JP2005088107A - 線材のショットブラスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性と研掃品質の双方をより向上させることができる線材のショットブラスト装置を提供する。
【解決手段】搬送装置には搬送速度を検出可能な速度検出手段が設けられ、制御装置にはブラスト体の目標投射密度を設定可能な目標設定手段が設けられ、搬送速度と目標投射密度とブラスト体の供給量との関係が記憶されている。制御装置は、検出速度と目標投射密度とに基づいて、ブラスト体投射装置に供給するブラスト体の供給量を調節する。また、供給量はゲート手段２６の開口面積で制御され、ゲート手段は、全閉方向への移動位置を制限することなく全開方向への移動位置を制限する制限手段４７、４７ｂと、制限手段により制限される許容全開位置を全閉位置から全開位置における任意の位置に設定可能な第１駆動手段４２と、ゲート手段を制限手段による許容範囲内で全閉方向または全開方向に駆動可能な第２駆動手段３２とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被研掃線材にブラスト体を投射して被研掃線材の表面を研掃する（表面を研削して掃除する）線材のショットブラスト装置に関する。

従来、予めインプットされている鋼材成分とスケール厚さとの関係から出された最適の投射密度値になるように流量調節器の開度、あるいはローラコンベアの移動速度のうち少なくとも１つを制御する指令が出されてシリンダあるいは可変速モータのうちの少なくとも１つが作動され、その鋼材のスケール除去に最適の投射密度値になるようにされてブラスト処理がなされスケールの除去が行われる鋼材酸化スケールの除去装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１４３１４２号公報

従来では、鋼材成分とスケール厚さとの関係から最適の投射密度値を求め、流量調節器の開度、あるいはローラコンベアの搬送速度のうち少なくとも１つを制御している。
しかし、ローラコンベアの移動速度を可変制御すると、生産性が低下する可能性がある（搬送速度を低下させた場合）。生産性を向上させるためには、被研掃部材（ワーク）の搬送速度を大きくする必要がある。しかし、搬送速度を大きく設定した場合、搬送速度の変動が研掃の品質に大きく影響する。生産性を向上させるためには、搬送速度を制御するのでなく、できるだけ大きな搬送速度で被研掃部材を移動させ、搬送速度に応じてブラスト体の供給量を調節することが好ましい。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、生産性と研掃品質の双方をより向上させることができる線材のショットブラスト装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの線材のショットブラスト装置である。
請求項１に記載の線材のショットブラスト装置は、被研掃線材を搬送する搬送装置と、被研掃線材を研掃するブラスト体を投射するブラスト体投射装置と、ブラスト体投射装置にブラスト体を供給するブラスト体供給装置と、制御装置とを備え、搬送装置には搬送速度を検出可能な速度検出手段が設けられている。また、制御装置には、ブラスト体の目標投射密度を設定可能な目標設定手段が設けられ、搬送速度と目標投射密度とブラスト体の供給量との関係が記憶されている。そして、制御装置は、前記速度検出手段による検出速度と、前記目標設定手段による目標投射密度とに基づいて、ブラスト体供給装置からブラスト体投射装置に供給するブラスト体の供給量を調節する。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの線材のショットブラスト装置である。
請求項２に記載の線材のショットブラスト装置は、請求項１に記載の線材のショットブラスト装置であって、更に、ブラスト体供給装置からブラスト体投射装置に供給されるブラスト体が通過する供給経路の開口面積を可変とするゲート手段を備えている。そして、制御手段は、前記速度検出手段からの検出速度と、前記目標設定手段による目標投射密度とに基づいてゲート手段を駆動して、供給経路の開口面積を変更する。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの線材のショットブラスト装置である。
請求項３に記載の線材のショットブラスト装置は、請求項２に記載の線材のショットブラスト装置であって、ゲート手段は、全閉方向への移動位置を制限することなく全開方向への移動位置を制限する制限手段と、制限手段により制限される許容全開位置を全閉位置から全開位置における任意の位置に設定可能な第１駆動手段と、ゲート手段を制限手段による許容範囲内で全閉方向または全開方向に駆動可能な第２駆動手段とを備えている。

