JPH0929640A - ショットピーニング装置およびショットピーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射ノズルから投射されるショット玉の投射
量と投射速度とを個別に制御できるようにする。 【解決手段】 投射ノズル６３から投射されるショット
玉Ｂの投射量および投射速度をレーザプローブで計測
し、この計測値に基づいて、制御回路が、ミキシングバ
ルブ３５のモータ４３および圧力制御弁５７を制御す
る。制御動作としては、空気通路５１から送られてくる
圧縮空気の圧力と、ショット玉供給口４７ａの開口面積
との積が一定となるよう制御することで、ショット玉の
投射量を一定にして投射速度を増減でき、また前記圧力
と開口面積との商が一定となるよう制御することで、シ
ョット玉の投射速度を一定にして投射量を増減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、供給されるショ
ット玉に圧縮空気を吹き付け、投射ノズルから前記ショ
ット玉を被処理物に向けて投射させて前記被処理物に対
する表面処理を行うショットピーニング装置およびショ
ットピーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼球などからなるショット玉を、圧縮空
気を利用して被処理物に向けて高速で投射し、被処理物
の表面を硬化させるショットピーニング加工において
は、投射されるショット玉の投射量と投射速度とが大き
く影響する。このため、これら投射量および投射速度を
検知してショット玉の投射状態を変化させるべく、ショ
ット玉の供給量と圧縮空気の圧力とを制御する必要があ
る。このような制御機器を備えたショットピーニング装
置としては、例えば特開平５−２０９２１９号公報に記
載されたものがある。

【０００３】図８は、上記公報に記載の技術を示すもの
で、投射ノズル１内に供給されるショット玉３に対し、
加圧空気源５から管調整器７を経て供給される圧縮空気
を吹き付けて、ショット玉３ａを被処理物９に投射す
る。投射ノズル１へのショット玉３の供給量は、静電容
量に基づく比重計を組み込んだ流れ制御器１１により測
定され、この測定値は質量流量表示装置１３に表示され
る。

【０００４】一方、投射ノズル１から投射されるショッ
ト玉３ａの投射量は、静電容量に基づく比重計として作
用する、投射ノズル１の先端に設けられた静電容量型の
センサ１５と感知回路１７とで検出される。感知回路１
７の出力信号の入力を受ける除算器１９は、前記流れ制
御器１１により計測された流量信号を、感知回路１７か
ら出力されるセンサ１５内に存在する質量信号で除すこ
とで、投射ノズル１から投射されるショット玉３ａの平
均速度を算出し、この算出値は平均速度表示装置２１に
表示される。

【０００５】また、感知回路１７の出力値が、比較器２
３によって最大値より大きいかまたは最小値より小さ
く、かつ遅延回路２５が装置始動後所定時間経過を計測
してとき、ショット玉の投射状態が不適正で誤動作が発
生したとしてスイッチ２７がオンとなり、流れ制御器１
１および管調整器７を停止させてショットピーニング動
作を停止させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ショットピ
ーニング装置では、前述したように、投射されるショッ
ト玉の投射量と投射速度とが大きく影響するものである
ことから、投射量と投射速度とを個別に制御すること
で、より高精度で安定した加工が可能となり、このよう
な制御を行うには、投射ノズルに供給する圧縮空気の圧
力と、投射ノズルへのショット玉の供給量とを関連づけ
て行う必要がある。

【０００７】ところが、上記した従来のショットピーニ
ング装置では、ショット玉の投射量および投射速度を計
測してはいるものの、誤動作が発生したときに、流れ制
御器１１および管調整器７を停止させるのみで、計測値
に応じて空気圧とショット玉の供給量とを関連づけて変
化させる制御は行っていないので、空気圧を変化させる
と投射量および投射速度が同時に変化し、ショット玉の
供給量を変化させても投射量および投射速度が同時に変
化し、投射量と投射速度とを個別に変化させることがで
きず、高精度かつ安定したショットピーニング加工がで
きないものとなっている。

