JP2019536647A - 表面を処理するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための装置（１）であって、少なくとも、推進剤ガス流のための入口（３）を備える混合チャンバ（２）であって、推進剤ガス流を複数の粒子と混合するように設計されている混合チャンバ（２）と、ノズル（４）であって、混合チャンバ（２）に隣接しており、且つ流れに関して混合チャンバ（２）に接続されており、及び推進剤ガス流のための出口（７）を有し、ノズル（４）のノズル断面積は、混合チャンバ（２）から進むにつれて、まずサイズが最小ノズル断面積に減少し、且つその後、サイズが再び増加する、ノズル（４）とを含み、入口（３）は、入口断面積を有し、及び最小ノズル断面積と入口断面積との間の面積の商は、１０〜３００の範囲内にある、装置（１）。表面を処理するための示される装置及び示される方法により、表面の特に均一であり、再現可能であり、効果的であり、且つ時間を節約する処理が達成され得る。これは、特にささくれ又はバリの洗浄及び除去に当てはまる。この装置及び方法は、特にワイヤ又はプラスチック製品の製造に使用され得る。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための装置及び方法に関する。

多くの状況において、表面は、機械的洗浄を受ける必要がある。例えば、ワイヤの製造では、例えば製品の品質を確保するために最終製品を洗浄することが必要であり得る。これを行うための既知の解決策では、多様な化学的及び／又は機械的洗浄方法が使用される。例えば、研削、ブラシ研磨、超音波暴露又は過熱蒸気処理が考慮される。特に、二酸化炭素粒子の噴流で表面を処理することも知られている。これらの方法は、プラスチック製品の製造でも、製造されたプラスチック製品の表面からささくれを除去するために使用される。

言及したいくつかの方法の組み合わせは、記載される用途の場合にそれぞれ望ましい結果を達成するために使用されることが多い。しかしながら、それにもかかわらず、結果は、多くの場合に不適切であり、再現可能でなく、方法が難し過ぎ、結果的に製品品質及びまた製造速度に関する制約要因となる。

二酸化炭素粒子が使用される既知の方法では、特に粒子サイズが一定でなく、制御不能であり、粒子の均一な噴流を達成することができなくなる場合がある。特に、粒子の噴流の脈動がある場合がある。特に、再現可能な結果を伴う均一な洗浄又はささくれ若しくはバリの除去は、容易に可能ではない。多くの場合、被処理表面の少なくとも個々の領域に対して方法を数回繰り返さなければならない。二酸化炭素粒子の運動エネルギーが十分でない状況も知られている。その場合、より大きい粒子サイズが望ましい。従来技術においてこれを実現しようとしているものの、特に大きい粒子を伴う既知の解決策は、粒子サイズが大きく異なり得るという欠点を有する。更に、特に大きい粒子を伴う既知の解決策は、特に自動化構成の場合に往々にして故障しやすい。

これに基づき、ここで、本発明の目的は、先行技術との関連で記載した技術的な課題を少なくとも部分的に克服することである。特に、表面の特に均一であり、特に効果的であり、且つ特に時間を節約する処理が可能である、表面の処理のための装置を提示することが意図されている。対応する方法を提示することも意図されている。

これらの目的は、独立請求項の特徴に記載の表面を処理するための装置及び方法によって達成される。装置及び方法の更に有利な改良形態は、それぞれ従属的に作成された請求項に提供される。請求項で個々に説明する特徴は、任意の所望の技術的に意味のある手法で互いに組み合わされ得、本明細書からの説明的に重要な事項によって補足され得、本発明の構成の更なる変更形態を示す。

本発明によれば、複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための装置が提示される。この装置は、少なくとも、
− 推進剤ガス流のための入口を備える混合チャンバであって、推進剤ガス流を複数の粒子と混合するように設計されている混合チャンバと、
− ノズルであって、混合チャンバに隣接しており、且つ流れに関して混合チャンバに接続されており、及び推進剤ガス流のための出口を有し、ノズルのノズル断面積は、混合チャンバから進むにつれて、まずサイズが最小ノズル断面積に減少し、且つその後、サイズが再び増加する、ノズルと
を含み、入口は、入口断面積を有し、及び最小ノズル断面積と入口断面積との間の面積の商は、１０〜３００の範囲内にある。

