(57)【要約】【課題】被処理物に存在する残留応力を効率的に除去できること。【解決手段】被処理物に存在する残留応力を、当該被処理物に振動を付与することによって除去する残留応力除去装置であって、加振モータによって被処理物に周波数が徐々に上昇する振動が付与されたときに、当該被処理物の振幅が上昇し始める立上り点と共振点とが振動センサにより検出され、制御ユニットは、立上り点Ｌ１に対応する立上り点周波数ＦＬ１と共振点Ｈ１に対応する共振点周波数ＦＨ１との周波数範囲Ｚ１、立上り点Ｌ２に対応する立上り点周波数ＦＬ２と共振点Ｈ２に対応する共振点周波数ＦＨ２との周波数範囲Ｚ２において、周波数を変更させる振動を被処理物に付与するよう加振モータを制御するものである。【選択図】    図２
2004292925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物に存在する残留応力を、当該被処理物に振動を付与することによって除去する残留応力除去方法であって、
上記被処理物に周波数が徐々に上昇する振動を付与したときに、当該被処理物の振幅が上昇し始める立上り点と共振点とを検出し、
これらの立上り点と共振点のそれぞれに対応する周波数の範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与することを特徴とする残留応力除去方法。
【請求項２】
上記被処理物の複数位置において当該被処理物の振幅の立上り点と共振点とを検出した場合、これら複数の立上り点に対応する周波数のうちの最小の周波数と、これら複数の共振点に対応する周波数のうちの最大の周波数との間の周波数範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与することを特徴とする請求項１に記載の残留応力除去方法。
【請求項３】
被処理物に存在する残留応力を、当該被処理物に振動を付与することによって除去する残留応力除去装置であって、
上記被処理物に周波数の異なる振動を付与可能な加振手段と、この加振手段により振動する上記被処理物の振幅を検出可能な振幅検出手段と、この振幅検出手段からの検出値を入力すると共に、上記被処理物を所定の周波数で振動させるよう上記加振手段を制御する制御手段とを有し、
上記加振手段によって上記被処理物に周波数が徐々に上昇する振動が付与されたときに、当該被処理物の振幅が上昇し始める立上り点と共振点とが上記振幅検出手段により検出され、
上記制御手段は、上記立上り点と上記共振点のそれぞれに対応する周波数の範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与するよう上記加振手段を制御することを特徴とする残留応力除去装置。
【請求項４】
上記制御手段は、被処理物の複数位置において振幅検出手段により振幅の立上り点と共振点とが検出された場合には、それら複数の立上り点に対応する周波数のうちの最小の周波数と、それら複数の共振点に対応する周波数のうちの最大の周波数との間の周波数範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与するよう加振手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の残留応力除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物に振動エネルギーを付与して、当該被処理物に残存する残留応力を除去する残留応力除去方法及び残留応力除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属を加工し溶接等すると、この金属内に応力が残留し、この残留応力が歪み、割れなどの原因になることが一般的に知られている。
この残留応力は、金属原子の構造に欠陥が生じたために発生したものであり、残留応力が存在する金属製の被処理物に振動を与え、この振動エネルギーによって金属原子の運動を活発にし、これにより、原子構造の欠陥を補正して被処理物の残留応力を除去することが従来から知られている。
このとき、被処理物の共振点に対応する周波数の振動を当該被処理物に付与することが、残留応力の除去に有効であることが、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２‐３０５９３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被処理物の共振点に対応する周波数は、当該被処理物の残留応力を除去する過程で低い周波数領域へ移行してしまうため、上記特許文献１に記載の従来技術では、被処理物に付与する振動の周波数が、やがて、この被処理物の共振点に対応する周波数と一致しなくなり、この被処理物に存在する残留応力を効率的に除去することができない。
