JP6540821B2 - 表面処理装置および表面処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表面処理装置および表面処理方法に関する。
近年、軽量化の観点から、車両の車体構造において、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が使用されている。CFRPにより車体構造を製造する際には、部材同士を接着剤により接合する。この場合、接着の前処理として、部材としての被処理材の表面に、例えば、バキュームブラスト処理によって、ブラスト処理が行われる。
バキュームブラスト処理では、被処理材に研磨剤を噴射して、被処理材の表面を粗面化することによって、接着面積を増大させ、接着強度を向上させる。また、被処理材に噴射された研磨剤および研磨剤を被処理材に噴射することによって生じた粉塵等を吸引し、研磨剤と粉塵等を分類して、研磨剤を回収することによって、研磨剤を再度利用する。
以上のようにバキュームブラスト処理では、研磨剤を再利用してブラスト処理を行うため、研磨剤を効率的に回収することが求められている。
これに関連して、例えば下記の特許文献1には、噴射ノズルおよび被処理材の全体を、処理室によって覆った状態で、被処理材のブラスト処理を行う方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、被処理材を覆う処理室が必要となるため、装置構成が煩雑となるという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、装置構成が煩雑となることなく、研磨剤を効率的に回収することのできる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る表面処理装置は、バキュームブラストヘッドと、エアカーテン形成部と、補助エア噴射部と、を有する。バキュームブラストヘッドは、被処理材の表面にブラスト処理用の研磨剤を噴射する噴射ノズル、および噴射された前記研磨剤を吸引エアによって吸引する吸引孔を備える。エアカーテン形成部は、前記被処理材の表面に向けてエアを噴射して、前記噴射された研磨剤を取り囲むエアカーテンを形成する。補助エア噴射部は、前記エアカーテンおよび前記吸引エアの間において、前記被処理材に向けて、前記エアカーテンを形成するエアよりも圧力の低い補助エアを噴射する。
また、上記目的を達成する本発明に係る表面処理方法は、被処理材の表面にブラスト処理用の研磨剤を噴射するとともに、噴射された前記研磨剤を吸引エアによって吸引する。前記被処理材の表面に向けてエアを噴射して、前記噴射された研磨剤を取り囲むエアカーテンを形成する。前記エアカーテンおよび前記吸引エアの間において、前記被処理材に向けて、前記エアカーテンを形成するエアよりも圧力の低い補助エアを噴射する。
上記の表面処理装置および表面処理方法によれば、エアカーテンによって、研磨剤が噴射された空間が取り囲まれる。このため、ブラスト処理が行われるブラスト空間を閉空間とすることができる。よって、研磨剤が、ブラスト空間から外部に放出することを防止できる。また、補助エアは、エアカーテンおよび吸引エアの間において、被処理材に向けて噴射される。このため、エアカーテンおよび吸引エアの間において滞留する研磨剤に対して、補助エアを噴射する。このとき、補助エアの圧力は、エアカーテンを形成する圧力よりも低いため、安定したブラスト空間を形成することができる。この結果、滞留していた研磨剤は、滞留状態が解除され、吸引エアによって吸引孔を介して回収される。したがって、研磨剤を効率的に回収することができる。また、噴射ノズルおよび被処理材の全体を覆う処理室が設けられないため、装置構成が煩雑となることを防止することができる。したがって、装置構成が煩雑となることなく、研磨剤を効率的に回収することのできる表面処理装置および表面処理方法を提供することができる。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
本実施形態に係る表面処理装置1は、バキュームブラスト装置である。表面処置装置1は、概説すると、被処理材Bに研磨剤を噴射して、被処理材Bの表面B1にブラスト処理を行うことによって、被処理材Bの表面B1を粗面化する。被処理材Bの表面B1を粗面化することによって、接着面積が増大し、接着剤を介して接着強度が向上する。また、表面処理装置1は、被処理材Bに噴射された研磨剤および研磨剤を被処理材Bに噴射することによって生じた粉塵等を回収し、研磨剤と粉塵等を分類する。そして、再利用可能な研磨剤のみを回収して再利用する。
被処理材Bとしては、例えばCFRP製の自動車部品が挙げられるが、特に限定されない。
また、研磨剤としては、アルミナ(Al2O3)、カーボランダム、川砂、珪砂、エメリー等を用いることができるが、経済的でブラスト処理が高いという観点からアルミナが好ましい。
