キャビテーションピーニング方法および装置
【課題】被処理物の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理が可能なキャビテーションピーニング方法および装置を提供する。
【解決手段】金属の被処理物５に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物５の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、上記流体を噴射するための噴射ノズル４を、大径の低圧ノズル２と該低圧ノズル２の軸心部に配置された小径の高圧ノズル３とで二重に構成し、その噴射ノズル４の噴出口１０を上記被処理物５に臨ませ、上記高圧ノズル３にキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズル２に上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズル２を流れる低圧流体の流量を検出し、その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズル４の噴出口１０が上記被処理物５に対して近接・離間するように制御するものである。
【解決手段】金属の被処理物５に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物５の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、上記流体を噴射するための噴射ノズル４を、大径の低圧ノズル２と該低圧ノズル２の軸心部に配置された小径の高圧ノズル３とで二重に構成し、その噴射ノズル４の噴出口１０を上記被処理物５に臨ませ、上記高圧ノズル３にキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズル２に上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズル２を流れる低圧流体の流量を検出し、その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズル４の噴出口１０が上記被処理物５に対して近接・離間するように制御するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の被処理物に噴射した流体のキャビテーションにより被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法および装置に関し、特に、フィレットＲ部を有するクランクシャフトなどの疲労強度向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションピーニング（キャビテーションショットレスピーニング：ＣＳＰ）（以下、ＣＰという）は、高圧ノズルとそれを取り囲む低圧ノズルのそれぞれから噴射される高圧流体と低圧流体とにより発生させたキャビテーション気泡が被処理物表面で崩壊する時の衝撃力を利用して、被処理物に圧縮残留応力を付与する表面処理技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＣＰ技術を用いて、軟窒化処理したクランクシャフト（以下、クランクという）のフィレットＲ部の疲労強度を向上させることが、例えば、特願２００６−０１１３７３号（発明の名称：金属材の疲労強度向上方法）で提案されている。
【０００４】
その疲労強度向上方法では、ＣＰ処理における処理能力の大小や処理範囲に影響を与えるパラメータの一つがノズルと被処理物とのクリアランスであり、その管理がＣＰ処理において重要であることが記されている。なお、前提条件として低圧ノズルに対する高圧ノズルの位置は常に一定であり、そのような高圧ノズルと低圧ノズルを合わせて単に「ノズル」という。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、クランク用にＣＰを装置化しようとすると、クランクのピン部がクランク回転時に旋回移動するため、常にピン部にノズルを追従させながらＣＰ処理を施さなければならない。
【０００７】
しかしながら、クランクにはカウンターウェイト部などがあり不均一な形状であることに加えて、曲がりもあるため、平面状の被処理物に処理をする場合とは異なり、ノズルとクランクのクリアランスを一定にしてもノズル噴射後の流出条件がピン部の周方向で異なることから流体の流量が場所によって変動し、特にノズル径の大きい低圧ノズル側の流体の流量に顕著に影響し、処理能力や処理範囲が均一で安定したＣＰ処理を施すことができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、被処理物の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理が可能なキャビテーションピーニング方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、上記流体を噴射するための噴射ノズルを、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成し、その噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に臨ませ、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出し、その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に対して近接・離間させるものである。
【００１０】
上記被処理物は、回転軸と、その回転軸に偏心させて取り付けられた偏心部とを有し、上記被処理物を上記回転軸回りに回転させると共に、その被処理物の偏心部に上記噴射ノズルを追従させて、該偏心部にキャビテーションピーニングを行うものでもよい。
【００１１】
好ましくは、上記被処理物が、クランクシャフトからなり、そのクランクシャフトのジャーナル部が上記回転軸をなし、そのジャーナル部にクランクアーム部を介して取り付けられたクランクピン部が上記偏心部をなし、そのクランクピン部のフィレットＲ部にキャビテーションピーニングを行うものである。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング装置において、上記流体を噴射すべく、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成され、噴出口を上記被処理物に臨ませて設けられた噴射ノズルと、その噴射ノズルを上記被処理物に近接・離間させるための駆動手段と、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給する低圧流体供給手段と、上記低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出するための低圧流量検出手段と、その低圧流量検出手段で検出した低圧流体の流量を所定の目標流量範囲内に収めるべく、上記噴射ノズルの噴出口が上記被処理物に対して近接・離間するように上記駆動手段を制御する制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理物の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理が行えるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
