JP2002146432A - クランクシャフトの高周波加熱コイル体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランクシャフトを高周波焼入をするとき、
そのジャーナル部やピン部の焼入部に、接触子による引
っ掻き傷が発生しないようにする。 【解決手段】 クランクシャフト１のピン部１２，１
４，‥‥とジャーナル部１１，１３，‥‥との円柱部１
１ａ，１３ａ，‥‥，１２ａ，１４ａ，‥‥を焼入する
ためのクランクシャフト平焼入用半開放殻型の高周波加
熱コイル２であって、加熱コイル頭部４とクランクシャ
フト１の被加熱面との間の隙間を一定に保持する接触子
１０ａ，１０ｂを有し、該接触子の、被加熱部たる前記
円柱部との軸方向の接触幅が、加熱による該円柱部の膨
張が大きい部分を回避する幅である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ガソリン
エンジンまたはジーゼルエンジン用のクランクシャフト
のピン部とジャーナル部を高周波焼入する高周波加熱コ
イル体に関し、特に、高周波誘導加熱時に前記ピン部や
ジャーナル部の外周面に傷が付かない高周波加熱コイル
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、この種の４気筒のク
ランクシャフト１は、鍛造加工によりジャーナル部１
１，１３，１５，１７，１９とピン部１２，１４，１
６，１８とが一体成型されている。従来、前記クランク
シャフト１のジャーナル部１１，１３，１５，１７，１
９とピン部１２，１４，１６，１８の高周波焼入は、該
クランクシャフト１を中心軸Ｘのまわりに回転させなが
ら、該ジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９とピ
ン部１２，１４，１６，１８に、それぞれ高周波加熱コ
イルを載置し、前記回転に追従して加熱後、冷却を行っ
て高周波焼入を施工している。

【０００３】前記ジャーナル部１１，１３，１５，１
７，１９および前記ピン部１２，１４，１６，１８の形
状は、該ジャーナル部同士および該ピン部同士は同じの
ため、前記ジャーナル部１１とピン部１２を例に説明す
る。該ジャーナル部１１は、図６に示すように円柱部１
１ａと、該円柱部１１ａに続くＲ部１１ｂと、それに続
き、該クランクシャフト１の軸方向に直角に形成された
スラスト部１１ｃとから成り、該ピン部１２は円柱部１
２ａから成る。そして、図６に示す硬化層１１ｄは前記
円柱部１１ａのみの焼入によって得られ、硬化層１２ｄ
は前記円柱部１２ａのみの焼入によって得られる。この
ような焼入の仕方を平焼入と称している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、前記
クランクシャフト１の平焼入において、図７に示すよう
に、接触部３０を伴う図示しない高周波加熱コイル１０
２の誘導により加熱される、例えば、前記ジャーナル部
１３の円柱部１３ａ外周面における、該接触子３ｏａ，
３０ｂとの接触面に、前記高周波加熱コイル１０２と薄
型変成器等の追従機構の荷重による引っ掻き傷が、しば
しば発生するという問題点があった。

【０００５】特に、前記ジャーナル部１１，１３，１
５，１７，１９は、ワークとしての該クランクシャフト
１の中心軸Ｘであることから、前記ピン部１２，１４，
１６，１８に比べて研磨代が少なく、研磨時間を極力削
減している。このため、前記引っ掻き傷の大きいもの
は、焼入後の研磨工程でも前記円柱部外周表面に同傷が
残り、品質上、製品として使用できないという問題点を
生じていた。

【０００６】すなわち、図７に示すように、前記クラン
クシャフト１の平焼入用半開放殻型高周波加熱コイル１
０２の接触部３０は、接触子３０ａと接触子３０ｂとで
接触子固定板３１を挟み、前記高周波加熱コイル１０２
の側板３ａと側板３ｂにねじ部材３２により固定されて
いる。今、該クランクシャフト１のジャーナル部１３に
おいて、その円柱部１３ａと前記接触部３０との接触
は、前記接触子３０ａの部位３３と部位３４および前記
接触子３０ｂの部位３５と部位３６である。

【０００７】また、図８に示すように該クランクシャフ
ト１のジャーナル部１３の円柱部１３ａは、前記高周波
加熱コイル１０２により誘導加熱されると、前記円柱部
１３ａの外周表面部位４１，４２，４３が図で上方に膨
張する。この膨張に伴い、前記接触部３０は、接触子３
０ａ，３０ｂの部位３４，３６のみとなる。焼入前は、
前記接触子３０ａの部位３３，３４の間と、接触子３０
ｂの部位３５，３６の間で囲まれる面で、前記円柱部１
３ａの外周表面と接触していたが、加熱時は、接触子３
０ａの部位３４と、接触子３０ｂの部位３６との線で前
記円柱部１３ａの外周表面とを接触することとなり、こ
のため、前記部位３４，３６に対応する該ジャーナル部
１３の円柱部１３ａの外周表面への荷重が集中する。

