JP2002200561A - 歯車２段ショットピーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、第１ショットピーニング工程と第２
ショットピーニング工程とを連続して歯車のショットピ
ーニング対象領域（少なくとも歯面）に施して高圧縮残
留応力を付与することができ、かつこの場合、歯車の歯
端面と歯面との境界角領域（角部分）を欠損させずにす
み、前記両工程の間で歯車に焼き戻し処理を施すことな
く、処理コスト面で有利な２段ショットピーニング方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の歯車２段ショットピーニング方法
は、歯車９を回転しつつ、そのショットピーニング対象
領域（少なくとも歯面９２０）に高硬度で互いに大小異
なる平均粒子径の第１ショット材４０及び第２ショット
材５０を投射する第１ショットピーニング工程及び第２
ショットピーニング工程を連続して施す場合、前記第１
ショットピーニング工程と前記第２ショットピーニング
工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車９の歯
端面９０、９１をマスキング部材２１、３２でマスキン
グした状態で施すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯車２段ショットピー
ニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歯車に対しその使用時に応力集中
を受ける領域の疲労強度を高めるための手段として例え
ば、歯車をショットピーニング装置に回転可能にセット
するとともに、歯車を回転しつつそのショットピーニン
グ対象領域にショット材を投射するショットピーニング
法を施し残留応力を付与するが知られている。

【０００３】ここで、前記疲労強度をさらに高めるため
の手段として、高硬度で平均粒径が大小異なるショット
材を２段階に投射する、いわゆる２段ショットピーニン
グ方法を用いた場合、〔例えば、歯車のショットピーニ
ング対象領域に高硬度（Ｈｖ７００以上）で所定の平均
粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニ
ング工程を施した後、引続き、高硬度（Ｈｖ７００以
上）で第１ショットピーニング工程の第１ショット材よ
りも平均粒径が小さい第２ショット材を投射する第２シ
ョットピーニング工程を施す場合〕、高圧縮残留応力を
付与できるものの、歯車９（援用して示す実施例の図５
参照）の歯端面（歯形部の軸方向の両端面）９０、９１
と歯面９２０との境界角領域（角部分）ａが欠損する可
能性がある。

【０００４】そこで、前記第１ショットピーニング工程
後、歯車に１００°Ｃ〜２００°Ｃの焼き戻し処理を施
して耐衝撃性を高めた状態としてから、第２ショットピ
ーニング工程を施すことで前記境界角領域ａが欠損する
ことを回避することができ、かつ前記歯車のショットピ
ーニング対象領域のみに高圧縮残留応力を付与できるよ
うにした２段ショットピーニング方法が用いられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の２段ショットピーニング方法によると、第１ショッ
トピーニング工程後、焼き戻し処理を必要とするため、
連続して第１ショットピーニング工程、第２ショットピ
ーニング工程を施すことができない。

【０００６】このため、第１ショットピーニング工程後
の歯車をショットピーニング装置から取り出す作業、焼
き戻し処理（焼き戻し炉での加熱及び冷却）作業及び、
この後、歯車をショットピーニング装置に再度セットす
る必要があることなど、余分な工数を必要とし、また処
理コスト面で不利となり改良の余地がある。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニ
ング工程とを連続して歯車のショットピーニング対象領
域（少なくとも歯面）に施して高圧縮残留応力を付与す
ることができ、かつこの場合、歯車の歯端面と歯面との
境界角領域（角部分）を欠損させずにすみ、前記両工程
の間で歯車に焼き戻し処理を施すことなく、処理コスト
面で有利な２段ショットピーニング方法を提供すること
を解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するめたの手段】本発明の歯車２段ショッ
トピーニング方法は、回転可能なワーク保持部により軸
方向の両端側から挟持された歯車を回転しつつ、そのシ
ョットピーニング対象領域に硬度Ｈｖ７００以上で所定
の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショット
ピーニング工程を施した後、硬度Ｈｖ７００以上で該第
１ショット材よりも平均粒子径が小さな第２ショット材
を投射する第２ショットピーニング工程を施す歯車２段
ショットピーニング方法であって、前記第１ショットピ
ーニング工程と前記第２ショットピーニング工程との両
方あるいはいずれか一方は、前記歯車の歯端面をマスキ
ング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の歯車２段ショットピーニ
ング方法によると、歯車は、ワーク保持部により軸方向
の両端側から挟持され回転させた状態でそのショットピ
ーニング対象領域に第１ショットピーニング工程、第２
ショットピーニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付
与する場合において、歯端面がマスキング部材でマスキ
ングされた状態でショットピーニング対象領域に第１シ
ョットピーニング工程と第２ショットピーニング工程と
の両方あるいはいずれか一方が施こされる。

