JPH0753345B2 - ロータ式ショットピーニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば金属材料等の表面処理を行なうため
のロータ式ショットピーニング装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば車両に使用されるばねや歯車等のワークに
対して応力集中を受ける部分の表面に小さな金属球であ
るショットを投射し、圧縮応力を高めて疲労強度を向上
させるショットピーニング装置が知られている。この装
置によれば、特に浸炭焼入れしたワークの表面には粒界
酸化層が形成されて疲労強度が低下しているが、ショッ
トの投射によりこの層を除去することができてピーニン
グ効果はきわめて大きい。

このようなショットピーニング装置として量産型であっ
てロータ式のものを、例えば第７図及び第８図に示す。
同図において、ショットピーニング装置101はワーク103
を載置するための大テーブル105及び小テーブル107を備
えている。大テーブル105はキャビネット109に対して回
転可能となっており、小テーブル107は大テーブル105に
対して回転可能となっている。ワーク103は小テーブル1
07上に載置され、従ってワーク103は自公転可能となっ
ている。

ショットピーニング装置101は、ショット111をワーク10
3に投射するための第１ロータ113及び第２ロータ115を
備えている。各ロータ113,115は異なるワーク103に対し
て同時にショット111を投射できるよう配設されてい
る。

投射後のショット111はバケットコンベア117により上部
ショットだめ119に循環され、摩耗等により球径が小さ
くなりピーニング効果の小さいショット111は上部ショ
ットだめ119の下部に設けられた１つのショット分離装
置121により分離されて廃却される。

このようなショット分離装置121及び第１ロータ113の拡
大された斜視図を例えば第７図に示す。同図において、
ショット分離装置121はメッシュ123を備え、例えばショ
ット111は球径がメッシュ123を通過しない0.3mm以上の
ものとメッシュ123を通過する0.3mm未満のものとに分離
される。

そして、球径が0.3mm以上のショット111は、ショット供
給管125を介して第１ロータ113のドラム127に供給され
る。第１ロータ113は、径方向に延設された複数のブレ
ード129を備えている。ドラム127内のショット111はブ
レード129の根元部に供給されて予備加速され、回転す
る第１ロータ113のブレード129に沿って遠心加速されて
ワーク（図示しない）に投射されピーニング効果が得ら
れる。

なお、第２ロータ115も第１ロータ113と同様の構成とな
っており、同様に作用する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、第１ロータ113の回転数及び第２ロータ115の
回転数はほぼ同一となっているのに対し、ショット分離
装置121により分離されて第１ロータ113又は第２ロータ
115側に供給されるショット111の球径は摩耗等によりば
ら付いている。このため、第１ロータ113及びロータ115
により一様に遠心加速される各ショット111の運動エネ
ルギにばら付きが生じてピーニング効果が不均一とな
り、ワークの品質が不安定になる虞れがある。

この発明は、上記課題に着目してなされたもので、異な
る球径を有するショットの運動エネルギをほぼ均一化し
てワークの品質を安定化することができ、しかも装置全
体の寿命を向上させることができるロータ式ショットピ
ーニング装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、回転自在な複
数のロータを備え、各ロータの径方向に延設された複数
のブレードを有し、このブレードのロータ中心側にショ
ットを供給して回転するロータの外周部から遠心加速さ
れたショットをワークに投射するロータ式ショットピー
ニング装置であって、前記ロータを各別に回転させる駆
動手段と、前記ショットを球径に応じて選別する選別手
段と、この選別手段により選別されたショットを球径に
応じて異なるロータに供給する供給手段と、この供給手
段により供給されたショットを投射する際の各運動エネ
ルギがほぼ均一となるよう球径に応じて前記駆動手段を
駆動し各ロータの回転数を制御する制御手段と異なるロ
ータの相互間において球径と回転数との関係を所定時間
経過後に交換させる交換機構とを備える構成とした。

また、前記制御手段は、一のショットの球径をr₁とし、
このショットが供給される一のロータの回転数をn₁とし
たとき、他のショットの球径をr₂とし、このショットが
供給される他のロータの回転数をn₂とすると、r₁ ³n₁＝r
₂ ³n₂式を満たすよう制御する構成とした。

