(57)【要約】【課題】コイルセンサを使用する場合に比べて、ショット粒子の検出精度を高くすること。【解決手段】流路部に供給するショット粒子（１５）の量を調整する調整装置（４）と、流路部に設けられ、ショット粒子を計測する計測装置（１１）であって、流路（１３）に向けて光を出力する投光器（１２）と投光器（１２）に対して流路（１３）を挟んで対向して配置されて流路（１３）を透過した光を受光する受光器（１４）とを有する計測装置（１１）と、計測装置（１１）で計測されたショット粒子（１５）の量に基づいて、流路（１３）を流れるショット粒子（１５）の量が予め定められた量になるように調整装置（４）を制御する制御部（Ｃ）と、を備えたショット加工装置（１）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショット粒子が収容された収容部と、
前記収容部に接続され、且つ、ショット粒子とショット粒子を搬送する気体とを含む混合流体が移送される流路が内部に形成された流路部と、
前記流路部に供給するショット粒子の量を調整する調整装置と、
前記流路部に設けられ、ショット粒子を計測する計測装置であって、流路の内部に向けて光を出力する投光器と、前記投光器に対して流路を挟んで対向して配置されて、流路を透過した光を受光する受光器と、を有する前記計測装置と、
前記計測装置で計測されたショット粒子の量に基づいて、前記流路を流れるショット粒子の量が予め定められた量になるように前記調整装置を制御する制御部と、
前記流路部の下流側に接続され、被加工管の内部で管軸方向に沿って移動可能に構成されるとともに、ショット粒子を被加工管の内面に向けて吹き付ける吹付部と、
を備えたことを特徴とするショット加工装置。
【請求項２】
前記投光器と流路との間に配置され且つ光が透過可能な第１の窓材と、
前記第１の窓材と前記流路との間に配置され前記流路の内径よりも小さい内径を有し且つ光が通過可能な第１の絞り部と、
前記受光器と流路との間に配置され且つ光が透過可能な第２の窓材と、
前記第２の窓材と前記流路との間に配置され前記流路の内径よりも小さい内径を有し且つ光が通過可能な第２の絞り部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のショット加工装置。
【請求項３】
前記収容部に接続された複数の流路部と、
前記各流路部のそれぞれ設置された前記調整装置、検知装置および前記吹付部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のショット加工装置。
【請求項４】
ショット粒子の流量を調整する調整弁により構成された前記調整装置、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のショット加工装置。
【請求項５】
前記ショット粒子の粒子径をｄ１とし、前記投光器の光の出力部分の径である投光径をＤ１とし、前記受光器の受光部分の径である受光径をＤ２とした場合に、
Ｄ１≦２×ｄ１、
または、
Ｄ２≦２×ｄ１、
を満たすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のショット加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の表面に粒子を衝突させて冷間加工を行うショット加工装置に関し、特に、伝熱管等の管状の部材の内面を加工するショット加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所におけるボイラー等の燃焼装置では、熱交換器に伝熱管が使用されている。伝熱管には、管内を流れる高温高圧の流体（水蒸気等）によって酸化スケールが内面に成長する。オーステナイト系ステンレス鋼管においては、プラントの運転に伴って水蒸気酸化スケールが厚く成長し、プラントの起動停止に伴う水蒸気酸化スケールと素地の熱伸び差によって剥離して、管内に堆積し、伝熱管の閉塞（伝熱管が詰まること）が発生する。
【０００３】
内面スケールの堆積によるトラブルを防止する観点から、管内面ショット加工による耐水蒸気酸化特性の改善が行われている。ショット加工は、小径のステンレス製のショット粒子を高圧エアによって圧送し、加工対象のボイラチューブに挿入したランスチューブの先端ノズルより噴射し、管内面に衝突させるという加工方法である。この内面ショット加工で、表面組織の微細化と加工歪の導入を行うことで、高温酸化環境下において保護性に富む緻密なクロム酸化被膜の生成が促進され、水蒸気酸化スケールの成長が抑制される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
現在ショット加工された製品の品質確認方法として、ショット加工部の断面硬さ試験を実施している。しかし、管の内面のショット加工の場合、断面硬さ試験が可能な場所は、管の端部に限られ、管の全長の品質は、施工条件が一定、均一であることを根拠としている。
