JP2002317224A

JP2002317224A - 高周波焼入方法

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Publication number: JP2002317224A
Application number: JP2001122063A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yokoo; 横尾　　敏浩; Hideaki Katanuma; 秀明片沼
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP4713757B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱中の高周波誘導動加熱コイルの加熱導体
の、磁性材からなる鉄心の状態を監視しながら、連続生
産における焼入品質の不良品を予め判定する。【解決手段】高周波誘導加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄ
により、被焼入体としてのワーク１００を高周波誘導加
熱し、しかる後に該ワークを冷却手段７により冷却し
て、前記ワークの表面を焼入する方法であって、高周波
発振機６から整合部３ａ，‥‥，３ｄを介して、前記高
周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高
周波誘導加熱中に、前記高周波誘導加熱コイルに入力さ
れる入力電流を、それぞれの高周波電流検出器２０ａ，
‥‥，２０ｄにより検出し、それぞれの平均入力電流値
が、高周波加熱コイル電流判定回路部３０により、それ
ぞれの前記高周波誘導加熱コイルごとに、設定された電
流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常
と判定される。このため、安定した焼入品質のものを得
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、被焼入体としての
ワーク、例えばクランクシャフト、またはカムシャフト
等を高周波焼入する高周波焼入方法に関し、特に複数の
箇所を同時に高周波加熱するとき、加熱中の高周波誘導
加熱コイルの異常を判定する高周波焼入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すように、例えば、ガソリンエ
ンジン（またはジーゼルエンジン）用の４気筒のクラン
クシャフト１００は、鍛造加工によりピン部１２０，１
４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，
１５０，１７０，１９０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１２０，１４
０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１
５０，１７０，１９０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１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部
１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、それぞれ
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)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】前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８
０と前記ジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７
０，１９０の形状は、該ピン部同士およびジャーナル部
同士は同じのため、該ピン部１２０とジャーナル部１１
０を例に説明する。前記ピン部１２０とジャーナル部１
１０の形状は、図９に示すように該ジャーナル部１１０
の円柱部１１１と、該円柱部１１１に続くＲ部１１２
と、該Ｒ部１１２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から成り、
前記ピン部１２０の円柱部１２１に続く。図９に示す硬
化層１１７，１２７は、前記円柱部１１１，１２１にみ
の焼入れによって得られたものである。このような焼入
れの仕方を平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の平焼入れにおいて、通常、高
周波加熱コイルにより誘導加熱された円柱部、例えば１
１１，１２１の硬化層１１７，１２７の深さが浅く、表
面硬度がＨｖ６００を満足できないものが生じることが
ある。該クランクシャフト１００の前記円柱部には、メ
タル部品が嵌め合わされて使用されることから、該円柱
部の表面硬度が低いものは、メタル部品との接触面の嵌
合に問題を引き起こすため使用することができないとい
う問題点があった。

【０００５】また、図１０に示すように、クランクシャ
フト平焼入用半開放殼型高周波加熱コイル（高周波誘導
加熱コイル）２は、高周波加熱コイル頭部４を有する。
該高周波加熱コイル頭部４は、２個の電極である加熱導
体４１，４２からなり、互いに並行して配置される。該
高周波加熱コイル頭部４により前記クランクシャフト１
００の円柱部、すなわちワークを高周波焼入れする場
合、高周波加熱コイル頭部４を円柱部の上に一定の隙間
をもって配置される。前記加熱導体４１，４２は、互い
に反対方向の高周波電流が流れる構造となることから、
該加熱導体４１，４２間の加熱効率が低下するため、珪
素鋼板やダストコア等の磁性材からなる鉄心４３，４４
使用して、その磁束密度を大きくし前記ワークに対する
加熱を増加させている。

