JPH07501268A

JPH07501268A - ブラスト装置と方法

Info

Publication number: JPH07501268A
Application number: JP4511501A
Authority: JP
Inventors: キルシュナー，ローレンス; ラジョイ，エム・スティーヴン; スペアーズ，ウィリアム・イー・ジュニア
Original assignee: チャーチ・アンド・ドゥワイト・カンパニー・インコーポレイテッド
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1995-02-09
Also published as: WO1993009915A1; KR0149480B1; AU1928992A; US5230185A; AU665949B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この出願は一部継続出願であって、その開示内容および請求項の内容は、米国特許庁に係属中の先願〔出願番号０７／７３０．５１４、出願日１９９１年７月１２日、この出願は以下の出願の一部継続出願である：出願番号０７１５０５．９１８、出願日１９９０年４月６日（出願放棄済み）および出願番号０７／６８０．３３７、出願日１９９１年４月４日（出願放棄済み）、後者の出願は出願番号０７１５０５．９１８、出願日１９９０年４月６日の出願の一部継続出願である〕に開示されたものである。

本発明は、圧縮空気流中の微粒子を被処理物に向ける改良された装置、およびこの装置を利用したブラスト方法に関する。

発明の背景標準的なサンドブラスト装置は、砂などのブラスト媒体の粒子を保持するための圧力容器１、即ち、ブラストボットからなる。このポットは、ホースによって圧縮空気源に接続され、ブラストポットから送り出されるブラスト媒体の計量手段を備えていて、搬送ホース圧力と同じか、わずかに高い圧力で作動する。砂／圧縮空気の混合物はノズルに運ばれ、そこで砂粒子が加速され、被処理物に向けて吹き付けられる。砂その他のブラスト媒体の流量は、装置の大きさにより決まる。市販のサンドブラスト装置で使用される典型的な媒体流量は、毎分２０〜３０ボンドである。典型的には約１．２ボンドの砂が約１．０ボンドの空気とともに使用され、従って両者の比率は１．２０となる。

塗料等の被膜の除去や、アルミニウム、マグネシウム、プラスチック複合材等の表面清浄化が必要な場合、塩化ナトリウムや重炭酸ナトリウム等の無機塩を含む侵食性の低い研磨剤を従来のサンドブラスト装置に用いることができ、それらは化学的剥離より安全性が高い。この低侵食性の研磨剤に必要な媒体流量は、サンドブラストに用いる媒体流量より実質的に少なく、同様の装置を用いた場合で毎分約０．５ないしｌＯ１θボンドの範囲内とされてきた。これは、媒体／空気比では約０．０５ないし０．４０の範囲内とずっと低くてすむ。

近年の技術開発により、やはり化学剥離より迅速かつ安全な、別の剥離媒体の有効性が指摘された。この媒体は、多数のプラスチック材料粒子からなる粒状媒体であり、これも高速に加速され、清浄化すべき表面に向は吹き付けられる。この媒体粒子は、用途に応じて様々な粒子径にすることができ、慣用のサンドブラスト装置を用いて加速することによって、連続した媒体流を生ずることができる。

このシステムは、塗料その他被膜を金属表面などのより硬い表面から剥離したり、パリ取りその他の仕上げ作業等にも非常に有効であることが示された。これは化学剥離よりはるかに安全であり、有害廃棄物処理の問題もほとんどなく、表面清浄化の工数と費用を大きく削減する。プラスチック媒体によるブラスト清浄化は、複合物の剥離に適しているのと同様、航空機の金属部品にも有効であることが示された。

この場合にも、低侵食性プラスチック研磨媒体に必要な媒体流量は、実質的にサンドブラストに使用する媒体流量より少なく、同様の装置を用いた場合で毎分約０．５ないし約１２．０ボンドとされている。これに必要な媒体／空気比は、やはり約０．０５〜０．８０の範囲内とずっと低くなる。

