(57)【要約】【課題】  本発明は、ＣＯ２スノー及び圧縮空気を所定の方向に噴出するためのノズル１に関する。【解決手段】  該ノズル１の中央領域５には、ＣＯ２スノーからなるコアジェット２を超音速で生成できる第１排出口６が備えられる。中央領域５は、該第１排出口６の周りに配置された複数個の第２排出口８を備えた周辺領域７によって取り囲まれ、該第２排出口８は、空気、好ましくは圧縮空気からなり、コアジェット２を取り囲むマントルジェット３を、コアジェット２の流れより低速で生成するように構成される。マントルジェット３はコアジェット２と同じ方向に移動する。本発明はまた、コーティングすべき部品をＣＯ２スノーで処理、特に、洗浄する方法に関する。該方法においては、コアジェット２が、２００ｍ／ｓより速い速度で、マントルジェット３とともに、部品上に所定の方向で噴出される。マントルジェット３は、コアジェット２より遅い速度で移動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２スノーおよび圧縮空気を所定の方向に噴出するためのノズル（１）であって、
該ノズル（１）の中央領域（５）には、ＣＯ２スノーからなるコアジェット（２）を超音速で生成するように構成された第１排出口（６）が少なくとも１個備えられ、
該ノズル（１）の中央領域（５）は、前記コアジェット（２）を取り囲む該コアジェット（２）より低速の空気からなるマントルジェット（３）を生成するように構成された前記第１排出口（６）の周りに配置された複数個の第２排出口（８）を備えた周辺領域（７）で取り囲まれ、
前記マントルジェット（３）が前記コアジェット（２）と同じ方向に移動することを特徴とするノズル（１）。
【請求項２】
空気からなる前記マントルジェット（３）および／またはＣＯ２スノーからなる前記コアジェット（２）の温度を調節するための温度調節装置（１０）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のノズル（１）。
【請求項３】
空気からなる前記マントルジェット（３）および／またはＣＯ２スノーからなる前記コアジェット（２）の速度を設定するための調節装置（１２）を、特に互いに独立に、備えたことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のノズル（１）。
【請求項４】
前記第１排出口（６）が、ラバルノズルとして形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のノズル（１）。
【請求項５】
前記空気用供給手段が、前記ノズル（１）内の前記第２排出口の前の部分に、ＣＯ２スノー用供給手段と平行に設けられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のノズル（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のノズル（１）を少なくとも一つ取り付けるための、少なくとも一つの該ノズルが作用領域の上で回転移動可能なように形成された回転装置からなるカルーセル。
【請求項７】
コーティングされる部品を、ＣＯ２スノーで処理、特に洗浄する方法であって、ＣＯ２スノーからなるコアジェット（２）が、該コアジェット（２）を取り囲む空気からなるマントルジェット（３）とともに２００ｍ／ｓより速い速度で部品上に所定の方向で噴出され、
該マントルジェット（３）が該コアジェット（２）より遅い速度で移動することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記マントルジェット（３）の速度が、前記コアジェット（２）の速度の８０％未満、好ましくは７５％未満、特に好ましくは５０％未満であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記コアジェット（２）の速度に対する前記マントルジェット（３）の速度の比が調節可能であることを特徴とする、請求項７または８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記コアジェット（２）の速度が３３３ｍ／ｓより速いことを特徴とする、請求項７乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記コアジェット（２）の直径が３０ｍｍであることを特徴とする、請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記マントルジェット（３）の外径が前記コアジェット（２）の直径の２００％から２５０％であることを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記マントルジェット（３）の速度を変えることによって、前記コアジェット（２）の形状が調節されることを特徴とする、請求項７乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
