JP2024009771A - 耐損傷性キャビテーションノズル - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーション研磨表面仕上げのための耐損傷性ノズルを提供する。【解決手段】ノズル２１０は、プレート２２６と、中空体２２４と、中空体と取り外し可能に係合されたキャップ２２８であって、中空体の遠位端部２３６に接するようにプレートを保持するキャップと、を含む。プレートは、中央開孔２３０と遠位面２３４とを有してよく、遠位面は溝によって二分されており、中空体は、中央開孔を通して高圧流体を送出するよう構成される。送出された高圧流体は、キャビテーション噴流２２２として放出されうる。【選択図】図２

Description

キャビテーション研磨表面仕上げ（ＣＡＳＦ）は、機械的に洗浄、粗面平滑化、及びピーニングを行う、有望な新方法である。キャビテーション噴流が専用のノズルを使用して流体中に注入され、流速及び内部エネルギーの増加によって生じる気相への移行により、流体中にキャビテーション気泡が形成される。気泡は次いで、流速及び周囲圧力が消散するにつれて崩壊し、マイクロ噴流が発生する。このマイクロ噴流により、表面がピーニングされ、かつ／又は研磨粒子（これらが衝突時に表面から材料を除去する）にエネルギーが供給されうる。しかし、エネルギー供給された研磨粒子は、ノズルに衝突して、早期に重大な損傷を引き起こすこともある。

本開示では、キャビテーション研磨表面仕上げのための耐損傷性ノズルに関連する、システム、装置、及び方法が提示される。一部の例では、キャビテーションノズルは、プレートと、中空体と、中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を含みうる。プレートは、中央開孔及び遠位面を有してよく、遠位面は溝によって二分され、中空体は、中央開孔を通じて高圧流体を送出するよう構成される。送出される高圧流体はキャビテーション噴流として放出されうる。

一部の例では、キャビテーションノズルは、プレートと、中空体と、中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を含みうる。プレートは、遠位面と、流体の流れ軸を画定する中央開孔とを有しうる。中空体は、高圧流体を、中央開孔を通してキャビテーション噴流として送出するよう構成されうる。キャップはスリットを有してよく、このスリットは、遠位表面を二分し、プレートの中央開孔を露出させる。

一部の例では、キャビテーションシステムは、水と研磨媒体とのスラリを内包するタンクと、スラリ中に沈められたノズルと、を含みうる。ノズルは、プレートと、中空体と、中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を含みうる。プレートは、中央開孔及び遠位面を有してよく、遠位面は溝によって二分され、中空体は、中央開孔を通して高圧流体を送出するよう構成される。送出される高圧流体は、スラリ中に放出されて、キャビテーション気泡とエネルギー供給された研磨粒子とのクラウド（ｃｌｏｕｄ）を形成しうる。

特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な例において個別に実現可能でありうるか、又は、更に別の例においては組み合わされうる。このことについての更なる詳細は、下記の説明及び図面を参照することで理解されうる。

本開示の態様による、耐損傷性ノズルを含むキャビテーション研磨表面仕上げシステムの一例の概略図である。 スラリ中に沈められた、耐損傷性ノズルの別の例の概略断面図である。 流れを均一にするノズルプレートの一例の概略断面図である。 キャビテーション研磨表面仕上げ中の、ノズルプレートの別の例の概略等角図である。 円錐台形のノズルプレートの一例の概略断面図である。 溝を有するノズルプレートの一例の等角図である。 円弧状凹部を有する図６のノズルプレートの等角図である。 放射状凹部を有する図６のノズルプレートの等角図である。 不均一な放射状凹部を有する図６のノズルプレートの等角図である。 ダイヤモンドインサートを有するノズルプレートの一例の等角図である。 ノズルプレート中央開孔の開口部の形状の４つの例の概略図である。 発生したキャビテーションクラウド渦を含む、図２のノズルプレートとキャップの等角図である。 流送される（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ）研磨媒体の噴射噴流を含む、図２のノズルプレートとキャップの等角図である。 広角度キャップの一例の等角図である。 本書の教示による、キャビテーション研磨表面仕上げ中のノズル損傷を軽減するための、方法の一例のステップを示すフロー図である。

摩耗性衝突による損傷に耐性を有するよう構成されたキャビテーションノズル並びに関連するシステム及び方法の様々な態様及び例について、以下で説明すると共に、関連図面に図示する。特に明記しない限り、本書の教示によるノズル及び／又はかかるノズルの様々な構成要素は、本書で説明され、例示され、かつ／又は本書に組み込まれた構造、構成要素、機能性、及び／又は変形例、のうちの少なくとも１つを包含しうる（ただしそれが必須というわけではない）。更に、特に除外されない限り、本教示に関連して本書で説明され、例示され、かつ／又は本書に組み込まれたプロセスステップ、構造、構成要素、機能性、及び／又は変形例は、他の類似のデバイス及び方法に含まれてよく、開示されている例同士の間で交換可能であることを含む。様々な例についての以下の説明は、基本的に単なる例示にすぎず、本開示、その応用又は用途を限定することを意図するものでは全くない。加えて、以下に記載の例によって提供される利点は、基本的に例示であり、全ての例が同じ利点又は同程度の利点を提供するわけではない。

この「発明を実施するための形態」は、この直後に記載の（１）－（４）のセクションを含む。（１）概要、（２）例、構成要素、及び代替例、（３）例示的な組み合わせ及び追加の例、（４）利点、特徴、及び恩恵、並びに（５）結論「例、構成要素、及び代替例」のセクションは、更にセクションＡとＢとに分けられ、セクションＡ、Ｂの各々はそのように付号される。

概要
一般に、本書の教示によるキャビテーションノズルは、少なくとも１つの耐損傷性の特徴を含みうる。耐損傷性の特徴は、耐損傷性の材料（ダイヤモンドなど）、流れ方向付け構造（ノズルプレートの凹部及び／又は溝など）、並びに流れ分離を低減する形状寸法（傾斜面など）を含む。ノズルは、性能を向上させる特徴（扇形の噴流を発生させるための挟長開孔、研磨粒子を流送するための遠位部スリット、及び／又は流れをより均一にするための開孔の狭窄及び拡張など）を更に含みうる。

図１は、耐損傷性キャビテーションノズル１１０を含む、キャビテーション研磨表面仕上げシステム１００の一例の概略図である。高圧ポンプ１１２を含む供給リザーバシステム１１３が、導管１１６に沿って加圧流体１１４を供給する。制御バルブ１２０が、導管１１６に沿ってノズル１１０に供給される流体の圧力及び流量の正確な制御を可能にしうる。

ノズル１１０は、研磨粒子材料が液体と混合されたスラリ１２６で充填された加圧タンク１２４内に沈められる。スラリは、タンクから集液容器１３０内へとオーバーフローすることが許容される。研磨スラリ１２６は更に、制御バルブ１３４によって調節される導管１３２に沿って、タンク１２４から排出される。一部の例では、スラリは、別のタンクへと排出されてよく、この別のタンク内で処理されて、スラリ中の砥粒が回収され、再利用されうる。

