JP6941299B2 - Surface treatment equipment and surface treatment method - Google Patents
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Description
本発明は表面処理装置及びこの表面処理装置による表面処理方法に係る。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method using the surface treatment apparatus.
表面処理装置は、ノズル組立体から噴射材(ショット、グリッド、砥粒など)を圧縮空気と共に被加工物に向けて噴射して被加工物の表面処理(ブラスト加工、ショットピーニング加工)を行なう。表面処理装置に搭載されるノズル組立体は、加圧式と吸引式が知られている。 The surface treatment device injects an injection material (shot, grid, abrasive grains, etc.) from the nozzle assembly toward the workpiece together with compressed air to perform surface treatment (blast processing, shot peening processing) of the workpiece. The nozzle assembly mounted on the surface treatment device is known to be a pressure type or a suction type.
加圧式のノズル組立体は、噴射材が装填された圧力容器を圧縮空気等で加圧して噴射材を圧縮空気流に送り、圧縮空気と共に固気二相流として噴射するタイプである。(特許文献1を参照。)吸引式のノズル組立体に比べて、噴射材を高速で噴射することができるので、表面処理においては加工能力が高く、また、ショットピーニングにおいては、より深い位置まで圧縮残留応力を付与することができ、さらに、皮膜形成においては、より密着力の高い皮膜を形成することができる。しかしながら、加圧式のノズル組立体は、噴射材の噴射量及び噴射時間が、加圧タンクの容積によって制限されるので、長時間にわたって連続して噴射することができないという問題がある。
The pressurized nozzle assembly is a type in which a pressure vessel loaded with an injection material is pressurized with compressed air or the like, the injection material is sent to a compressed air stream, and the injection material is injected together with the compressed air as a solid air two-phase flow. (Refer to
吸引式のノズル組立体は、エアノズルに導入した圧縮空気流により発生した吸引力によって噴射材を吸引し、圧縮空気と共に固気二相流として噴射するタイプである。(特許文献2を参照。)加圧式のように噴射材を貯留する容器を密封する必要がないので、噴射材を連続して噴射できるという利点がある。しかしながら、吸引式のノズル組立体は、大気下にある噴射材を空気と共に吸引するので、圧力損失が生じ、そのため、加圧式のノズル組立体に比べて噴射材の噴射速度が遅いという問題がある。噴射速度を速くするためには、圧縮空気の圧力を高くして圧縮空気の圧力損失分を補うことにより、噴射材の噴射速度を速くすることが考えられる。しかしながら、より強力な圧縮空気供給源が必要になるので設備費用の増大や圧縮空気供給源の稼働エネルギーの増大につながる。 The suction type nozzle assembly is a type in which the injection material is sucked by the suction force generated by the compressed air flow introduced into the air nozzle and is injected together with the compressed air as a solid air two-phase flow. (Refer to Patent Document 2.) Since it is not necessary to seal the container for storing the injection material unlike the pressurized type, there is an advantage that the injection material can be continuously injected. However, since the suction type nozzle assembly sucks the injection material in the atmosphere together with the air, a pressure loss occurs, and therefore, there is a problem that the injection speed of the injection material is slower than that of the pressure type nozzle assembly. .. In order to increase the injection speed, it is conceivable to increase the injection speed of the injection material by increasing the pressure of the compressed air to compensate for the pressure loss of the compressed air. However, since a stronger compressed air supply source is required, it leads to an increase in equipment cost and an increase in operating energy of the compressed air supply source.
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、噴射材を被加工物に向けて効率よく噴射して、被加工物の表面を処理することができる表面処理装置及びこの表面処理装置を用いた表面処理方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is a surface treatment capable of efficiently injecting an injection material toward an workpiece to treat the surface of the workpiece. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a surface treatment method using the surface treatment apparatus.
本発明の一側面は、圧縮空気と混合された噴射材を固気二相流として被加工物に衝突させて被加工物の表面を処理するための表面処理装置である。表面処理装置は、固気二相流を噴射するためのノズル組立体と、ノズル組立体が収納され、内部に表面処理室を形成する筐体と、を含む。ノズル組立体は、ノズル本体とエアノズルとを含む。ノズル本体は、噴射材を吸引する噴射材吸引口と、吸引した噴射材をノズル組立て体の内部に設けられている混合室にて圧縮空気と共に噴出する噴出口を備える。エアノズルは、少なくとも一端側が前記ノズル本体に挿入されており、他端に圧縮空気を発生させる圧縮空気発生源と連結されている。そして、圧縮空気発生源からエアノズルへの空気の供給経路には、圧縮空気を加熱するための加熱機構が設けられている。
One aspect of the present invention is a surface treatment apparatus for treating the surface of a work piece by causing an injection material mixed with compressed air to collide with a work piece as a solid air two-phase flow. The surface treatment apparatus includes a nozzle assembly for injecting a solid air two-phase flow, and a housing in which the nozzle assembly is housed and forms a surface treatment chamber inside. The nozzle assembly includes a nozzle body and an air nozzle. The nozzle body includes an injection material suction port for sucking the injection material and an ejection port for ejecting the sucked injection material together with compressed air in a mixing chamber provided inside the nozzle assembly. At least one end of the air nozzle is inserted into the nozzle body, and the other end is connected to a compressed air generation source that generates compressed air. A heating mechanism for heating the compressed air is provided in the air supply path from the compressed air generation source to the air nozzle.
