特許 5910933 湿式ブラスト加工用ノズルおよびそのノズルを備えたブラスト加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5910933

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】湿式ブラスト加工用ノズルおよびそのノズルを備えたブラスト加工装置

(51)【国際特許分類】

   B24C 5/02 20060101AFI20160414BHJP

   B24C 5/04 20060101ALI20160414BHJP

   B24C 3/02 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   B24C5/02 B

   B24C5/04 A

   B24C3/02

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-53200(P2012-53200)

(22)【出願日】2012年3月9日

(65)【公開番号】特開2013-146850(P2013-146850A)

(43)【公開日】2013年8月1日

【審査請求日】2015年2月25日

(31)【優先権主張番号】特願2011-59091(P2011-59091)

(32)【優先日】2011年3月17日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-279620(P2011-279620)

(32)【優先日】2011年12月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 幸徳

(72)【発明者】

【氏名】日比野 一路

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６６９５６８６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 実開昭５６−１１６１６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公昭４０−０１５５１６（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２００６−２５１５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０６０６１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｃ ３／００ − ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体中に砥粒が分散したスラリを高圧ガスと共に固気液三相流として噴射して湿式のブラスト加工を行うためのノズルであって、前記ノズルは、
ブラスト媒体導入部材を備えたノズルホルダと、
一端に開口された高圧ガス導入部から他端に開口された高圧ガス噴射口に向けて高圧ガス流路が形成された中空形状のガスノズルと、
一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けて固気液三相流の流路が形成された噴射ノズルと、を備え、
前記高圧ガスの流路は、前記高圧ガス導入部から導入された高圧ガスを圧縮するためのガスノズル圧縮部と、
前記ガスノズル圧縮部を通過した高圧ガスを加速するためのガスノズル加速部と、
を備え、
前記ガスノズル圧縮部は、縮径端に向けて連続的に縮径し、前記ガスノズル加速部は、拡径端に向けて連続的に拡径しており、
前記ガスノズルは、前記縮径端の面積Ｓｇｍと前記ガスノズル圧縮部の前記縮径端と反対側の縮径他端の面積Ｓｇｉとの比（Ｓｇｍ／Ｓｇｉ）が０．１〜０．３であり、かつ前記拡径端の面積Ｓｇｏと前記拡径端と反対側の拡径他端の面積Ｓｇｍとの比（Ｓｇｏ／Ｓｇｍ）が１．５〜５．０であり、
前記ガスノズルを流れた高圧ガスが、前記ブラスト媒体導入部材から前記砥粒を吸引して該高圧ガスと混合し、前記噴射ノズルからスラリを含んだ高圧ガスとして噴射されることを特徴とするノズル。

【請求項2】

前記ガスノズル圧縮部を通過した高圧ガスの流れを整流するためのガスノズル整流部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のノズル。

【請求項3】

前記ガスノズル整流部は前記縮径端および前記ガスノズル加速部の前記拡径端と反対側の拡径他端と同一形状の断面を連続して持つことを特徴とする請求項２に記載のノズル。

【請求項4】

前記ガスノズル圧縮部と前記ガスノズル加速部の境界がなだらかな曲線形状であることを特徴とする請求項１に記載のノズル。

【請求項5】

前記ガスノズル圧縮部と前記ガスノズル整流部との境界、及び前記ガスノズル整流部と前記ガスノズル加速部の境界、がそれぞれなだらかな曲線形状であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のノズル。

【請求項6】

前記噴射ノズルは、一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けてスラリを含んだ高圧ガスの流路が形成された中空形状であり、
前記スラリを含んだ高圧ガスの流路は、該スラリを含んだ高圧ガスを圧縮するための噴射ノズル圧縮部と、
前記噴射ノズル圧縮部を通過したスラリを含んだ高圧ガスを整流するための噴射ノズル整流部と、
を備え、
前記噴射ノズル圧縮部は縮径端に向けて連続的に縮径し、前記噴射ノズル整流部は前記縮径端に連結され、該縮径端と同一形状の断面を連続してもち、
前記噴射ノズル圧縮部と前記ノズルホルダの内部の空間とによって、スラリが吸引される混合室が形成される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のノズル。

【請求項7】

前記ノズルの内部はスラリが吸引される混合室が形成されており、
前記ガスノズルは、前記高圧ガス噴射口が前記混合室に位置し、且つ前記噴射ノズルとの距離を調整するために移動可能に前記ノズルホルダに嵌合されており、
前記ガスノズルと前記噴射ノズルとの距離Ｌと、前記高圧ガス噴射口の径Ｄと、の比（Ｌ／Ｄ）が０．２〜５．０であることを特徴とする請求項６に記載のノズル。

【請求項8】

前記ガスノズル加速部には、前記高圧ガスが前記拡径端に向かう経路の途中に前記ブラスト媒体導入部材が連通するブラスト媒体導入経路が設けられ、前記高圧ガス導入部より導入された高圧ガスが前記ガスノズル加速部で加速している際に発生する吸引力でスラリを高圧ガスに吸引することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のノズル。

【請求項9】

前記噴射ノズルは、一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けてスラリを含んだ高圧ガスの経路を形成する中空形状であり、
前記連結部が前記ガスノズル噴射口に連結されていることを特徴とする請求項８に記載のノズル。

【請求項10】

前記ガスノズル加速部の壁面の傾斜角度が１．２〜５．０°であることを特徴とする請求項１に記載のノズル。

【請求項11】

前記噴射ノズル整流部の長さＹと、該噴射ノズル整流部の断面積Ｓsとの比（Ｙ／Ｓｓ）が０．２〜２．０ｍｍ^―１であることを特徴とする請求項６に記載のノズル。

【請求項12】

請求項１乃至請求項１１のいずれか１つに記載のいずれか１つのノズルを備えたブラスト加工装置であって、
前記ノズルを２つ以上と、
前記ノズルにスラリを供給するスラリ供給源と、
前記スラリ供給源と前記ノズルの各々との間に配置されるスラリ分岐手段と、
を備え、
前記スラリ分岐手段は、天板と底板とで両端が閉止された円筒形状の筐体と、
一端が天板と連結された中空形状のスラリ投入部材と、
一端が底板に連結され、他端が前記ノズルに連結されている中空形状のスラリ供給部材と、
を備える
ことを特徴とするブラスト加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体中に砥粒が分散されたスラリを被加工物に噴射することでブラスト加工を行うためのノズルおよびそのノズルを備えたブラスト加工装置およびブラスト加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ブラスト加工は、バリ取り、スケール除去、表面粗さの調整、薄膜層除去、エッチング等の微細加工、等に以前より使用されている。ブラスト加工は、微小粒子やショット等（以降、「砥粒」と記す）を圧縮空気や回転羽根の遠心力によって被加工物へ噴射（投射）する乾式のブラスト加工と、水などの液体に砥粒が分散されたスラリを圧縮空気と共に被加工物へ噴射する湿式のブラスト加工とに大別される。乾式のブラスト加工は湿式のブラスト加工に比べて大きな加工能力を有しているが、加工後の被加工物の表面には砥粒やブラスト加工で生じた切削粉が強固に付着しており、例えば、超音波を用いた水洗が必要である。一方、湿式のブラスト加工は乾式のブラスト加工に比べて加工能力は低いが、被加工物に衝突した砥粒は、スラリによって流されるため被加工物への砥粒の付着が少なく、また付着力も弱いため洗浄が容易である。

