JPH024655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シヨツトピーニング方法及び装置に
係り、更に詳細にはシヨツトが重力により加速さ
れるシヨツトピーニング方法及び装置に係る。

本発明は製造規模にて加工片に残留表面応力及
び制御された表面性状又は仕上げ面を付与するこ
とに関するものである。第１図に示されている如
きガスタービンエンジン用のエーロフオイルの如
き加工片に対し良好な仕上げ面及び圧縮表面応力
を与えることは特に重要である。一般にエーロフ
オイルは湾曲した表面２０と、薄い縁部１９及び
１９′と、肩部２６（プラツトフオームとも呼ば
れる）とを有している。エーロフオイルがシヨツ
トの流れに対し適正に配置されなければ、エーロ
フオイルを容易に且一様にピーニングすることは
できない。シヨツトは加工片に対するピーニング
が有効に行なわれるためには、大きい衝突角度に
て加工片の表面に衝突しなければならない。従来
エーロフオイル加工片は主に空気圧式又はインペ
ラ型の機械内にてピーニングされていた。かかる
機械は本願の発明者により出願された共同未決米
国特許出願に記載されている如き仕上げ面を得る
に必要な一様なシヨツト速度を与えるようには構
成されていない。しかし特に空気圧式のシヨツト
ピーニング機の場合には、シヨツトは種々の方向
にて加工片に衝突せしめられ、この意味で空気圧
式のシヨツトピーニング機は優れている。

重力によるピーニングは、シヨツトが重力加速
度の下で自由落下し得るような状態で行なわれる
方法である。重力によりシヨツトピーニングを行
なうための一つの機械が米国特許第937180号に記
載されている。この米国特許に於ては、鋼球が漏
斗形の孔より落下され、鋼球の流量は孔の最下部
に設けられた摺動カバーにより制御されるように
なつている。また米国特許第4067240号には上述
の米国特許に記載された装置と同様の装置が記載
されており、この装置に於ては漏斗形構造体内に
於けるシヨツトのレベルがオーバフローチユーブ
により一定に維持されるようになつている。また
米国特許第3705511号には、シヨツトが或る高さ
の位置に上昇された後、傾斜平面を転動降下し、
その縁部より発射され、加工片上に自由に落下し
得るよう構成された装置が記載されている。

勿論ホツパ内の或る質量のシヨツトは或る程度
液体と同様に挙動する。従つて漏斗形のホツパに
於ては、シヨツトの発射速度はシヨツトの大きさ
及びホツパ内に於けるシヨツトの高さに依存す
る。前述の米国特許第3705511号の場合の如く、
ホツパが省略されれば、傾斜板によりシヨツトに
はかなり大きい水平方向の速度成分が与えられ、
従つてシヨツトは曲線経路に沿つて落下する。本
発明の方法に於ては、シヨツトの方向及び速度は
従来技術の装置により得られる場合よりもより厳
格に制御されなければならない。更に従来の全て
の重力式のピーニング装置は平坦なシート材のピ
ーニングに対してのみ適したものであり、またそ
のようなピーニングに対してのみ適用されるもの
である。ガスタービンエンジンのエーロフオイル
の如きより複雑な形状の加工片に対し一様なピー
ニングを行なう必要がある場合には、より一層改
良されたピーニング装置が必要とされる。かかる
複雑な形状の加工片の場合には、それらがただ単
に従来のピーニング装置内に静的に配置される場
合には、それらを所要の精度にてピーニングし、
表面仕上げすることはできない。

本発明の目的は、加工片、特にガスタービンエ
ンジンのエーロフオイルの如き不規則で比較的脆
弱な外形を有する加工片に対し一様な圧縮応力及
び平滑な表面を付与するためのシヨツトピーニン
グ方法及び装置を提供することである。

本発明によれば、まず非常に小さく且均一な初
速にてシヨツトを発射し、次いでそのシヨツトを
重力加速度により或る一様な高速度にまで加速す
ることにより、包囲体内に実質的に平行なシヨツ
トの流れが創成される。シヨツトは加工片に衝突
した後、包囲体の最下部に落下し、その部分に於
て収集され、その元の入口点まで戻される。

