JP2003342640A - 傘歯車の高周波焼入方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 傘歯車の歯面部の全域（傘歯車の径方向の全
域）にわたって輪郭形状の均一な焼入硬化層パターンを
形成することができるような傘歯車の高周波焼入方法及
び装置を提供する。 【解決手段】 傘歯車（例えば、ハイポイド歯車１）の
歯面側（歯面部４ａの側）に歯面加熱用の高周波誘導加
熱コイル５を配置すると共に、傘歯車１の歯面側とは反
対の背面側（背面部４ｂの側）に背面加熱用の高周波誘
導加熱コイル１１を配置し、歯面加熱用の高周波誘導加
熱コイル５にて傘歯車１の歯面部４ａを高周波誘導加熱
する際に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１によ
り傘歯車１の背面部４ｂを高周波誘導加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、傘歯車の高周波焼
入方法及び装置に関し、更に詳しくは、例えばモジュー
ル１〜８のすぐ歯傘歯車，まがり歯傘歯車，はす歯傘歯
車，ハイポイド歯車等の各種の傘歯車に対してその傘歯
車の歯形（歯面部の表面形状）に沿う焼入硬化層を形成
（高周波輪郭焼入）するための高周波焼入方法及び装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】傘歯車は、通常、歯面圧強さと歯元曲げ
強さについてその両方の強さ（強度）が充分に高いこと
が要求される。傘歯車に対してその内部の全体に焼入硬
化処理を行ういわゆるズブ焼入では、歯面強さを増すこ
とができるが歯元曲げ強さが低下してしまい、負荷が加
わった場合に傘歯車の歯部がその根元部分で折損するお
それがある。傘歯車の面圧及び曲げ強度を確保すべく歯
面部の全域にわたって輪郭焼入を行う必要があるような
傘歯車については、歯面部の形状に沿って焼入できる浸
炭焼入が工業的に行われている。

【０００３】従来において、傘歯車の一種である図５に
示すようなリング形状のハイポイド歯車１の表面を高周
波焼入する場合には、被焼入体若しくは焼入処理体とし
てのワークであるハイポイド歯車１を次のようにして焼
入処理するようにしている。まず、図６に示すように、
炭素含有の不活性ガス中において上下一対のワーク受け
治具２及びワーク押え治具３にてハイポイド歯車１の円
筒状内径部を上下方向から挟持してこれらの治具２，３
間に固定保持し、その後に、ハイポイド歯車１の歯面側
の位置すなわちハイポイド歯車１の歯面部４ａの側にリ
ング形状の歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５を対向
配置する。そして、上述の高周波加熱誘導加熱コイル５
に高周波電源６からそれぞれ所要の高周波電流を供給す
ることによりハイポイド歯車１の歯面部４ａを所要温度
に高周波誘導加熱し、しかる後に、高周波加熱誘導加熱
コイル５の中空部を流れる焼入冷却液をハイポイド歯車
１に向けて噴射してハイポイド歯車１の歯面部４ａを急
速冷却することによって歯面部４ａの表面に歯面部４ａ
の形状に沿った所要の焼入硬化層を形成するようにして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の傘歯車の高周波焼入方法では、次のような
問題点がある。すなわち、ハイポイド歯車１は、図７に
示すように歯面部４ａの内径部分７と外径部分８とでは
歯の大きさ（歯寸法）が異なっており、歯寸法の小さい
内径部分７は、歯寸法の大きな外径部分８に比べて高周
波誘導加熱され易いため、この内径部分７がズブ焼入さ
れ易い。更に、単一の高周波誘導加熱コイルでリング形
状のワーク（被焼入体）を誘導加熱する場合には、高周
波電流がワークの外径部分より内径部分を流れ易い性質
があるため、上述のハイポイド歯車１の場合にあっては
外径部分８よりも内径部分７の焼入硬化層の厚さ（焼入
深さ）が深くなる。そのため、歯寸法の大きい外径部分
８で、輪郭焼入を行うことができても、歯寸法の小さい
内径部分７ではズブ焼入となり、歯面部４ａの全体を均
一に輪郭焼入することが困難である。

