JP4799977B2 - 表面強化装置および表面強化方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、中空スタビライザーや中空ステアリングシャフトなどのパイプ材の内周面の強化に用いられる表面強化装置および表面強化方法に関する。

特許文献１には、中空スタビライザーの内周面の表面強化方法が紹介されている。特許文献２には、パイプ材の内周面の表面強化に用いられるショットピーニング装置が紹介されている。

これらの文献に記載されているように、パイプ材の内周面にショットピーニング処理を施すと、内周面に圧縮方向の残留応力を付与することができる。このため、内周面を起点とするクラックなどの不具合を抑制することができる。
特開２０００−２３３６２５号公報 特開平９−２２５８３２号公報

しかしながら、ショットピーニング処理によると、ホースやノズルを頻繁に交換する必要がある。このため、コスト高である。また、ショット投射後のショット粒を回収する必要がある。このため、作業工数が多く、繁雑である。また、パイプ材の内周径により、ノズルサイズやホース径が制約を受ける。このため、汎用性に欠ける。

本発明の表面強化装置および表面強化方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、コストが低く、作業工数が少なく、汎用性に富む表面強化装置および表面強化方法を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の表面強化装置は、少なくとも一部が径方向に撓みながら回転する軸部と、該軸部に接続され、該軸部と共に回転し、パイプ材の内周面に衝突することにより、該内周面に圧縮方向の残留応力を付与する衝突子と、を備えてなることを特徴とする。ここで、本明細書において、「パイプ材」とは、側壁に孔が形成されているものや、側壁をパイプ材の延在方向に貫通するスリットが入っているものを含む概念である。

表面強化の際、衝突子は、パイプ材の内周側に挿入される。この状態で、軸部は回転する。また、軸部の少なくとも一部は、回転する際、径方向に撓む。このため、軸部に連なっている衝突子は、軸部の撓みにより、外径側に突出しながら、所定の回転軸を中心に、回転する。衝突子がパイプ材の内周面に衝突することにより、内周面に圧縮方向の残留応力が付与される。

本発明の表面強化装置によると、部品構成が単純である。このため、故障に対する信頼性が高い。また、表面強化装置自体の製造コスト延いては表面強化処理に要するコストが低い。また、前記ショットピーニング処理のように、ショット粒を回収する必要がない。このため、表面強化処理の作業工数が少ない。また、例えば、衝突子の質量や、軸部の回転速度や、軸部に対する衝突子の配置などから選ばれる一つあるいは二つ以上のパラメータを適宜変えることにより、あらゆる内周径のパイプ材に対応することができる。このため、本発明の表面強化装置は、汎用性に富む。

好ましくは、前記パイプ材は、少なくとも一つの湾曲部位を有する構成とする方がよい。パイプ材が湾曲している場合、前記ショットピーニング装置によりパイプ材の湾曲部位に表面強化処理を施そうとすると、ショットピーニング装置の構成が複雑化するおそれがある（特許文献１の［００１７］参照）。このため、ショットピーニング装置自体の製造コスト延いては表面強化処理に要するコストが高くなる。これに対し、本発明の表面強化装置によると、単純な構成にもかかわらず、比較的簡単に、パイプ材の湾曲部位に、充分な表面強化処理を施すことができる。このため、表面強化装置自体の製造コスト延いては表面強化処理に要するコストが低い。このように、本発明の表面強化装置は、湾曲部位を有するパイプ材に好適に用いることができる。

好ましくは、前記パイプ材の湾曲部位は、応力集中部位である構成とする方がよい。パイプ材を構造材として用いる場合、パイプ材に、軽量化（つまり薄肉化）と高強度化という相反するスペックが要求されることがある。パイプ材を薄肉化すると、内周面と外周面との応力差が小さくなる。また、パイプ材の湾曲部位の内周面に、応力集中部位が発現する。この点、本発明の表面強化装置によると、当該応力集中部位に対して、比較的簡単に、充分な表面強化処理を施すことができる。このように、本発明の表面強化装置は、湾曲部位が応力集中部位であるパイプ材に好適に用いることができる。

好ましくは、前記衝突子は、前記軸部の軸方向端部に接続されている構成とする方がよい。つまり、本構成は、軸部により、衝突子を、片持ち梁状に支持するものである。本構成によると、衝突子の質量により、軸部がより撓みやすくなる。このため、内周面に対する衝突力が大きくなる。したがって、より効率的に、表面強化処理を行うことができる。また、内周面から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

