JP4110215B2 - ブラストノズル及びブラスト装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラストノズル及びブラスト装置に係わり、特に下地を傷めずに十分な剥離効果が得られるブラストノズル及びブラスト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラスト処理は、固体粒子を高速で被処理物に噴射して、被処理物の表面の研削又は表面層の剥離などを行う処理である。このとき用いる固体粒子をブラストメディア（研削材）という。
【０００３】
従来、このブラストメディアとしては、通常、砂（サンド）が使用されるが、砂を回収するための専用の設備が必要であり、また周囲への砂の飛散や機械の摺動部分への砂の混入などの問題が発生するため使用が限定されていた。
また、砂はモース高度が高いため、金属材料に対しては傷を付け易かった。
【０００４】
一方、これらの問題を解決するため、従来、水溶性ブラストメディアである炭酸水素ナトリウム（重曹）が提案されている（特公平６−６９６６８号公報、特公平７−５５４５１号公報）。
【０００５】
これは重曹の結晶を使用したもので、平均粒子径が０．５ｍｍ以下であり、主に航空機やステンレス機器等の金属表面や構築物の壁からの塗装剥離や汚れ除去に用いられている。水溶性のブラストメディアを用いた場合は、使用後のブラストメディアを溶解して除去できる利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の炭酸水素ナトリウムを用いたブラスト処理は、廃棄物処理の容易性から塩化メチレンを代替えするペイントリムーバーとして使用されているに過ぎない。
【０００７】
従って、この炭酸水素ナトリウムを用いたブラスト処理を、従来サンドブラストや鋼球によるショットブラスト等が使用されていた、アスファルト舗装を施した覆工板状の横断歩道用の白線の除去に適用したり、母材がアルミニウム合金のためサンドブラストの使用ができないが、汚れが強固に付着した空港灯火設備の誘導灯のクリーニングに適用する場合には、剥離能力が十分でなく、作業に時間も要していた。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、下地を傷めずに十分な剥離効果が得られるブラストノズル及びブラスト装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明（請求項１）は、気体により加圧されたブラストメディアが導入される管路と、該管路の径が先端に行くほど絞られる絞り部と、該絞り部に連設され、内部に直方体形状の通路が形成された長尺ノズルとを備えたブラストノズルであって、前記絞り部の先端の開口径が前記ブラストメディアの平均粒子径の２〜２０倍、前記長尺ノズルの通路の高さが前記ブラストメディアの平均粒子径の２〜１０倍、該長尺ノズルの通路の幅が前記長尺ノズルの通路の高さの３〜１０倍、前記長尺ノズルの通路長が前記絞り部の先端の開口径の１０〜５０倍であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明（請求項２）は、気体により加圧されたブラストメディアが導入される管路と、該管路の径が先端に行くほど絞られる絞り部と、該絞り部に連設され、内部に直方体形状の通路が形成された長尺ノズルとを備えたブラストノズルであって、前記絞り部の先端の開口径が１ｍｍ〜２０ｍｍ、前記長尺ノズルの通路の高さが２ｍｍ〜１０ｍｍ、該長尺ノズルの通路の幅が前記長尺ノズルの通路の高さの３〜１０倍、前記長尺ノズルの通路長が前記絞り部の先端の開口径の１０〜５０倍であることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、加圧された気体による流れを最適に維持しつつ、ブラストメディアの詰まりを防止できる。そして、ブラストメディアによる剥離能力を高め、かつメディア消費量を抑えることができる。
【００１２】
更に、本発明（請求項３）は、前記長尺ノズルを前記管路に対し回動自在とする回動手段を備えて構成した。
【００１３】
加圧された気体とブラストメディアを圧送するホースは通常肉厚のため、これに接続したノズルの流路方向を軸とした回転方向を調整するのは肉体的に力が必要であったが、これにより、長尺ノズルの方向を自由に調整できる。
