JP5649790B2 - はすば歯車の高周波焼入装置 - Google Patents

Description

本発明は、異径部を備えたはすば歯車を誘導加熱によって焼入する高周波焼入装置に関するものである。

歯車を高周波誘導焼入する際には、高周波電流が供給される加熱導体部材を歯車に対向配置し、歯車の歯部の表面に沿って歯先から歯元に至るように誘導電流を生じさせると歯部を一様に誘導加熱することができる。すなわち、突出した歯先の表面からくぼんだ歯元の表面に至るまで一様な焼入層を形成することができる。
このような歯車を高周波焼入することができる焼入装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開平６−７３４５６号公報

上述のように歯先から歯元に至るまで誘導加熱することが困難な形状を有する歯車も存在する。すなわち、はすば歯車２０を従来の焼入装置で誘導加熱する際、加熱導体部の長手方向に対して、はすば歯車の歯の傾斜が急であると、誘導電流は歯先に沿って流れることが多い。

ここで図６（ａ）は、ラインコイルではすば歯車を誘導加熱した場合の焼入パターンを示す断面略図であり、図６（ｂ）は、環状コイルではすば歯車を誘導加熱した場合の焼入パターンを示す断面略図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ断面図である。以下、図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら従来の焼入装置の不具合を説明する。

図６（ａ）に示すように、はすば歯車の歯の軸に対する傾斜角が急な場合には、誘導電流が歯元を通りにくく、高周波焼入装置にラインコイル２３を採用すると、歯車２０の歯先２５，２６，２７は誘導加熱されるが、歯元３１，３２には誘導電流が流れにくく、したがって歯元３１，３２は誘導加熱されにくい。すなわち、歯車２０の表面には焼入パターン３４が形成され、歯先２５〜２７部分の焼入深さは深くなるが、歯元３１，３２部分の焼入深さは浅くなる。

そこで、図６（ｂ）に示すように環状の加熱導体部材（環状コイル２４）を歯部２２の周囲に配置すると、歯先から歯元を経由して別の歯先へと誘導電流を流すことができる。よって、環状コイル２４を採用すると、歯先から歯元にかけて一様に誘導加熱することができ、歯先の焼入深さと歯元の焼入深さとがほぼ均一になる。

ところが、異径部２１を備えたはすば歯車２０を焼入する場合に、環状コイル２４を採用すると、異径部２１と歯部２２の間に形成された段部３９には誘導電流が流れにくい。すなわち、歯部２２を流れる電流は、異径部２１側に流れにくい。そのため、歯部２２に形成される焼入パターン３６と、異径部２１に形成される焼入パターン３５とを連続させることができにくくなる。その結果、はすば歯車の表面に連続した焼入パターンを形成するのは困難であった。
そこで本発明は、はすば歯車の表面を一様に焼入することができる高周波焼入装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、異径部を備えた外歯車であるはすば歯車の高周波焼入装置であって、高周波電流が供給される加熱導体部を有し、前記加熱導体部は、前記はすば歯車の歯部の歯先又は歯元に対して同方向に４５°乃至１３５°の範囲の傾斜角を成して対向し且つつなぎ曲線部を介して互いに接続された２つの曲線部を有し、前記つなぎ曲線部は、はすば歯車の歯部の全周囲の半分よりも狭い範囲に対向し、さらに前記加熱導体部の一部が異径部に対向し、加熱導体部とはすば歯車とが軸方向と直交する方向に相対移動して誘導加熱可能に対向可能、且つ、離間可能であることを特徴とするはすば歯車の高周波焼入装置である。

請求項１の発明では、加熱導体部がはすば歯車の歯部の歯先又は歯元に対して４５°乃至１３５°の範囲の傾斜角を成して対向するので、加熱導体部に電流が流れると、歯部には該電流とは逆向きの誘導電流が流れる。加熱導体部に供給される電流は高周波の交流電流であるが、これが仮に直流電流であったとすると、歯部を流れる誘導電流は、歯先から歯元に至り、さらに歯元から隣接する別の歯先に達する。すなわち、誘導電流は歯先に沿って流れず、歯先と歯元とを交互に通過するように流れる。よって、請求項１の発明を実施すると、はすば歯車の歯部を一様に焼入することができる。
さらに、前記加熱導体部が異径部にも対向するので、異径部にも誘導電流が流れる。この誘導電流は歯部側から異径部側に、又は異径部側から歯部側に流れるので、異径部から歯部にかけてはすば歯車の表面には一様な焼入パターンが形成される。

請求項１の発明では、加熱導体部とはすば歯車とが軸方向と直交する方向に相対移動して対向可能である。よって、はすば歯車の軸芯を固定した状態で加熱導体部とはすば歯車のうちの少なくともいずれか一方を軸方向と直交する方向に移動させて両者を誘導加熱可能に対向配置する、又は両者を離間させることができる。また、はすば歯部車を軸方向に移動させて加熱導体部に対向させる場合と比較して高周波焼入装置の小型化を図ることができる。

