(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル部と、粉体を吸入する粉体吸入部と、粉体を前記ノズル部へ供給するための供給用流体を導入する粉体供給用流体導入部と、液体を吸入する液体吸入部と、液体を前記ノズル部へ供給するための供給用流体を導入する液体供給用流体導入部と、を備えた粉体噴射ノズルであって、
前記ノズル部からは、粉体も液体も含まない流体、粉体のみを含む流体、液体のみを含む流体、および、粉体と液体の両者を含む流体の４通りの流体を切り替えて射出することが可能であり、
前記粉体のみを含む流体、または、前記液体のみを含む流体、または、前記粉体と液体の両者を含む流体を加速するための加速用流体を導入する加速用流体導入部と、
前記加速用流体の作用で負圧を形成することにより、前記粉体のみを含む流体、または、前記液体のみを含む流体、または、前記粉体と液体の両者を含む流体を吸引すると共に前記ノズル部へ供給するための混合部と、
をさらに備え、前記混合部は、大気側に開放された開口部を有することを特徴とする粉体噴射ノズル。
【請求項２】
前記粉体は、複数種類の粉体であることを特徴とする請求項１に記載の粉体噴射ノズル。
【請求項３】
前記粉体のみを含む流体、または、前記液体のみを含む流体、または、前記粉体と液体の両者を含む流体の射出と、前記粉体も液体も含まない流体の射出と、を任意に切り替えて実行することを特徴とする請求項１に記載の粉体噴射ノズル。
【請求項４】
請求項１の粉体噴射ノズルと、粉体を貯蔵する粉体貯蔵部と、液体を貯蔵する液体貯蔵部と、前記粉体及び液体の射出量または噴射流を制御するための圧縮流体制御部と、を備えたことを特徴とする粉体噴射装置。
【請求項５】
前記粉体及び液体の射出量または噴射流を制御するための信号を前記圧縮流体制御部を制御するコントロール部へ送信するための信号発生部をさらに設けたことを特徴とする請求項４に記載の粉体噴射装置。
【請求項６】
前記圧縮流体制御部は、前記粉体供給用流体導入部、液体供給用流体導入部及び加速用圧縮流体導入部へ導入する圧縮流体を間欠的に前記粉体噴射ノズルへ供給するＯＮ／ＯＦＦ切り替え機能を有することを特徴とする請求項４に記載の粉体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物に粉体を噴射して加工を行う粉体噴射装置及びこれに用いられる粉体噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、金属、石、ガラスなどを加工するために、鉄、砂、ガラスなどの微細な粒子（砥粒、粉体）を吹き付けて、被加工物の表面を改質したり、溝や穴を形成する装置が知られている。このような噴射砥粒による加工はサンドブラスト加工、あるいは単にブラスト加工と呼ばれ、アブレイシブ・ジェット・マシニング（ＡＪＭ）とも呼ばれる。
【０００３】
ＡＪＭを歯科医療に用いた事例（1996年度精密工学会秋期大会学術講演会論文集  第８８〜８９頁）では、歯科用レジン砥粒を用いて虫歯の象牙質を選択的に除去したことが述べられている。また、微細なアルファ・アルミナ粒子を空圧で歯面に噴射して歯を治療する装置も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブラスト加工においては、一種類の砥粒を用いて加工を行うので、被加工物の硬さや目的とする加工形状、仕上げ面に対して適切と考えられる砥粒をその都度交換しなければならない。また従来のブラスト加工では、加工中に被加工物に噴射された後の砥粒を簡便に回収したり、被加工物表面に残存する砥粒を効率よく除去することは困難であった。さらに、砥粒の衝突による被加工物表面の温度上昇を抑制することも困難であった。
【０００５】
本発明は、材質や粒径の異なる複数種類の粉体を射出することができ、これら複数種類の粉体と液体を混合して射出することもできる粉体噴射ノズルと、これを備えた粉体噴射装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発明は、「ノズル部と、粉体を吸入する粉体吸入部と、吸入された粉体を前記ノズル部へ供給するための供給用流体を導入する粉体供給用流体導入部と、液体を吸入する液体吸入部と、吸入された液体を前記ノズル部へ供給するための供給用流体を導入する液体供給用流体導入部と、を備えた粉体噴射ノズルであって、前記ノズル部からは、粉体も液体も含まない流体、粉体のみを含む流体、液体のみを含む流体、および、粉体と液体の両者を含む流体の４通りの流体が切り替えて射出することが可能であり、前記粉体のみを含む流体、または、前記液体のみを含む流体、または、前記粉体と液体の両者を含む流体を加速するための加速用流体を導入する加速用流体導入部と、前記加速用流体の作用で負圧を形成することにより、前記粉体のみを含む流体、または、前記液体のみを含む流体、または、前記粉体と液体の両者を含む流体を吸引すると共に前記ノズル部へ供給するための混合部と、をさらに備え、前記混合部は、大気側に開放された開口部を有することを特徴とする粉体噴射ノズル」である。
