JPH09248765A - 歯車の高強度化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】面粗さおよび疲労強度を確実に向上させるとと
もに、微細なガラスビーズ屑を確実に除去することを可
能にする。 【解決手段】ケーシング１４内のチャンバ１４ａで歯車
１２を位置決め保持する歯車保持機構１６と、水１８と
ガラスビーズ２０との噴流２２を前記歯車１２に向かっ
て投射する投射機構２４と、この投射機構２４に前記水
１８を圧送する水供給機構２６と、前記投射機構２４に
前記ガラスビーズ２０を所定量ずつ送り出すガラスビー
ズ供給機構２８と、前記ガラスビーズ２０が前記歯車１
２の表面で粉砕して生成された粉流屑２０ｂを吸引回収
するミスト回収機構３１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯車表面の強度を
高めるための歯車の高強度化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、歯車は、使用に際して繰り返し荷
重を受けるため、その歯車表面の疲労強度を高める必要
がある。このため、従来より歯車表面に鋼球等を衝突さ
せて、圧縮残留応力を付与するショットピーニングが広
く行われている。

【０００３】ところが、ショットピーニングでは、ショ
ット材として鋼球が使用されるために歯車表面が粗れて
しまい、その表面粗度が低下するという不具合があっ
た。そこで、特公平５−２１７１１号公報に開示されて
いるように、金属成形品を表面焼入れし、次いで、金属
表面を研削した後に粒径が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍのガ
ラスビーズを投射するようにした金属表面の高強度化方
法が知られている。これにより、金属表面を粗らすこと
がなく、疲労強度を向上させようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、付与される圧縮残留応力が低下して疲労
強度を所望の値まで向上させることができず、しかも投
射されるガラスビーズの指向性が悪いため、このガラス
ビーズが種々の方向に飛散して効率が著しく低下すると
いう問題が指摘されている。

【０００５】さらに、ガラスビーズは、金属表面である
歯車表面に衝突して粉砕されるため、ミクロンオーダの
ガラスビーズ屑（以下、粉流屑ともいう）が処理室内で
浮遊している。ところが、被処理物である歯車は、スピ
ンドルに装着されて高速回転されており、微細な粉流屑
がこの高速回転するスピンドルに付着し易く、該スピン
ドルに回転不良等の不具合が発生するという問題が指摘
されている。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、面粗さおよび疲労強度を確実に向上させるととも
に、微細なガラスビーズ屑を確実に除去することが可能
な歯車の高強度化装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、チャンバ内で、熱処理後の歯車表面に
向かって噴射機構から液体とガラスビーズとの噴流が投
射される。このため、ガラスビーズは、指向性を有して
歯車表面に正確に衝突し、この歯車表面に所望の圧縮残
留応力が付与されるとともに、前記ガラスビーズが粉砕
されて前記歯車表面の研磨が遂行される。

【０００８】その際、ガラスビーズの粉砕により微細な
粉流屑が生成されるが、この粉流屑は、チャンバ内に臨
みかつ歯車の近傍に配置される吸引口から確実に吸引さ
れる。ここで、歯車およびノズルを挟むように配置され
る第１および第２吸引口を有すると、粉流屑の回収除去
処理作業が一層確実に遂行され、さらに前記歯車および
前記ノズルを四方から挟むように配置される第１乃至第
４吸引口を有すると、該粉流屑の回収効率がより一層向
上する。これにより、粉流屑がスピンドル等に付着する
ことを有効に阻止することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る高強度化装置１０の一部断面正面説明図であり、
図２は、前記高強度化装置１０の一部断面側面説明図で
ある。

【００１０】高強度化装置１０は、被処理物である歯車
１２を保持してケーシング１４内のチャンバ（処理室）
１４ａでこの歯車１２を位置決め保持する歯車保持機構
１６と、液体、例えば、水１８とガラスビーズ２０との
噴流２２を前記歯車１２に向かって投射する投射機構２
４と、この投射機構２４に前記水１８を圧送する水供給
機構２６と、前記投射機構２４に前記ガラスビーズ２０
を所定量ずつ送り出すガラスビーズ供給機構２８と、前
記ガラスビーズ２０が前記歯車１２の表面で粉砕して生
成された粉流屑２０ｂを吸引回収するミスト回収機構３
１とを備える。

【００１１】歯車保持機構１６は、図１に示すように、
基台２９上に載置されたＸ軸スライドユニット３０とス
ピンドルユニット３２とを備える。このＸ軸スライドユ
ニット３０を構成するＸ軸モータ３４にボールねじ３６
が連結され、このボールねじ３６に一対のガイドバー３
８が平行に配設されるとともに、前記ボールねじ３６と
前記ガイドバー３８とを介してスピンドルユニット３２
が矢印Ｘ方向に進退可能に支持される。

