KR20170118861A - 노즐 조립체 및 이 노즐 조립체를 사용한 표면 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 압축 공기와 혼합된 분사재를 분사하여 피가공물의 표면을 처리하기 위한 노즐 조립체이다. 이 노즐 조립체는, 분사재를 흡인하는 분사재 흡인구와, 이 분사재를 압축 공기와 함께 분출하는 분출구를 구비한 노즐 본체와, 이 노즐 본체 내에 압축 공기를 분사하는 공기 노즐을 갖는다. 노즐 본체는, 분사재 흡인구로부터 분사재를 압축 공기와 혼합하기 위한 공간을 형성하는 혼합실과, 분사재 흡인구로부터 혼합실을 향하는 경로인 제1 경로와, 혼합실부터 분사구를 향하는 경로인 제2 경로를 갖는다. 공기 노즐은, 그 선단에 형성된 압축 공기 분사부와, 이 압축 공기 분사부를 향하는 경로인 제3 경로를 구비함과 함께, 이 제3 경로가, 압축 공기 분사부가 노즐 본체의 혼합실에 위치하도록, 노즐 본체에 삽입되어 있고, 공기 노즐의 압축 공기 분사부에는, 제3 경로의 단면보다 작은 개구의 단면을 갖는 축류부가 설치되어 있다.

Description

노즐 조립체 및 이 노즐 조립체를 사용한 표면 처리 방법

본 발명은, 노즐 조립체 및 이 노즐 조립체를 사용한 표면 처리 방법에 관한 것으로, 특히 압축 공기와 혼합된 분사재를 고기 2상류로서 분사하여 피가공물의 표면을 처리하기 위한 노즐 조립체 및 이 노즐 조립체를 사용한 표면 처리 방법에 관한 것이다.

분사재로서 「지립(블라스트)」이나 「숏」이나 「피막 형성 재료 등의 분립체」를 압축 공기와 함께 피가공물을 향해 분사하여 피가공물의 표면 처리(블라스트 가공, 숏 피닝, 피막 형성 등)를 행하는 것은 오래전부터 알려져 있다. 이러한 피가공물의 표면 처리를 행하기 위한 노즐 조립체로서, 분사재가 장전된 압력 용기를 압축 공기 등으로 가압하여 분사재를 압축 공기류로 보내고, 압축 공기와 함께 고기 2상류로서 분사하는 가압식(특허문헌 1 참조)과, 공기 노즐에 도입한 압축 공기류에 의해 발생한 흡인력에 의해 분사재를 흡인하고, 압축 공기와 함께 고기 2상류로서 분사하는 흡인식(특허문헌 2 참조)이 알려져 있다.

가압식 노즐 조립체는, 흡인식 노즐 조립체에 비해, 분사재를 고속으로 분사할 수 있으므로, 블라스트 가공에 있어서는 가공 능력이 높고, 또한 숏 피닝에 있어서는, 더 깊은 위치까지 압축 잔류 응력을 부여할 수 있고, 또한 피막 형성에 있어서는 더 밀착력이 높은 피막을 형성할 수 있다. 그러나, 가압식 노즐 조립체는, 분사재의 분사량 및 분사 시간이, 가압 탱크의 용적에 의해 제한되므로, 장시간에 걸쳐 연속하여 분사할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이에 비해, 흡인식 노즐 조립체는, 분사재를 저류하는 용기를 밀봉할 필요가 없으므로, 분사재를 연속하여 분사할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 흡인식 노즐 조립체는, 대기하에 있는 분사재를 공기와 함께 흡인하므로 압력 손실이 발생하고, 그 때문에, 가압식 노즐에 비해 분사재의 분사 속도가 느리다고 하는 문제가 있다. 분사 속도를 빠르게 하기 위해서는, 압축 공기의 압력을 높게 하여 압축 공기의 압력 손실분을 보충함으로써, 분사재의 분사 속도를 빠르게 하는 것이 생각된다. 그러나, 더 강력한 압축 공기 공급원이 필요해지므로 설비 비용의 증대나 압축 공기 공급원의 가동 에너지의 증대로 이어진다.

