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WO2012014542A1 - ショットピーニング方法及びショットピーニング装置 - Google Patents

ショットピーニング方法及びショットピーニング装置 Download PDF

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WO2012014542A1
WO2012014542A1 PCT/JP2011/059933 JP2011059933W WO2012014542A1 WO 2012014542 A1 WO2012014542 A1 WO 2012014542A1 JP 2011059933 W JP2011059933 W JP 2011059933W WO 2012014542 A1 WO2012014542 A1 WO 2012014542A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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shot
projection
workpiece
shot peening
pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/059933
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐次 小林
俊哉 辻
Original Assignee
新東工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新東工業株式会社 filed Critical 新東工業株式会社
Priority to US13/812,094 priority Critical patent/US9073176B2/en
Priority to JP2012526354A priority patent/JP5803918B2/ja
Priority to CN2011800348758A priority patent/CN102985223A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives

Definitions

  • the present invention relates to a shot peening method and a shot peening apparatus.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-30344 introduces a high compressive residual stress directly under the surface by shot peening the workpiece with a shot material having a large particle size and then shot peening the workpiece with a shot material having a small particle size.
  • a shot peening method for reducing the surface roughness is disclosed.
  • a shot peening device with a large particle size shot material and a shot peening device with a small particle size shot material are prepared separately. It is also conceivable to reduce the time required for the replacement of the process and the resetting of the processing conditions accompanying the replacement. However, in this case, since a plurality of shot peening apparatuses are required, the initial cost increases.
  • This invention is made in view of the said subject, Comprising: It aims at providing the shot peening method and shot peening apparatus which can reduce the cost at the time of a shot peening process.
  • a shot peening method includes a first step of projecting a shot material onto a work using a shot peening apparatus and performing shot peening on the work, After one step, using the shot peening apparatus and the shot material used in the first step, the shot material is projected onto the workpiece at a projection speed lower than the projection speed in the first step, and the workpiece is shot. A second step of peening.
  • the second step in which the projection speed is lower than the projection speed in the first step.
  • the shot peening apparatus which concerns on the 2nd aspect of this invention is comprised so that a shot material can be projected on a workpiece
  • the first control step for controlling the projection unit so that the workpiece is shot peened, and the shot material used in the shot peening process is stored in the storage step after the first control step.
  • the projection unit is controlled such that the workpiece is shot peened at the second projection speed.
  • this shot peening apparatus after shot peening is performed by projecting shot material at a first projection speed, the shot material is shot peened by projecting shot material at a second projection speed lower than the first projection speed. can do. Therefore, the surface roughness of the workpiece is reduced by processing at the second projection speed lower than the first projection speed while obtaining a desired compressive residual stress distribution by processing at the first projection speed and processing at the second projection speed. Can be suppressed.
  • the shot peening apparatus which concerns on the 3rd aspect of this invention is a 1st projection unit for projecting a shot material on a workpiece
  • this shot peening apparatus after shot peening is performed by projecting shot material at a first projection speed, the shot material is shot peened by projecting shot material at a second projection speed lower than the first projection speed. can do. Therefore, the surface roughness of the workpiece is reduced by processing at the second projection speed lower than the first projection speed while obtaining a desired compressive residual stress distribution by processing at the first projection speed and processing at the second projection speed. Can be suppressed.
  • the cost during the shot peening process can be reduced.
  • the shot peening apparatus 10 includes a compressed air supply device 12, a projection unit 14, an operation unit 16, a control unit 18, and a case 20. ing.
  • the projection unit 14 is for projecting shot material onto the workpiece 22 accommodated in the case 20, and includes a nozzle 24, a tank 26, flow rate control valves 28 and 30, a projection amount control valve 32, and a connecting pipe. 34, 36, and 38.
  • a connecting pipe 34 is connected to the compressed air supply device 12, and a nozzle 24 is connected to the tip of the connecting pipe 34.
  • the nozzle 24 is arranged inside the case 20 so that the injection port faces the workpiece 22.
  • a longitudinal intermediate portion of the connecting pipe 34 is connected to the inlet 40 of the tank 26 via the connecting pipe 36, and an outlet 42 of the tank 26 is connected to the connecting pipe 36 in the connecting pipe 34 via the connecting pipe 38. It is connected between the connection part and the nozzle 24.
  • a cut gate (not shown) is provided at the outlet 42 of the tank 26.
  • the tank 26 is configured to be able to store shot material.
  • the flow control valves 28 and 30 are constituted by, for example, electropneumatic proportional valves.
  • the flow control valve 28 is provided between the connection pipe 36 and the connection pipe 38 in the connection pipe 34, and the flow control valve 30 is provided in the intermediate portion in the longitudinal direction of the connection pipe 36.
  • the projection amount control valve 32 is configured by, for example, a magna valve, a mixing valve, or the like, and is provided in the middle portion in the longitudinal direction of the connection pipe 38.
  • the operation unit 16 is configured to be able to input processing conditions when the workpiece 22 is shot peened, and is configured to output a signal corresponding to the input operation to the control unit 18.
  • the control unit 18 includes, for example, a storage device, an arithmetic processing device, and the like, and based on the signal output from the operation unit 16, the compressed air supply device 12, the flow rate control valves 28 and 30, the projection amount The control valve 32 and the above-described cut gate (not shown) are controlled.