シヨツトは戻されたシヨツトの速度を低減し且
所望の低い垂直方向の初速を与えるゲートを経て
包囲体内に導入される。ゲートはそれに設けられ
た複数個の放出点より発射するシヨツトに小さい
横方向の速度成分を付与する平坦な有孔板である
ことが好ましい。かくして加工片保持ゾーン内の
有孔板の下方短距離の領域にシヨツトの一様な流
れパターンが形成され、加工片はその一様なシヨ
ツトの流れ内の横方向平面内に配置され、良好な
ピーニングを受ける。シヨツトの正確な速度パラ
メータ及び一様な流れ分布を与えることのできる
好ましいゲートは有孔板である。一つの実施例に
於ては、シヨツトピーニング装置には均一な質量
流量を与えることのできる範囲内にて一つの有効
板上に於けるシヨツトの蓄積高さを一定に維持す
る装置が設けられる。他の一つの実施例に於て
は、一連の互いにオフセツトされた有孔板が使用
され、それらの有孔板はシヨツトが通過しなけれ
ばならないラビリンスを構成するよう配列され
る。何れの型式のゲートもシヨツトに対し一様で
低い初速を与えるものであることが解つている。
これらのゲートは、１〜2.5mmの範囲の平均直径
を有する厳格に所定の寸法に形成されたシヨツト
との組合せにより、加工片に衝突する際に於ける
シヨツトのエネルギを約±25％の範囲内に均一化
することができるものである。かかるエネルギの
均一化は従来技術の装置によつては達成されない
ものであり、加工片の表面を30AA（数学的平均
値）又はそれ以上程度に平滑化し且0.13mm又はそ
れ以上の深さに亙り圧縮応力を付与する上で必要
なものである。

加工片の表面に於けるシヨツトの速度はそのシ
ヨツトが落下する際の高さに依存し、シヨツトの
速度はゲートを垂直方向に再位置決めすることに
よつて変化される。ゲートにより与えられる垂直
方向の初速は上述の如く小さく、典型的な衝撃速
度の約１〜３％である。本発明による装置によれ
ば、2.5〜12m/sの範囲にて衝撃速度が与えられ、
また衝撃速度は少なくとも約±４％の範囲内にて
一様である。必然的に生じるシヨツトの横方向の
初速成分は小さく、0.1m/s程度である。従つて
シヨツトが加工片に衝突する際に於ける垂直方向
の速度に比べれば無視し得る程小さい値であり、
シヨツトは実質的に平行な流線経路に沿つて移動
し、このことにより一様な表面仕上げ及び圧縮応
力を得るために特殊な注意が払われなければなら
ない外形及び脆弱な部分又は領域を有する加工片
に対し精密なピーニングを行なうことが可能とさ
れる。

包囲体内に運動可能に装着された加工片ホール
ダにより、加工片の表面がシヨツトの流線に対し
横方向に延在するよう加工片が位置決めされる。
加工片ホールダはピーニング中に加工片をその軸
線の周りに往復角運動させ得るよう構成されてい
る。かかる加工片の往復角運動によりエーロフオ
イルに似た種々の特徴を有する比較的複雑な形状
を有する加工片を一様に表面仕上げすることがで
きる。またこのことにより或る複雑な外形を有す
る加工片の表面全体に亙りその表面を一様に仕上
げることができる。これに対し加工片の往復角運
動が行なわれない場合には、シヨツトの衝突角度
及びピーニングにより得られる圧縮応力は一様で
はなくなる。加工片がただ単に回転されるよう構
成されたピーニング装置の場合と異なり、加工片
の往復角運動が行なわれることにより、比較的脆
弱な縁部などに対しシヨツトが衝突することが回
避される。

エーロフオイル型加工片の表面を仕上げる本発
明の一つの実施例に於ては、加工片ホールダの角
度、従つてシヨツトの流線に対する加工片の長手
方向軸線の角度を変化させることができる。かく
してエーロフオイルの如き物品がピーニングされ
る場合には、肩部などが存在する領域に於てもそ
の表面を一様に仕上げることができる。

かくして好ましい実施例に於ては、エーロフオ
イル加工片の三種類の回転、即ち加工片の長手方
向軸線の周りの往復角運動、加工片の長手方向軸
線の周りの回転、加工片の長手方向軸線の枢動が
可能である。加工片がガスタービンエンジンのエ
ーロフオイルの如く脆弱な表面（縁部）と二つの
ピーニングされるべき側面とを有するものである
場合には、シヨツトが加工片に衝突する前にシヨ
ツトの流れを遮断すべく偏向板が使用される。か
くしてシヨツトの流れが遮断されると、シヨツト
が脆弱な表面を損傷するであろうシヨツトの衝突
を伴なうことなく加工片を再位置決めすることが
できる。この偏向板によれば、ゲートを通過する
シヨツトの流れを停止させる必要がない。かくし
て偏向板が再度開かれると、すぐに定常的なピー
ニングが回復される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

本願と同日付にて本願出願人により出願された
特願昭57−157945号に記載された方法によれば、
加工片に平滑な仕上げ面及び一様な残留応力が与
えられる。この方法に於ては、実質的に一様な直
径及びエネルギを有する直径１〜2.5mmの硬化さ
れた鋼球が加工片上に衝突せしめられる。

