(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車表面の強度を高めるために、ケーシングにより閉塞された処理室を備え、
前記処理室内に設けられ、前記歯車を位置決め保持する歯車保持機構と、
前記処理室内に設けられ、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投射機構と、
前記ガラスビーズが前記歯車表面で粉砕して生成された粉流屑を含むミストを回収する回収機構と、
前記回収機構の下流側に配置され、前記粉流屑と前記液体とが混在した排液から該粉流屑と該液体とを分別する分別機構と、を備えた歯車の高強度化装置であって、
前記回収機構は、前記処理室内の壁部または天井部の少なくとも一方に配置され、該処理室内全体にシャワリングすることにより該処理室内に浮遊する前記粉流屑を含むミストに向かって液体を噴射する１以上の第１の液体噴射手段と、前記処理室内に開放される１以上の吸引口を有し、圧縮空気を導入することにより該吸引口に負圧を発生させて前記粉流屑を含むミストを吸引する吸引手段と、前記吸引口の下流側に連通するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記チャンバに導入された前記粉粒屑を含むミストに液体を噴射する１以上の第２の液体噴射手段と、を有し、
前記第１の液体噴射手段から前記粉流屑を含むミストに対して前記液体を噴射し発生した排液と、前記第２の液体噴射手段から前記粉流屑を含むミストに対して前記液体を噴射し発生した排液とを管体を介して前記分別機構に導入することを特徴とする歯車の高強度化装置。
【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装置に関する。
【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、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に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、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０．２ｍｍ〜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、金属表面が粗れることを防止して疲労強度を向上させようとするものである。
【０００４】
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、このガラスビーズが種々の方向に飛散して効率が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、十分な圧縮残留応力を付与し、歯面から歯元にわたって平滑な面を得ることを可能にした歯車の高強度化装置を提案し、特許出願を行っている（特開平９−２４８７６１号公報参照）。この従来技術では、チャンバ内で、熱処理後の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投射機構と、前記投射機構に前記液体を圧送する液体供給機構と、前記投射機構に前記ガラスビーズを所定量ずつ送り出すガラスビーズ供給機構とを備えている。これにより、ガラスビーズが指向性を有して歯車表面に正確に衝突し、この歯車表面に所望の圧縮残留応力が付与されるとともに、前記ガラスビーズの粉砕により前記歯車表面の歯面から歯元にわたって平滑な面が得られることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラスビーズは、金属表面である歯車表面に衝突して粉砕されるため、ミクロンオーダのガラスビーズ屑（以下、粉流屑ともいう）が処理室内に浮遊している。ところが、被処理物である歯車は、スピンドルに装着されて高速回転されており、微細な粉流屑がこの高速回転するスピンドルに付着し易く、該スピンドルに回転不良等の不具合が発生するという問題があった。
【０００７】
