特許 7471009 ピーニング装置およびそれを利用するピーニング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-11

(45)【発行日】2024-04-19

(54)【発明の名称】ピーニング装置およびそれを利用するピーニング方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 17/00 20060101AFI20240412BHJP

【ＦＩ】

B23P17/00 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022138940

(22)【出願日】2022-09-01

(65)【公開番号】P2023038173

(43)【公開日】2023-03-16

【審査請求日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】10-2021-0118486

(32)【優先日】2021-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513244557

【氏名又は名称】ダングック大学校 産学協力団

【氏名又は名称原語表記】Ｄａｎｋｏｏｋ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100165803

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100170900

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 渉

(72)【発明者】

【氏名】ジョン スンファン

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１６９０８９０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２００９／０３１５１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／１５２７１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４３４７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｐ １７／００

Ｂ２４Ｃ １／１０

Ｂ２２Ｆ ３／２４

Ｃ２１Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの湾曲したラウンド部を含み、内部の一方に第１流体が収容され、他方に気体相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）である第２流体が収容される中空が形成されたパイプ部材に圧縮残留応力を印加するピーニング装置であって、
前記中空に供給された前記第１流体に浸るように配置され、前記第１流体に波（ｗａｖｅ）を印加する探針部と、
前記探針部および前記パイプ部材と連結され、前記探針部と前記パイプ部材とを一緒に回転させる動力部とを含み、
前記第１流体と前記第２流体とは互いに異なる音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を有して、前記第１流体と前記第２流体とが接触する反射面で前記波が全反射して定在波として形成され、
形成された前記定在波の圧力アンチノードで生成および成長するキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）が爆発する際に放出される衝撃波（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ）またはマイクロジェット（ｍｉｃｒｏｊｅｔ）によって、前記中空を取り囲む前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力が印加され、
前記第２流体の圧力が一定に維持され、前記探針部と前記パイプ部材とが一緒に回転することにより、前記反射面は前記パイプ部材の内壁に対する相対的な位置が調整され、前記パイプ部材の内面と所定の角度で維持される、ピーニング装置。

【請求項2】

複数の前記圧力アンチノードは、前記パイプ部材の前記内面に沿って所定の間隔で離隔して形成され、
前記キャビティは、
複数の前記圧力アンチノードに沿って臨界体積まで成長した後、爆発する、請求項１に記載のピーニング装置。

【請求項3】

前記パイプ部材の中空と連通して、前記中空に収容された前記第２流体の圧力または供給量が変化するように構成される制御部を含む、請求項１に記載のピーニング装置。

【請求項4】

前記中空の前記第２流体の圧力または供給量が制御されると、前記反射面の位置が前記パイプ部材の延長方向に沿って移動する、請求項３に記載のピーニング装置。

【請求項5】

前記第１流体が収容され、前記パイプ部材を収容するタンク部材を含み、
前記パイプ部材は、前記タンク部材に収容された前記第１流体に浸るように配置される、請求項１に記載のピーニング装置。

【請求項6】

前記動力部は、
前記探針部と、前記パイプ部材と、前記パイプ部材を収容する前記タンク部材とを一緒に回転させるように構成される、請求項５に記載のピーニング装置。

【請求項7】

前記反射面は、前記中空に挿入された固体相（ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ）の板部材または膜部材からなる、請求項１に記載のピーニング装置。

【請求項8】

少なくとも１つの湾曲したラウンド部を含み、内部に第１流体および気体相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）の第２流体が収容される中空が形成されたパイプ部材に圧縮残留応力を印加するピーニング装置であって、
前記中空に供給された前記第１流体に浸るように配置され、前記第１流体に波（ｗａｖｅ）を印加する探針部を含み、
前記第１流体と前記第２流体とは互いに異なる音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を有して、前記第１流体と前記第２流体とが接触する反射面で前記波が全反射して定在波として形成され、
形成された前記定在波の圧力アンチノードで生成および成長するキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）が爆発する際に放出される衝撃波（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ）またはマイクロジェット（ｍｉｃｒｏｊｅｔ）によって、前記中空を取り囲む前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力が印加され、
前記パイプ部材の使用中に荷重（ｌｏａｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ）が加えられる方法により、前記パイプ部材に予備－荷重（ｐｒｅ－ｌｏａｄ）を加えられる予備－荷重印加部（ｐｒｅ－ｌｏａｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｕｎｉｔ）をさらに含む、ピーニング装置。

【請求項9】

請求項１に記載の前記ピーニング装置を用いて、
前記中空が形成されたパイプ部材に圧縮残留応力を印加するピーニング方法であって、
（ａ）前記パイプ部材の内部に形成された前記中空に、液体相の前記第１流体と気体相の前記第２流体とを注入する段階と、
（ｂ）前記パイプ部材の前記中空に注入された前記第１流体に波（ｗａｖｅ）を印加し前記キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を形成する段階と、
（ｃ）形成された前記キャビティが爆発する際に、前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力を印加させる段階と、
（ｄ）前記波が形成する前記圧力アンチノード（ａｎｔｉｎｏｄｅ）の位置を制御する段階とを含む、ピーニング方法。

【請求項10】

前記段階（ｂ）は、
（ｂ１）前記探針部を、前記中空の端部のうち前記第１流体が収容された一端部に隣接して配置する段階と、
（ｂ２）前記探針部で前記第１流体に前記波を印加する段階と、
（ｂ３）前記第１流体と前記第２流体とが接触する部分に形成された前記反射面に前記波が全反射することにより定在波として形成され、前記パイプ部材の内面に前記圧力アンチノードを形成する段階と、
（ｂ４）前記圧力アンチノードが形成された部分に前記キャビティを形成する段階とを含む、請求項９に記載のピーニング方法。

【請求項11】

前記圧力アンチノードは、前記パイプ部材の延張方向に沿って前記内面に互いに離隔して複数形成され、
前記段階（ｃ）は、
（ｃ１）前記キャビティを複数の前記圧力アンチノードの位置で成長させる段階と、
（ｃ２）前記キャビティを臨界体積以上に成長させて爆発させる段階と、
（ｃ３）前記キャビティが爆発する際に発生する衝撃波（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ）またはマイクロジェット（ｍｉｃｒｏｊｅｔ）によって、前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力を印加する段階とを含む、請求項９に記載のピーニング方法。

【請求項12】

前記段階（ｄ）は、
（ｄ１）制御部で、前記中空に収容された前記第２流体の圧力または供給量を制御する段階と、
（ｄ２）前記第２流体の圧力または供給量を調整し、前記中空に収容された前記第１流体と前記第２流体との相対的な体積を制御する段階と、
（ｄ３）前記第１流体と前記第２流体とが接触する部分に形成される前記反射面の位置を制御する段階と、
（ｄ４）前記波が前記反射面に全反射して形成される定在波の前記圧力アンチノードの位置を制御する段階とを含む、請求項９に記載のピーニング方法。

