JP2022093324A - 内装面のキャビテーション研磨仕上げのためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーション研磨表面仕上げを使用して内装面を滑らかにすることに関連するシステム、装置、及び方法を提供する。【解決手段】ワークピース１３６を液体と研磨剤１５０との混合物であるスラリ１２６の中に浸して、ワークピース１３６の空洞１３８の中にキャビテーションピーニングノズル１４２を挿入し、キャビテーションピーニングノズル１４２から空洞１３８の中へキャビテーションジェットとして噴射することにより、内面１４４を滑らかにする。【選択図】図１

Description

積層造形法は、以前の方法によって製造することが実際的でない又は可能でない複雑な形状及び特徴を有する新しい構成要素の効率的な製造を可能にしている。しかし、結果として生じる表面仕上げは、通常、従来の製造方法によって製造された部品よりもかなり粗い。キャビテーション研磨表面仕上げ（CASF）は、そのような表面粗さを機械的に滑らかにする有望な新しい方法である。キャビテーション気泡は、流れの速度及び内部エネルギーの上昇から生じる気相への遷移によって生成され、次いで、流速と気泡を取り囲む圧力とが散逸するにつれて、崩壊爆縮する。キャビテーション気泡が崩壊するときに、研磨材料の粒子にエネルギー供給し得るマイクロジェットが生成される。しかし、研磨キャビテーション気泡のクラウド（cloud）を、チャネルや他の構造の内装面の十分近くに生成することは、現在のCASF装置では実現可能でない。

本開示は、キャビテーション研磨表面仕上げを使用して内装面を滑らかにすることに関連するシステム、装置、及び方法を提供する。幾つかの実施例では、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにする方法が、ワークピースを液体と研磨剤との混合物の中に浸して、ワークピースの空洞の中にキャビテーションピーニングノズルを挿入することを含み得る。該方法は、キャビテーションピーニングノズルから空洞の中へキャビテーションジェットを噴射することを更に含み得る。

幾つかの実施例では、表面を滑らかにするための装置が、第１の流体源、キャビテーションピーニングノズル、第１の流体源をキャビテーションピーニングノズルに連結する導管、及び、第１の流体源からの流体を導管を通してキャビテーションピーニングノズルにポンピングするように構成されたポンプを含み得る。キャビテーションピーニングノズルは、外側及び外側から外向きに延在するスペーサーを含んでよく、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにするためにキャビテーション気泡のクラウドを生成するよう構成され得る。

幾つかの実施例では、表面を滑らかにするための装置が、流体源、及び、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにするためにキャビテーション気泡のクラウドを生成するように構成されたキャビテーションピーニングノズルを含んでよい。該装置は、流体源をキャビテーションピーニングノズルに連結する導管、流体源からの高圧流体を導管を通してキャビテーションピーニングノズルにポンピングするように構成されたポンプ、及び、ワークピースの管状壁の内側の液体と研磨剤とのスラリを更に含み得る。

特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施例で個別に実現され得るか、又は、後述の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である、更に別の実施例において組み合わされ得る。

本開示の態様による、内装面向けの例示的な研磨キャビテーションシステムの概略図である。 内装面向けの別の例示的な研磨キャビテーションシステムの等角図である。 パイプの内装面を仕上げている、図２のノズルアセンブリの等角図である。ノズルを示すために、パイプ壁の側壁が切り取られている。 ガイドベーンアタッチメントを有する、パイプ内の図２のノズルアセンブリの軸方向図である。 ２つの曲がった内装チャネルを有する、積層造形された部品の等角図である。 図５の部品の２つの曲がった内装チャネルの内装面を仕上げている更なるノズルアセンブリを有するシステム内で使用される、図２のノズルアセンブリの等角図である。ノズルを示すために、部品のセクションが切り取られている。 本教示による、内装面のキャビテーション研磨表面仕上げのための例示的な方法のステップを描いているフローチャートである。

内装面のキャビテーション研磨仕上げ用のシステム及び装置、ならびに関連する方法の様々な態様及び実施例が、以下で説明され、関連する図面で示されている。特別の定めのない限り、本教示による研磨キャビテーションシステム及び／又はその様々な構成要素は、本明細書で説明され、例示され、且つ／又は組み込まれた、構造、構成要素、機能、及び／又は変形例のうちの少なくとも１つを包含し得るが、必ずしもそれを必要としない。更に、特に除外されない限り、本教示に関連して本明細書で説明され、例示され、且つ／又は組み込まれている工程ステップ、構造、構成要素、機能、及び／又は変形例は、他の類似のデバイス及び方法に含まれ得るが、開示された実施例の間で相互交換可能であることを含む。様々な実施例における下記の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その用途、又は利用を限定することを意図するものではない。加えて、以下で説明される実施例によって提供される利点は、本質的に例示的であり、全ての実施例が、同じ利点又は同程度の利点を提供するわけではない。

本詳細な説明は、直後に続く以下のセクションを含む。すなわち、（１）概観、（２）実施例、構成要素、及び代替例、（３）例示的な組み合わせ及び更なる実施例、（４）利点、特徴、及び便益、並びに（５）結論である。実施例、構成要素、及び代替例のセクションは、ＡからＣまでのサブセクションに更に分割される。それらの各々は、それに従って符号が付けられている。

概要
概して、本教示による内装面のキャビテーション研磨仕上げ用のシステムは、キャビテーションピーニングノズルを有するノズルアセンブリ、スペーサー、及び可撓性流体供給導管、並びに液体で満たされた容器を含み得る。研磨されるべき内装面を有する部品は、容器を満たしている流体内に沈められ得る。それによって、内装面によって画定される内部空間は、流体で満たされる。流体は、懸濁した研磨粒子材料を含んでよく、及び／又は、研磨粒子が、他の方法で内部空間の中に導入されてよい。ノズルアセンブリは、内部空間の中に挿入されてよく、キャビテーション気泡のクラウドを生成して、研磨粒子にエネルギー供給し、それによって、内装面を滑らかにし、任意の製造工程材料を除去するために使用されてよい。

実施例、構成要素、及び代替手段
以下のセクションは、例示的なキャビテーション研磨表面仕上げ装置、ならびに関連するシステム及び／又は方法の選択された態様を説明する。これらのセクションの実施例は、例示を目的としており、本開示の範囲全体を限定するものと解釈すべきではない。各セクションは、１以上の個々の発明、並びに／又は、状況から得られる或いは関連する情報、機能、及び／若しくは構造を含み得る。

表面を滑らかにするための例示的なシステム
図１で示されているように、本セクションは、内装面を滑らかにするための例示的なシステム１１０を説明する。上述されたように、システム１１０は、内装面のキャビテーション研磨表面仕上げ用のシステムの一実施例である。