本実施形態のキャビテーションピーニング（以下、ＣＰという）装置は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するものである。そのＣＰ装置は、例えば、流体として水を使用するものであり、被処理物である軟窒化処理されたクランクシャフト（以下、クランクという）の曲げ疲労強度を向上させるために使用される。
【００１６】
まず、図２に基づき、本実施形態のＣＰ装置が対象とするクランクの概略構造を説明する。
【００１７】
図２に示すように、クランク５は、ジャーナル部（回転軸）３２と、そのジャーナル部３２から径方向外側に延出する複数対のクランクアーム部３３と、そのクランクアーム部３３を介してジャーナル部３２に偏心して取り付けられたクランクピン部（偏心部）３４と、クランクアーム部３３に形成されたカウンターウェイト部３５とを有する。
【００１８】
クランクアーム部３３とクランクピン部３４（またはジャーナル部３２）との接合部分は、Ｒ形状に形成されており、その接合部分がフィレットＲ部３６をなす。そのフィレットＲ部３６にＣＰ装置によるＣＰ処理が行われる。
【００１９】
次に、図１に基づき、本実施形態のＣＰ装置の概略構造について説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のＣＰ装置１は、大径の低圧ノズル２内に小径の高圧ノズル３を配置してなる二重構造の噴射ノズル４と、その噴射ノズル４をクランク５に近接・離間させるための駆動手段６と、高圧ノズル３に高圧水を供給するための高圧流体供給手段７と、低圧ノズル２に低圧水を供給する低圧流体供給手段８と、低圧ノズル２を流れる低圧水の流量を検出するための低圧流量検出手段をなす低圧側流量センサ９と、その低圧側流量センサ９で検出した低圧水の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、噴射ノズル４の噴出口１０をクランク５に対して近接・離間させるべく駆動手段６を制御する制御手段（以下、ＰＣコントローラという）１１とを備える。
【００２１】
本実施形態では、噴射ノズル４の低圧ノズル２と高圧ノズル３とは同芯的に配置される。より具体的には、低圧ノズル２が噴射ノズル４の外形をなし、その低圧ノズル２内の軸心部に高圧ノズル３が配置される。その高圧ノズル３は、高圧ノズル３の噴出口１２が低圧ノズル２の噴出口１０よりも内方側にて開口するように、低圧ノズル２内に設けられる。
【００２２】
噴射ノズル４（低圧ノズル２）は、噴出口１０をクランク５のフィレットＲ部３６（ＣＰ処理箇所）に臨ませて設けられ、それら噴射ノズル４とフィレットＲ部３６との相対位置が駆動手段６により制御される。
【００２３】
その駆動手段６は、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）により制御される４軸のアクチュエータで構成される。具体的には、駆動手段６は、噴射ノズル４を位置決めするための３軸のノズル用モータ１６と、クランク５を回転させるための被処理物用モータ（以下、クランク用モータという）１７とを備える。
【００２４】
図２に示すように、ノズル用モータ１６は、噴射ノズル４を、ｘ軸方向（図２において左右方向）、ｙ軸方向（図２において紙面表裏方向）、およびｚ軸方向（図２において上下方向）に各々独立して移動、位置決め可能に構成される。具体的には、ノズル用モータ１６は、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の移動量および移動速度を検出するためのノズル用モータ位置センサ（図示せず）を有し、それらノズル用モータ位置センサの検出値がＰＣコントローラ１１に入力されて、そのＰＣコントローラ１１がノズル用モータ１６をＣＮＣ制御する。
【００２５】
クランク用モータ１７は、クランク５を軸回りに（図２においてｃ方向に）回転、位置決め可能に構成される。具体的には、クランク用モータ１７は、回転角（クランク位相角）および回転速度を検出するためのクランク用モータ位置センサ（図示せず）を有し、そのクランク用モータ位置センサの検出値がＰＣコントローラ１１に入力されて、そのＰＣコントローラ１１がクランク用モータ１７をＣＮＣ制御する。
【００２６】
高圧流体供給手段７は、水を所定圧（高圧側所定圧）に昇圧するための高圧ポンプ２１と、その高圧ポンプ２１と高圧ノズル３とを連通、接続する高圧管２２とを備える。その高圧管２２を介して高圧ポンプ２１からキャビテーションを発生させるため高圧水が高圧ノズル３に供給される。
【００２７】
高圧管２２には、高圧ノズル３に供給される高圧水の流量を検出するための高圧側流量センサ２３と、その高圧水の圧力を検出するための高圧側圧力センサ２４とが設けられる。それら高圧側流量センサ２３と高圧側圧力センサ２４とは、検出値（流量、圧力）を出力すべくＰＣコントローラ１１に接続される。また、高圧ポンプ２１は、ＰＣコントローラ１１に接続されて、そのＰＣコントローラ１１から制御信号が入力される。
【００２８】
低圧流体供給手段８は、水を高圧ポンプ２１の所定圧よりも低い所定圧（低圧側所定圧）に昇圧するための低圧ポンプ２５と、その低圧ポンプ２５と低圧ノズル２とを連通、接続する低圧管２６とを備える。その低圧管２６を介して低圧ポンプ２５から低圧水が低圧ノズル２に供給される。
【００２９】
低圧管２６には、低圧ノズル２に供給される低圧水の流量を検出するための上記低圧側流量センサ９と、その低圧水の圧力を検出するための低圧側圧力センサ２７とが設けられる。それら低圧側流量センサ９と低圧側圧力センサ２７とは、検出値（流量、圧力）を出力すべくＰＣコントローラ１１に接続される。また、低圧ポンプ２５は、ＰＣコントローラ１１に接続されて、そのＰＣコントローラ１１から制御信号が入力される。
【００３０】
ＰＣコントローラ１１は、ノズル用モータ１６およびクランク用モータ１７をＣＮＣ制御するためのＣＮＣドライバをなし、これらノズル用モータ１６およびクランク用モータ１７に制御信号を入力すべく接続される。
【００３１】
また、ＰＣコントローラ１１は、高圧側および低圧側流量センサ９、２３、高圧側および低圧側圧力センサ２４、２７から入力された検出値を基に、低圧および高圧ポンプ２１、２５を制御する。
【００３２】
