TWI441716B - Spray nozzles for jetting - Google Patents

Description

噴珠加工用噴射噴嘴

本發明係關於對被加工物噴射噴射材之用於噴珠加工之噴嘴，特別是關於適於寬度較廣之區域之均勻加工之噴珠加工用噴射噴嘴。

以往，噴珠加工技術雖在去毛邊、細面化、鑄造品之去流線等表面加工之領域等持續被使用，但近年來，將太陽電池模組用基板、電漿顯示器等大型之基板高速且均勻切削加工之需求持續增加。於噴珠加工中係使用做為從壓縮空氣供給源供給之空氣流與從噴射材供給源供給之噴射材(研磨材)之混合流體之噴射流(固氣二相流)噴射之噴嘴。一般被廣泛使用之噴珠加工用噴射噴嘴之前端部具有噴射混合流體之寬度狹窄之圓形剖面之噴射口。在以一次之噴嘴掃瞄涵蓋寬度較廣之區域進行噴珠加工之場合，可能會代替寬度狹窄之圓形剖面而使用具有將噴射口往橫向擴張之矩形之噴射口之噴珠加工用噴射噴嘴。然而，在此種具有矩形剖面之噴射口之噴嘴由於在噴射口之長邊方向之端部噴射速度會降低，故有無法涵蓋噴射口全寬度進行均勻之噴珠加工之問題。

為了解決此種問題，例如，在揭示於專利文獻1之噴珠加工用噴射噴嘴係設有由寬度方向剖面往噴射方向逐漸變窄之研磨材擴散部、形成於此研磨材擴散部之前方之研磨材整流部構成之研磨材擴散室，噴射材與壓縮氣體之混合流體之噴射流(固氣二相流)係將其剖面形狀整流為細長形狀後被噴射。

專利文獻1：日本發明專利申請第4287528號公報(株式會社不二製作所，東京)

然而，若以記載於上述之專利文獻1之方法整流固氣二相流，由於固氣二相流會以高速衝撞研磨材擴散部或研磨材整流部之內壁，故此等易磨耗、損傷。因此，會有噴珠加工用噴射噴嘴之構成構件之交換頻率變高，耐久性變低之問題。

針對此問題，本發明係以實現可均勻進行寬度較廣之區域之加工之耐久性高之噴珠加工用噴射噴嘴為目的。

本發明為了達成上述目的，如於請求項1記載般，使用一種噴珠加工用噴射噴嘴，具備：噴射壓縮氣體之氣體噴射部、供給噴射材之供給埠、分別連通於前述氣體噴射部與前述供給埠且將從前述氣體噴射部供給之壓縮氣體與從前述供給埠供給之噴射材混合而形成固氣二相流之混合室、與前述混合室連通並設於前述氣體噴射部之延長方向且對被加工物噴射從前述混合室導入之固氣二相流之噴射材噴射部，其特徵在於：於前述氣體噴射部設置壓縮氣體流動之第1流路，此第1流路具有開口、以及垂直於壓縮氣體噴射方向之剖面為長方形剖面且將從前述開口噴射之壓縮氣體之氣流擴展於前述長方形剖面之長邊方向之整流部；於前述噴射材噴射部設置固氣二相流流動之第2流路，此第2流路之垂直於固氣二相流噴射方向之剖面為長方形且該長方形剖面之長邊方向與第1流路之長邊方向之方向一致之技術手段。

於氣體噴射部之開口部，可以整流部將壓縮氣體之氣流擴展於前述長方形剖面之長邊方向。藉此，可將被整流為於長邊方向均勻之速度分布之壓縮氣體與從供給埠被供給之噴射材於混合室混合以形成固氣二相流，導入噴射材噴射部。由於此固氣二相流被整流為具有於長邊方向均勻之速度分布且噴射材之密度均勻，故可涵蓋對應於噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域均勻地噴珠加工。藉此，由於可增大一次可噴珠加工之寬度，故可使噴珠加工之加工效率提升。

