JP2000282145A - 歯車部材の焼入れ焼戻し方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼入れ処理と焼戻し処理を同一の高周波誘導
子を用いて行い、処理工程全体を効率化し、作業時間を
短縮できようにする。 【解決手段】 位置決め装置３の回転テーブル３Ａ上に
内歯車１を取付けた状態で、内歯車１の歯部２に対して
高周波誘導子１０と冷却器１１とを送り装置１３により
進退させる。そして、焼入れ工程では高周波誘導子１０
と冷却器１１とを歯部２の歯面に沿って下側から上側へ
と歯筋方向に移動させつつ、例えば９００〜１０００℃
程度まで歯部２を加熱して冷却水により急冷させる。そ
の後の焼戻し工程では、例えば２００〜２５０℃程度ま
で高周波誘導子１０の加熱温度を下げた状態で、高周波
誘導子１０を歯部２の歯面に沿って下向きに移動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば動力伝達用
の歯車等のように耐摩耗性や耐衝撃性が要求される歯車
部材に熱処理を施すのに好適に用いられる歯車部材の焼
入れ焼戻し方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建設機械等の機械部品に使用さ
れる歯車部材は、例えば鍛造、切削等の手段を用いて所
定の歯車形状に成形した後に、複数の歯部に対して通常
は焼入れ、焼戻し等の熱処理を施し、各歯部に所定の硬
度や剛性を与えることにより完成品とされる。

【０００３】特に、歯車部材は、各歯部の表面（歯面）
側において耐衝撃性、耐ピッチング性、耐摩耗性が要求
され、高周波焼入れという表面処理を施すことが知られ
ている。

【０００４】この場合、歯車部材の高周波焼入れ方法と
しては、高周波電源からの給電により駆動される高周波
誘導子を歯車部材の歯筋方向に沿って移動させ、１本の
歯部または複数本の歯部に対して同時に焼入れを行う移
動焼入れと、歯車部材に対向するようにリング状あるい
は円板状の高周波誘導子を配置して歯車部材全体を同時
に加熱、冷却する全周焼入れとがある。

【０００５】そして、歯車部材に対する焼入れ処理を行
った後には、歯車部材全体を焼戻し用の炉内に移し、例
えば１８０℃程度の温度下で３〜５時間程度に亘って焼
戻し処理を行うことにより、歯車部材の内部応力を緩和
させる。

【０００６】即ち、焼入れ処理後の歯車部材は硬度や剛
性は高いが、急冷による組織変態のために残留応力が生
じ、靭性に劣るという欠点を持っている。そこで、焼入
れ後の歯車部材に対して焼戻し処理を行うことにより内
部応力を緩和させ、靭性を与えるようにしている。

【０００７】このため、歯車部材の製造工場等では、焼
入れ装置と焼戻し装置とを別々に装備し、焼入れ装置に
より各歯車部材毎に焼入れ処理を行った後に、焼入れが
終了した歯車部材を複数個まとめて焼戻し専用の炉に投
入することにより、歯車部材に対する焼入れ、焼戻し作
業の工数を低減させ、これらを一連の熱処理作業として
行い得るようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、焼入れ装置と焼戻し装置とを別々に構成し
ているため、焼入れ装置と焼戻し装置との間に搬送ライ
ン等を別途に設ける必要があり、焼入れ工程から焼戻し
工程に亘る熱処理工程全体の設備が大型化し、製造スペ
ースにも負担がかかる上に、焼入れから焼戻しに亘る全
体の工程を必ずしも効率的に行うことができないという
問題がある。

【０００９】また、焼戻し装置の炉内では、歯車部材を
全体的に加熱して焼戻し処理を行うために、処理時間が
長くなり、焼戻しのための加熱、温度保持または冷却等
に多大の労力と時間を費やすという問題がある。

【００１０】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は焼入れ処理と焼戻し処理を同一
の高周波誘導子を用いて行うことにより、処理工程全体
を効率的に行うことができ、作業時間を大幅に短縮でき
ると共に、全体の設備を簡略化でき、作業性を向上でき
るようにした歯車部材の焼入れ焼戻し方法及びその装置
を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明が採用する歯車部材の焼入れ焼
戻し方法は、複数の歯部が形成された歯車部材を位置決
め治具に取付ける取付け工程と、前記位置決め治具に取
付けられた歯車部材の歯部に対して焼入れを行うため前
記歯部の歯筋に沿って加熱用の高周波誘導子と冷却器と
を一方向に相対移動させる焼入れ工程と、焼入れされた
前記歯車部材の歯部に対して焼戻しを行うため前記歯部
の歯筋に沿って前記加熱用の高周波誘導子を他方向に相
対移動させる焼戻し工程とからなる。

【００１２】上記の焼入れ焼戻し方法によれば、焼入れ
工程では歯部の歯筋に沿って加熱用の高周波誘導子と冷
却器とを一方向に相対移動させ、高周波誘導子により加
熱した歯部を冷却器により急速冷却する。そして、次な
る焼戻し工程では前記高周波誘導子を歯部の歯筋に沿っ
て他方向に相対移動させ、歯部に対する焼戻しを実行す
る。これにより、焼入れに用いた高周波誘導子での一方
向における移動焼入れが終了した後に、高周波誘導子を
逆向きに戻すときに同じ高周波誘導子を用いて焼戻しを
行うことができる。

【００１３】また、請求項２の発明では、焼入れ工程で
は加熱用の高周波誘導子を一定の高周波で駆動して焼入
れし、焼戻し工程では前記高周波誘導子を前記焼入れ工
程よりも低い周波数で駆動し、歯部の表面温度を前記焼
入れ工程よりも低い２００〜２５０℃の範囲内に設定す
るようにしている。

