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、高圧下で研磨材の流れを表面に強制的に噴射して、粗い表面を滑らかにしたり、滑らかな表面を荒らしたり、表面を形作ったり、表面の汚染物質を除去したりする作業です。ブラスト材（メディアと呼ばれることが多い）を噴射するために、加圧流体（通常は圧縮空気）または遠心ホイールが使用されます。最初の研磨ブラスト工程は、 1870年10月18日にベンジャミン・チュー・ティルマンによって特許を取得しました。^{[1] [2]}

このプロセスにはいくつかのバリエーションがあり、さまざまな媒体を使用します。研磨性が非常に高いものもあれば、それほど研磨性が高くないものもあります。最も研磨性が高いのは、ショットブラスト（金属ショットを使用）とサンドブラスト（砂を使用）です。中程度の研磨性のタイプには、ガラスビーズブラスト（ガラスビーズを使用）と、粉砕したプラスチックストックまたはクルミの殻とトウモロコシの芯を使用するプラスチックメディアブラスト（PMB）があります。これらの物質の中には、媒体にアレルギーのある人にアナフィラキシーショックを引き起こすものがあります。^[3]穏やかなバージョンはソーダブラスト（重曹を使用）です。さらに、アイスブラストやドライアイスブラストなど、ほとんど研磨性がない、または研磨性がない代替方法もあります。

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。サンドペーパーを使用した場合と効果は似ていますが、角や割れ目でも問題なく、より均一な仕上がりになります。サンドブラストは、風によって吹き飛ばされた粒子が風食を引き起こすことで自然に発生する場合もあれば、 圧縮空気を使用して人工的に発生する場合もあります。人工サンドブラストプロセスは、1870年10月18日にベンジャミン・チュー・ティルマンによって特許を取得しました。^{[1] [2]}トーマス・ウェズリー・パンボーンはこのアイデアを完成させ、1904年に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。混合物は手持ちのノズルを通って移動し、粒子を表面またはワークピースに向けます。ノズルにはさまざまな形、サイズ、および素材があります。炭化ホウ素は摩耗に強いため、ノズルの素材としてよく使用されます。

湿式研磨ブラストでは、研磨材を動かす流体として水を使用します。利点は、水が生成された粉塵を捕らえ、表面を滑らかにすることです。水は表面への衝撃を和らげ、健全な材料の除去を減らします。

1940 年代後半の湿式研磨プロセスのパイオニアの 1 人は、乾式ブラストの強力な代替手段として湿式プロセスを使用する利点を発見したノーマン アイブス アシュワースでした。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、全損ポータブル ブラスト ユニットなど、従来のすべての形式で利用できます。利点としては、プラスチックから鋼鉄までの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と、熱湯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。粉塵が減少するため、珪質メディアの使用やアスベスト、放射性または有毒な表面の研磨もより安全になります。

処理速度は、通常、同等のサイズと種類のメディアを使用する場合、従来の乾式研磨ブラストほど速くありません。これは、メディアと処理される基板の間に水が存在することで、表面とメディアの両方を保護する潤滑クッションが形成され、破損率が下がるためです。ブラスト材の表面への含浸が減り、ほこりが減り、静電気によるまとわりつきがなくなるため、非常にきれいな表面が得られます。

軟鋼のウェット ブラストでは、水の存在により、ブラストされた鋼の基材が即座に、または「フラッシュ」腐食します。表面の再汚染がないため、1 つの装置で複数のブラスト作業を行うこともできます。たとえば、 ステンレス鋼と軟鋼のアイテムを同じ装置で同じ媒体を使用して問題なく処理できます。

ウェット ブラストのバリエーションとして、蒸気ブラスト (イギリス英語では蒸気ブラスト) があります。このプロセスでは、加圧空気がノズル内の水に加えられ、「蒸気」と呼ばれる高速の霧が生成されます。このプロセスはウェット ブラストよりもさらに穏やかで、接合面を洗浄しながら接合能力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、埋め込まれた菌類を取り除いたり、グラウトの色を明るくしたりするために使用されます。また、自動車のボディワークで塗装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の塗装除去では、サンドブラストよりもビーズブラストが好まれます。サンドブラストはビーズブラストよりも表面プロファイルが大きい傾向があるためです。ビーズブラストは、機械加工された部品の表面仕上げを均一にするためによく使用されます。^[5]また、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モース硬度が7以下であるため、砂で損傷する可能性があります。

