JP2009090443A - Surface reformer and surface reforming method - Google Patents

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Takashi Ogawara
孝 大河原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface reforming technique for a member to be reformed such as a metal, particularly, a surface reformer for imparting a peening effect to the member to be reformed arranged at a specified interval from the reformer without applying an excessive pressure and also provide a surface reforming method. <P>SOLUTION: This surface reformer 1 comprises: a high-frequency oscillation generating means 2 for generating high-frequency oscillation; a high-frequency oscillation means 2e connected to the high-frequency oscillation generating means and performing high-frequency oscillation; a supporting means 3 for supporting the reformed surface 9a of the member to be reformed 9 and the end 2f of the high-frequency oscillation means with a gap interposed therebetween; a pressure water supply means 6 for supplying pressure water 7a to a jet generating means 5; and a liquid holding means 11 for interposing a liquid 11a at least in the gap between the end 5b of the jet generating means 5 and the member to be reformed 9. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属などの被改質材の表面改質技術に係り、特に低圧の噴流を用いて一定の距離を有する被改質材に対してピーニング効果を付与する表面改質装置およびその改質方法に関する。   The present invention relates to a surface modification technique for a material to be reformed such as metal, and in particular, a surface reforming apparatus for imparting a peening effect to a material to be reformed having a certain distance using a low-pressure jet and a modification thereof. On quality methods.

従来、キャビテーション気泡を伴う水中高速噴流を施工物表面に衝突させることにより、水中物体の残留応力改善などを行うウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング法が提案されている(特許文献1参照)。これによれば、水中高速噴流を得るためにポンプで高圧に加圧された多量の高圧水の噴流中に、キャビテーション気泡を発生させる。さらに、この高圧水をノズルから噴射し、この高圧水に含まれるキャビテーション気泡を施工物表面に衝突させ崩壊させることにより発生する衝撃波を照射し、ピーニング効果を付与するものであった。   Conventionally, there has been proposed a water jet peening apparatus and a water jet peening method for improving a residual stress of an underwater object by colliding a high-speed underwater jet accompanied by cavitation bubbles with the surface of a work (see Patent Document 1). According to this, cavitation bubbles are generated in a jet of a large amount of high-pressure water pressurized to a high pressure by a pump in order to obtain an underwater high-speed jet. Furthermore, this high pressure water was sprayed from the nozzle, and the cavitation bubble contained in this high pressure water collided with the surface of a construction object, and the shock wave generated by collapsing was irradiated, and the peening effect was provided.

また、振動板を高周波振動させることにより発生したキャビテーション気泡を発生させる表面改質方法および装置も提案されている(特許文献2参照)。これによれば、振動板に対向配置された施工物表面に対してキャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃波を照射することでピーニング効果を付与するものであった。
特開平7−328858号公報 特開2003−220523号公報
A surface modification method and apparatus for generating cavitation bubbles generated by high-frequency vibration of a diaphragm have also been proposed (see Patent Document 2). According to this, a peening effect is imparted by irradiating a shock wave generated by the collapse of the cavitation bubbles on the surface of the work piece disposed opposite to the diaphragm.
JP 7-328858 A JP 2003-220523 A

特許文献1に示すウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング法は、高速噴流を利用してキャビテーション気泡を発生し運搬するため、噴出口から被改質材までの距離の高精度な維持の必要はなかった。しかし、水中高速噴流を得るために数十MPaの高圧水を多量に使用するため、被改質材の形状に応じて衝突する噴流の流れ方が異なり、キャビテーション気泡の発生を加工最適な一定条件に維持することが困難であった。また、複雑に変化する曲面への効果的な加工、曲面に対して均一かつ一定の深さの圧縮残留応力を付与することが困難であった。さらに、噴流の制御が難しく、穴や円筒内面などの狭隘な空間部への施工は困難であった。またさらに、高圧水を利用するため、施工面以外への過大な圧力荷重が作用するという悪影響もあった。   Since the water jet peening apparatus and the water jet peening method shown in Patent Document 1 generate and transport cavitation bubbles using a high-speed jet, there is no need to maintain the distance from the outlet to the material to be modified with high accuracy. It was. However, since a large amount of high-pressure water of several tens of MPa is used to obtain a high-speed submerged jet, the flow of the impinging jet differs depending on the shape of the material to be reformed, and the generation of cavitation bubbles is processed under a certain condition that is optimal for processing. It was difficult to maintain. In addition, it is difficult to effectively process a curved surface that changes in a complicated manner and to apply a compressive residual stress having a uniform and constant depth to the curved surface. Furthermore, it is difficult to control the jet flow, and it is difficult to construct a narrow space such as a hole or a cylindrical inner surface. Furthermore, since high-pressure water is used, there is an adverse effect that an excessive pressure load other than the construction surface acts.

