JP2001303132A

JP2001303132A - クランクシャフトのピン部の高周波焼入方法

Info

Publication number: JP2001303132A
Application number: JP2000120370A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 勲松本; Hideaki Katanuma; 秀明片沼
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】クランクシャフトのピン部の表面（被焼入部
分）を均一に高周波誘導加熱することができてクランク
シャフトの焼割れの発生を防止でき、しかも焼き歪み
（変形）の程度を小さく抑えることができるようにす
る。【解決手段】クランクシャフト１の回転に伴ってピン
部１４が上死点Ｃを通過する前の所定の位置（点Ｂ）か
ら上死点Ｃを通過した後の所定の位置（点Ｄ）までの区
間を回動する際には、高周波誘導加熱コイル４に高周波
電流を間欠的に流すことによりピン部１４の間欠加熱を
行なうと共に、ピン部１４が下死点Ａを通過する前の所
定の位置（点Ｄ）から下死点Ａを通過した後の所定の位
置（点Ｂ）までの区間を回動する際には、高周波誘導加
熱コイル４に高周波電流を連続的に流してピン部の連続
加熱を行ない、これにより、各所で熱容量の異なるピン
部１４の表面を均一に加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンエンジン
或いはディーゼルエンジン等に用いられるクランクシャ
フトのピン部の高周波焼入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、ガソリンエンジン或いはディー
ゼルエンジン等に用いられるクランクシャフト１を示す
ものである。この種のクランクシャフト１は、図４に示
すように、鍛造加工により例えば各４つのピン部１２，
１４，１６，１８及びジャーナル部１１，１３，１５，
１７，１９をウエイト部５０を介して一体に成形して成
るものである。従来より、クランクシャフト１のピン部
１２，１４，１６，１８には高周波焼入処理が施され、
これによりピン部１２，１４，１６，１８の表面（外周
面等）に焼入硬化層を形成するようにしている。なお、
ピン部１２，１４，１６，１８の高周波焼入処理に当た
っては、クランクシャフト１を中心軸Ｘ（ジャーナル部
１１，１３，１５，１７，１９の軸線）を中心に回転さ
せながらピン部１２，１４，１６，１８の上に半開放鞍
型の高周波誘導加熱コイルを僅かな間隔をもって載置
し、この高周波誘導加熱コイルをピン部１２，１４，１
６，１８の回転（ジャーナル部の周囲を回る公転）に追
従させながら高周波誘導加熱し、しかる後に冷却を行な
うことにより高周波焼入を施行している。

【０００３】ピン部１２及び１８とピン部１４及び１６
とは位相が１８０゜ずれた位置に配置されているが、こ
れらの形状はそれぞれ同一に構成されている。以下にお
いては、ピン部１４を例にとってその形状を説明する。
図５及び図６に示すように、このピン部１４は、円筒状
の外周面αを有する円柱部１４１と、この円柱部１４１
に続くＲ部（角部若しくは隅部）１４２と、このＲ部１
４２に続いて形成されかつクランクシャフト１の中心軸
Ｘに対して直角に延びるように形成されたフィレット部
１４３とから成る。図５（Ａ）に示す焼入硬化層１４７
は、円柱部１４１のみを焼入処理することによって得ら
れたものであり、このような焼入の仕方をフラット焼入
と称している。また、図５（Ｂ）に示す焼入硬化層１４
７は、円柱部１４１，Ｒ部１４２及びフィレット部１４
３をそれぞれ含む連続した部分の全てを焼入処理するこ
とにより得られるものであり、このような焼入の仕方を
フィレットＲ焼入と称している。

