(57)【要約】【課題】      エネルギの無駄を解決するためになされたものであり、無駄なエネルギを使わずに最大のショットピーニング効果を得ることを目的とする。【手段】      エア式ショットピーニング装置の圧力が一定である場合の投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量から最適投射量を設定して投射材を投射することを特徴とするショットピーニング方法、条件設定方法及びその装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エア式ショットピーニング装置の圧力が一定である場合に所定のカバレージに到達するまでの投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量から最適投射量を設定して投射材を投射することを特徴とするショットピーニング方法。
【請求項２】
エア式ショットピーニング装置の圧力が一定である場合に所定のカバレージに到達するまでの投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量から最適投射量を設定することを特徴とするショットピーニング条件の設定方法。
【請求項３】
ショットピーニング条件の設定方法であって、圧力を一定とし、所定のカバレージに到達するまで投射量を変えて所定のカバレージが得られたときのアークハイト値を測定し、そのとき得られたアークハイト値と前記投射量の相関を決定する投射量アークハイト相関を決定する工程と、該投射量アークハイト値相関における投射量増分とアークハイト増分の投射量アークハイト値比率を算出する投射量アークハイト値比率を算出する工程と、前記投射量アークハイト値比率のマイナス勾配が大きくなる前記投射量を判断するアークハイト値比率勾配を判断する工程と、前記投射量アークハイト値相関と投射量アークハイト値比率と前記アークハイト値比率勾配に基づいて、前記判断した投射量を最適投射量とすることを特徴とするショットピーニング条件の設定方法。
【請求項４】
前記最適投射量と前記圧力とノズル直径から計算される空気重量との比を算出する投射量空気重量比を算出する工程を、更に備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のショットピーニング条件の設定方法。
【請求項５】
前記最適投射量と空気重量との比が２．０以上４．０以下であ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条件の設定方法。
【請求項６】
カバレージが７０％以上であることを特徴とする請求項２乃至請求項５に記載のショットピーニング条件の設定方法。
【請求項７】
ショットピーニング条件の設定装置であって、圧力を一定とし、投射量を変えて、所定のカバレージが得られたときのアークハイト値を測定し、そのとき得られたアークハイト値と前記投射量の相関を決定する投射量アークハイト値相関決定手段と、該投射量アークハイト値相関決定手段における投射量増分とアークハイト値増分の投射量アークハイト値比率を算出する投射量アークハイト値比率算出手段と、前記投射量アークハイト値比率のマイナス勾配が大きくなる前記投射量を判断するアークハイト値比率勾配判断手段と、を備えたことを特徴とするショットピーニング条件の設定装置。
【請求項８】
前記アークハイト値比率勾配判断手段から判断される投射量から最適投射量を設定して前記圧力とノズル直径から計算される空気重量との比を算出する投射量空気重量比を算出する投射量空気重量比算出手段を、更に備えたことを特徴とする請求項７に記載のショットピーニング条件の設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットピーニング条件、ショットピーニング条件の設定方法及びその装置に関する。より詳しくは、エア式ショットピーニング装置におけるショットピーニング強度を最適にするショットピーニング方法、ショットピーニング条件の設定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アークハイト値とカバレージはワークに対して最適の残留応力を付与するための投射条件を確認するための手段として用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、アークハイト値はショットピーニング処理の強度を表す指標として用いられるところ、処理の強度が大きくなるにつれ、反り量の増加が小さくなるので強度の大きい範囲では差が出にくいという問題があった。
一方、カバレージは約７０％より大きく１００％に近くなるにつれ重畳打痕が多くなり投射密度の多い範囲では差がでにくいという問題があった。１００％を超える場合には更にその差が出にくいという問題があった。
よって、処理の強度（圧力、投射量）を変化させてもアルメンストリップに現れる変化量が少ないので条件の比較が難しかった。
特に、エア式ショットピーニング装置の場合、ノズルを通過する空気重量に対して最適なショット重量を判定して条件を設定してはいないため、エネルギの観点では十分ではない。
【０００３】
【特許文献１】特公平５−６４２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、エア式ショットピーニング装置において、ショットピーニング処理の強度の大きい範囲で、かつ、重畳打痕が多くなり投射密度の多い範囲の領域において、エネルギの無駄のないショットピーニング条件を容易に設定する方法及びその装置、更に、これを用いたショットピーニング方法を提供することにある。
