JP2016047585A - ブラスト加工装置及びブラスト加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的にブラスト加工を行うことが可能なブラスト加工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加工装置は、噴射部及び循環システムを備える。噴射部は、複合材で構成されるワークに、前記複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアを噴射する。循環システムは、噴射後の前記メディアを回収して前記噴射部に供給する。前記循環システムに、回収された前記メディアに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去する不純物分離部を設けた。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、ブラスト加工装置及びブラスト加工方法に関する。

従来、航空機等の部品の材料として用いられるガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材を塗装又は接着する場合には、前処理として複合材表面のブラスト加工が行われる。

特に航空機用の外板（パネル）等の部品はサイズのオーダがメートル単位であり、非常に大きい。このため、多関節アームを備えた従来のブラスト加工装置でブラスト加工を行おうとすると、極めて長い大規模なアームを準備することが必要となる。

そこで、サイズの大きいワークや形状が複雑なワークを対象としてフレキシブルにブラスト加工を行うことができるように、ブラスト加工のメディアを噴射させるためのノズルと、ワークとの相対位置をスライド機構によって移動させるようにしたブラスト加工装置が考案されている（例えば特許文献１参照）。

また、複合材を対象とするブラスト加工の場合には、平均粒径が10μm以上100μm以下の微粒子をメディアとして用いることが特に好ましいとする報告もなされている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１３−２１５８２６号公報 特開２００７−２４４９８０号公報

本発明は、より効率的にブラスト加工を行うことが可能なブラスト加工装置及びブラスト加工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加工装置は、噴射部及び循環システムを備える。噴射部は、複合材で構成されるワークに、前記複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアを噴射する。循環システムは、噴射後の前記メディアを回収して前記噴射部に供給する。前記循環システムに、回収された前記メディアに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去する不純物分離部を設けた。
また、本発明の実施形態に係るブラスト加工方法は、前記ブラスト加工装置を用いて複合材で構成されるワークにメディアを噴射することによって被ブラスト加工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加工方法は、複合材で構成されるワークに、前記複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアを噴射することにより被ブラスト加工品を製造するステップと、噴射後の前記メディアを回収するステップと、回収された前記メディアに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去するステップと、前記不純物及び前記粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去した後の前記メディアを次のブラスト加工用に保存するステップとを有するものである。

本発明の実施形態に係るブラスト加工装置の正面図。 図１に示すブラスト加工装置の加工エリアにおける上面図。 図１に示す不純物分離部の詳細構成例を示す図。 図１に示すブラスト加工装置によるブラスト加工の流れの一例を示すフローチャート。

本発明の実施形態に係るブラスト加工装置及びブラスト加工方法について添付図面を参照して説明する。

（構成および機能）
図１は本発明の実施形態に係るブラスト加工装置の正面図であり、図２は図１に示すブラスト加工装置の加工エリアにおける上面図である。

ブラスト加工装置１は、CFRPやGFRP等の複合材で構成されるワークＷの塗装又は接着前における表面の活性化を目的とするショットブラスト加工を行う装置である。複合材のショットブラスト加工では、粒体のメディア（投射材）ＭをワークＷに衝突させて表面を粗面化することによって、塗料や接着剤の濡れ性の向上が図られる。ブラスト加工用のメディアＭとしては、セラミックス等の硬質粒子が代表的である。より具体的には、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア粒子等のセラミックス粒子をブラスト加工用のメディアＭとして用いることができる。

ブラスト加工装置１は、ブラスト噴射部２、第１のタンク３、移動機構４、第２のタンク５及び循環システム６を有する。

ブラスト噴射部２は、ワークＷに向けてメディアＭを噴射するノズル７と、ノズル７をワイパーのように円弧状の軌跡に沿って揺動させるノズル揺動部８とを有する。図示された例では、２つのノズル７がブラスト噴射部２に設けられている。また、２つのノズル７を揺動させるためのリンク機構がノズル揺動部８として設けられている。但し、ノズル揺動部８を省略してもよい。

第１のタンク３は、各ノズル７にメディアＭを供給するための貯留タンクである。第１のタンク３と各ノズル７との間は、長さが一定の第１のホース９で連結することが適切である。各ノズル７は、第１のタンク３の他、圧縮空気を生成して供給するエア供給系１０とエア供給ホース１１によって連結される。エア供給ホース１１は、典型的には、第１のホース９と接続される。このため、エア供給系１０からエア供給ホース１１を介して供給される圧縮空気によって、各ノズル７からメディアＭを噴射することができる。尚、メディアＭが第１のタンク３外に放出されないように第１のタンク３内にフィルタ１２を設けることが望ましい。

