JP2002348614A - クランクシャフトの高周波焼入方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピン径又はジャーナル径の異なるクランクシ
ャフトを、それぞれ１台のピン用又はジャーナル用高周
波誘導加熱コイルで加熱後、冷却する。 【解決手段】 クランクシャフト（被加工物：ワーク）
１００のピン部１２０，１４０，‥‥及びジャーナル部
１１０，１３０，‥‥（例えば、ピン部１８０）に高周
波誘導加熱コイル２を載置し、ワーク１００をその中心
軸を中心に回転させて、高周波誘導加熱コイル２を該ピ
ン部等に追従させつつ、高周波誘導加熱後、該ピン部等
を冷却して、その表面を焼入れするに際し、前記ピン部
等のピン径が異なるワーク１００を、１台のピン用高周
波加熱コイル２により加熱、冷却し、前記ジャーナル部
のジャーナル径が異なるワーク１００を、１台のジャー
ナル用高周波加熱コイル２００により加熱、冷却する高
周波焼入方法である。ピン部等の高周波誘導加熱コイル
の段取り交換をなくし、サイクルタイムの短縮を図る。

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
又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れする高周波焼入方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、この種の４気筒（４
Ｌ）のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりピン
部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１
０，１３０，１５０，１７０，１９０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１
２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，
１３０，１５０，１７０，１９０の高周波焼入れは、該
クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘのまわりに回
転させながら、該ピン部１２０，１４０，１６０，１８
０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１
９０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
誘導加熱後、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の形状は、該ピン部同士は同じのため、前記ピン部１
８０を例に説明する。図６に前記クランクシャフト１０
０の一部断面を示すように、該ピン部１８０の形状は、
円柱部１８１と、該円柱部１８１に続くＲ部１８２と、
該Ｒ部１８２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１８３から成る。

【０００４】図６（ａ）に示す硬化層１８７は、前記円
柱部１８１の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。他
方、図６（ｂ）に示す硬化層１８７は、前記円柱部１８
１とＲ部１８２とスラスト部１８３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。通常、前記クランク
シャフト１００は、エンジンの排気量により多種のクラ
ンクシャフトがあり、そのピン部及びジャーナル部の形
状も多種異なっている。

【０００５】前記クランクシャフト１００に高周波焼入
れを行い、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す硬化層１８
７を得るためには、ピン径及びピンスラスト幅に対応し
た高周波加熱コイルを使用する必要があり、該ピン径及
びジャーナル径が異なるクランクシャフトには、該ピン
径及びジャーナル径に対応した数の高周波加熱コイルが
必要であった。このため、焼入作業においては、予め異
なる焼入部位ごとに高周波加熱コイルを製作し、それぞ
れ高周波加熱コイルを交換することで対処していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に、追
従ユニット３０ヘの高周波加熱コイル２の取付を示す。
図７に示すように、薄型変成器３１は、追従ユニット３
０内のべース板３２に固定されている。前記薄型変成器
３１は、前記べース板３２を介して、追従アーム３３
ａ，３３ｂにより吊り下げられている。該べース板３２
には、前記薄型変成器３１と高周波加熱コイル２との接
続操作が容易に行えるように、該高周波加熱コイル２を
固定するための固定アーム３４が取り付られている。前
記高周波加熱コイル２の取り外しは、前記アーム固定ピ
ン３５を緩めてＤ方向に倒し、前記固定アーム３４をＥ
方向に下げ、該高周波加熱コイル２をＦ方向に前記固定
アーム３４上で引き出して、該高周波加熱コイル２を前
記追従ユニット３０から外すことができる構造になって
いる。前記追従ユニット３０は、１台の薄型変成器３１
に前記高周波加熱コイル２を１台を取り付ける構造にな
っている。

【０００７】しかしながら、前記クランクシャフト１０
０が多種となると、高周波焼入装置として、以下のよう
な問題点があった。 １）高周波加熱コイル２の台数が増えることにより、コ
ストが増大する。 ２）クランクシャフト１００の機種切り替えに伴う高周
波加熱コイル２の交換時間及び品質確認のための時間が
増大する。 ３）自動段取りの場合は、前記高周波加熱コイル２の台
数に合わせた、追従機構及び電源系統の増加により、高
周波焼入装置のスペースが拡大するとともに、コストが
増大る。

