JPS6039125A - 歯の誘導加熱焼入れ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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せる
、即ち焼入れするだ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だ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
る分野であっ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、ｆａｔ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められる場合にも、
本発明は適用可能である。上記（ｂｌ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・・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ｆｂｌの場
合を実現することは捷だ舶用歯車伝動装置の場合にも特
に有利である。

高山ノ１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靭な
芯を有しかつヘルツの接触応力に酬える高硬度外層を有
するとの条件が光道されることである。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。

（１）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寸法を得
るには相当に研削を行う必要がある。

（１１）誘導加熱焼入れ二局部加熱法。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。

（ｉｉｉ）　窒化：気体窒素を金属中に拡散させる方法
で、これば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って金属基材（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。

成る種の合金、特に種々の鋼を、力り熱及びこれに続い
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、局部的な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−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−ｊＥ
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
シ得るからである。

〔発明の目的〕

本発明け、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、歯車の成る歯の歯先から、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だめの方法
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ッ
ドを上記隣接１対の歯の間の歯みぞに沿って相対トラバ
ース運動させること１、（２）誘導子ヘッドの外表面と
上記隣接１対の歯の歯元及びフランクの表面との間に、
誘導子ヘッドと歯元表面の間では最小でかつフランクの
表面に沿っては、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ノ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
ように誘導子ヘッ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、 （ａｌ　歯車全体を冷却液の浴槽に浸漬すること、（１
）ｌ　冷却液として油又はその他の非水急冷液を用いる
こと、 ｆｃｌ　誘導子ヘッド高さを、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）　（ｉ）所定のすき間、　（１１）誘導子ヘッド
への電気エネルギの供給率及び同ヘッドのトラバース運
動の運動速度及び（１１１）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った浴槽中に
浸漬すること〔上記特徴項（ａｌ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
ッ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く又は厚さ）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ッドを用いること〔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
れ如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
なっていないが、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、これてより各歯が、歯車の作動
詩画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“皮（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ッド、 誘導子ヘッ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ッ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、 冷却液の入った状態において、歯車を全体的に冷却液中
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 誘導子ヘッ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ッ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Ｋ、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、丑だこれにより歯車が焼
入れに先行して等形状の温度になることが可能となり、
寸だ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ととが出来る。

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
ぞに沿う誘導子ヘッドの１トラバース運動と上記１対の
歯に隣接する１対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、浴槽中の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。好丑し
くけ、浴槽中の冷却液を冷す外部手段を設ける。

誘導子ヘッドのトラバース運動の終了の都度、このヘッ
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）歯車のインデックスを行うことが
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、歯車を誘導子ヘッ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、 好寸しくない効果のおそれを最低に抑えて所要部位に磁
界（フィールド）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絹合わせて構成され、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
って案内し、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だめの第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Ｖこ或いはそれと共に歯車を回転
させる手段、 歯の端部に面取り弐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
及び終了時に歯肉に熱の漸進的なビルドアップ及び降下
を生じさせるだめの手段、 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だめの手段、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
貯蔵するだめの手段、 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っている。

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
肉に熱の漸進的なビルドアン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
によるものであってよい。

上記に代え、誘導子の各トラバース運動の開始時又は終
了時に歯肉に熱の漸進的なビルドアップ及び降下を生じ
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Ｋよるものであ
ってもよい。

好捷しくは、冷却水の流れ及び冷やされ、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ゃ断等を行うだめの手段を設
ける。

〔実施例〕

本発明の理解の促進のためまだ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
ずる熱を除くだめの冷却液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
なっている。

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ット制御を利用する。

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ッド１１ａ（第２ａ図及び第２
ｂ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、捷だその
内部には冷却水１２が、更に電源１３から電力が供給さ
れるようになっている。