【請求項13】

前記段階（ｄ）は、
前記段階（ｄ２）の後および前記段階（ｄ３）の前に、
（ｄ２’）前記制御部で前記第２流体の圧力を一定に維持させ、前記パイプ部材と、前記パイプ部材に前記波を印加する前記探針部と、タンク部材とを回転して、前記反射面と前記内面との間の角度を一定に維持する段階を含む、請求項１２に記載のピーニング方法。

【請求項14】

前記段階（ｄ２’）は、
（ｄ２１’）前記パイプ部材と、前記探針部と、前記パイプ部材を収容する前記タンク部材とに動力部を連結する段階と、
（ｄ２２’）前記動力部で、前記パイプ部材と、前記探針部と、前記タンク部材とを回転させる段階とを含む、請求項１３に記載のピーニング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピーニング装置およびそれを利用するピーニング方法に関するものであり、より具体的に、パイプまたはスプリングなどの内部に形成された中空を取り囲む内面をピーニングして圧縮残留応力を印加し得るピーニング装置およびそれを利用するピーニング方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パイプの内部には中空（ｈｏｌｌｏｗ）が形成される。流体は、前記中空を介していずれか１つの部材から他の１つの部材に伝達され得る。

【0003】

パイプに形成された中空は、パイプそのものの強度を減少させる。すなわち、パイプの断面を考慮すると、その断面積は、形成された中空の断面積の分だけ減少して軽量化が可能である。軽量化とともに繰り返し荷重を受ける中空スプリングの場合、外壁（外面）とともに内壁（内面）にも一定レベル以上の疲労強度を実現せねばならない。そのための方法として、外面および内面処理に関する技術が紹介されている。

【0004】

外面および内面の処理は、パイプの外面および内面に圧縮残留応力を印加して、パイプの疲労強度を増加させるための技術である。よく活用されているショットピーニング（ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ）は、ショットボール（ｓｈｏｔ ｂａｌｌ）と呼ばれる小さいサイズのスチール素材のボールをパイプの外面および内面に投射して鍛造処理（ｈａｍｍｅｒｉｎｇ）する。これにより、ショットピーニングされたパイプの外面および内面に圧縮残留応力が印加され、パイプの疲労強度が増加され得る。

【0005】

特に、パイプに形成された中空の断面が微小である場合、またはパイプが湾曲部などを含む複雑な形状を有する場合、ショットピーニング、レーザーピーニングおよびウォータージェットピーニングのための装置の投入が容易ではない。

【0006】

中空コイルスプリング（ｈｏｌｌｏｗ ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ）が一例として含まれ得る。従来のコイルスプリングは、内部に中空のないバー（ｂａｒ）状の母材を曲げ加工して形成されるのに対し、中空タイプのコイルスプリングは、内部に中空が形成されたパイプ状の母材を曲げ加工して形成される。

【0007】

したがって、中空コイルスプリングは、従来のコイルスプリングのような弾性係数を有することを前提として、中空の体積に対応する母材の質量分だけ軽量化が可能である。それにより、車両、鉄道車両、航空機等の燃費およびエネルギー効率向上のために部材の軽量化が必要な製品には、従来のコイルスプリングよりも中空コイルスプリングがなお有利である。

【0008】

ただ、曲げ加工が行われた後には、中空コイルスプリングの中空内壁にショットピーニング等を行うための装置が投入され難い。

【0009】

そこで、曲線状に延びる部材の内面を処理するための技術が紹介されている。

【0010】

特許文献１は、超音波衝撃処理による冷間加工部の強度向上方法および破壊靭性および疲労強度の高い金属製品を開示する。具体的には、超音波を利用してパイプの内面にピーニング作業を行うための技術が開示されている。

【0011】

ところで、前記先行文献は、作業対象物として直線状の金属管のみを開示している。すなわち、前記先行文献が提案する技術は、曲線状のパイプ、チューブまたはスプリングなどの内壁に適用することが難しい。

【0012】

特許文献２は、超音波ピーニングのためのショット、装置および設備、並びにこれらによって処理された部品（Ｓｈｏｔ，ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｅｅｎｉｎｇ，ａｎｄ ｐａｒｔｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｔｈｅｒｅｂｙ）を開示している。具体的には、ソノトロード（ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）を利用して部品の内壁をピーニングするための技術が開示されている。

【0013】

ところが、前記先行文献もまた、その対象物をピーニング処理が必要な内壁の深さが浅い部品に限定している。すなわち、前記先行文献が提案する技術も、長さの長い曲線状のパイプ、チューブまたはスプリングなどの内壁に圧縮残留応力を発生させることは難しい。

【0014】

また、前記先行文献は、ソノトロードで発生するショットボールを対象物の内面に衝撃を加えてピーニングが行われるものであり、延長方向の一端部が閉鎖された部材にのみ適用され得る。

【0015】

したがって、前記先行文献は、１つ以上の曲線部分を含むように延びるパイプ、または中空コイルスプリングの内面を処理するために適用することは困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【文献】韓国公開特許第１０－２００５－００８６６８３号公報

【文献】米国特許出願公開第２００６／００２１４１０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明は、前述の問題点を解決し得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを目的とする。

【0018】

まず、中空が形成されたパイプ等が軽量化しながらも内面に十分な疲労強度を有するように製造され得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを一目的とする。

【0019】

また、中空が形成されたパイプ等の内面に圧縮残留応力を印加し得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを一目的とする。

【0020】

また、曲線状パイプまたはスプリング等と、その形状が複雑な部材の内面にも圧縮残留応力を印加し得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを一目的とする。

【0021】

また、中空が形成されたパイプ等の内面において、圧縮残留応力が印加される位置を容易かつ正確に制御し得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを一目的とする。

【0022】

また、中空が形成されたパイプ等の内面に印加される圧縮残留応力の大きさを最大化し得るピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法を提供することを一目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0023】

本発明の一側面によると、少なくとも１つの湾曲したラウンド部を含み、内部に第１流体および気体相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）である第２流体が収容される中空が形成されたパイプ部材に圧縮残留応力を印加するピーニング装置であって、前記中空に供給された前記第１流体に浸るように配置され、前記第１流体に波（ｗａｖｅ）を印加する探針部を含み、前記第１流体と前記第２流体とは互いに異なる音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を有して、前記第１流体と前記第２流体とが接触する反射面で前記波が全反射して定在波が形成され、形成された前記定在波の圧力アンチノードで生成および成長するキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）が爆発する際に放出される衝撃波（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ）またはマイクロジェット（ｍｉｃｒｏｊｅｔ）により、前記中空を取り囲む前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力が印加される、ピーニング装置が提供される。

