(57)【要約】【課題】凝集粒子の噴射を防止し固体微粒子を安定的に噴射可能な噴射加工装置を提供する。【解決手段】固体微粒子を出口開口２２ａから噴射する供給ノズル２２と、基端側が出口開口の外側を覆い先端側が供給ノズル２２よりも下流側に延びて同一軸上に設けられた加速ノズル２５と、加速ガス注入口２６から加速ガスを噴射し固体微粒子を加速して噴射口２５ａから噴射させる加速ガス供給ユニット４０と、加速ノズル２５の内部に出口開口２２ａと対峙して設けられた障壁部材２８とを備える。出口開口２２ａから加速ノズル内に噴射された固体微粒子Ｇは、障壁部材２８に衝突して破砕され、加速ガスにより付勢されて噴射口２５ａから加工対象Ｗに噴射される。【選択図】図１
2010137341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体微粒子を供給ガスとともに流下させる流路を有し前記流路の延びる軸方向先端に出口開口を備えた供給ノズルと、
前記固体微粒子及び供給ガスを流下させる流路を有して前記出口開口の外側を覆って取り付けられ前記供給ノズルよりも前記軸方向下流側に延びて設けられた加速ノズルと、
前記加速ノズルの流路内に加速ガスを供給し前記出口開口から噴射された固体微粒子を加速して先端の噴射口から噴射させる加速ガス供給手段と、
前記加速ノズルの流路内に前記出口開口と対峙して設けられた障壁部材とを備え、
前記出口開口から前記加速ノズルの流路内に噴射された固体微粒子が前記障壁部材に衝突し、当該衝突した固体微粒子が前記加速ガスにより下流方向に付勢されて前記噴射口から加工対象に噴射されるように構成したことを特徴とする噴射加工装置。
【請求項２】
前記障壁部材は、前記軸方向に見た投影面積が前記出口開口の流路断面積よりも大きく前記加速ノズルの流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の噴射加工装置。
【請求項３】
前記障壁部材は、前記軸方向に沿った断面形状が三角形となるように形成され、当該三角形の底面が前記出口開口と対峙し頂点が前記噴射口に向けて配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の噴射加工装置。
【請求項４】
前記供給ノズルが前記軸方向に延びる中空円筒状に形成されるとともに、前記障壁部材は円錐形に形成され、
前記円錐形の底面が前記出口開口と対峙し頂点が前記噴射口に向けて前記供給ノズルおよび前記障壁部材が同一軸上に配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の噴射加工装置。
【請求項５】
前記加速ガス供給手段は、前記加速ノズルの流路内に供給される前記加速ガスが、前記出口開口と対峙する前記障壁部材の底面よりも下流側において前記障壁部材の斜面に沿って供給されるように構成したことを特徴とする請求項３または４に記載の噴射加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体微粒子を気体ガス流とともに加工対象に噴射し加工する噴射加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体微粒子を気体ガス流とともに加工対象に噴射し加工する噴射加工として、加工対象物の微細加工を行うアブレイシブ・ジェット・マシニング（Abrasive  Jet  Machining：ＡＪＭ）法や、加工対象に固体微粒子の膜を生成するパウダー・ジェット・デポジション（Powder  Jet  Deposition：ＰＪＤ）法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。パウダー・ジェット・デポジション（ＰＪＤ）法は、ノズル内部を流れる気流により生じるエジェクター効果を利用して固体微粒子を気体中に分散させ、固気混相流をノズルから噴射し加工対象に衝突させて、加工対象（基材）上に固体材料の膜を形成する。近年では、固体微粒子を供給する供給ノズルの外周に加速ノズルを設け、加速ガスにより固体微粒子を加速する二重管型の噴射加工装置が提案され、この噴射加工装置を用いた実験によって種々の固体微粒子による成膜が可能であることが確認されている。