【０００５】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、被処理物に存在する残留応力を効率的に除去できる残留応力除去方法及び残留応力除去装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、処理物に存在する残留応力を、当該被処理物に振動を付与することによって除去する残留応力除去方法であって、上記被処理物に周波数が徐々に上昇する振動を付与したときに、当該被処理物の振幅が上昇し始める立上り点と共振点とを検出し、これらの立上り点と共振点のそれぞれに対応する周波数の範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記被処理物の複数位置において当該被処理物の振幅の立上り点と共振点とを検出した場合、これら複数の立上り点に対応する周波数のうちの最小の周波数と、これら複数の共振点に対応する周波数のうちの最大の周波数との間の周波数範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、被処理物に存在する残留応力を、当該被処理物に振動を付与することによって除去する残留応力除去装置であって、上記被処理物に周波数の異なる振動を付与可能な加振手段と、この加振手段により振動する上記被処理物の振幅を検出可能な振幅検出手段と、この振幅検出手段からの検出値を入力すると共に、上記被処理物を所定の周波数で振動させるよう上記加振手段を制御する制御手段とを有し、上記加振手段によって上記被処理物に周波数が徐々に上昇する振動が付与されたときに、当該被処理物の振幅が上昇し始める立上り点と共振点とが上記振幅検出手段により検出され、上記制御手段は、上記立上り点と上記共振点のそれぞれに対応する周波数の範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与するよう上記加振手段を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記制御手段は、被処理物の複数位置において振幅検出手段により振幅の立上り点と共振点とが検出された場合には、それら複数の立上り点に対応する周波数のうちの最小の周波数と、それら複数の共振点に対応する周波数のうちの最大の周波数との間の周波数範囲において、周波数を変更させる振動を上記被処理物に付与するよう加振手段を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る残留応力除去装置の一実施の形態を示す斜視図である。この図１に示す残留応力除去装置１０は、被処理物１１に残存する残留応力を、この被処理物１１に振動エネルギーを付与することで除去するものであり、加振手段としての加振モータ１２、振幅検出手段としての振動センサ１３、及び制御手段としての制御ユニット１４を有して構成される。
【００１１】
上記被処理物１１は、炭素鋼、工具鋼、ステンレス鋼、マンガン鋼、鋳鉄、鋳鋼、インコネル、アルミニウム合金、チタニウム合金などの鉄または非鉄金属の製品であり、例えばアルミニウムダイカスト用の金型である。この被処理物１１は、クランプ１７により加振台１８に不動状態で固定される。この加振台１８は、防振ゴム１９を介して床などに設置される。
【００１２】
上記加振モータ１２は、回転数を変動させることにより被処理物１１に周波数の異なる振動を付与可能とするモータであり、被処理物１１に直接または間接に固定される。つまり、加振モータ１２は、ボルト締めにより被処理物１１に直接固定され、または本実施の形態の如く、しゃこ万力２０などを用いて、被処理物１１が固定された加振台１８に間接に固定して設置される。
【００１３】
上記振動センサ１３は、例えば磁石などによって被処理物１１に固着され、加振モータ１２により振動する被処理物１１の振幅を検出する。例えば、加振モータ１２によって被処理物１１に周波数が徐々に上昇する振動が付与されたとき、この振動センサ１３は、被処理物１１の振幅が上昇し始める立上り点（図２の立上り点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）と、振幅が最大となる共振点（図２の共振点Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）とを検出する。この振動センサ１３により検出された検出値は、信号線２９を介して制御ユニット１４へ出力される。
【００１４】
