JP5915650B2 - 分級装置および分級方法、およびこの分級装置を備えたブラスト加工装置およびブラスト加工方法 - Google Patents

分級装置および分級方法、およびこの分級装置を備えたブラスト加工装置およびブラスト加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、液中に分散された粒子を所定の大きさで分級するための湿式分級装置に関する。
スラリ中に分散されている固体粒子を所定の大きさで選別する装置は、湿式のブラスト加工装置等に広く用いられている（例えば、特開２００５−３３５０４４号公報）。このような装置として、サイクロン式分級装置や、濾布や網のように所定の大きさに開口されたフィルタを用いる方法や、シックナー等を用いた沈降分離方法が知られている。フィルタによる分離は、長時間の使用により開口部が粒子によって閉止されるという問題がある。沈降分離は、沈降するまで多大な時間を要することや比重の大きな粒子にしか適用できない。その他の方法として、例えば特開平１０―０６６８９５号公報および特開２０００−００５６２６号公報に水力と沈降分離を組み合わせた分離装置が開示されている。
特開平１０―０６６８９５号では、スラリを選別室上部の流入口より第一選別室、第二選別室を通り、流出口より排出されるように平行に流入させると共に、微細粒子を粗大粒子より分離させるために第二選別室の底部の液体をポンプを介して流す。第二選別室の底部には比較的軽い粒子が堆積しているため、沈降している粒子によってポンプへの経路が閉止される恐れがある。また、前記ポンプが必要なため装置が煩雑になる。特許文献３では、選別筒の下部より水を流入させると共に、該選別筒の上方より被選別物である粒子を投入する。重い粒子は該選別筒の底部に沈降し、軽い粒子は溢れ出た（オーバーフローした）水と共に該選別筒より排出される。その為装置自体が大がかりになり、被選別物の大きさや分級点を変更するには選別筒自体を交換する必要がある。本発明では、簡単な構造で精度良くスラリ中の固形粒子を分級できる湿式の分級装置および分級方法およびこの分級装置を備えた湿式のブラスト加工装置およびブラスト加工方法を提供する。
本発明の第１の発明は、スラリ中に分散されている固体粒子を沈降速度の差を利用して分級するための装置であって、前記分級装置は、前記スラリを導入すると共に大径粒子と小径粒子とに分級するための筐体と、前記筐体にスラリを導入するためのスラリ導入機構とを備え、前記筐体は、該筐体の底面より立設し、該筐体の天井面との間に隙間を設けた先端を有する板状の分級部材によって、該筐体内を第一回収室と第二回収室とに仕切られており、前記第一回収室内には、該第一回収室の底面から立設された板状のスラリ導入部材、又は前記スラリ導入部材と前記第一回収室の壁面と、で側壁を成し、下端には、前記スラリ導入機構と連結されたスラリ導入口が形成されると共に上端が開放されたスラリ導入室が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の第２の発明は、スラリ中に分散されている固体粒子を沈降速度の差を利用して分級するための装置であって、前記分級装置は、前記スラリを導入すると共に大径粒子と小径粒子とに分級するための筐体と、前記筐体にスラリを導入するためのスラリ導入機構とを備え、前記筐体は、該筐体の底面より立設し、複数の閉止可能な開口部を設けた板状の分級部材によって、該筐体内を第一回収室と第二回収室とに仕切られており、前記第一回収室内には、該第一回収室の底面から立設された板状のスラリ導入部材、又は前記スラリ導入部材と前記第一回収室の壁面と、で側壁を成し、下端には、前記スラリ導入機構と連結されたスラリ導入口が形成されると共に上端が開放されたスラリ導入室が形成されていることを特徴とする。スラリ導入部材により上端が開放されたスラリ導入室が形成されていることを特徴とする。スラリ導入室より第一回収室に導入されたスラリのうち、比較的重い大径粒子は第一回収室の底部に沈降する。一方、比較的軽い小径粒子は、前記分級部材と前記天井との隙間、または前記分級部材に設けられた開口部を通り第二回収室へ移動する。
第３の発明は、第１または第２の発明に記載の分級装置であって、前記分級部材の少なくとも一部が着脱可能であることを特徴とする。分級部材の少なくとも一部を着脱して高さを変更することで第一回収室および第二回収室にて回収される粒子径を変更することができる。
第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれか１つに記載の分級装置であって、前記スラリ導入室は、上方に向かって断面積が拡大することを特徴とする。スラリ中の固体粒子は凝集し、二次粒子を形成している場合がある。二次粒子は分級精度の低下につながる。本発明の構造とすることで、スラリ導入室を通過する際に二次粒子を破砕し、一次粒子にすることができる。なお、「上方に向かって断面積が拡大」とは、連続して拡大する場合のみならず、その一部のみが拡大する場合をも含む概念である。例えば、上端部近傍では連続して同一の断面積を持つ構造としてもよい。また、後述するように、上方に向かって断面積を拡大した後、上端部近傍で断面積を縮小してもよい。
第５および第６の発明は、第１乃至第４の発明のいずれか１つに記載の分級装置であって、前記スラリ導入室の上端部に、スラリを加速するための加速機構を備えることを特徴とする。前記スラリ導入室の上端を通過する際の速度を上昇させることで、分級精度を向上させることができる。
第７および第８の発明は、第５または第６の発明に記載の分級装置であって、前記加速機構によって、前記スラリの断面積が上方に向かって縮小されていることを特徴とする。本発明によって、簡単な構造でスラリ導入室の上端部を通過するスラリの速度を速くすることができる。