【0024】

また、複数の前記圧力アンチノードは、前記パイプ部材の前記内面に沿って所定間隔で離隔して形成され、前記キャビティは、複数の前記圧力アンチノードから臨界体積まで成長した後に爆発する、ピーニング装置が提供され得る。

【0025】

また、前記パイプ部材の中空と連通して、前記中空に収容された前記第２流体の圧力または供給量が変化するように構成される制御部を含む、ピーニング装置が提供され得る。

【0026】

また、前記中空の前記第２流体の圧力または供給量が制御されると、前記反射面の位置は前記パイプ部材に沿って移動される、ピーニング装置が提供され得る。

【0027】

また、前記探針部および前記パイプ部材と連結され、前記探針部と前記パイプ部材とを一緒に回転させる動力部を含む、ピーニング装置が提供され得る。

【0028】

また、前記第２流体の圧力が一定に維持され、前記探針部と前記パイプ部材とが一緒に回転することにより、前記反射面はその位置が調整され、前記パイプ部材の内面と所定の角度で維持される、ピーニング装置が提供され得る。

【0029】

また、前記第１流体が収容され、前記パイプ部材を収容するタンク部材を含み、前記パイプ部材は、前記タンク部材に収容された前記第１流体に浸るように配置される、ピーニング装置が提供され得る。

【0030】

また、前記動力部は、前記探針部、前記パイプ部材、および前記パイプ部材を収容した前記タンク部材を一緒に回転させるように構成される、ピーニング装置が提供され得る。

【0031】

また、前記反射面は、前記中空に挿入された固体相（ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ）の板部材または膜部材からなる、ピーニング装置が提供され得る。

【0032】

また、本発明の一側面によると、少なくとも１つの湾曲したラウンド部を含み、内部に第１流体および気体相である第２流体が収容される中空が形成されたパイプ部材に圧縮残留応力を印加するピーニング方法であって、（ａ）パイプ部材の内部に形成された中空に第１流体と第２流体とが注入される段階と、（ｂ）前記パイプ部材の前記中空に注入された前記第１流体に定在波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ）が形成され、定在波の圧力アンチノードでキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）が形成される段階と、（ｃ）形成された前記キャビティが爆発する際に前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力が印加される段階と、（ｄ）定在波の圧力アンチノード（ａｎｔｉｎｏｄｅ）の位置が制御される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0033】

さらに、前記段階（ａ）は、（ａ１）流体供給部が、前記パイプ部材との流体疎通を可能に連結される段階と、（ａ２）前記流体供給部が、前記第１流体を前記パイプ部材の一端部を介して前記中空に供給する段階と、（ａ３）前記流体供給部が、前記第２流体を前記パイプ部材の延長方向の他端部を介して前記中空に供給する段階と、（ａ４）前記第１流体と前記第２流体とが接触する部分に形成される反射面が形成される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0034】

また、前記段階（ｂ）は、（ｂ１）探針部が、前記中空の端部のうち前記第１流体が収容された一端部に隣接して配置される段階と、（ｂ２）前記探針部が、前記第１流体に前記波を印加する段階と、（ｂ３）前記第１流体と前記第２流体とが接触する部分に形成された反射面に前記波が全反射することにより定在波として形成され、前記パイプ部材の内面に定在波が形成される段階と、（ｂ４）前記定在波の圧力アンチノードで前記キャビティが形成される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0035】

また、前記定在波の圧力アンチノードは、前記パイプ部材の延張方向に沿って前記内面に互いに離隔して複数形成され、前記段階（ｃ）は、（ｃ１）前記キャビティが複数の前記圧力アンチノードの位置で成長する段階と、（ｃ２）前記キャビティが臨界体積以上に成長して爆発する段階と、（ｃ３）前記キャビティが爆発する際に発生する衝撃波またはマイクロジェットによって、前記パイプ部材の内面に圧縮残留応力が印加される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0036】

また、前記段階（ｄ）は、（ｄ１）制御部により、前記中空に収容された前記第２流体の圧力または供給量が制御され、前記中空に収容された前記第１流体と前記第２流体との相対的な体積が制御される段階と、（ｄ３）前記第１流体と前記第２流体とが接触する部分に形成される反射面の位置が制御される段階と、（ｄ４）前記波が前記反射面に全反射して形成される定在波の圧力アンチノードの位置が制御される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0037】

また、前記段階（ｄ）は、前記段階（ｄ２）の後、および前記段階（ｄ３）の前に、（ｄ２’）前記制御部が前記第２流体の圧力を一定に維持させ、前記パイプ部材、前記パイプ部材に前記波を印加する探針部とタンク部材とが回転して、前記反射面と前記内面との間の角度が一定に維持される段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【0038】

また、前記段階（ｄ２’）は、（ｄ２１’）前記パイプ部材、前記探針部および前記パイプ部材を収容する前記タンク部材に動力部が連結される段階と、（ｄ２２’）前記動力部が、前記パイプ部材、前記探針部および前記タンク部材を回転させる段階とを含む、ピーニング方法が提供され得る。

【発明の効果】

【0039】

本発明の実施例によると、以下のような効果を達成し得る。

【0040】

まず、本発明の実施例によるピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法は、内部に中空が形成されたパイプまたはスプリング等の内面、すなわち中空を取り囲む内面に圧縮残留応力を印加し得る。したがって、中空を形成してパイプまたはスプリング等の内面にも十分な疲労強度を有するように形成され得る。

【0041】

さらに、中空が形成されることにより、パイプまたはスプリング等は、断面積および体積の減少分だけの重量が減少され得る。したがって、パイプまたはスプリング等の軽量化も達成され得る。

【0042】

結果的に、中空パイプまたはスプリング等は、内面にも十分な疲労強度を有するように形成されながらも軽量化され得る。これにより、本発明の実施例によるピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法によってその内面が処理されたパイプまたはスプリング等は、軽量化および疲労強度の向上が同時に求められる様々な製品に適用され得る。

【0043】

また、本発明の実施例によるピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法は、小型の探針部を用いて波、例えば、超音波を印加して内面に圧縮残留応力を印加し得る。

【0044】

また、本発明の実施例によるピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法は、パイプまたはスプリング等の中空内部に探針部が提供する波が形成するキャビティの爆発により行われ得る。

【0045】

中空の内部には、第１流体と第２流体とが充填される。第１流体と第２流体とは、差の大きい音響インピーダンスを有する。探針部は、液体相である第１流体に浸るように配置され波を提供する。