ホイールブラストでは、回転するホイールが研磨材を物体に押し付けます。推進剤（ガスまたは液体）が使用されないため、通常はエアレス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（通常はスチールまたはステンレススチールのショット、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押し付け、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、期待される結果と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Wheelabratorによって特許を取得しました。^{[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] Qinggong Machineryは、ブラストホイールの最も初期のメーカーの1つです。^[9]

マイクロ研磨ブラストは、小さなノズル（通常、直径0.25 mmから1.5 mm）を使用して、小さな部品または大きな部品の小さな領域に研磨剤の微細な流れを正確に噴射する乾式研磨ブラストプロセスです。通常、ブラストされる領域は約1 mm ²から最大で数cm ^{2です。ペンシルブラストとも呼ばれる研磨剤の微細ジェットは、ガラスに直接書き込むのに十分な精度があり、}卵の殻に模様を切るのに十分な繊細さがあります。^[10]研磨媒体の粒子サイズは10マイクロメートルから約150マイクロメートルの範囲です。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研磨ブラスト システムは、電源とミキサー、排気フード、ノズル、ガス供給装置で構成される市販のベンチ マウント ユニットです。ノズルは手持ち式にすることも、自動操作用に固定具に取り付けることもできます。ノズルまたは部品は自動操作で移動できます。

自動ブラストとは、研磨ブラスト工程を自動化することです。自動ブラストは、多くの場合、準備やコーティングの適用などの他の表面処理を含む、より大規模な自動化手順の 1 ステップに過ぎません。ブラストチャンバーを、粉塵による汚染の影響を受ける可能性のある機械部品から隔離するための注意がしばしば必要になります。

このタイプのブラストでは、空気とドライアイスが使用されます。表面の汚染物質は、凍結した二酸化炭素粒子が高速で衝突する力と、接着結合を破壊する凍結によるわずかな収縮によって除去されます。ドライアイスは昇華し、除去された物質以外には清掃すべき残留物は残りません。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の物質への破壊性が低くなります。

ブリストル ブラストは、他のブラスト方法とは異なり、別の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ワイヤ ブリストルで作られたブラシのような回転工具で処理されます。鋭く回転するブリストルの先端との繰り返しの接触により、局所的な衝撃、反発、クレーター形成が起こり、同時に表面が洗浄され、粗くなります。

真空ブラストは、ブラストツールが乾式研磨ブラストを行い、使用済みのブラストメディアと処理対象の表面から緩んだ粒子を同時に収集するため、粉塵や流出がほとんど発生しない方法です。この方法では、使用済みのブラストメディアが粉塵や緩んだ粒子から自動的に分離され、何度も再利用されるため、ブラストメディアの消費量は比較的少なくなります。

現代の墓地の記念碑や標識のほとんどの文字や彫刻は、研磨ブラストによって作成されます。

サンドブラストは、立体的な看板を作るのにも使えます。このタイプの看板は、平面の看板に比べて高級品とみなされています。これらの看板には、金箔が重ねられていることが多く、時にはスマルトと呼ばれる砕いたガラスの背景が使われています。木製の看板にサンドブラストすると、木目が見え、年輪が浮き上がるため、看板に伝統的な彫刻のような外観を与える人気の方法です。サンドブラストは、店舗の正面や内装デザインの一部として、 透明なアクリルガラスやガラスにも施すことができます。

サンドブラストは、建物の改修や芸術作品（彫刻ガラスやすりガラス）の作成に使用できます。最新のマスクとレジストにより、このプロセスが容易になり、正確な結果が得られます。