【0003】

湿式のブラスト加工を行うためのノズルとして、例えば特許文献１の様な構造が開示されている。特許文献１では、ノズルは、スラリ貯留室と、圧縮空気が流れる管体と、を備え、該スラリ貯留室と圧縮空気が流れる管体とは、小孔によって連通されている。スラリはポンプによって前記スラリ貯留室に圧送される。一方、前記管体に圧縮空気を流入すると前記スラリ貯留室側の前記小孔付近では負圧が発生し、これにより前記スラリ貯留室から前記管体へ向かう気流が発生する。これにより、前記スラリ貯留室の内部に圧送されたスラリは、前記管体内へ流入され、圧縮空気と混合され、その後圧縮空気と共にノズル外部へ噴射される。特許文献２も同様に、混合室付近に設けられた小孔付近で発生する負圧によりスラリと圧縮空気を混合する。

【0004】

ブラスト加工の効率を決定する因子は、スラリの噴射量や噴射速度、スラリの濃度、砥粒の粒子径、等である。スラリの流動抵抗を小さくしてスラリの投入量、すなわち噴射量を増やしたり大きな径の砥粒を使用したりするためには、前記小孔を大きくする必要がある。しかし、前記小孔の径を大きくすると、スラリを圧縮空気の流れに吸引するための負圧が十分に発生しない。さらに過剰に径を大きくすると、圧縮空気が前記小孔よりスラリ貯留室側へ流入する。また、スラリの濃度を増加させた場合、前記小孔がスラリにより閉止する恐れがある。また、噴射速度を上げるためには圧縮空気の圧力を高くする必要があり、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０６−１２６６２８号公報

【特許文献2】特開２００１−３００３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記問題点を鑑みて、本発明は、効率よく湿式のブラスト加工を行うことのできるノズルおよび該ノズルを備えたブラスト加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の発明は、液体中に砥粒が分散したスラリを高圧ガスと共に固気液三相流として噴射して湿式のブラスト加工を行うためのノズルであって、前記ノズルは、ブラスト媒体導入部材を備えたノズルホルダと、一端に開口された高圧ガス導入部から他端に開口された高圧ガス噴射口に向けて高圧ガス流路が形成された中空形状のガスノズルと、一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けて固気液三相流の流路が形成された噴射ノズルと、を備え、前記高圧ガスの流路は、前記高圧ガス導入部から導入された高圧ガスを圧縮するためのガスノズル圧縮部と、前記ガスノズル圧縮部を通過した高圧ガスを加速するためのガスノズル加速部と、を備え、前記ガスノズルを流れた高圧ガスが、前記ブラスト媒体導入部材から前記砥粒を吸引して該高圧ガスと混合し、前記噴射ノズルからスラリを含んだ高圧ガスとして噴射されることを特徴とする。高圧ガス導入部より導入された高圧ガスはガスノズル圧縮部で圧縮することで加速され、その後ガスノズル加速部でさらに加速される。そのため、噴射ノズルより噴射される固気液三相流の噴射速度を速くすることができるので、効率よくブラスト加工を行うことができる。

【0008】

第２の発明は、第１の発明に記載のノズルであって、前記ガスノズル圧縮部を通過した高圧ガスの流れを整流するためのガスノズル整流部をさらに備えることを特徴とする。ガスノズル圧縮部を通過した高圧ガスを整流することで、ガスノズル加速部に流入した高圧ガスの流れが乱れることを防ぐことができる。

【0009】

第３の発明は、第１または第２の発明に記載のノズルであって、前記ガスノズル圧縮部は、縮径端に向けて連続的に縮径し、前記ガスノズル加速部は、拡径端に向けて連続的に拡径することを特徴とする。高圧ガスの流路を連続的に狭くすることで、高圧ガスの速度が速くなる。縮径端を通過した高圧ガスが急激に膨脹しないよう、高圧ガスの流路を広くすることで、高圧ガスが加速される。

【0010】

第４の発明は第３の発明に記載のノズルであって、前記ガスノズル整流部は前記縮径端および前記ガスノズル加速部の前記拡径端と反対側の拡径他端と同一形状の断面を連続して持つことを特徴とする。ガスノズル整流部をこのような形状とすることで、高圧ガス流の直進性を向上させることができる。

【0011】

第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれか１つに記載のノズルであって、前記ガスノズル圧縮部と前記ガスノズル加速部の境界がなだらかな曲線形状であることを特徴とする。前記ガスノズル圧縮部、前記ガスノズル整流部、および前記ガスノズル加速部のそれぞれの境界をなだらかなＲ形状とすることで、前記境界を通過する際に高圧ガス流が乱れることなくスムーズに流れる事ができる。

【0012】

第６の発明は、第１乃至第６の発明のいずれか１つに記載のノズルであって、前記ノズルの内部はスラリが吸引される混合室が形成されており、前記ガスノズルは、前記噴射ノズルとの距離を調整するために移動可能に前記ノズルホルダに嵌合されていることを特徴とする。高圧ガスがガスノズル噴射口より高速で噴射される際、噴射流の外郭では周りの空気を取り込もうとする剪断流が発生する。前記ガスノズルと前記混合室との距離を狭くすることで、混合室で発生する吸引力（負圧）を大きくすることができるが、狭すぎると前記ガスノズルと前記混合室との間隙をスラリが通過する際の障害となる。本発明によって、スラリを十分に吸引し、かつスラリが通過できるように、前記ガスノズルと前記混合室との距離を調整することができる。

【0013】

第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれか１つに記載のノズルであって、前記噴射ノズルは、一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けてスラリを含んだ高圧ガスの流路が形成された中空形状であり、前記スラリを含んだ高圧ガスの流路は、該スラリを含んだ高圧ガスを圧縮するための噴射ノズル圧縮部と、前記噴射ノズル圧縮部を通過したスラリを含んだ高圧ガスを整流するための噴射ノズル整流部と、を備えることを特徴とする。高圧ガスの噴射流と、これに合流したスラリと、からなる固気液三相流は、噴射ノズル圧縮部で加速された後、噴射ノズル整流部によって整流される。本発明によって、固気液三相流を高速で安定して噴射することができる。

【0014】

第８の発明は、第７の発明に記載のノズルであって、前記噴射ノズル圧縮部は縮径端に向けて連続的に縮径し、前記噴射ノズル整流部は前記縮径端に連結され、該縮径端と同一形状の断面を連続してもつことを特徴とする。固気液三相流の流路を連続的に狭くすることで、固気液三相流の速度が速くなる。しかし、固気液三相流に含まれる砥粒および液体は、気体に比べて十分に加速するために必要な時間が長い。噴射ノズル整流部を本発明のような形状とすることで、砥粒および液体が十分に加速されると共に固気液三相流の直進性が向上するので、固気液三相流を高速で安定して噴射することができる。

【0015】

第９の発明は、第７または第８の発明に記載のノズルであって、前記噴射ノズル圧縮部と前記ノズルホルダの内部の空間とによって、スラリが吸引される混合室が形成されることを特徴とする。混合室のメンテナンスは噴射ノズルを取り外すことで容易に行うことができる。また、混合室がノズルホルダのみに形成されている場合に比べ、製造しやすい。

【0016】

第１０の発明は、第６乃至第９の発明のいずれか１つに記載のノズルであって、前記ガスノズルと前記噴射ノズルとの距離Ｌと、前記高圧ガス噴射口の径Ｄと、の比（Ｌ／Ｄ）が０．２〜５．０であることを特徴とする。前記距離Ｌが長すぎると、スラリを吸引する吸引力が弱くなりブラスト加工を行うのに十分な量のスラリを導入することができない。前記距離Ｌが短すぎると、スラリの流動抵抗が大きくなる、またはスラリが前記ガスノズルと前記混合室との空隙に堆積して、スラリが高圧ガスの流れに吸引される経路が閉止される。前記距離Ｌは、高圧ガス噴射口の径Ｄとの関係で決定され、その比（Ｌ／Ｄ）を前述の範囲とすることで、好適にブラスト加工を行うことができる。