  • the shot peening apparatus 10 performs shot peening processing on the workpiece 22 with a second projection pressure lower than the first projection pressure after performing shot peening processing on the workpiece 22 with the first projection pressure. It is set as the structure which operate
  • the control unit 18 stores the processing conditions including the first projection pressure and the second projection pressure input to the operation unit 16 in a storage device. Further, the control unit 18 stores in advance a program for subjecting the workpiece 22 to shot peening processing under the processing conditions input to the operation unit 16.
  • processing conditions are input to the operation unit 16 by the operator.
  • This processing condition includes the first projection pressure and the second projection pressure described above.
  • this processing condition is stored in the control unit 18.
  • the processing of the control unit 18 that stores the processing conditions including the first projection pressure and the second projection pressure corresponds to the storage step in the present invention.
  • the control unit 18 operates the compressed air supply device 12.
  • the compressed air supply device 12 When the compressed air supply device 12 is operated, the compressed air sent from the compressed air supply device 12 is supplied to the tank 26 through the connection pipes 34 and 36, and the tank 26 is pressurized.
  • a cut gate (not shown) is opened, and shot material is ejected from the tank 26 together with the compressed air to the connection pipe 38.
  • the compressed air and the shot material are merged with the compressed air supplied from the connecting pipe 34 and are ejected from the nozzle 24 through the connecting pipe 34. In this way, the shot material is projected onto the workpiece 22.
  • control unit 18 controls the flow rate control valves 28 and 30 and the projection amount control valve 32. That is, the flow control valves 28 and 30 are controlled so that the shot material is projected from the nozzle 24 at the first projection pressure, and the projection amount control valve 32 is controlled so that the projection amount corresponds to the first projection pressure. Is done. At this time, the projection amount per unit time is adjusted so that the concentration of the shot material in the compressed air, that is, the mixing ratio is maintained at a predetermined value corresponding to the type of the workpiece 22. .
  • the shot material is projected onto the workpiece 22 in this way, so that the workpiece 22 is shot peened at the first projection pressure.
  • the above corresponds to the first step in the present invention.
  • the process of the control unit 18 in this 1st process is equivalent to the 1st control step in this invention.
  • the shot material projected toward the workpiece 22 is returned to the tank 26 by a collection mechanism (not shown).
  • the control unit 18 changes the control of the flow rate control valves 28 and 30 and the projection amount control valve 32. That is, the flow control valves 28 and 30 are controlled so that the shot material is projected from the nozzle 24 at a second projection pressure lower than the first projection pressure, and the projection amount control valve 32 corresponds to the second projection pressure. It is controlled so as to be the projection amount. Also at this time, the projection amount per unit time is adjusted so that the mixing ratio is maintained at a constant value.
  • the shot material is projected onto the workpiece 22 in this way, so that the workpiece 22 is shot peened at the second projection pressure.
  • the above corresponds to the second step in the present invention.
  • the process of the control unit 18 in this 2nd process is corresponded to the 2nd control step in this invention.
  • the same shot material is used without changing the shot material.
  • the shot material is projected at the first projection pressure and the workpiece 22 is shot peened, the shot material is projected at the second projection pressure lower than the first projection pressure.
  • the workpiece 22 is shot peened.
  • the projection speed is proportional to the projection pressure. Therefore, in the shot peening apparatus 10, after the shot material is projected at the first projection speed and the workpiece 22 is shot peened, the shot material is projected at the second projection speed lower than the first projection speed and the workpiece is shot. 22 is shot peened.
  • the shot material is projected by the second projection pressure lower than the first projection pressure. Shot peening can be performed. Therefore, the surface roughness of the workpiece 22 is reduced by processing at the second projection pressure lower than the first projection pressure while obtaining a desired compressive residual stress distribution by processing at the first projection pressure and processing at the second projection pressure. It can be kept low.
  • the first projection pressure in this case is 0.5 MPa
  • the second projection pressure is 0.1 MPa.
  • the surface is more than in the case of the first projection pressure and when changing from the second projection pressure to the first projection pressure. Roughness is reduced. That is, it was confirmed that the surface roughness is reduced by performing shot peening treatment with a second projection pressure lower than the first projection pressure after shot peening treatment with the first projection pressure.
  • the shot material is projected at the second projection pressure lower than the first projection pressure and the workpiece 22 is shot peened,
  • the surface roughness of the workpiece 22 can be kept low, and a desired compressive residual stress distribution can be obtained.
  • the first projection pressure and the second projection pressure are input in advance to the operation unit 16, and shot materials are sequentially projected at the input first projection pressure and second projection pressure.
  • it may be configured as follows. That is, when the first projection pressure is input to the operation unit 16, the shot peening apparatus 10 projects the shot material at the input first projection pressure, and then the second projection pressure is input to the operation unit 16. Then, you may be comprised so that a shot material may be projected with this input 2nd projection pressure.
  • the flow control valves 28 and 30 and the projection amount control valve 32 are controlled by the control unit 18, but may be manually adjusted by an operator or the like, for example.
  • the shot peening apparatus 10 is an air type that projects shot material with compressed air, but may be an impeller type that projects shot material with an impeller.
  • the shot material is projected at the first projection speed and the work 22 is shot peened, the shot material is projected at the second projection speed lower than the first projection speed, and the work 22 is A shot peening process is performed. Further, the shot material projection speed can be changed by the rotation speed of the impeller.
  • the shot peening apparatus 10 is configured to be able to change the projection pressure in two stages, the shot peening apparatus 10 may be configured to be able to change the projection pressure in three or more stages.
