(57)【要約】【発明の要旨】加工物（２０）に媒体吹付けを行う方法を提供する。この媒体吹付け方法は、吹付け動作中、加工物（２０）が少なくとも１つの所定の位置に維持されるように加工物（２０）を電動部品保持装置（１３０）内に配置する工程、正の空気圧力を供給しセラミック媒体を吹付けノズル（１５５）に送る工程、セラミック媒体を吹付けノズル（１５５）に通して加工物（２０）に指向させる工程、加工物（２０）の複数の表面をセラミック媒体に晒す工程、及び、後続の吹付け動作での再利用のためセラミック媒体を回収する工程を含む。
2004535940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吹付け動作中、加工物が少なくとも１つの所定の位置に維持されるように加工物を部品ホルダー内に配置する工程、
正の空気圧力を供給しセラミック媒体を吹付けノズルに送る工程、
前記セラミック媒体を前記吹付けノズルに通して前記加工物に指向させる工程、
前記加工物の複数の表面を前記セラミック媒体に晒す工程、及び
後続の吹付け動作での再利用のため前記セラミック媒体を回収する工程を含むことを特徴とする、媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項２】
前記加工物はギヤであり、前記セラミック媒体は処女媒体として加えられるとき約５０メッシュと約１００メッシュの間のメッシュ寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項３】
前記後続の吹付け動作での再利用のため前記セラミック媒体を回収する工程を更に含み、前記セラミック媒体は処女媒体とリサイクル媒体の混合物を含むリサイクル媒体混合物であることを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項４】
前記加工物の複数の表面を前記セラミック媒体に晒す工程は８〜１２回転/分で前記加工物を回転する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項５】
前記セラミック媒体は約７０psiと約８０psiの間の圧力で前記加工物に指向させることを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項６】
媒体を加工物に指向させるサイクル時間は約１５秒と約８０秒の間であることを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項７】
前記加工物に指向させる前記セラミック媒体の流量は約１ポンド/分と約４ポンド/分の間であることを特徴とする請求項１に記載の媒体吹付け流による加工物の処理方法。
【請求項８】
吹付け動作中、金属ギヤが１つ以上の所定の位置に維持されるように金属ギヤを部品ホルダー内に配置する工程、
セラミック媒体を前記金属ギヤに指向させる工程、及び
前記金属ギヤ上の複数の表面を指向させたセラミック媒体に晒す工程を含むことを特徴とする、媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項９】
前記セラミック媒体はシリカガラス相に密閉されたジルコニア結晶を含むセラミックビーズであることを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１０】
後続の吹付け動作での再利用のため前記セラミック媒体を回収する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１１】
前記セラミック媒体は処女媒体とリサイクル媒体の混合物を含むリサイクル媒体混合物であることを特徴とする請求項１０に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１２】
前記金属ギヤ上の複数の表面を指向させたセラミック媒体に晒す工程は、８〜１２回転/分で前記金属ギヤを回転する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１３】
前記セラミック媒体は約５０psiと約９０psiの間の圧力で前記金属ギヤに指向させることを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１４】
前記セラミック媒体は約２５psiと約９０psiの間の圧力で前記金属ギヤに指向させ、前記セラミック媒体は処女媒体として加えられるとき約０．２１０ｍｍと０．１５０ｍｍの間の直径を有することを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１５】
