(57)【要約】【課題】段数を増加させて金属製品の表面粗さを改善すると共に、金属製品に生ずる圧縮残留応力の悪化を防止したショットピーニング方法を提供する。【解決手段】試験片Ｔに対して１段目として所定の粒径の投射材「大」を投射する前に、前段として投射材「大」の粒径の半分以下の粒径である投射材「小」を試験片Ｔに投射する。この投射により、試験片Ｔの表面粗さを悪化させることを抑制しつつ、試験片Ｔの表面を硬化させることができる。したがって、１段目以降の投射による試験片Ｔの表面粗さの悪化を抑制して、試験片Ｔの表面粗さを改善できる。一方、最終段（１段目以降が複数段の場合には、最後の段、１段目のみの場合には１段目）の投射材に変更がないため、試験片Ｔに生ずる圧縮残留応力は悪化することが防止される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１段目として、所定の粒径の第１投射材を金属製品の表面に投射する工程と、
前記１段目の前に前段として、前記第１投射材の粒径の半分以下の粒径である第２投射材を前記金属製品の表面に投射する工程と、
を備えるショットピーニング方法。
【請求項２】
前記第２投射材の粒径は、０．３ｍｍ以下であり、当該第２投射材のビッカース硬度は、前記金属製品のビッカース硬度−１００以上である請求項１記載のショットピーニング方法。
【請求項３】
前記前段のカバレージは、３００％以上である請求項１又は２記載のショットピーニング方法。
【請求項４】
前記金属製品は、熱処理されたものであり、ビッカース硬度が６００以上である請求項１〜３のいずれか１項記載のショットピーニング方法。
【請求項５】
前記１段目の後に２段目として、前記第１投射材の粒径よりも小さい粒径を有する第３投射材を前記金属製品の表面に投射する請求項１〜４のいずれか１項記載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、ショットピーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、疲労強度を必要とする金属製品、例えば、歯車やばね等において、表面粗さが大きいと表面粗さに起因するクラックにより金属製品の疲労強度を低下させることがある。
【０００３】
これに対して、ショットピーニング加工によって金属製品の表面粗さを低下させる方法が提案されている。しかし、金属製品の表面にうねりがある場合、表面粗さの改善が困難であった。
【０００４】
そこで、部品表面にうねりなどの大きな凹凸がある場合、初めに金属製品の表面粗さ又はピークカウント値を金属製品表面初期よりも大きくする、つまり表面の初期状態よりも粗くなるように比較的強い１段目のショットピーニング加工を施し、２段目のショットピーニング加工は１段目よりも投射速度を遅く、又は投射材粒径を小さく、又は投射材硬度を低下させて一様にあれた面を平滑にするものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６１５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術の場合、金属製品の処理面の表面粗さの改善を狙ってさらに段数を増加させると、金属製品の表面粗さが改善されるものの、金属製品の表面の圧縮残留応力が悪化する等の不都合が生ずる場合がある。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、段数を増加させて金属製品の表面粗さを改善すると共に、金属製品に生ずる圧縮残留応力の悪化を防止したショットピーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明に係るショットピーニング方法は、１段目として、所定の粒径の第１投射材を金属製品の表面に投射する工程と、前記１段目の前に前段として、前記第１投射材の粒径の半分以下の粒径である第２投射材を前記金属製品の表面に投射する工程と、を備える。
【０００９】
このショットピーニング方法では、１段目として所定の粒径の第１投射材を金属製品の表面に投射する前に、前段として第１投射材の粒径の半分以下の粒径である第２投射材を金属製品の表面に投射する。この投射により、金属製品の表面粗さを悪化させることを抑制しつつ、金属製品の表面を硬化させることができる。したがって、１段目以降の投射による金属製品の表面粗さの悪化を抑制して、金属製品の表面粗さを改善できる。
【００１０】
一方、最終段（１段目以降が複数段の場合には、最後の段、１段目のみの場合には１段目）の投射材に変更がないため、金属製品に付与される圧縮残留応力が悪化することが防止される。