【0046】

提供された波は、前記流体と差の大きい音響インピーダンスを有するパイプ部材の外部に流出せず、パイプの延長方向に進行して音響インピーダンス差の大きい第１流体と第２流体との境界面（すなわち、反射面）で全反射を成して、定在波を中空内部に形成する。

【0047】

提供された波は、反射面に反射されて定在波が形成され、定在波の圧力アンチノードが形成される部分にはキャビティが発生する。

【0048】

発生したキャビティは、臨界体積まで成長した後に爆発する。キャビティが爆発する際に衝撃波が発生し、中空を取り囲む内面は、前記衝撃波によって圧縮残留応力が発生する。

【0049】

一方、第１流体、第２流体およびパイプ部材の間では、音響インピーダンスの差が非常に大きいため（例えば、水と金属パイプ部材は音響インピーダンスの差が非常に大きい）、印加された波は外部に流出されない。

【0050】

長さの長いパイプ部材Ｐの内部にも一定の間隔で離隔された圧力アンチノードを有する定在波を形成し得る。また、屈曲が形成されたパイプ部材Ｐの内部にも一定の間隔で離隔された圧力アンチノードを有する定在波を形成し得る。

【0051】

圧力アンチノードは、パイプ部材Ｐの延長方向に沿って一定の間隔で形成され得る。なお、パイプ部材Ｐの延長方向は、パイプ部材Ｐの軸方向と理解され得る。

【0052】

一定の間隔で離隔された圧力アンチノードを有する定在波形成は、反射面位置制御によるピーニング位置制御を可能にする。反射面の位置制御は、中空の第２流体（すなわち、気体相からなる）の圧力を制御することによって実現され得る。さらに、反射面の位置が制御されることにより、反射面を基準に一定の間隔で離隔された圧力アンチノードの位置も制御される。

【0053】

これにより、波の圧力アンチノード、すなわち、キャビティが発生する位置が容易かつ正確に制御され得る。その結果、中空を取り囲む内面の部分中、ピーニング作業が行われ圧縮残留応力が印加される位置が、容易かつ正確に制御され得る。

【0054】

結果として、長さが長く曲げ加工されたパイプ部材または螺旋状に延びるスプリング等の内部に形成された中空を取り囲む内面に、効果的な方法により圧縮残留応力が印加され得る。

【0055】

また、本発明の一実施例によるピーニング装置およびそれを用いたピーニング方法によると、その内面にピーニング作業が行われる対象物であるパイプまたはスプリングおよびそれにピーニングを行うピーニング装置は、回転可能に備えられ得る。供給された第２流体の圧力を一定に維持しながらピーニング装置を回転させると、反射面の位置が変化し得る。この際、反射面はパイプ部材Ｐの内面に対して垂直な状態で維持され得る。

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】図１は、本発明の実施例によるピーニング装置の原理を示す概念図である。

【図2】図２は、本発明の実施例によるピーニング装置の原理を示す概念図である。

【図3】図３は、本発明の実施例によるピーニング装置の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、本発明の実施例によるピーニング装置を示す概念図である。

【図5】図５は、本発明の実施例によるピーニング装置を示す概念図である。

【図6】図６は、本発明の実施例によるピーニング装置を用いたピーニング方法の流れを示すフローチャートである。

【図7】図７は、図６のピーニング方法における段階Ｓ１００の具体的な流れを示すフローチャートである。

【図8】図８は、図６のピーニング方法における段階Ｓ２００の具体的な流れを示すフローチャートである。

【図9】図９は、図６のピーニング方法における段階Ｓ３００の具体的な流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0057】

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例によるピーニング装置１０を詳細に説明する。以下の説明においては、本発明の特徴を明確にするために、一部の構成要素に関する説明が省略され得る。

【0058】

（１．用語の定義）
ある構成要素が、他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると言及したときは、該他の構成要素に直接連結されているか、または接続されていることもあり得るが、間に他の構成要素が存在することもあり得ると理解されるべきである。

【0059】

一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると言及したときは、間に他の構成要素が存在しないことと理解されるべきである。本明細書で使用される単数の表現は、文脈上明らかに異なるものと意味しない限り、複数の表現を含む。

【0060】

以下の説明で使用される「流体疎通可能な連結」または「連通」という用語は、２つ以上の部材のうち１つの部材から他の部材に流体が流動可能に連結されることを意味する。流体疎通可能な連結または連通は、パイプなどの配管またはホース等を用いて形成され得る。

【0061】

以下の説明で使用される「超音波」という用語は、人間の可聴範囲を超える周波数を有する周期的な音圧のことを意味する。一実施例において、超音波は２０ｋＨｚ以上の周波数、または２０ｋＨｚの範囲より低い周波数を有する音圧であり得る。

【0062】

以下の説明で使用される「キャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）」という用語は、流体の圧力変化によって流体内に空洞（ｃａｖｉｔｙ）が形成／成長／爆発する一連の現象のことを意味する。一実施例において、前記空洞が形成された後に爆発する過程を通して、パイプ部材Ｐ等の内面に衝撃が印加され得る。

【0063】

以下の説明で使用される「ピーニング（ｐｅｅｎｉｎｇ）」という用語は、材料特性を改善するために、金属などの表面に外力を印加して圧縮残留応力を実現する一連の過程を意味する。ピーニングは、表面に圧縮残留応力を印加して、表面の疲労強度を向上させ疲労寿命を増加させるために行う。一実施例において、ピーニングは、超音波加振の際に発生するキャビティの爆発によって発生する衝撃波によって行われ得る。

【0064】

以下の説明で使用される「パイプ部材Ｐ」という用語は、中空（ｈｏｌｌｏｗ）が内部に形成された任意の部材のことを意味する。パイプ部材Ｐは、直線状または曲線状に形成されるか、または直線部分および曲線部分のうちの少なくとも１つ以上を含むように形成され得る。

【0065】

一実施例において、パイプ部材Ｐは、コイルスプリング（ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ）のように螺旋状に延びて形成され得る。他の実施例において、パイプ部材Ｐは、内部に中空が形成されたスタビライザ（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）等、直線部分とラウンド状の部分とのいずれも含む部材からなり得る。

【0066】

すなわち、本発明の実施例によるピーニング装置１０およびそれを用いたピーニング方法により、その内面に圧縮残留応力が印加されるパイプ部材Ｐは、湾曲形成されたラウンド部を少なくとも１つ含むように形成され得る。

【0067】

以下の説明で使用される「第１流体Ｆ１」および「第２流体Ｆ２」は、パイプ部材Ｐの中空Ｈ内部に充填され、波Ｗが流動するための媒質として機能する任意の流体のことを意味する。第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とは、互いに混合されず、互いに異なる音響インピーダンスを有する。

