KR101497117B1

KR101497117B1 - 표면 처리 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101497117B1
Application number: KR1020107005785A
Authority: KR
Inventors: 카즈히토 오하시; 신야 츠카모토; 히로유키 하세가와
Original assignee: 고꾸리츠 다이가꾸 호우징 오까야마 다이가꾸
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2015-03-03
Also published as: JP5219224B2; US20100255759A1; KR20100074133A; US8459582B2; WO2009031517A1; CN101795813A; JPWO2009031517A1; CN101795813B

Abstract

종래의 흡인 캐비테이션류를 이용한 표면 처리 기술에서는, 피처리물을 넣는 챔버의 폭을 넓게 하면 유체의 유동 상태가 안정화되지 않고, 또한 흡인 캐비테이션류가 피처리면을 따라 대략 평행하게 흐르기 때문에, 피처리면에 대해 캐비테이션 기포의 압궤(壓潰) 충격력을 충분히 작용시킬 수 없다는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해, 스로틀부(27)를 일단에 갖는 유체 공급 유로(25)의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 유체 공급 유로(25)와는 상기 스로틀부(27)를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로(26)를 마련하여, 유체 흡인 유로(26) 내의 가공액(8)을 흡인 수단(17)으로 흡인함으로써 상기 스로틀부(27)의 직하류에 상기 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류(5)를 피처리면(6a)에 대해 대략 수직으로 충돌시킴으로써 상기 피처리면(6a)의 표면 처리를 실시한다.

Description

표면 처리 방법 및 그 장치{SURFACE TREATING METHOD AND DEVICE THEREOF}

본 발명은, 유로 중간에 마련한 스로틀부를 통해 유체를 흡인 혹은 흡인과 분사를 행함으로써 캐비테이션을 일으켜 기포(이하, "캐비테이션 기포"라고 한다)를 발생시키고, 그 캐비테이션 기포가 압궤(壓潰)되어 발생하는 충격력(이하, "압궤 충격력"이라고 한다)을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 표면 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래부터, 금속 재료 및 플라스틱, 유리, 반도체 등의 비금속 재료의 표면에 대해 연마 등의 국부적인 재료 제거에 의해 가공하거나, 혹은 압력을 가해 표면에 압축 응력을 인가하여 피로 강도 등의 재료 특성을 향상시키는 표면 개질을 행하거나, 또는 부착되어 있는 불순물을 제거하여 세정하는 등의 목적으로, 캐비테이션 기포를 포함하는 고압의 유체 분류(噴流)(이하, "분사 캐비테이션류"라고 한다)를 피처리물의 표면(이하, "피처리면"이라고 한다)을 향해 격렬하게 분사하여 피처리면에 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시켜, 상기 가공, 표면 개질, 세정 등의 각종 처리(이하, "표면 처리"라고 한다)를 행하는 기술이 알려져 있다. 이 표면 처리 기술에 의하면, 지금까지의 산화성이 강한 부식액을 사용하는 웨트 에칭에서의 환경 오염·장치 부식의 문제, 미세한 연마재 등을 고압 에어와 함께 강력하게 내뿜는 블래스트 가공에서의 열악한 작업 환경·저강도 부재에의 적용의 곤란성·표면 조화(粗化)의 문제, 작은 구멍을 통과한 고압수의 분류에 의해 절단 등을 행하는 워터제트 가공에서의 펌프 등의 대형화·고가의 장치 문제, 절삭, 연삭, 연마 등의 기계 가공에서의 복잡한 형상에의 적용 곤란성의 문제 등에 대해 모두 충분히 대응할 수 있다.

또한, 본 발명자들은 예의 연구한 결과, 상기 캐비테이션 기포를 수반한 흐름을 발생시키는데, 가공액을 펌프로 흡인하고, 흡인시의 가공액의 유동을 피가공면 상에 마련한 스로틀부에 의해 국부적으로 제한함으로써 스로틀부의 하류측에 캐비테이션을 일으키고, 이때에 발생하는 캐비테이션 기포를 포함하는 가공액의 흐름(이하, "흡인 캐비테이션류"라고 한다)을 피가공면에 충돌시키는 표면 처리 기술에 대해 개시하였다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조). 이 표면 처리 기술에 의하면, 상기 분사 캐비테이션류를 피가공면을 향해 국소적으로 격렬하게 분사하는 지금까지의 경우와는 달리, 가공액의 분류에 의한 과대한 국부압의 영향을 최소한으로 억제할 수 있어, 피가공면의 표면 조도를 작게 유지하면서 고정밀도로 가공하는 것이 가능해진다. 또한, 가공액에 미립자를 분산 혼입시킴으로써 캐비테이션 기포의 압궤 충격력 외에 압궤 충격력이 작용한 미립자가 피가공면에 격렬하게 충돌할 때의 충돌력이 더해져, 피가공면의 가공 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

오하시 카즈히토 외 3명 "흡인 캐비테이션류를 이용한 마이크로 가공법", 2005년도 정밀공학회 춘계 대회 학술 강연회 강연 논문집, 2005년 3월 1일, P1307-1308.

그러나, 상기 흡인 캐비테이션류를 이용한 표면 처리 기술에서는, 가공액을 채운 챔버 내에 판상의 피가공물을 침지함과 동시에, 상기 챔버의 좌우 측벽 사이에는 상기 피가공물의 피가공면 상에 근접하여 폭이 넓은 가동 부재를 배치하고, 그 가동 부재 하부와 상기 피가공면과의 사이에 좁은 틈을 마련하여 스로틀부로 한다. 또한, 상기 챔버에는 가동 부재를 사이에 두고 전후 방향 일측에 흡입구를, 전후 방향 타측에 공급구를 마련하고, 상기 공급구와 흡입구의 사이를 외부 관로에 의해 연통한 다음, 흡인 펌프에 의해 흡입구로부터 외부 관로 내로 가공액을 흡인함으로써, 챔버 내의 가공액이 스로틀부 내를 통과하여 흡입구를 향해 유동하여 스로틀부의 직하류에 흡인 캐비테이션류가 발생한다. 이 상태에서, 상기 가동 부재를 피가공면을 따라 대략 평행하게 전후 이동시키면서, 피가공면에 대해 흡인 캐비테이션류에 의한 가공을 실시하도록 한다.

이 때문에, 상기 제어 구성에 있어서는, 좌우 측벽의 간격을 넓히면 가공액의 유동 상태가 폭 방향 위치에서 크게 달라 스로틀부에서 발생하는 흡인 캐비테이션류가 안정화되지 않기 때문에, 대형 피가공물에의 적용이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 스로틀부에서는 좌우 측벽 근방이 되면 전단류에 의해 난류가 커져, 흡인 캐비테이션류에 의한 압궤 충격력이나 미립자의 충돌력이 현저하게 증가하기 때문에, 한정된 범위에서만 동일 조건에 의한 가공을 실시할 수 있어 피가공면 전면에 걸친 균일한 가공이 곤란하다는 문제가 있었다.

또한, 스로틀부의 직하류에서 발생한 상기 흡인 캐비테이션류는, 챔버 내의 가공액의 흐름의 영향을 받아 피가공면을 따라 대략 평행하게 흘러, 캐비테이션 기포, 미립자 모두 피처리면에 대해 대략 평행하게 고속 이동한다. 이 때문에, 캐비테이션 기포는 피처리면 근방에 접근조차 하지 못하여, 피처리면에 대해 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 충분히 작용시킬 수 없다. 압궤 충격력을 받은 미립자도 상기 피가공면에 대해 수직이 아니라 비스듬하게 충돌하고, 게다가 체류하지 않고 스로틀부로부터 고속으로 멀어지므로, 압궤 충격력이 작용 가능한 미립자의 수 자체도 적다. 따라서, 피처리면에 작용하는 캐비테이션 기포의 압궤 충격력 및 그 압궤 충격력을 받은 미립자에 의한 충돌력이 충분하다고는 할 수 없어, 높은 처리 효율을 얻기 힘들다는 문제도 있다.

본 발명의 표면 처리 방법에서는, 유로 중간에 마련한 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 표면 처리 방법으로서, 상기 스로틀부를 일단에 갖는 유체 공급 유로의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 유체 공급 유로와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로를 마련하여, 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인 수단으로 흡인함으로써 상기 스로틀부의 직하류에 상기 흡인 캐비테이션류를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시킴으로써 상기 피처리면에 표면 처리를 실시하는 방법이다.

본 발명의 표면 처리 방법에서는, 상기 유체에 미립자를 분산 혼입하고, 그 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써, 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시킨다.

본 발명의 표면 처리 방법에서는, 상기 유체 흡인 유로 내의 유체를 상기 흡인 수단으로 흡인함과 동시에, 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 압송 수단으로 압송한다.

본 발명의 표면 처리 방법에서는, 상기 스로틀부를 미리 닫은 상태에서 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 상기 흡인 수단에 의해 흡인을 행하여, 상기 유체 공급 유로 내의 내압을 상기 유체 흡인 유로 내의 내압보다 높게 한 다음에, 상기 스로틀부를 연다.