請求項１に記載の線材のショットブラスト装置を用いれば、できるだけ大きな搬送速度で被研掃線材を移動させ、被研掃線材の搬送速度に応じて目標設定密度になるようにブラスト体の供給量を調節することができるので、生産性と研掃品質の双方をより向上させることができる。

また、請求項２に記載の線材のショットブラスト装置によれば、ブラスト体の供給量を、供給経路の開口面積を可変とするゲート手段で行うため、調節が容易である。

また、請求項３に記載の線材のショットブラスト装置によれば、例えばブラスト体の供給量をゲート手段にてフィードバック制御させる比較的遅い制御を第１駆動手段で行い、ブラスト体の供給量を瞬時に停止させるような比較的速い制御を第２駆動手段で行うことができ、制御性と応答性を両立させることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の線材のショットブラスト装置１の一実施の形態の概略構成図を示している。なお、図１及び図２は、水平方向をＸ軸及びＹ軸で示し、垂直方向をＺ軸で示している。
◆［ショットブラスト装置の全体構成（図１）］
研掃される被研掃線材１０（以下、「線材１０」と記載する）は、入力側搬送装置１２ａから出力側搬送装置１２ｂの方向（図１中のＤｗの方向）に搬送されていく。入力側搬送装置１２ａと出力側搬送装置１２ｂとの間には、ブラスト体投射装置（以下、「ショット投射装置」と記載するが、図示は省略している）を備えた研掃部１４が設けられており、線材１０は研掃部１４の内部で投射されたブラスト体６０（以下、「ショット６０」と記載する）にて研掃される。例えばショット６０には粒径が０．４［ｍｍ］、材質が鋳鋼のものを用いる。

研掃部１４内のショット投射装置に供給されるショット６０は、ブラスト体供給装置２（以下、「ショット供給装置２」と記載する）から供給される。ショット６０（ショット玉等）は、ショットタンク２２に貯蔵されており、カットゲート２６（ゲート手段）で開口面積を調節された供給経路２４を通って研掃部１４内のショット投射装置に供給される。カットゲート２６は、ショット６０が通過する供給経路２４の開口面積を調節することで、ショット６０の供給量を調節する。
カットゲート２６は、カットゲートシリンダ３２（第２駆動手段）にて全開方向または全閉方向に駆動される（「全開方向」とは供給経路２４の開口面積を最大（最大供給状態）にする方向であり、「全閉方向」とは供給経路２４の開口面積を０（供給停止状態）にする方向である）。カットゲートシリンダ３２は、例えばエアシリンダであり、カットゲート２６を瞬時に（例えば１秒未満で）全開または全閉させることが可能である。

カットゲートシリンダ３２は、ピストン３４を伸縮させてカットゲート２６を駆動する。なお、ピストン３４にはシャフト３４ａが連結されており、シャフト３４ａは許容範囲孔４７ｂ（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）にて駆動範囲を制限されている。許容範囲孔４７ｂは、駆動範囲設定部材４７に設けられており、この許容範囲孔４７ｂを備えた駆動範囲設定部材４７が制限手段である。
また、駆動範囲設定部材４７は運動方向変換部材４５にて駆動され、運動方向変換部材４５はパワーシリンダ４２のピストン４４（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）の伸縮位置に応じて回転駆動される。運動方向変換部材４５の回転中心にはシャフト４５ａが設けられ、シャフト４５ａの回転角度はエンコーダ４６にて検出が可能である。パワーシリンダ４２は、例えば電動シリンダであり、応答速度はカットゲートシリンダ３２より遅いが、駆動範囲設定部材４７の回転角度を任意の角度に微調整（フィードバック制御）することが可能である。
なお、エンコーダ４６は、駆動範囲設定部材４７の回転中心４７ａの回転角度を検出可能な位置に設けてもよい。また、エンコーダ４６で回転角度を検出する代わりに、パワーシリンダ４２のピストン４４の伸縮位置を検出するようにしてもよい。

