(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に粉粒体を混合し、円筒状の筒状体の内部において前記粉粒体を遠心力により前記筒状体の内表面の側に偏った層状に分布した状態で回転させてなる粉流体を細長い二次元流として噴射するブラスト装置用ノズルにおいて、前記筒状体の内表面に連なる一方の壁面の側に偏って前記粉粒体が通過する細長い断面形状の噴射通路からなる導入部と該導入部の先端に連なり該導入部に対して更に幅の狭いスリット状の断面形状を有する加速部とからなり、導入部の断面積が加速部で急縮小するように導入部と加速部との間に導入部の前記一方の壁面側に合わせて段差が設けられていることを特徴とするブラスト装置用スリットノズル。
【請求項２】
導入部がテーパーのない直管状である請求項1記載のブラスト装置用スリットノズル。
【請求項３】
加速部がテーパーのない直管状である請求項1記載のブラスト装置用スリットノズル。
【請求項４】
加速部と導入部がテーパーのない直管状である請求項1記載のブラスト装置用スリットノズル。
【請求項５】
導入部の断面積と加速部の断面積の比が、導入部：加速部＝10：1〜100:1である請求項4記載のブラスト装置用スリットノズル。
【請求項６】
スリットノズル先端の噴射口の長手方向の幅と短手方向の幅の比が、長手方向/短手方向＝5/1以上である請求項1〜4のいずれか1に記載のブラスト装置用スリットノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンドブラスト装置等でブラスト面の精度と均一化が要求される分野で利用可能な粉流体を噴射するために用いられる、ブラスト装置のノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、研削材などの粉粒体を圧縮空気などの気体と混合してなる粉流体をノズルの先端から高速で噴射するブラスト装置が公知である。ブラスト装置はノズル先端から噴射される粉流体を被加工体の表面に噴射して、研磨、研削、バリ取り等の各種の加工を施すのに用いられている。
【０００３】
ブラスト加工の分野では、研削面の精密さを保ちながら研削速度を増大することが従来以上に要求されるようになっている。そのためには研削材を広幅で噴射し、しかも噴射量及び密度を一定に保つことが不可欠である。このような装置として特開2000-246642号公報記載の装置が公知である。
【０００４】
上記公報記載の二次元流発生装置は、例えば図7に示すように、円筒状の装置本体101と、該装置本体101の天井部に設けられた筒状の供給口102と、該装置本体101の上方位置に入り口の断面形状が縦長の長方形であって、先端の断面形状が縦長の先細状に形成されている放出口103からなる装置である。直圧方式で粉体アルミナと共に放出口から噴射してブラストに用いることが記載されている。
【０００５】
一方、ブラスト装置を用いた加工の1例として、電子基板に孔明け加工を施した後、上記のブラスト装置を用いて研削材を該基板の表面に噴射して、孔の内部のバリを取ることを試みた。この加工は、ノズルの長手方向に対し直交する方向に、ノズル或いは基板を移動させることで、移動方向に対して基板表面を帯状に加工する事ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような加工では、加工効率を上げる為にラインスピードを上げることが要求される。そのためにノズル或いは基板の移動速度を上げていくことになる。しかしながら、ノズルから噴射される研削材の速度が遅い、つまり研削加工能力が低い場合には、ラインスピードを上げると基板表面に対する研削加工のムラが発生しやすくなる。特に平板状の基板表面に対してノズルを1回のみ通過させてブラスト処理を行った場合に、その研削材の加工パターンを見ると、部分的に加工パターンが不均一になるムラが発生することが判った。一般に研削材の不均一な噴出をカバーして、所定の研削加工を達成させる為には、ノズル或いは基板の移動を往復させる等して、研削材の噴射加工を繰返し行なう必要がある。しかし、そうすると加工効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ブラスト装置のノズルにおいて、加工能力を上げることができるとともに、粉粒体と気体からなる研削材の粉流体の噴射を安定化して、粉流体による加工を均一に行うことが可能なブラスト装置のノズルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこの原因について検討した結果、二次元流発生装置のノズル本体104から流入した研削材をスリットの幅方向に対して徐々にノズル先端のスリット幅になるようにテーパー状に絞ってノズル103を形成した場合、ノズル103内で研削材の再分布が起こりノズル本体104から流入した研削材の速度がこの再分布により低下する。