JP3230823B2

JP3230823B2 - 歯車の焼入方法

Info

Publication number: JP3230823B2
Application number: JP11923591A
Authority: JP
Inventors: 勲松本; 義彰和田; 薪悟石井
Original assignee: 電気興業株式会社
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH06122926A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯車の焼入方法に関
し、更に詳しくは、所要の焼入温度に加熱した歯車に冷
却液を噴射して歯面を焼入冷却する方法の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】歯車の焼入方法としては、通常、回転一
発（定置）焼入方法が用いられている。図１０〜図１２
は、この種の焼入方法を実施するために従来より用いら
れている高周波焼入装置１を示すものであって、この装
置１は、内部に冷却液通路２を有しかつ内周面に多数の
冷却液噴射孔３を有する円環状の高周波誘導加熱コイル
４と、歯車５を保持する治具６とから構成されている。
そして、高周波誘導加熱コイル４にはリード部７ａ，７
ｂを介して高周波電源８から高周波電流が供給されると
共に、高周波誘導加熱コイル４の冷却液通路２には複数
の冷却液供給パイプ９を通して冷却液が供給されるよう
になっている。

【０００３】なお、上述の冷却液噴射孔３は、図１２に
示すように、いわゆる千鳥状に配列されている。また、
噴射孔３の直径Ｄ、噴射孔３の水平方向及び幅方向の配
列間隔Ｌ及びＷ、並びに噴射孔３の軸線方向と歯面５ａ
とのなす角度が焼入れ結果に大きな影響を及ぼすので、
これらの諸条件は、歯車５の形状、寸法及びモジュール
等に応じて決定される。

【０００４】歯車５の歯面５ａに焼入れを施すに際して
は、図８及び図９に示すように、歯車５を治具６上に載
置して円環状の高周波誘導加熱コイル４の中央孔４ａ内
に配置し、治具６と共に歯車５をその軸心を中心に回転
させる。これと同時に、電源８から高周波加波コイル４
に高周波電流を供給することにより、歯車５の歯面５ａ
を高周波誘導加熱する。そして、歯車５の歯面５ａが所
要の焼入温度になった時点で高周波電流の供給を停止す
ると共に、冷却水通路２に冷却液を供給して噴射孔３か
ら回転状態にある前記歯面５ａに向けて（歯車５の直径
方向）冷却液を噴射する。これにより、前記歯面５ａの
急冷を行ない、歯面５ａに焼入硬化層を形成するように
していた。

【０００５】ところで、歯車５等の如き複雑形状を有す
る機械構造用の鋼部品に高周波焼入れを施す場合には、
焼入冷却の方法として既述のような噴射冷却方法を採用
するのが一般的である。噴射冷却のメカニズムはズブ冷
却（被焼入体を冷却液中に浸漬して行なう冷却）のメカ
ニズムと同じであって、蒸気膜段階、沸騰段階及び対流
段階を経て冷却されるが、ズブ冷却に対する噴射冷却の
特徴は、蒸気膜段階が著しく短く、かつ、蒸気膜が破れ
る温度（急冷の始まる温度）が高いことである。これ
は、高速の流体（冷却液）によって固体表面（被焼入体
の表面）に生じた気泡の膜が破られやすいため、沸騰に
よる冷却がズブ冷却の場合に比べて多くなるからであ
る。これが、噴射冷却を従来より採用している主な理由
である。

【０００６】なお、噴射冷却を行なうに当っては、冷却
液の種類、液温、流速、流量、濃度等の諸条件に応じて
焼入後の硬さ、焼割れ、変形、歪み等に重大な影響を及
ぼすことが知られている。一般に、鋼部品の焼入冷却に
用いる冷却液としては、Ｓ曲線のノーズに相当する５０
０〜６００℃付近における冷却速度が大きくて鋼のマル
テンサイト変態点（Ｍ_S点）付近以下における冷却速度
が小さくなるようなものが望ましい。ところが、約３０
０℃付近における冷却速度を比較すると、図１３に示さ
れるように噴射冷却の方がズブ冷却の場合よりも約７倍
も大きいので、噴射冷却を行なうと焼割れや焼歪（変
形）を生じる危険性が大きくなるという問題点がある。

