(57)【要約】      （修正有）【課題】キャビテーションピーニングを利用した表面処理において、凸曲面よりなる被処理面を処理する場合であっても、十分な気泡崩壊を発生させて、十分な表面処理効果を達成する。【解決手段】凸曲面よりなる被処理面３ａを有する被処理物３の衝突部Ｐにキャビテーション噴流４を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により被処理面３ａを処理する。衝突部Ｐの近傍に被処理面３ａと対向する流れ規制板２を配設することにより、流れ規制板２と被処理面３ａとの間に、最狭隘部５と、拡大部６とを連続して形成する。衝突部Ｐに衝突した後のキャビテーション噴流４を最狭隘部５から拡大部６に流すことにより気泡崩壊を助長する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する方法であって、
前記キャビテーション噴流が衝突する前記被処理物の衝突部の近傍に前記被処理面と対向する流れ規制板を配設することにより、該流れ規制板と該被処理面との間に、両者の間隔が最も狭い最狭隘部と、両者の間隔が該最狭隘部よりも広がった拡大部とを、この順で、前記キャビテーション噴流の上流側から下流側に向けて連続して形成し、
前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を前記最狭隘部から前記拡大部に流すことにより前記気泡崩壊を助長することを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記流れ規制板と前記被処理物との間に、両者の間隔が前記最狭隘部よりも広がった導入拡大部を、該最狭隘部の前記キャビテーション噴流の上流側に形成し、
前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を前記導入拡大部から前記最狭隘部に導くことを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記最狭隘部と前記被処理面との間隔Ｄと、前記凸曲面の曲率半径ｒとの関係において、ｒ／Ｄの値が０．５〜５であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一つに記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記凸曲面の曲率半径が１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記流れ規制板の法線と、前記衝突部に衝突する前記キャビテーション噴流の噴流中心軸とがなす角度θが、１５度〜７５度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の表面処理方法。
【請求項６】
凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する装置であって、
前記キャビテーション噴流を噴射して該キャビテーション噴流を前記被処理物に衝突させる噴射ノズルと、
前記キャビテーション噴流が衝突する前記被処理物の衝突部の近傍に前記被処理面と対向して配設される流れ規制板と、を備え、
前記流れ規制板は、該流れ規制板と該被処理面との間に、両者の間隔が最も狭い最狭隘部と、両者の間隔が該最狭隘部よりも広がった拡大部とを、この順で、前記キャビテーション噴流の上流側から下流側に向けて連続して形成し、該衝突部に衝突した後の該キャビテーション噴流を該最狭隘部から該拡大部に流すことにより前記気泡崩壊を助長することを特徴とする表面処理装置。
【請求項７】
前記流れ規制板は、該流れ規制板と前記被処理物との間に、両者の間隔が前記最狭隘部よりも広がった導入拡大部を、該最狭隘部の前記キャビテーション噴流の上流側に形成し、前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を該導入拡大部から該最狭隘部に導くことを特徴とする請求項６に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面処理方法及び表面処理装置に関し、詳しくはキャビテーションピーニングを利用して凸曲面よりなる被処理面を処理する表面処理方法及び表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料や半導体材料等の表面の強化、洗浄や残留応力の改善等を目的として、キャビテーションピーニングを利用した表面処理が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
