JPH10510221A - 極低温粒子ブラストシステム用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 単一の／複数の膨張波を生成する形態の壁と、波を反射させる一様な壁とを有し、粒子ブラストシステムに使用される、収束−発散ノズル（Ｓ／ＭＥＲＮ）を提供する。このノズルは、全体としてジェット流の方向に平行に配置され、かつ、全体として平坦な、一様な壁と、この一様な壁に対向して位置し、かつ、収束−発散を行うような形態を有する、単一の壁とを有する。円形の送出ホースからＳ／ＭＥＲＮノズルの矩形の喉部までの移行部は、好ましくは単一の寸法で、支持側壁間の距離は送出ホースの直径とほぼ同じである。Ｓ／ＭＥＲＮノズルは、従来のノズルのように対向する膨張波の反射を利用するのでなく、平坦な一様な壁からの反射を利用してマッハ波の膨張を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 極低温粒子ブラストシステム用ノズル 技術分野 本発明は、超音波ノズル及びこのようなノズルを使用した粒子ブラストシステ ムに関する。本発明を、衝撃時に昇華する極低温粒子を送出する粒子ブラストシ ステムで使用される単一の／複数の膨張反射ノズル（Ｓｉｎｇｌｅ／Ｍｕｌｔｉ ｐｌｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｎｏｚｚｌｅ）（Ｓ／Ｍ ＥＲＮ）と関連して明確に開示する。 発明の背景 極低温粒子ブラストシステムは周知である。システム及び関連した構成部品は 、米国特許第４，９４７，５９２号、米国特許第５，１０９，６３６号、及び米 国特許第５，３０１，５０９号に示されている。これらの特許に触れたことによ り、これらの全ての特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとす る。このようなシステムは極低温粒子源を含む。極低温粒子は通常はペレットで あり、代表的には二酸化炭素又は任意の他の適当な極低温材料でできている。こ のような極低温材料は、好ましくは、ブラストターゲットとの衝撃時に昇華し、 除去されるべき粒子材料が残らない。このような粒子は、衝撃及び流路中での方 向変更による粉化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を特に被り易い。粒子は、ブラス トノズルに送出され、通常は、代表的には空気、二酸化炭素又は窒素等のガスで ある任意の適当な輸送流体によって送出ホースを通して輸送される。ブラストタ ーゲットに加わる衝撃を最大にするために粒子にできるだけ高い速度を与えるた め、出口ノズルは、代表的には、収束−発散超音波ノズル（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎ ｇ−ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｎｏｚｚｌｅｓ）である。超 音波ノズルの一例が米国特許第５，０５０，８０５号に記載されている。同特許 に触れたことにより、その特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたも のとする。 ノズルの目的は、粒子を同伴した流れをできるだけ高速に加速し、設計上及び 機能上の拘束を加えることである。しかしながら、粒子の質量がガスの質量より もかなり大きく、減速作用を及ぼすため、輸送ガスの速度は、通常は、同伴され た粒子の速度よりも大きい。ガス及び同伴された粒子がブラストノズルの入口に 導入されるとき、流れは送出ホースの円形断面からブラストノズルの非円形断面 に移行する。従来技術の収束−発散ブラストノズルでは、ノズル喉部の直交寸法 が送出ホースの直径よりも小さいため、この移行は二つの寸法で生じる。従来技 術の発散−収束ブラストノズルでは、ノズルの高さ寸法（即ち、側支持壁の離間 距離）はノズル喉部でその最小値に達し、喉部のノズル下流の長さに亘ってその 最小値を維持する。 