本発明の装置は、ガスタービンエンジンの圧縮
機に使用されるエーロフオイル型構成要素に対し
シヨツトピーニングを行なうよう構成されてい
る。第１図に一つの上述の如き典型的な部材１８
が図示されている。この部材１８はエーロフオイ
ルセクシヨン２０とルートセクシヨン２２とより
なつている。エーロフオイルセクシヨン２０とプ
ラツトフオーム２６即ちルートセクシヨン２２の
上面との間には遷移条片部２４が設けられてい
る。ルートセクシヨン２２はガスタービンエンジ
ンの他の構成要素内に保持され得るようテーパが
施されている。エーロフオイルセクシヨン２０は
湾曲形状を有し、また薄いリーデイングエツジ１
９とトレーリングエツジ１９′とを有している。
エーロフオイルセクシヨン２０の互いに対向する
側面は互いに僅かに異なつた曲率を有している。
エーロフオイルセクシヨン２０の主軸線、即ち長
手方向軸線２７はその長手方向に延在している。
プラツトフオーム２６はエーロフオイルセクシヨ
ン２０の表面の一般平面に対し90゜に近い角度を
なしている。部材１８は、それが適正に機能し且
疲労に対し抵抗するためには、エーロフオイルセ
クシヨン２０及び遷移条片部２４の表面に全体に
亙つて一様にシヨツトピーニングが行なわれなけ
ればならない。本発明の装置はかかるシヨツトピ
ーニングを行なうよう構成されている。

第２図は包囲体２８内に装着されたエーロフオ
イル型の加工片を示す本発明による装置の縦断面
図である。作動に於ては、1.8mmの一様な直径を
有する硬鋼球の如き鋼製シヨツトが或る高さの位
置より落下し、流線３１に沿つて移動することに
より加工片１８に衝突する。包囲体２８の底部３
２は衝突した後のシヨツトを受け、シヨツトピー
ニング装置上方の或る高さの位置までそのシヨツ
トを持上げるよう構成されたバケツトエレベータ
３４の底部まで搬送するよう構成されている。バ
ケツトエレベータ３４の吐出シユート３６は包囲
体２８の最上部に装着された上室３８に接続され
ている。上室３８内には有孔板の如きゲート４０
が配置されており、鋼製シヨツトは包囲体２８内
に進入するためにはゲート４０を通過しなければ
ならないようになつている。ゲート４０の機能
は、シヨツトの速度を実質的に０とし、またしか
る後比較的低い速度にてシヨツトが放出されるよ
うにすることである。このゲート４０の詳細な点
については後に説明する。上室３８にはシヨツト
がゲート４０を通過するのを補助すべくバイブレ
ータ４２が取付けられていてよい（但し大抵の場
合バイブレータは必要ではない）。ゲート４０は
加工片１８の垂直上方に装着されており、加工片
１８がそのゲートより放出されるシヨツトにより
一様に覆われる大きさに形成されている。或いは
比較的小さいゲートの下方にて加工片を横方向に
往復運動させる装置が使用されてもよい。ゲート
４０は垂直方向に移動し得るようになつており、
これによりシヨツトが加工片に衝突する際に有す
る運動エネルギを変化さ得るよう、ゲート４０の
下面と加工片との間の自由落下距離を変化させ得
るようになつている。

包囲体２８の上方部分内には偏向板４４が装着
されている。偏向板４４は枢軸４５上に枢動可能
に装着されており、これにより流路内にて加工片
へ向けて落下するシヨツトを遮断すべくシヨツト
の流線３１を横切るよう枢動されるようになつて
いる。偏向板４４は、それが使用されることが必
要な時には、シリンダ４６の如きアクチユエータ
により駆動される。偏向板４４が第２図に於て仮
想線にて示されている如きその作動位置にある時
には、シヨツトは同じく仮想線にて示されている
如く偏向され、これによりシヨツトは流線３１に
沿つて加工片１８へ向けて移動するのではなく、
加工片には接触しない経路を辿つて落下する。勿
論偏向板４４は他の種々の構成のものであつてよ
く、またシヨツトが包囲体２８内を通過するので
はなく他の経路を経てバケツトエレベータ３４の
底部へ移動するよう構成されてよい。偏向板４４
を作動させても、ただ単に摺動部材がゲートの孔
を塞ぐようになつている場合に発生するであろう
如きゲート上にシヨツトが停滞するようなことは
起らない。このことは加工片に対しシヨツトピー
ニングが行なわれることが停止される必要がある
場合に、ゲート上又はゲートの下方にシヨツトが
或る高さに蓄積することを回避する上で有用であ
る。上述の摺動部材の如き偏向板以外の他の偏向
手段が採用される場合には、偏向手段（又はこれ
と同様の装置）の作動が停止されても、加工片へ
向けてゲートより最初に放出されるシヨツトは、
定常運転状態にあるシヨツトピーニング装置によ
りシヨツトに与えられるエネルギ及び速度と同一
のエネルギ及び速度を有してはいない。即ちその
シヨツトのエネルギ及び速度は定常運転状態に於
けるシヨツトのエネルギ及び速度よりもかるかに
小さい。本発明による装置によれば、加工片に衝
突するシヨツトは偏向板４４の作動、非作動に拘
らず常にゲート４０により与えられる一様なエネ
ルギを有している。

