サンドブラスト

サンドブラストは研磨ブラストとも呼ばれ、固体粒子を高速で表面に押し付けることで、硬い表面を滑らかにし、形を整え、洗浄するプロセスの総称です。その効果はサンドペーパーの使用に似ていますが、角や隙間に問題がなく、より均一な仕上がりになります。サンドブラストは、通常、風によって運ばれた粒子が風食を引き起こす結果として自然に発生するか、圧縮空気を使用して人工的に発生することがあります。人工サンドブラストプロセスは、 1870 年 10 月 18 日にBenjamin Chew Tilghmanによって特許が取得されました。^{[ 1 ] [ 2 ]} Thomas Wesley Pangborn は、1904 年にこのアイデアを改良し、圧縮空気を追加しました。^{[ 4 ]}

サンドブラスト装置は通常、砂と空気を混合するチャンバーで構成されています。混合された砂と空気は、手持ち式のノズルを通って表面や加工対象物に噴射されます。ノズルには様々な形状、サイズ、材質のものがあります。炭化ホウ素は耐摩耗性に優れているため、ノズルの材質としてよく用いられます。

湿式研磨ブラストは、研磨材を移動させる流体として水を使用します。利点は、水が粉塵を捕捉し、表面を潤滑することです。また、水が表面への衝撃を緩和し、健全な材料の除去を軽減します。

1940年代後半に湿式研磨プロセスの先駆者の一人となったノーマン・アイブス・アシュワースは、乾式ブラストに代わる有力な方法として湿式プロセスの利点を発見しました。このプロセスは、ハンドキャビネット、ウォークインブース、自動生産機械、全損型ポータブルブラストユニットなど、あらゆる従来型フォーマットで利用可能です。利点としては、プラスチックから鋼鉄まで幅広い密度の非常に細かいまたは粗いメディアを使用できる点、温水と石鹸を使用して脱脂とブラストを同時に行うことができる点が挙げられます。また、粉塵の発生が少ないため、シリカ系メディアの使用や、アスベスト、放射性物質、有毒物質を含む表面の研磨もより安全に行えます。

同等のサイズと種類の研磨材を使用した場合、処理速度は一般的に従来の乾式研磨ブラストほど速くはありません。これは、研磨材と処理対象物の間に水が存在することで潤滑クッションが形成され、表面と研磨材の両方が保護され、摩耗率が低下するためです。研磨材の表面への浸透が抑制され、粉塵の発生が減り、静電気による付着がなくなるため、非常にきれいな表面が得られます。

軟鋼の湿式ブラスト処理では、水の存在により、ブラスト処理された鋼材基材に即時腐食（フラッシュ腐食）が発生します。また、表面の再汚染がないため、単一の装置で複数のブラスト処理を行うことができます。例えば、ステンレス鋼と軟鋼の製品を同じ装置で同じブラスト材を用いて問題なく処理することが可能です。 

湿式ブラストの一種に、蒸気ブラスト（イギリス英語ではvampour blasting）があります。この方法では、ノズル内の水に加圧空気を加え、高速の霧状の「蒸気」を発生させます。この方法は湿式ブラストよりもさらに穏やかなため、接合面を洗浄しながら接合性を維持することができます。

ビーズブラストは、表面を傷つけることなく、高圧で微細なガラスビーズを吹き付けて表面の堆積物を除去するプロセスです。プールのタイルやその他の表面からカルシウムの堆積物を洗浄したり、埋め込まれたカビを除去したり、グラウトの色を明るくしたりするのに使用されます。また、自動車のボディワークで塗料を除去するためにも使用されます。自動車のボディワークで塗料を除去する場合、サンドブラストよりもビーズブラストの方が好まれます。サンドブラストはビーズブラストよりも表面の凹凸が大きくなる傾向があるためです。ビーズブラストは、機械加工部品の均一な表面仕上げを作成するためによく使用されます。^{[ 5 ]}さらに、モース硬度が7以下である鉱物標本の洗浄にも使用されます。鉱物標本のほとんどは、砂媒体によって損傷を受けるためです。

ホイールブラストでは、回転するホイールが研磨材を対象物に吹き付けます。推進剤（ガスまたは液体）を使用しないため、通常は無空気ブラスト操作に分類されます。ホイールマシンは、リサイクル可能な研磨材（通常は鋼またはステンレス鋼のショット、カットワイヤー、グリット、または同様のサイズのペレット）を使用した高出力、高効率のブラスト操作です。特殊なホイールブラストマシンは、極低温チャンバー内でプラスチック研磨材を吹き付け、通常はプラスチックおよびゴム部品のバリ取りに使用されます。ホイールブラストマシンのサイズ、ホイールの数と出力は、ブラストする部品、期待される結果、および効率によって大きく異なります。最初のブラストホイールは、1932年にウィーラブレーターによって特許が取得されました。^{[ 6 ] [ 7 ]}中国では、最初のブラストホイールは1950年代頃に製造されました。^{[ 8 ]}青工機械は、ブラストホイールの初期の製造業者の1つです。^{[ 9 ]}