【００１０】すると、第１ショット材と第２ショット材
との両方あるいはいずれか一方が歯端面に直接、投射さ
れることをマスキング部材により阻止でき、かつ投射に
よる衝撃からマスキング部材で保護することができ、シ
ョットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角
部）が欠損（歯欠け）することなく、ショットピーニン
グ対象領域に高圧縮残留応力を付与することができる。

【００１１】このため、本発明の歯車２段ショットピー
ニング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピー
ニング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連
続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピー
ニング工程とを施すことができる。

【００１２】従って、連続して第１ショットピーニング
工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車
は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領
域（角部）を欠損させずに、ショットピーニング対象領
域の疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段と向
上し得る。

【００１３】また、前記従来の２段ショットピーニング
方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程
と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻
し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を
行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるととも
に、さらに全工程時間を短縮できる。

【００１４】前記第１ショット材と前記第２ショット材
とは、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒子径が異なり、かつ
第２ショット材の平均粒子径は第１ショット材の平均粒
子径よりも小さいものが用いられる。

【００１５】この理由としては、浸炭処理済の歯車のシ
ョットピーニング対象領域に対し、ショットピーニング
工程を施すことによって付与される残留応力（ＭＰａ）
の最大値（ピーク）は、ショット材の硬度Ｈｖによって
定まり、また前記残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピー
ク）が付与される表面からの深さは、ショット材の平均
粒子径の大きさによって定まる。

【００１６】このため、第１ショットピーニング工程で
は、表面から深い領域に高圧縮残留応力を付与するため
に硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第１ショッ
ト材を用い、第２ショットピーニング工程では、表面か
ら浅い領域に高圧縮残留応力を付与するために硬度Ｈｖ
７００以上で第１ショット材よりも小さな平均粒子径の
第２ショット材を用いる。これによって表面から浅い領
域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留応力を付与
することができる。

【００１７】前記第１ショット材は、前記第１ショット
ピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均
粒径０．６〜１．２ｍｍのものを用いることができる。

【００１８】前記第２ショット材は、前記第２ショット
ピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均
粒径０．１〜０．５ｍｍのものを用いることができる。

【００１９】マスキング部材は、歯車の軸方向の両歯端
面と歯面との境界角領域（角部分）や、前記両歯端面に
直接、投射されることを阻止でき、かつ投射による衝撃
から保護することができる外径を備えたものであればよ
い。

【００２０】すなわち、マスキング部材は、少なくとも
その外径が歯車の外径（歯先円）までの歯端面をマスキ
ングできる値のものである。

【００２１】前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円
よりも大きい外径をもつものを用いることが好ましい。
この場合には、歯車の歯端面をマスキング部材でマスキ
ングした状態をより確実に行うことができる。例えば、
歯車の歯端面を半径外方向側の全領域をマスキングする
場合、歯車の種類によって異なる寸法公差に対応でき、
かつ余裕をもって歯端面の全領域をマスキングし、保護
することができる。

【００２２】また、歯車の歯端面をマスキングする場
合、例えば、歯車の両端部の一方の歯端面（下方歯端
面）を載置する平坦な載置面を備えたワーク下方保持部
（回転載置台）を下方マスキング部材として兼用でき、
また歯車の他方の歯端面（上方歯端面）に当接し、押圧
して前記ワーク下方保持部とで歯車の両端部を挟持し歯
車を回転可能に保持するワーク上方保持部を上方マスキ
ング部材として兼用できる。

