JPH0435874A - パウダービーム発生装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、パウダーと気体若しくは液体の固気若しくは
固液２相ビーム、又はパウダーと気体、〔発明の概要］ 本発明のパウダービーム発生装置は、微細なパウダーと
気体若しくは／及び液体の固気、固液２相、又は固気液
３相ビームを発生し、このビームを被加工物に噴射して
加工するために、パウダーと気体若しくは液体とを、又
はパウダーと気体、液体とを混合する混合室を備え、 この混合室に振動を加え、この加えた振動の周波数を、
この混合室の共鳴周波数と等しくする事により、パウダ
ー同志の吸着性を除去し、パウダービーム内にパウダー
を均一に分散化させたものであり、このビームにより被
加工物を加工する事により、加工性の向上や、被加工物
の表面の粗度と寸法精度を向上した微細加工を可能にす
る。

〔従来の技術〕

従来、パウダーの一例として遊離砥粒を気体に混入して
固気２相ビーム（流れ）とすると共に、このような固気
２相ビームを噴射ノズルによって被加工物に噴射するよ
うにしたサンドブラスト装置が知られている。しかし、
サンドブラスト装置は、遊離砥粒の粒径が２５〜１００
μｍ程度と大きく、粗面しか得ることができないので、
微細加工には不適当なものであって、せいぜい機構部品
のパリ取りや、船舶の塗料や錆落し、小物にあっては、
塗装をするための下地の錆落し、装飾用の加工等にしか
用いられていなかった。

そこで、微細加工に適した加工装置として、本発明の発
明者等によって、特願平１−１７１７０７及び特願平１
−３０２２４９等に提案されたように、パウダーとして
、Ａ２□０３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ，、Ｓｉ３Ｎ４等のパ
ウダーを使い、その粒径を、１〜１０μｍ程度の微細な
粒径にして、そして、気体としては、１〜１０　ｋｇ　
／　ｃｉ程度の高圧の気体を使い、この微細なパウダー
と高圧の気体からなる固気２相ビームを被加工物に噴射
し、この固気２相ビームにより被加工物を加工する装置
が提案された。

所が、このような１０μｍ程度以下の微細の粒径のパウ
ダーと高圧の気体を混合室内で混合しようとすると、パ
ウダーの粒径が微細なため、パウダー間の吸着性が大き
く、パウダーが互いに分離しにくいため、パウダーを気
体に混合する時に、パウダーを均一に分散化させる事は
非常に困難であり、従って発生する固気２相ビーム内の
気体にもパウダーを均一に分散化させる事が非常に難し
いという問題点があった。

従って、微細なパウダーを用いた場合には、極端な噴射
ムラが発生する。即ち、ある時は、微細なパウダーのみ
を噴射するかと思えば、ある時は気体のみを噴射すると
いうような問題点があり、加工装置として、固気２相ビ
ームを被加工物に噴射して、この被加工物を加工する場
合、加工性が悪いばかりでなく、被加工物の表面粗度が
粗くなる欠点があった。

一般に、パウダーを混合室内で混合する場合は、パウダ
ーは沢山のパウダーの集合体となるが、ここでは、パウ
ダー群又はパウダー層と表現せずに、パウダー群又はパ
ウダー層とパウダー七は区別しないで、単にパウダーと
いう事にする。

本発明の発明者は、更に、特願平１−２９４８５０にて
、固気２相ビームを噴射するノズルの内壁面を超音波振
動させる事により、流路系の摩擦抵抗を低減し、固気２
相ビームの加速性を向上し、被加工物に対する加工効率
を高めると共に、ノズルの長寿命化を図った加工装置を
提案した。

しかし、更に、−層のパウダーの均一な分散化や、ノズ
ルの長寿命化が望まれている。

以上、パウダービームの一例として、パウダーと気体の
固気２相ビームの例を説明したが、パウダーと液体の固
液２相ビームやパウダーと気体、液体の固気液３相ビー
ムもある。

微細パウダーを液体に混合して固液２相ビームを発生さ
せる例として、液体ホーニングがよく知られている。こ
の液体ホーニングはわざわざ被加工物の表面を荒らすた
めに行われる事が多く、被加工物の表面の粗度の向上に
はならない。