しかし、慣用のサンドブラスト装置を用いた場合、このような低流量で連続流を維持するのに困難がつきまとう。無機塩またはプラスチック粒子のような微粒子状の媒体は、まさにその特性によって、気送システムによる搬送が困難である。

さらに、これらの媒体は、サンドブラストに一般に使われる装置で利用した場合に凝集する傾向がある。重炭酸塩に対して、その流動性を改善するために疎水性ンリ力などの流れ改善剤を添加する試みがなされたが、ノズルへの研磨材料の実質的に均一な流れを実現することは現在まで不可能であった。ブラスト媒体の散発的な流れにより動作が不規則となり、そのために清浄化時間の延長や、傷つき易い表面の損傷すら起こることがある。

従って、慣用の市販のサンドブラスト装置に類似した形状を利用して、微粒子状ブラスト媒体を、媒体／空気重量比が約０．０５〜０．８０の範囲内となる流量であって、かつ予測可能なように制御できる均一な流量で、送給することかできるブラスト装置がめられている。

Ｋ盟２！杓従来のブラスト装置を改造して、ブラストポット内の圧力が搬送ホース内の圧力より高くなるように、別個の管路空気供給源を圧力調節器を介してブラストボットに接続する。この圧力差（差圧）は、ブラストボットと搬送ホースとの間に配置した所定面積のオリフィスにより維持される。このオリフィスはブラスト媒体の出口となるほか、比較的少量の空気がブラストボットから搬送ホースに抜ける時の出口ともなる。この空気は結局ノズルから最後に被処理物に達する。上記差圧は、適切な面積のオリフィスで、典型的には１．０〜１５．Ｏｐｓｉ（ｊンＦ／平方インチ）となり、この差圧により許容できる媒体流量が制御可能な方法で得られる。

本発明によればまた、平均粒子径が約５０〜２０００μｍで砂に比べて低侵食性の研磨剤を用いる表面清浄化方法も提供される。この研磨剤は、重炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウムなどの無機塩を単独または混合物として含み、これは所望により、所望のプロフィールやパターンを得るために少量のより侵食性の高い材料と混合したものでもよい。本発明で用いるプラスチック媒体は、好ましくはモース硬度が約３．５以下のプラスチック材料の粒子から実質的になる粒状媒体を包含する。

図１は、本発明により改造されたブラスト装置を示す図である。

発明の詳細な説明平均粒子径的５０〜１５００μｍ、好ましくは約２５０〜８５０μｍの無機塩（例、重炭酸塩等）等の材料の微粒子、或いは平均粒子径約２００〜２０００μｍ１好ましくは約５００〜１０００μｍのプラスチック媒体を均一流量で供給するために、プラストポット内の圧力は、ブラストホースの圧力を含め、ノズルの圧力に対して正（より高い）である必要がある。この圧力は、典型的には、約２０〜１２５　ｐｓｉｇ　（ｌンＦ／平方什チゲージ圧）、好ましくは約２０〜６０　ｐｓｉｇである。

従来のサンドブラスト装置では、ブラストボットと搬送ホースとがほぼ同じ圧力で操作されるため、装置内のブラスト媒体の流量は重力供給と計量弁とにより制御されていた。従来の装置では、ブラストボットはブラスト供給ホース（搬送ホース）の圧力に対して小さな圧力差にあり、この差圧の大きさが正負の間で変動するため、ブラスト媒体体の流量も差圧の変化に感応して変動していたことが判明した。さらに、本発明によれば、差圧を監視するために、供給ホースとプラストボットとの間に差圧ゲージが設けられる。圧力は、圧力調節器によって、供給空気圧に依存して１０〜１２５　ｐｓｉｇまたはそれ以上の任意のホース圧力に厳密に制御することができる。本発明は、この流量変動の原因を排除し、約０．５〜１２．０ボンド／分、好ましくは約０．５〜５．０ボンド／分の低流量でブラスト媒体を取り扱えるように従来の装置を改造したものでもある。

