JP2020503182A - 金属部品を処理する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、外面（１−１）を有する金属部品（１）を処理する装置（１００）において、チャンバ（１１）と、振動モジュール（１２）であって、超音波周波数で電気信号を発生させるための発生器（１２−１）と、前記電気信号を機械的振動に変換するための変換器であって、前記機械的振動をソノトロード（１２−４）に伝達する変換器（１２−２）と、金属部品の外面に面する前記チャンバ内に配置されたソノトロード（１２−４）と、を備える振動モジュール（１２）と、金属部品の外面に衝撃を与えるためにチャンバ内に配置された投射体（１３）であって、ソノトロードの振動によって移動され、ソノトロードの振動によって移動されると、金属部品に残留圧縮応力を導入して該金属部品の表面状態を改善する複数の研磨媒体を備える投射体（１３）とを備える装置に関する。

Description

本発明は、金属部品の処理に関し、より具体的には、前記金属部品の処理時間を短縮することを可能にする装置に関する。

特定の金属部品の機械的性能、特にそれらの表面特性を改善するために、それぞれ前記金属部品の構造および表面状態を改質することを可能にするショットブラストおよび／または摩擦仕上げなどの機械的表面処理技術を使用することが知られている。

従来のショットブラスト、または超音波ショットブラストは、金属部品の機械的強度を向上させるために残留圧縮応力を導入する。より具体的には、それは、前記金属部品が小さな厚さに亘って変形を受けるように、金属部品の表面上に鋼、ガラスまたはセラミック製のビーズを高速で投射することを含む。したがって、仏国特許出願第２８７３６０９号明細書、仏国特許出願第２８１５２８０号明細書、仏国特許出願第２８１５２８１号明細書は、金属部品のショットブラスト方法を記載している。

摩擦仕上げは、研磨、バリ取り、平滑化などによって金属部品の表面仕上げを完了することを可能にする。そうするために、処理する金属部品は、研磨媒体と液体（水、油、添加剤）の混合物を収容した振動容器に浸漬される。研磨混合物と金属部品との摩擦は、前記金属部品の研磨、バリ除去および角の丸めを確実にすることを可能にする。

仏国特許発明第２８７３６０９号明細書 仏国特許発明第２８１５２８０号明細書 仏国特許発明第２８１５２８１号明細書

ほとんどの場合、これら２つの技術は、生産ラインで連続して使用される。したがって、金属部品の処理は、長く、前記金属部品の多数の制御を必要とする。

したがって、本発明は、金属部品の操作および制御の数を削減し、それによって前記金属部品の処理時間を削減することを可能にする解決策を提供する。

第１の態様に係る本発明は、外面を有する金属部品を処理する装置において、
筐体と、
振動モジュールであって、
超音波周波数で電気信号を発生させるための発生器と、
前記電気信号を機械的振動に変換するための変換器であって、前記機械的振動がソノトロードに伝達される変換器と、
金属部品の外面に面する筐体内に配置されたソノトロードと、
を備える振動モジュールと、
金属部品の外面に衝撃を与えるために筐体内に配置された投射体であって、ソノトロードの振動によって移動される投射体と、
を備える、装置に関する。

さらに、投射体は、ソノトロードの振動によって移動されると、金属部品に残留圧縮応力を導入し、この金属部品の表面状態を改善する複数の研磨媒体を備える。

「研磨媒体」は、一般に、基部と、この媒体の材料よりも柔らかい他の材料を磨耗させる硬い研磨剤とを備える可変形状の要素を意味すると解釈される。

「表面状態を改善する」とは、金属部品の研磨、バリ取り、角のスナップを意味すると解釈される。

本発明に係る金属部品を処理する装置は、前述の問題を解決することを可能にする。

そのような装置は、操作および制御の数を削減しながら金属部品の処理時間を削減することを可能にする。

実際、本発明の装置は、単一の機械を使用して、金属部品のショットブラストおよび仕上げの両方を確実にする操作を実行することを可能にする。より具体的には、本発明の装置は、先行技術に係る超音波ショットブラスト機と同様であるが、通常はセラミック、ガラスまたは鋼から構成されたビーズを含む投射体が、従来の摩擦仕上げ技術で使用される研磨媒体を含む投射体によって置き換えられる点で異なる。したがって、研磨媒体は、金属部品への残留圧縮応力の導入と、この金属部品の表面状態の改善の両方を確実にする。