（２）好ましくは、前記軸部は、前記パイプ材の延在方向に沿って移動可能である構成とする方がよい。本構成によると、回転する衝突子をパイプ材の延在方向に移動させることで、パイプ材の内周面の比較的広い範囲に亘り、表面強化処理を施すことができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記衝突子の軸方向断面は、樽状を呈している構成とする方がよい。本明細書において、衝突子の「軸方向」とは、衝突子と軸部との接続方向をいう。本構成によると、パイプ材の湾曲部位を衝突子が通過する際、湾曲部位に衝突子がひっかかりにくい。このため、表面強化処理を円滑に行うことができる。また、湾曲部位を含む広い範囲に亘り、表面強化処理を施すことができる。

（４）好ましくは、前記軸部は、フレキシブルシャフトである構成とする方がよい。つまり、本構成は、市販のフレキシブルシャフトを軸部として利用するものである。本構成によると、軸部延いては表面強化装置の製造コストを低くすることができる。

（５）好ましくは、前記衝突子の軸直方向断面は、多角形状を呈している構成とする方がよい。本明細書において、衝突子の「軸直方向」とは、衝突子の軸方向に対して、略垂直方向をいう。また、「多角形状」とは、三箇所以上の角部を有する形状（例えば三角形、四角形、五角形、六角形など）をいう。

衝突子の角部の表面積は、比較的小さい。このため、角部は、比較的大きな圧力で、パイプ材の内周面に衝突する。したがって、本構成によると、より効率的に、内周面に圧縮方向の残留応力を付与することができる。また、内周面から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

（６）好ましくは、前記衝突子は、複数配置されている構成とする方がよい。本構成によると、パイプ材の内周面の比較的広い範囲に亘り、表面強化処理を施すことができる。

（７）好ましくは、前記衝突子の回転中心は、該衝突子の軸直方向断面の図心に対して、偏心している構成とする方がよい。本構成によると、図心に対する回転中心の偏心分だけ、衝突子の遠心力が大きくなる。このため、パイプ材の内周面に対する衝突力が大きくなる。したがって、例えば、パイプ材の内周径が小さく、衝突子も小さくせざるを得ないような場合であっても、所望の衝突力を確保しやすくなる。

（８）好ましくは、前記衝突子の外面には、複数の突起が配置されている構成とする方がよい。本構成によると、パイプ材の形状に因らず（直線状であるか曲線状であるかに因らず）、パイプ材の内周面に圧縮方向の残留応力を付与することができる。

また、突起は、内周面に点接触する。このため、突起は、比較的大きな圧力で、内周面に衝突する。したがって、本構成によると、より効率的に、内周面に圧縮方向の残留応力を付与することができる。また、内周面から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

（９）また、上記課題を解決するため、本発明の表面強化方法は、パイプ材の内周側において衝突子を回転させ、該パイプ材の内周面に該衝突子を衝突させることにより、該内周面に圧縮方向の残留応力を付与することを特徴とする。本発明の表面強化方法は、例えば、パイプ材の製造方法の一工程として実行することができる。また、パイプ材の製造方法から独立して実行することもできる。

表面強化の際、衝突子は、パイプ材の内周側に挿入される。この状態で、パイプ材に対して、衝突子を相対的に回転させることにより、衝突子をパイプ材の内周面に衝突させる。当該衝突により、内周面に圧縮方向の残留応力が付与される。

本発明の表面強化方法によると、高価なショットピーニング装置を使う必要がない。このため、表面強化処理コスト延いてはパイプ材の製造コストが低い。また、前記ショットピーニング処理のように、ショット粒を回収する必要がない。このため、本発明の表面強化方法によると、表面強化処理の作業工数が少ない。また、例えば、衝突子の質量、回転速度などから選ばれる一つあるいは二つ以上のパラメータを適宜変えることにより、あらゆる内周径のパイプ材に対応することができる。このため、本発明の表面強化方法は、汎用性に富む。

好ましくは、上記（９）の構成において、前記パイプ材は、少なくとも一つの湾曲部位を有する構成とする方がよい。パイプ材が湾曲している場合、前記ショットピーニング装置によりパイプ材の湾曲部位に表面強化処理を施そうとすると、ショットピーニング装置の構成が複雑化するおそれがある（特許文献１の［００１７］参照）。このため、ショットピーニング装置自体の製造コスト延いては表面強化処理に要するコストが高くなる。これに対し、本発明の表面強化方法によると、比較的簡単に、パイプ材の湾曲部位に、充分な表面強化処理を施すことができる。このため、表面強化処理に要するコストが低い。このように、本発明の表面強化方法は、湾曲部位を有するパイプ材に好適に用いることができる。

