(57)【要約】【課題】従来の吸引キャビテーション流を用いた表面処理技術においては、被処理物を入れるチャンバを幅広にすると、流体の流動状態が安定化せず、また、吸引キャビテーション流が被処理面に沿って略平行に流れるため、該被処理面に対してキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を十分に作用させることができない、という問題があった。【解決手段】絞り部２７を片端に有する流体供給流路２５の周りを略同心状に取り囲むようにして、該流体供給流路２５とは前記絞り部２７のみを介して連通する流体吸引流路２６を設け、該流体吸引流路２６内の加工液８を吸引手段１７で吸引することにより、前記絞り部２７の直下流に前記吸引キャビテーション流５を発生させ、該吸引キャビテーション流５を被処理面６ａに対して略垂直に衝突させることにより、前記被処理面６ａに表面処理を施す。
2009031517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路途中に設けた絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる表面処理方法において、前記絞り部を片端に有する流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むようにして、該流体供給流路とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路を設け、該流体吸引流路内の流体を吸引手段で吸引することにより、前記絞り部の直下流に前記吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流を前記被処理面に対して略垂直に衝突させることにより、前記被処理面に表面処理を施すことを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記流体吸引流路内の流体を前記吸引手段で吸引するとともに、前記流体供給流路内の流体を圧送手段で圧送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記絞り部を予め閉じた状態で、前記流体供給流路内の流体を前記吸引手段により吸引を行って、前記流体供給流路内の内圧を前記流体吸引流路内の内圧よりも高くした後で、前記絞り部を開くことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記流体の温度を、所定温度に制御することを特徴とする請求項1から請求項４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項６】
流体の流路途中に絞り部を設け、該絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる構造を備えた表面処理装置において、前記絞り部を片端に有すると共に該絞り部に流体を供給可能な流体供給流路と、該流体供給流路内とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路と、該流体吸引流路内の流体を吸引する吸引手段とを備え、前記流体吸引流路は、前記流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むと共に、前記絞り部は、前記被処理面に対向配置したことを特徴とする表面処理装置。
【請求項７】
前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させることを特徴とする請求項６に記載の表面処理装置。
【請求項８】
内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する一重管体を設け、該一重管体の外側の前記流体吸引流路内に、前記被処理面を露出させることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記一重管体は、屈曲可能な自在管から成ることを特徴とする請求項８に記載の表面処理装置。
【請求項１０】
内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する内管と、該内管の外側面との間に前記流体吸引流路を有する外管とから成る一体的な二重管体を設け、前記絞り部近傍の流路内に、前記被処理面を露出させることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の表面処理装置。
【請求項１１】
前記外管は、絞り部から被処理面までの流路を覆うようにして延設することを特徴とする請求項１０に記載の表面処理装置。
【請求項１２】
前記絞り部から被処理面までの距離を一定に保持可能な距離保持手段を備えることを特徴とする請求項６から請求項１１のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１３】
前記絞り部から被処理面までの距離を検出可能な距離センサを備えることを特徴とする請求項１２記載の表面処理装置。
【請求項１４】
前記被処理面の非処理部位には、マスク材を覆設することを特徴とする請求項６から請求項１３のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１５】
前記絞り部は、前記被処理面上を自在に移動可能な構成とすることを特徴とする請求項６から請求項１４のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１６】
前記絞り部の下流側開口部近傍に、複数の孔を有した多孔部材を配設することを特徴とする請求項６から請求項１５のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１７】
前記絞り部の下流側開口部近傍に吸引キャビテーション流を所定方向に誘導する誘導部材を配設することを特徴とする請求項６から請求項１６のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１８】
前記絞り部の下流側開口部近傍に流体旋回手段を配設することを特徴とする請求項６から請求項１７のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【請求項１９】
前記絞り部に、該絞り部の孔径を可変する孔径可変手段を配設することを特徴とする請求項６から請求項１８のうちのいずれか一項に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路途中に設けた絞り部を介して流体を吸引あるいは吸引とともに噴射を行うことにより、キャビテーションを起こして気泡（以下、「キャビテーション気泡」とする）を発生させ、該キャビテーション気泡が圧潰して生じる衝撃力（以下、「圧潰衝撃力」とする）を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる表面処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属材料及び、プラスチック、ガラス、半導体等の非金属材料の表面に対し、研磨等の局部的な材料除去により加工を施し、あるいは圧力をかけて表面に圧縮応力を付与して疲労強度等の材料特性を向上させる表面改質を行い、あるいは付着している不純物を除去して洗浄する等の目的で、キャビテーション気泡を含む高圧の流体の噴流（以下、「噴射キャビテーション流」とする）を被処理物の表面（以下、「被処理面」とする）に向かって激しく噴射し、該被処理面にキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させて、前記加工、表面改質、洗浄等の各種処理（以下、「表面処理」とする）を行う技術が知られている。該表面処理技術によると、これまでの、酸化性の強い腐食液を使用するウェットエッチングにおける環境汚染・装置腐食の問題、微細な研磨材等を高圧エアと一緒に強力に吹きつけるブラスト加工における厳しい作業環境・低強度部材への適用の困難性・表面粗化の問題、小さい穴に通した高圧水の噴流によって切断等を行うウォータジェット加工におけるポンプ等の大型化・高価な装置の問題、切削、研削、研磨等の機械加工における複雑な形状への適用困難性の問題等のいずれに対しても、十分に対応することができる。【０００３】
