特許 7565095 ノズル体

(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】

(24)【登録日】2024-10-02

(45)【発行日】2024-10-10

(54)【発明の名称】ノズル体

(51)【国際特許分類】

   B24C 5/04 20060101AFI20241003BHJP

   B24C 5/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B24C5/04 A

B24C5/02 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022197330

(22)【出願日】2022-12-09

(65)【公開番号】P2024083044

(43)【公開日】2024-06-20

【審査請求日】2023-09-20

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591205732

【氏名又は名称】マコー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】徳長 靖

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 勇雄

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特許第３５４０７１３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特許第４２１００７６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０００－３１７８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６１０１６７２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１９－００５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５９１０９３３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｃ ５／０４

Ｂ２４Ｃ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

砥粒と液体とが混合されたスラリが導入されて一時貯留されるスラリ貯留室と、加圧エアが導入されて一時貯留されるエア貯留室と、前記スラリ貯留室及び前記エア貯留室と連通すると共に、前記スラリと前記加圧エアとが混合された帯状の噴射材を前記噴射材による処理を実施する際の移動方向と直交する方向であるワークの幅方向に沿って延びるスリット状の噴射口から噴射する通過経路を有するノズル体であって、
前記エア貯留室は、前記通過経路の前記噴射口との反対端に連通し、
前記スラリ貯留室は、前記通過経路の側方に開口するスラリ合流経路を介して前記通過経路と連通し、
前記スラリ合流経路は、前記スラリ貯留室の下端から接線方向に延びるスラリ貯留室開口部と、前記スラリ貯留室開口部と連通すると共に、前記通過経路に対して鋭角の合流角度を有して交差する合流経路とを有し、
前記合流経路は、前記幅方向に沿って延びるスリット状に形成されることを特徴とするノズル体。

【請求項2】

請求項１に記載のノズル体において、
前記合流経路の前記合流角度は、３０°から６０°であることを特徴とするノズル体。

【請求項3】

請求項１に記載のノズル体において、
前記スラリ貯留室は、前記幅方向の両端部に前記スラリ貯留室の幅方向を狭くするスペーサ部材が取り付けられることを特徴とするノズル体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、噴射材をワーク等に対して噴射するノズル体に関し、特に噴射材としてスラリとエアとを混合した噴射材を用いるウェットブラスト用のノズル体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、液体と砥粒とを混合したスラリを準備し、このスラリを圧縮エアを使って被加工物に噴射することにより被加工物の表面を処理するウェットブラスト処理方法が行われている。このウェットブラスト処理は、湿式ブラストや液体ホーニングとも呼ばれている。

【0003】

ここで、ウェットブラスト処理は、均一に且つ高出力でスラリをワーク等に衝突させることが重要となる場合がある。例えば、ワークの表面にスラリに含まれるショット（砥粒など）を衝突させることで、ワークの機械的性質を変化させるピーニング処理を行う場合には、ショットの衝突エネルギが高く且つワークの表面に均一に衝突することができることが要求されている。

【0004】

このようにウェットブラストを広範囲に高出力でかつ均一に噴射することができるノズル体として、特許文献１や特許文献２に記載されたノズル体が知られている。

【0005】

特許文献１に記載されたノズル体は、砥粒と液体とが混合されたスラリが導入されて一時貯溜されるスラリ貯溜室の近傍にエア噴射通路が設けられ、このエア噴射通路を加圧エアが通過することによりスラリ貯溜室から所定長さを有する導出通路を介してスラリが導出され、該スラリと前記加圧エアとが混合室に送られて混合され、この加圧エアとスラリとが混合された噴射材をスリット状の噴射部から噴射するノズル体であって、前記導出通路を、小孔が該導出通路の長さ方向に並設される多孔構造に設けられている。