このため、通常、処理室内で粉流屑が付着堆積する部分に向かって水を噴射することにより、前記粉流屑を除去する構造が知られている。しかしながら、処理室内には、粉流屑を含むミストが浮遊しており、この種の構造では前記ミストを有効に除去することができない。これにより、粉流屑の付着堆積を確実に解消することができず、しかも処理室を閉塞する扉を開放する際に、前記処理室内のミストが外部に漏れるおそれがあるという問題が指摘されている。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、チャンバ内に浮遊する粉流屑を含むミストを確実に回収するとともに、前記粉流屑の付着堆積を有効に阻止することが可能な歯車の高強度化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車の高強度化装置は、歯車表面の強度を高めるために、ケーシングにより閉塞された処理室を備え、前記処理室内に設けられ、前記歯車を位置決め保持する歯車保持機構と、前記処理室内に設けられ、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投射機構と、前記ガラスビーズが前記歯車表面で粉砕して生成された粉流屑を含むミストを回収する回収機構と、前記回収機構の下流側に配置され、前記粉流屑と前記液体とが混在した排液から該粉流屑と該液体とを分別する分別機構と、を備えた歯車の高強度化装置であって、前記回収機構は、前記処理室内の壁部または天井部の少なくとも一方に配置され、該処理室内全体にシャワリングすることにより該処理室内に浮遊する前記粉流屑を含むミストに向かって液体を噴射する１以上の第１の液体噴射手段と、前記処理室内に開放される１以上の吸引口を有し、圧縮空気を導入することにより該吸引口に負圧を発生させて前記粉流屑を含むミストを吸引する吸引手段と、前記吸引口の下流側に連通するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記チャンバに導入された前記粉粒屑を含むミストに液体を噴射する１以上の第２の液体噴射手段と、を有し、前記第１の液体噴射手段から前記粉流屑を含むミストに対して前記液体を噴射し発生した排液と、前記第２の液体噴射手段から前記粉流屑を含むミストに対して前記液体を噴射し発生した排液とを管体を介して前記分別機構に導入することを特徴とする。これにより、処理室内に浮遊する粉流屑に向かって液体が有効に噴射され、この粉流屑が排液に混在して確実に回収される。
【００１０】
また、本発明では、回収機構の下流側に配置され、粉流屑と液体とが混在した排液から前記粉流屑と前記液体とを分別する分別機構を備えている。従って、排液から粉流屑と液体とを確実に分離することができ、例えば、分離された粉流屑がガラスビーズの製造のために再利用される一方、分離された液体がチャンバ内の洗浄水等として使用される。これにより、資源の有効利用が容易に図られることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る歯車の高強度化装置１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記高強度化装置１０の正面説明図であり、図３は、前記高強度化装置１０の上部拡大断面正面図である。
【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（処理室）１４ａ内でこの歯車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、前記ガラスビーズ２０が前記歯車１２の表面で粉砕して生成された粉流屑２０ａを吸引して排液と共に回収する回収機構２６と、前記回収された排液を前記水１８と前記粉流屑２０ａとに分別する分別機構２８とを備える。
【００１３】
歯車保持機構１６は、歯車１２の一方の端部に接する駆動部３０を設けたスピンドルユニット３２と、この歯車１２の他方の端部を支持する回転部３４を設けた支持手段３６とを備える。スピンドルユニット３２は、駆動部３０を回転駆動するためのサーボモータ３８を設ける一方、支持手段３６は、回転部３４を軸線方向に進退させるシリンダ４０を備え、この支持手段３６は、位置調整手段４２を介して軸方向に位置調整自在である。図１に示すように、位置調整手段４２は手動ハンドル４４を備え、この手動ハンドル４４を回転操作することにより支持手段３６の位置が変更される。
【００１４】
投射機構２４は、ケーシング１４の外部に配置されるロボット１００を備え、このロボット１００を構成するアーム部１０２が、ベローズ部材１０３に保護された状態で前記ケーシング１４内のチャンバ１４ａに配置される。アーム部１０２の先端にノズル１０４が装着されるとともに、このノズル１０４の上部側には、水１８とガラスビーズ２０を混合するためのミキシングチャンバ１０６が連結される。水１８およびガラスビーズ２０は、それぞれ管路１０８、１１０を介して図示しない水供給源およびホッパーに連結されている（図３参照）。
【００１５】
ケーシング１４には、チャンバ１４ａを外部に開放する開口１４ｂが設けられ、この開口１４ｂが二重扉１２０を介して開閉される（図１参照）。チャンバ１４ａには、回収機構２６を構成する液体噴射手段２００が配置される。図４および図５に示すように、液体噴射手段２００は、ケーシング１４の天井部１４ｃ側に配置され、チャンバ１４ａ内に液体、例えば、水１８を広角に噴射する四つの水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを備えている。水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄは、チャンバ１４ａ内全体をシャワリングし得るように各噴射角度および方向が設定されている。