ノズル１１０は、タンク１２４内の被加工物１３６の表面に向けて方向付けられる。被加工物１３６は、製造又は補修された部品であって、ピーニング、洗浄、表面材料の除去、及び／又は粗面平滑化を必要とする任意の部品を含みうる。例えば、被加工物は、高い表面粗さを有する付加製造されたアルミニウム構成要素、又はアルファケース層を有するチタン構成要素でありうる。

高圧流体１１４が、ノズル１１０を通ってタンク１２４の研磨スラリ１２６中に、キャビテーション噴流として注入される。キャビテーション噴流と研磨スラリとの相互作用により、キャビテーション気泡と研磨粒子との渦クラウド１４６が形成される。クラウド１４６の気泡が崩壊する際に、研磨材料の粒子は活性化され（ｅｘｃｉｔｅｄ）、動的にエネルギー供給されうる。気泡の崩壊によって作り出されるマイクロ噴流は、集合的に、粒子の運動を加速させうる。

気泡と粒子との混合物が被加工物１３６の表面に接触する際に、粒子が表面に衝突し、材料を除去しうる。つまり、研磨粒子は、キャビテーションクラウドの強い力から作用を受けて、被加工物の表面を平滑化しうる。キャビテーション気泡は被加工物１３６の表面と直接相互作用するので、通常のキャビテーションピーニングも発生しうる。これにより、表面はピーニングされ、残留応力及び疲労強度が改善され、洗浄されて、塗装又は使用が実施できるようになりうる。

キャビテーション気泡は、研磨粒子にランダム方向の運動を行わせうるが、その結果として、ノズル１１０への衝突がいくらか生じることがある。ノズル１１０は、研磨粒子の衝突による損傷に耐性を有するよう、かつ、／又は流れ動態を変化させて衝突の回数を減少させるよう、設計されてよく、これにより、被加工物１３６の処理中の、ノズルへの損傷が低減しうる。例えば、ノズルは、耐損傷性の材料を含んでよく、ノズル表面における流れ分離を低減するように形作られてよく、ノズルの近傍に渦を発生させるための特徴を含んでよく、かつ／又は、クラウドの渦１４６内への研磨粒子の流送を改善するよう構成されうる。

キャビテーション気泡の崩壊衝撃力は、注入された流体１１４の圧力、タンク１２４内のスラリ１２６の砥粒密度、並びにタンク１２４の流体１１４及びスラリ１２６の温度、によって部分的に決定される。これらのパラメータを最適化するために、圧力、流量、又は温度のセンサが、タンク１２４及び／又は導管１１６若しくは１３２に含まれうる。高圧流体１１４は、１平方インチ当たり５０ポンドと２２，０００ポンドとの間でありうるか、又は任意の有効圧力でありうる。流体１１４の好ましい圧力は、タンク１２４内のスラリ１２６の砥粒密度、被加工物１３６の処理される表面の形状寸法、及びノズル１１０のサイズに依拠しうる。好ましい圧力は、キャビテーションノズルの設計、形状寸法、材料、又はその他の特性にも関連しうる。

これらのパラメータを最適化するために、砥粒密度測定デバイス及び温度センサが、タンク１２４に、又は導管１１６若しくは１３２のいずれかに含まれうる。システム１００全体にわたる圧力、流れ、及び温度の条件の正確な協調制御を可能にするために、制御バルブ１２０及び１３４のみならず、リザーバ供給システム１１３及び温度制御システムも、電子コントローラ又は他の同様な構成要素に接続されうる。

図示している例では、キャビテートされる流体は水である。しかし、任意の望ましい流体が使用されうる。使用される流体の特性（粘度など）が、キャビテーション気泡の崩壊力に影響を与えることがあり、流体は、衝撃を改善するよう、又は望ましい衝撃レベルに必要な圧力が低減されるよう、選択されうる。流体は更に、使用される研磨材料の特性に従って、かつ／又はスラリ１２６の望ましい特性を実現するよう、選択されうる。ノズル１１０を通るように加圧流体をポンピングするために、任意の有効な流体流動デバイスが使用されうる。

高圧流体１１４がノズル１１０によってタンク１２４内に注入される際に、スラリ１２６中の液体と研磨粒子との比率は、影響を受けうる。スラリ１２６の望ましい比率を維持するために、研磨材料１５０が供給源１５２から追加されうる。供給源１５２は、液体の導入、研磨材料の導入、スラリ１２６のオーバーフロー、及び導管１３２を通じたスラリのオーバーフロー、を調和させるよう構成された電子コントローラによって、調節されうる。

この例では、スラリ１２６は、体積比でおおよそ、研磨材料が３分の１であり、水が３分の２であることが好ましい。研磨材料、使用されるキャビテーション流体、被加工物１３６の材料に従って、好適な比率が選択されうる。スラリ中の研磨材料の密度、種類、又は濃度は、望ましい材料除去速度（ＭＲＲ）を実現するよう選択されうる。

研磨材料１５０の粒子は、重力の作用のもとで、経時的に、スラリ１２６中の懸濁から沈殿する傾向もありうる。スラリ１２６の懸濁を維持するために、混合デバイス１５４がタンク１２４内に配置される。この例では、混合デバイス１５４は、機械的撹拌機（回転プロペラなど）であり、タンク１２４の底部に配置されている。一般に、掻き混ぜ、混合し、攪拌し、又は別様にスラリ１２６中の研磨粒子の懸濁を維持する、任意の有効な手段が使用されうる。例えば、超音波撹拌機が使用されてもよく、撹拌機はタンク１２４の上部若しくは側部に配置されてもよく、かつ／又は、複数の撹拌機がタンク全体の複数の場所に配置されることもある。

研磨材料１５０は、任意の有効な材料の粒子若しくは任意のグリットサイズの粒子を含んでよく、又は、複数の材料の混合物を含みうる。例えば、研磨材料は、金属、ガラス、セラミック、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、イットリウム、ガーネット、軽石、堅果殻、トウモロコシ穂軸、及び／又はプラスチック粒子、を含みうる。別の例としては、研磨材料は、天然若しくは合成のゴム、シリコン、フルオロポリマー、エラストマ、ビトン（Ｖｉｔｏｎ）、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）、及び／又はフラーレンベースのカーボンナノ材料の粒子、を含みうる。全ての粒子は、好ましくは、約１６～１２００ＡＮＳＩのグリットサイズの範囲内にありうる。

例、構成要素、及び代替例
以下のセクションは、キャビテーション研磨表面仕上げのための例示的な耐損傷性ノズル並びに関連するシステム及び／又は方法の、選択された態様について説明するものである。以下のセクションにおける例は、例示を目的としており、本開示の全範囲を限定するものと解釈すべきではない。各セクションは、一又は複数の個別の例、並びに／又は、文脈上の若しくは関連する情報、機能、及び／若しくは構造、を含みうる。

