JP5162046B1 - 風速計、及びこれを備えた塗装ブース - Google Patents

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Abstract

【課題】塗料粒子などが浮遊する流体の流速を保守容易に測定できる風速計を提供する。
【解決手段】
風速計100は、塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクト10の周壁面外面10bに脱着可能に取り付けられるホルダ3と、ホルダ3に一端が固定され弾性変形をする撓み部1bと、排気ダクト10内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト10内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポール1aと、ポール1aが排気ダクト10内の流体によりホルダ3とポール1aとの間の長さ方向に対する撓み部1bの撓み量を検出する歪ゲージ2とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、塗料粒子などの浮遊する雰囲気の流速を正確に測定する風速計、及びこれを備えた塗装ブースに関する。
歪ゲージを用いた風速計として、例えば特許文献1及び2に開示されたようなものが知られている。
特許文献1の風速計は、ダクト内に一端が固定された糸或いはステンレスワイヤーの検知部と、検知部の自由端に接続され検知部に加わる力を検出する歪ゲージとを備えている。検知部が風を受けたとき、風による抗力が検知部に付与されるが、歪ゲージはこの抗力の大きさを電気量として検出する。
特許文献2の風圧サンプラーは、線状体からなり両端が水平方向に動き得るように支持されている風圧サンプルと、風圧サンプルの両端又は一端に取り付けられた機械電気変換器と、機械電気変換器からの信号により風圧サンプルに負荷される風荷重を測定する測定回路とを備えている。
特開2001−221808号公報 実開昭55−5317号公報
密閉型或いは開放型の塗装ブース内の流速は有機溶剤中毒予防規則(昭和四十七年九月三十日労働省令第三十六号)に適うべく一定程度以上に保持することが必要である。現状では、白金の熱線抵抗の変化を利用した検出装置により、塗装を行っていない状態で、排気ダクト内から排気される空気の流速を1年に1回程度の割合で測定し排気ダクト内の流速が適正であることを確認している。塗装を行っている最中に測定しようとすると、浮遊する塗料粒子が白金に短時間のうちに付着してしまい、白金の熱放熱性能が変化して使用不可能となるからである。
しかし、1年に一回程度行われる排気ダクト内の空気流速の保守管理では塗装条件の変化や機械条件の変化などにより、次の保守管理時期までに、気づかないうちに、その空気流速が適正範囲から外れていることが生じ得るという問題がある。
一方、特許文献1及び2で示されるような歪ゲージを用いる装置によって、塗料粒子が漂う雰囲気を測定しようとすると、糸或いはワイヤの検知部に塗料が積層状に付着して径大化すると共に付着した塗料が層となって硬化する。この経大化により風が検知部に付与する抗力の大きさが変化し、また塗料の硬化により検知部の撓曲自在性が低減し、検出部による検出が害される。
検知部を頻繁に清浄化することが必要となるが、糸状の検知部は両端が他物に結合されているため排気ダクトからの取外しが容易でなく、また撓曲変形が自在であるため、細線を束ねたものであるため、外周面の洗浄が容易でない。
本発明は、塗装が行われている最中に、塗料粒子などが浮遊する流体の風速を測定可能とし、かつ付着した塗料を容易に除去できる風速計と、これを用いた塗装ブースを提供することを目的としている。
本願の第1発明に係る風速計は、塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、
前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備え、前記ポール及び前記撓み部が、一本のステンレス管の基端側を押し潰して扁平にして形成され、前記歪ゲージは当該扁平にして形成された表面に固定されていることを特徴とする。
第2発明に係る風速計は、塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備え、前記ホルダから前記排気ダクトの周壁面を貫通して前記排気ダクト内部の空洞に延在し、前記歪ゲージ及び前記撓み部の周辺をこれらに非接触状態で包囲し、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れに前記ポールを晒す開口を有するカバー体と、前記ポールに固定され、前記カバー体の開口を含んだカバー体周囲を非接触状態で包囲したキャップを備えたことを特徴とする。