【０００７】また、噴射冷却の場合、最も重要なのは冷
却液の流量或いは圧力の調節と冷却液の種類の選定であ
る。噴射冷却水の流量が冷却曲線（冷却特性）に及ぼす
影響は、図１４に示す通りである。この場合、一定配列
の噴射孔を有する同一の冷却環を使用しているので、流
量を大きくしたときは、噴射圧力も大きくなっている。
図１４から明らかなように、流量調節によって冷却能を
かなり調節することができる。なお、一般に、噴射流量
ないし噴射圧力が大きくなるほど蒸気膜崩壊温度は上昇
することが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように噴射冷却
はズブ冷却に比べて約３００℃付近の冷却速度が約７倍
も大きいので焼割れ、焼歪の発生の危険性が大きいとい
う特質を有するのに加えて、歯車５を回転させつつ噴射
冷却することにより歯先５ｂと歯底５ｃの冷却速度が異
なってしまうという現象を生じるため（図１５参照）、
単純形状部品の場合に比べて、焼割れ等の発生の危険性
がより一層増大する。

【０００９】すなわち、従来では、冷却液噴射時に被焼
入体である歯車５は所要の回転速度をもって回転させる
ようにしているため、歯車５の直径方向に向って噴射さ
れる冷却器は、歯車５の歯先５ｂには良く当るものの、
歯底５ｃにはあまり良く当たらないのが実状である。そ
のため、歯先５ｂ部分、歯底５ｃ部分及びその中間の歯
側面５ｄ部分では、加熱面の冷却速度がそれぞれ異なる
事態を生じる。具体的には、歯先５ｂ部分が最も早く冷
却され、歯底５ｃに近づくにつれて冷却速度は遅くな
り、歯底５ｃに近づくにつれて冷却速度は遅くなり、歯
底５ｃ部分は最も遅く冷却されることなる。この傾向は
焼入冷却時における歯車５の回転速度が早くなればなる
ほど顕著に現われる。つまり、歯車５の回転速度が大き
くなればなるほど噴射冷却水は歯先５ｂ部分及び歯側面
５ｄにて弾き飛ばされる量及び遠心力にて飛散される量
が多くなるので、歯先５ｂ部分と歯底５ｃ部分の冷却速
度の差が大きくなるのである。

【００１０】そこで、冷却速度の差をなくすためには、
冷却液の噴射方向を偏倚させて回転中の歯車５の歯底５
ｃに直角に当てるようにすることが考えられるが、遠心
力の存在等にて歯先５ｂ部分よりも歯底５ｃ部分の冷却
速度が遅くなる現象をなくすことはできないのが実状で
ある。

【００１１】しかして、歯先５ｂの冷却速度が早く、歯
底５ｃの冷却速度がそれよりも遅い場合には、加熱面の
不均一冷却に伴い体積変化が不均一となり、歯先５ｂ部
分は歯底５ｃ部分よりも早く収縮しようとする。また、
各部分の加熱表面はその内部部分よりも早く収縮しよう
とする。しかし、この収縮は遅く、冷却される部分によ
って妨げられる。かくして、急冷のための不均一冷却に
よって熱応力が発生する。

【００１２】また、焼入れによる応力は、急冷による組
織変化（マルテンサイト化）、すなわち変態による変態
応力が発生する。この発生原因は、オーステナイトとそ
の分解生成物の比容積が異なること、及び変態が不均一
冷却のために異なった時期に発生することにより誘発さ
れる。この焼入れによる内部応力（熱応力及び変態応
力）が鋼の降伏点を越すと塑性変形を生じる。これが、
変形や曲りであり、内部応力が鋼の引張強さよりも大き
くなると、必然的に割れを生じる。しかし、焼入れによ
る内部応力の発生は防ぎようがないのが現状である。

【００１３】一方、従来の歯車の焼入方法における噴射
冷却においては、歯面５ａの各部における冷却速度が異
なり、しかも噴射冷却液は無作為（アットランダム）に
歯面に当るため、不均一な冷却となり、冷却の各瞬間に
おける内部応力分布は複雑なものとなっていると推察さ
れる。従って、内部応力分布は全く把握できず、焼割れ
や焼歪（変形）等の防止対策は非常に難しい。