図１は、システム１１０の概略図である。高圧ポンプ１１２を含む供給リザーバシステム１１３が、導管１１６に沿って加圧された水１１４を供給する。制御弁１２０が、導管１１６に沿ってノズルアセンブリ１２２に供給される水の圧力及び流量の精密な制御を可能にし得る。幾つかの実施例では、システム１１０が、複数のノズルアセンブリを含んでよい。それらは、サイズ及び／又は形状が一致していても又は異なっていてもよい。そのような実施例では、複数のノズルアセンブリが、全て、導管１１６に沿って高圧ポンプ１１２によって供給を受けてよく、又は精密に制御される高圧水の別個の専用供給源を有してもよい。

ノズルアセンブリ１２２は、水と混合された研磨粒子材料１５０とのスラリ１２６で満たされた加圧されたタンク１２４内に配置されている。タンク１２４の蓋１２８は、タンクからあふれた流れが集液容器１３０の中に入ることを可能にするために開かれていてよい。タンク内の圧力を維持するために、蓋は、バネによってタンク１２４に結合されてよく、安全弁によって制御されてよく、又は重量によって拘束されてよい。研磨スラリ１２６はまた、制御弁１３４によって制御される導管１３２に沿ってタンク１２４から排液されてもよい。

ノズルアセンブリ１２２は、可撓性導管１４０及びキャビテーションピーニングノズル１４２を含む。可撓性導管１４０は、高圧流体を運ぶのに適切な任意の構造を含んでよい。可撓性導管１４０は、繰り返し撓み、曲げられ、ねじられ、及び／又は他の方法で再構成され得る。導管は、１以上の可撓性材料及び／又はヒンジ若しくはジョイントなどの撓みを可能にする機構を含んでよい。ノズルアセンブリ１２２は、とりわけアセンブリの外面上で、キャビテーション及び高エネルギー研磨粒子への持続的な曝露に耐えるのに適切な材料を含み得る。幾つかの実施例では、可撓性導管１４０が、剛性パイピングのセクションによってキャビテーションノズル１４２連結されてよく、及び／又は、アセンブリが、研磨に対する耐性若しくは他の所望の構造特性を実現するように、他の方法によって構成されてよい。

アセンブリ１２２のノズル１４２は、内面１４４を滑らかにするために、タンク１２４内に沈められたワークピース１３６の空洞１３８の中に挿入される。より具体的には、表面１４４が、ワークピース１３６の管状壁の内面である。例えば、ノズルは、チャネル、孔、チャンバ、凹部、ボア、オリフィス、開孔、及び／又は任意のチャネルのような特徴などの、管状ワークピースの中に挿入されてよい。描かれている実施例では、ワークピース１３６が、直線的な円形中央チャネルを有する円筒形状パイプである。ノズルアセンブリ１２２の可撓性導管１４０はまた、非線形の又は湾曲したチャネルのような特徴の洗浄も促進し得る。システム１１０は、ワークピース１３６の内面１４４を滑らかにするために特注で構成されてよく、同様なワークピースの範囲において使用されるように構成されてよく、又は広く様々なワークピースで使用されるように構成されてよい。

高圧水１１４は、ノズル１４２によってタンク１２４の研磨スラリ１２６の中に、キャビテーションジェットとして噴射される。キャビテーションジェットと研磨スラリとの間の相互作用は、キャビテーション気泡のクラウド１４６と研磨粒子とを生成する。クラウド１４６の気泡が崩壊すると、研磨材料の粒子１５０が、励起され、エネルギー供給され得る。崩壊した気泡によって生成されたマイクロジェットが、集合的に粒子の運動を加速させ得る。気泡と粒子との混合物が、ワークピース１３６の表面１４４に接触すると、粒子は、表面に衝撃を与え、材料を除去し得る。すなわち、研磨粒子は、内面１４４を滑らかにするために、キャビテーションクラウドの高い力によって働きかけることができる。

通常のキャビテーションピーニングもまた、キャビテーション気泡がワークピース１３６の表面１４４と直接的に相互作用するときに生じ得る。それによって、表面１４４は、ピーニングされ、残余応力及び疲労強度が改善され、洗浄され、塗装又は使用向けに準備され得る。

キャビテーション気泡の崩壊衝撃力は、噴射される水１１４の圧力、タンク１２４内のスラリ１２６の圧力、それらの２つの圧力の比率、並びにタンク１２４の水１１４及びスラリ１２６の温度によって、部分的に決定される。これらのパラメータを最適化するために、圧力、流量、又は温度センサが、タンク１２４内及び／又は導管１１６若しくは１３２内に含まれてよい。高圧水１１４は、平方インチ当たり５０ポンドと２０，０００ポンドとの間であってよく、又は任意の効果的な圧力であってよい。水１１４向けに好適な圧力は、タンク１２４内のスラリ１２６の圧力、ワークピース１３６の表面１４４の直径、及び／又はキャビテーションノズル１４２のサイズに応じ得る。好適な圧力はまた、キャビテーションノズルの設計、幾何学的形状寸法、及び／又は他の特性にも関連し得る。

これらのパラメータを最適化するために、圧力及び温度センサが、タンク１２４内、又は導管１１６若しくは１３２のうちのいずれかの中に含まれてよい。制御弁１２０、１３４、及び蓋１２８、ならびにリザーバ供給システム１１３及び温度制御システムは、システム１１０の全体を通して、圧力、流れ、及び温度状態の精密で調整された制御を可能にするために、電子コントローラ又は他のそのような構成要素と接続されてよい。

描かれている一実施例では、キャビテーション流体が水である。しかし、任意の所望の流体が使用されてよい。使用される流体の粘度などの特性は、キャビテーション気泡の崩壊力に影響を与え得、流体は、衝撃を改善するように選択されてよく、又は所望の衝撃レベル向けに必要とされる圧力を低減するように選択されてよい。流体はまた、使用される研磨材料の特性に従って選択されてもよく、及び／又は、スラリ１２６の所望の特性を実現するように選択されてもよい。任意の効果的な流体の流通装置を使用して、ノズルアセンブリ１２２を通して加圧された流量をポンピングすることができる。

高圧水１１４が、ノズルアセンブリ１２２によってタンク１２４の中に噴射されるときに、スラリ１２６内の水と研磨粒子との比率が影響を受ける。スラリ１２６の所望の比率を維持するために、研磨材料１５０が、供給源１５２から追加されてよい。供給源１５２は、水の導入、研磨材料の導入、スラリ１２６のあふれ出る流れ、及び導管１３２を通るスラリの外への流れを、調整するように構成された電子コントローラによって制御され得る。