【０００８】また、被加熱部の表面である、前記ジャー
ナル部１３の円柱部１３ａの外周表面は、高周波誘導加
熱により表面温度が９５０℃位になるため、フェライト
およびパーライト組織がオーステナイト組織に変わり柔
らかくなる。このため、図９に示すように、焼入後の前
記ジャーナル部１３の円柱部１３ａの外周表面に引っ掻
き傷５１，５２が発生する。このクランクシャフト１の
円柱部１３ａの引っ掻き傷５１，５２の位置は、前記接
触子３０ａ，３０ｂの部位３４，３６と一致している。

【０００９】本発明はかかる点を鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、高周波焼入をすると
き、前記クランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼
入部に、接触子による引っ掻き傷が発生しないようなク
ランクシャフトの高周波加熱コイル体を提供することに
ある。

【００１０】本発明の他の目的は、前記クランクシャフ
トのジャーナル部やピン部の焼入後の表面の品質がよ
く、次の研磨工程に支障がなく作業性のよいクランクシ
ャフトの高周波加熱コイル体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、クランクシャフトのピン部とジャー
ナル部との円柱部を焼入するためのクランクシャフト平
焼入用半開放殻型の高周波加熱コイルにおいて、前記高
周波加熱コイルのコイル頭部と前記クランクシャフトの
被加熱面との間の隙間を一定に保持する接触子を有し、
該接触子の、被加熱部たる前記円柱部との軸方向の接触
幅が、加熱による該円柱部の膨張が大きい部分を回避す
る幅である。

【００１２】前記接触子は、接触子固定板を介して前記
円柱部の軸方向の両端側に配設され、該円柱部外周面
に、断面形状が曲面で接触するものである。

【００１３】前記接触子の接触幅が、前記円柱部との軸
方向の全幅に対して、それぞれ１５〜２０％である。

【００１４】本発明のクランクシャフトの高周波加熱コ
イル体は、以上のように構成されているので、該クラン
クシャフトのジャーナル部とピン部にそれぞれ高周波加
熱コイルを載置し、クランクシャフトをその中心軸のま
わりに回転させながら、誘導加熱するとき、該クランク
シャフトの前記ジャーナル部とピン部の円柱部の外周表
面と接触する接触子の接触幅が、高周波誘導加熱による
円柱部の膨張が大きい部分で、少なく接触するような幅
を有する形状にして、加熱による影響を受けにくくして
いる。このため、該クランクシャフトの回転中の加熱に
より生ずる、焼入部と前記接触子の接触や摩捧による引
っ掻き傷の発生を皆無、または極めて少なくして、その
表面品質の向上を図っている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、本
発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル体の一実施
の形態を示すクランクシャフト平焼入用半開放殻型の高
周波加熱コイルの構成図、図２は、接触子の形状を示す
斜視図、図３は、前記接触子を接触部に組み込み、クラ
ンクシャフトのジャーナル部の円柱部を高周波誘導加熱
した状態を示す断面図である。

【００１６】図１において、クランクシャフト１のジャ
ーナル部１１，１３，１５，１７，１９およびピン部１
２，１４，１６，１８のそれぞれの円柱部１１ａ，１３
ａ，‥‥，１２ａ，１４ａ，‥‥を高周波誘導加熱後、
平焼入するために使用される高周波加熱（誘導加熱）コ
イル２は、黄銅製の一対の側板(コイル保持板)３ａ，３
ｂと、この側板３ａ，３ｂ間に取付けられた半開放殼型
の高周波加熱コイル頭部４，４と、該高周波加熱コイル
頭部４，４に給電線５，５を介して、高周波電力を供給
する高周波電源６と、前記側板３ａ，３ｂの下端に取付
られて前記高周波加熱コイル頭部４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７，７と、前記高
周波電源６と前記給電線５とを接続するための一対の接
続端子８，８と、接続端子８，８および給電線５，５を
保持するために前記側板３ａ，３ｂの上端側に取付けら
れた絶縁性材料から成るブロック９と、前記高周波加熱
コイル頭部４，４の３箇所に添うように装着される接触
部１０とをそれぞれ具備している。

【００１７】前記接触部１０は、前記高周波加熱コイル
頭部４，４のほぼ真上の中央部分と、それらの両端部分
の３箇所に配設され、各箇所ごとにそれぞれ２個、全体
で６個のセラミック製または超硬製の接触子１０ａを有
する。該接触子１０ａのそれぞれは、前記高周波加熱コ
イル頭部４，４を、ワークの例えば、前記ジャーナル部
１１，‥‥‥、ピン部１２，‥‥の被加熱部上に載置し
たとき、該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥
の円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥の外周面に当接さ
れ、該高周波加熱コイル頭部４，４の半円状部と前記ワ
ークの該円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥との間の僅
かな空隙を、所定の距離に保つためのものである。

