JP2010214477A - Surface treatment method and device - Google Patents

Surface treatment method and device Download PDF

Info

Publication number
JP2010214477A
JP2010214477A JP2009060922A JP2009060922A JP2010214477A JP 2010214477 A JP2010214477 A JP 2010214477A JP 2009060922 A JP2009060922 A JP 2009060922A JP 2009060922 A JP2009060922 A JP 2009060922A JP 2010214477 A JP2010214477 A JP 2010214477A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processed
eddy current
jet
cavitation
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009060922A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noritaka Miyamoto
典孝 宮本
Atsushi Kawabata
敦 川端
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009060922A priority Critical patent/JP2010214477A/en
Publication of JP2010214477A publication Critical patent/JP2010214477A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a sufficient surface treatment effect by causing sufficient bubble collapse, even in treating a treated surface made of a convex curved surface in surface treatment using cavitation peening. <P>SOLUTION: A vortex flow generating tool 5 is provided on an upstream side of a treated object 2 on a jet center axis C. and a flow of cavitation jet 3 is converted into a vortex flow 4 by making the cavitation jet 3 flow along an outer peripheral side surface 5a of the vortex flow generating tool 5. Alternatively, a vortex flow damming tool 6 is provided on a downstream side of the treated object 2 on the jet center axis C. By damming the cavitation jet 3 by a damming surface 6a of the vortex flow damming tool 6, the vortex flow 4 contained in the cavitation jet 3 is suppressed from being made to flow to the downstream side. The vortex flow 4 is collected in the vicinity of the treated surface 2a by the vortex flow generating tool 5 or the vortex flow damming tool 6, and cavitation bubbles in the vortex flow 4 are collapsed in the vicinity of the treated surface 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は表面処理方法及び表面処理装置に関し、詳しくはキャビテーションピーニングを利用して凸曲面よりなる被処理面を処理する表面処理方法及び表面処理装置に関する。   The present invention relates to a surface treatment method and a surface treatment apparatus, and more particularly to a surface treatment method and a surface treatment apparatus for treating a surface to be processed having a convex curved surface using cavitation peening.

従来、金属材料や半導体材料等の表面の強化、洗浄や残留応力の改善等を目的として、キャビテーションピーニングを利用した表面処理が行われている。また、キャビテーションピーニングの処理効率を高めるための技術として、キャビテーションをより多く発生させる噴射ノズルや、広い面積を処理するために、噴射ノズルを多数配置した技術が開示されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。   Conventionally, surface treatment using cavitation peening has been performed for the purpose of strengthening the surface of a metal material or a semiconductor material, cleaning, improving residual stress, and the like. Moreover, as a technique for improving the processing efficiency of cavitation peening, there are disclosed a technique for ejecting nozzles that generate more cavitation and a technique for arranging a large number of ejection nozzles in order to process a large area (for example, Patent Document 1). 2, 3).

キャビテーションは、流動している水などの液体の圧力が局部的に低下して、液体の飽和蒸気圧まで圧力が減少した結果、液体が気泡になる現象である。多くの場合、水中に溶け込んでいる微細な気泡などがキャビテーション核となって、噴流の高速領域(低圧領域)でキャビテーション気泡となる。液体の圧力が低下することで発生したキャビテーション気泡は、流速の低下により液体の圧力が再び高くなれば、液体の表面張力等の影響も受けて、崩壊する。この気泡崩壊は、数マイクロ秒オーダの短時間で起こる。このため、気泡崩壊時には、数百から数千気圧にも達する衝撃圧力が発生する。   Cavitation is a phenomenon in which liquid becomes bubbles as a result of the pressure of a liquid such as flowing water being locally reduced and the pressure decreasing to the saturated vapor pressure of the liquid. In many cases, fine bubbles dissolved in water serve as cavitation nuclei and become cavitation bubbles in a high-speed region (low-pressure region) of the jet. The cavitation bubbles generated by the decrease in the pressure of the liquid will collapse due to the influence of the surface tension of the liquid and the like if the pressure of the liquid is increased again due to the decrease in the flow velocity. This bubble collapse occurs in a short time on the order of several microseconds. For this reason, an impact pressure that reaches several hundred to several thousand atmospheres is generated at the time of bubble collapse.

キャビテーションピーニングによる表面処理では、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する衝撃圧力を利用して、被処理物の表面の強化等を行う。すなわち、図14に示すように、噴射ノズル71から噴射する液体のキャビテーション噴流(キャビテーション気泡を含む水等の液体の噴流)73を被処理物72の表面に衝突させる。被処理物72に衝突した後のキャビテーション噴流73は被処理面72aに沿って流れ、その過程でキャビテーション噴流73の流速が低下する。これにより、キャビテーション噴流73の圧力が上昇し、気泡崩壊が起こる。そして、このとき発生する衝撃圧力により被処理面72aの強化等を行う。   In the surface treatment by cavitation peening, the surface of the object to be treated is strengthened by using the impact pressure generated when the cavitation bubbles collapse. That is, as shown in FIG. 14, a liquid cavitation jet (a jet of water such as water containing cavitation bubbles) 73 ejected from the ejection nozzle 71 collides with the surface of the workpiece 72. The cavitation jet 73 after colliding with the workpiece 72 flows along the workpiece surface 72a, and the flow velocity of the cavitation jet 73 decreases in the process. Thereby, the pressure of the cavitation jet 73 rises and bubble collapse occurs. And the to-be-processed surface 72a is strengthened by the impact pressure generated at this time.

ここで、キャビテーション噴流73の径(すなわち噴射ノズル71の噴射口の口径)に対して、被処理物72の曲率半径が大きいほど、被処理物72に衝突した後のキャビテーション噴流73の流速低下領域が長くなり、良好な処理効率を確保することが可能となる。   Here, as the radius of curvature of the workpiece 72 increases with respect to the diameter of the cavitation jet 73 (that is, the diameter of the jet nozzle 71), the velocity reduction region of the cavitation jet 73 after colliding with the workpiece 72 is increased. Therefore, it becomes possible to ensure good processing efficiency.

特開平9−108596号公報JP-A-9-108596 特許第3803734号公報Japanese Patent No. 3803734 特開2007−260550号公報JP 2007-260550 A

ところで、キャビテーションピーニングによる表面処理において、表面の強化等をより効率的に行うためには、被処理物の被処理面の近傍でより多くのキャビテーション気泡を崩壊させて、そのとき発生する衝撃圧力をより多く被処理面に付与することが重要となる。   By the way, in the surface treatment by cavitation peening, in order to enhance the surface more efficiently, more cavitation bubbles are collapsed in the vicinity of the treated surface of the workpiece, and the impact pressure generated at that time is reduced. It is important to apply more to the surface to be processed.

ところが、図15に示すように、被処理物82の被処理面82aが凸曲面で、しかもその曲率半径が小さい場合、被処理物82に衝突した後のキャビテーション噴流83の流速が、被処理面82aの近傍で、気泡崩壊が起こる程度まで低下しないことがある。   However, as shown in FIG. 15, when the surface 82a of the workpiece 82 is a convex curved surface and its radius of curvature is small, the flow velocity of the cavitation jet 83 after colliding with the workpiece 82 is In the vicinity of 82a, it may not decrease to the extent that bubble collapse occurs.

例えば、被処理面82aが5mm程度よりも小さい曲率半径の凸曲面である場合、被処理物82に衝突した後のキャビテーション噴流83の一部は、気泡崩壊が起こる程度まで流速を低下させることなく、被処理面82aから離れて流れ去ってしまう。そうすると、気泡崩壊が十分に起こらず、被処理面82aの強化等の処理が不十分となる。   For example, when the surface to be processed 82a is a convex curved surface having a radius of curvature smaller than about 5 mm, a part of the cavitation jet 83 after colliding with the object to be processed 82 does not decrease the flow velocity to the extent that bubble collapse occurs. , It will flow away from the surface 82a. If it does so, bubble collapse will not fully occur, but processing, such as reinforcement of processed surface 82a, will become insufficient.

なお、この場合であっても、処理時間を長くすれば、被処理面82aの十分な強化等を図れることもあるが、これでは処理効率の低下を招く。また、被処理面82aの小さな曲率半径に合わせて、噴射ノズル81の噴射口の口径を小さくすると、処理領域も小さくなり、やはり処理効率の低下を招く。   Even in this case, if the processing time is lengthened, the surface 82a to be processed may be sufficiently strengthened, but this causes a reduction in processing efficiency. Further, when the diameter of the injection port of the injection nozzle 81 is reduced in accordance with the small radius of curvature of the surface to be processed 82a, the processing area is also reduced, which also causes a reduction in processing efficiency.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、キャビテーションピーニングを利用した表面処理において、凸曲面よりなる被処理面を処理する場合であっても、十分な気泡崩壊を発生させて、十分な表面処理効果を達成することを解決すべき技術課題とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the surface treatment using cavitation peening, even when a surface to be processed having a convex curved surface is processed, sufficient bubble collapse is generated and sufficient. It is a technical problem to be solved to achieve the surface treatment effect.

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。   Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects and the like as necessary.

(1)上記課題を解決する請求項1に記載の表面処理方法は、凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する方法であって、噴射ノズルから噴射される前記キャビテーション噴流の噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも上流側に配置されると共に、該キャビテーション噴流を自己の表面に沿って流すことによって、該キャビテーション噴流の流れを渦流に変換する渦流発生機能を有する立体からなる渦流発生治具、及び前記噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも下流側に配置されると共に、前記キャビテーション噴流を自己の表面で堰き止めることによって、該キャビテーション噴流に含まれている渦流が下流側に流されるのを抑制する渦流堰止機能を有する立体からなる渦流堰止治具、のうちのいずれか一方又は両方を用い、前記渦流発生機能及び/又は前記渦流堰止機能によって、前記被処理物の前記被処理面の近傍に前記渦流を集めて、該渦流内の前記キャビテーション気泡を該被処理面の近傍で崩壊させることを特徴とする。   (1) In the surface treatment method according to claim 1, which solves the above problem, a cavitation bubble is collided by colliding a cavitation jet against an object to be processed having a convex curved surface, and an impact generated when the bubble collapses. A method of treating the surface to be treated by pressure, wherein the surface to be treated is disposed on a central axis of the cavitation jet ejected from an ejection nozzle and upstream of the workpiece, and the cavitation jet is self-actuated. A vortex generating jig having a three-dimensional vortex generating function for converting the flow of the cavitation jet into a vortex by flowing along the surface of the nozzle, and on the jet central axis and downstream of the workpiece. And vortex flow contained in the cavitation jet by damming the cavitation jet at its surface Using any one or both of the three-dimensional vortex damming jig having a vortex damming function that suppresses the flow to the downstream side, the eddy current generation function and / or the eddy current damming function, The eddy current is collected in the vicinity of the surface to be processed of the object to be processed, and the cavitation bubbles in the vortex are collapsed in the vicinity of the surface to be processed.

被処理面が凸曲面よりなる被処理物にキャビテーション噴流が衝突すると、衝突した後のキャビテーション噴流は被処理面に沿って流れる過程でその流速を低下させる。しかし、凸曲面よりなる被処理面の曲率半径が小さいと、キャビテーション噴流の一部は、気泡崩壊が起こる程度まで流速を低下させることなく、被処理面から離れて流れ去ってしまう場合がある。そうすると、十分な気泡崩壊が起こらない。   When a cavitation jet collides with a workpiece whose surface to be processed is a convex curved surface, the velocity of the cavitation jet after the collision decreases in the process of flowing along the surface to be processed. However, if the radius of curvature of the surface to be processed, which is a convex curved surface, is small, a part of the cavitation jet may flow away from the surface to be processed without reducing the flow velocity to the extent that bubble collapse occurs. Then, sufficient bubble collapse does not occur.

この点、請求項1に記載の表面処理方法では、渦流発生治具の渦流発生機能及び/又は渦流堰止治具の渦流堰止機能によって、被処理物の被処理面の近傍に渦流を集めて、渦流内のキャビテーション気泡を被処理面の近傍で崩壊させることが可能である。   In this regard, in the surface treatment method according to claim 1, the eddy current is collected in the vicinity of the surface to be processed of the workpiece by the eddy current generating function of the eddy current generating jig and / or the eddy current blocking function of the eddy current blocking jig. Thus, it is possible to collapse the cavitation bubbles in the vortex near the surface to be processed.

渦流は液体の流速が速いため渦流内の圧力は低い状態となる。この圧力が液体の飽和蒸気圧まで低下することによって渦流内にキャビテーション気泡が発生する。渦流の流速は時間の経過とともに低下し、渦流が減衰するのにしたがって渦流内の圧力が高まるためキャビテーション気泡が崩壊する。   Since the flow speed of the vortex is high, the pressure in the vortex is low. As this pressure drops to the saturated vapor pressure of the liquid, cavitation bubbles are generated in the vortex. The vortex flow velocity decreases with time, and as the vortex flow attenuates, the pressure in the vortex increases and the cavitation bubbles collapse.

なお、渦流内のキャビテーション気泡には、渦流が形成される以前からキャビテーション噴流中に存在していた気泡、渦流の形成による圧力低下にともなってこの気泡の径が更に大きくなった気泡、及び渦流の形成にともなって新たに発生した気泡のいずれもが含まれる。   The cavitation bubbles in the vortex flow include bubbles that existed in the cavitation jet before the formation of the vortex flow, bubbles that have become larger in diameter due to pressure drop due to the formation of the vortex flow, and vortex flow. Any bubbles newly generated as a result of formation are included.

