JP2000042927A - 歯車の高強度化装置用歯車保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】種々の軸長の異なる歯車を簡単な構成で確実に
保持し、高品質な高強度化処理を施すことを可能にす
る。 【解決手段】歯車保持機構１６は、歯車１２の一方の端
部を支持して回転する駆動回転部３０を設けたスピンド
ルユニット３２と、前記歯車１２の他方の端部を支持し
て回転自在な従動回転部３４を設けた支持手段３６と、
前記従動回転部３４を前記歯車１２側に押圧し、該従動
回転部３４と前記駆動回転部３０とで前記歯車１２を挟
持するためのシリンダ３８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用歯車保持機構に関す
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、金属表面が粗れること
を防止して疲労強度を向上させようとするものである。

【０００４】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してしまうという問題があ
った。

【０００５】そこで、本出願人は、十分な圧縮残留応力
を付与し、歯面から歯元にわたって平滑な面を得ること
を可能にした歯車の高強度化装置を提案し、特許出願を
行っている（特開平９−２４８７６１号公報参照）。こ
の従来技術では、チャンバ内で、熱処理後の歯車を位置
決め保持する歯車保持機構と、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、前記投射機構に前記液体を圧送する液体供給機構
と、前記投射機構に前記ガラスビーズを所定量ずつ送り
出すガラスビーズ供給機構とを備えている。これによ
り、ガラスビーズが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、前記ガラスビーズの粉砕により前記歯車表面
の歯面から歯元にわたって平滑な面が得られることにな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の歯車保持機構
は、スピンドルユニットに設けられたスピンドルに歯車
が装着されており、前記スピンドルと一体的に前記歯車
を回転させている。ところが、この種の構造では、例え
ば、カウンタシャフトのような長尺な歯車が使用される
際に、回転中にこの歯車にぶれが生ずるおそれがある。
これにより、歯車表面にガラスビーズと液体との噴流を
正確に投射することができず、歯車に対して高精度な高
強度化処理を施すことが困難であるという問題が指摘さ
れている。

【０００７】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、軸長さの異なる種々の歯車を確実に保持し、前記歯
車の高強度化処理を精度よく施すことが可能な歯車の高
強度化装置用歯車保持機構を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歯車の高強
度化装置用歯車保持機構では、歯車の一方の端部が駆動
回転部を介して支持されるとともに、この歯車の他方の
端部が従動回転部で支持され、シリンダの作用下に前記
従動回転部が前記歯車側に押圧されて該従動回転部と前
記駆動回転部とで前記歯車が挟持された状態で、スピン
ドルユニットの作用下に該歯車が回転される。このた
め、歯車の両端が駆動回転部と従動回転部とで確実に押
圧保持され、特に長尺な歯車であっても回転時にこの歯
車にぶれ等が生ずることを確実に阻止することができ
る。

【０００９】また、支持手段およびシリンダを一体的に
歯車の軸方向に位置調整可能な位置調整手段を備えてい
る。この位置調整手段では、移動手段の作用下に自動的
または手動操作によってスリーブ部材が軸方向に進退
し、このスリーブ部材に装着された支持手段およびシリ
ンダが軸方向の位置を調整される。従って、例えば、カ
ウンタシャフトのような長尺な歯車と、リングギアのよ
うな短尺な歯車とが用いられる場合に、位置調整手段を
介して駆動回転部と従動回転部との間隔が予め設定され
る。これにより、従動回転部のストローク量を大幅に削
減することができ、歯車の着脱作業が一挙に短時間で効
率的に遂行可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
歯車保持機構を組み込む高強度化装置１０の概略斜視説
明図であり、図２は、前記高強度化装置１０の正面説明
図であり、図３は、前記高強度化装置１０の上部拡大断
面正面図である。

【００１１】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内でこの歯車１２を位置決め保持する本実施形態
に係る歯車保持機構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２４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２０ａを吸
引して排液と共に回収する回収機構２６と、前記回収さ
れた排液を前記水１８と前記粉流屑２０ａとに分別する
分別機構２８とを備える。

【００１２】図４に示すように、歯車保持機構１６は、
歯車１２の一方の端部を支持して回転する駆動回転部３
０を設けたスピンドルユニット３２と、前記歯車１２の
他方の端部を支持して回転自在な従動回転部３４を設け
た支持手段３６と、前記従動回転部３４を前記歯車１２
の他方の端部側に押圧し、該従動回転部３４と前記駆動
回転部３０とで該歯車１２を挟持するためのシリンダ３
８とを備える。