【００１１】
請求項２記載の発明に係るショットピーニング方法は、請求項１記載の発明に係るショットピーニング方法において、前記第２投射材の粒径は、０．３ｍｍ以下であり、当該第２投射材のビッカース硬度は、前記金属製品のビッカース硬度−１００以上である。
【００１２】
第２投射材のビッカース硬度が金属製品のビッカース硬度から１００以上低いと、前段として第２投射材を金属製品に投射しても金属製品の表面を十分に加工硬化させることができない。この結果、１段目として第１投射材を金属製品の表面に投射することによって金属製品の表面粗さが悪化するおそれがあった。
【００１３】
しかしながら、第２投射材のビッカース硬度が金属製品のビッカース硬度−１００以上であると、前段の投射によって金属製品の表面が十分に加工硬化し、１段目以降の投射による金属製品の表面粗さの悪化を十分に抑制できる。
【００１４】
また、第２投射材の粒径が０．３ｍｍ以下であるため、前段の投射によって金属製品の表面粗さが悪化することが抑制される。
【００１５】
請求項３記載の発明に係るショットピーニング方法は、請求項１又は２記載の発明に係るショットピーニング方法において、前記前段のカバレージは、３００％以上である。
【００１６】
このショットピーニング方法では、前段のカバレージが３００％以上であるため、前段の投射による金属製品の表面を安定的に加工硬化させることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明に係るショットピーニング方法は、請求項１〜３のいずれか１項記載の発明に係るショットピーニング方法において、前記金属製品は、熱処理されたものであり、ビッカース硬度が６００以上である。
【００１８】
熱処理されていない金属製品の表面は投射による加工硬化が小さい。そこで、このショットピーニング方法は、熱処理され、ビッカース硬度が６００以上の金属製品の表面に適用される。これにより、前段の投射による金属製品の表面の加工硬化が十分に達成される。
【００１９】
請求項５記載の発明に係るショットピーニング方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載の発明に係るショットピーニング方法において、前記１段目の後に２段目として、前記第１投射材の粒径よりも小さい粒径を有する第３投射材を前記金属製品の表面に投射する。
【００２０】
このショットピーニング方法では、１段目として第１投射材を金属製品の表面に投射した後、第１投射材の粒径よりも小さい粒径の第３投射材を金属製品の表面に投射するため、１段目の投射で加工が終了する場合と比較して、金属製品の表面粗さが一層改善されると共に、圧縮残留応力が改善される。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１又は２記載の発明に係るショットピーニング方法は、上記構成としたので、段数を増加させて表面粗さを改善すると共に、金属製品に付与される圧縮残留応力の悪化を防止できる。
【００２２】
請求項３、４記載の発明に係るショットピーニング方法は、上記構成としたので、前段の投射によって金属製品の表面を十分に加工硬化することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明に係るショットピーニング方法は、上記構成としたので、段数を増加させて表面粗さを改善すると共に、金属製品に付与される圧縮残留応力を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態に係るショットピーニング装置の概略構成図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、第１試験の投射条件を示す表である。
【図３】第１試験結果である各試験片の算術平均粗さＲａを示すグラフである。
【図４】第１試験結果である各試験片の最大高さＲｚを示すグラフである。
【図５】第１試験結果である各試験片の最大断面高さＰｔを示すグラフである。
【図６】第１試験結果である各試験片の十点平均粗さＲｚjisを示すグラフである。
【図７】第１試験のＮＯ．１〜３の試験片における表面からの深さと圧縮残留応力の関係を示すグラフである。
【図８】第１試験のＮＯ．４〜ＮＯ．６の試験片における表面からの深さと圧縮残留応力の関係を示すグラフである。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、第２試験の投射条件を示す表である。
【図１０】第２試験結果である各試験片の算術平均粗さＲａを示すグラフである。
