JPH07115299B2 - アイスブラストによる対象物表面の処理洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被凍結液の微細化粒子
を凍結させて得た微細凍結粒子を対象物に向けて噴射す
ることにより、対象物表面の処理や洗浄を行うアイスブ
ラストによる対象物表面の処理洗浄方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、アイスブラスト用噴射ノズルとし
て、図４に代表例を示す構造のノズルが知られている。
図４において、(7) は噴射ガス導入管、(5) は微細凍結
粒子含有ガス供給管、(2) は噴射ガスと微細凍結粒子
(P) とが混合した状態で噴射される噴射口ストレート
部、(E) は吸引力を発生させるエジェクター部である。

【０００３】噴射ガス導入管(7) から噴射されたガス
は、高速でエジェクター部(E) を通過して噴射口ストレ
ート部(2) から排出されるが、その際にエジェクター部
(E)において負圧による吸引力が発生するため、微細凍
結粒子含有ガス供給管(5) から微細凍結粒子(P) が吸引
される。微細凍結粒子(P) は、被凍結液の微細化粒子を
凍結させるために利用した液化窒素等の冷媒がガス化し
たガスに同伴された状態となっているので、エジェクタ
ー部(E) の吸引力により容易に移送され、噴射ガス導入
管(7) から噴射された噴射ガスと混合した状態で噴射口
ストレート部(2) から噴射される。

【０００４】一般の研掃剤のブラストに関するものであ
るが、実開平３−７５９７１号公報には、ノズル本体
(1')に、ノズル先端部(4')に向けて斜めに吹き込むエア
ー取り入れ口(2'), (2')を備えると共にノズル先端部
(4')に向けて直線状に研掃剤を導く導管(5')を設け、該
導管(5')の半径方向外方に、該導管(5')と略同芯状のエ
アー流路(6')を有するノズル先端部材(7')を設けたブラ
スト用ノズルにおいて、前記ノズル先端部材(7')を、中
空のサイ頭円錐形に構成して前記エアー流路(6')を先細
りに形成し、該ノズル先端部材(7')の内面に、前記導管
(5')に渡り、且つ、該導管(5')の軸芯方向に沿う複数の
スパイラルプレート(8')を周方向に所定の間隔を隔てて
設けてあるブラスト用ノズルが示されている。（混同を
避けるため、引用符号には「’」を付加してある。）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来のア
イスブラスト用噴射ノズルは、噴射ガス導入管(7) の周
りに微細凍結粒子含有ガスが供給されるようになってい
るため、噴射口ストレート部(2) から噴射されるガス中
に含まれる微細凍結粒子(P) は、噴流の中心部において
速度が速く、噴流の周辺部において速度が遅いという問
題点がある。このことは、後述の図に破線で示した比較
例１によっても歴然としている。そのため、対象物に向
けて噴射した場合、対象物の表面処理や表面洗浄が不均
一になりやすいという事態を招きがちであった。

【０００６】また、噴射ガス導入管(7) と噴射口ストレ
ート部(2) とは一直線上に配置することが必須となるた
め、微細凍結粒子含有ガス供給管(5) を斜め方向から設
置しなければならないが、噴射ガス導入管(7) の裏面側
などで気流のデッドスペースが生じ、このデッドスペー
スに微細凍結粒子(P) が巻き込まれて滞留、成長し、噴
射ガス導入管(7) の吐出口が閉塞することがあった。こ
のようなトラブルは、微細凍結粒子(P) （つまり氷粒）
を用いたときに生ずる固有のものであり、通常の研磨剤
粒子を用いた場合には見られない現象である。

【０００７】これに対し実開平３−７５９７１号公報の
ブラスト用ノズルは、研掃剤を導く導管(5')を中心とし
てその周りにエアー取り入れ口(2'), (2')からのエアー
が流れるエアー流路(6')を形成しているため、研掃剤が
噴流の中心部においても周辺部において速度が均一にな
るであろうことが期待される。

【０００８】しかしながら、本発明者らの検討によれ
ば、この方式を微細凍結粒子(P) に適用した場合、予想
に反し均一化の度合は必ずしも満足しうるものとはなら
ない上、依然として微細凍結粒子(P) の滞留を完全には
防止しえなかった。