【０００４】ところで、大多数のクランクシャフト１
は、一般的に、ピン部１４の中心軸Ｙ（図４参照）に対
してクランクシャフト１の中心軸Ｘとは反対側のピン部
近傍の肩部１４４（図６参照）の質量が小さく、従って
この肩部１４４の熱容量がその他の部分の熱容量に比べ
て小さい。このように熱容量が各所で異なるピン部１４
の表面（外周面α及びその周辺部分）を、例えばフィレ
ットＲ焼入のために、一定の通電電流を高周波誘導加熱
コイルに連続的に流して高周波誘導加熱する際に、熱容
量の小さい肩部１４４が部分的に過熱され易くなり、ひ
いては肩部１４４にその他の部分よりも深く焼きが入る
こととなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のようにピン部１
４を一定の通電電流を高周波誘導加熱コイルに連続的に
流して高周波誘導加熱した場合には、ピン部１４の表面
の各所における熱容量が異なるため、ピン部１４のうち
クランクシャフト１の中心軸Ｘに対してより遠い部分の
肩部１４４、円柱部１４１、及びこの円柱部１４１に続
くＲ部（角部若しくは隅部）１４２と、ピン部１４のう
ちクランクシャフト１の中心軸Ｘにより近い部分のフィ
レット部１４３の側面、Ｒ部（角部若しくは隅部）１４
２及び円柱部１４１との加熱パターン及び加熱温度が異
なり、マルテンサイト変態開始時間にズレが生じる。こ
のようにピン部１４の表面の各所における冷却速度に差
が生じてマルテンサイト変態開始時間にズレが生じる
と、焼割れ及び焼き歪等の欠陥を引き起こす原因とな
る。

【０００６】すなわち、クランクシャフト１は、一般的
に、図６に示す如く上死点１４５近傍の肩部１４４の質
量がその他の部分の質量よりも小さく、クランクシャフ
ト１の各部における熱容量はそれぞれ異なる。このよう
に熱容量の異なるピン部１４の円筒面（表面）を例えば
フィレットＲ焼入する場合には、前記肩部１４４が過熱
されてこの肩部１４４部分に深く焼きが入り、円柱部１
４１の上死点１４５側おける焼入硬化層は下死点１４６
側における焼入硬化層よりも深くなる。具体的には、高
周波誘導加熱コイルへの投入電力並びに通電電流を一定
にした状態の下で高周波誘導加熱を行なうようにした従
来の方法によれば、図６に示すように、円柱部１４１の
外周面αのうちクランクシャフト１の中心軸Ｘから遠い
部分に形成される焼入硬化層１４５の深さａが、クラン
クシャフト１の中心軸Ｘに近い部分に形成される焼入硬
化層１４６の深さｂよりも深くなる（ａ＞ｂ）。そし
て、これに起因して、焼割れが発生し、ピン部１４の変
形量が大きくなる傾向を引き起こすおそれがある。

【０００７】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、クランクシャフトのピン
部の表面（被焼入部分）を均一に高周波誘導加熱するこ
とができてクランクシャフトの焼割れの発生を防止で
き、しかも焼き歪み（変形）の程度を小さく抑えること
ができるようなクランクシャフトのピン部の高周波焼入
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、クランクシャフトのピン部の上に半
開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クラン
クシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周
波誘導加熱コイルを前記ピン部に追従させつつ前記ピン
部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部を冷却す
ることにより前記ピン部の表面を焼入する方法におい
て、前記クランクシャフトの回転に伴って前記ピン部が
上死点を通過する前の所定の位置から上死点を通過した
後の所定の位置までの区間を回動する際には、前記高周
波誘導加熱コイルに高周波電流を間欠的に流すことによ
り前記ピン部の間欠加熱を行なうと共に、前記ピン部が
下死点を通過する前の所定の位置から下死点を通過した
後の所定の位置までの区間を回動する際には、前記高周
波誘導加熱コイルに高周波電流を連続的に流して前記ピ
ン部の連続加熱を行ない、これにより、各所で熱容量の
異なるピン部の表面を均一に加熱するようにしている。
また、本発明では、前記クランクシャフトのピン部の高
周波誘導加熱時に前記高周波誘導加熱コイルに投入する
電力を一定に固定している。また、本発明では、前記高
周波誘導加熱コイルの通電開始及び通電停止を、前記ピ
ン部が下死点位置を通過した後にそれぞれ所定の角度だ
け回転したときに行なうようにしている。