【0068】

したがって、第１流体Ｆ１から第２流体Ｆ２に向かって提供された波Ｗは、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが接触する面である反射面Ｒ．Ｓで全反射し得る。

【0069】

一実施例において、第１流体Ｆ１は、液体相（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ）からなり得る。また、第２流体Ｆ２は、気体相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）からなり得る。

【0070】

前記実施例において、第１流体Ｆ１は水からなり得る。また、第２流体Ｆ２は空気からなり得る。

【0071】

第１流体Ｆ１が水からなる実施例において、水供給器（ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）が備えられ得る。

【0072】

また、第２流体Ｆ２が空気からなる実施例において、空気供給器（ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ）が備えられ得る。

【0073】

以下の説明において、「反射面Ｒ．Ｓ」という用語は、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが接触する部分に形成される面のことを意味する。

【0074】

以下の説明では、反射面Ｒ．Ｓが、互いに異なる音響インピーダンスを有する２つの流体が接触して形成されることを前提とする。例えば、中空Ｈに挿入された固体相（ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ）の別途の板部材または膜部材が反射面Ｒ．Ｓとして機能し得る。

【0075】

以下で説明するピーニング装置１０およびそれを用いたピーニング方法は、パイプ部材Ｐの内面処理のために活用され得る。さらには、ピーニング装置１０およびそれを用いたピーニング方法は、パイプ部材Ｐの内面を洗浄するためにも活用され得る。

【0076】

（２．本発明の一実施例によるピーニング装置１０の説明）
本発明の一実施例によるピーニング装置１０は、パイプ部材Ｐの内部に波Ｗを照射するように構成され得る。パイプ部材Ｐの内部空間には、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が充填される。第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが互いに接触する部分は反射面Ｒ．Ｓと定義され得る。

【0077】

この際、充填された第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２とパイプ部材Ｐとの音響インピーダンスの差により、照射された波Ｗはパイプ部材Ｐの外部に流出されず、両流体Ｆ１、Ｆ２の境界面で全反射して定在波を形成する。

【0078】

キャビティＣは、波Ｗが形成する圧力アンチノードＡＮに集中的に発生し得る。これは、圧力アンチノード（ＡＮ）において周期的な圧力振幅（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）が最大となることに起因する。キャビティＣは、周期的な圧力変位によって成長する。

【0079】

既定のサイズ、すなわち、臨界サイズまで成長したキャビティＣは爆発して、パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに衝撃波を伝達し得る。前記衝撃波によって内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加され得る。

【0080】

さらに、キャビティＣが発生および爆発する第１流体Ｆ１とパイプ部材Ｐとは、互いに異なる音響インピーダンスを有するように設けられる。第１流体Ｆ１は、パイプ部材Ｐと差の大きい音響インピーダンスを有するように設けられ、提供された波Ｗはパイプ部材Ｐの内部にのみ音波を形成し得る。

【0081】

パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓを塑性変形させて圧縮残留応力を印加するための手段として、波Ｗおよびそれによって発生するキャビティＣを用いることにより、本発明の一実施例によるピーニング装置１０は、パイプ部材Ｐの形状とは関係なく活用され得る。

【0082】

すなわち、本発明の実施例によるピーニング装置１０は、パイプ部材Ｐが直線状、曲線状である場合、さらには、コイルスプリングのように螺旋状である場合にも活用され得る。

【0083】

また、提供された波Ｗは、パイプ部材Ｐの内部に充填された第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２の境界面と定義される反射面Ｒ．Ｓによって全反射して定在波として形成され得る。

【0084】

さらには、反射面Ｒ．Ｓの位置は、中空Ｈの内部に供給された第２流体Ｆ２の圧力（または流体Ｆ２の供給量）を制御することによって制御され得る。すなわち、図２に示すように、提供された波Ｗの反射位置およびそれによって形成される圧力アンチノードＡＮの位置は、キャビテーションが誘導する圧縮残留応力が求められる内部表面領域に設定され得る。

【0085】

したがって、その幅および体積の狭いパイプ部材Ｐの内部空間を取り囲む内面Ｉ．Ｓの求められる領域に、キャビテーションによって発生した圧縮残留応力が発生し得る。これにより、パイプ部材Ｐの疲労強度が増加され得る。

【0086】

一実施例において、パイプ部材Ｐは、コイルスプリングまたは内部に中空が形成されたスタビライザ等として備えられ得る。

【0087】

以下に説明するパイプ部材Ｐは、内部に中空Ｈが形成されることを前提とする。したがって、パイプ部材Ｐの重量が減少し、パイプ部材Ｐを用いて作製された製品、例えば、スプリング等の軽量化が達成され得る。パイプ部材Ｐの中空Ｈは、パイプ部材Ｐの延長方向に沿って延びるが、その延長方向の各端部が開放形成され外部と連通され得る。

【0088】

一方、中空Ｈを取り囲む内面Ｉ．Ｓにピーニング処理が完了したパイプ部材Ｐは、実際の使用時に各端部に位置する開口部が閉鎖され得る。これにより、実際使用の際、内面Ｉ．Ｓの腐食等が防止され得る。

【0089】

中空Ｈの内部には、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２がそれぞれ充填され得る。この際、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２は、中空Ｈの延長方向に沿って互いに異なる位置に隣接して充填され得る。図１および図２に示す実施例において、第１流体Ｆ１は相対的に左側に位置し、第２流体Ｆ２は相対的に右側に位置する。

【0090】

第１流体Ｆ１には、波Ｗを照射するための探針部２００が挿入され得る。

【0091】

図１および図２に示す実施例において、探針部２００は第１流体Ｆ１に部分的に浸るように配置される。探針部２００から提供された波Ｗは、パイプ部材Ｐが延びる方向に沿って伝播される。言い換えると、波Ｗは第２流体Ｆ２に向かって伝播すると言える。

【0092】

第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が接触する面は、反射面Ｒ．Ｓと定義され得る。前述のように、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とは互いに異なる音響インピーダンスを有する。

【0093】

したがって、第１流体Ｆ１に沈殿した探針部２００から提供された波Ｗは、反射面Ｒ．Ｓによって全反射し定在波を形成する。

【0094】

この際、定在波は、複数の圧力ノードＮと圧力アンチノードＡＮとを形成するが、最も大きい周期的圧力振幅を有する圧力アンチノードＡＮ部分にてキャビティＣが発生する。

【0095】

波Ｗの圧力アンチノードＡＮでは、圧力振幅（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）が周期的に変化し、キャビティＣは徐々に成長して、臨界サイズ以上になると爆発する。キャビティＣの爆発は、パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに衝撃波を印加するが、これによって内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が発生し得る。