일본 특허 공개 평02-160514호 공보 일본 특허 공개 평08-267360호 공보

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 분사재를 피가공물을 향해 고속으로 분사하여, 피가공물의 표면을 처리할 수 있는 노즐 조립체 및 이 노즐 조립체를 사용한 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 압축 공기와 혼합된 분사재를 고기 2상류로서 분사하여 피가공물의 표면을 처리하기 위한 노즐 조립체이며, 분사재를 흡인하는 분사재 흡인구와, 이 흡인한 분사재를 압축 공기와 함께 분출하는 분출구를 구비한 노즐 본체와, 이 노즐 본체의 내부에 압축 공기를 분사하는 공기 노즐을 갖고, 노즐 본체는, 분사재 흡인구로부터 노즐 본체의 내부에 흡인된 분사재를 공기 노즐로부터 분사된 압축 공기와 혼합하기 위한 공간을 형성하는 혼합실과, 분사재 흡인구로부터 혼합실을 향하는 경로인 제1 경로와, 혼합실로부터 분사구를 향하는 경로인 제2 경로를 갖고, 공기 노즐은, 그 선단에 형성된 압축 공기 분사부와, 이 압축 공기 분사부를 향하는 경로인 제3 경로를 구비함과 함께, 이 제3 경로가, 노즐 본체의 제2 경로와 동일 축심 상에 위치하고, 또한 압축 공기 분사부가 노즐 본체의 혼합실에 위치하도록 노즐 본체에 삽입되어 있고, 공기 노즐의 압축 공기 분사부에는, 제3 경로의 단면보다 작은 개구의 단면을 갖는 축류부가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 노즐 조립체에 있어서는, 공기 노즐의 압축 공기 분사부에 축류부를 설치하였기 때문에, 압축 공기 분사부로부터 분사되는 압축 공기의 분사류의 유속이 빨라진다. 또한, 축류부에 의해 압축 공기의 분사류의 폭 방향의 팽창이 억제되므로, 혼합실의 벽면과의 충돌에 의한 감속이 억제된다. 이 결과, 본 발명의 노즐 조립체에 의하면, 종래의 노즐 조립체와 동등한 압축 공기의 유량이라도 고기 2상류의 유속이 빨라지므로, 표면 처리의 효율이 향상된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공기 노즐의 제3 경로는, 연속된 동일한 단면적을 갖는 정류부를 구비하고, 이 정류부에 상기 축류부가 연결되어 있고, 이 정류부의 단면적(S1)에 대한 상기 축류부의 개구의 단면적(S2)의 비인 단면적 비(S2/S1)가 0.3∼0.8로 설정되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 압축 공기가 압축 공기 분사부의 축류부를 통과하여 분사될 때, 그 흐름을 교란하는 일 없이 분사류의 유속을 빠르게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 고기 2상류의 유속이 빨라져, 표면 처리의 효율이 향상된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는, 공기 노즐의 축류부에 있어서의 개구의 직경(D2)에 대한 개구의 길이(L2)의 비인 축류부 비(L2/D2)가 0.1∼0.5의 범위로 설정되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 압축 공기 분사부로부터 분사되는 압축 공기의 분사류의 직진성을 향상시킬 수 있어, 고기 2상류의 유속이 빨라져, 표면 처리의 효율이 향상된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공기 노즐의 정류부의 직경(D2)에 대한 정류부의 길이(L1)의 비인 정류부 비(L1/D2)가 2∼50의 범위로 설정되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 압축 공기의 흐름이 축류부를 통과하기 전에 정류되므로, 압축 공기의 분사류의 직진성을 더 향상시킬 수 있어, 고기 2상류의 유속이 빨라져, 표면 처리의 효율이 향상된다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 노즐 조립체는, 분사재로서 블라스트 가공 장치에 사용되는 블라스트를 분사하는 노즐 조립체이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 노즐 조립체에 의해, 분사재를 맥동 없이 분사할 수 있다. 또한, 분사 속도가 빠르므로, 블라스트 가공 능력이 높아진다. 즉, 본 발명의 노즐 조립체를 블라스트 가공 장치에 탑재함으로써, 효율이 좋고 또한 안정된 블라스트 가공을 행할 수 있다.

본 발명은, 상술한 노즐 조립체를 사용하여 피가공물의 표면을 처리하는 표면 처리 방법이며, 공기 노즐로부터 압축 공기를 노즐 본체의 혼합실에 분사하여 이 혼합실을 부압으로 하는 공정과, 노즐 본체의 혼합실의 부압에 의해 분사재를 노즐 본체의 분사재 흡인구로부터 혼합실에 흡인하여 공기 노즐로부터 분사된 압축 공기와 혼합하는 공정과, 이 압축 공기와 혼합된 분사재를 고기 2상류로서 노즐 본체의 분사구로부터 분사하는 공정과, 이 분사된 분사재가 피가공물의 표면에 충돌함으로써 피가공물의 표면 처리를 행하는 공정을 갖고, 공기 노즐에 의해 압축 공기를 분사하는 공정에 있어서, 공기 노즐의 축류부에 의해 압축 공기의 분사류의 팽창이 억제되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 공기 노즐에 의해 분사되는 압축 공기의 분사류는, 외측 에지를 향해 유속이 빠르게 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 분사류의 외측 에지의 유속이 빨라지므로, 외측 에지에서는 직진성이 높아진다. 따라서, 속도가 낮은 중심부에서 팽창하려고 해도 외측 에지에서의 분사류에 의해 팽창이 억제되므로, 압축 공기의 분사류 전체적인 직진성이 향상된다.

본 발명의 노즐 조립체에 따르면, 가압식의 유리점인 높은 가공 능력과, 흡인식의 유리점인 연속 처리의 양방을 만족시킬 수 있다. 이에 의해, 블라스트 가공, 숏 피닝, 피막 형성 등의 표면 처리를 건식으로 연속하여 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 사용한 블라스트 가공 장치를 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1의 II-II를 따라 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 블라스트 가공 장치의 분급 기구를 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 본 단면도이다.
도 5는 도 1의 블라스트 가공 장치의 저류 호퍼 및 분사재 이송 기구를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐을 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐의 축류부의 제1 예를 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐의 축류부의 제2 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐의 축류부의 제3 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체에 있어서의 흡인력의 변동 폭을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 설명한다. 먼저, 도 1 및 도 2에 의해, 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 사용한 블라스트 가공 장치의 개요를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 사용한 블라스트 가공 장치를 도시하는 정면도이고, 도 2는 도 2의 II-II선을 따라 본 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 블라스트 가공 장치(1)는, 블라스트 가공용의 본 실시 형태에 의한 노즐 조립체(2)와, 이 노즐 조립체(2)를 수납하는 하우징(4)과, 이 하우징(4)의 내부를 흡인하기 위한 흡인 기구(6)와, 하우징(4)의 하부에 설치되어 분사재를 분급하기 위한 분급 기구(8)와, 분급된 분사재를 저류하기 위한 저류 호퍼(10)와, 이 저류 호퍼(10)에 저류된 투사재를 노즐 조립체(2)에 이송하기 위한 분사재 이송 기구(12)를 구비하고 있다.

