JP2671074B2 - 鋳物歯車の火炎焼入方法、及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳物歯車を火炎焼入れ
する際に、これを人手を介することなく自動的に行っ
て、焼入効率を高めると同時に、焼入品質の安定と向上
とを図った鋳物歯車の火炎焼入方法、及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳物歯車は、鋳造により原形を形成し
て、その歯部を歯切盤で加工し、その後に使用強度を高
めるために歯部を焼入れして硬化させている。従来の鋳
物歯車の歯部の焼入れの殆どは、高周波焼入れであっ
た。即ち、チャック装置などを使用して歯車を所定位置
にセットして、その全ての歯部を高周波により同時に誘
導加熱した後に、加熱された歯車をチャック装置から取
り外して、油槽まで移動させて歯車全体を回転させなが
ら油冷して、焼入れを行う方法である。この方法である
と、全ての歯部が均一に焼入れされる利点はあるが、加
熱を終えてから油冷するまでに時間を要して、この間に
歯車の加熱部（歯部）が冷却してしまう。このため、加
熱を終えた後から油冷するまでの間に歯車の必要加熱部
が冷却するのを防止するため、その加熱温度を、本来焼
入れに必要な温度よりも高くしていると共に、本来は必
要でない歯の根元の部分まで加熱しており、この状態で
歯車全体を油冷すると、歯先部、或いは歯の根元部に焼
割れが発生し易くなる。

【０００３】高周波焼入れに対する焼入方法として火炎
焼入れがあり、この方法で鋳物歯車を焼入れすることは
可能である。しかし、この火炎焼入れは、作業者の技量
に依存する割合が高いので、複雑な形状のものに対して
はその利点が発揮されるが、一般的には歯車のような量
産品に対しては非能率で不適とされていた。また、この
火炎焼入れにおいても、加熱した後から冷却までの間に
時間がかかると、上記した高周波焼入れと同様な問題が
発生する。

【０００４】また、特開昭４７−８７５４号公報には、
上記した火炎焼入方法の一つが開示されている。この火
炎焼入方法は、歯車の一歯分の歯部全体を覆い被せるよ
うな形状の一対の焼入バーナーと、同様の形状の一対の
急冷用シャワーとを使用して、該一対の焼入バーナーを
歯車全体の厚さ方向に移動させて加熱した直後に、該一
対の急冷用シャワーを同方向に移動させて急冷すること
を基本としている。この焼入方法は、急冷が可能である
という利点がある反面、一対の焼入バーナーと、一対の
急冷用シャワーとが歯車の厚さ方向に移動する構成であ
るために、この移動装置が不可欠となって、実施する装
置全体の構成が複雑になると共に、歯部 の小さな小型歯
車には実施しにくいという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな事情に鑑み、簡単な構成の装置によって、鋳物歯車
の火炎焼入を自動的に行い、しかも焼入直後に急冷し
て、その焼入品質を高めることを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の採用した手段は、垂直面内で回転可能に支持
された鋳物歯車の歯部と対向させて火炎ノズルをほぼ水
平にして配置すると共に、該火炎ノズルよりも前記鋳物
歯車の一歯分だけ低い位置に冷却水の噴射ノズルを配置
しておいて、前記鋳物歯車を一歯分ずつ回転させて、該
鋳物歯車の一歯分の歯部を前記火炎ノズルからの火炎に
より加熱すると同時に、加熱中の歯部よりも一歯分だけ
低い位置に配置された加熱直後の別の歯部の全体を、前
記噴射ノズルからの冷却水流により急冷することであ
る。

【０００７】

【発明の作用】鋳物歯車を一歯分ずつ回転させて、該鋳
物歯車の一歯分の歯部を前記火炎ノズルからの火炎によ
り加熱すると同時に、加熱中の歯部よりも一歯分だけ低
い位置に配置された加熱直後の別の歯部の全体を、前記
噴射ノズルからの冷却水流により急冷して、歯車の一歯
分だけを集中的に加熱したり、水冷したりするので、加
熱効果、及び水冷効果の双方が高まり、ひいては焼入れ
効果が高まる。また、加熱を終えてから水冷されるまで
に要する時間が極めて短くなるため、このことも水冷効
果を高める要因となっている。

【０００８】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に
説明する。図１は、本発明に係る火炎焼入装置の一部を
破断した平面図であり、図２は、同じく拡大正面図であ
り、図３は、同じく歯車Ｗを一歯分だけ回転させた後の
拡大正面図である。本発明に係る火炎焼入装置は、鋳物
歯車Ｗをチャッキングして該歯車Ｗを垂直面内において
一歯分ずつ間欠的に回転させるための歯車回転装置Ａ
と、この歯車回転装置Ａでチャッキングされている歯車
Ｗの歯部と対向して火炎ノズルがほぼ水平に配置されて
いて、歯車Ｗの一歯に集中的に火炎をあてて加熱させる
ための火炎加熱装置Ｂと、この火炎加熱装置Ｂの火炎ノ
ズルの直下に噴射ノズルが配置されていて、加熱を終え
た直後の歯車の歯部に冷却水を集中的に噴射させるため
の冷却水噴射装置Ｃとで構成される。

