JP4969325B2 - トラクションドライブおよびその表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、トラクションドライブおよびその表面処理方法に関するものである。

印刷機械や工作機械等の減速機として、歯車式減速機を使用する場合には、騒音および振動が生じることが問題となるので、低騒音や低振動での動力伝達を可能とするために、トラクションドライブを動力伝達装置として使用することが一般的に知られている。トラクションドライブは、摩擦伝動装置の一種であり、相互に押し付けられた滑らかな表面を有する転がり要素間、例えば、太陽ローラと遊星ローラとの間に形成される油膜を介して動力が伝達される（特許文献１参照）。
特許文献１には、遊星ローラ式トラクションドライブにおいて、ショットピーニング加工を施すことにより、遊星ローラの耐久性を向上させる技術が開示されている。
特開平２００２−２４３０１１号公報

しかしながら、このようなトラクションドライブに、例えば緊急停止時等の過負荷が作用した場合、太陽ローラと遊星ローラとの間、または、遊星ローラと弾性リングとの間に滑りが発生して油膜が切れた状態となり、潤滑状態が金属接触となる。その結果、遊星ローラと接する弾性リングの円筒状転走面（以下、単に「転走面」という。）に擦り傷が生じ、この擦り傷を起点にクラックが発生して弾性リングが損傷する問題がある。
また、内周側に凸とされたＵ字状の横断面を有する弾性リングを採用する場合、転走面となる内周面から半径方向外側に延びる両側面を幅方向内側に押しつけて転走面を内周側に突出するようにクラウニング変形させることにより、遊星ローラへの押し付け力を発生させるようになっている。このような場合、転走面には遊星ローラが通過するたびに繰返し応力が発生してクラックが進展し、剥離に到る問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、弾性リングの疲労強度を向上させたトラクションドライブおよびその表面処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のトラクションドライブおよびその表面処理方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るトラクションドライブは、太陽ローラの外周面周りに隣接して配置される複数の遊星ローラと、これら遊星ローラに隣接し、これら遊星ローラのそれぞれを押圧しつつ内包する弾性リングとを備え、該弾性リングは、前記遊星ローラと接する転走面、および、該転走面から半径方向外側に延びる両側面に、ショットピーニング加工が施された後にキャビテーションショットレスピーニング加工が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、遊星ローラと接する弾性リングの転走面、および、この転走面から半径方向外側に延びる両側面には、先ずショットピーニング加工が施されているので、弾性リングの転走面およびその両側面の深部において圧縮残留応力が付加される。続いて、その上からキャビテーションショットレスピーニング加工が施されているので、ショットピーニング加工によって生じた表面粗さが研磨され、弾性リングの転走面およびその両側面の表面付近において圧縮残留応力が付加される。したがって、弾性リングの転走面およびその両側面の深部から表面付近にわたり圧縮残留応力が付加されているので、弾性リングの疲労強度を効果的に向上させることができる。
なお、ショットピーニングとは、例えば、部材の表面に０．５〜２．０ｍｍ程度の高速の粒子を圧縮空気とともに衝突させることにより部材表面を加工する方法をいう。
また、キャビテーションショットレスピーニングとは、キャビテーション気泡の崩壊時に生じる衝撃力により、ショットピーニングのごとく、部材表面を加工する方法をいう。
上記発明においては、前記転走面および両側面が、前記キャビテーションショットレスピーニング加工により、前記ショットピーニング加工によって生じた表面粗さが研磨されて、その表面付近において圧縮残留応力が付加されていることとしてもよい。

本発明に係るトラクションドライブの表面処理方法は、太陽ローラの外周面周りに隣接して配置される複数の遊星ローラと、これら遊星ローラに隣接し、これら遊星ローラのそれぞれを押圧しつつ内包する弾性リングとを備えるトラクションドライブの表面処理方法であって、前記遊星ローラと接する前記弾性リングの転走面、および、該転走面から半径方向外側に延びる両側面に、ショットピーニング加工を施した後にキャビテーションショットレスピーニング加工を施すことを特徴とする。