【０００５】また、歯車の高周波焼入においては、一般
的に、歯先部と歯底部の誘導電流は高周波発振周波数と
関係があり、高い周波数帯を使用すると、歯底部より歯
先部が誘導加熱され易く、低い周波数帯を使用すると、
歯先部より歯底部が誘導加熱され易い傾向がある。傘歯
車の歯面部の内径部分及び外径部分（例えば、ハイポイ
ド歯車１の歯面部４ａの内径部分７及び外径部分８）の
硬化層深さを均一にする方法としては、ワーク内径部と
高周波誘導加熱コイルとの間のクリアランスをワーク外
径部と高周波誘導加熱コイルとの間のクリアランスより
も広くして、ワーク内径部の誘導電流を減少させること
や、ワーク内径部に熱取治具を取付けて高周波誘導加熱
時の温度上昇を減少させる方法があるが、この方法だけ
では加熱温度の調整範囲が狭くワーク歯面部の全域を均
一に加熱できるまでには至っていないのが実状である。

【０００６】また、歯先部から歯底部までを歯形に沿っ
て焼入硬化層を形成する方法としては、焼入温度以下の
例えばＡｌ変態温度以下に電気炉で予熱（予備加熱）し
た後に高周波誘導過熱コイルにて加熱することも可能で
あるが、この場合には、電気炉を備える設備と高周波焼
入装置を備える設備とを用いて２つの異なる生産工程を
施行する必要があるので、生産性に問題がある。

【０００７】また、図６に示すようなハイポイド歯車１
と高周波誘導加熱コイル５との配置関係の下でハイポイ
ド歯車１を予熱工程と本加熱工程の２回の工程に分けて
高周波誘導加熱する方法を採用することも考えられる
が、そのようにしても発振周波数帯が同一であれば、従
来の通常の高周波誘導加熱により得られる焼入硬化層と
殆ど同様の焼入硬化層パターンとなり、焼入硬化層にあ
まり変化はない。更に、予熱工程と本加熱工程とで発振
周波数を切替えて高周波誘導加熱する方法も考えられる
が、図６に示すようなハイポイド歯車１と高周波誘導加
熱コイル５との配置関係では、予熱及び本加熱を同一の
高周波誘導加熱コイル５で行うこととなるため、ハイポ
イド歯車１の内径部分７と外径部分８とにおける歯寸法
の大きさの違いに対して加熱温度の調整幅が少なく、従
って歯先部と歯底部の硬化層深さが歯面部の全域におい
て均一な硬化層深さとなるまでには至っていないのが実
状である。

【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、傘歯車の歯面部の全域
（傘歯車の径方向の全域）にわたって輪郭形状の均一な
焼入硬化層パターンを形成することができるような傘歯
車の高周波焼入方法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明では、傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱し
て冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にそ
の歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにし
た傘歯車の高周波焼入方法において、前記傘歯車の歯面
側に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると共
に、前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用
の高周波誘導加熱コイルを配置し、前記歯面加熱用の高
周波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘
導加熱する際に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイ
ルにより前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するよう
にしている。また、本発明では、前記歯面加熱用の高周
波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導
加熱する前に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイル
により前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するように
している。また、本発明では、前記傘歯車の背面部の加
熱開始時点から前記傘歯車の歯面部の加熱開始時点まで
の予熱期間中に、加熱と冷却とを交互に繰り返すように
している。また、本発明では、前記歯面加熱用の高周波
誘導加熱コイルによる本加熱の終了後に、前記傘歯車の
歯面部を冷却すると共に、前記傘歯車の背面部を冷却す
るようにしている。また、本発明では、前記背面加熱用
の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波
電源の発振周波数を１〜３０ｋＨｚとし、前記歯面加熱
用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周
波電源の発振周波数を４０〜８００ｋＨｚとしている。
また、本発明では、前記傘歯車の背面部の冷却媒体とし
て圧縮空気又は冷却液を使用すると共に、前記傘歯車の
歯面部の冷却媒体として焼入冷却液を使用するようにし
ている。また、本発明では、傘歯車の歯面部を高周波誘
導加熱して冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の
表面にその歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成する
ようにした傘歯車の高周波焼入装置において、（ａ）
前記傘歯車を所定位置に固定保持する治具と、（ｂ）
前記傘歯車の歯面側で前記傘歯車の歯面部に対向するよ
うに配置される歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、
（ｃ） 前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側で前記傘
歯車の背面部に対向するように配置される背面加熱用の
高周波誘導加熱コイルと、（ｄ） 前記歯面加熱用及び
背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれ
ぞれ供給する高周波電源と、（ｅ） 前記歯面加熱用及
び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加
熱された前記傘歯車の歯面部及び背面部をそれぞれ冷却
する冷却機構と、を具備するようにしている。

