JPH04341335A - 固気２相混合噴射流生成方法及び固気２相混合噴射流噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微細加工を行うため
の、微粒子からなる粉体でも、高圧ガスと均一に分散化
した固気２相混合噴射流を生成する方法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の粉体と高圧ガスとを混合して固気
２相混合噴射流を生成し、それを高速噴射して被加工物
を加工する装置としては、図３に示したような、所謂サ
ンドブラスト装置がある。これはその典型的な代表例で
ある。１０１は研磨材のような粉体を供給する粉体供給
管、１０２は圧縮空気供給管、１０３はこの装置全体を
ノズルとした場合、ノズルの噴射口部である。

【０００３】粉体供給管１０１から粉体を供給し、圧縮
空気供給管１０２から圧縮空気を供給すると、圧縮空気
供給管１０２の先端部付近の周囲Ｓに負圧が生じ、粉体
が吸引され、攪拌されて固気２相混合流となって噴射口
部１０３から加速噴射され、被加工物を切削、切断した
り、或いは装飾を施すことに使用されている。

【０００４】このような現用のサンドブラスト装置は、
１）粉体が２５〜５０μｍ程度の粒径のものは固気２相
混合流として噴射できるものの、固気２相混合流に粉体
のムラができ、粉体を均一に分散して供給することが難
しい ２）粉体が１μｍ程度の粒径になると安定した供給がで
きず、噴射が困難になる。管路が狭くなると詰まること
があり、メンテナンスが大変になる ３）粉体が微粒子になると、帯電、凝集付着により微粒
子が固形化する場合が多く、僅かな量の微粒子を気体に
均一に分散して噴射することができない従って、このよ
うなサンドブラスト装置では、４）例えば、錆落とし、
バリ取り、塗装落とし、美飾用途等の精度を要しない表
面加工でしか使用できず、微細加工ができない ５）前項に記載したような被加工物の表面の除去加工（
エッチング）はできるが、このような装置では被加工物
の表面に付加加工（ディポジション）はできない６）研
磨ダレが生じる 等の欠点があり、現在の所、粉体、特に微粒子を均一に
分散することができ、微細加工、特にディポジションが
できる技術が備わったこの種固気２相混合噴射流噴射装
置が出現していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明は、
粉体が、たとえ微粒子であっても均一に攪拌、分散化さ
れ、研削、切削、研磨のような除去加工だけでなく、特
に、被着のような付加加工に適した、更に微細加工もで
きる固気２相混合噴射流を生成することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、この発明では
、高圧ガスを流路抵抗の小なる直線流で形成し、粉体を
流路抵抗の大なる旋回流で形成し、これらを混合するこ
とにより粉体を高圧ガスで均一に分散化させて固気２相
混合噴射流を生成するようにした。そしてこの生成方法
は、前段ノズルと後段ノズルとの間に、粉体供給管を有
する粉体旋回室を配置し、この前段ノズルから高圧ガス
を流し、そして前記粉体供給管から粉体を粉体旋回室に
供給して混合する固気２相混合噴射流噴射装置により具
現できる。

【０００７】

【作用】従って、粉体は、たとえ微粒子、超微粒子から
なる粉体であっても、粉体旋回室内で旋回流となり、後
段ノズルを旋回しながら自転公転し、攪拌され、均一に
分散化される。また均一な剪断力が粉体に加わるので、
粉体が微粒子である程、粉体に熱エネルギーが備蓄され
る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面と共に詳述す
る。図１はこの発明の固気２相混合噴射流噴射装置を示
すもので、同図Ａは平面図を、同図Ｂは図ＡのＸ１　ー
Ｘ２　線上における一部断面図を、そして同図Ｃは図Ａ
のＹ１　ーＹ２　線上における断面側面図である。