（作用） 上記構成において、選別手段がショットを球径に応じて
選別した後、供給手段が球径に応じて異なるロータにシ
ョットを供給し、制御手段が駆動手段の駆動を制御しシ
ョットを投射する際の各運動エネルギがほぼ同一となる
よう球径に応じてロータの回転数を変えることにより、
各ショットの運動エネルギがほぼ同一となる。そして、
交換機構が異なるロータの相互間において球径と回転数
との関係を所定時間経過後に交換させるため、一のロー
タが常に高速回転することがない。

（実施例） 以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図乃至第４図は、この発明の一実施例に係わるロー
タ式ショットピーニング装置として量産用のものを示し
ている。

まず構成を説明すると、ショットピーニング装置１はキ
ャビネット３内に複数のワーク５を載置するための大テ
ーブル７及び複数の小テーブル９を備えている。大テー
ブル７はキャビネット３に対して回転可能となってお
り、小テーブル９は大テーブル７に対して回転可能とな
っている。ワーク５は小テーブル９上に載置され、従っ
てワーク５は自公転可能となっている。この実施例では
ワーク５として例えば複数の歯車が載置されている。ま
た、各小テーブル9,9間には、個々のワーク５を独立し
てピーニングするための仕切板11が設けられている。

ショットピーニング装置１はキャビネット３に隣設して
ショット13をワーク５に投射するための回転自在な第１
ロータ15及び第２ロータ17を備えている。各ロータ15.1
7は、異なるワーク５に対して同時にショット13を投射
できるよう配設されている。この実施例では、例えば第
１ロータ15はワーク５に対し上方からショット13を投射
し、第２ロータ17は下方からショット13を投射するよう
になっている。また、キャビネット３の第１及び第２ロ
ータ15,17と反対側には、ワーク15を交換するための作
業孔19が形成されている。

第１ロータ15及び第２ロータ17には、それぞれ独立した
駆動手段としてモータM₁,M₂が連結され、各モータM₁,M₂
の駆動は制御手段たる回転数制御計１又は２により制御
される。また、第１及び第２ロータ15,17は、径方向に
所定の長さを有して延設された複数の平板状のブレード
20を備えている。

第１ロータ15及び第２ロータ17に供給されるショット13
は、選別手段たるショット分離装置21により球径に応じ
て選別される。

ショット分離装置21は、第３図に示すように上方から第
１枠23、第２枠25及び第３枠27を有している。第１枠23
には、ショットａが供給されると例えば球径が0.5mm未
満のショットｃを通過させる第１メッシュ29が貼設され
ている。また、第２枠25には0.2mm未満のショットｄを
通過させる第２メッシュ31が貼設され、第３枠27にはメ
ッユが貼設されていない。

第１枠23及び第２枠25には、それぞれ順に供給手段とし
て第１ショット供給管33及び第２ショット供給管35の各
一端が連結されている。このような各ショット供給管3
3,35の他端は、第１タンク37及び第２タンク39に連結さ
れている。また、第３枠27にはショットｄを廃却するた
めの廃却管41が連結されている。

従って、0.5mm以上のショットｂは第１タンク37に供給
され、0.5mm未満であって0.2mm以上のショットｃは第２
タンク39に供給される。

第１タンク37には第１分岐管43及び第２分岐管45の各一
端が連結され、第２タンク39には第３分岐管47及び第４
分岐管49の各一端が連結されている。第１分岐管43及び
第４分岐管49の他端は第１ロータ15に連結され、第２分
岐管45及び第３分岐管47の他端は第２ロータ17に連結さ
れている。

従って、第１ロータ15には第１分岐管43又は第４分岐管
49よりショットe₁又はf₁が供給され、第２ロータ17には
第２分岐管45又は第３分岐管47よりショットe₂又はf₂が
供給される。

第１乃至第４分岐管43,45,47,49の中間部には、第１乃
至第４開閉弁SVI,SVII,SVIII,SVIVがそれぞれ設けられ
ている。第１乃至第４開閉弁SVI,SVII,SVIII,SVIVは、
各第１乃至第４分岐管43,45,47,49をそれぞれ開閉して
ショットe₁,e₂,f₁,f₂の供給と遮断とを実行する。

このような第１乃至第４分岐管43,45,47,49及び第１乃
至第４開閉弁SVI,SVII,SVIII,SVIVは、交換機構を構成
し、第５図に示すシーケンス制御回路により作動が制御
される。