従来技術の収束−発散ブラストノズルでは、末広のノズル壁間の離間により形 成されるブラスト適用幅（ｂｌａｓｔ ｓｗａｔｈ ｗｉｄｔｈ）を最大にする のが望ましい場合には、ノズルの側壁の離間距離が最大になる。喉部の下流を維 持しながら側支持壁を近づけると、境界層粘性効果が生じ、流れの適正な膨張と 干渉し、流れ性能を損なう結果をもたらす。このような従来技術の収束−発散ブ ラストノズルでは、粒子の移動路が所定範囲に限定され、これと関連して粒子間 で衝突が起こり、これに伴って側壁の粘性乱流が増大し、これと関連して粒子の ノズル側壁に対する衝突が増え、その結果、粒子の質量がかなり失われる。これ は、更に、ブラストノズルの出口での速度分布を不均等にし、最大出口速度が噴 流の中心線のところで生じ、ブラスト適用幅の各縁部で速度が低下する。 従来技術の発散−収束ブラストノズルで所望の運動エネルギを得るため、ノズ ル設計の有害な効果を解決するのに充分なだけ流れ速度を増大しなければならな い。しかしながら、流れ速度が増大するにつれて、粒子の衝突回数が増え、粒子 の質量が更に減少する。これにより、流れ速度の増大に伴って効率が低下すると いう結果がもたらされる。これは、更に、騒音を大幅に増大する。騒音の増大は 、第８の力（ｅｉｇｈｔｈ ｐｏｗｅｒ）への速度と比例する。ブラストノズル からの騒音は、システムを使用する人及びシステムの近くに居る人の両方にとっ て重要な問題である。 従来技術の収束−発散ブラストノズルのこれらの望ましからぬ機能上の特徴に 加え、ノズルの製造費用ばかりでなくノズルの性能にも影響を及ぼす所定の製造 上の制限がある。以下に説明されているように、従来技術の収束−発散ブラスト ノズルは、対向した末広壁が噴流中心線を中心として対称であることを必要とす る。これは、膨張波が対応する対向膨張波から離れる方向に反射されるようにす るためである。必要な対称性を得るため及びこれを維持するためには、両壁を非 常に小さな許容差で製造する必要がある。理論的に対称なノズルから離れると、 設計から離れたノズルとなる。 これらの及び他の性能上の問題点は、従来技術の収束−発散ブラストノズルと 関連している。ノズルの過膨張（ｏｖｅｒｅｘｐａｎｓｉｏｎ）及び膨張不足（ ｕｎｄｅｒｅｘｐａｎｓｉｏｎ）により、流れ中に斜めの衝撃波が生じる。過膨 張又は膨張不足のノズル流れの作動の終わりには、ノズル形状の内部及び外部の 夫々で特徴的に強い法線型衝撃波が形成される。壊れ易い同伴された粒子は、こ のような衝撃波と交差すると破壊されてしまう。 更に、砂、二酸化炭素粒子等のより一般的な粒子ブラスト媒体は、ブラストタ ーゲットに到達する前に自己崩壊を引起し易い。システムを通過する際の同伴さ れた二酸化炭素粒子の運動エネルギが大きければ大きい程、粒子の破壊及び流路 方向の変化中の質量減少／昇華が高くなり易い。近付き難い領域にブラストを施 すために従来技術の角度をなした形状のノズルを使用した場合には、粒子の破壊 が非常に大きくなり、内部ノズル形状に及ぼされる項運動エネルギの衝撃に帰す ことができる性能が低下する。こうした性能の低下は、ノズルから出る流れの方 向をその「インライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）」方向から空力学的に変化させること ができないことの直接的な結果である。 かくして、粒子の質量を過度に損なうことなく粒子に大きな速度を与えること ができるブラストノズルが必要とされている。出口速度分布は、流出流の全適用 幅に亘って均等でなければならない。流れ方向を空力学的に変化させることがで き、粒子の質量を保存できなければならない。ノズルは、従来技術の収束−発散 ブラストノズルよりも静粛性が高く且つ取扱いが容易であり、製造に費用がかか らないものである必要がある。 発明の概要 本発明の目的は、従来利用できた従来技術の上述の欠点を除去することである 。 本発明の別の目的は、輸送流体と粒子との間の粒子エネルギ交換が大きい粒子 ブラストシステム及びこのシステムで使用するためのノズルを提供することであ る。 