第９の発明は、第１乃至第８の発明のいずれか１つに記載の分級装置であって、前記スラリ導入機構は、スラリを揚程するための揚程機構を備え、前記スラリ導入口と前記揚程機構との間に、前記スラリの導入速度を調整するための導入速度調整機構が配置されていることを特徴とする。スラリ導入口より導入されるスラリの速度を調整することで、分級点の微調整をすることができる。
第１０の発明は、液体中に砥粒を分散させたスラリを高圧ガスと共に被加工物に噴射してブラスト加工を行うためのブラスト加工装置であって、前記ブラスト加工装置は、内部に噴射ノズルが配置されたブラスト加工室と、前記スラリを貯留するためのスラリ槽と、前記スラリ槽中のスラリ中の粒子を分級するための選別機構と、前記選別機構によって分級された小径粒子を含むスラリを固液分離するための分離機構と、を備え、前記選別機構は請求項第１乃至第９の発明のいずれか１つに記載の分級装置であることを特徴とする。本発明の分級装置は、湿式のブラスト加工装置において、再度ブラスト加工が可能な砥粒と、ブラスト加工に適さない大きさとなった砥粒および被加工物の切削粒子と、を選別するための選別機構として好適に用いることができる
第１１の発明は、第１０の発明に記載のブラスト加工装置であって、前記分離機構が磁力選別装置であることを特徴とする。砥粒および被加工物が磁性を有する場合、磁力選別機で容易に固液分離を行うことができる。
第１２の発明は、第１０または第１１の発明に記載のブラスト加工装置であって、前記ブラスト加工室内にはブラスト加工後の被加工物を洗浄するための洗浄用ノズルが配置されており、前記洗浄用ノズルは、前記分離機構で分離された液体を噴射することを特徴とする。ブラスト加工が終了した被加工物には砥粒や被加工物の切削粒子等が付着しており、洗浄する必要があり、洗浄媒体として、固液分離された液体を用いることができる。
第１３の発明は、第１乃至第１２の発明のいずれか１つに記載の分級装置を用いたスラリ中に分散した固体粒子の分級方法であって、前記スラリを前記スラリ導入口から前記スラリ導入室内に導入する工程と、導入された前記スラリを前記スラリ導入室の上端の開口部より拡散させて排出する工程と、前記スラリ中の固体粒子における小径粒子を、前記分級部材と前記天井との隙間または前記分級部材に設けられた開口部を通過して前記第二回収室内に移動させると共に、前記スラリ中の固体粒子における大径粒子を前記第一回収室の底部に沈降させる工程と、前記第二回収室内に移動した前記小径粒子を該第二回収室の底部に沈降させる工程と、を含むことを特徴とする。スラリ導入室より拡散して排出された固形粒子のうち、比較的重量の重い大径粒子は第二回収室に移動することなく第一回収室の底部に沈降する。一方、比較的重量の軽い小径粒子は、第二回収室に移動し、第二回収室の底部に沈降する。なお、第一回収室および第二回収室の底部への沈降は、固体粒子の自重のみで行っても、それぞれの底部に設けた開口部からの排出力と組み合わせてもどちらでもよい。
第１４の発明は、第１３の発明に記載の分級方法であって、前記分級部材の高さまたは前記開口部の下端と前記天井との距離を変更して前記第二回収室に移動する固体粒子の径を変更することを特徴とする。前記分級部材の底面からの高さ、すなわち、分級部材の上端と筐体の天井との距離を調整することで、第二回収室に移動する固体粒子の径を変更することができる。すなわち、分級点を変更することができる。例えば、前記高さを低くすることで、第二回収室に移動する固体粒子の径は大きくなるため、分級点を高くすることができる。
第１５および第１６の発明は、第５または第６に記載の分級装置を用いたスラリに分散した固体粒子の分級法であって、前記スラリを前記スラリ導入口から前記スラリ導入室内に導入する工程と、導入された前記スラリを前記加速機構によって加速させると共に、前記スラリ導入室の上端の開口部より拡散させて排出する工程と、前記スラリ中の固体粒子における小径粒子を、前記分級部材と前記天井との隙間または前記分級部材に設けられた開口部を通過して前記第二回収室内に移動させると共に、前記スラリ中の固体粒子における大径粒子を前記第一回収室の底部に沈降させる工程と、前記第二回収室内に移動した前記小径粒子を該第二回収室の底部に沈降させる工程と、を含むことを特徴とする。スラリの速度を上昇させることで、小径粒子を第一回収室に滞留することなく、第二回収室に移動させることができる。その結果、分級制度を向上させる、または分級点を上昇させることができる。
第１７の発明は、第９の発明に記載の分級装置を用いたスラリに分散した固体粒子の分級方法であって、前記導入速度調整機構でスラリの導入速度を変更して前記第二回収室に移動する固体粒子の径を変更することを特徴とする。スラリの導入速度を前記導入速度調整機構で変更することで、容易に分級点を調整することができる。
第１８の発明は、第１０乃至第１２の発明のいずれか１つに記載のブラスト加工装置によるブラスト加工方法であって、前記スラリ槽に液体および砥粒を投入して分散させ、スラリを得る工程と、前記スラリ槽中のスラリを前記噴射ノズルに移送すると共に、高圧ガスと混合して該噴射ノズルより被加工物に向けて噴射する工程と、噴射したスラリおよび被加工物の切削粒子をスラリ槽で貯留する工程と、前記スラリ槽のスラリを前記分級装置に移送する工程と、前記第一回収室にて回収された大径粒子を、再度ブラスト加工を行うための固体粒子としてスラリ槽に移送する工程と、前記第二回収室にて回収された小径粒子をスラッジとして回収する工程と、を含むことを特徴とする。本発明によって、スラリ中の固形粒子を、再度ブラスト加工を行うのに適した砥粒と、ブラスト加工に適さない大きさの砥粒および被加工物の切削粒子等と、に分離することができる。
