JP3924573B2 - ドライアイスブラスト装置 - Google Patents

Description

この発明は、ドライアイス粒子を高速で吹きつけ、対象物の表面を清浄にする装置に関する。

ドライアイスブラスト装置（以下、単にブラスト装置）は、ドライアイス粒子の供給装置（粒子供給装置）とこれを送り出し吹き付ける装置（ジェット装置）とからなっている。
特許文献１，２として示すように、従来、種々のものが提案されている。特許文献１の装置は、主としてジェット装置の改善であり、粒子供給装置は最初から粒子となっているドライアイスを利用するもので、ドライアイス塊から粒子を作り出して利用するものではない。特許文献２の装置は、ドライアイス塊を刃で削り取ることによりドライアイス粒子を作って送り出しているが、切削刃を取り付けた円板が回転し、円板に向けてドライアイス塊を押し付ける構造である。

特開２００２−７９４６５号公報 特表平１０−５０６０６０号公報

ブラスト装置では、ドライアイス粒子の大きさがほぼ揃っていることと粒子の供給が安定していることが重要である。粒子が極端に不揃いであると、小さな粒子が浄化対象物へ到達する前に昇華してしまったり、大きな粒子が衝撃で対象物の表面を損傷してしまうことがある。これはジェット装置によるジェットの強度とも関連するが、第一には、ドライアイス粒子の大きさを整えることとその安定した供給が達成されるべきである。この点から特許文献１の装置をみると、予め成形しておいたドライアイス粒子をホッパーに供給するので、粒子の大きさがほぼ揃っているが、ホッパー内で粒子同士が接着してしまったり、接着してできた大きな粒子塊により粒子の供給が不規則になる等の問題点がある。

特許文献２の装置を見ると、回転する切削刃でドライアイス塊を切削して粒子を得るので、比較的に粒子の大きさを揃えやすく、また、切削により生じた粒子が接着する前に、ジェットに乗せることで、粒子が相互に接着して大径化するのを防ぎ、かつ、安定した供給を得やすい。さらに、回転する切削刃に対するドライアイス塊の送りを大小に加減して、粒子の大きさを変えることもできる。しかし、切削刃を回転させるための機構とドライアイス塊を送出す手段が必要で、構造が複雑かつ高価なものとなっている。

さらに、削り出されたドライアイス粒子が回転する切削刃と切削刃を取付けた円盤が巻き起こす風によって持ちまわされたり、切削刃が回転してドライアイス塊を削る結果、生成するドライアイス粒子が広い範囲に散乱するために、ホッパーを経てジェット装置ヘ供給されるまでに時間がかかっている。このため昇華してしまう粒子が多い。
この発明は、ジェットに乗せるドライアイス粒子の大きさをほぼ揃えることができると共に生成個所が一定しているために安定して供給でき、しかも、単純で安価な構造を備えたブラスト装置の提供を課題とする。

ドライアイス塊を切削するに際して、切削刃は固定し、ドライアイス塊を駆動回転する。切削による消耗に対応したドライアイス塊の送りを、ドライアイス塊の自重を利用して行うことがある。

切削刃を固定し、ドライアイス塊を回転させるので、構造を簡単にできる。特に、ドライアイス塊の回転軸を水平面に対して垂直にすると、重力を利用してドライアイス塊を送ることができるので、さらに、構造が簡素で安定したものとなる。そして、その結果、製品価格を低減することができる。

筐体内にドライアイス塊を駆動回転する駆動回転装置と切削刃とジェット装置を設ける。ドライアイス塊は、切削刃を設けた載置面板ヘ回転軸が垂直となるように配置する。駆動回転装置は、載置面板の上方に位置し、ドライアイス塊の上端部に係合するドライアイス係合部材（以下、係合部材）を備える。駆動回転装置は全体が上下に移動可能とし、切削によるドライアイス塊の消耗にともなって自重で下方へ移動させる、あるいは下方へ軽く付勢する構造とする。