媒体吹付けのアルメン（Almen）強度は約１７N〜２６Nの間であることを特徴とする請求項８に記載の媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項１６】
金属ギヤを部品ホルダー内に配置する工程、及び
所定の大きさ、密度、及びアルメン強度のセラミック媒体を前記金属ギヤに指向させて、前記金属ギヤの歯面と歯ルート半径の少なくとも一方の上で０．０００インチと０．００２インチの間の深さで少なくとも８０Kpsiの複数のギヤ歯で残留圧縮応力を発生させる工程を含むことを特徴とする、金属ギヤの複数のギヤ歯の歯面とルート半径上での圧縮応力領域の形成方法。
【請求項１７】
残留圧縮応力が０．０００インチ、０．０００５インチ及び０．００１インチの深さで少なくとも８０Kpsiであることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項１８】
残留圧縮応力が０．０００インチと０．００１インチの間の深さで少なくとも１３０Kpsiであることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項１９】
残留圧縮応力が０．０００インチの深さで少なくとも１２０Kpsi、０．０００５インチで少なくとも１５０Kpsi、０．００１インチで少なくとも１８０Kpsi、０．００２０インチで少なくとも２００Kpsiであることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２０】
前記セラミック媒体は処女媒体として加えられるとき約５０メッシュと約１００メッシュの間の直径を有することを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２１】
前記後続の吹付け動作での再利用のため前記セラミック媒体を回収する工程を更に含み、前記セラミック媒体は処女媒体とリサイクル媒体の混合物を含むリサイクル媒体混合物であることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２２】
前記加工物の複数の表面を前記セラミック媒体に晒す工程は８〜１２回転/分で前記加工物を回転する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２３】
前記セラミック媒体は約７０psiと約８０psiの間の圧力で前記加工物に指向させることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２４】
媒体を加工物に指向させるサイクル時間は約６０秒と約８０秒の間であることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２５】
前記加工物に指向させる前記セラミック媒体の流量は約１．５ポンド/分と約３ポンド/分の間であることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２６】
前記セラミック媒体はシリカガラス相に密閉されたジルコニア結晶を含むセラミックビーズであることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２７】
前記セラミック媒体は約５０psiと約９０psiの間の圧力で前記金属ギヤに指向させ、前記セラミック媒体は処女媒体として加えられるとき約５０メッシュと約１２０メッシュの間のメッシュ寸法を有することを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２８】
媒体吹付けのアルメン（Almen）強度は約１８N〜２６Nの間であることを特徴とする請求項１６に記載の圧縮応力領域の形成方法。
【請求項２９】
吹付け動作中、金属ギヤが１つ以上の所定の位置に維持されるように金属ギヤを部品ホルダー内に配置する工程、
約１５０ミクロンと約２００ミクロンの間の直径を有する微細なスチール媒体を前記金属ギヤに指向させる工程、及び
前記金属ギヤ上の複数の表面を指向させたセラミック媒体に晒す工程を含むことを特徴とする、微細なスチール媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項３０】
流量は約１ポンド/分と約４ポンド/分の間であることを特徴とする請求項２９に記載の微細なスチール媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項３１】
