JP2018079515A - ショットピーニングノズル - Google Patents

Abstract

【課題】モータを用いなくても回転するショットピーニングノズルを提供する。【解決手段】冷却穴３の内壁面４をショットピーニングするためのショットピーニングノズル１は、その長手方向を回転軸Ｃとして回転自在に支持されている。ショットピーニングノズル１の内部には、メディア５の移動を案内するメディア通路７（通路）が形成されている。メディア通路７は、ショットピーニングノズル１の回転軸Ｃ回りで回転しながらショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａ（先端）に向かうように螺旋を描く螺旋形状である。メディア通路７の螺旋形状におけるピッチｐは、ショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａに向かうにつれて小さくなる。【選択図】図１

Description

本発明は、ショットピーニングノズルに関する。

この種の技術として、特許文献１は、先端にピーニング球が備わったフラッパを、断面が螺旋形状の空洞内でモータにより回転駆動させて、管の内壁をピーニングする技術を開示している。

特公昭６１−２６５２７２号公報

上記特許文献１の構成では、フラッパを回転させるためのモータが必要である。

本発明の目的は、モータを用いなくても回転するショットピーニングノズルを提供することにある。

穴の内壁面をショットピーニングするためのショットピーニングノズルであって、前記ショットピーニングノズルは、その長手方向を回転軸として回転自在に支持されており、前記ショットピーニングノズルの内部には、メディアの移動を案内する通路が形成されており、前記通路は、前記ショットピーニングノズルの前記回転軸回りで回転しながら前記ショットピーニングノズルの先端に向かうように螺旋を描く螺旋形状であり、前記通路の螺旋形状におけるピッチは、前記ショットピーニングノズルの前記先端に向かうにつれて小さくなる、ショットピーニングノズルが提供される。以上の構成によれば、前記通路が前記ショットピーニングノズルの前記回転軸回りで回転しながら前記ショットピーニングノズルの先端に向かうように螺旋を描く螺旋形状であるので、前記メディアが螺旋形状である前記通路を通ることで前記ショットピーニングノズルはモータを用いなくても自発的に回転するようになる。また、前記通路の螺旋形状におけるピッチが前記ショットピーニングノズルの前記先端に向かうにつれて小さくなるので、前記穴の前記内壁面に対する前記メディアの衝突角度を垂直に近づけることができる。

本発明によれば、前記通路が前記ショットピーニングノズルの前記回転軸回りで回転しながら前記ショットピーニングノズルの先端に向かうように螺旋を描く螺旋形状であるので、前記メディアが螺旋形状である前記通路を通ることで前記ショットピーニングノズルはモータを用いなくても自発的に回転するようになる。また、前記通路の螺旋形状におけるピッチが前記ショットピーニングノズルの前記先端に向かうにつれて小さくなるので、前記穴の前記内壁面に対する前記メディアの衝突角度を垂直に近づけることができる。

ショットピーニングノズルの断面図である。（第１実施形態） ショットピーニングノズルの断面拡大図である。（第１実施形態） ショットピーニングノズルの断面図である。（第２実施形態） ショットピーニングノズルの断面図である。（第３実施形態） ショットピーニングノズルの断面図である。（比較例） ショットピーニングノズルの断面図である。（比較例）

（第１実施形態）
以下、図１及び図２を参照して、第１実施形態を説明する。

図１に示すようにショットピーニングノズル１は、例えば鋳型２の冷却穴３の内壁面４をショットピーニングするに際し、所定の運動エネルギーを付与されたメディア５が内壁面４に向かって所望の角度で衝突するようにメディア５の移動を案内するものである。

その為、ショットピーニングノズル１は、円柱状であって、鋳型２の冷却穴３に挿入できるように細長く形成されている。ショットピーニングノズル１は、挿入方向におけるノズル先端部１ａとノズル後端部１ｂを有する。また、ショットピーニングノズル１は、その長手方向を回転軸Ｃとしてボールベアリング６を介して回転自在に支持されている。

