JP5263639B2

JP5263639B2 - ブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置及び粉粒体定量供給方法

Info

Publication number: JP5263639B2
Application number: JP2006253731A
Authority: JP
Inventors: 紀仁澁谷; 真樹杉本
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2007176701A

Description

本発明は、貯留タンク内の粉粒体を切り出して次工程の装置に定量供給するために使用されるブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置及び粉粒体定量供給方法に関するものである。

貯留タンク内から粉粒体を切り出して定量供給する装置としては、貯留タンクの下部にスクリューコンベヤを配置した構造のものが普通であるが、粉粒体は液体とは異なり、粉粒体間への気体の混入によってかさ密度が変動するため、定量供給することは容易ではない。

例えば、特許文献１には、粉粒体の定量供給を達成するために、先端に向けてピッチを小さくしたスクリューを用いて粉粒体を次第に圧密化するとともに脱気し、スクリューの先端側に設けた拡散羽根によって圧密化された粉粒体を分散させる構造の塗装用粉粒体定量供給装置が提案されている。しかし、この粉粒体定量供給装置は粉粒体の流通経路を大気圧下にて使用するものであり、装置構造が複雑である。

また、特許文献２には、スクリューの中間部にスクリュー軸径を拡大した拡径部を形成するとともに、スクリューの外径とほぼ等しい内径の仕切板を設け、この部分で粉粒体を圧密化して定量性を確保し、スクリューの先端側にスパイラルギヤ状のアジャストスクリューを設け、スクリューピッチによる送りムラ（スクリュー羽根のエンド部分が下側にあるときと上側にあるときとの送り出し量のムラ）を解消している粉粒体定量供給装置が提案されている。しかし、この装置も構造が複雑である。
特許第３３８６３２６号公報特許第３３５０３２８号公報

本発明は、上記の従来装置よりも構造が簡単で、粉粒体の貯留タンクから搬送手段の出口となる供給口の間の粉粒体経路を大気開放とした場合、あるいは前記粉粒体の経路を密閉して加圧した場合であっても使用可能とし、定量供給性に優れたブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置及び粉粒体定量供給方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、吸引式または直圧式のブラスト加工装置に接続され、ブラスト加工に使用する噴射材を粉粒体として供給するブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置であって、
貯留タンク内の粉粒体を該貯留タンクに接続されたケーシングの入口に形成した取入口から取り入れて、該粉粒体を前記ケーシングの出口に形成した供給口に向けて搬送するスクリューコンベヤからなる搬送手段を備えた断面形状が円形の粉粒体定量供給装置において、
前記搬送手段の先端側に、搬送方向と直交する内径をＬ１、搬送方向の奥行きをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１で定義される形状比を５〜５５％とした、スクリュー羽根のない空間部からなる充填室と、
該充填室と前記ケーシングの供給口との間に固定され、粉粒体が通過する充填室の搬送方向に垂直な断面積をＳ１、規制板の開口の総面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１で定義される開口率を１０〜７０％とした規制板を備え、
前記粉粒体の供給精度を、５％以下に調整可能とした
ことを特徴とするものである。
また、本発明の粉粒体定量供給方法は、上記のブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置により、ブラスト加工の加工深さバラツキが５％以下となるように、貯留タンクより取り入れた粉粒体を充填室で脱気し、その脱気された粉粒体を規制板により解しながらケーシングの供給口より供給精度を５％以下にして定量供給することを特徴とするものである。

本発明のブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置及び粉粒体定量供給方法は、貯留タンク内の粉粒体を次工程の装置へ搬送する搬送手段の先端側の供給口に、充填室と規制板を設けて粉粒体間の充填密度を高めることにより、搬送手段内で発生する粉粒体間に気体が混入して発生するかさ密度の変動や搬送手段の送りムラによる供給精度の低下を解消し、規制板に設けた開口より次工程の装置へその供給精度を５％以下にして定量供給できるものである。さらに規制板の開口率や充填室の形状比を調整することにより、平均粒子径が０．０１〜１ｍｍまでの各種の粉粒体を安定して定量供給することが可能である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、１は粉粒体を貯留するホッパー状の貯留タンクであり、２は貯留タンク１の下方に水平に設置された搬送手段としてのスクリューコンベヤである。スクリューコンベヤ２は円筒形のケーシング３の内部にスクリュー４を収納したもので、軸５をモータ６で任意の速度で駆動し、目的とする供給量を達成できるようにしている。