【特許文献１】特開２０００−０９４３３２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２４２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＰＪＤ法によって付着可能な固体微粒子は、一般的に、粒径がサブμｍから数μｍ程度の微粒子であることが必要とされており、この粒径が数十μｍ程度以上になると固体微粒子の衝突により基材表面が除去されるアブレイシブジェット加工に変移する。ところが、固体微粒子の粒径が小径化すると、粉体同士の摩擦や静電気などの影響により固体微粒子同士が相互に付着する凝集が発生しやすくなり、ノズルから安定して噴射することが困難になる。また凝集した粒子がノズルから噴射されると成膜の妨げになり付着効率の低下や生成膜厚のムラが生じる。更には、粗大化した凝集粒子があたかも粒径の大きな固体粒子のように振る舞い、生成した膜に損傷を与えるという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、固体微粒子を安定的に噴射可能な噴射加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、固体微粒子を供給ガスとともに流下させる流路を有し当該流路の延びる軸方向先端に出口開口を備えた供給ノズルと、固体微粒子及び供給ガスを流下させる流路を有して出口開口の外側を覆って取り付けられ供給ノズルよりも軸方向下流側に延びて設けられた加速ノズルと、加速ノズルの流路内に加速ガスを供給し出口開口から噴射された固体微粒子を加速して先端の噴射口から噴射させる加速ガス供給手段（例えば、実施形態におけるガス供給ユニット４０、加速ガス注入口２６、加速ガス噴流路１２６など）と、加速ノズルの流路内に出口開口と対峙して設けられた障壁部材とを備え、出口開口から加速ノズルの流路内に噴射された固体微粒子が障壁部材に衝突し、当該衝突した固体微粒子が加速ガスにより付勢されて噴射口から加工対象に噴射されるように噴射加工装置を構成する。
【０００６】
なお、前記障壁部材は、軸方向に沿った断面形状が三角形となるように形成され、当該三角形の底面が前記出口開口と対峙し頂点が前記噴射口に向けて配設されるように構成することが好ましく、前記加速ガス供給手段は、前記加速ノズルの流路内に供給される加速ガスが、前記出口開口と対峙する障壁部材の底面よりも下流側において障壁部材の斜面に沿って供給されるように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、供給ノズルから噴射される固体微粒子が凝集していたとしても、出口開口に対峙して加速ノズル内に設けられた障壁部材に衝突して粉砕され、加速ガスにより加速されて被加工部材に噴射される。このため、加工対象に粗大化した凝集粒子が噴射されるようなことがなく、固体微粒子を安定的に噴射可能な噴射加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。固体微粒子を気体の噴流に乗せて加工対象に噴射する噴射加工装置への好適な適用例として、常温かつ常圧下で固体微粒子を基材に噴射して付着させ、基材上に固体材料の膜を形成するパウダー・ジェット・デポジション装置（以下、ＰＪＤ装置という）の概要構成を図１に示しており、この図を参照しながらＰＪＤ装置１について説明する。なお、説明の便宜上、図１に付記した矢印Ｒの指す方向を右方、矢印Ｕの指す方向を上方と称して説明する。
【０００９】
このＰＪＤ装置１は、固体微粒子Ｇをノズル２０に供給する微粒子供給ユニット３０と、固体微粒子噴射用のガスをノズル２０に供給するガス供給ユニット４０、ノズル２０に対して加工対象を相対移動させる移動ユニット(不図示)、ガス供給ユニット４０によるガス供給や移動ユニットによる基材Ｗの相対移動を制御する制御ユニット７０などを備え、ノズル２０に供給された固体微粒子Ｇがノズル内部を流れるガス流により分散されてノズル先端から加工対象の基材Ｗに噴射されるように構成される。