本発明の更に別の目的は、粒子の粉化を従来技術のシステム及びノズルよりも 少なくする粒子ブラストシステム及びこのシステムで使用するためのノズルを提 供することである。 本発明の他の目的は、発生する騒音が従来技術のノズルよりも小さい、粒子ブ ラストシステムで使用するためのノズルを提供することである。 本発明の更に他の目的は、空力学的理論に従って更に正確に作動でき、超音波 収束−発散ノズルの力学的理論の境界の制限を満足する、粒子ブラストシステム で使用するためのノズルを提供することである。 本発明のこの他の目的は、粒子出口速度をノズル出口に亘って実質的に均等に する粒子ブラストシステム及びこのシステムで使用するためのノズルを提供する ことである。 本発明のこの他の目的は、流れを空力学的に変向できる、粒子ブラストシステ ムで使用するためのノズルを提供することである。 本発明のこの他の目的は、より安価に且つ簡単に製造でき、許容差の必要条件 が小さい、粒子ブラストシステムで使用するためのノズルを提供することである 。 本発明の別の目的、利点、及び他の新規な特徴を以下に説明する。これは、以 下の説明を検討し、本発明の実施により学ぶことによって、当業者にとって明ら かになるであろう。本発明の目的及び利点は、添付の請求の範囲で特定的に指摘 した器具及び組み合わせによって実現でき且つ得ることができる。 上述の目的及び他の目的を達成するため、及び本明細書中に説明した本明細書 の目的に従って、収束部分及び発散部分を備えて単一の／複数の膨張波を描く賦 形壁と、波を反射させる一様な壁とを備えた、ノズル（Ｓｉｎｇｌｅ／Ｍｕｌｔ ｉｐｌｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｗａｖｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｗａｌｌ ａｎｄ ｗａｖｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｏｌｉｄ ｗａｌｌ Ｎｏｚｚｌｅ） （Ｓ／ＭＥＲＮ）が提供される。Ｓ／ＭＥＲＮノズルは、収束部分及び発散部分 を備えた単一の賦形壁と、この壁と対向した、噴流流れ方向とほぼ平行に配置さ れた全体に平らな一様なの壁とを含む。円形の送出ホースからＳ／ＭＥＲＮノズ ルの非円形の喉部までの移行部は、好ましくは単一寸法であり、側支持壁間の距 離は送出ホースの直径とほぼ同じである。Ｓ／ＭＥＲＮノズルは、従来のノズル のように対向する膨張波の反射を利用するのでなく、平らな一様な壁からの反射 を利用してマッハ波膨張を行う。 本発明の更に別の目的は、本発明を実施するために考えられる最良の態様の一 つの単なる例として本発明の好ましい実施例を示し且つ説明する以下の説明を読 むことによって、この技術分野における当業者に明らかになるであろう。理解さ れるように、本発明は、他の異なる実施例が可能であり、その幾つかの詳細は、 本発明から逸脱することなく、様々な明らかな点で変更できる。従って、添付図 面及び説明は、それ自体が例示であると考えられ、限定的を行うものではない。 図面の簡単な説明 本明細書に組み込んだ本明細書の一部を形成する添付図面は、本明細書の幾つ かの特徴を例示する。これは、以下の説明とともに本発明の原理を説明するのに 役立つ。 第１図は、対向する膨張波から離れる方向に反射する多数の膨張波を示す、従 来技術の収束−発散ブラストノズルの概略部分断面図である。 第２Ａ図は、従来技術の収束−発散ブラストノズルの概略部分端面図である。 第２Ｂ図は、粒子出口速度をブラスト適用幅に亘る位置の関数として示すグラ フである。 第３図は、ノズルの一様なで平らな壁から離れる方向に反射される多数の膨張 波を示す、本発明の教示に従って形成されたノズルの概略部分断面図である。 第３Ａ図は、膨張波の繰返し反射を伴う膨張波繰返し反射ノズル（ＭＥＲＮ） を示す、本発明の教示に従って形成されたノズルの概略部分断面図である。 第４Ａ図は、第３図のノズルの概略端面図である。 第４Ｂ図は、粒子出口速度を側支持壁間の離間距離に亘る位置の関数として示 すグラフである。 