JP2002241840A - 高周波焼入方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設備コストを抑えるとともに、ワークの形状の
異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼入れして、焼入
工程を少なくする。 【解決手段】 １台の発振機６で、ワーク１００の形状
の異なる複数箇所の部位（ジャーナル部２Ｊ，４Ｊ）
を、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の大きな
部位４Ｊを先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱
を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の小さな部位２Ｊと
同時に、前記加熱容量の大きな部位４Ｊを同時に加熱
し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後
に前記加熱した部位２Ｊ，４Ｊを同時に冷却することに
より、前記ワーク１００の熱容量の異なる前記部位２
Ｊ，４Ｊを同時に焼入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの形状の異
なる複数箇所の部位を、同時に高周波焼入を終了する高
周波焼入方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、例えば、ガソリンエ
ンジン（又はジーゼルエンジン）用の４気筒（４Ｌ）の
クランクシャフト１００は、鍛造加工によりピン部４Ｐ
（１２０），３Ｐ（１４０），２Ｐ（１６０），１Ｐ
（１８０）とジャーナル部５Ｊ（１１０），４Ｊ（１３
０），３Ｊ（１５０），２Ｊ（１７０），１Ｊ（１９
０）とが一体成型されている。従来、前記クランクシャ
フト１００のピン部４Ｐ，３Ｐ，２Ｐ，１Ｐとジャーナ
ル部５Ｊ，４Ｊ，３Ｊ，２Ｊ，１Ｊの高周波焼入れは、
該クランクシャフト１００を中心軸Ｘのまわりに回転さ
せながら、該ピン部４Ｐ，３Ｐ，２Ｐ，１Ｐとジャーナ
ル部５Ｊ，４Ｊ，３Ｊ，２Ｊ，１Ｊに、それぞれ高周波
誘導加熱コイルを載置し、前記回転に追従して加熱、冷
却を行い高周波焼入れを施工している。

【０００３】前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ，３Ｊ，４
Ｊ，５Ｊの形状は、該ジャーナル部同士は同じのため、
該ジャーナル部５Ｊを例に説明する。前記ジャーナル部
５Ｊ（１１０）の形状は、図８に示すように円柱部１１
１と、該円柱部１１１に続くＲ部１１２と、該Ｒ部１１
２に続き前記クランクシャフト１００の軸方向に直角に
形成されたスラスト部１１３から成る。図８に示す硬化
層１１７は、前記円柱部１１１と、Ｒ部１１２と、スラ
スト部１１３が、連続して焼入れによって得られたもの
である。このような焼入れの仕方をフィレットＲ焼入れ
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１００のフィレットＲ焼入れにおい
て、通常の加工順序は、図７に示す前記クランクシャフ
ト１００、すなわち被加工物であるワーク１００のジャ
ーナル部２Ｊを焼入れ、次にジャーナル部４Ｊを焼入れ
し、その後、他のジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊの３箇
所を同時に焼入れしている。従って、前記ジャーナル部
１Ｊ〜５Ｊ全体の焼入工程は、３回となっている。前記
ジャーナル部４Ｊは、前記クランクシャフト１００の長
手方向の基準になることから、図９（ａ）および図９
（ｂ）に示すように、他の前記ジャーナル部２Ｊ，３
Ｊ，５Ｊと比べて、スラスト面（Ｈ）が高くなっている
（Ｈ4＞Ｈ2）。

【０００５】前記フィレットＲ焼入れにおける焼入れ範
囲は、全スラスト面までが基準とされていることから、
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、前記ジ
ャーナル部４Ｊの焼入範囲は、他のジャーナル部２Ｊ,
３Ｊ,５Ｊよりも長くなる（Ｌ4＞Ｌ2）。従って、前記
ジャーナル部４Ｊは、他のジャーナル部２Ｊ,３Ｊ,５Ｊ
よりも加熱容量が大きくなる。このため、前記ジャーナ
ル部２Ｊと４Ｊの加熱容量の違いから、１台の高周波発
振機を使用して加熱する場合、前記ジャーナル部２Ｊと
４Ｊの２工程に分けて、焼入加工を行っていた。