【0017】

第１１の発明は、第１乃至第５の発明に記載のノズルであって、前記ガスノズル加速部に、前記ブラスト媒体導入部材が連通し、前記高圧ガス導入部より導入された高圧ガスが前記ガスノズル加速部で加速している際に発生する吸引力でスラリを高圧ガスに吸引することを特徴とする。高圧ガスが流れる際、管体にブラスト媒体導入経路である小孔を配置すると前記小径近傍で吸引力が発生する。前記ガスノズル加速部では、高圧ガス流は高速であるので、より強力な吸引力を発生させることができる。また、小孔を大きくしても十分な吸引力を得ることができる。したがって、スラリの噴射量を増加、または砥粒の粒子径を大きくすることができるので、ブラスト加工の効率を向上させることができる。

【0018】

第１２の発明は、第１１の発明に記載のノズルであって、前記噴射ノズルは、一端に開口された連結部から他端に開口された噴射口に向けてスラリを含んだ高圧ガスの経路を形成する中空形状であり、前記連結部が前記ガスノズル噴射口に連結されていることを特徴とする。スラリはガスノズルの内部に吸引されて高圧ガスと混合された後、噴射ノズルを通り、噴射口より噴射されるので、噴射直後に噴射流が急激に膨張することなく高速で安定して噴射することができる。

【0019】

第１３の発明は、第１２の発明に記載のノズルであって、前記噴射ノズルは、噴射口と同一形状の断面を連続して持つ噴射ノズル整流部を備えることを特徴とする。固気液三相流に含まれる砥粒および液体は、気体に比べて十分に加速するために必要な時間が長い。噴射ノズル整流部を本発明のような形状とすることで、砥粒および液体が十分に加速されると共に固気液三相流の直進性が向上するので、固気液三相流を高速で安定して噴射することができる。

【0020】

第１４の発明は、第２、３、４、５、１１の発明のいずれか１つに記載のノズルであって、前記ガスノズルは、前記縮径端の面積Ｓ_ｇｍと前記ガスノズル圧縮部の前記縮径端と反対側の縮径他端の面積Ｓ_ｇｉとの比（Ｓ_ｇｍ／Ｓ_ｇｉ）が０．１〜０．３であり、かつ前記拡径端の面積Ｓ_ｇｏと前記拡径端と反対側の拡径他端の面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）が１．５〜５．０であることを特徴とする。高圧ガスを前記ガスノズル圧縮部で加速し、これを前記ガスノズル加速部でさらに加速するためには、ガスノズルの縮径端の断面積Ｓ_ｇｍと縮径他端との断面積Ｓ_ｇｉと拡径端の断面積Ｓ_ｇｏとの関係が重要であり、それらの比を前述の範囲より選択することで、高圧ガスを十分に加速することができる。

【0021】

第１５の発明は、第１４の発明に記載のノズルであって、前記ガスノズル加速部の壁面の傾斜角度が１．２〜５．０°であることを特徴とする。ガスノズル加速部を通過する高圧ガスが壁面より剥離したり、高圧ガス噴射口より噴射された直後に急激に膨張したりすることを防ぐことができるので、高速で固気液三相流を噴射することができる。

【0022】

第１６の発明に記載のノズルは、第８または第１３の発明に記載のノズルであって、前記噴射ノズル整流部の長さＹと、該噴射ノズル整流部の断面積Ｓ_sとの比（Ｙ／Ｓ_ｓ）が０．２〜２．０ｍｍ^―１であることを特徴とする。噴射ノズル整流部によって砥粒および液体を十分に加速させ、また固気液三相流の直進性を向上させるには、噴射ノズル整流部の長さＹとその断面積Ｓ_ｓとの関係が重要であり、その比を前述の範囲とすることが好ましい。

【0023】

第１７の発明は、第１乃至第１６の発明に記載のいずれか１つのノズルを備えたブラスト加工装置であって、前記ノズルを２つ以上と、 前記ノズルにスラリを供給するスラリ供給源と、前記スラリ供給源と前記ノズルの各々との間に配置されるスラリ分岐手段と、を備えることを特徴とする。前記ブラスト加工装置に２つ以上の前記ノズルを配置することで、被加工物の加工時間を短縮することができる。スラリ分岐手段を用いることで、それぞれのノズルに対して均等にスラリを投入することができる。

【0024】

第１８の発明は、第１７の発明に記載のブラスト加工装置であって、前記スラリ分岐手段は、天板と底板とで両端が閉止された円筒形状の筐体と、一端が天板と連結された中空形状のスラリ投入部材と、一端が底板に連結され、他端が前記ノズルに連結されている中空形状のスラリ供給部材と、を備えることを特徴とする。スラリ投入部材より筐体内に投入されたスラリは、筐体の底部近傍では均等に荷重がかかっているので、筐体の底部に配置されたそれぞれのスラリ供給部材から同じ量のスラリが排出される。よって、非常に簡単な構造でスラリを各ノズルに均等に供給することができる。

【0025】

第１９の発明は、液体中に噴射材が分散されたスラリをノズル体の内部に導入すると共に、高圧ガスと前記スラリを混合し、被加工物に向けて固気液三相流として噴射することで、被加工物のブラスト加工を行うためのノズルであって、前記ノズルは、ノズルホルダと、ノズルの内部に高圧ガスを導入するためのガスノズルと、混合された前記高圧ガスと前記スラリをノズルの外部に噴射するための噴射ノズルを備えており、前記ガスノズルは、両端に高圧ガス導入口と高圧ガス噴射口とが各々開口された筒状であり、前記高圧ガス導入口から前記高圧ガス噴射口へ向かうガス流路を形成し、前記ガス流路は、一端面に高圧ガス導入口が配置された円筒形状の直胴部と、前記直胴部の他端面より縮径端に向けて連続して縮径するガスノズル圧縮部と、前記縮径端より拡径端に向けて連続して拡径するガスノズル加速部と、が同一軸心上に順に配置されていることを特徴とする。

【0026】

また、第２０の発明は、液体中に噴射材が分散されたスラリをノズル体の内部に導入すると共に、高圧ガスと前記スラリを混合し、被加工物に向けて固気液三相流として噴射することで、被加工物のブラスト加工を行うためのノズルであって、前記ノズルは、ノズルホルダと、ノズルの内部に高圧ガスを導入するためのガスノズルと、混合された前記高圧ガスと前記スラリをノズルの外部に噴射するための噴射ノズルを備えており、前記ガスノズルは、両端に高圧ガス導入口と高圧ガス噴射口とが各々開口された筒状であり、前記高圧ガス導入口から前記高圧ガス噴射口へ向かうガス流路を形成し、前記ガス流路は、一端面に高圧ガス導入口が配置された円筒形状の直胴部と、前記直胴部の他端面より縮径端に向けて連続して縮径するガスノズル圧縮部と、前記縮径端に連結した同一の径を持つガスノズル整流部と、前記ガスノズル整流部の他端面に連結し拡径端に向けて連続して拡径するガスノズル加速部と、が同一軸心上に順に配置されていることを特徴とするノズル。第１９または第２０の発明に記載の様な構成とすることで、前述の課題を解決することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によって、湿式のブラスト加工を効率良く行うことができるノズル、およびノズルを備えたブラスト加工装置を提供することができる。

【0028】

本発明における「縮径端に向けて連続的に縮径する」とは、径が増加することなく縮径端の径が最も小さくなることであり、径が一定である領域や段差が形成されていてもよい。また、「拡径端に向けて連続的に拡径する」とは、同様に、径が減少することなく拡径端の径が最も大きくなることであり、径が一定である領域や段差が形成されていてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１実施形態のノズルの一例を説明するための断面図である。

