JP2001277119A

JP2001277119A - ショットピーニング方法及び装置

Info

Publication number: JP2001277119A
Application number: JP2000092122A
Authority: JP
Inventors: Saburo Yamagata; 三郎山方; Hiromitsu Murakami; 博充村上; Sadayoshi Uemura; 定佳植村
Original assignee: UEKATSU KK; Oriental Engineering Co Ltd
Current assignee: UEKATSU KK; Oriental Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP3765376B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数種類の投射材を使用する複数回のショッ
トピーニングを１台の装置で行うことを可能とする。【解決手段】複数種の投射材を個別に貯留した貯留ホ
ッパー１６Ａ〜１６Ｃから選択した１つから投射材を噴
射ノズル１５に供給することにより、被処理材料２に投
射して第１ショットピーニング処理を行い、次いで他の
貯留ホッパーを選択して第２のショットピーニング処理
を行う。このとき、両ショットピーニング処理の投射材
が混合されることになるが、これらを投射材分離装置２
４に供給して、定量流下状態でこれに対して送風機３０
で送風を当てることにより、飛距離差を利用して回収用
ホッパー３７Ａ〜３７Ｅに分離回収し、揚送機構３９Ａ
〜３９Ｃを介して貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃに送給し
て、循環再使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸炭処理、焼き入
れ処理等の熱処理を施した後の熱処理済材に投射材を投
射することにより、所望の圧縮残留応力を生じさせるよ
うにしたショットピーニング方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このショットピーニング方法において
は、近年、疲労強度を向上させるために、例えば特開平
６−１４５７８５号公報に記載されているように、一次
ショットピーニングで比較的粒径の大きいショット粒を
用いて鋼材表面に圧縮残量応力層の深さを増し、次の二
次ショットピーニングで比較的粒径の小さなショット粒
を使用して最表面の圧縮残留応力を高めることにより、
強度上最適な残留応力分布状態を得るようにした所謂２
段ショットピーニング法が用いられている。

【０００３】このような２段ショットピーニング法で
は、異なる粒径の２種類のショット粒を使用して、２回
のショットピーニング処理を行う必要があるため、例え
ば特開平７−１７１７６６号公報に記載されているよう
な、投射ノズルから被処理面に投射した投射材を回収用
のフードにより回収して、これに接続された回収ホース
を経て分離タンクへ送給して、投射材とダストとを分離
し、投射材を加圧タンクと投射ホースを経て投射ノズル
に送給することにより、投射材を循環使用するように
し、回収ホースから分離タンクへの送給を、回収ホース
に流下した投射材を回収ホースの通路の途中から分離タ
ンク側へ向けて圧縮空気を噴出させて通路中に生じさせ
た部分的真空による吸引噴出作用によって行うようにし
たエアブラスト装置を使用して、一次ショットピーニン
グ処理と二次ショットピーニングとで異なる２種類のシ
ョット粒を入れ換えるか又は２台のショットピーニング
装置を使用するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、１台のショットピーニング装置で二段
ショットピーニング処理を行うには、一次ショットピー
ニング処理から二次ショットピーニング処理に、二次シ
ョットピーニングから一次ショットピーニングに切換え
る際に、両処理で使用するショット粒の粒度が異なるこ
とから、前処理で使用したショット粒を全て入れ換える
必要があり、この入れ換え作業に長い時間と労力が必要
となると共に、全てのショット粒を入れ換えるのは困難
であり、多少粒度の異なるショット粒が混入することは
避けられないという未解決の課題がある。

【０００５】また、２台のショットピーニング装置を使
用して、これらに夫々粒度の異なるショット粒を装填し
ておくことにより、一次ショットピーニング処理及び二
次ショットピーニング処理を異なるショットピーニング
装置で行うことも考えられるが、この場合には、２台の
ショットピーニング装置が必要となり、導入コスト及び
保守点検コスト等が嵩むという未解決の課題がある。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来例の未解決の
課題に着目してなされたものであり、１台のショットピ
ーニング装置で２種類以上の投射材を使い分けて、２段
以上の多段ショットピーニング処理を行うことができる
ショットピーニング方法及び装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るショットピーニング方法は、熱処理
後の材料表面に投射材を投射して圧縮残留応力を生じさ
せるショットピーニング方法において、同一チャンバー
内で２種類以上の投射材を連続的に投射する工程と、投
射されて混合された２種類以上の投射材を分離して循環
再使用する工程とを備えたことを特徴としている。

【０００８】この請求項１に係る発明では、同一チャン
バー内で、最初に所定の投射材を使用して一次ショット
ピーニング処理を行った後に、連続して最初の投射材と
は粒径及び／又は材質が異なる投射材を使用して二次シ
ョットピーニング処理を行ったときに、回収過程で２種
類の投射材が混合されることになるが、この回収工程で
２種類以上の投射材を分離して回収することにより循環
再使用が可能となる。