記載される装置は、例えば、特にワイヤ及びプラスチック製品の製造に使用されるが、他の用途、特に原則的に二酸化炭素噴流の場合にも使用され得る。記載される装置により、例えば製造後のワイヤ又は製造後のプラスチック製品の表面の洗浄が行われ得る。ささくれ又はバリも製造後のワイヤ又はプラスチック製品の表面から除去され得る。ささくれ又はバリの除去は、余分な材料が表面から除去されることを意味する。余分な材料は、注型用金型の部品が接合される場所及び／又は注型用金型に注型材料の入口が設けられる場所において、特にささくれ又はバリとして形成される場合がある。

粒子は、室温で液体又は気体の物質から形成されることが好ましい。特に、物質が室温で気体であるとき、表面の処理は、表面上に残る物質の残留物がない状態で行うことができる。物質は、好ましくは、二酸化炭素である。粒子は、特に雪、例えば二酸化炭素の雪などの形態をとり得る。

装置並びに特に物質及び／又は粒子と接触することができる装置の構成部分は、接触が起こるときに予想される低温に耐えることができる材料で形成されることが好ましい。固体二酸化炭素の場合、温度は、例えば、約−８０℃であり得る。鋼、特に好ましくは高級鋼が装置の材料として好ましい。

複数の粒子を含む噴流を発生させるために、まず推進剤ガス流が供給される。これは、例えば、圧縮器によって実施され得る。推進剤ガス流は、好ましくは、圧縮空気の流れである。しかしながら、例えば窒素又は二酸化炭素などの空気以外のガスも使用され得る。

推進剤ガス流は、入口を通じて混合チャンバに導入され得る。混合チャンバは、記載される開口部以外には密閉された空間である。これらの開口部は、特に入口及び混合チャンバのノズルへの移行部である。入口は、混合チャンバの、ノズルとは反対側にあることが好ましい。特に、混合チャンバは、細長い形態で構成されており、すなわち入口からノズルまでの混合チャンバの長さは、任意の他の方向の長さよりも大きいことが好ましい。

混合チャンバ内において、推進剤ガス流を粒子と混合することができる。粒子は、混合チャンバ内でも形成され、その結果又はその後、推進剤ガス流と混合され得る。粒子は、混合チャンバ内において、例えば低温によって及び／又は例えば二酸化炭素などの液体物質の圧力の急激な変化（膨張）によって形成され得、推進剤ガス流との相互作用における凝集の状態の変化により、非層流、特に乱流が生成される。推進剤ガス流を粒子と混合するための混合チャンバの適合性とは、混合チャンバがこのように構成され、推進剤ガス流が混合チャンバを通過した後に複数の粒子を含むような補助手段が設けられ、且つ／又はこのような補助手段に接続されるという意味であると理解すべきである。補助手段は、特に粒子及び／又は粒子が形成される物質を供給する機能を果たし得る。推進剤ガス流が混合チャンバを出るとき、粒子と推進剤ガス流との混合物は、依然として均一である必要はない。

混合チャンバを通過した後、粒子を含んだ推進剤ガス流がノズルに入る。ノズルは、ノズルによって発生する流れが粒子と推進剤ガス流との混合を更に増大又は向上するように構成されていることが好ましい。特に、ノズルは、ノズルを通過した後、粒子と推進剤ガス流との混合物が均一であるように構成されていることが好ましい。そのような完全な混合は、記載されるノズルの形態により、すなわちノズルの断面積の絞り部及び後続の拡大部により達成され得る。

驚くべきことに、入口断面積と最小ノズル断面積との間の比率、特に面積の商は、粒子と推進剤ガス流との完全な混合に特に大きい影響を及ぼすことが試行によって見出された。面積の商の影響は、特に個々の習慣的に変化するパラメータの影響を大幅に超えることが見出された。

面積の商は、最小ノズル断面積を入口断面積で除したものと定義される。したがって、最小ノズル断面積は、入口断面積よりも１０〜３００倍大きい。入口断面積は、推進剤ガス流が混合チャンバに入ることができる面積の面積含有量（ａｒｅａ ｃｏｎｔｅｎｔ）と定義される。ノズル断面は、推進剤ガスが流れることができるノズルの面積の面積含有量である。この場合、面積は、ノズルの軸に垂直である。最小ノズル断面積は、ノズル断面積の最小値に対応する。