하우징(4)은, 상부 케이싱(14)과, 이 상부 케이싱(14)의 하방에 설치된 하부 케이싱(16)과, 이 하부 케이싱(16)의 외측에 고정된 외측 프레임(18)을 구비하고 있다. 상부 케이싱(14)과 외측 프레임(18)은 힌지(20) 및 래치 로크(22)에 의해 연결되어 있고, 래치 로크(22)를 개방함으로써, 상부 케이싱(14)이 하부 케이싱(16)에 대해 개폐 가능하게 되어 있다.

상부 케이싱(14)과 하부 케이싱(16)의 내부의 공간이, 블라스트 가공실(24)로 되어 있다. 이 블라스트 가공실(24)에, 노즐 조립체(2)가 배치된다.

상부 케이싱(14)의 정면에는, 작업부(26)가 설치되어 있다. 이 작업부(26)는, 블라스트 가공실(24)에 외기를 도입하기 위한 흡기구와, 블라스트 가공 시에 작업자가 블라스트 가공실(24)에 손을 넣기 위한 장입구를 겸하고 있다. 이 작업부(26)에는, 고무판(26a)이 고정되고, 이 고무판(26a)에는, 중심부로부터 방사상으로 연장되는 복수 개의 슬릿(26b)이 형성되어 있다.

블라스트 가공실(24)에는, 블라스트 가공을 행할 때에 워크(W)가 적재되는 가공판(28)이 고정되어 있다. 가공판(28)에는, 분사재를 포함하는 분립체가 통과할 수 있도록 복수의 개구가 형성되어 있다.

하우징(4)의 정면측에는, 조작 패널(30)과, 압력 조작 밸브(32)가 설치되어 있다. 이 압력 조작 밸브(32)로부터 공급된 압축 공기는, 호스(34)에 의해, 노즐 조립체(2)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 저류 호퍼(10)의 분사재는, 호스(36)에 의해, 노즐 조립체(2)로 이송되도록 되어 있다.

다음으로, 도 3 및 도 4에 의해, 분급 기구(8)를 상세하게 설명한다. 도 3은 도 1의 블라스트 가공 장치의 분급 기구를 도시하는 측면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 본 단면도이다.

분급 기구(8)는, 블라스트 가공실(24)의 분립체를 재사용 가능한 분사재와 분진으로 분리하는 기구이다. 여기서의 분진은, 블라스트 가공에서 발생한 절삭분이나 충돌에 의해 재사용할 수 없는 크기로 된 분사재 등을 가리킨다. 분급 기구(8)는, 블라스트 가공실(24)로부터 블라스트 가공실(24)을 흡인하는 흡인 기구(6)를 향하는 경로의 도중에 설치되어 있고, 흡인 기구(6)에 의해 발생하는 풍력에 의해 분리하도록 되어 있다.

블라스트 가공 장치(1)에 있어서는, 재사용 가능한 분사재가 분진보다 무거운 입자이므로, 분급에 의해, 재사용 가능한 분사재를 분진으로부터 분리하고 있다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 분급 기구(8)는, 종단면이 원형이며 일단부면(도 4에서는 우측)이 폐지판(38a)에 의해 폐지되어 있는 원통 형상의 정류 부재(38)와, 도 3에 도시하는 측면 방향으로부터 본 종단면에 있어서의 상방이 정류 부재(38)의 직경보다 큰 직경의 원형이며, 하방은 하단부를 향해 간격이 좁아지도록 신연되어(즉, 하단부를 향해 횡단면의 면적이 연속해서 축소되어), 도 4에 도시하는 정면 방향으로부터 본 종단면이 세로로 긴 사각형이며, 사각형의 하단부면이 개구된 형상의 분급 부재(40)와, 정류 부재(38)의 내측에 정류 부재(38)와 동심 형상으로 배치되어 양단부가 개구되어 있는 원통 형상의 흡인 부재(42)와, 정류 부재(38)의 측면에 설치된 투입 부재(44)를 구비하고 있다. 이 흡인 부재(42)에는, 상술한 흡인 기구(6)가 연결되어 있다.

