JPH0418011B2

JPH0418011B2 -

Info

Publication number: JPH0418011B2
Application number: JP59149740A
Authority: JP
Inventors: Roorando Andoryuu Sukotsuto Jon
Original assignee: BITSUKAASU SHITSUPUBIRUDEINGUSU GURUUPU Ltd
Current assignee: BITSUKAASU SHITSUPUBIRUDEINGUSU GURUUPU Ltd
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1992-03-26
Also published as: GB8417700D0; GB2143854B; EP0132980B1; JPS6039125A; KR920004701B1; DE3479746D1; FI842862A0; KR860005036A; DE3426862A1; FI77695C; AU3654784A; GB2143854A; EP0132980A2; FI77695B; US4746101A; AU569595B2; EP0132980A3; FI842862A; US4589935A; GB8319788D0

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、誘導加熱により歯車の歯の表面を硬
化される、即ち焼入れするための方法及び装置に
関する。

〔発明の背景〕

本発明は、先ず、そこにおいては信頼性が最重
要視される舶用高出力伝動系のための表面焼入れ
の行われた歯車を製造することに関しなされたも
のである。しかし、本発明はこの分野に限らず、
歯車又は他の機械要素を用いる分野であつて作動
性能の改良が必要とされている他の技術分野にも
適用し得るものである。即ち、(a)寸法及び設計の
特定された歯車を、少なくも現在の歯車加工・処
理技術により可能な範囲で最大の歯への荷重条件
下で支障なく作動し得るようにすることが要求さ
れる場合又は(b)歯車の寸法を減少し、しかも現在
の技術により加工・処理された大寸法の歯車によ
れば可能なものと同様なトルク伝達性能を得るこ
とが求められる場合にも、本発明は適用可能であ
る。上記(b)の場合、歯車寸法の減少をはかること
（それ自体は可能である）により、歯車箱及び歯
車伝動装置即ち歯車列を収めるハウジングの全体
積を徹底的に減少することが可能となり、これは
利用可能な空間の有効利用が重要視される駆動列
装置において有利であることは明白である。上記
(b)の場合を実現することはまた舶用歯車伝動装置
の場合にも特に有利である。

高出力の伝動が要求されかつ高度の信頼性が要
求される場合、焼入れ歯の利用が好ましい。理想
的には、歯車の歯が、疲労曲げ応力に耐える強靱
な芯を有しかつヘルツの接触応力に耐える高硬度
外層を有するとの条件が充足されることである。
歯車歯の硬化即ち焼入れ法には、次のような３通
りの主な方法がある。

（）浸炭：加熱された金属中に炭素を拡散さ
せる方法。この方法によれば、高硬度の外層が
深く或いは厚く形成されるが、金属に相当なひ
ずみが生じ仕上げ方法を得るには相当に研削を
行う必要かある。

（）誘導加熱焼入れ：局部加熱法。この方法
によれば、外層（焼肌）硬度は肌焼によるもの
に劣るが、歯輪郭に生ずるひずみは極くわずか
で、仕上げ研削の必要性は大きく減ぜられる。

（）窒化：気体窒素を金属中に拡散させる方
法で、これによれば焼入れ処理の後に仕上げ研
削を要しない程度の薄い焼肌形成が行われる。

高度な信頼性が肝要である舶用大型高出力歯車
の場合には、上記方法のうち、誘導加熱焼入れ法
が最も適している。

本明細書において、「誘導加熱焼入れ（法）」と
は、金属歯車歯の表層又は外層を誘導加熱法によ
り加熱し、次いで制御された急冷を行つて金属基
材（又は基体）と１体的に高硬度の厚い外層（焼
肌）を形成することを意味する。

誘導加熱とは、それにより導電性を有する物質
を加熱することの出来る周知の技術である。或る
種の合金、特に種々の鋼を、加熱及びこれに続い
て制御下に行われる冷却により焼入れすることが
出来る。誘導加熱は被処理物の局部に選択的に行
うことが可能であるから、局所を加熱し次いで制
御された冷却を行うことにより、局部的に焼入れ
即ち歯の基材又は芯部には影響を与えずにその表
面のみに限定された焼入れを行うことが出来る。
このようにして、可撓性を有し負荷の下でたわむ
ことの出来る基材に高硬度で摩耗耐性を有する外
層の形成された歯を製造することが可能である。

〔従来技術〕

今日数多くの誘導加熱焼入れ方法が実施されて
いるが、これらの多くは、１つの歯車の全ての歯
について又は１つの歯車と他の歯車とについて特
性又は物性が同一又は均等であるような歯車の製
造が不可能であるか或いは歯にかかる荷重が大き
なものである場合も作動に信頼をおける歯車の製
造が不可能である。破損又は作動不良に共通する
原因は焼入れ外層又は焼肌、特に歯先におけるそ
れのきれつ又は砕け（スポーリング）である。現
在の誘導加熱焼入れ法の多くのものによれば、歯
元の金属材中に内部引張応力をひき起すのが常で
あるか往々である。このため、歯が伝達し得る荷
重が大きく減ぜられてしまう、というのも歯に荷
重がかかると歯元に曲げ応力が生じ、またもし歯
元に残留引張応力もある場合には、曲げ疲労条件
下では破壊により作動不良となることがあり得る
からである。

〔発明の目的〕

本発明は、現在知られている誘導加熱焼入れ技
術の場合に遭遇する上に指摘したような歯車の破
損又は作動不良の問題を解消することを追求する
ものである。

〔発明の構成及び効果〕

本発明は、歯車の或る歯の歯先から、その歯の
１フランク（側面）に沿い、歯元をめぐり、次に
隣接歯のフランクに沿い、その歯先にいたるまで
実質的に均一な厚みの焼入れ外層を形成し、なお
この外層が、少なくも歯車の作動時において最大
の曲げ又はその他の応力にさらされる歯の表面域
に、ビルトイン圧縮応力に等しいものを与えるよ
うな内部構造を有するようなものとし、これによ
り歯の曲げ疲労特性を改良することが可能なよう
に構成された、誘導加熱による歯車の歯の焼入れ
方法及び装置を提供することにより、上記目的を
達成する。

