(57)【要約】【課題】生産効率の低下を招くことなく、ショットピーニングに起因する製品の欠損を防ぎ、浸炭鋼材からなる製品の強度を向上させる。【解決手段】設定された歯先の角部の角度（Ｓ１０）に応じて、ショットの投射範囲と、投射範囲よりも広くかつ歯先の角部の欠損を生じ得ない角度として、歯面側余裕角度、歯先側余裕角度が所定値以上となるようにショット粒１００の投射条件を設定（Ｓ２０）して、加工を行うものである。又、歯面側余裕角度、歯先側余裕角度が所定値を下回るような場合には、投射条件の再設定をして（Ｓ４０→Ｓ２０〜Ｓ４０）、加工を行うものである。ショット粒１００の投射条件を設定するに際し、ワーク１０の回転中心軸Ｃに対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌを、パラメータとして考慮する。【選択図】図１
2011173207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショット粒の投射条件に基づいて、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲を求め、該投射範囲とワークの歯形状とから得られる、歯先側余裕角度及び歯面側余裕角度の一方又は双方が所定値以上となるように、前記ショット粒の投射条件を設定ないし再設定して、加工を行うことを特徴とする歯車のショットピーニング方法。
【請求項２】
前記ショット粒の投射条件に、ワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセット量が含まれることを特徴とする請求項１記載の歯車のショットピーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車等、角部を備えた浸炭鋼材からなるワークに対する、ショットピーニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、浸炭鋼材からなる製品の強度を向上させる手法として、ショットピーニング処理が広く用いられている。ショットピーニング処理は、高硬度の鋼線ショットないし鋳鋼ショットをワークに投射することで、ワークの表層部に高い圧縮残留応力を付与し、疲労強度を大幅に向上させるものである。ところで、一般に浸炭処理したワークの表面硬さはＨＶ７００以上と非常に高いことから、更に疲労強度を高めるためには、高硬度のショット粒を用いることにより、施工時のショット粒の塑性変形量を少なくし、ワークに吸収されるエネルギーを増加させる必要がある。
【０００３】
一方、ＨＶ７００以上の高硬度ショット粒を用いてショットピーニングを行うと、例えば、歯車部品の歯先のように角部を有するワークの場合には、角部に欠損が生じるおそれがある。この課題を解決するために、焼きもどし処理工程を追加する手法（例えば、特許文献１参照）や、歯車部品にマスキングを施してショットピーニングを行う手法（例えば、特許文献２参照）が発案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４５７８５号公報
【特許文献２】特開２００２−２００５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来工法は、工程や工数の増加を来たすものであり、サイクルタイムの延長や処理コストの増加等、生産効率の低下は不可避となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産効率の低下を招くことなく、ショットピーニングに起因する製品の欠損を防ぎ、浸炭鋼材からなる製品の強度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）ショット粒の投射条件に基づいて、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲を求め、該投射範囲とワークの歯形状とから得られる、歯先側余裕角度及び歯面側余裕角度のうち少なくとも一方又は双方が所定値以上となるように、前記投射条件を設定ないし再設定して、加工を行う歯車のショットピーニング方法（請求項１）。
本項に記載の歯車のショットピーニング方法は、歯先の角部に対するショットの投射方向に着目し、かかる投射方向が、歯先の角部の欠損を来たすことの無い範囲となるように調整を行い、ショットピーニングを行うものである。具体的には、歯先の角部の角度に応じて、ショットの投射に最適な角度（本説明では「投射範囲」という。）と、投射範囲よりも広くかつ歯先の角部の欠損を生じ得ない角度（本説明では、「投射範囲」の外側で、投射範囲と隣接隣接する範囲に係る角度を「余裕角度」という。又、歯形状に起因して、投射範囲を挟んだ一方を「歯面側余裕角度」と、他方を「歯先側余裕角度」という。）が所定値以上となるようにショット粒の投射条件を設定し、前記所定値を下回るような場合には再設定して、加工を行うものである。
【０００８】
（２）上記（１）項において、前記ショット粒の投射条件に、ワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセット量が含まれる歯車のショットピーニング方法（請求項２）。