분급 기구(8)에 있어서는, 흡인 부재(40)에 연결된 흡인 기구(6)의 작동에 의해 분사재를 포함하는 분립체는 외기와 함께 분급 기구(8)로 이송되고, 정류 부재(38)의 내벽면과 흡인 부재(42)의 외벽면으로 형성되는 정류부(38b)에 있어서의 정류 부재(38)의 내벽을 따라 분급 부재(40)를 향해 나선 형상으로 흐른다. 정류부(38b)를 통과한 분사재를 포함하는 분립체는, 다시 선회하면서 전진하여 분급 부재(40)에 도달한다. 그리고, 선회를 계속하면서 감속하면서 또한 전진을 계속한다(도 4에 있어서의 a). 감속할 때에 무거운 입자인 재사용 가능한 분사재는 중력에 의해 분급 부재(40)의 저부로 낙하하고, 분급 기구(8)의 저부에 고정된 저류 호퍼(10)에 퇴적된다(도 4에 있어서의 b). 한편, 가벼운 입자인 재사용할 수 없는 분사재나 블라스트 가공에서 발생한 절삭분은, 흡인 부재(42)로부터 흡인 기구(6)에 흡인되고, 흡인 기구(6)의 내부에 설치된 포집 필터에 포집된다(도 4에 있어서의 c).

다음으로, 도 5에 의해, 저류 호퍼(10) 및 분사재 이송 기구(12)를 상세하게 설명한다. 도 5는 도 1의 블라스트 가공 장치의 저류 호퍼 및 분사재 이송 기구를 도시하는 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 저류 호퍼(10)에는, 저류 호퍼(10)에 저류된 분사재를 노즐 조립체(2)에 이송하기 위한 기구인 분사재 이송 기구(12)가 배치되어 있다. 분사재 이송 기구(12)는, 저류 호퍼(10)의 측벽(도 5에서는 좌측 측벽)을 관통하도록 고정된 원관상의 분사재 취출관(46)과, 저류 호퍼(10)에 있어서의 분사재 취출관(46)과 대향하는 측벽(도 5에서는 우측벽)을 관통하도록 고정된 원관상의 외기 도입관 설치 부재(48)와, 외기 도입관 설치 부재(48)에 삽입 관통되어 고정된 원관상의 외기 도입관(50)을 구비하고 있다. 분사재 취출관(46)은, 상술한 호스(36)를 통해 노즐 조립체(2)의 후술하는 분사재 흡인구(70)(도 6 참조)에 연결되어 있다.

이 분사재 취출관(46)의 내부에는, 노즐 조립체(2)의 내부에서 발생한 흡인력에 의해, 노즐 조립체(2)를 향해 흐르는 기류가 발생한다. 그 때, 외기 도입관(50)으로부터 외기가 흡인된다. 즉, 외기 도입관(50)의 선단에서는 외기류가 분사된 상태가 된다. 이 기류에 의해 분사재 취출관(46)의 우측 단부 근방에서는 분사재 흡인구(70)를 향하는 기류가 발생한다. 이 기류를 타고, 저류 호퍼(10) 내의 분사재는 분사재 취출관(46)에 흡인되어, 노즐 조립체(2)에 이송되도록 되어 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 10에 의해, 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체(2)에 대해 상세하게 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체를 도시하는 부분 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐을 도시하는 단면도이고, 도 8 내지 도 10은 각각, 본 발명의 실시 형태에 의한 노즐 조립체의 공기 노즐의 축류부의 제1 예, 제2 예, 제3 예를 도시하는 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 노즐 조립체(2)는, 노즐 본체(60)와, 이 노즐 본체(60)의 내부에 압축 공기를 분사하는 공기 노즐(62)을 구비하고 있다. 노즐 본체(60)는, 노즐 홀더(64)와, 이 노즐 홀더(64)의 일단부측(도 3에서는 하단부면측)으로부터 삽입 끼움되어 고정된 원통 형상의 분사 노즐(66)을 구비하고 있다. 이 노즐 본체(60)의 노즐 홀더(64)의 타단부측(도 3에서는 상단부면측)에는, 공기 노즐(62)이 삽입 끼움되어 고정된다. 노즐 본체(60)의 내부의 공기 노즐(62)의 하단부와 분사 노즐(66)의 상단부의 근방에는, 노즐 본체(60)의 내부의 공간을 형성하는 혼합실(68)이 설치되어 있다.

노즐 홀더(64)의 상부에는, 분사재를 흡인하기 위한 분사재 흡인구(70) 및 이 분사재 흡인구(70)로부터 혼합실(68)을 향하는 경로인 제1 경로(72)가 형성되어 있다.

분사 노즐(66)에는, 그 하단부에 고기 2상류를 분사하기 위한 원형의 분사구(74)가 형성되고, 또한 혼합실(68)로부터 분사구(74)를 향하는 경로인 제2 경로(76)가 형성되어 있다.

노즐 본체(60)에 있어서, 상술한 분사재 흡인구(70), 제1 경로(72), 혼합실(68), 제2 경로(76), 분사구(74)는 연통되어 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 공기 노즐(62)은 원통 형상이며, 그 내부에는 압축 공기의 경로인 제3 경로(78)가 형성되고, 또한 압축 공기가 분사되는 선단부(도 7에 있어서의 하단부)에 압축 공기 분사부(80)가 설치되어 있다. 공기 노즐(62)의 제3 경로(78)는, 연속된 직경을 갖는 압축 공기 도입부(82)와, 이 압축 공기 도입부(82)와 연통되고 선단을 향해 서서히 직경 축소하는 가속부(84)와, 이 가속부(84)에 연통되고 직경이 일정한 정류부(86)를 구비하고 있다. 또한, 압축 공기 도입부(82)의 단면적과 정류부(86)의 단면적의 차가, 압축 공기의 흐름이 저해되지 않을 정도의 크기이면, 가속부(84)를 생략해도 된다.