Ａ．例示的なノズル
図２－１４に示しているように、このセクションは、例示的な耐損傷性キャビテーション研磨表面仕上げノズル２１０について説明する。ノズル２１０はキャビテーションノズルの一例であり、上述したキャビテーション研磨表面仕上げシステムにおいて使用されうる。

図２は、被加工物２１４の表面を仕上げるための、スラリ２１２中に沈められたノズル２１０の概略断面図である。スラリ２１２は、水２１８中に懸濁された研磨材料の複数の粒子２１６を含む。高圧水２２０が、ノズル２１０を通じて、キャビテーション噴流のプルーム２２２としてスラリ２１２中に注入される。図４及び図１２に示しているように、キャビテーション噴流は、スラリ２１２と相互作用して、キャビテーション気泡の渦クラウドを形成する。

ノズル２１０は、中空体２２４、ノズルプレート２２６、及びキャップ２２８を含む。高圧水２２０は、ポンプ又はその他のシステムによって中空体２２４に供給され、中空体によってノズルプレート２２６の中央開孔２３０へと送出される。中空体２２４は、概して円筒形であり、望ましいキャビテーションに適した内部構造を更に含みうる。例えば、中空体は一又は複数の内部狭窄部を含むこともある。この例では、キャビテーション噴流のプルーム２２２を形成するのに十分な狭窄を実現するために、中空体は、中央開孔２３０の直径の少なくとも約４倍の内径を有する。

ノズルプレート２２６は、キャップ２２８によって、中空体２２４に接するように保持される。ノズルプレートは、ほぼ円筒形又はディスク形状であり、近位面２３２及び遠位面２３４を含む。これらの面は、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側とも説明されうる。中央開孔２３０は、近位面２３２から遠位面２３４まで、プレートを通って延在する。近位面２３２は、中空体２２４の遠位端部２３６に接するように固定され、密封を形成する。一部の例では、ノズルは、高圧水２２０の圧力に適した密封を提供するために、ノズルプレート２２６と中空体２２４との間及び／又はキャップ２２８の中央チャネル２３８の周囲に、密封剤又は密封構成要素を含みうる。

キャップ２２８は、ノズルプレート２２６及び中空体２２４の遠位端部２３６を受容するよう構成された、中央チャネル２３８を含む。中央チャネルは、ノズルプレート２２６の遠位面２３４と相補的な内面２４０であって、プレートの遠位面に当接するよう構成された、内面２４０を含む。図２に示している例では、内面２４０と遠位面２３４とは両方とも平面である。一部の例では、遠位面２３４と内面２４０とは、相補的な円錐形、及び／又は互いに係合する突起と凹部を有しうる。

この例では、中央チャネル２３８は、遠位端部２３６の外面のねじ部２４４と係合するよう構成された、ねじ面２４２を更に含む。キャップ２２８が遠位端部２３６と螺合する際に、キャップが中空体２２４に沿って前進することにより、ノズルプレート２２６は、中空体の遠位端部に接するように付勢されうる。一般に、キャップ２２８及び中空体２２４は、キャップが中空体に取り外し可能に固定されて、ノズルプレート２２６を定位置に保持しうるように、可逆的な取り付けを容易にする一又は複数の任意のフィーチャ（特徴部）を含みうる。

一部の例では、ノズルプレート２２６及び／又はキャップ２２８は、中空体２２４に恒久的に固定されうる。例えば、ノズルプレートの近位面２３２を中空体の遠位端部２３６に接合するために、接着剤が使用されることもある。一部の例では、ノズルプレート２２６は遠位端部２３６に解放可能に直接的に固定されてよく、ノズル２１０からキャップ２２８が省略されうる。例えば、ノズルプレートは、近位面２３２に、中空体の遠位端部と螺合して係合するよう構成された、ねじチャネルを含むこともある。

ノズルプレート２２６の容易な交換を可能にするためには、キャップ２２８により、ノズルプレート２２６を中空体２２４に取り外し可能に固定することが、好ましいことでありうる。図４を参照して更に後述するように、ノズルプレートの中央開孔２３０の近傍は、ノズル２１０の、キャビテーション中に最大に摩耗される部分でありうる。ノズルプレート２２６の代わりにキャップ２２８などに接続及び／又は密封用のフィーチャ（ねじ部など）を含むことで、ノズルプレートの設計が簡素化され、したがって、交換用のノズルプレートを製造するためのコストと、ノズルプレートの交換に必要な時間の、両方が削減されうる。

中央開孔２３０は、（図３及び図５に示しているような）流体の流れ軸２４６を画定すると説明されうる。高圧水２２０は、流体の流れ軸にほぼ平行な方向に、中空体２２４に沿って流れ、中央開孔を通って流出しうる。図２及び図５に示している例では、中央開孔２３０は直線状であり、一定した直径２４８を有している。換言すると、開孔は狭窄も拡張も有していない。中央開孔２３０は、流体の流れ軸２４６に対して垂直に切ると、近位面２３２から遠位面２３４まで一定した断面形状を維持する。一部の例では、望ましい特性を有するキャビテーション噴流が発生するよう、中央開孔２３０は湾曲し、狭窄し、かつ／又は別様に構築されることもある。

図３に示している例では、中央開孔２３０は砂時計形状を有している。より具体的には、この中央開孔は、対称に湾曲した狭窄部２５０と拡張部２５２とを有している。中央開孔２３０の直径２４８は、流体の流れ軸２４６に沿って、減少してから増大し、近位面２３２及び遠位面２３４において最大値となり、これらの面の中間で最小値となる。かかる狭窄は、流体の流れを統一（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅ）することによって、流れをより均一にし、キャビテーション噴流をより均等にしうる。

中央開孔２３０は、近位面２３２と遠位面２３４の各々に開口部を画定すると説明されうる。図４に示しているように、遠位面２３４の開口部２５６は、スラリ２１２及び研磨粒子２１６に曝露されうる。図４は、キャビテーション中の、スラリ２１２中に沈められたノズルプレート２２６の概略図であるが、簡略化のために、ノズルキャップ及び本体は描かれていない。ノズルによって発生したキャビテーション噴流は、キャビテーション気泡の渦クラウド２５４を形成する。

研磨粒子２１６は、２つのメカニズムによって、ノズルプレート２２６に損傷を与えうる。第１に、崩壊するキャビテーション気泡が、研磨粒子２１６にランダムな推進力を付与し、これにより、研磨粒子２１６の一部が、戻る方向に方向付けられてノズルプレート２２６の遠位面２３４に衝突しうる。第２に、スラリ２１２が、高圧のキャビテーション噴流及び／又はクラウドの渦２５４の作用によって、遠位面２３４に沿うように引き寄せられ、粒子２１６は、開口部２５６の近傍の渦クラウド中に流送されうる。開口部の周囲の流れ分離により、研磨粒子の一部が遠位面２３４に衝突しうる。結果として、ノズルプレート２２６に対する最大の摩耗損傷は、開口部２５６又はその近傍で発生しうる。