次に、図３から図６に基づき本実施形態のキャビテーションピーニング装置１を用いたキャビテーションピーニング方法について説明する。
【００３３】
本実施形態では、クランク用モータ１７によりクランク５を軸回りに回転させると共に、そのクランク５の回転に伴い旋回移動するクランクピン部３４に、ＣＮＣ４軸同時制御で噴射ノズル４を追従させ、処理速度一定制御でＣＰ処理をする。
【００３４】
そのＣＰ処理中は、常に、低圧側流量センサ９で検出される低圧ノズル側の流量値をＰＣコントローラ１１によりフィードバックさせ、処理位置（クランク位相角度位置）による流量の増減に合わせて噴射ノズル４の位置を補正する。このように、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇを変えることで、どの処理位置でも流量が目標流量範囲内に収まるようにする。
【００３５】
より具体的には、まず、図５の結果となるＣＰ処理条件（圧力一定）を基に、図６に示す流量の範囲を低圧ノズル２を流れる水の目標流量範囲に設定する。
【００３６】
つまり、図５のピーニング強度とクリアランスｇとの関係から、所望のピーニング強度が得られる目標クリアランス範囲を求め、図６のクリアランスｇと流量との関係とから、目標クリアランス範囲が得られる目標流量範囲を求め、その目標流量範囲をＰＣコントローラ１１に設定する。
【００３７】
次に、図３に示すフィードバック制御のロジックをＰＣコントローラ１１に実行させて、クランク５にＣＰ処理を行う。
【００３８】
そのＣＰ処理に際して、ＰＣコントローラ１１は、予め設定された目標流量範囲と、低圧ノズル２側に設けた低圧側流量センサ９から送られる実際の流量のデータとを受けて、噴射ノズル４の位置の補正量を計算し、噴射ノズル４の噴出口１０とクランク５のフィレットＲ部３６とのクリアランスｇを調節する。例えば、図２の４軸同時制御（ｘｙｚｃ）において、その内の２軸（ｘｚ）をノズル位置の補正に用いる。
【００３９】
これによりどの処理位置でも流量が安定しＣＰの処理能力を安定させることができる。
【００４０】
なお、流量をＣＮＣによりフィードバックさせるのは低圧側の流量だけだが、高圧ノズル３は詰まりやノズル径の拡大などの異常による流量の変化が想定されるので、流量の監視は、高圧ノズル３と低圧ノズル２とに対して行い、圧力異常と流量異常でインターロックをかける。
【００４１】
次に、本実施形態のＣＰ処理の一例を図４のフローに基づき説明する。このフローは、ＰＣコントローラ１１により実行される。
【００４２】
ステップＳ１では、ＰＣコントローラ１１は、高圧ポンプ２１を起動して高圧ノズル３にキャビテーションを発生させるための高圧水を供給すると共に、低圧ポンプ２５を起動して低圧ノズル２に低圧水を供給する。
【００４３】
ステップＳ２、Ｓ３では、ＰＣコントローラ１１は、高圧側圧力センサ２４および低圧側圧力センサ２７の検出値を基に、高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５が正常に作動しているか否かを判断する。
【００４４】
高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５が正常に作動している場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ４でクランク用モータ１７を起動し（例えば、１ｒｐｍ程度）、ステップＳ５、Ｓ６で、クランク用モータ位置センサ（図示せず）の検出値（クランク位相角）を基に、クランク位相角が所定範囲内か否かを判断する。
【００４５】
クランク位相角が所定範囲内に収まる場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ７、Ｓ８で、クランク用モータ位置センサによりクランク回転速度を検出して、クランク用モータ１７が正常に作動しているか否かを判断する。
【００４６】
さらに、ＰＣコントローラ１１は、ノズル用モータ１６を駆動して、噴射ノズル４をクランク５のクランクピン部３４に追従させて、ＣＰ処理を施すべく噴射ノズル４の噴出口１０をフィレットＲ部３６に臨ませる。
【００４７】
ステップＳ９では、低圧側流量センサ９により低圧ノズル２を流れる低圧水の流量が検出され、ＰＣコントローラ１１に入力される。そのＰＣコントローラ１１は、検出された低圧水の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、噴射ノズル４の噴出口１０をフィレットＲ部３６に対して近接・離間させる。
【００４８】
すなわち、ステップＳ１０で、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ９で入力された低圧側流量が目標流量範囲内（図４では、設定範囲内）か否かを判断する。
【００４９】
ステップＳ１０で、低圧側流量が目標流量範囲内に収まる場合、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１からステップＳ１０が実行させる。
【００５０】
一方、ステップＳ１０で、低圧側流量が目標流量範囲から外れる場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ１１で噴射ノズル４を移動させる。
【００５１】
具体的には、ＰＣコントローラ１１は、低圧水の流量が目標流量範囲の上限を超えるときに、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６に近接させて低圧水の流量を減少させ、目標流量範囲の下限以下のときに、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６から離間させて低圧水の流量を増大させる。これにより、噴射ノズル４から噴出した後の流出条件がクランク５の回転により変動しても流出量が一定となる。すなわち、例えば、図２において下側のフィレットＲ部３６、３６にＣＰ処理を行う場合、噴射ノズル４から噴出した水は、カウンターウェイト部３５に囲まれる領域を通るため、上側のフィレットＲ部３６、３６に比べて流出し難くくなると考えられるが、その場合に、本実施形態では、噴射ノズル４を下側のフィレットＲ部から離間させることで、流出量を一定にして、所望のピーニング強度を維持する。
【００５２】
ステップＳ１１で噴射ノズル４を移動させた後、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ９に戻る。
【００５３】
以上のステップＳ１−Ｓ１１は、例えば、ステップＳ６でクランク位相角が所定範囲を外れ、所望のフィレットＲ部３６に対するＣＰ処理が終了したと判断させるまで行われる。なお、ステップＳ６でクランク位相角が所定範囲を外れた場合、ＰＣコントローラ１１はステップＳ１２にてクランク用モータ１７およびノズル用モータ１６を停止させた後、ステップＳ１３にて高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５を停止させる。