第５図は、送出ホースの円形の断面から第３図のノズルの非円形断面への移行 を示す、第３図のノズルへの入口の概略端面図である。 第５Ａ図は、本発明によるノズルの概略側面図である。 第６図は、喉部の下流で衝撃波が生じない理想的な膨張流における第３図のノ ズルの概略部分断面図である。 第７図は、過膨張による空力学的変向を示す、第３図のノズルの概略部分断面 図である。 第８図は、膨張不足による空力学的変向を示す、第３図のノズルの概略部分断 面図である。 次に、本発明の好ましい実施例を詳細に参照する。その一例は添付図面に示し てある。 好ましい実施例の詳細な説明 次に、同じ参照番号が同じ要素に附してある添付図面を詳細に参照すると、第 １図は、従来技術の収束−発散ブラストノズル２の概略部分断面図である。ノズ ル２は、間隔が隔てられた賦形壁４及び６を有し、これらの壁がノズル２の収束 部分及び発散部分を形成する。超音波ノズル流について必要であるように、法線 衝撃波（ｎｏｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ）７が喉部１２のところに配置されている。 最初のものの全体に参照番号８を附した多数の膨張波は、対向する膨張波から離 れる方向に反射されるように示してある。これらの膨張波の最初のものの全体に 参照番号１０が附してある。波８及び１０は喉部１２で開始する。周知のように 、膨張波は流れの圧力を低下させ、マッハ数を上昇する。波８ａは、ジェット流 中心線１４上の位置１４ａで波１０ａから離れる方向に反射されるように示して ある。反射波８ｂは、この波８ｂに続く（流れの方向において）波１６、１８、 及び２０と交差するときに多数の点８ｃ、８ｄ、及び８ｅのところで方向を変え るように示してある。各交差により、図示のように方向を僅かに変える膨張波を 形成する。波８ｂは、壁４に至ったときに再び反射される（図示せず）。 周知のように、流れを拘束させる幾何学的膨張部、粘性相互作用、及び包囲ノ ズル出口圧力場が許す場合には必ず膨張波が存在する。幾何学的膨張が駆動圧力 場を越えた場合には、流れの過膨張が起こり、これと関連した急激な衝撃波によ り圧力の補正が行われる。ノズルの幾何学的膨張が、ノズルの出口で圧力を均衡 させるのに必要な値以下である場合には、膨張不足を解決するために迅速な膨張 が起こり、大気圧に対するジェット流過補正の後に斜め方向に圧縮された衝撃波 が続く。更に、幾何学的膨張速度が軸線方向で過度である場合には、粘性相互作 用によりノズル壁からの流れの分離が生じる。 理想的には、超音波ノズル流圧力場は、流れがノズルを出るときに周囲大気圧 と正確に一致するまで減少し、従って、流れ圧縮衝撃又は膨張波が生じる。第１ 図を参照すると、膨張は、ノズル末広壁を流れ中心線と平行になるまで絞ること によって幾何学的に相殺される。これによって、最後の膨張波が二次元出口位置 ２２のところで相殺される。これに対する適正なノズル設計は、空力学的理論を 適用することを必要とする。 ノズル２の実際の作動が設計上の理論的作動にどれ程近付くかは、向き合った 壁４と６とをどれ程正確に対称にするかで決まる。壁４及び６上の対応する箇所 の輪郭及び位置が変化すると、波の膨張が不適正になり、これと対応して各壁か らの膨張波が中心線１４で交差しない。かくして、壁４及び６の輪郭及び位置の 許容差は厳密に保持されなければならず、代表的には、最新の製造技術を必要と する。製造上の困難性は、二つの同じ壁を製造する必要によってばかりでなく、 これらの壁を所望の膨張波交差点を形成するように精密に整合させる必要によっ ても大きくなる。 第２Ａ図は、出口２２を示すノズル２の概略部分端面図である。壁４及び６は 、喉部１２の夫々の内位置１２ａ及び１２ｂまで延びている。単位時間当りのブ ラスト面積を最大にするため、従来技術のノズル２は、第２Ａ図で参照符号Ｓ_w を附したブラスト適用幅（ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｗａｔｈ ｗｉｄｔｈ）を形成 するために発散用の壁を使用する。