最適な投射体（形状、材料、サイズ）／電気信号のパラメータ（周波数、振幅、放射時間）の対を選択することによって、先行技術の場合のように２つの異なる機械を使用するのと同じ結果を得ることが可能である。実際、投射体／電気信号のパラメータの対は、投射体が金属部品に残留圧縮応力を導入しながら前記金属部品の表面状態を改善するのに十分な速度を有するように選択される。

さらに、本発明に係る装置の使用は、部品の処理時間をさらに短縮する単一の制御が部品の処理後に必要となるため、金属部品の制御の数を削減することを可能にする。

最後に、生産ラインの軽量化は、金属部品の製造コストを削減することを可能にする。

前の段落で述べた特徴とは別に、第１の態様に係る装置は、個々にまたはそれらの技術的に可能な全ての組み合わせによって考慮される、以下のうちの１つ以上の相補的な特徴を有することができる。

非限定的な実施形態によれば、投射体は、研磨媒体のみを含む。

非限定的な実施形態によれば、本装置は、投射体同士のおよび金属部品の外面上での前記投射体との衝突から生じる金属部品の残留物および前記投射体の残留物とを吸い上げる吸引システムを備える。

非限定的な実施形態によれば、本装置は、筐体から吸引システムへの金属部品の残留物および投射体の残留物の通過を可能にするフィルタを備える。

非限定的な実施形態によれば、研磨媒体は、［０．８ｍｍ、１０ｍｍ］の範囲内に含まれる厚さを有する。

非限定的な実施形態によれば、複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体は、以下の材料のうちの１つから構成された基部を含む：
プラスチック、
セラミック、
有機物。

非限定的な実施形態によれば、複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体は、［８モース、１０モース］の範囲内に含まれる硬度を有する研磨剤を含む。

非限定的な実施形態によれば、研磨剤は、以下の化合物の内の少なくとも１つから構成される：
コランダム、
アルミナ、
窒化ホウ素、
炭化ケイ素、
炭化ホウ素、
ダイヤモンド。

非限定的な実施形態によれば、複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体は、以下の内の形状を有する：
円筒形、
球形、
角錐形、
円錐形。

非限定的な実施形態によれば、電気信号は、［１５ｋＨｚ、６０ｋＨｚ］の範囲内に含まれる超音波周波数で放射される。

非限定的な実施形態によれば、ソノトロードの振幅は、［１０μｍ、３００μｍ］の範囲内に含まれる。

第２の態様によれば、本発明は、金属部品を処理する方法において、
投射体を筐体内に配置するステップであって、前記投射体が複数の研磨媒体を含むステップと、
金属部品を処理するために、該金属部品の外面が振動モジュールのソノトロードの上面に面するように筐体の上端に対して該金属部品を位置決めするステップと、
振動モジュールの発生器によって所定の周波数、振幅および期間に応じて正弦波電気信号を放射するステップと、
前記ソノトロードに結合された振動モジュールの変換器によってソノトロードの振動を発生させるステップであって、前記変換器が、投射体を移動させて金属部品に残留圧縮応力を導入して該金属部品の表面状態を改善するために、発生器によって放射される電気信号をソノトロードに伝達される機械的振動に変換するステップと
を備える、方法に関する。

第３の態様によれば、本発明は、金属部品に残留圧縮応力を導入するためのショットブラスト方法において使用される複数の研磨媒体を含む投射体のセットに関する。

本発明およびその様々な用途は、以下の説明を読み、それに添付する図面を検討することによって、より良く理解されよう。

図面は、単に例示を目的として提示されており、決して本発明を限定するものではない。

図面は、以下を示している。

本発明の第１の実施形態に係る金属部品を処理する装置を表す図である。 本発明の第２の実施形態に係る金属部品を処理する装置を表す図である。 本発明の第３の実施形態に係る金属部品を処理する装置を表す図である。 本発明の実施形態に係る金属部品を処理する方法のステップを表す図である。

特に明記しない限り、異なる図に現れる同じ要素は、単一の参照符号を有する。

本発明は、外面１−１を備える金属部品１を処理する装置１００に関し、本発明は、単一の操作で、金属部品１への圧縮応力の付与（ショットブラスト）および仕上げの両方を実行することを可能にする。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属部品１を処理する装置１００を表している。図１を参照すると、装置１００は、
筐体１１と、
振動モジュール１２と、
投射体１３と
を備える。

