(57)【要約】【課題】ノズルから出る噴流エネルギを増加させ、噴流到達距離をより一層長く伸ばして施工対象部分の材料の応力改善を行うウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法を提供する。【解決手段】本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、施工対象部分９にノズル１からの水流のウォータジェット７を噴流させ、前記施工対象部分９の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズル１から噴流する水流のウォータジェット７に固形物質５を混入させる固形物質供給手段６を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルから噴流する水流のウォータジェットに固形物質を混入させる固形物質供給手段を備えたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項２】
固形物質は、氷片、ドライアイス片およびシャーベット状氷のうち、いずれかを選択したことを特徴とする請求項１記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項３】
ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期を監視し、この周期と同期させて、氷片、ドライアイス片およびシャーベット状氷のうち、いずかれかを選択して混入させることを特徴とする請求項１記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項４】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルに水を供給するプランジャポンプと、このプランジャポンプを駆動するモータに回転数増減指令を与えるインバータを備えたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項５】
ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、インバータからモータに与えられる回転数を調整する監視制御部を備えたことを特徴とする請求項４記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項６】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルにより大きい水脈動を与えるプランジャポンプを複数台備えたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項７】
複数台のプランジャポンプは、各ピストンを駆動するクランク機構をギヤ機構を介して一つの共通のシャフトに接続させる構成にしたことを特徴とする請求項６記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項８】
複数台のプランジャポンプは、幾つかを運転し、残りを運転停止する運転・非運転切替制御機構部を備えたことを特徴とする請求項６記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項９】
運転・非運転切替制御機構部は、モータ軸に接続するギヤを備えた第１ギヤ機構部とピストンに駆動力を与えるギヤを備えた第２ギヤ機構部と、前記第１ギヤ機構部および前記第２ギヤ機構部に対し、接離自在に移動する動力伝達切替機構部を備えたことを特徴とする請求項８記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項１０】
運転・非運転切替制御機構部は、モータ軸に接続するカムと、このカムの回転力を往復動力に変えてピストンに与える動力伝達機構部と、この動力伝達機構部に対し、駆動軸を着脱自在に移動させる着脱自在機構部を備えたことを特徴とする請求項８記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項１１】
ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、運転・非運転切替制御機構部からプランジャポンプに与えている運転・非運転指令を変更して調整する監視制御部を備えたことを特徴とする請求項６記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項１２】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルに水を供給する複数台のプランジャポンプと、これらプランジャポンプを駆動するモータのそれぞれに位相遅れ指令を与える作動位相制御機構部を備えたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項１３】
ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、作動位相制御部からモータに与えている作動位相指令を変更して調整する監視制御部を備えたことを特徴とする請求項１２記載のウォータジェットピーニング装置。
【請求項１４】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルの下流側に開口を備えたリング片を設けたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項１５】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルの下流側に円柱体を設けたことを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
【請求項１６】
施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング方法において、前記ノズルに設けられたプランジャポンプから出る水流の脈動と前記ノズルから出る渦とを同期させ、前記ノズルから前記施工対象部分に噴流するウォータジェットの噴流到達距離を長くすることを特徴とするウォータジェットピーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料に液体等を噴流させ、その材料に残っている引張残留応力を消滅させ応力腐食割れ等を抑制するウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電プラント等の構造物や、各種産業用プラント内の腐食環境に置かれた構造物は、溶接等の熱影響を受け、局所的に引張応力等が残留していることが多い。
【０００３】
