JP2014039996A - スラリの濃度測定装置およびこの装置を用いたスラリの濃度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
湿式のブラスト加工装置において、実際にノズルから噴射されるスラリの濃度を測定できる濃度測定装置を提供する。
【解決手段】
濃度測定装置は、濃度測定容器と排気部と開閉部と導入部材と連結部材とを備える。連結部材にはノズルを連結することができる。ノズルより噴射されたスラリを含む固気液三相流は、導入部材および開閉部を通過し、濃度測定容器に導入される。濃度測定容器で採取されたスラリの質量または体積の少なくともいずれかを測定して演算することで、ノズルより噴射されるスラリの濃度を算出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、湿式のブラスト加工装置においてノズルより噴射されるスラリの濃度を測定する装置、およびその装置を用いてスラリの濃度を測定する方法に関する。

ブラスト加工は、バリ取り、スケールの除去、表面粗さの調整、薄膜層の除去、エッチング等の微細加工において、広く用いられている。ブラスト加工には、微小粒子やショット等の噴射材を圧縮空気等の高圧ガスと共にノズルより被加工物に向けて噴射する乾式のブラスト加工と、前記噴射材を水などの液体に分散させたスラリを圧縮空気等の高圧ガスと共にノズルより被加工物に向けて噴射する湿式のブラスト加工と、が含まれる。湿式のブラスト加工は、乾式のブラスト加工に比べて、噴射材やブラスト加工で生じた切削粉等の微粒子の飛散が少ないことから、作業環境がよい点や、被加工物の表面への噴射材の付着が少ないので、加工後の被加工物の洗浄が容易である点において優れており、将来的に湿式のブラスト加工が用いられる機会が増えることが予想される。

湿式のブラスト加工における加工性能は、スラリ中の噴射材の含有量の割合を示すスラリの濃度に応じて変化する。従って、被加工物の仕上がり精度を管理するために、スラリの濃度を管理してブラスト加工することが必要である。スラリの濃度を管理するための装置として、例えば特許文献１には、スラリを可撓性管にスラリを流入させた後、この重量を測定し、測定結果を演算することによってスラリの濃度を測定する装置が開示されている。

実開平０６−０６６９５２号公報

特許文献１に開示されているスラリの濃度測定装置は、スラリ槽からノズルに向かう経路から分岐された経路に設けられている。このスラリの濃度測定装置は、ブラスト加工中であってもスラリの濃度を測定できるという利点がある。しかしながら、ノズルから噴射されるスラリの濃度は、ノズルに導入される高圧ガスの影響を受けるため、分岐された経路を流れるスラリの濃度、すなわち、濃度測定装置により測定されたスラリの濃度と必ずしも一致しない。そのため、特許文献１に開示されているスラリの濃度測定装置では、スラリの濃度を十分精度良く管理することができない。本発明は、ノズルから噴射されるスラリの濃度を測定するためのスラリの濃度測定装置、およびこのスラリの濃度測定装置を用いたスラリの濃度の測定方法を提供することを目的とする。

以下の説明において「ブラスト加工」は、特に断りのない限り「湿式のブラスト加工」を意味するものとする。また、「スラリの濃度」とは、スラリに対する噴射材の含有率を示し、質量％、体積％、等で表される。

本発明は、湿式のブラスト加工装置のノズルから高圧ガスとともに噴射された、液中に噴射材が分散されたスラリの濃度を測定するためのスラリの濃度測定装置であって、前記スラリを内部に導入するための開口部を有する濃度測定容器と、前記濃度測定容器の開口部に一端が接続され、前記ノズルから噴射されたスラリが通過する経路を開閉する機構を備えた開閉部材と、を備え、前記濃度測定容器には、ノズルより噴射された高圧ガスを排出するための排気部が設けられている。本発明により、ブラスト加工を行う前にノズルから噴射されるスラリの濃度を予め測定できるので、被加工物の仕上がり精度を管理することができる。さらに、濃度測定容器に排気部が設けられているので、高圧ガスの影響を受けることなく、スラリの濃度を測定することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、前記開閉部材の他端に一端が接続され、前記スラリを前記開閉部材に導入する中空状の導入部材であって、該導入部材は、前記一端の外周と、前記開閉部材の他端の内周との間に隙間が設けられるように前記開閉部材に接続された導入部材と、前記導入部材の他端と、前記ノズルの噴射口とを連結するための連結部材と、を備える。かかる発明により、開閉部材を閉止した状態であっても、高圧ガスを導入部材の外周と、開口部材の内周との間の隙間から排出することができる。

本発明において、好ましくは、前記濃度測定容器の開口部には、該濃度測定容器の内部に導入されたスラリの流れを整流するための整流部材が連結されている。濃度測定容器の内部では、排気部に向かう気流が発生している。かかる構成の本発明では、前記整流部材によって、前記濃度測定容器に導入されるスラリの流れが整流されるので、導入されたスラリがこの気流に乗って前記排気部より外部に漏出されるのを防ぐことができる。