【０００７】
この粉体噴射ノズルは、混合流を構成する粉体を、複数種類の粉体として射出するように構成できる（請求項２）。また、混合流の射出と、粉体と液体のいずれも含まない流体の射出とを任意に切り替えて実行するように構成できる（請求項３）。
【０００８】
本発明の請求項４の発明は、「請求項１の粉体噴射ノズルと、粉体を貯蔵する
粉体貯蔵部と、液体を貯蔵する液体貯蔵部と、前記粉体及び液体の射出量または噴射流を制御するための圧縮流体制御部と、を備えたことを特徴とする粉体噴射装置」である。
この粉体噴射装置に、粉体及び液体の射出量または噴射流を制御するための信号を圧縮流体制御部を制御するコントロール部へ送信するための信号発生部を設けてもよい（請求項５）。
【０００９】
この圧縮流体制御部に、粉体供給用流体導入部、液体供給用流体導入部及び加速用流体導入部へ導入する圧縮流体を間欠的に粉体噴射ノズルへ供給するＯＮ／ＯＦＦ切り替え機能を設けてもよい（請求項６）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本実施形態における粉体噴射装置の特徴は、複数の種類の粉体及び液体を一つのノズル部から噴射させることである。複数の粉体、液体を種類ごと（１種類ずつ）に噴射したり、複数種類の粉体、液体を混合して噴射させ、或いは断続噴射させることである。すなわち、種類や粒径が異なった複数種類の粉体、液体を自由に選択供給し、ノズル部から加速用のガスと共に噴射させ、被加工物を加工したり、被加工物の表面に膜を形成させる。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る粉体噴射ノズルの概略構造を示す外観図である。図１（ａ）はその正面図、図１（ｂ）はその側面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡＡ矢視断面図、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＢＢ矢視断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る粉体噴射装置の主要部分の構成を示す構成図である。
【００１２】
図１（ａ）において、粉体噴射ノズル１は、ノズル部２、ノズルホルダ３、混合室４、開口５、メインブロック６、粉体室７、液体室８及びカバー９から構成される。図１（ｂ）は、粉体噴射ノズル１を粉体や液体の供給側から見た側面図であり、加速用流体チューブ１１、粉体供給用流体チューブ２１、液体供給用流体チューブ３１、粉体供給用チューブ４１、液体供給用チューブ５１の配置を示す。
【００１３】
図２（ａ）は、粉体噴射ノズル１の内部構造を示すＡＡ矢視断面図である。加速用流体チューブ１１は、加速用流体継ぎ手１２に連通、固定され、加速用流体継ぎ手１２は、加速用流体パイプ１３に連通、固定されている。加速用流体パイプ１３は、混合室４に連通している。従って、加速用流体チューブ１１に入った流体は混合室４に至るように構成されている。
【００１４】
粉体供給用流体チューブ２１は、粉体供給用流体継ぎ手２２に連通、固定され、粉体供給用流体継ぎ手２２は、粉体供給用流体パイプ２３に連通、固定されている。粉体供給用流体パイプ２３は、小孔２４を介して粉体室７に連通し、またその先端は混合室４に連通している。従って、粉体供給用流体チューブ２１に入った流体は混合室４に至るように構成されている。
【００１５】
液体供給用流体チューブ３１は、液体供給用流体継ぎ手３２に連通、固定され、液体供給用流体継ぎ手３２は、液体供給用流体パイプ３３に連通、固定されている。液体供給用流体パイプ３３は、小孔３４を介して液体室８に連通し、またその先端は混合室４に連通している。従って、液体供給用流体チューブ３１に入った流体は混合室４に至るように構成されている。
【００１６】
図２（ｂ）は、粉体噴射ノズル１の内部構造を示すＢＢ矢視断面図である。加速用流体チューブ１１の説明は上述したので省略する。
粉体供給用チューブ４１は、粉体供給用継ぎ手４２に連通、固定され、粉体供給用継ぎ手４２は、粉体供給用パイプ４３に連通、固定されている。粉体供給用パイプ４３は粉体室７に連通、固定されている。従って、粉体供給用チューブ４１に入った粉体は、粉体室７に至る。
【００１７】