その他、現状の技術では、微細なパウダーを使用する場
合に、静電除去処理等でパウダーの吸着性を除去する試
みが行われているが、噴射ムラの解決には至っていない
。更に悪い事に、ノズルやその周辺の壁面に微細なパウ
ダーが吸着し、加工後の掃除が大変であるという問題点
もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、このような従来の問題点や欠点を解消するた
めになされたものであって、 特に、本発明のパウダービーム発生装置は、微細なパウ
ダーと気体若しくは／及び液体の固気、固液２相、又は
固気液３相ビームを発生し、このビームを被加工物に噴
射して加工するために、パウダーと気体若しくは液体と
を、又はパウダーと気体、液体とを混合する混合室を備
え、この混合室に振動を加え、この加えた振動の周波数
をこの混合室の共鳴周波数と等しくする事により、 パウダー同志の吸着性を除去し、パウダービーム内にパ
ウダーを均一に分散化させ、このパウダービームにより
被加工物を加工する事により、加工性の向上や、被加工
物の表面の粗度と寸法精度を向上した微細加工を可能に
する事を課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のパウダービーム発生装置は、微細なパウダーと
気体若しくは液体の固気若しくは固液２相ビーム、又は
パウダーと気体、液体の固気液３相ビームを発生するた
めに、前記パウダーと気体若しくは液体とを、又は前記
パウダーと気体、液体とを混合する混合室を備え、 この混合室には圧電体が設けられていて、この圧電体に
より、この混合室に振動を加え、この加えた振動の周波
数を、この混合室の共鳴周波数と等しくした事を特徴と
する。

〔作用〕

以上のように、パウダービーム発生装置の混合室に設け
られた圧電体により、この混合室に振動を加え、この加
えた振動の周波数を、この混合室の共鳴周波数と等しく
する事により、 混合室内のパウダービームにビーム渦を発生させながら
、ノズルからこのパウダービームを噴射するようにし、
パウダー同志の吸着性を除去する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して
説明する。

第１図は本発明のパウダービーム発生装置の一実施例で
あり、同図（Ａ）は平面図、そして同図（Ｂ）は断面図
である。第２図は第１図（Ｂ）の主要部分である混合室
の拡大断面図である。

本発明のパウダービーム発生装置は、微細なパウダーと
気体若しくは液体の固気若しくは固液２相ビーム、又は
パウダーと気体、液体の固気液３相ビームを発生するた
めに、前記パウダーと気体若しくは液体とを、又は前記
パウダーと気体、液体とを混合する混合室を備えている
。本発明の一実施例として、微細なパウダーと気体の固
気２相ビームのパウダービーム発生装置について、説明
する。

第１図（Ａ、）及び（Ｂ）に示すように、本発明のパウ
ダービーム発生装置の一実施例は、固気２相ビ一ム混合
部１０、パウダー供給管２０、気体吸引管３０、そして
固気２相ビーム供給ノズル４０から構成される。混合室
１０及び固気２相ビーム供給ノズル４０は、例えばセラ
ミックからなり、パウダー供給管２０及び気体吸引管３
０は、例えばステンレス鋼からなる。

微細なパウダー２はパウダー供給管２０の管路２１を通
って、固気２相ビーム供給ノズル４０に供給される。高
圧の気体３は気体吸引管３０の管路３１を通って、固気
２相ビーム供給ノズル４０に供給される。

固気２相ビーム供給ノズル４０は、固気２相合流部４１
と固気２相ビーム管路４２とからなる。固気２相合流部
４１では、高圧の気体３が気体吸引管３０の管路３１か
ら流入するため、内部に負圧が発生し、パウダー供給管
２０の管路２Ｉから微細なパウダー２を吸引し、固気２
相ビーム１となり、固気２相ビーム管路４２に流れ込む
。この状態における固気２相ビーム１は、まだ完全に高
圧の気体３内に微細なパウダー２が均一に分散化された
状態になっていない。

微細なパウダー２がまだ均一に分散化されていない状態
の固気２相ビーム１は、固気２相ビーム供給ノズル４０
の固気２相ビーム管路４２から、固気２相ビ一ム混合部
１０に導かれる。固気２相ビ一ム混合部１０は、混合室
ＩＩ、ノズル１２、そして振動板１３により構成される
。振動板１３には圧電体１４が貼着されていて、この圧
電体１４の両面には図示しない電極がある。これらの電
極にはリード線１５．１６が取り付けられている。これ
らのリード線１５．１６に交流電圧を印加する事により
、圧電体１４に歪が発生し、振動板１３が振動する。こ
の振動板１３か振動する事により、混合室１１内の固気
２相ビーム１に振動が加わる。

