JPH054169A - パウダー精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】パウダービームエッチング及びデポジションに
用いるパウダーを精製することを目的とする。 【構成】パウダー供給装置１００、高圧ガス供給装置１
０４、パウダー攪拌装置１０１、固気２相混合流形成装
置１０２、整流加速装置１０３及びパウダー分離装置１
０５から構成し、パウダーを均一に分散化した固気２相
混合噴射流４をパウダー分離流体ガイド６０の円周壁面
８５に付着、旋回させ、この円周壁面８５の後流域近傍
に設置したパウダー分離板６５により所望の粒径のパウ
ダーとそれ以外の粒径のパウダーとに分離し、精製する
ようにした。 【効果】パウダービームエッチング及びデポジションに
使用したパウダーを精製できるので、再利用でき、また
パウダービームデポジションに使用する前のパウダーか
ら望ましくない粒径のパウダーを除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パウダービームエッ
チング、又はパウダービームデポジションに用いられた
パウダーを回収し、その回収パウダーを再びパウダービ
ームエッチング用のパウダー、又はパウダービームデポ
ジション用のパウダーに精製できる、或いはパウダービ
ームデポジションに用いるパウダーを、使用前に精製す
るパウダー精製装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パウダービームによるエッチング、又は
デポジションの先行技術は、本出願人が平成２年５月１
１日に出願し、本発明者が発明した特願兵２−１１９７
９１号「パウダービームエッチングとデポジションの方
法及びその装置」に開示されている。この発明の技術を
簡単に説明すると、パウダーとガスの固気２相パウダー
ビームを被加工物に噴射して加工する方法において、固
気２相パウダービームを２系統設け、第１の系統の固気
２相パウダービームは１〜１０μｍ程度の粒径のＳｉＯ
₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等のパウダーと１
〜１０Ｋｇ／ｃｍ² 程度の空気やドライ窒素等の高圧ガ
スとの混合流で、この固気２相パウダービームを被加工
物に高速で噴射することにより被加工物をエッチング
し、溝加工、或いは切断加工ができる。第２の系統の固
気２相パウダービームは、１〜０．０１μｍ程度の粒径
のＡｌ₂ Ｏ₃ 等のパウダーと１〜１０Ｋｇ／ｃｍ² 程度
の空気やドライ窒素等の高圧ガスとの混合流で、この固
気２相パウダービームを被加工物に高速で噴射すること
により被加工物にデポジションし、膜形成加工ができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな先行技術では、固気２相パウダービームによる加工
後、固気２相パウダービームに含まれているパウダー
は、回収されないままであった。そのため大量のパウダ
ーが使い捨てにされるという問題があった。また、パウ
ダービームデポジションに使用されるパウダーには、１
μｍ以上の粒径の規定外パウダーも含まれているものも
あり、そのような不良パウダーでデポジションを行う
と、表面性状の悪い膜が被加工物に形成される場合があ
る。この発明は、このような問題点及び欠点を解消しよ
うとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】それ故、この発明では、
パウダー供給装置、高圧ガス供給装置、パウダーかく拌
器、固気２相混合流形成装置、整流加速装置及びパウダ
ー分離装置から構成し、パウダーを均一に分散化した固
気２相混合噴射流をパウダー分離流体ガイドの円周壁面
に付着、旋回させ、この円周壁面の後流域近傍に設置し
たパウダー分離板により所望の粒径パウダーとそれ以外
の粒径パウダーとに分離し、精製するようにした。

【０００５】

【作用】従って、この発明のパウダー精製装置により、
エッチングに使用された固気２相パウダービームに含ま
れているパウダーと、そのエッチングにより活性した被
加工物の素材の微粒径塵埃を分離でき、またデポジショ
ンに使用された固気２相パウダービームに含まれている
パウダーと粒径の粗いパウダーを分離でき、更にまらデ
ポジションに使用する前のパウダーに含まれている規格
外の粒径の粗いパウダーを分離できる。

