(57)【要約】【課題】ショットピーニングやショットブラストの表面加工処理において、対象物の狭隘部の投射カバレージの目視による検査を可能とし、投射カバレージ確認試験の実施コストを低減し、かつ、測定精度を向上させる。【解決手段】対象物の加工面に対するピーニング加工の進行度（投射カバレージ）とショット（１６）の投射時間との相関関係を求めるための投射カバレージ確認方法であって、前記対象物と同一の表面形状に作成した模擬具（２）の表面に、対象物と同一材料で製作され、鏡面状の研磨面（４ａ）を有する十分に小さな薄板状の試験片（４）を該研磨面を表にして貼付する第１段階と、前記模擬具表面を一定の投射条件下で所定の時間だけピーニングする第２段階と、前記試験片を取り出してその研磨面を観察することによりピーニング加工の進行度を計測する第３段階と、を含む。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の加工面に対するピーニング加工の進行度とショット（１６）の投射時間との相関関係を求めるための投射カバレージ確認方法であって、
前記対象物と同一の表面形状に作成した模擬具（２）の表面に、対象物と同一材料で製作され、鏡面状の研磨面（４ａ）を有する十分に小さな薄板状の試験片（４）を該研磨面を表にして貼付する第１段階と、
前記模擬具表面を一定の投射条件下で所定の時間だけピーニングする第２段階と、
前記試験片を取り出してその研磨面を観察することによりピーニング加工の進行度を計測する第３段階と、を含む、ことを特徴とする投射カバレージ確認方法。
【請求項２】
ピーニング加工の進行度の計測は、拡大鏡を用いて前記研磨面（４ａ）を目視することにより行う、ことを特徴とする請求項１に記載の投射カバレージ確認方法。
【請求項３】
ピーニング加工の進行度の計測は、前記研磨面（４ａ）の投射変質した部分の面積率を測定することにより行う、ことを特徴とする請求項１に記載の投射カバレージ確認方法。
【請求項４】
前記試験片（４）の貼付は、接着剤または両面粘着テープを用いて行われる、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の投射カバレージ確認方法。
【請求項５】
前記模擬具（２）は、対象物と同種の廃却部品を用いる、ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の投射カバレージ確認方法。
【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行われるショットピーニングやショットブラストの表面加工処理において、その投射カバレージ（ピーニング加工の進行度、加工率）を確認・評価するための投射カバレージ確認方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高応力状態で使用される部品、例えば、ガスタービンのディスクやシャフト等には、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、薄い変質層が生じるため、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等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、ガラス、セラミック等の粒子を対象物（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、対象物表面に圧縮応力を残留させるものである。
【０００５】
ここでピーニングは、対象物表面に所望の残留応力を生じさせるために、ピーニング対象物に応じてピーニングの強さ（ピーニング強度）とピーニングの度合い（投射カバレージ（ＣＯＶＥＲＡＧＥ）、進行度）を指定して行われる。
【０００６】
ピーニング強度は、ショットの大きさ、投射速度等の条件によって決定されるが、ピーニング強度の測定方法としては、米国特許第２，３５０，４４０号に開示されている方法が一般的に用いられている。
【０００７】
このピーニング強度測定方法は、図３の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、保持具８上面に固定した短冊状の試験片２（「アルメン片」と呼ばれる規格化された試験片）の全面に、実際の対象物にピーニングを施す場合と同一の所定投射条件でショット１６をピーニングノズル１１から直接投射してピーニングを施し、（ｂ）（ｃ）に示すように、その塑性変形による変形量（アークハイト）ｈ、すなわち試験片に生じた変形（反り）の大きさをダイヤルゲージ１３を用いて実測することで、この条件におけるピーニング強度とこれに対応する対象物の残留応力（圧縮応力）を間接的に測定するものである。
