JPS5848629A - 歯車の表面硬化焼入方法 - Google Patents

歯車の表面硬化焼入方法

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JPS5848629A
JPS5848629A JP14497881A JP14497881A JPS5848629A JP S5848629 A JPS5848629 A JP S5848629A JP 14497881 A JP14497881 A JP 14497881A JP 14497881 A JP14497881 A JP 14497881A JP S5848629 A JPS5848629 A JP S5848629A
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中村 弘夫
Mineo Ogino
荻野 峯雄
Masazumi Onishi
昌澄 大西
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Toyota Motor Corp
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like

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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】 本発明は、歯車の歯部表面層を硬化するための焼入方法
に関する。
一般に歯車においては、耐摩耗性、疲れ強さ等を向上さ
せるための一手段として、歯部の表面層を焼入れによっ
て硬化処理することが行なわれており、その焼入方法の
一種に高周波焼入れがある。
この方法は高周波電流による誘導加熱作用を利用して焼
入れするものであり、処理時間が短く、量産ラインにも
組み入れ易いところから広く用いられている。
従来、歯車の歯部を高周波焼入れで硬化処理する場合、
歯部全体が均一に焼入温度に達する最適の周波数を用い
て焼入れし、歯面および歯底面等、歯部の全面を表面硬
化させるのが普通である。ところがこの方法においては
、焼割れ、焼入れ変形等が生じ易い欠点があり、またこ
のような焼入れによって得られる歯車は、かみ合い時に
歯巾方向端部で接触させられた場合に、局部負荷の状態
を緩和することができず、従って歯端部の歯元に過度の
曲げ応力が集中し易い傾向がある。
他方、歯端部表面の焼割れ等を防ぐことを目的として、
上記と同様の周波数を用い、かつ歯巾より狭い誘導コイ
ルで焼入温度まで加熱することによって、歯端部を帯状
に非硬化とすることも行なわれているが、この方法で得
られる歯車は、歯先、歯底を含めた両端部全体が非硬化
となるため、歯元の疲れ強さが低下し、従って高い曲げ
強度を要求される歯車として使用できない不都合がある
本発明は焼割れや局部当り時の応力緩和、更に歯元の疲
れ強さ等を考慮して、歯車端部の歯先表面を残した状態
で歯部表面を硬化させることのできる焼入方法を提供す
ることを目的としてなされたものであり、その要旨とす
るところは、(1)歯車の歯部全体を焼入温度以下の温
度に予備加熱し、(2)その予備加熱した歯車を、歯先
より歯元の方が加熱温度が高くなる周波数で、歯車端部
の歯先表面は焼入温度に達せず他の歯部表面は焼入温度
に達する時間だけ高周波誘導加熱して、(3)その加熱
後、当該歯車を急冷するようにした点にある。
歯車端部の歯先表面だけが焼入温度に達しないのは、歯
元側から歯先側へ伝えられる伝導熱が、歯車端部の歯先
表面においてはふく射熱として逃げる割合が他の部分の
歯先表面より大きいことに起因するものと推察される。
この焼入方法によれば、最も焼割れの生じ易い両端部の
歯先部分が焼入れされないために、歯部全体での焼割れ
の発生率が大巾に低下し、一方、歯元側は焼入れによっ
て表面硬化させることができるため、歯元の疲れ強さを
高く保つことが可能となる。
しかも、この焼入方法によって得られる歯車は、かみ合
い時に歯端部の歯先部分で局部接触させられる状況にお
かれても、その局部当りする歯部表面が非硬化部となっ
ているため、その表面が塑性変形あるいは摩耗して歯当
り範囲を拡げることができる。従って、歯端部の歯元に
生ずる曲げ応力の集中が緩和され、局部当り状態におけ
る歯部の早期折損を回避することができるのである。
以下、実施例について説明する。
なおこの例では、平歯車を金歯−発焼入れする場合を示
す。
焼入れ装置としては公知のものを適宜選定できるが、誘
導コイル、高周波発生装置、冷却装置等が必要となる。
誘導フィルは鋼管等から成形された、焼入歯車の外径よ