【００１０】本発明の好ましい実施態様においては、傘
歯車の歯面側と背面側（歯面の裏側）に高周波誘導加熱
コイルをそれぞれ配置し、前記歯車の背面側を先に背面
加熱用の高周波誘導加熱コイルにより低い周波数帯で高
周波誘導加熱し、その後に前記傘歯車の歯面側を歯面加
熱用の高周波誘導加熱コイルにより高い周波数帯で高周
波誘導加熱することにより、傘歯車の歯面部の内径部分
から外径部分までの全域における加熱温度を均一とし、
歯面側の加熱終了と同時或いは加熱終了時点から所定時
間を経過した後に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイル
から圧縮空気又は焼入冷却液を噴射し、歯面側の加熱終
了後から所定時間が経過した後に歯面加熱用の高周波誘
導加熱コイルから焼入冷却液を噴射して冷却することに
より、歯面部の全域（傘歯車の径方向の全域）におい
て、歯先部から歯底部にかけて歯形に沿った輪郭焼入硬
化層を形成する。

【００１１】また、本発明の好ましい実施態様において
は、傘歯車の歯面部を高周波焼入する際に、まず、背面
加熱用の高周波誘導加熱コイルにより傘歯車の背面部を
予熱する。予熱温度は、歯底部の温度がＡｌ変態点の近
傍となるように設定する。加熱の方法として、傘歯車
（ワーク）の形状や肉厚の影響を受けにくくするには、
２段加熱（第１加熱，第１冷却，第２加熱、第２冷却を
順次に行う加熱サイクル）により予熱を行った方が、歯
底部の温度を熱伝導により上昇させ易いので均熱化を図
り易い。また、予熱後、歯面加熱用の高周波誘導加熱コ
イルにて歯面部を高周波誘導加熱し、オーステナイト領
域まで温度上昇させる。歯面側の加熱終了と同時、或い
は、加熱終了時点から所定時間が経過した後に、背面加
熱用の高周波誘導加熱コイルから圧縮空気又は焼入冷却
液を噴射する。この工程は、歯面部のみからの冷却では
冷却速度が遅いため背面側から冷却し、冷却速度を速く
するためである。冷却媒体としての圧縮空気及び焼入冷
却液の選択については、背面部の冷却速度を変えること
により焼入後のワーク（傘歯車）の変形を少なくするた
めの調整代であり、焼入条件により逐次異なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図１〜図４を参照して説明する。なお、図１〜図４に
おいて、図５〜図７と同様の部分には同一の符号を付し
て重複する説明を省略する。

【００１３】図１は、本発明に係る傘歯車の高周波焼入
方法を施行するために用いる高周波焼入装置１０を示す
ものであって、本装置１０は、傘歯車の一種であるハイ
ポイド歯車１の歯面部４ａを高周波輪郭焼入する装置で
ある。