サイクル時間は約１０秒と約６０秒の間であることを特徴とする請求項２９に記載の微細なスチール媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項３２】
圧力は約７０psiと約８０psiの間であることを特徴とする請求項２９に記載の微細なスチール媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【請求項３３】
アルメン（Almen）強度は約１８N〜２６Nの間であることを特徴とする請求項２９に記載の微細なスチール媒体吹付け流による金属ギヤの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体吹付け方法及び装置、特に、加工物或いは部品に媒体を吹付ける方法及び装置に関するものである。本発明は、米国特許第５，２７２，８９７号に開示された電動部品保持装置を使用することが好ましい。
【背景技術】
【０００２】
機械加工或いは製造された部品或いは加工品の仕上げにおいて、加工物或いは部品の疲労強度を増す為に媒体吹付け或いはピーニングを行うことはよく知られる。斯かる部品の例は、自動車の変速装置において使用されるギヤである。これらのギヤは形成されると、ギヤが政府と製造業者の仕様書を満たすように、また、ギヤが所期の機能を果たすのに適するように媒体吹付け機械などでギヤは処理される。
【０００３】
通常、加工物或いは部品は吹付け手段或いは吹付けシステムが配置される閉室に置く。典型的な吹付けシステムは、サクションガンにて相互接続された媒体供給ホースと空気供給ホースを含む吸引型システムである。吹付けシステムを作動するとき、サクションガンをオンにする。これにより、媒体が順に貯蔵ホッパーから媒体供給ホース中へ引かれる。媒体は媒体供給ホースを通ってサクションガンへ引かれ、そこで媒体は空気供給ホースからの空気と混合される。媒体と空気を混合した後、サクションガンは媒体と空気の混合物の流れを加工物に指向し、衝突する媒体により表面に圧縮応力を与える。
【０００４】
このタイプの媒体吹付け動作・システムには、多くの問題がある。媒体吹付けは加工物を補強するが、加工物の表面が粗くなったり、凹凸な表面仕上げとなったりし得る。表面の粗さ或いは凹凸な表面仕上げは加工物の硬度を減少し、その所期の機能を妨げ得る。例えば、ギヤの表面の粗さ或いは凹凸な表面仕上げは、ギヤの噛合う能力を妨げる。更に、凹凸な表面仕上げを有する加工物は、ひび割れが広がり易く、加工物を不良にし得る。従って、凹凸の分布はひび割れとして広がり得るより深い谷を含むので、表面仕上げは山頂（ピーク）と谷が一様に分布した状態で平らにディンプリングすることが重要である。
【０００５】
このタイプの媒体吹付け動作・システムの更なる問題は、媒体吹付け流を与えるサクション手段の使用から生じる。上述したように、媒体吹付け或いはショットピーニング動作において、加工物上のディンプル形成は注意深く制御しなければならない。ディンプル形成の制御において、媒体の速度は重要な制御パラメータである。しかしながら、サクションガンで媒体吹付け流の流量を制御するのは難しい。また、空気の速度と媒体の流量は独立に調整され得ないので、媒体の一つのタイプの使用を別のタイプに変える際に流量を調整するのは難しい。更に、サクションガンでは、媒体と空気は射出直前に混合されるため、媒体が所望の圧縮応力を与えるほど十分な速度になり得ない。
【０００６】
従来の方法は、ガラスビーズを使用することにより表面の粗さ或いは凹凸な表面仕上げの問題の解決を試みた。ガラスビーズは表面の粗さを減少する傾向があるが、加工物の疲労強度を十分に増加しない。これと他の従来の方法の更なる問題は、加工物の表面の平らなピーニングを得るのが難しいことである。この問題は、媒体の指向性の欠如から一部生じる。また、従来の方法は吹付け処理中の媒体の摩滅による媒体の高消耗の問題がある。媒体の高消耗は、吹付け動作の動作効率及びコスト効果を減少させる。
【０００７】
特許出願平６−２１７２１４号公報に本田技研工業株式会社により開示された「金属部材の高強度化方法」には、上述した問題の幾つかの軽減を試みる媒体吹付け方法が記載されている。この公報には、水とガラスビーズの流れを金属部材に指向させる金属部材の高強度化方法が記載されている。懸濁媒体として水を使用することにより、ガラスビーズに指向性を与える。また、それは追加の圧縮応力を与え研磨効果を提供する。
【０００８】
