JPH0211727A - 歯車の雰囲気ガス中における高周波コンターハードニング方法およびその装置 - 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】 産深」Ｊ冴り七別顆 本発明は、小モジュールの歯車（例えばＭ２〜６）に対
して、浸炭硬化法による硬化層にほぼ匹敵する硬化パタ
ーンを得るため、高周波焼入れ、特に高周波光輝焼入れ
、或いは高周波無酸化焼入れによって、歯車の雰囲気ガ
ス中におけるコンタ−ハードニングを行う方法と、その
方法を歯車に施す装置に関する。

従来■伎街 従来、高周波焼入れによって歯車の表面焼入を行うには
、歯車の歯先の周囲に、歯先に対向するように配置した
環状コイルを用いている。歯車のコンタ−ハードニング
（Ｃｏｎｔｏｕｒ　Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　）とは、第６
図（ａ）に示すように、複数の歯１０１を有する歯車１
００において、歯１０１の歯先１０２、歯側面１０３お
よび歯底１０４の何れにおいても、硬化層１０５の厚さ
ｔをほぼ一定であるように形成することをいう。

、■が”しようとするｉ しかしながら、従来の表面焼入方法による場合には、第
６図（ａ）に示したようなほぼ一定の厚さの硬化層１０
５を形成することはなかなか難しく、いろいろと異なっ
た硬化パターンが生じる。例えば、第６図（ｂ）に示す
ように、歯底１０４から歯側面１０３を経て歯先１０２
に至るにつれて硬化層１０５の厚さが段々大きくなった
り、或いは第６図（Ｃ）に示すように、歯１０１全体に
硬化層１０５が形成され、しかも空気中における焼入の
ため被焼入表面が酸化する。このような硬化層１０５が
形成されると、歯１０１が脆くなり、歯車１００に衝撃
が掛かった場合に、歯１０１が欠損することがある。

本発明は以上のことに鑑みてなされたもので、相連接し
た予備室と熱処理室を具備する雰囲気室（断面はぼコの
字型で下部開放部は冷却液面に埋没し、液面と断面はぼ
コの字型の密閉部とで室内と室外の外気とを遮断する）
を設け、この予備室および熱処理室内に導入された雰囲
気ガスを排出する排出口を予備室および熱処理室に設け
、予備室内に侵入する大気および熱処理室内にてワーク
を加熱することにより発生ずるガスを雰囲気ガスと置換
し、高周波焼入により歯車の歯先、歯側面および歯底の
いずれにおいてもほぼ均一な厚さを有し、且つ歯車を雰
囲気ガス中で処理することによって歯面が光輝面を有す
る硬化層を形成することができる所謂光輝コンタ−ハー
ドニング方法と、その方法を歯車に施す装置とを提供す
るごとを目的としている。

ジ　をｌするための一段 以上の課題を解決するために本発明の歯車の雰囲気ガス
中にお４ノる高周波光輝、コンタ−ハードニング方法は
、歯車を非酸化性または還元性のガスが充満した予備室
に導入して空気と置換する工程と、前記歯車を前記ガス
が充満した熱処理室に搬入し、この熱処理室内で前記歯
車を予熱した後本加熱する工程と、本加熱した歯車を冷
却するとともに前記熱処理室から搬出する工程とを有し
ており、且つ前記工程は自動連続的に行われる。

また本発明の歯車の雰囲気ガス中における光輝高周波コ
ンタ−ハードニング装置は、非酸化性または還元性のガ
スと空気を置換する予備室と、予備室と連設されるとと
もに前記ガスが充満し、歯車を予熱する手段および本加
熱する手段とを有する熱処理室と、加熱した歯車を冷却
する冷却手段と、歯車を保持して前記予備室、熱処理室
および冷却手段間を移動する移動手段とを具備している
。

作■ 歯車は移動手段によって公転し、シャッターＳ１の開閉
により（このときシャッターＳ２は閉の状態）大気中か
ら予備室内に搬入され、予備室内に侵入した大気は流入
するガスによって置換された後、歯車は大気と完全に遮
断された状態でシャッターＳ２の開閉により（このとき
シャッターＳは閉の状態）熱処理室内に搬入されて移動
手段によって自転を開始し、予熱コイルによって予熱さ
れて後歯車は加熱コイル位置まで上昇し加熱コイルによ
って本加熱される。本加熱の後加熱コイルから噴射され
た冷却液によって噴射冷却される。