目標設定手段７２は、作業者が操作しやすい位置に配置され、目標投射密度を設定可能である（本実施の形態では、８段階に設定可能である）。なお、本実施の形態では、「投射密度」を、「１秒間に１ｍ²の場所に当たるショット６０の重量（単位はKg／ｍ²・ｓｅｃ）」としている。
制御手段７０には、目標設定手段７２の設定状態、入力側搬送装置１２ａと出力側搬送装置１２ｂからの搬送速度に応じた検出信号、エンコーダ４６からの回転角度に応じた検出信号等が入力される。そして、制御手段７０（制御装置）は、これらの入力に基づいて、カットゲートシリンダ３２及びパワーシリンダ４２を制御する。
なお、本実施の形態では、エンコーダ４６からの検出信号を用いてフィードバック制御させているが（図３参照）、エンコーダ４６を省略してオープンループ制御するように構成してもよい。

従来の線材のショットブラスト装置では、カットゲートの開度が自動調整されず一定の開度を維持しており、開度の変更は作業者が調整ボルトを回すことで行っていた。このため、線材１０の搬送速度が安定しない場合は特に研掃品質にバラツキが発生し易かった。
例えば線材１０の研掃開始時では、まず線材１０の先端部を入力側搬送装置１２ａにセットして手動操作にて搬送させて、線材１０の先端部を出力側搬送装置１２ｂまで到達させて線材１０の先端部を出力側搬送装置１２ｂにセットしている（以上がセッティング作業であり、入力側搬送装置１２ａから出力側搬送装置１２ｂまでの距離は５〜６［ｍ］程度もある）。このセッティングが完了すれば、あとはほぼ安定した搬送速度で線材１０を搬送しながら研掃することができる。
セッティング作業における搬送速度は非常に不安定であり、ショット６０の供給量に合わせて搬送速度を制御することはほとんど不可能である。本実施の形態に示す線材のショットブラスト装置１では、作業者が任意の速度に設定可能な速度設定手段が制御手段７０に設けられており（図示せず）、搬送速度に応じてショット６０の供給量が制御される。

◆［ショット供給量の調節部の詳細構造（図２）］
次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、ショット６０の供給量を調節するカットゲート２６が供給経路２４の開口面積を調節する詳細構造を説明する。なお、本実施の形態では、供給経路２４の開口面積をカットゲート２６の回動角度（回転移動）で変更したが、スライド（平行移動）させて変更するようにしてもよい。また、図２（Ａ）はカットゲート２６が全閉状態（供給停止状態）の場合を示しており、図２（Ｂ）はカットゲート２６が全開状態（最大供給状態）の場合を示している。
カットゲート２６の回転角度は、カットゲートシリンダ３２のピストン３４に連結されたシャフト３４ａの位置によって決定される。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）ではシャフト３４ａとカットゲート２６との連結部の記載を省略している。ピストン３４はDcs方向に伸縮し、シャフト３４ａは駆動範囲設定部材４７に設けられた許容範囲孔４７ｂに沿って移動が可能である。なお、カットゲートシリンダ３２は支点３２ａで回動可能に固定されており、カットゲートシリンダ３２及びピストン３４はＺＹ平面内で回動可能である。

本実施の形態では、ピストン３４がほぼ最大に伸びてシャフト３４ａがカットゲートシリンダ３２から最も離れた位置に移動した場合（図２（Ａ））にカットゲート２６が全閉状態（供給停止状態）になる。また、ピストン３４がほぼ最小に縮んでシャフト３４ａがカットゲートシリンダ３２に最も近づいた位置に移動した場合（図２（Ｂ））にカットゲート２６が全開状態（最大供給状態）になる。
図２（Ａ）に示すように、カットゲート２６が全閉状態の場合、シャフト３４ａは許容範囲孔４７ｂの端部（右端の許容全開位置）に到達しておらず、全開方向（図２（Ａ）の右方向）に移動できる余裕がある。従って、カットゲート２６を全閉状態から開いていく場合、カットゲートシリンダ３２を全開方向に駆動して、許容範囲孔４７ｂの許容全開位置（右端）に到達するまで比較的速い応答速度で開くことができる。なお、許容範囲孔４７ｂの許容全開位置に到達した後は、パワーシリンダ４２を駆動して許容範囲孔４７ｂを備えた駆動範囲設定部材４７を全開方向に回転（図２（Ａ）中のｄ方向に回転）させて、シャフト３４ａを許容範囲孔４７ｂの許容全開位置（右端）に維持した状態で、シャフト３４ａを全開方向に移動させてカットゲートシリンダ３２を全開方向に移動させる。