【０００８】そこで、この発明は、ショット玉の投射量
と投射速度とを個別に制御できるようにすることを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、圧縮空気とショット玉とがそ
れぞれ供給されるとともに、圧縮空気によって吹き付け
られたショット玉を被処理物に向けて投射する投射ノズ
ルを備え、前記供給されるショット玉の量を調整可能な
ショット玉供給量調整手段と、このショット玉供給量調
整手段に供給される圧縮空気の圧力を調整可能な圧力調
整手段と、前記投射ノズルから被処理物に投射されるシ
ョット玉の速度および量を計測する計測手段と、この計
測手段による計測値に基づき前記ショット玉供給量調整
手段によるショット玉の供給量および前記圧力調整手段
による圧縮空気の圧力を相互に関連づけて変化させべく
制御する制御手段とを有する構成としてある。

【００１０】第２に、第１の構成において、ショット玉
供給量調整手段の上方にショット玉を貯蔵する貯蔵手段
が配置され、前記ショット玉供給量調整手段は、前記貯
蔵手段に連通する円形のショット玉供給口に対し、下方
から接近離反する方向に移動可能な円錐状のバルブを備
えている。

【００１１】第３に、第１の構成において、円錐状のバ
ルブは金属製で構成されている。

【００１２】第４に、第２の構成において、制御手段
は、圧力調整手段により調整した圧力値と、ショット玉
供給量調整手段により調整したショット玉供給口の開口
面積との積が一定となるよう制御する構成である。

【００１３】第５に、第２の構成において、制御手段
は、圧力調整手段により調整した圧力値と、ショット玉
供給量調整手段により調整したショット玉供給口の開口
面積との商が一定となるよう制御する構成であることを
特徴とする請求項２記載のショットピーニング装置。

【００１４】第６に、第１の構成において、制御手段
は、一定条件の運転下で、ショット玉の投射速度が低下
し、かつショット玉の投射量が増加したとき、圧力調整
手段により調整される圧力値を低下させる構成である。

【００１５】第７に、第６の構成において、投射速度の
低下量をΔＶ、圧力値の低下量をΔＰとした場合、次式
の関係に基づいて圧力値を低下させる。

【００１６】ΔＰ＝−０．１ΔＶ 第８に、供給されるショット玉に圧縮空気を吹き付け、
投射ノズルから前記ショット玉を被処理物に向けて投射
させて前記被処理物に対する表面処理を行うショットピ
ーニング方法において、前記投射ノズルから投射される
ショット玉の投射量および投射速度に基づいて、前記シ
ョット玉の供給量と前記圧縮空気の圧力とを相互に関連
づけて制御し、これにより前記ショット玉の投射量およ
び投射速度を個別に制御する方法としてある。

【００１７】上記第１の構成または第８の方法によれ
ば、ショット玉供給量調整手段に供給される、圧縮空気
の圧力およびショット玉の供給量を、投射ノズルにおけ
るショット玉の投射量と投射速度とに基づき、相互に関
連づけて制御することで、投射ノズルからのショット玉
の投射量および投射速度が個別に制御可能となる。

【００１８】第２の構成によれば、円錐状のバルブを、
貯蔵手段に連通する円形のショット玉供給口に対して接
近離反する構成とすることで、ショット玉供給口に対す
る開閉精度が向上し、ショット玉の供給量の制御が高精
度なものとなる。

【００１９】第３の構成によれば、円錐状のバルブの耐
久性が向上する。

【００２０】第４の構成によれば、ショット玉の投射量
を一定にして、ショット玉の投射速度を増減可能とな
る。

【００２１】第５の構成によれば、ショット玉の投射速
度を一定にして、ショット玉の投射量を増減可能とな
る。

【００２２】第６の構成または第７の構成によれば、シ
ョット玉の投射量および投射速度が不安定な装置始動時
などにおいて、安定した加工が可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００２４】図１は、この発明の実施の一形態を示すシ
ョットピーニング装置の全体構成図である。ショット玉
Ｂが貯蔵される貯蔵手段である加圧タンク３１の下部に
は、第１開閉バルブ３３を介してショット玉供給量調整
手段としてのミキシングバルブ３５が接続されている。
ミキシングバルブ３５は、図２に詳細を示すように、ハ
ウジング３７内に円錐状の金属製バルブ３９が収納され
ている。金属製バルブ３９はダイヤフラム４１の上面に
固定されており、ダイヤフラム４１の下方には、ハウジ
ング３７の外部に設置されたモータ４３によって上下動
するストッパ４５が配置されている。