【０００９】また、請求項２に係るショットピーニング
方法では、熱処理後の材料表面に投射材を投射して圧縮
残留応力を生じさせるショットピーニング方法におい
て、同一チャンバー内で、中サイズの投射材を投射する
第１ショットピーニング処理と、大サイズの投射材を投
射する第２ショットピーニング処理と、小サイズの投射
材を投射する第３ショットピーニング処理とを連続して
行い、投射されて混合された２種類以上の投射材を分離
して循環再使用するようにしたことを特徴とするショッ
トピーニング方法。

【００１０】この請求項２に係る発明では、第１ショッ
トピーニング処理で表面を硬化させると共に、ある程度
の深さまで圧縮残留応力を分布させた状態で大サイズの
投射材を使用した第２ショットピーニング処理を行うこ
とにより、表面粗さの低下を抑制しながら深い位置まで
圧縮残留応力を分布させ、さらに小サイズの投射材を使
用した第３ショットピーニング処理を行うことにより、
表面粗さをより小さくする。

【００１１】さらに、請求項３に係るショットピーニン
グ方法では、請求項１又は２に係る発明において、前記
投射材の分離は、２種類以上の投射材が混合した混合投
射材を流下させると共に、その流下方向と交差する方向
に所定風量の送風を行い、投射材の着地位置に応じて分
離回収することを特徴としている。この請求項３に係る
発明では、一次ショットピーニング処理及び二次ショッ
トピーニング処理を連続して行うことにより、種類の異
なる投射材が混合されたときに、これらを流下させなが
ら、その流下方向と交差する方向に所定風量の送風を行
うことにより、種類の異なる投射材の粒径差或いは質量
差によって、着地位置が異なることを利用して、種類の
異なる投射材を正確に分離回収する。

【００１２】さらにまた、請求項４に係るショットピー
ニング装置は、熱処理後の材料表面に投射材を投射して
圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング装置にお
いて、２種類以上の投射材を個別に貯留する複数の貯留
手段と、前記熱処理後の被処理材料を回転自在に保持す
る材料保持手段と、前記複数の貯留手段のうち選択され
た貯留手段から供給される投射材を前記材料保持手段で
保持している被処理材料に高速で噴射する噴射ノズル
と、熱処理後の被処理材料に投射された投射材を回収す
る回収手段と、該回収手段で回収された投射材を種類別
に分離する投射材分離手段と、該投射材分離手段で分離
された投射材を対応する前記複数の貯留手段に個別に送
給する再循環手段とを備えたことを特徴としている。

【００１３】この請求項４に係る発明では、複数の貯留
手段のうち選択した１つの貯留手段から投射材を噴射ノ
ズルに投入し、この噴射ノズルから投射材を材料保持手
段に保持されている被処理材料に投射することにより、
一次ショットピーニング処理を行い、このときに使用さ
れた投射材は投射材分離手段で種類毎に分離されて該当
する貯留手段に送給され、この一次ショットピーニング
処理に続いて種類の異なる投射材による二次ショットピ
ーニング処理を行う場合には、該当する貯留手段を選択
してこれから投射材を噴射ノズルに送給することによ
り、二次ショットピーニング処理を行うことができ、こ
の際の投射材も投射材分離手段で種類毎に分離された貯
留手段に送給される。

【００１４】なおさらに、請求項５に係るショットピー
ニング装置は、請求項４に係る発明において、前記材料
保持手段は、ケース体上部に配設された回転駆動源に着
脱自在に装着される熱処理後の被処理材料を保持する回
転保持軸と、該回転保持軸の下端に配設された軸受を覆
う円盤とで構成されていることを特徴としている。この
請求項５に係る発明では、回転保持軸で被処理材料を保
持し、これに噴射ノズルから投射材を噴射することによ
り、ショットピーニング処理を行い、この際に、投射さ
れた投射材が下方に落下することになるが、この投射材
が下方の円盤に落下し、遠心力で外周縁から下方に落下
することになり、軸受を投射材や破砕された投射材から
保護することができる。一方、回転駆動源はケース体上
部に配設されているので、投射される投射材の影響を受
けることがない。

【００１５】また、請求項６に係るショットピーニング
装置は、請求項４又は５の発明において、前記投射材分
離手段は、ケース体の上部に配設された前記回収手段で
回収された投射材をケース体内に定量流下させるホッパ
ーと、該ホッパーから流下される投射材に対してその流
下方向と交差する方向から所定風量の分離用送風を行う
送風機と、該送風機の分離用送風によって飛ばされた投
射材を飛距離に応じて分離回収する複数の分離回収用ホ
ッパーとを備えていることを特徴としている。