【００１４】
更に、本発明（請求項４）は、前記長尺ノズルの通路先端より吐出された前記気体により混合されたブラストメディアの周囲に対し、ブラストメディアの飛散防止のため噴霧状の水膜を形成する水案内管を備え、該水案内管の先端が、前記長尺ノズルの先端より僅かに先方に突出されたことを特徴とする。
【００１５】
以上により、飛散防止用の水とブラストメディアの流路をノズル内部で同一としないことによって、剥離能力を落とすことなくブラストメディアの飛散を防止できる。
【００１６】
更に、本発明（請求項５）は、前記ブラストメディアは炭酸水素ナトリウムで構成され、該ブラストメディアの平均粒子径は、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明（請求項６）は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のブラストノズルに対し気体により加圧されたブラストメディアを供給する加圧容器を備えたブラスト装置であって、前記加圧容器には、前記ブラストメディアが投入される投入口と、底部より上方に向けて配設され、外部より加圧された気体が導入される気体入口ノズルと、該気体入口ノズルの先端と所定距離隔てて対峙され、前記気体及び該気体に混合された前記ブラストメディアが導入され、前記ブラストノズルに向けて送出する内部配管とを備えて構成した。
【００１８】
以上により、加圧された気体によるブラストメディアとの混合が最適に行われ、剥離能力を高めることができる。
【００１９】
更に、本発明（請求項７）は、前記ブラストノズルによりブラスト処理される被処理対象物は、柔らかくサンドブラストでは傷のつきやすいアルミニウム合金に付着したエポキシ樹脂接着剤及び汚れであることを特徴とする。
【００２０】
以上により、アルミニウム合金を傷つけることなく、付着したエポキシ樹脂接着剤及び汚れを簡単に落とすことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の全体構成図を図１に示す。図１において、エンジン駆動のコンプレッサー１で加圧された空気は、配管３を通じてエアードライヤー５の内部を通ることで乾燥されるようになっている。
【００２２】
エアードライヤー５は、発電機７により電力供給されている。そして、このエアードライヤー５で乾燥された空気は、配管９を通じてエアクリーナー１１でミストとダストを除去して浄化された後、加圧容器１３底部に導入されている。
【００２３】
加圧容器１３内部には炭酸水素ナトリウムのブラストメディア１４が入れられており、導入された空気と混合された後、ホースよりなる配管１５を通り、ノズル１７から吐出されるようになっている。
【００２４】
図２に加圧容器１３の縦断面図を示す。加圧容器１３の上部１３ａには、ブラストメディア１４を投入する投入口１８が配設されている。加圧容器１３の胴部１３ｂはほぼ円筒状に構成され、この同部１３ｂに続く底部１３ｃは下方に向けて円錐状に狭まるように形成されている。
【００２５】
そして、この底部１３ｃの中心には、空気入口ノズル１９が上方に向けて挿入されている。空気入口ノズル１９の上方には、この空気入口ノズル１９と所定距離隔てて内部配管２１の下端部２１ａが対峙されている。一方、内部配管２１の上端部２１ｂには、配管１５が接続されている。
【００２６】
次に、ノズル１７について説明する。図３にノズル１７の平面構成図、図４に側面構成図、図５に正面構成図を示す。図３〜図５において、配管接続口２３には、配管１５の一端が接続されるようになっている。
【００２７】
配管接続口２３には回動部２５が取り付けられ、回動部２５により、連設される円筒状の配管２７は、配管接続口２３に対し３６０度回動自在なようになっている。
【００２８】
配管２７の先端には絞り部２９が配設され、先端に行くほど径が絞られるようになっている。そして、絞り部２９の先端には断面が楕円形状のオリフィス部３１が配設されている。
【００２９】
そして、このオリフィス部３１には、断面が長方形状の長尺ノズル３３が固着されている。長尺ノズル３３の内部には、角形状の通路３４が配設されている。長尺ノズル３３の根元付近には、水供給部３５が取り付けられている。
【００３０】
水供給部３５には、バルブ３７を介して図示しない水配管に接続されている。水供給部３５の両側部には、水案内管３９の一端が接続され、一方、水案内管３９の他端は、長尺ノズル３３の先端部にネジ止めされた水案内管保持部４１により保持されている。
