(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に歯形を有するリムと、中心部のボスと、該リムとボスを接合するリブとを有し、該リブが薄肉か又は抜孔を有するか若しくは該リブが前記リムに対して偏って設けられた歯車の歯形を誘導加熱により焼入れする歯車の誘導加熱焼入用治具において、前記歯車のリム内周の一方の角部に当接する勾配面である当接面が設けられた非磁性体からなる一方の押板と、前記リム内周の他方の角部に嵌合する段部が設けられた非磁性体からなる他方の押板と、前記一方の押板の当接面を前記歯車のリム内周に押し込んで該歯車のリムを放射方向に拡大する力を与えるように前記両押板を緊締する非磁性体からなる１又は複数の緊締ボルトとを備えたことを特徴とする熱変形しやすい歯車の誘導加熱焼入用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯形を誘導加熱により熱処理する歯車の誘導加熱において、歯車のリブが薄肉だったりリブに抜孔が設けられたりして熱変形しやすい形状の歯車を変形なく誘導加熱する誘導加熱用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯車の歯形だけを誘導加熱により焼入れする熱処理は広く行われるが、例えば図７（ａ）に示すようなリブ２が薄肉でかつ重量軽減のために抜孔２ａが設けられているような歯車や、あるいは同図の（ｂ）に示すようにリブ２がリム３に対して偏って設けられている歯車などは、歯形を誘導加熱により熱処理する際にリム３が波打ったり、あるいは図７の矢印Ｘの方向に変形して丁度リム３の端部径ｄが縮小するような形に変形したりして、歯すじが傾いて歯車精度が低下するという問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これを解決するために、リブ２を厚くして強度を増せば重量も増加する。また、リム３の中央部にリブ２を設けることは装置の構成上困難な場合もある。
【０００４】
そこで本発明は、上記のような熱変形しやすい歯車の歯形を誘導加熱において変形のない熱処理が可能な歯車の誘導加熱焼入用治具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の熱変形しやすい歯車の誘導加熱焼入用治具は、外周に歯形を有するリムと、中心部のボスと、該リムとボスを接合するリブとを有し、該リブが薄肉か又は抜孔を有するか若しくは該リブが前記リムに対して偏って設けられた歯車の歯形を誘導加熱により焼入れする歯車の誘導加熱焼入用治具において、前記歯車のリム内周の一方の角部に当接する勾配面である当接面が設けられた非磁性体からなる一方の押板と、前記リム内周の他方の角部に嵌合する段部が設けられた非磁性体からなる他方の押板と、前記一方の押板の当接面を前記歯車のリム内周に押し込んで該歯車のリムを放射方向に拡大する力を与えるように前記両押板を緊締する非磁性体からなる１又は複数の緊締ボルトとを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
即ち、被加熱歯車の両側に配設された押板を緊締ボルトで締め付けると、一方の押板に設けられた当接部の勾配部が被加熱歯車のリム内周に押し込まれ、この勾配部の分力により被加熱歯車のリムを両面から押さえる軸方向の力と共にリムの端部の径を広げようとする放射方向の力が与えられる。これにより、歯形の誘導加熱の際にリムが波打ったりリムの端部の径が縮小するように変形することが防止でき、熱処理後に変形のない歯車を得ることができる。また、押板と緊締ボルトは非磁性体から形成されているので、誘導加熱の際に誘導電流により加熱されることが少なく、押板と緊締ボルトの強度低下がないので変形防止の効果が大きい。
【０００７】