好ましいブラスト媒体は重炭酸ナトリウムであるが、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムその他の水溶性塩またはこれらの混合物などの他のブラスト媒体も本発明で使用するブラスト媒体に含まれる。

本発明に含まれる別のブラスト媒体（特に正確な流量制御が必要な場合）は、上記のような水溶性塩と、不溶性の酸化アルミニウムなどのより侵食性の高い物質との混合物である。

本発明で使用することができる別の有効なブラスト媒体は、特定の特性を有するプラスチック媒体である。このプラスチック媒体は、複合材などの低硬度の基体に有効であることが判明しており、適正に適用されると表面損傷を避けることができる。このプラスチック媒体は、モース硬度が約２．５〜４．０のプラスチック材料の粒子からなる。粒子硬度は好ましくはモース硬度が３．５以下である。

これより硬度が高いと、低硬度の基体（例、複合材）の表面を損傷する恐れがあることが判明した。プラスチックは、媒体として最も適した材料であることが分かった。尿素ホルムアルデヒド樹脂、熱可塑性もしくは熱硬化性アクリル樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル樹脂、その他の熱可塑性または熱硬化性のプラスチックを、本発明のために粒子状に容易に成形することができる。

３．０のモース硬度は、砂（モース硬度７）などの他のブラスト媒体より実質的に低硬度である。複合材の表面の損傷を防止できるのは、ブラスト媒体の相対的な硬度と、後述する方法との組合わせによるものである。本発明に使用できる適当な市販ブラスト媒体は、ニー・ニス・プラスチック・アンド・ケミカル社（Ｕ、　５Ｐｌａｓｔｉｃ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のポリエクストラ■（ＰＯＬＹＥＸＴＲＡ）ブラスト洗浄媒体、またはデュポン社（Ｒ，１，ｄｕＰｏｎＬ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆　Ｃｏ、　）製のソリッドストリップ＠　（ＳＯＬＩＤＳＴＲＩＰ）ブラスト媒体である。

プラスチックブラスト媒体は一般に米国標準規格の篩目の大きさによって分類される。決定的であるとは考えられないが、篩寸法２０〜３０番、即ち約６００〜８５０μｍの媒体が本発明での使用に適したものであることが知られている。また、粒子径の選択は具体的な用途に基づくが、篩寸法１２〜１６番から６０〜８０番、即ち、約２００〜２０００μｍの範囲内の粒子径の媒体が使用できるものと予想される。

図１に示すように、ブラスト装置８は、ブラスト媒体１２で不完全に満たされたブラストポット１０を備えている。プラストボットｌＯは、好適には約６立方フイートの容積があり、その末端は弁１６で開閉される媒体出口管路１４につながる。媒体制御部（これは典型的にはオリフィス板１８からなるが、これに制限されるものではない）によって、媒体１２の流れが所望の流量になるようにさらに制限される。

管路２０は、圧縮空気の供給源（図示せず）に接続され、この供給源はモニター２２の入口で監視される。空気弁２４は、遠隔操作で開閉される弁であり、これはノズルへの空気流と、媒体遮断弁の開閉を作動させる。システム作動中は、ノズル圧力調節弁２６がモニター２８によるノズル圧力の調節を行う。ノズル圧力調節弁２６により所望のノズル圧力を維持することができる。ノズル圧力モニター２８により、ノズル３０（好適にはスロート直径約０．５インチ）にかかる圧力を制御することが可能となり、差圧計３２によりプラストボットｌＯと搬送ホース３４との間の圧力を監視する。ポット圧力調節器３６を用い、ゲージ３８で測定することにより、搬送ホース３４の圧力より高い圧力を供給し、差圧を差圧計３２によって監視することが可能となる。必要であれば、被処理物の保護や冷却、粉塵抑制のための任意の付帯設備を、水をノズル３０に注入する水注入管路４０により付設してもよい。