【００１４】本実施形態の高周波焼入装置１０は、図１
に示すように、ハイポイド歯車１を上下方向から挟持し
て所定位置に固定保持する上下一対のワーク受け治具２
及びワーク押え治具３と、これらの治具２，３間に固定
保持されたハイポイド歯車１の歯面部４ａの側に対向配
置されるリング形状の歯面加熱用の高周波誘導加熱コイ
ル５と、前記ハイポイド歯車１の背面側すなわち歯面部
４ａとは反対側の背面部４ｂの側に対向配置されるリン
グ形状の背面加熱用の高周波加熱誘導加熱コイル１１
と、これらの高周波加熱誘導加熱コイル５，１１に高周
波電流をそれぞれ供給する高周波電源６，１２とを具備
している。更に、図示を省略したが、本装置１０は、上
側のワーク押え治具３を上下方向に昇降させる治具昇降
機構や、一対のワーク押え治具２，３間にハイポイド歯
車１を挟持した状態でこれらを軸線Ｘ（図１参照）を中
心に回転駆動する回転駆動機構を備えている。なお、上
述の高周波電源６，１２は、それぞれ単独で高周波発振
が可能に構成されている。

【００１５】上述の高周波誘導加熱コイル５，１１は、
図１に示す如く中空部（通路）５ａ，１１ａをそれぞれ
有するパイプ材から構成されており、歯面加熱用の高周
波誘導加熱コイル５の中空部５ａには、図外の焼入冷却
液供給機構から焼入冷却液αがインレットパイプＰ
₁ （図３（ｂ）参照）を介して適宜に供給される一方、
背面加熱用の高周波加熱誘導加熱コイル１１の中空部１
１ａには、図外の冷却エアー供給機構から冷却エアーβ
（又は図外の冷却液供給機構から冷却液）がインレット
パイプＰ₂ （図３（ｂ）参照）を介して適宜に供給され
るように構成されている。なお、これらの高周波誘導加
熱コイル５，１１に供給される焼入冷却液α及び冷却エ
アーβには、図外のポンプ等により所定の圧力が掛けら
れるようになっている。かくして、高周波誘導加熱コイ
ル５の中空部５ａに供給された焼入冷却液αは、この高
周波誘導加熱コイル５に設けられた複数の噴射孔１３か
らハイポイド歯車１の歯面部４ａに向けて噴射され、高
周波誘導加熱コイル１１に供給された冷却エアーβは、
この高周波誘導加熱コイル１１に設けられた複数の噴射
孔１４からハイポイド歯車１の背面部４ｂに向けて噴射
されるように構成されている。

【００１６】なお、高周波誘導加熱コイル５，１１の形
状は、歯面部４ａの加熱の際に温度上昇しにくい外径部
分８を背面部４ｂの加熱により補ない得るように背面加
熱用の高周波誘導加熱コイル１１の形状をハイポイド歯
車１の外径寸法より大きくし、ハイポイド歯車１の歯面
部４ａの外径部分８における歯底近傍箇所を直接的に高
周波誘導加熱するのが望ましい。このようにすることに
よって、本加熱時における歯面部４ａの内径部分７と外
径部分８の加熱温度を均一化することが可能となる。

