JP2593739B2 - シャフト付き歯車の表面加工及び評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種機械や機器等の構成部材として用いら
れているシャフト付き歯車に対して、表面加工とその加
工程度の評価とを行う装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、シャフト付き歯車は、疲労強度を高めるた
めに表面加工（例えばショットピーニング）を施した
後、直ちに製品として使用されていた。そのシャフト付
き歯車の製品としての表面加工程度は、歯車と同一条件
で平板の片面に同様な表面加工を施し、その平板の反り
の程度によって間接的に評価されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のようにシャフト付き歯車の表面
加工程度を平板の反りの程度によって間接的に評価する
ものは、本来、表面加工装置が正常に動作しているかど
うかの検査であり、シャフト付き歯車の実際の表面加工
程度の評価にはほど遠いものであった。

そこで本発明は、上述したような従来の難点を解消す
るためになされたものであって、表面加工されたシャフ
ト付き歯車に対して加工程度の評価を直接的に行うこと
ができ、しかも表面加工とその評価とを連続的かつ自動
的に行うことができる装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるシャフト付
き歯車の表面加工及び評価装置は、複数のシャフト付き
歯車をそれぞれ保持する複数の保持具を有しステップ的
に回転駆動させる回転円板を備えたシャフト付き歯車の
移送装置と、前記保持具に対して前記シャフト付き歯車
の着脱を行うシャフト付き歯車の着脱装置と、前記シャ
フト付き歯車に表面加工を施すシャフト付き歯車の表面
加工装置と、前記保持具と前記表面加工装置との間で前
記シャフト付き歯車の受け渡しを行うシャフト付き歯車
の受渡し装置と、前記表面加工装置によって前記シャフ
ト付き歯車に施された表面加工の程度を評価するＸ線に
よる評価装置とを具備し、更に、前記Ｘ線による評価装
置を、前記保持具によって保持された前記シャフト付き
歯車をシャフト中心軸周りに回転させる回転手段と、回
転するシャフト付き歯車を所定位置で停止させる停止手
段と、停止したシャフト付き歯車の歯底にＸ線を照射し
かつ歯底からの回折Ｘ線を検出するＸ線測定手段と、検
出した回折Ｘ線の積分強度や積分幅から表面加工の程度
を評価する評価手段とによって構成したものである。

〔作 用〕

上記のように構成された本発明によれば、着脱装置に
よってシャフト付き歯車が移送装置の回転円板の保持具
に装着され、その回転円板のステップ的な回転駆動によ
ってシャフト付き歯車が移送されて行く。シャフト付き
歯車が順次移送される度に、シャフト付き歯車は受渡し
装置によって表面加工装置に渡されて表面加工が施さ
れ、その後、移送装置に戻される。表面加工が施された
シャフト付き歯車は再び移送され、Ｘ線による評価装置
によって表面加工の程度が評価される。このように、シ
ャフト付き歯車に対して、表面加工とその直接的な評価
とが連続的かつ自動的に行われる。

さらに、Ｘ線による評価装置では、保持具によって保
持されたシャフト付き歯車が回転手段によってシャフト
中心軸周りに回転され、停止手段によって所定位置で停
止される。そして、シャフト付き歯車の歯底にＸ線測定
手段によってＸ線が照射されかつ歯底からの回折Ｘ線が
検出され、評価手段によって回折Ｘ線の積分強度および
／または積分幅から表面加工の程度が評価される。これ
によって、シャフト付き歯車を保持具に保持させた状態
で直接的に表面加工の程度が評価される。

ところで、表面加工が施されたシャフト付き歯車は、
表面直下に圧縮の残留応力が分布するので、疲労や摩耗
の進行を抑制することができる。その残留応力のピーク
は、加工条件によって異なるが、表面直下〜100μｍ近
傍の深さにある。しかし、歯車表面の圧縮の残留応力
は、加工条件が異なってもほぼ一定となるので、評価パ
ラメータとして利用できないという難点がある。

しかしながら本発明者は、基礎的な実験調査から、加
工条件と歯車表面の回折Ｘ線の積分強度や積分幅とが直
線的な関係にあることを見いだした。そこで、Ｘ線によ
る評価装置における評価手段では、上記関係に基づい
て、検出した回折Ｘ線の積分強度および／または積分幅
から表面加工の程度が評価せれる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に参照して説明する。