第１９の発明は、第１１の発明に記載のブラスト加工装置によるブラスト加工方法であって、前記スラリ槽に液体および磁性を有する砥粒を投入して分散させ、スラリを得る工程と、前記スラリ槽中のスラリを前記噴射ノズルに移送すると共に、高圧ガスと混合して該噴射ノズルより磁性を有する被加工物に向けて噴射する工程と、噴射したスラリおよび被加工物の切削粒子をスラリ槽で貯留する工程と、前記スラリ槽のスラリを前記分級装置に移送する工程と、前記第一回収室にて回収された大径粒子を、再度ブラスト加工を行うための固体粒子としてスラリ槽に移送する工程と、前記第二回収室にて回収された小径粒子を含むスラリを前記磁力選別装置に移送する工程と、前記磁力選別装置に移送されたスラリを磁力によって固液分離する工程と、を含むことを特徴とする。砥粒及び被加工物が磁性を有している場合、前記第二回収室にて回収された小径粒子（すなわち、ブラスト加工に適さない大きさの砥粒および被加工物の切削粒子等）を含むスラリを、容易に固液分離し、前記小径粒子をスラッジとして回収することができる。
第２０の発明は、スラリ中に分散されている固形粒子を沈降速度の差を利用して分級するための分級装置であって、前記分級装置は、前記スラリを導入すると共に大径粒子と小径粒子に分級する筒状の筐体と、前記スラリを導入するためのスラリ導入機構とを備え、前記筐体は、該筐体の底面から該筐体の天井面との間に隙間を設けて立設され、該筐体を底面に大径粒子排出口が形成された第一回収室と底面に小径粒子排出口が形成された第二回収室とに仕切るための板状の分級部材と、前記第一回収室の底面に開口されたスラリ導入口と前記大径粒子排出口との間の底面から上方に向けて配置され、前記スラリ導入口から該第一回収室内に導入されたスラリを上方に向けて拡散させるための板状のスラリ導入部材と、を備え、前記スラリ導入機構は一端が前記スラリ導入口に連通され他端が揚程機構と連通されていることを特徴とする。本発明によって、簡単な構造で精度良く分級できる装置を提供することができる。
本発明は簡単な構造で分級精度の高い分級装置および分級方法を提供できる。
また、本発明の分級装置は、大径粒子と小径粒子の比重差が大きい方がより効率よく分級することができる。湿式のブラスト加工装置におけるスラリの分級は、小径粒子はブラスト加工によって生じた被加工物の切削粒子および被加工物との衝突による割れや欠けなどで再使用に適さない大きさとなった砥粒であるため、大径粒子である再使用可能な砥粒との比重差が大きい。よって、本発明の分級装置を好適に用いることができる。
本発明で分級することができる固体粒子の径および比重は特に限定されないが、大径粒子と小径粒子の比重差および粒子径の差が大きい方が、より精度良く分級することができる。また、大径粒子と小径粒子の比重差および粒子径の差が大きいが、ブロードな粒度分布を持つスラリＳに対しても分級点が１００〜１０００μｍの範囲であれば特に良好な分級を行うことができる。
この出願は、日本国で２０１１年６月２日に出願された特願２０１１−１２３８６３号および２０１２年３月８日に出願された特願２０１２−０５１１７３号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
本実施形態における分級装置を説明するための説明図である。図１（Ａ）は縦断面を示す模式図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態のスラリ導入室の変更例を説明するための説明図である。 本実施形態の加速機構について説明するための説明図である。 本実施形態における湿式のブラスト加工装置の構成を説明するための説明図である。 本実施形態の湿式のブラスト加工装置の変更例を説明するための説明図である。
本発明の分級装置およびこの分級装置を湿式のブラスト加工装置に用いた場合を例にして説明する。なお、本発明の分級装置は実施形態に記載の形態に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。また、本実施形態に記載の左右上下方向は、特に断りのない限り図中の方向を指す。
（分級装置）
まず、分級装置について説明する。分級装置１０は、筐体１１とスラリ導入機構１７とを含む。図１（Ａ）に示すように、筐体１１は、横断面が四角形の筒状であり、天板により天井部（同図における最上部）が閉止されている。底部には同図の左から順にスラリ導入口１２ａ、大径粒子排出口１３ａ、小径粒子排出口１４ａが開口されている。
大径粒子排出口１３ａと小径粒子排出口１４ａとの中間には、筐体１１の底部に分級部材１６が立設されており、筐体１１の内部の空間を、スラリの流れの上流側の第一回収室１３とスラリの流れの下流側の第二回収室１４とに仕切っている。該分級部材１６は板状であり、上端と筐体１１の天井との間に隙間が形成されるように配置されている。
スラリ導入口１２ａの近傍には、筐体の底部から上方に向かってスラリ導入部材１５が配置されている。スラリ導入部材１５は板状であり、上端の高さ位置（図１（Ａ）の上下方向）は、前記分級部材１６上端の高さ位置より低くなるようになされている。また、スラリ導入部材１５は、スラリ導入口を囲むように配置されており、第一回収室１３の内部の空間にスラリ導入室１２を仕切っている。本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、３方向（同図上、下、右方向）に配置したスラリ導入部材１５と、同図左方向に位置する筐体１１の側壁によってスラリ導入口１２ａを含む空間であるスラリ導入室１２が形成されている。なお、この空間が形成されればスラリ導入部材１５を配置する方向や形状は特に限定されない。例えば、３方向（同図上、下、左方向）を第一回収室１３の壁面とし、残りの１壁面（同図右方向）のみをスラリ導入部材１５としてもよく（図２（Ａ）参照）、また４方向（上、下、左、右方向）に配置したスラリ導入部材１５で構成してもよい（図２（Ｂ）参照）。また、スラリ導入室１２の横断面（図１（Ａ）における紙面垂直方向の断面）は、実施形態の様に四角形に限られず、例えば円筒形状のスラリ導入部材１５と筐体１１の側壁によって形成された半円形状でもよく（図２（Ｃ）参照）、円筒形状のスラリ導入部材１５のみによって形成された円形状でもよい（図２（Ｄ）参照）。