液体供給用チューブ５１は、液体供給用継ぎ手５２に連通、固定され、液体供給用継ぎ手５２は、液体供給用パイプ５３に連通、固定されている。液体供給用パイプ５３は液体室８に連通、固定されている。従って、液体供給用チューブ５１に入った液体は、液体室８に至る。
メインブロック６内には混合室４、粉体室７、液体室８が納められ、粉体室７と液体室８は完全に分離している。また、メインブロック６は、ノズルホルダ３とカバー９に接着、固定されている。
【００１８】
次に図３を参照しながら粉体噴射装置の全体構成を説明する。粉体噴射ノズル１は模式的に描かれているが、図１、図２のものと同じである。圧縮流体は、粉体噴射ノズルに導入されると流体となって粉体や液体を混合室或いはノズル部へ供給する。以下、圧縮流体と流体は圧力が異なるだけで同じ種類の流体なので、いずれも同じ符号で表現する。
【００１９】
加速用流体Ｗ１は、流体供給源から圧力調整装置、加速用圧縮流体制御装置１４を経て加速用流体チューブ１１へ至り、この設定圧力はＰ１である。粉体供給用流体Ｗ２は、流体供給源から圧力調整装置、粉体供給用圧縮流体制御装置２４を経て粉体供給用流体チューブ２１へ至り、この設定圧力はＰ２である。液体供給用流体Ｗ３は、流体供給源から圧力調整装置、液体供給用圧縮流体制御装置３４を経て液体供給用流体チューブ３１へ至り、この設定圧力はＰ３である。上記の圧縮流体はドライエアー、ドライ窒素等であり、圧縮流体制御装置１４、２４、３４には電気信号によって開閉される電磁弁が用いられる。圧力調整装置及び圧縮流体制御装置１４、２４、３４は、パソコンのドライバーからの信号により任意に圧縮流体の供給時間、設定圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を制御する。
【００２０】
粉体Ｗ４は、図示しない粉体貯蔵タンクから粉体供給用チューブ４１へ供給され、液体Ｗ５は、図示しない液体貯蔵タンクから液体供給用チューブ５１へ供給される。
再び図１及び図２を参照しながら、粉体噴射ノズルの動作を説明する。加速用流体Ｗ１は、流体供給源から圧力調整装置、加速用圧縮流体制御装置１４を経て加速用流体チューブ１１へ至り、さらに、加速用流体継ぎ手１２、加速用流体パイプ１３を経て混合室４に至る。混合室４では、加速用流体パイプ１３とノズル部２の内径差によって負圧が生じる。すなわち、加速用流体パイプ１３の内径がノズル部２の内径よりも小さいときに負圧が生じる。
【００２１】
この負圧の作用によって、混合室４内部には、大気側に開放された開口５から大気が吸入され、粉体供給用流体Ｗ２にて搬送された粉体Ｗ４がともに吸入される。混合室４に吸入された粉体Ｗ４は、粉体供給用流体Ｗ２、開口５から吸入された大気と混じり合い、加速用流体Ｗ１に加速されてノズル部２から噴射される。粉体を２種類用いる場合は、粉体室を独立に２個設け、粉体供給用流体の経路も２本設ければよい。また、粉体室と粉体供給用流体チューブは各１個のままで、粉体貯蔵タンクを２個設けて、粉体貯蔵タンクから粉体供給用流体チューブに至る経路をピンチバルブで切り替えるように構成すれば、粉体噴射ノズル１の構造を変える必要はなくなる。液体を２種類用いる場合も同様である。
【００２２】
液体室８に存在する液体Ｗ５についても同様に、液体供給用流体Ｗ３にて搬送された液体Ｗ５がともに混合室４に吸入され、液体Ｗ５は、液体供給用流体Ｗ３、開口５から吸入された大気と混じり合い、加速用流体Ｗ１に加速されてノズル部１から噴射される。噴射された状態はミスト状である。
また、粉体Ｗ４は、粉体貯蔵タンクから粉体室７へ供給された後に、粉体供給用流体Ｗ２が粉体供給用流体パイプ２３を通過するときに生じる負圧によって、粉体室７から粉体供給用流体パイプ２３へ吸引され、混合室４内へ供給される。このときに生じる負圧は、小孔２４の前方で粉体供給用流体パイプ２３の内径が大きくなることに起因する。
【００２３】
同様に、液体Ｗ５は、液体貯蔵タンクから液体室８へ供給された後に、液体供給用流体Ｗ３が液体供給用流体パイプ３３を通過するときに生じる負圧によって、液体室８から液体供給用流体パイプ３３へ吸引され、混合室４内へ供給される。このときに生じる負圧は、小孔３４の前方で液体供給用流体パイプ３３の内径が大きくなることに起因する。
【００２４】
混合室４を設ける目的の１つは負圧を発生させることであるが、上述のように、負圧は、加速用流体パイプ１３の内径がノズル部２の内径よりも小さいときに生じるものであるから、混合室４は必ずしも設ける必要はない。
本発明の粉体噴射装置においては、射出量は、設定圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と電磁弁の開閉時間によって適宜調整でき、噴射流は、設定圧力Ｐ１によって調整できる。
【００２５】