【００１６】この請求項６に係る発明では、ホッパーか
ら回収された投射材を定量流下させ、これに対して送風
機で所定風量の分離用送風を作用させることにより、投
射材の粒度又は材質により、飛距離が変化することを利
用して複数の分離回収用ホッパーで分離回収する。さら
に、請求項７に係るショットピーニング装置は、請求項
６の発明において、前記投射材分離手段は、送風機に供
給する送風を加熱乾燥する乾燥手段を備えていることを
特徴としている。

【００１７】この請求項７に係る発明では、材料保持手
段で保持する被処理材に付着している水分によって投射
材が湿気をおびたとき、又は送風空気に圧力空気を使用
した場合や空気中の湿度が高い場合に、乾燥手段で加熱
乾燥させた送風を吹き付けることにより、再循環中に投
射材を乾燥させてから貯留手段に貯留する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を伴って説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す
概略構成図であって、図中、１は浸炭処理、焼戻し処理
等の熱処理を行った後の歯車、精密加工品等の被処理材
２に対してショットピーニング処理を行うショットピー
ニング装置本体であって、中空逆円錐形状の回収部３と
その上部に連接する円筒部４とで構成されるケース体５
を有し、このケース体５の上端部に回転駆動装置６が配
設され、回収部３に支持脚７によって支持された軸受８
が配設されていると共に、この軸受８に円盤９が回転自
在に支持されている。この円盤８の上面中央部には、被
処理材料２を保持した保持軸１０を支持する挿通孔１１
が穿設されている。

【００１９】この保持軸１０は、上端に形成された断面
方形の係合部１０ａと、中央部に形成された被処理材料
９を所定数図１においては５段分保持する保持部１０ｂ
と、下端に形成された円盤８の挿通孔１１に挿通される
突出部１０ｃとを備えており、突出部１０ｃを円盤８の
挿通孔１１に挿通させた状態で、回転駆動源６の回転軸
に摺動自在に保持された角筒部１２を係合部１０ａに上
方から係合させることにより、回転駆動源６と軸受７と
によって回転自在に保持される。

【００２０】そして、保持軸１０に保持された各被処理
材料２と対向するケース体５の壁面に夫々等角間隔で３
つの噴射ノズル１５が配設され、これら噴射ノズル１５
に異なる種類の投射材を貯留する貯留手段として貯留ホ
ッパー１６Ａ〜１６Ｃが配管１７Ａ〜１７Ｃを介して接
続されている。貯留ホッパー１６Ａには例えば粒サイズ
０．６ｍｍの鋼球が多数貯留され、貯留ホッパー１６Ｂ
には粒サイズが０．３ｍｍの鋼球が多数貯留され、さら
に貯留ホッパー１６Ｃには粒サイズ０．５μｍのガラス
ビーズが多数貯留されている。各貯留ホッパー１６Ａ〜
１６Ｃには、その下部に投入弁１８Ａ〜１８Ｃが設けら
れ、これら投入弁１８Ａ〜１８Ｃを選択的に開くことに
より、貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃに貯留されている投
射材が配管１７Ａ〜１７Ｃを介して噴射ノズル１５に送
給される。そして、噴射ノズル１５には、配管１９を介
して高圧の圧縮空気が供給されており、この圧縮空気で
投射材を被処理材料２に噴射する。

【００２１】また、ケース体５の回収部３の底頂部に
は、回収管２１が接続され、この回収管２１が投射材を
上方に搬送するエレベータ又はバケットコンベヤで構成
される揚送機構２２に接続され、この揚送機構２２の上
端が配管２３を介して投射材分離手段としての投射材分
離装置２４に接続されている。この投射材分離装置２４
は、風洞状に形成されたケース体２５を有し、このケー
ス体２５の上端に回収された投射材を貯留する受けホッ
パー２６が配設され、この受けホッパー２６の下端に定
量切り出し機構２７が設けられ、この定量切り出し機構
２７によって貯留された投射材が定量づづ切り出されて
垂直管２８を介してケース体２５内に垂直に流下され
る。

【００２２】また、ケース体２５の垂直管２８から流下
する投射材の落下位置にその落下方向と直交して送風機
３０が配設されている。この送風機３０には、空気取入
れ口３１から導入された空気を脱水剤を充填し且つ空気
を加熱乾燥する加熱乾燥機３２を介して乾燥された空気
が導入され、この乾燥空気を一時貯留する風箱３３と、
駆動モータ３４及びその回転軸に取付けられた送風ファ
ン３５とを備えており、送風ファン３５で発生される送
風が角筒状の送風案内筒３６で案内されてケース体２５
内に流下する投射材と交差するように供給される。

