JP4115694B2 - ラックギヤ焼入装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックギヤの歯部を含む表面全体を高周波焼入するラックギヤ焼入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラックギヤの歯部に焼入を行うことは従来より行われているが、最近は歯部だけでなく、反歯部側の裏面を含めた表面全体に焼入を行うことが要求され始めた。
【０００３】
ラックギヤの歯部に対する焼入は、歯部の軸方向両端に電極を接続し、歯部の軸方向に直接通電を行うことにより、簡単に実施できる。しかし、この方法では、反歯部側の裏面を含めた表面全体を加熱することができない。
【０００４】
そこで、環状の誘導加熱コイルを使用する移動焼入が考えられる。即ち、内側をラックギヤが貫通する環状の誘導加熱コイルにより、ラックギヤの全周を軸方向に順次加熱しつつ、誘導加熱コイルに後続する環状の冷却ジャケットから噴出される冷却液によりラックギヤの加熱面を軸方向に順次急冷するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この方法によると、ラックギヤの歯部だけでなく、反歯部側の裏面を含めた表面全体が、一応焼入される。しかし、健全な焼入が行われるのは、歯部のうちの凸部だけであり、２つの凸部に挟まれた凹部の部分については、凹部の底面である歯底面の加熱が不足し、周方向で均一な焼入品質が得られないという問題がある。
【０００６】
これに加え、ラックギヤの歯部側と歯部のない反歯部側とではマスが大きく相違するため、焼入後のラックギヤに軸方向の反りが生じるという焼入歪みの問題もある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、ラックギヤの歯底面における加熱不足を解消し、その表面全体を均一に焼入できるラックギヤ焼入装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の別の目的は、ラックギヤの歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する歪みについても、これを効果的に緩和できるラックギヤ焼入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】
上記目的を達成するために、本発明に係るラックギヤ焼入装置は、ラックギヤの表面全周を移動焼入れするための誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルをラックギヤに対して軸方向に相対移動させる駆動手段と、誘導加熱コイルの相対移動方向後方に配置されて、誘導加熱コイルと共にラックギヤの軸方向に相対移動し、ラックギヤの表面全周に冷却液を吹き付ける冷却手段とを具備し、前記誘導加熱コイルは、ラックギヤの外形に対応した形状を有した部材であり且つラックギヤの軸方向に隙間をあけて配置される２つの環状部と、前記環状部の一端部同士を繋いで当該環状部を直列接続するための部材であり且つ歯部に対向する側でラックギヤの軸方向に沿って対向配置される直線部と、前記環状部の他端部に各々接続された部材であり且つ前記環状部から外側に各々引き出される２つのリード部とを有している。
【００１０】
本発明に係るラックギヤ焼入装置においては、誘導加熱コイルとして、ラックギヤを包囲する２つの環状部を、ラックギヤの軸方向にほぼ平行な直線部により歯部に対向する側で直列に接続したものが使用される。２つの環状部を繋ぐ直線部により、歯部側の歯底面にも十分な誘導電流が流れ、歯底面の焼入不足が解消される。
【００１１】
前記冷却手段としては、ラックギヤの歯部側の表面に対向する表面側ジャケットと、ラックギヤの反歯部側の表面に対向する裏面側ジャケットと、ラックギヤの両側面に対向する一対の側面ジャケットとを有し、ラックギヤの歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する歪みが緩和されるように、各ジャケット間で冷却液の噴出タイミング及び／又は噴出量を変更する構成のものが好ましい。
【００１２】
このような冷却手段を使用することにより、ラックギヤの歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する歪みが効果的に緩和される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すラックギヤ焼入装置の概略側面図、図２は同ラックギヤ焼入装置に使用されている誘導加熱コイルの斜視図、図３は図１中のＡ─Ａ線断面矢示図である。
【００１４】
本実施形態に係るラックギヤ焼入装置は、図１に示すように、水平に支持されたラックギヤ１０の高周波焼入に使用される。ラックギヤ１０は、図１及び図２に示すよう、断面が円形の丸棒状ワークの周方向一部を軸方向全長にわたって面取りし、軸方向一部にギヤ部１２を形成したものである。ギヤ部１２は、丸棒状ワークの面取り部１１の軸方向一部に、凸部１２ａと凹部１２ｂを軸方向に所定ピッチＰで繰り返し形成することにより構成されており、凹部１２ｂの底面が歯底面と呼ばれることは前述したとおりである。