【００３１】
水案内管３９の先端は、長尺ノズル３３の先端より僅かに先方に突出されている。この水はブラストメディアが被施工物に当たって飛散することを防止することを目的としている。
【００３２】
ここで水案内管３９の先端は、長尺ノズル３３の内側に向けて少し屈曲させることによって、長尺ノズル３３から噴出されるブラストメディアと加圧空気との混合を良くすることもできる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
加圧容器１３の投入口１８より粒状の炭酸水素ナトリウムのブラストメディア１４を投入する。使用されるブラストメディア１４は、直径０．５ｍｍ〜５ｍｍであるが、実用上は直径０．５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。
【００３４】
空気入口ノズル１９より加圧された空気が吐出されることで、ブラストメディア１４が攪拌され、同時に内部配管２１の下端部２１ａよりこのブラストメディア１４が空気と共に導入される。
【００３５】
その後、空気に混合されたブラストメディア１４は、ノズル１７に導かれる。ノズル１７内部では、絞り部２９で絞られた後、オリフィス部３１を経て長尺ノズル３３の先端より外部に向けてブラストメディア１４が吐出される。
【００３６】
オリフィス部３１は開口の最短径が１ｍｍ〜２０ｍｍであるが、加圧された空気による流れを最適に維持しつつ、ブラストメディア１４の詰まりを防止し、かつ加圧空気によるブラストメディアを加速するため、２ｍｍ〜１５ｍｍが好ましい。
【００３７】
なお、このオリフィス部３１開口の最短径の大きさは、使用されるブラストメディア１４の平均粒子径と密接な関係を有し、平均粒子径の２〜２０倍程度が好ましい。
【００３８】
一方、長尺ノズル３３の通路３４の高さＨは、同様に加圧された空気による流れを最適に維持しつつ、ブラストメディア１４の詰まりを防止し、かつ加圧空気によるブラストメディアを加速するため、２ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。
【００３９】
なお、この通路３４の高さＨは、使用されるブラストメディア１４の平均粒子径と密接な関係を有し、平均粒子径の２〜１０倍が好ましい。また、長尺ノズル３３の通路３４の幅Ｗは、高さＨの３〜１０倍が好ましい。長尺ノズル３３の流路長Ｌは、オリフィス部３１開口の最短径の１０〜５０倍であるが、２０〜４０倍が好ましい。
【００４０】
更に、従来は、米国特許公報ＵＳＰ２７１７４７６等に示すように、長尺ノズル３３の途中から水を導入し、長尺ノズル３３内部で水膜を形成することでブラストメディア１４の飛散防止を図っていた。このため、僅かながら、ブラストメディア１４の剥離能力が落ちてしまっていた。
【００４１】
しかしながら、本発明では、水案内管３９の先端を、長尺ノズル３３の先端より僅かに先方に突出させて構成した。このため、吐出されたブラストメディア１４による剥離能力が落ちることはない。更に、水がブラストノズル内に逆流してノズルが閉塞することも防止できる。
【００４２】
以上により、ブラストメディア１４を剥離対象物に衝突させた際の剥離能力を従来以上に向上させ、かつ安定して操作できる。また、ブラストメディア１４のモース硬度が２．５程度と低く、従来行われていた水圧ジェットの２０ＭＰａほどの圧力を必要とせず、０．３〜０．８ＭＰａの圧力で洗浄できる。
【００４３】
従って、剥離対象物に対し損傷を与えることなく、汚れ等を剥離できる。
更に、炭酸水素ナトリウム自身は、安全性が高く、水溶性であり廃棄も容易である。
【００４４】
なお、ブラストメディア１４は、炭酸水素ナトリウム以外に炭酸カルシウム、プラスチックス（メラミン樹脂、ナイロン、ユリア樹脂等）、セスキ炭酸ナトリウム、氷、ドライアイス等を使用してもよい。
【００４５】
【実施例】
次に、実施例について説明する。
（実施例１） 実施例１の施工対象は、アスファルト舗装を施した覆工板上の横断歩道用の白線を除去するものである。ノズル１７は、通路３４の高さＨの寸法が４ｍｍ、幅Ｗが２５ｍｍ、流路長Ｌの長さ２８０ｍｍである。絞り部２９の形状は直径２０ｍｍの円形が次第に絞られて直径９ｍｍの円形となっている。
【００４６】
