JPH06331640A - 流速分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス供給ノズルのガス吹出口の長さ方向に沿
う位置に対して、均等に反応ガスが吹き出しているか否
かを測定し、この測定結果を基にしてガス供給ノズルに
よる反応ガスの吹き出しを調整できる流速分布測定装置
の提供を目的とする。 【構成】 Ｘ−Ｙプロッター４２において、コントロー
ラ４０から出力されたスライダ３３の位置を示す位置デ
ータと、微風速計４１から出力されたガス供給ノズル９
の流速を示す流速値データとに基づき、矢印Ｘ1−Ｘ2方
向に沿うガス供給ノズル９のガス吹出口９ｂの流速分布
を示すグラフを作製し、このグラフを参照してガス吹出
口９ｂのいずれの位置においても、被検出ガスの流速が
一定となるようにガス供給ノズル９のガス吹出口９ｂを
調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラジカル（遊離基）反
応を利用して、機械的方法では切断が困難なセラミック
ス、ガラスなどを切断する精密切断装置に係り、この精
密切断装置に設けられたガス供給ノズルの流速分布測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ラジカル反応を利用した精密加工
方法が提案されている（特開平１−１２５８２９号公
報）。このラジカル反応による精密加工方法は、反応ガ
スの雰囲気中に配した被加工物近傍で、放電又はレーザ
光励起により反応ガスを活性化させてラジカルを生成
し、該ラジカルと被加工物の構成原子又は分子とをラジ
カル反応させて被加工物を加工するものである。

【０００３】そして、上記の公開公報には、加工方法の
一例として、ワイヤ供給用ボビンに巻かれたワイヤ電極
をワイヤ引取りボビンに巻き取りながら該ワイヤ電極に
電圧を印加し、ワイヤ電極と被切断物間に放電を発生さ
せて反応ガスを活性化させ、該反応ガスによりラジカル
を生成して該ラジカルと被切断物の構成原子又は分子と
をラジカル反応させ、被切断物をワイヤ電極に対して該
ワイヤ電極を横切る方向に相対的に移動させて被切断物
を切断するラジカル反応による精密切断方法が開示され
ている。

【０００４】他方、本出願人は、このようなラジカル反
応を利用したラジカル反応による精密切断装置（特願平
３−３２０７３６号（平成３年１２月９日出願））を提
供している。これらラジカル反応による精密切断装置
は、ワイヤ電極の放電により切断された被切断物の切断
溝に対して、反応ガスを供給するガス供給ノズルを具備
するものであって、このような反応ガスの供給により、
ラジカル反応の反応速度が低下することを防止してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人が
出願したラジカル反応による精密切断装置では、ワイヤ
電極の長さ方向に沿って形成された切断溝の各位置に対
して、被切断物の切断にむらが生じることを防止するた
めに、反応ガスを均等に供給することが望ましく、これ
により、切断溝の長さ方向に沿う各位置に対して、反応
ガスが均等に供給されているか否かを測定する測定装置
の提供が望まれていた。

【０００６】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、長尺なガス吹出口を有するガス供給ノズ
ルの長さ方向に沿う位置に対して、均等に反応ガスが吹
き出しているか否かを測定し、この測定結果を基にして
ガス供給ノズルによる反応ガスの吹き出しを調整できる
気体の流速分布測定装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、ガス供給ノズルに設けられた一定の長
さを有するガス吹出口から吹き出すガスの流速分布を測
定する流速分布測定装置であって、ガス供給ノズルを保
持して、該ガス供給ノズルの吹出口から被測定ガスを吹
き出させる供給ノズル保持手段と、この供給ノズル保持
手段によりガス供給ノズルを保持した状態で、該ガス供
給ノズルのガス吹出口から吹き出されるガスの流速分布
を測定する流速分布測定手段とを有し、この流速分布測
定手段を、ガスの流速を測定するためのセンサを有し、
このセンサをガス供給ノズルのガス吹出口の長さ方向に
沿って移動させるセンサ移動部と、このセンサ移動部に
よるセンサの移動量と、前記センサにより検出されたガ
スの流速とに基づき、ガス吹出口の長さ方向に沿う流速
分布を測定する測定部とから構成するようにしている。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ガスの流速を測定するための
センサを、ガス供給ノズルのガス吹出口の長さ方向に沿
って移動させるようにし、このときのセンサの移動量
と、該センサにより検出されたガスの流速とに基づき、
ガス吹出口の長さ方向に沿う流速分布が測定できるの
で、この流速分布を参照して、長さ方向に沿ういずれの
位置においても、ガスの流速が一定となるようにガス供
給ノズルを調整することができる。