サンドブラスト技術は、船体の洗浄、レンガ、石、コンクリートの洗浄に使用されます。サンドブラストは工業用および商業用の構造物の洗浄に使用されますが、非金属のワークピースに使用されることはほとんどありません。

移動式乾式研磨ブラスト システムは、通常、ディーゼル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、研磨材が充填された加圧されたタンクのような容器で、調整可能な量のブラスト グリットをメインのブラスト ラインに送り込む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の量によって決まります。完全装備のブラスト システムは、セミトラクター トレーラーに搭載されていることが多く、移動性が高く、現場から現場への移動が容易です。その他のシステムは、ホッパー給水タイプで軽量かつ移動性に優れています。

ポータブルブラストシステムでは、ノズルの背圧を克服するために溶接された圧力容器を使用し、研磨媒体を貯蔵して、より高い圧力差から接続されたブラストホースに移送するか、またはデュアルインダクションと呼ばれるプロセスを利用する非加圧ホッパーを使用します。このプロセスでは、空気駆動ジェットポンプまたはエダクターを使用してタンデムブラストノズルに研磨媒体を運び、ブラストノズルに接続された別の空気ホースを介して研磨剤がブラストノズルを通って推進されるため、圧力容器は不要になります。 ^[11]

ブラストキャビネットは、本質的には、作業者が部品をブラストして研磨剤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、研磨剤ブラストシステム、研磨剤リサイクルシステム、集塵機の4つのコンポーネントで構成されます。作業者は、キャビネットの手袋穴に装着した手袋に腕を入れ、覗き窓から部品を観察し、フットペダルまたは踏み板を使用してブラストのオン/オフを切り替えて、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、同じ部品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 キャビネットでは通常 3 つのシステムが使用されます。サイフォンと圧力の 2 つは乾式で、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) 内に真空を作ります。負圧によって研磨剤がブラスト ガンに引き込まれ、圧縮空気によって研磨剤がブラスト ノズルを通して噴射されます。研磨剤混合物はノズルを通過し、粒子が表面またはワークピースに向けられます。ノズルにはさまざまな形、サイズ、および材料があります。鉱物研磨剤に最もよく使用されるライナー材料は炭化タングステンです。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より硬い研磨剤で使用されることがよくあります。安価な研磨ブラスト システムおよび小型のキャビネットでは、セラミック ノズルが使用されます。
• 圧力ブラストシステムでは、研磨材は圧力容器に保管され、密封されます。容器は、圧力容器の底に取り付けられたブラストホースと同じ圧力に加圧されます。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って搬送されます。
• ウェット ブラスト キャビネットは、研磨剤/液体スラリーを圧縮ガス流に注入するシステムを使用します。ウェット ブラストは通常​​、ドライ ブラストでの摩擦によって発生する熱によって部品が損傷する可能性がある場合に使用されます。

ブラスト室はブラストキャビネットの大型版です。ブラスト作業員は室内で作業し、完成品の必要に応じて表面を荒らしたり、滑らかにしたり、洗浄したりします。ブラスト室と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、非常に大型または特殊な形状の物体を収容できるほどの大きさのものもあります。^[13]

各アプリケーションではさまざまな機器の使用が必要になる場合がありますが、一般的なブラスト ルームには次のような主要コンポーネントがいくつかあります。

• 爆発媒体が漏れるのを防ぐために密閉されたままになるように設計された囲いまたは封じ込めシステム（通常は部屋自体）
• ブラストシステム。ホイールブラストとエアブラストが一般的に使用されています。
• ブラストポット – 研磨剤を充填した加圧容器^[14]
• 室内の空気をろ過し、粒子状物質が漏れるのを防ぐ集塵システム
• 研磨ブラストメディアを収集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化された機械式または空気圧式システムである場合もあれば、材料を掃き集めたりシャベルでかき集めてブラストポットに戻すことで手動でブラストメディアを収集する場合もあります。

利便性と使いやすさを向上させるために、ワークピースを操縦するための天井クレーン、オペレータがワークピースのすべての側面に到達できるようにする複数の軸を備えた壁掛けユニット、騒音レベルを下げるために使用される防音材など、追加の機器を追加することができます。^[15]

