WO2007072863A1

WO2007072863A1 - 投射機による投射条件情報の推定方法及びその装置

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Publication number: WO2007072863A1
Application number: PCT/JP2006/325387
Authority: WO
Inventors: Kyoichi Iwata; Hiroyasu Makino
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2008-06-20
Also published as: US20090222244A1; US8219367B2

Description

投射機による投射条件情報の推定方法及びその装置

技術分野

[0001] 一般に本発明は、投射機により投射材を投射する投射条件に関する情報を推定する方法及びその装置に関する。特に、投射条件に関係する投射機部品を試作することなぐ投射条件に関する情報を推定できる方法及びその装置に関する。

背景技術

[0002] ショットピーユング装置などの表面処理装置において、投射機によって投射される投射材の投射条件は、処理対象品の形状やその被処理面の広さ等に応じて最適に設定することが望ましい。この場合の投射材の投射条件とは、投射材の投射量及び投射速度の他、投射領域若しくは投射分布も含んでいる。そこで本願の譲受人は、特開平 8— 323629号公報 (従来技術 1)において、処理対象品に応じて投射量及び投射速度を変更した際に、処理対象品に応じて投射分布も調節する方法及び装置を開示している。

[0003] 他の従来技術として、特開平 1 264773号公報 (従来技術 2)に開示されたショットビー-ング装置は、投射材を被処理面よりも広い投射分布で投射すると共に、投射機と処理対象品との間に投射材の投射範囲を規制するべーンと称されるライナーを設置することにより、投射分布を制限している。

[0004] また、特開 2003— 340721号公報 (従来技術 3)に開示された装置では、ベーンを使用せずに、ブレード長さを短くして投射の方向を一定にすることにより、投射分布を所定の範囲に集中させて、る。

[0005] しかしながら、従来技術 1の開示事項においては、投射分布及び投射速度を決定するためには、遠心投射機により処理対象品へ投射材を実際に投射して、その処理対象品の処理結果に基づ！/、て投射分布及び投射速度を確認する必要がある。従つて、最適な処理と投射分布などとの正確な関係を把握するには時間を要していた。また、遠心投射機においては、その省エネルギ化や効率的投射が要請されてきているので、処理対象品や処理方法に適合するように投射分布を最適に設定することが望まれている。この観点からも、最適な処理と投射分布との正確な関係を把握するために時間を要することは不都合である。

[0006] また従来技術 2の装置では、投射範囲を規制するべーンは投射材との衝突によつて摩耗して規制範囲が変化してしまうので、それが処理対象品の品質低下を招くことがある。従ってべーンは頻繁に交換する必要がある。また、ベーンで反射した投射材が投射室の内壁で跳ね返るので、投射室内壁の摩耗保護も必要である。

[0007] 一方、従来技術 3の装置では、投射分布を所定の範囲に集中させるためにブレードの長さを極端に短くしているが、投射材の供給が一定でなければ、各投射材が衝突するブレード位置にばらつきが生じ、投射分布は拡散してしまう。従って投射材供給が不安定であると、その影響を受け易い。また、インペラ一の回転数が遅い場合は、供給した投射材のうち、ブレードに衝突することなくインペラ一の外部へ飛散する投射材が生じるので、処理効率が低下することが考えられる。更に、ブレードは投射材との衝突により摩耗するので、その磨耗によってブレード形状が変化すると投射分布の精度に大きく影響を及ぼすので、ブレードの交換を頻繁になす必要がある。

[0008] 従って本発明の目的は、所定の投射条件の情報 (例えば、投射分布と投射速度とのうちの少なくとも一方）を得るための諸条件の絞り込みに掛カる作業コスト及び時間を削減することができる投射機による投射条件情報を推定する方法及びその装置を与えることである。

発明の概要

[0009] 本発明の一つの態様によれば、高速回転する複数のブレードを有する投射機から放出された投射材の投射状態に関する情報を推定する方法が与えられる。この方法は、投射機から放出された投射材が回転ブレード上で示す挙動を解析して解析モデルを得る段階と、この解析モデルを用いて、投射機による投射材の投射状態に関する情報を推定する段階とを含む。

[0010] その投射材の挙動は、回転するブレードと、他の投射材との少なくとも一方との接触を含む。

[0011] 本発明の他の態様によれば、高速回転する複数のブレード及び投射窓を有する投射機から投射材を前記ブレードにより投射窓を通じて被処理品へ投射する投射機において、その投射材の投射状態に関する情報を推定する方法が与えられる。この方法は、ブレードの寸法と回転に関する情報、投射材の放出情報及び前記ブレードに対する投射材の情報を含む初期条件を決定する段階と、この初期条件を記憶する段階と、各投射材の位置と前記ブレードへの衝突後の速度と方向とを初期条件に基づいて演算する演算段階と、この演算結果に基づいて投射状態に関する情報を推定する段階とを含む。

[0012] 演算段階における演算の結果を表示するようにしてもよ!、。

[0013] 本発明の他の態様によれば、高速回転する複数のブレードを有する投射機から放出された投射材をブレードにより被処理品へ投射する投射機による投射材の投射状態に関する情報を、プログラムされたコンピュータによって推定する装置が与えられる。そのコンピュータは、

a)コンピュータへブレードの寸法と回転に関する情報、投射材の放出情報及びブレードに対する投射材の情報を含む初期条件を与える入力手段と、

b)各投射材の位置と前記ブレードへの衝突後の速度と方向とを初期条件に基づいて演算する演算手段と、

c)この演算結果に基づいて投射状態に関する情報を推定する推定手段と、 d)推定された情報を表示させる表示手段とを備える。

[0014] 本発明の一つの実施例によれば、演算手段が、ブレードと他の投射材とのうちの少なくとも一方に対する各投射材の接触力の大きさを演算すると共に、接触力及び重力からなる投射材に作用する力から投射材の加速度を算出し、この加速度から微少時間後の投射材の速度と位置を求める。