第3発明に係る塗装ブースは、塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備えた風速計を備えた塗装ブースであって、
前記排気ダクトの周壁面外面に取り付けられ、前記ホルダを前記排気ダクトから離反した状態へ案内する案内レールと、前記ホルダが前記案内レールによって前記排気ダクトに近接した位置に移動して固定されたときに、前記周壁面外面と前記ホルダとの間をシールするシール材とが設けられていることを特徴とする。
上記した第1発明に係る風速計によれば、センサロッドはホルダに支持されることより流体流れに交差した状態で片持ち状に支持されているため、またホルダを排気ダクトの周壁面から離脱させることで、センサロッドが容易に排気ダクト内から取り出せることができる。このため、保守、点検、修理が容易である。
またセンサロッドのポールを流体流れ生成領域中の流れに接触させるのみで、その流速を支障なく測定することができるものとなる。これにより、撓み部や歪ゲージは流れに接触させなくて済むものとなり、流れ中の不純物がこれらの表面に付着するのを簡便に回避させることができる。
さらにセンサロッドはホルダに片持ち支持されるため、センサロッドのうち流体流れ生成領域中の流れに接触する部分の全体はホルダを移動させるのみでホルダと同体状に流体流れ生成領域の外方へ移動させることが可能となり、保守、点検、修理を容易化する。
そして、ポール及び撓み部が、一本のステンレス管の基端側を押し潰して扁平にして形成されているので、撓み部が厚さ方向の一方向にのみ弾性変形し撓みやすくすることができる。
上記した第2発明に係る風速計によれば、カバー体の先端周辺を非接触状態で包囲したキャップをポールに固定することにより、このキャップとカバー体とによりラビリンスシールを形成して、流体の流動を抑制できる。
上記した第3発明に係る塗装ブースによれば、センサロッドを容易に排気ダクトから引き出せ、かつ案内レールの乗せられた状態でポールに付着する塗料粒子を簡便に除去できる。
第1実施例の風速計を示す図である。 風速計を使用した風速制御システムの一例を示す図である。 風速計を排気ダクトに固定した状態を示す図である。 撓み量σ4及び流速vを直交座標軸とする座標を示す図である。 上記風速制御システムで使用されるルックアップテーブルを示す図である。 第2実施例の風速計を示す図である。 第2実施例の風速計を排気ダクトに装着した状態を示す図である。 風速計を備えた塗装ブースを示す図である。
以下図面を参照しながら、本発明の詳細を説明する。
図1において風速計100はセンサロッド1、歪ゲージ2及びセンサロッド1を保持するホルダ3を備えている。
センサロッド1は、細長状のポール1aと、このポール1aに続く撓み部1bとからなり、撓み部1bの後端がホルダ3により片持ち状に保持されている。本実施例では、センサロッド1全体を直径2.5mm〜3mmのステンレス製の金属管を用いて、その基端寄り箇所を押し潰して扁平にして撓み部1bを形成し、ポール1aとホルダ3との間の長さ方向に対して、撓み部1bの厚さ方向の一方向にのみ弾性変形し撓みやすくしている。ポール1aの断面形状は、側面に吹き付ける流体中に置かれたときに、下流に乱流の起こりにくい円形が良く、小径であれば多角形又は楕円形でも良い。
撓み部1bの平坦にした表面には、歪ゲージ2が固定されている。歪ゲージ2は、薄厚の電気絶縁物であるベースの上に抵抗線が形成されており、撓み部1bが撓むことにより、ベースが湾曲してその上の抵抗線を物理的に伸張し或いは圧縮することにより抵抗値を変化させるものである。ホルダ3はセンサロッド1を片持ち保持するためのものであり、このホルダ3を介してセンサロッド1は排気ダクトに止着される。
カバー体4は、ホルダ3から歪ゲージ2及び撓み部1bの周辺をこれらに非接触状態で包囲し、ポール1aが突き出す開口b1を有している。カバー体4により、撓み部1bの周囲に淀みを作り、ポール1a周辺を矢印方向a2へ流れる流体が点線a3で示す軌跡を経て撓み部1bに接触する位置まで流動するのを抑制する。
カバー体4による不純物の付着防止作用をさらに向上させたいときは、図1Bに示すように、撓み部1bよりも外側のポール1aにカバー体4の先側の開口b1を覆い、かつカバー体4の先端周辺を囲う形体のキャップ5を固定して、このキャップ5とカバー体4との間に絞り通路b2を介在させこれら両者が接触しない状態とした構造のラビリンスシールs1を形成するのがよい。このラビリンスシールs1は矢印方向a2へ流れる流体がカバー体4内に点線a4で示すように流動するのを抑制する。この抑制作用をさらに向上させるには、カバー体4の内方領域にカバー体4の外側の流体よりも高い圧力の清浄空気を供給するのが良い。
