(57)【要約】  本発明は、圧縮空気と混合された噴射材を噴射して被加工物の表面を処理するためのノズル組立体である。このノズル組立体は、噴射材を吸引する噴射材吸引口とこの噴射材を圧縮空気と共に噴出する噴出口を備えたノズル本体と、このノズル本体内に圧縮空気を噴射する空気ノズルと、有する。ノズル本体は、噴射材吸引口より噴射材を圧縮空気と混合するための空間を形成する混合室と、噴射材吸引口から混合室に向かう経路である第一の経路と、混合室から噴射口に向かう経路である第二の経路と、を有する。空気ノズルは、その先端に形成された圧縮空気噴射部と、この圧縮空気噴射部に向かう経路である第三の経路と、を備えると共に、この第三の経路が、圧縮空気噴射部がノズル本体の混合室に位置するように、ノズル本体に挿入されており、空気ノズルの圧縮空気噴射部には、第三の経路の断面より小さい開口の断面を持つ縮流部が設けられている。
2016136443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流として噴射して被加工物の表面を処理するためのノズル組立体であって、
噴射材を吸引する噴射材吸引口とこの吸引した噴射材を圧縮空気と共に噴出する噴出口を備えたノズル本体と、
このノズル本体の内部に圧縮空気を噴射する空気ノズルと、有し、
前記ノズル本体は、前記噴射材吸引口より前記ノズル本体の内部に吸引された噴射材を前記空気ノズルから噴射された圧縮空気と混合するための空間を形成する混合室と、前記噴射材吸引口から前記混合室に向かう経路である第一の経路と、前記混合室から前記噴射口に向かう経路である第二の経路と、を有し、
前記空気ノズルは、その先端に形成された圧縮空気噴射部と、この圧縮空気噴射部に向かう経路である第三の経路と、を備えると共に、この第三の経路が、前記ノズル本体の第二の経路と同一軸心上に位置し且つ前記圧縮空気噴射部が前記ノズル本体の混合室に位置するように、前記ノズル本体に挿入されており、
前記空気ノズルの圧縮空気噴射部には、前記第三の経路の断面より小さい開口の断面を持つ縮流部が設けられている、ノズル組立体。
【請求項２】
前記空気ノズルの第三の経路は、連続した同一の断面積を有する整流部を備え、この整流部に前記縮流部が連結されており、この整流部の断面積（Ｓ１）に対する前記縮流部の開口の断面積（Ｓ２）の比である断面積比（Ｓ２／Ｓ１）が０．３〜０．８に設定されている請求項１記載のノズル組立体。
【請求項３】
前記空気ノズルの縮流部における開口の径に対する開口の長さの比である縮流部比が０．１〜０．５に設定されている請求項１又は２に記載のノズル組立体。
【請求項４】
前記空気ノズルの整流部の径に対する整流部の長さの比である整流部比が２〜５０に設定されている請求項２又は３に記載のノズル組立体。
【請求項５】
前記ノズル組立体は、噴射材としてブラスト加工装置に用いられるブラストを噴射する請求項１乃至４の何れか１項に記載のノズル組立体。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のノズル組立体を用いて被加工物の表面を処理する表面処理方法であって、
前記空気ノズルより圧縮空気を前記ノズル本体の混合室に噴射してこの混合室を負圧にする工程と、
前記ノズル本体の混合室の負圧により噴射材を前記ノズル本体の噴射材吸引口より混合室に吸引して前記空気ノズルから噴射された圧縮空気と混合する工程と、
この圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流として前記ノズル本体の噴射口より噴射する工程と、
この噴射された噴射材が前記被加工物の表面に衝突することにより被加工物の表面処理を行う工程と、を有し、
前記空気ノズルにより圧縮空気を噴射する工程において、前記空気ノズルの縮流部により圧縮空気の噴射流の膨張が抑制されていることを特徴とする表面処理方法。
【請求項７】