許容範囲孔４７ｂは、駆動範囲設定部材４７を図２（Ａ）に示す位置（全閉位置）から右方向（ｄ方向）に回転させて、図２（Ｂ）に示す位置（全開位置）まで回転させることが可能である。なお、許容範囲孔４７ｂは、上記の全閉位置から全開位置の間のどの位置にあっても、カットゲート２６を全閉できるように設定されている。つまり、許容範囲孔４７ｂを備えた駆動範囲設定部材４７は、カットゲート２６の全閉方向への移動位置を制限しないが、全開方向への移動位置を制限する。

従って、例えば図２（Ｂ）に示す全開状態からであっても、カットゲートシリンダ３２を全閉方向に駆動すれば、瞬時（１秒未満等）に全閉状態にすることができる。これにより、線材１０の研掃の停止時（搬送速度が０になった場合）、あるいは線材１０の終端まで研掃が終了した場合等にて、比較的速い応答性でショット６０の供給を停止させることができる。
また、例えば図２（Ａ）に示す全閉状態（ショット６０の供給停止状態）であっても、パワーシリンダ４２にて駆動範囲設定部材４７を駆動させて許容範囲孔４７ｂを全開位置（図２（Ｂ）に示す位置）に予め移動させておくこともできる。これにより、線材１０の研掃の開始時（搬送速度が０の状態から起動されたとき）等にて、全閉状態から瞬時（１秒未満等）に全開状態にすることができ、比較的速い応答性でショット６０の供給を開始させることができる。
本実施の形態では、応答性を満足させるために、カットゲートシリンダ３２をエアで全開方向または全閉方向に瞬時（例えば１秒未満）に移動させている。しかし、エアで駆動するカットゲートシリンダ３２は、カットゲート２６を任意の位置に制御することが困難である。そこで、制御性を満足させるために、任意の位置に微調整が可能な（電動）パワーシリンダ４２を用い、当該パワーシリンダ４２にて許容範囲孔４７ｂの位置を制御してカットゲート２６を任意の位置に制御するように構成している。

駆動範囲設定部材４７のギア部４７ｇは、運動方向変換部材４５のギア部４５ｇとかみ合わされており（図２（Ａ）中のＡＡ拡大図参照）、運動方向変換部材４５がｂ方向に回転すると駆動範囲設定部材４７はｄ方向に回転する。
また、運動方向変換部材４５は、パワーシリンダ４２のピストン４４（Dps方向に伸縮可能）の伸縮位置によって回転位置が決定される。そして、運動方向変換部材４５の回転位置（回転角度）は、回転中心のシャフト４５ａに接続されたエンコーダ４６により検出することができる。

◆［ブロック線図（図３）］
次に図３に示すブロック線図を用いて、ショットブラスト装置１の制御を行う各要素の動作及び接続を説明する。
基準設定要素Gsは、目標設定手段７２にて設定された目標投射密度に基づいた基準設定信号を、目標位置設定要素Gtgtに出力する。例えば目標設定手段７２は８段階に設定可能であり、設定された段階に応じた定数を出力する。
速度検出要素Gvには、入力側搬送装置１２ａの搬送モータMin及び出力側搬送装置１２ｂの搬送モータMoutからの信号が入力され、現在の搬送速度に応じた現在速度信号を目標位置設定要素Gtgtに出力する。例えば速度検出要素Gvは、現在の搬送速度に応じた電圧を出力する。