【０００８】次いで、前記ビン部１２０，１４０，１６
０，１８０及び前記ジャーナル部１１０，１３０，１５
０，１７０，１９０の円柱部と前記高周波加熱コイル２
との関係について述べる。前記ピン部と前記ジャーナル
部は、共に円柱形状であるから、以下については、前記
ピン部を例にとり説明する。

【０００９】図８（ａ）に、Ａワーク（クランクシャフ
ト）用高周波加熱コイル頭部４とＡワークのビン径の位
置関係を示し、図８（ｂ）に、Ａワーク用高周波加熱コ
イル頭部４とＢワーク（クランクシャフト）のピン径の
位置関係を示す。（この場合、Ａワークピン径＞Ｂワー
クピン径）

【００１０】図８（ａ）は、従来の位置関係である。前
記Ａワークと前記Ｂワークの装置のビン径に共用して、
１台の高周波加熱コイル２で焼入れするには、ピン径が
大きいＡワーク用高周波誘導加熱コイル２で、ピン径の
小さいＢワークを焼入れすることになる。ここで、接触
子１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、前記ワークＡ又はＢの誘
導加熱される円柱部と前記高周波加熱コイル頭部４との
間を、僅かな隙間で保つための３箇所（３箇所とは、前
記高周波加熱コイル頭部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
製又は超硬製の部材である。

【００１１】図８（ａ）に示すように、Ａワークが図で
時計方向に回転することにより該Ａワーク（円柱部）
は、接触子１０ｂと接触子１０ｃとで接触することにな
る。

【００１２】その理由は、前記高周波加熱コイル２を前
記ピン部円柱部に載置させて前記ワークＡを、その中心
軸を中心に回転させた場合、前記追従ユニット３０全体
の荷重が前記接触子１０ｂからピン部円柱部にかかるの
で、該接触子１０ｂと該ピン部円柱部に摩擦抵抗が生じ
る。前記ピン部の、時計方向の回転に伴い前記接触子１
０ｂは、摩擦抵抗力によりＹ方向へ移動する。前記接触
子１０ａ，１０ｂ，１０ｃは前記高周波加熱コイル２内
で固定されていることから、３個の前記接触子１０ａ，
１０ｂ，１０ｃがＹ右向に移動する。

【００１３】したがって、前記ピン部円柱部と前記高周
波誘熱コイル２との接触は、２個の接触子１０ｂ，１０
ｃとなる。つまり、前記高周波加熱コイル２からみて、
前記Ａワークの回転方向のＩＮ側の前記接触子１０ｃと
中央部分接触子１０ｂとで、該ピン部円柱部と接触す
る。このため、前記一方のＩＮ側のクリアランス（Ｇ
1）が他方のＯＵＴ側のクリアランス（Ｇ2）より小さく
なる。

【００１４】図８（ｂ）に示すように、前記Ｂワークの
場合、従来のＡワーク用高周波加熱コイル２では、高周
波加熱コイル頭部４の２個の加熱導体の中で、前記一方
のＩＮ側の１個の加熱導体とピン径のクリアランス（Ｇ
3）が、前記他方のＯＵＴ側のクリアランス（Ｇ4）より
狭くなりすぎて、高周波焼入れに使用できる範囲ではな
い。該クリアランスが狭くなりすぎると、該Ｂワークと
加熱導体の接触及び該ワークＢに溶解を引き起こすとい
う問題点があった。

【００１５】また、別の方法として、高周波加熱コイル
頭部４について、２個の加熱導体のワーク対向面の曲率
を大きくし、ピン径とのクリアランスを広くすること
で、ピン径と加熱導体の接触及び焼入ワークの溶解を防
ぐことが可能であるが、クリアランスが広くなることに
よる加熱効率の低下、及び加熱バランスの崩れによる焼
入れバターン（焼入幅と硬化深さ）の変形等の問題点が
あった。

【００１６】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、ピン径の異なるクラン
クシャフトを１台のピン用高周波誘導加熱コイルで加熱
後冷却し、また、ジャーナル径の異なるクランクシャフ
トを１台のジャーナル用高周波誘導加熱コイルで加熱後
冷却することにより、ピン部及びジャーナル部の高周波
誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイクルタイ
ムの短縮及び設備コストの削減を図るクランクシャフト
の高周波焼入方法とその装置を提供することにある。

