JP6420095B2 - ブラスト加工装置及びブラスト加工方法 - Google Patents

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（例えば特許文献１参照）。

ブラスト加工を行うと、複合材の表面が活性化される。具体的には、複合材の表面粗さが粗くなり、複合材の表面エネルギが複合材と塗料との間における界面エネルギよりも大きくなる。この結果、複合材に対する塗料や接着剤の塗れ性が向上し、塗装剥がれや接着不良を防止することが可能となる。

ブラスト加工によって複合材の表面が塗装又は接着に適する程度に十分に活性化されたか否かは、検査員の目視或いは複合材の表面粗さの測定によって評価される。

特開２０１３−２１５８２６号公報

本発明は、塗装前又は接着前の複合材に対するブラスト加工によって、より良好な品質で表面が活性化された複合材を得る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方法は、試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、前記所定のブラスト加工条件で塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す参照情報に基づいて、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件を、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定するステップと、前記活性化の度合いが適切な範囲となるように設定された前記ブラスト加工条件で、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材のブラスト加工を実行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を有するものである。
また、本発明の実施形態に係るブラスト加工方法は、試験片と、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材とを対象として同一のブラスト加工条件でブラスト加工を実行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、前記ブラスト加工後における前記試験片の歪量を測定するステップと、前記歪量の測定結果と参照情報とに基づいて、前記ブラスト加工後の前記複合材の表面における前記活性化の度合いが適切な範囲であるか否かを評価するステップとを有するものである。前記参照情報は、前記試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を前記所定のブラスト加工条件で複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す情報である。
また、本発明の実施形態に係るブラスト加工装置は、参照情報保存部、ブラスト加工条件設定部及びブラスト噴射部を備える。参照情報保存部は、試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、前記所定のブラスト加工条件で塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す参照情報を保存する。ブラスト加工条件設定部は、前記参照情報に基づいて、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件を、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定する。ブラスト噴射部は、前記活性化の度合いが適切な範囲となるように決定された前記ブラスト加工条件で、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材のブラスト加工を実行する。

本発明の実施形態に係るブラスト加工装置の構成図。 アルメンホルダで保持されたアルメンストリップの正面図。 図２に示すアルメンホルダ及びアルメンストリップの上面図。 図２に示すアルメンストリップの種類を示す図。 図２に示すアルメンストリップのアークハイトの定義を示す図。 CFRPのサンプルを対象としてブラスト加工条件を変えてブラスト加工を行った場合における表面の活性化の度合いの良否の結果の一例を示す図。 図６に示すブラスト加工条件及びCFRPのサンプルの表面における活性化の度合いの良否をアルメンストリップのＴ片のアークハイトと関連付けた例を示す図。 図６に示すブラスト加工条件及びCFRPのサンプルの表面における活性化の度合いの良否をアルメンストリップのＴ片のアークハイトと関連付けた別の例を示す図。 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構成図である。

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の塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を行う装置である。すなわち、ブラスト加工装置１は、粒体で構成される投射材をメディアとしてワークＷに衝突させ、表面を粗面化することによって、塗料や接着剤の濡れ性を向上させるショットブラスト加工を行う装置である。複合材を対象とするブラスト加工用のメディアとしては、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、ブラスト加工条件設定部３及び参照情報保存部４を有する。

ブラスト噴射部２は、設定されたブラスト加工条件でワークＷのブラスト加工を行うシステムである。そのために、ブラスト噴射部２には、少なくともブラスト加工のメディアをワークに対して噴射するノズル５、ノズル５に圧縮エアを供給するエア供給系６、ノズル５にメディアを供給するメディア供給系７及びブラスト加工条件に従ってブラスト加工装置１の各構成要素を制御する制御系８が備えられる。図１に示す例では、複合材のパネルＷ１にストリンガーＷ２を取付けて構成されるワークＷがテーブルに設置され、ワークＷのブラスト加工位置に向けて互いに異なる方向から同時にメディアを噴射できるように２つのノズル５がブラスト噴射部２に設けられている。

また、ノズル５とワークＷの相対位置を変えることができるように、ワークＷ及びノズル５の少なくとも一方を移動させる移動機構９をブラスト加工装置１に設けることができる。移動機構９によって、ワークＷ及びノズル５の少なくとも一方を３軸方向に移動できるようにすることが実用的である。移動機構９の構造としては、任意の構造を採用することができる。例えば、レールに沿ってワークＷ及びノズル５の少なくとも一方を任意軸方向に移動させる構造やワークＷ及びノズル５の少なくとも一方を移動させる多関節アーム等のリンク機構を移動機構９の構成要素として採用することができる。この場合、ノズル５とワークＷとの間における距離を含む相対位置はブラスト加工条件の１つとなる。このため、制御系８によって移動機構９を制御できるように構成される。

