JP2016178016A - 加熱装置及び加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置において、熱処理品質を安定させ、熱処理の自動化を可能とする。
【解決手段】加熱装置１は、中心軸が水平とされた内歯リングギヤ２が載置され、内歯リングギヤ２の外周面を転動可能な一対の支持ローラ３と、一対の支持ローラ３の間の被処理位置に配置された内歯リングギヤ２の歯に近接配置されてこの歯を誘導加熱する加熱コイル４と、一対の支持ローラ３に載置された内歯リングギヤ２を回動させ、被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ送るピニオンギヤ５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置及び加熱方法に関する。

鋼製のギヤの歯には例えば硬度を高める目的で焼入れ等の熱処理が施され、その熱処理における加熱方法の一つとして誘導加熱が用いられている。そして、比較的大型のギヤは、一般的に一歯づつ誘導加熱される。

内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置は、典型的には、内歯リングギヤの中心軸を鉛直として内歯リングギヤが載置される回転テーブルと、回転テーブルに載置された内歯リングギヤの歯に沿って鉛直方向に移動される加熱コイルとを備える。

内歯リングギヤは回転テーブルの回転軸と同軸に配置され、回転テーブルに固定される。加熱コイルが鉛直方向に移動され、加熱コイルが近接配置された一歯が加熱コイルによって誘導加熱される。回転テーブルが回動され、加熱コイルに近接配置される歯が任意歯数だけ送られる。それにより、内歯リングギヤの歯が一歯づつ誘導加熱される。

そして、誘導加熱される歯の近傍の歯に係合して加熱コイルと一体に移動される倣いローラによって加熱コイルが案内され、それにより、加熱コイルと誘導加熱される歯との間のコイルギャップが保たれる。また、歯の位置を検出するセンサを備え、コイルギャップが保たれるように加熱コイルを移動させるように構成された熱処理装置も知られている（特許文献１参照）。

特公平５−１６１５６号

内歯リングギヤは加熱により変形を生じ、一歯づつの誘導加熱では、熱処理が進むにつれて内歯リングギヤの中心軸が回転テーブルの回転軸からずれる場合がある。内歯リングギヤの中心軸が回転テーブルの回転軸からずれると、回転テーブルの回動に伴い、加熱コイルと加熱コイルが近接配置される歯との相対姿勢が変化して誘導加熱に偏りが生じ、熱処理品質が低下する虞がある。

内歯リングギヤの中心軸と回転テーブルの回転軸との位置合わせを随時行うことも考えられるが、回転テーブルに載置された内歯リングギヤと回転テーブルとの間の摩擦は内歯リングギヤの移動を妨げる。加熱による変形量が大きく回転テーブルの回転軸とのずれが生じやすい大型な内歯リングギヤほど回転テーブル上で正確に移動させることは困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、熱処理品質を安定させることができ、熱処理の自動化が可能な加熱装置及び加熱方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様の加熱装置は、内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置であって、中心軸が水平とされた前記内歯リングギヤが載置され、前記内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体と、前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に近接配置されて該歯を誘導加熱し、該歯から退避される加熱コイルと、前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ送る第１駆動部と、を備える。

また、本発明の一態様の加熱方法は、内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱方法であって、中心軸を水平とした内歯リングギヤを、該内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体上に載置し、前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ順次送り、前記被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に加熱コイルを近接配置して該歯を誘導加熱する。

本発明によれば、熱処理品質を安定させることができ、熱処理の自動化が可能な加熱装置及び加熱方法を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための加熱装置の一例の構成を示す斜視図である。 図１に示す加熱装置の正面図である。 図１に示す加熱装置において、内歯リングギヤを取り外した状態を示す斜視図である。 図１に示す加熱装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態を説明するための加熱装置の他の例の構成を示す要部斜視図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための加熱装置の一例の構成を示す斜視図、図２は、図１の加熱装置の正面図、図３は、図１の加熱装置において、内歯リングギヤを取り外した状態を示す斜視図である。

図１に示す加熱装置１は、鋼製の内歯リングギヤ２の歯溝を誘導加熱によって一歯づつ加熱する加熱装置である。加熱装置１は、内歯リングギヤ２を支持する一組の支持ローラ（支持体）３と、内歯リングギヤ２の歯溝を誘導加熱する加熱コイル４と、内歯リングギヤ２を回動させるピニオンギヤ（第１駆動部）５とを備えている。