前記空気ノズルにより噴射される圧縮空気の噴射流は、外縁に向かって流速が速くなっている請求項６に記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル組立体及びこのノズル組立体を用いた表面処理方法に係り、特に、圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流として噴射して被加工物の表面を処理するためのノズル組立体このノズル組立体を用いた表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴射材として「砥粒（ブラスト）」や「ショット」や「皮膜形成材料等の粉粒体」を圧縮空気と共に被加工物に向けて噴射して被加工物の表面処理（ブラスト加工、ショットピーニング、皮膜形成、等）を行なうことは、古くから知られている。このような被加工物の表面処理を行なうためのノズル組立体として、噴射材が装填された圧力容器を圧縮空気等で加圧して噴射材を圧縮空気流に送り、圧縮空気と共に固気二相流として噴射する加圧式（特許文献１参照）と、空気ノズルに導入した圧縮空気流により発生した吸引力によって噴射材を吸引し、圧縮空気と共に固気二相流として噴射する吸引式（特許文献２参照）と、が知られている。【０００３】
加圧式のノズル組立体は、吸引式のノズル組立体に比べて、噴射材を高速で噴射することができるので、ブラスト加工においては加工能力が高く、また、ショットピーニングにおいては、より深い位置まで圧縮残留応力を付与することができ、さらに、皮膜形成においては、より密着力の高い皮膜を形成することができる。しかしながら、加圧式のノズル組立体は、噴射材の噴射量及び噴射時間が、加圧タンクの容積によって制限されるので、長時間にわたって連続して噴射することができないという問題がある。【０００４】
これに対し、吸引式のノズル組立体は、噴射材を貯留する容器を密封する必要がないので、噴射材を連続して噴射できるという利点がある。しかしながら、吸引式のノズル組立体は、大気下にある噴射材を空気と共に吸引するので、圧力損失が生じ、そのため、加圧式のノズルに比べて噴射材の噴射速度が遅いという問題がある。噴射速度を速くするためには、圧縮空気の圧力を高くして圧縮空気の圧力損失分を補うことにより、噴射材の噴射速度を速くすることが考えられる。しかしながら、より強力な圧縮空気供給源が必要になるので設備費用の増大や圧縮空気供給源の稼働エネルギーの増大につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−１６０５１４号公報
【特許文献２】特開平０８−２６７３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、噴射材を被加工物に向けて高速で噴射して、被加工物の表面を処理することができるノズル組立体及びこのノズル組立体を用いた表面処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流として噴射して被加工物の表面を処理するためのノズル組立体であって、噴射材を吸引する噴射材吸引口とこの吸引した噴射材を圧縮空気と共に噴出する噴出口を備えたノズル本体と、このノズル本体の内部に圧縮空気を噴射する空気ノズルと、有し、ノズル本体は、噴射材吸引口よりノズル本体の内部に吸引された噴射材を空気ノズルから噴射された圧縮空気と混合するための空間を形成する混合室と、噴射材吸引口から混合室に向かう経路である第一の経路と、混合室から噴射口に向かう経路である第二の経路と、を有し、空気ノズルは、その先端に形成された圧縮空気噴射部と、この圧縮空気噴射部に向かう経路である第三の経路と、を備えると共に、この第三の経路が、ノズル本体の第二の経路と同一軸心上に位置し且つ圧縮空気噴射部がノズル本体の混合室に位置するように、ノズル本体に挿入されており、空気ノズルの圧縮空気噴射部には、第三の経路の断面より小さい開口の断面を持つ縮流部が設けられている。
このように構成された本発明によるノズル組立体においては、空気ノズルの圧縮空気噴射部に縮流部を設けたので、圧縮空気噴射部から噴射される圧縮空気の噴射流の流速が速くなる。また、縮流部により圧縮空気の噴射流の幅方向の膨張が抑制されるので、混合室の壁面との衝突による減速を抑制される。この結果、本発明のノズル組立体によれば、従来のノズル組立体と同等の圧縮空気の流量であっても固気二相流の流速が速くなるので、表面処理の効率が向上する。【０００８】
本発明において、好ましくは、空気ノズルの第三の経路は、連続した同一の断面積を有する整流部を備え、この整流部に前記縮流部が連結されており、この整流部の断面積（Ｓ１）に対する前記縮流部の開口の断面積（Ｓ２）の比である断面積比（Ｓ２／Ｓ１）が０．３〜０．８に設定されている。
このように構成された本発明においては、圧縮空気が圧縮空気噴射部の縮流部を通過して噴射される際に、その流れを乱すことなく噴射流の流速を速くすることができる。その結果、本発明によれば、固気二相流の流速を速くなり、表面処理の効率が向上する。【０００９】