載置面板のドライアイス載置面（以下、載置面）に対する切削刃の刃部突出度を調整可能とすることがある。刃部突出度は生成されるドライアイス粒子の大きさに関連し、突出度が大きいと粒子が大きくなる。刃部突出度の調整とは別に刃部を載置面に対してドライアイス側に出没させる構造とすることがある。この出没作動は、載置面板にドライアイスを搬入する時の扉の開閉と連動させることがある。扉が「開」でドライアイス塊を載置面に搬入するときは刃部を載置面から没し、ドライアイス塊を切削位置へ搬入しやすくする。
駆動回転装置によるドライアイス塊の回転速度を調整可能とすることがある。回転速度は、生成するドライアイス粒子の量に関連する。回転速度が大きいと生成されるドライアイス粒子の量が増える。

切削により生成されたドライアイス粒子は、切削刃下方のホッパーによりドライアイス粒子供給路（粒子供給路）に集められる。
ジェット装置は、エアコンプレッサーとアキュムレーター及び弁機構からなる通常のもので、その気送路に前記の粒子供給路が接続される。気送路の先端は屈曲自在なホースを経てノズルとなっている。なお、小形の装置ではエアコンプレッサーは備えず、工場内高圧配管などからエア圧の供給を受ける。

装填されたドライアイス塊は回転されることによって定位置にある切削刃で切削され、連続して安定的にドライアイス粒子が生成する。ドライアイス粒子は直ちにジェット装置の気送路に送りこまれ、ジェットとしてノズルから対象物に吹きつけられる。ドライアイス粒子の大きさは直径で０．５ｍｍ程度とする。極端に小さな粒、大きな粒は発生しない。

図１〜６は、この発明によるブラスト装置１の実施例であり、図１，２はカバーを取り外した状態で示している。ブラスト装置１は、筐体２の内部に駆動回転装置４とジェット装置５を備える。駆動回転装置４はドライアイス塊３を回転駆動する。これらはエア圧を供給するパイプやホースとマスターバルブやレギュレーターなどからなるエア制御機構（図６）で結合され、エア制御機構の制御のもとで作動する。この実施例においてドライアイス塊３は、一辺２５０ｍｍの立方体に凝結されたものを用いる。
筐体２は、水平区画壁６（図４）によって内部が大きく上室と下室に二分され、上室はさらに垂直区画壁７により正面から見て左右に区画されており、筐体２の内部は、上室左８、上室右９及び下室１０となっている。上室左８には駆動回転装置４のエアモーター１１（図４）とこれにより駆動回転される係合ローター１２及び載置面板１３が配置されている。エアモーター１１は減速機付きである。係合ローター１２は下面に複数のスタッド（係合針）を有する。

載置面板１３はドライアイス塊３に対して滑りの良い合成樹脂製であり、その上面（ドライアイス載置面１３ａ、以下、載置面）が水平区画壁６と面一に固定され、中心位置Ｐから周辺へ設けた半径方向のスリット３２に切削刃１４が取付けられている（図５）。係合ローター１２と載置面板１３は垂直方向で中心位置Ｐが同一軸線上にあり、対面している。また、載置面板１３の背部にはストッパー１５が水平区画壁６から出没可能に取り付けられている。このストッパー１５はドライアイス塊３が正面側から押込まれてセットされるときにドライアイス塊３が正しいセット位置に納まるようにするためのもので、エアシリンダー１６で載置面１３ａに対して出没駆動され、突出した状態のときに載置面板１３に押込まれてくるドライアイス塊３の下部に接し、ドライアイス塊３を正しい搬入位置に位置決めする。

上室右９には、駆動回転装置４の一部を構成する上下装置１７が配置されている。上下装置１７は、ロッドレスシリンダー１８、横に張り出したアーム１９及び左右のリニアガイド２０を備え、ロッドレスシリンダー１８によりアーム１９がリニアガイド２０に案内されて上下に駆動される。アーム１９の左端は上室左８に突出しその先端に前記のエアモーター１１とこれにより駆動回転される係合ローター１２を固定してある。したがって、エアモーター１１と係合ローター１２は共に載置面板１３の上方を上下装置１７によって上下に移動される。
また、上室右９の背面側には、図６に示すエア制御機構（後述する）の主要部が配置されている（図２）。

