JP2003220523A

JP2003220523A - 表面改質方法および装置

Info

Publication number: JP2003220523A
Application number: JP2002016768A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawara; 孝大河原
Original assignee: Toshiba Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】被改質材と振動板とを非接触とした状態でピー
ニング作用を行え、振動板に加わる反力が小さく、他の
ピーニングの様に固形のショット材が不要であり、大幅
なコスト低下が図れるとともに、ピーニング材を回収す
る必要を無くし、施工性の優れたものとする。【解決手段】高周波振動を発生させる高周波振動発生装
置１と、この高周波振動発生装置１に連結されて高周波
振動をする振動板２と、これらを支持して振動板２の一
面が被改質材３の表面に平行となる対向位置に配置させ
る支持装置４と、振動板２と被改質材３の表面３ａとの
間に液体５を介在させる液体保持装置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体にキャビテー
ション気泡を発生させ、その気泡の発生・崩壊による衝
撃波を利用してショットピーニングを行わせる表面改質
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属表面に圧縮残留応力を形成せ
しめ、材料表面の応力を緩和する表面改質手法として、
鋼球や各種硬質物体を被改質材の表面に打ち付けるショ
ットピーニングが知られている。このショットピーニン
グを行う際には、直径数ミリの鋼球等を圧縮空気により
被改質材表面に吹付け、鋼球等が被改質材の表面に衝突
するときに発生する衝撃力にて表面に圧縮応力が形成さ
れる。

【０００３】被改質材の表面に吹き付けられた鋼球等
は、除塵機などにて回収容器に収納され、再び高圧空気
にて被改質材の表面に吹き付けられる動作を繰り返し行
う。被改質材表面の形状が複雑な場合には、吹き付けら
れた鋼球がコーナー部に溜まって回収不能になったり、
被改質材の容器底部に滞留したりする。鋼球が狭い箇所
に滞留すると、回収が困難になる場合が多い。

【０００４】これらの問題点を解決するために、鋼球の
代わりにドライアイスの固まりや氷塊を使用する方法も
提案され、一部では、実用に供せられているが、鋼球に
比較して、衝突の際に被改質材表面に発生する衝撃力が
弱い欠点がある。また、水中では、ドライアイスが昇華
したり、氷塊が溶けてしまい、施工する条件が限定され
てきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のショットピーニングによる表面改質技術においては、
鋼球等のショット材を必要とし、その回収等に困難を生
じたり、これに代えてドライアイスの固まりや氷塊を利
用する場合には衝撃力が弱く、ドライアイスが昇華した
り氷塊が溶ける等により施工条件が限定される問題があ
る。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、特別のショットピーニング材を使用する
必要なく、金属等の材料表面に従来技術と同等の圧縮残
留応力を形成することができる表面改質方法および同方
法を的確に実施することができる装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明では、被改質材の表面に振動
板を対向配置するとともに、その対向間隙に液体を介在
させ、前記振動板を高周波振動させることにより前記液
体中にてキャビテーション気泡の連続的な生成と崩壊と
を繰返させ、そのキャビテーション気泡の崩壊時に発生
する衝撃波を前記被改質材の表面に連続的に与えること
によりショットピーニングを行ない、前記被改質材の表
面に圧縮残留応力を形成することを特徴とする表面改質
方法を提供する。

【０００８】請求項２に係る発明では、振動板を超音波
帯域にて振動させる請求項１記載の表面改質方法を提供
する。

【０００９】請求項３に係る発明では、被改質材の表面
と振動板との間に発生する衝撃波を、前記被改質材の表
面と振動板との間にて反射させる請求項１または２記載
の表面改質方法を提供する。

【００１０】請求項４に係る発明では、被改質材の表面
と振動板との間に介在させる液体として、水もしくはコ
ロイド溶液体を使用する請求項１から３までのいずれか
に記載の表面改質方法を提供する。