更に、本発明者等は、鋭意研究した結果、前記キャビテーション気泡を伴った流れを発生させるのに、加工液をポンプで吸引し、この吸引時の加工液の流動を、被加工面上に設けた絞り部によって局部的に制限することにより、該絞り部の下流側にキャビテーションを起こさせ、この際に発生するキャビテーション気泡を含む加工液の流れ（以下、「吸引キャビテーション流」とする）を被加工面に当てる表面処理技術について、開示している（例えば、非特許文献１参照）。該表面処理技術によると、前記噴射キャビテーション流を被加工面に向かって局所的に激しく噴射するこれまでの場合とは異なり、加工液の噴流による過大な局部圧の影響を最小限に止めることができ、被加工面の表面粗さを小さく維持しつつ、高精度で加工を施すことが可能となる。更に、加工液に微粒子を分散混入させることにより、キャビテーション気泡の圧潰衝撃力以外に、該圧潰衝撃力の作用した微粒子が被加工面に激しく衝突する際の衝突力が加わり、被加工面の加工効率を大きく向上させることができる。
【非特許文献１】大橋一仁、外３名「吸引キャビテーション流を用いたマイクロ加工法」、２００５年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、平成１７年３月１日、Ｐ１３０７−１３０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記吸引キャビテーション流を用いた表面処理技術においては、加工液を満たしたチャンバ内に板状の被加工物を浸漬すると共に、前記チャンバの左右側壁間には、前記被加工物の被加工面上に近接して幅広の可動部材を配置し、該可動部材下部と前記被加工面との間に狭い隙間を設けて絞り部としている。更に、前記チャンバには、可動部材を挟んで前後方向一側に吸込口を、前後方向他側に供給口を設け、該供給口と前記吸込口との間を外部管路によって連通した上で、吸引ポンプによって吸込口から外部管路内に加工液を吸引することにより、チャンバ内の加工液が絞り部内を通過して吸込口に向かって流動し、絞り部の直下流に吸引キャビテーション流が発生する。この状態で、前記可動部材を被加工面に沿って略平行に前後移動させながら、該被加工面に対して吸引キャビテーション流による加工を施すようにしている。【０００５】
このため、前記制御構成おいては、左右側壁の間隔を広げると加工液の流動状態が幅方向位置で大きく異なり、絞り部で発生する吸引キャビテーション流が安定化しないため、大型の被加工物への適用が難しい、という問題があった。更に、絞り部では、左右側壁近傍になると、せん断流により流れの乱れが大きくなり、吸引キャビテーション流による圧潰衝撃力や微粒子の衝突力が著しく増加するため、限られた範囲でしか同一条件による加工が施せず、被加工面全面にわたる均一な加工が困難である、という問題があった。
また、絞り部の直下流で発生した前記吸引キャビテーション流は、チャンバ内の加工液の流れの影響を受け、被加工面に沿って略平行に流れ、キャビテーション気泡、微粒子ともに被処理面に対して略平行に高速移動する。このため、キャビテーション気泡は被処理面近傍に接近すらできず、該被処理面に対してキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を十分に作用させることができない。該圧潰衝撃力を受けた微粒子についても、前記被加工面に対して垂直ではなく斜めに衝突し、しかも、滞留することなく絞り部から高速で離れていくので、圧潰衝撃力が作用可能な微粒子の数自体も少ない。従って、被処理面に作用する、キャビテーション気泡の圧潰衝撃力、及び該圧潰衝撃力を受けた微粒子よる衝突力が十分とはいえず、高い処理効率が得にくい、という問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表面処理方法においては、流路途中に設けた絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる表面処理方法において、前記絞り部を片端に有する流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むようにして、該流体供給流路とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路を設け、該流体吸引流路内の流体を吸引手段で吸引することにより、前記絞り部の直下流に前記吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流を前記被処理面に対して略垂直に衝突させることにより、前記被処理面に表面処理を施す方法である。【０００７】
本発明の表面処理方法においては、前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させる方法である。【０００８】
本発明の表面処理方法においては、前記流体吸引流路内の流体を前記吸引手段で吸引するとともに、前記流体供給流路内の流体を圧送手段で圧送する方法である。【０００９】
本発明の表面処理方法においては、前記絞り部を予め閉じた状態で、前記流体供給流路内の流体を前記吸引手段により吸引を行って、前記流体供給流路内の内圧を前記流体吸引流路内の内圧よりも高くした後で、前記絞り部を開く方法である。【００１０】
本発明の表面処理方法においては、前記流体の温度を、所定温度に制御する方法である。【００１１】
本発明の表面処理装置においては、流体の流路途中に絞り部を設け、該絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる構造を備えた表面処理装置において、前記絞り部を片端に有すると共に該絞り部に流体を供給可能な流体供給流路と、該流体供給流路内とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路と、該流体吸引流路内の流体を吸引する吸引手段とを備え、前記流体吸引流路は、前記流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むと共に、前記絞り部は、前記被処理面に対向配置したものである。【００１２】
本発明の表面処理装置においては、前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させるものである。【００１３】
本発明の表面処理装置においては、内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する一重管体を設け、該一重管体の外側の前記流体吸引流路内に、前記被処理面を露出させるものである。【００１４】
本発明の表面処理装置においては、内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する内管と、該内管の外側面との間に前記流体吸引流路を有する外管とから成る一体的な二重管体を設け、前記絞り部近傍の流路内に、前記被処理面を露出させるものである。【００１５】
本発明の表面処理装置においては、前記外管は、絞り部から被処理面までの流路を覆うようにして延設するものである。【００１６】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部から被処理面までの距離を一定に保持可能な距離保持手段を備えるものである。【００１７】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部から被処理面までの距離を検出可能な距離センサを備えるものである。【００１８】
本発明の表面処理装置においては、前記被処理面の非処理部位には、マスク材を覆設するものである。【００１９】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部は、前記被処理面上を自在に移動可能な構成とするものである。【００２０】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部の下流側開口部近傍に、複数の孔を有した多孔部材を配設するものである。【００２１】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部の下流側開口部近傍に吸引キャビテーション流を所定方向に誘導する誘導部材を配設するものである。【００２２】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部の下流側開口部近傍に流体旋回手段を配設するものである。【００２３】