【００１４】高周波加熱温度の調節は電力調節によって
行うのが一般的であるが、焼戻しのように表面温度を極
端に低くする場合、周波数が一定のまま、即ち焼入れと
同じ周波数だと温度上昇が小さい上に、表面近傍しか加
熱されないため、焼入れされた深さ全体に亘って加熱す
ることは難しい。そこで、焼戻し時には周波数を下げる
ことによって内部に亘って温度上昇させることができ
る。

【００１５】また、請求項３の発明は、焼入れ工程によ
って生じる歯部の残熱を約１００℃に残したまま、焼戻
し工程では高周波誘導子を焼入れ工程よりも低い周波数
によって駆動し、歯部の表面温度を前記焼入れ工程より
も低い２００〜２５０℃の範囲内に設定するようにして
いる。

【００１６】即ち、焼入れ後の冷却時間によっては歯部
に残熱が生じる。例えば、冷却時間が１０秒以内である
と、約１００℃の残熱が歯部に残る。この残熱が残った
状態で高周波誘導子の電力と周波数を下げて加熱するこ
とによって、歯部の焼戻し温度を２００〜２５０℃に設
定することができる。

【００１７】さらに、請求項４の発明では、焼入れ工程
で歯車部材の歯部に対し歯筋の全長に亘って焼入れを行
い、焼戻し工程では前記歯車部材の歯部に対し少なくと
も歯筋の途中部位を焼戻し、残余の部位は焼戻しを中止
するようにしている。

【００１８】これにより、歯車部材の実際の使用条件等
にあわせて、焼戻し処理が必要な部位と必要でない部位
とを選択でき、焼戻しを行わない部位では焼入れによる
圧縮方向での残留応力を利用して疲労特性を向上でき
る。

【００１９】一方、請求項５による歯車部材の焼入れ焼
戻し装置の発明は、歯車部材が位置決めされる回転テー
ブルを有した位置決め治具と、前記歯車部材の歯部に係
脱可能に係合し、前記回転テーブル上の歯車部材を間欠
的に回転駆動するアクチュエータと、前記歯車部材の歯
部に対して径方向に進退され、高周波電源から給電され
ることにより前記歯部を加熱する加熱用の高周波誘導子
と、前記高周波誘導子と一緒に歯車部材の径方向に進退
され、外部から供給される冷却媒体により前記歯部を冷
却する冷却器と、前記高周波誘導子を冷却器と一緒に前
記歯部の歯筋に沿って一方向と他方向とに相対移動させ
る相対移動手段とからなる構成を採用している。

【００２０】このように構成することにより、歯車部材
の歯部に対し高周波誘導子と冷却器とを歯筋に沿って一
方向に移動させる間は、高周波誘導子によって加熱した
歯部を冷却器からの冷却媒体で急速に冷却でき、歯部の
歯幅全体に亘って均一な焼入れを実施できる。そして、
焼戻しを行うときには前記高周波誘導子を歯部の歯筋に
沿って他方向に相対移動させ、焼入れに用いた高周波誘
導子を逆向きに戻すときに同じ高周波誘導子によって焼
戻しを行うことができる。

【００２１】そして、前記歯部に対する焼入れ焼戻しが
完了した後には、回転テーブル上の歯車部材をアクチュ
エータにより間欠回転させ、次の歯部に対する焼入れ焼
戻し処理を前の歯部と同様に行うことができ、これを繰
返すことにより歯車部材の全ての歯部に対して焼入れ焼
戻し作業を順次行うことができる。

【００２２】また、請求項６の発明では、相対移動手段
は、高周波誘導子を冷却器と一緒に歯車部材の歯筋に沿
って上下方向に相対移動させる構成としている。これに
より、高周波誘導子の移動に伴って冷却器からの冷却媒
体が歯車部材に垂れるように流れても、焼入れ結果に問
題がないように、高周波誘導子の下側に冷却器を配置で
き、高周波誘導子と冷却器を同時に上向きに移動させて
移動焼入れを行うことができる。そして、焼戻し時には
冷却器の作動を停止させた状態で、高周波誘導子を下向
きに移動させることにより、歯車部材の歯部に対する焼
戻し処理を行うことができる。

【００２３】さらに、請求項７の発明では、高周波誘導
子を、歯部の歯底から両側の歯面に沿って略Ｕ字状に延
びる構成としている。これにより、歯車部材の歯部に対
して焼入れ処理と焼戻し処理を行うときに、歯部の歯底
から両側の歯面に亘る領域全体を高周波誘導子によって
良好に加熱することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
歯車部材の焼入れ焼戻し方法及びその装置を添付図面に
従って詳細に説明する。

【００２５】ここで、図１ないし図８は本発明の第１の
実施の形態を示し、図中、１は歯車部材としての内歯車
で、この内歯車１はリング状の平歯車として形成され、
その内周側には多数の歯部２，２，…が全周に亘って一
体成形されている。そして、内歯車１の各歯部２は、図
２に示す如く歯先２Ａと歯底２Ｂとの間が歯面２Ｃ，２
Ｃとなり、図４に示すように一定の歯幅Ｗ（歯筋方向の
厚み）をもって形成されている。

【００２６】３は内歯車１が位置決めされる位置決め治
具としての位置決め装置で、位置決め装置３はリング状
をなす回転テーブル３Ａを有し、この回転テーブル３Ａ
は位置決め装置３の基台上に軸受（いずれも図示せず）
等を用いて回転可能に設けられている。そして、回転テ
ーブル３Ａは内歯車１よりも大なる外径寸法を有し、そ
の内径寸法は内歯車１の内径（例えば歯底円）よりも大
きく、内歯車１の外径寸法よりも小さく形成されてい
る。

