(57)【要約】【課題】歯先の幅と歯底の幅とが相違するスプロケットの外周面の誘導加熱を均一化することができる誘導加熱装置を提供することである。【解決手段】歯先幅ｄ１と歯底幅ｄ２とが異なるスプロケット２の外周面１１を誘導加熱する誘導加熱装置１であって、環状の加熱コイル３を備えており、前記加熱コイル３は、幅が狭く構成された部位５と幅が広く構成された部位４とを備えている。加熱コイル３の、幅が狭く構成された部位５の周方向の長さと、幅が広く構成された部位４の周方向の長さを同程度としたり、加熱コイル３の、幅が狭く構成された部位５と幅が広く構成された部位４とを交互に配置したり、加熱コイル３の幅が狭く構成された部位５の幅寸法Ｄ２を、スプロケット２の歯底７の幅寸法ｄ２と同程度とし、加熱コイル３の幅が広く構成された部位４の幅寸法Ｄ１を、スプロケット２の歯先６の幅寸法ｄ１と同程度とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯先幅と歯底幅とが異なる歯車又はスプロケットの外周面を誘導加熱する誘導加熱装置であって、環状の加熱コイルを備えており、該加熱コイルと歯車又はスプロケットとは相対的に回転可能であり、前記加熱コイルは、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有していることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記加熱コイルはリング状であり、ワンターン内で幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有していることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
加熱コイルの、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位の周方向の長さが同程度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
加熱コイルの幅が狭く構成された部位の幅寸法は、歯車又はスプロケットの歯底の幅寸法と同程度であり、加熱コイルの幅が広く構成された部位の幅寸法は、スプロケットの歯先の幅寸法と同程度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車又はスプロケットの外周面を誘導加熱する誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スプロケット（又は歯車）の外周面の歯を誘導加熱する際、歯先と歯底とを個別に誘導加熱すると、全周に連続した硬化層を形成することが出来ず、スプロケット全体の剛性を向上させることができない。
【０００３】
そこで、特許文献１や特許文献２に開示されているようにスプロケットを環状の加熱コイルで誘導加熱すると、誘導電流がスプロケットの外周面に沿って歯先から歯底へ、そして歯底から歯先へと流れ、外周面の全周に渡って連続した硬化層を形成することができるようになる。
【０００４】
特許文献１に開示されているように、スプロケットの外周面を誘導加熱する誘導加熱装置の加熱コイルは、環状型のものが周知である。特許文献１のスプロケットの製造方法では、スプロケットの周囲に環状の加熱コイルが配置され、歯面が誘導加熱される工程が開示されている。
【０００５】
特許文献１のスプロケットの製造方法では、比較的径が小さく、また、歯先の幅と歯底の幅が均一の一般的なスプロケットの製造方法が開示されており、特許文献１の図４に示されるように、スプロケットの周囲に環状の加熱コイルが配置されて、スプロケットの歯面（外周面）が誘導加熱される。
【０００６】
また、特許文献２の図６にも、スプロケットの外周に環状の高周波誘導加熱コイルが配置された状態が描写されている。特許文献２の図６の例では、高周波誘導加熱コイルは、歯の形状に合わせて起伏しており、スプロケットに対して移動させずに焼入作業を行うものである。
【０００７】
特許文献１や特許文献２に開示されているように、スプロケットの外周面を誘導加熱する際には、歯先から歯底へ、また、歯底から歯先へ誘導電流が流れるように環状の加熱コイルが採用されることが多い。このように、環状の加熱コイルを使用することにより、スプロケットの外周面に連続した硬化層を形成することができるようになる。
【特許文献１】特開平８−１４３９６７号公報
