JP4344933B2 - ブラスト加工用ノズル - Google Patents

Description

本発明は、ブラスト加工に用いられるブラスト加工用ノズルに関し、特に噴射口形状が矩形であるブラスト加工用ノズルの改良に関するものである。

噴射加工用のブラスト加工用ノズルとして広く使用されている円形断面の噴射口を有するブラスト加工用ノズルは、ブラスト加工用ノズル走査時に噴射材が噴射される幅が比較的狭い。そこで、一回のノズル走査により広い範囲に渡って噴射加工を行うような場合には、噴射口を横に広げた矩形断面の噴射口を有するブラスト加工用ノズルが使用される。しかし、このブラスト加工用ノズルにおいては噴射口の両縁で噴射材の密度が小さくなることから、噴射口全幅に渡って均一な圧力で噴射加工することがはなはだ困難であった。

このような矩形断面の噴射口を有するブラスト加工用ノズルの欠点を補うことを目的としたブラスト加工用ノズルとして、特許文献１に開示されたものがある。当該ブラスト加工用ノズルにおいては、ノズルチップ（ノズル本体）の内部に末広がり状の拡張部を有する幅広側面と、この幅広側面に直交する狭幅側面とを有する噴射材流路が設けられ、その先端に矩形状の噴射口が設けられている。噴射材流路内で噴射口近傍には、噴射口を細長のスリット状に急激に絞り込む幅方向絞りが設けられており、また、ノズルチップ内部にはスピンドル状駒と、噴射材の流れ方向を変換させる三角形ガイド部材が設けられている。以上のように構成されたものは、スピンドル状駒によって噴射材を矩形噴射口の長手方向に分散させるとともに、それによって分散された噴射材を三角形ガイド部材により内側に寄せて、噴射加工を行おうとするものである。

しかしながら、本発明者らは鋭意研究した結果、上記ブラスト加工用ノズルには以下のような問題があることを突き止めた。すなわち、上記ブラスト加工用ノズルは、噴射材流路が単に広幅側面のみを末広がり状に拡幅したものであって、広幅側面に直交する狭幅側面の幅は噴射口直近に至るまで一定のままである。このように、一方の側面のみを拡幅することは噴射材流路の断面積の増加を招くのみで、噴射材を横方向(狭幅側面の方向)に分散させることはできない。従って、噴射材流路の上流側に太いスピンドル状駒を配して噴射材を横方向に分散させる必要があった。しかし、スピンドル状駒の直下においては噴射材が不足することになるので、広幅側面の左右の両端部に一対の三角形ガイド部材を対向して配して、噴射材の流れを内向きに方向変換させる必要があった。その結果、三角形ガイド部材の出口付近に噴射材が集中してワークが局部的に深く抉られてしまうという問題が発生することが分かった。このように従来の断面矩形の噴射口を有するブラスト加工用ノズルは噴射加工の均一性において十分満足できるものではなかった。
特開２００２−１４４２３９号公報 (図１)

本発明は上記した従来のブラスト加工用ノズルが有する問題点を解決して、広い幅に渡ってワークを均一に噴射加工することができる噴射口矩形のブラスト加工用ノズルを提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のブラスト加工用ノズルは、先端に細長い矩形の噴射口を有するノズルチップの内部に、広幅側面とこの広幅側面に直交する狭幅側面とを有する噴射材流路を設け、前記広幅側面をノズルチップ口元からノズルチップ先端にかけて徐々に拡幅するとともに、狭幅側面を広幅側面の拡幅に対応して徐々に縮幅して、この噴射材流路を先端の矩形の噴射口と連通させたうえに、噴射材流路の上流部に、噴射材を分散させるための複数本の分散棒を広幅側面と直交して設け、該分散棒の下流側に、噴射材をさらに均一に分散させるための平均化棒を前記分散棒に直交して配置したことを特徴とするものである。

なお、噴射材流路を、一定の傾斜角度で広幅側面が拡幅される上流側流路と、上流側流路より大きな傾斜角度で広幅側面が拡幅される下流側流路とからなるものとすることができる。さらに、ブラスト加工用ノズルの口元に、エアと噴射材とが混合された固気二相流を整流化するための助走管を接続し、この助走管の上流側にエアと噴射材とを混合する混合室を配設してブラスト加工用ノズルとなすことができる。

本発明のブラスト加工用ノズルは、ノズルチップの内部の噴射材流路を、広幅側面とこの広幅側面に直交する狭幅側面とからなるものとして、その広幅側面をノズルチップ口元からノズルチップ先端にかけて徐々に拡幅するとともに、この広幅側面の拡幅に対応して狭幅側面を徐々に縮幅した。すなわち、相対する二面の狭幅側面を下流に向けて八の字状に離間させるとともに、相対する二面の広幅側面は下流に向けて逆八の字状に接近させたので、流路断面積の増加を抑制することができる。そして、噴射材流路の上流部に複数本の分散棒を広幅側面に直交して設けたので、噴射材を狭幅側面の方向に分散させることができる。さらにこの分散棒の下流側に分散棒に直交して平均化棒を配置したので、噴射材を広幅側面の方向にも分散させることができる。