【００１０】
ノズル２０は、ベースとなるノズルブロック２１と、固体微粒子を供給ガスとともに流下させる流路を有してノズルブロック２１に固定され、軸方向先端に出口開口２２ａを備えた供給ノズル２２と、固体微粒子及び供給ガスを流下させる流路を有して基端(右端)側が出口開口２２ａの外側を覆ってノズルブロック２１に固定され、先端側が供給ノズル２２よりも軸方向下流側に延びる加速ノズル２５と、出口開口２２ａと対峙して加速ノズル２５の流路内に設けられた障壁部材２８とを備えて構成される。
【００１１】
供給ノズル２２は、図中に一点鎖線で示す軸線CLに沿って左右に延びる中空円筒状をなし、外径φ０．３〜１．８ｍｍ程度、肉厚０．０５〜０．３ｍｍ程度のセラミックス製のパイプを用いて形成される。供給ノズル２２の左右中間部には、固体微粒子Ｇが通過可能な幅０．１〜０．５ｍｍ程度のスリット状あるいは円孔状の孔部２３が、単数または複数並んで壁面を貫通して開口形成されており、この孔部２３の周囲に位置するノズルブロック２１に、供給ノズル２２の外周を囲んで円環溝状の微粒子供給溝３３が形成されている。
【００１２】
微粒子供給ユニット３０は、ノズルブロック２１の上部に設けられてパウダー状態の固体微粒子Ｇを貯留する微粒子タンク３１と、この微粒子タンク３１と微粒子供給溝３３との間を繋いで微粒子タンク３１に貯留された固体微粒子Ｇを微粒子供給溝３３に導く微粒子導入路３２とを有して構成される。微粒子タンク３１は、例えば、ノズルブロック２１を矩形箱状に構成してその上部に上方に開く円錐ホッパ状に設け、あるいはノズルブロック２１を中空円筒状に構成してその円筒部に設けるなど、ノズル形状等に応じて適宜設定することができる。
【００１３】
供給ノズル２２の右方には、ノズルブロック２１を貫通して供給孔が形成されており、この供給孔の右方からガス供給ユニット４０のガス供給パイプ４２が挿入固定される。ガス供給パイプ４２は、外径が供給ノズル２２の内径よりもわずかに小径の円管パイプ状で、先端部が供給ノズル２２の基端側(右端側)に嵌入されており、嵌入されたガス供給パイプ４２の先端が孔部２３に近接して配置固定される。
【００１４】
加速ノズル２５は、供給ノズル２２よりも大径で軸線CLに沿って左右に延びる中空円筒状をなし、内径φ０．５〜２ｍｍ程度、肉厚０．１〜０．５ｍｍ程度のセラミックス製のパイプを用いて形成される。加速ノズル２５の左端に開口する噴射口２５ａは、基材Ｗと対向して配設される。
【００１５】
障壁部材２８は、軸線CLに沿って左右方向に切断した断面形状（軸方向に沿った断面形状）が二等辺三角形で、当該二等辺三角形の底辺が供給ノズルの出口開口と対峙し、頂点が噴射口に向かうように配設される。本構成形態のＰＪＤ装置では、このような構成の代表例として円錐形の障壁部材２８を示しており、円錐の底面２８ｂが出口開口２２ａと所定間隔を隔てて対峙し、頂点が噴射口２５ａに向かうように配設される。なお、加速ノズルを紙面直行の前後方向に長い矩形ダクト状に形成した場合には、軸方向に沿った断面形状が二等辺三角形、底面形状が長方形で、前後に延びる三角柱状の障壁部材を用いることができる。
【００１６】
障壁部材２８の底面直径および出口開口２２ａとの間隔は、出口開口２２ａから噴射された固体微粒子が確実に底面２８ｂに衝突するように設定され、具体的には、出口開口２２ａから噴射される固気混相流の拡がり角（１２〜１５度）に基づいて設定される。障壁部材２８は、例えば、ステンレス合金や超鋼合金、セラミック等を基材として用い、底面２８ｂは窒化ホウ素やタングステンカーバイト、ＤＬＣなどを蒸着等により被覆して表面硬度を高め、固体微粒子Ｇの衝突による摩耗を抑制した構成としている。
【００１７】
図１中のII−II矢視方向に見たノズル内部の概要図を図２に示すように、障壁部材２８は、軸方向に見た投影面積が、出口開口２２ａの流路断面積よりも大きく加速ノズル２５の流路断面積よりも小さく形成される。より具体的には、底面２８ｂの直径が供給ノズル２２の内径よりも大径、かつ障壁部材２８が設けられた領域の加速ノズル２５の内径よりも小径に形成されており、斜面から径方向に突出する複数（図では４本）のピン２９により加速ノズル２５の中心に固定配設される。