また、入口直径を混合チャンバの容積で除した商は、１／５０〜１／３００の範囲内にあり、特に１／１００であることが好ましい。

驚くべきことに生じる記載の利点は、試行において、特に面積の商が２５〜２２５の範囲内、特に２５〜１００の範囲内にある装置の好適な実施形態において見出された。

装置の更に好適な実施形態では、混合チャンバは、入口断面積と少なくとも同じ大きさであり、且つノズルの各位置におけるノズル断面積と少なくとも同じ大きさである混合チャンバ断面積を有する。

混合チャンバ断面積は、推進剤ガス流が流れることができる混合チャンバの面積であり、ノズル断面積に平行である、したがってノズルの軸に垂直な混合チャンバの断面であると考えられる。

この実施形態では、混合チャンバは、ノズルを通る推進剤ガス流の流れに対して混合チャンバが及ぼす影響がごくわずかであるようなサイズのものであるように構成されている。したがって、更に上で記載した面積の商の影響に関する驚くべき効果は、混合チャンバ断面積の考えられる付加的な影響によって減少しない。

装置の更に好適な実施形態では、入口断面積は、円形に構成されている。更に、ノズル断面積は、円形に構成されており、最小ノズル断面積の最小ノズル直径と入口断面積の入口直径との間の直径の商は、４〜１７の範囲内にある。

最小ノズル直径は、ノズルの最狭箇所、すなわちノズル断面積が最小である箇所におけるノズル断面積の直径と定義される。入口直径は、入口断面積の直径と定義される。直径の商は、最小ノズル直径を入口直径で除したものと定義される。この実施形態では、最小ノズル直径は、入口直径よりも４〜１７倍大きい。好ましくは、直径の商は、５〜１５の範囲内にある。

入口及びノズルの円形構成は、円形噴流を発生させることを可能にする。ほとんどの用途にとってそのような噴流が好ましい。円形噴流では、粒子と推進剤ガス流との特に均一で完全な混合も達成することができる。

円形噴流は、特に、少なくとも混合チャンバ及びノズルが装置の軸を中心に回転対称に構成されている装置の更に好適な実施形態において達成することができる。

装置の更に好適な実施形態では、ノズルは、ラバールノズルとして構成されている。

ラバールノズルは、推進剤ガス流を粒子と均一に混合するのに特に適している。

装置の更に好適な実施形態では、粒子は、少なくとも部分的に固体二酸化炭素で形成され得る。

装置の動作中、粒子は、好ましくは、液体二酸化炭素から形成され、液体二酸化炭素は、少なくとも部分的に圧力、体積及び／又は温度の変化によって固体に変換される。これは、特に急激な膨張及び／又は噴霧によって実施され得る。二酸化炭素は、被処理表面に衝突した直後にいかなる残留物も残すことなく気体状態に移行するという利点を有する。装置は、液体二酸化炭素を供給するための手段を有することが好ましい。更に、固体二酸化炭素粒子を発生させるための手段が装置内、特に混合チャンバ内に設けられることが好ましい。

本発明の更なる態様によれば、記載されるような装置が使用される、複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための方法が示される。

更に上で記載した装置の特定の利点及び設計特徴は、記載される方法に適用及び移行することができ、逆の場合も同様である。

方法の好適な実施形態では、表面の処理は、
− 表面を洗浄する工程と、
− 表面からささくれ又はバリを除去する工程と
の少なくとも１つを含む。

示された工程は、択一的に又は累積的に行われ得、すなわち、表面は、洗浄のみされ得るか、ささくれ若しくはバリの除去のみが行われ得るか、又は洗浄及びささくれ若しくはバリの除去の両方が行われ得る。

本発明及び技術的な環境について、図に基づいて以下でより詳細に説明する。図は、特に好適な例示的実施形態を示すが、本発明は、これに限定されない。特に、図及び特に示される相対的なサイズは、単なる概略であることに留意されたい。