誘導子ヘッド１１ａは第２ａ図及び第２ｂ図に詳細に示
されている。このヘッドは、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ッド１１ａを支持する
こと、金属を介し同ヘッド１１ａに電流を通じること及
びパイプ２０の穴を通しヘッド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２
０は、銅板から作られた中空の三角部材２１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、四角柱の銅チューブ２３を介し接合され
ている。このようにして、１本の銅バイブ２０から、三
角部材２１、銅チューブ２３及びもう１つの三角部材２
１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及び銅チューブ２３０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、銅チューブ２６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
ッド１１ａの中心部分は強調部（インテン７ファイア）
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ッドの設計、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えられ（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２
４を得ることが出来る。また、これにより、さもなけれ
ば歯先部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。

銅チューブ２６の下縁部には充填鋼片２５が固着されて
いて、誘導子ヘッドの全体が、仕上げ加工され、滑らか
な外表面、また後述のように成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本の銅バイブ２０に調性を与えるため、絶縁材２６が
用いられ、また各パイプ２０の端部は金属ブロック２７
中に収められている。これら金属ブロック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
ッド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、間両Ｂ及びＣのフラン
クの間の歯元の表面を孤３６にてそれぞれ示す。垂直面
及び水平面における誘導子ヘッド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）６１を
利用する。最も単純には、これら案内６１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
子ヘッド３０〔又は４０（第４図）を１方が先導し、他
方が同ヘッドに追従するような構成とする。誘導子ヘッ
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）への取付は部を介し
相互に位置固定されている。ヘッド３０（４０）及び案
内３Ｎ４１，４２）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ってよい。ヘッド３
０の確かな位置決めをはかるため、若干の抑圧を行い、
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（で保つ。ヘッド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、ヘッド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
っ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、誘導子ヘッド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。平歯車の場合にば、誘導子ヘッドは正三角柱状の
ものであってよいであろう（第２ａ図、第２１〕図、第
３図、第４図）。

第６ａ図は、平面図により誘導子ヘッド６０の上表面を
示す。このヘッドは、平歯車の隣接１対の歯６１及び６
２の間の歯みぞに沿いトラバース運動を行って焼入れを
行うのに適した正三角柱形状のものである。第６１）図
は誘導子ヘッド６０ａを示すが、このヘッドは断面平行
四辺形の角柱状のものであって、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って焼入
れを行うのに適している。

実質的だ均一な厚さの誘導加熱焼入れ表層又は外層３６
（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）。

誘導子ヘッド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Ｂ＋、Ｃ
＋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３
４．６５（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、図示のよって誘導子ヘッド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６４．３５と同様に、噴流４６．４７も、誘導子ヘッ
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４６．４７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、捷たこのことは、加熱
された油を除くルートを設けることが必要であり、壕だ
噴流の流入により“閉塞状態”の生じることがあっては
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
成されたユニットの形で運動するよう、誘導子ヘッド４
０及び案内４１．４２に関して固定されたものである。

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）を通って誘導子ヘッド４０に供給される。誘導加熱
装置１１は、誘導子ヘッ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、好捷しくは、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だめしゃ断又
は締切り手段も設ける。歯みぞに沿う誘導子ヘッド３０
のトラバース運動を制御するだめ案内手段（４１，４２
，６１）に組み適寸れだマイクロスイッチを利用するサ
ーボ機構を用いる。はすば歯車の歯に焼入れ加工を行う
場合匠は、歯車１（第１図）の回転を誘導子ヘッドのト
ラバース運動と同時的に制御する。

誘導加熱装置１１もまだ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、誘導子ヘッド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ッドに組み合
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、誘導子ヘッド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
しての熱伝導のだめ、捷た油の噴流３４による冷却にも
かかわらず、フランクＢ。

の既に焼入れの行われた表層又は外層部分（点線６３寸
での部分）が更に加熱される。その結果、フランクＢ、
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−＼の支承具合は、フランクＡ２（図示
せず）、Ｂ２．０２等が前進出力を伝達する際に荷重を
受けフランクＡ、　（図示せず）、Ｂ、、　Ｃ，等が後
退出力を伝達するようなものとすればよい。誘導子ヘッ
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Ｃ
２は焼もどしを受け、その後のフランク、例えばフラン
クＣＩ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
が少なくも設泪上の要件は充すように常に設定されるべ
きである。