次いで、歯車は移動手段によって浸漬冷却液中に下降し
て更に冷却される。この後、歯車は自転を停止し冷却液
中で公転を継続する。

冷却液中での冷却が完了すると、歯車は冷却液面より上
に上昇し、次いで未焼入れの歯車と交換される。

プ膜順桝 第１Ｖ〜第４Ｖは本発明の一実施例を示し、第１図は高
周波光輝コンタ−ハードニング方法によって歯車に焼入
れをする高周波光輝コンタ−ハードニング装置の動作を
説明するためこの装置を直線的に展開した概略図を、第
２図（ａ）はこの装置の平面図を、第２図（ｂ）はこの
装置の正面図を、第３図は予熱コイルの斜視図を、第４
図（ａ）は加熱コイルとワークの平面図を、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）のＡＡ断面図とワーク載置部の一部の
断面図をそれぞれ示す。

この高周波光輝コンタ−ハードニング装置は、両端にシ
ャッターＳ１およびＳ２が設置された下部開放の予備室
１０と、シャッター３２を介して予備室１０と連設され
た同じく下面開放の熱処理室２０と、ワークＷである歯
車を載置して予備室１０、熱処理室２０および冷却手段
３０間を移動する移動手段４０とを有する。

前記熱処理室２０は、第２図（ａ）に示すようにほぼ半
円弧状をなすように形成されており、ワークＷが予熱さ
れる予熱ゾーン２１と本加熱および噴射冷却される本加
熱焼入ゾーン２２とに分けられている。

前記移動手段４０は、ワークＷである歯車が載置される
ワーク載置部４１　（４１，〜４１１□）を設けたター
ンテーブル４２と、熱処理室２０の本加熱焼入シン２２
と予備室１０の中間（第１図で３００°の位置）で前記
ワーク載置部４１を冷却液Ｌ２の液面から上昇させる第
１シリンダ４３と、熱処理室２０内部の本加熱焼入ゾー
ン２２（第１回で２１０°の位置）でワク載置部４１を
上下させる第２シリンダ４４とを有する（第２図（ｂ）
）。但し、第２図（ａ）に示したワーク載置部４１．の
位置を、ターンテーブル４２の回転の基準点である０°
位置としてあり、このＯ°位置は第１図の０°位置と合
致している。

予備室１０と熱処理室２０には、雰囲気ガスとして窒素
やアルゴン等の非酸化性または水素等の還元性のガスＧ
を供給するガス供給手段５０が接続されている。また、
供給されたガスＧを排出するためのガス排出口５１．５
２がそれぞれ予備室１０と熱処理室２０の天井部分に開
設されている。

熱処理室２０の予熱ゾーン２１　（第１図で９０°の位
置から１８０°の位置まで）には、予熱されるワクＷの
移動に対応できるように、第３図に示すほぼ１／４円弧
状に形成したトンネル型の予熱コイル２３が、また本加
熱焼入ゾーン２２（第１図で２１０°の位置）には第４
図に示すようなほぼ円型の加熱コイル２４がそれぞれ設
置されている。予熱コイル２３および加熱コイル２４に
は、それぞれ第２図（ａ）に示した高周波電源２３ａお
よび２４ａから高周波電流が給電される。なお、加熱コ
イル２４には、冷却液を噴射する噴射孔２４ａが形成さ
れている。

移動手段４０は、いわゆるゼネバ機構であって、ターン
テーブル回転機構（図示省略）によって第２図（ａ）に
示す矢印Ａの方向に間歇的に回転するターンテーブル４
２と、このターンテーブル４２」二に上下動自在に設置
された１２個のワーク載置部４１　（４１〜４１．２）
とを有する。即ち、このワーク載置部４１はターンテー
ブル４２の中心から見て、３０°ずっの間隔でターンテ
ーブル４２の上面周辺部に同心円状に設置されている。