【００１５】
このラックギヤ焼入装置は、ラックギヤ１０を面取り部１１を上にして水平に支持する支持機構（図示せず）と、ラックギヤ１０のギヤ部１２の加熱に使用される誘導加熱コイル２０と、ギヤ部１２の加熱後の急冷に使用される冷却手段３０とを備えている。
【００１６】
誘導加熱コイル２０は、図２に示すように、ラックギヤ１０の軸方向に所定の間隔をあけて配置され、それぞれの内側をラックギヤ１０が貫通する２つの環状部２１，２１と、環状部２１，２１を繋ぐ軸方向に平行な直線部２２と、環状部２１，２１から引き出されたリード部２３，２３とからなる。
【００１７】
２つの環状部２１，２１は、いずれもラックギヤ１０の外形に対応する異形リングである。具体的には、ラックギヤ１０の面取り部１１を除く部分の外周面に対向する円弧部分２１ａと、面取り部１１に対向する直線部分２１ｂとからなり、直線部分２１ｂのほぼ中央で両端部が突き合わされている。
【００１８】
直線部２２は、環状部２１，２１のやや内側に位置して、環状部２１，２１の一端部同士を機械的かつ電気的に接続している。リード部２３，２３は環状部２１，２１の各他端部から外側へ引き出されている。ここでは、ラックギヤ１０の面取り部１１が上方を向いている。このため、直線部２２は水平であり、リード部２３，２３は垂直である。
【００１９】
なお、誘導加熱コイル２０は、銅の角管等からなり、内部を流通する冷却水により強制冷却される。また、図示されない駆動機構により、ラックギヤ１０の外側に同心状に支持され、軸方向に直進駆動される。
【００２０】
冷却手段３０は、図３に示すように、ラックギヤ１０のギヤ部１２に上方から対向して、ギヤ部１２の歯部側の表面に対向する表面側ジャケット３１と、ラックギヤ１０のギヤ部１２に下方から対向して、ギヤ部１２の反歯部側の表面に対向する裏面側ジャケット３２と、ギヤ部１２の両側面に各対向する一組の側面ジャケット３３，３３とを備えている。
【００２１】
ジャケット３１，３２，３３，３３は、いずれもギヤ部１２との対向面に多数のノズル孔を有し、ジャケット内に導入される冷却液を該ノズル孔からギヤ部１２の表面に噴射する。ここで、ジャケット３１，３２は、誘導加熱コイル２０の移動方向後方に前後に変位して配置されており、且つ、誘導加熱コイル２０の移動に追従して移動するように、前記駆動機構により軸方向に直進駆動される。同様に、ジャケット３３，３３も、誘導加熱コイル２０の移動方向後方に前後に変位可能に配置されており、且つ、誘導加熱コイル２０の移動に追従して移動するように、前記駆動機構により軸方向に直進駆動される。
【００２２】
次に、本実施形態に係るラックギヤ焼入装置の機能について説明する。
【００２３】
ラックギヤ１０が、ギヤ部１２の歯面側を上にして水平に支持される。また、ラックギヤ１０の外面側に誘導加熱コイル２０及びジャケット３１，３２が配置される。この状態で、誘導加熱コイル２０に高周波電流が供給され、ジャケット３１，３２に冷却液が供給されながら、誘導加熱コイル２０がギヤ部１２の軸方向一端から他端へ直進移動する。また、誘導加熱コイル２０に続いてジャケット３１，３２がギヤ部１２の軸方向一端から他端へ直進移動する。
【００２４】
誘導加熱コイル２０の直進移動により、ギヤ部１２の外周面が軸方向へ一部ずつ順に誘導加熱される。ここで、誘導加熱コイル２０は、２つの環状部２１，２１と、これをつなぐ直線部２２とを備えている。環状部２１，２１により、ギヤ部１２には周方向に誘導電流が流れる。このため、環状部２１，２１だけだと、軸方向で凹凸がないギヤ部１２の反歯部側は均一に加熱されるが、歯部側は凸部１２ａと凹部１２ｂで不均一な加熱となり、歯底面の加熱が不足する。
【００２５】
しかるに、誘導加熱コイル２０では、２つの環状部２１，２１をつなぐ軸方向に平行な直線部２２が存在することにより、ギヤ部１２の歯部側を軸方向に誘導電流が流れる。このため、歯部側の凸部１２ａと凹部１２ｂの加熱が均一化され、歯底面の加熱不足が解消される。
【００２６】
直線部２２により歯底面の加熱が促進され、凸部１２ａの頂面がオーバーヒートしないのは次のような理由による。軸方向に誘導電流が流れることにより、歯部側の凸部１２ａと凹部１２ｂに同じ電流が流れるので、頂面がオーバーヒートすることはない。
【００２７】
誘導加熱コイル２０の直進移動により、ギヤ部１２の外周面が軸方向一部ずつ順に誘導加熱されると、その加熱面が、誘導加熱コイル２０に後続するジャケット３１，３２，３３，３３により急冷され、焼入層が形成される。ここで、ギヤ部１２の歯部側の焼入体積が反歯部側の焼入体積より大きい場合は歯部側が凸になり、逆の場合には反歯部側が凸になる。つまり、焼入体積が大きい側が凸となるように、ギヤ部１２が反る。
【００２８】
