(57)【要約】【目的】高圧水流を利用して、低コストで効果的なブラストを行い得る装置を提供する。【構成】高圧水流をブラストノズル１９からワークに噴射して洗浄を行うとともに、ブラストノズル１９を先端に有するパイプ１８内にて高圧水流を噴射することによりパイプ１８内に負圧を形成し、その負圧により氷粒を吸引し、前記の高圧水流と混合した流れをブラストノズル１９から噴射する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水流をブラストノズルからワークに噴射して洗浄を行なうとともに、ブラストノズルを先端に有するパイプ内にて高圧水流を噴射することによりパイプ内に負圧を形成し、その負圧により氷粒を吸引し、前記の高圧水流と混合した流れをブラストノズルから噴射するようにしたことを特徴とするアイスウォーターブラスト装置。
【請求項２】
パイプは基端において閉じており、先端にブラストノズルを有する閉管構造を有し、その閉じた基端側とブラストノズルとの間に氷粒を供給するためのアイスノズルを有している請求項１記載のアイスウォーターブラスト装置。
【請求項３】
パイプ内に高圧水流を噴射するウォーターノズルは、高圧水流の噴射軸線とアイスノズルの傾斜軸線との交点よりもパイプ基端寄りに配置されている請求項１又は２記載のアイスウォーターブラスト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷粒をワークにブラストして行なう、アイスウォーターブラスト装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成形バリや、加工時に発生するバリ状の部分、或いは対象物（以下ワークと総称。）に付着している汚れ等を除去するために、従来からショットブラストや化学薬品による洗浄、或いは超高圧水の噴射等の方法が取られている。ショットブラスト及びそれに類似の方法の場合、ブラスト材や研磨により発生した微細な屑がワークに付着し、特に入り組んだ部分に付着したものは除去するのも容易ではなく、またワークに対するダメージも或る程度は受け入れざるを得ないという問題がある。化学薬品による場合には、薬品と材質との組み合わせによって限定されることがあり、処理後の洗浄が必要不可欠であるほか薬液の影響が残存する虞れもある。
【０００３】
無公害性という観点からは水噴射が良いが液体であるためブラスト性能は不足する。これに対してドライアイスを用いるブラスト技術が知られており、例えば特開平５−２３７７６８号、同６−３３１７９５号、同９−１５５７４１号等が提案されている。ドライアイスは固体であり、ショットブラストのように機械的な打撃力も期待することができる。しかしドライアイスは消費するのみでリサイクルができないため高価であり、例えば半導体製品の製造に関わるものや、その他の特別な用途など、ドライアイスの高価格を問題としない加工に制限され、汎用性があるとは言えないものである。またドライアイスは、空気を含む気体によって搬送されなければならない。このため気体を供給するブロワなどポンプ騒音が大きく、またモーター馬力のために大きな電力を必要とする。労働環境を著しく低下させる問題があり、このような事情から出力を増強しブラスト効率を向上させることが簡単には行ない難い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の下で、本件発明者は、水洗浄に長年携わって来た経験から、高圧水流の持つ強力な洗浄能力に着目し、その本質を変えることなく、かつ高価なブラスト材を使用することなく、洗浄能力をさらに高め得るならば、低コストで、高いブラスト能力を有する装置を構成し得ることに想到し、本発明を完成した。
【０００５】
従って本発明の課題は、高圧水流を利用して、低コストで効果的なブラストを行ない得る装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、高圧水流を搬送手段として、水の固体である氷粒をブラストすることにより、強力なブラスト効果が得られるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、ブラストノズルを先端に有するパイプ内にて高圧水流を噴射することによりパイプ内に負圧を形成し、その負圧により氷粒を吸引し、前記の高圧水流と混合した流れをブラストノズルから噴射するという手段を講じたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアイスウォーター装置は、高圧水流をブラストノズルからワークに噴射して洗浄を行なうという構成、効果を基本に有しているものである。