図1は、本実施形態に係る表面処理装置1を示す図である。図2は、バキュームブラストヘッド10およびエア供給源20を示す図である。図3は、バキュームブラストヘッド10を被処理材B側から視た図である。
表面処理装置1は、図1および図2に示すように、研磨剤Pを噴射して被処理材Bの表面B1を粗面化するバキュームブラストヘッド10を有する。表面処理装置1は、バキュームブラストヘッド10のエアカーテン形成孔14および補助エア噴射孔15にエアを供給するエア供給源20を有する。また、表面処理装置1は、研磨剤Pが貯蔵される研磨剤タンク30と、噴射ノズル11に圧縮エアを供給するコンプレッサ40と、を有する。また、表面処理装置1は、被処理材Bに噴射された研磨剤Pを回収する回収タンク50と、研磨剤Pを被処理材Bに噴射することによって生じる粉塵等を捕集するダストコレクタ60と、を有する。また、表面処理装置1は、回収タンク50およびダストコレクタ60内を負圧にする排風機70を有する。
バキュームブラストヘッド10は、図2および図3に示すように、湾曲形状の本体部10Aと、研磨剤Pが噴射される噴射ノズル11と、被処理材Bに噴射された研磨剤Pを吸引する吸引孔12と、を有する。また、バキュームブラストヘッド10は、本体部10Aの下部に設けられるリング板13と、噴射ノズル11の上方に設けられる接続部18と、を有する。
噴射ノズル11は、接続部18および研磨剤ホース31を介して研磨剤タンク30に連結される。また、噴射ノズル11は、接続部18およびエアホース41を介してコンプレッサ40に連結される。研磨剤ホース31およびエアホース41は、可撓性を備えるゴム製のチューブである。
このように構成された噴射ノズル11において、コンプレッサ40から、エアホース41を介して、接続部18に圧縮エアを供給する。これによって、接続部18内が負圧になり、研磨剤ホース30を介して研磨剤タンク30内の研磨剤Pが接続部18内に吸引される。そして、噴射ノズル11から被処理材Bに向けて、研磨剤Pが噴射される。この結果、被処理材Bの表面B1がブラスト処理され、被処理材Bの表面B1が粗面化される。
吸引孔12は、図1および図2に示すように、バキュームホース51を介して、回収タンク50に連結される。噴射ノズル11から噴射された研磨剤Pは、吸引エアVAによって、バキュームホース51を介して、回収タンク50に吸引される。バキュームホース51は、可撓性を備えるゴム製のチューブである。
リング板13は、本体部10Aに連結される。本体部10Aおよびリング板13の連結方法は特に限定されない。リング板13は、図2に示すように、エアカーテンACを形成するエアカーテン形成孔14と、補助エアHAを噴射する補助エア噴射孔15と、を有する。
エアカーテン形成孔14は、図3に示すように、リング板13における径方向外側に周方向に沿って複数形成される。エアカーテン形成孔14は、エア供給源20とともに、エアカーテン形成部16を構成する。
エアカーテン形成部16は、エア供給源20からエアを供給されることによって、被処理材Bの表面B1に向けてエアを噴射して、噴射された研磨剤Pを取り囲むエアカーテンACを形成する。エアカーテンACを形成するエアの圧力は、例えば、1〜3MPaであるが特に限定されない。
エアカーテン形成部16によって形成されるエアカーテンACは、図2に示すように、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて、外方に傾斜するように形成される。このため、エアカーテンACが補助エアHAと干渉することを防止することができ、安定したブラスト空間を形成することができる。
補助エア噴射孔15は、図3に示すように、リング板13における径方向内側に周方向に沿って複数形成される。補助エア噴射孔15は、エア供給源20とともに、補助エア噴射部17を構成する。
補助エア噴射部17は、エア供給源20からエアを供給されることによって、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて、補助エアHAを噴射する。補助エア噴射孔15の直径D2は、図2に示すように、エアカーテン形成孔14の直径D1よりも小さく構成される。このため、補助エア噴射孔15からは、エアカーテンACを形成するエアよりも圧力の低い補助エアHAが噴射される。補助エアHAの圧力は、例えば、0.1MPaであるが特に限定されない。このように、補助エアHAの圧力を、エアカーテンACを形成するエアの圧力よりも低くすることによって、安定したブラスト空間を形成することができる。
補助エア噴射部17によって噴射される補助エアHAは、図2に示すように、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて、内方に傾斜するように噴射される。このため、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において滞留する研磨剤Pを、吸引エアVAが作用するブラスト空間の内方に移動させることができる。よって、内方に移動されてきた研磨剤Pを好適に吸引することができる。したがって、研磨剤Pの回収効率が向上する。
