TWI680835B - 噴嘴組立體及使用該噴嘴組立體的表面處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係噴射與壓縮空氣混合的噴射材來對被加工物表面進行處理之用的噴嘴組立體。該噴嘴組立體係具有：噴嘴本體，係具備吸引噴射材的噴射材吸引口及將該噴射材與壓縮空氣一起噴出的噴出口；及空氣噴嘴，係噴射壓縮空氣至該噴嘴本體內。噴嘴本體係具有：混合室，係形成將噴射材與壓縮空氣予以混合之用的空間；第一路徑，係從噴射材吸引口往混合室之路徑；及第二路徑，係從混合室往噴射口之路徑。空氣噴嘴係具備：形成在其前端的壓縮空氣噴射部；及第三路徑，係往該壓縮空氣噴射部之路徑；並且前述空氣噴嘴係以使壓縮空氣噴射部位於噴嘴本體的混合室之方式***噴嘴本體；在空氣噴嘴的壓縮空氣噴射部係設有具有比第三路徑的截面小的開口截面之縮流部。

Description

噴嘴組立體及使用該噴嘴組立體的表面處理方法
本發明係有關噴嘴(nozzle)組立體及使用該噴嘴組立體的表面處理方法，具體而言，係有關將與壓縮空氣混合的噴射材以固氣二相流的形態噴射來對被加工物表面進行處理之用的噴嘴組立體及使用該噴嘴組立體的表面處理方法。
在以往已知將作為噴射材的「研磨粒(blast)」、「噴珠(shot)」、「皮膜形成材料等粉粒體」連同壓縮空氣一起朝被加工物噴射來進行被加工物的表面處理(噴磨加工、珠擊處理(shot peening)、皮膜形成等)。就進行上述被加工物的表面處理之用的噴嘴組立體而言，已知有加壓式及吸引式，加壓式係將填裝有噴射材的壓力容器以壓縮空氣等加壓而將噴射材送入壓縮空氣流，與壓縮空氣一起以固氣二相流的形態噴射(參照下述之專利文獻1)，吸引式係以由導入至空氣噴嘴的壓縮空氣流產生的吸引力吸引噴射材，與壓縮空氣一起以固氣二相流的形態噴射(參照下述之專利文獻2)。
相較於吸引式的噴嘴組立體，加壓式的噴嘴組立體能夠更高速地噴射噴射材，因此，在噴磨加工中的加工能力高，又，在珠擊處理中能夠賦予壓縮殘留應力至更深的位置，並且在皮膜形成中能夠形成密接力更高的皮膜。然而，加壓式的噴嘴組立體係因噴射材的噴射量及噴射時間受限於加壓槽(tank)的容積，而有無法長時間連續噴射的問題。
相對地，吸引式的噴嘴組立體係由於不需要密封貯留噴射材的容器，而有能夠連續噴射噴射材的優點。然而，吸引式的噴嘴組立體係因將處於大氣下的噴射材連同空氣一起吸引而產生壓力損失，因此有噴射材的噴射速度較加壓式的噴嘴慢的問題。要加快噴射速度，可考慮提高壓縮空氣的壓力來彌補壓縮空氣的壓力損失量，藉此加快噴射材的噴射速度。然而，因這需要更加強力的壓縮空氣供給源，將導致設備費用的增加和壓縮空氣供給源的運轉能量(energy)的增加。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開平02-160514號公報
專利文獻2：日本國特開平08-267360號公報
本發明係為了解決上述習知技術的問題點 而研創，目的在於提供能夠朝被加工物高速地噴射噴射材來對被加工物表面進行處理的噴嘴組立體及使用該噴嘴組立體的表面處理方法。
為了達成上述目的，本發明係將與壓縮空氣混合的噴射材以固氣二相流的形態噴射來對被加工物表面進行處理之用的噴嘴組立體，係具有：噴嘴本體，係具備吸引噴射材的噴射材吸引口及將該所吸引的噴射材與壓縮空氣一起噴出的噴出口；及空氣噴嘴，係噴射壓縮空氣至該噴嘴本體內部；噴嘴本體係具有：混合室，形成將從噴射材吸引口被吸引至噴嘴本體內部的噴射材與從空氣噴嘴噴射的壓縮空氣予以混合之用的空間；第一路徑，屬於從噴射材吸引口往混合室之路徑；及第二路徑，屬於從混合室往噴射口之路徑；空氣噴嘴係具備：形成在其前端的壓縮空氣噴射部；及往該壓縮空氣噴射部之路徑的第三路徑，並且以使該第三路徑位於與噴嘴本體的第二路徑為同一軸心上且使壓縮空氣噴射部位於噴嘴本體的混合室之方式***噴嘴本體；在空氣噴嘴的壓縮空氣噴射部係設有具有比第三路徑的截面小的開口截面之縮流部。
