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(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】P2022042334
(43)【公開日】2022-03-14
(54)【発明の名称】研磨ピーニング装置および研磨ピーニング方法
(51)【国際特許分類】
B24C 1/10 20060101AFI20220307BHJP
B24C 5/02 20060101ALI20220307BHJP
B24C 5/04 20060101ALI20220307BHJP
B24C 7/00 20060101ALI20220307BHJP
B24C 9/00 20060101ALI20220307BHJP
【ＦＩ】
B24C1/10 A
B24C5/02 B
B24C5/02 C
B24C5/04 A
B24C7/00 D
B24C9/00 L
B24C9/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020147731
(22)【出願日】2020-09-02
(71)【出願人】
【識別番号】000132161
【氏名又は名称】株式会社スギノマシン
(74)【代理人】
【識別番号】110000165
【氏名又は名称】グローバル・アイピー東京特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】松井 大貴
(57)【要約】 （修正有）
【課題】金属表面処理方法を効率的に実行できる装置及び方法を提供する。
【解決手段】研磨ピーニング装置１０は、研磨粒子５とピーニング液３とを貯留し、ピーニング液３に浸漬される対象物１が底部１１ｆに設置される、処理槽１１と、上面に一様に配置された複数の窪み１７を有し、底部１１ｆに配置され、前記ピーニング液３を分配する分配室１５と、窪み１７の中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、分配室１５と接続し、ピーニング液３を噴出する攪拌ノズル３０と、処理槽１１内に浸漬され、ピーニング液３を対象物１へ噴出するピーニングノズル５５と、ピーニングノズル５５を対象物１に対して相対的に移動させる移動装置４８と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】研磨ピーニング装置１０は、研磨粒子５とピーニング液３とを貯留し、ピーニング液３に浸漬される対象物１が底部１１ｆに設置される、処理槽１１と、上面に一様に配置された複数の窪み１７を有し、底部１１ｆに配置され、前記ピーニング液３を分配する分配室１５と、窪み１７の中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、分配室１５と接続し、ピーニング液３を噴出する攪拌ノズル３０と、処理槽１１内に浸漬され、ピーニング液３を対象物１へ噴出するピーニングノズル５５と、ピーニングノズル５５を対象物１に対して相対的に移動させる移動装置４８と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨粒子とピーニング液とを貯留し、前記ピーニング液に浸漬される対象物が底部に設置される、処理槽と、
上面に配置された複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、
を備える研磨ピーニング装置。
上面に配置された複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、
を備える研磨ピーニング装置。
【請求項2】
前記窪みは、上方に向かうにしたがって、その径が大きくなる、
請求項１の研磨ピーニング装置。
請求項１の研磨ピーニング装置。
【請求項3】
前記窪みは、球面状をなす、
請求項１又は２の研磨ピーニング装置。
請求項１又は２の研磨ピーニング装置。
【請求項4】
前記窪みは、上方から見て均一に配置された、
請求項１～３のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～３のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項5】
前記攪拌ノズルは、
上方に延びて設置されたボディと、
前記ボディの下端に設置されたピーニング液流入口と、
前記ボディの内部に配置され、ピーニング液流入口と接続する内部噴口と、