したがって、請求項1に記載の表面処理方法によると、被処理面が凸曲面よりなり、しかもその曲率半径が小さい場合であっても、被処理面の近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。よって、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力を十分に被処理面に付与することができ、被処理面を確実に処理すると共に、処理効率を向上させることが可能となる。   Therefore, according to the surface treatment method of claim 1, even when the surface to be processed is a convex curved surface and the radius of curvature is small, sufficient bubble collapse can occur near the surface to be processed. it can. Therefore, the impact pressure generated when the bubbles collapse can be sufficiently applied to the surface to be processed, and the surface to be processed can be reliably processed and the processing efficiency can be improved.

また、この表面処理方法では、キャビテーション噴流の流れの中に渦流発生治具を配置するという簡易な方法によって、効率良く渦流を発生させることができる。渦流発生治具の断面形状は、効率良く渦流を発生させることができる形状であれば特に限定されないが、円形、噴流中心軸方向に長軸をもつ楕円形、噴流中心軸上に頂角をもつ鋭角二等辺三角形等の断面形状とすることができる。   Further, in this surface treatment method, the eddy current can be efficiently generated by a simple method of arranging the eddy current generating jig in the flow of the cavitation jet. The cross-sectional shape of the eddy current generating jig is not particularly limited as long as it can efficiently generate eddy currents, but is circular, elliptical with a major axis in the direction of the jet central axis, and has an apex angle on the jet central axis. A cross-sectional shape such as an acute isosceles triangle can be used.

また、この表面処理方法では、キャビテーション噴流の下流側に渦流堰止治具を配置するという簡易な方法によって、効率良く渦流を堰き止めて、渦流を被処理物の近傍により長く滞留させることができる。渦流発生治具の断面形状は、被処理物の被処理面に沿って流れてきたキャビテーション噴流を渦流堰止治具の表面で漏れなく受け止めることができる形状であれば特に限定されないが、渦流堰止治具の表面(堰止面)の長さが、被処理物の直径よりも十分に大きく設定された板状の断面形状とすることが好ましい。   Further, in this surface treatment method, the eddy current can be efficiently dammed by a simple method of arranging a vortex damming jig on the downstream side of the cavitation jet, and the vortex can be retained longer in the vicinity of the workpiece. . The cross-sectional shape of the eddy current generating jig is not particularly limited as long as the cavitation jet flowing along the processing surface of the workpiece can be received without leakage on the surface of the eddy current blocking jig. The length of the surface (damming surface) of the fixing jig is preferably a plate-like cross-sectional shape that is set sufficiently larger than the diameter of the workpiece.

(2)請求項2に記載の表面処理方法は、請求項1に記載の表面処理方法において、前記被処理物が前記噴流中心軸から離れた両側に複数個配置されており、前記渦流発生治具によって、複数個の前記被処理物の各前記被処理面の近傍に前記渦流を集めることを特徴とする。   (2) The surface treatment method according to claim 2 is the surface treatment method according to claim 1, wherein a plurality of the objects to be processed are arranged on both sides away from the jet central axis, and the eddy current generation treatment is performed. The eddy current is collected in the vicinity of each surface to be processed of a plurality of objects to be processed by means of a tool.

この表面処理方法では、単一の噴射ノズルから噴射されるキャビテーション噴流を分岐して、複数個の被処理物の表面処理を同時に行うことができるため、処理効率を向上させることが可能となる。また、複数個の噴射ノズルを必要としないため、設備費用の削減に寄与する。   In this surface treatment method, since the cavitation jet jetted from a single jet nozzle can be branched and the surface treatment of a plurality of workpieces can be performed simultaneously, the processing efficiency can be improved. Moreover, since a plurality of injection nozzles are not required, it contributes to a reduction in equipment costs.

(3)上記課題を解決する請求項3に記載の表面処理装置は、凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する装置であって、前記キャビテーション噴流を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射される前記キャビテーション噴流の噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも上流側に配置されると共に、該キャビテーション噴流を自己の表面に沿って流すことによって、該キャビテーション噴流の流れを渦流に変換する渦流発生機能を有する立体からなる渦流発生治具、及び前記噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも下流側に配置されると共に、前記キャビテーション噴流を自己の表面で堰き止めることによって、該キャビテーション噴流に含まれている渦流が下流側に流されるのを抑制する渦流堰止機能を有する立体からなる渦流堰止治具、のうちのいずれか一方又は両方を備え、前記渦流発生機能及び/又は前記渦流堰止機能によって、前記被処理物の前記被処理面の近傍に前記渦流を集めて、該渦流内の前記キャビテーション気泡を該被処理面の近傍で崩壊させることを特徴とする。   (3) The surface treatment apparatus according to claim 3, which solves the above problem, causes a cavitation bubble to collide with an object having a surface to be processed having a convex curved surface to collapse a cavitation bubble, and an impact generated when the bubble collapses An apparatus for processing the surface to be processed by pressure, an injection nozzle for injecting the cavitation jet, a central axis of the cavitation jet to be injected from the injection nozzle, and upstream of the object to be processed And a vortex generating jig having a three-dimensional vortex generating function for converting the flow of the cavitation jet into a vortex by flowing the cavitation jet along its own surface, and the jet central axis. And arranged downstream of the object to be treated and blocking the cavitation jet on its own surface. The eddy current generation is provided with either or both of a three-dimensional vortex damming jig having a vortex damming function that suppresses the vortex contained in the cavitation jet from flowing downstream. The vortex flow is collected in the vicinity of the surface to be processed of the object to be processed by the function and / or the eddy current blocking function, and the cavitation bubbles in the vortex flow are collapsed in the vicinity of the surface to be processed. To do.

この表面処理装置により、被処理物の表面処理を施すことによる作用効果は、請求項1に記載の表面処理方法における作用効果と同様である。   The effect by performing the surface treatment of the object to be processed by this surface treatment apparatus is the same as the effect in the surface treatment method according to claim 1.

(4)請求項4に記載の表面処理装置は、請求項3に記載の表面処理装置において、前記渦流発生治具及び/又は前記渦流堰止治具の前記被処理面と対向する前記表面が、前記被処理面の軸芯方向の曲率に沿って成形されていることを特徴とする。   (4) The surface treatment apparatus according to claim 4 is the surface treatment apparatus according to claim 3, wherein the surface of the eddy current generating jig and / or the eddy current damming jig facing the surface to be processed is The surface to be processed is shaped along the curvature in the axial direction.

この表面処理装置により、被処理物の表面処理を施すことによって、被処理物の被処理面が、被処理物の軸芯方向に曲率をもつ、すなわち、被処理物の軸芯方向に被処理物の断面形状が変化する棒状の被処理物であっても、渦流発生治具及び/又は渦流堰止治具の被処理面と対向する表面と、被処理物の被処理面との間隔が、被処理物の軸芯方向にわたって一定間隔に保たれるため、被処理物の被処理面の軸芯方向に均一な表面処理を施すことが可能となる。   By performing the surface treatment of the object to be processed by this surface treatment apparatus, the surface to be processed has a curvature in the axial direction of the object to be processed, that is, the object is processed in the axial direction of the object to be processed. Even if the cross-sectional shape of the object is a rod-shaped object to be processed, the distance between the surface of the object to be processed of the eddy current generating jig and / or the eddy current blocking jig and the surface of the object to be processed is Since a constant interval is maintained over the axial direction of the object to be processed, it is possible to perform a uniform surface treatment in the axial direction of the surface of the object to be processed.

したがって、本発明の表面処理方法及び表面処理装置によると、凸曲面よりなる被処理面を処理する場合であっても、十分な気泡崩壊を発生させて、十分な表面処理効果を達成することができる。   Therefore, according to the surface treatment method and the surface treatment apparatus of the present invention, even when a surface to be processed having a convex curved surface is processed, sufficient bubble collapse can be generated to achieve a sufficient surface treatment effect. it can.

よって、例えば5mm程度以下の曲率半径の凸曲面よりなる被処理面に対しても、十分な表面処理効果を達成することができる。   Therefore, for example, a sufficient surface treatment effect can be achieved even for a surface to be processed which is a convex curved surface having a radius of curvature of about 5 mm or less.

本発明の表面処理方法の原理を説明する断面模式図であって、(a)は噴射ノズルと被処理物との間に渦流発生治具が配置されている実施形態1、(b)は被処理物の下流側に渦流堰止治具が配置されている実施形態2を示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a cross-sectional schematic diagram explaining the principle of the surface treatment method of this invention, Comprising: (a) is Embodiment 1 with which the eddy current generation jig | tool is arrange | positioned between an injection nozzle and a to-be-processed object, (b) Embodiment 2 is shown in which a vortex damming jig is arranged on the downstream side of the processed material. 実施形態3に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態5に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method according to Embodiment 5. 実施形態6に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method which concerns on Embodiment 6. FIG. 実施例1に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view illustrating a surface treatment method according to Example 1. FIG. 実施例2に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating a surface treatment method according to Example 2. FIG. 実施例3に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。10 is a schematic cross-sectional view illustrating a surface treatment method according to Example 3. FIG. 実施例4に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating a surface treatment method according to Example 4. FIG. 実施例5に係る表面処理方法を説明する断面模式図である。10 is a schematic cross-sectional view illustrating a surface treatment method according to Example 5. FIG. 実施例1,2及び4、並びに比較例1及び2において、表面処理後の被処理面について、壊食領域の面積(処理面積)を測定した結果を示す図である。In Examples 1, 2, and 4 and Comparative Examples 1 and 2, it is a figure which shows the result of having measured the area (processed area) of the erosion area | region about the to-be-processed surface after surface treatment. 実施例3及び5、並びに比較例3及び4において、表面処理後の被処理面について、残留応力を測定した結果を示す図である。In Example 3 and 5 and Comparative example 3 and 4, it is a figure which shows the result of having measured the residual stress about the to-be-processed surface after surface treatment. 実施例3及び5、並びに比較例3及び4において、被処理物(丸棒)の全長にわたって表面処理が完了するまでに要した処理時間を示す図である。In Example 3 and 5 and Comparative Example 3 and 4, it is a figure which shows the processing time required until surface treatment was completed over the full length of a to-be-processed object (round bar). 従来のキャビテーションピーニングを利用した表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method using the conventional cavitation peening. 他の従来のキャビテーションピーニングを利用した表面処理方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the surface treatment method using the other conventional cavitation peening.

以下、本発明の表面処理方法及び表面処理装置の具体的な実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の表面処理方法及び表面処理装置は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の表面処理方法及び表面処理装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   Hereinafter, specific embodiments of the surface treatment method and the surface treatment apparatus of the present invention will be described in detail. In addition, embodiment described is only one Embodiment, The surface treatment method and surface treatment apparatus of this invention are not limited to the following embodiment. The surface treatment method and the surface treatment apparatus of the present invention can be carried out in various forms that have been modified or improved by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

(実施形態1)
図1(a)に示す実施形態1に係る表面処理装置は、噴射ノズル1と、噴射ノズル1と被処理物2との間に配置された渦流発生治具5とを備えている。これら噴射ノズル1及び渦流発生治具5は、被処理物2と共に図示しない処理槽(水槽)内に満たされた水中に没入されている。
(Embodiment 1)
The surface treatment apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1A includes an injection nozzle 1 and an eddy current generating jig 5 disposed between the injection nozzle 1 and the workpiece 2. The injection nozzle 1 and the eddy current generating jig 5 are immersed in water filled in a processing tank (water tank) (not shown) together with the workpiece 2.

噴射ノズル1の噴流中心軸C上に、被処理物2の軸芯O、及び渦流発生治具5の軸芯Oが一直線状に配置されている。噴射ノズル1は、渦流発生治具5の噴流中心軸C上の衝突中心部Pを目がけて、所定の圧力でキャビテーション噴流3を噴射する。噴射ノズル1は、図示しない噴射ノズル移動装置により、噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の噴流中心軸Cと垂直方向かつ被処理物2の長手方向(図1(a)において、紙面と垂直方向)に往復移動可能とされている。 The injection nozzle 1 of the jet central axis on C, the axis O of the object 2, and the axis O 1 of the vortex generating jig 5 are arranged in a straight line. Injection nozzle 1 on him a collision center P 1 of the jet central axis C of the vortex generator jig 5, to inject a cavitation jet 3 at a predetermined pressure. The jet nozzle 1 is moved in a direction perpendicular to the jet central axis C of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 by a jet nozzle moving device (not shown) and in the longitudinal direction of the workpiece 2 (in FIG. ) Can be reciprocated.

被処理物2は、アルミ合金等の金属材料よりなり、半径rの丸棒(円柱)である。被処理物2の外周側面(円柱側面)が被処理面2aとなる。被処理面2aは、曲率半径rの凸曲面(円柱側面)よりなる。被処理物2は、図示しない回転駆動装置により、被処理物2の軸芯O周りに、正方向及び逆方向(図1(a)において、時計回り方向及び反時計回り方向)に回転可能とされている。   The workpiece 2 is made of a metal material such as an aluminum alloy and is a round bar (column) having a radius r. The outer peripheral side surface (cylindrical side surface) of the workpiece 2 is the processing surface 2a. The surface 2a to be processed is a convex curved surface (cylindrical side surface) having a radius of curvature r. The workpiece 2 can be rotated around the axis O of the workpiece 2 in the forward direction and the reverse direction (clockwise direction and counterclockwise direction in FIG. 1A) by a rotation driving device (not shown). Has been.