在如上述構成的本發明的噴嘴組立體中，在空氣噴嘴的壓縮空氣噴射部設有縮流部，因此從壓縮空氣噴射部噴射的壓縮空氣的噴射流的流速變快。此外，藉由縮流部抑制壓縮空氣的噴射流的寬度方向的膨脹，因此抑制因撞擊混合室的壁面所造成的減速。結果，依據本發明的噴嘴組 立體，即使壓縮空氣的流量同等於習知技術的噴嘴組立體，固氣二相流的流速仍變快，因此表面處理的效率提升。
在本發明中，較佳為空氣噴嘴的第三路徑係具備具有連續的相同截面積之整流部，前述縮流部連結至該整流部，屬於前述縮流部的開口的截面積(S2)相對於該整流部的截面積(S1)之比、亦即截面積比(S2/S1)設定在0.3至0.8。
在如上述構成的本發明中，壓縮空氣通過壓縮空氣噴射部的縮流部而噴射時，能夠不擾亂其流動而加速噴射流的流速。結果，依據本發明，加快固氣二相流的流速，從而表面處理的效率提升。
在本發明中，較佳為空氣噴嘴的縮流部的開口的長度(L2)相對於開口的直徑(D2)之比、亦即縮流部比(L2/D2)設定在0.1至0.5的範圍。
在如上述構成的本發明中，能夠使從壓縮空氣噴射部噴射的壓縮空氣的噴射流的直線前進性提升，加快固氣二相流的流速，從而表面處理的效率提升。
在本發明中，較佳為空氣噴嘴的整流部的長度(L1)相對於整流部的直徑(D1)之比、亦即整流部比(L1/D1)設定在2至50的範圍。
在如上述構成的本發明中，壓縮空氣的氣流在通過縮流部之前獲得整流，因此能夠使壓縮空氣的噴射流的直線前進性進一步提升，加快固氣二相流的流速，從而表面處理的效率提升。
在本發明中，較佳為，噴嘴組立體係用以噴射在噴磨加工裝置所用的研磨粒作為噴射材之噴嘴組立體。
依據如上述構成的本發明，藉由噴嘴組立體，能夠無脈動地噴射噴射材。此外，因噴射速度快，故噴磨加工能力提高。亦即，藉由將本發明的噴嘴組立體搭載至噴磨加工裝置，便能夠進行高效率且穩定的噴磨加工。
本發明乃係使用前述噴嘴組立體對被加工物表面進行處理的表面處理方法，係具有下述步驟：從空氣噴嘴噴射壓縮空氣至噴嘴本體的混合室而使該混合室成為負壓之步驟；利用噴嘴本體的混合室的負壓將噴射材從噴嘴本體的噴射材吸引口吸引至混合室而與從空氣噴嘴噴射的壓縮空氣混合之步驟；將該與壓縮空氣混合的噴射材以固氣二相流的形態從噴嘴本體的噴射口噴射之步驟；及藉由該所噴射的噴射材撞擊被加工物表面來進行被加工物的表面處理之步驟；在藉由空氣噴嘴噴射壓縮空氣之步驟中，藉由空氣噴嘴的縮流部抑制壓縮空氣的噴射流的膨脹。
在本發明中，較佳為，藉由前述空氣噴嘴噴射的壓縮空氣的噴射流係愈朝外緣流速愈快。
在如上述構成的本發明中，因噴射流的外緣的流速變快，外緣的直線前進性便提高。因此，即使速度低的中心部試圖膨脹，膨脹仍會被外緣的噴射流抑制住，因此壓縮空氣的噴射流全體的直線前進性提升。
依據本發明的噴嘴組立體，能夠達到加壓式的優勢之優秀的加工能力，及吸引式的優勢之連續處理兩者。藉此，能夠以乾式連續進行噴磨加工、珠擊處理、皮膜形成等表面處理。
1‧‧‧噴磨加工裝置
2‧‧‧噴嘴組立體
4‧‧‧機殼
6‧‧‧吸引裝置
8‧‧‧分篩機構
10‧‧‧貯留斗
12‧‧‧噴射材移送機構
14‧‧‧上部殼體
16‧‧‧下部殼體
18‧‧‧外框
20‧‧‧鉸鏈
22‧‧‧閂鎖
24‧‧‧噴磨加工室
26‧‧‧作業部
26a‧‧‧橡膠板
26b‧‧‧切縫
28‧‧‧加工板
30‧‧‧操作面板
32‧‧‧壓力調整閥
34、36‧‧‧軟管
38‧‧‧整流構件
38a‧‧‧封板
38b‧‧‧整流部
40‧‧‧分篩構件
42‧‧‧吸引構件
44‧‧‧投入構件
46‧‧‧噴射材取出管
48‧‧‧外部空氣導入管安裝構件
50‧‧‧外部空氣導入管
60‧‧‧噴嘴本體
62‧‧‧空氣噴嘴
