(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求に応じて昇華性炭酸ガスの粒子を生成し、噴射する装置において、
ベースと、
ベースに対して相対的に移動可能に支持されたキャリアと、
キャリア上に固定可能に配置された加工用端部と、
キャリアの駆動力を与える駆動部と、
固体炭酸ガスの供給を受け、固体炭酸ガスを送り通路内で前進させて加工用端部と接触させる送り装置と、
粒状化の速度を計測する手段と、
出口を有するダクトと、
ダクトの出口に連結され、粒子を加速する加速器と、を備え、前記キャリアの運動はその運動中に切断面を形成し、前記加工用端部は送り通路と交差するように運動して固体炭酸ガスを粒状化し、前記粒子は加工用端部から送られて出口から流れ出、
ダクト内には実質的に粒子の蓄積部が無く、粒子が実質的に遅れなく通過するようにダクトが構成されている装置。
【請求項２】
要求に応じて昇華性炭酸ガスの粒子を生成し、噴射する装置において、
ベースと、
ベースに対して相対的に移動可能に支持されたキャリアと、
キャリア上に固定可能に位置する加工用端部と、
キャリアの駆動力を与える駆動部と、固体炭酸ガスの供給を受け、固体炭酸ガスを送り通路内で前進させて加工用端部と接触させる送り装置と、
出口を有し、粒子を加工用端部から出口へ自由かつ迅速に通過させるように構成されたダクトと、
ダクトの出口に連結され、粒子を加速する加速器と、を備え、前記キャリアの運動はその運動中に切断面を形成し、前記加工用端部は送り通路と交差するように運動して固体炭酸ガスを粒状化し、前記ダクトには実質的に粒子の蓄積部がないこと。
【請求項３】
固体炭酸ガスはブロック状に形成され、送り装置はブロックの列を送り通路内で案内するガイド部材を備える請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも９５パーセントの粒子が約０．０１５インチ（０．３８ミリメートル）から約０．０４５インチ（１．１４ミリメートル）の間の最大寸法を有する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、外部からの要求信号に応答して動作可能であり、前記装置は外部からの信号に応答するコントローラを備え、前記コントローラは、
要求信号の起動に応答して、ダクトから粒子を放出するために駆動装置及び送り装置を動作させ、
粒子の生成を中止するため、又は、固体炭酸ガスの所定部分全ての消費を防止するために要求信号が非動作状態になることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、
送り装置の所定の前進に応答して送り装置を反転させ、装置へ新しい多数の固体炭酸ガスを充填できるようにし、新しい固体炭酸ガスの充填が終了すると動作を再開する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
ダクトからの粒子の初期流速は、要求信号が動作状態となった後２秒以内に安定状態の流速の９０パーセントに達し、ダクトからの粒子の終期の流速は、要求信号が非動作状態となった後１秒以内に、安定状態の流速の５パーセント以下に下降する請求項５記載の装置。
【請求項７】
加速器は、物体入口、ガス入口、及び、放出出口を有する放出装置を備え、ダクトの出口は物体入口に連結されている請求項１又は２記載の装置。
【請求項８】
加速器はさらに、
ガス入口と高圧ガス源とを流体の流れにより連結する放出制御バルブと、
放出装置の出口に連結され、粒子をガスとともに離隔した位置まで放出する放出導管と、
外部からの要求信号に応答するコントローラと、を備え、コントローラは、
要求信号が動作状態となることに応答して、粒子を送り出すために、駆動装置、送り装置、及び、放出制御バルブを起動し、
粒子の生成を中止するために要求信号が非動作状態になることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、
粒子の生成の中止に続いて、放出バルブを非動作状態とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
コントローラは、さらに、ブレードと固体炭酸ガスとの固着を解消するために、要求信号に応答して駆動装置を一瞬反転させる請求項８記載の装置。
【請求項１０】
キャリアはキャリア軸上に回転可能に支持され、切断面はキャリア軸に垂直な面に属する請求項１又は２記載の装置。
【請求項１１】
加工先端部はブレード部材上に設けられ、ブレード部材は、切断面に対して角度θ傾斜した第１ブレード面と、切断面に対して、角度θから角度φだけ内側の角度傾斜した第２ブレード面と、を備え、ブレード面は加工先端部において交差する請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