[0015] コンピュータは、演算部が実行する演算プログラムが記憶されている記憶媒体を更に備えてもよい。

[0016] 上述の本発明の第 2の態様の方法及び第 3の態様の装置における演算段階及び演算手段は、各投射材の衝突後の速度を、投射材の移動ベクトル及びブレード面上の衝突点の移動ベクトルにより、 Y軸に沿う垂直成分及び X軸に沿う水平成分の相対速度として表し、その相対速度の垂直成分は反発係数を用いた跳ね返り、水平成分は摩擦抵抗による速度損失としてそれぞれに係数を設定して求めると共に、ブレードへの衝突後の速度と方向とをブレード衝突点におけるブレードの移動ベクトルとの和によって演算することができる。この場合、サンプリング時間における投射材とブレードの移動量とを計算し、衝突条件を満たす投射材につヽて衝突演算を順次に実行してもよい。

[0017] 上述の本発明の他の態様の方法及び装置においては、投射材の投射分布を所定の形状に調整するために、放出された個々の投射材がブレード上で跳ね返る回数のばらつきが所定値以下となるように、ブレードの寸法値、投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲及びブレードの回転数を設定してもよい。この場合、所定値は好ましくは 0. 3である。投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲は好ましくは 5° 乃至 20° である。ブレードの寸法値である内径に対する外径の比の範囲は、 1. 75乃至 2. 0、 2. 5乃至 2. 9、及び 3. 6乃至 4. 1のうちの何れ力であること力 S 好ましい。

[0018] 上述の本発明の方法及び装置において、投射材の投射状態に関する情報は、投射材の投射分布と、投射速度とのうちの少なくとも一方である。また、投射機は例えば遠心投射機とすることができる。

[0019] 更に本発明によれば、プログラムされたコンピュータの支援によって、高速回転する複数のブレードを有する投射機による被処理対象への投射材の投射を制御し、且つその投射材の投射状態に関する情報を推定する方法が与えられる。この方法は、 a)ブレードに関する情報、投射材の放出条件、及び投射材のブレードに対する跳ね返り係数及び摩擦抵抗係数を前記コンピュータへ入力する入力段階と、

b)コンピュータが入力段階における入力が完了した力否かを判定し、入力が完了して、る場合は、所定のサンプリング時間ごとに各投射材の位置をサンプリング時間及び投射材の移動べ外ルに基づいて算出する段階と、

c)コンピュータがブレードを回動させてブレードの角度を更新する段階と、 d)コンピュータが各投射材がブレードと衝突したカゝ否かを判定し、衝突したと判定された場合に、この衝突した投射材の速度と方向を計算し、投射材の移動ベクトルを更新すると共に、衝突していないものと判定された場合は、移動ベクトルを更新しない段階と、 e)コンピュータがブレードの位置が投射材の放出範囲内にある力否かを判定し、ブレードの位置が放出範囲内にある場合には、投射材を放出し、ブレードの位置が投射材の放出範囲内にない場合には、投射材を放出させない段階と、

f)コンピュータがブレードの位置が既定位置まで回動した力否かを判定し、ブレードが既定位置まで回動したと判定された場合には、各投射材の移動ベクトルを集計し、ブレードが既定位置まで回動していないと判定された場合には、段階 b)乃至 f)を繰り返す段階と、

g)コンピュータが集計による投射分布と投射速度の演算結果を表示させる段階とを含む。

[0020] 本発明の上述及びその他の目的及び利点は添付図面と共に以下の実施例の説明を参照することにより一層に明らかになる。

好ましレヽ実施例の詳細な説明

[0021] 本発明を遠心投射機に適用した実施例について説明する。ここで遠心投射機とは、複数のブレードを設けたインペラ一を高速回転させて、このインペラ一の内部空間に配置される円筒状のコントロールケージの開口窓を通して放出された投射材をブレードにより処理対象品に投射する投射機である。但し、本発明はそのような遠心投射機に限定されるものではない。

[0022] 先ず、遠心投射機のコントロールケージから回転するブレードの中に自由に放たれた投射材の挙動を調べるために、初期実験をなした。この初期実験では、感圧紙を用いてブレード上の投射材の挙動を確認した。

[0023] 初期実験に用いた遠心投射機は、図 1に示されるように、投射機本体の研掃室の天井に配された上壁 1に配置されるハウジング (インペラ一ケース） 2と、このハウジング 2の第 1の側壁 2aの外側で上壁 1に配設される駆動機構 3と、駆動機構 3の駆動軸 3a側に取付けられるインペラ一 4とを含んでいる。遠心投射機は更に、インペラ一 4 の内周空間 Sに駆動軸 3aと同軸に取付けられて投射材を撹拌するためのディストリビユータ 5と、ハウジング 2の第 1の側壁 2aに対向する第 2の側壁 2bに取付けられて、投射材の投射方向を規制する円筒状のコントロールケージ 6と、ハウジング 2の第 2側壁 2bに取付けられる導入筒 7とを備えている。 [0024] インペラ一 4は、駆動軸 3aにハブ 10を介してボルト 11により取付けられている。このインペラ一 4は、駆動機構 3の駆動軸 3a側の第 1の側板 12aと、この第 1の側板 12a によって導入筒 7側に所定幅だけ離間した位置の第 2の側板 12bと、これら第 1側板 12aと第 2側板 12bとの間に挾まれて固定されて放射状に配列された複数枚のブレード 13とから構成されている。

[0025] ディストリビュータ 5は、ボルト 14により第 1側板 12aに固定されており、周方向にほぼ等間隔に配列された開口（切り欠き） 15を有している。その開口 15の個数は、ブレード 13の枚数と同一数とする力或いはそれよりも多くしても少なくしてもよい。

[0026] コントロールケージ 6は、その先端部 6aの円筒部に四角形状の開口窓 17が形成されており、この開口窓により投射方向を規制する。このコントロールケージ 6は、デイストリビュータ 5とブレード 13との間に延設されており、ハウジング 2の第 2側板 2b側に取付けられている。

