の一端（図４において上側）がスラリーガイド穴８０に連通している。噴射流通部７２は前記軸線Ｘ１の方向に延びている。噴射流通部７２の他端（図４において下側）はスラリー投射口８２として筒部７１の先端面に開口している。噴射流通部７２を流れるエアとスラリーとの混合流体をブラスト対象のワーク（ターゲット）に向けて投射することができる。

ノズル部材１４は、締結手段として機能する締結機構１５によって、ガン本体１１に締結されている。締結機構１５は、ガン本体１１の第１の端面１１ａに配置された第１のクランプ部材９１と、フランジ部７０の第２の面７０ｂに配置された第２のクランプ部材９２と、締結用ボルトとして機能する一対の短ボルト９３と、同じく締結用ボルトとして機能する一対の長ボルト９４などを含んでいる。第１のクランプ部材９１は、ボルト等の固定用部材９５によって、ガン本体１１の第１の端面１１ａに固定されている。

一対の短ボルト９３によって、フランジ部７０と第２のクランプ部材９２とがガン本体１１に固定されている。すなわちガン本体１１の第２の端面１１ｂと第２のクランプ部材９２との間にフランジ部７０が挟まれている。そして短ボルト９３が、第２のクランプ部材９２のボルト挿入孔９６（図２に示す）とフランジ部７０のボルト挿入孔９７（図２と図７に示す）に挿入されるとともに、短ボルト９３の先端がガン本体１１のねじ孔９８にねじ込まれている。

一対の長ボルト９４は、第１のクランプ部材９１と第２のクランプ部材９２とを結合している。すなわちクランプ部材９１，９２間にガン本体１１とフランジ部７０が挟まれた状態において、長ボルト９４によってクランプ部材９１，９２が互いに結合されている。これら長ボルト９４は、第２のクランプ部材９２に形成されたボルト挿入孔１００（図３に示す）に挿入され、かつ、ねじ部９４ａを第１のクランプ部材９１のねじ孔１０１にねじ込むことにより、クランプ部材９１，９２を互いに結合している。ガン本体１１の第２の端面１１ｂとフランジ部７０の第１の面７０ａとの間にはシール部材１１０（図４に示す）が設けられている。

次に前記構成の噴射ガン１０の作用について説明する。
タンク３５（図１に示す）に収容されたスラリー３４がスラリー供給機構３１によってスラリー供給管３０に圧送される。このスラリーはガン本体１１のスラリー流路２３とスラリー流入孔２１を経てスラリー流入室２０に流入する。またエア供給系６２から圧送されるエアがエアジェット部材１２のエア流通部５５に供給される。エア流通部５５に供給されたエアは、エアジェット部材１２のエア噴射孔５３からノズル部材１４の噴射流通部７２に向けて、図４に矢印Ａで示すように噴出する。

このようにエアがエア噴射孔５３から噴射流通部７２に向かって噴射されると、スラリー流入室２０内のスラリーが矢印Ｂで示すようにエアの流れに乗ってスラリーガイド穴８０からに噴射流通部７２内に入る。そしてこのエアとスラリーとの混合流体が、噴射流通部７２を経てスラリー投射口８２からワーク（ターゲット）に向けて矢印Ｃで示すように噴出することにより、湿式ブラストがなされる。

本実施形態の噴射ガン１０は、ガン本体１１のスラリー流入室２０の周壁２０ａにバイパス孔４０が形成されているため、スラリー流入孔２１からスラリー流入室２０に流入したスラリーの一部がバイパス孔４０に向かう。このためスラリー流入室２０内のスラリーがスラリー流入室２０内にとどまることなく流動し、スラリー流入室２０内のスラリーがエア噴射孔５３から噴射流通部７２に向かって噴出するエアの流れに乗ってスラリーガイド穴８０に効率良く流入し、エアとスラリーの混合流体がスラリーガイド穴８０から噴射流通部７２に向かう。このため、スラリー投射口８２からワークに向かって所望量のスラリーを投射することができる。スラリー流入室２０内のスラリーの一部はバイパス孔４０を通り、図４に矢印Ｒで示すようにスラリー戻し流路４１（図１に示す）に流入し、タンク３５に回収される。

ここでもしバイパス孔４０が無いとしたら、エア噴射孔５３からスラリーガイド穴８０に向かって勢い良く流れるエアが、あたかもスラリーガイド穴８０をブロックするようになるため、スラリー流入室２０内のスラリーがスラリーガイド穴８０に十分流入することができないという現象が生じる。しかし本実施形態ではスラリー流入室２０の周壁２０ａにバイパス孔４０が形成されており、スラリー流入孔２１からスラリー流入室２０に流入したスラリーの一部がスラリーガイド穴８０付近にて活発に流動し、スラリーガイド穴８０に流入することが助長される
フランジ部７０を有しない円筒形のノズル部材を用いた従来の噴射ガンの場合、スラリー流入室の周壁に前記バイパス孔が形成されていると、スラリー流入室内のスラリーがスラリーガイド穴に効率良く流入する反面、スラリー流入室の底壁付近や、周壁の一部、あるいは底壁と周壁とが交わるコーナー部付近などが摩耗する。

