特許 7563192 ブラスト加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】ブラスト加工装置

(51)【国際特許分類】

   B24C 11/00 20060101AFI20241001BHJP

   B24C 7/00 20060101ALI20241001BHJP

   B24C 5/04 20060101ALI20241001BHJP

   B24C 5/02 20060101ALI20241001BHJP

   B24C 9/00 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

B24C11/00 C

B24C7/00 A

B24C5/04 Z

B24C5/02 A

B24C9/00 Z

B24C11/00 Z

B24C9/00 B

B24C9/00 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021006281

(22)【出願日】2021-01-19

(65)【公開番号】P2022110709

(43)【公開日】2022-07-29

【審査請求日】2023-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】梶田 浩二

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５５２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－５９２３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｃ １／００ － １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属粉末を原料とする積層造形物を収容する処理室と、
前記金属粉末に含まれる金属元素を少なくとも１つ有する噴射材を貯留するタンクと、
不活性ガスのガス源と、
前記処理室に配置され、前記タンクに貯留された前記噴射材と、前記ガス源から供給される前記不活性ガスとを用いて前記処理室内の前記積層造形物をブラスト加工するノズルと、
前記積層造形物の造形時に回収された未溶融の前記金属粉末を分級し、前記タンクへ供給する第１分級部と、
前記処理室においてブラスト加工に使用された前記噴射材を分級し、前記タンクへ供給する第２分級部と、
を備えるブラスト加工装置。

【請求項2】

前記処理室の酸素濃度を検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて前記不活性ガスを前記処理室へ供給するガス供給部と、
を備える請求項１に記載のブラスト加工装置。

【請求項3】

前記ガス供給部は、前記センサの検出結果に基づいて、前記処理室の酸素濃度が１０％以下の雰囲気となるように前記不活性ガスを前記処理室へ供給する、請求項２に記載のブラスト加工装置。

【請求項4】

前記処理室から回収した前記不活性ガスを前記ノズルに循環させるガス循環系統を備える請求項１～３の何れか一項に記載のブラスト加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ブラスト加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、付加製造技術により造形された立体物に対して粉体を含む気流を吹き付ける装置を開示する。この装置は、立体物の造形に使用する粉体を、吹き付ける粉体として使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１５３２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、航空機分野又は医療分野においては、付加製造技術によって部品が製造される場合がある。これらの分野においては、部品の汚染を回避することが要求される。特許文献１に記載の装置によれば、立体物が金属粉末で造形される場合には金属粉体を立体物に吹き付けることになる。しかしながら、金属粉末は粉塵爆発性が極めて高い物性を有する。さらに、自動車分野、航空宇宙分野、医療分野などの先端技術製品においては、異物管理の要求は高まっており、異物による部品の汚染を低減する処理が求められている。このため、本開示は、金属粉末を原料とする積層造形物をブラスト加工する際に、積層造形物の表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ操業の安全性を向上できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係るブラスト装置は、処理室、タンク、不活性ガスのガス源及びノズルを備える。処理室は、金属粉末を原料とする積層造形物を収容する。タンクは、金属粉末に含まれる金属元素を少なくとも１つ有する噴射材を貯留する。ノズルは、処理室に配置され、タンクに貯留された噴射材と、ガス源から供給される不活性ガスとを用いて処理室内の積層造形物をブラスト加工する。

【0006】

このブラスト加工装置では、積層造形物の原料である金属粉末に含まれる金属元素を少なくとも１つ有する噴射材を用いて積層造形物がブラスト加工される。このため、積層造形物の表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ積層造形物の表面をブラスト加工できる。そして、噴射材は、不活性ガスにより積層造形物に吹き付けられる。このため、粉塵爆発が発生することを抑制できる。よって、このブラスト加工装置は、積層造形物の表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ操業の安全性を向上できる。

【0007】

一実施形態においては、ブラスト加工装置は、センサ及びガス供給部を備えてもよい。センサは、処理室の酸素濃度を検出する。ガス供給部は、センサの検出結果に基づいて不活性ガスを処理室へ供給する。この場合、ブラスト加工装置は、処理室内の酸素濃度をセンサ検出結果に基づいて調整できるので、操業の安全性をより向上できる。

【0008】

一実施形態においては、ガス供給部は、センサの検出結果に基づいて、処理室の酸素濃度が１０％以下の雰囲気となるように不活性ガスを処理室へ供給してもよい。酸素濃度を１０％以下となるように処理室の雰囲気を調整することで、操業の安全性をより向上できる。