この制御ユニット１４は、振動センサ１３からの検出値を入力すると共に、被処理物１１を所定の周波数で振動させるように、給電線３０を介して加振モータ１２へ給電し、この加振モータ１２の回転数を制御する。つまり、制御ユニット１４は、一定の周波数で被処理物１１を振動させるように加振モータ１２の回転数を一定制御する。また、制御ユニット１４は１〜数百Ｈｚ、例えば１〜１００Ｈｚの間で周波数が徐々に上昇する振動を被処理物１１に付与するように、加振モータ１２の回転数を上昇制御する。更に、制御ユニット１４は、所定の周波数範囲において周波数が変動（変更）する振動を被処理物１１に付与するように、加振モータ１２の回転数を上昇または下降制御する。
【００１５】
また、制御ユニット１４は、振幅メータ２１、感度調整つまみ２２、表示部２３、テンキー２４、スキャンスイッチ２５、ランスイッチ２６、停止スイッチ２７及び電源スイッチ２８を有する。振幅メータ２１は、振動センサ１３にて検出された被処理物１１の振幅を表示するものである。この振幅メータ２１の感度は、感度調整つまみ２２を操作することにより調整される。また、スキャンスイッチ２５は、テンキー２４にて指定された周波数範囲で、後述のスキャンモードを実行させるためのスイッチである。ランスイッチ２６は、テンキー２４にて指定された周波数範囲で、または制御ユニット１４が算出して特定した周波数範囲で後述のランモードを実行させるためのスイッチである。停止スイッチ２７は、上記スキャンモードまたはランモードの実行中に、これらを強制終了させるものである。更に、表示部２３は、テンキー２４にて指定され、または制御ユニット１４にて算出された周波数やランモードの実行時間などをオペレータに表示する。また、電源スイッチ２８のＯＮ操作により制御ユニット１４が起動する。
【００１６】
さて、制御ユニット１４は、被処理物１１に残存する残留応力を除去するために、前述の如く振動センサ１３により検出された被処理物１１に固有の立上り点と共振点とにそれぞれ対応する周波数の範囲において、周波数の漸次上昇と漸次下降を繰り返す振動を一定時間被処理物１１に付与するように、加振モータ１２の回転数を制御する。
【００１７】
被処理物１１に残存する残留応力を除去するためには、被処理物１１の共振点（例えば、図２の共振点Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）に対応する周波数と一致した周波数の振動を当該被処理物１１に付与することが、被処理物１１による振動エネルギーの良好な吸収の観点から好ましい。ところが、この被処理物１１の共振点に対応する周波数は、被処理物１１に残存する残留応力が除去される過程で、この除去過程実行前に検出された被処理物１１の立上り点と共振点とのそれぞれに対応する周波数の範囲内で、低い周波数領域へ移行してしまう。従って、被処理物１１の立上り点と共振点とに対応する周波数範囲で、周波数を変動させる振動を被処理物１１に付与すれば、移行した共振点に対応する周波数と一致した周波数の振動を当該被処理物１１に必ず付与することができるのである。
【００１８】
次に、被処理物１１に残存する残留応力の除去を、図２及び図３を用いて更に説明する。この残留応力の除去は、スキャンモードの実行とランモードの実行の繰り返しによってなされる。
【００１９】
▲１▼つまり、オペレータが制御ユニット１４のテンキー２４を操作して、１〜数百Ｈｚ、例えば１〜１００Ｈｚの周波数範囲を指定してスキャンスイッチ２５をＯＮ操作すると、制御ユニット１４はスキャンモードを実行し（図３のステップＳ１）、加振モータ１２の回転数を制御して、例えば上記１〜１００Ｈｚの周波数範囲で被処理物１１に振動を付与する。このとき、被処理物１１に生ずる振動を振動センサ１３が検出し、その検出値は制御ユニット１４へ出力される。
【００２０】
制御ユニット１４は、振動センサ１３の検出値から、加振モータ１２が被処理物１１に付与した振動の周波数と、この被処理物１１の振幅との関係を例えば図２の実線Ａのように求め、この関係から被処理物１１に固有の立上り点Ｌ１と共振点Ｈ１とを特定する。更に、制御ユニット１４は、上記立上り点Ｌ１に対応する立上り点周波数ＦＬ１と、上記共振点Ｈ１に対応する共振点周波数ＦＨ１とを求める（図３のステップＳ２）。
【００２１】
▲２▼次に、オペレータにより制御ユニット１４のランスイッチ２６がＯＮ操作されると、制御ユニット１４は、上述のように算出された立上り点周波数ＦＬ１と共振点周波数ＦＨ１との間の周波数範囲Ｚ１においてランモードを実行し（図３のステップＳ３）、当該周波数範囲Ｚ１において、周波数が漸次上昇する振動と漸次下降する振動を被処理物１１に交互に繰り返して付与すべく、加振モータ１２の回転数を制御する。制御ユニット１４は、このランモードを予め定められた一定時間（例えば１５〜３０分間）実行する。