貯留タンク１の下部はスクリュー４の基部が露出した取入口７となっている。このため貯留タンク１内の粉粒体は下部の取入口７よりスクリューコンベヤ２のケーシング３内に落下し、スクリュー４によりスクリューコンベヤ２の先端側に位置する供給口８の方向に搬送されて行く。

スクリューコンベヤ２の先端側には、充填室９と規制板１０とが設けられている。図２はこの部分の拡大図であり、充填室９は断面形状が円形で、スクリュー４のない空間部である。充填室９はスクリューコンベヤ２により搬送されてきた粉粒体を規制板１０の作用により充填して、その粉粒体のかさ密度が高められるところである。また規制板１０は充填室９と供給口８との間に設けられ、図３あるいは図４に示すように、平板に粉粒体が通過する開口１１を備えたもので、充填室９内で所定密度に達した粉粒体を開口１１を通じて供給口８に排出する機能を持つ。前記のように規制板１０の作用により充填室９内の粉粒体のかさ密度を強制的に高めるため、貯留タンク１内の粉粒体間の気体の混入の程度によるかさ密度の変動に影響されることなく、またスクリューピッチによる送りムラに影響されることなく、粉粒体を一定量ずつ供給口８に送ることができる。

次に規制板１０に設けた開口１１の開口率について説明する。開口率は、充填室９の搬送方向に垂直な断面積（軸５の断面積を除く）をＳ１、規制板１０の開口１１の総面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１で定義される。

表１に、規制板１０の開口率を９.７％から１００％まで変化させた場合の、各開口率における粉粒体の１分ごとの供給量の平均値を示す。表１で示す供給精度は、測定した供給量の標準偏差を３倍し、平均値で割ることにより算出したものである。この表１に示されるように、開口率を９.７％にした場合、開口面積が小さ過ぎるため、充填室９の充填密度が高くなり過ぎ、粉粒体が凝集し、開口から塊となって排出されるため、供給精度は５.３％となった。また、規制板１０の開口率を７４.７％にした場合、充填室９の充填密度が低くなり気体が混入するため、供給精度は６．６％となった。本発明の条件とする供給精度は５％以内であるから、規制板１０の開口率は１０〜７０％が好ましい。

なお表１における試験条件は、使用した粉粒体はＪＩＳＲ６１１１「人造研削材」に規定されるＧＣ＃６００：炭化珪素研削材（平均粒子径２５μｍ、真密度３．２ｇ／ｃｍ^３、かさ密度１．２７ｇ／ｃｍ^３）であり、スクリュー４は軸径が２０ｍｍ、羽根径が５５ｍｍで充填室９の搬送方向に垂直な断面積Ｓ１は２０．６ｃｍ^２、段落：００１８に後記する充填室９の形状比は５５％、規制板１０の外径は５４ｍｍであり、規制板１０の開口形状は、充填室９の断面積に対し開口１１の形状が均一で、かつ構造が簡単な図３または図４のＣで示す形状を用いており、スクリュー４の回転速度は４０ｍｉｎ^-1である。また、供給量の測定は、貯留タンク１の取入口及び規制板１０の先の供給口が大気圧の状態で行い、供給口８で測定したものである。

規制板１０の開口１１の形状について検討すると、図４のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのハッチングで示すように丸、スリット、扇等の様々な形状が考えられ、その開口率が１０〜７０％の範囲であれば、開口１１の形状に関わらず供給精度が低下することはない。図４のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４種類の開口形状について、その供給精度を測定した結果を表２に示した。その他の試験条件は表１と同じである。

次に、充填室９の大きさを決定する形状比について説明する。
図２に示すように、充填室９の搬送方向と直交する内径をＬ１、搬送方向の奥行きをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１で定義される形状比は、表３に示すように５〜５５％とすることが好ましい。表３に開口率を９．７〜１００％に変化させ、充填室９の形状比を０〜７５％に変化させた場合の供給精度を示す。その試験条件は、規制板１０の開口率及び充填室９の形状比を変化させた以外は、表１と同じである。この表３の開口率を１１．８％とし、充填室の形状比を０％、即ち充填室９を無くした場合、スクリュー４に搬送された粉粒体は充填されることなく排出されるため、スクリューピッチの送りムラの影響を受け、供給精度は６．４％となった。開口率を１９．５〜６５．０％とした場合は、供給精度はそれぞれ５％以内となった。また表３の開口率を１１．８，１９．５％とし、充填室９の形状比を６０％にした場合は、充填室９での充填が過剰となり、粉粒体が凝集し、開口１１から塊となって供給口８に排出されるため、供給精度はそれぞれ６．０％，５．４％となった。開口率を３３．４〜６５．０％とした場合は、供給精度はそれぞれ５％以内となった。以上のことから、開口率は１０〜７０％の範囲で、且つ充填室９の形状比が５〜５５％にすることにより、本発明の条件である供給精度は５％以内を得ることができる。