本項に記載の歯車のショットピーニング方法は、歯面側余裕角度、歯先側余裕角度が所定値以上となるように、ショット粒の投射条件を設定するに際して、かかる投射条件にワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセット量をパラメータとして考慮することで、歯面側余裕角度又は歯先側余裕角度が、所定値以上となるようにショット粒の投射条件を設定するものである。
【０００９】
（３）上記（１）（２）項において、ショット粒の投射条件として、歯先の角部の角度、ワークの回転中心軸に対するショット粒の投射ノズルの中心軸の角度（以下、「投射角度」という。）、ワークの回転中心軸と投射ノズルとの距離、投射ノズルから投射されるショット粒の広がり角度を勘案する歯車のショットピーニング方法。
本項に記載の歯車のショットピーニング方法は、ショット粒の投射条件として上記各パラメータを勘案することで、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲を幾何学的に求めるものである。ショットピーニングの施工時には、ワークを回転させて、投射ノズルから連続的にショット粒を投射させるので、ショット粒の投射方向と、ワークの歯先角部との位置関係は逐次変位するが、かかる変位を、コンピュータ等の電子演算器によってシミュレーションすることにより、ショット粒の投射方向とワークの歯先角部との間に生じ得る位置関係を再現し、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲を求めることができる。
【００１０】
（４）上記（３）項において、歯面側余裕角度、歯先側余裕角度は、歯先の角部の角度から投射範囲（角度）を除することにより求める歯車のショットピーニング方法。
本項に記載の歯車のショットピーニング方法は、歯先の角部の角度から、上記（３）項に基づき求めた投射範囲（角度）を除した値を、歯面側余裕角度、歯先側余裕角度として、当該角度が、所定値以上となるようにショット粒の投射条件を設定するものである。歯面側余裕角度、歯先側余裕角度は、歯先の角部を基点として定められる投射範囲（角度）に隣接して設定されるものであり、その値が所定値以上であれば、ショット粒が歯先の角部を欠損させ得る方向から投射される可能性を、確実に排除することとなる。
【００１１】
（５）上記、上記（１）から（４）項において、歯先側余裕角度及び歯面側余裕角度を２０°以上とする歯車のショットピーニング方法。
本項に記載の歯車のショットピーニング方法は、歯先側余裕角度及び歯面側余裕角度を２０°以上とすることで、歯先の角部の欠損を回避するものである。なお、この具体的数値については、歯車諸元に関わることなく、歯先の角部の欠損を確実に回避できるものとして、発明者らの鋭意研究の結果得られたものである。
なお、上記（１）から（５）項記載の歯車のショットピーニング方法を、浸炭鋼材からなる角部形状を有する製品（歯車以外）に用いることも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明はこのように構成したので、生産効率の低下を招くことなく、ショットピーニングに起因する製品の欠損を防ぎ、浸炭鋼材からなる製品の強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法を示す説明図であり、（ａ）はそのフローチャート、（ｂ）は、はすば歯車とショット粒の投射ノズルとを示す模式図、更に、（ｃ）は（ｂ）の中心軸Ｃ方向視であって、ワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセットを与えない状態を、（ｄ）は（ｂ）の中心軸Ｃ方向視であって、ワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセットＬを与えた状態を示すものである。
【図２】本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法の施工対象例として、（ａ）ははすば歯車を回転中心軸方向から見た図及び歯の拡大図であり、（ｂ）は、更に歯先角部を拡大した模式図である。
【図３】図１、図２に示されるはすば歯車の（ａ）は、ワークの回転中心軸に対するショットの投射ノズルのオフセットを与えない場合、（ｂ）は同オフセットを１０ｍｍとした場合、（ｃ）は同オフセットを２０ｍｍとした場合の、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲、歯先側余裕角度及び歯面側余裕角度と、各条件下でのショットピーニング後のアークハイトカバレージとを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法は、図１に示されるように、ショット粒の投射条件に基づいて、ワークの歯先角部へのショットの投射範囲を求め、該投射範囲とワークの歯形状とから得られる余裕角度を求める。投射範囲α（図２（ｂ））は、本来的に予定するショット粒１００の投射範囲であり、この範囲内にショット粒１００の投射を制限すれば、歯先の角部Ａを欠損させるおそれは無い。又、余裕角度は、この範囲にショット粒１００を投射しても、歯先の角部Ａの欠損は生じない範囲であり、投射範囲αの信頼性を確保するための予備的な投射可能範囲である。したがって、余裕角度は、図２（ｂ）に示されるように、投射範囲αの外側に投射範囲αと隣接しており、歯先の角部Ａを挟む歯形状に起因して、歯面側余裕角度βｓと歯先側余裕角度βｔとが含まれる。