粉体室７に存在する粉体Ｗ４を混合室４へ供給したり供給を断つには、粉体供給用圧縮流体Ｗ２を粉体供給用圧縮流体制御装置２４によってＯＮ／ＯＦＦ制御する。同様に、液体室８に存在する液体Ｗ５を混合室４へ供給したり供給を断つには、液体供給用圧縮流体Ｗ３を液体供給用圧縮流体制御装置３４によってＯＮ／ＯＦＦ制御する。加速用圧縮流体Ｗ１は常時供給しておく。
【００２６】
このような手段により、粉体噴射ノズル１のノズル部２から射出される流体は、▲１▼粉体も液体も含まない流体、▲２▼粉体のみを含む流体、▲３▼液体のみを含む流体、▲４▼粉体と液体の両者を含む流体の４通りとなる。これらを任意に切り替えることにより、加工目的を容易に達成できる。例えば、０．１秒の単位で切り替えれば、最短０．１秒のパルスの断続噴射による加工ができる。
【００２７】
混合室４に開口５を設けることによって、この断続噴射の切り替えがスムーズに実行できる。つまり、応答速度が大きくなるので断続噴射の制御がより一層正確になる。開口５は、混合室４だけではなく粉体室７や液体室８に設けてもよいし、混合室４に設けないで粉体室７や液体室８に設けてもよい。
また、パソコンのドライバーに信号を送って、射出量、噴射流、断続噴射の切り替えを指示するスイッチは、粉体噴射ノズル部１に設けてもよいし、例えばフットスイッチのように別途設けてもよい。
【００２８】
本実施形態の粉体供給用流体パイプ２３と液体供給用流体パイプ３３は、ノズル部の側（径の太い部分）は、外形０．８mm、内径０．４mmのセラッミクス製とし、径の細い部分は、外形０．３８mm、内径０．２mmのステンレス製とした。ノズル部１は外形３mm、内径２mmのステンレスパイプとした。メインブロック６は真鍮を、カバー９はステンレスを用いた。粉体として粒径２５μｍのホワイトアランダムを、液体として水を用いた。また、圧縮流体としてドライエアー（圧力１〜１０kg／cm2）を用いた。
【００２９】
本実施形態においては、粉体としてホワイトアランダム、液体として水を用いたが、他の粉体及び液体も用いることができる。例えば、粉体と、接着作用を有する液体を併用することにより、被加工物の表面に粉体の噴射と定着を行うことができる。勿論、粒径や種類の異なった複数種類の粉体を用いてもよい。このようにすれば、厚さ方向に構造や組成が変化する傾斜膜を作製することができる。また、歯科医療への応用として、食物繊維の粉体と水を併用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明における粉体噴射ノズルは、複数の種類の粉体及び液体を含む流体を一つのノズル部から噴射させることができるので、流体を自由に選択供給して目的の加工を容易に達成できる。特に、歯の治療のように、被加工物の材質が部分的に異なる場合には有効である。また、歯の治療では、加工中に被加工物に噴射された後の粉体を回収したり、加工部位の温度上昇を防がなければならないが、粉体に液体を混合することによって容易に達成できる。
【００３１】
本発明における粉体噴射装置は、複数の種類の粉体及び液体を含む流体を、圧縮流体制御装置１４、２４、３４によって射出量や噴射流を制御することができるので、目的の加工を容易に達成できる。また、本発明における粉体噴射装置は、▲１▼粉体も液体も含まない流体、▲２▼粉体のみを含む流体、▲３▼液体のみを含む流体、▲４▼粉体と液体の両者を含む流体の４つを任意に切り替える、いわゆる断続噴射により、加工目的を容易に達成できる。特に、歯科治療のように、被加工物表面に残った粉体を速やかに除去する場合には、この断続噴射が有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる粉体噴射ノズルの外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる粉体噴射ノズルの内部構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる粉体噴射装置の主要部分の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１      粉体噴射ノズル
２      ノズル部
３      ノズルホルダ
４      混合室
５      開口
６      メインブロック
７      粉体室
８      液体室
Ｗ１    加速用流体
Ｗ２    粉体供給用流体
Ｗ３    液体供給用流体
Ｗ４    粉体
Ｗ５    液体
１４    加速用圧縮流体制御装置
２４    粉体供給用圧縮流体制御装置
３４    液体供給用圧縮流体制御装置
【図１】
0004393638.tif 000002
【図２】
0004393638.tif 000003
【図３】
0004393638.tif 000004