【００１４】かくして、表面焼入れプロセスで発生する
内部応力は亀裂の発生原因となるが、不均一な冷却は亀
裂の発生を助長する。従って、焼入冷却として噴射冷却
方法を採用する場合には、個々の噴射液が被焼入体の全
面に行きわたるようにして冷却の均一性を保つことが必
要である。しかし、歯車の歯面のように複雑な表面に焼
入れを施す際には、従来の焼入方法における噴射冷却で
は、歯面の均一冷却ができず、亀裂を発生するおそれが
多分になる。それにも拘わらず、従来では、均一冷却を
行なうには回転状態の下で歯車を噴射冷却するのが望ま
しいとの誤った認識に基いて焼入冷却を行っているのが
実状である。

【００１５】本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、焼入冷却時における複雑
な内部応力の発生を抑制でき、焼割れや焼歪を防止でき
るような歯車の焼入方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、内部に、隔壁を介して、２つの中空
環状の第１及び第２の冷却液通路が形成される、円環状
の高周波誘導加熱コイルであって、該高周波誘導加熱コ
イルの円環部分に同心状に、かつ回転自在に被焼入体と
しての歯車を配置し、前記高周波誘導加熱コイルの、前
記歯車の歯部に対向する周壁面に、周方向に沿って該歯
部の歯ピッチに対応する間隔で、しかも前記歯車の軸方
向で該歯部の歯すじ方向に対応する方向に、前記第１の
冷却液通路に連通する多数の第１の冷却液噴射孔が配列
されると共に、前記周壁面に配列される多数の前記第１
の冷却液噴射孔の、周方向における、歯すじ方向に配列
されるそれぞれの前記第１の冷却液噴射孔の列のほぼ中
央位置で、しかも前記歯車の軸方向で該歯部の歯すじ方
向に対応する方向に、前記第２の冷却液通路に連通する
多数の第２の冷却液噴射孔が配列される装置を使用し
て、前記歯車を焼入するに際し、前記歯車をその軸を中
心に回転させた状態で、前記高周波誘導加熱コイルに高
周波電流を供給して歯面を所要温度に加熱し、次いで、
前記歯車の回転を停止させるとともに、位置決め機構に
より、前記高周波誘導加熱コイルの前記周壁面に歯すじ
方向に配列された前記第１の冷却液噴射孔を、前記歯車
の各歯先に対向する位置に、前記周壁面に歯すじ方向に
配列された前記第２の冷却液噴射孔を、前記歯車の各歯
底に対向する位置に位置決め後、それぞれの該冷却液噴
射孔から該歯車の前記歯先及び前記歯底に向けて冷却液
を噴射するようにする。そして、前記第１及び第２の冷
却液通路のそれぞれに供給される前記冷却液の噴射圧
力、流量及び液温による、前記歯底への冷却条件と、該
冷却条件より冷却能の小さい前記歯先への冷却条件とに
より、前記歯車の前記歯底、前記歯面及び前記歯先の冷
却速度が同じになるように、前記歯車の歯面を焼入冷却
するか、または、前記歯底への冷却液の噴射開始時から
所定時間経過後に、前記歯先への冷却液の噴射を開始す
ることにより、前記歯車の前記歯底、前記歯面及び前記
歯先の冷却速度が同じになるように、前記歯車の歯面を
焼入冷却する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例に付き図１〜図９を
参照して説明する。

【００１８】図１〜図５は本発明に係る歯車の焼入方法
を実施するのに用いられる焼入装置１０を示すものであ
って、この焼入装置１０は、円環状の高周波誘導加熱コ
イル１１と、このコイル１１に高周波電流を供給する電
源１２と、被焼入体である歯車１３を保持して回転駆動
する治具１４と、高周波誘導加熱コイル１１に冷却液を
供給する４本の冷却液供給パイプ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄとを備えている。

【００１９】上述の高周波誘導加熱コイル１１は、図１
に示すように、互いに対向する一対のリード部１６ａ，
１６ｂを有しており、これらのリード部１６ａ，１６ｂ
の間には絶縁板１６ｃが介在されている。そして、リー
ド部１６ａ，１６ｂを通して電源１２から高周波誘導加
熱コイル１１に高周波電流が供給されるように構成され
ている。