そのため加速領域で十分な速度が得られず研削加工能力が低いものと考えた。そこで、二次元流発生装置のノズル本体104から流入した研削材がノズル内で再分布されずに加速領域に入る構造のノズルに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、(1)気体に粉粒体を混合し、円筒状の筒状体の内部において前記粉粒体を遠心力により前記筒状体の内表面の側に偏った層状に分布した状態で回転させてなる粉流体を細長い二次元流として噴射するブラスト装置用ノズルにおいて、前記筒状体の内表面に連なる一方の壁面の側に偏って前記粉粒体が通過する細長い断面形状の噴射通路からなる導入部と該導入部の先端に連なり該導入部に対して更に幅の狭いスリット状の断面形状を有する加速部とからなり、導入部の断面積が加速部で急縮小するように導入部と加速部との間に導入部の前記一方の壁面側に合わせて段差が設けられていることを特徴とするブラスト装置用スリットノズル、(2)導入部がテーパーのない直管状である上記(1)記載のブラスト装置用スリットノズル、(3)加速部がテーパーのない直管状である上記(1)記載のブラスト装置用スリットノズル、(4)加速部と導入部がテーパーのない直管状である上記(1)記載のブラスト装置用スリットノズル、(5)導入部の断面積と加速部の断面積の比が、導入部：加速部＝10：1〜100:1である上記(4)記載のブラスト装置用スリットノズル、(6)スリットノズル先端の噴射口の長手方向の幅と短手方向の幅の比が、長手方向/短手方向＝5/1以上である上記(1)〜(4)のいずれか1に記載のブラスト装置用スリットノズル、を要旨とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図1は本発明ブラスト装置用スリットノズルの1例を示す外観斜視図であり、図2(a)は図1のA-A線縦断面図であり、同図(b)は図1のB-B線水平断面図である。図1及び図2(a)、(b)に示すように、本発明のブラスト装置用スリットノズル1は、細長い断面形状の通路からなる導入部2と該導入部2の先端に連なり該導入部2に対して更に幅の狭いスリット状の断面形状を有する加速部3とからなり、加速部3の断面積が導入部2の断面積に対して急縮小するように、導入部2と加速部3との間に段差4が設けられている[図2(a)]。図1の装置では、加速部3の出口は噴射口5として形成され、該噴射口5の周囲を覆うカバー6が設けられている。
【００１１】
図2(a)、(b)に示すように、ノズル1の導入部2は断面が一方向(矢印W方向、スリットの長手方向)に細長い長方形に形成された粉流体の流路を有する管状体からなる。そして、該導入部2の先端に設けられる加速部3は、図2(b)に示すように上記導入部2に対して長手方向の幅はほぼ同じ長さであるが、同図(a)に示すように短手方向(矢印H方向)の幅が、導入部2に対して加速部3が小さく成るように形成して、導入部2の断面積に対して加速部3の断面積が急縮小するように、段差4が設けられている。
【００１２】
導入部2の流路の断面形状は、テーパーのないストレートな構造として断面積が変化しない直管状に形成するのが好ましい。そして、導入部2をこのような直管状に形成すると、導入部2と加速部3との間には確実に段差が形成されるとともに、導入部2から加速部3に流入する粉流体の加速効率が良好になる。導入部2を直管状に形成した場合、テーパー状に形成した場合と比較して、粉流体の流速が導入部では比較的遅くなる為、導入部を構成する部材の摩耗量を少なくできる。また導入部2の流路において長手方向の長さWは特に限定されない。
【００１３】