본 발명의 표면 처리 방법에서는, 상기 유체의 온도를 소정 온도로 제어한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 유체의 유로 중간에 스로틀부를 마련하고, 그 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시켜, 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 구조를 갖는 표면 처리 장치에 있어서, 상기 스로틀부를 일단에 갖고 스로틀부에 유체를 공급 가능한 유체 공급 유로와, 유체 공급 유로 내와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로와, 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인하는 흡인 수단을 구비하고, 상기 유체 흡인 유로는 상기 유체 공급 유로의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 상기 스로틀부는 상기 피처리면에 대향 배치한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 유체에는 미립자를 분산 혼입하고, 그 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시킨다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 홑겹형 관체를 마련하고, 홑겹형 관체의 외측의 상기 유체 흡인 유로 내에 상기 피처리면을 노출시킨다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 내관과, 그 내관의 외측면과의 사이에 상기 유체 흡인 유로를 갖는 외관으로 이루어지는 일체적인 이중형 관체를 마련하고, 상기 스로틀부 근방의 유로 내에 상기 피처리면을 노출시킨다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 외관은 스로틀부로부터 피처리면까지의 유로를 덮도록 연장하여 설치한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 일정하게 유지 가능한 거리 유지 수단을 구비한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 검출 가능한 거리 센서를 구비한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 피처리면의 비처리 부위에는 마스크재를 피복한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부는 상기 피처리면 상을 자유롭게 이동 가능한 구성으로 한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 복수의 구멍을 갖는 다공 부재를 배치한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 흡인 캐비테이션류를 소정 방향으로 유도하는 유도 부재를 배치한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 유체 선회 수단을 배치한다.

본 발명의 표면 처리 장치에서는, 상기 스로틀부에 그 스로틀부의 구멍 직경을 변경할 수 있는 직경 가변 수단을 배치한다.

본 발명에 따르면, 유로 중간에 마련한 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 표면 처리 방법에 있어서, 상기 스로틀부를 일단에 갖는 유체 공급 유로의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 유체 공급 유로와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로를 마련하여, 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인 수단으로 흡인함으로써 상기 스로틀부의 직하류에 상기 흡인 캐비테이션류를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시킴으로써 상기 피처리면에 표면 처리를 실시하므로, 스로틀부 근방에서의 유체의 유동 상태가 스로틀부 단면의 원주 방향 위치에 따라서 크게 변화하지 않아 스로틀부의 직하류에 안정된 흡인 캐비테이션류를 발생시킬 수 있어, 피처리면 전면에 걸쳐 균일한 표면 처리를 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 대형 피처리물에 대해서도 안정된 표면 처리를 실시할 수 있다. 이에 따라, 처리 정확도의 향상, 처리 사이즈의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 흡인 캐비테이션류 중의 캐비테이션 기포를 적어도 피처리면 근방에는 접근시킬 수 있어, 피처리면에 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 충분히 작용시켜 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 유체에 미립자를 분산 혼입하고, 그 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 피처리면이 미립자로부터 받는 충돌력을 증가시키고, 게다가 유체의 흐름의 방향이 크게 바뀌는 피처리면 근방에는 스로틀부로부터 유출한 수류와 그 반전류에 기인하는 소용돌이가 생기고, 그 소용돌이에 생긴 정체부에 상기 미립자가 체류하게 되므로, 압궤 충격력을 받는 미립자의 수 자체도 증가시킬 수 있어, 미립자에 의한 충돌력을 충분히 높여 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인 수단으로 흡인함과 동시에 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 압송 수단으로 압송함으로써, 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 대해 보다 강하게 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 속도나 가공 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 스로틀부를 미리 닫은 상태에서 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 상기 흡인 수단에 의해 흡인을 행하여 상기 유체 공급 유로 내의 내압을 상기 유체 흡인 유로 내의 내압보다 높게 한 다음에 상기 스로틀부를 여는 것에 의해, 고압의 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 대해 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 속도나 가공 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 유체의 온도를 소정 온도로 제어함으로써 캐비테이션 기포가 발생하기 쉬운 온도 상태로 제어하여, 캐비테이션 기포를 증가시켜 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 유체의 유로 중간에 스로틀부를 마련하고, 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시켜, 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 구조를 갖는 표면 처리 장치에 있어서, 상기 스로틀부를 일단에 갖고 그 스로틀부에 유체를 공급 가능한 유체 공급 유로와, 유체 공급 유로 내와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로와, 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인하는 흡인 수단을 구비하고, 상기 유체 흡인 유로는 상기 유체 공급 유로의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 상기 스로틀부는 상기 피처리면에 대향 배치하였으므로, 스로틀부 근방에서의 유체의 유동 상태가 스로틀부 단면의 원주 방향 위치에 따라서 크게 변화하지는 않아 스로틀부의 직하류에 안정된 흡인 캐비테이션류를 발생시킬 수 있어, 피처리면 전면에 걸쳐 균일한 표면 처리를 실시할 수 있을 뿐만 아니라 피처리물에 대해서도 안정된 표면 처리를 실시할 수 있다. 이에 따라, 처리 정확도의 향상, 처리 사이즈의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 흡인 캐비테이션류 중의 캐비테이션 기포를 적어도 피처리면 근방에는 접근시킬 수 있어, 피처리면에 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 충분히 작용시켜 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 게다가, 스로틀부와 피처리면을 대향 배치시키는 간단한 구조를 마련하는 것만으로, 이들 효과를 달성할 수 있다.

또한, 상기 유체에 미립자를 분산 혼입하고, 그 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 피처리면이 미립자로부터 받는 충돌력을 증가시키고, 게다가, 유체의 흐름의 방향이 크게 바뀌는 피처리면 근방에는 스로틀부로부터 유출한 수류와 그 반전류에 기인하는 소용돌이가 생기고 그 소용돌이에 상기 미립자가 체류하게 되므로, 압궤 충격력을 받는 미립자의 수 자체도 증가시킬 수 있어, 미립자에 의한 충돌력을 충분히 높여 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 홑겹형 관체를 마련하고, 홑겹형 관체 외측의 상기 유체 흡인 유로 내에 상기 피처리면을 노출시키므로, 예를 들면 챔버 내에 침지한 피처리물의 피처리면 상에 스로틀부를 근접한 상태에서 홑겹형 관체를 배치하기만 하는 간단한 구조에 의해, 스로틀부의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 충돌시킬 수 있어, 장치 비용의 저감, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 홑겹형 관체는 굴곡 가능한 관으로 이루어지므로, 피처리면이 내부에 노출된 유체 흡인 유로의 유로 구성 부재의 형상에 따라 홑겹형 관체를 굽힘으로써, 스로틀부의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류를 피처리면의 소정 부위에 충돌시킬 수 있어, 상기 유로 구성 부재가 직선상이 아니라 굴곡되어 있거나 복잡한 형상인 경우에도, 신속하면서도 정확하게 소정 부위로 스로틀부를 이동시켜 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 효율 및 처리 정확도를 확보하면서 처리 대상의 확대를 도모할 수 있다.