キャビテーションは、流動している水などの液体の圧力が局部的に低下して、液体の飽和蒸気圧まで圧力が減少した結果、液体が気泡になる現象である。多くの場合、水中に溶け込んでいる微細な気泡などがキャビテーション核となって、噴流の高速領域（低圧領域）でキャビテーション気泡となる。液体の圧力が低下することで発生したキャビテーション気泡は、流速の低下により液体の圧力が再び高くなれば、液体の表面張力等の影響も受けて、崩壊する。この気泡崩壊は、数マイクロ秒オーダの短時間で起こる。このため、気泡崩壊時には、数百から数千気圧にも達する衝撃圧力が発生する。
【０００４】
キャビテーションピーニングによる表面処理では、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する衝撃圧力を利用して、被処理物の表面の強化等を行う。すなわち、図９に示されるように、キャビテーション噴流（キャビテーション気泡を含む水等の液体の噴流）８０を被処理物８１の表面に衝突させる。被処理物８１に衝突した後のキャビテーション噴流８０は被処理面８１ａに沿って流れ、その過程でキャビテーション噴流８０の速度が低下する。これにより、キャビテーション噴流８０の圧力が上昇し、気泡崩壊が起こる。そして、このとき発生する衝撃圧力により被処理面８１ａの強化等を行う。
【特許文献１】特開平１０−７６４６７号公報
【特許文献２】特許第３４６４６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、キャビテーションピーニングによる表面処理において、表面の強化等をより効率的に行うためには、被処理物の被処理面の近傍でより多くのキャビテーション気泡を崩壊させて、そのとき発生する衝撃圧力をより多く被処理面に付与することが重要となる。
【０００６】
ところが、図１０に示されるように、被処理物８２の被処理面８２ａが凸曲面で、しかもその曲率半径が小さい場合、被処理物８２に衝突した後のキャビテーション噴流８０の速度が、被処理面８２ａの近傍で、気泡崩壊が起こる程度まで低下しないことがある。
【０００７】
例えば、被処理面８２ａが５ｍｍ程度よりも小さい曲率半径の凸曲面である場合、被処理物８２に衝突した後のキャビテーション噴流８０の一部は、気泡崩壊が起こる程度まで流速を低下させることなく、被処理面８２ａから離れて流れ去ってしまう。そうすると、気泡崩壊が十分に起こらず、被処理面８２ａの強化等の処理が不十分となる。なお、この場合であっても、処理時間を長くすれば、被処理面８２ａの十分な強化等を図れることもあるが、これでは処理効率の低下を招く。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、キャビテーションピーニングを利用した表面処理において、凸曲面よりなる被処理面を処理する場合であっても、十分な気泡崩壊を発生させて、十分な表面処理効果を達成することを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決する請求項１に記載の表面処理方法は、凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する方法であって、前記キャビテーション噴流が衝突する前記被処理物の衝突部の近傍に前記被処理面と対向する流れ規制板を配設することにより、該流れ規制板と該被処理面との間に、両者の間隔が最も狭い最狭隘部と、両者の間隔が該最狭隘部よりも広がった拡大部とを、この順で、前記キャビテーション噴流の上流側から下流側に向けて連続して形成し、前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を前記最狭隘部から前記拡大部に流すことにより前記気泡崩壊を助長することを特徴とする。
【００１０】
被処理面が凸曲面よりなる被処理物にキャビテーション噴流が衝突すると、衝突した後のキャビテーション噴流は被処理面に沿って流れる過程でその流速を低下させる。しかし、凸曲面よりなる被処理面の曲率半径が小さいと、キャビテーション噴流の一部は、気泡崩壊が起こる程度まで流速を低下させることなく、被処理面から離れて流れ去ってしまう場合がある。そうすると、十分な気泡崩壊が起こらない。
【００１１】