すなわち、モータM₁及びモータM₂は切換回路51を介して
回転数制御計１又は２に接続され、切換回路51は電磁接
触器MCの作動により切換制御される。また、第１乃至第
４開閉弁SVI,SVII,SVIII,SVIVには開閉スイッチ53a,53
b,53c,53dがそれぞれ接続され、開閉スイッチ53a,53b,5
3c,53dは電磁接触器MCの作動により開閉制御される。こ
のような電磁接触器MCは制御回路55により作動される。
この実施例では、開閉スイッチがオンとなると各開閉弁
が開状態となり、オフとなると閉状態になるよう接続さ
れている。

次に制御回路55の作動を第６図に示すタイムチャートを
参照しつつ説明する。

まず始動ボタンスイッチSTがオンになると補助スイッチ
接点STRがオンとなり、補助抵抗器AUX−Ｒのｂ接点はオ
ンであるから自己保持回路が形成されて電磁接触器MCが
オンとなる。この結果、開閉スイッチ53a及び53cがオン
となって第１及び第３開閉弁SVI,SVIIIが開状態となり
開閉スイッチ53b及び53dがオフとなって第２及び第４開
閉弁SVII,SVIVが閉状態となる。これにより、第１ロー
タ15にショットe₁が供給され、第２ロータ17にショット
f₂が供給される。また、モータM₁の回転数が回転数制御
計１に制御され、モータM₂の回転数が回転数制御計２に
制御される。

一方、補助スイッチ接点STRがオンとなると限時動作接
点TLR1が所定時間T1オンとなる。このT1の間は電磁接触
器MCがオン状態を保持する。そして、限時動作接点TLR1
がオンとなると限時継続器接点TLR2がオンとなり、限時
継続器接点TLR2は限時動作接点TLR1がオフとなった後の
所定時間T2経過後にオフとなる。

また、限時動作接点TLR1がオンでかつ限時継続器接点TL
R2がオンのとき補助抵抗器AUX−Ｒがオンとなり、補助
抵抗器AUX−Ｒのａ接点がオンとなって自己保持回路を
形成する一方、ｂ接点がオフとなって電磁接触器MC及び
限時動作接点TLR1がオフとなる。

従って、第１及び第３開閉弁SVI,SVIIIが閉状態となり
第２及び第４開閉弁SVII,SVIVが開状態となる。これに
より、第１ロータ15にショットf₁が供給され、第２ロー
タ17にショットe₂が供給される。また、モータM1の回転
数が回転数制御計２に制御され、モータM2の回転数が回
転数制御計１に制御される。

その後、限時継続器接点TLR2がオフになると、補助抵抗
器AUX−Ｒのａ接点がオフとなる一方、ｂ接点がオンと
なって再び電磁接触器MCがオンとなり限時動作接点TLR1
がオンとなる。

以上の工程が停止用ボタンスイッチSTPを操作するまで
繰り返される。

従って、第１ロータ15には、球径の小さいショットe₁又
は球径の大きいショットf₁が所定時間経過後に交互に供
給される。また、第２ロータ17には、第１ロータ15にシ
ョットe₁が供給されているとき球径の大きいショットf₂
が供給され、ショットf₁が供給されているときショット
e₂が供給される。

ここで、回転数制御計１及び２による第１及び第２ロー
タ15,17の回転数は以下のようにして設定される。すな
わち、投射されるショット13の運動方程式は、 m₁v²＝m₂v₂ ² …（１） である。ただし、m₁は一のショット13の質量、m₂は他の
ショット13の質量、v₁及びv₂は各ショット13がブレード
20から投射されたときの初速である。

このとき、初速Ｖは ｖ＝２πnR/60 で表わせる。ただし、ｎはロータ15,17の回転数、Ｒは
ブレード20の径方向の長さである。

また、ショット13の質量ｍは、 ｍ＝πr³ρ である。ここで、ｒはショット13の球径、ρはショット
９の比重である。

従って、（１）式は r₁ ³n₁＝r₂ ³n₂ …（２） となる。ここで、r₁は前記一のショット13の球径、r₂は
他のショット13の球径である。この球径r₁及びr₂は、例
えばショット分離装置21で選別された各ショット13の正
規分布の平均値がとられる。

そして、制御手段により第ロータ15又は第２ロータ17の
回転数をそのロータに供給されるショット13の球径に対
して上記（２）式を満たすように設定する。すなわち、
この実施例では第１ロータ15の回転数より第２ロータ17
の回転数の方が大きく設定される。ロータの回転数は、
例えば制御盤の操作部等で直接設定することができる。
このため、第１ロータ15及び第２ロータ17により加速さ
れ各ショット13の運動エネルギはほぼ均一となる。