水を使用することは加工物の表面の滑らかさと媒体の指向性を改善するが、媒体の消耗或いは媒体の流量制御の問題を扱うことなく追加の問題を導入する。特に、媒体吹付けシステムの全部品は水の存在用に設計されねばならないため、ウェット媒体を使用することは媒体吹付けシステムの設計を複雑にする。例えば、電解質接合の生成を避けるように注意しなければならない。また、水を使用することは処理され得る加工物のタイプ及び吹付け得る媒体のタイプを制限する。例えば、腐食しがちな加工物にこの方法を用いるのは望ましくない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上述した従来の媒体吹付けシステムの問題を解決する媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。本発明による媒体吹付けシステム及び方法は、動作効率を増加し、媒体の消耗と媒体の使用を減少し、加工物の表面の平らなピーニングを提供し、研磨効果或いは平らな表面仕上げを提供し、更に、高指向性媒体流の使用を不要にする。
【００１０】
ギヤに所望の表面磨耗及び強度特性を提供する別のアプローチは、仕上げたギヤをDiamond Black と Balzersのような種々の表面処理でコーティングすることである。かかる処理の１つは、Balzers WC/Cにより商標名BalimitWC/Cで販売されている。かかる別の表面処理は、Body Coatにより商標名Black Diamondで販売されている。かかる表面処理は、２つの理由で不利になり得る。第１に、ギヤは製造後にコーティングしなくてはならず、通常、機械加工されたギヤは専門コーティング業者まで輸送され、時間のかかる多工程プロセスを受けてから、製造業者へ返却されることが必要である。この輸送及びコーティングプロセスは、製造業者の生産サイクルを遅らせ得る。第２に、かかる表面処理の使用は、所望されるよりはるかに多くの費用がかかる。
【００１１】
ある金属表面に対し、ガラス或いはスチール媒体による媒体吹付けはギヤのような加工物に所望されるより効果的でないことが最近わかった。例えば、かかる金属から作られたギヤの表面の吹付け用にガラス或いはスチール媒体を使用することは、ギヤの表面上に保持されるオイルが少なく形成の悪いディンプルを生じ得る。このため、変速機の動作中にギヤの表面上の潤滑が少なくなり、所望されるより早い磨耗とより多くのギヤ歯ピッティングを生じ得る。
【００１２】
従来のピーニングギヤの別の問題は、「プラス・ティップ」の形成である。プラス・ティップは、ピーニング中にギヤ歯ピークの先端（ティップ）が平坦化してギヤ面の隣接領域上に小さなアンダーカットが生じるときに形成する。
【００１３】
本発明の目的は、加工物ピーニングを改善する媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、媒体の使用と消耗を減少する媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、高指向性媒体流の使用を不要にする媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、圧力システムの使用により媒体の流量を制御できる媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、加工物の表面の平らなピーニングと一様な表面仕上げを提供する媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、加工物の届き難い表面の効果的ピーニングを提供する媒体吹付け装置及び方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、ギヤルート半径強度を改善し、ギヤ歯表面ピッティングを減少し、ギヤ歯上の「プラス・ティップ」の形成を回避し、ギヤ上により多数の形成の良い表面ディンプルを提供するギヤ処理方法を提供することにある。
本発明の更なる目的と利点は、図面と後述する詳細な説明から明瞭となるであろう。
【００２０】
よって、本発明の一実施形態によれば、米国特許第５，２７２，８９７号に開示された電動部品保持装置により、また媒体回収リサイクルシステムを含むことにより、処理中、取り扱うべき加工物を所定の位置に保持する媒体吹付け装置を提供する。また、本発明は、従来の方法より小さい質量流量の媒体をより高速度でより長時間吹付けて所望の結果を生み出す媒体吹付け方法を提供する。
【００２１】