[0027] 図 2は初期実験の結果としてブレード上の投射材 Pの挙動を示す。この結果によれば、ブレード上の二、三力所に集中して圧力が加わっているので、ブレード上の投射材 Pの挙動は、ブレード上の滑走ではなぐブレード上の跳ね返りとして捉えることができる。即ち、遠心投射機の導入筒から供給された投射材 Pは、回転するディストリビユータ 5で攪拌された後、コントロールケージ 6の開口窓 17より放出され、更にその外側の回転ブレード 13の根元側に供給される。その後、ブレード 13上で跳ねながらカロ速して、ブレード 13の先端側、即ち外周方向へ向力つて投射されている。

[0028] このことは、投射分布の解析モデルは、投射材の跳ね返りによる解析モデルを用いて表現できることを示して、る。

[0029] そこで本実施例における投射材の衝突後の速度は、図 3にベクトル図で示すように、投射材 Pの移動ベクトル V及びブレード面上の衝突点の移動ベクトル Vにより、 X

0 1

軸及び Y軸の各方向成分の相対速度 (V , V , V , V )に分ける。ここで垂直成

Ox O lx ly

分 V は反発係数を用いた跳ね返り、水平成分 V は摩擦抵抗による速度損失として ly lx

それぞれに係数を設定して表現すると、下式（1 1)及び（1 2)を得る。

[0030] V = -e-V · · · (1 - 1)

ly Oy

V = (1ー） ·ν · ' · (1— 2) 但し、 eは跳ね返り係数であり、 μは摩擦抵抗係数である。

[0031] そして、投射分布の解析モデルの初期条件としては、実機の諸条件に相当するブレードの寸法と回転に関する情報 (以下、「ブレード情報」と称する）とコントロールケージカもの投射材の放出情報などを用いることができる。例えば、ブレードの外径、内径、長さ、幅、枚数、及び回転数 (インペラ一回転数)等や、図 4に示すように、コントロールケージ 6の開口窓 17からの投射材 Ρの放出範囲（角度 α )、投射方向、投射材 Ρの初速度及びそれらのばらつき範囲などの設定可能な要因を考慮することができる。ここで放出範囲は、投射材 Ρがコントロールケージ 6から放出される範囲に相当し、角度で表され、開口窓 17やディストリビュータ 5 (図 4には図示せず)の形状によつて決定する。また、ばらつき範囲とは、投射材がコントロールケージ 6から放出される際の投射方向、及び初速度の分布範囲に相当する。その分布は、コントロールケ一ジ 6の開口窓 17やディストリビュータ 5の形状により変化するので、ばらつき範囲内で確率密度が等しい矩形分布としてもよぐばらつき範囲を標準偏差として与えることにより正規分布としてもよい。また、解析モデルにおける跳ね返り係数及び摩擦抵抗係数は、実際の投射材 Ρとブレード 13とを用い、ブレード 13上における投射材 Ρの跳ね返り量の測定結果力実際の跳ね返り係数を求め、実投射試験による投射分布及び投射速度の測定結果と演算による投射分布の結果とを照合することにより、的確な組み合わせを選定して設定した。

[0032] 解析モデルは、上述した初期条件のもとに、ブレード 13は点対称であることを前提として、投射材を加速する任意の一枚のブレード 13についての演算とし、各投射材 Ρ に投射方向、投射材 Ρの位置及び速度の情報を与えることにして、サンプリング時間 (例えば演算の精度を考慮すると、 100 s以下が望ましい）における投射材 Ρとブレード 13の移動量を計算し、衝突条件を満たす投射材 Ρについての衝突演算を順次になす。即ち、投射材 Ρの位置を極座標 (ra, Θ a)で表したとき、半径 raに相当するブレード面の角度 Θ bが投射材の角度 Θ aを超えた場合を衝突とみなし、ブレード面を基準とした垂直成分と水平成分における式（ 1 1)及び（ 1 2)を求める。次、で、図 5に示すように、ブレード 13の衝突点における移動ベクトル及び投射材の相対移動ベクトルによるブレード衝突点における移動ベクトルの和の大きさ（実際の投射材の移動ベクトル）によって、ブレード 13との衝突による投射材 Pの速度と方向を再度計算する (衝突演算を繰り返す)。この演算後の解析結果は、通常の演算機能及び表示機能を有するコンピュータを搭載したシステムのタッチスクリーンや、制御盤上のディスプレイなどの表示画面に表示してもよいが、本発明はそれに限定されるものではない。

[0033] 本発明の投射状態情報を推定する方法の一例を図 6のフローチャートに示す。この方法を実施する装置の一例を図 10に概略的に示す。図 10に示す装置 20は、汎用コンピュータであり、キーボード及びマウス等を含む入力機器 (入力手段） 22、データを記憶する内部又は外部のデータ記憶媒体 24、プログラムを記憶する内部又は外部のプログラム記憶媒体 26、 CPU (推定手段） 28、 CPU28と協働する演算プロセッサ等を含む演算部 (演算手段） 30、及びディスプレイ (表示手段） 32がバス線 34で接続されている。ディスプレイ 32はタッチスクリーンとして入力機器を兼ねてもよい。演算部 30が実行する演算プログラム等、本発明の方法を実行するためのプログラムは、プログラム記憶媒体 26に記憶されている。

[0034] 本発明の投射状態情報を推定する方法を汎用コンピュータ 20で実行する一つの実施例を図 6のフローチャートに沿って説明する。

[0035] (1)先ず投射分布の解析モデルのブレード情報として、ブレード 13の外径、内径、枚数及び回転数をコンピュータ 20のデータ記憶媒体 24へ入力する (ステップ S1)。このステップ S1で入力する値は、例えば、外径は 360mm、内径は 135mm、枚数は 8枚及び回転数は 3000rpmとする。

[0036] (2)次いでコントロールケージ 6からの放出情報として、投射材 Pの放出範囲（角度）、方向、初速度及びそれらのばらつきをデータ記憶媒体 24へ入力する (ステップ S2) 。このステップ S2で入力する値は、例えば、放出範囲は 35° 、方向は投射位置から回転方向に 90° 、そのばらつきは ± 15° 、初速度は lOmZs、そのばらつきを ± 5 mZsとする。