【００２７】また、内歯車１は回転テーブル３Ａ上にボ
ルト（図示せず）等の固定手段を用いて同軸に位置決め
され、その回転中心には支軸４が前記基台に一体化した
状態で取付けられている。そして、内歯車１は回転テー
ブル３Ａと共に支軸４を中心にして後述のアクチュエー
タ５により、例えば図１中の矢示Ｃ方向へと回転駆動さ
れるものである。

【００２８】５は位置決め装置３の基台上に設けられた
アクチュエータで、アクチュエータ５は、前記基台上に
支軸４を介して回動可能に連結された駆動アーム６と、
支軸４を中心として駆動アーム６を矢示Ａ，Ｂ方向に回
動するシリンダ７と、駆動アーム６の回動範囲を規制す
るリミッタ８等により構成されている。そして、駆動ア
ーム６の先端側には内歯車１の歯部２に係脱可能に係合
する爪部６Ａが設けられている。

【００２９】また、駆動アーム６にはリミッタ８に接触
する突起６Ｂが設けられ、シリンダ７のロッド７Ａを縮
小させたときには、突起６Ｂがリミッタ８に当接する位
置まで駆動アーム６は矢示Ａ方向に回動され、これによ
り駆動アーム６の爪部６Ａは歯部２に対する係合が解除
される。次に、シリンダ７のロッド７Ａを伸長させると
きには、駆動アーム６の爪部６Ａが次なる歯部２に係合
するようになり、この状態で駆動アーム６を矢示Ｂ方向
に回動することによって、内歯車１は各歯部２の１ピッ
チ分に相当する回転角をもって矢示Ｃ方向に間欠回転さ
れる。

【００３０】９は内歯車１の回転を停止させる可動スト
ッパで、可動ストッパ９は位置決め装置３の基台上に配
設され、内歯車１の径方向（図１中の矢印方向）に進退
する構成となっている。そして、可動ストッパ９は内歯
車１の径方向に進出したときに、図１に示す如く歯部２
に係合することにより、内歯車１の回転を規制して停止
状態に保持する。また、アクチュエータ５により内歯車
１を回転駆動するときに、可動ストッパ９は内歯車１の
径方向内側へと後退され、歯部２に対する係合が解除さ
れるものである。

【００３１】１０は内歯車１の歯部２を加熱する加熱用
の高周波誘導子で、高周波誘導子１０は図３に示す高周
波コイル等によって構成され、その平面形状は図２に示
す如く歯部２の歯面２Ｃを左，右両側から挟むように略
Ｖ字形状をなしている。そして、高周波誘導子１０は後
述の高周波発生装置１４から高周波電力が給電されるこ
とにより、内歯車１の歯部２を誘導加熱するものであ
る。

【００３２】また、高周波誘導子１０は後述の送り装置
１３により図２中の矢示Ｄ，Ｅ方向に駆動され、内歯車
１の歯部２から径方向に進退されると共に、図５中の矢
示Ｆ，Ｇ方向へと歯部２の歯筋に沿って上，下に昇降さ
れる。そして、高周波誘導子１０は歯部２の歯筋に沿っ
て上下動される間に、対向する歯部２を各歯面２Ｃ側か
ら加熱する。

【００３３】１１は高周波誘導子１０の下側に配設され
た冷却器で、冷却器１１は高周波誘導子１０に対応して
略Ｖ字形状をなし、歯部２の各歯面２Ｃと対向する面側
には多数のノズル部１１Ａ，１１Ａ，…が設けられてい
る。そして、冷却器１１は導管１２を通じて供給される
冷却媒体としての冷却水を、各ノズル部１１Ａから歯部
２の各歯面２Ｃに向けて噴出させ、高周波誘導子１０に
より加熱された歯部２を冷却水で急速冷却する。これに
より、歯部２の各歯面２Ｃは図２中に二点鎖線で示す如
く焼入れ処理されるものである。

【００３４】１３は高周波誘導子１０と冷却器１１を内
歯車１の歯部２に対して相対移動させる相対移動手段と
しての送り装置で、送り装置１３は内歯車１の径方向内
側に位置して位置決め装置３の基台等に設けられ、その
可動部側には高周波誘導子１０と冷却器１１とが上，下
に間隔をもって取付けられている。そして、送り装置１
３は、高周波誘導子１０を冷却器１１と一緒に図２中の
矢示Ｄ，Ｅ方向（内歯車１の径方向）へと進退させる進
退機構と、高周波誘導子１０を冷却器１１と一緒に図５
中の矢示Ｆ，Ｇ方向（歯部２の歯筋に沿って上，下）へ
とに昇降させる昇降機構とを兼用したものである。

【００３５】１４は位置決め装置３の基台側に設けられ
た高周波発生装置で、高周波発生装置１４は高周波電源
等を内蔵し、この高周波電源から高周波誘導子１０に高
周波電力を給電するものである。また、高周波発生装置
１４には制御手段として制御部１５が設けられ、この制
御部１５は高周波発生装置１４から高周波誘導子１０に
給電する電力、周波数を、内歯車１に対する焼入れ時と
焼戻し時とで可変に制御する構成となっている。

【００３６】即ち、例えば重量２００ｋｇ程度の内歯車
１を焼入れする場合に、高周波誘導子１０に給電する電
力は８０ｋｗ程度で、その周波数は約３ｋＨz となり、
これによって内歯車１の歯部２は９００〜１０００℃程
度まで加熱される。また、この内歯車１を焼戻しする場
合には、高周波誘導子１０に給電する電力を約２５〜３
５ｋｗ程度まで低下させ、その周波数を焼入れ時の約１
／３（１ｋＨz ）程度まで下げる。これにより、内歯車
１の歯部２は２００〜２５０℃程度まで加熱される。