更に、本発明は、吹付け動作中、加工物が少なくとも１つの所定の位置に維持されるように加工物を部品ホルダー内に配置する工程、正の空気圧力を供給しセラミック媒体を吹付けノズルに送る工程、セラミック媒体混合物を吹付けノズルに通して加工物に指向させる工程、加工物上の複数の表面をセラミック媒体に晒す工程、及び、後続の吹付け動作での再利用のためセラミック媒体を回収する工程を含むことを特徴とする、セラミック吹付け媒体を用いて加工物に媒体吹付けを行う方法を提供する。
【００２２】
更に、本発明は、吹付け動作中、加工物が少なくとも１つの所定の位置に維持されるように加工物を部品ホルダー内に配置する工程、セラミック媒体混合物を加工物に指向させる工程、及び、加工物上の複数の表面をセラミック媒体に晒す工程を含むことを特徴とする、セラミック吹付け媒体を用いて金属ギヤに媒体吹付けを行う方法を提供する。
【００２３】
更に、本発明は、吹付け動作中、金属ギヤが１つ以上の所定の位置に維持されるように金属ギヤを部品ホルダー内に配置する工程、約１５０ミクロンと約２００ミクロンの間の直径を有する金属ショットを金属ギヤに指向させる工程、及び、金属ギヤ上の複数の表面を指向させた媒体に晒す工程を含むことを特徴とする、微細なスチール媒体を用いて金属ギヤに媒体吹付けを行う方法を提供する。
【００２４】
図１は、本発明による媒体吹付け装置１０の正面図である。媒体吹付け装置１０は、媒体吹付けキャビネット或いは媒体吹付け室１５を含み、その中で媒体流を加工物２０に指向させる。かかる媒体は、例えばガラス、セラミック或いは微細スチールビーズからなってよい。キャビネット１５は、加工物２０と衝突して落下する媒体を回収するキャビネット媒体ホッパー２５に接続する。落下した媒体は、回収した媒体の破片と壊れていない処女媒体片を含む。導管３０はキャビネット媒体ホッパー２５を媒体回収システム３５に接続する。また、図２に最も良く示すように、キャビネット媒体ホッパー２５は空気供給手段４０に接続する。空気供給手段４０は、キャビネット媒体ホッパー２５に空気流を供給し、回収した落下媒体を導管３０に通して媒体回収システム３５まで押し上げる。
【００２５】
図１及び２に示すように、媒体回収システム３５は、回収した媒体を分離手段５０に搬送する導管４５を含む。分離手段５０は、上側スクリーン５５と底側スクリーン６０からなる２デッキシステムである。本発明の好ましい実施形態では、上側スクリーン５５は２０〜４０メッシュゲージであり、底側スクリーン６０は１７０〜２００メッシュゲージである。分離手段５０は、落下した媒体を、吹付け動作での使用のために回収する十分大きな壊れていない媒体と壊れた媒体と、再利用できない細粉或いは粉塵とに分離する。分離手段５０の上側スクリーン５５と底側スクリーン６０は、分離効率を増加するように絶えず振動させる。
【００２６】
また、媒体回収システム３５は導管６５を含む。導管６５は濾過システム７０とブロワ・モータシステム７５に接続する。好ましい実施形態では、ブロワ・モータシステム７５は雑音低減用ブロワマフラー７７を含む。ブロワ・モータシステム７５は空気を導管６５から引き、導管４５に上昇通風を生成し、細粉或いは再利用できない媒体を分離手段５０から導管４５に通し上昇させて導管６５と濾過システム７０中へ搬送する。濾過システム７０は細粉と壊れた媒体を回収する粉塵回収装置８０に接続する。細粉と壊れた媒体は周期的に除去され空にされるドラム８５に回収する。好ましい実施形態では、ドラム８５は転動して空にされるように作られる。例えばドラム８５は台車に結合する。
【００２７】
図１に示すように、分離手段５０は、導管９５を介して２重圧力室９０に接続する。好ましい実施形態では、２重圧力室９０は７０〜８０psi（pounds per square inch）に保つ。導管９５は回収した再利用可能な媒体を２重圧力室９０に搬送し、ここで回収した再利用可能な媒体は処女媒体と混合される。好ましい実施形態では、回収した媒体は１００メッシュ以上のメッシュサイズを有し、処女媒体は６０〜１００メッシュ好ましくは６０〜８０メッシュのメッシュサイズを有する。前述したように、本発明では、媒体はガラス、セラミック或いは微細スチールビーズからなってよい。処女媒体は複数の媒体供給弁９７を通って２重圧力室９０に供給する。また、２重圧力室９０は、処女媒体の供給を自動制御する媒体センサモニタ１００に結合する。処女媒体の供給は、加工品の十分なピーニングを実現するように制御する。特に、処女媒体の供給は、十分高い疲労強度が得られるように十分な圧縮応力を加工物２０に与えるように制御する。
【００２８】