此外，由於在形成固氣二相流之前整流壓縮氣體之流動，故在混合室被形成之固氣二相流被直接導入同樣配置於長邊方向之第2流路，故固氣二相流較少在第2流路之內部擴張而衝撞內壁，可防止第2流路磨耗、損傷。此外，由於對整流部沒有噴射材衝撞，故亦無磨耗、損傷。藉此，可實現耐久性高之噴珠加工用噴射噴嘴。

於前述整流部可設於第1流路之內部垂直於前述氣體噴射部之長方形剖面之長邊且相對該長邊之中心線呈對稱，具有將壓縮氣體之氣流擴展於前述氣體噴射部之長方形剖面之長邊方向之整流面之整流構件。

在此場合，藉由整流構件之整流面，可將壓縮氣體之氣流擴展於前述氣體噴射部之長方形剖面之長邊方向，故可更有效地將壓縮氣體之氣流於長邊方向整流為均勻之速度。因此，可更有效率地將噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域均勻地噴珠加工。

前述整流構件係平行於前述長邊之橫剖面形成為往壓縮氣體之噴射方向寬度變寬之形狀較理想。此種橫剖面雖可舉出例如三角形、半橢圓、半圓等，但並非受限於此等。

如上述，若將平行於前述長邊之橫剖面形成為越往壓縮氣體之噴射方向寬度越變寬之形狀，則整流構件之下流不會產生渦流，可將壓縮氣體之氣流整流為均勻之速度分布，可均勻地噴珠加工噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域。

前述整流構件係前述橫剖面之寬度為1mm以下較理想。

其原因在於若寬度超過1mm，在整流構件之下流之氣流之速度會降低，無法達成均勻之速度分布。

此外，前述整流構件可配置複數個，在此場合，鄰接之整流構件之間隔為3mm以上較理想。

其原因在於若整流構件之間隔比3mm小，壓縮氣體之氣流之流通抵抗會變大，故通過該整流構件之間之壓縮氣體之流速變慢，從噴射材噴射部對被加工物噴射之氣流之噴射速度會變慢，加工效率會降低。

此外，前述整流部可具有往壓縮氣體之噴射方向於長邊方向擴張之傾斜面。在此場合，前述傾斜面對噴射方向傾斜之傾斜角θ滿足0°<θ≦3.7°較理想。

其原因在於若θ超過3.7°，氣流會過度擴張而長邊方向之端部之氣流之速度變大，加工量增大，無法均勻地噴珠加工噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域。

此外，前述氣體噴射部之開口部之剖面積S1之對前述噴射材噴射部之第2流路之剖面積S2之剖面積比S1/S2滿足0.1≦S1/S2≦0.4較理想。

其原因在於若S1/S2未滿0.1，噴射速度會大幅降低，無法獲得充分之加工深度。此外，若S1/S2超過0.4，為了在混合室吸引噴射材而使產生之負壓會降低，無法進行安定之噴射。

本發明提供一種噴珠加工裝置，對被加工物噴射噴射材並藉由掃瞄被加工物或噴嘴來對被加工物進行噴珠加工。亦即，係具有噴射噴射材之噴嘴、掃瞄被加工物或噴嘴之掃瞄手段之噴珠加工裝置，該噴嘴係本發明之噴珠加工用噴射噴嘴。

在此場合，於本發明之噴珠加工用噴射噴嘴可使用上述之一個以上之特徵或其組合。因此，利用本發明之噴珠加工裝置可發揮與本發明之噴珠加工用噴射噴嘴同樣效果。

發明之上述及其他特徵藉由參照附圖與以下之詳細說明應可完全理解。

參照圖說明本發明之第1實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴10。如圖1所示，噴珠加工用噴射噴嘴10具備與供給壓縮氣體之壓縮空氣供給裝置(不圖示)連接之氣體噴射部11、與定量供給既定量之噴射材之噴射材漏斗(不圖示)連接並供給噴射材之供給埠12、分別與氣體噴射部11及供給埠12連通且將從前述氣體噴射部11供給之壓縮氣體與從供給埠12供給之噴射材混合而形成固氣二相流之混合室13、對被加工物噴射從前述混合室13導入之固氣二相流之噴射材噴射部14。混合室13係形成於將氣體噴射部11與噴射材噴射部14於直線上配置之噴射部保持具15之內部。