【００２２】
▲３▼このランモード終了後、オペレータが制御ユニット１４のスキャンスイッチ２５をＯＮ操作することにより、制御ユニット１４は、ステップＳ１と同様にして２回目のスキャンモードを実行する（図３のステップＳ４）。そして、制御ユニット１４は、振動センサ１３の検出値から、加振モータ１２が被処理物１１に付与した振動の周波数と、この被処理物１１の振幅との関係を例えば図２の実線Ｂのように求め、この関係から被処理物１１の立上り点Ｌ２と共振点Ｈ２とを特定する。更に、制御ユニット１４は、上記立上り点Ｌ２に対応する立上り点周波数ＦＬ２と、上記共振点Ｈ２に対応する共振点周波数ＦＨ２とを求める（図３のステップＳ５）。
【００２３】
▲４▼この２回目のスキャンモード終了後、制御ユニット１４は、この２回目のスキャンモードで求められた共振点周波数ＦＨ２が１回目のスキャンモードにおける共振点周波数ＦＨ１と一致しているか否かを判断する（図３のステップＳ６）。
制御ユニット１４は、共振点周波数ＦＨ２が共振点周波数ＦＨ１に一致していなければ、２回目のランモードの実行に備えて準備する。共振点周波数ＦＨ２が共振点周波数ＦＨ１に一致しているときには、被処理物１１に残留応力がもともと無かったことになる。
【００２４】
▲５▼オペレータにより制御ユニット１４のランスイッチ２６がＯＮ操作されると、制御ユニット１４は、上述のように算出された立上り点周波数ＦＬ２と共振点周波数ＦＨ２の間の周波数範囲Ｚ２において２回目のランモードを実行し（図３のステップＳ３）、当該周波数範囲Ｚ２において、周波数が漸次上昇する振動と漸次下降する振動を被処理物１１に交互に繰り返して付与すべく、加振モータ１２の回転数を制御する。制御ユニット１４は、この２回目のランモードを予め定められた一定時間（例えば５〜１０分間）実行する。
【００２５】
▲６▼この２回目のランモード終了後、オペレータが制御ユニット１４のスキャンスイッチ２５をＯＮ操作することで、制御ユニット１４は、３回目のスキャンモードを実行し（図３のステップＳ４）、振動センサ１３の検出値から、加振モータ１２が被処理物１１に付与した振動の周波数と、この被処理物１１の振幅との関係を例えば図２の実線Ｃのように求める。そして、制御ユニット１４は、この周波数と振幅との関係から被処理物１１の立上り点Ｌ３と共振点Ｈ３とを特定し、立上り点Ｌ３に対応する立上り点周波数ＦＬ３と、共振点Ｈ３に対応する共振点周波数ＦＨ３とをそれぞれ求める（図３のステップＳ５）。
【００２６】
▲７▼この３回目のスキャンモード終了後、制御ユニット１４は、この３回目のスキャンモードで求められた共振点周波数ＦＨ３が２回目のスキャンモードにおける共振点周波数ＦＨ２と一致しているか否か判断し（図３のステップＳ６）、一致していない場合には、３回目のランモードの実行に備えて準備する。共振点周波数ＦＨ３が共振点周波数ＦＨ２と一致していれば、被処理物１１の残留応力が除去されたことになる。
【００２７】
▲８▼ｎ回目のスキャンモードにおいて求められた共振点周波数ＦＨｎと、ｎ−１回目のスキャンモードにおける共振点周波数ＦＨｎ−１とが一致するまで、上述のランモード及びスキャンモードを実行する。
尚、図２の実線Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ示す被処理物１１の振幅と周波数との関係は、図１に示すように、制御ユニット１４に接続されたパーソナルコンピュータ１５の画面に表示され、このパーソナルコンピュータ１５に接続されたプリンタ１６により印刷されてもよい。
【００２８】
また、ランモード実行の際には、前述の如く、立上り点周波数と共振点周波数の間の周波数範囲において周波数が変動（変更）する振動を付与してランモードを実行する場合に限らず、加振モータ１２により被処理物１１に付与する振動の周波数、及びランモードの実行時間を、オペレータがテンキー２４を操作して任意の周波数範囲、任意の一定周波数、任意の時間に指定し、この後にオペレータがランスイッチ２６をＯＮ操作して当該ランモードを実行させてもよい。
【００２９】
更に、上述のスキャンモード及びランモードの実行においては、それぞれのモードの実行をオペレータによるスキャンスイッチ２５またはランスイッチ２６のＯＮ操作を待って実行していたが、オペレータによる１回目のスキャンスイッチ２５のＯＮ操作後、残留応力が除去されたと制御ユニット１４に判断されるまで、オペレータによるスキャンスイッチ２５またはランスイッチ２６のＯＮ操作を待たずに当該制御ユニット１４によりランモードとスキャンモードとが繰り返し自動的に実行されてもよい。
【００３０】