研磨材料１５０は、任意の粒サイズの任意の効果的な材料の粒子を含んでよく、又は材料の混合物を含んでよい。例えば、研磨材料は、金属、ガラス、セラミック、シリカ酸化物、酸化アルミニウム、軽石（pumice）、木の実の殻、とうもろこしの穂軸、及び／又はプラスチックの粒子を含んでよい。別の一実施例では、研磨材料が、天然ゴム若しくは合成ゴム、シリコン、フルオロポリマー、エラストマー、バイトン（Viton）、テフロン、及び／又はフラーレン（Fullerene）ベースのカーボンナノ材料の粒子を含んでよい。全ての粒子は、好適には、約１６から１２００ANSIの粒サイズの範囲内にあり得る。本実施例では、研磨材料が、粒サイズのガーネット粒１５０である。

本実施例では、スラリ１２６が、好適には、約３分の１の研磨材料と約３分の２の水との比率である。適切な比率は、使用される研磨材料及び／又はキャビテーション流体に従って選択されてよい。スラリ内の研磨材料の密度又は濃度は、所望の材料除去率（MRR）を実現するように選択されてよい。

研磨材料１５０の粒子は、重力の作用の下で、経時的にスラリ１２６内の懸濁から抜け落ちる傾向があり得る。スラリ１２６の懸濁を維持するために、混合デバイス１５４がタンク１２４内に配置されている。本実施例では、混合デバイス１５４が、回転するプロペラなどの機械的な攪拌器であり、タンク１２４の下部に配置されている。概して、スラリ１２６内の研磨粒子の懸濁を、かき混ぜる、混合する、攪拌する、又は他の方法で維持する、任意の効果的な手段が使用されてよい。例えば、超音波攪拌器が使用されてよく、攪拌器はタンク１２４の上部若しくは側部に配置されてよく、及び／又は、複数の攪拌器が、タンク全体を通して複数の箇所に配置されてよい。

表面を滑らかにするための例示的な装置
図２～図６で示されているように、このセクションは、ワークピースの内面を滑らかにするための例示的なノズルアセンブリ２１０を説明する。上述されたように、アセンブリ２１０は、ノズルアセンブリ１２２又はキャビテーションノズルアセンブリの一実施例である。アセンブリ２１０は、上述の研磨キャビテーションシステム１１０などのシステムの部分として使用されてよく、及び／又は、以下の内装面仕上げ方法３００などの方法において使用されてよい。

図２は、キャビテーションピーニングノズル２１２及び可撓性導管２１４を含む、ノズルアセンブリ２１０の等角図である。可撓性導管は、金属保護された外側ホース２１８、及びポリマー高圧供給内側ホース２２０を含む。ノズル２１２は、剛性パイピング２１６の短いセクションによって、外側ホース２１８及び内側ホース２２０に結合されている。剛性パイピング２１６の短いセクションもまた、金属保護部として説明され得る。

外側ホース２１８は、金属材料若しくは金属合金、編まれた材料（braided material）、ひだのある材料（pleated material）、接合された剛性セクション、及び／又は、キャビテーションピーニング及び高エネルギー研磨粒子からの衝撃に対する耐性を提供する任意の材料を含んでよい。外側ホースは、全体を通して、ピーニング及び研磨衝撃に曝露されることから内側ホース２２０を保護するのに十分な耐性を有し得る。幾つかの実施例では、外側ホース２１８の摩耗が、内側ホース２２０の保護を損なうのに十分なレベルに至ったら、ノズルアセンブリ２１０が、外側ホース２１８又は可撓性導管２１４の交換を可能にするように構成されてよい。

内側ホース２２０は、可撓性ポリマー又はプラスチックを含んでよく、高圧力向けに格付けされてよい。内側ホースは、選択されたポンプ若しくはコンプレッサによって供給される圧力において所望の流量を提供し、及び／又は、供給された流量において所望の圧力を提供するようにサイズ決定されてよい。内側ホース２２０はまた、キャビテーション向けに使用される液体の温度及び／又は化学特性に対して適切であってもよい。

ノズル２１２は、円形オリフィスを有する円筒として描かれている。概して、ノズルは、キャビテーションジェットを生成するのに効果的な任意の幾何学的形状寸法又は構成を有してよい。すなわち、ノズルは、キャビテーション気泡のクラウドを生成するために、流体のキャビテーションジェットを分注又は噴射するように構成されている。例えば、米国特許第6,855,208号で開示されているもの、又は米国材料試験協会（ASTM）G134-95標準で明記されているものなどのノズルが、使用されてよい。以下の図４を参照しながら更に説明されるように、ノズル２１２は、仕上げられるべき通路又はチャネルのような特徴を詰まらせることなく、対象の１以上のワークピースの中への挿入を可能にするようにサイズ決定されてよい。例えば、ノズル２１２は、仕上げられるべき通路の直径の４分の１と４分の３との間の直径を有してよい。

図３は、使用されるノズルアセンブリ２１０を描いている。ノズル２１２は、内装面２２２を滑らかにするために、パイプ２２４の第１の端部内に挿入されている。可撓性導管２１４は、高圧水の供給源に連結されており、パイプ２２４は、水と研磨粒子２２８とのスラリ２２６内に沈められている。ノズル２１２は、パイプ２２４の内側通路２３２の中にキャビテーションジェット２３０を放出し、キャビテーション気泡のクラウド２３４を生成する。スラリ２２６の研磨粒子２２８は、内側通路２３２の中に引き込まれる。その場合、粒子は、クラウド２３４のキャビテーションによってエネルギー供給される。エネルギー供給された研磨粒子の一部分は、クラウド２３４の近くの内装面２２２の領域に衝撃を与え、それによって、表面のその領域を滑らかにする。

本実施例では、パイプ２２４が、スラリ２２６内に沈められ、研磨粒子２２８は、ノズル２１２を通る高圧水の噴射によって生成される負圧効果によってクラウド２３４に供給される。それが、周りのスラリをパイプの内側通路２３２の中及び下流に引っ張る。スラリが、ノズル２１２によって生成されるキャビテーション気泡のクラウドに到達するために、ノズルの周りの十分な隙間及び任意のガイド構造が必要とされる。以下で更に説明されるように、ノズル及び（１以上の）ガイド構造は、適切にサイズ決定され及び／又は構成されてよい。

幾つかの実施例では、研磨粒子２２８が、他の機構によって供給されてよい。例えば、閉じた端部のボアを滑らかにするために使用されるノズルアセンブリは、可撓性導管２１４内の研磨剤供給ホース、及びノズル２１２内の研磨剤供給開口部を含んでよい。別の一実施形態では、スラリの可変流量供給が、材料除去率の能動的な制御を可能にし得る。そのような実施例では、ノズル２１２が、仕上げられるべき通路の直径に対してより大きくてよく、及び／又は、ノズルの周りの隙間要件が、本実施例とは異なり得る。