本発明の表面処理装置においては、前記絞り部に、該絞り部の孔径を可変する孔径可変手段を配設するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果としては、流路途中に設けた絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる表面処理方法において、前記絞り部を片端に有する流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むようにして、該流体供給流路とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路を設け、該流体吸引流路内の流体を吸引手段で吸引することにより、前記絞り部の直下流に前記吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流を前記被処理面に対して略垂直に衝突させることにより、前記被処理面に表面処理を施すので、絞り部近傍における流体の流動状態は絞り部断面の円周方向位置によっても大きくは変化せず、絞り部の直下流には安定した吸引キャビテーション流を発生させることができ、被処理面全面にわたって均一な表面処理を施すことができると共に、大型の被処理物に対しても安定した表面処理を施すことができ、これにより、処理精度の向上、処理サイズの拡大を図ることができる。また、吸引キャビテーション流を被処理面に対して略垂直に衝突させるので、吸引キャビテーション流中のキャビテーション気泡を少なくとも被処理面近傍には接近させることができ、該被処理面にキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を十分に作用させることができ、処理効率を向上させることができる。【００２５】
また、前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させるので、被処理面が微粒子から受ける衝突力を増加させ、しかも、流体の流れの向きが大きく変わる被処理面近傍には、絞り部から流出した水流とその反転流に起因する渦が生じ、該渦に生じた淀みに前記微粒子が滞留するようになるため、圧潰衝撃力を受ける微粒子の数自体も増加させることができ、微粒子による衝突力を十分に高めて、処理効率を更に向上させることができる。【００２６】
また、前記流体吸引流路内の流体を吸引手段で吸引するとともに、前記流体供給流路内の流体を圧送手段で圧送することにより、吸引キャビテーション流を被処理面に対してより強く衝突させることができるため、表面処理速度や加工速度を向上させることができる。【００２７】
また、前記絞り部を予め閉じた状態で、前記流体供給流路内の流体を前記吸引手段により吸引を行って、前記流体供給流路内の内圧を前記流体吸引流路内の内圧よりも高くした後で、前記絞り部を開くことにより、高圧の吸引キャビテーション流を被処理面に対して衝突させることができるため、表面処理速度や加工速度を向上させることができる。【００２８】
また、前記流体の温度を、所定温度に制御することにより、キャビテーション気泡を発生し易い温度状態に制御してキャビテーション気泡を増加させて、表面処理効率を向上させることができる。【００２９】
また、流体の流路途中に絞り部を設け、該絞り部を介して流体を吸引することにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる構造を備えた表面処理装置において、前記絞り部を片端に有すると共に該絞り部に流体を供給可能な流体供給流路と、該流体供給流路内とは前記絞り部のみを介して連通する流体吸引流路と、該流体吸引流路内の流体を吸引する吸引手段とを備え、前記流体吸引流路は、前記流体供給流路の周りを略同心状に取り囲むと共に、前記絞り部は、前記被処理面に対向配置したので、絞り部近傍における流体の流動状態は絞り部断面の円周方向位置によっても大きくは変化せず、絞り部の直下流には安定した吸引キャビテーション流を発生させることができ、被処理面全面にわたって均一な表面処理を施すことができると共に、被処理物に対しても安定した表面処理を施すことができ、これにより、処理精度の向上、処理サイズの拡大を図ることができる。また、吸引キャビテーション流を被処理面に対して略垂直に衝突させるので、吸引キャビテーション流中のキャビテーション気泡を少なくとも被処理面近傍には接近させることができ、該被処理面にキャビテーション気泡の圧潰衝撃力を十分に作用させることができ、処理効率を向上させることができる。しかも、絞り部と被処理面とを対向配置させるだけの簡単な構造を設けるだけで、これらの効果を達成することができる。【００３０】
また、前記流体には微粒子を分散混入し、該微粒子に前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子を前記被処理面に対して略垂直に衝突させるので、被処理面が微粒子から受ける衝突力を増加させ、しかも、流体の流れの向きが大きく変わる被処理面近傍には、絞り部から流出した水流とその反転流に起因する渦が生じ、該渦に前記微粒子が滞留するようになるため、圧潰衝撃力を受ける微粒子の数自体も増加させることができ、微粒子による衝突力を十分に高めて、処理効率を更に向上させることができる。【００３１】
また、内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する一重管体を設け、該一重管体の外側の前記流体吸引流路内に、前記被処理面を露出させるので、例えばチャンバ内に浸漬した被処理物の被処理面上に絞り部を近接した状態で一重管体を配置するだけの簡単な構造により、絞り部の直下流に発生した吸引キャビテーション流を被処理面に当てることができ、装置コストの低減、メンテナンス性の向上を図ることができる。【００３２】
また、前記一重管体は、屈曲可能な自在管から成るので、被処理面が内部に露出した流体吸引流路の流路構成部材の形状に沿って一重管体を曲げることで、絞り部の直下流に発生した吸引キャビテーション流を被処理面の所定部位に当てることができ、前記流路構成部材が直線状ではなく屈曲していたり複雑な形状を呈する場合でも、迅速かつ精度良く所定部位に絞り部を移動して表面処理を施すことができ、高い処理効率及び処理精度を確保しつつ、処理対象の拡大を図ることができる。【００３３】
また、内部に前記流体供給流路を有し片端には前記絞り部を有する内管と、該内管の外側面との間に前記流体吸引流路を有する外管とから成る一体的な二重管体を設け、前記絞り部近傍の流路内に、前記被処理面を露出させるので、一重管体では、大型の被処理物を浸漬するのに大型のチャンバが必要となり、流体供給流路の周りを取り囲む流体吸引流路の断面積も著しく増加して、通常の吸引ポンプでは十分な吸引力が得られないような場合でも、流体供給流路と流体吸引流路を併設した二重管体の位置をチャンバ内で変えるだけで被処理面に表面処理を施すことができ、高い処理精度及び処理効率を確保しつつ、処理サイズの拡大を図ることができるのである。また、流体供給流路を構成する内管の外側面を流体吸引流路の形成にも利用することができ、部品数減少による部品コストの低減、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、二重管体の流体吸引流路は内管と外管によって規定されるので、流体吸引流路の断面の形状・大きさを常に一定に維持して、流体吸引流路内における吸引キャビテーション流の変動を抑制することができる。【００３４】
また、前記外管は、絞り部から被処理面までの流路（以下、「処理流路」とする）を覆うようにして延設するので、該処理流路における吸引キャビテーション流が外部より受ける影響を最小限に止めることができ、しかも、この外管の延設長を変更することにより、前記処理流路の距離を、表面処理の種類・程度、流体・微粒子の種類、被処理物の機械的特性等に応じて適正距離に設定することができ、これにより、表面処理の処理効率及び処理精度の更なる向上を図ることができる。【００３５】
また、前記絞り部から被処理面までの距離を一定に保持可能な距離保持手段を備えるので、キャビテーション気泡の圧潰衝撃力や微粒子の衝突力を被処理面全体に均等に作用させることができ、均質な表面処理を施すことができる。【００３６】