【００１１】請求項５に係る発明では、被改質材の表面
と振動板との間隔を１０ｍｍ以下とする請求項１から４
までのいずれかに記載の表面改質方法を提供する。

【００１２】請求項６に係る発明では、請求項１から５
までのいずれかに記載の方法を実施する表面改質装置で
あって、高周波振動を発生させる高周波振動発生装置
と、この高周波振動発生装置に連結されて高周波振動を
する振動板と、これらを支持して前記振動板の一面が被
改質材の表面に平行となる対向位置に配置させる支持装
置と、少なくとも前記振動板と前記被改質材の表面との
間隙に液体を介在させる液体保持装置とを備えたことを
特徴とする表面改質装置を提供する。

【００１３】請求項７に係る発明では、高周波振動発生
装置は、超磁歪材料または圧電型セラミックッス材料を
用いて構成した振動部を有する請求項６記載の表面改質
装置を提供する。

【００１４】請求項８に係る発明では、振動板は、キャ
ビテーション気泡にて壊触されにくい高硬度材料により
構成されている請求項６または７記載の表面改質装置を
提供する。

【００１５】請求項９に係る発明では、振動板は、被改
質材の表面形状に対応する平坦面、もしくは前記被改質
材の表面の曲率と同程度の曲率をもつ曲面を有する請求
項６または７記載の表面改質装置を提供する。

【００１６】請求項１０に係る発明では、支持装置は、
高周波振動発生装置および振動板を被改質材に対して移
動させる移動機構を有する請求項６から９までのいずれ
かに記載の表面改質装置を提供する。

【００１７】請求項１１に係る発明では、被改質材は円
筒体であり、移動機構は前記円筒体の周囲に沿って支持
装置を移動させるものである請求項１０記載の表面改質
装置を提供する。

【００１８】請求項１２に係る発明では、液体保持装置
は、振動板を覆うとともに被改質材の表面に接する端部
側に開口部を有する袋体である請求項６から１１までの
いずれかに記載の表面改質装置を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１〜図５は一実施形態
を示し、図６および図７は他の実施形態を示している。

【００２０】図１は、本発明の一実施形態における表面
改質装置の基本的な構成を示す説明図である。この図１
に示す表面改質装置は、基本的に、高周波振動を発生さ
せる高周波振動発生装置１と、この高周波振動発生装置
１に連結されて高周波振動をする振動板２と、これらを
支持して振動板２の一面が被改質材３の表面に平行とな
る対向位置に配置させる支持装置４と、振動板２と被改
質材３の表面３ａとの間に液体５を介在させる図示しな
い大型容器等からなる液体保持装置とを備えて構成され
る。

【００２１】高周波振動発生装置１は、超磁歪材料また
は圧電型セラミックッス材料を用いて構成した振動部６
を有するものであり、この振動部６は例えばＡＣ１００
Ｖの商用電源７に接続された高周波電源装置８から駆動
電源として高周波電流を高周波電源ケーブル９により供
給され、超音波領域の高周波振動をするようになってい
る。この高周波振動発生装置１のケース１０が、静止部
１１に固定された支持装置４としての架台４ａに取付け
ボルト１２を介して例えば吊下げ状態で固定支持されて
いる。

【００２２】被改質材３は例えば水平に設置された平板
状のものであり、高周波振動発生装置１は、この被改質
材３の上方に配置されている。そして、高周波振動発生
装置１の振動部６は被改質材３の表面（上面）に相対す
る方向、すなわち上下方向（矢印ａ方向）に往復振動を
する。高周波振動発生装置１の振動部６には、下向きに
垂下するステム１３が設けられており、このステム１３
の下端に振動板２が振動板緩み防止用ナット１４により
一体振動可能に連結されている。

【００２３】振動板２は、超硬合金またはセラミックス
等の高硬度材料によって構成され、後述するキャビテー
ション気泡にて壊触されにくいものとされている。この
振動板２は、被改質材３の表面形状に対応する水平板状
のキャビテーション発生部１５と、このキャビテーショ
ン発生部１５の上面中央部に設けたボス部１６とを有
し、このボス部１６が上述した高周波振動発生装置１の
ステム１３に連結されている。キャビテーション発生部
１５の下面は一定以上の表面積を有する平坦面とされ、
被改質材３の表面３ａと平行に配置されている。そし
て、キャビテーション発生部１５の下面と被改質材３の
表面３ａとの間には、１０ｍｍ以下、望ましくは０．１
〜数ｍｍの間隔（ギャップ）δが設定されている。

