JP2007054895A - 表面加工処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーション気泡を加工部分に集中させて、効率的に表面加工処理を行うことができる表面加工処理方法を提供すること。
【解決手段】被加工体３に噴射水流２を噴射して被加工体３の表面を加工処理する方法。噴射水流２は、高圧水流２１と高圧水流２１を取り囲む低圧水流２２とからなる二層の噴射水流であり、キャビテーション気泡２３を含む。噴射水流２を噴出する噴出ノズル１と被加工体３との間に、被加工体３の加工部分を平面視において包含するような貫通孔７１を有する集中治具７を配置する。噴射水流２を集中治具７の貫通孔７１に通すことにより、キャビテーション気泡２３を被加工体３の加工部分３１に集中させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャビテーション気泡を含む高圧水流を被加工体の表面に衝突させて、被加工体の表面への圧縮応力付与、バリ取り、或いは洗浄等を行う、表面加工処理方法に関する。

金属材料へ圧縮応力を付与したり、金属材料の加工部分に生じるバリを除去したり、金属材料の表面に付着した汚れを洗浄したりするにあたり、キャビテーション気泡を含む高圧水流を金属材料の表面に当てる方法がある。即ち、キャビテーション気泡が金属材料の表面において崩壊する際に局部的に生ずる大きな衝撃圧力によって、金属材料の表面に圧縮応力を与えるなどの加工を行うことができる。
そして、気中において高圧水流を金属材料に向かって噴射することにより、金属材料に圧縮応力を付与する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術においては、高速水流とこれを取り囲む低速水流とからなる二層水流を気中において噴射する。これにより、高速水流と低速水流との速度差によって二層水流にキャビテーション気泡を発生させている。

しかしながら、上記従来の方法によると、キャビテーション気泡を金属材料の加工部分に集中させることが困難となるおそれがある。即ち、噴出ノズルから噴出した二層水流におけるキャビテーション気泡が発散してしまい、加工部分に充分な量のキャビテーション気泡を集中させ難い場合がある。
それ故、発生したキャビテーション気泡を効率的に加工部分に導くことが困難となり、表面加工処理を効率的に行うことが困難となるおそれがある。

特許第２９５７９７６号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、キャビテーション気泡を加工部分に集中させて、効率的に表面加工処理を行うことができる表面加工処理方法を提供しようとするものである。

本発明は、被加工体に噴射水流を噴射して上記被加工体の表面を加工処理する方法であって、
上記噴射水流は、高圧水流と該高圧水流を取り囲む低圧水流とからなる二層の噴射水流であり、キャビテーション気泡を含み、
上記噴射水流を噴出する噴出ノズルと上記被加工体との間に、上記被加工体の加工部分を平面視において包含するような貫通孔を有する集中治具を配置し、
上記噴射水流を上記集中治具の上記貫通孔に通すことにより、上記キャビテーション気泡を上記被加工体の上記加工部分に集中させることを特徴とする表面加工処理方法にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記表面加工処理法においては、上記噴出ノズルと上記被加工体との間に配置した上記集中治具の貫通孔に噴射水流を通すことにより、キャビテーション気泡を被加工体の加工部分に集中させる。これにより、噴射水流における高圧水流の周りに多く発生するキャビテーション気泡が外方へ発散することを抑制し、被加工体の加工部分に向かってキャビテーション気泡を集中させることができる。そして、加工部分に集中したキャビテーション気泡が加工部分において崩壊するときに局部的に生ずる大きな衝撃圧力によって、加工部分に充分な大きさの圧縮応力を付与することができる。また、被加工体の表面にバリが生じていればこのバリを除去することができ、汚れが付着していればこの汚れを洗浄することができる。

また、被加工体と集中治具の貫通孔との間に噴射水流の淀み領域が形成されるため、加工部分における噴射水流の圧力が向上すると共に、キャビテーション気泡の崩壊が生じやすくなる。これにより、加工部分の表面加工処理を効果的に行うことができる。
また、集中治具の貫通孔は加工部分を平面視において包含しているため、噴射水流を加工部分全体に当てることができる。

以上のごとく、本発明によれば、キャビテーション気泡を加工部分に集中させて、効率的に表面加工処理を行うことができる表面加工処理方法を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記被加工体としては、例えば、金属、樹脂、セラミック等からなるものがある。
また、上記表面加工処理方法は、例えば、加工部分に圧縮応力を付与（ピーニング）したり、バリを除去したり、汚れを洗浄したりする場合に用いることができる。
なお、上記の「平面視において包含」とは、噴射水流の噴射方向から見たとき、加工部分の全体が貫通孔の内側に配置される状態をいう。以下においても同様である。

