特開 2021-121459 加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-121459(P2021-121459A)

(43)【公開日】2021年8月26日

(54)【発明の名称】加工方法

(51)【国際特許分類】

   B24C 1/10 20060101AFI20210730BHJP

   B24C 1/04 20060101ALI20210730BHJP

   B24C 1/06 20060101ALI20210730BHJP

   B24C 1/00 20060101ALI20210730BHJP

   B24C 5/02 20060101ALI20210730BHJP

   B24C 9/00 20060101ALN20210730BHJP

【ＦＩ】

   B24C1/10 C

   B24C1/04 B

   B24C1/06

   B24C1/00 Z

   B24C1/04 E

   B24C5/02 C

   B24C9/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-15080(P2020-15080)

(22)【出願日】2020年1月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000154129

【氏名又は名称】株式会社不二製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123881

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100080931

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100134625

【弁理士】

【氏名又は名称】大沼 加寿子

(74)【代理人】

【識別番号】100085280

【弁理士】

【氏名又は名称】高宗 寛暁

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 恵二

(72)【発明者】

【氏名】山下 晃実

(57)【要約】

【課題】被加工物が備える小径の孔の内壁に対して、投射材の投射による加工を効率よく行う。
【解決手段】孔１１を有する被加工物１０に対し、孔１１の深さ方向にほぼ平行な向きでノズル２１からメディア５０を投射することにより、被加工物１０における孔１１の内壁１１ａを加工する。孔１１の、ノズル２１側の入口近傍において、ノズル２１から見て孔１１の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように被加工物１０を配置した状態で、メディア５０の投射を行う。また、孔１１のノズル２１側の入口近傍において、被加工物１０を薄肉としたり、孔１１のノズル２１の入口の周囲において、被加工物１０に、ノズル２１側から遠ざかる向きのテーパ面を形成したりしてもよい。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記孔の、前記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、前記投射部から見て前記孔の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように前記被加工物を配置した状態で、前記粒体の投射を行うことを特徴とする加工方法。

【請求項2】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記孔の、前記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、前記被加工物が薄肉であることを特徴とする加工方法。

【請求項3】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記孔の、前記粒体を投射する投射部側の入口の周囲において、前記被加工物に、前記投射部側から遠ざかる向きのテーパ面が形成されていることを特徴とする加工方法。

【請求項4】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記被加工物の、前記粒体を投射する投射部側に、前記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有する被覆材を、前記被加工物の孔の位置と前記被覆材の孔の位置とが揃うように、かつ、前記被覆材の孔の、前記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、前記投射部から見て該被覆材の孔の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように配置した状態で、前記粒体の投射を行うことを特徴とする加工方法。

【請求項5】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記被加工物の、前記粒体を投射する投射部側に、前記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有し、該孔の前記投射部側の入口近傍が薄肉である被覆材を、前記被加工物の孔の位置と前記被覆材の孔の位置とが揃うように配置した状態で、前記粒体の投射を行うことを特徴とする加工方法。

【請求項6】

孔を有する被加工物に対し、前記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、前記被加工物における前記孔の内壁を加工する加工方法であって、
前記被加工物の、前記粒体を投射する投射部側に、前記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有し、該孔の前記投射部側の入口の周囲において前記投射部側から遠ざかる向きのテーパ面が形成されている被覆材を、前記被加工物の孔の位置と前記被覆材の孔の位置とが揃うように配置した状態で、前記粒体の投射を行うことを特徴とする加工方法。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載の加工方法であって、
前記粒体は、前記被加工物よりも硬度が高いことを特徴とする加工方法。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加工方法であって、
前記粒体の投射により、前記被加工物の孔の内壁を研磨する際に該内壁に付着した砥粒を除去することを特徴とする加工方法。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加工方法であって、
前記粒体の投射により、前記被加工物の孔の内壁にディンプルを形成することを特徴とする加工方法。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の加工方法であって、
前記粒体を、前記被加工物から離れた位置から、前記被加工物に向けて投射することを特徴とする加工方法。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の加工方法であって、
前記被加工物の孔の径が、前記投射部において前記粒体を投射する開口部の径よりも小さいことを特徴とする加工方法。

【請求項12】

請求項１０に記載の加工方法であって、
複数の前記被加工物を、前記孔の深さ方向に対して垂直な配列面上に配列し、前記投射部を、前記配列面に平行に前記各被加工物が配置されている領域内で移動させながら、複数の前記被加工物の孔の内壁を順次加工することを特徴とする加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、被加工物に対して粒体を投射することにより当該被加工物を加工する加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、無数の投射材（「ショット」あるいは「メディア」と呼ばれる。本明細書では「メディア」と呼ぶ）を、金属等の被加工物の表面に向けて高速かつ連続的に発射して被加工物の表面に衝突させることで、当該表面の改質を図る加工技術が知られており、ショットブラストと呼ばれている。改質の目的は様々であるが、例えば、球状の投射材を用いることにより、金属の表面を圧縮塑性変形させて圧縮残留応力を与える加工法は、特にショットピーニングとして知られている。