【０００６】通常、前記加熱導体４１，４２は、銅材を
中空にした銅角パイプからなり、中空部に冷却水を流す
ことで該加熱導体４１，４２の発熱を減少させている。
磁性材からなる前記鉄心４３，４４自体も誘導加熱され
るため、該加熱導体４１，４２の冷却水により発熱を減
少させている。しかし、誘導加熱されるワークと近い該
鉄心４３，４４の部位は、ワークの輻射熱を大きく受け
るため、冷却が足りず昇温する傾向にある。生産数の増
加とともに、昇温した該鉄心４３，４４は、ワークに磁
束を集中させる効果が弱くなる。結果として、焼入硬化
層の深さが浅くなり、所定の表面硬度を満足させること
ができないうえ、磁性材からなる該鉄心４３，４４の効
果をチエックする機構がなく、連続生産において、焼入
品質が不良のまま加工されることがあるという問題点が
あった。

【０００７】しかし、これは電気的に、前記鉄心４３，
４４の珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特
性が劣化した場合、高周波電圧の一定制御にて出力制御
をしている場合には、監視対象として、高周波加熱コイ
ル電圧を測定する手段があるが、ほとんど変化の度合い
は表れにくく監視対象としては難しいものがある。その
他、高周波電源としての高周波発振機の発振周波数また
は高周波出力電圧の監視があるが、これらの値もほとん
ど変化しにくいという問題点があった。

【０００８】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、加熱中の高周波加熱コ
イルの加熱導体の、磁性材からなる前記鉄心の状態を監
視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め
判定する高周波焼入方法を提案することにある。

【０００９】

【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、高周波誘導加熱コイルにより、被焼
入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該
ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を
焼入する方法において、高周波発振機から整合部を介し
て、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記
ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記
高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、
その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ
設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満
のとき、異常と判定される方法である。

【００１０】クランクシャフトのピン部およびジャーナ
ル部の円柱部の外周上に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円柱部外周に追
従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレット
Ｒ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後
に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却
して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する
方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記
高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを
高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘
導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均
入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定され
た電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、
異常と判定される方法である。

【００１１】前記整合部、または前記高周波誘導加熱コ
イルに入力される入力電流に代えて、入力電力を検出
し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらか
じめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限
未満のとき、異常と判定される方法である。

【００１２】前記整合部、または前記高周波誘導加熱コ
イルに入力される入力電流に代えて、入力電力量を検出
し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじめ
設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限未
満のとき、異常と判定される方法である。

【００１３】前記整合部、または前記高周波誘導加熱コ
イルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電
流検出手段により検出される方法である。

【００１４】前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制
御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク
形変成器からなる並列共振回路で形成される方法であ
る。

【００１５】前記高周波発振機が、高周波一定電流に制
御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク
形変成器からなる直列共振回路で形成される方法であ
る。

【００１６】前記ロゴスキーコイルからなる前記電流検
出手段は、前記整合部のディスク型変圧器に装着され
て、該整合部の入力電流または出力電流を検出する方法
である。

【００１７】前記高周波加熱コイルを監視するとき、高
周波発振機からの電圧一定制御にて出力制御をしている
場合、大きな変化を示すのが高周波電流、特に高周波加
熱コイル電流であり、その他、高周波電力、または加熱
時の電力量が挙げられる。高周波電流一定制御の場合に
は、高周波電圧が変数となり、高周波電力一定制御の場
合には、高周波電圧や高周波電流が変数となる。しか
し、高周波電力一定制御の場合、高周波電圧や高周波電
流の変動分は、前記電圧制御や電流制御の場合よりも少
なく、高周波一定電圧または高周波一定電流の方が、変
化の度合いは大きい。

【００１８】また、加熱時の前記高周波電流、高周波電
圧および高周波電力の状態変化は、常に変動しており、
この変動幅を観測してパターン判定する方法では、監視
制御として複雑となり回路設計上、難しい。

【００１９】このことから、被焼入体として、例えばク
ランクシャフトの複数箇所の同時加熱において、高周波
一定電圧制御または高周波一定電流制御をしているとき
に、前記加熱導体の鉄心の、珪素鋼板やダストコア等の
磁性材が脱落または特性が劣化した場合、平均の高周波
電流、加熱コイル電流、高周波電力、または高周波電力
量を比較することで、高周波加熱コイルの効率を判定す
ることが可能となる。