空気からなる前記マントルジェット（３）の温度が、ＣＯ２スノーからなる前記コアジェット（２）の温度より高いことを特徴とする、請求項７乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記処理後に部品のコーティングが行われることを特徴とする、請求項７乃至１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
請求項７乃至請求項１５のいずれかに記載の方法を実施するための、請求項１乃至５のいずれかに記載のノズル（１）の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２スノー（ＣＯ２ Ｓｎｏｗ）用ノズルに関する。更に詳しくは、本発明は、特に部品洗浄用に、ＣＯ２スノーを所定の方向に噴出するためのノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
部品をコーティングする前には、通常、部品を洗浄して汚れを取り除いておく。ＣＯ２スノーまたは結晶をジェット流にし、洗浄剤として使用する方法は、以前にも考えられていた。
【０００３】
ＤＥ１９９２６１１９ Ｃ２には、マイクロシステム或いは精密工学部品を洗浄するための、ＣＯ２スノージェット生成用ジェット装置が開示されている。このジェット装置においては、毛細管の中でＣＯ２スノーが作られ、超音速の支持ジェットと混合される。こうして作られたジェットは、ＣＯ２粒子を含み、マイクロチップなどのハードウェア洗浄用に用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この最先端のジェット装置を以てしても、コーティング装置中に置かれた部品を広範囲に洗浄することはできない。特に、毛細管を利用する方法では、ＣＯ２スノーの生成量が非常に少なく、このため、広範な産業上の用途に用いるには適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明は、ＣＯ２スノーと空気を用いて産業規模で洗浄を行うことのできるノズルを提供することを、目的の一つとする。本発明のもう一つの目的は、コーティングされる部品を、特に洗浄を目的として、ＣＯ２スノーで処理する方法を提供することにある。
【０００６】
上記目的は、ＣＯ２スノー及び圧縮空気を所定の方向に噴出するためのノズルによって達成することができる。該ノズルの中央領域には、少なくとも、コアＣＯ２スノージェットを超音速で生成できるように構成された第１排出口が１個備えられる。該ノズルの中央領域は、（好ましくは対称的に）第１排出口の周りに配置された複数個の第２排出口を備えた周辺領域によって取り囲まれ、該第２排出口は、空気、好ましくは圧縮空気からなり、コアジェット（ｃｏｒｅ  ｊｅｔ）を取り囲むマントルジェット（ｍａｎｔｌｅ  ｊｅｔ）を、コアジェットの流れより低速で生成するように構成される。マントルジェットはコアジェットと同じ方向に移動する。このようなノズルにより、コアジェットを取り囲む空気または圧縮空気からなるマントルジェットを伴い、より一層広い表面領域を効果的に洗浄するのに十分な大きさを持った洗浄ジェットを作用領域に向けて噴射することのできる、ＣＯ２スノーからなるコアジェットを生成することができる。コアジェットの生成方法としては、ＣＯ２の気化によってＣＯ２スノーが形成され、さらに、ＣＯ２ピストル内部の圧縮空気の作用によって、ノズルの外に出る時には高速のＣＯ２と圧縮空気の混合ジェットとなっているようにして、コアジェットが生成されるのが好ましい。圧縮空気の代わりに、他の気体を使用してもよい。このようにして生成されたコアジェットは、ＣＯ２スノーと空気または圧縮空気との混合ジェットとなる。該コアジェットは、コアジェットを外の影響から遮蔽する純粋な空気からなるマントルジェットによって取り囲まれる。第２排出口は、第２排出口上に空気が吸い込まれ、第２排出口によって、コアジェットを取り囲むマントルジェットが生成されるように、形成されるのが特に好ましい。このマントルジェットは、ノズルから出てきたコアジェットによって第２排出口上の空気が引かれることによって、生成できる。このために周囲空気を使用することが、特に好ましい。つまり、第２排出口に外端部を設けることが好ましい。これにより、周囲空気がこれらのスリットを通して引かれ、加速されて、コアジェットの周りに均一に分布するようにするとよい。ベンチュリ管を取り付けることによって、この効果を更に増大させてもよい。さらに、ノズル出口を標的として周囲空気を供給することにより、ノズルの先に着氷するのを防ぐことができる。または、第２排出口の外端部に、圧縮空気を接続してもよい。以上のようにして、部品のコーティング段階の前に、移送装置によって、このノズルを備えたＣＯ２ピストルを通過して短距離移動させられる部品の洗浄を、行うことが可能となる。
【０００７】
本発明の更に他の効果的な実施形態として、圧縮空気からなるマントルジェットおよび／またはＣＯ２スノーからなるコアジェットの温度を調節するための温度調節装置が備えられてもよい。特にマントルジェットの温度を調節することにより、コアジェットの形状に影響を与えることができる。マントルジェットの温度は、１０℃未満が好ましく、４℃未満が特に好ましい。
【０００８】
