JPH05285839A - パウダービーム分散装置、パウダービーム分散方法及びパウダービーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力流体の平行流を一旦攪拌し、この攪拌領
域にパウダーを噴射して、その後平行流とすることによ
り、パウダー同志の凝集付着を防止しつつ、均一に混合
したパウダービームを形成するパウダービーム分散装置
及びパウダービーム分散方法を提供する。 【構成】 平行流供給管２から圧力流体を平行流として
供給し、この平行流を分散管１１により減速させて分散
させる。この分散した攪拌領域ＫＡにパウダー噴出ノズ
ル１２からパウダーを噴出し、圧力流体と均一に攪拌す
る。その後、分散管５内を平行流として搬送し、パウダ
ービームとして充分に分散させた固気２相混合流として
搬送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧流体にパウダーを
均一に分散させるパウダー分散装置と高圧流体中にパウ
ダーを均一に分散させるパウダー分散方法及びこれらの
パウダー分散装置及びパウダー分散方法を利用したパウ
ダービーム加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧流体にパウダーを混合させ
て、被加工面に噴射して被加工物を加工するパウダービ
ーム加工装置としては、例えば、サンドブラスト装置が
ある。

【０００３】このサンドブラスト装置は、図５に示すよ
うに、噴射ノズル１０１に連通する負圧室１０２が形成
されており、この負圧室１０２内には、圧縮空気供給管
１０３が吸引ノズル１０４を介して連通している。この
吸引ノズル１０４は、上記噴射ノズル１０１に指向して
おり、圧縮空気供給管１０３から供給される圧縮空気を
負圧室１０２を通して噴射ノズル１０１から外部に噴出
する。このように、吸引ノズル１０４から負圧室１０２
に噴出される圧縮空気が、噴射ノズル１０１から直接外
部に噴出されるため、負圧室１０２は、負圧化される。

【０００４】この負圧室１０２には、粉体供給管１０５
が連通しており、粉体供給管１０５には、粉体搬送管１
０６が接続されている。粉体供給管１０５は、粉体搬送
管１０６から搬送されてきた粉体を負圧室１０２に供給
する。

【０００５】上述のように、負圧室１０２が負圧化され
るため、粉体供給管１０５から負圧室１０２内に粉体が
供給され、負圧室１０２内に供給された粉体が、負圧室
１０２で圧縮空気と混合されて、固気２相混合流とし
て、噴射ノズル１０１から被加工物に噴射される。

【０００６】この粉体としては、従来、１５〜１００μ
ｍ程度の粒径のものが用いられていた。これは、粉体の
粒径が数μｍ以下のものを用いると、粉体が帯電し、凝
集付着するため、噴射ノズル１０１から粉体が固まって
流出したり、圧縮空気だけが噴射ノズル１０１から噴出
され、安定した噴射粉体を被加工面に噴射させることが
できず、表面精度や表面粗度が不均一になるからであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のパウダービーム加工装置にあっては、そのパ
ウダービーム分散装置あるいはパウダービーム分散方法
として、圧縮空気供給管の吸引ノズルから負圧室へ噴出
する圧縮空気と粉体供給管から供給される粉体とを、負
圧室で混合し、噴射ノズルからパウダービームとして噴
出するのみであったため、粉体としてその粒径が１５〜
１００μｍ程度のものしか使用することができず、粗面
仕上に利用できるだけであった。

【０００８】したがって、従来のパウダービーム分散装
置やパウダービーム分散方法を利用したパウダービーム
加工装置にあっては、ショットピーニング、バリ取り、
錆び落とし、表面あらし及び装飾等の用途に限られ、除
去加工しか利用することができない。その結果、磁気デ
ィスクや光ディスク及びフライニングヘッド等記録再生
ディバイス、あるいはマイクロマシン等の微細加工を必
要とする加工装置や加工方法としては、利用することが
できないという問題があった。

