傘歯車の高周波焼入方法及び装置 - 特開２００３－３４２６４０

トップ :: C 化学冶金 :: C21 鉄冶金

【発明の名称】	傘歯車の高周波焼入方法及び装置
【発明者】	【氏名】沢津橋精一【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号電気興業株式会社内【氏名】片沼秀明【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号電気興業株式会社内【氏名】小野澤隆幸【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号電気興業株式会社内【氏名】篠原明彦【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内
【要約】	【課題】傘歯車の歯面部の全域（傘歯車の径方向の全域）にわたって輪郭形状の均一な焼入硬化層パターンを形成することができるような傘歯車の高周波焼入方法及び装置を提供する。【解決手段】傘歯車（例えば、ハイポイド歯車１）の歯面側（歯面部４ａの側）に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５を配置すると共に、傘歯車１の歯面側とは反対の背面側（背面部４ｂの側）に背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１を配置し、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５にて傘歯車１の歯面部４ａを高周波誘導加熱する際に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１により傘歯車１の背面部４ｂを高周波誘導加熱する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘歯車の高周波焼入方法において、前記傘歯車の歯面側に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると共に、前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置し、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する際に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴とする傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項２】前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する前に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項３】前記傘歯車の背面部の加熱開始時点から前記傘歯車の歯面部の加熱開始時点までの予熱期間中に、加熱と冷却とを交互に繰り返すようにしたことを特徴とする請求項２に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項４】前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる本加熱の終了後に、前記傘歯車の歯面部を冷却すると共に、前記傘歯車の背面部を冷却するようにしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項５】前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を１～３０ｋＨｚとし、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を４０～８００ｋＨｚとしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項６】前記傘歯車の背面部の冷却媒体として圧縮空気又は冷却液を使用すると共に、前記傘歯車の歯面部の冷却媒体として焼入冷却液を使用するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の傘歯車の高周波焼入方法。