【0003】

例えば特許文献１〜７に見られるように、ショットブラストあるいはショットピーニングにおいては、被加工物や加工目的に応じて、投射材の材質、サイズ、投射強度、投射位置等に関して種々の提案がなされている。
特許文献１においては、鉄鋼材料の耐摩耗性及び疲労強度の向上、特許文献２においては、硬脆性材料表面へのディンプル形成、特許文献３においては、被加工物の真円度向上、特許文献４においては、微細孔を有する被加工物におけるバリ取り等を微細孔を目詰まりさせずに行うこと、が目的として掲げられている。また、特許文献５は、穴の内壁面に対する効率的なショットピーニング加工を目的とした装置について記載され、特許文献６及び７は、特定の機械部品に対してショットピーニングにより所望の加工を行う技術について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８−１９９８４３号公報

【特許文献2】特開２０１９−２５５８４号公報

【特許文献3】特開２０１０−１１６９３１号公報

【特許文献4】特許第５８７６６９０号公報

【特許文献5】特開２０００−２２７１１９号公報

【特許文献6】特開２０００−３４３４２９号公報

【特許文献7】特開平２−１２０５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、一般的なショットブラスト及びショットピーニングは、被加工物の外周面に対してなされることが多い。特許文献４においても、主な加工対象は、微細孔の内部ではなく微細孔の開口縁に生じているバリやドロス等である。
特許文献３及び５では、孔の内部の広範囲な加工が想定されているが、いずれも、投射材の投射口を備えるノズルが進入できる程度のサイズの孔に対する加工である。特許文献６及び７でも、当該ノズルと同程度か、より大きい径の孔に対する加工で、かつ、孔内の特定の領域に対してのみ行う加工が想定されている。
そして、これらの従来の手法では、被加工物における、投射材の投射口を備えるノズルが進入できない程度の小径の孔の内壁に対して、投射材の投射による加工を効率よく行うことは難しかった。

【0006】

この発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、被加工物が備える小径の孔の内壁に対して、投射材の投射による加工を効率よく行う方法を提案するものである。なお、この発明の方法の適用対象は、特定の径の孔に限定されるものではない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の加工方法は、孔を有する被加工物に対し、上記孔の深さ方向にほぼ平行な向きで粒体を投射することにより、上記被加工物における上記孔の内壁を加工する加工方法である。
そして、上記孔の、上記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、上記投射部から見て上記孔の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように上記被加工物を配置した状態で、上記粒体の投射を行う。

【0008】

あるいは、上記孔の、上記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、上記被加工物が薄肉である。
あるいは、上記孔の、上記粒体を投射する投射部側の入口の周囲において、上記被加工物に、上記投射部側から遠ざかる向きのテーパ面が形成されている。
あるいは、上記被加工物の、上記粒体を投射する投射部側に、上記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有する被覆材を、上記被加工物の孔の位置と上記被覆材の孔の位置とが揃うように、かつ、上記被覆材の孔の、上記粒体を投射する投射部側の入口近傍において、上記投射部から見て該被覆材の孔の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように配置した状態で、上記粒体の投射を行う。

【0009】

あるいは、上記被加工物の、上記粒体を投射する投射部側に、上記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有し、該孔の上記投射部側の入口近傍が薄肉である被覆材を、上記被加工物の孔の位置と上記被覆材の孔の位置とが揃うように配置した状態で、上記粒体の投射を行う。
あるいは、上記被加工物の、上記粒体を投射する投射部側に、上記被加工物の孔の入口とほぼ同サイズの孔を有し、該孔の上記投射部側の入口の周囲において上記投射部側から遠ざかる向きのテーパ面が形成されている被覆材を、上記被加工物の孔の位置と上記被覆材の孔の位置とが揃うように配置した状態で、上記粒体の投射を行う。

【0010】

上記の各加工方法において、上記粒体は、上記被加工物よりも硬度が高いとよい。
さらに、上記粒体の投射により、上記被加工物の孔の内壁を研磨する際に該内壁に付着した砥粒を除去するとよい。
さらに、上記粒体の投射により、上記被加工物の孔の内壁にディンプルを形成するとよい。
また、上記粒体を、上記被加工物から離れた位置から 、上記被加工物に向けて投射するとよい。

【0011】

また、上記被加工物の孔の径が、上記投射部において上記粒体を投射する開口部の径よりも小さいとよい。
また、複数の上記被加工物を、上記孔の深さ方向に対して垂直な配列面上に配列し、上記投射部を、上記配列面に平行に上記各被加工物が配置されている領域内で移動させながら、複数の上記被加工物の孔の内壁を順次加工するとよい。