局所的に発生している残留引張応力等を放置しておくと、当該部分には、引張応力や腐食環境の相互作用により応力腐食割れ等が発生する場合がある。
【０００４】
このため、発電プラントでは、腐食し難い材料を選択したり、定期的に検査を行って材料を取り替え、腐食による破損等を未然に防止している。
【０００５】
しかし、例えば、沸騰水型原子炉における炉心シュラウドやそのサポート部構造、あるいは、原子炉炉底に配置する制御棒駆動機構ハウジング等は溶接構造になっており、切断等を行わない限り取り替えることができない。
【０００６】
取り替えが困難な構造物に対し、応力腐食割れ等を事前に防ぐ予防手段には、材料表面に衝撃を与えて引張応力を圧縮応力へ改善するピーニング技術がある。
【０００７】
従来、ピーニング技術の一つであるウォータジェットピーニングは、特許文献１に見られるように、本体の先端に設けたノズルから高圧水を噴射し、発生するキャビティの崩壊する圧力を利用して材料の応力改善を行うものや、特許文献２に見られるように、噴射部のノズルを改良し、ノズル内径をｄ、ノズル先端から応力改善を行う材料の表面までの距離をＬとするとき、無次元距離比Ｌ／ｄを、１０≦Ｌ／ｄ≦７０の範囲に設定するものや、あるいは、特許文献３に見られるように、原子炉炉底部に位置する円筒体に周方向案内手段を設定し、ノズルを周方向案内手段に沿い、円筒体の周方向に移動させ、ノズルから噴流する液体を当該対象部に噴出させるものや、あるいは特許文献４に見られるように、原子炉圧力容器構造物の残留応力改善を行う際、ピーニング施工前または施工中、炉内の冷却水を再循環ポンプで循環させ、冷却水の温度を上昇させるもの、さらに、特許文献５に見られるように、噴出水を冷却させ、固化させた水粒を混入させ、この氷粒を当該対象物に噴出させるもの等数多くの発明が開示されている。
【特許文献１】特開平５−７８７３８号公報
【特許文献２】特開平４−３６２１２４号公報
【特許文献３】特開平６−１１４７３５号公報
【特許文献４】特開平７−３２８８６０号公報
【特許文献５】特開２０００−２９８１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述開示された特許文献１〜５は、ノズルからの高圧水を噴射し、発生するキャビティ泡の崩壊する衝撃圧力を利用して材料の応力改善を行うことを基本原理としている。
【０００９】
しかし、発生したキャビティ泡は、ノズルからの距離が離れると、キャビティ泡の数密度が減少し、応力改善度合が低下する等の問題点があった。すなわち、材料に有効な応力改善が得られるノズルから対象部分までの距離に制限がある。
【００１０】
また、比較的隙間が小さい、例えば、原子炉炉底部などを施工する場合、距離の制限からノズルを対象位置までアクセスする必要があり、施工する装置が複雑な機構を備えなければならず、さらに高価で操作に熟練が必要になり、１台の装置を用いて施工位置に設置し、周囲を処理する等の作業を複数回繰り返して応力改善を行うため、費用と作業時間に多くの労力を費やす等の不具合、不都合があった。
【００１１】
また、原子炉内をウォータジェットピーニング施工を行う場合、上述特許文献４に見られるように、原子炉の再循環ポンプを起動させ、炉水温度分布を均一にし、しかも含有気体量を均一にしてキャビティ泡を有効に発生させているが、施工装置以外の制御が必要になり、ロバスト性が低下する等欠点がある。
【００１２】
本発明は、このような事象に対処してなされたもので、ノズルから出る噴流エネルギを増加させ、噴流到達距離をより一層長く伸ばして材料表面の応力改善を確実に行わしめることができるように図ったウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルから噴流する水流のウォータジェットに固形物質を混入させる固形物質供給手段を備えたものである。
【００１４】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項２に記載したように、固形物質は、氷片、ドライアイス片およびシャーベット状氷のうち、いずれかを選択したものである。
【００１５】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項３に記載したように、ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期を監視し、この周期と同期させて、氷片、ドライアイス片およびシャーベット状氷のうち、いずかれかを選択して混入させるものである。
【００１６】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項４に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルに水を供給するプランジャポンプと、このプランジャポンプを駆動するモータに回転数増減指令を与えるインバータを備えたものである。
【００１７】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項５に記載したように、ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、インバータからモータに与えられる回転数を調整する監視制御部を備えたものである。
【００１８】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項６に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルにより大きい水脈動を与えるプランジャポンプを複数台備えたものである。
【００１９】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項７に記載したように、複数台のプランジャポンプは、各ピストンを駆動するクランク機構をギヤ機構を介して一つの共通のシャフトに接続させる構成にしたものである。
【００２０】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項８に記載したように、複数台のプランジャポンプは、幾つかを運転し、残りを運転停止する運転・非運転切替制御機構部を備えたものである。
【００２１】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項９に記載したように、運転・非運転切替制御機構部は、モータ軸に接続するギヤを備えた第１ギヤ機構部とピストンに駆動力を与えるギヤを備えた第２ギヤ機構部と、前記第１ギヤ機構部および前記第２ギヤ機構部に対し、接離自在に移動する動力伝達切替機構部を備えたものである。
【００２２】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１０に記載したように、運転・非運転切替制御機構部は、モータ軸に接続するカムと、このカムの回転力を往復動力に変えてピストンに与える動力伝達機構部と、この動力伝達機構部に対し、駆動軸を着脱自在に移動させる着脱自在機構部を備えたものである。