目標位置設定要素Gtgtは、上記に説明した信号が入力され、カットゲート２６の目標開度を求め、求めた目標開度に対応するエンコーダＥ（エンコーダ４６）の目標位置を求める。そして、求めた目標位置に基づいた目標位置信号を出力する。
位置フィードバック要素Hpには、パワーシリンダPS（パワーシリンダ４２）の伸縮位置に基づいたエンコーダＥの検出信号が入力され、エンコーダＥの現在の回転角度に基づいた現在位置信号を出力する。
パワーシリンダ位置制御要素Gpcは、目標位置設定要素Gtgtからの目標位置信号と位置フィードバック要素Hpからの現在位置信号の差分が入力され、パワーシリンダPSの駆動方向を含む駆動量を求め、求めた駆動量（制御量）をパワーシリンダPSに出力する（この例ではパワーシリンダPSは電動シリンダである）。
パワーシリンダPSは、入力された制御量に基づいて駆動（伸縮）され、パワーシリンダPSの伸縮位置は、エンコーダＥによって検出される。
カットゲートシリンダCSは、パワーシリンダPSと連動して動作する。
以上に説明した各要素は、ハードウェア及びソフトウェアで構成され、制御手段７０を構成している。

◆［カットゲートの目標開度（エンコーダの目標位置）（図４及び図５）］
次に、目標位置設定要素Gtgtが求めるカットゲート２６の目標開度の求め方について説明する。カットゲート２６の目標開度が決定すればエンコーダ４６の目標位置が決まり、当該目標位置になるようにフィードバック制御することができる。制御手段７０には、搬送速度と目標投射密度（この場合、設定Ｎｏ）とショット６０の供給量（この場合、カットゲート２６の開度）との関係（以下に説明する表、演算式、グラフ等）が記憶されている。

図４（Ａ）は、目標設定手段７２の設定Ｎｏ（この例では１〜８）に対応させた、「定格投射密度に対する比率（％）」と「定数Ｋ１」と「定数Ｋ２」の表を示している。
次に「定格投射密度に対する比率（％）」について説明する。本実施の形態では、「設定Ｎｏ４」の状態を定格投射密度（１００％）としており、設定Ｎｏを４から順に下げていくと１０％ずつ投射密度が減少し、設定Ｎｏを４から順に上げていくと１０％ずつ投射密度が増加するようにしている。この「定格投射密度に対する比率（％）」が目標投射密度である。作業者は、線材１０の材質、径、目標仕上げ状態等から設定Ｎｏを決定する。また、「定数Ｋ１」と「定数Ｋ２」は、後述する（式１）にて使用する。

なお、目標位置設定要素Gtgtに入力される搬送速度に応じた電圧は、図４（Ｂ）の表の最上段に記載したように、１０［m／min］のときは１［Ｖ］、２０［m／min］のときは２［Ｖ］であり、搬送速度に対して「搬送速度に応じた電圧」は比例しており、以降１００［m／min］のときは１０［Ｖ］である。
そして、目標位置設定要素Gtgtは、入力された搬送速度に応じた電圧を「搬送速度に応じたデジタル値」に変換する。変換されたデジタル値は、図４（Ｂ）の表の最上段に記載したように、１０［m／min］のときは４００、２０［m／min］のときは８００であり、搬送速度に対して「搬送速度に応じたデジタル値」は比例しており、以降１００［m／min］のときは４０００である。

そして、本実施の形態では以下の式にてカットゲート２６の開度［°］を求めている。
カットゲート２６の開度［°］
＝（「搬送速度に応じたデジタル値」＊Ｋ１／１０００）＋Ｋ２ （式１）
例えば、目標設定手段７２に設定された設定Ｎｏが「４」であり、搬送速度が１００［m／min］である場合、カットゲート２６の開度［°］は、４０００（搬送速度に応じたデジタル値）＊７（設定Ｎｏ４に対応するＫ１）／１０００＋２５（設定Ｎｏ４に対応するＫ２）＝５３［°］である、と目標位置設定要素Gtgtは求める。
図４（Ｂ）に示す表は、各速度及び設定Ｎｏに対応させたカットゲート２６の開度［°］を（式１）にて求め、一覧表にしたものである。なお、本実施の形態では、「設定Ｎｏ４」における「速度１００［m／min］」のときの５３［°］を、定格投射密度の基準（１００％）に設定している。