本発明は、その１局面において、歯車の歯（以
下単に歯と略称）のフランク、歯先及び歯元の表
面に焼入れ外層を形成するよう同表面を誘導加熱
焼入れするための方法を提供するが、この方法
は、 (1) 電気的に付勢可能で、隣接１対の歯の間の歯
みぞの形状に実質的に合致する外郭形状を有す
る誘導子ヘツドを上記隣接１対の歯の間の歯み
ぞに沿つて相対トラバース運動させること、 (2) 誘導子ヘツドの外表面と上記隣接１対の歯の
歯元及びフランクの表面との間に、誘導子ヘツ
ドと歯元表面の間では最小でかつフランクの表
面に沿つては、誘導加熱焼入れに適した実質的
に均一の所定温度にフランク及び歯元の表面が
加熱されるように所定の態様で変化するような
所定のすき間を維持するように誘導子ヘツドの
トラバース運動を案内すること、及び (3) 上記隣接１対の歯の非加熱フランク、歯先、
加熱フランク及び歯元の表面を比較的急速に冷
却するよう冷却液を同表面にあてること、から
成り、 (a) 歯車全体を冷却液の浴槽に浸漬すること、 (b) 冷却液として油又はその他の非水急冷液を
用いること、 (c) 誘導子ヘツド高さを、歯の各対の歯元表面
と歯先表面との間の歯みぞの深さより小とす
ること、及び (d) （）所定のすき間、（）誘導子ヘツド
への電気エネルギの供給率及び同ヘツドのト
ラバース運動の運動速度及び（）急冷の速
度及び方法という作業パラメーターを、上記
１対の歯のフランク及び歯元の表面に沿いこ
れらの歯の歯先にわたり、少なくも各歯元の
表面及びその隣接フランクへの変移域の部分
にビルトイン圧縮応力に等しいものを与える
ような内部構造を有する、実質的に均一な厚
さの焼入れ外層が形成されるように制御する
こと、を特徴とするものである。

歯車全体を油又はその他の非水急冷液の入つた
浴槽中に浸漬すること〔上記特徴項(a)及び(b)〕に
より水冷部に比較しておだやかな冷却が行われ、
この場合実質的に等温の処理環境が得られ、そこ
においては誘導子ヘツドの次のトラバース運動が
開始されないうちに先のトラバース運動の間に歯
車に生じた熱が実質的に全て、余り急激にではな
くかつ充分に消散され、これにより所望の表面焼
入れ及び肌焼き深さ（又は厚さ）を達成すること
が出来る。その高さが歯の各対の歯元表面と歯元
表面の間の深さより小である誘導子ヘツドを用い
ること〔上記特徴項(c)〕により、各歯の歯先面に
いたるまでしかも、さもなければ歯先の部分の
“砕け”又は“うろこ落ち”の問題の起る可能性
のある歯先の過熱のおそれなしに、満足すべき焼
入れ外層を形成することが可能となる。

作業パラメーターの制御〔上記特徴項(d)〕によ
れば、少なくも歯車の作動時に最も大きく応力を
受けることになる各歯の表面域、即ち（各歯みぞ
の底部にあたる）歯元表面及びこの歯元表面とそ
れに連なる各フランクの表面の間の推移部に、正
味のビルトイン圧縮応力又はそれに等しいものを
有効に有する焼入れ外層の形成が可能となる。

本発明の方法による処理の結果、焼入れ外層内
に正確にどのような内部構造変化が起るのかは完
全には明らかとなつていないが、冶金学的分析、
試験及び実験により判明したところによれば、こ
れは、外層の表面内にビルトイン圧縮応力を生
じ、これにより各歯が、歯車の作動時歯にかかる
曲げ荷重に起因し引張誘発応力の効果により良く
耐え得るようになる、即ち疲労曲げ特性が大きく
改良されるという性質のものである。事実、表面
硬化層即ち焼入れ外層は、ビルトイン圧縮応力の
付与された１体的な“革（スキン）”を有してい
るのである。

本発明は、そのもう１つの局面において、歯の
フランク、歯先及び歯元の表面に焼入れ外層を形
成するよう同表面を誘導加熱焼入れするための装
置を提供するが、この装置は、電気的に付勢可能で、隣接１対の歯の間の歯み
ぞの形状に実質的に合致する外郭形状を有する誘
導子ヘツド、誘導子ヘツドの外表面と上記隣接１対の歯の歯
元及びフランクの表面との間に所定のすき間を維
持しつつ、上記歯みぞに沿い誘導子ヘツドの相対
的なトラバース運動が案内されるようにする手
段、冷却液の入つた状態において、歯車の全体的に
冷却液中に浸漬させるように同歯車を支持する手
段を備えた冷却浴槽、及び誘導子ヘツドのトラバース運動の間上記隣接１
対の歯の間の歯みぞに向けまたその中に冷却液を
通す手段、から成るものである。

この装置を歯の表面硬化又は焼入れに利用する
場合、好ましくは、歯車全体及び誘導子ヘツドを
浴槽内冷却液中に浸漬するようにして、歯車を実
質的に垂直姿勢に、回転可能に支承する手段を冷
却浴槽が備えるようにする。この冷却浴槽によ
り、焼入れに際し、実質的に等温の処理環境が得
られるようになり、またこれにより、歯車が焼入
れに先行して等温状の温度になることが可能とな
り、またこのため歯の表層又は外層に焼入れに際
し生じた応力のみが現実に残るようにすることが
出来る。

本発明の方法及び装置においては、誘導加熱に
より加熱された歯の表面部分の冷却に際し、１対
の歯の間の歯みぞに沿う誘導子ヘツドの１トラバ
ース運動と上記１対の歯に隣接する１体の歯の間
の歯みぞに沿う次のトラバース運動との間に所定
の休止期間があるようにするのが好ましい。この
休止期間に、浴槽中に冷却液が歯及びそれに隣接
する歯車の部分を更に冷却するのである。好まし
くは、浴槽中の冷却液を冷す外部手段を設ける。