【請求項７】傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘歯車の高周波焼入装置において、（ａ）前記傘歯車を所定位置に固定保持する治具と、（ｂ）前記傘歯車の歯面側で前記傘歯車の歯面部に対向するように配置される歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側で前記傘歯車の背面部に対向するように配置される背面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、（ｄ）前記歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれぞれ供給する高周波電源と、（ｅ）前記歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱された前記傘歯車の歯面部及び背面部をそれぞれ冷却する冷却機構と、を具備することを特徴とする傘歯車の高周波焼入装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、傘歯車の高周波焼入方法及び装置に関し、更に詳しくは、例えばモジュール１～８のすぐ歯傘歯車，まがり歯傘歯車，はす歯傘歯車，ハイポイド歯車等の各種の傘歯車に対してその傘歯車の歯形（歯面部の表面形状）に沿う焼入硬化層を形成（高周波輪郭焼入）するための高周波焼入方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】傘歯車は、通常、歯面圧強さと歯元曲げ強さについてその両方の強さ（強度）が充分に高いことが要求される。傘歯車に対してその内部の全体に焼入硬化処理を行ういわゆるズブ焼入では、歯面強さを増すことができるが歯元曲げ強さが低下してしまい、負荷が加わった場合に傘歯車の歯部がその根元部分で折損するおそれがある。傘歯車の面圧及び曲げ強度を確保すべく歯面部の全域にわたって輪郭焼入を行う必要があるような傘歯車については、歯面部の形状に沿って焼入できる浸炭焼入が工業的に行われている。
【０００３】従来において、傘歯車の一種である図５に示すようなリング形状のハイポイド歯車１の表面を高周波焼入する場合には、被焼入体若しくは焼入処理体としてのワークであるハイポイド歯車１を次のようにして焼入処理するようにしている。まず、図６に示すように、炭素含有の不活性ガス中において上下一対のワーク受け治具２及びワーク押え治具３にてハイポイド歯車１の円筒状内径部を上下方向から挟持してこれらの治具２，３間に固定保持し、その後に、ハイポイド歯車１の歯面側の位置すなわちハイポイド歯車１の歯面部４ａの側にリング形状の歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５を対向配置する。そして、上述の高周波加熱誘導加熱コイル５に高周波電源６からそれぞれ所要の高周波電流を供給することによりハイポイド歯車１の歯面部４ａを所要温度に高周波誘導加熱し、しかる後に、高周波加熱誘導加熱コイル５の中空部を流れる焼入冷却液をハイポイド歯車１に向けて噴射してハイポイド歯車１の歯面部４ａを急速冷却することによって歯面部４ａの表面に歯面部４ａの形状に沿った所要の焼入硬化層を形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述のような従来の傘歯車の高周波焼入方法では、次のような問題点がある。すなわち、ハイポイド歯車１は、図７に示すように歯面部４ａの内径部分７と外径部分８とでは歯の大きさ（歯寸法）が異なっており、歯寸法の小さい内径部分７は、歯寸法の大きな外径部分８に比べて高周波誘導加熱され易いため、この内径部分７がズブ焼入され易い。更に、単一の高周波誘導加熱コイルでリング形状のワーク（被焼入体）を誘導加熱する場合には、高周波電流がワークの外径部分より内径部分を流れ易い性質があるため、上述のハイポイド歯車１の場合にあっては外径部分８よりも内径部分７の焼入硬化層の厚さ（焼入深さ）が深くなる。そのため、歯寸法の大きい外径部分８で、輪郭焼入を行うことができても、歯寸法の小さい内径部分７ではズブ焼入となり、歯面部４ａの全体を均一に輪郭焼入することが困難である。
【０００５】また、歯車の高周波焼入においては、一般的に、歯先部と歯底部の誘導電流は高周波発振周波数と関係があり、高い周波数帯を使用すると、歯底部より歯先部が誘導加熱され易く、低い周波数帯を使用すると、歯先部より歯底部が誘導加熱され易い傾向がある。傘歯車の歯面部の内径部分及び外径部分（例えば、ハイポイド歯車１の歯面部４ａの内径部分７及び外径部分８）の硬化層深さを均一にする方法としては、ワーク内径部と高周波誘導加熱コイルとの間のクリアランスをワーク外径部と高周波誘導加熱コイルとの間のクリアランスよりも広くして、ワーク内径部の誘導電流を減少させることや、ワーク内径部に熱取治具を取付けて高周波誘導加熱時の温度上昇を減少させる方法があるが、この方法だけでは加熱温度の調整範囲が狭くワーク歯面部の全域を均一に加熱できるまでには至っていないのが実状である。
【０００６】また、歯先部から歯底部までを歯形に沿って焼入硬化層を形成する方法としては、焼入温度以下の例えばＡｌ変態温度以下に電気炉で予熱（予備加熱）した後に高周波誘導過熱コイルにて加熱することも可能であるが、この場合には、電気炉を備える設備と高周波焼入装置を備える設備とを用いて２つの異なる生産工程を施行する必要があるので、生産性に問題がある。