【0096】

結果として、キャビティＣの爆発によって発生する衝撃波によって、パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに塑性変形（ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）および圧縮残留応力が発生し得る。

【0097】

キャビティＣが予想される圧力アンチノードＡＮの位置は、中空Ｈに注入された第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が接触する部分に形成される反射面Ｒ．Ｓの位置によって決定され得る。したがって、中空Ｈの内部に収容された気体相の第２流体Ｆ２の圧力または供給量を制御して反射面Ｒ．Ｓの位置を変更すれば、圧力アンチノードＡＮの位置も変更され得る。

【0098】

図２を参照して前記内容を具体的に説明すると、次の通りである。

【0099】

図２において、点線で示す圧力アンチノードＡＮおよび反射面Ｒ．Ｓは位置変化の前、一点鎖線で示す圧力アンチノードＡＮおよび反射面Ｒ．Ｓは位置変化の後を示す。

【0100】

図２の右側に示す拡大図を参照すると、反射面Ｒ．Ｓの位置が下側に移動する（一点鎖線で示す反射面Ｒ．Ｓ）。これにより、反射面Ｒ．Ｓに反射して形成された定在波が形成する圧力アンチノードＡＮの位置も反射面Ｒ．Ｓが移動した分下側に移動する（一点鎖線で示す圧力アンチノードＡＮ）。

【0101】

図２の左側に示す拡大図を参照すると、反射面Ｒ．Ｓの位置変化による圧力アンチノードＡＮが移動した状態が示される。

【0102】

すなわち、図２の左側に示す拡大図において、新たな圧力アンチノードＡＮ（一点鎖線で示す圧力アンチノード（ＡＮ））は、以前の圧力アンチノードＡＮ（点線で示す圧力アンチノード（ＡＮ））に比べて上側に移動する。

【0103】

結果として、反射面Ｒ．Ｓの位置を連続的に変化させると、内面Ｉ．Ｓ全体に圧縮残留応力の発生が起こり得る。

【0104】

図１および図２に示す左側の拡大図は、探針部２００に連結されたパイプ部材Ｐの内部を概念的に示し、右側の拡大図は、反射面Ｒ．Ｓが形成されるパイプ部材Ｐの内部を概念的に示すものである。

【0105】

以下、図１～図５を参照して、本発明の実施例によるピーニング装置１０を詳細に説明する。図示の実施例において、ピーニング装置１０は、制御部１００、探針部２００、タンク部材３００、および動力部４００を含む。

【0106】

第１流体および第２流体が充填されたパイプ中空内部の反射面の位置制御は、気相の第２流体と連結されている制御部１００により実現される。制御部１００は、反射面の位置にて静圧（ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の変化および／または供給量の変化により、反射面の位置を変化させる。

【0107】

制御部１００は、パイプ部材Ｐの内部に供給される第２流体（気体）の圧力と供給量（ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）とを調節し得る。また、制御部１００は、パイプ部材Ｐの内部に充填されている第１流体（液体）の量を感知し得る。

【0108】

探針部２００は、波Ｗをパイプ部材Ｐの中空Ｈに照射する。照射された波Ｗは、中空Ｈを取り囲む内面Ｉ．ＳにキャビティＣを生成し得る。具体的に、波Ｗが反射面Ｒ．Ｓにより反射して形成される定在波の圧力アンチノードＡＮ部分にキャビティＣが形成され得る。

【0109】

生成されたキャビティＣが、成長および爆発する際に発生する衝撃波によってパイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加され得ることは、前述の通りである。

【0110】

探針部２００は、中空Ｈに部分的に収容され得る。図１を参照すると、探針部２００の端部が、第１流体Ｆ１に沈殿するように中空Ｈに収容される。探針部２００の前記端部から波Ｗが照射され得ることが理解される。

【0111】

探針部２００は、小型のサイズを有するように形成され得る。具体的に、探針部２００は、中空Ｈの断面よりも小さい断面を有する一部分を含むように形成され、中空Ｈに収容され得る。

【0112】

タンク部材３００は、パイプ部材Ｐおよびパイプ部材Ｐに充填される第１流体Ｆ１を収容する。パイプ部材Ｐは、タンク部材３００に収容され、その一部が第１流体Ｆ１に浸るように配置される。

【0113】

図４～図５に示す実施例において、パイプ部材Ｐは、タンク部材３００に収容された第１流体Ｆ１に完全に浸るように配置される。パイプ部材Ｐが第１流体Ｆ１に浸る領域の割合は変更され得る。

【0114】

他の実施例において、パイプ部材Ｐは、タンク部材３００に収容されない状態で配置され得る。前記実施例において、パイプ部材Ｐの中空Ｈには、第１流体Ｆ１が供給された状態で設けられ得る。この際、制御部１００によって中空Ｈに供給された第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２の量が制御され得る。

【0115】

すなわち、パイプ部材Ｐがタンク部材３００なしで設けられる実施例においても、タンク部材３００が適用された実施例でパイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加される過程が同様に行われ得る。

【0116】

タンク部材３００に収容される第１流体Ｆ１は、外部の流体供給部（図示せず）から供給され得る。前記実施例において、タンク部材３００は、外部の流体供給部（図示せず）と流体疎通可能に連結され得る。

【0117】

反射面において、気相の第２流体の圧力が一定に保たれた状態でタンク部材３００が回転すると、反射面と内面との間の角度を一定に維持しながら反射面の位置を制御し得る。すなわち、後述する動力部４００は、タンク部材３００を時計方向および反時計方向中のいずれかの方向に回転させ得る。タンク部材３００は、ピーニング装置２０の他の構成要素、例えば、探針部２００とともに回転され得る。

【0118】

図示されてはいないが、タンク部材３００にはカバー部材（図示せず）が設けられ得る。前記カバー部材（図示せず）は、タンク部材３００の開口部を閉鎖して、タンク部材３００の回転時に収容された第１流体Ｆ１が漏れたり、パイプ部材Ｐが離脱したりすることが防止され得る。

【0119】

動力部４００は、ピーニング装置２０の他の構成要素が回転されるための動力を提供する。一実施例において、動力部４００は、制御部１００と、探針部２００と、タンク部材３００と、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が充填されたパイプ部材Ｐとを回転させ得る。

【0120】

これにより、反射面Ｒ．Ｓと内面Ｉ．Ｓとの間の角度が一定に保たれながら反射面の位置が制御されると、反射面の位置に応じて連続的に形成される定在波のパターンは変化しない。その結果、定在波の圧力アンチノードＡＮの制御の精度および発生するキャビティＣの位置制御の精度が向上し得る。

【0121】

動力部４００は、ピーニング装置２０の他の構成要素およびパイプ部材Ｐと連結される。動力部４００は、ピーニング装置２０の他の構成要素およびパイプ部材Ｐを回転させ得る。