キャリアは、切断面に対向するキャリア面を有し、キャリア面は直前の加工先端部により遮られて、キャリアを通じて粒子が通過する通路を形成し、キャリア面は切断面からほぼ均一に距離Ｐだけ離間して固体炭酸ガスの粒状化されていない部分がダクトに入り込むのを防止し、距離Ｐは約０．０２インチ（０．５ミリメートル）から約０．０８インチ（２ミリメートル）の間である請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
固体炭酸ガスはブロックにより構成され、送り装置は、送り通路内でブロック列を案内するガイド部を備える請求項１又は２記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は外部からの要求信号に応答して動作可能であり、前記装置は外部からの信号に応答するコントローラを備え、前記コントローラは、
要求信号が動作状態となることに応答して、ダクトから粒子を放出するために駆動装置及び送り装置を動作させ、
粒子の生成を中止するため、又は、固体炭酸ガスの所定部分全ての消費を防止するために要求信号が非動作状態となることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、
送り装置の所定の前進に応答して送り装置を反転させ、装置へ新しい多数の固体炭酸ガスを充填できるようにし、新しい固体炭酸ガスの充填が終了すると動作を再開する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１５】
要求に応じて昇華性炭酸ガスの粒子を生成し、噴射する装置において、
ベースと、
ベースに対して相対的に移動可能に支持されたキャリアと、
キャリア上に固定可能に配置された加工用端部と、
キャリアに駆動力を与える駆動部と、
固体炭酸ガスの供給を受け、固体炭酸ガスを送り通路内で前進させて加工用端部と接触させる送り装置と、
粒状化の速度を計測する手段と、
出口を有するダクトと、
ダクトの出口に連結され、粒子を加速する加速器と、を備え、前記キャリアの運動はその運動中に切断面を形成し、前記加工用端部は送り通路と交差するように運動して固体炭酸ガスを粒状化し、前記粒子は加工用端部から送られて出口から流れ出、
前記粒状化の速度を計測する手段はコントローラを有し、コントローラは、送り装置により固体炭酸ガスに加えられる力を変化させ、又は、ダクトから加速器に至る粒子の望ましい流速を制御するためにキャリアの動作速度を変化させることにより粒子の生成を制限するように動作する装置。
【請求項１６】
流速は、少なくとも４から１の範囲でコントローラにより制御可能である請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
コントローラは固体炭酸ガスに加わる力を少なくとも２から１の範囲で変化させ、キャリアの動作速度を少なくとも４から１の範囲で変化させるように動作可能である請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
昇華性ドライアイス粒子を生成する装置において、
ドライアイスの供給を受け、送り通路内を移動可能な送り装置と、
送り装置に対向し送り通路と交差するように延びる切断面を規定する少なくとも１つの切断部材を保持する回転可能なキャリアと、
外部からの要求信号に応答して、送り装置及びキャリアを駆動するコントローラと、を備え、
ドライアイスの供給物は、キャリアの回転中に、その少なくとも１つの切断部材に対抗して送り通路内を前進して供給物から物体を切断することが可能であり、これにより、ドライアイスの粒子を生成し、その粒子は所定の最大サイズを有し、加工物の研磨クリーニングに好適なサイズに分布しており、コントローラは粒子の生成速度の計測動作が可能であること。
【請求項１９】
少なくとも１つの切断部材とドライアイスの供給物との接点から延びる造粒機ダクトと、
ダクトから延び、接点から粒子を継続的に流れさせる出口と、
研磨クリーニングに使用するために造粒機ダクトの出口から流れ出す粒子を加速する加速器と、を備える請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
昇華性ドライアイスの粒子を生成し、噴射する方法において、
切断面に沿って運動可能な加工先端部を提供する工程と、
ドライアイスの供給物を、強制的に、切断面と交差する送り通路に沿って移動させる工程と、
所定のサイズ及び分布のドライアイス粒子を生成するために、加工先端部をドライアイスの供給物の表面に対して、切断面の方向に、約６０インチ／秒（１５２センチメートル／秒）以下の速度で移動させてドライアイス供給物がガス、又は／及び、粉塵に変換されることを制限する工程と、
粒子を排出ダクトへ案内する工程と、
粒子を高速流内で加速して加工品に噴射する工程と、を有すること。
【請求項２１】