【００１６】
ケーシング１４の底部１４ｄは、一つの角部に向かって傾斜して構成されるとともに（図３参照）、この底部１４ｄに近接して水パイプ２０４が配置される。図４に示すように、この水パイプ２０４には、ロボット１００のアーム部１０２の下面側を洗浄するための水１８を広角に噴射する水噴射ノズル２０６と、歯車洗浄用ノズル２０８ａ乃至２０８ｆとが設けられている。
【００１７】
図３および図６に示すように、回収機構２６は、ケーシング１４の一側部上部に設けられる吸引口２１０を備え、この吸引口２１０に負圧発生部２１２が連結される。負圧発生部２１２には、その側部に圧縮空気供給口２１４を設けており、この圧縮空気供給口２１４から導入される圧縮空気の吹き出し作用下に前記負圧発生部２１２内を負圧状態にするよう機能する。負圧発生部２１２には、シャワリング用チャンバ２１６を構成するケーシング２１８が接続される。このケーシング２１８内には噴射手段２２０が装着されており、この噴射手段２２０から水１８が噴射されることによってチャンバ２１６内でシャワリングが行われる。
【００１８】
ケーシング２１８に管体２２２が接続され、この管体２２２がケーシング１４の底部１４ｄの最下位置に対応して接続されたジョイント管体２２４に接続される。このジョイント管体２２４は、管体２２６、２２８を介して分別機構２８を構成する遠心分離器３００に接続される。管体２２６、２２８間には、鉛直上方向に向かってエア管体２３０が連結されている。ケーシング１４には、吸引口２１０とは反対側でかつ下部側に位置して空気導入管２３２が接続されている（図３参照）。
【００１９】
分別機構２８は、ケーシング１４の下方に配置されており、この分別機構２８を構成する遠心分離器３００には、図７に示すように、分離された固形分である粉流屑２０ａを排出するスラッジ排出口３０２と、分離された液体である水１８を排出する液体排出口３０４とが設けられる。スラッジ排出口３０２の下方には、スラッジ回収ボックス３０６が配置される一方、液体排出口３０４には、切り換え排出手段３０８を介して第１タンク３１０と第２タンク３１２とが選択的に連結される。
【００２０】
図７および図８に示すように、第１タンク３１０は、比較的大容量に設定されており、粉流屑２０ａが完全に除去された水１８を貯留するタンクである。第２タンク３１２は、粉流屑２０ａが混在した水１８を貯留するタンクであって、第１タンク３１０よりも小容量に設定されている。
【００２１】
切り換え排出手段３０８は、図７乃至図９に示すように、第１タンク３１０の上方に取付板３１４を介して設けられるシリンダ３１６を備え、このシリンダ３１６から水平方向に延在するロッド３１８には、第１受け部材３２０と第２受け部材３２２とが連結される。第１および第２受け部材３２０、３２２は、取付板３１４に設けられた一対のガイド３２４を介して進退自在に支持される。
【００２２】
第１受け部材３２０に第１排水管３２６の一端が接続され、この第１排水管３２６の他端が第２タンク３１２内に配置される。第２受け部材３２２に第２排水管３２８の一端が接続され、この第２排水管３２８の他端は、鉛直下方向に延在して第１タンク３１０に配置されている受けタンク３３０に配置される。第１および第２受け部材３２０、３２２は、シリンダ３１６の作用下に液体排出口３０４に対応する位置に選択的に配置される。第２タンク３１２には、スラッジ回収ボックス３０６の上端側に接続された排出管３３２が配置されている。
【００２３】
図１０に示すように、第１タンク３１０内には、レベルセンサ３３４が設けられ、この第１タンク３１０内の水位を上限位置、放流開始位置、放流停止位置および下限位置の四位置で検出している。第１タンク３１０には、第１ポンプ３３６と第２ポンプ３３８とが配置され、この第１ポンプ３３６は、前記第１タンク３１０内の水１８を水経路３４０を介してケーシング１４内の液体噴射手段２００に供給する供給機構３４２を構成している。第２ポンプ３３８は、第１タンク３１０内の水１８を外部に放流する機能を有している。
【００２４】
このように構成される高強度化装置１０の動作について、以下に説明する。
【００２５】
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。この浸炭焼入れ処理後の歯車１２は、歯車保持機構１６を構成するスピンドルユニット３２の駆動部３０に一端が保持された状態で、シリンダ４０の作用下に支持手段３６を構成する回転部３４が前記歯車１２側に変位してこの歯車１２の他端を支持する。そして、二重扉１２０が閉められてケーシング１４の開口１４ｂが閉塞された状態で、スピンドルユニット３２を構成するサーボモータ３８が駆動されて歯車１２が回転される（図３参照）。