[0037] (3)次ヽで跳ね返り係数及び摩擦抵抗係数をデータ記憶媒体 24へ仮に入力する（ステップ S3)。このステップ S3で入力する値は、例えば、跳ね返り係数は 0. 2及び摩擦抵抗係数は 0. 6とする。これらステップ Sl、 S2及び S3におけるコンピュータ 20のデータ記憶媒体 24への入力は入力機器 22を介してなされる。

[0038] (4)次いで CPU28は、入力が完了したか否かを判定する（ステップ S4)。

[0039] (5)ステップ S4で入力が完了している場合、演算部 30はサンプリング時間 80 μ sごとに各投射材の位置をサンプリング時間と移動ベクトルによって算出する (ステップ S 5)。具体的には、時刻 tにおける任意の投射材の位置を (X, Y)としたとき、その移動ベクトル (Vx, Vy)からサンプリング時間 Δ t後の投射材移動量（ Δ X, Δ y)は Δ x= V x X A t, A y=Vy X A tとして求めることができる。また、時刻 t+ A tにおける投射材の位置は (X+ Δ χ, Υ+ A y)として求めることができる。

[0040] (6)次いで CPU28はブレード 13を回動させてブレード 13の角度を更新する（ステップ S6)。

[0041] (7)続いて、 CPU28は各投射材 Pがブレード 13と衝突した力否かを判定する (ステップ S7)。

[0042] (8)ステップ S7において、衝突と判定された場合、演算部 30は衝突した投射材の速度と方向を計算し、移動ベクトルを更新する (ステップ S8)。

[0043] 具体的には、投射材の位置 (X, Y)を極座標 (ra, Θ a)に変換し、半径 raに相当するブレード面の角度 Θ bが投射材の角度 Θ aを超えた場合を衝突とみなし、ブレード面を基準とした垂直成分と水平成分における上述の式 (i)、（ii)を求めたのち、ブレード衝突点におけるブレード 13の移動ベクトルとの和によって実際の投射材の移動ベクトルを求め、ブレード 13との衝突による投射材 Pの速度と方向を計算する。

[0044] 一方、ステップ S7にお、て、衝突して!/、な、ものと判定された場合は、投射材 Pの移動ベクトルを更新しない。

[0045] (9)次いで CPU28はブレード 13の位置が投射材 Pの放出範囲内にあるか否かを判定する (ステップ S 9)。

[0046] ( 10)ステップ Sにおいて、ブレード 13の位置が放出範囲内にある場合には、 CPU 28は投射材 Pを放出させる (ステップ S 10)。ここで、投射材 Pを放出するとは、処理対象品の処理中、投射材がデイストリビュータ 5にて攪拌されて、コントロールケージ 6 の開口窓 17から放出されて、随時ブレード 13に放出されることを示す。

[0047] ステップ S9においてブレード 13の位置が投射材の放出範囲内にあるか否かの判定が必要な理由は、前述のようにインペラ一を構成する複数枚のブレード 13のうち、任意の一枚のブレード 13において演算しているので、ブレード 13の位置によっては、放出された投射材 Pが解析に適さない場合 (例えばブレード 13の回転が進みコントロールケージ 6の開口窓 17をブレード 13が通り過ぎた後など）は投射材 Pを放出しないようにするためである。

[0048] (11)ステップ S9において、ブレード 13の位置が投射材 Pの放出範囲内にない場合には、 CPU28はディスプレイ 32に現時刻における投射状況の演算の結果を表示させる（ステップ Sl l)。この表示においては、使用するコンピュータの演算能力にもよるが、代表的には 100乃至 200個の投射材 Pを表示可能である。この演算の結果における表示例を図 7に示す。尚、この表示例では初期条件の表示を省略している。

[0049] ( 12)次!、で CPU28はブレード 13の位置が既定位置まで回動したか否かを判定する。既定位置まで回動していないと判定された場合は、次のサンプリング時間後における各投射材の位置、ブレード角度、投射材移動べ外ルを順次演算するために、ステップ S5乃至 S 12を繰り返す (ステップ S 12)。

[0050] (13)ステップ S12において、ブレード 13が既定位置まで回動したと判定された場合には、各投射材 Pの移動ベクトルを集計する (ステップ S13)。

[0051] (14)次いで集計による投射分布と投射速度の演算結果を表示する (ステップ S14) 。図 8に示すように、演算投射分布 E1は実投射分布 Eに近いことがわかる。

[0052] また、ブレード 13からの投射材 Pの投射分布及び投射速度については、各投射材 Pの移動ベクトルの方向を角度で表し、それらをヒストグラムで表したものが投射分布 (1° あたりの投射量割合)である。また、移動ベクトルの大きさの平均値を算出したものが投射速度であり、標準偏差を算出したものが投射速度のばらつきである。

[0053] 次にブレード 13の外径による速度変化を調べた。図 9に示すように、実測値は計算値 (破線）によく一致している。

[0054] 本実施例によれば、上述の移動解析モデルを用いて投射材の投射状態情報である投射材 Pの投射分布や、投射速度、及び投射速度のばらつきを推定することができる。従って、所定の投射状態情報を得るために必要な諸条件、例えばブレード 13 の長さや形状、枚数、回転数、及びコントロールケージ 6の開口窓 17の形状などは、実際にそれらの試作をすることなぐ初期条件に対して必要な変更をすることにより決定することができる。従来は、所定の投射状態情報を得るためには、投射状態に影響するブレードやコントロールケージをその設計条件を変えながら何度も試作を繰り返すことにより、上述の諸条件を絞り込んでいく作業を必要としていた。対照的に本発明の方法及び装置によれば、ブレードやコントロールケージを試作する必要がないので、そのような諸条件の絞り込みに要する作業コスト及び時間を削減することができる。