さらに、粒子の生成速度を計測する工程を有する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
計測工程は、さらに、供給物を移動する工程において、凍結炭酸ガスに加えられる力を制御する工程を備える請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
計測工程は、供給物を移動する工程において、送り通路に沿った凍結炭酸ガスの速度を制御する工程を有する請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
計測工程は、さらに、カッターを移動する工程において、カッターの移動速度を制御する工程を有する請求項２２又は２３記載の方法。
【請求項２５】
カッターの移動速度は、４８インチ／秒（１２２センチメートル／秒）以下である請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
実質的な均一なサイズの昇華性炭酸ガス粒子を生成する粒状化装置及び放出システムにおいて、
ベースと、
ベースに対して相対的に移動可能に支持され、キャリア軸上に回転可能に支持されたブレードキャリアと、
キャリア上に固定可能に位置するブレード部材と、
キャリアに駆動力を与える駆動部と、
固体炭酸ガスの供給を受け、固体炭酸ガスを送り通路内で前進させてブレード部材と接触させる送り装置と、
出口を有するダクトと、
ダクトの出口に連結した物体入口と、ガス入口と、放出出口とを有する放出装置と、
ガス入口と高圧ガス源との間で流体が流れるように連結された放出制御バルブと、
外部信号に対応するコントローラと、を備え、
前記キャリアはその運動中に切断面を規定し、前記ブレード部材は、切断面から角度θ傾斜した第１ブレード面、及び、切断面から角度θの内の角度φ傾斜した第２ブレード面とを備え、前記ブレード面は切断面で交差し、前記角度θは約４５度であり、前記角度φは約３０度であり、前記ブレード部材は送り通路と交差するように移動して固体炭酸ガスから粒子を取り去り、前記粒子は送り装置から流れてダクト出口から流れ出るように向けられ、
前記コントローラは、
要求信号が動作状態になることに応答して、ダクトから粒子を放出するために駆動装置、送り装置、及び、放出制御バルブを動作状態とし、
粒子の生成を中止するため、又は、固体炭酸ガスの所定部分全ての消費を防止するために要求信号が非動作状態になることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、
ブレード部材と固体炭酸ガスとの摩擦を防止するための要求信号に応答して駆動装置を一瞬反転させ、
送り装置の所定の前進に応答して送り装置を反転させて装置へ新しい多数の固体炭酸ガスを充填できるようにし、新しい固体炭酸ガスの充填が終了すると動作を再開し、
前記放出出口からの粒子の初期流速は、外部信号の起動から２秒以内に安定状態における流速の９０パーセントに到達し、前記放出出口からの粒子の終期の流速は、要求信号の非活性化後１秒以内に、安定状態の流速の５パーセント以下に下降すること。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、高速の昇華性粒子による加工物の研磨クリーニング、及び、そのような粒子の生成に関する。
室温において融解し、又は、昇華する粒状の研磨材を加工物に噴射し、使用後に研磨材をすっかり分散させ、これにより加工物又はその周囲の汚染を防止することが知られている。研磨材としては、典型的には「氷」と呼ばれる凍結水、典型的には「ドライアイス」と呼ばれる固体炭酸、又はそれらの物質の一方又は双方を含む混合物が使用される。ドライアイス粒子は様々な手法で生成され、最も典型的には、研磨クリーニングでは押し出しペレットが使用される。
効率的かつ高い信頼性で、粒子の詰まり又は劣化を生じることなく、要求に応じて均一な微小粒子を形成し、噴射するシステムの要求がある。
本発明の概要
本発明は、要求に応じて実時間消費ニーズに適合する量が生成され、実質的に均一サイズの昇華性炭酸ガス粒子を高速で放出する粒子噴射装置を提供することによりこの要求を満たし、その粒子は生成後直接的に運搬され、加速される。本発明の一つの観点からは、装置は、ベースと、ベースに対して移動可能に支持されたブレードキャリアと、本明細書では時々加工先端部と呼ばれ、キャリアに固定可能に支持されたブレード部材と、キャリアに駆動力を与える駆動部と、本明細書では時々固体炭酸ガスと呼ばれる凍結炭酸ガスの供給を受け、放出し、ブレード部材と接触するように送り通路内を前進させる送り装置と、運搬手段に直接連結された出口を有する造粒機ダクトと、運搬手段により受け取った後、粒子を直接的に高速で送り出す加速器と、を備え、キャリアの運動がその運動中に切断面を規定し、ブレード部材は送り通路に交差して移動して凍結炭酸ガスから粒子を生成し、粒子は造粒機ダクトの出口から流れ出るような方向に送られる。