【０００９】

【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３を参照して説明する。

【００１０】図１は、本発明に係るクランクシャフトの
ピン部の高周波焼入方法を施行するために使用される焼
入装置２を示すものである。この焼入装置２は、図１に
示すように、黄銅製の一対の側板（保持板）３と、この
側板３に取付けられた半開放鞍型の高周波誘導加熱コイ
ル４と、この高周波誘導加熱コイル４にリード５を介し
て電力を供給する高周波電源６と、側板３の下端に取付
られて高周波誘導加熱コイルの下方位置に配置された焼
入冷却用の一対の冷却液噴射環７ａ，７ｂと、高周波電
源６とリード５とを接続するための一対の接続端子８
ａ，８ｂと、接続端子８ａ，８ｂ及びリード５を保持す
るために側板３の上端に取付けられた絶縁性材料から成
るブロック９と、ワーク（例えば、ピン部１４）と高周
波誘導加熱コイル４との間の間隔を一定（僅かな間隔）
に保つための複数のセラミックス製の接触子（チップ部
材）１０をそれぞれ具備している。

【００１１】なお、側板３、高周波誘導加熱コイル４、
冷却液噴射環７ａ，７ｂ、接続端子８ａ，８ｂ及びブロ
ック９を互いに一体に組付けて成るアッセンブリ１００
が図外の支持機構によって垂下状態で保持されている。
そして、クランクシャフト１がその中心軸Ｘを中心に回
転されるのに伴い、図外のワーク追従機構により、高周
波誘導加熱コイル４がピン部１４の上に載置された状態
を維持したまま、前記アッセンブリ１００がピン部１４
に追従して移動し得るように構成されている。なお、こ
の際、ピン部１４の上半分部分の周面には例えば３本の
セラミック製の接触子１０が当接され、これにより高周
波誘導加熱コイル４の半円状凹部４ａとピン部１４の周
面とが僅かな所定間隔を隔ててピン部１４上に載置され
た状態でこのピン部１４が高周波誘導加熱コイル４にて
高周波誘導加熱されるようになっている。

【００１２】上述の一対の冷却液噴射環７ａ，７ｂは、
図１に示すように、高周波誘導加熱コイル４の下方の所
定の位置において既述の側板３に固定されている。そし
て、この冷却液噴射環７ａ，７ｂの内周壁には多数の冷
却液噴射孔２０が所要の上向き噴射角度β（図１参照）
をもって形成されると共に、その外周壁には冷却液導入
管２１ａ，２１ｂがそれぞれ接続されている。

【００１３】次に、上述の焼入装置２にてクランクシャ
フト１のピン部１４の表面を焼入（フラット焼入又はフ
ィレットＲ焼入）する場合の本発明に係る焼入方法につ
き、図２を参照して説明すると、以下の通りである。な
お、図２は、高周波焼入処理時における高周波誘導加熱
コイル４の通電状態切替工程（間欠通電・連続通電切替
工程）を説明するために、クランクシャフト１のピン部
１４の回動（公転）動作を概念的に示したものである。

【００１４】まず、クランクシャフト１のピン部１４を
高周波焼入（フラット焼入又はフィレットＲ焼入）する
場合、クランクシャフト１の中心軸Ｘが水平になるよう
にクランクシャフト１の両端を図外のワーク保持装置に
より回転可能に保持し、この状態の下でクランクシャフ
ト１を図外の回転駆動装置にて回転させながら半開放鞍
型の高周波誘導加熱コイル４をピン部１４の上方位置に
セラミック製の接触子１０を介して所定の間隙をもって
載置する。その直後に、高周波電源６から高周波誘導加
熱コイル４への高周波電力（所要周波数の高周波電流）
の供給を開始し、それ以後においては高周波誘導加熱コ
イル４への通電状態がピン部１４の回転位置に応じて連
続通電状態と間欠通電状態とに選択的に切り替えられる
ように制御し、このように制御された通電電流によりピ
ン部１４の表面を高周波誘導加熱する。なお、本実施形
態の場合には、クランクシャフト１のピン部１４の高周
波誘導加熱時に高周波電源６から高周波誘導加熱コイル
４に投入される電力は一定に固定される。

【００１５】そして、ピン部１４の表面（被焼入面）が
所要の焼入温度に到達した時点で、高周波電源６から高
周波誘導加熱コイル４への高周波電力の供給を遮断し、
一対の冷却液噴射環７ａ，７ｂの冷却液噴射孔２０から
ピン部１４の加熱表面に冷却液を噴射することにより、
この加熱表面を急速冷却して焼入硬化層を形成する。