【０００７】また、図６に示すようなハイポイド歯車１と高周波誘導加熱コイル５との配置関係の下でハイポイド歯車１を予熱工程と本加熱工程の２回の工程に分けて高周波誘導加熱する方法を採用することも考えられるが、そのようにしても発振周波数帯が同一であれば、従来の通常の高周波誘導加熱により得られる焼入硬化層と殆ど同様の焼入硬化層パターンとなり、焼入硬化層にあまり変化はない。更に、予熱工程と本加熱工程とで発振周波数を切替えて高周波誘導加熱する方法も考えられるが、図６に示すようなハイポイド歯車１と高周波誘導加熱コイル５との配置関係では、予熱及び本加熱を同一の高周波誘導加熱コイル５で行うこととなるため、ハイポイド歯車１の内径部分７と外径部分８とにおける歯寸法の大きさの違いに対して加熱温度の調整幅が少なく、従って歯先部と歯底部の硬化層深さが歯面部の全域において均一な硬化層深さとなるまでには至っていないのが実状である。
【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、傘歯車の歯面部の全域（傘歯車の径方向の全域）にわたって輪郭形状の均一な焼入硬化層パターンを形成することができるような傘歯車の高周波焼入方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために、本発明では、傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘歯車の高周波焼入方法において、前記傘歯車の歯面側に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると共に、前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置し、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する際に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしている。また、本発明では、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて前記傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する前に、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより前記傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしている。また、本発明では、前記傘歯車の背面部の加熱開始時点から前記傘歯車の歯面部の加熱開始時点までの予熱期間中に、加熱と冷却とを交互に繰り返すようにしている。また、本発明では、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる本加熱の終了後に、前記傘歯車の歯面部を冷却すると共に、前記傘歯車の背面部を冷却するようにしている。また、本発明では、前記背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を１～３０ｋＨｚとし、前記歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源の発振周波数を４０～８００ｋＨｚとしている。また、本発明では、前記傘歯車の背面部の冷却媒体として圧縮空気又は冷却液を使用すると共に、前記傘歯車の歯面部の冷却媒体として焼入冷却液を使用するようにしている。また、本発明では、傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱して冷却することにより、前記傘歯車の歯面部の表面にその歯面部の形状に沿った焼入硬化層を形成するようにした傘歯車の高周波焼入装置において、（ａ）前記傘歯車を所定位置に固定保持する治具と、（ｂ）前記傘歯車の歯面側で前記傘歯車の歯面部に対向するように配置される歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記傘歯車の歯面側とは反対の背面側で前記傘歯車の背面部に対向するように配置される背面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、（ｄ）前記歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれぞれ供給する高周波電源と、（ｅ）前記歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱された前記傘歯車の歯面部及び背面部をそれぞれ冷却する冷却機構と、を具備するようにしている。
