(57)【要約】【課題】従来装置に比して格段に高性能化し、処理の高速化が図れるエアブラスト装置を提供する。【解決手段】（ｉ）超音速空気流を生成する超音速ノズル１１と、（ｉｉ）噴射物供給口１２と、（ｉｉｉ）　超音速空気流と噴射物とを流入させ、かつ、噴射物を誘導により超音速空気流に混合して混合空気流を生成する誘導混合チャンバ１３と、（ｉｖ）混合空気流を対象物６に衝突させる噴射口１４と、から構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音速空気流を生成する超音速ノズルと、
噴射物を供給する噴射物供給口と、
前記超音速ノズルからの前記超音速空気流と、前記噴射物供給口からの前記噴射物と、を流入させ、かつ、該噴射物を誘導により該超音速空気流に混合して混合空気流を生成する誘導混合チャンバと、
前記誘導混合チャンバで生成された前記混合空気流を、ブラスト処理すべき対象物に衝突させる噴射口と、
を備えることを特徴とするエアブラスト装置。
【請求項２】
前記噴射物供給口を、前記誘導混合チャンバに対して複数設けることを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【請求項３】
前記誘導混合チャンバは略円筒をなし、前記噴射物供給口を、該略円筒の底面および側面の少なくとも一方に設けることを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【請求項４】
前記誘導混合チャンバは略円錐台をなし、前記噴射物供給口を、該略円錐台の底面および側面の少なくとも一方に設けることを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【請求項５】
前記噴射口を、前記略円筒の上面に設けることを特徴とする請求項３に記載のエアブラスト装置。
【請求項６】
前記噴射口を、前記略円錐台の上面に設けることを特徴とする請求項４に記載のエアブラスト装置。
【請求項７】
前記噴射口は、略円形、略三角形、略矩形およびスリット形のいずれかの断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【請求項８】
前記超音速空気流を生成するために、前記超音速ノズルの入口から圧入される高圧空気は、乾燥された常温以上の高温の空気であることを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【請求項９】
外部から供給される圧入空気を、前記超音速ノズルの入口において、圧力一定に保ち、一様流の前記超音速空気流を得るための整流筒をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエアブラスト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空圧噴射機械装置いわゆるエアブラスト装置に関する。
【０００２】
エアブラスト装置は、噴射物を空気流に混合し、この混合空気流を高速度で対象物の表面に衝突させることによって、その対象物表面の処理あるいは加工をするための装置である。
【０００３】
このエアブラスト装置の利用範囲は、例えば、（ａ）白線剥離、アスファルト清掃等の道路路面処理、（ｂ）建物、橋梁、船舶、航空機等に対する外部塗装の剥離、すなわち屋外構造物塗装剥離処理、（ｃ）自動車整備用ブラスト処理、（ｄ）メッキ下地処理用ブラスト処理、（ｅ）機械部品、樹脂部品のバリとり処理、（ｆ）金属、木、樹脂部品の研磨または加工処理、（ｇ）精密部品（機械、電子）の研磨または加工処理、（ｈ）リターン処理、（ｉ）資源リサイクル処理、等、きわめて多岐に及ぶ。
【０００４】
【従来の技術】
図１３は一般的なエアブラスト装置の典型的な原理構成を示す図である。
【０００５】
本図において、参照番号１はエアブラスト装置全体を示しており、高圧空気の流入管２と、ガラスビーズ、アルミナ等の微小粉粒体等からなる噴射物の流入管３と、これらの流入管２および３からのそれぞれの流れを混合して噴射するノズル４とからなる。そして、このノズル４からの混合空気流５が対象物６に衝突し、その表面に対して、研磨、剥離等の表面処理あるいは微細彫刻等の加工処理を施す。なお一般的なエアブラスト装置の一例としては下記の特許文献１および２等がある。
【特許文献１】
特開平９−３８８６４号公報
【特許文献２】
特開平９−１０９０２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す一般的なエアブラスト装置１は古くから実用に供され、ブラスト処理／加工分野では広範に利用されている。
