(57)【要約】      （修正有）【課題】ピニオンギヤのシャフト部に形成されるネジ部の円周上を均一に加熱して加熱斑を防止して熱処理の信頼性向上を図り、さらに装置のコスト、コンパクト化を図ったピニオンギヤの熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】ピニオンギヤ７の軸部７２を環状に囲繞する高周波加熱コイル６１と、軸部７２の軸線ＧＬが高周波加熱コイル６１の軸線ＣＬと略一致すると共に、高周波加熱コイル６１の内周面と軸部７２の外周面とに全周にわたり均一な隙間６３を有するように軸部７２を内嵌してピニオンギヤ７を支持する筒状のガイド部材４と、ガイド部材４をガイド部材４の軸線ＲＬ周りに回動させる歯車機構３と、歯車機構３を駆動する駆動モータ３１と、該駆動モータ３１及び加熱装置６を制御する制御装置１１とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車部と該歯車部の軸線と同軸で且つ一体的に形成された軸部とを有するピニオンギヤの前記軸部に熱処理を行うピニオンギヤの高周波加熱装置において、
前記軸部を環状に囲繞する高周波加熱コイルを有する加熱装置と、前記歯車部の第１の軸線が前記環状高周波加熱コイルの第２の軸線と略一致すると共に、前記環状の高周波加熱コイルの内周面と前記軸部の外周面とに全周にわたり均一な隙間を有するように前記軸部を内嵌して前記ピニオンギヤを支持する筒状のガイド部材と、該ガイド部材に連結し、該ガイド部材を前記第２の軸線周りに回動させる駆動機構と、該駆動機構を駆動する駆動モータと、該駆動モータの駆動及び前記加熱装置の加熱条件を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするピニオンギヤの高周波加熱装置。
【請求項２】
前記ガイド部材は複数個配設され、且つ前記駆動機構を構成する歯車のうち、前記ガイド部材に連結されたドリブンギヤは、該ドリブンギヤ同士が噛合って回転駆動力を前記複数のガイド部材に伝達することを特徴とする請求項１記載のピニオンギヤの高周波加熱装置。
【請求項３】
前記軸部の回転を検知する回転センサを、前記軸部に設けられているスプライン軸形成部に対向させて配設したことを特徴とする請求項１または２記載のピニオンギヤの高周波加熱装置。
【請求項４】
前記制御装置は、焼入処理がなされた前記ピニオンギヤに対して、前記高周波加熱コイルが配置された軸部の焼鈍処理を行うために、予熱を制御する予熱手段と、予熱による熱が表面と中間層部との温度差を少なくする放置時間を制御する放冷手段と、主加熱を行う加熱手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のピニオンギヤの高周波加熱装置。
【請求項５】
請求項１記載のピニオンギヤの高周波加熱装置を用いて行うピニオンギヤの高周波加熱処理方法において、
焼入処理がなされた前記ピニオンギヤを前記ガイド部材に支持し、前記高周波加熱コイルを通電し予熱を行う予熱行程と、その後、一定時間放冷する放冷行程と、その後一定時間前記高周波加熱コイルを通電して本加熱を実施し、その後、さらに一定時間放冷する放冷行程とを有し焼き入れ後のピニオンギヤの軸部に焼鈍処理を行うことを特徴とするピニオンギヤの高周波加熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオンギヤのシャフト部に形成されるネジ部の外周上を均一に加熱する高周波加熱装置とその熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ピニオンギヤは自動車用駆動車軸のデファレンシャル装置に装着されており、このデファレンシャル装置へ変速装置からの回転駆動力を入力する動力伝達部材として用いられている。
図７に示すように、ピニオンギヤ０６はデファレンシャル装置のリングギアに噛合う傘歯車部０６１と、傘歯車部０６１の軸線と同軸線で、傘歯車部０６１を軸支する軸部０６２から構成されている。
ピニオンギヤ０６は機械加工の後に耐摩耗性を向上させるため、浸炭槽にて全体を浸炭焼入れが行われ、焼入れ後に仕上げ加工が施される。
ピニオンギヤ０６をデファレンシャル装置に組付けるために配設されている、ピニオンギヤ０６の軸部０６２の中間部に設けられたネジ部０６３にも浸炭焼入れが施される。
ところが、ピニオンギヤ０６をデファレンシャル装置に組付けるためのネジ部０６３は浸炭焼入れが施されることにより脆弱になっているため、ネジ部０６３の軟質化が必要となる。
【０００３】
そのため、図７に示す装置でネジ部０６３に対して焼鈍熱処理を行っている。