【００２０】また、円環状の高周波誘導加熱コイル１１
は、図１及び図２に示す如く、その内部が隔壁１８にて
仕切られて同心状の二重の中空断面に形成されており、
その２つの中空部分がそれぞれ冷却液通路１７ａ，１７
ｂになっている。そして、外周側の冷却液通路１７ａに
２本の冷却液供給パイプ１５ａ，１５ｃが連結され、内
周側の冷却液通路１７ｂに２本の冷却液供給パイプ１５
ｂ，１５ｄが連結されている。

【００２１】さらに、図３〜図５に示すように、高周波
誘導加熱コイル１１の内周壁１９には、千鳥状に配され
た多数の噴射孔２０が形成されている。これらの噴射孔
２０のうち縦横一列状に一定間隔で配設された噴射孔２
０ａが前記外周側の冷却液通路１７ａに連通されてお
り、これらの噴射孔２０ａとは互い違いに配設された噴
射孔２０ｂが前記内周側の冷却液通路１７ｂに連通され
ている。なお、高周波誘導加熱コイル１１の内周方向に
おける噴射孔２０ａ及び２０ｂの間隔Ｌ₁，Ｌ₂は、焼
入れすべき歯車１３の歯底１３ｃ及び歯先１３ｂのピッ
チＰ₁，Ｐ₂に対応するように構成されている。すなわ
ち、前記噴射孔２０ａ及び２０ｂは歯車１３の歯先１３
ｂ及び歯底１３ｃにそれぞれ対応配置され、冷却液供給
パイプ１５ａ〜１５ｄから冷却液通路１７ａ，１７ｂに
供給される冷却液が前記噴射孔２０ａ，２０ｂから歯車
の歯先１３ｂ及び歯底１３ｃに対してほぼ直角状に噴射
されるようになっている。

【００２２】そして、高周波誘導加熱コイル１１と同心
状に治具１４が配置され、この治具１４上に歯車１３が
載置された状態で、その軸心を中心に回転駆動されるよ
うに構成されている。

【００２３】次に、上述の焼入装置１０を用いて歯車１
３の歯面１３ａを焼入れする際の動作に付き説明する。
まず、被焼入体である歯車１３を治具１４上に載置し、
治具１４を移動させることによって歯車１３を高周波誘
導加熱コイル１１の中心部に同軸状に配置する。しかる
後に、治具１４を回転駆動することによって歯車１３を
その軸心を中心に回転させると共に、高周波誘導加熱コ
イル１１に電源１２から高周波電流を供給して歯車１３
の歯面１３ａを高周波誘導加熱する。そして、回転状態
での均一加熱によって歯面１３ａが所要の焼入温度に達
した時点で、高周波誘導加熱への通電を停止する。これ
と同時に、治具１３の回転を急停止して歯車１３を静止
状態にすると共に、図外の位置決め機構の作用にて図
１、図４及び図５に示すように歯車１３の各々の歯先１
３ｂ及び歯底１３ｃに高周波誘導加熱コイル１１の噴射
孔２０ａ，２０ｂをそれぞれ対応配置させた状態にす
る。すなわち、高周波誘導加熱コイル１１の幅方向に一
列状に配列された複数（例えば３つ）の噴射孔２０ａを
図４に示すように歯車１３の各々の歯先１３ｂにそれぞ
れ対応配置せしめると共に、前記コイル１１の幅方向に
一列状に配列された複数の噴射孔２０ｂを図５に示すよ
うに歯車１３の各々の歯底１３ｃにそれぞれ対応配置せ
しめた状態にする。

【００２４】次いで、冷却液を供給パイプ１５ａ〜１５
ｄを介して通路１７ａ，１７ｂに供給し、各々の噴射孔
２０ａ，２０ｂから所要の圧力、流量、液温の冷却液を
歯車１３の歯先１３ｃ及び歯底１３ｃに向けてほぼ直角
状に噴射させる。なお、歯先１３ｂ及び歯底１３ｃの冷
却速度が同じになるように、歯先１３ｂ及び歯底１３ｃ
の冷却条件、すなわち、噴射孔２０ａ，２０ｂから噴射
される冷却液の圧力、流量、液温等をそれぞれ異ならし
めて焼入冷却を行なう。そして、所要の冷却条件により
所要時間に亘り冷却した後に、初期の冷却条件と異なる
冷却条件、すなわち冷却能の小さい条件により冷却する
ことにより、焼入作業を終了する。