また、特許文献2に示す表面改質方法および装置は、高周波振動する振動板によりキャビテーション気泡を発生させるため、高圧水を必要としない点で制御性が良く有効であった。しかし、振動板から発生するキャビテーション気泡の崩壊により数百MPaもの衝撃波を発生させるためには、キャビテーション気泡の発生を高密度状態で行う必要があった。これにともない、振動板と被改質材との距離は10mm以下、望ましくは0.1mm〜数mmという微細な距離に精度良く維持する必要があった。また、振動板から10mm以上、例えば20mmや30mm程度の距離を有する被改質材に対しての施工は困難であった。   Further, the surface modification method and apparatus shown in Patent Document 2 are effective and effective in that high pressure water is not required because cavitation bubbles are generated by a diaphragm that vibrates at high frequency. However, in order to generate a shock wave of several hundred MPa by collapse of cavitation bubbles generated from the diaphragm, it is necessary to generate cavitation bubbles in a high density state. Along with this, the distance between the diaphragm and the material to be reformed must be accurately maintained at a fine distance of 10 mm or less, preferably 0.1 mm to several mm. In addition, it is difficult to apply the material to be reformed having a distance of 10 mm or more from the diaphragm, for example, about 20 mm or 30 mm.

このため、特許文献2に示す表面改質方法および装置の特徴である被改質材に対する衝撃波の制御性を生かしつつ、特許文献1に示すウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング法の特徴である噴流を用いてキャビテーション気泡を被改質材まで運搬できる能力を備えたピーニング技術が求められていた。   For this reason, the jet which is the characteristic of the water jet peening apparatus and the water jet peening method disclosed in Patent Document 1, while utilizing the controllability of the shock wave to the material to be modified which is the characteristic of the surface modification method and apparatus disclosed in Patent Document 2. There has been a need for a peening technique that has the ability to transport cavitation bubbles to the material to be reformed using slag.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、低圧の噴流を用いて一定の距離を有する被改質材に対してピーニング効果を付与する表面改質装置およびその改質方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a surface reforming apparatus and a method for reforming the same that give a peening effect to a material to be reformed having a certain distance using a low-pressure jet. The purpose is to do.

本発明に係る表面改質装置は、上述した課題を解決するために、高周波振動を発生させる高周波振動発生手段と、前記高周波振動発生手段に連結され高周波振動を行う高周波振動手段と、被改質材の施工面と前記高周波振動手段の先端部とを対向する位置に間隙を設けて支持する支持手段と、前記高周波振動手段の少なくとも先端部の外表面に保持された噴流生成手段と、前記噴流生成手段に、圧力水を供給する圧力水供給手段と、少なくとも前記噴流生成手段の先端部と前記被改質材との間隙に液体を介在させる液体保持手段とを備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a surface modification apparatus according to the present invention includes a high-frequency vibration generating unit that generates high-frequency vibrations, a high-frequency vibration unit that is connected to the high-frequency vibration generating unit, and that performs high-frequency vibrations; A support means for supporting the construction surface of the material and the tip portion of the high-frequency vibration means with a gap therebetween, a jet generating means held on at least the outer surface of the high-frequency vibration means, and the jet flow The generating means includes pressure water supplying means for supplying pressure water, and liquid holding means for interposing liquid in at least a gap between the tip of the jet generating means and the material to be reformed.

また、本発明に係る表面改質方法は、上述した課題を解決するために、高周波振動を発生させる高周波振動発生工程と、前記高周波振動発生工程で発生した前記高周波振動により、キャビテーション気泡を発生させる工程と、前記キャビテーション気泡を発生させる工程で発生したキャビテーション気泡に、圧力水を供給し、混合する混合工程と、前記混合工程において前記キャビテーション気泡と混合された前記圧力水を被改質材の施工面に噴出し、前記キャビテーション気泡を崩壊させることにより衝撃波を発生させ、ピーニング効果を付与する工程とを含むことを特徴とする。   In addition, in order to solve the above-described problems, the surface modification method according to the present invention generates cavitation bubbles by a high-frequency vibration generation step that generates high-frequency vibration and the high-frequency vibration generated in the high-frequency vibration generation step. And a mixing step of supplying and mixing pressure water to the cavitation bubbles generated in the step of generating the cavitation bubbles, and a construction of the material to be modified using the pressure water mixed with the cavitation bubbles in the mixing step. And a step of generating a shock wave by applying a peening effect by ejecting to the surface and collapsing the cavitation bubbles.