【００１７】

【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及びジャ
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、フィレットＲ部及びフィレ
ット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及び
ジャーナル部を冷却して、前記ピン部及びジャーナル部
の表面を焼入れするに際し、前記ピン部のピン径が異な
る前記クランクシャフトの該ピン部を、１台のピン用高
周波誘導加熱コイルにより加熱、冷却し、前記ジャーナ
ル部のジャーナル径が異なる前記クランクシャフトの該
ジャーナル部を、１台のジャーナル用高周波誘導加熱コ
イルにより加熱、冷却するクランクシャフトの高周波焼
入方法である。

【００１８】前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞ
れ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記ジ
ャーナル部をそれぞれ平焼入れするに際し、前記ピン用
高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範囲は、ピン最
大径から該最大径の７０％までのピン径に、また、前記
ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範
囲は、ジャーナル最大径から該最大径の７０％までのジ
ャーナル径にするクランクシャフトの高周波焼入方法で
ある。

【００１９】前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞ
れ異なる前記クランクシャフトを前記ピン部及び前記ジ
ャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れするに際し、
前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範囲
は、ピン最大径から該最大径の８５％までのピン径に、
また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適用で
きる許容範囲は、ジャーナル最大径から該最大径の８５
％までのジャーナル径にするクランクシャフトの高周波
焼入方法である。

【００２０】前記ピン用高周波誘導加熱コイル及び前記
ジャーナル用高周波誘導加熱コイルのそれぞれの頭部
は、２組の加熱導体から形成され、前記クランクシャフ
トの回転方向のＩＮ側に配置される一方の１組の加熱導
体の、前記ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面
に対向する面の曲率が、該クランクシャフトの回転方向
のＯＵＴ側に配置される他方の１組の加熱導体の、前記
ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面に対向する
面の曲率より大きくされるクランクシャフトの高周波焼
入方法である。

【００２１】クランクシャフトのピン部及びジャーナル
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、フィレットＲ部及びフィレット部
を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャー
ナル部を冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面
を焼入する装置において、前記ピン部のピン径が異なる
前記クランクシャフトの該ピン部を加熱、冷却する１台
のピン用高周波誘導加熱コイルと、前記ジャーナル部の
ジャーナル径が異なる前記クランクシャフトの前記ジャ
ーナル部を加熱、冷却する１台のジャーナル用高周波誘
導加熱コイルとが設けられるクランクシャフトの高周波
焼入装置である。

【００２２】前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞ
れ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記ジ
ャーナル部をそれぞれ平焼入れする装置であり、前記ピ
ン用高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がピ
ン最大径から該最大径の７０％までのピン径で、また、
前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルは、適用できる
許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の７０％まで
のジャーナル径であるクランクシャフトの高周波焼入装
置である。

【００２３】前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞ
れ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記ジ
ャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れする装置であ
り、前記ピン用高周波誘導加熱コイルは、適用できる許
容範囲がピン最大径から該最大径の８５％までのピン径
で、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルは、
適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の
８５％までのジャーナル径であるクランクシャフトの高
周波焼入装置である。

【００２４】前記ピン用高周波誘導加熱コイル及び前記
ジャーナル用高周波誘導加熱コイルのそれぞれの頭部
は、２組の加熱導体から形成され、前記クランクシャフ
トの回転方向のＩＮ側に配置される一方の１組の加熱導
体の、前記ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面
に対向する面の曲率が、該クランクシャフトの回転方向
のＯＵＴ側に配置される他方の１組の加熱導体の、前記
ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面に対向する
面の曲率より大きく形成されるクランクシャフトの高周
波焼入装置である。

【００２５】前記高周波誘導加熱コイルは、前記ピン部
及び前記ジャーナル部のそれぞれの円柱部を跨ぐよう
に、半開放殼形状に形成されるとともに、前記ピン部又
は前記ジャーナル部のそれぞれを跨いだ状態で、前記ク
ランクシャフトの回転運動に対して、追従機構により遊
動可能に配設されるクランクシャフトの高周波焼入装置
である。

