JP3292655B2 - 歯車の高強度化方法 - Google Patents

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方法に関する。

【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、この種の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、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、例えば、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０．２ｍ
ｍ〜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、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、ガラスビーズが歯車表面で粉砕さ
れるため、微細なガラスビーズ屑が発生し、この微細な
ガラスビーズ屑が前記歯車表面に付着し易い。これによ
り、歯車表面からガラスビーズ屑を除去するために、別
途、洗浄工程を設ける必要があり、歯車の高強度化処理
作業全体が効率的に遂行できないという問題がある。

【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、歯車表面に付着したガラスビーズ屑を効率的かつ確
実に除去することが可能な歯車の高強度化方法を提供す
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、歯車表面にガラスビーズと液体との噴
流を投射し、前記歯車に圧縮残留応力を付与するととも
に前記歯車表面で該ガラスビーズが粉砕して歯車の研磨
が行われる。これにより、ガラスビーズが指向性を有し
て歯車に衝突し、このガラスビーズと液体との噴流が、
前記歯車の高強度化および研磨に有効に機能する。

【０００８】次いで、前記液体の供給が続行される一方
で前記ガラスビーズの供給が停止されると、研磨後の歯
車表面に液体のみが投射されるようになる。これに伴
い、この歯車表面に付着した微粉末からなるガラスビー
ズ屑は、前記液体によって洗浄、除去される。従って、
ガラスビーズの供給を停止するだけで、歯車表面の洗浄
作業が迅速に遂行され、歯車の高強度化処理作業全体が
効率的かつ容易に遂行される。

【０００９】同時に、ノズル内のガラスビーズは、液体
の投射時に発生する負圧によって確実に吸い出され、こ
のノズルに前記ガラスビーズ屑の残留による詰まり等が
発生することはない。

【００１０】また、洗浄工程において、歯車を正転方向
および逆転方向に交互に回転させながら歯車表面に液体
のみを投射することにより、前記歯車表面の洗浄性が一
層向上する。さらにまた、ノズルを歯車に対して移動さ
せながら歯車表面に液体のみを投射することにより、同
様に前記歯車表面の洗浄性の向上が図られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の歯車の高強度化
方法を実施するための第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。

【００１２】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とを備える。

【００１３】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。

【００１４】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の側壁部に形
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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。ホッパー８０の下部に、該ホッパー８
０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。

【００１９】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に貯留さ
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。

【００２０】基台２９上には、ミスト回収機構９２が載
置される。このミスト回収機構９２を構成する一対のダ
クト９４、９６の先端部は、ケーシング１４の側部から
チャンバ１４ａに挿入され、歯車１２とノズル７２との
間にかつ前記歯車１２に近接して配置されている。

【００２１】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。

【００２２】このように構成される高強度化装置１０の
動作について、高強度化方法との関連で以下に説明す
る。

【００２３】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。

【００２４】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）。

【００２５】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、ホッパー８０からミキシングチャンバ７
０に管路９０を介して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。

【００２６】従って、水１８とガラスビーズ２０の噴流
２２が指向性を有して歯車１２の歯先１０２、歯面１０
４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）。

【００２７】ここで、モジュールが１．５、捩れ角が３
６°、圧力角が１７．５°、歯数が５２に設定された歯
車１２を用い、噴流２２を歯面１０４の基準ピッチ円
（ＰＣＤ）対応部分に対して１８°で投射する。これに
より、歯車１２の歯面１０４および歯元１０６に対して
噴流２２を確実に投射することができ、前記歯面１０４
および前記歯元１０６に対し十分な圧縮残留応力を付与
することが可能になる。

【００２８】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、少なくとも歯面１０４の基準ピッチ円対応部分
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。

【００２９】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、浸炭焼入れ処理を施した後の歯底の拡大図を示
し、図６Ｂ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１
０４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、平滑化されていること
がわかった。