ノズルアセンブリ２１０は、内装面２２２の均一で一貫した滑らか仕上げを実現するために、パイプ２２４に沿ってゆっくりと滑らかに進められる。描かれている一実施例では、内側通路２３２が一定の直径を有し、したがって、ノズルアセンブリは、一定の速度で進められてよい。内部空間が可変の幾何学的形状寸法を有する実施例では、一貫した滑らか仕上げを実現するために、前進の可変速度が、ノズルアセンブリについて計算されてよい。言い換えると、表面からキャビテーションクラウドまでの距離が長いことによって生じる滑らか仕上げ作用の程度の低下は、曝露時間を長くすることによって打ち消されてよい。例えば、可変直径のパイプでは、ノズルアセンブリ２１０が、より大きな直径のセクションを通るときに、よりゆっくりと進められてよい。

図４は、別のパイプ２３６内のノズルアセンブリ２１０の端面図である。ノズル２１２は、ガイドアタッチメント２４０によってパイプ２３６内に配置されている。ガイドアタッチメント２４０は、スペーサーとしても説明され得る。ガイドアタッチメントは、ノズル２１２の外面２３９をパイプ２３６の内面２３８から離隔させるように構成されている一方で、水及び研磨粒子の流れが、ノズルを通過してパイプを下ることを可能にする。

本実施例では、ガイドアタッチメント２４０が、ノズル２１２をパイプ２３６内で中央に又は実質的に中央の位置に維持し、パイプを通る概して中央の経路に沿ってノズルを誘導する。そのような配置は、内面２３８を均一に滑らかにすることを実現する助けとなり得、材料を除去し過ぎたり又は粗さが残ったりすることを避けることができる。厳密に中央の経路からの逸脱の許容誤差は、結果として生じる滑らかさの所望の均一さに応じ得る。すなわち、より均一な滑らかな表面が所望されるにつれて、より精密にノズルが配置されることが必要とされ得る。粗さにおける全体的な平均の低減のみが必要とされる実施例では、ノズルが、大まかに中央の経路及び／又は概して近似的に中央である経路に従い得る。例えば、ノズルは、ガイドアタッチメント２４０を使用することなく、パイプを通して手動で誘導されてよい。

ノズル２１２は、断面で測定したときに、ノズルを通る流体の流れの方向に垂直な外径２４７を有する。本実施例では、ノズル２１２が、一定の外径を有する。幾つかの実施例では、外径２４７がノズルに沿って変化し得る。一定の外径及び／又は外径２４７の最大値のいずれも、パイプ２３６の内径未満であってよい。言い換えると、ノズル２１２は、生成されたキャビテーションクラウドへのノズルを通過する水及び研磨粒子の流れの十分な流量を可能にするようにサイズ決定され得る。好適には、外径２４７が、内径２４８の約７５％未満であってよい。

ガイドアタッチメント２４０は、ノズル２１２の外面２３９から外へ延在する複数の突出部を含み得る。各突出部は、ノズル２１２を通る流体の流れの方向に垂直な及び／又はノズルによって生成されるキャビテーションジェットの方向に垂直な長軸を有し得る。突出部は、パイプの円形断面と適合するために長さが等しくてよく、又はパイプの内部の幾何学的形状寸法に従って変化してもよい。

本開示の実施例では、ガイドアタッチメント２４０が、リング２４４の周りで等しく間隔が空けられた４つの等しくサイズ決定された、ノズル２１２に係合する三角形状のベーン２４２を含む。ベーンは、逆向きのベーンの２つの対として配置されるように説明され得る。各ベーン２４２の遠位端は、内面２３８と接触する。ガイドアタッチメント２４０は、逆向きのベーンの各対の遠位端の間のスパン２４６を有すると説明され得る。スパン２４６は、パイプ２３６の内径２４８と適合する。

ベーン２４２の三角形状は、ガイドアタッチメントによって妨害されるパイプ２３６の断面積を低減させ、ノズル２１２によって生成されるキャビテーションクラウドへの水及び研磨粒子の流量を最大化することができる。十分な流量を可能にし、ノズル２１２の効果的な配置を提供する、任意の形状及び／又は数のベーン２４２が、ガイドアタッチメント２４０内に含まれてよい。

幾つかの実施例では、ガイドアタッチメント２４０が、パイプ２３６の可変な幾何学的形状寸法及び／又は内面２３８に順応するように構成され得る。例えば、ベーン２４２は、各々、折り畳みが可能であってよいが、リング２４４から外向きに延在するようにバネで付勢されいてもよい。それによって、スパン２４６は、内径２４８におけるばらつきに適合するよう変化する。それによって、ガイドアタッチメント２４０は、ノズル２１２をパイプ２３６内の中央位置に維持し得る。別の１つの事例では、ベーン２４２が、パイプ２３６の断面形状における変化に応じて、塑性変形するように構成された可撓性材料を含んでよい。

ガイドアタッチメント２４０は、一組のガイドアタッチメントの部分であってよく、様々なサイズのパイプ及び／又は他のチャネルのような特徴と共に使用されるノズルアセンブリ２１０の構成を可能にする。ワークピースの内径に適合するスパンを有するガイドアタッチメントが、選択されてよく、表面仕上げの前にノズル２１２上に設置されてよい。リング２４４及びノズル２１２は、ガイドアタッチメントのスナップフィット（snap-fit）又は他の容易な連結及び取り外しを可能にする、対応する特徴を含んでよい。

本開示では、ガイドアタッチメント２４０が、テフロン材料から構成され、定期的に交換されるように設計されている。幾つかの実施例では、アタッチメントが、使い捨てであり及び／又は簡単に処理できる。キャビテーションピーニング、及び、表面処理用のエネルギー供給された研磨粒子に曝露されたときに、経時的な損傷に脆弱である他の材料が、そのような用途が限定されているアタッチメント向けに使用されてよい。幾つかの実施例では、ガイドアタッチメントが、そのような曝露に対する耐性を有する金属又は他の材料を含んでよく、引き伸ばされた及び／又は長期間の使用に適していてよい。

図５は、第１のチャネル２６２及び第２のチャネル２６４を有する、積層造形された（AM）部品２６０を描いている。チャネル２６２、２６４は、AM部品から機械加工されるか又は穿孔されるよりもむしろ、部品２６０と共に製造される。したがって、チャネルは、より複雑で湾曲している形状を有し得るのみならず、積層造形の同じ表面粗さ特性を有し得る。キャビテーション研磨表面仕上げは、ノズルアセンブリ２１０か又はより大きい剛性ノズルアセンブリのいずれかを使用して、AM部品２６０の外面２６６上で実行されてよい。しかし、図６で描かれているように、ノズルアセンブリ２１０は、湾曲したチャネル２６２、２６４の内装を仕上げるためにも必要とされ得る。

幾つかの実施例では、ノズルアセンブリ２１０を使用して、２つのチャネルを順次仕上げることができる。図６では、ノズルアセンブリ２１０が、第２のノズルアセンブリ２１１と共に使用されることが示されている。２つのアセンブリは、一致しており、各々別個の高圧水供給源を有し得るか、又は両方が単一の高圧ポンプによって供給を受け得る。