したがって、遠位面２３４に対する損傷は、開口部２５６の周囲の流れ分離領域を減少させるか又はなくすことによって、低減されうるか、又は回避されうる。図５は、流れ分離をなくすよう形作られた遠位面２３４を有する、ノズルプレート２２６の一例を示している。図示している例では、ノズルプレート２２６は円錐台形である。つまり、遠位面２３４は、流体の流れ軸２４６との間に斜めの角度２５８を形成する。角度２５８は、意図された動作条件（温度、作動流体、圧力、流速など）において計算され、かつ／又はモデル化された流体力学にしたがって、選択されうる。この角度は、スラリ２１２が大体矢印２６０で示しているように、遠位面２３４から離れることなく、遠位面に沿って流れ、渦クラウド中に流入するように、選択されうる。

ノズルプレート２２６の遠位面２３４に対する損傷は、遠位面における流体の流れの中に渦を発生させ、研磨粒子２１６をノズルプレートから遠ざけるように方向付けることによっても軽減されうる。図６－９では、かかる渦流を発生させるのに有効なノズルプレートのフィーチャの、４つの例を図示している。各例において、ノズルプレート２２６の遠位面２３４は、直線状の溝２６２によって二分されている。中央開孔２３０は溝２６２内に配置され、溝は、ノズルプレートの全直径にわたり端から端まで延在している。溝は、長軸２６４を有すると説明されうる。図示している例では、溝２６２は、長軸に対して垂直な、半円形の断面形状を有する。

図７に示している例では、ノズルプレート２２６は、遠位面２３４に円弧状凹部２６６の対を更に含む。円弧状凹部は、遠位面の溝とも称されうる。円弧状凹部２６６は対称形であり、溝２６２の両側部に対称に配置されている。この例では、各凹部は、中央開孔２３０を中心として、約６０度の円弧を通るように延在している。

図８に示している例では、ノズルプレート２２６は、複数の直線状凹部２６８を更に含む。直線状凹部は、遠位面の溝とも称されうる。各凹部は、中央開孔２３０から径方向外側へと延在しているが、中央開孔及び溝２６２から離隔している。複数の凹部は６つの凹部を含み、溝２６２の両側のそれぞれに３つずつ凹部がある。６つの凹部は全て同じ長さであり、それぞれの長さは、遠位面２３４の半径の約４分の１である。

図９に示している例でも、ノズルプレート２２６は、複数の直線状凹部２６８を含む。各凹部は、中央開孔２３０から径方向外側へと延在しているが、中央開孔及び溝２６２から離隔している。複数の凹部は６つの凹部を含み、溝２６２の両側のそれぞれに３つずつ凹部がある。３つの凹部によるグループの各々の中央の凹部の長さは、隣り合った２つの凹部よりも長い。中央の凹部は遠位面２３４の半径の約２分の１である一方、隣り合った凹部は、半径の約４分の１である。

遠位面２３４は、望ましい渦、流れ、又はその他の流れ動態を発生させるのに有効な、追加構造及び／又は代替構造を含みうる。例えば、遠位面は、螺旋状凹部を含むこと、及び／又は、一又は複数の***部若しくは突起を含むことがある。図示している遠位面の構成は、容易な製造、及びそれによるコストの削減のために、好ましいものでありうる。特に、硬い耐損傷性の材料の場合、シンプルな直線状及び／又は円弧状の凹部は、製造が最も容易であると共に、有効な流体力学的効果を生ぜしめうる。

ノズルプレート２２６の一部又は全部が、耐損傷性の材料で構成されることがある。図１０に示している例では、ノズルプレートは強化部２７０を含む。強化部は、中央開孔２３０及び開口部２５６を取り囲んでこれらを画定することによって、遠位面２３４の、研磨粒子による衝突及び浸食を最も受ける領域に耐損傷性をもたらす。この例では、強化部２７０は、単結晶成長したダイヤモンドの円筒状インサートである。

図６－図９に示しているような一部の例では、ノズルプレート２２６は、全体が耐損傷性の材料で構成されている。一般に、十分に硬い耐衝突性の任意の材料が使用されうる。例としては、立方晶窒化ホウ素、炭窒化ホウ素、金属ホウ化物、及びナノ構造フラーレンベースの材料、が含まれる。最大の耐損傷性を得るためには、合成成長したダイヤモンド及び天然のダイヤモンドを含む、単結晶ダイヤモンドが好ましいことがある。ダイヤモンド又は上述したその他の硬質材料は、砥粒を用いないキャビテーションピーニングに使用されるノズルプレートの寿命を延長する上でも、有用でありうる。

一部の例では、後述するノズルプレート２２６及び／又はキャップの形状寸法の設計が、ノズルプレートに必要な硬度及び衝突耐性のレベルを低下させるのに十分なほど、流れ動態を変化させうる。かかる例では、より一般的又は安価な硬質材料が、許容可能な寿命長を有することもある。例としては、セラミック（炭化バナジウムなど）及び硬鋼（冷間加工鋼、油焼入れ鋼、空気焼入れ鋼、高速度鋼、るつぼ鋼、炭素含有量が約０．５パーセント（％）と１．５％との間の鋼、及びクロム－モリブデン鋼（例えば４１４０鋼）など）が含まれる。

材料又は材料の組み合わせは、ノズルプレート２２６のコストと寿命との望ましいバランスに従って選択されうる。選択される材料は、天然材料、合成材料、又はこれらの組み合わせでありうる。例えば、長時間の処理を要する大型部品又は粗面の表面仕上げには、処理途中でノズルプレートの交換が必要になることを避けるために、全体がダイヤモンドのノズルプレートが好ましいことがある。一方、頻繁なノズルプレート交換が許容される場合には、コスト削減のために、より安価な材料（硬化鋼など）のノズルプレート、及び／又はインサートのみにダイヤモンドを含むノズルプレートが好ましいこともある。

図１１には、ノズルプレートの中央開孔の開口部２５６の４つの例（円形開口部２７２、楕円形開口部２７４、角丸長方形状の（ｌｏｚｅｎｇｅ－ｓｈａｐｅｄ）開口部２７６、及び十字葉形（ｌｏｂｕｌａｒ）開口部２７８を含む）が図示されている。各形状は、開口部２５６のみの形状であることも、ノズルプレートを部分的に通るか又はノズルプレート全体を貫通する中央開孔の断面形状であることもある。開口部の形状は、発生するキャビテーション噴流、及びその結果として生じる渦クラウドの望ましい特性に従って選択されうる。