また、噴射材流路を、一定の傾斜角度で広幅側面が拡幅される上流側流路と、上流側流路より大きな傾斜角度で広幅側面が拡幅される下流側流路とからなるものとして、下流側流路の左右の狭幅側面を上流側より大きく外向きに広げたので、噴射材が内側に絞り込まれることが全くなく、従って噴射材の局部集中に起因する強加工部の発生を防止することができる。

さらに、ブラスト加工用ノズルを、エアと噴射材とを混合する混合室と、混合された固気二相流の助走管と、ノズルチップとからなるものとしたので、固気二相流内の噴射材密度の均一化ならびに固気二相流の整流化を行ったうえで噴射材をノズルチップに供給することができる。

以下に図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１、２は、本発明のブラスト加工用ノズルを示す図であって、１は噴射材およびエアの供給管、２は噴射材供給管１から供給された噴射材およびエアを混合して固気二相流となすための混合室、３は混合室２に接続されて固気二相流を整流するための助走管３であって、この助走管３の先に噴射材をワークに向けて噴射するノズルチップ４が取付けられている。

ノズルチップ４は、外形が末広がり状に広がる主要部５と、主要部５より肉薄に形成されて細長い矩形の噴射口６が設けられた先端部７とからなる。ノズルチップ４の内部には、主要部５と先端部７を連通してノズルチップ口元４aから噴射口６にかけて、噴射材流路８が形成されている。この噴射材流路８は、助走管３に接続される口元４aは横断面正方形であって、口元４aから噴射口６にかけては、相対する二面の広幅側面８aと、この広幅側面８aに直交して相対する二面の狭幅側面８bとを有する。

広幅側面８aの幅は口元４aから噴射口６にかけて末広がり状に徐々に拡幅されている。すなわち、対向する２つの狭幅側面８bが下方に向けて八の字状に徐々に離間されている。一方、狭幅側面８bの幅は下方に向けて徐々に縮幅されている。すなわち、相対する２面の広幅側面８aが下方に向けて逆八の字状に徐々に接近されている。この２面の広幅側面８aの接近により噴射材流路断面積の増加を抑制することができるうえに、内向きに傾斜する広幅側面８aに噴射材を衝突させて噴射材を噴射材流路８内に分散することができる。

この噴射材流路８は、広幅側面８aが一定の傾斜角度で拡幅される上流側流路８１と、上流側流路８１の傾斜角度よりβ分傾斜角度を大きくして広幅側面８aが拡幅される下流側流路８２とからなる。すなわち、下流側の狭幅側面８bを上流側より外向きに角度変更したので、噴射材が狭幅側面８bに衝突にて内側に寄せられることはない。以上のようにしてノズルチップ４の内部に噴射材流路８を形成したので、噴射材が噴射材流路８の全断面に渡って自然に均一に分散されるので、ガイド部材などを用いて噴射材の流れ方向を急激に変化させる必要がない。なお、前記βの角度は０°〜１５°とするのが望ましい。０°未満の負の角度とした場合には噴射材の流れが内向きに方向転換させられるからであり、１５°を超えると流路断面積の増加によりエアの浪費が多くなるからである。

そして、噴射材流路８の内部で口元４a付近には、分散棒１０が広幅側面８aに直交して３本設けられているので、この分散棒１０により噴射材を狭幅側面８bの方向に分散させることができる。分散棒１０の形状は特に問わないが、円柱とするのが望ましい。またその太さは、噴射口６の広幅が５０〜３００mm、狭幅が１〜５mmの場合には、φ１〜φ１０mm未満とするのが望ましく、φ５ｍｍとするのが特に望ましい。φ１mmより細いと噴射材の分散効果が十分でなく、φ１０より太い場合には分散棒１０直下で噴射材密度が希薄になるからである。また、分岐棒１０は複数本とし上流側より下流側の本数を増やすのが望ましく、その本数は３本とするのが適当である。

さらに、分散棒１０の下流側には分散棒１０に直交して平均化棒１１が配置されているので、この平均化棒１１により噴射材を広幅側面８aの方向にも分散させることができる。均一化棒１１の形状にも特に制限はないが、円柱とするのが望ましい。また、その太さは分散棒１０と同じ程度でよい。この均一化棒１１は上下に所要間隔をおいて２本配置することができる。