図2は風速計100を使用して風速制御する装置を示している。風速計100は、撓み測定回路7に接続され、制御系8を介して送風機9を制御する。送風機9は送風モータ9aと送風ファン9bとからなっており、送風ファン9bは排気ダクト10の空気出口に連通されて空気を吸引する。送風機9の作動により排気ダクト10内の空気が排気ダクト10の出口c1から排出され、排気ダクト10の内側領域c3に矢印方向d1の流体流れ(風)が生成される。
図3は風速計100を排気ダクト10に脱着可能に取り付けた状態を示している。風速計100はホルダ3を介して排気ダクト10の周壁面10aの外面にボルト14で固定されている。カバー体4は、周壁面10aを貫通して排気ダクト10内部の空洞に延在している。ポール1aの先端は、開口b1から露出し、排気ダクト10内の空洞に自由端状態で排気ダクト10内部を流れる流体の流れに晒されている。ポール1aの先端は、排気ダクト10に固定されていないので、風速計100の保守管理はこのボルト14の脱着により容易に行える。ポール1aは排気ダクト10の周壁面10aから排気ダクト10の中央点までの範囲内に配置されホルダ3から片持ち状に張り出し、排気ダクト10内を流れる流体の方向に交差するように配置される。この結果、流体により付与される抗力により撓み部1bが曲がり状に弾性変形される。
ポール1aの先端に、重り11を取り付けても良い。重り11の存在により、撓み部1bを中心とするポール1aの回転モーメントが大きくなり、風速の変動や乱流の影響を低減して、風速の大きさを検出できるようになる。
撓み測定回路7は検出回路部12、アンプ部13からなっている。検出回路部12は歪ゲージ2の検出した抵抗変化を電圧値として出力する。アンプ部13から制御系に伝達される電気量は、制御系8の流速算定部8aにおいて流速に変換され、調整部8bにおいて目標値の流速と比較され送風モータ9aの回転速度が制御される。
排気ダクト10内の流体の流れによりセンサロッド1のポール1aに作用する抗力fは次の式(1)で表される。
f=p*c*s*v*v/2 ・・・・式(1)
ここに、pは空気密度、cは抗力係数、sは風方向から見たポール1aの投影面積、vは風の流速である。
この式(1)から解るように、抗力fは流速vの二乗に比例する。撓み量σは、撓み部1bの弾性係数が定数であるとすれば、抗力fに比例する。
なお、図3のように排気ダクト10内で風が下から上へ流動する場合、ポール1aには自重があるため撓み部1bに撓みがあるが、無風状態のときにこの撓み量を含めて初期値とする。
撓み量σは、式(1)のように流速vの二乗に比例するものである。任意大きさの撓み量σに対して、対応する流速vを求めるため次のようにルックアップテーブルを流速算定部8aに設定しておく。
ルックアップテーブルは、次のように作成する。まず、異なる3つの流速(風速)v1、v2、v3に対応する撓み量σを実験データに基づいて算定する。具体的には、例えば流速v1が8m/sであるときの撓み量σ1、流速v2が12m/sであるときの撓み量σ2、流速v3が最大風速である12m/sであるときの撓み量σ3を実験により求める。
次に、図4に示すような撓み量σ4及び流速vを直交座標軸とする座標を作成し、この座標上に流速に対応する撓み量σ4を表す3つの座標点であるp1(v1、σ1)、p2(v2、σ2)、p3(v3、σ3)をプロットする。
次にこれら3つの座標点p1、p2、p3を通る2次曲線e1で近似する。そして、図5に示すように、2次曲線e1に対応する流速v及び撓み量σについてのルックアップテーブルを作成する。尚、ルックアップテーブルには逆方向の流速についても2次曲線e1の符号を負値として撓み量σとの対応データを設定しておく(本来は、逆方向に流体は流れないため必要無い)。
本実施例によれば、ポール1aはホルダ3により片持ち状であり、ホルダ3を排気ダクト10の周壁面10aから取り外せば、センサロッド1を排気ダクト10から引き出すことができる。また、ポール1aは金属管であるので、外周に付着した塗料の拭き取りは容易である。
図6は第2実施例である風速計200を示し、図6Aは主要部の側面視断面図、図6Bは図6A中のx1―x1部を示す断面図、図6Cは図6Aを前方から見た図である。この風速計200はセンサロッド1と、風速計100のホルダ3に対応するホルダ30と、歪ゲージ2とからなっている。