この点、請求項１に記載の表面処理方法では、被処理物の衝突部に衝突したキャビテーション噴流が最狭隘部から拡大部に流れることで、キャビテーション噴流の流速が低下して圧力が増加する。これにより、キャビテーション気泡の崩壊が助長される。すなわち、キャビテーション噴流中の気泡が拡大部で確実に崩壊する。
【００１２】
したがって、請求項１に記載の表面処理方法によると、被処理面が凸曲面よりなり、しかもその曲率半径が小さい場合であっても、被処理面の近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。よって、気泡崩壊時に発生する衝撃力を十分に被処理面に付与することができ、被処理面を確実に処理することが可能となる。
【００１３】
（２）請求項２に記載の表面処理方法は、請求項１に記載の表面処理方法において、前記流れ規制板と前記被処理物との間に、両者の間隔が前記最狭隘部よりも広がった導入拡大部を、該最狭隘部の前記キャビテーション噴流の上流側に形成し、前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を前記導入拡大部から前記最狭隘部に導くことを特徴とする。
【００１４】
この被処理物の表面処理方法では、被処理物の衝突部に衝突した後のキャビテーション噴流を導入拡大部から最狭隘部を介して拡大部により多く導くことができる。
【００１５】
（３）請求項３に記載の表面処理方法は、請求項１〜２のいずれか一つに記載の表面処理方法において、前記最狭隘部と前記被処理面との間隔Ｄと、前記凸曲面の曲率半径ｒとの関係において、ｒ／Ｄの値が０．５〜５であることを特徴とする。
【００１６】
（４）請求項４に記載の表面処理方法は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の表面処理方法において、前記凸曲面の曲率半径が１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
この表面改質方法によると、１ｍｍ〜５ｍｍの曲率半径を有し曲率の大きな凸曲面よりなる被処理面であっても、有効にキャビテーションピーニングによる表面処理効果を達成することができる。
【００１８】
（５）請求項５に記載の表面処理方法は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の表面処理方法において、前記流れ規制板の法線と、前記衝突部に衝突する前記キャビテーション噴流の噴流中心軸とがなす角度θが、１５度〜７５度であることを特徴とする。
【００１９】
（６）上記課題を解決する請求項６に記載の表面処理装置は、凸曲面よりなる被処理面を有する被処理物にキャビテーション噴流を衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、気泡崩壊時に発生する衝撃圧力により該被処理面を処理する装置であって、前記キャビテーション噴流を噴射して該キャビテーション噴流を前記被処理物に衝突させる噴射ノズルと、前記キャビテーション噴流が衝突する前記被処理物の衝突部の近傍に前記被処理面と対向して配設される流れ規制板と、を備え、前記流れ規制板は、該流れ規制板と該被処理面との間に、両者の間隔が最も狭い最狭隘部と、両者の間隔が該最狭隘部よりも広がった拡大部とを、この順で、前記キャビテーション噴流の上流側から下流側に向けて連続して形成し、該衝突部に衝突した後の該キャビテーション噴流を該最狭隘部から該拡大部に流すことにより前記気泡崩壊を助長することを特徴とする。
【００２０】
（７）請求項７に記載の表面処理装置は、請求項６に記載の被処理物の表面処理装置において、前記流れ規制板が、該流れ規制板と前記被処理物との間に、両者の間隔が前記最狭隘部よりも広がった導入拡大部を、該最狭隘部の前記キャビテーション噴流の上流側に形成し、前記衝突部に衝突した後の前記キャビテーション噴流を該導入拡大部から該最狭隘部に導くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
したがって、本発明の表面処理方法及び表面処理装置によると、凸曲面よりなる被処理面を処理する場合であっても、十分な気泡崩壊を発生させて、十分な表面処理効果を達成することができる。
【００２２】
よって、例えば５ｍｍ程度以下の曲率半径の凸曲面よりなる被処理面に対しても、十分な表面処理効果を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の表面処理装置は、