下室１０には、ジェット装置５とホッパー２１及び粒子供給路２２が配置されている。ジェット装置５は、この実施例において、供給口２３（図２，図６のIN）に外部から供給されるエア圧を利用し、エア制御機構によりこのエア圧をエア供給路２４に振り分ける。エア供給路２４は先端部が可撓性の耐圧ホース２８となって筐体２から導出されている。一方、粒子供給路２２には供給ホース２５が接続されて筐体２から導出されており、その先端部が前記耐圧ホース２８の先端部に接続されている。耐圧ホース２８内を高速でエアが通過するときベンチュリー効果によって供給ホース２５からドライアイス粒子が吸い込まれ、耐圧ホース２８先端のノズル２６からドライアイス粒子を伴ったジェットが射出される。

ノズル２６は前記の耐圧ホース２８の先端部に取付けられ、いわゆるガンとして構成され、手元操作のガンスイッチ２７を備える。ガンスイッチ２７はエア制御機構（図６）に組み込まれている。
ホッパー２１は、扁平なラッパ形で上方の開口部を切削刃１４の直下に配置して取付けてある（図４）。

筐体２は、さらに図３のように、正面に操作パネル２９とドライアイス塊搬入口３０を備え、右側面に外部のエア圧を受ける前記の供給口２３が開口している。ドライアイス塊搬入口３０は、水平位置に維持することができる引き倒し扉３１を備える。引き倒された扉３１の上面（閉じたとき内面）はドライアイス塊３を押込む前の一次置場となる。ドライアイス塊３はここから筐体２の内部へ、前記のストッパー１５に当るまで押込まれ、上室左８の載置面板１３上に載置される。引き倒し扉３１の開閉は、前記ストッパー１５の出没と後述の載置面１３ａに対する切削刃１４の出没と連動しており、扉３１を開けたとき載置面１３ａに対してストッパー１５が突出し、切削刃１４は没する。また、扉３１を閉じたとき、ストッパー１５は没してドライアイス塊３が回転するときの邪魔にならないようにし、切削刃１４は刃部を突出させて、ドライアイス塊３の切削を可能とする。

載置面板１３に固定される切削刃１４は、例えば、チタンコーティングされた工具鋼（ＳＫ材）であり、載置面板１３の中心位置Ｐから周辺へ直線に形成したスリット３２（図５）にその刃先を臨ませて取付ける。スリット３２は、周辺側から中心位置Ｐを越えた位置まで形成し、切削刃１４の中心側端部を中心位置Ｐよりも僅かに越えた位置として取付ける。ホッパー２１はこのスリット３２の直下に位置し、切削により生成されたドライアイス粒子を受け止める。

切削刃１４は、刃の出没機構３３を介して刃部が載置面１３ａに対して出没するように水平区画壁６の下面に取付けられている。刃の出没機構３３は、水平壁６の下面に固定した支軸３４を中心に回動する傾斜レバー３５と出没用シリンダー３６及び刃部の突出度を調整する装置３７とからなる。出没用シリンダー３６は一端を筐体２のフレーム部分に回動可能に取付、他端を刃部突出度調整装置３７を介して傾斜レバー３５と回動可能に連結している。従って、この機構では上下用シリンダーが伸張すると切削刃１４がスリット３２から載置面１３ａ上に突出する。
刃部突出度調整装置３７は、雄ねじ部材３８と雌ねじ部材３９およびナット４０を備えたもので、雌ねじ部材３９に対する雄ねじ部材３８の突出度をナット４０で固定することにより、傾斜レバー３５の傾斜を変えて刃部の突出度を調整することができる。

