(57)【要約】　　　（修正有）【課題】対象物の形状から直接にショットを投射できない狭隘部やその裏面等を十分なピーニング強度でピーニングする。【解決手段】溝状に連続して凹む連続溝（４）の内周面であって、ショット６を直接的に衝突させることができない被加工面ｓを、ショットを所望の角度で反射させる反射部材８を前記連続溝の底部に配置する第１段階と、前記連続溝の開口４ａ側からショットを投射し、前記反射部材で反射したショットにより被加工面をピーニングする第２段階と、前記反射部材を連続溝に沿って移動して順次ピーニングを行う第３段階とによりにピーニングする。ここで本発明のショット投射方法が適用される具体的な部品は、スプールタイプのタービンディスク２’に形成されたブレード３を固定するためのディスクポスト４’の内周面である。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーニング対象物（２）に形成された溝状に連続して凹む連続溝（４）の内周面であって、ショット（６）を直接的に衝突させることができない被加工面（ｓ）にピーニング加工を施すため、
ショットを所望の角度で反射させる反射部材（８）を前記連続溝の底部に配置する第１段階と、
前記連続溝の開口（４ａ）側からショットを投射し、前記反射部材で反射したショットにより被加工面をピーニングする第２段階と、
前記反射部材を連続溝に沿って移動して順次ピーニングを行う第３段階とを含む、ことを特徴とするショット投射方法。
【請求項２】
前記ピーニング対象物（２）は、スプールタイプのタービンディスク（２’）であり、前記連続溝（４）はブレード（３）を固定するためのディスクポスト（４’）である、ことを特徴とする請求項１に記載のショット投射方法。
【請求項３】
前記反射部材（８）の上面（８ａ）は、反射したショット（６）が被加工面（ｓ）に法線方向から衝突する傾斜に形成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のショット投射方法。
【請求項４】
前記反射部材（８）の配置は、両面粘着テープまたは低強度の接着剤（１２）を用いて接着固定して行われる、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のショット投射方法。
【請求項５】
前記ショット（６）の投射は、先端から高速にショットを噴出するショットノズル（１４）により行われ、
該ショットノズルと前記反射部材（８）とは、投射されたショットと干渉せず、かつ、前記連続溝（４）の底部に配置した反射部材を連続溝に沿って移動可能に支持する連結材（１６）によって連結される、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のショット投射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疲れ寿命を向上させるために被加工面にショットを衝突させることにより行われるピーニング加工を、対象物の狭隘部やその裏面等、ショットを直接投射することができない部位に施すためのショット投射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高応力状態で使用される部品、例えば、タービンのディスクやシャフト等の回転部品には、エンジンの始動・停止の繰り返しのサイクルのため、低サイクルの疲労が生じる。そのため、部品の設計においてその寿命を決定するためのデータが必要となるが、応力や変質層のない状態の材料に基づいたデータによって寿命を求めると実際の寿命と異なることがわかっている。
【０００３】
これは実際の部品では、加工時においてその表面に引っ張り応力や薄い変質層が生じ、これが疲れ寿命を短くするためである。
このような疲れ寿命を向上させるには、部品に残留する引っ張り応力を低下させるか圧縮応力を生じさせればよく、そのためにショットピーニングによる表面加工処理（ピーニング加工）が行われる。
【０００４】
ショットピーニング（以下単に「ピーニング」という。）とは、ショットと呼ばれる鋼製の粒子を対象物（実際の部品）表面にエアや回転インペラによって多数投射する冷間加工法であって、この加工処理によって対象物表面がへこみ、押し伸ばされて塑性変形し、対象物表面には圧縮応力が残留することになる。
【０００５】
ここでピーニング対象物となる部品によっては、例えば概ね０．５インチ以下の小径の中空空間の内周面等のように、直接ショットを投射してピーニング加工を行うことができない狭隘部位が存在することがある。
【０００６】
かかる狭隘部位にピーニング加工を施すためには、図６（ａ）および（ｂ）に模擬的に示した方法が用いられる。
（ａ）に示した方法では、中空空間６１の一端側の開口部から軸方向にショット６を投射し、他端側の開口部から挿入した棒状の反射部材６５の先端部分でこれを反射させ、反射によりほぼ９０°進行方向を変えたショットを被加工面へいわば間接的に投射し、さらに反射部材６５を軸方向に移動させることによって中空空間内周面全域のピーニング加工を行っている（特開２００１−２７７１１８）。