【0006】

また、特許文献２に記載されたノズル体は、粒体と液体とが混合されたスラリが導入されて一時貯留されるスラリ貯留室が設けられ、また、加圧エアが導入されて一時貯留されるエア貯留室が設けられ、このエア貯留室にはエア噴射通路が連設され、前記エア貯留室に貯留された前記加圧エアが前記エア噴射通路から混合室に導入されることにより前記スラリ貯留室から前記スラリが前記混合室に導出されて該スラリと前記加圧エアとが混合され、この加圧エアとスラリとが混合された噴射材をスリット状噴射口からワークに噴射するノズル体であって、前記スリット状噴射口は前記ワークの長さ方向に短く且つ巾方向に長い開口形状であり、前記混合室と前記スリット状噴射口との間には、前記噴射材が直進可能な通過経路が設けられるとともに、前記エア噴射通路と前記通過経路と前記スリット状噴射口との位置関係は直線状に設定されており、前記エア噴射通路は、小孔を並設した多孔構造に設けられ、前記エア噴射通路の加圧エア通過方向と直交する方向の通路断面積は、前記小孔の加圧エア通過方向と直交する方向の通路断面積の和であり、前記スリット状噴射口の開口面積と、前記エア噴射通路の加圧エア通過方向と直交する方向の通路断面積との比が、２．０乃至１．０：１．０に設定され、更に、前記エア噴射通路の通路断面積と、前記エア貯留室における前記加圧エアの加圧エア通過方向と直交する方向通過断面積との比が、１．０：３．０以上に設定されている。

【0007】

特許文献１に記載されたノズル体は、導出通路を、小孔が該導出通路の長さ方向に並設される多孔構造に設けられているので、非常に長尺なスリット状の噴射口からでも砥粒と液体と加圧エアとを均一な混合状態で噴射することができる。

【0008】

特許文献２に記載されたノズル体は、スリット状噴射口の開口面積、エア噴射通路の通路断面積及びエア貯留室における加圧エアの通過方向と直交する方向通路断面積との比率を適切に設定することで、ピーニング処理において、加圧エアの圧力を高めた場合であっても、ウェットブラストを高出力で且つ均一に噴射することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特許第３５４０７１３号公報

【文献】特許第４２１００７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

また、ワークに対する高強度化や軽量化の要求が高まるにつれ、高強度の材料に置き換えたり、熱処理を施すことによりこれらの要求を実現してきたが、更なる高強度化のために材料表面に機械的な応力を付与することで、同じ材料及び同じ重量であっても強度を高めることができるピーニング工法が注目されている。

【0011】

しかし、ピーニング工法としてウェットブラストを使用する場合、ワークの表面に効果的かつ効率的に応力を付与するために、投射材として比重が高いもの（例えば６以上のもの）を使用し、高濃度（例えば、３０Ｖｏｌ％（７２重量％）以上）で投射することが効果的であるところ、従来のノズル体を用いた場合、高比重の投射材を用いた場合には、慣性力の影響により、ノズルの開口部の幅方向に投射材の偏りが生じ、処理の均一性が損なわれ、高濃度の投射材を用いた場合には、ノズル体内の各種通路においてスラリの閉塞が生じやすくなり、高比重・高濃度のスラリを用いたピーニング工法を実用化する上で課題を有していた。

【0012】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高比重及び／又は高濃度の投射材を用いた場合であっても、処理の均一性を損なうことがなく、スラリの閉塞などの問題が生じることがないノズル体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】

【0013】

上記課題を解決するための本発明に係るノズル体は、砥粒と液体とが混合されたスラリが導入されて一時貯留されるスラリ貯留室と、加圧エアが導入されて一時貯留されるエア貯留室と、前記スラリ貯留室及び前記エア貯留室と連通すると共に、前記スラリと前記加圧エアとが混合された帯状の噴射材を前記噴射材による処理を実施する際の移動方向と直交する方向であるワークの幅方向に沿って延びるスリット状の噴射口から噴射する通過経路を有するノズル体であって、前記エア貯留室は、前記通過経路の前記噴射口との反対端に連通し、前記スラリ貯留室は、前記通過経路の側方に開口するスラリ合流経路を介して前記通過経路と連通し、前記スラリ合流経路は、前記スラリ貯留室の下端から接線方向に延びるスラリ貯留室開口部と、前記スラリ貯留室開口部と連通すると共に、前記通過経路に対して鋭角の合流角度を有して交差する合流経路とを有し、前記合流経路は、前記幅方向に沿って延びるスリット状に形成されることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係るノズル体において、前記合流経路の前記合流角度は、３０°から６０°であると好適である。

【0015】

また、本発明に係るノズル体において、前記スラリ貯留室は、前記幅方向の両端部に前記スラリ貯留室の幅方向を狭くするスペーサ部材が取り付けられると好適である。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係るノズル体によれば、スラリ合流経路は、スラリ貯留室の下端から接線方向に延びるスラリ貯留室開口部と、スラリ貯留室開口部と連通すると共に、通過経路に対して所定の角度を有して交差する合流経路とを有し、合流経路は、ワークの幅方向に沿って延びるスリット状に形成されるので、高比重や高濃度の投射材を用いた場合であっても、ノズル体の噴射口の幅方向におけるスラリの均一性を改善することができ、通過経路やスラリ合流経路におけるスラリの閉塞を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係るノズル体を用いたウェットブラスト処理装置の斜視図。