【０００９】また、従来のパウダービーム分散装置やパ
ウダービーム分散方法を利用したパウダービーム加工装
置により、微細加工を行おうとすると、その粒径が数μ
ｍ以下の粉体を使用する必要があるが、上述のように、
粉体の帯電、凝集付着により安定した噴出粉体を噴出す
ることができず、表面精度や表面粗度が不均一になると
いう問題があった。

【００１０】さらに、粉体の粒径を小さくするととも
に、噴射ノズルの噴射孔径をも小さくすると、粉体が噴
射ノズルに凝集付着し、噴射ノズルの目づまりが発生す
る。その結果、目づまりを取り除くためのメンテナンス
を必要として、加工効率が悪化するとともに、噴射ノズ
ルの寿命が短くなるという問題が発生する。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、その第一の目的は、圧縮流体を平行流として
供給する平行流供給管内に、該平行流を減速させて攪拌
する攪拌手段を設け、この攪拌領域にパウダーを噴出さ
せて、パウダーの混合された高圧気体を平行流として搬
送して、パウダーを平行気流中で分散させることによ
り、パウダーが凝集付着することなく、均一に分散させ
るパウダービーム分散装置を提供することにある。

【００１２】本発明の第二の目的は、圧縮流体の平行流
を減速させて攪拌し、この攪拌領域にパウダーを噴出さ
せた後、パウダーの混合された高圧気体を平行流として
搬送して、パウダーを平行気流中で分散させることによ
り、パウダーが凝集付着することなく、均一に分散させ
るパウダービーム分散方法を提供することにある。

【００１３】本発明の第三の目的は、圧縮流体の平行流
を減速させて攪拌し、この攪拌領域にパウダーを噴出さ
せた後、パウダーの混合された高圧気体を平行流として
搬送して、パウダーを平行気流中で分散させ、この分散
させたパウダーと気体との固気２相混合流を噴射ノズル
から被加工物に噴射することにより、パウダーが凝集付
着することなく、均一に分散されたパウダービームを高
速で噴出することができるようにし、表面精度や表面粗
度が均一な加工を精度よく行うことができるとともに、
噴射ノズルの孔径を小さくしても、目づまりが発生する
ことがなく、噴射ノズルの寿命が長く、かつ加工効率を
良好に行うことのできるパウダービーム加工装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、本発
明によれば、高圧流体を平行流として供給する平行流供
給管と、この平行流供給管内に設けられ該平行流を減速
させて攪拌する攪拌手段と、この攪拌手段により攪拌さ
れた高圧流体の攪拌領域にパウダーを噴出させて高圧流
体と混合させるパウダー噴出手段と、このパウダー噴出
手段からのパウダーの混合された高圧流体を平行流とし
て搬送してパウダーを平行気流中で分散させる分散管
と、からなるパウダービーム分散装置により、達成され
る。

【００１５】また、前記パウダー噴出手段が、パウダー
と気体との固気２相混合流を噴出させることにより、達
成される。

【００１６】さらに、前記攪拌手段が、前記平行流供給
管内を前記平行流を分断する状態で設けられ、この攪拌
手段の直後の下流側に形成される攪拌領域に、前記パウ
ダー噴出手段からパウダーあるいはパウダーと気体との
固気２相混合流を噴出することにより、達成される。

【００１７】また、前記攪拌手段が、前記平行流供給管
に対して直角方向に配設され、その縦断面が半円筒形状
あるいは半円柱形状であることにより、達成される。

【００１８】また、第二の目的は、高圧流体を平行流と
して供給する平行流供給工程と、前記平行流を減速させ
て攪拌する攪拌工程と、前記攪拌された高圧流体の攪拌
領域にパウダーを噴出させて高圧流体と混合させるパウ
ダー噴出工程と、前記パウダーの混合された高圧流体を
平行流として搬送してパウダーを平行気流中で分散させ
る分散工程と、からなるパウダービーム分散方法によ
り、達成される。