本発明の更に他の効果的な実施形態として、圧縮空気からなるマントルジェットおよび／またはＣＯ２スノーからなるコアジェットの速度を設定するための調節装置が、好ましくは互いに独立に、備えられてもよい。マントルジェットの速度を設定することによっても、コアジェットの形状、ひいてはコアジェットの焦点と作用領域を変化させることができる。
【０００９】
本発明の更に他の効果的な実施形態として、コアジェット用の第１排出口を、ラバルノズルとして形成してもよい。ラバルノズルを採用することにより、ＣＯ２スノーが、非常に高速に、特に好ましくは超音速に加速されて、ノズルから出ることが可能となる。このようにコアジェットを非常に高速にする一方で、コアジェットを取り囲む圧縮空気からなるマントルジェットによって、コアジェットへの破壊的影響を防ぐことにより、コアジェットを、洗浄すべき部品の作用領域上で使用することが、より長距離にわたって可能となる。これにより、切り抜かれた部品や、三次元的な物を洗浄することも可能となる。
【００１０】
本発明の更に他の効果的な実施形態として、ノズル内の排出口の前の部分に、ＣＯ２スノー用供給手段と平行に設けられた、圧縮空気用の供給手段を備えてもよい。このような構成により、ノズル全体の高さを低くすることが可能となる。また、理想的には、この力がノズル内で吸収され、２つのジェットの排出方向にそろえられることが好ましい。
【００１１】
上記目的はまた、本発明のノズルを少なくとも一つ取り付けるための、カルーセル（ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）によっても達成することができる。該カルーセルは、少なくとも一つのノズルが作用領域の上を回転しながら動くことができるように形成された、回転装置からなる。例えば、使用分野は異なるがやはり本出願人による実用新案ＤＥ ２９８１４２９３ Ｕ１に記載されたように、カルーセルを使用することによって、特にアンダーカット部のある部品の洗浄でも、より一層効果的に実施することができる。そのようなカルーセルにおいては、回転装置が回転したときに、洗浄ジェットによって作用領域上の平面に円または楕円が描かれるように、少なくとも一つのノズルが回転台上に配置されることが好ましい。ノズルは、ジェットが空間内で単なる円筒ではなく回転装置の回転方向に沿った円錐曲線を描き、アンダーカット部も洗浄できるような角度に設定すると特に好ましい。各ノズルをこのように角度をつけて配置することにより、部品は、正面を洗浄されるだけではなく、アンダーカット領域の側方からも洗浄される。特に好ましい実施形態として、回転装置は、ノズルから出るジェットの反跳力によって駆動されてもよい。このようにすれば、回転装置用の追加の駆動装置を省略することができる。また、特別な形状を特に効果的に洗浄できるように、回転装置用の調節装置によって、回転装置に特別な速度或いは速度パターンを与えることも可能であり、また効果的である。特に好ましい実施形態として、複数個のノズル（特に好ましくは３個のノズル）を、カルーセルまたは回転装置上に設けるとよい。また、回転装置またはカルーセルを、加工される部品の搬送方向の横方向に繰り返し移動可能なように形成し、カルーセルまたは回転装置が、搬送方向、例えば部品が置かれるベルトコンベヤの方向と垂直または一定の角度で往復できるようにすると効果的である。このようにすると、全く完璧な作用領域を描くことができる。カルーセルの各ノズルの設定角度は、本実施形態では、異なっていることが好ましい。これにより、各ノズルの回転移動とカルーセル全体の横方向移動との組み合せで、広い作用領域を、隈なく均一に覆うことができる。
【００１２】
上記目的はまた、コーティングされる部品を、ＣＯ２スノーで処理、特に、洗浄する方法によって達成される。該方法においては、ＣＯ２スノーからなるコアジェットが、２００ｍ／ｓより速い速度で、コアジェットを取り囲む、空気、好ましくは圧縮空気からなるマントルジェットとともに、部品上に所定の方向で噴出される。マントルジェットは、コアジェットより遅い速度で移動する。ＣＯ２スノーからなる高速のコアジェットを、圧縮空気からなるより低速のマントルジェットで更に取り囲むという方法により、コアジェットの境界が非常に良好に保たれ、長い距離にわたって、一定のコアジェットを部品上に当てることが可能となる。圧縮空気からなる、より低速のマントルジェットを組み合わせることによって、コアジェットの形状を変えるような破壊的影響が全て排除される。このようにして、長い距離にわたって一定のパラメータを持つ、ＣＯ２スノーからなる明確な境界を持つコアジェットを生成することができ、従って、大きなアンダーカット部を有する部品や、洗浄ノズルからの距離の異なる部品に対しても、コアジェットを、予測可能に当てることができる。
【００１３】
本発明の更に他の効果的な方法として、マントルジェットの速度を、コアジェットの速度の８０％未満、好ましくは７５％未満、特に好ましくは５０％未満にするとよい。驚くべきことに、マントルジェットは、コアジェットより明らかに遅い速度でも、破壊的影響に対して高い遮蔽効果を生じ、コアジェットの安定化に寄与することがわかった。このため、この場合もやはり、コアジェットは破壊の影響をあまり受けずに、部品上に作用することができる。
【００１４】