【０００６】しかしながら、前記ワーク１個を焼入加工
する場合、現状の焼入工程では、前記ジャーナル部の３
工程がサイクルタイムを長くし、生産効率を悪くすると
いう問題点があった。

【０００７】また、他の方法として、２台の高周波発振
機を使用して、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊのそれぞれ
に対応した個別の発振出力と加熱時間とすることで、加
熱容量の異なる部位を１工程で焼入加工していた。同様
に、３台の高周波発振機を使用して、前記ジャーナル部
２Ｊと、４Ｊと、１Ｊ，３Ｊ，５Ｊとの３箇所を、１工
程で焼入加工することも可能であるが、前記高周波発振
機の数が増えるため、設備コストの上昇をまねくという
問題点があった。

【０００８】更なる方法として、高周波加熱コイルの加
熱導体の形状や磁性材料の挿入量により、そのインピー
ダンスを調整することで、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊ
とを１台の高周波発振機を使用して焼入れする方法も考
えられるが、前記高周波加熱コイル単体だけの調整で
は、許容範囲が狭く、該ジャーナル部２Ｊと４Ｊの両方
の焼入品質を十分に満足する条件を出すまでには、計り
知れない試験が必要となるという問題点があった。

【０００９】

【表１】

【００１０】すなわち、表１に、従来の前記ジャーナル
部２Ｊと４Ｊの焼入時の発振出力と加熱時間を示すよう
に、該ジャーナル部２Ｊ，４Ｊはともに、発振出力は６
４ｋＷであるが、加熱時間が異なっている。前記発振出
力と加熱時間が同一であれば、１台の高周波発振機で焼
入れが可能であるが、該ジャーナル部２Ｊと４Ｊでは、
加熱時間が異なることから、１台の発振機では同時焼入
れができない。冷却液（この場合、冷却水）の飛散を防
ぐことから、ワーク加熱後の冷却を同時にするために、
前記ジャーナル部４Ｊ側を先に発振させながら、前記ジ
ャーナル部２Ｊ側を後から発振することが考えられる。

【００１１】しかしながら、負荷部の同調および無効電
力補償を行うため、共振回路を使用した高周波発振を行
っていることから、前記ジャーナル部４Ｊ側を先に発振
させながら、後から単純に前記ジャーナル部２Ｊ側を発
振させるような切替器等を使用して接続することは、該
ジャーナル部２Ｊ側の発振投入時のタイミングによって
共振状態が崩れ、発振不良を起こすことが多いという問
題点があった。

【００１２】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、１台の高周波発振機を
使用することで、設備コストを抑えるとともに、ワーク
の形状の異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼入れし
て、前記部位の焼入品質を十分に満足しながら焼入工程
を少なくする高周波焼入方法とその装置を提供すること
にある。

【００１３】

【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、１台の発振機で、ワーク形状の異な
るｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周
波焼入れするに際し、加熱容量の最も大きな第１の部位
を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停
止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時
に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経
過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱
容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部
位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加
熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小
さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ
−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該
同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥
‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワー
ク形状の熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼
入する方法である。

【００１４】１台の発振機で、ワーク形状の異なるｎ
（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、該ワークを回転
しながら、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の
最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、前記ワーク
の回動角度位置または回転数を検知しながら、焼入に最
適なワーク回動角度位置または回転数となったときに、
該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２
の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱
し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続け
てその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記
第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過
後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加
熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第
２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定
時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第
１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することによ
り、前記ワーク形状の熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位
を、同時に焼入する方法である。

【００１５】前記瞬時停止する時間、すなわち前記熱容
量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱容
量の大きい部位と同時に加熱し始めるまでの切替時間
が、０．３秒以内である方法である。

【００１６】本発明の構成は、１台の発振機で、ワーク
の形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位
を、同時に高周波焼入れする装置において、次のとおり
である。

【００１７】前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部
位に、それぞれ、または選択的に高周波誘導加熱コイル
を載置し、制御手段により、前記ワークの加熱容量の最
も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過
後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい
第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加
熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続
けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前
記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経
過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて
加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，
第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所
定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記
第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却手段で冷却
することにより、前記ワーク形状の熱容量の異なる前記
ｎ箇所の部位を、同時に焼入する装置である。