本発明において、好ましくは、空気ノズルの縮流部における開口の径（Ｄ２）に対する開口の長さ（Ｌ２）の比である縮流部比（Ｌ２／Ｄ２）が０．１〜０．５の範囲に設定されている。
このように構成された本発明においては、圧縮空気噴射部から噴射される圧縮空気の噴射流の直進性を向上させることができ、固気二相流の流速を速くなり、表面処理の効率が向上する。【００１０】
本発明において、好ましくは、空気ノズルの整流部の径（Ｄ２）に対する整流部の長さ（Ｌ１）の比である整流部比（Ｌ１／Ｄ２）が２〜５０の範囲に設定されている。
このように構成された本発明においては、圧縮空気の流れが縮流部を通過する前に整流されるので、圧縮空気の噴射流の直進性をより向上させることができ、固気二相流の流速を速くなり、表面処理の効率が向上する。【００１１】
本発明において、好ましくは、ノズル組立体は、噴射材としてブラスト加工装置に用いられるブラストを噴射するノズル組立体である。
このように構成された本発明によれば、ノズル組立体により、噴射材を脈動なく噴射することができる。また、噴射速度が速いので、ブラスト加工能力が高くなる。即ち、本発明のノズル組立体をブラスト加工装置に搭載することにより、効率がよく且つ安定したブラスト加工を行うことができる。【００１２】
本発明は、上述したノズル組立体を用いて被加工物の表面を処理する表面処理方法であって、空気ノズルより圧縮空気をノズル本体の混合室に噴射してこの混合室を負圧にする工程と、ノズル本体の混合室の負圧により噴射材をノズル本体の噴射材吸引口より混合室に吸引して空気ノズルから噴射された圧縮空気と混合する工程と、この圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流としてノズル本体の噴射口より噴射する工程と、この噴射された噴射材が被加工物の表面に衝突することにより被加工物の表面処理を行う工程と、を有し、空気ノズルにより圧縮空気を噴射する工程において、空気ノズルの縮流部により圧縮空気の噴射流の膨張が抑制されていることを特徴としている。【００１３】
本発明において、好ましくは、空気ノズルにより噴射される圧縮空気の噴射流は、外縁に向かって流速が速くなっている。
このように構成された本発明においては、噴射流の外縁の流速が速くなるので、外縁では直進性が高くなる。したがって、速度の低い中心部で膨張しようとしても外縁での噴射流により膨張が抑制されるので、圧縮空気の噴射流全体としての直進性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のノズル組立体によれば、加圧式の有利点である高い加工能力と、吸引式の有利点である連続処理の双方を満足することができる。これによって、ブラスト加工、ショットピーニング、皮膜形成等の表面処理を乾式で連続して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によるノズル組立体を用いたブラスト加工装置を示す正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿って見た断面図である。
【図３】図１のブラスト加工装置の分級機構を示す側面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿って見た断面図である。
【図５】図１のブラスト加工装置の貯留ホッパ及び噴射材移送機構を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるノズル組立体を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルを示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルの縮流部の第１例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルの縮流部の第２例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルの縮流部の第３例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態によるノズル組立体における吸引力の変動幅を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるノズル組立体を説明する。