AM部品２６０は、水と研磨粒子とのスラリ２７０内に沈められている。ノズルアセンブリ２１０、２１１の各々は、それぞれのチャネル２６２、２６４の上側開口部２７２の中に挿入されている。水が、キャビテーションジェットを生成するために、ノズルアセンブリを通してポンピングされ、今度は、キャビテーションジェットが、スラリ２７０の中に噴射されたときに、キャビテーション気泡のクラウド２７４及びエネルギー供給された研磨粒子を生成する。内装面は、それによって、滑らかにされ、仕上げられ、及びピーニングされる。

キャビテーションジェットはまた、水及びスラリ２７０が、チャネル２６２、２６４を下り、図示せぬ下側開口部から出るように強いる。結果として、スラリ２７０は、上側開口部２７２の中に引き込まれ、チャネルを下り、ノズルアセンブリを通過して、クラウド２７４に研磨粒子を供給する。

チャネル２６２、２６４は、断面積及び湾曲が一致しており、ノズルアセンブリ２１０、２１１は、同調してチャネルを下るように進められる。チャネルが異なる実施例では、ノズルが、独立して制御され、チャネルに沿って進められる。各ノズルアセンブリは、それぞれのチャネルに沿って進み、可撓性導管２１４は、チャネルの湾曲に追従するように撓み、ノズル２１２がチャネル内の中央にあり続けることを可能にする。可撓性導管２１４はまた、ノズル２１２が、剛性ツールにはアクセス不能なチャネルの部分に到達することも可能にし得る。

内面を滑らかに仕上げるための例示的な方法
このセクションは、図７を参照しながら、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにする例示的な方法３００のステップを説明する。上述された研磨キャビテーションシステム及び／又はノズルアセンブリの態様が、以下で説明される方法ステップにおいて利用され得る。適切な場合には、各ステップを実行することにおいて使用され得る構成要素及びシステムに対する参照が行われ得る。これらの参照は例示のためのもので、本方法の任意の特定のステップを実行するのに可能なやり方を限定することを意図していない。

図７は、例示的な方法で実行されるステップを示すフローチャートであり、本方法の完全な工程又は全てのステップを列挙しているわけではない。方法３００の様々なステップが後述され図７で示されているが、ステップは必ずしも全て実施する必要があるわけではなく、場合によっては、同時に、あるいは図示された順序とは異なる順序で実施されることもある。

ステップ３１０では、該方法が、ワークピースを液体と研磨剤とのスラリ内に浸すことを含む。スラリは、タンク内に収容されていてよく、一定の圧力及び研磨剤の濃度に維持されていてよい。幾つかの実施例では、タンクが、液体内の研磨剤の懸濁を維持するために、機械的な攪拌器などの混合デバイスを含んでいてよい。そのような実施例では、液体内の研磨剤の懸濁を維持するために、スラリを混合する任意選択的なステップ３１１が実行され得る。所望の濃度を維持するために、必要に応じて更なる研磨剤がまた追加されてよい。

研磨剤は、金属、ガラス、セラミック、シリカ酸化物、酸化アルミニウム、軽石、木の実の殻、とうもろこしの穂軸、プラスチック、天然若しくは合成ゴム、シリコン、フルオロポリマーエラストマー、バイトン、テフロン、及びカーボンナノ材料研磨剤のうちの１以上の粒子を含んでいてよい。好適には、含まれる粒子が、約１６から１２００ANSIの粒サイズの寸法範囲内にあり得る。任意の効果的な研磨媒体、媒体の組み合わせ、又は媒体若しくは粒子の混合物が使用されてよい。

例えば、貫通チャネルを有する積層造形された部品は、１対２の比率にあるガーネット粒１５０と水との混合物内に沈められてよい。この混合物は、部品が沈められたときにチャネルを満たし得る。

ステップ３１２は、キャビテーションピーニングノズルをワークピースの空洞の中に挿入することを含む。ノズルは、水などの高圧流体を供給する導管に連結されていてよい。好適には、供給される流体が、スラリの液体に一致し得る。ノズルと、ノズルに近い導管のセクションとの両方が、キャビテーション及びエネルギッシュな研磨粒子への曝露に耐えるように構成されていてよい。例えば、ノズル及び／又は導管は、金属又は金属材料を含む最も外側の構造を有し得る。

ワークピースは、端部が開いた空洞又は第１及び第２の開口部を有する空洞を有する任意の部品であってよい。空洞は、管状壁、又は円周壁を有する管状セクションを含み得る。方法３００を使用して、壁部分又は円周壁の内面を滑らかにすることができる。

ステップ３１４は、キャビテーション気泡のクラウドを生成するために、キャビテーションジェットをノズルから空洞の中に噴射することを含む。キャビテーションジェットは、ノズルに供給される高圧流体であって、キャビテーション気泡のクラウドを生成するノズルの幾何学的形状寸法を通して、ある圧力及び流量で発射される高圧流体を含み得る。流体は、ある高圧、好適には、平方インチ当たり５０と２０，０００ポンドとの間の高圧で発射されてよい。

キャビテーションジェットは、空洞を満たしている液体と研磨剤とのスラリの中に噴射されてよく、キャビテーション気泡と研磨粒子との混合物を生成する。生成された気泡のクラウドは、速度、運動量、及び運動エネルギーを研磨剤に与える旋回する渦運動を有してよい。キャビテーションの気泡の崩壊はまた、ワークピースの表面を滑らかにするために、研磨粒子の運動を集合的に加速させる。それは、衝撃を受けたときにワークピースの表面から材料を除去し、それによって、ワークピースの内面からの材料の除去を促進するように高速の及び十分な運動エネルギーを実現する。キャビテーション気泡は、ワークピースの内面のキャビテーションピーニング及び洗浄を更に実行し得る。

ステップ３１６は、空洞の管状セクションを通してノズルを移動させることを含む。ノズルは、ノズルからのキャビテーションジェットを噴射し続けながら、管状セクションに沿って進んでよい。このやり方では、キャビテーション気泡のクラウド及び研磨粒子が、管状セクションの内面を滑らかにするために、管状セクションを通して移動されてよい。キャビテーション気泡及び研磨粒子が、内面に作用し、所望の滑らか仕上げ及びピーニングを実行することを可能にするために、ノズルがゆっくりと進められてよい。

ステップ３１６のサブステップ３１８は、管状セクションの内径に従って管状セクションを通るノズルの移動の速度を変化させることを含む。管状セクションの内径が一定であり続けるときに、ノズルは一定の速度で移動されてよく、移動の速度は、より小さい内径を有する管状セクションのエリア向けに高められてよく、より大きい内径を有するエリア向けに低減されてよい。移動の速度のそのような制御は、内面とノズルによって生成されるキャビテーション気泡のクラウドとの間の距離が変化するときに、管状セクションの内面の均一な滑らか仕上げを容易にし得る。言い換えると、クラウドが滑らかにされるべき表面からより離れているときに、均等な滑らか仕上げは、更なる曝露時間を必要とし得る。