以下、本発明の表面処理方法及び表面処理装置の具体的な実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の表面処理方法及び表面処理装置は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の表面処理方法及び表面処理装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２４】
（実施形態１）
図１に示される実施形態１に係る表面処理装置は、噴射ノズル１と、流れ規制板２とを備えている。これら噴射ノズル１及び流れ規制板２は、被処理物３と共に図示しない処理槽（水槽）内に満たされた水中に没入されている。
【００２５】
噴射ノズル１は、被処理物３の衝突部（衝突中心部）Ｐを目がけて、所定の圧力でキャビテーション噴流４を噴射する。ノズル１は、図示しないノズル移動装置により、噴射ノズル１から噴射されるキャビテーション噴流４の噴流中心軸Ｃと垂直方向（図１において、紙面と垂直方向）に往復移動可能とされている。
【００２６】
流れ規制板２は、ステンレス等の金属材料よりなる平板治具であり、図示しない支持具により、被処理物３の衝突部Ｐの近傍に被処理面３ａと対向して配設されている。本実施形態では、被処理物３の衝突部Ｐよりも下側に流れ規制板２が配設されている。流れ規制板２は、平坦面２１と、流れ規制板２の一端側（被処理物３の衝突部Ｐに近いキャビテーション噴流４の上流側）に、先端に向かうに連れて被処理物３からの距離が長くなるように形成された湾曲面２２とを有している。
【００２７】
被処理物３は、アルミ合金等の金属材料よりなり、半径ｒの丸棒（円柱）である。被処理物３の外周側面（円柱側面）が被処理面３ａとなる。被処理面３ａは、曲率半径ｒの凸曲面（円柱側面）よりなる。被処理物３は、図示しない回転駆動装置により、被処理物３の軸Ｏ回りに、正方向及び逆方向（図１において、時計回り方向及び反時計回り方向）に回転可能とされている。
【００２８】
流れ規制板２と被処理物３の被処理面３ａとの間には、両者（流れ規制板２及び被処理物３）の間隔が最も狭い最狭隘部５と、両者の間隔が最狭隘部５よりも広がった拡大部６とが、この順で、キャビテーション噴流４の上流側から下流側に向けて連続して形成されている。なお、これら最狭隘部５及び拡大部６は、流れ規制板２の平坦面２１と被処理物３の被処理面３ａとの間に形成されている。
【００２９】
また、流れ規制板２と被処理物３の被処理面３ａとの間には、両者（流れ規制板２及び被処理物３）の間隔が最狭隘部５よりも広がった導入拡大部７が、最狭隘部５のキャビテーション噴流４の上流側に形成されている。これにより、流れ規制板２と被処理物３の被処理面３ａとの間には、導入拡大部７、最狭隘部５及び拡大部６が、この順で、キャビテーション噴流４の上流側から下流側に向けて連続して形成されている。
【００３０】
導入拡大部７は、流れ規制板２の湾曲面２２と被処理物３の被処理面３ａとの間に形成された第１導入拡大部７ａと、流れ規制板２の平坦面２１と被処理物３の被処理面３ａとの間に形成された第２導入拡大部７ｂとからなる。第１導入拡大部７ａ及び第２導入拡大部７ｂは、この順で、キャビテーション噴流４の上流側から下流側に向けて連続して形成されている。
【００３１】
ここに、被処理物３の形状や大きさとしては、所定の凸曲面よりなる被処理面３ａを有するものであれば、特に限定されない。被処理面３ａを構成する凸曲面の曲率半径ｒは、１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍであることがより好ましい。被処理面３ａを構成する凸曲面の曲率半径ｒが小さすぎると、キャビテーション噴流４が最狭隘部５から拡大部６へ流れたときに、流速を十分に低下させることができなくなり、被処理面３ａ近傍でのキャビテーション崩壊が少なくなる。一方、凸曲面の曲率半径ｒが大きすぎると、流れ規制板２による効果の増分が小さくなる。
【００３２】
また、最狭隘部５における流れ規制板２と被処理物３の被処理面３ａとの間隔（すなわち、流れ規制板２と被処理物３との最短距離）Ｄと、凸曲面よりなる被処理面３ａの曲率半径ｒとの関係において、ｒ／Ｄの値が０．５〜５であることが好ましく、１〜３であることがより好ましい。ｒ／Ｄの値が小さすぎると、キャビテーション噴流４が最狭隘部５から拡大部６へ流れたときに、流速を十分に低下させることができなくなる。一方、ｒ／Ｄの値が大きすぎると、最狭隘部５を通過するキャビテーション噴流４の流量が不足し、その結果処理効率が低下する。
