JP2015033741A - ブラスト処理装置及びブラスト処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】より好適な条件で複数の面を同時にブラスト処理することが可能なブラスト処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係るブラスト処理装置は、第1のノズル、第2のノズル及び移動機構を備える。第1のノズルは、第1の圧縮空気によってブラスト材料を被ブラスト処理品に向けて噴射する。第2のノズルは、前記ブラスト材料の拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気を噴射する。移動機構は、前記第1のノズル及び前記第2のノズルを被ブラスト処理品に沿って移動させる。【選択図】 図3

Description

本発明の実施形態は、ブラスト処理装置及びブラスト処理方法に関する。
従来、圧縮空気により硬質粒子を噴射させて、機械加工部品や塗装部品等のワークの表面に衝突させる表面処理技術としてブラスト処理が知られている。ブラスト処理によれば、ワーク表面の錆や汚れを除去することができる。このため、ブラスト処理は主として塗装等の下地処理の他、塗装はがしやショットピーニング等の表面処理のために用いられる。
ブラスト処理は、ブラスト処理用のノズルから圧縮空気とともにブラスト材料をワークに向けて噴射することにより行われる。従来のブラスト処理用のノズルは、両端が開口した円筒状の流路管の一端に、ワーク側に向かって広がる円錐状の偏向部材を設けて構成される。そして、ブラスト材は、円錐状の偏光部材の表面に沿って、360度方向かつ斜め方向に噴射される(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
また、断面が偏平状又は角筒状であり、ワークに向かって広がる拡散用の筒状部材を円筒状のノズルの先端に設け、拡散用の筒状部材の開口端の内部に、三角形の平板状の拡散体を設けたショットピーニング装置も提案されている(例えば特許文献3参照)。この装置では、矩形領域の組合せとなるピーニング範囲の幅を調整することが可能とされている。また、ノズルの軸方向に対する同一平面上におけるショット方向の角度、すなわちショット方向の単一の軸周りの回転角度を調整することが可能とされている。
更に、断面がH型、I型、L型、T型等の柱状部品の表面を効率的にブラスト処理することができるように、円状の噴射口の一部を塞ぐことによって、ブラスト材料の噴射領域を、ワークの形状に合わせて非等方的な領域にしたブラスト処理用ノズルが考案されている(例えば特許文献4参照)。
特開2010−64194号公報 特開平7−52046号公報 特開2002−120153号公報 特開2013−129021号公報
複数の面を同時にブラスト処理する場合には、より効率的かつ好適な条件でブラスト材料をワークに衝突させることが重要である。例えば、航空機の部品の1つに断面がI型のストリンガがあり、I型ストリンガには塗装前の下地処理が必要である。I型ストリンガは、直交する3つの面を両側に有する。このため、下地処理に要求されるより好適な条件で、直交する3つの面をブラスト処理することが重要となる。
そこで、本発明は、より好適な条件で複数の面を同時にブラスト処理することが可能なブラスト処理装置及びブラスト処理方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係るブラスト処理装置は、第1のノズル、第2のノズル及び移動機構を備える。第1のノズルは、第1の圧縮空気によってブラスト材料を被ブラスト処理品に向けて噴射する。第2のノズルは、前記ブラスト材料の拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気を噴射する。移動機構は、前記第1のノズル及び前記第2のノズルを被ブラスト処理品に沿って移動させる。
また、本発明の実施形態に係るブラスト処理方法は、前記ブラスト処理装置を用いて被ブラスト処理製品を製造するものである。
また、本発明の実施形態に係るブラスト処理方法は、第1のノズルから第1の圧縮空気によってブラスト材料を被ブラスト処理品に向けて噴射するステップと、第2のノズルから前記ブラスト材料の拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気を噴射するステップと、前記第1のノズル及び前記第2のノズルを被ブラスト処理品に沿って移動させることにより被ブラスト処理製品を製造するステップとを有する。