（ｂ）に示した方法では、内部にショット６を通し、かつ、先端部でショットの進行方向をほぼ９０°変更させて噴出するピーニングランス６７（ＰＥＥＮＩＮＧ　ＬＡＮＣＥ）と呼ばれる細径管を用い、このピーニングランスを中空空間６１内に挿入してショット６を投射して、さらにピーニングランス６７を軸方向に移動させ及び軸回りに回転させることによって中空空間内周面全域のピーニング加工を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図６（ａ）の方法は、中空管のように両端が開口し、かつ直線状の対象物の狭隘部でなければ実施することができず、また両端が開口した対象物であっても反射部材６５がショットの排出を妨げる結果、狭隘部内（中空管内）にショット詰まりを生じてしまい、ピーニングの進行が不可能となることがあった。
【０００８】
また上述した図６（ｂ）の方法では、一端が開口した対象物であれば実施しうるものの、ピーニングランス６７を挿入することができない狭隘部や、挿入したピーニングランスの配置の制限からショットが投射できない部位のピーニングは不可能であり、また、細径管であるピーニングランス中をショットが通過する際に、ショットの流速が減衰してしまい十分なピーニング強度を得ることができないことがあった。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、対象物の形状から直接にショットを投射できない狭隘部やその裏面等であって少なくともその一端が開口した部位のピーニング加工が可能であり、反射部材がショットの排出を妨げることもなく、ピーニングランスの挿入することができないような狭隘部のピーニングをも可能とし、さらにショットの流速をほとんど減衰させることがなく十分なピーニング強度を得ることができる、ショット投射方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため本発明は、ピーニング対象物（２）に形成された溝状に連続して凹む連続溝（４）の内周面であって、ショット（６）を直接的に衝突させることができない被加工面（ｓ）にピーニング加工を施すため、ショットを所望の角度で反射させる反射部材（８）を前記連続溝の底部に配置する第１段階と、前記連続溝の開口（４ａ）側からショットを投射し、前記反射部材で反射したショットにより被加工面をピーニングする第２段階と、前記反射部材を連続溝に沿って移動して順次ピーニングを行う第３段階とを含む、ことを特徴とするショット投射方法を提供する。
【００１１】
本発明は、連続して凹む溝のような形状部分の内周面（狭隘部）であって、他の部位との関係で直接ショットを投射できないような部位にピーニングを行うため、溝の開口側から投射したショットを溝の底部に配置した反射部材によってはね返らせ、反射したショットによって被加工面をピーニングする方法である。換言すれば、本発明はピーニング対象物の被加工面を連続して凹む溝のような形状部分に限定し、この部分をピーニングするのに最適なショットの投射方法を提供するものである。
本発明によれば、ピーニングランスが挿入できず、または、ピーニングランスの挿入方向の制限からショットが投射できないような部位であっても、上記溝形状部分であればピーニング加工が可能となり、また、ピーニングランスを用いた場合のようにショットの流速が減衰してしまうこともほとんどなく、十分なピーニング強度でピーニングを行うことができる。なお、本発明は連続する溝の内周面のピーニングを行うものであるため、被加工面と衝突した後のショットは溝に沿って排出され、ショット詰まりを生じることもない。
【００１２】
ここで本発明のショット投射方法の具体的な適用例では、前記ピーニング対象物（２）は、スプールタイプのタービンディスク（２’）であり、前記連続溝（４）はブレード（３）を固定するためのディスクポスト（４’）である。
【００１３】
本発明のショット投射方法は、通常の直接投射によるピーニング方法によってはピーニングが困難である部位（被加工面）のピーニングを間接投射によって行うことを目的とするが、特にスプールタイプのタービンディスクのディスクポストの底面を除く内周面のピーニングに適した方法である。なお、ディスクポストの底面は直接投射によるピーニングが可能であるため本発明の投射方法は用いられない。
【００１４】
本発明の好ましい実施例では、前記反射部材（８）の上面（８ａ）は、反射したショット（６）が被加工面（ｓ）に法線方向から衝突する傾斜に形成される、ものとする。
【００１５】
一定のピーニング強度を確保して、ピーニングが効率的に行われるためにはショットが被加工面にその法線方向から衝突することが望ましい。そこで投射されたショットの入射角と、反射部材で反射する際の反射角を考慮し、ショットが被加工面にその法線方向から衝突するように反射部材の上面の傾斜を形成することによって効率的なピーニングが達成される。
【００１６】
また、前記反射部材（８）の配置は、両面粘着テープまたは低強度の接着剤（１２）を用いて接着固定して行われる、ものとすることも好ましい。
【００１７】
上述のように本発明のショット投射方法は、溝の形状にあわせて製作した反射部材を溝の底部に配置し、投射したショットをこれにより反射させて被加工面のピーニングを行った後に、反射部材を溝に沿って順次移動し、これを繰り返して被加工面全域をピーニングするものである。