まず、第８図に本実施例で用いられたシャフト付き歯
車を示す。表面加工前のシャフト付き歯車１は、歯車
（この例では平歯車）２に、シャフト部３が一体に或い
は嵌合によって同軸状に設けられたものである。そのシ
ャフト部３には、ピンホール４が貫通して設けられてい
る。このピンホール４の中心軸は、歯車２の歯底５にお
ける歯車直径方向と平行であり、かつシャフト中心軸3a
と直交している。

このシャフト付き歯車１の歯底５に対して、第１図に
示す表面加工及び評価装置10によって、表面加工（例え
ばショットピーニング）と、その加工程度の直接的な評
価とが、連続的かつ自動的に行われる。

即ち、表面加工及び評価装置10は、移送装置20、この
移送装置20の外方に配置された着脱装置30、受渡し装置
40及び表面加工装置50、さらに移送装置20の上方に配置
されたＸ線による評価装置60を具備している。

まず、第１図及び第２図に示すように、移送装置20
は、円形の固定台20上に載置されたリング状の回転円板
22を備えている。この回転円板22は、固定台21上に設け
られたガイド部23の外周に沿って回転自在に構成されて
いる。そして、固定台21上に駆動装置であるモータ24が
固定され、このモータ24のウォーム25が回転円板22の外
周に形成されたギア26に噛合されている。このモータ24
によって、回転円板22は矢印ａ方向へ一定角度（この例
では45゜）ずつステップ的に回転駆動され、常に第１図
に示す位置で停止される。

回転円板22上には、複数（この例では８個）の保持具
27が同心円上で等間隔置きに取付けられている。第２図
に示すように、これら保持具27は円筒状をなし、前記シ
ャフト付き歯車１のシャフト部３が遊嵌されて、そのシ
ャフト付き歯車１が垂直状に保持されるように構成され
ている。

次に、第１図に示すように、移送装置20の外方に着脱
装置30が配置されている。機械加工で作られたシャフト
付き歯車１は、着脱装置30のアーム31によって回転円板
22の保持具27の中に垂直状に装着される。回転円板22が
モータ24によって矢印ａ方向へステップ的に回転駆動さ
れ、シャフト付き歯車１が順次移送されて行く。

また、移送装置20の外方に受渡し装置40及び表面加工
装置50が配置されている。シャフト付き歯車１が受渡し
装置40の前方位置に移送されてくると、受渡し装置40の
アーム41によって、保持具27の中からシャフト付き歯車
１が取り出され、そのアーム41によって表面加工装置50
の中に送り込まれる。この表面加工装置50によって、シ
ャフト付き歯車１に所定の表面加工が施される。加工が
終了したシャフト付き歯車１′は、再び受渡し装置40の
アーム41によって保持具27に戻される。回転円板22の回
転駆動によってシャフト付き歯車１′は次の位置へ移送
されて行く。

そして、移送装置20の上方で保持具27を挟むように、
Ｘ線による評価装置60が配置されている。表面加工され
たシャフト付き歯車１′がＸ線による評価装置60の位置
に移送されてくると、そのシャフト付き歯車１′は後続
する他のシャフト付き歯車１が表面加工装置50によって
表面加工されている間に、Ｘ線による評価装置60によっ
て加工の程度が直接的かつ自動的に評価される。

即ち、第２図にＸ線による評価装置60の詳細を示す
が、主に、保持具27によって保持されたシャフト付き歯
車１′をシャフト中心軸3a周りに回転させる回転手段70
と、回転するシャフト付き歯車１′を所定位置で停止さ
せる停止手段80と、停止したシャフト付き歯車１′の歯
車２の歯底５にＸ線を照射しかつ歯底５からの回折Ｘ線
を検出するＸ線測定手段90と、検出した回折Ｘ線の積分
強度および／または積分幅から表面加工の程度を評価す
る評価手段100とによって構成されている。

まず、回転手段70及び停止手段80においては、前記固
定台21上に立設された一対の架台71に、それぞれアーム
27が支持されている。これら両アーム72はそれぞれシャ
フト付き歯車１′のシャフト部３に対して矢印ｂ、ｂ′
方向に接近及び離間自在であり、電磁石73によって駆動
される。第３図に示すように、両アーム72の先端には一
方に１個、他方に２個の位置調整ロール74が軸支されて
おり、それぞれ駆動装置であるモータ75によって一方向
（例えば矢印ｃ方向）へ回転駆動される。