上述のように、スラリ導入部材１５および分級部材１６によって、筐体１１の内部の空間が仕切られている。これによって、左から順に、スラリ導入口１２ａを含む空間であるスラリ導入室１２、スラリ導入室１２並びに大径粒子排出口１３ａを含む空間である第一回収室１３、小径粒子排出口１４ａを含む空間である第二回収室１４、が形成されている。
前記大径粒子排出口１３ａおよび小径粒子排出口１４ａには、閉止および流量の調整機構を備えたバルブである大径粒子排出弁および小径粒子排出弁がそれぞれ連結されるのが好ましい（図示せず）。分級開始前は、大径粒子排出弁および小径粒子排出弁は閉じられている。
前記スラリ導入口１２ａには、スラリ導入機構１７が連結されている。スラリ導入機構１７は、揚程機構Ｐ１（本実施形態ではキャンドモータポンプ）と、ホースＨ１と、を含む。ホースＨ１によって、前記揚程機構１７とスラリ導入口１２ａとが連結されている。また、前記揚程機構Ｐ１にはホースＨ２が連結されており、ホースＨ２によって、前記揚程機構１７とスラリ槽２２とが連結されている。
まず、分級を行いたい固形粒子が液体に分散されたスラリＳをスラリ槽２２に投入する。スラリ槽には、スラリＳ中の固形粒子が底部に堆積しないようにするために、攪拌機構（図示せず）を配置することが好ましい。攪拌機構は、スラリを攪拌羽根によって攪拌しても、水流を利用して攪拌しても、ポンプ等でスラリを循環させて攪拌しても、いずれでもよく、またその他の公知の方法を適宜選択することができる。
次に、揚程機構Ｐ１を稼働させることで、前記スラリ導入口１２ａより筐体１１内にスラリＳが導入される。スラリＳの流速は、固体粒子がスラリ導入室１２内で沈降せず、また分級に影響を及ぼすことのない０．５〜５ｍ／ｓであることが好ましい。
スラリ導入口１２ａより導入されたスラリＳは、固体粒子同士が凝集して凝集体（二次粒子）を形成している場合がある。本発明の分級装置は、固体粒子の沈降速度の差を利用して分級を行うものである。もし、小径粒子同士が凝集体を形成し、該凝集体が大径粒子と同等以上の沈降速度を有する場合、該凝集体が大径粒子と共に回収されるので、分級精度が悪くなる。そのため、小径粒子の凝集を解砕して単一粒子（一次粒子）とすることが好ましい。本実施形態のように、スラリ導入室１２を形成することで、小径粒子の二次粒子を解砕することができる。そして、スラリＳがスラリ導入室１２の上端を通過し、第一回収室に流入する際には、小径粒子は一次粒子となっている。
より確実に解砕を行うために、スラリ導入室１２の横断面（図１（Ａ）における紙面垂直方向の断面）の断面積が、図１（Ａ）における上方向に向かって拡大するように、スラリ導入部材１５を配置するのが好ましい。前記横断面の面積が最大となる位置での断面積Ｓ１と、最小となる位置での断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）は、スラリＳの流速が前述の範囲では、２．５〜５．０が好ましく、３．０〜４．０がより好ましい。例えば、図１（Ｂ）における右側のスラリ導入部材１５を右方向に垂直から２〜８°（好ましくは２〜４°）右方向に向けて傾斜させ、上下方向側のスラリ導入部材１５を傾斜させずに立設することで横断面の断面積を拡大させることができる。前記傾きが２°を下回ると、二次粒子を十分に解砕できない。前記傾きが８°を越えると、スラリの流れがスラリ導入部材１５から剥離するので、スラリの流れが不安定になる。本実施形態では、前記傾きを４°とした。これにより、第一回収室で回収された大径粒子の分級精度κ（Ｄ７５／Ｄ２５）が１．２０〜１．７５となる。なお、分級精度κ（Ｄ７５／Ｄ２５）とは、上位１／４値（その粒径より大きい粒子が累積粒径頻度曲線の２５％となる粒径）に対する下位１／４値（同じく７５％となる粒径）の比である。
なお、「断面積が上方に向かって拡大」とは、上方に向かって連続的に拡大する場合のみならず、一部が上方に向かって連続して同一の断面を持つ形状としてもよい。たとえば、下端部より上方に向かって連続的に断面積を拡大させた後、上端に向かって同一の断面を連続して持つ形状とすることができる。
また、分級精度を向上させる、または分級点の上限値を上昇させるために、スラリ導入室１２の上端部近傍に加速機構を配置することが好ましい。加速機構は、スラリＳの流れを乱さずにスラリＳの速度を速くすることが望ましい。本実施形態では、図３に示すように、縦断面が三角形の加速部材１９を、その横断面の断面積が上方に向かって拡大するように、スラリ導入室１２の上端部近傍に配置した。さらに、スラリ導入部材１５の上端部近傍を垂直とした。スラリ導入部材１５の傾斜部分１５ａによって、上方に向かって横断面の断面積を拡大した後、加速部材１９とスラリ導入部材１５の垂直部分１５ｂと、で構成される加速機構によって、上端部に向かって徐々に縮小される。加速機構によって、スラリ導入室１２上端を通過する際のスラリＳの流速が速くなるので、小径粒子の直進性が向上する。そのため、小径粒子は第二回収室に移動しやすくなる。小径粒子が第二２回収室に移動せずに第一回収室に長時間滞留していると、小径粒子が凝集して二次粒子を形成し、第一回収室に沈降するおそれがある。スラリＳの流速を速くすることで小径粒子の凝集を防ぎ、分級精度κを向上させることができる。加速機構は、他の形状の部材を配置することによりスラリＳの流速を速くしてもよく、スラリ導入室１２の断面積を上端部近傍で狭くなるようにスラリ導入室１２の側壁を構成することでスラリＳの流速を速くしてもよい。