前記ボディの上端に設置された噴口と、
前記内部噴口と前記噴口を接続し、前記ボディの内部に、上下に延びて配置された導通路と、
前記ボディの外周で前記窪みの内部に設置され、前記導通路の下端部に接続する研磨粒子吸込口と、を有する、
請求項１～４のいずれかの研磨ピーニング装置。
上方に延びて設置されたボディと、
前記ボディの下端に設置されたピーニング液流入口と、
前記ボディの内部に配置され、ピーニング液流入口と接続する内部噴口と、
前記ボディの上端に設置された噴口と、
前記内部噴口と前記噴口を接続し、前記ボディの内部に、上下に延びて配置された導通路と、
前記ボディの外周で前記窪みの内部に設置され、前記導通路の下端部に接続する研磨粒子吸込口と、を有する、
請求項１～４のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項6】
前記処理槽の液面と前記対象物の中間の高さに、水平方向に延びて処理槽の内周に配置されたじゃま板を備える、
請求項１～５のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～５のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項7】
前記処理槽の内部に、垂直方向に延びて処理槽の壁面から突出した立じゃま板を備える、
請求項１～６のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～６のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項8】
前記ピーニングノズルは、
平型噴射ノズルと、
前記平型噴射ノズルの下流に、前記平型噴射ノズルの周りを１周り囲む側壁と、を有する、
請求項１～７のいずれかのいずれかの研磨ピーニング装置。
平型噴射ノズルと、
前記平型噴射ノズルの下流に、前記平型噴射ノズルの周りを１周り囲む側壁と、を有する、
請求項１～７のいずれかのいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項9】
前記底部に配置された排液口と、
前記排液口の外部に配置され、前記排液口を開閉する廃液弁と、
前記廃液弁を囲むように、前記排液口の外部に設置された廃液ダクトと、を備える、
請求項１～８のいずれかの研磨ピーニング装置。
前記排液口の外部に配置され、前記排液口を開閉する廃液弁と、
前記廃液弁を囲むように、前記排液口の外部に設置された廃液ダクトと、を備える、
請求項１～８のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項10】
前記処理槽の上端部に、水平内側に配置された第１折り返しと、
前記第１折り返しの内側に配置され、下方に延びて配置された第２折り返しと、を備える、
請求項１～９のいずれかの研磨ピーニング装置。
前記第１折り返しの内側に配置され、下方に延びて配置された第２折り返しと、を備える、
請求項１～９のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項11】
研磨粒子を、ホッパーから処理槽の内部に投入し、
ピーニング液を、処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部ノズルから噴出して、攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記ピーニング液を、処理槽に貯留されたピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて噴射し、
前記噴出したピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
前記噴射されたピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える、
研磨ピーニング方法。
ピーニング液を、処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部ノズルから噴出して、攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記ピーニング液を、処理槽に貯留されたピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて噴射し、