【００１８】
このため、供給パイプ２２の内部を基端側（図１における右端側）から軸方向に見たときに、出口開口２２ａ全体が障壁部材２８に覆われ、出口開口２２ａより奥部に障壁部材の底面２８ｂのみが視認される。一方、加速ノズル２５の内部を噴射口２５ａ側から見ると、障壁部材２８の頂点及び斜面（円錐面）２８ａが視認されるとともに、障壁部材の斜面２８ａの外周と加速ノズル２５の内壁面との間に、軸線CLを中心とし幅０．１〜０．３ｍｍ程度の円弧スリット状の流路（以下、狭小流路という）２４，２４…が視認される。
【００１９】
この障壁部材２８の円錐面２８ａの外側に、ノズル内に加速ガスを導入する加速ガス注入口２６が、周方向に等角度ピッチで複数（例えば図２に示すように、９０度ピッチで４か所）開口形成されている。加速ガス注入口２６は、軸方向下流側に向けて傾斜する直径０．１〜０．４ｍｍ程度の円孔で、２０度〜５０度程度の比較的浅い所定傾斜角度で軸線CLと交差するように（すなわち、各注入口を通るガスが加速ノズル内に斜めに入射するように）形成されている。
【００２０】
加速ガス注入口２６の周囲には、加速ノズル２５の外周を囲んで円環溝状の加速ガス導入路２７が形成されており、この加速ガス導入路２７に接続された加速ガス供給配管４３を介してガス供給ユニット４０から加速ガスが供給される。このため、ガス供給ユニット４０から加速ガス導入路２７に供給され、加速ガス注入口２６から加速ノズル２５内に噴射される加速ガスが、障壁部材の斜面２８ａに沿って下流方向に流れ噴射口２５ａから基材Ｗに向けて噴射される。
【００２１】
ガス供給ユニット４０には、ノズル２０に供給されるガス(供給ガス、加速ガス)の種別や混合比を切り換える選択レバーやミキサー、フィルター、ガス圧力を設定するレギュレータ、ガス圧力を検出する圧力センサ、ガス供給パイプ４２及び加速ガス供給配管４３への供給ガスの供給・停止を切り換える電磁弁などが設けられている。ガス供給ユニット４０には、例えば、Ｈｅ、Ｎ2、Ａｒ、空気など、加工対象に応じた種々のガスボトル４５がチューブ４６を介して接続されるとともに、このユニットの作動を制御する制御ユニット７０がケーブル４７により接続されている。
【００２２】
制御ユニット７０は、パーソナル・コンピュータやプログラマブル・コントローラ等を利用して構成することができ、ガス供給ユニット４０によるノズル２０へのガスの供給・停止、移動ユニットによる基材Ｗの移動制御などが実行される。
【００２３】
このような構成のＰＪＤ装置１では、制御装置７０によりガス供給ユニット４０の作動を制御し、ガス供給ユニット４０からノズル２０に供給される供給ガスおよび加速ガスを制御することにより、粒子供給ユニット３０からノズル２０に供給される固体微粒子Ｇが供給ノズル２２を高速で流れる気流により供給ガス中に分散されて加速ノズル２５に噴射され、加速ガス注入口２６から噴射される加速ガスにより加速されて先端の噴射口２５ａから基材Ｗに噴射される。
【００２４】
このときのノズル２０の作用について説明する。ガス供給ユニット４０からガス供給パイプ４２を介して０．１〜１ＭＰa程度の所定圧力で供給ノズル２２に供給ガスが供給されると、供給ノズル２２に流入した供給ガスがこのノズル内を出口開口２２ａに向けて高速で流下する。このとき、孔部２３の形成領域では、ノズル内を高速で流れるガス流のエジェクター効果により負圧が発生する。また、孔部２３に近接してガス供給パイプ４２の先端部が配設され、この接続部で流路断面積が急拡大しているため、この段差部分に乱流が発生し孔部近傍の負圧が増大される。
【００２５】
そのため、孔部２３を挟んで供給ノズル２２の内側と外側（微粒子供給溝３３）との間に差圧が発生し、微粒子供給溝３３に位置する固体微粒子Ｇが吸い上げられるように孔部２３を通って供給ノズル２２内に供給される。そして、供給ノズル２２を流れる供給ガスのガス流により分散されつつ供給ノズル内を流下し、下流端部の出口開口２２ａから加速ノズル２５内に噴射される。
【００２６】