好ましくは、上記（９）の構成において、前記パイプ材の湾曲部位は、応力集中部位である構成とする方がよい。パイプ材を構造材として用いる場合、パイプ材には、軽量化（つまり薄肉化）と高強度化という相反するスペックが要求されることがある。パイプ材を薄肉化すると、内周面と外周面との応力差が小さくなる。また、パイプ材の湾曲部位の内周面に、応力集中部位が発現する。この点、本発明の表面強化方法によると、当該応力集中部位に対して、比較的簡単に、充分な表面強化処理を施すことができる。このように、本発明の表面強化方法は、湾曲部位が応力集中部位であるパイプ材に好適に用いることができる。

好ましくは、上記（９）の構成において、前記衝突子は、少なくとも一部が径方向に撓みながら回転する軸部に接続されている構成とする方がよい。本構成によると、軸部を介して、衝突子を回転させることができる。

さらに好ましくは、前記衝突子は、前記軸部の軸方向端部に接続されている構成とする方がよい。つまり、本構成は、軸部により、衝突子を、片持ち梁状に支持するものである。本構成によると、衝突子の質量により、軸部がより撓みやすくなる。このため、内周面に対する衝突力が大きくなる。したがって、より効率的に、表面強化処理を行うことができる。また、内周面から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

本発明によると、コストが低く、作業工数が少なく、汎用性に富む表面強化装置および表面強化方法を提供することができる。

以下、本発明の表面強化装置および表面強化方法の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞

まず、本実施形態の表面強化装置の構成について説明する。図１に、本実施形態の表面強化装置の斜視図を示す。図１に示すように、表面強化装置１は、フレキシブルシャフト２と衝突子３とを備えている。

フレキシブルシャフト２は、接続端部２０とシャフト本体２１とアウタチューブ２２とを備えている。シャフト本体２１は、鋼製撚り線であって可撓性を有している。シャフト本体２１は、図示しない芯と四層のワイヤ層とからなる。ワイヤ層は、各々、ワイヤが螺旋状に密着して巻回され形成されている。四層のワイヤ層は、径方向に隣接するワイヤ層同士の巻回方向が互いに反対方向になるように、積層されている。シャフト本体２１の軸方向両端には、スウェージング加工が施されている。

接続端部２０は、鋼製であって円筒状を呈している。接続端部２０は、シャフト本体２１の軸方向一端に、環装され、固定されている。なお、シャフト本体２１の軸方向他端には、駆動装置（図略）が配置されている。駆動装置は、シャフト本体２１を回転させることができる。また、駆動装置は、シャフト本体２１を、後述するパイプ材（図略）の延在方向に沿って、移動させることができる。アウタチューブ２２は、樹脂製であって可撓性を有している。アウタチューブ２２は、シャフト本体２１の外周面を覆っている。アウタチューブ２２の内周径は、シャフト本体２１の外周径よりも、大径である。

衝突子３は、鋼製であって、直方体状を呈している。衝突子３の軸直方向断面は、正方形状を呈している。また、衝突子３の軸直方向最大長さ（正方形の対角線長さ）は、パイプ材の内周径よりも、小さく設定されている。衝突子３における隣り合う平面同士の角部には、Ｒ（ラウンド）部３０が配置されている。衝突子３の軸方向一端面には、接続端部２０が接続されている。このため、シャフト本体２１が回転すると、接続端部２０を介して、衝突子３に回転力が伝達される。

次に、本実施形態の表面強化方法について説明する。図２に、本実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の斜視図を示す。図３に、同装置の正面図を示す。図４に、同装置の側面図を示す。

これらの図に示すように、衝突子３は、鋼製のパイプ材９の内周側に挿入されている。なお、パイプ材９は、中空スタビライザーの中間体である。すなわち、本実施形態の表面強化方法は、中空スタビライザーの製造方法おいて、成形工程の後に実施される。成形によって全体形状が形成されると、表面強化装置１を使って、パイプ材９内所要の部位に残留応力が付与される。以降、他の部位の最終加工、仕上げ等が行われた後、塗装を行い完成品となる。

前述したように、衝突子３には、駆動装置から、シャフト本体２１と接続端部２０とを介して、回転力が伝達される。このため、衝突子３は、図中白抜き矢印Ａ１で示すように、回転する。ここで、衝突子３は、フレキシブルシャフト２の撓みにより、また衝突子３自身の遠心力により、ちょうど跳ね回るように、内周面９０に衝突しながら回転する。回転の際、例えば、衝突子３のＲ部３０が、内周面９０に衝突する。この衝突により、内周面９０に圧縮方向の残留応力が付与される。