【００１６】図２において、Ｘはクランクシャフトの中
心軸（すなわち、ジャーナル部の断面中心）、Ｙはピン
部１４の中心軸である。クランクシャフト１を前記中心
軸Ｘを中心として例えば矢印Ｕ方向に回転させることに
より、ピン部１４の中心軸Ｙはクランクシャフト１の中
心軸Ｘを中心とする円弧γに沿って移動（回動）する。
すなわち、ピン部１４は矢印Ｕ方向に公転しながら矢印
Ｗ方向に１公転につき１回の割合で自転する。

【００１７】高周波誘導加熱コイル４は、ピン部１４の
公転及び自転に対応して、図外のワーク追従機構によっ
て、図２において矢印Ｋ方向（上下方向）及び矢印Ｑ方
向（水平方向）に往復運動してピン部１４の公転及び自
転動作に追従する。

【００１８】この際、クランクシャフト１の回転角度ひ
いてはピン部１４の回転角度（回動位置）の検出が、図
外の回転角度検出装置（例えばホール素子やエンコーダ
等）により行われる。この検出装置は、クランクシャフ
ト１の回転角度に関する信号を図外の信号線を経由して
図外の制御装置に送給する。かくして、この制御装置に
より、クランクシャフト１の回転の開始及び停止、回転
速度、高周波電源６のＯＮ・ＯＦＦ切換、噴射冷却液の
噴射の開始及び停止や噴射速度等の制御が行なわれると
共に、高周波誘導加熱を行なう際の高周波誘導加熱コイ
ル４の通電状態の切り替えすなわち連続通電状態又は間
欠通電状態への切り替えの制御が行なわれるように構成
されている。

【００１９】本実施形態においては、ピン部１４が上死
点を通過する前の所定の位置から上死点を通過した後の
所定の位置までの区間では、高周波誘導加熱コイル４に
流す高周波電流を間欠的に供給してピン部１４を間欠加
熱し、ピン部１４が下死点を通過する前の所定の位置か
ら下死点を通過した後の所定の位置までの区間では、高
周波誘導加熱コイル４に流す高周波電流を連続的に供給
してピン部１４を連続加熱するように制御している。

【００２０】次に、高周波誘導加熱コイル４の通電状態
を切り替え制御する仕方を図２に基づいて説明すると、
以下の通りである。なお、ここでは、クランクシャフト
１の１回転中においてピン部１４が下死点（最下位置）
にきたときのピン部１４の中心軸Ｙの位置を点Ａ（回転
角度０゜）とし、この点Ａからクランクシャフト１の回
転方向（矢印Ｕ方向）に沿って回転角度θ１，θ２，θ
３だけ順次に回転した中心軸Ｙの位置を点Ｂ，点Ｃ，点
Ｄとする。但し、点Ｄと点Ａとの間の回転角度をθ４と
すると、θ１＋θ２＋θ３＋θ４＝３６０゜である。こ
の場合、点Ａはピン部１４の回転の下死点であり、点Ｃ
はピン部１４の回転の上死点であり、点Ｂ及び点Ｄは前
記点Ａに対する回転角度θ１及びθ４は鈍角となる回転
位置である。

【００２１】さらに、クランクシャフト１の回転開始後
において、最初に加熱を開始する位置（通電開始位置）
及びこの加熱開始位置からクランクシャフト１が所定角
度だけ回転して加熱を停止する位置（通電停止位置）に
おけるピン部１４の中心軸Ｙの位置をそれぞれ点Ｓ及び
点Ｔとする。本実施形態では、これらの点Ｓ及び点Ｔ
は、ピン部１４の中心軸Ｙが描く円弧γ上における点Ｄ
から点Ａを通って点Ｂに至る回転角領域、すなわち、高
周波誘導加熱コイル４に高周波電流が連続的に流される
下死点側の区間Ｐ１内に選定されている。なお、点Ｔは
点Ａよりも回転下流側の位置であり、点Ｓは回転上流側
の位置である。

【００２２】クランクシャフト１が回転を開始し、ピン
部１４の中心軸Ｙが最初に点Ａの位置にきたときの回転
角度を０゜とした場合のクランクシャフト１の矢印Ｕ方
向の回転角度が、図外の回転角度検出装置により検出さ
れ、これに基づいてピン部１４の中心軸Ｙの各回転位置
（前記点Ａ〜点Ｄ、点Ｓ、点Ｔ）が検出される。そし
て、ピン部１４の中心軸Ｙが点Ａ（下死点位置）から初
めて点Ｓにきたときに、図外の回転角度検出装置により
点Ａから点Ｓまでの回転角度θ５が検出されると、ピン
部１４が点Ｓに達した時点で図外の制御回路からの制御
信号に基づいて、高周波誘導加熱コイル４に所定の周波
数の高周波電流が高周波電源６より連続的に供給されて
ピン部１４の連続加熱が開始される。