【００２０】以上、前記鉄心の、珪素鋼板やダストコア
等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合の判定を解
決するために、本発明は、前記高周波発振機が、高周波
一定電圧に制御されるとき、以下の項目を監視測定する
ことで高周波加熱コイルの判定を行い、安定した焼入品
質の物を生産することが可能となる。１）高周波発振機の平均出力電流または整合部平均入力
電流。２）高周波発振機の平均出力電力または整合部平均入力
電力。３）高周波発振機の平均出力電力量または整合部平均入
力電力量。４）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立して
いる場合）。５）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立して
いる場合）。６）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立してい
る場合）。７）各々の整合部平均高周波加熱コイル入力電流（整合
部が各々独立している場合）。

【００２１】

【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。［第１実施例］図１は、本発明の高周波焼入方法の一実
施の形態における第１実施例を示す回路図で、それぞれ
の整合部を経て高周波加熱コイルへの入力電流を監視す
る図、図２は、図１中の該コイル電流判定回路部の構成
回路図、図３は、前記それぞれの整合部と前記高周波加
熱コイルとを示す構成外観図、図４は、ワークであるク
ランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部を
平焼入れする半開放殼形高周波誘導加熱コイル単体の構
成図、図５（ａ）は、前記高周波加熱コイルへの入力電
流を検出するロゴスキープローブを有するロゴスキーコ
イル形電流検出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出
器の使用状態を示す図である。

【００２２】本高周波焼入方法の実施の形態である高周
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の各ピン部１２０，１４０，１６０，
１８０およびジャーナル部１１０，１３０，１５０，１
７０，１９０の円柱部の外周上に高周波加熱コイル群２
を載置し、該ワーク１００をその中心軸Ｘを中心に回転
せしめて前記高周波加熱コイル群２を前記円柱部外周に
追従させつつ、前記円柱部（または該円柱部、フィレッ
トＲ部およびフィレット部）を高周波誘導加熱し、しか
る後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により
冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入
する装置である。

【００２３】図１の前記回路図は、１台の高周波発振機
６から出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加
熱コイル群２の４個の高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置
により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続される
とともに、それぞれの高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２
ｄへの入力電流を監視するため、図２に示す高周波加熱
コイル電流判定回路部３０が接続されている。

【００２４】前記４個の切替器１１ａ，‥‥，１１ｄ以
後は、前記ワーク１００の前記ピン部および前記ジャー
ナル部を加熱するため、図１および図３に示すように、
それぞれ、整合コンデンサＣとディスク型変成器Ｔから
なる整合部３ａ，‥‥，３ｄと、前記４個の前記高周波
加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄが接続されている。ここで
は、前記整合部３ａ，‥‥，３ｄとそれぞれ接続される
前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄについては、４
個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも
構わない。

【００２５】そして、前記高周波加熱コイル２ａ，‥
‥，２ｄのそれぞれへの入力電流を検出するため、前記
整合部３ａ，‥‥，３ｄのそれぞれの出力側に、図５
（ａ）に示すロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２
０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、それぞれ配設、接続
されており、該電流検出器２０ａ，‥‥，２０ｄから得
られる、それぞれの前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，
２ｄへの入力電流の信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１
ｄを、前記コイル電流判定回路部３０に出力する。

【００２６】前記コイル電流判定回路部３０は、図２に
示すように、前記入力電流信号２１ａ，‥‥，２１ｄの
ほか、加熱時間信号も入力されており、前記入力電流の
平均コイル電流検出回路３１とコイル電流判定回路３２
とで構成されている。それぞれの前記コイル電流信号２
１ａ，‥‥，２１ｄは前記平均コイル電流検出回路３１
に入力されて、平均コイル電流検出回路３１からそれぞ
れの前記コイル電流信号２１ａ，‥‥，２１ｄの平均コ
イル電流信号２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉを出力す
る。（該平均コイル電流信号は、前記コイル電流信号の
ある設定された時間内における平均値を示すコイル電流
信号である。）そして、出力された前記平均コイル電流
信号２１ｆ，‥‥，２１ｉは、前記コイル電流判定回路
３２に入力される。この判定回路３２には、それぞれの
前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄごとに上下限設
定信号が入力、設定され、上限設定値を超えるとき、ま
たは下限設定値未満のときは、該コイル電流判定回路３
２からそれぞれアラーム信号が出力される。なお、この
コイル電流判定回路３２は、シーケンサ等での構成も可
能である。