筐体１１は、金属部品１を処理するための研磨媒体１３を受け入れることを目的としている。したがって、筐体１１は、前記筐体１１を区切る側壁１１−１を備える。さらに、側壁１１−１は、開放下端１１−２と、開放上端１１−３とを有する。金属部品１は、筐体１１の上端１１−３を充填するように前記上端１１−３に対して位置決めされている。金属部品１は、処理中に変位する危険性がないように、前記金属部品１は、筐体１１の上端１１−３に固定された状態に維持されることに留意されたい。さらに、振動モジュール１２は、筐体１１の下端１１−２を充填する前記下端１１−２の高さに位置決めされている。したがって、金属部品１および振動モジュール１２がそれぞれ上端１１−３および下端１１−２の高さに位置決めされると、筐体１１は、投射体１３が前記筐体１１から逃げることができないように、閉じた筐体を形成する。

振動モジュール１２は、
発生器１２−１と、
変換器１２−２と、
ブースター１２−３と、
ソノトロード１２−４と
を備える。

発生器１２−１は、超音波周波数で正弦波電気信号を発生することを目的としている。非限定的な実施形態によれば、電気信号の超音波周波数は、［１５ｋＨｚ、６０ｋＨｚ］の範囲内に含まれる。さらに、非限定的な実施形態によれば、ソノトロード１２−４の振幅は、［１０μｍ、３００μｍ］の範囲内に含まれる。さらに、非限定的な実施形態によれば、電気信号は、数分から数時間の範囲の期間にわたって放射される。非限定的な実施形態によれば、電気信号１２−１は、第１の期間ｄ１で、第１の周波数ｆ１且つ第１の振幅Ａ１で、次いで第２の期間ｄ２で、第２の周波数ｆ２且つ第２の振幅Ａ２で放射される。

変換器１２−２は、発生器１２−１によって放射された超音波周波数の正弦波電気信号を機械的な波に変換することを目的としている。例えば、変換器１２−２は、圧電素子である。

ブースター１２−３は、圧電素子１２−２によって生成された機械的な波の振幅を増大させることを目的としている。ブースター１２−３はソノトロード１２−４に接続され、それによって、増幅された機械的な波が振動するソノトロード１２−４に伝達される。

ソノトロード１２−４は、投射体１３を移動させてそれらを金属部品１の外面１−１に対して投射することを目的としている。より具体的には、ソノトロード１２−４は、前記ソノトロード１２−４の上端に対応する振動面を備える。ソノトロード１２−４が筐体１１の下端１１−２の高さにあるとき、ソノトロード１２−４の上端は、筐体１１の底部を形成する。

投射体１３は、金属部品１の外面１−１に対して投射されることを目的としている。投射体１３は、ソノトロード１２−４の振動によってそれらの運動エネルギーを獲得する。金属部品１の外面１−１に対する投射体１３の衝突は、表面状態を改善して前記金属部品１に残留圧縮応力を導入することを可能にする。そうするために、投射体１３は、複数の研磨媒体を含む。筐体１１の容積内での投射体１３のランダムな動きは、金属部品１の領域の均一な処理を確実にする。非限定的な実施形態によれば、投射体１３は、研磨媒体のみを含む。

さらに、非限定的な実施形態によれば、各研磨媒体は、基部および研磨剤を含む。したがって、非限定的な実施形態によれば、少なくとも１つの研磨媒体は、プラスチック、セラミック、またはその代わりに有機材料から構成された基部を含む。さらに、非限定的な実施形態によれば、研磨剤は、金属部品１の材料よりも硬くなるように選択される。そうするために、研磨剤は、［８モース、１０モース］の範囲内に含まれる硬度を有する。研磨剤は、例えば、コランダム、アルミナ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、またはダイヤモンドから構成される。さらにまた、複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体は、円筒形、球形、角錐形または円錐形の形状を有する。研磨媒体の厚さ、形状および材料は、処理する金属部品１の特性に応じて選択されることに留意されたい。さらに、金属部品１の処理には、異なる種類の研磨媒体（形状、研磨剤、基部、厚さ）を使用することができる。したがって、例えば、アクセス性が乏しい領域に対しては、薄い厚さの研磨媒体が好ましいであろう。さらにまた、他の非限定的な実施形態によれば、金属部品１を処理するためにガラスビーズまたは、その代わりにセラミックビーズが研磨媒体と共にに使用される。