ブラスト加工条件設定部３は、入力装置３Ａ及び表示装置３Ｂを備え、入力装置３Ａの操作によって入力された情報に従ってブラスト加工条件を設定する機能を有している。一方、参照情報保存部４には、ブラスト加工条件を適切な条件に設定するために参照される参照情報が保存される。

そして、ブラスト加工条件設定部３は、参照情報保存部４に保存された参照情報に基づいて、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件を、当該複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定する機能を有している。このため、ブラスト噴射部２では、表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように決定されたブラスト加工条件で、ブラスト加工の対象となる複合材のブラスト加工を実行することができる。

適切なブラスト加工条件を設定するために参照される参照情報は、形状が既知の試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる試験片の歪量（変形量）と、同一の所定のブラスト加工条件で複合材のサンプルに対してブラスト加工を行った場合におけるサンプルの表面における活性化の度合いとの関係を表す情報として参照情報保存部４に保存される。

すなわち、互いに異なる複数のブラスト加工条件で試験片のブラスト加工を行った場合における試験片の各歪量と、対応する複数のブラスト加工条件とを関連付けることができる。同様に、試験片に対する条件と同一の複数のブラスト加工条件で複合材のサンプルに対してブラスト加工を行った場合におけるサンプルの表面における活性化の度合いと、対応する複数のブラスト加工条件とを関連付けることができる。そうすると、ブラスト加工条件ごとに複合材の表面における活性化の度合いと、試験片の歪量とを関連付けることができる。その結果、複合材の表面における活性化の度合いを、試験片の歪量を指標として定量的に表現することが可能となる。

従って、試験片及び複合材のサンプルを対象とする同一の複数のブラスト加工条件によるブラスト加工の試験によって、複合材の表面における活性化の度合いが適切となる範囲を、試験片の歪量の範囲として求めることができる。そうすると、複合材の表面における活性化の度合いが適切となる範囲に対応する試験片の歪量の範囲に更に対応するブラスト加工条件が、適切な条件であるということになる。

特に、試験片の歪量を指標として複合材の表面における活性化の度合いを定量的に表せば、要求される活性化の度合いを得るために、試験片の歪量を参照して、より適切なブラスト加工条件を容易に設定することが可能となる。また、ブラスト加工対象となる複合材とともに試験片をブラスト加工すれば、試験片の歪量の測定結果を、ブラスト加工後の複合材の品質を表す検査記録として記録することができる。すなわち、試験片の歪量の測定結果を参照することにより、ブラスト加工後の複合材の表面における活性化の度合いを、数値として定量評価することができる。

一方、試験片のブラスト加工を行わない場合であっても、ブラスト条件に対応する試験片の歪量を、ブラスト加工後の複合材の品質を表す検査記録として記録することができる。この場合、ブラスト条件に対応する試験片の歪量を参照することにより、定量的かつ容易にブラスト加工後の複合材の表面における活性化の度合いを見積もることが可能となる。

更に、試験片の歪量の測定結果を蓄積して統計的にばらつきを評価すれば、複合材に限らず、ブラスト加工装置１の制御誤差等の性能を評価することも可能となる。従って、試験片の歪量の測定結果は、ブラスト加工後の複合材及びブラスト加工に使用したブラスト加工の少なくとも一方の検査記録として記録することができる。

また、試験片の歪量の測定結果と、設定されたブラスト加工条件に対応する試験片の歪量とを比較することによっても、ブラスト加工装置１の制御誤差等の性能を評価することが可能である。従って、設定されたブラスト加工条件に対応する試験片の歪量についても、ブラスト加工後の複合材及びブラスト加工に使用したブラスト加工の少なくとも一方の検査記録として記録することができる。

ブラスト加工の対象となる試験片としては、ブラスト加工条件を変化させてブラスト加工を施した場合に、歪量が適切な精度で測定できる形状及び材質であれば、任意の形状及び材質を有するものを採用することができる。特に汎用性及び実用性が高い試験片として、アルメンストリップ（Almen strip）が挙げられる。

アルメンストリップは、本来、ばねや歯車を対象とするショットピーニング用に規格化された試験片である。ショットピーニングは、金属の表面に残留圧縮応力を付与させることにより、疲労強度や耐応力腐食割れ性の向上を目的とする表面処理である。すなわち、ショットピーニングによって金属の表面に塑性加工を行うと、加工硬化によって金属の表面層に圧縮残留応力が付与される。この結果、ばねや歯車等の金属の機械的特性を向上させることができる。

そして、アルメンストリップは、金属のショットピーニングにおけるピーニング強度を測定するために用いられる金属片である。尚、ピーニング強度は、ショットピーニングの対象となる金属の単位表面積に単位時間当たりに作用するショットの運動エネルギである。

図２はアルメンホルダで保持されたアルメンストリップの正面図であり、図３は図２に示すアルメンホルダ及びアルメンストリップの上面図である。

図２及び図３に示すようにアルメンストリップ１０は、矩形かつ板状の形状を有する。アルメンストリップ１０は、規格化された専用のアルメンホルダ１１に、４つのネジ１２で固定した状態で使用される。すなわち、アルメンホルダ１１で保持されたアルメンストリップ１０がショットピーニングの対象となる金属に取付けられる。そして、金属とともにアルメンストリップ１０に対してショットピーニングが行われる。