【００３７】本実施の形態による内歯車１の焼入れ焼戻
し装置は上述の如き構成を有するもので、次に、その焼
入れ焼戻し方法について説明する。

【００３８】まず、最初の取付け工程では、位置決め装
置３の回転テーブル３Ａ上に内歯車１を固定し、内歯車
１が支軸４を中心として回転テーブル３Ａと一体に回転
可能な状態にセットする。このとき、送り装置１３によ
り高周波誘導子１０と冷却器１１とを図２中の矢示Ｅ方
向に予め後退させ、内歯車１の歯部２（歯先２Ａ）等に
接触または干渉することのない状態に置く。

【００３９】次に、この状態で最初に熱処理すべき歯部
２を選択し、この歯部２に向けて図２に示す如く高周波
誘導子１０と冷却器１１とを送り装置１３により進出さ
せると共に、図１に示す如く可動ストッパ９を内歯車１
の歯部２に係合させ、内歯車１の回転を規制しておく。
そして、この状態で図４に示す如く歯部２の下端側に高
周波誘導子１０を接近させて対向配置し、焼入れ処理を
開始する。

【００４０】即ち、焼入れ工程では、例えば周波数が約
３ｋＨz で、８０ｋｗ程度の高周波電力を高周波発生装
置１４から高周波誘導子１０に給電しつつ、送り装置１
３により高周波誘導子１０を上向き（図４中の矢示Ｆ方
向）に約６ｍｍ／ｓｅｃ程度の速度で移動させる。これ
により、内歯車１の歯部２を両側の歯面２Ｃ，２Ｃ側か
ら、例えば９００〜１０００℃程度まで加熱する。

【００４１】また、このときに高周波誘導子１０と一緒
にその下側から冷却器１１を矢示Ｆ方向に移動させつ
つ、冷却器１１の各ノズル部１１Ａから歯部２の各歯面
２Ｃに向けて冷却水を噴出させる。これにより、高周波
誘導子１０で加熱された歯部２を冷却水によって急速冷
却し、この歯部２に対する焼入れ処理を行う。

【００４２】この場合、高周波誘導子１０の上方移動に
伴って冷却器１１からの冷却水が歯部２側に垂れるよう
に流れても、この冷却水が高周波誘導子１０に付着する
ことはないので、焼入れ結果に悪影響を与えることはな
い。そして、高周波誘導子１０と冷却器１１とを図５中
の矢示Ｆ方向に移動させ、冷却器１１が歯部２の上端側
に達した段階で焼入れ処理を終了させる。

【００４３】次に、前述の如く焼入れ工程を完了した状
態で、例えば１０秒以上の待機時間が経過した後に焼戻
し工程を行うため、高周波誘導子１０に給電する電力を
２５〜３５ｋｗ程度まで低下させ、その周波数を焼入れ
時の約１／３（１ｋＨz ）程度まで下げる。

【００４４】そして、この状態で高周波誘導子１０を図
５中の矢示Ｇ方向へと下向きに、例えば５〜２０ｍｍ／
ｓｅｃ程度の速度で移動させることにより歯部２に対す
る焼戻し処理を行う。この間、内歯車１の歯部２は歯面
２Ｃの表面温度が２００〜２５０℃程度まで加熱され
る。そして、図６に示す如く高周波誘導子１０を歯部２
の下端側に対向する位置まで矢示Ｇ方向に移動させた状
態で焼戻し処理を終了させる。

【００４５】次に、焼戻し工程の完了後には送り装置１
３によって高周波誘導子１０と冷却器１１とを歯部２か
ら図２中の矢示Ｅ方向に後退させると共に、可動ストッ
パ９を内歯車１の径方向に後退させ、内歯車１の歯部２
に対する可動ストッパ９の係合を解除する。そして、こ
の状態でアクチュエータ５のシリンダ７で駆動アーム６
を図１中の矢示Ａ，Ｂ方向に回動し、次なる歯部２が高
周波誘導子１０と対向する位置まで内歯車１を矢示Ｃ方
向に間欠回転させる。

【００４６】また、矢示Ｃ方向への間欠回転後は可動ス
トッパ９を内歯車１の歯部２に係合させ、内歯車１の回
転を規制すると共に、送り装置１３により高周波誘導子
１０と冷却器１１とを歯部２に接近させて対向配置し、
前回と同様に焼入れ工程と焼戻し工程とを繰返し実行さ
せる。

【００４７】そして、内歯車１の全ての歯部２に対する
焼入れ、焼戻し処理が完了した状態では、位置決め装置
３の回転テーブル３Ａから内歯車１を取外し、次なる内
歯車１を回転テーブル３Ａ上にセットして、前回の内歯
車１と同様に焼入れ、焼戻し作業を実施するものであ
る。

【００４８】かくして、本実施の形態では、位置決め装
置３の回転テーブル３Ａ上に内歯車１を取付けた状態
で、内歯車１の歯部２に対して高周波誘導子１０と冷却
器１１とを送り装置１３により進退させると共に、焼入
れ工程では高周波誘導子１０と冷却器１１とを歯部２の
歯面２Ｃに沿って下側から上側へと歯筋方向に移動させ
つつ、例えば９００〜１０００℃程度まで歯部２を加熱
して冷却水により急冷させる。そして、その後の焼戻し
工程では、例えば２００〜２５０℃程度まで高周波誘導
子１０の加熱温度を下げた状態で、高周波誘導子１０を
歯部２の歯面２Ｃに沿って下向きに移動させる構成とし
ている。