一組の支持ローラ３は、各々の回転軸が水平且つ互いに平行となるようにステージ６の上面に配置されている。内歯リングギヤ２は、中心軸が水平且つ支持ローラ３の回転軸と平行とされて一組の支持ローラ３上に載置される。

一組の支持ローラ３の各々には内歯リングギヤ２の一方の端面に当接可能なフランジ３ａが設けられており、ステージ６には、一組の支持ローラ３上に載置された内歯リングギヤ２を一組の支持ローラ３の各々のフランジ３ａに向けて押圧する押圧部７が設けられている。内歯リングギヤ２は、押圧部７によって押圧されてフランジ３ａに当接し、一組の支持ローラ３上において支持ローラ３の回転軸の延在方向に位置決めされる。

加熱コイル４はコイルリード８を介して変成器９に接続されており、加熱コイル４には、図示しない高周波電源から変成器９及びコイルリード８を通じて高周波電力が供給される。

ステージ６の近傍には、一組の支持ローラ３上に載置された内歯リングギヤ２の中心軸と平行なＹ軸方向に移動可能なＹテーブル（第２駆動部）１０、及び鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能にＹテーブル１０に支持されたＺテーブル１１が設けられており、変成器９はＺテーブル１１に搭載されている。

Ｙテーブル１０は、モータ等の駆動手段によってＹ軸方向に前後移動され、Ｙテーブル１０が移動されることにより、変成器９に接続されている加熱コイル４がＹ軸方向に移動される。Ｚテーブル１１もまた、モータ等の駆動手段によってＺ軸方向に前後移動され、Ｚテーブル１１が移動されることにより、変成器９に接続されている加熱コイル４がＺ軸方向に移動される。

加熱コイル４は、Ｙテーブル１０及びＺテーブル１１の移動により、一組の支持ローラ３の間で一組の支持ローラ３に対して所定の被処理位置に配置された内歯リングギヤ２の歯溝に近接配置され、また、この歯溝から退避される。歯溝に近接配置された加熱コイル４と歯溝の加熱コイル４との対向面との間には所定の隙間（以下、コイルギャップという）が形成される。この状態で加熱コイル４に高周波電力が供給され、歯溝の対向面が誘導加熱される。

加熱コイル４によって誘導加熱される歯溝が配置される被処理位置は、一組の支持ローラ３の間であれば特に限定されないが、例えば図示の例のように、一組の支持ローラ３の中央とすることができる。

ピニオンギヤ５は、モータ等の駆動手段によって所望の回転角度で回動され、一組の支持ローラ３上に載置された内歯リングギヤ２に噛み合い、内歯リングギヤ２を回動させる。一組の支持ローラ３が内歯リングギヤ２の外周面を転動することにより、内歯リングギヤ２は円滑に回動される。そして、内歯リングギヤ２の回動に伴い、被処理位置に配置される歯溝が任意歯数だけ順次送られる。なお、ピニオンギヤ５に替えて、支持ローラ３を回動させることによって、内歯リングギヤ２を回動させるようにしてもよい。

加熱装置１は、内歯リングギヤ２の回動によって送られる歯溝を被処理位置に位置決めする係合部１２をさらに備えている。係合部１２は、エアシリンダ等の駆動手段によって内歯リングギヤ２の内側において外径側に向けて移動され、一組の支持ローラ３に対して所定の位置で内歯リングギヤ２の歯に係合する。内歯リングギヤ２の回転角度がずれている場合には、係合部１２との係合によって内歯リングギヤ２が押圧されて回動し、歯溝が被処理位置に位置決めされる。このとき、一組の支持ローラ３が内歯リングギヤ２の外周面を転動することにより、内歯リングギヤ２は円滑に回動される。

係合部１２は、被処理位置が設けられる一組の支持ローラ１３の間で内歯リングギヤ２の歯に係合することが好ましい。それにより、被処理位置への歯溝の位置決め精度を高めることができる。

係合部１２が内歯リングギヤ２の歯溝に嵌合するように構成される場合には、係合部１２は少なくとも一つあればよい。また、図示の例のように、一組の支持ローラ１３の中央を通る内歯リングギヤ２の直径を挟んで対称に一対の係合部１２が設けられる場合には、係合部１２の各々が内歯リングギヤ２の歯溝に嵌合する必要はなく、種々の歯形状の内歯リングギヤに共通して係合部１２を用いることが可能である。