円形の開口部２７２は、シンプルな円筒形の渦巻き噴流を発生させうる。楕円形の開口部２７４及び角丸長方形の開口部２７６の各々は、長軸２６５を有する狭長形と説明されうる。溝２６２を伴う狭長形開口部は各々、複雑かつ概して扇形の噴流（開口部の長軸に対して垂直方向の寸法が幅広になる）を発生させうる。図１２には、かかる扇状噴流が図示されている。扇形噴流により、キャビテーション強度を低下させることなく、より広い領域を処理することが可能になりうる。十字葉形開口部２７８は、クローバー形状と説明されることもあり、境界があいまいに画定されるガウス形状の処理面を実現させうる。そのような処理領域により、ノズルの重複的な通過が容易になることで、被加工物表面の全体的な適用範囲が改善されうる。

ノズルプレートの例示的なフィーチャについて、本書では個別に図示し、説明している。一般に、上述した、ノズルプレートの損傷軽減及び／又は性能向上のための一又は複数のフィーチャは、任意の望ましい組み合わせで使用されうる。例えば、ノズルプレートは、ダイヤモンドで構成されてよく、狭長形開口部を有する砂時計形状の中央開孔を含んでよく、かつ、中央開孔によって画定される流体の流れ軸に対して斜角の遠位面であって、二分する溝及び複数の放射状凹部を含む遠位面を有しうる。

図１２は、キャップ２２８及び図６に示しているノズルプレート２２６の例の等角図であり、二分溝２６２を含み、かつ、図１１の２７６で示している角丸長方形状の中央開孔２３０の開口部２５６を有している。この例では、開口部２５６の長軸２６５は溝２６２の長軸に平行である。一部の例では、開口部の長軸と溝の長軸とは直交しうるか、又は斜角を形成しうる。

図１２には、スラリ２１２に沈められ、渦クラウド２５４を発生させている、稼働中のキャップ２２８及びノズルプレート２２６が図示されている。溝２６２を伴う狭長形状の開口部２５６により、ノズルプレート２２６は扇状噴流を発生させ、その結果として生じる渦クラウド２５４も扇形になる。クラウドは、開口部２５６の長軸２６５に対して垂直な方向に幅広になるとも説明されうる。図１２では、開口部の長軸が垂直方向に配向されていることで、扇状クラウドが水平方向に発生している。扇状クラウドは、楕円形の処理面を有することがあり、キャビテーション強度を低下させることなく、より広い表面積のピーニングを可能にしうる。

渦クラウド２５４は、開口部２５６から離れるにつれて、渦度（ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ）が増大する。ノズルプレート２２６の近傍では、クラウドは、ゼロ次モードの渦度を有する、又は楕円リング形状を有すると説明されうる。より遠くでは、渦度は、一次モードと二次モード又はらせん形状と二重らせん形状のそれぞれに移行しうる。クラウド２５４の渦度は、開口部２５６の長軸２６５に平行な方向に、強度が増しうる。

研磨粒子は、渦によって、スラリ２１２からクラウド２５４中に流送されうる。１つの軸に沿って渦の強度が増すことの結果として、研磨スラリは、図１３に示しているように、渦に平行に、扇状に広がりうる。換言すると、開口部２５６の長軸２６５に対して垂直な方向に幅広な、砥粒の噴射噴流すなわち研磨ファンスラリ２８０が形成されうる。図示しているように、渦クラウドが水平方向に扇状に広がることから、動的に活性化された研磨粒子も、水平方向に扇状に広がる。

スラリ２１２からの研磨粒子の流送は、キャップ２２８におけるスリット２８２によっても支援されうる。スリットは、キャップ２２８の下流側又は遠位表面２８４における、直線状の凹部又は開口と説明されうる。図２に示しているように、スリット２８２は、キャップの中央チャネル２３８に対して開いている。図１２及び図１３で視認可能なように、スリットは、ノズルプレート２２６の中央開孔２３０を露出させ、キャビテーション噴流がキャップ２２８を通過することを可能にする。

図１２及び図１３に示しているように、キャップ２２８は概して円筒形であるが、その両側に第１平坦面及び第２平坦面２８８を含む。スリット２８２は、遠位表面２８４を横切るように、一方の平坦面２８８から他方の平坦面まで延在し、各平坦面に開口を形成する。この例では、スリット２８２は四角形の断面形状を有し、両平坦面２８８に四角形の開口を形成している。一部の例では、スリット２８２は、半円形状、及び／又は、研磨粒子を流送するのに有効な任意の形状を有しうる。

スリット２８２は、遠位表面２８４を二分し、長軸２６７を画定する。この例では、スリット２８２の長軸２６７は、開口部２５６の長軸２６５に対して垂直であり、したがって、研磨ファン２８０の幅広方向に平行である。一部の例では、スリットの長軸は、開口部の長軸に平行でありうるか、又は開口部の長軸と斜角を形成しうる。しかし、最大の流送を実現するには、長軸が垂直であることが好ましいことがある。

図１４は、中央ボア２８６を更に含む、キャップ２２８の別の例を示している。中央ボアは、ほぼ円形であり、ノズルプレート２２６の中央開孔２３０を中心としており、かつ、スリット２８２と交差している、又はスリット２８２に対して開いていると説明されうる。中央ボア２８６は、キャップ２２８の中央チャネルに対して開いているが、その直径はノズルプレート２２６の直径よりも小さく、そのため、キャップは依然として、ノズルの中空体にノズルプレートを有効に固定しうる。中央ボア２８６は、発生したキャビテーション気泡のクラウドの渦度を強化することが可能であり、これによって、キャビテーション強度を増大させうる。

この例では、図１２－１４に示しているように、ノズルプレート２２６とキャップ２２８とは別個の構成要素である。一部の例では、プレートとキャップとは、単一の構成要素を構成してよく、かつ／又は、より大きな一体型ノのズルアセンブリの一部を構成しうる。しかし、別個の構成要素を使用することで、ノズルプレート２２６が耐衝突性の材料から製造されうる一方、キャップ２２８は、より安価な、より軽量な、かつ／又は加工がより容易な、異なる材料から製造されることが、可能になりうる。加えて、別個の構成要素を使用することで、衝突による損傷の大部分が発生する小型の構成要素（ノズルプレート２２６など）のみを交換することが可能になりうる。

Ｂ．例示的な方法
このセクションでは、キャビテーション研磨表面仕上げのための例示的な方法３００のステップ（図１５参照）について説明する。上述したノズル及び／又はノズル構成要素の態様は、後述する方法ステップにおいて利用されうる。必要に応じて、各ステップの実行において使用されうる構成要素及びシステムを参照する場合がある。かかる参照は例示のためのものであり、本方法の何らかの特定のステップを実行するのに可能なやり方を限定することを意図するものではない。

図１５は、例示的な方法において実施されるステップを示すフロー図であり、本方法の完全なプロセス又は全てのステップを列挙しているわけではないことがある。方法３００の様々なステップが後述され、図１５に示されているが、ステップは必ずしも全て実施することが必要な訳ではなく、場合によっては、同時に又は図示している順序とは異なる順序で実施されることもある。