【0012】

また、以上説明した各発明は、その説明した態様のみならず、装置、システム、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体等、任意の態様で実施することができる。

【発明の効果】

【0013】

以上のような本発明によれば、被加工物が備える小径の孔の内壁に対して、投射材の投射による加工を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明の第１実施形態による加工方法を実施するための装置の一例である、ショットピーニング装置の概略構成を、被加工物の構成及び配置と共に示す図である。

【図2】上記加工方法の効果について説明するための、メディアの挙動を模式的に示す図である。

【図3】比較例について説明するための、図２と対応する図である。

【図4】上記加工方法による砥粒除去について説明するための図である。

【図5】加工前後の被加工物の状態を示す、電子顕微鏡写真である。（ａ）が加工前の状態を、（ｂ）が加工後の状態を示す。

【図6】加工前の被加工物の孔の内壁の状態を示す拡大写真である。

【図7】加工前の被加工物の孔の内壁の断面曲線の測定結果を示すグラフである。

【図8】加工後の被加工物の孔の内壁の状態を示す、図６と対応する拡大写真であり、（ａ）は薄肉部側からメディアを投射して加工した場合の例、（ｂ）は厚肉部側からメディアを投射して加工した場合の例である。

【図9】加工後の被加工物の孔の内壁の断面曲線の測定結果を示す、図７と対応するグラフであり、（ａ）は薄肉部側からメディアを投射して加工した場合の例、（ｂ）は厚肉部側からメディアを投射して加工した場合の例である。

【図10】この発明の第２実施形態の加工方法について説明するための図である。

【図11】この発明の第３実施形態の加工方法について説明するための図である。

【図12】第３実施形態の効果について説明するための、図２と対応する図である。

【図13】被加工物の形状の別の例を示す図である。

【図14】被覆材の形状の別の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

この発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、この発明の第１実施形態による加工方法を実施するための装置の一例について、図１を用いて説明する。図１は、そのショットピーニング装置の概略構成を、被加工物の構成及び配置と共に示す図である。
図１に示すショットピーニング装置は、メディア投射機２０、メディア回収機３０及び分離再生装置４０を備える。

【0016】

これらのうちメディア投射機２０は、ノズル２１及びストッカー２２を備え、ストッカーに格納されたメディア（投射材）５０を、ノズル２１から投射する装置である。投射の方式は、例えば圧縮気体（空気、アルゴン、窒素等）と共にメディア５０の噴射を行う既知の方式でよい。その他の方式も、適宜に採用可能である。

【0017】

メディア５０としては、例えばメディアン粒径（ｄ５０）が１〜２０μｍ程度の略球状の金属粒体を用いることが考えられる。しかし、サイズ、形状、材質とも、これに限られない。サイズは、被加工物１０のうち、加工したい内壁１１ａを含む孔１１の径よりも十分小さければよい。材質は、セラミクス、ガラス、プラスチック等でもよい。形状も、回転楕円体や、角のある形状、ランダム形状等、任意で構わない。いずれの観点でも、加工の目的に適したものを任意に選べばよい。

【0018】

使用するメディアによっては、加工の名称として「ショットピーニング」ではなく「ショットブラスト」等、他の名称が用いられることもある。しかし、実施形態の説明においては、使用するメディアの種類によらず、被加工物に対して粒体を投射することにより当該被加工物を加工する加工方法を、「ショットピーニング」と呼ぶことにする。加工方法がどのような名称で呼ばれるものであるかは、本発明において本質的な点ではない。

【0019】

次に、メディア回収機３０は、メディア投射機２０により投射されたメディア５０を、被加工物１０に当たったものも、そうでないものも含めて、回収する装置である。回収の方式は、例えば、吸気により開口部からメディア５０を吸い込む既知の方式でよい。その他の方式も、適宜に採用可能である。

【0020】

分離再生装置４０は、メディア回収機３０が回収したメディア５０を、再利用できるように再生してストッカー２２に供給する装置である。再利用のための処理としては、例えばサイクロン方式によりメディア５０と破片や塵等とを分離することが考えられる。
なお、メディア５０の再利用は必須ではない。使用するメディアの種類によっては、再利用が難しい場合もあり、その際には、分離再生装置４０を設けず、新しいメディア５０を随時ストッカー２２へ補充すればよい。

【0021】

以上説明したショットピーニング装置は、ハードウェアとしては、従来知られているものと同じで構わない。この実施形態の加工方法は、被加工物１０の構造及び／又は配置に一つの特徴を有する。