【００２６】
その際、投射機構２４を構成する図示しない高圧ポンプの作用下に水１８およびガラスビーズ２０がそれぞれ管路１０８、１１０を介してミキシングチャンバ１０６に圧送される。このため、ノズル１０４から歯車１２に向かって水１８とガラスビーズ２０との噴流２２が指向性を有して投射される。
【００２７】
さらに、ノズル１０４は、ロボット１００を構成するアーム部１０２を介して所定方向、すなわち、歯車１２の軸線方向に移動し、この歯車１２の歯面全面にガラスビーズ２０を介して圧縮残留応力が付与されるとともに、前記ガラスビーズ２０が粉砕される。このガラスビーズ２０の粉砕によって生成された粉流屑２０ａは、ケーシング１４内に浮遊しており、回収機構２６を構成する液体噴射手段２００および負圧発生部２１２が駆動される。
【００２８】
液体噴射手段２００では、図４および図５に示すように、各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを介してケーシング１４内のチャンバ１４ａ内に水１８が噴射され、このチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａおよびロボット１００のアーム部１０２に付着している粉流屑２０ａを前記ケーシング１４の底部１４ｄ側に強制的に排出させる。また、水パイプ２０４に装着されている水噴射ノズル２０６から水１８が噴射され、この水１８によってアーム部１０２の下部側が洗浄されるとともに、各ノズル２０８ａ乃至２０８ｆから噴射される水１８を介して歯車１２の洗浄作業が行われる。
【００２９】
液体噴射手段２００による洗浄時に発生した粉流屑２０ａを含む排液が、底部１４ｄの傾斜に沿って流動し、図３および図６に示すように、ケーシング１４に連結されているジョイント管体２２４を介して管体２２６、２２８から分別機構２８を構成する遠心分離器３００に送られる。
【００３０】
一方、負圧発生部２１２が駆動されて圧縮空気供給口２１４から圧縮空気が導入されると、吸引口２１０に負圧が発生してケーシング１４のチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａが、この吸引口２１０からチャンバ２１６に吸引されて減速される。チャンバ２１６では、ケーシング２１８に配置されている噴射手段２２０を介してシャワリングが行われており、粉流屑２０ａを含む排液が管体２２２からジョイント管体２２４、管体２２６および２２８を介して遠心分離器３００に導入される一方、圧縮空気がエア管体２３０から外部に排出される。なお、チャンバ１４ａ内には、空気導入管２３２から外部の空気が導入されている。
【００３１】
遠心分離器３００では、切り換え排出手段３０８を構成する第１受け部材３２０が、予め、遠心分離器３００の液体排出口３０４に対応して配置されている（図９中、実線参照）。このため、遠心分離器３００のスラッジ排出口３０２から固形部分である粉流屑２０ａがスラッジ回収ボックス３０６に排出される。一方、運転開始直後のために粉流屑２０ａを含む水１８が、液体排出口３０４から第１受け部材３２０に接続されている第１排水管３２６に排出され、この第１排水管３２６から第２タンク３１２に導入される。
【００３２】
次いで、遠心分離器供給ポンプ（図示せず）が駆動され、遠心分離器３００の運転開始から所定時間経過した後、切り換え排出手段３０８を構成するシリンダ３１６が駆動される。このため、図７および図８に示すように、ロッド３１８を介して第１および第２受け部材３２０、３２２が矢印Ａ方向に一体的に移動し、遠心分離器３００の液体排出口３０４に対応して前記第２受け部材３２２が配置される（図９中、二点鎖線参照）。従って、遠心分離器３００から排出される水１８は、第２受け部材３２２に接続された第２排水管３２８を介して受けタンク３３０に一且排出された後、この受けタンク３３０を収容する第１タンク３１０内に貯留される。
【００３３】
第１タンク３１０では、レベルセンサ３３４を介してこの第１タンク３１０に貯留されている水１８の水位が検出され、必要に応じて第１ポンプ３３６と第２ポンプ３３８とが選択的に駆動される。図１０に示すように、供給機構３４２を構成する第１ポンプ３３６が駆動されると、第１タンク３１０内の水１８が、水経路３４０を介して回収機構２６を構成する液体噴射手段２００に送られる。これにより、水１８は、チャンバ１４ａ内に噴射されて歯車１２およびアーム部１０２の洗浄作業やこのチャンバ１４ａ内に浮遊する粉流屑２０ａの回収作業に使用される。また、第２ポンプ３３８が駆動されると、第１タンク３１０内の水１８が外部に排水されることになる。
【００３４】