また、２重圧力室９０が自動媒体メータリングオン・オフ弁１０５を含むことは利点となる。自動媒体メータリングオン・オフ弁１０５は、回収した媒体と処女媒体の混合物の供給を、媒体が空気中に浮遊する空気と媒体の混合点まで制御する。自動空気弁１１０は２重圧力室９０に結合して、空気と媒体の混合点で媒体を空気中に浮遊させてから吹付けホース１１５を介して浮遊媒体を吹付けキャビネット１５へ搬送する。
【００２９】
自動メータリングオン・オフ弁１０５は、空気の供給と媒体の供給が独立に制御できるので、媒体の流量の制御を改善できる。本発明では、媒体を送るために、吸引型システムではなく圧力吹付けシステムを使用することにより自動メータリングオン・オフ弁１０５が存在できる。吸引型システムでは、吸引力に依存して媒体を媒体供給から媒体供給ホースに通してサクションガンまで引く。しかしながら、吸引型システムでは、メータリングオン・オフ弁１０５の存在は媒体供給ホースの圧力を低下し、吸引力が低下する。低下した吸引力は媒体送出を妨げる。一方、本発明は圧力駆動システムであるので、正の圧力に依存して媒体を媒体メータ弁１０５に通して媒体の混合点まで圧入できる。
【００３０】
本発明の圧力システムの更なる利点は、十分な媒体速度が得られることである。上述したように、媒体速度は、十分な圧縮応力を加工物２０に与えるために重要な制御パラメータである。本発明の圧力システムは媒体の流量の制御と、空気と媒体の混合点の位置決めとを介して十分な媒体速度を実現する。媒体の流量は媒体メータ弁１０５を介して制御する。空気と媒体の混合点は、媒体が所望の或いは十分な速度になる時間を有するように吹付けホースから十分離して配置する。
【００３１】
吹付けキャビネット１５内の吹付けステーション１２０について述べる。図４に示すように、媒体で処理される、即ち媒体が吹付けられる加工物２０を部品ホルダー１２５上に装着する。好ましくは、部品ホルダー１２５は硬化されている。加工物２０は電動部品保持装置１３０により所定の位置に保持する。電動部品保持装置１３０は米国特許第５，２７２，８９７号に開示されたものが好ましい。電動部品保持装置１３０は、吹付け動作中、加工物２０が所定の位置に維持されるように可変補償クッションクランプを提供する。米国特許第５，２７２，８９７号の装置は、高体積量の部品の処理を容易にするのに非常に重要である。これは、部品の自由スピンを防止するので、ピーニング時に回転しがちなギヤのような部品に特に重要である。また、部品保持装置は、部品を制御可能に所望の回転速度で回転させる。電動部品保持装置１３０の回転は回転可能なシャフト１３５を介して提供される。
【００３２】
硬化ロッド１４０、好ましくはスチールは、ガン・ラックアセンブリ１４５用支持システムを提供する。ガン・ラックアセンブリ１４５はノズルホルダー１５０を保持する。吹付けホース１１５が接続される吹付けノズル１５５を、ノズルホルダー１５０に取り付ける。吹付けノズル１５５は空気中に浮遊させた媒体流を加工物２０の表面に指向させる。好ましくは、吹付けノズル１５５は加工物２０から約４〜８インチ離して配置する。1個のみの吹付けノズル１５５を図４に示したが、複数の吹付けノズル１５５を使用できよう。好ましい実施形態では、図３に示すように、４つのかかる吹付けノズル１５５を吹付けキャビネット１５内に配置する。また、部品保持装置１３０と吹付け装置を含むキャビネット１５に新加工物２０の設置用ドア１６０を設ける。
【００３３】
次に本発明の動作について説明する。加工物２０を部品保持装置１３０内に配置した後、ドア１６０を閉める。それから、空気中に浮遊させた媒体流を吹付けノズル１５５により加工物２０に指向させる。媒体を吹付けるとき、加工物２０を電動部品保持装置１３０により制御可能に回転させる。この制御回転により、加工物２０の表面の平らなピーニングが実現し、高指向性媒体流の使用が不要になり、よって水媒体の使用が不要になる。
【００３４】
電動部品保持装置１３０は８〜１２rmpで回転するのが好ましい。しかし、１０〜１２rmpの回転速度は、ギヤ処理には特に効果的である。回転速度は、ピーニングの程度と表面のディンプルの平坦さとに関係し得る。スローな制御回転は、一様な小ディンプルの平らなピーニングを可能にし、媒体流が表面に不均等に衝突してひび割れの原因となる凹みが生じるのを防止する。従って、例えば、加工物２０がギヤであるなら、制御回転により、例えばセラミック、微細スチール或いはガラスビーズの媒体を、回転中にギヤのルートと歯面に指向させることができる。平らなピーニングの実現により、加工物２０の動作特性が改善する。