공기 노즐(62)은, 그 압축 공기 분사부(80)가 노즐 본체(60)의 혼합실(68)에 위치하도록 노즐 홀더(64)에 삽입 끼움되어 고정되어 있다. 공기 노즐(62)의 타단부(도 6 및 도 7에 있어서의 상단부)는 호스(34) 및 압력 조정 밸브(32)를 통해 압축 공기 공급원(도시하지 않음)과 연결되어 있고, 압축 공기 공급원의 작동에 의해 압축 공기가 혼합실(68)에 분사되도록 되어 있다. 이 분사류는 주위의 공기를 혼입시키면서 직진하기 때문에, 혼합실(68)은 부압이 되어, 흡인력이 발생한다. 이 흡인력은 압축 공기 분사부(80)와 분사 노즐(66)의 내벽면의 거리에 따라 크기가 바뀌므로, 최적의 흡인력이 되도록 공기 노즐(62)을 상하 방향으로 이동시켜 조정하고, 도시하지 않은 볼트 등에 의해 노즐 홀더(64)에 고정한다. 이 흡인력에 의해, 분사재는 분사재 흡인구(70)로부터 혼합실(68)을 향해 흡인된다. 혼합실(68)에 도달한 분사재는, 압축 공기와 혼합되고, 이 혼합된 압축 공기와 분사재는, 제2 경로(76)를 통해 분사구(74)로부터 고기 2상류로서 분사된다.

여기서, 종래의 장치에서는, 압축 공기 분사부로부터 압축 공기가 분사될 때, 분사 직후에 분사류가 팽창되어 혼합실의 벽면에 충돌하여, 분사의 에너지의 손실이 발생하고 있었다. 이 분사의 에너지의 손실에 의해, 분사재를 흡인하기 위한 흡인력 및 고기 2상류의 유속이 저하되어, 가공 능력이 저하되어 있었다. 이 에너지의 손실을 억제하기 위해, 본 실시 형태의 노즐 조립체(2)에 있어서는, 정류부(86) 근방의 제3 경로(78)의 단면적보다 작은 원형의 개구를 갖는 축류부(88)가 압축 공기 분사부(80)에 설치되어 있다. 축류부(88)의 개구 직경이 작으므로, 정류부(86)를 통과한 압축 공기가 축류부(88)에 있어서 가속된다. 또한, 축류부(88)를 통과하여 분사된 압축 공기는, 외측 에지일수록 유속이 빠르고, 또한 직진성이 높다. 이것은, 제3 경로(78)를 통과한 압축 공기가 축류부(88)에 있어서 급격하게 압축되고, 이 압축에 의해, 압축 공기의 흐름의 외측 에지가 상대적으로 가속되기 때문이다. 따라서, 압축 공기 분사부(80)로부터 분사되는 분사류의 중심부가 폭 방향으로 팽창되려고 해도 외측 에지의 분사류가 이것을 억제하므로, 압축 공기 전체에서 직진성이 향상되어, 혼합실(68)의 벽면과의 충돌에 의한 에너지의 손실을 억제할 수 있다.

공기 노즐(62)에 있어서, 정류부(86)의 단면적(S1)에 대한 축류부(88)의 개구 단면적(S2)의 비인 단면적 비(S2/S1)가 지나치게 작으면 압축 공기가 축류부(88)를 통과할 때에 저항이 되고, 지나치게 크면 압축 공기가 축류부(88)를 통과할 때에 가속할 수 없다. 압축 공기를 양호하게 가속하기 위해서는, 정류부(86)의 단면적(S1)에 대한 축류부(88)의 개구 단면적(S2)의 비인 단면적 비(S2/S1)를 0.3∼0.8의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

축류부(88)를 압축 공기가 통과할 때, 압축 공기는 직진하도록 정류된다. 그러나, 축류부(88)가 지나치게 길면 압축 공기가 통과할 때에 저항이 되어, 분사 속도가 저하된다. 따라서, 축류부(88)에 있어서의 개구의 직경 D2에 대해, 이 개구의 길이 L2는, 압축 공기의 분사류의 직진성이 얻어질 정도로 가급적 짧은 편이 바람직하다. 이 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 공기 노즐(62)에 있어서, 축류부(88)에 있어서의 개구의 직경 D2에 대한 이 개구의 길이 L2의 비인 축류부 비(L2/D2)는 0.1∼0.5의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 공기 노즐(62)의 제3 경로(78)는 상술한 바와 같이 정류부(86)를 구비하고 있으므로, 압축 공기 분사부(80)로부터 분사되는 압축 공기의 직진성이 더욱 향상되고, 그것에 의해 블라스트 가공의 능력이 더욱 향상된다. 또한, 정류부(86)에 의해, 분사류의 맥동(충격파)의 발생을 억제할 수 있으므로, 혼합실(68)에서 발생하는 흡인력은 일정해진다. 따라서, 노즐 본체(60)의 분사재 흡인구(70)로부터 흡인되는 분사재의 흡인량이 항시 일정해지므로, 안정된 블라스트 가공을 행할 수 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 정류부(86)의 직경 D1에 대한 정류부의 길이 L1의 비인 정류부 비(L1/D1)를 2∼50의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

축류부(88)의 형상은 도 7 및 도 8에 도시된 입구측과 다른 부분이 동일한 직경의 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같은, 입구측이 테이퍼 형상이며 직경이 확대되어 있는 것과 같은 형상이어도 되고, 또한 도 10에 도시한 바와 같은 입구측이 R 형상이며 직경이 확대되어 있는 것과 같은 형상이어도 된다.