【００２５】一方、ダイヤフラム４１の上方に配置され
た仕切板４７には、加圧タンク３１に連通する円形のシ
ョット玉供給口４７ａが形成され、モータ４３の駆動に
よるストッパ４５の上下動に伴うダイヤフラム４１およ
び金属製バルブ３９の上下動により、ショット玉供給口
４７ａの開口面積が変化する。モータ４３は、制御手段
としての制御回路４９によって駆動制御され、制御回路
４９には、ストッパ４５の上下方向位置とショット玉供
給口４７ａの開口面積との関係があらかじめ記憶されて
いる。

【００２６】上記ミキシングバルブ３５には、空気通路
５１を介して圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段とし
ての圧縮空気供給源５３が接続されている。空気通路５
１には、圧縮空気供給源５３側から順に、第２開閉バル
ブ５５、圧力調整手段としての圧力制御弁５７がそれぞ
れ設けられている。圧力制御弁５７は、圧縮空気供給源
５３から供給される圧縮空気の圧力を制御するもので、
前記モータ４３と同様に、制御回路４９によって動作が
制御される。

【００２７】圧縮空気供給源５３と第２開閉バルブ５５
との間の空気通路５１には、分岐通路５９の一端が接続
され、分岐通路５９の他端は加圧タンク３１の上部に接
続され、圧縮空気が加圧タンク３１内に供給されるよう
になっている。分岐通路５９には、第３開閉バルブ６１
が設けられている。

【００２８】ミキシングバルブ３５の上記空気通路５１
と反対側には、加圧タンク３１から供給されたショット
玉Ｂを、圧縮空気供給源５３から供給された圧縮空気に
より吹き付けられて、被処理物であるワークＷに向けて
投射する投射ノズル６３が設けられている。ワークＷ
は、モータ６５によって回転可能な回転台６７上に設置
され、回転台６７および投射ノズル６３の先端部分は、
ショット室６９内に配置されている。

【００２９】投射ノズル６３から投射されるショット玉
Ｂに対し、一定距離を隔ててショット玉Ｂの投射方向に
直交した方向には、投射されたショット玉Ｂの投射量と
投射速度とを計測する計測手段としてのレーザプローブ
７１が配置されている。レーザプローブ７１の出力値
は、制御回路４９に入力され、制御回路４９は、この入
力値に対し、本装置にあらかじめ設定入力されたショッ
ト玉Ｂの投射速度または投射量に対して差が発生した場
合に、前記モータ４３および圧力制御弁５７にそれぞれ
信号出力し、ショット玉Ｂの供給量と圧縮空気の圧力と
を相互に関連づけて制御する。この制御の具体例は後述
する。

【００３０】前記ショット室６９の右下部には、上下方
向に延長された第１ダクト７３の下端が接続されてい
る。第１ダクト７３の上端には、加圧タンク３１の上部
に左端部が接続された第２ダクト７５の右端部が接続さ
れ、第２ダクト７５は加圧タンク３１側が低い位置とな
るよう若干傾斜して配置されている。

【００３１】第１ダクト７３内の上部および下部には、
駆動プーリ７７および従動プーリ７９がそれぞれ設けら
れ、この各プーリ７７，７９相互はベルト８１により連
動連結されている。ベルト８１には、適宜な間隔でショ
ット玉受け８３が設けられ、このショット玉受け８３
は、従動プーリ７９における回転時に、第１ダクト７３
の底部に溜まったショット玉Ｂを掬い取る。一方、第２
ダクト７５途中の下面には、ふるい網８５が設けられ、
ふるい網８５の下方には、使用後のショット玉Ｂのうち
の粉砕玉Ｂ₁ を受ける粉砕玉受け皿８７が設けられてい
る。