運転中には、ブラスト媒体１２が、媒体出口管路１４および弁１６を経てオリフィス１８に送給される。このオリフィス１８は、圧縮空気管路２０に送られる媒体流量を調節する。オリフィス開口部の直径は、約０．０６３〜０．８７５インチの範囲内とすることができ、或いは、使用する媒体に応じて、直径約０．０６３〜０．８７５インチの円形オリフィスの面積と同じ面積の別の形状の開口部でもよい。

プラスチック媒体を使用する場合、平均粒子径が約２．５０〜４２０μｍの媒体に対する開口は直径約０．５０インチに対応する開口であり、平均粒子径約６００〜８５０μｍの媒体に対する開口は直径約０．８７５インチのものである。媒体出口管路１４と搬送ホース３４との間に、約１〜１５　ｐｓｉｇ　、好ましくは約１〜５　ｐｓｉｇの正圧力（常（こ維持される。圧縮空気供給源も空気管路２０に導かれ、弁２４および２６ｔこより所望の空気圧とノズル圧にそれぞれ調節される。それらの好ましい値は約１５〜１２５　ｐｓｉｇである。ポット圧力調節器３６でブラストポ・ノドｌＯの上部空間の圧力を一制御することにより、さらにブラスト媒体１２の制御された均一な流量が確保される。マノメーターその他の差圧計３２で差圧を測定腰その差圧はオリフィス１８を通る媒体の流量に比例する。ブラスト媒体、圧縮空気および水がノズル３０に供給され、被処理物（図示せず）に向けて均一かつ制御された流量で噴射される。

圧力６４　ｐｓｉｇ　、供給流量２ボンド／分の重炭酸ナトリウム媒体の流れ、ｐｓｉｇのノズル圧力、および２００　ｐｓｉｇの水圧を、ノズルのオリフィスから１８インチの位置に置いた、２フィート×２フィート×厚み０．０３２インチの塗装アルミニウムノでネルに噴射した。４分で、アルミニウムパネルを傷つけずにＸネルの塗装力（剥離され、全ての腐食物も除去された。

平均粒子径５００μｍのプラスチック複合媒体（ポリエクストラブラスト清浄化媒体）の流れを圧力４０　ｐｓｉｇ　、供給流量約ｌＯボンド／分で、ノズル圧力４０　ｐｓｉで、ノズルのオリフィスから１２インチの位置の２フィート×２フィート×厚み００３２インチのアルミニウムパネルに噴射した。１．６分で、アルミニウムパネルを傷つけずにパネルの塗装が剥離された。

本発明の装置は、従来は特別の技術を必要とした傷つき易い金属の表面（シーム部、リベット部、ネジ部などを含む表面）か呟ならびに複合材料のよう（こ低硬度の基体から作製された製品から、塗装や他の被膜を効率的かつ有効に剥離した。本発明のシステムは、ロボット技術により有効かつ制御可能に使用することができる。

上述した好適態様の具体的なパラメータは、本発明の範囲を逸脱せずに変更可能であることは理解されよう。よって、上記説明は例示と解すべきものであって、制限を意図したものではない。

フロントページの続き（８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、　ＳＤ、　５Ｅ（７２）発明者　スペアーズ、ウィリアム・イー・ジュニアアメリカ合衆国、テキサス州７７０４３、ヒユーストン、トライウェイ１９２７