したがって、ピーニング強度と残留応力との相関関係は、上記の所定投射条件を種々に変えて測定を繰り返すことで求められる。
【０００８】
一方ピーニングの投射カバレージは、対象物表面の所定面積に衝突したショットの球数に比例した、被投射面の面積に対するピーニングされた部分の面積により定義される進行度（投射カバレージ（％））によって表されるが、この投射カバレージの確認方法としては、
（１）ピーニング面を直接目視して投射カバレージを推定する方法
（２）ピーニング面に塗料を塗り投射後のはがれ具合を検査して投射カバレージを推計する方法（米国特許第３，９５０，６４２号）
（３）実際よりも短い時間ピーニングを行った実体のピーニング面表面形状（表面荒さ）を検査し、これを基準にショットの投射時間から投射カバレージを推計する方法（米国特許第５，５８１，４８３号、米国特許第５，００３，８０５号）
（４）アルメン片と呼ばれる規格化された試験片を保持具に固定した上で、実体（実際の部品）を模擬した治具に取り付けてこれにショットを投射してその表面の表面荒さを検査する方法
などが用いられている。
【０００９】
なお、参考までに被投射面のピーニング後の顕微鏡写真を図４に示した。この写真で黒く表れている部分がショットが衝突してへこんだ部分（ピーニング域：投射変質した部分）であり、（ａ）は投射カバレージが約４５％、（ｂ）は投射カバレージが約６５％、（ｃ）は投射カバレージが約９５％の状態のものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）による投射カバレージ確認方法では、▲１▼部品の形状によってはその狭隘部の目視による検査が困難である、▲２▼実際の部品を使用して投射投射カバレージを確認する場合にはピーニングの条件出しのための複数回の試験に大きなコストがかる、▲３▼廃却品または実体形状を模擬した治具を用いれば試験のコストを低減させることができるが廃却品の入手は困難であり、また繰り返して使用できない治具では経済性に問題がある、▲４▼ピーニング前に部品表面の研磨が許容されないと測定精度が下がる、▲５▼複雑な形状の表面研磨は手間がかかる、といった問題があった。
【００１１】
また上記（２）による投射カバレージ確認方法では、対象物表面の研磨の必要はないものの（１）と同じく、▲１▼試験回数の制約があり、▲２▼廃却品の入手が困難で、▲３▼経済性に問題があり、さらに、▲４▼塗料のはがれと投射カバレージとの関係を予め把握しておく必要があるため多くの手間を要し、また▲５▼あくまでも投射カバレージを推計するものであるため最終的には必ず実体での確認検査が必要となる、といった問題があった。
【００１２】
さらに上記（３）の方法では、▲１▼狭隘部の目視検査が困難で、▲２▼試験回数に制約があり、▲３▼廃却品の入手は困難で、▲４▼ピーニング前の研磨の有無に測定精度が左右される、▲５▼上記（２）と同様に投射カバレージを推計するものであるため実体での確認検査が必要となる、等の問題があった。
【００１３】
また上記（４）の方法では、▲１▼実体とは材質が異なるアルメン片により投射カバレージを検査するので、アルメン片の材質と実際の部品の材質との間の投射カバレージの関係を予め把握しておく必要があり、▲２▼上記と同様に実体での確認検査が最終的に必要となり、▲３▼複雑な形状の部品の場合には保持具を作成できず検査できない部分が生じることがあり、▲４▼最終的には実体での確認検査が必要となる、等の問題があった。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、対象物の狭隘部の投射カバレージの目視による検査を可能とし、投射カバレージ確認試験の実施コストを低減し、かつ、測定精度を向上させることができる、従来法の問題を解決した投射カバレージ確認方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、対象物の加工面に対するピーニング加工の進行度とショット（１６）の投射時間との相関関係を求めるための投射カバレージ確認方法であって、前記対象物と同一の表面形状に作成した模擬具（２）の表面に、対象物と同一材料で製作され、鏡面状の研磨面（４ａ）を有する十分に小さな薄板状の試験片（４）を該研磨面を表にして貼付する第１段階と、前記模擬具表面を一定の投射条件下で所定の時間だけピーニングする第２段階と、前記試験片を取り出してその研磨面を観察することによりピーニング加工の進行度を計測する第３段階と、を含む、ことを特徴とする投射カバレージ確認方法を提供する。