第３図は本発明によるシヨツトピーニング装置
の他の詳細な点を示している。加工片１８はその
ルートセクシヨン２２にて、軸受５２内に装着さ
れた回転軸５０に取付けられたホールダ４８内に
装着されている。軸受５２は加工片保持機構の主
ブラケツト５４内に保持されている。ブラケツト
５４はシリンダ５６が作動されると、その枢軸５
８の周りに枢動し得るようになつている。かくし
てブラケツト５４が時計廻り方向又は反時計廻り
方向へ枢動されると、シヨツトの流線３１と回転
軸５０（及び加工片１８の長手方向軸線２７）と
の間の角度が変化される。加工片１８は第５図に
於てはその長手方向軸線２７が反時計廻り方向へ
枢動された状態の位置にて図示されている。この
第５図より、回転軸５０が上述の如く反時計廻り
方向へ枢動されるので、エーロフオイルセクシヨ
ン２０の表面に対するシヨツトの衝突角度Ｃは低
減されるが、プラツトフオーム２６の表面に対す
る衝突角度は増大されることが解る（尚衝突角度
は加工片の表面とシヨツトの流線３１との間の
90゜よりも小さい方の角度として定義される）。ブ
ラケツト５４が枢動されると、回転軸５０は上下
動する。シヨツトが包囲体２８外へ出ることを阻
止すべく、摺動板６０が回転軸５０を囲繞してお
り、包囲体２８の側壁に設けられた孔６１に沿つ
て上下動するようになつている。

上述の共同未決米国特許出願に記載されている
如く、加工片に対するシヨツトの衝突角度は通常
±20゜の範囲内にて変化されるが、場合よつては
45゜までの比較的大きい枢動角度が好ましい場合
がある。実際には条片部２４やプラツトフオーム
２６の如き特定の領域を充分にピーニングする必
要がある場合にのみ、シヨツトの衝突角度を大き
く変化させることが必要とされる。回転軸５０の
枢動角度が大きい場合には、エーロフオイルセク
シヨン２０に対するシヨツトの衝突角度が小さく
なり、エーロフオイルセクシヨンの表面に対し効
率的なシヨツトピーニングが行なわれなくなつて
しまう。

第２図に示されている如く、本発明によるシヨ
ツトピーニング装置によれば、回転軸５０を回転
させることにより、加工片１８はその長手方向軸
線２７の周りに回転される。この加工片の回転運
動には２種類ある。即ち第３図及び第４図に示さ
れた偏心駆動系により与えられる往復角運動と、
加工片を完全に回転させ得る一体的な回転とであ
る。加工片の揺動については、モータ６２が偏心
アーム６４を駆動し、その偏心アーム６４がピン
６５を介してリンク６６を揺動させる。リンク６
６はその揺動運動を回転軸５０に締結されたカラ
ー６８へピン６９を介して伝達する。かくして加
工片１８のその長手方向軸線２７の周りの往復角
運動が行なわれる。この場合ピン６５及び６９か
らそれぞれの回転中心までの距離を変化させるこ
とにより、往復角運動の振幅を変化させることが
できる。回転軸５０及び加工片１８の第二の回転
は、回転軸５０をカラー６８に係合させることに
よつて容易に行なわれる。第４図より、回転軸５
０は設定ねじ７１により、回転軸が嵌入するカラ
ー６８に固定されている。回転軸５０には互いに
180゜隔置された位置にて二つの係止部７３が設け
られている。かくして設定ねじ７１を弛め回転軸
５０を180゜回転させることにより、加工片１８の
反対側の面をシヨツトの流線３１に曝すことがで
きる。従つて、作動に於ては、エーロフオイルセ
クシヨン２０の所定の形状に形成された表面をシ
ヨツトの流線３１に適正に曝すよう、モータ６２
が加工片１８をその長手方向軸線２７の周りに往
復角運動させ、加工片１８の一方の側に対し充分
なピーニングが行なわれると、モータ６２が停止
され、加工片の反対側が流線３１に曝されるよ
う、回転軸５０及びそれに取付けられた加工片が
180゜回転され、しかる後加工片の往復角運動及び
ピーニングが再度開始される。勿論他の機構によ
り上述の二つの種類の回転運動が行なわれてもよ
い。

再度ゲート４０について説明する。第２図は円
形孔を有する有孔板の如き単純なオリフイス板を
示している。また円形孔を有する有孔板７６にて
形成されたかかるデザインのゲート４０ａが第６
図及び第７図に図示されている。勿論孔７８はシ
ヨツトの直径よりも大きいものでなければならな
い。直径が1.8mmであるシヨツトについては、直
径が約６mmの円形孔を有し、孔の中心間距離が
7.5〜９mmであり、孔面積が59％である有孔板が
使用された。また有効である他の一つの有孔板は
直径が3.9mmの孔を有し、中心間距離が4.7mmであ
り、孔面積が62％のものである。