請求項２の発明は、加熱導体部は、歯部と異径部の間の段部に沿って対向する部位を有することを特徴とする請求項１に記載のはすば歯車の高周波焼入装置である。

請求項２の発明では、加熱導体部の一部が、歯部と異径部の間の段部に沿って対向するので、段部には確実に誘導電流が流れる。その結果、はすば歯車の段部の焼入パターンが、歯部の焼入パターンと異径部の焼入パターンにつながり、はすば歯車の表面には一様な焼入パターンが形成される。

本発明を実施すると、誘導電流が歯部の歯先から歯元に流れ、さらに該歯元から別の歯先へ流れるので、はすば歯車の歯面に歯先から歯元に至るまで一様に誘導加熱することができる。また、加熱導体部が異径部にも対向するので、誘導電流が歯部側と異径部側の間を流れる。その結果、はすば歯車の歯部から異径部に至る表面に、一様な焼入パターンが形成される。

（ａ）は本発明の高周波焼入装置の加熱コイルをはすば歯車の周囲に配置した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の高周波焼入装置の回路図である。 （ａ）は本発明を実施した高周波焼入装置の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であり、（ｃ）は（ａ）の平面図であり、（ｄ）ははすば歯車の歯部に誘導電流が流れる状況を示す部分断面図であり、（ｅ）は本発明の高周波焼入装置で焼入されたはすば歯車の焼入状態を示す断面略図である。 図１（ａ）に示す加熱コイルとは別の形状の加熱コイルをはすば歯車の周囲に配置した状態を示す斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）の加熱コイルの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の加熱コイルの側面図である。 図１（ａ），図４（ａ）の加熱コイルのさらに別の変形例を示す斜視図である。 （ａ）はラインコイルではすば歯車を誘導加熱した場合の焼入パターンを示す断面略図であり、（ｂ）は環状コイルではすば歯車を誘導加熱した場合の焼入パターンを示す断面略図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ断面図である。

図１（ａ）は本発明の高周波焼入装置の加熱導体部をはすば歯車の周囲に配置した状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は本発明の高周波焼入装置の回路図である。また、図２（ａ）は本発明を実施した高周波焼入装置の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の右側面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）の平面図であり、図２（ｄ）ははすば歯車の歯部に誘導電流が流れる状況を示す部分断面図であり、図２（ｅ）は本発明の高周波焼入装置で焼入されたはすば歯車の焼入状態を示す断面略図である。図１（ｂ）に示すように高周波焼入装置１０は、電源とインバータとを有する高周波電源１、誘導コイル２、加熱コイル３（加熱導体部）とを備えている。

高周波電源１は高周波の交流電流を誘導コイル部２に供給し、加熱コイル３に高周波の誘導電流を生じさせる。この加熱コイル３が、さらにワーク４に対向配置され、ワーク４の表面に高周波の誘導電流を生じさせ、ワーク４の表面を誘導加熱する。ここでワーク４は、小径部４ａ（異径部）と歯部４ｂとを有するはすば歯車であり、小径部４ａと歯部４ｂの間には段部４ｃが形成されている。本発明の高周波焼入装置１０の特徴は、このワーク４の表面を誘導加熱する加熱コイル３の構造（形状）にある。ワーク４は、図示しないモータによって回転駆動が可能である。

図１（ａ）に示すように、加熱コイル３には第１直線部３ａ，第２直線部３ｂ，曲線部３ｃ，及びつなぎ曲線部３ｄが設けられている。誘導加熱時には、第１直線部３ａはワーク４の小径部４ａに対向配置され、第２直線部３ｂはワーク４の段部４ｃに対向配置され、さらに曲線部３ｃ及びつなぎ曲線部３ｄは歯部４ｂに対向配置される。

ここで歯部４ｂの周囲には図２（ｄ）に符号５ａで示される複数の歯が設けられている。符号５ａは、各々歯の歯先と歯元とを略式に示すものである。また、符号５ｂは、符号５ａで示される歯に隣接している歯の歯先と歯元とを略式に示している。

加熱コイル３の曲線部３ｃは、ワーク４の歯部４ｂの歯５ａに対して角度ｒ１を形成している。すなわち角度ｒ１が、４５°乃至１３５°の範囲内に収まるように、曲線部３ｃは形成されている。ここで角度ｒ１は、実際には加熱コイル３の曲線部３ｃがワーク４の歯５ａと交差するわけではないが、加熱コイル３をワーク４上に最短距離で投影させた際に、ワーク４上に生じた影と歯５ａとが成す角度である。また、つなぎ曲線部３ｄは歯部４ｂの歯５ａに対して角度ｒ２を形成している。角度ｒ２も角度ｒ１と同様に４５°乃至１３５°の範囲内に収まっている。

ワーク４が回転駆動されると、曲線部３ｃに対向する歯５ａの位置が変化し、ワーク４が一回転すると、全ての歯が曲線部３ｃに順に対向する。すなわち、ワーク４が一回転する間に歯部４ｂの全領域が曲線部３ｃと対向する。その際、曲線部３ｃに高周波電流が流れると、歯部４ｂには図２（ｄ）に示すように誘導電流が生じる。