比較されるノズルとしては、米国ＭＭＬＪ社の直圧式ノズルを使用した。噴射部分の形状は円状で、開口部分の寸法が直径９．５ｍｍである。飛散防止用の噴霧水は、ブラストメディア１４を噴出する開口部分を覆うように設置された円筒との隙間から噴射されるようになっている。なお、このノズルの形状については、先述した米国特許公報ＵＳＰ２７１７４７６に詳しい。
【００４７】
加圧容器１３には、株式会社エコグローバル研究所のエコシャワーＳＢ４００を使用した。配管１５としては全長１５ｍで内径２５．４ｍｍの高圧ホースを使用した。
【００４８】
コンプレッサー１は、デンヨー株式会社のＤＰＳ−１８０ＳＳＢであり、エンジン駆動の５０ＰＳ（３７ｋｗ相当）のスクリュー回転型油冷方式一段圧縮機を使用した。コンプレッサー１から供給される空気圧力は０．７９ＭＰａである。
【００４９】
施工時に加圧容器１３から吐出される空気圧力は０．６４ＭＰａであった。所要空気量はコンプレッサーの能力より５ｍ³−Ｎ／分と推定される。飛散防止用の噴霧水は各試験とも０．０５ｍ³／ｈ使用した。
【００５０】
また、ブラストメディア１４としては、旭硝子株式会社の平均粒子径０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、１．０ｍｍの平均粒子径の炭酸水素ナトリウム（商品名、エコブラスト）を使用した。
表１に試験結果を示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表１において、本品と記載したのが本発明の実施品であり、比較と記載したのがＭＭＬＪ社の直圧式ノズルである。表中の×は白線を除去できなかったことを示す。ブラストメディア１４は平均粒子径を示す。
【００５３】
剥離能力は、１ｍ²剥離するのに要した時間を示し、メディア消費量は、１ｍ²剥離するのに要したブラストメディア１４の量を示している。この結果、ノズル１７により、平均粒子径１．０ｍｍのブラストメディア１４を使用した試験番号３−１が最も剥離能力が高く、メディア消費量も低かった。
【００５４】
同じ条件であっても比較ノズルを使用した場合には、剥離能力、メディア消費量共に３倍程度の相違があった。なお、平均粒子径０．１ｍｍのブラストメディア１４を使用した場合には、いずれのノズルであっても白線を除去できなかった。
【００５５】
なお、ノズル１７の流路長Ｌの長さを変えた場合について比較を行った。流路長Ｌの長さは試験番号３−１が２８０ｍｍ、試験番号３−２が４５ｍｍ、試験番号３−３が９００ｍｍである。試験結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】

【００５７】
表２において、試験番号３−２では、剥離能力が低下した。一方、試験番号３−３では、剥離能力の低下は少なかったが、ノズル１７が重くなり、かつ長すぎるので非常に作業がし難かった。
【００５８】
（実施例２） 実施例２の施工対象は、空港灯火設備の誘導灯をクリーニングするものである。使用したノズル、加圧容器１３、施工条件、ブラストメディア１４共に実施例１と同様にした。
【００５９】
図６に誘導灯４３の上から見た平面図、図７に側面図を示す。誘導灯４３は、東芝ライテック株式会社製のものを使用した。誘導灯４３の胴部４３ａは、滑走路等に埋め込まれ、ガム質（エポキシ樹脂）により接着されるようになっている。
【００６０】
誘導灯４３の頭部４３ｂ内側にはプリズム部分４３ｃが配設され、プリズム部分４３ｃの約１〜２ｃｍが地上面に出されるようになっている。誘導灯４３の頭部４３ｂの直径は２２．５ｃｍで、誘導灯４３の胴部４３ａ及び頭部４３ｂを含めた高さは１０ｃｍである。誘導灯４３の本体はアルミニウム合金製でプリズム部分４３ｃはガラス製である。
【００６１】
図６及び図７に示すように、誘導灯４３の頭部４３ｂ表面には飛行機のタイヤゴム等の硬質の汚れ４５が強固に付着している。また、胴部４３ａ周囲には、ガム質（エポキシ樹脂）４７が約１〜２ｃｍ付着している。これらをブラストメディア１４で除去した。評価のために３個を施工してその平均値を表３の試験結果に示す。
【００６２】
【表３】

【００６３】
表３から、ノズル１７により、平均粒子径１．０ｍｍのブラストメディア１４を使用した試験番号９が、誘導灯４３の頭部４３ｂ表面の汚れ４５及び胴部４３ａ周囲のガム質（エポキシ樹脂）４７の付着の両方に対し、最も剥離能力が高く、メディア消費量も低かった。