最初に、図１及び図２により、本発明の実施形態によるノズル組立体を用いたブラスト加工装置の概要を説明する。図１は本発明の実施形態によるノズル組立体を用いたブラスト加工装置を示す正面図であり、図２は図２のII−II線に沿って見た断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ブラスト加工装置１は、ブラスト加工用の本実施形態によるノズル組立体２と、このノズル組立体２を収納する筐体４と、この筐体４の内部を吸引するための吸引機構６と、筐体４の下部に設けられ噴射材を分級するための分級機構８と、分級された噴射材を貯溜するための貯留ホッパ１０と、この貯留ホッパ１０に貯留された投射材をノズル組立体２に移送するための噴射材移送機構１２と、を備えている。
【００１８】
筐体４は、上部ケーシング１４と、この上部ケーシング１４の下方に設けられた下部ケーシング１６と、この下部ケーシング１６の外側に固定された外枠１８と、を備えている。上部ケーシング１４と外枠１８とは蝶番２０及びラッチ錠２２により連結されており、ラッチ錠２２を開放することにより、上部ケーシング１４が下部ケーシング１６に対して開閉可能となっている。
【００１９】
上部ケーシング１４と下部ケーシング１６の内部の空間が、ブラスト加工室２４となっている。このブラスト加工室２４に、ノズル組立体２が配置される。
【００２０】
上部ケーシング１４の正面には、作業部２６が設けられている。この作業部２６は、ブラスト加工室２４に外気を取り込むための吸気口と、ブラスト加工時に作業者がブラスト加工室２４に手を入れるための装入口と、を兼ねている。この作業部２６には、ゴム板２６ａが固定され、このゴム板２６ａには、中心部より放射状に延びる複数本の切込み２６ｂが形成されている。
【００２１】
ブラスト加工室２４には、ブラスト加工を行う際にワークＷが載置される加工板２８が固定されている。加工板２８には、噴射材を含む粉粒体が通過することができるように複数の開口が設けられている。
【００２２】
筐体４の正面側には、操作パネル３０と、圧力操作弁３２が取り付けられている。この圧力操作弁３２から供給された圧縮空気は、ホース３４により、ノズル組立体２に供給されるようになっている。また、貯留ホッパ１０の噴射材は、ホース３６により、ノズル組立体２に移送されるようになっている。
【００２３】
次に、図３及び図４により、分級機構８を詳細に説明する。図３は図１のブラスト加工装置の分級機構を示す側面図であり、図４は図３のIV−IV線に沿って見た断面図である。
分級機構８は、ブラスト加工室２４の粉粒体を再使用可能な噴射材と粉塵とに分離する機構である。ここでの粉塵は、ブラスト加工で生じた切削粉や衝突により再使用できない大きさになった噴射材等を指す。分級機構８は、ブラスト加工室２４からブラスト加工室２４を吸引する吸引機構６に向かう経路の途中に設けられており、吸引機構６により生じる風力により分離するようになっている。
【００２４】
ブラスト加工装置１においては、再使用可能な噴射材が粉塵より重い粒子であるので、分級により、再使用可能な噴射材を粉塵から分離している。具体的には、図３に示すように、分級機構８は、縦断面が円形であり一端面（図４では右側）が閉止板３８ａにより閉止されている円筒状の整流部材３８と、図３に示す側面方向からみた縦断面における上方が整流部材３８の径より大きな径の円形であり、下方は下端に向かって間隔が狭まるように伸延され（即ち、下端に向かって横断面の面積が連続して縮小され）、図４に示す正面方向からみた縦断面が縦長の四角形であり、四角形の下端面が開口された形状の分級部材４０と、整流部材３８の内側に整流部材３８と同心状に配設され両端が開口している円筒形状の吸引部材４２と、整流部材３８の側面に設けられた投入部材４４と、を備えている。この吸引部材４２には、上述した吸引機構６が連結されている。
【００２５】
分級機構８においては、吸引部材４０に連結された吸引機構６の作動により噴射材を含む粉粒体は外気と共に分級機構８に移送され、整流部材３８の内壁面と吸引部材４２の外壁面にて形成される整流部３８ｂにおける整流部材３８の内壁に沿って分級部材４０に向かって螺旋状に流れる。整流部３８ｂを通過した噴射材を含む粉粒体は、更に旋回しながら前進し分級部材４０に到達する。そして、旋回を続けながら減速しつつ更に前進を続ける（図４におけるａ）。減速する際に、重い粒子である再使用可能な噴射材は重力により分級部材４０の底部に落下し、分級機構８の底部に固定された貯留ホッパ１０に堆積する（図４におけるｂ）。一方、軽い粒子である再使用できない噴射材やブラスト加工で生じた切削粉は、吸引部材４２より吸引機構６に吸引され、吸引機構６の内部に設けられた捕集フィルタに捕集される（図４におけるｃ）。