  • the shot peening apparatus 10 may be configured as follows. That is, in the modification shown in FIG. 2, the tip end side of the connection pipe 36 is branched into a first connection pipe 36A and a second connection pipe 36B. The leading ends of the first connecting pipe 36A and the second connecting pipe 36B are connected to the first inlet 40A and the second inlet 40B of the tank 26, and the first connecting pipe 36A and the second connecting pipe 36B are connected to the first connecting pipe 36A and the second connecting pipe 36B.
  • a flow rate control valve 30A and a second flow rate control valve 30B are provided. The first connecting pipe 36A and the first flow control valve 30A are for high pressure, and the second connecting pipe 36B and the second flow control valve 30B are for low pressure.
  • the control unit 18 controls these so that the first flow control valve 30A is opened and the second flow control valve 30B is closed.
  • the control unit 18 controls these so that the first flow control valve 30A is closed and the second flow control valve 30B is opened.
  • the tank 26 is provided with a first outlet 42A and a second outlet 42B.
  • the first outlet 42A is connected to the connecting pipe 34 via the first connecting pipe 38A
  • the second outlet 42B is connected to the connecting pipe 34 via the second connecting pipe 38B.
  • the first connection pipe 38A is provided with a first flow rate control valve 28A and a first projection amount control valve 32A
  • the second connection pipe 38B is provided with a second flow rate control valve 28B and a second projection amount control valve 32B. Is provided.
  • the first connection pipe 38A, the first flow control valve 28A, and the first projection amount control valve 32A are for high pressure
  • the control valve 32B is for low pressure.
  • the first flow rate control valve 28A and the first projection amount control valve 32A are opened, and the second flow rate control valve 28B and the second projection amount are opened. These are controlled so that the control valve 32B is closed.
  • the control unit 18 projects the shot material at a low second projection pressure
  • the first flow control valve 28A and the first projection amount control valve 32A are closed, and the second flow control valve 28B and the second projection amount are closed. These are controlled so that the control valve 32B opens.
  • the tank 26 side of the connection pipe 38 is branched into a first connection pipe 38A and a second connection pipe 38B.
  • the first connecting pipe 38A is connected to the first outlet 42A of the tank 26, and the second connecting pipe 38B is connected to the second outlet 42B of the tank 26.
  • the first connection pipe 38A is provided with a first projection amount control valve 32A
  • the second connection pipe 38B is provided with a second projection amount control valve 32B.
  • the first connection pipe 38A and the first projection amount control valve 32A are for high pressure
  • the second connection pipe 38B and the second projection amount control valve 32B are for low pressure.
  • a flow rate control valve 28S is provided on the connection pipe 38 closer to the connection pipe 34 than the first connection pipe 38A and the second connection pipe 38B.
  • the control unit 18 controls the first projection amount control valve 32A so that the second projection amount control valve 32B is closed.
  • the control unit 18 controls these so that the first projection amount control valve 32A is closed and the second projection amount control valve 32B is opened.
  • the modification shown in FIG. 5 is modified as follows with respect to the modification shown in FIG. 2 described above. That is, the longitudinal intermediate portion of the connecting pipe 34 is branched into a first connecting pipe 34A and a second connecting pipe 34B provided in parallel to the first connecting pipe 34A.
  • the first connection pipe 34A is provided with a first flow rate control valve 28A
  • the second connection pipe 34B is provided with a second flow rate control valve 28B.
  • the first connecting pipe 34A and the first flow control valve 28A are for high pressure
  • the second connecting pipe 34B and the second flow control valve 28B are for low pressure.
  • the control unit 18 controls the first flow control valves 28A and 30A so that the second flow control valves 28B and 30B are closed.
  • the control unit 18 controls the first flow control valves 28A and 30A to be closed and the second flow control valves 28B and 30B to be opened. .
  • the first flow control valves 28A and 30A and the first projection control valve 32A are opened and the second flow control valves 28B and 30B and These are controlled so that the second projection amount control valve 32B is closed.
  • the control unit 18 projects the shot material at a low second projection pressure
  • the first flow rate control valves 28A and 30A and the first projection amount control valve 32A are closed and the second flow rate control valves 28B and 30B and These are controlled so that the second projection amount control valve 32B is opened.
  • the shot peening apparatus 110 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is modified in the following configuration from the shot peening apparatus 10 (see FIG. 1) according to the first embodiment of the present invention described above. ing.
  • the shot peening apparatus 110 includes a first projection unit 114A and a second projection unit 114B.
  • the first projection unit 114A includes a first nozzle 124A, a first tank 126A, first flow rate control valves 128A and 130A, a first projection amount control valve 132A, and connection pipes 134A, 136A, and 138A.
  • the second projection unit 114B includes a second nozzle 124B, a second tank 126B, second flow rate control valves 128B and 130B, a second projection amount control valve 132B, and connection pipes 134B, 136B, and 138B. ing.
  • the first projection unit 114A and the second projection unit 114B have the same configuration as the projection unit 14 in the first embodiment of the present invention.
  • the first projection unit 114A is for high pressure
  • the second projection unit 114B is for low pressure.
  • the control unit 18 controls the first flow control valves 128A and 130A so that the second flow control valves 128B and 130B are closed.
  • the control unit 18 controls the first flow rate control valves 128A and 130A to be closed and the second flow rate control valves 128B and 130B to be opened. .
  • the first projection unit 114A projects the shot material onto the work 22 with the first projection pressure, and the work 22 is shot peened. Then, the shot material is projected onto the workpiece 22 by the second projection unit 114B at a second projection pressure lower than the first projection pressure, and the workpiece 22 is shot peened.
  • the shot material projected toward the workpiece 22 is returned to the tanks 126A and 126B by a collection mechanism (not shown).
  • the same shot material is used without changing the shot material.
