(57)【要約】【課題】従来に比べて効率よくブラスト加工やショットピーニング加工などの表面処理を行う表面処理装置及び表面処理方法を提供する。【解決手段】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、噴射材を吸引する噴射材吸引口とこの吸引した噴射材を圧縮空気と共に噴出する噴出口を備えたノズル本体と、少なくとも一旦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、を含む。そして、圧縮空気発生源とエアノズルとの経路には、圧縮空気を加熱するための加熱機構が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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って、
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、少なくとも一旦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いることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記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、を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記第二の加速部の距離は、前記第一の加速部の距離以上であることを特徴とする請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記被加工物を冷却するための機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の表面処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面処理装置による表面処理方法であって、
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、
前記圧縮空気は、１００〜５００℃に加熱することを特徴とする表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−１６０５１４号公報
【特許文献２】特開平０８−２６７３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、少なくとも一旦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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の表面処理装置を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態の表面処理装置に搭載した載置台を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の表面処理装置に搭載したノズル組立体を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態の表面処理方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態の表面処理装置におけるワークに移動させる態様を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態の表面処理方法により表面処理を行った後のワークの断面形状を示す。
【図７】本発明の一実施形態の表面処理装置における圧縮空気の温度の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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
【００４７】
＜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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
＜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。
【００５２】
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。
【００５３】
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℃
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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