本発明の更に他の効果的な方法として、コアジェットの速度に対するマントルジェットの速度の比を調節可能とするとよい。コアジェットの形状は、コアジェットの速度に対するマントルジェットの速度の比を選択することによって影響される。この方法によって、コアジェットのジェット形状を決めることができる。
【００１５】
本発明の更に他の効果的な方法として、コアジェットの速度を、３３３ｍ／ｓよりも速くするとよい。コアジェットの速度に超音速領域を採用することにより、特に高い洗浄効果を得ることができる。
【００１６】
本発明の更に他の効果的な方法として、コアジェットの直径を、３０ｍｍにするとよい。３０ｍｍの直径は、特に好ましくは、ノズルの端から約８０ｍｍ後方に生成され、更に２００から３００ｍｍにわたってこの直径が一定に保たれるようにする。ジェット焦点の直径を変更するには、例えば、マントルジェットの速度の変更および／またはマントル流とコア流との間の温度勾配の選択を行えばよい。
【００１７】
本発明の更に他の効果的な方法としては、マントルジェットの速度を変更することによって、コアジェットの形状を調節可能にするとよい。
【００１８】
本発明の更に他の効果的な方法としては、マントルジェットの外径は、コアジェットの直径の約２００〜２５０％にするとよい。
【００１９】
本発明の更に他の効果的な方法としては、圧縮空気からなるマントルジェットの温度を、ＣＯ２スノーからなるコアジェットの温度より高温にするとよい。
【００２０】
本発明の更に他の効果的な方法としては、このような処理を行った後に、部品にコーティングを行うとよい。
【００２１】
効果的構成および更に追加の実施例を、添付図面に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明のノズルを図２のＡ−Ａ線に沿って切断した、Ａ−Ａ断面図を示している。ノズル１には、ＣＯ２スノーを移送するための中央移送領域が、矢印方向に設けられている。このダクトは、ノズル１の中央領域５内に位置する第１排出口６に向けて開口している。この中央領域５も、第１排出口６と同様に、円形である。これに隣接して、ノズル１の周辺領域７が、ノズル１の中央領域５を円形に取り囲むように配置されている。この周辺領域７には、圧縮空気を移送できるように、複数個のスリット状の第２排出口８が備えられている。圧縮空気用の供給管は、ノズル中央部に、ＣＯ２スノー用中央移送領域と平行に設けられている。
【００２３】
動作を説明すると、ＣＯ２スノーは、図中の矢印の方向に移送され、図中にラバルノズルとして示された第１排出口６を通り、ノズルの中央領域５において、超音速でノズル１から出される。圧縮空気は、ノズル１の周辺領域７から、複数個のスリット８を通って移送され、こうして中央領域５から出るコアジェットの周りにマントルジェットが形成される。
【００２４】
図２には、図１に示したノズル１の全体を模式的に示している。図２では、特に、ノズルの周辺領域７にあるスリット形の第２排出口８が、ノズルの中央領域５にある第１排出口６の周りに配置されているのを見ることができる。これらのスリット形排出口８によって、コアジェットを均一に取り囲むマントルジェットが生成され、これにより、ＣＯ２スノーのコアジェットを完全に取り囲み、外からの影響を遮断することができる。
【００２５】
図３には、本発明のノズルの第２実施例を４つの視点から見た図が示されている。本実施例のノズルにおいても、周辺領域７はスリット形排出口８によって形成されているが、本実施例では、図１、図２のノズルの場合とは異なり、マントルジェット空気を形成するための排出口８の外端部は、直接周囲空気と接触するようになっている。この形式のノズルでは、マントルジェット用空気は、周囲空気からスリット形排出口８を通して吸い込まれ、第１排出口６から出るコアジェットによって引かれることになる。こうして、コアジェットの周りにマントルジェットが形成される。本実施例のノズル１は、ノズルの第１排出口６またはノズルの中央領域５の周りに星状に配置された８個のスリット形排出口８を備えることが好ましい。本実施例では、第１排出口６は、コアジェットの境を明確にするため、ラバルノズルを備えていることが好ましい。
【００２６】
図４には、本発明のノズルの第３実施例を４つの視点から見た図が示されている。本実施例では、第２排出口８用のダクトを備えた構成を採用している。本実施例では、第２排出口８は、第１排出口６を対称に取り囲み、第１排出口６に向かって２６度の角度で傾斜したダクトとして構成されている。この傾斜角度は、５度から４０度の間であることが好ましく、特に、２０度から３０度の間であることが好ましい。本実施例では、８本のダクトが備えられていることが好ましい。特に好ましくは、単なるダクトの代わりに、ダクトまたはダクトと同等のものの間に、図３のノズルに示すようなスリットをさらに設けることができるとよい（図示せず）。
【００２７】