ブレードキャリアは、キャリア軸上に回転可能に支持されるように構成することができる。切断面は、キャリア軸に垂直な平面とすることができる。ブレード部材は、切断面に対して角度θ傾斜した第１ブレード面と、切断面に対して、角度θから内へ角度φ傾斜した第２ブレード面を有し、それらブレード面は切断面において交差するように構成することができる。角度θは約３０度から約５０度の範囲内とすることができる。好ましくは、角度θは約４５度であり、粒子を高い信頼性で生成するには、角度φは約３０度とする。
ブレード部材はブレードキャリアにより支持されるように配置され、ブレードキャリアは切断面に対向するキャリア面を有し、キャリア面は第１ブレード面直前で遮られて、ブレードキャリアを貫通する溝を形成し、これを粒子が通過する。好ましくは、キャリア面は切断面からほぼ均一に距離Ｐだけ離間し、凍結炭酸ガスの粒状化されていない部分が造粒機ダクトに入り込むことを防止する。好ましくは、距離Ｐは約０．０２インチ（０．５ミリメートル）から約０．０８インチ（２ミリメートル）の間である。溝は、切断面から第１ブレード面と垂直に幅Ｗを有し、幅Ｗは約０．０５インチ（１．２５ミリメートル）から約０．１５インチ（３．７５ミリメートル）の間とすることができる。
装置は、複数のブレード部材を有し、それらはキャリア軸の周りに離間し、実質的に切断面に向かって突き出している。装置は、キャリア軸の周りに均等に離間して配置された３つのブレード部材を有するように構成することができる。造粒機ダクトには、実質的に粒子の蓄積は生じない。ダクトは、その内部に実質的に蓄積容積を有しないように構成される。ダクトは、粒子が遅延無く通過するように構成される。凍結炭酸ガスは、ナゲット又はブロックを含むどのような形体であってもよく、送り装置は送り通路内で大きな形状のドライアイスを案内するガイド部を有する。好ましくは、傷つきやすい加工物の表面に対して有効かつ均一な処理を行うため、少なくとも９０パーセントの粒子が、約０．０１５インチ（０．３８ミリメートル）から約０．０３０インチ（０．７６ミリメートル）の間の最大寸法を有する。
装置は、好ましくは、加工物の間欠的な処理に使用するため、要求に応じ、外部信号に応答して動作可能である。装置は、外部からの信号に応答するコントローラを備え、コントローラは、要求信号の起動に応答して、造粒機ダクトから粒子を送り出すために駆動装置及び送り装置を動作させ、粒子の生成を中止するため、又は、固体炭酸ガスの所定部分全ての消費を防止するために要求信号が非動作状態にされることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、送り装置の所定の前進に応答して送り装置を反転させ、装置へ新しい多数の固体炭酸ガスを充填できるようにし、新しい固体炭酸ガスの充填が終了すると動作を再開する。好ましくは、コントローラはさらに、要求信号に応答して一瞬駆動部を反転させ、ブレード部材と凍結炭酸ガスとの固着（stiction）を防止する。
好ましくは、造粒機ダクトからの粒子の初期流速は、要求信号の起動後２秒以内に安定状態の流速の９０パーセントに達する。好ましくは、造粒機ダクトからの粒子の終期の流速は、要求信号の非活性化後１秒以内に、安定状態の流速の５パーセント以下に下降する。
粒子の加速器は、物質入口、ガス入口及び出口を有する放出装置を備え、ダクトの出口は物質入口に連結されている。加速器は、さらに、ガス入口と高圧ガス源とを流体の流れにより連結する放出制御バルブと、放出装置の出口に連結され、粒子をガスとともに離隔した位置まで放出する放出導管と、外部からの要求信号に応答するコントローラと、を備え、コントローラは、要求信号の起動に応答して、粒子を送り出すために駆動装置、送り装置、及び、放出制御バルブを起動し、粒子の生成を中止するために要求信号が非動作状態になることに応答して、駆動装置又は送り装置の少なくとも一方を非動作状態とし、粒子の生成の中止に続いて、放出バルブを非動作状態とする。
好ましくは、コントローラは、送り装置により固体炭酸ガスに加えられる力を変化させ、又は、ダクト出口から加速器に至る粒子の望ましい流速を制御するためにキャリアの動作速度を変化させるように動作する。流速は、コントローラにより少なくとも４から１の範囲で制御可能であり、これにより、粒子の中間蓄積部を使用することなく、可変の流速を要求する多くの応用において使用することが可能となる。コントローラは、凍結炭酸ガスに加わる力を少なくとも２から１の範囲で変化させるように制御可能であり、可変制御可能な流速を実現するために、キャリアの動作速度を少なくとも４から１の範囲で変化させるように制御可能である。