また、前記１または複数の緊締ボルトの緊締力の総和は、前記リム内径に当接する円周長さ１ｃｍ当たり８ｋｇｆ・ｃｍ以上であることが加熱の変形を抑制するために望ましい。即ち、実験の結果両押板の歯車を押さえる力はリム内径の円周長さ１ｃｍ当たり８ｋｇｆ・ｃｍ以上ないと変形防止効果が不足するが、この数値以上であれば変形防止効果に十分であることが分かった。これにより、不要に緊締ボルト数の増加したりボルトに掛ける応力を過大にして緊締ボルトの寿命を減ずることもない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の歯車の誘導加熱用治具の断面図、図２はその平面図である。図３は本発明実施例における焼入れ前の歯の形状をトポグラフィで表わした図、図４は本発明の誘導加熱用治具を使用しないで誘導焼入れした場合の焼入れ後の歯の形状をトポグラフィで表わした図、図５は本発明の誘導加熱用治具を使用して誘導焼入れした場合の焼入れ後の歯の形状をトポグラフィで表わした図である。図６は本発明実施例に使用した歯車の平面図、図７は熱変形しやすい歯車の例を示す断面図である。
【０００９】
図１及び２において、本発明の誘導加熱用治具は上押板１１と下押板２１と複数の緊締ボルト３１とからなる。上押板１１及び下押板２１は非磁性体材料からなり、それぞれ中心に貫通孔１２及び２２を設けたリング状円板をなし、このリング幅のほぼ中央部円周上に等間隔に緊締ボルト３１を挿通する複数の挿通孔１４が設けられている。そして、両押し板１１及び２１は被加熱歯車を挟むようにその両側面に配設される。
【００１０】
上押板１１はその下面外周に勾配部が設けられ、該勾配部が被加熱歯車１のリム３の図の上側端部内径に当接する当接面１３を形成している。また、下押板２１には上端面外周に段部を設け、該段部が被加熱歯車１のリム３の図の下側内周に嵌合して嵌合部２３を形成している。
【００１１】
前記当接面１３の勾配角度αは歯車の軸線に対して４５度ないし３０度が望ましい。勾配角度αが４５度以上になると被加熱歯車のリム３を軸方向に押さえる分力は大きくなるがリム３を放射方向に拡大する分力が小さくなり、３０度以下になると被加熱歯車のリム３を放射方向に拡大する分力は大きくなるがリム３を軸方向に押さえる分力が小さくなり、いずれも変形防止の効果が少なくなるからである。
【００１２】
複数の緊締ボルト３１は、例えばＪＩＳに規定するＳＵＳ６３１のような高抗張力の非磁性ステンレスから作られ、対応する上押板１１の挿通孔１４と下押板２１の挿通孔２４に被加熱歯車１の抜孔を貫通して挿通されナット３２により上押板１１と下押板２１で被加熱歯車１を挟むように螺締される。この螺締する力は被加熱歯車のリム３の内径円周の長さ１ｃｍ当たり８ｋｇｆ・ｃｍ以上であることが望ましい。８ｋｇｆ・ｃｍ以下では熱変形の応力に対して不足して変形の防止効果が得られないが、８ｋｇｆ・ｃｍ以上であれば熱変形の防止力に十分であり、この力をあまり大きくすることは緊締ボルトの数が多くなり緊締する時間が掛かるか、緊締ボルトの応力を過大にして寿命を低下する。
【００１３】
上記構成の歯車の誘導加熱用治具の作用について以下に説明する。被加熱歯車１は図６の平面図に示すように、リム３の外周に歯５が刻まれ、リム３と軸に装着されるボス４との間が薄肉のリブ２で接続され、リブ２には重量軽減のための抜孔２ａが設けられている。したがって、リブ２の横方向に対する曲げ強度が小さいため歯部を加熱すると全体が熱変形しやすく、図７に示すように歯形加熱の際にリム３の端部径ｄが内径側に変形しやすい。
【００１４】
本発明の歯車の誘導加熱用治具は、被加熱歯車を上押板１１と下押板２１で挟んで緊締ボルト３１で締め付けると、上押板１１の当接面１３の勾配部が歯車のリム３の上端部部内径に押し込まれ、リム３には勾配部の分力により上押板１１と下押板２１の間で挟まれる力と、リム３の端部内径を放射方向に拡径する力が働く。これにより、前記の歯形誘導加熱の際のリム端部内径が縮小する熱変形が防止される。この際に上押板１１、下押板２１及び緊締ボルト３１は非磁性体からなるので誘導電流により加熱されることが少なく温度上昇による強度低下により変形することがない。とくに緊締ボルト３１の温度上昇がないので誘導電流により加熱されて緊締力が低下する恐れがなく、歯車の熱変形防止の効果が低下することがない。
【００１５】
【実施例】
以下に上記構成の歯車の誘導加熱用治具を用いて、図６に示す形状の歯車を誘導加熱した場合の実施例について説明する。その条件は下記である。
被加熱歯車：ピッチ円直径：  １２５．０ｍｍ
歯幅：          ２０ｍｍ
モジュール：    ２．５
リム内径：      １１１．５ｍｍ
誘導加熱用治具：
押板：  材質：ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４
上押板の当接部の勾配：  ４５度
緊締ボルト：材質：ＪＩＳ  ＳＵＳ６３１
本数：１０φ×６本