【００１３】図５に示すように、スピンドルユニット３
２を構成するサーボモータ４０の回転軸４０ａは、カッ
プリング４２を介して駆動回転部３０を構成する駆動軸
４４に連結される。駆動軸４４は、ベアリング４６を介
して筒体４８に回転自在に支持されるとともに、この筒
体４８がケーシング１４にねじ止めされている。駆動軸
４４の先端には、テーパ部を設けた略円柱状の第１支持
体５０がスプリング５１を介して進退自在に配置され、
この第１支持体５０および前記駆動軸４４内を一体的に
貫通して粉流屑進入防止用エア通路５２が形成される。
このエア通路５２の一端は、図示しないエアブロアに接
続される一方、前記エア通路５２の他端は、第１支持体
５０の先端から外部に開放している。

【００１４】図６に示すように、支持手段３６およびシ
リンダ３８は、位置調整手段５４を介して歯車１２の軸
方向（矢印Ａ方向）に位置調整可能である。位置調整手
段５４は、ケーシング１４にねじ止めされる略筒状のガ
イド部材５６と、このガイド部材５６の内側に進退自在
に嵌合し、支持手段３６およびシリンダ３８が装着され
るスリーブ部材５８と、前記スリーブ部材５８を軸方向
（矢印Ａ方向）に進退させる移動手段６０とを備える。

【００１５】移動手段６０を構成するハンドル６２にね
じ軸６４が連結され、このねじ軸６４がベアリング６６
を介して取付台６８に支持される。この取付台６８は、
ケーシング１４の外壁部に固定される。ねじ軸６４には
ナット部材７０が外装されており、このナット部材７０
にスリーブ部材５８の一端が固定される。スリーブ部材
５８の一端には、取付部材７２を介してシリンダ３８が
装着され、このシリンダ３８から矢印Ａ方向に延在する
ロッド７１にスライドロッド７３が同軸上に連結され
る。

【００１６】図７に示すように、スライドロッド７３の
先端部には、支持手段３６を構成する円柱状の保持部材
７４が連結され、この保持部材７４がスリーブ部材５８
内に進退自在に支持される。保持部材７４の先端には、
従動回転部３４を構成する従動軸７６がベアリング７８
を介して回転自在に支持され、この従動軸７６の先端に
テーパ部を設けた略円柱状の第２支持体８０が設けられ
る。保持部材７４、従動軸７６および第２支持体８０に
わたって粉流屑進入防止用エア通路８２が形成され、こ
のエア通路８２が図示しないエアブロアに接続されてい
る。保持部材７４には、ベアリング７８等に粉流屑２０
ａ等が進入しないようにエア吹き出し通路８４が形成さ
れている。

【００１７】図２および図３に示すように、投射機構２
４は、ケーシング１４の外部に配置されるロボット１０
０を備え、このロボット１００を構成するアーム部１０
２が、ベローズ部材１０３に保護された状態で前記ケー
シング１４内のチャンバ１４ａに配置される。アーム部
１０２の先端にノズル１０４が装着されるとともに、こ
のノズル１０４の上部側には、水１８とガラスビーズ２
０を混合するためのミキシングチャンバ１０６が連結さ
れる。水１８およびガラスビーズ２０は、それぞれ管路
１０８、１１０を介して図示しない水供給源およびホッ
パーに連結されている（図３参照）。

【００１８】ケーシング１４には、チャンバ１４ａを外
部に開放する開口１４ｂが設けられ、この開口１４ｂが
二重扉１２０を介して開閉される（図１参照）。チャン
バ１４ａには、回収機構２６を構成する液体噴射手段２
００が配置される。図８に示すように、液体噴射手段２
００は、ケーシング１４の天井部１４ｃ側に配置され、
チャンバ１４ａ内に液体、例えば、水１８を広角に噴射
する四つの水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを備えて
いる。水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄは、チャンバ
１４ａ内全体をシャワリングし得るように各噴射角度お
よび方向が設定されている。

【００１９】ケーシング１４の底部１４ｄは、一つの角
部に向かって傾斜して構成されるとともに（図３参
照）、この底部１４ｄに近接して水パイプ２０４が配置
される。図８に示すように、この水パイプ２０４には、
ロボット１００のアーム部１０２の下面側を洗浄するた
めの水１８を広角に噴射する水噴射ノズル２０６と、歯
車洗浄用ノズル２０８ａ乃至２０８ｆとが設けられてい
る。