しかるに、冷却手段３０では、ジャケット３１，３２，３３，３３が使用され、しかも、表面側ジャケット３１と裏面側ジャケット３２が前後に変位している。具体的には、凹となる側の冷却液の噴出タイミングが、凸となる側の噴出タイミングより早くなり、その結果、ギヤ部１２のマスの相違に起因する反りが、冷却タイミングの相違による反りにより相殺されるように、表面側ジャケット３１と裏面側ジャケット３２が前後に変位している。従って、歯底面の焼入不足と共に、歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する反りも合わせて解消される。
【００２９】
また、側面ジャケット３３，３３も前後に変位可能となっていることにより、マスの相違に起因する左右方向の反りを解消することができる。
【００３０】
上記実施形態では、裏面側ジャケット３２のワーク対向面は平面（水平面）になり、側面ジャケット３３，３３はワーク対向面は平面（垂直面）になっているが、ワークの外形に対応した円弧面であってもよい。
【００３１】
ワークであるラックギヤ１０については、断面が四角形のいわゆる角柱体であってもよい。また、図４に示すように、断面がＴ字状の異形棒体であってもよい。側面ジャケット３３，３３は、図４のようなワークに特に有効であるが、ワークの種類によっては省略することも可能であり、側面ジャケット３３，３３に代えて裏面側ジャケット３２を省略することも可能である。
【００３２】
ギヤ部１２のマスの相違による反りを防止するために、ジャケット間で冷却タイミングを変更したが、ジャケット間で冷却液の噴出量を変更することも可能であり、更にはこれらを組み合わせることも可能である。冷却タイミングを変更する方法としては、ジャケットを変位させる代わりに、ジャケットからの冷却液の噴出方向を変更することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明に係るラックギヤ焼入装置は、環状の誘導加熱コイルを使用した移動焼入により、ラックギヤの歯部側の表面だけでなく、全周を効率的に高周波焼入することができる。しかも、２つの環状部を軸方向に沿った直線部で繋ぐコイル構造により、凸部が存在する部分と凹部が存在する部分で均等な誘導加熱を行い、歯底面における加熱不足を解消できので、歯底面にも十分な深さの焼入硬化層を形成することができる。
【００３４】
また、冷却手段として、ラックギヤの歯部側の表面に対向する表面側ジャケットと、ラックギヤの反歯部側の表面に対向する裏面側ジャケットと、ラックギヤの両側面に各対向する１組の側面ジャケットとを用い、各ジャケット間で冷却液の噴出タイミング及び／又は噴出量を変更することにより、ラックギヤの歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する歪みについても、これを効果的に緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すラックギヤ焼入装置の概略側面図である。
【図２】同ラックギヤ焼入装置に使用されている誘導加熱コイルの斜視図である。
【図３】図１中のＡ─Ａ線断面矢示図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示すラックギヤ焼入装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ ラックギヤ（ワーク）
１１ 面取り部
１２ ギヤ部
１２ａ 凸部
１２ｂ 凹部
２０ 誘導加熱コイル
２１ 環状部
２２ 直線部
２３ リード部
３０ 冷却手段
３１ 表面側ジャケット
３２ 裏面側ジャケット
３３ 側面ジャケット

Claims (2)

1. ラックギアの表面全周を移動焼入れするための誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルをラックギヤに対して軸方向に相対移動させる駆動手段と、誘導加熱コイルの相対移動方向後方に配置されて、誘導加熱コイルと共にラックギヤの軸方向に相対移動し、ラックギヤの表面全周に冷却液を吹き付ける冷却手段とを具備し、前記誘導加熱コイルは、ラックギヤの外形に対応した形状を有した部材であり且つラックギヤの軸方向に隙間をあけて配置される２つの環状部と、前記環状部の一端部同士を繋いで当該環状部を直列接続するための部材であり且つ歯部に対向する側でラックギヤの軸方向に沿って対向配置される直線部と、前記環状部の他端部に各々接続された部材であり且つ前記環状部から外側に各々引き出される２つのリード部とを有していることを特徴とするラックギヤ焼入装置。
2. 前記冷却手段は、ラックギヤの歯部側の表面に対向する表面側ジャケットと、ラックギヤの反歯部側の表面に対向する裏面側ジャケットと、ラックギヤの両側面に対向する一対の側面ジャケットとを有しており、ラックギヤの歯部側と反歯部側のマスの相違に起因する歪みが緩和されるように、各ジャケット間で冷却液の噴出タイミング及び／又は噴出量を変更することを特徴とする請求項１に記載のラックギヤ焼入装置。

Images