【００２４】液体５は、この間隔δを十分に覆う範囲、
例えば振動板２の上側に液面を有する量だけ容器等の液
体保持装置によって保持されている。これにより、振動
板２と被改質材３の表面３ａとは、液体５に浸漬された
状態となっている。なお、液体５としては例えば清浄水
が適用される。なお、液体５としては、水以外の他の種
類の液体を適宜利用することもできる。特に、グリセン
リンまたはコロイド溶液体などの適用が有効である。

【００２５】ここで、図２によって高周波振動発生装置
１の構成例を説明する。図２は、超磁歪材料を用いた高
周波振動発生装置１を示す拡大図であるこの図２に示す
ように、高周波振動発生装置１は、縦筒状のケース１０
の略中心位置に振動部６を構成する超磁歪材料ロッド１
７を配置し、その周囲に励磁用のコイル１８を配置し、
さらにその周囲にバイアスマグネット１９を配置して構
成されている。超磁歪材料ロッド１７の下端部には振動
伝達用の水平な鍔２０が接合され、この鍔２０の中心部
から下方に上述したステム１３が一体的に垂下してい
る。ステム１３はケース１０の下端に設けた下蓋２１を
貫通し、その貫通部において軸受２２に支持され、安定
した上下往復動作が可能となっている。このステム１３
の上端部の周囲には皿バネ２３が装着され、この皿バネ
２３は下蓋２１上に支持されて鍔２０の下面中心部に当
接し、鍔２０に上向きの付勢力を与えるようになってい
る。また、ステム１３の下端には振動板取付けねじ２４
が形成され、この振動板取付けねじ２４に上述した振動
板２のボス部１６が螺合されるとともに、振動板緩み防
止用ナット１４が締着されるようになっている。

【００２６】また、ケース１０内の上部には、超磁歪材
料ロッド１７を上方から固定保持する水平な固定板２５
が配置されるとともに、その上方には上蓋２６が設けら
れている。上蓋の上面中央位置には、ねじ穴２７が形成
してあり、このねじ穴２７に支持装置４の取付けボルト
１２が螺合される。そして、ケース１０の内部は、下蓋
２１、上蓋２６および軸受２２等に設けた図示しないシ
ール材によって液体密状態に密封され、液体５のケース
１０内への侵入防止が図られている。

【００２７】このような構成の高周波振動発生装置１に
おいて、図１に示した高周波電源からコイル１８に高周
波電流が供給されると、この電流によってコイル１３に
磁場が発生し、発生した磁場の作用により、ケース１０
の中心部に位置する超磁歪材ロッド１７が歪により上下
方向に高周波振動する。この場合、超磁歪材ロッド１７
の上端が固定板２５に保持されているので、超磁歪材ロ
ッド１７の振動はその下端に接している鍔２０に伝達さ
れ、さらにこの鍔２０と一体のステム１３を介して振動
板２に伝達される。この場合、鍔２０は皿バネ２３によ
って上方に付勢されているので、この鍔と一体のステム
１３ひいては振動板２は常時、超磁歪材料ロッド１７の
振動に追随した同量の振動を行う。なお、ステム１３と
振動板２とは振動板緩み防止用ナット１４によって、確
実に連結されているので、振動によって緩んだり脱落す
ることはない。

【００２８】次に、以上のように構成された高周波振動
発生装置１を有する本実施形態の表面改質装置の作用に
ついて、図３も使用して説明する。図３は、振動板２が
高周波の往復振動を行う場合のキャビテーションの現
象、すなわち液体５中に発生する気泡の発生と崩壊の様
子を模式的に示す説明図である。