64‧‧‧噴嘴保持具
66‧‧‧噴射噴嘴
68‧‧‧混合室
70‧‧‧噴射材吸引口
72‧‧‧第一路徑
74‧‧‧噴射口
76‧‧‧第二路徑
78‧‧‧第三路徑
80‧‧‧壓縮空氣噴射部
82‧‧‧壓縮空氣導入部
84‧‧‧加速部
86‧‧‧整流部
88‧‧‧縮流部
D1‧‧‧整流部的直徑
D2‧‧‧縮流部的開口的直徑
L1‧‧‧整流部的長度
L2‧‧‧縮流部的開口的長度
S1‧‧‧整流部的截面積
S2‧‧‧縮流部的開口的截面積
第1圖係顯示使用本發明實施形態的噴嘴組立體的噴磨加工裝置之前視圖。
第2圖係沿第1圖的II-II線而觀看的剖面圖。
第3圖係顯示第1圖的噴磨加工裝置的分篩機構之側視圖。
第4圖係沿第3圖的IV-IV線而觀看的剖面圖。
第5圖係顯示第1圖的噴磨加工裝置的貯留斗(hopper)及噴射材移送機構之剖面圖。
第6圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體之局部剖面圖。
第7圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣噴嘴之剖面圖。
第8圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣噴嘴的縮流部的第1例之剖面圖。
第9圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣噴嘴的縮流部的第2例之剖面圖。
第10圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣噴嘴的縮流部的第3例之剖面圖。
第11圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的吸引力的變動幅度之圖表(graph)。
以下，參照所附圖式說明本發明實施形態的噴嘴組立體。首先，利用第1圖及第2圖說明使用本發明實施形態的噴嘴組立體的噴磨加工裝置的概要。第1圖係顯示使用本發明實施形態的噴嘴組立體的噴磨加工裝置之前視圖，第2圖係沿第1圖的II-II線而觀看的剖面圖。
如第1圖及第2圖所示，噴磨加工裝置1係具備：噴磨加工用的本實施形態的噴嘴組立體2、收納該噴嘴組立體2的機殼4、對該機殼4內部進行吸引之用的吸引機構6、設置在機殼4下部用以分篩噴射材的分篩機構8、貯留經過分篩的噴射材之用的貯留斗10、及將貯留在該貯留斗10的投射材移送至噴嘴組立體2之用的噴射材移送機構12。
機殼4係具備：上部殼體(casing)14、設置在上部殼體14下方的下部殼體16、及固定在該下部殼體16外側的外框18。上部殼體14與外框18係以鉸鏈20及閂鎖22連結，藉由打開閂鎖22使上部殼體14能夠相對於下部殼體16開閉。
上部殼體14與下部殼體16的內部空間係形成噴磨加工室24。噴嘴組立體2配置在該噴磨加工室24。
在上部殼體14的正面係設有作業部26。該作業部26係兼作為將外部空氣引入噴磨加工室24之用的 吸氣口、及於噴磨加工時讓作業人員將手伸入噴磨加工室24之用的裝入口。在該作業部26係固定有橡膠板26a，在該橡膠板26a係形成有從中心部呈放射狀延伸的複數條切縫26b。
在噴磨加工室24係固定有進行噴磨加工時載置工件(work)W的加工板28。在加工板28係以能夠讓含有噴射材的粉粒體通過之方式設有複數個開口。
在機殼4的正面側係安裝有操作面板(panel)30與壓力調整閥32。從該壓力調整閥32供給的壓縮空氣係透過軟管(hose)34供給至噴嘴組立體2。此外，貯留斗10的噴射材係透過軟管36移送至噴嘴組立體2。
接著，利用第3圖及第4圖詳細說明分篩機構8。第3圖係顯示第1圖的噴磨加工裝置的分篩機構之側視圖，第4圖係沿第3圖的IV-IV線而觀看的剖面圖。