前記噴出したピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
前記噴射されたピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える、
研磨ピーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨ピーニング装置および研磨ピーニング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
研磨材と水を入れたタンク内に試料を固定し、タンク内に浸漬させて下方に向けたノズルから、プランジャポンプで加圧した水を試料（付加製造によって製造された金属材料）に噴射して、試料の表面の残留応力を低減し、表面粗さを改善する方法が提案されている（H. Soyama and D. Sanders, Use of an Abrasive Water Cavitating Jet and Peening Process to Improve the Fatigue Strength of Titanium Alloy 6Al-4V Manufactured by the Electron Beam Powder Bed Melting (EBPB) Additive Manufacturing Method, JOM 71(12), 4311-4318 (2019)、以下、非特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
非特許文献１の金属表面処理方法を効率的に実行できる装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１の側面は、研磨ピーニング装置であって、
研磨粒子とピーニング液とを貯留し、前記ピーニング液に浸漬される対象物が底部に設置される、処理槽と、
上面に一様に配置された複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、を備える。
研磨粒子とピーニング液とを貯留し、前記ピーニング液に浸漬される対象物が底部に設置される、処理槽と、
上面に一様に配置された複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、を備える。
【0005】
本発明の第２の側面は、研磨ピーニング方法であって、
研磨粒子を、処理槽の内部に投入し、
ピーニング液を、処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部ノズルから噴出して、攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記ピーニング液を、処理槽に貯留されたピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて噴射し、
前記噴出したピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
前記噴射されたピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える。
研磨粒子を、処理槽の内部に投入し、
ピーニング液を、処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部ノズルから噴出して、攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記ピーニング液を、処理槽に貯留されたピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて噴射し、
前記噴出したピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
前記噴射されたピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える。
【0006】
ピーニング液は、例えば、水である。ピーニング液は、界面活性剤を含まず、防錆剤を含む水溶液でも良い。防錆剤は、例えば、１級アミン、２級アミン、３級アミンであるアミン化合物である。
【0007】
研磨粒子は、例えば、アルミナ、ガーネットである。
【0008】
上方から見て、窪みは、略一様に配置される。例えば、上方から見て、窪みは、例えば、格子状に配置される。上方から見て、窪みは、一片の長さが等しい正三角形を敷き詰めたときの、三角形の頂点に配置されても良い。