또한, 내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 내관과, 그 내관의 외측면과의 사이에 상기 유체 흡인 유로를 갖는 외관으로 이루어지는 일체적인 이중형 관체를 마련하고, 상기 스로틀부 근방의 유로 내에 상기 피처리면을 노출시키므로, 홑겹형 관체에서는 대형 피처리물을 침지하는데 대형 챔버가 필요하고 유체 공급 유로의 주위를 둘러싸는 유체 흡인 유로의 단면적도 현저하게 증가해 통상적인 흡인 펌프로는 충분한 흡인력을 얻을 수 없는 경우에도, 유체 공급 유로와 유체 흡인 유로를 병설한 이중형 관체의 위치를 챔버 내에서 바꾸는 것만으로 피처리면에 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 정확도 및 처리 효율을 확보하면서 처리 사이즈의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 유체 공급 유로를 구성하는 내관의 외측면을 유체 흡인 유로의 형성에도 이용할 수 있어, 부품수 감소에 의한 부품 비용의 저감, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 이중형 관체의 유체 흡인 유로는 내관과 외관에 의해 규정되므로, 유체 흡인 유로의 단면의 형상·크기를 항상 일정하게 유지하여 유체 흡인 유로 내에서의 흡인 캐비테이션류의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 외관은 스로틀부로부터 피처리면까지의 유로(이하, "처리 유로"라고 한다)를 덮도록 연장하여 설치하므로, 그 처리 유로에서의 흡인 캐비테이션류가 외부로부터 받는 영향을 최소한으로 억제할 수 있고, 게다가 이 외관의 연장 길이를 변경함으로써 상기 처리 유로의 거리를 표면 처리의 종류·정도, 유체·미립자의 종류, 피처리물의 기계적 특성 등에 따라 적정 거리로 설정할 수 있다. 이에 따라, 표면 처리의 처리 효율 및 처리 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 일정하게 유지 가능한 거리 유지 수단을 구비하므로, 캐비테이션 기포의 압궤 충격력이나 미립자의 충돌력을 피처리면 전체에 균등하게 작용시킬 수 있어 균질한 표면 처리를 실시할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 검출 가능한 거리 센서를 구비하므로, 그 거리 센서로부터의 거리 신호에 기초하여 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 보다 높은 정확도로 적정치로 유지할 수 있어, 처리 효율 및 처리 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 피처리면의 비처리 부위에는 마스크재를 피복하므로, 태양전지 패널·플라즈마 디스플레이 등의 전자 부품·광학 부품 표면의 복잡한 형상의 미세 가공, 소입(quenching) 부재의 특정 부위의 압축 응력 부여 등과 같이 높은 가공 정밀도의 표면 처리도 실시할 수 있어, 처리 대상을 한층 더 확대할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부는 상기 피처리면 상을 자유롭게 이동 가능하게 구성하므로, 피처리물측을 움직이지 않고 관체측을 움직임으로써 스로틀부의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류를 피처리면의 소정 부위에 충돌시킬 수 있어, 가령 피처리물이 중량물이나 파손되기 쉬운 물건으로 이동이 곤란한 경우에도, 신속하면서도 정확하게 소정 부위에 관체의 스로틀부를 이동시켜 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 효율 및 처리 정확도를 확보하면서 처리 대상의 확대를 도모할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 복수의 구멍을 갖는 다공 부재를 배치함으로써 캐비테이션 기포의 발생 부위를 증가시켜, 캐비테이션 기포의 발생 효율을 향상시켜 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 흡인 캐비테이션류를 소정 방향으로 유도하는 유도 부재를 배치함으로써, 피처리물의 특정 부위에 흡인 캐비테이션류를 유도하여 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 유체 선회 수단을 배치함으로써 피처리물에 대해 흡인 캐비테이션류를 소정 방향으로 선회시키면서 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 편차를 막아 균일하게 표면 처리를 실시할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부에 스로틀부의 구멍 직경을 변경할 수 있는 직경 가변 수단을 배치함으로써 흡인 캐비테이션류(5)에 의한 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)에의 영향 범위를 연속적으로 조정하는 것이 가능해져, 가공 형상의 제어가 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 구성 모식도이다.
도 2는 홑겹형 관체를 구비하는 처리부의 측면 단면도이다.
도 3은 이중형 관체를 구비하는 처리부의 측면 단면도이다.
도 4는 굴곡 가능한 관체를 구비하는 처리부의 측면 일부 단면도이다.
도 5는 굴곡 가능한 관체의 스로틀부 근방의 측면 일부 단면도이다.
도 6은 액츄에이터를 갖는 굴곡 가능한 관체를 구비하는 처리부의 측면 일부 단면도이다.
도 7은 액츄에이터인 지지 부재 근방의 측면 일부 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 표면 처리 장치의 전체 구성의 다른 실시 형태를 나타내는 구성 모식도이다.
도 9는 개폐 밸브를 구비하는 스로틀부의 측면 일부 단면도이다.
도 10은 메시(mesh) 부재를 나타내는 평면도이다.
도 11은 유도 부재를 구비하는 스로틀부를 나타내는 측면 단면도이다.
도 12는 유체 선회 수단을 구비하는 스로틀부를 나타내는 도면으로, (a)는 측면 일부 단면도이고, (b)는 유체 선회 수단을 하방에서 본 상태를 나타내는 평면도이다.

다음으로, 발명의 실시의 형태를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 구성 모식도이고, 도 2는 홑겹형 관체를 구비하는 처리부의 측면 단면도이고, 도 3은 이중형 관체를 구비하는 처리부의 측면 단면도이고, 도 4는 굴곡 가능한 관체를 구비하는 처리부의 측면 일부 단면도이고, 도 5는 굴곡 가능한 관체의 스로틀부 근방의 측면 일부 단면도이고, 도 6은 액츄에이터를 갖는 굴곡 가능한 관체를 구비하는 처리부의 측면 일부 단면도이고, 도 7은 액츄에이터인 지지 부재 근방의 측면 일부 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 표면 처리 장치의 전체 구성의 다른 실시 형태를 나타내는 구성 모식도이고, 도 9는 개폐 펄프를 구비하는 스로틀부의 측면 일부 단면도이고, 도 10은 메시 부재를 나타내는 평면도이고, 도 11은 유도 부재를 구비하는 스로틀부를 나타내는 측면 단면도이고, 도 12는 유체 선회 수단을 구비하는 스로틀부를 나타내는 도면으로 (a)는 측면 일부 단면도이고, (b)는 유체 선회 수단을 하방에서 본 상태를 나타내는 평면도이다.

우선, 본 발명에 따른 표면 처리 방법을 이용한 표면 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해 도 1 및 도 2에 의해 설명한다. 한편, 본 실시예에서는 부재 표면을 깊이 방향으로 미세 가공하는 경우에 대해 설명하지만, 미세 가공 이외에 전술한 표면 개질, 세정 등의 표면 처리에 대해서도 동일한 구성을 적용할 수 있다.

표면 처리 장치(1)는, 발생한 흡인 캐비테이션류(5)를 금속 재료 및 플라스틱, 유리, 반도체 등의 비금속 재료 등의 피가공 부재(6)에 충돌시켜 가공 처리를 행하는 처리부(2)와, 처리부(2)로부터 가공액(8)을 흡인하여 상기 피가공 부재(6)의 굵고 큰 가공 찌꺼기 등의 이물질을 여과 제거한 후, 가공액(8) 중의 미립자(7)를 조정하고 나서 상기 처리부(2)로 되돌리는 가공액 순환부(3)와, 상기 처리부(2)에서의 관체(9) 하단의 스로틀부(27)를 횡 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 관체 구동부(4)로 구성된다.

이 중 가공액 순환부(3)에서는, 챔버(10)에 개구된 흡입구(11)가 배관(12)을 통해 흡인 펌프(17)의 흡인 포트에 연통되고, 흡인 펌프(17)의 토출 포트는 배관(13)을 통해 저장액 탱크(21) 내에 연통되어, 모터(18)에 의해 흡인 펌프(17)를 구동시킴으로써 챔버(10) 내의 가공액(8)은 상기 흡입구(11)로부터 배관(12) 내로 힘차게 흡인되어, 차례로 배관(12), 흡인 펌프(17), 배관(13)을 지나 배관(13) 중간부에 마련한 스크린 필터(19)에 의해 굵고 큰 가공 찌꺼기 등의 이물질이 제거된 다음, 상기 저장액 탱크(21) 내에 유입되어 저장된다.

저장액 탱크(21)에는 가공 중이나 순환 중에 손실된 미립자(7)를 보충하기 위한 분말 탱크(20)가 병설되어, 필요에 따라 분말 탱크(20)에 축적된 미립자(7)를 저장액 탱크(21) 내에 투입하는 등, 가공액(8) 내의 미립자(7)의 혼합비를 소정치로 조정하도록 한다. 가공액(8)으로는 통상적으로는 물을 사용하지만, 물 이외에 세정용 유기용제 등이라도 되고, 캐비테이션 기포의 발생을 억제하거나 피가공 부재(6)·미립자(7)·각 유로·각 장치 등을 변질시키지 않는다면 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 미립자(7)에 대해서도 통상적으로는 알루미나·산화 지르코늄 등의 산화물, 탄화 규소 등의 탄화물 등의 경질 미립자를 사용하지만, 비교적 연질인 미립자라도 화학 반응에 의해 피가공 부재(6)의 표면을 가공 가능한 것, 예를 들면 수중에서 유리와의 화학 반응을 수반한 가공이 가능한 산화 세륨 등을 사용할 수도 있고, 적용하는 표면 처리의 종류나 처리의 목적 등에 적합한 미립자라면 미립자의 종류·크기·형상·특성 등은 특별히 한정하지 않는다. 한편, 상기 배관(12)의 중간부에는 압력계(16)가 개재되어, 압력계(16)에 의해 소정의 흡인력이 되도록 상기 흡인 펌프(17)를 제어한다.

또한, 상기 저장액 탱크(21)의 하단은 자유롭게 굴곡 가능한 배관(14)을 통해 상기 관체(9) 내에 개구된 공급구(15)와 연통되어, 저장액 탱크(21) 내에서 미립자(7)가 소정의 혼합비로 조정된 가공액(8)이 저장액 탱크(21)로부터 흘러내려 배관(14)을 지나 공급구(15)로부터 관체(9) 내로 유입되어 처리부(2)에 공급되도록 하는 가공액 순환 구조가 형성된다.