【００３０】ノズル７２から噴流２２を投射して歯車１
２に高強度化処理を施す際、チャンバ１４ａには粉砕さ
れた微細なガラスビーズ屑が浮遊する。このため、ミス
ト回収機構９２が駆動されることにより、チャンバ１４
ａ内に浮遊する微細なガラスビーズ屑を一対のダクト９
４、９６から吸引して確実に回収することができる。ま
た、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の破片は、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。

【００３１】上記のように、歯車１２が、スピンドル４
２と一体的に所定方向に回転しながら矢印Ｘ１方向に移
動するとともに、噴流２２が投射されることにより、こ
の歯車１２の高強度化処理が行われた後、前記歯車１２
の表面には、図４に示すように、ガラスビーズ２０の粉
砕により生成された粉砕片２０ａ等が付着し易い。

【００３２】そこで、第１の実施形態では、Ｘ軸スライ
ドユニット３０を構成するＸ軸モータ３４が前記とは逆
方向に駆動され、スピンドルユニット３２が矢印Ｘ２方
向に移動する一方、ガラスビーズ供給機構２８を構成す
る計量バルブ８４が閉塞されてホッパー８０から投射機
構２４に対するガラスビーズ２０の供給が停止される。
このため、研磨後の歯車１２は、回転しながら矢印Ｘ２
方向に移動しつつ、水１８のみが投射されることにな
り、この歯車１２の表面に付着している粉砕片２０ａ等
の洗浄作業が遂行される。

【００３３】このように、投射機構２４は、ガラスビー
ズ供給機構２８からのガラスビーズ２０の供給を停止す
るだけで、洗浄機構として機能することになる。従っ
て、研磨後の歯車１２の表面の洗浄作業は、高強度化処
理作業が終了した直後に略連続して行うことができ、該
洗浄作業が迅速に遂行されて前記歯車１２の高強度化処
理作業全体が効率的かつ容易になされるという効果が得
られる。

【００３４】しかも、管路９０内に残存しているガラス
ビーズ２０は、ノズル７２から水１８が投射される際に
発生する負圧によって確実に吸い出される。このため、
ノズル７２にガラスビーズ２０が残留して詰まり等が発
生することを確実に阻止することが可能になる。

【００３５】ところで、上記歯車１２の洗浄作業中、こ
の歯車１２および／またはノズル７２を種々の方向に駆
動することにより、前記歯車１２の洗浄性を一層向上さ
せることができる。例えば、図７に示すように、歯車１
２が、スピンドルユニット３２を介してスピンドル４２
と一体的に矢印Ａ方向（正転方向）および矢印Ｂ方向
（逆転方向）に交互に回転している際に、ノズル７２か
らこの歯車１２に水１８のみが投射される。

【００３６】また、図８に示すように、スピンドル４２
と一体的に矢印Ａ方向に回転している歯車１２に対し、
ノズル７２を矢印Ｙ１方向および／または矢印Ｙ２方向
に移動させながら、このノズル７２から前記歯車１２に
向かって水１８のみが投射される。その際、ノズル７２
の矢印Ｙ方向への移動は、Ｙ軸スライドユニット４６を
駆動制御することにより行われる。

【００３７】さらにまた、図９に示すように、歯車１２
が、スピンドル４２と一体的に矢印Ａ方向に回転され、
かつノズル７２がＺ軸スライドユニット４８を介して矢
印Ｚ方向に進退変位しながら、このノズル７２から前記
歯車１２に向かって水１８のみが投射される。なお、歯
車１２の洗浄性を向上させるためには、図７〜図９の動
作を選択的に組み合わせる等、種々の方法が考えられ
る。

【００３８】次に、図１０および図１１には、本発明の
第２の実施形態に係る高強度化装置を構成する投射機構
１２０が示されている。なお、第１の実施形態に係る投
射機構２４と同一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。

【００３９】この投射機構１２０は、一対の支持ロッド
６４の先端に固定される支持板１２２を備え、この支持
板１２２に旋回モータ１２４が固着される。この旋回モ
ータ１２４の回転駆動軸１２６には、回動部材１２８を
介して管体６６が装着される。