  • the shot peening apparatus 110 projects the shot material with the input first projection pressure, and then operates the operation.
  • the shot material may be projected at the input second projection pressure.
  • the shot peening apparatus 110 is an air type that projects a shot material with compressed air, it may be an impeller type that projects a shot material with an impeller. That is, the first projection unit 114A and the second projection unit 114B may be configured such that the first centrifugal projection device and the second centrifugal projection device each having an impeller are connected to the first nozzle 124A and the second nozzle 124B, respectively. good.
  • the shot material is projected onto the work 22 at the first projection speed by the first projection unit 114A, and the work 22 is shot peened. Thereafter, the shot material is projected onto the workpiece 22 at a second projection speed lower than the first projection speed by the second projection unit 114B, and the workpiece 22 is shot peened.
  • the shot peening apparatus 110 is configured to be able to change the projection pressure in two stages, it may be configured to be able to change the projection pressure in three or more stages.
  • the flow rate control valve 28 provided in the connecting pipes 34, 36, 38, 34A, 34B, 36A, 36B, 38A, 38B, 134A, 136A, 138A, 134B, 136B, 138B. , 30, 28A, 28B, 30A, 30B, 128A, 130A, 128B, 130B, the projection pressure can be changed.
  • the compressed air supply device 12 can change the projection pressure. Also good.
  • the compressed air supply device 12 is also a part of the projection unit.
  • the configuration of the shot peening apparatus in this case may be the same as that shown in FIG. 1, or may be a configuration in which the flow control valves 28 and 30 are deleted from the configuration shown in FIG.
  • the compressed air supply device 12 is composed of a compressor or a blower, the first projection pressure and the second projection pressure are obtained by changing the output pressure.

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Abstract

ショットピーニング処理時のコストを低減する。本発明のショットピーニング方法は、ワークにショット材を投射してワークをショットピーニング処理する第一工程と、この第一工程の後に、第一工程で使用したショットピーニング装置及びショット材を用い、第一工程における投射速度よりも低い投射速度でワークにショット材を投射してワークをショットピーニング処理する第二工程と、を備えている。この方法によれば、第一工程での処理及び第二工程での処理により所望の圧縮残留応力分布を得つつ、第一工程における投射速度よりも低い投射速度で行う第二工程での処理によりワークの表面粗さを低く抑えることができる。また、ショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定が不要であり、しかも、複数のショットピーニング装置を用いる必要も無い。従って、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。

Description

ショットピーニング方法及びショットピーニング装置
　本発明は、ショットピーニング方法及びショットピーニング装置に関する。
　特開２００２－３０３４４号公報には、大粒径のショット材でワークをショットピーニング処理した後に、小粒径のショット材でワークをショットピーニング処理することにより、表面直下に高い圧縮残留応力を導入すると共に、表面粗さを低下させるショットピーニング方法が開示されている。
　しかしながら、このようなショットピーニング処理を１台のショットピーニング装置で行う場合、大粒径のショット材でワークをショットピーニング処理した後に、ショットピーニング装置から大粒径のショット材を抜き去る必要がある。そして、その後、小粒径のショット材をショットピーニング装置に投入し、この小粒径のショット材用の処理条件に再設定した上でショットピーニング処理する必要がある。従って、一連の処理が完了するまでに多くの時間を要するので、コストアップとなる。