本発明において、好ましくは、前記濃度測定容器の内部には、導入されたスラリが跳ね返るのを防ぐための飛散防止部材が配置されている。スラリがスラリの濃度測定容器の底部に落下した際に滴として跳ね返ると、該スラリの濃度測定容器中で発生している気流にのって排気部より外部に漏出される恐れがある。かかる構成の本発明では、飛散防止部材が設けられているため、滴として跳ね返ったスラリは該飛散防止部材に阻害されて該気流に乗ることを防ぐことができる。

本発明において、好ましくは、前記スラリ中の噴射材の沈降速度が０．２０〜２００ｍｍ／ｓｅｃである。かかる構成の本発明により、多大な時間を要さずにスラリの濃度測定容器中の噴射材を沈降させ、噴射材と液体とを分離することができる。

本発明スラリの濃度の測定方法は、前記開閉部材の経路を閉止する工程と、前記ノズルにスラリを送る工程と、前記ノズルに高圧ガスを導入すると共に前記スラリと高圧ガスとを混合して固気液三相流として該ノズルから噴射する工程と、前記固気液三相流を噴射してから所定時間が経過した後に前記開閉部材の前記経路を開放する工程と、前記スラリを前記濃度測定容器により捕集すると共に、前記スラリと共に該濃度測定容器に流入された高圧ガスを前記排気部により排気する工程と、前記濃度測定容器により捕集されたスラリを用いてスラリの濃度を求める工程と、を備える。本発明により、ブラスト加工を行う前に予めノズルから噴射されるスラリの濃度を測定できるので、被加工物の加工精度を管理することができる。

本発明において、好ましくは、前記ノズルより噴射された固気液三相流が前記開閉部材に到達するまでの間に、該固気液三相流の速度を減速させる。かかる構成の本発明により、該開閉部が固気液三相流の切削力によって損耗することを防ぐことができる。

本発明において、好ましくは、前記濃度測定容器で捕集したスラリおよび噴射材の質量または体積の少なくともいずれかを測定し、この結果に基づいてスラリの濃度を算出する。かかる構成の本発明により、簡便な方法でスラリの濃度を測定することができる。

本発明において、好ましくは、前記開閉部材の経路が閉止している間に前記開閉部材に堆積したスラリの質量または体積の少なくともいずれかを測定する初期測定工程と、前記開閉部材に堆積したスラリおよび前記ノズルより所定時間噴射したスラリの質量または体積の少なくともいずれかを測定する定常期測定工程と、を含み、前記初期測定工程および定常期測定工程で測定された値よりノズルから噴射されるスラリの濃度を算出する。かかる構成の本発明では、開閉部に堆積したスラリの影響を除外できるので、より正確にスラリの濃度を測定することができる。

また、本発明は、噴射材が液中に分散されたスラリを高圧ガスと共にノズルより噴射する湿式のブラスト加工装置において、ノズルから噴射されるスラリの濃度を測定するためのスラリの濃度測定装置であって、前記ノズルより噴射されたスラリを捕集するスラリ捕集容器と、該スラリ捕集容器内にスラリを導入するための開口部が設けられた、該スラリ捕集容器の上端を閉止する天井部と、を備える濃度測定容器と、前記開口部に一端が連結されており、前記スラリ捕集容器内にスラリを導入する開閉部材であって、前記スラリが通過する経路を開閉する機構を備えた開閉部材と、前記開閉部材の他端に一端が接続されており、前記スラリを前記開閉部材に導入する導入部材であって、該導入部材の外周と前記開閉部材の内側との間に隙間を設けて接続された導入部材と、前記導入部材の他端と前記ノズルの噴射口とを連結するための連結部材と、を備え、前記濃度測定容器には、ノズルより噴射された高圧ガスを排出するための排気部が設けられている。かかる発明では、ブラスト加工を行う前にノズルから噴射されるスラリの濃度を予め測定できるので、被加工物の仕上がり精度を管理することができる。

ブラスト加工の加工能力は、噴射される固気液三相流中のスラリの濃度に依存する。ノズルより噴射されるスラリの濃度を測定することは、被加工物の仕上がり精度を管理する上で非常に重要である。スラリの濃度は、スラリ槽中やスラリ槽からノズルへの経路中で測定するより、ノズルから噴射されるスラリを直接測定する方が、より正確な濃度を測定できる。本発明によって、実際に噴射されるスラリの濃度を、ブラスト加工を行う前に測定できるので、被加工物の加工精度を管理し、安定したブラスト加工を行うことができる。

湿式のブラスト加工装置の一例を示す図である。 本発明の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の実施形態におけるスラリの濃度を測定する工程を説明するフロー図である。 本発明の実施形態におけるノズルからのスラリの噴射量（吐出量）と、ポンプ、エアコンプレッサ、及び開閉部材、の状態を示す説明図である。

本発明のスラリの濃度測定装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における上下左右方向は特に断りのない限り図中の方向を示す。

図１は、本実施形態のブラスト加工装置２０を示す図である。同図に示すように、ブラスト加工装置２０は、ブラスト加工室２１と、このブラスト加工室２１の下方に設けられたスラリ槽２２とを備える。スラリ貯留槽はスラリを貯留する為の槽であり、スラリが満たされている。スラリは液体（本実施形態では水）に噴射材が分散されて成る。スラリ槽２２は、ポンプＰ２を介してノズルＮと連結されている。ポンプＰ２を駆動させることで、スラリ槽２２内のスラリがノズルＮに送られる。