本発明の別の側面は、これらの表面処理装置による表面処理方法である。表面処理方法は、次の工程を含む。
(1)圧力空気発生源により発生した圧縮空気を加熱する工程。
(2)圧縮空気をノズル本体の内部で噴射して、ノズル本体の内部に設けられている混合室内を負圧にする工程。
(3)噴射材が貯留されているタンクに連結されている噴射材吸引口から混合室に向かう経路を通って噴射材を混合室に吸引して圧縮空気と混合する工程。
(4)混合室から前記噴射口に向かう経路を通って、混合された圧縮空気と噴射材を固気二相流として噴射する工程。
そして、(1)の工程において圧縮空気を、100〜500℃に加熱する。
Another aspect of the present invention is a surface treatment method using these surface treatment devices. The surface treatment method includes the following steps.
(1) A step of heating compressed air generated by a pressure air source.
(2) A step of injecting compressed air inside the nozzle body to create a negative pressure in the mixing chamber provided inside the nozzle body.
(3) A step of sucking the injection material into the mixing chamber through a path from the injection material suction port connected to the tank in which the injection material is stored to the mixing chamber and mixing it with compressed air.
(4) A step of injecting the mixed compressed air and the injection material as a solid air two-phase flow through a path from the mixing chamber to the injection port.
Then, in the step (1), the compressed air is heated to 100 to 500 ° C.
圧縮空気を加熱することで、圧縮空気の流速が速くなる。また、砥粒はその性状や雰囲気によって凝集する場合があるが、加熱によって粒子同士の付着力を弱めて凝集体を解砕することができる。これらの相乗効果により、噴射材を効率よく噴射することができるので、表面処理能力を向上させることができる。 By heating the compressed air, the flow velocity of the compressed air becomes faster. In addition, the abrasive grains may agglomerate depending on their properties and atmosphere, but the agglomerates can be crushed by weakening the adhesive force between the particles by heating. Due to these synergistic effects, the injection material can be efficiently injected, so that the surface treatment capacity can be improved.
本発明の一実施形態は、エアノズルにおける圧縮空気の経路である。エアノズルは先端に圧縮空気噴射口が設けられており、前記圧縮空気供給源と接続された側から前記圧縮空気噴射口に向かう経路は、該圧縮空気噴射口側に位置する縮径端に向かって連続的に縮径する第一の加速部と、さらに圧縮空気噴射口側にある拡径端に向かって縮径端より連続して拡径する第二の加速部と、を含んでもよい。圧縮空気は縮径により加速され、その後拡径によってさらに加速される。即ち、この構成により圧縮空気の流速が速くなるので、ひいては固気二相流の流速を速くすることができ、表面処理能力を向上させることができる。 One embodiment of the present invention is a path for compressed air in an air nozzle. The air nozzle is provided with a compressed air injection port at the tip, and the path from the side connected to the compressed air supply source to the compressed air injection port is toward the reduced diameter end located on the compressed air injection port side. A first accelerating portion that continuously reduces the diameter and a second accelerating portion that continuously expands the diameter from the reduced diameter end toward the enlarged diameter end on the compressed air injection port side may be included. Compressed air is accelerated by diameter reduction and then further by diameter expansion. That is, since the flow velocity of the compressed air is increased by this configuration, the flow velocity of the solid air two-phase flow can be increased, and the surface treatment capacity can be improved.
本発明の一実施形態は、第二の加速部の距離を、第一の加速部の距離以上としてもよい。第二の加速部を通過する圧縮空気が壁面に沿って流れるようにすることで、効率よく加速することができる。 In one embodiment of the present invention, the distance of the second accelerating portion may be equal to or greater than the distance of the first accelerating portion. By allowing the compressed air passing through the second accelerating portion to flow along the wall surface, it is possible to accelerate efficiently.
本発明の一実施形態は、被加工物を冷却するための機構を更に備えてもよい。固気二相流も加熱されていることによる被加工物の高温化の影響を抑えることができるので、幅広く表面処理を行うことができる。 One embodiment of the present invention may further include a mechanism for cooling the workpiece. Since the influence of the high temperature of the work piece due to the heating of the solid air two-phase flow can be suppressed, a wide range of surface treatments can be performed.
本発明の一側面または一実施形態により、固気二相流の流速を速くでき、且つ噴射材の凝集を防ぐことができるので、効率よく表面処理を行うことができる。 According to one aspect or one embodiment of the present invention, the flow velocity of the solid air two-phase flow can be increased and the agglomeration of the propellant can be prevented, so that the surface treatment can be efficiently performed.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による表面処理装置を説明する。なお、本文中「上下左右方向」は特に断りのない限り図中の方向を指す Hereinafter, the surface treatment apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the text, "up / down / left / right direction" refers to the direction in the figure unless otherwise specified.