1900年代初頭には、鋭いエッジの粒子が最高の性能を発揮すると考えられていましたが、後にこれは誤りであることが判明しました。^[16]

ミネラル

珪砂は鉱物研磨材の一種として使用できます。珪砂はすぐに砕け散り、大量の粉塵を発生させ、作業者を衰弱性肺疾患である珪肺症の発症にさらす可能性があります。この危険に対抗するため、ブラスト用の珪砂は粉塵を抑制する樹脂でコーティングされることがよくあります。このため、ドイツ、ベルギー、ロシア、スウェーデン、イギリスでは、シリカを研磨材として使用することは許可されていません。^[17]シリカは、禁止されていない国では一般的な研磨材です。^[18]

ガーネット

ガーネットは珪砂よりも高価ですが、正しく使用すれば同等の生産率が得られ、粉塵の発生が少なくなり、粉塵を吸い込むことによる安全上の問題もなくなります。硫酸マグネシウム、またはキースライト。

農業

通常は、砕いたナッツの殻や果物の実です。これらの柔らかい研磨剤は、レンガや石を掃除したり、落書きを取り除いたり、修理中のプリント回路基板からコーティングを除去したりするときに、下地の素材を傷つけないようにするために使用されます。

合成

このカテゴリには、コーンスターチ、小麦デンプン、重曹、ドライアイスが含まれます。これらの「柔らかい」研磨剤は、レンガや石の清掃、落書きの除去、修理中のプリント基板のコーティングの除去など、下地の素材を損傷しないようにするためにも使用されます。ソーダブラストでは、非常に砕けやすい重曹（重曹）を使用し、衝撃を受けたときの微細な破片が、基材を損傷することなく表面の素材を爆発させます。その他の合成研磨剤には、プロセス副産物（ 銅スラグ、ニッケル スラグ、石炭スラグなど）、人工研磨剤（ 酸化アルミニウム、炭化ケイ素またはカーボランダム、ガラスビーズ、セラミックショット/グリットなど）、リサイクル製品（プラスチック研磨剤、ガラスグリットなど）があります。

メタリック

スチールショット、スチールグリット、ステンレスショット、カットワイヤー、銅ショット、アルミニウムショット、亜鉛ショット。

サンドブラストで使用される粗い媒体の多くは、衝撃を受けた際に火花や光としてエネルギーが放出されることがよくあります。火花や輝きの色と大きさは大きく異なり、鋼鉄ショットブラストからは明るいオレンジ色の強い火花が、ガーネット研磨材からはかすかな青い輝き（日光や明るい作業エリアでは見えないことが多い）が生まれます。

研磨ブラストを使用した清掃作業は、特にポータブルエアブラストまたはブラスト室（ブース）での用途において、作業員の健康と安全にリスクをもたらす可能性があります。研磨ブラストにより、基材と研磨剤から大量の粉塵が発生します。 ^[18]ブラスト室で使用される研磨剤の多くはそれ自体は危険ではありませんが（スチールショットやグリット、鋳鉄、酸化アルミニウム、ガーネット、プラスチック研磨剤、ガラスビーズ）、その他の研磨剤（シリカ砂、銅スラグ、ニッケルスラグ、スタウロライト）にはさまざまな程度の危険性があります（通常は遊離シリカまたは重金属）。ただし、すべての場合において、それらの使用は、突起による火傷（皮膚や目の損傷を伴う）、地面に散乱した丸いショットの上を歩くことによる転倒、危険な粉塵への曝露、熱中症、爆発性雰囲気の生成、過度の騒音への曝露など、作業者に重大な危険をもたらす可能性があります。爆破室や携帯式爆破装置の装備は、こうした危険に対応できるようになっている。鉛塗料を爆破すると、空気中に鉛粒子が充満し、神経系に有害な可能性がある。^[19]