【００２３】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１１に記載したように、ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、運転・非運転切替制御機構部からプランジャポンプに与えている運転・非運転指令を変更して調整する監視制御部を備えたものである。
【００２４】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１２に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルに水を供給する複数台のプランジャポンプと、これらプランジャポンプを駆動するモータのそれぞれに位相遅れ指令を与える作動位相制御機構部を備えたものである。
【００２５】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１３に記載したように、ノズルは、ノズルから出る渦の放出周期とプランジャポンプから出る水脈動の周期とが同期しているかを監視し、同期していないとき、作動位相制御部からモータに与えている作動位相指令を変更して調整する監視制御部を備えたものである。
【００２６】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１４に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルの下流側に開口を備えたリング片を設けたものである。
【００２７】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置は、上述した目的を達成するために、請求項１５に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング装置において、前記ノズルの下流側に円筒体を設けたものである。
【００２８】
本発明に係るウォータジェットピーニング方法は、上述した目的を達成するために、請求項１６に記載したように、施工対象部分にノズルからの水流のウォータジェットを噴流させ、前記施工対象部分の残留応力の改善を行うウォータジェットピーニング方法において、前記ノズルに設けられたプランジャポンプから出る水流の脈動と前記ノズルから出る渦とを同期させ、前記ノズルから前記施工対象部分に噴流するウォータジェットの噴流到達距離を長くする方法である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法は、ノズルから出る渦の周期と水の脈動の周期とを同期させ、水に共振を生じさせるので、ノズルから出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェットの噴流エネルギを増大させ、施工対象部分の材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１実施形態を示す概念図である。
【００３２】
本実施形態に係るウォータジェットピーニング装置は、適用するノズル１に改良を加えたものである。
【００３３】
この改良されたノズル１は、ノズル本体胴１ａの中央の軸方向に沿って通路２を備えるとともに、通路２の先端に絞り部３を形成し、この絞り部３から外側に向う軸方向に沿って拡開状のホーン部４を備える一方、ホーン部４の軸方向に対して交差する方向に、例えば、氷片等の固形物質５を噴出させる固形物質注入口６を備えたものである。
【００３４】
このような構成を備える改良されたノズル１において、ノズル本体胴１ａの通路２を通流する水流は、絞り部３で流速を増速させ、ここからホーン部４に沿って拡開状の噴流にし、その際に発生するキャビティ泡を含んだウォータジェット７として流れる。
【００３５】
このウォータジェット７の中に、固形物質注入口６からの固形物質５が混入される。ウォータジェット７に固形物質５を混入させたのは、ノズル１から材料の応力改善位置までの距離が長くなると、キャビティ泡の数密度が減少し、材料の応力改善位置への到達が難しくなることを考慮したもので、例えば氷片等の固形物質５の持つ慣性力を利用し、キャビテーション泡の数密度減少を補い、ウォータジェット７の噴流エネルギを増加させ、結果として材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばしたものである。
【００３６】
このように、本実施形態は、ノズル１のホーン部４に固形物質注入口６を設け、ここからウォータジェット７に固形物質５を混入させ、固形物質５の持つ慣性力を巧みに利用するので、ウォータジェット７の噴流エネルギを増加させることができ、ウォータジェット７の噴流エネルギの増加の下、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００３７】
なお、本実施形態は、固形物質として、例えば氷片を用いているが、この例に限らず、固形物質５として、例えば、ドライアイス片や、例えば、図２に示すように、固形物資５として、シャーベット状氷８を用いてもよい。
【００３８】
固形物質５として、氷片、ドライアイス片、シャーベット状氷８のいずれかを用いた場合、周囲の雰囲気温度により水に相変化するので、回収の必要性がなく、好都合である。
【００３９】
また、水流のウォータジェット７がノズル１から出るとき、周期的に渦が出ているが、渦放出の周期と同期させて氷片、ドライアイス片、シャーベット状氷８のうち、いずれかを混入させれば、ウォータジェット７に共振が生じ、この共振によって渦自体の減衰効果を防止させることができ、結果的にウォータジェット７の噴流エネルギを増加させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすこともできる。
【００４０】
図３は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第３実施形態を示す概念図である。
【００４１】
本実施形態は、施工対象部分９にウォータジェット７で噴流させるノズル１と、このノズル１に流体供給ライン１０を介してポンプ吸込み口１１で吸い込んだ水を供給するプランジャポンプ１２と、このプランジャポンプ１２にシャフト１３を介して回転駆動力を与えるモータ１４と、このモータ１４に回転数増減指令を与えるインバータ１５を備えたものである。
【００４２】
このような構成を備える本実施形態において、プランジャポンプ１２は、モータ１４から与えられる回転駆動力をクランク機構またはカム機構によって往復動力に変換させ、変換させた往復動力でピストンを駆動し、ポンプ吸込み口１１から吸い込んだ水を高圧化し、流体供給ライン１０を介してノズル１に供給し、ノズル１から施工対象部分９に向ってウォータジェット７にして噴流する。