【００２６】本発明のクランクシャフトの高周波焼入方
法とその装置は、以上のように構成されているので、前
記高周波加熱コイル頭部のワーク回転方向のＩＮ側であ
る１組の加熱導体を、他方の１組であるワーク回転方向
のＯＵＴ側の加熱導体よりワーク対向面の曲率を大きく
することで、ピン径とＩＮ側の前記１組の加熱コイル導
体のクリアランス（Ｇ3）を所定の隙間とし、１台の高
周波加熱コイルでピン部の高周波誘導加熱を可能にす
る。また、前記ジャーナル部についても、同様にして、
１台の高周波加熱コイルでジャーナル部の高周波誘導加
熱を可能にしている。

【００２７】本発明は、ピン径の異なるクランクシャフ
トを１台の高周波加熱コイルで、加熱後、冷却すること
により、前記ピン部及び前記ジャーナル部のそれぞれの
高周波誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイク
ルタイムの短縮及ぴ設備コストの削減を図ることができ
る。

【００２８】

【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、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部
の円柱部を平焼入れするために使用される半開放殼形の
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)の構成図、図３は、前記クランクシャフトのピン
部又はジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れする
ために使用される半開放殼形の高周波加熱コイルの構成
図であり、図５ないし図７に記載された構成要素と同一
要素には、同一符号を付してその説明を省略する。

【００２９】本実施の形態に示す高周波焼入装置１によ
り、４気筒エンジンのクランクシャフト（被加工物とし
てのワーク）１００の全ピン部及びジャーナル部の高周
波焼入処理を行う。

【００３０】図１において、前記高周波焼入装置１は、
被加工物である、材質が鋼材または炭素鋼材からなる前
記ワーク１００を、高周波誘導加熱、冷却の工程の内
で、前記ワーク１００の前記ピン部及び前記ジャーナル
部のそれぞれの円柱部を、図２に示す１台の前記高周波
加熱コイル２を使用して、順次、平焼入れするととも
に、前記それぞれの円柱部を、図３に示す１台の前記高
周波加熱コイル２００を使用して、順次、フィレットＲ
焼入れする装置である。ここでは、主として、前記ピン
部の平焼入れする場合について説明する。前記ワーク１
００の前記ジャーナル部の円柱部の平焼入れや、前記ピ
ン部及び前記ジャーナル部のそれぞれの円柱部のフィレ
ットＲ焼入れについては、前記ピン部の平焼入れする場
合と同様であるので、その説明を省略する。

【００３１】該高周波焼入装置１は、前記ワーク１００
の全ピン部１２０，１４０，１６０，１８０のそれぞれ
を平焼入するため、図２又は図３に示す１台の高周波加
熱コイル２又は２００と、高周波電源６として、１ｋＨ
ｚ〜４０ｋＨｚの高周波電力を前記高周波加熱コイル２
又は２００に供給する１台の高周波発振機と、制御装置
１１と、前記高周波加熱コイル２又は２００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１
３ａ，１３ｂを保持するとともに、該ワーク１００の中
心軸Ｘ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１００の取付時などに使用される往復動機
構である。

【００３２】前記構成のうち、前記高周波加熱コイル２
は、前記ワーク１００の前記ピン部１２０，１４０，１
６０，１８０のそれぞれに、順次、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、前記追従ユ
ニット３０を介して選択的に載置されるとともに、ピン
径の異なるそれぞれの円柱部を平焼入れする。また、前
記高周波加熱コイル２００は、同様に前記ワーク１００
の前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０のそれぞ
れに、順次、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、前記追従ユニット３０を介して選
択的に載置され、ピン径の異なるそれぞれの円柱部をフ
ィレットＲ焼入れする。

【００３３】図２に示す前記平焼入れ用高周波加熱コイ
ル及び図３に示す前記フィレットＲ焼入れ用高周波加熱
コイル２００は、ともに、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に給電線５，５を介して、
高周波電力を供給する高周波電源（高周波発振機）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４，４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ジャケット（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、前記ピン
部１８０）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子１０ａ，１
０ｂ，１０ｃとをそれぞれ具備している。

【００３４】ここで、前記高周波加熱コイル２又は２０
０は、それぞれの上方で、前記追従ユニット３０によっ
て直下状態で保持されている。そして、前記ワーク１０
０の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、前記追従ユ
ニット３０により、前記高周波加熱コイル頭部４，４
が、前記ワーク１００の誘導加熱される円柱部、例え
ば、前記ピン部１８０の円柱部上に載置された状態のま
ま、前記高周波加熱コイル２又は２００が該ピン部１８
０の円柱部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、前記ピン部１８０について説明
する）