また、スラリＳの流速が速いほうが、沈降速度が速い大径粒子を第二回収室に移動しやすくなる。前述のように、加速機構によってスラリＳの流速を速くすることで、分級点の上限値を上げることができる。
なお、分級点とは、分級後の小径粒子と大径粒子の粒度分布（粒径に対する筆量の分布）において、大径粒子と小径粒子の質量が同じとなる粒子径のことである。
前記加速機構によって、スラリがスラリ導入室１２の上端を通過する速度を１．０〜５．０ｍ／ｓとすることが好ましい。この速度が１．０ｍ／ｓを下回ると、加速機構の効果が得られない。この速度が５．０ｍ／ｓを上回ると、第一回収室内のスラリの流れを乱し、分級精度が低下する。また、第一回収室でのスラリ液面希望でのスラリの上昇速度を向上させることができるので、小径粒子が第二回収室へ移動するための推進力を十分に得ることができるようになる。その結果、分級点の上限値を上昇させることができる。スラリの速度を前述の範囲から選択することで、分級点を調整でき、かつ精度の良い分級を行うことができる。
また、スラリ導入室１２の高さｈ１に対する加速部材１９の高さｈ３の比（ｈ３／ｈ１）は、０．２〜１．０であることが好ましい。０．２を下回るとスラリの加速距離が不足するため、スラリＳを十分に加速することができない。そのため、分級点の上限値が小さくなり、分級点の調整範囲が狭くなる。１．０を上回ると、加速機構とスラリＳとの境界に生じる壁面抵抗が大きくなるので、粒子の加速が阻害される。
二次粒子の結合力が弱く、容易に解砕することができる場合、スラリ導入室１２の断面積を上方に向かって徐々に拡大させなくてもよい。この場合においても、必要に応じて前記加速機構をスラリ導入室１２に配置することができる。
スラリ導入室１２を通過したスラリＳは、第一回収室１３に流入される。第一回収室にスラリＳが充満されていくと、沈降速度が速い大径粒子は第一回収室の底部に沈む。一方、沈降速度が遅い小径粒子はスラリＳの液面近傍で滞留している。
第一回収室のスラリＳの量が増えていき、液面が前記分級部材１６の上端を越えると、スラリＳは、該分級部材１６の上端と筐体１１の天井とで形成された隙間を通り、第二回収室１４へと流入する。これによって、第一回収室１３においてスラリＳの液面近傍に滞留していた小径粒子が第二回収室１４へ移動する。
次いで、前記大径粒子排出弁および前記小径粒子排出弁を開けて、大径粒子が分散されたスラリと小径粒子が分散されたスラリとをそれぞれ分級装置より回収する。この際、大径粒子排出口１３ａおよび小径粒子排出口１４ａからの排出量（スラリの流量）が適切になるように、流量の調整を行う。例えば、大径粒子排出口１３ａからの排出量が多すぎると、スラリＳが第二回収室に移動しなくなる。逆に少なすぎると第二回収室への移動量が多くなり、その結果第二回収室で回収する目的の粒子径より大きな粒子が第二回収室へ移動する。
第一回収室１３および第二回収室１４の底部近傍は、大径粒子排出口１３ａおよび小径粒子排出口１４ａに向かって横断面の断面積がそれぞれ縮小している。そのため、大径粒子および小径粒子が、第一回収室１３および第二回収室１４の底部に堆積することなく、効率よく筐体１１より排出される。
第一回収室１３の横断面の断面積が広すぎると、小径粒子は第二回収室１４に到達する前に第一回収室１３で沈降し、狭すぎると大径粒子が沈降する前に前記分級部材１６に衝突する。よって、前記スラリ導入室１２の最上面における第一回収室の横断面の断面積Ｓ３の前記スラリ導入室１２の横断面の断面積Ｓ２に対する比（Ｓ３／Ｓ２）は２〜１０から選択することが好ましい。
本発明の分級装置は、前記分級部材１６と前記天板との間隔を変更することで容易に分級点を変更することができる。本実施形態では、分級部材１６を着脱可能な構造とし高さ（図１（Ａ）における上下方向）が異なる分級部材１６と付け変えることで、分級点を１００〜１０００μｍの範囲で容易に変更することができる。スラリ導入室１２の最上端と分級部材１６の最上端の高さ位置の差が小さすぎると大径粒子も第二回収室１４に送られ、前記差が大きすぎると必要以上に筐体１１の高さが高くなる。このため、前記分級部材１６の高さｈ２のスラリ導入室１２の高さｈ１に対する比（ｈ２／ｈ１）は１．２〜５．０が好ましく、１．２〜３．０がより好ましい。
本発明の分級装置は、分級部材１６によって第一回収室１３と第二回収室１４とに仕切られており、かつ、スラリが第一回収室１３から第二回収室１４に移動できる空隙を有していれば、上述の構成に限定されない。例えば、それぞれ閉止可能な開口部を備えた分級部材１６を配置してもよい。開放する前記開口部を選択することで、分級点を変更することができる。前段落と同様の理由で、開放した開口部の下部までの高さのスラリ導入室の高さに対する比は１．２〜５．０の範囲であることが好ましい。
また、スラリ導入口１２ａと揚程機構としてのポンプＰ１との間に筐体１１へのスラリＳの導入速度を調整するための導入速度調整機構１８を配置することで、分級点をさらに調整することができる。本実施形態における前記導入速度調整機構１８は、バルブＶ１、および該バルブＶ１に連結されたホースＨ３、Ｈ４を含む。前記ホースＨ１を分岐し、その分岐点にホースＨ３を連結し、ホースＨ４はスラリ槽２２と連結した。スラリ導入口１２ａとポンプＰ１との経路を分岐させ、一方をスラリ導入口１２ａと連結し、他方をバルブＶ１と連結した。バルブＶ１を、開度を調整しながら開放することで、スラリＳの所定量の一部がスラリ槽２２に戻される。よって、筐体１１へのスラリＳの導入速度を調整することができる。