一つの有孔板が使用され、バケツトエレベータ
３４により供給されるシヨツトの流量がゲート４
０を通過し得る流量以下である場合には、シヨツ
トの中には有孔板に衝突することなく直接有孔板
の孔を通過するものが存在する。このことは、ゲ
ート４０より放出されたシヨツトがかなり大きい
初速を有していることを意味している。このこと
は加工片に衝突する際のシヨツトのエネルギが変
化することとなるので好ましくない。前述の特願
昭57−157945号には、加工片の表面仕上げ及び圧
縮応力がシヨツトの質量及び速度に依存している
ことが記載されている。飽和時間を予測し得るこ
とは加工片に対し完全なピーニングを行なう上で
重要である。或与えられたシヨツトの質量及び速
度に対する飽和時間は質量流量に依存する。従つ
てゲートはシヨツトの一様な流れを与え得るもの
でなければならない。

かかる理由から、本発明による装置のゲートは
それを通過する全てのシヨツトの速度を低減し、
シヨツトに小さく且比較的均一な放出速度を与え
るようになつている。一つの有孔板へ至るシヨツ
トの流量がゲートを通過するシヨツトの流量以上
である場合に於て上述の機能を達成する一つの方
法は、第１０図に示されている如く、オーバフロ
ーのための設備を設けることである。かくして有
孔板上に蓄積されるシヨツトの高さＨは一定に維
持される。本発明に於けるシヨツトの大きさに関
しては、シヨツトの蓄積高さＨが約10cm以上のレ
ベルに維持されることが重要である。実験によれ
ば、上述の直径６mmの孔を有する有孔板の如き一
つの有孔板を通過する直径1.8mmのシヨツトの流
量は、蓄積高さＨが或る小さい値以下に低下する
と、大きく増大することが解つている。また蓄積
高さＨが大きくなれば、シヨツトの充填密度及び
シヨツトの移動に対する抵抗が増大する。10〜30
cmの範囲で蓄積高さＨが10cm以上であれば、その
蓄積高さは上述のシヨツト及び有孔板について
は、シヨツトの流量に殆ど影響しない。

シヨツトの初速を小さくする他の一つの方法
は、第８図及び第９図に示されている如きラビリ
ンス又は段階式のゲートを使用することである。
ゲート４０ｂは一連の五つの互いに隔置された有
孔板８０〜８４を有しており、各有孔板は互いに
距離Ａだけオフセツトされている。有孔板に形成
された孔８５の大きさは使用される特定のシヨツ
トの大きさに応じて変化されてよい。直径1.8mm
のシヨツトについては、直径12mmの孔が適当であ
る。孔の中心は15〜22mm隔置されており、有孔板
の孔面積は36％である。有孔板の板厚は1.5mmで
あり、距離Ｔ（約６mm）だけ互いに上下方向に隔
置されている。ゲート全体としての厚さは約32mm
である。オフセツト距離Ａは約４mmである。オフ
セツト距離及びオフセツト方向は図示のものとは
異なつていてよいが、如何なる場合にもシヨツト
が有孔板に衝突せずにその孔を通過するのではな
く、何れかの有孔板に衝突してジグザグ状に流れ
ることが確保されなければならない。このことを
達成する上で、有孔板の数やその間隔及び大きさ
が或る程度変化されてよい。以上に於ては円形孔
を有する有孔板について説明したが、他の形状の
孔を有する有孔板によつても上述の目的が達成さ
れることは明らかである。

段階式のゲート４０ｂは第一の有孔板、即ち最
も上の有孔板上に蓄積したシヨツトの高さに対し
てはそれほど敏感ではない（尤も蓄積高さは０で
あることが一般には好ましい）。このことは、バ
ケツトエレベータ３４のシヨツト搬送能力をゲー
ト４０ｂを通過し得るシヨツトの流量以下とする
ことによつて達成される。図面より明らかである
如く、シヨツトは段階状のゲート４０ｂを直接
（有孔板に衝突することなく）通過することはで
きない。シヨツトは三つの有孔板８２，８３，８
４のうちの少なくとも一つの有孔板に衝突するは
ずであり、これによりその垂直方向の運動速度が
０とされる。また最も下の有孔板８４上に落下し
該有孔板を通過するシヨツトは必然的に横方向の
速度成分を有することは明らかである。一つの有
孔板を使用する場合に於ても、シヨツトは有孔板
の孔のない部分を横切つて横方向に移動し、しか
る後孔を通過するので、有孔板を通過するシヨツ
トは横方向の速度成分を有している。シヨツトに
小さい横方向の速度成分を与えられることは重要
である。シヨツトの流れパターンが一様である場
合には、シヨツトが一連の漏斗より放出される場
合や、シヨツトが加工片よも小さい流路断面にて
放出される場合の如く加工片をシヨツトの流れ内
にて往復動させる必要はなく、加工片を往復動さ
せなくても加工片を一様にシヨツトピーニングす
ることができる。本発明の装置の実際の構造に於
ては、加工片保持ゾーンは約0.15×1.5ｍであり、
第３図に示されている如き要領にて20個の加工片
としてのブレードを横に並べて保持し得るもので
ある。かかる加工片保持ゾーン内に於ては、その
加工片保持ゾーンに等しい水平面積を有するゲー
トによつて、一様なシヨツトの流れが形成されな
ければならない。