【００２３】前記マスキング部材としては、前記のよう
にワーク下方保持部（回転載置台）や、ワーク上方保持
部を兼用することの他、例えば、歯車の一方の歯端面と
ワーク下方保持部との間、及び歯車の他方の歯端面とワ
ーク上方保持部との間に介置できる板状のものを用いる
ことができる。この板状のマスキング部材としては、剛
性を備えた円板状のものや、リング板状のものや、歯車
の歯形に相似する歯形板状のものなどである。なお、歯
形板状のマスキング部材は、歯車の歯端面の全領域をマ
スキングした状態としたとき、半径外方向部分の他、周
方向部分が若干、歯端面の外側にはみ出す大きさである
ことが好ましい。

【００２４】前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端
面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃
緩衝部材をもつものを用いることが好ましい。この場合
には、ショットピーニング装置に回転可能に保持すべき
歯車に対し、所定のセット位置でワーク保持部を当接さ
せ、押圧する場合、当接時の衝撃を吸収、緩和できるた
め、歯車の歯端面を損傷することを回避でき、ワーク保
持部の往移動速さを低下させずに歯車に素早く当接して
挟持し、回転可能に保持できるため、例えば、量産方式
の生産ラインにおける工程時間の短縮に寄与できる。

【００２５】前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを
用いることができる。この場合には、入手（調達）しや
すく、良好な衝撃緩衝機能を得ることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明に係る歯車２段ショットピーニ
ング方法の実施例を図１〜図６に基づいて説明する。

【００２７】実施例の歯車２段ショットピーニング方法
は、図１に示すショットピーニング装置１を用い、歯車
９を特異な状態に回転可能に保持した状態で順に、第１
ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程
を施すものである。

【００２８】ここで、予め、ショットピーニング装置１
について説明する。ショットピーニング装置１は、所定
位置にセットされた歯車９とともに軸心線Ｐ１を中心と
して回転可能なワーク下方保持部２と、ワーク下方保持
部２の軸心線Ｐ１と一致する軸心線Ｐ２上でワーク下方
保持部２に対向する位置に設けられたワーク上方保持部
３と、ワーク下方保持部２とワーク上方保持部３とで両
歯端面（下方歯端面９０及び上方歯端面９１）を挟持さ
れた歯車９の歯形部９２（図５参照）のショットピーニ
ング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９
２２、歯底面９２３）に対し、第１ショットピーニング
工程で第１ショット材４０を投射する第１ショットノズ
ル部４と、第２ショットピーニング工程で第２ショット
材５０を投射する第２ショットノズル部５と、それらを
囲みショット室Ｓを形成するハウジング６と、よりな
る。

【００２９】ワーク下方保持部２は、軸心線Ｐを中心と
して３６０°回転可能な回転基部７（図１参照）にその
半径外方向Ｒ側で平面側より視認して周方向に沿う等間
隔位置に複数、設けられている（図１では代表してひと
つを図示する）。また、ワーク下方保持部２は、回転基
部７に伴って３６０°回転移動し、かつ１巡する間で予
め定められた複数の回転角度位置〔第１ショットピーニ
ング工程位置（第１ショットノズル部４に対向する位
置）、第２ショットピーニング工程位置（第２ショット
ノズル部５に対向する位置）で〕回転基部７とともに所
定時間、前記周方向の回転移動を停止することができ
る。

【００３０】ワーク下方保持部２は、回転基部７に回転
可能に保持されその上下に突出する回転軸２０と、回転
軸２０の上方側に連設された回転載置台を兼ねる第１マ
スキング部材２１と、回転軸２０の下方側に連設され外
部から伝達された回転駆動力を受ける従動側歯車２２と
をもつ。

【００３１】第１マスキング部材２１は、歯車９が載置
されたとき、歯車９の下方歯端面９０を覆い、かつ下方
歯端面９０の外径（歯先円）Ｄ（図２参照）よりも大き
い外径Ｄ１の載置面を兼ねるマスキング面２１０をも
つ。第１マスキング部材２１は剛性を備えた金属製のも
のを用いることができる。

【００３２】従動側歯車２２は、ワーク下方保持部２が
回転基部７によって、軸心線Ｐ１をワーク上方保持部３
の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持されたとき、図略の
駆動力伝達用の駆動側歯車に噛み合い、かつ駆動側歯車
からの駆動力を受けて従動回転し、回転軸２０、第１マ
スキング部材２１、歯車９、後記するワーク上方保持部
３の第２マスキング部材３２、ホルダ３１、ピストン軸
３０１を一体的に回転し得る。