【０００９】歯車回転装置Ａは、ブレーキ付のモータ１
の回転をクラッチ２を介して減速器３に伝達して、この
減速器３の出力軸４にチャック５が取付けられ、モータ
１とクラッチ２と減速器３とが一体となっていて、これ
が垂直に支持された支持板６に取付けられて、減速器３
の出力軸４が支持板６から突出した構成である。図示の
歯車Ｗは、円筒状のボス７を有する平歯車であって、こ
のボス７の部分が前記チャック５でチャッキングされ
る。モータ１の回転は、減速器３で減速されてその出力
軸４に出力され、この出力軸４が歯車Ｗの一歯分ずつ間
欠回転し、しかも出力軸４の回転停止時間（換言すれ
ば、火炎加熱装置Ｂによる火炎加熱時間）が予め設定さ
れた時間となるように、前記モータ１が制御されてい
る。焼入れを行う各歯部の加熱温度をほぼ一定にするた
めに、火炎加熱装置Ｂによる各歯部に対する加熱時間
（出力軸４の回転停止時間）は、焼入開始の歯部から５
番目位の歯部までに対しては漸次短くし、それ以降はほ
ぼ一定にしている。

【００１０】火炎加熱装置Ｂの火炎ノズル８の先端部８
ａは、前記チャック５でチャッキングされた歯車Ｗの歯
部Ｔと対向してほぼ水平であって、しかもボス７を水平
にしてチャッキングされた歯車Ｗとほぼ同一垂直面に位
置するようにして配置されている。この火炎加熱装置Ｂ
は、アセチレン、プロパン、都市ガスなどを過剰空気、
又は酸素と共に燃焼させ、これにより生ずる火炎を前記
火炎ノズル８の先端部８ａから吹き出させて、被焼入物
である歯車Ｗの特定の一つの歯部Ｔに集中的にあてて加
熱させるための装置である。

【００１１】冷却水噴射装置Ｃは、前記火炎加熱装置Ｂ
により火炎加熱された歯車Ｗの一つの歯部Ｔに、温度管
理された冷却水流を集中的に噴射させて、当該歯部を冷
却させるための水冷装置である。この冷却水噴射装置Ｃ
の噴射ノズル９の先端部９ａは、前記火炎加熱装置Ｂの
火炎ノズル８の先端部８ａよりも歯車Ｗの一歯分だけ低
い位置に配置されている。この噴射ノズル９は、加熱を
終了した直後の歯部Ｔに冷却水流を噴射させて冷却させ
るものであるので、図１に示されるように、その先端部
９ａは、垂直に支持された歯車Ｗの側端面（円形平面と
なっている部分のことをいう）に対して傾斜して配置さ
れており、これにより歯面に当たった冷却水の噴流が歯
面に傾斜状態で（非直角に）衝突した後に、スムーズに
流れるようにしてある。この冷却水噴射装置Ｃからは、
冷却水が断続的に噴射される。

【００１２】また、チャック５により垂直にチャッキン
グされた歯車Ｗにおける前記火炎加熱装置Ｂ及び冷却水
噴射装置Ｃが配置されている側と対向する側には、ロッ
ク装置Ｄが設けられている。このロック装置Ｄは、火炎
加熱装置Ｂにより歯車Ｗの一歯分の歯部Ｔを火炎加熱す
ると同時に、該歯部Ｔよりも一歯分だけ低い位置に配置
されて、加熱を終了した直後の別の歯部Ｔを前記冷却水
噴射装置Ｃからの冷却水流により冷却する際に、この歯
車Ｗの歯部Ｔの位置を定めてロックし、これにより歯車
Ｗの歯部Ｔの加熱位置を常時一定に保持して、加熱のバ
ラツキを防止するための装置である。実施例のものは、
本体１１に内蔵されたソレノイド（図示せず）の作用に
より、該本体１１に対して係合ピン１２が出入りして、
突出時においてこの係合ピン１２が歯車Ｗの相隣接する
歯部Ｔの間に入り込んで係合し、これにより歯車Ｗをロ
ックする構成である。

