JPH04189451A - シャフト付き歯車の表面加工及び評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ているシャツトイ」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
ってシャツトイ＝Ｊ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線の積分強度や積分幅から表面
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線の積分強度や積分
幅から表面加工の程度が評価される。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

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２１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のウオーム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が同心円上で等間装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６ｏ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、後続する他のシャツ１〜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６ｏ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６ｏ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
線の積分強度や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８ｏ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７２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
印す、ｂ’力方向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７
２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
れぞれ小形レーザー発生装置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８
４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−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の構成をブロワり図によ
って示すが、この評価手段１００は主に比較制御部１０
１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、デイスプレィ等によって構成することができ
る。比較制御部１０１は、−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１
０２には、予め表面加工変化に対する回折Ｘ線の積分強
度や積分幅の関係が記憶されている。

比較制御部１０１は、−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、表面の塑性変形程度が増加することによ
って、ショットピーニング程度に対して直線的に増加す
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
印す方向のシャフト部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、シャツトイ
］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、シャフト付き歯車ビを極めて容
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、菩ンサ８３が歯先を検出し
ないと、再びキータフ５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（１８０°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ビ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９
４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、−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、表面前、　　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１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■−■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、 ■・・・・・・・・・・・・・・・表面加工前のシャフ
ト付き歯車ビ・・・・・・・・・・・・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 ９．９　ｂ・・・・・・・・・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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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、 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. （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、このアームに取付けられて一方向に回
   転駆動され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. （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付き
   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. （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他のシ
   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。