【００１８】前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部
位の外周上に、それぞれ、または選択的に高周波誘導加
熱コイルを載置し、前記ワーク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部位のそ
れぞれの外周に追従させ、回転検出手段により、前記ワ
ークの回動角度位置または回転数を検知し、制御手段に
より、前記検出手段からの信号により、前記ワークの回
動角度位置または回転数が、焼入に最適なワーク回動角
度位置または回転数となったときに、前記ワークの加熱
容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定
時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量
の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に
高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停
止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同
時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所
定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様
に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、
前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波
加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しか
る後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却
することにより、前記ワーク形状の熱容量の異なる前記
ｎ箇所の部位を、同時に焼入する装置である。

【００１９】前記１台の発振機と、前記高周波誘導加熱
コイルとの間に、変成器が配設される装置である。

【００２０】前記制御手段は、前記加熱を瞬時停止する
とき、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止
し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱
し始める間に、前記発振機の出力をオフすると同時に、
出力切替器を動作させるか、または該出力切替器の接続
動作の完了直前に前記発振機の出力をオフし、該出力切
替器の接続動作の完了後、直ちに前記発振機の出力をオ
ンさせる装置である。

【００２１】本発明は、ワーク形状の異なる複数箇所の
部位を、１台の高周波発振機で同時に焼入れする方法と
その装置において、以上のように構成されているので、
例えば、４気筒の前記クランクシャフトの場合、加熱容
量の大きな部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、
加熱を瞬間に切り、続けて加熱容量の小さな部位と同時
に、前記加熱容量の大きな部位を同時に加熱し、所定時
間経過後、同時に加熱を切り、しかる後に前記部位を同
時に冷却することにより、熱容量の異なるワーク形状
を、１台の高周波発振機で、同時に焼入を完了するよう
にしたことにより、そのジャーナル部の焼入工程を３回
から２回に減らすことが可能になる。

【００２２】このため、設備コストを抑えるとともに、
ワークの形状の異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼
入れして、前記部位の焼入品質を十分に満足しながら焼
入工程を少なくすることができる。

【００２３】

【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
発明の高周波焼入方法とその装置の一実施の形態を示
す、高周波焼入装置の構成外観図、図２は、ワークであ
るクランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部
をフィレットＲ焼入れするフィレットＲ焼入用半開放殼
形高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波加熱コイル
という)単体の構成図、図３は、前記装置に使用され
る、制御装置により、１台の発振機と３個の前記高周波
加熱コイルとを制御する接続図、図４は、前記制御装置
における、前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊ及び４
Ｊへの焼入工程における高周波加熱制御プログラム図
で、図４（ａ）は前記ジャーナル部４Ｊの時間に対する
プログラム図、図４（ｂ）は前記ジャーナル部２Ｊの時
間に対するプログラム図、図５は、従来の高周波焼入工
程を示す図で、図５（ａ）は前記ワーク１００のジャー
ナル部２Ｊへの焼入工程、図５（ｂ）はジャーナル部４
Ｊへの焼入工程、図５（ｃ）はジャーナル部１Ｊ，３
Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す図、図６は、本実
施の形態における高周波焼入工程を示す図で、図６
（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊおよび４
Ｊへの焼入工程、図６（ｂ）は前記ワーク１００のジャ
ーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す
図である。

【００２４】図１において、前記高周波焼入装置１は、
被加工物で、材質が鋼材または炭素鋼材からなる４気筒
エンジンのクランクシャフトである、前記ワーク１００
の各ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊを、高周波誘導加
熱、冷却の工程を通して、焼入処理を行う装置である。

【００２５】該高周波焼入装置１は、該ワーク１００の
全ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊのそれぞれを高周波焼
入するため、図２に高周波加熱コイル群２のうちの単体
としての高周波加熱コイル２ａを示す、３個の前記高周
波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ含む、高周波
加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃからなる高
周波加熱コイルユニット群３０と、高周波電源として、
１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの高周波電力を前記高周波加熱コ
イルユニット群３０に供給する１台の高周波発振機６
と、制御装置１１と、前記高周波加熱コイルユニット３
０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれを位置決めする位置決
め機構１２と、該ワーク１００を支持するチャック機構
１３と、前記チャック機構１３のチャック１３ａ，１３
ｂを保持するとともに、該ワーク１００の中心軸を中心
にある一定回転で回転駆動させる回転駆動装置１４と、
その回転検出器１５と、該ワーク１００を搬入し、所定
位置に配置するとともに、焼入後、外部に搬出する搬送
装置１６とから構成される。なお、１７は、該ワーク１
００の取付時などに使用される往復動機構である。