【００２６】
次に、図５により、貯留ホッパ１０及び噴射材移送機構１２を詳細に説明する。図５は図１のブラスト加工装置の貯留ホッパ及び噴射材移送機構を示す断面図である。
図５に示すように、貯留ホッパ１０には、貯留ホッパ１０に貯留された噴射材をノズル組立体２に移送するための機構である噴射材移送機構１２が配置されている。噴射材移送機構１２は、貯留ホッパ１０の側壁（図５では左側壁）を貫通するように固定された円管状の噴射材取出管４６と、貯留ホッパ１０における噴射材取出管４６と対向する側壁（図５では右側壁）を貫通するように固定された円管状の外気導入管取付部材４８と、外気導入管取付部材４８に挿貫して固定された円管状の外気導入管５０と、を備えている。噴射材取出管４６は上述したホース３６を介してノズル組立体２の後述する噴射材吸引口７０（図６参照）に連結されている。
【００２７】
この噴射材取出管４６の内部には、ノズル組立体２の内部で発生した吸引力により、ノズル組立体２に向かって流れる気流が発生する。その際、外気導入管５０より外気が吸引される。即ち、外気導入管５０の先端では外気流が噴射された状態となる。この気流によって噴射材取出管４６の右端近傍では噴射材吸引口７０に向かう気流が発生する。この気流に乗って、貯留ホッパ１０内の噴射材は噴射材取出管４６に吸引され、ノズル組立体２に移送されるようになっている。
【００２８】
次に、図６乃至図１０により、本発明の実施形態によるノズル組立体２について詳細に説明する。図６は本発明の実施形態によるノズル組立体を示す部分断面図であり、図７は本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルを示す断面図であり、図８乃至図１０は、それぞれ、本発明の実施形態のよるノズル組立体の空気ノズルの縮流部の第１例、第２例、第３例を示す断面図である。
【００２９】
図６に示すように、本実施形態のノズル組立体２は、ノズル本体６０と、このノズル本体６０の内部に圧縮空気を噴射する空気ノズル６２と、を備えている。ノズル本体６０は、ノズルホルダ６４と、このノズルホルダ６４の一端側（図３では下端面側）より挿嵌して固定された円筒形状の噴射ノズル６６を備えている。このノズル本体６０のノズルホルダ６４の他端側（図３では上端面側）には、空気ノズル６２が挿嵌して固定される。ノズル本体６０の内部の空気ノズル６２の下端と噴射ノズル６６の上端の近傍には、ノズル本体６０の内部の空間を形成する混合室６８が設けられている。
【００３０】
ノズルホルダ６４の上部には、噴射材を吸引するための噴射材吸引口７０及びこの噴射材吸引口７０から混合室６８に向かう経路である第一の経路７２が形成されている。
【００３１】
噴射ノズル６６には、その下端に固気二相流を噴射するための円形の噴射口７４が形成され、さらに、混合室６８から噴射口７４に向かう経路である第二の経路７６が形成されている。
【００３２】
ノズル本体６０において、上述した噴射材吸引口７０、第一の経路７２、混合室６８、第二の経路７６、噴射口７４は、連通されている。
【００３３】
図７に示すように、空気ノズル６２は、円筒形状であり、その内部には圧縮空気の経路である第三の経路７８が形成され、さらに、圧縮空気が噴射される先端（図７における下端）に圧縮空気噴射部８０が設けられている。空気ノズル６２の第三の経路７８は、連続した径を持つ圧縮空気導入部８２と、この圧縮空気導入部８２と連通し先端に向かって徐々に縮径する加速部８４と、この加速部８４に連通し径が一定の整流部８６と、を備えている。なお、圧縮空気導入部８２の断面積と整流部８６の断面積の差が、圧縮空気の流れが阻害されない程度の大きさであれば、加速部８４を省略してもよい。
【００３４】