於前述氣體噴射部11形成有壓縮氣體流動之第1流路11a，此第1流路11a係垂直於以箭頭X表示之壓縮氣體之噴射方向之剖面為長方形狀。在此，圖1(A)中之之高度方向係長方形剖面之短邊方向，圖1(B)係中之高度方向係長方形剖面之長邊方向。

於氣體噴射部11之前端以短邊之長度往開口部11b往開口部11b逐漸減少之方式形成有傾斜部11c。於供給埠12以從長邊側往傾斜部11c對噴射方向X呈銳角之方式設有噴射部保持具15。藉由此等之構成，可將噴射材順利導入混合室13，壓縮氣體與噴射材容易被混合，可形成噴射材之密度均勻之固氣二相流。

於氣體噴射部11之開口部11b形成有將壓縮氣體之氣流擴展於長邊方向之整流部20。於整流部20設有垂直於長邊且相對該長邊之中心線呈對稱之整流構件21(具有用以將壓縮氣體之氣流擴展於長邊方向之整流面21a)，而劃分第1流路11a。為了將壓縮氣體之氣流更有效地擴展於長邊方向，整流構件21使用複數個較理想。

在本實施形態中，整流構件21，係如與長邊平行之橫剖面往壓縮氣體之噴射方向X被形成為寬度較大之形狀般，呈細長三角形狀剖面。整流面21a係對噴射方向X往外方傾斜數度，而可將壓縮氣體之氣流擴展於長邊方向。此外，為了減少壓縮氣體之氣流之紊亂，整流構件21本身配置為不對噴射方向X傾斜必要以上較理想。

於噴射材噴射部14使垂直於噴射方向X之剖面呈長方形而形成有從混合室13導入之固氣二相流流動之第2流路14a。如圖1(C)所示，第2流路14a之長方形剖面之長邊係形成為其方向與第1流路11a之長方形剖面之長邊方向之方向一致，其長度與第1流路11a之長邊之長度大致相同。短邊係形成為比開口部11b之短邊長。若從噴射口側觀察第2流路14a，係於中央配置有長邊相等短邊較短之第1流路11a之構成。

使用第1實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴10，可如下述進行噴珠加工。從壓縮空氣供給裝置對氣體噴射部11供給壓縮氣體後，被供給之壓縮氣體流過第1流路11a。此時，壓縮氣體之氣流具有中央部之流速快，隨著往長邊方向之外側而流速變慢之速度分布。

壓縮氣體之氣流到達形成於氣體噴射部11之開口部11b之整流部20後，被整流構件21之整流面21a導引，壓縮氣體之氣流於長邊方向被擴展，被整流為於長邊方向均勻之速度分布。

被整流後之壓縮氣體從氣體噴射部11之前端往混合室13被噴射後，混合室13內成為負壓，噴射材從供給埠12被導入。噴射材進入被整流後之壓縮氣體之氣流而被混合，形成具有於長邊方向均勻之速度分布，噴射材之密度均勻之固氣二相流。

在混合室13被形成之固氣二相流被導入噴射材噴射部14之第2流路14a。在此，由於氣體噴射部11之開口部11b與第2流路14a處於如圖1(C)所示之關係，故在混合室13被形成之固氣二相流之流動不會在長邊方向紊亂，在保持於長邊方向均勻之速度分布之狀態下被對被加工物噴射。藉由使噴珠加工用噴射噴嘴10對被加工物於短邊方向移動，可均勻地噴珠加工噴射材噴射部14之長邊方向之寬度大之區域。藉此，由於可增大一次可噴珠加工之寬度，故可使噴珠加工之加工效率提升。

由於在混合室13被形成之固氣二相流被直接導入第2流路14a，故固氣二相流較少在第2流路14a之內部擴張而衝撞內壁，可防止第2流路磨耗、損傷。此外，由於沒有噴射材衝撞於整流部20，故亦無磨耗、損傷。