【００１７】ここで、上述の高周波焼入装置１０を用い
てハイポイド歯車１の歯面部４ａを高周波焼入する際の
操作手順並びに作用について述べると、以下の通りであ
る。 （１） まず、図３（ａ）に示すように、ハイポイド歯
車１の歯面部４ａを下向きにし、固定状態のワーク受け
治具２にハイポイド歯車１の中央開口１５（図５参照）
を嵌着させた状態でハイポイド歯車１をこのワーク受け
治具２上にセットする。これに伴い、ハイポイド歯車１
の歯面部４ａが、ワーク受け治具２の周囲に固定配置さ
れた歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５に所定のクリ
アランスを隔てた位置において対向配置される。 （２） 次いで、図外の治具昇降機構を作動させること
によりワーク押え治具３を図３（ａ）において矢印Ａで
示すようにワーク受け治具２に向けて下降させ、ワーク
押え治具３とワーク受け治具２との間にハイポイド歯車
１を挟持した状態で固定保持する。 （３） 次いで、図外の治具昇降機構を作動させること
により背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１を図３
（ａ）において矢印Ｂで示すように上述のハイポイド歯
車１に向けて下降させ、この高周波誘導加熱コイル１１
を図３（ｂ）に示す如くハイポイド歯車１の背面部４ｂ
に所定のクリアランス（例えば、数ｍｍ程度）を隔てた
位置に対向配置する。これに伴い、被焼入体であるハイ
ポイド歯車１の歯面側と背面側にそれぞれ１台の高周波
誘導加熱コイル５，１１が対向配置される（図３（ｂ）
参照）。 （４） 次いで、図外の回転駆動機構を作動させること
により、ワーク受け治具２及びワーク押え治具３と一緒
にハイポイド歯車１をその軸線を中心に所定の回転速度
で回転駆動する。 （５） 次いで、図２に示すように背面加熱用の高周波
誘導加熱コイル１１に高周波電源１２から高周波電流を
供給する工程と冷却エアーβを高周波誘導加熱コイル１
１の噴射孔１４から噴出する工程とを２回だけ繰り返し
行うようないわゆる２段加熱サイクル（第１加熱，空
冷，第２加熱，空冷の工程を順次に行う加熱サイクル）
でハイポイド歯車１の背面部４ｂを所要の時間にわたっ
て高周波誘導加熱（予熱）し、しかる後に高周波誘導加
熱コイル１１への通電を遮断する。なお、この際、２段
加熱により予熱するようにしている理由は、２段加熱に
より予熱を行った方が、歯底部の温度を熱伝導により上
昇させ易いので均熱化を図り易いからである。 （６） その後に、加熱用の高周波誘導加熱コイル５に
高周波電源６から高周波電流を供給して、前記予熱工程
後の本加熱工程（図２参照）においてハイポイド歯車１
の歯面部４ａを本加熱し、所要の焼入温度（オーステナ
イト領域に到達する温度）に達した後に、高周波誘導加
熱コイル５への通電を遮断する。 （７） 次いで、図外の回転駆動機構を作動停止させる
ことにより、ハイポイド歯車１の回転を停止する。 （８） しかる後に、加熱状態の歯面部４ａを所定時間
にわたって空冷（自然放冷却）する。 （９） 上記工程（８）の開始と同時に、若しくはその
開始から所定時間が経過した後に、背面加熱用の高周波
誘導加熱コイル１１の噴射孔１４から冷却エアーをハイ
ポイド歯車１の背面部４ｂに噴射する。なお、背面部４
ｂの側からの冷却エアーの噴射は、歯面部４ａの側から
の冷却では遅いため歯面部４ａの冷却速度をより速くす
るために行うようにしている。一方、この冷却エアーの
噴射は所定時間の経過後に停止される（図示省略）。 （１０） 上記工程（８）の終了後に、歯面加熱用の高
周波誘導加熱コイル５の噴射孔１３より焼入冷却液αを
ハイポイド歯車１の歯面部４ａに噴射して急速冷却し、
そして所定時間後に冷却を停止する。 （１１） 次いで、図外の昇降機構を再び作動させて背
面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１を上昇位置に移動
させる。 （１２） その後に、図外の昇降機構によりワーク押え
治具３を上昇位置に移動させ、ハイポイド歯車１をワー
ク受け治具２から取外す。 （１３） 以上のような一連の操作にてハイポイド歯車
１の歯面部４ａの焼入処理を終了する。