【００２０】図３および図９に示すように、回収機構２
６は、ケーシング１４の一側部上部に設けられる吸引口
２１０を備え、この吸引口２１０に負圧発生部２１２が
連結される。負圧発生部２１２には、その側部に圧縮空
気供給口２１４を設けており、この圧縮空気供給口２１
４から導入される圧縮空気の吹き出し作用下に前記負圧
発生部２１２内を負圧状態にするよう機能する。負圧発
生部２１２には、シャワリング用チャンバ２１６を構成
するケーシング２１８が接続される。このケーシング２
１８内には噴射手段２２０が装着されており、この噴射
手段２２０から水１８が噴射されることによってチャン
バ２１６内にシャワリングが行われる。

【００２１】ケーシング２１８に管体２２２が接続さ
れ、この管体２２２がケーシング１４の底部１４ｄの最
下位置に対応して接続されたジョイント管体２２４に接
続される。このジョイント管体２２４は、管体２２６、
２２８を介して分別機構２８を構成する遠心分離器３０
０に接続される。管体２２６、２２８間には、鉛直上方
向に向かってエア管体２３０が連結されている。ケーシ
ング１４には、吸引口２１０とは反対側でかつ下部側に
位置して空気導入管２３２が接続されている（図３参
照）。

【００２２】分別機構２８は、ケーシング１４の下方に
配置されており、この分別機構２８を構成する遠心分離
器３００には、図２に示すように、分離された固形部分
である粉流屑２０ａを排出するスラッジ排出口３０２
と、分離された液体である水１８を排出する液体排出口
３０４とが設けられる。スラッジ排出口３０２の下方に
は、スラッジ回収ボックス３０６が配置される一方、液
体排出口３０４には、タンク３１０が連結される。

【００２３】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。

【００２４】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。浸炭焼入
れ処理後の歯車１２は、本実施形態に係る歯車保持機構
１６を構成する駆動回転部３０と従動回転部３４との間
に配置され、シリンダ３８の駆動作用下に、前記従動回
転部３４が前記歯車１２側（矢印Ａ１方向）に移動する
（図４参照）。このため、歯車１２は、その両端部を駆
動回転部３０と従動回転部３４とに押圧挟持される。

【００２５】次いで、二重扉１２０が操作されてケーシ
ング１４のチャンバ１４ａが閉じられた状態で、スピン
ドルユニット３２を構成するサーボモータ４０が駆動さ
れる。従って、図５に示すように、サーボモータ４０の
回転軸４０ａにカップリング４２を介して連結されてい
る駆動軸４４が回転し、この駆動軸４４の先端に設けら
れた第１支持体５０およびこの第１支持体５０に一端を
支持されている歯車１２が一体的に回転駆動される。こ
の歯車１２の他端は、従動回転部３４を構成する第２支
持体８０に支持されており、この第２支持体８０が従動
軸７６と一体的にベアリング７８を介して保持部材７４
に対して回転する（図７参照）。

【００２６】その際、図３に示すように、投射機構２４
を構成する図示しない高圧ポンプの作用下に水１８およ
びガラスビーズ２０がそれぞれ管路１０８、１１０を介
してミキシングチャンバ１０６に圧送される。このた
め、ノズル１０４から歯車１２に向かって水１８とガラ
スビーズ２０との噴流２２が指向性を有して投射され
る。

【００２７】さらに、ノズル１０４は、ロボット１００
を構成するアーム部１０２を介して所定方向、すなわ
ち、歯車１２の軸線方向に移動し、この歯車１２の歯面
全面にガラスビーズ２０を介して圧縮残留応力が付与さ
れるとともに、前記ガラスビーズ２０が粉砕される。こ
のガラスビーズ２０の粉砕によって生成された粉流屑２
０ａは、ケーシング１４ａ内に浮遊しており、回収機構
２６を構成する液体噴射手段２００および負圧発生部２
１２が駆動される。

【００２８】液体噴射手段２００では、図８に示すよう
に、各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを介してケー
シング１４のチャンバ１４ａ内に水１８が噴射され、こ
のチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａおよび
ロボット１００のアーム部１０２に付着している粉流屑
２０ａを前記ケーシング１４の底部１４ｄ側に強制的に
排出させる。また、水パイプ２０４に装着されている水
噴射ノズル２０６から水１８が噴射され、この水１８に
よってアーム部１０２の下部側が洗浄されるとともに、
各ノズル２０８ａ乃至２０８ｆから噴射される水１８を
介して歯車１２の洗浄作業が行われる。