【００１２】スピンドルユニット３２は、スピンドルモ
ータ４０に連結されたスピンドル４２を有し、このスピ
ンドル４２の先端に歯車１２が装着される。スピンドル
ユニット３２の先端側は、ケーシング１４の側部１４ｂ
に形成された開口部４４からこのケーシング１４内に挿
入自在である。

【００１３】投射機構２４は、図２に示すように、Ｙ軸
スライドユニット４６とＺ軸スライドユニット４８とを
備える。Ｙ軸スライドユニット４６は、水平方向に指向
するＹ軸モータ５０を有し、このＹ軸モータ５０に連結
されるボールねじ５２とこのボールねじ５２に平行な一
対のガイドバー５４とを介して、Ｚ軸スライドユニット
４８が矢印Ｙ方向に進退自在である。このＺ軸スライド
ユニット４８を構成するＺ軸モータ５６から鉛直下方向
に延在するボールねじ５８と、このボールねじ５８に平
行な一対のガイドバー６０とを介して、移動体６２が矢
印Ｚ方向に進退自在である。

【００１４】移動体６２から矢印Ｙ方向に延在する一対
の支持ロッド６４の先端に、矢印Ｚ方向に指向して管体
６６が装着される。管体６６の上部には、水１８の導入
をＯＮ・ＯＦＦするための開閉弁６８が設けられるとと
もに、この管体６６の下部には、前記水１８にガラスビ
ーズ２０を混合するためのミキシングチャンバ７０が連
結され、このミキシングチャンバ７０の下部にノズル７
２が配設される。

【００１５】水供給機構２６は、開閉弁６８の入口側に
接続される水管路７４を有し、この水管路７４は、ケー
シング１４内でスパイラル状に巻かれた後、このケーシ
ング１４の外部に継手７６を介して接続される（図１参
照）。この継手７６には、図示しない高圧ポンプが接続
されており、この高圧ポンプは、噴流２２を歯車１２に
向かって所定の噴射圧力で投射するように設定されてい
る。

【００１６】ガラスビーズ供給機構２８は、ケーシング
１４の上面に取り付け台７８を介して保持されるホッパ
ー８０を備える。このホッパー８０の下部は、該ホッパ
ー８０内のガラスビーズ２０の残量を検出するためのロ
ードセル８２が配設される。図１に示すように、ホッパ
ー８０の出口側には、計量バルブ８４、負圧計８６およ
びレーザ流量計８８が鉛直下方向に指向して連結されて
いる。管路９０は、その一端をレーザ流量計８８に接続
され、その他端をケーシング１４内のチャンバ１４ａに
挿入してミキシングチャンバ７０に接続される。ホッパ
ー８０に充填されているガラスビーズ２０は、その直径
が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている。

【００１７】ミスト回収機構３１は、基台２９上に載置
された本体部３１ａを備える。この本体部３１ａ内に収
容された負圧発生源（図示せず）に連通して一対のダク
ト９４、９６が接続され、この一対のダクト９４、９６
の先端部は、ケーシング１４の側部１４ｂからチャンバ
１４ａに挿入される。一対のダクト９４、９６の先端部
に形成された第１および第２開口部９４ａ、９６ａは、
歯車１２とノズル７２との間でかつ前記歯車１２に近接
して開口している（図２参照）。

【００１８】ケーシング１４の下部側には、下方に指向
して縮径する円錐部９８が一体的に設けられており、こ
の円錐部９８の下部開口部の下方には、排液用コンベア
１００が配設されている。

【００１９】このように構成される高強度化装置１０の
動作について、以下に説明する。

【００２０】先ず、切削加工により歯切り加工が施され
た歯車１２には、浸炭焼入れ処理が行われる。そして、
浸炭焼入れ処理後の歯車１２が歯車保持機構１６を構成
するスピンドル４２にセットされる一方、投射機構２４
を構成するノズル７２は、Ｙ軸スライドユニット４６お
よびＺ軸スライドユニット４８を介して矢印Ｙ方向およ
び矢印Ｚ方向に選択的に位置調整され、前記歯車１２に
対応して配置される。

【００２１】そこで、スピンドルモータ４０を介してス
ピンドル４２と一体的に歯車１２が所定方向に回転する
とともに、Ｘ軸スライドユニット３０を構成するＸ軸モ
ータ３４を介し、前記歯車１２がこのスピンドルユニッ
ト３２と一体的に矢印Ｘ１方向に移動する（図１参
照）。