【０００６】

【実施例】以下、この発明のパウダー精製装置の実施例
を、パウダービームエッチングに用いたパウダーを精製
する場合を例に挙げて、図面と共に詳述する。図１はこ
の発明の実施例であるパウダー精製装置の断面側面図で
あり、図２は図１のパウダー精製装置の主要部であるパ
ウダー分離装置の拡大断面正面図であり、図３は図２の
上面図であり、そして図４は図２の側面図である。

【０００７】先ず、図１を用いてこの発明のパウダー精
製装置を説明する。このパウダー精製装置は、主とし
て、パウダービームエッチング装置（図示していない）
で使用した１μｍ以上の粒径のパウダーが回収され、集
められたパウダー（以下、「被精製パウダー」と記す）
を収容しているパウダー供給装置１００、高圧ガスを供
給する高圧ガス供給装置１０４、被精製パウダーを均一
にかく拌するためのパウダーかく拌装置１０１、高圧ガ
スと被精製パウダーを混合する固気２相混合流形成装置
１０２、この混合流を整流加速するための整流加速装置
１０３、噴射ノズル６及びパウダー分離装置１０５とか
ら構成されている。

【０００８】先ず、空気、ドライ窒素等のガスを供給す
る高圧ガス供給装置１０４から説明する。高圧ガス供給
源５０からの高圧ガス３は高圧ガス管１１に導かれて流
体ドライヤ１３に供給される。１２は高圧ガス調整バル
ブである。流体ドライヤ１３から高圧ガス管１１は２系
統の高圧ガス管１４及び１５に分離されている。その１
系統である高圧ガス管１４は途中に吸引ノズル１６を有
し、その端部は噴射ノズル６に接続されている。５１は
高圧ガス３の高圧ガス調整バルブである。他の１系統の
高圧ガス管１５は高圧ガス調整バルブ１７と高圧ガス管
１８を介してパウダーかく拌装置１０１に結合してい
る。

【０００９】次に、パウダー供給装置１００であるが、
これは被精製パウダー２をホッパー３２からパウダー供
給管３２ａを通してかく拌室３１に供給するためのもの
で、３２ｂは開閉バルブである。開閉バルブ３２ｂを開
くと被精製パウダー２は重力による下方に落下する。

【００１０】次に、パウダーかく拌装置１０１を説明す
る。このパウダーかく拌装置１０１はかく拌室３１を中
心に構成されていて、このかく拌室３１に高圧ガス３を
供給するガス供給装置３３、被精製パウダー２と高圧ガ
ス３とをかく拌することにより得られる固気２相流４ａ
を集めて収束し、反射させるパウダー収束装置３４、固
気２相流４ａを固気２相混合流形成装置１０２に供給す
る固気２相流供給装置３５、余分な気体３ａを排出する
排気装置３６、これとは別の排気装置５２とから構成さ
れている。ガス供給装置３３は、被精製パウダー２の落
下方向と略逆方向（図１の上方向）に、高圧ガス管１８
からの高圧ガス３ｂを、フィルター３３ａを介してかく
拌室３１に供給する。この高圧ガス３ｂはかく拌室３１
で、パウダー供給管３２ａから落下してきた被精製パウ
ダー２をかく拌し、固気２相流４ａを生成する。パウダ
ー収束装置３４はこのような固気２相流４ａを集めて収
束させ、反射させる。収束して反射した固気２相流４ａ
は、固気２相流供給装置３５の固気２相流供給噴口３５
ａに入り、固気２相流開閉バルブ３５ｂと固気２相流供
給管３５ｃを通って、前記吸引ノズル１６の近傍に供給
される。次に、余分な気体３ａと排出する排気装置３６
を説明する。３６ａは排気フィルターであり、排気に被
精製パウダー２が含まれないように被精製パウダー２を
除去するためのものである。３６ｂは排気管、３６ｃは
排気調整バルブである。高圧ガス３がガス供給装置３３
から供給されているので、かく拌室３１の中の圧力は大
きくなる。所定以上の圧力になると、排気調整バルブ３
６ｃが働いて、かく拌室３１内の圧力を所定圧力以下に
保つ。また、パウダー供給装置１００から被精製パウダ
ー２を供給しようとする時、かく拌室３１内の圧力が高
いと被精製パウダー２がかく拌室３１内に入って行かな
い。そこで、排気調整バルブ３６ｃが働き、被精製パウ
ダー２がかく拌室３１に入ることができる圧力までかく
拌室３１の圧力を下げる。このように被精製パウダーか
く拌装置３０を構成することにより、固気２相混合流形
成装置１０２で固気２相混合流４として被精製パウダー
２を高圧ガス３に均一に分散されることが可能となる。
また、パウダーかく拌装置１０１における符号５２は排
気装置で、５２ａは排気管、５２ｃは排気バルブであ
る。これは特にガス供給装置３３のクリーニングに用い
られる。