【００１３】そして、上記した火炎加熱装置を使用し
て、歯車Ｗの歯部Ｔの焼入れを行うには、以下のように
する。まず、歯車Ｗのボス７をチャック５でチャッキン
グして、この歯車Ｗを垂直に配置すると同時に、ロック
装置Ｄの係合ピン１２を突出させて相隣接する歯部Ｔの
間に挿入して係合させると、歯車Ｗは、その歯部Ｔが常
に定位置となってロックされる。図２に示されるよう
に、火炎加熱装置Ｂの火炎ノズル８からは、常時火炎が
出ており、基準歯から起算して（ｎ）個目の歯Ｔｎに火
炎があてられて設定時間だけ加熱される。設定時間を経
過すると、図３に示されるように、ロック装置Ｄと冷却
水噴射装置Ｃとが作動して、ロック装置Ｄの係合ピン１
２が引っ込んで、歯車Ｗのロックが解除されると共に、
噴射ノズル９から冷却水が噴射され、ロック装置Ｄの作
動後にモータ１が起動して、歯車Ｗを一歯分だけ回転さ
せる。歯車Ｗの一歯分の回転により、火炎により加熱さ
れた歯車Ｗの歯部Ｔｎに対して冷却水が所定時間噴射さ
れて急冷される。このため、歯車Ｗの歯部Ｔｎは、加熱
直後において冷却水噴射装置Ｃにより急冷されることに
なる。歯車Ｗの一歯分の回転後においては、上記のよう
にして加熱直後の歯部Ｔｎが急冷されると同時に、再度
ロック装置Ｄが作動して、その係合ピン１２により歯車
Ｗがロックされて、加熱された歯部Ｔｎの冷却中におい
て、基準歯から起算して（ｎ＋１）番目の歯Ｔ（ｎ＋
１）の加熱が開始される。加熱を終了した歯部Ｔｎに対
する冷却水の噴射は、設定時間経過後に停止される。以
後、歯車Ｗを一歯分ずつ回転させて、歯車Ｗの基準歯か
ら起算して（ｎ＋１）番目の歯Ｔ（ｎ＋１）を火炎ノズ
ル８からの火炎により加熱している最中において、基準
歯から起算してｎ番目の加熱を終えた直後の別の歯Ｔｎ
を噴射ノズル９からの冷却水流により急冷するために、
歯車Ｗが一歯分ずつ回転して一回転すると、全ての歯の
焼入れが完了する。

【００１４】ここで、既述のように、火炎加熱装置Ｂに
よる各歯部に対する加熱時間（出力軸４の回転停止時
間）は、焼入開始の歯部から５番目位の歯部までに対し
ては漸次短くして、それ以降はほぼ一定にし、これによ
り各歯部の加熱温度をほぼ一定に保持して焼入状態を均
一化している。また、加熱された歯部に噴射させる冷却
水は温度管理されていて、歯部の加熱温度との差をほぼ
一定に保持している。具体的に実施した例では、歯車の
歯部をほぼ８５０゜Ｃまで加熱した直後に、２５〜３０
゜Ｃの冷却水を加熱された歯部に噴射し、加熱温度と冷
却水の温度差を８３０゜Ｃ前後で行った。

【００１５】このようにして、歯車Ｗを一歯分ずつ回転
させて、該歯車Ｗの特定の歯部Ｔを前記火炎ノズル８か
らの火炎により加熱すると同時に、加熱中の歯部Ｔより
も一 歯分だけ低い位置に配置された加熱直後の別の歯部
Ｔの全体を、噴射ノズル９からの冷却水流により急冷し
ているために、歯車Ｗが一歯分ずつ回転して、一回転す
ると、その全ての歯部Ｔが自動的に火炎焼入れされる。
火炎による歯部の加熱時間、加熱部位、或いは加熱され
た歯部に対する冷却水噴射の時間、噴射部位は、いずれ
も一定しているために、焼入品質が安定化する。また、
歯車の材質などに応じて、上記したような各焼入条件を
適宜変更して、一定品質で火炎焼入れすることができ
る。

【００１６】このように、本発明の火炎焼入方法によれ
ば、図４でハッチングで示されるように、本来焼入れの
必要のない歯部の根元の部分まで加熱することなく、歯
部の必要部のみを必要温度でもって効果的に加熱した直
後に、当該加熱部に冷却水を噴射して冷却するので、歯
車として最も必要であるピッチ円の部分を有効に焼入れ
できると同時に、歯先部、或いは歯元部に焼割れが生ず
ることもなくなる。