【０００９】

【実施例】まず、本発明に係わる流速分布測定装置を説
明する前に、流速分布の測定対象となるガス供給ノズル
が設けられた「ラジカル反応による精密切断装置」につ
いて図１及び図２を参照して説明する。まず、図１にお
いて符号１で示すフレームには三つのチャンバＣａ，Ｃ
ｂ，Ｃｃが設けられており、これらチャンバＣａ，Ｃ
ｂ，Ｃｃの中の第１のチャンバＣａにはワイヤ電極Ｗの
供給機構２が、また中央の第２のチャンバＣｂには被切
断物Ｍの切断機構３が、更に第３のチャンバＣｃにはワ
イヤ電極Ｗの引取り機構４がそれぞれ設けられている。

【００１０】ワイヤ電極Ｗの供給機構２は、被切断物Ｍ
を切断するためのワイヤ電極Ｗが巻かれているワイヤ供
給用ボビン５と、ワイヤ電極Ｗを支持するワイヤ支持ロ
ーラ６とを有し、ワイヤ供給用ボビン５には、ワイヤ電
極Ｗの引き出し時にワイヤＷの弛みを防止して、該ワイ
ヤ電極Ｗの張力を一定に保つためのブレーキ機構（図示
略）が設けられている。

【００１１】切断機構３は、被切断物Ｍを保持した状態
で上下方向に移動可能に支持する上昇駆動機構７と、こ
の上昇駆動機構７の両側に設けられて、ワイヤ電極Ｗに
対して電圧を印加するための一対の給電ブラシ８と、ワ
イヤ電極Ｗによる被切断物Ｍの切断箇所に対して反応ガ
スを供給するガス供給ノズル９と、チャンバＣａとＣｂ
との間、及びチャンバＣｂとＣｃとの間に位置するワイ
ヤ電極Ｗの挿通箇所に設けられて、各チャンバＣａ，Ｃ
ｂ，Ｃｃ間の気密状態を保持するシール部材１０とを有
するものである。また、この切断機構３には、図示しな
い複数のローラが設けられており、これらローラによっ
てチャンバＣｂ内のワイヤ電極Ｗが水平状態に保持され
るようになっている。

【００１２】また、前記上昇駆動機構７は、被切断物Ｍ
を保持する保持板１１と、この保持板１１を水平に支持
するロッド１２と、該ロッド１２を上下方向に移動させ
る上下用サーボモータ（図示略）を備えたギア機構１３
とから構成されたものであり、このギア機構１３によ
り、ロッド１２を介して保持板１１上の被切断物Ｍを上
下方向に移動させるようにしている。また、フレーム１
におけるロッド１２の貫通箇所にはチャンバＣｂ内を気
密状態に保持するためのベローズ（図示略）が設けられ
ている。

【００１３】被切断物Ｍの切断箇所に対して反応ガスを
供給するガス供給ノズル９は、ノズル固定治具１４を介
在させて、ワイヤ電極Ｗの長さ方向に沿うようにフレー
ム１に水平に固定されている。また、ガス供給ノズル９
は、ラジカル反応で被切断物Ｍに形成される切断溝Ｍａ
の溝幅よりも薄く形成され、その内部に、反応ガスを供
給する給気孔９ａが設けられた構造となっている。この
給気孔９ａの末端部には、一定の長さに亙って反応ガス
を吹き出す長尺なガス吹出口９ｂが形成されている。ま
た、このガス供給ノズル９の近傍には、ラジカル反応に
より生成された反応生成物を吸引する吸引孔が設けられ
ているが、図面には省略されている。