【００４９】これにより、焼入れ処理と焼戻し処理とを
同一の高周波誘導子１０を用いて行うことが可能とな
り、焼入れ処理から焼戻し処理に亘る熱処理工程全体を
効率的に行うことができると共に、作業時間を大幅に短
縮でき、全体の設備を簡略化することができる。

【００５０】即ち、高周波誘導子１０と冷却器１１を図
４に示すように歯部２の下端側に配置し、歯部２の下方
から移動を開始して焼き入れる場合に、高周波誘導子１
０を上方に向かって移動させ、該当する歯部２の焼入れ
が終了した時点でこの誘導子１０は歯部２の上端側に配
置されることになる。そして、次の手順として焼入れ処
理だけを行うのであれば、このときにアクチュエータ５
により内歯車１を回転させて、再び高周波誘導子１０を
次なる歯部２の下端側に配置させるべく誘導子１０の下
方移動という手順が必要となる。

【００５１】しかし、本実施の形態にあっては、歯部２
の焼入れ処理が終了した時点で、次なる歯部２に対する
焼入れのために内歯車１の回転を行わず、焼入れが終了
した高周波誘導子１０を歯部２の上端側から下方へと移
動させるときに焼戻し処理を行うものである。このと
き、高周波発生装置１４による高周波エネルギーの設定
は、電力を約２５〜３５ｋｗ程度まで低下させ、その周
波数を焼入れ時の約１／３（１ｋＨz ）程度まで低下さ
せることにより、短時間で焼戻し処理を行うことができ
る。

【００５２】そして、内歯車１の歯部２に対する焼入れ
処理と焼戻し処理とが完了した状態で歯部２の歯面２Ｃ
に対する硬さ試験を行った結果、図７に実線で示す特性
線１６の如く、表面から１ｍｍ前，後の深さ部位までは
８００（Ｈｖ）程度のビッカーズ硬さを有し、３ｍｍ以
上の深さ部位では２５０〜２７０（Ｈｖ）程度のビッカ
ーズ硬さを有することが確認された。なお、従来技術の
熱処理による硬さ試験では図７中に一点鎖線で示す特性
線１７の如き結果が得られており、本実施の形態による
熱処理でも従来技術とほぼ同様の試験結果が得られるも
のである。

【００５３】また、本実施の形態では、高周波誘導子１
０を用いて焼戻し処理を行うために歯部２の表面側で図
８に示す特性線１８の如く焼戻し温度（表面加熱温度）
が変化し、例えば２００〜２５０℃程度の焼戻し温度ま
で短時間で歯部２を昇温させ加熱できることが確認され
た。

【００５４】また、焼入れ後の残熱も利用して焼戻しを
行うことが可能である。即ち、焼入れ後の冷却時間によ
っては歯部２に残熱が生じる。例えば、冷却時間が１０
秒以内であると、約１００℃の残熱が歯部２に残る。そ
こで、この残熱が残った状態で高周波誘導子１０の電力
と周波数を下げて加熱することによって、歯部２の焼戻
し温度２００〜２５０℃を達成でき、前記焼戻しと同じ
効果を出すことが可能である。

【００５５】一方、従来技術の場合には、焼入れ後の歯
車部材を焼戻し専用の炉内に入れ、この炉内で焼戻し処
理を行うために、図８に一点鎖線で示す特性線１９の如
く炉内温度を焼戻しに必要な温度まで上昇させるのに時
間を費やし、その後にこの温度を維持して徐々に温度を
下げるためにも時間を要している。

【００５６】また、焼戻しに必要な温度と時間は一定の
関係があり、短時間で焼戻しを行う場合には温度を上げ
る必要があるとされている。しかし、高周波誘導子１０
による焼戻し処理では、従来の炉内での焼戻し温度程度
でも短時間で焼戻しを行うことができ、このときの歯部
２の硬度を図７に示す如く従来技術の場合と同程度にで
きることが分かった。図７に示す特性線１６は高周波焼
戻しを行った場合、特性線１７は従来技術による炉内で
焼戻し行った場合の歯面２Ｃの硬度分布を示しており、
最終的に得られる硬度は同等であることが確認された。

【００５７】例えば、従来技術による炉内での焼戻し処
理では、５個の内歯車１を５時間かけて焼戻しを行って
いたのに対し、本実施の形態にあっては、焼戻しに１個
当たり約１５０秒を費やすとしても、５個分で７５０秒
程度となり、大幅な時間短縮が実現できる。そして、焼
戻しによる硬度、応力値の変化は、従来の炉内での焼戻
しによる歯車と比べて変わらないため、疲労特性も同等
の強度をもつ歯車を製作できる。

【００５８】従って、本実施の形態によれば、焼入れ処
理と焼戻し処理を同一の高周波誘導子１０を用いて行う
ことにより、処理工程全体を効率的に行うことができ、
作業時間を大幅に短縮できると共に、全体の設備を簡略
化でき、作業性を向上させることができる。

【００５９】なお、前記第１の実施の形態では、内歯車
１の各歯部２に対して高周波誘導子１０を上，下に往復
動させる間に焼入れと焼戻しをに行うものとして述べた
が、これに替えて、例えば内歯車１の各歯部２に一旦全
周に亘って焼入れ処理のみを行った後に、同じ高周波誘
導子１０を用いて各歯部２に対して順次焼戻し処理を行
うようにすることも可能である。そして、この場合に
は、焼入れによる残熱の影響はなくなっているが、焼戻
しによる効果は同じである。