　これに対し、大粒径のショット材が投入されたショットピーニング装置と、小粒径のショット材が投入されたショットピーニング装置とを別々に用意し、これらの装置を順次使用することでショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定に要する時間を短縮させることも考えられる。しかしながら、この場合には、複数のショットピーニング装置が必要となるので、イニシャルコストが増加する。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ショットピーニング処理時のコストを低減することができるショットピーニング方法及びショットピーニング装置を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本願発明の第１の態様に係るショットピーニング方法は、ショットピーニング装置を用いてワークにショット材を投射して前記ワークをショットピーニング処理する第一工程と、前記第一工程の後に、前記第一工程で使用した前記ショットピーニング装置及び前記ショット材を用い、前記第一工程における投射速度よりも低い投射速度で前記ワークに前記ショット材を投射して前記ワークをショットピーニング処理する第二工程と、を備えている。
　このショットピーニング方法によれば、第一工程での処理及び第二工程での処理により所望の圧縮残留応力分布を得つつ、第一工程における投射速度よりも低い投射速度で行う第二工程での処理によりワークの表面粗さを低く抑えることができる。
　また、ショットピーニング処理する際には、投射速度を変更するだけで良く、ショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定が不要であり、しかも、複数のショットピーニング装置を用いる必要も無い。従って、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。
　また、前記課題を解決するために、本願発明の第２の態様に係るショットピーニング装置は、ワークにショット材を投射可能に構成されると共に、前記ショット材の投射速度を変更可能とされた投射ユニットと、第一投射速度と、前記第一投射速度よりも低い第二投射速度とを記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップにて記憶した前記第一投射速度で前記ワークに前記ショット材が投射されて前記ワークがショットピーニング処理されるように前記投射ユニットを制御する第一制御ステップと、前記第一制御ステップの後に、前記ショットピーニング処理で用いられた前記ショット材が前記記憶ステップにて記憶した前記第二投射速度で前記ワークに投射されて前記ワークがショットピーニング処理されるように前記投射ユニットを制御する第二制御ステップと、を実行する制御ユニットと、を備えている。
　このショットピーニング装置によれば、第一投射速度でショット材を投射してワークをショットピーニング処理した後に、第一投射速度よりも低い第二投射速度でショット材を投射してワークをショットピーニング処理することができる。従って、第一投射速度での処理及び第二投射速度での処理により所望の圧縮残留応力分布を得つつ、第一投射速度よりも低い第二投射速度での処理によりワークの表面粗さを低く抑えることができる。
　また、ショットピーニング処理する際には、投射速度を変更するだけで良く、ショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定が不要であり、しかも、複数のショットピーニング装置を用いる必要も無い。従って、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。
　また、前記課題を解決するために、本願発明の第３の態様に係るショットピーニング装置は、ワークにショット材を第一投射速度で投射して前記ワークをショットピーニング処理するための第一投射ユニットと、前記第一投射ユニットによって前記ショット材が投射されて前記ワークがショットピーニング処理された後に、前記ショットピーニング処理で用いられた前記ショット材を前記第一投射速度よりも低い第二投射速度で前記ワークに投射して前記ワークをショットピーニング処理するための第二投射ユニットと、を備えている。
　このショットピーニング装置によれば、第一投射速度でショット材を投射してワークをショットピーニング処理した後に、第一投射速度よりも低い第二投射速度でショット材を投射してワークをショットピーニング処理することができる。従って、第一投射速度での処理及び第二投射速度での処理により所望の圧縮残留応力分布を得つつ、第一投射速度よりも低い第二投射速度での処理によりワークの表面粗さを低く抑えることができる。
　また、ショットピーニング処理する際には、投射速度を変更するだけで良く、ショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定が不要であり、しかも、複数のショットピーニング装置を用いる必要も無い。従って、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。
　以上詳述したように、本発明によれば、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。
　この出願は、日本国で２０１０年７月２７日に出願された特願２０１０－１６８５４５号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
　また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
　出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
　本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の第一変形例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の第二変形例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の第三変形例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の第四変形例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置の第五変形例を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るショットピーニング装置の構成を示す図である。 ショット材の投射圧を異ならせてワークの表面粗さを測定した結果を示す図である。 ショット材の投射圧を異ならせてワークの表面から深さ方向への圧縮残留応力の分布を測定した結果を示す図である。 ショット材の投射圧を異ならせてワークの表面から深さ方向への圧縮残留応力の分布を測定した他の結果を示す図である。
　［第一実施形態］
　はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
　図１に示されるように、本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置１０は、圧縮空気供給装置１２と、投射ユニット１４と、操作ユニット１６と、制御ユニット１８と、ケース２０とを備えている。
　投射ユニット１４は、ケース２０に収容されたワーク２２にショット材を投射するためのものであり、ノズル２４と、タンク２６と、流量制御弁２８，３０と、投射量制御弁３２と、接続管３４，３６，３８とを備えている。
　圧縮空気供給装置１２には、接続管３４が接続されており、この接続管３４の先端には、ノズル２４が接続されている。ノズル２４は、その噴射口がワーク２２を向くように、ケース２０の内部に配置されている。接続管３４の長手方向中間部は、接続管３６を介してタンク２６の入口４０と接続されており、タンク２６の出口４２は、接続管３８を介して、接続管３４における接続管３６との接続部とノズル２４との間に接続されている。なお、タンク２６の出口４２には、図示しないカットゲートが設けられている。また、タンク２６は、ショット材を貯蔵可能に構成されている。