【００４０】このように構成される投射機構１２０で
は、歯車１２の洗浄作業時に、旋回モータ１２４の駆動
作用下に回転駆動軸１２６を介して回動部材１２８と一
体的に管体６６が所定の角度範囲で往復動しながら、ノ
ズル７２から前記歯車１２に水１８のみが投射される
（図１１参照）。これにより、歯車１２に対して種々の
方向から洗浄用の水１８が投射され、この歯車１２の洗
浄効率が一層向上するという効果がある。

【００４１】また、図１２に示すように、ノズル７２を
歯車１２の歯厚方向（矢印Ｘ₁ 方向および矢印Ｘ₂ 方
向）に平行移動させながら、このノズル７２から前記歯
車１２に水１８のみを投射してもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る歯車の高強
度化方法では、歯車表面にガラスビーズと液体との噴流
を投射し、前記歯車に圧縮残留応力を付与するとともに
前記歯車表面で該ガラスビーズが粉砕して歯車の研磨が
行われる。これにより、ガラスビーズが指向性を有して
歯車に衝突し、このガラスビーズと液体との噴流が、前
記歯車の高強度化および研磨に有効に機能する。

【００４３】次いで、研磨後の歯車表面に液体のみが投
射されると、この歯車表面に付着した微粉末からなるガ
ラスビーズ屑は、前記液体によって洗浄、除去される。
従って、ガラスビーズの供給を停止するだけでよく、歯
車表面の洗浄作業が迅速に行われ、歯車の高強度化処理
作業全体が効率的かつ容易に遂行される。

【００４４】また、ノズル内のガラスビーズは、液体の
投射時に発生する負圧によって確実に吸い出され、この
ノズルに前記ガラスビーズ屑の残留による詰まり等が発
生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歯車の高強度化方法を実施するための
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】前記高強度化装置による処理前後の説明図であ
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、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】前記高強度化装置による処理前後の説明図であ
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、前記高強度化処理が施された後の歯底の
拡大図である。

【図７】洗浄時に歯車を正逆両方向に回転させる際の動
作説明図である。

【図８】洗浄時にノズルを左右に進退させる際の動作説
明図である。

【図９】洗浄時にノズルを上下に進退させる際の動作説
明図である。

【図１０】第２の実施形態に係る高強度化装置を構成す
る投射機構の斜視説明図である。

【図１１】図１０の投射機構の正面説明図である。

【図１２】洗浄時にノズルを歯車の歯厚方向に平行移動
させる際の動作説明図である。

【符号の説明】

１０…高強度化装置 １２…歯車 １４…ケーシング １６…歯車保持機
構 １８…水 ２０…ガラスビー
ズ ２２…噴流 ２４、１２０…投
射機構 ２６…水供給機構 ２８…ガラスビー
ズ供給機構 ３０…Ｘ軸スライドユニット ３２…スピンドル
ユニット ４２…スピンドル ４６…Ｙ軸スライ
ドユニット ４８…Ｚ軸スライドユニット ６６…管体 ７０…ミキシングチャンバ ７２…ノズル ７４…水管路 ８０…ホッパー ９０…管路 ９２…ミスト回収
機構 １２４…旋回モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−160428（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−84974（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17817（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−14766（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 7/06 B24C 1/10

Claims (3)

(57)【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
   度化方法であって、 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ことにより、前記歯車
   に圧縮残留応力を付与するとともに、前記歯車表面で前
   記ガラスビーズが粉砕して該歯車の研磨を行う工程と、前記ガラスビーズの供給を停止することで、前記研磨後
   の歯車表面に向かって投射される物体を前記液体のみと
   し、該液体によって前記 歯車表面を洗浄する工程と、 を有することを特徴とする歯車の高強度化方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の高強度化方法において、前
   記洗浄工程では、前記歯車を正転方向および逆転方向に
   交互に回転させながら前記歯車表面に前記液体のみを投
   射することを特徴とする歯車の高強度化方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の高強度化方法にお
   いて、前記洗浄工程では、前記ノズルを前記歯車に対し
   て移動させながら前記歯車表面に前記液体のみを投射す
   ることを特徴とする歯車の高強度化方法。