【００５４】
このように本実施形態のＣＰ方法は、クランク５を回転させながら、フィレットＲ部３６にＣＰを行うに際し、必ずしも、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇがいつも一定にはならず、付与される圧縮残留応力が一定にならないという問題の解決のために、低圧ノズル２から噴射される外側の低圧側の流量を測定し、その流量が一定になるように、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６に対して近接・離間させる（流量が低下したら離間させ、多くなったら近接させてクリアランスｇを小さくする）という点に特徴がある。
【００５５】
すなわち、従来、クランク５を回転させつつ、フィレットＲ部３６にＣＰを施す方法では、クランク５の曲がりなどにより、噴射ノズル４とクランク５のクリアランスｇが一定になりにくい。その結果、場所によっては、噴射ノズル４とクランク５の距離が近づきすぎてキャビテーション気泡の圧壊後に生ずる残留気泡の流出が滞りＣＰの処理能力が低下する。一方で噴射ノズル４とクランク５の距離が離れすぎても圧力が低下しＣＰの処理能力は低下する。
【００５６】
より詳細には、低圧水中に高圧水を噴射すると高速流体のため圧力が低下しキャビテーションが成長し、加工面に当たると急激に圧力が上昇するため、キャビテーションが圧壊してＣＰを起こす。分解した気泡は微少な気泡となり離散するが、この微少な気泡は、キャビテーション核と比べるとサイズが大きいため、そのまま残留するとクッションとなり、次に起こるキャビテーション気泡の圧壊を妨げる。その結果、ＣＰの能力が低下してしまうという問題が発生する。
【００５７】
これを解消させるためには、前記の残留する微少な気泡を排出してやらなければならず、絶えず所定量の流出流量を確保し、残留微少気泡を排出させなければならない。
【００５８】
そこで本実施形態では、ＣＰ処理中に、クランク５の曲がりや、局部的な加工誤差などにより、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇが一時的に微妙に変化し、そのクリアランスｇが小さくなると流出流量が減少し、前記気泡の排出量が減少するので、クリアランスｇを大きくし気泡の排出を促進させる。他方、クリアランスｇが大きくなった（流量が増量した）場合には、気泡の排出は促進されるものの、圧力が低下してＣＰの能力に影響するので、クリアランスｇが小さくなるほうに噴射ノズル４を制御し、所定流量の範囲を維持するようにする。
【００５９】
このように本実施形態では、低圧側の流出流量を所定の一定値にすべく、ノズルを近接・離間させることで、ＣＰの処理能力の低下を抑制することができる。
【００６０】
つまり、流出流量を一定とすることで、クッションとなる残留微少気泡の排出を常に所定範囲内に管理することができる。
【００６１】
その結果、クランク５の全周にわたって、水の特性や、フィレットＲ部３６の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理を行うことができる。
【００６２】
また、本実施形態では、キャビテーションピーニングを行うことで、軟窒化により形成され耐摩耗性に影響する化合物層を剥離・削除させることなく残したまま、曲げ疲労強度向上のための圧縮残留応力を付与することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００６４】
例えば、ＣＰに使用する流体は、水に限定されず、キャビテーションが発生する様々な液体などが考えられる。
【００６５】
また、被処理物は、クランク５に限定されず、例えば、平板状のものでもよい。
【００６６】
また、駆動手段におけるＣＮＣ制御軸の構成としては、装置規模やコスト面を考慮して最適なものが選択できる。例えば、図７に示すような、４軸同時制御（ｘｙｚｃ）にノズル位置の補正用に１軸（ｕ）を加えたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態によるキャビテーションピーニング装置の模式図である。
【図２】図２は、本実施形態の噴射ノズルの制御軸を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態のフィードバック制御のロジックを説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態のキャビテーションピーニング方法によるフローの一例である。
【図５】図５は、ピーニング強度とクリアランスとの関係を説明するための図である。
【図６】図６は、低圧流体の目標流量範囲を説明するための図である。
【図７】図７は、他の実施形態の噴射ノズルの制御軸を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ キャビテーションピーニング方法装置
２ 低圧ノズル
３ 高圧ノズル
４ 噴射ノズル
５ クランク（被処理物）
６ 駆動手段
７ 高圧流体供給手段
８ 低圧流体供給手段
９ 低圧側流量センサ（低圧流量検出手段）
１１ ＰＣコントローラ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の被処理物に噴射した流体のキャビテーションにより被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法および装置に関し、特に、フィレットＲ部を有するクランクシャフトなどの疲労強度向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションピーニング（キャビテーションショットレスピーニング：ＣＳＰ）（以下、ＣＰという）は、高圧ノズルとそれを取り囲む低圧ノズルのそれぞれから噴射される高圧流体と低圧流体とにより発生させたキャビテーション気泡が被処理物表面で崩壊する時の衝撃力を利用して、被処理物に圧縮残留応力を付与する表面処理技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＣＰ技術を用いて、軟窒化処理したクランクシャフト（以下、クランクという）のフィレットＲ部の疲労強度を向上させることが、例えば、特願２００６−０１１３７３号（発明の名称：金属材の疲労強度向上方法）で提案されている。
【０００４】
その疲労強度向上方法では、ＣＰ処理における処理能力の大小や処理範囲に影響を与えるパラメータの一つがノズルと被処理物とのクリアランスであり、その管理がＣＰ処理において重要であることが記されている。なお、前提条件として低圧ノズルに対する高圧ノズルの位置は常に一定であり、そのような高圧ノズルと低圧ノズルを合わせて単に「ノズル」という。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、クランク用にＣＰを装置化しようとすると、クランクのピン部がクランク回転時に旋回移動するため、常にピン部にノズルを追従させながらＣＰ処理を施さなければならない。