【００２３】さらに、ケース体２５の下部には、送風に
よって飛距離が異なる投射材を分離回収する回収用ホッ
パー３７Ａ〜３７Ｅが送風機３０の送風方向と平行に併
設されている。ここで、回収用ホッパー３７Ａでは粒サ
イズ０．６ｍｍの鋼球を分離回収し、回収用ホッパー３
７Ｂでは粒サイズ０．３ｍｍの鋼球を分離回収し、回収
用ホッパー３７Ｄでは粒サイズ０．５μｍのガラスビー
ズを分離回収する。

【００２４】そして、回収用ホッパー３７Ａ，３７Ｂ及
び３７Ｄで分離回収された各投射材回収管３８Ａ，３８
Ｂ及び３８Ｃを介して前述した揚送機構２２と同様の構
成を有する揚送機構３９Ａ，３９Ｂ及び３９Ｃに搬送さ
れ、これら揚送機構３９Ａ〜３９Ｃで揚送された各投射
材が配管４０Ａ〜４０Ｃを介して貯留ホッパー１７Ａ〜
１７Ｃに搬送され、残りの回収用ホッパー３７Ｃ及び３
７Ｅで回収した投射材は廃棄管４１を介して廃棄され
る。

【００２５】また、ケース体２５の送風機３０と対向す
る右上部位置には排気ダクト４２が設けられ、この排気
ダクト４２が集塵機４３に接続されている。ここで、送
風機３０の風速と回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｅの配置
関係は、以下のように設定されている。すなわち、実験
装置によって、各投射材を落下高さを５０ｃｍとし、風
速を５ｍ／ｓに設定して、０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍ
ｍの鋼球、１μｍのガラスビーズ、０．３μｍのガラス
ビーズについて着地位置までの飛距離（ｃｍ）を測定し
た結果を図２に示す。この図２において、０．６ｍｍの
鋼球については飛距離が実線図示のように１ｃｍから７
ｃｍの範囲となり、０．３ｍｍの鋼球については点線図
示のように、飛距離が８ｃｍから１９ｃｍの範囲とな
り、１μｍのガラスビーズについては破線図示のよう
に、飛距離が３７ｃｍから６４ｃｍの範囲となり、０．
３μｍのガラスビーズについては二点鎖線図示のように
飛距離が７５ｃｍから１１２ｃｍの範囲となり、各投射
材を送風によって分離することができる。

【００２６】続いて、風速を増加させて落下状態を測定
したところ図示しないが、１０ｍ／ｓを超える風速では
０．３μｍのように細かなサイズのガラスビーズについ
ては飛距離が長くなりすぎるが、粒サイズの違う鋼球の
分離には風速が２５ｍ／ｓでも明確に分離することがで
きた。一方、風速を５ｍ／ｓから減少させて、風速が１
ｍ／ｓ未満となると、混合した投射材のサイズが０．３
ｍｍの鋼球と１μｍのガラスビーズでも飛距離が重なる
部分が大きくなり、明確な分離ができないことが解っ
た。

【００２７】したがって、鋼球とガラスビーズとを混合
した投射材の場合は、風速が３ｍ／ｓから７ｍ／ｓの範
囲の風速とすることにより、より明確な分離を行うこと
ができた。このため、上記実施形態のように、０．６ｍ
ｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球及び０．３μｍのガラスビ
ーズが混合された場合には、送風機３０の風速を３ｍ／
ｓ〜７ｍ／ｓの範囲で選択し、上述したように５ｍ／ｓ
に設定した場合には、回収用ホッパー３７Ａの開口の右
端位置を投射材の流下位置から右側に７ｃｍの位置と
し、回収用ホッパー３７Ｂの開口位置を左端を投射材の
流下位置から右側に８ｃｍの位置とすると共に、右端を
１９ｃｍの位置とし、回収用ホッパー３７Ｃの開口位置
を左端を流下位置から３７ｃｍの位置とすると共に、右
端を６２ｃｍの位置とし、回収用ホッパー３７Ｄの開口
位置を左端を流下位置から７６ｃｍとすると共に、右端
を１１２ｃｍとし、回収用ホッパー３７Ｅの開口位置を
流下位置から１１３ｃｍ以上とすることにより、混合し
て流下される投射材を確実に分離して回収することがで
きる。

【００２８】そして、このときの送風量（ｍ³／ｓ）を
流量計で測定し、この送風量と風速の実測値（ｍ／
ｓ）、風速計算値（ｍ／ｓ）及び送風圧力（Ｐａ）とを
計測した結果、下記表１に示すようになり、送風量、風
速実測値、風速計算値及び送風圧力との間に明らかな相
関関係があり、風速を制御するために、実際の風速を風
速計で検出するか送風量を流量計で検出するか、送風圧
力を圧力計で検出することができ、これらに基づいて風
速を制御することにより、投射材の分離回収を正確に行
うことができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】なお、送風と投射材の分離との関係は、送
風口の形状や受けホッパー２６の位置、回収用ホッパー
３７Ａ〜３７Ｄの形状、排気ダクト４２の排気量によっ
て影響を受けるので、これらを考慮して最適な条件を設
定する。次に、上記実施形態の動作を説明する。ここで
は、実機で送風案内筒３６の出側風速が５ｍ／ｓとなる
ように調整している。