りやや大きい円環形状のものを用い、その巾は歯車の歯
巾よりやや小さくする。誘導コイルは高周波発生装置に
接続され、その発生装置において、電動発電機あるいは
真空管等によって発生させられる高周波電流を誘導フィ
ルに導くようにする。冷却装置は誘導コイルが兼ねるよ
うにし、そのコイル自体に設けられた多数の小孔から水
などの冷却剤を噴射して急冷工程を行なう。
まず、焼入れする歯車2を第1図に示すように誘導コイ
ル4の内側に、歯部が誘導コイル4の両端面から同量ず
つ突出する状態に取付け、かつ軸心まわりに回転可能な
状態に保持する。最初に歯車2の歯部全体を予備加熱す
るわけであるが、この段階から誘導電流の周波数を、歯
部全体が均一に加熱される周波数(適正周波数)より低
く設定する。
上記適正周波数は、歯車のモジュール(ピッチ円直径/
歯数)に応じて決まるもので、第2図のグラフでます目
の部分がその範囲を示している。
その周波数より低い周波数を使えば歯先より歯元の方が
加熱温度が高くなるのであり、本実施例においては第2
図に斜線で示す範囲の、適正周波数より低い周波数とな
るように、歯車のモジュールを考慮して周波数を選定す
る。
その周波数の高周波電流を高周波発生装置から誘導コイ
ル4に導く一方、上記歯車2を1100r4L。
程度に回転させて、歯部全体をAl変態点(約726℃
)以下の温度、望ましくは300℃〜700℃に数秒か
ら10秒間程度予備加熱する。なお、この予熱時の電力
は歯部の温度が上記温度になるように調整される。予備
加熱において、歯元側と歯先側との加熱温度は熱伝導に
よってほぼ均一化するが、歯車両端部の歯先部分は熱の
逃げる割合が大きいため、他の歯部表面よりある程度温
度が低くなる。
予備加熱に続いて、第8図に多点を施して示すように歯
車端部の歯先表面を除く歯部表面を焼入可能な温度にま
で高める本加熱の工程を行なう。
本加熱に用いる誘導電流の周波数は予備加熱のときと同
じ周波数を使用する。すなわち、歯先より歯元の方が加
熱温度が高くなる周波数であり、第2図に示すグラフ(
斜線部分)から明らかなように、歯車のモジュールが例
えば5であれば、約1oILh〜20敗の範囲の周波数
が好適である。これは、歯部全体が均一に加熱される周
波数より約25%〜85%程度低い周波数である。
このような周波数を用い、かつ予備加熱時より大きい2
〜10kW/a+1の密度の電力で、歯部表面を1秒間
以下高周波誘導加熱することによって、第3図に示す上
記多点状部分のみをA3変態点以上に高める。歯部全体
を予備加熱しであるため、急速に加熱しても歯車がひず
む等のことは殆んどない。この際、歯車2を予備加熱時
と同様に回転させ声状態で誘導加熱する。つまり加熱電
力を変えることで、予備加熱の工程に連続して本加熱の
工程を行なうのである。
上記のような、歯元の方が歯先より加熱温度が高くなる
周波数を用いるために、瞬間的にみれば歯元側はA3変
態点を超えて最適な焼入温度かそれ以上の温度に高めら
れるが、歯先の方はそこまで加熱されない。歯先と歯元
との間に温度勾配が生じること、および前記予備加熱に
よって歯部全体が数百度に加熱されており、歯車の中心
部への熱伝導がそれ程大きくないことに起因して、歯元
から歯先側へ熱が伝導され、歯先部分の表面層の温度が
上昇する。一方、熱ふく射によって歯先表面からある程
度の熱が逃げ、特に歯車端部においては歯端面及び歯先
面の両方から熱が逃げ、単位重量当りのふく対面積が大
きいため、熱の逃げる割合が高い。従って、歯先表面の
中央部はA3変態点以上の焼入に好適な温度に達するが
、両端の歯先部だけは焼入温度にまで達しない。言い換
えれば、上記両端の歯先部を除く歯部表面が焼入温度に
まで高められる結果となるのである。
このような温度分布を歯部表面に生じさせるためには、
周波数はもちろんのこと本加熱における加熱時間゛も重
要となる。加熱時間を余りに長くすると、両端部の歯先
表面までが均熱化によって焼入温度に達してしまうこと
となるため、前述のようにその時間を1秒間以下にする
ことが望ましく、特に0.5秒前後が最適である。
上記のような歯部表面層の温度およjJ温度パターンが
、熱伝導、熱ふく射等によって変化しない間に歯部表面
を急冷する工程を行なう。本加熱後、できるだけ速やか
に急冷することが望ましく、前記誘導コイル4自体に設
けられた多数の小孔から十分な冷却水を噴射するのであ
るが、冷却速度、水温等の冷却条件を制御して行ない、
必要があれば焼割れ防止材を冷却水に加える。
冷却中は歯車20回転を止めるか、回転速度を落とした
状態とし、冷却時間はおおむね20秒間程度が望ましい
本加熱後の急冷によって歯車2の歯部表面は、第3図に
示すように両端部の歯先部分が焼入れされないで非硬化