図1は、一実施形態に係る表面処理装置01の一部を破断して示す正面図である。表面処理装置01は、繊維強化プラスチック製のワークW(被加工物)に噴射材を投射し、ワークWに孔を形成する装置である。図1に示すように、表面処理装置01は、筐体10、定量供給機構20、分離機構30、吸引機構40、制御装置50、ノズル組立体60、加熱機構70を備えている。
FIG. 1 is a front view showing a part of the
筐体10はその内部に処理室Rを画成している。筐体10の正面には扉11が設けられており、その扉11を開けることで作業者が処理室Rにアクセスすることができるようになっている。処理室Rには、ノズル固定治具12、処理テーブル13及び移動機構14が設けられている。
The
ノズル固定治具12は、ノズル組立体60を保持するための機構であり、高さ方向に沿ってノズル組立体60を移動可能である。したがって、ノズル固定治具12は、ノズル組立体60とワークWとの間の距離を自在に調整できるように構成されている。
The
移動機構14は、筐体10の下部に設けられた架台15上に設けられており、ノズル組立体60の下方に配置されている。一実施形態では、移動機構14は、多数の貫通孔が形成された板状体であってもよい。移動機構14にこのような貫通孔が形成されていることで、ノズル組立体60より噴射された噴射材を筐体10の底部に向けて通過させることができる。
The moving mechanism 14 is provided on a pedestal 15 provided at the bottom of the
移動機構14上には、処理テーブル13が設けられており、その上に載置されたワークWを支持する。処理テーブル13はワークWを載置できればよいが、後述のように固気二相流が加熱された状態であるので、ワークWを冷却する機能を設けてもよい。図2は一実施形態で用いた処理テーブルの平面断面図である。図2では、処理テーブル13の内部に冷却管13aを張り巡らせ、冷却管に冷却媒体(例えば水)を流すことでワークWを冷却する構成とした。
A processing table 13 is provided on the moving mechanism 14, and supports the work W placed on the processing table 13. It is sufficient that the work W can be placed on the processing table 13, but since the solid air two-phase flow is in a heated state as described later, a function of cooling the work W may be provided. FIG. 2 is a plan sectional view of the processing table used in one embodiment. In FIG. 2, a
移動機構14は、例えばモータの駆動力によって、処理テーブル13及び当該処理テーブル13上に支持されたワークWを水平方向に搬送できるようになっている。例えば、移動機構14は、水平方向に延び、且つ、互いに直交するX方向及びY方向(図5参照)に沿ってワークWを移動させるX−Yステージである。 The moving mechanism 14 can horizontally convey the processing table 13 and the work W supported on the processing table 13 by, for example, the driving force of the motor. For example, the moving mechanism 14 is an XY stage that extends the work W in the horizontal direction and moves the work W along the X and Y directions (see FIG. 5) that are orthogonal to each other.
処理室Rの上部には、定量供給機構20が設けられている。定量供給機構20は、貯留ホッパ21及び搬送路22を含んでおり、貯留ホッパ21内の噴射材を搬送路22を介してノズル組立体60に定量で供給する。なお、定量供給機構20は、一定量の噴射材をノズル組立体60に供給することができればその構造は限定されない。例えば、定量供給機構20としては、スクリュフィーダ、振動フィーダ、テーブルフィーダを用いることができる。図1に示す実施形態では、定量供給機構20としてスクリュフィーダを用いている。
A fixed
定量供給機構20の貯留ホッパ21の上方には、分離機構30が設けられている。分離機構30は、定量供給機構20の貯留ホッパ21に連結されている。分離機構30は、略逆角錐形状を有しており、使用済みの噴射材を回収し、再使用可能な噴射材と粉塵とに分級する。この分離機構30には、第一の輸送管P1の一端が接続されている。第一の輸送管P1の他端は、筐体10の底部に接続されている。したがって、処理室R内の空間と定量供給機構20内の空間とは第一の輸送管P1を介して連続している。なお、図1に示す実施形態では、分離機構30としてサイクロン式分級機を用いているが、分離機構30としては、その他の風力式分級機、スクリーン式分級機等、任意の分級機を用いることができる。
A
また、分離機構30には、第二の輸送管P2の一端が接続されている。第二の輸送管P2の他端は、吸引機構40に接続されている。吸引機構40は、処理室Rを負圧にして処理室Rの外部に噴射材が漏出しないようにすると共に、噴射された噴射材を含む粒子を吸引するための機構である。吸引機構40は、第二の輸送管P2を介して分離機構30(サイクロン式分級機)において分級された軽い粒子(再使用に適さないサイズとなった噴射材、ワークWの切削粉)を回収する。また、吸引機構40は、分離機構30の内部空間を負圧にし、筐体10の底部に集められた使用済みの噴射材を分離機構30に移送する機能を有している。