[0055] 本発明の投射状態情報を推定する方法を汎用コンピュータ 20で実行する他の実施例を図 11のフローチャートに沿って説明する。

[0056] (1)先ず、投射分布の解析モデルのブレード情報として、ブレード 13の外径、内径、枚数及び回転数をコンピュータ 20のデータ記憶媒体 24へ入力する。次いで、コントロールケージ 6からの放出情報として、投射材の粒径、密度、投射量、放出範囲 (角度）、方向、初速度及びそれらのばらつきを記憶媒体 24へ入力する。更に、跳ね返り係数及び摩擦抵抗係数を記憶媒体 24へ仮に入力する (ステップ S31)。このステップ S31におけるコンピュータ 20のデータ記憶媒体 24への入力は入力機器 22を介してなされる。その入力値は、ブレード 13については、例えば外径： 360mm、内径： 135 mm、枚数: 8枚、回転数： 3000rpmを入力する。また、投射材については、例えば粒径： φ lmm、密度： 7850kgZm³、投射量： 200kgZmin、放出範囲： 35° 、方向：投射位置から回転方向に 90° 、方向のそのばらつき： ± 15° 、初速度： 10mZs、初速度のばらつき： ± 5mZsを入力する。跳ね返り係数は例えば 0. 2、及び摩擦抵抗係数は例えば 0. 6を入力する。これらの入力値は一例を示すものであって、本発明はこれらの値に限定されるものではない。

[0057] (2)次いで CPU28は、微少時間（例えば、時間 t=0からサンプリング時間 A t = 80 s)後の位置へブレード 13を回動させる（ステップ S32乃至 S34)。

[0058] (3)次、で CPU28は、各投射材が他の移動体と接触したか否かを演算部 30の演算に基づいて判断する。接触したと判断した場合には、投射材に作用する接触力解析工程を全ての投射材において実行する (ステップ S35)。ここで、他の移動体とはブレード 13と他の投射材を示す。例えば、他の移動体として投射材が相互に接触する場合、投射材間に作用する力を、接触する任意の二つの投射材 iと投射材 jとの間の距離に基づいて計算して接触判定をする。この判定結果に基づいて、投射材 iと投射材 jとが接触しているときには、投射材 iの中心カゝら投射材 jの中心に向くベクトルを「法線方向ベクトル」、この法線方向ベクトルの反時計方向に 90度回転させた方向に向くベタトルを「接線方向ベクトル」とそれぞれ定義する。

[0059] 図 12に示すように、相互に接触する 2つの投射材 (離散要素) i、； j間における投射材 i、jの法線方向と接線方向に、それぞれ、ばねとダッシュポットの仮想並列配置を考え、投射材 jが投射材 iに及ぼす接触力を求める。即ち、その接触力は、接触力の法線方向成分と接触力の接線方向成分との合力として演算部 30により求める。

[0060] ステップ S35においては、全ての投射材について、先ず接触力の法線方向成分を求める。ところで、微少時間での投射材 iと投射材 jの相対変位は、弾性抗カ増加分及び接触量に比例する弾性スプリングのばね定数を用いると、次式（1)で表される。

[数 1]

Ae_n = k„Ax„ · . · ( 1 )

ここで、 4e_n ：弾性抗カ増分

k— ：接触量に比例する弾性スプリングのパネ定数

Δχ_η ：微少時間での投射材 iと投射材 jの相対変位

[0061] ここで添字 nは、法線方向成分であることを表す。

[0062] また、粘性抗カは、相対変位速度に比例する粘性ダッシュポットの粘性係数を用いると、次式（2)で表わされる。

[数 2]

Δά_η = η_ηΔχ_η I At . · . ( 2 )

ここで、：粘性抵抗

η„ ：相対変位速度に比例する粘性ダッシュポットの粘性係数

[0063] 任意の時間 tにおける投射材 jが投射材 iに作用する接触力の法線方向成分に係る弾性抗カと粘性抗カは、それぞれ式 (3)及び式 (4)で表わされる。

[数 3] • (3)

[d_n]_t =Ad_n . · . (4) ここで、 [e_n lは時刻 tにおけるであることを示す。

[0064] 従って接触力の法線方向成分は次式（5)で表わされる。

画 ί =ω+ω '·'(⁵)

ここで、は接触力の時刻 tにおける法線方向の成分である。

[0065] よって、任意の時間 tにおいて投射材 iに作用する接触力は、全投射材からの接触力を考慮して計算されることになる。

[0066] ステップ S35では、最後に、全ての投射材について、接触力の接線方向成分を求める。この接線方向成分は、法線方向成分と同様に、弹性抗力が相対変位に比例し

、更に粘性抗カ相対変位速度にも比例するものと考えられ、次式 (6)で求められる。

[数 5]

[/,1= + · · - (⁶)

ここで、 /, ：接触力の接線方向の成分

e_t ：弾性抗力の接線方向の成分

d_t ：粘性抵抗の接線方向の成分

[0067] ここで、接触している投射材 i、； j間には滑りが存在するため、滑りに関する Coulomb の法則を用いる。

[数 6] |[ej| ) ¾kl+ /^の場合、すなわち接線方向の成分が法線方向の成分より大きい場合、

[数 7] また、〈 >[e_nl+/_C。_Aの場合、すなわち法線方向の成分が接線方向の成分より大きい場合、

. . . (10)

ここで、前記式（7) ~ (10) において、

μ_α ：摩擦係数

-付着力

であり、 sign(Z)は変数 Zの正負の符号を表す。

[0068] 尚、本実施例では投射材は乾燥したものを対象としてヽるため、投射材間の付着力は無視する。

[0069] (4)続くステップ S36では運動方程式解析を実行し、投射材 i、； jに作用する力、即ち、接触力及び重力から、次式（11)で表される加速度を求める。更には、このステツプにお、て、全ての投射材につ、て同様の解析を実行する。

[数 8]

r=^ + g · ■ ' (11)

m_c

ここで、 /· ：位置べクトル

m_c ：投射材の質量（初期条件の投射材粒径および密度より得る）

f_c ：接触力

g ：重力加速度

[0070] また、接触時の衝突の角度により回転運動が生じるが、その角加速度は次式（12) で求められる。

[数 9] =ナ · · ·（1 2 ) ここで、：角加速度

T_c ：接触によるトルク

J ：惯性モーメント

[0071] 次に、式（11)で求めた加速度に基づいて、次式（13)、（14)及び（15)により微少時間後の速度と位置を求める。なお、 V、 rは現時点での移動ベクトルと位置べタト