【００６０】次に、図９ないし図１１は本発明の第２の
実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、歯車部材の
歯部に対し歯筋方向の全長に亘って焼入れを行った後
に、焼戻し工程では歯車部材の歯部に対し歯筋の途中部
位まで焼戻しを行い、残余の部位では焼戻しを中止させ
ることにより、その歯面を焼入れ状態に保つ構成とした
ことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の
形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

【００６１】図中、２１は油圧ショベル等の下部走行体
と上部旋回体との間に設けられる旋回輪で、この旋回輪
２１は、歯車部材としての内輪２２と、内輪２２の外周
側に複数のボール２３を介して回転可能に設けられた外
輪２４とから構成され、外輪２４は上部旋回体の旋回フ
レーム２５にボルト２６等により固着されている。ま
た、内輪２２は下部走行体側のトラックフレーム２７に
ボルト２８等を用いて固着されている。

【００６２】ここで、内輪２２は前記第１の実施の形態
で述べた内歯車１と同様に複数の歯部２を有し、その外
周側には旋回輪２１のボール２３が収容される略半円形
状のボール収容溝２２Ａが形成されている。また、内輪
２２には図１０に示すように上，下両側の端面２２Ｂ，
２２Ｃのうち、トラックフレーム２７上に衝合される端
面２２Ｂ側に前記ボルト２８が螺合される有底のねじ穴
２２Ｄが形成されている。

【００６３】２９は旋回フレーム２５上に設けられた旋
回用の減速機で、この減速機は旋回用の油圧モータ（図
示せず）によって回転駆動され、その回転出力をピニオ
ン３０に伝達する。そして、ピニオン３０は内輪２２の
歯部２に噛合し、減速機２９側からの回転を内輪２２に
伝える。これにより、上部旋回体の旋回フレーム２５は
下部走行体のトラックフレーム２７上で旋回輪２１を通
じて旋回駆動されるものである。

【００６４】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、内輪２２の歯部２に熱処理を施すときに、前
記第１の実施の形態とほぼ同様に焼入れ、焼戻し処理を
行うことにより、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効
果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、内
輪２２の歯部２に矢示Ｆ方向で焼入れ処理を行った後
に、矢示Ｇ方向での焼戻し処理は歯部２の一定範囲とな
る領域Ｗa でのみ行い、残余の領域Ｗb では焼戻しを行
わずに焼入れ状態に保つ構成としている。

【００６５】即ち、旋回輪２１の内輪２２は、図９に示
す如く端面２２Ｃ側がボルト２８による固定端（図１０
中の端面２２Ｂ）側から離れているために、ピニオン３
０に噛合する内輪２２の歯部２は、端面２２Ｃ側で負荷
に対する応力値が高くなり、この端面２２Ｃ側が摩耗、
損傷等に起点になることが多い。

【００６６】そこで、本実施の形態では、例えば図１に
示した位置決め装置３の回転テーブル３Ａ上に、端面２
２Ｂが上側となるように内輪２２を位置決めした状態
で、内輪２２の歯部２に対し歯幅Ｗの全長に亘って矢示
Ｆ方向での焼入れを行い、その後の焼戻し工程では内輪
２２の歯部２に対し領域Ｗa でのみ焼戻しを行い、残余
の領域Ｗb では焼戻しを行わずに、焼入れ状態を保つよ
うにしている。

【００６７】これにより、歯部２の歯面硬度は図１１に
示す如く焼戻し領域Ｗa に比較して非焼戻し領域Ｗb で
大きくなり、歯部２の疲労強度を高くすることができ、
部品としての寿命を延ばすことができる。

【００６８】従って、本実施の形態では、内輪２２等の
歯車部材を実際の使用条件等にあわせて、焼戻し処理が
必要な部位（領域Ｗa ）と必要でない部位（領域Ｗb ）
とを弁別することができ、負荷の小さい部位では焼戻し
を省略することができる。

【００６９】なお、前記第２の実施の形態では、旋回輪
２１の内輪２２に対して焼入れ、焼戻し処理を行う場合
を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例え
ば一方の端面側が固定端となる種々の歯車部材にも適用
できるものである。

【００７０】次に、図１２は本発明の第３の実施の形態
を示し、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。しかし、本実施の形態の特徴は、高周波誘導
子４１を内歯車１の隣り合う２本の歯部２，２の形状に
合わせるように、歯底２Ｂから両側の歯面２Ｃ，２Ｃに
沿って略Ｕ字状に延びる形状とし、その歯底２Ｂから両
側の歯面２Ｃ，２Ｃに亘る領域全体に対して二点鎖線で
示す如く高周波焼入れを同時に行う構成としたことにあ
る。

【００７１】ここで、高周波誘導子４１は前記第１の実
施の形態で述べた高周波誘導子１０とほぼ同様に構成さ
れているものの、歯部２の歯底２Ｂから両側の歯面２
Ｃ，２Ｃに沿って略Ｕ字状に湾曲させて形成した点で異
なるものである。また、冷却器４２についても、第１の
実施の形態で述べた冷却器１１とほぼ同様に構成されて
いるものの、この冷却器４２も歯部２の歯底２Ｂから両
側の歯面２Ｃ，２Ｃに沿って略Ｕ字状に湾曲している点
で異なるものである。

【００７２】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができるものの、特に本実施の形態では、高
周波誘導子４１と冷却器４２とを歯底２Ｂから両側の歯
面２Ｃに沿って略Ｕ字状に延びる形状としたから、内歯
車１の歯部２に対して焼入れ処理と焼戻し処理を行うと
きに、歯部２の歯底２Ｂから両側の歯面２Ｃに亘る領域
全体を高周波誘導子４１によって良好に加熱でき、図１
２中に二点鎖線で示す領域の熱処理を効率的に行うこと
ができる。