上記のように、本発明の粉粒体定量供給装置及び粉粒体定量供給方法によれば、貯留タンク１内の粉粒体を搬送する搬送手段２の先端側に充填室９と規制板１０とを設けたことにより、供給される粉粒体を充填室９で脱気し、その脱気された粉粒体を規制板１０の開口１１から解しながら供給口８へ排出することにより、各種の粉粒体を精度よく定量供給することができる。上記、実施形態の粉粒体に、平均粒子径が２５μｍ、かさ密度が１．２７ｇ／ｃｍ^２の炭化珪素研削材を用いたが、表４に示すように平均粒子径、およびかさ密度が異なる様々な粉粒体についても高い供給精度を得ることができることを確認した。試験条件は、供給する粉粒体を変化させた以外は、表１と同じである。

搬送手段として、スクリューコンベヤ２を使用した実施例について説明する。
スクリューコンベヤ２のケーシング３の断面積２０.６ｃｍ²、規制板１０の開口率５５％、充填室９の形状比３３.４％とした本発明の装置を用いて、貯留タンク１から平均粒子径２５μｍ、かさ密度１.２７ｇ／ｃｍ^２の炭化珪素から成るブラスト装置に用いる噴射材の定量供給を行なった。１分間ごとの供給量を測定し、平均値と供給精度を求めた。その結果は表５に示す通りであり、供給精度は２．０％という優れた値が得られた。規制板１０をはずした場合についても測定したが、その供給精度は９．９％まで悪化したことから、供給精度向上には充填室９と規制板１０が必要であることが確認できた。

次にスクリューコンベヤ２のスクリュー４の回転速度を変えて供給量を変化させ、その供給精度がどのようになるかを確認した。その結果は図５に示すように、スクリューコンベヤ２のスクリュー４の回転速度の増加に伴い供給量は比例して増加し、供給量を毎分５００ｇから５３００ｇまで変化させても供給精度は常に３％以下であった。

充填室９内の充填率と、規制板１０の開口率と、その開口１１の単位面積あたりの体積流量Ｕとの間には相関性があり、粉粒体の流動状態をＵの値で評価することができる。Ｕは規制板１０を通過した粉粒体の流量をＱ、規制板の開口総面積をＳ２としたとき、Ｑ／Ｓ２で定義される値である。表６は供給量をＵに換算したデータを示しており、今回の試験条件ではＵが５５ｃｍ^３／ｍｉｎ／ｃｍ^２以上のときに供給精度が５％以下になることが判明した。試験条件は規制板１０の開口率を３３．４％とした以外は、表１と同じである。

次に、本発明の粉粒体定量供給装置をブラスト加工装置に用いた実施例を示す。図６は吸引式ブラスト加工装置の模式図、図７は直圧式ブラスト加工装置の模式図である。吸引式ブラスト加工装置は、ブラストノズル１２に供給される圧縮気体の負圧力により噴射材を吸引してその圧縮気体と混合されブラストする方式であり、直圧式ブラスト加工装置は、加圧されたタンク内の噴射材を混合室１３で圧縮気体と混合されブラストノズル１２からブラストする方式であって、その加工形態は、図８に示すようにワークであるガラス基板のガラス基板上にブラストノズル１２を３ｍｍピッチで規則的に移動させて平面加工を行なった。

表７に吸引式ブラスト加工装置と直圧式ブラスト加工装置のブラスト加工条件とその加工結果を示した。

表７に示すように、大気圧下での粉粒体の定量供給装置による噴射材の供給精度は２．１％であり、この状態で吸引式ブラスト加工装置を接続し、該吸引式ブラスト加工装置の平均加工深さは４６μｍ、その加工深さバラツキは±３．５％であった。また、加圧下での粉粒体の定量供給装置による噴射材の供給精度は１．９％であり、この状態で直圧式ブラスト加工装置を接続し、該直圧式ブラスト加工装置の平均加工深さは１６９μｍ、その加工深さバラツキは±３．６％であった。