【００３３】ワーク上方保持部３は、平面側より視認し
て前記回転基部７の周方向に所定の間隔を隔てた第１シ
ョットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング
工程位置に複数に配設される。

【００３４】すなわち、ワーク上方保持部３は、第１シ
ョットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング
工程位置でワーク下方保持部２の軸心線Ｐ１と一致する
軸心線Ｐ２に配設され、シリンダー部３００及びピスト
ン軸３０１よりなるエアシリンダー装置３０と、前記ピ
ストン軸３０１の先端部に連結され断面略凹状（ワーク
下方保持部２に対向する側に開口する有底筒状）のホル
ダ３１と、ホルダ３１内部で軸心線Ｐ２に沿って往復
（図１の矢印Ｙ１、Ｙ２参照）移動可能に収容、保持さ
れた押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材３２
と、ホルダ３１と第２マスキング部材３２との間に介置
された衝撃緩衝材として機能するコイルスプリング３３
と、よりなる。

【００３５】エアシリンダー装置３０のピストン軸３０
１は、ワーク下方保持部２に接近及び遠ざかる方向に往
復移動可能にシリンダー部３００に保持されるととも
に、軸心線Ｐ２を中心として回転可能である。

【００３６】ホルダ３１は、ワーク下方保持部２に対向
する側の開口に内周テーパ部３１０（図２参照）が形成
されている。この内周テーパ部３１０は、後記する第２
マスキング部材３２の外周テーパ部３２０が係止するス
トッパとして機能する。

【００３７】第２マスキング部材３２は、筒状の外周部
に前記ホルダ３１の内周テーパ部３１０が係止する外周
テーパ部３２０が形成されるとともに、ワーク下方保持
部２に対向する先端に歯車９に当接したとき、歯車９の
上方歯端面９１を覆い、かつ上方歯端面９１の外径（歯
先円）Ｄよりも大きい外径Ｄ２のリング状押さえ面を兼
ねるマスキング面３２１をもつ。第２マスキング部材３
２は、剛性を備えた金属製のものを用いることができ
る。

【００３８】コイルスプリング３３は、筒状の第２マス
キング部材３２を平面側より視認した周方向に、９０°
の等角度で計４個（同じもの）が位置決めされた状態
（定位置）に配置されている。コイルスプリング３３
は、第２マスキング部材３２に対し、その外周テーパ部
３２０（図２参照）がホルダ３１の内周テーパ部３１０
に当接し得るように付勢する。コイルスプリング３３
は、予め、目的に応じて種々設定された圧縮強さのもの
を用いることができる。

【００３９】第１ショットノズル部４及び第２ショット
ノズル部５は、歯車９がセット位置（ワーク下方保持部
２とワーク上方保持部３とで軸心線Ｐ１とＰ２とが一致
する位置）にて保持された状態で、軸心線Ｐ１、Ｐ２を
中心する回転時に、それぞれ第１ショット材４０、第２
ショット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域
（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面
９２３）に対し投射する機能をもつ。

【００４０】なお、第１ショットノズル部４及び第２シ
ョットノズル部５とは、平面側より視認した場合、軸心
線Ｐを中心として３６０°回転可能な回転基部７の半径
外方向の同心円位置で、周方向に所定の間隔を隔てた位
置に順に配置されており、かつ軸心線Ｐを中心として半
径外方向に放射状に配置されている。なお、説明上、図
１では、第１ショットノズル部４及び第２ショットノズ
ル部５の位置と、それらに対向して軸心線Ｐ１と軸心線
Ｐ２を中心とするように保持された歯車９の位置とを重
ねて示す。

【００４１】実施例の歯車２段ショットピーニング方法
は、前記のように設定されたショットピーニング装置１
を用い、まず歯車９が図２のようにワーク下方保持部２
の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１のマスキ
ング面２１０に載置される。

【００４２】すると、歯車９の下方歯端面９０は、歯車
９の歯先面９２１（歯先円）より半径外方向にさらに伸
びる領域にまで存在するマスキング面２１０に覆われマ
スキングされた状態となる。