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態では、従来の方法より小さい質量流量の媒体をより高速度でより長時間吹付ける。好ましい流量は、特定の用途ばかりでなく使用媒体のタイプとサイズに依存する。ギヤ処理には、約1.5〜３lb/minの媒体流量が効果的である。当然、所望される結果に依って他の流量を使用できる。この流量は、メッシュサイズが５０〜１００メッシュのガラス媒体、セラミック媒体、及び微細スチール媒体に効果的である。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、６０〜１００メッシュのガラス媒体を使用する。６０〜１００メッシュのガラス媒体を使用してギヤ（８６２０スチールを使用して作られたギヤを含む）を処理した場合、かかるギヤの動作特性が著しく改善した。使用媒体の選択は用途と経済性に依存する。セラミック媒体及びスチール媒体はガラス媒体より長持ちするが、より高価である。
【００３６】
媒体は加工物２０に衝突した後、キャビネット媒体ホッパー２５中へ落下してから回収システム３５に搬送される。再利用可能な媒体は細粉と粉塵から分離し、処女媒体と混合後、吹付けステーション１２０に戻る。かかる混合により媒体消耗が減少する。また、部分的に壊れた媒体の再利用により加工物２０に対する媒体の研磨効果が改善する。
【００３７】
従って、加工物に媒体を吹付ける改良した方法及び装置を説明した。本発明の方法及び装置は、新規な媒体回収リサイクルシステムの使用により媒体消耗を減少する。リサイクル媒体の使用は加工物の研磨を改善する追加効果を有する。また、本発明は米国特許第５，２７２，８９７号に開示されたような電動部品保持装置１３０の使用により、平らなピーニングと一様な表面仕上げを実現し、高指向性媒体流の使用とそれに伴う複雑化を不要にできる。媒体吹付け流を生成し送出する圧力システムの使用によりピーニングと表面仕上げが改善する。更に、本発明は従来の方法より小さい質量流量の媒体をより高速度でより長時間吹付けることにより、媒体の使用を減少する。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、ギヤ表面の媒体吹付け処理に、ここに開示した装置とセラミック媒体を使用する。ギヤ、例えば８６２０スチールのような金属で作られたギヤの吹付け処理にはガラス媒体を使用して良好な結果が得られるが、５１３０ｍスチールのような他の材料で作られたギヤはガラス媒体を使用すると所望の結果が得られない。一般に、本発明のセラミック媒体による吹付け処理は、種々の金属から作られた広範囲のギヤタイプに効果的である。例えばZrO2, Al2O3, SiO2, MgOなど多くの酸化物セラミックはプロセスに使用できる。好ましい媒体は、シリカガラス相に均一に密閉された結晶ジルコニアを含む。かかる媒体は、SEPRCo.of Paris le Defence, Franceにより商標名ZIRBLASTとZIRSHOTで販売されている。
【００３９】
驚くことに、セラミック媒体による吹付け処理は、ある金属ギヤに対してガラス媒体による吹付け処理より、著しく良い結果が得られる。
【００４０】
例えば、従来の方法よりギヤ歯ルート半径の強度を改善するばかりでなく、ギヤ歯表面のピッティングに対する抵抗を改善する。かかるギヤへの適用では、セラミック媒体は４０〜８０処女メッシュ、流量１〜２５ポンド／分、サイクル時間１５〜１８０秒、圧力３５〜９０であり、ギヤの回転速度は約５〜２５rmpであり、アルメン（Almen）強度１５〜２８Nであることがギヤ処理に効果的である。かかるギヤのより好ましい処理条件は、小質量流量１〜３ポンド／分、圧力７０〜８０psi、サイクル時間１５〜１２０秒、ギヤの回転速度は約８〜１２rmp、媒体直径約０．２１０〜０．１５０mmメッシュである。セラミック媒体は比較的に高価であるので、ギヤに吹付けた後回収し、それを処女媒体に加えることによりシステムの初期始動後に処女媒体とリサイクル媒体を含むリサイクル媒体混合物を使用するようにリサイクルするのが好ましい。この好ましいプロセスでは、媒体回収システム３５の分離手段５０の底側スクリーン６０として１７０〜２００メッシュスクリーンを使用し、リサイクル媒体混合物から小媒体破片を除外する。
【００４１】