【００１９】さらに、前記パウダー噴出工程により、パ
ウダーと気体との固気２相混合流を噴出させることによ
り、達成される。

【００２０】また、第三の目的は、前記パウダービーム
分散装置あるいはパウダービーム分散方法を利用して、
前記パウダーを分散させた平行気流を被加工物に噴射す
る噴射ノズルを、備えたパウダービーム加工装置によ
り、達成される。

【００２１】

【作用】上記構成によれば、平行流供給管から高圧流体
を平行流として供給し、この平行流供給管内に該平行流
を減速させて攪拌する攪拌手段を設ける。この攪拌手段
により攪拌された高圧流体の攪拌領域にパウダー噴出手
段からパウダーを噴出させて高圧流体と混合させ、この
パウダーの混合された高圧流体を分散管により平行流と
して搬送してパウダーを平行気流中で分散させる。

【００２２】したがって、パウダーは、攪拌領域により
攪拌されるとともに、分散管の平行気流により、攪拌さ
れたパウダーが凝集付着することなく、均一に分散され
たパウダービームとなる。

【００２３】また、前記パウダー噴出手段から、パウダ
ーと気体との固気２相混合流を噴出させるようにする
と、攪拌領域での攪拌をより一層効率的に行うことがで
き、パウダービームをより一層均一なものとすることが
できる。

【００２４】さらに、前記攪拌手段を、前記平行流供給
管内を前記平行流を分断する状態で設け、この攪拌手段
の直後の下流側に形成される攪拌領域に、前記パウダー
噴出手段からパウダーあるいはパウダーと気体との固気
２相混合流を噴出するようにすると、簡単な構成で、効
率的にパウダーと気体とを攪拌して、パウダービームを
均一なものとすることができる。

【００２５】また、前記攪拌手段を、前記平行流供給管
に対して直角方向に配設され、その縦断面が半円筒形状
あるいは半円柱形状のものとすると、より一層簡単な構
成で、効率的にパウダーと気体とを攪拌して、パウダー
ビームを均一なものとすることができる。

【００２６】また、上記パウダービーム分散方法によれ
ば、平行流供給工程により、高圧流体を平行流として供
給し、攪拌工程により、前記平行流を減速させて攪拌す
る。この攪拌された高圧流体の攪拌領域にパウダー噴出
工程により、パウダーを噴出させて高圧流体と混合さ
せ、パウダーの混合された高圧流体を分散工程により、
平行流として搬送してパウダーを平行気流中で分散させ
る。

【００２７】したがって、パウダーは、攪拌領域により
攪拌されるとともに、分散工程の平行気流により、攪拌
されたパウダーが凝集付着することなく、均一に分散さ
れたパウダービームとなる。

【００２８】また、前記パウダー噴出工程で、パウダー
と気体との固気２相混合流を噴出させると、攪拌領域で
の攪拌をより一層効率的に行うことができ、パウダービ
ームをより一層均一なものとすることができる。

【００２９】また、上記パウダービーム加工装置によれ
ば、上記パウダービーム分散装置あるいはパウダービー
ム分散方法を利用して、前記パウダーを分散させた平行
気流を噴射ノズルから被加工物に噴射する。

【００３０】したがって、均一に分散されたパウダービ
ームを被加工物に高速で噴出することができ、表面精度
や表面粗度が均一な加工を精度よく行うことができると
ともに、噴射ノズルの孔径を小さくしても、目づまりが
発生することがない。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例は、本
発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々
の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明
において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、こ
れらの態様に限られるものではない。

【００３２】図１〜図４は、本発明の一実施例のパウダ
ービーム分散装置及びパウダービーム分散方法を示す図
であり、図１はパウダービーム分散装置の正面図、図２
はパウダービーム分散装置の縦断面図、図３は図１のＡ
−Ａ矢視断面図、図４は圧力分布特性である。