【図2】本発明の実施形態に係るノズル体の分解斜視図。

【図3】本発明の実施形態に係るノズル体の断面図。

【図4】図３におけるＡ－Ａ断面図。

【図5】本発明の実施形態に係るノズル体の試験結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0019】

図１は、本発明の実施形態に係るノズル体を用いたウェットブラスト処理装置の斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係るノズル体の分解斜視図であり、図３は、本発明の実施形態に係るノズル体の断面図であり、図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図であり、図５は、本発明の実施形態に係るノズル体の試験結果を示すグラフである。

【0020】

図１に示すように、本実施形態に係るノズル体１０は、ウェットブラスト処理装置１に好適に用いられる。ウェットブラスト処理装置１は、保持部２が保持したワークＷの表面に噴射材５を噴射してワークＷに表面処理を施す。ノズル体１０は、ワークＷの幅方向に延びるスリット状噴射口１１から噴射材５を帯状に噴射する。

【0021】

噴射材５は、液体と砥粒とを混合した混合物であるスラリを用いると好適である。スラリに含まれる液体は、後述する砥粒を被加工物の表面に運ぶ役割を果たすものである。したがってこの役割を果たすことが可能であれば、引火性のある物質を除きいかなる液体をも用いることができる。具体的には、環境面への配慮やコストの関係から水を用いることが好ましい。

【0022】

砥粒は、上記液体によって被加工物表面に運ばれ、被加工物表面に対し所望の加工を施す役割を果たすものである。したがってこの役割を果たすことが可能であればいかなる砥粒をも用いることができる。

【0023】

具体的には、砥粒の材質としては、セラミックス、樹脂、および金属などを挙げることができ、より具体的には、アルミナ、ガラス、ジルコニア、およびステンレスなどを挙げることができる。また、砥粒の形状としては、多角形状、球形状、真球形状などを挙げることができる。また、砥粒の大きさとしては、１μｍ程度から３００μｍ程度のものを適宜選択して用いることができる。なお、本実施形態に係るノズル体１０においては、高比重（例えば６以上）の砥粒を用いると好適であり、砥粒の径は、例えば２５０μｍ程度のものを用いると好適である。

【0024】

砥粒のスラリ全体に対する含有割合についても特に限定されることはなく、被加工物の材質や加工面積、さらには所望する加工の程度などに応じて適宜設計可能である。たとえば、スラリ全体の体積に対して３０ｖｏｌ％（７２重量％）以上の高濃度とすると好適である。この場合、ワークＷに対しより効果的かつ効率的に応力を付与することができる。

【0025】

また、スラリは、上記液体および砥粒の他に、種々の機能を有する混合材を用いることができ、例えば、防錆剤を含有することも可能である。ウェットブラスト加工方法において用いられるスラリ中に防錆剤を含有することにより、被加工物の表面に従来通りのウェットブラスト加工を施すと同時に、防錆効果をも付与することが可能となる。また、防錆剤に変えて、各成分の作用効果を阻害しない程度において、各種添加剤を添加してしてもよい。

【0026】

図２に示すように、ノズル体１０は、ワークＷの幅方向（左右方向、処理を実施する際の移動方向と直交する方向）に長く前後方向（処理を実施する際の移動方向）に短い長尺部材２０と、この長尺部材２０の下部に垂設状態で連設されると共に、下端にスリット状噴射口１１を有する幅方向に長く肉薄の長尺の板状部材３０と、長尺部材２０の上部に被嵌状態に連設されるブロック状の被嵌部材４０とから構成されている。

【0027】

図３に示すように、長尺部材２０の内部には所定の間隔で形成された孔状の貫通経路２１が複数設けられている。貫通経路２１は、例えば、φ２．５程度に形成されていると好適であり、その上部には後述する前体４１に形成され、該貫通経路２１に加圧エアを導入するエア噴射通路４３が隣接して設けられている。

【0028】

また、長尺部材２０の側方（後述する後体４２との対向面側）には、通過経路３１の上端に鉛直方向に対して斜めに交差する合流経路２２が形成されている。合流経路２２の傾斜角度は、３０°から６０°に形成されると好適であり、さらにより好適には、４５°程度に形成されるとよい。なお、合流経路２２は、貫通経路２１と異なり幅方向に長いスリット状に形成されていると好適である。さらに、長尺部材２０の下方には、側方から垂下して延びる一対の係合部２３が形成されている。