【００３１】今、被処理材料２として、浸炭焼入れ処理
した硬度がＨＲＣ６０で粒界酸化による軟化層は生じて
おらず、表面粗さＲmax ３μｍである歯車を適用し、こ
の被処理材料２を保持軸１０の保持部１０ｂにセット
し、この保持軸１０の下端に形成された突出部１０ｃを
円盤９の挿通孔１１に挿通し、この状態で係合部１０ａ
に角筒部１２を係合させることにより、回転駆動源６に
連結する。

【００３２】この状態で、回転駆動源６を回転駆動する
ことにより、保持軸１０及び円盤９が回転状態となり、
これと同時に又はその後に各噴射ノズル１５に所望の貯
留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃの選択した１つから投射材を
供給すると共に、配管１８から圧縮空気を供給すること
により、投射材が被処理材料２に噴射される。被処理材
料２に投射された後の投射材は下方に落下し、一部は円
盤９上に落下するが、この円盤９も回転していることに
より、遠心力によって外周縁から下方に落下して逆円錐
状の回収部３で回収され、これが回収管２１を介して揚
送機構２２に供給され、この揚送機構２２で上方に揚送
され、配管２３を介して投射材分離装置２４の受けホッ
パー２６に供給される。

【００３３】この受けホッパー２６からは定量切り出し
機構２７によって所定量づつ投射材が切り出され、垂直
管２８を介してケース体２５内に流下される。このと
き、送風機３０の送風口３７から風速が５ｍ／ｓとなる
ように制御された送風がケース体２５内に、流下する投
射材に真横から当たるように吹き出されているので、前
回の処理時に使用した投射材と今回の処理時に使用した
投射材等が混在している場合に、両者の飛距離が異なる
ことにより、例えば０．３ｍｍの鋼球と０．３μｍのガ
ラスビーズとが混入していた場合には、０．３ｍｍの鋼
球が回収用ホッパー３７Ｂまで飛ばされてこれに回収さ
れ、０．３μｍのガラスビーズが回収用ホッパー３７Ｄ
まで飛ばされてこれに回収され、ガラスビーズの破砕屑
は軽いので回収用ホッパー３７Ｅに回収されるか又は排
気ダクト４２から集塵機４３で集塵される。

【００３４】そして、回収用ホッパー３７Ｂ及び３７Ｄ
に分離回収された鋼球及びガラスビーズは回収配管３８
Ｂ及び３８Ｃを介して揚送機構３９Ｂ及び３９Ｃに送ら
れ、これら揚送機構３９Ｂ及び３９Ｃで揚送されて貯留
用ホッパー１６Ｂ及び１６Ｃに戻され循環再使用され
る。このショットピーニング処理で、前述した浸炭焼入
れ処理した歯車について投射材として０．６ｍｍの鋼
球、０．３ｍｍの鋼球、１．０μｍのガラスビーズ、
０．５μのガラスビーズ、０．３μｍのガラスビーズを
使用して、投射圧力を０．２５ＭＰａ、０．３５ＭＰ
ａ、０．４５ＭＰａ及び０．５５ＭＰａとした夫々につ
いて投射時間を例えば５秒、１０秒、２０秒、３０秒及
び６０秒としたときの歯車の表面粗さＲmax を測定した
ところ下記表２に示す結果が得られた。ここで、ガラス
ビーズの投射に関しては、最初に０．３ｍｍの鋼球を夫
々５秒、２０秒、３０秒及び６０秒間投射した後にガラ
スビーズを同一の５秒、２０秒、３０秒及び６０秒間投
射した場合の表面粗さＲmax を示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】この表２から明らかなように、０．６ｍｍ
及び０．３ｍｍの鋼球を投射材として使用した場合に
は、粒サイズが大きくなるほど、投射圧力が大きくなる
ほど、投射時間が長くなるほど表面粗さは粗くなること
が解る。また、１．０μｍ、０．５μｍ及び０．３μｍ
のガラスビーズについては、０．３ｍｍの鋼球との２段
ショットピーニングとなるので、０．３ｍｍの鋼球を使
用した１段ショットピーニングに比較して表面粗さを大
きく改善することができ、特に０．３ｍｍ鋼球を３０秒
間ショットピーニング処理し、次いで０．３μｍガラス
ビーズを３０秒間ショットピーニング処理する２段ショ
ットピーニングを行った場合には表面粗さＲmax を０．
０３μｍとすることができ、格段に表面粗さを改善する
ことができる。