【００１６】
実際の対象物（部品）にピーニング加工の前に、対象物を模擬した模擬具を用いて、その表面に対象物と同一材料の試験片を貼り付けた後にピーニングを実施することによって、上述した問題をすべて解決することができる実施が容易で、高精度かつ経済性に優れた投射カバレージ確認方法が提供される。
すなわち本発明によれば、▲１▼模擬具を用いることにより実際の対象物と同一の環境下での試験を可能とし、▲２▼対象物と同一材料の試験片を使用することでその塑性変形の状態を忠実に再現することができ、▲３▼試験片を貼付して用いることで狭隘部に行うピーニングにおいてもこれを取り出して目視により投射カバレージの確認検査が可能となり、また▲４▼試験片は十分に小さいことから対象物の被投射面が複雑な形状をしていてもこれを貼付することができ、▲５▼安価に製作できる試験片を使用することにより試験の実施コストが低減され、▲６▼試験片はその表面研磨が容易であり、▲７▼複数回の試験の実施にあっても試験片のみを貼り替えるだけで模擬具自体は繰り返して使用可能であり、さらに▲８▼投射カバレージを推計するものではないため最終的な実体での確認検査が不要となる、等の優れた効果を有する投射カバレージ確認方法が提供される。
【００１７】
ここでピーニング加工の進行度の計測は、拡大鏡を用いて前記研磨面（４ａ）を目視することにより、または、前記研磨面（４ａ）の投射変質した部部分の面積率を測定することにより行う、ことができる。
【００１８】
試験片はピーニング後に取り出すことができるので、これを目視で評価することにより、または一般的な表面荒さ測定機によりこれを評価することで、容易に投射カバレージを確認することができる。
【００１９】
また好ましい実施例では、前記試験片（４）の貼付は、接着剤または両面粘着テープを用いて行われる、ものとする。
【００２０】
接着剤または両面粘着テープ等を用いて模擬具の表面に試験片を貼付することにより、その貼り付け、取り外しが簡便化され、試験の実施が容易化される。なお、本発明の効果実証試験により、ピーニングの施工によっても試験片が模擬具からはがれ落ちることはないことが確認されている。
【００２１】
また、前記模擬具（２）は、対象物と同種の廃却部品を用いる、ことが好ましい。
【００２２】
上述のように本発明では模擬具自体は繰り返して使用可能であるため、一つの廃却部品を入手しさえすれば、試験片のみを貼り替えるだけで複数回の試験を実施でき、その結果、試験の実施コストを低減させることができる。なお、試験に際して、廃却部品への特別な前処理（鏡面研磨等）は必要とされない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る投射カバレージ確認方法を用いた投射カバレージ確認試験について説明する。
【００２４】
ピーニング加工は、前述のように微小の鋼、ガラス、セラミック等の粒子であるショットを対象物、すなわち実際の部品（特にブレード、タービンディスク、シャフト等の回転部品）の表面にエアによる圧力等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る。
【００２５】
実際の部品のピーニング加工は投射カバレージが１００〜２００％の範囲で行われることが多いが、投射カバレージが１００％を越えるとその測定は容易には行えないため、投射カバレージが１００％となる投射時間を求め、これを基準に所望の投射カバレージとなると予測される投射時間だけショットの投射が行われる。そのため投射カバレージが１００％となる投射時間を正確に求めることが重要となる。
【００２６】
投射カバレージ確認試験は、実際の部品にピーニング加工を施す前に、その部品と同一の表面形状に作成した模擬具を用いて、一定のショットの大きさおよび投射速度等により定めた投射条件、すなわち一定のピーニング強度の下、ショットの投射時間を種々に変更して、被投射面のピーニング加工の進行度（投射カバレージ）を計測し、その結果から投射時間と投射カバレージとの関係を求め、また、投射カバレージが１００％となると予想される投射時間の前後を集中的に試験することにより、投射カバレージが１００％となる時間を実際の試験によって正確に求めるものである。