Claims

【特許請求の範囲】

１．ブラスト媒体を入れた圧力容器と、この圧力容器に流体連通している、ブラスト媒体を同伴させるための圧縮空気供給源と、圧縮空気供給源と圧力容器とに流体連通し、内部でブラスト媒体と圧縮空気流が混合される搬送管路と、圧縮空気とブラスト媒体の混合物をそこから放出する、搬送管路に接続されたノズルと、搬送管路および圧力容器を圧縮空気供給源に接続する空気管路と、圧力容器を搬送管路に接続する出口管路と、を備えた、平均粒子径約５０〜２０００μｍの微粒子からなるブラスト媒体を送給するためのブラスト装置において、前記出口管路内に配置された可変寸法のオリフィス（これは、ブラスト媒体の流れを制限する開口部面積を、前記ブラスト媒体の粒子寸法に応じてその流量を調節するように所定面積に調整することができる）と、出口管路および搬送管路に接続され、その間の差圧を監視するための検知手段と、この検知手段に応答する圧力調節手段と、をさらに備え、前記圧力調節手段が、圧力容器内および搬送管路内の圧力を調節して、圧力容器と搬送管路との間に所定の正の差圧を維持するために、空気管路および搬送管路と接続した、別個の圧力容器圧力調節手段を有していることを特徴とする、ブラスト装置。
２．前記所定の差圧が１．０〜１５．０ｐｓｉである請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
３．前記所定の差圧が１．０〜５．０ｐｓｉである請求の範囲第２項記載のブラスト装置。
４．前記所定の差圧がブラスト媒体の均一な流量を維持するように選択される請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
５．前記ブラスト媒体の均一流量が、約０．５〜１２ポンド／分である請求の範囲第４項記載のブラスト装置。
６．前記検知手段が、これと接続している出口管路で圧力容器を監視する、請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
７．ブラスト媒体の平均粒子径が約５０〜１５００μｍである請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
８．ブラスト媒体が、水溶性塩または２以上の水溶性塩の混合物である請求の範囲第７項記載のブラスト装置。
９．前記水溶性塩が重炭酸ナトリウムである請求の範囲第８項記載のブラスト装置。
１０．前記水溶性塩が硫酸ナトリウムである請求の範囲第８項記載のブラスト装置。
１１．前記水溶性塩がより侵食性の高いブラスト媒体との混合物である請求の範囲第８項記載のブラスト装置。
１２．ブラスト媒体の平均粒子径が約２００〜２０００μｍである請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
１３．ブラスト媒体がモース硬度が約３．５以下のプラスチック媒体である請求の範囲第１２項記載のブラスト装置。
１４．前記出口管路内に配置したオリフィスが、直径約０．０６３〜０．８７５インチの円径オリフィスの面積に対応する面積の開口部を有する請求の範囲第１項記載のブラスト装置。
１５．前記オリフィスが直径約０．５０インチに相当する面積の開口部を有し、ブラスト媒体の平均粒子径が約２５０〜４２０μｍである請求の範囲第１４項記載のブラスト装置。
１６．前記オリフィスが直径約０．８７５インチに相当する面積の開口部を有し、ブラスト媒体の平均粒子径が約６００〜８５０μｍである請求の範囲第１４項記載のブラスト装置。