図４は図２に示すアルメンストリップ１０の種類を示す図である。

アルメンストリップ１０には、厚さ、硬さ又は平坦度が異なるＡ片、Ｃ片、Ｎ片、Ｈ片及びＴ片等の種類が準備されている。但し、アルメンストリップ１０の幅は種類に依らず19.0 (+0, -0.1) mmであり、アルメンストリップ１０の長さは種類に依らず76.0±0.4mmである。

アルメンストリップ１０の硬さは、ロックウェル硬さを単位として定められている。ロックウェル硬さには、HRAやHRC等の複数のスケールがある。アルメンストリップ１０の硬さの単位として用いられるHRAは、先端半径0.2 mmかつ先端角120度のダイヤモンド円錐圧子に試験荷重60kgを負荷して硬さを測定するスケールである。一方、HRCは、先端半径0.2 mmかつ先端角120度のダイヤモンド円錐圧子に試験荷重150kgを負荷して硬さを測定するスケールである。HRAの場合もHRCの場合も、ロックウェル硬さの値HRは、基準面からの永久深さをhとしてHR=100-500hで求められる。また、アルメンストリップ１０の材質としては、SK65M〜SK85M或いはSUP3等の炭素工具鋼やばね鋼鋼材等の0.60%〜0.90%の炭素を含む炭素鋼が用いられる。

但し、交差や材質等の細かい事項については、改訂される場合がある。また、アルメンストリップ１０の製造メーカによっても細かい事項が異なる場合があり、同等な種類のアルメンストリップ１０であっても製造メーカによって呼び名が異なる場合もある。

図５は図２に示すアルメンストリップ１０のアークハイトの定義を示す図である。

図５(A)は上面側にショットピーニングを施したアルメンストリップ１０の下面図であり、図５(B)は図５(A)に示すアルメンストリップ１０の正面図である。

アルメンストリップ１０にショットピーニングを施すと、残留応力によりアルメンストリップ１０が変形する。片面をショットピーニングすることによって生じるアルメンストリップ１０の変形の大きさは、アークハイト（arc height）と呼ばれる。アークハイトは、図５に示すように、ショットピーニングが施されないアルメンストリップ１０の曲面上にあり、かつ同一の基準平面上となるように定められた所定の間隔を有する四方の４点a, b, c及びdの中点eにおける基準平面からの高さとして定義されている。

尚、改訂される可能性があるが、４点a, b, c及びdは長方形の頂点となるように決定され、ac間及びbd間の距離は、15.88±0.05{mm}であり、ab間及びcd間の距離は31.75±0.05{mm}である。また、中点eと他の点との間における距離の公差は±0.1{mm}である。

アークハイトは、アルメンストリップ１０の表面層における圧縮残留応力に応じた値となる。従って、アークハイトを用いて、ピーニング強度を間接的に表すことができる。但し、ショットピーニングされた金属の機械的特性は、ピーニング強度の他、ショットの大きさ、形状及び硬さにも依存する。

アークハイトは市販のアルメンゲージで測定することができる。アルメンゲージは、アルメンストリップ１０のアークハイトを測定するための専用の測定器である。典型的なアルメンゲージは、湾曲したアルメンストリップ１０に４点a, b, c及びdで接触する４つの球体と、湾曲したアルメンストリップ１０の中点eにおける基準平面からの高さを接触式で測定するための感触器とを有している。

以上のように、アルメンストリップ１０は、残留圧縮応力に応じたアークハイトを測定することによって、所望の金属の機械的特性を得るためのピーニング強度を評価するために用いられる試験片であるが、ブラスト加工による塗装前又は接着前の複合材の表面の活性化の度合いを定量化するための試験片として利用することができる。すなわち、複合材の表面の活性化の度合いに影響を及ぼす表面粗さ等の複合材の表面の特徴を、残留圧縮応力に応じたアルメンストリップ１０のアークハイトで数値として間接的に表すことができる。

尚、アルメンストリップ１０として市販されていない試験片であっても、アルメンストリップ１０と実質的に同等とみなせる試験片であれば、塗装前又は接着前の複合材の表面の活性化の度合いを定量化するための試験片として用いることができる。

従って、塗装前又は接着前の複合材の表面の活性化の度合いを定量化するための試験片としてアルメンストリップ１０又はアルメンストリップ１０と実質的に同等とみなせる試験片を用い、アルメンストリップ１０又はアルメンストリップ１０と実質的に同等とみなせる試験片のアークハイト値を、塗装前又は接着前の複合材の表面の活性化の度合いと関連付けられるべき試験片の歪量とすることができる。