本発明に係る表面改質装置およびその改質方法は、低圧の噴流を用いて一定の距離を有する被改質材に対してピーニング効果を付与することができる。   The surface modification apparatus and the modification method according to the present invention can impart a peening effect to a material to be modified having a certain distance using a low-pressure jet.

本発明に係る表面改質装置およびその改質方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。   Embodiments of a surface modification apparatus and a modification method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施形態]
この表面改質装置は、金属などの被改質材の表面にキャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃波を照射し、ピーニング効果を付与するものであって、これにより被改質材の表面改質を行い疲労強度を向上させるものである。
[First Embodiment]
This surface modification device irradiates the surface of a material to be reformed such as metal with a shock wave generated by the collapse of cavitation bubbles, and imparts a peening effect. To improve fatigue strength.

なお、ピーニング効果は、被改質材の表面に圧縮応力を付与することで、表面の疲労強度や耐磨耗性、耐応力腐食特性などを向上させる効果とする。   The peening effect is an effect of improving surface fatigue strength, wear resistance, stress corrosion resistance, and the like by applying compressive stress to the surface of the material to be modified.

図1は、本実施形態における表面改質装置の一例を示す構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a surface modification apparatus according to the present embodiment.

図1における表面改質装置1の主な構成は、高周波振動発生手段としての高周波電源装置2、および振動部としての圧電素子2a、高周波振動手段としてのホーン2e、噴流生成手段としてのノズルホルダ5、ノズルホルダ5の噴出口5bおよび被改質材9を清水11aで浸漬させる水槽11などからなる。また、圧力水供給手段であって、ノズルホルダ5に設けられた清水供給口5cからノズルホルダ5に圧力水である清水7aを供給する供給ポンプ6、および清水7aを貯留する水槽7などからなる。   The main structure of the surface modification apparatus 1 in FIG. 1 is a high-frequency power supply device 2 as high-frequency vibration generating means, a piezoelectric element 2a as a vibrating portion, a horn 2e as high-frequency vibration means, and a nozzle holder 5 as jet generating means. The nozzle holder 5 includes a nozzle 5b and a water tank 11 in which the material to be modified 9 is immersed in fresh water 11a. Moreover, it is a pressure water supply means, Comprising: The supply pump 6 which supplies the fresh water 7a which is a pressure water to the nozzle holder 5 from the fresh water supply port 5c provided in the nozzle holder 5, the water tank 7 which stores the fresh water 7a, etc. .

高周波電源装置2は、ケーブル2dで接続された圧電素子2aに高周波の交番電流を供給する。圧電素子2aは、超磁歪材料または圧電型セラミック材料により構成され、高周波電源装置2から供給された高周波電流により高周波振動を発生させる。圧電素子2aは、締結体2bで軸2cに固定される。   The high frequency power supply device 2 supplies a high frequency alternating current to the piezoelectric element 2a connected by the cable 2d. The piezoelectric element 2a is made of a giant magnetostrictive material or a piezoelectric ceramic material, and generates high-frequency vibration by a high-frequency current supplied from the high-frequency power supply device 2. The piezoelectric element 2a is fixed to the shaft 2c by a fastening body 2b.

ホーン2eは、取付フランジ2hによって軸2cと固定されており、圧電素子2aの振動が伝達されることにより、被改質材9の施工面9aと垂直である縦方向(y軸方向)に振動するようになっている。ホーン2eは、高周波振動を行うことによりホーン先端部2fにキャビテーション気泡8aを発生させる。また、ホーン先端部2fは、キャビテーション気泡8aによる壊食を防止するため、超硬合金またはセラミックスなどの高硬度材料で構成される。   The horn 2e is fixed to the shaft 2c by the mounting flange 2h, and vibrates in the vertical direction (y-axis direction) perpendicular to the construction surface 9a of the material 9 to be reformed by transmitting the vibration of the piezoelectric element 2a. It is supposed to be. The horn 2e generates cavitation bubbles 8a at the horn tip 2f by performing high-frequency vibration. The horn tip 2f is made of a high hardness material such as cemented carbide or ceramics in order to prevent erosion due to the cavitation bubbles 8a.