方法は、ステップ３１０において、研磨スラリに中に被加工物を沈めることを含む。例えば、被加工物は、スラリで満たされたタンク内のステージに固定されうるか、又は、ラックに固定されてタンク内に下降されうる。被加工物は、一又は複数の任意の部品であって、一又は複数の表面に研磨表面仕上げが必要な部品を含みうる。スラリは、液体（水など）中に懸濁された一又は複数の研磨媒体の粒子を含みうる。選択されたスラリ条件（粒子密度、液体温度、及び／又は圧力など）が、オペレータ又は制御システムによって維持されうる。

方法のステップ３１２は、ノズルから被加工物に向けてキャビテーション噴流を放出することを含む。高圧流体（水など）が、選択された圧力、流量、及び／又は温度で、ポンプによってノズルに供給されうる。ノズルは、研磨スラリ中の処理されるべき被加工物の表面から選択されたスタンドオフ距離のところに沈められうる。ノズルは、被加工物表面上に噴流を走査させることによって被加工物表面を処理するために、オペレータ及び／又は電動機動的機構（コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）の多関節アーム又はロボットアームなど）によって、被加工物表面に平行に動かされうる。

ステップ３１２のサブステップ３１４は、ノズルの開孔の狭窄部及び拡張部により、放出されるキャビテーション噴流の流れを均一化することを含む。キャビテーション噴流は開孔を通って周囲のスラリ中に放出されてよく、この噴流の流れ動態は、開孔の内部の形状寸法によって変更されうる。狭窄部及び拡張部は対称であり、砂時計形状と説明されうる。この狭窄部及び拡張部により、より均一な処理のために、噴流の中心軸に沿って流れが集中することが防止され、噴流の外縁部の流れが増大しうる。

ステップ３１２のサブステップ３１６は、開孔の狭長形断面により、噴流を幅広にすることを含む。開孔の下流側の開口部は、狭長形状（楕円形又は角丸長方形など）を有し、これにより、扇形の噴流が生じうる。噴流は、開口部の狭長形状に平行な方向（垂直方向）に、幅広になりうる。かかる幅広な噴流により、噴流の処理表面積が増大し、これによって、被加工物の処理時間全体が短縮されうる。

方法は、ステップ３１８において、キャビテーション噴流により研磨粒子にエネルギー供給することを含む。キャビテーション噴流は、周囲の研磨スラリと相互作用して、キャビテーション気泡の渦クラウドを発生させうる。クラウドの渦作用により、周囲のスラリから、研磨粒子が引き込まれ、流送されうる。キャビテーション気泡の崩壊により、流送される研磨粒子に運動エネルギーが付与されうる。

サブステップ３２０は、ノズルのキャップの遠位表面における直線状のスリットにより、噴流中に粒子を流送することを含む。スリットは、ノズルの開孔に向かって開いていること、及びノズルの開孔を露出していることがある。一部の例では、キャップが、ノズルのノズルプレート又はその他の構成要素を定位置に固定しうる。スリットは直線状であってよく、その断面は四角形でありうる。スリットが、幅広のキャビテーション噴流がもたらす非対称の渦強度によって発生する扇状の流送研磨粒子の幅広方向寸法に平行になるように、スリットは、開孔の狭長形開口部の長軸に対して垂直に延在しうる。

サブステップ３２２は、表面の溝により、エネルギー供給された粒子をノズルの遠位面から遠ざかるように方向付けることを含む。この表面は、ノズルの開孔を含む、ノズルのノズルプレート又はその他の構成要素の表面でありうる。溝は、ノズルの遠位面の近傍に渦流を発生させるよう構成されてよく、任意の有効な形状を有してよく、かつ／又は、遠位面は複数の溝を含みうる。例えば、遠位面は、直線状の溝によって二分されていてよく、一又は複数の円弧状の溝を含んでよく、かつ／又は複数の放射状の溝セクションを含みうる。

ステップ３２４は、エネルギー供給された粒子を用いて、被加工物から材料を除去することを含む。粒子は、材料を除去するのに十分なエネルギーを有して、被加工物の表面に衝突しうる。衝撃力及び除去される材料の量は、キャビテーションの強度に、したがって、粒子に付与されるエネルギー量及び選択された一又は複数の砥粒に、依拠しうる。エネルギー供給された粒子は、集合的に、被加工物から材料の層を除去しうる。例えば、粒子は、（付加製造プロセスによって作製されるもののような）粗い表面層を除去すること、又は、（チタンの高温処理によって生じるような）アルファケース層をなくすことが、可能である。被加工物の表面は、発生した渦クラウドのキャビテーション気泡が崩壊することによって、同時にピーニングもされうる。

例示的な組み合わせ及び追加の例
このセクションでは、耐損傷性ノズル及びそれに関連するシステム及び方法の更なる態様及び特徴について説明するが、これらの態様及び特徴は、限定されることなく一連の段落として提示され、その一部又は全部は、明確性及び有効性のために、英数字により指定されうる。これらの段落の各々は、任意の好適な様態で、この出願内の、一又は複数の他の段落及び／又は他所の開示と、組み合わされうる。以下の段落の一部は、他の段落を明示的に参照し更に限定して、いくつかの好適な組み合わせの例を提供しているが、好適な組み合わせの例がそれらに限定されるわけではない。そのため、本開示は、以下の条項による例を含む。

Ａ０．
中央開孔及び遠位面を有するプレートであって、遠位面が溝によって二分されている、プレートと、
中央開孔を通して高圧流体を送出するよう構成された中空体と、
中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を備える、キャビテーションノズルであって、
中央開孔に送出された高圧流体が、キャビテーション噴流として放出される、
ノズル

Ａ１．
プレートの遠位面が複数の凹部を含む、条項Ａ０に記載のノズル。

Ａ２．
複数の凹部が、二分溝の両側部に配置された円弧状凹部の対を含む、条項Ａ１に記載のノズル。

Ａ３．
複数の凹部が、放射状の直線セクションを含み、かつ二分溝を中心として対称である、条項Ａ１又はＡ２に記載のノズル。

Ａ４．
遠位面が円錐台形状を有する、条項Ａ０からＡ３のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ５．
プレートがダイヤモンド結晶材料を含む、条項Ａ０からＡ４のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ６．
プレートがダイヤモンド部分を含み、ダイヤモンド部分が中央開孔の直近を取囲む、条項Ａ５に記載のノズル。

Ａ７．
キャップが、プレート及び中空体の遠位端部を受容する中央チャネルを含む、条項Ａ０からＡ６のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ８．
キャップが、中央チャネルに対して垂直な直線状スリットであって、中央チャネルと流体連通している直線状スリットを含み、これにより、プレートの中央開孔から放出されるキャビテーション噴流がスリットを通って放出される、条項Ａ７に記載のノズル。