本発明によれば、遊星ローラと接する弾性リングの転走面、および、転走面から半径方向外側に延びる両側面には、先ずショットピーニング加工を施すことにより、弾性リングの転走面およびその両側面の深部において圧縮残留応力を付加することができる。続いて、その上からキャビテーションショットレスピーニング加工を施すことにより、ショットピーニング加工によって生じた表面粗さを研磨して、弾性リングの転走面およびその両側面の表面付近において圧縮残留応力を付加することができる。したがって、弾性リングの転走面およびその両側面の深部から表面付近にわたり圧縮残留応力を付加することができ、弾性リングの疲労強度を効果的に向上させることができる。
上記発明においては、前記キャビテーションショットレスピーニング加工が、前記ショットピーニング加工によって生じた表面粗さを研磨し、前記転走面および両側面の表面付近において圧縮残留応力を付加することとしてもよい。

本発明によれば、弾性リングの疲労強度を向上させ、弾性リングの損傷を防止することができるという効果を奏する。

以下に、本発明の一実施形態に係るトラクションドライブ１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るトラクションドライブ１は、図１に示すように、動力伝達機構３を備え、該動力伝達機構３が、太陽ローラ５と、該太陽ローラ５の外周面周りに隣接して配置される複数の遊星ローラ７と、前記太陽ローラ５と同一軸線を有するとともに複数の前記遊星ローラ７に隣接し、これら遊星ローラ７のそれぞれを押圧しつつ内包する弾性リング９とを備えている。

太陽ローラ５と遊星ローラ７との間、および、遊星ローラ７と弾性リング９との間には潤滑油膜が形成されており、この潤滑油膜により、遊星ローラ７が太陽ローラ５の外周面および弾性リング９の内周面との間ですべり接触される。そして、このすべり接触を介した摩擦駆動により、図示しないキャリア軸からの回転入力が出力されるようになっている。具体的には、太陽ローラ５の外周面と弾性リング９の内周面との間に圧接状態で介在された複数の遊星ローラ７が、キャリア軸（図示せず）の円周方向に等間隔に支持され、各遊星ローラ７が、太陽ローラ５の外周面と弾性リング９の内周面とに沿って公転しながら自転する。そして、前記キャリア軸の駆動力が遊星ローラ７の公転および自転により太陽ローラ５に伝達され、または、太陽ローラ５の駆動力が遊星ローラ７の公転および自転によって前記キャリア軸に伝達されることにより、入力回転数に対して減速または増速されるようになっている。

弾性リング９は、図２に示すように、横断面が内周側に凸とされたＵ字状となっており、動力伝達機構３の組立状態において、遊星ローラ７と接触する転走面１１の両側から半径方向外側に延びる両側面１３が、予圧Ｆにより幅方向内側に押付けられている。そして、転走面１１が内周側に突出するようにクラウニング変形することにより、遊星ローラ７を太陽ローラ５へ押付ける力（以下、単に「ローラ押付け力」という。）Ｐが発生される。これにより、太陽ローラ５の外周面と弾性リング９の内周面との間において、遊星ローラ７を公転しながら自転させる力（以下、単に「転がりトランクション力」という。）Ｕ_ｔが発生されるようになっている。
なお、転がりトランクション力Ｕ_ｔは、Ｕ_ｔ＝Ｃ_ｔ×Ｐにより算出される。ここで、Ｃ_ｔは転がりトランクション係数を示す。

弾性リング９の両側面１３に予圧Ｆを加えない状態では、例えば、図３（ａ）に示すように、弾性リング９と遊星ローラ７との間に隙間Ｓが存在する。一方、動力伝達機構３の組立状態、すなわち、予圧Ｆが両側面１３に加えられた状態では、図３（ｂ）に示すように、転走面１１のクラウニング変形によるローラ押付け力Ｐにより、隙間Ｓが解消される。そして、遊星ローラ７のローラ幅Ｗ１に対して、幅寸法が小さい接触幅Ｗ２において、弾性リング９と遊星ローラ７とが接触する。これにより、太陽ローラ５の外周面と弾性リング９の内周面との間に、複数の遊星ローラ７が圧接状態で介在されるようになっている。