【0009】
好ましくは、処理槽は、処理槽の上方に配置された拡大部を有する。拡大部の水平断面積は、処理槽の底部の水平断面積よりも大きい。
【0010】
処理槽内のピーニング液のまき上がりは、じゃま板によって抑制される。処理槽内のピーニング液の周方向への流れは、立じゃま板によって抑制される。研磨粒子はピーニング液の流れに乗って処理槽内を流動する。キャビティはピーニング液の流れに乗って処理槽内を流動する。結果として、じゃま板や立じゃま板は、研磨粒子やキャビティのまき上がりや周回を抑制する。
【0011】
ピーニング液は、下方から攪拌ノズルを通して供給され、上方のオーバーフロー口から排出される。ピーニング液が上昇するときに、処理槽の上方に設置された拡大部において、空塔速度が減少し、研磨粒子の沈降が促進する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の研磨ピーニング装置１０は、処理槽１１と、分配ブロック１３と、窪み１７と、攪拌ノズル３０と、テーブル２１と、移動装置４７と、ピーニングノズル５５と、廃液弁６２と、ダクト６３と、ホッパー７１と、タンク４１と、攪拌ポンプ４３と、ピーニングポンプ４５と、を有する。
図１に示すように、本実施形態の研磨ピーニング装置１０は、処理槽１１と、分配ブロック１３と、窪み１７と、攪拌ノズル３０と、テーブル２１と、移動装置４７と、ピーニングノズル５５と、廃液弁６２と、ダクト６３と、ホッパー７１と、タンク４１と、攪拌ポンプ４３と、ピーニングポンプ４５と、を有する。
【0014】
処理槽１１は、底面１１ａと、排液口１１ｂと、オーバーフロー口１１ｃと、拡大部１１ｄと、胴部１１ｅと、底部１１ｆと、を有する。処理槽１１は、角柱状を成す開放型の槽である。処理槽１１は、例えば、底面が１ｍ～１．５ｍ角であり、その高さが１ｍ～２ｍである。底面１１ａは、傾斜している。底部１１ｆは、処理槽１１の底付近の部分である。排液口１１ｂは、底部１１ｆであって、上方から見て、底面１１ａが深い位置に配置される。排液口１１ｂは、処理槽１１の側壁に配置されて良い。排液口１１ｂは例えば矩形の開口である。拡大部１１ｄは、処理槽１１の上方に配置される。拡大部１１ｄの高さは、処理槽１１の高さの３０％～６０％を占めて良い。拡大部１１ｄは、処理槽１１の横断面を拡大する。例えば、拡大部１１ｄにおいて、処理槽１１の一方の壁面が外方に張り出す。オーバーフロー口１１ｃは、処理槽１１の上方に配置される。例えば、オーバーフロー口１１ｃは、拡大部１１ｄに設置される。
【0015】
処理槽１１は研磨粒子５とピーニング液３を貯留する。ピーニング液３の液面７は、オーバーフロー口１１ｃの高さである。ピーニング液３は、例えば井戸水、工業用水、水道水、防錆剤入りの水溶液である。工業用水はろ過して使用される。防錆剤は、例えばアミン化合物である。研磨粒子５は、例えば＃１５０のアルミナである。研磨粒子５は、例えば、底部１１ｆの断面積について、単位面積当たりの質量で８（ｋｇｍ－２）～１６０（ｋｇｍ－２）投入される。
【0016】
分配ブロック１３は、内部に分配室１５を持つ、直方体の中空容器である。分配室１５は、分配ブロック１３の断面のほぼすべての領域を占めて、分配ブロック１３の下方寄りに配置される。分配ブロック１３の天板１３ａ（図３参照）の厚み２４が厚い。なお、分配室１５は、縦横に並んで、水平に延びて配置された丸穴が互いに接続して一つの大きな空間を成しても良い。
【0017】
テーブル２１は、底部１１ｆの横断面において中央付近に設置される。対象物１はテーブル２１に固定される。
【0018】
処理槽１１はじゃま板１９を有してよい。じゃま板１９は、胴部１１ｅや拡大部１１ｄに配置される。じゃま板１９は、水平に設置される。じゃま板１９は、好ましくは、処理槽１１の内周を一周するように配置される。じゃま板１９は、例えば平板である。じゃま板１９は、貫通穴を有しても良い。例えば、じゃま板１９は、網目状でも良い。じゃま板１９は、上下方向に複数配置されても良い。じゃま板１９は、好ましくは、研磨粒子５の過半が浮遊する高さよりも上方に設置される。じゃま板１９は、テーブル２１や対象物１よりも上方に設置される。
【0019】
処理槽１１は、第１折り返し６７と、第２折り返し６９を有しても良い。第１折り返し６７は、処理槽１１の上端の内側に、水平面に沿って配置される。第１折り返し６７は平板である。第１折り返し６７は、処理槽１１の上端の内周に沿って全周に設けられる。第２折り返し６９は、第１折り返し６７の内方端に、下方に折り曲げて配置される。第２折り返し６９は、例えば鉛直面である。第２折り返し６９は、第１折り返し６７の内側全周に設けられる。
