JP6619037B2 - ブラスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気により砥粒を噴射して、加工対象物表面の仕上げ加工を行うブラスト装置に関する。

建設や設備関連に広く用いられる鉄鋼などの金属材においては、耐食性が必要な用途にステンレス材が選定される。ステンレス材は、表面仕上げの状態により熱間圧延材で光沢のないＮｏ．１材や、冷間圧延材でやや光沢のあるＮｏ．２Ｂ材等に分類され、用途に応じて使い分けられている。

ステンレス材をはじめとする各種の金属材は、輸送や組立ての際に表面に傷がつき易く、外観への要求によっては、マスキングやカバー装着が必要となる場合もある。また、溶接を行った場合は、接合箇所に溶接痕が残る。これらの傷や溶接痕は、グラインダーで削ったり、バフ研磨で表面を滑らかにしたりするなどの外観上の補修が行われている。

グラインダーやバフ研磨などは、金属表面を整えて光沢を生む仕上げ法であるが、光沢の無い表面には適用し難い。金属材の光沢の無い表面に用いることができる仕上げ法として、圧縮空気によって微細な砥粒を加工対象物に噴射し、所望の表面ブラスト仕上げを行う砥粒発射装置が特許文献１に開示されている。

特開２００６−１９２５５９号公報

特許文献１のようなブラスト装置では、砥粒の硬度、粒径、噴射圧等を適宜組み合わせることで、様々な材質や非光沢面から光沢面までの幅広い表面仕上げに適用することが可能となるが、噴射砥粒の周囲への飛散対策や回収が容易ではないため、通常は処理ブースを備えた工場等で施工されている。したがって、装置の大きさや必要なコストから、大型設備が設置できない作業現場においては運用が困難であるという課題がある。

また、作業現場で施工できるグラインダーやバフ研磨による表面仕上げは、光沢面への適用は可能であるが、Ｎｏ．１材のような光沢の無い表面に適用すると、むしろ外観を損ねる場合があるという課題がある。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、作業現場で施工可能な小型で安価な装置で、多様な表面処理を行うことができるブラスト装置の提供を目的とする。

本発明のブラスト装置は、砥粒を収容する砥粒貯留槽と、前記砥粒貯留槽から前記砥粒を吸入する吸入管と、柔軟性を備える第一の管を介して前記吸入管に接続し、柔軟性を備える第二の管で供給する圧縮空気によって前記砥粒を加工対象物に噴射する噴射ノズルと、前記加工対象物の加工領域を覆い、前記噴射ノズルの先端に取り付ける、弾力性を有するスカート部と、前記噴射ノズルの内部に設け、前記加工対象物に噴射された前記砥粒と前記圧縮空気を導出する砥粒戻り部と、柔軟性を備える第三の管を介して前記砥粒戻り部に接続し、前記砥粒と前記圧縮空気を漏斗状の内壁の接線方向から流入させ、渦回転によるらせん状の気流により前記砥粒と前記空気を遠心分離する粉体分離部と、前記粉体分離部の上部かつ前記渦回転の中心部に設ける排気口を備え、前記遠心分離された砥粒は、前記粉体分離部の下部に配する前記砥粒貯留槽に落下し、前記砥粒貯留槽は、前記粉体分離部の下部に接続する上蓋と、前記上蓋に上部の縁を接する側壁と、前記側壁の下部に接し、前記側壁とのなす角度が９０度を超える面を１面以上備える底部を有することを特徴とする。

本発明によれば、噴射ノズルに第二の管で供給した圧縮空気のベンチュリ効果によって、第一の管内が負圧になり、砥粒貯留槽から吸入管を経て砥粒が吸引され、加工対象物に高速で噴射される。砥粒は噴射ノズルの先端に取り付ける弾力性を有するスカート部により、外部に飛散することなく圧縮空気とともに噴射ノズルの内部に設ける砥粒戻り部から第三の管を経て粉体分離部に送出される。砥粒と圧縮空気を、粉体分離部の漏斗状の内壁の接線方向から流入させて渦回転させることにより、砥粒と空気の比重差による遠心分離が行われる。

空気は、粉体分離部の上部、かつ渦回転の中心部に設けた排気口から排気され、砥粒は粉体分離部の下部に配する砥粒貯留槽に落下する。砥粒貯留槽は、上蓋、側壁、底部からなり、底部は側壁とのなす角度が９０度を超える面を１面以上備えるよう構成することで、落下した砥粒が底部の中心にのみ積み上がることを防ぎ、安定した砥粒供給に必要な砥粒量を抑制することができる。このようなブラスト装置の構成により、小型の装置であっても砥粒が飛散しないため処理ブースが不要、かつ必要な砥粒量も少ないために経済的であり、圧縮空気の供給のみで稼働することができるため作業現場でのブラスト処理を容易に行うことができる。