【００２９】高周波電源装置８からの高周波電流の供給
によって高周波振動発生装置１が振動すると、これに連
動してステム１３が軸方向に振動し、ステム１３の先端
部に取付けられた振動板２が高周波の往復振動を行う。
振動板２が高周波の往復振動を行うと、被改質材３の表
面３ａと振動板２の表面２ａとの間隙に介在している液
体５に微細なキャビテーション気泡２８が連続的に発生
する一方、振動板２の高周波往復振動によってその気泡
２８が次々に潰されるため、この気泡２８は発生と崩壊
とを連続的に繰り返す。すなわち、振動板２が瞬間的に
上方に移動すると微少な間隙に周囲から液体が入り込み
難いために、振動板２の表面２ａが液体の飽和蒸気圧以
下となり、キャビテーション気泡２８が生成される。振
動板２の表面２ａに対向する相手面である被改質材３の
表面３ａも同様に液体の飽和蒸気圧以下となり、キャビ
テーション気泡２８が生成される。次に振動板２が瞬間
的に下方に移動すると、キャビテーション気泡２８が押
し潰される。キャビテーション気泡２８が押し潰される
際には、数百メガパスカルの超高圧が瞬間的に発生し、
衝撃波となって周囲に伝搬する。この衝撃波は、振動板
２の表面２ａと被改質材３の表面３ａとに達し、各々に
表面に対して大きな衝撃カを作用させることになる。

【００３０】振動板２の表面２ａと被改質材３の表面３
ａとの間に平行かつ充分小さなギャップδを形成し、振
動板２の接液体面積がギャップδに比較して充分に大き
いと、キャビテーション気泡２８の崩壊時に発生する衝
撃波は、振動板２の表面２ａと被改質材３の表面３ａと
の間を往復する度合いが大きくなるとともに、振動板２
の外へ逃げ難くなる。このため、振動板２の表面２ａと
被改質材３の表面３ａとの狭隘な間隙部は、あたかも高
密度の衝撃波発生領域となり、相対する互いの面を高衝
撃波にて打撃することになり、被改質材３の表面３ａに
高密度で圧縮応力を形成せしめるものである。

【００３１】振動板２の表面２ａにも被改質材３の表面
３ａと同じく高衝撃波が発生するが、超硬合金である炭
化タングステンや硬質セラミックスなどの材料を使用す
ることにより、高衝撃波による材料の壊触を防止するこ
とができる。振動板２が高周波で振動することにより、
キャビテーション気泡の発生が多くなり、発生する衝撃
波の密度も高めることができる。

【００３２】以上のキャビテーションによる改質作用
を、図４に示す実験結果に基づいて説明する。図４は、
横軸に振動板２の中心位置からの距離（ｍｍ）を表し、
縦軸に被改質材３としての試料に発生した残留応力（上
半分は引張応力（＋表示）、下半分は圧縮応力（−表
示）：ＭＰａ）を表したものである。

【００３３】試験条件としては、被改質材３としての試
料をＳＵＳ３０４とし、液体を清浄水として、振動板２
の高周波振動によるキャビテーション気泡発生・崩壊時
の圧力を２０ＭＰａとした場合についてのものである。
この試験の結果、図４の上部に特性線領域Ａ１で示すよ
うに、表面改質前には２００〜７００ＭＰａの引張残留
応力が存在していた試料表面が、本実施形態による表面
改質後には、図４の下部に特性線領域Ａ２で示すよう
に、１００〜８００ＭＰａの圧縮残留応力に転換される
ことが認められた。

【００３４】以上のように、本実施形態によれば、被改
質材３と高周波で振動する振動板２とを水などの液体に
浸漬することにより、被改質材３の表面３ａにキャビテ
ーション気泡２８の生成と崩壊とを繰り返させることが
でき、それによりキャビテーション気泡２８の崩壊時に
発生する衝撃波を被改質材３の表面に作用させ、表面に
圧縮応力を作用させることができる。そして、被改質材
３と振動板２とを非接触とした状態でピーニング作用を
行えるため、従来行われている他のピーニングに比較し
て、高速の噴流を使用しないため、振動板２に加わる反
力が小さい。また、他のピーニングの様に固形のショッ
ト材が不要であるため従来に比して大幅なコスト低下が
図れるとともに、ピーニング材を回収する必要も無いこ
とから、施工性も極めて優れたものとなる。

【００３５】図５は、被改質材３の表面３ａが曲面の場
合に対応する変形例を示す構成図である。この変形例で
は、振動板２の表面２ａが、被改質材３の表面３ａの曲
率と同程度の曲率をもつ曲面を有する構成としている。