【００１１】次に、固気２相混合流形成装置１０２であ
るが、既述したように、吸引ノズル１６と固気２相流供
給管３５ｃと固気２相流供給装置３５からなり、吸引ノ
ズル１６の近傍で、固気２相流供給管３５ｃから供給さ
れた固気２相流４ａを、高圧ガス管１４で供給されてい
る高圧ガス３と混合して均一に分散された固気２相混合
流４を形成するものである。そして、この固気２相混合
流４は固気２相流混合管５３を通じて整流加速装置１０
３に送られる。

【００１２】次に、整流加速装置１０３、その先端に形
成されている矩形噴射口を有する噴射ノズル６及び、パ
ウダー分離装置１０５の構成の詳細を拡大して図示した
図２乃至図４をも用いて説明する。図２はそれらの断面
正面図、図３は図２の上面図、そして図４は図２の側面
図である。

【００１３】先ず、整流加速装置１０３から説明する。
この整流加速装置１０３は固気２相混合流拡大部５４、
固気２相混合流平行部５５、固気２相混合流縮小部５６
から構成されていて、その先端に噴射ノズル６が形成さ
れている。ここで固気２相流混合管５３からの固気２相
混合流４は固気２相混合流拡大部５４で拡大され、固気
２相流混合管５３で輸送される途中で一部凝集した被精
製パウダー２をもう一度分散化し、次の固気２相混合流
平行部５５で被精製パウダー２を含む流れを平行に均一
化し、固気２相混合流縮小部５６で、この分散、均一化
された固気２相混合流４を加速し、次の噴射ノズル６か
ら高速で噴射する。

【００１４】次に、パウダー分離装置１０５の構成を説
明する。パウダー分離装置１０５の基台５７には半円柱
のパウダー分離流体ガイド６０がビス６１により固定さ
れている。また、パウダー分離流体ガイド６０の円周面
８５の接線方向に噴射ノズル噴孔６が配するように取付
穴５８に配し、ビス５９にて締結する。次にパウダー分
離板６５が、円周面８５の、噴射ノズル６から見て後流
側に、ナイフエッジ部６８が円周面８５に近接して円周
方向に配するように、ビス６６にて基台５７に締結され
ている。パウダー分離板６５の面６９は被精製パウダー
２から分離された粗粒径のパウダーを案内する粗粒径パ
ウダー分離面である。また、パウダー分離板６５の面７
０は被精製パウダー２から分離された微粒径のパウダー
を案内する微粒径パウダー分離面である。また、符号７
１、７２は各々、分離された微粒径及び粗粒径のパウダ
ーを次の肯定に供給するためのホッパー孔で、断面が矩
形の形状になっている。微粒径パウダー用ホッパー７
８、粗粒径パウダー用ホッパー７９は溶接で一体化さ
れ、また各々は開閉調節弁８０、８１を介して、次の供
給管８３、８２へ接続されている。これらのホッパー７
８、７９は基台５７にビス８４で締結されている。この
パウダー分離装置１０５は、断面コ字型の容器６２と盤
状の蓋６３とにより密閉されて、密閉室７３を構成して
いる。これらの容器６２と蓋６３はビス６４で組立てら
れ、また基台５７に締結されている。また、容器６２と
蓋６３の側面にパウダー分離流体ガイド６０及びパウダ
ー分離板６５を、それぞれビス６１及び６７で締結す
る。更にまた、容器６２には噴射ノズル６の近傍及び噴
射流の後流域に固気２相混合流の噴射流を制御する制御
調整弁７５及び７７を設けてある。符号７４及び７６は
それらの制御管である。図示していないが、制御調整弁
７７の手前にはフィルターを設け、容器６２と蓋６３内
の固気２相混合流４による粗粒、微粒パウダーをこのフ
ィルターで除去している。