施工条件が一定となるには、ショット加工時に圧送されるショット粒子の単位時間当たりの数（ショット粒子量）が、各加工部位で一定である必要がある。ショット加工時にショット粒子量を計測する技術として、以下の特許文献２，３記載の技術が従来公知である。
【０００５】
特許文献２（特許第２７７０６９７号明細書）に記載の技術では、磁性体のショット粒の流量を計測する装置として、配管を囲んで検出コイル（１１）と励磁コイル（１２）が配置され、通電したコイルによって生じた磁界内を磁性のショット粒が通過する際にショット粒子に生じる誘導起電力を検出して、ショット粒の流量を計測している。
【０００６】
特許文献３（特開平２−９５７９号公報）には、ショットピーニング加工を行う装置において、ノズル（３４）の出口にセンサ（４４）が設置され、コイルを有する磁気密度計のセンサ（４４）で強磁性ショットの量を検出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０１９７５号公報
【特許文献２】特許第２７７０６９７号明細書
【特許文献３】特開平２−９５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２，３に記載の構成のように、磁界と誘導起電力を利用してショット粒子の数を検出する技術では、機器の振動による誤作動が発生しやすい問題がある。
また、ショット粒子が磁性材料の場合は既存のコイルセンサで検出が可能であるが、非磁性の材料を使用する場合は感度が不足する。特に、管の内壁の材料とショット粒子の材料を別の材料にした場合、ショット粒子の衝突時に破片が残ることがあり、コンタミ、故障の原因となる恐れがあるため、ショット粒子として同材ないしは類似材料を使用したほうが好ましい。例えば、伝熱管としてステンレス（たとえば火SUS304J1HTB(ASME CC2328)等）を使用した場合、ショット粒子として類似組成であるSUS304等のオーステナイト系ステンレス材を使用することが好ましい。しかし、オーステナイト系ステンレス材は非磁性の材料であり、コイルセンサでは感度不足で検知しにくい。
【０００９】
これに対応して、コイルセンサの感度を上げると、ショット粒子以外のもの（管の周囲の部材や、管自体等）の影響を受けやすく誤検出しやすくなる。
したがって、既存のコイルセンサでは、感度をできるだけ低くする必要があり、現状のコイルセンサでは、ショット粒子の流れがあるかないかの検知（いわゆる、ショット粒子の弾切れの検知）に限られ、ショット粒子の流量やその時間的な変動を取得することは困難である。
【００１０】
本発明は、コイルセンサを使用する場合に比べて、ショット粒子の検出精度を高くすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を解決する請求項１記載の発明は、ショット粒子が収容された収容部と、前記収容部に接続され、且つ、ショット粒子とショット粒子を搬送する気体とを含む混合流体が移送される流路が内部に形成された流路部と、前記流路部に供給するショット粒子の量を調整する調整装置と、前記流路部に設けられ、ショット粒子を計測する計測装置であって、流路の内部に向けて光を出力する投光器と、前記投光器に対して流路を挟んで対向して配置されて、流路を透過した光を受光する受光器と、を有する前記計測装置と、前記計測装置で計測されたショット粒子の量に基づいて、前記流路を流れるショット粒子の量が予め定められた量になるように前記調整装置を制御する制御部と、前記流路部の下流側に接続され、被加工管の内部で管軸方向に沿って移動可能に構成されるとともに、ショット粒子を被加工管の内面に向けて吹き付ける吹付部と、を備えたことを特徴とするショット加工装置である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記投光器と流路との間に配置され且つ光が透過可能な第１の窓材と、前記第１の窓材と前記流路との間に配置され前記流路の内径よりも小さい内径を有し且つ光が通過可能な第１の絞り部と、前記受光器と流路との間に配置され且つ光が透過可能な第２の窓材と、前記第２の窓材と前記流路との間に配置され前記流路の内径よりも小さい内径を有し且つ光が通過可能な第２の絞り部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のショット加工装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記収容部に接続された複数の流路部と、前記各流路部のそれぞれ設置された前記調整装置、検知装置および前記吹付部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のショット加工装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ショット粒子の流量を調整する調整弁により構成された前記調整装置、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のショット加工装置である