【特許文献２】特開平５−１５６３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、スプロケット（又は歯車）には様々な形状及び大きさのものがあり、例えば、建設機械等に採用される無限軌道の動力伝達に使用されるスプロケットには、歯先の幅が歯底の幅より大きいものがある。従来は、スプロケット（又は歯車）がどのような形状であっても、特許文献１の図４や、特許文献２の図６に描写されているような環状でいずれの部位も幅が均一の加熱コイルで誘導加熱されていた。すなわち、歯先の幅が歯底の幅より大きいスプロケット（又は歯車）の外周面に対して、均一幅の環状の加熱コイルを対向配置し、誘導加熱していた。その結果、焼入深さに差異が生じ易く、特に歯底の端面部と中央部とが均一に焼入されにくかった。
【０００９】
また、特許文献２の図６に描写されている加熱コイルは、スプロケットの歯の形状に沿って屈曲しており、誘導加熱時には加熱コイルはスプロケットに対して回転移動しない。そのため、スプロケットの全周囲が均等に加熱されず、特に、加熱コイルが歯先を挟み込むことによって歯先部分の焼入が他の部位より深くなり、さらに、加熱コイルの形状が複雑であるため、製作コストが高くなる。
【００１０】
そこで本発明は、歯先の幅と歯底の幅とが相違する歯車やスプロケットの外周面の誘導加熱を均等化することができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、歯先幅と歯底幅とが異なる歯車又はスプロケットの外周面を誘導加熱する誘導加熱装置であって、環状の加熱コイルを備えており、該加熱コイルと歯車又はスプロケットとは相対的に回転可能であり、前記加熱コイルは、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有していることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１２】
請求項１の発明では、加熱コイルと歯車又はスプロケットとが相対的に回転可能であるので、歯車又はスプロケットの外周面に対する加熱が均等に実施される。さらに、加熱コイルが、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有しているので、加熱可能な幅が狭い部位と広い部位とができる。これにより、歯先幅と歯底幅とが異なる歯車又はスプロケットの外周面を誘導加熱すると、歯車又はスプロケットの外周面の焼入深さの均等化を図ることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、前記加熱コイルはリング状であり、ワンターン内で幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有していることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置である。
【００１４】
請求項２の発明では、加熱コイルがリング状であり、ワンターン内で幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位とを有しているので、構成の簡易化を図ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、加熱コイルの、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位の周方向の長さが同程度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱装置である。
【００１６】
請求項３の発明では、加熱コイルの、幅が狭く構成された部位と幅が広く構成された部位の周方向の長さが同程度であるので、スプロケットの外周面は、幅が狭く加熱される機会と幅が広く加熱される機会が均等である。これにより、幅広の歯先の過度の加熱が防止されると共に、加熱コイルから遠い歯底の加熱を十分に実施することができる。ここで長さが同程度であるとは、両者の差が１０〜２０％未満であることを意味する。
【００１７】
請求項４の発明は、加熱コイルの幅が狭く構成された部位の幅寸法は、歯車又はスプロケットの歯底の幅寸法と同程度であり、加熱コイルの幅が広く構成された部位の幅寸法は、歯車又はスプロケットの歯先の幅寸法と同程度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の誘導加熱装置である。
【００１８】