傘歯車０６のネジ部０６３の外周部には高周波加熱装置０１の誘導加熱部０５の加熱コイル０５１が全周を囲繞して配置されている。
図８は加熱コイル０５１がネジ部０６３の外周を囲繞して、高周波装置０５５に接続されているイメージ図を表したものであり、０５３はネジ部０６３と加熱コイル０５１の絶縁被覆電線０５２との隙間である。
【０００４】
また、高周波加熱装置を使用した先行技術として、特開平１０−４３８１５号公報（特許文献１）が開示されている。
特許文献１にはワークである溶接管の外周に、高周波加熱コイルを巻回して、焼鈍加熱部分の前後を第１のガイドローラと溶接管保持とで保持し、溶接管の焼鈍加工と矯正加工を連続して行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４３８１５号公報公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図７、８に示すような構造では、図８の加熱コイル０５１はＺ部においてネジ部０６３から離れ、また、分岐部分であるため、誘導加熱に対する空白部が生じ、誘導加熱温度が周囲の部分より弱くなり、加熱斑が発生しやすい不具合を有している。
また、特許文献１の方法では、ワークの管部材を高周波加熱コイルに装着し、ワークを焼鈍加熱部分の前後で第１のガイドローラと溶接管保持とで保持して、管部材を送り進める構造であり、熱処理が行われる前後でワークを保持するだけであり、管部材の表面に均一に熱処理するために、高周波加熱コイルの軸芯に、ワークの軸芯を一致させて、且つ、ワークの外周と高周波加熱コイルとの隙間を一定に保持するような構造、機構までの開示はない。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ピニオンギヤの軸芯をガイド部材によって、高周波加熱コイルの軸芯に一致させ、且つ容易に着脱できるようにすると共に、ガイド部材と共にピニオンギヤを、軸線を中心に回動させることにより、ピニオンギヤのシャフト部に形成されるネジ部の円周上を均一に加熱して加熱斑を防止して信頼性向上を図り、さらに装置のコスト、コンパクト化を図ったピニオンギヤ高周波加熱処理装置とその熱処理方法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】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、歯車部と該歯車部の軸線と同軸で且つ一体的に形成された軸部とを有するピニオンギヤの前記軸部に熱処理を行うピニオンギヤの高周波加熱装置において、前記軸部を環状に囲繞する高周波加熱コイルを有する加熱装置と、前記歯車部の第１の軸線が前記環状高周波加熱コイルの第２の軸線と略一致すると共に、前記環状の高周波加熱コイルの内周面と前記軸部の外周面とに全周にわたり均一な隙間を有するように前記軸部を内嵌して前記ピニオンギヤを支持する筒状のガイド部材と、該ガイド部材に連結し、該ガイド部材を前記第２の軸線周りに回動させる駆動機構と、該駆動機構を駆動する駆動モータと、該駆動モータの駆動及び前記加熱装置の加熱条件を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
かかる発明によれば、ガイド部材にて歯車の第１の軸線と、環状高周波加熱コイルの第２の軸線とを略一致させて、第２の軸線周りにピニオンギヤ全体を回動させるので、熱処理される軸部全周が均等に加熱され、軸部の熱処理品質が安定する。
また、筒状のガイド部材の内部に軸部を嵌合させることによって、環状の高周波加熱コイルの内周面と前記軸部の外周面とに全周にわたり均一な隙間を有するようにピニオンギヤを支持できるため、ピニオンギヤの高周波加熱装置への着脱が容易になり、作業性が向上する。
さらに、筒状のガイド部材であるため、軸部を軸方向に一定の長さにわたって支持するため、ピニオンギヤの支持が安定化する。
【００１０】
また、本願発明において好ましくは、前記ガイド部材は複数個配設され、且つ前記駆動機構を構成する歯車のうち、前記ガイド部材に連結されたドリブンギヤは、該ドリブンギヤ同士が噛合って回転駆動力を前記複数のガイド部材に伝達する構造にするとよい。
【００１１】
このような構成により、ガイド部材を複数個配設して、それぞれを連動させて回転可能にしたので、複数のピニオンギヤが同時に加熱処理可能になるため作業効率が向上すると共に、ガイド部材に連結されたドリブンギヤ同士を噛合わせて回転駆動力をガイド部材に伝達させる構造なので、歯車機構が簡素化でき、装置全体をコンパクトにまとめることができ、装置全体のコストを抑制できる。