【００３７】そして、ショットピーニング処理を施した
被処理材料の材料強度は、ショットピーニング処理を施
さない材料に比較して、明らかに疲労強度が改善される
ことは周知の事実である。ここで、ショットピーニング
によって材料強度が向上させる要因は、表面近傍におけ
る圧縮残留応力値がショットピーニング処理によって大
きくなることに基づくことが知られている。一方、鋼材
の表面粗さも材料強度と密接な関係が有り、表面粗さが
粗くなるにつれて、鋼の強度が低下することも知られて
いる。鋼の表面近傍に、圧縮残留応力を大きく付与させ
るために質量の大なる投射材を強く投射すると、応力が
大きくなるばかりではなく、表面よりも内部に向かって
深く残留応力が発生することも知られている。しかし、
その場合、表面粗さは著しく粗くなり鋼の強度を劣化さ
せてしまうという未解決の課題がある。

【００３８】そこで、本実施形態では、最初に貯留ホッ
パー１６Ｂの投入弁１８Ｂを開状態として、この貯留ホ
ッパー１６Ｂに貯留されている０．３ｍｍの鋼球を投射
材として噴射ノズル１５に供給し、この噴射ノズル１５
で０．２５ＭＰａの投射圧力で、３０秒間被処理材料２
に投射して第１ショットピーニング処理を行う。このと
きの圧縮残留応力の分布を実測した結果を下記表３に示
す。

【００３９】

【表３】

【００４０】この表３から明らかなように、粒サイズ
０．３ｍｍの鋼球を投射材として使用することにより、
表面から１０μｍ位置に８ＭＰａの圧縮残留応力を発生
させる。このときの表面粗さＲmax は４μｍ前後であっ
た。続いて、貯留ホッパー１６Ａの投入弁１８Ａを開状
態として、この貯留ホッパー１６Ａに貯留されている粒
サイズ０．６ｍｍの鋼球を投射材として噴射ノズル１５
に供給し、この噴射ノズル１５で、０．４５ＭＰａの投
射圧力で３０秒間投射して第２ショットピーニング処理
を行ったときの圧縮残留応力の分布を実測した結果を下
記表４に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】この表４から明らかなように、粒サイズ
０．６ｍｍの鋼球を投射材として使用することにより、
表面から４０μｍの位置に１５ＭＰａの圧縮残留応力を
発生させることができる。この場合の表面粗さＲmax は
僅か２μｍであった。引き続いて、貯留ホッパー１６Ａ
の投入弁１８Ａを開状態として、この貯留ホッパー１６
Ａに貯留されている粒サイズ０．３μｍのガラスビーズ
を投射材として噴射ノズル１５に供給し、この噴射ノズ
ル１５で０．２５ＭＰａの投射圧力で２０秒間被処理材
料に投射して第３ショットピーニング処理を行うことに
より、表面粗さＲmax は０．０８μｍに改善することが
できた。

【００４３】同様に、０．２５ＭＰａの投射圧力で、
０．３ｍｍの鋼球を差処理材料２に投射して、この被処
理材料２の表面を硬化させ、略ＨＶ９００程度の硬さと
し、この状態で０．６ｍｍの鋼球を投射材として、０．
４５ＭＰａの投射圧力で６０秒間投射しても表面粗さＲ
max は２．５μｍ程度であり、表面粗さを改善すること
ができ、続いて０．５μｍのガラスビーズを投射材とし
て０．２５ＭＰａの投射圧力で４０秒間投射すると、表
面粗さＲmax は０．０４μｍとなり、且つ最大圧縮残留
応力は表面で１６ＭＰａであった。

【００４４】このように、中サイズの投射材による第１
ショットピーニング処理、大サイズの投射材による第２
ショットピーニング処理及び小サイズの投射材による第
３ショットピーニングを連続して行うことにより、被処
理材料の深い位置に圧縮残留応力を発生させながら表面
粗さＲmax を向上させることができ、材料強度を著しく
向上させることができる。

【００４５】以上のように、上記実施形態によると、被
処理材料に噴射した後の投射材を回収し、これを投射材
分離装置２４で投射材の種類毎に分離して回収すること
ができるので、１台のショットピーニング装置を使用し
て、被処理材料に対して２段以上のショットピーニング
処理を連続して行うことができ、短い処理時間で２段以
上のショットピーニング処理を正確に行うことができ
る。

【００４６】しかも、ショットピーニング処理後に回収
された投射材を投射材分離装置２４で、定量流下させな
がら送風機３０の送風を当てることにより、飛距離差を
利用して分離するので、第１ショットピーニング処理か
ら第２ショットピーニング処理に切換える際、第２ショ
ットピーニング処理から第３ショットピーニング処理に
切換える際、及び第３ショットピーニング処理から第１
ショットピーニングに切換える際に、異なるサイズや材
質の投射材が混合されて回収される場合でも、これらを
正確に分離回収することができる。