【００３３】
さらに、流れ規制板２の平坦面２１における法線と、衝突部Ｐに衝突する前のキャビテーション噴流４の噴流中心軸Ｃとがなす角度（流れ規制板２の傾斜角度）θは、１５度〜７５度であることが好ましく、３０度〜６０度であることがより好ましい。この角度θが小さすぎると、衝突部Ｐに衝突する前のキャビテーション噴流４の流れが流れ規制板２によって乱される。衝突部Ｐに衝突前のキャビテーション噴流４に乱流が発生すると、その乱流が、衝突部Ｐに衝突後のキャビテーション噴流４が最狭隘部５から拡大部６へ流れ込むことを妨げる。その結果、最狭隘部５から拡大部６へ流れ込むキャビテーション噴流４の量が少なくなり、処理効率が低下する。一方、被処理物３の衝突部Ｐから被処理面３ａに沿って流れてきた衝突後のキャビテーション噴流４の一部は被処理面３ａから離れるが、角度θが大きすぎると、このキャビテーション噴流４の剥離量が多くなる。その結果、最狭隘部５から拡大部６へ流れ込むキャビテーション噴流４の量が少なくなり、処理効率が低下する。なお、衝突部Ｐに衝突する前のキャビテーション噴流４の噴流中心軸Ｃと、噴射ノズル１のノズル軸とは一致する。
【００３４】
上記構成を有する表面処理装置を用いた本実施形態に係る表面処理方法について、以下説明する。
【００３５】
水中において、被処理物３の衝突部Ｐから距離Ｌだけ離れた噴射ノズル１から衝突部（衝突中心部）Ｐを目がけて、所定の圧力で所定時間、キャビテーション噴流４を噴射させる。このとき、被処理物３を回転させながらキャビテーション噴流４を噴射させてもよいし、また、噴射ノズル１から噴射されるキャビテーション噴流４の噴流中心軸Ｃと垂直方向（被処理物３の軸芯Ｏと平行方向）に噴射ノズル１を移動させながらキャビテーション噴流４を噴射させてもよい。
【００３６】
噴射ノズル１から噴射させるキャビテーション噴流４の圧力、噴射ノズル１の噴射口から被処理物３の衝突部Ｐまでの距離Ｌや処理時間等は、被処理物３の材料や被処理面３ａに対する処理の種類等に応じて適宜設定可能である。例えば、被処理物３がアルミ合金よりなり、被処理面３ａの強化を目的として処理する場合は、キャビテーション噴流４の圧力：１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ程度、噴射ノズル１の噴射口から被処理物３の衝突部Ｐまでの距離Ｌ：１０ｍｍ〜５０ｍｍｍｍ程度、被処理物３の長さ１ｍｍ当たりの処理時間：５秒〜３０秒程度とすることができる。
【００３７】
被処理面３ａが凸曲面よりなる被処理物３にキャビテーション噴流４が衝突すると、衝突した後のキャビテーション噴流４は被処理面３ａに沿って流れる過程でその流速を低下させる。しかし、凸曲面よりなる被処理面３ａの曲率半径ｒが小さいと、キャビテーション噴流４の一部は、気泡崩壊が起こる程度まで流速を低下させることなく、被処理面３ａから離れて流れ去ってしまう場合がある。そうすると、十分な気泡崩壊が起こらない。
【００３８】
この点、本実施形態に係る表面処理方法では、被処理物３の衝突部Ｐに衝突した後のキャビテーション噴流４の多くが、導入拡大部７から最狭隘部５を通って拡大部６に流れる。このキャビテーション噴流４は、最狭隘部５から拡大部６に流れるときに、流速を大きく低下させる。このため、拡大部６においてキャビテーション噴流４の圧力は大きく増加し、十分なキャビテーション気泡の崩壊が発生する。
【００３９】
したがって、本実施形態に係る表面処理方法によると、被処理面３ａが凸曲面よりなり、しかもその曲率半径ｒが小さい場合であっても、被処理面３ａの近傍で十分な気泡崩壊を発生させることができる。よって、気泡崩壊時に発生する衝撃力を拡大部５近傍の被処理面３ａに十分に付与することができ、被処理面３ａを確実に処理することが可能となる。
【００４０】
特に本実施形態では、最狭隘部５の上流側に導入拡大部７が設けられているので、被処理物３の衝突部Ｐに衝突した後のキャビテーション噴流４をより多く導入拡大部７に導くことができる。このため、最狭隘部５から拡大部６へ供給されるキャビテーション噴流４の流量が増大するので、処理効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
（実施形態２）
図２に示される実施形態２に係る表面処理装置では、実施形態１における流れ規制板２の形状を変更した。
【００４２】