請求項４の発明では、加熱コイルの幅が狭く構成された部位の幅寸法は、歯車又はスプロケットの歯底の幅寸法と同程度であり、加熱コイルの幅が広く構成された部位の幅寸法は、歯車又はスプロケットの歯先の幅寸法と同程度であるので、歯車又はスプロケットが適度に加熱される。ここで幅寸法が同程度であるとは、両者の差が１０〜２０％未満であることを意味する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を実施すると、歯先幅と歯底幅とが異なる歯車又はスプロケットの外周面を誘導加熱すると、歯車又はスプロケットの外周面の焼入深さの均等化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の誘導加熱装置の正面図であり、（ａ）はスプロケットを加熱コイル内に配置する直前の状態を示しており、（ｂ）はスプロケットを加熱コイル内に配置した状態を示している。図１（ａ）に示すように本発明の誘導加熱装置１は、周知の誘導加熱装置と同様の高周波電源，トランス，冷却液２１を貯留する水槽１４，及びスプロケット２（又は歯車）を載せる台座１２，加熱コイル３，及び台座１２を回転及び昇降させる駆動装置１３を備えている。水槽１４の内部には仕切２７が設けられており、仕切２７の上側の室には冷却液２１が貯留されている。
【００２１】
駆動装置１３は水槽１４の下方の室内に配置されており、台座１２を支持し且つ回転させる回転軸２８が、仕切２７を水密を保ち貫通している。回転軸２８は、駆動装置１３内に設けられた昇降機構（図示せず）によって昇降可能であり、回転軸２８，台座１２，及びスプロケット１２は、一体的に昇降する。これにより、誘導加熱時にスプロケット２を液面上の後述する加熱コイル３の内部に配置したり、誘導加熱後のスプロケット２を水槽１４の冷却液２１内に液没させて冷却することができる。さらに駆動装置１３は、誘導加熱時に、回転軸２８によってスプロケット２を台座１２ごと回転させることができる。
【００２２】
以下では、まず誘導加熱の対象であるスプロケット２の形状について説明し、続いて、本発明の誘導加熱装置１の特徴部分である加熱コイル３の構造について説明する。図２は、本発明の誘導加熱装置で誘導加熱するスプロケットの斜視図である。また、図３は、スプロケットの部分拡大図であり、（ａ）は一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）及び（ｄ）は（ａ）のｃ−ｃ断面矢視図である。図３（ｃ）は、本発明の誘導加熱装置で誘導加熱した場合における焼入状態が示されており、図３（ｄ）は、従来の誘導加熱装置によって誘導加熱された場合における焼入状態が示されている。
【００２３】
本発明の誘導加熱装置１で焼入を実施するスプロケット２は、直径が４００ｍｍ以上の建機用に採用されるものである。図２に示すようにスプロケット２は、平板部９を備えている。この平板部９の中心部分には、駆動軸を貫通させる孔１０が設けてある。また、この平板部９の外周縁には環状外周部１１が形成されており、環状外周部１１（外周面）に歯８が形成されている。
【００２４】
スプロケット２の歯８の幅は一定ではなく、歯先６の幅ｄ１は、歯底７の中央部７ａの幅ｄ２よりも大きい。すなわち、歯底７はくびれており、歯底７の幅は、歯先６から遠ざかるほど広く（すなわち、中央部７ａに近づくほど狭く）なっている。よって、環状外周部１１では、歯底７の中央部７ａ部分が最も誘導加熱され易くなっている。
【００２５】
上記のような、環状外周部１１の肉厚及び幅寸法が不均一なワークであるスプロケット２を誘導加熱する本発明の誘導加熱装置１は、次のような構成の加熱コイル３を備えている。図４は、本発明の誘導加熱装置に設けられる加熱コイルの斜視図である。
【００２６】
図４に示すように、誘導加熱装置１の加熱コイル３はワンターン形状を呈しており、図１に示すように、一端側には幅が広い幅広部４が形成されており、他端側には幅が狭い幅狭部５が形成されている。幅広部４の幅寸法Ｄ１とスプロケット２の歯先６の幅寸法ｄ１とは、差が１０〜２０％未満である。また、幅狭部５の幅寸法Ｄ２とスプロケット２の歯底７の中央部７ａの幅寸法ｄ２も、差は１０〜２０％未満である。さらに、幅広部４と幅狭部５の周方向の長さの差も１０〜２０％未満であり、両者は途中で接続されている。
【００２７】
この加熱コイル３には、高周波電源の電力が、トランスで増幅されて供給される。誘導加熱時に加熱コイル３が過熱焼損しないように、加熱コイル３の内部には冷却水を通過させる冷却水通路（図示せず）が設けられている。この冷却水通路の通路幅は、幅広部４では広く、幅狭部５では狭く設定されている。すなわち、加熱コイル３の肉厚は、均一化が図られている。よって、冷却水通路に冷却水が供給されると、加熱コイル３は略一様に冷却される。
【００２８】
この加熱コイル３は、水槽１４（図１）の上方において、環状の中心線Ｃが鉛直方向を向くように配置されている。そして、誘導過熱時には、加熱コイル３の中心線Ｃ上にスプロケット２の中心がくるように、スプロケット２は駆動装置１３によって上昇駆動され、加熱コイル３内に配置される。
【００２９】