Ａ９．
スリットが、流体環境から、放出されたキャビテーション噴流中に粒子を流送するよう構成されている、条項Ａ８に記載のノズル。

Ａ１０．
スリットが、中央チャネルと同心の円形開口を含む、条項Ａ８又はＡ９に記載のノズル。

Ａ１１．
プレートの中央開孔が、流体の流れの方向に対して垂直な狭長形の断面形状を有する、条項Ａ０からＡ１０のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ１２．
中央開孔が、流体の流れの方向に対して垂直方向に一定した幅を有する、条項Ａ１１に記載のノズル。

Ａ１３．
プレートの中央開孔が狭窄部及び拡張部を含む、条項Ａ０からＡ１２のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ１４．
中央開孔が、流体の流れの方向に平行な砂時計状の断面形状を有する、条項Ａ１３に記載のノズル。

Ａ１５．
プレートが、立方晶窒化ホウ素、窒化炭素、炭窒化ホウ素、金属ホウ化物、及びナノ構造フラーレン、という材料のうちの一又は複数を含む、条項Ａ０からＡ１４のいずれか一項に記載のノズル。

Ａ１６．
プレートが、冷間加工鋼、油焼入れ鋼、空気焼入れ鋼、高速度鋼、るつぼ鋼、炭素含有量が約０．５パーセントと１．５パーセントとの間の鋼、クロム－モリブデン鋼、及び炭化バナジウム、という材料のうちの一又は複数を含む、条項Ａ０からＡ１５のいずれか一項に記載のノズル。

Ｂ０．
水と研磨媒体とのスラリを内包するタンクと、
スラリ中に沈められたノズルと、を備える、キャビテーションシステムであって、ノズルが、
中央開孔及び遠位面を有するプレートであって、遠位面が溝によって二分されている、プレートと、
中央開孔を通して高圧流体を送出するよう構成された中空体と、
中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を含み、
中央開孔に送出された高圧流体が、スラリ中に放出されて、キャビテーション気泡とエネルギー供給された研磨粒子とのクラウドを形成する、
キャビテーションシステム。

Ｂ１．
ノズルが、条項Ａ０からＡ１４のいずれか一項に記載のノズルである、条項Ｂ０に記載のキャビテーションシステム。

Ｃ０．
ダイヤモンド結晶材料で構成されたプレートであって、遠位面と、流体の流れ軸を画定する中央開孔とを有する、プレートと、
高圧流体を、中央開孔を通して、キャビテーション噴流として送出するよう構成された中空体と、
を備える、キャビテーションノズル。

Ｃ１．
プレートの遠位面が第１の溝を有する、条項Ｃ０に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ２．
第１の溝がプレートの遠位面を二分している、条項Ｃ１に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ３．
遠位面が複数の放射状の溝を有する、条項Ｃ２に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ４．
第１の溝が流体の流れ軸と交差する、条項Ｃ１からＣ３のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ５．
第１の溝が直線状である、条項Ｃ１からＣ４のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ６．
第１の溝が湾曲している、条項１からＣ５のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ７．
プレートの中央開孔が、流体の流れ軸に対して垂直な狭長形の断面形状を有する、条項Ｃ０からＣ６のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ８．
中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持する、キャップを更に含む、条項Ｃ０からＣ７のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ９．
キャップが、プレートの遠位面の下流に遠位表面を有する、条項Ｃ８に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ１０．
キャップの遠位表面が、流体の流れ軸に対して垂直な長軸を有するスリットによって二分されている、条項Ｃ９に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ１１．
プレートの中央開孔が、狭長形であり、キャップのスリットの長軸に対して垂直な長軸を有する、条項Ｃ１０に記載のキャビテーションノズル。

Ｃ１２．
プレートの遠位面が、流体の流れ軸と９０度未満の角度を形成する、条項Ｃ０からＣ１１のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｄ０．
遠位面と流体の流れ軸を画定する中央開孔とを有する、プレートと、
高圧流体を、中央開孔を通してキャビテーション噴流として送出するよう構成された中空体と、
中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、を備え、
キャップは、遠位表面を二分してプレートの中央開孔を露出させるスリットを有する、
キャビテーションノズル。

Ｄ１．
プレートが、遠位面を二分する溝を有する、条項Ｄ０に記載のキャビテーションノズル。

Ｄ２．
スリットが長軸を有し、溝は、スリットの長軸に対して垂直な長軸を有する、条項Ｄ１に記載のキャビテーションノズル。

Ｄ３．
中央開孔が狭長形の断面を有する、条項Ｄ１又はＤ２に記載のキャビテーションノズル。

Ｄ４．
溝が長軸を有し、中央開孔は、溝の長軸に平行な長軸を有する、条項Ｄ１からＤ３のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｄ５．
プレートがダイヤモンド結晶材料で構成されている、条項Ａ０からＡ４のいずれか一項に記載のノズル。

Ｅ０．
遠位面と流体の流れ軸を画定する中央開孔とを有するプレートであって、遠位面が流体の流れ軸と鋭角を形成する、プレートと、
高圧流体を、中央開孔を通してキャビテーション噴流として送出するよう構成された中空体と、
中空体と取り外し可能に係合されたキャップであって、中空体の遠位端部に接するようにプレートを保持するキャップと、
を備える、キャビテーションノズル。

Ｅ１．
プレートがダイヤモンド結晶材料で構成されている、条項Ｅ０に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ２．
プレートが、遠位面を二分する溝を有する、条項Ｅ０又はＥ１に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ３．
中央開孔が、溝の長軸に平行な長軸を有する、条項Ｅ２に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ４．
プレートが焼入れ鋼で構成されている、条項Ｅ０からＥ３のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ５．
プレートがフラーレンで構成されている、条項Ｅ０からＥ４のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ６．
プレートがナノ構造材料で構成されている、条項Ｅ０からＥ５のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｅ７．
プレートが、ホウ素と炭素の少なくとも一方を有する窒化物系化合物で構成されている、条項Ｅ０からＥ６のいずれか一項に記載のキャビテーションノズル。

Ｆ０．
キャビテーション研磨表面仕上げの方法であって、
液体と砥粒との混合物中に被加工物を沈めることと、
被加工物の表面に向けて、ノズルのプレートの中央開孔を通してキャビテーション噴流を放出することと、
キャビテーション噴流により、研磨粒子にエネルギー供給することと、
プレートの遠位面の溝により、ノズルのプレートから遠ざかるように、エネルギー供給された粒子を方向付けることと、
エネルギー供給された粒子を用いて、被加工物の表面から材料を除去することと、
を含む、方法。

Ｆ１．
中央開孔の狭窄部及び拡張部により、キャビテーション噴流の流れを均一化することを更に含む、条項Ｆ０に記載の方法。

Ｆ２．
中央開孔の狭長形の断面により、キャビテーション噴流を幅広にすることを更に含む、条項Ｆ０又はＦ１に記載の方法。

Ｆ３．
プレートを固定しているキャップにおける直線状のスリットにより、キャビテーション噴流中に研磨粒子を流送することを更に含む、条項Ｆ０からＦ２のいずれか一項に記載の方法。