本発明の実施形態に係るブラスト処理装置及びブラスト処理方法によれば、より好適な条件で複数の面を同時にブラスト処理することができる。
本発明の第1の実施形態に係るブラスト処理装置の構成図。 本発明の第2の実施形態に係るブラスト処理装置の構成図。 図2に示すブラスト用ノズル及びエアアシストノズルの好適な構造例を示す正面図。 図3に示すブラスト用ノズル及びエアアシストノズルの斜視図。 図3に示すブラスト用ノズル及びエアアシストノズルの構造を決定するためのパラメータの定義を示す正面図。 図3に示すブラスト用ノズル及びエアアシストノズルの構造を決定するためのパラメータの定義を示す上面図。
本発明の実施形態に係るブラスト処理装置及びブラスト処理方法について添付図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(構成および機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係るブラスト処理装置の構成図である。
ブラスト処理装置1は、被ブラスト処理品であるワークWにブラスト材料Bを噴射することによって被ブラスト処理製品を製造する装置である。そのために、ブラスト処理装置1は、第1のノズルとしてのブラスト用ノズル2及び第2のノズルとしてのエアアシストノズル3を移動機構4に設けて構成される。
ブラスト用ノズル2は、第1の圧縮空気によってブラスト材料BをワークWに向けて噴射するためのノズルである。ブラスト材料Bは、典型的には、スチールグリット、スチールショット、カットワイヤ、アルミナ、ガラスビーズ、珪砂等の硬質粒子で構成される。
一方、エアアシストノズル3は、ブラスト材料Bの拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気としてアシスト用エアAを噴射するためのノズルである。従って、ブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3は、ブラスト材料B、ブラスト材料Bを噴射するための第1の圧縮空気、アシスト用エアAとしての第2の圧縮空気を供給する供給系5と配管によって連結される。
供給系5は、制御系6によって制御される。すなわち、制御系6による供給系5の制御によってブラスト材料Bの量、第1の圧縮空気の圧力、流速及び流量並びに第2の圧縮空気の圧力、流速及び流量を調節することができる。
移動機構4は、ブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3をワークWに沿って移動させるための装置である。図示された例では、板状のパネルW1に断面がI字型のストリンガW2を取付けた航空機部品がワークWとなっている。従って、ブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の移動方向は、ストリンガW2の長手方向となる。また、ブラスト処理の対象となる被ブラスト処理面は、パネルW1の表面に加え、ストリンガW2の内面となる。
具体的には、ストリンガW2の被ブラスト処理面は、第1の被ブラスト処理面S1、第2の被ブラスト処理面S2及び第3の被ブラスト処理面S3となる。第1の被ブラスト処理面S1は、パネルW1の表面と略平行な面である。第2の被ブラスト処理面S2は、第1の被ブラスト処理面S1に垂直な面である。また、第3の被ブラスト処理面S3は、第2の被ブラスト処理面S2に垂直な面である。
また、ストリンガW2の断面は線対称であるため、被ブラスト処理面は両側となる。このため、ストリンガW2の形状に合わせてそれぞれ2つのブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3が移動機構4に取付けられている。もちろん、断面が非対称なストリンガや断面がI字型でないストリンガをブラスト処理の対象とすることもできる。その場合には、ワークWの形状に応じた任意数のブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3を、ワークWの形状に応じた適切な位置に配置すればよい。