상기 관체 구동부(4)에서는 관체(9)의 상부에 지지 아암(24)의 일단이 연결되고, 지지 아암(24)의 타단은 액츄에이터(22)에 연결되고, 액츄에이터(22)는 제어 장치(29)에 접속된 모터(23)에 장착되어, 제어 장치(29)에 기억된 프로그램에 따라 모터(23)에 의해 액츄에이터(22)가 구동되어 관체(9)가 이동하고, 관체(9)의 하단에 마련한 스로틀부(27)를 피가공 부재(6)의 피가공면(6a) 상의 소정 위치까지 이동 제어할 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 처리부(2)에 대해 도 1 및 도 2에 의해 설명한다.

처리부(2)에서는 상기 챔버(10)의 바닥판(10a) 상에 평판상의 피가공 부재(6)가 올려지고, 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)의 상방에서 소정 거리만큼 이격된 위치에 홑겹관 타입의 상기 관체(9)가 배치되며, 관체(9)는 상기 챔버(10)의 측면을 구성하는 통판(10b)에 평행으로 배치된다.

이 중 관체(9)의 내부에는 유체 공급 유로(25)가 형성되고, 유체 공급 유로(25)는 전술한 바와 같이 하여 미립자(7)를 소정의 혼합비로 분산 혼입한 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에, 관체(9)의 하단에는 중앙에 스로틀홀(27b)을 천공한 마개(27a)로 이루어지는 스로틀부(27)가 끼워져, 유체 공급 유로(25) 내의 가공액(8)이 가는 스로틀홀(27b)을 지나 하방으로 흘러내리도록 하고 있다. 그리고, 스로틀홀(27b)의 홀 축이 상기 피가공면(6a)에 대해 대략 수직이 되도록 상기 스로틀부(27)는 피가공면(6a)에 대향 배치된다.

상기 챔버(10) 내에서 관체(9)의 주위에는 유체 흡인 유로(26)가 형성되고, 유체 흡인 유로(26)도 상기 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에, 챔버(10)의 상부는 관통하는 관체(9)가 횡 방향 및 상하 방향으로 이동할 수 있도록 고무 등의 탄성재로 이루어지는 덮개(10c)에 의해 액밀하게 폐쇄된다. 이에 따라, 가공액(8)을 상기 흡입구(11)로부터 흡인 펌프(17)에 의해 흡인할 때에, 불필요한 공기가 유체 흡인 유로(26) 내로 혼입되지 않게 하여 흡인 펌프(17)에 의한 유체 흡인 유로(26) 내의 가공액(8)의 흡인력을 높이고 있다.

이와 같은 구성에서 흡인 펌프(17)를 구동하면, 그 흡인 펌프(17)에 배관(12)을 통해 연통된 유체 흡인 유로(26)의 내압이 음압이 되고, 상기 스로틀홀(27b)을 통해 유체 공급 유로(25) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)을 향해 대략 수직으로 토출된다. 그러면, 가공액(8)은 스로틀홀(27b)을 통과할 때에 유속이 증대하고, 이에 수반하여 압력이 저하하며, 그 압력이 가공액(8)의 포화 증기압까지 감소함으로써 캐비테이션 기포(30)가 생기고, 이에 따라, 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 고속의 가공액(8)의 흐름이 흡인 캐비테이션류(5)로서 상기 스로틀부(27)의 직하류에 발생한다.

흡인 캐비테이션류(5)는 스로틀홀(27b)로부터 피가공면(6a)까지 하강하는 사이에 유속이 저하하여 압력이 회복되어, 포함되어 있던 캐비테이션 기포가 압궤하여 전술한 압궤 충격력이 발생한다. 이 압궤 충격력은 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 직접 작용함과 동시에, 흡인 캐비테이션류(5)를 타고 피가공면(6a)을 향해 고속 이동중인 미립자(7)에도 작용하여, 그 미립자(7)를 더욱 가속하여 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 격렬하게 충돌시킨다.

피가공면(6a) 근방까지 하강해 온 흡인 캐비테이션류(5)의 가공류는, 서서히 외측으로 펼쳐지면서 흐름의 방향을 역방향으로 바꾸어 상기 유체 흡인 유로(26) 내를 상승해 간다. 이 상승류와 상기 하강류와의 사이에 소용돌이가 발생하고, 소용돌이에서는 유속이 저하하여 정체부가 생겨, 그 정체부에 고체의 미립자(7)가 체류한다. 이에 따라, 피가공면(6a) 근방의 미립자(7)의 혼합비가 증가하고, 피가공면(6a)에 충돌하는 미립자(7)의 수도 증가시키게 된다.

즉, 유로 중간에 마련한 스로틀부(27)를 통해 유체인 가공액(8)을 흡인함으로써 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류(5) 내에서 상기 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력을 상기 스로틀부(27) 근방의 피처리면인 피가공면(6a)에 작용시키는 표면 처리 방법에 있어서, 상기 스로틀부(27)를 일단에 갖는 유체 공급 유로(25)의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 유체 공급 유로(25)와는 상기 스로틀부(27)를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로(26)를 마련하여, 유체 흡인 유로(26) 내의 가공액(8)을 흡인 수단인 흡인 펌프(17)로 흡인함으로써 상기 스로틀부(27)의 직하류에 상기 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시키고, 흡인 캐비테이션류(5)를 상기 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 충돌시킴으로써 상기 피가공면(6a)에 표면 처리 가공을 실시하므로, 스로틀부(27) 근방에서의 가공액(8)의 유동 상태는 스로틀부(27) 단면의 원주 방향 위치에 따라서 크게 변화하지는 않아 스로틀부(27)의 직하류에 안정된 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시킬 수 있어, 피가공면(6a) 전면에 걸쳐 균일한 표면 처리를 행할 수 있을 뿐만 아니라 대형 피처리물인 피가공 부재(6)에 대해서도 안정된 표면 처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 처리 정확도의 향상, 처리 사이즈의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 흡인 캐비테이션류(5)를 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 흡인 캐비테이션류(5) 중의 캐비테이션 기포(30)를 적어도 피가공면(6a) 근방에는 접근시킬 수 있어, 피가공면(6a)에 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력을 충분히 작용시켜 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 표면 처리 방법을 실시하기 위한 장치로서, 유체인 가공액(8)의 유로 중간에 스로틀부(27)를 마련하고, 스로틀부(27)를 통해 가공액(8)을 흡인함으로써 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시켜, 흡인 캐비테이션류(5) 내에서 상기 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력을 상기 스로틀부(27) 근방의 피가공면(6a)에 작용시키는 구조를 구비한 표면 처리 장치(1)에 있어서, 상기 스로틀부(27)를 일단에 갖고 스로틀부(27)에 가공액(8)을 공급 가능한 유체 공급 유로(25)와, 유체 공급 유로(25) 내와 상기 스로틀부(27)를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로(26)와, 유체 흡인 유로(26) 내의 가공액(8)을 흡인하는 흡인 수단인 흡인 펌프(17)를 구비하고, 상기 유체 흡인 유로(26)는 상기 유체 공급 유로(25)의 주위를 대략 동심상으로 둘러싸고, 상기 스로틀부(27)는 상기 피가공면(6a)에 대향 배치하였으므로, 상기 표면 처리 방법에 의한 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 스로틀부(27)와 피가공면(6a)을 대향 배치하는 간단한 구조를 마련하는 것만으로 이들 효과를 달성할 수 있다.

또한, 유체인 상기 가공액(8)에 미립자(7)를 분산 혼입하여, 그 미립자(7)에 상기 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자(7)를 상기 피처리면인 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 피가공면(6a)이 미립자(7)로부터 받는 충돌력을 증가시키고, 게다가 가공액(8)의 흐름의 방향이 크게 바뀌는 피가공면(6a) 근방에는 스로틀부(27)로부터 유출한 수류와 그 반전류에 기인하는 소용돌이가 생겨 그 소용돌이에 상기 미립자(7)가 체류하게 되므로, 압궤 충격력을 받는 미립자(7)의 수 자체도 증가시킬 수 있고, 미립자(7)에 의한 충돌력을 충분히 높여 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 홑겹형 관체(9)를 피가공면(6a)이 노출된 유체 흡인 유로(26) 내에 배치함으로써 관체(9)의 스로틀부(27)로부터 피가공면(6a)을 향해 흡인 캐비테이션류(5)를 흘릴 수 있고, 또한 상기 관체 구동부(4)의 액츄에이터(22)를 구동함으로써 챔버(10)의 바닥판(10a)에 올려진 피가공 부재(6)는 그대로 두고 관체(9)만을 피가공면(6a) 상의 소정의 가공부까지 이동하거나 피가공면(6a) 상에서 일정 피치로 주사시켜, 피가공면의 부분 가공이나 전면 가공을 행할 수 있도록 한다.