尚、複合材のブラスト加工では、金属のショットピーニングと異なり、アルミナ等の微粒子がメディアとして用いられる。そこで、微粒子ショット用のアルメンストリップ１０であるＴ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片を、塗装前又は接着前の複合材の表面の活性化の度合いを定量化するための試験片として用いることができる。Ｔ片は、ロックウェル硬さが74.7±1.2 HRA、厚さが0.51mmから0.54mm、平坦度が±0.025mm、幅が19.0 (+0, -0.1) mm、長さが76.0±0.4mmとして定義されるアルメンストリップ１０である。

このように異なる目的で規格化された既存の試験片を用いることで、新たな規格の創設を省略することができる。これにより、アルメンゲージ等の既存の測定器を用いて塗装前又は接着前における複合材の表面の活性化の度合いを間接的に測定することが可能となる。従って、アルメンストリップ１０以外の任意の規格の試験片を用いても、同様に塗装前又は接着前における複合材の表面の活性化の度合いを残留圧縮応力による試験片の歪量として定量化することができる。もちろん、規格外の新しい試験片を用いてもよい。

図６はCFRPのサンプルを対象としてブラスト加工条件を変えてブラスト加工を行った場合における表面の活性化の度合いの良否の結果の一例を示す図である。

図６に示すように、ノズル５とCFRPのサンプルとの間における距離、メディアの噴射回数及びメディアを噴射させるための圧縮空気の圧力を変えてCFRPのサンプルを対象としてブラスト加工試験を行った。その他のブラスト加工条件としては、メディアの種類が、平均粒径（粒度範囲）を表す呼び番号が100番(#100)の白色アルミナであり、メディアの噴射量が1kg/分である。#100の白色アルミナは平均粒径が106μmから150μmの白色アルミナである。

尚、図１に例示されるように配置された２つのノズル５をそれぞれ中心角が51度で半径が324mmの扇形に形成される円弧状の軌跡に沿ってワイパーのように50Hzの周期で水平方向に揺動させ、かつ60cm/分の速度で鉛直方向に移動させながら凹凸を有する板状のCFRPのブラスト加工を行った。従って、メディアの噴射回数は、同一の軌跡に沿ってノズル５を移動させた回数に相当する。

また、図１に例示されるように配置された２つのノズル５間の距離Ｄは560mmであり、２つのノズル５から噴射されるメディアの噴射方向が水平面上において互いに直交するように２つのノズル５をそれぞれ水平面上において線対称となるように内側に傾斜させた。従って、水平面上における各メディアの噴射方向と２つのノズル５間を結ぶ直線とのなす角θは４５度である。

ノズル５とCFRPとの間における距離は、２つのノズル５間を結ぶ直線と、CFRPの表面との間における距離とみなした。従って、各ノズル５から噴射されるメディアの、ノズル５からCFRPの衝突位置までの実際の飛距離は、正確にはノズル５とCFRPとの間における距離よりも長い。具体的には、ノズル５とCFRPとの間における距離が280mmであれば、放射状に噴射されるメディアの中心線の軌跡が４５度傾斜しているため、ノズル５からCFRPの衝突位置までのメディアの飛距離は280x2^1/2mmとなる。

図６においてPASSは、ブラスト加工後のCFRPの表面に無視できない損傷が生じなかったことを表しており、NGはブラスト加工後のCFRPの表面に損傷が生じて繊維が露出したことを表している。

図６によれば、ノズル５とCFRPのサンプルとの間における距離が280mmである場合には、メディアの噴射回数が２回かつブラスト圧力が0.6 [MPa]の条件と、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.4 [MPa]から0.6[MPa]の条件において、CFRPに損傷が生じたことが確認できる。一方、ノズル５とCFRPのサンプルとの間における距離が200mmとなる部位があったが、この条件では、メディアの噴射回数が２回かつブラスト圧力が0.4 [MPa]から0.6[MPa]の条件と、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.3 [MPa]から0.6[MPa]の条件において、CFRPに損傷が生じたことが確認できる。

図７は図６に示すブラスト加工条件及びCFRPのサンプルの表面における活性化の度合いの良否をアルメンストリップ１０のＴ片のアークハイトと関連付けた例を示す図であり、図８は図６に示すブラスト加工条件及びCFRPのサンプルの表面における活性化の度合いの良否をアルメンストリップ１０のＴ片のアークハイトと関連付けた別の例を示す図である。

図７及び図８において各縦軸はアルメンストリップ１０のＴ片のアークハイト[mm]を、各横軸はメディアの噴射回数を、四角印はブラスト圧力が0.4 [MPa]の場合におけるＴ片のアークハイトを、丸印はブラスト圧力が0.3 [MPa]の場合におけるＴ片のアークハイトを、三角印はブラスト圧力が0.2 [MPa]の場合におけるＴ片のアークハイトを、菱形印はブラスト圧力が0.1 [MPa]の場合におけるＴ片のアークハイトを、それぞれ示す。