マイクロブラストは、小さなノズル（通常直径0.25  mmから1.5  mm）を使用して、研磨材の微細な流れを小さな部品または大きな部品の小さな領域に正確に噴射する乾式研磨ブラストプロセスです。一般的に、ブラストされる領域は約1  mm ²から最大でも数 cm ^{2です。ペンシルブラストとも呼ばれ、研磨材の微細なジェットは、ガラスに直接文字を書くのに十分な精度があり、}卵の殻に模様を刻むのに十分な繊細さがあります。^{[ 10 ]}研磨材の粒子サイズは、10マイクロメートルから約150マイクロメートルまでです。より高い圧力が必要になることがよくあります。

最も一般的なマイクロブラストシステムは、電源装置とミキサー、排気フード、ノズル、ガス供給装置から構成される業務用卓上型ユニットです。ノズルは手持ち式、または自動運転用の治具に取り付けることができます。自動運転時には、ノズルまたは加工対象物のいずれかを移動させることが可能です。

自動ブラストとは、研磨ブラスト工程を自動化したものです。自動ブラストは、多くの場合、下地処理やコーティングなどの他の表面処理を含む、より大規模な自動化プロセスの一段階に過ぎません。ブラスト室は、粉塵による汚染を受けやすい機械部品から隔離する必要があるため、注意が必要です。

このタイプのブラスト処理では、空気とドライアイスが使用されます。表面の汚染物質は、高速で衝突する凍結した二酸化炭素粒子の力と、凍結によるわずかな収縮によって付着結合が破壊されることで除去されます。ドライアイスは昇華するため、除去された物質以外に残留物は残らず、清掃の必要もありません。ドライアイスは比較的柔らかい物質であるため、サンドブラストよりも下地材への損傷が少ないという利点があります。

ブラシブラストは、他のブラスト方法とは異なり、別途ブラスト媒体を必要としません。表面は、動的に調整された高炭素鋼線状のブラシ毛でできたブラシ状の回転工具によって処理されます。鋭利な回転するブラシ毛の先端が繰り返し接触することで、局所的な衝撃、反発、クレーター形成が生じ、同時に表面の洗浄と粗面化が行われます。

真空ブラストは、ブラスト装置が乾式研磨ブラストを行い、使用済みのブラスト材と処理対象表面から剥離した粒子を同時に回収するため、粉塵や飛散物の発生が非常に少ない方法です。使用済みのブラスト材は粉塵や剥離した粒子から自動的に分離され、複数回再利用されるため、ブラスト材の消費量も比較的少なくて済みます。

移動式乾式研磨ブラストシステムは、一般的にディーゼル式空気圧縮機で駆動されます。空気圧縮機は、1つまたは複数の「ブラストポット」に大量の高圧空気を供給します。ブラストポットは、研磨材を充填した加圧タンク状の容器で、ブラストラインに調整可能な量の研磨材を供給するために使用されます。ブラストポットの数は、圧縮機が供給できる空気量によって決まります。設備の整ったブラストシステムは、多くの場合、セミトレーラーに搭載されており、高い機動性と現場間の容易な輸送を実現しています。ホッパー供給式のタイプもあり、軽量で機動性に優れています。

ポータブルブラストシステムは、ノズル背圧を克服するために溶接圧力容器を使用して、より高い圧力差から研磨材を貯蔵し、接続されたブラストホースに移送するか、または非加圧ホッパーを使用します。非加圧ホッパーは、デュアル誘導と呼ばれるプロセスを利用し、空気駆動ジェットポンプまたはエジェクターを使用して研磨材をタンデムブラストノズルに搬送します。このプロセスでは、研磨材はブラストノズルに接続された別のエアホースを介してブラストノズルを通して推進され、圧力容器の必要性がなくなります。 ^{[ 11 ]}