【0022】

この実施形態では、ショットピーニングにより、孔１１を有する被加工物１０における、孔１１の内壁１１ａを加工する。
図１に示す被加工物１０は、径の異なる円柱を中心軸を揃えて２つ重ね合わせた形状であり、孔１１は、当該２つの円柱を、その中心軸に沿って貫通している。径の小さい方の円柱は、孔１１とほぼ同じ径であり、孔１１の周囲に薄肉部１２を形成している。径の大きい方の円柱は、孔１１に比べて十分に大きい径であり、孔１１の周囲に厚肉部１３を形成している。図１では、被加工物１０の、中心軸を含む面での断面を示している。このような形状は、鋳造やプレスなど、任意の方法で加工することができる。また、被加工物１０の材質も、金属、セラミクス、樹脂など、任意である。

【0023】

この実施形態の一つの特徴は、被加工物１０に対するメディアの投射を、被加工物１０に対し、孔１１の深さ方向（図で横方向）に略平行な向きで、薄肉部１２側から行う点である。このことにより、ノズル２１から投射されるメディア５０が、孔１１の内壁１１ａに、内壁１１ａに略平行な角度から衝突し、その衝突により、内壁１１ａを加工することができる。

【0024】

メディア５０は、投射の方式にもよるが、ノズル２１の開口部２１ａから投射される際に、急激に進行可能方向が広がることから投射の中心軸に対してやや拡散された範囲に投射される。従って、投射の中心軸と孔１１の内壁１１ａとが完全に平行であっても、一定程度のメディア５０は、孔１１を通過する前に内壁１１ａに衝突する。ノズル２１を孔１１の入口から若干離れた位置に置けば、メディア５０は孔１１の入口に達するまでには十分拡散し、孔１１の入口付近の内壁１１ａにも、問題なく衝突させることができる。

【0025】

なお、孔１１の径が小さい場合、ノズル２１の、メディア５０を投射する開口部２１ａよりも孔１１の方が径が小さい場合もあるが、この点は問題とならない。孔１１は、投射に用いる気体の乱流や、投射後に受ける空気抵抗等も考慮して、メディア５０が孔１１を通り抜けられる程度のサイズを有していればよい。

【0026】

また、開口部２１ａのサイズによらず、メディア５０の一部（場合によっては大半）は、孔１１に入らず、被加工物１０の外表面に衝突するが、内壁１１ａの加工という点では、図３を用いて説明する点を除き、この点も問題とならない。被加工物１０の外表面がメディア５０の衝突により加工されてしまうことが望ましくない場合には、適宜な被覆材を設けて、加工せずに残したい個所を覆えばよい。ただし、図２及び図３を用いて説明する点を踏まえ、孔１１に入るメディア５０の進行を妨害しないようにする点を、留意する必要がある。

【0027】

次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態の加工方法の効果について説明する。
図２は、図１に示したように薄肉部１２側から被加工物１０に対してメディア５０を投射した場合のメディアの挙動を模式的に示す図である。図３は、比較例として、厚肉部１３側から投射した場合のメディアの挙動を模式的に示す図である。図２及び図３でも、被加工物１０は、中心軸を含む面での断面を示している。

【0028】

被加工物１０に向けて投射されるメディア５０のうち、孔１１の内壁１１ａの加工に寄与するメディア５０は、孔１１の位置に向かって進み、孔１１の内部に進入する粒子のみである（より正確には、それらのうち内壁１１ａに衝突するメディアである）。一方、上述のように、メディア５０は、孔１１の周囲（外部）の表面にも、多数衝突する。

【0029】

このとき、メディア５０が容易に塑性変形したり破砕されたりしない材質（例えば実質的な剛体や、弾性体）であれば、衝突した粒子は、衝突した表面にて反射される。この反射は、傾向としては、入射角と同じ反射角を持つ正反射に近い形で行われる。しかし、メディア５０が球形でない場合にはもちろん、基本的には球形である場合でも、粒子の表面形状は完全に一様ではないし、投射時に各粒子に回転がかかっている場合もあり、一部の粒子は、正反射の反射角とかなり異なる向きにも反射する。

【0030】

そうすると、図３に示すように、メディア５０を厚肉部１３側から投射すると、符号Ｆで示すように孔１１の入口の周囲の表面で反射された粒子の一部が、孔１１の位置に向かって進む粒子の軌道に向かって反射される。そうすると、粒子同士が衝突することにより、孔１１の位置に向かって進む粒子の進路が妨害され、メディア５０が孔１１の内部に進入しづらくなってしまう。このため、ショットピーニングによる内壁１１ａの加工は、全くできないわけではないが、非常に効率の悪いものになってしまう。

【0031】

一方、図２に示すように、メディア５０を薄肉部１２側から投射すると、孔１１の入口の周囲には、メディア５０の粒子を反射する表面がほとんどない。このため、メディア５０のうち孔１１の位置に向かって進む粒子は、その進路を妨害されることなく、孔１１に進入し、内壁１１ａの加工に寄与することができる。従って、ショットピーニングによる内壁１１ａの加工を、効率よく行うことができる。
メディア５０の粒子は、薄肉部１２と厚肉部１３との境界の、肩の部分では、符号Ｅで示すように反射されるが、中心軸側に反射された粒子も、薄肉部１２の外壁に当たって外側へはじき出され、孔１１の位置に向かって進む粒子や、既に孔１１に入った粒子の進路を妨げることはない。