また、本発明のブラスト装置は、前記砥粒貯留槽が、前記渦回転の軸方向から見て四角形を形成する４面の前記側壁と、前記側壁とのなす角度がそれぞれ異なる複数の底板を組み合わせて一体化した前記底部を有し、前記上蓋と前記底部との距離が最も大きい最底部を、前記渦回転の中心部から離間した位置に配し、前記底部は落下した前記砥粒が前記最底部に集まるよう、前記側壁から連続する傾斜を備え、前記吸入管は、前記最底部の近傍に配するよう構成しても良い。

砥粒貯留槽として、例えば底部が平坦な円筒形容器を用いても、本発明のブラスト装置を構成することは可能である。しかしながら、粒度分布の広い砥粒を用いたり、異なる材質の砥粒を混合して使用したりする場合、粉体分離部から落下する砥粒の性状は一様ではなく、砥粒貯留槽の底部と上部で粒径や材質の偏りが生じる可能性がある。本発明の砥粒貯留槽では、粉体分離部から落下した砥粒が、側壁および側壁とのなす角度がそれぞれ異なる複数の底板を、最底部に向かって崩れ、或いは滑り落ちる行程で再度混合されるため、粒度分布の広い砥粒や異なる材質の砥粒を混合使用しても、均一で安定したブラスト処理を行うことができる。

また、本発明のブラスト装置は、前記排気口に、コアンダ効果により流体の送出量を増大させるエアーアンプリファイアの吸入側を配し、前記エアーアンプリファイアの送出側に集塵フィルタを配しても良い。

エアーアンプリファイアは、少量の圧縮空気を使用して周囲の空気を引き込み、大量の空気流を発生させることができるため、ブラスト装置の排気口に配して負圧により排気動作を補助することで、粉体分離の効率を向上させることが可能となる。エアーアンプリファイアも圧縮空気の供給のみで稼働することができる。また、排気には砥粒の微粉や加工物の研磨粉がわずかに含まれる場合があり、大気開放すると粉塵が飛散する可能性がある。集塵装置を備えた排気系が設置されている場合はそこに排気口を接続すれば良いが、集塵フィルタをブラスト装置に直接設置すれば、現場作業の利便性を更に高めることができる。

本発明によれば、作業現場で施工可能な小型の装置で、多様な表面処理を行うことができるブラスト装置の提供が可能となる。

本発明によるブラスト装置の実施の形態を示す外観図である。 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、粉体分離部および砥粒貯留槽の構成を示す断面模式図である。 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、加工処理部を示す外観図である。 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、加工処理部の構成を示す断面模式図である。 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、砥粒貯留槽の構成を示す外観図であり、（ａ）は砥粒貯留槽の上側から見た側壁および底部、（ｂ）は砥粒貯留槽の下側から見た底部および脚部である。 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、粉体分離部、吸入管、および砥粒貯留槽の形状と配置を示す外観図であり、（ａ）は図５（ａ）のＡ方向から見た外観図、（ｂ）は図５（ａ）のＢ方向から見た外観図、（ｃ）は図５（ａ）のＣ方向から見た外観図、（ｄ）は図５（ａ）のＤ方向から見た外観図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明によるブラスト装置の実施の形態を示す外観図である。砥粒貯留槽１０は、可動台車１６などに搭載すると、可搬性が増すので好ましい。砥粒貯留槽１０の上蓋１１には、粉体分離部８０、排気口９０が配され、必要により排気口９０にエアーアンプリファイア９１、集塵フィルタ９２を取り付けることができる。

更に、上蓋１１には粉体分離部８０から離間した位置に吸入管１２を配し、吸入管１２は、砥粒の吸入に支障ない範囲で砥粒貯留槽１０の底部近傍まで延伸される。吸入管１２には、吸入した砥粒を搬送する第一の管２０の一端を接続し、第一の管２０の他端は噴射ノズル５０に接続する。

噴射ノズル５０には、第二の管３０により圧縮空気を供給する。ブラスト処理の条件によって必要な空気圧や流量はそれぞれ異なるため、レギュレータやフローコントローラ等を用いて適宜調整することが好ましい。また、処理量が少なければ、圧縮空気ボンベによって供給することも可能である。

噴射ノズル５０の先端には、砥粒の飛散を抑えて回収を容易にするための弾力性を有するスカート部６０を取り付け、噴射ノズル５０の内部に砥粒戻り部（図示せず）を配する。砥粒戻り部に第三の管４０の一端を接続し、第三の管４０の他端を粉体分離部８０の上部の開口部（図示せず）に接続する。