【００７３】なお、前記各実施の形態では、高周波誘導
子１０（４１）と冷却器１１（４２）とを用いて１本の
歯部２毎に焼入れ、焼戻し処理を行うものとして述べた
が、本発明はこれに限らず、例えば高周波誘導子を隣り
合う３本以上の歯部２に対応する形状に形成し、これら
の歯部２に対して同時に漸進焼入れ、焼戻し処理を行う
構成としてもよい。また、漸進焼入れに限らず、全周焼
入れ等を行う構成としてもよい。

【００７４】また、前記各実施の形態では、内周側に複
数本の歯部２が設けられた内歯車１または内輪２２を例
に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば外
周側に複数本の歯部が形成された外歯車に適用してもよ
いことは勿論である。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１に記載の焼
入れ焼戻し方法によれば、位置決め治具に取付けられた
歯車部材の歯部に対して、焼入れ工程では歯部の歯筋に
沿って加熱用の高周波誘導子と冷却器とを一方向に相対
移動させ、高周波誘導子により加熱した歯部を冷却器に
より急速冷却すると共に、次なる焼戻し工程では前記高
周波誘導子を歯部の歯筋に沿って他方向に相対移動さ
せ、歯部に対する焼戻しを実行するようにしたから、焼
入れに用いた高周波誘導子での一方向における移動焼入
れが終了した後に、高周波誘導子を逆向きに戻すときに
同じ高周波誘導子を用いて焼戻しを行うことができる。
従って、焼入れ処理から焼戻し処理に亘る熱処理工程全
体を効率的に行うことができ、作業時間を大幅に短縮で
きると共に、全体の設備を簡略化でき、作業性を向上さ
せることができる。

【００７６】また、請求項２に記載の発明では、焼戻し
工程で加熱用の高周波誘導子を焼入れ工程よりも低い周
波数で駆動し、歯部の表面温度を焼入れ工程よりも低い
２００〜２５０℃の範囲内に設定するようにしているか
ら、焼入れ工程と同一の高周波誘導子を用いて、高周波
誘導による加熱温度を焼戻しに必要な温度に容易に調節
して焼戻しを実行できる。

【００７７】また、請求項３に記載の発明では、焼入れ
工程により生じる歯部の残熱を約１００℃に残したま
ま、焼戻し工程において高周波誘導子を焼入れ工程より
も低い周波数によって駆動し、歯部の表面温度を前記焼
入れ工程よりも低い２００〜２５０℃の範囲内に設定す
るようにしているため、焼入れ後の残熱が残った状態で
高周波誘導子の周波数を下げて加熱することにより、歯
部の焼戻し温度を２００〜２５０℃に設定でき、前記請
求項２の発明とほぼ同様の効果を出すことが可能であ
る。

【００７８】さらに、請求項４に記載の発明では、焼入
れ工程で歯車部材の歯部に対し歯筋の全長に亘って焼入
れを行い、焼戻し工程では前記歯車部材の歯部に対して
少なくとも歯筋の途中部位を焼戻し、残余の部位では焼
戻しを中止するようにしているから、歯車部材の実際の
使用条件等にあわせて、焼戻し処理が必要な部位と必要
でない部位とを弁別して焼戻し処理を選択的に実施で
き、焼戻しを行わない部位では焼入れによる圧縮方向で
の残留応力を利用して疲労特性を向上できる。従って、
歯部に対して引張り方向の繰返し荷重が作用した場合で
も、前記圧縮方向の残留応力を活用して歯部の疲労強度
を高くすることができ、長寿命化を実現できる。

【００７９】一方、請求項５に記載の発明では、歯車部
材の焼入れ焼戻し装置を、回転テーブルを有した位置決
め治具、前記回転テーブル上の歯車部材を間欠的に回転
駆動するアクチュエータ、加熱用の高周波誘導子、冷却
器及び相対移動手段によって構成しているから、歯車部
材の歯部に対し高周波誘導子と冷却器とを歯筋に沿って
一方向に移動させる間は、高周波誘導子によって加熱し
た歯部を冷却器からの冷却媒体で急速に冷却でき、焼戻
しを行うときには前記高周波誘導子を歯部の歯筋に沿っ
て他方向に相対移動させることによって焼戻しを行うこ
とができる。

【００８０】従って、同一の高周波誘導子を用いて電
力、周波数等の条件を変えるだけで焼入れと焼戻し処理
を行うことができ、作業時間を大幅に短縮できると共
に、全体の設備を小型化して簡素化を図ることができ
る。また、焼戻しによる硬度、応力値の変化は、従来技
術の炉内での焼戻しによる歯車と比べて変わらないた
め、疲労特性も同等の強度をもつ歯車を製作することが
できる。そして、前記歯部に対する焼入れ焼戻しが完了
した後には、回転テーブル上の歯車部材をアクチュエー
タにより間欠回転させ、次の歯部に対する焼入れ焼戻し
処理を前の歯部と同様に行うことができ、これを繰返す
ことにより歯車部材の全ての歯部に対して焼入れ焼戻し
作業を順次行うことができる。

【００８１】また、請求項６に記載の発明では、高周波
誘導子を冷却器と一緒に歯車部材の歯筋に沿って上下方
向に相対移動させる構成としているから、高周波誘導子
の移動に伴って冷却器からの冷却媒体が歯車部材に垂れ
るように流れても、焼入れ結果に問題がないように、高
周波誘導子の下側に冷却器を配置でき、高周波誘導子と
冷却器を同時に上向きに移動させて移動焼入れを行うこ
とができる。そして、焼戻し時には冷却器の作動を停止
させた状態で、高周波誘導子を下向きに移動させること
により、歯車部材の歯部に対する焼戻し処理を行うこと
ができる。