즉, 내부에 상기 유체 공급 유로(25)를 갖고 일단에는 상기 스로틀부(27)를 갖는 홑겹관 타입의 관체(9)를 마련하고, 관체(9) 외측의 상기 유체 흡인 유로(26) 내에 상기 피처리면인 피가공면(6a)을 노출시키므로, 예를 들면 챔버(10) 내에 침지한 피처리물인 피가공 부재(6)의 피가공면(6a) 상에 스로틀부(27)를 근접한 상태로 관체(9)를 배치하기만 하는 간단한 구조에 의해, 스로틀부(27)의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류(5)를 피가공면(6a)에 충돌시킬 수 있어 장치 비용의 저감, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부(27)는 상기 피처리면인 피가공면(6a) 상을 자유롭게 이동 가능한 구성으로 하므로, 피처리물인 피가공 부재(6)측을 움직이지 않고 관체(9)측을 움직임으로써 스로틀부(27)의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류(5)를 피가공면(6a)의 소정 부위에 충돌시킬 수 있어, 가령 피가공 부재(6)가 중량물이나 파손되기 쉬운 것으로 이동이 곤란한 경우 등에도 신속하면서도 정확하게 소정 부위에 관체(9)의 스로틀부(27)를 이동시켜 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 효율 및 처리 정확도를 확보하면서 처리 대상의 확대를 도모할 수 있다.

물론, 피가공 부재(6)의 이동이 용이한 경우 등에는, 관체(9)측을 고정하고 피가공 부재(6)측을 움직이거나, 관체(9)측과 피가공 부재(6)측을 동시에 움직여도되며, 신속하면서도 정확하게 소정 부위에 관체(9)의 스로틀부(27)를 위치시킬 수 있으면 구동 구성을 특별히 한정하지 않는다.

또한, 본 실시예의 피가공면(6a)은 마스크재(31)에 의해 소정의 패턴으로 마스킹되어 있어, 마스킹한 피가공면(6a)의 전면을 관체(9)에 의해 일정 피치로 주사시키면, 상기 마스크재(31)로 덮이지 않은 부분만이 흡인 캐비테이션류(5)에 의해 국부적으로 연마 제거되고, 마스크재로 덮여 있는 부위(이하, "비처리 부위"라고 한다)는 흡인 캐비테이션류(5)의 영향을 받지 않고 그대로 남아, 이후 상기 마스크재(31)를 제거함으로써 피가공면(6a)에는 소정의 미세 형상이 얻어진다.

한편, 마스킹은 폴리에스테르 등의 유기 필름이나 에칭 가공된 스테인레스의 박판·니켈의 전기 주조품 등의 금속 필름 등을 마스크재로서 붙이거나, 포토 레지스트나 인쇄 마스크를 실시함으로써 행할 수 있지만, 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력 및 미립자(7)의 충돌력에 견딜 수 있으면서, 또한 소정의 가공 정밀도가 얻어지는 것이라면 마스킹의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

즉, 상기 피처리면인 피가공면(6a)의 비처리 부위에는 마스크재(31)를 피복하므로, 태양전지 패널·플라즈마 디스플레이 등의 전자 부품·광학 부품의 표면에의 복잡한 형상의 미세 가공, 소입 부재의 특정 부위에의 압축 응력 부여 등과 같이 높은 가공 정밀도의 표면 처리도 실시할 수 있어 처리 대상을 한층 더 확대할 수 있다.

다음으로, 상기 관체(9)의 다른 형태에 대해, 도 3에 의해 설명한다.

이 관체(33)는 상기 관체(9)에 상당하는 내관(36)과, 상기 챔버(10)에 상당하는 외관(37)으로 이루어지는 이중관 타입으로서, 관체(33) 자체에 유체 공급 유로 외에 유체 흡인 유로도 병설한 것이다.

관체(33)는, 내관(36)과, 내관(36)을 대략 동심상으로 둘러싸도록 하고 상부에서 지지 고정하는 외관(37)으로 일체적으로 구성되어 있다. 이 중 내관(36)에는 상기 관체(9)와 마찬가지로 내부에 유체 공급 유로(38)가 형성되고, 유체 공급 유로(38)는 미립자(7)를 분산 혼입한 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에, 내관(36)의 하단에는 상기 스로틀부(27)가 끼워져, 유체 공급 유로(38) 내의 가공액(8)이 스로틀홀(27b)을 통과하여 하방으로 흘러내리도록 한다. 그리고, 스로틀홀(27b)의 홀 축이 상기 피가공면(35a)에 대해 대략 수직이 되도록, 스로틀부(27)는 피가공면(35a)에 대해 대향 배치된다.

한편, 상기 외관(37)에는, 상기 챔버(10)와 마찬가지로 상기 내관(36)의 외측면과의 사이에 유체 흡인 유로(39)가 형성되고, 유체 흡인 유로(39)도 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에, 외관(37)의 상부도 도시하지 않은 덮개에 의해 액밀하게 폐쇄되어, 가공액(8)을 흡입구(11)로부터 흡인 펌프(17)에 의해 흡인할 때에, 불필요한 공기가 유체 흡인 유로(39) 내에 혼입되지 않게 하여 흡인 펌프(17)에 의한 흡인력을 높인다.

단, 외관(37)의 하단에 대해서는, 상기 챔버(10)와는 달리 피가공면(35a)을 향해 개방되고, 또한 피가공면(35a)과의 사이에는 소정의 틈새(40)가 마련되어, 스로틀부(27)의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류(5)를 피가공면(35a)에 충돌시키면서 관체(33)가 피가공면(35a) 상을 이동할 수 있도록 한다. 또한, 상기 챔버(10)와는 달리, 내관(36)과 외관(37)은 서로 상하 이동 가능하게 상부에서 연결되어 있기 때문에, 유체 흡인 유로(39)의 단면의 형상·크기는 변화하지 않는 구성으로 되어 있다.

이때, 외관(37)을 구성하는 통판(37a)은 내관(36)의 하단보다 하방으로 연장되어, 이 연장부(37b)에 의해 스로틀부(27)로부터 피가공면(35a)까지의 처리 유로(42)가 외관(37) 외측의 가공액(8)으로부터 차단되도록 하고 있다. 게다가, 상기 연장부(37b)의 길이인 연장 길이(41)는 내관(36)과 외관(37)의 상하 상대 위치의 조정 등에 의해 변경 가능한 구성으로서, 연장 길이(41)를 조절함으로써 처리 유로(42)의 거리(42a)를 피가공면(35a)의 가공에 적합한 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력과 미립자(7)의 충돌력이 얻어지는 거리로 설정할 수 있도록 한다.

이와 같은 구성에서, 흡인 펌프(17)를 구동하면, 내관(36)과 외관(37) 사이의 유체 흡인 유로(39)의 내압이 음압이 되어, 스로틀홀(27b)을 통해 유체 공급 유로(38) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(35)의 피가공면(35a)을 향해 대략 수직으로 토출된다. 이에 따라, 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 고속의 가공액(8)의 흐름이 흡인 캐비테이션류(5)로서 상기 스로틀부(27)의 직하류에 발생한다.

그리고, 이 발생한 흡인 캐비테이션류(5)는 연장부(37b)에 의해 외관(37) 외측의 가공액(8)과 차단되어 외부로부터의 영향을 거의 받지 않는 처리 유로(42) 내를 고속으로 하강하여, 상기 관체(9)와 마찬가지로 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력과 미립자(7)의 충돌력을 피가공면(35a)에 강력하게 작용시킬 수 있다. 하강해 온 흡인 캐비테이션류(5)는 피가공면(35a)에 부딪치면 방향을 역방향으로 바꾸어, 단면의 형상·크기가 일정한 유체 흡인 유로(39) 내를 상승해 간다.

이 상태에서 관체 구동부(4)의 액츄에이터(22)를 구동하면, 유체 공급 유로(38)와 유체 흡인 유로(39)를 병설한 이중형 관체(33)를 챔버(34)의 바닥판(34a)에 올려진 피가공 부재(35)의 피가공면(35a) 상에서 소정의 가공부까지 이동시키거나 일정 피치로 주사시킴으로써, 피가공면(35a)의 부분 가공이나 전면 가공을 행할 수 있다.

즉, 내부에 상기 유체 공급 유로(38)를 갖고 일단에는 상기 스로틀부(27)를 갖는 내관(36)과, 내관(36)의 외측면과의 사이에 상기 유체 흡인 유로(39)를 갖는 외관(37)으로 이루어지는 일체적인 이중관 타입의 관체(33)를 마련하고, 상기 스로틀부(27) 근방의 유로 내에 상기 피처리면인 피가공면(35a)을 노출시키므로, 홑겹형 관체에서는 대형 피처리물인 피가공 부재(35)를 침지하는데 대형의 챔버가 필요하고, 유체 공급 유로의 주위를 둘러싸는 유체 흡인 유로의 단면적도 현저하게 증가하여, 통상의 흡인 펌프로는 충분한 흡인력을 얻을 수 없는 경우에도, 유체 공급 유로(38)와 유체 흡인 유로(39)를 병설한 관체(33)의 위치를 챔버(34) 내에서 바꾸는 것만으로 피가공면(35a)에 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 정확도 및 처리 효율을 확보하면서 처리 사이즈의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 유체 공급 유로(38)를 구성하는 내관(36)의 외측면을 유체 흡인 유로(39)의 형성에도 이용할 수 있어, 부품수 감소에 의한 부품 비용의 저감, 유지보수성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 관체(33)의 유체 흡인 유로(39)는 내관(36)과 외관(37)에 의해 규정되므로, 유체 흡인 유로(39)의 단면의 형상·크기를 항상 일정하게 유지하여, 유체 흡인 유로(39) 내에서의 흡인 캐비테이션류(5)의 변동을 억제할 수 있다.

