JP3051448U - 歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させる静電圧処理シス テム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案の目的は、自動車のトランスミッショ
ンの組合せギアはもとより、航空機、タービン、高速度
機械、及び、精密工作機械関係のギアボックス及びギア
を含め、高品質の高速度鋼機械部品の耐摩耗性及び強靭
性を本考案の常温及び低温領域静電圧処理システムによ
り向上させることである。 【構成】 本考案の構成は歯車表面の静電圧処理装置と
静電研磨装置とからなる。 本考案の静電圧処理の構成
は最初に歯車表面を正電荷帯電処理させ、その所定の硬
度範囲の処理歯車に、歯車表面を静電研磨し、更に所定
の硬度範囲に調整する機構に基づいている。 本法の静
電圧処理は絹立工程以前の未使用の歯車表面に耐摩耗性
及び強靭性の一様で均一な連続した金属薄膜を形成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】 ［産業上の利用分野］ 歯車を静電圧処理し、歯車表面を負帯電させた後、正電荷帯電研磨材粒子 により、静電的相互作用により、その表面を隈なく直線的に静電研磨し、再現性 と安定性のある歯車の耐摩耗性及び強靭性を高める静電圧処理システムに関する 。 本考案は自動車産業のトランスミッション、航空機及び各種機械のギアボッ クス等の他に、特に工作機械及び精密機械工具等に多大なその利用分野がある。

【０００２】 ［従来の技術］ 鋼材のγ_Ｒのマルテン化を十分に期待するには、焼き入れ直後にサブゼロ 処理を行う必要があり、小規模の製品の時はよいが、サブゼロクラックを殆ど生 じる欠点があり、ランニングコストも高い。 製品化された鋼材、例えば、切削 工具、歯車及び機械部品類に適用は期待できない。 歯車等には、従来からピーニングによる鋼材の表面処理法が周知である。 しかしながら、ピーニング効果は鋼材の表面に対して常に直角の角度で操作しな ければ、その効果は半減し、常に直角に、しかも、確実にピーニングされるとは 限らない。 その結果、鋼材の耐摩耗性及び強靭性は通常２倍程度の向上させる に過ぎず、十分な技術にまでに至っていなく、その効果の再現性に問題がある。

【０００３】 ［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、本考案者は、歯車の耐摩耗性及び強靭性とその再現性の向 上を図るため、静電圧処理により歯車表面を負電荷帯電させ、さらに正電荷帯電 研磨材粒子により電気的吸引作用の基に確実に無駄なく静電研磨処理を行い、歯 車の耐摩耗性及び強靭性並びにその再現性の向上を模索した。

【０００４】 ［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため、本考案者は検討を重ね鋭意研究の結果、本考 案を開示するに至った。 本考案者は、多くの実験と検討を重ね、ここに本考案の「歯車の耐摩耗性 及び強靭性を向上させる静電圧処理システム」を完成した。

【０００５】 すなわち、絶縁碍子と、この絶縁碍子上に設置され、歯車が搭載接触され た良電導性の支持手段と、この支持手段及び搭載歯車の表面に接触した活性炭の 被覆手段と、この支持手段に接続され負電荷を送り込む電子チャージャと、この 電子チャージャと絶縁され、絶縁碍子の真下に設置した活性炭充填層とからなる 静電圧処理装置と、さらに、静電圧処理の負電荷帯電歯車を、正電荷帯電研磨材 粒子により静電研磨する静電研磨装置からなる静電圧処理システムである。 詳細には、支持手段が銅又は真鍮製メッシュ又はネットであり、活性炭が 好ましくは備長炭及び竹製活性炭であり、電子チャージャの負電極端子を銅又は 真鍮製メッシュ又はネットに接続し、絶縁碍子の特性及び長さにより、負電荷印 加静電圧が１０、０００Ｖ−７０、０００Ｖ、好ましくは１２、０００Ｖ−３、 ５０００Ｖ、さらに好ましくは１４、０００Ｖ−２０、０００Ｖ範囲の静電圧を 印加し、正電荷帯電研磨材粒子が高圧帯電ゾーンを通過させることで得られ、こ れにより、電気的吸引作用により確実に静電研磨処理する。 特に、静電圧処理温度が常温から１５０℃の範囲に調整するとともに、搭 載歯車の表面はロックウエル表面硬度４３−５８、好ましくは、４８−５３の範 囲にあり、静電研磨後の表面硬度を５６−６４、好ましくは５８−６２の範囲に 調整する歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させる静電圧処理システムである。