【0020】
廃液弁６２は、排液口１１ｂに設置される。例えば廃液弁６２は、例えばピン６１を中心にシリンダ（不図示）で回動する。廃液弁６２は排液口１１ｂを開閉する。
【0021】
ダクト６３は、排液口１１ｂの外方に、排液口１１ｂを囲むように設置される。ダクト６３は、例えばＬ字状を成し、排液口１１ｂから水平に延びて、タンク４１に研磨粒子５とピーニング液３を流し出す。
【0022】
タンク４１は、廃棄タンク４１ａと、清浄タンク４１ｂと、フィルタ４２と、排出装置４４と、を有する。ダクト６３は、廃棄タンク４１ａに接続される。排出装置４４は、例えばスクリューセパレータであり、廃棄タンク４１ａに設置される。排出装置４４は廃棄タンク４１ａの内部に溜まった研磨粒子５を排出する。清浄タンク４１ｂは、フィルタ４２で廃棄タンク４１ａと接続される。フィルタ４２は、液体ポンプを含み、ピーニング液３を汲み上げてろ過し、清浄タンク４１ｂに供給する。フィルタ４２は、例えば、サイクロンフィルタ、カートリッジフィルタ、マグネットフィルタ、ペーパーフィルタである。フィルタ４２は、サイクロンフィルタとカートリッジフィルタを直列に接続しても良い。清浄タンク４１ｂのオーバーフローは廃棄タンク４１ａに戻る。タンク４１はピーニング液３を貯留する。
【0023】
ホッパー７１は、研磨粒子５を貯留する。ホッパー７１は、バルブ７３と投入口７５を介して、処理槽１１に接続される。好ましくは、投入口７５は、液面７よりも上方に設置される。
【0024】
攪拌ポンプ４３は、例えば遠心ポンプである。攪拌ポンプ４３は、清浄タンク４１ｂと、分配室１５と、接続する。攪拌ポンプ４３は、清浄タンク４１ｂからピーニング液３を汲み上げて分配室１５へ送る。
【0025】
図１～図３に示すように、複数の窪み１７は、天板１３ａに均一に分散して配置される。例えば、上方から見て、窪み１７は、間隔２２を空けて、格子状に配置される。窪み１７は、上方に向かうにしたがって、その径が大きくなる円錐状である。図３に示すように、窪み１７の上端の径２５は、窪み１７の高さ２６よりも大きい。例えば、径２５は、高さ２６の１．５倍～１０倍である。
【0026】
図３に示すように、攪拌ノズル３０は、ボディ３１と、噴口３２と、ピーニング液流入口３３と、内部噴口３９と、導通路３４と、研磨粒子吸込口３５と、を有する。ボディ３１は、鉛直方向に延びる略円筒状である。ボディ３１の基端部には、おねじ３１ａが配置される。おねじ３１ａは天板１３ａにねじ込まれる。ボディ３１の外周面は、上方に向かうにつれて、径がわずかに小さくなる。流入口３３は、ボディ３１の基端に、下方向きに配置される。内部噴口３９は、流入口３３と接続する。内部噴口３９は、導通路３４よりも小径である。内部噴口３９は、吸込口３５の近傍の上流側に配置される。噴口３２は、ボディ３１の上端に上方向きに配置される。噴口径３６は例えば、１ｍｍ～５ｍｍである。噴口３２の高さ３７は、例えば噴口径３６の４倍～１０倍である。導通路３４は、内部噴口３９と噴口３２とを結び、鉛直方向に延びる。導通路３４は、略円筒である。導通路３４は、ボディ３１の殆どの体積を占める。研磨粒子吸込口３５は、ボディ３１の胴部の下方に配置される。吸込口３５は、開口３５ａと、軸線３５ｂと、を有する。吸込口３５は、ボディ３１を貫通し、開口３５ａから導通路３４に接続する。吸込口３５は、ボディ３１の外周面から半径方向内側に延びて、円周方向に均等に複数配置される。吸込口３５は、例えば、３～５個（図では４個）配置される。開口３５ａは、ボディ３１の外筒面に配置された吸込口３５の開口部である。開口３５ａは、窪み１７の内部に配置される。開口３５ａの開口径３７は、噴口径３６と実質的に同一である。好ましくは、開口３５ａは、窪み１７の底部に配置される。軸線３５ｂは、半径方向に沿って内側に向かうにつれて、上方に向かうように傾斜して良い。例えば、軸線３５ｂとボディ３１の中心との角３８は、１００度～１２０度である。
【0027】
ピーニング液３は、分配室１５から、流入口３３に流入し、内部噴口３９から導通路３４の内部に噴出する。このとき、導通路３４の底部の外周部が負圧になる。そして、底部１１ｆに浮遊している研磨粒子５が、処理槽１１の内部のピーニング液３と一緒に懸濁液として吸込口３５から導通路３４に流入する。吸込口３５から吸い込んだ研磨粒子５やピーニング液３が、流入口３３から流入したピーニング液３に混合されて、噴口３２から処理槽１１内に噴出する。研磨粒子５は底部１１ｆと攪拌ノズル３０の間を循環する。