【００１０】本発明の好ましい実施態様においては、傘歯車の歯面側と背面側（歯面の裏側）に高周波誘導加熱コイルをそれぞれ配置し、前記歯車の背面側を先に背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより低い周波数帯で高周波誘導加熱し、その後に前記傘歯車の歯面側を歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより高い周波数帯で高周波誘導加熱することにより、傘歯車の歯面部の内径部分から外径部分までの全域における加熱温度を均一とし、歯面側の加熱終了と同時或いは加熱終了時点から所定時間を経過した後に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルから圧縮空気又は焼入冷却液を噴射し、歯面側の加熱終了後から所定時間が経過した後に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルから焼入冷却液を噴射して冷却することにより、歯面部の全域（傘歯車の径方向の全域）において、歯先部から歯底部にかけて歯形に沿った輪郭焼入硬化層を形成する。
【００１１】また、本発明の好ましい実施態様においては、傘歯車の歯面部を高周波焼入する際に、まず、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより傘歯車の背面部を予熱する。予熱温度は、歯底部の温度がＡｌ変態点の近傍となるように設定する。加熱の方法として、傘歯車（ワーク）の形状や肉厚の影響を受けにくくするには、２段加熱（第１加熱，第１冷却，第２加熱、第２冷却を順次に行う加熱サイクル）により予熱を行った方が、歯底部の温度を熱伝導により上昇させ易いので均熱化を図り易い。また、予熱後、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて歯面部を高周波誘導加熱し、オーステナイト領域まで温度上昇させる。歯面側の加熱終了と同時、或いは、加熱終了時点から所定時間が経過した後に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルから圧縮空気又は焼入冷却液を噴射する。この工程は、歯面部のみからの冷却では冷却速度が遅いため背面側から冷却し、冷却速度を速くするためである。冷却媒体としての圧縮空気及び焼入冷却液の選択については、背面部の冷却速度を変えることにより焼入後のワーク（傘歯車）の変形を少なくするための調整代であり、焼入条件により逐次異なる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態について図１～図４を参照して説明する。なお、図１～図４において、図５～図７と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】図１は、本発明に係る傘歯車の高周波焼入方法を施行するために用いる高周波焼入装置１０を示すものであって、本装置１０は、傘歯車の一種であるハイポイド歯車１の歯面部４ａを高周波輪郭焼入する装置である。
【００１４】本実施形態の高周波焼入装置１０は、図１に示すように、ハイポイド歯車１を上下方向から挟持して所定位置に固定保持する上下一対のワーク受け治具２及びワーク押え治具３と、これらの治具２，３間に固定保持されたハイポイド歯車１の歯面部４ａの側に対向配置されるリング形状の歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５と、前記ハイポイド歯車１の背面側すなわち歯面部４ａとは反対側の背面部４ｂの側に対向配置されるリング形状の背面加熱用の高周波加熱誘導加熱コイル１１と、これらの高周波加熱誘導加熱コイル５，１１に高周波電流をそれぞれ供給する高周波電源６，１２とを具備している。更に、図示を省略したが、本装置１０は、上側のワーク押え治具３を上下方向に昇降させる治具昇降機構や、一対のワーク押え治具２，３間にハイポイド歯車１を挟持した状態でこれらを軸線Ｘ（図１参照）を中心に回転駆動する回転駆動機構を備えている。なお、上述の高周波電源６，１２は、それぞれ単独で高周波発振が可能に構成されている。
【００１５】上述の高周波誘導加熱コイル５，１１は、図１に示す如く中空部（通路）５ａ，１１ａをそれぞれ有するパイプ材から構成されており、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５の中空部５ａには、図外の焼入冷却液供給機構から焼入冷却液αがインレットパイプＰ₁（図３（ｂ）参照）を介して適宜に供給される一方、背面加熱用の高周波加熱誘導加熱コイル１１の中空部１１ａには、図外の冷却エアー供給機構から冷却エアーβ（又は図外の冷却液供給機構から冷却液）がインレットパイプＰ₂（図３（ｂ）参照）を介して適宜に供給されるように構成されている。なお、これらの高周波誘導加熱コイル５，１１に供給される焼入冷却液α及び冷却エアーβには、図外のポンプ等により所定の圧力が掛けられるようになっている。かくして、高周波誘導加熱コイル５の中空部５ａに供給された焼入冷却液αは、この高周波誘導加熱コイル５に設けられた複数の噴射孔１３からハイポイド歯車１の歯面部４ａに向けて噴射され、高周波誘導加熱コイル１１に供給された冷却エアーβは、この高周波誘導加熱コイル１１に設けられた複数の噴射孔１４からハイポイド歯車１の背面部４ｂに向けて噴射されるように構成されている。