【０００６】 ［作用］ 未処理歯車の静電圧処理の前処理として、静電圧処理し表面を負電荷に帯 電させ、後処理として正電荷に帯電させた研磨材粒子により、静電研磨すること により、歯車の耐摩耗性及び強靭性を促進させることが出来る。 特に、本考案 に於て、電気的相互作用の基に確実に静電研磨することにより、静電圧処理歯車 の物性をさらに改質促進し、再現性ある結果を与える。

【０００７】 ［実施例］ 以下、本考案を実施例により詳細に説明するが、本考案はこれらの実施例 及び変形例は単に一例に過ぎなく、これらに限定されるものではない。 本考案 に基づく技術思想に係る実施可能な変形例の態様の全ては本願考案に含まれる。

【０００８】 実施例 １ 図１に本考案に係る静電圧常温装置の一実施例を示す略断面図である。地 面や床からの完全絶縁効果を期待するために、コンクリート上に正方形の各隅に 各長さ３５ｃｍ４本の２０万ボルト保証の絶縁碍子（１）（日東碍子（株）製） を置き、この絶縁碍子上に厚さ４０ｍｍの合板（２）を置き、更にその上に電子 チャージャ（３）の負電極と接続された銅製メッシュ又は真鍮製のネット（４） を設置し、さらに、その上に直接に接触を密に歯車（５）を搭載した。４個の前 記絶縁碍子は備長炭層又は竹製の活性炭層（６）上に設置された。 次に、前記ネット（４）と歯車（５）上に隙間なく備長炭又は竹製の活性 炭（７）を被覆し、常温で静電圧を印加した。 なお、電子チャージャ（３）で は１００Ｖ入力で０．４Ａ程度で、静電圧は１８、０００Ｖ乃至２０、０００Ｖ 程度の出力で静電圧を印加した。 図２に本考案に係る静電研磨装置の一実施例の略断面図を示す。 静電研 磨の行われた静電研磨タンク（８）からの研磨材（９）と粉塵（１０）を含む排 気が研磨材回収タンク（１１）に循環され、研磨材回収タンク（１１）上部から 溢れ出た空気はダストコットレル（１２）を経由し、大気中に放出された。 研磨材回収タンク（１１）に追加された研磨材（９）を循環使用の研磨材と 混ぜて、研磨材回収タンク（１１）でさらに必要に応じて空気と合流させるとと もに、研磨材レギュレータ（１３）及び空気レギュレータ（１４）により研磨材 粒子を直流高電圧トランス（１５）による正電荷帯電ゾーン（１６）を通過させ 、研磨材調整タンク（１７）に移動させた。 この研磨材調整タンク（１７）の 底に研磨材レギュレータ（１３）により、コンプレッサ（１８）からの圧縮空気 をエレクトロフィルタ（１９）を必要に応じて通過させ、研磨材粉体粒子と合流 、流動させた。 この研磨材粒子は静電研磨タンク（８）に導かれ、帯電研磨材 粒子出口（２０）から予め配置させた正電荷帯電改質切削工具（２１）を静電研 磨した。 使用済の研磨材（９）及び粉塵（１０）はブロア（２２）により、静 電研磨タンク（８）から研磨材回収タンク（１１）に排気空気とともに循環させ た。

