JP6911653B2 - 部品の製造方法及び部品 - Google Patents
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Description
実施形態1に係る部品及び部品の製造方法を説明する。まず、部品を説明する。その後、部品の製造方法を説明する。
図1は、実施形態1に係る部品を例示した断面図である。図1に示すように、部品1は、例えば、内部に空洞部10を有する円筒形状である。部品1の内部の空洞部10に接する円周面を内面11という。部品1の外側の円周面を外面21という。円筒形状をした部品1は、中心軸C1を有している。部品1は、中心軸C1を回転軸として回転するように形成されてもよい。例えば、部品1は、中心軸C1を回転軸として回転するような入力トルクTによって回転する。
次に、部品1の製造方法を説明する。図6は、実施形態1に係る部品1の製造方法を例示したフローチャート図である。図7は、実施形態1に係る部品1の製造方法により製造する様子を例示した図である。図6に示すように、部品1の製造方法は、加工前部品61の準備工程(ステップS11)及びレーザピーニング加工工程(ステップS12)を備えている。以下で、部品1の製造方法を、加工前部品61の準備工程及びレーザピーニング加工工程に分けて説明する。
まず、図6のステップS11及び図7に示すように、加工前部品61を準備する。加工前部品61は、部品1がレーザピーニング加工される前の状態のものである。加工前部品61がレーザピーニング加工されることによって部品1となる。加工前部品61は、部品1と同形状である。すなわち、加工前部品61は、外面21に開口22を有する孔30が形成されている。また、加工前部品61は、内部に空洞部10を有している。孔30は、開口22から空洞部10まで貫通している。加工前部品61には、複数の孔30が設けられてもよい。加工前部品61は、中心軸C1を有する円筒形状でもよいし、孔30は、中心軸C1を始点とし、中心軸C1に直交する加工前部品61の径方向の中心軸C2を有してもよい。
次に、図6のステップS12に示すように、レーザピーニング加工工程を実施する。レーザピーニング加工工程は、外面21に開口22を有する孔30が形成された加工前部品61の孔30の内壁32に対して、流体55中でレーザ光40を照射することにより、レーザピーニング加工を施す工程である。レーザピーニング加工工程を説明するために、まず、レーザピーニング加工装置を説明する。その後、レーザピーニング加工装置を用いたレーザピーニング加工の詳細を説明する。
次に、レーザピーニング加工の詳細を説明する。図8は、実施形態1に係るレーザピーニング加工工程を例示したフローチャート図である。まず、図8のステップS21に示すように、加工前部品61を流体55中に配置させる。具体的には、加工前部品61を流体55が充填された水槽51の内部に配置させる。そして、ステージ54を制御して加工前部品61を適切な位置に配置させる。
本実施形態の部品1の製造方法は、レーザピーニング加工工程を備えている。よって、部品1の孔30の内壁32に圧縮残留応力を付与し、部品1の強度を向上させることができる。
次に、実施形態1の変形例を説明する。本変形例のレーザピーニング加工装置は、ポンプを備えている。まず、変形例で用いられるレーザピーニング加工装置を説明する。その後、変形例のレーザピーニング加工工程を説明する。
本変形例では、レーザピーニング加工により発生した気泡等を、照射箇所から中心軸C2方向に沿って移動させることができる。これにより、気泡等がレーザ光40の光路に入ることを抑制することができる。
次に、実施形態2を説明する。図13は、実施形態2に係る部品の製造方法を例示した図である。図13に示すように、本実施形態の加工前部品62は、複数の孔30を有している。そして、流体55の流れを形成する際に、レーザ光40が照射される孔30a以外の少なくとも一つの孔30cをマスクする。
本実施形態によれば、複数の孔30を有する加工前部品62に対して、レーザピーニング加工を施す場合に、少なくとも一つの孔30cからのポンプ56による流体エネルギーの損失を低減することができる。ポンプ56による空洞部10内の圧力が逃げないように、孔30cをマスクしている。よって、ポンプ56の効率を向上させ、ポンプ56を小型化することができる。この他の効果は、実施形態1及び変形例の記載に含まれている。
次に、実施形態3を説明する。本実施形態は、孔30の内壁32に対してレーザ光40を照射させる際に、レーザ光40のスポットの間隔を空けて照射する。図14は、実施形態3に係るレーザピーニング加工におけるレーザ光40のスポットの位置を例示した図であり、図15は、比較例に係るレーザピーニング加工におけるレーザ光40のスポットの位置を例示した図である。
本実施形態では、直前に照射したスポットの位置と重ならないように、レーザ光40を照射させている。よって、直前に照射したスポットから発生した気泡等が移動する時間を確保することができる。これにより、レーザ光40と気泡等とが干渉することを抑制することができる。
次に、実施形態4を説明する。本実施形態は、レーザ光40を照射させる際に、内面31に照射されるレーザ光40のスポット径等の照射条件を、孔30の周方向71において変化させるものである。まず、本実施形態の部品4を説明する。その後、本実施形態のレーザピーニング加工工程を説明する。
本実施形態によれば、部品4に発生する引張応力に対抗するように、圧縮残留応力を付与することができるので、部品4の強度を向上させることができる。また、引張応力が大きくならない内壁32の部分に対しては、比較的小さな圧縮残留応力を付与するか、または、レーザピーニング加工を省くことにより、レーザピーニング加工に要する時間を短縮することができる。その他の効果は、実施形態1及び変形例、実施形態2〜3の記載に含まれている。
前記レーザピーニング加工工程は、
前記加工前部品を前記流体中に配置させるステップと、
前記孔の内面における前記レーザ光の照射箇所を設定するステップと、
前記流体中において、前記外面側から前記開口を通して前記照射箇所に前記レーザ光を照射させるステップと、