【００２２】その際、投射機構２４が駆動され、図示し
ない高圧ポンプの作用下に水１８が水管路７４を介して
管体６６からミキシングチャンバ７０に圧送される。一
方、ガラスビーズ供給機構２８を構成する計量バルブ８
４が駆動され、ミキシングチャンバ７０に管路９０から
所定量のガラスビーズ２０が送給されている。このた
め、ノズル７２から水１８が噴射されると、ミキシング
チャンバ７０内に負圧が発生し、管路９０内のガラスビ
ーズ２０がこの水１８と混合して噴流２２となって前記
ノズル７２から歯車１２に投射される。

【００２３】従って、水１８とガラスビーズ２０との噴
流２２が指向性を有して歯車１２の歯先１０２、歯面１
０４および歯元１０６の所望の位置に正確に衝突するこ
とになる（図３Ａ〜図３Ｃ参照）。

【００２４】さらに、図４に示すように、ガラスビーズ
２０が歯車１２の歯面１０４に衝突すると、この歯面１
０４の表面は、前記ガラスビーズ２０を介して圧縮残留
応力が付与されるとともに研磨され、さらに、前記ガラ
スビーズ２０が粉砕される。その際、粉砕片２０ａは、
歯面１０４に向けて噴射される水１８によってこの歯面
１０４の表面に鋭角に押し付けられる。このため、歯車
１２は、歯面１０４から歯元１０６にわたって研磨処理
が施され、確実に平滑面に加工されるという効果が得ら
れる。

【００２５】なお、図５Ａは、歯車１２に浸炭焼入れ処
理を施した後の歯面１０４の拡大図を示し、図５Ｂは、
この歯車１２に高強度化装置１０により高強度化処理が
施された後の前記歯面１０４の拡大図を示す。また、図
６Ａは、浸炭焼入れ処理後の歯底の拡大図を示し、図６
Ｂは、前記高強度化装置１０による高強度化処理が施さ
れた歯底の拡大図を示す。これにより、歯面１０４およ
び歯底の表面は、高強度化処理によって酸化物層が有効
に除去されるとともに、平滑化されていた。

【００２６】ところで、チャンバ１４ａに噴射されてい
る水１８およびガラスビーズ２０の粉砕片２０ａは、ケ
ーシング１４の下部に設けられている円錐部９８から排
液用コンベア１００内に排出され、この排液用コンベア
１００を介して外部に回収される。しかしながら、ガラ
スビーズ２０の粉砕によって生成された微細な粉流屑２
０ｂ（図４参照）は、チャンバ１４ａで浮遊し易い。

【００２７】ここで、第１の実施形態では、ミスト回収
機構３１を構成する一対のダクト９４、９６の先端部が
チャンバ１４ａ内に挿入され、それぞれの先端部に形成
された第１および第２開口部９４ａ、９６ａが、歯車１
２とノズル７２との間にかつ前記歯車１２に近接して開
口している。このため、ミスト回収機構３１が駆動され
て第１および第２開口部９４ａ、９６ａから吸引が行わ
れると、図７に示すように、歯車１２に近接してチャン
バ１４ａで浮遊する微細な粉流屑２０ｂを含むミスト
は、前記第１および第２開口部９４ａ、９６ａから一対
のダクト９４、９６を介して確実に吸引される。

【００２８】これにより、ガラスビーズ２０の粉砕によ
って生成された粉流屑２０ｂは、ミスト回収機構３１に
より容易かつ確実に回収され、この粉流屑２０ｂがスピ
ンドル４２等に付着することがない。従って、例えば、
高速回転するスピンドル４２に粉流屑２０ｂが付着し、
このスピンドル４２の回転動作に不具合が発生すること
を阻止できるという効果が得られる。

【００２９】次に、図８および図９には、第２の実施形
態に係る高強度化装置２００が示されている。なお、第
１の実施形態に係る高強度化装置１０と同様の構成要素
には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略す
る。

【００３０】高強度化装置２００は、投射機構２４が収
容され得る必要最小限の幅寸法に設定されたケーシング
２０１と、ミスト回収機構２０２とを備える。ミスト回
収機構２０２を構成する負圧発生源（図示せず）から
は、４本のダクト２０４、２０６、２０８および２１０
が延在している。

【００３１】ダクト２０４、２０６の先端部は、ケーシ
ング２０１の一方の側部２０１ｂからチャンバ２０１ａ
内に挿入され、それぞれの先端部に形成された第１およ
び第２開口部２０４ａ、２０６ａが、歯車１２とノズル
７２との間でかつ前記歯車１２に近接して開口してい
る。ダクト２０８、２１０の先端部は、ケーシング２０
１の他方の側部２０１ｃからチャンバ２０１ａ内に挿入
され、それぞれの先端部に形成された第３および第４開
口部２０８ａ、２１０ａが、歯車１２とノズル７２との
間にかつ前記歯車１２に近接して開口している。