また、図７は、ノズル５とアルメンストリップ１０のＴ片との間における距離を280mmにした場合におけるＴ片のアークハイトを示し、図８は、ノズル５とアルメンストリップ１０のＴ片との間における距離を200mmにした場合におけるＴ片のアークハイトを示す。尚、上述したように２つのノズル５は内側に４５度傾斜しているため、メディアの実際の飛距離は、ノズル５とアルメンストリップ１０のＴ片との間における距離よりも長い。

図６に示す各ブラスト加工条件と同一のブラスト加工条件でそれぞれアルメンストリップ１０のＴ片のブラスト加工を行い、Ｔ片のアークハイトを測定すると図７及び図８に示すようなプロットデータが得られる。すなわち、異なる複数のブラスト加工条件に対応するＴ片のアークハイトを求めることができる。

図６に示すCFRPのサンプルを対象としてブラスト加工を行った結果に依れば、ノズル５とCFRPのサンプルとの間における距離が280mmである場合には、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.4 [MPa]というブラスト加工条件の場合にCFRPに損傷が生じた。従って、ノズル５とアルメンストリップ１０のＴ片との間における距離を280mmにした場合には、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.4 [MPa]というブラスト加工条件に対応するアークハイトが、不適切なブラスト加工条件に対応するアークハイトであるということになる。

同様に、ノズル５とCFRPのサンプルとの間における距離が200mmである場合には、メディアの噴射回数が２回又は３回かつブラスト圧力が0.4 [MPa] というブラスト加工条件の場合と、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.3 [MPa] というブラスト加工条件の場合にCFRPに損傷が生じた。従って、ノズル５とアルメンストリップ１０のＴ片との間における距離を200mmにした場合には、メディアの噴射回数が２回又は３回かつブラスト圧力が0.4 [MPa] というブラスト加工条件と、メディアの噴射回数が３回かつブラスト圧力が0.3 [MPa]というブラスト加工条件に対応するアークハイトが、不適切なブラスト加工条件に対応するアークハイトであるということになる。

このような複合材を対象とするブラスト加工試験の結果と、アークハイトの対応付けによって、ブラスト加工条件を適切な条件とするためのアークハイトの上限値を求めることができる。

また、図６には、ブラスト加工試験の結果として、CFRPから炭素繊維が露出したか否かについてのみ示したが、ブラスト加工後におけるCFRPの表面粗さの測定や塗装剥がれの有無の観察によってCFRPの表面が十分に活性化されたか否かを調べることも重要である。CFRP等の複合材の表面が十分に活性化されない場合のブラスト加工条件が特定できれば、ブラスト加工条件を適切な条件とするためのアークハイトの下限値を求めることができる。

CFRPを対象として上述したようなブラスト加工試験を行い、アルメンストリップ１０のＴ片のアークハイトの範囲と、適切なブラスト加工条件の範囲との関係を調べたところ、アークハイトが0.05mm未満であると、CFRPの表面が十分に粗くならず、十分に活性化できないことが確認された。逆に、Ｔ片のアークハイトが0.12mmを超えると、CFRPの炭素繊維が損傷する恐れがあることが確認された。

従って、試験片としてアルメンストリップ１０のＴ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片を用いる場合には、図７及び図８に示すようにＴ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片のアークハイト値が0.05mmから0.12mmとなる場合を、CFRPの表面における活性化の度合いが適切な範囲とすることができる。そして、Ｔ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片のアークハイト値が0.05mmから0.12mmとなる場合に対応するブラスト加工条件を、CFRPの表面における活性化の度合いを適切にするための条件とすることができる。

他の試験片を用いる場合においても同様に試験片の歪量の適切な範囲を求め、試験片の歪量の適切な範囲に対応するブラスト加工条件を、塗装前又は接着前の複合材の表面における活性化の度合いを適切にするための条件とすることができる。

図６、図７及び図８に示す例では、アルメンストリップ１０のアークハイトが、ブラスト加工に用いられるメディアの噴射回数、ノズル５と複合材との間における代表距離及びメディアを噴射させるための圧縮空気の圧力と関連付けられている。従って、アークハイトの適切な範囲に対応するメディアの噴射回数、ノズル５と複合材との間における代表距離及びメディアを噴射させるための圧縮空気の圧力を、複合材の表面における活性化の度合いを適切にするためのブラスト加工条件として設定することができる。

尚、メディアの種類、メディアの単位時間当たりの噴射量、ノズル５の移動速度等の他のブラスト加工条件のパラメータを変えてアルメンストリップ１０のアークハイトとの関係を求めるようにしてもよい。また、ノズル５と複合材との間における距離以外の所望の距離をメディアの噴射距離の代表値としてもよい。但し、メディアの噴射回数、メディアの噴射距離の代表値及びメディアを噴射させるための圧縮空気の圧力は、複合材の表面における活性化の度合いの良否に影響を及ぼす支配的なブラスト加工条件のパラメータであると考えられる。