【図１１】第２試験結果である各試験片の最大高さＲｚを示すグラフである。
【図１２】第２試験結果である各試験片の最大断面高さＰｔを示すグラフである。
【図１３】第２試験結果である各試験片の十点平均粗さＲｚjisを示すグラフである。
【図１４】第２試験のＮＯ．７〜ＮＯ．９の試験片における表面からの深さと圧縮残留応力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態に係るショットピーニング方法について図１〜図１４を参照して説明する。
【００２６】
［構成］
先ず、ショットピーニング方法が適用される（エアー式）ショットピーニング装置１０について説明する。
【００２７】
ショットピーニング装置１０は、図１に示すように、投射材Ｓを試験片Ｔに対して投射する投射室１２と、投射室１２の下方に設けられ、投射材Ｓとエアーを混合させる加圧室１４と、加圧室１４で混合された投射材Ｓとエアーを投射室１２に供給し、先端に取り付けられたノズル１６から試験片Ｔに投射する供給ホース１８と、を有している。
【００２８】
また、投射室１２には、先端に試験片Ｔを取付可能に構成され、回転可能に設けられた回転軸２０が設けられている。さらに、投射室１２の下方には、投射された投射材Ｓを加圧室１４に供給するテーパ部２２が設けられている。
【００２９】
すなわち、加圧室１４で加圧されたエアーと混合された投射材Ｓが、回転軸２０に支持された試験片Ｔにノズル１６の先端から投射される構成である。
【００３０】
［作用］
本実施形態に係るショットピーニング方法の作用について説明するために以下、比較例と実施例について第１試験、第２試験を行った。なお、第１試験、第２試験における試験片、投射材、投射条件は共通である。また、図３〜図６、図１０〜図１３の未処理とは、試験片Ｔの表面の投射前の状態を示す。
【００３１】
（試験内容）
１．試験片
試験片Ｔは、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４２０Ｈ（ＪＩＳ規格）（真空浸炭焼入れ）であり、初期表面粗さＲａが０．４μｍ前後であり、表面硬さ（ビッカース硬度）がＨＶ７００前後である。また、試験片Ｔは、直径２５ｍｍで長さ１００ｍｍの円柱体である。
【００３２】
２．投射材
投射材Ｓは、以下の３種類の投射材が用いられている。
【００３３】
（１）鉄系の材質からなり、直径０．６ｍｍでビッカース硬度ＨＶ６５０〜７５０
（２）鉄系の材質からなり、直径０．１ｍｍでビッカース硬度ＨＶ７００〜８３０
（３）鉄系の材質からなり、直径０．０５ｍｍでビッカース硬度ＨＶ９００〜９５０
【００３４】
（１）〜（３）の投射材を図面等でそれぞれ「大」、「中」、「小」と記載する場合がある。
【００３５】
３．投射条件
図２（Ａ）及び図９（Ａ）に示すように、エアー圧力は投射材「小」、「中」で０．２ＭＰａ、投射材「大」で０．３ＭＰａである。また、カバレージは、後述する前段で３００％又は５００％であり、１段目と２段目ではそれぞれ３００％である。
【００３６】
４．第１試験の内容
図２（Ｂ）に示すように、ＮＯ．１〜６について、それぞれの投射の順番で各投射材を試験片Ｔの表面に投射し、その投射された試験片Ｔの表面について算術平均粗さＲａ（図３参照）、最大高さＲｚ（図４参照）、最大断面高さＰｔ（図５参照）、十点平均粗さＲｚjis（図６参照）について求めると共に、その試験片Ｔに付与された圧縮残留応力を計測した（図７、図８参照）。なお、ＮＯ．１、４は比較例であり、ＮＯ．２、３、５、６は実施例である。
【００３７】
先ず、ＮＯ．1とＮＯ．２、３とを比較する。試験片Ｔに対して投射材「大」のみを１段目として投射するＮＯ．１に対して、ＮＯ．２、３は投射材「大」の前に前段として投射材「小」を投射することにより、試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが改善されることが確認された（図３〜図６参照）。
【００３８】
これは、１段目の投射材「大」の粒径（０．６ｍｍ）の半分（０．３ｍｍ）以下の粒径（０．０５ｍｍ）である投射材「小」を前段として投射しているため、１段目の投射材「大」が投射される前に試験片Ｔの表面粗さを粗くすることを抑制しつつ、表面を加工硬化させることができるためと考えられる。
【００３９】
また、前段で投射される投射材「小」のビッカース硬度はＨＶ９００であり、試験片Ｔのビッカース硬度ＨＶ７００−ＨＶ１００＝ＨＶ６００以上とされているため、前段の投射によって試験片Ｔの表面を十分に加工硬化させることができるためと考えられる。
【００４０】