本発明の他の観点によれば、昇華性ドライアイス粒子を生成する装置は、ドライアイスの供給を受け、送り通路内を移動可能な送り装置と、送り装置に対向し送り通路と交差するように延びる切断面を規定する少なくとも１つの切断部材を保持する回転可能なキャリアと、を備え、ドライアイスの供給物は、キャリアの回転中に、その少なくとも１つの切断部材に対して送り通路内を前進可能であり、これにより、ドライアイスの粒子を、その少なくとも１つの切断部材に対向するドライアイスの供給物からすり剥がすように取り去り、その粒子は所定の最大サイズを有し、加工物の研磨クリーニングに好適なサイズに分布している。装置はまた、その少なくとも１つの切断部材とドライアイスの供給物との接点から延びる造粒機ダクトと、ダクトから延び、接点から粒子を継続的に流れさせるダクト出口と、研磨クリーニングに使用するために造粒機ダクトの出口から流れ出す粒子を加速する加速器と、を備える。
本発明の更に他の観点によれば、昇華性のドライアイス粒子を生成し、噴射する方法が提供され、その方法は、切断面を有する回転可能なカッターを提供し、ドライアイスの供給物を送り通路に沿って切断面内へ移動させ、カッターをドライアイス供給物に対して運動させて、所定の最大サイズ及びサイズ分布を有するドライアイスの粒子を生成し、ダクト出口へ粒子を案内し、加工物に噴射するために粒子を高速流内で加速する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る粒状化及び放出システムの側部立面図であり、
図２は、図１に示すシステムの端部立面図であり、
図３は、図１に示すシステムの領域３内の部分の詳細図であり、
図４は、図１に示すシステムのタイミング図であり、
図５は、図４に示すタイミング図の領域５内の代替的態様の詳細図であり、
図６は、図１に示すシステムの造粒機ダクト及び放出部の代替構成を示す側部立面図である。
好適な実施例の説明
本発明は、昇華性粒子の造粒機（granulator）、及び、噴射放出システムに関する。図１乃至図３を参照すると、噴射システム１０は、例えば、図示の１以上のブロック１４の如き多数の凍結炭酸ガスのブロック、ナゲット、ペレット、その他を受け取る造粒機１２を有し、その造粒機１２から以下に述べるように必要に応じて粒子１６が放出される。噴射システム１０は、造粒機１２を支持するベース１８と、粒子１６をガス流内で運搬する放出装置２０とを有する。粒子は、例えば、参考文献として挙げられる米国特許No.5,203,794に記載されるように、更なる加速のために噴射ノズル（図示せず）まで放出導管２２内を運搬される。図１に更に示されるように、放出導管２２は放出装置２０の出口２４に連結され、高圧ガス源が放出制御バルブ２８を介して放出装置２０のガス入口２６に連結されている。
本発明によれば、出口３１を有する、造粒機１２の収集機又は造粒機ダクト３０が、粒子１６の中間的な蓄積又は保管を行わなず、放出装置２０の物体入口３２へ直接粒子１６を供給し、それにより、粒子１６の不必要な劣化を防ぐとともに噴射システム１０の単純さ及び信頼性を高める。特に、そのような保管部が無いので、粒子１６が、噴射システム１０内での中間的な保管中に塊状集積又は昇華することが無い。さらに、粒子１６は、造粒機１２が起動されるのと実質的に同時に放出装置２０により加速され、粒子１６は、それが形成されると同時に流体状態で継続的に流れる。さらに、ブロック１４は、粒子１６に比べると総表面積が非常に小さく、ほとんど昇華しないので、特殊な冷却装置が必要でない。
造粒機１２は、また、ベース１８に対して相対的に移動可能に支持され、複数のブレード部材３６を保持するブレートキャリア３４を備え、ブレード部材３６は、各々、ブレードキャリア３４の運動中に切断面４０を形成する加工先端部３８を備える。造粒機１２の例示的な構成においては、ブレードキャリア３４はキャリア軸４２上に回転可能に支持され、切断面４０は平坦であり、キャリア軸４２に垂直な方向に向けられている。造粒機１２の例示的な構成においては、図２において対応する加工先端部３８により示されるように、等しく離間した（１２０度づつ離れた）３つのブレード部材３６がブレードキャリア３４に設けられる。
図３に最も明確に示されるように、個々のブレード部材３６は、切断面４０に対して角度θ傾斜した第１ブレード面４４と、加工先端部３８において第１ブレード面４４と交差する第２ブレード面４６とを備える。第１ブレード面と第２ブレード面は角度θから角度φだけ内側で交差し、角度θ及び角度φは鋭角である。角度θは約２０度から約４０度の範囲内とすることができ、広範囲のブレード速度及び切断力において均一サイズの粒子１６を作り出すためには約３０度が好適である。角度θがおよそ３０度の場合、角度φの好適な大きさは約２０度である。