従って、ブラスト加工に用いられるメディアの噴射回数、メディアの噴射距離の代表値及びメディアを噴射させるための圧縮空気の圧力の少なくとも１つを含む所定のブラスト加工条件ごとのアルメンストリップ１０のアークハイト等の試験片の歪量と、複合材のサンプルの表面における活性化の度合いとの関係を表す情報を参照情報として取得しておくことが好適である。また、変化させるパラメータを支配的なパラメータに限定することによって、ブラスト試験の回数や手間を低減させることができる。換言すれば、支配的でないパラメータについては、パラメータが若干変化した場合であっても、試験片の同一の適切な変形量の範囲を関連付けることができる。

具体例として、平均粒径が53μmから90μmの#180の白色アルミナを使用する場合であっても、複合材の活性化の度合いの許容範囲が広ければ、#100の白色アルミナを使用する場合と同一のアークハイトの適切な範囲を割り当てることができる場合がある。

但し、#100のアルミナをメディアとしてブラスト加工を実行すると、#180のアルミナを使用する場合に比べて重量が大きいため回収効率が向上する。しかも、#100のアルミナを使用すると、#180のアルミナを使用する場合に比べて、メディアの重量と、ブラスト加工によってCFRP等の複合材から脱落する樹脂の粉塵の重量との差が大きくなる。このため、メディアからの不純物の分離が容易となる。

また、平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子であれば、セラミックス粒子と樹脂との間における比重差が大きいことから、#100のアルミナをメディアとして使用する場合と同様なメリットが得られると考えられる。従って、平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子をメディアとして使用することがブラスト加工後におけるメディアの再利用に適している。このような理由から#100のアルミナ等の平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子を使用する場合における試験片の歪量の適切な範囲をブラスト加工条件と関連付けて参照情報として保存しておくことが好適である。

試験片の歪量とブラスト加工条件との関係は、図７及び図８に示すプロットデータのように試験片の歪量をブラスト加工条件に換算するためのテーブルとする他、関数として求めるようにしても良い。試験片の歪量とブラスト加工条件との関係を関数として求める場合には、プロットデータに基づく補間処理やカーブフィッティングを行えばよい。

適切なブラスト加工条件のパラメータの範囲に対応する試験片の歪量の範囲が参照情報として参照情報保存部４に保存されると、ブラスト加工条件設定部３における参照情報を参照したブラスト加工条件の設定が可能となる。ブラスト加工条件設定部３における参照情報を参照したブラスト加工条件の設定は、自動的又は半自動で行えるようにすることができる。

自動的にブラスト加工条件を設定する場合には、例えば、試験片の適切な歪量の範囲の中央値に対応するブラスト加工条件のパラメータが自動設定されるようにすることができる。ブラスト加工条件には複数のパラメータが存在するため、入力装置３Ａの操作によって一部のパラメータが手動で設定された場合に、未設定のパラメータが参照情報に基づいて自動的に設定されるようにしてもよい。

半自動でブラスト加工条件を設定する場合には、ブラスト加工条件を設定するための所望のパラメータの複数の候補値を表示装置３Ｂに提示して入力装置３Ａの操作によってユーザが選択できるようにするためのユーザインターフェース、ブラスト加工条件を設定するための所望のパラメータの適切な範囲を表示装置３Ｂに提示し、入力装置３Ａの操作によって数値を入力したりスクロールバーを移動したりすることによってパラメータの値を指定するためのユーザインターフェース、入力装置３Ａの操作によってブラスト加工条件を設定すると、設定されたブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の値を提示するユーザインターフェース、入力装置３Ａの操作によって試験片の歪量を指定すると、対応するブラスト加工条件の候補が提示されるユーザインターフェース、入力装置３Ａの操作によって指定されたブラスト加工条件に対応する試験片の歪量が、適切なブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の範囲外である場合にアラームを発するユーザインターフェースなど、様々なユーザインターフェースを準備することができる。

一方、ブラスト加工条件を全て手動で設定するようにしてもよい。その場合には、参照情報保存部４が備えられない従来のブラスト加工装置を用いて複合材のブラスト加工を行うことができる。その場合でも、ブラスト加工条件を設定するための参照情報を書面や独立した記憶装置に保存して参照できるようにすることができる。これにより、図１に示すブラスト加工装置１により行うことが可能なブラスト加工条件の設定と同等な設定を、既存のブラスト加工装置を用いて行うことが可能となる。

（動作および作用）
次にブラスト加工装置１によるワークＷのブラスト加工の流れについて説明する。

図９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、試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる試験片の歪量と、所定のブラスト加工条件で塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を複合材のサンプルに対して行った場合におけるサンプルの表面における活性化の度合いとの関係を表す参照情報がブラスト加工試験によって取得される。そして、メディアの噴射回数やブラスト圧力等の複合材の適切なブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の範囲が特定される。具体的には、図７又は図８に例示されるようなブラスト加工条件の適切なパラメータに対応するアルメンストリップ１０のアークハイトの範囲が特定される。