【００１７】また、上記実施例は、平歯車の焼入れにつ
いて説明したが、ウォーム歯車、はすば歯車などを焼入
れする場合には、火炎加熱装置Ｂ、及び冷却水噴射装置
Ｃの各ノズル８，９の先端部の形状を各歯の形状に対応
させて、一歯のみが集中的に加熱されたり、冷却された
りする構造にすればよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る鋳物歯車の火炎焼入方法
は、垂直面内で回転可能に支持された鋳物歯車の歯部と
対向させて火炎ノズルをほぼ水平にして配置すると共
に、該火炎ノズルよりも前記鋳物歯車の一歯分だけ低い
位置に冷却水の噴射ノズルを配置しておいて、前記鋳物
歯車を一歯分ずつ回転させて、該鋳物歯車の一歯分の歯
部を前記火炎ノズルからの火炎により加熱すると同時
に、加熱中の歯部よりも一歯分だけ低い位置の加熱を終
えた直後の別の歯部の全体を、前記噴射ノズルからの冷
却水流により急冷して、歯車を一歯分ずつ回転させて、
一回転させることにより、全ての歯部を焼き入れする構
成であるので、歯車の一歯分だけが集中的に加熱した
り、水冷されたりする。このため、歯車の加熱効果、及
び水冷効果の双方が 高まり、ひいては焼入れ効果が高ま
る。また、加熱を終えてから水冷されるまでに要する時
間が極めて短くなるため、このことも水冷効果を高める
要因となっている。この結果、水冷後においても、加熱
部（歯部）に歪みが殆どなくなって、焼割れが生ずるこ
となく、高精度の火炎焼入れを行える。

【００１９】また、本発明に係る鋳物歯車の火炎焼入装
置は、鋳物歯車をチャッキングして該歯車を垂直面内に
おいて一歯ずつ間欠的に回転させるための歯車回転装置
と、該歯車回転装置でチャッキングされた歯車の歯部と
対向して火炎ノズルがほぼ水平に配置されている火炎加
熱装置と、該火炎ノズルよりも前記鋳物歯車の一歯分だ
け低い位置に噴射ノズルが配置されている冷却水噴射装
置とから成るので、以下のような諸効果が奏される。
（１）火炎ノズル及び噴射ノズルは、いずれも固定して
設けられていて移動しないので、装置の全体構成が簡単
となる。（２）鋳物歯車に対する火炎焼入が自動化され
て、焼入効率が著しく高められると同時に、個々の作業
者の技量差が全て排除されて、焼入品質の安定と、その
向上が図られる。（３）火炎による歯部の加熱時間、加
熱部位、或いは加熱された歯部に対する冷却水噴射の時
間、噴射部位などの各焼入条件を適宜変更することがで
きて、鋳物歯車の材質などに応じて最適な焼入れを行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る火炎焼入装置の一部を破断した平
面図である。

【図２】同じく拡大正面図である。

【図３】同じく歯車Ｗを一歯分だけ回転させた後におけ
る拡大正面図である。

【図４】本発明の焼入方法による歯部の加熱される部分
を示す図である。

【符号の説明】

Ａ：歯車回転装置 Ｂ：火炎加熱装置 Ｃ：冷却水噴射装置 Ｄ：ロック装置 Ｔ：歯車の歯（歯部） Ｗ：歯車 ８：火炎ノズル ９：噴射ノズル

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直面内で回転可能に支持された鋳物歯
   車の歯部と対向させて火炎ノズルをほぼ水平にして配置
   すると共に、該火炎ノズルよりも前記鋳物歯車の一歯分
   だけ低い位置に冷却水の噴射ノズルを配置しておいて、 前記鋳物歯車を一歯分ずつ回転させて、該鋳物歯車の一
   歯分の歯部を前記火炎ノズルからの火炎により加熱する
   と同時に、加熱中の歯部よりも一歯分だけ低い位置に配
   置された加熱直後の別の歯部の全体を、前記噴射ノズル
   からの冷却水流により急冷することを特徴とする鋳物歯
   車の火炎焼入方法。
2. 【請求項２】 噴射ノズルからの冷却水流は、鋳物歯車
   の側端面に対して傾斜した方向から噴射させることを特
   徴とする請求項１に記載の鋳物歯車の火炎焼入方法。
3. 【請求項３】 鋳物歯車をチャッキングして該歯車を垂
   直面内において一歯ずつ間欠的に回転させるための歯車
   回転装置と、該歯車回転装置でチャッキングされた歯車
   の歯部と対向して火炎ノズルがほぼ水平に配置されてい
   る火炎加熱装置と、該火炎ノズルよりも前記鋳物歯車の
   一歯分だけ低い位置に噴射ノズルが配置されている冷却
   水噴射装置とから成り、 前記鋳物歯車の一歯分の歯部を前記火炎ノズルからの火
   炎により加熱すると同時に、加熱中の歯部よりも一歯分
   だけ低い位置に配置された加熱直後の別の歯部の全体
   を、前記噴射ノズルからの冷却水流により急冷すること
   を特徴とする鋳物歯車の火炎焼入装置。