【０００７】
ところで、近年の資源回収への関心の高まりから、既述した処理の中で、とりわけ（ｉ）資源リサイクル処理への利用が急拡大しつつある。一例を挙げると、ゴミとして収集された大量のアルミ缶あるいはスチール缶から、純度の高いアルミ素材あるいは鉄素材を回収するに際し、その表面に付着された各種の着色塗料を剥離する、という工程があり、これは前処理として重要な工程である。
【０００８】
しかしながら、上述した従来のエアブラスト装置１を用いた場合、上記前処理の工程に相当の時間を要し、これがボトルネックとなって、高性能かつ高速の資源リサイクル処理が実現できない、という問題があった。ただし、この問題は上述した一例としての資源リサイクル処理に限らず、既述した各種処理（ａ）〜（ｈ）に共通の問題である。
【０００９】
したがって本発明は上記問題点に鑑み、従来に比して格段に高性能かつ処理の高速化を図ることのできるエアブラスト装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理構成を示す断面図である。
【００１１】
本図に示すとおり、本発明に係るエアブラスト装置１０は、超音速空気流１７を生成する超音速ノズル１１と、噴射物を供給する噴射物供給口１２と、超音速ノズル１１からの超音速空気流１７と、噴射物供給口１２からの噴射物と、を流入させ、かつ、該噴射物を誘導により超音速空気流１７に混合して混合空気流１５を生成する誘導混合チャンバ１３と、誘導混合チャンバ１３で生成された混合空気流１５を、ブラスト処理すべき対象物１６に衝突させる噴射口１４と、を備えて構成される。
【００１２】
本発明において特に注目すべき点は、第１に、超音速ノズルを採用したことと、第２に、誘導混合チャンバ１３を設けたことである。
【００１３】
第１に超音速ノズルを採用した点について考察する。この超音速ノズルそれ自体は、原理的にＬａｖａｌノズルとして既に周知である。そして、この超音速ノズルは、通常は、実験用風洞やジェットエンジン等の大型設備あるいは機械に広く採用されている。
【００１４】
したがって、比較的小規模の空圧噴射機械装置に、その超音速ノズルを応用するという発想は、従来は全く無かったものと思われる。ちなみに、図１２に示すような典型的なノズル４から噴出される空気流の速度が最大で約１００ｍ／秒程度であるのに対し、超音速ノズルから噴出される空気流の速度は１０００ｍ／秒以上ものオーダに達し、マッハを超える。それゆえ、超音速（マッハ１〜５）、さらには極超音速（マッハ５〜１１）の空気流を、その超音速ノズル１１から得ることができる。
【００１５】
既述のとおり、このような超音速ノズルを、空圧噴射機械装置に転用するという発想は、これまで全く無かった。しかしもしその発想が仮にあったとしても、上述した大型の実験用空洞やジェットエンジンから、小型の空圧噴射機械装置への、単なる転用だけでは、本発明のエアブラスト装置１０を実現することはできないことが分かった。
【００１６】
そこで本発明者は、超音速ノズルを利用可能な種々の構造のエアブラスト装置を試作し、それぞれの性能を検証した。
【００１７】
その結果、上記図１の構成を基本とするエアブラスト装置１０によって、超音速ノズルの本来の能力を十分に発揮させることができることを突き止めた。
【００１８】
本発明において特に注目すべき点が、第１に、超音速ノズルを採用したことと、第２に、誘導混合チャンバ１３を設けたことにある点は初めに述べたとおりであり、また、その第１の点についての考察は上述したとおりである。ここで、上記図１の構成を基本とするエアブラスト装置１０によって、超音速ノズル１１の本来の能力を十分に発揮させることが可能になったのは、上述した２つの注目すべき点のうち後者の第２の点の着想に起因する。すなわち、図１に示すように構成された誘導混合チャンバ１３を採用するという着想により、初めて本発明が完成する。
【００１９】
この誘導混合チャンバ１３は、超音速ノズル１１の出口側に、噴射物との混合手段として、配置される。通常、かかる混合手段は、ノズルの入口側に配置されるのが常識的であるから（図１３参照）、本発明の構成はこの点で従来とは全く逆になる。
【００２０】
そして本発明の混合チャンバ１３は、「誘導」混合チャンバである。つまり、周知の「霧吹き」混合とは全く違う。もし「霧吹き」混合の原理を利用するならば、図１において、（ｉ）噴射物供給口１２は、超音速ノズル１１の出口の直近に置かれ、かつ、（ｉｉ）噴射物の噴出方向（図中の矢印１９参照）は、その出口の直近において、超音速空気流１７の流れの方向に対してほぼ直角でなければならない。