特定された複合材の適切なブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の範囲は、参照情報として参照情報保存部４に保存される。参照情報が参照情報保存部４に保存されると、実際にブラスト加工の対象となるCFRP等の複合材のワークＷのブラスト加工並びに適切なブラスト加工条件の設定が可能となる。

ワークＷのブラスト加工を開始する場合には、ステップＳ２において、ブラスト加工条件設定部３により参照情報を参照したブラスト加工条件の設定が行われる。すなわち、参照情報に基づいて、ブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件が、複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定される。

具体例として、アルメンストリップ１０のＴ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片にブラスト加工を行った場合に生じるアークハイト値が0.05mmから0.12mmとなるようなブラスト加工条件が設定される。

次に、ステップＳ３において、ブラスト加工後の複合材の検査用に試験片を設置するかどうかが決定される。ブラスト加工後の複合材の検査用に試験片を設置する場合には、ステップＳ４において、試験片を設置してワークＷのブラスト加工が実行される。これにより、被ブラスト加工品が製造される。

すなわち、試験片とワークＷとを対象として同一のブラスト加工条件でブラスト加工が実行される。これにより、試験片及びワークＷの双方が、複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定されたブラスト加工条件、例えば、アルメンストリップ１０のＴ片又はＴ片と実質的に同等とみなせる試験片にブラスト加工を行った場合に生じるアークハイト値が0.05mmから0.12mmとなるようなブラスト加工条件でブラスト加工される。ブラスト加工の対象となる複合材の全ての面のブラスト加工が完了すると、ブラスト加工後の複合材として被ブラスト加工品を得ることができる。

ブラスト加工が完了すると、ステップＳ５において、ブラスト加工後における試験片の歪量が測定される。試験片の歪量が測定されると、試験片の歪量の測定値を指標として、被ブラスト加工品であるブラスト加工後におけるワークＷの検査を行うことが可能となる。そこで、ステップＳ６において、試験片の歪量の測定結果と参照情報とが比較される。そして、試験片の歪量の測定結果と参照情報とに基づいて、ブラスト加工後のワークＷの表面における活性化の度合いが適切な範囲であるか否か評価される。

具体的には、試験片の歪量の測定結果が複合材の適切なブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の範囲内であれば、ワークＷの表面における活性化の度合いが適切な範囲であると判定することができる。より具体的な例として、アルメンストリップ１０のＴ片のアークハイト値が0.05mmから0.12mmの範囲であれば、CFRP等の複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲であると判定することができる。

逆に、試験片の歪量の測定結果が複合材の適切なブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の範囲外であれば、ワークＷの表面における活性化の度合いが適切な範囲ではないと判定することができる。より具体的な例として、アルメンストリップ１０のＴ片のアークハイト値が0.05mmから0.12mmの範囲外であれば、CFRP等の複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲ではないと判定することができる。

このようにワークＷの表面における活性化の度合いの定量評価に用いられた試験片の歪量の測定結果は、ステップＳ７において、ブラスト加工後のワークＷの検査記録として記録することができる。例えば、試験片の歪量の測定値を記録する他、変形した試験片自体を検査記録としてワークＷに添付して後工程に引き渡すこともできる。これにより、ブラスト加工後におけるワークＷの品質を保証することができる。加えて、試験片の歪量の測定値を蓄積すれば、試験片の歪量のばらつきを調べることによってブラスト加工装置１の性能評価を行うこともできる。

尚、試験片及びワークＷのブラスト加工は、参照情報に基づいて設定されたブラスト加工条件で行われているため、ワークＷの表面における活性化の度合いが適切でないと評価された場合には、ブラスト加工条件の設定のために参照された参照情報が適切でなかったということになる。このようなケースは、ブラスト加工条件の制御値と実際のブラスト加工条件との間における誤差やワークＷの特性のばらつき等の要因によって生じる可能性がある。

そこで、ステップＳ８において、必要に応じてワークＷの評価結果に基づいて、参照情報を更新することができる。これにより、ブラスト加工条件が再び不適切な条件に設定される可能性を低減させることができる。

そして、新たなワークＷを対象としてステップＳ２からステップＳ８までのブラスト加工及びワークＷの評価を同様に繰返し行うことができる。また、ワークＷの評価結果に基づく参照情報の更新を繰り返せば、参照情報の好適化及び最適化を行うことができる。参照情報の好適化及び最適化によって常に適切なブラスト加工条件が設定できるようになれば、試験片の歪量の測定によるワークＷの検査を省略することも可能となる。

そのような場合には、ステップＳ３において、ブラスト加工後の複合材の検査用に試験片を設置しないことに決定することができる。その場合には、ステップＳ９において、試験片を設置せずに、ブラスト加工の対象となるワークＷのブラスト加工が実行される。この場合、必要に応じて、ステップＳ１０において、ブラスト加工条件に対応する試験片の歪量をブラスト加工後におけるワークＷの検査記録として記録することもできる。

