JPH0673456A - 歯車の高周波焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯の歪みの少ない高精度な歯車を生産する高
周波焼入れ方法を提供する。 【構成】 歯車１の歯部１００を高周波加熱し、前記高
周波加熱した歯車１の歯部１００に対して放射状に冷却
液を噴射させながら、歯車１を軸方向に移動させ、歯車
１の歯面１１０を硬化させた後、歯車１を冷却槽７中に
浸漬し、歯車１の背面１２０を冷却させることを特徴と
する歯車１の高周波焼入れ方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波加熱後の冷却を
均一に行い、焼入れ精度の良好な歯車を得る高周波焼入
れ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に歯車は、歯部を硬化させるため
に、焼入れ処理が施される。焼入れ処理方法には、図３
に示すように、高周波加熱コイル４内に設置した歯車１
の歯部１００に高周波加熱を行った後、高周波加熱コイ
ル４から冷却液を歯車１の歯部１００に向けて噴射し、
急冷させることにより行う方法がある。前記焼入れ処理
方法により、モジュール２．５の歯車１で歯面の焼入れ
深さが１ｍｍ以内で焼入れ処理した場合の歯面１１０と
背面１２０の温度変化を図４に示す。歯部１００は、高
周波加熱により焼入れ開始温度である８５０〜９００℃
（Ｔ₁ ）に達した後、冷却を開始される。歯面１１０
は、冷却開始後２．０秒以内でマルテンサイト化し焼入
れは完了するが、背面１２０は十分に冷却が行われてい
ない。この時点で冷却を中止すると、背面１２０からの
熱伝導により、歯面１１０が再び高温に戻ってしまうた
め、歯部が完全に冷却されるまで時間をかけて冷却液を
噴射しなければならない。図５に高周波コイル４から噴
射された冷却液が、歯部に噴射された後の流路を示す。
歯部の中央部１５０に接触した冷却液は、歯部の上下の
端部１３０、１４０の冷却液によって流れが阻害され、
歯部の上下の端部１３０、１４０に接触した冷却液に比
べ、歯部上に停滞する時間が長くなる。しかも、歯部の
中央部１５０に停滞する冷却液は、いったん歯部に接触
し、歯部の熱を奪い、昇温しているため、歯部の中央部
には端部より温度の高い冷却液が接触することになり、
歯部が均一な温度で冷却されず、焼入れ後の歯車に歪み
が生じる。

【０００３】そこで、特開平３−７９７２５号公報にお
いては、高周波加熱後の歯車を降下させ、冷却液槽中に
浸漬し、冷却液槽中で歯部に冷却液を噴射する、歯車の
高周波焼入れ方法が開示されている。歯車は、冷却液槽
という多量の冷却液が存在する中に、浸漬され、歯部の
隅々にいたるところまで容易に冷却される。また、冷却
液の噴射は、冷却液槽中で行われるため、歯車の歯部の
上下の端部に接触した冷却液は歯部の近傍に停滞するこ
とになり、冷却液槽の外で行う噴射に比べ、冷却温度の
差は少なくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高温に加熱された歯車
と接触した冷却液はただちに昇温する。すなわち、歯車
が冷却液に浸漬される際、歯車の下部が冷却液に接触し
た瞬間に冷却液が昇温するため、歯部の下部に続いて冷
却液槽中に浸漬する歯部の中央部から上部にかけては、
昇温した冷却液と接触することになる。歯車は加熱され
た後、急冷されることで膨張するが、歯部の下部から上
部にかけての冷却液の温度が異なるため、膨張量に差が
生じ、焼き入れ後の歯車にテーパ状の歪みが生じる。そ
こで本発明は、冷却される瞬間の歯部の膨張量を等しく
することにより、歯車を冷却液槽中に浸漬して歯部の隅
々まで容易に冷却する焼き入れ方法において、焼き入れ
後の歯車の精度を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の歯車の高周波焼
入れ方法は、歯車の歯部を高周波加熱し、前記高周波加
熱した歯車の歯部に対して放射状に冷却液を噴射させな
がら、歯車を軸方向に移動させた後、歯車を冷却液中に
浸漬することを特徴とする。

【０００６】

【作用】歯車は焼入れすべき歯部が高周波加熱された
後、歯部に対して放射状に冷却液を噴射されながら、軸
方向に移動する。移動している歯車に対して冷却液が噴
射されるため、停止している歯車に対して冷却液が噴射
される場合に比べ、冷却液が歯部に停滞する時間が、歯
部の全ての部分で、短くかつほぼ等しくなり、歯部の歯
面は均一に冷却され、焼き入れが完了し硬化する。続い
て歯車は冷却液中に浸漬されるが、歯車の歯面は硬化し
ているのに対し、背面はまだ硬化されていないため、冷
却液に接触した瞬間に膨張する。そして冷却液は、歯車
が接触した瞬間に昇温するため、歯車の下部から上部に
かけて、接触する冷却液の温度は異なり、まだ硬化され
ていない背面の膨張量も異なるのであるが、既に形成さ
れている硬化層によって膨張が阻害されるため、歪みが
防止される。また、歯部に冷却液を噴射させた歯車を、
冷却液中に浸漬させることにより、噴射のみでは十分に
されなかった、歯部の隅々にいたる部分までの冷却が容
易に行われる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【０００８】図１に本実施例の概要を示す。本実施例に
使用したディファレンシャルインターナルギヤ１（以下
ギヤと呼ぶ）は以下に示す形状のものを使用した。 外径： １８３．６ｍｍ 基準ピッチ円径： １８０．２ｍｍ モジュール： ２．４ 歯数： ６５ 歯車の厚さ： ２１ｍｍ 歯直角圧力角： ２０° ネジレ角： ３０°