すなわち、実施形態２に係る表面処理装置における流れ規制板２は、湾曲面２２の代わりに、被処理物３に向かって凹となった凹湾曲面２３を有している。
【００４３】
実施形態２に係る表面処理装置におけるその他の構成は実施形態１と同様であり、したがって実施形態１と同様の表面処理方法を実施することにより、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００４４】
（実施形態３）
図３に示される実施形態３に係る表面処理装置では、実施形態１における流れ規制板２の形状を変更した。
【００４５】
すなわち、実施形態３に係る表面処理装置における流れ規制板２は、湾曲面２２を有しておらず、平坦面２１のみを有している。
【００４６】
実施形態３に係る表面処理装置におけるその他の構成は実施形態１と同様であり、したがって実施形態１と同様の表面処理方法を実施することにより、実施形態１とほぼ同様の作用効果を奏する。
【００４７】
なお、実施形態３に係る表面処理装置では、最狭隘部５の上流側に導入拡大部７が設けられていないので、被処理物３の衝突部Ｐに衝突した後のキャビテーション噴流４を最狭隘部５から拡大部６へ供給できる量は、実施形態１と比べて減少する。
【００４８】
（実施形態４）
図４に示される実施形態４に係る表面処理装置では、実施形態１における流れ規制板２の形状を変更した。
【００４９】
すなわち、実施形態４に係る表面処理装置における流れ規制板２は、湾曲面２２の代わりに、流れ規制板２の一端側（被処理物３の衝突部Ｐに近いキャビテーション噴流４の上流側）に、先端に向かうに連れて被処理物３からの距離が長くなるように形成された傾斜面２４を有している。
【００５０】
実施形態４に係る表面処理装置におけるその他の構成は実施形態１と同様であり、したがって実施形態１と同様の表面処理方法を実施することにより、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００５１】
（その他の実施形態）
実施形態１〜４では、被処理物３の衝突部Ｐよりも下方に一つの流れ規制板２を配置する例について説明したが、例えば衝突部Ｐよりも下方と上方のそれぞれに流れ規制板２を配置してもよい。
【００５２】
実施形態１〜４では、被処理物３の側部の衝突部Ｐに対して水平方向からキャビテーション噴流４を衝突させる例について説明したが、例えば被処理物の上部の衝突部Ｐに対して垂直方向からキャビテーション噴流４を衝突させてもよい。
【００５３】
さらに、被処理面３ａ及び流れ規制板２の形状は実施形態１〜４で説明したものに限られない。例えば、被処理面３ａが半球状又はお椀状の凸曲面であってもよく、この場合半球状又はお椀状の凸曲面に対応した形状の流れ規制板２とすることができる。
【００５４】
加えて、実施形態１〜４では、噴流に水を用いる例について説明したが、これに限定されることなく、油、エマルジョン（乳濁液）やその他の液体を用いてもよい。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
実施形態１で説明した図１に示される表面処理装置を用いて、以下の条件で、表面処理した。
【００５６】
被処理物３：アルミ合金よりなるφ６ｍｍの丸棒
被処理面３ａの曲率半径：ｒ＝３ｍｍ
最狭隘部５における流れ規制板２と被処理物３の被処理面３ａとの間隔：Ｄ＝２ｍｍ
上記間隔Ｄと曲率半径ｒとの関係：ｒ／Ｄ＝１．５
流れ規制板２の平坦面２１における法線と衝突部Ｐに衝突する前のキャビテーション噴流４の噴流中心軸Ｃとがなす角度：θ＝４５度
噴射ノズル１のノズル径：φ１ｍｍ
キャビテーション噴流４の圧力：１０ＭＰａ
噴射ノズル１の噴射口から被処理物３の衝突部Ｐまでの距離：Ｌ＝２３ｍｍ
処理時間：３０分
被処理物３の回転：無し
噴射ノズル１の移動：無し
（実施例２）
実施形態２で説明した図２に示される表面処理装置を用いて、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００５７】
（実施例３）
実施形態１で説明した図１に示される表面処理装置を用いて、以下の条件で被処理物３を軸Ｏ回り（図１の反時計回り）に回転させるとともに噴射ノズル１を被処理物３の軸Ｏ方向に移動させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００５８】
被処理物３の回転速度：３ｒｐｍ
噴射ノズル１の移動速度：６ｍｍ／分
（実施例４）