【図2】第１実施形態のノズルの噴射ノズルを説明するための断面図である。

【図3】第１実施形態のノズルのガスノズルを説明するための断面図である。

【図4】第１実施形態のノズルのガスノズルの別の形態を説明するための断面図である。

【図5】第１実施形態のガスノズルと噴射ノズルの位置関係を説明するための説明図である。

【図6】本発明のノズルを１つ配置したブラスト加工装置を説明するための模式図である。

【図7】本発明のノズルを複数配置したブラスト加工装置を説明するための模式図である。

【図8】本発明のスラリ分岐手段を説明するための模式図である。

【図9】第２実施形態のノズルの一例を説明するための断面図である。

【図10】第２実施形態のノズルの噴射ノズルを説明するための断面図である。

【図11】第２実施形態のノズルのガスノズルを説明するための断面図である。

【図12】本発明のノズルの別の形態を説明するための説明図である。

【図13】実施例３の結果を示すグラフである。

【図14】実施例５の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明におけるノズルおよびブラスト加工装置の一例を第１実施形態として、図に基づいて説明する。なお、説明における左右上下方向は特に断りのない限り図中の方向を示す。また、本発明は実施形態に記載の形状に限られず、必要に応じて適宜変更することができる。

【0031】

図１に本実施形態におけるノズル１０の概略図を示す。ノズル１０は、両端が丸形状に開口された中空の四角柱形状のノズルホルダ１１と、両端が丸形状に開口された円筒形状のガスノズル１２と、両端が丸形状に開口された円筒形状の噴射ノズル１３と、を備える。ノズルホルダ１１の上方にはガスノズル１２が嵌合できる大きさの開口部を備え、下方には噴射ノズル１３が嵌合できる大きさの開口部を備えており、かつ上下の開口部は、ノズルホルダ１１の円筒形である内部の空間を介して連通している。また、中空形状のブラスト媒体導入部材１１ａの一端面が、該ノズルホルダ１１の一側面に連結されており、他端面であるブラスト媒体導入部１１ｂとノズルホルダ１１の内部の空間とは連通している。

【0032】

図２も参照する。噴射ノズル１３は、ノズルホルダの下方に嵌合されており、ネジ（図示せず）でノズルホルダ１１に係止されている。噴射ノズルの上端の開口部（連結部１３ｄ）は、ノズルホルダ１１の内部の空間と同一の径であり、下方に位置する噴射ノズル縮径端１３ｅに向かって縮径する噴射ノズル圧縮部１３ａを備える。該内部の空間と該噴射ノズル圧縮部１３ａとによって、混合室Ｍが形成されている。噴射ノズル縮径端１３ｅには、図２（Ａ）に示すように、該噴射ノズル縮径端１３ｅと同一の円形断面を連続して持つ形状の噴射ノズル直胴部１３ｂ（噴射ノズル整流部）が連結されている。前記噴射ノズル圧縮部１３ａと前記噴射ノズル直胴部１３ｂとで固気液三相流の流路が形成されている。

【0033】

噴射ノズル圧縮部によって、固気液三相流の流路を緩やかに狭くすることで、固気液三相流を混合室Ｍの壁面で反射することなく加速することができる。

【0034】

前記噴射ノズル直胴部１３ｂは、固気液三相流を整流して直進性を向上させることができるので、噴射口１３ｆで噴射された直後に急激に膨張して減速されることを防ぐことができる。また、砥粒や液体は気体と真比重が異なるので、気体よりも加速させるための時間（距離）が必要であるので、前記噴射ノズル直胴部１３ｂを配置することで、砥粒および液体を加速させることができる。しかし、噴射ノズル直胴部１３ｂの長さＹ（図５参照）が長すぎると、管壁が抵抗となって減速する。従って、固気三相流を整流することで直進性が向上し、かつ砥粒および液体を十分に加速する効果が得られ、かつ管内で減速しない為には、該噴射ノズル直胴部１３ｂの断面積Ｓ_sに対する噴射ノズル直胴部１３ｂの長さＹの比（Ｙ／Ｓ_ｓ）を、０．２〜２．０ｍｍ^−１、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ^−１の範囲より選択することが望ましい。

【0035】

なお、噴射ノズル１３は要求される加工能力に影響を及ぼさない範囲で、任意に形状を変更することができる。例えば、図２（Ｂ）に示すように噴射ノズル直胴部１３ｂのみを配置してもよく、図２（Ｃ）に示すように噴射ノズル縮径端１３ｅに噴射ノズル拡径部１３ｃを連結させてもよく、図２（Ｄ）に示すように噴射ノズル圧縮部１３ａのみを配置してもよい。噴射ノズル１３は、内壁の径がガスノズル１２の噴射口１２ｋの外壁の径より小さい箇所を備えるのが好ましい。

【0036】

図３をも参照する。ガスノズル１２は、高圧ガス噴射口１２ｋが混合室Ｍに位置するようにノズルホルダ１１に嵌合されている。ガスノズル１２は図１の上下方向に移動可能であり、ネジ（図示せず）でノズルホルダ１１に係止されている。ガスノズル１２の設置位置を調整する際は、前記ネジを緩めた後、該ガスノズル１２を上下方向に移動させて固定位置を決定し、再びネジを締めて固定する。

【0037】

ガスノズル１２の最上面である高圧ガス導入部１２ｆより高圧ガス（本実施形態では圧縮空気）が導入される。導入された高圧ガスは、高圧ガス噴射口１２ｋより噴射され、混合室Ｍに導入される。高圧ガスの噴射によって、前記混合室Ｍは負圧になり、ブラスト媒体であるスラリは前記ブラスト媒体導入部１１ｂより前記混合室Ｍに吸引される。吸引されたスラリは、混合室Ｍにて高圧ガスと混合された後、スラリと高圧ガスの固気液三相流として、噴射ノズル１３の最下部である噴射口１３ｆより噴射される。

【0038】

ノズル１０の内部で発生する吸引力（負圧）が弱いと、ブラスト加工を行うのに十分なスラリを吸引することができない。負圧は、噴射された高圧ガスの噴射流が、その境界層で周囲の空気を巻き込む剪断力によって発生する。このため、ガスノズル１２の先端（下端）側１２ｊと高圧ガスの噴射方向側前方に位置する壁面、即ち噴射ノズル圧縮部１３ａの壁面との距離Ｌ（図５参照）が短ければ周囲の空気が少ないため、より強い吸引力を得ることができる。しかし、この距離Ｌが短すぎると、ガスノズル１２と噴射ノズル圧縮部１３ａの壁面との間隙にスラリが堆積し、この間隙が閉止されるため、スラリを吸引することができなくなる可能性がある。本実施形態のガスノズルは、前記ガスノズルが上下方向に移動可能に挿入されているため、スラリに含まれる砥粒の粒子径や含有率、およびスラリの粘度に合わせて前記距離Ｌを設定することができる。