並びに、衝突子３には、駆動装置から、シャフト本体２１と接続端部２０とを介して、パイプ材９延在方向の移動力が伝達される。このため、衝突子３は、図中白抜き矢印Ａ２で示すように、パイプ材９の延在に沿って移動する。つまり、衝突子３は、白抜き矢印Ａ１方向に回転しながら、白抜き矢印Ａ２方向に牽引される。このため、衝突子３は、パイプ材９の内周側を、あたかものたうち回るように、移動する。この衝突子３の動きにより、パイプ材９の延在方向所定区間（応力集中部位を含む区間）に、表面強化処理が施される。

次に、本実施形態の表面強化装置および表面強化方法の作用効果について説明する。本実施形態の表面強化装置１は、フレキシブルシャフト２と衝突子３とから構成されている。このため、部品構成が単純である。したがって、故障に対する信頼性が高い。また、製造コストが低い。また、前記ショットピーニング処理のように、ショット粒を回収する必要がない。このため、本実施形態の表面強化装置１によると、表面強化処理の作業工数が少ない。

また、例えば、衝突子３の質量や、フレキシブルシャフト２の回転速度や、フレキシブルシャフト２に対する衝突子３の配置などから選ばれる一つあるいは二つ以上のパラメータを適宜変えることにより、あらゆる内周径のパイプ材９に対応することができる。このため、本実施形態の表面強化装置１は、汎用性に富む。

また、本実施形態の表面強化装置１によると、衝突子３が、フレキシブルシャフト２の軸方向端部に接続されている。つまり、フレキシブルシャフト２により、衝突子３は、片持ち梁状に支持されている。このため、衝突子３の質量により、フレキシブルシャフト２がより撓みやすくなる。したがって、回転時の衝突子３の遠心力、つまり内周面に対する衝突子３の衝突力が大きくなる。すなわち、より効率的に、表面強化処理を行うことができる。また、内周面９０から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

また、本実施形態の表面強化装置１によると、パイプ材９の延在方向に沿って、フレキシブルシャフト２が移動可能である。このため、回転する衝突子３をパイプ材９の延在方向に移動させることで、言い換えると螺旋状に衝突子３を移動させることで、パイプ材９の内周面９０の比較的広い範囲に亘り、表面強化処理を施すことができる。したがって、応力集中部位が広範囲に亘る場合、あるいは応力集中部位がパイプ材９の延在方向に沿って、複数箇所存在する場合であっても、まんべんなく表面強化処理を施すことができる。

また、本実施形態の表面強化装置１によると、本発明の軸部として市販のフレキシブルシャフト２が用いられている。このため、軸部延いては表面強化装置１の製造コストを低くすることができる。

また、本実施形態の表面強化装置１によると、衝突子３の角部にＲ部３０が配置されている。内周面９０に対するＲ部３０の接触面積は、比較的小さい。このため、Ｒ部３０は、比較的大きな圧力で、パイプ材９の内周面９０に衝突する。したがって、より効率的に、内周面９０に圧縮方向の残留応力を付与することができる。また、内周面９０から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

また、本実施形態の表面強化装置１により表面強化処理が施される中空スタビライザーは、比較的多数の湾曲部位を有している。ここで、湾曲部位の内周面が応力集中部位となる場合がある。前記ショットピーニング装置によりパイプ材９の湾曲部位に表面強化処理を施すと、ショットピーニング装置の構成が複雑化するおそれがあった。これに対し、本実施形態の表面強化装置１によると、単純な構成にもかかわらず、比較的簡単に、湾曲部位つまり応力集中部位に、充分な表面強化処理を施すことができる。また、本実施形態の表面強化装置１によると、シャフト本体２１が、鋼製撚り線により形成されている。このため、シャフト本体２１の耐回転トルク剛性が高い。

＜第二実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子の軸方向断面が樽状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態の表面強化装置の斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図５に示すように、衝突子３の軸方向中央部は、軸方向両端部よりも、大径に形成されている。すなわち、衝突子３の軸方向断面は、樽状を呈している。図６に、本実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図を示す。なお、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。図６に示すように、樽状の衝突子３は、フレキシブルシャフト２に牽引されながら、パイプ材９の湾曲部位９１を通過する。フレキシブルシャフト２は、湾曲部位９１の湾曲内周側を通過する。このため、衝突子３の回転中心も、湾曲部位９１の湾曲内周側に偏る。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表面強化装置１によると、衝突子３の軸方向断面が、樽状を呈している。このため、湾曲部位９１を衝突子３が通過する際、湾曲部位９１の内周面９０の湾曲内周側に、衝突子３がひっかかりにくい。したがって、表面強化処理を円滑に行うことができる。また、湾曲部位９１を含む広い範囲に亘り、表面強化処理を施すことができる。