0 0

ルである。この演算の結果における表示例を図 13に示す。

[数 10]

V = v_fl + Mt · ■ · ( 1 3 ) r ~ ^ro + v_gAt +— rAt ² · ■ - ( 1 4 )

ω = ω₀ + ώΔΐ · ■ ' ( 1 5 )

ここで、 ν：移動べクトル

At ：微小時間

[0072] (5)次、で、ブレード 13の位置が所定位置、例えば実施の形態にぉ、ては開始位置より 270° まで回動したか否かを判定する (ステップ S37)。回動していないと判定される場合、次式微少時間後におけるブレード角度、投射材に作用する接触力、運動方程式を演算するため、上述のステップ S34乃至 S37を繰り返す。そして、所定位置までブレードが回動していると判定される場合には、演算を終了する。

[0073] (6)次ヽで、集計による投射分布と投射速度の演算結果を表示する。その結果は第 1実施例における図 8に示すものと同様であり、演算投射分布 E1は実投射分布 E〖こ近いことがわかる。

[0074] また、ブレードからの投射材の投射分布及び投射速度については、各投射材の移動べクトルの方向を角度で表し、それらをヒストグラムで表したものが投射分布である。また、前記移動ベクトルの大きさの平均値を算出したものが投射速度であり、標準偏差を算出したものが投射速度のばらつきである。

[0075] 次にブレードの外径による速度変化を調べた。その結果は第 1実施例における図 9 に示すものと同様であり、実測値は計算値 (破線）によく一致している。

[0076] 尚、本実施例では、各投射材が接触すべき他の移動体が他の投射材である場合について説明したが、本発明における移動解析モデルを用いて、各投射材とブレードとが接触する場合についても同様に投射分布及び投射速度を求めることができる。この場合、上述の方法において、各投射材が接触すべき他の移動体をブレードに変更することにより、同様のステップを適用して投射材の移動解析を実行することができる。また、移動解析モデルを用いて、各投射体の他の投射材との接触とブレードとの接触との双方を考慮して投射分布及び投射速度を求めることもできる。

[0077] 本発明の更なる実施例として、投射材の投射分布を所定の形状に調整する方法について説明する。投射分布の拡散の程度を数値化するために、各投射材の飛散方向を角度で示し、それらの標準偏差を、投射材投射方向のばらつきとする。

[0078] 本実施例では、放出された個々の投射材がブレード 13上で跳ね返る回数のばらつきが所定値以下となるように、ブレード 13の寸法値、投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲及びブレード 13の回転数を設定、即ち組み合わせることにより、投射材の投射分布を所定の形状に調整することができる。この調整も上述した投射材と回転ブレード 13との衝突の解析モデルを用、てなすことができる。

[0079] 図 14は、各投射材の跳ね返り回数の標準偏差を跳ね返り回数のばらつきとして、この跳ね返り回数のばらつきと投射材投射方向のばらつきとの関係を示す。この図から明らかなように、跳ね返り回数のばらつきが大きくなるにつれて、投射材投射方向のばらつきは大きくなる。即ち、投射材投射方向の投射角度が拡散する。従って跳ね返り回数のばらつきを所定値、例えば 0. 3以下にすることによって投射角度^^中させることができる。

[0080] 図 15は、跳ね返り回数の平均値と投射材投射方向のばらつきとの関係を示す。跳ね返り回数の平均値が 2回未満であると、コントロールケージ 6からの投射材放出位置のばらつきの影響を受けて投射角度が拡散し易ぐ且つ投射材を安定して加速することができず、投射速度にばらつきを生じてしまう。従って跳ね返り回数の平均値は 2回以上であることが望ましい。ここでは、跳ね返り回数のばらつき及び、跳ね返り回数の平均値を変化させるために、ブレード 13の外径、ブレード 13の内径及び回転数のそれぞれを変化させて演算をなした。

[0081] 投射分布及び速度を決定する要因には、跳ねた回数が大きく影響している。個々の投射材はブレード 13上で数回跳ねることから、跳ねる回数が多いほど投射方向はブレード 13の回転方向へ変化し、且つ衝突による加速が充分である。逆に跳ねる回数が少ないほど投射方向はブレード 13の回転方向とは逆方向へ変化し、且つ衝突が少ないので加速が充分でない。よって、投射材の跳ねる回数が複数に混在するほど個々の投射方向がばらつき、即ち投射分布が広がってしまう。そのため個々の投射材がブレード 13上で跳ねる回数のばらつきを所定値以下とすることによって、投射材の投射分布を集中させることができる。逆に上述の所定値を越えるように跳ねる回数をばらっかせると、投射材の投射分布を分散型にすることができる。

[0082] 図 16は、コントロールケージ 6からの投射材放出位置の範囲（放出範囲）を 35° 、 1 0° として投射実験をしたときの投射分布の分析結果を示す。この実験に使用した条件として、ブレード 13の外径を 360mm、ブレード 13の内径を 135mm及び回転数を 3000rpmに設定した。その結果、投射材放出位置の範囲が狭いほど投射分布は集中している。

[0083] 図 17は、図 16と同様の条件における投射材投射方向のばらつきについて、投射材放出位置の範囲の影響を確認するために、投射材放出位置の範囲を変化させたときの投射材投射方向のばらつきを示す。この図から明らかなように、投射材放出位置の範囲が狭いほど投射材投射方向のばらつきが小さくなる。但し、投射材放出位置の範囲を狭くしすぎると、コントロールケージ 6の開口窓 17の抵抗が大きくなるので、遠心式投射機の最大投射可能量が低下したち、運転中に投射材がコントロールケージ 6内で閉塞してしまうなどの問題が生じる。このような問題を回避するためには、投射材放出位置の範囲を 5° 乃至 20° とすることが望ましい。この範囲が望ましいことは、使用した条件（即ちブレード 13の外径、ブレード 13の内径及び回転数）によらないことが実験的に判明した。