【0039】

ガスノズル１２の内部は、図３（Ａ）に示すように、上端が高圧ガス導入部１２ｆであり、該高圧ガス導入部１２ｆと同一の円形断面を連続して持つガスノズル直胴部１２ａと、該高圧ガス直胴部１２ａの他端に連結され、ガスノズル縮径端１２ｈに向けて連続して縮径するガスノズル圧縮部１２ｂと、該ガスノズル縮径端１２ｈに連結され、ガスノズル拡径端１２ｊに向けて連続して拡径するガスノズル加速部１２ｃと、を備え、また高圧ガス導入部１２ｆとガスノズル縮径端１２ｈとガスノズル加速部１２ｃとは同一軸心上に配置されている。高圧ガス導入部１２ｆより導入された高圧ガスは、ガスノズル圧縮部１２ｂにて圧縮されて加速された後、ガスノズル加速部１２ｃで徐々に膨張されることでさらに加速され、高圧ガス噴射口１２ｋ（ガスノズル拡径端１２ｊ）より噴射される。高圧ガスを高速で噴射できるので、前記噴射口１３ｆより噴射される固気液三相流の噴射速度も速いので、効率よくブラスト加工を行うことができる。また、高圧ガスの噴射速度が速いので、噴射流の境界層で発生する剪断力が強くなる。従って、混合室Ｍで発生する吸引力が強くなるので、前記ガスノズル１２の先端と前記噴射ノズル圧縮部１３ａの壁面との距離Ｌを長くしてもスラリを吸引するための十分な負圧（吸引力）を得ることができる。即ち、本発明のガスノズル１２を用いることで、スラリの噴射速度の向上と噴射するスラリ量の増加とを実現できるので、ブラスト加工の効率を向上させることができる。

【0040】

ガスノズル１２の先端と噴射ノズル圧縮部１３ａとの間隙にスラリが堆積するのを防ぎ、かつブラスト加工を行うために十分なスラリを吸引するためには、前記ガスノズル１２の先端と前記噴射ノズル圧縮部１３ａの壁面との距離Ｌと、前記高圧ガス噴射口１２ｋの径Ｄ_ｇ（図５参照）と、の比（Ｌ／Ｄ_ｇ）が重要であり、その比は０．２〜５．０の範囲で設定することが好ましいことを見いだした。前記比（Ｌ／Ｄ_ｇ）が小さすぎると、スラリが堆積することで、スラリの吸引経路が閉止される。前記比（Ｌ／Ｄ_ｇ）が大きすぎると、ブラスト加工を行うために十分な量のスラリを吸引するための負圧を得ることができない。

【0041】

また、ブラスト加工を行うための最適な高圧ガスの噴射圧力が０．２〜１．０ＭＰａの場合、ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍ（図５参照）と、ガスノズル圧縮部１２ｂにおけるガスノズル縮径端１２ｈと反対側のガスノズル縮径他端１２ｇの面積Ｓ_ｇｉ（図５参照）との比（Ｓ_ｇｍ／Ｓ_ｇｉ）を０．１〜０．３、好ましくは０．１〜０．２の範囲から選択し、かつガスノズル拡径端１２ｊの面積Ｓ_ｇｏ（図５参照）と前記ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）を１．５〜５．０、好ましくは２．０〜４．０の範囲から選択するのが望ましい。高圧ガスの噴射圧力が０．１〜１．０ＭＰａであれば、前記ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍと前記ガスノズル縮径他端１２ｇの面積Ｓ_ｇｉとの比（Ｓ_ｇｍ／Ｓ_ｇｉ）を０．１〜０．３とすることで、高圧ガスはガスノズル圧縮部１２ｂにて十分加速することができる。しかし、前記ガスノズル拡径端１２ｊの面積Ｓ_ｇｏと前記ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）が小さすぎると前記ガスノズル加速部１２ｃでの膨張が不十分で高圧ガスが十分に加速することができず、ガスノズル噴射口１２ｋより噴射された直後に急激に膨張するため、高圧ガスの流れが不安定になる。また、前記比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）が大きすぎると高圧ガスの流れが前記ガスノズル加速部１２ｃの壁面より剥離して十分に加速することができない。

【0042】

また、前記ガスノズル加速部１２ｃの壁面の傾斜角度θが小さすぎると前記ガスノズル加速部１２ｃでの膨張が不十分で高圧ガスが十分に加速することができず、高圧ガス噴射口１２ｋから噴射された直後に膨張して減速する。また、前記傾斜角度θが大きすぎると高圧ガスの流れが前記ガスノズル加速部１２ｃの壁面より剥離して十分に加速することができない。前記傾斜角度θは１．２〜５．０°の範囲から選択するのが好ましい。

【0043】

また、ガスノズルの内部は、図３（Ｂ）に示すように、ガスノズル縮径端１２hと、ガスノズル加速部１２ｃにおけるガス拡径端１２ｊと反対側のガスノズル拡径他端１２ｉとの間に、ガスノズル整流部１２ｄを配置してもよい。ガスノズル整流部１２ｄは、下方に向かってガスノズル縮径端１２ｈと同一の円形断面を連続してもつ。ガスノズル整流部１２ｄは、ガスノズル縮径端１２ｈを通過した高圧ガスの流れを安定させることができるので、ガスノズル加速部１３ｃに流入した際に急激に膨脹しようとする力を減少させることができる。その結果、高圧ガスはスムーズにガスノズル１０を流れる事ができる。また、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）に示すように、ガスノズル拡径端１２ｊに、ガスノズル拡径端１２ｊと同一の断面をもつガスノズル第二整流部１２ｅを連結してもよい。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すガスノズル１２を使用した。

【0044】

ガスノズル整流部１２ｄの長さＸ_１（図５参照）が短すぎると高圧ガスを整流する効果が得られず、長すぎると高圧ガスが通過する際に抵抗となり減速される。前記ガスノズル整流部１２ｄの長さＸ_１と前記ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｘ_１／Ｓ_ｇｍ）は０．１〜１．０ｍｍ^−１、好ましくは０．１〜０．５ｍｍ^−１の範囲から選択することが望ましい。同様に、ガスノズル第二整流部１２ｅの長さＸ_２が短すぎると高圧ガスを整流する効果が得られず、長すぎると高圧ガスが通過する際に抵抗となり減速される。前記ガスノズル第二整流部１２ｅの長さＸ_２と前記拡径端１２ｊの面積Ｓ_ｇｏとの比（Ｘ_２／Ｓ_ｇｏ）は０．０２〜０．５０ｍｍ^−１、好ましくは０．０２〜０．３０ｍｍ^−１の範囲より選択することが望ましい。

【0045】

また、図４に示すように、ガスノズル直胴部１２ａ、ガスノズル圧縮部１２ｂ、ガスノズル加速部１２ｃ、ガスノズル整流部１２ｄの各々の境界をなだらかな曲線状（Ｒ形状）とすることが好ましい。角部をなくすことで、高圧ガスが前記境界を滑らかに通過することができる。

【0046】

次に、本実施形態のノズルを配置したブラスト加工装置について説明する。ブラスト加工装置２０は、図６に示すように被加工物Ｗのブラスト加工を行うためのブラスト加工室２１と、スラリ槽２２と、を備える。ブラスト加工室２１内には、前記ノズル１０が配置されており、固気液三相流の噴射方向（図６では、ノズル１０の下方）には、被加工物Ｗが載置されている載置手段Ｔが配置されている。

【0047】

スラリ槽２２には、ブラスト媒体として、液体（本実施形態では水）に砥粒を混合したスラリが貯留されている。砥粒は、鉄および非鉄製のショットやグリッドやカットワイヤー、セラミックス系粒子、植物系粒子、樹脂系粒子といった、乾式および湿式を問わず一般にブラスト加工に用いることができるものであれば特に限定されない。前記砥粒はスラリ全体の５〜６０体積％となるように水に混合されている。スラリ中の砥粒の沈降を防ぐために、前記スラリ槽２２には砥粒を攪拌し分散させるための手段（図示せず）を配置した。