【０００９】先ず、構成を説明する。１は全体としてこ
の発明の固気２相混合噴射流噴射装置（以下、噴射装置
と記す）を示す。この噴射装置１の主要部は前段ノズル
２、粉体旋回室３、後段ノズル４及び粉体供給管５から
構成されている。粉体旋回室３は偏平な中空円筒状の部
屋を形成しており、その上面６には前段ノズル２が一体
的に垂直に形成されており、またその下面は、後段ノズ
ル４が一体的に垂直に形成された盤状の蓋７になってい
て、この蓋７の周縁に形成した雄ネジ８と粉体旋回室３
の円筒側壁１５の下端周縁に形成した雌ネジ９により粉
体旋回室３の開閉を行うように構成している。前段ノズ
ル２及び後段ノズル４は同一寸法の内径の中空円筒から
なり、同芯的に形成、配置され、直線流路を構成する。 前段ノズル２の先端部１０は円錐状の突出部１１になっ
ていて、粉体旋回室３の内部に突出している。この突出
部１１と相対して、漏斗状をした後段ノズル４の後端部
１２が、粉体旋回室３には突出せずに、形成されている
。１３は前段ノズル２の後端部、１４は後段ノズル４の
先端部である。粉体供給管５は、図１Ｂにその断面を示
したように、中空角形管であって、粉体旋回室３の円筒
側壁１５の外周面に接線方向に接続されている。

【００１０】次に、以上の構成の噴射装置１でこの発明
の固気２相混合噴射流が生成される動作を、図２を用い
て説明する。同図Ａは図１ＣのＺ１　ーＺ２　線上から
見た断面図であり、同図Ｂは図１ＡのＬ１　ーＬ２　の
折れ線上から見た断面図で、いずれも高圧ガスと粉体の
流れを入れて示した。

【００１１】先ず、例えば、空気、ドライ窒素等の１〜
１０Ｋｇ／ｃｍ２の高圧ガス２１を前段ノズル２の後端
部１３から供給し、前段ノズル２の先端部１０から噴射
させる。一方、粉体供給管５には、粒径が０．０１〜１
０μｍの無機質、有機質又は金属の微粒子２７を定量含
んだ固気２相流２０が供給され、図２Ａの矢印で示した
方向に、固気２相流２０は粉体旋回室３の内部の外周部
から内周部に向かって旋回流を形成しながら中心部に向
かう。このように固気２相流２０は粉体旋回室３で旋回
しながら中心部に向かうので、固気２相流２０に対する
流路抵抗は、前段ノズル２及び後段ノズル４で形成され
た直線流路のそれと比較して大きい。なお、この場合、
微粒子２７からなる粉体は旋回流により旋回しながら自
転公転し、均一な剪断力を得ながら熱を発生し、粉体そ
れ自体に蓄熱する。この蓄熱量は粉体の粒子が細かけれ
ば細かい程、粒子の表面積が大になるので多くなる。ま
た、粉体が有機質である程軟化し易い。

【００１２】また、前述のように、前段ノズル２の先端
部１０は突出部１１を有し、後段ノズル４の後端部１２
は漏斗状になっているため、固気２相流２０の流路抵抗
は、突出部１１を有する側は増々大きくなり、漏斗状の
後端部１２側では、流路抵抗は緩和する。

【００１３】このように、前段ノズル２の後端部１３側
から高圧ガス２１を流すと、前段ノズル２の突出部１１
から高圧ガス２１が高圧ガス噴流２２となって後段ノズ
ル４の後端部１２に流れ込む。そしてこの場合に高圧ガ
ス噴流２２が固気２相流２０を巻き込み、粉体を攪拌し
ながら高速の、粉体２７を含む固気２相混合流２３とな
って後段ノズル４内を流れ、更に後段ノズル４の先端部
１４から、粉体が均一に分散化された高速の固気２相混
合噴射流２４が噴射される。従って、粉体の粒径と噴射
圧力を選定することにより被加工物２５の表面をエッチ
ング加工又はディポジション加工することができる。

