新投射材SUSTEAR🄬-Pが変えるピーニング - 次世代xEV用ギヤの生産性向上に -

1.はじめに

ショットピーニングは、粒子の衝突によって金属表面に圧縮残留応力を付与することで、疲労強度や耐久性の向上が期待できる表面改質技術です。
その一方で、一般に表面粗さが増加することが知られています。

特にxEV向けのギヤ歯面にショットピーニングを適用する場合、表面粗さの増加が動力伝達効率やNVH（Noise・Vibration・Harshness）特性を損なう可能性があります。
そのため、要求性能を満たすには歯研などの仕上げ工程が必要になる場合があります。

さらに、伝達効率向上を目的に小モジュール化が進むギヤにおいては、従来のショット材が歯元まで十分に到達せず、必要な表面改質が得られないという課題もあります。

こうした課題の解決を目指して当社が開発したのが、新投射材「SUSTEAR^®-P」です。
本コラムでは、当社で取得した評価データを交えながら、その特長と効果をご紹介します。

2.特長① - 表面粗さの増加を抑え、仕上げ工程を軽減

ここでは、小モジュール化したギヤの歯底まで処理することを前提に、3種類の投射材を用いてウェットショットピーニング（以下、WSP）を行った結果を示します。

投射材には、高硬度材の微粒子ピーニング用投射材として用いられる「イットリア安定化ジルコニア」と「SUSTEAR^®-P」、および比較材として同程度の粒径を有する「ジルコン」を使用しました。
浸炭焼入れ材（750HV）を対象に、深さ方向の残留圧縮応力分布と表面粗さを比較します。

図①は、今回の評価で使用した3種類の投射材の各数値等を示しています。
図②には、深さ方向の残留圧縮応力分布を示しています。

「イットリア安定化ジルコニア」と「SUSTEAR^®-P」を用いた場合、中心粒径に若干の違いはあるものの、同程度の圧縮残留応力が得られることが分かります。
一方、比較材の「ジルコン」では、比重と硬度が他の2種よりも低く、残留応力の付与効果も小さい結果となりました。

次に、投射材の違いによる表面粗さへの影響を確認するため、WSP後の被加工材表面の粗さRaを比較します（図③）。

WSPの圧力条件によらず、「SUSTEAR^®-P」は「イットリア安定化ジルコニア」と比較して、表面粗さが小さくなる結果が得られました。

この結果から、今回の評価条件において、SUSTEAR^®-Pは、従来材と同程度の圧縮残留応力を付与しながら、表面粗さの増加を抑制できることが分かります。
この特長をxEV向けギヤに活用することで、歯研工程の加工量や加工時間の低減、さらには工程の簡略化・削減につなげられる可能性があります。

3.特長② - 10時間連続処理でも、仕上がり品質を安定化

もう一つの特長が、長時間連続処理における表面改質効果の安定性です。
今回の評価では、SUSTEAR^®-Pを用いた連続処理において、10時間の連続処理後も表面改質効果に大きな変化がないことが確認されています（図④）。

表面改質効果が高くても、処理時間の経過とともに仕上がりが変化すれば、生産条件の調整や品質管理が難しくなります。
これは、量産工程への導入を考える上で重要なポイントです。

4.SUSTEAR^®-Pが目指すもの

SUSTEAR^®-Pは、次の2つの特長によって、ショットピーニングによる疲労強度・耐久性の向上と、製造工程の効率化の両立を目指しています。

今回の評価では、SUSTEAR^®-Pがイットリア安定化ジルコニアと同程度の圧縮残留応力を付与しながら、表面粗さの増加を抑制できること、また10時間の連続処理でも表面改質効果に大きな変化がないことが確認されました。

これらの特長を活かすことで、次世代xEV用ギヤの高耐久化に加え、歯研工程の負担軽減や生産性向上への貢献が期待されます。

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