【０００７】
しかしながら、クランクにはカウンターウェイト部などがあり不均一な形状であることに加えて、曲がりもあるため、平面状の被処理物に処理をする場合とは異なり、ノズルとクランクのクリアランスを一定にしてもノズル噴射後の流出条件がピン部の周方向で異なることから流体の流量が場所によって変動し、特にノズル径の大きい低圧ノズル側の流体の流量に顕著に影響し、処理能力や処理範囲が均一で安定したＣＰ処理を施すことができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、被処理物の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理が可能なキャビテーションピーニング方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、上記流体を噴射するための噴射ノズルを、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成し、その噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に臨ませ、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出し、その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に対して近接・離間させるものである。
【００１０】
上記被処理物は、回転軸と、その回転軸に偏心させて取り付けられた偏心部とを有し、上記被処理物を上記回転軸回りに回転させると共に、その被処理物の偏心部に上記噴射ノズルを追従させて、該偏心部にキャビテーションピーニングを行うものでもよい。
【００１１】
好ましくは、上記被処理物が、クランクシャフトからなり、そのクランクシャフトのジャーナル部が上記回転軸をなし、そのジャーナル部にクランクアーム部を介して取り付けられたクランクピン部が上記偏心部をなし、そのクランクピン部のフィレットＲ部にキャビテーションピーニングを行うものである。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング装置において、上記流体を噴射すべく、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成され、噴出口を上記被処理物に臨ませて設けられた噴射ノズルと、その噴射ノズルを上記被処理物に近接・離間させるための駆動手段と、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給する低圧流体供給手段と、上記低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出するための低圧流量検出手段と、その低圧流量検出手段で検出した低圧流体の流量を所定の目標流量範囲内に収めるべく、上記噴射ノズルの噴出口が上記被処理物に対して近接・離間するように上記駆動手段を制御する制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理物の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理が行えるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
本実施形態のキャビテーションピーニング（以下、ＣＰという）装置は、金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するものである。そのＣＰ装置は、例えば、流体として水を使用するものであり、被処理物である軟窒化処理されたクランクシャフト（以下、クランクという）の曲げ疲労強度を向上させるために使用される。
【００１６】
まず、図２に基づき、本実施形態のＣＰ装置が対象とするクランクの概略構造を説明する。
【００１７】
図２に示すように、クランク５は、ジャーナル部（回転軸）３２と、そのジャーナル部３２から径方向外側に延出する複数対のクランクアーム部３３と、そのクランクアーム部３３を介してジャーナル部３２に偏心して取り付けられたクランクピン部（偏心部）３４と、クランクアーム部３３に形成されたカウンターウェイト部３５とを有する。
【００１８】
クランクアーム部３３とクランクピン部３４（またはジャーナル部３２）との接合部分は、Ｒ形状に形成されており、その接合部分がフィレットＲ部３６をなす。そのフィレットＲ部３６にＣＰ装置によるＣＰ処理が行われる。
【００１９】
次に、図１に基づき、本実施形態のＣＰ装置の概略構造について説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のＣＰ装置１は、大径の低圧ノズル２内に小径の高圧ノズル３を配置してなる二重構造の噴射ノズル４と、その噴射ノズル４をクランク５に近接・離間させるための駆動手段６と、高圧ノズル３に高圧水を供給するための高圧流体供給手段７と、低圧ノズル２に低圧水を供給する低圧流体供給手段８と、低圧ノズル２を流れる低圧水の流量を検出するための低圧流量検出手段をなす低圧側流量センサ９と、その低圧側流量センサ９で検出した低圧水の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、噴射ノズル４の噴出口１０をクランク５に対して近接・離間させるべく駆動手段６を制御する制御手段（以下、ＰＣコントローラという）１１とを備える。
【００２１】
本実施形態では、噴射ノズル４の低圧ノズル２と高圧ノズル３とは同芯的に配置される。より具体的には、低圧ノズル２が噴射ノズル４の外形をなし、その低圧ノズル２内の軸心部に高圧ノズル３が配置される。その高圧ノズル３は、高圧ノズル３の噴出口１２が低圧ノズル２の噴出口１０よりも内方側にて開口するように、低圧ノズル２内に設けられる。
【００２２】
噴射ノズル４（低圧ノズル２）は、噴出口１０をクランク５のフィレットＲ部３６（ＣＰ処理箇所）に臨ませて設けられ、それら噴射ノズル４とフィレットＲ部３６との相対位置が駆動手段６により制御される。
【００２３】
その駆動手段６は、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）により制御される４軸のアクチュエータで構成される。具体的には、駆動手段６は、噴射ノズル４を位置決めするための３軸のノズル用モータ１６と、クランク５を回転させるための被処理物用モータ（以下、クランク用モータという）１７とを備える。
【００２４】