研磨剤タンク30は、研磨剤Pを貯蔵する。研磨剤タンク30の上方には回収タンク50が配置され、ダンプバルブ32を介して連結されている。ダンプバルブ32は、電磁弁(不図示)によって開閉が行われる。
回収タンク50は、被処理材Bに噴射された研磨剤Pおよび研磨剤Pを被処理材Bに噴射することによって生じた粉塵等を、バキュームブラストヘッド10の吸引孔12を介して回収する。回収タンク50は、研磨剤Pと粉塵等を分離するサイクロンによって構成される。上述したように、回収タンク50は、ダンプバルブ32を介して、研磨剤タンク30に連結される。回収タンク50において分離された研磨剤Pおよび粉塵等のうち、再使用可能な研磨剤Pは、回収タンク50へ滞留し、ダンプバルブ32が開いたとき、研磨剤タンク30に移動される。
ダストコレクタ60は、管61を介して、回収タンク50において分離された粉塵等を捕集する。ダストコレクタ60の底部には粉塵等を集積するダストボックス62が設けられる。ダストボックス62は、粉塵等を廃棄するために取出し可能に設けられている。
排風機70は、ダストコレクタ60の上部に配置される。排風機70は、不図示のモータにより回転し、ダストコレクタ60、回収タンク50、バキュームホース51内を負圧にする。このため、ブラスト空間内から順に、バキュームホース51、回収タンク50、ダストコレクタ60へ気流が生じる。したがって、ブラスト空間において吸引孔12に向かう吸引エアVAを発生させ、被処理材Bに噴射された研磨剤Pおよび粉塵等を吸引することができる。
次に、図4のフローチャートを参照して、本実施形態に係る表面処理装置1を用いた表面処理方法について説明する。
まず、バキュームブラストヘッド10を、被処理材Bの表面B1の上方のうち所定の位置に配置する(S01)。
次に、エアカーテンACを形成するとともに、補助エアHAを噴射する(S02)。具体的には、エア供給源20から、エアカーテン形成孔14にエアを供給することによって、エアカーテンACを形成する。また、エア供給源20から、補助エア噴射孔15にエアを供給することによって、補助エアを噴射する。
次に、研磨剤Pを噴射する(S03)。具体的には、コンプレッサ40から、エアホース41を介して、接続部18内に圧縮エアを供給する。この圧縮エアにより、接続部18内および研磨剤ホース31が負圧になる。そして、研磨剤タンク30内の研磨剤Pが吸引されて噴射ノズル11から被処理材Bに向けて噴射される。この結果、被処理材Bの表面B1がブラスト処理され、被処理材Bの表面B1が粗面化される。このとき、研磨剤タンク30の上方に配置されるダンプバルブ32は閉じており、回収タンク50と研磨剤タンク30との連通は遮断されている。
このように、エアカーテンACを形成するとともに、補助エアHAを噴射した状態で、研磨剤Pを噴射することによって、図2に示すように、エアカーテンACによって、研磨剤が噴射された空間が取り囲まれる。このため、ブラスト処理が行われるブラスト空間を閉空間とすることができる。よって、研磨剤Pが、ブラスト空間から外部に放出されることを防止できる。また、補助エアHAは、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて噴射される。このため、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において滞留する研磨剤Pに対して、補助エアHAを噴射することができる。この結果、滞留していた研磨剤Pは滞留状態が解除され、吸引エアVAによって吸引孔12を介して吸引される。したがって、研磨剤Pを効率的に回収することができる。
次に、被処理材Bの表面B1に噴射された研磨剤Pおよび粉塵等を回収する(S04)。具体的には、排風機70を回転することによって吸引エアVAを発生させ、ダストコレクタ60、管61、回収タンク50、およびバキュームホース51内を負圧にする。これによって、被処理材Bに噴射された研磨剤Pおよび粉塵等を、バキュームホース51を介して回収タンク50へ回収する。
次に、回収タンク50において、研磨剤Pおよび粉塵等を分離する(S05)。回収タンク50において分離された粉塵等は、管61を介してダストコレクタ60へ運ばれる。そして、粉塵等は、ダストボックス62に集積され、清浄なエアが排風機70から大気中へ排出される。一方、回収タンク50において分離された再使用可能な研磨剤Pは、回収タンク50の下部に滞留する。
次に、被処理材Bの所定の範囲に研磨剤Pが噴射されたかを判断する(S06)。被処理材Bの所定の範囲に研磨剤Pが噴射されていないと判断された場合(S06:NO)、バキュームブラストヘッド10を所定距離移動する(S07)。被処理材Bの所定の範囲に研磨剤Pが噴射されたかの判断は、例えば不図示のカメラによって行うが、特に限定されない。なお、バキュームブラストヘッド10を移動することなく、被処理材Bを所定距離移動してもよい。そして、バキュームブラストヘッド10を所定距離移動した後、ステップS03の工程に戻る。
