第12回

小物ばねのショットピーニング
日本発条㈱

丹下

彰

小物ばねの定義は明瞭ではないが，ここではコイルばね工を目的として，ばねのハンドリング方式として図 1 に示を対象として，おおよそ線径φ1.0以上φ5.0以下をイメーすタンブラ式が多く用いられる。すなわち，多数の小物ばジして述べることとする。ここでφ1.0以上とした理由は，

ねをショットピーニング加工中にエンドレスゴムベルトやφ1.0以下の小物ばねでは疲労強度向上のニーズが少なく，ドラムによってかき回し，ばね表面全体を均一にショットまたショットピーニングによるばねの変形が無視できなくピーニング加工しようとするものである。この方式の永遠なり，ショットピーニングが行われる例が少ないためであの課題はばねとばねとが絡み合いショットが当らない部分る。勿論φ1.0以下の小物ばねであっても微細なショットをができてしまうことである。勿論，加工を中断し絡みをほ用い，投射速度を下げる加工条件であればショットピーニぐし再加工することや，絡み防止冶具をばねに取り付けるングによる疲労強度向上が可能であるが，ここでは割愛すなどの試みはあるが，生産性の点から魅力的な解決法ではる。また，近年先進的な疲労強度向上を目的として微細シない。小物ばねでは加工によるばねの変形が重要となるこョットを用いた多段ショットピーニングが行われる報告がとから投射速度やショットサイズも適正に選択する必要が多いが，ここでは多段ショットピーニングについても触れあることはいうまでもない。

ないこととする。したがって，厳密な定義はできないが疲労強度の向上を目的とした一般の小物ばねの普通ピーニングを行う際の留意点について記す。
ショットピーニング加工条件
ばね工業会によるJIS「ショットピーニング」原案作成委員
会でのばねのショットピーニング方法の調査によれば，内燃機関用コイルばねの普通ピーニング条件は表 1 のようになっている。ただし，これはあくまで参考であり守らなけ

図1ればならないものではないことを強調しておく。

表1

ショット材

参考としての小物ばねの普通ピーニングの条件

ばねの寸法
（mm）

ショット材として鋳鋼ショットやカットワイヤそしてコショット
径（mm）

呼び硬さ アークハイト（HV）

タンブラ式の例

ンディションドカットワイヤが多く用いられる。その他ガカバレージ

ラスビーズやセラミックショットなどがあるが，ここでは鋼のショットに限りその種類を表 2 〜 8 に紹介する。

線径 2.0〜5.0 0.45〜0.80 580〜800 0.25〜0.50mm（A） 85%以上

小物ばねに対するショットの選択として第一に考慮しなければならないことはショットの大きさである。参考資料
として，（財）日本ばね工業会編「小物ばねの耐久性に関する投射装置
ショットの投射装置は遠心式と空気式に大別される。そ調査報告書昭和59」を紹介する。これは，種々の線径のれぞれの特徴を記すと，遠心式の利点はインペラーと呼ばSWPBとSWOSCを用いたコイルばねの疲労強度が最大とれる羽根車でショットを加速し投射することから，単位時なるショットサイズとアークハイトとの関係を調べたもの

間に大量のショットを比較的広い面積に投射することが可である。図 2，3 より，ばねの線径が小さいほど疲労強度向能である。したがって，大量のばねに短時間でショットピ上には小さなショットが適していることがわかる。ショッーニングすることが可能で生産性がよい。投射可能なショト硬さ選択の指針は，ショット硬さはばね硬さより硬くす

ットサイズの目安はφ0.2以上とされているようである。一ることでよい。

方，空気式の場合は通常0.4MPa前後の高圧の圧縮空気中によって，ノズルよりショットを加速投射するものである。
したがって，投射される領域は遠心式に比べはるかに狭い
反面，投射密度は非常に大きい。また，ノズルを用いることから投射する箇所を確実に効率よくショットピーニングすることが可能となる。また後に述べるショット材の種類の制約については，遠心式ではガラスビーズなどの軽いショットや脆いショットは適さない。一方，空気式では目安としてφ1.0以上の重い（鋳鋼，カットワイヤ）ショットは適さない。小物ばねに対して遠心式か空気式かの選択は以上のことを考慮して選択されることとなる。
小物ばねの場合，生産性と均一なショットピーニング加(17)図 2 ばねの線径と最適ショ 図 3 ばねの線径と最適ショットピーニング条件
ットピーニング条件