【0048】

スラリはホースを介してポンプＰによって吸い上げられ、ノズル１０のブラスト媒体導入部材１１ａおよび分級手段２５に送られる。該ブラスト媒体導入部材１１ａに送られたスラリは、ガスノズル１２の高圧ガス導入部１２ｆに連結された圧縮空気発生源２４（圧縮空気供給手段）より発生した圧縮空気（高圧ガス）の噴射により混合室Ｍに吸引されると共に圧縮空気と混合された後、固気液三相流として被加工物Ｗに向けて噴射され、被加工物Ｗのブラスト加工が行われる。

【0049】

ノズル１０より噴射されたスラリおよびブラスト加工にて発生した被加工物Ｗの切削物等はブラスト加工室２１に連結されたスラリ槽２２に流入する。すなわち、スラリ槽２２のスラリには、水と砥粒の他に、ブラスト加工によって摩耗または破砕されてブラスト加工に適さない大きさとなった砥粒や、ブラスト加工で生じた切削物等（以降、これらを「不要物」と記す）が含まれる。ポンプＰによって吸い上げられたスラリの一部は分級手段２５に送られ、ブラスト加工に適した砥粒と前記不要物とに分離される。分離された砥粒はスラリ槽２２に戻され、ブラスト加工に再度使用される。前記不要物は選別手段２６に送られ、液体と固形分に分離され、固形分はスラッジとしてスラッジ槽２８に回収され、液体は貯液槽２７に貯留される。貯液槽２７に貯留された液体は、スラリ槽２２に戻してもよく、またブラスト加工後の被加工物Ｗを洗浄するための洗浄液として使用してもよい。

【0050】

前記分級手段２５は、分離する不要物の径または量に応じて湿式サイクロン式分級装置や比重選別装置等公知の手段を用いることができる。また、前記選別手段２６は、選別するものの材質および大きさによって篩や磁力選別装置や遠心分離装置等の公知の方法を適宜用いることができる。例えば、砥粒および被加工物Ｗが磁性体であり、かつ篩では分離が困難な場合は磁力選別機を用いることができる。一例として、クロム・モリブデン鋼等の鍛造品（熱間・冷間）のバリを鉄製グリッド等の砥粒を用いて除去する場合に磁力選別機を好適に用いることができる。

【0051】

被加工物Ｗ全体のブラスト加工を行うために、被加工物Ｗをノズル１０に対して相対的に走査させるための移動手段（図示せず）を前記載置手段Ｔまたはノズルを保持するための架台（図示せず）に連結させてもよい。本実施形態では、円形表面をもつ載置手段Ｔの軸心を中心にして被加工物を回転させる構造をもつ移動手段を該載置手段Ｔに連結させた。

【0052】

ブラスト加工室に配置されるノズル１０の数量は、被加工物Ｗの寸法および形状に応じて適宜選択することができる。例えば、被加工物の寸法が大きい場合、図７（Ａ）の様に複数のノズル１０を連接して配置することで、一度に加工することができる。被加工物Ｗが凹凸面を有する場合、図７（Ｂ）の様に複数のノズル１０を被加工物Ｗの凹凸面にあわせて配置することで凹凸面を同時に加工することができる。本実施形態では、図７（Ａ）の様に４つのノズル１０を平行に連接させるように配置した。

【0053】

複数のノズル１０を配置する場合、全てのノズル１０に均等にスラリを供給する必要があるために、スラリ供給源（本実施形態では、スラリ槽２２およびポンプＰ）とノズル１０との間にスラリ分岐手段２３を配置した。本実施形態では、ポンプＰとノズル１０の間にスラリ分岐手段２３を配置した。

【0054】

本実施形態のスラリ分岐手段２３は、図８に示すように両端が閉止された円筒状の分岐手段本体２３ｂと、分岐手段本体２３ｂの一端面に配置されホースを介してポンプＰに連結されるスラリ投入部材２３ａと、他端面に配置されホースを介してそれぞれのノズル１０のブラスト媒体導入部材１２ａと連結されるスラリ供給部材２３ｃと、で構成され、内部にはスラリ一次貯留室２３ｔが形成されている。前記スラリ供給部材２３ｃは配置するノズル１０の数に応じて設置数を適宜選択することができる。本実施形態では、４つのスラリ供給部材２３ｃを配置した。

【0055】

ポンプＰにより吸い上げられたスラリは、スラリ投入部材２３ｂよりスラリ一次貯留室２３ｔに送られる。スラリ一次貯留室２３ｔ内のスラリは、全てのスラリ供給部材２３ｃより排出されたのち、ホースを介してノズル１０に送られる。その際、スラリ一次貯留室２３ｔの内部はポンプＰの吐出圧力により加圧されているので、全てのスラリ供給部材２３ｃより均等な量のスラリが排出される。

【0056】

より精度良く全てのスラリ供給部材２３ｃよりスラリが均等に排出される為には、ポンプＰによるスラリの投入圧力および投入量にあわせ、分岐手段本体のスラリ一次貯留室２３ｔの長さを適宜選択したほうがよい。そのため、図８（Ｂ）に示すように、分岐手段本体２３ａの内壁に沿って図中上下方向に摺動可能な調整部材２３ｄに前記スラリ投入部材２３ｂを連結することで、スラリ一次貯留室の長さを適宜変更できる構造としてもよい。また、図８（Ｃ）に示すように、スラリを各スラリ供給部材２３ｃに効果的に誘導させるためのスラリ誘導部材２３ｅをスラリ一次貯留室２３ｔに配置してもよい。なお、スラリ分岐手段２３は、スラリを複数のノズル１０に供給することができれば、周知の他の構成であってもよい。

【0057】

第１実施形態にノズルを使用して、圧縮空気を０．４ＭＰａで高圧ガス導入部１２ｆより導入し、混合室Ｍで発生する吸引力を測定した結果を実施例１として説明する。本実施例では、ガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとガスノズル縮径他端１２ｇの面積Ｓ_ｇｉとの比（Ｓ_ｇｍ／Ｓ_ｇｉ）、ガスノズル拡径端１２ｊの面積Ｓ_ｇｏとガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）、ガスノズル加速部１２ｃの傾斜角θ、ガスノズル１２の先端から噴射ノズル圧縮部１３ａの壁面までの距離Ｌと前記高圧ガス噴射口１２ｋの径Ｄ_ｇとの比（Ｌ／Ｄ_ｇ）、ガスノズル整流部１２ｄの長さＸ_１とガスノズル縮径端１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｘ_１／Ｓ_ｇｍ）、ガスノズル第二整流部１２ｅの長さＸ_２と前記拡径端１２ｊの面積Ｓ_ｇｏとの比（Ｘ_２／Ｓ_ｇｏ）、を表１に示すように設定した。

【0058】

【表1】

【0059】

混合室Ｍ内の負圧は−４０ｋＰａ以下であればブラスト加工を行うのに十分なスラリを吸引できることから、実施例１−１〜９のノズル１０はいずれも良好にスラリを混合室Ｍに吸引することができる。

【0060】

実施例１−６に記載のノズル１０を用いて湿式ブラスト加工を行った結果を実施例２として説明する。砥粒としてホワイトアランダム（ＷＡ＃８００（新東工業株式会社製）：平均粒子径；１８μｍ）、鉄製グリッド（ＧＨ−３（新東工業株式会社製）：平均粒子径；３００μｍ）、ステンレス製グリッド（ＧＲＩＴＴＡＬ ＧＨ−２０（キンセイマテック株式会社製）：平均粒子径；２００μｍ）、鉄製ショット（ＳＢ−３（新東工業株式会社製）：平均粒子径；３００μｍ）、アランダム（ＡＦ６０（新東工業株式会社製）：平均粒子径 ２５０μｍ）を用い、１０〜４０体積％となるように水にそれぞれ分散させてスラリを作成した。噴射口１３ｆとの距離を１００ｍｍとし、該スラリを被加工物（ＳＳ４００製の板（６０×６０×ｔ６ｍｍ））に向けて圧縮空気の噴射圧力を０．４ＭＰａにて１分間噴射した。加工後、表面粗さ計（株式会社東京精密製）にて加工（切削）された最大深さ（以降、単に「加工深さ」と記す）を測定した。