【００２６】前記構成のうち、前記高周波加熱コイルユ
ニット群３０のうち、前記高周波加熱コイルユニット３
０ａは、前記ワーク１００のジャーナル部１Ｊ，２Ｊの
いずれかに、前記加熱コイルユニット３０ｂは、前記ジ
ャーナル部３Ｊ，４Ｊのいずれかに、前記加熱コイルユ
ニット３０ｃは、前記ジャーナル部５Ｊに、前記制御装
置１１の指令に基づく前記位置決め機構１２により選択
的に、または直接に載置されるとともに、前記加熱コイ
ル２ａ，２ｂ，２ｃは、前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜
５Ｊのそれぞれ形状の異なる円柱部をフィレットＲ焼入
れする。

【００２７】それぞれ単体としての該高周波加熱コイル
２ａ（２ｂ，２ｃも同様）は、図２に示すように、黄銅
製の一対の側板(コイル保持板)３ａ，３ｂと、この側板
３ａ，３ｂ間に取付けられた半開放殼形の高周波加熱コ
イル頭部４，４と、該高周波加熱コイル頭部４，４に前
記高周波発振機６からの高周波電力を供給するため、給
電線５を介して接続される図示しないディスク型変成器
Ｔ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４，４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、前記高周波発振機
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
縁性材料からなるブロック９と、前記ワーク１００の誘
導加熱される円柱部（例えば、前記ジャーナル部５Ｊ
（１１０）の１１１）と前記高周波加熱コイル頭部４，
４との間を、僅かな隙間で保つための複数箇所（本実施
の形態では、３箇所で、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）に添う
ように装着される、セラミック製又は超硬製の接触部１
０，１０とをそれぞれ具備している。

【００２８】ここで、前記高周波加熱コイル２ａ，２
ｂ，２ｃは、それぞれ前記ディスク型変成器Ｔに接続さ
れて、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，
３０ｃとなる。この高周波加熱コイルユニット３０ａ，
３０ｂ，３０ｃは、それぞれの上方で、前記位置決め機
構１２の支持機構によって直下状態で保持されている。
そして、前記ワーク１００の中心軸Ｘを中心に回転され
るのに伴い、図示しないワーク追従機構により、前記高
周波加熱コイル頭部４，４が、前記誘導加熱される円柱
部、例えば、前記ジャーナル部５Ｊ（１１０）の円柱部
１１１上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイ
ル（ここでは２ｃ）が該円柱部１１１に追従して移動し
得るように構成されている。（以下、代表的に、前記ジ
ャーナル部５Ｊについて説明する）

【００２９】なお、前記誘導加熱される前記ジャーナル
部５Ｊの円柱部１１１の外周面には、前記３箇所に前記
接触子１０，１０が当接され、これにより高周波加熱コ
イル頭部４，４の半円状部と、前記円柱部１１１の外周
面とが、僅かな所定間隔を隔てられており、この状態
で、該円柱部１１１が前記高周波誘導加熱コイル頭部
４，４により高周波誘導加熱されるようになっている。

【００３０】また、前記一対の冷却液噴射環７，７に
は、冷却液供給用バイブ２０がそれぞれ接続されてお
り、図示しない冷却供給源から、これらの前記パイプ２
０を通してそれぞれの冷却液噴射環７，７に供給される
ので、前記円柱部１１１を誘導加熱後、前記冷却液噴射
環７，７から所定のタイミングで冷却液が、加熱された
前記ジャーナル部５Ｊに向けて噴射され、これを冷却す
るように構成されている。