一方、第２のタンク５は、第１のタンク３にメディアＭを供給するための貯留タンクである。第１のタンク３と第２のタンク５との間は、望ましくはカプラ等の着脱機構１３Ａを有する第２のホース１３で連結される。これは、第１のタンク３と第２のタンク５との間を着脱機構１３Ａを有する第２のホース１３で連結すれば、第２のタンク５から第１のタンク３へのメディアＭの供給時以外は干渉防止のため第２のホース１３を取外すことができるためである。

移動機構４は、各ノズル７及び第１のタンク３を移動させる機能を有する。また、ワークＷを設置するためのテーブル１４を移動機構４によって移動できるようにしてもよい。但し、第２のタンク５は、移動機構４によって移動しない。図示された例では、移動機構４は、ブラスト噴射部２及び第１のタンク３を固定する保持部１５と、保持部１５をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に移動させる駆動機構１６とを有している。すなわち、移動機構４は、ブラスト噴射部２及び第１のタンク３を保持部１５に固定して駆動機構１６で水平方向及び鉛直方向に移動させるゴンドラ式の移動機構４である。

但し、ブラスト噴射部２及び第１のタンク３を単一又は複数の所望の軸方向に移動させることが可能な構造であれば、移動機構４の構造は任意である。従って、移動機構４は、リンク機構、スライド機構、多関節アーム等の様々な構成要素を用いて構成することができる。実用的な例として、各ノズル７をワークＷに対して所望の方向にチルトできるようにすることができる。

また、第１のタンク３の容量を、第２のタンク５の容量よりも小さくすることが移動機構４の規模の簡易化の観点から望ましい。すなわち、第２のタンク５に十分な量のメディアＭを貯留しておき、ブラスト加工に必要な量のメディアＭを第１のタンク３に随時供給するようにすれば、第１のタンク３のサイズを小型にすることができる。その結果、保持部１５及び移動機構４に要求される剛性を減らすことができる。

循環システム６は、噴射後のメディアＭを回収して第２のタンク５及びブラスト噴射部２に供給するシステムである。循環システム６は、例えば、落下したメディアＭを回収するダクト１７、ダクト１７の出口から排出されたメディアＭを第２のタンク５まで移動させる回収ホース１８及び回収ホース１８内においてメディアＭを移動させるための空気の流れを形成する送風機１９によって構成することができる。また、ダクト１７には、メディアＭを振い落とすための振動装置２０を設けてもよい。この他、循環システム６には、図示されるようにメディアＭを搬送するベルトコンベア２１等の所望の装置を用いることもできる。尚、送風機１９は、循環システム６に限らず、メディアＭの経路上の任意の位置に必要に応じて設けることができる。

噴射後のメディアＭを再利用する場合には、特に、粒度範囲（平均粒径の範囲）を表す呼び番号が100番（#100）のアルミナを使用することがメディアＭの回収率の向上に寄与する。#100のアルミナは粒度範囲が106μmから150μmのアルミナの粒子である。

#100のアルミナは、従来、複合材のブラスト加工用のメディアとして好適であると考えられてきた粒度範囲が53μmから90μmの#180のアルミナに比べて平均粒径が大きい。従って、#100のアルミナを使用すれば、#180のアルミナを使用する場合に比べて、湿気を帯びたセラミックス粒子同士が固まり、メディアの経路において目詰まりが生じる事態を良好に防止することができる。

例えば、第１のタンク３内に設けられるフィルタ１２におけるメディアＭの目詰まりを防止することができる。その他、様々な部位に設けられるフィルタにおけるメディアＭの目詰まりについても防止することができる。その結果、第１のタンク３、第１のホース９、第２のタンク５及び第２のホース１３を含むメディアＭの経路上における構成要素の構造を簡易にすることができる。また、メディアＭの経路上におけるフィルタの交換回数や各構成要素の清掃回数を減らすこともできる。これにより、メディアＭの経路上における構成要素のメンテナンスも容易となる。

加えて、#100のアルミナの重量は、#180のアルミナの重量よりも大きい。このため、#100のアルミナのダクト１７外への飛散量は#180のアルミナのダクト１７外への飛散量よりも少ない。つまり、#100のアルミナをメディアＭとして使用すれば、#180のアルミナを使用する場合に比べて、噴射にダクト１７に向かって落下するメディアＭの量を増やすことができる。その結果、メディアＭの回収率を向上させることができる。