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記ショット粒子の粒子径をｄ１とし、前記投光器の光の出力部分の径である投光径をＤ１とし、前記受光器の受光部分の径である受光径をＤ２とした場合に、Ｄ１≦２×ｄ１、または、Ｄ２≦２×ｄ１、を満たすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のショット加工装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、流路を挟んで対向して配置された投光器と受光器とを有する前記計測装置を使用することで、コイルセンサを使用する場合に比べて、ショット粒子の検出精度を高くすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、絞り部を有することで、窓材にショット粒子がこすれてすりガラス状になることが低減され、絞り部を有しない場合に比べて、検出精度が向上する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、複数の系統においてショット粒子を精度よく検出するとともに、加工品質を安定させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、調整弁でショット粒子の流量を調整することで、所定流量のショット粒子で加工を行うことができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、投光径Ｄ１と受光径Ｄ２をＤ１≦２×ｄ１、または、Ｄ２≦２×ｄ１を満たすようにすることで、計測装置でショット粒子を精度良く計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明のショット加工装置の全体説明図である。
【図２】図２は実施例の計測装置の説明図であり、図２（Ａ）は概略図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。
【図３】図３はセンサの径と出力比との関係の説明図であり、横軸に投光径を取り、縦軸に出力比をとったグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を示す。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明のショット加工装置の全体説明図である。
図１において、本発明の実施例１のショット加工装置１は、収容部の一例としてのホッパ２を有する。ホッパ２には、ショット粒子が収容されている。ホッパ２には、流路の一例としての粒子供給部３が接続されている。実施例１では、ホッパ２には、粒子供給部３（３−１，３−２）が２つ接続されている。なお、実施例１では、ショット粒子は、非磁性の粒子の一例として、直径ｄ＝０．５［ｍｍ］のSUS304（ステンレス）の球を使用している。なお、ショット粒子の粒径や材料は例示したものに限定されず、セラミックスや非磁性金属、磁性金属等、後述する被加工管の材料や用途等に応じて任意に変更可能である。なお、ショット粒子の粒径は、原材料となるステンレス鋼製ワイヤの径と切断幅によって製造段階で任意に設定可能であるが、その確認方法は一例として、光学顕微鏡（オリンパス製VANOX-T）による拡大観察画像を測定して行ったが、これに限らず任意の測定方法を採用可能である。
【００２１】
各粒子供給部３−１，３−２には、調整装置の一例としての調整弁４−１，４−２がそれぞれ接続されている。調整弁４（４−１，４−２）は、粒子供給部３−１，３−２を通過するショット粒子の供給量を調整可能である。例えば、ショット粒子が通過する断面積を大きくしたり、小さくしたりする弁（開度を調整するバルブ）を使用することが可能である。他にも、例えば、ショット粒子を回転しながら搬送する搬送部材の回転数を調整することで、ショット粒子の供給量を調整可能である。
【００２２】
各粒子供給部３−１，３−２の下流側には、それぞれ混合搬送部６（６−１，６−２）が接続されている。各混合搬送部６には、圧送機の一例としてのコンプレッサー７から気体が送られる。したがって、粒子供給部３から混合搬送部６に送られたショット粒子は、コンプレッサー７からの気体で圧送される。
【００２３】
図２は実施例の計測装置の説明図であり、図２（Ａ）は概略図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。
粒子供給部３と混合搬送部６との合流部よりも下流側の流路上には、計測装置の一例としての透過式光センサ１１（１１−１，１１−２）が配置されている。図１、図２において、実施例１の透過式光センサ１１は、投光器１２と、投光器１２に対して流路１３を挟んで対向して配置された受光器１４とを有する。投光器１２は、流路１３の内部に向けて光を出力する。受光器１４は、流路１３を通過した光を受光する。
【００２４】