また、上記被加工体は、孔部を穿設してなり、該孔部の内側表面を上記噴射水流によって加工処理するに当り、上記集中治具の上記貫通孔は、上記被加工体の上記孔部を平面視において包含しており、上記貫通孔と上記孔部とが連結するように上記集中治具を配置することが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記孔部にキャビテーション気泡を集中させて、孔部の内側表面を効率的に表面加工処理することができる。

また、上記孔部の内部又は上記噴射水流を導入する側とは反対側の開口部に、上記高圧水流を反射する反射面を有する反射治具を配置しておき、上記高圧水流を上記反射面に噴出して反射させることにより、上記噴射水流を上記孔部の内側表面に当てることが好ましい（請求項３）。
この場合には、キャビテーション気泡を含む噴射水流を上記反射治具の反射面において反射させ、噴射水流を効率的に加工部分に当てることができる。
また、高圧水流が反射面に反射することによる反射面周囲における噴射水流の圧力の急激な昇圧により、キャビテーション気泡を効率的に崩壊させることができる。このとき、極めて大きな衝撃圧力が局部的に発生し、被加工体の孔部の内側表面に充分な大きさの圧縮応力を付与することができる。

また、上記反射治具は、上記孔部における上記噴射水流を導入する側とは反対側の開口部に配されており、上記反射面には、上記開口部を平面視において包含する凹部が形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、孔部における噴射水流を導入する側とは反対側の開口部の加工処理を効果的に行うことができる。即ち、上記開口部が直接反射治具に接触していると、開口部にキャビテーション気泡を効果的に当てることが困難となるおそれがある。そこで、反射面に上記凹部を設けることにより、開口部と反射面との間に隙間を形成することができ、この隙間に噴射水流を導入して、開口部の加工処理を効果的に行うことができる。

また、上記反射治具は、上記孔部に挿通可能な可動部を有することが好ましい（請求項５）。
この場合には、反射治具を孔部に挿入すると共に適宜移動させて、孔部の内部においてキャビテーション気泡を効率的に崩壊させ、孔部の内側表面の表面加工処理をより効果的に行うことができる。これにより、孔部の軸方向の全体にわたって満遍なく表面加工処理を行うことができる。
また、孔部におけるバリ発生部分等、所望の加工部分において集中的にキャビテーション気泡を崩壊させることができる。

また、上記反射面は、上記孔部の軸方向に対して傾斜していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記孔部に導入された噴射水流を上記反射面において反射させることにより、噴射水流は孔部の軸方向に対して角度を持った方向に導かれる。それ故、噴射水流中のキャビテーション気泡は、孔部の内側表面に導かれると共に崩壊して、内側表面の加工処理を効果的に行うことができる。また、傾斜した反射面と孔部の内側表面との間には噴射水流の淀み領域が形成され、噴射水流の圧力が向上すると共に、キャビテーション気泡の崩壊が生じやすくなる。これにより、加工部分の表面加工処理を効果的に行うことができる。
また、上記反射面は、円錐面であることが好ましい。この場合には、上記孔部における全周の内側表面に満遍なくキャビテーション気泡を導くことができる。

また、上記反射治具は、上記孔部の開口部を閉塞することができる（請求項７）。
この場合には、上記孔部の内部において、噴射水流の淀み領域がより形成されやすくなる。そのため、上記孔部に導かれたキャビテーション気泡が、上記孔部の内側表面付近において充分に崩壊し、表面加工処理を効率的に行うことができる。

また、上記反射治具は、上記孔部の開口部を一部開放し、該開口部からの上記噴射水流の流出量を調整することもできる（請求項８）。
この場合には、加工部分にかかる噴射水流の圧力を調整することが可能となり、孔部の表面加工処理を行うのに適した状態で、キャビテーション気泡を崩壊させることが可能となる。それ故、被加工体に応じて、適切な表面加工処理を行うことができる。

また、上記被加工体は、上記集中治具の上記貫通孔に平面視において包含され、上記被加工体の外側表面を上記噴射水流によって加工処理することが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記被加工体の外側表面にキャビテーション気泡を集中させて、外側表面を効率的に表面加工処理することができる。