(블라스트 가공 방법)

다음으로, 본 실시 형태에 의한 노즐 조립체(2)를 구비한 블라스트 가공 장치(1)에 의한 블라스트 가공 방법에 대해 설명한다.

먼저, 조작 패널(30)을 조작하고, 흡인 기구(6)를 작동시켜, 블라스트 가공실(24) 내를 흡인한다. 다음으로, 래치 로크(22)를 언로크하여, 상부 케이싱(14)을 개방한다. 다음으로, 소정량의 분사재를 블라스트 가공실(24)에 투입하고, 분사재를 분급 기구(8)를 통해 저류 호퍼(10)에 이송한다. 그 후, 상부 케이싱(14)을 폐쇄하고, 래치 로크(22)로 로크하여 상부 케이싱(14)과 하부 케이싱(16)을 고정하여, 블라스트 가공실(24)을 폐쇄된 공간으로 한다. 블라스트 가공실(24)은, 흡인 기구(6)에 의해 흡인되어 있으므로 부압이 되어, 외기가 작업부(36)로부터 블라스트 가공실(24)로 유입된다. 이 외기의 흐름에 의해, 후술하는 바와 같이 노즐 조립체(2)로부터 분사재를 분사해도, 분사재를 포함하는 분립체(분사재 및 분진)는 블라스트 가공실(24)의 외부로 누출되는 일이 없다.

분사재는, 블라스트 가공에서 일반적으로 사용되는 분립체이면 된다. 예를 들어, 분사재로서, 철계 및 비철 금속계의 숏 및 커트 와이어 및 그리드, 세라믹스 입자(예를 들어, 알루미나나 탄화규소나 지르콘 등), 유리 입자, 수지 입자(예를 들어, 나일론 수지나 멜라민 수지나 우레아 수지 등), 식물 종자의 입자(예를 들어, 호두나 피치 등) 등을 사용할 수 있다.

작업자는, 장갑을 장착하고, 작업부(26)로부터 손을 삽입하여, 노즐 조립체(2)를 파지한다. 다음으로, 풋 스위치(도시하지 않음)를 「ON」조작하여 분사재를 포함하는 고기 2상류를 분사구(74)로부터 분사한다. 그 때, 작업자는, 압력 조정 밸브(32)를 조작하여, 소정의 분사 압력이 되도록 조정한 후, 풋 스위치를 「OFF」조작하여 분사재의 분사를 정지하고, 손을 작업부(26)로부터 빼낸다.

다음으로, 래치 로크(22)를 언로크하여, 상부 케이싱(14)을 개방하여, 가공판(28) 상에 워크(W)를 적재한 후, 상부 케이싱(14)을 폐쇄하고, 래치 로크(22)로 로크하여 상부 케이싱(14)과 하부 케이싱(16)을 고정한다.

작업자는, 조작 패널(30)하고, 작업부(26)로부터 손을 삽입하여, 노즐 조립체(2) 및 가공판(28) 상에 적재된 워크(W)를 파지한 후, 풋 스위치를 「ON」조작하여 고기 2상류를 분사구(74)로부터 분사한다. 그리고, 장갑을 통해 작업자 자신이 워크(W)를 분사구(74)에 대해 주사함으로써, 워크(W)의 연소가 행해진다. 이 워크(W)의 연소는, 가공 정밀도가 요구되는 경우에는, 작업자가, 워크(W)를 가공판(28)에 손으로 압박하여 고정한 상태에서 노즐(10) 장치를 수평 방향으로 이동시켜 가공하고, 한편, 가공 정밀도의 요구가 높지 않은 경우에는, 작업자가, 노즐(10) 장치를 워크(W)에 접근시키거나 멀어지게 하거나 하여 가공하도록 해도 된다.

분사구(74)로부터 분사된 분사재를 포함하는 분립체는 흡인 기구(6)의 흡인력에 의해 분급 기구(8)로 이송된다. 분급 기구(8)에 있어서, 재사용 가능한 분사재와 분진으로 분리되고, 이 재사용 가능한 분사재는 저류 호퍼(10)에 퇴적된다. 저류 호퍼(10)에 퇴적된 재사용 가능한 분사재는, 분사재 이송 기구(12)에 의해 노즐 조립체(2)로 이송되고, 다시 분사구(74)로부터 분사된다. 한편, 중량이 가벼운 분진은, 흡인 기구(6)에 흡인되어, 흡인 기구(6) 내의 포집 필터에 포집된다.

고기 2상류를 워크(W)를 향해 소정 시간 분사하면, 풋 스위치를 「OFF」조작하여 고기 2상류의 분사를 정지하고, 손을 작업부(26)로부터 빼낸다. 그 후, 래치 로크(22)를 언로크하고, 상부 케이싱(14)을 개방하여 워크(W)를 회수한다. 이 워크(W)에 부착된 분사재나 분진을 제거하여 일련의 블라스트 가공이 완료된다.

다음으로, 본 실시 형태에 의한 노즐 조립체(10)에 의한 효과를 확인하기 위해 행한 실시예 및 참고예를 사용한 실험의 결과에 대해 설명한다.