実施形態３で説明した図３に示される表面処理装置を用いて、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００５９】
（実施例５）
実施形態４で説明した図４に示される表面処理装置を用いて、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００６０】
（実施例６）
実施形態１で説明した図１に示される表面処理装置を用いて、以下の条件で被処理物３を軸Ｏ回り（実施例３と反対方向である図１の時計回り）に回転させるとともに噴射ノズル１を被処理物３の軸Ｏ方向に移動させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００６１】
被処理物３の回転速度：３ｒｐｍ
噴射ノズル１の移動速度：６ｍｍ／分
（実施例７）
実施形態４で説明した図４に示される表面処理装置を用いて、以下の条件で被処理物３を軸Ｏ回り（図４の反時計回り）に回転させるとともに噴射ノズル１を被処理物３の軸Ｏ方向に移動させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００６２】
被処理物３の回転速度：３ｒｐｍ
噴射ノズル１の移動速度：６ｍｍ／分
（実施例８）
実施形態４で説明した図４に示される表面処理装置を用いて、以下の条件で被処理物３を軸Ｏ回り（実施例７と反対方向である図４の時計回り）に回転させるとともに噴射ノズル１を被処理物３の軸Ｏ方向に移動させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００６３】
被処理物３の回転速度：３ｒｐｍ
噴射ノズル１の移動速度：６ｍｍ／分
（比較例１）
流れ規制板２を設けないこと以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した。
【００６４】
（比較例２）
流れ規制板２を設けないこと以外は、実施例３と同様の条件で、表面処理した。
【００６５】
（比較例３）
実施形態３で説明した図３に示される表面処理装置において、流れ規制板２を被処理物３の真下に、噴射ノズル１から噴射されるキャビテーション噴流４の噴流軸芯Ｃと流れ規制板２の平坦面２１の法線とがなす角度θが９０度となるように配置し、かつ、被処理物３ではなく最狭隘部５を目がけて噴射ノズル１からキャビテーション噴流４を噴射させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した（図５参照）。
【００６６】
なお、噴射ノズル１の噴射口から最狭隘部５までの距離をＬ＝２３ｍｍとした。
【００６７】
（比較例４）
実施形態４で説明した図４に示される表面処理装置において、流れ規制板２を被処理物３の真下に、噴射ノズル１から噴射されるキャビテーション噴流４の噴流軸芯Ｃと流れ規制板２の平坦面２１の法線とがなす角度θが９０度となるように配置し、かつ、被処理物３ではなく最狭隘部５を目がけて噴射ノズル１からキャビテーション噴流４を噴射させること以外は、実施例１と同様の条件で、表面処理した（図６参照）。
【００６８】
なお、噴射ノズル１の噴射口から最狭隘部５までの距離をＬ＝２３ｍｍとした。
【００６９】
（処理面積の評価）
実施例１、２、４及び５並びに比較例１、３及び４において、表面処理後の被処理面３ａについて、壊食領域（キャビテーション崩壊により表面が損傷してボロボロになっている領域）の面積を測定した。その結果を図７に示す。なお、図７の横軸は、比較例１の壊食領域の面積（処理面積）を１００とした指数を示す。
【００７０】
比較例１では、キャビテーション噴流４が被処理物３に衝突した衝突部Ｐの近傍のみに、キャビテーション崩壊（キャビテーション噴流４中に含まれるキャビテーション気泡の崩壊）による壊食痕が見られた。
【００７１】
また、比較例３及び４では、拡大部６の近傍のみに、キャビテーション崩壊による壊食痕が見られた。また、比較例３及び４における処理面積は、比較例１における処理面積の半分程度と小さくなった。これは、被処理物３への衝突によるキャビテーション噴流４の流速低下がないため、キャビテーション噴流４を被処理物３に衝突させた比較例１や実施例１等と比べて、キャビテーション噴流４の流速低下が小さくなる。その結果、被処理面３ａ近傍でキャビテーション崩壊する量が少なくなったためと考えられる。
【００７２】
これに対し、実施例１、２、４及び５では、キャビテーション噴流４が被処理物３に衝突した衝突部Ｐの近傍及び拡大部６の近傍に、キャビテーション崩壊による壊食痕が見られた。