　流量制御弁２８，３０は、例えば、電空比例弁等によって構成されている。流量制御弁２８は、接続管３４における接続管３６及び接続管３８との各接続部の間に設けられており、流量制御弁３０は、接続管３６における長手方向中間部に設けられている。投射量制御弁３２は、例えば、マグナバルブやミキシングバルブ等によって構成されており、接続管３８における長手方向中間部に設けられている。
　操作ユニット１６は、ワーク２２をショットピーニング処理する際の処理条件を入力可能に構成されており、入力操作に応じた信号を制御ユニット１８に出力する構成とされている。制御ユニット１８は、例えば、記憶装置や演算処理装置等を有して構成されており、操作ユニット１６から出力された信号に基づいて、圧縮空気供給装置１２、流量制御弁２８，３０、投射量制御弁３２、及び、上述の図示しないカットゲート等を制御する構成とされている。
　なお、後に詳述するように、このショットピーニング装置１０は、第一投射圧でワーク２２をショットピーニング処理した後に、この第一投射圧よりも低い第二投射圧でワーク２２をショットピーニング処理するように動作する構成とされている。
　従って、操作ユニット１６には、上述の第一投射圧及び第二投射圧を入力できるようになっている。また、制御ユニット１８は、この操作ユニット１６に入力された第一投射圧及び第二投射圧を含む処理条件を記憶装置において記憶するようになっている。さらに、この制御ユニット１８には、操作ユニット１６に入力された処理条件でワーク２２をショットピーニング処理するプログラムが予め記憶されている。
　次に、上述のショットピーニング装置１０を用いてワーク２２をショットピーニング処理する方法について説明する。
　先ず、操作者によって操作ユニット１６に処理条件が入力される。この処理条件には、上述の第一投射圧及び第二投射圧が含まれる。操作ユニット１６に処理条件が入力されると、この処理条件が制御ユニット１８に記憶される。この第一投射圧及び第二投射圧を含む処理条件を記憶する制御ユニット１８の処理は、本発明における記憶ステップに相当する。
　そして、例えば、図示しない起動スイッチ等が操作されると、制御ユニット１８は、圧縮空気供給装置１２を作動させる。圧縮空気供給装置１２が作動されると、この圧縮空気供給装置１２から送られた圧縮空気が接続管３４，３６を通じてタンク２６に供給され、タンク２６が加圧される。
　続いて、図示しないカットゲートが開放され、このタンク２６から圧縮空気と共にショット材が接続管３８に噴出される。この圧縮空気及びショット材は、接続管３４から供給された圧縮空気と合流され、この接続管３４を通じてノズル２４から噴出される。そして、このようにして、ショット材は、ワーク２２に投射される。
　また、これと同時に、制御ユニット１８は、流量制御弁２８，３０、投射量制御弁３２を制御する。つまり、流量制御弁２８，３０は、ノズル２４からショット材が第一投射圧で投射されるように制御され、投射量制御弁３２は、第一投射圧に応じた投射量となるように制御される。なお、このとき、圧縮空気中のショット材の濃度、すなわち、混合比がワーク２２の種類に応じて予め定められた一定の値に維持されるように、単位時間当たりの投射量が調節される。
　そして、このようにしてショット材がワーク２２に投射されることにより、ワーク２２が第一投射圧でショットピーニング処理される。以上は、本発明における第一工程に相当する。また、この第一工程における制御ユニット１８の処理は、本発明における第一制御ステップに相当する。
　なお、ワーク２２に向けて投射されたショット材は、図示しない回収機構によりタンク２６に還元される。
　続いて、このようにしてワーク２２が第一投射圧でショットピーニング処理された後に、制御ユニット１８は、流量制御弁２８，３０、投射量制御弁３２の制御を変更する。つまり、流量制御弁２８，３０は、ノズル２４からショット材が第一投射圧よりも低い第二投射圧で投射されるように制御され、投射量制御弁３２は、第二投射圧に応じた投射量となるように制御される。なお、このときも、混合比が一定の値に維持されるように、単位時間当たりの投射量が調節される。
　そして、このようにしてショット材がワーク２２に投射されることにより、ワーク２２が第二投射圧でショットピーニング処理される。以上は、本発明における第二工程に相当する。また、この第二工程における制御ユニット１８の処理は、本発明における第二制御ステップに相当する。また、このショットピーニング装置１０では、ショット材の抜き換えは行われずに、同一のショット材が用いられる。
　このように、このショットピーニング装置１０では、第一投射圧でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理された後に、この第一投射圧よりも低い第二投射圧でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理される。
　なお、投射速度は、投射圧に比例する。従って、このショットピーニング装置１０では、第一投射速度でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理された後に、この第一投射速度よりも低い第二投射速度でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理されることになる。
　次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。
　このショットピーニング装置１０によれば、第一投射圧でショット材を投射してワーク２２をショットピーニング処理した後に、第一投射圧よりも低い第二投射圧でショット材を投射してワーク２２をショットピーニング処理することができる。従って、第一投射圧での処理及び第二投射圧での処理により所望の圧縮残留応力分布を得つつ、第一投射圧よりも低い第二投射圧での処理によりワーク２２の表面粗さを低く抑えることができる。
　また、ショットピーニング処理する際には、投射圧を変更するだけで良く、ショット材の抜き換え及びこの抜き換えに伴う処理条件の再設定が不要であり、しかも、複数のショットピーニング装置を用いる必要も無い。従って、ショットピーニング処理時のコストを低減することができる。
　なお、図８には、第二投射圧の場合、第一投射圧の場合、第二投射圧から第一投射圧に変化させた場合、第一投射圧から第二投射圧に変化させた場合、未処理の場合について、ワークの表面粗さ（Ｒａ）を測定した結果が示されている。なお、一例として、この場合の第一投射圧は、０．５ＭＰａであり、第二投射圧は、０．１ＭＰａである。この図から明らかなように、第一投射圧から第二投射圧に変化させた場合は、第一投射圧の場合、および、第二投射圧から第一投射圧に変化させた場合よりも表面粗さが小さくなる。すなわち、第一投射圧によるショットピーニング処理の後に、第一投射圧よりも低い第二投射圧によるショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さが小さくなることが確認された。