一方、被処理材Bの所定の範囲に研磨剤Pが噴射されたと判断された場合(S06:YES)、コンプレッサ40からの圧縮エアの供給を停止する。また、ダンプバルブ32を開くことによって、研磨剤タンク30内の負圧を解除する。これによって、研磨剤Pの噴射は停止し、表面処理工程を終了する。このとき、回収タンク50の底部に滞留している研磨剤Pは、研磨剤タンク30内に落下する。このように、研磨剤Pを再利用することができる。
次に、図5を参照して、本実施形態に係る表面処理装置1および表面処理方法の効果について説明する。
図5は、補助エアHAなしの場合と、補助エアHAありの場合における研磨剤Pの回収率を示すグラフである。図5において、横軸は、補助エアHAがない場合とある場合を、縦軸は、研磨剤Pの回収率を示す。
図5に示すように、補助エアHAがない場合の研磨剤Pの回収率は、75%であった。これに対して、補助エアHAがある場合の研磨剤Pの回収率は、95%であった。このように、補助エアHAを噴射することによって、研磨剤Pの回収率は向上した。
以上説明したように、本実施形態に係る表面処理装置1は、バキュームブラストヘッド10と、エアカーテン形成部16と、補助エア噴射部17と、を有する。バキュームブラストヘッド10は、被処理材Bの表面B1にブラスト処理用の研磨剤Pを噴射する噴射ノズル11、および噴射された研磨剤Pを吸引エアVAによって吸引する吸引孔12を備える。エアカーテン形成部16は、被処理材Bの表面B1に向けてエアを噴射して、噴射された研磨剤Pを取り囲むエアカーテンACを形成する。また、補助エア噴射部17は、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて、エアカーテンACを形成するエアよりも圧力の低い補助エアHAを噴射する。このため、エアカーテンACによって、研磨剤Pが噴射された空間が取り囲まれる。よって、ブラスト処理が行われるブラスト空間を閉空間とすることができ、研磨剤Pが、ブラスト空間から外部に放出することを防止できる。また、補助エアHAは、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて噴射される。このため、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において滞留する研磨剤Pに対して、補助エアHAを噴射する。このとき、補助エアHAの圧力は、エアカーテンACを形成する圧力よりも低いため、安定したブラスト空間を形成することができる。この結果、滞留していた研磨剤Pは、滞留状態が解除され、吸引エアVAによって吸引孔12を介して回収される。したがって、研磨剤Pを効率的に回収することができる。また、噴射ノズル11および被処理材Bの全体を覆う処理室が設けられないため、装置構成が煩雑となることを防止することができる。したがって、装置構成が煩雑となることなく、研磨剤Pを効率的に回収することのできる表面処理装置1を提供することができる。
また、上述した本実施形態に係る表面処置装置1によれば、図6〜図8に示すように、湾曲または屈曲した被処理材B1、B2、B3に対しても、エアカーテンACおよびバキュームブラストヘッド10によって、ブラスト面S1、S2、S3を覆うことができる。したがって、湾曲または屈曲した被処理材B1、B2、B3に対しても好適にブラスト処理を行うことができる。
また、補助エア噴射部17によって噴射される補助エアHAは、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて、内方に傾斜するように噴射される。このため、ブラスト空間内に滞留する研磨剤Pをより好適に内方に移動させる。したがって、研磨剤Pの回収効率がより向上する。
また、エアカーテン形成部16によって形成されるエアカーテンACは、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて、外方に傾斜するように形成される。このため、エアカーテンACが補助エアHAと干渉することを防止することができ、安定したブラスト空間を形成することができる。
また、以上説明したように本実施形態に係る表面処理方法は、被処理材Bの表面B1にブラスト処理用の研磨剤を噴射するとともに、噴射された研磨剤Pを吸引エアVAによって吸引する。被処理材Bの表面B1に向けてエアを噴射して、噴射された研磨剤Pを取り囲むエアカーテンACを形成する。そして、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて、エアカーテンACを形成するエアよりも圧力の低い補助エアHAを噴射する。このため、エアカーテンACによって、研磨剤Pが噴射された空間が取り囲まれる。よって、ブラスト処理が行われるブラスト空間を閉空間とすることができ、研磨剤Pが、ブラスト空間から外部に放出することを防止できる。