【０００９】 実施例 ２ 製造後で組立工程前トランスミッション用の特殊シャフト鋼ＭＣＳのピニ オン形式の歯車（三菱自動車（株）製）の他に付属歯車等の歯車で、最大サイズ のものは全長２５０ｍｍで径は５０乃至１００ｍｍ程度、実施例１の図１を用い て、真鍮製ネット（４）上に搭載し、更にこの上に、備長炭又は竹製の活性炭（ ７）を隙間なく、搭載歯車上に３０乃至５０ｍｍの高さに覆い被せ、常温で静電 圧を印加した。 汎用電子チャージャ（３）に人力電圧ＡＣ１００Ｖで０．４Ａ で出力電圧１８、０００Ｖを２４時間印加した。 歯車のロックウエル表面硬度 ５１であった。 次に、実施例１の図２の静電研磨装置により、静電研磨し、歯車の表面硬 度がロックウエル６１が得られた。 この際に、研磨材としては限定されないが 、帯電し易いものが良い。 例えば、セラミックやガラスビーズ（３Ｍ社製）ま たは鉄研磨材で、これらの粒度は比較的粗大で、静電研磨であるため大差ない様 子であった。 最終的には、歯車のロックウエル表面硬度は５８−６２の範囲の 硬度に調整された。 各社の歯車材質や用途により、必ずしもこの範囲を厳守す る必要はない。

【００１０】 試験例 上記静電研磨処理歯車であり、適当な同サイズで同じロットの２個の歯車 を組み合わせて、耐久度試験を実行した。 未処理の同様な２個の歯車も組み合 わせて平行して、同条件下で、比較的早い回転速度の過酷な条件下で摩耗テスト を試みた。 回転速度は４８時間連続で毎分１８０回転であった。 上記静電研磨処理歯車は、未処理歯車と比較して、耐摩耗性及び強靭性は ５−６倍程度向上し、騒音は４０％程度改良された。 騒音は以前より、軽い音 に改善され、静かになった。 未処理歯車の表面硬度はロックウエル硬度で規定の範囲４３−５８、好ま しくは４８−５３の範囲にあり、静電圧処理歯車はロックウエル表面硬度の範囲 ５８−６２内に収まっている。 全体とし、平均４−５度程度上昇することが観 察された。 なお、上昇表面硬度は歯車の工業及び社内規格以内である。 静電圧処理歯車上のオイルの流れを観察した。 未処理歯車と比較して、 歯車上の油膜は均一に、しかも薄く流動し、運転しても長期間保持されることが 観察された。 静電圧処理歯車の微視的観察では、未処理歯車と比較して凹凸のない明ら かに円滑かつ一様な歯面であった。 静電圧処理歯車同士の組合せの相互歯圧角 は極めて自然で滑らかに組み合わされ、歯面の各方向の表面は平面的かつ一様で あった。 静電圧処理歯車の表面層の厚みは２０μｍ−３０μｍの一様な均一層 で、特にギアーの角部分は幾分部厚い層が形成されていることが観察された。こ の均一層は耐摩耗性及び強靭性の改質連続薄膜層であり、表面硬度を上昇させる ことが推察された。

【００１１】 比較例 先攻技術との比較検討のため、以下の実験を行なった。 先ず、以上の静電処理を用いないで、従来のピーニング操作を適用した場 合、同様な研磨材を用いて得られた歯車の耐摩耗性及び強靭性は平均２倍程度の 向上の程度であった。 今回開示の静電研磨工程の組み合わせの静電圧処理システムの場合、歯車 の耐摩耗性及び強靭性が５−６倍程度向上し、しかも再現性も良好であった。 このように、従来のピーニング操作での耐摩耗性及び強靭性の結果のバラ ツキ、再現性の不確定さの他、その顕著な向上が観察されなかったのと比較すれ ば、本考案のシステム及びその方法は操作も単純であり、その結果の耐摩耗性及 び強靭性の顕著な向上は注目に値し、本考案は工業的見地から有益で価値あるこ とは明白である。 以上の結果より、歯車の静電圧帯電処理し、さらに静電研磨処理により、 組立工程以前の未使用の歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させるために、重要な 投割を果たしているものと結論された。