【００１６】なお、高周波誘導加熱コイル５，１１の形状は、歯面部４ａの加熱の際に温度上昇しにくい外径部分８を背面部４ｂの加熱により補ない得るように背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１の形状をハイポイド歯車１の外径寸法より大きくし、ハイポイド歯車１の歯面部４ａの外径部分８における歯底近傍箇所を直接的に高周波誘導加熱するのが望ましい。このようにすることによって、本加熱時における歯面部４ａの内径部分７と外径部分８の加熱温度を均一化することが可能となる。
【００１７】ここで、上述の高周波焼入装置１０を用いてハイポイド歯車１の歯面部４ａを高周波焼入する際の操作手順並びに作用について述べると、以下の通りである。
（１）まず、図３（ａ）に示すように、ハイポイド歯車１の歯面部４ａを下向きにし、固定状態のワーク受け治具２にハイポイド歯車１の中央開口１５（図５参照）を嵌着させた状態でハイポイド歯車１をこのワーク受け治具２上にセットする。これに伴い、ハイポイド歯車１の歯面部４ａが、ワーク受け治具２の周囲に固定配置された歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５に所定のクリアランスを隔てた位置において対向配置される。
（２）次いで、図外の治具昇降機構を作動させることによりワーク押え治具３を図３（ａ）において矢印Ａで示すようにワーク受け治具２に向けて下降させ、ワーク押え治具３とワーク受け治具２との間にハイポイド歯車１を挟持した状態で固定保持する。
（３）次いで、図外の治具昇降機構を作動させることにより背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１を図３（ａ）において矢印Ｂで示すように上述のハイポイド歯車１に向けて下降させ、この高周波誘導加熱コイル１１を図３（ｂ）に示す如くハイポイド歯車１の背面部４ｂに所定のクリアランス（例えば、数ｍｍ程度）を隔てた位置に対向配置する。これに伴い、被焼入体であるハイポイド歯車１の歯面側と背面側にそれぞれ１台の高周波誘導加熱コイル５，１１が対向配置される（図３（ｂ）参照）。
（４）次いで、図外の回転駆動機構を作動させることにより、ワーク受け治具２及びワーク押え治具３と一緒にハイポイド歯車１をその軸線を中心に所定の回転速度で回転駆動する。
（５）次いで、図２に示すように背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１に高周波電源１２から高周波電流を供給する工程と冷却エアーβを高周波誘導加熱コイル１１の噴射孔１４から噴出する工程とを２回だけ繰り返し行うようないわゆる２段加熱サイクル（第１加熱，空冷，第２加熱，空冷の工程を順次に行う加熱サイクル）でハイポイド歯車１の背面部４ｂを所要の時間にわたって高周波誘導加熱（予熱）し、しかる後に高周波誘導加熱コイル１１への通電を遮断する。なお、この際、２段加熱により予熱するようにしている理由は、２段加熱により予熱を行った方が、歯底部の温度を熱伝導により上昇させ易いので均熱化を図り易いからである。
（６）その後に、加熱用の高周波誘導加熱コイル５に高周波電源６から高周波電流を供給して、前記予熱工程後の本加熱工程（図２参照）においてハイポイド歯車１の歯面部４ａを本加熱し、所要の焼入温度（オーステナイト領域に到達する温度）に達した後に、高周波誘導加熱コイル５への通電を遮断する。
（７）次いで、図外の回転駆動機構を作動停止させることにより、ハイポイド歯車１の回転を停止する。
（８）しかる後に、加熱状態の歯面部４ａを所定時間にわたって空冷（自然放冷却）する。
（９）上記工程（８）の開始と同時に、若しくはその開始から所定時間が経過した後に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１の噴射孔１４から冷却エアーをハイポイド歯車１の背面部４ｂに噴射する。なお、背面部４ｂの側からの冷却エアーの噴射は、歯面部４ａの側からの冷却では遅いため歯面部４ａの冷却速度をより速くするために行うようにしている。一方、この冷却エアーの噴射は所定時間の経過後に停止される（図示省略）。
（１０）上記工程（８）の終了後に、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５の噴射孔１３より焼入冷却液αをハイポイド歯車１の歯面部４ａに噴射して急速冷却し、そして所定時間後に冷却を停止する。