【0009】

一実施形態においては、ブラスト加工装置は、積層造形物の造形に使用された未溶融の金属粉末を分級し、タンクへ供給する第１分級部を備えてもよい。この場合、ブラスト加工装置は、積層造形物の造形に使用された金属粉末を再利用する場合に、ブラスト加工の精度が低下することを抑制できる。また、造形物と同種材料の噴射材を用意する必要が無いため、コストが抑えられる。

【0010】

一実施形態においては、ブラスト加工装置は、処理室においてブラスト加工に使用された噴射材を分級し、タンクへ供給する第２分級部を備えてもよい。この場合、ブラスト加工装置は、積層造形物のブラスト加工に使用された噴射材を再利用する場合に、ブラスト加工の精度が低下することを抑制できる。

【0011】

一実施形態においては、処理室から回収した不活性ガスをノズルに循環させるガス循環系統を備えてもよい。この場合、ブラスト加工装置は、不活性ガスを効率良く再利用できる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、金属粉末を原料とする積層造形物をブラスト加工する際に、積層造形物の表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ操業の安全性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係るブラスト加工装置の概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附す。

【0015】

［ブラスト加工装置の対象物の概要］
図１は、一実施形態に係るブラスト加工装置の概要図である。図１に示されるブラスト加工装置１は、積層造形物Ｌをブラスト加工する装置である。積層造形物Ｌは、付加製造技術により製造された物体であり、複数の層が積み上げられて構成される。付加製造技術は一例としてパウダーベット方式である。パウダーベット方式は、金属粉末を層状に敷き詰め、レーザなどを照射して溶融固着させることで造形する手法である。なお、積層造形物Ｌを製造する付加製造技術は、パウダーベット方式に限定されず、バインダージェット方式や熱溶解積層方式であってもよい。積層造形物Ｌの製造に用いられる金属は、一例として、マルエージング鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、ニッケル／コバルト合金などである。

【0016】

［ブラスト加工装置の概要］
図１に示されるように、ブラスト加工装置１は、キャビネット本体１０を備える。キャビネット本体１０は、その内部に処理室Ｓを画成する。処理室Ｓ内にはノズル１１および積層造形物Ｌが収容され、ノズル１１は積層造形物Ｌをブラスト加工する。ノズル１１は、タンク１２及びガス用のレシーバタンク１３（ガス循環系統の一例）に接続される。

【0017】

タンク１２は、噴射材を貯留する容器である。タンク１２は、積層造形物Ｌの原料である金属粉末に含まれる金属元素を少なくとも１つ有する噴射材を貯留する。この場合、噴射材の主材料を積層造形物Ｌの原料である金属粉末の主成分と同一成分とし、他の成分は積層造形物Ｌの性能や信頼性に影響を与えない材料としてもよい。また、噴射材は、積層造形物Ｌの原料と同一の金属粉末であってもよい。レシーバタンク１３は、不活性ガスを格納する容器である。レシーバタンク１３には、不活性ガスのガス源であるガスボンベ２４が接続される。不活性ガスは、非酸素ガスであり、一例として、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスなどである。ノズル１１は、レシーバタンク１３を介してガスボンベ２４から供給される不活性ガスとともに、タンク１２に貯留された噴射材を積層造形物Ｌに噴射する。ノズル１１の噴射方式は、吸引式及び直圧式のいずれの方式であってもよい。また、レシーバタンク１３には、不活性ガスのガス源として、不活性ガス発生装置２５が接続されてもよい。

【0018】

レシーバタンク１３は、配管１４を介して処理室Ｓにも接続され、処理室Ｓに不活性ガスを直接供給できる。不活性ガスが処理室Ｓに直接供給されることで、ブラスト加工中の雰囲気が効率良く制御される。処理室Ｓの雰囲気は、処理室Ｓ内の酸素濃度を検出する酸素センサ１５の検出結果に基づいて調整されてもよい。

【0019】

ブラスト加工装置１は、構成要素の全体を統括する制御部１６（ガス供給部の一例）を備え、制御部１６によって処理室Ｓの雰囲気が調整されてもよい。制御部１６は、一例として、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（RandomAccess Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス、キーボード、ディスプレイなどの入出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置とを含むコンピュータシステムを含んでもよい。制御部１６は、酸素センサ１５の検出結果に基づいてレシーバタンク１３から処理室Ｓへの不活性ガスの供給量を制御する。制御部１６は、一例として、処理室Ｓの酸素濃度が１０％以下の雰囲気となるように不活性ガスを処理室Ｓへ供給してもよい。この場合、粉塵爆発の発生頻度を低下させることができる。制御部１６は、一例として、処理室Ｓの酸素濃度が５％以下の雰囲気となるように不活性ガスを処理室Ｓへ供給してもよい。この場合、粉塵爆発の発生頻度をより低下させることができる。