【００２７】次いで、前記ワーク１００のピン部および
ジャーナル部の円柱部を平焼入れするため、該円柱部を
高周波誘導加熱に使用される前記高周波加熱コイル群２
のそれぞれ単体としての前記高周波加熱コイル２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄを、図４に示す。この代表例としての高
周波加熱コイル２ａは、黄銅製の一対の側板(保持板)１
２ａ，１２ｂと、この側板１２ａ，１２ｂ間に取付けら
れた半開放殻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
１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ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３に示す整合部３ａ，３ｂ，
３ｃ，３ｄ（図１に示す整合コンデンサＣとディスク型
変成器Ｔとからなる）と、前記側板１２ａ，１２ｂ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、前記整合部３ａ，‥‥，３ｄ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、該接続端子
８，８および給電線５，５を保持するために前記側板１
２ａ，１２ｂ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（前記ピン部またはジャーナル部の円柱部）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
ク製または超硬製の接触部（またはチップ部材という）
１０，１０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，‥
‥，２ｄは、それぞれの上方で、図示しない支持機構に
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、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の上に載置された状態
のまま、前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄが前記
ピン部またはジャーナル部の円柱部に追従して移動し得
るように構成されている。

【００２９】なお、前記ワーク１００の前記ジャーナル
部の円柱部外周面には、例えば３箇所に前記接触部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、該円柱部の外周面とが、僅かな所定間隔を
隔てられており、この状態で、該円柱部がが高周波加熱
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１４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１
４を通してそれぞれの冷却液噴射環７，７に供給され、
該冷却液噴射環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およびピン部に向けて
噴射されるように構成されている。

【００３１】次に、図５（ａ）に示す前記ロゴスキーコ
イル形高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０
ｄは、前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄへの入力
電流を検出するロゴスキー式プローブ２２をそれぞれ有
し、該プローブ２２は、図５（ｂ）に示すように、前記
高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄへの給電線５に１回
巻き付けられている。それぞれの前記電流検出器２０
ａ，‥‥，２０ｄは、１本の細い長い可撓性の中空チュ
ーブ２２ａ内に導電線２３を貫通し、該中空チューブ２
２ａの貫通端２３ｂから、該導電線２３により該中空チ
ューブ２２ａの外周面に一定な間隔でコイル状に巻回さ
れたプローブ２２を有するものである。使用され前記中
空チューブ２２ａの材質は絶縁性の高いものを使用し、
該チューブ２２ａの外周面に巻回される前記導電線２３
も、前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄの電圧値の
よりも高い電圧に対して十分な耐電圧値を有するものが
使用される。

【００３２】前記電流検出器２０ａ，‥‥，２０ｄは、
前記プローブ２２の出力端に５０Ωの同軸ケーブル２４
を接続するとともに、５０Ωの終端抵抗を接続して、前
記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄへの入力電流値を
電圧値に変換している。前記高周波加熱コイル２ａ，‥
‥，２ｄへの入力電流と電圧の変換比率は、前記中空チ
ューブ２２ａに巻回されるコイルの回数で決定される。
また、前記プローブ２２を、図５（ｂ）に示すように、
前記高周波加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄへのそれぞれの
給電線５に１回巻き付けるため、前記中空チューブ２２
ａと前記同軸ケープル２４の一端との接続点に、該中空
チューブ２２ａの巻き始めの先端部分を機械的に接続す
るための筒状の保持部材２６が設けられている。前記同
軸ケープル２４の他端には、ＢＮＣコネクタ２５が接続
されている。ここで、使用される前記ロゴスキーコイル
形高周波電流検出器２０ａ，‥‥，２０ｄは、図３に示
す前記整合部３ａ，‥‥，３ｄのディスク型変成器Ｔ内
に設置することも可能であり、この場合、前記高周波加
熱コイル２ａ，‥‥，２ｄへの取り替え時の、前記プロ
ーブ２２の取り替えも必要がなくなる。