成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１ｄ、
次のパラメーターが重要である。

（１）歯の累月が充分な機械的及び冶金学的特性を有す
るものである。

（３１） （１１）歯及び歯元の熱の高低度、均−性及σ分布。

（ｉｉｉ）　冷却の高低度。

（１ｖ）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。

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
。

変動、差違のない結果を達成するためには、各歯共誘導
子ヘッ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。従って、各トラバース運動の終了時には、
この時誘導子ヘッド及び案内手段（又はピン）４１．４
２が完全に歯みぞ外だ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ゃ断し、まだ誘導子ヘッド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（３２） 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６を完全に混合された状態に維持し寸だ休止時間
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
導子ヘッド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
ｊＥが必要である。熱入力又は加熱の程度は、次の要素
［ａ）ないしくｄｌにより決捷る。

（ａｌ　誘導子ヘッド３０における電）Ｊの電圧、アン
ペア数及び周波数。

（１〕）加熱の持続期間、即ち誘導子ヘッド３０の長さ
、及び歯みぞを通過する運動速度。

（Ｃ１誘導子ヘッ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）　誘導子ヘッド６０と歯元の間のすき間及び同ヘ
ッ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）。

（１））及びｆｃ）は予め決定可能であり、また要素ｆ
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壕だ従って伝導による熱損
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、誘導子ヘンド３０の外郭形状を、同ヘッド３Ｄ
と歯車の金属の間のすき間が、歯元近傍の最小部から１
だ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３３が実質的に
一定の温度となる」：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３
６（第３図）上方に狭小で均一のすき間を形成する。孤
６６の端部からフランクに沿い上方に、すき間を漸増さ
せ熱人力の率が歯先に向い漸減するようにはかる。誘導
子ヘッド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
を誘導子ヘッド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、誘導子ヘッドの高さは、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
ッ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
アップを、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、誘導子ヘッドの
高さは歯みぞ深度のいない１％である。

トラバース運動の開始時及び終了時に、誘導子ヘッド３
０が歯みぞに入り捷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捷しい方法を第５
図に示す。

この図においては、誘導子ヘッド５０は、平板状のラッ
ク型歯車５０ａの隣接歯の間のギャップ即ち歯みぞにち
ょ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、誘導子ヘッド５０を
正確に位置させるよう歯のフランク５６に沿い滑り運動
を行っている。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、誘導子ヘッド５０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
うに熱のビルドアッ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５１）がラン
アウト部を離れたならば電力供給をしゃ断し、誘導子ヘ
ッド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
の開始に先立って歯が１ピンチ分移動される、即ちイン
デックスが行われる。

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
のビルドアップを制御するには、誘導子ヘッド５０の南
向への進入に連れ同ヘッドへの電力供給を漸増するか、
或いはヘッド５０を歯に向は速やかに近付け、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っ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っ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、成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って、歯に９荷のかかった
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。

（１ｖ）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。

ｆａ）　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
。

ｆｃｌ　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。

（ｄｌ　誘導子ヘッ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、系統室てた、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だお
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。