【００２３】続いて、ピン部１４の中心軸Ｙが点Ｓから
初めて点Ｂにきたときに図外の回転角度検出装置により
角度θ１が検出され、その検出信号が図外の制御装置に
送られるのに応じて、高周波誘導加熱コイル４への高周
波電流の供給が間欠的に行われる状態に切り替えられ、
ピン部１４の間欠加熱が開始される。次いで、ピン部１
４の中心軸Ｙが点Ｃ（上死点位置）を通過して点Ｄにき
たときに回転角度（θ１＋θ２＋θ３）が検出され、そ
の検出信号が図外の制御装置に送られるのに応じて、高
周波誘導加熱コイル４への高周波電流の供給が連続的と
なる状態に再び切り替えられる。従って、ピン部１４が
点Ｄから下死点Ａを通って点Ｂに至る領域（下死点側の
区間Ｐ１）内を回動する際には、高周波誘導加熱コイル
４に高周波電流が連続的に流されて連続加熱が施行さ
れ、ピン部１４が点Ｂから上死点Ｃを通って点Ｄに至る
領域（上死点側の区間Ｐ２）内を回動する際には、高周
波誘導加熱コイル４に高周波電流が間欠的に流されて間
欠加熱が施される。但し、この場合、高周波誘導加熱コ
イル４への投入電力及び通電電流の周波数並びにクラン
クシャフトの回転速度は、一定に設定されて固定されて
いる。

【００２４】しかる後に、ピン部１４の中心軸Ｙが、点
Ａからｎ回転して再び点Ａに至り、その後さらに角度θ
６だけ回転して点Ｔにくると、前記中心軸Ｙが回動した
角度(ｎ×360゜＋θ６)が回転角度検出装置により検出
され、その検出信号が図外の制御装置に送信されるのに
応じて、高周波誘導加熱コイル４への通電が停止されて
ピン部１４の高周波誘導加熱が終了される。これによ
り、ピン部１４の表面が所要の焼入温度まで高周波誘導
加熱される。

【００２５】そして、上述のようにして所要の焼入温度
まで高周波誘導加熱されたピン部１４の表面には、噴射
冷却液が冷却液噴射環７ａ，７ｂから噴射され、これに
よりピン部１４の表面に所定の焼入硬化層が形成され
る。

【００２６】以上のような方法によりクランクシャフト
のピン部を高周波焼入する際の操作手順及び作用は、以
下の通りである。

【００２７】（１）まず、クランクシャフト１の中心
軸Ｘを水平にして、ワーク保持装置（チヤツク及びセン
ター）により回転可能に保持する。（２）その後に、ピン部１４を下死点位置（図２にお
いて点Ａで示す回転角度０゜の位置）に配置し、図外の
ワーク追従機構の下部に固定された半開放鞍型の高周波
誘導加熱コイル４を上方より下降させて、ピン部１４上
に接触子１０を介して高周波誘導加熱コイル４を載置す
る。（３）次いで、クランクシャフト１の回転を開始す
る。これに伴い、高周波誘導加熱コイル４がクランクシ
ャフト１の回転（ピン部１４の回動）に伴って上下方向
Ｋ及び前後方向Ｑに揺動してピン部１４に追従する。（４）この際、ピン部１４の中心軸Ｙが所定の位置Ｓ
（３６０゜−θ５）にきたときに、高周波電源６から高
周波誘導加熱コイル４に所定周波数の高周波電流を供給
し、ピン部１４の高周波誘導加熱を開始する。なお、こ
の際には高周波誘導加熱コイル４に高周波電流を連続的
に供給して、ピン部１４の連続加熱を開始する。（５）そして、ピン部１４の中心軸Ｙが点Ｂに達した
時点で、高周波誘導加熱コイル４に供給する高周波電流
を所定間隔をおいて間欠的に遮断する状態（通電状態と
遮断状態とが交互に繰り返される状態）に切り替え、ピ
ン部１４の間欠加熱を開始する。次いで点Ｄに達した時
点で、連続加熱を行なう状態に再び切り替える。このよ
うな切り替え操作をピン部１４が１回転する毎に繰り返
し行ないながらクランクシャフト１を所定の回転速度で
回転させ、所要回転数で所要時間にわたりピン部１４の
表面を所要焼入温度まで高周波誘導加熱する。（６）しかる後、ピン部１４の表面が所要焼入温度に
到達した時点で、所定の位置Ｔ（ｎ×360゜＋θ６）に
おいて高周波誘導加熱コイル４への通電を停止し、高周
波誘導加熱を停止する。（７）次に、高周波誘導加熱コイル４の下方箇所に組
み込まれた噴射冷却環７ａ，７ｂより所要流量の冷却液
をピン部１４の表面に噴射し、ピン部１４の表面温度が
常温に至るまで所要時間にわたって急冷する。（８）次いで、ピン部１４が下死点Ａに達した時点で
噴射冷却及び回転を停止し、一連の焼入処理を完了す
る。