ここで、高周波振動の振動数は、例えば500Hz以上であり、好ましくは超音波領域である20kHz〜80kHzである。   Here, the frequency of the high-frequency vibration is, for example, 500 Hz or more, and preferably 20 kHz to 80 kHz which is an ultrasonic region.

取付フランジ2hは、軸2cにおけるノーダルポイント(軸振動の節)に設けられる。また、取付フランジ2hはボルト3aによって取付アーム3と接続され、静止部4に固定される。また、これらは被改質材9の施工面9aとホーン先端部2fとを対向する位置に間隙を設けるように構成され、支持手段として機能する。   The mounting flange 2h is provided at a nodal point (axial vibration node) in the shaft 2c. The mounting flange 2 h is connected to the mounting arm 3 by a bolt 3 a and is fixed to the stationary portion 4. Moreover, these are comprised so that the clearance gap may be provided in the position which opposes the construction surface 9a of the to-be-modified material 9, and the horn front-end | tip part 2f, and functions as a support means.

ノズルホルダ5は、ホーン2eの周囲を覆うように設置されており、ホーン先端部2fから発生するキャビテーション気泡8aを含んだキャビテーション噴流8を発生させる機能を有する。ノズルホルダ5は、ホーン2eの外表面に保持され、本実施形態ではホーン2eと非接触状態で構成される。   The nozzle holder 5 is installed so as to cover the periphery of the horn 2e, and has a function of generating a cavitation jet 8 including cavitation bubbles 8a generated from the horn tip 2f. The nozzle holder 5 is held on the outer surface of the horn 2e, and is configured in a non-contact state with the horn 2e in the present embodiment.

ノズルホルダ5の上端には、ホーン2eとの微小な隙間であるシール部5aが設けられている。ノズルホルダ5の下端には噴出口5bが設けられており、この噴出口5bから被改質材9に向けて噴流8dが噴出される。また、ノズルホルダ5内部であって、ホーン先端部2fの下部に構成された空間部5dから噴出口5bにかけては、スロート状の形状を有しており噴流8dを効果的に発生させることができる。   At the upper end of the nozzle holder 5, a seal portion 5a that is a minute gap with the horn 2e is provided. A nozzle 5 b is provided at the lower end of the nozzle holder 5, and a jet 8 d is jetted from the nozzle 5 b toward the material to be reformed 9. Also, the nozzle holder 5 has a throat-like shape from the space 5d formed at the lower part of the horn tip 2f to the jet outlet 5b, and can effectively generate the jet 8d. .

ノズルホルダ5には、圧力水供給手段が設けられる。この圧力水供給手段は、圧力水としての清水7aを貯留する水槽7、水槽7から清水7aを昇圧し供給パイプ6aを通り、清水供給口5cからノズルホルダ5に圧力水としての清水7aを供給する供給ポンプ6から構成される。   The nozzle holder 5 is provided with pressure water supply means. This pressure water supply means pressurizes the fresh water 7a from the water tank 7 for storing the fresh water 7a as the pressure water, passes the supply pipe 6a, and supplies the fresh water 7a as the pressure water from the fresh water supply port 5c to the nozzle holder 5. The supply pump 6 is configured.

供給ポンプ6によって昇圧され、清水供給口5cからノズルホルダ5に供給される圧力水としての清水7aは、1〜数十kgf/cm程度の低圧水である。従来のウォータジェットピーニング方法では、高圧水を用いて高圧噴流を発生させていたため、多量の清水が必要であったのに対し、本実施形態における表面改質装置においては、低圧水を使用するため清水量を低減することができる点で有効である。 The fresh water 7a as pressure water which is pressurized by the supply pump 6 and supplied from the fresh water supply port 5c to the nozzle holder 5 is low-pressure water of about 1 to several tens kgf / cm 2 . In the conventional water jet peening method, since a high-pressure jet was generated using high-pressure water, a large amount of fresh water was required. On the other hand, the surface reformer in this embodiment uses low-pressure water. This is effective in that the amount of fresh water can be reduced.