【００１４】次に、上記チャンバＣｃ内に設けられてい
るワイヤ電極Ｗの引取り機構４について説明する。この
引取り機構４は、ワイヤ電極Ｗを支持するワイヤ支持ロ
ーラ１５と、該ワイヤ電極Ｗを巻き取るためのワイヤ引
取用ボビン１６と、このワイヤ引取用ボビン１６を駆動
するためのワイヤ走行用駆動モータ（図示略）とから構
成されたものであって、このワイヤ走行用駆動モータに
より、ワイヤ引取用ボビン１６、ワイヤ支持ローラ１５
を介してワイヤ電極Ｗを引き取るようにしている。な
お、本実施例では、ワイヤ電極Ｗの供給機構２及び引取
り機構４によりワイヤ電極Ｗを走行させる走行ワイヤ方
式を採用しており、この方式では、チャンバＣｂ内にお
いて、ワイヤ走行速度を制御することにより、ワイヤ電
極Ｗがプラズマ雰囲気中に位置する時間を制御すること
ができ、これによりプラズマ雰囲気下に長時間位置する
ことによるワイヤ電極Ｗの損傷を防止できるものであ
る。

【００１５】次に、上記のように構成された本発明に係
るラジカル反応による精密切断装置の作用を説明する。
ワイヤ引取用ボビン１６を回転駆動し、ワイヤ供給用ボ
ビン５に巻かれたワイヤ電極Ｗをワイヤ引取用ボビン１
６に引き取りながら、図２に示すようにガス供給ノズル
９の給気孔９ａを通じてガス吹出口９ｂから反応ガスを
供給する。そして、ガス吹出口９ｂから吹き出された反
応ガスは、切断溝Ｍａの溝底Ｍｂに沿って流通し、この
ときワイヤ電極Ｗの放電により反応ガスがプラズマ状態
となって活性化し、これによって反応ガスからラジカル
が生成され、該ラジカルと被加工物の構成原子又は分子
とがラジカル反応する。その結果、被切断物の構成原子
又は分子が反応した箇所が切断箇所となって、該被切断
物が加工されることになる。そして、この後、ラジカル
反応により生じた反応生成物と余剰反応ガスとは、図示
しない吸引孔から吸引されて外部に排出される。

【００１６】また、被切断物Ｍの切断の進行に従って上
下駆動機構７の上下用サーボモータを作動させ、被切断
物Ｍを上昇させ、これによって、ワイヤ電極Ｗを被切断
物Ｍの切断溝Ｍａの溝底Ｍ付近に常時位置させるように
している。

【００１７】次に、図１及び図２に示したガス供給ノズ
ル９の流速分布を測定するための流速分布測定装置につ
いて、図３〜図５を参照して説明する。図３に符号２０
で示すものは架台であり、この架台２０には、被測定物
であるガス供給ノズル９が取り付けられる供給ノズル保
持手段２１と、供給ノズル保持手段２１に取り付けられ
たガス供給ノズル９の長さ方向に沿う流速を測定する流
速分布測定手段２２とがそれぞれ設けられている。供給
ノズル保持手段２１は、架台２０の立設部２０Ａに水平
に固定されたレール２３と、該レール２３にスライド自
在に設けられた２個のスライドブロック２４（図面では
１個のみ記載）と、これらスライドブロック２４に固定
されたガス供給部２５と、このガス供給部２５との間に
ガス供給ノズル９を固定する蓋体２６とを有するもので
あって、この蓋体２６には、ガス供給部２５との間にガ
ス供給ノズル９を介在させた状態で固定するねじ２７が
取り付けられる。また、前記ガス供給部２５には、ガス
供給ノズル９に対して被測定ガス（空気、酸素、窒素
等）を供給するためのガス供給口２５Ａが設けられてい
る。

【００１８】一方、前記ガス供給部２５の端部は、ノズ
ル引張り用板２８を間に介在させて、締結部材２９によ
り架台２０に固定されている。この締結部材２９はボル
ト２９Ａとナット２９Ｂとからなるものであり、この締
結部材２９を締めることによって、ノズル引張り用板２
８を介してガス供給部２５が矢印Ｘ1−Ｘ2方向に引っ張
られ、これにより、該ガス供給部２５に固定された一対
のスライドブロック２４が相対変位して、該ガス供給部
２５と蓋体２６との間に固定されたガス供給ノズル９に
張力を与えるようにしている。その結果、該ガス供給ノ
ズル９が反ることを防止し、該ガス供給ノズル９に直線
性を持たせることができる。