渦流発生治具5は、ステンレス等の金属材料よりなり、半径rの丸棒(円柱)である。上流側の渦流発生治具5が下流側の被処理物2を大きく遮蔽することがないように、渦流発生治具5の半径rは、被処理物2の半径rと同程度以下に設定されている。また、半径rを小さくしすぎると渦流発生治具5の渦流発生機能が著しく損なわれるため、半径rの下限値としては所望の渦流発生機能が得られる大きさを確保する必要がある。渦流発生治具5は、図示しない支持具により、被処理物2の噴流中心軸C上の衝突中心部Pと、渦流発生治具5の噴流中心軸C上の下流側の中心部Qとの間隔がDとなるように配設されている。 Vortex generators jig 5 is made of a metal material such as stainless steel, a round bar having a radius r 1 (cylinder). The radius r 1 of the eddy current generating jig 5 is set to be equal to or less than the radius r of the processed object 2 so that the upstream eddy current generating jig 5 does not largely shield the downstream processed object 2. Has been. If the radius r 1 is too small, the eddy current generating function of the eddy current generating jig 5 is remarkably impaired. Therefore, the lower limit of the radius r 1 needs to be large enough to obtain a desired eddy current generating function. The eddy current generating jig 5 includes a support center (not shown) and a collision center portion P on the jet central axis C of the workpiece 2 and a downstream central portion Q 1 on the jet central axis C of the eddy current generating jig 5. spacing is arranged such that D 1.

ここに、被処理物2の形状や大きさとしては、所定の凸曲面よりなる被処理面2aを有するものであれば、特に限定されない。本実施形態の表面処理装置によれば、被処理物2の被処理面2aの近傍で多くのキャビテーション気泡を崩壊させることが可能であるため、従来、良好な処理効率を確保するのが困難とされてきた5mm程度よりも小さい曲率半径の凸曲面を有する被処理物2に適用することで、従来のキャビテーションピーニングと比べて良好な処理効率を確保することが可能となる。   Here, the shape and size of the object to be processed 2 are not particularly limited as long as the object 2 has a surface 2a to be processed having a predetermined convex curved surface. According to the surface treatment apparatus of this embodiment, since it is possible to collapse many cavitation bubbles in the vicinity of the surface 2a to be processed 2, it is conventionally difficult to ensure good processing efficiency. By applying it to the workpiece 2 having a convex curved surface with a radius of curvature smaller than about 5 mm, it is possible to ensure better processing efficiency compared to conventional cavitation peening.

好ましくは被処理面2aを構成する凸曲面の曲率半径rが1mm〜5mmである場合、より好ましくは曲率半径rが2mm〜4mmである場合において、従来のキャビテーションピーニングに対して処理効率の改善効果が顕著となる。   Preferably, when the radius of curvature r of the convex curved surface constituting the surface 2a to be processed is 1 mm to 5 mm, more preferably when the radius of curvature r is 2 mm to 4 mm, the effect of improving the processing efficiency with respect to the conventional cavitation peening Becomes prominent.

なお、被処理面2aを構成する凸曲面の曲率半径rが小さすぎると、これに合わせて渦流発生治具5の半径rも小さくする必要がある。渦流発生治具5の半径rが小さすぎると、渦流発生治具5の渦流発生機能が著しく損なわれると共に、渦流発生治具5によってキャビテーション噴流3の流速を低下させる効果も小さくなる。これにより、被処理面2a近傍でのキャビテーション気泡の崩壊が少なくなる。 Incidentally, the radius of curvature r of the convex curved surface constituting the treated surface 2a is too small, it is necessary to reduce also the radius r 1 of the vortex generating jig 5 accordingly. If the radius r 1 of the eddy current generating jig 5 is too small, the eddy current generating function of the eddy current generating jig 5 is significantly impaired, and the effect of reducing the flow velocity of the cavitation jet 3 by the eddy current generating jig 5 is also reduced. Thereby, the collapse of cavitation bubbles in the vicinity of the surface to be processed 2a is reduced.

一方、被処理面2aを構成する凸曲面の曲率半径rが大きすぎると、渦流発生治具5が配置されていない場合であっても、被処理物2に衝突したキャビテーション噴流3は衝突後に流速が十分に低下するため、被処理面2a近傍でのキャビテーション気泡の崩壊が多くなる。したがって、渦流発生治具5を配置したことによって、より多くのキャビテーション気泡を崩壊させることが可能となったとしても、渦流発生治具5を配置したことによる処理効率の改善効果は顕著とはならない。   On the other hand, if the radius of curvature r of the convex curved surface constituting the surface to be processed 2a is too large, even if the eddy current generating jig 5 is not arranged, the cavitation jet 3 that collides with the object to be processed 2 has a flow velocity after the collision. Is sufficiently reduced, the collapse of cavitation bubbles in the vicinity of the surface 2a to be processed increases. Therefore, even if it becomes possible to collapse more cavitation bubbles by arranging the eddy current generating jig 5, the effect of improving the processing efficiency by arranging the eddy current generating jig 5 is not significant. .

上記構成を有する表面処理装置を用いた本実施形態に係る表面処理方法について、以下説明する。   A surface treatment method according to this embodiment using the surface treatment apparatus having the above configuration will be described below.

水中において、渦流発生治具5の噴流中心軸C上の衝突中心部Pから距離Lだけ離れた噴射ノズル1から衝突中心部Pを目がけて、所定の圧力で所定時間、キャビテーション噴流3を噴射する。このとき、被処理物2を回転させながらキャビテーション噴流3を噴射してもよいし、また、噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の噴流中心軸Cと垂直方向かつ被処理物2の長手方向(図1(a)において、紙面と垂直方向)に噴射ノズル1を移動させながらキャビテーション噴流3を噴射してもよい。 In water, on him the swirl generating jig jet central axis collision center P 1 from the collision center P 1 from the distance L 1 apart injection nozzle 1 on C 5, a predetermined time at a predetermined pressure, the cavitation jet 3 is injected. At this time, the cavitation jet 3 may be jetted while rotating the workpiece 2, or the direction perpendicular to the jet central axis C of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 and the longitudinal direction of the workpiece 2 ( In FIG. 1A, the cavitation jet 3 may be jetted while moving the jet nozzle 1 in the direction perpendicular to the paper surface.

渦流発生治具5の衝突中心部Pにキャビテーション噴流3が衝突すると、衝突した後のキャビテーション噴流3は、渦流発生治具5の外周側面(円柱側面)5aに沿って流れ、その過程でキャビテーション噴流3の流速が若干低下する。また、キャビテーション噴流3が、渦流発生治具5の外周側面5aの下流側へ流れる過程でキャビテーション噴流3の流れが外周側面5aから剥離して、キャビテーション噴流3の一部は渦流4となる。 When the cavitation jet 3 collides with the collision center portion P 1 of the eddy current generating jig 5, the cavitation jet 3 after the collision flows along the outer peripheral side surface (cylindrical side surface) 5 a of the eddy current generating jig 5. The flow velocity of the jet 3 is slightly reduced. Further, in the process in which the cavitation jet 3 flows to the downstream side of the outer peripheral side surface 5 a of the eddy current generating jig 5, the flow of the cavitation jet 3 is separated from the outer peripheral side surface 5 a, and a part of the cavitation jet 3 becomes the vortex flow 4.

渦流4内は圧力が低い状態であるためキャビテーション気泡が発生する。渦流4が下流側に流される間に時間が経過して渦流4が減衰し、渦流4が減衰するのにしたがって圧力が高まるためキャビテーション気泡が崩壊する。渦流4が減衰する位置が被処理物2の被処理面2aの近傍となるように、被処理物2の衝突中心部Pと、渦流発生治具5の下流側の中心部Qとの間隔Dが設定されていることにより、被処理物2の被処理面2aに広い処理領域2bが形成される。 Since the pressure in the vortex 4 is low, cavitation bubbles are generated. As time elapses while the vortex 4 flows downstream, the vortex 4 attenuates and the pressure increases as the vortex 4 attenuates, so that the cavitation bubbles collapse. So that the position of the vortex 4 is attenuated is the vicinity of the treatment surface 2a of the object 2, the interval of the collision center P of the object 2, a center portion to Q 1 downstream of the vortex generator jig 5 by D 1 is set, a wide processing area 2b on the processed surface 2a of the object 2 is formed.

噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の圧力、噴射ノズル1の噴射口から渦流発生治具5の衝突中心部Pまでの距離L、被処理物2の衝突中心部Pと渦流発生治具5の下流側の中心部Qとの間隔D、及び処理時間等は、被処理物2の材料や被処理面2aに対する処理の種類等に応じて適宜設定可能である。 The pressure of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1, the distance L 1 from the jet port of the jet nozzle 1 to the collision center P 1 of the eddy current generation jig 5, the collision center P of the workpiece 2 and the eddy current generation jig The distance D 1 with respect to the central portion Q 1 on the downstream side of 5, the processing time, and the like can be appropriately set according to the material of the object to be processed 2, the type of processing on the surface 2 a to be processed, and the like.

例えば、被処理物2が半径rが1mm〜5mmのアルミ合金丸棒よりなり、渦流発生治具5が半径rが1mm〜5mmのステンレス丸棒よりなり、被処理物2の被処理面2aの強化を目的として処理する場合は、キャビテーション噴流3の圧力:10MPa〜30MPa程度、噴射ノズル1の噴射口から渦流発生治具5の衝突中心部Pまでの距離L:10mm〜80mm程度、被処理物2の衝突中心部Pと渦流発生治具5の下流側の中心部Qとの間隔D:1mm〜3mm程度、被処理物3の長さ1mm当たりの処理時間:5秒〜30秒程度とすることができる。 For example, the workpiece 2 is made of an aluminum alloy round bar with a radius r of 1 mm to 5 mm, the eddy current generating jig 5 is made of a stainless steel round bar with a radius r 1 of 1 mm to 5 mm, and the treated surface 2a of the workpiece 2 is processed. In the case of processing for the purpose of strengthening, the pressure of the cavitation jet 3 is about 10 MPa to 30 MPa, the distance L 1 from the injection port of the injection nozzle 1 to the collision center P 1 of the vortex generator 5 is about 10 mm to 80 mm, The distance D 1 between the collision center portion P of the workpiece 2 and the central portion Q 1 on the downstream side of the vortex generator 5 is about 1 mm to 3 mm, and the processing time per 1 mm of the length of the workpiece 3 is 5 seconds to It can be about 30 seconds.

したがって、本実施形態に係る表面処理方法によると、被処理物2の上流側に配置された渦流発生治具5によって、被処理物2の形状や大きさに左右されずに、被処理物2の上流側の被処理面2aの近傍に、渦流4によるキャビテーション気泡を発生させることができる。このため、被処理物2の被処理面2aが凸曲面よりなり、しかもその曲率半径rが小さい場合であっても、被処理面2aの近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。よって、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力を被処理面2aの広い処理領域2bに付与することができ、被処理面2aを確実に処理すると共に、処理効率を向上させることが可能となる。   Therefore, according to the surface treatment method according to the present embodiment, the workpiece 2 is not affected by the shape or size of the workpiece 2 by the eddy current generating jig 5 arranged on the upstream side of the workpiece 2. Cavitation bubbles due to the vortex 4 can be generated in the vicinity of the processing surface 2a on the upstream side. For this reason, even when the processing surface 2a of the processing object 2 is a convex curved surface and the curvature radius r is small, sufficient bubble collapse can be generated in the vicinity of the processing surface 2a. Therefore, the impact pressure generated at the time of bubble collapse can be applied to the wide processing region 2b of the processing surface 2a, and the processing surface 2a can be reliably processed and the processing efficiency can be improved.

(実施形態2)
図1(b)に示す実施形態2に係る表面処理装置は、噴射ノズル1と、被処理物2の下流側に配置された渦流堰止治具6とを備えている。これら噴射ノズル1及び渦流堰止治具6は、被処理物2と共に図示しない処理槽(水槽)内に満たされた水中に没入されている。
(Embodiment 2)
The surface treatment apparatus according to Embodiment 2 shown in FIG. 1B includes an injection nozzle 1 and a vortex damming jig 6 disposed on the downstream side of the workpiece 2. The spray nozzle 1 and the eddy current blocking jig 6 are immersed in the water filled in a processing tank (water tank) (not shown) together with the workpiece 2.

噴射ノズル1の噴流中心軸C上に、被処理物2の軸芯O、及び渦流堰止治具6の堰止面6aの中心Pが一直線状に配置されている。噴射ノズル1は、被処理物2の噴流中心軸C上の衝突中心部Pを目がけて、所定の圧力でキャビテーション噴流3を噴射する。噴射ノズル1は、図示しない噴射ノズル移動装置により、噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の噴流中心軸Cと垂直方向かつ被処理物2の長手方向(図1(b)において、紙面と垂直方向)に往復移動可能とされている。 The injection nozzle 1 of the jet central axis on C, the axis O of the object 2, and Sekitomemen 6a center P 2 of the vortex dam jig 6 is arranged in a straight line. The injection nozzle 1 injects the cavitation jet 3 with a predetermined pressure aiming at the collision center portion P on the jet central axis C of the workpiece 2. The jet nozzle 1 is moved in a direction perpendicular to the jet central axis C of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 by a jet nozzle moving device (not shown) and in the longitudinal direction of the workpiece 2 (FIG. 1B). ) Can be reciprocated.

