JP2549510Y2 - 遊離砥粒噴射加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、遊離砥粒と気体の固気
２相混合流を被加工物に噴射してその加工を行う遊離砥
粒噴射加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】砥粒を用いて力学的エネルギによる加工
を行う加工法として、固定砥粒による加工と遊離砥粒に
よる加工とがある。固定砥粒による加工としては、研
削、ホーニング、超仕上げ、研磨布紙加工等がある。ま
た、遊離砥粒による加工としては、ラッピング、バフ加
工、バレル加工、超音波加工、噴射加工等がある。更
に、噴射加工の１つとしてサンドブラスト法がある。例
えば、特開昭63-22272号公報には、ビル等のコンクリー
ト構造物の風化した表面や金属構造物の錆を除去するの
に有効なサンドブラスト装置が開示されている。即ち、
従来のサンドブラスト法は遊離砥粒を用い、高圧で噴射
して被加工物のバリを取ったり、面取りを行ったり、装
飾用にガラスや金属等の彫刻を行ったり、或いは前記公
報に開示されているようにペイントや錆落としの用途に
用いられていた。

【０００３】従来のこのようなサンドブラスト装置等の
遊離砥粒噴射加工装置の欠点は遊離砥粒の直径が大き
く、被加工物の被加工面の表面粗さ、表面寸法精度等の
表面構造や、加工歪等の表面性状が悪いという欠点があ
った。また、加工エッジ部が研削ダレ（研磨ダレ）を生
ずる欠点があった。従って、バリ取りや装飾加工、或い
は寸法精度、表面粗さのあまり厳しくないものに用いら
れており、半導体や磁気ディスク等の電子デバイスの微
細加工を行うことが出来ない欠点があった。また、従来
のサンドブラスト装置等の遊離砥粒噴射加工装置によれ
ば、加工量の制御が難しかった。これは遊離砥粒（パウ
ダー）をビーム化していないことによるものである。ま
た、噴射ノズルから高圧で遊離砥粒を固気２相混合流と
して、噴射するのであるが、圧力分布や流速分布の一様
化が行われておらず、乱れが大きかった。更には、被加
工物上に形成するレジストマスクの厚さが厚いために加
工精度が出にくく、また、微細加工に必要となる解像度
が低いという問題点を有していた。

【０００４】また、遊離砥粒噴射加工において、噴射ノ
ズルと被加工物を固定位置で動かさずに噴射ノズルから
遊離砥粒を噴射させた場合、加工がある程度まで進む
と、被加工面に遊離砥粒がたまってしまい、これが噴射
ノズルから遊離砥粒を噴射する噴射の邪魔をして、噴射
加工を妨げ、いくら噴射加工をしても、加工が進まない
場合が生じた。また、これが加工精度に影響を与えた。
また、噴射加工後の被加工物から遊離砥粒とか加工粉塵
を迅速に回収することが難しい。等々の欠点があった。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、このような
従来の欠点及び問題点を解消するためになされたもので
あって、遊離砥粒と気体の固気２相混合流を被加工物に
噴射して被加工物の加工を行うようにした遊離砥粒噴射
加工装置において、被加工面からの加工後の遊離砥粒及
び加工粉塵を迅速に分離して回収することにより、被加
工物の微細加工を行い得るようにすると共に、加工効率
を高めるようにした遊離砥粒噴射加工装置を提供するこ
とを課題にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本考案は遊離砥粒と気体
の固気２相混合流を被加工物に噴射して被加工物の加工
を行うようにした遊離砥粒噴射加工装置において、前記
固気２相混合流を噴射する噴射ノズルから被加工物まで
の噴射経路に２重の包囲体を設け、それぞれの包囲体か
ら外部へ排出する装置を設けると共に、固気２相混合流
を噴射して、被加工物を加工後の主として遊離砥粒を２
重の包囲体の外側の包囲体から外部に排出し、また、主
として加工粉塵を２重の包囲体の内側の包囲体から外部
へ排出するようにしたものである。

【０００７】

【０００８】

【作用】従って、２重の包囲体の外側の包囲体から被加
工物の加工後の遊離砥粒を回収し、２重の包囲体の内側
の包囲体から被加工物の加工後の加工粉塵を被加工面か
ら迅速に除去回収させることによって、被加工物の加工
を精密に行い得るようにすると共に、微細加工を可能に
することになる。また、被加工面から遊離砥粒及び加工
粉塵を迅速に回収除去することにより、加工効率を高め
ることが可能になる。

【０００９】

【実施例】図１、図２は本考案の一実施例に係る遊離砥
粒噴射加工装置を示したものであり、図１は正面断面図
で、図２は底面図である。１は遊離砥粒を含む固気２相
混合流管であり、２は円管形状の第１の包囲体、３はこ
の第１の包囲体２の外側に設けられた、円管形状の第２
の包囲体である。