また、上方に延設された一対の架台71の先端には、そ
れぞれ小型レーザー発生装置81と検出器82とが取付けら
れている。なお、これらレーザー発生装置81及び検出器
82の位置は、シャフト付き歯車１′のシャフト部３に設
けられた前記ピンホール４に対応する。また、さらに上
方に延設された一方の架台71の先端には、歯車２の歯先
を検出する近接スイッチのセンサ83が取付けられてい
る。

第４図は停止手段80の構成を示すブロック図であり、
この停止手段80は停止制御部84を有している。停止制御
部84は例えばマイクロコンピュータによって構成するこ
とができる。この停止制御部84は、検出器82によって検
出されたレーザーが最大強度値に到達したときを判断
し、直ちに位置調整ロール74のモータ75への電源供給を
停止する制御を行う。なお、停止制御部84は、電磁石73
及びレーザー発生装置81を制御し、センサ83からの信号
を受ける制御部として兼用することができる。

次に、第２図に示すように、Ｘ線測定手段90は、主と
して、架台91の先端に取付けられて歯車２の近傍に配置
されたＸ線ゴニオメータ92によって構成され、このＸ線
ゴニオメータ92はＸ線管球93、スリット94及び一次元検
出器95を具備している。なお、Ｘ線ゴニオメータ92は停
止手段80における検出器82の真上に位置する。また、96
はＸ線発生装置、97は水冷ポンプであり、これらはＸ線
ゴニオメータ92にパイプ98によって接続されている。

次に、第５図に評価手段100の構成をブロック図によ
って示すが、この評価手段100は主に比較制御部101と、
記憶部102と、表示部103とによって構成されている。こ
れら比較制御部101、記憶部102及び表示部103は、それ
ぞれ例えばマイクロコンピュータ、メモリ、ディスプレ
イ等によって構成することができる。比較制御部101
は、一次元検出器95によって検出された回折Ｘ線に基づ
く電気信号を受ける。記憶部102には、予め表面加工変
化に対する回折Ｘ線の積分強度および／または積分幅の
関係が記憶されている。比較制御部101は、一次元検出
器95によって検出された回折Ｘ線の結果と、記憶部102
に記憶された内容との比較を行い、シャフト付き歯車
１′の表面加工度を求める。そして、比較制御部101は
その結果を表示部103に直ちに表示させる。

ところで、第６図に示すように、歯車のショットピー
ニング効果は、表面深さ方向の圧縮残留応力分布にあ
る。しかし、表面部では残留応力がほぼ一定値になる。
ところが、第７図（ａ）及び（ｂ）に示すように、回折
Ｘ線の積分強度（回折図形の面積）や積分幅（積分強度
／ピーク強度）は、ショットピーニング程度に対して直
線的に増加する。これは歯車表面の塑性ひずみが直線的
に増加したためである。

以上の実験事実は本発明者が見いだしたものであり、
これに基づいて、前記記憶部102には、第７図（ａ）及
び（ｂ）に示すような表面加工程度に対する回折Ｘ線の
積分強度や積分幅の関係を記憶させている。なお、記憶
部102には、表面加工の種類に応じて複数種類の上記関
係を記憶させてよい。

次に、上述のように構成されたＸ線による評価装置60
の動作を説明する。

まず、第２図に示すように、表面加工されたシャフト
付き歯車１′がＸ線による評価装置60の位置にくると、
歯車２の歯底５にＸ線を照射するための位置調整が行わ
れる。即ち、シャフト付き歯車１′のシャフト部３にレ
ーザー発生装置81によってレーザー束85が照射されると
共に、電磁石73の動作によって両アーム72が矢印ｂ方向
のシャフト部３側へ移動され、第３図に示すように、位
置調整ロール74がシャフト部３の表面に接触する。そし
て、モータ75によって位置調整ロール74が一方向（矢印
ｃ方向）に回転されるので、シャフト付き歯車１′が矢
印ｄ方向へ回転を始める。なお、３個の位置調整ロール
74によって３点でシャフト付き歯車１′を回転させるの
で、シャフト付き歯車１′を極めて容易かつ正確にシャ
フト中心軸3a周りに回転させることができる。