【００１２】
また、本願発明において好ましくは、前記軸部の回転を検知する回転センサを、前記軸部に設けられているスプライン軸形成部に対向させて配設するとよい。
【００１３】
このような構成により、ガイド部材内に嵌合している被加熱対象のワークであるピニオンギヤが、ガイド部材の回転に対し滑りが生じていないかを、駆動源のモータの回転ではなく、ワークの回転を直接検出して正常に回転しているかを判断することで、高周波加熱の加熱斑を防止する。
【００１４】
また、本願発明において好ましくは、前記制御装置は、焼入処理がなされた前記ピニオンギヤに対して、前記高周波加熱コイルが配置された軸部の焼鈍処理を行うために、予熱を制御する予熱手段と、予熱による熱が表面と中間層部との温度差を少なくする放置時間を制御する放冷手段と、主加熱を行う加熱手段とを備えるとよい。
【００１５】
このような構成により、予熱の予熱手段による処理後に、予熱が表面と中間層部との温度差を少なくする放置時間を制御する放冷手段を設けたので、表面が過度に加熱されるのを防止でき、焼鈍処理の斑を防止できる。
【００１６】
また、本願発明のピニオンギヤの高周波加熱処理方法において、焼入処理がなされた前記ピニオンギヤを前記ガイド部材に支持し、前記高周波加熱コイルを通電し予熱を行う予熱行程と、その後、一定時間放冷する放冷行程と、その後一定時間前記高周波加熱コイルを通電して本加熱を実施し、その後、さらに一定時間放冷する放冷行程とを有し前記焼き入れ後のピニオンギヤの軸部に焼鈍処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
このような方法発明においては、前記装置発明で説明したのと同様に表面が過度に加熱されるのを防止でき、焼鈍処理の斑を防止できる焼鈍処理を実施することができる。
その結果、ピニオンギヤの前記軸部に熱処理を行うピニオンギヤのシャフト部に形成されるネジ部の円周上を均一に加熱して加熱斑を防止して信頼性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガイド部材にて歯車の第１の軸線と、環状高周波加熱コイルの第２の軸線とを容易に略一致させることができ、且つ回動させるので、加熱斑が容易に解消でき、歯車の熱処理品質が安定する。
また、ガイド部材に回転駆動用ドリブンギヤを直接連結したので駆動装置の構造が簡素化でき、装置のコスト、コンパクト化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る、高周波加熱装置全体構成のブロック図を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る、高周波加熱装置の概略平面配置図を示す。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った概略断面図を示す。
【図４】本発明にて実施するピニオンギヤの外観図を示す。
【図５】本発明の環状高周波加熱コイルの通電回路イメージ図を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る、熱処理の手順を示すタイミングチャートである。
【図７】従来技術の高周波加熱装置の概略図を示す。
【図８】従来技術における、高周波加熱装置の環状高周波加熱コイルの通電回路イメージ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の実施形態に係る全体構成を示すブロック図で、高周波加熱装置１と、高周波加熱装置１にピニオンギヤ７が装着されているか否かを検出する光センサ９と、高周波焼鈍処理中にピニオンギヤ７が回転しているか否かを検出する回転センサ８と、エリア内に作業者が侵入したか否かを検出する光センサ１０及びそれらの装置を制御する制御装置１１とで構成されている。
さらに、制御装置１１はピニオンギヤ７の回転速度、加熱温度及び加熱の手順等を制御する。
【００２２】
本発明が適用されるピニオンギヤ７は図４に示すように、傘状の歯車形状をした傘歯車７１と、傘歯車７１の第１の軸線ＧＬと同軸線上に、傘歯車７１側から、第１軸部７５、第１軸部７５から間隔を有して第１軸部７５より縮径の第２軸部７６、外径が第２軸部７６より小さいネジ部７３及びネジ部７３から間隔を有して変速装置（図示省略）からの車両駆動力をデファレンシャル装置に伝達するスプライン軸部７４が順次形成されている。
【００２３】
図２は本発明の実施形態を示す、高周波加熱装置全体を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った概略断面図を示す。