被処理物2の材質、形状、好ましい寸法及び動作は、実施形態1で示した被処理物2と同じであるため説明を省略する。   Since the material, shape, preferable dimensions, and operation of the workpiece 2 are the same as those of the workpiece 2 shown in the first embodiment, the description thereof is omitted.

渦流堰止治具6は、ステンレス等の金属材料よりなる板であり、渦流堰止治具6の堰止面6aが噴流中心軸Cに対して垂直となるように配置されている。被処理物2の被処理面2aに沿って流れてきたキャビテーション噴流3を渦流堰止治具6の堰止面6aで漏れなく受け止めるために、渦流堰止治具6の堰止面6aの半分の長さbは、被処理物2の半径rよりも十分に大きく設定されている。渦流堰止治具6は、図示しない支持具により、被処理物2の噴流中心軸C上の下流側の中心部Qと、渦流堰止治具6の堰止面6aの中心Pとの間隔がDとなるように配設されている。 The vortex damming jig 6 is a plate made of a metal material such as stainless steel, and is arranged so that the damming surface 6a of the vortex damming jig 6 is perpendicular to the jet central axis C. In order to receive the cavitation jet 3 flowing along the surface 2 a of the workpiece 2 without leakage from the damming surface 6 a of the eddy current blocking jig 6, half of the damming surface 6 a of the eddy current blocking jig 6. length b 2 is set sufficiently larger than the radius r of the object 2. The vortex damming jig 6 is formed by a support (not shown) between the center Q on the downstream side of the jet central axis C of the workpiece 2 and the center P2 of the damming surface 6a of the vortex damming jig 6. spacing is arranged such that D 2.

上記構成を有する表面処理装置を用いた本実施形態に係る表面処理方法について、以下説明する。   A surface treatment method according to this embodiment using the surface treatment apparatus having the above configuration will be described below.

水中において、被処理物2の衝突中心部Pから距離Lだけ離れた噴射ノズル1から衝突中心部Pを目がけて、所定の圧力で所定時間、キャビテーション噴流3を噴射する。このとき、被処理物2を回転させながらキャビテーション噴流3を噴射してもよいし、また、噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の噴流中心軸Cと垂直方向かつ被処理物2の長手方向(図1(b)において、紙面と垂直方向)に噴射ノズル1を移動させながらキャビテーション噴流3を噴射してもよい。 In water, on him a collision center P from the jet nozzle 1 remote from the collision center P of the object 2 by a distance L 2, a predetermined time at a predetermined pressure, injecting the cavitation jet 3. At this time, the cavitation jet 3 may be jetted while rotating the workpiece 2, or the direction perpendicular to the jet central axis C of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 and the longitudinal direction of the workpiece 2 ( In FIG. 1B, the cavitation jet 3 may be jetted while moving the jet nozzle 1 in the direction perpendicular to the paper surface.

被処理物2の衝突中心部Pにキャビテーション噴流3が衝突すると、衝突中心部Pの近傍でキャビテーション噴流3の一部のキャビテーション気泡が崩壊し、被処理物2の上流側の被処理面2aに狭い処理領域2bが形成される。なお、被処理物2の衝突中心部Pの近傍では、キャビテーション噴流3の流速が十分に低下していないため、キャビテーション気泡が崩壊し難い。このため、衝突中心部Pの近傍は、衝突中心部Pの両側に形成される処理領域2bよりも表面処理が進み難い部分となっている。   When the cavitation jet 3 collides with the collision center portion P of the workpiece 2, some cavitation bubbles of the cavitation jet 3 collapse near the collision center portion P, and the treatment surface 2a on the upstream side of the workpiece 2 is collapsed. A narrow processing region 2b is formed. In addition, in the vicinity of the collision center portion P of the workpiece 2, the cavitation bubbles 3 are not easily collapsed because the flow velocity of the cavitation jet 3 is not sufficiently reduced. For this reason, the vicinity of the collision center portion P is a portion where the surface treatment is harder to proceed than the processing region 2b formed on both sides of the collision center portion P.

衝突中心部Pに衝突した後のキャビテーション噴流3は、被処理物2の被処理面2aに沿って流れ、その過程でキャビテーション噴流3の流速が若干低下する。また、キャビテーション噴流3が、被処理物2の被処理面2aの下流側へ流れる過程でキャビテーション噴流3の流れが被処理面2aから剥離して、キャビテーション噴流3の一部は渦流4となる。   The cavitation jet 3 after colliding with the collision center portion P flows along the surface 2a to be processed 2 of the workpiece 2, and the flow velocity of the cavitation jet 3 slightly decreases in the process. Further, in the process in which the cavitation jet 3 flows to the downstream side of the processing surface 2 a of the workpiece 2, the flow of the cavitation jet 3 is separated from the processing surface 2 a, and a part of the cavitation jet 3 becomes a vortex flow 4.

渦流4内は圧力が低い状態であるためキャビテーション気泡が発生する。渦流4は時間の経過とともに減衰し、渦流4の減衰するのにしたがって圧力が高まるためキャビテーション気泡が崩壊する。渦流4が減衰する位置が被処理物2の被処理面2aの近傍となるように、渦流堰止治具6の堰止面6aで下流側へ流れ去ろうとする渦流4を堰き止めると共に、渦流堰止治具6の堰止面6aにキャビテーション噴流3が衝突して反射することによって、更なる渦流4を発生させる。これにより、被処理物2の下流側の被処理面2aに広い処理領域2bが形成される。   Since the pressure in the vortex 4 is low, cavitation bubbles are generated. The vortex 4 decays with time, and the pressure increases as the vortex 4 decays, causing the cavitation bubbles to collapse. The eddy current 4 is dammed while the eddy current 4 is about to flow downstream with the damming surface 6a of the eddy current damming jig 6 so that the position where the eddy current 4 is attenuated is in the vicinity of the surface 2a to be processed. When the cavitation jet 3 collides with the damming surface 6a of the damming jig 6 and is reflected, a further vortex 4 is generated. Thereby, a wide processing region 2b is formed on the processing surface 2a on the downstream side of the processing object 2.

噴射ノズル1から噴射するキャビテーション噴流3の圧力、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の衝突中心部Pまでの距離L、被処理物2の下流側の中心部Qと渦流堰止治具6の堰止面6aの中心Pとの間隔D、及び処理時間等は、被処理物2の材料や被処理面2aに対する処理の種類等に応じて適宜設定可能である。 The pressure of the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1, the distance L 2 from the jet port of the jet nozzle 1 to the collision center P of the workpiece 2 , the central portion Q on the downstream side of the workpiece 2 and the eddy current dam The distance D 2 from the center P 2 of the damming surface 6a of the tool 6 and the processing time can be appropriately set according to the material of the processing object 2 and the type of processing for the processing surface 2a.

例えば、被処理物2が半径rが1mm〜5mmのアルミ合金丸棒よりなり、被処理物2の被処理面2aの強化を目的として処理する場合は、キャビテーション噴流3の圧力:10MPa〜30MPa程度、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の衝突中心部Pまでの距離L:10mm〜80mm程度、被処理物2の下流側の中心部Qと渦流堰止治具6の堰止面6aの中心Pとの間隔D:1mm〜3mm程度、被処理物3の長さ1mm当たりの処理時間:5秒〜30秒程度とすることができる。 For example, when the object 2 is made of an aluminum alloy round bar having a radius r of 1 mm to 5 mm and the object 2 is processed for the purpose of strengthening the surface 2a to be processed, the pressure of the cavitation jet 3 is about 10 MPa to 30 MPa. The distance L 2 from the injection port of the injection nozzle 1 to the collision center portion P of the workpiece 2 is about 10 mm to 80 mm, the central portion Q on the downstream side of the workpiece 2 and the blocking surface of the eddy current blocking jig 6 The distance D 2 from the center P 2 of 6a can be about 1 mm to 3 mm, and the processing time per 1 mm length of the workpiece 3 can be about 5 seconds to 30 seconds.

したがって、本実施形態に係る表面処理方法によると、被処理物2の下流側に配置された渦流堰止治具6によって、下流側へ流れ去ろうとする渦流4を堰き止めると共に、更なる渦流4を発生させることができるため、被処理物2の下流側の被処理面2aの近傍に、渦流4によるキャビテーション気泡を発生させることができる。このため、被処理物2の被処理面2aが凸曲面よりなり、しかもその曲率半径rが小さい場合であっても、被処理面2aの近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。よって、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力を被処理面2aの広い処理領域2bに付与することができ、被処理面2aを確実に処理すると共に、処理効率を向上させることが可能となる。   Therefore, according to the surface treatment method according to the present embodiment, the eddy current blocking jig 6 disposed on the downstream side of the workpiece 2 is used to dam the vortex 4 that is about to flow downstream and further vortex 4 Therefore, cavitation bubbles due to the vortex 4 can be generated in the vicinity of the surface 2a to be processed on the downstream side of the object 2 to be processed. For this reason, even when the processing surface 2a of the processing object 2 is a convex curved surface and the curvature radius r is small, sufficient bubble collapse can be generated in the vicinity of the processing surface 2a. Therefore, the impact pressure generated at the time of bubble collapse can be applied to the wide processing region 2b of the processing surface 2a, and the processing surface 2a can be reliably processed and the processing efficiency can be improved.

(実施形態3)
図2に示す実施形態3係る表面処理装置は、実施形態1に示した渦流発生治具5、及び実施形態2に示した渦流堰止治具6の両方を備えている。
(Embodiment 3)
The surface treatment apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 2 includes both the eddy current generating jig 5 shown in the first embodiment and the eddy current blocking jig 6 shown in the second embodiment.

本実施形態に係る表面処理装置におけるその他の構成は、実施形態1及び2と同様であるため説明を省略する。   Other configurations in the surface treatment apparatus according to the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments, and thus description thereof is omitted.

本実施形態においては、被処理物2の上流側では実施形態1と同様の表面処理方法を実施すると共に、被処理物2の下流側では実施形態2と同様の表面処理方法を実施する。これにより、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力を被処理物2の被処理面2aの上流側及び下流側に形成された広い処理領域2bに付与することができ、被処理面2aを確実に処理すると共に、処理効率を向上させることが可能となる。すなわち、本実施形態の作用効果は、実施形態1及び2の作用効果を兼ね備えたものとなる。   In the present embodiment, the surface treatment method similar to that of the first embodiment is performed on the upstream side of the workpiece 2, and the surface treatment method similar to that of the second embodiment is performed on the downstream side of the workpiece 2. Thereby, the impact pressure generated at the time of bubble collapse can be applied to the wide processing region 2b formed on the upstream side and the downstream side of the processing surface 2a of the processing object 2, and the processing surface 2a is reliably processed. At the same time, the processing efficiency can be improved. That is, the operational effects of the present embodiment have the operational effects of the first and second embodiments.

(実施形態4)
図3に示す実施形態4に係る表面処理装置は、実施形態1における渦流発生治具5の形状を変更したものである。
(Embodiment 4)
The surface treatment apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 3 is obtained by changing the shape of the eddy current generating jig 5 in the first embodiment.

すなわち、本実施形態に係る表面処理装置における渦流発生治具7は、ステンレス等の金属材料よりなり、噴流中心軸Cの方向に長軸をもつ楕円形の断面形状を呈している。渦流発生治具7の短軸の長さは、実施形態1で示した円形の断面形状よりなる渦流発生治具5の直径(半径rの2倍)と同程度の長さであり、渦流発生治具7の短軸の長さは、実施形態1で示した渦流発生治具5の直径の1.5倍程度の長さである。 That is, the eddy current generating jig 7 in the surface treatment apparatus according to the present embodiment is made of a metal material such as stainless steel and has an elliptical cross-sectional shape having a long axis in the direction of the jet central axis C. The length of the short axis of the eddy current generating jig 7 is approximately the same as the diameter of the eddy current generating jig 5 having the circular cross-sectional shape shown in the first embodiment (twice the radius r 1 ). The length of the short axis of the generating jig 7 is about 1.5 times the diameter of the eddy current generating jig 5 shown in the first embodiment.

本実施形態に係る表面処理装置におけるその他の構成は、実施形態1と同様であるため説明を省略する。   Other configurations of the surface treatment apparatus according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

本実施形態においては、渦流発生治具7の断面形状が楕円形であるため、実施形態1で示した渦流発生治具5と比較すると、渦流発生治具7がキャビテーション噴流3の抵抗になり難い。したがって、キャビテーション噴流3が、渦流発生治具7の外周側面7aに沿って流れる過程でのキャビテーション噴流3の流速の低下が小さい。また、実施形態1で示した渦流発生治具5と比較すると、キャビテーション噴流3の流れが渦流発生治具7の外周側面7aから剥離し難く、渦流4の形成が若干少ない。   In this embodiment, since the cross-sectional shape of the eddy current generating jig 7 is an ellipse, the eddy current generating jig 7 is less likely to become the resistance of the cavitation jet 3 compared to the eddy current generating jig 5 shown in the first embodiment. . Therefore, the decrease in the flow velocity of the cavitation jet 3 in the process in which the cavitation jet 3 flows along the outer peripheral side surface 7 a of the vortex generating jig 7 is small. Compared with the eddy current generating jig 5 shown in the first embodiment, the flow of the cavitation jet 3 is not easily separated from the outer peripheral side surface 7a of the eddy current generating jig 7, and the formation of the eddy current 4 is slightly less.