【００１８】このような前記高周波加熱コイル２は、図
示しない支持機構によって直下状態で保持される。そし
て、前記クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転さ
れるのに伴い、図示しないのワーク追従機構により、前
記高周波加熱コイル頭部４，４は前記ワークの前記ジャ
ーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の上に載置され
た状態のまま、前記高周波加熱コイル２が該ジャーナル
部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥に追従、移動しながら
該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥を高周波
誘導加熱し得るように構成されている。

【００１９】また、前記一対の冷却液噴射環７，７に
は、冷却液供給管２０が接続されており、図示しない冷
却液供給源から冷却液が供給され、この冷却液噴射環
７，７から所定のタイミングで冷却液が前記誘導加熱さ
れた前記ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥に
向けて噴射され、該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１
２，‥‥を焼入するようになっている。

【００２０】図２に、断面が爪形状の外形を示す前記接
触子１０ａ，１０ｂは、装着箇所ごとに２個ずつ使用さ
れ、前記接触部１０は、図３に示すように、前記接触子
１０ａと接触子１０ｂとの間に前記接触子固定板３１を
挟み、それぞれの穴１０ｃ，１０ｃを介して、前記高周
波加熱コイル２の側板３ａと側板３ｂにねじ部材３２に
より螺着、固定されている。

【００２１】前記高周波コイル２を前記クランクシャフ
ト１のジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の円
柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥に載置したとき、該円
柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥を誘導加熱する前で
は、それぞれの接触子１０ａ，１０ｂは、図２に示す部
位１０ｄ，１０ｅにおいて、前記円柱部１１ａ，‥‥，
１２ａ，‥‥の外周面とそれぞれ接触する。

【００２２】該接触子１０ａの部位１０ｄ，１０ｅで形
成される形状は、前記円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥
‥の軸方向に断面が円弧または曲線形状をなす円柱面ま
たは曲面での接触が好ましく、該部位１０ｄ，１０ｅ間
の長さは、誘導加熱される前記ジャーナル部１１，‥
‥、ピン部１２，‥‥の円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，
‥‥の材質および加熱温度により適宜、決定している。
すなわち、前記接触子１０ａ，１０ｂの接触幅が、前記
円柱部との軸方向の全幅に対して、好ましくは、それぞ
れ該円柱部端から、１５〜２０％の範囲であるまた、部
位１０ｅと部位１０ｆとの間の垂直方向となす角度は、
３０゜〜４５゜が好ましい。

【００２３】前記接触子１０ａ，１０ｂを使用すること
により、図３に示すように、誘導加熱された前記円柱部
１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥の部位４１，４２，４３に
示す部分が膨張しても、加熱温度が高く膨張が大きい部
位４２は、該接触子１０ａ，１０ｂとの接触がないの
で、該部位４２には引っ掻き傷が発生しない。また、膨
張が少なく表面の加熱温度の低い部位に、前記接触子１
０ａ，１０ｂが円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥と接
触部するので、引っ掻き傷が発生しないか、または極め
て小さく、次の研磨工程にはほとんど支障がなくなっ
た。

【００２４】［実施例］ 本実施の形態における具体的
な実施例を以下に示す。 （１）ワーク（被加工物）:４気筒クランクシャフト （ａ）材質：Ｓ４５Ｃ （ｂ）ジャーナル部寸法：ジャーナル外径６０ｍｍ、ジ
ャーナル幅：２８ｍｍ （２）高周波誘導加熱条件(ジャーナル部) （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：５０ｋＷ （ｃ）加熱時間：１０sec （ｄ）回転数：６０rpm （３）冷却条件 （ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（５％） （ｂ）液温：３０℃ （ｃ）流量：５０Ｌ／min （ｄ）冷却時間：６sec

【００２５】前記加工条件により、前記クランクシャフ
ト１のピン部を平焼入れを施したときの、円柱部の引っ
掻き傷の深さと高さを、従来の高周波加熱コイルと、本
発明の高周波加熱コイルを使用したときの結果を比較す
ると図４のとおりである。図４は、従来の高周波加熱コ
イルと、本発明の高周波加熱コイルによる引っ掻き傷の
程度を示す。「従来のもの」では、傷の深さは、０．０
５５ｍｍ、高さは、０．０８６ｍｍであり、「本発明に
よるもの」では、傷の深さは、０．０１４ｍｍ、高さ
は、０．０２２ｍｍである。本実施例によれば、本発明
の高周波加熱コイルを使用したときの傷の深さは、およ
そ７５％減少し、傷の高さは、およそ７４％減少したこ
とになる。このため、該クランクシャフト１の次の研磨
工程で研磨精度を向上させることができた。