センサロッド1は、直径3.5mmのステンレス棒で形成された細長状のポール1aと、このポールa1の基端に接続された撓み部1bとを備えている。撓み部1bはバネ鋼材からなる帯状板を側面視コ字形に屈曲された形体であり前面部h1、中央面部h2及び後面部h3を有している。前面部h1の中央箇所には透孔が形成されており、この透孔にはポール1aの基端部i1が挿通されている。基端部i1には雄ネジが形成されており、前面部h1の前後側の雄ネジ箇所のそれぞれにナット部材17が螺合され前面部h1を挟圧した状態となっている。後面部h3は左右2箇所のそれぞれをホルダ30の前面箇所j1の中央部にネジ具18、18を介して螺着されている。撓み部1bとしてバネ鋼材からなる帯状板を利用したことで、ホルダ30とポール1aとの間の長さ方向に対して、撓み部1bは板の厚さ方向の一方向にのみ弾性変形し撓み易くなっている。撓み部1bをポール1aと独立した単体部材としたことは、撓み部1b又はポール1aを交換するときにセンサロッド1の全体を取り替えないで済ませることを可能とし、また撓み部1bは第1の実施例と相違して、ポール1aを潰して平坦化したものではないため、潰す際に起きるバラツキの恐れが少ない。また撓み部1bがバネ鋼材からなる帯状板であることは、希望する任意な大きさの弾性係数を有する撓み部1bを高精度に製作することを可能とする。
ホルダ30は箱体であり、後面箇所j2はその他の部分に対し分離可能とされた蓋体となっている。蓋体j2はネジ具19によりその他の部分に対し開閉可能に止着されている。このホルダ30の内側は第1の実施例における撓み測定回路7が収納され得るようになっている。歪ゲージ2は中央面部h2の下表面に接着され固定されている。
カバー体4は撓み部1bの周囲を取り囲むように配置される筒部材4aと、この筒部材4aの前端に固着された前面部4bと、筒部材4aの基端に形成されたフランジ部4cとからなっている。前面部4bにはポール1aが非接触状態に挿通される開口m1を形成されている。フランジ部4cはホルダ30の前面箇所j1にネジ具20を介して固定されている。
図7は風速計200を排気ダクト10に装着した状態を示し、図7Aは平面視断面図、図7Bは要部の側面図、図7Cはホルダ30を排気ダクト10から最も大きく離した状態を示す側面図である。風速計200は、ポール1aを排気ダクト内側領域c3の内方に片持ち状に張り出させた状態でホルダ30を排気ダクト10の周壁面10aの外面に脱着機構21を介して止着されている。脱着機構21は案内レール22a、22bと、ホルダ30に装着された左右一対の被案内部材23a、23bと、排気ダクト10の周壁面10aのうちホルダ30が対向する範囲に形成されるシール部24とからなっている。
一対の案内レール22a、22bは、一端を排気ダクト10の周壁面10aの外面に固着されており、周壁面10aに対する固着を補強部材25により補強されている。案内レール22a、22bはその対応する被案内部材23a、23bを周壁面10aから離反可能に摺動変位する。案内レール22a、22bの周壁面10a側及び離反側の位置には、摺動変位を規制する止め具26a、26bがそれぞれ設けられている。
各被案内部材23a、23bは側面視方形の摺動体n1と、これをホルダ30の側面に固定状に結合する連結部材n2とを備えている。摺動体n1、n1は案内レール22a又は22b内を摺動する。
シール部24は排気ダクト10の周壁面10aのうちホルダ30の前面箇所j1に正対した位置に形成されている透孔q1と同心に周壁面10aに固着された環状の接合台24aと、この接合台24aの外端面に透孔q1と同心に形成されたリング溝に嵌着されたシール材(Oリング)24bとからなっている。
風速計200の使用状態では、ホルダ30は図7A、Bに実線で示すように前面箇所j1をシール材24bに圧接されて透孔q1をホルダ30によって気密状態に封鎖する使用状態位置に保持される。ホルダ30の使用状態位置の保持は止め具26a、26aのピン部をその対応する摺動部材n1に係合させることにより安定的に持続される。
風速計200のカバー体4周辺及びポール1aを排気ダクト10の外方に取り出すときは、周壁面10a側の止め具26a、26aによる係止を外し、ホルダ30を排気ダクト10から離れる側へ引き移動させる。そして離反側の止め具26b、26bにより係止する。これによりカバー体4及びポール1aの全体が図7Aに仮想線で示すように排気ダクト10から引き出される。この状態では風速計200のポール1a、撓み部1b、歪ゲージ2、カバー体4などの各部の保守、点検、修理が容易に行える。
保守、点検、修理の後は、上述の手順を逆にし、風速計200を図7Aに実線で示すその使用状態位置に復帰させる。
図8は塗装ブースの一例を示している。
図8Aの塗装ブース300は塗装領域r1が密閉状に囲まれたプッシュプル型換気装置である。給気用の送風機27が塗装領域r1の上部から空気を供給し、排気用の送風機9がこの空気を塗装領域r1の下部から排気用の排気ダクト10を通じて外方へ流出させる。
また、図8Bの塗装ブース400は局所排気装置の例であり、塗装領域r1の側面のうち一面が開放された囲い式フード401となっている。
塗装ブース300、400には、排気ダクト10内の風速を制御するために風速計200が用いられている。図8中、既述の部位と実質的に同一のものには同一の符号を付す。