【００２５】以上の如き本発明に係る焼入方法によれ
ば、次のような利点がある。すなわち、均一加熱した歯
車１３を静止させて、従来では最も冷却が不完全（冷却
速度が遅い）とされる歯底１３ｃ部分に向って冷却液を
噴射すると、冷却液は歯底１３ｃ部分から歯側面１３ｄ
をつたわって歯先１３ｂ部分に流れ、この歯先１３ｂ部
分が最後に冷却される。しかし、モジュールの大きな歯
車（例えば、モジュールが２．５以上）の場合には、歯
底１３ｃのみの噴射冷却では冷却能が不足するため、歯
先１３ｂにも所定の冷却条件にて焼入冷却するようにし
ており、これにより冷却速度を調整して、歯面１３ａ全
体を均一な冷却速度で冷却することは容易に可能であ
る。その理由は、歯車１３が静止され、冷却液の噴射箇
所が定められているので、冷却液の流れがアットランダ
ムでなくしかも流れる方向の把握ができるからである。
これにより、歯面１３ａ全体を均一に、或いは所定の冷
却速度の変化をもって冷却することができ、変形を最小
限に抑えることができ、寸法精度の高い焼入処理が可能
となる。

【００２６】また、所要圧力、流量の冷却条件により所
要時間急冷した後に、この冷却条件で常温まで冷し切ら
ずに、より緩やかな冷却条件に切り換えて冷却すること
により、変形及び焼割れの発生を防止できる。

【００２７】一方、歯車１３の歯先１３ｂと歯底１３ｃ
の冷却速度を調整する手段として、歯底１３ｃの冷却開
始時点から所定時間経過後にタイムラグをおいて歯先１
３ｂの冷却を開始するようにしてもよい。この際のタイ
ムラグや歯先１３ｂ及び歯底１３ｃの各々の冷却条件を
選定することにより、歯面１３ａ全体を均一な冷却速度
で冷却することが可能であり、焼割れや変形の発生を抑
えることができる。

【００２８】このような作用効果を確認するために、以
下に示す条件で実験を行なった。具体例１．歯車の種類：平歯車２．材質：Ｓ−５３Ｃ３．歯先円直径：７５ｍｍ４．ピッチ円直径：７０ｍｍ５．歯数：２８個６．歯幅：１０ｍｍ７．モジュール：２．５焼入条件予熱１．周波数：３ｋＨｚ２．出力：３４０ｋＷ３．加熱時間：１．５秒４．歯車の回転数：２５０ｒ．ｐ．ｍ．本加熱１．周波数：２００ｋＨｚ２．入力：２１０ｋＷ３．加熱時間：０．１５秒４．歯車の回転数：２５０ｒ．ｐ．ｍ．冷却１．冷却液：ユーコンクエンチャント（１０
％）２．液温：３０℃ ３．流量：歯底部５０ｌ／ｍｉｎ圧力：４ｋｇ
／ｃｍ² 歯先部２０ｌ／ｍｉｎ圧力：４ｋｇ／ｃｍ² ４．冷却時間：８秒歯先タイムラグ０．５秒

【００２９】上記の条件下で焼入処理された歯車の各部
の冷却速度並びに断面硬度を測定したところ、図６〜図
９に示す如き結果を得た。図６に示す測定結果から、歯
底１３ｃ及び歯先１３ｂがほぼ同一の冷却速度で冷却さ
れていることが確認された。また、図７〜図９に示す測
定結果から、歯面１３ａの表面には硬度８００（Ｈｖ）
以上の充分な硬度の硬化層が得られると共に、歯車の各
部における表面硬度がほぼ均一となっていることが確認
された。

【００３０】さらに、本例の方法によって焼入処理した
歯車１３の歯面１３ａ、及び、歯車を回転させながら噴
射冷却する従来の方法により焼入処理した歯車の歯面の
表面の残留応力を測定したところ表１に示す結果を得
た。なお、表１における測定箇所（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）は９０°の角度間隔を順次隔てた箇所に
ある歯面（歯底又は歯先）である。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、本例の方法によ
って、得られた歯車１３の歯底１３ｃにおける残留応力
は従来方法によるものに比べて充分に大きな値の圧縮応
力であり、従って疲労強度の強い歯車１３であることが
確認された。