ここで、出口開口２２ａから噴射される固体微粒子Ｇは、軸方向下流に向かうベクトルを有している。また、加速ノズル２５内には、出口開口２２ａに対峙して、出口開口２２ａの内径よりも大径の障壁部材２８が同一軸上に設けられている。従って、出口開口２２ａから加速ノズル２５内に噴射された固体微粒子は、目前に位置する障壁部材の底面２８ｂに衝突する。そのため、供給ノズル２２内を流れる固体微粒子のなかに、凝集作用によって粗大化した状態の粒子が含まれていた場合であっても、この障壁部材２８との衝突により分解され、分級された固体微粒子本来の状態に微粒化される。
【００２７】
一方、加速ガス導入路２７には、加速ガス供給配管４３を介してガス供給ユニット４０から０．２〜１ＭＰa程度の所定圧力で加速ガスが供給され、加速ノズル２５の周面に等角度ピッチで複数設けられた加速ガス注入口２６から加速ガスノズル内に噴射される。加速ガス注入口２６は、障壁部材の底面２８ｂよりも下流側の円錐面２８ａの外側に位置し、比較的浅い傾斜角で下流方向に入射するように形成されている。そのため、加速ガス注入口２６から加速ガスが噴射されると、障壁部材２８の円錐面に沿って下流方向に高速で流れるガス流のエジェクター効果により加速ガス注入口２６よりも上流側に負圧が発生し、流路断面積が狭い底面周縁の狭小流路２４に大きな負圧が作用する。
【００２８】
このため、供給ノズルの出口開口２２ａから加速ノズル２５内に噴射され、障壁部材の底面２８ｂに衝突した固体微粒子は、この狭小流路２４に作用する負圧により吸引されて狭小流路２４を通り、加速ガス注入口２６から噴射される加速ガスのガス流に巻き込まれて拡散され、下流方向に加速されて加速ノズルの噴射口２５ａから基材Ｗに向けて噴射される。
【００２９】
このときの固体微粒子Ｇの速度は、ノズル２０に供給される加速ガスの種類及び圧力を制御することにより設定され、例えば、供給ガス及び加速ガスが空気または窒素の場合には、５０〜３００ｍ／sec程度の音速以下の速度で噴射される。加速ガスとともに噴射された固体微粒子Ｇは、ノズル先端から０．５〜２ｍｍ程度の距離に配置された基材Ｗの被加工面（固体微粒子が衝突する面をいい、成膜前における基材Ｗの表面、成膜中における付着した固体材料の膜面をいう）に衝突付着して、常温かつ常圧下で基材上に固体材料の膜が形成される。
【００３０】
なお、例えば空電レギュレータ等により加速ガスの圧力を連続的または断続的に変化させて加速ノズル２５から基材Ｗに噴射される固気混相流の流速を任意に制御可能なほか、供給ガスの供給・停止を切り換える電磁弁として高速応答可能な電磁弁を用い、オン・オフ時間(周波数とデューティ)を制御することにより、数百Ｈｚ程度の周波数で固体微粒子を間欠噴射することも可能である。
【００３１】
このように構成されるＰＪＤ装置１によれば、供給ノズル２２から加速ノズル２５に供給された固体微粒子が、出口開口２２ａに対峙して加速ノズル内に設けられた障壁部材２８に衝突し、凝集作用により粗大化した凝集粒子が本来の固体微粒子に微粒化された状態で基材Ｗに噴射される。このため、基材Ｗに粗大化した凝集粒子が噴射されるようなことがなく、分級されたサイズの固体微粒子を安定的に噴射し皮膜加工することができる。
【００３２】
次に、第２構成形態のＰＪＤ装置２について、ＰＪＤ装置１と同様の概要構成図を図３に示しており、この図を参照しながら噴射加工装置２の構成について説明する。ＰＪＤ装置２は、固体微粒子Ｇをノズル１２０に供給する微粒子供給ユニット３０、固体微粒子噴射用のガスをノズル１２０に供給するガス供給ユニット４０、ノズル１２０に対して基材Ｗを相対移動させる移動ユニット(不図示)、ガス供給ユニット４０によるガス供給や移動ユニットによる基材Ｗの相対移動を制御する制御ユニット７０などを備え、ノズル１２０に供給された固体微粒子Ｇがノズル内部を流れるガス流により分散されてノズル先端から基材Ｗに噴射されるように構成される。すなわち、本構成形態のＰＪＤ装置２は、ノズル１２０の構成が前述したＰＪＤ装置１と相違する。そこで、以下では、第１構成形態のＰＪＤ装置１と同様部分に同一番号を付して重複説明を省略し、相違するノズル１２０の構成、特に加速ガスの導入部の構成と作用について重点的に説明する。
【００３３】