また、前記絞り部から被処理面までの距離を検出可能な距離センサを備えるので、該距離センサからの距離信号に基づいて絞り部から被処理面までの距離を、より高い精度で適正値に保持することができ、処理効率及び処理精度を更に向上させることができる。【００３７】
また、前記被処理面の非処理部位には、マスク材を覆設するので、太陽電池パネル・プラズマディスプレイ等の電子部品・光学部品の表面への複雑な形状の微細加工、焼入れ部材の特定部位への圧縮応力付与等のように、高い加工精度の表面処理も施すことができ、処理対象の更なる拡大を図ることができる。【００３８】
また、前記絞り部は、前記被処理面上を自在に移動可能な構成とするので、被処理物側を動かすことなく管体側を動かすことで、絞り部の直下流に発生した吸引キャビテーション流を被処理面の所定部位に当てることができ、たとえ、被処理物が重量物や、破損しやすい物であるために移動が困難な場合でも、迅速かつ精度良く所定部位に管体の絞り部を移動させて表面処理を施すことができ、高い処理効率及び処理精度を確保しつつ、処理対象の拡大を図ることができるのである。【００３９】
また、前記絞り部の下流側開口部近傍に、複数の孔を有した多孔部材を配設することにより、キャビテーション気泡の発生部位を増加させ、キャビテーション気泡を発生効率を向上させて、表面処理効率を向上させることができる。【００４０】
また、前記絞り部の下流側開口部近傍に吸引キャビテーション流を所定方向に誘導する誘導部材を配設することにより、被処理物の特定部位に吸引キャビテーション流を誘導して、表面処理効率を向上させることができる。【００４１】
また、前記絞り部の下流側開口部近傍に流体旋回手段を配設することにより、被処理物に対して吸引キャビテーション流を所定方向に旋回させながら衝突させることができるため、表面処理ムラを防ぎ、均一に表面処理を行うことができる。【００４２】
また、前記絞り部に、該絞り部の孔径を可変する孔径可変手段を配設することにより、吸引キャビテーション流５による被加工部材６の被加工面６ａへの影響範囲を連続的に調整することが可能となり、加工形状の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に関わる表面処理装置の全体構成を示す構成模式図である。
【図２】一重管タイプの管体を備える処理部の側面断面図である。
【図３】二重管タイプの管体を備える処理部の側面断面図である。
【図４】自在管タイプの管体を備える処理部の側面一部断面図である。
【図５】自在管タイプの管体の絞り部近傍の側面一部断面図である。
【図６】アクチュエータを有する自在管タイプの管体を備える処理部の側面一部断面図である。
【図７】アクチュエータである支持部材近傍の側面一部断面図である。
【図８】本発明に関わる表面処理装置の全体構成の別実施形態を示す構成模式図である。
【図９】開閉バルブを備える絞り部の側面一部断面図である。
【図１０】メッシュ部材を示す平面図である。
【図１１】誘導部材を備える絞り部を示す側面断面図である。
【図１２】流体旋回手段を備える絞り部を示す図であり、（ａ）は側面一部断面図、（ｂ）は流体旋回手段を下方から見た状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・５０  表面処理装置
５  吸引キャビテーション流
６ａ・３５ａ・４４ａ  被処理面
７  微粒子
８  流体
９・４３  一重管体
１７  吸引手段
２５・３８  流体供給流路
２６・３９  流体吸引流路
２７・４５  絞り部
３０  キャビテーション気泡
３１  マスク材
３３  二重管体
３６  内管
３７  外管
４２  絞り部から被処理面までの流路
４２ａ・５２  距離
５１  距離保持手段
５４  距離センサ
５５  圧送手段
６０  多孔部材
６１  誘導部材
６３  流体旋回部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に関わる表面処理装置の全体構成を示す構成模式図、図２は一重管タイプの管体を備える処理部の側面断面図、図３は二重管タイプの管体を備える処理部の側面断面図、図４は自在管タイプの管体を備える処理部の側面一部断面図、図５は自在管タイプの管体の絞り部近傍の側面一部断面図、図６はアクチュエータを有する自在管タイプの管体を備える処理部の側面一部断面図、図７はアクチュエータである支持部材近傍の側面一部断面図、図８は本発明に関わる表面処理装置の全体構成の別実施形態を示す構成模式図、図９は開閉バルブを備える絞り部の側面一部断面図、図１０はメッシュ部材を示す平面図、図１１は誘導部材を備える絞り部を示す側面断面図、図１２は流体旋回手段を備える絞り部を示す図であり、（ａ）は側面一部断面図、（ｂ）は流体旋回手段を下方から見た状態を示す平面図である。【００４６】
まず、本発明に係わる表面処理方法を用いた表面処理装置１の全体構成について、図１、２により説明する。なお、本実施例では、部材表面を深さ方向に微細加工する場合について説明するが、微細加工以外に、前述した表面改質、洗浄等の表面処理についても、同様な構成を適用することができる。【００４７】
表面処理装置１は、発生した吸引キャビテーション流５を金属材料及び、プラスチック、ガラス、半導体等の非金属材料等の被加工部材６に当てて加工処理を行う処理部２と、該処理部２から加工液８を吸引して、前記被加工部材６の粗大な加工屑等の異物をろ過除去した後、加工液８中の微粒子７を調整してから前記処理部２に戻す加工液循環部３と、前記処理部２における管体９下端の絞り部２７を横方向及び上下方向に移動可能な管体駆動部４とから構成される。【００４８】
このうちの加工液循環部３においては、チャンバ１０に開口された吸込口１１が、配管１２を介して吸引ポンプ１７の吸引ポートに連通され、該吸引ポンプ１７の吐出ポートは、配管１３を介して貯液タンク２１内に連通されており、モータ１８によって吸引ポンプ１７を駆動させることにより、チャンバ１０内の加工液８は、前記吸込口１１から配管１２内に勢いよく吸い込まれ、順に配管１２、吸引ポンプ１７、配管１３を通り、該配管１３途中部に設けたスクリーンフィルタ１９によって粗大な加工屑等の異物が除去された後、前記貯液タンク２１内に流入して貯留される。【００４９】
この貯液タンク２１には、加工中や循環中に損失した微粒子７を補充するための粉末タンク２０が併設されており、必要に応じて、該粉末タンク２０に蓄えられた微粒子７を貯液タンク２１内に投入する等して、加工液８への微粒子７の混合比を所定値に調整するようにしている。加工液８としては、通常は水を使用するが、水以外に洗浄用の有機溶剤等であってもよく、キャビテーション気泡の発生を抑制したり、被加工部材６・微粒子７・各流路・各装置等を変質させなければ、その種類を特に限定するものではない。微粒子７についても、通常はアルミナ・酸化ジルコニウム等の酸化物、炭化ケイ素等の炭化物等の硬質な微粒子を使用するが、比較的軟質な微粒子であっても、化学反応によって被加工部材６の表面を加工可能なもの、例えば、水中でガラスとの化学反応を伴った加工が可能な酸化セリウム等を使用することもでき、適用する表面処理の種類や処理の目的等に適した微粒子であれば、微粒子の種類・大きさ・形状・特性等は特に限定するものではない。なお、前記配管１２の途中部には圧力計１６が介設されており、該圧力計１６によって、所定の吸引力となるように前記吸引ポンプ１７を制御するものである。【００５０】
更に、前記貯液タンク２１の下端は、自在に屈曲可能な配管１４を介して、前記管体９内に開口された供給口１５に連通されており、貯液タンク２１内で微粒子７が所定の混合比に調整された加工液８が、貯液タンク２１から流下して、配管１４を通って供給口１５から管体９内に流入し、処理部２に供給されるようにして、加工液循環構造が形成されている。【００５１】
前記管体駆動部４においては、管体９の上部に支持アーム２４の一端が連結され、該支持アーム２４の他端はアクチュエータ２２に連結され、該アクチュエータ２２は、制御装置２９に接続されたモータ２３に取り付けられており、制御装置２９に記憶されたプログラムに従い、モータ２３によってアクチュエータ２２が駆動されて管体９が移動し、該管体９の下端に設けた絞り部２７を、被加工部材６の被加工面６ａ上の所定位置まで移動制御できるようにしている。【００５２】
次に、前記処理部２について、図１、図２により説明する。