また、ターンテーブル４２は、約１５秒間隔で１ステツ
プずつ間歇的に進み、その１ステツプでターンテーブル
４２は１５°回転する。

即ち、ターンテーブル４２は２４ステツプで１回転する
。このようにターンテーブル４２が回転することによっ
て、ワーク載置部４１に載置されたワークＷは公転する
ことになる。

更に、ワークＷを均一に予熱、本加熱および噴射冷却す
るために、予熱ゾーン２１と本加熱焼入ゾーン２２にお
けるワークＷを回転させるワーク自転手段４５がターン
テーブル４２の縁部に沿っ°ζ設りられている。このワ
ーク自転手段４５は９個あり、第１図において、９０°
の位置以上２１０°の位置以下で各ステップの位置にあ
るワーク載置部４１を自転させる。第２図（ｂ）では、
第１図の２１０°の位置にあるワーク載置部４１．を回
転させるワーク自転手段４５のみを代表として示してい
る。

冷却手段３０は、加熱コイル２４から噴射される冷却液
Ｌ１、タンク３１およびこのタンク内の冷却液Ｌ２とか
ら構成されている。予備室１０と熱処理室２０の側面の
下端部分は、冷却液Ｌ２中に浸かっている。また、ワー
ク載置部４１を取り付けたターンテーブル４２は、冷却
？ｆ９．Ｌ　２中に設置されており、前記のように、第
１シリンダ４３と第２シリンダ４４とによって各ワーク
載置部４１は冷却液Ｌ２の液面上に出たり、或いは液面
下に沈む。

次に、本実施例の動作について第１図（ａ）〜（ｊ）を
参照して説明する。なお、第１図の（ｂ）以下の図面で
は、ガス供給手段５０、加熱コイル２４等および予熱ゾ
ーン２１と本加熱焼入ゾーン２２の表示を省略している
。また、第１図（ａ）、（ｅ）および（＋）に示した１
５°間隔のＯ°〜３６０°の目盛りは、第２図（ａ）に
おいてワーク載置部４１．が位置している場所を０゜と
して前記矢印Ａの方向に順次１５°のピッチで選定した
位置に対応するものである。なお、第１図（ｂ）〜（ｄ
）、げ）〜（ｈ）および（ｊ）では０〜３６０°の目盛
りを省略した。また、予備室１０と熱処理室２０にはガ
ス供給手段５０から常にガスＧが供給されており、供給
されたガスＧは排出口５１．５２から排出している。予
熱コイル２３および加熱コイル２４には、それぞれ高周
波電源２３ａおよび２４ａから高周波電流が給電される
。

以下、主としてワーク載置部４１．の動きにともなって
発生ずる動作を説明する。

０°位置でワークＷ１がワーク載置部４１１　に載せら
れる。このとき、ワーク載置部４１□〜４１．。にはワ
ークＷは載置されておらず、ワーク載置部４１１□は予
備室１０中に、ワーク載置部４１１１は熱処理室２０内
に、ワーク載置部４１１゜〜４１７　は熱処理室２０内
の予熱ゾーン２１に、ワーク！！２置部４１６は本加熱
焼入ゾーン２２（このゾーンの下部の冷却液Ｌ２中）に
、ワーク載置部４１５〜４１４は冷却液Ｌ２中に、ワー
ク載置部４１３〜４１□は冷却液Ｌ２の液面より上昇し
て大気中にある（第１図（ａ））。

次にシャッターＳ２が開かれ、ターンテーブル４２が１
ステンプ進むと、ワーク載置部４１１　は予備室１０の
直前に至り、ワーク載置部４１，２は熱処理室２０内へ
入り、シャッターＳ２が閉じる。この間においてはシャ
ッターＳ１は閉した状態にある（第１図（ｂ））。

次のステップでシャンク−３１が開き、ワーク載置部旧
、は予備室１０内に至り、シャッターＳが閉しる。この
間シャンク−３２は閉した状態にある。予備室１０内に
流入した空気は、ガスＧによって置換される。０°の位
置に来たワーク載置部４１２にワークＷ２が載置される
（第１図（Ｃ））。以下、順次Ｏ°の位置に来るワーク
載置部４１には、その都度ワークＷが載置される。