また、実施形態1で示した渦流発生治具5と比較すると、渦流発生治具7がキャビテーション噴流3の流れを遮り難いため、キャビテーション噴流3が被処理物2の衝突中心部P及びその近傍まで届き易く、被処理物2の被処理面2aに形成される処理領域2bを衝突中心部Pに近づけることが可能となる。   Further, as compared with the eddy current generating jig 5 shown in the first embodiment, the eddy current generating jig 7 does not easily block the flow of the cavitation jet 3, so that the cavitation jet 3 reaches the collision center P of the workpiece 2 and the vicinity thereof. It is easy to reach and the processing area 2b formed on the processing surface 2a of the processing object 2 can be brought close to the collision center P.

このような本実施形態に係る表面処理装置は、渦流発生治具7がキャビテーション噴流3の抵抗になり難いため、噴射ノズル1から噴射されるキャビテーション噴流3の流速が小さい場合に好適に利用できる。その他の作用効果は実施形態1と同様である。   Such a surface treatment apparatus according to this embodiment can be suitably used when the flow velocity of the cavitation jet 3 ejected from the ejection nozzle 1 is small because the eddy current generating jig 7 is unlikely to become the resistance of the cavitation jet 3. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

(実施形態5)
図4に示す実施形態5に係る表面処理装置は、複数個の被処理物2の表面処理を同時に行うための装置であり、被処理物2の個数と配置を変更したものである。
(Embodiment 5)
The surface treatment apparatus according to the fifth embodiment shown in FIG. 4 is an apparatus for simultaneously performing the surface treatment of a plurality of objects to be processed 2, and the number and arrangement of the objects to be processed 2 are changed.

すなわち、本実施形態に係る表面処理装置においては、2個の被処理物2の表面処理を同時に行うために、各被処理物2を、渦流発生治具8の下流側で、かつ噴流中心軸Cを挟んで噴流中心軸Cから等間隔に配置すると共に、各被処理物2の各軸芯O同士を結ぶ線が噴流中心軸Cに対して垂直となるように配置している。したがって、被処理物2の軸芯Oと渦流発生治具8の軸芯Oとを結ぶ線は、噴流中心軸Cに対して角度θの傾きを有している。例えば、被処理物2と渦流発生治具8の大きさが同程度である場合には、角度θを25°〜45°の範囲で適宜設定するとよい。なお、被処理物2の材質、形状、好ましい寸法及び動作は、実施形態1で示した被処理物2と同じであるため説明を省略する。 That is, in the surface treatment apparatus according to the present embodiment, in order to simultaneously perform the surface treatment of the two workpieces 2, the workpieces 2 are arranged on the downstream side of the eddy current generating jig 8 and the jet central axis. Arranged at equal intervals from the jet central axis C across C, and arranged so that the line connecting the axial cores O of the workpieces 2 is perpendicular to the jet central axis C. Therefore, a line connecting the axis O 2 of the shaft center O and vortex generators jig 8 of the object 2 has an inclination of an angle θ with respect to the jet central axis C. For example, when the sizes of the workpiece 2 and the eddy current generating jig 8 are approximately the same, the angle θ may be appropriately set in the range of 25 ° to 45 °. In addition, since the material, shape, preferable dimension, and operation | movement of the to-be-processed object 2 are the same as the to-be-processed object 2 shown in Embodiment 1, description is abbreviate | omitted.

渦流発生治具8は、ステンレス等の金属材料よりなり、半径rの丸棒(円柱)である。渦流発生治具8の軸芯Oは噴流中心軸C上に配置されている。渦流発生治具8の半径rは、被処理物2の半径rと同程度以上となっている。 Vortex generators jig 8 is made of a metal material such as stainless steel, a round bar having a radius r 2 (cylinder). The axis O 2 of the eddy current generating jig 8 is disposed on the jet central axis C. The radius r 2 of the eddy current generating jig 8 is equal to or larger than the radius r of the workpiece 2.

本実施形態に係る表面処理装置におけるその他の構成は、実施形態1と同様であるため説明を省略する。   Other configurations of the surface treatment apparatus according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

本実施形態においては、実施形態1で示した表面処理方法と同様に、キャビテーション噴流3が、渦流発生治具8の外周側面8aに沿って流れる過程でキャビテーション噴流3の流速が若干低下する。また、キャビテーション噴流3が、渦流発生治具8の外周側面8aの下流側へ流れる過程でキャビテーション噴流3の流れが外周側面8aから剥離して、キャビテーション噴流3の一部は渦流4となる。   In the present embodiment, similarly to the surface treatment method shown in the first embodiment, the flow velocity of the cavitation jet 3 slightly decreases in the process in which the cavitation jet 3 flows along the outer peripheral side surface 8a of the eddy current generating jig 8. Further, in the process in which the cavitation jet 3 flows to the downstream side of the outer peripheral side surface 8 a of the eddy current generating jig 8, the flow of the cavitation jet 3 is separated from the outer peripheral side surface 8 a, and a part of the cavitation jet 3 becomes the vortex flow 4.

渦流4は、渦流発生治具8の上方の外周側面8aの下流側及び下方の外周側面8aの下流側の2箇所で形成される。上方の渦流4が、噴流中心軸Cの上方に配置した被処理物2の被処理面2aの近傍で減衰すると共に、下方の渦流4が、噴流中心軸Cの下方に配置した被処理物2の被処理面2aの近傍で減衰するように、渦流発生治具8に対して各被処理物2が配置されている。   The vortex flow 4 is formed at two locations on the downstream side of the upper outer peripheral side surface 8a and on the downstream side of the lower outer peripheral side surface 8a. The upper vortex 4 is attenuated in the vicinity of the processing surface 2a of the workpiece 2 disposed above the jet central axis C, and the lower vortex 4 is disposed on the workpiece 2 disposed below the jet central axis C. Each workpiece 2 is arranged with respect to the eddy current generating jig 8 so as to be attenuated in the vicinity of the workpiece surface 2a.

したがって、渦流発生治具8の上方と下方の2箇所で形成される各渦流4によるキャビテーション気泡を、各被処理物2の各被処理面2aの近傍で崩壊させて、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力を各被処理面2aの処理領域2bに付与することができる。よって、本実施形態に係る表面処理方法によると、単一の噴射ノズル1によって、2個の被処理物2の表面処理を同時に行うことで、処理効率を向上させることが可能となる。また、複数個の噴射ノズル1を必要としないため、設備費用の削減に寄与する。   Accordingly, the cavitation bubbles generated by the vortex flows 4 formed at two locations above and below the eddy current generating jig 8 are collapsed in the vicinity of the surface to be processed 2a of the workpieces 2 and impact generated when the bubbles collapse. A pressure can be applied to the processing region 2b of each processing surface 2a. Therefore, according to the surface treatment method according to the present embodiment, it is possible to improve the processing efficiency by simultaneously performing the surface treatment of the two workpieces 2 by the single injection nozzle 1. Moreover, since the several injection nozzle 1 is not required, it contributes to the reduction of installation cost.

なお、渦流発生治具8の半径rを大きくすることによって、キャビテーション噴流3が、渦流発生治具8の外周側面8aに沿って流れる過程でキャビテーション噴流3の流速を大きく低下させることができる。キャビテーション噴流3の流速の低下により液体の圧力が高くなれば、キャビテーション気泡が崩壊する。このキャビテーション気泡の崩壊位置を各被処理物2の各被処理面2aの近傍とすることによって、被処理物2の被処理面2aが凸曲面よりなり、しかもその曲率半径rが小さい場合であっても、被処理面2aの近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。 In addition, by increasing the radius r 2 of the vortex generating jig 8, the flow velocity of the cavitation jet 3 can be greatly reduced in the process in which the cavitation jet 3 flows along the outer peripheral side surface 8 a of the vortex generating jig 8. If the pressure of the liquid increases due to a decrease in the flow velocity of the cavitation jet 3, the cavitation bubbles collapse. By setting the collapse position of the cavitation bubble in the vicinity of each processing surface 2a of each processing object 2, the processing surface 2a of the processing object 2 has a convex curved surface and the radius of curvature r is small. However, sufficient bubble collapse can be generated in the vicinity of the surface 2a to be processed.

(実施形態6)
図5に示す実施形態6に係る表面処理装置は、実施形態5と同様に2個の被処理物2の表面処理を同時に行うための装置であり、実施形態5で示した渦流発生治具8の形状を変更したものである。
(Embodiment 6)
The surface treatment apparatus according to the sixth embodiment shown in FIG. 5 is an apparatus for simultaneously performing the surface treatment of two workpieces 2 as in the fifth embodiment, and the eddy current generating jig 8 shown in the fifth embodiment. The shape of is changed.

すなわち、本実施形態に係る表面処理装置における渦流発生治具9は、ステンレス等の金属材料よりなり、鋭角二等辺三角形の断面形状を呈している。渦流発生治具9の頂角aの角度は、底角b及びcよりも小さく、頂角a、底角b及びcには面取りによる曲面加工が施されている。渦流発生治具9の頂角aは噴流中心軸C上にあり、底角b及びcが噴流中心軸Cに対して軸対称となるように配置されている。   That is, the eddy current generating jig 9 in the surface treatment apparatus according to the present embodiment is made of a metal material such as stainless steel, and has an acute angle isosceles triangular cross-sectional shape. The apex angle a of the eddy current generating jig 9 is smaller than the base angles b and c, and the apex angle a and the base angles b and c are subjected to curved surface processing by chamfering. The apex angle a of the eddy current generating jig 9 is on the jet central axis C, and the base angles b and c are arranged so as to be symmetrical with respect to the jet central axis C.

噴流中心軸Cから底角bまでの距離、及び噴流中心軸Cから底角cまでの距離は、いずれも被処理物2の半径rと同程度以上となっている。   The distance from the jet central axis C to the base angle b and the distance from the jet central axis C to the base angle c are both equal to or greater than the radius r of the workpiece 2.

本実施形態に係る表面処理装置におけるその他の構成は、実施形態5と同様であるため説明を省略する。   Other configurations in the surface treatment apparatus according to the present embodiment are the same as those in the fifth embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施形態においては、実施形態5で示した表面処理方法と同様に、渦流発生治具9の上方と下方の2箇所で渦流4が形成される。すなわち、本実施形態の作用効果は、実施形態5の作用効果と同様である。   In the present embodiment, as in the surface treatment method shown in the fifth embodiment, the vortex 4 is formed at two locations above and below the vortex generator 9. That is, the operational effects of the present embodiment are the same as the operational effects of the fifth embodiment.

(その他の実施形態)
実施形態1〜6では、被処理物2の断面形状が円形である場合について説明したが、渦流4によるキャビテーション気泡が崩壊する時に発生する衝撃圧力は非常に強力であることから、被処理物の断面形状が矩形や板状である場合であっても、効率良く表面処理を施すことが可能である。
(Other embodiments)
Although Embodiment 1-6 demonstrated the case where the cross-sectional shape of the to-be-processed object 2 was circular, since the impact pressure generate | occur | produced when the cavitation bubble by the eddy current 4 collapses is very strong, Even when the cross-sectional shape is rectangular or plate-like, surface treatment can be performed efficiently.

また、実施形態1〜6では、被処理物2の長手方向に断面形状が変化しない棒状の被処理物2を対象として説明したが、被処理物の被処理面が紙面に対して垂直方向にも曲率をもつ場合(すなわち、被処理物の長手方向に断面形状が変化する棒状の被処理物)を対象として表面処理を施すことも可能である。この場合、渦流発生治具5、7、8、9、及び渦流堰止治具6の被処理面と対向する表面が、被処理面の紙面に対して垂直方向の曲率に沿って成形された治具を用いればよい。   In the first to sixth embodiments, the rod-shaped workpiece 2 whose cross-sectional shape does not change in the longitudinal direction of the workpiece 2 has been described as an object. However, the processing surface of the workpiece is perpendicular to the paper surface. It is also possible to subject the surface treatment to a case where there is a curvature (that is, a rod-like workpiece whose cross-sectional shape changes in the longitudinal direction of the workpiece). In this case, the surfaces of the eddy current generating jigs 5, 7, 8, 9 and the eddy current damming jig 6 that are opposite to the surface to be processed are formed along a curvature perpendicular to the paper surface of the surface to be processed. A jig may be used.

また、実施形態1〜6では、噴射ノズル1が、被処理物2の長手方向に往復移動可能とされている表面処理装置について説明したが、これとは逆に、噴射ノズル1が固定されており、被処理物2と、渦流発生治具5、7、8、9、及び渦流堰止治具6とが、被処理物2の長手方向に往復移動可能とされている表面処理装置を用いてもよい。   Moreover, although Embodiment 1-6 demonstrated the surface treatment apparatus in which the injection nozzle 1 was enabled to reciprocate to the longitudinal direction of the to-be-processed object 2, on the contrary, the injection nozzle 1 was fixed. In addition, a surface treatment apparatus in which the workpiece 2, the eddy current generating jigs 5, 7, 8, 9 and the eddy current blocking jig 6 can reciprocate in the longitudinal direction of the workpiece 2 is used. May be.