【００２１】
しかし図１によれば、（ｉ）噴射物供給口１２は、超音速ノズル１１の出口の直近に置かれておらず、また（ｉｉ）噴射物の噴出方向（１９）は、超音速空気流１７の流れの方向に対して直角でもない。
【００２２】
かくのごとく、本発明に基づく混合チャンバ１３は、「霧吹き」混合チャンバではない。本発明者は、種々分析の結果、本発明装置１０が、「霧吹き」ではなく、「誘導」によるものと結論付け、これを誘導混合チャンバ１３と呼ぶことにする。この「誘導」の様子は図１において、矢印１８の流れとして図解的に表す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施例１を示す斜視図である。なお、全図を通じて、同様の構成要素には同一の参照番号または記号を付して示す。
【００２４】
また図３の（ａ）は図２の矢視Ａによる、（ｂ）は図２の矢視Ｂによる各正面図である。
【００２５】
噴射物供給口１２は、図１においては２つ設けたが、原理的には１つでも良い。あるいは噴射物供給口１２は３つ以上設けても良く、本実施例１では４つ設けている。好ましくは、これら４つの噴射物供給口１２は均等配置される（図３（ａ）参照）。
【００２６】
また図示のとおり、実施例１では噴射物供給口１２は、略円筒をなす誘導混合チャンバ１３の底面２１に設ける。一方、噴射口１４はその上面２２に設ける。
【００２７】
図４は本発明の実施例２を示す斜視図であり、
図５の（ａ）は図４の矢視Ａによる、（ｂ）は図４の矢視Ｂによる各正面図である。
【００２８】
実施例２と実施例１との相違は、４つの噴射物供給口１２を、略円筒をなす誘導混合チャンバ１３の側面２３に設けることである。この場合も、これら４つの噴射物供給口１２は、均等配置するのが好ましい。なお、噴射物供給口１２は、円筒の底面２１（実施例１）と、側面２３（実施例２）との双方に設けても良い。
【００２９】
図６は本発明の実施例３を示す斜視図であり、
図７の（ａ）は図６の矢視（Ａ）による、（ｂ）は図６の矢視（Ｂ）による各正面図である。
【００３０】
実施例３は、前述の実施例１に対応するが、この実施例１における誘導混合チャンバ１３が、略円筒をなすのに対し、これを略円錐台に変形したものである。そして、この略円錐台の底面３１に４つの噴射物供給口１２を均等配置し、また、その上面３２に噴射口１４を設ける。
【００３１】
本実施例３（後述する実施例４も）は、前述した実施例１および実施例２において、図１に示す誘導１８による流れが、この図１に示す誘導混合チャンバ１３の左上部分において「粗」になることに着目し、その左上部分を除去するものである。これにより、エアブラスト装置１０のさらなる省スペース化を図ることができる。また、このエアブラスト装置１０が可搬式の携帯型装置とする場合には、この円錐台の側面３３がテーパ状をなすことから、噴射口１４の前方の視界が広がり、対象物（図１の１６）に対する作業性が良好になる。また軽量化も図れるから、上記可搬式の携帯型装置を持ち運ぶのに都合が良い。
【００３２】
図８は本発明の実施例４を示す斜視図であり、
図９の（ａ）は図８の矢視Ａによる、（ｂ）は図８の矢視Ｂによる各正面図である。
【００３３】
実施例４と実施例３との相違は、４つの噴射物供給口１２を、略円錐台をなす誘導混合チャンバ１３の側面３３に設けることである。この場合も、これら４つの噴射物供給口１２は、均等配置するのが好ましい。なお、噴射物供給口１２は、円錐台の底面３１（実施例３）と、側面３３（実施例４）との双方に設けても良い。
【００３４】
また図示のとおり、実施例３および４において、噴射口１４は円錐台の上面３２に設ける。
【００３５】
次にこの噴射口１４についてさらに具体的に考察する。噴射口１４の形状については特に制限はないが、汎用向けとしては、略円形、略三角形、略矩形およびスリット形のいずれかの断面形状とするのが良い。特殊用途向けならば、例えば星形とすることもできる。以下、図に示す。
【００３６】
図１０の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（ｅ）は噴射口１４の各種断面形状を示す図である。
【００３７】
図１０の（ａ）によれば略円形（楕円とドーナツ形を含む）の噴流が得られ、（ｂ）によれば略三角形の噴流が得られ、（ｃ）によれば略矩形の噴流が得られ、（ｄ）によればスリット形の噴流が得られる。また（ｅ）によれば星形の噴流を得ることもできる。
【００３８】
最後に、エアブラスト装置の周辺機器について説明しておく。
【００３９】
図１１はエアブラスト装置の周辺機器について図解的に示す図である。なお本図は図１の構成をベースにしている。