ノズル１２０は、ベースとなるノズルブロック１２１と、固体微粒子を供給ガスとともに流下させる流路を有してノズルブロック１２１に固定され、軸方向先端に出口開口１２２ａを備えた供給ノズル１２２と、固体微粒子及び供給ガスを流下させる流路を有し、基端(右端)側が出口開口１２２ａを含む供給ノズルの先端部外周を覆ってノズルブロック１２１に固定され、先端側が供給ノズル１２２よりも軸方向下流側に延びる加速ノズル１２５と、出口開口１２２ａと対峙して加速ノズル１２５の流路内に設けられた障壁部材１２８とを備えて構成される。
【００３４】
供給ノズル１２２は、外径φ０．３〜１．８ｍｍ程度、肉厚０．０５〜０．３ｍｍ程度のセラミックス製のパイプを用いて形成される。供給ノズル１２２の軸方向（左右方向）中間部には、前述同様の孔部２３が単数または複数開口形成され、その周囲に円環状の微粒子供給溝３３が形成されている。供給ノズル１２２の右方には、ノズルブロック１２１を貫通して供給孔が形成され、この供給孔の右方からガス供給ユニット４０のガス供給パイプ４２が挿入固定される。ガス供給パイプ４２は、外径が供給ノズル１２２の内径よりもわずかに小径で、先端側が供給ノズル１２２の基端側(右端側)から同軸上に嵌入されており、ガス供給パイプ４２の先端部が孔部２３に近接して配置固定される。
【００３５】
加速ノズル１２５は、その内径が供給ノズル１２２の外径よりも大きく、内径φ０．５〜２ｍｍ程度、肉厚０．１〜０．５ｍｍ程度のセラミックス製のパイプを用いて形成される。図示するように、加速ノズル１２５の基端部と供給ノズル１２２の先端部とは同一軸上に重複して配設されており、この重複部（加速ノズル１２５の内周と供給ノズル１２２の外周の間）に、幅０．１〜０．２ｍｍ程度の円環状の加速ガス噴流路１２６が形成される。ノズルブロック１２１には、加速ノズル１２５の基端側に、加速ガス噴流路１２６と繋がる加速ガス導入路１２７が形成されており、この加速ガス導入路１２７に接続された加速ガス供給配管４３を介してガス供給ユニット４０から加速ガスが供給される。加速ノズル左端に開口する噴射口１２５ａは、加工対象の基材Ｗと対向して配設される。
【００３６】
障壁部材１２８は、底面の周縁を面取りした円錐形に形成され、円錐の底面１２８ｂが出口開口１２２ａと所定間隔を隔てて対峙し、頂点が噴射口１２５ａに向かうように軸線CL上に配設される。障壁部材１２８の底面直径は、供給ノズル１２２の内径よりも大径、かつ供給ノズル１２２の外径と同径以下に設定される。障壁部材１２８は、既述した障壁部材２８と同様の素材を用いて同様に形成され図示省略する複数本のピンにより加速ノズル１２５の中心に固定配設される。
【００３７】
このため、供給パイプ１２２の内部を基端側から見たときに、出口開口１２２ａ全体が障壁部材１２８に覆われて底面１２８ｂのみが視認される。一方、加速ノズル１２５の内部を噴射口１２５ａ側から見ると、障壁部材１２８の頂点及び円錐面１２８ａが視認されるとともに、障壁部材の円錐面１２８ａの外周と加速ノズル１２５の内壁面との間に、軸線CLを中心とした幅０．１〜０．３ｍｍ程度の円弧スリット状の狭小流路１２４および、その奥部に位置する幅０．１〜０．２ｍｍ程度の円環状の加速ガス噴流路１２６が視認される。
【００３８】
このような構成のＰＪＤ装置２において、ガス供給ユニット４０から供給パイプ４２を介して供給ノズル１２２に供給ガスが供給されると、ノズル内を高速で流れるガス流のエジェクター効果、および供給パイプ４２と供給ノズル１２２との段差部に生じる乱流の効果により孔部２３周辺が負圧状態になり、微粒子供給溝３３に位置する固体微粒子Ｇが孔部２３を通って供給ノズル１２２内に吸い上げられる。吸い上げられた固体微粒子は、ガス流によって分散されながら供給ノズル１２２内を流下し、出口開口１２２ａから加速ノズル１２５内に噴射される。
【００３９】
加速ノズル１２５内に噴射された固体微粒子は、出口開口１２２ａに対峙して設けられた障壁部材の底面１２８ｂに衝突する。そのため、供給ノズル１２２内を流れる固気混相流に粗大化した凝集粒子が含まれていた場合でも、障壁部材１２８との衝突により分解され、本来の固体微粒子の状態に微粒化される。
【００４０】