ノズルホルダ5には、ホーン先端部2fから発生したキャビテーション気泡8aが定常的に存在する範囲により形成される、キャビテーション発生部12が存在する。このキャビテーション発生部12では、ホーン先端部2fから発生したキャビテーション気泡8aと、供給ポンプ6により低圧水として供給された清水7aが混合、撹拌された状態となっている。また、ホーン先端部2fではキャビテーション気泡8aの発生と共に、ホーン2eの高周波振動により圧力波が発生する。混合、撹拌されたキャビテーション気泡8aおよび清水7aは、この圧力波の影響を受けることでキャビテーション噴流8となり、低圧状態でノズルホルダ5の噴出口5bから被改質材9の施工面9aに噴出されるようになっている。   The nozzle holder 5 includes a cavitation generating portion 12 formed by a range where the cavitation bubbles 8a generated from the horn tip portion 2f are constantly present. In the cavitation generator 12, the cavitation bubbles 8a generated from the horn tip 2f and the fresh water 7a supplied as low-pressure water by the supply pump 6 are mixed and stirred. At the horn tip 2f, a pressure wave is generated by the high frequency vibration of the horn 2e as well as the cavitation bubbles 8a. The mixed and stirred cavitation bubbles 8a and fresh water 7a become a cavitation jet 8 due to the influence of this pressure wave, and are jetted from the outlet 5b of the nozzle holder 5 to the construction surface 9a of the material 9 to be reformed in a low pressure state. It has become so.

液体保持手段としての水槽11は、ノズルホルダ5の噴出口5bの下部に設けられる。水槽11には清水11aが貯留され、水槽11の例えば底部に設置された被改質材9とノズルホルダ5との間隙に流体を介在させるようになっている。   The water tank 11 as a liquid holding means is provided below the jet outlet 5 b of the nozzle holder 5. Fresh water 11 a is stored in the water tank 11, and a fluid is interposed in the gap between the material to be reformed 9 and the nozzle holder 5 installed at the bottom of the water tank 11, for example.

次に、表面改質装置1の作用について説明する。   Next, the operation of the surface modification device 1 will be described.

図2は、表面改質装置1におけるノズルホルダ5の噴出口5bから噴出された噴流8dが被改質材9の施工面9aに作用する際の拡大図である。被改質材9である施工面9aは、水槽11に貯留された清水9中に浸漬され、固定されている。   FIG. 2 is an enlarged view when the jet flow 8 d ejected from the ejection port 5 b of the nozzle holder 5 in the surface modification device 1 acts on the construction surface 9 a of the material 9 to be reformed. The construction surface 9 a that is the material to be modified 9 is immersed and fixed in the fresh water 9 stored in the water tank 11.

図2における噴流8dは、キャビテーション発生部12において発生したキャビテーション噴流8がノズルホルダ5の噴出口から噴出されることで発生する。この噴流8dは、低圧水としての清水7aと多量のキャビテーション気泡8aとが混合、撹拌された状態で噴出され、施工面9aに衝突する。施工面9aに衝突すると、噴流8dに含まれたキャビテーション気泡8aは衝撃により崩壊し、この崩壊により衝撃波を瞬間的に発生させ、施工面9aにピーニング効果を付与する。   The jet 8d in FIG. 2 is generated when the cavitation jet 8 generated in the cavitation generator 12 is jetted from the nozzle outlet of the nozzle holder 5. This jet 8d is jetted in a state where clean water 7a as low-pressure water and a large amount of cavitation bubbles 8a are mixed and stirred, and collides with the construction surface 9a. When it collides with the construction surface 9a, the cavitation bubbles 8a included in the jet 8d are collapsed by impact, and a shock wave is instantaneously generated by this collapse, and a peening effect is given to the construction surface 9a.

図3は、表面改質装置1における施工面9a上で作用するピーニング効果を説明した図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a peening effect that acts on the construction surface 9a in the surface modification device 1. FIG.

キャビテーション気泡8aを多量に含んだ噴流8dが施工面9aに衝突すると、キャビテーション気泡8aは、周囲の圧力作用により施工面9aにて崩壊し崩壊泡8bとして破裂する。この崩壊泡8bは、崩壊泡8bの周囲に向かって数百MPaの大きな衝撃波8cを瞬間的に発生させる。施工面9aの近傍にあるキャビテーション気泡8aが崩壊する時には、これらの衝撃波8cの一部が施工面9aに直接作用しキャビテーション効果を付与する。   When the jet flow 8d containing a large amount of cavitation bubbles 8a collides with the construction surface 9a, the cavitation bubbles 8a collapse on the construction surface 9a due to the surrounding pressure action and burst as collapsed bubbles 8b. The collapsed bubbles 8b instantaneously generate a large shock wave 8c of several hundred MPa toward the periphery of the collapsed bubbles 8b. When the cavitation bubble 8a in the vicinity of the construction surface 9a collapses, a part of these shock waves 8c acts directly on the construction surface 9a to give a cavitation effect.