空気ノズル６２は、その圧縮空気噴射部８０がノズル本体６０の混合室６８に位置するように、ノズルホルダ６４に挿嵌して固定されている。空気ノズル６２の他端（図６及び図７における上端）はホース３４及び圧力調整弁３２を介して圧縮空気供給源（図示せず）と連結されており、圧縮空気供給源の作動により圧縮空気が混合室６８に噴射されるようになっている。この噴射流は周囲の空気を巻き込みながら直進するため、混合室６８は負圧となり、吸引力が発生する。この吸引力は圧縮空気噴射部８０と噴射ノズル６６の内壁面との距離によって大きさが変わるので、最適な吸引力となるように空気ノズル６２を上下方向に移動させて調整し、図示しないボルト等でノズルホルダ６４に固定する。この吸引力により、噴射材は噴射材吸引口７０より混合室６８に向かって吸引される。混合室６８に到達した噴射材は、圧縮空気と混合され、この混合された圧縮空気と噴射材は、第二の経路７６を通り、噴射口７４より固気二相流として噴射される。
【００３５】
ここで、従来の装置では、圧縮空気噴射部より圧縮空気が噴射する際、噴射直後に噴射流が膨張して混合室の壁面に衝突し、噴射のエネルギーの損失が発生していた。この噴射のエネルギーの損失により、噴射材を吸引するための吸引力及び固気二相流の流速が低下し、加工能力が低下していた。このエネルギーの損失を抑えるために、本実施形態のノズル組立体２においては、整流部８６近傍の第三の経路７８の断面積より小さな円形の開口を持つ縮流部８８が圧縮空気噴射部８０に設けられている。縮流部８８の開口径が小さいので、整流部８６を通過した圧縮空気が縮流部８８において加速される。更に、縮流部８８を通過して噴射された圧縮空気は、外縁ほど流速が速く、且つ直進性が高い。これは、第三の経路７８を通過した圧縮空気が縮流部８８において急激に圧縮され、この圧縮により、圧縮空気の流れの外縁が相対的に加速されるためである。よって、圧縮空気噴射部８０から噴射される噴射流の中心部が幅方向に膨張しようとしても外縁の噴射流がこれを抑えるので、圧縮空気全体で直進性が向上し、混合室６８の壁面との衝突によるエネルギーの損失を抑えることができる。
【００３６】
空気ノズル６２において、整流部８６の断面積Ｓ１に対する縮流部８８の開口の断面積Ｓ２の比である断面積比（Ｓ２／Ｓ１）が小さすぎると圧縮空気が縮流部８８を通過する際に抵抗となり、大きすぎると圧縮空気が縮流部８８を通過する際に加速することができない。圧縮空気を良好に加速するためには、整流部８６の断面積Ｓ１に対する縮流部８８の開口の断面積Ｓ２の比である断面積比（Ｓ２／Ｓ１）を０．３〜０．８の範囲に設定することが好ましい。
【００３７】
縮流部８８を圧縮空気が通過する際、圧縮空気は直進するように整流される。しかし、縮流部８８が長すぎると圧縮空気が通過する際に抵抗となり、噴射速度が低下する。したがって、縮流部８８における開口の径Ｄ２に対してこの開口の長さＬ２は、圧縮空気の噴射流の直進性が得られる程度に可及的に短い方が好ましい。このため、本実施形態においては、空気ノズル６２において、縮流部８８における開口の径Ｄ２に対するこの開口の長さＬ２の比である縮流部比（Ｌ２／Ｄ２）は０．１〜０．５の範囲に設定することが好ましい。
【００３８】
また、空気ノズル６２の第三の経路７８は上述したように整流部８６を備えているので、圧縮空気噴射部８０より噴射される圧縮空気の直進性が更に向上し、それにより、ブラスト加工の能力がさらに向上する。更に、整流部８６により、噴射流の脈動（衝撃波）の発生を抑えることができるので、混合室６８で発生する吸引力は一定となる。従って、ノズル本体６０の噴射材吸引口７０から吸引される噴射材の吸引量が常に一定となるので、安定したブラスト加工を行うことができる。これらの効果を得るには、整流部８６の径Ｄ１に対する整流部の長さＬ１の比である整流部比（Ｌ１／Ｄ１）を２〜５０の範囲に設定することが好ましい。
【００３９】
縮流部８８の形状は図７及び図８に示された入口側と他の部分が同一の径の形状に限定されず、例えば、図９に示すような、入口側がテーパ形状であり径が拡大されているような形状でもよく、さらに、図１０に示すような、入口側がＲ形状であり径が拡大されているような形状でもよい。
【００４０】
（ブラスト加工方法）
次に、本実施形態によるノズル組立体２を備えたブラスト加工装置１によるブラスト加工方法について説明する。
【００４１】
最初に、操作パネル３０を操作し、吸引機構６を作動させて、ブラスト加工室２４内を吸引する。次に、ラッチ錠２２を開錠し、上部ケーシング１４を開ける。次に、所定量の噴射材をブラスト加工室２４に投入し、噴射材を分級機構８を介して貯留ホッパ１０に移送する。その後、上部ケーシング１４を閉め、ラッチ錠２２にて施錠して上部ケーシング１４と下部ケーシング１６とを固定し、ブラスト加工室２４を閉じられた空間とする。ブラスト加工室２４は、吸引機構６により吸引されているので負圧となり、外気が作業部３６よりブラスト加工室２４に流入する。この外気の流れにより、後述するようにノズル組立体２より噴射材を噴射しても、噴射材を含む粉粒体（噴射材及び粉塵）はブラスト加工室２４の外部に漏出することがない。