【００３２】上記したようなショットピーニング装置に
おいては、装置が停止している間は、第１，第２，第３
の各開閉バルブ３３，５５，６１は、いずれも閉じてお
り、装置を動作させる際には、いずれも開弁する。ここ
で、第３開閉バルブ６１が開くことで、加圧タンク３１
内が加圧され、さらに、第１および第２各開閉バルブ３
３，５５が開くことで、加圧されてミキシンブバルブ３
５内に供給されるショット玉Ｂが、圧縮空気供給源５３
から供給される圧縮空気により吹き付けられ、投射ノズ
ル６３からワークＷに向けて投射される。

【００３３】このとき、レーザプローブ７１により、投
射ノズル６３から投射されるショット玉Ｂの投射量と投
射速度とが計測されており、この計測値の入力値を受け
る制御回路４９は、前述したように、本装置にあらかじ
め設定入力されたショット玉Ｂの投射量または投射速度
に対して差が発生した場合に、モータ４３および圧力制
御弁５７にそれぞれ信号出力し、ショット玉Ｂの供給量
と圧縮空気の圧力とを相互に関連づけて制御する。

【００３４】例えば、圧縮空気の圧力をＰ、ショット玉
Ｂの供給量に対応するショット玉供給口４７ａの開口面
積をＳとした場合、ＰとＳとの積（Ｐ×Ｓ）が一定とな
るように、つまりＰとＳとの関係が図３（ａ）となるよ
うに制御すれば、ショット玉Ｂの投射量を一定にして、
投射速度を変化させることができる。一方、ＰとＳとの
商（Ｐ／Ｓ）が一定となるように、つまりＰとＳとの関
係が図３（ｂ）となるように制御すれば、ショット玉Ｂ
の投射速度を一定にして、投射量を変化させることがで
きる。

【００３５】このように、上記制御例では、投射ノズル
６３からのショット玉Ｂの投射量と投射速度とを個別に
変化させるよう制御できるので、高精度かつ安定したシ
ョットピーニング加工が可能となる。

【００３６】また、ショットピーニング装置の始動時に
おいては、投射ノズル６３からのショット玉Ｂの投射量
および投射速度が不安定であり、一定条件下で運転した
にも拘らず、投射速度Ｖが低下し、かつ投射量が増加し
たときには、図４に示すように、投射速度の低下量をΔ
Ｖとした場合、ΔＰ＝−０．１ΔＶの関係に基づいて圧
縮空気の圧力Ｐを低下させる。

【００３７】図５（ａ）は、従来装置の始動時に、投射
速度Ｖが１１０ｍ／ｓから９０ｍ／ｓまで２０ｍ／ｓ低
下し、かつ投射量Ｑが１．４倍程度増加した場合を示し
ている。これによれば、アークハイト［「ショットピー
ニング作業標準」（昭和５７年９月１日 社団法人 日
本ばね工業会発行）の第４頁〜第６頁に記載されている
ように、一定サイズの試験板（アルメンストリップ）に
ショットピーニングを施した場合の前記試験板の反り量
として表されるもの］は一定であるものの、ショットピ
ーニングにおける実際の強度を表す圧縮残留応力ピーク
値が、１４００ＭＰａから１２００ＭＰａまで２００Ｍ
Ｐａ低下していることがわかる。このとき、圧縮空気圧
Ｐは、変化させておらず一定である。

【００３８】これに対して、図５（ｂ）に示す本実施の
形態の場合には、圧縮空気圧Ｐを前述した式に基づき低
下させる。つまり、圧縮空気圧Ｐの低下量ΔＰは、ΔＶ
＝−０．１×２０ｍ／ｓ＝２ｋｇ・ｆ／ｃｍ² に低下さ
せる。これにより、投射速度の低下量が、従来２０ｍ／
ｓであったものが６ｍ／ｓに抑えられるとともに、投射
量Ｑについては一定となり、ショットピーニングにおけ
る実際の強度を表す圧縮残留応力ピーク値については、
６０ＭＰａの低下量にとどまっている。このため、本実
施の形態においては、装置始動時であってもワークＷの
品質を高精度に維持することが可能となる。