【0061】

表２に示すように、いずれのスラリにおいても加工中にノズル１０の混合室Ｍの内部でスラリが堆積して閉止することがなく連続して砥粒を噴射することができた。また、被加工物Ｗが切削されていたことにより、良好にブラスト加工を行うことができることがわかった。比較のために従来技術である、先行技術文献１にて開示された構造のノズルを用い、前記スラリを噴射したところ加工中に小孔が砥粒にて閉止され連続して砥粒の噴射を行うことができなかった。このことから、本発明のノズルは砥粒の粒子径およびスラリの性状によらず良好にブラスト加工を行うことができた。

【0062】

【表2】

【0063】

実施例２−１の加工条件で、噴射ノズル直胴部１３ｂの長さＹと該噴射ノズル直胴部１３ｂの断面積Ｓ_sとの比（Ｙ／Ｓ_s）を変えてブラスト加工を行った結果を実施例３として説明する。図１３に示すように、前記比（Ｙ／Ｓ_s）が０．２ｍｍ^−１未満では加工深さが浅く、噴射ノズル直胴部１３ｂの効果が得られない。０．３を越えると加工深さが深くなり、噴射ノズル直胴部１３ｂによって加工効率が良くなったことがわかる。しかし、さらに噴射ノズル直胴部の長さを長くして前記比（Ｙ／Ｓ_s）が２．０ｍｍ^−１を越えると、加工深さが減少する。これにより、ノズル直胴部を長くしすぎると、噴射ノズル直胴部の壁面が抵抗となって固気液三相流の流れが阻害されるので、加工能力が減少することが分かった。

【0064】

次に、ガスノズル加速部１２ｃにブラスト媒体導入部１１ｂを配置した例を、第２実施形態として説明する。なお、ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

【0065】

第２実施形態のノズル１１０は、図９に示すように、両端が丸形状に開口された中空の四角柱形状のノズルホルダ１１１と、両端が丸形状に開口された中空の円筒形状のガスノズル１１２と、両端が丸形状に開口された中空の円筒形状の噴射ノズル１１３と、を備える。ノズルホルダ１１１の上方にはガスノズル１１２が嵌合できる大きさの開口部を備え、下方には噴射ノズル１３が嵌合できる大きさの開口部を備えており、かつ上下の開口部は、ノズルホルダ１１１の円筒形である内部の空間を介して連通している。また、中空形状のブラスト媒体導入部材１１１ａの一端面が、該ノズルホルダ１１１の一側面に連結されており、他端面であるブラスト媒体導入部１１１ｂとノズルホルダ１１１内部の空間とは連通している。

【0066】

噴射ノズル１１３は、ノズルホルダ１１１の下方に嵌合されており、ネジ（図示せず）でノズルホルダ１１１に係止されている。図１０（Ａ）に示すように、噴射ノズル１１３の上端にはガスノズル１１２を嵌合できる凹部が配置されている。上端の開口部（ノズル連結部１１３ｄ）はガスノズル１１２の高圧ガス噴射口１１２ｋと同一の形状であって、他端である噴射口１１３ｆに向かって連続して同一の径を持つ噴射ノズル直胴部１１３ｂ（噴射ノズル整流部）によって固気液三相流の流れる経路が形成されている。

【0067】

前記噴射ノズル直胴部１１３ｂは、固気液三相流を整流して直進性を向上させることができるので、噴射口１１３ｆで噴射された直後に急激に膨張して減速されることを防ぐことができる。また、砥粒や液体は気体と真比重が異なり、気体よりも加速させるための時間（距離）が必要であるので、砥粒および液体を加速させることができる。しかし、噴射ノズル直胴部１１３ｂの長さＹが長すぎると、管壁が抵抗となって減速する。従って、前述の効果が得られ、かつ管内で減速しない為には、噴射ノズル直胴部１１３ｂの長さＹと該噴射ノズル直胴部１１３ｂの断面積Ｓ_ｓとの比（Ｙ／Ｓ_ｓ）を、０．２〜２．０ｍｍ^−１、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ^−１の範囲より選択することが望ましい。

【0068】

ガスノズル１１２の内部は、図１１（Ａ）に示すように、上端が高圧ガス導入部１１２ｆであり、該高圧ガス導入部１１２ｆと同一の円形断面を連続して持つガスノズル直胴部１１２ａと、該高圧ガス直胴部１１２ａの他端に連結され、ガスノズル縮径端１１２ｈに向けて連続して縮径するガスノズル圧縮部１１２ｂと、該ガスノズル縮径端１１２ｈに連結され、ガスノズル拡径端１１２ｊに向けて連続して拡径するガスノズル加速部１１２ｃと、を備え、また高圧ガス導入部１１２ｆとガスノズル縮径端１１２ｈとガスノズル加速部１１２ｃとは同一軸心上に配置されている。また、前記ガスノズル加速部１１２ｃに連通するように、円筒形の開口部（ブラスト媒体導入経路１１２ｍ）が配置されている。

【0069】

ガスノズル１１２は、高圧ガス噴射口１１２ｋが噴射ノズル１１３の連結部（１１３ｄ）と連結するようにノズルホルダ１１１に嵌合されており、ネジ（図示せず）でノズルホルダ１１１に係止されている。その際、前記ブラスト媒体導入経路１１２ｍの一端が混合室Ｍ内に位置している。

【0070】

高圧ガス導入部１１２ｆより導入された高圧ガスは、ガスノズル圧縮部１１２ｂにて圧縮されて加速された後、ガスノズル加速部１１２ｃで徐々に膨張されることで加速され、高圧ガス噴射口１１２ｋ（ガスノズル拡径端１１２ｊ）より噴射される。高圧ガスがガスノズル加速部１１２ｃを流れる際に、高圧ガス流の境界層で生じた剪断力によりブラスト媒体導入経路１１２ｍより高圧ガスの流れへ吸引する負圧が発生する。ブラスト媒体導入部１１１ｂより混合室Ｍに導入されたスラリは、ブラスト媒体導入経路１１２ｍより高圧ガスの流れに吸引され、固気液三相流となる。固気液三相流は、噴射ノズル１１３を通過し、噴射口１１３ｆより噴射される。高圧ガスの経路が直胴部１１２ａのみで構成されたガスノズルに比べ、ガスノズル１１０内を流れる速度が速いので、ブラスト媒体導入経路１１２ｍの径を大きくしてもスラリを吸引するための十分な吸引力（負圧）を得ることができる。即ち、本発明のガスノズル１１２を用いることで、スラリの噴射速度の向上と噴射するスラリ量の増加とを実現できるので、ブラスト加工の効率を向上させることができる。

【0071】

ブラスト媒体導入経路１１２ｍは、ガスノズル１１２の軸心に対する角度αを１５〜４５°の範囲から選択して配置するのが好ましい。角度αが前述の範囲であれば、ガスノズル１１２内に導入されたスラリは、高圧ガスの流れに均一に分散することができるので、安定したブラスト加工を行うことができる。