高周波加熱装置１はベース２に取付台２１が載置されている。取付台２１にはピニオンギヤ７の軸線ＧＬ（図４参照）を後述する加熱装置６の加熱コイル６１の第２の軸線ＣＬと略一致させるための第１ガイド部材４及び第２ガイド部材５が配設されている。（以後、第１ガイド部材４と第２ガイド部材５は同じ形状なので、構造説明においてはガイド部材４のみとする）ガイド部材４は取付台２１に固着されたガイドスリーブ４１とガイド部材４の外周との間にボールベアリング４２を介して嵌入され、ガイド部材４の軸線ＲＬを中心に回動可能になっている。
【００２４】
第１ガイド部材４にはピニオンギヤ７の第１軸部７５が嵌入する第１ガイド部４３と、第１ガイド部４３から軸線方向に間隔を有して、第１軸部７５より縮径の第２軸部が嵌入する第２ガイド部４５が形成されている。
そして、第１ガイド部４３と第２ガイド部４５との間はテーパ状に形成された第３ガイド部４４が設けられている。これら第１ガイド部４３、第２ガイド部４５及び第３ガイド部４４は同一の軸線ＲＬ上に形成されている。
従って、ピニオンギヤ７の軸部７２は第１ガイド部４３と第２ガイド部４５とによって、ピニオンギヤ７の軸線はガイド部材４の軸線に対し容易に一致するようになっている。
また、第１ガイド部４３と第２ガイド部４５との間の第３ガイド部４４はテーパ状に形成されているので、ピニオンギヤ７をガイド部材４に嵌入する際に、ピニオンギヤ７の軸部７２の先端部が、ガイド部材４の内壁面を滑らかに導かれて嵌入されるので、装着作業が容易となる。
【００２５】
６は加熱装置で、ピニオンギヤのネジ部７３の外周を加熱コイル６１が外嵌するように配置されている。
図５に、加熱コイル６１とネジ部７３の位置関係のイメージ構造を示すように、２個のピニオンギヤ７のネジ部７３周囲に沿って加熱コイル６１が配設されている。加熱コイル６１は絶縁被覆電線６２をコイル状にして、そのコイル状の空間部にネジ部７３を位置させて、ネジ部７３の外周と絶縁被覆電線６２とは全周にわたって一定の間隔で隙間を有している。
加熱コイル６１は高周波装置６５からネジ部７３の周囲に沿って配索され、高周波装置６５に戻る回路となっている。
加熱コイル６１に高周波電流を流すと、加熱コイル６１に高周波磁束が発生し、高周波磁束の誘導作用により、ネジ部７３の外周部が加熱される。
加熱コイル６１の軸線ＣＬはガイド部材４の軸線ＲＬ及びピニオンギヤ７の軸線ＧＬと同軸線上に位置するようにセットされる。
尚、図５では熱処理の同時実施個数を２個としているが、個数を増加する場合は、例えば、図５の加熱コイル６１を複数のネジ部７３に対して直列状に増加して接続させればよい。
【００２６】
加熱コイル６１は電気的絶縁板２３を介してステー２２に取付けられている。さらに、ステー２２はベース２に電気的絶縁板２４を介して固着されている。
従って、加熱コイル６１はベース２との間に二重の電気的絶縁構造が施されている。
【００２７】
３は駆動機構である歯車機構で、駆動モータ３１の出力軸に連結されたドライブギヤ３２と、ドライブギヤ３２に噛合して支持軸３７を中心に回動するアイドラギヤ３３と、アイドラギヤ３３と噛合して第１ガイド部材４の上部に外嵌し、第１ガイド部材４の軸線ＲＬを中心に第１ガイド部材４を回動させる第１ドリブンギヤ３４と、第１ドリブンギヤ３４と噛合し、第２ガイド部材５の上部に外嵌して、第２ガイド部材５の軸線ＲＬを中心に第２ガイド部材５を回動させる第２ドリブンギヤ３５とで構成されている。
【００２８】
駆動モータ３１には内部にモータ回転の回転数を減速して出力軸から出力する減速機構（図示省略）と、回転を早期に止めるブレーキ装置を備えている。
駆動モータ３１はベース２に固定された支持台２５に載置されたギヤケース３６の上面に取付けられ、出力軸がギヤケース３６内に突出した状態になっており、出力軸の先端部にドライブギヤ３２が固着されている。
アイドラギヤ３３はギヤケース３６の上面に固定され、ギヤケース３６内に延出した支持軸３７にボールベアリング３８を介して支持軸３７を中心に回動可能に支持されている。
第１ドリブンギヤ３４が外嵌している第１ガイド部材４は、該第１ガイド部材４とガイドスリーブ４１との間に介装されているボールベアリング４２のインナレース上面に、第１ガイド部材４の外周部から外方へ延出したフランジ部４７が載置され、第１ガイド部材４は該インナレースと共に第１ガイド部材４の軸線ＲＬを中心に回動可能になっている。
そして、第１ドリブンギヤ３４は第１ガイド部材４の外周部に外嵌すると共に、フランジ部４７の上面に載置された構造を成し、第１ドリブンギヤ３４とフランジ部４７とをボルト３９にて固定している。