分篩機構8乃係將噴磨加工室24的粉粒體分離成粉塵和能再次使用的噴射材之機構。此處的粉塵，係指噴磨加工產生的切削粉和因撞擊而成為無法再次使用之大小的噴射材等。分篩機構8係設置在從噴磨加工室24往對噴磨加工室24進行吸引的吸引機構6之路徑的途中，以由吸引機構6產生的風力進行分離。
在噴磨加工裝置1中，能再次使用的噴射材為比粉塵重的顆粒，因此藉由分篩將能再次使用的噴射材與粉塵分離。具體而言，如第3圖所示，分篩機構8係具備：圓筒狀的整流構件38，係縱截面為圓形，且一端面(第 4圖中為右側)以封板38a封住；分篩構件40，係在第3圖所示側面方向觀看之縱截面的上方為直徑比整流構件38的直徑大之圓形，下方則以愈往下端、間隔變得愈窄之方式延伸(亦即，水平截面的面積往下端連續地縮小)，且在第4圖所示之正面方向觀看之縱截面為縱長的四角形，且四角形的下端面開口之形狀；圓筒形的吸引構件42，係以與整流構件38同心狀方式配設在整流構件38內側，且兩端開口；及投入構件44，係設置在整流構件38的側面。在該吸引構件42係連結有上述的吸引機構6。
在分篩機構8中，含有噴射材的粉粒體係藉由連結至吸引構件40的吸引機構6之作動而與外部空氣一同移送至分篩機構8，沿著以整流構件38的內壁面與吸引構件42的外壁面形成的整流部38b中的整流構件38的內壁，螺旋狀地流往分篩構件40。通過整流部38b的含有噴射材的粉粒體係再繼續邊繞旋邊前進而到達分篩構件40。接著，一邊繞旋並一邊減速並且繼續前進(第4圖中的a)。於減速時，屬於重的顆粒之能再次使用的噴射材係因重力而掉到分篩構件40的底部，堆積於固定在分篩機構8底部的貯留斗10(第4圖中的b)。相對於此，屬於輕的顆粒之無法再次使用的噴射材和噴磨加工產生的切削粉係從吸引構件42被吸引至吸引機構6，由設置在吸引機構6內部的捕集過濾器(filter)捕集(第4圖中的c)。
接著，利用第5圖詳細說明貯留斗10及噴射材移送機構12。第5圖係顯示第1圖的噴磨加工裝置的 貯留斗及噴射材移送機構之剖面圖。
如第5圖所示，在貯留斗10係配置有將貯留在貯留斗10的噴射材移送至噴嘴組立體2之用的機構、亦即噴射材移送機構12。噴射材移送機構12係具備：圓管狀的噴射材取出管46，係以貫通貯留斗10的側壁(第5圖中為左側壁)之方式固定；圓管狀的外部空氣導入管安裝構件48，係以貫通貯留斗10中與噴射材取出管46相對向的側壁(第5圖中為右側壁)之方式固定；及圓管狀的外部空氣導入管50，係插穿外部空氣導入管安裝構件48而固定。噴射材取出管46係經由前述的軟管36而連結至噴嘴組立體2的後述噴射材吸引口70(參照第6圖)。
在該噴射材取出管46的內部，係藉由噴嘴組立體2內部產生的吸引力而產生流往噴嘴組立體2的氣流。此時，外部空氣從外部空氣導入管50被吸引進來。亦即，在外部空氣導入管50的前端係成為噴射外部空氣氣流的狀態。藉由該氣流，在噴射材取出管46的右端附近便產生往噴射材吸引口70的氣流。貯留斗10內的噴射材係隨著該氣流被吸引進噴射材取出管46而移送至噴嘴組立體2。
接著，利用第6圖至第10圖，針對本發明實施形態的噴嘴組立體2詳細說明。第6圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體之局部剖面圖，第7圖係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣噴嘴之剖面圖，第8圖至第10圖分別係顯示本發明實施形態的噴嘴組立體的空氣 噴嘴的縮流部的第1例、第2例、第3例之剖面圖。
如第6圖所示，本實施形態的噴嘴組立體2係具備：噴嘴本體60；及空氣噴嘴62，係噴射壓縮空氣至該噴嘴本體60內部。噴嘴本體60係具備：噴嘴保持具(holder)64；及圓筒狀的噴射噴嘴66，係從該噴嘴保持具64的一端側(第3圖中為下端面側)插嵌而固定。在該噴嘴本體60的噴嘴保持具64的另一端側(第3圖中為上端面側)，係有空氣噴嘴62插嵌而固定。在噴嘴本體60內部的空氣噴嘴62的下端與噴射噴嘴66的上端的附近，係設有形成噴嘴本體60內部空間的混合室68。