上述の残留応力の除去は、被処理物１１としての素材に対して実施されることで、鋳造や冶金時に発生した残留応力が除去され、また、被処理物１１としての製品の加工途中（例えば粗加工終了後）、もしくは製品完成後（例えば仕上げ加工終了後）に実施されて、加工時に発生した残留応力が除去され、さらに、被処理物としての製品の使用中（例えば製品が金型の場合には１０００回使用毎）に実施されて、その使用時までに蓄積された残留応力が除去される。
【００３１】
また、残留応力の除去は、被処理物１１の溶接中または溶接金属の冷却、固化時に実施されて、溶接により被処理物１１に生ずる残留応力が除去される。この溶接時には、スキャンモード及びランモードは上述と同様に実施してもよいが、ランモードにおいて、加振モータ１２が被処理物１１に与える振動の周波数をオペレータが制御ユニット１４のテンキー２４を操作して所定の範囲に、または任意の一定値に設定してもよい。
【００３２】
以上のように構成されたことから、上記実施の形態によれば次の効果を奏する。
被処理物１１に残存する残留応力を除去するために、被処理物１１に固有の振幅の立上り点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…と共振点Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３…とを求め、これらの立上り点と共振点とにそれぞれ対応する周波数の範囲（例えば、立上り点周波数ＦＬ１と共振点周波数ＦＨ１との間の周波数範囲Ｚ１、立上り点周波数ＦＬ２と共振点周波数ＦＨ２との間の周波数範囲Ｚ２）において、周波数の漸次上昇と漸次下降を繰り返す振動を一定時間被処理物１１に付与するよう構成されたことから、この残留応力除去過程において被処理物１１の共振点周波数が低周波数領域へ移行しても、この移行した共振点周波数と一致する周波数の振動を、上記一定時間内に複数回被処理物１１に付与することができる。この結果、被処理物１１による振動エネルギーの吸収が良好になされて、この被処理物１１の残留応力を効率的に除去できる。
【００３３】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、加振モータ１２により振動が付与された被処理物１１の複数位置において、振動センサ１３によりその振幅が検出された場合には、これらの各位置毎に異なった、または同一の立上り点及び共振点が検出される。制御ユニット１４は、これら複数の立上り点に対応する周波数のうち最小の周波数と、これら複数の共振点に対応する周波数のうちの最大の周波数との間の周波数範囲において、周波数を変更させる振動を被処理物１１に付与するように、加振モータ１２の回転数を制御する。
【００３４】
このように周波数範囲を設定することによって、被処理物１１の複数位置における各共振点に対応する周波数の全てに一致する周波数でこの被処理物１１を振動させることができるので、被処理物１１に残存する残留応力をより一層効率的に除去することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明に係る残留応力除去方法によれば、被処理物に存在する残留応力を効率的に除去できる。
請求項３及び４に記載の発明に係る残留応力除去装置によれば、被処理物に存在する残留応力を効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る残留応力除去装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の残留応力除去装置において被処理物に付与する振動の周波数と被処理物の振幅との関係を示すグラフである。
【図３】図１の残留応力除去装置が実施する残留応力除去手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  残留応力除去装置
１１  被処理物
１２  加振モータ（加振手段）
１３  振動センサ（振幅検出手段）
１４  制御ユニット（制御手段）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  立上り点
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３  共振点
ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３  立上り点周波数
ＦＨ１、ＦＨ２、ＦＨ３  共振点周波数
Ｚ１、Ｚ２  周波数範囲
【図１】
2004292925.tif 000003
【図２】
2004292925.tif 000004
【図３】
2004292925.tif 000005