この幅は、出口２２での賦形壁４と６との間 の距離である。Ｓ_wを最大にすると、第２Ａ図の離間距離Ｈ_wが最小になり、その ため、賦形壁４及び６の発散部分のところで有害な境界層粘性干渉効果が生じる 。この距離が最小にしてあるために粒子の流れが阻害され、これによって粒子同 士の衝突が増大し、その結果、ノズル２を通って流れる粒子（図示せず）の質量 が減少する。 粒子は、境界層を末広部及び側壁から連続的に除去し、乱流を形成し、これと 関連して粒子同士の衝突及び粒子と壁との衝突が起こり、これと対応して二酸化 炭素粒子質量が粉化する。所与の側支持壁離間距離（Ｈ_w）について、粘性干渉 の優位度が増大するため、供給作動圧力の減少に従ってこの負の作用が増大する 。 第２Ａ図の対応する構造と整合した第２Ｂは、粒子の出口速度をノズル２のブ ラスト適用幅に亘る位置の関数として示すグラフである。この図でわかるように 、速度は均等ではなく、中央で最大であり、外縁部で最小である。 第３図は、本発明の教示に従って形成したノズル２４の概略部分断面図である 。ノズル２４は、喉部２８のところで合一する収束部分及び発散部分を持つ賦形 壁２６を含む。壁２６は一様な壁３０から間隔が隔てられている。一様な壁３０ は全体に平らであり、全体に矢印３２を附した流体流れ方向と平行である。壁３ ０をノズル２４の内部流れ通路の収束部分及び発散部分の両方で概略に示したが 、壁３０は、第５図及び第５Ａ図に関して以下に論じてあるように、内部流れ通 路の収束部分内で必ずしも平らでなくてもよいということは理解されるべきであ る。理想的には、壁３０は、壁２６から遠ざかる方向に僅かに角度が付けてある 。これは、境界層の形成を解決するために断面積を大きく拡げるためである。し かしながら、特定のブラストの用途については、これと関連して製造費を大きく してもブラストの性能を僅かに高めるに過ぎない。ノズル２４の流れ収束部分は 、粒子ブラストシステムの送出ホースに連結されている。好ましい実施例では二 酸化炭素のペレットの浮遊粒子は、輸送ガスにより送出ホースを通って輸送され 、ノズル２４の収束部分に送出される。流れは、ノズル２４の収束部分によって 喉部２８のところでマッハ１の速度まで加速され、ノズル２４の発散部分によっ てマッハ１以上に加速される。壁２６の輪郭は、超音波流を発生するための当該 技術分野で周知の方法、代表的には、作動圧力及び喉部領域に対する出口の比と 関連した特性で決まる形状の分析方法で設計されている。浮遊して運ばれたペレ ットは、この流れによって搬送され且つ加速される。ノズル２４の設計は、全ブ ラスト適用幅に亘る粒子の速度及び質量を最大にするため、流体の空力学的配慮 を僅かに越えて粒子搬送流体の物理学的特徴を含む。 粒子が送出ホースからノズルの収束部分まで通過するとき、断面積は、最小通 路「喉部／チョーク」領域に至るまで大幅に減少する。従来のノズルては、側支 持壁の離間距離（Ｈ_w）は一定であり（第１図及び第２ａ図参照）、二つの対称 な向き合った収束用の壁によって面積が増大する。喉部を通過するために粒子が 流れ中心線まで幾何学的に移動するため、粒子は、ひとたびノズルの発散部分に 到達した後、流れの速度が最大の流れの中心線に滞まり易い。粒子の余分な質量 は、粒子が流線に従う傾向を小さくし、これによって、粒子はノズルに亘って均 等に分布する。従って、ノズル出口でブラスト適用粒子の運動エネルギを均等に 分布させることは不可能である。 ノズル２４は、収束部分及び発散部分の加速特性が更に優れているため、粒子 を更に良好に通過させる。ノズル２４の面積分布が従来のノズルの面積分布と比 較して９０°の角度で適用されるため、喉部／チョーク幅は同じ面積値の従来の ノズルよりも大幅に広幅である。これにより、従来のノズルと同じ程度まで粒子 が流れ中心線に集まらないようにする。更に、これによって、ノズル２４のブラ スト適用幅（Ｓ_w）は、代表的には、従来のノズルに対して９０°となる。更に 、速度が発散ノズル通路に亘って均等であり、そのため、流れ中心線での粒子の 集合が空力学的に阻止される。