なお、ピニオンギヤ５や支持ローラ３による内歯リングギヤ２の回動によって被処理位置への歯溝の位置決めを精度よく行うことができる場合には、係合部１２は省略してもよい。

以上のように構成された加熱装置１を用いた熱処理について、内歯リングギヤ２の歯に焼入れを施す場合を例に、図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、一組の支持ローラ３上に内歯リングギヤ２を載置する（ステップＳ１）。

次に、係合部１２を内歯リングギヤ２の歯に係合させ、最初に誘導加熱を行う内歯リングギヤ２の歯溝を被処理位置に位置決めする（ステップＳ２）。

次に、Ｙテーブル１０及びＺテーブル１１を移動させ、加熱コイル４を被処理位置の歯溝に近接配置する（ステップＳ３）。

次に、被処理位置の歯溝に近接配置された加熱コイル４に高周波電力を供給し、歯溝の対向面に対する焼入れ（誘導加熱）を開始する（ステップＳ４）。

本例では、加熱コイル４の歯幅方向の寸法が内歯リングギヤ２の歯幅よりも小さくなっており、そこで、Ｙテーブル１０が移動され、加熱コイル４が歯溝の対向面を誘導加熱しながら歯幅方向に歯溝の一端側から他端側に向けて移動される（ステップＳ５）。

焼入れでは誘導加熱された歯溝の対向面は急冷されるが、例えば冷却液を噴射するノズルが加熱コイル４の後方で加熱コイル４と一体に設けられ、ノズルから歯溝に向けて冷却液が噴射され、誘導加熱された歯溝の対向面が急冷される。

なお、被処理位置にある歯溝に対する加熱コイルの位置精度を高める観点から、加熱コイル４との位置関係を保って加熱コイル４と一体に移動され、被処理位置の近傍にある歯溝の歯底面及び歯側面との距離を検出する距離センサを用い、距離センサの出力に基づき、加熱コイル４を移動させ、また内歯リングギヤ２を回動させるようにしてもよい。

加熱コイル４が歯溝の一端から他端まで移動された後、加熱コイル４への高周波電力の供給を遮断し、加熱コイル４及び係合部１２をそれぞれ歯溝から退避させ、一歯分の歯溝に対する焼入れを完了する（ステップＳ６）。

続いて、ピニオンギヤ５を回動させて内歯リングギヤ２を回動させ、被処理位置に配置される歯溝を任意歯数だけ送る（ステップＳ７）。

全ての歯溝の焼入れが完了するまで上記ステップＳ２〜Ｓ７を繰り返し、内歯リングギヤ２の全ての歯を一歯づつ焼入れする。

以上の熱処理において、一歯づつの熱処理（誘導加熱）に起因し、熱処理が進むにつれて内歯リングギヤ２の歪みが次第に内歯リングギヤ２の全周に及ぶ。しかし、中心軸が水平且つ一組の支持ローラ３の回転軸と平行とされて内歯リングギヤ２が一組の支持ローラ３上に載置され、一組の支持ローラ３の間の被処理位置に配置された歯溝を誘導加熱する本加熱装置１では、加熱コイル４と加熱コイル４によって誘導加熱される歯溝との相対姿勢に影響する内歯リングギヤ２の歪みが、一組の支持ローラ３の間に配置される内歯リングギヤ２の一部区間の歪みに限定される。

よって、本加熱装置１によれば、一歯づつの熱処理（誘導加熱）であっても、内歯リングギヤ２の歪みの影響が低減され、内歯リングギヤ２の全ての歯で加熱コイル４と歯溝の対向面との間のコイルギャップが略一定に保たれる。それにより、内歯リングギヤ２の熱処理品質を安定させ、熱処理を自動化することが可能となる。

なお、加熱装置１では、内歯リングギヤ２の歯溝が誘導加熱されるものとして説明したが、加熱コイル４を歯山に近接配置し、歯山を誘導加熱するように構成することもできる。

また、加熱装置１では、加熱コイル４の歯幅方向の寸法が内歯リングギヤ２の歯幅よりも小さくなっており、Ｙテーブル１０が移動され、加熱コイル４が歯溝の対向面を誘導加熱しながら歯幅方向に歯溝の一端側から他端側に向けて移動されるものとして説明したが、Ｙテーブル１０を移動させることに替えて、一対の支持ローラ３が配置されるステージ６をＹ軸方向に移動させ、それにより加熱コイル４を歯幅方向に相対的に移動させるようにしてもよい。