なお、噴射材とは、ブラスト加工を行うための砥粒（研磨材）である。前記砥粒は、鉄製および非鉄金属製の粒子（ショットやグリッドやカットワイヤ等）、セラミックス系粒子、植物系粒子、樹脂系粒子といった、乾式や湿式を問わず一般にブラスト加工に用いることができる各種粒子であれば、特に限定されない。

また、ノズルＮは高圧ガス発生機構（本実施形態では、エアコンプレッサ２７）と連結されており、エアコンプレッサ２７から高圧ガス（本実施形態では圧縮空気）がノズルＮに送られる。ノズルＮに送られたスラリおよび圧縮空気はノズルＮの内部で混合され、固気液三相流として被加工物Ｗに向けて噴射される。噴射された固気液三相流中のスラリが被加工物Ｗに衝突することでブラスト加工が行われる。そして、被加工物Ｗに向けて噴射されたスラリはスラリ槽２２に流入し、回収される。

さらに、ブラスト加工装置２０は、選別機構２３と、分離機構２４と、を備える。選別機構２３は、スラリ槽２２からスラリを汲み上げるためのポンプＰ１を含む。ブラスト加工を行うと、噴射材とワークとの衝突により微粒子が発生し、これらの微粒子はスラリ槽２２に流入してしまう。このような微粒子としては、噴射材の一部に割れや欠けが生じて、ブラスト加工適さない大きさとなった噴射材や、噴射材と被加工物Ｗとの衝突によって生じた被加工物Ｗの切削粉などが挙げられる。

スラリ槽２２中のスラリは、微粒子を含んだ状態でポンプＰ１により選別機構２３に送られる。選別機構２３は、送られたスラリに含まれる微粒子と、ブラスト加工に適した再利用可能な噴射材とを分別する。選別機構２３によって選別されたブラスト加工に適した噴射材はスラリ槽２２に戻される。また、選別機構２３によって選別された微粒子は分離機構２４に送られる。分離機構２４に送られた微粒子は、固液分離され、固形物はスラッジとしてスラッジ槽２５に、液体は貯液槽２６に、それぞれ回収される。

また、ポンプＰ２からノズルＮへ延びる経路は、途中において分岐しており、この分岐した経路により、ポンプＰ２によりくみ上げられたスラリの一部はスラリ槽２２に戻される。このように、ポンプＰ２を駆動させるとスラリの一部がスラリ槽２２に戻るので、スラリ槽２２中のスラリが攪拌される。

図２は、本実施形態のスラリの濃度を測定するための濃度測定装置１０を示す断面図である。本実施形態の濃度測定装置１０は、ノズルＮの先端に取り付けられ、ノズルＮより噴射されるスラリを直接採取して、濃度を測定するものである。濃度測定装置１０は、濃度測定容器１１と、該濃度測定容器１１の側壁に設けられた排気部１２と、濃度測定容器１１の上部に接続された円筒状の開閉部材１３と、開閉部材１３の上部に接続された導入部材１４と、導入部材１４とノズルＮとを連結する連結部材１５と、を備える。開閉部材１３は円筒状の部材であり、その上部に導入部材１４の下端が挿入されている。後に詳述するように開閉部材１３の上端部と導入部材１４の下端部との間には隙間Ｓが形成されている。

濃度測定容器１１は、上下両端が開口された円筒形状の上部ケーシング１１ａ_１、及び上部ケーシング１１ａ_１の下端に着脱自在に取り付けられた有底円筒形状の下部ケーシング１１ａ_２を有するスラリ捕集容器１１ａと、スラリ捕集容器１１ａの天井部を形成する蓋１１ｂと、で構成される。上部ケーシング１１ａ_１の上部側面には複数の開口部１１ｃが設けられている。

ノズルＮから固気液三相流が噴射されると、固気液三相流における圧縮空気は開口部１１ｃより外部に排気（流出）される。しかしながら、開口部１１ｃの断面積Ａ_１が小さすぎると、ノズルＮから固気液三相流が噴射された際にスラリ捕集容器１１ａ内の圧力が高くなり、開閉部材１３と導入部材１４との間に形成されている隙間Ｓからも圧縮空気が排気される。その結果、スラリの一部が隙間Ｓから排気される圧縮空気の流れに乗り、漏出する。このため、本実施形態では、開口部１１ｃの断面積の合計が、２．２×１０^―３ｍ^２より大きくなるように設定している。

また、導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２に対して開口部１１ｃの断面積の合計Ａ_１が小さすぎると、固気液三相流が濃度測定容器１１に導入された際に、濃度測定容器１１の内部の圧力が高くなる。その結果、スラリを良好に濃度測定容器１１に導入することが出来ない。逆に、導入部材出口１４ｂの面積Ａ_２に対して開口部１１ｃの面積の合計Ａ_１が大きすぎると、濃度測定容器１１が大型化してしまう。そこで、導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２に対する開口部１１ｃの断面積の合計Ａ_１の比（Ａ_１／Ａ_２）を１０〜４５とするのが好ましく、１０〜２５の範囲とするのがさらに好ましい。