ショットピーニングノズル１の内部には、メディア５の移動を案内する通路としてのメディア通路７が形成されている。メディア通路７は、ショットピーニングノズル１の内部に形成された空洞である。メディア通路７は、ショットピーニングノズル１のノズル後端部１ｂからノズル先端部１ａに向かって形成されている。メディア通路７は、ノズル後端部１ｂ近傍に位置するストレート通路部８と、ノズル先端部１ａ近傍に位置する螺旋通路部９と、を有する。ストレート通路部８は、ショットピーニングノズル１の回転軸Ｃに沿って直線的に延びている。螺旋通路部９は、ショットピーニングノズル１の回転軸Ｃ回りで回転しながらショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａ（先端）に向かうように螺旋を描くように延びている。即ち、螺旋通路部９は、螺旋形状である。図２に示すように、螺旋通路部９のピッチｐは、ショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａに向かうにつれて小さくなるように設定されている。

ショットピーニングノズル１は、更に、先端面１ｃ、後端面１ｄ、外周面１ｅを有する。ショットピーニングノズル１の後端面１ｄには、メディア供給口１０が形成されている。ショットピーニングノズル１の外周面１ｅには、メディア排出口１１が形成されている。

図１に戻り、冷却穴３の内壁面４は、内周面４ａと底面４ｂを有する。

以上の構成で、図示しないメディア供給装置から例えば毎秒２００メートルの速度でショットピーニングノズル１に供給されたメディア５は、メディア供給口１０からメディア通路７に入り、ストレート通路部８と螺旋通路部９をこの順で通過し、メディア排出口１１から排出され、鋳型２の冷却穴３の内壁面４の内周面４ａに衝突する。

このとき、メディア通路７の螺旋通路部９が螺旋形状とされているので、螺旋通路部９の内面に対するメディア５の衝突によりショットピーニングノズル１は自発的に回転することになる。例えば、図１に示すように螺旋通路部９がノズル先端部１ａに向かって時計回りに螺旋を描いている場合、ショットピーニングノズル１は、ノズル後端部１ｂからノズル先端部１ａを見る方向で反時計回りに回転することになる。ショットピーニングノズル１の回転運動の運動エネルギーは、メディア５の運動エネルギーの一部が変換されたものである。従って、本実施形態のショットピーニングノズル１は、モータなどの外部駆動源を有することなく、メディア５をメディア通路７に供給するだけで自発的に回転するので、ショットピーニング装置全体の構成を簡素にすることができる。

また、メディア通路７の螺旋通路部９のピッチｐがノズル先端部１ａに向かうにつれて小さくされている。従って、第１に、メディア５がストレート通路部８と螺旋通路部９との境界を通過するに際し、メディア５の運動エネルギーが熱エネルギーなどとして散逸し難い。第２に、メディア５がメディア排出口１１から排出されるときのメディア５の運動量のベクトルと回転軸Ｃとの角度が大きく確保され、メディア５が内周面４ａに対して概ね垂直に衝突できるようになる。そして、メディア５が内周面４ａに対して概ね垂直に衝突することで、十分なピーニング効果が得られ、応力腐食割れを効果的に抑制できる。更には、メディア５の運動する向きを徐々に変化させているので、急激に変化させる場合と比較して、メディア５の運動エネルギーが低下し難い。

なお、応力腐食割れは、冷却穴３の開口近傍や、内周面４ａと底面４ｂの境界近傍で特に発生し易いとされているので、これらの部位に対しては十分な時間をかけてショットピーリング処理を行なうことが好ましい。