図５には、噴出されるコアジェット２と、これを取り囲むマントルジェット３が、長さＬにわたって模式的に示されている。ＣＯ２スノーと圧縮空気を混合したものが、コアジェット２として、中央の太い矢印の方向に、ノズル１から第１排出口６を通り超音速で出される。第２排出口８からは、コアジェット２より速度の遅い圧縮空気が出され、コアジェット２の周りにマントルジェット３が形成される。こうして、圧縮空気により、コアジェット２と平行なマントルジェット３が形成される。ノズルのヘッドから距離Ａ（約８０ｍｍが好ましい）の所から、長さＬにわたって、コアジェット２の直径が長い間一定に保たれながらコアジェット２がマントルジェット３に取り囲まれるような領域が形成される。マントルジェット３は、コアジェット２よりも速度が遅い。長さＬは、好ましくは約２００ｍｍから５００ｍｍであり、特に好ましくは、約２００ｍｍから３００ｍｍである。
【００２８】
コアジェット２に対するマントルジェット３の速度比を適宜選択することによっても、コアジェット２の温度に対するマントルジェット３の温度を適宜選択するのと全く同様に、コアジェット２の形状に変化を与えることができる。
【００２９】
図６には、本発明のノズル１が３個取り付けられた、本発明のカルーセル（ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）２０が示されている。
【００３０】
回転用駆動モータは、駆動装置２２からなり、駆動装置２２の駆動力は、Ｖベルトを介して回転管２４に伝達される。３個のノズル１．１〜１．３は、圧縮空気及び液体ＣＯ２用の回転式トランスミッションリードスルー（Ｒｏｔａｒｙ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｅａｄｔｈｒｏｕｇｈ）と回転管２４とを介して、圧縮空気及び液体ＣＯ２の供給を受けることができる。
【００３１】
ノズル１．１〜１．３は、上部に圧縮空気用入口２７とＣＯ２用入口２８を備えたＣＯ２スノージェットピストル２９からなる。ここでは、２つの入口は、調整弁とともに図示されている。ジェットの方向設定を再現できるように、目盛り付きのピストル台２６が備えられている。
【００３２】
回転管２４、ひいてはカルーセル全体が、駆動装置２２によって回転し、これにより、３個のノズル１．１〜１．３も、回転管２４の回転軸を中心に回転する。ノズルから出るジェットを設定することにより、部品上の処理すべき領域が最適に覆われるように、ピストルケーシング２６によってジェットの方向を、好ましい方向に設定することができる。回転速度は、駆動モータ２２と回転管２４との間に設けられたＶベルトによって、駆動モータ２２で直接調節する。基本速度だけが駆動モータによって設定され、それ以外の速度成分はノズルから出るジェットの反跳によって与えられるように組み合わせることも考えられる。特に好ましい実施形態として、例えば、カルーセル全体をさらに、矢印で示すように、部品の上を横方向に動かしたり、部品の方向に動かしたりしてもよい。カルーセルを回転させるのに加えて、例えば、部品の上を行き来するような横方向の動きおよび／または部品に対して近づいたり遠ざかったりするような動きを生じさせることにより、３個の回転洗浄ジェットを、より均一に、また全体的に、部品の処理領域に広がるように、部品に当てることができる。
【００３３】
このようにして、本発明により、部品洗浄用にＣＯ２スノーと圧縮空気を所定の方向に噴出するためのノズルおよびその方法を提供することができ、これにより、好ましくは、コーティング装置中に置かれた部品の前処理を目的として、一定の作用領域に対し、高レベルの洗浄性能を、産業規模で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のノズルの実施例の断面図である。
【図２】本発明のノズルの実施例の外観図である。
【図３】本発明のノズルの第２実施例を４つの視点から見た図である。
【図４】本発明のノズルの第３実施例を４つの視点から見た図である。
【図５】本発明のノズルから出たコアジェットおよびマントルジェットを模式的に表した図である。
【図６】本発明のカルーセルを、本発明のノズルとともに表した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・ノズル                    ２・・・コアジェット      
３・・・マントルジェット          ５・・・ノズルの中央領域
６・・・第１排出口                ７・・・ノズルの周辺領域
８・・・第２排出口                １０・・・温度調節装置
１２・・・速度調節装置            ２０・・・カルーセル
２２・・・駆動装置                ２４・・・供給管用の回転管
２５・・・回転式トランスミッションリードスルー        
２６・・・ピストルケーシング      ２７・・・圧縮空気入口
２８・・・ＣＯ２入口              ２９・・・ＣＯ２スノージェットピストル
【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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【国際調査報告】
2008514394.tif 000009
2008514394.tif 000010
2008514394.tif 000011
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