【００３１】前記制御装置１１は、前記ワーク１００の
前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊのうち、形状の異な
る、すなわち加熱容量の異なるジャーナル部を選択し
て、前記位置決め機構１２に指令する。前記位置決め機
構１２は、前記制御装置１１からの指令により、前記選
択されたジャーナル部に対応する、前記高周波加熱コイ
ルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれを位置決
めして、選択された該各ジャーナル部上に載置する。前
記制御装置１１は、さらに、内蔵される高周波加熱制御
プログラムにしたがって、前記高周波発振機６から、前
記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃの
それぞれに加熱電力を切替、制御する。なお、同時に、
前記制御装置１１には、前記回転検出器１５から、前記
ワーク１００がその中心軸Ｘを中心として回転すると
き、その回動角度位置信号または回転数信号が入力され
ている。

【００３２】前記チャック機構１３は、チャック１３
ａ，１３ｂからなり、前記ワーク１００は、その長手方
向の両端を、前記チャック１３ａ，１３ｂにより、固
定、支持される。そして、前記一方のチャック１３ａ
は、回転駆動装置１４のヘッドセンタユニット１４ａ
に、前記他方のチャック１３ｂは、前記回転駆動装置１
４のテールセンタユニット１４ｂにそれぞれ回転自在に
保持される。前記回転駆動装置１４により、該ワーク１
００の中心軸Ｘを中心にある一定回転で回転駆動させる
とき、前記回転検出器１５により、その回動角度位置ま
たは回転数を検知して、その検出信号を前記制御装置１
１に出力する。

【００３３】なお、前記回転駆動装置１４のヘッドセン
タユニット１４ａとテールセンタユニット１４ｂは、前
記ワーク１００の取付けのため、その長手方向に、往復
動機構１７のそれぞれの流体圧シリンダ装置（流体圧に
よりピストンを駆動させる）１７ａ，１７ｂにより駆動
可能になっている。

【００３４】図３の接続図は、前記制御装置１１によ
り、前記高周波発振機６から出力される加熱電力を、前
記３個の前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０
ｂ，３０ｃのそれぞれに、該制御装置１１内の３個の出
力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して、あらかじめ
決められた高周波加熱制御プログラムにしたがって、供
給するように接続されている。前記３個の出力切替器１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ以後は、前記ワーク１００の選択
された前記ジャーナル部（例えば、２Ｊ，４Ｊ）を加熱
するため、それぞれ整合コンデンサＣ、前記ディスク型
変成器Ｔが付加された前記３個の前記高周波加熱コイル
ユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃが接続されている。そ
して、前記高周波加熱コイルユニット３０ａは、前記ジ
ャーナル部１Ｊ，２Ｊに共用、該加熱コイルユニット３
０ｂは、前記ジャーナル部３Ｊ，４Ｊに共用であり、該
加熱コイルユニット３０ｃは前記ジャーナル部５単独に
使用される。

【００３５】前記制御装置１１の前記高周波加熱制御プ
ログラムとは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すよう
に、加熱容量の最も大きな前記ジャーナル部４Ｊを先に
高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、
続けて次に加熱容量の大きい前記ジャーナル部２Ｊと同
時に、かつ前記ジャーナル部４Ｊを同時に高周波加熱
し、所定時間経過後、該同時加熱を停止する方法であ
る。すなわち、図４（ａ）は、ジャーナル部４Ｊを高周
波加熱する場合であり、図４（ｂ）は、ジャーナル部２
Ｊを高周波加熱する場合である。まず、図４（ａ）によ
りジャーナル部４Ｊを、前記高周波発振機６からの加熱
電力（Ｗ）で加熱時間（Ｈ0）加熱する。その後、該ジ
ャーナル部４Ｊの加熱をいったんオフにする。短い時間
（瞬時の間、Ｈ1）、例えば０．３秒以内の後、前記ジ
ャーナル部４Ｊ，２Ｊを同時に加熱電力（Ｗ）で、時間
（Ｈ3）経過するまで同時加熱して停止する。

【００３６】なお、前記制御装置１１は、前記回転検出
器１５からの出力信号に基づいて、前記ワーク１００の
焼入に最適な回動角度位置または回転数となったとき
に、前記加熱電力（Ｗ）を前記高周波加熱コイルユニッ
ト３０ａ，３０ｂ，３０ｃのいずれか、若しくは同時に
供給し、または停止させることができる。