ブラスト用ノズル2は、ワークWの第1の被ブラスト処理面S1に衝突して跳ね返ったブラスト材料Bが第1の被ブラスト処理面S1に対して傾斜するワークWの第2の被ブラスト処理面S2に衝突するように、第1の被ブラスト処理面S1に斜め方向からブラスト材料Bを噴射するように構成されている。例えば、第1の被ブラスト処理面S1に対して45度傾斜する方向からブラスト材料Bを噴射するようにすることができる。
ブラスト材料Bの噴射方向及びブラスト材料Bを噴射するための第1の圧縮空気の圧力等の条件を適切に設定すれば、図示されるようにワークWの第2の被ブラスト処理面S2に衝突して跳ね返ったブラスト材料Bを、更に第2の被ブラスト処理面S2に対して傾斜する第3の被ブラスト処理面S3に衝突させることができる。
一方、エアアシストノズル3は、スリット状の吹出口を有している。そして、エアアシストノズル3は、スリットからアシスト用エアAを噴射することによって第1の被ブラスト処理面S1に対して傾斜するアシスト用エアAの膜を形成するように構成される。このため、アシスト用エアAの膜によってブラスト材料Bの不適切な方向への拡散を抑制することができる。例えば、第1の被ブラスト処理面S1に対して40度傾斜する方向からアシスト用エアAを噴射するようにすることができる。
特に、制御系6により、エアアシストノズル3から噴射されるアシスト用エアAの圧力、流速及び流量等の条件を制御することができる。このため、ブラスト材料Bの拡散範囲が適切な範囲となるように、ブラスト材料Bの拡散範囲を可変調整することができる。
(動作および作用)
次にブラスト処理装置1を用いたブラスト処理方法について説明する。
まず移動機構4の駆動によってブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の位置が、ワークWのブラスト処理に適切な位置となるように位置決めが行われる。
そして、制御系6による制御下において、供給系5からアシスト用エアAが所定の圧力、流速及び流量でエアアシストノズル3に供給される。これにより、エアアシストノズル3からブラスト材料Bの拡散範囲を調整するためのアシスト用エアAが噴射される。エアアシストノズル3の吹出口は、スリット状である。このため、第1の被ブラスト処理面S1に対して傾斜するアシスト用エアAの膜が形成される。
一方、制御系6による制御下において、供給系5からブラスト材料B及び第1の圧縮空気がブラスト用ノズル2に供給される。典型的には、ブラスト用ノズル2の近傍においてブラスト材料Bが第1の圧縮空気と混合される。これにより、ブラスト用ノズル2から第1の圧縮空気によってブラスト材料BがワークWに向けて噴射される。
噴射されたブラスト材料Bは、ストリンガW2の内面を形成する第1の被ブラスト処理面S1に衝突して跳ね返る。第1の被ブラスト処理面S1に衝突して跳ね返ったブラスト材料Bは、ストリンガW2の別の内面を形成する第2の被ブラスト処理面S2に衝突して跳ね返る。更に条件が適切であれば、第2の被ブラスト処理面S2に衝突して跳ね返ったブラスト材料Bは、ストリンガW2の更に別の内面を形成する第3の被ブラスト処理面S3に衝突する。この結果、ブラスト材料Bが衝突したストリンガW2の領域は、ブラスト処理される。
更に、移動機構4の駆動によってブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3がワークWに沿って移動する。すなわち、ストリンガW2の長手方向にブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3が移動する。これにより、ストリンガW2の内面は、長手方向に順次ブラスト処理され、ブラスト処理後のワークWとして被ブラスト処理製品が製造される。
つまり以上のようなブラスト処理装置1は、ブラスト材料Bとは別にアシスト用エアAを噴射してブラスト材料Bの拡散範囲を適切な範囲とすることにより、ストリンガW2の内面のような複数の面を同時かつ効率的にブラスト処理できるようにしたものである。
(効果)
このため、ブラスト処理装置1によれば、より好適な条件で複数の面を同時にブラスト処理することができる。すなわち、アシスト用エアAによって形成されるエアカーテンによって、ワークWの被ブラスト処理面とは異なる方向にブラスト材料Bが拡散することを抑制することができる。その結果、ブラスト材料BをワークWの被ブラスト処理面側に誘導することができる。