【００１９】そして、このように構成された供給ノズル
保持手段２１では、ガス供給口２５Ａを通じて被測定ガ
スがガス供給ノズル９に供給され、かつこのガス供給ノ
ズル９の供給孔９ａ内で該被測定ガスが加圧される。こ
れによって、該被測定ガスが、ガス供給ノズル９のガス
吹出口９ｂから外部に吹き出し、このとき吹き出した被
測定ガスの流速が後述するセンサＳにより測定される。
なお、この供給ノズル保持手段２１では、ねじ２７の締
め付けにより、ガス供給部２５とガス供給ノズル９との
間、蓋体２６とガス供給ノズル９との間に気密を形成す
るようにしたが、これに加えて、これらガス供給部２５
とガス供給ノズル９との間、蓋体２６とガス供給ノズル
９との間にパッキン等を介在させても良い。

【００２０】一方、前記流速分布測定手段２２は、ガス
の流速を測定するためのセンサＳ（後述する）を有し、
このセンサＳをガス供給ノズル９のガス吹出口９ｂの長
さ方向に沿って移動させるセンサ移動部３０と、このセ
ンサ移動部３０によるセンサＳの移動量と、前記センサ
により検出されたガスの流速とに基づき、ガス吹出口の
長さ方向に沿う流速分布を測定する測定部３１とから構
成される。

【００２１】まず、センサ移動部３０について説明す
る。図３及び図４に符号３２で示すものは、架台２に対
してレール２３と平行な位置関係に設けられたスケール
であり、このスケール３２には矢印Ｘ1−Ｘ2方向に沿っ
て移動自在にスライダ３３が設けられている。このスラ
イダ３３は、コントローラ４０（後述する）から出力さ
れる駆動信号により動作されるリニアパルスモータ３３
Ａを備えるものであり、このリニアパルスモータ３３Ａ
の駆動により、矢印Ｘ1−Ｘ2方向に移動されるようにな
っている。また、このスライダ３３の上部には、取付板
３４を介在させて締結部材３５によってプローブ３６が
取り付けられ、このプローブ３６の先端には、ガス供給
ノズル９から吹き出す被測定ガスの流速を測定するセン
サＳが取り付けられている。また、このセンサＳにより
検出された検出データは微風速計４１に供給されて数値
化されるようになっている。

【００２２】次に、センサＳの検出結果から流速分布を
作製するための測定部３１について説明する。この測定
部３１は、図５に示すようにコントローラ４０と、微風
速計４１、Ｘ−Ｙプロッター４２とから構成され、これ
ら構成要素と、センサＳ、スライダ３３のパルスモータ
３３Ａとは信号線４３〜４６により接続されている。コ
ントローラ４０は、スライダ３３を特定の位置、方向に
移動させるための駆動信号をスライダ３３のパルスモー
タ３３Ａに出力するとともに、この駆動信号により動作
されるスライダ３３の位置データをＸ−Ｙプロッター４
２に出力するものである。

【００２３】微風速計４１は、センサＳの検出データに
基づきガス供給ノズル９から吹き出す被測定ガスの流速
値を計算し、この流速値を流速値データとしてＸ−Ｙプ
ロッタ４２に出力するものである。Ｘ−Ｙプロッター４
２は、コントローラ４０から出力されたスライダ３３の
位置を示す位置データと、微風速計４１から出力された
ガス供給ノズル９の流速を示す流速値データとに基づ
き、矢印Ｘ1−Ｘ2方向に沿うガス供給ノズル９のガス吹
出口９ｂの流速分布を表すグラフを作製するものであ
る。そして、このＸ−Ｙプロッター４２により作製され
たグラフとしては、例えば図６（ａ）に示すようなもの
がある。

【００２４】次に、図５を参照して、供給ノズル保持手
段２１に保持されたガス供給ノズル９に対して被測定ガ
スを供給するための被測定ガス供給手段５０について説
明する。この被測定ガス供給手段５０は、空気等の被測
定ガスを供給するコンプレッサ又は酸素、窒素等の被測
定ガスを供給するボンベ等からなる被測定ガス供給源５
１と、この被測定ガス供給源５１から供給される被測定
ガスの流量が一定となるように調整するレギュレータ５
２と、該レギュレータ５２から送り出される被測定ガス
の流量を測定する流量計５３とを有するものであって、
流量計５３を経た被測定ガスはガス供給部２５のガス供
給口２５Ａに供給されるようになっている。また、これ
ら被測定ガス供給源５１と、レギュレータ５２と、流量
計５３と、ガス供給部２５のガス供給口２５Ａとの間は
配管５４〜５６によりそれぞれ接続されており、前記流
量計５３とガス供給口２５Ａとを接続する配管の途中に
は、ガス供給ノズル９内の圧力を測定するための圧力計
５７が設けられている。