ここで、反射部材の溝底部への配置を両面粘着テープまたは低強度の接着剤により接着固定して行えば、ショット投射中の反射部材のズレを防ぐことができるとともに、その取り外しも容易であるため順次行われる反射部材の移動も手軽に行うことができる。
【００１８】
本発明のショット投射方法を実施するための好ましい構成として、前記ショット（６）の投射は、先端から高速にショットを噴出するショットノズル（１４）により行われ、該ショットノズルと前記反射部材（８）とは、投射されたショットと干渉せず、かつ、前記連続溝（４）の底部に配置した反射部材を連続溝に沿って移動可能に支持する連結材（１６）によって連結される、ものとすることができる。
【００１９】
ショットを投射するショットノズルと反射部材とを連結材によって連結し、すなわちショットノズルと反射部材との位置関係を常に一定に保持した状態で、反射部材を溝の底部に配置し、反射部材に向けてショットノズルからショットを投射して被加工面をピーニングする。その際ショットノズルを溝に沿って移動させると反射部材もこれと一体的に移動するため、ショットを投射しながらの反射部材の移動が可能となり、ピーニングを円滑に進行することができる。
なお、連結材はショットノズルから投射され、反射部材で反射したショットと干渉せず、また、溝の底部に配置した反射部材の溝に沿った移動を妨げないように支持する形状とする必要があるが、その具体例は後述する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るショット投射方法による具体的な部品のピーニング手法について説明する。
【００２１】
ピーニング加工は、前述のように鋼製粒子のショットを対象物、すなわち実際の部品の表面にエアによる圧力を利用して多数投射し、部品表面を凹ませて塑性変形させて、部品の加工時に部品表面生じた引っ張り応力や変質層を消去し、また圧縮応力を残留させて部品の疲れ寿命を向上させるための表面加工処理であり、特にガスタービンのブレード、タービンディスク、シャフト等の回転部品に対して行われることが多い。
【００２２】
図１は、スプールタイプと呼ばれるタービンディスク２’とこのタービンディスク２’に取り付けられるブレード３との組み付けの様子を示した部分断面図である。
【００２３】
この図に示したように複数のブレード３はタービンディスク２’の外周に円周状に凹んで形成された連続した溝状のディスクポスト４’に順次差し嵌められ、固定ボルト５によって次々と組み付けられる。
より詳細には、ディスクポスト４’はその開口部４ａが狭く内部が広くなる形状を有しており、一方、固定ボルト５は一方の長さが長くこれと直角をなす他方の長さが短く形成されたボルトヘッド５ａを有している。そのため、ボトルヘッド５ａの長手方向をディスクポスト４’の周方向（溝方向）に一致させてこれをディスクポスト４’内に差し入れ、このボルトヘッド５ａとブレード３の一端側に形成された鍔状に広がるエンジェルウィング７との間にタービンディスク２’を挟み込むことで、ブレード３の取り付けが行われる。
なお、ブレード３がタービンディスク２’に組み付けられた状態では、ボルトヘッド５ａの長手方向は、ディスクポスト４’内で軸方向向きとなっている。
【００２４】
以上説明したブレード３をタービンディスク２’に取り付けて固定するためのディスクポスト４’は、図２に示した軸方向断面からも分かるように複雑な内面形状を有している。
特にディスクポスト４’の開口部４ａ近傍に位置し、固定ボルトのボルトヘッド５ａと当接してブレード３を固定する部分（以下「ディスクポスト裏面（ｓ）」という。）は内向しており、外部から直接目視することができない部分となっている。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｃ）に本発明の第１実施例によるショット投射方法を示した。このショット投射方法は上記のディスクポスト裏面にピーニング加工を施すためのものであり、以下の手順で行われる。
（１）まず、（ａ）に示す略三角柱形状の反射部材８を製作する。この反射部材８はタービンディスク２’の周方向に連続して形成されたディスクポスト４’の底部と同様の曲率で湾曲しており、タービンディスク全周の１／１０程度の柱長さを有している。またこの反射部材８は、ディスクポスト４’の開口部４ａからディスクポスト内に入れることができる大きさとなっている。なお反射部材の上面は開口部側から投射されるショットをディスクポスト裏面ｓ（被加工面）へその法線方向から衝突させることができるような傾斜、すなわちショットの入射角と反射角が等しいと仮定して計算により求めた傾斜を有するように形成される。
（２）次に反射部材８の底面に両面粘着テープ１２を貼り（低強度の接着剤を塗ってもよい）、これを開口部４ａからディスクポスト４内に進入させ、ディスクポスト底面と反射部材とを接着固定する（（ｂ））。
（３）ディスクポストの開口部４ａ側にショットノズル１４を配置してショット６を反射部材８に向けて一定のピーニング強度で所望の時間だけ投射する。その際タービンディスク２’をゆっくりとその軸回りに反射部材が取り付けられた範囲で回転させ、ディスクポスト全周の１／１０の範囲のピーニングを行う（（ｃ））。