Further, one end of the second transport pipe P2 is connected to the
制御装置50は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、表面処理装置01の各部を制御する。一実施形態では、制御装置50は、移動機構14、定量供給機構20、吸引機構40、加熱機構70、電磁弁VL1及びバルブVL2に制御信号を送出し、移動機構14の動作、定量供給機構20の動作、吸引機構40の動作、電磁弁VL1の開閉、などを制御する。制御装置としては、パーソナルコンピュータなどの各種演算装置、プログラマルロジックコントローラ(PLC)及びデジタルシグナルプロセッサ(DSP)などのモーションコントローラ、高機能携帯端末及び高機能携帯電話等を用いることができる。
The
ノズル組立体60は、ワークWに噴射材を噴射するための機構であり、図3に示すように、ノズル本体61と、このノズル本体61の内部に圧縮空気を噴射するエアノズル62と、を備えている。
The
ノズル本体61は、ノズルホルダ61aと、このノズルホルダ61aの一端側(図3では下端面側)より挿嵌して固定された円筒形状の噴射ノズル61bを備えている。このノズル本体61のノズルホルダ61aの他端側(図3では上端面側)には、エアノズル62が挿嵌して固定される。ノズル本体61の内部のエアノズル62の下端と噴射ノズル61bの上端の近傍には、ノズル本体61の内部の空間を形成する混合室64が設けられている。
The nozzle body 61 includes a
ノズルホルダ61aの上部には、噴射材を吸引するための噴射材吸引口63が設けられており、噴射材ホースH2を介して定量供給機構20に連結されている。また、噴射材吸引口63から混合室64に向かう経路である第一の経路F1が形成されている。
An injection
噴射ノズル61bには、その下端に固気二相流を噴射するための円形の噴射口65が形成され、さらに、混合室64から噴射口65に向かう経路である第二の経路F2が形成されている。
The
ノズル本体61において、上述した噴射材吸引口63、第一の経路F1、混合室64、第二の経路F2、噴射口65は、連通されている。
In the nozzle body 61, the injection
エアノズル62は、円筒形状であり、その内部には圧縮空気の経路である第三の経路F3が形成され、さらに、圧縮空気が噴射される先端(図3における下端)に圧縮空気噴射口62aが、他端(図3における上端)に圧縮空気導入口62bが、それぞれ設けられている。圧縮空気導入口62bと圧縮空気噴射口62aは連通しており、圧縮空気が流れる第二の経路F2を形成している。一実施形態における第二の経路F2は、連続した径を持つ圧縮空気導入部62cと、この圧縮空気導入部62cと連通し先端に向かって徐々に縮径する第一の加速部62dと、この第一の加速部62dに連通し圧縮空気噴射口62aに向かって徐々に拡径する第二の加速部62eと、を備えている。なお、圧縮空気導入部62cと第一の加速部62dと第二の加速部62eとは同一軸心上に配置されている。
The
圧縮空気導入口62bはエア配管H1を介して圧縮空気供給源Cと連結されており、圧縮空気供給源の作動により圧縮空気噴射口62aから圧縮空気が噴射されるようになっている。圧縮空気噴射口62aは混合室64に位置するように、ノズルホルダ61aに挿嵌して固定されている。圧縮空気導入部62cより導入された圧縮空気は、第一の加速部62dにて圧縮されて加速された後、第二の加速部62eで徐々に膨張されることでさらに加速され、圧縮空気噴射口62aより噴射される。圧縮空気を高速で噴射できるので、噴射口65より噴射される固気二相流の噴射速度も速くなる。その結果、表面処理能力が向上するので、効率よく表面処理を行うことができる。エアノズル62には、エア配管H1を介してコンプレッサCが連結されている。なお、一実施形態では、エアノズル52とコンプレッサCとの間には、電磁弁VL1及びバルブVL2が設けられていてもよい。
The compressed
なお、第一の加速部62dを通過した圧縮空気の流れは、第二の加速部62eにおける壁面に沿って流れるのが、最も効率よく加速することができる。
The flow of compressed air that has passed through the
圧縮空気噴射口62aより圧縮空気が噴射されると、この噴射流は周囲の空気を巻き込みながら直進するため、混合室64は負圧となり、吸引力が発生する。この吸引力により、貯留ホッパ21内に蓄えられた噴射材が搬送路22及び噴射材ホースH2を介して第一の経路F1をとおり混合室64に吸引される。混合室64に到達した噴射材は圧縮空気と混合され、第二の経路F2を通り固気二相流として噴射口65からワークWに向けて噴射される。噴射材は噴射材吸引口63より混合室64に向かって吸引される。混合室64に到達した噴射材は、圧縮空気と混合され、この混合された圧縮空気と噴射材はより固気二相流として噴射される。ここで、吸引力は圧縮空気噴射口62aと噴射ノズル61bの内壁面との距離によって大きさが変わるので、最適な吸引力となるようにエアノズル62を上下方向に移動させて調整し、図示しないボルト等でノズルホルダ61aに固定する。しかし、距離が短すぎると混合された噴射材が噴射ノズル61bに移動する流れが阻害される。一実施形態のエアノズル62は、第一の加速部62dと第二の加速部62eとにより圧縮空気が十分に加速されており噴射速度が速いので、周囲の空気を巻き込む力が向上している。その結果、混合室64で発生する吸引力が強くなるので、圧縮空気噴射口62aと混合室64の壁面との距離を長くしても噴射材を吸引するための十分な吸引力を得ることができる。即ち、一実施形態のエアノズル62を用いることで、固気二相流の噴射速度の向上と噴射材の噴射量の増加とを実現できるので、表面処理の効率を向上させることができる。