また、アルミナに限らず、粒度範囲が106μmから150μmのセラミックス粒子であれば、メディアＭの経路における目詰まりを防止できると考えられる。加えて、粒度範囲が106μmから150μmのセラミックス粒子であれば、ダクト１７に向かって落下させるために十分な重量が得られると考えられる。従って、粒度範囲が106μmから150μmのアルミナ又はアルミナ以外のセラミックス粒子をメディアＭとして使用することが好適である。

循環システム６には、更に、回収されたメディアＭに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアＭの少なくとも一方を除去する不純物分離部２２を設けることができる。不純物分離部２２は、サイクロン分離器（粉体分離器）２３及び振動ふるい機２４の少なくとも一方で構成することができる。但し、不純物分離部２２を、サイクロン分離器２３及び振動ふるい機２４の双方で構成することが、メディアＭからの良好な不純物の分離能を確保する観点から好適である。

図３は、図１に示す不純物分離部２２の詳細構成例を示す図である。

図３に示すようにサイクロン分離器２３の後段に振動ふるい機２４を連結することによって不純物分離部２２を構成することができる。

サイクロン分離器２３は、メディアＭ及び不純物等の粉体を含む空気を円筒２３Ａの内部に流し込んで空気の渦を形成し、遠心力を利用することによって空気中の粉体を分離する遠心分離器である。サイクロン分離器２３にメディアＭ及び不純物等の粉体を含む空気が導かれると、ブラスト加工によって複合材から削り取られた樹脂の粉塵や細かくなったメディアＭ等の重量が軽い粉体については空気とともに上方に排出される。一方、遠心力によってサイクロン分離器２３内の壁面に衝突したメディアＭ等の重量の重い粉体は、重力の作用で落下する。その結果、空気中におけるメディアＭ等の重量の重い粉体を選択的に回収することができる。

サイクロン分離器２３で、メディアＭと樹脂の粉塵とを良好に分離するためには、メディアＭの重量と、樹脂の粉塵の重量との差を大きくすることが重要である。従って、複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアＭをワークＷに向けて噴射することが適切である。メディアＭと樹脂との間における重量差を決定するための閾値は、ブラスト加工試験を行って実験的に決定することができる。

実際にブラスト加工試験を行ったところ、CFRP等の複合材を対象としてブラスト加工を行う場合には、#100のアルミナをメディアＭとして使用することが、湿気による目詰まりの防止、ダクト１７外への飛散量の低減化によるメディアＭの回収率の向上並びに樹脂の削り屑との良好な分離の観点から好ましいことが確認できた。これは、アルミナ以外のセラミックス粒子であっても、粒度範囲が106μmから150μmであれば、樹脂の削り屑との重量差が十分に得られることから同様であると考えられる。

サイクロン分離器２３で、樹脂の切屑等の重量が軽い不純物が除去された一定量のメディアＭが回収されると、回収後のメディアＭが振動ふるい機２４に入れられる。

振動ふるい機２４は、振動体２４Ａでふるい２４Ｂ、２４Ｃを振動させることによって粒径の異なる粉体を分離する装置である。典型的な振動ふるい機２４では、モータ２４Ｄの回転がベルト２４Ｅを介して駆動スプリング２４Ｆに伝達されることによって振動体２４Ａとともにふるい２４Ｂ、２４Ｃが振動するように構成されている。

特に、目のサイズが異なる２枚の網を備えた２段式の振動ふるい機２４を用いれば、特定の粒度範囲を有するメディアＭを選別することが可能となる。

具体例として、#100のアルミナ等の粒度範囲が106μmから150μmのセラミックス粒子をメディアＭとして使用する場合であれば、粒度範囲が106μmから150μmのセラミックス粒子を選択的に抽出する振動ふるい機２４を不純物分離部２２に設ければよい。すなわち、粒度範囲が106μmから150μmの粒子を選別できるように、150μmよりも目が粗い第１のふるい２４Ｂの下に106μmよりも目が細かい第２のふるい２４Ｃを配置した２段式の振動ふるい機２４を用いることができる。