幾つかの実施例では、ノズルの移動の速度が、管状セクションの幾何学的形状寸法に従って計算され得る。例えば、ノズルの移動は、管状セクションの三次元モデルに従ってコンピュータ制御されてよい。幾つかの実施例では、作業者が、滑らかさを評価してよく、所望の滑らかさが実現されたときにノズルを移動させてよい。

ステップ３２０は、スペーサーを使用して、ノズルと管状セクションの内壁との間のスペースを維持することを含む。サブステップ３２２は、中央経路に沿ってノズルを誘導することを含む。幾つかの実施例では、それもまたスペーサーを使用して実行されてよい。ステップ３２０及びサブステップ３２２は、ノズルがワークピースの空洞の管状セクションを通して移動されるときに、ステップ３１６の全体を通して実行されてよい。

ノズルは、ノズルの外側と管状セクションの内壁との間のスペースを可能にするようにサイズ決定されてよい例えば、ノズルの外径は、管状セクション内の最も狭いポイントにおける内径の半分以下であってよい。スペーサーは、ノズルと取り外し可能又は固定的に取り付けられてよく、ノズルを通る流体の流れの方向に対してノズルから径方向外向きに延在していてよい。スペーサーは、複数の突出部を含んでよい。突出部は、管状セクションの内壁と接触することによって、ノズルが選択された間隔距離未満に内壁に対して近づくように接近することを防止し得る。

ノズルと管状セクションの内壁との間のスペースを維持することによって、ワークピースが沈められているスラリの流れが、ノズルを通過してキャビテーションクラウドまで進むことを可能にし得る。管状セクションの下流のキャビテーションジェットの圧力は、ノズルを通過して管状セクションの下流にスラリを引っ張る負圧作用をもたらし得、それによって、キャビテーション気泡のクラウド及びエネルギー供給された研磨粒子を生成するために、ノズルのところでの液体及び研磨剤の流れを維持する。

スペーサーは、ノズルを通過する流れの遮断を最小化するように構成されていてよい。例えば、スペーサーは、開孔を含んでよく、効果的なスペーシングのために必要な最小数の突出部を含んでよく、及び／又はスラリの流れを促進するのに適した任意の形状を有してよい。スペーサーはまた、ノズルを管状セクションの中央に配置するようにも構成されていてよい。例えば、スペーサーの突出部は、スペーサーの両側で等しい長さの対として配置されてよい。

ノズルを管状セクションの中央に配置すること、及び、ノズルを管状セクションを通る中央又は実質的に中央の経路に沿って誘導することによって、内壁の円周の均一で滑らかな仕上げが可能になり得る。幾つかの実施例では、サブステップ３２２が、スペーサーなしに、経験を積んだ作業者、及び／又は、管状セクションの三次元モデルに従ったコンピュータ制御によって実行されてよい。幾つかの実施例では、非対称な幾何学的形状寸法などの管状セクションの特性が、均一な滑らかさを実現するために中央ではない経路を必要とし得る。その場合、サブステップ３２２は、そのような経路に沿ってノズルを誘導することを含んでよい。

任意選択的なステップ３２４は、スペーサーをノズルから取り外すこと、及び異なるサイズのスペーサーを取り付けることを含む。この任意選択的なステップは、ワークピースの滑らか仕上げが完了した後で、方法３００を繰り返す前に、単一のワークピースの別個の空洞若しくは管状セクションを滑らかにする間に、及び／又は、管状セクション内の異なる直径のエリアを滑らかにする間に実行されてよい。

スペーサーは、一組のスペーサーのうちの１つであってよく、及び／又は、モジュール式のスペーサーとして説明されてよい。スペーサーは、例えば、弾性又はスナップフィット係合によって、ノズルに選択的に取り付け可能であってよい。ノズルは、スペーサーの連結を容易にするために、凹部又は他の特徴を含んでいてよい。

例示的な組み合わせ及び更なる実施例
このセクションでは、非限定的に一連の段落として提示される、表面を滑らかにするための方法及び装置の更なる態様及び特徴を説明する。それらの段落のうちの一部又は全部は、分かり易さ及び効率のために英数字で指定され得る。これらの段落の各々は、任意の好適な方法で、１以上の他の段落と且つ／又は本出願の他の部分の開示と組み合わせることができる。以下の段落の幾つかは、明示的に他の段落に言及し、更に他の段落を限定することにより、非限定的に、好適な組み合わせの幾つかの例を提供するものである。