エア制御回路（図６）について、ブラスト装置１の作動と共に説明する。
図の右下部におけるエア供給口２３[IN]に外部よりエア圧（この実施例において、０．６ＭＰａ）を供給する。エア圧源は、可搬型のコンプレッサーであったり、工場内部に装備されたエア圧配給パイプであったりする。
エア圧は、フィルタ[１]を経た後、分岐点Ａで左の主としてパワー側と右の主として制御側に分岐する。パワー側にはエアモーター１１[29]とガンノズル[OUT]が接続され、制御側には、ロッドレスシリンダー１８[22]、ストッパー１５用のエアシリンダー１６[37]、切削刃１４の上下用シリンダー[38]及びその他の制御用バルブやレギュレーターが接続されている。

分岐点Ａから右の制御側では、フィルタレギュレータ[２]、緊急停止スイッチ[５]、オフスイッチ[３]及び扉スイッチ[４]のラインが稼動する。オフスイッチ[３]はＯＮ側であり、扉スイッチ[４]は、引き倒し扉３１が開いているのでオフである。このため、エアシリンダー１６[37]はストッパー１５を押上げ、押込まれてくるドライアイス塊３の位置を定める。エアシリンダー３８は切削刃１４を載置面１３ａから退避させている。
引き倒し扉３１を閉じると、扉スイッチ[４]はＯＮとなり、マスターバルブ[34]が作動して前記のストッパー１５を引き込め、エアシリンダー３８は切削刃１４を載置面１３ａからドライアイス塊３側に突出させる。これにより、ドライアイス塊３はストッパー１５と衝突することなく回転、また、切削が行われる。符合[35]はサイレンサー、符号[36]はスピードコントロール用のレギュレーターである。

緊急停止スイッチ[5]とオフスイッチ[3]との間から分岐したラインは、レギュレーター[15]とマスターバルブ[20]及びスピードコントローラー[21]を経てロッドレスシリンダー１８[22]を往復駆動する。マスターバルブ[20]は手動のセレクトスイッチ[19]により往動と復動が切り替えられる。ブラスト装置１ヘドライアイス塊３を装填するときは往動させて係合ローター１２を引き上げ、装填した後は復動させて係合ローター１２をドライアイス塊３の頂面に係合させる。なお、復動中は常時、軽い押圧力（調整可能）がドライアイス塊３に加えられる。

扉スイッチ[４]を越えたＢ点から分岐したラインは、ガンスイッチ２７[13]に至る。そして、ガンスイッチ２７[13]は、エアモーター１１[29]とガンノズルからのジェット射出[ガンOUT]を制御する。ガンスイッチ２７[13]は通常、オフ側にあり、作業者がボタンを押すことによってＯＮ（導通）となる。このスイッチ２７の操作を有効とする前にブラスト装置1の全体が準備状態となるのを待機させるため、NOT素子[10]と押しボタンスイッチ[11]によって操作されるマスターバルブ[12]が配置されている。符号[14]はサイレンサー、符号[17]はレギュレータ、符号[18]はバイブレータである。バイブレーター[18]は、ホッパー２１と粒子供給路２２に振動を与え、ドライアイス粒子が付着するのを防止する。

ガンスイッチ２７[13]が制御するラインは、前記エアモーター１１[29]のマスターバルブ[27]とジェット射出用[ガンOUT]のラインと緊急停止スイッチ[5]のラインである。エアモーター１１のラインは、Ｃ点で分岐した一方がオンディレータイマー[25]とNOT素子[30]を介してマスターバルブ[26]を制御する。このマスターバルブ[26]は前記のパワー側ラインのエア圧をレギュレーター[23]及びマスターバルブ[24]を介してエアモーター１１に供給し、エアモーター１１を正転あるいは逆転させる。符号[28]はスピードコントロール用のレギュレーターである。一方、Ｃ点で分岐した他方のラインは、ボールバルブ[32]を制御する。符号[33]はスピードコントローラーである。ボールバルブ[32]はパワー側から[ガンOUT]にいたるラインを制御する。符号[31]はレギュレーターである。マスターバルブ[24]は、ガンスイッチ２７[13]を押したときにＯＮとなり、エア圧をマスターバルブ[26]に供給する。