【００３３】［第２実施例］図６は、本発明の高周波焼
入方法の第２実施例を示す回路図で、それぞれの整合部
を経て高周波加熱コイルへの入力電力、または入力電力
量を監視する図、図７は、図６のなかの該高周波加熱コ
イルへ入力された電力または電力量判定回路の構成回路
図であり、その他の図については、前記第１実施例で説
明した図とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

【００３４】図６および図７は、図１の高周波加熱コイ
ル２ａ，‥‥，２ｄへの入力電流検出、および図２のコ
イル電流判定回路部３０に代えて、高周波加熱コイル２
ａ，‥‥，２ｄの整合部３ａ，‥‥，３ｄへの入力電力
と入力電力量のそれぞれの検出、および前記入力電力と
入力電力量のそれぞれの整合部入力判定回路部４０を示
す図である。

【００３５】図６の回路図は、前記高周波発振機６から
出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加熱コイ
ル群２の４個の高周波加熱コイルユニット２ａ，‥‥，
２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３
ａ，‥‥，３ｄを介して、図示しない制御装置により切
り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，‥‥，１１ｄを
経て、供給するように接続され、それぞれの整合部３
ａ，‥‥，３ｄへの入力電力および入力電力量を監視す
るとともに、図７に示す整合部入力判定回路部４０が接
続されている。

【００３６】前記４個の切替器１１ａ，‥‥，１１ｄ以
後は、前記ワーク１００の前記ピン部および前記ジャー
ナル部を加熱するため、図６に示すような、それぞれ、
整合コンデンサＣとディスク型変成器Ｔからなる整合部
３ａ，‥‥，３ｄと、前記４個の前記高周波加熱コイル
２ａ，‥‥，２ｄが接続されている。ここでは、前記整
合部３ａ，‥‥，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波
加熱コイル２ａ，‥‥，２ｄについては、４個、すなわ
ち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。

【００３７】図６において、それぞれの前記整合部３
ａ，‥‥，３ｄの入力側に、それぞれ前記ロゴスキーコ
イル形高周波電流検出器２０ａ，‥‥，２０ｄを配設す
るとともに、前記高周波発振機６の出力側に高周波電圧
変成器形の高周波電圧検出器５０を設ける。そして、そ
れらの電流検出器２０ａ，‥‥，２０ｄおよび電圧検出
器５０から得られる高周波電流信号２１ａ，‥‥，２１
ｄと高周波電圧信号５１を整合部入力信号判定回路部４
０に入力する。

【００３８】前記整合部入力判定回路部４０には、図７
に示すように、前記高周波電流信号２１ａ，‥‥，２１
ｄと前記高周波電圧信号５１のほか、加熱時間信号も入
力されている。そして、該整合部入力判定回路部４０
は、高周波電力検出回路４１、平均電力検出回路４２、
平均電力判定回路４３、電力量検出回路４４、電力量判
定回路４５のほか、平均電流検出回路４６、平均電流判
定回路４７の７回路で構成されている。

【００３９】前記高周波電流検出器２０ａ，‥‥，２０
ｄからの高周波電流信号２１ａ，‥‥，２１ｄと、前記
高周波電圧検出器５０からの高周波電圧信号５１は、前
記整合部入力判定回路部４０の高周波電力検出回路４１
と平均電流検出回路４６に入力される。該高周波電力検
出回路４１は、それぞれのの整合部３ａ，‥‥，３ｄへ
の高周波入力電力信号を出力し、平均電流検出回路４６
はそれぞれの整合部３ａ，‥‥，３ｄへの平均入力電流
信号を出力する。（該平均入力電流信号は、前記入力電
流信号のある設定された時間内における平均値を示す電
流信号である。）