【0028】
空塔速度Ｖ（ｍｓ－１）は、攪拌ノズル３０から噴出するピーニング液３の流量Ｐ（ｍ３ｓ－１）を胴部１１ｅの断面積で割った値である。空塔速度Ｖは、研磨粒子５がピーニング液３から受ける流体抵抗が、研磨粒子５の重力と研磨粒子５の浮力との差と実質的に同一になるように設定される。その結果、底部１１ｆで研磨粒子５が浮遊する。浮遊した研磨粒子５は、攪拌ノズル３０によって吸い込まれて、上方に向けて吹き上げられる。研磨粒子５は、処理槽１１の下方に偏在する。好ましくは、研磨粒子５は、対象物１のやや上方までに濃厚に存在する。拡大部１１ｄにおいて、空塔速度Ｖが減少し、研磨粒子５の沈降が促進する。
【0029】
ピーニングポンプ４５は、例えばピストンポンプである。例えば、ピーニングポンプの吐出圧力は、１５ＭＰａ～８０ＭＰａである。ピーニングポンプ４５は、清浄タンク４１ｂとピーニングノズル５５とを接続する。ピーニングポンプ４５は、清浄タンク４１ｂからピーニング液３を汲み上げ、ピーニングノズル５５へ送る。
【0030】
図１に示すように、移動装置４７は、移動コラム４８と、送り台４９と、ノズルホルダ５３と、を有する。移動装置４７は回転ヘッド５０を有しても良い。移動コラム４８は、左右方向Ｘと前後方向Ｙに自在に移動する。送り台４９は、移動コラム４８に上下方向Ｚに自在に移動できるように設置される。回転ヘッド５０は、送り台４９の先端部に、鉛直方向に延びるＣ軸５２を中心に回転できるように設置される。ノズルホルダ５３は、送り台４９の先端部又は回転ヘッド５０に設置される。好ましくは、ノズルホルダ５３は、水平方向に延びるＡ軸５１の回りに自在に回転できるように設置される。Ａ軸のストロークは符号５７で表される。ノズルホルダ５３は水平軸から上方に角度５６傾斜しても良い。角度５６は、例えば０度～２０度である。Ａ軸の下方側の端はノズルホルダ５３が鉛直下向きになる位置である。
【0031】
図４に示すように、ピーニングノズル５５は、ノズルチップ５５ａと側壁５５ｂを持つ。ピーニングノズル５５は、ノズルホルダ５３の先端に設置される。ノズルチップ５５ａは、噴口５５ｃを持つ。ピーニングノズル５５の噴口径５８は、例えば、１ｍｍ～２ｍｍである。ピーニングノズル５５の噴射軸線５５ｄは、ノズルホルダ５３の長手方向に延びる。ノズルチップ５５ａは、噴口５５ｃから噴射軸線５５ｄとＡ軸５１を通る噴射平面５５ｅに沿って広がるように、ピーニング液３を噴射する。側壁５５ｂは、例えば、噴射軸線５５ｄを中心とする円筒壁面である。側壁５５ｂの内径５９は、例えば噴口径５８の１５倍～２０倍である。側壁５５ｂの高さ５４は例えば、噴口径５８の５～１０倍である。
【0032】
側壁５５ｂによって、噴口５５ｃの周囲からのピーニング液３の流入が制限される。噴口５５ｃからピーニング液が側壁５５ｂの内部に噴射されて、側壁５５ｂの内部に溜められたピーニング液３と、噴流との間に渦が発生し、キャビティの発生が促進する。
【0033】
ピーニングノズル５５から噴射されたキャビティを多く含むキャビテーション噴流は、対象物１の表面にピーニング効果を与える。また、底部１１ｆに浮遊する研磨粒子５は、キャビテーション噴流に巻き込まれて、対象物１の表面に衝突する。研磨粒子５は、対象物１の表面に沿って流れ、対象物１の表面を研磨する。
【0034】
キャビテーション噴流は、対象物１の表面に衝突し、対象物１の表面に沿って流れを変える。一部の噴流は、水平方向又は上方向きに流れる。研磨粒子５は、対象物１の表面と衝突して向きが変わった噴流に沿ってまき上がる。じゃま板１９は、上方に向かう流れを阻害して、処理槽１１の内部の流れを安定する。また、処理槽１１内に発生したキャビティは、ピーニング液３の流れに乗って移動する。結果として、じゃま板１９は、研磨粒子５の舞い上がりを抑制する。また、じゃま板１９は、キャビティの舞い上がりを抑制する。
【0035】
液面７が揺れて、処理槽１１の壁面を上るときがある。また、キャビテーション噴流が対象物１や壁面に衝突して、処理槽１１の上方から飛び出るときがある。第１折り返し６７、第２折り返し６９は、処理槽１１の上方から飛び出ようとするピーニング液３の流れの向きを変更して、処理槽１１の内部に戻す。
【0036】
（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態の研磨ピーニング装置１００は、処理槽１１１と、分配槽１１３と、立じゃま板１１９と、を有する。