在噴嘴保持具64的上部，係形成有吸引噴射材之用的噴射材吸引口70、及從該噴射材吸引口70前往混合室68之路徑即第一路徑72。
在噴射噴嘴66係於其下端形成有噴射固氣二相流之用的圓形的噴射口74，此外，形成有從混合室68往噴射口74之路徑、亦即第二路徑76。
在噴嘴本體60中，前述的噴射材吸引口70、第一路徑72、混合室68、第二路徑76、噴射口74係相連通。
如第7圖所示，空氣噴嘴62係圓筒狀，其內部係形成有壓縮空氣之路徑、亦即第三路徑78，此外，於噴射壓縮空氣的前端(第7圖中的下端)設有壓縮空氣噴射部80。空氣噴嘴62的第三路徑78係具備：壓縮空氣導入部82，係具有連續的直徑；加速部84，係與該壓縮空氣 導入部82連通，且愈往前端逐漸縮徑；及整流部86，係連通於該加速部84，且直徑固定。另外，只要壓縮空氣導入部82的截面積與整流部86的截面積之差為不會妨礙壓縮空氣流動之程度的大小，便可省略加速部84。
空氣噴嘴62係以使其壓縮空氣噴射部80位於噴嘴本體60的混合室68之方式插嵌在噴嘴保持具64而固定。空氣噴嘴62的另一端(第6圖及第7圖中的上端)係經由軟管34及壓力調整閥32而與壓縮空氣供給源(未圖示)連結，藉由壓縮空氣供給源之作動，使壓縮空氣噴射至混合室68。該噴射流係一邊把周圍的空氣牽引進來一邊直線前進，故混合室68係成為負壓，產生吸引力。該吸引力之大小係依壓縮空氣噴射部80與噴射噴嘴66的內壁面之間的距離而變，因此，以形成最佳吸引力之方式令空氣噴嘴62往上下方向移動進行調整，然後以未圖示的螺栓(bolt)等固定在噴嘴保持具64。藉由該吸引力，噴射材係從噴射材吸引口70被吸引往混合室68。到達混合室68的噴射材係與壓縮空氣混合，該混合的壓縮空氣與噴射材係通過第二路徑76，從噴射口74以固氣二相流的形態噴射。
此處，在習知技術的裝置中，於壓縮空氣從壓縮空氣噴射部噴射時，噴射流會在噴射後立即膨脹而撞擊混合室的壁面，產生噴射能量的損失。由於該噴射能量的損失，導致用於吸引噴射材的吸引力及固氣二相流的流速下降，使加工能力降低。為了抑制該能量的損失，在本實施形態的噴嘴組立體2中係在壓縮空氣噴射部80設有 具有比整流部86附近的第三路徑78的截面積小的圓形開口之縮流部88。因縮流部88的開口直徑小，通過整流部86的壓縮空氣會在縮流部88獲得加速。此外，通過縮流部88而噴射的壓縮空氣係愈外緣，流速愈快，且直線前進性愈高。這是因為通過第三路徑78的壓縮空氣在縮流部88受到急劇壓縮，藉由該壓縮，使得壓縮空氣的氣流的外緣相對獲得加速之故。因此，即使從壓縮空氣噴射部80噴射的噴射流的中心部試圖朝寬度方向膨脹，亦由於外緣的噴射流將該膨脹抑制，因此，使壓縮空氣全體的直線前進性提升，從而能夠抑制因撞擊混合室68的壁面而產生的能量的損失。
在空氣噴嘴62中，若縮流部88的開口的截面積S2相對於整流部86的截面積S1之比、亦即截面積比(S2/S1)太小，壓縮空氣通過縮流部88時便會形成阻力；若面積比(S2/S1)太大，壓縮空氣通過縮流部88時便無法加速。為了良好地加速壓縮空氣，較佳為將縮流部88的開口的截面積S2相對於整流部86的截面積S1之比、亦即截面積比(S2/S1)設定在0.3至0.8的範圍。
在壓縮空氣通過縮流部88時，壓縮空氣係以成為直線前進的方式獲得整流。然而，若縮流部88太長，壓縮空氣通過時便會形成阻力，導致噴射速度下降。因此，相對於縮流部88的開口的直徑D2，該開口的長度L2係較佳為以能得到壓縮空氣的噴射流的直線前進性之程度盡可能地短。因此，在本實施形態中，空氣噴嘴62 中縮流部88的開口的長度L2相對於該開口的直徑D2之比、亦即縮流部比(L2/D2)係較佳為設定在0.1至0.5的範圍。