図４（Ｂ）の表をグラフ化したものが図５である。目標位置設定要素Gtgtは、図５に示すグラフを用いて、目標設定手段７２の設定Ｎｏと搬送速度からカットゲート２６の開度［°］を求めてもよいし、図２（Ａ）に示す表及び（式１）を用いて求めてもよい。
なお、本実施の形態で説明したショットブラスト装置１では、カットゲート２６の開度［°］を５３［°］以上に設定できない（本実施の形態では５３［°］が全開状態である）ため、図５に示すグラフでは５３［°］以上のグラフ部分を点線で示している。この点線で示した領域では目標とする研掃品質を満足できないので、その場合は搬送速度を低下させて、カットゲート２６の開度を５３［°］以下の領域（グラフの実線で示した領域）でショットブラスト装置１を運転することが好ましい。更に、生産性をより向上させるために、できるだけ大きい速度でショットブラスト装置１を運転することが好ましい。

本発明の線材のショットブラスト装置は、本実施の形態で説明した構成、外観、ブロック線図等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態にて説明した図４（Ａ）及び（Ｂ）の表、及び図５に示したグラフ等は、本実施の形態に示した例に限定されるものではない。
本実施の形態の説明に用いた数値等は一例であり、この数値等に限定されるものではない。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

本発明の線材のショットブラスト装置は、線材の他にも種々のワークを研掃する装置に適用できる。

本発明の線材のショットブラスト装置１の一実施の形態の概略構成図である。 ショット６０の供給量を調節するカットゲート２６が供給経路２４の開口面積を調節する詳細構造を説明する図である。 ショットブラスト装置１の制御を行う各要素の動作及び接続を説明するブロック線図である。 目標位置設定要素Gtgtが求めるカットゲート２６の目標開度の求め方を説明する表である。 図４（Ｂ）の表をグラフ化した図である。

符号の説明

１ ショットブラスト装置
２ ブラスト体（ショット）供給装置
１０ 被研掃線材（線材）
１２ａ 入力側搬送装置
１２ｂ 出力側搬送装置
１４ 研掃部（ブラスト体（ショット）投射装置を含む）
２２ ショットタンク
２４ 供給経路
２６ カットゲート（ゲート手段）
３２ カットゲートシリンダ（第２駆動手段）
４２ パワーシリンダ（第１駆動手段）
４５ 運動方向変換部材
４６ エンコーダ
４７ 駆動範囲設定部材（制限手段）
４７ｂ 許容範囲孔（制限手段）
６０ ブラスト体（ショット）
７０ 制御手段（制御装置）

Claims (3)

1. 被研掃線材を搬送する搬送装置と、被研掃線材を研掃するブラスト体を投射するブラスト体投射装置と、ブラスト体投射装置にブラスト体を供給するブラスト体供給装置と、制御装置とを備え、
   搬送装置には搬送速度を検出可能な速度検出手段が設けられ、
   制御装置には、ブラスト体の目標投射密度を設定可能な目標設定手段が設けられ、搬送速度と目標投射密度とブラスト体の供給量との関係が記憶されており、
   制御装置は、前記速度検出手段による検出速度と、前記目標設定手段による目標投射密度とに基づいて、ブラスト体供給装置からブラスト体投射装置に供給するブラスト体の供給量を調節する、
   ことを特徴とする線材のショットブラスト装置。
2. 請求項１に記載の線材のショットブラスト装置であって、
   更に、ブラスト体供給装置からブラスト体投射装置に供給されるブラスト体が通過する供給経路の開口面積を可変とするゲート手段を備え、
   制御装置は、前記速度検出手段からの検出速度と、前記目標設定手段による目標投射密度とに基づいてゲート手段を駆動して、供給経路の開口面積を変更する、
   ことを特徴とする線材のショットブラスト装置。
3. 請求項２に記載の線材のショットブラスト装置であって、
   ゲート手段は、全閉方向への移動位置を制限することなく全開方向への移動位置を制限する制限手段と、制限手段により制限される許容全開位置を全閉位置から全開位置における任意の位置に設定可能な第１駆動手段と、ゲート手段を制限手段による許容範囲内で全閉方向または全開方向に駆動可能な第２駆動手段とを備えている、
   ことを特徴とする線材のショットブラスト装置。
   
   

Images