【００４７】なお、上記実施形態においては、投射材と
して０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球及び０．３μ
ｍのガラスビーズを使用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、他の種々の形状のチッ
プ、ワイヤ、アトマイズ鉄粉等の粒状物を適用すること
ができる。また、上記実施形態においては、送風案内筒
３６から流下される投射材に対して直交するように送風
を供給する場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、流下される投射材に対して交差する方向
に送風を供給するようにすればよく、投射材として径の
異なる鋼球を使用した場合には、これらを分離するため
には、送風をノズルから吹き出させ、このノズルの角度
が上向きとなる方が好ましく、このためにはノズル角度
及びノズル開口面積を可変とすることが好ましい。

【００４８】さらに、上記実施形態においては、ショッ
トピーニング装置本体１と投射材分離装置２４とを水平
面に並列に配置する場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、ショットピーニング装置本体１
の下側に投射材分離装置２４を配設することにより、揚
送機構２２を省略することができる。さらにまた、上記
実施形態においては、ショットピーニング装置本体１で
被処理材料２を回転駆動する場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、装置が複雑とはなるが
被処理材料２を固定し、噴射ノズル１５を回転させるよ
うにしてもよい。

【００４９】なおさらに、上記実施形態では、３段ショ
ットピーニングを行う場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、２段以上のショットピーニン
グ処理を行うことができ、当然に１段のショットピーニ
ング処理も行うことができる。また、上記実施形態にお
いては、３つの貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃを設けた場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、使用する投射材の種類数に応じた数の貯留ホッパー
を設けることができ、これに応じて分離機２４の回収用
ホッパー数及び揚送機構数を増加させればよい。

【００５０】さらに、上記実施形態においては、投射材
分離装置２４の回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｅが固定配
置される場合について説明したが、これに限定されるも
のではなく、使用する投射材の飛距離に応じて開口位置
を任意に調整することができる構成とすることが望まし
い。さらにまた、上記実施形態においては、送風機３０
に加熱乾燥機３２を設けた場合について説明したが、投
射材回収系統の何れかに加熱乾燥機を配設するようにし
てもよい。

【００５１】なおさらに、上記実施形態においては、分
離用送風を送風機３０を使用して形成する場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、エアコン
プレッサを使用して形成した圧縮空気を使用するように
してもよく、この場合には、吹き出し量を流量又は圧力
を検出して制御すればよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、同一チャンバー内で、最初に所定の投射材
を使用して一次ショットピーニング処理を行った後に、
連続して最初の投射材とは粒径又は材質が異なる投射材
を使用して二次ショットピーニング処理を行ったとき
に、回収過程で２種類の投射材が混合されることになる
が、この回収工程で２種類以上の投射材を分離して回収
することにより循環再使用が可能となり、複数段のショ
ットピーニング処理を１台で連続して行うことができる
という効果が得られる。

【００５３】また、請求項２に係る発明によれば、第１
ショットピーニング処理で表面を硬化させると共に、あ
る程度の深さまで圧縮残留応力を分布させた状態で大サ
イズの投射材を使用した第２ショットピーニング処理を
行うことにより、表面粗さの低下を抑制しながら深い位
置まで圧縮残留応力を分布させ、さらに小サイズの投射
材を使用した第３ショットピーニング処理を行うことに
より、表面粗さをより小さくすることができ、被処理材
料の材料強度を向上させることができるという効果が得
られる。

【００５４】さらに、請求項３に係る発明によれば、一
次ショットピーニング処理及び二次ショットピーニング
処理を連続して行うことにより、種類の異なる投射材が
混合されたときに、これらを流下させながら、その流下
方向と交差する方向に所定風両の送風を行うことによ
り、種類の異なる投射材の粒径差或いは質量差によっ
て、着地位置が異なることを利用して、種類の異なる投
射材を正確に分離回収することができるという効果が得
られる。

【００５５】さらにまた、請求項４に係る発明によれ
ば、複数の貯留手段のうち選択した１つの貯留手段から
投射材を噴射ノズルに投入し、この噴射ノズルから投射
材を材料保持手段に保持されている被処理材料に投射す
ることにより、一次ショットピーニング処理を行い、こ
のときに使用された投射材は投射材分離手段で種類毎に
分離されて該当する貯留手段に送給され、この一次ショ
ットピーニング処理に続いて種類の異なる投射材による
二次ショットピーニング処理を行う場合には、該当する
貯留手段を選択してこれから投射材を噴射ノズルに送給
することにより、二次ショットピーニング処理を行うこ
とができ、この際の投射材も投射材分離手段で種類毎に
分離された貯留手段に送給されるので、異なる種類の投
射材を使用した複数段のショットピーニング処理を連続
して行うことができるという効果が得られる。