処理部２においては、前記チャンバ１０の底板１０ａ上に、平板状の被加工部材６が載置され、該被加工部材６の被加工面６ａの上方で所定距離だけ離間した位置に、一重管タイプの前記管体９が配設されており、該管体９は、前記チャンバ１０の側面を構成する筒板１０ｂに平行に配置されている。【００５３】
このうちの管体９の内部には、流体供給流路２５が形成され、該流体供給流路２５は、前述のようにして微粒子７を所定の混合比で分散混入した加工液８によって満たされると共に、管体９の下端には、中央に絞り孔２７ｂを穿孔した栓２７ａから成る絞り部２７が嵌設されており、流体供給流路２５内の加工液８が、細い絞り孔２７ｂを通って下方に流下するようにしている。そして、該絞り孔２７ｂの孔軸が前記被加工面６ａに対して略垂直となるように、前記絞り部２７は被加工面６ａに対向配置されている。【００５４】
前記チャンバ１０内で管体９の周囲には、流体吸引流路２６が形成され、該流体吸引流路２６も、前記加工液８によって満たされると共に、チャンバ１０の上部は、貫通する管体９が横方向及び上下方向に移動できるようにゴム等の弾性材からなる蓋体１０ｃによって液密に閉塞されている。これにより、加工液８を前記吸込口１１から吸引ポンプ１７によって吸引する際に、余分な空気が流体吸引流路２６内に混入しないようにして、吸引ポンプ１７による流体吸引流路２６内の加工液８の吸引力を高めるようにしている。【００５５】
このような構成において、吸引ポンプ１７を駆動すると、該吸引ポンプ１７に配管１２を介して連通された流体吸引流路２６の内圧が負圧となり、前記絞り孔２７ｂを介して、流体供給流路２５内の微粒子７混入の加工液８が、被加工部材６の被加工面６ａに向かって略垂直に吸い出される。すると、加工液８は絞り孔２７を通過する際に流速が増大し、それに伴い圧力が低下し、該圧力が加工液８の飽和蒸気圧まで減少することによりキャビテーション気泡３０が生じ、これにより、該キャビテーション気泡３０を含む高速の加工液８の流れが、吸引キャビテーション流５として前記絞り部２７の直下流に発生する。【００５６】
該吸引キャビテーション流５は、絞り孔２７ｂから被加工面６ａまで下降する間に、流速が低下して圧力が回復し、含まれていたキャビテーション気泡が圧潰して、前述した圧潰衝撃力が発生する。該圧潰衝撃力は、被加工面６ａに対して略垂直に直接作用すると共に、吸引キャビテーション流５に乗り被加工面６ａに向かって高速移動中の微粒子７にも作用し、該微粒子７を更に加速して被加工面６ａに対して略垂直に激しく衝突させる。【００５７】
被加工面６ａ近傍まで下降してきた吸引キャビテーション流５の加工流は、徐々に外側に拡がりながら流れの向きを逆方向に変えて前記流体吸引流路２６内を上昇していく。この上昇流と前記下降流との間に渦が発生し、該渦では流速が低下して淀みが生じ、該淀みには固体の微粒子７が滞留し、これにより、被加工面６ａ近傍の微粒子７の混合比が増加して、被加工面６ａに衝突する微粒子７の数も増加させることとなる。【００５８】
すなわち、流路途中に設けた絞り部２７を介して流体である加工液８を吸引することにより、キャビテーション気泡３０を含む吸引キャビテーション流５を発生させ、該吸引キャビテーション流５内にて、前記キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力を前記絞り部２７近傍の被処理面である被加工面６ａに作用させる表面処理方法において、前記絞り部２７を片端に有する流体供給流路２５の周りを略同心状に取り囲むようにして、該流体供給流路２５とは前記絞り部２７のみを介して連通する流体吸引流路２６を設け、該流体吸引流路２６内の加工液８を吸引手段である吸引ポンプ１７で吸引することにより、前記絞り部２７の直下流に前記吸引キャビテーション流５を発生させ、該吸引キャビテーション流５を前記被加工面６ａに対して略垂直に衝突させることにより、前記被加工面６ａに表面処理である加工を施すので、絞り部２７近傍における加工液８の流動状態は絞り部２７断面の円周方向位置によっても大きくは変化せず、絞り部２７の直下流には安定した吸引キャビテーション流５を発生させることができ、被加工面６ａ全面にわたって均一な表面処理を施すことができると共に、大型の被処理物である被加工部材６に対しても安定した表面処理を施すことができ、これにより、処理精度の向上、処理サイズの拡大を図ることができる。また、吸引キャビテーション流５を被加工面６ａに対して略垂直に衝突させるので、吸引キャビテーション流５中のキャビテーション気泡３０を少なくとも被加工面６ａ近傍には接近させることができ、該被加工面６ａにキャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力を十分に作用させることができ、処理効率を向上させることができる。【００５９】
更に、前記表面処理方法を実施するための装置であって、流体である加工液８の流路途中に絞り部２７を設け、該絞り部２７を介して加工液８を吸引することにより、キャビテーション気泡３０を含む吸引キャビテーション流５を発生させ、該吸引キャビテーション流５内にて、前記キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力を前記絞り部２７近傍の被加工面６ａに作用させる構造を備えた表面処理装置１において、前記絞り部２７を片端に有すると共に該絞り部２７に加工液８を供給可能な流体供給流路２５と、該流体供給流路２５内とは前記絞り部２７のみを介して連通する流体吸引流路２６と、該流体吸引流路２６内の加工液８を吸引する吸引手段である吸引ポンプ１７とを備え、前記流体吸引流路２６は、前記流体供給流路２５の周りを略同心状に取り囲むと共に、前記絞り部２７は、前記被加工面６ａに対向配置したので、前記表面処理方法による効果が得られると共に、絞り部２７と被加工面６ａとを対向配置させるだけの簡単な構造を設けるだけで、これらの効果を達成することができるのである。【００６０】
加えて、前記流体である加工液８には微粒子７を分散混入し、該微粒子７に前記キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力を作用させることにより、前記微粒子７を前記被処理面である被加工面６ａに対して略垂直に衝突させるので、被加工面６ａが微粒子７から受ける衝突力を増加させ、しかも、加工液８の流れの向きが大きく変わる被加工面６ａ近傍には、絞り部２７から流出した水流とその反転流に起因する渦が生じ、該渦に前記微粒子７が滞留するようになるため、圧潰衝撃力を受ける微粒子７の数自体も増加させることができ、微粒子７による衝突力を十分に高めて、処理効率を更に向上させることができる。【００６１】
また、前述の如く、一重管タイプの管体９を被加工面６ａの露出した流体吸引流路２６内に配置するだけで、管体９の絞り部２７から被加工面６ａに向かって吸引キャビテーション流５を流すことができ、更には、前記管体駆動部４のアクチュエータ２２を駆動することにより、チャンバ１０の底板１０ａに載置された被加工部材６はそのままで、管体９のみを、被加工面６ａ上の所定の加工部まで移動したり、被加工面６ａ上にて定ピッチで走査させて、被加工面の部分加工や全面加工が行えるようにしている。【００６２】
すなわち、内部に前記流体供給流路２５を有し片端には前記絞り部２７を有する一重管体である管体９を設け、該管体９の外側の前記流体吸引流路２６内に、前記被処理面である被加工面６ａを露出させるので、例えばチャンバ１０内に浸漬した被処理物である被加工部材６の被加工面６ａ上に絞り部２７を近接した状態で管体９を配置するだけの簡単な構造により、絞り部２７の直下流に発生した吸引キャビテーション流５を被加工面６ａに当てることができ、装置コストの低減、メンテナンス性の向上を図ることができる。【００６３】
更に、前記絞り部２７は、前記被処理面である被加工面６ａ上を自在に移動可能な構成とするので、被処理物である被加工部材６側を動かすことなく管体９側を動かすことで、絞り部２７の直下流に発生した吸引キャビテーション流５を被加工面６ａの所定部位に当てることができ、たとえ、被加工部材６が重量物や、破損しやすい物であるために移動が困難な場合等でも、迅速かつ精度良く所定部位に管体９の絞り部２７を移動させて表面処理を施すことができ、高い処理効率及び処理精度を確保しつつ、処理対象の拡大を図ることができるのである。【００６４】
もちろん、被加工部材６の移動が容易な場合等には、管体９側を固定し被加工部材６側を動かしたり、管体９側と被加工部材６側を同時に動かしてもよく、迅速かつ精度良く所定部位に管体９の絞り部２７を位置させることができれば、その駆動構成を特に限定するものではない。【００６５】