誘導子ヘツドのトラバース運動の終了の都度、
このヘツドの案内に歯の次の対が整合するよう
（手動によるか或いは装置のプログラム制御装置
の予め選択された作動の下に自動制御により）歯
車のインデツクスを行うことが好ましい。

はすば歯車の場合には、所定のすき間を常に維
持するよう、歯車を誘導子ヘツドのトラバース運
動と同時に回転させる。

歯車の誘導加熱焼入れを行う方法を実施するた
めの装置の特に好ましい実施例は、好ましくない効果のおそれを最低に抑えて所要
部位に磁界（フイールド）の最高強度が得られる
よう最大量の強調物質と最小量の導電体を組合わ
せて構成され、歯元及びフランクとそれ自体との
間に所定のすき間をおいて隣接１対の歯の間の歯
みぞに合致するよう外郭形状の形成された水冷の
誘導子、常に上記所定のすき間を維持して、上記水冷の
誘導子を最初の隣接１対の歯の間の歯みぞ中に案
内し、それに沿つて案内し、更にその外に案内
し、次いで第２の隣接１対の歯の間の歯みぞ中に
案内するようにして漸進的に歯車を周回するよう
正確に案内するための第１の案内手段、上記誘導子の全トラバース運動を通じ、常にこ
の誘導子と歯元及びフランクの金属との間に上記
すき間を維持する、上記第１の案内手段と組み合
わされた第２の手段、上記誘導子を歯車の面を横断して運動させ、ま
たこの誘導子の運動とは独立的に或いはそれと共
に歯車を回転させる手段、歯の端部に面取り式に形成されたランイン部及
びランアウト部を利用して、誘導子の各トラバー
ス運動の開始時及び終了時に歯内に熱の漸進的な
ビルドアツプ及び降下を生じさせるための手段、上記誘導子の各トラバース運動の終了時に休止
期間を設定するための手段、隣接歯に誘導により熱を生じさせるのに適した
形の電力を上記誘導子に供給するための手段、誘導子に冷却水を供給する手段、焼入れ処理を受ける歯の、運動中の誘導子に近
接する金属表面部分及び加熱されないフランクに
制御された冷却を施すため、冷却され、ろ過され
た鉱物油又はその他の非水急冷媒体の噴流を送る
手段、上記誘導子の近傍で上記噴流にろ過され、温度
制御の行われた油を供給する手段、歯車を垂直姿勢で回転自在に支承する手段を備
え、回転自在に支承された歯車を完全に鉱物油中
に浸漬させるために必要なものを超える充分な深
さを有する浴槽、上記浴槽に鉱物油を充填し、不用時にはそれを
抜き取り貯蔵するための手段、歯車周囲及び上記浴槽の全体に実質的に等温状
態を作り出すよう大量の油を上記浴槽内に循環さ
せる手段、及び上記浴槽内に実質的に等温の状態を達成するよ
う油のろ過を行いその温度制御を行う手段から成
つている。

上記誘導子の各トラバース運動の開始時又は終
了時に歯内に熱の漸進的なビルドアツプ及び降下
を生じさせる手段は、同誘導子への電力供給を変
化させることによるか、或いはこれに代え歯の縁
部の面取り具合を代えることによるものであつて
よい。

上記に代え、誘導子の各トラバース運動の開始
時又は終了時に歯内に熱の漸進的なビルドアツプ
及び降下を生じさせる手段は、この誘導子が歯み
ぞに入る時又はそこから離れる時のその運動速度
を変えることによるものであつてもよい。

好ましくは、冷却水の流れ又は冷やされ、ろ過
された油の噴流のそれぞれをモニターし、異常の
有無を検知して、異常の検知された場合にはいず
れかの予防作用、例えば誘導子への電力供給のし
や断等を行うための手段を設ける。

〔実施例〕

本発明の理解の促進のためまた本発明をいかに
実施に移すかを示すために、これは例示の意味の
みにおいてであるが、以下添付図面を参照して記
載を行う。

第１図を参照すると、歯車１が深い浴槽２中に
回転自在に支承されている。浴槽２は、誘導加熱
焼入れに際し生ずる熱を除くための冷却液３で充
填されている。この冷却液３は鉱物油又はその他
の非水急冷液で、点線にて示される通常液位４ま
で充たされている。即ち、歯車１は冷却液中に完
全に或いは全体的に浸漬されている。弁を配した
パイプライン５により、冷却液即ち油は、必要に
応じ浴槽２から別の貯留タンク（図示せず）に抜
き出され、或いはポンプ利用により浴槽２に循環
されるようになつている。

配管６を通し、油はポンプ７により、ろ過器８
及び（必要に応じ）冷却器９を介し浴槽２に循環
される。配管６には二重の目的がある。冷却液即
ち油３のろ過を常時行うこと及び浴槽２内に循環
を起こさせ、油全体に発生熱を拡散させることで
ある。必要な場合には、例えば浴槽２内に攪拌手
段１４を設ける形で、追加の循環構成を行うこと
が出来る。冷却器９は、誘導加熱装置１１からの
熱の入力及び浴槽２からの自然の熱ロスの具合に
より設けてもよいし省いてもよい。必要により、
冷却器９の作動制御のためサーモスタツト制御を
利用する。

誘導加熱装置１１は浴槽２の上方に配される
が、現実に発熱を起させる誘導子ヘツド１１ａ
（第２ａ図及び第２ｂ図）は、通常液位４の充分
下方、歯車１の上死点のところに位置している。
誘導加熱装置１１には、その外方から管１０を介
しろ過され、冷やされた油が、またその内部には
冷却水１２が、更に電源１３から電力が供給され
るようになつている。