投射時間と投射カバレージとの相関関係が求まると、実際の部品にピーニングする場合に所望の投射カバレージでのピーニング加工を行うことができる。
【００２７】
この投射カバレージ確認試験は、ピーニングする部品のいずれの箇所についての投射カバレージを確認するために用いることができるが、特に図１に示したような狭隘部位の表面、より具体的にはタービンディスク７のブレード（図示せず）の取り付け部位の内周面等の複雑な形状をした被投射面５の投射カバレージを確認する際に非常に有用なものである。
【００２８】
確認試験は次の手順で行われる。
まず、ピーニング対象物である部品７の被投射面５と同一の表面形状の模擬具２を製作する（図２）。なお同種部品である使用済みの廃却部品が入手できれば、これを模擬具として使用することができ、試験のための模擬具の製作が不要となる。
またこれとは別に、実際の部品と同一の材料を用いて試験片４を製作する。図２（ａ）に示したように試験片は薄板状の直方体形状をしており、その表面の一面は鏡面状に研磨された研磨面４ａとなっている。試験片４の大きさは本試験では「縦（ｌ）×横（ｗ）×厚（ｔ）」が「３×２×１ｍｍ」のものを用いる。なお、試験片の大きさはこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更することもできる。
表面の汚れを取り除いた模擬具２の投射カバレージの進行度を測定したい箇所に試験片を研磨面４ａを表にして図示しない両面粘着テープで貼付する。
この状態で実際の部品にピーニングを行うのと同じ投射条件で所定の時間だけショット１６をショットノズル１１から投射して、ピーニングを行う（図２（ｂ））。
最後に試験片を取り出してその研磨面を顕微鏡を用いて目視により観察し、ピーニングされた部分の面積を測定する。試験片の鏡面の面積（６ｍｍ２）に対するピーニングされた部分の面積からピーニング加工の進行度（投射カバレージ（％））が算出される。
なおこの場合、試験片４の研磨面４ａはその厚みｔの分だけ模擬具２から浮いた状態にあるが、１ｍｍ程度の厚みでは投射カバレージの算出値に影響を及ぼすことはほとんどないことが実証されている。しかしながら模擬具２に凹みを形成して、試験片４の研磨面４ａが模擬具の表面と面一となるようにして試験を行ってもよい。
【００２９】
上記手順による確認試験をショットの投射時間を種々に変更して、各投射時間とピーニング加工の進行度（投射カバレージ）との相関関係を求め、また、投射カバレージが１００％となる投射時間を推計するのではなく、実際の試験によって投射時間を正確に求めることにより、これを基準として実際の部品に加工を行う際に所望の投射カバレージで正確にピーニング加工することができる。
【００３０】
この確認試験では、実際の部品と同一表面形状をした模擬具と実際の部品と同一材料の試験片を使用することで、部品に生じる塑性変形の状態を、簡易、かつ、低コストで忠実に再現することができ、その結果、多数回の試験も容易に実施可能となり、投射カバレージが１００％となる投射時間も正確に求めることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、対象物の狭隘部の投射カバレージの目視による検査を容易に行うことができ、投射カバレージ確認試験の実施コストが低減され、かつ、高測定精度の投射カバレージ確認方法が提供され、その方法による投射カバレージ測定試験の結果から投射時間と投射カバレージとの関係が正確に求まり、実際の部品にピーニングする場合に所望の投射カバレージでのピーニング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対象物である実際の部品の被投射面を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示した概念図である。
【図３】ピーニング強度測定方法を示した図である。
【図４】被投射面のピーニング加工後の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
２　模擬具
４　試験片
４ａ　研磨面
５　被投射面
７　部品
８　　保持具
１１　ピーニングノズル
１３　ダイヤルゲージ
１６　ショット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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