【００１８】ここで、本発明に係る高周波焼入方法を施
行する際の一実施例を以下に示す。実施例 （１） ワーク（被加熱体）： ハイポイド歯車 （ａ） 材質 ： Ｓ５８Ｃ （ｂ） モジュール： ５ （ｃ） ピッチ円形： 直径２０５ｍｍ （ｄ） 歯数 ： ４１ （２） 高周波誘導加熱条件 〈Ａ〉 予熱工程 （ａ） 周波数 ： ８ｋＨｚ （ｂ） 出力 ： ５５ｋＷ （ｃ） 第１加熱時間： ２０ｓｅｃ （ｄ） 空冷時間 ： ５ｓｅｃ （ｅ） 第２加熱時間： ２５ｓｅｃ （ｆ） 空冷時間 ： ０.５ｓｅｃ 〈Ｂ〉 本加熱及び焼入冷却工程 （ａ） 周波数 ： ２００ｋＨｚ （ｂ） 出力 ： ２５０ｋＷ （ｃ） 第１加熱時間： ０．８ｓｅｃ （ｄ） 空冷時間 ： ０．５ｓｅｃ （３） 冷却条件〈Ａ〉 背面部の冷却 （ａ） 冷却媒体： 圧縮空気 （ｂ） 流量 ： ６００Ｌ／ｍｉｎ （ｃ） 冷却時間： ２０ｓｅｃ 〈Ｂ〉 歯面部の冷却 （ａ） 焼入液 ： ユーコンクェンチャントＡ（８
％） （ｂ） 液温 ： ３０℃ （ｃ） 流量 ： ２００Ｌ／ｍｉｎ （ｄ） 冷却時間： ３０ｓｅｃ

【００１９】図４は、このような加工条件の下で得られ
たハイポイド歯車１の歯面部４における焼入硬化層パタ
ーンを示している。なお、図４（ａ）は歯面部４の内径
側の箇所（内径部分７）に形成された焼入硬化層パター
ンＳ₁ を示し、図４（ｂ）は歯面部４の中央部分（内径
部分７と外径部分８との間の中間部分）に形成された焼
入硬化層パターンＳ₂ を示し、図４（ｃ）は歯面部４の
外径側の箇所（外径部分８）に形成された焼入硬化層パ
ターンＳ₃ を示している。これらの焼入硬化層パターン
Ｓ₁ 〜Ｓ₃ から明らかなように、本発明の高周波焼入方
法及び装置によれば、ハイポイド歯車１の歯面部４ａの
内径部分７から外径部分までの全域において、歯先部Ｍ
から歯底部Ｎに沿って延びる均一な焼入硬化層（図４
（ａ）〜（ｃ）参照）を得ることが可能である。因み
に、上記加工条件によりハイポイド歯車１の焼入処理を
施したときの焼入硬化層の深さ（厚さ）は、内径部分７
から外径部分までの全域において、歯先部で４．５ｍ
ｍ、歯底部で０．８ｍｍとなり、歯面部４の形状に沿っ
た輪郭の焼入硬化層パターンが得られた。

【００２０】また、モジュール１〜８の傘歯車を上述の
高周波焼入方法にて焼入処理するに当たっては、背面加
熱用の高周波誘導加熱コイル１１に高周波電流を供給す
る高周波電源１２の発振周波数を１〜３０ｋＨｚとし、
歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５に高周波電流を供
給する高周波電源６の発振周波数を４０〜８００ｋＨｚ
とした場合に、歯先部Ｍから歯底部Ｎまでつながる良好
な焼入硬化層パターンが得られることが実験により確認
された。

【００２１】以上、本発明の一実施形態について述べた
が、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可
能である。例えば、既述の実施形態では背面加熱用の高
周波誘導加熱コイル１１から冷却エアー（圧縮空気）を
噴射して冷却を行うようにしたが、これに代えて冷却液
を噴射するようにしても良い。また、既述の実施形態で
は、予熱工程において背面部４ｂをいわゆる２段加熱す
るようにしたが、２段に限らず、ひつように応じて３段
以上の多段加熱（加熱と冷却とを交互に繰り返す肯定を
多数回にわたり行うような加熱）を行うようにしてもよ
い。また、本発明は、ハイポイド歯車１に限らず、他種
の傘歯車を被焼入体とする場合にも適用可能であること
は言う迄もない。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明は、傘歯車の歯
面側に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると
共に、傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用の
高周波誘導加熱コイルを配置し、歯面加熱用の高周波誘
導加熱コイルにて傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する
際に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより傘歯車
の背面部を高周波誘導加熱するようにしたものであるか
ら、次のような作用効果を得ることができる。すなわ
ち、被焼入体である傘歯車の歯面側と背面側に高周波誘
導加熱コイルをそれぞれ配置することで、歯面部と背面
部の加熱条件を種々に変化させることが可能となり、傘
歯車のように内径側と外径側で歯の大きさが異なってい
ても、背面側からの加熱及び歯面側からの加熱の複合に
より傘歯車の歯面部の全域（歯面部の内径部分と外径部
分との間の全域）にわたり均一な加熱が可能となり、傘
歯車の歯面部に良好な高周波輪郭焼入を施すことができ
る。