砥粒貯留槽１０に砥粒を入れ、噴射ノズル５０に第二の管３０から圧縮空気を供給すると、第一の管２０が負圧になって吸入管１２から砥粒を吸入し、高速高圧の空気とともに加工対象物表面に噴射される。この際、スカート部６０を加工対象物表面に密着させておけば、砥粒が周囲に飛散することがなく、また圧縮空気の圧力を利用して砥粒を砥粒戻り部から第三の管４０に導くことができる。第三の管４０から粉体分離部８０に導入された砥粒は、遠心分離によって空気と分離され、空気は排気口９０から排気され、砥粒は粉体分離部８０の漏斗状の内壁を下って砥粒貯留槽１０に落下することで、本発明のブラスト装置の処理サイクルを円滑に行うことができる。

図２は、本発明によるブラスト装置の実施の形態における、粉体分離部および砥粒貯留槽の構成を示す断面模式図である。

第三の管４０で搬送される圧縮空気と砥粒を、粉体分離部８０の上部の開口部８１に導入する。開口部８１は、砥粒を含んだ圧縮空気の気流が、粉体分離部８０の漏斗状の内壁の接線方向から流入して渦回転が生じるように配する。流入する気流の流速が遅いと、開口部８１の手前で砥粒が滞留したり、小径の砥粒が分離できず排気口９０側に排出されたりする場合がある。

粉体分離部８０に流入する気流の流速を高める手段として、第三の管４０の断面積よりも開口部８１の断面積を小さくする絞り部（図示せず）を設けることも有効である。ただし、気流の流速が速過ぎると圧力損失が大きくなるため、現場施工を目的とする小型装置では、レギュレータ８２を用いて圧力を調整したり、フローコントローラを用いて流量を調整し、処理条件による最適な流速に設定することが望ましい。

粉体分離部８０で分離された砥粒は、砥粒貯留槽１０の内部に落下する。このとき、砥粒貯留槽１０の底部１４が平坦な形状でも使用は可能であるが、以下の理由で側壁１３とのなす角度が９０度を超える面を１面以上備えることが好ましく、渦回転の軸方向から見て四角形で、側壁１３とのなす角度がそれぞれ異なる複数の底板を組み合わせて一体化した底部１４を有し、最底部を渦回転の中心部から離間した位置に配し、吸入管は最底部の近傍に配するよう構成することがより好ましい。

すなわち、落下した砥粒は円錐状に堆積するため、吸入管１２の吸い込み口を粉体分離部８０から砥粒が落下する位置の直下に配する必要があり、機器設計の上で合理的でない。吸入管１２を砥粒貯留槽１０の端に配する場合、砥粒貯留槽１０内部の砥粒堆積高さが相対的に低い場所であるため、装置運転中の安定的な砥粒供給には、本来の必要量以上の砥粒を入れておかなければならず、余分なコストがかかって好ましくない。また、粒度分布の広い砥粒や、異なる材質の砥粒を混合して使用する場合は、砥粒貯留槽１０の底部側と上部側で粒径や材質に偏りが生じる可能性がある。

砥粒貯留槽１０の底部１４が、側壁１３に対して９０度を超える面を１面以上備えていれば、粉体分離部８０から落下した砥粒が、側壁１３および側壁１３とのなす角度がそれぞれ異なる複数の底板を、最底部に向かって崩れ、或いは滑り落ちる行程で再度混合されるため、粒度分布の広い砥粒や異なる材質の砥粒を混合使用しても、均一で安定したブラスト処理を行うことができる。

図３は、本発明によるブラスト装置の実施の形態における、加工処理部を示す外観図である。噴射ノズル５０は、砥粒を供給する第一の管２０、圧縮空気を供給する第二の管３０、加工対象物からの少々の研磨粉を含んだ砥粒と圧縮空気を回収する砥粒戻り部（図示せず）に接続する第三の管４０が接続され、噴射ノズル５０の加工対象物に接する部分には、ゴム等の弾力性を備える材質からなるスカート部６０を取り付ける。

図４は、本発明によるブラスト装置の実施の形態における、加工処理部の構成を示す断面模式図であり、図３の構成をより詳しく説明するものである。

第二の管３０で供給される圧縮空気は、絞り部３１を通ることで流速が増し、ベンチュリ効果によって第一の管２０が負圧となって砥粒を吸い上げる。砥粒を含んだ高速高圧の気流が加工対象物１００に噴射され、表面の研磨加工を行う。砥粒の粒径や種類、噴射強度等によって、加工対象物１００の表面を光沢の無い粗面としたり、光沢面に仕上げることができる。