１７．下記工程からなるブラスト方法；平均粒子径約５０〜２０００μｍの徴粒子からなるブラスト媒体を圧力容器内に収容し、この圧力容器と圧縮空気供給源との流体連通を確保することにより圧力容器を加圧し、前記ブラスト媒体を前記圧力容器から出口管路を経て搬送管路に供給し、この搬送管路は、前記圧縮空気供給源と空気管路を介して流体連通しており、前記ブラスト媒体を、前記出口管路内に配置した可変寸法のオリフィス開口部を通過させ、このオリフィス開口部は、ブラスト媒体の流れを制限する開口部面積を、前記ブラスト媒体の粒子寸法に応じてその流量を調節するように所定面積に調整することができ、前記ブラスト媒体を前記搬送管路内を流れる圧縮空気流と混合し、前記圧力容器内および前記搬送管路内の圧力を検知し、前記空気管路内および前記搬送管路内の圧力を調節して、前記圧力容器内の圧力水準が搬送管路内の圧力より大きくなるように所定水準の差圧を維持し、ブラスト媒体と圧縮空気流との混合物を搬送管路終端のノズルから放出する。
１８．ブラスト媒体の平均粒子径が、約５０〜１５００μｍである請求の範囲第１７項記載のブラスト方法。
１９．ブラスト媒体が、水溶性塩または２以上の水溶性塩の混合物である請求の範囲第１８項記載のブラスト方法。
２０．前記ブラスト媒体が重炭酸ナトリウムである請求の範囲第１９項記載のブラスト方法。
２１．前記水溶性塩が硫酸ナトリウムである請求の範囲第１９項記載のブラスト方法。
２２．前記水溶性塩がより侵食性の高いブラスト媒体との混合物である請求の範囲第１９項記載のブラスト方法。
２３．ブラスト媒体の平均粒子径が約２００〜２０００μｍである請求の範囲第１７項記載のブラスト方法。
２４．ブラスト媒体がモース硬度が約３．５以下のプラスチック媒体である請求の範囲第２３項記載のブラスト方法。
２５．前記所定の差圧が１．０〜１５．０ｐｓｉである請求の範囲第１７項記載のブラスト方法。
２６．前記所定の差圧が１．０〜５．０ｐｓｉである請求の範囲第２５項記載のブラスト方法。
２７．前記所定の差圧がブラスト媒体の均一な流量を維持するように選択される請求の範囲第１７項記載のブラスト方法。
２８．下記工程からなるブラスト方法；平均粒子径約５０〜２０００μｍの微位子からなるブラスト媒体を圧力容器内に収容し、この圧力容器と圧縮空気供給源との流体連通を確保することにより圧力容器を加圧し、前記ブラスト媒体を前記圧力容器から出口管路を経て搬送管路に供給し、この搬送管路は、前記圧縮空気供給源と空気管路を介して流体連通しており、前記ブラスト媒体の前記搬送管路への流れを、前記出口管路内に配置した所定面積のオリフィスを通過させて約０．５〜１２ポンド／分の流量に制限し、前記ブラスト媒体を前記搬送管路内を流れる圧縮空気流と混合し、前記圧力容器内および前記搬送管路内の圧力を検知し、前記空気管路内および前記搬送管路内の圧力を制御して、前記圧力容器内の圧力水準が搬送管路内の圧力より大きくなるように差圧を生じさせ、この差圧を前記オリフィスを通るブラスト媒体の流量に比例して調節することにより、搬送管路内のブラスト媒体／空気重量比を約０．０５〜０．８０の範囲内とし、ブラスト媒体と圧縮空気流との混合物を搬送管路終端のノズルから放出する。
２９．ブラスト媒体の平均粒子径が、約５０〜１５００μｍである請求の範囲第２８項記載の方法。
３０．ブラスト媒体が、水溶性塩または２以上の水溶性塩の混合物である請求の範囲第２９項記載の方法。
３１．前記水溶性塩が重炭酸ナトリウムである請求の範囲第３０項記載の方法。
３２．前記水溶性塩が硫酸ナトリウムである請求の範囲第３０項記載の方法。
３３．前記水溶性塩がより侵食性の高いブラスト媒体との混合物である請求の範囲第３０項記載の方法。
３４．ブラスト媒体の平均粒子径が約２００〜２０００μｍである請求の範囲第２８項記載の方法。
３５．ブラスト媒体がモース硬度が約３．５以下のプラスチック媒体である請求の範囲第３４項記載の方法。
３６．圧縮空気圧力が約２０〜１２５ｐｓｉｇである請求の範囲第２８項記載の方法。
３７．差圧が約１．０〜１５．０ｐｓｉである請求の範囲第２８項記載の方法。
３８．差圧が約１．０〜５．０ｐｓｉである請求の範囲第３７項記載の方法。
３９．オリフィスを通るブラスト媒体の流量が約０．５〜１２．０ポンド／分である請求の範囲第３６項記載の方法。
４０．オリフィスが、直径約０．０６３〜０．８７５インチの円径オリフィスの面積に対応する面積の開口部を有する請求の範囲第２８項記載の方法。
４１．オリフィスが円形である請求の範囲第４０項記載の方法。