【００１０】固気２相混合流管１、第１の包囲体２及び
第２の包囲体３は、それそれ先端部に噴射孔４、吸引孔
５及び吸引孔６を有する噴射ノズル７、吸引ノズル８及
び吸引ノズル９を備えている。固気２相混合流管１の上
流側には遊離砥粒を含む固気２相流26（遊離砥粒が主で
気体の含有量が少ない）と高圧気体25を混合する混合部
10を有している。この混合部10のそのすぐ上流には高圧
気体を噴射する噴射ノズル11を有する高圧気体供給管12
が接続され、この高圧気体供給管12の間に高圧気体調整
開閉バルブ13が配設されていて、高圧気体供給管12に
は、図示していない高圧気体ドライヤと高圧気体供給源
であるコンプレッサに接続されている。また、混合部10
で、噴射ノズル11近傍に垂直或いはある程度傾斜を有し
て遊離砥粒供給管14が接続され、その上流には、遊離砥
粒を含む固気２相流調整開閉バルブ15を介して遊離砥粒
供給管14が接続され、図示していない遊離砥粒を均一に
分散化させる固気２相混合タンクに接続されている。即
ち遊離砥粒を主とする固気２相流26は均一分散されて、
調整開閉バルブ15が開いていると混合部10に固気２相流
26を送り出し、加工に必要な遊離砥粒と気体の固気２相
混合流27とする。

【００１１】次に、第１の包囲体２の先端部には、吸引
ノズル８を有し、吸引孔５を配しているが、この吸引ノ
ズル８はテーパ状をしたテーパ管であり、吸引孔５は円
筒状である。また、第１の包囲体２の他端はこの第１の
包囲体２の密閉蓋16により密閉され、第１の回収管17に
接続される。この第１の回収管17は第１の開閉バルブ18
を介して集塵装置に接続されている。この第１の回収管
17は主に吸引孔５から第１の包囲体２を経由して被加工
物23の加工粉塵を主に回収する管（無論、遊離砥粒も含
む）であり、被加工物23の加工粉塵を迅速に除去するた
め、大気より負圧化された真空度を有して図示矢印28方
向に加工粉塵を吸引する。

【００１２】また、第２の包囲管３の先端には吸引ノズ
ル９を有し、吸引孔６が配されている。ここで吸引孔６
の先端部は、円形であるが、ナイフの先のように吸引ノ
ズル９はクロロプレン等の合成ゴムを用いる。この場
合、被加工物23に吸引ノズル９を押し付ける圧力が加わ
っても被加工物23に傷がつかないことと、第２の包囲体
３内部の負圧の雰囲気を保持することが出来、また、遊
離砥粒とか加工粉塵（図示矢印29) を外部に洩らすこと
がない等の効果がある。この第２の包囲体３は主に遊離
砥粒を回収する。加工粉塵は、既に主に第１の包囲体２
により回収されているので、第２の包囲体３で回収出来
る遊離砥粒は純度が良く、再利用が容易である。尚、19
は第２の包囲体３の密閉蓋、20は第２の回収管であり、
21は第２の開閉バルブである。

【００１３】固気２相混合流管１、第１の包囲体２及び
第２の包囲体３は、超硬、ステンレス鋼、セラミックス
等の材料を用いる。第１の包囲体２の吸引孔５と第２の
包囲体３の吸引孔６とは同一直径とし、固気２相混合流
管１の噴射孔４と吸引孔５、６の関係は、吸引孔５、６
の直径を噴射孔４の直径の６倍から10倍ににした。ま
た、噴射ノズル７の噴射孔４の先端部から被加工物23の
被加工面24までの高さを噴射ノズル７の噴射孔４の直径
の４倍から10倍とした。即ち、今まで述べた寸法仕様を
式で表すと次のようになる。