つまり本発明装置によるブラスティングの結果、必然的に洗浄が実施されることになるものである。この高圧水流がワークに向かって噴射される開口を本発明では、ブラストノズルと称している。なお、高圧水流という場合、本発明では２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を言うものとする。これを下回る圧力では氷粒の吸引性能が不足する傾向となる。
【０００８】
このブラストノズルを先端に有するパイプ中に高圧水流を高速で噴射することによって、パイプ内に負圧を形成する。パイプは基端において閉じており、先端にブラストノズルを有する閉管構造を有するものとし（図２参照）、その閉端側からブラストノズル側に向けて高圧水流を噴射したときに、パイプ内に迅速に強力な負圧が形成される。水流ではなく、エア噴射によって同様に減圧状況を形成することは、前記従来技術において示した先行例に記載されているが、エアは圧縮性流体であるため迅速性及び圧力の安定性の点で劣っており、かつまた大型ブロワポンプとその騒音のため現実には著しく効率が低い。これに対して、本発明は高圧水流によって負圧を形成するためエア噴射による場合の問題がなく、小型設備でも十分に静粛な環境下で強力かつ負圧を得ることができる。なお、噴射圧力を増大すれば得られる負圧はより強力なものとなる。また、圧力が一定でも、噴射水量を増して行くと負圧が低下したのと同じ傾向となる。
【０００９】
前記負圧により氷粒が吸引され、高圧水流と混合した固液混合の流れとしてブラストのブラストノズルから噴射される。この発明の固液混合の流れによるブラストをアイスウォーターブラストと称せしめる所以である。
【００１０】
パイプ内に高圧水流を噴射するウォーターノズルは、高圧水流のパイプ内における噴射軸線と方向が一致し、これに対して、氷粒を供給するアイスノズルの軸線方向は傾斜的に交叉しており、かつその傾斜軸線との交点よりもパイプ基端寄りに配置されていることが望ましい。ウォーターノズルを高圧水流の噴射軸線とアイスノズルの傾斜軸線との交点よりも相対的に後方に配置することによってパイプ内壁に氷結が起きにくくなり、スムーズに固液混合状態を作り出すことができる。従来エア噴射の場合にはその圧力効果を軽減し所期圧力を維持したいためにエアノズルを可能なかぎり前進させており、その結果ドライアイスや氷結水分が内壁に付着し、ブラスト能力を低下させることがしばしばあり、問題となっていたが、本発明の構成により上記の問題点は解決をみた。
【００１１】
以上の説明から理解されるように、本発明による洗浄液は水、またブラスト材料は氷であるから、水と氷以外の成分を必要とせずにブラスティングを実施する方法を開示するものである。したがって洗浄液、ブラスト材料を回収、濾過し、リサイクル使用することが容易であり、製氷用水もリサイクル水を使用することができる。
【００１２】
【実施例】
以下図示の実施例により本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係るアイスウォーターブラスト装置全体の略図であり、その他に使用水のリサイクル系が組み合わされいる。図において、１１はブラストガン、１２は高圧水流系、また１３は氷粒供給系を夫々示す。高圧水流１２は、高圧ポンプ１４と貯水タンク１５とを具備し、０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２（２０ＭＰａ）の範囲で高圧水流をブラストガンに供給可能とする。氷粒供給系１３は、砕氷機１６と製氷機１７とを有している。
【００１３】
製氷機１７としては、ドラム表面に水を氷結させ掻き落としてできたスケールアイスや、圧縮した小粒のさらさらした氷が連続製氷されたフレークアイス、或いは貯水中に再結氷することのない形状にかたく結氷した小塊状のコンタキューブ等を製氷するものがあるが、実施例ではコンタキューブ製氷機とそれを破砕するクラッシャーを組み合わせている。この製氷機１７は氷のかたさを変化させることができて堅い氷を得やすく、氷粒の大きさを刃の調整によって変えることができ、かつまた氷粒の供給量を変えることができるので好適である。クラッシャー１６は図４（ａ）に示すホッパーの歯３３と組み合わされるドラム３４に歯３５を植えた構造のもの、図４（ｂ）に示すウォームギヤ状の歯３６、３７を組み合わせたものなどを使用することができる。