【００４３】
このとき、プランジャポンプ１２から出る水は、ポンプ回転数に依存し、周期的に脈動が発生する。
【００４４】
本実施形態は、プランジャポンプ１２から出る水の脈動に着目したもので、周期的に出る水の脈動を、ノズル１から周期的に出る水の渦に同期させるために、インバータ１５を備え、このインバータ１５からモータ１４に回転数増減指令を与えてモータ回転数を制御し、ノズル１から出る水に共振を生じさせるものである。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、ノズル１から出る水に共振を生じさせる構成にしたので、ノズル１の出口から出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェット７の噴流エネルギを増大させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００４６】
なお、本実施形態は、モータ１４に回転数増減指令を与えるインバータ１５を備えたが、この例に限らず、例えば、図４に示すように、施工対象部分９に水流をウォータジェット７にして噴流させるノズル１に、このノズル１で発生する渦の放出周期をセンサ４３ａで捉え、捉えた渦放出周期をフィードバック演算部４４ａを介してインバータ１５に与える監視制御部４５ａを備え、プランジャポンプ１２ａから出る水の脈動とノズル１から出る渦とが同期していないとき、監視制御部４５ａからインバータ１５を介して与えられる調整指令により、作動するモータ１４の回転数増減を調整し、プランジャポンプ１２から出る水の脈動の周期とノズル１から出る渦放出周期とを同期するように調整してもよい。
【００４７】
図５は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第５実施形態を示す概念図である。
【００４８】
本実施形態は、施工対象部分に水をウォータジェットにして噴流させる際、より多くの水の脈動を発生させるために、複数台のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…を並列状に設置したものである。
【００４９】
これらプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…は、クランク室１６に収容され、一つの共通のシャフト１７に装着するギヤ機構１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，…と、各ギヤ機構１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，…に接続するクランク機構１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，…に対応して設けられ、水吸込み口２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…を備えるシリング２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…に収容させるピストン２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，…とを備えている。
【００５０】
また、プランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…は、シリング２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…の水吸込み口２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…から吸い込んだ水にピストン２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，…からの押圧力が与えられ、与えられた押圧力から発生する水の脈動を逆止弁２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…を介して一個所に集める集合室２４を備え、ここで集めた水の脈動をより大きくして出口２５からノズル（図示せず）に供給する。
【００５１】
このように、本実施形態は、複数台のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…を設置し、各プランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…から出る圧力水を一つの集合室２４に集め圧力水に含まれる脈動をより大きくし、より大きくした脈動にノズルから出る渦に同期させ、ノズルから出る水に共振力を与える構成にしたので、ノズルから出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェットの噴流エネルギを増大させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００５２】
図６は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第６実施形態を示す概念図である。
【００５３】
本実施形態は、第３実施形態と同様に、施工対象部分９にウォータジェット７で噴流させるノズル１と、このノズル１に流体供給ライン１０を介してポンプ吸込み口１１で吸い込んだ水を供給するプランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）と、このプランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）にシャフト１３を介して回転駆動力を与えるモータ１４と、プランジャポンププランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）のうち、いずれかを運転・非運転に自在に切り替えて選択できるようにして駆動指令を出す運転・非運転切替制御機構部２６を備えている。
【００５４】
なお、プランジャポンプ１２は、図６中、代表例として一つしか図示していないが、実際にはプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…に接続する運転・非運転切替制御機構部２６は、図７に示すように、クランク室１６に収容された第１ギヤ機構部２７と第２ギヤ機構部２８とを備えるとともに、第１ギヤ機構部２７と第２ギヤ機構部２８との間に、第１ギヤ機構部２７から第２ギヤ機構部２８に与えられる駆動力を伝達・非伝達自在に切替ができる動力伝達切替機構部２９を設けている。
【００５５】