【００１５】次に、被精製パウダー２を分離する動作を
説明する。パウダー分離装置１０５は噴射ノズル６から
高速で（例えば、５０ｍ／ｓ）で噴射した固気２相混合
流４の高速噴射流をパウダー分離流体ガイド６０の円周
壁面８５に付着旋回させ、この高速噴射流を壁面に吸引
する負圧効果と円周壁面旋回時に発生するパウダーの遠
心力による半径方向の飛び出し効果との相乗効果によ
り、例えば、１μｍ以下の微粒径パウダーと１μｍ以上
の粗粒径パウダーを分離させる。パウダー分離板６５が
このためのものであり、遠心力効果の少ない、そして噴
射流の負圧効果領域に入る１μｍ以下の微粒径のパウダ
ーは分離板６５で分離され、円周壁面８５と分離面７０
の隙間に誘因されて微粒径パウダー用ホッパー７８に回
収される。一方、遠心力効果の大きい、また噴射流の負
圧効果が少ない１μｍ以上の粗粒径のパウダーはパウダ
ー分離板６５で分離され、そのパウダー分離板６５の粗
粒径パウダー分離面６９と容器６２の隙間に沿って粗粒
径パウダー用ホッパー７９に回収される。また、このよ
うな動作時には、制御調整弁７５は体気圧以上に調整し
てガスを制御管７４から容器６２、６３内の密閉室７３
に供給し、制御調整弁７７、８０及び８１は大気圧以下
に調整して、パウダーを密閉室７３から吸引できるよう
に作動させる。

【００１６】ここでパウダー分離流体ガイド６０の円周
壁面８５の半径は２０ｍｍ、噴射ノズル６の矩形噴射口
は１ｍｍ×２０ｍｍ、パウダー分離板６５のナイフエッ
ジ部６８は噴射ノズル６より円周壁面８５上１２０°後
方に位置し、かつ、円周壁面８５とナイフエッジ部６８
の間隙は１．５ｍｍとした。

【００１７】以上の説明から明らかなように、被精製パ
ウダー２は粒径１μｍ以上のパウダーと、エッチングに
より被加工物から出た粒径１μｍ以下の塵埃とに分離さ
れ、この粒径１μｍ以上のパウダーはエッチング用パウ
ダーとして再利用でき、塵埃のみ排気すればよい。被加
工物の具体例としては、フライングヘッドのヘッドスラ
イダーを挙げることができる。これをパウダービームエ
ッチングで加工する場合は、ヘッドスライダー材として
アルチック（Ａｌ₂ Ｏ₃ ーＴｉＣ）を使用し、これをエ
ッチングするための砥粒としては粒径１〜１０μｍのＳ
ｉＣが用いられる。エッチングにより発生するヘッドス
ライダー材の微粒径の塵埃はアルチックで、微粒径パウ
ダー用ホッパー７８に回収されるので、これを廃棄すれ
ばよい。また、１〜１０μｍ粒径の砥粒は粗粒径パウダ
ー用ホッパー７９に回収されるので、これを再利用でき
る。

【００１８】この発明の原理は、パウダービームデポジ
ションの場合にも適用できる。即ち、例えば、被加工物
としてのアルミニュームの上にＡｌ₂ Ｏ₃ をデポジショ
ンし、耐磨耗性をもたせるような場合、粒径０．０１〜
１μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ のパウダーを用いる。このパウダー
は０．０１〜１μｍの粒径に選別されていなければなら
ないが、これ程厳密に選別されておらず、中に１μｍ以
上の粒径のパウダーも含まれている。このような望まし
くないパウダーが混入していると、デポジションした時
に、アルミニュームの表面に形成されたＡｌ₂ Ｏ₃ の薄
膜の表面性状は不良になる場合がある。それ故に、デポ
ジションする前に、そのような使用前のパウダーをこの
発明のパウダー精製装置に掛ければ、粒径１μｍ以上の
望ましくないパウダーを粗粒径パウダー用ホッパー７９
に、粒径１μｍ以下の望ましいパウダーを微粒径パウダ
ー用ホッパー７８に分離し、回収することができる。従
って、使用前のパウダーは精製される。なお、粒径１μ
ｍ以上のパウダーはエッチング用に使用することができ
る。