誘導子ヘッ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対の歯を誘導子ヘッドと案内手段とに
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
ックの場合にはわずかな直線運動である。この運動は、
手動式に行ってもよいし、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、まだこの曲線部と
フランクの間の変移部、即ち“すみ肉”部（作動時１、
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７ランクに沿っても形成される
。圧縮応力を生じさせることは決定的に重要なことであ
り、またと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（即ち歯元すみ内部）Ｋ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シ破損、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内部
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
な引張強質を超えて歯の損壊、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１（起る分子配向の正確な様
相、性質は完全に明らかになっ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に等しいもの
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、歯元すみ内部
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った。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ップ
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
ったが、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だめの方法及び
装置を説明するためのブロック図、第２ａ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ッドの
側面図、第２ｂ図は第２ａ図Ａ−Ａ線に沿う誘導子ヘッ
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ッドの線図正面図
、第４図は隣接歯（歯先を・・フランクを入れて示す）
の間に位置した誘導子ヘッドを示す第３図の平面図、第
５図は平板状のラック型歯車の隣接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
子ヘッドの線図側面図、第６ａ図及び第６ｂ図はそれぞ
れ平歯車及びはすげ歯車の焼入れのための誘導子ヘッド
の上表面を示す平面図である。 １　、５０８・・・歯車（５０ａ・・・ラック型歯車）
、２・・・浴槽、３・・・冷却液、１１ａ　、　３０　
、４０　、５０　、６０．６０ａ誘導子ヘツド、６３・
・・（焼入れ）表層又は外層、３３ａ・・・作動（表）
面（又は皮、スキン）、３Ｌ３２゜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　、６１．６２．６６．６４・・・歯（６
３゜６４・・・けす歯）、Ｂ＋　、Ｂ２　、　Ｃ＋　、
　Ｃ２、５３・・・フランク、Ｂ３．Ｂ、・・・歯先。 第３図 ４２ 第４図 第２ｂ図 １５８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　歯車（１）の歯（Ｂ、Ｃ）のフランク（Ｂ２、Ｃ
   ，）及び歯元（３６）の表面に焼入れ表層又は外層（６
   ６）を誘導加熱によシ形成する方法であって、（１）電
   気的に付勢可能で、隣接１対の歯ＣＢ、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
   ッド（１１ａ）を上記隣接１対の歯（Ｂ、　Ｃ）の間の
   歯みぞに沿って相対トラバース運動をさせること、 （２）誘導子ヘッド（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、
   Ｃ，）の表面との間に、誘導子ヘッド（１１ａ）と歯元
   （６６）の表面との間では最小でかつフランク（Ｂ２、
   Ｃ，）の表面に沿っては、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（６
   ６）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ッド（１１
   ａ）のトラバース運動を案内手段（３１，６２）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（
   Ｂ、、Ｃ２）、歯先（Ｂ３、Ｃ３）、加熱フランク（Ｂ
   ２、Ｃ，）及び歯元（６６）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
   ら成シ、 ｆａ）　歯車（１）の全体を冷却液（３）の浴槽（２）
   に浸漬すること、 ｆｂｌ　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、 ｆｃｌ　誘導子ヘッド口１ａ）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 ｆｄ）（ｉ）所定のすき間、輸）誘導子ヘッド（１１ａ
   ）への電気エネルギの供給率及び同ヘッド（１１ａ）の
   トラバース運動の速度及び（ｉｌ）急冷の速度及び方法
   という加工又は処理パラメ−ターを、上記１対の歯（Ｂ
   、　Ｃ）のフランク（Ｂ２、Ｃ，）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（６６）の表面及びその隣接
   フランク（Ｂ２、Ｃ＋）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（３
   ６）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（Ｃ７）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ッド（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、　誘導子ヘット責１１ａ）の各トラバース運動の終
   了時に、次の１対の歯（Ｃ，Ｄ）を誘導子ヘット責１１
   ａ）の案内手段（３１，６２）に整合させるように歯車
   （１）をインデッ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）かはす歯（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ッド（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
   、Ｃ，）及び歯元（６６）の曲線部の表面に焼入れ表層
   又は外層（６６）を誘導加熱により形成する装置であっ
   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
   ヘット責１１ａ）、誘導子ヘッド（１１ａ）の外表面と
   上記１対の歯（Ｂ、　Ｃ）の歯元（６６）及びフランク
   （Ｂ２、ｃ、）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ッド（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）の入った状態において、歯車（１）を金的
   に冷却液（６）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 誘導子ヘッド（１１ａ）のトラバ−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、　誘導子ヘッド口Ｉａ）の高さが、歯（Ａ−Ｅ・・
   ・）の各対の歯元（６６）と歯元（Ｂ、、Ｃ１）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
   。 ｉｏ、誘導子ヘッド（１１ａ）高さが、前記歯みぞの深
   さの捧と％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。