図２に示すように、ノズル用モータ１６は、噴射ノズル４を、ｘ軸方向（図２において左右方向）、ｙ軸方向（図２において紙面表裏方向）、およびｚ軸方向（図２において上下方向）に各々独立して移動、位置決め可能に構成される。具体的には、ノズル用モータ１６は、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の移動量および移動速度を検出するためのノズル用モータ位置センサ（図示せず）を有し、それらノズル用モータ位置センサの検出値がＰＣコントローラ１１に入力されて、そのＰＣコントローラ１１がノズル用モータ１６をＣＮＣ制御する。
【００２５】
クランク用モータ１７は、クランク５を軸回りに（図２においてｃ方向に）回転、位置決め可能に構成される。具体的には、クランク用モータ１７は、回転角（クランク位相角）および回転速度を検出するためのクランク用モータ位置センサ（図示せず）を有し、そのクランク用モータ位置センサの検出値がＰＣコントローラ１１に入力されて、そのＰＣコントローラ１１がクランク用モータ１７をＣＮＣ制御する。
【００２６】
高圧流体供給手段７は、水を所定圧（高圧側所定圧）に昇圧するための高圧ポンプ２１と、その高圧ポンプ２１と高圧ノズル３とを連通、接続する高圧管２２とを備える。その高圧管２２を介して高圧ポンプ２１からキャビテーションを発生させるため高圧水が高圧ノズル３に供給される。
【００２７】
高圧管２２には、高圧ノズル３に供給される高圧水の流量を検出するための高圧側流量センサ２３と、その高圧水の圧力を検出するための高圧側圧力センサ２４とが設けられる。それら高圧側流量センサ２３と高圧側圧力センサ２４とは、検出値（流量、圧力）を出力すべくＰＣコントローラ１１に接続される。また、高圧ポンプ２１は、ＰＣコントローラ１１に接続されて、そのＰＣコントローラ１１から制御信号が入力される。
【００２８】
低圧流体供給手段８は、水を高圧ポンプ２１の所定圧よりも低い所定圧（低圧側所定圧）に昇圧するための低圧ポンプ２５と、その低圧ポンプ２５と低圧ノズル２とを連通、接続する低圧管２６とを備える。その低圧管２６を介して低圧ポンプ２５から低圧水が低圧ノズル２に供給される。
【００２９】
低圧管２６には、低圧ノズル２に供給される低圧水の流量を検出するための上記低圧側流量センサ９と、その低圧水の圧力を検出するための低圧側圧力センサ２７とが設けられる。それら低圧側流量センサ９と低圧側圧力センサ２７とは、検出値（流量、圧力）を出力すべくＰＣコントローラ１１に接続される。また、低圧ポンプ２５は、ＰＣコントローラ１１に接続されて、そのＰＣコントローラ１１から制御信号が入力される。
【００３０】
ＰＣコントローラ１１は、ノズル用モータ１６およびクランク用モータ１７をＣＮＣ制御するためのＣＮＣドライバをなし、これらノズル用モータ１６およびクランク用モータ１７に制御信号を入力すべく接続される。
【００３１】
また、ＰＣコントローラ１１は、高圧側および低圧側流量センサ９、２３、高圧側および低圧側圧力センサ２４、２７から入力された検出値を基に、低圧および高圧ポンプ２１、２５を制御する。
【００３２】
次に、図３から図６に基づき本実施形態のキャビテーションピーニング装置１を用いたキャビテーションピーニング方法について説明する。
【００３３】
本実施形態では、クランク用モータ１７によりクランク５を軸回りに回転させると共に、そのクランク５の回転に伴い旋回移動するクランクピン部３４に、ＣＮＣ４軸同時制御で噴射ノズル４を追従させ、処理速度一定制御でＣＰ処理をする。
【００３４】
そのＣＰ処理中は、常に、低圧側流量センサ９で検出される低圧ノズル側の流量値をＰＣコントローラ１１によりフィードバックさせ、処理位置（クランク位相角度位置）による流量の増減に合わせて噴射ノズル４の位置を補正する。このように、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇを変えることで、どの処理位置でも流量が目標流量範囲内に収まるようにする。
【００３５】
より具体的には、まず、図５の結果となるＣＰ処理条件（圧力一定）を基に、図６に示す流量の範囲を低圧ノズル２を流れる水の目標流量範囲に設定する。
【００３６】
つまり、図５のピーニング強度とクリアランスｇとの関係から、所望のピーニング強度が得られる目標クリアランス範囲を求め、図６のクリアランスｇと流量との関係とから、目標クリアランス範囲が得られる目標流量範囲を求め、その目標流量範囲をＰＣコントローラ１１に設定する。
【００３７】
次に、図３に示すフィードバック制御のロジックをＰＣコントローラ１１に実行させて、クランク５にＣＰ処理を行う。
【００３８】
そのＣＰ処理に際して、ＰＣコントローラ１１は、予め設定された目標流量範囲と、低圧ノズル２側に設けた低圧側流量センサ９から送られる実際の流量のデータとを受けて、噴射ノズル４の位置の補正量を計算し、噴射ノズル４の噴出口１０とクランク５のフィレットＲ部３６とのクリアランスｇを調節する。例えば、図２の４軸同時制御（ｘｙｚｃ）において、その内の２軸（ｘｚ）をノズル位置の補正に用いる。
【００３９】
これによりどの処理位置でも流量が安定しＣＰの処理能力を安定させることができる。
【００４０】
なお、流量をＣＮＣによりフィードバックさせるのは低圧側の流量だけだが、高圧ノズル３は詰まりやノズル径の拡大などの異常による流量の変化が想定されるので、流量の監視は、高圧ノズル３と低圧ノズル２とに対して行い、圧力異常と流量異常でインターロックをかける。
【００４１】
次に、本実施形態のＣＰ処理の一例を図４のフローに基づき説明する。このフローは、ＰＣコントローラ１１により実行される。
【００４２】
ステップＳ１では、ＰＣコントローラ１１は、高圧ポンプ２１を起動して高圧ノズル３にキャビテーションを発生させるための高圧水を供給すると共に、低圧ポンプ２５を起動して低圧ノズル２に低圧水を供給する。
【００４３】
ステップＳ２、Ｓ３では、ＰＣコントローラ１１は、高圧側圧力センサ２４および低圧側圧力センサ２７の検出値を基に、高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５が正常に作動しているか否かを判断する。
【００４４】
高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５が正常に作動している場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ４でクランク用モータ１７を起動し（例えば、１ｒｐｍ程度）、ステップＳ５、Ｓ６で、クランク用モータ位置センサ（図示せず）の検出値（クランク位相角）を基に、クランク位相角が所定範囲内か否かを判断する。
【００４５】
クランク位相角が所定範囲内に収まる場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ７、Ｓ８で、クランク用モータ位置センサによりクランク回転速度を検出して、クランク用モータ１７が正常に作動しているか否かを判断する。
【００４６】