【００３３】図１において、パウダービーム分散装置１
は、平行流供給管２を備えている。平行流供給管２は、
例えば、ステンレス鋼等の金属材料又はＡｌ₂０₃等のセ
ラミックスで形成されており、その中心部に、図２に示
すように、断面円形状の供給路３が円筒状となってい
る。平行流供給管２には、図１に示すように、その先端
部に鍔部４が形成されている。

【００３４】平行流供給管２は、その供給路３内を図２
に矢印で示す方向に高圧流体、例えば、２０〜８０ｍ／
ｓの空気あるいはドライ窒素等を平行流として供給す
る。

【００３５】この平行流供給管２の先端には、分散管５
が連結されており、分散管５は、例えば、ステンレス鋼
等の金属材料又はＡｌ₂０₃等のセラミックスで形成され
ている。分散管５は、その中心部に、図２に示すよう
に、断面円形状で、平行流供給管２の供給路３と同一径
の分散路６が円筒状となっており、この分散路６は、平
行流供給管２の供給路３と連通するとともに、その管路
の中心が一致している。

【００３６】分散管５には、図１に示すように、その後
端部に鍔部７が形成されており、分散管５と平行流供給
管２とは、図３に示すように、分散管５の鍔部７と平行
流供給管２の鍔部４とをねじ８で締結することより、連
結されている。

【００３７】また、分散管５の平行流供給管２側の端面
には、リング溝９が形成されており、リング溝９には、
Ｏリング１０が嵌着されている。このＯリング１０によ
り、平行流供給管２と分散管５との連結部から高圧流体
や後述するパウダーが外部に漏れるのを防止している。

【００３８】平行流供給管２には、供給路３の中心を横
断するように、攪拌管（攪拌手段）１１が取り付けられ
ており、攪拌管１１は、ステンレス鋼等の金属材料又は
Ａｌ₂０₃等のセラミックスで形成されている。攪拌管１
１は、図１乃至図３に示すように、その縦断面が中空の
半円筒状の管をその円周頂面を前記高圧流体の上流方向
に向けて取り付けられており、その両端部を平行流供給
管２に形成された半円形の溝に嵌入することにより平行
流供給管２に取り付けられている。

【００３９】すなわち、攪拌管１１は、平行流供給管２
内を圧力流体の平行流を直角方向に分断する状態で設け
られており、圧力流体の平行流を減速させて攪拌する。
したがって、平行流の攪拌管１１近傍の下流側には、攪
拌領域ＫＡ（図２参照）が形成される。

【００４０】この攪拌管１１の半円筒形の中空部には、
平行流供給管２に取り付けられたパウダー噴出ノズル
（パウダー噴出手段）１２の先端が位置しており、パウ
ダー噴出ノズル１２は、攪拌管１１の平行流供給管２へ
の取付端部側にそれぞれ１個づつ取り付けられている。
パウダー噴出ノズル１２は、その先端部外周面にねじ溝
が形成されており、平行流供給管２に形成されたねじ穴
に螺合させることにより平行流供給管２に取り付けられ
ている。

【００４１】また、このパウダー噴出ノズル１２は、そ
の軸心が圧力流体の下流方向に傾斜した状態で平行流供
給管２に取り付けられており、ステンレス鋼等の金属材
料又はＡｌ₂０₃等のセラミックスで形成されている。

【００４２】パウダー噴出ノズル１２には、パウダー供
給管１３が連結されており、パウダー供給管１３は、パ
ウダー噴射ノズル１２と同質の材料、すなわち、ステン
レス鋼等の金属材料又はＡｌ₂０₃等のセラミックスで形
成されていてもよいし、塩化ビニール、ナイロン、テフ
ロン等の合成樹脂、あるいは、クロロプレン、ポリウレ
タン、シリコーン等の合成ゴムで形成されていてもよ
い。パウダー供給管１３は、パウダー噴出ノズル１２に
パウダーを供給し、パウダー噴出ノズル１２は、パウダ
ー供給管１３から供給されるパウダーを前記攪拌管１１
により形成された平行流の攪拌領域ＫＡに噴射する。