誘導子ヘツド１１ａは第２ａ図及び第２ｂ図に
詳細に示されている。このヘツドは、２本の銅パ
イプ２０により対称的に支持されたほぼ三角形の
部分を有する一般的に正三角柱の形状のものであ
る。銅パイプ２０は三つの機能を果す。三角柱形
状の誘導子ヘツド１１ａを支持すること、金属を
介し同ヘツド１１ａに電流を通じること及びパイ
プ２０の穴を通しヘツド１１ａに冷却水を循環さ
せることである。下端部において、これらの銅パ
イプ２０は、銅板から作られた中空の三角部材２
１にそれぞれ固定されている。これら２個の三角
部材２１は、それらの最下端部で、四角柱の銅チ
ユーブ２３を介し接合されている。このようにし
て、１本の銅パイプ２０から、三角部材２１、銅
チユーブ２３及びもう１つの三角部材２１を介
し、他の銅パイプ２０へと通じる電気的接続関係
が構成される。２個の中空の三角部材２１の内部
２２は、２本の銅パイプ２０及び銅チユーブ２３
の両者に連通していてこのため冷却水は１本の銅
パイプ２０中を流下し、内部２２、銅チユーブ２
３及び内部２２を経由して他方の銅パイプ２０へ
と流れる。三角柱形状の誘導子ヘツド１１ａの中
心部分は強調部（インテンシフアイア）２４であ
り、ここには例えば鉄積層体又は専用の化合物等
の適宜非導電マトリクスが充填される。

この特殊な誘導体ヘツドの設計、構成によれ
ば、導電のために使用される銅の量は最低に抑れ
られ（例えば、断面正方形の銅パイプに代え円柱
の銅パイプ２０を採用している）、また所定体積
の誘導子に最大強度の強調部２４を得ることが出
来る。また、これにより、さもなければ歯先即ち
金属部分が最も狭小となる部分の電界を最低のも
のとすると同時に、強調部２４の局部強調効果を
最大のものとすることが出来る。

銅チユーブ２３の下縁部には充填銅片２５が固
着されていて、誘導子ヘツドの全体が、仕上げ加
工され、滑らかな外表面、また後述のように或る
すき間を維持するようにして、歯車の隣接歯の間
の歯みぞ形状に実質的に合致する外郭形状を有し
ている。

２本の銅パイプ２０に鋼性を与えるため、絶縁
材２６が用いられ、また各パイプ２０の端部は金
属ブロツク２７中に収められている。これら金属
ブロツク２７は、電力及び冷却水を共に各銅パイ
プ２０に循環し得るようなやり方で誘導加熱装置
１１（第１図）に固定することが出来る。

第３図は、隣接歯の間の歯みぞに沿い行われる
誘導子ヘツド３０のトラバース運動を線図式に示
す。図示及び説明の便宜上、歯を符号Ａないし
Ｅ、歯Ｂ及びＣのフランクをB₁，B₂，C₁及びC₂、
同歯Ｂ及びＣのフランクの間の歯元の表面を孤３
６にてそれぞれ示す。垂直面及び水平面における
誘導子ヘツド３０の歯に対する相対位置を案内す
るため、案内手段（又は単に案内）３１を利用す
る。最も単純には、これら案内３１を、球状端部
３２を有する２本のピン４１，４２（第４図）に
て構成し、それらが隣接歯の間の歯みぞを往復動
する時、誘導子ヘツド３０〔又は４０（第４図）
を１方が先導し、他方が同ヘツドに追従するよう
な構成とする。誘導子ヘツド３０，４０及び案内
３１（即ちピン４１，４２）は、それらの誘導加
熱装置（第１図）への取付け部を介し相互に位置
固定されている。ヘツド３０，４０及び案内３
１，４１，４２間の垂直及び水平方向相対位置を
正確に調整するための手段を設けるが、これは例
えば詰め金（くさび）、バーニヤねじ等であつて
よい。ヘツド３０の確かな位置決めをはかるた
め、若干の押圧を行い、案内３１，４１，４２の
球状端部３２を図示（第３図）のようにフランク
と接触状態に保つ。ヘツド３０が運動する時、案
内３１，４１，４２の球状端部３２は、少なくも
それらの１方が、ヘツド３０を正確なすき間を保
ちつつ（第５図）歯みぞ内に案内され、それに沿
つて案内されそしてそれからはずれるように案内
するよう常に接触状態にあるようにして、フラン
クに沿い滑動する。はすば歯車の場合には、誘導
子ヘツド３０，４０を銅パイプ２０に角度を付け
て取付けるようにすればよい。平歯車の場合に
は、誘導子ヘツドは正三角柱状のものであつてよ
いであろう（第２ａ図、第２ｂ図、第３図、第４
図）。

第６ａ図は、平面図により誘導子ヘツド６０の
上表面を示す。このヘツドは、平歯車の隣接１対
の歯６１及び６２の間の歯みぞに沿いトラバース
運動を行つて焼入れを行うのに適した正三角柱形
状のものである。第６ｂ図は誘導子ヘツド６０ａ
を示すが、このヘツドは断面平行四辺形の角柱状
のものであつて、はすば歯車の隣接１対の歯６３
及び６４の間の歯みぞに沿い運動を行つて焼入れ
を行うのに適している。

実質的に均一な厚さの誘導加熱焼入れ表層又は
外層３３（金属歯車の基材表面に形成されるも
の）の有効内方限界を鎖線にて示す（第３図）。
誘導子ヘツド３０が歯Ｂ及びＣの間を運動する
時、フランクB₂，C₁及びそれらの間の歯元を同
時に加熱する。加熱時の熱の流れを制御し、冷却
後に熱を所定の率で除くため、歯Ｂ及びＣの加熱
されないフランクB₁，C₁及び歯先B₃及びC₃に対
し、単純角度構成（図示）又は複合角度構成で、
ろ過され、冷却された油の噴流３４，３５（第４
図において、４４，４５）を流す。更に、これも
ろ過され、冷却された油の噴流４６，４７（第４
図）を、図示のように誘導子ヘツド４０，３０の
前方及び後方において歯みぞ中に流すようにす
る。油の噴流３４，３５と同様に、噴流４６，４
７も、誘導子ヘツド４０，３０の端面に対し角度
を付けて流してもよいし或いは歯みぞに沿う歯車
の軸に平行に流してもよい。更に、噴流４６，４
７は、乱流を発生するように歯車軸に対し角度を
付けて下向きに歯みぞ内に噴射するようにしても
よい。噴流４４，４５，４６及び４７の噴射構成
をどのような単純角度のものにするか或いは複合
角度のものにするかは、実験により決定された。
これに関し、冷却された油の流れが金属表面に接
触するようにはかることが肝要であり、またこの
ことは、加熱された油を除くルートを設けること
が必要であり、また噴流の流入により“閉塞状
態”の生じることがあつてはならないことを意味
する。