緊締方法：  各ボルトの力が５０ｋｇｆ・ｃｍになるようにトルクレンチを用いて締め付けた。
総緊締力：  リム内径円周ｃｍ当たり８．５７ｋｇｆ・ｃｍ
上記歯車の歯を誘導加熱により焼入れを行い、焼入れ後の変形による歯すじの傾きをトポグラフを用いて測定した。
【００１６】
加熱実験結果を図３〜図５に示す。図３は焼入れ前の素材歯車の歯の形状、図４は本発明の誘導加熱用治具を使用しないで焼入れした場合の歯の形状、図５は本発明の誘導加熱用治具を用いて焼入れした場合の歯の形状をそれぞれトポグラフィで示した図である。
【００１７】
これらの図は、各図中（ａ）で示される歯を表わしたもので、細線は計算状の線、太線は実測線を示す。これらの図において、図４から分かるように本発明の誘導加熱用治具を使用しないで焼入れした場合には、図３に示す焼入れ前の素材歯車の歯に比し前述のようにリム端部の径が縮小するように変形するため（図４の上側に傾く）、実歯先円径が径小になり元歯先円から見ると刃先が細まって表示される。この歯すじの変形は歯幅２０ｍｍに対して最大２５〜３０μｍ変形している。これに対し、図５に示す本発明の誘導加熱用治具を用いて焼入れした場合は、焼入れ後も焼入れ前の歯すじとほとんど変わらずリブの変形が防止でき精度の高い熱処理した歯車が得られることが分かった。
【００１８】
以上述べたように、本発明の実施形態の熱変形しやすい歯車の誘導加熱用治具によれば、被加熱歯車の両側に配設した押板の勾配部を被加熱歯車のリム内径に押し込むように緊締ボルトで締め付けて誘導加熱するので、被加熱歯車のリムは両面の押板により圧力を持って挟まれるとともに、リムを放射方向に広げる応力がかかった状態で誘導加熱され、前述の加熱の際のリム端部の内径方向の変形やリムの波打ちの変形が防止でき精度の高い歯車の熱処理が可能となる。また、押板と緊締ボルトは非磁性体から形成されているので、誘導加熱の際に誘導電流により加熱されることが少なく、温度上昇による押板と緊締ボルトの強度低下がなく変形防止の効果が低下することもない。
【００１９】
前記複数の緊締ボルトの緊締力は、その総和をリム内径に当接する円周長さ１ｃｍ当たり８ｋｇｆ・ｃｍ以上にすればよい。したがって、緊締ボルト数の増加などの無駄を省くことができる。
【００２０】
本実施例では被加熱歯車としてリブに６個の抜孔を設けた歯車を使用したので、６本の緊締ボルトをこの抜孔に挿通して用いたが、抜孔の数により緊締ボルトの数を変えればよく、抜孔のないリブの場合はボスの軸穴に挿通した１本の太い緊締ボルトを使用することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱変形しやすい歯車の誘導加熱焼入用治具は、歯形加熱により内径側に変形しようとするリム端部内径を、押板により放射方向に広げる応力を与えながら押さえた状態で加熱するので、リブの肉が薄い歯車など熱変形しやすい歯車でも変形しないで誘導加熱でき、精度の高い歯車を得ることができる。また、押板と緊締ボルトが非磁性体で形成されているので、これらが誘導電流により加熱されることが少なく、治具の強度低下により変形防止の効果が低下することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の熱変形しやすい歯車の誘導加熱用治具の断面図である。
【図２】本発明の実施形態の熱変形しやすい歯車の誘導加熱用治具の平面図である。
【図３】本発明の実施例の焼入れ前の歯の形状をトポグラフフィにより示した図である。
【図４】本発明の歯車の誘導加熱用治具を使用しないで焼入れした歯の形状をトポグラフフィにより示した図である。
【図５】本発明の歯車の誘導加熱用治具を使用して焼入れした歯の形状をトポグラフフィにより示した図である。
【図６】本発明の実施例の被加熱歯車の平面図である。
【図７】熱変形しやすい歯車を示す断面図である。
【符号の説明】
１  被加熱歯車
２  リブ
２ａ  抜孔
３  リム
４  ボス
５  歯
１１  上押板
１２  貫通孔
１３  当接面
１４  挿通孔
２１  下押板
２２  貫通孔
２３  段部
２４  挿通孔
３１  緊締ボルト
３２  ナット
【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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