【００４３】このパウダーとしては、例えば、その粒径
が、０．０１μｍ〜５μｍ程度のＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＴｉＣ、Ｂ₄Ｃ及びダイヤモンド等の
無機質材料、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、
ＰＭＭＡ等の有機質材料及びＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｏＣｒ等の金属材料等が使用さ
れている。

【００４４】なお、このパウダービーム分散装置１をパ
ウダービーム加工装置に適用するには、分散管６の先端
に噴射ノズルを取り付け、この噴射ノズルから被加工物
に分散管６から供給されるパウダービームを噴射する。

【００４５】次に、上記実施例の作用を説明することに
より、パウダービームの分散方法を説明する。パウダー
ビーム分散装置１においては、図２に示すように、平行
流供給管２の供給路３から分散管５方向に２０〜８０ｍ
／ｓのドライ窒素又は空気等の高圧流体を平行流として
供給する。この場合、平行流供給管２の上流に、整流板
等を設けて、平行流を前もって形成してもよい。

【００４６】平行流供給管２の供給路３を流れてきた平
行流は、攪拌管１１により減速・攪拌されて攪拌管１１
の下流側近傍に攪拌領域ＫＡを形成する。すなわち、供
給路３内の平行流のうち攪拌管１１に向かって流れてき
た平行流は、半円筒形の攪拌管１１の上流側頂面に衝突
し、その後、攪拌管１１の半円筒形の周面に沿って流れ
る。そして、半円筒形の攪拌管１１の下端まで流れる
と、攪拌管１１の後側に巻き込まれ、攪拌管１１の下流
側近傍に攪拌領域ＫＡを形成する。

【００４７】いま、図１に示すように、攪拌管１１の頂
面位置をＰ１、攪拌管１１の下流側下端位置をＰ２、Ｐ
３、攪拌管１１の下端側近傍の攪拌領域をＫＡ及び攪拌
領域ＫＡよりも下流の分散路６を分散領域ＢＡとする
と、図４に攪拌管１１の円筒表面の圧力分布と円筒角度
との関係を示すように、攪拌管１１の頂面位置Ｐ１であ
る０度の位置で圧力が最大となり、その後急激に圧力が
下降して、攪拌管１１の下端位置Ｐ２、Ｐ３である９０
度の位置で最小となる。

【００４８】すなわち、攪拌管１１に向かって流れてき
た平行流は、攪拌管１１の頂面位置Ｐ１から攪拌管１１
の周面に沿って流れるにしたがって急速に加速されて攪
拌管１１の下端位置Ｐ２、Ｐ３に流れ、この急速に加速
される領域が、図４に示す加速領域である。この下端位
置Ｐ２、Ｐ３の直後で、圧力が下降から急に上昇に遷移
するとともに、図４に破線で表示するように、振動し、
この振動領域ＫＡが、図４に示す攪拌領域である。

【００４９】この攪拌領域ＫＡに、パウダー噴出ノズル
１２からパウダーが噴出され、パウダー噴出ノズル１２
から噴出されたパウダーは、攪拌領域ＫＡで平行流の振
動により圧力流体とパウダービームとして充分に均一に
混合・攪拌される。

【００５０】その後、パウダーの混合された圧力流体
は、固気２相混合流として、分散管５の分散路６内を下
流側に搬送される。この分散路６では、図４に示すよう
に、圧力が均一となり、平行流となっている。

【００５１】したがって、固気２相混合流は、分散路６
をパウダーが均一に分散された状態で搬送され、パウダ
ーが凝集付着することなく、均一に分散されたパウダー
ビームを形成することができる。