【００３６】すなわち、図５に示すように、被改質材３
の表面３ａは一定の曲率で凸形に湾曲しており、これに
対応して振動板２の表面２ａは、被改質材３の表面３ａ
の曲率と同一の曲率を有する凹形状に湾曲している。こ
の振動板２が高周波振動発生装置１のステム１３の先端
部に連結され、凹形状曲面が被改質材３の表面３ａの曲
面と全体的に一定のギャップδを保って対向している。
この凹型の振動板２は例えば円板状とされており、その
表面２ａの直径ｄはギャップδに比較して充分に大きい
値となっている。他の構成については、図１に示した基
本例の構成と同一であるから、図５の対応部位に図１と
同一の符号を付して説明を省略する。

【００３７】このような変形例の構成によっても、図１
に示した構成の場合と略同様の作用が行われるが、凹型
振動板２の表面２ａと被改質材３の表面３ａとが同一曲
率の曲面にすることにより、キャビテーション気泡２８
の崩壊時に発生する衝撃波が曲面と凹型振動板２の表面
２ａの間で繰返し反射するため、凹型振動板２の開口部
から外部に逃げにくくなる。したがって、被改質材３の
表面３ａが曲面となっている場合においても、平板時と
同様の効果を奏することができる。

【００３８】次に、図６および図７を参照して、本発明
の他の実施形態について説明する。この他の実施形態
は、液体保持装置をコンパクトな構成として、室内外に
配置される各種設備等に対し、大気に晒されている状態
で表面改質を簡便に行えるようにしたものである。

【００３９】図６は、基本構成例を示す説明図である。
この図６に示す表面改質装置も、高周波振動を発生させ
る高周波振動発生装置１と、この高周波振動発生装置１
に連結されて高周波振動をする振動板２と、これらを支
持して振動板２の一面が被改質材３の表面に平行となる
対向位置に配置させる支持装置４とを備え、支持装置４
としての架台４ａは静止部１１に固定されている。ただ
し、振動板２と被改質材３の表面３ａとの間に液体５を
介在させる液体保持装置２９が袋体３１として構成さ
れ、この袋体３１は、振動板２を覆うとともに被改質材
３の表面３ａ側が開口した開口部３０を有するものとさ
れている。

【００４０】詳述すると、図６に示すように、液体保持
装置２９は、比較的少量の清浄水等の液体５を貯留する
ことができる液体保持用の袋体３１として構成され、こ
の袋体３１は高周波振動発生装置１の胴体部に取付バン
ド３２等によって取付けられている。この袋体３１の下
端部側に開口部３０が形成され、この開口部３０の端部
が被改質材３の表面に接触して袋体３１内が閉じた空間
を形成するようになっている。また、袋体３１の側部に
は液体供給口３３が設けられ、図示しない液体供給タン
クから、液体供給ポンプ３４および液体供給配管３５を
介して、清浄水等の液体５が必要に応じて供給されるよ
うになっている。液体５は、例えばステム１３部分から
振動板２下方の被改質材３の表面３ａまでの一定範囲を
覆う状態で、袋体３１内に貯留される。そして、改質作
業中に、袋体３１の開口部３０側の端部と被改質材３の
表面３ａとの接触部位から液体洩れ等が生じた場合等に
おいて、液体保持量の減少分に対応して液体供給ポンプ
３４により液体５が補給されるようになっている。な
お、高周波振動発生装置１等の構成については、図１〜
図５に示した一実施形態と同様であるから、図６の対応
する部位に、図１〜図５と同一の符号を付して説明を省
略する。

【００４１】このような他の実施形態の基本的構成例に
おいては、液体保持装置２９として一定容量の袋体３１
を備えた構成としたことにより、キャビテーション気泡
発生に必要な液体５の使用量が少なくて済むとともに、
構成がコンパクトになり、改質作業も容易に行える。ま
た、改質作業が効率よく行え、室内外に配置される各種
設備等に対して、大気に晒されている状態で表面改質に
簡便に適用することができる。なお、本実施形態の構成
では、ショットピーニングによる表面改質作業を長時間
に亘って行った場合、袋体３１と被改質材３の表面３ａ
との接触部隙間から漏出が生じ、貯留している液体５の
液体面レベルが暫時に低下するが、上述したように、液
体５の漏出分については必要に応じて液体供給ポンプ３
４を駆動して液体補充が行えるので、作業を支障なく円
滑に継続することができる。