【００３９】なお、図５においては、ショット玉Ｂの直
径は０．４〜１．０ｍｍの範囲、圧縮空気の圧力Ｐは３
〜８ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲でそれぞれ適用されるものと
する。

【００４０】図６は、この発明の他の例を示すショット
ピーニング装置の全体構成図である。このショットピー
ニング装置は、ショット玉が貯蔵される加圧タンク８９
の下部にゴム製のダイヤフラム９１が設けられ、このダ
イヤフラム９１および加圧タンク８９は、途中に減圧弁
９３を備えた空気通路９５を介して圧縮空気供給源９７
に接続されている。ダイヤフラム９１には、ショット玉
Ｂをワークに向けて投射する投射ノズル９９が接続さ
れ、加圧タンク８９内の圧力と投射ノズル９９内の圧力
との差によりダイヤフラム９１が押されて変位し、この
変位により発生する隙間を通してショット玉が投射ノズ
ル９９に供給される。

【００４１】ここで、ダイヤフラム９１は、ゴム製であ
ることから使用に伴い劣化し、圧縮空気供給源９７から
供給される空気圧力が一定であっても、使用初期に対し
ある程度使用した後ではダイヤフラム９１の変位量が大
きくなり、このため使用に伴いショット玉の投射速度が
低下するとともに投射量が多くなる。

【００４２】これに対処するため、本例では、図７に示
すように、圧縮空気供給源９７からの空気圧を減圧弁９
３にて、投射初期（１回目）での圧力Ｐがｐ₀ であった
ものを、ある程度使用した後、例えば２５回目での圧力
Ｐをｐ₁ となるよう設定することで、初期と２５回目と
のいずれにおいても、投射量Ｑを当初設定されているｑ
に保持することが可能となる。これにより、ワークにお
いて初期発生した圧縮残留応力ピーク値を維持でき、安
定した品質が得られることになる。

【００４３】なお、上記図７の例では、圧縮空気圧力Ｐ
をｐ₀ からｐ₁ に変化させているが、ダイヤフラム９１
の劣化に対応すべく、その途中で２段階あるいは３段階
と複数の空気圧を設定するようにしてより細かな制御を
行えば、より安定した品質が得られることになる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１の発明ま
たは第８の発明によれば、ショット玉供給量調整手段に
供給される、圧縮空気の圧力およびショット玉の供給量
を、投射ノズルにおけるショット玉の投射量と投射速度
とに基づき、相互に関連づけて制御するようにしたの
で、投射ノズルからのショット玉の投射量および投射速
度を個別に制御でき、高精度かつ安定したショットピー
ニング加工が可能となる。

【００４５】第２の発明によれば、円錐状のバルブを、
貯蔵手段に連通する円形のショット玉供給口に対して接
近離反する構成としたので、ショット玉供給口に対する
開閉精度が向上し、ショット玉の供給量の制御が高精度
なものとなる。

【００４６】第３の発明によれば、円錐状のバルブの耐
久性を向上させることができる。

【００４７】第４の発明によれば、ショット玉の投射量
を一定にして、ショット玉の投射速度を増減でき、高精
度かつ安定したショットピーニング加工が可能となる。

【００４８】第５の発明によれば、ショット玉の投射速
度を一定にして、ショット玉の投射量を増減でき、高精
度かつ安定したショットピーニング加工が可能となる。

【００４９】第６の発明または第７の発明によれば、シ
ョット玉の投射量および投射速度が不安定な装置始動時
などにおいて、安定したショットピーニング加工が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示すショットピーニ
ング装置の全体構成図である。