【００１４】
ブラストガン１１は、図２に示されているように一様な円筒状の一端が閉じている閉管構造を有するパイプ１８を有し、その先端はブラストノズル１９となって開口している。パイプ１８の中心軸線は、ウォーターノズル２１から高圧水流を噴射する方向即ち噴射軸線２２と一致しており、アイスノズル供給系１３の軸線２３は傾斜設定され、かつその軸線２３との交点２４はパイプ中間部に設けられている。交点近傍のパイプ内面は平滑である方が良く、ウォーターノズル２１の位置は交点２４より相当後退させ、強力な高圧水流を安定に形成することができるものになっている。
【００１５】
パイプ１８はノズル径を大小のものを選択することができる（図３）。より小径のパイプ１８′を用いることにより、ブラスト力をより狭い範囲に集束的にワークに作用させることができ、より大径のパイプ１８″を用いることによりブラスト力をより広い範囲で分散的に作用させることができる。図３中、２５は高圧水流制御用の弁を示しており、開閉及び流量調節を行なう。
【００１６】
ブラストガン１１より、作業ブース２６ワーク２７に向けて高圧水流が噴射されると、高圧水流はワーク２７に衝突し衝撃によって洗浄が行なわれる、と同時に、パイプ１８…内に強力な負圧が形成され、氷粒供給系１３から供給される氷粒が吸引され、高圧水流と混合する状態となる。この混合流は固体分として含んでいる氷の衝撃力により、ワーク２７に残存しているバリを取り去り、汚れを分離することとなる。この間、ワークは回転させることも可能である、かつまたブラストガン１１も任意の噴射方向へ向け得るものとする。
【００１７】
本発明の装置の能力、効果の確認のために、径高さ１００×３５ミリメートルのカップ２８でアイスウォーターブラストを受け取り、その衝撃力をはかり２９で計測する実験を次の条件において行なった（図５）。
・噴射水流温度　常温、
・噴射水流水量　３０リットル／分、
・噴射水流圧力　１５ＭＰａ（１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２）、
・氷噴射量　９０ｋｇ／時、
その結果、次の結果が得られた。
▲１▼水のみ　７ｋｇ前後、
▲２▼水＋空気（系１３から）　７．５ｋｇ前後、
▲３▼水＋スケールアイス　７．８ｋｇ前後、
▲４▼水＋フレークアイス　９ｋｇ前後、
▲５▼水＋コンタキューブ氷粒　１３ｋｇ前後。
【００１８】
この実験により、氷粒を混合した高圧水流の衝撃力が顕著に増えていることが分かり、しかもその勢いで氷粒がワーク２７に衝突するので著しいブラスト効果を発揮することとなる。またこの実験は、本発明装置内のものであり、従来技術との対比ではないが、ドライアイスによるブラストよりも重い氷によるブラストの方がより有効であり、衝撃力の調整範囲も大きいことは容易に推測することができる。なお処理水は、シンク３１から回収され、リサイクル系３２において異物除去、水の活性化処理などを経て、循環使用される。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成されかつ作用するものであるから、高圧水流と氷のみによる低コストの洗浄及びブラストが実施でき、氷粒による強力なブラスト効果はワークの隅々に行き渡り、バリを削り取りまた汚れを除去する上、事後、流れ去るか蒸発するため、後処理が不要となり、薬品類を使用しなくて良いから環境汚染の原因となることがなく、かつ静粛な運転が実現する等、顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアイスウォーターブラスト装置の実施例の説明図。
【図２】同上のブラストガンを示す概略断面図。
【図３】同じく変形例を示す側面説明図。
【図４】（ａ）クラッシャーの１例を示す説明図。
（ｂ）クラッシャーの他例を示す説明図。
【図５】本発明装置の能力確認の実験例を示す説明図。
【符号の説明】
１１　ブラストガン
１２　高圧水流系
１３　氷粒供給系
１８　パイプ
１９　ブラストノズル
２１　ウォーターノズル
２２　噴射軸線
２３　傾斜軸線
【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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