【０００９】ギヤ１は、図示されないが上下および回転
動を駆動する装置を有するシリンダー２に装着される。
図２にギヤ１のシリンダー２への装着方法を示す。ギヤ
１の中心部３に、フランジ部２１０とピストン部２２０
と突起部２３０を内蔵する（ａ）シリンダー２を、フラ
ンジ部２１０が透孔部９に嵌まるように挿入する
（ｂ）。次にピストン部２２０からエアー圧により突起
部２３０が（ｃ）に示す如く出てくる。そしてピストン
部２２０がシリンダー２内に入って行き、（ｄ）に示す
如くギヤ１はシリンダー２に完全に装着される。

【００１０】シリンダー２にギヤ１を装着した後、シリ
ンダー２を下降し、ギヤ１をギヤ１の外径よりやや大き
な外径を有する環状の高周波加熱コイル４の内側に設置
する。そして高周波加熱コイル４に通電するとともに、
ギヤ１が３０〜３００ｒｐｍで回転するようにシリンダ
ー２を駆動する。高周波加熱コイル４によりギヤ１の歯
部を５００〜６００℃の温度で予熱を行い、次に、８５
０〜９００℃の温度で焼入れのための加熱を行う。ギヤ
１の歯部が８５０〜９００℃に達したら直ちにギヤ１の
回転を停止する如く、シリンダー２の駆動を停止させた
後、リンダー２を下降させ、冷却槽７の上方の、高周波
加熱コイル４とほぼ同じ外径を有する冷却環５の内側に
設置する。冷却環５は高周波加熱コイル４の下部から冷
却槽７の水面までの高さを有し、その高さは、５ｃｍで
あり、冷却水の噴出条件は、８０リットル／ｍｉｎであ
る。ギヤ１は冷却環５の中を、冷却液６の噴射をうけな
がら下降する。歯車の下降を伴いながら、冷却液が歯部
に噴射されるため、冷却水が歯部に接触した後、特に歯
部の中央部に停滞することはなく、歯部の各部には均一
に冷却水の噴射がなされ、歯部は全体的に均一な温度条
件で冷却される。

【００１１】歯車は、冷却液の噴射を受け始めた約２秒
後に冷却槽７の水面に達し、冷却槽７の水面に達したギ
ヤ１は直ちにシリンダー２からはずされ、冷却槽７中に
落とされる。冷却環５の中をギヤ１が下降する時間は、
ギヤ１の歯面が変態を完了する温度（５５０〜６００
℃）となるのに有する時間に設定されることが最もよい
とされる。歯面の変態の完了前もしくは変態の途中に冷
却槽７中に歯車を浸漬すると、歯車の硬化槽にムラが生
じるおそれがあるためである。

【００１２】冷却槽７中に歯面のみ焼き入れが完了した
歯車を浸漬させることで、背面も十分に冷却され、背面
からの熱伝導により歯面が再び高温に戻ることなく、短
時間で焼き入れが完了する。また、背面は冷却槽７中に
浸漬する際、膨張するが、冷却槽７中に浸漬する前に、
既に焼き入れが完了し、硬化している歯面により膨張は
阻害される。冷却槽７は、冷却槽７中に生じるよどみを
排除するために、エアー攪拌がなされている。冷却槽７
中では、冷却環５の中では十分に冷却することができな
い、歯部の隅々にいたるまで冷却が行われ焼入れが完了
される。図１に示されるように冷却槽７中にはギヤ１の
外径より小さい幅の２本の駆動チェーン８が設置されて
おり、駆動チェーン８上に落とされたギヤ１は冷却槽７
より外へ搬出される。本実施例によれば、１つの歯車が
高周波加熱された後冷却環に設置されると同時に、次の
歯車を高周波加熱することができ、効率的に高周波焼入
れを行うことができる。

【００１３】本発明の効果を確認するために、焼入れ後
の歯車のギヤ精度を、従来法により焼入れを行った歯車
のギヤ精度と比較し、その結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】歯形誤差の加速側とは、ある一点から方向
性をもって回転している歯車を見たとき、先にその一点
を通過する側であり、減速側とは、後からその一点を通
過する側である。従来例１は、本発明と同一寸法の歯車
を同一条件で高周波加熱した後、高周波コイル内で冷却
液を噴出させ、焼き入れを行った歯車であり、従来例２
は、本発明と同一寸法の歯車を同一条件で高周波加熱し
た後、ただちに冷却液中に浸漬させることにより、焼き
入れを行った歯車である。表１より歯溝振れ、歯形誤
差、歯スジ誤差のいずれも本発明法にしたがって焼入れ
された歯車のギヤ精度が最もすぐれていることが確認さ
れた。

【００１６】

【発明の効果】本発明の歯車の高周波焼入れ方法によれ
ば、高周波加熱後の歯車を冷却液中に浸漬させる瞬時お
よび前後において、均一に冷却することができるため、
焼入れ後の歯車に、歪みを生じさせることなく、高精度
な歯車を短時間で生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明方法の一実施例を示す断面図。

【図２】 ギヤとシリンダーの装着方法を示す断面図。

【図３】 従来の焼入れ処理方法を示す図。

【図４】 焼入れ処理の際における、歯部の歯面と背面
の温度変化を示すグラフ。

【図５】 噴射された冷却液が歯部に接触した後の流路
を示す図。 １・・・歯車（ギヤ） ２・・・シリンダー ４・・・高周波コイル ５・・・冷却環 ６・・・冷却液 ７・・・冷却槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車の歯部を高周波加熱し、 前記高周波加熱した歯車の歯部に対して放射状に冷却液
   を噴射させながら、歯車を軸方向に移動させた後、歯車
   を冷却液中に浸漬することを特徴とする歯車の高周波焼
   入れ方法。