JP2002361559A - 多段ショットピ−ニング加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ショットピーニング加工によって金属製品の
うねりや表面粗さを改善することができる多段ショット
ピ−ニング加工を提案する。 【解決手段】 金属製品の表面を多段ショットピーニ
ング処理した時にこの処理面の表面粗さを極小にする方
法であって，処理製品の表面粗さまたはピークカウント
値が製品表面の初期状態より大きくなるようなショット
ピーニング加工条件でショットピ−ニング加工する工程
と、それ以降に遅い投射速度または／および小さい粒径
または／および硬度の低い投射材のショットピーニング
加工条件でショットピ−ニング加工する工程を有す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，ショットピーニン
グ方法に関する。より詳しくは，複数回のショットピー
ニング処理を用いた多段ショットピーニング処理に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】歯車やばねなど疲労強度を必要とする部
品において，完成品の表面粗さが大きい場合，粗さに起
因する表面クラックにより悪影響を及ぼし疲労強度を下
げる原因となることが知られている（図７参照）。これ
まで様々な研究により，ある特定の条件の製品に対し，
特定条件のショットピーニング加工で粗さを低減する方
法が知られている。ショットピーニング加工による表面
粗さへの効果は，速度を持った投射粒が微細な凸部を削
り取り，また押しつぶすことによって表面粗さを低減す
る効果がある（例えば、特許第３０３３６３８号公報参
照）。しかし、一般的に比較的弱いショットピーニング
加工を施すと，打痕形状の大きさから投射材粒径に応じ
た粗さとなる場合が多いが，製品表面と投射材の硬度
差，処理条件，初期粗さにより処理後の表面粗さは様々
に変化し，その挙動は明確ではなかった。特に，処理前
の表面状態にうねりがある場合，比較的弱いピーニング
では製品初期のうねり成分が残ってしまうため，粗さ改
善が困難である問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，ショットピ
ーニング加工によって金属製品のうねりや表面粗さを改
善するためになされたものである。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の多段ショットピ−ニング加工方法は、処理
製品の表面にうねりなどの大きな凹凸がある場合，初め
にショットピーニング加工により表面粗さまたはピーク
カウント値を製品表面初期のそれより大きくする，つま
り表面の初期状態より荒れる様に比較的強いショットピ
ーニング加工を施し、その後、処理製品の表面がこの状
態から次段のショットピーニング加工を施す。この時の
ショットピーニング処理条件は一様に荒れた表面を平滑
にする為，投射速度を遅くし，または投射材粒径を小さ
くし，または投射材硬度を低くすることを特徴とする。

【０００５】本発明によれば，ショットピーニング加工
においてピーニング効果による疲労強度向上を阻害する
事無く，表面粗さを低減させクラックなどの疲労破壊を
抑制し，製品の寿命を延ばすことができる。ショットピ
ーニング加工後の研摩工程を必要とする場合には，その
工数低減させることが可能である。

【０００６】本発明において、第一段目のショットピ−
ニング加工条件は、製品表面の硬度が750〜900HVの浸炭
熱処理品であれば，投射材硬度は製品表面のそれと同等
またはそれ以上のものを使用し，重力式エアショットピ
ーニング処理装置の場合、0.4MPa以上のエア噴射圧力で
処理すれば良い。それにより，うねりが一様な粗さに表
面加工される。次段若しくはその後のショットピーニン
グ加工は、処理製品の表面がこの状態からを施す。この
時のショットピーニング処理条件は一様に荒れた表面を
平滑にする為，投射速度を遅くし，または投射材粒径を
小さくし，または投射材硬度を低くする事により，前段
より表面粗さの低減を図る事が出来る。この時，ショッ
トピーニング処理段数はうねりの大きさに応じ２段以上
を必要とし，段数が多いほど，平滑化の効果は高くなる
（図１参照）。

【０００７】ただし、２段目以降のショットピ−ニング
加工は、必ずしも一段目と段として格差のあるものでな
くてよい。すなわち、１段目の処理により、うねりを一
様な粗さにした後、漸次連続的にショットピ−ニングを
緩やかにして入っても良い。この場合は、使用する投射
材が同一で、投射速度のみを漸次低速にしていくことで
実現ができる（図２参照）。投射材が同一である場合に
は、複数段の投射装置を必要とせず、単に投射速度のみ
を変えればよいため、投射装置を複数設置する必要がな
いという利点を有する。

【０００８】本発明において，多段ショットピーニング
とは投射材粒径，硬度，投射速度，時間あたり投射量な
どのショットピーニング条件を変化させた処理を組み合
わせてショットピーニング処理することで，そのショッ
トピーニング条件の組み合わせが連続に変化しても構わ
ない。ここで、図１、図２に示す条件は、投射速度など
の条件を総称したものである。

【０００９】また、本発明において、処理をおこなうシ
ョットピーニング装置はショットピーニング加工の装置
に限定せず，投射材を任意の速度で投射することのでき
る装置をそなえていれば，遠心投射式，エア投射式など
の投射方法を問わない。また，本発明において，うねり
とは製品表面に200μｍ以上の周期での凹凸をいい，一
般的な表面粗さと分けている。さらに、ピ−クカウント
とは、粗さ曲線の平均線から，正負両方向に一定の基準
レベルを設け，負の基準レベルを超えた後，正の基準レ
ベルを表面の抽出曲線が超えた時１カウントし，このカ
ウントを測定長さに達するまで繰り返し，数えたカウン
ト数で表したものをいう。表面粗さの波長を表すパラメ
ータとして使用される場合が多い。なお、ピ−クカウン
トは、ISO規格（468-1982），ANSI規格（B46.1），SAE
規格（J911-1986）等にて規格化されている。