このような振動ふるい機２４を用いれば、メディアＭの粒度範囲よりも粒度が粗い不純物を第１のふるい２４Ｂで分離する一方、粒度が小さくなったメディアＭ等の、メディアＭの粒度範囲よりも粒度が細かい不純物を第２のふるい２４Ｃで分離することができる。これにより、適切な粒度範囲を有し、かつ純度の高いメディアＭを取得して、ブラスト加工に再利用することが可能となる。

（動作および作用）
次にブラスト加工装置１を用いたブラスト加工方法について説明する。

図４は、図１に示すブラスト加工装置１によるブラスト加工の流れの一例を示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、第２のタンク５が#100のアルミナ等のメディアＭで充填される。次に、ステップＳ２において、第２のタンク５から第２のホース１３を介して第１のタンク３にメディアＭが供給される。次に、ステップＳ３において、第１のタンク３と第２のタンク５との間における第２のホース１３が取外される。これにより、ブラスト加工の準備が完了する。このため、ブラスト加工の対象となるワークＷを設置することができる。

次に、ステップＳ４において、移動機構４の駆動機構１６は、ブラスト噴射部２及び第１のタンク３を固定した保持部１５を、ワークＷのブラスト加工位置に応じて移動させる。更に、ノズル揺動部８が駆動し、２つのノズル７が左右に揺動する。一方、エア供給系１０からエア供給ホース１１を介して第１のホース９に圧縮空気が供給される。これにより、第１のタンク３から第１のホース９を介して揺動中の２つのノズル７に供給される。そして、揺動中の２つのノズル７からそれぞれメディアＭがワークＷに向けて噴射される。この結果、ワークＷの表面にブラスト加工が施される。

ワークＷのブラスト加工は、ノズル揺動部８によるノズル７の揺動に限らず駆動機構１６によるブラスト噴射部２の移動中においても実行することができる。すなわち、駆動機構１６によって第１のタンク３及びノズル７を移動させながら第１のタンク３からノズル７にメディアＭを供給し、供給されたメディアＭをワークＷに向けて噴射することができる。このため、航空機部品のようにサイズが大きなワークＷを対象としてメディアＭの噴射位置を変えながら連続的にブラスト加工を行うことができる。

しかも、第１のタンク３と各ノズル７との間は、長さが一定の第１のホース９で連結されている。このため、第１のタンク３と各ノズル７との間におけるメディアＭの経路の長さが一定となっている。従って、ブラスト噴射部２の移動中において常に同等な圧力でメディアＭを噴射することができる。

一方、第１のタンク３と第２のタンク５との間における第２のホース１３については、ブラスト加工前に取外されている。すなわち、第１のタンク３と第２のタンク５との間におけるメディアＭの経路は、第１のタンク３への第２のタンク５からのメディアＭの供給後から第１のタンク３及びノズル７の移動前までに非接続状態とされる。従って、第１のタンク３が移動しても第２のホース１３の干渉は回避される。

ノズル７の揺動及びブラスト噴射部２の移動によって、ワークＷの全ての噴射位置に対してメディアＭを必要な回数だけ噴射すると、ブラスト加工後における複合材として被ブラスト加工品を製造することができる。このため、ブラスト加工後の被ブラスト加工品はブラスト加工装置１から取出される。

次に、ステップＳ５において、循環システム６により噴射後のメディアＭが回収される。図１に示す構成を有するブラスト加工装置１の場合であれば、振動装置２０がダクト１７を振動させる。これにより、ダクト１７上に落下したメディアＭがダクト１７の出口から回収ホース１８に排出される。一方、送風機１９が回転し、回収ホース１８内のメディアＭが移動する。

次に、ステップＳ６において、不純物分離部２２により、回収されたメディアＭに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアＭが除去される。不純物等の除去には、サイクロン分離器２３及び振動ふるい機２４を用いることができる。

サイクロン分離器２３では、重量の軽い樹脂の切屑や細かくなったメディアＭ等の不純物をメディアＭから分離することができる。一方、振動ふるい機２４では、適切な粒度範囲を有するメディアＭを選別することができる。特に、#100のアルミナ又は#100のアルミナと粒度範囲が同等なセラミックス粒子をメディアＭとして使用すれば、樹脂の切屑等の不純物との重量差及び不純物との体積差が十分に得られるため、メディアＭから不純物を容易に分離することができる。

次に、ステップＳ７において、不純物及び粒度が小さくなったメディアＭの除去後におけるメディアＭが第２のタンク５に供給される。これにより、回収されたメディアＭが次のブラスト加工用に保存される。