ガンスイッチ２７[13]がＯＮになると、緊急停止スイッチ[5]が作動していない限り、マスターバルブ[24]とボールバルブ[32]がＯＮとなり、エアモーター１１が回転し、ガンノズル２６からジェットが射出される。このときエアモーター１１は、NOT素子[30]の機能で少し逆回転してから正回転する。正回転はドライアイス塊３が切削刃１４により切削される回転方向である。また、ガンスイッチ２７[13]が最初にＯＮとなったときは、マスターバルブ[24]がＯＮになっても、オンディレータイマー[25]とNOT素子[30]によってマスターバルブ[26]は設定した時間の後にしか「開」とならず、この間に、ジェット装置５の準備がなされる。すなわち、ジェット装置５にエア圧が充填されて、ドライアイス粒子の射出に充分な準備が整うまで、切削刃１４によるドライアイス粒子の供給を待機する。これによりドライアイス粒子が供給路２２に滞留し、凝結してしまうのを防止する。

前記の設定した待機時間が経過すると、エアモーター１１[29]が回転して切削刃１４によりドライアイス粒子が生成される。生成されたドライアイス粒子はただちにホッパー２１に受け止められ、散らばることなくホッパー２１に収集される。また、ホッパー２１自体も扁平で無駄な空間を有しないから、ドライアイス粒子は、そのまま滞ることなく粒子供給路２２を経てガンノズル２６に至り、ジェットとして射出される。この構造では、ドライアイス粒子は生成されてから射出されるまでの距離と時間が短く、従来のように刃の回転で連れまわされたり、滞ることもないから、一部が凝結して大きな粒子になったり、移動の途中で昇華してしまったりすることが少なく、ドライアイス粒子のほとんどが本来の浄化作用に消費される。

このようにしてエアモーター１１の回転とジェットの射出が継続され、ドライアイス粒子を対象物へ射出することによる浄化作業が行われる。この間、切削に伴ってドライアイス塊３が消耗するが、ドライアイス塊３は自重で下降し、また、頂面に係合した係合ローター１２は、上下装置１７のロッドレスシリンダー１８で駆動されるアーム１９により、軽く圧力を受けているから、ドライアイス粒子の生成が途切れることはない。そして、１個のドライアイス塊３の消耗が限度に達したとき、ドグ式などの適切なセンサーにより補給時期を感知して切削作業を停止する。切削作業の停止は自動的に行われても、警報に基づいたオフスイッチ[3]のＯＦＦ操作によるものであってもよい。
ついで、セレクトスイッチを手動操作してアーム１９を上昇させ、引き倒し扉３１を開けてドライアイス塊３を補充あるいは交換する。
緊急停止スイッチ[５]を操作するとブラスト装置１内のエア圧は全て消失し、ブラスト装置は休止状態となる。

生成されるドライアイス粒子の量が少ないときは、スピードコントローラー[28]を調整してエアモーター１１の回転数を大きくする。また、ドライアイス粒子の径を大きくしたいときは、刃部突出度調整装置３７を操作して切削刃１４の刃部突出度を大きくする。なお、この操作は、ブラスト装置１が稼動中であっても行うことができる。このため、ジェットに含まれるドライアイス粒子の大きさを実際に確認しながら調整することができる。
以上、実施例について説明したが、駆動回転装置４やジェット装置５を構成する部材の具体的な形態や構造は、目的とする機能を達成できるかぎり、特に限定されない。
図示したエア制御回路は一例である。
また、ドライアイス塊３の回転軸は水平あるいは傾斜したものとし、載置面板１３の面もこれに合わせて垂直あるいは対応した傾斜面とすることもある。

内部構造を概略で示す正面図。 内部構造を概略で示す側面図。 ドライアイスブラスト装置の外観を示した斜視図。 要部を取り出して示す斜視図。 要部を拡大して示す正面図（一部断面）。 エア制御回路。