【0032】

薄肉部１２の、孔１１の深さ方向のサイズは、薄肉部１２の外壁により、孔１１の位置に向かって進む粒子の進行を妨げる角度で反射された粒子を有意に排除できる程度であればよい。完全に排除できなかったとしても、排除の度合いに応じて加工の効率化を実現できる。

【0033】

次に、第１実施形態のショットピーニングの用途例と共に、実際の加工例について、図４乃至図９を用いて説明する。
図４は、第１実施形態のショットピーニングの用途の一例である、砥粒除去について説明するための図である。
被加工物１０のように孔１１を有する部材において、孔１１の内壁１１ａに形成されたバリ等を除去し、内壁１１ａを概ね平坦化しようとする場合、ワイヤ研磨を行うことが考えられる。

【0034】

例えば、孔１１に、孔１１とほぼ同じ径のワイヤ７０を通し、ダイヤモンド等による砥粒８０を含むスラリーを介して、ワイヤ７０を内壁１１ａに対して摺動させることにより、図４（ａ）に示すように、内壁１１ａを、圧力Ｐを加えつつ砥粒８０により研磨することができ、内壁１１ａから大きな凹凸を除去することができる。
しかし、ダイヤモンドのように脆性を有する砥粒８０を用いると、研磨時に砥粒８０が砕け、図４（ｂ）に示すように、その破片８１が内壁１１ａにめり込んだ状態で残ってしまうことがある。

【0035】

第１実施形態のショットピーニングは、この破片８１を除去する用途の加工に用いることができる。なお、この用途では、被加工物１０（のうち加工対象の内壁１１ａ）よりも硬度が高く、砥粒８０（の破片８１）よりも硬度が低いメディア５０を用いることが好ましい。また、被加工物１０は、金属など弾性変形又は塑性変形が可能な材質であることが好ましい。

【0036】

図４（ｃ）に示すように、このようなメディア５０を内壁１１ａとほぼ平行な角度から（孔１１の深さ方向にほぼ平行な向きから）内壁１１ａに衝突させると、メディア５０は内壁１１ａに反射された後孔１１の外へ飛び出すが、その際、衝突した位置の内壁１１ａをわずかに変形させる。このとき、破片８１のある位置に衝突したメディア５０は、内壁１１ａから破片８１を掻き出すと共に、破片８１に対し、メディア５０の進行方向へ向かう運動エネルギーを与える働きをする。また、内壁１１ａよりもメディア５０の方が硬度が高ければ、内壁１１ａへの衝突時にメディア５０はほぼ変形しない。

【0037】

このため、図４（ｄ）に示すように、メディア５０の衝突により内壁１１ａから破片８１を取り除くことができる。同時に、被加工物１０が塑性変形可能な材質であれば、内壁１１ａには塑性変形により多数のディンプル（穴状の凹凸）が形成される。このディンプルは、例えば、凹凸内部に潤滑剤や離型剤等を保持させることにより摺動部の摩擦抵抗の低減や離型性の向上を図るために利用することができる。すなわち、ディンプルを形成することにより、被加工物１０の孔１１に、このような機能を持たせることができる。
なお、比較的滑らかな面によるディンプルを形成するためには、メディア５０がほぼ球状等の滑らかな表面を持つ形状であるとよいが、破片８１の除去ができればよいのであれば、メディア５０の形状がこれに限られることはない。

【0038】

このような砥粒除去のためのショットピーニング加工は、例えば、内径０．１〜６ｍｍの孔１１を有し、長さが内径の０．１倍以上である被加工物１０に対し、メディアン粒径（ｄ５０）が１〜２０μｍの略球状の粒子によるメディア５０を、孔１１の入口から５〜１００ｍｍの距離から、０．０５〜０．６ＭＰａ（メガパスカル）の噴射圧力により投射して行うことができる。このときに形成されるディンプルのサイズは、サブミクロンオーダーである。ここに示した数値は一例に過ぎず、本発明はこれらの数値範囲に限定されるものではない。

【0039】

図５に、砥粒除去のためのショットピーニング加工の前後の、被加工物１０の内壁の電子顕微鏡写真を示す。ここに示すサンプルは、内径略３ｍｍの孔１１を有し、薄肉部１２の外径が略５ｍｍ、高さが略４ｍｍであり、厚肉部１３の外径が略１０ｍｍ、高さが略４ｍｍである被加工物１０である。
この被加工物１０の孔１１の内壁１１ａに対し、ダイヤモンドの砥粒を用いてワイヤ研磨を施した後の、ショットピーニング加工前の状態を（ａ）、ショットピーニング加工後の状態を（ｂ）に示す。
各サンプルは、中心軸を含む面で切断し、孔１１の内壁１１ａの状態を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製の、走査電子顕微鏡Ｓ−４８００）にて、倍率１０００倍で撮影した。