加えて、実施形態1〜6では、噴流に水を用いる例について説明したが、これに限定されることなく、油、エマルジョン(乳濁液)やその他の液体を用いてもよい。   In addition, although the example which uses water for a jet is demonstrated in Embodiment 1-6, you may use oil, an emulsion (emulsion), and another liquid, without being limited to this.

(実施例1)
実施形態1で説明した表面処理装置を用いて、図6及び以下に示す条件で、被処理物2に表面処理を施した。なお、以降に説明する全ての実施例及び比較例において、キャビテーション噴流として水を使用した。
Example 1
Using the surface treatment apparatus described in Embodiment 1, surface treatment was performed on the workpiece 2 under the conditions shown in FIG. 6 and the following. In all examples and comparative examples described below, water was used as a cavitation jet.

被処理物2:外径φ6mmで長さ20mmのアルミ合金よりなる丸棒
渦流発生治具50:外径φ6mmのステンレスよりなる丸棒
噴射ノズル1の噴射口から渦流発生治具50の外周側面50aまでの距離:70mm
渦流発生治具50の外周側面50aと被処理物2の被処理面2aとの間隔:2mm
噴射ノズル1の噴射口の口径:φ2mm
キャビテーション噴流3の圧力:10MPa
キャビテーションピーニング処理時間:15分
被処理物2の回転:無し
噴射ノズル1の移動:無し
被処理物2の表面処理が終了した後に、被処理面2aについて、壊食領域の面積(処理面積)を測定した。
Processed object 2: Round bar made of aluminum alloy with outer diameter φ6 mm and length 20 mm Eddy current generating jig 50: Round bar made of stainless steel with outer diameter φ6 mm Outer peripheral side surface 50 a of vortex generator 50 from the injection port of injection nozzle 1 Distance to: 70mm
Distance between the outer peripheral side surface 50a of the eddy current generating jig 50 and the surface 2a to be processed 2a: 2mm
The diameter of the injection nozzle 1 is 2 mm.
Pressure of cavitation jet 3: 10 MPa
Cavitation peening treatment time: 15 minutes Rotation of the workpiece 2: None Movement of the injection nozzle 1: None After the surface treatment of the workpiece 2 is finished, the area (processing area) of the erosion region is measured on the surface 2a to be treated. It was measured.

(実施例2)
実施形態5で説明した表面処理装置を用いて、複数個の被処理物2に表面処理を施した。
(Example 2)
Using the surface treatment apparatus described in the fifth embodiment, a plurality of workpieces 2 were subjected to surface treatment.

図7に示すとおり、被処理物2が2個あることと、被処理物2の軸芯と渦流発生治具50の軸芯とを結ぶ線が、噴流中心軸Cに対して35°の角度で配置されていること以外の条件は、実施例1と同一の条件とした。   As shown in FIG. 7, the line connecting the two workpieces 2 and the axis of the workpiece 2 and the axis of the eddy current generating jig 50 is at an angle of 35 ° with respect to the jet central axis C. The conditions other than the arrangement in FIG.

被処理物2の表面処理が終了した後に、被処理面2aについて、壊食領域の面積(処理面積)を測定した。   After the surface treatment of the workpiece 2 was completed, the area of the erosion region (treated area) was measured for the treated surface 2a.

(実施例3)
実施形態1で説明した表面処理装置を用いて、図8及び以下の条件で被処理物2を被処理物2の軸芯周り(図8の時計回り)に回転させると共に、噴射ノズル1を被処理物2の長手方向(図8において、紙面と垂直方向)に移動させること、及びキャビテーションピーニング処理時間の設定以外は、実施例1と同一の条件として、被処理物2に表面処理を施した。
Example 3
Using the surface treatment apparatus described in the first embodiment, the workpiece 2 is rotated around the axis of the workpiece 2 (clockwise in FIG. 8) under the conditions shown in FIG. Surface treatment was applied to the workpiece 2 under the same conditions as in Example 1 except that the workpiece 2 was moved in the longitudinal direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 8) and the cavitation peening treatment time was set. .

被処理物2の回転速度:3rpm
噴射ノズル1の移動速度:6mm/分
キャビテーションピーニング処理時間:全被処理面2aの表面処理が終了するまで
被処理物2の全被処理面2aの表面処理が終了するまでに要した処理時間を計測すると共に、表面処理が終了した後に、図示しないX線残留応力測定装置を用いて、被処理面2aの残留応力を測定した。
Rotation speed of workpiece 2: 3 rpm
Movement speed of the injection nozzle 1: 6 mm / min Cavitation peening processing time: Until the surface treatment of the entire surface 2a to be processed is completed The processing time required until the surface treatment of all the surfaces 2a to be processed 2 is completed In addition to the measurement, after the surface treatment was completed, the residual stress of the surface 2a to be treated was measured using an X-ray residual stress measuring device (not shown).

(実施例4)
実施形態2で説明した表面処理装置を用いて、図9及び以下に示す条件で、被処理物2に表面処理を施した。
Example 4
Using the surface treatment apparatus described in Embodiment 2, surface treatment was performed on the workpiece 2 under the conditions shown in FIG. 9 and the following.

被処理物2:外径φ6mmで長さ20mmのアルミ合金よりなる丸棒
渦流堰止治具60:堰止面60aの長さが100mmのステンレスよりなる平板
噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離:70mm
被処理物2の被処理面2aと渦流堰止治具60の堰止面60aとの間隔:2mm
噴射ノズル1の噴射口の口径:φ2mm
キャビテーション噴流3の圧力:10MPa
キャビテーションピーニング処理時間:15分
被処理物2の回転:無し
噴射ノズル1の移動:無し
被処理物2の表面処理が終了した後に、被処理面2aについて、壊食領域の面積(処理面積)を測定した。
Processed object 2: Round bar made of an aluminum alloy with an outer diameter of 6 mm and a length of 20 mm. Eddy current blocking jig 60: Flat plate made of stainless steel with a blocking surface 60a having a length of 100 mm. Distance to surface 2a to be processed 2: 70 mm
Distance between the surface 2a to be processed 2 and the damming surface 60a of the eddy current damming jig 60: 2 mm
The diameter of the injection nozzle 1 is 2 mm.
Pressure of cavitation jet 3: 10 MPa
Cavitation peening treatment time: 15 minutes Rotation of the workpiece 2: None Movement of the injection nozzle 1: None After the surface treatment of the workpiece 2 is finished, the area (processing area) of the erosion region is measured on the surface 2a to be treated. It was measured.

(実施例5)
実施形態2で説明した表面処理装置を用いて、図10及び以下の条件で被処理物2を被処理物2の軸芯周り(図10の時計回り)に回転させると共に、噴射ノズル1を被処理物2の長手方向(図10において、紙面と垂直方向)に移動させること以外は、実施例4と同一の条件として、被処理物2に表面処理を施した。
(Example 5)
Using the surface treatment apparatus described in the second embodiment, the workpiece 2 is rotated around the axis of the workpiece 2 (clockwise in FIG. 10) under the conditions shown in FIG. Surface treatment was performed on the workpiece 2 under the same conditions as in Example 4 except that the workpiece 2 was moved in the longitudinal direction (in FIG. 10, the direction perpendicular to the paper surface).

被処理物2の回転速度:3rpm
噴射ノズル1の移動速度:6mm/分
被処理物2の全被処理面2aの表面処理が終了するまでに要した処理時間を計測すると共に、表面処理が終了した後に、図示しないX線残留応力測定装置を用いて、被処理面2aの残留応力を測定した。
Rotation speed of workpiece 2: 3 rpm
The moving speed of the jet nozzle 1 is 6 mm / min. The processing time required until the surface treatment of all the treated surfaces 2a of the workpiece 2 is finished, and after the surface treatment is finished, the X-ray residual stress (not shown) The residual stress of the to-be-processed surface 2a was measured using the measuring apparatus.

(比較例1)
渦流発生治具や渦流堰止治具を備えていない従来の表面処理装置を用いて、以下に示す条件で、被処理物2に表面処理を施した。
(Comparative Example 1)
Using a conventional surface treatment apparatus that does not include a vortex generating jig or a vortex damming jig, surface treatment was performed on the workpiece 2 under the following conditions.

被処理物2:外径φ6mmで長さ20mmのアルミ合金よりなる丸棒
噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離:15mm
噴射ノズル1の噴射口の口径:φ0.7mm
キャビテーション噴流3の圧力:10MPa
キャビテーションピーニング処理時間:15分
被処理物2の回転:無し
噴射ノズル1の移動:無し
被処理物2の表面処理が終了した後に、被処理面2aについて、壊食領域の面積(処理面積)を測定した。
Processed object 2: Round bar made of an aluminum alloy having an outer diameter of φ6 mm and a length of 20 mm Distance from the injection port of the injection nozzle 1 to the surface 2a of the object 2 to be processed: 15 mm
The diameter of the injection nozzle 1 is 0.7 mm.
Pressure of cavitation jet 3: 10 MPa
Cavitation peening treatment time: 15 minutes Rotation of the workpiece 2: None Movement of the injection nozzle 1: None After the surface treatment of the workpiece 2 is finished, the area (processing area) of the erosion region is measured on the surface 2a to be treated. It was measured.

(比較例2)
噴射ノズル1の噴射口の口径がφ2mmであることと、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離が70mmであること以外は、比較例1と同一の条件として、被処理物2に表面処理を施した。被処理物2の表面処理が終了した後に、被処理面2aについて、壊食領域の面積(処理面積)を測定した。
(Comparative Example 2)
The same conditions as in Comparative Example 1 except that the diameter of the injection port of the injection nozzle 1 is φ2 mm and the distance from the injection port of the injection nozzle 1 to the surface 2a to be processed 2 is 70 mm. The surface treatment was performed on the object 2 to be treated. After the surface treatment of the workpiece 2 was completed, the area of the erosion region (treated area) was measured for the treated surface 2a.

(比較例3)
以下の条件で被処理物2を被処理物2の軸芯周りに回転させると共に、噴射ノズル1を被処理物2の長手方向に移動させること、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離の設定、及びキャビテーションピーニング処理時間の設定以外は、比較例1と同一の条件として、被処理物2に表面処理を施した。
(Comparative Example 3)
The workpiece 2 is rotated around the axis of the workpiece 2 under the following conditions, the jet nozzle 1 is moved in the longitudinal direction of the workpiece 2, and the workpiece 2 is ejected from the jet port of the jet nozzle 1. Except for setting the distance to the processing surface 2a and setting the cavitation peening processing time, surface processing was performed on the processing object 2 under the same conditions as in Comparative Example 1.

噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離:23mm
被処理物2の回転速度:3rpm
噴射ノズル1の移動速度:1mm/分
キャビテーションピーニング処理時間:全被処理面2aの表面処理が終了するまで
被処理物2の全被処理面2aの表面処理が終了するまでに要した処理時間を計測すると共に、表面処理が終了した後に、図示しないX線残留応力測定装置を用いて、被処理面2aの残留応力を測定した。
Distance from the injection port of the injection nozzle 1 to the surface 2a to be processed 2a: 23 mm
Rotation speed of workpiece 2: 3 rpm
Movement speed of spray nozzle 1: 1 mm / min Cavitation peening treatment time: Until the surface treatment of all the treated surfaces 2a is finished The treatment time required until the surface treatment of all the treated surfaces 2a of the workpiece 2 is finished In addition to the measurement, after the surface treatment was completed, the residual stress of the surface 2a to be treated was measured using an X-ray residual stress measuring device (not shown).

(比較例4)
以下の条件で被処理物2を被処理物2の軸芯周りに回転させると共に、噴射ノズル1を被処理物2の長手方向に移動させること、及びキャビテーションピーニング処理時間の設定以外は、比較例2と同一の条件として、被処理物2に表面処理を施した。
(Comparative Example 4)
A comparative example except that the workpiece 2 is rotated around the axis of the workpiece 2 under the following conditions, the injection nozzle 1 is moved in the longitudinal direction of the workpiece 2, and the cavitation peening treatment time is set. 2 was subjected to surface treatment under the same conditions as 2.

被処理物2の回転速度:3rpm
噴射ノズル1の移動速度:6mm/分
キャビテーションピーニング処理時間:全被処理面2aの表面処理が終了するまで
被処理物2の全被処理面2aの表面処理が終了するまでに要した処理時間を計測すると共に、表面処理が終了した後に、図示しないX線残留応力測定装置を用いて、被処理面2aの残留応力を測定した。
Rotation speed of workpiece 2: 3 rpm
Movement speed of the injection nozzle 1: 6 mm / min Cavitation peening processing time: Until the surface treatment of the entire surface 2a to be processed is completed The processing time required until the surface treatment of all the surfaces 2a to be processed 2 is completed In addition to the measurement, after the surface treatment was completed, the residual stress of the surface 2a to be treated was measured using an X-ray residual stress measuring device (not shown).