つまり本発明は、無駄なエネルギを使わずに最大のショットピーニング効果を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明のショットピーニング方法は、エア式ショットピーニング装置の圧力が一定である場合に所定のカバレージに到達するまでの投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量から最適投射量を設定して投射材を投射することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために本発明のショットピーニング条件の設定方法は、エア式ショットピーニング装置の圧力が一定である場合に所定のカバレージに到達するまでの投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量から最適投射量を設定することを特徴とする。
さらに、上記の目的を達成するために本発明のショットピーニング条件の設定装置は、ショットピーニング条件の設定装置であって、圧力を一定とし、投射量を変えて、所定のカバレージが得られたときのアークハイト値を測定し、そのとき得られたアークハイト値と前記投射量の相関を決定する投射量アークハイト値相関決定手段と、該投射量アークハイト値相関決定手段における投射量増分とアークハイト値増分の投射量アークハイト値比率を算出する投射量アークハイト値比率算出手段と、前記投射量アークハイト値比率のマイナス勾配が大きくなる前記投射量を判断するアークハイト値比率勾配判断手段と、を備えたことを特徴とする。
つまり、エア式ショットピーニング装置において、圧力を一定とし、投射量を変化させ、任意のカバレージに到達したときのアークハイト値を判定することにより最も効率のよいショットピーニングを割り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ショットピーニングによる効果を最大にしつつ、エネルギの無駄をなくすことができる。特に、カバレージが１００％近くになったとき、具体的には７０％以上であればエネルギの無駄を効率的に無くすことができる。より好ましくは、カバレージが１５０％以上２００％以下、更に好ましくは２００％より大きく５００％以下であれエネルギの無駄を無くすことができる。なお、カバレージが７０％より低い場合や５００％より大きい場合は実用されることが少ない。
【０００７】
また、本発明は、前記投射量と空気重量の比を算出することにより、どのような圧力、ノズル直径においても最適なショットピーニング条件を設定できることが確認できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において、  「エア式ショットピーニング装置」とは、エアを用いてショットピーニングする装置であり、重力式、吸引式を問わない。「圧力」とは、投射材を投射するときの投射ノズル口での圧力をいう。この圧力はノズル口の直前のエア配管の圧力を調整することにより変えることができる。「投射量」とは、単位時間に投射する投射材の重量をいう。例えば、１分当たりの投射材の重量（Ｋｇ）をいう。「アークハイト値」とは、アルメンストリップと称する板状ワークを専用のホルダーに固定し、片面のみをショットピーニングしたときの反り返り量をいう。「投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量」とは、ピーニングの強度が出なくなる投射量と合致すると推定される。この判定の方法手段は問わない。「投射量を判定」するには、その方法手段は問わない。「該判定した投射量から最適投射量を設定して投射材を投射する」には、判定した投射量を最適投射量としてもよく、判定した投射量よりやや低い投射量までを最適投射量としても良い。
このやや低い投射量の範囲は、製品と投射材の硬度などにより決まる値であるが、判定した投射量から、マイナス５０％の範囲の投射量までが好ましい。判定した投射量より最適投射量が多くなるとピーニング強度が出ない。その一方、マイナス５０％を超えるとエア消費量の無駄が生じるからである。従って、エア消費量が少なく、かつ、ピーニング強度を確保するためには、マイナス５０％までが好ましく、更に好ましくはマイナス２０％の範囲である。
【０００９】
本発明において、「投射量アークハイト値相関決定手段」とは、あらかじめ別途作成した図・表・データテーブル・データベースを用いてもよく、また、この手段は実際の処理の前に計測して求めてもよい。さらに、キャリブレーションとしてエア式ピーニング装置の機種ごとに統一したものを用いても良い。
「投射量アークハイト値比率算出手段」とは、単位投射量増分に対するアークハイト値の変化をいう。「アークハイト値比率勾配判断手段」とは、投射量アークハイト値比率の勾配を連続的に並べて判断する手段である。デジタルで判断してもアナログで判断しても良い。その並べ方、比較方法は問わない。ショットピーニング条件設定装置とは、ショットピーニングの条件を設定するプログラムを含む。
【００１０】
また、「カバレージ」とは、ワークの加工面の面積Ａに対するショットピーニングによる打痕面積の総和Ｂの比で表されるものである。ショットピーニングの加工時間はＡ／Ｂ＝１となる時間であるフルカバレージタイムすなわち１００％カバレージ時間が加工基準となる。
【実施例１】
【００１１】
以下、実施例に基づき発明を説明する。図１は本発明を実施するに当たって実行する手順を示している。
【００１２】
図２は、図１の手順に従って得られた「投射量アークハイト値相関決定手段」の一例であり、「投射量アークハイト値相関決定手段」は、グラフの形式でなくとも表の形式、その他データベースの形式でもよく、その形態は問わない。
このグラフは、投射材０．６ｍｍ径で、圧力０．３ＭＰａ、カバレージを１００％とした場合のグラフである。
図３において、領域Ａは、投射量が非常に少ない場合であり、アークハイト値が高い領域であり、投射量を少しでも少なくするとアークハイトが急激に大きくなる領域である。また、領域Ａでは、投射量が少ないため、カバレージを７０％以上の使用範囲にするまでに時間がかかり、カバレージ１００％になるまでの時間が非常に長く、装置のサイクルタイムが長くなり、実用的ではないが、より高いアークハイトが必要とされる場合有効な範囲である。領域Ｂは、投射量が通常使用される範囲に入ってきており、投射量を大きく変えてもアークハイトは急激に変化しない領域である。また、領域Ｂでは、投射量が多くなってきているため、カバレージを７０％以上の使用範囲にするまでに時間は短くなってきている。カバレージ１００％になるまでの時間は短くなり、装置のサイクルタイムは実用的になる。領域Ｃは、投射量が通常使用される範囲であるが、投射量を少し変えるとアークハイトは急激に小さくなる領域である。また、領域Ｃでは、投射量が多くなってきているため、カバレージを７０％以上の使用範囲にするまでに時間は短く効率的である。カバレージ１００％になるまでの時間は短くなり、装置のサイクルタイムは実用的になる。