【００２３】また、請求項２に記載の本発明は、歯面加
熱用の高周波誘導加熱コイルにて傘歯車の歯面部を高周
波誘導加熱する前に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイ
ルにより傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにし
たものであるから、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル
による歯面部の本加熱に先立って背面加熱用の高周波誘
導加熱コイルによる予熱を行うことで、加熱されにくい
歯底部を背面側から前もって予備加熱しておくこととな
り、ひいては歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる
歯面部の本加熱時に歯底部及び歯底部の温度を均一にす
ることが可能となる。その結果、傘歯車の歯面部の形状
の沿って歯面部の歯先部から歯底部にまでつながるよう
な良好な焼入硬化層パターンを傘歯車の歯面部の全域に
わたって得ることができる。

【００２４】また、請求項３に記載の本発明は、傘歯車
の背面部の加熱開始時点から傘歯車の歯面部の加熱開始
時点までの予熱期間中に、加熱と冷却とを交互に繰り返
すようにしたものであるから、このような加熱サイクル
の採用に伴って歯底部の温度を熱伝導により上昇させ易
くなるので、歯面部の均熱化すなわち歯先部及び歯底部
の均一加熱を行うことができ、良好な高周波輪郭焼入を
施すことができる。

【００２５】また、請求項４に記載の本発明は、歯面加
熱用の高周波誘導加熱コイルによる本加熱の終了後に、
前記傘歯車の歯面部を冷却すると共に、前記傘歯車の背
面部を冷却するようにしたものであるから、次のような
作用効果を得ることができる。すなわち、歯面部からの
冷却のみでは歯面部の冷却速度が遅いこととなるが、歯
面部からの冷却に加えて背面部からの冷却が付加される
ことにより、歯面部の冷却速度を速くすることができる
ので、良好な高周波輪郭焼入を行うことができる。

【００２６】また、請求項５に記載の本発明は、背面加
熱用の高周波誘導加熱コイルに供給する高周波電流の発
振周波数を１〜３０ｋＨｚとし、歯面加熱用の高周波誘
導加熱コイルに供給する高周波電流の発振周波数を４０
〜８００ｋＨｚとしたものであるから、発振周波数をこ
のような範囲に設定することにより、望ましい焼入硬化
層パターンを傘歯車の歯面部表面に形成することが可能
である。

【００２７】また、請求項６に記載の本発明は、傘歯車
の背面部の冷却媒体として圧縮空気又は冷却液を使用す
ると共に、傘歯車の歯面部の冷却媒体として焼入冷却液
を使用するようにしたものであるから、被焼入体である
傘歯車の寸法や形状等に応じて背面側の冷却媒体を適当
に選定することにより焼入硬化層の断面形状やその深さ
を調節することが可能である。

【００２８】また、請求項７に記載の本発明は、傘歯車
を所定位置に固定保持する治具と、傘歯車の歯面側で傘
歯車の歯面部に対向するように配置される歯面加熱用の
高周波誘導加熱コイルと、傘歯車の歯面側とは反対の背
面側で傘歯車の背面部に対向するように配置される背面
加熱用の高周波誘導加熱コイルと、歯面加熱用及び背面
加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれぞれ
供給する高周波電源と、歯面加熱用及び背面加熱用の高
周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱された傘歯車の
歯面部及び背面部をそれぞれ冷却する冷却機構とを具備
するようにしたものであるから、上述の如き本発明の高
周波焼入方法を施行することができ、各種の傘歯車につ
いて良好な高周波輪郭焼入を行うことができる実用的な
高周波焼入装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る高周波焼入装置を示
す断面図である。