[0084] 図 18は、ブレード 13の内径に対する外径の比と投射材投射方向のばらつき、及び跳ね返り回数のばらつきとの関係を示す。ブレード 13の内径に対する外径の比が変化することによって、跳ね返り回数のばらつきが大きく変化し、それに伴い投射材投射方向のばらつきも変化する。したがって、ブレード 13の内径と外径とを所定の比に設定することにより、投射分布を集中させることができる。即ち、ブレード 13の内径と外径との比を 1 : 1. 75乃至 1： 2. 0、 1： 2.5乃至 1： 2. 9、又は 1： 3. 6乃至 1 :4. 1の何れかの範囲とすることにより、上述のように、投射材の跳ね返り回数のばらつきが 0 . 3以下となり、投射分布を集中することが可能である。これらの範囲とすること〖こより、跳ね返り回数のばらつきが小さくなるのは、跳ね返り回数の平均値が整数に近くなるときであるためである。これらの範囲に対応する跳ね返り回数の平均値 nはそれぞれ、 2、 3、 4の近傍である。ここでは実際に使用するブレードの寸法値を考慮し、 n= 5以上につ!ヽては指定して!/ヽな、が、ブレード 13の内径と外径の比の範囲が n= 5以上の整数の近傍においても同様のことが言える。逆にブレード 13の内径と外径との比をこれらの範囲以外に設定すると、投射分布を拡散型にすることができる。

[0085] 実験条件として、回転数を 3000rpm、投射材放出位置の範囲を 10° とし、ブレード 13の外径及び内径を変化させた。回転数は 2500rpm以上が望ましい。それ未満であると、投射材を充分に加速できない他、投射材の初速の影響を受けて、投射材がブレード 13に衝突するまでの投射材移動量が大きくなり、投射材の位置のばらつきも大きくなる。従って投射材がブレード 13上で分散し易くなり、投射材投射方向のばらつきも大きくなつてしまう。同様に、上述のとおり投射材放出位置の範囲は 5° 乃至 20° が望ましい。

[0086] 上述の各実施例は本発明を例示するものであって、本発明の限定を意図するものではない。例えば本発明を適用できる投射機は実施例に示した遠心投射機に限定されるものではなぐ駆動モータで回転する回転板と、この回転板に取付た複数枚のブレードと、そのブレードに投射材を供給する供給口を有した流入管とを含む投射機などにも本発明を適用することができる。

[0087] 上述の各実施例においては、投射材の前記投射状態に関する情報として、投射材の投射分布と投射速度との双方を得る例を示したが、所望により何れか一方を得るようにしてもよい。

図面の簡単な説明

[0088] [図 1]図 1は本発明を適用できる投射機の一例を示す図であって、遠心投射機の主要部の断面図である。

[図 2]図 2はブレード上の投射材の挙動を概略的に示す図である。

[図 3]図 3はブレードへの衝突前後の速度を示すベクトル図である。

圆 4]図 4は解析モデルにおける初期条件に寄与する因子を図解して示す模式図である。

[図 5]図 5は投射材の衝突後の速度を示すベクトル図である。

[図 6]図 6は本発明の方法の一実施例に係るフローチャートである。

[図 7]図 7は図 6の実施例における演算結果の表示例を示す図である。

圆 8]図 8は演算して求めた投射分布 E1と実際の投射分布 Eとを併せて示すグラフである。

圆 9]図 9は周速が等しい場合の外径と平均投射速度との関係を示すグラフである。圆 10]図 10は本発明の方法を実施するための装置に用いるコンピュータの一例を概念的に示すブロック図である。

[図 11]図 11は本発明の方法の他の実施例に係るフローチャートである。

[図 12]図 12は移動解析モデルにおける投射材間の接触力の求め方の一例を示す図である。

[図 13]図 13は図 12の実施例における演算結果の表示例を示す図である。

[図 14]図 14は跳ね返り回数のばらつきと投射材投射方向のばらつきの関係を示すグラフである。

圆 15]図 15は投射材の跳ね返り回数平均値と投射方向のばらつきとの関係を示すダラフである。

[図 16]図 16は投射材の放出位置の範囲の違いによる投射分布を示すグラフである。圆 17]図 17は投射材の放出位置の範囲を変化させたときの投射材投射方向のばらつきを示すグラフである。

[図 18]図 18はブレードの内径に対する外径の比と、投射材投射方向のばらつき及び跳ね返り回数のばらつきの関係を示すグラフである。

Claims

請求の範囲

[1] 高速回転する複数のブレードを有する投射機から放出された投射材の投射状態に関する情報を推定する方法であって、

前記投射機カゝら放出された投射材が前記回転ブレード上で示す挙動を解析して解析モデルを得る段階と、

この解析モデルを用いて、前記投射機による投射材の投射状態に関する情報を推定する段階とを含む方法。

[2] 請求項 1の方法において、前記投射材の挙動は、回転するブレードと、他の投射材との少なくとも一方との接触を含む方法。

[3] 請求項 1の方法において、投射材の前記投射状態に関する情報が、投射材の投射分布と、投射速度とのうちの少なくとも一方である方法。

[4] 請求項 1の方法において、前記投射機が遠心投射機である方法。

[5] 高速回転する複数のブレード及び投射窓を有する投射機から投射材を前記ブレードにより投射窓を通じて被処理品へ投射する投射機において、その投射材の投射状態に関する情報を推定する方法であって、

前記ブレードの寸法と回転に関する情報、投射材の放出情報及び前記ブレードに対する投射材の情報を含む初期条件を決定する段階と、

この初期条件を記憶する段階と、

各投射材の位置と前記ブレードへの衝突後の速度と方向とを前記初期条件に基づいて演算する演算段階と、

この演算結果に基づいて投射状態に関する情報を推定する段階とを含む方法。

[6] 請求項 4の方法において、投射材の前記投射状態に関する情報が、投射材の投射分布と、投射速度とのうちの少なくとも一方である方法。

[7] 請求項 5の方法において、前記演算段階が、

各投射材の衝突後の速度を、投射材の移動ベクトル及びブレード面上の衝突点の移動ベクトルにより、 γ軸に沿う垂直成分及び X軸に沿う水平成分の相対速度として表し、その相対速度の垂直成分は反発係数を用いた跳ね返り、水平成分は摩擦抵抗による速度損失としてそれぞれに係数を設定して求める段階と、前記ブレードへの衝突後の速度と方向とをブレード衝突点における前記ブレードの移動ベクトルとの和によって演算する段階とを含む方法。