【００４０】出力された高周波入力電力信号のそれぞれ
は平均電力検出回路４２と電力量検出回路４４に入力さ
れ、それぞれの整合部３ａ，‥‥，３ｄへの平均入力電
力信号と入力電力量信号を出力する。（該平均入力電力
信号は、前記入力電力信号のある設定された時間内にお
ける平均値を示す電力信号である。）

【００４１】前記平均電力信号および前記入力電力量信
号は、それぞれ平均電力判定回路４３および電力量判定
回路４５に入力され、前記平均電流信号は、平均電流判
定回路４７に入力される。これらの判定回路４３，４
５，４７には、それぞれの前記高周波加熱コイル２ａ，
‥‥，２ｄごとに、上下限設定信号が入力、設定されて
おり、前記平均電力信号、前記入力電力量信号および前
記平均入力電流信号が、それぞれの上限設定値を超える
とき、または下限設定値未満のときは、それぞれの前記
判定回路からアラーム信号(平均電力アラーム、入力電
力量アラームおよび平均電流アラーム)が出力される。
なお、これらの判定回路４３，４５，４７は、シーケン
サ等での構成も可能である。

【００４２】本実施例における確認データを表１に示
す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１によれば、前記高周波発振機６の出力
は高周波一定電圧制御で行い、前記整合部３ａ，‥‥，
３ｄの整合コンデンサＣの静電容量およびディスク形変
成器Ｔの変成比も同じとし、加熱時間、空冷時間、冷却
時間は同一条件として、前記高周波加熱コイル２ａ，‥
‥，２ｄに使用する、鉄心の磁性材としての珪素鋼板の
形状を変えて、見かけ上、鉄心の磁性材が脱落した状態
での加熱条件を示す表である。この確認データより、前
記高周波発振機６の駆動周波数（発振周波数）および高
周波加熱コイル電圧の変化の割合は小さく、高周波電流
と高周波出力の変化の方が、判定が容易であるというこ
とが分かる。

【００４５】本実施の形態では、前記高周波発振機６の
出力電圧を一定制御した場合を示したが、該高周波発振
機６の出力電流を一定制御(または該高周波発振機の直
流入力電流一定制御)では、以下の項目が監視対象とな
る。１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電
圧。２）高周波発振機平均直流入力電圧。３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電
力。４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力
電力量。５）各々の整合部平均入力電圧（整合部が各々独立して
いる場合）。６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立して
いる場合）。７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立してい
る場合)。８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独
立している場合）。

【００４６】また、本実施の形態において、前記整合部
に並列共振型を適用し、前記高周波発振機６の出力の制
御に、高周波出力電圧一定制御を例にとって説明した
が、前記高周波発振機６の出力の制御に高周波出力電流
一定制御を適用している場合は以下の項目が監視対象に
当てはまる。１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電
圧。２）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電
力。３）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力
電力量。４）各々の整合部平均入力電流(整合部が各々独立して
いる場合）。５）各々の整合部平均入力電力(整合部が各々独立して
いる場合）。６）各々の整合部入力電力量(整合部が各々独立してい
る場合）。７）各々の整合部平均コイル入力電流(整合部が各々独
立している場合）。

【００４７】さらに、本実施の形態において、前記整合
部に並列共振型を例にとって説明しているが、これは直
列共振型でも同様である。その場合はにおいても、高周
波出力電圧一定制御（または高周波発振機直流入力電圧
一定制御）の場合は、以下の項目が監視対象に当てはま
る。１）高周波発振機平均出力電流または整合部平均入力電
流。２）高周波発振機平均直流入力電流。３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電
力。４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力
電力量。５）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立して
いる場合）。６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立して
いる場合）。７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立してい
る場合）。８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独
立している場合）。

【００４８】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。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
高周波焼入方法によれば、高周波誘導加熱コイルによ
り、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しか
る後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワーク
の表面を焼入するに際して、高周波発振機から整合部を
介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、
前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または
前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出
し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらか
じめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限
未満のとき、異常と判定されるので、加熱中の高周波加
熱コイルの加熱導体の、磁性材からなる鉄心の状態を監
視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め
判定することができる。