（１１）次いで、図外の昇降機構を再び作動させて背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１を上昇位置に移動させる。
（１２）その後に、図外の昇降機構によりワーク押え治具３を上昇位置に移動させ、ハイポイド歯車１をワーク受け治具２から取外す。
（１３）以上のような一連の操作にてハイポイド歯車１の歯面部４ａの焼入処理を終了する。
【００１８】ここで、本発明に係る高周波焼入方法を施行する際の一実施例を以下に示す。
実施例（１）ワーク（被加熱体）：ハイポイド歯車（ａ）材質：Ｓ５８Ｃ（ｂ）モジュール：５（ｃ）ピッチ円形：直径２０５ｍｍ（ｄ）歯数：４１（２）高周波誘導加熱条件〈Ａ〉予熱工程（ａ）周波数：８ｋＨｚ（ｂ）出力：５５ｋＷ（ｃ）第１加熱時間：２０ｓｅｃ（ｄ）空冷時間：５ｓｅｃ（ｅ）第２加熱時間：２５ｓｅｃ（ｆ）空冷時間：０.５ｓｅｃ〈Ｂ〉本加熱及び焼入冷却工程（ａ）周波数：２００ｋＨｚ（ｂ）出力：２５０ｋＷ（ｃ）第１加熱時間：０．８ｓｅｃ（ｄ）空冷時間：０．５ｓｅｃ（３）冷却条件〈Ａ〉背面部の冷却（ａ）冷却媒体：圧縮空気（ｂ）流量：６００Ｌ／ｍｉｎ（ｃ）冷却時間：２０ｓｅｃ〈Ｂ〉歯面部の冷却（ａ）焼入液：ユーコンクェンチャントＡ（８％）
（ｂ）液温：３０℃（ｃ）流量：２００Ｌ／ｍｉｎ（ｄ）冷却時間：３０ｓｅｃ【００１９】図４は、このような加工条件の下で得られたハイポイド歯車１の歯面部４における焼入硬化層パターンを示している。なお、図４（ａ）は歯面部４の内径側の箇所（内径部分７）に形成された焼入硬化層パターンＳ₁を示し、図４（ｂ）は歯面部４の中央部分（内径部分７と外径部分８との間の中間部分）に形成された焼入硬化層パターンＳ₂を示し、図４（ｃ）は歯面部４の外径側の箇所（外径部分８）に形成された焼入硬化層パターンＳ₃を示している。これらの焼入硬化層パターンＳ₁～Ｓ₃から明らかなように、本発明の高周波焼入方法及び装置によれば、ハイポイド歯車１の歯面部４ａの内径部分７から外径部分までの全域において、歯先部Ｍから歯底部Ｎに沿って延びる均一な焼入硬化層（図４（ａ）～（ｃ）参照）を得ることが可能である。因みに、上記加工条件によりハイポイド歯車１の焼入処理を施したときの焼入硬化層の深さ（厚さ）は、内径部分７から外径部分までの全域において、歯先部で４．５ｍｍ、歯底部で０．８ｍｍとなり、歯面部４の形状に沿った輪郭の焼入硬化層パターンが得られた。
【００２０】また、モジュール１～８の傘歯車を上述の高周波焼入方法にて焼入処理するに当たっては、背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１に高周波電流を供給する高周波電源１２の発振周波数を１～３０ｋＨｚとし、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイル５に高周波電流を供給する高周波電源６の発振周波数を４０～８００ｋＨｚとした場合に、歯先部Ｍから歯底部Ｎまでつながる良好な焼入硬化層パターンが得られることが実験により確認された。
【００２１】以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では背面加熱用の高周波誘導加熱コイル１１から冷却エアー（圧縮空気）を噴射して冷却を行うようにしたが、これに代えて冷却液を噴射するようにしても良い。また、既述の実施形態では、予熱工程において背面部４ｂをいわゆる２段加熱するようにしたが、２段に限らず、ひつように応じて３段以上の多段加熱（加熱と冷却とを交互に繰り返す肯定を多数回にわたり行うような加熱）を行うようにしてもよい。また、本発明は、ハイポイド歯車１に限らず、他種の傘歯車を被焼入体とする場合にも適用可能であることは言う迄もない。
【００２２】
【発明の効果】請求項１に記載の本発明は、傘歯車の歯面側に歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置すると共に、傘歯車の歯面側とは反対の背面側に背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを配置し、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する際に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、被焼入体である傘歯車の歯面側と背面側に高周波誘導加熱コイルをそれぞれ配置することで、歯面部と背面部の加熱条件を種々に変化させることが可能となり、傘歯車のように内径側と外径側で歯の大きさが異なっていても、背面側からの加熱及び歯面側からの加熱の複合により傘歯車の歯面部の全域（歯面部の内径部分と外径部分との間の全域）にわたり均一な加熱が可能となり、傘歯車の歯面部に良好な高周波輪郭焼入を施すことができる。