導入部と加速部の位置関係は、加速部において導入部で研削材の流れがきれいに分布した状態で、スムーズに加速させることが可能と成るように配置して構成するのが好ましい。具体的に、図5及び図6に示す如き、筒状体の整流部12、粉流体供給口13と、スリット状の粉流体放出口14とを備える二次元流発生装置11を用いる場合を例に説明する。図6に示すように、スリットノズル1は粉流体放出口14の先端に取付けられる。二次元流発生装置11の粉流体周回部19において、研削材等の粉粒は遠心力により壁面側に近い方に偏った層状に分布した状態で回転し粉流体放出通路52に送られる。粉流体放出通路52及びそれに連なる導入部2において、粉粒は粉流体周回部19の壁面側に連なる一方の側の壁面に近い方に偏って通過する。そのため、スリットノズルの加速部3のスリットの位置を、上記の一方の壁面側に合わせる。そうすると、粉粒は導入部2の分布状態が乱されず、きれいに維持された状態で、スムーズに加速させることができる。
【００１４】
加速部3は、導入部2と同様に、流路断面形状をテーパーのないストレートな構造として、導入部2入口から出口までの間で断面積が変化しない直管状に形成するのが好ましい。また加速部3の断面の形状として、長手方向の長さは導入部2の長手方向の長さととほぼ同じ長さに形成され、加速部3の断面の短手方向の幅は0.1mm〜2mmに形成するのが好ましい。
【００１５】
導入部2と加速部3とは、その断面積が急縮小するように形成される。具体的な断面積の比は、導入部：加速部＝5:1〜100:1になるように形成するが、好ましくは導入部：加速部＝10:1〜50:1である。具体的には、図2(b)に示すように、スリットの長手方向の長さは、導入部2及び加速部3を長さが略同じになるように形成し、同図(a)に示すようにスリットの短手方向の幅において、そのスリット幅が小さくなるように形成して断面積が上記の比率になるように急縮小させる。
【００１６】
導入部2と加速部3は、一体の部品として形成しても良いが、図1及び図2(a)、(b)に示すように、導入部2を構成する部品の先端に該導入部とは別体のスリット構成部品30を取付けて構成してもよい。このスリット構成部品を図3(a)〜(c)に示す。同図に示すようにスリット構成部品30は、それぞれ別体に形成され、断面が四角形の棒状体31、32とから構成され、棒状体の一方にスリット用溝33が設けられ、棒状体31、32を当接させた場合に加速部のスリットが形成される。また同図において、棒状体31及び32ではそれぞれ長手方向の両端にボルト又はねじ止め用の貫通孔34、35、36、37が設けられている。スリット用溝33は一方の棒状体31に設けられているが、他方の棒状体に設けてもよいし、両方の棒状体に設けてもいずれでもよい。
【００１７】
本発明スリットノズル1の加速部3は、加速部3の入口から出口までの距離である流れ方向の長さSLと、加速部3の出口の短手方向の幅であるスリット幅SHとの比率が、SL:SH＝50:1〜3:1に形成するのが好ましく、更に好ましくはSL:SH＝20:1〜5:1である。また加速部出口となるスリットの長手方向の幅SWは、上記したように導入部2に連なるように、導入部2の断面の長手方向の長さとほぼ同じ長さになるように形成するのが好ましい。またスリットノズル先端の噴射口の長手方向の幅SWと短手方向の幅SHの比が、長手方向/短手方向＝5/1以上になるように形成するのが好ましい。
【００１８】
スリット構成部品30は導入部2先端に固定して取り外し出来ないように形成しても良いし、或いは導入部2から取り外し可能に形成してもよい。図3に示すスリット構成部品30は、貫通孔34、35、36、37にボルトで導入部2先端に取り外し可能に固定して一体化したものである。スリット構成部品30は、ノズルを構成する部品中で、一番摩耗しやすい部分なので、交換可能な構造となっている。
【００１９】
またスリットノズルの先端には、噴射口5の周囲に、該噴射口を囲み噴射方向前方が開口したカバー6を設けるのが好ましい。このカバー6は噴射口から粉流体を噴射した際に、粉流体とカバーとの間に渦を発生させる空間を形成するためのものである。
【００２０】
カバー6の形状は、噴射口5から噴射される粉流体に対して、該粉流体の側面に位置し粉流体側からカバー方向にぐるぐると回るように渦が形成される形状であれば特に限定されない。好ましいカバーの形状は、上記の渦が粉流体をとり囲みカバー6との間でドーナツ状あるいはドーナツを扁平にした状態となるような形状である。カバー6の形状は、渦が効果的に発生し、噴流の安定性がより高くなる。
【００２１】
図1及び図2に示す態様のスリットノズルは、カバー6の形状として、開口面が楕円形状になるように形成した例である。この態様では図2(a)に示すように、カバー6の断面形状を、加速部3の短手側となる幅方向では、外側に膨らむように湾曲する形状として形成した。また、同図(b)に示すように、スリットの長手方向の両端側のカバー6の断面形状も、外側に膨らむ湾曲形状に形成したものである。このようなカバー6の断面が外側に膨らむ湾曲形状であると、粉流体の周囲に渦巻く渦が、もっともスムーズに発生する形状であり、上記の粉流体周囲に発生する以外の渦が発生するおそれが小さい。上記の渦以外の渦は、粉流体を不安定にするおそれがある。