下部ケーシング１１ａ_２の側面には、スラリの容量を外部より確認する為の確認窓（図示せず）が設けられており、この確認窓には目盛が記されている。上部ケーシング１１ａ_１の内壁の開口部１１ｃの下方には、飛散防止部材１１ｆが設けられている。また、蓋１１ｂの中央には、スラリを濃度測定容器１１に導入するための開口部１１ｄが設けられている。

排気部１２は、開口部１１ｃに、両端が開口された中空の排気部材がそれぞれ連結されることで形成されている。排気部１２は、スラリと共に濃度測定容器１１へ導入された圧縮空気を排気するための経路を画成している。排気部材の形状は特に限定されないが、本実施形態では、曲線状のＬ字形状とした。

蓋１１ｂの開口部１１ｄの周縁部には、スラリが濃度測定容器１１に導入される際にその流れを整流する整流部材１１ｅが下方に向かって延びるように設けられている。本実施形態では、整流部材１１ｅとして、開口部１１ｄと同形状の内径を有する円筒形状の部材を用いている。ここで、開口部１１ｄの直径Ｄ_１に対する整流部材１１ｅの長さＬの比（Ｌ／Ｄ_１）が小さすぎると整流する効果が小さい。逆に、開口部１１ｄの直径Ｄ_１に対する整流部材１１ｅの長さＬの比（Ｌ／Ｄ_１）が大きすぎると、濃度測定容器１１に導入されるスラリの直進性が増加するので、濃度測定容器１１の底部へスラリが衝突する力が増加する。このため、底部で跳ね返るスラリの量が多くなり、後述のように排気部１２の出口である排気口１２ａから外部に漏出されるスラリの量が多くなる。これらの理由から、開口部１１ｄの直径Ｄ_１に対する整流部材１１ｅの長さＬの比（Ｌ／Ｄ_１）は０．１〜６．５とするのが好ましく、０．２〜５．０とするのがさらに好ましい。

開口部１１ｄの上方側には、内側にスラリが通過する経路を画成し、かつ経路を開閉できる機構を備えた開閉部材１３が連結されている。開閉部材１３は、経路を開閉することさえできればその機構は特に限定されないが、スラリが通過するので耐摩耗性材料で構成されていることが好ましい。本実施形態の開閉部材１３は、両端が開口された円筒形のケーシング１３ｃと、ケーシング１３ｃの内側に配置され、内側に貫通路を有する耐摩耗性の弾性管体１３ｄと、で構成されている。ケーシング１３ｃの両端にはフランジ部が設けられており、その一端が蓋１１ｂに固定されている。これにより、開閉部材１３の一端（開閉部材出口１３ｂ）は、濃度測定容器１１の蓋１１ｂに形成された開口部１１ｄに連結されている。

ケーシング１３ｃと弾性管体１３ｄとの間には空隙が設けられている。この空隙は、ケーシング１３ｃに接続されたコネクタ１３ｅと、ホース（図示せず）と、開閉弁（図示せず）と、を介してエアコンプレッサ２７と連結されている。圧縮空気をこの空隙に圧入すると、この空隙の圧力の上昇に伴って弾性管体１３ｄが中心方向に向かって膨らむ。これによって、弾性管体１３ｄの内側の貫通路が閉じられ、開閉部材１３が閉止される。開閉部材１３は、弾性管体の内側の貫通路がスラリが流れる経路として機能するため、この空隙に圧縮空気を圧入・排出することによって、このスラリの経路の開閉を行うことができる。

開閉部材１３の上端（開閉部材入口１３ａ）には、導入部材１４が配置されている。導入部材１４は、両端が開口された中空形状の部材から成る。導入部材１４は、開閉部材１３の上端に固定された架台１６により、導入部材１４の下端（導入部材出口１４ｂ）が開閉部材１３のスラリの経路の上部内に配置されるように固定されている。

導入部材出口１４ｂの外径は開閉部材入口１３ａの内径より小さい。このため、開閉部材入口１３ａ内に、導入部材１４の下端が挿入され、開閉部材入口１３ａと導入部材出口１４ｂとの間に隙間Ｓが形成されている。開閉部材入口１３ａに対する導入部材出口１４ｂの高さ位置ｈ（図２において、開閉部材入口１３ａの高さ位置を０とし、上方向を正とする）は任意に設定することができるが、開閉部材入口１３ａの直径Ｄ_２に対する導入部材出口１４ｂの高さ位置ｈの比（ｈ／Ｄ_２）が−０．５〜０．５とするのが好ましく、−０．３〜０．３とするのがさらに好ましい。これは次の理由からである。開閉部材入口１３ａの直径Ｄ_２に対する導入部材出口１４ｂの高さ位置ｈの比（ｈ／Ｄ_２）が小さすぎると、導入部材出口１４ｂが開閉部材１３に必要以上に入り込んでいるので、開閉部材１３を閉止した際にスラリが隙間Ｓより流出しづらくなる。また、開閉部材入口１３ａの直径Ｄ_２に対する導入部材出口１４ｂの高さ位置ｈの比（ｈ／Ｄ_２）が大きすぎると開閉部材入口１３ａと導入部材出口１４ｂとの間隔が必要以上に広くなるので、開閉部材１３を開放した際にスラリが開閉部材入口１３ａと導入部材出口１４ｂとの間に形成された隙間Ｓより外部に漏出し、全てのスラリを導入部材１４に導入することができなくなる。