本願発明者等が行なつた計算及び観察結果によ
れば、シヨツトの中心がゲートの下端平面を通過
する際に於ける以下に述べるシヨツトの初速は約
0.22〜0.53m/sの範囲にて変化する。注意深く観
察した結果によれば、上述の直径６mmの孔を有す
る有孔板の別の孔より発射した直径1.8mmのシヨ
ツトは、第６図に示されている如く、有孔板の下
方約0.125ｍの位置に於て互いに接触する。この
ことはシヨツトが約0.08m/sの横方向の速度を有
していることを示している。シヨツトの横方向の
初速はその垂直方向の初速の15〜35％であるが、
シヨツトが加工片に衝突する際（シヨツトの速度
は2.4〜7.8m/s程度である）には、シヨツトの横
方向の速度成分はシヨツトの垂直方向の速度の約
１〜３％でしかなく（横方向の速度成分は変化し
ないものと仮定した場合）、従つてシヨツトの横
方向の速度は無視し得るものであり、シヨツトは
それぞれ互いに実質的に平行な経路に沿つて落下
しているものとみなされてよい。

本発明に於て使用される鋼製シヨツトは１〜
2.5mmの範囲の直径を有している。コスト及び入
手性を考慮して、平均寸法の約±0.05mmの範囲の
シヨツトが使用される。直径が１〜2.5mmのシヨ
ツトの体積は0.52〜8.2×10^-9m³の範囲にあり、そ
の質量は４〜64×10^-3ｇの範囲にある。またシヨ
ツトの質量は、シヨツトの直径の寸法公差が上述
の如く厳しいにも拘らず、その平均直径に応じて
約±17％までの範囲にて変化する。それでもなお
シヨツトの質量の公差は厳格に守られなければな
らない。

本発明の装置が使用される場合に於けるシヨツ
トの流量は加工片保持ゾーンの単位面積当り80〜
110Kg/sec/m²程度であり、かかる流量はシヨツト
のピーニング強度、シヨツトの大きさなどに応じ
て60〜600秒程度の飽和時間とする上で有効であ
る。

ゲートと加工片との間の間隔、即ち落下高さｈ
は良く知られた関係式v²＝2ghに従つて、シヨツ
トの速度ｖを決定する。第１１図は本発明に於け
るシヨツトの速度ｖと落下高さｈとの関係を示す
グラフである。或る与えられたピーニング強度を
得るためには、シヨツトの大きさが小さくなれば
なるほど落下高さは大きいものでなければならな
い。何故ならば、ピーニング強度は加工片に衝突
する際のシヨツトの運動エネルギの関数であるか
らである。本発明の方法による表面仕上げに於て
は、本願の優先権主張の基礎となつている米国特
許出願と同日付にて出願された共同未決米国特許
出願に記載されている如く、比較的大きなシヨツ
ト及び比較的小さいピーニング強度が採用され
る。シヨツトの大きさが大きいということは、適
度に低いピーニング強度が採用される場合には、
ゲートが加工片に比較的近接して配置されなけれ
ばならないことを意味する。

何れの場合にも、実際には限度がある。ゲート
と加工片との間の間隔は、それが大き過ぎるとシ
ヨツトピーニング装置の大きさに関する限り実用
的ではなくなつてしまう。３〜６ｍ以上の落下高
さｈは実施不可能であるものとみなされる。また
ゲートと加工片との間の間隔が小さ過ぎる場合に
は、ゲートより放出されるシヨツトの速度の差及
び加工片の長手方向軸線が枢動されることにより
生じる加工片の高さの変化により、ピーニング強
度が大きく変化する。例えば落下高さｈが0.3ｍ
である場合には、0.2又は0.5m/sのシヨツトの初
速により発生される衝撃速度の変化は２％であ
り、落下高さｈが0.6ｍである場合には、衝撃速
度の変化は１％以下である。

第１１図に於て、シヨツトの初速の変化及び加
工片の落下高さの変化を考慮すれば、0.6ｍ以下
の落下高さｈは好ましくなく、0.3ｍ以下の落下
高さは回避される。かくして落下高さｈが0.3〜
６ｍの範囲にあれば、シヨツトの衝撃速度は約
0.25〜12m/sであり、落下高さｈが0.6〜３ｍの好
ましい範囲にあれば、シヨツトの衝撃速度は約
3.5〜８m/sとなる。上述の共同未決米国特許出
願に記載されている如く、上述の速度範囲は良好
なピーニング及び平滑化を行なう上で重要であ
る。

シヨツトの寸法公差の場合と同様、シヨツトの
衝突時に於ける速度は約±４％の範囲にて変化し
てよい（従つて衝突時に於けるエネルギに影響す
る速度の自乗は約±16％の範囲内である）。勿論
速度はシヨツトの大きさに依存し、本発明に於て
はゲートの特性及び落下高さによつてのみ影響を
受ける。