【図２】ハイポイド歯車を焼入処理する際の歯面及び背
面の加熱・冷却サイクルを示す図である。

【図３】ハイポイド歯車を焼入処理する際の高周波焼入
装置の動作を示す断面図であって、図３（ａ）は背面加
熱用の高周波誘導加熱コイルが上方位置に配置されてい
る状態を示す断面図、図３（ｂ）はハイポイド歯車をワ
ーク受け治具とワーク押え治具との間に固定保持して焼
入処理を行っている状態を示す断面図である。

【図４】本発明の高周波焼入方法及び装置により得られ
るハイポイド歯車の歯面部における焼入硬化層パターン
を示すハイポイド歯車の歯面部の断面図である。

【図５】傘歯車の一種であるハイポイド歯車の斜視図で
ある。

【図６】従来におけるハイポイド歯車（傘歯車）の高周
波焼入方法を説明するための断面図である。

【図７】ハイポイド歯車の歯面部を拡大して示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ ハイポイド歯車 ２ ワーク受け治具 ３ ワーク押え治具 ４ａ 歯面部 ４ｂ 背面部 ５ 歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル ５ａ 中空部（通路） ６，１２ 高周波電源 １１ 背面加熱用の高周波誘導加熱コイル １１ａ 中空部（通路） １３，１４ 噴射孔 α 焼入冷却液 β 冷却エアー（圧縮空気） Ｍ 歯先部 Ｎ 歯底部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１ Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１ 6/40 6/40 (72)発明者 片沼 秀明 東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電 気興業株式会社内 (72)発明者 小野澤 隆幸 東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電 気興業株式会社内 (72)発明者 篠原 明彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3K059 AA09 AC72 AD05 CD79 4K042 AA18 BA01 BA02 BA03 DA01 DB01 DC05 DD04 DD05 EA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷
   却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯
   面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘
   歯車の高周波焼入方法において、前記傘歯車の歯面側に
   歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると共に、
   前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用の高
   周波誘導加熱コイルを配置し、前記歯面加熱用の高周波
   誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加
   熱する際に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに
   より前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにし
   たことを特徴とする傘歯車の高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル
   にて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する前に、前
   記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより前記傘歯車
   の背面部を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
3. 【請求項３】 前記傘歯車の背面部の加熱開始時点から
   前記傘歯車の歯面部の加熱開始時点までの予熱期間中
   に、加熱と冷却とを交互に繰り返すようにしたことを特
   徴とする請求項２に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
4. 【請求項４】 前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル
   による本加熱の終了後に、前記傘歯車の歯面部を冷却す
   ると共に、前記傘歯車の背面部を冷却するようにしたこ
   とを特徴とする請求項２又は３に記載の傘歯車の高周波
   焼入方法。
5. 【請求項５】 前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイル
   に高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を１〜
   ３０ｋＨｚとし、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイ
   ルに高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を４
   ０〜８００ｋＨｚとしたことを特徴とする請求項１乃至
   ４の何れか１項に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
6. 【請求項６】 前記傘歯車の背面部の冷却媒体として圧
   縮空気又は冷却液を使用すると共に、前記傘歯車の歯面
   部の冷却媒体として焼入冷却液を使用するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の傘
   歯車の高周波焼入方法。
7. 【請求項７】 傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷
   却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯
   面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘
   歯車の高周波焼入装置において、（ａ） 前記傘歯車を
   所定位置に固定保持する治具と、（ｂ） 前記傘歯車の
   歯面側で前記傘歯車の歯面部に対向するように配置され
   る歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、（ｃ） 前記
   傘歯車の歯面側とは反対の背面側で前記傘歯車の背面部
   に対向するように配置される背面加熱用の高周波誘導加
   熱コイルと、（ｄ） 前記歯面加熱用及び背面加熱用の
   高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれぞれ供給する
   高周波電源と、（ｅ） 前記歯面加熱用及び背面加熱用
   の高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱された前記
   傘歯車の歯面部及び背面部をそれぞれ冷却する冷却機構
   と、を具備することを特徴とする傘歯車の高周波焼入装
   置。