【００４３】次いで、前記のように歯車９を載置したワ
ーク下方保持部２は、第１ショットピーニング工程位置
（軸心線Ｐ１がワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致
する位置）にまで回転基部７とともに回転移動させる。
この第１ショットピーニング工程位置では、ワーク下方
保持部２に載置されている歯車９の上方歯端面９１と、
ワーク上方保持部３に保持された第２マスキング部材３
２のマスキング面３２１とが所定の間隔Ｌを隔てた対向
位置に保持される。また、ワーク下方保持部２の回転軸
２０の従動側歯車２２には、駆動力伝達用の駆動側歯車
（図示せず。以下同じ）に噛み合い、かつ駆動側歯車か
らの駆動力を受けて従動回転することができる状態とな
る。

【００４４】ここでエアシリンダー装置１（図１参照）
を作動し、ピストン軸３０１を往移動（図１、図３の矢
印Ｙ１参照）させると、ホルダ３１、第２マスキング部
材３２、コイルスプリング３３がピストン軸３０１に連
動し、かつ第２マスキング部材３２の先端のリング状押
さえ面を兼ねるマスキング面３２１が歯車９の上方歯端
面９１に当接する。そして往移動するピストン軸３０１
からの付勢力は、前記当接した時点より、ホルダ３１か
らコイルスプリング３３を介して第２マスキング部材３
２に伝達される。

【００４５】すなわち、ピストン軸３０１に伴って往移
動するホルダ３１は、第２マスキング部材３２とともに
図２に示す位置から図３に示す位置にまで往移動し、か
つ第２マスキング部材３２は、歯車９の上方歯端面９１
に当接して往移動を停止する。さらに、この時点よりホ
ルダ３１は、図３に示す位置から図４に示す位置にまで
往移動し、内周テーパ部３１０を第２マスキング部材３
２の外周テーパ部３２０から離脱し、押圧代ｅ分、コイ
ルスプリング３３をその反力に抗して弾性的に圧縮す
る。この後、ピストン軸３０１の先端３０２が、歯車９
の中央リング部９４に当接した位置でシリンダー装置１
による前記往移動が停止され、この状態を保持される。

【００４６】従って、ピストン軸３０１の往移動による
歯車９の上方歯端面９１への第２マスキング部材３２の
当接時における衝撃は、コイルスプリング３３が緩衝部
材として機能するため、前記従来の押圧部材が直接、歯
車９の上方歯端面９１に当接することにより受ける衝撃
に比べ、大幅に低減でき、かつ上方歯端面９１に欠損等
の影響がでることを回避できる。

【００４７】このようにして歯車９は、下方保持部２の
回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマ
スキングされた下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧
部材を兼ねる第２マスキング部材３２によってマスキン
グされた上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位
置ズレを発生させることなく定位置で回転可能に保持さ
れる。

【００４８】そして連続して順に第１ショットピーニン
グ工程、第２ショットピーニング工程が施される。

【００４９】第１ショットピーニング工程では、ワーク
下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回
転させるとともに、第１ショットノズル部４から硬度Ｈ
ｖ７００以上で平均粒径０．６〜１．２ｍｍの第１ショ
ット材４０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯
面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２
３）に対し約９０秒間、所定の圧力で投射する。

【００５０】この第１ショットノズル部４からの第１シ
ョット材４０の投射を終え、駆動側歯車からの回転軸２
０の従動側歯車２２への駆動力の伝達を停止させるとと
もに、エアシリンダー装置１を作動させ、ピストン軸３
０１を復移動（図１、図３の矢印Ｙ２参照）させる。す
ると、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング
部材３２は、図１、図４に示すマスキング状態より前記
往移動時と逆の工程を経て歯車９の上方歯端面９１から
離脱し、図２に示す位置に復帰する。

【００５１】そして、歯車９を載置したワーク下方保持
部２は、第２ショットピーニング工程位置にまで回転基
部７とともにその周方向に回転移動し、軸心線Ｐ１がワ
ーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持さ
れる。