一つのキャビテーション気泡8aで発生する衝撃波8cの発生時間は、数μ秒と非常に短い時間であるが、高密度状態である多量のキャビテーション気泡8aを連続して崩壊させることにより、施工面9aに連続して衝撃波8cを作用させることが可能となる。   The generation time of the shock wave 8c generated in one cavitation bubble 8a is a very short time of several microseconds, but by continuously collapsing a large amount of cavitation bubbles 8a in a high density state, It becomes possible to make the shock wave 8c act continuously.

このようにキャビテーション気泡8aの崩壊によって発生したこのような衝撃波8aを、施工面9aに作用させることにより、施工面9aを硬化させると共に被改質材9表面に圧縮残留応力を付与し、また被改質材9の疲労強度、耐磨耗性、耐応力腐食特性などを向上させことができる。   The shock wave 8a generated by the collapse of the cavitation bubble 8a is applied to the work surface 9a, thereby hardening the work surface 9a and applying compressive residual stress to the surface of the material 9 to be modified. The fatigue strength, wear resistance, stress corrosion resistance and the like of the modifier 9 can be improved.

この表面改質装置および表面改質方法によれば、ノズルホルダ5を設けて噴流8dを発生させることにより、従来のように制御性に欠けていた高圧噴流を用いることなく、平坦な施工面はもちろん複雑な施工物に対しても低圧噴流によってキャビテーション気泡8aを運搬し、ピーニング効果を付与することができる。   According to this surface modification apparatus and surface modification method, the flat work surface can be obtained without using a high-pressure jet that lacks controllability as in the prior art by providing the nozzle holder 5 and generating the jet 8d. Of course, cavitation bubbles 8a can be transported by a low-pressure jet to a complicated construction, and a peening effect can be imparted.

また、低圧噴流を施工面9aに照射するため、従来のように高速の流れが発生せず、複雑な施工面に対しても噴流の照射が可能となり、高圧噴流の2次流れによる被改質材以外の構造物への過大な圧力加重などの悪影響を及ぼすことがない。   In addition, since the low-pressure jet is irradiated onto the construction surface 9a, a high-speed flow does not occur as in the conventional case, and it is possible to irradiate the complicated construction surface with the secondary flow of the high-pressure jet. There is no adverse effect such as excessive pressure load on structures other than materials.

さらに、噴流8dを利用して被改質材9の施工面9aまでキャビテーション気泡8aを運搬し崩壊させるため、特許文献2に示した表面改質方法および装置のように、ノズルホルダ5と施工面9aとの距離は微小な隙間を精度良く維持する必要がない。このため、この距離が多少変化してもピーニング効果には大きな影響を与えることはなく、一定距離、例えば20mm〜30mm程度の距離を有するものであってもピーニング効果を付与できる点で有効である。   Further, in order to convey and collapse the cavitation bubbles 8a to the construction surface 9a of the material 9 to be reformed using the jet 8d, the nozzle holder 5 and the construction surface as in the surface modification method and apparatus shown in Patent Document 2. The distance from 9a does not need to maintain a minute gap with high accuracy. For this reason, even if this distance changes somewhat, it does not have a big influence on a peening effect, and it is effective at the point which can give a peening effect even if it has a fixed distance, for example, a distance of about 20 mm-30 mm. .

[第2の実施形態]
第2実施形態では、表面改質装置から発生する噴流に含まれるキャビテーション気泡をさらに多量に存在させることで、被改質材に対しさらに高密度な衝撃波の照射が可能な表面改質装置およびその改質方法について説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, a surface modifying device capable of irradiating a material to be reformed with a higher density of shock waves by causing a larger amount of cavitation bubbles contained in a jet generated from the surface modifying device to exist, and its The reforming method will be described.

図4は、第2実施形態における表面改質装置1の構成図である。   FIG. 4 is a configuration diagram of the surface modification apparatus 1 in the second embodiment.