When the compressed air is injected from the compressed air injection port 62a, the injection flow travels straight while entraining the surrounding air, so that the mixing
一実施形態の構成を有するノズル組立体60は、噴射材を連続して噴射することができるので、長時間にわたって連続してワークWを加工することができる。なお、固気二相流の噴射速度と噴射材の吸引力を満足すれば、第三の経路F3の別の実施形態としてもよい。別の実施形態では、第二の加速部62eの代わりに、第一の加速部62dと連通し、圧縮空気噴射口62aに向かって同径である整流部を設けてもよい。
Since the
ノズルから噴射される噴射材としては、金属又は非金属のショットやグリッドやカットワイヤ、セラミックス系粒子(アルミナ系、炭化珪素系、ジルコン系、等)、天然石の粒子(エメリー、珪石、ダイヤモンド、等)、植物系粒子(くるみの殻、桃の種、杏の種、等)、樹脂系粒子(ナイロン、メラミン、ユリア、等)等が例示される。 The injection material injected from the nozzle includes metal or non-metal shots, grids, cut wires, ceramic particles (alumina, silicon carbide, zircon, etc.), natural stone particles (emery, silica stone, diamond, etc.). ), Plant-based particles (walnut shell, peach seed, apricot seed, etc.), resin-based particles (nylon, melamine, urea, etc.) and the like are exemplified.
加熱機構70は、圧縮空気供給源Cからエアノズル62への空気の供給経路に接続される。加熱機構70は、圧縮空気を所定の温度に加熱できればその構成は特に問わない。一実施形態では、圧縮空気が通過可能な管体の周囲に発熱体が固定されている構成とした。
The
次に、一実施形態の表面処理装置01を用いて表面処理を行う方法について説明する。
Next, a method of performing surface treatment using the
<S1:表面処理装置の準備>
表面処理装置01を準備する工程(S1)では、(a)噴射材のセット、(b)固気二相流の噴射速度の調整、(c)ワークWのセット、(d)ノズル組立体60とワークWとの間の距離の調整、(e)移動機構の動作条件の設定、(f)定量供給機構20の動作条件の設定、(g)加熱温度の設定、が行われる。
<S1: Preparation of surface treatment device>
In the step (S1) of preparing the
(a)噴射材のセット
まず吸引機構40を作動させ、処理室Rが吸引される。次いで、扉11の施錠を解除して扉11を開放し、例えば作業者によって所定量の噴射材を処理室R内に投入する。次いで、吸引機構40の吸引力によって、第一の輸送管P1及び分離機構30を介して噴射材が定量供給機構20の貯留ホッパ21に移送される。その後、扉11を閉め、施錠する。なお、吸引機構40の吸引によって処理室R内は負圧となるので、処理室R内には外部と連通するように設けられた吸引孔(図示せず)から外気が流入する。
(A) Setting of injection material First, the
(b)固気二相流の噴射速度の調整
例えば、表面処理装置01の制御装置50が操作され、圧縮空気をノズル組立体60に供給する経路に設けられた電磁弁VL1が「開」に設定され、定量供給機構20が「ON」に設定される。このような設定により、噴射材がノズル組立体60に供給され、ノズル組立体60から噴射される。ノズル組立体60から噴射材が噴射される際に、圧縮空気の供給圧力を調整するバルブVL2の開度を調整し、噴射材の噴射速度を調整する。
(B) Adjustment of injection speed of solid air two-phase flow For example, the
(c)ワークのセット
噴射速度を調整後、制御装置50を操作し、電磁弁VL1を「閉」に、定量供給機構20を「OFF」に設定する。このような設定により、ノズル組立体60からの噴射材の噴射が停止する。その後、扉11を開放し、処理テーブル13上にワークWが載置し、固定する。
(C) Work setting After adjusting the injection speed, the
(d)ノズル組立体とワークとの間の距離の調整
表面処理装置01の次いで、ノズル固定治具12を操作することでノズル組立体60とワークWとの間の距離及び角度が調整される。その後、扉11を閉め、施錠する。
(D) Adjustment of the distance between the nozzle assembly and the work The distance and angle between the
(e)移動機構の動作条件の設定
移動機構14の動作条件とは、移動機構14の移動の軌跡(図5におけるX方向、Y方向の距離)、移動速度、及び走査回数等である。制御装置50を操作し、これらの条件を入力する。