また、上記被加工体の加工部分よりも上記噴射水流の下流側に、上記高圧水流を反射する反射面を有する反射治具を配置しておき、上記高圧水流を上記反射面に噴出して反射させることにより、上記噴射水流を上記被加工体の外側表面に当てることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、キャビテーション気泡を含む噴射水流を上記反射治具の反射面において反射させ、噴射水流を効率的に加工部分に当てることができる。
また、高圧水流が反射面に反射することによる反射面周囲における噴射水流の圧力の急激な昇圧により、キャビテーション気泡を効率的に崩壊させることができる。このとき、極めて大きな衝撃圧力が局部的に発生し、被加工体の外側表面に充分な大きさの圧縮応力を付与することができる。

また、上記噴出ノズルを水中に配置し、該噴出ノズルから上記噴射水流を気中へ向かって噴出することが好ましい（請求項１１）。
この場合には、噴射水流の中にキャビテーション気泡を早い段階において発生させる、即ち上記噴出ノズルのノズル先端に近い位置においてキャビテーション崩壊エネルギを発生させることができる。そのため、被加工体と噴出ノズルとの間の距離を小さくしても、充分にキャビテーション気泡による表面加工処理を行うことができる。その結果、所望の位置に効率的な表面加工処理を行うことができる。

また、上記被加工体又は該被加工体を保持する保持治具に、上記噴射水流が上記被加工体へ与えた衝撃エネルギーを検知することができる衝撃センサを配設しておき、該衝撃センサにより検知した衝撃エネルギーの積算値に基づき、加工時間を制御することが好ましい（請求項１２）。
この場合には、被加工体の加工部分に適切な表面加工処理を容易かつ効率的に行うことができる。なお、上記衝撃センサとしては、例えば圧電フィルムセンサを用いることができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係る表面加工処理方法につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の表面加工処理方法は、図１に示すごとく、被加工体３に噴射水流２を噴射して上記被加工体３の表面を加工処理する方法である。
上記噴射水流２は、高圧水流２１と該高圧水流２１を取り囲む低圧水流２２とからなる二層の噴射水流であり、キャビテーション気泡２３を含む。

噴射水流２を噴出する噴出ノズル１と被加工体３との間に、被加工体３の加工部分３１を平面視において包含する貫通孔７１を有する集中治具７を配置する。
そして、上記噴射水流２を上記集中治具７の貫通孔７１に通すことにより、キャビテーション気泡２３を被加工体３の加工部分３１に集中させる。

上記被加工体３は、図２、図３に示すごとく、孔部３２を穿設してなり、該孔部３２の内側表面を噴射水流２によって加工処理する。本例においては、孔部３２及び上記貫通孔７１は、円形の孔である。そして、集中治具７の貫通孔７１の内径は、被加工体３の孔部３２の内径よりも大きく、図１に示すごとく、貫通孔７１と孔部３２とが連結するように集中治具７を配置する。本例においては、被加工体３の加工部分３１は、主に孔部３２の内側表面となる。また、被加工体３は、孔部３２に交差する交差孔３３を有する。そして、孔部３２と交差孔３３との交差部分には、バリが発生することが多いため、このバリの除去を本例の表面加工処理方法により行うことができる。
また、加工部分３１に圧縮応力を付与（ピーニング）したり、汚れを洗浄したりすることもできる。

また、図１に示すごとく、孔部３２における噴射水流２を導入する側とは反対側の開口部３２２に、高圧水流２１を反射する反射面６１を有する反射治具６を配置しておく。そして、高圧水流２１を反射面６１に噴出して反射させることにより、噴射水流２を孔部３２の内側表面に当てる。

上記被加工体３は、図２、図３に示すごとく、略円柱形状の外形を有し、その軸方向に上記孔部３２が貫通し、孔部３２に交差するように上記交差孔３３が貫通している。孔部３２は、被加工体３の一方の面に開口した開口部３２１にテーパを設けており、他方の面に開口した開口部３２２に段部を設けている。また、上記被加工体３は、アルミニウムからなる。尚、被加工体３は、アルミニウムに限らず、例えば、ＳＣＭ４１５、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等によって構成することも可能であり、その他、樹脂、セラミック等からなる被加工体にも本加工方法を適用できる。

また、上記集中治具７は、図２に示すごとく、被加工体３の孔部３２の開口部３２１よりも若干大きい内径を有する貫通孔７１を設けてなり、被加工体３と同等の外径を有する円環状体からなる。また、集中治具７は、例えば、貫通孔７１の内径を８ｍｍとし、軸方向厚みを１１ｍｍとすることができる。また、集中治具７は、例えばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＣＭ、樹脂、セラミック等からなる。
また、反射治具６は、円盤形状を有し、反射面６１を被加工体３の孔部３２の軸方向に垂直となるように配置される。また、反射治具６は、例えばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＣＭ、樹脂、セラミック等からなる。