【００２８】以上述べたような高周波焼入方法によれ
ば、ピン部１４の中心軸Ｙが点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｓ及び
Ｔにきたことを検出して、その検出信号に基づいて、ピ
ン部１４の中心軸Ｙが下死点側の区間Ｐ１を通過する際
には高周波誘導加熱コイル４に高周波電流を連続的に流
してピン部１４を連続加熱し、ピン部１４の中心軸Ｙが
上死点側の区間Ｐ２を通過する際には高周波誘導加熱コ
イル４に高周波電流を間欠的に流してピン部１４を間欠
加熱するようにしているので、ピン部１４の表面をその
全周にわたって均一に加熱でき、焼割れの発生を防止で
きると共に変形を小さく抑えることができる。

【００２９】すなわち、ピン部１４のうちクランクシャ
フト１の中心軸Ｘに近い側の表面部分、及び、ピン部１
４のうちクランクシャフト１の中心軸Ｘに遠い側の表面
部分の高周波誘導加熱を同一電力及び同一回転数の条件
の下で行った場合には、ピン部１４のうちのクランクシ
ャフト１に中心軸Ｘから遠い側の部分の熱容量が相対的
に小さいためこの部分が過熱される傾向となる一方、中
心軸Ｘに近い部分の熱容量は大きいためこの部分は加熱
されにくい傾向となり、従ってピン部１４の全周にわた
る加熱温度の分布は不均一となる。このため、ピン部１
４の肩部１４４の硬化深さａが他の部分よりも深くなっ
て焼割れを生じ易くなる上に、互いに対向するウエイト
部５０間の寸法Ｌが減少すると共に偏心変形が矢印Ｚの
方向に生ずる（図６参照）。

【００３０】これに対し、上述の如くピン部１４の高周
波誘導加熱を連続加熱状態と間欠加熱状態とに適宜に切
り替えるようにすれば、中心軸Ｘに近い側の熱容量が相
対的に大きなピン部１４の表面部分は連続加熱により所
定深さで所要の焼入温度に加熱される一方、中心軸Ｘか
ら遠い側の熱容量が相対的に小さなピン部１４の表面部
分は間欠加熱により前記連続加熱の場合に比べて加熱の
程度が小さく抑えられることとなる。それは、間欠加熱
の期間においては、高周波誘導加熱コイル４への通電電
流の供給が遮断される期間が存在するため、この通電電
流遮断期間においては、中心軸Ｘに近い側の熱容量が相
対的に大きなピン部１４の表面部分は高周波誘導加熱が
中断されると共にこの表面部分は空冷状態（放冷状態）
となり、高周波誘導加熱による昇温が抑えられるためで
ある。その結果、ピン部１４の表面がその全周にわたっ
て所要の焼入温度に均一に加熱されることとなる。この
ため、高周波誘導加熱後の焼入冷却時に焼割れを生じず
に済み、しかもクランクシャフト１の全体としての変形
量を少なく抑えることが可能となる。