(E) Setting of operating conditions of the moving mechanism The operating conditions of the moving mechanism 14 are the locus of movement of the moving mechanism 14 (distances in the X and Y directions in FIG. 5), the moving speed, the number of scans, and the like. The
(f)定量供給機構の動作条件の設定
定量供給機構20により所定量の噴射材がノズル組立体60に供給される。供給量が多いと表面処理能力が向上するが、多すぎると噴射材ホースH2若しくは混合室64に噴射材が滞留し、次第に噴射材を噴射できなくなる。制御装置50を操作し、適正な噴射材供給量となるよう、定量供給機構の動作条件を入力する。
(F) Setting of operating conditions of the fixed quantity supply mechanism A predetermined amount of injection material is supplied to the
(g)加熱温度の設定
加熱機構70と圧縮空気供給源Cとの経路に、温度計Tが配置されており、圧縮空気の温度を監視できる。制御装置50を操作し、圧縮空気の温度が所定の温度となるよう、定量供給機構の動作条件を入力する。圧縮空気の温度は、低すぎると加熱による効率の向上が少なく、高すぎると噴射材が変性(軟化や表面の酸化等)する場合もある。これらを考慮して適宜設定する。例えば、セラミックス質の噴射材を使用した場合は、100〜500℃の範囲から選択してもよい
(G) Setting of heating temperature A thermometer T is arranged in the path between the
<S2:表面処理工程>
表面処理を行う表面処理工程(S3)では、制御装置50を操作すると、まず電磁弁VL1を「開」にする信号が発せられ、圧縮空気がノズル組立体60に供給される。次いで、加熱手段を「ON」にする作動する信号が発せられる。圧縮空気の温度が所定の温度に上昇したら、定量供給機構20を「ON」にする信号が発せられ、ノズル組立体60から噴射材が噴射される。次いで、移動機構14を「ON」にする信号が発せられ、ワークWが水平方向(図5におけるXY方向)に移動するように移動機構14が作動する。例えば、ワークWを、+Y方向に所定距離だけ走査→+X方向に所定距離(ピッチ)だけ走査→−Y方向に所定距離だけ走査→+X方向に所定距離(ピッチ)だけ走査、の動作を繰り返すことで、図5に示すように噴射領域AがワークWに対して櫛歯状の軌跡Tを描くように移動する。これにより、ワークWの全面に略均一に噴射材を衝突される。一実施形態では、この動作を複数回行ってもよい。なお、ノズル組立体60の噴射口は長方形状の平面形状を有していてもよい。噴射領域Aを大きくすることができるので、ワークWの表面処理の効率を向上させることができる。
<S2: Surface treatment process>
In the surface treatment step (S3) for performing the surface treatment, when the
ここで、一実施形態の表面処理方法は圧縮空気が加熱されているので、従来の表面処理方法に比べて固気二相流の噴射速度を速くすることができる。噴射速度の向上は表面処理効率の向上に繋がるので、一実施形態の表面処理方法は従来の表面処理方法に比べて表面処理能力が優れている。また、別の側面では、同じ固気二相流の噴射速度を得たい場合、一実施形態の表面処理方法では圧縮空気供給源からの流量を少なくすることができるので、圧縮空気供給源Cを小型化することができる、若しくは圧縮空気供給源Cを動作するためのエネルギーを低くすることができる。 Here, since the compressed air is heated in the surface treatment method of one embodiment, the injection speed of the solid air two-phase flow can be increased as compared with the conventional surface treatment method. Since the improvement of the injection speed leads to the improvement of the surface treatment efficiency, the surface treatment method of one embodiment is superior in surface treatment ability as compared with the conventional surface treatment method. On the other side, when it is desired to obtain the same solid air two-phase flow injection speed, the flow rate from the compressed air supply source can be reduced by the surface treatment method of one embodiment, so that the compressed air supply source C is used. It can be miniaturized, or the energy required to operate the compressed air supply source C can be reduced.