【００１４】なお、被加工物２５が加工しにくい場所で
あれば、固気２相混合噴射流２４が高速のため、後段ノ
ズル４にフレキシブルな輸送管を接続して加工すること
ができる。また、粉体に０．０１〜１μｍの微粒子又は
超微粒子を用いる場合は、本発明者が発明し、本出願人
が平成２年９月２５日に出願した特許願平２ー２５２０
１３号「均一な固気２相混合流成生方法及び粉体供給輸
送装置」に開示された固気２相混合流成生方法で、一度
粉体を均一に分散化して生成した固気２相混合流を、こ
の発明の噴射装置１の粉体供給管５に供給すると、粉体
が一層均一に分散された固気２相混合噴射流２４を得る
ことができる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、１）
円筒の粉体旋回室を形成したので、粉体の流路を長く取
れ、それだけこの流路内で粉体を充分に攪拌、分散化で
きる ２）更に、高圧ガスを直線流で形成し、これを主流にし
たため、高速の流れを発生さすことができるので、固気
２相流に含まれる粉体が、これがたとえ０．０１〜１μ
ｍの微粒子、超微粒子であっても、一層攪拌され、均一
に分散化される ３）従って、このような固気２相混合噴射流で被加工物
の被加工面に除去加工や付加加工を行っても、表面性状
、表面構造の良好な微細加工ができる。 ４）そしてその攪拌、分散化された固気２相混合流は後
段ノズルを旋回しながら自転公転し、そして均一な剪断
力を得ながら熱を発生し、蓄熱するので、特に微粒子か
らなる粉体の固気２相混合噴射流を被加工物に噴射した
場合、衝撃エネルギーと相まって、被加工物に粉体を被
着し易くなる ５）前段ノズル２及び後段ノズル４で形成された流路の
流路抵抗が小なるため、高圧ガス噴流は高速で、旋回流
は殆ど直線流の高速噴射流になる 等の数々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の固気２相混合噴射流噴射装置を示す
もので、図中Ａは平面図を、ＢはＡのＸ１　ーＸ２　線
上における一部断面図を、そしてＣはＡのＹ１　ーＹ２
　線上における断面側面図である。

【図２】図中Ａは図１ＣのＺ１　ーＺ２　線上から見た
断面図であり、Ｂは図１ＡのＬ１　ーＬ２　の折れ線上
から見た断面図である。

【図３】従来のサンドブラスト装置の断面図である。

【符号の説明】

１　　　　固気２相混合噴射流噴射装置２　　　　前段
ノズル ３　　　　粉体旋回室 ４　　　　後段ノズル ５　　　　粉体供給管 ６　　　　上面 ７　　　　蓋 ８　　　　雄ネジ ９　　　　雌ネジ １０　　　　先端部 １１　　　　突出部 １２　　　　後端部 １３　　　　後端部 １４　　　　先端部 １５　　　　円筒側壁 ２０　　　　固気２相流 ２１　　　　高圧ガス ２２　　　　高圧ガス噴流 ２３　　　　固気２相混合流 ２４　　　　固気２相混合噴射流 ２５　　　　被加工物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧ガスを流路抵抗の小なる直線流で形成
   し、粉体を流路抵抗の大なる旋回流で形成し、これらを
   混合して、粉体が均一に分散化された固気２相混合噴射
   流を生成することを特徴とする固気２相混合噴射流生成
   方法。
2. 【請求項２】前段ノズルと後段ノズルとの間に、粉体供
   給管が接続された粉体旋回室を配置し、該前段ノズルか
   ら高圧ガスを流し、該粉体供給管から粉体を該粉体旋回
   室に供給して混合し、該後段ノズルから粉体が均一に分
   散化された固気２相混合噴射流を噴射させることを特徴
   とする固気２相混合噴射流噴射装置。
3. 【請求項３】粉体供給管を有する粉体旋回室に前段ノズ
   ルの先端部を突出させ、後段ノズルの後端部を突出させ
   ないことにより、前記前段ノズル及び後段ノズルの流路
   抵抗を変えて、粉体を高圧ガスに均一に分散化した固気
   ２相混合噴射流を前記後段ノズルから噴射させることを
   特徴とする請求項２に記載の固気２相混合噴射流噴射装
   置。