部分6となり、その他の歯部表面は焼入れされて硬化部
分8となって、目的とする焼入れパターンの歯車が得ら
れる。もちろん、歯底面(歯溝)も硬化部分8の一部と
なる。歯部表面の焼入組織の安定および均一化のために
、必要があれば100〜200°C程度の焼もどしを行
なう。
なお実際には以上の各工程を、量産製造ラインの一環に
組み込まれた量産専用機ないし汎用機を使用して、高度
に自動化して行なうことが可能であり、また、既存の高
周波歯車焼入機(周波数電力等が調整可能なもの)をそ
のまま用いることもできる。
上記のようにして得られた歯車は、焼入れの際に最も焼
割れの生じ易い歯端部の歯先表面が非硬化部分6となる
ため、そこに焼割れの生じるおそ−hがなく、また歯元
及び歯底部が完全に硬化部分8とされることで、高い曲
げ応力および衝撃荷重に対して十分な強度を保ち得る。
しかも、上記歯車がかみ合い時に局部当りさせられた場
合、片側の非硬化部分6で集中荷重を受けることとなる
が、その部分6が摩耗ないし塑性変形して歯当り部分を
拡げる局部当り軽減機能を有するため、歯端部の歯元に
加わる応力の集中が緩和され、歯当り状態の如何に拘ら
ず安定した疲れ強さを確保できるのである。
なお、歯車を回転させることなく静止させた状態で予備
加熱、本加熱等の工程を行なうことはもちろん可能であ
る。特に大型歯車を焼入れする場合にはその方が好都合
のこともあり、それに伴なって金歯−発焼入れでなく、
−歯焼入れないし歯溝焼入れを採用することが好ましい
場合もある。
更に、歯車端部の歯先表面の焼入れしない範囲を面積的
にどの程度にするかは、歯先表面の耐摩耗性の向上効果
と上記局部光り軽減機能とのバランスを考慮して最適な
範囲に設定すべきであり、そのパターンを変更する場合
には、周波数、電力、加熱時間等を調整すればよい。ま
た、予備加熱は加熱炉で行なうなど高周波誘導加熱以外
の方法で行なうことも可能である。
本発明は平歯車に限らず、かさ歯車、ウオーム、ラック
等積々の歯車に適用可能であって、ヘルカルギヤなど、
ねじれ歯を有するものでも誘導コイルの設計を考慮すれ
ば十分適用することができる。
その他、特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の変
更を加えた態様で本発明を実施し得ることは言うまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例において、歯車を誘導コイル
へ取付けた状態を示す断面図であり、第2図はその実施
例において使用する高周波電流の周波数及び通常用いら
れる周波数と、歯の大きさとの関係を示すグラフであり
、第8図は上記実施例に基づいて焼入れされた歯部の焼
入れパターンを示す斜視図である。 2:歯車       4:誘導コイル6:非硬化部分
    8:硬化部分 出願人  トヨタ自動車工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 歯車の歯部全体を焼入温度以下の湿度に予備加熱する工
    程と、 該予備加熱された歯車を、歯先よりも歯元の方が加熱温
    度が高くなる周波数で、歯車端部の歯先表面は焼入温度
    に達せず他の歯部表面は焼入温度に達する時間だけ高周
    波誘導加熱する工程と、該高周波誘導加熱後当該歯車を
    急冷する工程とを含むことを特徴とする歯車の表面硬化
    焼入方法。
JP14497881A 1981-09-14 1981-09-14 歯車の表面硬化焼入方法 Granted JPS5848629A (ja)

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JPS5848629A true JPS5848629A (ja) 1983-03-22
JPH0214409B2 JPH0214409B2 (ja) 1990-04-09

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001020016A (ja) * 1999-07-09 2001-01-23 Mazda Motor Corp 金属部材の熱処理方法
JP2003027143A (ja) * 2001-07-18 2003-01-29 High Frequency Heattreat Co Ltd 高周波焼入方法及び歯車
WO2021024418A1 (ja) * 2019-08-07 2021-02-11 公益財団法人応用科学研究所 歯車、歯車の製造方法

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