【００５２】この第２ショットピーニング工程位置で
は、前記第１ショットピーニング工程位置と同じよう
に、図略の駆動側歯車によりワーク下方保持部２の従動
側歯車２２が従動回転できる状態に保持され、かつシリ
ンダー装置１の作動に伴うピストン軸３０１の往移動も
前記場合と同じように行われ、歯車９には、ピストン軸
３０１、ホルダ３１から矢印Ｙ１方向の付勢力がコイル
スプリング３３を介して第２マスキング部材３２に伝達
される。このため、歯車９は、複数のショットピーニン
グ工程で所定位置に保持し得るためのエアーシリンダー
装置１によるピストン軸３０１の往移動に伴う付勢時の
衝撃を回避できる。

【００５３】また、歯車９は、下方保持部２の回転載置
台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマスキング
された下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧部材を兼
ねる第２マスキング部材３２によってマスキングされた
上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位置ズレを
発生させることなく定位置で回転可能に保持される。こ
の後、歯車９に第２ショットピーニング工程が施され
る。

【００５４】第２ショットピーニング工程では、ワーク
下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回
転させるとともに、第２ショットノズル部５から硬度Ｈ
ｖ７００以上で平均粒径０．１〜０．５ｍｍの第２ショ
ット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯
面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２
３）に対し約３０秒間、所定の圧力で投射する。

【００５５】このように、連続して第１ショットピーニ
ング工程、第２ショットピーニング工程が施された後の
歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯
先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）は、高圧
縮残留応力を表面より目的とする深さに付与でき、かつ
疲労強度を高めることができる。また、第２ショットピ
ーニング工程で用いられる第２ショット材５０は、第１
ショットピーニング工程で用いられる第１ショット材４
０の平均粒径値が小さいため、ショットピーニング対象
領域の表面粗さが小さなものとなる。

【００５６】実施例の歯車２段ショットピーニング方法
によると、歯車９は、下方歯端面９０及び上方歯端面９
１を歯車９の外径Ｄより大きな外径Ｄ１及びＤ２をもつ
下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材
２１及び上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキン
グ部材３２により、それぞれマスキングされた状態でシ
ョットピーニング対象領域のみに前記第１及び第２ショ
ットピーニング工程が施されるため、下方歯端面９０及
び上方歯端面９１とショットピーニング対象領域との境
界角領域（角部）ａに不要な衝撃力が付与されない。

【００５７】このため、歯車９は、前記第１及び第２シ
ョットピーニング工程を施した場合であっても、境界角
領域（角部）ａを欠損することなく、ショットピーニン
グ対象領域にのみに目的とする高圧縮残留応力を付与で
き、かつ必要とする疲労強度を得ることができる。

【００５８】従って、第１ショットピーニング工程と第
２ショットピーニング工程とを施す場合、第１ショット
ピーニング工程後、従来行われていた、歯車９をショッ
トピーニング装置１から取り出す作業及び焼き戻し処理
作業を行わずに済み、かつ処理コスト面で有利なものと
なる。

【００５９】さらに、歯車９は、下方歯端面９０及び上
方歯端面９１を第１マスキング部材２１と第２マスキン
グ部材３２とで挟持される場合、上方歯端面９１に当接
し付勢する場合の衝撃を、衝撃緩衝部材としてのコイル
スプリング３３によって、欠損することがない程に緩和
することができる。

【００６０】（比較例）ここで、実施例における歯車の
ショットピーニング対象領域に対し、２段ショットピー
ニング方法（連続して第１ショットピーニング工程と第
２ショットピーニング工程）を施した場合の効果を確認
するため、比較例として別々に２種類の１段ショットピ
ーニング方法を施した場合とで、付与できる残留応力の
分布状態の違いを図６に示す。

【００６１】すなわち、２段ショットピーニング方法
（連続して第１ショットピーニング工程と第２ショット
ピーニング工程）を施す（例えば、第１ショットピーニ
ング工程で第１ショット材４０として硬度Ｈｖ７００以
上で平均粒径１．０ｍｍを用い、第２ショットピーニン
グ工程で第２ショット材５０として硬度Ｈｖ７００以上
で平均粒径０．３ｍｍを用いた）場合には、図６の曲線
ｂの示すように、残留応力（ＭＰａ）を歯車のショット
ピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域に
まで生成、分布でき、さらに表面に近くに残留応力（Ｍ
Ｐａ）の最大値（ピーク）を分布できる。