【００１０】

【実施例１】以下、実施例に基づき発明を説明する。初
期表面粗さ４．５〜５．５μｍの浸炭熱処理した平鋼
（SCr420H）35x75x15mm，表面硬度約750HVのテストピー
スを図３に示すエア噴射式ショットピーニング装置１に
より，下表１の条件にて処理を行ない，表面粗さRzを測
定した。ここで、エア式ショットピ−ニング装置１は、
投射材回収ホッパ２の中に溜められた投射材３が、エア
配管４からの圧縮空気によりノズル５に吸引されると共
にワ−クＷに向かって投射される。ワ−クＷはテ−ブル
Ｔに支えられており、テ−ブルＴの下はホッパ５になっ
ていて、投射材３が回収されて、投射材回収ホッパ２に
循環する。なお、投射材３に混入した異物や粉塵はサイ
クロン６を介して図示していない集塵機に回収される。
本実施例１に用いる投射材としては、各段とも同一であ
り、超硬ショットで、材質はタングステンカ−バイト、
硬度は１４００ＨＶを使用した。粒径は平均粒径５０μ
ｍであった。なお、粒度分布は４０〜２００μｍであっ
た。

【００１１】

【表１】

【００１２】図４に実施例１における各処理ごとの表面
あらさプロファイルを示す。図４から明らかなように、
４段目処理の後，表面粗さは2.9μｍまで低下すること
ができた。

【００１３】

【実施例２】実施例１と同様な条件で，初期粗さが５．
０〜６．０μｍ，表面硬度760HV，材質SCM420Hの浸炭歯
車について処理した結果を下表２に示す。

【００１4】

【表２】

【００１５】図５に実施例２における各処理ごとの表面
あらさプロファイルを示す。実施例２では形状が複雑に
なり，投射角の差や各歯の相互干渉による影響も含んだ
検討を行ったが、その影響は小さく、実施例１と同様の
結果が得られた。また、図６に各処理ごとのピークカウ
ント値の推移を示す。図６から明らかなように、ピ−ク
カウントが一度上昇した後、順次段階的にピ−クカウン
トが減少している。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のショットピ−ニング加工方法は、金属製品の表面を多
段ショットピーニング処理した時にこの処理面の表面粗
さを極小にする方法であって，処理製品の表面粗さまた
はピークカウント値が製品表面の初期状態より大きくな
るようなショットピーニング加工条件でショットピ−ニ
ング加工する工程と、それ以降に遅い投射速度または／
および小さい粒径または／および硬度の低い投射材のシ
ョットピーニング加工条件でショットピ−ニング加工す
る工程を有すことから、ショットピーニング加工によっ
て金属製品のうねりや表面粗さを改善することができ
る。このように、ショット加工において疲労強度向上を
目的にしたピーニング効果と表面研掃を目的にしたブラ
スト効果を利用し，共に満足する効果を得ることができ
た。

【符号の簡単な説明】

１ ショットピ−ニング装置 ３ 投射材

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概要を示す概要図である。

【図２】本発明の別の概要を示す概要図である。

【図３】本発明の実施に用いる実験装置の概要図であ
る。

【図４】本発明の実施例１における各処理ごとの表面粗
さのプロフィ−ルである。

【図５】本発明の実施例２における各処理ごとの表面粗
さのプロフィ−ルである。

【図６】本発明の実施例２におけるピ−クカウント値の
推移である。

【図７】従来の知見を示す表面粗さと疲れ強さの関係で
ある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製品の表面を多段ショットピーニング
   処理した時にこの処理面の表面粗さを極小にする方法で
   あって，処理製品の表面粗さまたはピークカウント値が
   製品表面の初期状態より大きくなるようなショットピー
   ニング加工条件でショットピ−ニング加工する工程と、
   それ以降に遅い投射速度または／および小さい粒径また
   は／および硬度の低い投射材のショットピーニング加工
   条件でショットピ−ニング加工する工程を有すことを特
   徴とする多段ショットピーニング加工方法。
2. 【請求項２】金属製品の表面を多段ショットピーニング
   処理した時にこの処理面の表面粗さを極小にする方法で
   あって，実際のショットピ−ニング前に予め処理製品の
   表面粗さまたはピークカウント値が製品表面の初期状態
   より大きくなるようにショットピーニング加工条件を設
   定する工程と、この設定されたショットピーニング加工
   条件によりショットピ−ニング加工する工程と、それ以
   降に遅い投射速度または／および小さい粒径または／お
   よび硬度の低い投射材のショットピーニング加工条件を
   有することを特徴とする多段ショットピーニング加工方
   法。
3. 【請求項３】前記表面粗さまたはピークカウント値が製
   品表面の初期状態より大きくなるショットピーニング加
   工条件が、投射材の硬度が処理製品の表面硬度とほぼ同
   等または高いことを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の多段ショットピーニング加工方法。
4. 【請求項４】前記投射材の粒径が４０〜２００μｍであ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の多段
   ショットピーニング加工方法。
5. 【請求項５】前記金属製品が、マルテンサイト変態を有
   する熱処理を施した部品であることを特徴とする請求項
   １から４に記載の多段ショットピーニング加工方法。