また、ショットピーニングノズル１は、例えば積層造形により形成することができる。

上記第１実施形態のショットピーニングノズル１は以下の特徴を有する。即ち、冷却穴３の内壁面４をショットピーニングするためのショットピーニングノズル１は、その長手方向を回転軸Ｃとして回転自在に支持されている。ショットピーニングノズル１の内部には、メディア５の移動を案内するメディア通路７（通路）が形成されている。メディア通路７は、ショットピーニングノズル１の回転軸Ｃ回りで回転しながらショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａ（先端）に向かうように螺旋を描く螺旋形状である。メディア通路７の螺旋形状におけるピッチｐは、ショットピーニングノズル１のノズル先端部１ａに向かうにつれて小さくなる。以上の構成によれば、モータを用いなくても回転するショットピーニングノズルが実現される。

（第２実施形態）
以下、図３を参照して、第２実施形態を説明する。本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

上記第１実施形態では、例えば図２に示すように、ショットピーニングノズル１はメディア通路７を有し、メディア通路７はストレート通路部８と螺旋通路部９を有するとした。

しかし、これに対し、本実施形態では、ショットピーニングノズル１はメディア通路７を有し、メディア通路７はストレート通路部８を有さず、螺旋通路部９のみを有している。そして、ショットピーニングノズル１は、ボールベアリング６を介して回転自在に支持されたノズル支持体１２に連結されている。ノズル支持体１２の内部には、ストレート通路部１３が形成されている。ノズル支持体１２にショットピーニングノズル１を連結することで、ショットピーニングノズル１は回転自在に支持されると共に、ショットピーニングノズル１の螺旋通路部９とノズル支持体１２のストレート通路部１３が連通する。以上の構成によれば、内壁面４の内周面４ａをピーニング処理する際はノズル支持体１２にショットピーニングノズル１を取り付け、一方で、内壁面４の底面４ｂをピーニング処理する際は別のショットピーニングノズルに取り替えるとよい。このようにショットピーニングノズル１をノズル支持体１２に対して着脱可能とすることで、ピーニング処理の対象となる部位毎に異なるショットピーニングノズルを用いることができ、あらゆる部位に十分なピーニング効果を付与することが可能となる。

（第３実施形態）
以下、図４を参照して、第３実施形態を説明する。本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

本実施形態のショットピーニングノズル２０は、円柱状であって、鋳型２の冷却穴３に挿入できるように細長く形成されている。ショットピーニングノズル２０は、挿入方向におけるノズル先端部２０ａとノズル後端部２０ｂを有する。また、ショットピーニングノズル２０は、その長手方向を回転軸Ｃとしてボールベアリング２１を介して回転自在に支持されている。

ショットピーニングノズル２０の内部には、メディア２２の移動を案内する通路としてのメディア通路２３が形成されている。具体的には、ショットピーニングノズル２０の内部には、ショットピーニングノズル２０の長手方向に直線的に延びる空洞２４が形成されている。空洞２４の内部には、スクリュー２５が配置されている。スクリュー２５は、ショットピーニングノズル２０の長手方向に延びる軸２６と、軸２６の外周面２６ａに螺旋状に形成されたブレード２７と、によって構成されている。そして、空洞２４の内周面２４ａと、軸２６の外周面２６ａと、の間の空間がブレード２７によって区画されることで上記のメディア通路２３が形成されている。メディア通路２３は、ショットピーニングノズル２０のノズル後端部２０ｂからノズル先端部２０ａに向かって形成されている。メディア通路２３は、ノズル後端部１ｂ近傍に位置するストレート通路部２８と、ノズル先端部１ａ近傍に位置する螺旋通路部２９と、を有する。ストレート通路部２８は、ショットピーニングノズル２０の回転軸Ｃに沿って直線的に延びている。螺旋通路部２９は、ショットピーニングノズル２０の回転軸Ｃ回りで回転しながらショットピーニングノズル２０のノズル先端部２０ａ（先端）に向かうように螺旋を描くように延びている。即ち、螺旋通路部２９は、螺旋形状である。そして、螺旋通路部２９のピッチｐは、ショットピーニングノズル２０のノズル先端部２０ａに向かうにつれて小さくなるように設定されている。