【０００９】本発明は、このような背景下において、微
細凍結粒子(P) の速度が噴流の中心部においても周辺部
においても均一で、しかも微細凍結粒子(P) の滞留を生
じないようなアイスブラストによる対象物表面の処理洗
浄方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のアイスブラスト
による対象物表面の処理洗浄方法は、被凍結液の微細化
粒子を凍結させて得た微細凍結粒子(P) を対象物に向け
て噴射することにより 対象物表面の処理または洗浄を行
う方法であって、ノズルヘッド(1) の中心軸方向の先端
側が長さＬと口径ｄとの比がＬ／ｄ≧１の関係を満足す
る小径の噴射口ストレート部(2) 、内部側が大径のキャ
ビティー(3) 、これら噴射口ストレート部(2) とキャビ
ティー(3) との間が中心軸に対し５〜３０゜のテーパー
角θを有するテーパー部(4) にそれぞれ形成され、前記
キャビティー(3) にはノズルヘッド(1) の後端側から微
細凍結粒子含有ガス供給管(5) が挿入配置されると共
に、該ガス供給管(5) とキャビティー(3) 内壁およびテ
ーパー部(4) 内壁との間の間隙により噴射口ストレート
部(2) につながる流路(6) が形成され、さらにノズルヘ
ッド(1) のサイドを貫通して前記流路(6) に連絡する噴
射ガス導入管(7) を流路(6) に対しほぼ直角に設置した
構成を有するアイスブラスト用噴射ノズルを用い、 前記
微細凍結粒子含有ガス供給管(5) からは微細凍結粒子
(P) を含むガスを供給し、前記噴射ガス導入管(7) から
は噴射用ガスを導入することにより、対象物表面の処理
または洗浄を行うことを特徴とするものである。

【００１１】以下本発明を詳細に説明する。

【００１２】微細凍結粒子(P) は、被凍結液の微細化粒
子を冷媒との熱交換により凍結させることにより得られ
る。たとえば、断熱容器内に液体窒素、液体ヘリウム、
液体アルゴンなどの冷媒を供給しておくと共に、その断
熱容器内に被凍結液を窒素ガスや圧縮空気の如き加圧ガ
スと共に噴霧することにより容易に得られる。そしてそ
の際の諸条件（噴霧ノズルの仕様、被凍結液の流量、高
圧ガスの圧力、微細化粒子の滞留時間、冷媒の供給量や
温度など）を制御することによって、所望の粒径の微細
凍結粒子(P) とすることができる。被凍結液の噴霧は、
加圧ガスを使用せずに液送ポンプを用いることによって
も同様に達成できる。なお被凍結液としては、通常純水
が用いられるが、静電気の発生を防止するためＣＯ₂ を
事前に含有させることもできる。

【００１３】本発明のアイスブラスト用噴射ノズルにあ
っては、ノズルヘッド(1) の中心軸方向の先端側を小径
の噴射口ストレート部(2) 、内部側を大径のキャビティ
ー(3) に形成する。そしてこれら噴射口ストレート部
(2) とキャビティー(3) との間をテーパー部(4) に形成
する。

【００１４】テーパー部(4) のテーパー角θは、中心軸
に対し５〜３０゜に設定され、テーパー角θが余りに小
さいときはエジェクター作用が低下して吸引力が不足す
る上、ノズルが長大になってコンパクト化できなくな
り、一方テーパー角θが許容範囲を越えて余りに大きい
ときは、乱流となってエジェクター作用が低下し、やは
り吸引力が低下するようになる。

【００１５】キャビティー(3) には、ノズルヘッド(1)
の後端側から微細凍結粒子含有ガス供給管(5) を挿入配
置する。このとき、そのガス供給管(5) とキャビティー
(3)内壁およびテーパー部(4) 内壁との間の間隙によ
り、噴射口ストレート部(2) につながる流路(6) が形成
される。

【００１６】そして、ノズルヘッド(1) のサイドを貫通
して、上記の流路(6) に連絡する噴射ガス導入管(7) を
設ける。この場合の噴射ガス導入管(7) の流路(6) との
接続位置は、流路(6) の後端よりもやや前方位置とする
ことが望ましい。

【００１７】噴射ガス導入管(7) の数は、配管上のスペ
ース、供給バランスなどとの兼ね合いから１〜４個、殊
に２〜３個とすることが望ましい。ノズルヘッド(1) の
サイドを貫通しての噴射ガス導入管(7) の設置は、溶
接、螺合等の一般的な接続手段により行うことができ
る。

【００１８】噴射ガス導入管(7) の流路(6) に対する角
度αは、ほぼ直角になるように設定することが重要であ
る。噴射ガス導入管(7) の流路(6) 対してαを鋭角に設
定すると、噴射口ストレート部(2) からの噴流中の微細
凍結粒子(P) の速度が噴流の中心部と周辺部とで差を生
ずるようになり、噴射ガス導入管(7) の流路(6) に対し
てαを鈍角に設定すると、ブラスト自体が円滑に行いえ
なくなる。