次のステップで、シャッターＳ２が開き、ワーク載置部
４１．は、大気とは完全に遮断された状態で熱処理室２
０内に入り（４５°位置）、シャッター８２が閉しる。

また、ワークＷ２は、予備室１０直前の大気中の位置（
１５°の位置）にくる（第１図（ｄ））。

この後、３ステツプ経過すると、ワーク載置部４１、は
９０°の位置に至り、即ち予熱ゾーン２１に到着し、高
周波電源２３ａから高周波電流を給電された予熱コイル
２３によって、ワークＷ１の予熱が開始される。また、
ワーク自転手段４５がワーク載置部４１．を自転させる
のでワークＷ１　も自転を開始する（第１図（ｅ））。

ステップが進むにつれて、ワークＷｌは予熱ゾーン２１
内を自転しながら、順次ステップ状に公転して進行し予
熱が継続して行われる（第１図（ｆ））ワーク載置部４
１．が２１０°の位置、即ち本加熱焼入ゾーン２２に至
ると、ワーク載置部４１．は第２シリンダ４４によって
上昇され、ワークＷＩは加熱コイル２４内に搬入される
。次いで、加熱コイル２４に高周波電源２４ａから高周
波電流が給電されて本加熱が行われ、その後加熱コイル
２４から冷却液Ｌ１がワークＷ１に噴射されて噴射冷却
が行われる。

次いで、第２シリンダ４４によってワーク載置部４１１
が冷却液Ｌ２中に沈められてワークＷ１の浸漬冷却が開
始される（第１図（（２））。

次のステップで本加熱焼入ゾーン２２を出たワクＷ１は
その位置（２２５°の位置）以後自転を停止し、冷却液
Ｌ２中を順次進んで冷却が継続して行われる（第１図（
ｈ））。

ワーク載置部４１．が３００°の位置に来ると、第１シ
リンダ４３によってワーク載置部４１．　、従ってワー
クＷ１は冷却液Ｌ２の液面より上に上昇する（第１図（
ｉ））。

次に、ワーク載置部４１、は３３０°の位置に至り、ワ
ークＷ、が取り去られる（第１図（Ｊ））。この後、順
次３３０°の位置に来るワーク載置部４１からワークＷ
が取り去られる。

以上のように、ワークＷ、がワーク載置部４１１に載置
された後は、ワークＷ１に対して予熱、本加熱、噴射冷
却および浸漬冷却のサイクルが自動的に且つ連続して行
われて後、ワークＷ、がワク載置部４１．から取り外さ
れる。

ワーク載置部４１．がＯｏの位置に来ると、初めと同様
に未焼入れのワークが載置されて、再び、上記のサイク
ルが繰り返して行われる。

以上は主としてワーク載置部４１．の動作と、このワー
ク載置部に載置されたワークＷ１の動作について説明し
たが、ワーク載置部４１□〜４２□２とこれらワーク載
置部に載置されるワークＷ２〜Ｗｌ□の動作も同様であ
る。

本実施例では、ワーク載置部が１２個であるとしたが、
必ずしも１２個にこだわるものではなく、適宜にワーク
載置部の個数を選定することができる。

第５図は本実施例によって高周波焼入れした歯車の硬度
分布の測定結果を示すグラフであって、横軸および縦軸
は、それぞれ歯の表面からの深さ（ｍｍ）および硬度（
１（ν）を表しており、第５図（ａ）は歯底の、第５図
（ｂ）は歯先の硬度分布をそれぞれ示す。なお、曲線５
１と５３は予熱を行った場合の、曲線５２と５４は予熱
を行わなかった場合の硬度分布を示す。

この測定に用いた歯車の諸元データは以下の通りである
。

モジュール　３．５ 歯数　　　　２８　　ｍｍ 歯幅　　　　２０　　ｍｍ 圧力角　　　２０゜ 内径　　　　２０　　ｍｍ 外径　　　１０５　　ｍｍ 鋼種　　　５４５Ｃ 焼入表面積　　　約１２０　ｃｍ２ 前熱処理時（焼入れ、焼戻しともに）の硬度Ｈν２５０ 曲線５１と５３が得られた場合の予熱、本加熱および冷
却条件は以下の通りである。