　また、図９には、未処理の場合、第二投射圧の場合、第一投射圧の場合、第二投射圧から第一投射圧に変化させた場合について、ワークの表面から深さ方向への圧縮残留応力の分布を測定した結果が示されている。この図から明らかなように、第二投射圧から第一投射圧に変化させた場合は、第一投射圧の場合とほぼ変わらない分布となっており、投射圧を変化させたことの効果が得られていない。
　一方、図１０には、未処理の場合、第二投射圧の場合、第一投射圧の場合、第一投射圧から第二投射圧に変化させた場合について、ワークの表面から深さ方向への圧縮残留応力の分布を測定した結果が示されている。この図から明らかなように、第一投射圧から第二投射圧に変化させた場合は、いずれの深さにおいても、第二投射圧の場合、および、第一投射圧の場合よりも圧縮残留応力が大きくなっている。すなわち、第一投射圧によるショットピーニング処理の後に、第一投射圧よりも低い第二投射圧によるショットピーニング処理を行うことにより、残留圧縮応力が大きくなることが確認された。
　このように、第一投射圧でショット材を投射してワーク２２をショットピーニング処理した後に、第一投射圧よりも低い第二投射圧でショット材を投射してワーク２２をショットピーニング処理すると、ワーク２２の表面粗さを低く抑えることができると共に、所望の圧縮残留応力分布を得ることができる。
　次に、本発明の第一実施形態の変形例について説明する。
　上記実施形態において、ショットピーニング装置１０は、操作ユニット１６に第一投射圧及び第二投射圧が予め入力され、この入力された第一投射圧及び第二投射圧でショット材が順に投射されるように構成されていたが、次のように構成されていても良い。すなわち、ショットピーニング装置１０は、操作ユニット１６に第一投射圧が入力されると、この入力された第一投射圧でショット材を投射し、その後、操作ユニット１６に第二投射圧が入力されると、この入力された第二投射圧でショット材を投射するように構成されていても良い。
　また、流量制御弁２８，３０及び投射量制御弁３２は、制御ユニット１８によって制御されていたが、例えば、作業者等によって手動で調節されても良い。
　また、ショットピーニング装置１０は、圧縮空気でショット材を投射するエア式とされていたが、インペラによってショット材を投射するインペラ式とされていても良い。なお、この場合には、第一投射速度でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理された後に、この第一投射速度よりも低い第二投射速度でショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理されることになる。また、ショット材の投射速度は、インペラの回転数で変更することが可能である。
　また、ショットピーニング装置１０は、投射圧を二段階に変更可能な構成とされていたが、投射圧を三段階以上に変更可能な構成とされていても良い。
　また、ショットピーニング装置１０は、次のように構成されていても良い。すなわち、図２に示される変形例では、接続管３６の先端側が第一接続管３６Ａと第二接続管３６Ｂとに分岐されている。第一接続管３６Ａ及び第二接続管３６Ｂの先端は、タンク２６の第一入口４０Ａ及び第二入口４０Ｂと接続されており、この第一接続管３６Ａ及び第二接続管３６Ｂには、第一流量制御弁３０Ａ及び第二流量制御弁３０Ｂが設けられている。第一接続管３６Ａ及び第一流量制御弁３０Ａは、高圧用とされており、第二接続管３６Ｂ及び第二流量制御弁３０Ｂは、低圧用とされている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁３０Ａが開いて第二流量制御弁３０Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁３０Ａが閉じて第二流量制御弁３０Ｂが開くように、これらを制御する。
　また、図３に示される変形例では、タンク２６に第一出口４２Ａと第二出口４２Ｂが設けられている。第一出口４２Ａは、第一接続管３８Ａを介して接続管３４に接続されており、第二出口４２Ｂは、第二接続管３８Ｂを介して接続管３４に接続されている。第一接続管３８Ａには、第一流量制御弁２８Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａが設けられており、第二接続管３８Ｂには、第二流量制御弁２８Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂが設けられている。第一接続管３８Ａ、第一流量制御弁２８Ａ、及び、第一投射量制御弁３２Ａは、高圧用とされており、第二接続管３８Ｂ、第二流量制御弁２８Ｂ、及び、第二投射量制御弁３２Ｂは、低圧用とされている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａが開いて第二流量制御弁２８Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａが閉じて第二流量制御弁２８Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂが開くように、これらを制御する。
　また、図４に示される変形例では、接続管３８におけるタンク２６側が第一接続管３８Ａと第二接続管３８Ｂとに分岐されている。第一接続管３８Ａは、タンク２６の第一出口４２Ａに接続され、第二接続管３８Ｂは、タンク２６の第二出口４２Ｂに接続されている。第一接続管３８Ａには、第一投射量制御弁３２Ａが設けられており、第二接続管３８Ｂには、第二投射量制御弁３２Ｂが設けられている。第一接続管３８Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａは、高圧用とされており、第二接続管３８Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂは、低圧用とされている。また、接続管３８における第一接続管３８Ａ及び第二接続管３８Ｂよりも接続管３４側には、流量制御弁２８Ｓが設けられている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一投射量制御弁３２Ａが開いて第二投射量制御弁３２Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一投射量制御弁３２Ａが閉じて第二投射量制御弁３２Ｂが開くように、これらを制御する。
　また、図５に示される変形例では、上述の図２に示される変形例に対し、次の如く変更されている。すなわち、接続管３４の長手方向中間部は、第一接続管３４Ａと、この第一接続管３４Ａに対して並列に設けられた第二接続管３４Ｂとに分岐されている。第一接続管３４Ａには、第一流量制御弁２８Ａが設けられており、第二接続管３４Ｂには、第二流量制御弁２８Ｂが設けられている。第一接続管３４Ａ及び第一流量制御弁２８Ａは、高圧用とされており、第二接続管３４Ｂ及び第二流量制御弁２８Ｂは、低圧用とされている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ，３０Ａが開いて第二流量制御弁２８Ｂ，３０Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ，３０Ａが閉じて第二流量制御弁２８Ｂ，３０Ｂが開くように、これらを制御する。