【0122】

図５に示す実施例において、動力部４００は、タンク部材３００の下部プラットフォームを軸として、ピーニング装置２０の他の構成要素と、パイプ部材Ｐとを回転させ得る（図５に示す矢印の方向）。

【0123】

動力部４００は、パイプ部材Ｐを回転させ得る任意の形態で備えられ得る。一実施例において、動力部４００は、モータ等の電動機の形態で備えられ得る。前記実施例において、動力部４００は外部の電源（図示せず）と通電可能に連結され、回転に必要な電力伝達を受け得る。動力部４００の回転速度および回転方向などは制御可能に構成され得る。

【0124】

図示されてはいないが、ピーニング装置１０には予備－荷重印加部（図示せず）が設けられ得る。予備－荷重印加部（図示せず）は、実際の使用時にパイプ部材Ｐに印加される使用中荷重（例えば、使用中荷重は自動車のスプリングコイルに加えられるものであり得る）と同様の荷重をパイプ部材Ｐに印加し得る。この際、予備－荷重印加部（図示せず）は、探針部２００が波Ｗを印加する前にパイプ部材Ｐに荷重を印加するように構成され得る。

【0125】

例えば、予備－荷重印加部（図示せず）は、パイプ部材Ｐに使用中荷重が加えられる方法によりパイプ部材Ｐに予備－荷重（ｐｒｅ－ｌｏａｄ）を加えられる。

【0126】

パイプ部材Ｐが、コイルスプリング（ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ）として設けられる場合、予備－荷重印加部（図示せず）は、コイルスプリングが使用中荷重を受ける方法により、コイルスプリングの軸方向に圧縮荷重または引張荷重を印加し得る。

【0127】

予備－荷重印加部（図示せず）が設けられる実施例において、キャビティによる圧縮残留応力発生の効果は、引張応力が得られる領域において向上され得る。

【0128】

図１、図２、図４、および図５を参照すると、本実施例によるピーニング装置１０によって圧縮残留応力が印加されるパイプ部材Ｐが示される。

【0129】

図示の実施例において、パイプ部材Ｐは、螺旋状に延びるコイルスプリングの形態で設けられる。パイプ部材Ｐの内部には、外面Ｏ．Ｓおよび内面Ｉ．Ｓで取り囲まれて形成される空間である中空Ｈが形成される。

【0130】

中空Ｈは、パイプ部材Ｐが延びる方向に延長する。図示の実施例において、パイプ部材Ｐは螺旋状に形成されるので、中空Ｈも螺旋状に形成されることが理解され得る。中空Ｈの延長方向の各端部は、開放形成され外部と連通され得る。

【0131】

図１および図２に示すように、探針部２００は、中空Ｈの一端部（図示の実施例において上端部）に部分的に挿入され得る。探針部２００の端部は中空Ｈの内部に収容され、中空Ｈに波Ｗを効果的に照射し得る。探針部２００が、中空Ｈの外部から中空Ｈに波Ｗを照射し得るように設けられ得ることは前述の通りである。

【0132】

図１および図２の拡大図に示す実施例において、探針部２００は液体相である第１流体Ｆ１に沈殿して波Ｗを照射するように配置される。

【0133】

前述のように、波Ｗが反射面Ｒ．Ｓで反射して定在波によって形成される圧力アンチノードＡＮ部分にてキャビティＣが生成および成長して爆発する。

【0134】

キャビティＣの前記爆発によって発生する衝撃波によって、内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加され得る。

【0135】

以上説明したピーニング装置１０において、パイプ部材Ｐが延びる方向の中間部に反射面Ｒ．Ｓが形成され得る。ピーニング装置１０は、パイプ部材Ｐの中間部分に形成された反射面Ｒ．Ｓの一方および他方それぞれの内面Ｉ．Ｓに順次圧縮残留応力を印加し得る。

【0136】

具体的に、探針部２００は、反射面Ｒ．Ｓを基準にパイプ部材Ｐの一端部に先ず挿入され、パイプ部材Ｐの前記一方に偏った半分の部分に圧縮残留応力を印加し得る。

【0137】

前記過程が完了すると、探針部２００は、反射面Ｒ．Ｓを基準にパイプ部材Ｐの他端部に挿入され、パイプ部材Ｐの前記他方に偏った残り半分の部分に圧縮残留応力を印加し得る。

【0138】

これは、パイプ部材Ｐの延長長さが過剰であると、波Ｗの延長距離も増加して、中空Ｈ内部の超音波の強度が弱くなるおそれのあることに起因する。したがって、本実施例において、パイプ部材Ｐが適切に区切られ、区切られた部分にそれぞれ圧縮残留応力を発生させると各々の定在波フィールド（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｆｉｅｌｄ）の延長長さが小さくなるので、パイプ部材Ｐが区画なく結合する場合に比べて、定在波の強度が弱くなることが低減される。

【0139】

（３．本発明の実施例によるピーニング方法の説明）
本発明の実施例によるピーニング方法は、前述の実施例によるピーニング装置１０によって行われ得る。

【0140】

以下、図６～図９を参照して、本発明の実施例によるピーニング方法を詳細に説明する。

【0141】

図６を参照すると、図示の実施例によるピーニング方法は、パイプ部材Ｐの内部に形成された中空Ｈに第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が注入される段階Ｓ１０と、パイプ部材Ｐの中空Ｈに注入された第１流体Ｆ１に波Ｗが印加されキャビティＣが形成される段階Ｓ１００と、形成されたキャビティＣが爆発する際にパイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加される段階Ｓ２００と、波Ｗが形成する圧力アンチノードＡＮの位置が制御される段階Ｓ３００とを含む。

【0142】

なお、後述する段階Ｓ１００、Ｓ２００、Ｓ３００の前に、パイプ部材Ｐの内部に形成された中空Ｈに液体相の第１流体Ｆ１および気体相の第２流体Ｆ２が注入される段階Ｓ１０が先行され得る。

【0143】

［（１）パイプ部材Ｐの中空Ｈに注入された第１流体Ｆ１に波Ｗが印加されキャビティＣが形成される段階Ｓ１００の説明］
本段階Ｓ１００は、パイプ部材Ｐの中空Ｈに探針部２００が挿入され波Ｗが印加され、波Ｗが反射面Ｒ．Ｓに全反射して定在波として形成され、これにより、圧力アンチノードＡＮ部分にキャビティＣを形成される段階である。以下、図７を参照して本段階Ｓ１００を詳細に説明する。

【0144】

探針部２００は、中空Ｈの一端部に隣接して配置される。具体的に、探針部２００は、中空Ｈの端部のうち、液体相の第１流体Ｆ１が収容されたパイプ部材Ｐの延長方向の前記一端部に隣接して位置される（Ｓ１１０）。