を有し、
前記レーザ光の照射箇所を設定するステップにおいて、
前記レーザ光の複数のスポットの位置が、前記内面において部分的に重なり、かつ、所定量ずらして前記孔の周方向に沿って配置されるように前記照射箇所を設定し、
前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
設定された各前記スポットの位置に前記レーザ光を照射させる際に、直前に照射された前記スポットの位置と重ならない前記スポットの位置に前記レーザ光を照射させる、
部品の製造方法。
前記レーザピーニング加工工程は、
前記加工前部品を前記流体中に配置させるステップと、
前記孔の内面における前記レーザ光の照射箇所を設定するステップと、
前記流体中において、前記外面側から前記開口を通して前記照射箇所に前記レーザ光を照射させるステップと、
を有し、
前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
前記内面に照射される前記レーザ光の照射条件を、前記孔の周方向において、変化させる、
部品の製造方法。
10 空洞部
11 内面
21 外面
22 開口
23 一端
24 他端
30 孔
31 内面
32 内壁
33、34 高引張部分
35、36 低引張部分
39 マスク
40 レーザ光
41、42,43、44、45、46 スポット
50、50a レーザピーニング加工装置
51 水槽
52 レーザ発振機
53 光学部材
54 ステージ
55 流体
56 ポンプ
57 プラズマ
58 水圧
59 圧縮残留応力
61、62 加工前部品
71 周方向
81 一方の径方向
82 一方の周方向
BL1、B2、B3 処理
C1、C2 中心軸
C3 光軸
Claims (9)
- 外面に開口を有する孔が形成された加工前部品の前記孔の内壁に対して、流体中でレーザ光を照射することにより、レーザピーニング加工を施すレーザピーニング加工工程を備えた部品の製造方法であって、
前記レーザピーニング加工工程は、
前記加工前部品を前記流体中に配置させるステップと、
前記レーザピーニング加工によって発生する気泡が前記孔に沿って流れるように前記流体の流れを形成するステップと、
前記孔の内面における前記レーザ光の照射箇所を設定するステップと、
前記流れが形成された前記流体中において、前記外面側から前記開口を通して前記照射箇所に前記レーザ光を照射させるステップと、
を有し、
前記加工前部品は、内部に空洞部を有し、
前記孔は、前記開口から前記空洞部まで貫通し、
前記流体の流れを形成するステップにおいて、
前記流体の流れを、前記外面側から前記空洞部へ向かうようにする、
部品の製造方法。 - 前記加工前部品には、複数の前記孔が設けられ、
前記流体の流れを形成するステップにおいて、
前記流体を吸引するポンプを前記空洞部に接続し、
前記レーザ光が照射される前記孔以外の少なくとも1つの前記孔をマスクする、
請求項1に記載の部品の製造方法。 - 前記レーザ光の照射箇所を設定するステップにおいて、
前記レーザ光の複数のスポットの位置が、前記内面において部分的に重なり、かつ、所定量ずらして前記孔の周方向に沿って配置されるように前記照射箇所を設定し、
前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
設定された各前記スポットの位置に前記レーザ光を照射させる際に、直前に照射された前記スポットの位置と重ならない前記スポットの位置に前記レーザ光を照射させる、
請求項1または2に記載の部品の製造方法。 - 前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
前記内面に照射させる前記レーザ光の照射条件を、前記孔の周方向において、変化させる、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の部品の製造方法。 - 前記加工前部品は、内部に空洞部を有する円筒形状であり、
前記孔は、前記開口から前記空洞部まで貫通し、
前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
前記照射条件を、前記孔の周方向において、周期的に変化させる、
請求項4に記載の部品の製造方法。 - 前記加工前部品は、第1中心軸を有し、
前記孔は、前記第1中心軸を始点とし前記第1中心軸に直交する前記加工前部品の径方向の第2中心軸を有し、
前記レーザ光を照射させるステップにおいて、
前記第2中心軸を始点とし前記第2中心軸に直交する前記孔の径方向のうち、前記第1中心軸に平行な一方の径方向から、前記孔の一方の周方向へ、45[°]及び225[°]の回転角度をなす径方向の前記内壁の部分の圧縮残留応力が、前記一方の径方向から、前記一方の周方向へ、135[°]及び315[°]の回転角度をなす前記径方向の前記内壁の部分よりも、大きくなるように、前記照射条件を変化させる、
請求項5に記載の部品の製造方法。 - 外面に開口を有する孔が形成された部品であって、
前記孔の内壁における前記孔の内面近傍から所定の深さまで連続して圧縮残留応力が減少する領域を有する部品。 - 内部に空洞部を有する円筒形状の前記部品であって、
前記孔は、前記開口から前記空洞部まで貫通し、
前記内壁の前記圧縮残留応力の大きさは、前記孔の周方向において、周期的に変化するような分布である、
請求項7に記載の部品。 - 第1中心軸を有する前記部品であって、
前記孔は、前記第1中心軸を始点とし前記第1中心軸に直交する前記部品の径方向の第2中心軸を有し、
前記第2中心軸を始点とし前記第2中心軸に直交する前記孔の径方向のうち、前記第1中心軸に平行な一方の径方向から、前記孔の一方の周方向へ、45[°]及び225[°]の回転角度をなす径方向の前記内壁の部分における前記圧縮残留応力は、前記一方の径方向から、前記一方の周方向へ、135[°]及び315[°]の回転角度をなす前記径方向の前記内壁の部分における前記圧縮残留応力よりも大きい、
請求項8に記載の部品。
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