第一回収室でのスラリ液面近傍におけるスラリの上昇速度を低くすることで、分級点の下限値を低くすることができる。しかし、必要以上に上昇速度が低いと、小径粒子が第二回収室へ移動するための十分な推進力を得られない。このため、本実施形態では、前記スラリの上昇速度を０．００３〜０．０５０ｍ／ｓから選択した。また、前述のように、加速機構によってスラリ導入室の上端を通過するスラリの速度を１．０〜５．０ｍ／ｓとした。これによって、分級点を５０〜３００μｍの範囲から選択することができる。
（ブラスト加工装置）
次に、本発明の分級装置を湿式のブラスト加工装置に用いた場合について説明する。図４に、本発明の湿式のブラスト加工装置２０の構成を示す。ブラスト加工装置２０は、ブラスト加工室２１と、該ブラスト加工室の下方に配置されたスラリ槽２２と、スラリ槽２２中のスラリＳ中の粒子を分級する選別機構と、を含む。また、ブラスト加工室２１の内部には、スラリＳを噴射するための噴射ノズル２３が配置されている。
スラリ槽２２には、ブラスト加工を行うための砥粒（研磨材）が液体中（本実施形態では水）に分散されたスラリＳが貯留されている。前記砥粒は、鉄および非鉄製の粒子（ショットやグリッドやカットワイヤ等）、セラミックス系粒子、植物系粒子、樹脂系粒子といった、乾式や湿式を問わず一般にブラスト加工に用いることができる各種粒子であれば、特に限定されない。前記砥粒はスラリ全体の５〜６０体積％となるように水に混合され、分散されている。
スラリ槽２２の底部に砥粒が沈降するのを防ぐために、前記スラリ槽２２には前述のように、砥粒を攪拌し分散させるための攪拌機構（図示せず）を配置することが好ましい。
該スラリ槽２２中のスラリＳは、揚程機構Ｐ２（本実施形態ではキャンドモータポンプ）により吸い上げられ、ブラスト加工室２１内に配置された噴射ノズル２３に送られる。噴射ノズル２３に送られたスラリＳは、高圧ガス発生源２４より送られた高圧ガス（本実施形態では圧縮空気）と混合され、固気液三相流として被加工物Ｗに向けて噴射される。噴射されたスラリは前記スラリ槽２２に流れ込む。この際、被加工物Ｗと衝突することで割れや欠けが生じた砥粒や、ブラスト加工によって生じた被加工物Ｗの切削粒子等もスラリ槽２２に流れ込む。通常のブラスト加工では、砥粒を循環して何度も使用するが、前記の割れや欠けが生じた砥粒のなかには、ブラスト加工に適さない径となった砥粒が存在する。すなわち、スラリ槽２２中のスラリＳには、ブラスト加工に適さない径となった（再使用できない）砥粒および被加工物Ｗの切削粒子等も含まれているので、これらを除去する必要がある。そこで、前述の通りブラスト加工を行うと共に前記選別機構にて選別を行う。前記選別機構によって選別された再使用できる砥粒はスラリ槽２２に戻され、再び噴射ノズル２３より噴射される。
前記選別機構に、本発明の分級装置１０を好適に用いることができる。すなわち、スラリＳ中の再使用できる砥粒を大径粒子として、再使用できない大きさとなった砥粒や被加工物の切削粒子等を小径粒子として、それぞれ分離することができる。再使用できる砥粒が分散されたスラリは大径粒子排出口１３ａから排出されてスラリ槽２２に戻される。一方、再使用できない大きさとなった砥粒や被加工物の切削粒子等が分散されたスラリは、小径粒子排出口１４ａから排出される。
小径粒子排出口１４ａから排出されたスラリは、分離機構２５へ送られ、固液分離が行われる。固液分離はシックナー、フィルタープレス、遠心分離装置、篩、磁力選別装置等、公知の方法を用いることができる。例えば、クロム・モリブデン鋼等の鍛造品（冷間・熱間）のバリを鉄製グリッド等の砥粒を用いて除去する場合のように、砥粒および被加工物が共に磁性を有する場合には磁力選別機を好適に用いることができる。
分離機構２５で分離された固体粒子はスラッジとして回収される。分離された固体はスラッジとしてスラッジ槽２６に回収される。分離された液体は、貯液槽２７に貯留される。該液体は、ブラスト加工の進行と共に減量した砥粒をスラリ槽２２に補充する際に、スラリの濃度を調整するために使用することができる。或いは、ブラスト加工が終了した被加工物Ｗを洗浄するために使用してもよい。揚程機構Ｐ３によって、該液体を洗浄用噴射ノズル２８に送り、高圧ガス発生源２４より送られた高圧ガスと共に被加工物Ｗに向けて噴射することで、被加工物Ｗの表面に残留した砥粒および切削粒子を除去することができる。
揚程機構Ｐ１と揚程機構Ｐ２とを同一とすることができる。例えば、図５のように、揚程機構Ｐ１のみを使用した場合、ホースＨ１（図１（Ａ）参照）を分岐させ、該分岐点を、噴射ノズル２３へホースを介して連結することができる。この際、該分岐点から噴射ノズル２３への経路に、噴射ノズル２３へのスラリＳの導入量を調整するための噴射量調整機構２９を配置してもよい。例えば、該噴射量調整機構２９は、バルブＶ２に一端が連結され、他端がスラリ槽２２近傍に配置された管体を用いることができる。該バルブＶ２を開放するとスラリＳはスラリ槽２２に戻ることになるため該バルブの開度を調整することで噴射ノズル２３へのスラリＳの導入速度を調整することができる。
また、ホースＨ１には前述の通り、分級装置１０へのスラリＳの導入速度を調整するための導入速度調整機構１８を配置してもよい（図１（Ａ）参照）。
スラリＳの分級装置１０への導入速度および噴射ノズル２３への導入量を調整する際、バルブのような微調整が必要ない場合は、バルブの代わりに前記管体より径の小さい管体（絞り管）を用いてもよい。バルブは内部の構造が複雑であるため、摩耗が激しいスラリＳを使用した場合故障する恐れがある。絞り管はバルブに比べ故障が少なく、仮に内部の摩耗が進行し、スラリＳの導入速度の調整が困難になった場合でもバルブに比べ安価であるため容易に交換が可能である。