本発明の特徴は、混合室１１に加えた振動（振動板１３
の電極に加えた交流電圧）の周波数が、この混合室１１
の共鳴周波数と等しい点にある。共鳴とは、外部から加
えた振動の周波数がその系の固有振動周波数に接近して
いる時（即ち、正確に同じ周波数でなくてもよい）、系
の振動の振幅が大きくなる現象をいう。

混合室１１に加えた振動の周波数を、この混合室１１の
共鳴周波数と等しくした事により、パウダー２同志の吸
着性を除去し、固気２相ビームＩ内の高圧の気体３内に
微細なパウダー２を均一に分散化させる事ができる。

パウダー２を気体３内に完全に分散化した固気２相ビー
ム１は、固気２相ビ一ム混合部１０のノズル１２より噴
射され、このノズル１２から所定距離離れて配置された
被加工物（図示せず）に噴射され、この被加工物を加工
する。

第２図は、第１図（Ｂ）に示した本発明のパウダービー
ム発生装置の一実施例の主要部分である混合室１１の部
分拡大断面図である。固気２相ビ一ム混合部１０には、
この混合室１１とノズル１２、振動板１３、そして圧電
体１４がある。混合室１１の半径をＲ（直径は２Ｒ）、
長さをし、そしてノズル１２の半径をｒ（直径を２ｒ）
、長さをｌとすると、混合室１１の共鳴周波数ｆは、第
１式で表される。

■ 〔発明の効果〕 本発明のパウダービーム発生装置は、微細なパウダーと
気体若しくは液体の固気若しくは固液２相ビーム、又は
パウダーと気体、液体の固気液３相ビームを発生するた
めに、前記パウダーと気体若しくは液体とを、又は前記
パウダーと気体、液体とを混合する混合室を備え、 この混合室には圧電体が設けられていて、この混合室に
設けられた圧電体により、この混合室に振動を加え、こ
の加えた振動の周波数を、この混合室の共鳴周波数と等
しくした事を特徴とし、このようにした事により、パウ
ダービームにビーム渦を発生させながら、ノズルからこ
のパウダービームを噴射し、被加工物を微細加工する事
が可能となり、パウダービーム内のパウダー同志の吸着
性を除去し、パウダーを均一に分散化させる事が出来る
。従って、本発明の効果をまとめると、次のようになる
。

（ａ）本発明のパウダービーム発生装置により混合され
たパウダービームのパウダーは、パウダー同志の吸着性
が除去され、パウダーが均一に分散するため、噴射ムラ
が生じにくい。即ち、特に１μｍ程度の微細なパウダー
では、静電気等の影響で、パウダーが吸着する問題が生
じ易かったが、ビーム渦によりパウダービーム内のパウ
ダーを均一に分散化する事が可能となった。

（ｂ）このパウダービームにより、被加工物を加工する
と、加工性が向上し、被加工物の表面の粗度や寸法精度
が向上し、微細加工が可能となる。

（Ｃ）共鳴周波数として、１００七程度等の低周波数か
らビーム渦を発生する事が可能なため、選択の周波数帯
域が広くなり、従って装置の組立や調整が容易となる。

（ｄ）ノズルの寿命を伸ばす事が出来る。

（ｅ）ノズルやその周辺の壁面に微細なパウダーが吸着
する事がなく、加工後の掃除が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパウダービーム発生装置の一実施例で
あり、同図（Ａ）は平面図、そして同図（Ｂ）は断面図
である。第２図は、第１図（Ｂ）の主要部分である混合
室の拡大断面図である。 １−−−−−−１固気２相ビーム ２−ｍ−−−・−パウダー ３−−−−−・−気体 １　ｆ）−−−−−−−−−、−固気２相ビ一ム混合部
１１−−−一−−−−−−−−混合室 １１−−−−−−−−−ノズル １３−−−〜−−−−−−−−−振動板１４−−−一・
−−−−−・圧電体 ２０−−−−−−−−パウダー供給管 ３０−ｍ−−−−・−一−−一気体吸引管固気２相ビー
ム供給ノズル （Ａ）平面図 ２０ノ＼°ウタパ−イｙ５糸合管 １固気２手目ど′−ム （Ｂ）ぼｎ面図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パウダーと気体若しくは液体の固気若しくは固液２相ビ
   ーム、又はパウダーと気体、液体の固気液３相ビームを
   発生するために、前記パウダーと気体若しくは液体とを
   、又は前記パウダーと気体、液体とを混合する混合室を
   備えたパウダービーム発生装置において、 前記混合室に振動を加え、該加えた振動の周波数を、前
   記混合室の共鳴周波数と等しくした事を特徴とするパウ
   ダービーム発生装置。