【0029】

板状部材３０は、下端に形成されたスリット状噴射口１１に連通し且つ噴射材５が直進可能な通過経路３１が設けられている。また、板状部材３０の上端には、長尺部材２０に形成された一対の係合部２３，２３と係合する凸部３２が形成されている。さらに、板状部材３０の側方には、一対の係合凸部３３が形成されている。

【0030】

なお、エア噴射通路４３の開口部、貫通経路２１、通過経路３１及びスリット状噴射口１１との位置関係は直線状に設定されている。

【0031】

被嵌部材４０は、前体４１及び後体４２とから形成されており、長尺部材２０及び板状部材３０を幅方向と直交する方向に挟持している。また、被嵌部材４０の前体４１及び後体４２のそれぞれには、板状部材３０に形成された係合凸部３３と係合する突起部４４，４４が形成されている。

【0032】

前体４１は、加圧エアが導入されて一時貯留されるエア貯留室４５と、当該エア貯留室４５に加圧エアを導入するエア導入口４６並びに、エア貯留室４５と連通するエア噴射通路４３が形成されている。

【0033】

図２に示すように、エア貯留室４５は、前体４１の幅方向に延設して形成されており、エア導入口４６は、単一又は幅方向に沿って所定の間隔で複数（本実施形態に係るノズル体１０では、２つ）形成されている。なお、図４に示すように、被嵌部材４０の幅方向両端には、蓋体１２がシール部材１３を介して取り付けられており、当該蓋体１２によってエア貯留室４５は幅方向に閉塞されている。

【0034】

また、エア噴射通路４３は、基端側がエア貯留室４５の後体４２側の側壁から後体４２に向かって貫通する貫通路として形成されており、より好適には、エア噴射通路４３は、エア貯留室４５の上方端から接線方向に延設されると好適である。また、エア噴射通路４３の先端側は、後体４２と組み合わせた際に、長尺部材２０の貫通経路２１と連通している。

【0035】

後体４２は、スラリが導入されて一時貯留されるスラリ貯留室４７と、当該スラリ貯留室４７にスラリを導入するスラリ導入口４８並びに、スラリ貯留室４７と連通するスラリ貯留室開口部４９が形成されている。

【0036】

図２に示すように、スラリ貯留室４７は、後体４２の幅方向に延設して形成されており、スラリ導入口４８は、単一又は幅方向に沿って所定の間隔で複数（本実施形態に係るノズル体１０では、２つ）形成されている。なお、図４に示すように、被嵌部材４０の幅方向両端には、蓋体１２がシール部材１３を介して取り付けられており、当該蓋体１２によってスラリ貯留室４７は幅方向に閉塞されている。

【0037】

また、スラリ貯留室開口部４９は、基端側がスラリ貯留室４７の前体４１側の側壁から前体４１に向かって貫通する貫通路として形成されている。また、スラリ貯留室開口部４９は、スラリ貯留室４７の下端から接線方向に延びて形成され、先端側が長尺部材２０の合流経路２２と連通している。なお、本実施形態に係るノズル体１０は、スラリ貯留室開口部４９と合流経路２２とによってスラリ合流経路５０を構成している。

【0038】

また、上記各構成のうち、スラリの通過する経路（スラリ貯留室４７の内壁、スラリ貯留室開口部４９の内壁等）には、ウレタンゴム等からなる保護層が形成されている。この保護層は、スラリ（特に粒体）により該スラリの通過する経路が研磨されてしまうことを防止するものであり、この保護層の存在によってノズル体１０の寿命が数倍に延びることが確認されている。

【0039】

また、図４に示すように、スラリ貯留室開口部４９は、幅方向に長いスリット状に形成されており、スラリ貯留室４７の幅方向の両端部には、スペーサ部材５１が取り付けられ、スラリ導入口４８から導入されたスラリがスラリ貯留室４７内で滞留することを防止している。

【0040】

このように構成されたノズル体１０は、スラリ貯留室４７に導入されたスラリがスラリ合流経路５０を介して通過経路３１に側方から斜めに導入され、通過経路３１の上端から導入された加圧エアと混合されることで噴射材５としてスリット状噴射口１１から噴射される。このとき、スラリは、加圧エアによる負圧によってスラリ合流経路５０から通過経路３１に吸い出される。