【００３３】また、本例によれば、焼割れや変形が殆ん
どない寸法精度の高い歯車が得られた。

【００３４】以上、本発明の一実施例に付き述べたが、
本発明は、既述の実施例に限定されるものではなく、本
発明の技術的思想に基いて各種の変形及び変更が可能で
ある。例えば、本発明は平歯車に限らずヘリカルギヤ等
の各種の歯車の焼入方法に適用可能である。なお、この
場合には、噴射孔２０ａ，２０ｂの配列は各歯車の歯底
に合せて設定すればよい。また、高周波誘導加熱コイル
１１の他に既述の如き冷却液噴射孔を有する冷却環を配
置するようにしてもよい。さらに、加熱手段としては、
高周波誘導加熱コイルに限らず、加熱炉を用いるように
してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上の如く、本発明は、歯車をその軸を
中心に回転させた状態で、前記高周波誘導加熱コイルに
高周波電流を供給して前記歯車の歯面を所要温度に加熱
した後に、該歯車の回転を停止せしめ、位置決め後、静
止状態の該歯車の歯先及び歯底に向けて冷却液を噴射す
るようにし、そして、第１及び第２の冷却液通路のそれ
ぞれに供給される冷却液による前記歯底及び歯先の冷却
条件をそれぞれ異ならしめると共に、前記冷却液の噴射
圧力、流量、液温を調整することにより、前記歯車の歯
面全体の冷却速度を調整しつつ前記歯車の歯面を焼入冷
却するか、または、前記歯底への冷却液の噴射開始時か
ら所定時間経過後に、前記歯先への冷却液の噴射を開始
することにより、前記歯車の歯底、歯先及び歯面の冷却
速度を調整しつつ前記歯車の歯面を焼入冷却するように
したものであるから、質量が最も大きく最も冷却されに
くい歯底の冷却が促進されると共に、質量が最も小さ
く、最も冷却されやすい歯先の冷却を抑制し得るように
冷却速度も調整することが容易に可能となり、そのた
め、歯車の歯面の均一冷却が可能となる。また、歯車は
静止状態の下で冷却液が噴射されるので、冷却液の噴射
箇所はアットランダムでなく歯底及び歯先に確実に当て
ることができ、冷却液の飛散等を生じることなく歯面に
沿って流れ渡るので、歯面に複雑な残留応力が生じるこ
とがなく、焼割れや変形の発生を防止できる。さらに、
冷却液の噴射圧力、流量、液温等の条件を調節すること
により、モジュールの比較的大きな歯車であってもその
歯面の各部分における冷却速度を任意に調整できるた
め、均一な或いは一様に変化する理想的な焼入硬化層パ
ターンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る歯車の焼入方法を実施するための
焼入装置の平面図である。