【００５６】なおさらに、請求項５に係る発明によれ
ば、回転保持軸で被処理材料を保持し、これに噴射ノズ
ルから投射材を噴射することにより、ショットピーニン
グ処理を行うが、この際に、投射された投射材が下方に
落下することになるが、この投射材が下方の円盤に落下
し、遠心力で外周縁から下方に落下することになり、軸
受を投射材や破砕された投射材から保護することができ
るという効果が得られる。

【００５７】また、請求項６に係る発明によれば、ホッ
パーから回収された投射材を定量流下させ、これに対し
て送風機で所定風量の分離用送風を作用させることによ
り、投射材の粒度又は材質により、飛距離が変化するこ
とを利用して複数の分離回収用ホッパーで分離回収する
ので、複数種の投射材が混合された場合でも正確に分離
回収することができるという効果が得られる。

【００５８】さらに、請求項７に係る発明によれば、材
料保持手段で保持する被処理材に付着している水分によ
って投射材が湿気をおびたときや、送風空気の湿度が高
いときに、乾燥手段で乾燥状態にさせることにより、再
循環中に投射材を乾燥させてから貯留手段に貯留するこ
とができ、投射材に破砕された投射材等のダストが付着
することを確実に防止して、良好なショットピーニング
処理を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】複数の投射材に送風を当てたときの落下高さと
落下位置までの距離との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ショットピーニング装置本体２被処理材料３回収部６回転駆動源８軸受９円盤１０保持軸１５噴射ノズル１６Ａ〜１６Ｃ貯留ホッパー１８Ａ〜１８Ｃ投入弁２４投射材分離装置２６受けホッパー２７定量切り出し機構３０送風機３２加熱乾燥機３７Ａ〜３７Ｅ回収用ホッパー３９Ａ〜３９Ｃ揚送機構

フロントページの続き (72)発明者植村定佳愛知県名古屋市天白区境根町112番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理後の材料表面に投射材を投射して
圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング方法にお
いて、同一チャンバー内で２種類以上の投射材を連続的
に投射する工程と、投射されて混合された２種類以上の
投射材を分離して循環再使用する工程とを備えたことを
特徴とするショットピーニング方法。
【請求項２】熱処理後の材料表面に投射材を投射して
圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング方法にお
いて、同一チャンバー内で、中サイズの投射材を投射す
る第１ショットピーニング処理と、大サイズの投射材を
投射する第２ショットピーニング処理と、小サイズの投
射材を投射する第３ショットピーニング処理とを連続し
て行い、投射されて混合された２種類以上の投射材を分
離して循環再使用するようにしたことを特徴とするショ
ットピーニング方法。
【請求項３】前記投射材の分離は、２種類以上の投射
材が混合した混合投射材を流下させると共に、その流下
方向と交差する方向に所定風量の送風を行い、投射材の
着地位置に応じて分離回収することを特徴とする請求項
１記載のショットピーニング方法。
【請求項４】熱処理後の材料表面に投射材を投射して
圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング装置にお
いて、２種類以上の投射材を個別に貯留する複数の貯留
手段と、前記熱処理後の被処理材料を回転自在に保持す
る材料保持手段と、前記複数の貯留手段のうち選択され
た貯留手段から供給される投射材を前記材料保持手段で
保持している被処理材料に高速で噴射する噴射ノズル
と、熱処理後の材料に投射された投射材を回収する回収
手段と、該回収手段で回収された投射材を種類別に分離
する投射材分離手段と、該投射材分離手段で分離された
投射材を対応する前記複数の貯留手段に個別に送給する
再循環手段とを備えたことを特徴とするショットピーニ
ング装置。
【請求項５】前記材料保持手段は、ケース体の上部に
配設された回転駆動源に着脱自在に装着される熱処理後
の被処理材料を保持する回転保持軸と、該回転保持軸の
下端に配設された軸受を覆う円盤とで構成されているこ
とを特徴とする請求項４記載のショットピーニング装
置。
【請求項６】前記投射材分離手段は、ケース体の上部
に配設された前記回収手段で回収された投射材をケース
体内に定量流下させるホッパーと、該ホッパーから流下
される投射材に対してその流下方向と交差する方向から
所定風量の分離用送風を行う送風機と、該送風機の分離
用送風によって飛ばされた投射材を飛距離に応じて分離
回収する複数の分離回収用ホッパーとを備えていること
を特徴とする請求項４又は５に記載のショットピーニン
グ装置。
【請求項７】前記投射材分離手段は、送風機に供給す
る送風を加熱乾燥する乾燥手段を備えていることを特徴
とする請求項６に記載のショットピーニング装置。