図５に示すように、本実施形態の研磨ピーニング装置１００は、処理槽１１１と、分配槽１１３と、立じゃま板１１９と、を有する。
【0037】
処理槽１１１は、薄板で構成された段付き円筒型であり、上下に開口している。処理槽１１１は、拡大部１１１ｄと、排液口１１ｂと、を有する。拡大部１１１ｄは、円筒状であり、処理槽１１１の上方に配置される。排液口１１ｂは、処理槽１１１の下方の側壁に設置される。
【0038】
図５及び図６に示すように、立じゃま板１１９は、処理槽１１１の鉛直方向に延びて設置される。複数（図では４枚）の立じゃま板１１９は、処理槽１１１の内壁から半径方向に向けて突出して、円周方向に均等に設置される。立じゃま板１１９は、平板である。立じゃま板１１９は、貫通穴を有しても良い。立じゃま板１１９は、網目状でも良い。立じゃま板１１９は、円周方向へのピーニング液３の流動を阻害する。
【0039】
分配槽１１３は、天板１１３ａ（図７参照）を持つ。分配槽１１３は、薄板で構成された中空円筒状である。天板１１３ａは、処理槽１１１と分配槽１１３とを分離する。分配槽１１３の内部空間が分配室１１５である。
【0040】
図６に示すように、複数の窪み１１７は、天板１１３ａには、均等に配置される。窪み１１７は、球面を成す。上方から見て、複数の窪み１１７は、一辺が長さ１２２である正三角形を敷き詰めたときの頂点の位置に配置される。窪み１１７は、最密に充填されても良い。図７に示すように、窪み１１７においても、天板１１３ａの厚みは等しい。例えば、天板１１３ａはプレスによって製作される。
【0041】
窪みの中央に、攪拌ノズル３０が配置される。吸込口３５は、窪み１１７の底面付近に配置される。
【0042】
本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0043】
３ ピーニング液
５ 研磨粒子
１０，１００ 研磨ピーニング装置
１１、１１１ 処理槽
１５、１１５ 分配室
１７、１１７ 窪み
３０ 攪拌ノズル
４８ 移動装置
５５ ピーニングノズル
５ 研磨粒子
１０，１００ 研磨ピーニング装置
１１、１１１ 処理槽
１５、１１５ 分配室
１７、１１７ 窪み
３０ 攪拌ノズル
４８ 移動装置
５５ ピーニングノズル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2021-10-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨粒子とピーニング液とを貯留し、前記ピーニング液に浸漬される対象物が底部に設置される処理槽と、
上面に複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、
を備える研磨ピーニング装置。
上面に複数の窪みを有し、前記底部に配置され、前記ピーニング液を分配する分配室と、
前記窪みの中央にそれぞれ鉛直方向上向きに配置され、前記分配室と接続し、前記ピーニング液を噴出する攪拌ノズルと、
前記処理槽内に浸漬され、前記ピーニング液を前記対象物へ噴出するピーニングノズルと、
前記ピーニングノズルを前記対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、
を備える研磨ピーニング装置。
【請求項2】
前記窪みは、上方に向かうにしたがって、その径が大きくなる、
請求項１の研磨ピーニング装置。
請求項１の研磨ピーニング装置。
【請求項3】
前記窪みは、球面状をなす、
請求項１又は２の研磨ピーニング装置。
請求項１又は２の研磨ピーニング装置。
【請求項4】
前記窪みは、上方から見て均一に配置される、
請求項１～３のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～３のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項5】
前記攪拌ノズルは、
上方に延びるボディと、
前記ボディの下端に設置されたピーニング液流入口と、
前記ボディの内部に配置され、前記ピーニング液流入口と接続する内部噴口と、
前記ボディの上端に設置された噴口と、
前記内部噴口と前記噴口を接続し、前記ボディの内部で上下に延びる導通路と、
前記ボディの外周で前記窪みの内部に設置され、前記導通路の下端部に接続する研磨粒子吸込口と、を有する、
請求項１～４のいずれかの研磨ピーニング装置。
上方に延びるボディと、