しかるに本実施形態の噴射ガン１０は、スラリー流入室２０の底壁が超硬合金からなるノズル部材１４のフランジ部７０の第１の面７０ａ（凹部７５の底面７５ａ）によって構成されているため、スラリー流入室２０に流入したスラリーが凹部７５の底面７５ａや立上がり壁７６に沿って流れても、スラリー中の研磨材によってガン本体１１が摩耗することを抑制できる。しかもスラリー流入室２０の周壁２０ａに耐摩耗性カラー４２が配置されているため、周壁２０ａの摩耗も抑制できる。このためガン本体１１に孔が開くことが抑制され、噴射ガン１０の寿命を大幅に延ばすことができた。

なお本発明を実施するに当たって、噴射ガンを構成するガン本体やエアジェット部材およびノズル部材をはじめとする各部の具体的な形状や配置等を適宜に変更して実施できることは言うまでもない。また、スラリーを構成する液は水以外であってもよいし、研磨材はセラミックス以外、例えば樹脂とかガラスビーズなどが適用されてもよい。また前記噴射ガンはワークの上方からスラリーを投射する以外に、ワークの下方あるいは水平方向、斜め方向などからスラリーを投射するように配置されてもよいなど、噴射ガンの姿勢は任意である。

１０…噴射ガン、１１…ガン本体、１２…エアジェット部材、１３…ノズルユニット、１４…ノズル部材、１５…締結機構（締結手段）、２０…スラリー流入室、２０ａ…周壁、２１…スラリー流入孔、２２…スラリー供給口、３１…スラリー供給機構、４０…バイパス孔、４０ａ…接続部、４１…スラリー戻し流路、４２…耐摩耗性カラー、５１…ジェットボディ、５２…ジェット先端部材、５３…エア噴射孔、５５…エア流通部、６０…エア供給系、７０…フランジ部、７０ａ…第１の面、７９ｂ…第２の面、７１…筒部、７２…噴射流通部、７５…凹部、７５ａ…底面、７６…立上がり壁、８０…スラリーガイド穴、８２…スラリー投射口、９１…第１のクランプ部材、９２…第２のクランプ部材。

Claims (5)

1. スラリー流入室と該スラリー流入室の周壁に開口するスラリー流入孔とを有したガン本体と、
   前記ガン本体の前記スラリー流入室に前記ガン本体の外側から挿入され、エアが供給されるエア流通部と該エア流通部に供給されたエアを噴出するエア噴射孔とを有したエアジェット部材と、
   前記ガン本体に締結手段によって固定されたノズル部材とを有し、
   該ノズル部材は、前記ガン本体よりも硬質の耐摩耗性金属からなるフランジ部および筒部を含み、
   前記フランジ部が、前記スラリー流入室の底壁をなす第１の面と、該第１の面に形成され前記スラリー流入室内のスラリーを流入させるスラリーガイド穴と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、
   前記筒部が前記フランジ部の前記第２の面に設けられ、該筒部は、前記エア噴射孔から噴射されたエアと前記スラリーガイド穴に流入したスラリーとの混合流体が流れる噴射流通部と、噴射流通部から前記エアと前記スラリーを投射するスラリー投射口とを具備したことを特徴とする湿式ブラスト用噴射ガン。
2. 前記ガン本体は、前記スラリー流入室の前記周壁の一部に開口する前記スラリー流入孔を有し、かつ前記周壁の前記スラリー流入孔とは異なる位置にバイパス孔が形成され、該バイパス孔にスラリー戻し流路を接続するための接続部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿式ブラスト用噴射ガン。
3. 前記エアジェット部材が、筒形のジェットボディと、該ジェットボディの先端に設けられた耐摩耗性金属からなるジェット先端部材とを含み、該ジェット先端部材の先端が前記スラリーガイド穴に入り込んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の湿式ブラスト用噴射ガン。
4. 前記スラリー流入室の底壁をなす前記フランジ部の前記第１の面に、周方向に連続する立上がり壁を有した凹部が形成され、かつ、該凹部の中央に漏斗形状の前記スラリーガイド穴が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の湿式ブラスト用噴射ガン。
5. 前記スラリー流入室の前記周壁の内側に、耐摩耗性カラーが配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の湿式ブラスト用噴射ガン。

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