ろ過、冷却された油は管１０より誘導加熱装置
１１（第１図）に供給され、そこから噴流４４，
４５，４６及び４７として噴出される。これらの
噴流は、全体が予め形成されたユニツトの形で運
動するよう、誘導子ヘツド４０及び案内４１，４
２に関して固定されたもである。冷却水１２及び
電力１３（第１図）は誘導加熱装置１１に供給さ
れ、そこから銅パイプ２０（第２ａ図，第２ｂ
図）を通つて誘導子ヘツド４０に供給される。誘
導加熱装置１１は、誘導子ヘツド及びそれに組み
合わされた案内手段又はピン４１，４２並びに噴
流４４，４５，４６及び４７をトラバース運動さ
せる装置、電力１３、冷却水１２及び冷却油（管
１０に流される）を制御する装置を含むものであ
る。更に、好ましくは、冷却油の噴流又は冷却水
の流れの不調又は異常を防止するためしや断又は
締切り手段も設ける。歯みぞに沿う誘導子ヘツド
３０のトラバース運動を制御するため案内手段４
１，４２，３１に組み込まれたマイクロスイツチ
を利用するサーボ機構を用いる。はすば歯車の歯
に焼入れ加工を行う場合には、歯車１（第１図）
の回転を誘導子ヘツドのトラバース運動と同時的
に制御する。

誘導加熱装置１１もまた歯車全周の歯の全てを
順次焼入れするように、適宜プログラム制御装置
により制御されるものである。

第１図より、誘導子ヘツド１１ａの全体、即ち
第２ａ図及び第２ｂ図に示される全部分及びこの
ヘツドに組み合わされた案内４１，４２及び噴流
４４，４５，４６及び４７のための装置が、全て
浴槽２中の冷却液又は油３の中、即ち通常液位４
の下方に、浸漬されていることが明らかであろ
う。

第３図を参照すると、誘導子ヘツド３０がフラ
ンクB₂及びC₁を加熱している状態が示されてい
る。歯Ｂを通しての熱伝導のため、また油の噴流
３４による冷却にもかかわらず、フランクB₁の
既に焼入れの行われた表層又は外層部分（点線３
３までの部分）が更に加熱される。その結果、フ
ランクB₁は焼もどしを受ける。舶用高出力機器
用歯車の場合、後退の所要出力は通常前進のそれ
よりも小であるから、歯車１の浴槽２内への支承
具合は、フランクA₂（図示せず），B₂，C₂等が前
進出力を伝達する際に荷重を受けフランクA₁（図
示せず），B₁，C₁等が後退出力を伝達するような
ものとすればよい。誘導子ヘツド３０が最後のト
ラバース運動を行う時、先に加熱されたフラン
ク、例えば第２図に示されるようにフランクC₂
は焼もどしを受け、その後のフランク、例えばフ
ランクC₁は完全に焼入れされることが判るであ
ろう。焼入れ処理の作業パラメーターは、焼もど
しされるフランクが少なくも設計上の要件は充す
ように常に設定されるべきである。

或る歯とその次の歯につき予測可能であり、１
つの歯車においては一定である歯の硬度を達成す
るためには、次のパラメーターが重要である。

（）歯の素材が充分な機械的及び冶金学的特
性を有するものである。

（）歯及び歯元の熱の高低度、均一性及び分
布。

（）冷却の高低度。

（）焼もどしの影響。

上記パラメーターに関する要件は研究及び実験
により決定された。なお、各パラメーターの重要
な点につき以下に詳述する。

（）歯の素材鋼が充分な機械的特性と適当な化学的組成を有
すること。

（）歯及び歯元の熱の高低度、均一性及び分
布変動、差違のない結果を達成するためには、各
歯共誘導子ヘツドのトラバース運動開始時に同一
の温度でなければならない。従つて、各トラバー
ス運動の終了時には、この時誘導子ヘツド及び案
内手段（又はピン）４１，４２が完全に歯みぞ外
に運動しているのであるが、誘導加熱装置への電
力供給をしや断し、また誘導子ヘツド３０を所定
時間の間“休止”させる。この休止時間中に、先
のトラバース運動により生じ歯車１に伝導された
熱を冷却液又は油中に拡散させ、ポンプ７及び冷
却器９を介し消散させることができる。ポンプ７
（及び設けられている場合には攪拌手段１４）は、
冷却液又は油３を完全に混合された状態に維持し
また休止時間を最短のものとするため相当な流れ
を維持するものである。しかし、所定の休止期間
を設定することなしでも焼入れ処理が申し分なく
行い得ることも考えられる。ただし、この場合に
は冷却液の供給率を増大するか及び／又は誘導子
ヘツド３０の部位における噴流の数を増加して、
各トラバース運動の間に充分な冷却作用の起るよ
うにすることが条件である。