【００６２】これに対し、１段ショットピーニング方法
を施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒
径１．０ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみ
を施した）場合には、図６の曲線ｂ１の示すように、残
留応力（ＭＰａ）をショットピーニング対象領域の表面
から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成できるものの、残
留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ
領域が表面から離れたものとなり、必要とする表面近く
の浅い領域に必要とする疲労強度が得られない。

【００６３】また、別の１段ショットピーニング方法を
施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径
０．３ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみを
施した）場合には、図６の曲線ｂ２の示すように、残留
応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ領
域が表面近くとなり、かつ浅い領域に必要とする疲労強
度が得られるものの、残留応力（ＭＰａ）をショットピ
ーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にま
で生成させることができず、十分な疲労強度が得られな
い。

【００６４】従って、実施例の第１ショットピーニング
工程では、硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第
１ショット材を用いることによって、表面から深い領域
に高圧縮残留応力を付与することができ、第２ショット
ピーニング工程では、硬度Ｈｖ７００以上で小さな平均
粒子径の第２ショット材を用いることによって、表面か
ら浅い領域に高圧縮残留応力を付与することができる。

【００６５】このため、第１ショットピーニング工程と
第２ショットピーニング工程とを施すことによって表面
から浅い領域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留
応力を付与することができる。

【００６６】なお、前記第１ショットノズル部４は、例
えば、前記周方向に沿って等角度を保って複数個（３
個）を配置し、前記第２ショットノズル部５を１個配置
することもできる。この場合には、３個の第１ショット
ノズル部４位置での各第１ショット材の投射時間は、約
３０秒間、これに引き続く第２ショットノズル部５位置
での第２ショット材の投射時間は、約９０秒間に設定さ
れる。

【００６７】

【発明の効果】（１）本発明の歯車２段ショットピーニ
ング方法によると、第１ショットピーニング工程と第２
ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方
は、前記歯車の歯端面をマスキング部材でマスキングし
た状態で施すことを特徴とする。

【００６８】このため、本発明の歯車２段ショットピー
ニング方法は、ワーク保持部により軸方向の両端側から
挟持され回転させた状態でそのショットピーニング対象
領域に第１ショットピーニング工程、第２ショットピー
ニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付与する場合に
おいて、第１ショット材と第２ショット材との両方ある
いはいずれか一方が歯端面に直接、投射されることをマ
スキング部材により阻止でき、かつ投射による衝撃から
マスキング部材で保護することができショットピーニン
グ対象領域と歯端面との境界角領域（角部）が欠損（歯
欠け）しない。

【００６９】従って、本発明の歯車２段ショットピーニ
ング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピーニ
ング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連続
して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニ
ング工程とを施すことができる。

【００７０】このため、連続して第１ショットピーニン
グ工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車
は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領
域（角部）を前記衝撃によって欠損させることがなく、
ショットピーニング対象領域に付与された高圧縮残留応
力により疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段
と向上し得る。

【００７１】また、本発明の歯車２段ショットピーニン
グ方法の場合には、前記従来の２段ショットピーニング
方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程
と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻
し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を
行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるととも
に、さらに全工程時間を短縮できる。 （２）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法に
おいて、前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円より
も大きい外径をもつ構成とした場合には、歯車のの歯端
面を確実にマスキングすることができる。 （３）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法に
おいて、前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端面と
の当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝
部材をもつ構成とした場合には、歯端面がワーク保持部
の往移動による当接時の衝撃による欠損などにより変形
することを防止できるため、例えば、当接時の衝撃を緩
和するために歯車を挟持する際におけるワーク保持部の
往移動速度を低く設定する必要がなく、ワーク保持部の
往移動速度を高めることができる分、第１ショットピー
ニング工程、第２ショットピーニング工程のサイクルタ
イムを短縮できる。 （４）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法に
おいて、前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを用い
た構成とした場合には、入手（調達）しやすく、良好な
衝撃緩衝機能を得ることができる。 （５）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法に
おいて、前記第１ショット材は、平均粒径０．６〜１．
２ｍｍであり、前記第２ショット材は、平均粒径０．１
〜０．５ｍｍである構成とした場合には、第１ショット
材によりショットピーニング対象領域の表面から〜０．
２ｍｍの深い領域に高圧縮残留応力を生成、分布でき、
第２ショット材によりショットピーニング対象領域の表
面から０．１ｍｍの浅い領域に高圧縮残留応力を生成、
分布できる。