【００７３】
また、実施例１、２、４及び５における処理面積は、比較例１における処理面積の１．５倍以上になった。
【００７４】
特に、実施例２及び５では、被処理物３の衝突部Ｐに衝突した後のキャビテーション噴流４をより多く最狭隘部５から拡大部６へ供給することができたため、実施例２及び５における拡大部６の近傍の処理面積が、実施例１及び４における拡大部６の近傍の処理面積よりも広くなった。
【００７５】
（残留応力の評価）
実施例３、６、７及び８並びに比較例２において、表面処理後の被処理面３ａについて、Ｘ線残留応力測定装置を用いて被処理面３ａの残留応力を測定した。その結果を図８に示す。
【００７６】
比較例２では、被処理物３の被処理面３ａの全体（丸棒の外周面の全体）に約５０ＭＰａの圧縮残留応力が発生した。
【００７７】
これに対し、実施例３、６、７及び８では、拡大部６の近傍で確実にキャビテーション崩壊を発生させることができたため、比較例２における圧縮残留応力よりも大きな約８０ＭＰａの圧縮残留応力が被処理物３の被処理面３ａの全体に発生した。
【００７８】
特に、実施例７及び８では、実施例３及び６と比べてさらに多くのキャビテーション崩壊を発生させることができたため、実施例３及び６における圧縮残留応力よりも大きな約９０ＭＰａの圧縮残留応力が被処理物３の被処理面３ａの全体に発生した。
【００７９】
なお、被処理物３の回転方向の違いによっては、処理効果に顕著な差が見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施形態１に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、実施形態１に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図２】実施形態２に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、実施形態１に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図３】実施形態３に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、実施形態１に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図４】実施形態４に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、実施形態１に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図５】比較例３に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、比較例３に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図６】比較例４に係る表面処理方法を模式的に説明するとともに、比較例４に係る表面処理装置の主要部を模式的に示す図である。
【図７】実施例１、２、４及び５並びに比較例１、３及び４において、表面処理後の被処理面について、壊食領域の面積（処理面積）を測定した結果を示す図である。
【図８】実施例３、６、７及び８並びに比較例２において、表面処理後の被処理面について、残留応力を測定した結果を示す図である。
【図９】従来のキャビテーションピーニングを利用した表面処理方法を模式的に説明する図である。
【図１０】他の従来のキャビテーションピーニングを利用した表面処理方法を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…噴射ノズル                        ２…流れ規制板
３…被処理物                        ３ａ…被処理面
４…キャビテーション噴流              ５…最狭隘部
６…拡大部                            ７…導入拡大部
【図１】
2009241199.tif 000003
【図２】
2009241199.tif 000004
【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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