【００２５】そして、このように構成された被測定ガス
供給手段５０では、流量計５３の計測値を参照しなが
ら、被測定ガスの流量が常時一定となるようにレギュレ
ータ５２を調整させることができ、一方、圧力計５７を
参照することにより、圧力の低下を検出した場合に、例
えばネジ２７を再調整すること等を行い、ガス供給部２
５とガス供給ノズル９との間、蓋体２６とガス供給ノズ
ル９との間に完全に気密が形成されるように調整するこ
とができる。すなわち、圧力計５７の検出値を参照する
ことにより、ガス供給ノズル９内の圧力損失を検出する
ことが可能となる。

【００２６】そして、以上のように構成された流速分布
測定装置では、Ｘ−Ｙプロッター４２において、コント
ローラ４０から出力されたスライダ３３の位置を示す位
置データと、微風速計４１から出力されたガス供給ノズ
ル９の流速を示す流速値データとに基づき、矢印Ｘ1−
Ｘ2方向に沿うガス供給ノズル９のガス吹出口９ｂの流
速分布を示すグラフを作製することができるので、この
グラフを参照してガス吹出口９ｂのいずれの位置におい
ても、被検出ガスの流速が一定となるようにガス供給ノ
ズル９のガス吹出口９ｂを調整することができる。な
お、ガス吹出口９ｂの各位置において被検出ガスの流速
を一定とするようなガス吹出口９ｂの調整手段として
は、具体的には図６（ｂ）に示すように、給気孔９ａ内
にガイド５５、溝、凹凸を設ける等がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流速分布測
定装置では、ガスの流速を測定するためのセンサを、ガ
ス供給ノズルのガス吹出口の長さ方向に沿って移動させ
るようにし、このときのセンサの移動量と、該センサに
より検出されたガスの流速とに基づき、ガス吹出口の長
さ方向に沿う流速分布が測定できるので、この流速分布
を参照して、長さ方向に沿ういずれの位置においても、
ガスの流速が一定となるようにガス供給ノズルを調整す
ることができ、その結果、このように流速が調整された
ガス供給ノズルを用いて、精密切断装置のラジカル反応
を、ガス供給ノズルのいずれの位置においても安定させ
て行わせることができ、該精密切断装置を安定して動作
させることができる効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ラジカル反応による精密切断装置の一実施例
を示す正断面図。

【図２】 ワイヤ電極とガス供給ノズル、及び被切断物
の関係を示す側面図。

【図３】 本発明に係わる流速分布測定装置の正断面
図。

【図４】 図３を矢印ＩＶから視た図。

【図５】 流速分布測定装置の測定部３１、被測定ガス
供給手段５０を示す図。

【図６】 （ａ）はガス供給ノズルの長さ方向に沿う位
置と流速分布との関係を示す図、（ｂ）は流速分布の改
善例を示す図。

【符号の説明】

９ ガス供給ノズル ９ｂ ガス吹出口 ２１ 供給ノズル保持手段 ２２ 流速分布測定手段 ３０ センサ移動部 ３１ 測定部 Ｓ センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 一郎 神奈川県横浜市磯子区新磯子町27番地 株 式会社新潟鉄工所制御技術部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給ノズルに設けられた一定の長さ
   を有するガス吹出口から吹き出すガスの流速分布を測定
   する流速分布測定装置であって、 ガス供給ノズルを保持して、該ガス供給ノズルの吹出口
   から被測定ガスを吹き出させる供給ノズル保持手段と、 この供給ノズル保持手段によりガス供給ノズルを保持し
   た状態で、該ガス供給ノズルのガス吹出口から吹き出さ
   れるガスの流速分布を測定する流速分布測定手段とを有
   し、 この流速分布測定手段は、 ガスの流速を測定するためのセンサを有し、このセンサ
   をガス供給ノズルのガス吹出口の長さ方向に沿って移動
   させるセンサ移動部と、 このセンサ移動部によるセンサの移動量と、前記センサ
   により検出されたガスの流速とに基づき、ガス吹出口の
   長さ方向に沿う流速分布を測定する測定部とから構成さ
   れていることを特徴とする流速分布測定装置。