図示しないが、ブラスト加工能力を安定させるために、スラリの濃度を測定するための濃度計を配置してもよい。濃度計での測定結果に応じて、自動あるいは手動で砥粒または液体をスラリ槽に投入してスラリの濃度を一定にすることができる。
本発明の分級装置によって、鉄製グリッド（ＧＨ−３：平均粒子径 ３００μｍ）およびホワイトアランダム（ＷＡ＃３２０：平均粒子径 ４０μｍ）を混合したスラリを分級した結果を、第１実施例として説明する。スラリは、固体粒子（砥粒）の含有率がそれぞれ４０体積％、１０体積％となるように水に分散させたスラリを作成し、スラリ導入口におけるスラリの流速を２．５ｍ／ｓとなるように本実施形態の分級装置に導入し、分級を行った。大径粒子排出口および小径粒子排出口より排出されたスラリをそれぞれ目開き１２５μｍの篩を通過させ、該篩を通過したスラリの色を目視にて確認することで大径粒子と小径粒子に分級されているかを判定した。
大径粒子排出口より排出されたスラリを篩にて分級した結果、篩の上には多量の鉄製グリッドが確認された。また、篩を通過したスラリは若干白濁しているものの無色透明に近いことから、小径粒子であるホワイトアランダムの混在はわずかであることが分かった。また、小径粒子排出口より排出されたスラリを篩にて分級した結果、篩の上には鉄製グリッドは確認されなかった。また、篩を通過したスラリは白濁したことから、多量のホワイトアランダムが混在し、分散されていることが分かった。以上の結果、本実施形態の分級装置にて精度良く分級出来ることがわかった。
次に、本実施形態の分級装置をブラスト加工装置の選別装置として用いた場合の例を第２実施例として説明する。スラリは、鉄製グリッド（ＧＨ−３：平均粒子径 ３００μｍ）を、濃度が３０質量％となるように水に分散させたものを使用した。このスラリを吸引式の噴射ノズルより、クロム鋼鋼材（ＳＣｒ）に向けて噴射してブラスト加工を行った。ノズルと被加工物までの距離は１００ｍｍ、揚程機構Ｐ１の圧力は０．３３ＭＰａ、高圧ガス（圧縮空気）の圧力を０．４ＭＰａとした。
スラリ導入部材１５の傾斜角度、スラリ導入室の高さに対する加速部材１９の高さの比（ｈ３／ｈ１）、をそれぞれ表１の様に変更して、ブラスト加工を行った。噴射後３０分間経過した時点で、大径粒子排出口１３ａおよび小径粒子排出口１４ａからそれぞれスラリを回収した。回収したスラリを９０℃で乾燥させた後、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２１００：島津製作所（株）製）にて粒度分布を測定した。測定した粒度分布を基に、分級点および大径粒子の分級精度κ（Ｄ７５／Ｄ２５）を算出した。
Figure 0005915650
スラリ導入部材１５の傾斜角度およびスラリ導入室の高さに対する加速部材１９の高さの比（ｈ３／ｈ１）を変更することで、分級点を変更することができた。一般に、分級精度κが１．０以上であれば良好に分級することができ、さらに１．５以上では極めて良好に分級することができる。実施例１〜１３はいずれも分級精度が１．２以上であり、良好な結果を示した。また、ブラスト加工装置の選別装置として分級装置を用いる場合、スラリから小径粒子（再使用できない大きさとなった砥粒や被加工物の切削粒子等）を除去することを目的とする。そのため、分級点を９０μｍ程度と設定した場合、実施例５に示すように、分級精度κは１．６０となった。これは、本発明の分級装置はブラスト加工装置の分離装置として良好に用いることができることを示唆している。
以下に、本明細書および図面で用いた主な符号を示す。
１０ 分級装置
１１ 筐体
１２ スラリ導入室
１２ａ スラリ導入口
１３ 第一回収室
１３ａ 大径粒子排出口
１４ 第二回収室
１４ａ 小径粒子排出口
１５ スラリ導入部材
１６ 分級部材
１７ スラリ導入機構
１８ 導入速度調整機構
１９ 加速部材
２０ ブラスト加工装置
２１ ブラスト加工室
２２ スラリ槽
２３ 噴射ノズル
２４ 高圧ガス発生源
２５ 分離機構
２６ スラッジ槽
２７ 貯液槽
２８ 洗浄用噴射ノズル
２９ 噴射量調整機構
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 揚程機構
Ｗ 被加工物
Ｓ スラリ
Ｖ１、Ｖ２ バルブ

［産業上の利用の可能性］
実施形態では、湿式のブラスト加工装置におけるスラリから再使用可能な砥粒とそれ以外の粒子とを選別するための分級装置に適用した事例を説明したが、本発明の分級装置はスラリ中の異物除去、選鉱、選別、液体浄化等、あらゆる湿式分級の用途に適用することができる。

Claims (14)

  1. スラリ中に分散されている固体粒子を沈降速度の差を利用して分級するための装置であって、
    前記分級装置は、前記スラリを導入すると共に大径粒子と小径粒子とに分級するための筐体と、
    前記筐体にスラリを導入するためのスラリ導入機構と、を備え、
    前記筐体は、該筐体の底面より立設し、該筐体の天井面との間に隙間を設けた先端を有する板状の分級部材によって、該筐体内を第一回収室と第二回収室とに仕切られており、
    前記第一回収室内には、該第一回収室の底面から立設された板状のスラリ導入部材、又は前記スラリ導入部材と前記第一回収室の壁面と、で側壁を成し、下端には、前記スラリ導入機構と連結されたスラリ導入口が形成されると共に上端が開放されたスラリ導入室が形成されていることを特徴とする分級装置。
  2. スラリ中に分散されている固体粒子を沈降速度の差を利用して分級するための装置であって、
    前記分級装置は、前記スラリを導入すると共に大径粒子と小径粒子とに分級するための筐体と、