ブレードキャリア３４はブレード駆動部４８により駆動され、ブロック１４に対してブレード部材３６を回転させ（図１及び図３に示すブレード部材３６の向きでは、図２に示すように反時計周り）、ブレード部材３６はまた、ブロック１４内へ前進させられる。ブレード駆動部４８はモータ５０、及び、モータ５０とブレードキャリア３４との間に結合した減速機５２を備え、減速機５２はベース１８上に固定可能に設けられている。モータ５０はコントトローラ５４により制御可能な状態で駆動され、コントローラ５４はまた、造粒機１２の動作中に放出制御バルブ２８を選択的に作動する。造粒機１２はさらに、ブロック１４を切断面４０の方向へ前進させ、ブレード部材３６と接触させるための送り装置５６を有し、送り装置５６もまた図示のようにコントローラ５４により制御される。
送り装置５６は、ブレード部材３６に関連する切断力に対抗してブロック１４を案内し、支持するガイド部材５８と、ブロック１４を切断面４０方向へ前進させるためのラム６０と、を備え、ラム６０はアクチュエータ６２を備える。アクチュエータ６２の例示的な構成は、空気シリンダとして実行され、従来と同様に４方向アクチュエータバルブ６４により双方向に動作する。アクチュエータバルブ６４は、空気的又は電気的にコントローラ５４に接続され、制御される。ラム６０はまた、アクチュエータバルブ６４とアクチュエータ６２との間に接続され、切断面４０の方向にブロック１４を前進させる速度、及び／又は、力を制限するための計測制御バルブ６６を備える。より詳細には、計測制御バルブ６６は、ブレードキャリア３４の回転速度とは十分に独立な望ましい前進速度を維持するための流量調整バルブとすることができる。それに加え、又は、その代わりに、計測制御バルブ６６は、ラム６０の移動方向に対して所望の切断力成分を維持するための圧力調整部を備え、その切断力成分はブレードキャリア３４の速度とは十分に独立である。新しいブロック１４を送り装置５６に入れることが要求される時にラム６０を迅速に引き戻すために、１方向バルブ６８は制御バルブ６６と結合している。従って、第１パイロットコイル７０がコントローラ５４により起動される時、アクチュエータバルブ６４は図１に実線で示す第１の結合を確立し、これにより流体の圧力源がアクチュエータバルブ６４及び制御バルブ６６を介してアクチュエータ６２の推進ポート７２に接続され、ラム６０を切断面４０へ移動させる。アクチュエータ６２の引き戻しポート７４からの流体は、同様にアクチュエータバルブ６４を通じて排出される。第２パイロットコイル７６がコントローラにより起動されると、アクチュエータバルブ６４内で、図１の破線で示される第２の結合が確立し、流体圧力は引き戻しポート７４へ向けられ、推進ポート７２からの流体はチェックバルブ６８、制御バルブ６６及びアクチュエータバルブ６４を通じて排出される。
送り装置５６はまた、第１及び第２のリミットスイッチ７８及び８０を備え、それらはコントローラ５４に接続されてアクチュエータ６２の動作を中断させる。より詳細には、第１のリミットスイッチ７８は、ラム６０が切断面４０から所定距離に移動したときに動作状態となる位置に配置され、コントローラ５４は第１のリミットスイッチ７８に応答して第１パイロットコイル７０の動作を中止し、それにより、ラム６０が切断面４０の方向へさらに移動することを妨げる。このようにして、ラム６０がブレード部材３６に接触することが妨げられ、必要であれば、造粒機１２の動作中に、ブロック１４が破損点まで縮小されることを防止することができる。好ましくは、後に述べる理由により、第１のリミットスイッチ７８は、ブロック１４又はラム６０の存在により非動作状態に保持され、ラム６０が所定の位置を超えて切断面４０の方向に進んだ時に動作状態にされる。同様に、第２のリミットスイッチ８０は、ラム６０の引き戻し動作に応答して動作状態となり、ラム６０が固体炭酸ガスの新しいブロック１４投入するために十分な程度に引き戻された時に、コントローラ５４は第２パイロットコイル７６の動作を中止させる。
本発明によれば、コントローラ５４は、図４を参照して更に説明されるように、必要に応じてシステム１０を動作させるために外部から与えられる起動信号８２に応答する。起動信号８２を受け取ると、コントローラ５４は、放出制御バルブ２８、モータ５０及び第１パイロットコイル７０を動作させ、粒子１６を実質的に即座に放出装置２０及び放出導管２２内へ送る。必要であれば、第１パイロットコイル７０をモータ５０の起動後短い第１遅れ時間ｄ１だけ後に起動し、ブロック１４による負荷がブレード部材３６にかかる前にモータ５０を起動するようにする。遅れ時間ｄ１は、約３０ミリ秒（ｍｓ）から約１００ミリ秒の間とすることができる。起動信号８２が除去されると、コントローラ５４は、造粒機１２の動作を中止するためにモータ５０及び第１パイロットコイル７０を非動作状態とし、放出制御バルブ２８が、造粒機ダクト３０及び粒子１６の放出装置２０を清掃するための第２の遅れ時間ｄ２の後、非動作状態にされる。第２の遅れ時間ｄ２は、約０．５秒から約２秒とすることができる。