なお、第1実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   In addition, about the structure and part corresponding to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図4における表面改質装置1には、図1に示す第1実施形態における表面改質装置1の構成に加え、圧力水供給手段に空気混合手段が設けられる。具体的には、圧力供給手段である供給ポンプ6や水槽7などに、さらに空気混合装置10、吸気管10aが設けられる。   In addition to the configuration of the surface modification apparatus 1 in the first embodiment shown in FIG. 1, the surface modification apparatus 1 in FIG. 4 is provided with air mixing means in the pressure water supply means. Specifically, an air mixing device 10 and an intake pipe 10a are further provided in the supply pump 6 and the water tank 7 which are pressure supply means.

空気混合装置10は、吸気管10aから吸気された空気と、水槽7から供給ポンプ6によって昇圧された清水7aを混合するために設けられる。空気混合装置10にて空気と一次混合された清水7aは、気液二相流を生成し、清水供給口5cからノズルホルダ5に供給される。   The air mixing device 10 is provided to mix the air sucked from the intake pipe 10 a and the fresh water 7 a pressurized from the water tank 7 by the supply pump 6. The fresh water 7a primarily mixed with air in the air mixing device 10 generates a gas-liquid two-phase flow and is supplied to the nozzle holder 5 from the fresh water supply port 5c.

ノズルホルダ5に供給された気液二相流の状態である圧力水としての清水7aは、キャビテーション発生部12にてさらに微細なキャビテーション気泡8aとして生成される。このため、キャビテーション噴流8中にはより多量のキャビテーション気泡8aが含まれることになる。この結果、被改質材9の施工面9aに作用する噴流8d中にも多量のキャビテーション気泡8aを含ませることができ、この多量のキャビテーション気泡8aの崩壊により高密度状態の衝撃波8cを施工面9aに照射させることが可能となる。   Fresh water 7a as pressure water that is in a gas-liquid two-phase flow supplied to the nozzle holder 5 is generated by the cavitation generator 12 as finer cavitation bubbles 8a. For this reason, the cavitation jet 8 contains a larger amount of cavitation bubbles 8a. As a result, a large amount of cavitation bubbles 8a can also be included in the jet flow 8d acting on the construction surface 9a of the material 9 to be modified, and the shock waves 8c in a high density state are applied to the construction surface by the collapse of the large amount of cavitation bubbles 8a. It becomes possible to irradiate 9a.

表面改質装置1の作用については、第1実施形態と同様であるため、説明は省略する。   Since the operation of the surface modification apparatus 1 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

この表面改質装置およびその改質方法によれば、第1実施形態で生じた効果に加え、圧力水供給手段に空気混合手段を設けたことにより、さらに多量のキャビテーション気泡8aを発生させることができ、高密度状態の衝撃波を施工面に照射させることができる。これにより、被改質材に対してより効果的にピーニング効果を作用させることができ、被改質材の表面の疲労強度や耐磨耗性、耐応力腐食特性などをより向上させることができる。   According to this surface reforming apparatus and its reforming method, in addition to the effects produced in the first embodiment, a larger amount of cavitation bubbles 8a can be generated by providing air mixing means in the pressure water supply means. The construction surface can be irradiated with shock waves in a high density state. As a result, the peening effect can be applied more effectively to the material to be modified, and the fatigue strength, abrasion resistance, stress corrosion resistance, etc. of the surface of the material to be modified can be further improved. .

第1実施形態における表面改質装置を示す構成図。The block diagram which shows the surface modification apparatus in 1st Embodiment. ノズルホルダの噴出口から噴出された噴流が被改質材の施工面に作用する際の拡大図。The enlarged view at the time of the jet flow ejected from the jet nozzle of the nozzle holder acting on the construction surface of the material to be reformed. 表面改質装置における施工面上で作用するピーニング効果を説明した図。The figure explaining the peening effect which acts on the construction surface in a surface modification apparatus. 第2実施形態における表面改質装置を示す構成図。The block diagram which shows the surface modification apparatus in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 表面改質装置
2 高周波電源装置
2a 圧電素子
2c 軸
2e ホーン
2f ホーン先端部
3 取付アーム
3a ボルト
4 静止部
5 ノズルホルダ
5a シール部
5b 噴出口
5c 清水供給口
6 供給ポンプ
7 水槽
7a 清水
8 キャビテーション噴流
8a キャビテーション気泡
8b 崩壊泡
8c 衝撃波
8d 噴流
9 被改質材
9a 施工面
10 空気混合装置
10a 吸気管
11 水槽
11a 清水
12 キャビテーション発生部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface modification apparatus 2 High frequency power supply apparatus 2a Piezoelectric element 2c Shaft 2e Horn 2f Horn tip part 3 Mounting arm 3a Bolt 4 Stationary part 5 Nozzle holder 5a Seal part 5b Spout 5c Fresh water supply port 6 Supply pump 7 Water tank 7a Fresh water 8 Cavitation Jet 8a Cavitation bubble 8b Collapsed bubble 8c Shock wave 8d Jet 9 Reformed material 9a Construction surface 10 Air mixing device 10a Intake pipe 11 Water tank 11a Fresh water 12 Cavitation generation part