このため、ワークWの被ブラスト処理面に衝突するブラスト材料Bの量を確保することができる。これにより、ワークWの表面の活性化等のためのブラスト処理を効率的に行うことが可能となる。
また、ブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3を汎用性のあるノズルで構成することができる。特に、ブラスト用ノズル2の噴射口が等方的な形状であるため、ブラスト材料Bの噴射によるブラスト用ノズル2の摩耗を、非等方的な噴射口を有する特殊なノズルに比べて低減することができる。すなわち、ブラスト用ノズル2の摩耗を、汎用性のある既存のノズルと同等にすることができる。
このため、断面形状がI字型やH字型の鋼材のブラスト処理はもちろん、航空機部品や船舶部品等の複雑な構造を有する被ブラスト処理品のブラスト処理を効率的かつ自動的に行うことが可能となる。また、ブラスト処理の目的は、塗装等の下地処理の他、塗装はがしやショットピーニング等の表面処理とすることもできる。
(第2の実施形態)
図2は本発明の第2の実施形態に係るブラスト処理装置の構成図である。
図2に示された第2の実施形態におけるブラスト処理装置1Aは、アシスト用エアAをブラスト材料Bの拡散範囲を広げるために噴射するようにした点が図1に示す第1の実施形態におけるブラスト処理装置1と相違する。第2の実施形態におけるブラスト処理装置1Aの他の構成および作用については第1の実施形態におけるブラスト処理装置1と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
ブラスト処理装置1Aでは、第1のノズルとしてのブラスト用ノズル2が、ワークWの第1の被ブラスト処理面S1に向かってブラスト材料Bを噴射するように構成されている。
一方、第2のノズルとしてのエアアシストノズル3は、アシスト用エアAとして第2の圧縮空気を噴射することによってブラスト材料Bの拡散範囲を広げるように構成されている。具体的には、エアアシストノズル3は、ブラスト用ノズル2から第1の被ブラスト処理面S1に向かって噴射されるブラスト材料Bの少なくとも一部の噴射方向を、アシスト用エアAの噴射により、第1の被ブラスト処理面S1と法線方向が異なる第2の被ブラスト処理面S2に向かうように変えるように構成されている。これにより、ブラスト材料Bの拡散範囲を、第1の被ブラスト処理面S1及び第2の被ブラスト処理面S2に向かう範囲に広げることができる。
図示された例では、ワークWがI型ストリンガW2であるからブラスト用ノズル2が水平方向に向けてブラスト材料Bが噴射されるように配置されている。一方、ブラスト用ノズル2の近傍に、エアアシストノズル3が配置される。エアアシストノズル3の向きは、アシスト用エアAの噴射によってブラスト材料Bの一部を第2の被ブラスト処理面S2に向けることが可能となるように調整される。従って、移動機構4は門型構造を有している。
尚、ブラスト材料Bの拡散範囲は、エアアシストノズル3の向きに加え、エアアシストノズル3から噴射されるアシスト用エアAの圧力、流速及び流量等の条件を制御系6で制御することによっても可変調整することができる。
図3は図2に示すブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の好適な構造例を示す正面図、図4は図3に示すブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の斜視図、図5は図3に示すブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の構造を決定するためのパラメータの定義を示す正面図、図6は図3に示すブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3の構造を決定するためのパラメータの定義を示す上面図である。
図3及び図4に示すように、エアアシストノズル3を、ブラスト用ノズル2からのブラスト材料Bの噴射方向と異なる方向からアシスト用エアAをブラスト用ノズル2の出口に向けて噴射するように構成することが好ましい。つまり、ブラスト材料Bが拡散する前に、アシスト用エアAを当てることによってブラスト材料Bの拡散範囲を効果的に広げることができる。