適当な供給圧力及び流速について、ノズル２４は 一方の寸法だけで収束するように設計でき、これに対し、同じ条件について、従 来のノズルは、これまで、多数の寸法面積を変更しなければならなかった。 法線衝撃波３３が喉部２８のところで発生したように示してある。全体に参照 番号３４、３６、３８、及び４０を附した多数の膨張波を第３図に示す。しかし ながら、対向する賦形壁から発した対応する膨張波が離れる方向に反射する代わ りに、これらの波は一様な壁３０から離れる方向に反射する。例えば、波３４は 壁３０から３２ａのところで離れる方向に反射する。反射波３２ｂは、波３６、 ３８、及び４０と位置３２ｃ、３２ｄ、及び３２ｅの夫々で交差する。各波は、 概略に示すように、各交差点で移動方向を僅かに変える。第３図に概略に示す本 発明の実施例は、単一膨張反射ノズル（ａ ｓｉｎｇｌｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｚｚｌｅ）である。理解されるように、本発明は 、第３Ａ図に示す複数膨張反射ノズル（ａ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｐａｎｓｉ ｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｚｚｌｅ）としても実施できる。第３Ａ図は 、２回の膨張／反射波を概略に示す。 図示のように、ノズル２４は、対向した対称な賦形壁から離れる方向に反射さ れた対向する膨張波の反射によるのでなく、一様な壁３０からの反射による。一 様な壁反射形状により、マッハ波膨張及び反射に使用されるノズル２４の面積が 従来のノズル２と比較して半分に減少する。ノズル２４をこの構造にすることに よってブラスト適用幅を最大にし、その結果、ノズル２４の出口４２の端面図で ある第４Ａ図でわかるように、側壁の離間距離Ｈ_wが大きくなる。ノズル２４で は、ブラスト適用幅は側支持壁４２ａと４２ｂとの間の距離で決まる。側壁４２ ａ及び４２ｂは、好ましくは、ノズルの発散部分の長さに沿って形成された境界 層を考慮に入れて僅かに傾いている。更に、傾斜側壁４２ａ及び４２ｂは、流れ の方向を空力学的に変化させることなく過膨張を行うのにも使用できる。しかし ながら、これは、斜め方向の衝撃列及び粒子の粉化を伴う。幾つかの用途につい て、この効果は望ましい。これは、ブラスト効果を和らげるためである。 壁２６及び３０は、ノズル２の壁４及び６と比較して、製造上大きな利点を提 供する。唯一の壁２６だけで、小さな許容差及び位置を維持しなければならない 。これによって、更に費用がかかる最新の製造の必要をなくす。 第４Ａ図の対応する構造と整合した第４Ｂ図は、側支持壁間の離間距離に亘る 位置の関数として粒子出口速度を示すグラフである。この図でわかるように、速 度は出口全体に亘ってほぼ均等である。ノズル２４は、従来のノズル２（第２Ｂ 図参照）と比較して、全ブラスト適用幅に亘ってブラストを更に効果的に行うこ とができる。 第３図に示すように、壁２６は下流に壁３０よりも大きく延びている。出口点 ４２ｃでは、壁２６は、点４２ｄで壁３０から離れる方向への最後の反射を正確 に相殺する形状をなしている。この場合も、正確なマッハ数で波を膨張し反射す るようにノズルを設計するとき、空力学的理論が適用され、特定のシステム流れ 供給レベルでの衝撃のない流れについて波を最終的に出口で相殺する。最適の性 能を得るために壁３０を点４２ｄを越えて延ばす必要はなく、実際には、追加の 境界層閉鎖効果及び斜め方向衝撃取り付け（これは、システム供給レベルに左右 される）のためにブラスト作業の仕上がりを悪くする。直線状の壁が設計点無衝 撃膨張に必要とされるよりも短いと、膨張波の発生は、そうでない場合よりも低 い出口マッハ数で膨張不足の流れ場を発生する。 ノズル２４の側壁の喉部よりも下流の部分を、ノズルスラストの大きな損失を もたらさずに取り除くことができる。しかしながら、粒子ブラストについて、側 壁は、流体エネルギの粒子の運動エネルギへの変換を最大にするための所定の加 速流を提供する見地から望ましい。