【００３７】前記ワーク１００の従来の高周波焼入方法
では、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記高周
波発振機６からの出力は、ジャーナル部２Ｊと、４Ｊ
と、１Ｊ，３Ｊ，５Ｊとのそれぞれを、出力切替器Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３が１つずつ、各加熱時にオン状態とな
り、該状態の移行時には、前記高周波発振機６にて出力
がオフ状態後、出力切替器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３いずれかが
切り替わるようにして、出力切替完了後、前記高周波発
振機６が出力オン状態にする。この工程を３回繰り返し
て、はじめて該ワーク１００の焼入が完了となってい
た。しかし、このような工程では、操作が煩雑で、しか
も、作業時間が長くかかっていた。

【００３８】本実施の形態における前記ワーク１００の
高周波焼入方法は、図６（ａ）に示すように、前記制御
装置１１により、前記位置決め機構１２を介して、前記
高周波加熱コイルユニット３０ｂを、加熱容量の最も大
きな部位（この場合はジャーナル部４Ｊ）に、また、前
記高周波加熱コイルユニット３０ａを、次に加熱容量の
大きい部位（この場合はジャーナル部２Ｊ）にそれぞれ
載置する。加熱に際し、前記制御装置１１は、最初に、
該加熱容量の最も大きい部位（ジャーナル部４Ｊ）を先
に高周波加熱するように、内蔵する出力切替器１１ｂを
オンして、前記高周波発振機６から前記高周波加熱コイ
ル２ｂに加熱電力を出力させる。次に所定時間経過後、
該高周波発振機６の加熱出力を瞬時オフにすると同時
に、続けて次に加熱容量の大きい部位（ジャーナル部２
Ｊ）を高周波加熱するために、出力切替器１１ａをオン
動作させ、該出力切替器１１ａがオン状態になったと
き、再び前記高周波発振機６からの加熱電力を、前記ジ
ャーナル部４Ｊ，２Ｊに同時に出力させるように、前記
短時間で切替を行い、該加熱電力で、前記ジャーナル部
４Ｊ，２Ｊを同時に高周波加熱する。そして、所定時間
経過後、該高周波発振機６からの加熱出力をオフにす
る。

【００３９】次いで、図６（ｂ）に示すように、前記制
御装置１１により、前記位置決め機構１２を介して、前
記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
を、該加熱容量の小さい部位（この場合はジャーナル部
１Ｊ，３Ｊ，５Ｊ）にそれぞれ移動させる。すなわち、
前記高周波加熱コイル２ａはジャーナル部２Ｊ用から１
Ｊ用に、また、前記高周波加熱コイル２ｂはジャーナル
部４Ｊ用から３Ｊ用に位置換えが行われる。前記高周波
加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃを載置後、
前記制御装置１１により、前記前記出力切替器１１ａ，
１１ｂ，１１ｃを同時にオン状態にさせた直後、前記高
周波発振機６から、再び加熱電力を出力させて、前記ジ
ャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊを同時に高周波加熱し、所
定時間経過後、該高周波発振機６の加熱出力を停止する
とともに、前記全ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊに対し
て同時に、前記一対の冷却液噴射環７，７から冷却液を
噴射させて冷却して、焼入れする。

【００４０】なお、前記出力切替器１１ａ，１１ｂ，１
１ｃに、例えば近接スイッチ等を設けることで、該近接
スイッチが出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの接続動
作を完了する直前に、前記高周波発振機６の加熱出力を
オフするような信号を出力し、該出力切替器１１ａ，１
１ｂ，１１ｃの接続が完了した時点で、再ぴ前記高周波
発振機６から加熱電力を出力させる指令を出すようにし
て、極めて短時間に、次段目の加熱電力を供給すること
ができる。