【００１５】
本発明の実施の形態では、この歯先側余裕角度βｔ及び歯面側余裕角度βｓのうち少なくとも一方又は双方が所定値以上となるように、前記投射条件を設定ないし再設定して、加工を行うものである。より具体的には、コンピュータ等の電子演算器を用い、図１（ａ）に示される手順でシミュレーションすることにより、投射条件の可否判断を行った後、歯車のショットピーニングを実施する。
Ｓ１０：製品形状情報を、電子演算器に設定入力する。具体的には、ショットピーニングを実施するワーク１０の、歯先角部Ａの角度γ（図２（ｂ）参照）を設定する。なお、歯先角部Ａの角度γは設計値である。
【００１６】
Ｓ２０：続いて、投射条件を、電子演算器に設定入力する。具体的には、図１（ｂ）に示される、ワーク１０の回転中心軸Ｃに対する、ショット粒１００の投射ノズル１２の中心軸の角度（投射角度）θ１、ワーク１０の回転中心軸Ｃと投射ノズル１２との距離Ｄ、ワーク１０の回転中心軸に対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌ、投射ノズル１２から投射されるショット粒１００の広がり角度θ２が含まれる。なお、図１（ｂ）に符号１４で示される部分は、ワーク１０を回転させる駆動装置の回転軸であり、ワーク１０は、ショットピーニングの際にこの回転軸１４に装着される。
【００１７】
Ｓ３０：設定された製品情報及び投射条件に基づき、電子演算器にてシミュレーションすることにより、投射範囲α（図２（ｂ）参照）が算出される。ショットピーニングの施工時には、ワーク１０を回転させて、投射ノズル１２から連続的にショット粒１００を投射させるので、ショット粒１００の投射方向と、ワーク１０の歯先角部Ａとの位置関係は逐次変位するが、かかる変位をシミュレーションすることにより、ショット粒１００の投射方向とワーク１０の歯先角部Ａとの間に生じ得る位置関係を再現し、ワーク１０の歯先角部Ａへのショットの投射範囲αを、幾何学的に求めることができる。
【００１８】
Ｓ４０：歯先側余裕角度を判定する。α、βｓ、βｔの総和が歯先角部Ａの角度γとなる。換言すれば、歯先の角部Ａの角度γから投射範囲αを除することにより、歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔを求めることができる。
【００１９】
Ｓ５０：本実施の形態では、上記Ｓ４０において歯先側余裕角度βｔが２０°以上であると判断された場合には、投射条件に問題なしと判断し、設定された投射条件で、ショットピーニングを実施する。一方、Ｓ４０において、歯先側余裕角度βｔが２０°以上ではないと判断された場合には、Ｓ２０に戻り、投射条件の変更、再設定を行う。特に、本実施の形態では、上記ショット粒の投射条件のうち、ワークの回転中心軸Ｃに対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌを変更することにより、歯面側余裕角度βｓ及び歯先側余裕角度βｔを変更するものである。
【００２０】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法は、歯先の角部Ａに対するショットの投射方向に着目し、かかる投射方向が、歯先の角部Ａの欠損を来たすことの無い範囲となるように調整を行い、ショットピーニングを行うものである。より具体的には、設定された歯先の角部Ａの角度γ（Ｓ１０）に応じて、ショットの投射範囲αと、投射範囲αよりも広くかつ歯先の角部Ａの欠損を生じ得ない角度として、歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔが所定値以上となるようにショット粒１００の投射条件を設定（Ｓ２０）して、加工を行うものである。又、所定値を下回るような場合には、投射条件の再設定をして（Ｓ４０→Ｓ２０〜Ｓ４０）、加工を行うものである。
【００２１】
しかも、本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法は、歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔが所定値以上となるように、ショット粒１００の投射条件を設定するに際して、ワーク１０の回転中心軸Ｃに対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌ（図１（ｂ）参照）を、パラメータとして考慮することで、効果的に歯面側余裕角度βｓ又は歯先側余裕角度βｔが、所定値以上となるようにショット粒１００の投射条件を設定するものである。