好ましいセラミック媒体プロセスの使用により、ギヤ歯面とルート半径領域に優れた圧縮と、ギヤ表面上に形成の良いディンプルを提供し、ギヤ歯の先端での「プラス・ティップ」の形成を回避するので、ダイナモメータ検査後ギヤ歯のピッティングを減少或いは除去する。また、このプロセスは、ギヤ歯のピッティングを減少するためのDiamond BlackとBalzers WC/Cのギヤコーティングを不要にするのに使用される。本発明はこの方法で扱われるギヤの優れた性能の如何なる理論にも限定されないが、ギヤ表面のより多数の形成の良いディンプルは変速機で使用中のギヤ表面の噛合い時にオイルを保持しギヤを潤滑できる。ここに述べたセラミック媒体吹付け方法を使用すると、ギヤ歯ルート半径の残留圧縮応力が表面で少なくとも８０Kpsi、ギヤ表面の残留圧縮応力が表面測定で少なくとも８０Kpsiでギヤが製造される。
【００４２】
0.0005、0.001及び0.002インチの深さで残留圧縮応力は、通常少なくとも１００Kpsiである。セラミック媒体吹付け方法の好ましいプロセスパラメータを使用すると、0.000インチの深さ（表面）で少なくとも１３０Kpsi、0.0005インチで１７５Kpsi、0.001インチで２００Kpsi、0.020インチで２２５Kpsiの典型的な弁でギヤ歯ルート半径の残留圧縮応力が少なくとも１００Kpsiでギヤが製造された。
【００４３】
好ましいセラミック媒体吹付け方法で扱われたギヤに対して、ダイナモメータ検査によれば、そのように扱われたギヤは同様な条件でガラス媒体による処理に比して優れた性能を示した。このセラミック媒体吹付け方法で扱われたギヤは、ダイナモメータ検査で約２００時間殆ど磨耗することなく十分機能したほどの優れた疲労強度を示した。
【００４４】
ここに述べたギヤ処理プロセスは自動車製造業者で行うことを仮定する。このギヤのセラミック媒体処理方法は、仕上げたギヤに対して圧入ブシング（ブシュ）により効果的に行われ得るので、ギヤは直接に処理ステーションから超音波洗浄ステーション（錆止めを含む）へ移送され、乾燥させて直接に最終アセンブリに送られ得る。更に、本発明のプロセスは、Diamond BlackとBalzers WC/Cのような表面処理によるギヤコーティングよりコストの利点を有する。
【００４５】
本発明の更なる実施形態では、微細な金属媒体吹付け流による金属ギヤ処理方法は、上述の装置を利用し図示される。好ましい方法は、媒体流量約１〜４、媒体直径約１５０〜２００ミクロン、圧力約７０〜８０psi、アルメン（Almen）強度約１８〜２６Nを含む。微細な金属媒体はギヤに吹付けた後回収し、リサイクルするのが好ましい。
スチールショット媒体はセラミック或いはガラス媒体より大幅に長持ちするので、処女媒体を装置に加える必要は殆どない。これにより、大量のギヤ処理のための使用媒体量とモニタとメンテナンスの要件が大幅に減少する。このように処理された金属ギヤは通常、ここに開示したセラミック或いはガラス媒体処理されたものより少数の形成の良くないディンプルをギヤ表面上に有する。更に、そのように処理されたギヤは、ここに開示したセラミック或いはガラス媒体処理されたものより疲労強度が減少する。しかしながら、ダイナモメータ検査で、微細なスチール媒体は、コーティングギヤの破壊する４０時間を大幅に越える破壊前７０時間の連続使用を越えた。ここに開示した微細なスチール媒体処理は、メンテナンス、モニタ及び媒体コストを減少するため、ギヤの従来のショットピーニングより低コストで優れた方法である。微細なスチール媒体ピーニングは多くのギヤに十分であり、良い表面ピッティング抵抗を示す。ギヤのダイナモメータ検査中、ずっと高い程度のピッティングを示す場合、セラミック媒体吹付けによる処理が好ましい。
【００４６】
ここに開示したギヤの媒体吹付け処理の各方法は、媒体吹付け装置と部品保持装置を使用する好ましい実施形態で図示したが、他の媒体吹付け装置と部品保持装置もここに開示した方法と使用できる。斯かる従来の装置は吸引型システムを含んでよい。
【００４７】
説明と図面は発明の実施形態の図示のためであり、本発明をこれらの実施形態に限定するものではない。本発明を特定の実施形態について説明したが、種々の変更及び修正は発明の請求の範囲内であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に基づいて加工物を扱う媒体吹付け装置の正面図である。
【図２】本発明に基づいて加工物を扱う媒体吹付け装置の右側立面図である。
【図３】本発明に基づいて加工物を扱う媒体吹付け装置の上面図である。
【図４】本発明に基づいて加工物を扱う媒体吹付け装置の吹付けステーションの拡大部分側立面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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