(処理面積の評価)
実施例1,2及び4、並びに比較例1及び2において、表面処理後の被処理面2aについて、壊食領域(キャビテーション気泡の崩壊により表面が損傷してボロボロになっている領域)の面積を測定した。その結果を図11に示す。なお、図11の縦軸は、比較例1の壊食領域の面積(処理面積)を10とした指数で表記している。
(Evaluation of processing area)
In Examples 1, 2 and 4, and Comparative Examples 1 and 2, the surface area 2a after the surface treatment is the area of the erosion region (the region where the surface is damaged by the collapse of the cavitation bubbles and becomes tattered). It was measured. The result is shown in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 11 is described with the index | exponent which set the area (processed area) of the erosion area | region of the comparative example 1 to ten.

比較例1は、狭い領域でキャビテーション気泡の崩壊を生じさせるために、噴射口の口径φ0.7mmの噴射ノズル1を用いて、被処理物2に噴射ノズル1から噴射されたキャビテーション噴流3を直接衝突させた場合であるが、当然ながら処理面積は小さい。また、キャビテーション噴流3が被処理物2の被処理面2aに衝突した近傍のみに壊食痕が見られた。   In Comparative Example 1, in order to cause collapse of cavitation bubbles in a narrow region, the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 is directly applied to the workpiece 2 using the jet nozzle 1 having a jet diameter of 0.7 mm. Although it is a case where it collides, naturally the processing area is small. Further, erosion marks were observed only in the vicinity where the cavitation jet 3 collided with the surface 2a of the object 2 to be processed.

比較例2は、噴射口の口径φ2mmの噴射ノズル1を用いて、被処理物2に噴射ノズル1から噴射されたキャビテーション噴流3を直接衝突させた場合であるが、キャビテーション噴流3が被処理物2の被処理面2aに衝突した近傍に比較例1の壊食痕よりも更に小さな壊食痕が見られた。更に、被処理面2aの上方の側面の上流側及び下方の側面の上流側には、キャビテーション噴流3が被処理物2の被処理面2aに衝突した近傍の壊食痕よりも大きな壊食痕が見られた。このため、比較例2の処理面積は比較例1よりも大きく、比較例1の5倍程度となった。   The comparative example 2 is a case where the cavitation jet 3 jetted from the jet nozzle 1 is directly collided with the workpiece 2 using the jet nozzle 1 having a jet diameter of φ2 mm. The erosion traces smaller than the erosion trace of the comparative example 1 were seen in the vicinity which collided with 2 to-be-processed surface 2a. Further, on the upstream side of the upper side surface and the lower side surface of the surface to be processed 2a, erosion marks larger than the erosion marks in the vicinity where the cavitation jet 3 collides with the surface 2a to be processed 2 are processed. It was observed. For this reason, the processing area of the comparative example 2 was larger than the comparative example 1, and became about 5 times the comparative example 1.

これに対して、実施例1では、被処理物2に噴射ノズル1から噴射されたキャビテーション噴流3が直接衝突しない。このため、噴流中心軸C上の被処理物2の被処理面2aの近傍には壊食痕が見られないが、被処理面2aの上方の側面の上流側及び下方の側面の上流側には、渦流発生治具50により生じた渦流4の影響により、キャビテーション気泡の崩壊が盛んに生じたため、比較例2の側面の壊食痕よりも、広い領域に激しく壊食された壊食痕が見られた。このため、実施例1の処理面積は比較例1及び2よりも大きく、比較例1の12倍程度となった。   On the other hand, in Example 1, the cavitation jet 3 injected from the injection nozzle 1 does not directly collide with the workpiece 2. Therefore, no erosion marks are seen in the vicinity of the processing surface 2a of the workpiece 2 on the jet central axis C, but on the upstream side of the upper side surface and the upstream side of the lower side surface of the processing surface 2a. Since cavitation bubbles collapsed vigorously due to the influence of the vortex 4 generated by the eddy current generating jig 50, the erosion scar eroded violently in a wider area than the erosion scar on the side surface of the comparative example 2. It was seen. For this reason, the processing area of Example 1 was larger than Comparative Examples 1 and 2, and was about 12 times that of Comparative Example 1.

実施例2は、渦流発生治具50の上方の下流側で発生したキャビテーション気泡、及び渦流発生治具50の下方の下流側で発生したキャビテーション気泡を、それぞれ異なる被処理物2の被処理面2aの近傍で崩壊させる場合である。実施例1では、被処理面2aの上方の側面の上流側及び下方の側面の上流側に同じように壊食痕が見られたが、実施例2では、被処理面2aの上方の側面及び下方の側面のうちの、噴流中心軸Cから遠い一側面にのみ壊食痕が見られた。実施例2における1個の被処理物2の処理面積は比較例1の7倍程度となった。   In the second embodiment, the cavitation bubbles generated on the downstream side above the eddy current generating jig 50 and the cavitation bubbles generated on the downstream side below the vortex generating jig 50 are treated surfaces 2a of different objects 2 to be processed. In the vicinity of In Example 1, erosion marks were similarly found on the upstream side of the upper side surface and the upstream side surface of the lower side surface in Example 2, but in Example 2, the upper side surface of the processed surface 2a and Erosion marks were observed only on one side of the lower side that is far from the jet central axis C. The processing area of one workpiece 2 in Example 2 was about 7 times that of Comparative Example 1.

実施例4は、被処理物2の下流側に配置された渦流堰止治具60によって、下流側へ流れ去ろうとする渦流4を堰き止めて、渦流4によって発生したキャビテーション気泡を、被処理物2の被処理面2aの近傍で崩壊させる場合である。比較例2と同様に、キャビテーション噴流3が被処理物2の被処理面2aに衝突した近傍と、被処理面2aの上方の側面の上流側及び下方の側面の上流側に、キャビテーション気泡の崩壊によって激しく壊食された壊食痕が見られた。更に、実施例4においては、比較例1及び2では見られなかった壊食痕として、被処理面2aの下流側にも、やや弱く壊食された壊食痕が見られた。このため、実施例4の処理面積は比較例1及び2よりも大きく、比較例1の12倍程度となった。   In the fourth embodiment, the eddy current blocking jig 60 disposed on the downstream side of the workpiece 2 is used to block the vortex 4 that is about to flow downstream, and the cavitation bubbles generated by the vortex 4 are removed. This is a case where the material is collapsed in the vicinity of the surface to be processed 2a. In the same manner as in Comparative Example 2, the cavitation bubbles collapse in the vicinity where the cavitation jet 3 collides with the surface 2a to be processed 2 and on the upstream side of the upper side surface and the upstream side surface of the lower side of the surface 2a. Erosion marks that were severely eroded by were seen. Furthermore, in Example 4, erosion marks that were slightly eroded were also observed on the downstream side of the surface to be treated 2a as erosion marks that were not seen in Comparative Examples 1 and 2. For this reason, the processing area of Example 4 was larger than Comparative Examples 1 and 2, and was about 12 times that of Comparative Example 1.

(残留応力の評価)
実施例3及び5、並びに比較例3及び4において、表面処理後の被処理面2aについて、X線残留応力測定装置を用いて、被処理面2aの残留応力を測定した。その結果を図12に示す。
(Evaluation of residual stress)
In Examples 3 and 5 and Comparative Examples 3 and 4, the residual stress of the surface 2a to be processed was measured on the surface 2a after the surface treatment using an X-ray residual stress measuring apparatus. The result is shown in FIG.

比較例3では、被処理面2aの全体にわたって実施例3及び5と同程度の140MPa程度の圧縮残留応力が発生した。比較例3においては、噴射ノズル1の噴射口の口径がφ0.7mmと小さく、また、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離が23mmと近いために、被処理面2aの狭い領域に集中的に気泡崩壊時に発生する衝撃圧力が作用する。このため、被処理面2aが激しく壊食するため、圧縮残留応力も大きい値となっている。   In Comparative Example 3, a compressive residual stress of about 140 MPa, which is the same level as in Examples 3 and 5, occurred over the entire surface 2a. In Comparative Example 3, the diameter of the injection port of the injection nozzle 1 is as small as φ0.7 mm, and the distance from the injection port of the injection nozzle 1 to the surface 2a to be processed 2 is as short as 23 mm. The impact pressure generated at the time of bubble collapse acts intensively on a narrow area of the processing surface 2a. For this reason, since the to-be-processed surface 2a erodes violently, the compressive residual stress is also a large value.

比較例4においては、噴射ノズル1の噴射口の口径が比較例3よりも大きくφ2mmであり、また、噴射ノズル1の噴射口から被処理物2の被処理面2aまでの距離は比較例3よりも遠く70mmであるために、被処理面2aの広い領域に気泡崩壊時に発生する衝撃圧力が作用する。このため、比較例3よりも被処理面2aの壊食が弱く、比較例3よりも圧縮残留応力が小さい値となっている。   In Comparative Example 4, the diameter of the injection port of the injection nozzle 1 is larger than that of Comparative Example 3 and is 2 mm, and the distance from the injection port of the injection nozzle 1 to the processing surface 2a of the workpiece 2 is Comparative Example 3. Since the distance is 70 mm, the impact pressure generated at the time of bubble collapse acts on a wide area of the surface 2a to be processed. For this reason, the erosion of the to-be-processed surface 2a is weaker than that of Comparative Example 3, and the compressive residual stress is smaller than that of Comparative Example 3.

これに対して、実施例3では、渦流発生治具50により生じた渦流4の影響により、キャビテーション気泡の崩壊が盛んに生じるため、被処理面2aの広い領域に気泡崩壊時に発生する衝撃圧力が激しく作用する。このため、実施例3では、被処理面2aの圧縮残留応力が大きく150MPa程度となった。すなわち、実施例3の圧縮残留応力は、渦流発生治具50を備えていない従来の表面処理装置を用いた比較例4の圧縮残留応力の2倍程度となった。   On the other hand, in Example 3, the collapse of the cavitation bubbles occurs actively due to the influence of the vortex flow 4 generated by the eddy current generating jig 50, so that the impact pressure generated when the bubbles collapse is generated in a wide area of the processing surface 2a. Acts violently. For this reason, in Example 3, the compressive residual stress of the to-be-processed surface 2a was large, and became about 150 MPa. That is, the compressive residual stress of Example 3 was about twice the compressive residual stress of Comparative Example 4 using a conventional surface treatment apparatus that does not include the eddy current generating jig 50.

実施例5では、渦流堰止治具60によって、下流側へ流れ去ろうとする渦流4を堰き止めて、渦流4によって発生したキャビテーション気泡を、被処理面2aの近傍で盛んに崩壊させることができるため、被処理面2aの広い領域に気泡崩壊時に発生する衝撃圧力が激しく作用する。このため、実施例5では、被処理面2aの圧縮残留応力が大きく150MPa程度となった。すなわち、実施例5の圧縮残留応力は、渦流堰止治具60を備えていない従来の表面処理装置を用いた比較例4の圧縮残留応力の2倍程度となった。   In the fifth embodiment, the eddy current 4 that tries to flow downstream is blocked by the eddy current blocking jig 60, and the cavitation bubbles generated by the vortex 4 can be actively collapsed in the vicinity of the surface 2 a to be processed. Therefore, the impact pressure generated at the time of bubble collapse acts violently on a wide area of the surface 2a to be processed. For this reason, in Example 5, the compressive residual stress of the to-be-processed surface 2a was large, and became about 150 MPa. That is, the compressive residual stress of Example 5 was about twice the compressive residual stress of Comparative Example 4 using a conventional surface treatment apparatus that does not include the eddy current blocking jig 60.

なお、上記の実施例とは別途に実施した他の実施例において、被処理物2の回転方向の違いが圧縮残留応力の値に及ぼす影響について検証したが、被処理物2の回転方向の違いが圧縮残留応力の顕著な差となることはなかった。   In addition, in another Example implemented separately from said Example, it verified about the influence which the difference in the rotation direction of the to-be-processed object 2 has on the value of a compression residual stress, The difference in the rotation direction of the to-be-processed object 2 However, there was no significant difference in compressive residual stress.

(処理時間の評価)
実施例3及び5、並びに比較例3及び4において、被処理物2の全長にわたって表面処理が完了するまでに要した処理時間を測定した。その結果を図13に示す。
(Evaluation of processing time)
In Examples 3 and 5 and Comparative Examples 3 and 4, the treatment time required until the surface treatment was completed over the entire length of the workpiece 2 was measured. The result is shown in FIG.

比較例3では、40分程度の長い処理時間を要した。比較例3においては、噴射ノズル1の噴射口の口径がφ0.7mmと小さく、噴射ノズル1を動かさないで被処理物2の表面処理を行った場合の被処理面2aの処理領域が狭いため、被処理物2の全長にわたって表面処理が完了するまでに長い処理時間を要した。   In Comparative Example 3, a long processing time of about 40 minutes was required. In Comparative Example 3, the diameter of the injection port of the injection nozzle 1 is as small as φ0.7 mm, and the processing area of the processing surface 2a when the surface treatment of the workpiece 2 is performed without moving the injection nozzle 1 is narrow. It took a long time to complete the surface treatment over the entire length of the workpiece 2.