ブロック１４が十分に消費されて上述のように第１のリミットスイッチ７８が動作すると、コントローラ５４は第１パイロットコイル７０（及び上述のモータ５０）の動作を中止し、ラム６０を引き戻すために第２パイロットコイル７２を起動する。ラム６０が引き戻されると、第１リミットスイッチ７８は、新しいブロック１４が配置されるまで動作状態を維持し（例えば、反射光を利用し、第１リミットスイッチ７８はブロック１４又はラム６０からの反射光に応答する）、それにより、ブロック１４の交換時において外部からの起動信号８２が動作状態である間にアクチュエータ６２が前進することを防止する。
更に図５を参照すると、コントローラ５４の代替的構成が実行され、モータ５０が双方向に制御される。モータ５０は、起動信号８２の起動から第３の遅延時間ｄ３の間、一瞬逆方向に駆動され、送り装置５６内のブロック１４又は他の凍結炭酸ガスと１以上のブレード部材３６との固着、例えば、ブレード部材３６がブロック１４内に局部的に溶結し、埋め込まれることを防止する。遅れ時間ｄ３は、送り装置５６による力の印加前にブレード部材３６の前進を許容する遅れ時間ｄ１のほんの一部にすぎない。図では、モータ５０は、コントローラ５４により直接的に電気的制御される電気モータとして示されているが、上記のこのような制御は当業者の通常の技能の範囲内の事項である。アクチュエータ６２との関連で示されるように、モータ５０はまた、それに関連するアクチュエータバルブ６４の適当な相手側部品を備える空気駆動モータにより構成することもできることが理解される。
図３に更に示されるように、ブレードキャリア３４は、好ましくはほぼ平坦なキャリア面８４を備え、ブレード部材３６はそのキャリア面８４から切断面４０方向へ短い距離Ｐだけ突き出ている。ガイド５８は、切断面４０から距離Ｓだけ離れた切断面４０に極めて近接した位置でブレードキャリア３４方向へ延び、ブロック１４がシステム１０によりほぼ消費された時にブロック１４の大きな残存物が造粒機ダクト３０へ入り込むことを防止する。ガイド５８は適切には、およそ０．０２から０．０４インチ（０．５から１ミリメートル）の距離Ｓをおいて配置され、ブレード部材３６とガイド５８とが接触する可能性が無い望ましい近接距離は、好適には約０．０３０インチ（０．７６ミリメートル）である。
距離Ｐも同じ程度に小さくすることが望まれるが、粒子１６が造粒機ダクト３０へ自由に流れるために十分な余裕が必要である。従って、ブレードキャリア３４は、ブレード部材３６の第１ブレード面４４近傍に、自身を貫通するように設けられた溝状通路８６を備え、粒子１６が形成されて、加工先端部３８からブレードキャリア３４の逆側へ通過することを許容し、それにより、粒子１６が劣化することなく造粒機ダクト３０へ流れることを容易にする。ブレード部材３６はまた、ブレードキャリア３４に調整可能に取り付けられ、ネジ型留め具８８によりブレードキャリア３４に締め付けられ、そのネジ型留め具８８はブレード部材３６の溝状開口９０を通じて延びている。これにより、距離Ｐを、粒子１６の望ましい最大総体積がブロック１４上のいずれかのブレード部材３６の個々の通路内で作られることを許容するために十分な短い距離に調節することが可能となる。ラム６０により加えられる力が増加すると、個々のブレード部材３６は、ブレードキャリア３４の所定の回転速度において、ブロック１４がキャリア面８４と抵触するように接触するまで、さらにより迅速にブロック１４内へ前進することが理解される。
よって、ブレードキャリア３４の回転ごとの制限体積は、溝状通路８６が流れを制限しないと仮定するならば、距離Ｐ及びブレード部材３６の数に正比例する。しかし、溝状通路８６は、完全に粒状化していないブロック１４の破片がブレードキャリア３４を通過する時に粉砕されるようにするために、不必要に大きくないことが望ましい。従って、個々の溝状通路８６は、それに関連する調整可能な板部材９２を有し、これにより板部材９２とブレード部材３６との間で溝状通路８６の溝幅Ｗを調整可能に規定し、溝幅Ｗは第１ブレード面４４に垂直な方向に規定される。図３に示す例示的な構成では、板部材９２はネジ型留め具９４により望ましい位置に固定され、ネジ型留め具９４は回転型係留ナット９６に噛み合う。典型的には、溝幅Ｗは、ブレード部材３６がキャリア面８６から突き出る距離Ｐとほぼ等しく作られ、約０．０２から０．０６インチ（０．５から０．５ミリメートル）である。従って、この好適な構成のシステム１０は、新しいブロック１４の部分を送り装置５６内に配置するために中断するだけの半継続的動作が可能である。上述の理由により、送り装置５６に補給する時には、通常、ほぼ消費されたブロック１４の残存物を送り装置５６から取り出す必要はない。これは、特にラム６０から与えられる圧力下では、凍結炭酸ガスのブロック１４又はその他の部分は少なくとも部分的に塊状集積により固着されるからである。好ましくは、送り装置５６は多数のブロック１４を縦方向に連結して保持することができるように構成し、ブロック１４を詰め込む間隔を長くする。