【００４１】［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：Ｓ３７Ｃ （ｂ）ジャーナル部寸法 ２Ｊ：ジャーナル径φ５５ｍｍ、スラスト幅２７ｍｍ、
スラスト高さ６ｍｍ ４Ｊ：ジャーナル径φ５５ｍｍ、スラスト幅２７ｍｍ、
スラスト高さ１４ｍｍ （２）高周波誘導加熱条件（ジャーナル部２Ｊ，４Ｊの
同時焼入れ） （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：６４ｋＷ（２Ｊ），６４ｋＷ（４Ｊ） （ｃ）第１加熱時間：４sec（４Ｊ） 第１加熱オフ：０．２sec（４Ｊ） 第２加熱時間：１２sec（２Ｊ，４Ｊ） （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（７％） （ｂ）液温：３０℃ （ｃ）流量：各１００Ｌ／min （ｅ）冷却時間：２０sec

【００４２】前記加工条件によりジャーナル部２Ｊ，４
ＪをフィレットＲ焼入れを施したときの表面硬さと硬化
層深さを表２に示す。

【００４３】

【表２】 ただし、有効深さ（Ｈv４００にて）

【００４４】前記表２によれば、表面硬さ：Ｈv６００
以上、有効深さ：２．０ｍｍ以上を確保し、焼入品質に
は、問題がない。さらに、前記ジャーナル部２Ｊ，４Ｊ
が同時に加工終了したことで、全ジャーナル部１Ｊ，２
Ｊ〜５Ｊを３工程から２工程に少なくすることが可能と
なり、生産効率を向上することができた。

【００４５】以上、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、同様な機能を果
たす他の態様の手段によってもよく、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。なお、前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊ
に対応する前記高周波加熱コイルユニットを５台使用
し、前記位置決め機構によりそれぞれを該ジャーナル部
１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊ上に位置決めすれば、該ジャーナル部
１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊの５箇所を、同時に焼入れすることが
できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
高周波焼入方法とその装置によれば、１台の発振機で、
ワーク形状の異なる複数箇所の部位を、同時に高周波焼
入れするに際し、加熱容量の大きな部位を先に高周波加
熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬間停止し、続けて加
熱容量の小さな部位と同時に、前記加熱容量の大きな部
位を同時に加熱し、所定時間経過後、該同時に加熱を停
止し、しかる後に前記加熱した部位を同時に冷却するこ
とにより、熱容量の異なる前記部位を、同時に焼入する
ことができるので、前記１台の高周波発振機を使用によ
り、設備コストを抑えるとともに、ワークの形状の異な
る複数箇所の部位を同時に高周波焼入れして、前記部位
の焼入品質を十分に満足しながら焼入工程を少なくする
ことができる。同時に、生産効率を向上させることがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波焼入方法とその装置の一実施の
形態を示す、高周波焼入装置の構成外観図である。

【図２】ワークであるクランクシャフトのピン部及びジ
ャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするフィレッ
トＲ焼入用半開放殼形高周波誘導加熱コイル単体の構成
図である。

【図３】前記装置に使用される、制御装置により、１台
の発振機と３個の前記高周波加熱コイルとを制御する接
続図である。

【図４】前記制御装置における、前記ワーク１００のジ
ャーナル部２Ｊ及び４Ｊへの焼入工程における高周波加
熱制御プログラム図で、図４（ａ）は前記ジャーナル部
４Ｊの時間に対するプログラム図、図４（ｂ）は前記ジ
ャーナル部２Ｊの時間に対するプログラム図である。

【図５】従来の高周波焼入工程を示す図で、図５（ａ）
は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊへの焼入工程、
図５（ｂ）はジャーナル部４Ｊへの焼入工程、図５
（ｃ）はジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程を
それぞれ示す図である。

【図６】本実施の形態における高周波焼入工程を示す図
で、図６（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊ
および４Ｊへの焼入工程、図６（ｂ）は前記ワーク１０
０のジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれ
ぞれ示す図である。

【図７】４気筒エンジン用のクランクシャフトの正面図
である。

【図８】図７のクランクシャフトの焼入部の形状とフィ
レットＲ焼入れの硬化層パターンを示す部分断面図であ
る。

【図９】図７のクランクシャフトのジャーナル部のスラ
スト高さを示す断面図で、図９（ａ）は、ジャーナル部
４Ｊのスラスト高さＨ4を示し、図９（ｂ）は、ジャー
ナル部２Ｊ，３Ｊ，５Ｊのスラスト高さＨ2を示す。