図２（ｄ）に示すように、加熱コイル３の曲線部３ｃに高周波電流が供給されると、ワーク４（はすば歯車）の歯部４ｂの表面に沿って矢印１２で示すように誘導電流が流れる。すなわち、誘導電流は歯５ａから歯５ｂを経て歯５ｃ側へと各歯の歯先と歯元とを経て歯部の表面に沿って流れる。

上述のように歯部４ｂの各歯５と曲線部３ｃとの成す角度ｒ１が、４５°乃至１３５°の範囲内に設定されているので、各歯に生じた誘導電流は、歯先に沿って流れず、例えば歯５ａの歯先から歯元に下がり、さらに歯５ａの歯元から歯５ｂの歯先へと流れる。その結果、歯部４ｂの全ての歯の歯先から歯元が、一様に誘導加熱され、焼入パターン１５が形成される。

ところで、曲線部３ｃと第１直線部３ａには同じ高周波電流が流れるため、ワーク４の歯部４ｂ側と小径部４ａ（異径部）側との間（すなわち段部４ｃ）にも誘導電流が流れる。よって、段部４ｃも誘導加熱されるが、加熱コイル３の第２直線部３ｂが、ワーク４の段部４ｃに対向しているため、段部４ｃに積極的に誘導電流を生じさせることができる。その結果、第２直線部３ｂが設けられていない場合よりも段部４ｃを良好に誘導加熱することができる。また、第２直線部３ｂを設けることによって、第１直線部３ａと小径部４ａの距離が短くなり、小径部４ａには誘導電流が生じ易くなる。よって、小径部４ａは誘導加熱され易くなる。

以上、説明したように加熱コイル３が構成されているので、ワーク４の表面（歯部４ｂと小径部４ａ）には、図２（ｅ）に符号１５で示すように一様な焼入パターンが形成される。すなわち、歯部４ｂの各歯の歯先から歯元に至るまで良好に誘導加熱することができると共に、ワーク４の段部４ｃにも良好な誘導加熱を施すことができる。

次に、図１（ａ）に示す加熱コイル３とは別の加熱コイル１３を備えた場合を説明する。図３は、図１（ａ）に示す加熱コイルとは別の形状の加熱コイルをはすば歯車の周囲に配置した状態を示す斜視図である。

図３に示す加熱コイル１３は、第１直線部１３ａ，第２直線部１３ｂ，曲線部１３ｃ，及びつなぎ曲線部１３ｄが設けられている点は図１に示す加熱コイル３と同じであるが、つなぎ曲線部１３ｄの長さは、加熱コイル３のつなぎ曲線部３ｄよりも短い。その結果、加熱コイル１３に対向配置されたワーク４は、加熱コイル１３に接触することなく矢印１４で示す方向に移動することができる。すなわち、矢印１４で示す方向とは逆方向にワーク４を移動させて加熱コイル１３に対向配置することができる。

図３に示すように加熱コイル１３を形成すると、加熱コイル３（図１）に対してワーク４を軸方向に移動させて対向配置したり対向位置から退避させる場合よりも、容易にワーク４を加熱コイル１３に対向させることができる。

図１〜図３に示す例では、加熱コイル３，１３は、ワーク４の段部に対向させる第２直線部３ｂ（１３ｂ）を備えていたが、図４（ａ）、（ｂ）に示すように第２直線部３ｂ（１３ｂ）を省略することもできる。

また、ワーク４の小径部４ａの直径が小さくズブ焼になる懸念がある場合には、図５に示すように第１直線部３ａを外側へ退避させる第３直線部３ｆを設けてもよい。図５は、図１（ａ），図４（ａ）の加熱コイルのさらに別の変形例を示す斜視図である。図５に示すように加熱導体部を構成すると、直径が小さい小径部４ａがズブ焼になることを防止することができる。

本発明は、異径部と歯部の境界部分に強度が必要なはすば歯車を焼入するのに利用できる。

３ 加熱コイル（加熱導体部）
４ ワーク（はすば歯車）
４ａ 小径部（異径部）
４ｂ 歯部
５ａ，５ｂ，５ｃ 歯
１０ 高周波焼入装置
１１ 高周波電流
１２ 誘導電流
１５ 焼入パターン
ｒ１，ｒ２ 加熱コイルと歯とが成す角度

Claims (2)

1. 異径部を備えた外歯車であるはすば歯車の高周波焼入装置であって、
   高周波電流が供給される加熱導体部を有し、
   前記加熱導体部は、前記はすば歯車の歯部の歯先又は歯元に対して同方向に４５°乃至１３５°の範囲の傾斜角を成して対向し且つつなぎ曲線部を介して互いに接続された２つの曲線部を有し、
   前記つなぎ曲線部は、はすば歯車の歯部の全周囲の半分よりも狭い範囲に対向し、
   さらに前記加熱導体部の一部が異径部に対向し、
   加熱導体部とはすば歯車とが軸方向と直交する方向に相対移動して誘導加熱可能に対向可能、且つ、離間可能であることを特徴とするはすば歯車の高周波焼入装置。
2. 加熱導体部は、歯部と異径部の間の段部に沿って対向する部位を有することを特徴とする請求項１に記載のはすば歯車の高周波焼入装置。

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