図１に示すごとく、反射治具６、被加工体３、集中治具７は、この順に保持治具１５の収容凹部１５１内において積層され収容保持される。反射治具６は、孔部３２の開口部３２２を閉塞する。保持治具１５の収容凹部１５１は鉛直下方に開口しており、鉛直下方から、集中治具７の貫通孔７１を通して噴射水流２を被加工体３に当てる。

即ち、上記噴射水流２を上記被加工体３に噴射するに当たっては、図１に示すごとく、水中に配置した二層の噴出ノズル１から気中に配置した被加工体３に向かって噴射水流２を噴出する。
まず、図１に示すごとく、第１噴出口１１と該第１噴出口１１を取り囲む第２噴出口１２とを有する噴出ノズル１を水中に配置する。

そして、上記第１噴出口１１から高圧水流２１を気中へ向かって噴出すると共に、上記第２噴出口１２から上記高圧水流２１よりも低圧の低圧水流２２を気中へ向かって噴出する。
上記高圧水流２１と該高圧水流２１を取り囲む上記低圧水流２２とからなる噴射水流２は、キャビテーション気泡２３を含む。
上記噴射水流２を、気中において保持治具１５に保持された集中治具７と被加工体３と反射治具６とへ向けて噴射する。

上記噴出ノズル１は、第１噴出口１１に繋がる高圧水ノズル１３１と、第２噴出口１２に繋がる低圧水ノズル１３２とを有する。該低圧水ノズル１３２は、上記高圧水ノズル１３１を囲むように同軸状に配置されている。高圧水ノズル１３１は、第１噴出口１１にオリフィス１３３を設けてなる。また、オリフィス１３３の外側部分には、先端へ向かうほど縮径する第１テーパ部１３４が形成されている。

また、低圧水ノズル１３２は、上記第１テーパ部１３４の外側部分において、先端へ向かうほど縮径する第２テーパ部１３５が形成されている。
上記高圧水ノズル１３１には高圧水２１０が供給され、低圧水ノズル１３２には低圧水２２０が供給される。高圧水２１０の供給圧力は例えば１０〜５０ＭＰａであり、低圧水２２０の供給圧力は例えば０．０５〜０．１ＭＰａである。

上記噴出ノズル１は、同軸状に配置したが、低圧水ノズル１３２を高圧水ノズル１３１に対し偏心させることにより、部分的に加工能力を上げることも可能である。これにより低圧流路を大きく設けた側にキャビテーション気泡を集中できる。すなわち加工能力を上げたい側の低圧流路を大きくするように偏心させることにより、より効果的に表面加工を行うことが可能となる。

また、上記噴出ノズル１は、水槽４１に貯留された貯留水４２の中に配置されている。そして、第１噴出口１１及び第２噴出口１２は鉛直上方を向いており、貯留水４２の中、即ち水面４２１の下方に位置している。
具体的には、噴出ノズル１のノズル先端１４と水面４２１との距離ｄが１５ｍｍ以下となる位置に、噴出ノズル１を配置している。

このような配置、構成により、二層の噴射水流２の中にキャビテーション気泡２３を早い段階において発生させる、すなわち噴出ノズル１のノズル先端１４に近い位置においてキャビテーション崩壊エネルギを発生させることができる。そのため、被加工体３と噴出ノズル１との間の距離を小さくしても、充分にキャビテーション気泡による表面加工処理を行うことができる。

その結果、狭い空間において、被加工体３の表面加工処理を行うことが可能となる。また、噴出ノズル１からの距離が近く、流れの安定した二層の噴射水流２を反射面６１を介して被加工体３の孔部３２の内側表面（加工部分３１）に当てることができるため、所望の位置に集中して噴射水流２を当てることができる。そのため、必要な部分に効率的に表面加工処理を行うことができる。
また、噴出ノズル１のノズル先端１４と水面４２１との距離ｄが１５ｍｍ以下であるため、噴射水流２が反射治具６の反射面６１に衝突する際の衝撃力を充分に確保することができ、被加工体３の表面加工処理を充分に行うことができる。