この場合、本実施形態では、チャンバ１４ａ内で投射機構２４を介して歯車１２に高強度化処理を施す際、回収機構２６を構成する液体噴射手段２００が駆動される。このため、各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを介してケーシング１４内のチャンバ１４ａ内全体にシャワリングが行われ、このチャンバ１４ａ内に浮遊している粉流屑２０ａおよびロボット１００のアーム部１０２に付着している粉流屑２０ａに向かって水１８が有効に噴射される。
【００３５】
これにより、チャンバ１４ａ内に浮遊する粉流屑２０ａおよびアーム部１０２に付着している粉流屑２０ａが、排液に混在してケーシング１４の底部１４ｄ側に強制的かつ確実に排出される。従って、二重扉１２０が開放される際に、開口１４ｂから外部に粉流屑２０ａが漏れることを確実に阻止することが可能になる。
【００３６】
さらに、粉流屑２０ａが混在した排液は、分離機構２８を構成する遠心分離器３００を介して水１８と粉流屑２０ａとに分別される。このため、分別された粉流屑２０ａをスラッジ回収ボックス３０６に導入すれば、この粉流屑２０ａを、例えば、ガラスビーズ２０の製造作業に容易に使用することができる。一方、排液から分別された水１８は、第１タンク３１０に貯留された後、第１ポンプ３３６を備えた供給機構３４２の作用下に回収機構２６に供給され、洗浄水等として再利用される。これにより、簡単な構成で、資源の有効利用が容易に図られるという効果が得られる。
【００３７】
なお、本実施形態では、液体噴射手段２００を構成する各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄがケーシング１４の天井部１４ｃに装着されているが、図１１に示すように、これに代替し、またはこれに追加して、前記ケーシング１４の壁部１４ｅ、１４ｆに前記各水噴射ノズル２０２ａ乃至２０２ｄを配置してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る歯車の高強度化装置によれば、処理室内の壁部および／または天井部に配置された液体噴射手段から前記処理室内全体にシャワリングが行われるため、該処理室内に浮遊する粉流屑に向かって液体が噴射され、この粉流屑が排液に混在されて確実に回収される。これにより、粉流屑の付着堆積を有効に回避するとともに、扉の開閉によって前記粉流屑が外部に漏れることを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車の高強度化装置の概略斜視説明図である。
【図２】前記高強度化装置の正面説明図である。
【図３】前記高強度化装置の上部拡大断面正面図である。
【図４】前記高強度化装置を構成する回収機構の部分斜視説明図である。
【図５】図４に示す回収機構の別の部分正面説明図である。
【図６】前記回収機構の別の部分斜視説明図である。
【図７】前記高強度化装置を構成する分別機構の一部分解概略斜視説明図である。
【図８】前記分別機構の平面説明図である。
【図９】前記分別機構を構成する切り換え排出手段の動作説明図である。
【図１０】前記高強度化装置の流体回路説明図である。
【図１１】前記回収機構を構成する液体噴射手段を壁部に装着した状態の別の部分正面説明図である。
【符号の説明】
１０…高強度化装置              １２…歯車
１４、２１８…ケーシング        １４ａ…チャンバ
１４ｃ…天井部                  １４ｅ、１４ｆ…壁部
１６…歯車保持機構              １８…水
２０…ガラスビーズ              ２０ａ…粉流屑
２２…噴流                      ２６…回収機構
２８…分別機構                  ３２…スピンドルユニット
３６…支持手段                  ４０、３１６…シリンダ
１００…ロボット                １０２…アーム部
１０４、２０８ａ〜２０８ｆ…ノズル
２００…液体噴射手段
２０２ａ〜２０２ｄ、２０６…水噴射ノズル
２０４…水パイプ                ２１０…吸引口
２１６…チャンバ                ２２０…噴射手段
３００…遠心分離器              ３０２…スラッジ排出口
３０４…液体排出口              ３０６…スラッジ回収ボックス
３０８…切り換え排出手段        ３１０、３１２…タンク
３２０、３２２…受け部材        ３２６、３２８…排水管
３３２…排出管                  ３３０…受けタンク
３３４…レベルセンサ            ３３６、３３８…ポンプ
３４２…供給機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003934798.tif 000012