【００２９】液体噴射手段２００による洗浄時に発生し
た粉流屑２０ａを含む排液が、底部１４ｄの傾斜に沿っ
て流動し、図３および図９に示すように、ケーシング１
４に連結されているジョイント管体２２４を介して管体
２２６、２２８から分別機構２８を構成する遠心分離器
３００に送られる。

【００３０】一方、負圧発生部２１２が駆動されて圧縮
空気供給口２１４から圧縮空気が導入されると、吸引口
２１０に負圧が発生してケーシング１４のチャンバ１４
ａ内に浮遊している粉流屑２０ａが、この吸引口２１０
からチャンバ２１６に吸引されて減速される。チャンバ
２１６では、ケーシング２１８に配置されている噴射手
段２２０を介してシャワリングが行われ、粉流屑２０ａ
を含む排液が管体２２２からジョイント管体２２４、管
体２２６および２２８を介して遠心分離器３００に導入
されるとともに、圧縮空気がエア管体２３０から外部に
排出される。なお、チャンバ１４ａ内には、空気導入管
２３２から外部の空気が導入されている。遠心分離器３
００では、スラッジ排出口３０２から固形部分である粉
流屑２０ａがスラッジ回収ボックス３０６に排出される
一方、水１８が液体排出口３０４からタンク３１０に導
入される。

【００３１】チャンバ１４ａ内で歯車１２の高強度化処
理が終了して、二重扉１２０が開放された後、歯車保持
機構１６を構成するシリンダ３８が駆動される。図６に
示すように、シリンダ３８のロッド７１にスライドロッ
ド７３が連結されており、このスライドロッド７３が矢
印Ａ２方向に移動することにより、保持部材７４と一体
的に従動回転部３４が矢印Ａ２方向に移動して歯車１２
の端部から離脱する（図７参照）。

【００３２】これにより、歯車１２が駆動回転部３０と
従動回転部３４の間から取り外され、新たな歯車１２が
前記駆動回転部３０と前記従動回転部３４との間に配置
される。さらに、シリンダ３８が駆動されて、駆動回転
部３０と従動回転部３４とにより、新たな歯車１２の両
端が押圧挟持される。

【００３３】この場合、本実施形態では、歯車１２の一
方の端部がスピンドルユニット３２を構成する駆動回転
部３０に支持されるとともに、この歯車１２の他方の端
部が支持手段３６を構成する従動回転部３４に支持され
る。そして、シリンダ３８を介して歯車１２が従動回転
部３４と駆動回転部３０とで押圧挟持された状態で、ス
ピンドルユニット３２を構成するサーボモータ４０が駆
動される。

【００３４】このため、歯車１２は、その両端部を駆動
回転部３０と従動回転部３４とで強固に押圧保持された
状態で回転駆動されるため、特にカウンタシャフト等の
ような長尺な歯車１２が用いられる際にも、該歯車１２
が回転中にぶれることを確実に阻止することができる。
これにより、歯車１２を高精度に回転させることが可能
になり、投射機構２４を介してこの歯車１２の歯面全面
に対して良好な圧縮残留応力を確実に付与することがで
きるという効果が得られる。

【００３５】しかも、駆動回転部３０および従動回転部
３４の第１および第２支持体５０、８０を介して歯車１
２の両端部を挟持している。従って、例えば、コレット
チャック等を用いるものに比べて、製造コストが大幅に
削減されるという利点がある。

【００３６】ところで、カウンタシャフトのような長尺
な歯車１２に代えて、図１０に示すような短尺な歯車１
２ａに高強度化処理を施す際には、歯車保持機構１６を
構成する位置調整手段５４が操作される。すなわち、図
６に示すように、作業者がハンドル６２を把持してこれ
を回転させると、前記ハンドル６２に連結されたねじ軸
６４が回転し、このねじ軸６４に外装されたナット部材
７０と一体的にスリーブ部材５８が矢印Ａ１方向に移動
する。