上述の質量及び速度の公差及び範囲に於ては、
本発明によれば0.2×10^-4〜12×10^-4J±25％の範
囲にて単位シヨツト衝撃エネルギが得られる。

以上の説明に於て本発明による装置の作動が既
に一部説明されている。要するに、加工片１８が
加工片保持ゾーン（加工片がそのホールダ４８内
にて運動し且シヨツトの衝撃を受ける領域として
定義される）内へ、主包囲体２８の側部に形成さ
れたドア（図示せず）を経て装入される。加工片
は、シヨツトの衝突角度が実験によりプラツトフ
オーム２６の如き表面を適正に仕上げるのに必要
であることが認められている角度となるよう位置
決めされる。加工片の長手方向軸線２７は衝突角
度を変化させるべくシヨツトピーニング中枢動さ
れてよい。しかし多くのエーロフオイルに於て
は、そのエーロフオイルセクシヨン及び条片部を
ピーニングするためには５〜15゜の範囲の或る一
定の角度で充分である。

エーロフオイルの往復角運動が開始される。典
型的には往復角運動の周期はエーロフオイルの一
方の側のピーニング時間が約２〜３分である場合
には、20サイクル／min程度である。往復角運動
の角度及び実施要領は、本願の優先権主張の基礎
となつている米国特許出願と同日付にて出願され
た共同未決米国特許出願（発明の名称「Method
of Peening Airfoils」）の記載内容に沿うもので
なければならない。典型的にはエーロフオイルは
±20゜の角度範囲に亙つて往復角運動される。

バケツトエレベータ３４が始動され、シヨツト
は上室３８へ搬送される。シヨツトはゲート４０
を通過し、加工片１８上に落下する。シヨツトの
流量は経済的な時間内にてシヨツトピーニングの
飽和を得るに必要とされる流量である。大き過ぎ
る流量は、加工片の表面より逸れんとするシヨツ
ト同志が相互に干渉することにより、加工片の中
央部に於けるシヨツトの密度が低下してシヨツト
が存在しない領域が形成されるので、回避されな
ければならない。

実験により加工片が所望の表面性状を得るよう
になることが解つている時点までシヨツトピーニ
ングが継続される。しかる後、偏向板４４が作動
されて加工片へ向けて流れるシヨツトの流れが停
止され、加工片はその反対側をシヨツトの流れに
曝すべくその元の位置より180゜長手方向軸線２８
の周りに迅速に回転される。シヨツトの流れはエ
ーロフオイルの脆弱な縁部１９及び１９′上にシ
ヨツトが衝突することを回避すべく、エーロフオ
イルの回転中にはそれに衝突しないよう偏向され
る。加工片の回転が終了すると、偏向板４４の作
動が停止され、シヨツトはその流線３１に沿つて
流れ始める。勿論上述の工程に於ては、偏向板４
４を使用する代りに、バケツトエレベータ３４が
停止されてもよく、その場合にもシヨツトの流れ
が停止される場合と同一の効果を得ることができ
る。しかし偏向板によれば、より迅速ではるかに
効率的に上述の操作を行なうことができ、また加
工片上にシヨツトが衝突すること及びそのことに
より加工片が損傷を受けることを回避することが
できる。偏向板は、上述の機能を果す限り、種々
の態様にて構成されてよく、また他の位置に配置
されてもよい。また本発明の方法を実施する際に
は、偏向板を完全に閉じてシヨツトの流れを停止
させることも可能である。このことによりゲート
の下方の偏向板上にシヨツトが蓄積せしめられ
る。この場合には偏向板が開かれる際には、蓄積
したシヨツトが加工片に直接衝突することなく落
下し且シヨツトの定常流れが回復されるよう、偏
向板はゆつくりと開かれる。かくして偏向板がゆ
つくりと開かれた後、該偏向板は完全に開かれ
る。

加工片の一方の側に対しシヨツトピーニングを
行なうために要した時間と同様の時間が経過した
後、シヨツトの流れが偏向板４４又はバケツトエ
レベータ３４を停止させることにより再度遮断さ
れる。次いで加工片がそのホールダより取り外さ
れ、次に処理されるべき新たな加工片が所定の位
置に挿入される。

以上の説明より、シヨツトがその速度を増大し
て加工片に近付くにつれて、シヨツトの小さい横
方向の速度成分はその大きさが相対的に減少し、
シヨツトは実質的に平行な流線に沿つて垂直に落
下することが理解されよう。本発明による装置が
直線状の流線に沿つて実質的に一様な速度にてシ
ヨツトを落下させるよう構成されていることは本
発明の装置を運転する上で非常に好ましいことで
ある。何故ならば、このことにより既知のエネル
ギが発生され、シヨツトの大きさが均一である場
合には均一なエネルギが発生されるからである。
上述の如く、重力はシヨツトを加速させるための
好ましい手段である。しかしシヨツトを一様に加
速する他の手段が排除されるものではなく、サン
ドスリンガの如き機械的装置や、特殊な態様に構
成された回転インペラ（市販のインペラ型の機械
に於ては一般には一様な速度を得ることができな
いことが知られている）や、磁気的装置なども使
用されてよい。