金属の温度を所定値に上昇させるには、一定程
度の熱入力が必要である。熱入力又は加熱の程度
は、次の要素(a)ないし(d)により決まる。

(a) 誘導子ヘツド３０における電力の電圧、アン
ペア数及び周波数。

(b) 加熱の持続期間、即ち誘導子ヘツド３０の長
さ、及び歯みぞを通過する運動速度。

(c) 誘導子ヘツドのフランクへの突出域の大き
さ、即ちその長さと高さ。

(d)ぬ誘導子ヘツド３０と歯元の間のすき間及び同
ヘツドと歯のフランクとの間のすき間。

いずれの寸法の歯についても、上記要素(a)，(b)
及び(c)は予め決定可能であり、また要素(d)は隣接
金属中に生ず熱の正確な量を制御するのに用いら
れる。

所要の金属表面温度を達成するためには、フラ
ンクに比較し歯元により大きな熱入力を行う必要
がある。これは、フランク又は歯元の近傍におい
てよりも歯元において、金属の質量が比較大であ
りまた従つて伝導による熱損失が比較大だからで
ある。この所要温度達成を可能とするため、誘導
子ヘツド３０の外郭形状を、同ヘツド３０と歯車
の金属の間のすき間が、歯元近傍の最小部からま
たフランクに沿い漸進的に大きくなるように慎重
に変化させる。この形状形成を、表層又は外層３
３が実質的に一定の温度となるよう、金属中に生
ずる熱が変化する熱所要度に合致するように慎重
に行う。歯元の部分では、金属に最大の熱入力が
間違いなく行われるように孤３６（第３図）上方
に狭小で均一のすき間を形成する。孤３６の端部
からフランクに沿い上方に、すき間を漸増させ熱
入力の率が歯先に向い漸減するようにはかる。誘
導子ヘツド３０は、所定間隔をおいて歯先の下方
で終り、歯先の過熱の起らないようにする。小径
の銅パイプ２０を誘導子ヘツド１１ａの軸上に配
して設け（第２ｂ図）、これを歯先の近傍での漂
遊電流の発生を最大限抑えるようにして入出力導
体として利用する。歯先に過度の熱入力がある
と、過度の硬化の行われるおそれがありまた脆性
破損及び／又は砕けの発生するおそれがある。

第３図から明らかなように、誘導子ヘツドの高
さは、歯元及び隣接歯の間の歯みぞの（放射方
向）深さよりも若干小である。これは本発明の方
法および装置の最も重要な面を成すものである
が、それは、歯の間の歯みぞを超える大きさ、即
ち放射方向にそれより突出する誘導子ヘツド又は
導電体を用いる現在の誘導加熱焼入れ技術におい
ては起るおそれのある、歯先での過度な熱のビル
ドアツプを、この構成によれば回避することが出
来るという点においてである。典型的には、図示
の実施例においては、誘導子ヘツドの高さは歯み
ぞ深度の1/2ないし7/8である。

トラバース運動の開始時及び終了時に、誘導子
ヘツド３０が歯みぞに入りまたそこから離れる時
にもまた歯の縁部に不均一な熱入力が起るおそれ
がある。歯の負荷部分に沿い均一な加熱効果を得
るための好ましい方法を第５図に示す。この図に
おいては、誘導子ヘツド５０は、平板状のラツク
型歯車５０ａの隣接歯の間のギヤツプ即ち歯みぞ
にちようど入ろうとするところである。案内手段
５１は既に歯みぞに入り、誘導子ヘツド５０を正
確に位置させるよう歯のフランク５３に沿い滑り
運動を行つている。歯の端面に面取りされた“ラ
ンイン”部５４が形成されている。このランイン
部５４は荷重支承表面ではなく、誘導子ヘツド５
０が歯の負荷部分５５に到達する時までに、表層
又は外層３３（第３図において鎖線までの部分）
全体に均一な温度状態が達せられるように熱のビ
ルドアツプが所要程度に行われるように利用され
るものである。歯車の他の端面には、同様な面取
り式に形成された“ランアウト”部（図示せず）
が形成される。

後方又は追従する方の案内手段５２（又は５
１）がランアウト部を離れたならば電力供給をし
や断し、誘導子ヘツド５０は所定長の時間“休
止”して、先のトラバース運動中に生じた熱を消
散させ、また次のトラバース運動の開始に先立つ
て歯が１ピツチ分移動される、即ちインデツクス
が行われる。

面取り式に形成されるランイン部（ランアウト
部）を形成することが出来ない場合、歯の縁部に
おける過度の熱のビルドアツプを制御するには、
誘導子ヘツド５０の歯内への進入に連れ同ヘツド
への電力供給を漸増するか、或いはヘツド５０を
歯に向け速やかに近付け、次いでそれが歯みぞに
進入するに連れその運動速度を漸減させて、その
全体が歯みぞに進入し了つた時その運動速度が通
常のそれとなるようにはかればよい。歯みぞを離
れる時には上記とは逆に操作を行えばよい。

（）冷却の高低度冷却の度合又は速度は決定的に硬化度に影響す
る。一般的に、冷却速度が急なほど、金属が硬化
されるという結果になる。しかし、過度の硬化は
表面応力を招きその結果金属は脆性となる。脆性
破損は、水又は水性油を使用して誘導加熱焼入れ
を行つた歯車に発生するということが従来知られ
ており、本発明の方法および装置において鉱物油
又はこの他の適宜非水急冷液を冷却液として利用
するというのはこの理由による。

歯にとり理想的なのは、或る程度の延性を有
し、適当に厚い焼入れ表層又は外層であつて、歯
に負荷のかかつた時、基材金属及び外層が共にた
わみ得ることである。これは、誘導加熱を行い、
そして水又は水性油により急冷するのではなく、
それに代え鉱物油の噴流により比較的急速に冷却
を行うことにより実現可能である。歯車１が全的
に鉱物油中浸漬されているため、日中又は夜間の
温度変化には影響されずに均一で等温の状態を得
ることが出来る。また、歯車を全的に油中に浸漬
しておけば、焼入れに起因する熱は全て直接的に
油中に消散されるか或いは伝導により先ず金属
に、次いで油中に消散される。

（）焼もどしの影響歯の誘導加熱焼入れにおいて焼もどしは避ける
ことが出来ない、しかしその影響は以下の様にし
て最大限抑制することが出来る。

(a) 歯車全体を油中に浸漬して、可能最大又は最
高度のヒートシンクを得ること。

(b) 金属に対し冷却油の噴流をあてること。特に
噴流３４，４４、また噴流４６及び４７も用い
る。

(c) 各トラバース運動の終了時に休止時間を入
れ、先のトラバース運動中に生じた熱の全てを
除くことが出来るようにすること。

(d) 誘導子ヘツドの設計及びその運動速度を、歯
の表層部に所要量の熱のみが生じるようにする
こと、即ち焼もどしを起すような過度の熱の発
生がないようにはかること。