米国では、労働安全衛生局(OSHA) が潜在的な危険に対する工学的解決策を義務付けていますが、周囲の粉塵レベルが許容限度を超えた場合に、最も一般的に使用されている爆破ヘルメットが爆破作業者を保護するのに十分効果的でないにもかかわらず、シリカ砂は引き続き許可されています。米国における爆破作業用の適切なレベルの呼吸保護は、国立労働安全衛生研究所(NIOSH) によって承認されています。

オペレーターの一般的な安全装置には次のものがあります。

• 正圧ブラストフードまたはヘルメット - フードまたはヘルメットには、装置がオペレーターの頭部と一緒に移動できるようにするヘッドサスペンションシステム、交換可能なレンズまたはレンズ保護を備えたビューウィンドウ、および空気供給ホースが含まれています。
• グレード D の空気供給 (または自己完結型のオイルレス空気ポンプ) – 空気供給ホースは通常、グレード D の加圧空気供給に接続されます。グレード D の空気は、作業員を危険なガスから保護するために OSHA によって義務付けられています。これには、圧力調整器、空気ろ過、一酸化炭素モニター/アラームが含まれます。別の方法としては、自己完結型のオイルレス空気ポンプを使用して、加圧空気をブラストフード/ヘルメットに供給する方法があります。オイルレス空気ポンプでは、加圧空気は一酸化炭素を生成できないソースから供給されるため、空気フィルターや一酸化炭素モニター/アラームは必要ありません。
• 聴覚保護具 – イヤーマフまたは耳栓
• 身体の保護 – 身体の保護は用途によって異なりますが、通常は手袋とオーバーオール、または革のコートとチャップスで構成されます。専門家はコーデュラ/キャンバスのブラストスーツを着用します (ただし、鋼鉄研磨材でブラストする場合は革のスーツを使用します)。

かつて、サンドブラストが屋外で行われていたとき、作業員は飛散物による傷害や粉塵の吸入による肺損傷のリスクにさらされていた。サンドブラスト工程で生成されるシリカ粉塵は、粉塵を長時間吸入すると珪肺症を引き起こす。1918年に最初のサンドブラスト囲いが作られ、作業員を覗き見スクリーンで保護し、作業物の周囲を回転し、排気ファンで作業員の顔から粉塵を吸い取るようになっていた。^[20]サンドブラスト装置から作業員が完全に隔離されていない場合、珪肺症のリスクは依然として存在する。^[18]

サンドブラストでは、足場からの転落や狭い空間への閉じ込めなどの二次的なリスクも生じる可能性があります。 ^[18] 研磨ブラストでは小型のガソリンエンジンを使用することから一酸化炭素中毒の潜在的なリスクもあります。 ^[21]

現在、いくつかの国や地域では、サンドブラストは換気、保護服、呼吸用空気の供給を使用した管理された環境でのみ実行できるように規制されています。

多くの消費者は、古着のような風合いのジーンズには喜んで追加料金を支払います。生地に適切な古着のような風合いを与えるために、サンドブラストが使用されています。サンドブラストは労働者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労働者5,000人以上が珪肺症に苦しみ、46人が死亡したことが知られています。2007年、トルコの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ました。 ^[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ました。^[23] スウェーデンのフェアトレードセンターが17の繊維会社を対象に調査を実施したところ、ジーンズを手作業でサンドブラストすることによる危険性を認識している企業はほとんどいませんでした。いくつかの企業は、自社の生産からこの手法を廃止すると述べました。^[24]

2013年の調査では、中国では古着風ジーンズを生産する工場の一部が、健康と安全に関する規制にさまざまな違反を犯していると主張した。^[25]

• 摩耗（機械的）
• 研磨加工
• エアアブレーション
• 高周波衝撃治療
• レーザーアブレーション、研磨媒体表面アブレーションの代わりにレーザーブラスト表面アブレーション
• ショットピーニング

• 製造プロセスリファレンスガイド、第 1 版、Robert H. Todd、Dell K. Allen、Leo Alting 著
• ツールおよび製造技術者ハンドブック、第 1 巻: 機械加工、第 4 版、1983 年。製造技術者協会

• ウィキメディア・コモンズのサンドブラスト関連メディア