【００８２】さらに、請求項７に記載の発明では、高周
波誘導子を歯部の歯底から両側の歯面に沿って略Ｕ字状
に延びる構成としているから、歯車部材の歯部に対して
焼入れ処理と焼戻し処理を行うときに、歯部の歯底から
両側の歯面に亘る領域全体を高周波誘導子によって良好
に加熱でき、歯底を含めた熱処理を効率的に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による内歯車の焼入
れ焼戻し装置を示す平面図である。

【図２】内歯車の歯部、高周波誘導子等を示す図１中の
要部拡大図である。

【図３】高周波誘導子を拡大して示す斜視図である。

【図４】内歯車の歯部、高周波誘導子及び冷却器等を示
す図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。

【図５】焼入れ工程から焼戻し工程に移る途中の状態を
示す図４と同様の断面図である。

【図６】焼戻し工程の終了時を示す図４と同様の断面図
である。

【図７】歯面の表面深さと硬度との関係を示す特性線図
である。

【図８】焼戻し工程での時間と温度との関係を示す特性
線図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態による焼入れ焼戻し
処理が適用される旋回輪の内輪等を示す縦断面図であ
る。

【図１０】図９に示す内輪の要部拡大図である。

【図１１】内輪の歯幅寸法と残留応力、歯面硬度との関
係を示す特性線図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態による焼入れ焼戻
し装置の高周波誘導子を内歯車の歯部に接近させた状態
を示す図２と同様位置での平面図である。

【符号の説明】 １ 内歯車（歯車部材） ２ 歯部 ２Ａ 歯先 ２Ｂ 歯底 ２Ｃ 歯面 ３ 位置決め装置（位置決め治具） ３Ａ 回転テーブル ４ 支軸 ５ アクチュエータ ６ 駆動アーム ７ シリンダ ８ リミッタ １０，４１ 高周波誘導子 １１，４２ 冷却器 １３ 送り装置（相対移動手段） １４ 高周波発生装置（高周波電源） １５ 制御部（制御手段） ２１ 旋回輪 ２２ 内輪（歯車部材）

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 洋平 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 斉藤 操 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 篠崎 征男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 田中 章弘 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 4K042 AA18 BA03 DA01 DA02 DB01 DC02 DD06 DE06 DE07 DF01 EA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の歯部が形成された歯車部材を位置
   決め治具に取付ける取付け工程と、 前記位置決め治具に取付けられた歯車部材の歯部に対し
   て焼入れを行うため前記歯部の歯筋に沿って加熱用の高
   周波誘導子と冷却器とを一方向に相対移動させる焼入れ
   工程と、 焼入れされた前記歯車部材の歯部に対して焼戻しを行う
   ため前記歯部の歯筋に沿って前記加熱用の高周波誘導子
   を他方向に相対移動させる焼戻し工程とからなる歯車部
   材の焼入れ焼戻し方法。
2. 【請求項２】 前記焼入れ工程では加熱用の高周波誘導
   子を一定の高周波で駆動して焼入れし、前記焼戻し工程
   では前記高周波誘導子を前記焼入れ工程よりも低い周波
   数で駆動し、前記歯部の表面温度を前記焼入れ工程より
   も低い２００〜２５０℃の範囲内に設定してなる請求項
   １に記載の歯車部材の焼入れ焼戻し方法。
3. 【請求項３】 前記焼入れ工程によって生じる歯部の残
   熱を約１００℃に残したまま、前記焼戻し工程では前記
   高周波誘導子を前記焼入れ工程よりも低い周波数によっ
   て駆動し、前記歯部の表面温度を前記焼入れ工程よりも
   低い２００〜２５０℃の範囲内に設定してなる請求項１
   に記載の歯車部材の焼入れ焼戻し方法。
4. 【請求項４】 前記焼入れ工程では前記歯車部材の歯部
   に対し歯筋の全長に亘って焼入れを行い、前記焼戻し工
   程では前記歯車部材の歯部に対し少なくとも歯筋の途中
   部位を焼戻し、残余の部位は焼戻しを中止してなる請求
   項１，２または３に記載の歯車部材の焼入れ焼戻し方
   法。
5. 【請求項５】 歯車部材が位置決めされる回転テーブル
   を有した位置決め治具と、 前記歯車部材の歯部に係脱可能に係合し、前記回転テー
   ブル上の歯車部材を間欠的に回転駆動するアクチュエー
   タと、 前記歯車部材の歯部に対して径方向に進退され、高周波
   電源から給電されることにより前記歯部を加熱する加熱
   用の高周波誘導子と、 前記高周波誘導子と一緒に歯車部材の径方向に進退さ
   れ、外部から供給される冷却媒体により前記歯部を冷却
   する冷却器と、 前記高周波誘導子を冷却器と一緒に前記歯部の歯筋に沿
   って一方向と他方向とに相対移動させる相対移動手段と
   から構成してなる歯車部材の焼入れ焼戻し装置。
6. 【請求項６】 前記相対移動手段は、前記高周波誘導子
   を冷却器と一緒に前記歯車部材の歯筋に沿って上下方向
   に相対移動させる構成としてなる請求項５に記載の歯車
   部材の焼入れ焼戻し装置。
7. 【請求項７】 前記高周波誘導子は、前記歯部の歯底か
   ら両側の歯面に沿って略Ｕ字状に延びる構成としてなる
   請求項５または６に記載の歯車部材の焼入れ焼戻し装
   置。