【0041】

また、本実施形態に係るノズル体１０は、スラリ貯留室４７の下端から接線方向に延びるスラリ貯留室開口部４９と通過経路３１に対して傾斜して合流する合流経路２２とからなるスラリ合流経路５０を有しているので、スラリの導入から噴射までの経路にスラリが滞留して閉塞することがない。

【0042】

さらに、スラリ貯留室開口部４９がスリット状に形成されているので、ノズル体１０内のスラリの流路抵抗を減らすこととで閉塞を防止すると共に、スラリに比重の高い投射材を用いた場合であっても、低濃度の場合は均一性を改善すると共に、高濃度では閉塞を抑制することができる。したがって、スラリの濃度に関わらず、効率的かつ効果的なピーニング処理を行うことができる。

【0043】

［実施例］
次に、実施例を参照して本発明についてさらに詳しく説明を行う。まず、本実施形態に係るノズル体１０を用いて、高比重投射材を用いたスラリを噴射して閉塞の有無を確認した。また、比較例として同様の条件で従来のノズル体を用いて閉塞の有無を確認した。テストの条件は以下のとおりである。
比重：６．０５、中心粒子径：２５０μｍ（２１２～３００μｍ）、エア圧：０．４ＭＰａ、スラリ圧：０．２４ＭＰａ

【0044】

ノズル体の閉塞の有無は、ノズル体内の通過経路の圧力上昇が所定の閾値を超えているか否かで確認を行った。その結果、従来のノズル体では、高比重投射材を用いるとノズル体に閉塞が生じるところ、本実施形態に係るノズル体１０は、高比重投射材を用いた場合であってもノズル体１０の閉塞は生じないことが確認できた。

【0045】

また、上記閉塞確認の確認結果、高比重の投射材を用いた場合に高濃度（４０ｖｏｌ％（８０重量％））においても本実施形態に係るノズル体１０におけるスラリの閉塞が確認されなかった。

【0046】

次に、長尺部材の合流経路の傾斜角度によって噴射口から噴射される噴射材の幅方向における噴射材の濃度の均一性を確認した。

【0047】

噴射材の濃度の均一性は、ノズル体１０のスリット状噴射口１１の幅方向に沿って所定の間隔で噴射されるスラリの濃度を測定し、幅方向のスラリ濃度の最高値と最低値の差を平均値で除した値×１００（％）を均一性を示す値として用いた。

【0048】

その結果、図５に示すように、本実施形態に係るノズル体１０は、濃度が２０ｖｏｌ％（６０重量％）のような低濃度の場合（実施例１）では、従来のノズル体と比較して均一性が大幅に向上していることが確認でき、例えば、合流角度が３５°から５５°において均一性が４０％を下回っており、より良好であることが確認できる。これに対し、濃度が４０ｖｏｌ％（８０重量％）の場合（実施例２）は、合流角度が３０°から６０°の範囲でも均一性が非常に良好であることが確認できる。これに対し、従来のノズル体は、濃度が２０ｖｏｌ％（６０重量％）のような低濃度（比較例１）及び３０ｖｏｌ％（７２重量％）のような高濃度（比較例２）のいずれの場合も均一性が本実施形態に係るノズル体１０よりも均一性が悪化していることが確認できた。

【0049】

このように構成された本実施形態に係るノズル体１０は、スラリに高比重の投射材を用いた場合であっても、低濃度でノズル幅方向の均一性が良好であり、高濃度でノズル体１０内の閉塞を生じることがない。

【0050】

また、本実施形態に係るノズル体１０は、被嵌部材４０の前体４１にエア貯留室４５を形成し、後体４２にスラリ貯留室４７を形成した場合について説明を行ったが、前体４１にスラリ貯留室４７を設け、後体４２にエア貯留室４５を設けても構わない。また、上記実施例では、高比重の投射材を用いた場合について説明を行ったが、従来同様の低比重の投射材を用いても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0051】

１ ウェットブラスト処理装置， ２ 保持部， ５ 噴射材， １０ ノズル体， １１ スリット状噴射口， １２ 蓋体， ２０ 長尺部材， ２１ 貫通経路， ２２ 合流経路， ２３ 係合部， ３０ 板状部材， ３１ 通過経路， ３２ 凸部， ３３ 係合凸部， ４０ 被嵌部材， ４１ 前体， ４２ 後体， ４３ エア噴射通路， ４４ 突起部， ４５ エア貯留室， ４６ エア導入口， ４７ スラリ貯留室， ４８ スラリ導入口， ４９ スラリ貯留室開口部， ５０ スラリ合流経路， ５１ スペーサ部材， Ｗ ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】