シャフト付き歯車１′の回転によって、レーザー束85
の一部がシャフト部３のピンホール４を通過し、検出器
82によって検出される。そして、検出器82で検出された
レーザー束85は電気信号に変換され、その信号は停止制
御部84に送られる。停止制御部84はその信号が最大強度
値に到達したときを判断し、直ちに位置調整ロール74の
モータ75への電源供給を停止する。これによってシャフ
ト付き歯車１′は所定位置、即ち歯車２の歯底５がＸ線
ゴニオメータ92の測定基準位置と一致する位置に正確に
停止する。

なお、シャフト付き歯車１′の停止位置は180゜回転
毎にあり、歯車２の歯数が偶数個の場合には、ピンホー
ル４の両端が歯底５に一致するので、何れの停止位置で
も歯底５がＸ線ゴニオメータ92に対向する。しかし、歯
車２の歯数が奇数個の場合には、ピンホール４の一端を
歯底５に一致させると他端は歯先に一致するので、歯先
がＸ線ゴニオメータ92に対向して停止する場合がある。
そこで、歯車２の歯数が奇数個の場合には、シャフト付
き歯車１′の停止後、近接スイッチのセンサ83が動作し
て歯先を検出すると、この停止位置が適正な位置である
と判断される。また、センサ83が歯先を検出しないと、
再びモータ75によってシャフト付き歯車１′が回転さ
れ、再び通過レーザーが最大強度値に到達したとき（18
0゜回転時）に、シャフト付き歯車１′が停止される。

上述のようにシャフト付き歯車１′が所定位置に停止
された後、Ｘ線管球93からの入射Ｘ線99aがスリット94
を通過して歯車２の歯底５に照射され、歯底５からの回
折Ｘ線99bが一次元検出器95によって検出される。そし
て、検出された回折Ｘ線99bの積分強度や積分幅から、
表面加工程度が直ちに評価される。

即ち、第５図において、比較制御部101は、一次元検
出器95によって検出された回折Ｘ線99aの結果と、記憶
部102に記憶された第７図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
な内容との比較を行い、シャフト付き歯車１′の表面加
工度を求める。そして、比較制御部101はその結果を表
示部103に直ちに表示させる。

以上のように、このＸ線による評価装置60は、保持具
27によって保持されたシャフト付き歯車１′をシャフト
中心軸3a周りに回転させる回転手段70と、回転するシャ
フト付き歯車１′を所定位置で停止させる停止手段80と
を有するので、Ｘ線測定手段90のＸ線ゴニオメータ92
は、評価するシャフト付き歯車１′毎に位置調整を行う
煩雑な作業から免れることができる。

また、シャフト付き歯車１′の位置調整、回折Ｘ線測
定及び評価が自動的に素早く行われることによって、こ
れに要する時間がシャフト付き歯車１の表面加工に要す
る時間よりも短いので、この評価は表面加工の合間に行
うことができる。

しかも、評価手段100によって回折Ｘ線の積分強度や
積分幅から表面加工の程度を評価するので、歯車表面の
圧縮残留応力を評価パラメータとして利用できないとい
う難点が解消され、表面加工の程度を高精度に評価する
ことができる。

さらに、その評価後、電磁石73によって両アーム72が
シャフト部３側から矢印ｂ′方向へ移動され、位置調整
ロール74がシャフト部３から離間される。そのために、
回転円板22のステップ的な回転駆動によって、次のシャ
フト付き歯車１′がＸ線による評価装置60の位置に容易
に進入することができる。

なお、表面加工程度の評価が終了したシャフト付き歯
車１′が着脱装置30の位置に戻ってくると、その着脱装
置30のアーム31によってシャフト付き歯車１′は保持具
27の中から外へ取り出される。そして、空いた保持具27
には、着脱装置30によって次のシャフト付き歯車１が装
着される。

従って、この表面加工及び評価装置10では、以上の動
作が繰り返し行われるので、シャフト付き歯車１の表面
加工と、表面加工されたシャフト付き歯車１′の直接的
な加工程度評価とが、連続的かつ自動的に行えるもので
ある。