表2

鋳鋼ショットの種類および粒度分布

粒径番号
ふるい呼び
寸法（μm） SS400 SS330 SS280 SS240 SS200 SS170 SS140 SS120 SS100 SS80
（1）

SS70

SS60

SS50

SS40

SS30

SS15SS9SS404750

0

4000

03350

90%以上

2800

97%以上 90%以上

2360

0097%以上 90%以上

2000

097%以上 90%以上

1700

097%以上 85%以上

1400

97%以上 85%以上

1180

05%以下
97%以上 85%以上

1000

05%以下

5%以下

96%以上 85%以上

850

05%以下

96%以上 85%以上

710

0010%以下96%以上 85%以上

10%以下

600

96%以上 85%以上

500

97%以上

010%以下010%以下
0425

85%以上

355

97%以上 80%以上

300

10%以下
080%以上250

90%以上

18010%以下
90%以上 80%以上
0150
12590%以上

10610%以下
70%以上
090
7590%以上

4510%以下
70%以上

3850%以上

表3

鋳鋼ショットの硬さ

表8呼び硬さ（HV）

コンディションドカットワイヤショットの硬さ
呼び硬さ（HV）

許容差

350
250* 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 ±50

500

580

700

許容差
800±50

アークハイトとカバレージ
図 2，3 より疲労強度向上には小物ばねほど小さなショッ＊はASTMによる表4トが適しているが，これに伴い小さなばねにとって最適なカットワイヤショットに用いる線材の寸法アークハイトは小さいものとなることもわかる。ここでア線径許容差 切断長さ

ークハイトは本来ショットピーニングの管理に用いられる（mm）

許容差ものであって，疲労強度の判断に使用されるものではない− 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 ±0.02±20%

CW 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 ±0.03±15%ことに注意を要する。ただし，ショットサイズや投射速度

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 ±0.04±10%

名称

呼び径（mm）

が同一のばね同士の比較においてはアークハイトが大きいほどばねに当るショットの数が多いことが予想され，カバ

表5

カットワイヤショットの化学成分（％）

材質

C

Si

Mn

P

S

ステンレ

0.39〜

0.10〜

0.30〜

0.035

0.035

ス鋼以外

0.96

0.35

0.90以下

以下

ステン

備考

レージが大きいすなわちより均一なショットピーニングが施されることになり，この場合にはアークハイトが大きいほど疲労強度が高くなると考えられる。
図 4 にJSMA

JISG4308

レス鋼によるSD001解説資料，カバレージ90％でのショットサイズとショット速度そしてアークハイトの関係を引用する。ショットピーニング条件を決定する際の参考に

表6カットワイヤショットの硬さ
呼び硬さ（HV）

350

500580700なるであろう。
許容差

カバレージの測定は基本的に被加工物すなわち小物ばね±50の表面を観察することが望ましい。一方，カバレージは目

表 7 コンディションドカットワイヤショットの種類と質量
名称

呼び径（mm）

質量（1）（mg/粒）質量許容差視検査となるため厳密に定量化することは困難であり，その値が100％，フルカバレージに近いほど難しくなる。そこで，次の計算法を紹介する。タンブラ式でショットピー

− 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0±20%

ニングを行う場合において，比較的カバレージの測定が容CCW 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0±15%

易な50％程度のカバレージC1となるショットピーニングを

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0±10%行いこの時の投射時間T 1を計測しておく。T 1のN倍の投射時間N×T1でのカバレージCNは次の式で与えられる。
CN=1−（1−C1）N(18)る。資料として図 5 に示すばね論文集47号58頁にあるものを紹介する。コリメータ径Dc（照射野の大きさ）と線径Dpとの比Dc／Dpと測定された残留応力の関係が示されている。
Dc／Dpが大きくなるほど残留応力は小さく測定される傾向がある。一方あまりに小さいDcでは測定のばらつきが大きくなる。そこで，Dc／Dpとして1/2〜1/3の範囲を推奨している。
-1000

カバレージ90％におけるアークハイト
残留応力 MPa

図4

例えば，C1＝0.5（50％）となる投射時間が10分であるとすると，20分の投射時間ではC2＝0.75（75％）となり，40分の投射時間では0.94（94％）となる。
残留応力測定被加工材の線径 Dp（mm）
0.53142-1000.1

ショットピーニングの加工が十分に行われたかを判断す

110

線径に対するコリメータ径の比 Dc/Dp

るためにX線応力測定法がもっぱら用いられる。本測定での小物ばねに対する留意点として，X線照射野の大きさがある。
すなわち細い線径に対しては小さな照射野とする必要があ

(19)

図5

線径に対するコリメータ径の比と残留応力の関係