前記ボディの下端に設置されたピーニング液流入口と、
前記ボディの内部に配置され、前記ピーニング液流入口と接続する内部噴口と、
前記ボディの上端に設置された噴口と、
前記内部噴口と前記噴口を接続し、前記ボディの内部で上下に延びる導通路と、
前記ボディの外周で前記窪みの内部に設置され、前記導通路の下端部に接続する研磨粒子吸込口と、を有する、
請求項１～４のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項6】
前記処理槽の内周に水平方向に延びるじゃま板であって、前記処理槽の液面と前記対象物の間の高さに配置されるじゃま板を更に備える、
請求項１～５のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～５のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項7】
前記処理槽の内部で、前記処理槽の内周に水平方向に突出する立じゃま板を更に備える、
請求項１～６のいずれかの研磨ピーニング装置。
請求項１～６のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項8】
前記ピーニングノズルは、
平型噴射ノズルと、
前記平型噴射ノズルの下流で前記平型噴射ノズルの周りを囲む側壁と、を有する、
請求項１～７のいずれかのいずれかの研磨ピーニング装置。
平型噴射ノズルと、
前記平型噴射ノズルの下流で前記平型噴射ノズルの周りを囲む側壁と、を有する、
請求項１～７のいずれかのいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項9】
前記底部に配置された排液口と、
前記排液口の外部に配置され、前記排液口を開閉する排液弁と、
前記排液口の外部に設置され、前記排液弁を囲むダクトと、を更に備える、
請求項１～８のいずれかの研磨ピーニング装置。
前記排液口の外部に配置され、前記排液口を開閉する排液弁と、
前記排液口の外部に設置され、前記排液弁を囲むダクトと、を更に備える、
請求項１～８のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項10】
前記処理槽の上端部で、水平内側に延びる第１折り返しと、
前記第１折り返しの内側で、下方に延びる第２折り返しと、を更に備える、
請求項１～９のいずれかの研磨ピーニング装置。
前記第１折り返しの内側で、下方に延びる第２折り返しと、を更に備える、
請求項１～９のいずれかの研磨ピーニング装置。
【請求項11】
研磨粒子を処理槽の内部に投入し、
前記処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部噴口からピーニング液を噴出し、
前記攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、前記攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記処理槽に貯留された前記ピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて前記ピーニング液を噴射し、
噴射された前記ピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が、前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
噴射された前記ピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える、
研磨ピーニング方法。
前記処理槽の下方に均等に配置された攪拌ノズルの内部に設置された内部噴口からピーニング液を噴出し、
前記攪拌ノズルの周囲の窪みの内部に浮遊する前記研磨粒子と前記ピーニング液の懸濁液を、前記攪拌ノズルの内部に吸込み、
吸い込んだ前記懸濁液を、前記攪拌ノズルの上方に配置された噴口から、前記処理槽の内部に吹き上げて、前記研磨粒子を浮遊させ、
前記処理槽に貯留された前記ピーニング液に浸漬されたピーニングノズルから、前記処理槽の底部に設置された対象物の表面へ向けて前記ピーニング液を噴射し、
噴射された前記ピーニング液の流れに乗った前記研磨粒子が、前記対象物に衝突して前記対象物の表面を研磨し、
噴射された前記ピーニング液によって発生したキャビティを前記対象物に衝突させて、前記対象物の表面に残留応力を与える、
研磨ピーニング方法。