【0040】

図５（ａ）からわかるように、ワイヤ研磨後の状態では、砥粒８０による研磨の跡が、直線状の細かな溝として形成されている。また、白矢印で示すように、砥粒８０の破片８１も、内壁１１ａにめり込んだ状態で存在している。
一方、ショットピーニング加工を行うことにより、（ｂ）に示すように、破片８１は内壁１１ａから除去される。また、内壁１１ａには概ね一様なディンプルが形成され、研磨跡の溝も消失している。
すなわち、ショットピーニングにより、内壁１１ａに対する破片８１の除去とディンプルの形成の加工を同時に行うことができる。

【0041】

次に、図６に、図５と同条件のサンプルの、ショットピーニング加工前の状態の内壁１１ａの状態を、より低い倍率の写真で示す。図６程度の倍率では砥粒８０の破片８１は識別できないが、図６からわかるように、ワイヤ研磨を行った内壁１１ａには、３０倍の倍率でも識別可能な程度の、図５（ａ）で見られたものより粗い研磨跡も形成されている。

【0042】

また、図７に、図５と同じサンプルについて、孔１１の軸に平行な向きに測定した断面曲線を示す。中心軸を含む面で切断した被加工物１０を、東京精密社製のサーフコム１４００Ｄを用いて測定した結果である。測定条件は、測定規格：JIS-2001、測定長さ：4.0mm、測定倍率：x 20k、カットオフ波長：0.8mm、測定速度：0.3mm/s、である。横軸は、薄肉部１２側の端部からの距離である。図７の断面曲線からも、内壁１１ａには、図５（ａ）の写真に表れていたような微細な溝と、図６の写真に表れていたような粗い溝とが形成されていることがわかる。

【0043】

次に、図８及び図９にそれぞれ、ショットピーニング加工後のサンプルを、図６と同条件で撮影した写真及び、図７と同条件で測定した断面曲線を示す。図８及び図９のいずれも、（ａ）が、薄肉部１２側からメディア５０を投射して加工したサンプルで、（ｂ）が、厚肉部１３側からメディア５０を投射して加工したサンプルである。図８においては、メディア５０の投射方向を白矢印で示している。両サンプルにおいて、メディア５０を投射する方向（被加工物１０の薄肉部１２と厚肉部１３のどちらをノズル２１に対向させて加工を行ったか）以外の加工条件は、同一である。

【0044】

図８（ａ）からわかるように、薄肉部１２側からメディア５０を投射した場合、孔１１の概ね全長に亘って、内壁１１ａにディンプルが形成され、研磨跡は消失していることがわかる。この状態では、砥粒８０の破片８１も十分に除去できていると考えられる。
一方、図８（ｂ）からわかるように、厚肉部１３側からメディア５０を投射した場合、孔１１の入口付近にはディンプルが形成され、研磨跡が消失しているものの、半分弱の深さまでしか加工ができておらず、薄肉部１２側の出口付近では、研磨跡が加工前と概ね同じ状態で残っている。すなわち、ショットピーニング加工は、（ａ）の場合と比べ、ごく限られた範囲でしかできていない。

【0045】

厚肉部１３側からメディア５０を投射した場合でも、より時間をかけることにより、ある程度はディンプル形成の度合いを増すことができるが、薄肉部１２側からメディア５０を投射した場合に比べ、加工の効率は悪いと言える。

【0046】

この点は、図９の断面曲線からも裏付けられる。図９（ａ）では、ショットピーニングにより形成されたディンプルに起因して、内壁１１ａが全域で粗くなっている。一方、図９（ｂ）では、厚肉部１３側の端部（グラフの右側）では、図９（ａ）と同様に粗くなっているが、薄肉部１２側の、符号Ｍで示す範囲は、図７に示した未加工の状態と同様な波形であり、適切に加工できていないことがわかる。
また、この点は、加工前後の内壁１１ａの表面粗さの測定結果からも裏付けられる。薄肉部１２側からメディア５０を投射した場合には、厚肉部１３側からメディア５０を投射した場合よりも、加工後の表面粗さＲｚの値が有意に大きく、前者の方が効率よくディンプルを形成できると言える。