弾性リング９の転走面１１および転走面１１の両側から半径方向外側に延びる両側面１３の金属表面上には、ショットピーニング加工が施され、さらに、その上から、キャビテーションショットレスピーニング加工が施されている。
ここで、ショットピーニング加工は、表面が荒れ易い性質がある。また、図７に示すように、キャビテーションショットレスピーニング加工（図中、符号Ａ）は、ショットピーニング加工（図中、符号Ｂ）に比べて表面からの深さ方向に対する圧縮残留応力が入りにくい性質がある。
図７において、縦軸は表面からの深さを、横軸は圧縮残留応力を示している。したがって、横軸の圧縮残留応力は、負の絶対値が大きいほど（図において左にいくほど）大きくなる。なお、同図おける符号Ｃは、表面処理なしの状態を示している。

本実施形態では、先ずショットピーニング加工を施すことにより、金属表面からの深さ方向に対して圧縮残留応力が付加され、さらに、キャビテーションショットレスピーニング加工を施すことにより、ショットピーニング加工によって生じた表面粗さが研磨され、転走面１１およびその両側面１３の表面付近において圧縮残留応力が付加されるようになっている。
なお、キャビテーションショットレスピーニング加工の施工条件として、例えば、噴射圧力：３０ＭＰａ，ノズル直径：１ｍｍ，サンプルとの距離：６０ｍｍ，時間：１分とすることができる。

また、キャビテーションショットレスピーニング加工としては、例えば、以下の３つの加工方法がある。
１つ目は、図４（ａ）に示すような、水中キャビテーション噴流（水中水噴流）による加工方法である。水中キャビテーション噴流は、水中において、第１のノズル１５からサンプル１９に対して高速水噴流１７が噴射される。この場合、サンプル１９は、高速水噴流１７の衝突により、図４（ｂ）に示すような壊食状態となる。
２つ目は、図５（ａ）に示すような、気中キャビテーション噴流による加工方法である。気中キャビテーション噴流は、大気中において、第１のノズル１５および第２のノズル２１から、サンプル１９に対して高速水噴流１７および低速水噴流２３が噴射される。具体的には、第２のノズル２１からサンプル１９に対して低速水噴流２３が噴射され、その中心に第１のノズル１５からサンプル１９に対して高速水噴流１７が噴射される。この場合、サンプル１９は、高速水噴流１７および低速水噴流２３の衝突により、図５（ｂ）に示すような壊食状態となる。
３つ目は、図６（ａ）に示すような、ウォータジェット（気中水噴流）による加工方法である。ウォータジェットは、大気中において、サンプル１９に対して第１のノズル１５から高速水噴流１７が噴射される。この場合、サンプル１９は、高速水噴流１７の衝突により、図６（ｂ）に示すような壊食状態となる。

ここで、壊食量が大きいほど加工能力が大きいと判断されている。したがって、図５（ａ）に示した気中キャビテーション噴流による加工方法を採用した場合、水中キャビテーション噴流による加工方法（図４（ａ））やウォータジェットによる加工方法（図６（ａ））を採用した場合に比べて、弾性リング９の転走面１１およびその両側面１３に、圧縮残留応力をより大きく、かつ、より深くまで付加することが可能となる。

このように構成された本実施形態に係るトラクションドライブ１の作用について説明する。
太陽ローラ５の外周面と弾性リング９の内周面との間に、ローラ押付け力Ｐによって圧接状態で介在される複数の遊星ローラ７は、太陽ローラ５と遊星ローラ７との間、および、遊星ローラ７と弾性リング９との間に形成された潤滑油膜により、公転および自転しながら、太陽ローラ５の外周面および弾性リング９の内周面をすべり接触される。そして、遊星ローラ７を円周方向に等間隔に支持するキャリア軸（図示せず）の駆動力が、遊星ローラ７の公転および自転により太陽ローラ５に伝達され、または、太陽ローラ５の駆動力が、遊星ローラ７の公転および自転によって前記キャリア軸に伝達される。