ブラストキャビネットは基本的に、作業者が部品をブラストし、研磨材をリサイクルできる閉ループシステムです。^{[ 12 ]}通常、キャビネット、研磨材ブラストシステム、研磨材リサイクルシステム、集塵システムの4つのコンポーネントで構成されています。作業者は、キャビネットのグローブ穴に取り付けられたグローブに腕を入れ、ビューウィンドウを通して部品を確認し、フットペダルまたはトレッドルを使用してブラストのオン/オフを切り替えることで、キャビネットの外側から部品をブラストします。自動ブラストキャビネットは、同じコンポーネントを大量に処理するためにも使用され、複数のブラストノズルと部品搬送システムを組み込むことができます。

ブラストキャビネットで一般的に使用されるシステムは3種類あります。そのうち2つ（サイフォン式と加圧式）は乾式で、1つは湿式です。

• サイフォンブラストシステム（吸引ブラストシステム）は、圧縮空気を使用してチャンバー（ブラストガンと呼ばれる）内に真空を作り出します。負圧によって研磨材がブラストガン内に引き込まれ、圧縮空気によって研磨材がブラストノズルを通して噴射されます。研磨材の混合物はノズルを通って、粒子が表面またはワークピースに向かって噴射されます。ノズルにはさまざまな形状、サイズ、材質があります。炭化タングステンは、鉱物研磨材に最もよく使用されるライナー材です。炭化ケイ素および炭化ホウ素のノズルは耐摩耗性に優れており、酸化アルミニウムなどの硬い研磨材によく使用されます。安価な研磨ブラストシステムや小型のキャビネットには、セラミックノズルが使用されます。
• 加圧ブラストシステムでは、研磨材は加圧容器に貯蔵され、密閉されます。容器は、容器底部に取り付けられたブラストホースと同じ圧力まで加圧されます。研磨材はブラストホースに計量供給され、圧縮ガスによってブラストノズルを通して搬送されます。
• 湿式ブラストキャビネットは、研磨材と液体のスラリーを圧縮ガス流に噴射するシステムを採用しています。湿式ブラストは、乾式ブラストで発生する摩擦熱によって部品が損傷を受ける可能性がある場合に一般的に使用されます。

ブラストルームは、ブラストキャビネットの大型版です。ブラスト作業員は、完成品のニーズに応じて、室内で対象物の表面を粗くしたり、滑らかにしたり、きれいにしたりします。ブラストルームやブラスト設備にはさまざまなサイズがあり、鉄道車両、商用車や軍用車両、建設機械、航空機など、非常に大きなものや特殊な形状のものを収容できるほど大きなものもあります。^{[ 13 ]}

用途によっては様々な機器が必要となる場合があるが、一般的なブラストルームにはいくつかの重要な構成要素が存在する。

• 爆発物が漏れ出ないように密閉された状態を維持するように設計された、通常は部屋自体である囲いまたは封じ込めシステム。
• ブラストシステム。ホイールブラストシステムとエアブラストシステムが一般的に使用される。
• ブラストポット – 研磨ブラストメディアが充填された加圧容器^{[ 14 ]}
• 室内の空気をろ過し、微粒子が室内に漏れるのを防ぐ集塵システム
• 研磨材を回収して再利用するための材料リサイクルまたはメディア再生システム。これらは、ブラスト室の床に設置された自動機械式または空気圧式システムである場合もあれば、ブラスト材を掃いたりシャベルでブラストポットに戻したりして手動で回収する場合もある。

作業物の移動に便利な天井クレーン、作業者が作業物のあらゆる面に手が届くようにする多軸壁掛けユニット、騒音レベルを低減するための防音材など、利便性と使いやすさを向上させるための追加機器を追加できます。^{[ 15 ]}

多くの消費者は、使い古したような外観のジーンズに追加料金を支払うことを厭わない。生地に適切な使い古した外観を与えるために、サンドブラストが使用される。サンドブラストは作業員に珪肺症を引き起こすリスクがあり、トルコでは繊維産業の5,000人以上の労働者が珪肺症に苦しんでおり、46人が死亡したことが知られている。2007年にトルコで行われた調査では、元デニムサンドブラスト作業員の間で珪肺症が非常に一般的であることが示された。 ^{[ 22 ] 2015年の調査では、元サンドブラスト作業員の間で珪肺症がほぼ避けられないことが確認された。 [ 23 ]}スウェーデンのフェアトレードセンターは、17の繊維会社を対象に調査を実施し、ジーンズの手動サンドブラストによる危険性を認識している会社は非常に少ないことが明らかになった。いくつかの会社は、自社の生産からこの技術を廃止すると述べた。^{[ 24 ]}

2013年の調査では、中国では、使い古した風合いのジーンズを製造する一部の工場が、健康および安全規制に様々な違反をしていると主張された。^{[ 25 ]}