以下，針對使用本發明之噴珠加工用噴射噴嘴10之噴珠加工試驗說明。另外，本發明之實施形態並不受限於以下之各試驗例。

(試驗例1)

在本試驗例係針對整流構件21之配置對噴珠加工狀態產生之影響作了調查。

使用長邊之寬度D分別為D=18mm與D=15mm之噴珠加工用噴射噴嘴10進行平板試料之噴珠加工試驗，於以各噴珠加工用噴射噴嘴10之噴珠加工後測定長邊方向之加工深度之線輪廓，判斷噴珠加工之良否。

整流構件21係使用2個橫剖面之形狀形成為寬度1mm、長度10mm之直角三角形狀者，分別配置為斜邊為外側。

於圖2顯示使用長邊之寬度D為18mm之噴珠加工用噴射噴嘴10，使鄰接之整流構件21之間隔B為2mm、3mm之場合之加工深度之線輪廓。

在使整流構件21之間隔B為3mm之場合，可進行加工深度在5～10μm之範圍內之均勻之噴珠加工。

另外，在使整流構件21之間隔B為2mm之場合，在對應於整流構件21之間之區域加工量變小，無法進行均勻之噴珠加工。其原因被認為在於若整流構件21之間隔B變小，壓縮氣體之氣流之流通抵抗會變大，故通過該整流構件21之間之壓縮氣體之流速變慢，從噴射材噴射部14對被加工物噴射之氣流之噴射速度會變慢，故加工效率會降低。

將使用長邊之寬度D為18mm之噴珠加工用噴射噴嘴10，使鄰接之整流構件21之間隔B為2～5mm之場合與使用長邊之寬度D為15mm之噴珠加工用噴射噴嘴10，使鄰接之整流構件21之間隔B為3mm之場合之噴珠加工之結果顯示於表1。不論噴珠加工用噴射噴嘴10之長邊之寬度D為18mm或15mm之場合，只要鄰接之整流構件21之間隔B為3mm以上便可進行良好之噴珠加工，可確認使鄰接之整流構件21之間隔B為3mm以上較理想。

(試驗例2)

針對整流構件21之大小對噴珠加工狀態產生之影響作了調查。使用長邊之寬度D為18mm之噴珠加工用噴射噴嘴10以與試驗例1同樣之條件進行噴珠加工試驗，判斷噴珠加工之良否。做為整流構件21，如圖3所示，使用1個橫剖面之形狀形成為寬度2mm、長度10mm之等腰三角形狀者，配置於長邊之中央。

以本試驗例之整流構件21，在整流構件21之下流幾乎未被加工。其原因被認為在於若整流構件21之寬度超過1mm，在整流構件21之下流之氣流之速度會降低，而無法達成均勻之速度分布，或在整流構件21之下流之噴射材之濃度變稀薄。藉此，可確認使整流構件21之寬度為1mm以下較理想。

(試驗例3)

針對整流構件21之形狀對噴珠加工狀態產生之影響作了調查。使用長邊之寬度D為18mm之噴珠加工用噴射噴嘴10以與試驗例1同樣之條件進行噴珠加工試驗，判斷噴珠加工之良否。做為整流構件21，如圖4(A)所示，使用1個橫剖面之形狀形成為菱形、橢圓形者，配置於長邊之中央。此等形狀之整流構件21具有於噴射方向寬度變窄之部分。

在剖面形狀為菱形之場合，於加工深度產生誤差且如圖4(B)所示，加工部與未加工部之境界呈波狀紊亂，無法進行良好之噴珠加工。此外，在剖面形狀為橢圓形之場合，加工寬度變小且加工部與未加工部之境界呈波狀紊亂，無法進行良好之噴珠加工。其原因被認為在於寬度變小之部分存在會使渦流於整流構件21之下流產生。藉此，可確認剖面形狀為如三角形、半橢圓、半圓等越往壓縮氣體之噴射方向寬度越變寬之形狀，則於整流構件21之下流不會產生渦流，可將壓縮氣體之氣流整流為均勻之速度分布，可均勻地噴珠加工噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域，故較理想。