【００５２】その結果、分散管５に噴射ノズルを取り付
けることにより、パウダービーム加工装置として、均一
に分散されたパウダービームを被加工物に高速で噴出す
ることができ、表面精度や表面粗度が均一な加工を精度
よく行うことができるとともに、噴射ノズルの孔径を小
さくしても、目づまりが発生することがなく、噴射ノズ
ルの寿命が長く、かつ加工効率を良好に行うことができ
る。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るパウダ
ービーム分散装置及びパウダービーム分散方法により、
パウダーを、攪拌領域により攪拌することができるとと
もに、平行気流により、攪拌されたパウダーが凝集付着
することなく、均一に分散されたパウダービームを形成
することができる。また、パウダービーム加工装置によ
り、均一に分散されたパウダービームを被加工物に高速
で噴出することができ、表面精度や表面粗度が均一な加
工を精度よく行うことができるとともに、噴射ノズルの
孔径を小さくしても、目づまりが発生することがなく、
噴射ノズルの寿命が長く、かつ加工効率を良好にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパウダービーム分散装置及びパウ
ダービーム分散方法の一実施例によるパウダービーム分
散装置の正面図である。

【図２】図１のパウダービーム分散装置の縦断面図であ
る。

【図３】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】高圧流体の図１に示す各流域での圧力分布を示
す図である。

【図５】従来のパウダービーム加工装置の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ パウダービーム分散装置 ２ 平行流供給管 ３ 供給路 ４ 鍔部 ５ 分散管 ６ 分散路 ７ 鍔部 ８ ねじ ９ リング溝 １０ Ｏリング １１ 攪拌管 １２ パウダー噴出ノズル １３ パウダー供給管 ＫＡ 攪拌領域 Ｐ１ 頂面位置 Ｐ２、Ｐ３ 下端位置 ＢＡ 分散領域

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧流体を平行流として供給する平行流
   供給管と、 該平行流供給管内に設けられ該平行流を減速させて攪拌
   する攪拌手段と、 該攪拌手段により攪拌された高圧流体の攪拌領域にパウ
   ダーを噴出させて高圧流体と混合させるパウダー噴出手
   段と、 該パウダー噴出手段からのパウダーの混合された高圧流
   体を平行流として搬送してパウダーを平行気流中で分散
   させる分散管と、 を備えたことを特徴とする、パウダービーム分散装置。
2. 【請求項２】 前記パウダー噴出手段が、パウダーと気
   体との固気２相混合流を噴出させることを特徴とする、
   請求項１記載のパウダービーム分散装置。
3. 【請求項３】 前記攪拌手段が、前記平行流供給管内を
   前記平行流を分断する状態で設けられ、この攪拌手段の
   直後の下流側に形成される攪拌領域に、前記パウダー噴
   出手段からパウダーあるいはパウダーと気体との固気２
   相混合流を噴出することを特徴とする、請求項１または
   請求項２記載のパウダービーム分散装置。
4. 【請求項４】 前記攪拌手段が、前記平行流供給管に対
   して直角方向に配設され、その縦断面が半円筒形状ある
   いは半円柱形状であることを特徴とする、請求項１から
   請求項３のいずれかに記載のパウダービーム分散装置。
5. 【請求項５】 高圧流体を平行流として供給する平行流
   供給工程と、 前記平行流を減速させて攪拌する攪拌工程と、 前記攪拌された高圧流体の攪拌領域にパウダーを噴出さ
   せて高圧流体と混合させるパウダー噴出工程と、 前記パウダーの混合された高圧流体を平行流として搬送
   してパウダーを平行気流中で分散させる分散工程と、 を備えたことを特徴とする、パウダービーム分散方法。
6. 【請求項６】 前記パウダー噴出工程により、パウダー
   と気体との固気２相混合流を噴出させることを特徴とす
   る、請求項５記載のパウダービーム分散方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれかに記載
   されたパウダービーム分散装置あるいはパウダービーム
   分散方法を利用して、前記パウダーを分散させた平行気
   流を被加工物に噴射する噴射ノズルを、備えたことを特
   徴とする、パウダービーム加工装置。