また、本実施例の被加工面６ａは、マスク材３１によって所定のパターンでマスキングされており、マスキングした被加工面６ａ全面を、管体９により定ピッチで走査させると、前記マスク材３１で覆われていない部位のみが吸引キャビテーション流５によって局部的に研磨除去され、マスク材で覆われている部位（以下、「非処理部位」とする）は吸引キャビテーション流５の影響を受けずにそのまま残り、その後、前記マスク材３１を除去することにより、被加工面６ａには所定の微細形状が得られる。【００６６】
なお、マスキングは、ポリエステル等の有機フィルムや、エッチング加工されたステンレスの薄板・ニッケルの電鋳品等の金属フィルム等をマスク材として貼付したり、フォトレジストや印刷マスクを施すことで、行うことができるが、キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力及び微粒子７の衝突力に耐えることができ、しかも所定の加工精度が得られるものであれば、マスキングの種類は特には限定されない。【００６７】
すなわち、前記被処理面である被加工面６ａの非処理部位には、マスク材３１を覆設するので、太陽電池パネル・プラズマディスプレイ等の電子部品・光学部品の表面への複雑な形状の微細加工、焼入れ部材の特定部位への圧縮応力付与等のように、高い加工精度の表面処理も施すことができ、処理対象の更なる拡大を図ることができる。【００６８】
次に、前記管体９の別形態について、図３により説明する。
この管体３３は、前記管体９に相当する内管３６と、前記チャンバ１０に相当する外管３７とから成る二重管タイプであって、管体３３自体に、流体供給流路に加え流体吸引流路も併設したものである。【００６９】
該管体３３は、内管３６と、該内管３６を略同心状に取り囲むようにして上部で支持固定する外管３７とから一体的に構成されている。このうちの内管３６には、前記管体９と同様に、内部に流体供給流路３８が形成され、該流体供給流路３８は微粒子７を分散混入した加工液８によって満たされると共に、内管３６の下端には、前記絞り部２７が嵌設されており、流体供給流路３８内の加工液８が、絞り孔２７ｂを通って下方に流下するようにしている。そして、該絞り孔２７ｂの孔軸が前記被加工面３５ａに対して略垂直となるように、絞り部２７は被加工面３５ａに対して対向配置されている。【００７０】
一方、前記外管３７には、前記チャンバ１０と同様、前記内管３６の外側面との間に流体吸引流路３９が形成され、該流体吸引流路３９も加工液８によって満たされると共に、外管３７の上部も図示せぬ蓋体によって液密に閉塞されており、加工液８を吸込口１１から吸引ポンプ１７によって吸引する際に、余分な空気が流体吸引流路３９内に混入しないようにして、吸引ポンプ１７による吸引力を高めるようにしている。【００７１】
ただし、外管３７の下端については、前記チャンバ１０とは異なり、被加工面３５ａに向かって開放され、かつ被加工面３５ａとの間には所定の隙間４０が設けられており、絞り部２７の直下流に発生した吸引キャビテーション流５を被加工面３５ａに当てながら、管体３３が被加工面３５ａ上を移動できるようにしている。更に、前記チャンバ１０とは異なり、内管３６と外管３７とは互いに上下移動可能に上部で連結されているため、流体吸引流路３９断面の形状・大きさは変化しない構成となっている。【００７２】
この際、外管３７を構成する筒板３７ａは内管３６の下端よりも下方に延設され、この延設部３７ｂにより、絞り部２７から被加工面３５ａまでの処理流路４２が、外管３７外側の加工液８から遮断されるようにしている。しかも、前記延設部３７ｂの長さである延設長４１は、内管３６と外管３７の上下相対位置の調整等によって変更可能な構成であり、該延設長４１を調節することで、処理流路４２の距離４２ａを、被加工面３５ａの加工に適したキャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力と微粒子７の衝突力とが得られる距離に、設定できるようにしている。【００７３】
このような構成において、吸引ポンプ１７を駆動すると、内管３６と外管３７との間の流体吸引流路３９の内圧が負圧となり、絞り孔２７ｂを介して、流体供給流路３８内の微粒子７混入の加工液８が、被加工部材３５の被加工面３５ａに向かって略垂直に吸い出される。これにより、キャビテーション気泡３０を含む高速の加工液８の流れが、吸引キャビテーション流５として前記絞り部２７の直下流に発生する。【００７４】
そして、この発生した吸引キャビテーション流５は、延設部３７ｂにより外管３７外側の加工液８と遮断され外部からの影響をほとんど受けない処理流路４２内を、高速で下降していき、前記管体９と同様にして、キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力と微粒子７の衝突力を、被加工面３５ａに強力に作用させることができる。この下降してきた吸引キャビテーション流５は、被加工面３５ａに当たると向きを逆方向に変え、形状・大きさが断面で一定の流体吸引流路３９内を上昇していく。【００７５】
この状態で、管体駆動部４のアクチュエータ２２を駆動すると、流体供給流路３８と流体吸引流路３９を併設した二重管タイプの管体３３を、チャンバ３４の底板３４ａに載置された被加工部材３５の被加工面３５ａ上にて、所定の加工部まで移動させたり、定ピッチで走査させることができ、被加工面３５ａの部分加工や全面加工を行うことができる。【００７６】
すなわち、内部に前記流体供給流路３８を有し片端には前記絞り部２７を有する内管３６と、該内管３６の外側面との間に前記流体吸引流路３９を有する外管３７とから成る一体的な二重管体である管体３３を設け、前記絞り部２７近傍の流路内に、前記被処理面である被加工面３５ａを露出させるので、一重管体では、大型の被処理物である被加工部材３５を浸漬するのに大型のチャンバが必要となり、流体供給流路の周りを取り囲む流体吸引流路の断面積も著しく増加して、通常の吸引ポンプでは十分な吸引力が得られないような場合でも、流体供給流路３８と流体吸引流路３９を併設した管体３３の位置をチャンバ３４内で変えるだけで被加工面３５ａに表面処理を施すことができ、高い処理精度及び処理効率を確保しつつ、処理サイズの拡大を図ることができるのである。また、流体供給流路３８を構成する内管３６の外側面を流体吸引流路３９の形成にも利用することができ、部品数減少による部品コストの低減、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、管体３３の流体吸引流路３９は内管３６と外管３７によって規定されるので、流体吸引流路３９の断面の形状・大きさを常に一定に維持して、流体吸引流路３９内における吸引キャビテーション流５の変動を抑制することができる。【００７７】
もちろん、前記被加工部材３５が大型であっても軽量なために移動が容易な場合等には、管体３３側を固定し被加工部材３５側を動かしたり、管体３３側と被加工部材３５側を同時に動かしてもよく、迅速かつ精度良く所定部位に管体３３の絞り部２７を位置させることができれば、その駆動構成を特に限定するものではない。【００７８】
更に、前記外管３７は、絞り部２７から被処理面である被加工面３５ａまでの流路である処理流路４２を覆うようにして延設するので、該処理流路４２における吸引キャビテーション流５が外部より受ける影響を最小限に止めることができ、しかも、この外管３７の延設長４１を変更することにより、前記処理流路４２の距離４２ａを、表面処理の種類・程度、流体・微粒子の種類、被処理物である被加工部材３５の機械的特性等に応じて適正距離に設定することができ、これにより、表面処理の処理効率及び処理精度の更なる向上を図ることができる。【００７９】
次に、前記管体９と同じ一重管タイプの別形態について、図４乃至図７により説明する。
この管体４４は、屈曲可能な材料から構成される自在管タイプであって、前述の被加工部材６・３５のような板状ではなく、Ｕパイプのように屈曲したパイプ状の被加工部材４４の中に挿入し、該被加工部材４４の内壁の形に沿って管体４４を屈曲させながら進ませ、該内壁に表面処理を施すものである。【００８０】