【００３５】なお、前記ワーク１００の回転時には、前
記ビン部１８０の円柱部外周面に、例えば２個の接触子
１０ｂ，１０ｃが当接され、これにより前記高周波加熱
コイル頭部４の半円状部と前記ピン部１８０の外周面と
が、僅かな所定間隔を隔てて前記ピン部１８０上に載置
された状態で、該ピン部１８０が高周波加熱コイル頭部
にて高周波誘導加熱されるようになっている。

【００３６】また、前記一対の冷却液噴射ジャケット
７，７には、冷却液供給用パイプ２０がそれぞれ接続さ
れており、冷却液が、図示しない冷却液供給源から、こ
れらのパイプ２０を通して前記冷却液噴射ジャケット
７，７に供給されるので、この冷却液噴射ジャケット
７，７から所定のタイミングで冷却液が前記ピン部１８
０に向けて噴射されるように構成されている。

【００３７】なお、前記制御装置１１は、前記ワーク１
００の前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０を、
順次、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、前記選択された前記ピン部に対応する位置に、前
記追従ユニット３０を介して前記高周波加熱コイル２又
は２００を位置決めして、選択された該ピン部上に載置
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、前記高周波電源６か
ら、前記高周波加熱コイル２又は２００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。

【００３８】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。

【００３９】また、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。

【００４０】図４（ａ）及び図４（ｂ）に、本実施の形
態に係るＡ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部４，
４とＡワークのピン径、及ぴＡ，Ｂワーク共用の高周波
加熱コイル頭部４，４とＢワークのピン径の位置関係を
示す。図４（ａ）に示すように、Ａ，Ｂワーク共用高周
波加熱コイル２又は２００は、両側の接触子間（１０ａ
と１０ｃとの間）の距離を、ピン径が大きい前記Ａワー
クのピン径より大きくし、該ピン部１８０の円柱部が中
央部分接触子１０ｂと接触する配置とする。さらに、ワ
ーク回転方向のＩＮ側に位置する１組の加熱導体と前記
ピン部１８０の円柱部とのクリアランス（Ｇ5）を、ワ
ーク回転方向のＯＵＴ側に位置する前記ピン部１８０の
円柱部とのクリアランス（Ｇ6）より大きくする。

【００４１】その理由は、図４（ｂ）に示すように、前
記ピン径が小さいＢワークの場合、ワーク回転方向のＩ
Ｎ側に位置する１組の加熱導体と、前記ピン部の円柱部
とのクリアランス（Ｇ7）を所定の範曲とするためであ
る。前記一方のＩＮ側の１組の加熱導体のワーク対向面
の曲率（曲率半径の逆数）を、前記他方のＯＵＴ側より
大きくすることで、該加熱導体と前記ピン部の円柱部と
のクリアランス（Ｇ７）を所定の範囲とすることができ
る。

【００４２】前記他方のＯＵＴ側の１組の加熱導体のワ
ーク対向面と、前記ピン部の円柱部とのクリアランス
（Ｇ８）は、該ピン部の円柱部の外径が小さくなるほど
大きくなる。前記クリアランス（Ｇ８）が大きくなりす
ぎると、高周波誘導加熱範囲を特定することが困難であ
り、所定の焼入硬化層パターンを満足できなくなるの
で、前記ピン部の円柱部の外径を限定することで、前記
クリアランス（Ｇ８）を所定の範囲にすることができ
る。これにより、前記Ｂワークとコイル加熱導体の接触
及びワークに溶解がなく、前記高周波加熱コイル２又は
２００で、ピン径の異なるワークを焼入れすることが可
能となる。

【００４３】なお、前記ピン径及び前記ジャーナル径が
それぞれ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び
前記ジャーナル部をそれぞれ平焼入れする場合において
は、前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適用又は使用で
きる許容範囲は、ピン最大径から該最大径の７０％まで
のピン径に、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コ
イルの適用又は使用できる許容範囲は、ジャーナル最大
径から該最大径の７０％までのジャーナル径にするのが
よい。

