JPH048489B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば小モジユールの歯車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
よつて、歯車の雰囲気ガス中におけるコンターハ
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。

従来の技術 従来、高周波焼入れによつ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
コンターハードニング（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１００において、歯１０１の歯先１０
２、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。

発明が解決しようとする課題 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１０５を形成することはなかなか難しく、
いろいろと異なつ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つたり、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
に衝撃が掛かつた場合に、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
（断面ほぼコの字型で下部開放部は冷却液面に埋
没し、液面と断面ほ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す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
よつ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ーハードニング方法
と、その方法を歯車に施す装置とを提供すること
を目的としている。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するために本発明の歯車の雰
囲気ガス中における高周波光輝コンターハードニ
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
高周波コンター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 用 歯車は移動手段によつて公転し、シヤツターS₁
の開閉により（このときシヤツター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つて置換された
後、歯車は大気と完全に遮断された状態でシヤツ
ターS₂の開閉により（このときシヤツターS₁は閉
の状態）熱処理室内に搬入されて移動手段によつ
て自転を開始し、予熱コイルによつて予熱されて
後歯車は加熱コイル位置まで上昇し加熱コイルに
よつて本加熱される。本加熱の後加熱コイルから
噴射された冷却液によつて噴射冷却される。

次いで、歯車は移動手段によつて浸漬冷却液中
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。

実施例 第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第
１図は高周波光輝コンターハードニング方法によ
つて歯車に焼入れをする高周波光輝コンターハー
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。

この高周波光輝コンターハードニング装置は、
両端にシヤツターS₁およびS₂が設置された下部開
放の予備室１０と、シヤツターS₂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（４１₁〜４１₁₂）を
設けたターンテーブル４２と、熱処理室２０の本
加熱焼入ゾーン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
図で210゜の位置）でワーク載置部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４１₁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0゜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５１，５２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
ーク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つ
て、ターンテーブル回転機構（図示省略）によつ
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４２と、このターンテーブル４
２上に上下動自在に設置された12個のワーク載置
部４１（４１₁〜４１₁₂）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゜ずつ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。このような
ターンテーブル４２が回転することによつて、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の縁部に沿つ
て設けられている。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
位置以下で各ステツ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４１₈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
に浸かつている。また、ワーク載置部４１を取り
付けたターンテーブル４２は、冷却液L₂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とによつて各ワーク載置部４
１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ｉに
示した15゜間隔の0゜〜360゜の目盛りは、第２図ａに
おいてワーク載置部４１₁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゜のピツチで
選定した位置に対応するものである。なお、第１
図ｂ〜ｄ，ｆ〜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２４
ａ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４１₁の動きにと
もなつて発生する動作を説明する。

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４１₂〜４１₁₂
にはワークＷは載置されておらず、ワーク載置部
４１₁₂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４１₁₀〜４１₇
は熱処理室２０内の予熱ゾーン２１に、ワーク載
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
_２は冷却液L₂の液面より上昇して大気中にある
（第１図ａ）。

次にシヤツターS₂が開かれ、ターンテーブル４
２が１ステツプ進むと、ワーク載置部４１₁は予
備室１０の直前に至り、ワーク載置部４１₁₂は熱
処理室２０内へ入り、シヤツターS₂が閉じる。こ
の間においてはシヤツターS₁は閉じた状態にある
（第１図ｂ）。

次のステツプでシヤツターS₁が開き、ワーク載
置部４１₁は予備室１０内に至り、シヤツターS₁
が閉じる。この間シヤツターS₂は閉じた状態にあ
る。予備室１０内に流入した空気は、ガスＧによ
つて置換される。0゜の位置に来たワーク載置部４
１₂にワークW₂が載置される（第１図ｃ）。以下、
順次0゜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。

次のステツプで、シヤツターS₂が開き、ワーク
載置部４１₁は、大気とは完全に遮断された状態
で熱処理室２０内に入り（45゜位置）、シヤツター
S₂が閉じる。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
４１₁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によつて、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４１₁を自転させるのでワークW₁も自
転を開始する（第１図ｅ）。

ステツプが進むにつれて、ワークW₁は予熱ゾ
ーン２１内を自転しながら、順次ステツプ状に公
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４１₁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４１₁は
第２シリンダ４４によつて上昇され、ワークW₁
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２
４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によつ
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ｇ）。

次のステツプで本加熱焼入ゾーン２２を出たワ
ーク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４１₁が300゜の位置に来ると、第
１シリンダ４３によつてワーク載置部４１₁、従
つてワーク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４１₁は330゜の位置に至り、
ワークW₁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W₁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W₁がワー
ク載置部４１₁から取り外される。

ワーク載置部４１₁が0゜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４１₁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４１₂〜４２
₁₂とこれらワーク載置部に載置されるワークW₂
〜W₁₂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図は本実施例によつ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つて、
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（Hv）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５１と５３は予熱を行つた場合
の、曲線５２と５４は予熱を行わなかつた場合の
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。

モジユール 3.5 歯 数 28 歯 幅 20mm 圧力角 20゜ 内 径 20mm 外 径 105mm 鋼 種 S45C 焼入表面積 約120cm² 前熱処理時（焼入れ、焼戻しともに）の硬度
Hv250 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 10kHz以下 予熱温度 200〜650℃ 本加熱条件 周波数 10〜100kHz 入 力 330kW 加熱時間 0.6秒 冷却条件 噴射冷媒 UQA11％、30℃、70／min 浸漬冷媒 UQA11％、30℃ 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 予熱を行つた場合 0.8 1.25 予熱を行わなかつた場合 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、従つてまた歯側面も
含めて良好なコンター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
よつ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。

発明の効果 以上説明したように、本発明の歯車の高周波コ
ンターハードニング方法と、このコンターハード
ニング方法を用いた高周波コンターハードニング
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ー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図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第
１図は高周波コンターハードニング方法によつて
歯車に焼入れをする高周波コンターハードニング
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図は本実施例によつ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つて、
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、S₁，S₂…シヤツター、Ｗ…ワーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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。