また、図４は、噴射水流２を発生させるための装置全体を示す図であり、噴出ノズル１の高圧水ノズル１３１には高圧ポンプ５３から高圧水２１０が供給され、低圧水ノズル１３２には低圧ポンプ５４から低圧水２２０が供給される。高圧ポンプ５３及び低圧ポンプ５４は、上記水槽４１とは異なる給水槽５１に貯留された供給用水５２の中に配置されている。そして、この供給用水５２を高圧ポンプ５３及び低圧ポンプ５４によって、それぞれ高圧水２１０及び低圧水２２０として、噴出ノズル１に供給している。
高圧水ノズル１３１に供給された高圧水２１０は、第１噴出口１１から高圧水流２１として噴射される。また、低圧水ノズル１３２に供給された低圧水２２０は、第２噴出口１２から低圧水流２２として噴射される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記表面加工処理法においては、上記噴出ノズル１と上記被加工体３との間に配置した上記集中治具７の貫通孔７１に噴射水流２を通すことにより、キャビテーション気泡２３を被加工体３の加工部分３１に集中させる。これにより、噴射水流２における高圧水流２の周りに多く発生するキャビテーション気泡２３が外方へ発散することを抑制し、被加工体３の加工部分３１に向かってキャビテーション気泡２３を集中させることができる。

そして、加工部分３１に集中したキャビテーション気泡２３が加工部分３１において崩壊するときに局部的に生ずる大きな衝撃圧力によって、加工部分３１に充分な大きさの圧縮応力を付与することができる。また、被加工体３の表面（孔部３２の内側表面）にバリが生じていればこのバリを除去することができ、汚れが付着していればこの汚れを洗浄することができる。

また、被加工体３と集中治具７の貫通孔７１との間に噴射水流２の淀み領域が形成され、加工部分３１における噴射水流２の圧力を向上させると共に、キャビテーション気泡２３の崩壊が生じやすくなる。これにより、加工部分３１の表面加工処理を効果的に行うことができる。
また、集中治具７の貫通孔７１の内径は加工部分３１よりも大きいため、噴射水流２を加工部分３１全体に当てることができる。

また、集中治具７の貫通孔７１の内径は、被加工体３の孔部３２の内径よりも大きく、貫通孔７１と孔部３２とが連結するように集中治具７を配置する。そのため、孔部３２にキャビテーション気泡２３を集中させて、孔部３２の内側表面を効率的に表面加工処理することができる。

また、孔部３２における開口部３２２に反射治具６を配置しておき、高圧水流２１を反射面６１に噴出して反射させることにより、噴射水流２を孔部３２の内側表面に当てる。そのため、キャビテーション気泡２３を含む噴射水流２を反射治具６の反射面６１において反射させ、噴射水流２を効率的に加工部分に当てることができる。
また、高圧水流２１が反射面６１に反射することによる反射面６１周囲における噴射水流２の圧力の急激な昇圧により、キャビテーション気泡２３を効率的に崩壊させることができる。このとき、極めて大きな衝撃圧力が局部的に発生し、被加工体３の孔部３２の内側表面に充分な大きさの圧縮応力を付与することができる。

また、噴出ノズル１を水中に配置し、該噴出ノズル１から噴射水流２を気中へ向かって噴出するため、噴射水流２の中にキャビテーション気泡２３を早い段階において発生させる、即ち噴出ノズル１のノズル先端１４に近い位置においてキャビテーション崩壊エネルギを発生させることができる。そのため、被加工体３と噴出ノズル１との間の距離を小さくしても、充分にキャビテーション気泡２３による表面加工処理を行うことができる。その結果、所望の位置に効率的な表面加工処理を行うことができる。

また、反射治具６は、孔部３２の開口部３２２を閉塞しているため、孔部３２の内部において、噴射水流２の淀み領域がより形成されやすくなる。そのため、孔部３２に導かれたキャビテーション気泡２３が、孔部３２の内側表面付近において充分に崩壊し、表面加工処理を効率的に行うことができる。