[8] 請求項 5の方法において、前記演算段階が、

前記ブレードと他の投射材とのうちの少なくとも一方に対する各投射材の接触力の大きさを演算する段階と、

前記接触力及び重力からなる前記投射材に作用する力力前記投射材の加速度を算出し、この加速度から微少時間後の前記投射材の速度と位置を求める段階とを含む方法。

[9] 請求項 4の方法において、サンプリング時間における投射材とブレードの移動量を計算し、衝突条件を満たす投射材につ!、て衝突の演算を順次に実行する方法。

[10] 請求項 4の方法において、前記演算の結果を表示する方法。

[11] 請求項 4の方法において、前記投射機が遠心投射機である方法。

[12] 請求項 4の方法において、前記放出された個々の投射材がブレード上で跳ね返る回数のばらつきが所定値以下となるように、前記ブレードの寸法値、投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲及びブレードの回転数を設定することにより、前記投射材の投射分布を所定の形状に調整する段階を更に含む方法。

[13] 請求項 10の方法において、前記所定値が 0. 3である方法。

[14] 請求項 11の方法において、前記投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲が 5° 乃至 20° である方法。

[15] 請求項 10の方法において、前記ブレードの寸法値である内径に対する外径の比の範囲力 1. 75乃至 2. 0、 2. 5乃至 2. 9、及び 3. 6乃至 4. 1のうちの何れ力である方法。

[16] 高速回転する複数のブレードを有する投射機力放出された投射材を前記ブレードにより被処理品へ投射する投射機による投射材の投射状態に関する情報を、プログラムされたコンピュータによって推定する装置であって、前記コンピュータは、 a)前記コンピュータへブレードの寸法と回転に関する情報、投射材の放出情報及び前記ブレードに対する投射材の情報を含む初期条件を与える入力手段と、 b)各投射材の位置と前記ブレードへの衝突後の速度と方向とを前記初期条件に基づ!、て演算する演算手段と、

C)この演算結果に基づいて投射状態に関する情報を推定する推定手段と、 d)推定された情報を表示させる表示手段とを備える装置。

[17] 請求項 16の装置において、前記演算手段が、

前記ブレードと他の投射材とのうちの少なくとも一方に対する各投射材の接触力の大きさを演算すると共に、

前記接触力及び重力からなる前記投射材に作用する力力前記投射材の加速度を算出し、この加速度から微少時間後の前記投射材の速度と位置を求める装置。

[18] 請求項 16の装置において、前記コンピュータが記憶媒体を更に備え、この記憶媒体には、前記演算手段が実行する演算プログラムが記憶されている装置。

[19] 請求項 16の装置において、前記演算手段が、

各投射材の衝突後の速度を、投射材の移動ベクトル及びブレード面上の衝突点の移動ベクトルにより、 Y軸に沿う垂直成分及び X軸に沿う水平成分の相対速度として表し、その相対速度の垂直成分は反発係数を用いた跳ね返り、水平成分は摩擦抵抗による速度損失としてそれぞれに係数を設定して求めると共に、前記ブレードへの衝突後の速度と方向とをブレード衝突点における前記ブレードの移動ベクトルとの和によって演算する装置。

[20] 請求項 16の装置において、前記演算手段が、サンプリング時間における投射材とブレードの移動量とを計算し、衝突条件を満たす投射材につ、て衝突演算を順次に実行する装置。

[21] 請求項 14の装置において、前記投射機が遠心投射機である装置。

[22] 請求項 14の装置において、前記放出された個々の投射材がブレード上で跳ね返る回数のばらつきが所定値以下になるように、前記ブレードの寸法値、投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲及びブレードの回転数が予め設定されていることにより、前記投射材の投射分布が所定の形状にされている装置。

[23] 請求項 19の装置において、前記所定値が 0. 3である装置。

[24] 請求項 20の装置にお、て、前記投射材を放出する開口窓の投射材放出位置の範囲が 5° 乃至 20° である装置。

[25] 請求項 10の装置において、前記ブレードの寸法値である内径に対する外径の比の範囲力 1. 75乃至 2. 0、 2. 5乃至 2. 9、及び 3. 6乃至 4. 1のうちの何れ力である装置。

[26] プログラムされたコンピュータの支援によって、高速回転する複数のブレードを有する投射機による被処理対象への投射材の投射を制御し、且つその投射材の投射状態に関する情報を推定する方法であって、

a)ブレードに関する情報、投射材の放出条件、及び投射材のブレードに対する跳ね返り係数及び摩擦抵抗係数を前記コンピュータへ入力する入力段階と、

b)前記コンピュータが入力段階における入力が完了した力否かを判定し、入力が完了している場合は、所定のサンプリング時間ごとに各投射材の位置をサンプリング時間及び投射材の移動ベクトルに基づいて算出する段階と、

c)前記コンピュータがブレードを回動させてブレードの角度を更新する段階と、 d)前記コンピュータが各投射材がブレードと衝突したカゝ否かを判定し、衝突したと判定された場合に、この衝突した投射材の速度と方向を計算し、投射材の前記移動ベクトルを更新すると共に、衝突していないものと判定された場合は、前記移動べタトルを更新しない段階と、

e)前記コンピュータがブレードの位置が投射材の放出範囲内にある力否かを判定し、ブレードの位置が放出範囲内にある場合には、投射材を放出し、ブレードの位置が投射材の放出範囲内にない場合には、投射材を放出させない段階と、

f)前記コンピュータがブレードの位置が既定位置まで回動した力否かを判定し、ブレードが既定位置まで回動したと判定された場合には、各投射材の移動ベクトルを集計し、ブレードが既定位置まで回動していないと判定された場合には、段階 b)乃至 f)を繰り返す段階と、

g)前記コンピュータが前記集計による投射分布と投射速度の演算結果を表示させる段階とを含む方法。