以上、本発明の一実施例に付き説明したが，本発明は
実施例に限定されることなく、本発明の技術的思想に基
づいて各種の有効な変更が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるシャフト付き歯車
の表面加工及び評価装置によれば、シャフト付き歯車が
順次移送される度に、そのシャフト付き歯車に表面加工
が施され、次いでその加工程度が直接的に評価される。
従って、各種機械や機器等の構成部材として広く用いら
れているシャフト付き歯車に対して、疲労強度を高める
表面加工とその加工程度の直接的な評価とを連続的かつ
自動的に行うことができるので、各種産業界において有
効に活用できる大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を適用したシャフト付き歯車の表面加工及
び評価装置の一実施例を示すものであって、第１図は装
置全体の上面図、第２図はＸ線による評価装置を示す第
１図II−II線での矢視拡大側面図、第３図は回転手段の
一部を示す第２図III−III線での矢視拡大上面図、第４
図は回転手段及び停止手段の構成を示すブロック図、第
５図は評価手段の構成を示すブロック図、第６図はショ
ットピーニングにおける表面深さと残留応力との関係を
示すグラフ、第７図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれショッ
トピーニング程度と積分強度及び積分幅との関係を示す
グラフ、第８図は本実施例で用いられたシャフト付き歯
車の正面図である。 なお、図面に用いた符号において、 １……表面加工前のシャフト付き歯車 １′……表面加工後のシャフト付き歯車 ２……歯車 ３……シャフト部 ４……ピンホール ５……歯底 10……表面加工及び評価装置 20……移送装置 22……回転円板 27……保持具 30……着脱装置 40……受渡し装置 50……表面加工装置 60……Ｘ線による評価装置 70……回転手段 72……アーム 74……位置調整ロール 75……モータ（駆動装置） 80……停止手段 81……レーザー発生装置 82……検出器 84……停止制御部 85……レーザー束 90……Ｘ線測定手段 92……Ｘ線ゴニオメータ 99a……入射Ｘ線 99b……回折Ｘ線 100……評価手段 101……比較制御部 102……記憶部 103……表示部 である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 23/20 Ｇ０１Ｎ 23/20 23/207 23/207 (72)発明者 菊池 利治 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式會社第１技術研究所内 (72)発明者 成田 進 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−304307（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−29671（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のシャフト付き歯車をそれぞれ保持す
   る複数の保持具を有しステップ的に回転駆動される回転
   円板を備えたシャフト付き歯車の移送装置と、 前記保持具に対して前記シャフト付き歯車の着脱を行う
   シャフト付き歯車の着脱装置と、 前記シャフト付き歯車の表面加工を施すシャフト付き歯
   車の表面加工装置と、 前記保持具と前記表面加工装置との間で前記シャフト付
   き歯車の受け渡しを行うシャフト付き歯車の受渡し装置
   と、 前記表面加工装置によって前記シャフト付き歯車に施さ
   れた表面加工の程度を評価するＸ線による評価装置とを
   具備し、 更に、前記Ｘ線による評価装置を、前記保持具によって
   保持された前記シャフト付き歯車をシャフト中心軸周り
   に回転させる回転手段と、回転するシャフト付き歯車を
   所定位置で停止させる停止手段と、停止したシャフト付
   き歯車の歯底にＸ線を照射しかつ歯底からの回折Ｘ線を
   検出するＸ線測定手段と、検出した回折Ｘ線の積分強度
   および／または積分幅から表面加工による塑性ひずみの
   程度を評価する評価手段とによって構成した、 ことを特徴とするシャフト付き歯車の表面加工及び評価
   装置。
2. 【請求項２】前記Ｘ線による評価装置における回転手段
   を、前記シャフト付き歯車のシャフト部に対して接近及
   び離間自在なアームと、このアームに取り付けられて一
   方向に回転駆動させる複数の位置調整ロールとによって
   構成し、前記アームを前記シャフト部に接近させて前記
   複数の位置調整ロールを前記シャフト部の表面に接触さ
   せることによって、前記シャフト付き歯車を回転させる
   ように構成したことを特徴とする請求項１記載のシャフ
   ト付き歯車の表面加工及び評価装置。
3. 【請求項３】前記Ｘ線による評価装置における停止手段
   を、前記シャフト付き歯車のシャフト部にレーザーを照
   射するレーザー装置と、前記シャフト部に設けられたピ
   ンホールを通過したレーザーを検出する検出器と、その
   通過レーザーが最大強度値に到達したときに前記シャフ
   ト値き歯車の回転駆動装置を停止させる停止制御部とに
   よって構成したことを特徴とする請求項１記載のシャフ
   ト付き歯車の表面加工及び評価装置。
4. 【請求項４】前記表面加工装置による前記シャフト付き
   歯車の表面加工中に、前記Ｘ線による評価装置によって
   表面加工済みのシャフト付き歯車の表面加工程度の評価
   を終了するように構成したことを特徴とする請求項１記
   載のシャフト付き歯車の表面加工及び評価装置。