물론, 상기 피가공 부재(35)가 대형이지만 경량이기 때문에 이동이 용이한 경우 등에는, 관체(33)측을 고정하고 피가공 부재(35)측을 움직이거나 관체(33)측과 피가공 부재(35)측을 동시에 움직여도 되며, 신속하면서도 정확하게 소정 부위에 관체(33)의 스로틀부(27)를 위치시킬 수 있으면 구동 구성을 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 외관(37)은 스로틀부(27)로부터 피처리면인 피가공면(35a)까지의 유로인 처리 유로(42)를 덮도록 연장되므로, 처리 유로(42)에서의 흡인 캐비테이션류(5)가 외부로부터 받는 영향을 최소한으로 억제할 수 있고, 게다가, 외관(37)의 연장 길이(41)를 변경함으로써 상기 처리 유로(42)의 거리(42a)를 표면 처리의 종류·정도, 유체·미립자의 종류, 피처리물인 피가공 부재(35)의 기계적 특성 등에 따라 적정 거리로 설정할 수 있다. 이에 따라, 표면 처리의 처리 효율 및 처리 정확도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상기 관체(9)와 동일한 홑겹관 타입의 다른 형태에 대해, 도 4 내지 도 7에 의해 설명한다.

관체(43)는 굴곡 가능한 재료로 구성되는 굴곡 가능관 타입으로서, 전술한 피가공 부재(6·35)와 같은 판상이 아니라 U 파이프와 같이 굴곡된 파이프 형상의 피가공 부재(44) 내에 삽입하여, 피가공 부재(44)의 내벽의 형태에 따라 관체(43)를 굴곡시키면서 진행시켜 그 내벽에 표면 처리를 실시하는 것이다.

도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 관체(43)는 고무·비닐·플라스틱 등을 소재로 하는 호스 및 스테인레스 등으로 이루어지는 복수의 경질 부재를 접속하여 다수의 결절점을 마련한 플렉서블 튜브와 같은 굴곡 가능한 재료로 구성된다. 그리고, 관체(43)의 내부에는 상기 관체(9)와 마찬가지로 유체 공급 유로(46)가 형성되고, 유체 공급 유로(46)는 미립자(7)를 분산 혼입한 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에 관체(43)의 선단은 덮개판(43a)에 의해 폐쇄되고, 덮개판(43a) 근방에 스로틀부(45)가 형성된다.

스로틀부(45)는 상기 스로틀부(27)와는 달리, 복수의 작은 스로틀홀(45a)이 관체(43)를 구성하는 통판(43b)에서 상기 덮개판(43a)에 대해 평행한 동일 원주상에 등간격으로 반경 방향으로 개구되어, 유체 공급 유로(46)에 공급된 가공액(8)이 상기 스로틀홀(45a·45a·…)을 지나 피가공 부재(44)의 피가공면(44a)을 향해 관체(43)의 반경 방향으로 유출되게 한다. 그리고, 이 경우도 스로틀홀(45a·45a·…)의 홀 축이 피가공면(44a)에 대해 대략 수직이 되도록 스로틀부(45)가 주위의 피가공면(44a)에 대해 대향 배치되어 있다.

한편, 피가공 부재(44) 내에서 관체(43)를 제외한 공간에는 유체 흡인 유로(47)가 형성되고, 유체 흡인 유로(47)는 가공액(8)에 의해 채워짐과 동시에, 피가공 부재(44)의 중간부에서 상기 스로틀부(45)와 이격된 부위에는 링 형상의 차폐판(48)이 끼워진다. 이에 따라, 유체 흡인 유로(47) 내의 가공액(8)을 도시하지 않은 흡인 펌프에 의해 피가공 부재(44)의 스로틀부(45)측으로부터 화살표(49)가 가리키는 방향(이하, "흡인 방향"이라고 한다)으로 흡인할 때에, 차폐판(48)보다 흡인 상류측으로부터는 불필요한 가공액(8)이 유체 흡인 유로(47) 내에 침입하지 않게 하여, 흡인 펌프에 의한 유체 흡인 유로(47) 내의 가공액(8)의 흡인력을 높이도록 한다. 한편, 상기 차폐판(48)의 중앙에는 가이드홀(48a)이 천공되고, 가이드홀(48a)에 상기 관체(43)가 슬라이딩 가능하게 지지되어, 관체(43)를 가이드홀(48a)로부터 삽입해 피가공 부재(44) 내를 흡인 방향으로 진행하게 할 수 있다.

이와 같은 구성에서 도시하지 않은 흡인 펌프를 구동하면, 유체 흡인 유로(47) 내의 가공액(8)이 상기 흡인 방향을 향해 흡인되고, 상기 스로틀홀(45a·45a·…)을 통해 유체 공급 유로(46) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(44)의 피가공면(44a)을 향해 대략 수직으로 토출된다. 이에 따라, 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 고속의 가공액(8)의 흐름이 관체(43)의 반경 방향으로 펼쳐지는 흡인 캐비테이션류(50)로서 스로틀부(45)의 주위에 환상으로 발생한다.

흡인 캐비테이션류(50)는 고속으로 흘러 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력과 미립자(7)의 충돌력을, 피가공면(44a)에 강력하게 작용시킨다. 한편, 이때, 피가공면(44a)을 향해 측방으로 흐르는 흡인 캐비테이션류(50)가 가공액(8)의 흡인 방향의 흐름에 의해 크게 저해되지 않도록, 흡인 펌프에 의한 흡인력을 제어하여 적정화하도록 한다.

즉, 상기 홑겹관 타입의 관체(43)는 굴곡 가능한 관으로 이루어지므로, 피처리면인 피가공면(44a)이 내부에 노출된 유체 흡인 유로(47)의 유로 구성 부재인 피가공 부재(44)의 형상에 따라 관체(43)를 굽힘으로써 스로틀부(45)의 직하류에 발생한 흡인 캐비테이션류(50)를 피가공면(44a)의 소정 부위에 충돌시킬 수 있어, 피가공 부재가 직선상이 아니라 굴곡되어 있거나 복잡한 형상을 가지는 경우에도, 신속하면서도 정확하게 소정 부위로 스로틀부(45)를 이동시켜 표면 처리를 실시할 수 있어, 높은 처리 효율 및 처리 정확도를 확보하면서 적용 대상의 확대를 도모할 수 있다.

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 상기 관체(43)에서 스로틀부(45)의 근처에 액츄에이터(51)를 장착하고, 액츄에이터(51)를 외부에서 조작함으로써 스로틀부(45)로부터 피가공면(44a)까지의 처리 유로의 거리(52)를 조정하여 피가공면(44a)에 충돌하는 흡인 캐비테이션류(50)가 위치에 따라 크게 변동하지 않게 한다. 액츄에이터(51)로는, 자력 등을 사용하여 피가공 부재(44)의 외부에서 이동 조작 가능한 도시하지 않은 가동 부재나, 도 7에 도시하는 바와 같이 피가공 부재(44) 내벽에 구름 가능한 롤러(53a)와, 롤러(53a)에 연결되고 신축 가능한 스프링 등의 탄성재를 내장한 신축부(53b)로 이루어지는 지지 부재(53) 등이 있는데, 유체 흡인 유로(47) 내의 가공액(8)의 흐름을 저해하지 않고 처리 유로의 거리(52)를 높은 정확도로 일정하게 제어 가능한 것이라면 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 관체(43)에서 스로틀부(45)의 매우 근방에 와전류계 등의 거리 센서(54)를 장착하고, 거리 센서(54)에 의해 처리 유로의 실제 거리(52)를 파악하여, 그 거리 신호에 기초해 상기 액츄에이터(51)를 동작 제어 가능한 구성으로 할 수도 있다.

이 경우는, 관체(43)를 피가공 부재(44) 내에서 흡인 방향으로 진행시키면서 거리 센서(54)로부터의 거리 신호에 기초하여 액츄에이터(51)를 구동시켜, 처리 유로의 거리(52)를 일정하게 제어하면서 피가공면의 부분 가공이나 전면 가공을 실시할 수 있다.

즉, 상기 스로틀부(45)로부터 피처리면인 피가공면(44a)까지의 거리(52)를 일정하게 유지 가능한 거리 유지 수단인 액츄에이터(51)를 구비하므로, 캐비테이션 기포(30)의 압궤 충격력과 미립자(7)의 충돌력을 피가공면(44a) 전체에 균등하게 작용시킬 수 있어 균질한 표면 처리를 실시할 수 있다.