(試驗例4)

針對氣體噴射部11之開口部11b之剖面積S1之對噴射材噴射部14之第2流路14a剖面積S2之剖面積比S1/S2與(A)加工深度及(B)產生負壓之關係作了調查。如圖5(A)所示，若S1/S2未滿0.1，噴射速度會大幅降低，無法獲得充分之加工深度。如圖5(B)所示，在S1/S2超過0.4之場合，為了在混合室吸引噴射材而使產生之負壓會降低，無法進行安定之噴射。藉此，確認上述剖面積比S1/S2滿足0.1≦S1/S2≦0.4較理想。

整流構件21之個數、配置間隔等可配合做為目的之加工寬度適當選定。

利用本發明之噴珠加工用噴射噴嘴10，可於氣體噴射部11之開口部11b以整流部20(整流構件21)將壓縮氣體之氣流擴展於前述長方形剖面之長邊方向。藉此，可將被整流為於長邊方向均勻之速度分布之壓縮氣體與從供給埠12被供給之噴射材於混合室13混合以形成固氣二相流，導入噴射材噴射部14。由於此固氣二相流被整流為具有於長邊方向均勻之速度分布且噴射材之密度均勻，故可均勻地噴珠加工噴射材噴射部14之長邊方向之寬度大之區域。藉此，由於可增大一次可噴珠加工之寬度，故可使噴珠加工之加工效率提升。

此外，由於在形成固氣二相流之前整流壓縮氣體之流動，故在混合室13被形成之固氣二相流被直接導入同樣配置於長邊方向之第2流路14a，故固氣二相流較少在第2流路14a之內部擴張而衝撞內壁，可防止第2流路14a磨耗、損傷。此外，由於沒有噴射材衝撞於整流部20，故亦無磨耗、損傷。藉此，可實現耐久性高之噴珠加工用噴射噴嘴10。

於圖6顯示本發明之第2實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴10之長邊方向之剖面圖。此第2實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴10與於圖1(B)顯示之第1實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴10相異處在於整流部20具有往壓縮氣體之噴射方向於長邊方向擴張之傾斜面22。由於流過氣體噴射部11之第1流路11a之壓縮氣體之氣流被傾斜面22往長邊方向外側導引而擴張，故與上述第1實施形態同樣可均勻地噴珠加工噴射材噴射部14之長邊方向之寬度大之區域。在此，前述傾斜面22對噴射方向傾斜之傾斜角θ滿足0°<θ≦3.7°較理想。其原因在於若θ超過3.7°，氣流會過度擴張而長邊方向之端部之氣流之速度變大，加工量增大，無法均勻地噴珠加工噴射材噴射部之長邊方向之寬度大之區域。

雖已針對本發明之實施形態說明，但此等僅為例示，並非限定本發明者。對發明所屬技術領域之通常知識者而言，顯然可不脫離顯示於申請專利範圍之本發明之主旨與範圍而為各種變更例或變形例。

於本說明書或申請專利範圍之記載中，名詞及同樣之指示詞之使用只要沒有特別被指明或只要非根據文脈被明確否定，應解釋為包含單數與複數雙方。在本說明書中被提供之任一例示或例示性用語之使用亦僅係為了使本發明容易說明，只要沒有在申請專利範圍記載便非對本發明之範圍施加限制者。

10．．．噴珠加工用噴射噴嘴

11．．．氣體噴射部

11a．．．第1流路

11b．．．開口部

12．．．供給埠

13．．．混合室

14．．．噴射材噴射部

14a．．．第2流路

20．．．整流部

21．．．整流構件

圖1係顯示本發明之一實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴之剖面圖，圖1(A)係短邊方向之剖面圖，圖1(B)係長邊方向之剖面圖。