さらに、ＰＣコントローラ１１は、ノズル用モータ１６を駆動して、噴射ノズル４をクランク５のクランクピン部３４に追従させて、ＣＰ処理を施すべく噴射ノズル４の噴出口１０をフィレットＲ部３６に臨ませる。
【００４７】
ステップＳ９では、低圧側流量センサ９により低圧ノズル２を流れる低圧水の流量が検出され、ＰＣコントローラ１１に入力される。そのＰＣコントローラ１１は、検出された低圧水の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、噴射ノズル４の噴出口１０をフィレットＲ部３６に対して近接・離間させる。
【００４８】
すなわち、ステップＳ１０で、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ９で入力された低圧側流量が目標流量範囲内（図４では、設定範囲内）か否かを判断する。
【００４９】
ステップＳ１０で、低圧側流量が目標流量範囲内に収まる場合、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１からステップＳ１０が実行させる。
【００５０】
一方、ステップＳ１０で、低圧側流量が目標流量範囲から外れる場合、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ１１で噴射ノズル４を移動させる。
【００５１】
具体的には、ＰＣコントローラ１１は、低圧水の流量が目標流量範囲の上限を超えるときに、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６に近接させて低圧水の流量を減少させ、目標流量範囲の下限以下のときに、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６から離間させて低圧水の流量を増大させる。これにより、噴射ノズル４から噴出した後の流出条件がクランク５の回転により変動しても流出量が一定となる。すなわち、例えば、図２において下側のフィレットＲ部３６、３６にＣＰ処理を行う場合、噴射ノズル４から噴出した水は、カウンターウェイト部３５に囲まれる領域を通るため、上側のフィレットＲ部３６、３６に比べて流出し難くくなると考えられるが、その場合に、本実施形態では、噴射ノズル４を下側のフィレットＲ部から離間させることで、流出量を一定にして、所望のピーニング強度を維持する。
【００５２】
ステップＳ１１で噴射ノズル４を移動させた後、ＰＣコントローラ１１は、ステップＳ９に戻る。
【００５３】
以上のステップＳ１−Ｓ１１は、例えば、ステップＳ６でクランク位相角が所定範囲を外れ、所望のフィレットＲ部３６に対するＣＰ処理が終了したと判断させるまで行われる。なお、ステップＳ６でクランク位相角が所定範囲を外れた場合、ＰＣコントローラ１１はステップＳ１２にてクランク用モータ１７およびノズル用モータ１６を停止させた後、ステップＳ１３にて高圧ポンプ２１および低圧ポンプ２５を停止させる。
【００５４】
このように本実施形態のＣＰ方法は、クランク５を回転させながら、フィレットＲ部３６にＣＰを行うに際し、必ずしも、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇがいつも一定にはならず、付与される圧縮残留応力が一定にならないという問題の解決のために、低圧ノズル２から噴射される外側の低圧側の流量を測定し、その流量が一定になるように、噴射ノズル４をフィレットＲ部３６に対して近接・離間させる（流量が低下したら離間させ、多くなったら近接させてクリアランスｇを小さくする）という点に特徴がある。
【００５５】
すなわち、従来、クランク５を回転させつつ、フィレットＲ部３６にＣＰを施す方法では、クランク５の曲がりなどにより、噴射ノズル４とクランク５のクリアランスｇが一定になりにくい。その結果、場所によっては、噴射ノズル４とクランク５の距離が近づきすぎてキャビテーション気泡の圧壊後に生ずる残留気泡の流出が滞りＣＰの処理能力が低下する。一方で噴射ノズル４とクランク５の距離が離れすぎても圧力が低下しＣＰの処理能力は低下する。
【００５６】
より詳細には、低圧水中に高圧水を噴射すると高速流体のため圧力が低下しキャビテーションが成長し、加工面に当たると急激に圧力が上昇するため、キャビテーションが圧壊してＣＰを起こす。分解した気泡は微少な気泡となり離散するが、この微少な気泡は、キャビテーション核と比べるとサイズが大きいため、そのまま残留するとクッションとなり、次に起こるキャビテーション気泡の圧壊を妨げる。その結果、ＣＰの能力が低下してしまうという問題が発生する。
【００５７】
これを解消させるためには、前記の残留する微少な気泡を排出してやらなければならず、絶えず所定量の流出流量を確保し、残留微少気泡を排出させなければならない。
【００５８】
そこで本実施形態では、ＣＰ処理中に、クランク５の曲がりや、局部的な加工誤差などにより、噴射ノズル４とフィレットＲ部３６とのクリアランスｇが一時的に微妙に変化し、そのクリアランスｇが小さくなると流出流量が減少し、前記気泡の排出量が減少するので、クリアランスｇを大きくし気泡の排出を促進させる。他方、クリアランスｇが大きくなった（流量が増量した）場合には、気泡の排出は促進されるものの、圧力が低下してＣＰの能力に影響するので、クリアランスｇが小さくなるほうに噴射ノズル４を制御し、所定流量の範囲を維持するようにする。
【００５９】
このように本実施形態では、低圧側の流出流量を所定の一定値にすべく、ノズルを近接・離間させることで、ＣＰの処理能力の低下を抑制することができる。
【００６０】
つまり、流出流量を一定とすることで、クッションとなる残留微少気泡の排出を常に所定範囲内に管理することができる。
【００６１】
その結果、クランク５の全周にわたって、水の特性や、フィレットＲ部３６の形状、精度などに影響されずに、安定したキャビテーションピーニング処理を行うことができる。
【００６２】
また、本実施形態では、キャビテーションピーニングを行うことで、軟窒化により形成され耐摩耗性に影響する化合物層を剥離・削除させることなく残したまま、曲げ疲労強度向上のための圧縮残留応力を付与することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００６４】
例えば、ＣＰに使用する流体は、水に限定されず、キャビテーションが発生する様々な液体などが考えられる。
【００６５】
また、被処理物は、クランク５に限定されず、例えば、平板状のものでもよい。
【００６６】
また、駆動手段におけるＣＮＣ制御軸の構成としては、装置規模やコスト面を考慮して最適なものが選択できる。例えば、図７に示すような、４軸同時制御（ｘｙｚｃ）にノズル位置の補正用に１軸（ｕ）を加えたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態によるキャビテーションピーニング装置の模式図である。