但し、メディアＭの回収率によっては、第２のタンク５に充填されるメディアＭの量が不足する場合がある。その場合には、ステップＳ８において、メディアＭの不足分が第２のタンク５に補充される。第２のタンク５に十分な量のメディアＭが充填されると、ステップＳ９において、第１のタンク３と第２のタンク５との間が第２のホース１３で連結される。これにより、メディアＭの再利用によるブラスト加工の再開が可能となる。

つまり以上のようなブラスト加工装置１及びブラスト加工方法は、CFRP等の複合材のブラスト加工用のメディアＭとして#100のアルミナ等の樹脂の粉塵に対する重量差が十分にあるメディアＭを使用し、噴射後のメディアＭから不純物等を除去して再利用できるようにしたものである。

（効果）
このため、ブラスト加工装置１及び上述したブラスト加工方法によれば、ブラスト加工における噴射後のメディアＭの回収率を向上させることができる。その結果、回収したメディアＭの再利用が可能である。従って、メディアＭの消耗を軽減させ、被ブラスト加工品の製造コストを低減させることができる。

しかも、樹脂の粉塵に対する重量差が十分にあるメディアＭが使用されるため、メディアＭに混入する樹脂の粉塵をサイクロン分離器２３等で容易に分離することができる。更に、振動ふるい機２４等の併用によって粒度範囲が適切なメディアＭを選別することができる。このため、不純物が少ないメディアＭを再利用してブラスト加工を実行することができる。その結果、メディアＭを再利用しつつブラスト加工の性能を維持することができる。特に、分裂して細かくなったメディアＭの使用を回避することにより、ブラスト加工の性能の低下を防止することができる。換言すれば、サイズが適切でないメディアＭや樹脂の切屑等の不純物を効果的に除去することによって噴射後のメディアＭを再利用することが可能となる。

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 ブラスト加工装置
２ ブラスト噴射部
３ 第１のタンク
４ 移動機構
５ 第２のタンク
６ 循環システム
７ ノズル
８ ノズル揺動部
９ 第１のホース
１０ エア供給系
１１ エア供給ホース
１２ フィルタ
１３ 第２のホース
１３Ａ 着脱機構
１４ テーブル
１５ 保持部
１６ 駆動機構
１７ ダクト
１８ 回収ホース
１９ 送風機
２０ 振動装置
２１ ベルトコンベア
２２ 不純物分離部
２３ サイクロン分離器
２４ 振動ふるい機
Ｍ メディア
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 複合材で構成されるワークに、前記複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアを噴射する噴射部と、
   噴射後の前記メディアを回収して前記噴射部に供給する循環システムとを備え、
   前記循環システムに、回収された前記メディアに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去する不純物分離部を設けたブラスト加工装置。
2. 前記不純物分離部は、サイクロン分離器及び振動ふるい機の少なくとも一方を備える請求項１記載のブラスト加工装置。
3. 前記不純物分離部は、平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子を選択的に抽出する振動ふるい機を備える請求項１又は２記載のブラスト加工装置。
4. 前記噴射部は、
   前記ワークに向けて前記メディアを噴射するノズルと、
   前記ノズルに前記メディアを供給する第１のタンクと、
   前記ノズル及び前記第１のタンクを移動させる移動機構と、
   前記第１のタンクに前記メディアを供給し、前記移動機構によって移動しない第２のタンクとを備え、
   前記循環システムは、前記不純物及び前記粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去した後の前記メディアを前記第２のタンクに供給するように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のブラスト加工装置。
5. 前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間を着脱機構を有するホースで連結した請求項４記載のブラスト加工装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブラスト加工装置を用いて複合材で構成されるワークにメディアを噴射することによって被ブラスト加工品を製造するブラスト加工方法。
7. 複合材で構成されるワークに、前記複合材から脱落する樹脂の粉塵に対して閾値以上又は閾値を超える重量差を有するメディアを噴射することにより被ブラスト加工品を製造するステップと、
   噴射後の前記メディアを回収するステップと、
   回収された前記メディアに含まれる不純物及び粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去するステップと、
   前記不純物及び前記粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方を除去した後の前記メディアを次のブラスト加工用に保存するステップと、
   を有するブラスト加工方法。
8. 前記メディアとして平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子を使用する請求項７記載のブラスト加工方法。
9. 前記不純物及び前記粒度が小さくなったメディアの少なくとも一方をサイクロン分離器及び振動ふるい機の少なくとも一方で除去する請求項７又は８記載のブラスト加工方法。

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