この場合に、遊星ローラ７と接触する弾性リング９の転走面１１、および、転走面１１から半径方向外側に延びる両側面１３には、ショットピーニング加工が施された後にキャビテーションショットレスピーニング加工が施されているので、先ずショットピーニング加工により、金属表面からの深さ方向に対して圧縮残留応力を付加することができる、そして、キャビテーションショットレスピーニング加工により、ショットピーニング加工によって生じた表面粗さを研磨して、転走面１１およびその両側面１３の表面付近において圧縮残留応力を付加することができる。
これにより、弾性リング９の転走面１１およびその両側面１３の深部から表面付近にわたり圧縮残留応力を付加することができ、弾性リング９の疲労強度を効果的に向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るトラクションドライブ１によれば、弾性リング９の疲労強度を向上するので、遊星ローラ７と弾性リング９との間に滑りが発生して油膜が切れ、潤滑状態が金属接触となった場合であっても、弾性リング９の転走面１１に擦り傷が付きにくく、クラックの発生による弾性リング９の損傷を防ぐことができる。また、弾性リング９の転走面１１を遊星ローラ７が通過するたびに発生する繰返し応力に対する耐久性を向上させることができる。さらに、弾性リング９の転走面１１の両側面１３に作用する曲げ応力に対する耐久性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態に係るトラクションドライブ１について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
なお、参考例として、弾性リングの疲労強度を向上させるトラクションドライブの表面処理方法には、本実施形態の表面処理方法の他に、例えば、弾性リングの転走面およびその両側面に、ショットピーニング加工のみを施すことや、キャビテーションショットレスピーニング加工のみを施す方法がある。
また、例えば、浸炭処理により、弾性リングの表面付近に炭素含有量の多い薄膜を形成させ、焼き入れと焼き戻しにより、その薄膜を硬化させて、弾性リングの耐摩耗性を増大させるとともに、疲労強度を増加させる方法がある。

本発明の一実施形態に係るトラクションドライブの動力伝達機構を示す概略図である。 図１の動力伝達機構を構成する弾性リングの直径方向の断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１の弾性リングと遊星ローラの接触面の断面図である。 図４（ａ）は、水中キャビテーション噴流の様子を示し、図４（ｂ）は、水中キャビテーション噴流の加工能力を示す図である。 図５（ａ）は、気中キャビテーション噴流の様子を示し、図５（ｂ）は、気中キャビテーション噴流の加工能力を示す図である。 図６（ａ）は、ウォータジェットの様子を示し、図６（ｂ）は、ウォータジェットの加工能力を示す図である。 圧縮残留応力と表面からの深さとの関係を示す図である。

符号の説明

１ トラクションドライブ
５ 太陽ローラ
７ 遊星ローラ
９ 弾性リング
１１ 転走面
１３ 両側面

Claims (4)

1. 太陽ローラの外周面周りに隣接して配置される複数の遊星ローラと、
   これら遊星ローラに隣接し、これら遊星ローラのそれぞれを押圧しつつ内包する弾性リングとを備え、
   該弾性リングは、前記遊星ローラと接する転走面、および、該転走面から半径方向外側に延びる両側面に、ショットピーニング加工が施された後にキャビテーションショットレスピーニング加工が施されているトラクションドライブ。
2. 前記転走面および両側面が、前記キャビテーションショットレスピーニング加工により、前記ショットピーニング加工によって生じた表面粗さが研磨されて、その表面付近において圧縮残留応力が付加されている請求項１に記載のトラクションドライブ。
3. 太陽ローラの外周面周りに隣接して配置される複数の遊星ローラと、これら遊星ローラに隣接し、これら遊星ローラのそれぞれを押圧しつつ内包する弾性リングとを備えるトラクションドライブの表面処理方法であって、
   前記遊星ローラと接する前記弾性リングの転走面、および、該転走面から半径方向外側に延びる両側面に、ショットピーニング加工を施した後にキャビテーションショットレスピーニング加工を施すトラクションドライブの表面処理方法。
4. 前記キャビテーションショットレスピーニング加工が、前記ショットピーニング加工によって生じた表面粗さを研磨し、前記転走面および両側面の表面付近において圧縮残留応力を付加する請求項３に記載のトラクションドライブの表面処理方法。

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