符号の説明

１ ドライアイスブラスト装置
２ 筐体
３ ドライアイス塊
４ 駆動回転装置
５ ジェット装置
６ 水平区画壁
７ 垂直区画壁
８ 上室左
９ 上室右
１０ 下室
１１ エアモーター
１２ 係合ローター
１３ 載置面板
１３ａ 載置面
１４ 切削刃
１５ ストッパー
１６ エアシリンダー
１７ 上下装置
１８ ロッドレスシリンダー
１９ アーム
２０ リニアガイド
２１ ホッパー
２２ 粒子供給路
２３ エア供給口
２４ エア供給路
２５ 供給ホース
２６ ガンノズル
２７ ガンスイッチ
２８ 耐圧ホース
２９ 操作パネル
３０ ドライアイス塊搬入口
３１ 引き倒し扉
３２ スリット
３３ 刃の出没機構
３４ 支軸
３５ 傾斜レバー
３６ 出没用シリンダー
３７ 刃部突出度調整装置
３８ 雄ねじ部材
３９ 雌ねじ部材
４０ ナット
[１] フィルター
[２] フィルターレギュレータ
[３] オフスイッチ
[４] 扉スイッチ
[５] 緊急停止スイッチ
[６]，[８]，[24]，[34] マスターバルブ
[７]，[９]，[14]，[27]，[35] サイレンサー
[10]，[30] NOT素子
[11] 押しボタンスイッチ
[12]，[20]，[26] マスターバルブ
[13] ガンスイッチ
[15]，[16]，[17] レギュレータ
[18] バイブレータ
[23]，[31] レギュレータ
[19] セレクトスイッチ
[21]，[28]，[33]，[36] スピードコントローラー
[22] ロッドレスシリンダー
[25] オンディレータイマー
[29] エアモーター
[32] ボールバルブ
[37] シリンダー
[38] シリンダー

Claims (4)

1. ドライアイス塊３を駆動回転する駆動回転装置４と、回転するドライアイス塊３に接してドライアイス粒子を削り出す定位置の切削刃１４と、削り出したドライアイス粒子を外部へジェットとして送出すジェット装置５及びこれらが作動する際の駆動源となるエア圧を制御するエア制御機構とを備え、
   駆動回転装置４は、切削刃１４に対して遠近に移動可能であると共にドライアイス塊の一方の端部と係合しエアモーター１１により駆動回転される係合ローター１２を備え、
   切削刃は、ドライアイス載置面に設けたスリットに位置して刃部をドライアイス載置面からドライアイス側に突出可能に、かつ、突出量を調整可能に取付けてあり、
   エア制御機構は、前記エアモーター１１の回転の開始と停止を切り替えるマスターバルブとジェット装置５によるドライアイス粒子を外部へジェットとして送出す作動の開始と停止とを切り替えるボールバルブを操作するガンスイッチを備え、ガンスイッチが最初にＯＮとなるときマスターバルブはジェット装置５にドライアイス射出に充分なエア圧が充填されるまでの設定した時間の後に「開」となること、及び、エアモーターを回転するとき、少し逆回転させてから正回転させることを特徴としたドライアイスブラスト装置。
2. ドライアイスブラスト装置は機構を納める筐体２を備え、筐体２は、ドライアイス載置面に対してドライアイス塊を搬入する側に扉３１を有し、扉の開閉と前記刃部の出没を連動させ、扉が「開」でドライアイス塊を載置面へ搬入可能のとき刃部を載置面から没し「閉」の時に設置位置へ突出させることを特徴とした請求項１に記載のドライアイスブラスト装置。
3. ドライアイス載置面の扉側から見て背部側に、ドライアイス載置面に装填されるドライアイス塊の位置を定めるストッパー１５を載置面に対して出没可能に配置し、扉の開閉と前記ストッパーの出没を連動させ、扉が「開」のとき「出」とし、扉が「閉」のとき「没」とすることを特徴とした請求項２に記載のドライアイスブラスト装置。
4. ドライアイス載置面の切削刃を配置したスリット３２の下方に、開口部がスリットの長手方向に長く扁平なラッパ形のホッパー２１が配置され、切削されたドライアイス粒子をジェット装置５に誘導することを特徴とした請求項１〜３のいずれか一つに記載のドライアイスブラスト装置。

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