更に、側壁は、日常の作業中にノズルが変形 しないようにするのに必要な構造的支持を提供する。 第５図を参照すると、この図には、送出ホースの円形断面から第３図のノズル の非円形断面への移行を示すノズル２４への入口の概略端面図が示してある。図 示のように、この非円形断面は矩形であるが、楕円形等の他の周知の形状であっ てもよい。理解されるように、ノズル２４の内部通路の幅は送出ホース（図示せ ず）の直径に近い。そのために方向の変化が小さく、これによって、粒子間の衝 突を少なくする。最小喉部高さを第５図に示す。これは、従来のノズル２とは異 なり、一つの箇所、即ち喉部２８のところだけにある。従って、粒子の移動路は ノズル２４のノズル壁によって拘束されることが少なく、粒子間の衝突及び粒子 とノズル壁との衝突が起こり難い。 第５Ａ図は、本発明に従って製作されたノズルの概略側面図である。この図は 、内部流れ通路の断面積が最小の喉部のところで発散部分に連結された収束部分 を明瞭に示す。図示のノズルの収束部分は、喉部の高さ及び幅の全ての方向で先 細になることによって第５図に示す断面形状に移行するが、幅方向での先細は、 好ましくは、第５図と関連して上文中に説明したように、できるだけ小さくなっ ている。喉部の下流の発散部分では、壁３０は、上文中に説明したように全体に 平らである。 ノズル２４の構造により、流れの方向を空力学的に変化させることができる。 理想的な膨張流でのノズル２４の概略部分断面図である第６図は、ノズル２４を 直線的行路で出る流れを示す。第７図は、ノズル２４での過膨張による空力学的 変向を示す。膨張衝撃波４６となる斜め方向の衝撃波４４を、出口４２の下流で 生じるものとして示す。全体を矢印４８で示す流れ方向は、流れ変向角度θだけ 変向されている。第８図は、ノズル２４での膨張不足による、第７図の方向とは 反対方向への空力学的変向を示す。斜め方向の衝撃波５２となる膨張波５０を出 口４２の下流で生じるものとして示す。全体を矢印５４で示す流れ方向は、流れ 変向角度θだけ変向されている。 第７図及び第８図に示す空力学的流れ変向を使用し、輸送流体の圧力をノズル の膨張不足又は過膨張のいずれかに調節するだけで、ノズル２２の向きを変える ことなく、流れの向きを変えることができる。これによって、流れを届き難い位 置に届かせることができる。更に、ノズル２２に関し、第６図に示すように流れ を真っ直ぐに流出させるのでない場合には、これは過膨張又は膨張不足のいずれ かであるということを示す。この直接的な視覚的フィードバックにより、使用者 は、更に正確な最大ブラスト性能を得るため、ノズルの設計点近くで作動するよ うに供給圧力を調節できる。 本発明の教示に従って製作されたノズルを使用することによって、粒子ブラス トシステムを比較的低圧で同じ又は良好なブラスト効果を得るように作動できる 。例えば、従来技術のノズルを使用する粒子ブラストシステムは、２５０ＰＳＩ Ｇ乃至３００ＰＳＩＧの範囲の輸送ガス圧力で作動させることが多い。この粒子 ブラストシステムを本発明のノズルとともに使用する場合、輸送ガス圧力はかな り低く、例えば８０ＰＳＩＧであるが、同じ又は更に良好なブラスト効果が得ら れる。圧力が低いため、ブラストシステムが発生するデシベルレベルが低く、更 に、高圧コンプレッサーを用いずに工場のエアー（ｓｈｏｐ ａｉｒ）を使用で きる。 概括的に述べると、本発明の概念を使用することにより得られる数多くの利点 を説明した。本発明の好ましい実施例の以上の説明は、例示及び説明の目的であ る。本発明を開示の正確な形態に限定するものではない。上述の教示に鑑みると 、明らかな変形及び変更が可能である。本発明の原理及びその実際の用途を最も よく示すため、実施例を選択し、説明した。当業者は、これによって、本発明を 様々な実施例及び考えられる特定の用途に適した様々な変形例で最もよく使用で きる。