JP3765376B2

JP3765376B2 - ショットピーニング装置及び方法

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Publication number: JP3765376B2
Application number: JP2000092122A
Authority: JP
Inventors: 三郎山方; 博充村上; 定佳植村
Original assignee: オリエンタルエンヂニアリング株式会社; 有限会社ウエカツ
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001277119A

Description

【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２種類以上の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装置及び方法に関する。
【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装置は、熱処理後の材料表面に異なるショットピーニング処理を行う２種類以上の投射材を順次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、大サイズの投射材、中サイズの投射材及び小サイズの投射材を個別に貯留する３つの貯留手段と、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３つの貯留手段のうちから中サイズ投射材、大サイズ投射材及び小サイズの投射材をその順に選択して順次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して３段階のショットピーニング処理を行う噴射ノズルと、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３つの貯留手段に個別に送給する再循環手段とを備え、前記投射材分離手段は、ケース体の上部に配設されて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受けホッパーと、該受け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２つ以上の分離回収用ホッパーとを有することを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に係る発明では、大サイズの投射材、中サイズの投射材及び小サイズの投射材を貯留する３つの貯留手段のうち選択した１つの貯留手段から中サイズの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、この一次ショットピーニング処理に続いて大サイズの投射材による二次ショットピーニング処理を行うために、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い、さらに二次ショットピーニング処理に続いて小サイズの投射材による三次ショットピーニング処理を行うことができ、この際に混合された投射材が投射材分離手段で種類毎に分離され該当する貯留手段に送給される。このとき、投射材分離手段では、回収された投射材を受けホッパーから定量流下させ、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、投射材の粒径や質量等の材質差により、飛距離が変化して着地位置が異なることを利用して３つ以上の分離回収用ホッパーで分離回収する。
【０００９】
また、請求項２に係るショットピーニング装置は、請求項１に係る発明において、前記材料保持手段が、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している。
【００１０】
この請求項２に係る発明では、回転保持軸で非処理材料を保持し、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より、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。
【００１１】
さらに、請求項３に係るショットピーニング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記投射材分離手段が、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。
この請求項３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。
【００１２】
さらにまた、請求項４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、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３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している。
【００１３】
この請求項４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より、表面粗さをより小さくする。
【００１４】
なおさらに、請求項５に係るショットピーニング方法は、請求項４に係る発明において、前記投射材の分離を、３種類以上の投射材が混合した混合投射材を受けホッパーに貯留して当該受けホッパーから定量流下させると共に、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５に係る発明では、第１ショットピーニング処理、第２ショットピーニング処理及び第３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３種類の投射材が混合されたときに、これらを受けホッパーで貯留し、この受けホッパーから定量流下させながら、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、３種類の投射材の粒径差或いは質量差等の材質差によって、飛距離が変化し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。
【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３７Ｂ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，３８Ｂ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３７Ｅ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、０．３ｍｍ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７ｃｍ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１ｍ／ｓ未満となると、混合した投射材のサイズが０．３ｍｍ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、０．６ｍｍ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３８Ｂ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、０．３５ＭＰａ、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１６Ａ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の鋼球を被処理材料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Ｒmax 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０．３μｍ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】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、３つの貯留手段のうち選択した１つの貯留手段から中サイズの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、この一次ショットピーニング処理に続いて大サイズの投射材による二次ショットピーニング処理を行うために、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い、さらに二次ショットピーニング処理に続いて小サイズの投射材による三次ショットピーニング処理を行うことができ、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、この際に混合された投射材を投射材分離手段で種類毎に分離され該当する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共に、投射材分離手段で、ホッパーから回収された種類の異なる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、投射材の粒径や質量の差により、飛距離が変化して着地位置が異な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、３種類の投射材が混合された場合で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。
【００５３】
また、請求項２に係る発明によれば、回転保持軸で被処理材を保持し、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。
【００５４】
さらに、請求項３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。
【００５５】
さらにまた、請求項４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。
【００５６】
なおさらに、請求項５に係る発明によれば、第１ショットピーニング処理、第２ショットピーニング処理及び第３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、これらを受けホッパーで貯留し、この受けホッパーから定量流下させながら、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。
【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

Claims

熱処理後の材料表面に異なるショットピーニング処理を行う２種類以上の投射材を順次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、大サイズの投射材、中サイズの投射材及び小サイズの投射材を個別に貯留する３つの貯留手段と、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３つの貯留手段のうちから中サイズ投射材、大サイズ投射材及び小サイズの投射材をその順に選択して順次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して３段階のショットピーニング処理を行う噴射ノズルと、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３つの貯留手段に個別に送給する再循環手段とを備え、前記投射材分離手段は、ケース体の上部に配設されて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受けホッパーと、該受け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３つ以上の分離回収用ホッパーとを有することを特徴とするショットピーニング装置。
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１記載のショットピーニング装置。
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１又は２に記載のショットピーニング装置。
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３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。
前記投射材の分離は、３種類以上の投射材が混合した混合投射材を受けホッパーに貯留して当該受けホッパーから定量流下させると共に、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４に記載のショットピーニング方法。