そして、第１ロータ15及び第２ロータ17のそれぞれの回
転数は所定時間経過後に回転数制御計１と２との間で交
換される。従って、第１ロータ15又は第２ロータ17に対
しては、高回転と低回転とが交互に繰り返されることに
なる。

次に作用を説明する。

上記構成において、モータM₁及びモータM₂の作動により
第１及び第２ロータ15,17を独立して回転させ、ショッ
ト13が回転する第１及び第２ロータ15,17のブレード20
に沿って遠心加速されて第１及び第２ロータ15,17の外
周部からワーク５に投射される。

そして、この実施例によれば運動エネルギがほぼ均一化
されたショット13がワーク５に投射されて安定したピー
ニング効果を得ることができ、ワーク５の品質を安定化
することができる。また、摩耗等により球径が0.2mm未
満となったショット13は廃却されるため、従来と同様に
ピーニング効果の小さいショット13が第１及び第２ロー
タ15,17側に供給されるのを有効に防止することができ
る。

しかも、第１ロータ15及び第２ロータ17の相互間におい
てショット13の球径と回転数との関係が所定時間経過後
に交換されるため、第１ロータ15又は第２ロータ17のう
ち１つが常に高速回転することがない。このため、ブレ
ード20やモータM₁,M₂又はベアリング等が高負荷となる
のを抑え、装置全体の寿命を向上させることができる。

また、両ロータ15,17の回転数を交換するので両ロータ1
5,17がほぼ同様に摩耗するため、メンテナンス時に両ロ
ータ15,17を同時に交換することができ交換回数を削減
することができ作業性が向上する。

さらに、一のロータのみを高速回転させた場合、このロ
ータを交換する際はブレードが使用可能であってもこの
ブレードを廃却しなければならないが、同時交換が可能
であるため、設備維持費を低減することもできる。

なお、この発明は上記実施例のものに限定されず、例え
ばシーケンス制御に代えてマイコン制御を行なっても同
様な効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、ショットを球
径に応じて選別し、ショットを球径に応じて異なるロー
タに供給して制御手段により投射されるショットの運動
エネルギがほぼ同一となるようロータの回転数を変える
ことができ、ピーニング効果を安定化することができて
ワークの品質を安定化させることができる。

しかも、交換機構が異なるロータの相互間において球径
と回転数との関係を所定時間経過後に交換させるため、
一のロータが常に高速回転することがなく寿命を向上さ
せることができる。

また、メンテナンス時にロータを一度に交換できるた
め、交換回数を減らすことができ作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わるロータ式ショット
ピーニング装置の横断面図、第２図は第１図のII−II断
面図、第３図は選別手段としてショット分離装置の拡大
された斜視図、第４図は第１図の概略的な全体構成図、
第５図は第１図のシーケンス制御回路図、第６図は第５
図のタイムチャート、第７図は従来例の第２図に対応す
る横断面図、第８図は第７図のVIII−VIII断面図、第９
図は第７図の要部の拡大された斜視図である。 ５…ワーク、13…ショット 15…第１ロータ、17…第２ロータ 20…ブレード 21…ショット分離装置（選別手段） 33…第１ショット供給管（供給手段） 35…第２ 〃 〃 43…第１分岐管 45…第２分岐管 47…第３分岐管 49…第４分岐管 （交換 SVI…第１開閉弁 機構） SVII…第２開閉弁 SVIII…第３開閉弁 SVIV…第４開閉弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在な複数のロータを備え、各ロータ
   の径方向に延設された複数のブレードを有し、このブレ
   ードのロータ中心側にショットを供給して回転するロー
   タの外周部から遠心加速されたショットをワークに投射
   するロータ式ショットピーニング装置に於いて、前記ロ
   ータを各別に回転させる駆動手段と、前記ショットを球
   径に応じて選別する選別手段と、この選別手段により選
   別されたショットを球径に応じて異なるロータに供給す
   る供給手段と、この供給手段により供給されたショット
   を投射する際の各運動エネルギがほぼ均一となるよう球
   径に応じて前記駆動手段を駆動し各ロータの回転数を制
   御する制御手段と、異なるロータの相互間において球径
   と回転数との関係を所定時間経過後に交換させる交換機
   構とを備えたことを特徴とするロータ式ショットピーニ
   ング装置。