プシュプル型換気装置の塗装ブース300では、塗装領域r1における流速が0.2m/sec以上、局所排気装置の塗装ブース400では塗装領域r2における流速が0.5m/sec以上でなければならない(有機溶剤中毒予防規則)。塗装領域r1或いはr2の流速が決められた速度になるように排気ダクト10内の流速が決められており、風速計100、200は、排気ダクト10内の流速を塗装作業中において計測する(図では、風速計200の例のみ示した)。
塗装ブース300、400の塗装作業時間が累積してゆくと、風速計100、200のうち排気ダクト10内に位置されるポール1aに塗料粒子などが付着し固化する。この結果、ポール1aの重量増大が生じ、風速計100、200の検出精度が低下する。この低下は排気ダクト10内の風速がゼロであるときの表示器16の表示値を確認することで知ることができる。図示例のように排気ダクト10内の上昇向きの流体が風速計100、200により検出される構造であるときは、表示器16の表示値が負値となることはありえない。しかし、この負値はポール1aの重量増大を示しており、ポール1aの保守を操作者に促す。この場合、風速計100はボルト14を取り外して風速計100を取り出し、風速計200の場合は案内レール22a、22bを介してホルダ30を排気ダクト10から引き離すように移動させ、排気ダクト10の外方に位置されたポール1aに付着した塗料層などを洗浄し除去する。
センサロッド1がホルダ30で片持ち状に支持されているので、排気ダクト10外へのセンサロッド1などの取出が容易である。またポール1aが金属管或いは金属棒であるので、外周に付着した塗料などの除去処理は容易である。
1a ポール
1b 撓み部
1 センサロッド
2 歪ゲージ
3 ホルダ
4 カバー体
5 キャップ
10 排気ダクト
10a 周壁面
21 脱着機構
22a、22b 案内レール
100、200 風速計

Claims (3)

  1. 塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、
    前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、
    前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、
    前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備え、
    前記ポール及び前記撓み部が、一本のステンレス管の基端側を押し潰して扁平にして形成され、前記歪ゲージは当該扁平にして形成された表面に固定されていることを特徴とする風速計。
  2. 塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、
    前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、
    前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、
    前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備え、
    前記ホルダから前記排気ダクトの周壁面を貫通して前記排気ダクト内部の空洞に延在し、前記歪ゲージ及び前記撓み部の周辺をこれらに非接触状態で包囲し、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れに前記ポールを晒す開口を有するカバー体と、
    前記ポールに固定され、前記カバー体の開口を含んだカバー体周囲を非接触状態で包囲したキャップを備えたことを特徴とする風速計。
  3. 塗料粒子を含んだ流体を排気する排気ダクトの周壁面外面に脱着可能に取り付けられるホルダと、前記ホルダに一端が固定され弾性変形をする撓み部と、前記排気ダクト内部を流れる流体の流れ方向に交差するように、先端を排気ダクト内部の空洞に自由端状態で配置され、かつ基端側を前記撓み部に接続されたポールと、前記ポールが前記排気ダクト内の流体により前記ホルダと前記ポールとの間の長さ方向に対する前記撓み部の撓み量を検出する歪ゲージとを備えた風速計を備えた塗装ブースであって、
    前記排気ダクトの周壁面外面に取り付けられ、前記ホルダを前記排気ダクトから離反した状態へ案内する案内レールと、
    前記ホルダが前記案内レールによって前記排気ダクトに近接した位置に移動して固定されたときに、前記周壁面外面と前記ホルダとの間をシールするシール材とが設けられていることを特徴とする塗装ブース。
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