【0047】

なお、図８（ａ）の写真において、厚肉部１３側の出口付近では研磨跡がわずかに残っている。これは、孔の深い位置においては、浅い位置に比べ、より小さな角度でメディア５０が内壁１１ａに衝突するため、単位面積あたりに衝突するメディア５０の粒子が少なく、効率のよい加工ができないためである。従って、孔１１の内径に比べて全長が長い場合、孔１１の両側から順次メディア５０を投射して加工することが好ましい。
両側から加工する場合、厚肉部１３側からも投射せざるを得ない場合もあるが、この場合でも、第３実施形態で説明するような被覆材を用いれば、効率のよい加工が可能である。

【0048】

次に、図１０を用いて、この発明の第２実施形態による加工方法について説明する。
上述した第１実施形態の加工方法では、ノズル２１の開口部２１ａと被加工物１０の孔１１とを精密に位置合わせしなくても、孔１１が概ねメディア５０の投射範囲に入っていれば、内壁１１ａの加工が可能である。第２実施形態は、この点を利用して複数の被加工物１０を効率よく加工する方法である。ショットピーニング装置及び被加工物１０の構造は、ノズル２１が移動可能である点を除けば第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態と共通の又は対応する箇所には、同じ符号を用いる。

【0049】

第２実施形態では、図１０に示すように、複数の被加工物１０を、プレート１００上に配列した状態で加工を行う。プレート１００には、各被加工物１０の配置位置に、被加工物１０の位置決めをし、メディア５０が当たった際にも移動しないように保持する保持部１０１と、孔１１を通過したメディア５０を逃がすための透孔１０２とを設けるとよい。
この状態で、ノズル２１から連続的にメディア５０を投射させながら、プレート１００上の被加工物１０を配列した領域内に、矢印Ｇで示すようにノズル２１を移動させる。このとき、ノズル２１は、開口部２１ａからのメディア５０の投射方向が、孔１１の深さ方向と一致するように向きを固定し、プレート１００上の、被加工物１０の配列面と平行に移動させるとよい。

【0050】

このことにより、各被加工物１０に対して順次、メディア５０を、孔１１の深さ方向にほぼ平行な向きで薄肉部１２側から投射して、第１実施形態の場合と同様な効率のよいショットピーニング加工を行うことができる。そして、ノズル２１と各被加工物１０との精密な位置合わせが不要であるので、メディア投射機２０の駆動機構及び制御を単純化することができる。
なお、図１０では、被加工物１０を一次元的に配列した状態を示しているが、二次元的に配列してもよいことはもちろんである。また、上記のようなノズル２１の移動は、適当な駆動部を、電子回路により、あるいはソフトウェアを実行するプロセッサにより制御することにより、実現できる。また、メディア５０の投射は、ノズル２１が概ね孔１１と対向する位置に来る期間のみ行い、その他の期間には投射を停止するようにしてもよい。

【0051】

次に、図１１及び図１２を用いて、この発明の第３実施形態による加工方法について説明する。図１１は、第３実施形態における加工時の被加工物１０及び被覆材２１０の配置を示す図である。図１２は、第３実施形態の効果について説明するための、図２と対応する図である。

【0052】

第３実施形態は、孔１１の入口付近において、被加工物１０自体を薄肉にするのが難しい場合に、被覆材２１０を用いることにより、第１実施形態の場合と同様な、効率のよい加工を実現するものである。第３実施形態においても、ショットピーニング装置及び被加工物１０の構造は、第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態と共通の又は対応する箇所には、同じ符号を用いる。

【0053】

図１１に示すように、被覆材２１０は、被加工物１０の孔１１と同じ径の孔２１１を有し、孔２１１の一方の端部は薄肉部２１２に、他方の端部は厚肉部２１３になっている。そして、ショットピーニング加工を行う際に、被覆材２１０の厚肉部２１３を、被加工物１０の厚肉部１３の底面１５と対向させて孔２１１と孔１１との位置を揃え、それらがあたかも連続した孔となるようにする。そして、メディア５０を、薄肉部２１２側から、孔２１１の深さ方向に略平行な向きで投射する。

【0054】

このことにより、図１２に示すように、孔２１１の入口の周囲に、メディア５０の粒子を反射する表面がほとんどない状態とすることができるので、第１実施形態で図２を用いて説明した場合と同様、ショットピーニングによる内壁１１ａの加工を、効率よく行うことができる。被覆材２１０を用いれば、被加工物１０の形状によらず、この効果を得ることができる。

【0055】

ただし、被覆材２１０の、孔２１１の深さ方向の長さ分だけ、加工が必要な内壁１１ａが、孔２１１の入口から遠ざかってしまう。このため、被覆材２１０の、孔２１１の深さ方向のサイズは、薄肉部２１２の外壁により、孔２１１の位置に向かって進む粒子の進行を妨げる角度で反射された粒子を十分排除できる限りにおいて、なるべく薄いことが好ましい。