【００１４】 ｄ₅ ＝ｄ₆ ＝（６〜10）×ｄ₄ Ｈ ＝（４〜10）×ｄ₄ 但し、 ｄ₄ ：噴射孔４の直径 ｄ₅ ：噴射孔５の直径 ｄ₆ ：噴射孔６の直径 Ｈ ：噴射ノズル先端から被加工物表面までの高さ 次に動作を説明する。高圧気体調整開閉バルブ13、調整
開閉バルブ15、第１の開閉バルブ18、第２の開閉バルブ
21を開く。高圧気体供給管12から空気又はドライ窒素等
の高圧気体25を３〜10kg／cm² の圧力で、噴射ノズル11
から噴射させる。一方、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ等の１〜15
μｍ粒径の遊離砥粒を含む含む固気２相流26を遊離砥粒
供給管14に流すと、噴射ノズル11で発生した負圧領域に
固気２相流26は吸引され、混合部10で高圧気体25と混合
され、固気２相混合流27となって噴射ノズル７の噴射孔
４より高速で噴射され、Ｘ、Ｙ、Ｚ装着台22に装着され
た被加工物23の被加工面24上に噴射され、遊離砥粒の衝
撃エネルギにより、この加工表面を除去加工する。第１
包囲体２と第２の包囲体３により包囲された内部は、負
圧化されているため、即ち第１の回収管17及び第２の回
収管20より、第１の包囲体２と第２の包囲体３の内部を
大気圧より少し低い程度に負圧に吸引しているため、第
１の包囲体２の先端の吸引ノズル８の吸引孔５からは、
固気２相混合流27が被加工物23の被加工面24上に噴射さ
れ、被加工面の加工粉塵が浮遊しているため、矢印29方
向にこの加工粉塵を主に吸引し、第１の回収管17より集
塵装置に集められる。第２の包囲体３の吸引ノズル９の
吸引孔６からは、加工後の被加工面24上の遊離砥粒を吸
引し、第２の回収管20より回収装置に集められる。加工
を終了した遊離砥粒は被加工面24近傍に沿って流れ、被
加工面にたまると、後の加工の邪魔になるので、このよ
うに回収する。

【００１５】ここで第１の包囲体２の負圧と第２の包囲
体３の負圧の程度は同程度で良く、遊離砥粒と加工粉塵
とは粒径が異なり、遊離砥粒は加工粉塵と比較すると格
段に大きく、被加工面24上での固気２相混合流27の流れ
の性質を利用することにより、慣性力を有し、被加工面
24に沿う遊離砥粒は第２の包囲体３へ、また、加工粉塵
は被加工面24の表面より上昇するため第１の包囲体２へ
それぞれ回収することが可能となった。このため被加工
面24に遊離砥粒とか加工粉塵がたまることがなくなり、
加工効率は高まり、被加工面の表面構造、表面性状を最
適化し、微細加工を容易に行えるようになった。また、
遊離砥粒を加工粉塵と分離回収するため、遊離砥粒の再
利用が容易に行えるようになった。噴射ノズル８の噴射
孔４から遊離砥粒を含む固気２相混合流27を噴射させる
が、この噴射速度は40〜80ｍ／ｓとした。半導体、ディ
スク記憶装置等の電子デバイス加工への応用、マイクロ
メカトロニックスのデバイス加工への応用等、その応用
分野は広い。

【００１６】

【考案の効果】以上説明したように、本考案は、遊離砥
粒と気体の固気２相混合流を被加工物に噴射して被加工
物の加工を行うようにした遊離砥粒噴射加工装置におい
て、前記固気２相混合流を噴射する噴射ノズルから被加
工物までの噴射経路に２重の包囲体を設け、それぞれの
包囲体から外部へ排出する装置を設けると共に、被加工
物を加工後の遊離砥粒を２重の包囲体の外側の包囲体か
ら外部に排出し、加工粉塵を２重の包囲体の内側の包囲
体から外部へ排出するようにしたことによって、被加工
面にたまる被加工面の加工後の遊離砥粒及び加工粉塵を
迅速に回収することが出来る。従って、被加工面の表面
構造や表面性状が良好となる。また、被加工面にたまっ
た遊離砥粒、加工粉塵が迅速に除去されるため噴射され
る遊離砥粒が妨げられなくなるため、加工効率が向上
し、しかも、遊離砥粒の再利用が簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の遊離砥粒噴射加工装置の一実施例の正
面断面図である。

【図２】図１の底面図である。

【符号の説明】

１ 固気２相混合流管 ２ 第１の包囲体 ３ 第２の包囲体 ４ 噴射孔 ５ 、６ 吸引孔 ７ 噴射ノズル ８、９ 吸引ノズル

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 遊離砥粒と気体の固気２相混合流を被加
   工物に噴射して前記被加工物の加工を行うようにした遊
   離砥粒噴射加工装置において、 前記固気２相混合流を噴射する噴射ノズルから前記被加
   工物までの噴射経路に２重の包囲体を設け、それぞれの
   包囲体から外部へ排出する装置を設けると共に、 前記固気２相混合流を噴射して、前記被加工物を加工後
   の主として遊離砥粒を前記２重の包囲体の外側の包囲体
   から外部に排出し、 また、主として加工粉塵を前記２重の包囲体の内側の包
   囲体から外部へ排出するようにした ことを特徴とする遊
   離砥粒噴射加工装置。
2. 【請求項２】 前記外側の包囲体及び前記内側の包囲体
   のそれぞれの吸引ノズルの吸引孔の径が同一であり、 前記噴射ノズルの噴射孔の径と、前記吸引ノズルの吸引
   孔の径との比が、１対６〜１０の範囲内である ことを特
   徴とする請求項１記載の遊離砥粒噴射加工装置。