本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって定義される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子ブラストシステムで使用するためのノズルにおいて、前記ノズルは、 （ａ）収束部分と、発散部分と、前記収束部分と前記発散部分の中間の喉部とを 備え、前記ノズル内に流路を画成する、内部流れ通路を有し、 （ｂ）前記流れ通路の前記発散部分は、間隔を隔てて対向した第１及び第２の壁 によって画成され、前記第１の壁は全体として平坦であり、前記第２の壁は、流 体が所定圧力で且つ所定流速で前記流れ通路の前記発散部分を通って流れるとき に、超音波流を発生するような形態を有する、 ことを特徴とする、粒子ブラストシステムで使用するためのノズル。 ２．請求項１に記載のノズルにおいて、前記発散部分は、前記第１壁と前記第２ 壁との間に延在し、かつ、互いに間隔をおいて配置された、第３及び第４の壁を 有する、前記ノズル。 ３．請求項１に記載のノズルにおいて、前記喉部は非円形断面を有する、前記ノ ズル。 ４．請求項３に記載のノズルにおいて、前記喉部は全体として矩形断面を有する 、前記ノズル。 ５．請求項３に記載のノズルにおいて、前記喉部は全体として楕円形断面を有す る、請求項３に記載のノズル。 ６．請求項１に記載のノズルにおいて、前記ノズルは前記喉部の下流に出口を備 え、前記第１及び第２の壁は前記出口と隣接した先端を夫々有し、前記第２壁の 前記先端は前記第１壁の前記先端よりも更に下流に配置されることにより、前記 出口は前記流路の方向に対して斜めをなす、請求項１に記載のノズル。 ７．請求項１に記載のノズルにおいて、前記流れ通路内で複数の膨張波が形成さ れ、これらの膨張波は前記第２の壁で発生し、前記第１の壁から離れる方向に反 射される、前記ノズル。 ８．請求項１に記載のノズルにおいて、前記ノズルは単一膨張反射ノズルである 、前記ノズル。 ９．請求項１に記載のノズルにおいて、前記ノズルは複数膨張反射ノズルである 、前記ノズル。 １０．粒子ブラストシステムにおいて、前記粒子ブラストシステムは、 （ａ）粒子源と、 （ｂ）ノズルであって、前記ノズルは、 （ｉ）収束部分と、発散部分と、前記収束部分と前記発散部分の中間の喉部とを 備え、前記ノズル内に流路を形成する、内部流れ通路を有し、 （ii）前記流れ通路の前記発散部分は、間隔を隔てて対向した第１及び第２の壁 によって画成され、前記第１の壁は全体として平坦であり、前記第２の壁は、流 体が所定圧力で且つ所定流速で前記流れ通路の前記発散部分を通って流れるとき に、超音波流を発生するような形態を有する、 前記ノズルと、 （ｃ）前記粒子を前記ノズルから放出するため前記粒子を前記ノズルに輸送する ように形成された、輸送システムと、 を有することを特徴とする、粒子ブラストシステム。 １１．粒子ブラストシステムから粒子を放出するための方法において、前記方法 は、 （ａ）粒子源を提供する工程と、 （ｂ）ノズルを提供する工程であって、前記ノズルは、 （ｉ）収束部分と、発散部分と、前記収束部分と前記発散部分の中間の喉部とを 備え、前記ノズル内に流路を画成する、内部流れ通路を有し、 （ii）前記流れ通路の前記発散部分は、間隔を隔てて対向した第１及び第２の壁 によって画成され、前記第１の壁は全体として平坦であり、前記第２の壁は、流 体が所定圧力で且つ所定流速で前記流れ通路の前記発散部分を通って流れるとき に、超音波流を発生するような形態を有する、 前記ノズルを提供する工程と、 （ｃ）前記流体中に浮遊した粒子とともに前記流体を前記ノズルに及び前記ノズ ルを通して流し、前記流体と前記流体中に浮遊した粒子を前記ノズルから放出す る工程と、 を有することを特徴とする、粒子ブラストシステム。 １２．請求項１１に記載の方法において、前記ノズルを通る前記流体の流れを過 膨張させるか、又は、膨張不足の状態とし、前記ノズルから放出される前記流体 と前記流体中に浮遊した粒子の方向を変化させる、請求項１１に記載の方法。 １３．請求項１１に記載の方法において、前記粒子は環境条件で昇華する材料に よって作られている、前記方法。 １４．請求項１３に記載の方法において、前記粒子は固体二酸化炭素である、前 記方法。