すなわち、１段目の投射材「大」の投射によって試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが粗くなることが抑制されたためであると考えられる。
【００４１】
また、ＮＯ．１と比較して、ＮＯ．２、３は前段を追加したことになるが、図７に示すように、試験片Ｔに付与された圧縮残留応力の悪化はみられない。
【００４２】
これは、試験片Ｔに付与された圧縮残留応力は、最終段（ＮＯ．１〜３では１段目）の投射材「大」の粒径による。ここで、ＮＯ．２、３はＮＯ．１に対して前段を追加しているだけなので、最終段（ＮＯ．１〜３では１段目）は投射材「大」でＮＯ．１と同一である。したがって、ＮＯ．２、３の試験片Ｔに付与された圧縮残留応力は、ＮＯ．１と比較して悪化することが防止される。
【００４３】
さらに、ＮＯ．２とＮＯ．３を比較すると、前段の投射材「小」のカバレージを３００％から５００％にすることにより、試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが一層改善されることが確認された（図３〜図６参照）。
【００４４】
次に、１段目に投射材「大」、２段目に投射材「中」を投射する比較例であるＮＯ．４と、その前に投射材「小」を前段として追加したＮＯ．５、６とを比較する。この場合にも、ＮＯ．４と比較してＮＯ．５、６の方が試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが改善されることが確認された（図３〜図６参照）。特に、ＮＯ．２とＮＯ．３を比較すると、前段の投射材「小」のカバレージを３００％から５００％にすることにより、試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが一層改善されることが確認された（図３〜図６参照）。
【００４５】
また、ＮＯ．４と比較して、ＮＯ．５、６は前段を追加したことになるが、図８に示すように、試験片Ｔに付与された圧縮残留応力の悪化はみられない。
【００４６】
このＮＯ．４〜６の試験結果も、ＮＯ．１〜３と同様の理由と考えられる。
【００４７】
５．第２試験内容
第２試験も第１試験と同様に行うが、ＮＯ．７〜９は、第１試験のＮＯ．４〜ＮＯ．６における２段目の投射材「中」を投射材「小」に変更したものである。すなわち、前段と２段目の投射材を、投射材「小」で同一としたものである。このＮＯ．７〜９について、それぞれの投射の順番で各投射材を試験片Ｔに投射し、その投射された試験片Ｔについて算術平均粗さＲａ（図１０参照）、最大高さＲｚ（図１１参照）、最大断面高さＰｔ（図１２参照）、十点平均粗さＲｚjis（図１３参照）を求めると共に、その試験片Ｔに付与された圧縮残留応力を計測した（図１４参照）。なお、ＮＯ．７は比較例であり、ＮＯ．８、９は実施例である。
【００４８】
なお、ＮＯ．７は、１段目の投射材「大」の後に、２段目として投射材「小」を金属製品の表面に投射しているので、算術平均粗さＲａ（図１０参照）、最大高さＲｚ（図１１参照）、最大断面高さＰｔ（図１２参照）、十点平均粗さＲｚjis（図１３参照）が抑制されている。
【００４９】
次に、試験片Ｔに対して１段目として投射材「大」、２段目として投射材「小」を投射するＮＯ．７と投射材「大」の前にさらに前段として投射材「小」を投射するＮＯ．８、９とを比較する。ＮＯ．７と比較して、ＮＯ．８、９は、試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが改善されることが確認された（図１０〜図１３参照）。特に、ＮＯ．８とＮＯ．９を比較すると、前段の投射材「小」のカバレージを３００％から５００％にすることにより、試験片Ｔの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大断面高さＰｔ、十点平均粗さＲｚjisが一層改善されることが確認された（図１０〜図１３参照）。
【００５０】
また、ＮＯ．７と比較して、ＮＯ．８、９は前段を追加したことになるが、図１４に示すように、試験片Ｔに付与された圧縮残留応力の悪化はみられない。
【００５１】
このＮＯ．７〜９の試験結果も、ＮＯ．１〜３と同様の理由と考えられる。
【００５２】
（その他）
本実施形態のショットピーニング方法は、エアー式のショットピーニング装置１０に適用したが、投射材を試験片Ｔに投射するショットピーニング方法であれば、他の装置に適用しても良い。
【符号の説明】
【００５３】
Ｔ  試験片（金属製品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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