【００１９】なお噴射口ストレート部(2) については、
その口径をｄ、長さをＬとするとき、Ｌ／ｄが少なくと
も１以上になるように設計することが必要であり、殊に
３以上となるように設計することが望ましい。Ｌ／ｄが
余りに小さいと噴射流の安定性が損なわれる。Ｌ／ｄの
上限については特に限界はないが、Ｌ／ｄを余りに大き
くすると噴射ノズルを組み込んだ装置自体が大きくなる
ので、その面からの制約が加わることがある。

【００２０】本発明のアイスブラストによる対象物表面
の処理洗浄方法は、種々の対象物に対する表面処理、表
面洗浄の目的に好適に使用できる。ブラスト後の微細凍
結粒子(P) は溶融して水となるので、ブラスト面の洗浄
や粒子の回収など特別の操作を要しない。

【００２１】

【作用】本発明の方法における噴射ノズルにあっては、
噴射口ストレート部(2) の後方に微細凍結粒子含有ガス
供給管(5) が一直線上に位置し、その微細凍結粒子含有
ガス供給管(5) の周りに噴射ガス導入管(7) からの流路
(6) が形成され、さらに噴射ガス導入管(7) はその流路
(6) にほぼ直角に連絡するように工夫してある。

【００２２】流路(6) から吐出されるガスの速度は、キ
ャビティー(3) 内への微細凍結粒子含有ガス供給管(5)
の挿入深さで容易に調節することができる。

【００２３】噴射ガス導入管(7) から送られてきたガス
は、流路(6) に連絡する個所で撹拌混合され、流路(6)
をその断面積にわたってほぼ一定の線速で進行し、流路
(6)の出口の所でエジェクター作用により微細凍結粒子
含有ガス供給管(5) 内の微細凍結粒子(P) を含有するガ
スを吸引しながら噴射口ストレート部(2) から噴射され
る。そのため、噴射口ストレート部(2) から噴出する噴
流の中心部においても周辺部においても、微細凍結粒子
(P) の速度が均一となる。またノズルヘッド(1) 内には
微細凍結粒子(P) が滞留を起こす個所がないので、微細
凍結粒子(P) が滞留、成長してノズルのつまりを生ずる
おそれもない。

【００２４】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。

【００２５】実施例１ 図１は本発明の方法に用いるアイスブラスト用噴射ノズ
ルの一例を示した断面図である。

【００２６】(1) はノズルヘッドであり、その中心軸方
向の先端側が小径の噴射口ストレート部(2) 、内部側が
大径のキャビティー(3) 、これら噴射口ストレート部
(2) とキャビティー(3) との間がテーパー部(4) にそれ
ぞれ形成されている。テーパー部(4) のテーパー角θ
は、中心軸方向に対し５〜３０゜の範囲内のある角度、
たとえば１５゜に設定してある。噴射口ストレート部
(2) のＬ／ｄは、この実施例では 4.8に設定してある。

【００２７】(5) は、微細凍結粒子含有ガス供給管であ
り、ノズルヘッド(1) の後端側からキャビティー(3) に
挿入配置されている。

【００２８】(6) は、ガス供給管(5) とキャビティー
(3) 内壁およびテーパー部(4) 内壁との間の間隙により
形成される流路であり、噴射口ストレート部(2) につな
がっている。微細凍結粒子含有ガス供給管(5) の先端部
とテーパー部(4) との間の流路(6) の断面積は、１０〜
３０mm² の範囲内のある値、たとえば２０mm² に設定し
てある。

【００２９】(7) は、噴射ガス導入管であり、ノズルヘ
ッド(1) のサイドを貫通して、流路(6) に対し直角に２
個設置してある（角度α＝９０゜）。

【００３０】断熱容器内に冷媒として液体窒素を供給す
ると共に、窒素ガスを背圧として用いて純水を断熱容器
内に噴霧したところ、純水の微細化粒子が凍結し、平均
粒径２０〜３０μm の微細凍結粒子(P) となって断熱容
器内の底部に落下した。

【００３１】図１の構造の噴射ノズルの微細凍結粒子含
有ガス供給管(5) の後端側を断熱容器の底部と連絡し
て、微細凍結粒子(P) を含有するガスが微細凍結粒子含
有ガス供給管(5) に供給可能にすると共に、図示せざる
圧縮空気供給ラインより噴射ノズルの噴射ガス導入管
(7), (7)にエアーを送った。

【００３２】ブリネル硬さ３０のアルミニウム板を対象
物として、これに直角に噴射ノズルの先端を向けて６０
mmの距離からアイスブラスティングを行い、アルミニウ
ム板のダメージ深さを測定した。このときの噴流の広が
り（噴流中心部からの距離）とアルミニウム板のダメー
ジ深さとの関係を図２に実線で示す。

【００３３】比較例１ 図４に示した従来の代表的なアイスブラスト用噴射ノズ
ルを用い、噴射口ストレート部(2) 内のガス速度は実施
例１と同じにして、アルミニウム板のダメージ深さを測
定した。結果を図２に破線で示す。