＜第三実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、軸部（第一実施形態のフレキシブルシャフトに相当）の一部のみが可撓性を有する点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態の表面強化装置の斜視図を示す。図８に、同表面強化装置の分解斜視図を示す。なお、これらの図において、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図７、図８に示すように、軸部４は、軸部本体４０とコイルばね４２とを備えている。軸部本体４０は、鋼製であって丸棒状を呈している。軸部本体４０は、表面強化処理の際、回転しても、径方向に撓まない。軸部本体４０の一端には、段差を介して、小径部４１が形成されている。一方、衝突子３の軸方向一面からは、ボス部３１が突設されている。小径部４１とボス部３１との間には、ばね鋼製のコイルばね４２が介装されている。コイルばね４２の一端は、小径部４１外周面に固定されている。一方、コイルばね４２の他端は、ボス部３１外周面に固定されている。表面強化処理の際、軸部本体４０が回転すると、コイルばね４２は、軸部本体４０の径方向に撓む。この撓みにより、衝突子３は、パイプ材の内周面（図略）に衝突する。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表面強化装置１によると、表面強化処理の際、軸部本体４０が撓まない。このため、軸部本体４０とパイプ材とを同軸上に配置することができる。つまり、軸部本体４０からパイプ材の内周面までの距離を、内周面全周に亘り、均等にすることができる。このため、内周面全周に亘り、均質に表面強化処理を施すことができる。

また、パイプ材の内周面に衝突子３が引っかかる場合であっても、引っかかりに起因する引っ張り力が、コイルばね４２の弾性変形により吸収される。このため、当該引っ張り力が、軸部本体４０延いては駆動装置（図略）に伝達しにくい。したがって、駆動装置に負荷が加わるのを抑制することができる。

＜第四実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子が複数連設されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図９に、本実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図を示す。なお、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。

図９に示すように、フレキシブルシャフト２の一端には、合計三つの衝突子３ａ〜３ｃが、直列に連設されている。衝突子３ａと衝突子３ｂとは、接続端部２０ａとシャフト本体２１ａと接続端部２０ｂとにより、接続されている。衝突子３ｂと衝突子３ｃとは、接続端部２０ｃとシャフト本体２１ｂと接続端部２０ｄとにより、接続されている。シャフト本体２１ａ、２１ｂは、共に可撓性を有している。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表面強化装置１によると、パイプ材９の内周面９０の比較的広い範囲に亘り、一度に表面強化処理を施すことができる。このため、衝突子３ａ〜３ｃが、図中白抜き矢印Ａ２で示すように、パイプ材９の延在に沿って移動することと相俟って、より効率的に、表面強化処理を実施することができる。

＜第五実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子がフレキシブルシャフトの軸方向中央に配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１０に、本実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図を示す。なお、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１０に示すように、衝突子３ｄの軸方向一端面には、接続端部２０ｅが固定されている。接続端部２０ｅには、可撓性のシャフト本体２１ｃの一端が固定されている。シャフト本体２１ｃの他端は、第一駆動装置（図略）に接続されている。また、シャフト本体２１ｃの外周側には、可撓性のアウタチューブ２２ａが配置されている。

一方、衝突子３ｄの軸方向他端面には、接続端部２０ｆが固定されている。接続端部２０ｆには、可撓性のシャフト本体２１ｄの一端が固定されている。シャフト本体２１ｄの他端は、第二駆動装置（図略）に接続されている。また、シャフト本体２１ｄの外周側には、可撓性のアウタチューブ２２ｂが配置されている。図中白抜き矢印Ａ３に示すように、第一駆動装置および第二駆動装置に牽引されることより、衝突子３ｄは、パイプ材９の延在方向に沿って、双方向に移動可能である。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表面強化装置１によると、衝突子３ｄが、パイプ材９の延在方向に沿って、往復動することができる。このため、より効率的に、表面強化処理を施すことができる。また、接続端部２０ｅと接続端部２０ｆとの軸方向間隔を変えることにより、表面強化処理時における、衝突子３ｄの径方向への移動量を調整することができる。このため、表面強化処理の程度を調整することができる。