第２ドリブンギヤ３５の第２ガイド部材５との結合構造は第１ドリブンギヤ３４と同じなので省略する。
尚、本実施形態では制御装置１１によって、ドリブンギヤ（ガイド部材）の回転速度は４５〜５５ＲＰＭにて実施したが、加熱装置の出力、焼鈍の要求仕様及び材質等により、適宜調整すると良い。
【００２９】
第１ドリブンギヤ３４と第２ドリブンギヤ３５の上面には、第１及び第２ガイド部材４、５の上端縁を外嵌する孔を有したカバー２７がボルト２８(図２参照)にて締結されている。
【００３０】
また、ピニオンギヤ７を第１及び第２ガイド部材４、５の正規位置に嵌装した時に、ピニオンギヤ７のスプライン軸部７４が位置する部分に対向して回転センサ８、８が配設されている。
スプライン軸部７４の歯形を利用して、ピニオンギヤ７が第１及び、第２ガイド部材４、５と共に回転しているか否かを検出するもので、加熱温度の斑の発生を防止して、熱処理品質の安定化を図ることができる。
【００３１】
９は光センサで、高周波加熱装置１の両サイドに位置して、第１及び第２ガイド部材４、５にピニオンギヤ７が載置されているか、否かを検出する装置で、ピニオンギヤ７が載置されている場合は光センサが発光する光を遮ることにより、ピニオンギヤ７載置を確認する。
この信号に基づいて制御装置１１が作動し、高周波加熱装置１の誤作動を防止する。
一方、光センサ１０は焼鈍中に作業者が高周波加熱装置１の危険エリアに侵入した場合に、光センサ１０の信号に基づいて、制御装置１１が作動し、直ちに熱処理稼働を中止する等の安全装置である。
【００３２】
図６は高周波加熱装置１の熱処理手順を示すタイムチャートであり、第１及び第２ガイド部材４、５にピニオンギヤ７が載置されているのを確認後、まず、加熱コイル６１に通電して１５〜２０秒間予熱を行う予熱工程を実施する。
その後、通電を止めて１．５〜３．５秒間の放冷を行う放冷工程を実施する。これは、高周波加熱は急激に加熱温度が上昇して、表面だけが異常に高くなり、内部との温度差が大きいので、ピニオンギヤ７を放置することにより表面とその内側の中間層との温度差（内側の温度を上げる）をなくして焼鈍の条件を整えるためである。
次に、１５〜２０秒間の焼鈍加熱工程を実施する。その後大気中に放置して徐冷する放冷行程を実施する。
尚、それぞれの手段における時間は制御装置１１によって、高周波加熱装置１の出力、焼鈍の要求仕様及び材質等により適宜調整すればよい。
本実施形態での焼鈍の加熱温度は７００〜７５０℃にて実施した。
【００３３】
本実施形態によれば、ピニオンギヤ７を軸線ＧＬに沿って回動させるので、ネジ部７３の焼鈍に斑が生じないので、ピニオンギヤ７の品質確保が容易になる。
また、ピニオンギヤ７を軸線ＧＬに沿って回動させるため、第１、及び第２ガイド部材外周部にドリブンギヤ３４、３５を固着させ、且つ、アイドラギヤ３３から伝達された駆動をドリブンギヤ３４でドリブンギヤ３５を直接駆動するようにしたので、歯車機構３がコンパクトになり、装置の取扱いが容易となる。
また、歯車機構３の構造が簡素化され、部品点数も少なくなり装置のコストも安価になり、それに伴い、ピニオンギヤ７のコスト低減が得られる。
また、ピニオンギヤ７の焼鈍を同時に２個、またはそれ以上複数個同時に実施可能にしたので、焼鈍作業が効率化して作業コストの低減が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
軸部の外周部を高周波にて熱処理を行う熱処理装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１    高周波加熱装置
２    ベース
３    歯車機構（駆動機構）
４    第１ガイド部材
５    第２ガイド部材
６    加熱装置
７    ピニオンギヤ
８    回転センサ
９    光センサ
３１  駆動モータ
３２  ドライブギヤ
３３  アイドラギヤ
３４  第１ドリブンギヤ
３５  第２ドリブンギヤ
４１  ガイドスリーブ
４３  第１ガイド部
４５  第２ガイド部
６１  加熱コイル
６２  絶縁被覆電線
６３  隙間
７３  ネジ部
７４  スプライン軸部
ＣＬ  加熱コイル軸線（第２の軸線）
ＧＬ  ピニオンギヤ軸線（第１の軸線）
ＲＬ  ガイド部材軸線
【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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【図８】
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