　また、図６に示される変形例では、上述の図２に示される変形例と、上述の図３に示される変形例とが組み合わされている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ，３０Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａが開いて第二流量制御弁２８Ｂ，３０Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁２８Ａ，３０Ａ及び第一投射量制御弁３２Ａが閉じて第二流量制御弁２８Ｂ，３０Ｂ及び第二投射量制御弁３２Ｂが開くように、これらを制御する。
　以上、図２～図６に示されるように構成されていても、上述の本発明の第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について説明する。
　図７に示される本発明の第二実施形態に係るショットピーニング装置１１０は、上述の本発明の第一実施形態に係るショットピーニング装置１０（図１参照）に対し、次の如く構成が変更されている。
　つまり、このショットピーニング装置１１０は、第一投射ユニット１１４Ａ及び第二投射ユニット１１４Ｂを備えている。第一投射ユニット１１４Ａは、第一ノズル１２４Ａと、第一タンク１２６Ａと、第一流量制御弁１２８Ａ，１３０Ａと、第一投射量制御弁１３２Ａと、接続管１３４Ａ，１３６Ａ，１３８Ａとを備えている。一方、第二投射ユニット１１４Ｂは、第二ノズル１２４Ｂと、第二タンク１２６Ｂと、第二流量制御弁１２８Ｂ，１３０Ｂと、第二投射量制御弁１３２Ｂと、接続管１３４Ｂ，１３６Ｂ，１３８Ｂとを備えている。
　この第一投射ユニット１１４Ａ及び第二投射ユニット１１４Ｂは、本発明の第一実施形態における投射ユニット１４と同一の構成とされている。また、第一投射ユニット１１４Ａは、高圧用とされており、第二投射ユニット１１４Ｂは、低圧用とされている。
　そして、制御ユニット１８は、圧力の高い第一投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁１２８Ａ，１３０Ａが開いて第二流量制御弁１２８Ｂ，１３０Ｂが閉じるように、これらを制御する。一方、制御ユニット１８は、圧力の低い第二投射圧でショット材を投射させるときには、第一流量制御弁１２８Ａ，１３０Ａが閉じて第二流量制御弁１２８Ｂ，１３０Ｂが開くように、これらを制御する。
　つまり、このショットピーニング装置１１０では、第一投射ユニット１１４Ａによってワーク２２にショット材が第一投射圧で投射されてワーク２２がショットピーニング処理される。そして、その後に、第二投射ユニット１１４Ｂによって第一投射圧よりも低い第二投射圧でワーク２２にショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理される。
　なお、ワーク２２に向けて投射されたショット材は、図示しない回収機構によりタンク１２６Ａ、１２６Ｂに還元される。また、このショットピーニング装置１１０では、ショット材の抜き換えは行われずに、同一のショット材が用いられる。
　このように構成されていても、上述の本発明の第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　なお、本発明の第二実施形態においても、ショットピーニング装置１１０は、操作ユニット１６に第一投射圧が入力されると、この入力された第一投射圧でショット材を投射し、その後、操作ユニット１６に第二投射圧が入力されると、この入力された第二投射圧でショット材を投射するように構成されていても良い。
　また、ショットピーニング装置１１０は、圧縮空気でショット材を投射するエア式とされていたが、インペラによってショット材を投射するインペラ式とされていても良い。つまり、第一投射ユニット１１４Ａ及び第二投射ユニット１１４Ｂは、それぞれ第一ノズル１２４Ａ及び第二ノズル１２４Ｂにインペラを有する第一遠心投射装置及び第二遠心投射装置が接続された構成とされていても良い。
　なお、この場合には、第一投射ユニット１１４Ａによってワーク２２にショット材が第一投射速度で投射されてワーク２２がショットピーニング処理されることになる。また、その後に、第二投射ユニット１１４Ｂによって第一投射速度よりも低い第二投射速度でワーク２２にショット材が投射されてワーク２２がショットピーニング処理されることになる。
　また、ショットピーニング装置１１０は、投射圧を二段階に変更可能な構成とされていたが、投射圧を三段階以上に変更可能な構成とされていても良い。
　ショットピーニング装置１０およびショットピーニング装置１１０では、接続管３４，３６，３８，３４Ａ，３４Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，１３４Ａ，１３６Ａ，１３８Ａ，１３４Ｂ，１３６Ｂ，１３８Ｂに設けられた流量制御弁２８，３０，２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，１２８Ａ，１３０Ａ，１２８Ｂ，１３０Ｂにより、投射圧を変更可能な構成とされていたが、圧縮空気供給装置１２により投射圧を変更可能な構成とされていても良い。この場合には、圧縮空気供給装置１２も投射ユニットの一部とされる。なお、この場合のショットピーニング装置の構成は、図１に示すものと同じでもよく、あるいは、図１に示す構成から流量制御弁２８，３０を削除した構成でもよい。圧縮空気供給装置１２が、コンプレッサやブロワで構成される場合には出力圧力を変化させることにより、第一投射圧と第二投射圧とを得る。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

Claims (3)

  1. ショットピーニング装置を用いてワークにショット材を投射して前記ワークをショットピーニング処理する第一工程と、
    　前記第一工程の後に、前記第一工程で使用した前記ショットピーニング装置及び前記ショット材を用い、前記第一工程における投射速度よりも低い投射速度で前記ワークに前記ショット材を投射して前記ワークをショットピーニング処理する第二工程と、
    　を備えたショットピーニング方法。
  2. ワークにショット材を投射可能に構成されると共に、前記ショット材の投射速度を変更可能とされた投射ユニットと、
    　第一投射速度と、前記第一投射速度よりも低い第二投射速度とを記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップにて記憶した前記第一投射速度で前記ワークに前記ショット材が投射されて前記ワークがショットピーニング処理されるように前記投射ユニットを制御する第一制御ステップと、前記第一制御ステップの後に、前記ショットピーニング処理で用いられた前記ショット材が前記記憶ステップにて記憶した前記第二投射速度で前記ワークに投射されて前記ワークがショットピーニング処理されるように前記投射ユニットを制御する第二制御ステップと、を実行する制御ユニットと、
    　を備えたショットピーニング装置。
  3. ワークにショット材を第一投射速度で投射して前記ワークをショットピーニング処理するための第一投射ユニットと、
    　前記第一投射ユニットによって前記ショット材が投射されて前記ワークがショットピーニング処理された後に、前記ショットピーニング処理で用いられた前記ショット材を前記第一投射速度よりも低い第二投射速度で前記ワークに投射して前記ワークをショットピーニング処理するための第二投射ユニットと、
    　を備えたショットピーニング装置。
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