【００２２】
カバーの他の形状を図4(a)〜(c)に示す。カバー6は例えば、図4(a)に示すように開口面が楕円形状、同図(b)に示すように方形状、同図(c)に示すようにスリットの高さ方向の部分を方形状としスリットの長手方向の両端部を半楕円形状とした、方形と半楕円とを組み合せた各種の形状に形成することができる。
【００２３】
本発明のスリットノズルは、二次元流供給装置の噴射口に取付けられる。図5に示すように二次元流発生装置11は、粉粒体と気体とからなる粉流体を二次元流に変換するための筒状体からなる整流部12と、筒状体の軸方向の端面側に設けられ筒状体の軸方向から整流部12に粉流体を供給するための粉流体供給口13と、筒状体の整流部12の周面に設けられ該筒状体の軸方向と交差する方向に粉流体を噴射するための、筒状体の軸方向に横長な二次元的な広がりを持つスリット状の粉粒体放出口14とを備える。この放出口14の先端にスリット構成部品30を取付けることで、放出口14を導入部2とし、スリット構成部品30の部分を加速部3として、スリットノズル1が構成することができる。
【００２４】
整流部12は、筒状体の軸方向から供給される粉流体を軸方向と交差する方向に流れを変えると共に、この粉流体を軸方向に横長な二次元流として噴出させる機能を備える。整流部12は外筒15と該外筒15に嵌合する中筒16とから構成される。
【００２５】
外筒15は図6に示すように、内部が円筒状の空間を有する筒状体であり軸方向の端面の一方が開口し端面の他方が閉鎖されている外筒本体51に、外筒本体51の内部から外部に貫通して粉流体放出口4に連なる粉流体放出通路52が設けられている。また外筒本体51の軸方向の一方の端面は、中筒16を該外筒に嵌合するために開口していると共に、中筒を嵌合した後に該中筒16を外筒15に固定する為の鍔状のフランジ53が端面周囲に設けられ、該外筒本体51の軸方向の他方の端面側は底板54により閉鎖されている。
【００２６】
中筒16には図6に示すように、筒状体の中軸近傍に、筒状体の一方の端部側から軸方向に穿設した円筒状凹部からなる粉流体導入通路17が設けられる。
【００２７】
粉流体導入通路17の開口部側には、粉流体供給口13が接続されている(図5参照)。また中筒16には中筒支持部18、18が、外中筒の軸方向の両端に設けられている。中筒支持部18は、その外径が外筒本体51の内径と略同じ大きさに形成され、外筒15に中筒16を嵌合した際に外筒本体51に中筒16を固定するために用いられる。また、同図に示すように、中筒16の粉流体供給口13側には、外筒本体51のフランジ部53と固定するためのフランジ部63が設けられている。
【００２８】
中筒16の軸方向両端側の中筒支持部18、18間は、粉流体周回部19として構成される。粉流体周回部19は、該部分の直径が中筒支持部18の直径（あるいは外筒本体51の内径)よりも小さくなるように形成されている。その結果、外筒本体51の内表面と中筒16の外表面との間に中筒16の周囲を取り巻く空間が形成されるが、この空間が粉粒体周回部19である。
【００２９】
粉流体導入通路17は、その中心軸が中筒16の中心軸に対して異なる位置となるように、偏心させて設けられている。この偏心は、粉流体導入通路17の中心が、中筒16の中心と異なるように移動させればよい。粉流体導入通路17を偏心させることで、該通路を中筒の中心に設けた場合と比較して、粉流体周回部19を粉流体が通過する流路の長さをより長く採ることができる。流路が長くなると、粉流体の噴射密度がさらに均一化して、粉流体を噴射する際の安定性が向上する。
【００３０】
中筒16には、図6に示すように、中筒内部の粉流体導入通路17から粉流体周回部19に粉流体を供給する為の、中筒16の内部の粉流体導入通路17から中筒16の外部の粉流体周回部19に貫通し、筒状体の軸方向に細長い、断面がスリット状の中筒内部通路20が設けられている。中筒内部通路20は図5に示すように軸方向の長さが粉流体周回部19の軸方向長さとほぼ同じになるように形成される。
【００３１】
また中筒内部通路10と外筒15に設けられる粉流体放出通路52との位置関係は、図6に示すように中筒内部通路20から放出された粉流体が、粉流体周回部19を約3/4周だけ周回した後に粉流体放出通路52を通過するような位置に中筒内部通路20を設けるのが好ましい。