【００４２】図７は、図６に示した構成の応用例を示す
説明図である。この応用例は、被改質材３として円筒体
等を適用する場合についてのものであり、図７では、水
平な配管３６の突合せ溶接部３７を全周に亘って改質す
る場合を例示している。すなわち、配管３６は屋内外の
大気中に設置されるものであり、突合せ溶接部３７には
溶接熱によって引張残留応力が存在しているので、この
溶接部３７の表面に圧縮残留応力を形成するものであ
る。

【００４３】図７に示すように、配管３６の溶接部３７
近傍に、全周に亘ってガイド用のレール３８が設けら
れ、このレール３８に沿って表面改質装置の装置本体３
９が走行可能に設置される。レール３８は、例えば分割
リング式に構成されており、配管３６に着脱可能に据え
付けられる。このレール３８は、配管３６の外周面に固
定されるリング状基部３８ａと、その外周面に周方向全
体に亘って凸状に起立するレール主部３８ｂとからなっ
ている。

【００４４】一方、装置本体３９を支持する支持装置４
は、レール３８上に沿って移動する移動機構４０を有す
る。この移動機構４０は、支持装置４としての架台４ａ
に連結具４１を介して取付けた走行用モータ４２と、こ
の走行用モータ４２の水平な回転軸４３に支軸４４ａが
連結されて回転駆動しレール主部３８ｂの外周面上を走
行する走行用タイヤ４４を有する。走行用モータ４２は
制御装置４８からの制御信号によって走行制御され、走
行用タイヤ４４は、架台４ａに取付けられている装置本
体３９を走行させるための駆動トルクを有する。

【００４５】また、架台４ａには別の連結具４５を介し
て、垂直な支軸４６ａ，４７ａを有する自由回転用の１
対のガイド用タイヤ４６，４７が設けられている。これ
らのガイド用タイヤ４６，４７は、レール主部３８ｂの
両側面にそれぞれ転接し、配管３６の軸方向における装
置本体３９の位置決めを行うようになっている。その他
の構成については、図６に示した基本構成と同様である
から、図７の対応する部位に、図６と同一の符号を付し
て説明を省略する。

【００４６】このような構成によると、走行用モータ４
２を適宜制御して、装置本体３９を配管３６の全周に亘
って走行させながら、突合せ溶接部３７にショットピー
ニンクを施すことができ、これにより突合せ溶接部３７
の表面に圧縮残留応力を形成することが可能となる。こ
の場合、液体保持装置２９として一定容量の袋体３１を
備えているので、キャビテーション気泡発生に必要な液
体５の使用量が少なくて済み、改質作業も円滑かつ容易
に行える。特に、室内外に配置される配管設備等に対し
て、大気に晒されている状態で溶接部の表面改質が容易
に行える利点が得られる。

【００４７】なお、図７の例では配管溶接部の表面改質
への適用例を示したが、配管自体あるいはその他各種の
曲面を有する金属設備等を対象とする表面改質に適宜応
用することができることは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、被改質
材と高周波で振動する振動板とを液体に浸漬することに
より、被改質材の表面にキャビテーション気泡の生成と
崩壊とを繰り返させることができ、それによりキャビテ
ーション気泡の崩壊時に発生する衝撃波を被改質材の表
面に作用させ、表面に圧縮応力を作用させることができ
る。そして、被改質材と振動板とを非接触とした状態で
ピーニング作用を行えるため、従来行われている他のピ
ーニングに比較して、振動板に加わる反力が小さい。ま
た、他のピーニングの様に固形のショット材が不要であ
るため、従来に比して大幅なコスト低下が図れるととも
に、ピーニング材を回収する必要も無いことから、施工
性も極めて優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による表面改質装置の基本
例を示す全体構成図。