(실시예 1)

본 실시 형태에 의한 노즐 조립체(2)에 있어서,

(1) 정류부(86)의 단면적(S1)에 대한 축류부(88)의 개구의 단면적(S2)의 비(단면적 비: S2/S1),

(2) 축류부(88)의 개구 직경(D2)에 대한 개구의 길이(L2)의 비(축류부 비: L2/D2),

(3) 축류부(88)의 직경(D2)에 대한 정류부의 길이(L1)의 비(정류부 비: L1/D2)를,

각각을 변화시켜, 분사재 흡인구(70)에 있어서의 흡인력을 측정하였다. 이하, 그 측정 결과에 대해 설명한다. 실시예 1에서는, 흡인력으로서, 노즐 조립체(2)의 흡인력의 최댓값을 나타낸 「최대 정압」 및 분사의 흡인력의 안정성(맥동의 정도)을 나타내는 「정압의 변동 폭」을 측정하였다.

최대 정압은 분사재 흡인구(70)를 폐지하고, 여기에 압력 센서(키엔스 가부시끼가이샤 제조; AP-44)를 접속하고, 압축 공기(0.2㎫)를 공기 노즐(62)로부터 10분간 분사하였을 때의 평균값으로 하였다.

또한, 분사재 흡인구(70)의 측면에 구멍을 형성하고, 여기에 압력 센서(키엔스 가부시끼가이샤 제조; AP-44)를 접속하고, 압축 공기(0.2㎫)를 공기 노즐(62)로부터 10분간 분사함과 함께 분사재 흡인구(70)에 흡인력을 발생시켰다. 분사재를 1㎏/min으로 분사재 흡인구(70)에 투입하고, 흡인력에 의해 혼합실(68)에 흡인시켰을 때의 정압을 측정하였다. 이 측정값을, 10분간의 평균 압력에 대한 압력의 최댓값 및 최솟값을 ％로 나타내고, 이것을 정압의 변동 폭으로 하였다.

측정 결과를 표 1 및 도 11에 나타낸다. 최대 정압은 -40kPa이면, 대략 분사재의 종류를 막론하고 양호하게 흡인할 수 있는 것을 확인하였다. 실시예 1-1∼1-7의 조건에 있어서는, 양호하게 흡인할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 변동 폭은 ±5％ 이내이면 분사가 맥동하지 않으므로 마무리 정도에 영향을 미치는 일이 없고, 실시예 1-1∼1-7의 조건에 있어서도 양호하게 흡인할 수 있는 것도 확인되었다.

한편, 단면적 비(S2/S1), 축류부 비(L2/D2), 정류부 비(L1/D2)가 상술한 범위를 일탈하고 있는 비교예 1-1∼1-6에 있어서는, 최대 정압의 부족 또는 변동 폭의 기준으로부터의 일탈이 발생하고 있었다. 그러나, 흡인력에 대해서는 비교적 가벼운 분사재(예를 들어, 입자경이 100㎛ 이하인 금속계의 분사재, 입자경이 200㎛ 이하인 세라믹스계의 분사재, 유리 입자, 수지 입자, 식물계 입자 등)에 대해서는 양호하게 흡인할 수 있는 흡인력이었다. 또한, 변동 폭에 대해서는, 마무리 정도의 엄밀한 관리가 요구되지 않는 가공(예를 들어, 버어 제거, 주물의 사락, 표면 러프닝 등)에 대해서는 문제없이 가공할 수 있는 변동 폭이었다. 즉, 단면적 비(S2/S1), 축류부 비(L2/D2), 정류부 비(L1/D2)가 상술한 범위 내이면, 조건을 선택하지 않고 양호하게 분사재를 안정적으로 흡인할 수 있지만, 가령 상술한 범위를 일탈하고 있어도 조건대로는 블라스트 가공을 행할 수 있는 것이 시사되었다.

(실시예 2)

실시예 1에 있어서의 실시예 1-1, 1-4, 1-5의 노즐(이후, 차례로 「노즐 A」 「노즐 B」 「노즐 C」라고 기재함)을 사용하여 블라스트 가공을 행한 결과에 대해 설명한다. 알루미나질의 지립(신또 고교 가부시끼가이샤 제조: AF120(평균 입경 125㎛))을 분사재로 하고, 워크(60×60×t6mm의 SS400재)를 향해 1분간 분사하였다. 또한, 분사구(74)와 워크(W)의 거리는 100㎜로 하고, 분사 압력을 0.2∼0.4㎫로 하였다. 가공 전후의 워크(W)의 중량을 전자 천칭(가부시끼가이샤 에이앤디 제조: GH-200)으로 측정하여, 절삭량을 산출하였다. 또한, 종래의 흡인식 노즐 조립체(본 실시 형태에 있어서의 축류부(88)가 설치되어 있지 않음)를 사용하여 마찬가지의 가공 및 측정을 행하고, 절삭량을 산출하였다. 이들 절삭량으로부터, 다음 식을 사용하여, 가공 효율을 산출하였다.

결과를 표 2에 나타낸다. 실시예 2-1∼실시예 2-9로서 나타내는 바와 같이, 어느 조건에 있어서도 가공 효율이 100％를 초과하고 있어, 종래의 노즐 조립체보다 가공 능력이 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 본 실시 형태의 노즐 조립체(2)는, 분사 압력이 낮을수록 가공 효율의 향상이 현저하게 나타났다.