したがって、投光器１２からの光は、流路１３中のショット粒子１５で遮られると受光器１４は受光できず、ショット粒子１５が無ければ受光器１４が受光可能である。したがって、受光器１４での光の検出結果に基づいて、ショット粒子１５を検知可能であり、ショット粒子１５を検知した回数を計数することで、ショット粒子１５の総量や単位時間当たりの流量も計測可能である。
【００２５】
図２において、投光器１２と流路１３との間には、光が透過可能な第１の窓材１６が配置されている。また、受光器１４と流路１３との間にも、光が透過可能な第２の窓材１７が配置されている。
さらに、図２において、第１の窓材１６と流路１３との間には、第１の絞り部１８が配置されている。実施例１の第１の絞り部１８は、中空円筒の部材により構成されており、流路１３の内径Ｄ０よりも短い内径Ｄ３を有する。また、第２の窓材１７と流路１３との間には、第２の絞り部１９が配置されている。実施例１の第２の絞り部１９は、流路１３の内径Ｄ０よりも短い内径Ｄ４を有する。なお、実施例１では、一例として、Ｄ３＝Ｄ４＝４［ｍｍ］に設定されているが、数値は使用するショット粒子１５の粒径や、設計、仕様等に応じて変更可能であるし、Ｄ３≠Ｄ４とすることも可能である。
【００２６】
図１において、透過式光センサ１１の検出結果は、制御部の一例としてのコントローラに入力される。コントローラＣは、外部との信号の入出力等を行う入出力インターフェースＩ／Ｏを有する。また、コントローラＣは、必要な処理を行うためのプログラムおよび情報等が記憶されたＲＯＭ：リードオンリーメモリを有する。また、コントローラＣは、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ：ランダムアクセスメモリを有する。また、コントローラＣは、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ：中央演算処理装置を有する。したがって、実施例１のコントローラＣは、情報処理装置、いわゆるコンピュータにより構成されている。よって、コントローラＣは、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２７】
実施例１のコントローラＣの流量調整手段Ｃ１は、透過式光センサ１１での検出結果に基づいて、ショット粒子１５の量が予め定められた量になるように調整弁４を制御する。すなわち、ショット粒子１５の量が、予め定められた下限値を下回るとショット粒子１５の供給量を増やすように調整弁４を制御し、ショット粒子１５の量が上限値を上回ると供給量を減らすように調整弁４を制御する。
【００２８】
図１において、混合搬送部６の下流側は、ホース２１（２１−１，２１−２）が延びている。
前記粒子供給部３、混合搬送部６、ホース２１等により実施例１の流路部が構成されている。
ホース２１の下流側には、吹付部の一例としてのランスチューブ２２が接続されている。ランスチューブ２２は、被加工管の一例としての伝熱管２３の内部で管軸方向に沿って移動可能に構成されている。そして、ランスチューブ２２の先端から、ショット粒子１５を伝熱管２３の内面に向けて吹き付ける。なお、ランスチューブ２２は、従来公知であり、例えば、特許文献１や特開平７−５２０４６号公報等に記載されているため、詳細な説明は省略する。
【００２９】
なお、伝熱管２３の端部（下流端）には、回収ホース２６が接続されており、加工後のショット粒子１５が搬送される。回収ホース２６は回収ホッパ２７につながっており、加工後のショット粒子１５は回収ホッパ２７に回収される。回収ホッパ２７に回収されたショット粒子１５は、ホッパ２に送られ、ショット加工に再使用される。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のショット加工装置１では、透過式光センサ１１を使用してショット粒子１５の量を計測している。したがって、コイルセンサのように、感度を上げた場合の誤検知や感度を下げた場合の有無しか検知できない従来の構成に比べて、精度よくショット粒子１５を検出することが可能である。
特に、実施例１のように非磁性のショット粒子１５を使用する場合でも、磁界を利用するコイルセンサを使用する場合に比べて、高精度に検出可能である。
なお、実施例１では、伝熱管２３のショット加工を行う場合、加工条件として、ショット粒子の直径が約０．５ｍｍ、材質が非磁性のステンレス材であり、平均粒子間距離が２〜３ｍｍ程度で、高圧空気で搬送される。粗大粒子は比較的疎な状態で搬送されているので、ダスト濃度の測定に用いられるような散乱光を使った測定は、原理上不可能であり、光を透過させる透過式光センサ１１が適している。
【００３１】
また、実施例１のショット加工装置１では、精度よく検出されたショット粒子１５の量に基づいて、ショット粒子１５の量が適切な量に調整される。したがって、伝熱管２３の内面の全域にわたって、ショット加工を均一に施すことが可能となる。よって、断面硬さ試験が困難な伝熱管２３の内部についても品質を保証することができる。