以上の構成で、図示しないメディア供給装置から例えば毎秒２００メートルの速度でショットピーニングノズル２０に供給されたメディア２２は、メディア供給口３０からメディア通路２３に入り、ストレート通路部２８と螺旋通路部２９をこの順で通過し、メディア排出口３１から排出され、鋳型２の冷却穴３の内壁面４の内周面４ａに衝突する。

このとき、メディア通路２３の螺旋通路部２９が螺旋形状とされているので、螺旋通路部２９の内面に対するメディア２２の衝突によりショットピーニングノズル２０は自発的に回転することになる。従って、本実施形態のショットピーニングノズル２０は、モータなどの外部駆動源を有することなく、メディア２２をメディア通路２３に供給するだけで自発的に回転するので、ショットピーニング装置全体の構成を簡素にすることができる。

また、メディア通路２３の螺旋通路部２９のピッチｐがノズル先端部２０ａに向かうにつれて小さくされている。従って、第１に、メディア２２がストレート通路部２８と螺旋通路部２９との境界を通過するに際し、メディア２２の運動エネルギーが熱エネルギーなどとして散逸し難い。第２に、メディア２２がメディア排出口３１から排出されるときのメディア２２の運動量のベクトルと回転軸Ｃとの角度が大きく確保され、メディア２２が内周面４ａに対して概ね垂直に衝突できるようになる。そして、メディア２２が内周面４ａに対して概ね垂直に衝突することで、十分なピーニング効果が得られ、応力腐食割れを効果的に抑制できる。更には、メディア２２の運動する向きを徐々に変化させているので、急激に変化させる場合と比較して、メディア２２の運動エネルギーが低下し難い。

（比較例）
なお、図５には、比較例として、メディアを穴の内壁面に垂直に衝突させるべく、メディアの移動する方向を９０度屈折させるための反射板４０をメディア通路４１上に設けた構成を示している。この場合、反射板４０がメディアとの衝突によりすぐに損傷してしまうという問題がある。また、メディアの運動エネルギーが反射時に著しく小さくなってしまい、所望のピーニング効果が得られない。

（比較例）
図６には、比較例として、メディア通路４２を緩やかに曲げる構成を示している。この場合、メディアの移動する方向を９０度近くまで曲げるのには大きなスペースが必要となり、ノズルの大径化を招いてしまう。

１ ショットピーニングノズル
１ａ ノズル先端部
１ｂ ノズル後端部
１ｃ 先端面
１ｄ 後端面
１ｅ 外周面
２ 鋳型
３ 冷却穴
４ 内壁面
４ａ 内周面
４ｂ 底面
５ メディア
６ ボールベアリング
７ メディア通路
８ ストレート通路部
９ 螺旋通路部
１０ メディア供給口
１１ メディア排出口
１２ ノズル支持体
１３ ストレート通路部
２０ ショットピーニングノズル
２０ａ ノズル先端部
２０ｂ ノズル後端部
２１ ボールベアリング
２２ メディア
２３ メディア通路
２４ 空洞
２４ａ 内周面
２５ スクリュー
２６ 軸
２６ａ 外周面
２７ ブレード
２８ ストレート通路部
２９ 螺旋通路部
３０ メディア供給口
３１ メディア排出口
ｐ ピッチ

Claims (1)

1. 穴の内壁面をショットピーニングするためのショットピーニングノズルであって、
   前記ショットピーニングノズルは、その長手方向を回転軸として回転自在に支持されており、
   前記ショットピーニングノズルの内部には、メディアの移動を案内する通路が形成されており、
   前記通路は、前記ショットピーニングノズルの前記回転軸回りで回転しながら前記ショットピーニングノズルの先端に向かうように螺旋を描く螺旋形状であり、
   前記通路の螺旋形状におけるピッチは、前記ショットピーニングノズルの前記先端に向かうにつれて小さくなる、
   ショットピーニングノズル。

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