また、駆動装置１３によってスプロケット２は回転駆動されるが、どの回転位置においても加熱コイル３からスプロケット２までの距離は一定である。すなわち、加熱コイル３からスプロケット２までの距離は、歯先６部分と歯底７部分とでは相違するが、個々の部位における加熱コイル３までの距離は不変である。例えば、歯先６から加熱コイル３までの距離，歯底７から加熱コイル３までの距離は不変である。
【００３０】
上述したように、スプロケット２の環状外周部１１の肉厚は不均一であり、歯底７の肉厚が比較的薄くなっており、さらに中央部７ａ部分の幅が他の部位の幅よりも狭くなっている。そのため、歯底７（特に中央部７ａ）においては、他の部位よりも焼入深さが深くなり易い。ところが、本発明を実施した誘導加熱装置１の加熱コイル３は、幅広部４と幅狭部５とを備えており、歯先６は深く焼入されるが、歯底７（中央部７ａ）が深く焼入されることがない。
【００３１】
すなわち、駆動装置１３でスプロケット２を回転させると、各歯先６と各歯底７は、幅広部４と幅狭部５に対して交互に対向する。これにより、幅が広い歯先６は広範囲に且つ深く加熱され、幅が狭い歯底７（中央部７ａ）は、加熱コイル３から距離が離れている上に、幅狭部５によって加熱される範囲が狭くなるので、略均等に加熱される。
【００３２】
その結果、図３（ａ）に示すように、歯先６から歯底７に至るまで環状外周部１１（外周面）の焼入深さはほぼ均等となる。すなわち、図３（ａ）において、左肩上がりのハッチングで示される領域が、誘導加熱された焼入部位２３である。この焼入部位２３は、スプロケット２の環状外周部１１において、歯先６から歯底７に渡って連続形成されている。
【００３３】
図３（ａ）では、焼入部位２３（すなわち硬化層）は、ごく一部だけが描写されているが、実際にはスプロケット２の全周囲に渡って連続形成されている。よって、誘導加熱装置１で誘導加熱されたスプロケット２は、全周囲に渡って耐摩耗性と剛性とが提供される。
【００３４】
また、図３（ｃ）に示すように、スプロケット２の歯底７の焼入深さは、両端部と中央部とでほぼ同じ（直線状）になる。図３（ｃ）において左肩上がりのハッチングで示される部位が焼入部位２３である。この焼入部位２３は、誘導加熱（焼入）後のスプロケット２の断面をエッチング処理することによって浮き彫りとなる。
【００３５】
ちなみに、図３（ｄ）は、幅広部４と幅狭部５とを設けていない従来の加熱コイルで、同型のスプロケット２を誘導加熱した場合の焼入部位２４を示している。全周囲が均一な幅の環状加熱コイルでスプロケット２を誘導加熱すると、図３（ｄ）に示すように、スプロケット２の歯底７の両端部と中央部とで焼入深さに差異が生じてしまう。すなわち、両端部が中央部よりも深く焼入れされてしまう。
【００３６】
加熱コイル３は、幅広部４と幅狭部５とを備えているが、代わりに図５に示すような加熱コイル１５を採用することもできる。図５は、図４の加熱コイルとは別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【００３７】
図５に示すように加熱コイル１５は、銅製の管路２５が分岐部１９で同一太さの中空の管路１６，１７に分岐され、さらに管路１６，１７は、合流部２０で合流して管路２６に至っている。中空の管路１６，１７内には冷却水が供給される。加熱コイル１５に供給される電流は交流であるが、説明の都合上、直流であると仮定して説明すると、電流及び冷却水は、管路２５から分岐部１９で管路１６及び１７に分岐して流れ、合流部２０で合流して管路２６に至る。すなわち管路１６，１７では、電流は同じ方向に流れ、ワーク（スプロケット）に生じさせる誘導電流は相殺されない。
【００３８】
また、管路１６，１７は、途中で屈曲しており、段部２８，１８が形成されている。そのため、段部２８，１８の両側で管路１６，１７の間隔は相違している。すなわち、分岐部１９側の両者の間隔（ワークに対向配置される幅）はＤ１であり、合流部２０側の両者の間隔（ワークに対向配置される幅）はＤ２となっている。これにより、加熱コイル１５は、前述の加熱コイル３と同様の効果を奏することができる。
【００３９】
以上では、加熱コイル３（，１５）の幅広部４と幅狭部５とが、各々二つの領域に分かれる例を示したが、幅が広い部位と幅が狭い部位とが交互に配置されるように加熱コイルを構成してもよい。
【００４０】
なお、加熱コイル３，又は加熱コイル１５に供給する電力と加熱時間は、誘導加熱するスプロケット２の大きさや形状に応じて適宜調整するのが好ましい。
また、上述の実施形態では、スプロケット側を回転させる例を示したが、加熱コイル側を回転させても同様の効果が得られる。
【００４１】
次に、図４，図５で示した加熱コイルの変形例を図６に示す。図６は、図４，図５の加熱コイルとは別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【００４２】