導入部材１４の上端（導入部材入口１４ａ）には、両端が開口された中空形状の連結部材１５の一端が連結されている。連結部材１５の他端は、ノズルＮに連結される。スラリの濃度を測定する際に、連結部材１５にはノズルＮより噴射された固気液三相流が通過するため、連結部材１５は耐摩耗性材料から構成されることが好ましい。本実施形態ではポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製の可撓性の管体である部材を用いている。

ノズルＮの噴射口の断面積Ａ_３に対して導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２が小さすぎると、開閉部材１３を開放してもスラリを濃度測定容器１１に良好に導入することが出来ず、スラリが導入部材１４および連結部材１５に堆積してしまう。また、ノズルＮの噴射口の断面積Ａ_３に対して導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２が大きすぎると開閉部材１３のサイズを大型化する必要があり、結果として濃度測定装置自体が大型になる。このため、ノズルＮの噴射口の断面積Ａ_３に対する導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２の比（Ａ_２／Ａ_３）は、３．５〜２５．０とするのが好ましく、５〜１５の範囲とするのがさらに好ましい。

以下、濃度測定装置１０を用いてノズルＮから噴射されたスラリの濃度を測定する方法について、さらに図３および図４を参照して説明する。図３は、本実施形態のスラリの濃度を測定する工程を説明するフロー図であり、図４は、本実施形態におけるノズルからのスラリの噴射量（吐出量）と、ポンプ、エアコンプレッサ、開閉部材の状態を示す説明図である。なお、以下のスラリ濃度の測定は、ブラスト加工を行う前、又は途中に行うものである。

図３に示すように、開閉部材１３を閉にし（Ｓ０１）、連結部材１５にノズルＮの噴射口を連結した後（Ｓ０２）、ポンプＰ２を駆動させる（Ｓ０３）。ポンプＰ２が駆動すると、スラリ槽２２内のスラリが攪拌されると共に、スラリがノズルＮに送られる。ノズルＮに送られたスラリは、ノズルＮの噴射口より吐出される。この際、開閉部材１３におけるスラリの経路は閉止されている。これにより、スラリは、濃度測定容器１１に流入されず、開閉部材１３と導入部材１４との間に形成されている隙間Ｓより外部に流出する。なお、導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２に対して開閉部材１３と導入部材１４との間に形成されている隙間Ｓの断面積Ａ_４が小さすぎると、スラリが隙間Ｓから流出することが出来ず、スラリが開閉部材１３、導入部材１４、及び連結部材１５に滞留する。また、導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２に対して開閉部材１３と導入部材１４との間に形成されている隙間Ｓの断面積Ａ_４が大きすぎると隙間Ｓから排出されるスラリの流速が遅くなり、スラリ中の噴射材が開閉部材１３に滞留する。隙間Ｓの断面積が大きすぎても小さすぎても、スラリの滞留によって、スラリ中の噴射材が閉止部材１３におけるスラリの経路に沈降し、堆積した噴射材によって、このスラリの経路が閉止される。このため、導入部材出口１４ｂの断面積Ａ_２に対して開閉部材１３と前記導入部材１４との間に形成されている隙間Ｓの断面積Ａ_４の比（Ａ_４／Ａ_２）は０．２〜６．０とするのが好ましく、好ましくは０．５〜３．５とするのがさらに好ましい。

ポンプＰ２の駆動後、所定時間ｔ_１が経過するとノズルＮより吐出されるスラリの量が一定となる。しかし、この時点ではスラリの攪拌が不十分なため、ノズルＮに送られるスラリの濃度は不安定である。そのため、さらに、この状態で所定時間ｔ_２、待機する。これにより、スラリの濃度およびノズルＮからの吐出量が一定となる。

所定時間（ｔ_１＋ｔ_２）が経過したら（Ｓ０４でＹｅｓ）、エアコンプレッサ２７により圧縮空気をノズルに供給し（Ｓ０５）、スラリを固気液三相流としてノズルＮより噴射させる。この際、スラリが開閉部材１３と衝突して開閉部材１３が損耗する恐れがある。このような損耗を防ぐためには、固気液三相流が開閉部材１３に到達するまでに十分に減速する必要がある。このため、本実施形態では、圧縮空気の圧力が０．３〜０．５ＭＰａの時において、連結部材１５の長さを３００ｍｍ程度とした。また、さらに減速する必要がある場合は、連結部材１５を湾曲させることで流動抵抗によって減速させることができる。その際、湾曲部に固気液三相流が衝突することよる損耗を防ぐために、固気液三相流の衝突する箇所を耐摩耗性材料（例えば耐摩耗性ゴム）で補強することが好ましい。