【００２６】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定
されるものではなく、同様な技術的思想に基づいて各種
の変更が可能である。例えば、前記接触子１０ａ，１０
ｂの部位１０ｄ，１０ｅ，１０ｆで形成される形状にお
いて、部位１０ｄ，１０ｅ間の長さ、部位１０ｅ，１０
ｆ間の垂直方向となす角度、部位１０ｅ，１０ｆ間の長
さを変えることや、部位１０ｄ，１０ｅ，１０ｆをＲ形
状とし、Ｒの寸法を変えることにより、前記円柱部１１
ａ，‥‥，１２ａ，‥‥外周面の膨張が大きい部分を回
避するような前記接触子により、その接触面を少なくす
ることができる。また、本発明の技術は前記構成の範囲
内において種々の変更、付加が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
クランクシャフトの高周波加熱コイル体によれば、高周
波加熱コイルのコイル頭部と前記クランクシャフトの被
加熱面との間の隙間を一定に保持する接触子を有し、該
接触子の、被加熱部たる前記円柱部との軸方向の接触幅
が、加熱による該円柱部の膨張が大きい部分を回避する
幅であるので、高周波焼入をするとき、前記クランクシ
ャフトのジャーナル部やピン部の焼入部に、接触子によ
る前記引っ掻き傷が発生することなく、また、前記クラ
ンクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入後の表面の
品質がよく、次の研磨工程に支障がなく、その作業性を
よくすることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル
体の一実施の形態を示す、クランクシャフト平焼入用半
開放殻型高周波コイルの構成図である。

【図２】図１のクランクシャフトの高周波加熱コイルに
使用される接触部のなかの接触子の形状を示す斜視図で
ある。

【図３】図２の接触子を、クランクシャフトの高周波加
熱コイルに使用される接触部に組み込み、誘導加熱され
るクランクシャフトのジャーナル部の膨張された円柱部
に対し、該接触子の接触部位を示す断面図である。

【図４】本実施の形態におけるクランクシャフトの高周
波加熱コイル体により、ジャーナル部の円柱部に発生し
た傷と、従来のものにより発生した傷との比較を示す図
である。

【図５】クランクシャフトの正面図である。

【図６】図５のクランクシャフトの焼入部の形状と平焼
入の硬化層パターンを示す図である。

【図７】従来の高周波加熱コイルとクランクシャフトの
ジャーナル部の円柱部との配置と、接触子の接触部位を
示す断面図である。

【図８】従来の高周波加熱コイルにより、誘導加熱され
るクランクシャフトのジャーナル部の円柱部の膨張と、
接触子の接触部位を示す断面図である。

【図９】従来の高周波加熱コイルにより、クランクシャ
フトのジャーナル部の円柱部の焼入表面に発生した傷の
例を示す図である。

【符号の説明】

１ カムシャフト（被加工物） ２，１０２ 高周波加熱コイル ３ａ，３ｂ３ 側板（コイル保持板） ４ 高周波加熱コイル頭部 ５ 給電線 ６ 高周波電源 ７ 冷却液噴射環 １０，３０ 接触部 １０ａ，１０ｂ，３０ａ，３０ｂ 接触子 １０ｄ，１０ｅ，１０ｆ 部位 １１，１３，１５，１７，１９ ジャーナル部 １１ａ，１３ａ，‥‥，１２ａ，１４ａ，‥‥ 円柱部 １１ｄ，１２ｄ 硬化層 １２，１４，１６，１８ ピン部 ３１ 接触子固定板 ３３，３４，３５，３６ 接触部位 ４１，４２，４３ 外周表面部位 ５１，５２ 引っ掻き傷

───────────────────────────────────────────────────── 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 6/38 Ｈ０５Ｂ 6/38

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とジャーナル
   部との円柱部を焼入するためのクランクシャフト平焼入
   用半開放殻型の高周波加熱コイルにおいて、前記高周波
   加熱コイルのコイル頭部と前記クランクシャフトの被加
   熱面との間の隙間を一定に保持する接触子を有し、該接
   触子の、被加熱部たる前記円柱部との軸方向の接触幅
   が、加熱による該円柱部の膨張が大きい部分を回避する
   幅であることを特徴とするクランクシャフトの高周波加
   熱コイル体。
2. 【請求項２】 前記接触子は、接触子固定板を介して前
   記円柱部の軸方向の両端側に配設され、該円柱部外周面
   に、断面形状が曲面で接触する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高周波加熱コイル体。
3. 【請求項３】 前記接触子の接触幅が、前記円柱部との
   軸方向の全幅に対して、それぞれ１５〜２０％であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの高
   周波加熱コイル体。