Ｇ０．
遠位面と流体の流れ軸を画定する中央開孔とを有する、プレートと、
高圧流体を、中央開孔を通してキャビテーション噴流として送出するよう構成された中空体と、を備え、
プレートが、立方晶窒化ホウ素、窒化炭素、炭窒化ホウ素、金属ホウ化物、ナノ構造フラーレン、冷間加工鋼、油焼入れ鋼、空気焼入れ鋼、高速度鋼、るつぼ鋼、炭素含有量が約０．５パーセントと１．５パーセントとの間の鋼、クロム－モリブデン鋼、及び炭化バナジウム、という材料のうちの一又は複数を含む、
キャビテーションノズル。

利点、特徴、及び恩恵
本書に記載のノズルの種々の例は、研磨環境におけるキャビテーションピーニングに関する既知の解決策を凌駕する、いくつかの利点を提供する。例えば、本書に記載の実施例は、摩耗損傷を最も受けやすいノズル構成要素の簡単な交換を可能にする。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、耐損傷性材料の使用によりノズルの有用寿命が延長される。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、ノズルの遠位面において渦を形成してエネルギー供給された研磨粒子を遠ざけるように方向付けることによって、研磨損傷を低減する。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、流れ分離領域を減少させること及び／又はなくすことによって、摩耗損傷を低減する。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、ノズルによって発生するキャビテーション噴流中への砥粒の流送を改善する。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、噴流の適用範囲を増大させること、及び流れを統一することによって、処理時間を短縮する。

加えて、本書に記載の実施例は、他にもある恩恵の中でも特に、境界があいまいに画定されるガウス形状の処理面を発生させることによって、重複処理を可能にする。

上述の作用を、特に高強度のキャビテーションピーニングの実現とともに実施しうる、システムもデバイスも既知ではない。ゆえに、本書に記載の実施例は、キャビテーション研磨表面仕上げに特に有用である。しかし、本書に記載の全ての例が同じ利点又は同程度の利点を提供するものではない。

結論
上記に記述している開示は、独立した有用性を有する複数の個別の例を包括しうる。例の各々は、その好ましい形態（複数可）で開示されているが、数多くの変形例が可能であることから、本書で開示し、例示している例のうち特定のものを、限定的な意味で解釈すべきではない。この開示内ではセクションの見出しが使用されているが、その範囲内では、かかる見出しは記載整理の目的で使用されているにすぎない。本開示の主題は、本書に記載の様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、新規的かつ非自明の組み合わせ及び部分組み合わせの全てを含む。下記の特許請求の範囲は、新規かつ非自明と見なされるある種の組み合わせ及び部分組み合わせを、特に指し示すものである。特徴、機能、要素、及び／又は特性のその他の組み合わせ及び部分組み合わせは、この出願又は関連出願からの優先権を主張する出願において、特許請求されうる。かかる特許請求の範囲は、出願当初の特許請求の範囲よりも広いか、狭いか、それと等しいか、又は異なるかにかかわらず、同様に、本開示の主題中に含まれると見なされる。

Claims (14)

1. 中央開孔（２３０）と溝（２６２）によって二分されている遠位面（２３４）とを有する、プレート（２２６）と、
   前記中央開孔を通して高圧流体（１１４、２２０）を送出するよう構成された、中空体（２２４）と、
   前記中空体と取り外し可能に係合されたキャップ（２２８）であって、前記中空体の遠位端部（２３６）に接するように前記プレートを保持する、キャップ（２２８）と、を備える、キャビテーションノズル（１１０、２１０）であって、
   前記中央開孔に送出された前記高圧流体がキャビテーション噴流（２２２）として放出される、
   ノズル（１１０、２１０）。
2. 前記プレート（２２６）がダイヤモンド結晶材料を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
3. 前記プレート（２２６）が、立方晶窒化ホウ素、窒化炭素、炭窒化ホウ素、金属ホウ化物、及びナノ構造フラーレン、という材料のうちの一又は複数を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
4. 前記プレート（２２６）が、冷間加工鋼、油焼入れ鋼、空気焼入れ鋼、高速度鋼、るつぼ鋼、炭素含有量が約０．５パーセントと１．５パーセントとの間の鋼、クロム－モリブデン鋼、及び炭化バナジウム、という材料のうちの一又は複数を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
5. 前記遠位面（２３４）が円錐台形状を有する、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
6. 前記プレート（２２６）の前記中央開孔（２３０）が、狭窄部（２５０）及び拡張部（２５２）を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
7. 前記プレート（２２６）の前記遠位面（２３４）が複数の凹部（２６６、２６８）を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
8. 前記複数の凹部（２６６、２６８）が、前記二分溝（２６２）の両側部に配置された円弧状凹部（２６６）の対を含む、請求項７に記載のノズル（１１０、２１０）。
9. 前記複数の凹部（２６６、２６８）が、放射状の直線セクション（２６８）を含み、かつ前記二分溝（２６２）を中心として対称である、請求項７に記載のノズル（１１０、２１０）。
10. 前記キャップ（２２８）が、前記プレート（２２６）及び前記中空体（２２４）の前記遠位端部（２３６）を受容する中央チャネル（２３８）を含む、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
11. 前記キャップ（２２８）が、前記中央チャネル（２３８）と流体連通している直線状スリット（２８２）を含み、これにより、前記プレート（２２６）の前記中央開孔（２３０）から放出される前記キャビテーション噴流（２２２）が前記スリットを通って放出される、請求項１０に記載のノズル（１１０、２１０）。
12. 前記スリット（２８２）が、前記中央チャネル（２３８）と同心の円形開口（２８６）を含む、請求項１１に記載のノズル（１１０、２１０）。
13. 前記プレート（２２６）の前記中央開孔（２３０）が、流体の流れの方向（２４６）に対して垂直な狭長形の断面形状を有する、請求項１に記載のノズル（１１０、２１０）。
14. 水（２１８）と研磨媒体（２１６）とのスラリ（１２６、２１２）を内包するタンク（１２４）と、
    前記スラリ中に沈められたノズル（１１０、２１０）と、
    を備える、キャビテーションシステム（１００）であって、前記ノズル（１１０、２１０）が、
    中央開孔（２３０）と溝（２６２）によって二分されている遠位面（２３４）とを有する、プレート（２２６）と、
    前記中央開孔を通して高圧流体（１１４、２２０）を送出するよう構成された、中空体（２２４）と、
    前記中空体と取り外し可能に係合されたキャップ（２２８）であって、前記中空体の遠位端部（２３６）に接するように前記プレートを保持する、キャップと、を含み、
    前記中央開孔に送出された前記高圧流体が、前記スラリ中に放出されて、キャビテーション気泡とエネルギー供給された研磨粒子とのクラウド（１４６、２５４、２８０）を形成する、
    キャビテーションシステム（１００）。

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