比較例4の処理時間は、実施例3及び5と同程度の4分程度であった。比較例4においては、噴射ノズル1の噴射口の口径が比較例3よりも大きくφ2mmであるため、噴射ノズル1を動かさないで被処理物2の表面処理を行った場合の被処理面2aの処理領域が比較例3の処理領域よりも広い。このため、被処理物2の全長にわたって表面処理が完了するまでに要する処理時間は比較例3よりも短い。   The processing time of Comparative Example 4 was about 4 minutes, which was the same as in Examples 3 and 5. In Comparative Example 4, since the diameter of the injection port of the injection nozzle 1 is larger than that of Comparative Example 3 and φ2 mm, the surface 2a to be processed when the surface treatment of the workpiece 2 is performed without moving the injection nozzle 1. The processing area is wider than the processing area of Comparative Example 3. For this reason, the processing time required until the surface treatment is completed over the entire length of the workpiece 2 is shorter than that of the comparative example 3.

なお、比較例4において、噴射ノズル1を動かさないで被処理物2の表面処理を行った場合の被処理面2aの処理領域は、図11に示した比較例2の処理面積と同様である。また、実施例3において、噴射ノズル1を動かさないで被処理物2の表面処理を行った場合の被処理面2aの処理領域は、図11に示した実施例1の処理面積と同様である。したがって、比較例4の処理領域は、実施例3の処理領域の半分程度以下となっている。しかし、比較例4と実施例3の処理時間に顕著な差は見られなかった。   In the comparative example 4, the processing area of the processing surface 2a when the surface processing of the processing object 2 is performed without moving the spray nozzle 1 is the same as the processing area of the comparative example 2 shown in FIG. . In Example 3, the processing area of the processing surface 2a when the surface processing of the processing object 2 is performed without moving the spray nozzle 1 is the same as the processing area of Example 1 shown in FIG. . Therefore, the processing area of Comparative Example 4 is about half or less of the processing area of Example 3. However, there was no significant difference in the processing time between Comparative Example 4 and Example 3.

これに対して、実施例3の処理時間は4分程度と短かった。前述の残留応力の評価で述べたとおり、実施例3の残留応力と比較例3の残留応力は近い値となっている。したがって、実施例3の表面処理方法は、比較例3の表面処理方法と比較して、10分の1程度の短い処理時間で、被処理面2aに比較例3と同等以上の残留応力を発生させることができる。すなわち、効率良く表面処理を施すことができる。   In contrast, the processing time of Example 3 was as short as about 4 minutes. As described in the evaluation of the residual stress described above, the residual stress in Example 3 and the residual stress in Comparative Example 3 are close to each other. Therefore, the surface treatment method of Example 3 generates a residual stress equal to or greater than that of Comparative Example 3 on the surface to be treated 2a in a treatment time as short as 1/10 compared with the surface treatment method of Comparative Example 3. Can be made. That is, the surface treatment can be efficiently performed.

実施例5の処理時間も実施例3と同様に4分程度と短かった。前述の残留応力の評価で述べたとおり、実施例5の残留応力と比較例3の残留応力は近い値となっている。したがって、実施例5の表面処理方法は、比較例3の表面処理方法と比較して、10分の1程度の短い処理時間で、被処理面2aに比較例3と同等以上の残留応力を発生させることができる。すなわち、効率良く表面処理を施すことができる。   The processing time of Example 5 was as short as about 4 minutes as in Example 3. As described in the evaluation of the residual stress described above, the residual stress in Example 5 and the residual stress in Comparative Example 3 are close to each other. Therefore, the surface treatment method of Example 5 generates a residual stress equivalent to or greater than that of Comparative Example 3 on the surface 2a to be treated in a treatment time as short as 1/10 compared with the surface treatment method of Comparative Example 3. Can be made. That is, the surface treatment can be efficiently performed.

1 … 噴射ノズル 2 … 被処理物
2a … 被処理面 2b … 処理領域
3 … キャビテーション噴流 4 … 渦流
5 … 渦流発生治具 5a … 外周側面
6 … 渦流堰止治具 6a … 堰止面
7 … 渦流発生治具 7a … 外周側面
8 … 渦流発生治具 8a … 外周側面
9 … 渦流発生治具 9a … 外周側面
50 … 渦流発生治具 50a … 外周側面
60 … 渦流堰止治具 60a … 堰止面
C … 噴流中心軸 O … 軸芯
P … 衝突中心部 Q … 下流側の中心部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Injection nozzle 2 ... To-be-processed object 2a ... To-be-processed surface 2b ... Processing area 3 ... Cavitation jet 4 ... Eddy current 5 ... Eddy current generating jig 5a ... Outer peripheral side surface 6 ... Eddy current blocking jig 6a ... Damping surface 7 ... Eddy current Generating jig 7a ... Outer peripheral side 8 ... Eddy current generating jig 8a ... Outer peripheral side 9 ... Eddy current generating jig 9a ... Outer peripheral side 50 ... Eddy current generating jig 50a ... Outer peripheral side 60 ... Eddy current blocking jig 60a ... Damping surface C ... Jet central axis O ... Axle core P ... Collision center Q ... Downstream center

Claims (4)

凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する方法であって、
噴射ノズルから噴射される前記キャビテーション噴流の噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも上流側に配置されると共に、該キャビテーション噴流を自己の表面に沿って流すことによって、該キャビテーション噴流の流れを渦流に変換する渦流発生機能を有する立体からなる渦流発生治具、
及び前記噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも下流側に配置されると共に、前記キャビテーション噴流を自己の表面で堰き止めることによって、該キャビテーション噴流に含まれている渦流が下流側に流されるのを抑制する渦流堰止機能を有する立体からなる渦流堰止治具、
のうちのいずれか一方又は両方を用い、
前記渦流発生機能及び/又は前記渦流堰止機能によって、前記被処理物の前記被処理面の近傍に前記渦流を集めて、該渦流内の前記キャビテーション気泡を該被処理面の近傍で崩壊させることを特徴とする表面処理方法。
A method of treating a surface to be treated with an impact pressure generated when a bubble collapses by colliding a cavitation jet against a workpiece having a surface to be processed having a convex curved surface to collapse the cavitation bubble,
The cavitation jet flow is arranged on the central axis of the cavitation jet jetted from the jet nozzle and on the upstream side of the object to be processed, and by flowing the cavitation jet along its own surface. Eddy current generating jig consisting of a solid with eddy current generating function to convert
And the vortex included in the cavitation jet is caused to flow downstream by damming the cavitation jet on its own surface on the central axis of the jet and downstream of the workpiece. Eddy current damming jig consisting of a solid with eddy current damming function to suppress
Using one or both of
The eddy current generation function and / or the eddy current blocking function collects the eddy current in the vicinity of the surface to be processed of the workpiece, and collapses the cavitation bubbles in the vortex near the surface to be processed. A surface treatment method characterized by the above.
前記被処理物が前記噴流中心軸から離れた両側に複数個配置されており、
前記渦流発生治具によって、複数個の前記被処理物の各前記被処理面の近傍に前記渦流を集めることを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。
A plurality of the objects to be processed are disposed on both sides away from the jet central axis,
The surface treatment method according to claim 1, wherein the eddy current is collected in the vicinity of each of the surfaces to be processed of the plurality of objects to be processed by the eddy current generating jig.
凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する装置であって、
前記キャビテーション噴流を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルから噴射される前記キャビテーション噴流の噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも上流側に配置されると共に、該キャビテーション噴流を自己の表面に沿って流すことによって、該キャビテーション噴流の流れを渦流に変換する渦流発生機能を有する立体からなる渦流発生治具、
及び前記噴流中心軸上で、かつ前記被処理物よりも下流側に配置されると共に、前記キャビテーション噴流を自己の表面で堰き止めることによって、該キャビテーション噴流に含まれている渦流が下流側に流されるのを抑制する渦流堰止機能を有する立体からなる渦流堰止治具、
のうちのいずれか一方又は両方を備え、
前記渦流発生機能及び/又は前記渦流堰止機能によって、前記被処理物の前記被処理面の近傍に前記渦流を集めて、該渦流内の前記キャビテーション気泡を該被処理面の近傍で崩壊させることを特徴とする表面処理装置。
A device for collapsing a cavitation jet against a workpiece having a surface to be processed having a convex curved surface to collapse a cavitation bubble, and processing the surface to be processed by an impact pressure generated at the time of bubble collapse,
An injection nozzle for injecting the cavitation jet;
The cavitation jet is arranged on the jet central axis of the cavitation jet jetted from the jet nozzle and on the upstream side of the object to be processed, and by flowing the cavitation jet along its own surface, An eddy current generating jig consisting of a solid with a vortex generating function that converts the flow into a vortex;
And the vortex included in the cavitation jet is caused to flow downstream by damming the cavitation jet on its own surface on the central axis of the jet and downstream of the workpiece. Eddy current damming jig consisting of a solid with eddy current damming function to suppress
One or both of
The eddy current generation function and / or the eddy current blocking function collects the eddy current in the vicinity of the surface to be processed of the workpiece, and collapses the cavitation bubbles in the vortex near the surface to be processed. A surface treatment apparatus characterized by the above.
前記渦流発生治具及び/又は前記渦流堰止治具の前記被処理面と対向する前記表面が、前記被処理面の軸芯方向の曲率に沿って成形されていることを特徴とする請求項3に記載の表面処理装置。   The surface of the eddy current generating jig and / or the eddy current blocking jig facing the surface to be processed is formed along a curvature in an axial direction of the surface to be processed. 3. The surface treatment apparatus according to 3.
JP2009060922A 2009-03-13 2009-03-13 Surface treatment method and device Pending JP2010214477A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060922A JP2010214477A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Surface treatment method and device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060922A JP2010214477A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Surface treatment method and device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010214477A true JP2010214477A (en) 2010-09-30

Family

ID=42973875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009060922A Pending JP2010214477A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Surface treatment method and device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010214477A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107198999A (en) * 2017-07-14 2017-09-26 核工业理化工程研究院 A kind of Hydrodynamic cavitation generating means and Hydrodynamic cavitation method for generation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07328858A (en) * 1994-06-09 1995-12-19 Babcock Hitachi Kk Water jet peening device and water jet peening method
JPH07328859A (en) * 1994-06-09 1995-12-19 Babcock Hitachi Kk Corrosion resistant processing method by cavitation
JPH1076461A (en) * 1996-07-09 1998-03-24 Lg Semicon Co Ltd Mechanical and chemical polishing device for semiconductor wafer, and control method thereof
JP2001300361A (en) * 2000-04-27 2001-10-30 Babcock Hitachi Kk Cavitation nozzle
JP2006255865A (en) * 2005-03-18 2006-09-28 Tohoku Univ Surface modification method for metallic material, semiconductor material, and the like, modification device implementing it, and cavitation shotless peening method exhibiting high machinability

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07328858A (en) * 1994-06-09 1995-12-19 Babcock Hitachi Kk Water jet peening device and water jet peening method
JPH07328859A (en) * 1994-06-09 1995-12-19 Babcock Hitachi Kk Corrosion resistant processing method by cavitation
JPH1076461A (en) * 1996-07-09 1998-03-24 Lg Semicon Co Ltd Mechanical and chemical polishing device for semiconductor wafer, and control method thereof
JP2001300361A (en) * 2000-04-27 2001-10-30 Babcock Hitachi Kk Cavitation nozzle
JP2006255865A (en) * 2005-03-18 2006-09-28 Tohoku Univ Surface modification method for metallic material, semiconductor material, and the like, modification device implementing it, and cavitation shotless peening method exhibiting high machinability

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107198999A (en) * 2017-07-14 2017-09-26 核工业理化工程研究院 A kind of Hydrodynamic cavitation generating means and Hydrodynamic cavitation method for generation
CN107198999B (en) * 2017-07-14 2023-10-13 核工业理化工程研究院 Hydrodynamic cavitation generation device and hydrodynamic cavitation generation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4581910B2 (en) Hole surface processing method
JP3162104B2 (en) Method for improving residual stress of metallic materials
JP3320105B2 (en) Nozzle for cavitation jet
JP2011153619A (en) Method and device for strengthening surface of blade of blisk
JP2003062492A (en) Surface treatment and cleaning methods for mechanical part, etc., and apparatus therefor
JP4158515B2 (en) 2-fluid nozzle for cleaning and cleaning method
JP5578318B2 (en) Cavitation generator
JP2002346847A (en) Peening method and apparatus by combined use of water jet and laser
JP2009090443A (en) Surface reformer and surface reforming method
JP2010214477A (en) Surface treatment method and device
JP2006255865A (en) Surface modification method for metallic material, semiconductor material, and the like, modification device implementing it, and cavitation shotless peening method exhibiting high machinability
JP3349386B2 (en) Liquid jet peening method for pipe inner surface
JP2018089597A (en) One fluid nozzle
JPH07241494A (en) Nozzle for water jet
JPH07328857A (en) Water jet peening device and water jet peening method
JP2878529B2 (en) Processing method using underwater water jet
JP3317723B2 (en) Underwater nozzle for metal reinforcement
KR102098439B1 (en) Peening nozzle device and peening apparatus having the same
JP5996348B2 (en) Cavitation nozzle
JP2009241199A (en) Surface treatment method and surface treatment device
JP2991545B2 (en) Residual stress improving method, residual stress improving device, and nozzle for water jet peening
JP3315153B2 (en) Cavitation jet nozzle
JP4635206B2 (en) Method for surface modification or cleaning inside tube, and device for surface modification or cleaning inside tube used in the method
JP4525475B2 (en) Surface processing method
JP4933104B2 (en) Submerged water jet injection device and cavitation erasing device used therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110924

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130226

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130409

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130829