図４、図５に示すように、該管体４３は、ゴム・ビニール・プラスチック等を素材とするホース、及びステンレス等から成る複数の硬質部材を接続して多数の節点を設けたフレキシブルチューブといった屈曲可能な材料から構成される。そして、該管体４３の内部には、前記管体９と同様に、流体供給流路４６が形成され、該流体供給流路４６は微粒子７を分散混入した加工液８によって満たされると共に、管体４３の先端は蓋板４３ａによって閉塞され、該蓋板４３ａ近傍に絞り部４５が形成されている。【００８１】
該絞り部４５は、前記絞り部２７とは異なり、複数の小さい絞り孔４５ａが、管体４３を構成する筒板４３ｂで前記蓋板４３ａに対して平行な同一円周上に、等間隔で半径方向に開口されており、流体供給流路４６に供給されてきた加工液８が、前記絞り孔４５ａ・４５ａ・・・を通って、被加工部材４４の被加工面４４ａに向かい、管体４３の半径方向に流出するようにしている。そして、この場合も、絞り孔４５ａ・４５ａ・・・の孔軸が被加工面４４ａに対して略垂直となるように、絞り部４５は周囲の被加工面４４ａに対して対向配置されている。【００８２】
一方、被加工部材４４内で管体４３を除く空間には、流体吸引流路４７が形成され、該流体吸引流路４７は、加工液８によって満たされると共に、被加工部材４４の途中部で前記絞り部４５と離間した部位には、リング状の遮蔽板４８が嵌設されている。これにより、流体吸引流路４７内の加工液８を、図示せぬ吸引ポンプによって被加工部材４４の絞り部４５側から、矢印４９で示す方向（以下、「吸引方向」とする）に吸引する際に、遮蔽板４８よりも吸引上手側からは余分な加工液８が流体吸引流路４７内に侵入しないようにして、吸引ポンプによる流体吸引流路４７内の加工液８の吸引力を高めるようにしている。なお、前記遮蔽板４８の中央にはガイド孔４８ａが穿孔され、該ガイド孔４８ａに前記管体４３が摺動可能に支持されており、管体４３をガイド孔４８ａから挿入して被加工部材４４内を吸引方向に進ませることができる。【００８３】
このような構成において、図示せぬ吸引ポンプを駆動すると、流体吸引流路４７内の加工液８が前記吸引方向に向かって吸引され、前記絞り孔４５ａ・４５ａ・・・を介して、流体供給流路４６内の微粒子７入り加工液８が、被加工部材４４の被加工面４４ａに向かって略垂直に吸い出される。これにより、キャビテーション気泡３０を含む高速の加工液８の流れが、管体４３の半径方向に拡がる吸引キャビテーション流５０として、絞り部４５の周囲に環状に発生する。【００８４】
該吸引キャビテーション流５０は高速で流れていき、キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力と微粒子７の衝突力を、被加工面４４ａに強力に作用させる。なお、この際、被加工面４４ａに向かって側方に流れる吸引キャビテーション流５０が、加工液８の吸引方向の流れによって大きく阻害されないように、吸引ポンプによる吸引力を制御して適正化するようにしている。【００８５】
すなわち、前記一重管体である管体４３は、屈曲可能な自在管から成るので、被処理面である被加工面４４ａが内部に露出した流体吸引流路４７の流路構成部材である被加工部材４４の形状に沿って管体４３を曲げることで、絞り部４５の直下流に発生した吸引キャビテーション流５０を被加工面４４ａの所定部位に当てることができ、被加工部材が直線状ではなく屈曲していたり複雑な形状を呈する場合でも、迅速かつ精度良く所定部位に絞り部４５を移動して表面処理を施すことができ、高い処理効率及び処理精度を確保しつつ、適用対象の拡大を図ることができる。【００８６】
また、図６に示すように、前記管体４３で絞り部４５の近くには、アクチュエータ５１を取り付け、該アクチュエータ５１を外部より操作することにより、絞り部４５から被加工面４４ａまでの処理流路の距離５２を調整して、被加工面４４ａに当たる吸引キャビテーション流５０が位置によって大きく変動しないようにしている。該アクチュエータ５１としては、磁力等を使って被加工部材４４外部より移動操作可能な図示せぬ可動部材や、図７に示すように、被加工部材４４内壁に転動可能なローラ５３ａと、該ローラ５３ａに連結され伸縮可能なバネ等の弾性材を内装した伸縮部５３ｂとから成る支持部材５３等があるが、流体吸引流路４７内の加工液８の流れを阻害することなく、処理流路の距離５２を精度良く一定に制御可能なものであれば、その種類は特に限定されない。【００８７】
更に、管体４３で絞り部４５のごく近傍に、渦電流計等の距離センサ５４を取り付け、該距離センサ５４によって処理流路の実際の距離５２を把握し、その距離信号に基づいて、前記アクチュエータ５１を動作制御可能な構成とすることもできる。【００８８】
この場合は、管体４３を被加工部材４４内で吸引方向に進ませながら、距離センサ５４からの距離信号に基づいてアクチュエータ５１を駆動させ、処理流路の距離５２を一定距離に制御しながら、被加工面の部分加工や全面加工を行うことができる。【００８９】
すなわち、前記絞り部４５から被処理面である被加工面４４ａまでの距離５２を一定に保持可能な距離保持手段であるアクチュエータ５１を備えるので、キャビテーション気泡３０の圧潰衝撃力と微粒子７の衝突力を被加工面４４ａ全体に均等に作用させることができ、均質な表面処理を施すことができる。【００９０】
更に、前記絞り部４５から被処理面である被加工面４４ａまでの距離５２を検出可能な距離センサ５４を備えるので、該距離センサ５４からの距離信号に基づいて絞り部４５から被処理面である被加工面４４ａまでの距離５２を、より高い精度で適正値に保持することができ、処理効率及び処理精度を更に向上させることができる。【００９１】
次に、表面処理装置の別の実施形態について、図８により説明する。
表面処理装置５０は、図８に示すように、前述した表面処理装置１の構成における加工液循環部３の一部が変更されたものである。すなわち、貯液タンク２１と管体９内に開口された供給口１５のそれぞれに連通する配管１４の中途部にモータ５６が接続されている圧送手段である圧送ポンプ５５を介装している。このモータ５６が接続されている圧送ポンプ５５以外の構成部材は、前述した表面処理装置１と同様であるであるため、それら構成部材の説明は省略する。【００９２】
前述したように、加工液循環部３においては、チャンバ１０に開口された吸込口１１が、配管１２を介して吸引ポンプ１７の吸引ポートに連通され、該吸引ポンプ１７の吐出ポートは、配管１３を介して貯液タンク２１内に連通されており、モータ１８によって吸引ポンプ１７を駆動させることにより、チャンバ１０内の加工液８は、前記吸込口１１から配管１２内に勢いよく吸い込まれ、順に配管１２、吸引ポンプ１７、配管１３を通り、該配管１３途中部に設けたスクリーンフィルタ１９によって粗大な加工屑等の異物が除去された後、前記貯液タンク２１内に流入して貯留される。【００９３】
更に、加工液循環部３においては、前記貯液タンク２１の下端が、自在に屈曲可能な配管１４（１４ａ）を介して圧送ポンプ５５の吸引ポートに連通され、該吸引ポート５５の吐出ポートは、配管１４（１４ｂ）を介して前記管体９内に開口された供給口１５に連通されており、モータ５６によって圧送ポンプ５５を駆動させることにより、貯液タンク２１内の加工液８は、配管１４（１４ａ・１４ｂ）及び供給口１５を介して管体９内に勢いよく送り込まれ、絞り部２７を介して被加工部材６の被加工面６ａに向かって略垂直に勢いよく噴き出される。
なお、前記配管１４ｂの途中部には圧力計５８が介設されており、該圧力計５８によって、所定の吐出力となるように前記圧送ポンプ５５を制御するものである。【００９４】
このように、表面処理装置５０を構成することにより、吸引ポンプ１７と圧送ポンプ５５を同時に駆動すると、該吸引ポンプ１７に配管１２を介して連通された流体吸引流路２６の内圧が負圧となり、前記絞り孔２７ｂを介して、流体供給流路２５内の微粒子７混入の加工液８が、被加工部材６の被加工面６ａに向かって略垂直に吸い出されるとともに、流体供給流路２５の上流側に配置された圧送ポンプ５５に配管１４ｂを介して連通された管体９の内圧が加圧され、前記絞り孔２７ｂを介して、管体９内の微粒子７混入の加工液８が、被加工部材６の被加工面６ａに向かって略垂直に勢いよく噴き出される。すると、加工液８は絞り孔２７ｂを通過する際に流速が増大し、それに伴い圧力が低下し、該圧力が加工液８の飽和蒸気圧まで減少することによりキャビテーション気泡３０が生じ、これにより、該キャビテーション気泡３０を含む高速の加工液８の流れが、吸引キャビテーション流５として前記絞り部２７の直下流に発生する。【００９５】