【００３７】スリーブ部材５８には、支持手段３６およ
びシリンダ３８が装着されており、このスリーブ部材５
８が矢印Ａ１方向に移動することにより、前記支持手段
３６および前記シリンダ３８の位置が矢印Ａ１方向に調
整される。そして、支持手段３６が短尺な歯車１２ａの
軸長さに対応して位置決めされた後、上記と同様にこの
歯車１２ａに対する高強度化処理が行われる。

【００３８】このように、本実施形態では、種々の長さ
の異なる歯車１２、１２ａに対応して位置調整手段５４
を介し支持手段３６の位置が予め設定される。このた
め、長尺な歯車１２と短尺な歯車１２ａとによって、シ
リンダ３８による従動回転部３４のストローク量が異な
ることがなく、最少のストローク量で歯車１２、１２ａ
の着脱作業が短時間で効率的に遂行されるという効果が
ある。しかも、位置調整手段５４は、手動操作により回
転されるハンドル６２を備えた簡単な構成からなり、歯
車保持機構１６全体の構造の簡素化が容易に図られる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る歯車の高強度化装置用歯車
保持機構では、歯車の両端部を駆動回転部と従動回転部
とで支持するとともに、シリンダを介して前記従動回転
部を前記歯車側に押圧し、該従動回転部と前記駆動回転
部で前記歯車を押圧挟持した状態で、スピンドルユニッ
トが駆動されて前記歯車が回転される。これにより、歯
車は、両端から強固に押圧挟持されるため、回転中にこ
の歯車にぶれが発生することがなく、高品質な高強度化
処理が確実かつ効率的に遂行される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る歯車保持機構を組み込
む高強度化装置の概略斜視説明図である。

【図２】前記高強度化装置の正面説明図である。

【図３】前記高強度化装置の上部拡大断面正面図であ
る。

【図４】前記歯車保持機構の斜視説明図である。

【図５】前記歯車保持機構を構成するスピンドルユニッ
ト側の縦断面説明図である。

【図６】前記歯車保持機構を構成する支持手段側の縦断
面説明図である。

【図７】前記歯車保持機構を構成する位置調整手段の断
面説明図である。

【図８】前記高強度化装置を構成する回収機構の部分斜
視説明図である。

【図９】前記回収機構の別の部分斜視説明図である。

【図１０】前記歯車保持機構により短尺な歯車を保持す
る際の説明図である。

【符号の説明】

１０…高強度化装置 １２、１２ａ…歯車 １４、２１８…ケーシング １４ａ、２１６…チ
ャンバ １６…歯車保持機構 １８…水 ２０…ガラスビーズ ２０ａ…粉流屑 ２２…噴流 ２６…回収機構 ２８…分別機構 ３０…駆動回転部 ３２…スピンドルユニット ３４…従動回転部 ３６…支持手段 ３８…シリンダ ４０…サーボモータ ５０、８０…支持体 ５４…位置調整手段 ５６…ガイド部材 ５８…スリーブ部材 ６０…移動手段 ７４…保持部材 １００…ロボット １０２…アーム部 １０４、２０８ａ〜２０８ｆ…ノズル ２００…液体噴射手段 ２０２ａ〜２０２ｄ、２０６…水噴射ノズル ２０４…水パイプ ２１０…吸引口 ２２０…噴射手段 ３００…遠心分離器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内で歯車表面に向かってガラスビー
   ズが混在した液体を投射して前記歯車表面の強度を高め
   る歯車の高強度化装置に設けられ、前記処理室内で前記
   歯車を保持する歯車保持機構であって、 前記歯車の一方の端部を支持して回転する駆動回転部を
   設けたスピンドルユニットと、 前記歯車の他方の端部を支持して回転自在な従動回転部
   を設けた支持手段と、 前記従動回転部を前記歯車の他方の端部側に押圧し、該
   従動回転部と前記駆動回転部とで前記歯車を挟持するた
   めのシリンダと、 を備えることを特徴とする歯車の高強度化装置用歯車保
   持機構。
2. 【請求項２】請求項１記載の歯車保持機構において、前
   記支持手段および前記シリンダを一体的に前記歯車の軸
   方向に位置調整可能な位置調整手段を備え、 前記位置調整手段は、前記処理室内に配置されるガイド
   部材と、 前記ガイド部材の内側に摺動自在に挿入され、前記支持
   手段および前記シリンダが装着されるスリーブ部材と、 前記スリーブ部材を前記軸方向に進退させる移動手段
   と、 を備えることを特徴とする歯車の高強度化装置用歯車保
   持機構。