特に、１つのホッパ２から２つ（２系統）のランスチューブ２２にショット粒子１５を供給する構成では、１系統の場合に比べて、各系統の部品による個体差やホッパ２内でのショット粒子１５の流動の偏り等で、一方のランスチューブ２２と他方のランスチューブ２２とで、供給されるショット粒子１５の量に偏りや変動が生じやすい。これに対して、実施例１では、各系統に調整弁４や透過式光センサ１１が設置されており、系統ごとに調整が行われる。したがって、１つのホッパ２から複数の系統へショット粒子１５が供給される構成でも、各系統での加工品質を保証することが可能である。
【００３２】
さらに、実施例１のショット加工装置１では、投光器１２および受光器１４と流路１３との間に絞り部１８，１９が設置されている。流路１３に窓材１６，１７が対面している場合、ショット粒子１５が窓材１６，１７に擦れて、すりガラス状になることがある。すりガラス状の窓材１６，１７を光が通過すると、光が拡散、散乱してしまう。したがって、検知範囲の半径が大きいセンサで測定することと等価となる。この結果、１つのショット粒子１５が通過するときの光量変化が小さくなり、計測誤差が増大してしまう問題がある。これに対して、実施例１では、絞り部１８，１９が設けられることで、ショット粒子１５が窓材１６，１７に擦れにくくなり、計測精度の低下を抑制できる。また、使用を続けることで絞り部の部品内径がショット粒子との衝突によって摩耗され、内径の寸法が変化した場合には絞り部の部品のみを取り換えることで検出精度を回復させることができる。
【００３３】
図３はセンサの径と出力比との関係の説明図であり、横軸に投光径を取り、縦軸に出力比をとったグラフである。
図３において、投光器１２の光の出力部分の径である投光径Ｄ１と、受光器１４の光を受光部分の径である受光径Ｄ２を直径０．５［ｍｍ］〜２．０［ｍｍ］の間で変化させて実験を行った。実験では、ショット粒子１５が横切っていない状態で受光器１４で検出される光量Ｉoと、横切った状態で受光器で検出される光量Ｉｓから、ショット粒子１５の１個あたりの通過時の光の強度差（出力比）：（Ｉｏ−Ｉｓ）／Ｉoを計測した。
図３に示すように、投光径Ｄ１が１．５ｍｍ、２．０［ｍｍ］且つ、受光径Ｄ２が１．５ｍｍ、２．０ｍｍでは、透過式光センサ１１で検知ができないことが確認された。図３において、以下の式（１）、（２）のいずれかを満足する場合に検出が可能であることが確認された。
Ｄ１≦２×ｄ１  …式（１）
Ｄ２≦２×ｄ１  …式（２）
なお、図３から、式（２）を満足するほうが、式（１）のみを満足する場合より出力比が高く、精度よく検出が可能であることが確認された。
【００３４】
なお、透過式光センサ１１では、粒子密度が大きい条件（粒子間距離が小さい場合）、複数の粒子が一度に通過することがあり、受光器１４で検出する個々の信号（パルス信号）が連続して１つのパルスとなり誤検知することがある。この場合、粒子密度に応じて、受光器１４で信号を検出する時間間隔（サンプリング間隔）を短くする（例えば、１５μｓ程度）ことによって通過するショット粒子１５の数に対応する出力を得ることができる。すなわち、粒子密度に応じて、透過式光センサ１１の応答速度を調整するように制御することも可能である。
【００３５】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ04）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、例示した具体的な数値や具体的な形状、材料名は、設計や仕様等に応じて適宜変更可能である。
【００３６】
（Ｈ02）前記実施例において、被加工管として直管の伝熱管２３を例示したが、これに限定されない。任意の曲がり部を有する配管に適用可能である。また、被加工管も、円筒管に限定されず、多角筒状の管にも適用可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、１つのホッパ２に対して、２系統の流路部や透過式光センサ１１、ランスチューブ２２にショット粒子１５を供給する構成を例示したが、これに限定されない。１系統とすることも可能であるし、３系統以上とすることも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、絞り部として、センサブロックに後付けする形の中空円筒状の部材を例示したが、センサブロック自体に絞り部を設けることも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ショット加工装置、
２…収容部、
４…調整装置、
１１…計測装置、
１２…投光器、
１３…流路、
１４…受光器、
１５…ショット粒子、
１６…第１の窓材、
１７…第２の窓材、
１８…第１の絞り部、
１９…第２の絞り部、
２２…吹付部、
２３…被加工管、
Ｃ…制御部、
ｄ１…ショット粒子の粒子径、
Ｄ１…投光径、
Ｄ２…受光径。
【図１】
2020037163.tif 000003
【図２】
2020037163.tif 000004
【図３】
2020037163.tif 000005