以上のごとく、本例によれば、キャビテーション気泡を加工部分に集中させて、効率的に表面加工処理を行うことができる表面加工処理方法を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、孔部３２の開口部３２２を一部開放し、該開口部３２２から噴射水流２を流出させるように、反射治具６を配置した例である。
即ち、保持治具１５には収容凹部１５１に連通して、収容凹部１５１の反対側に開口した連通孔１５２を有する。そして、該連通孔１５２の内部に反射治具６を配置し、反射治具６と連通孔１５２との間にはクリアランス１５３を設けている。
これにより、被加工体６に噴射された噴射水流２の一部は、孔部３２の開口部３２２からクリアランス１５３へ抜けるようにして流出する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、加工部分３１にかかる圧力を調整することが可能となり、孔部３２の表面加工処理を行うのに適した状態で、キャビテーション気泡２３を崩壊させることが可能となる。それ故、被加工体３１に応じて、適切な表面加工処理を行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、反射治具６を孔部３２の開口部３２２に配し、反射面６１には開口部３２２よりも内径の大きい凹部６１１を形成した例である。
また、本例における被加工体３は、孔部３２の開口部３２２に段部を形成していない。なお、上記凹部６１１の深さは、例えば１ｍｍ程度である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、孔部３２における噴射水流２を導入する側とは反対側の開口部３２２の加工処理を効果的に行うことができる。即ち、開口部３２２が直接反射治具６に接触していると、開口部３２２にキャビテーション気泡２３を効果的に当てることが困難となるおそれがある。そこで、反射面６１に上記凹部６１１を設けることにより、開口部３２２と反射面６１との間に隙間６１２を形成することができ、この隙間６１２に噴射水流２を導入して、開口部３２２の加工処理を効果的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、被加工体３の孔部３２に挿通可能な可動部６３を有する反射治具６を用いた例である。
即ち、反射治具６は、被加工体３に当接させる固定部６４と、該固定部６４に対して被加工体３の孔部３２の軸方向（図７の矢印Ｚ）に移動可能な可動部６３とを有する。そして、可動部６３を孔部３２の軸方向に移動させながら、噴射水流２を被加工体３の孔部３２に噴射すると共に反射治具６の反射面６１において反射させる。
その他は、実施例３と同様である。

本例の場合には、反射治具６を孔部３２に挿入すると共に適宜移動させて、孔部３２の内部においてキャビテーション気泡２３を効率的に崩壊させ、孔部３２の内側表面の表面加工処理をより効果的に行うことができる。これにより、孔部３２の軸方向について、満遍なく表面加工処理を行うことができる。
また、孔部３２と交差孔３３との交差部分におけるバリ発生部分等、所望の部分において集中的にキャビテーション気泡２３を崩壊させることができる。
その他、実施例３と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、反射治具６の固定部６４と可動部６３との間にクリアランス６５を設けた例である。
該クリアランス６５は、保持治具１５の連通孔１５２に繋がっている。
その他は、実施例４と同様である。

本例の場合には、上記実施例３と同様に、加工部分３１にかかる圧力を調整することが可能となり、孔部３２の表面加工処理を行うのに適した状態で、キャビテーション気泡２３を崩壊させることが可能となる。それ故、被加工体３１に応じて、適切な表面加工処理を行うことができる。
その他、実施例４と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図９に示すごとく、反射治具６の反射面６１が、被加工体３の孔部３２の軸方向に対して傾斜している例である。
本例においては、反射治具６の可動部６３の先端部を円錐形状とすることにより、反射面６１を円錐面としている。
その他は、実施例４と同様である。

本例の場合には、孔部３２に導入された噴射水流２を反射面６１において反射させることにより、噴射水流２は孔部３２の軸方向に対して角度を持った方向に導かれる。それ故、噴射水流２中のキャビテーション気泡２３は、孔部３２の内側表面（加工部分３１）に導かれると共に崩壊して、内側表面の加工処理を効果的に行うことができる。また、傾斜した反射面６１と孔部３２の内側表面との間には噴射水流２の淀み領域が形成され、噴射水流２の圧力を向上させると共に、キャビテーション気泡２３の崩壊が生じやすくなる。これにより、加工部分３１の表面加工処理を効果的に行うことができる。
また、反射面６１は円錐面であるため、孔部３２における全周の内側表面に満遍なくキャビテーション気泡２３を導くことができる。
その他、実施例４と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１０に示すごとく、被加工体３を保持する保持治具１５に、噴射水流２が被加工体３へ与えた衝撃エネルギーを検知することができる衝撃センサ１６を配設した例である。
そして、衝撃センサ１６により検知した衝撃エネルギーの積算値に基づき、加工時間を制御する。

例えば、噴射水流２が被加工体３へ与えた衝撃エネルギーの積算値と、表面加工処理の進行状況との関係を、予め、実験やシミュレーション等の手段により把握しておく。そして、衝撃センサ１６により検知した衝撃エネルギーの積算値が、所定の値に到達した時点で、加工を終える。

なお、上記衝撃センサ１６としては、圧電フィルムセンサを用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、被加工体３の加工部分３１に適切な表面加工処理を容易かつ効率的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例８）
本例は、図１１〜図１６に示すごとく、集中治具７の貫通孔７１に平面視において包含される被加工体３０の外側表面を、噴射水流２によって加工処理する例である。
本例においては、貫通孔７１は円形孔であり、被加工体３０は、後述するごとく、複数の円柱体からなる。そして、被加工体３０の外径は、集中治具７の貫通孔７１の内径よりも小さい。