Ａ０．
ワークピースの管状壁の内面を滑らかにする方法であって、
ワークピースを液体と研磨剤との混合物内に浸すこと、
キャビテーションピーニングノズルを前記ワークピースの空洞の中に挿入すること、及び
前記キャビテーションピーニングノズルから前記空洞の中にキャビテーションジェットを噴射することを含む、方法。
Ａ１．
前記キャビテーションピーニングノズルを前記空洞の管状セクションを通して移動させることを更に含み、前記管状セクションは円周壁を有する、Ａ０に記載の方法。
Ａ２．
前記移動させるステップ中に、前記キャビテーションピーニングノズルの外面と前記管状セクションの前記円周壁との間の径方向スペースを維持することを更に含む、Ａ０又はＡ１に記載の方法。
Ａ３．
前記移動させるステップは、前記円周壁の内径における変化に関連して、前記管状セクションを通る前記キャビテーションピーニングノズルの移動の速度を変化させることを含む、Ａ１又はＡ２に記載の方法。
Ａ４．
前記キャビテーションピーニングノズルは、前記管状セクションの前記円周壁の内径の９０％未満の外径を有する円筒形状外面を有する、Ａ１からＡ３のいずれか１つに記載の方法。
Ａ５．
前記外径は、前記内径の７５％未満である、Ａ４に記載の方法。
Ａ６．
前記混合物は、タンク内に収容され、前記方法は、前記液体内の前記研磨剤の懸濁を維持するために、前記混合物を混合することを更に含む、Ａ０からＡ５のいずれか１つに記載の方法。
Ａ７．
加圧された流体を前記キャビテーションピーニングノズルに供給することを更に含む、Ａ０からＡ６のいずれか１つに記載の方法。
Ａ８．
前記キャビテーションピーニングノズルの外面と前記空洞の管状セクションの内面との間のスペーサーを使用することによって、前記キャビテーションピーニングノズルを、前記空洞の前記管状セクションを通る実質的に中央に配置された経路に沿って誘導することを更に含む、Ａ０からＡ７のいずれか１つに記載の方法。
Ａ９．
前記スペーサーは、前記キャビテーションピーニングノズルの前記外面から外向きに延在する複数の突出部を含む、Ａ８に記載の方法。
Ａ１０．
前記複数の突出部は、前記キャビテーションピーニングノズルの前記外面の周りに均一に分散されたベーンを含む、Ａ９に記載の方法。
Ａ１１．
前記複数の突出部は、少なくとも４つのベーンである、Ａ１０に記載の方法。
Ａ１２．
前記複数の突出部は、少なくとも１つの後退可能な突出部を含み、前記突出部は、前記キャビテーションピーニングノズルの前記外面から外向きに延在するようにバネで付勢されている、Ａ９からＡ１１のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１３．
前記複数の突出部は、可撓性材料を含む少なくとも１つの突出部を含む、Ａ９からＡ１２のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１４．
前記スペーサーは、前記空洞の前記管状セクションの前記内面の変化する幾何学的形状寸法に従って形状を変化させるように構成されている、Ａ８からＡ１３のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１５．
前記スペーサーは、可変な直径を有する、Ａ８からＡ１４のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１６．
前記スペーサーを取り外し、異なる管形状向けにサイズ決定された別のスペーサーを取り付けることを更に含む、Ａ８からＡ１５のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１７．
前記研磨剤は、ガーネット粒を含む、Ａ０からＡ１６のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ０．
表面を滑らかにするための装置であって、
第１の流体源、
外側及び前記外側から外向きに延在するスペーサーを有するキャビテーションピーニングノズル、
前記第１の流体源を前記キャビテーションピーニングノズルに連結する導管、並びに
前記第１の流体源からの第１の流体を、前記導管を通して前記キャビテーションピーニングノズルにポンピングするように構成されたポンプを含み、
前記キャビテーションピーニングノズルは、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにするためにキャビテーション気泡のクラウドを生成するよう構成されている、装置。
Ｂ１．
沈められたワークピースを包含するように構成された、第２の流体を収容するタンクを更に備え、一方で、前記キャビテーションピーニングノズルが、前記ワークピースの管状壁の内面を滑らかにするために使用される、Ｂ０に記載の装置。
Ｂ２．
前記タンクは、前記第２の流体内で研磨粒子の均一な濃度を維持するための混合デバイスを含む、Ｂ１に記載の装置。
Ｂ３．
維持される前記濃度は、約４分の１と約４分の３との間である、Ｂ２に記載の装置。
Ｂ４．
維持される前記濃度は、約１０％と約６０％との間である、Ｂ２に記載の装置。
Ｂ５．
前記タンクは、複数の混合デバイスを含む、Ｂ１からＢ４のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ６．
前記第２の流体は、研磨剤を含む、Ｂ１からＢ５のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ７．
前記研磨剤は、ガーネット粒を含む、Ｂ６に記載の装置。
Ｂ８．
前記研磨剤は、（ａ）天然ゴム又は合成ゴム、（ｂ）シリコン、（ｃ）フルオロポリマーエラストマー、（ｄ）バイトン、（ｅ）テフロン、及び（ｆ）フラーレンベースのカーボンナノ材料、のうちの１以上を含む、Ｂ６又はＢ７に記載の装置。
Ｂ９．
前記研磨剤は、ナノ材料を含む、Ｂ６からＢ８のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ１０．
前記スペーサーは、前記キャビテーションピーニングノズルを前記管状壁の内側の実質的に中央位置に維持するように構成されている、Ｂ０からＢ９のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ１１．
前記スペーサーは、前記キャビテーションピーニングノズルの前記外側と前記ワークピースの前記管状壁の前記内面との間の実質的に等しい両側の径方向距離を維持するように構成された、前記外側から延在する複数の突出部を含む、Ｂ０からＢ１０のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ１２．
前記複数の突出部の各々は、前記キャビテーションピーニングノズルを通る流体の流れの方向に対して垂直に延在する長軸を有する、Ｂ１１に記載の装置。
Ｂ１３．
前記複数の突出部は、少なくとも４つの突出部を含む、Ｂ１１又はＢ１２に記載の装置。
Ｂ１４．
前記キャビテーションピーニングノズルは、前記管状壁の内径に平行な断面径を有し、前記キャビテーションピーニングノズルの前記断面径は、前記管状壁の前記内径の９０％未満である、Ｂ０からＢ１３のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ１５．
前記断面径は、前記内径の７５％未満である、Ｂ１４に記載の装置。
Ｂ１６．
前記キャビテーションピーニングノズルは、近位端及び遠位端を有し、前記近位端は、前記キャビテーションピーニングノズルを前記導管の可撓性管部分に連結するための備品を有し、前記遠位端は、前記第１の流体のキャビテーションジェットを分注するための開孔を有する、Ｂ０からＢ１５のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ１７．
前記可撓性管部分は、前記キャビテーションピーニングノズルの前記備品に隣接する前記可撓性管部分のセクションにわたり金属保護部を有する、Ｂ１６に記載の装置。
Ｂ１８．
前記可撓性管部分は、金属強化された可撓性外側ホース及びポリマー可撓性内側ホースを含む、Ｂ１６又はＢ１７に記載の装置。
Ｂ１９．
前記スペーサーは、取り外し可能であり、異なるサイズの相互交換可能なスペーサーが、異なる管形状を滑らかにするために同じ前記キャビテーションピーニングノズル上で使用されることを可能にしている、Ｂ０からＢ１８のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ２０．
研磨材料供給機構を更に含む、Ｂ０からＢ１９のいずれか１つに記載の装置。
Ｂ２１．
前記研磨材料供給機構は、前記キャビテーションピーニングノズルに統合されている、Ｂ２０に記載の装置。
Ｂ２２．
前記研磨材料供給機構は、研磨材料と水とのスラリを運ぶように構成されている、Ｂ２１に記載の装置。
Ｃ０．
表面を滑らかにするための装置であって、
流体源、
キャビテーションピーニングノズル、
前記流体源を前記キャビテーションピーニングノズルに連結する導管、
前記流体源からの高圧流体を、前記導管を通して前記キャビテーションピーニングノズルにポンピングするように構成されたポンプであって、前記キャビテーションピーニングノズルは、ワークピースの管状壁の内面を滑らかにするためにキャビテーション気泡のクラウドを生成するよう構成されている、ポンプ、及び
前記ワークピースの前記管状壁の内側の液体と研磨剤とのスラリを含む、装置。
Ｃ１．
前記キャビテーションピーニングノズルは、円周外面、及び前記外面から外向きに延在するスペーサーを有する、Ｃ０に記載の装置。
Ｃ２．
前記スペーサーは、前記キャビテーションピーニングノズルの前記外面の周りに均一に分散された複数のベーンを含む、Ｃ１に記載の装置。
Ｃ３．
前記スペーサーは、取り外し可能であり、異なるサイズのベーンを有する相互交換可能なスペーサーが、異なる管形状を滑らかにするために同じ前記キャビテーションピーニングノズル上で使用されることを可能にしている、Ｃ１又はＣ２に記載の装置。