【0020】

［噴射材の循環系統］
タンク１２には、第１分級部１７が接続される。第１分級部１７は、粉体の粒度を調整する装置であり、一例として分級装置である。第１分級部１７には、積層造形物Ｌの造形時に回収された未溶融の金属粉体が供給される。第１分級部１７は、未溶融の金属粉体をふるい分けし、ブラスト加工に適した粒度を有する金属粉体のみをタンク１２へ供給する。このように、造形処理に一度使用された金属粉末が再び利用される。

【0021】

処理室Ｓには、積層造形物Ｌを支持する床部１０ａが設けられる。床部１０ａは、噴射材及び不活性ガスが流通可能な網目状の部材で構成される。積層造形物Ｌに噴射された噴射材は、床部１０ａを通過して処理室Ｓの底に落下する。処理室Ｓの底には、搬送部１８が配置される。搬送部１８は、落下した噴射材を収集し、第２分級部１９へ搬送する。第２分級部１９は、粉体の粒度を調整する装置であり、一例として分級装置である。第２分級部１９は、ブラスト加工に適した粒度を有する噴射材のみをタンク１２へと戻す。このように、ブラスト加工に一度使用された噴射材が再び利用される。

【0022】

処理室Ｓから排気された気体は、セパレータ２０に送られる。セパレータ２０は、遠心力によってガスと噴射材とに分離する。セパレータ２０によって分離された噴射材は、上述した第２分級部１９へと供給される。第２分級部１９は、ブラスト加工に適した粒度を有する噴射材のみをタンク１２へと戻す。このように、ブラスト加工に一度使用された噴射材が再び利用される。なお、セパレータ２０によって分離されたガスを排気する場合は、集塵機２１を介して外部へ排気される。

【0023】

［不活性ガスの循環系統］
セパレータ２０で分離された不活性ガスは、コンプレッサ２２（ガス循環系統の一例）を介してレシーバタンク１３に戻される。これにより、ブラスト加工に一度使用された不活性ガスが再び利用される。レシーバタンク１３に戻される不活性ガスの濃度は調整されてもよい。この場合、不活性ガスは、酸素フィルタなどを通過させてからレシーバタンク１３に戻される。なお、レシーバタンク１３は、排気ポンプ２３が接続され、タンク内の圧力が調整される。これにより、レシーバタンク１３のガスの出し入れが容易となる。

【0024】

［実施形態のまとめ］
ブラスト加工装置１では、積層造形物Ｌの原料である金属粉末に含まれる金属元素を少なくとも１つ有する噴射材を用いて積層造形物Ｌがブラスト加工される。積層造形物Ｌの表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ積層造形物Ｌの表面をブラスト加工できる。そして、噴射材は、不活性ガスにより積層造形物Ｌに吹き付けられる。このため、粉塵爆発が発生することを抑制できる。よって、ブラスト加工装置１は、積層造形物Ｌの表面が異種材料で汚染されることを低減しつつ操業の安全性を向上できる。

【0025】

ブラスト加工装置１によれば、処理室Ｓ内の酸素濃度を酸素センサ１５の検出結果に基づいて調整できるので、操業の安全性をより向上できる。ブラスト加工装置１によれば、処理室Ｓ内の酸素濃度が１０％以下となるように調整できるので、操業の安全性をより向上できる。また、処理室Ｓ内の酸素濃度を１０％以下に制御することで、積層造形物Ｌの表面酸化を抑制することもできる。

【0026】

ブラスト加工装置１は、積層造形物Ｌの造形に使用された金属粉末を再利用する場合に、第１分級部１７によって未溶融の金属粉体をふるい分けし、ブラスト加工に適した粒度を有する金属粉体のみを再利用する。よって、ブラスト加工の精度が低下することを抑制できる。また、ブラスト加工装置１は、積層造形物Ｌのブラスト加工に使用された噴射材を再利用する場合に、処理室Ｓの底に落下した噴射材を収集し、第２分級部１９によってブラスト加工に適した粒度を有する噴射材のみを再利用する。よって、ブラスト加工の精度が低下することを抑制できる。また、ブラスト加工装置１は、積層造形物Ｌのブラスト加工に使用された不活性ガスを再利用できる。

【0027】

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

【符号の説明】

【0028】

１…ブラスト加工装置、Ｓ…処理室、１１…ノズル、１２…タンク、１３…レシーバタンク（ガス循環系統の一例）、１６…制御部（ガス供給部の一例）、２０…セパレータ、２２…コンプレッサ（ガス循環系統の一例）、２４…ガスボンベ、２５…不活性ガス発生装置。

【図1】