JP2001303133A - クランクシャフトのピン部の高周波焼入方法 - Google Patents

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。 【解決手段】 クランクシャフト１のピン部１４が上死
点位置Ｃを通過する時に最も高い周波数の高周波電流を
高周波誘導加熱コイル４に流し、かつ、ピン部が下死点
位置Ａを通過する時に最も低い周波数の高周波電流を高
周波誘導加熱コイル４に流し、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焼入のために高周波誘導加熱を行なう際に、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】上述した従来の方法に
よりピン部１４を一定の電力で一定の高周波通電電流に
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）１４２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、前記ピン部が上死点位置を通過する時に最も高い周
波数の高周波電流を前記高周波誘導加熱コイルに流し、
かつ、前記ピン部が下死点位置を通過する時に最も低い
周波数の高周波電流を前記高周波誘導加熱コイルに流
し、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する
ようにしている。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への供給電流の切り替え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に流される高周波電流
の周波数がピン部１４の回転位置に応じて切り替えられ
るように制御し（通電電流の周波数の切り替え制御は後
に詳述する）、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への通電電流の周波数を切り替え制御するように構
成されている。

【００１９】本実施形態においては、ピン部１４が上死
点位置を通過する時に最も高い周波数の高周波電流が高
周波誘導加熱コイル４に流され、かつ、ピン部１４が下
死点位置を通過する時に最も低い周波数の高周波電流が
高周波誘導加熱コイル４に流されるように制御してい
る。

【００２０】次に、高周波誘導加熱コイル４への通電電
流の周波数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θ
１，θ２，θ３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に流される高周波電流の周波数が
相対的に低く設定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に達した時点から高周波誘導加熱コイル４
に高周波電源６から相対的に低い周波数（例えば、１０
ｋＨｚ）の高周波電流が供給され、ピン部１４の高周波
加熱が開始される。

【００２３】次いで、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に流され
る高周波電流の周波数が相対的に高い周波数（例えば、
３０ｋＨｚ）に切り替えられる。続いて、ピン部１４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に流される高周波電流の周波数が再び
相対的に低い周波数（例えば、１０ｋＨｚ）に切り替え
られる。すなわち、ピン部１４が点Ｄから点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に相対的に低い周波数の
高周波電流が流され、ピン部１４が点Ｂから点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に相対的に高い周波数
の高周波電流が流される。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、高周波誘導加熱コイ
ル４に相対的に低い周波数の高周波電流を流し、これに
よりピン部１４の高周波誘導加熱を開始する。 （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に流す高周波電流の周
波数を相対的に高い周波数に切り替え、さらに点Ｄに達
した時点で前記周波数を相対的に低い周波数に再び切り
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への通電を遮断し、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が上死点側の区間Ｐ２を通過する際
には相対的に高い周波数の高周波電流を高周波誘導加熱
コイル４に流し、かつ、ピン部１４の中心軸Ｙが下死点
側の区間Ｐ１を通過する際には相対的に低い周波数の高
周波電流を高周波誘導加熱コイル４に流すようにしてい
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に投入する高周波電
力並びに高周波誘導加熱コイル４に流す高周波電流の周
波数をそれぞれ一定に固定した状態の下で高周波誘導加
熱を行なうと、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。これに対し、上述の如く高周
波電流の周波数を切り替えることにより、中心軸Ｘから
遠い側のピン部１４の表面部分は相対的に高い周波数の
高周波電流の誘導作用により比較的浅い加熱深さで加熱
されるが、その際の熱は、熱容量が比較的小さい箇所に
おいて熱伝導作用によってそれより深い領域にまで拡散
されて所要深さの表面領域が所要の焼入温度になる。一
方、中心軸Ｘに近い側のピン部１４の表面部分は相対的
に低い高周波電流の誘導作用により比較的深い箇所まで
加熱されるが、熱容量が比較的大きい箇所においてピン
部１４の表面部分の深さ方向における熱の拡散は生じに
くく、従ってその加熱深さのまま表面領域が所要の焼入
温度になる。

【００３０】よって、高周波誘導加熱そのものによる加
熱温度は、中心軸Ｘから遠い側のピン部１４の表面部分
のほうが中心軸Ｘに近いピン部１４の表面部分よりも高
く、また加熱深さは、中心軸Ｘから遠い側のピン部１４
の表面部分のほうが中心軸Ｘに近いピン部１４の表面部
分よりも浅いが、これらの部分の熱容量が異なるので、
熱伝導作用の結果として加熱温度が瞬時にピン部１４の
全周囲にわたって均一になると共に加熱深さも均一とな
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である。

【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 ： 点Ｂ→Ｃ→Ｄの区間Ｐ２ ； ３０ｋＨｚ 点Ｄ→Ａ→Ｂの区間Ｐ１ ； １０ｋＨｚ （ｂ） 出力 ： ７０ｋＷ （ｃ） 加熱時間 ： １６Ｓｅｃ （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 ： ９０ ｌ／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、互いに対向するウエイト部
５０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。例えば、既述の実施形態では、高周波誘導加熱コイ
ル４に流す高周波電流の周波数をピン部１４の１回転
（公転）中において２段階の切り替えを行なうようにし
ているが、ピン部１４が上死点位置Ｃを通過する時に最
も高い周波数の高周波電流を高周波誘導加熱コイル４に
流し、そしてピン部１４が下死点位置Ａを通過する時に
最も低い周波数の高周波電流を高周波誘導加熱コイル４
に流すように設定しさえすれば、ピン部１４の各部分に
おける熱容量を勘案して周波数切り替えを２段階以上の
多段階で行うようにしても良く、また段階的な周波数切
り替えではなく連続的に周波数を変更するように構成し
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
ャフトのピン部が上死点位置を通過する時に最も高い周
波数の高周波電流を高周波誘導加熱コイルに流し、か
つ、ピン部が下死点位置を通過する時に最も低い周波数
の高周波電流を高周波誘導加熱コイルに流し、これによ
り、各所で熱容量の異なるピン部の表面を加熱するよう
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周波数制
御を行なうだけで済み、その制御を構成が簡素で安価な
周波数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（高い周波数の高周波電流への切り替え点） Ｄ 点（低い周波数の高周波電流への切り替え点） 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（低い周波数の高周波電流が流さ
れる区間） Ｐ２ 上死点側の区間（高い周波数の高周波電流が流さ
れる区間） 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 6/10 ３３１ Ｈ０５Ｂ 6/10 ３３１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   記ピン部が上死点位置を通過する時に最も高い周波数の
   高周波電流を前記高周波誘導加熱コイルに流し、かつ、
   前記ピン部が下死点位置を通過する時に最も低い周波数
   の高周波電流を前記高周波誘導加熱コイルに流し、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。
2. 【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。
3. 【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。