一方、第１ギヤ機構部２７は、第１ギヤ３０、シャフト１３を備え、モータ（図示せず）の駆動力で回転している。
【００５６】
また、動力伝達切替機構部２９は、ギヤ３１を備え、第１ギヤ３０から第２ギヤ機構部２８に駆動力を与えるとき、ギヤ３１を第１ギヤ３０に螺合させ、第１ギヤ３０から第２ギヤ機構部２８に与える駆動力をカットするとき、ギヤ３１を矢印の方向に移動させ、第１ギヤ機構部２７から離脱する構成になっている。
【００５７】
他方、第２ギヤ機構部２８は、第２シャフト３２、第２ギヤ３３を備える一方、第２ギヤ３３に設けられ、ここから延び、シリンダ３４に収容するピストン３５に接続するクランク機構３６を備え、第１ギヤ機構部２７からの回転駆動力を動力伝達切替機構部２９、第２ギヤ機構部２８、クランク機構３６を介して往復駆動力に代え、この往復駆動力をピストン３５に与え、ポンプ吸込み口１１から吸い込んだ水にピストン３５からの押圧力を与えて水の脈動を生成し、生成した脈動を持つ水をノズル１に供給する。
【００５８】
このように、本実施形態は、複数台並列設置のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…のうち、幾つかを運転させ、残りを運転停止させる運転・非運転切替制御機構部２６を備え、運転・非運転切替制御機構部２６から駆動指令を受けたプランジャポンプのみに運転調整を行わせ、運転調整させたプランジャポンプから出る水の脈動にノズル１から出る渦に同期させ、ノズル１から出る水に共振力を与える構成にしたので、ノズル１から出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェットの噴流エネルギを増大させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００５９】
なお、本実施形態は、運転・非運転切替制御機構部２６から駆動指令を受けたプランジャポンプを運転する際、第１ギヤ機構部２７と第２ギヤ機構部２８との間に設けた動力伝達切替機構部２８をギヤ３１として構成し、第１ギヤ機構部２７の回転駆動力を第２ギヤ機構部２８にも回転駆動力として与えるようにしたが、運転・非運転切替制御機構部２６を、この例に限らず、例えば図８に示すように、モータを備えたシャフト１７にカム３７を設け、カム３７に当接させてカム３７からの往復動力をシリンダ３４に収容するピストン３５に与える動力伝達機構部３８と、この動力伝達機構部３８をカム３７から接離自在に駆動し、矢印の方向に移動させる接離自在機構部３９を設けて構成してもよい。
【００６０】
また、本実施形態は、プランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）のうち、いずれかを運転・非運転に自在に切り替えて選択できるようにして駆動指令を出す運転・非運転切替制御機構部２６を備えたが、この例に限らず、例えば図９に示すように、施工対象部分９にウォータジェット７で噴流させるノズル１に、このノズル１から出る渦の放出周期をセンサ４３ｂで捉え、捉えた渦放出周期をフィードバック演算部４４ｂを介して運転・非運転切替制御機構部２６に与える監視制御部４５ｂを備え、プランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）から出る水の脈動とノズル１から出る渦とが同期していないとき、監視制御部４５ｂから運転・非運転切替制御機構部２６を介して与えられる指令により、プランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）の運転・非運転の増減を調整し、プランジャポンプ１２ａ（１２ｂ，１２ｃ，…）から出る脈動の周期とノズルから出る渦放出周期とを同期するように調整してもよい。
【００６１】
図１０は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第９実施形態を示す概念図である。
【００６２】
本実施形態は、第３実施形態と同様に、施工対象部分９にウォータジェット７で噴流させるノズル１と、このノズル１に流体供給ライン１０を介してポンプ吸込み口１１で吸い込んだ水を供給する複数台並列設置のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…と、これらプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…毎にシャフト４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，…を介して回転駆動力を与えるモータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，…と、プランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…およびモータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，…のそれぞれ位相遅れ指令を与える作動位相制御機構部４２を備えている。
【００６３】
このように、本実施形態は、複数台並列設置のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…およびモータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，…のそれぞれに往復動位相遅れ指令を与える作動位相制御機構部４２を備え、作動位相制御機構部４２からの位相遅れ指令を受けたプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…の水の脈動をノズル１から出る渦に同期させ、ノズル１から出る水に共振力を与える構成にしたので、ノズル１から出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェット７の噴流エネルギを増大させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００６４】
なお、本実施形態は、複数台並列設置のプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…およびモータ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，…のそれぞれに往復動位相遅れ指令を与える作動位相制御機構部４２を備えたが、この例に限らず、例えば、図１１に示すように、施工対象部分９に水をウォータジェット７にして噴流させるノズル１の出口側に発生する渦の放出周期をセンサ４３ｂで捉え、捉えた渦放出周期をフィードバック演算部４４ｃを介して作動位相制御機構部４２に与える監視制御機構部４５ｃを備え、プランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…から出る水の脈動とノズル１から出る水の渦が同期していないとき、監視制御部４５ｃから作動位相制御機構部４２を介して与えられる指令により、作動するモータおよびプランジャポンプのピストンの位相を渦放出周期と同期するように調整させてもよい。