表面を処理するための装置の横断面図を概略的に示す。

図１は、複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための装置１の横断面図を示す。装置１は、推進剤ガス流のための入口３を備える混合チャンバ２を含む。混合チャンバ２は、推進剤ガス流を複数の粒子と混合するように設計されている。装置１は、ラバールノズル５として構成されているノズル４も含み、ノズル４は、混合チャンバ２に隣接しており、且つ流れに関して混合チャンバ２に接続され、及び推進剤ガス流のための出口７を有する。ノズル４のノズル断面積は、混合チャンバ２から進むにつれて、まずサイズが最小ノズル断面積に減少し、且つその後、サイズが再び増加する。入口３は、入口断面積を有し、最小ノズル断面積と入口断面積との間の面積の商は、１０〜３００、好ましくは２５〜２２５の範囲内にある。特に面積の商に関して、図１は、概略であり、正確な縮尺でないことに留意されたい。

混合チャンバ２は、入口断面積よりも大きく、且つ混合チャンバ２とノズル４との間の移行部のノズル断面積とまさに同じサイズの混合チャンバ断面積を有する。混合チャンバ２及びノズル４は、装置１の軸６を中心に回転対称に構成されている。したがって、混合チャンバ断面積は、混合チャンバ直径１１として示され得る。混合チャンバ断面積は、ノズル４の軸６に沿った各位置のノズル断面積と少なくとも同じサイズである。入口断面積及びノズル断面積は、円形に構成されており、最小ノズル断面積の最小ノズル直径１０と入口断面積の入口直径８との間の直径の商は、４〜１７、好ましくは５〜１５の範囲内にある。最小ノズル直径１０は、ノズル直径９の最小値と定義される。

表面を処理するための示される装置及び示される方法により、表面の特に均一であり、再現可能であり、効果的であり、且つ時間を節約する処理が達成され得る。これは、特にささくれ又はバリの洗浄及び除去に当てはまる。この装置及び方法は、特にワイヤ又はプラスチック製品の製造に使用され得る。

１ 装置
２ 混合チャンバ
３ 入口
４ ノズル
５ ラバールノズル
６ 軸
７ 出口
８ 入口直径
９ ノズル直径
１０ 最小ノズル直径
１１ 混合チャンバ直径

Claims (9)

1. 複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための装置（１）であって、少なくとも、
   − 推進剤ガス流のための入口（３）を備える混合チャンバ（２）であって、前記推進剤ガス流を前記複数の粒子と混合するように設計されている混合チャンバ（２）と、
   − ノズル（４）であって、前記混合チャンバ（２）に隣接しており、且つ流れに関して前記混合チャンバ（２）に接続されており、及び前記推進剤ガス流のための出口（７）を有し、前記ノズル（４）のノズル断面積は、前記混合チャンバ（２）から進むにつれて、まずサイズが最小ノズル断面積に減少し、且つその後、サイズが再び増加する、ノズル（４）と
   を含み、前記入口（３）は、入口断面積を有し、及び前記最小ノズル断面積と前記入口断面積との間の面積の商は、１０〜３００の範囲内にある、装置（１）。
2. 前記面積の商は、２５〜２２５の範囲内にある、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記混合チャンバ（２）は、前記入口断面積と少なくとも同じ大きさであり、且つ前記ノズル（４）の各位置における前記ノズル断面積と少なくとも同じ大きさである混合チャンバ断面積を有する、請求項１又は２に記載の装置（１）。
4. 前記入口断面積は、円形に構成されており、前記ノズル断面積は、円形に構成されており、及び前記最小ノズル断面積の最小ノズル直径と前記入口断面積の入口直径との間の直径の商は、４〜１７の範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 少なくとも前記混合チャンバ（２）及び前記ノズル（４）は、前記装置（１）の軸（６）を中心に回転対称に構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記ノズル（４）は、ラバールノズル（５）として構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記粒子は、少なくとも部分的に固体二酸化炭素で形成されることが可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）が使用される、複数の粒子を含む噴流によって表面を処理するための方法。
9. 前記表面の前記処理は、
   − 前記表面を洗浄する工程と、
   − 前記表面からささくれ又はバリを除去する工程と
   の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。

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