上述した本発明の方法による結果は、系統立て
た、革新的な作業及び細部にわたる傾注により、
他の既知の誘導加熱焼入れ法により得られる歯車
のいずれのものにも優る性能の誘導加熱焼入れ歯
車の得られることを示している。ここにおいて、
いずれのものにも優る性能とは、荷重支承性能及
び信頼性を意味する。本発明の方法は、長期間に
わたり、その方法により製造された歯車を、他の
方法による製品と比較試験を行うことにより完成
されたものである。本発明方法により製造された
歯車はまたおそれのある場合には作動不良、破損
等についても試験された。

誘導子ヘツドの各トラバース運動の終了時（休
止時間中に）、次の隣接１対の歯を誘導子ヘツド
と案内手段とに位置合わせさせるよう増分式に前
進させ、次のトラバース運動のための準備を完了
させる。この増分式の前進運動は、歯車の場合に
はわずかな角運動であり、例えばラツクの場合に
はわずかな直線運動である。この運動は、手動式
に行つてもよいし、或いは装置のプログラム制御
を適宜選択利用して自動的に制御するようにして
もよい。

前述のように焼入れ処理又は加工に関するパラ
メーターを慎重に制御することにより、歯の表
面、即ち各歯の作動面を含みそれに最近接の焼入
れ表層又は外層に、充分な深さに及ぶ焼肌と有効
に正味の内部ビルトイン圧縮応力を有する歯のバ
ラツキのない製造が確実になし得る。焼入れ外層
は、歯元曲線部をめぐり、またこの曲線部とフラ
ンクの間の変移部、即ち“すみ肉”部（作動時、
通常この部分が最も応力を受ける）全体に及び形
成される。そして、好ましくはフランクに沿つて
も形成される。圧縮応力は生じさせることは決定
的に重要なことであり、またこれはコンクリート
プリストレスを付与するのに相等する。

歯に負荷がかかると、それはわずかにたわむ、
そしてこれにより歯先及び歯のフランクには比較
的に小さな引張り及び圧縮応力が、そしていずれ
かの側の歯元及び歯先とフランクの間の変移部分
（即ち歯元すみ肉部）には比較的に大きな引張及
び圧縮応力が生じる。もし、焼入れの結果金属表
面に既に引張応力が与えられていると（現在の表
面硬化技術によればこれは起り得る）、曲げによ
り引張応力が加えられることになり破損、作動不
良がすぐに発生してしまう。しかし、内部圧縮応
力が、例えば歯元又は歯元すみ肉部に与えられて
いるならば、曲げによる引張応力及び内部圧縮応
力の増加は代数的なものである。このような次第
で、曲げによる引張応力が内部圧縮応力を超え、
最終的な引張強度を超えて歯の損壊、作動不良が
起るようになるには、歯の支承する負荷は相当に
大きなものとすることが出来る。換言すれば、歯
の疲れ曲げ特性に実質的な改善がなされるのであ
る。

表面硬化層即ち焼入れ外層に起る分子配向の正
確な様相、性質は完全に明らかになつているとは
いえないが、これは歯の作動面内にビルトイン圧
縮応力が等しいものを有効に与える性質のもので
あるとおもわれる。このビルトイン圧縮応力は、
各歯の事実上の作動面、即ち表層又は外層３３の
有効に１体的な“皮（スキン）”３３ａ（第３図）
といえる部分に生じている。歯にかかる疲れ曲げ
応力の作用による歯の異常は、通常、歯元すみ肉
部表面に始まる引張り破損の形のものであり、試
験の結果によれば本発明による方法及び装置によ
り表面硬化又は焼入れの行われた歯は、従来の誘
導加熱焼入れ技術により焼入れの行われた同様な
歯に比較してはるかに秀れた信頼性を発揮するこ
とがわかつた。この秀れた作動性能は、焼入れ肌
の表層又は外層に圧縮応力がビルドアツプされる
ことにより有効に得られるものであるとおもわれ
る。歯車の作動時、歯に間欠的に曲げ荷重がかか
ると、それがビルトイン圧縮応力を先ず超えない
（あるとすれば）うちは、歯の表面に正味の引張
応力は全くかからないのである。

以上、本明細書においては歯車の歯のみにつき
記載を行つたが、上記と同様な加工又は処理によ
り、通常形状のその他の金属部品、部材の焼入れ
もなし得る。

当業者には、本発明による上記方法及び装置に
種々の変更のなし得ることが明らかであろう、ま
たそれらは全て冒頭の特許請求の範囲に含まれる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導加熱焼入れのための
方法及び装置を説明するためのブロツク図、第２
ａ図は本発明の方法及び装置に使用する誘導加熱
装置の誘導子ヘツドの側面図、第２ｂ図は第２ａ
図Ａ−Ａ線に沿う誘導子ヘツドの断面図、第３図
は焼入れ加工又は処理を受ける隣接歯の間の歯み
ぞ内に位置した誘導子ヘツドの線図正面図、第４
図は隣接歯（歯先をハツチングを入れて示す）の
間に位置した誘導子ヘツドを示す第３図の平面
図、第５図は平板状のラツク型歯車の隣接１対の
歯の間の歯みぞに今入ろう（そこから出よう）と
している状態の誘導子ヘツドの線図側面図、第６
ａ図及び第６ｂ図はそれぞれ平歯車及びはすば歯
車の焼入れのための誘導子ヘツドの上表面を示す
平面図である。１，５０ａ……歯車（５０ａ……ラツク型歯
車）、２……浴槽、３……冷却液、１１ａ，３０，
４０，５０，６０，６０ａ……誘導子ヘツド、３
３……（焼入れ）表層又は外層、３３ａ……作動
（表）面（又は皮、スキン）、３３，３２，４１，
４２，５１，５２……案内手段（又は単に案内、
３２……球状端部、４１，４２……ピン）、３４，
３５……冷却液を通す手段（又は冷却液の噴流）、
３６……歯元（又はその孤）、５４……ランイン
及び／又はランアウト、Ａ〜Ｅ，６１，６２，６
３，６４……歯（６３，６４……はす歯）、B₁，
B₂，C₁，C₂，５３……フランク、B₃，B₄……歯
先。