此外，空氣噴嘴62的第三路徑78係如前述具備整流部86，因此使從壓縮空氣噴射部80而噴射的壓縮空氣的直線前進性進一步提升，藉此，使噴磨加工的能力進一步提升。此外，藉由整流部86能夠抑制噴射流的脈動(衝擊波)的產生，因此在混合室68產生的吸引力係成為一定。因此，從噴嘴本體60的噴射材吸引口70吸引進來的噴射材的吸引量係恆常為一定，因此能夠進行穩定的噴磨加工。要獲得上述效果，較佳為將整流部的長度L1相對於整流部86的直徑D1之比、亦即整流部比(L1/D1)設定在2至50的範圍。
縮流部88的形狀並不限於第7圖及第8圖所示之入口側與其他部分為相同直徑之形狀，例如亦可為如第9圖所示之入口側為錐(taper)形狀且直徑擴大之形狀，此外亦可為如第10圖所示之入口側為R形狀且直徑擴大之形狀。
(噴磨加工方法)
接著，針對具備本實施形態的噴嘴組立體2的噴磨加工裝置1所進行的噴磨加工方法進行說明。
首先，對操作面板30進行操作，令吸引機構6作動，對噴磨加工室24內進行吸引。接著，解開閂鎖22，打開上部殼體14。接著，將預定量的噴射材倒入噴磨 加工室24，經由分篩機構8將噴射材移送至貯留斗10。然後，闔上上部殼體14，鎖上閂鎖22而將上部殼體14與下部殼體16固定，使噴磨加工室24成為封閉之空間。噴磨加工室24係因被吸引機構6吸引而成為負壓，外部空氣從作業部36流入噴磨加工室24。藉由該外部空氣的流動，即使如後述從噴嘴組立體2噴射噴射材，含有噴射材的粉粒體(噴射材及粉塵)也不會漏出到噴磨加工室24的外部。
噴射材係只要為噴磨加工一般所用的粉粒體即可。例如，作為噴射材，能夠使用鐵系及非鐵金屬系的噴珠及線切粒(cut wire)及礫粒(grit)、陶瓷(ceramic)的顆粒(例如，氧化鋁(alumina)、碳化矽、鋯砂(zircon)等)、玻璃(glass)的顆粒、樹脂的顆粒(例如，尼龍(nylon)樹脂、三聚氰胺(melamine)樹脂、尿素(urea)樹脂等)、植物種子的顆粒(例如，核桃、桃子(peach)等)等。
作業人員係戴著手套，將手從作業部26伸入，拿持噴嘴組立體2。接著，對腳踏開關(foot switch)(未圖示)進行「ON」操縱，從噴射口74噴射含有噴射材的固氣二相流。此時，作業人員係操作壓力調整閥32，以形成預定之噴射壓力之方式進行調整，然後對腳踏開關進行「OFF」操縱，停止噴射材的噴射，將手從作業部26抽出。
接著，解開閂鎖22，打開上部殼體14，將工件W載置到加工板28上，然後闔上上部殼體14，鎖上閂鎖22而將上部殼體14與下部殼體16固定。
作業人員係將手從作業部26伸入，拿持噴 嘴組立體2及載置在加工板28上的工件W後，對腳踏開關進行「ON」操縱，而從噴射口74噴射固氣二相流。接著，由作業人員自己隔著手套操作，在噴射口74下掃噴工件W，藉此進行工件W的研掃。關於此一工件W的研掃，當要求加工精度時，係在作業人員用手將工件W壓制於加工板28而固定住的狀態下令噴嘴組立體2沿水平方向移動進行加工；另一方面，當加工精度要求不高時，則可由作業人員拿持噴嘴組立體2忽遠忽近地對工件W進行加工。
從噴射口74噴射的含有噴射材的粉粒體係藉由吸引機構6的吸引力而移送至分篩機構8。在分篩機構8中，分離成粉塵與能再次使用的噴射材，該能再次使用的噴射材係堆積於貯留斗10。堆積於貯留斗10的能再次使用的噴射材係藉由噴射材移送機構12而移送至噴嘴組立體2，再次從噴射口74噴射。相對於此，重量輕的粉塵係被吸引至吸引機構6，由吸引機構6內的捕集過濾器捕集。
等到朝工件W噴射固氣二相流預定時間後，對腳踏開關進行「OFF」操縱，停止固氣二相流的噴射，將手從作業部26抽出。然後，解開閂鎖22，打開上部殼體14，回收工件W。去除附著在該工件W的噴射材和粉塵，便完成一系列的噴磨加工。