また、従来の表面処理方法では、周囲の湿度もしくは圧縮空気に含まれる水分の影響を受けて、噴射材が凝集した状態で噴射される場合がある。凝集された噴射材での表面処理は、複数のワークWを表面処理した場合のそれぞれのワークWでの表面処理の程度のばらつきに結びつく。一実施形態の表面処理方法では圧縮空気が加熱されているので、圧縮空気中の水分は除去されている。また、周囲の湿度の影響を受けて噴射材が凝集した状態で混合室64に供給されたとしても、熱により凝集力が弱められるので、圧縮空気との混合中もしくは固気二相流中でこの凝集が解砕される。従って、一実施形態の表面処理方法では噴射材が凝集した状態でワークに衝突することを防ぐことができるので、ワークWに対する表面処理の信頼性が向上する。
Further, in the conventional surface treatment method, the injection material may be injected in an agglomerated state due to the influence of the ambient humidity or the moisture contained in the compressed air. The surface treatment with the agglomerated injection material leads to a variation in the degree of surface treatment in each work W when a plurality of work Ws are surface-treated. Since the compressed air is heated in the surface treatment method of one embodiment, the moisture in the compressed air is removed. Further, even if the propellant is supplied to the mixing
圧縮空気を加熱することによって、固気二相流も加熱される。加熱された固気二相流によってワークWのダメージが懸念される場合は、冷却管13aに冷却媒体を流してワークWを冷却しながら表面処理を施してもよい。
By heating the compressed air, the solid air two-phase flow is also heated. If there is concern about damage to the work W due to the heated solid air two-phase flow, the surface treatment may be performed while cooling the work W by flowing a cooling medium through the
<S3:回収工程>
表面処理後のワークWを回収する工程(S3)では、設定した移動機構14の動作が終了すると、加熱機構70を「OFF」、定量供給機構20を「OFF」にする信号がそれぞれ制御装置50より出力され、加熱が停止され、また噴射材の噴射が停止される。この時、圧縮空気はまだノズル組立体60に供給されているので、ノズル組立体60が冷却される。この冷却する工程は適宜設けられる工程であり、省略してもよい。ノズル組立体60が冷却されたら、電磁弁VL1を「閉」にする信号が制御装置50より出力され、ノズル組立体60への圧縮空気の供給が停止する。その後、扉11の施錠を解除して扉11を開放し、ワークWを処理テーブル13から取り外す。そして、ワークWに付着した噴射材及び粉塵をエアブロー等で除去した後、処理室R外に取りだし、一連の表面処理が終了する。
<S3: Recovery process>
In the step (S3) of collecting the work W after the surface treatment, when the operation of the set moving mechanism 14 is completed, the
次に、一実施形態の表面処理方法により表面処理を行った結果について説明する。以下の説明では、表面処理としてブラスト加工を選択し、フロートガラス板をワークWとしてブラスト加工を行った結果について説明する。 Next, the result of surface treatment by the surface treatment method of one embodiment will be described. In the following description, the result of selecting blasting as the surface treatment and blasting with the float glass plate as the work W will be described.
ブラスト加工条件は以下の通りである。
噴射材 :アルミナ質(平均粒子径d50=25μm)
噴射圧力 :0.6MPa
噴射材供給量 :200g/min
ノズルとワークとの距離:2.5mm
ワークの移動速度 :200mm/sec
圧縮空気の温度 :室温、200℃
The blasting conditions are as follows.
Injection material: Alumina (average particle size d50 = 25 μm)
Injection pressure: 0.6MPa
Injection material supply amount: 200g / min
Distance between nozzle and workpiece: 2.5 mm
Work speed: 200 mm / sec
Compressed air temperature: room temperature, 200 ° C
ブラスト加工後のワークWの加工断面を、表面粗さ・輪郭形状複合測定機にて観察し、加工深さを測定した。 The processed cross section of the work W after blasting was observed with a surface roughness / contour shape composite measuring machine, and the processing depth was measured.
結果を図6に示す。図6(A)は圧縮ガスを加熱せず(室温)にブラスト加工を行った場合の断面形状、図6(B)は圧縮空気を200℃に加熱してブラスト加工を行った場合の断面形状である。室温の圧縮空気でブラスト加工をおこなった場合は約10μmの深さで加工されたのに対し、200℃に加熱した圧縮空気でブラスト加工をおこなった場合は約30μmの深さで加工されていた。即ち、圧縮空気を加熱することで、ブラスト加工能力が向上したことが示された。 The results are shown in FIG. FIG. 6 (A) shows a cross-sectional shape when blasting is performed without heating the compressed gas (room temperature), and FIG. 6 (B) shows a cross-sectional shape when compressed air is heated to 200 ° C. and blasted. Is. When blasting with compressed air at room temperature, it was processed to a depth of about 10 μm, whereas when blasting with compressed air heated to 200 ° C, it was processed to a depth of about 30 μm. .. That is, it was shown that the blasting ability was improved by heating the compressed air.
次に、圧縮空気の温度による噴射速度への影響について調査した。エアノズル62に圧縮空気を供給し、圧縮空気噴射口62a近傍の流速(圧縮空気噴射口62aからの噴射速度とする)をピトー管で計測した。圧縮空気は20℃(室温)〜500℃に調整した。
Next, the effect of the temperature of the compressed air on the injection speed was investigated. Compressed air was supplied to the
結果を図7(A)(B)に示す。図7(A)は圧縮空気の温度による圧縮空気の噴射速度への影響を示しており、横軸は噴射時の圧縮空気の圧力(以降、噴射圧力と記す)、縦軸は圧縮空気噴射口62aからの噴射速度、である。噴射圧力にかかわらず、圧縮空気を加熱することで、噴射速度が上昇していることがわかる。 The results are shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B). FIG. 7A shows the effect of the temperature of the compressed air on the injection speed of the compressed air. The horizontal axis is the pressure of the compressed air at the time of injection (hereinafter referred to as the injection pressure), and the vertical axis is the compressed air injection port. The injection speed from 62a. It can be seen that the injection speed is increased by heating the compressed air regardless of the injection pressure.