【0056】

なお、図１１の例では、薄肉部２１２及び厚肉部２１３の外径は、被加工物１０の薄肉部１２及び厚肉部１３の外径とほぼ等しくしている。しかし、このようにすることは必須ではない。孔２１１の周囲からメディア５０の粒子が反射されないようにするという観点からは、薄肉部２１２の厚さは、必要な強度を保てる範囲であれば薄いほどよい。また、厚肉部２１３は、被加工物１０よりも大径でも小径でもよいし、設けなくてもよい。すなわち、被覆材２１０が、薄肉部２１２のみの筒状であってもよい。

【0057】

また、被覆材２１０と被加工物１０とは、密着していても、間に若干の間隙があってもよい。孔２１１の径と孔１１の径は、若干異なっていても、同様な効果が得られる。しかし、孔２１１の方が径が小さい場合、孔２１１の内部に進入するメディア５０が減ってしまうし、進入角度も限られる。また、孔２１１の方が径が大きい場合、孔１１の入口の周囲に、メディア５０を反射する面が若干残ってしまう。従って、孔２１１の径と孔１１の径は、同サイズであるか、差があっても小さいことが好ましい。

【0058】

次に、図１３及び図１４を用いて、以上説明してきた実施形態の変形例について説明する。
図１３は、第１実施形態の場合と同様に効率の良い加工が可能な被加工物の他の例を示す図である。図１４は、図１３の構成と対応する被覆材の例を示す図である。
第１実施形態では、メディア５０の投射側（ノズル２１側）の孔１１の入口付近において被加工物１０を薄肉とすることにより、メディア５０の粒子が孔１１に進入する粒子の進路を妨害するような向きへ反射されることを防止した。

【0059】

これと同様な効果は、図１３に示すように、ノズル２１側の孔３１１の入口の周囲において、被加工物３１０に、ノズル２１側から遠ざかる向きのテーパ面３１４を形成することによっても実現できる。テーパ面３１４に当たった粒子は、符号Ｈで示すように概ね外側に向かって反射されるので、孔１１に進入する粒子の進路を妨害するような方向へはほとんど反射されないためである。

【0060】

テーパ面の角度が急であるほど（面の向きがノズル２１側から遠ざかる向きに近いほど）、この効果は顕著である。
同様な効果は、図１４に示すように、第３実施形態の被覆材２１０に代えて、孔３２１の周囲に被加工物３１０のテーパ面３１４と同様なテーパ面３２４を有する被覆材３２０を用いても、得ることができる。

【0061】

なお、上述した実施形態及び変形例において、薄肉部１２やテーパ面３１４は、メディア５０の粒子が、孔１１付近の被加工物１０の表面により、孔１１に進入する粒子の進路を妨害するような向きへ反射されることを防止するための構造の一例に過ぎない。
これらと異なる構造であっても、孔１１のノズル２１側の入口近傍において、ノズル２１から見て孔１１の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように被加工物１０を形成し及び／又は配置した状態で、メディア５０の投射を行えば、同様な効果を得ることができる。被覆材を用いる場合には、「被覆材の孔の入口と同じ距離あるいはより近い位置に障害物が無いように」である。

【0062】

孔１１のノズル２１側の入口近傍において、ノズル２１から見て孔１１の入口と同じ距離あるいはより近い位置に、メディア５０の粒子を反射するような障害物があると、その障害物により、孔１１に進入する粒子の進路を妨害するような向きへ反射されるのであり、このような障害物がない状態でメディア５０の投射を行うことが有用である。
図３に示した厚肉部１３のノズル２１側の面は、ノズル２１から見て孔１１の入口と同じ距離にある障害物の一例である。また、図１３の場合と逆に、ノズル２１側に近づく向きのテーパ面が形成されていたとすると、当該テーパ面は、孔１１の入口より近い位置にある障害物の一例である。なお、図２に示した薄肉部１２のノズル２１側の面は、メディア５０の粒子を反射する面積が小さいため、実質的には障害物ではないとみなすことができる。

【0063】

以上で実施形態及び変形例の説明を終了するが、この発明において、装置の具体的な構成、具体的な動作の手順、各部の具体的な形状、材質、サイズ等は、実施形態で説明したものに限るものではない。ショットピーニングによる加工の用途も、砥粒の除去やディンプルの形成に限られない。
また、以上の説明してきた各実施形態及び変形例の特徴は、矛盾しない範囲で組み合わせて用いることが可能である。また、一部の特徴のみ取り出して実施することも可能である。

【符号の説明】

【0064】

１０，３１０…被加工物、１１，３１１…孔、１１ａ…内壁、１２…薄肉部、１３…厚肉部、２０…メディア投射機、２１…ノズル、２１ａ…開口部、２２…ストッカー、３０…メディア回収機、４０…分離再生装置、５０…メディア、７０…ワイヤ、８０…砥粒、８１…破片、２１０，３２０…被覆材、２１１，３２１…孔、３１４，３２４…テーパ面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】