ノズルＮからのスラリの吐出量、すなわち噴射量は圧縮空気の流れによって減少し、エアコンプレッサ２７の駆動後、所定時間ｔ_３が経過すると一定となる。しかし、所定時間ｔ_３が経過した直後は噴射材が脈動して噴射する恐れがある。このため、さらに所定時間ｔ_４が経過した後（Ｓ０６でＹｅｓ）に開閉部材１３の経路を開放し（Ｓ０７）、濃度測定容器１１内に固気液三相流を導入させる。この際、固気液三相流として導入された圧縮空気は、排気部１２より排気される。

濃度測定容器１１の内部では、排気部１２に向かう気流が発生している。このため、蓋１１ｂの開口部１１ｄより導入された固気液三相流が図２における左右方向に分散してしまい、スラリがこの気流に乗って排気部１２の出口である排気口１２ａより外部に漏出される恐れがある。これに対して、本実施形態では、開口部１１ｄに設けられている整流部材１１ｅによって、導入部材１１に導入される固気液三相流の流れを整流することで、導入されたスラリが内部の気流によって外部に漏出されるのを防ぐことができる。

濃度測定容器１１の内部に固気液三相流が導入されると、濃度測定容器１１の底部にスラリが堆積する。この際、濃度測定容器１１内に堆積したスラリに、新たに導入されたスラリが衝突した結果、滴として跳ね返ると、跳ね返ったスラリが上記のような導入部材１４の内部の気流に乗って、排気口１２ａから外部に漏出される恐れがある。これに対して、本実施形態では、上部ケーシング１１ａ_１の内壁に飛散防止部材１１ｆが設けられているので、この跳ね返りによる、スラリの外部への漏出を防止できる。飛散防止部材１１ｆは、本実施形態ではリング状の板材を用い、内側が底面方向に向かって傾くように（例えば、上部ケーシング１１ａ_１の側壁とのなす角度αが４５〜７５度）、スラリ捕集容器１１ａの内壁に沿って固定した。飛散防止部材１１ｆの長さは、底部で跳ね返ったスラリが、前述の気流に乗らず、かつ濃度測定容器１１に導入されたスラリの落下を妨げないよう、適宜選択すればよい。

開閉部材１３を開放した際、開閉部材１３に堆積していたスラリも濃度測定容器１１に導入されてしまう。このため、この影響を排除する必要がある。そこで、まず導入初期のスラリを測定する「初期測定工程」を行う（Ｓ０８で「初期測定」）。すなわち、Ｓ０７で開閉部材１３を開放した状態のまま、スラリを濃度測定容器１１に導入する。そして、開閉部材１３の経路に堆積したスラリが濃度測定容器１１に導入されるのに十分な時間ｔ_５が経過した後（Ｓ０９でＹｅｓ）、開閉部材１３を閉止する（Ｓ１０）。その後。ポンプＰ２の稼働を停止し（Ｓ１１）、さらに圧縮空気のノズルへの供給を停止する（Ｓ１２）。

下部ケーシング１１ａ_２を取り外し、下部ケーシング１１ａ_２内のスラリの体積Ｖｓ_１を確認窓の目盛りより算出する。また、スラリの質量Ｍｓ_１を質量計にて測定する（Ｓ１３）。測定後、下部ケーシング１１ａ_２を空にし、再び上部ケーシング１１ａ_１と連結させる（Ｓ１５）。

次に、実際に噴射されるスラリの濃度を測定する「定常期測定工程」を行う（Ｓ０８で「定常期測定」）。先述の工程Ｓ０３〜Ｓ０７を再び行い、開閉部材１３の経路を開放してスラリを濃度測定容器１１に導入する。所定時間（ｔ_５＋ｔ_６）が経過した後（Ｓ１６でＹｅｓ）、開閉部材１３を閉止する（Ｓ１７）。所定時間（ｔ_５＋ｔ_６）は、濃度測定容器１１に導入されるスラリの量が確認窓の上限値を超えないように適宜選択する。

下部ケーシング１１ａ_２を取り外した後、下部ケーシング１１ａ_２内のスラリの体積Ｖｓ_２を確認窓の目盛りから算出する。また、質量Ｍｓ_２を質量計にて測定する（Ｓ１８）。この下部ケーシング１１ａ_２内のスラリには、開閉部材１３の開放前に開閉部材１３に滞留していたスラリも含まれる。

固形物の真比重をρとし、下記の式（１）よりスラリの濃度を質量％として算出することができる。式（１）において、ＶはＶｓ_２−Ｖｓ_１を示し、ＭはＭｓ_２−Ｍｓ_１を示す。固形物の真比重ρは噴射材の真比重としてもよいが、より正確に測定する為に、工程Ｓ１５において、下部ケーシング１１ａ_２を静置して固形物を沈降させた後、この固形物を採取して真比重を測定してもよい。固形物の沈降速度が遅すぎると測定するのに多大な時間を要し、速すぎるとノズルに一定の濃度のスラリを供給するのが困難となるので、スラリ中の噴射材は、沈降速度が０．２〜２００ｍｍ／ｓｅｃであることが好ましい。換算すると、粒子径が３０〜１，０００μｍかつ比重が１．２〜９．０である。