【００４２】
噴射材は、ブラスト加工で一般的に用いられる粉粒体であればよい。例えば、噴射材として、鉄系及び非鉄金属系のショット及びカットワイヤ及びグリッド、セラミックスの粒子（例えば、アルミナや炭化珪素やジルコン等）、ガラスの粒子、樹脂の粒子（例えば、ナイロン樹脂やメラミン樹脂やユリア樹脂等）、植物種子の粒子（例えば、くるみやピーチ等）、等を用いることができる。
【００４３】
作業者は、手袋を装着し、作業部２６より手を差し入れて、ノズル組立体２を把持する。次に、フットスイッチ（図示せず）を「ＯＮ」操作して噴射材を含む固気二相流を噴射口７４より噴射する。その際、作業者は、圧力調整弁３２を操作して、所定の噴射圧力となるように調整した後、フットスイッチを「ＯＦＦ」操作して噴射材の噴射を停止し、手を作業部２６から抜出する。
【００４４】
次に、ラッチ錠２２を開錠し、上部ケーシング１４を開け、加工板２８上にワークＷを載置した後、上部ケーシング１４を閉め、ラッチ錠２２にて施錠して上部ケーシング１４と下部ケーシング１６とを固定する。
【００４５】
作業者は、操作パネル３０し、作業部２６より手を差し入れて、ノズル組立体２及び加工板２８上に載置されたワークＷを把持した後、フットスイッチを「ＯＮ」操作して固気二相流を噴射口７４より噴射する。そして、手袋を介して作業者自身でワークＷを噴射口７４に対して走査することで、ワークＷの研掃が行われる。このワークＷの研掃は、加工精度が要求される場合には、作業者が、ワークＷを加工板２８に手で押さえて固定した状態でノズル１０装置を水平方向に移動させて加工し、一方、加工精度の要求が高くない場合には、作業者が、ノズル１０装置をワークＷに近づけたり遠ざけたりして加工するようにしてもよい。
【００４６】
噴射口７４より噴射された噴射材を含む粉粒体は吸引機構６の吸引力によって分級機構８に移送される。分級機構８において、再使用可能な噴射材と粉塵とに分離され、この再使用可能な噴射材は貯留ホッパ１０に堆積される。貯留ホッパ１０に堆積された再使用可能な噴射材は、噴射材移送機構１２によりノズル組立体２に移送され、再び噴射口７４より噴射される。一方、重量の軽い粉塵は、吸引機構６に吸引され、吸引機構６内の捕集フィルタに捕集される。
【００４７】
固気二相流をワークＷに向けて所定の時間噴射したら、フットスイッチを「ＯＦＦ」操作して固気二相流の噴射を停止し、手を作業部２６から抜出する。その後、ラッチ錠２２を開錠し、上部ケーシング１４を開け、ワークＷを回収する。このワークＷに付着した噴射材や粉塵を除去して一連のブラスト加工が完了する。
【００４８】
次に、本実施形態によるノズル組立体１０による効果を確認するために行なった実施例及び参考例を使用した実験の結果について説明する。
【００４９】
（実施例１）
本実施形態によるノズル組立体２において、
（１）整流部８６の断面積（Ｓ１）に対する縮流部８８の開口の断面積（Ｓ２）の比（断面積比：Ｓ２／Ｓ１）、
（２）縮流部８８の開口の径（Ｄ２）に対する開口の長さ（Ｌ２）の比（縮流部比：Ｌ２／Ｄ２）、
（３）縮流部８８の径（Ｄ２）に対する整流部の長さ（Ｌ１）の比（整流部比：Ｌ１／Ｄ２）を、
それぞれを変化させて、噴射材吸引口７０における吸引力を測定した。以下、その測定結果について説明する。実施例１では、吸引力として、ノズル組立体２の吸引力の最大値を示した「最大静圧」及び噴射の吸引力の安定性（脈動の程度）を示す「静圧の変動幅」を測定した。
【００５０】
最大静圧は噴射材吸引口７０を閉止し、ここに圧力センサ（キーエンス株式会社製；ＡＰ−４４）を接続し、圧縮空気（０．２ＭＰａ）を空気ノズル６２からに１０分間噴射したときの平均値とした。
【００５１】
また、噴射材吸引口７０の側面に孔を設け、ここに圧力センサ（キーエンス株式会社製；ＡＰ−４４）を接続し、圧縮空気（０．２ＭＰａ）を空気ノズル６２から１０分間噴射すると共に噴射材吸引口７０に吸引力を発生させた。噴射材を１ｋｇ／ｍｉｎで噴射材吸引口７０に投入し、吸引力により混合室６８に吸引させたときの静圧を測定した。この測定値を、１０分間の平均圧力に対する圧力の最大値及び最小値を％にて示し、これを静圧の変動幅とした。
【００５２】