上記の表７は供給精度が良好な場合のデータであるが、実際に供給精度が加工深さバラツキに起因しているかを確認するために、規制板を外した場合（請求項３に記載の開口率が１００％の場合）のデータを表８に示す。粉粒体の定量供給装置を大気圧下として確認した結果、噴射材の供給精度は８．１％であり、この状態で吸引式ブラスト加工装置を接続し、該吸引式ブラスト加工装置の平均加工深さは４１μｍ、その加工深さバラツキは±１１．７％であった。また、加圧下での粉粒体の定量供給装置による噴射材の供給精度は９．２％であり、この状態で直圧式ブラスト加工装置を接続し、該直圧式ブラスト加工装置の平均加工深さは１６３μｍ、その加工深さバラツキは±８．１％であった。これらの表７と表８を対比すれば明らかなように、加工深さバラツキは粉粒体定量供給装置の供給精度に依存することが分かる。

以上、本実施例に示すように、大気圧下でブラスト加工する吸引式ブラスト加工装置、あるいは加圧下でブラスト加工する直圧式ブラスト加工装置に本発明の粉粒体定量供給装置を使用すれば、噴射材の供給精度を２．１％、あるいは１．９％の良好な結果が得られ、その噴射材の供給精度に起因してブラスト加工の加工深さバラツキ（平均加工深さに対する，最大値もしくは最小値の平均値との差異の割合）も±３．５％、あるいは±３．６％の良好な結果が得られ、高精度のブラスト加工が可能である。

また図９に、加圧下での供給精度の測定法を示し、図１０に測定結果を示した。加圧下での測定方法は、粉粒体タンクと噴射ノズルを本発明の粉粒体定量供給装置に接続し，粉粒体タンクと噴射ノズルを同圧にすることにより噴射ノズルより粉粒体と気体を噴射する直圧式ブラスト加工装置に接続し、ノズルより噴射された粉粒体を集塵機に接続したサイクロン内部に３０ｓｅｃ噴射し，噴射前と噴射後のサイクロンの重量を測定し，その重量差を求めることにより加圧下での噴射量（＝供給量）を測定した。この方法をＮ=５回繰り返すことにより供給精度を求めた。図１０に示されるように、圧力を大気圧から０.５ＭＰａまで変化させても、供給精度は５％未満に保たれており、本発明の粉粒体定量供給装置は０．５MPaまでの加圧下においても安定した性能を発揮することが確認できた。

本発明の実施形態を説明する概略的な断面図である。充填室の拡大断面図である。規制板の正面図である。開口のパターンを示す図である。供給量と供給精度の関係を示すグラフである。吸引式ブラスト加工装置の説明図である。直圧式ブラスト加工装置の説明図である。ブラストパターンの説明図である。加圧下での供給量測定方法の説明図である。加圧下での供給量測定結果を示すグラフである。

１貯留タンク
２搬送手段としてのスクリューコンベヤ
３ケーシング
４スクリュー
５軸
６モータ
７取入口
８供給口
９充填室
１０規制板
１１開口
１２ブラストノズル
１３混合室

Claims

吸引式または直圧式のブラスト加工装置に接続され、ブラスト加工に使用する噴射材を粉粒体として供給するブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置であって、
貯留タンク内の粉粒体を該貯留タンクに接続されたケーシングの入口に形成した取入口から取り入れて、該粉粒体を前記ケーシングの出口に形成した供給口に向けて搬送するスクリューコンベヤからなる搬送手段を備えた断面形状が円形の粉粒体定量供給装置において、
前記搬送手段の先端側に、搬送方向と直交する内径をＬ１、搬送方向の奥行きをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１で定義される形状比を５〜５５％とした、スクリュー羽根のない空間部からなる充填室と、
該充填室と前記ケーシングの供給口との間に固定され、粉粒体が通過する充填室の搬送方向に垂直な断面積をＳ１、規制板の開口の総面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１で定義される開口率を１０〜７０％とした規制板を備え、
前記粉粒体の供給精度を、５％以下に調整可能とした
ことを特徴とするブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置。
請求項１に記載のブラスト加工装置に使用する粉粒体定量供給装置により、ブラスト加工の加工深さバラツキが５％以下となるように、貯留タンクより取り入れた粉粒体を充填室で脱気し、その脱気された粉粒体を規制板により解しながらケーシングの供給口より供給精度を５％以下にして定量供給することを特徴とする粉粒体定量供給方法。