接著，針對為了確認本實施形態的噴嘴組立體10達到的效果而進行之使用實施例及比較例的實驗之結果進行說明。
(實施例1)
在本實施形態的噴嘴組立體2中，令(1)縮流部88的開口的截面積(S2)相對於整流部86的截面積(S1)之比(截面積比：S2/S1)、(2)縮流部88的開口的長度(L2)相對於開口的直徑(D2)之比(縮流部比：L2/D2)、及(3)整流部的長度(L1)相對於整流部86的直徑(D1)之比(整流部比：L1/D1)分別變化，量測噴射材吸引口70的吸引力。以下，針對該量測結果進行說明。在實施例1中，作為吸引力，係量測表示噴嘴組立體2的吸引力的最大值之「最大靜壓」及表示噴射的吸引力的穩定性(脈動的程度)之「靜壓的變動幅度」。
最大靜壓係採用將噴射材吸引口70封住，在該處接上壓力感測器(sensor)(KEYENCE股份有限公司製：AP-44)，從空氣噴嘴62噴射壓縮空氣(0.2MPa)10分鐘時的平均值。
此外，在噴射材吸引口70的側面開孔，在該處接上壓力感測器(KEYENCE股份有限公司製：AP-44)，從空氣噴嘴62噴射壓縮空氣(0.2MPa)10分鐘並且令噴射材吸引口70產生吸引力。將噴射材以1kg/min倒入噴射材吸引口70，量測藉由吸引力使噴射材被吸引至混合室68時的靜壓。對該量測值，將相對於10分鐘的平均壓力之壓力的最大值及最小值以%表示，作為靜壓的變動幅度。
量測結果顯示於表1及第11圖。確認了只要最大靜壓為-40kPa，則大體上不論噴射材的種類皆能夠良好地進行吸引。確認了在實施例1-1至1-7的條件下能夠良好地進行吸引。此外，只要變動幅度在±5%以內，噴射便不會發生脈動，故不會對完工程度造成影響，亦確認了在實施例1-1至1-7的條件下仍能夠良好地進行吸引。
另一方面，在截面積比(S2/S1)、縮流部比(L2/D2)、整流部比(L1/D1)超出前述範圍的比較例1-1至1-6中，發生了最大靜壓不足或者變動幅度超出基準。但就吸引力而言，對於較輕的噴射材(例如，粒徑100μm以下的金屬系的噴射材、粒徑200μm以下的陶瓷系的噴射材、玻璃的顆粒、樹脂的顆粒、植物系的顆粒等)則為能夠良好進行吸引的吸引力。此外，就變動幅度而言，對於不要求嚴格管理完工程度的加工(例如，去毛邊、鑄造品的清砂、表面粗化等)則為能夠順利進行加工的變動幅度。亦即，係指出了只要截面積比(S2/S1)、縮流部比(L2/D2)、整流部比(L1/D1)在前述範圍內，便不論條件如何皆能夠良好地穩定地吸引噴射材，而即便脫離前述範圍，則視條件仍能夠進行噴磨加工。
Figure 105104445-A0202-12-0019-1
(實施例2)
針對使用實施例1中的實施例1-1、1-4、1-5的噴嘴(以下，依序記為「噴嘴A」、「噴嘴B」、「噴嘴C」)進行噴磨加工的結果進行說明。以氧化鋁材質的研磨粒(新東工業股份有限公司製：AF120(平均粒徑125μm))為噴射材，朝工件(60×60×t6mm的SS400材)噴射1分鐘。另外，噴射口74與工件W間的距離係設為100mm，噴射壓力設為0.2MPa至0.4MPa。以電子天秤(A&D股份有限公司製：GH-200) 量測工件W加工前後的重量，算出切削量。此外，使用習知技術的吸引式的噴嘴組立體(未設置有本實施形態的縮流部88)進行相同的加工及量測，算出切削量。利用下式，從該等切削量算出加工效率。
Figure 105104445-A0202-12-0020-3
結果顯示於表2。如實施例2-1至實施例2-9所示，不論在何者的條件下，加工效率皆超過100%，確認了加工能力比習知技術的噴嘴組立體提升。此外，本實施形態的噴嘴組立體2係噴射壓力愈低，加工效率的提升愈加顯著。
Figure 105104445-A0202-12-0020-2