上記被加工体３０は、図１１に示すごとく、３個の円柱体が軸方向に重なったような形状を有する。即ち、被加工体３０の中央は、比較的外径が小さい中央小径部３５からなり、被加工体３０の両端部は、それぞれ比較的外径が大きい第１大径部３６及び第２大径部３６０からなる。そして、第１大径部３６及び第２大径部３６０の角部が主な加工部分３１となる。即ち、これらの部分は、切削加工等により生じたバリが生じていることが多いため、このバリを表面加工処理によって除去する。また、加工部分３１に圧縮応力を付与（ピーニング）したり、汚れを洗浄したりすることもできる。

また、被加工体３０の加工部分３１よりも噴射水流２の下流側に、反射面６１を有する反射治具６を配置しておき、高圧水流２１を反射面６１に噴出して反射させる。これにより、噴射水流２を被加工体３０の外側表面に当てる。
具体的には、図１２〜図１６に示すごとく、反射治具６と集中治具７とによって、集中治具７の貫通孔７１の部分に凹部空間７２を形成し、該凹部空間７２に被加工体３０の加工部分３１を配置する。この状態で、凹部空間７２に向かって、実施例１と同様にキャビテーション気泡２３を含む噴射水流２を噴射する。
図１２〜図１６においては、噴出ノズル１等は省略し、被加工体３０とその周辺部のみを描いている。

第１大径部３６の先端角部の加工部分３１を処理する場合には、図１２に示すごとく、凹部空間７２に第１大径部３６の先端角部の加工部分３１を配置して、キャビテーション気泡２３を上記加工部分３１に集中させる。
また、第１大径部３６における中央小径部３５側の角部の加工部分３１を処理する場合には、図１３に示すごとく、凹部空間７２に第１大径部３６と中央小径部３５の一部とを配置して、キャビテーション気泡２３を上記加工部分３１に集中させる。

また、第１大径部３６及び第２大径部３６０における中央小径部３５側の角部の加工部分３１を一度に処理する場合には、図１４に示すごとく、貫通孔７１の内径の異なる２種類の集中治具７、７０を積層配置して、２段の凹部空間７２、７２０を形成する。そして、小径の凹部空間７２０に第２大径部３６０を配置し、大径の凹部空間７２に第１大径部３６を配置する。これにより、キャビテーション気泡２３を、第１大径部３６及び第２大径部３６０における中央小径部３５側の角部の加工部分３１にそれぞれ集中させる。このとき、反射治具６側の集中治具７０の端面７６は、反射治具の反射面と同様の役割を果たす。

また、第２大径部３６０の先端角部の加工部分３１を処理する場合には、図１５に示すごとく、反射治具６の反射面６１から突出した突起部６２を設ける。そして、該突起部６２に第２大径部３６０の先端面を当接させるように配置して、噴射水流２を反射面６１に向かって噴射する。
これにより、反射面６１と第２大径部３６０の先端面との間に形成された隙間にもキャビテーション気泡２３が入り込むことができ、キャビテーション気泡２３を上記加工部分３１に集中させることができる。

また、図１６に示すごとく、被加工体３０を反射治具６及び集中治具７に対して、軸方向（矢印Ｚ）に移動させることができるよう構成することにより、上記図１２〜図１５に示した態様の表面加工処理を順次行うことができる。即ち、被加工体３０におけるあらゆる加工部分３１の表面加工処理を連続的に行うことができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、被加工体３０の外側表面にキャビテーション気泡２３を集中させて、外側表面を効率的に表面加工処理することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（比較例）
本例は、図１７に示すごとく、集中治具（図１の符号７参照）を配置せずに、被加工体３の表面加工処理を行った例である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、被加工体３の孔部３２に向かって噴射した噴射水流２が、開口部３２１において発散し、キャビテーション気泡２３も孔部３２に充分に供給されず、発散してしまう。
それ故、キャビテーション気泡２３を被加工体３の加工部分３１に集中させることが困難となるおそれがある。

また、孔部３２に噴射された噴射水流２も簡単に開口部３２２から外部へ飛散してしまい、加工部分３１に充分な圧力がかかりにくい。これにより、キャビテーション気泡２３が充分に崩壊せず、加工部分３１への加工処理の効率が低下するおそれがある。
従って、表面加工処理を効率的に行うことが困難となるおそれがある。
これに対し、本発明によれば、集中治具７（図１参照）を用いることにより、キャビテーション気泡２３を加工部分３１に集中させて、効率的に表面加工処理を行うことができる。

なお、上記各実施例においては、噴射水流を水中から気中に向かって噴射する態様を示したが、本発明は、気中のみ或いは水中のみにおいて噴射水流の噴射を行う場合にも適用することができる。