図６に示す加熱コイル３０は、図５の加熱コイル１５と同様に、管路２５が分岐部１９で管路１６，管路１７に分岐する構造を備えている。管路１６，管路１７の間隔（ワークに対向配置される幅）は、加熱コイル１５と同様にＤ１である。
【００４３】
また、分岐部１９で分岐した管路１６，管路１７の他端側は、屈曲して管路３１に接続されている。管路３１の幅は、図４の加熱コイル３と同様にＤ２である。よって、加熱コイル３０の管路３１は、加熱コイル３の幅狭部５と同様の構成である。管路１６，管路１７が管路３１に接続される部位には、段部２８，１８が形成されている。
【００４４】
そして管路３１の他端側には、管路２６が接続されている。よって、管路２５側から供給された電力（実際には交流電流であるが、直流電流であると仮定）や冷却水は、分岐部１９で管路１６側と管路１７側とに分岐して流れ、管路３１で再び合流して管路２６に至る。電力又は冷却水が流れる方向は逆であっても差し支えない。すなわち電力又は冷却水は、管路２６側から供給され、管路２５側から回収されてもよい。このように構成された加熱コイル３０は、前述の加熱コイル３，１５と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
さらに、図４〜図６に示した加熱コイルの変形例を図７に示す。図７は、図４〜図６の加熱コイルとはさらに別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【００４６】
図７に示す加熱コイル４０は、図５の加熱コイル１５のように分岐部１９がなく、管路２５が２周する構造を備えている。図７に示すように管路２５は、途中で分岐せず、屈曲部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，及び４４ａ，４４ｂを備えている。これらの屈曲部によって、１周目の管路２５と２周目の管路２５との間に幅Ｄ１の幅広部４５と幅Ｄ２の幅狭部４６とが形成される。すなわち、加熱コイル４０は、管路２５を屈曲させて構成されている。また、幅広部４５と幅狭部４６の周方向の長さは同程度（両者の差が１０〜２０％未満）である。
【００４７】
このような加熱コイル４０では、管路２５上を流れる電流が途中で分岐しないので、図５に示す加熱コイル１５よりも少ない電流（半分程度の電流）で加熱コイル１５と同等の誘導加熱を行うことができる。
【００４８】
本実施の形態におけるスプロケットは、建設機械等に採用される無限軌道（キャタピラ）の動力伝達用に使用されるものとしたが、歯先の幅と歯底の幅とが相違する歯を備えたスプロケット（又は歯車）であれば、用途に関わらず、本発明の誘導加熱装置で誘導加熱することによって均等に焼入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の誘導加熱装置の正面図であり、（ａ）はスプロケットを加熱コイル内に配置する直前の状態を示しており、（ｂ）はスプロケットを加熱コイル内に配置した状態を示している。
【図２】本発明の誘導加熱装置で誘導加熱するスプロケットの斜視図である。
【図３】スプロケットの部分拡大図であり、（ａ）は一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）及び（ｄ）は（ａ）のｃ−ｃ断面矢視図である。
【図４】本発明の誘導加熱装置に設けられる加熱コイルの斜視図である。
【図５】図４の加熱コイルとは別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【図６】図４，図５の加熱コイルとは別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【図７】図４〜図６の加熱コイルとはさらに別の、本発明の誘導加熱装置に採用することができる加熱コイルの斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    誘導加熱装置
２    スプロケット
３    加熱コイル
４    加熱コイルの幅広部
５    加熱コイルの幅狭部
６    スプロケットの歯先
７    スプロケットの歯底
８    スプロケットの歯
１１  環状外周部（外周面）
１５  加熱コイル
２３  焼入部位
３０  加熱コイル
ｄ１  スプロケットの歯先幅
ｄ２  スプロケットの歯底幅
Ｄ１  加熱コイルの幅広部の幅
Ｄ２  加熱コイルの幅狭部の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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