【００３１】以下に、本発明に係わる具体的な実施例を
示す。実施例〈１〉ワーク：４気筒クランクシャフト（ａ）材質：Ｓ−３５Ｃ（ｂ）ピン部寸法：ピン径４３φ、ピン幅２０ｍｍ〈２〉ピン部の高周波誘導加熱条件（ａ）周波数：２０ｋＨｚ（ｂ）出力：７０ｋＷ（ｃ）全加熱時間：１４ｓｅｃ間欠加熱：加熱時間０．８５ｓｅｃ×７回（計５．９５ｓｅｃ）遮断時間（空冷時間）０．２ｓｅｃ×７回（計１．４ｓｅｃ）連続加熱：加熱時間０．９５ｓｅｃ×７回（計６．６５ｓｅｃ）（ｄ）回転数：３０ｒｐｍ〈３〉冷却条件（ａ）冷却液：ユーコンクエンチャントＡ（８．０％）（ｂ）液温：３０℃ （ｃ）流量：９０ｌ／ｍｉｎ

【００３２】上記加工条件により上述の焼入手順（焼入
方法）に従ってピン部１４のフィレットＲ焼入を施した
場合の焼入硬化層パターンと、ピン部１４の高周波誘導
加熱時にクランクシャフト１の回転速度を一定に固定す
るようにした従来の方法による焼入硬化層パターンとを
互いに比較したところ、図３に示すような結果が得られ
た。なお、図３において、（Ａ）は従来の方法による焼
入硬化層パターンであり、（Ｂ）は本発明の方法による
焼入硬化層パターンである。また、図３において、６０
は冷却油が流通される油孔である。

【００３３】高周波誘導加熱コイル４に流す高周波電流
の周波数を一定にしてピン部１４の加熱表面を焼入冷却
するようにした従来の方法では、図３（Ａ）に示すよう
に、ピン部１４の肩部１４４及び円柱部１４１のうちク
ランクシャフト１の中心軸Ｘに対してより離れた側の過
熱され易い部分の焼入硬化層Ｍは、クランクシャフト１
の中心軸Ｘに近い側の部分の焼入硬化層Ｎと比較すると
より深くなっており、ピン部１４の表面部において全体
的に不均一な焼入硬化層パターンとなる。これに対し、
上述の如く高周波電流の周波数を切り替えるようにした
本発明の方法によれば、図３（Ｂ）に示すように、ピン
部１４の表面部において全体的に略均一な焼入硬化層パ
ターンを得ることができる。

【００３４】また、本発明の方法を施行した場合の焼入
歪は、従来法と比較すると、互いに隣り合うウエイト部
５０の間の寸法Ｌ（図５及び図６参照）は、従来の方法
では減少する傾向を示したが、本発明の方法では焼入前
と殆ど変化がなかった。また、円柱部１４１の変形につ
いては、従来法では矢印Ｚ方向（図６参照）に偏心変形
をしたが本発明の方法では、どちらの方向にも偏心変形
は生ずることなくバランスを保っていた。

【００３５】以上、本発明の一実施形態につき述べた
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更が可能であ
る。例ば、連続加熱を行なう区間Ｐ１、及び間欠加熱を
行なう区間Ｐ２の範囲は、下死点Ａの前後間の区間及び
上死点Ｃの前後の区間であれば、ピン部１４の各部にお
ける熱容量等を勘案して適宜に変更可能である。また、
間欠加熱時における高周波電流の通電期間と遮断期間と
の比（デューティ比）を多段階に或いは連続的に変化さ
せるようにしても良い。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明は、クランクシ
ャフトの回転に伴ってピン部が上死点を通過する前の所
定の位置から上死点を通過した後の所定の位置までの区
間を回動する際には、高周波誘導加熱コイルに高周波電
流を間欠的に流すことによりピン部の間欠加熱を行なう
と共に、ピン部が下死点を通過する前の所定の位置から
下死点を通過した後の所定の位置までの区間を回動する
際には、高周波誘導加熱コイルに高周波電流を連続的に
流してピン部の連続加熱を行ない、これにより、各所で
熱容量の異なるピン部の表面を均一に加熱するようにし
たものであるから、ピン部の表面を均一の深さにしかも
均一温度に高周波誘導加熱することができ、ひいては焼
割れの発生がなくしかも変形の少ない焼入処理が可能と
なる。