示されていない実施形態によれば、装置１００は、少なくとも２つのソノトロード１２−４を備え、各ソノトロード１２−４は、筐体１１に取り付けられていることに留意されたい。そのような装置１００は、単一の発生器１２−１を使用して複数の金属部品１を同時に処理することを可能にする。

図２は、第２の実施形態に係る金属部品１を処理する装置１００を表している。

第２の実施形態に係る装置１００は、図１を参照して第１の実施形態で説明した装置１００と同じ要素を備える。さらに、図１の装置１００とは異なり、第２の実施形態に係る装置１００は、投射体１３同士のおよび金属部品１の外面１−１上での投射体１３との衝突から生じる金属部品１の残留物および前記投射体１３の残留物を吸い上げる吸引システム１４を備える。そのような吸引システム１４は、投射体１３の循環を発生させる可能性がある残留物または金属部品１の外面１−１に付着する残留物のために、処理される金属部品１の材料完全性に対する処理の影響を低減することを可能にする。したがって、図２の実施形態によれば、吸引システム１４のヘッド１４−１は、ソノトロード１２−４の下部１２−４２に固定されている。この実施形態では、貫通開口（図示せず）がソノトロード１２−４に形成され、したがって、金属部品１の残留物および、投射体１３が互いに、および金属部品１の外面１−１との衝突から生じた投射体１３の残留物が吸引システム１４のヘッド１４−１に到達するように前記開口を通過し、それによって前記吸引システム１４によって吸い上げられる。

さらに、断面Ａ−Ａで見えるフィルタ１５が筐体１１内に位置決めされ、フィルタ１５は筐体１１から吸引システム１４への金属部品１の残留物および投射体１３の残留物の通過のみを可能にする。したがって、依然として「全体の」投射体１３は、それらが吸引システム１４によって吸い上げられないようにフィルタ１５によって遮断される。図２に示す実施形態では、フィルタ１５は、金属部品１の残留物および投射体１３の残留物のみがソノトロード１２−４に形成された開口を通過することができるように、ソノトロード１２−４の上面１２−４１に位置決めされている。そうするために、フィルタ１５の孔のサイズは、［０．４ｍｍ、５ｍｍ］の範囲内に含まれる。

図３は、第３の実施形態に係る金属部品１を処理する装置１００を表している。

第３の実施形態に係る装置１００は、図２を参照して第２の実施形態で説明した装置１００と同じ要素を備える。さらに、図２の装置１００とは異なり、第３の実施形態に係る装置１００の吸引システム１４のヘッド１４−１は、筐体１１の側壁１１−１に形成された開口１１−１１に固定されている。この実施形態では、ソノトロード１２−４は、貫通開口を含まないことに留意されたい。さらに、図３の断面Ａ−Ａで見えるフィルタ１５は、吸引システム１４のヘッド１４−１と筐体１１との間において筐体１１の側壁１１−１に形成された開口１１−１１の高さに位置決めされている。

さらにまた、示されていない実施形態によれば、金属部品１の一部は、前記一部が投射体１３の衝撃によって損傷されないように、前記部品１上または装置１００上に転写された保護要素によって保護される。

図４は、本発明の実施形態に係る金属部品１を処理する方法２００のステップを表している。方法２００は、前述した金属部品１を処理する装置１００によって実施される。

第１のステップ２０１によれば、複数の研磨媒体を含む投射体１３が筐体１１内に配置される。研磨媒体の形状（円筒形、角錐形など）、材料およびサイズは、処理する金属部品１の材料、初期表面状態および要件に応じて選択されることに留意されたい。

第２のステップ２０２によれば、金属部品１は、筐体１１の上端１１−３に対して位置決めされ、それによって金属部品１の処理するための外面１−１がソノトロード１２−４の上面１２−４１に面するように位置決めされる。金属部品１およびソノトロード１２−４は、筐体１１の上端１１−３および下端１１−１に対してそれぞれ位置決めされている。非限定的な実施形態によれば、金属部品１は、投射体１３の衝撃の影響下で処理中に前記金属部品１が変位するのを防止するように、筐体１１の上端１１−３に固定されることに留意されたい。