【００７２】従って、第１ショット材と第２ショット材
との２種類により付与される高圧縮残留応力は、ショッ
トピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍに至るでの
深さ領域にまで分布でき、さらに表面近くから０．１ｍ
ｍの幅広い領域にまで残留応力の最大値（ピーク）を分
布できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施
す場合に用いるショットピーニング装置の概略を示す部
分断面図。

【図２】図１のショットピーニング装置におけるワーク
下方保持部に歯車を載置した状態とし、ワーク下方保持
部をその軸心線がワーク上方保持部の軸心線に一致する
位置で、ワーク上方保持部に保持された第２マスキング
部材のマスキング面と、歯車の上方歯端面とが所定の間
隔を隔てた対向位置に保持された状態を拡大して示す部
分断面図。

【図３】図２におけるワーク下方保持部に載置された歯
車に対し、その上方歯端面にワーク上方保持部に保持さ
れた第２マスキング部材のマスキング面を当接させた状
態を拡大して示す部分断面図。

【図４】図３における歯車に対し、その上方歯端面に衝
撃緩衝部材（コイルスプリング）、第２マスキング部材
を介して付勢するとともに、歯車の下方歯端面及び上方
歯端面とをマスキング及び挟持し、歯車を回転しなが
ら、第１ショットピーニング工程あるいは第２ショット
ピーニング工程を施す状態を拡大して示す部分断面図。

【図５】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施
す場合に用いられる歯車の一部の歯を示す部分斜視図。

【図６】歯車の歯面に対し、それぞれ１段ショットピー
ニング方法（硬度Ｈｖ７００以上で、平均粒径が１．０
ｍｍのショット材、０．３ｍｍのショット材を用い、そ
の他同じ条件でそれぞれ１段ショットピーニング工程の
み）を施した２つの場合と、２段ショットピーニング方
法（前記１．０ｍｍのショット材を用いた第１ショット
ピーニング工程と、これに引続き、硬度Ｈｖ７００以上
で平均粒径０．３ｍｍのショット材を用いた第２ショッ
トピーニング工程と）を施した場合とにおける表面から
の距離（深さ）ｍｍと残留応力（ＭＰａ）の分布との関
係を示す比較図。

【符号の説明】

１…ショットピーニング装置 ２…ワーク下方保持部 ２０…回転軸 ２１…回転載置台を兼ねる第１マスキング部材 ３…ワーク下方保持部第 ３０…エアーシリンダ装置
３１…ホルダ ３２…押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材 ３３…コイルスプリング ４…第１ショットノズル部 ５…第２ショットノズル部 ９…歯車 ９０…上方歯端面 ９１…下方歯端
面 ９２０…歯面 ａ…境界角領域（角部分）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三林 雅彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小澤 敏男 愛知県宝飯郡一宮町大字大木字小牧180番 地の１ 新東工業株式会社新東ブラステッ クカンパニー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転可能なワーク保持部により軸方向の両
   端側から挟持された歯車を回転しつつ、そのショットピ
   ーニング対象領域に硬度Ｈｖ７００以上で所定の平均粒
   子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニン
   グ工程を施した後、硬度Ｈｖ７００以上で該第１ショッ
   ト材よりも平均粒子径が小さな第２ショット材を投射す
   る第２ショットピーニング工程を施す歯車２段ショット
   ピーニング方法であって、 前記第１ショットピーニング工程と前記第２ショットピ
   ーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯
   車の歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施
   すことを特徴とする歯車２段ショットピーニング方法。
2. 【請求項２】前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円
   よりも大きい外径をもつ請求項１記載の歯車２段ショッ
   トピーニング方法。
3. 【請求項３】前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端
   面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃
   緩衝部材をもつ請求項１及び請求項２記載の歯車２段シ
   ョットピーニング方法。
4. 【請求項４】前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングで
   ある請求項３記載の歯車２段ショットピーニング方法。
5. 【請求項５】前記第１ショット材は、平均粒径０．６〜
   １．２ｍｍであり、前記第２ショット材は、平均粒径
   ０．１〜０．５ｍｍである請求項１記載の歯車２段ショ
   ットピーニング方法。