領域Ｄは、投射量が非常に多い範囲であり、投射量が大きくアークハイトが小さくなる。従って、強度を十分に取ることができない領域である。
ここで投射材の単位時間当たりの投射量と、投射エアの単位時間当たりの比を「混合比」と定義すると、混合比を薄くすると衝突するショットの数が少なくなり、一定のショットが衝突することにより処理製品の信頼性を向上させるには、非常に時間がかかることになる。したがって、本発明では、混合比は２．０以上４．０以下が好ましい。
【００１３】
図３において、グラフ中の投射量が多い範囲（領域Ｃ）ではアークハイト値が急激に減少しているのがわかる。カバレージを基準とした場合、このような急激にアークハイト値が減少している条件で処理をしても、ピーニング強度が低く強度が出ずに、無駄が多い。
本発明は、投射量とアークハイト値の間に、上記のような関係があることに着目してなされたものである。
以下、本発明のショットピーニング方法について説明する。まず、任意の投射圧で投射量を変化させ、カバレージ１００％の時のアークハイト値を得た。次いで、投射量を横軸にとりアークハイト値を縦軸にとりグラフ化して整理した。そしてアークハイト値が急激に低下する投射量を判定した。判定した投射量より少ない量（判定した投射量の１０％少ない値）でショトピーニングを実行した。
このように、領域Ｂ（特にその右側領域）を効果的に使用するために、エア式ショットピーニング装置において、圧力が一定である場合の投射量とアークハイト値との相関から、投射量を増加させていくにつれて急激なアークハイト値の落ち込みが始まる投射量を判定し、該判定した投射量の１０％少ない値を最適投射量として設定し、ピーニングを実行した。
さらに、前記最適投射量と前記圧力とノズル直径から計算される空気重量との比を算出する投射量空気重量比を算出した。この結果、ショットピーニング条件としては、最適投射量と空気重量との比（混合比）は、２．０以上４．０以下であった。
また、領域Ａにおいては最もピーニング強度が強かったが処理時間がかかり実用的ではなかった。このときの混合比は２．０より低かった。したがって、本発明では、混合比は２．０以上４．０以下が好ましいことがわかった。
本実施例ではカバレージを１００％としたが、カバレージを、１５０％、２００％、３００％、４００％、５００％と変化させて「投射量アークハイト値相関決定手段」を作成したが、同様の結果となった。一方、カバレージを９０％より低くして「投射量アークハイト値相関決定手段」を作成すると、７０％まで同様の結果となった。  
【実施例２】
【００１４】
図４において、本発明のショットピーニング条件の設定装置は、圧力を一定とし、投射量を変えて、所定のカバレージが得られたときのアークハイト値を測定し、そのとき得られたアークハイト値と前記投射量の相関を決定する投射量アークハイト値相関決定手段と、該投射量アークハイト値相関決定手段における投射量増分とアークハイト値増分の投射量アークハイト値比率を算出する投射量アークハイト値比率算出手段と、前記投射量アークハイト値比率のマイナス勾配が大きくなる前記投射量を判断するアークハイト値比率勾配判断手段と、を備えている。
そして、投射量アークハイト値相関決定手段、投射量アークハイト値比率算出手段、アークハイト値比率勾配判断手段は、ハードウエアによってもソフトウェアによっても実現可能である。
【００１５】
以下、本発明のショットピーニング条件の設定装置の作動について説明する。まず、任意の投射圧で投射量を変化させ、カバレージ１００％の時のアークハイト値を得た。次いで、投射量を横軸にとりアークハイト値を縦軸にとりグラフ化して投射量アークハイト値相関決定手段を得た。
そして、該投射量アークハイト値相関決定手段における投射量増分とアークハイト値増分の投射量アークハイト値比率を算出する投射量アークハイト値比率算出手段と、前記投射量アークハイト値比率のマイナス勾配が大きくなる前記投射量を判断するアークハイト値比率勾配判断手段とにより、アークハイト値が急激に低下する投射量を判定した。その後、判定した投射量より少ない量（判定した投射量の５０％少ない値）でショトピーニングを実行した。
このピーニング条件の設定装置により、ショットピーニングによる効果を最大にしつつ、エネルギの無駄をなくすことができた。
【００１６】
各種圧力すべてにおいてこのような条件を確認するトライをするのではなく、高いピーニング強度が出せる投射量と空気重量の比を算出し、この値をほかの圧力における投射量設定に使用する。
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、高いピーニング強度が出せる投射量と空気圧力との関係を把握しておけば、高いピーニング強度を無駄のない投射量で実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明において、１度でも無駄のない投射量と圧力の関係をつかめば比例計算を実行することでほかの圧力においても最適な投射量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実行するための手順である。
【図２】本発明を実行した一例である。
【図３】本発明を実行した別例である。
【図４】本発明の構成を示す例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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