一方、障壁部材１２８の外周側では、加速ガス噴流路１２６から噴射された加速ガスが軸線に沿って流れ、流路幅が加速ガス噴流路１２６よりも幾分広い狭小流路１２４を通って下流方向に流下する。障壁部材の底面１２８ｂよりも下流側では円筒状の流路断面積が拡大しているため、この領域を下流方向に高速で流れるガス流のエジェクター効果により負圧が発生し、底面１２８ｂの周縁部に負圧が作用する。
【００４１】
このため、供給ノズルの出口開口１２２ａから加速ノズル１２５内に噴射され、障壁部材の底面１２８ｂに衝突して微粒化された固体微粒子は、負圧により吸引されて狭小流路１２４を通り、この狭小流路１２４及び流路拡大部を流れる加速ガスのガス流に巻き込まれて拡散され、下流方向に加速されて噴射口１２５ａから基材Ｗに向けて噴射される。噴射される固体微粒子Ｇの速度は前述したＰＪＤ装置１と同様であり、使用されるガスにおける音速以下の速度で噴射される。噴出口１２５ａから噴射された固体微粒子Ｇは、ノズル先端から０．５〜２ｍｍ程度の距離に配置された基材Ｗの被加工面に衝突付着し、常温かつ常圧下で基材Ｗ上に固体材料の膜が形成される。
【００４２】
従って、以上のように構成されるＰＪＤ装置２においても、供給ノズル１２２から加速ノズル１２５に供給された固体微粒子が、出口開口１２２ａに対峙して加速ノズル内に設けられた障壁部材１２８に衝突し、固体微粒子に微粒化された状態で基材Ｗに噴射される。このため、基材Ｗに粗大化した凝集粒子が噴射されるようなことがなく、分級された粒径の固体微粒子を噴射して安定的な皮膜加工を実現することができる。
【００４３】
以上では、障壁部材として底面が平坦な円錐形の障壁部材２８，１２８を用いた構成を例示したが、障壁部材はノズル内を流れる凝集粒子が衝突して分解可能な形態であればよく、例えば、円錐（または角錐）の底面を緩やかな凸の円弧状とし、あるいは円錐の底面を張り合わせて軸方向両端に頂部を有する形状とし、障壁部材として球体を用いるなど、形態を変更して用いることができる。
【００４４】
また、説明簡明化のため、ノズル２０，１２０が単一の場合について説明したが、ノズル２０，１２０を千鳥状に配列することにより、所定の噴射幅を有するノズルユニットを形成することができ、供給ノズル及び加速ノズルの断面形状がいずれも円形の場合について説明したが、断面形状を長円、楕円、矩形など適宜な形状にすることができる。
【００４５】
なお、実施形態では、使用可能な粒径が微小であり凝集による粒径の粗大化が本質的な課題とされるＰＪＤ装置（皮膜形成用の噴射加工装置）に本発明を適用した場合について説明した。そして、これにより従来困難であったＰＪＤ装置による安定した皮膜形成が可能となった。このような発明は、凝集粒子の噴射が問題とされる他の形態の噴射加工装置（例えばＡＪＭ装置等）に適用することができ、これにより同様の効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１構成形態の噴射加工装置の概要構成図である。
【図２】図１中のII−II矢視方向に見た障壁部材の構成を説明するための説明図である。
【図３】第２構成形態の噴射加工装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
CL  軸線
Ｇ  固体微粒子
Ｗ  基材（加工対象）
１，２  ＰＪＤ装置（噴射加工装置）
２０  ノズル
２２  供給ノズル（２２ａ  出口開口）
２５  加速ノズル（２５ａ  噴射口）
２６  加速ガス注入口（加速ガス供給手段）
２７  加速ガス導入路（加速ガス供給手段）
２８  障壁部材（２８ａ  斜面、２８ｂ  底面）
３０  微粒子供給ユニット
４０  ガス供給ユニット（加速ガス供給手段）
７０  制御ユニット
１２０  ノズル
１２２  供給ノズル（１２２ａ  出口開口）
１２５  加速ノズル（１２５ａ  噴射口）
１２６  加速ガス噴流路（加速ガス供給手段）
１２７  加速ガス導入路（加速ガス供給手段）
１２８  障壁部材（１２８ａ  斜面、１２８ｂ  底面）
【図１】
2010137341.tif 000003
【図２】
2010137341.tif 000004
【図３】
2010137341.tif 000005