【００５０】すなわち、前記高周波加熱コイルにおけ
る、鉄心である珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落
または特性が劣化した場合に対し、容易に該高周波加熱
コイルの効率の判定を行うことが可能となり、安定した
焼入品質のものを生産することができる。このため、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の一実施の形態におけ
る第１実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て
高周波加熱コイルへの入力電流を監視する図である。

【図２】図１のなかの高周波加熱コイル電流判定回路の
構成回路図である。

【図３】それぞれの整合部と高周波加熱コイルとを示す
構成外観図である。

【図４】ワークであるクランクシャフトのピン部および
ジャーナル部の円柱部を平焼入れする半開放殼形高周波
誘導加熱コイル単体の構成図である。

【図５】図５（ａ）は、高周波加熱コイルへの入力電流
を検出するロゴスキーコイル形プローブを有する電流検
出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出器の使用状態
を示す図である。

【図６】本発明の高周波焼入方法の第２実施例を示す回
路図で、それぞれの整合部を経て高周波加熱コイルへの
入力電力、または入力電力量を監視する図である。

【図７】図６のなかのそれぞれの整合部を経て高周波加
熱コイルの入力された電力または電力量判定回路の構成
回路図である。

【図８】４気筒エンジンのクランクシャフトの正面図で
ある。

【図９】図８のクランクシャフトの焼入部の形状と平焼
入れの硬化層を示す一部断面図である。。

【図１０】図８のクランクシャフトと高周波加熱コイル
の加熱導体との位置関係を示す断面図である。

【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，２ｄ高周波加熱コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ整合部４高周波加熱コイル頭部５給電線６高周波発振機７冷却液噴射環１０接触部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ切替器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ高周波電流検出器
（ロゴスキーコイル形）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ入力電流信号３０高周波加熱コイル電流判定回路部３１平均コイル電流検出回路３２コイル電流判定回路４０整合部入力信号判定回路部４１高周波電力検出回路４２平均電力検出回路４３平均電力判定回路４４電力量検出回路４５電力量判定回路４６平均電流検出回路４７平均電流判定回路５０高周波電圧検出器（高周波電圧変成器形）５１高周波電圧信号１００ワーク（クランクシャフト）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）Ｃ２１Ｄ 1/42 Ｃ２１Ｄ 1/42 ＴＨ０５Ｂ 6/06 ３８１Ｈ０５Ｂ 6/06 ３８１ 6/38 6/38 6/44 6/44 Ｆターム(参考） 3K059 AA09 AB14 AB28 AC07 AC09 AC35 AD03 AD28 AD29 AD40 BD13 BD18 CD38 CD64 CD72 CD73 CD79 4K042 AA16 BA01 BA03 DA01 DB01 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体
としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワー
クを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入
する方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱
コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱
中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに
入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、
入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限
を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定され
ることを特徴とする高周波焼入方法。
【請求項２】クランクシャフトのピン部およびジャー
ナル部の円柱部の外周上に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円柱部外周に追
従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレット
Ｒ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後
に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却
して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する
方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱
コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱
中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに
入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、
入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限
を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定され
ることを特徴とする高周波焼入方法。
【請求項３】前記整合部、または前記高周波誘導加熱
コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力を検出
し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらか
じめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限
未満のとき、異常と判定され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。
【請求項４】前記整合部、または前記高周波誘導加熱
コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力量を検
出し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじ
め設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限
未満のとき、異常と判定され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。
【請求項５】前記整合部、または前記高周波誘導加熱
コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の
電流検出手段により検出され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。
【請求項６】前記高周波発振機が、高周波一定電圧に
制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディス
ク形変成器からなる並列共振回路で形成されることを特
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。
【請求項７】前記高周波発振機が、高周波一定電流に
制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディス
ク形変成器からなる直列共振回路で形成されることを特
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。
【請求項８】前記ロゴスキーコイルからなる前記電流
検出手段は、前記整合部のディスク型変圧器に装着され
て、該整合部の入力電流または出力電流を検出すること
を特徴とする請求項５に記載の高周波焼入方法。