＜第六実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子の軸直方向断面が、正三角形状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１１に、本実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１１に示すように、衝突子３の軸直方向断面は、正三角形状を呈している。隣り合う平面同士の角部には、曲面状のＲ部３０が介在している。本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。

＜第七実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子の軸直方向断面が、正六角形状を呈している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１２に、本実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１２に示すように、衝突子３の軸直方向断面は、正六角形状を呈している。隣り合う平面同士の角部には、Ｒ部が配置されていない。このため、角部は角張っている。本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。

＜第八実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子が分割可能な点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１３に、本実施形態の表面強化装置の分解斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１３に示すように、接続端部２０の軸方向一端には、円板状のフランジ部２００と丸棒状のロッド部２０１とが形成されている。このため、接続端部２０は、全体として竹刀状を呈している。ロッド部２０１の外周面には、螺旋状のねじ部２０２が形成されている。

衝突子３は、合計五つのウェイト３２ａ〜３２ｅと、ナット３３と、を備えている。ウェイト３２ａ〜３２ｅは、各々、正方形の板状を呈している。ウェイト３２ａ〜３２ｅ各々における隣り合う平面同士の角部には、Ｒ部（図略）が配置されている。ウェイト３２ａの中央にはロッド部貫通孔３２０ａが、ウェイト３２ｂの中央にはロッド部貫通孔３２０ｂが、ウェイト３２ｃの中央にはロッド部貫通孔３２０ｃが、ウェイト３２ｄの中央にはロッド部貫通孔３２０ｄが、ウェイト３２ｅの中央にはロッド部貫通孔３２０ｅが、それぞれ穿設されている。ロッド部２０１は、これら五つのロッド部貫通孔３２０ａ〜３２０ｅを、貫通している。ロッド部２０１の先端には、ナット３３が止着されている。ナット３３内周面のナット側ねじ部（図略）は、ロッド部２０１外周面のねじ部２０２と、螺合している。

ナット側ねじ部の螺旋方向は、衝突子３の回転方向に対して、反対方向（つまり衝突子３が回転する際、ねじ部２０２とナット側ねじ部との螺合が締まる方向）に設定されている。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の表面強化装置１によると、ウェイト３２ａ〜３２ｅの数を、０個から５個の範囲で、調整することができる。このため、パイプ材の内周面（図略）に対する衝突子３の衝突力を、調整することができる。

また、上述したように、ナット側ねじ部の螺旋方向は、衝突子３の回転方向に対して、反対方向に設定されている。このため、ナット３３とロッド部２０１との結合が、衝突子３の回転により緩むのを抑制することができる。

＜第九実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、衝突子の角部に複数の突起が形成されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１４に、本実施形態の表面強化装置の斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１４に示すように、衝突子３の軸方向に延在する角部には、複数の突起３４が配置されている。突起３４は、各々、四角錐状を呈している。突起３４の列は、軸方向に沿って、合計四列配列されている。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態態の表面強化装置１によると、パイプ材（図略）の形状に因らず（直線状であるか曲線状であるかに因らず）、パイプ材の内周面（図略）に、圧縮方向の残留応力を付与することができる。また、突起３４は、内周面に点接触する。このため、突起３４は、比較的大きな圧力で、内周面に衝突する。したがって、より効率的に、内周面に圧縮方向の残留応力を付与することができる。また、内周面から、より外周側に深い部分にまで、表面強化処理を行うことができる。

＜第十実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、接続端部が、衝突子の軸直方向断面の図心に対して、偏って接続されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１５に、本実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図１５に示すように、接続端部２０（図中、点線で示す）は、衝突子３の任意の軸直方向断面の図心Ｇに対して、偏って接続されている。つまり、衝突子３の回転中心Ｏは、図心Ｇに対して、偏心している。

本実施形態の表面強化装置１および表面強化方法は、第一実施形態の表面強化装置および表面強化方法と、同様の作用効果を有する。また、本実施形態態の表面強化装置によると、図心Ｇに対する回転中心Ｏの偏心分だけ、衝突子３の遠心力が大きくなる。このため、パイプ材の内周面（図略）に対する衝突力が大きくなる。したがって、例えば、パイプ材の内周径が小さく、衝突子３も小さくせざるを得ないような場合であっても、所望の衝突力を確保することができる。