また、補助エアHAは、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において、被処理材Bに向けて噴射される。このため、エアカーテンACおよび吸引エアVAの間において滞留する研磨剤Pに対して、補助エアHAを噴射する。このとき、補助エアHAの圧力は、エアカーテンACを形成する圧力よりも低いため、安定したブラスト空間を形成することができる。この結果、滞留していた研磨剤Pは、滞留状態が解除され、吸引エアVAによって吸引孔12を介して吸引される。したがって、研磨剤Pを効率的に回収することができる。また、噴射ノズル11および被処理材Bの全体を覆う処理室が設けられないため、装置構成が煩雑となることを防止することができる。したがって、装置構成が煩雑となることなく、研磨剤Pを効率的に回収することのできる表面処理方法を提供することができる。
また、補助エアHAは、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて内方に傾斜するように噴射される。このため、ブラスト空間内に滞留する研磨剤Pをより好適に内方に移動させる。したがって、研磨剤Pの回収効率がより向上する。
また、エアカーテンACは、被処理材Bの表面B1に近づくにつれて、外方に傾斜するように形成される。このため、エアカーテンACが補助エアHAと干渉することを防止することができ、安定したブラスト空間を形成することができる。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々改変することができる。
例えば、上述した実施形態では、エアカーテン形成孔14および補助エア噴射孔15は、リング板13に設けられた。しかしながら、エアカーテン形成孔14および補助エア噴射孔15は、図9に示すように、バキュームブラストヘッド110の本体部110Aに設けられてもよい。
また、上述した実施形態では、吸引孔12は、噴射ノズル11の径方向外方に配置された。しかしながら、吸引孔は、噴射ノズルの径方向内方に配置されてもよい。
また、上述した実施形態では、表面処理装置1は、被処理材Bの表面B1を粗面化する用途に用いられた。しかしながら、表面処理装置1は、被処理材Bの表面B1を、クリーニング、バリ取り、ショットピーニングする等の用途に用いられてもよい。
また、上述した実施形態では、エアカーテン形成孔14および補助エア噴射孔15は、バキュームブラストヘッド10に設けられた。しかしながら、エアカーテン形成孔および補助エア噴射孔は、バキュームブラストヘッドと別個に設けられてもよい。
1 表面処理装置、
10 バキュームブラストヘッド、
11 噴射ノズル、
12 吸引孔、
14 エアカーテン形成孔、
15 補助エア噴射孔、
16 エアカーテン形成部、
17 補助エア噴射部、
20 エア供給源、
AC エアカーテン、
B 被処理材、
B1 被処理材の表面、
HA 補助エア、
P 研磨剤、
VA 吸引エア。
10 バキュームブラストヘッド、
11 噴射ノズル、
12 吸引孔、
14 エアカーテン形成孔、
15 補助エア噴射孔、
16 エアカーテン形成部、
17 補助エア噴射部、
20 エア供給源、
AC エアカーテン、
B 被処理材、
B1 被処理材の表面、
HA 補助エア、
P 研磨剤、
VA 吸引エア。
Claims (6)
- 被処理材の表面にブラスト処理用の研磨剤を噴射する噴射ノズル、および噴射された前記研磨剤を吸引エアによって吸引する吸引孔を備えるバキュームブラストヘッドと、
前記被処理材の表面に向けてエアを噴射して、前記噴射された研磨剤を取り囲むエアカーテンを形成するエアカーテン形成部と、
前記エアカーテンおよび前記吸引エアの間において、前記被処理材に向けて、前記エアカーテンを形成するエアよりも圧力の低い補助エアを噴射する補助エア噴射部と、を有する表面処理装置。 - 前記補助エア噴射部によって噴射される前記補助エアは、前記被処理材の前記表面に近づくにつれて、内方に傾斜するように噴射される請求項1に記載の表面処理装置。
- 前記エアカーテン形成部によって形成される前記エアカーテンは、前記被処理材の前記表面に近づくにつれて、外方に傾斜するように形成される請求項1または2に記載の表面処理装置。
- 被処理材の表面にブラスト処理用の研磨剤を噴射するとともに、噴射された前記研磨剤を吸引エアによって吸引する表面処理方法であって、
前記被処理材の表面に向けてエアを噴射して、前記噴射された研磨剤を取り囲むエアカーテンを形成し、
前記エアカーテンおよび前記吸引エアの間において、前記被処理材に向けて、前記エアカーテンを形成するエアよりも圧力の低い補助エアを噴射する表面処理方法。 - 前記補助エアは、前記被処理材の前記表面に近づくにつれて内方に傾斜するように噴射される請求項4に記載の表面処理方法。
- 前記エアカーテンは、前記被処理材の前記表面に近づくにつれて、外方に傾斜するように形成される請求項4または5に記載の表面処理方法。
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