本発明の目的に従つて継続的に良好なシヨツト
ピーニングを行なうためには、本発明による装置
はシヨツトピーニング中にシヨツトを損傷するこ
とがないよう構成されなければならない。このこ
とを達成するめには、包囲体２８の内部部材には
シヨツト、特に加工片の近くを通過するシヨツト
の衝撃を緩和すべく、熱可塑性材料にてライニン
グされることが好ましい。またシヨツトを循環さ
せるバケツトエレベータ３４及び他の装置はシヨ
ツトに害を与えることがないよう構成されなけれ
ばならない。本発明の装置内に於て一様なシヨツ
トピーニングされることは、ピーニング強度を測
定するよう構成された適当な測定装置によりモニ
ターされてよい。本願の優先権主張の基礎となつ
ている米国特許出願と同日付にてDe Clark及び
Weberにより出願された米国特許出願（発明の名
称「Shot Peening Intensity Detector」）には、
大きな加工片ピーニングゾーン内の多数の点に於
けるシヨツトピーニングの強度を瞬間的にモニタ
ーするに適した装置が記載されており、この装置
は特に上述の本発明の装置との関連で使用される
のに有用なものである。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置内に於て処理される
典型的なエーロフオイル加工片を示す斜視図であ
る。第２図は主包囲体及びバケツトエレベータを
示す本発明による装置の縦断面図である。第３図
は第２図に示された装置を一部断面にて示す部分
側面図である。第４図は第３図に示された加工片
を往復角運動させるための装置を示す部分端面図
である。第５図は包囲体内にてシヨツトの流線を
横切つて装着され、衝突角度Ｃが90゜以下である
よう配置された加工片を示す解図である。第６図
は上室内に配置された単純な有孔板であるゲート
の部分縦断面図であり、シヨツトがゲートを離れ
る際のシヨツトのパターンを示している。第７図
は第６図に示されたゲートの一部を示す部分平面
図である。第８図は複数個の有孔板よりなるゲー
トを示す第６図と同様の部分縦断面図である。第
９図は第８図に示されたゲートの一部を示す部分
平面図である。第１０図はゲート上にシヨツトを
一定の高さに蓄積する上室を示す部分縦断面図で
ある。第１１図は落下高さｈとシヨツトの速度ｖ
との関係を示すグラフである。 １８……部材又は加工片、１９……リーデイン
グエツジ、１９′……トレーリングエツジ、２０
……エーロフオイルセクシヨン、２２……ルート
セクシヨン、２４……条片部、２６……プラツト
フオーム、２７……長手方向軸線、２８……包囲
体、３１……流線、３２……包囲体の底部、３４
……バケツトエレベータ、３６……吐出シユー
ト、３８……上室、４０……ゲート、４２……バ
イブレータ、４４……偏向板、４５……枢軸、４
６……シリンダ、４８……ホールダ、５０……回
転軸、５２……軸受、５４……ブラケツト、５６
……シリンダ、５８……枢軸、６０……摺動板、
６１……孔、６２……モータ、６４……偏心アー
ム、６５……ピン、６６……リンク、６８……カ
ラー、６９……ピン、７１……設定ねじ、７３…
…係止部、７６……有孔板、７８……孔、８０〜
８４……有孔板、８５……孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゲートより放出され流線に沿つて移動するシ
   ヨツトの実質的に平行な流れを使用して薄い縁部
   にて互いに出合う二つの表面を有する加工片に対
   しシヨツトピーニングを行なう方法にして、前記
   加工片の第一の表面を前記シヨツトの流れに露呈
   する工程と、前記ゲートより発射する前記シヨツ
   トをその流線より逸らす工程と、前記加工片の第
   二の表面を前記シヨツトの流れに露呈すべく前記
   加工片を再位置決めする工程とを含み、これによ
   り前記縁部が前記流線に沿つて移動する前記シヨ
   ツトに露呈されることにより傷付けられることも
   なく前記第一及び第二の表面をピーニングするこ
   とを特徴とする方法。 ２ 流線に沿つて移動するシヨツトを収容する包
   囲体と、前記シヨツトを再循環させる装置と、前
   記包囲体内に装着され加工片をシヨツトの流線に
   沿つてシヨツト保持ゾーン内に位置決めするホー
   ルダとよりなる加工片に対しシヨツトピーニング
   を行なうための装置にして、放出されたシヨツト
   が前記加工片へ向けて重力により加速されるよ
   う、前記加工片保持ゾーンの垂直上方に配置され
   た複数個の孔より低垂直方向速度にてシヨツトを
   前記包囲体内に放出する放出装置を含み、前記放
   出装置は複数個の位置より放出されたシヨツトが
   互いに出合つて実質的に一様な流れを形成し、こ
   れにより加工片を横方向に運動させなくても加工
   片がシヨツトにより一様に衝撃されるよう、シヨ
   ツトに小さい横方向の速度成分を与えるようにな
   つていることを特徴とする装置。