【００１２】 ［考案の効果］ 本考案に係る静電圧処理システムは歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させ る効果を奏する。 本発明による静電圧処理システムは歯車の耐摩耗性及び強靭性に再現性を 与える効果を奏する。 本法の常温及び低温領域の静電圧処理操作は、自動車産業に於けるトラン スミッションの歯車はもとより、航空機、タービン及び高速度機械関係の歯車は 言うまでもなく、高品質の高速度鋼の機械部品類の耐摩耗性及び強靭性を高める 効果を奏する。 特に、熱に不都合な鋼材精密機械やその製品や工具への、本法の常温及び 低温領域の静電圧処理システムの適用は高精度の加工性の効果を奏する。 耐久性の高い部品や機械ユニットをリサイクル使用し、コストダウンを図 る趨勢に本考察に係る静電圧処理システムは合致する効果を奏する。

【００１３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考察に係る静電圧処理装置の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本考察に係る静電研磨装置の一実施例を示す略
断面図である。

【符号の説明】

（１） 絶縁碍子 （２） 合板 （３） 電子チャージャ （４） 銅製メッシュ又は真鍮製ネット （５） 歯車 （６） 備長炭充填層又は竹製活性炭充填層 （７） 備長炭又は竹製活性炭 （８） 静電研磨タンク （９） 研磨材 （１０）粉塵 （１１）研磨材回収タンク （１２）ダストコットレル （１３）研磨材レギュレータ （１４）空気レギュレータ （１５）直流高電圧トランス （１６）正電荷帯電領域 （１７）研磨材調整タンク （１８）コンプレッサ （１９）エレクトロフィルタ （２０）正電荷帯電研磨材出口 （２１）正電荷帯電歯車 （２２）ブロア

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年３月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁碍子と、 前記絶縁碍子上に設置され、歯車が搭載接触された良電
   導性の支持手段と、 前記支持手段及び前記搭載歯車の表面に接触した活性炭
   の被覆手段と、 前記支持手段に接続され負電荷を送り込む電子チャージ
   ャと、 前記電子チャージャと絶縁され、前記絶縁碍子の真下に
   設置した活性炭充填層とからなる静電圧処理装置と、 前記静電圧処理の負電荷帯電歯車を、さらに正電荷帯電
   研磨材粒子により静電研磨する静電研磨装置とからなる
   ことを特徴とする歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させ
   る静電圧処理システム。
2. 【請求項２】前記支持手段が銅又は真鍮製メッシュ又は
   ネットであり、 前記活性炭が通常活性炭であり、好ましくは備長炭及び
   竹製活性炭であり、 前記電子チャージャの負電極端子を前記銅又は真鍮製メ
   ッシュ又はネットに接続し、前記絶縁碍子の特性及び長
   さにより、前記負電荷印加電圧が１０、０００Ｖ−７
   ０、０００Ｖ、好ましくは１２、０００Ｖ−３、５００
   ０Ｖ、さらに好ましくは１４、０００Ｖ−２０、０００
   Ｖ範囲の電圧を印加し、前記正電荷帯電研磨材粒子が高
   圧帯電ゾーンを通過させることで得られることを特徴と
   する前記請求項１記載の歯車の耐摩耗性及び強靭性を向
   上させる静電圧処理システム。
3. 【請求項３】前記静電圧処理温度が常温から１５０℃の
   範囲に調整するとともに、 前記搭載歯車の表面はロックウエル表面硬度４３−５
   ８、好ましくは、４８−５３の範囲にあり、静電研磨後
   の表面硬度を５６−６４、好ましくは５８−６２の範囲
   に調整することを特徴とする前記請求項１及び２記載の
   歯車の耐摩耗性及び強靭性を向上させる静電圧処理シス
   テム。