Claims

【特許請求の範囲】１歯車１の歯Ｂ，ＣのフランクB₂，C₁及び歯
元３６の表面に焼入れ表層又は外層３３を誘導加
熱により形成する方法であつて、 (1) 電気的に付勢可能で、隣接１対の歯Ｂ，Ｃの
間の歯みぞの形状に実質的に合致する外郭形状
を有する誘導子ヘツド１１ａを上記隣接１対の
歯Ｂ，Ｃの間の歯みぞに沿つて相対トラバース
運動をさせること、 (2) 誘導子ヘツド１１ａの外表面と上記隣接１対
の歯Ｂ，Ｃの歯元３６及びフランクB₂，C₁の
表面との間に、誘導子ヘツド１１ａと歯元３６
の表面との間では最小でかつフランクB₂，C₁
の表面に沿つては、誘導加熱焼入れに適した実
質的に均一の温度にフランクB₂，C₁及び歯元
３６の表面が加熱されるように所定の態様で変
化するような所定のすき間を維持するように誘
導子ヘツド１１ａのトラバース運動を案内手段
３１，３２により案内すること、及び (3) 上記隣接１対の歯Ｂ，Ｃの非加熱フランク
B₁，C₂、歯先B₃，C₃、加熱フランクB₂，C₁及
び歯元３６の表面を比較的急速に冷却するよう
冷却液３４，３５を同表面にあてることから成
り、 (a) 歯車１の全体を冷却液３の浴槽２に浸漬す
ること、 (b) 冷却液３として油又はその他の非水急冷液
を使用すること、 (c) 誘導子ヘツド１１ａの高さを歯Ａ〜Ｅ…の
各対の歯元３６と歯先B₃，C₃の表面との間
の歯みぞの深さよりも小とすること及び (d) （）所定のすき間、（）誘導子ヘツド
１１ａへの電気エネルギの供給率及び同ヘツ
ド１１ａのトラバース運動の速度及び（）
急冷の速度及び方法という加工又は処理パラ
メーターを、上記１対の歯Ｂ，Ｃのフランク
B₂，C₁及び歯元３６の表面に沿い歯元B₃，
C₃にわたり、その作動面３３ａ、少なくも
各歯元３６の表面及びその隣接フランクB₂，
C₁への変移域の部分に、ビルトイン圧縮力
に等しいものを与えるような内部構造を有す
る、実質的に均一な厚さを有する焼入れ表層又は外
層３３が形成されるように制御することを特徴と
する歯の誘導加熱焼入れ方法。２歯車１を垂直姿勢で前記浴槽２中に支承する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
歯の誘導加熱焼入れ方法。３歯Ｂ，Ｃの歯先B₃、フランクB₂、歯元３６、
フランクC₁及び歯先C₃にわたる加熱表面の冷却
に際し、最初の１対の歯Ｂ，Ｃの間の歯みぞに沿
う誘導子ヘツド１１ａのトラバース運動の終了時
と次の１対の歯Ｃ，Ｄの間の歯みぞに沿う次のト
ラバース運動の開始時の間に、休止期を入れるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
に記載の歯の誘導加熱焼入れ方法。４誘導子ヘツド１１ａの各トラバース運動の終
了時に、次の１対の歯Ｃ，Ｄを誘導子ヘツド１１
ａの案内手段３１，３２に整合させるように歯車
１をインデツクスすることを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の歯の誘導加熱焼入れ方法。５歯車１がはす歯６３，６４を有するものであ
る時、この歯車を、常に所要所定すき間を維持す
るようにして誘導子ヘツド６０ａのトラバース運
動と同時に回転させることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の歯の誘導加熱焼入れ方法。６歯車５０ａの各歯の各端部に面取り式にラン
イン及び／又はランアウト５４を形成することを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
いずれかに記載の歯の誘導加熱焼入れ方法。７冷却液３に鉱物油を用いることを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに
記載の歯の誘導加熱焼入れ方法。８歯車１の歯Ａ〜Ｅ…のフランクB₂，C₁及び
歯元３６の曲線部の表面に焼入れ表層又は外層３
３を誘導加熱により形成する装置であつて、電気的に付勢可能で、隣接１対の歯Ｂ，Ｃの間
の歯みぞの形状に実質的に合致する外郭形状を有
する誘導子ヘツド１１ａ、誘導子ヘツド１１ａの外表面と上記１対の歯
Ｂ，Ｃの歯元３６及びフランクB₂，C₁の表面と
の間に所定のすき間を維持しつつ、上記歯みぞに
沿い誘導子ヘツド１１ａの相対トラバース運動が
案内されるようにする案内手段３１，３２、冷却液３の入つた状態において、歯車１を全的
に冷却液３中に浸漬させるように同歯車１を支承
する手段を備えた冷却液３の浴槽２、及び誘導子ヘツド１１ａのトラバース運動の間上記
１対の歯Ｂ，Ｃの間の歯みぞに向けまたその中に
冷却液を通す手段３４，３５から成ることを特徴
とする歯の誘導加熱焼入れ装置。９誘導子ヘツド１１ａの高さが、歯Ａ〜Ｅ…の
各対の歯元３６と歯元B₃，C₃の表面との間の歯
みぞの深さよりも小であることを特徴とする特許
請求の範囲第８項に記載の歯の誘導加熱焼入れ装
置。１０誘導子ヘツド１１ａ高さが、前記歯みぞの
深さの1/2と7/8の間であることを特徴とする特許
請求の範囲第９項に記載の歯の誘導加熱焼入れ装
置。