在上述的實施形態中，係以將本發明的噴嘴組立體運用在噴磨加工時的情形為例來進行說明，但本發明的噴嘴組立體係亦能夠運用在其他表面處理。例如，能夠運用在以鋼鐵或非鐵金屬的噴珠作為噴射材朝被加工物高速噴射，藉此進行以被加工物的塑性變形達到的加工硬化和賦予壓縮殘留應力之「珠擊」處理。就其他例子而言，能夠運用在將作為皮膜形成材料的粉粒體(例如，錫、鋅、鋁等金屬、二硫化鉬和氧化金屬等金屬化合物等)朝被加工物高速噴射，藉此藉由該粉粒體的塑性變形而在被加工物形成皮膜之「皮膜形成」處理。
2‧‧‧噴嘴組立體
60‧‧‧噴嘴本體
62‧‧‧空氣噴嘴
64‧‧‧噴嘴保持具
66‧‧‧噴射噴嘴
68‧‧‧混合室
70‧‧‧噴射材吸引口
72‧‧‧第一路徑
74‧‧‧噴射口
76‧‧‧第二路徑
78‧‧‧第三路徑
80‧‧‧壓縮空氣噴射部
82‧‧‧壓縮空氣導入部
84‧‧‧加速部
86‧‧‧整流部
88‧‧‧縮流部

Claims (5)

  1. 一種噴嘴組立體，係將與壓縮空氣流混合的噴射材以固氣二相流的形態噴射來對被加工物表面進行處理之用者，該噴嘴組立體係具有：噴嘴本體，係具備吸引噴射材至噴嘴本體內的噴射材吸引口及將該所吸引的噴射材與壓縮空氣一起從噴嘴本體噴出的噴射口；及空氣噴嘴，係噴射壓縮空氣流至該噴嘴本體內部；前述噴嘴本體係具有：混合室，係形成將從前述噴射材吸引口被吸引至前述噴嘴本體之內部的噴射材與從前述空氣噴嘴噴射的壓縮空氣流予以混合之用的空間；第一路徑，係使噴射材的流從前述噴射材吸引口流往前述混合室；及第二路徑，係使包含噴射材的壓縮空氣流從前述混合室流往前述噴射口；前述空氣噴嘴係具備：形成在其前端的壓縮空氣噴射部；及第三路徑，係使壓縮空氣流流往該壓縮空氣噴射部；並且前述空氣噴嘴係以使該第三路徑與前述噴嘴本體的第二路徑成為一直線且使前述壓縮空氣噴射部位於前述噴嘴本體的混合室之方式***前述噴嘴本體；在前述空氣噴嘴的壓縮空氣噴射部係設有圓筒形的縮流部，該縮流部具有比前述第三路徑的截面小的開口截面，前述空氣噴嘴的第三路徑係具備沿著其長度具有 相同截面積之整流部，前述縮流部連通至該整流部，前述縮流部的開口的截面積(S2)相對於該整流部的截面積(S1)之比、亦即截面積比(S2/S1)設定在0.3至0.8，前述空氣噴嘴的縮流部的開口的軸向長度(L2)相對於縮流部的開口的直徑(D2)之比、亦即縮流部比(L2/D2)設定在0.1至0.5。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之噴嘴組立體，其中，前述空氣噴嘴的整流部的軸向長度(L1)相對於整流部的直徑(D1)之比、亦即整流部比(L1/D1)設定在2至50。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之噴嘴組立體，其中，前述噴嘴組立體係用以噴射在噴磨加工裝置所用的研磨粒作為噴射材。
  4. 一種表面處理方法，係使用申請專利範圍第1項所述之噴嘴組立體對被加工物表面進行處理的表面處理方法，係具有下述步驟：從前述空氣噴嘴噴射壓縮空氣流至前述噴嘴本體的混合室而使該混合室成為負壓之步驟；利用前述噴嘴本體的混合室的負壓將噴射材從前述噴嘴本體的噴射材吸引口吸引至混合室而與從前述空氣噴嘴噴射的壓縮空氣流混合之步驟；將該與壓縮空氣流混合的噴射材以固氣二相流的形態從前述噴嘴本體的噴射口噴射之步驟；及藉由該所噴射的噴射材撞擊前述被加工物表面來進行被加工物的表面處理之步驟； 藉由前述空氣噴嘴噴射壓縮空氣，藉此，使藉由前述空氣噴嘴的縮流部噴射之壓縮空氣的膨脹受到抑制。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之表面處理方法，其中，藉由前述空氣噴嘴所噴射的壓縮空氣流中，所噴射的壓縮空氣流之外緣的流速比內部的流速更快。
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