造粒機１２の実験的な試作品を制作し、テストした。その試作品は、２枚のブレード部材３６を備え、ブレードキャリア３４は半径約７．５インチ（１９０ミリメートル）であり、モータ５０は減速機５２を介して減速比２０対１で動作し、モータ５０は、Rockford、ILのFenner Fluid Powerから入手可能なモデルＶＡ４Ｓという空気モータを利用した。実験的試作品のブレード部材３６は角度φが約３０度であり、角度θが約４５度であるブレードキャリア３４により支持されている。試作品の構成では、アクチュエータ６２は、シリンダ半径１．２５インチ（３２ミリメートル）、ストローク５５インチ（１．４メートル）のロッドレス空気シリンダを使用した。造粒機１２は、５インチ（１２７ミリメートル）平方で長さ１０インチ（２５４ミリメートル）のブロック１４を使用してテストされ、ブレードキャリア３４は約２５から１５０ＰＲＭで約６０インチ／秒（１５２センチメートル／秒）で動作し、アクチュエータ６２は２０から６０ｐｓｉ（１４．１から４２．２ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で、毎分０．２から１．５インチ（５から３８ミリメートル）の速度で前進した。ブロック１４の代わりにドライアイスのナゲットその他の小さな塊を使用することもできるが、ブロック１４の固い表面部がブレード部材３６にさらされるため、粒子１６の生成速度を非常に緻密に制御することができるので、ブロック１４が好ましいことが理解される。
粒子１６は、立方体のような形状であり、大きさが、主要な寸法において約０．０１５から０．０４５インチ（０．３８から１．１４ミリメートル）の範囲内であることが計測され、測定された。より詳細には、９５パーセントの粒子が上記の大きさ以内であり、最大寸法の平均が約０．０２５インチ（０．６３５ミリメートル）であった。ブレード部材３６は、モータ５０の起動時から０．２から０．５秒以内に粒子１６の生成を行い、速度に達し、ラム６０もモータ５０の起動時から０．２から０．５秒以内に速度に達することが分かった。更に、造粒機ダクト３０からの粒子１６の出力は、モータ５０の起動時から２秒以内に、安定した容積測定速度の９０パーセントに達する。更に、造粒機ダクト３０からの粒子１６の出力は、モータ５０が停止された時から１秒以内に実質的に終了する。
造粒機１２には、ブロック１４及び粒子１６への熱の伝達を防止するための取り外し可能なカバー９８が設けられており、そのカバー９８はガイド５８及びブレードキャリア３４を覆うように延びており、造粒機ダクト３０に連結している。
さらに図６を参照すると、１０’としてシステムの代替的構成が示され、それは、ノズル１０２の物体入口３２’に吸引導管１００を介して流体が通過するように連結された造粒機ダクト３０を備え、そのノズル１０２は高圧ガスの噴射入口１０４を備え、その噴射入口１０４は、放出制御バルブ２８の片側部へ噴射導管１０６によって流体が通過するように連結されている。ノズル１０２上の分配スイッチ１０８はコントローラ５４に連結され、起動信号８２を生成する。
本発明の重要な細部についてその好適なバージョンを参照して説明してきたが、他のバージョンも可能である。例えば、ブレード部材３６の加工先端部は、図示のように直線的な加工先端部３８ではなく、おろし金部材又は螺旋状粉砕カッターにより構成することも可能である。また、送り装置５６は、ラム６０の代わりに、ブロック１４を把持し、粒子１６の継続的な生成中に新しいブロック１４が装填されるようにする摩擦ローラ、キャタピラ型トラック、その他の手段を備えるように構成することもできる。他の変形として、ブロック１４の分離したスタックを一対の送り装置５６により独立に駆動し、他方の動作中に一方の送り装置によるブロック１４の装填が可能となるように構成することもできる。アクチュエータ６２は、空気の代わりに液体液圧流体を使用するようにし、アクチュエータ６２は、リミットスイッチ７８及び８０の一方又は両方の代わりに、１又は２以上の固体移動停止装置を備え、使用するように構成することもできる。コントローラ５４は、その固体移動停止装置の動作を検出するために、空圧又は液圧の過渡現象に応答するようにすることができる。更に、粒子の加速機の種々の代替品として、空気放出機、遠心分離ホイール、ベンチュリ、及び、空気ロックとベンチュリの組み合わせを使用することができる。従って、添付のクレームの精神及び視野はここに示された好適なバージョンの記述に限定されることがあってはならない。
【図１】
0003694318.tif 000002
【図２】
0003694318.tif 000003
【図３】
0003694318.tif 000004
【図４】
0003694318.tif 000005
【図５】
0003694318.tif 000006
【図６】
0003694318.tif 000007