【００２３】また、請求項２に記載の本発明は、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて傘歯車の歯面部を高周波誘導加熱する前に、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにより傘歯車の背面部を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる歯面部の本加熱に先立って背面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる予熱を行うことで、加熱されにくい歯底部を背面側から前もって予備加熱しておくこととなり、ひいては歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる歯面部の本加熱時に歯底部及び歯底部の温度を均一にすることが可能となる。その結果、傘歯車の歯面部の形状の沿って歯面部の歯先部から歯底部にまでつながるような良好な焼入硬化層パターンを傘歯車の歯面部の全域にわたって得ることができる。
【００２４】また、請求項３に記載の本発明は、傘歯車の背面部の加熱開始時点から傘歯車の歯面部の加熱開始時点までの予熱期間中に、加熱と冷却とを交互に繰り返すようにしたものであるから、このような加熱サイクルの採用に伴って歯底部の温度を熱伝導により上昇させ易くなるので、歯面部の均熱化すなわち歯先部及び歯底部の均一加熱を行うことができ、良好な高周波輪郭焼入を施すことができる。
【００２５】また、請求項４に記載の本発明は、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルによる本加熱の終了後に、前記傘歯車の歯面部を冷却すると共に、前記傘歯車の背面部を冷却するようにしたものであるから、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、歯面部からの冷却のみでは歯面部の冷却速度が遅いこととなるが、歯面部からの冷却に加えて背面部からの冷却が付加されることにより、歯面部の冷却速度を速くすることができるので、良好な高周波輪郭焼入を行うことができる。
【００２６】また、請求項５に記載の本発明は、背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに供給する高周波電流の発振周波数を１～３０ｋＨｚとし、歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルに供給する高周波電流の発振周波数を４０～８００ｋＨｚとしたものであるから、発振周波数をこのような範囲に設定することにより、望ましい焼入硬化層パターンを傘歯車の歯面部表面に形成することが可能である。
【００２７】また、請求項６に記載の本発明は、傘歯車の背面部の冷却媒体として圧縮空気又は冷却液を使用すると共に、傘歯車の歯面部の冷却媒体として焼入冷却液を使用するようにしたものであるから、被焼入体である傘歯車の寸法や形状等に応じて背面側の冷却媒体を適当に選定することにより焼入硬化層の断面形状やその深さを調節することが可能である。
【００２８】また、請求項７に記載の本発明は、傘歯車を所定位置に固定保持する治具と、傘歯車の歯面側で傘歯車の歯面部に対向するように配置される歯面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、傘歯車の歯面側とは反対の背面側で傘歯車の背面部に対向するように配置される背面加熱用の高周波誘導加熱コイルと、歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルに高周波電流をそれぞれ供給する高周波電源と、歯面加熱用及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱された傘歯車の歯面部及び背面部をそれぞれ冷却する冷却機構とを具備するようにしたものであるから、上述の如き本発明の高周波焼入方法を施行することができ、各種の傘歯車について良好な高周波輪郭焼入を行うことができる実用的な高周波焼入装置を提供することができる。

【出願人】	【識別番号】０００２１７６５３【氏名又は名称】電気興業株式会社【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】	平成１４年５月２９日（２００２．５．２９）
【代理人】	【識別番号】１０００９９６２３【弁理士】【氏名又は名称】奥山尚一（外３名）
【公開番号】	特開２００３－３４２６４０（Ｐ２００３－３４２６４０Ａ）
【公開日】	平成１５年１２月３日（２００３．１２．３）
【出願番号】	特願２００２－１５４８７９（Ｐ２００２－１５４８７９）