以上のように構成されたブラスト加工用ノズルにおいては、噴射材供給管１から送られた噴射材は、混合室２にてエアと均一に混合されて固気二相流となる。次いで、固気二相流は助走管３にて渦流のない正常流に整流されてノズルチップ４内の噴射材流路８に送り込まれる。噴射材流路８は下方に向けて広幅側面８aが末広がり状に拡幅され、広幅側面８aに直交する狭幅側面８bは広幅側面８aの拡幅に対応して縮幅されているので、流路断面積の増加を抑えてエアの圧損を抑えることができる。また、内向きに傾斜する広幅側面８aに噴射材を衝突させて噴射材流路８内に分散することができる。さらに、噴射材流路８の下流側を上流側より傾斜を強めて拡幅したので狭幅側面８bによる噴射材の内側への跳ね返りがない。また、噴射材流路８には複数本の分散棒１０と平均化棒１１とを配設したので、これらによって噴射材をさらに均一に均すことができる。従って、ノズルチップ先端に設けた矩形の噴射口から均一に噴射材を噴射することができる。

以下に試験結果に基き本発明のブラスト加工用ノズルを詳細に説明する。
図３は、噴射材流路８の形状が噴射加工の均一性に及ぼす影響を試験した結果を示す図である。図３ａは下流側流路８２の狭幅側面８bを垂直状とした場合であるが、噴射口両端に深い強加工部が発生している(矢印)。図３ｂは下流側の狭幅側面８bの傾斜を上流側と同じにした場合であるが、強加工部は浅くなっている。さらに、図３ｃに示すように、下流側の狭幅側面８bを上流側より外側に向けた場合には強加工部の発生はほとんど抑えられている。

図４には分散棒１０の効果を示す。図４ａは分散棒１０がない場合、図４ｂは分散棒１０が１本の場合、図４ｃは分散棒１０が３本の場合、図４ｄは分散棒１０が５本の場合である。分散棒１０を矢倉状に３本配した場合が均一な加工域が広く最も良好な結果である。

また、図５に平均化棒１１の効果を示す。図５ａの分散棒１０のみに比べて、図５ｂの平均化棒１１を配した場合には極めて均一に噴射加工が行われていることが分かる。さらに図６に混合室２ならびに助走管３の効果を示すが、混合室２ならびに助走管３が噴射加工の均一化にたいへん有効であることが分かる。なお、助走管３の長さは５０ｍｍ以上とするのが望ましい。その長さが５０mm未満では流れを十分整流化することができないからである。

以上に説明したように本発明のブラスト加工用ノズルは、噴射材の流れが噴射口付近で急激に方向転換されることないので、噴射口の全面に渡って均一に噴射材を噴射することができ、従来のような局部的な強加工部を発生させることがない。従って、本発明のブラスト加工用ノズルは、高い能率で均一に噴射加工を行うことができるものとして、大きな工業的価値を有する。

本発明のブラスト加工用ノズルの正面の部分断面図である。 本発明のブラスト加工用ノズルの側面の部分断面図である。 噴射材流路の形状が噴射加工の均一性に及ぼす影響を示すグラフである。 分散棒の効果を示すグラフである。 平均化棒の効果を示すグラフである。 混合室ならびに助走管の効果を示すグラフである。

符号の説明

１ 噴射材供給管
２ 混合室
３ 助走管
４ ノズルチップ
４a ノズルチップ口元
５ 主要部
６ 噴射口
７ 先端部
８ 噴射材流路
８a 広幅側面
８b 狭幅側面
８１ 上流側流路
８２ 下流側流路
１０ 分散棒
１１ 平均化棒

Claims (3)

1. 先端に細長い矩形の噴射口を有するノズルチップの内部に、広幅側面とこの広幅側面に直交する狭幅側面とを有する噴射材流路を設け、前記広幅側面をノズルチップ口元からノズルチップ先端にかけて徐々に拡幅するとともに、狭幅側面を広幅側面の拡幅に対応して徐々に縮幅して、この噴射材流路を先端の矩形の噴射口と連通させたうえに、噴射材流路の上流部に、噴射材を分散させるための複数本の分散棒を広幅側面と直交して設け、該分散棒の下流側に、噴射材をさらに均一に分散させるための平均化棒を前記分散棒に直交して配置したことを特徴とするブラスト加工用ノズル。
2. 噴射材流路を、一定の傾斜角度で広幅側面が拡幅される上流側流路と、上流側流路より大きな傾斜角度で広幅側面が拡幅される下流側流路とからなるものとした請求項１に記載のブラスト加工用ノズル。
3. ノズルチップの口元に、エアと噴射材とが混合された固気二相流を整流化するための助走管を接続し、この助走管の上流側にエアと噴射材とを混合する混合室を配設した請求項１又は２に記載のブラスト加工用ノズル。
   

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