【００１９】また、精製されたパウダーでデポジション
を行う場合でも、パウダービームデポジション装置にパ
ウダービームエッチング装置を流用する場合があり、そ
のような場合には、装置内に前に使用したエッチング用
パウダーが残留していることがあるので、デポジション
開始前に暫くパウダーを空流しするが、この空流しパウ
ダーの中に、その不都合なエッチングパウダーが混入し
ているので、デポジション済みのパウダーと共に回収
し、再利用するには、精製する必要がある。パウダービ
ームエッチング装置を流用せず、前記特許願に開示した
専用のパウダービームデポジション装置でデポジション
を行っても、パウダーを回収する過程でパウダーが固ま
る場合があるので、やはり再利用するには、精製する必
要がある。従って、このようなパウダーをこの発明のパ
ウダー精製装置に掛ければ、望ましい粒径のパウダーの
みを分離し、精製することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明のパウダー精製
装置は、必要な粒径のパウダーと望ましくない粒径のパ
ウダー又は塵埃とに分離し、精製できるので、一度使用
したパウダーでも再利用でき、これまで廃棄していた使
用済みパウダーを再利用できるので経済的である。また
使用前のパウダーに混入している望ましくない粒径のパ
ウダーを除去できるので、被加工物の加工面の良好な表
面性状の被加工物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であるパウダー精製装置の断
面側面図である。

【図２】図１のパウダー精製装置の主要部であるパウダ
ー分離装置等の拡大断面正面図である。

【図３】図２の上面図である。

【図４】図２の側面図である。

【符号の説明】

２ 被精製パウダー ３ 高圧ガス ４ 固気２相混合流 ４ａ 固気２相流 ６ 噴射ノズル １３ 流体ドライヤ １６ 吸引ノズル ３０ 被精製パウダーかく拌装置 ３１ かく拌室 ３２ ホッパー ３３ ガス供給装置 ３４ パウダー収束装置 ３５ 固気２相流供給装置 ５０ 高圧ガス供給源 ５３ 固気２相流混合管 ５４ 固気２相混合流拡大部 ５５ 固気２相混合流平行部 ５６ 固気２相混合流縮小部 ５７ 基台 ６０ パウダー分離流体ガイド ６２ 容器 ６３ 蓋 ６５ パウダー分離板 ７３ 密閉室 ７８ 微粒径パウダー用ホッパー ７９ 粗粒径パウダー用ホッパー １００ パウダー供給装置 １０１ パウダーかく拌装置 １０２ 固気２相混合流形成装置 １０３ 整流加速装置 １０４ 高圧ガス供給装置 １０５ パウダー分離装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】主として、被精製パウダーを供給するパウ
   ダー供給装置、該被精製パウダーをかく拌し、均一化す
   る高圧ガスを供給する高圧ガス供給装置、前記被精製パ
   ウダーと該高圧ガスとをかく拌する被精製パウダーかく
   拌装置、該被精製パウダーかく拌装置からの固気２相流
   を、前記高圧ガスと混合して固気２相混合流を精製する
   固気２相混合流形成装置、該固気２相混合流のパウダー
   を均一分散化した固気２相混合流を矩形噴射ノズルから
   高速で噴射させる整流加速装置、及び円周壁面を有する
   パウダー分離流体ガイドと該円周壁面の後流域近傍に設
   置したパウダー分離板からなるパウダー分離装置とから
   構成し、該固気２相噴射流を該円周壁面に付着旋回さ
   せ、該パウダー分離板で必要な粒径のパウダーと望まし
   くない粒径のパウダーとに分離し、精製することを特徴
   とするパウダー精製装置。