【００４０】
本図において、参照番号４１は高圧空気タンクであり、超音速ノズル１１に接続する。また４２は噴射物の貯蔵槽であり、各噴射物供給口１２に接続する。この貯蔵槽４１内は大気圧でも良い。なお、本図では上記のタンク４１および槽４２は、それぞれ対応するノズル１１および供給口１２に直結しているように描いているが、実際には、これらの間をパイプを介して接続する。既述のとおり、本発明のエアブラスト装置は小型で可搬式のものとすることができるので、そのときは、該パイプを介して接続することによりエアブラスト本体をハンディーなものとするのが望ましい。試作例では、誘導混合チャンバ１３の外径は５〜３０ｃｍとすることができた。実際には、エアブラストの用途に応じて、その外径の他、チャンバ１３の容積、高圧空気の圧力等を適宜選択する。かかるノズル１１の特徴は、超音速空気の一様流を得て、ブラスト効果を格段に高めたことである。
【００４１】
この場合、その高圧空気の圧力が高まれば高まる程、超音速ノズル１１の出口における超音速空気流の温度は、断熱膨張により、急冷する。そこで、そのまま使用すれば、急冷効果によって対象物の表面処理が可能となる。また、該ノズル１１より圧入されるその高圧空気を、予め、乾燥された常温以上の高温にしておくと、コンデンセーションの防止にもなる。上記の急冷効果による対象物の表面処理としては、例えばケーブルの被覆を急冷効果により表面処理すると、簡単にその被覆を割ることが可能となる。このため、廃材となったケーブルを銅線部分と被覆部分とに分離して、その銅線部分の再利用を容易に実現することができる。
【００４２】
また、その超音速空気流は一様流であることが望まれる。このための装置例を図に示す。
【００４３】
図１２は図１１の変形例を示す図である。本図において注目すべき部分は、図１１の高圧空気タンク４１に代えて導入された整流筒４５である。
【００４４】
すなわち、この変形例は、外部の例えばコンプレッサ４６から供給される圧入空気を、超音速ノズルの入口４８において、例えば圧力調整弁４７の作用によって圧力一定に保ち、上記の一様流の超音速空気流１７を得るための上記整流筒４５をさらに備えることを特徴とするものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来のエアブラスト装置に比べて格段に高性能化され、したがって処理の高速化を図ることのできる、全く新規なエアブラスト装置が実現される。さらに、噴射口１４や噴射物ならびに混合空気流１５を適切に調整することにより、いわゆるレーザメスを用いた場合のような、微細加工をも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図２の矢視Ａによる、（ｂ）は図２の矢視Ｂによる各正面図である。
【図４】本発明の実施例２を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は図４の矢視Ａによる、（ｂ）は図４の矢視Ｂによる各正面図である。
【図６】本発明の実施例３を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は図６の矢視Ａによる、（ｂ）は図６の矢視Ｂによる各正面図である。
【図８】本発明の実施例４を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は図８の矢視Ａによる、（ｂ）は図８の矢視Ｂによる各正面図である。
【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（ｅ）は噴射口１４の各種断面形状を示す図である。
【図１１】エアブラスト装置の周辺機器について図解的に示す図である。
【図１２】図１１の変形例を示す図である。
【図１３】一般的なエアブラスト装置の典型的な原理構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…エアブラスト装置
１１…超音速ノズル
１２…噴射物供給口
１３…誘導混合チャンバ
１４…噴射口
１５…混合空気流
１６…対象物
１７…超音速空気流
１８…誘導
２１，３１…底面
２２，３２…上面
２３，３３…側面
４５…整流筒
【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】
2004058268.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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