図7(B)は、圧縮空気の温度が室温の場合に対する各温度における噴射速度の上昇割合を示している。図6(A)と同様、横軸は噴射圧力、縦軸は噴射速度である。50℃の場合、室温に比べて上昇しているが上昇率はいずれの噴射圧力に対しても110%を下回っており、加熱による噴射速度の向上の効果が少なかった。また、400℃に比べて500℃は噴射速度の上昇効果が少なくなっていることがわかる。 FIG. 7B shows the rate of increase in the injection speed at each temperature with respect to the case where the temperature of the compressed air is room temperature. Similar to FIG. 6A, the horizontal axis represents the injection pressure and the vertical axis represents the injection speed. At 50 ° C., the rate of increase was higher than that of room temperature, but the rate of increase was less than 110% with respect to any injection pressure, and the effect of improving the injection speed by heating was small. Further, it can be seen that the effect of increasing the injection speed is smaller at 500 ° C. than at 400 ° C.
実施例では表面処理としてブラスト加工を選択して説明したが、ショットピーニング処理においても一実施形態の表面処理装置及び表面処理方法を適用することができる。 In the examples, blasting is selected and described as the surface treatment, but the surface treatment apparatus and surface treatment method of one embodiment can also be applied to the shot peening treatment.
01 表面処理装置
10 筐体
20 定量供給機構
30 分離機構
40 吸引機構
50 制御装置
60 ノズル組立体
70 加熱機構
A 噴射領域
C 圧縮空気供給源
F1〜F3 第一〜第三の経路
H1 エア配管
H2 噴射材ホース
P1、P2 第一、第二の輸送管
R 処理室
T 軌跡
VL1 電磁弁
VL2 バルブ
W ワーク
01
Claims (5)
前記固気二相流を噴射するためのノズル組立体と、
前記ノズル組立体が収納され、内部に表面処理室を形成する筐体と、
を含み、
前記ノズル組立体は、噴射材を吸引する噴射材吸引口と吸引した噴射材をその内部に設けられている混合室にて圧縮空気と共に噴出する噴出口を備えたノズル本体と、少なくとも一端側が前記ノズル本体に挿入されたエアノズルであって、他端に圧縮空気を発生させる圧縮空気発生源と連結されたエアノズルと、を含み、
前記圧縮空気発生源から前記エアノズルへの空気の供給経路には、圧縮空気を加熱するための加熱機構が設けられており、
前記被加工物を冷却しながら表面処理を施すために該被加工物を冷却するための機構を更に備えている
ことを特徴とする表面処理装置。 A surface treatment device for treating the surface of a work piece by colliding the propellant mixed with compressed air as a solid air two-phase flow with the work piece.
The nozzle assembly for injecting the solid air two-phase flow and
A housing in which the nozzle assembly is housed and a surface treatment chamber is formed inside,
Including
The nozzle assembly includes a nozzle body having an injection material suction port for sucking injection material and a nozzle body for ejecting the sucked injection material together with compressed air in a mixing chamber provided inside the nozzle assembly, and at least one end side thereof. An air nozzle inserted into the nozzle body, including an air nozzle connected to a compressed air generation source that generates compressed air at the other end.
A heating mechanism for heating the compressed air is provided in the air supply path from the compressed air generation source to the air nozzle .
A surface treatment apparatus comprising a mechanism for cooling the work piece in order to perform surface treatment while cooling the work piece.
前記圧力空気発生源により発生した圧縮空気を加熱する工程と、
前記圧縮空気を前記ノズル本体の内部で噴射して、前記ノズル本体の内部に設けられている前記混合室を負圧にする工程と、
前記噴射材が貯留されているタンクに連結されている噴射材吸引口から前記混合室に向かう経路を通って前記噴射材を前記混合室に吸引して圧縮空気と混合する工程と、
前記混合室から前記噴射口に向かう経路を通って、混合された圧縮空気と噴射材を固気二相流として噴射する工程と、を含み、
前記圧縮空気を、100〜500℃に加熱し、
前記被加工物を冷却しながら表面処理を施す
ことを特徴とする表面処理方法。 The surface treatment method using the surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The process of heating the compressed air generated by the pressure air source and
A step of injecting the compressed air inside the nozzle body to create a negative pressure in the mixing chamber provided inside the nozzle body.
A step of sucking the injection material into the mixing chamber and mixing it with compressed air through a path from the injection material suction port connected to the tank in which the injection material is stored to the mixing chamber.
Including a step of injecting the mixed compressed air and the injection material as a solid air two-phase flow through a path from the mixing chamber to the injection port.
The compressed air is heated to 100 to 500 ° C.
A surface treatment method characterized by subjecting the surface treatment while cooling the work piece.
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