従って、図3及び図4に示す例では、ブラスト用ノズル2にエアアシストノズル3が取付けられて一体構造とされている。尚、ブラスト用ノズル2には、ブラスト材料Bの供給口Binと、ブラスト材料Bを噴射させるための第1の圧縮空気の供給口Ainとが設けられている。そして、ブラスト用ノズル2の噴射口付近において、ブラスト材料Bが第1の圧縮空気と混合されるように構成されている。
より具体的には、図5及び図6に示すように、ブラスト用ノズル2の内径をd1、エアアシストノズル3の内径をd2、エアアシストノズル3の中心軸とブラスト用ノズル2の先端との間における距離をL1、ブラスト用ノズル2の中心軸とエアアシストノズル3の先端との間における距離をL2とすると、d2/2≦L1≦5・d2の関係及びd1/2≦L2≦4・d1の関係が成立するようにブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3を配置することが非常に効果的であることが実際のブラスト処理試験によって確認された。
加えて、d2<d1の関係が成立するようにブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3を構成すれば、ブラスト材料Bの拡散領域を広げることができる。すなわち、ブラスト用ノズル2の内径d1よりも、エアアシストノズル3の内径d2を小さくすれば、ブラスト用ノズル2から第1の被ブラスト処理面S1に向かって噴射されるブラスト材料Bの一部の噴射方向を、アシスト用エアAの噴射により、第2の被ブラスト処理面S2に向かうように変えることができる。
特に、アシスト用エアAの噴射により、第1の被ブラスト処理面S1に向かって噴射されるブラスト材料Bを二股にすることができる。その場合、I型ストリンガW2の長手方向に沿って移動機構4を駆動させると、第1の被ブラスト処理面S1は、2回ブラスト処理されることになる。このため、第1の被ブラスト処理面S1について確実なブラスト処理の効果を得ることができる。
尚、I型ストリンガW2の上側の内面となる第2の被ブラスト処理面S2のみがブラスト処理の対象である場合には、d2≧d1の関係が成立するようにブラスト用ノズル2の内径d1及びエアアシストノズル3の内径d2を決定してもよい。すなわち、ブラスト用ノズル2の内径d1を、エアアシストノズル3の内径d2以下とすることができる。その場合、第1の被ブラスト処理面S1に向かって噴射されるブラスト材料Bの殆どが、第2の被ブラスト処理面S2に向かうことになる。つまり、アシスト用エアAの噴射によりブラスト材料Bの拡散範囲を広げるのではなく、アシスト用エアAの噴射によりブラスト材料Bの拡散方向を変えることもできる。
ブラスト材料Bの拡散範囲を広げる場合であっても、ブラスト材料Bの拡散方向を変える場合であっても、図3及び図4に示すように、エアアシストノズル3を、投影した場合にブラスト用ノズル2からのブラスト材料Bの噴射方向に対して垂直な方向とみなせる方向にアシスト用エアAを噴射するように構成することが効率的である。
そのようにエアアシストノズル3の向きを決定すれば、アシスト用エアAのエネルギ損失を最小限とすることができる。加えて、アシスト用エアAの圧力、流速及び流量等の条件を制御系6で制御することによって可変調整することが可能なブラスト材料Bの拡散範囲を広くすることができる。すなわち、理想的には、ブラスト材料Bの一部の拡散方向を90度曲げることが可能となる。
以上のような第2の実施形態におけるブラスト処理装置1Aによれば、第1の実施形態におけるブラスト処理装置1と同様な効果を得ることができる。加えて、ブラスト用ノズル2及びエアアシストノズル3を汎用性のあるノズルで構成することができる。特に、エアアシストノズル3についても噴射口が等方的なノズルで構成することができる。
また、図3及び図4に示すように、アシスト用エアAをブラスト用ノズル2の出口に向けて拡散前のブラスト材料Bに噴射することにより、ブラスト材料Bの拡散方向を容易に制御することが可能となる。すなわち、現実的な条件で噴射されるアシスト用エアAによって、ブラスト材料Bの拡散範囲を調整することができる。
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
1、1A ブラスト処理装置
2 ブラスト用ノズル(第1のノズル)
3 エアアシストノズル(第2のノズル)
4 移動機構
5 供給系
6 制御系
B ブラスト材料
A アシスト用エア
W ワーク(被ブラスト処理品)
W1 パネル
W2 ストリンガ