【００６５】
本実施形態は、プランジャポンプのうち、幾つかを運転する場合、運転するプランジャポンプ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…のピストンから出る水の脈動の周期とノズル１の出口から出る渦の周期とが同期し、ウォータジェット７に共振が発生しているかの有無を監視し、水の脈動の周期と渦の周期とが同期していないとき、作動位相制御機構部４２からの指令を調整できる点で有効である。
【００６６】
図１２は、本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１１実施形態を示す概念図である。
【００６７】
本実施形態は、ノズル１におけるノズル本体胴１ａの中央の軸方向に沿って通路２を備えるとともに、通路２の先端に絞り部３を形成し、この絞り部３から外側に向う軸方向に沿って拡開状のホーン部４を備える一方、このホーン部の先端側に、中央に開口４６を備えたリング片４７を設けたものである。
【００６８】
このような構成を備えるノズル１において、ノズル本体胴１ａの通路２を通流する水流は、絞り部３で流速を増し、ここからホーン部４に向って拡がるとき、キャビティ泡が発生し、発生したキャビティ泡を含んだウォータジェット７としての噴流になる。
【００６９】
そして、ウォータジェット７がリング片４７の開口４６を通過するとき、渦４８を放出するが、この渦４８の放出周期をノズル１からのキャビティ泡の放出周期とが同期するように、リング片４７は、ホーン部４の下流側の適正位置に設置される。
【００７０】
このように、本実施形態は、リング片４７から出る渦４８の放出周期とノズル１からのキャビティ泡の放出周期とが同期する位置にリング片４７を設置し、ノズル１から出る水に共振力を与える構成にしたので、ノズル１から出る渦自体の減衰を防止させることができ、結果的にウォータジェット７の噴流エネルギを増大させ、材料の応力改善に有効な噴流到達距離を伸ばすことができる。
【００７１】
なお、本実施形態は、ホーン部４の下流側に開口４６を備えたリング片４７を設けたが、この例に限らず、例えば、図１３に示すように、丸棒等の円柱体４９を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第３実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第４実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第５実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第６実施形態を示す概念図。
【図７】図６に示したプランジャポンプに適用する運転・非運転切替制御機構部を示す概念図。
【図８】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第７実施形態を示す概念図。
【図９】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第８実施形態を示す概念図。
【図１０】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第９実施形態を示す概念図。
【図１１】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１０実施形態を示す概念図。
【図１２】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１１実施形態を示す概念図。
【図１３】本発明に係るウォータジェットピーニング装置およびウォータジェットピーニング方法の第１２実施形態を示す概念図。
【符号の説明】
【００７３】
１  ノズル
１ａ  ノズル本体胴
２  通路
３  絞り部
４  ホーン部
５  固形物質
６  固形物質注入口
７  ウォータジェット
８  シャーベット状氷
９  施工対象部分
１０  流体供給ライン
１１  ポンプ吸込み口
１２  プランジャポンプ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…  プランジャポンプ
１３  シャフト
１４  モータ
１５  インバータ
１６  クランク室
１７  シャフト
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，…  ギヤ機構
１８ａ，１９ｂ，１９ｃ，…  クランク機構
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…  水吸込み口
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…  シリンダ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，…  ピストン
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…  逆止弁
２４  集合室
２５  出口
２６  運転・非運転切替制御機構部
２７  第１ギヤ機構部
２８  第２ギヤ機構部
２９  動力伝達切替機構部
３０  第１ギヤ
３１  ギヤ
３２  第２シャフト
３３  第２ギヤ
３４  シリンダ
３５  ピストン
３６  クランク機構
３７  カム
３８  動力伝達機構部
３８ａ  駆動軸
３９  着脱自在機構部
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，…  シャフト
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，…  モータ
４２  作動位相制御機構部
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，…  センサ
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，…  演算部
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，…  監視制御部
４６  開口
４７  リング片
４８  渦
４９  円柱体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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