＜その他＞

以上、本発明の表面強化装置および表面強化方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、衝突子３の形状は、特に限定しない。例えば、軸直方向断面形状が、正方形、正三角形、正六角形以外の多角形状であってもよい。また、円形、楕円形、長円形（運動場のトラックのように、一対の向かい合う半円同士が直線で接続された形状）などであってもよい。同様に、軸方向断面形状が、多角形、円形、楕円形、長円形などであってもよい。また、衝突子３の大きさは特に限定しない。パイプ材９に挿入できればよい。また、衝突子３の質量も特に限定しない。所望の衝突力に応じて、適宜調整すればよい。また、衝突子３の個数も特に限定しない。表面強化処理の対象となる部位の広さや、表面強化処理に割ける時間などを考慮して、適宜調整すればよい。また、衝突子３の材質も特に限定しない。鋼製に限られず、他の金属製（例えば非鉄金属製）としてもよい。また、衝突子３の硬度も特に限定しない。パイプ材９の硬度に応じて、適宜設定すればよい。

また、フレキシブルシャフト２やコイルばね４２の撓みの程度も特に限定しない。また、上記第三実施形態のように、軸部４が剛体（軸部本体４０）と弾性体（コイルばね４２）とから構成される場合、弾性体の数、配置場所は特に限定しない。例えば、剛体の軸方向中央に弾性体を介装してもよい。また、弾性体として、コイルばね４２以外のばね、ゴム部材などを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、本発明の表面強化装置および表面強化方法を、中空スタビライザーの製造に用いたが、例えば中空ステアリングシャフトや中空トーションバーや中空ストラットタワーバーや自転車のフレームなど、他のパイプ材の製造に用いてもよい。また、パイプ材９の軸直方向断面形状は、円形の他、楕円形、長円形、三角形、四角形などであってもよい。

また、上記実施形態においては、駆動装置を用いて自動で衝突子３を駆動したが、手動のみ、あるいは手動と自動とを併用して、衝突子３を駆動してもよい。例えば、駆動装置により衝突子３を回転させ、当該駆動装置を作業者が引っ張ることにより、衝突子３をパイプ材９の延在方向に動かしてもよい。こうすると、駆動装置にかかるコスト延いては表面強化処理に要するコストが低くなる。

また、上記第四実施形態においては、同じ衝突子３ａ〜３ｃを連設した。しかしながら、大きさ、形状、質量、材質、硬度などが異なる衝突子を連設してもよい。また、連設する衝突子の数も特に限定しない。

また、上記実施形態においては、軸部としてフレキシブルシャフト２を配置したが、軸部の形状、材質などは特に限定しない。また、上記実施形態のシャフト本体２１、２１ａ〜２１ｄの代わりに、ワイヤロープなどを配置してもよい。さらに、同等の機能を確保できれば、他の部材（例えば密着したコイルばねなど）を配置してもよい。

また、上記実施形態のアウタチューブ２２、２２ａ、２２ｂの構成は、特に限定しない。アウタケーブル用の構成を用いてもよい。例えば、密着巻鋼線に樹脂被覆を施した筒状体に、樹脂ライナーを挿入した構成を用いてもよい。また、樹脂ライナー外周面に金属線を巻き付け、樹脂被覆した構成を用いてもよい。

また、第五実施形態以外の実施形態においては、衝突子３、３ａ〜３ｃを、パイプ材９の延在方向に沿って、一方向に移動させた。しかしながら、衝突子３、３ａ〜３ｃを、パイプ材９の延在方向に沿って、双方向に移動させてもよい。

また、第四実施形態におけるシャフト本体２１、２１ａ、２１ｂは、単一部材であってもよい。この場合、単一部材であるシャフト本体が、衝突子３ａ、３ｂを貫通することになる。同様に、第五実施形態におけるシャフト本体２１ｃ、２１ｄは、単一部材であってもよい。この場合、単一部材であるシャフト本体が、衝突子３ｄを貫通することになる。

また、第八実施形態のウェイト３２ａ〜３２ｅのロッド部貫通孔３２０ａ〜３２０ｅの内周面に、ねじ部２０２と螺合するウェイト側ねじ部を、配置してもよい。こうすると、ナット３３が不要となる。好ましくは、ウェイト側ねじ部の螺旋方向を、衝突子３の回転方向に対して、反対方向（つまり衝突子３が回転する際、ねじ部２０２とウェイト側ねじ部との螺合が締まる方向）に設定した方がよい。こうすると、ウェイト３２ａ〜３２ｅとロッド部２０１との結合が、衝突子３の回転により緩むのを抑制することができる。

また、第九実施形態以外の実施形態の衝突子３、３ａ〜３ｄに、複数の突起３４を配置してもよい。例えば、第二実施形態の衝突子３（軸方向断面が樽状を呈している）の角部に、軸方向に延びる突起３４の列を配列してもよい。また、例えば、衝突子の形状を円柱状として、所定角度ごとに離間して、軸方向に延びる突起３４の列を配列してもよい。