【００３７】請求項２に記載の本発明は、クランクシャ
フトのピン部の高周波誘導加熱時に高周波誘導加熱コイ
ルに投入する電力を一定に固定するようにしたものであ
るから、高周波誘導加熱コイルへの通電電流の切り替え
制御（ＯＮ−ＯＦＦ切り替え制御）を行なうだけで済
み、その制御を構成が簡素で安価な切り替え制御手段に
て容易に行なうことができる。

【００３８】請求項３に記載の本発明は、高周波誘導加
熱コイルの通電開始及び通電停止を、ピン部が下死点位
置を通過した後にそれぞれ所定の角度だけ回転したとき
に行なうようにしたものであるから、ピン部の各部にお
ける熱容量の相違を考慮して、ピン部のうちで熱容量の
最も大きな部分への加熱エネルギの有効な伝達、並び
に、ピン部のうちで熱容量の最も小さな部分への電力供
給の遮断を有利なタイミングで行なうことが可能とな
り、効率良くピン部の表面全体の均一加熱を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの
ピン部の高周波焼入方法を施行するために用いられる焼
入装置の構成図である。

【図２】半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルにてピン
部を高周波誘導加熱する際のクランクシャフトひいては
ピン部の回転速度の変速方法を説明するための説明図で
ある。

【図３】従来の方法と本発明の方法とによる焼入硬化層
パターンの比較をするためのものであって、図３（Ａ）
は従来の方法によりピン部の表面に得られる焼入硬化層
パターンを示す断面図、図３（Ｂ）は本発明の方法によ
りピン部の表面に得られる焼入硬化層パターンを示す断
面図である。

【図４】クランクシャフトの外観を示す側面図である。

【図５】焼入硬化層パターンの違いによる焼入方法の種
類を示すものであって、図５（Ａ）はフラット焼入の焼
入硬化層パターンを示す断面図、図５（Ｂ）はフィレッ
トＲ焼入の焼入硬化層パターンを示す断面図である。

【図６】従来の方法により得られる焼入硬化層パターン
を示す断面図である。

【符号の説明】

１クランクシャフト２焼入装置４高周波誘導加熱コイル６高周波電源７冷却液噴射環１１，１３，１５，１７ジャーナル部１２，１４，１６，１８ピン部５０ウエイト部Ａ点（回転開始点、下死点位置）Ｂ点（間欠加熱への切り替え点）Ｄ点（連続加熱への切り替え点）Ｃ点（上死点位置）Ｓ点（通電開始点）Ｔ点（通電停止点）Ｕクランクシャフトの公転方向Ｗピン部の自転方向Ｘクランクシャフトの中心軸Ｙピン部の中心軸Ｐ１下死点側の区間（連続加熱区間）Ｐ２上死点側の区間（間欠加熱区間）Ｍ，Ｎ焼入硬化層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９１Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９１ 6/10 ３３１ 6/10 ３３１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクシャフトのピン部の上に半開放
鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシ
ャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘
導加熱コイルを前記ピン部に追従させつつ前記ピン部を
高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部を冷却するこ
とにより前記ピン部の表面を焼入する方法において、前
記クランクシャフトの回転に伴って前記ピン部が上死点
を通過する前の所定の位置から上死点を通過した後の所
定の位置までの区間を回動する際には、前記高周波誘導
加熱コイルに高周波電流を間欠的に流すことにより前記
ピン部の間欠加熱を行なうと共に、前記ピン部が下死点
を通過する前の所定の位置から下死点を通過した後の所
定の位置までの区間を回動する際には、前記高周波誘導
加熱コイルに高周波電流を連続的に流して前記ピン部の
連続加熱を行ない、これにより、各所で熱容量の異なる
ピン部の表面を均一に加熱するようにしたことを特徴と
するクランクシャフトのピン部の高周波焼入方法。
【請求項２】前記クランクシャフトのピン部の高周波
誘導加熱時に前記高周波誘導加熱コイルに投入する電力
を一定に固定したことを特徴とする請求項１に記載のク
ランクシャフトのピン部の高周波焼入方法。
【請求項３】前記高周波誘導加熱コイルの通電開始及
び通電停止を、前記ピン部が下死点位置を通過した後に
それぞれ所定の角度だけ回転したときに行なうようにし
たことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシ
ャフトのピン部の高周波焼入方法。