【図２】図１のショットピーニング装置の要部の断面図
である。

【図３】図１のショットピーニング装置における制御例
を示す圧縮空気の圧力Ｐとショット玉供給口の開口面積
Ｓとの相関図で、（ａ）はＰ×Ｓが一定の場合、（ｂ）
はＰ／Ｓが一定の場合である。

【図４】図１のショットピーニング装置の始動時での空
気圧とショット玉の投射速度との関係を示す説明図であ
る。

【図５】ショットピーニング装置の始動時でのショット
玉の投射速度などの変化を示す説明図で、（ａ）は従来
例、（ｂ）は本実施の形態のものである。

【図６】ショットピーニング装置の他の例を示す全体構
成図である。

【図７】図６のショットピーニング装置における供給圧
力と投射量との相関図である。

【図８】従来例を示すショットピーニング装置の全体構
成図である。

【符号の説明】

３５ ミキシングバルブ（ショット玉供給量調整手段） ３９ バルブ ４９ 制御回路（制御手段） ５１ 空気通路 ５７ 圧力制御弁（圧力調整手段） ６３ 投射ノズル ７１ レーザプローブ（計測手段） Ｗ ワーク（被処理物）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空気とショット玉とがそれぞれ供給
   されるとともに、圧縮空気によって吹き付けられたショ
   ット玉を被処理物に向けて投射する投射ノズルを備え、
   前記供給されるショット玉の量を調整可能なショット玉
   供給量調整手段と、このショット玉供給量調整手段に供
   給される圧縮空気の圧力を調整可能な圧力調整手段と、
   前記投射ノズルから被処理物に投射されるショット玉の
   速度および量を計測する計測手段と、この計測手段によ
   る計測値に基づき前記ショット玉供給量調整手段による
   ショット玉の供給量および前記圧力調整手段による圧縮
   空気の圧力を相互に関連づけて変化させべく制御する制
   御手段とを有することを特徴とするショットピーニング
   装置。
2. 【請求項２】 ショット玉供給量調整手段の上方にショ
   ット玉を貯蔵する貯蔵手段が配置され、前記ショット玉
   供給量調整手段は、前記貯蔵手段に連通する円形のショ
   ット玉供給口に対し、下方から接近離反する方向に移動
   可能な円錐状のバルブを備えてい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装置。
3. 【請求項３】 円錐状のバルブは金属製で構成されてい
   ることを特徴とする請求項２記載のショットピーニング
   装置。
4. 【請求項４】 制御手段は、圧力調整手段により調整し
   た圧力値と、ショット玉供給量調整手段により調整した
   ショット玉供給口の開口面積との積が一定となるよう制
   御する構成であることを特徴とする請求項２記載のショ
   ットピーニング装置。
5. 【請求項５】 制御手段は、圧力調整手段により調整し
   た圧力値と、ショット玉供給量調整手段により調整した
   ショット玉供給口の開口面積との商が一定となるよう制
   御する構成であることを特徴とする請求項２記載のショ
   ットピーニング装置。
6. 【請求項６】 制御手段は、一定条件の運転下で、ショ
   ット玉の投射速度が低下し、かつショット玉の投射量が
   増加したとき、圧力調整手段により調整される圧力値を
   低下させる構成であ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装置。
7. 【請求項７】 投射速度の低下量をΔＶ、圧力値の低下
   量をΔＰとした場合、次式の関係に基づいて圧力値を低
   下させることを特徴とする請求項６記載のショットピー
   ニング装置。 ΔＰ＝−０．１ΔＶ
8. 【請求項８】 供給されるショット玉に圧縮空気を吹き
   付け、投射ノズルから前記ショット玉を被処理物に向け
   て投射させて前記被処理物に対する表面処理を行うショ
   ットピーニング方法において、前記投射ノズルから投射
   されるショット玉の投射量および投射速度に基づいて、
   前記ショット玉の供給量と前記圧縮空気の圧力とを相互
   に関連づけて制御し、これにより前記ショット玉の投射
   量および投射速度を個別に制御することを特徴とするシ
   ョットピーニング方法。