該吸引キャビテーション流５は、絞り孔２７ｂから被加工面６ａまで下降する間に、流速が低下して圧力が回復し、含まれていたキャビテーション気泡が圧潰して、前述した圧潰衝撃力が発生する。該圧潰衝撃力は、被加工面６ａに対して略垂直に直接作用すると共に、吸引キャビテーション流５に乗り被加工面６ａに向かって高速移動中の微粒子７にも作用し、該微粒子７を更に加速して被加工面６ａに対して略垂直に激しく衝突させる。【００９６】
被加工面６ａ近傍まで下降してきた吸引キャビテーション流５の加工流は、徐々に外側に拡がりながら流れの向きを逆方向に変えて前記流体吸引流路２６内を上昇していく。この上昇流と前記下降流との間に渦が発生し、該渦では流速が低下して淀みが生じ、該淀みには固体の微粒子７が滞留し、これにより、被加工面６ａ近傍の微粒子７の混合比が増加して、被加工面６ａに衝突する微粒子７の数も増加させることとなる。【００９７】
すなわち、前記流体吸引流路２５内の流体である加工液８を吸引手段である吸引ポンプ１７で吸引するとともに、前記流体供給流路２５内の加工液８を圧送手段である圧送ポンプ５５で圧送することにより、吸引キャビテーション流５を被処理面である被加工面６ａに対してより強く衝突させることができるため、表面処理速度や加工速度をさらに向上させることができる。【００９８】
次に、前記絞り部２７の別形態について、図９により説明する。
絞り部５７は、図９に示すように、絞り孔２７ｂを穿孔した栓２７ａから成る絞り部５７において、前記絞り孔２７ｂ内に、該絞り孔２７ｂの開閉を行う開閉バルブ５９を備えている。【００９９】
このように絞り部５７を構成することにより、前記絞り部５７の開閉バルブ５９を予め閉じた状態で、前記流体供給流路２５内の流体である加工液８を前記圧送手段である圧送ポンプ５５により圧送を行って、前記流体供給流路２５内の内圧を前記前記流体吸引流路内の内圧よりも高くした後で、前記絞り部５７の開閉バルブ５９を開くようにすることで、前述した開閉バルブ５９を有しない絞り部２７と比べ、流体吸引流路２６の内圧がよりいっそう負圧の状態となり、前記絞り孔２７ｂを介して、流体供給流路２５内の微粒子７混入の加工液８が、被加工部材６の被加工面６ａに向かって略垂直に勢いよく吸い出される。これにより、高圧の吸引キャビテーション流を被処理面に対して衝突させることができるため、表面処理速度や加工速度を向上させることができる。【０１００】
次に、前記絞り部の下流側開口部近傍に設ける部材である多孔部材、誘導部材及び流体旋回部材について、図１０から図１２により説明する。【０１０１】
多孔部材は、図１０に示すように、複数の孔を有したメッシュ部材６０であり、該メッシュ部材６０は、断面視四角状である線状部材を交差状に編み込んだものである。メッシュ部材６０は、例えば、上述した絞り部２７及び絞り部５７が有する絞り孔２７ｂの上流側開口部近傍に配設することが可能である。
このようなメッシュ部材６０を、絞り部２７、絞り部５７の下流側開口部近傍に配設することにより、メッシュ部材６０が有する複数の孔によりキャビテーション気泡３０の発生部位を増加させ、キャビテーション気泡３０の発生効率を向上させて、表面処理効率を向上させることができる。
なお、前述した屈曲可能である管体４３に開口された絞り孔４５ａにおいても、該絞り孔４５ａを塞ぐようにメッシュ部材を配設して、上述した同様の効果を得ることは可能である。
また、メッシュ部材６０を構成する断面視四角状である線状部材の表面に微小な突起を有するように構成することも可能であり、このような突起を設けることにより、さらにキャビテーション気泡３０の発生部位（起点）を増加させ、キャビテーション気泡３０の発生効率を向上させて、表面処理効率を向上させることができる。【０１０２】
誘導部材６１は、図１１に示すように、その内部にテーパ状の貫通孔６１ａを有する円筒状部材であり、該貫通孔６１ａの上流側開口部（図１１においては上側開口部）の直径は、絞り部２７及び絞り部５７の下流側開口部（図１１においては下側開口部）の直径と同じとなるべく構成されている。また、該貫通孔６１ａの下流側開口部の直径は、貫通孔６１ａの上流側開口部の直径よりも大きくなっている。上述した絞り部２７及び絞り部５７が有する絞り孔２７ｂの下流側開口部近傍に、誘導部材６１の上面部が絞り部２７及び絞り部５７の下面部に当接するように配設して、絞り部２７もしくは絞り部５７と、誘導部材６１とを一体的に固定することで、絞り孔２７ｂから吐出される吸引キャビテーション流５を誘導部材６１の貫通孔６１ａの内面であるテーパ部に沿って誘導することが可能となる。
このような誘導部材６１を、絞り部２７もしくは絞り部５７の下流側開口部近傍に配設することにより、例えば、図１１に示すような内部に貫通孔６２ａを有する円筒部材６２の貫通孔６２ａの内面部を被処理面６２ｂとして加工したい場合、誘導部材６１の貫通孔６１ａの内径を、被加工部材である円筒部材６２の貫通孔６２ａと同じ内径となるようにしておき、絞り孔２７ｂから吸引キャビテーション流５を発生させると、該吸引キャビテーション流５は誘導部材６０のテーパ部に誘導されて図１１の矢印が示す方向に流れ、円筒部材６２の貫通孔６２ａの内面部である被処理面６２ｂを加工処理することが可能となる。
このように、前記絞り部の下流側開口部近傍に吸引キャビテーション流５を所定方向に誘導する誘導部材６０を配設することにより、被処理部材の特定部位に吸引キャビテーション流を誘導して、表面処理効率を向上させることができる。【０１０３】
流体旋回部材６３は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、屈曲した複数の羽根部６３ａから成る円筒外形を有する部材であり、前記流体旋回部材６３の外周部には軸受６３ｂが固設されている。該軸受６３ｂの外周部は、管体９の下端部に取り付け可能となっている。流体旋回部材６３が管体９（絞り部２７もしくは絞り部５７）の下端部に固設された状態にて吸引キャビテーション流５が流れると、この吸引キャビテーション流５の流れに応じて流体旋回部材６３は、回転自在となっている。このように構成することにより、絞り部２７（絞り部５７）から吐出された吸引キャビテーション流５は所定方向に旋回しながら、前記微粒子７を前記被処理面である被加工面６ａに対して略垂直に衝突させるので、吸引キャビテーション流５の吐出ムラの発生防ぎ、前記被処理面に対して略均一に加工処理が行うことが可能となる。【０１０４】
このように、前記絞り部２７もしくは絞り部５７の下流側開口部近傍に流体旋回手段である流体旋回部材６３を配設することにより、被加工面６ａに対して吸引キャビテーション流５を所定方向に旋回させながら衝突させることができるため、表面処理ムラを防ぎ、均一に表面処理を行うことができる。【０１０５】
また、上述した表面処理装置１や表面処理装置５０においては、処理部２のチャンバ１０内に流体である加工液８の温度制御を行う温度制御手段を設けることも可能であり、例えば、該温度制御手段により加工液８を所定温度に加温することで、絞り孔２７ａにおけるキャビテーション気泡３０の発生を促進して、キャビテーション気泡３０増加させることができ、加工処理速度を向上させることができる。
すなわち、前記流体である加工液８の温度を、所定温度に制御することにより、キャビテーション気泡を発生し易い温度状態に制御してキャビテーション気泡を増加させて、表面処理効率を向上させることができる。【０１０６】
また、絞り部２７には、前述した絞り部５７に開閉バルブ５９を設ける代わりに、もしくは開閉バルブ５９に加えて、例えば、写真用カメラの絞りのように、絞り孔２７ｂの開閉機能と絞り孔２７ｂの孔径の可変機能を有する孔径可変手段（図示せず）を絞り部２７（絞り部５７）の所定位置に設けることも可能である。この孔径可変手段を設けることにより、吸引キャビテーション流５による被加工部材６の被加工面６ａへの影響範囲を連続的に調整することが可能となり、加工形状の制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、流路途中に設けた絞り部を介して流体を吸引あるいは吸引とともに噴射を行うことにより、キャビテーション気泡を含む吸引キャビテーション流を発生させ、該吸引キャビテーション流内にて、前記キャビテーション気泡の圧潰衝撃力を前記絞り部近傍の被処理面に作用させる全ての表面処理方法、及び該表面処理方法を実施するための全ての装置に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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