予熱条件 周波数　　　１０　　ｋｌｌｚ以下 予熱温度　２００〜６５０　’Ｃ 本加熱条件 周波数　　　１（１−１００ｋｌｌｚ 入力　　　３３〇　　四 加熱時間　０．６　　秒 冷却条件 噴射冷媒　００４１１％、３０°Ｃ１７０１，／ｍｉｎ
浸漬冷媒　ＵＱＡ　１１％、３０°Ｃ 冷却時間　噴射冷却５秒＋浸漬冷却時間歯車に形成され
た硬化層の硬度がＨｖ４５０以上である範囲を硬化層の
有効深さとした場合、硬化層の有効深さは、曲線５１．
５２．５３および５４により以下のようになる（単位は
ｍｍ）。

歯底　　歯先 予熱を行った場合　　　　　０．８　　１．２５予熱を
行わなかった場合　　１．２５　　６．８上記結果は、
歯車に本実施例による焼入を実施した場合には、歯底、
歯先、従ってまた歯側面も含めて良好なコンタ−ハード
ニングが得られることを示しているとともに、予熱を行
うことと、加熱用電力の大きさ（引いては加熱時間）の
影響によって特に歯先における硬化層の有効深さに顕著
な差異が生じることが分かる。

金凱床跋果 以上説明したように、本発明の歯車の高周波コロ ンターハードニング方法と、このコンタ−ハードニング
方法を用いた高周波コンタ−ハードニング装置とによれ
ば、歯車を非酸化性または還元性のガスが充満した予備
室に搬入する工程と、歯車をこのガスが充満した熱処理
室に搬入して予熱した後本加熱する工程と、本加熱した
歯車を冷却するとともに熱処理室から搬出する工程とを
有しており、且つこれら工程は自動連続的に行われるの
で、歯車に良好なコンタ−ハードニングを行うことがで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１回〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は高
周波コンタ−ハードニング方法によって歯車に焼入れを
する高周波コンタ−ハードニング装置の動作を説明する
概略図を、第２図（ａ）はこの装置の平面図を、第２図
（ｂ）はこの装置の正面図を、第３図は予熱コイルの斜
視図を、第４図（ａ）は加熱コイルとワークの平面図を
、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＡ−Ａ断面図とワーク
載置部の一部の断面図をそれぞれ示す。 第５図は本実施例によって高周波焼入れした歯車の硬度
分布の測定結果を示すグラフであって、第５図（ａ）は
歯底の、第５図（ｂ）は歯先の硬度分布をそれぞれ示す
。第６図は歯車に形成されたいろいろな硬化層のパター
ンを示す。 １０・・・予備室、２０・・・熱処理室、２１・・・予
熱ゾーン、２２・・・本加熱焼入ゾーン、２３・・予熱
コイル、２４・・・加熱コイル、３０・・・冷却手段、
４０・・・移動手段、４１・・・ワーク載置部、４２・
・・ターンテーブル、４３・・・第１シリンダ、４４・
・・第２シリンダ、４５・・・ワーク自転手段、Ｇ・・
・非酸化性または還元性ガス、Ｓｌ、Ｓ２　・・・シャ
ッター、Ｗ・・・ワーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）歯車を非酸化性または還元性のガスが充満した予
   備室に搬入する工程と、前記歯車を前記ガスが充満した
   熱処理室に搬入し、この熱処理室内で前記歯車を予熱し
   た後本加熱する工程と、本加熱した歯車を冷却するとと
   もに前記熱処理室から搬出する工程とを有しており、且
   つ前記工程は自動連続的に行われることを特徴とする歯
   車の雰囲気ガス中における高周波コンターハードニング
   方法。
2. （２）非酸化性または還元性のガスが充満した予備室と
   、予備室と連設されるとともに前記ガスが充満し、歯車
   を予熱する手段および本加熱する手段とを有する熱処理
   室と、加熱した歯車を冷却する冷却手段と、歯車を保持
   して前記予備室、熱処理室および冷却手段間を移動する
   移動手段とを具備することを特徴とする歯車の雰囲気ガ
   ス中における高周波コンターハードニング装置。