【００６４】
同じ条件であっても比較ノズルを使用した場合には、剥離能力、メディア消費量共に３倍程度の相違があった。なお、平均粒子径０．１ｍｍのブラストメディア１４を使用した場合には、いずれのノズルであってもクリーニングできなかった。
【００６５】
なお、いずれも誘導灯４３本体及びプリズム部分４３ｃを傷つけることはなかった。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絞り部と長尺ノズルとを備えてブラストノズルを構成したので、加圧された空気による流れを最適に維持しつつ、ブラストメディアの詰まりを防止できる。そして、ブラストメディアによる剥離能力を高め、かつメディア消費量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の全体構成図
【図２】 加圧容器の縦断面図
【図３】 ノズルの平面構成図
【図４】 同上側面構成図
【図５】 同上正面構成図
【図６】 誘導灯の平面図
【図７】 同上側面図
【符号の説明】
１ コンプレッサー
３、９、１５、２７ 配管
１３ 加圧容器
１４ ブラストメディア
１７ ノズル
１８ 投入口
１９ 空気入口ノズル
２１ 内部配管
２５ 回動部
２９ 絞り部
３１ オリフィス部
３３ 長尺ノズル
３４ 通路
３５ 水供給部
３７ バルブ
３９ 水案内管

Claims (7)

1. 気体により加圧されたブラストメディアが導入される管路と、
   該管路の径が先端に行くほど絞られる絞り部と、
   該絞り部に連設され、内部に直方体形状の通路が形成された長尺ノズルとを備えたブラストノズルであって、
   前記絞り部の先端の開口径が前記ブラストメディアの平均粒子径の２〜２０倍、前記長尺ノズルの通路の高さが前記ブラストメディアの平均粒子径の２〜１０倍、該長尺ノズルの通路の幅が前記長尺ノズルの通路の高さの３〜１０倍、前記長尺ノズルの通路長が前記絞り部の先端の開口径の１０〜５０倍であることを特徴とするブラストノズル。
2. 気体により加圧されたブラストメディアが導入される管路と、
   該管路の径が先端に行くほど絞られる絞り部と、
   該絞り部に連設され、内部に直方体形状の通路が形成された長尺ノズルとを備えたブラストノズルであって、
   前記絞り部の先端の開口径が１ｍｍ〜２０ｍｍ、前記長尺ノズルの通路の高さが２ｍｍ〜１０ｍｍ、該長尺ノズルの通路の幅が前記長尺ノズルの通路の高さの３〜１０倍、前記長尺ノズルの通路長が前記絞り部の先端の開口径の１０〜５０倍であることを特徴とするブラストノズル。
3. 前記長尺ノズルを前記管路に対し回動自在とする回動手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のブラストノズル。
4. 前記長尺ノズルの通路先端より吐出された前記気体により混合されたブラストメディアの周囲に対し噴霧状の水膜を形成する水案内管を備え、
   該水案内管の先端が、前記長尺ノズルの先端より僅かに先方に突出されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のブラストノズル。
5. 前記ブラストメディアは炭酸水素ナトリウムで構成され、該ブラストメディアの平均粒子径は、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のブラストノズル。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のブラストノズルに対し気体により加圧されたブラストメディアを供給する加圧容器を備えたブラスト装置であって、
   前記加圧容器には、前記ブラストメディアが投入される投入口と、
   底部より上方に向けて配設され、外部より加圧された気体が導入される気体入口ノズルと、
   該気体入口ノズルの先端と所定距離隔てて対峙され、前記気体及び該気体に混合された前記ブラストメディアが導入され、前記ブラストノズルに向けて送出する内部配管とを備えたことを特徴とするブラスト装置。
7. 前記ブラストノズルによりブラスト処理される被処理対象物は、アルミニウム合金に付着したエポキシ樹脂接着剤及び汚れであることを特徴とする請求項６記載のブラスト装置。

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