測定結果を表１及び図１１に示す。最大静圧は−４０ｋＰａであれば、概ね噴射材の種類を問わず良好に吸引することができることを確認した。実施例１−１〜１−７の条件においては、良好に吸引できることが確認された。また、変動幅は±５％以内であれば噴射が脈動しないため仕上がり程度に影響を及ぼすことがなく、実施例１−１〜１−７の条件においても良好に吸引できることも確認された。
一方、断面積比（Ｓ２／Ｓ１）、縮流部比（Ｌ２／Ｄ２）、整流部比（Ｌ１／Ｄ２）が上述した範囲を逸脱している比較例１−１〜１−６においては、最大静圧の不足又は変動幅の基準からの逸脱が生じていた。しかし、吸引力については比較的軽い噴射材（例えば、粒子径が１００μｍ以下の金属系の噴射材、粒子径が２００μｍ以下のセラミックス系の噴射材、ガラス粒子、樹脂の粒子、植物系の粒子、等）については良好に吸引できる吸引力であった。また、変動幅については、仕上げ程度の厳密な管理が要求されない加工（例えば、バリ取り、鋳物の砂落とし、面粗し等）については問題なく加工できる変動幅であった。即ち、断面積比（Ｓ２／Ｓ１）、縮流部比（Ｌ２／Ｄ２）、整流部比（Ｌ１／Ｄ２）が上述した範囲内であれば、条件を選ばず良好に噴射材を安定して吸引できるが、たとえ上述した範囲を逸脱していても条件次第ではブラスト加工を行うことができることが示唆された。
【００５３】
【表１】
2016136443.tif 000003
【００５４】
（実施例２）
実施例１における実施例１−１、１−４、１−５のノズル（以降、順に「ノズルＡ」「ノズルＢ」「ノズルＣ」と記す）を用いてブラスト加工を行った結果について説明する。アルミナ質の砥粒（新東工業株式会社製：ＡＦ１２０（平均粒径１２５μm））を噴射材とし、ワーク（６０×６０×ｔ６ｍｍのＳＳ４００材）に向けて１分間噴射した。なお、噴射口７４とワークＷとの距離は１００ｍｍとし、噴射圧力を０．２〜０．４ＭＰａとした。加工前後のワークＷの重量を電子天秤（株式会社エー・アンド・デイ製：ＧＨ−２００）にて測定し、切削量を算出した。また、従来の吸引式のノズル組立体（本実施形態における縮流部８８が設けられていない）を用いて同様の加工及び測定を行い、切削量を算出した。これらの切削量から、次式を用いて、加工効率を算出した。
【００５５】
【数１】
2016136443.tif 000004
【００５６】
結果を表２に示す。実施例２-１〜実施例２−９として示すように、いずれの条件においても加工効率が１００％を超えており、従来のノズル組立体より加工能力が向上していることが確認された。また、本実施形態のノズル組立体２は、噴射圧力が低いほど、加工効率の向上が顕著に表れた。
【００５７】
【表２】
2016136443.tif 000005
【００５８】
上述の実施形態では、本発明のノズル組立体をブラスト加工に適用した場合を例に説明したが、本発明のノズル組立体は、その他の表面処理にも適用することができる。例えば、噴射材として鋼鉄または非鉄金属のショットを被加工物に向けて高速で噴射することにより、被加工物の塑性変形による加工硬化や圧縮残留応力の付与を行う「ショットピーニング」処理に適用することができる。他の例として、皮膜形成材料の粉粒体（例えば、錫や亜鉛やアルミニウム等の金属、二硫化モリブデンや酸化金属等の金属化合物、等）を被加工物に向けて高速に噴射することにより、該粉粒体の塑性変形により被加工物に皮膜を形成する「皮膜形成」処理に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ブラスト加工装置
２  ノズル組立体
４  筐体
６  吸引装置
８  分級機構
１０  貯留ホッパ
１２  噴射材移送機構
１４  上部ケーシング
１６  下部ケーシング
２４  ブラスト加工室
２６  作業部
２８  加工板
６０  ノズル本体
６２  空気ノズル
６４  ノズルホルダ
６６  噴射ノズル
６８  混合室
７０  噴射材吸引口
７２  第一の経路
７４  噴射口
７６  第二の経路
７８  第三の経路
８０  圧縮空気噴射部
８２  圧縮空気導入部
８４  加速部
８６  整流部
８８  縮流部
【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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【国際調査報告】
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