実施例１における、表面加工処理方法を示す断面説明図。 実施例１における、被加工体及び集中治具の斜視図。 実施例１における、被加工体の断面図。 実施例１における、表面加工処理方法を示す断面説明図。 実施例２における、反射治具の断面説明図。 実施例３における、反射治具の断面説明図。 実施例４における、反射治具の断面説明図。 実施例５における、反射治具の断面説明図。 実施例６における、反射治具の断面説明図。 実施例７における、表面加工処理方法を示す断面説明図。 実施例８における、被加工体の側面図。 実施例８における、第１大径部の先端角部の表面加工処理を示す断面説明図。 実施例８における、第１大径部の中央小径部側角部の表面加工処理を示す断面説明図。 実施例８における、第１大径部及び第２大径部の中央小径部側角部の表面加工処理を示す断面説明図。 実施例８における、第２大径部の先端角部の表面加工処理を示す断面説明図。 実施例８における、被加工体の全ての加工部分を連続的に表面加工処理する方法を示す断面説明図。 比較例における、表面加工処理方法を示す断面説明図。

符号の説明

１ 噴出ノズル
２ 噴射水流
２１ 高圧水流
２２ 低圧水流
２３ キャビテーション気泡
３、３０ 被加工体
３１ 加工部分
３２ 孔部
６ 反射治具
６１ 反射面
７ 集中治具
７１ 貫通孔

Claims (12)

1. 被加工体に噴射水流を噴射して上記被加工体の表面を加工処理する方法であって、
   上記噴射水流は、高圧水流と該高圧水流を取り囲む低圧水流とからなる二層の噴射水流であり、キャビテーション気泡を含み、
   上記噴射水流を噴出する噴出ノズルと上記被加工体との間に、上記被加工体の加工部分を平面視において包含するような貫通孔を有する集中治具を配置し、
   上記噴射水流を上記集中治具の上記貫通孔に通すことにより、上記キャビテーション気泡を上記被加工体の上記加工部分に集中させることを特徴とする表面加工処理方法。
2. 請求項１において、上記被加工体は、孔部を穿設してなり、該孔部の内側表面を上記噴射水流によって加工処理するに当り、上記集中治具の上記貫通孔は、上記被加工体の上記孔部を平面視において包含しており、上記貫通孔と上記孔部とが連結するように上記集中治具を配置することを特徴とする表面加工処理方法。
3. 請求項２において、上記孔部の内部又は上記噴射水流を導入する側とは反対側の開口部に、上記高圧水流を反射する反射面を有する反射治具を配置しておき、上記高圧水流を上記反射面に噴出して反射させることにより、上記噴射水流を上記孔部の内側表面に当てることを特徴とする表面加工処理方法。
4. 請求項３において、上記反射治具は、上記孔部における上記噴射水流を導入する側とは反対側の開口部に配されており、上記反射面には、上記開口部を平面視において包含する凹部が形成されていることを特徴とする表面加工処理方法。
5. 請求項３又は４において、上記反射治具は、上記孔部に挿通可能な可動部を有することを特徴とする表面加工処理方法。
6. 請求項５において、上記反射面は、上記孔部の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする表面加工処理方法。
7. 請求項３〜６のいずれか一項において、上記反射治具は、上記孔部の開口部を閉塞することを特徴とする表面加工処理方法。
8. 請求項３〜６のいずれか一項において、上記反射治具は、上記孔部の開口部を一部開放し、該開口部からの上記噴射水流の流出量を調整することを特徴とする表面加工処理方法。
9. 請求項１において、上記被加工体は、上記集中治具の上記貫通孔に平面視において包含され、上記被加工体の外側表面を上記噴射水流によって加工処理することを特徴とする表面加工処理方法。
10. 請求項９において、上記被加工体の加工部分よりも上記噴射水流の下流側に、上記高圧水流を反射する反射面を有する反射治具を配置しておき、上記高圧水流を上記反射面に噴出して反射させることにより、上記噴射水流を上記被加工体の外側表面に当てることを特徴とする表面加工処理方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項において、上記噴出ノズルを水中に配置し、該噴出ノズルから上記噴射水流を気中へ向かって噴出することを特徴とする表面加工処理方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項において、上記被加工体又は該被加工体を保持する保持治具に、上記噴射水流が上記被加工体へ与えた衝撃エネルギーを検知することができる衝撃センサを配設しておき、該衝撃センサにより検知した衝撃エネルギーの積算値に基づき、加工時間を制御することを特徴とする表面加工処理方法。

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