利点、特徴、及び便益
本明細書で説明されるキャビテーション研磨表面仕上げの種々の実施例は、粗い表面を仕上げるための既知の解決策を超える幾つかの利点を提供する。例えば、本明細書で説明される方法の例示的な実施形態は、内装面、並びに、チャネル、ボア、管、及び／又は中空構造などのような特徴の仕上げを可能にする。

更に、とりわけ他の利点の中で、本明細書で説明される例示的な実施例は、一工程で、表面が、滑らかにされ、洗浄され、ピーニングされることを可能にする。

更に、とりわけ他の利点の中で、本明細書で説明される例示的な実施例は、水やセラミック研磨剤などの安全で廉価な材料を用いた表面仕上げを可能にする。

更に、とりわけ他の利点の中で、本明細書で説明される例示的な実施例は、チャネルなどの細長い内部空間の長さに沿った一貫して均一な滑らか仕上げを可能にする。

特にそのような表面にアクセスすることが困難なものに対して、これらの機能を実行するシステム又はデバイスは未だ知られていない。したがって、本明細書で説明される例示的な実施例は、内装面を有する積層造形された構成要素向けに特に有用である。しかし、本明細書で説明される全ての実施例が、同じ利点又は同一程度の利点を提供する訳ではない。

結論
上述の開示は、個別の有用性を備えた複数の個々の実施例を包括し得る。これらの発明の各々は、その好ましい（1以上の）形態で開示されているが、数多くの変形例が可能であることから、本明細書で開示され例示されているそれらの特定の実施例を限定的な意味で捉えるべきではない。本開示内で使用されている限り、節の見出しは構成上の目的のものに過ぎない。本開示の主題は、本明細書に記載の様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、新規的且つ非自明の組み合わせ及び部分的組み合わせの全てを含む。下記の特許請求の範囲は、新規的かつ進歩的であると見なされる、ある組み合わせ及び部分的組み合わせを特に指し示すものである。特徴、機能、要素、及び／又は特性のその他の組み合わせ及び部分的な組み合わせは、この出願又は関連出願からの優先権を主張する出願において特許請求され得る。更に、そのような特許請求の範囲は、出願当初の特許請求の範囲より広いか、狭いか、等しいか、又はそれと異なるかにかかわらず、本開示の主題の範囲内に含まれるとみなされる。

Claims (15)

1. ワークピースの管状壁の内面を滑らかにする方法（３００）であって、
   ワークピースを液体と研磨剤との混合物内に浸すこと（３１０）、
   キャビテーションピーニングノズルを前記ワークピースの空洞の中に挿入すること（３１２）、及び
   前記キャビテーションピーニングノズルから前記空洞の中にキャビテーションジェットを噴射すること（３１４）を含む、方法（３００）。
2. 前記キャビテーションピーニングノズルを前記空洞の管状セクションを通して移動させること（３１６）を更に含み、前記管状セクションは円周壁を有する、請求項１に記載の方法（３００）。
3. 前記移動させるステップ中に、前記キャビテーションピーニングノズルの外面と前記管状セクションの前記円周壁との間の径方向スペースを維持すること（３２０）を更に含む、請求項２に記載の方法（３００）。
4. 前記移動させるステップ（３１６）は、前記円周壁の内径における変化に関連して、前記管状セクションを通る前記キャビテーションピーニングノズルの移動の速度を変化させること（３１８）を含む、請求項２に記載の方法（３００）。
5. 前記混合物は、タンク内に収容され、前記方法は、前記液体内の前記研磨剤の懸濁を維持するために、前記混合物を混合すること（３１１）を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（３００）。
6. 前記キャビテーションピーニングノズルの外面と前記空洞の管状セクションの内面との間のスペーサーを使用することによって、前記キャビテーションピーニングノズルを、前記空洞の前記管状セクションを通る実質的に中央に配置された経路に沿って誘導すること（３２２）を更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（３００）。
7. 前記スペーサーを取り外し（３２４）、異なる管形状向けにサイズ決定された別のスペーサーを取り付けることを更に含む、請求項６に記載の方法（３００）。
8. 表面を滑らかにするための装置（１１０）であって、
   第１の流体源（１１３）、
   外側（２３９）及び前記外側から外向きに延在するスペーサー（２４０）を有するキャビテーションピーニングノズル（１４２、２１２）、
   前記第１の流体源を前記キャビテーションピーニングノズルに連結する導管（１１６、１４０、２１４、２１６）、並びに
   前記第１の流体源からの第１の流体（１１４）を、前記導管を通して前記キャビテーションピーニングノズルにポンピングするように構成されたポンプ（１１２）を備え、
   前記キャビテーションピーニングノズルは、ワークピース（１３６、２２４、２３６、２６０）の管状壁（２３２、２６２、２６４）の内面（１４４、２３８）を滑らかにするためにキャビテーション気泡のクラウド（１４６、２３４、２７４）を生成するよう構成されている、装置（１１０）。
9. 沈められたワークピース（１３６、２２４、２３６、２６０）を包含するように構成された、第２の流体（１２６、２２６、２７０）を収容するタンク（１２４）を更に備え、一方で、前記キャビテーションピーニングノズル（１４２、２１２）が、前記ワークピース（１３６、２２４、２３６、２６０）の管状壁（２３２、２６２、２６４）の内面（１４４、２３８）を滑らかにするために使用される、請求項８に記載の装置（１１０）。
10. 前記タンク（１２４）は、前記第２の流体（１２６、２２６、２７０）内で研磨粒子（１５０、２２８）の均一な濃度を維持するための混合デバイス（１５４）を含む、請求項９に記載の装置（１１０）。
11. 維持される前記濃度は、約１０％と約６０％との間である、請求項１０に記載の装置（１１０）。
12. 前記第２の流体（１２６、２２６、２７０）は、研磨剤（１５０、２２８）を含む、請求項９に記載の装置（１１０）。
13. 前記研磨剤（１５０、２２８）は、ガーネット粒を含む、請求項１２に記載の装置（１１０）。
14. 前記スペーサー（２４０）は、前記キャビテーションピーニングノズル（１４２、２１２）の前記外側（２３９）と前記ワークピース（１３６、２２４、２３６、２６０）の前記管状壁（２３２、２６２、２６４）の前記内面（１４４、２３８）との間の等しい径方向距離を維持するように構成された、前記外側から延在する複数の突出部（２４２）を含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
15. 前記キャビテーションピーニングノズル（１４２、２１２）は、前記管状壁（２３２、２６２、２６４）の内径（２４８）に平行な断面径（２４７）を有し、前記キャビテーションピーニングノズルの前記断面径は、前記管状壁の前記内径の約７５パーセント未満である、請求項８から１４のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
    

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