【図２】前記焼入装置の断面図である。

【図３】高周波誘導加熱装置の内周面の正面図である。

【図４】図１におけるＭ−Ｍ線拡大断面図である。

【図５】図１におけるＮ−Ｎ線拡大断面図である。

【図６】本発明の方法を実施した場合の歯車の歯底及び
歯先の冷却速度を示すグラフである。

【図７】本発明の方法により得られた歯車の歯先の断面
硬度分布を示すグラフである。

【図８】本発明の方法により得られた歯車の歯側面の断
面硬度分布を示すグラフである。

【図９】本発明の方法により得られた歯車の歯側面と歯
底との境界箇所（Ｒ部）の断面硬度分布を示すグラフで
ある。

【図１０】従来の歯車の焼入方法を実施するための焼入
装置の平面図である。

【図１１】前記焼入装置の断面図である。

【図１２】高周波誘導加熱コイルの要部断面図である。

【図１３】噴射冷却及びズブ冷却による冷却速度をそれ
ぞれ示すグラフである。

【図１４】噴射における流量と冷却曲線との関係を示す
グラフである。

【図１５】従来の方法によって焼入冷却する場合の歯車
の歯底及び歯先の冷却速度を示すグラフである。

【符号の説明】

１０高周波焼入装置１１高周波誘導加熱コイル１３歯車１３ａ歯面１３ｂ歯先１３ｃ歯底１３ｄ歯側面１４治具１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ冷却液供給パイプ１７ａ，１７ｂ冷却液通路２０ａ，２０ｂ冷却液噴射孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/00 - 9/44 C21D 9/50 C21D 1/10 C21D 1/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に、隔壁を介して、２つの中空環状
の第１及び第２の冷却液通路が形成される、円環状の高
周波誘導加熱コイルであって、該高周波誘導加熱コイル
の円環部分に同心状に、かつ回転自在に被焼入体として
の歯車を配置し、前記高周波誘導加熱コイルの、前記歯
車の歯部に対向する周壁面に、周方向に沿って該歯部の
歯ピッチに対応する間隔で、しかも前記歯車の軸方向で
該歯部の歯すじ方向に対応する方向に、前記第１の冷却
液通路に連通する多数の第１の冷却液噴射孔が配列され
ると共に、前記周壁面に配列される多数の前記第１の冷
却液噴射孔の、周方向における、歯すじ方向に配列され
るそれぞれの前記第１の冷却液噴射孔の列のほぼ中央位
置で、しかも前記歯車の軸方向で該歯部の歯すじ方向に
対応する方向に、前記第２の冷却液通路に連通する多数
の第２の冷却液噴射孔が配列される装置を使用して、前
記歯車を焼入するに際し、前記歯車をその軸を中心に回転させた状態で、前記高周
波誘導加熱コイルに高周波電流を供給して歯面を所要温
度に加熱し、次いで、前記歯車の回転を停止させるとと
もに、位置決め機構により、前記高周波誘導加熱コイル
の前記周壁面に歯すじ方向に配列された前記第１の冷却
液噴射孔を、前記歯車の各歯先に対向する位置に、前記
周壁面に歯すじ方向に配列された前記第２の冷却液噴射
孔を、前記歯車の各歯底に対向する位置に位置決め後、
それぞれの該冷却液噴射孔から該歯車の前記歯先及び前
記歯底に向けて冷却液を噴射するようにし、かつ前記第１及び第２の冷却液通路のそれぞれに供給さ
れる前記冷却液の噴射圧力、流量及び液温による、前記
歯底への冷却条件と、該冷却条件より冷却能の小さい前
記歯先への冷却条件とにより、前記歯車の前記歯底、前
記歯面及び前記歯先の冷却速度が同じになるように、前
記歯車の歯面を焼入冷却することを特徴とする歯車の焼
入方法。
【請求項２】内部に、隔壁を介して、２つの中空環状
の第１及び第２の冷却液通路が形成される、円環状の高
周波誘導加熱コイルであって、該高周波誘導加熱コイル
の円環部分に同心状に、かつ回転自在に被焼入体として
の歯車を配置し、前記高周波誘導加熱コイルの、前記歯
車の歯部に対向する周壁面に、周方向に沿って該歯部の
歯ピッチに対応する間隔で、しかも前記歯車の軸方向で
該歯部の歯すじ方向に対応する方向に、前記第１の冷却
液通路に連通する多数の第１の冷却液噴射孔が配列され
ると共に、前記周壁面に配列される多数の前記第１の冷
却液噴射孔の、周方向における、歯すじ方向に配列され
るそれぞれの前記第１の冷却液噴射孔の列のほぼ中央位
置で、しかも前記歯車の軸方向で該歯部の歯すじ方向に
対応する方向に、前記第２の冷却液通路に連通する多数
の第２の冷却液噴射孔が配列される装置を使用して、前
記歯車を焼入するに際し、前記歯車をその軸を中心に回転させた状態で、前記高周
波誘導加熱コイルに高周波電流を供給して歯面を所要温
度に加熱し、次いで、前記歯車の回転を停止させるとと
もに、位置決め機構により、前記高周波誘導加熱コイル
の前記周壁面に歯すじ方向に配列された前記第１の冷却
液噴射孔を、前記歯車の各歯先に対向する位置に、前記
周壁面に歯すじ方向に配列された前記第２の冷却液噴射
孔を、前記歯車の各歯底に対向する位置に位置決め後、
それぞれの該冷却液噴射孔から該歯車の前記歯先及び前
記歯底に向けて冷却液を噴射するようにし、かつ前記歯底への冷却液の噴射開始時から所定時間経過
後に、前記歯先への冷却液の噴射を開始することによ
り、前記歯車の前記歯底、前記歯面及び前記歯先の冷却
速度が同じになるように、前記歯車の歯面を焼入冷却す
ることを特徴とする歯車の焼入方法。