もちろん、試験片を設置せずにワークＷのブラスト加工を実行した後に、再び試験片を設置してワークＷのブラスト加工を実行することもできる。また、試験片を設定して試験片の歪量を測定し、試験片の歪量の測定結果と、ブラスト加工条件に対応する試験片の歪量の双方をワークＷ及びブラスト加工装置１の少なくとも一方の検査記録として記録することもできる。

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、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とする複合材のブラスト加工の条件を、予め条件を変えて試験片を対象としてブラスト加工を実行することによって取得した試験片の歪量に基づいて適切な条件に設定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、ブラスト加工後の複合材の表面における活性化の度合いを、試験片の歪量を指標として定量化することができる。すなわち、複合材の表面における活性化の度合いを、数値で表現することが可能となる。

このため、ブラスト加工条件の好適化及びブラスト加工後の検査精度の向上を図ることができる。その結果、過剰なブラスト加工によるワークの損傷や逆に不十分なブラスト加工に起因する塗装剥がれを防止することができる。加えて、ブラスト加工条件を高精度かつ画一的に決定することが可能となる。このため、複合材表面における活性化の度合いに対するばらつきを低減し、被ブラスト品及び被塗装品の品質を保証することが可能となる。

また、試験片の歪量を指標として被ブラスト品の検査を行えば、被ブラスト品のばらつきを評価することも可能となる。更に、ブラスト加工装置１の処理能力を評価することも可能となる。

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 ブラスト加工条件設定部
３Ａ 入力装置
３Ｂ 表示装置
４ 参照情報保存部
５ ノズル
６ エア供給系
７ メディア供給系
８ 制御系
９ 移動機構
１０ アルメンストリップ
１１ アルメンホルダ
１２ ネジ
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、前記所定のブラスト加工条件で塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す参照情報に基づいて、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件を、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定するステップと、
   前記活性化の度合いが適切な範囲となるように設定された前記ブラスト加工条件で、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材のブラスト加工を実行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、
   を有するブラスト加工方法。
2. 試験片と、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材とを対象として同一のブラスト加工条件でブラスト加工を実行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、
   前記ブラスト加工後における前記試験片の歪量を測定するステップと、
   前記歪量の測定結果と参照情報とに基づいて、前記ブラスト加工後の前記複合材の表面における前記活性化の度合いが適切な範囲であるか否かを評価するステップとを有し、
   前記参照情報は、前記試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を前記所定のブラスト加工条件で複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す情報であるブラスト加工方法。
3. 前記参照情報は、前記ブラスト加工に用いられるメディアの噴射回数、前記メディアの噴射距離の代表値及び前記メディアを噴射させるための圧縮空気の圧力の少なくとも１つを含む前記所定のブラスト加工条件ごとの前記試験片の歪量と、前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す情報である請求項１又は２記載のブラスト加工方法。
4. 前記試験片としてアルメンストリップ又は前記アルメンストリップと実質的に同等とみなせる試験片を用い、前記アルメンストリップ又は前記アルメンストリップと実質的に同等とみなせる試験片のアークハイト値を前記歪量とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のブラスト加工方法。
5. 前記試験片として、アルメンストリップのＴ片又は前記Ｔ片と実質的に同等とみなせる試験片を用い、前記Ｔ片又は前記Ｔ片と実質的に同等とみなせる試験片のアークハイト値が0.05mmから0.12mmとなる場合を、炭素繊維強化プラスチックの表面における活性化の度合いが適切な範囲とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブラスト加工方法。
6. 前記設定されたブラスト加工条件に対応する前記試験片の歪量を、前記ブラスト加工後の前記複合材及び前記ブラスト加工に使用したブラスト加工の少なくとも一方の検査記録として記録するステップを更に有する請求項１記載のブラスト加工方法。
7. 前記歪量の測定結果を、前記ブラスト加工後の前記複合材及び前記ブラスト加工に使用したブラスト加工の少なくとも一方の検査記録として記録するステップを更に有する請求項２記載のブラスト加工方法。
8. 平均粒径が106μmから150μmのセラミックス粒子をメディアとしてブラスト加工を実行する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のブラスト加工方法。
9. 試験片に所定のブラスト加工条件でブラスト加工を行った場合に生じる前記試験片の歪量と、前記所定のブラスト加工条件で塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工を複合材のサンプルに対して行った場合における前記サンプルの表面における前記活性化の度合いとの関係を表す参照情報を保存する参照情報保存部と、
   前記参照情報に基づいて、塗装前又は接着前における表面の活性化を目的とするブラスト加工の対象となる複合材に対するブラスト加工条件を、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材の表面における活性化の度合いが適切な範囲となるように設定するブラスト加工条件設定部と、
   前記活性化の度合いが適切な範囲となるように決定された前記ブラスト加工条件で、前記ブラスト加工の対象となる前記複合材のブラスト加工を実行するブラスト噴射部と、
   を備えるブラスト加工装置。

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