상술한 실시 형태에서는, 본 발명의 노즐 조립체를 블라스트 가공에 적용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 노즐 조립체는, 그 밖의 표면 처리에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 분사재로서 강철 또는 비철 금속의 숏을 피가공물을 향해 고속으로 분사함으로써, 피가공물의 소성 변형에 의한 가공 경화나 압축 잔류 응력의 부여를 행하는 「숏 피닝」 처리에 적용할 수 있다. 다른 예로서, 피막 형성 재료의 분립체(예를 들어, 주석이나 아연이나 알루미늄 등의 금속, 이황화몰리브덴이나 산화 금속 등의 금속 화합물 등)를 피가공물을 향해 고속으로 분사함으로써, 당해 분립체의 소성 변형에 의해 피가공물에 피막을 형성하는「피막 형성」 처리에 적용할 수 있다.

1 : 블라스트 가공 장치
2 : 노즐 조립체
4 : 하우징
6 : 흡인 장치
8 : 분급 기구
10 : 저류 호퍼
12 : 분사재 이송 기구
14 : 상부 케이싱
16 : 하부 케이싱
24 : 블라스트 가공실
26 : 작업부
28 : 가공판
60 : 노즐 본체
62 : 공기 노즐
64 : 노즐 홀더
66 : 분사 노즐
68 : 혼합실
70 : 분사재 흡인구
72 : 제1 경로
74 : 분사구
76 : 제2 경로
78 : 제3 경로
80 : 압축 공기 분사부
82 : 압축 공기 도입부
84 : 가속부
86 : 정류부
88 : 축류부

Claims (7)

1. 압축 공기와 혼합된 분사재를 고기 2상류로서 분사하여 피가공물의 표면을 처리하기 위한 노즐 조립체이며,
   분사재를 흡인하는 분사재 흡인구와 이 흡인한 분사재를 압축 공기와 함께 분출하는 분출구를 구비한 노즐 본체와,
   이 노즐 본체의 내부에 압축 공기를 분사하는 공기 노즐을 갖고,
   상기 노즐 본체는, 상기 분사재 흡인구로부터 상기 노즐 본체의 내부에 흡인된 분사재를 상기 공기 노즐로부터 분사된 압축 공기와 혼합하기 위한 공간을 형성하는 혼합실과, 상기 분사재 흡인구로부터 상기 혼합실을 향하는 경로인 제1 경로와, 상기 혼합실로부터 상기 분사구를 향하는 경로인 제2 경로를 갖고,
   상기 공기 노즐은, 그 선단에 형성된 압축 공기 분사부와, 이 압축 공기 분사부를 향하는 경로인 제3 경로를 구비함과 함께, 이 제3 경로가, 상기 노즐 본체의 제2 경로와 동일 축심 상에 위치하고, 또한 상기 압축 공기 분사부가 상기 노즐 본체의 혼합실에 위치하도록 상기 노즐 본체에 삽입되어 있고,
   상기 공기 노즐의 압축 공기 분사부에는, 상기 제3 경로의 단면보다 작은 개구의 단면을 갖는 축류부가 설치되어 있는, 노즐 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기 노즐의 제3 경로는, 연속된 동일한 단면적을 갖는 정류부를 구비하고, 이 정류부에 상기 축류부가 연결되어 있고, 이 정류부의 단면적(S1)에 대한 상기 축류부의 개구의 단면적(S2)의 비인 단면적 비(S2/S1)가 0.3∼0.8로 설정되어 있는, 노즐 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 공기 노즐의 축류부에 있어서의 개구의 직경에 대한 개구의 길이의 비인 축류부 비가 0.1∼0.5로 설정되어 있는, 노즐 조립체.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 공기 노즐의 정류부의 직경에 대한 정류부의 길이의 비인 정류부 비가 2∼50으로 설정되어 있는, 노즐 조립체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐 조립체는, 분사재로서 블라스트 가공 장치에 사용되는 블라스트를 분사하는, 노즐 조립체.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 노즐 조립체를 사용하여 피가공물의 표면을 처리하는 표면 처리 방법이며,
   상기 공기 노즐로부터 압축 공기를 상기 노즐 본체의 혼합실에 분사하여 이 혼합실을 부압으로 하는 공정과,
   상기 노즐 본체의 혼합실의 부압에 의해 분사재를 상기 노즐 본체의 분사재 흡인구로부터 혼합실에 흡인하여 상기 공기 노즐로부터 분사된 압축 공기와 혼합하는 공정과,
   이 압축 공기와 혼합된 분사재를 고기 2상류로서 상기 노즐 본체의 분사구로부터 분사하는 공정과,
   이 분사된 분사재가 상기 피가공물의 표면에 충돌함으로써 피가공물의 표면 처리를 행하는 공정을 갖고,
   상기 공기 노즐에 의해 압축 공기를 분사하는 공정에 있어서, 상기 공기 노즐의 축류부에 의해 압축 공기의 분사류의 팽창이 억제되어 있는 것을 특징으로 하는, 표면 처리 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 공기 노즐에 의해 분사되는 압축 공기의 분사류는, 외측 에지를 향해 유속이 빠르게 되어 있는, 표면 처리 방법.

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