【図２】図１に示した表面改質装置の高周波振動発生装
置の構成を示す拡大断面図。

【図３】本発明の一実施形態による表面改質装置の表面
改質作用を示す説明図。

【図４】本発明の一実施形態による表面改質装置の作用
効果を示すグラフ。

【図５】本発明の一実施形態による表面改質装置の変形
例を示す全体構成図。

【図６】本発明の他の実施形態による表面改質装置を示
す全体構成図。

【図７】図６に示した表面改質装置の応用例を示す構成
図。

【符号の説明】

１高周波振動発生装置２振動板３被改質材３ａ表面４支持装置４ａ架台５液体６振動部７商用電源８高周波電源装置９高周波電源ケーブル１０ケース１１静止部１２取付けボルト１３ステム１４振動板緩み防止用ナット１５キャビテーション発生部１６ボス部１７超磁歪材料ロッド１８コイル１９バイアスマグネット２０鍔２１下蓋２２軸受２３皿バネ２４振動板取付けねじ２５固定板２６上蓋２７ねじ穴２８キャビテーション気泡２９液体保持装置３０開口部３１袋体３２取付バンド３３液体供給口３４液体供給ポンプ３５液体供給配管３６配管３７溶接部３８レール３８ａリング状基部３８ｂレール主部３９装置本体４０移動機構４１連結具４２走行用モータ４３回転軸４４走行用タイヤ４４ａ支軸４５連結具４６，４７ガイド用タイヤ４６ａ，４７ａ支軸４８制御装置 δ ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被改質材の表面に振動板を対向配置する
とともに、その対向間隙に液体を介在させ、前記振動板
を高周波振動させることにより前記液体中にてキャビテ
ーション気泡の連続的な生成と崩壊とを繰返させ、その
キャビテーション気泡の崩壊時に発生する衝撃波を前記
被改質材の表面に連続的に与えることによりショットピ
ーニングを行ない、前記被改質材の表面に圧縮残留応力
を形成することを特徴とする表面改質方法。
【請求項２】振動板を超音波帯域にて振動させる請求
項１記載の表面改質方法。
【請求項３】被改質材の表面と振動板との間に発生す
る衝撃波を、前記被改質材の表面と振動板との間にて反
射させる請求項１または２記載の表面改質方法。
【請求項４】被改質材の表面と振動板との間に介在さ
せる液体として、水もしくはコロイド溶液体を使用する
請求項１から３までのいずれかに記載の表面改質方法。
【請求項５】被改質材の表面と振動板との間隔を１０
ｍｍ以下とする請求項１から４までのいずれかに記載の
表面改質方法。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の
方法を実施する表面改質装置であって、高周波振動を発
生させる高周波振動発生装置と、この高周波振動発生装
置に連結されて高周波振動をする振動板と、これらを支
持して前記振動板の一面が被改質材の表面に平行となる
対向位置に配置させる支持装置と、少なくとも前記振動
板と前記被改質材の表面との間隙に液体を介在させる液
体保持装置とを備えたことを特徴とする表面改質装置。
【請求項７】高周波振動発生装置は、超磁歪材料また
は圧電型セラミックッス材料を用いて構成した振動部を
有する請求項６記載の表面改質装置。
【請求項８】振動板は、キャビテーション気泡にて壊
触されにくい高硬度材料により構成されている請求項６
または７記載の表面改質装置。
【請求項９】振動板は、被改質材の表面形状に対応す
る平坦面、もしくは前記被改質材の表面の曲率と同程度
の曲率をもつ曲面を有する請求項６または７記載の表面
改質装置。
【請求項１０】支持装置は、高周波振動発生装置およ
び振動板を被改質材に対して移動させる移動機構を有す
る請求項６から９までのいずれかに記載の表面改質装
置。
【請求項１１】被改質材は円筒体であり、移動機構は
前記円筒体の周囲に沿って支持装置を移動させるもので
ある請求項１０記載の表面改質装置。
【請求項１２】液体保持装置は、振動板を覆うととも
に被改質材の表面に接する端部側に開口部を有する袋体
である請求項６から１１までのいずれかに記載の表面改
質装置。