第３のステップ２０３によれば、発生器１２−１は、処理する金属部品１の特性に応じて、所定の周波数、振幅および期間で正弦波電気信号を放射する。

第４のステップ２０４によれば、ソノトロード１２−４の振動は、前記ソノトロード１２−４に結合された変換器１２−２によって生成される。変換器１２−２は、発生器１２−１によって放射された電気信号をソノトロード１２−４に伝達される機械的振動に変換することを思い出されたい。ソノトロード１２−４の振動は、筐体１１内の投射体１３の移動を確実にし、金属部品１へ残留圧縮応力を導入することおよび、金属部品１の表面状態を改善することを可能にする。

Claims (11)

1. 外面（１−１）を有する金属部品（１）を処理する装置（１００）において、前記装置（１００）が、
   筐体（１１）と、
   振動モジュール（１２）であって、
   超音波周波数で電気信号を発生させるための発生器（１２−１）と、
   前記電気信号を機械的振動に変換するための変換器であって、前記機械的振動をソノトロード（１２−４）に伝達する変換器（１２−２）と、
   金属部品（１）の外面（１−１）に面する前記筐体（１１）内に配置されたソノトロード（１２−４）と、
   を備える振動モジュール（１２）と、
   金属部品（１）の外面（１−１）に衝撃を与えるために筐体（１１）内に配置された投射体（１３）であって、ソノトロード（１２−４）の振動によって移動される投射体（１３）と、
   を備え、
   投射体（１３）が、ソノトロード（１２−４）の振動によって移動されると、金属部品（１）に残留圧縮応力を導入して該金属部品（１）の表面状態を改善する複数の研磨媒体を備えることを特徴とする装置（１００）。
2. 前記投射体（１３）同士の衝撃、および金属部品（１）の外面（１−１）上での該投射体と該金属部品との衝撃から生じる金属部品（１）の残留物および投射体（１３）の残留物を吸い上げる吸引システム（１４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
3. 筐体（１１）から吸引システム（１４）への金属部品（１）の残留物および投射体（１３）の残留物のみの通過を可能にするフィルタ（１５）を備えることを特徴とする請求項２に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
4. 研磨媒体が、［０．８ｍｍ、１０ｍｍ］の範囲内に含まれる厚さを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
5. 複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体が、
   プラスチック、
   セラミック、
   有機物
   の材料のうちの１つから形成された基部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
6. 複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体が、［８モース、１０モース］の範囲内に含まれる硬度を有する研磨剤を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
7. 研磨剤が、
   コランダム、
   アルミナ、
   窒化ホウ素、
   炭化ケイ素、
   炭化ホウ素、
   ダイヤモンド
   の化合物のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項６に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
8. 複数の研磨媒体のうちの少なくとも１つの研磨媒体が、
   円筒形、
   球形、
   角錐形、
   円錐形
   の内の形状を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
9. 電気信号が、［１５ｋＨｚ、６０ｋＨｚ］の範囲内に含まれる超音波周波数で放射されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
10. ソノトロード（１２−４）の振幅が、［１０μｍ、３００μｍ］の範囲内に含まれる、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の金属部品（１）を処理する装置（１００）。
11. 金属部品（１）を処理する方法（２００）において、
    複数の研磨媒体を含む投射体（１３）を筐体（１１）内に配置するステップ（２０１）と、
    処理する金属部品（１）の外面（１−１）が振動モジュール（１２）のソノトロード（１２−４）の上面（１２−４１）に面するように、該金属部品（１）を筐体（１１）の上端（１１−３）に対して位置決めするステップ（２０２）と、
    振動モジュール（１２）の発生器（１２−１）によって所定の周波数、振幅および期間に応じて正弦波電気信号を放射するステップ（２０３）と、
    前記ソノトロード（１２−４）に結合された振動モジュール（１２−２）の変換器（１２−２）によってソノトロード（１２−４）の振動を発生させるステップであって、前記変換器（１２−２）が、投射体（１３）を移動させて金属部品（１）に残留圧縮応力を導入して該金属部品（１）の表面状態を改善するために、発生器（１２−１）によって放射される電気信号をソノトロード（１２−４）に伝達される機械的振動に変換するステップ（２０４）と
    を備えることを特徴とする方法。

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