Claims (8)

高周波振動を発生させる高周波振動発生手段と、
前記高周波振動発生手段に連結され高周波振動を行う高周波振動手段と、
被改質材の施工面と前記高周波振動手段の先端部とを対向する位置に間隙を設けて支持する支持手段と、
前記高周波振動手段の少なくとも先端部の外表面に保持された噴流生成手段と、
前記噴流生成手段に、圧力水を供給する圧力水供給手段と、
少なくとも前記噴流生成手段の先端部と前記被改質材との間隙に液体を介在させる液体保持手段とを備えたことを特徴とする表面改質装置。
High-frequency vibration generating means for generating high-frequency vibration;
High-frequency vibration means coupled to the high-frequency vibration generating means for performing high-frequency vibration;
A supporting means for supporting the construction surface of the material to be modified and the tip of the high-frequency vibration means by providing a gap at a position facing each other;
Jet generation means held on the outer surface of at least the tip of the high-frequency vibration means;
Pressure water supply means for supplying pressure water to the jet flow generating means;
A surface reforming apparatus comprising: a liquid holding unit for interposing a liquid in at least a gap between the tip of the jet generating unit and the material to be reformed.
前記高周波振動発生手段は、超音波領域で振動を発生させることを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 The surface modification apparatus according to claim 1, wherein the high-frequency vibration generating means generates vibration in an ultrasonic region. 前記圧力水供給手段によって前記噴流生成手段に供給される圧力水の圧力は、1乃至数十kgf/cmであることを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 2. The surface reforming apparatus according to claim 1, wherein the pressure water supplied to the jet generating means by the pressure water supplying means is 1 to several tens kgf / cm < 2 >. 前記圧力水供給手段は、前記圧力水を気液二相流とするため前記圧力水に空気を混合する空気混合手段をさらに設けたことを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 2. The surface reforming apparatus according to claim 1, wherein the pressure water supply means further includes an air mixing means for mixing air with the pressure water in order to make the pressure water into a gas-liquid two-phase flow. 前記噴流生成手段の噴出口は、スロート状に構成されたことを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 The surface reforming apparatus according to claim 1, wherein the jet outlet of the jet generating means is configured in a throat shape. 前記高周波振動発生手段は、超磁歪材料または圧電型セラミックス材料により構成された振動部を備えたことを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 2. The surface modification apparatus according to claim 1, wherein the high-frequency vibration generating means includes a vibration part made of a giant magnetostrictive material or a piezoelectric ceramic material. 前記高周波振動手段の先端部は、高硬度材料により構成されたことを特徴とする請求項1記載の表面改質装置。 2. The surface modification apparatus according to claim 1, wherein the tip of the high-frequency vibration means is made of a high hardness material. 高周波振動を発生させる高周波振動発生工程と、
前記高周波振動発生工程で発生した前記高周波振動により、キャビテーション気泡を発生させる工程と、
前記キャビテーション気泡を発生させる工程で発生したキャビテーション気泡に、圧力水を供給し、混合する混合工程と、
前記混合工程において前記キャビテーション気泡と混合された前記圧力水を被改質材の施工面に噴出し、前記キャビテーション気泡を崩壊させることにより衝撃波を発生させ、ピーニング効果を付与する工程とを含むことを特徴とする表面改質方法。
A high-frequency vibration generating step for generating high-frequency vibration;
A step of generating cavitation bubbles by the high-frequency vibration generated in the high-frequency vibration generation step;
A mixing step of supplying pressure water to the cavitation bubbles generated in the step of generating the cavitation bubbles and mixing them;
And jetting the pressure water mixed with the cavitation bubbles in the mixing step onto a construction surface of the material to be reformed, generating a shock wave by collapsing the cavitation bubbles, and providing a peening effect. A characteristic surface modification method.
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