【図１０】図７のクランクシャフトのジャーナル部の焼
入範囲を示す断面図で、図１０（ａ）は、ジャーナル部
４Ｊの焼入範囲Ｌ4を示し、図１０（ｂ）は、ジャーナ
ル部２Ｊ，３Ｊ，５Ｊの焼入範囲Ｌ2を示す。

【符号の説明】

１ 高周波焼入装置 ２ 高周波加熱コイル群 ２ａ，２ｂ，２ｃ 高周波加熱コイル ４ 高周波加熱コイル頭部 ６ 高周波発振機 ７ 冷却液噴射環 １０ 接触部 １１ 制御装置 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 出力切替器 １２ 位置決め機構 １３ チャック機構 １４ 回転駆動装置 １５ 回転検出器 １６ 搬送装置 １７ 往復動機構 ３０ 高周波加熱コイルユニット群 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 高周波加熱コイルユニット Ｃ 整合コンデンサ Ｔ ディスク型変成器

───────────────────────────────────────────────────── 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 6/40 Ｈ０５Ｂ 6/40 6/44 6/44

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １台の発振機で、ワーク形状の異なるｎ
   （ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼
   入れするに際し、 加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、
   所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱
   容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同
   時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬
   時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位
   と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱
   し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下
   同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時
   に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高
   周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、
   しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に
   冷却することにより、前記ワーク形状の熱容量の異なる
   前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする
   高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 １台の発振機で、ワーク形状の異なるｎ
   （ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、該ワークを回転
   しながら、同時に高周波焼入れするに際し、 加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、
   前記ワークの回動角度位置または回転数を検知しなが
   ら、焼入に最適なワーク回動角度位置または回転数とな
   ったときに、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量
   の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に
   高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停
   止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同
   時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所
   定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様
   に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、
   前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波
   加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しか
   る後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却
   することにより、前記ワーク形状の熱容量の異なる前記
   ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする高周
   波焼入方法。
3. 【請求項３】 前記瞬時停止する時間、すなわち前記熱
   容量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱
   容量の大きい部位と同時に加熱し始めるまでの切替時間
   が、０．３秒以内であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の高周波焼入方法。
4. 【請求項４】 １台の発振機で、ワークの形状の異なる
   ｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波
   焼入れする装置において、 前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位に、それぞ
   れ、または選択的に高周波誘導加熱コイルを載置し、 制御手段により、前記ワークの加熱容量の最も大きな第
   １の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱
   を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位
   と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定
   時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次
   に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第
   ２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同
   時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の
   最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥
   ‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経
   過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第
   ２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却手段で冷却すること
   により、前記ワーク形状の熱容量の異なる前記ｎ箇所の
   部位を、同時に焼入することを特徴とする高周波焼入装
   置。
5. 【請求項５】 １台の発振機で、ワークの形状の異なる
   ｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波
   焼入れする装置において、 前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位の外周上
   に、それぞれ、または選択的に高周波誘導加熱コイルを
   載置し、前記ワーク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部位のそれぞれの
   外周に追従させ、 回転検出手段により、前記ワークの回動角度位置または
   回転数を検知し、 制御手段により、前記検出手段からの信号により、前記
   ワークの回動角度位置または回転数が、焼入に最適なワ
   ーク回動角度位置または回転数となったときに、前記ワ
   ークの加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加
   熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次
   に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部
   位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加
   熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３
   の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波
   加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、
   以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と
   同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時
   に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止
   し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同
   時に冷却することにより、前記ワーク形状の熱容量の異
   なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴と
   する高周波焼入装置。
6. 【請求項６】 前記１台の発振機と、前記高周波誘導加
   熱コイルとの間に、変成器が配設されることを特徴とす
   る請求項４または請求項５に記載の高周波焼入装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、前記加熱を瞬時停止す
   るとき、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止
   し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱
   し始める間に、前記発振機の出力をオフすると同時に、
   出力切替器を動作させるか、または該出力切替器の接続
   動作の完了直前に前記発振機の出力をオフし、該出力切
   替器の接続動作の完了後、直ちに前記発振機の出力をオ
   ンさせることを特徴とする請求項４または請求項５に記
   載の高周波焼入装置。