또한, 상기 스로틀부(45)로부터 피처리면인 피가공면(44a)까지의 거리(52)를 검출 가능한 거리 센서(54)를 구비하므로, 거리 센서(54)로부터의 거리 신호에 기초하여 스로틀부(45)로부터 피처리면인 피가공면(44a)까지의 거리(52)를 보다 높은 정확도로 적정치로 유지할 수 있어, 처리 효율 및 처리 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

다음으로, 표면 처리 장치의 다른 실시 형태에 대해, 도 8에 의해 설명한다.

표면 처리 장치(50)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 전술한 표면 처리 장치(1)의 구성에서의 가공액 순환부(53)의 일부가 변경된 것이다. 즉, 저장액 탱크(21)와 관체(9) 내로 개구된 공급구(15)의 각각에 연통하는 배관(14)의 중간부에 모터(56)가 접속되는 압송 수단인 압송 펌프(55)가 장착된다. 모터(56)가 접속된 압송 펌프(55) 이외의 구성 부재는, 전술한 표면 처리 장치(1)와 마찬가지이기 때문에 이들 구성 부재의 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 가공액 순환부(3)에서는 챔버(10)에 개구된 흡입구(11)가 배관(12)을 통해 흡인 펌프(17)의 흡인 포트에 연통되고, 흡인 펌프(17)의 토출 포트는 배관(13)을 통해 저장액 탱크(21) 내에 연통되어, 모터(18)에 의해 흡인 펌프(17)를 구동시킴으로써 챔버(10) 내의 가공액(8)은 상기 흡입구(11)로부터 배관(12) 내로 힘차게 흡인되어, 차례로 배관(12), 흡인 펌프(17), 배관(13)을 지나 배관(13) 중간부에 마련한 스크린 필터(19)에 의해 굵고 큰 가공 찌꺼기 등의 이물질이 제거된 다음, 상기 저장액 탱크(21) 내에 유입되어 저장된다.

또한, 가공액 순환부(3)에서는 상기 저장액 탱크(21)의 하단이 자유롭게 굴곡 가능한 배관(14(14a))을 통해 압송 펌프(55)의 흡인 포트에 연통되고, 흡인 포트(55)의 토출 포트는 배관(14(14b))을 통해 상기 관체(9) 내에 개구된 공급구(15)에 연통되어, 모터(56)에 의해 압송 펌프(55)를 구동시킴으로써 저장액 탱크(21) 내의 가공액(8)은 배관(14(14a·14b)) 및 공급구(15)를 통해 관체(9) 내로 힘차게 이송되고, 스로틀부(27)를 통해 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)을 향해 대략 수직으로 힘차게 분출된다.

한편, 상기 배관(14b)의 중간부에는 압력계(58)가 장착되어, 압력계(58)에 의해 소정의 토출력이 되도록 상기 압송 펌프(55)를 제어한다.

이와 같이, 표면 처리 장치(50)를 구성함으로써 흡인 펌프(17)와 압송 펌프(55)를 동시에 구동하면, 흡인 펌프(17)에 배관(12)을 통해 연통된 유체 흡인 유로(26)의 내압이 음압이 되어, 상기 스로틀홀(27b)을 통해 유체 공급 유로(25) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)을 향해 대략 수직으로 토출됨과 동시에, 유체 공급 유로(25)의 상류측에 배치된 압송 펌프(55)에 배관(14b)을 통해 연통된 관체(9)의 내압이 가압되어, 상기 스로틀홀(27b)을 통해 관체(9) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)을 향해 대략 수직으로 힘차게 분출된다. 그러면, 가공액(8)은 스로틀홀(27b)을 통과할 때에 유속이 증대하고, 이에 수반하여 압력이 저하하며, 압력이 가공액(8)의 포화 증기압까지 감소함으로써 캐비테이션 기포(30)가 생긴다. 이에 따라, 캐비테이션 기포(30)를 포함하는 고속의 가공액(8)의 흐름이 흡인 캐비테이션류(5)로서 상기 스로틀부(27)의 직하류에 발생한다.

흡인 캐비테이션류(5)는 스로틀홀(27b)로부터 피가공면(6a)까지 하강하는 사이에 유속이 저하되고 압력이 회복하여, 포함되어 있던 캐비테이션 기포가 압궤하여 전술한 압궤 충격력이 발생한다. 이 압궤 충격력은 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 직접 작용함과 동시에, 흡인 캐비테이션류(5)를 타고 피가공면(6a)을 향해 고속 이동중인 미립자(7)에도 작용하여, 그 미립자(7)를 더욱 가속하여 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 격렬하게 충돌시킨다.

피가공면(6a) 근방까지 하강해 온 흡인 캐비테이션류(5)의 가공류는, 서서히 외측으로 펼쳐지면서 흐름의 방향을 역방향으로 바꾸어 상기 유체 흡인 유로(26) 내를 상승해 간다. 이 상승류와 상기 하강류와의 사이에 소용돌이가 발생하고, 소용돌이에서는 유속이 저하하여 정체부가 생겨, 이 정체부에 고체의 미립자(7)가 체류한다. 이에 따라, 피가공면(6a) 근방의 미립자(7)의 혼합비가 증가하고, 피가공면(6a)에 충돌하는 미립자(7)의 수도 증가시키게 된다.

즉, 상기 유체 흡인 유로(25) 내의 유체인 가공액(8)을 흡인 수단인 흡인 펌프(17)로 흡인함과 동시에, 상기 유체 공급 유로(25) 내의 가공액(8)을 압송 수단인 압송 펌프(55)로 압송함으로써, 흡인 캐비테이션류(5)를 피처리면인 피가공면(6a)에 대해 보다 강하게 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 속도나 가공 속도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상기 스로틀부(27)의 다른 형태에 대해 도 9에 의해 설명한다.

스로틀부(57)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 스로틀홀(27b)을 천공한 마개(27a)로 이루어지는 스로틀부(57)에서, 상기 스로틀홀(27b) 내에 스로틀홀(27b)의 개폐를 행하는 개폐 밸브(59)를 구비한다.

이와 같이 스로틀부(57)를 구성함으로써, 상기 스로틀부(57)의 개폐 밸브(59)를 미리 닫은 상태에서 상기 유체 공급 유로(25) 내의 유체인 가공액(8)을 상기 압송 수단인 압송 펌프(55)에 의해 압송을 행하여, 상기 유체 공급 유로(25) 내의 내압을 상기 유체 흡인 유로 내의 내압보다 높게 한 후에, 상기 스로틀부(57)의 개폐 밸브(59)를 열도록 함으로써, 전술한 개폐 밸브(59)를 갖지 않는 스로틀부(27)와 비교하여 유체 흡인 유로(26)의 내압이 더욱 음압 상태가 되어, 상기 스로틀홀(27b)을 통해 유체 공급 유로(25) 내의 미립자(7)가 혼입된 가공액(8)이 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)을 향해 대략 수직으로 힘차게 토출된다. 이에 따라, 고압의 흡인 캐비테이션류를 피처리면에 대해 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 속도나 가공 속도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 마련하는 부재인 다공 부재, 유도 부재 및 유체 선회 부재에 대해, 도 10 내지 도 12에 의해 설명한다.

다공 부재는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 복수의 구멍을 갖는 메시 부재(60)로서, 메시 부재(60)는 단면에서 보았을 때 사각 형상인 선상 부재를 교차시켜 짠 것이다. 메시 부재(60)는, 예를 들면, 전술한 스로틀부(27) 및 스로틀부(57)가 갖는 스로틀홀(27b)의 상류측 개구부 근방에 배치할 수 있다.

이와 같은 메시 부재(60)를 스로틀부(27), 스로틀부(57)의 하류측 개구부 근방에 배치함으로써 메시 부재(60)가 갖는 복수의 구멍에 의해 캐비테이션 기포(30)의 발생 부위를 증가시켜, 캐비테이션 기포(30)의 발생 효율을 향상시켜 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 굴곡 가능한 관체(43)에 개구된 스로틀홀(45a)에 있어서도, 스로틀홀(45a)을 막듯이 메시 부재를 배치하여 전술한 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 메시 부재(60)를 구성하는 단면에서 보았을 때 사각 형상인 선상 부재의 표면이 미소한 돌기를 갖도록 구성하는 것도 가능하고, 이와 같은 돌기를 마련함으로써 캐비테이션 기포(30)의 발생 부위(기점)를 더욱 증가시켜, 캐비테이션 기포(30)의 발생 효율을 향상시켜 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

유도 부재(61)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 내부에 테이퍼 형상의 관통공(61a)를 갖는 원통 형상 부재로서, 관통공(61a)의 상류측 개구부(도 11에서는 상측 개구부)의 직경은 스로틀부(27) 및 스로틀부(57)의 하류측 개구부(도 11에서는 하측 개구부)의 직경과 같도록 구성된다. 또한, 관통공(61a)의 하류측 개구부의 직경은 관통공(61a)의 상류측 개구부의 직경보다 크다. 전술한 스로틀부(27) 및 스로틀부(57)가 갖는 스로틀홀(27b)의 하류측 개구부 근방에 유도 부재(61)의 상면부가 스로틀부(27) 및 스로틀부(57)의 하면부에 맞닿도록 배치하고, 스로틀부(27) 혹은 스로틀부(57)와 유도 부재(61)를 일체적으로 고정함으로써, 스로틀홀(27b)로부터 토출되는 흡인 캐비테이션류(5)를 유도 부재(61)의 관통공(61a)의 내면인 테이퍼부를 따라 유도하는 것이 가능해진다.