【００３２】このように構成される高強度化装置２００
では、投射機構２４から歯車１２に噴流２２が投射され
るとともに、この歯車１２が回転および軸方向への移動
を行って前記歯車１２に高強度化処理が施される際、ミ
スト回収機構２０２が駆動される。

【００３３】このため、歯車１２に近接して開口する第
１〜第４開口部２０４ａ、２０６ａ、２０８ａおよび２
１０ａから吸引が行われ、前記歯車１２に近接してチャ
ンバ２０１ａ内に浮遊する微細な粉流屑２０ｂを含むミ
ストは、前記第１〜第４開口部２０４ａ、２０６ａ、２
０８ａおよび２１０ａから４本のダクト２０４、２０
６、２０８および２１０を介して吸引される。従って、
粉流屑２０ｂの吸引回収作業が、一層確実かつ効率的に
遂行されるという利点が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る歯車の高強
度化装置では、熱処理後の歯車表面に向かって液体とガ
ラスビーズとの噴流が投射されるため、このガラスビー
ズが指向性を有して前記歯車表面に正確に衝突する。従
って、歯車表面に所望の圧縮残留応力が付与されるとと
もに、ガラスビーズが粉砕されて前記歯車表面の研磨が
遂行される。

【００３５】その際、ガラスビーズの粉砕により微細な
粉流屑が生成されるが、この粉流屑を含むミストは、チ
ャンバ内に臨みかつ歯車の近傍に配置される吸引口から
確実に吸引される。これにより、チャンバ内に浮遊する
粉流屑が、スピンドル等の駆動部に付着することを有効
に阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る高強度化装置の
一部断面正面説明図である。

【図２】前記第１の実施形態に係る高強度化装置の一部
断面側面説明図である。

【図３】前記高強度化装置の動作を説明する図であり、
図３Ａは、歯先処理状態の説明図であり、図３Ｂは、歯
面処理状態の説明図であり、図３Ｃは、歯元処理状態の
説明図である。

【図４】歯面にガラスビーズが衝突した際の説明図であ
る。

【図５】前記高強度化装置の動作説明図であり、図５Ａ
は、浸炭焼入れ処理後の基準ピッチ円対応部分の拡大図
であり、図５Ｂは、前記高強度化処理が施された基準ピ
ッチ円対応部分の拡大図である。

【図６】前記高強度化装置の動作説明図であり、図６Ａ
は、浸炭焼入れ処理後の歯底の拡大図であり、図６Ｂ
は、前記高強度化処理後の歯底の拡大図である。

【図７】ミスト回収機構の動作を説明する前記高強度化
装置の一部拡大図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る高強度化装置の
一部断面正面説明図である。

【図９】前記第２の実施形態に係る高強度化装置の要部
拡大側面図である。

【符号の説明】

１０、２００…高強度化装置 １２…歯車 １４、２０１…ケーシング １４ａ、２０１ａ
…チャンバ １６…歯車保持機構 １８…水 ２０…ガラスビーズ ２２…噴流 ２４…投射機構 ２６…水供給機構 ２８…ガラスビーズ供給機構 ３１、２０２…ミ
スト回収機構 ６６…管体 ７２…ノズル ７４…水管路 ８０…ホッパー ９０…管路 ９４、９６、２０４、２０６、２０８、２１０…ダクト ９４ａ、９６ａ、２０４ａ、２０６ａ、２０８ａ、２１
０ａ…開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯車表面の強度を高めるための歯車の高強
   度化装置であって、 チャンバ内で、熱処理後の前記歯車表面に向かってノズ
   ルからガラスビーズと液体との噴流を投射する投射機構
   と、 前記ガラスビーズが前記歯車表面で粉砕して生成された
   粉流屑を吸引回収する回収機構と、 を備えるとともに、 前記回収機構は、前記チャンバ内に臨みかつ前記歯車の
   近傍に配置される吸引口を有することを特徴とする歯車
   の高強度化装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の高強度化装置において、前
   記吸引口は、前記歯車および前記ノズルを挟むように配
   置される第１および第２吸引口を有することを特徴とす
   る歯車の高強度化装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の高強度化装置において、前
   記吸引口は、前記歯車および前記ノズルを四方から挟む
   ように配置される第１乃至第４吸引口を有することを特
   徴とする歯車の高強度化装置。