金型の長寿命化のための表面改質 Cavitation S Peening® S S S S ショットを使わないピーニング 東北大学大学院工学研究科 祖山 均 ショットを使わないピーニング キャビテーション・ショットレス・ピーニングCSP Cavitation S Peening® S S S S Shotless Shock wave Smooth surface SOYAMA 登録年月日：平成14年6月21日 泡で叩いて強くする ショット・ピーニング キャビテーション ピーニングCP Cavitating jet Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 1

Cavitation S Peening® の効果 鍛造用金型の表面改質 祖山ほか2名，鍛造技報，82 (2000), pp. 53-57. Forging die 疲労き裂 圧縮残留応力 の導入 磨耗 加工硬化 Peened area Material鍛造材 Forging die 金型寿命の向上 (50%) Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 2

Cavitation S Peening®の効果 ダイカスト用金型の表面改質 祖山，熱処理，Vol. 48, No.2 (2008), pp. 74 – 78. ５７０℃ １００℃ １５秒 １６０秒 熱疲労試験サイクル 塩浴窒化＋SP（微粒子） ガス窒化＋SP（ 通常 ） 塩浴窒化＋SP（ハード） ガス窒化＋SP（ハード） 塩浴窒化＋Cavitation S Peening® ガス窒化＋ Cavitation S Peening® 熱疲労試験後の総き裂数 Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 3

新技術CPの特徴（従来技術SPとの比較） 表面粗さの増大抑制 水だけで処理 洗浄不要 コンタミネーション・フリー 粉塵なし ショット不要 曲がり管内面の処理可能 狭隘部の処理可能 SPよりも疲労強度向上 ウォータージェットよりも強力 熱を伴わない処理 ショット ピーニング SP キャビテーション ピーニング CP Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 4

「キャビテーション」とは？ 速度 圧力 揚程 キャビテーション気泡 水中 再膨張 固体表面 衝撃波 減 圧 加 圧 マイクロジェット 単一球状気泡 L.A.Crum, J. Pys, C8-285 (1979). 減 圧 加 圧 100 374 1 218 圧力 pt atm 温度 tw ℃ 液相 気相 固相 融解曲線 昇華曲線 気化曲線 沸 騰 キャビテーション キャビテーションの発達・崩壊の模式図 速度 圧力 揚程 Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 水の状態図 5

キャビテーションの 発生方法とは？ →キャビテーション噴流 群列キャビテーション リング渦キャビテーション せん断層内の渦キャビテーション 自由噴流の様相 リング渦キャビテーション せん断層内の渦キャビテーション 高速水噴流 ノズル キャビテーション気泡雲 衝突面 衝突噴流の様相 祖山，材料，47 (1998), pp. 381-387. Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 6

7 中小企業創造基盤技術研究事 業（平成11～12年度） 即効型地域新生コンソーｼｱﾑ 研究開発事業（平成13年度） Nozzle Pump Specimen Plunger pump Pressure gage Tank B Tank A Pressure gage Stage Pressure gage Header Tank Plunger pump Plunger pump Floating plate Upstream pressure gage Chiller Partition plate Partition plate with holes Filter Downstream pressure gage Nozzle Nozzle Partition plate with holes Pump Tank A Downstream valve Test chamber Specimen Chiller Tank B Specimen 中小企業創造基盤技術研究事 業（平成11～12年度） 即効型地域新生コンソーｼｱﾑ 研究開発事業（平成13年度） 地域新生コンソーシアム研究 開発事業（平成18～19年度） Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 7

想定される用途 金型の表面処理（割れやダレの抑制） 歯車などの機械部品の疲労強度向上 摩擦・磨耗特性向上（テクスチャリング） 航空機部品 アルミニウム合金やマグネシウム合金のピーニング ピーンフォーミング 管内面の強化 バリとり 洗浄 ゲッタリング(ウェーハ) ショット ピーニング SP キャビテーション ピーニング CP Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics 8