【００２２】
又、ショット粒１００の投射条件として、歯先の角部Ａの角度γ、ワーク１０の回転中心軸Ｃに対するショット粒１００の投射角度θ１、ワークの回転中心軸と投射ノズルとの距離Ｄ、投射ノズル１２から投射されるショット粒１００の広がり角度θ２等を勘案して求めることが可能なものである。
本発明の実施の形態では、上記各パラメータを勘案することで、ワークの歯先角部Ａへのショットの投射範囲を幾何学的に求めるものである。すなわち、ショットピーニングの施工時には、ワーク１０を回転させて、投射ノズル１２から連続的にショット粒１００を投射させるので、ショット粒１００の投射方向と、ワーク１０の歯先角部Ａとの位置関係は逐次変位するが、かかる変位を、コンピュータ等の電子演算器によってシミュレーションすることにより、ショット粒１００の投射方向とワークの歯先角部Ａとの間に生じ得る位置関係を再現し、ワーク１０の歯先角部Ａへのショットの投射範囲を求めることができる。
【００２３】
又、本発明の実施の形態に係る歯車のショットピーニング方法は、歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔは、歯先の角部Ａの角度γから投射範囲（角度）αを除することにより求め、当該角度βｓ、βｔが、所定値以上となるようにショット粒の投射条件を設定するものである。歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔは、歯先の角部Ａを基点として定められる投射範囲（角度）に隣接して、投射範囲αの外側に設定されるものであり、その値が所定値以上であれば、ショット粒１００が歯先の角部Ａを欠損させ得る方向（図２（ｂ）に×印で示す）から投射される可能性を、確実に排除することができる。
【００２４】
なお、後述するように、歯先側余裕角度βｔ及び歯面側余裕角度βｓを２０°以上とすることで、歯先の角部の欠損を、確実に回避することができる。
以上の如く、本発明の実施の形態では、はすば歯車のショットピーニング方法を例示して説明したが、本発明が、その他の歯車や、浸炭鋼材からなる角部形状を有する製品（歯車以外）に用いることも可能であることは、理解されるであろう。
【実施例】
【００２５】
図３には、後述するショット粒の投射条件において、ワーク１０の回転中心軸Ｃに対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌを変化させた場合の、投射範囲α、歯面側余裕角度βｓ、歯先側余裕角度βｔの各値、及び、アークハイトカバレージを示している。
投射条件として、ショット粒１００の投射角度θ１＝０°〜４５°、ワーク１０の回転中心軸Ｃと投射ノズル１２との距離Ｄ＝１００ｍｍ〜３６０ｍｍ、投射ノズル１２から投射されるショット粒１００の広がり角度θ２＝６°であり、ワーク１０の回転中心軸に対するショットの投射ノズル１２のオフセット量Ｌが、（ａ）０ｍｍ、（ｂ）１０ｍｍ、（ｃ）２０ｍｍとなっている。
その他の、投射条件として、ショット粒径０．６０ｍｍ〜１．００ｍｍ、ショット粒硬さ６００〜８００ＨＶとした。
【００２６】
図３（ａ）に示されるオフセット量Ｌ＝０ｍｍのとき、投射範囲α＝５０°、歯面側余裕角度βｓ＝６５°、歯先側余裕角度βｔ＝−９°となり、歯先側余裕角度βｔは図２（ｂ）に×印で示された範囲となってしまう。このとき、望ましい管理条件（アークハイトカバレージ）におけるアークハイトの小さい領域では、歯先の角部Ａの欠損を回避することが可能であるが、アークハイトの大きい領域では、歯先の角部Ａの欠損を回避することは不可能となる。
又、図３（ｂ）に示されるオフセット量Ｌ＝１０ｍｍのとき、投射範囲α＝５２°、歯面側余裕角度βｓ＝４８°、歯先側余裕角度βｔ＝６°となる。この場合も、望ましい管理条件におけるアークハイトの小さい領域では、歯先の角部Ａの欠損を回避することが可能であるが、歯先側余裕角度βｔが小さいため、アークハイトの大きい領域では、歯先の角部Ａの欠損を回避することは不可能となる。
【００２７】
一方、図３（ｃ）に示されるオフセット量Ｌ＝２０ｍｍのとき、投射範囲α＝６２°、歯面側余裕角度βｓ＝２３°、歯先側余裕角度βｔ＝２１°となる。この場合は、望ましい管理条件におけるアークハイトの小さい領域のみならず、アークハイトの大きい領域でも、歯先の角部Ａの欠損を回避することが可能となることが確認された。
以上のごとく、発明者らの鋭意研究の結果、歯先側余裕角度βｔを２０°以上とすることで、歯先の角部Ａの欠損を回避できることが確認された。なお、本実施例のごとく、歯先側余裕角度βｔを２０°以上とするときに、歯面側余裕角度βｓも２０°以上である場合には、図１（ａ）にフローチャートで例示したように、歯先側余裕角度βｔのみに着目して、投射条件の可否を判断することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：ワーク１０：投射ノズル、１００：ショット粒
【図１】
2011173207.tif 000003
【図２】
2011173207.tif 000004
【図３】
2011173207.tif 000005