従来のブラスト装置では、噴射した砥粒が周囲に飛散するため、集塵設備を備えた処理ブース内での施工が必要であるが、本発明のブラスト装置では、噴射ノズル５０の加工対象物１００に接する部分に弾力性を有するスカート部６０を取り付けるとともに、噴射ノズル５０に第三の管４０を接続する砥粒戻り部７０を設け、加工後の砥粒と圧縮空気を回収して粉体分離部へ送出する。

図５は、本発明によるブラスト装置の実施の形態における、砥粒貯留槽の構成を示す外観図であり、（ａ）は砥粒貯留槽の上側から見た側壁および底部、（ｂ）は砥粒貯留槽の下側から見た底部および脚部である。図５の砥粒貯留槽は、製作のし易さから４面の側壁１３で形成する四角形の形状を例示するが、六角形や八角形、円筒などの形状とすることもできる。４面の側壁１３で囲まれる底部１４は、図５では台形と三角形の底板を組み合わせ、それぞれの側壁とのなす角度が異なるように構成する。図５（ａ）の図中矢印は、図６で説明する側壁１３をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各方向から見ることを示す。

図６は、 本発明によるブラスト装置の実施の形態における、粉体分離部、吸入管、および砥粒貯留槽の形状と配置を示す外観図であり、（ａ）図５（ａ）のＡ方向から見た外観図、（ｂ）図５（ａ）のＢ方向から見た外観図、（ｃ）図５（ａ）のＣ方向から見た外観図、（ｄ）図５（ａ）のＤ方向から見た外観図である。

側壁１３とのなす角度が９０度を超える面を１面以上備える底部１４と、底部１４に沿って形状が異なる側壁１３の形状を示す。底部１４の傾斜部分を支えてブラスト装置を直立させるために、脚部１５を取り付けることが好ましい。また、底部１４の最底部近傍に、吸入管１２を配置することが好ましい。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正が可能である。すなわち、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

１０ 砥粒貯留槽
１１ 上蓋
１２ 吸入管
１３ 側壁
１４ 底部
１５ 脚部
１６ 可動台車
２０ 第一の管
３０ 第二の管
３１ 絞り部
４０ 第三の管
５０ 噴射ノズル
６０ スカート部
７０ 砥粒戻り部
８０ 粉体分離部
８１ 開口部
８２ レギュレータ
９０ 排気口
９１ エアーアンプリファイア
９２ 集塵フィルタ
１００ 加工対象物

Claims (2)

1. 砥粒を収容する砥粒貯留槽と、
   前記砥粒貯留槽から前記砥粒を吸入する吸入管と、
   柔軟性を備える第一の管を介して前記吸入管に接続し、柔軟性を備える第二の管で供給する圧縮空気によって前記砥粒を加工対象物に噴射する噴射ノズルと、
   前記加工対象物の加工領域を覆い、前記噴射ノズルの先端に取り付ける弾力性を有するスカート部と、
   前記噴射ノズルの内部に設け、前記加工対象物に噴射された前記砥粒と前記圧縮空気を導出する砥粒戻り部と、
   柔軟性を備える第三の管を介して前記砥粒戻り部に接続し、前記砥粒と前記圧縮空気を漏斗状の内壁の接線方向から流入させ、渦回転によるらせん状の気流により前記砥粒と前記空気を遠心分離する粉体分離部と、
   前記粉体分離部の上部かつ前記渦回転の中心部に設ける排気口を備え、
   前記遠心分離された砥粒は、前記粉体分離部の下部に配する前記砥粒貯留槽に落下し、
   前記砥粒貯留槽は、前記粉体分離部の下部に接続する上蓋と、前記上蓋に上部の縁を接し、前記渦回転の軸方向から見て四角形を形成する４面の側壁と、前記側壁の下部に接し、前記側壁とのなす角度が９０度を超え、かつ、それぞれ異なる角度となる複数の底板を組み合わせて一体化した前記底部を有し、前記上蓋と前記底部との距離が最も大きい最底部を、前記渦回転の中心部から離間した位置に配し、前記底部は落下した前記砥粒が前記最底部に集まるよう、前記側壁から連続する傾斜を備え、前記吸入管は、前記最底部の近傍に配することを特徴とするブラスト装置。
2. 前記排気口に、コアンダ効果により流体の送出量を増大させるエアーアンプリファイアの吸入側を配し、前記エアーアンプリファイアの送出側に集塵フィルタを配することを特徴とする、請求項１に記載のブラスト装置。