（４）反射部材８をディスクポスト底面から一端はがして、これを周方向に移動して未ピーニング域のピーニングを行う。以上の作業を繰り返してディスクポスト裏面ｓの全周のピーニングを行う（図示せず）。
【００２６】
なお、一の反射部材のみでディスクポスト裏面の全面を適切にピーニングできない場合には、上面の傾斜が異なる複数の反射部材を用い、これらを併用してピーニングすることも好ましい（図４参照）。
【００２７】
また図面は省略したが、複数の反射部材をディスクポスト底面全周に取り付けることにより、反射部材を移動させることなくディスクポスト裏面を一時にピーニングしてもよい。
【００２８】
本実施例のショット投射方法は、連続して凹む溝状のディスクポストの裏面（ディスクポスト裏面）のように、他の部位との関係で直接ショットを投射できないような部位に適切に配置した反射部材を利用し、反射部材ではね返ったショットによってピーニングを行うものであり、ショットを直接投射できない部位へのいわば間接投射法といえる。
【００２９】
この投射法によれば、ディスクポスト裏面やこれに類似した狭隘部等の直接投射によるピーニングやピーニングランスを用いたピーニングが不可能な部位であっても、反射部材が配置でき、反射部材に向けてショットを投射できる等の要件を満たせば、被加工面のピーニングが可能となり、また、ショットの流速も大きく減衰することもないため、十分なピーニング強度を確保することができる。
【００３０】
図５に本発明の第２実施例によるショット投射方法を示した。このショット投射方法は反射部材で反射させたショットをディスクポスト裏面にほぼその法線方向から衝突させてピーニング加工を施すための方法である点では上記第１実施例とその目的を同じくする。
【００３１】
しかしながら本実施例では、反射部材８とショットノズル１４（ショットを噴出するための装置全体を含めた広い意味で用いる。）とが、ショットノズルから噴出されたショットのすべてが反射部材の上面で反射するような位置関係を保持するように連結材１６によって連結されていることを特徴としている。
すなわち、ショットノズルから投射される多数のショットにより形成されるショット流の流路に、略三角柱形状の反射部材をショットノズルと所定の空間を空けた状態で連結材によって配置されている。
ここで反射部材は第１実施例と同様に湾曲して製作されるが、その柱長さは投射されたショットのすべてを反射させるだけの長さがあればよい。換言すれば、この反射部材は上記第１実施例の反射部材の柱長さを短くしたものといえる。
連結材は、図５に示したようにコの字型形状をしており、ノズルから投射されたショットと干渉しないようになっている。また連結材は反射部材の端面に柱長さ方向から取り付けられている。
【００３２】
以上のようにショットノズル１４と一体化された反射部材８をディスクポスト４’の底部まで挿入し、これに向けて開口部外側に位置するショットノズルからショットを投射し、反射部材８でこれを反射させてディスクポスト裏面ｓのピーニングを行う。
その際タービンディスクをゆっくりとその軸回りに反射部材が取り付けられた範囲で回転させ、またはショットノズルをタービンディスクの外周にそって移動させてディスクポスト裏面全域をピーニングする。
【００３３】
本実施例ではショットノズル１４と反射部材８が一体化しており、ショットを投射しながら反射部材を移動できるため、第１実施例のように反射部材の貼り付け、取り外しの手間がなく、ディスクポスト裏面を一時にピーニングすることができる。
【００３４】
なお本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように本発明では反射部材を用いることにより、対象物の形状から直接にショットを投射できない狭隘部やその裏面、ピーニングランスを挿入することができない狭隘部などで、少なくともその一端が開口した部位に十分なピーニング強度でピーニング加工が可能となり、また、反射部材がショットの排出を妨げることがないショット投射方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】スプールタイプのタービンディスクとブレードとの組み付けの様子を示した部分断面図である。
【図２】ディスクポストの軸方向断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるショット投射方法である。
【図４】上面の傾斜が異なる反射部材のショットの反射を示した図である。
【図５】本発明の第２実施例によるショット投射方法である。
【図６】従来の狭隘部位へのピーニング加工方法である。
【符号の説明】
２　ピーニング対象物
２’　タービンディスク
３　ブレード
４　連続溝
４’　ディスクポスト
４ａ　開口
５　固定ボルト
５ａ　ボルトヘッド
６　ショット
７　エンジェルウィング
８　反射部材
８ａ　反射部材上面
１２　両面粘着テープまたは低強度の接着剤
１４　ショットノズル
１６　連結材
ｓ　被加工面（ディスクポスト裏面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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