また、図５に示すように、内歯リングギヤ２の歯を覆う加熱コイル４、つまりは歯幅方向の寸法が内歯リングギヤ２の歯幅よりも大きい加熱コイル４を用いてもよく、その場合、加熱コイル４を歯幅方向に相対移動させることなく歯を誘導加熱することが可能である。なお、図５に示した例は、加熱コイル４を歯山に近接配置して歯山を誘導加熱するものであるが、歯溝を誘導加熱するものであってもよい。

以上説明したとおり、本明細書に開示された加熱装置は、内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置であって、中心軸が水平とされた前記内歯リングギヤが載置され、前記内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体と、前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に近接配置されて該歯を誘導加熱し、該歯から退避される加熱コイルと、前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ送る第１駆動部と、を備える。

また、本明細書に開示された加熱装置は、前記内歯リングギヤの外径側に向けて移動され、前記一組の支持体に対して所定の位置で前記内歯リングギヤの歯に係合する少なくとも一つの係合部をさらに備える。

また、本明細書に開示された加熱装置は、前記係合部が、前記一組の支持体の間で前記内歯リングギヤの歯に係合する。

また、本明細書に開示された加熱装置は、前記係合部が、前記被処理位置を通る前記内歯リングギヤの直径を挟んで対称に一対設けられている加熱装置。

また、本明細書に開示された加熱装置は、前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤと前記被処理位置に配置された歯に近接して配置された前記加熱コイルとを前記内歯リングギヤの軸方向に相対移動させる第２駆動部をさらに備え、前記第２駆動部によって前記内歯リングギヤと前記加熱コイルとを前記内歯リングギヤの軸方向に相対移動させながら、前記被処理位置に配置された歯を誘導加熱する。

また、本明細書に開示された加熱方法は、内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱方法であって、中心軸を水平とした内歯リングギヤを、該内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体上に載置し、前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ順次送り、前記被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に加熱コイルを近接配置して該歯を誘導加熱する。

１ 加熱装置
２ 内歯リングギヤ
３ 支持ローラ（支持体）
４ 加熱コイル
５ ピニオンギヤ（第１駆動部）
６ ステージ
７ 押圧部
８ コイルリード
９ 変成器
１０ Ｙテーブル（第２駆動部）
１１ Ｚテーブル
１２ 係合部

Claims (6)

1. 内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱装置であって、
   中心軸が水平とされた前記内歯リングギヤが載置され、前記内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体と、
   前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に近接配置されて該歯を誘導加熱し、該歯から退避される加熱コイルと、
   前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ送る第１駆動部と、
   を備える加熱装置。
2. 請求項１記載の加熱装置であって、
   前記内歯リングギヤの外径側に向けて移動され、前記一組の支持体に対して所定の位置で前記内歯リングギヤの歯に係合する少なくとも一つの係合部をさらに備える加熱装置。
3. 請求項２記載の加熱装置であって、
   前記係合部は、前記一組の支持体の間で前記内歯リングギヤの歯に係合する加熱装置。
4. 請求項３記載の加熱装置であって、
   前記係合部は、前記被処理位置を通る前記内歯リングギヤの直径を挟んで対称に一対設けられている加熱装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の加熱装置であって、
   前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤと前記被処理位置に配置された歯に近接配置された前記加熱コイルとを前記内歯リングギヤの軸方向に相対移動させる第２駆動部をさらに備え、
   前記第２駆動部によって前記内歯リングギヤと前記加熱コイルとを前記内歯リングギヤの軸方向に相対移動させながら、前記被処理位置に配置された歯を誘導加熱する加熱装置。
6. 内歯リングギヤの歯を一歯づつ誘導加熱する加熱方法であって、
   中心軸を水平とした内歯リングギヤを、該内歯リングギヤの外周面を転動可能な一組の支持体上に載置し、
   前記一組の支持体に載置された前記内歯リングギヤを回動させ、前記一組の支持体の間で該一組の支持体に対して所定の被処理位置に配置される歯を任意歯数だけ順次送り、
   前記被処理位置に配置された前記内歯リングギヤの歯に加熱コイルを近接配置して該歯を誘導加熱する加熱方法。

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