【００３２】
二次元流発生装置11において粉流体は、粉流体供給口13から粉流体導入通路17に筒状体の軸方向(図5の矢印方向)に流入する。粉粒体導入通路17に流入した粉流体は、中筒16の軸方向と交差する方向に設けられた中筒内部通路20に流入して流れが約90度変えられる。そして、図6に示すように中筒内部通路20に流入した粉流体は、該通路20の出口から中筒16の外表面側に形成されている粉流体周回部19に送られる。粉流体は粉流体周回部を円周方向に約3/4回転した後、外筒15の粉流体放出通路52及びスリットノズルの導入部2を通って加速部3に導入され、加速されて噴射口5から外部に噴出する。
【００３３】
粉流体は中筒内部通路20において筒状体の軸方向に幅広な二次元流となり、その後、粉流体周回部を周回することで密度が均一化され、安定な状態の粉流体の二次元流として形成され、導入部から加速部に入る際に十分加速され、均一な状態で噴射口5より外部に放出される。
【００３４】
本発明の装置で用いられる粉粒体としては、天然の珪砂(サンド)、アルミナや炭化ケイ素等の粉末、ガラスビーズ、微小鋼球、セラミックビーズ等が挙げられる。粉粒体の粒子径は、特に限定されないが、本発明のノズルにおいて特に安定化効果の大きいのは数十μm以下の粒子である。
【００３５】
本発明のノズルを用いたブラスト装置は、各種のブラスト処理に最適に用いられる。
【００３６】
【実施例】
実施例
図3に示すスリット型ノズル(加速部長さSLが10mm、スリット幅寸法がSH×SW＝0.3×64mm)を図5に示す二次元流発生装置に取付け、ブラスト条件を、噴射距離：30mm、静圧：0.2MPa、ノズル移動速度4m/min、噴射量：500g/minとして、1パスさせたときのパターン濃度を調べた。
【００３７】
比較例
図7に示す形状の両テーパーストレートノズル(加速部長さが5mm、スリット寸法：0.3×64mm)、を用いて実施例と同様の条件でブラスト処理を行ってパターン濃度を比較した。
【００３８】
その結果、実施例のパターンは、比較例の両テーパーノズルと比較して、長手方向のカバレージが向上し、横ジマ状のムラの発生程度も減少して、加工の均一性に優れるものであった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、気体に粉粒体を混合してなる粉流体を細長い二次元流として噴射するブラスト装置用ノズルにおいて、細長い断面形状の噴射通路からなる導入部と該導入部の先端に連なり該導入部に対して更に幅の狭いスリット状の断面形状を有する加速部とからなり、導入部の断面積が加速部で急縮小するように導入部と加速部との間に段差が設けられている構成を採用したことにより、粉流体を安定した状態で噴射することができため、ブラスト加工をムラなく均一に行うことができるとともに、ラインスピードを上げたり、粉粒体の粒子径が小さくなった場合であっても、均一な加工を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラスト装置用スリットノズルの1例を示す外観斜視図である。
【図２】  (a)は図1のA-A線縦断面図であり、(b)は図1のB-B線水平断面図である。
【図３】図1の加速部を構成する加速部構成部品の1例を示し、(a)は正面図、(b)は平面図、(c)側面図である。
【図４】  (a)〜（c)は噴射口周囲を覆うカバーの態様を示し、噴射方向からみた正面図である。
【図５】二次元流発生装置にスリットノズルを取付けた状態を示す分解斜視図である。
【図６】二次元流発生装置にスリットノズルを取付けた状態を示す断面図である。
【図７】  (a)は、従来のスリットノズルを取付けたブラスト装置の1例を示す断面図であり、(b)は(a)のB-B線縦断面図である。
【符号の説明】
1  ブラスト装置用スリットノズル
2  導入部
3  加速部
4  段差
5  噴射口
30  加速部構成部品
【図１】
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【図２】
0003863385.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003863385.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003863385.tif 000007
【図７】
0003863385.tif 000008