S1 第1の被ブラスト処理面
S2 第2の被ブラスト処理面
S3 第3の被ブラスト処理面
Ain、Bin 供給口

Claims (12)

  1. 第1の圧縮空気によってブラスト材料を被ブラスト処理品に向けて噴射する第1のノズルと、
    前記ブラスト材料の拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気を噴射する第2のノズルと、
    前記第1のノズル及び前記第2のノズルを前記被ブラスト処理品に沿って移動させる移動機構と、
    を備えるブラスト処理装置。
  2. 前記第2のノズルは、前記第1のノズルからの前記ブラスト材料の噴射方向と異なる方向から前記第2の圧縮空気を前記第1のノズルの出口に向けて噴射するように構成される請求項1記載のブラスト処理装置。
  3. 前記第2のノズルは、前記第2の圧縮空気を噴射することによって前記ブラスト材料の拡散範囲を広げるように構成される請求項1又は2記載のブラスト処理装置。
  4. 前記第2のノズルは、前記第1のノズルから前記被ブラスト処理品の第1の被ブラスト処理面に向かって噴射される前記ブラスト材料の少なくとも一部の噴射方向を、前記第2の圧縮空気の噴射により、前記第1の被ブラスト処理面と法線方向が異なる第2の被ブラスト処理面に向かうように変えることによって、前記ブラスト材料の拡散範囲を、前記第1の被ブラスト処理面及び前記第2の被ブラスト処理面に向かう範囲に広げるように構成される請求項3記載のブラスト処理装置。
  5. 前記第2のノズルは、投影した場合に前記第1のノズルからの前記ブラスト材料の噴射方向に対して垂直な方向とみなせる方向に前記第2の圧縮空気を噴射するように構成される請求項1乃至4のいずれか1項に記載のブラスト処理装置。
  6. 前記第2のノズルから噴射される前記第2の圧縮空気の条件を制御することによって前記ブラスト材料の拡散範囲を可変調整する制御系を更に備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のブラスト処理装置。
  7. 前記第1のノズルの内径をd1、前記第2のノズルの内径をd2とすると、d2<d1の関係が成立するように前記第1のノズル及び前記第2のノズルを構成した請求項1乃至6のいずれか1項に記載のブラスト処理装置。
  8. 前記第1のノズルの内径をd1、前記第2のノズルの内径をd2、前記第2のノズルの中心軸と前記第1のノズルの先端との間における距離をL1とすると、d2/2≦L1≦5・d2の関係が成立するように前記第1のノズル及び前記第2のノズルを配置した請求項5記載のブラスト処理装置。
  9. 前記第1のノズルの内径をd1、前記第2のノズルの内径をd2、前記第1のノズルの中心軸と前記第2のノズルの先端との間における距離をL2とすると、d1/2≦L2≦4・d1の関係が成立するように前記第1のノズル及び前記第2のノズルを配置した請求項5又は8記載のブラスト処理装置。
  10. 前記第1のノズルは、前記被ブラスト処理品の第1の被ブラスト処理面に衝突して跳ね返った前記ブラスト材料が前記第1の被ブラスト処理面に対して傾斜する前記被ブラスト処理品の第2の被ブラスト処理面に衝突するように、前記第1の被ブラスト処理面に斜め方向から前記ブラスト材料を噴射するように構成され、
    前記第2のノズルは、スリットから前記第2の圧縮空気を噴射することによって前記ブラスト材料の不適切な方向への拡散を抑制するための、前記第1の被ブラスト処理面に対して傾斜する前記第2の圧縮空気の膜を形成するように構成される請求項1記載のブラスト処理装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれか1項に記載のブラスト処理装置を用いて被ブラスト処理製品を製造するブラスト処理方法。
  12. 第1のノズルから第1の圧縮空気によってブラスト材料を被ブラスト処理品に向けて噴射するステップと、
    第2のノズルから前記ブラスト材料の拡散範囲を調整するための第2の圧縮空気を噴射するステップと、
    前記第1のノズル及び前記第2のノズルを前記被ブラスト処理品に沿って移動させることにより被ブラスト処理製品を製造するステップと、
    を有するブラスト処理方法。
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