이와 같은 유도 부재(61)를 스로틀부(27) 혹은 스로틀부(57)의 하류측 개구부 근방에 배치함으로써, 예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 내부에 관통공(62a)을 갖는 원통 부재(62)의 관통공(62a)의 내면부를 피처리면(62b)으로서 가공하고 싶은 경우, 유도 부재(61)의 관통공(61a)의 내경을 피가공 부재인 원통 부재(62)의 관통공(62a)과 동일한 내경이 되도록 해 두고 스로틀홀(27b)로부터 흡인 캐비테이션류(5)를 발생시키면, 흡인 캐비테이션류(5)는 유도 부재(60)의 테이퍼부로 유도되어 도 11의 화살표가 가리키는 방향으로 흘러, 원통 부재(62)의 관통공(62a)의 내면부인 피처리면(62b)을 가공 처리할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 흡인 캐비테이션류(5)를 소정 방향으로 유도하는 유도 부재(60)를 배치함으로써, 피처리 부재의 특정 부위에 흡인 캐비테이션류를 유도하여 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

유체 선회 부재(63)는, 도 12의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 굴곡된 복수의 날개부(63a)로 이루어지는 원통 외형을 갖는 부재로서, 상기 유체 선회 부재(63)의 외주부에는 베어링(63b)이 고정 설치된다. 베어링(63b)의 외주부는 관체(9)의 하단부에 장착 가능하다. 유체 선회 부재(63)가 관체(9)(스로틀부(27) 혹은 스로틀부(57))의 하단부에 고정 설치된 상태에서 흡인 캐비테이션류(5)가 흐르면, 흡인 캐비테이션류(5)의 흐름에 따라 유체 선회 부재(63)는 회전이 가능하다. 이와 같이 구성함으로써, 스로틀부(27)(스로틀부(57))로부터 토출된 흡인 캐비테이션류(5)는 소정 방향으로 선회하면서 상기 미립자(7)를 상기 피처리면인 피가공면(6a)에 대해 대략 수직으로 충돌시키므로, 흡인 캐비테이션류(5)의 토출 편차의 발생을 막아 상기 피처리면에 대해 대략 균일하게 가공 처리를 행할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 스로틀부(27) 혹은 스로틀부(57)의 하류측 개구부 근방에 유체 선회 수단인 유체 선회 부재(63)를 배치함으로써, 피가공면(6a)에 대해 흡인 캐비테이션류(5)를 소정 방향으로 선회시키면서 충돌시킬 수 있기 때문에, 표면 처리 편차를 막아 균일하게 표면 처리를 행할 수 있다.

또한, 전술한 표면 처리 장치(1)나 표면 처리 장치(50)에서는, 처리부(2)의 챔버(10) 내에 유체인 가공액(8)의 온도 제어를 행하는 온도 제어 수단을 마련할 수도 있다. 예를 들면, 온도 제어 수단에 의해 가공액(8)을 소정 온도로 가온함으로써 스로틀홀(27a)에서의 캐비테이션 기포(30)의 발생을 촉진하여, 캐비테이션 기포(30)를 증가시킬 수 있어 가공 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

즉, 유체인 상기 가공액(8)의 온도를 소정 온도로 제어함으로써 캐비테이션 기포를 발생하기 쉬운 온도 상태로 제어하여 캐비테이션 기포를 증가시켜, 표면 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 스로틀부(27)에는, 전술한 스로틀부(57)에 개폐 밸브(59)를 마련하는 대신에, 혹은 개폐 밸브(59)에 추가하여, 예를 들면, 사진용 카메라의 조리개와 같이 스로틀홀(27b)의 개폐 기능과 스로틀홀(27b) 직경의 가변 기능을 갖는 직경 가변 수단(미도시)을 스로틀부(27)(스로틀부(57))의 소정 위치에 마련할 수도 있다. 직경 가변 수단을 마련함으로써 흡인 캐비테이션류(5)에 의한 피가공 부재(6)의 피가공면(6a)에의 영향 범위를 연속적으로 조정하는 것이 가능해져, 가공 형상의 제어가 가능해진다.

〈산업상의 이용 가능성〉

본 발명은 유로 중간에 마련한 스로틀부를 통해 유체를 흡인 혹은 흡인과 분사를 행함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시켜, 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 모든 표면 처리 방법 및 그 표면 처리 방법을 실시하기 위한 모든 장치에 적용할 수 있다.

1, 50 표면 처리 장치
5 흡인 캐비테이션류
6a, 35a, 44a 피처리면
7 미립자
8 유체
9, 43 홑겹형 관체
17 흡인 수단
25, 3 유체 공급 유로
26, 39 유체 흡인 유로
27, 45 스로틀부
30 캐비테이션 기포
31 마스크재
33 이중형 관체
36 내관
37 외관
42 스로틀부로부터 피처리면까지의 유로
42a, 52 거리
51 거리 유지 수단
54 거리 센서
55 압송 수단
60 다공 부재
61 유도 부재
63 유체 선회 부재

Claims

유로 중간에 마련한 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시켜, 상기 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 표면 처리 방법으로서, 상기 스로틀부를 일단에 갖는 유체 공급 유로의 주위를 동심상으로 둘러싸고, 상기 유체 공급 유로와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로를 마련하여, 상기 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인 수단으로 흡인함으로써 상기 스로틀부의 직하류에 상기 흡인 캐비테이션류를 발생시키고, 상기 흡인 캐비테이션류를 상기 피처리면에 대해 수직으로 충돌시킴으로써 상기 피처리면에 표면 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 유체에는 미립자를 분산 혼입하고, 상기 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 수직으로 충돌시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유체 흡인 유로 내의 유체를 상기 흡인 수단으로 흡인함과 동시에, 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 압송 수단으로 압송하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스로틀부를 미리 닫은 상태에서 상기 유체 공급 유로 내의 유체를 상기 흡인 수단에 의해 흡인을 행하여, 상기 유체 공급 유로 내의 내압을 상기 유체 흡인 유로 내의 내압보다 높게 한 후에, 상기 스로틀부를 여는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유체의 온도를 소정 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
유체의 유로 중간에 스로틀부를 마련하고, 상기 스로틀부를 통해 유체를 흡인함으로써 캐비테이션 기포를 포함하는 흡인 캐비테이션류를 발생시켜, 상기 흡인 캐비테이션류 내에서 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 상기 스로틀부 근방의 피처리면에 작용시키는 구조를 갖는 표면 처리 장치로서, 상기 스로틀부를 일단에 갖고 상기 스로틀부에 유체를 공급 가능한 유체 공급 유로와, 상기 유체 공급 유로 내와는 상기 스로틀부를 통해서만 연통하는 유체 흡인 유로와, 상기 유체 흡인 유로 내의 유체를 흡인하는 흡인 수단을 구비하고, 상기 유체 흡인 유로는 상기 유체 공급 유로의 주위를 동심상으로 둘러싸고, 상기 스로틀부는 상기 피처리면에 대향 배치한 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치
제6항에 있어서,
상기 유체에 미립자를 분산 혼입하고, 상기 미립자에 상기 캐비테이션 기포의 압궤 충격력을 작용시킴으로써 상기 미립자를 상기 피처리면에 대해 수직으로 충돌시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 홑겹형 관체를 마련하고, 상기 홑겹형 관체의 외측의 상기 유체 흡인 유로 내에 상기 피처리면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제8항에 있어서,
상기 홑겹형 관체는, 굴곡 가능한 관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
내부에 상기 유체 공급 유로를 갖고 일단에는 상기 스로틀부를 갖는 내관과, 상기 내관의 외측면과의 사이에 상기 유체 흡인 유로를 갖는 외관으로 이루어지는 일체적인 이중형 관체를 마련하고, 상기 스로틀부 근방의 유로 내에 상기 피처리면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제10항에 있어서,
상기 외관은 스로틀부로부터 피처리면까지의 유로를 덮도록 연장하여 설치되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 일정하게 유지 가능한 거리 유지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 스로틀부로부터 피처리면까지의 거리를 검출 가능한 거리 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 피처리면의 비처리 부위에는, 마스크재를 피복하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부는 상기 피처리면 상을 자유롭게 이동 가능한 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 복수의 구멍을 갖는 다공 부재를 배치하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 흡인 캐비테이션류를 소정 방향으로 유도하는 유도 부재를 배치하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부의 하류측 개구부 근방에 유체 선회 수단을 배치하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 스로틀부에 상기 스로틀부의 구멍 직경을 변경할 수 있는 직경 가변 수단을 배치하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 장치.