スラリの濃度を演算後（Ｓ１９）、ノズルＮを連結部材１５より取り外し（Ｓ２０）、スラリの濃度の測定を終了する。

（変更例）
スラリおよび噴射材の質量のみからスラリの濃度を質量％で算出することも可能である。例えば、工程Ｓ１３および工程Ｓ１８において、スラリを固形物（すなわち、噴射材）と液体とに分離し、固形物の質量Ｍｐ_１、Ｍｐ_２をそれぞれ測定する工程を行い、式（２）を用いて濃度（質量％）を算出することも可能である。なお、式（２）中のＭｐはＭｐ_２−Ｍｐ_１を示し、Ｍｐ_２は、「定常期測定工程」における固形物の質量であり、Ｍｐ_１は、「初期測定工程」における固形物の質量である、また、Ｍは、上記と同様にＭｓ_２−Ｍｓ_１を表す。スラリから固形物を分離させる方法は、例えば下部ケーシング１１ａ_２を静置して固形物を沈降させた後に上澄み液を排出した後、残った固形物および液体を篩、比重分離、吸引濾過、等公知の技術でそれぞれに分離することで、効率よく分離することができる。

また、上記の実施形態ではスラリの濃度を質量％で算出したが、体積％で算出してもよい。例えば、工程Ｓ１３およびＳ１８において、下部ケーシング１１ａ_２を静置して固形物を沈降させた後に沈降した固形物の体積Ｖｐ_１、Ｖｐ_２をそれぞれ算出する工程をさらに行い、Ｖｐ_２−Ｖｐ_１をＶｐとすると式（３）を用いて算出することができる。なお、Ｖｐ_１、Ｖｐ_２は、それぞれ、「初期測定工程」及び「定常期測定工程」における固形物の体積を示す。また、体積％から質量％へと換算する換算係数を予め算出しておき、式（３）と換算係数からスラリ濃度を質量％として算出してもよい。

所定量のスラリを測定した際の基準となる質量（基準値）および閾値を予め設定しておき、基準値と測定値とを比較してもよい。測定値が基準値の閾値の範囲外の場合はノズルＮより噴射されるスラリの濃度が目的とするブラスト加工に適さない濃度であるとして不合格と判定し、スラリ槽２２中のスラリの濃度を調整する。その後再びノズルＮから噴射されるスラリを測定する。測定値が閾値の範囲内になるまでこの工程を繰り返せばよい。また、基準値および閾値は体積としてもよい。

本実施形態によれば、ブラスト加工を行う前にノズルから噴射されるスラリの濃度を予め測定できるので、被加工物の仕上がり精度を管理することができる。さらに、濃度測定容器１１に排気部１２が設けられているため、圧縮空気の影響を受けることなく、スラリ濃度を測定することができる。

（実施形態の効果）
本実施形態によれば、ブラスト加工を行う前にノズルから噴射されるスラリの濃度を予め測定できるので、被加工物の仕上がり精度を管理することができる。さらに、濃度測定容器１１に排気部１２が設けられているため、圧縮空気の影響を受けることなく、スラリ濃度を測定することができる。

そして、このように、ブラスト加工装置から噴射されるスラリの濃度を正確に測定することができるため、ブラスト加工における被加工物の加工精度を管理することができる。このようにブラスト加工における被加工物の加工精度を管理することができることにより、例えば以下の効果が得られる。
（１）加工毎の面粗度が安定する。
（２）加工時間が予想できるので、無駄な加工時間を必要としない。
（３）エッチング等、高い加工精度が要求される加工においても適用できる。

また、本実施形態によれば、導入部材１４の外周と、開閉部材１３の内周との間に隙間Ｓが形成されているため、開閉部材１３を閉止した状態であっても圧縮空気を隙間Ｓから外部へ流出することができる。

また、本実施形態によれば、濃度測定容器１１の開口部１１ｄに整流部材１１ｅが設けられており、この整流部材１１ｅにより濃度測定容器１１に導入されるスラリの流れが整流されるため、導入されたスラリがこの気流に乗って排気部１２より外部に漏出されるのを防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、スラリ中の噴射材の沈降速度が０．２０〜２００ｍｍ／ｓであるため、多大な時間を要さずにスラリの濃度測定容器１１中の噴射材を沈降させ、噴射材と液体とを分離することができる。

また、本実施形態によれば、スラリが固気液三相流として噴射されることで、スラリが開閉部材１３と衝突した際に開閉部材１３が損耗するおそれがあるが、スラリを十分に減速させているため、開閉部材１３の損耗を防止できる。

また、本実施形態によれば、初期測定工程において測定されたスラリの質量または体積の少なくとも何れかと、定常期測定工程において測定されたスラリの質量または体積の少なくとも何れかに基づきスラリの濃度を算出しているため、開閉部材１３に滞留したスラリの影響を除外できるので、より正確にスラリの濃度を測定することができる。