【0145】

探針部２００は、波Ｗを第１流体Ｆ１に印加する（Ｓ１２０）。

【0146】

波Ｗは、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が接触する部分に形成された反射面Ｒ．Ｓに全反射して定在波として形成される。これにより、定在波として形成された波Ｗは、圧力ノードＮおよび圧力アンチノードＡＮを形成するが、圧力アンチノードＡＮはパイプ部材Ｐの内面に形成される（Ｓ１３０）。

【0147】

前述のように、圧力アンチノードＡＮは、周期的な圧力振幅が最大となるポイントである。これにより、圧力アンチノードＡＮが形成された位置にキャビティＣが集中的に形成される（Ｓ１４０）。

【0148】

［（２）形成されたキャビティＣが爆発する際にパイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加される段階Ｓ２００の説明］
本段階Ｓ２００は、形成されたキャビティＣが成長して爆発することにより発生する衝撃波によって、パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに圧縮残留応力が印加される段階、すなわち、ピーニング作業が行われる段階である。以下、図８を参照して本段階Ｓ２００を詳細に説明する。

【0149】

波Ｗが定在波となって形成される圧力アンチノードＡＮは、複数であり得る。複数の圧力アンチノードＡＮは、パイプ部材Ｐが延びる方向に沿って互いに離隔され、内面Ｉ．Ｓに位置される。

【0150】

キャビティＣは、複数の圧力アンチノードの位置で成長する（Ｓ２１０）。キャビティＣの成長が持続して臨界サイズ以上になると、キャビティＣは爆発して衝撃波（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ）またはマイクロジェット（ｍｉｃｒｏｊｅｔ）を放出する（Ｓ２２０）。

【0151】

キャビティＣが放出する前記衝撃波は、パイプ部材Ｐの内面Ｉ．Ｓに伝達される。これにより、前記衝撃波によって内面Ｉ．Ｓが塑性変形して圧縮残留応力が発生し得る（Ｓ２３０）。

【0152】

［（３）波Ｗが形成する圧力アンチノードＡＮの位置が制御される段階Ｓ３００の説明］
本段階Ｓ３００は、内面Ｉ．Ｓ全体またはピーニングが求められる部分にむらなく圧縮残留応力を印加するために、キャビティＣが発生および成長する圧力アンチノードＡＮの位置が制御される段階である。以下、図９を参照して本段階Ｓ３００を詳細に説明する。

【0153】

制御部１００は、中空Ｈに収容された第２流体Ｆ２の圧力および／または供給量を制御する（Ｓ３１０）。そのために、制御部１００が中空Ｈと連結されることは前述の通りである。

【0154】

一方、反射面Ｒ．Ｓの位置をより正確に制御するために、パイプ部材Ｐと、パイプ部材Ｐに波Ｗを印加する探針部２００と、タンク部材３００とがともに回転される段階Ｓ３３０がさらに行われ得る。前記段階Ｓ３３０は、反射面Ｒ．Ｓと内面Ｉ．Ｓとの間の相対的な角度を一定に保ち、反射面Ｒ．Ｓの位置が制御される段階である。

【0155】

まず、パイプ部材Ｐ、探針部２００、タンク部材３００に動力部４００が連結される（Ｓ３３１）。図示されてはいないが、ピーニング装置１０の他の構成要素、例えば制御部１００も動力部４００に連結され得る。

【0156】

次に、動力部４００がパイプ部材Ｐと、探針部２００と、タンク部材３００とを回転させる（Ｓ３３２）。この際、制御部１００によって中空Ｈに供給された第２流体Ｆ２の圧力は一定に維持される。

【0157】

図示されてはいないが、ピーニング装置１０の他の構成要素、例えば制御部１００も一緒に回転され得る。

【0158】

すなわち、制御部１００によって中空Ｈの圧力が一定に維持された状態でパイプ部材Ｐが回転すると、反射面Ｒ．Ｓと内面Ｉ．Ｓとの間の角度が一定に維持される状態で反射面Ｒ．Ｓの位置が制御され得る。

【0159】

本段階Ｓ３３０が追加で行われると、第２流体Ｆ２の圧力または供給量のみを制御して反射面Ｒ．Ｓの位置を制御する場合に比べて、反射面Ｒ．Ｓの位置およびそれによる圧力アンチノードＡＮの位置がより正確に制御され得る。

【0160】

反射面Ｒ．Ｓの位置変化による定在波の圧力アンチノードＡＮのパターンは、一般的に同様に維持されるものと期待され得る。

【0161】

この際、反射面Ｒ．Ｓと内面Ｉ．Ｓとの間の角度が一定に維持されると、圧力アンチノードＡＮのパターンの同一性がさらに向上し得る。その結果、キャビティＣの位置および圧縮残留応力が印加される位置がより正確に制御され得る。

【0162】

制御部１００によって中空Ｈに収容された第２流体Ｆ２の圧力および／または供給量が制御されることにより（Ｓ３２０）、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が接触する部分に形成される反射面Ｒ．Ｓの位置が制御される（Ｓ３４０）。

【0163】

また、パイプ部材Ｐ、探針部２００およびタンク部材３００がともに回転して反射面Ｒ．Ｓの角度および位置が制御されることにより（Ｓ３３０）、第１流体Ｆ１および第２流体（Ｆ２）が接触する部分に形成される反射面Ｒ．Ｓの位置が制御され得る（Ｓ３４０）。

【0164】

前記段階Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０により、中空Ｈに印加された波Ｗが反射面Ｒ．Ｓに全反射して形成される定在波の圧力アンチノードＡＮの位置が変更される（Ｓ３５０）（図２参照）。その結果、圧力アンチノードＡＮに形成されるキャビティＣの位置も制御され得る。

【0165】

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当技術分野において通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させ得ることは理解されよう。

【符号の説明】

【0166】

１０：ピーニング装置
１００：制御部
２００：探針部
３００：タンク部材
４００：動力部
Ｆ１：第１流体
Ｆ２：第２流体
Ｈ：中空（Ｈｏｌｌｏｗ）
Ｉ．Ｓ：内面（Ｉｎｎｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ）
Ｏ．Ｓ：外面（Ｏｕｔｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ）
Ｎ：圧力ノード（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｏｄｅ）
ＡＮ：圧力アンチノード（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｔｉｎｏｄｅ）
Ｃ：キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）
Ｐ：パイプ部材
Ｒ．Ｓ：反射面（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ）
Ｗ：波（Ｗａｖｅ）
Ｗ．Ｌ：水面（Ｗａｔｅｒ Ｌｉｎｅ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】