圖2係顯示噴嘴之整流構件之配置對噴珠加工狀態產生之影響之說明圖。

圖3係顯示整流構件之大小對噴珠加工狀態產生之影響之說明圖。

圖4係顯示整流構件之形狀對噴珠加工狀態產生之影響之說明圖。

圖5(A)及圖5(B)係分別顯示對氣體噴射部之開口部之剖面積S1之對噴射材噴射部之剖面積S2之剖面積比S1/S2之加工深度(圖5A)及產生負壓(圖5B)之關係之說明圖。

圖6係顯示本發明之其他實施形態之噴珠加工用噴射噴嘴之長邊方向之剖面圖。

10．．．噴珠加工用噴射噴嘴

11．．．氣體噴射部

11a．．．第1流路

11b．．．開口部

11c．．．傾斜部

12．．．供給埠

13．．．混合室

14．．．噴射材噴射部

14a．．．第2流路

15．．．噴射部保持具

20．．．整流部

21．．．整流構件

21a．．．整流面

Claims (11)

1. 一種噴珠加工用噴射噴嘴，具備：噴射壓縮氣體之氣體噴射部、供給噴射材之供給埠、分別連通於前述氣體噴射部與前述供給埠且將從前述氣體噴射部供給之壓縮氣體與從前述供給埠供給之噴射材混合而形成固氣二相流之混合室、與前述混合室連通並設於前述氣體噴射部之延長方向且對被加工物噴射從前述混合室導入之固氣二相流之噴射材噴射部，其特徵在於：於前述氣體噴射部設置壓縮氣體流動之第1流路，此第1流路具有開口、以及垂直於壓縮氣體噴射方向之剖面為長方形剖面且將從前述開口噴射之壓縮氣體之氣流擴展於前述長方形剖面之長邊方向之整流部；前述整流部包含具有整流面之整流構件，該整流面係設為於第1流路之內部垂直於前述氣體噴射部之長方形剖面之長邊且相對該長邊之中心線呈對稱，將壓縮氣體之氣流擴展於前述氣體噴射部之長方形剖面之長邊方向；於前述噴射材噴射部設置固氣二相流流動之第2流路，此第2流路之垂直於固氣二相流噴射方向之剖面為長方形且該長方形剖面之長邊方向與第1流路之長邊方向之方向一致。
2. 如申請專利範圍第1項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述整流構件係平行於前述長邊之橫剖面形成為往壓縮氣體之噴射方向寬度變寬之形狀。
3. 如申請專利範圍第2項之噴珠加工用噴射噴嘴，其 中，前述整流構件係前述橫剖面之寬度為1mm以下。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述整流構件之往壓縮氣體之噴射方向寬度變寬之前述橫剖面之形狀係至少三角形、半橢圓、半圓其中之一。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述整流構件被配置複數個，鄰接之整流構件之間隔為3mm以上。
6. 如申請專利範圍第4項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述整流構件被配置複數個，鄰接之整流構件之間隔為3mm以上。
7. 如申請專利範圍第1項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述整流部具有往壓縮氣體之噴射方向於長邊方向擴張之傾斜面，前述傾斜面對噴射方向傾斜之傾斜角θ滿足0°<θ≦3.7°。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述氣體噴射部之開口部之剖面積S1之對前述噴射材噴射部之第2流路之剖面積S2之剖面積比S1/S2滿足0.1≦S1/S2≦0.4。
9. 如申請專利範圍第4項之噴珠加工用噴射噴嘴，其中，前述氣體噴射部之開口部之剖面積S1之對前述噴射材噴射部之第2流路之剖面積S2之剖面積比S1/S2滿足0.1≦S1/S2≦0.4。
10. 如申請專利範圍第5項之噴珠加工用噴射噴嘴， 其中，前述氣體噴射部之開口部之剖面積S1之對前述噴射材噴射部之第2流路之剖面積S2之剖面積比S1/S2滿足0.1≦S1/S2≦0.4。
11. 一種噴珠加工裝置，對被加工物噴射噴射材並藉由掃瞄被加工物或噴嘴來對被加工物進行噴珠加工，其特徵在於：前述噴嘴係於申請專利範圍第1~7項中任一項記載之噴珠加工用噴射噴嘴。