１０ 濃度測定装置
１１ 濃度測定容器
１１ａ スラリ捕集容器
１１ａ_１ 上部ケーシング
１１ａ_２ 下部ケーシング
１１ｂ 蓋
１１ｃ 開口部（側面）
１１ｄ 開口部（蓋）
１１ｅ 整流部材
１１ｆ 飛散防止部材
１２ 排気部
１２ａ 排気口
１３ 開閉部
１３ａ 開閉部材入口
１３ｂ 開閉部材出口
１４ 導入部材
１４ａ 導入部材入口
１４ｂ 導入部材出口
１５ 連結部材
１６ 架台
２０ ブラスト加工装置
２１ ブラスト加工室
２２ スラリ槽
２３ 選別機構
２４ 分離機構
２５ スラッジ槽
２６ 貯液槽
２７ エアコンプレッサ
Ｎ ノズル
Ｐ１、Ｐ２ ポンプ
Ｗ 被加工物
Ｓ 隙間

Claims (10)

1. 湿式のブラスト加工装置のノズルから高圧ガスとともに噴射された、液中に噴射材が分散されたスラリの濃度を測定するためのスラリの濃度測定装置であって、
   前記スラリを内部に導入するための開口部を有する濃度測定容器と、
   前記濃度測定容器の開口部に一端が接続され、前記ノズルから噴射されたスラリが通過する経路を開閉する機構を備えた開閉部材と、を備え、
   前記濃度測定容器には、ノズルより噴射された高圧ガスを排出するための排気部が設けられていることを特徴とするスラリの濃度測定装置。
2. さらに、前記開閉部材の他端に一端が接続され、前記スラリを前記開閉部材に導入する中空状の導入部材であって、該導入部材は、前記一端の外周と、前記開閉部材の他端の内周との間に隙間が設けられるように前記開閉部材に接続された導入部材と、
   前記導入部材の他端と、前記ノズルの噴射口とを連結するための連結部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載されたスラリの濃度測定装置。
3. 前記濃度測定容器の開口部には、該濃度測定容器の内部に導入されたスラリの流れを整流するための整流部材が連結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラリの濃度測定装置。
4. 前記濃度測定容器の内部には、導入されたスラリが跳ね返るのを防ぐための飛散防止部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のスラリの濃度測定装置。
5. 前記スラリ中の噴射材の沈降速度が０．２０〜２００ｍｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のスラリの濃度測定装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載のスラリの濃度測定装置を用いたスラリの濃度の測定方法であって、
   前記開閉部材の経路を閉止する工程と、
   前記ノズルにスラリを送る工程と、
   前記ノズルに高圧ガスを導入すると共に前記スラリと高圧ガスとを混合して固気液三相流として該ノズルから噴射する工程と、
   前記固気液三相流を噴射してから所定時間が経過した後に前記開閉部材の前記経路を開放する工程と、
   前記スラリを前記濃度測定容器により捕集すると共に、前記スラリと共に該濃度測定容器に流入された高圧ガスを前記排気部により排気する工程と、
   前記濃度測定容器により捕集されたスラリを用いてスラリの濃度を求める工程と、
   を備えることを特徴とするスラリの濃度の測定方法。
7. 前記スラリと高圧ガスとを混合して固気液三相流として該ノズルから噴射する工程では、前記ノズルより噴射された固気液三相流が前記開閉部材に到達するまでの間に、該固気液三相流の速度を減速させることを特徴とする請求項６に記載のスラリの濃度の測定方法。
8. 前記スラリの濃度を求める工程では、前記濃度測定容器で捕集したスラリおよび噴射材の質量または体積の少なくともいずれかを測定し、この結果に基づいてスラリの濃度を算出することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のスラリの濃度の測定方法。
9. 前記スラリの濃度を求める工程は、前記開閉部材の経路が閉止している間に前記開閉部材に堆積したスラリの質量または体積の少なくともいずれかを測定する初期測定工程と、前記開閉部材に堆積したスラリおよび前記ノズルより所定時間噴射したスラリの質量または体積の少なくともいずれかを測定する定常期測定工程と、を含み、
   前記初期測定工程および定常期測定工程で測定された値よりノズルから噴射されるスラリの濃度を算出することを特徴とする請求項８に記載のスラリの濃度の測定方法。
10. 噴射材が液中に分散されたスラリを高圧ガスと共にノズルより噴射する湿式のブラスト加工装置において、ノズルから噴射されるスラリの濃度を測定するためのスラリの濃度測定装置であって、
    前記ノズルより噴射されたスラリを捕集するスラリ捕集容器と、該スラリ捕集容器内にスラリを導入するための開口部が設けられた、該スラリ捕集容器の上端を閉止する天井部と、を備える濃度測定容器と、
    前記開口部に一端が連結されており、前記スラリ捕集容器内にスラリを導入する開閉部材であって、前記スラリが通過する経路を開閉する機構を備えた開閉部材と、
    前記開閉部材の他端に一端が接続されており、前記スラリを前記開閉部材に導入する導入部材であって、該導入部材の外周と前記開閉部材の内側との間に隙間を設けて接続された導入部材と、
    前記導入部材の他端と前記ノズルの噴射口とを連結するための連結部材と、を備え、
    前記濃度測定容器には、ノズルより噴射された高圧ガスを排出するための排気部が設けられていることを特徴とするスラリの濃度測定装置。

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