【0072】

ガスノズル噴射口１１２ｋは、噴射ノズル連結部１１３ｄと連結されており、ガスノズル噴射口１１２ｋを通過した固気液三相流は、噴射ノズル直胴部１１３ｂを通り、噴射口１１３ｆより噴射される。前記噴射ノズル直胴部１１３ｂは、固気液三相流の流れを整流して、直進性を向上させることができるので、噴射口１１３ｆで噴射された直後に急激に膨張して減速されることを防ぐことができる。しかし、噴射ノズル直胴部１１３ｂの長さＹが長すぎると、管壁が抵抗となって減速する。従って、固気液三相流を整流でき、かつ管内で減速しない為には、噴射ノズル直胴部１１３ｂの長さＹと該噴射ノズル直胴部１１３ｂの断面積Ｓ_ｓとの比（Ｙ／Ｓ_ｓ）を、０．２〜２．０ｍｍ^−１、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ^−１の範囲より選択することが望ましい。噴射ノズル１１３は、噴射口１１３ｆにおいて整流効果さえあれば、例えば図１０（Ｂ）に示すように連続して拡径する噴射ノズル拡径部１１３ｃを前記噴射ノズル直胴部１１３ｂの一端に連結させてもよく、また図１０（Ｃ）に示すように緩やかに連続して拡径する噴射ノズル拡径部１１３ｃのみを配置してもよい。

【0073】

また、ガスノズルの内部は、第１実施形態と同様に、ガスノズル縮径端１１２hとガスノズル拡径他端１１２ｉとの間に、ガスノズル整流部１１２ｄを配置してもよい（図１１（Ｂ）参照）。ガスノズル整流部１１２ｄは、下方に向かってガスノズル縮径端１１２ｈと同一の円形断面を連続してもつ。ガスノズル整流部１１２ｄは、ガスノズル縮径端１１２ｈを通過した高圧ガスの流れを安定させることができるので、ガスノズル加速部１１２ｃに流入した際に急激に膨脹しようとする力を減少させることができる。その結果、高圧ガスはスムーズにガスノズル１１０を流れる事ができる。

【0074】

また、第１実施形態と同様に、ガスノズル直胴部１１２ａ、ガスノズル圧縮部１１２ｂ、ガスノズル加速部１１２ｃ、ガスノズル整流部１１２ｄの各々の境界をなだらかな曲線状（Ｒ形状）とすることが好ましい。角部をなくすことで、高圧ガスが前記境界を滑らかに通過することができる。

【0075】

また、本実施形態のノズルを、第１実施形態と同様にブラスト加工装置に配置することができる。

【0076】

第２実施形態のノズル１１０を使用して、圧縮空気を０．４ＭＰａで高圧ガス導入部１１２ｆより導入し、混合室Ｍで発生する吸引力を測定した結果を実施例４として説明する。本実施例では、ガスノズル縮径端１１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとガスノズル縮径他端１１２ｇの面積Ｓ_ｇｉとの比（Ｓ_ｇｍ／Ｓ_ｇｉ）、ガスノズル拡径端１１２ｊの面積Ｓ_ｇｏとガスノズル縮径端１１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｓ_ｇｏ／Ｓ_ｇｍ）、ガスノズル加速部１１２ｃの傾斜角θ、ガスノズル整流部１１２ｄの長さＸ_１とガスノズル縮径端１１２ｈの面積Ｓ_ｇｍとの比（Ｘ_１／Ｓ_ｇｍ）、を表３に示すように設定した。

【0077】

【表3】

【0078】

混合室Ｍ内の負圧は−４０ｋＰａ以下であればブラスト加工を行うのに十分なスラリを吸引できることから、実施例４−１〜１０のノズル１１０はいずれも良好にスラリを混合室Ｍに吸引することができる。

【0079】

実施例４−６に記載のノズル１１０において、噴射ノズル直胴部１１３ｂの長さＹと該噴射ノズル直胴部１１３ｂの断面積Ｓ_ｓとの比（Ｙ／Ｓ_ｓ）を変えてブラスト加工を行った結果を実施例５として説明する。ブラスト加工に用いるスラリは、砥粒に鉄製グリッド（ＧＨ−３（新東工業株式会社製）：平均粒子径；３００μｍ）を用い、これを３０体積％となるように水に分散させた。噴射口１１３ｆと被加工物（６０×６０×ｔ６ｍｍのＳＳ４００の板）との距離を１００ｍｍとして、０．４ＭＰａの圧縮空気を用いて、該スラリを被加工物に向けて噴射した。図１４に示すように、前記比（Ｙ／Ｓ_s）が０．２ｍｍ^−１未満では加工深さが浅く、噴射ノズル直胴部１３ｂの効果が得られない。０．３を越えると加工深さが深くなり、噴射ノズル直胴部１３ｂによって加工効率が良くなったことがわかる。しかし、さらに噴射ノズル直胴部の長さを長くして前記比（Ｙ／Ｓ_s）が２．０ｍｍ^−１を越えると、加工深さが減少する。これにより、ノズル直胴部を長くしすぎると、噴射ノズル直胴部の壁面が抵抗となって固気液三相流の流れが阻害されるので、加工能力が減少することが分かった。

【0080】

（変更例）
例えば、図１３（Ａ）に示す第１実施形態の変更例、図１３（Ｂ）に示す第２実施形態の変更例の様に、円筒形のノズルホルダを使用することができる。その他、ノズルの機能を損なわない範囲において、形状および構成を適宜変更することができる。

【0081】

実施形態および実施例に記載のブラスト加工のみならず、例えばスラリに防錆材や脱脂材等を混合させて複合的な加工を行うことができる。

【符号の説明】

【0082】

１０ ノズル
１１ ノズルホルダ
１１ａ ブラスト媒体導入部材
１１ｂ ブラスト媒体導入部
１２ ガスノズル
１２ａ ガスノズル直胴部
１２ｂ ガスノズル圧縮部
１２ｃ ガスノズル加速部
１２ｄ ガスノズル整流部
１２ｅ ガスノズル第二整流部
１２ｆ 高圧ガス導入部
１２ｇ ガスノズル拡径他端
１２ｈ ガスノズル縮径端
１２ｉ ガスノズル縮径他端
１２ｊ ガスノズル拡径端
１２ｋ 高圧ガス噴射口
１３ 噴射ノズル
１３ａ 噴射ノズル圧縮部
１３ｂ 噴射ノズル直胴部（噴射ノズル整流部）
１３ｃ 噴射ノズル拡径部
１３ｄ 連結部（噴射ノズル縮径他端）
１３ｅ 噴射ノズル縮径端
１３ｆ 噴射口
２０ ブラスト加工装置
２１ ブラスト加工室
２２ スラリ槽
２３ スラリ分岐手段
２３ａ スラリ投入部材
２３ｂ 分岐手段本体
２３ｃ スラリ供給部材
２３ｄ 調整部材
２３ｅ スラリ誘導部材
２３ｔ スラリ一次貯留室
２４ 圧縮空気供給手段
２５ 分級手段
２６ 選別手段
２７ 貯液槽
２８ スラッジ槽
１１１ ノズルホルダ
１１１ａ ブラスト媒体導入部材
１１１ｂ ブラスト媒体導入部
１１２ ガスノズル
１１２ａ ガスノズル直胴部
１１２ｂ ガスノズル圧縮部
１１２ｃ ガスノズル加速部
１１２ｄ ガスノズル整流部
１１２ｆ 高圧ガス導入部
１１２ｇ ガスノズル縮径他端
１１２ｈ ガスノズル縮径端
１１２ｉ ガスノズル拡径他端
１１２ｊ ガスノズル拡径端
１１２ｋ 高圧ガス噴射口
１１２ｍ ブラスト媒体導入経路
１１３ 噴射ノズル
１１３ｂ 噴射ノズル直胴部（噴射ノズル整流部）
１１３ｃ 噴射ノズル拡径部
１１３ｄ 連結部
１１３ｆ 噴射口
Ｍ 混合室
Ｐ ポンプ
Ｔ 載置手段
Ｗ 被加工物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】