【図２】図２は、本実施形態の噴射ノズルの制御軸を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態のフィードバック制御のロジックを説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態のキャビテーションピーニング方法によるフローの一例である。
【図５】図５は、ピーニング強度とクリアランスとの関係を説明するための図である。
【図６】図６は、低圧流体の目標流量範囲を説明するための図である。
【図７】図７は、他の実施形態の噴射ノズルの制御軸を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ キャビテーションピーニング方法装置
２ 低圧ノズル
３ 高圧ノズル
４ 噴射ノズル
５ クランク（被処理物）
６ 駆動手段
７ 高圧流体供給手段
８ 低圧流体供給手段
９ 低圧側流量センサ（低圧流量検出手段）
１１ ＰＣコントローラ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、
上記流体を噴射するための噴射ノズルを、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成し、その噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に臨ませ、
上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出し、
その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に対して近接・離間させることを特徴とするキャビテーションピーニング方法。
【請求項２】
上記被処理物は、回転軸と、その回転軸に偏心させて取り付けられた偏心部とを有し、上記被処理物を上記回転軸回りに回転させると共に、その被処理物の偏心部に上記噴射ノズルを追従させて、該偏心部にキャビテーションピーニングを行う請求項１記載のキャビテーションピーニング方法。
【請求項３】
上記被処理物が、クランクシャフトからなり、そのクランクシャフトのジャーナル部が上記回転軸をなし、そのジャーナル部にクランクアーム部を介して取り付けられたクランクピン部が上記偏心部をなし、そのクランクピン部のフィレットＲ部にキャビテーションピーニングを行う請求項２記載のキャビテーションピーニング方法。
【請求項４】
金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング装置において、
上記流体を噴射すべく、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成され、噴出口を上記被処理物に臨ませて設けられた噴射ノズルと、その噴射ノズルを上記被処理物に近接・離間させるための駆動手段と、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給する低圧流体供給手段と、上記低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出するための低圧流量検出手段と、その低圧流量検出手段で検出した低圧流体の流量を所定の目標流量範囲内に収めるべく、上記噴射ノズルの噴出口が上記被処理物に対して近接・離間するように上記駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするキャビテーションピーニング装置。
【請求項１】
金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング方法において、
上記流体を噴射するための噴射ノズルを、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成し、その噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に臨ませ、
上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給し、かつ上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給し、その低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出し、
その検出した低圧流体の流量が所定の目標流量範囲内に収まるように、上記噴射ノズルの噴出口を上記被処理物に対して近接・離間させることを特徴とするキャビテーションピーニング方法。
【請求項２】
上記被処理物は、回転軸と、その回転軸に偏心させて取り付けられた偏心部とを有し、上記被処理物を上記回転軸回りに回転させると共に、その被処理物の偏心部に上記噴射ノズルを追従させて、該偏心部にキャビテーションピーニングを行う請求項１記載のキャビテーションピーニング方法。
【請求項３】
上記被処理物が、クランクシャフトからなり、そのクランクシャフトのジャーナル部が上記回転軸をなし、そのジャーナル部にクランクアーム部を介して取り付けられたクランクピン部が上記偏心部をなし、そのクランクピン部のフィレットＲ部にキャビテーションピーニングを行う請求項２記載のキャビテーションピーニング方法。
【請求項４】
金属の被処理物に流体を噴射すると共にその流体のキャビテーションにより上記被処理物の表面に圧縮残留応力を付与するキャビテーションピーニング装置において、
上記流体を噴射すべく、大径の低圧ノズルと該低圧ノズルの軸心部に配置された小径の高圧ノズルとで二重に構成され、噴出口を上記被処理物に臨ませて設けられた噴射ノズルと、その噴射ノズルを上記被処理物に近接・離間させるための駆動手段と、上記高圧ノズルにキャビテーションを発生させるための高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、上記低圧ノズルに上記高圧流体よりも低圧な低圧流体を供給する低圧流体供給手段と、上記低圧ノズルを流れる低圧流体の流量を検出するための低圧流量検出手段と、その低圧流量検出手段で検出した低圧流体の流量を所定の目標流量範囲内に収めるべく、上記噴射ノズルの噴出口が上記被処理物に対して近接・離間するように上記駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするキャビテーションピーニング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２１３０６７（Ｐ２００８−２１３０６７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１７８７（Ｐ２００７−５１７８７）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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