複数の突起３４を配置すると、突起３４の頂部が、パイプ材の形状に因らず（直線状であるか曲線状であるかに因らず）、パイプ材の内周面に、点接触する。このため、突起３４は、比較的大きな圧力で、内周面に衝突する。なお、突起３４の列を配列する場合、列の本数は特に限定しない。また、突起３４の配置数も特に限定しない。

また、突起３４の形状も特に限定しない。四角錐以外の形状であってもよい。例えば、円錐状、三角錐状、五角錐状、針状などであってもよい。また、突起３４の形状は、衝突子３の周方向に対称でなくてもよい。例えば、突起３４の頂部が、衝突子３の回転方向に尖る形状（例えば丸鋸の刃状）であってもよい。

また、第十実施形態においては、図心Ｇに対して、接続端部２０の接続位置をずらすことにより、回転中心Ｏを偏心させた。しかしながら、回転中心Ｏの偏心方法は特に限定しない。例えば、図心Ｇと接続端部２０の接続位置とをずらさない代わりに、衝突子３内部にウェイトを埋設し、敢えて衝突子３の回転バランスを崩すことにより、図心Ｇに対して回転中心Ｏを偏心させてもよい。

第一実施形態の表面強化装置の斜視図である。 第一実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の斜視図である。 同装置の正面図である。 同装置の側面図である。 第二実施形態の表面強化装置の斜視図である。 第二実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図である。 第三実施形態の表面強化装置の斜視図である。 同表面強化装置の分解斜視図である。 第四実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図である。 第五実施形態の表面強化方法を実施している表面強化装置の側面図である。 第六実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図である。 第七実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図である。 第八実施形態の表面強化装置の分解斜視図である。 第九実施形態の表面強化装置の斜視図である。 第十実施形態の表面強化装置の衝突子の軸直方向断面図である。

符号の説明

１：表面強化装置、２：フレキシブルシャフト、２０：接続端部、２０ａ〜２０ｆ：接続端部、２００：フランジ部、２０１：ロッド部、２０２：ねじ部、２１：シャフト本体、２１ａ〜２１ｄ：シャフト本体、２２：アウタチューブ、２２ａ：アウタチューブ、２２ｂ：アウタチューブ、３：衝突子、３ａ〜３ｄ：衝突子、３０：Ｒ部、３１：ボス部、３２ａ〜３２ｅ：ウェイト、３２０ａ〜３２０ｅ：ロッド部貫通孔、３３：ナット、３４：突起、４：軸部、４０：軸部本体、４１：小径部、４２：コイルばね、９：パイプ材、９０：内周面、９１：湾曲部位、Ａ１〜Ａ３：白抜き矢印、Ｇ：図心、Ｏ：回転中心。

Claims (12)

1. 少なくとも一部が径方向に撓みながら回転する軸部と、
   該軸部に接続され、該軸部と共に回転し、回転時に発生する遠心力により、パイプ材の内周面に衝突することにより、該内周面に圧縮方向の残留応力を付与する衝突子と、
   を備えてなる表面強化装置。
2. 前記軸部は、前記パイプ材の延在方向に沿って移動可能である請求項１に記載の表面強化装置。
3. 前記衝突子の軸方向断面は、樽状を呈している請求項２に記載の表面強化装置。
4. 前記軸部の移動方向は、前記衝突子が該軸部に牽引される方向である請求項２に記載の表面強化装置。
5. 前記軸部は、フレキシブルシャフトである請求項１に記載の表面強化装置。
6. 前記衝突子の軸直方向断面は、多角形状を呈している請求項１に記載の表面強化装置。
7. 前記衝突子は、複数配置されている請求項１に記載の表面強化装置。
8. 前記衝突子の回転中心は、該衝突子の軸直方向断面の図心に対して、偏心している請求項１に記載の表面強化装置。
9. 前記衝突子の外面には、複数の突起が配置されている請求項１に記載の表面強化装置。
10. 前記パイプ材は、少なくとも一つの湾曲部位を有する請求項１に記載の表面強化装置。
11. 前記衝突子は、前記軸部の軸方向端部に接続されている請求項１に記載の表面強化装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の表面強化装置の衝突子を、パイプ材の内周側において回転させ、該パイプ材の内周面に該衝突子を衝突させることにより、該内周面に圧縮方向の残留応力を付与する表面強化方法。

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