【００３４】図２から、噴射ガス導入管(7) の周りに微
細凍結粒子含有ガスが供給される構造の従来の噴射ノズ
ルを用いた比較例１においては、アルミニウム板に与え
るダメージは噴流の中心部ほど大きく、中心部から周辺
部に向かうほど急速に小さくなっていくことがわかる。
これに対し図１の噴射ノズルを用いた実施例１にあって
は、アルミニウム板に与えるダメージの程度は、中心部
から１５mm程度までほとんど変らず、常に一定している
ことがわかる。

【００３５】比較例２ 流路(6) に対する噴射ガス導入管(7), (7)の角度を図１
に破線で示したように４５゜傾けた構造としたほかは実
施例１を繰り返した（角度α＝４５゜）。この場合の噴
流の広がりとアルミニウム板のダメージ深さとの関係
は、図示は省略してあるが図２の実施例１と比較例１の
中間程度であり、実施例１に比しては劣っていることが
判明した。

【００３６】実施例２ この実施例においては、テーパー部(4) のテーパー角θ
を中心軸に対し１０゜に設定すると共に、噴射口ストレ
ート部(2) のＬとｄを下記のように変更して、実施例１
と同様にアイスブラスティングを行い、アルミニウム板
のダメージ深さに対するＬ／ｄの影響を見た。噴射角度
は９０゜、噴射距離は４５mm、製氷量は２００cc/min、
ブラストガス量は５５０NL/min、クリアランスは 0.192
mmである。結果を図３に示す。 Ｌ ｄ Ｌ／ｄ ９mm ９mmφ 1.0 ３３mm ９mmφ 3.7 ９９mm ９mmφ 11.0

【００３７】

【発明の効果】本発明のアイスブラストによる対象物表
面の処理洗浄方法は、対象物に与える衝撃の程度が噴流
の中心部と周辺部とで一定しているので、表面処理、表
面洗浄を均一に行うことができる。

【００３８】また、微細凍結粒子(P) がノズルヘッド
(1）内で滞留しないため、ノズル詰まりを生ずるおそれ
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いるアイスブラスト用噴射ノ
ズルの一例を示した断面図である。

【図２】噴流の広がり（噴流中心部からの距離）とアル
ミニウム板のダメージ深さとの関係を示したグラフであ
る。

【図３】噴流の広がり（噴流中心部からの距離）とアル
ミニウム板のダメージ深さとの関係を示したグラフであ
る。

【図４】従来のアイスブラスト用噴射ノズルの代表例を
示した断面図である。

【符号の説明】

(1) …ノズルヘッド、 (2) …噴射口ストレート部、 (3) …キャビティー、 (4) …テーパー部、 (5) …微細凍結粒子含有ガス供給管、 (6) …流路、 (7) …噴射ガス導入管、 (P) …微細凍結粒子、 (E) …エジェクター部、 θ…テーパー角、 α…角度

フロントページの続き (72)発明者 蓑原 光久 大阪府松原市天美東２−136−２ 大陽酸 素株式会社天美寮 (56)参考文献 特開 平３−19771（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−224600（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被凍結液の微細化粒子を凍結させて得た微
   細凍結粒子(P) を対象物に向けて噴射することにより対
   象物表面の処理または洗浄を行う方法であって、 ノズルヘッド(1) の中心軸方向の先端側が長さＬと口径
   ｄとの比がＬ／ｄ≧１の関係を満足する小径の噴射口ス
   トレート部(2) 、内部側が大径のキャビティー(3) 、こ
   れら噴射口ストレート部(2) とキャビティー(3) との間
   が中心軸に対し５〜３０゜のテーパー角θを有するテー
   パー部(4) にそれぞれ形成され、前記キャビティー(3)
   にはノズルヘッド(1) の後端側から微細凍結粒子含有ガ
   ス供給管(5) が挿入配置されると共に、該ガス供給管
   (5) とキャビティー(3) 内壁およびテーパー部(4) 内壁
   との間の間隙により噴射口ストレート部(2) につながる
   流路(6) が形成され、さらにノズルヘッド(1) のサイド
   を貫通して前記流路(6) に連絡する噴射ガス導入管(7)
   を流路(6) に対しほぼ直角に設置した構成を有するアイ
   スブラスト用噴射ノズルを用い、 前記微細凍結粒子含有ガス供給管(5) からは微細凍結粒
   子(P) を含むガスを供給し、前記噴射ガス導入管(7) か
   らは噴射用ガスを導入することにより、対象物表面の処
   理または洗浄を行うことを特徴とするアイスブラストに
   よる対象物表面の処理洗浄方法 。