    前記筐体にスラリを導入するためのスラリ導入機構と、を備え、
    前記筐体は、該筐体の底面より立設し、複数の閉止可能な開口部を設けた板状の分級部材によって、該筐体内を第一回収室と第二回収室とに仕切られており、
    前記第一回収室内には、該第一回収室の底面から立設された板状のスラリ導入部材、又は前記スラリ導入部材と前記第一回収室の壁面と、で側壁を成し、下端には、前記スラリ導入機構と連結されたスラリ導入口が形成されると共に上端が開放されたスラリ導入室が形成されていることを特徴とする分級装置。
  3. 前記分級部材の少なくとも一部が着脱可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の分級装置。
  4. 前記スラリ導入室は、上方に向かって断面積が拡大することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の分級装置。
  5. 前記スラリ導入室の上端部に、スラリを加速するための加速機構を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分級装置。
  6. 前記加速機構によって、前記スラリ導入部材の断面積が上方に向かって徐々に縮小されていることを特徴とする請求項５に記載の分級装置。
  7. 前記スラリ導入機構は、スラリを揚程するための揚程機構を備え、
    前記スラリ導入口と前記揚程機構との間に、前記スラリの導入速度を調整するための導入速度調整機構が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分級装置。
  8. 液体中に砥粒を分散させたスラリを高圧ガスと共に被加工物に噴射してブラスト加工を行うためのブラスト加工装置であって、
    前記ブラスト加工装置は、内部に噴射ノズルが配置されたブラスト加工室と、
    前記スラリを貯留するためのスラリ槽と、
    前記スラリ槽中のスラリ中の粒子を分級するための選別機構と、
    前記選別機構によって分級された小径粒子を含むスラリを固液分離するための分離機構と、を備え、
    前記選別機構は請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の分級装置であることを特徴とするブラスト加工装置。
  9. 前記分離機構が磁力選別装置であることを特徴とする請求項８に記載のブラスト加工装置。
  10. 前記ブラスト加工室内にはブラスト加工後の被加工物を洗浄するための洗浄用ノズルが配置されており、
    前記洗浄用ノズルは、前記分離機構で分離された液体を噴射することを特徴とする請求項８または９に記載のブラスト加工装置。
  11. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の分級装置を用いたスラリ中に分散した固体粒子の分級方法であって、
    前記スラリを前記スラリ導入口から前記スラリ導入室内に導入する工程と、
    導入された前記スラリを前記スラリ導入室の上端の開口部より拡散させて排出する工程と、
    前記スラリ中の固体粒子における小径粒子を、前記分級部材と前記天井との隙間または前記分級部材に設けられた開口部を通過して前記第二回収室内に移動させると共に、前記スラリ中の固体粒子における大径粒子を前記第一回収室の底部に沈降させる工程と、
    前記第二回収室内に移動した前記小径粒子を該第二回収室の底部に沈降させる工程と、
    を含むことを特徴とする分級方法。
  12. 前記分級部材の上端と前記天井との距離または前記開口部の下端と前記天井との距離を変更して前記第二回収室に移動する固体粒子の径を変更することを特徴とする請求項１１に記載の分級方法。
  13. 請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のブラスト加工装置によるブラスト加工方法であって、
    前記スラリ槽に液体および砥粒を投入して分散させ、スラリを得る工程と、
    前記スラリ槽中のスラリを前記噴射ノズルに移送すると共に、高圧ガスと混合して該噴射ノズルより被加工物に向けて噴射する工程と、
    噴射したスラリおよび被加工物の切削粒子をスラリ槽で貯留する工程と、
    前記スラリ槽のスラリを前記選別機構に移送する工程と、
    前記第一回収室にて回収された大径粒子を、再度ブラスト加工を行うための固体粒子としてスラリ槽に移送する工程と、
    前記第二回収室にて回収された小径粒子をスラッジとして回収する工程と、
    を含むことを特徴とするブラスト加工方法。
  14. 請求項９に記載のブラスト加工装置によるブラスト加工方法であって、
    前記スラリ槽に液体および磁性を有する砥粒を投入して分散させ、スラリを得る工程と、
    前記スラリ槽中のスラリを前記噴射ノズルに移送すると共に、高圧ガスと混合して該噴射ノズルより磁性を有する被加工物に向けて噴射する工程と、
    噴射したスラリおよび被加工物の切削粒子をスラリ槽で貯留する工程と、
    前記スラリ槽のスラリを前記選別機構に移送する工程と、
    前記第一回収室にて回収された大径粒子を、再度ブラスト加工を行うための固体粒子としてスラリ槽に移送する工程と、
    前記第二回収室にて回収された小径粒子を含むスラリを前記磁力選別装置に移送する工程と、
    前記磁力選別装置に移送されたスラリを磁力によって固液分離する工程と、
    を含むことを特徴とするブラスト加工方法。
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