【００４４】また、前記ピン径及び前記ジャーナル径が
それぞれ異なる前記クランクシャフトを前記ピン部及び
前記ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れするば
あいにおいては、前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適
用又は使用できる許容範囲は、ピン最大径から該最大径
の８５％までのピン径に、また、前記ジャーナル用高周
波誘導加熱コイルの適用又は使用できる許容範囲は、ジ
ャーナル最大径から該最大径の８５％までのジャーナル
径にするのがよい。

【００４５】前記高周波加熱コイル２又は２００を用い
て、前記ピン部の円柱部の平焼入れ及びフィレットＲ焼
入れを、下記実施例により実施したところ、表面硬さ及
ぴ硬化深さの熱処理品質は、従来と同程度であった。

【００４６】［実施例］ 以下に、本実施の形態に係わ
る具体的な実施例を示す。 I）平焼入れ （１）ワーク：６気筒クランクシャフト （ａ）材質Ｓ４０Ｃ （ｂ）ピン部寸法：Ａワークのピン径φ５３ｍｍ、ピン
幅２１ｍｍ Ｂワークのピン径φ５０ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ （２）高周波誘導加熱条件 Ａワーク（ビン径φ５３ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ） （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：４５ｋＷ （ｃ）加熱時間：８秒 （ｄ）回転数：３０ｒｐｍ Ｂワーク（ピン径φ５０ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ） （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：４２ｋＷ （ｃ）加熱時間：８秒 （ｄ）回転数：３０ｒｐｍ （３）冷却条件 （ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％） （ｂ）液温：３０℃ （ｃ）流量：各ピン部５０Ｌ／min （ｄ）冷却時間：１０秒

【００４７】前記加工条件により前記ピン部の円柱部を
平焼入れを行った。焼入部の硬化層パターンは、図６
（ａ）に示す形状となり、円柱部中央の硬化層の深さ
は、ピントップ部及びボトム部で、２．０ｍｍをを確保
し、表面硬度は、Ｈｖ６５０以上となり、熱処理品質を
満足した。

【００４８】II）フィレットＲ焼入れ （１）ワーク：４気筒クランクシャフト （ａ）材質Ｓ３７Ｃ （ｂ）ピン部寸法：Ａワークのピン径φ４８ｍｍ、ピン
幅２０ｍｍ Ｂワークのピン径φ４５ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ （２）高周波誘導加熱条件 Ａワーク（ビン径φ４８ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ） （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：８１〜５９ｋＷ （ｃ）加熱時間：１４秒 （ｄ）回転数：３０ｒｐｍ Ｂワーク（ピン径φ４５ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ） （ａ）周波数：２０ｋＨｚ （ｂ）出力：７６〜５６ｋＷ （ｃ）加熱時間：１４秒 （ｄ）回転数：３０ｒｐｍ （３）冷却条件 （ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％） （ｂ）液温：３０℃ （ｃ）流量：各ピン部８０Ｌ／min （ｄ）冷却時間：２０秒

【００４９】前記加工条件により前記ピン部にフィレッ
トＲ焼入れを行った。焼入部の硬化層パターンは、図６
（ｂ）に示す形状となり、フィレットＲ部の硬化層の深
さは、ピントップ部及びボトム部で、２．０ｍｍを確保
し、表面硬度は、Ｈｖ６００以上となり、熱処理品質を
満足した。本実施例の方法により、ピン径の異なる部位
を、それぞれ１台の高周波加熱コイルで、平焼入れ及び
フィレットＲ焼入れにすることがか可能となった。

【００５０】なお、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。

【００５１】

【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焼入方法によれば、ピン部の
ピン径が異なる前記クランクシャフトの該ピン部を、１
台のピン用高周波誘導加熱コイルにより加熱、冷却し、
前記ジャーナル部のジャーナル径が異なる前記クランク
シャフトの該ジャーナル部を、１台のジャーナル用高周
波誘導加熱コイルにより加熱、冷却するので、前記ピン
部及び前記ジャーナル部の高周波誘導加熱コイルの段取
り交換をなくして、サイクルタイムの短縮及び設備コス
トの削減を図ることができる。

【００５２】本発明のクランクシャフトの高周波焼入装
置によれば、ピン部のピン径が異なる前記クランクシャ
フトの該ピン部を加熱、冷却する１台のピン用高周波誘
導加熱コイルと、前記ジャーナル部のジャーナル径が異
なる前記クランクシャフトの前記ジャーナル部を加熱、
冷却する１台のジャーナル用高周波誘導加熱コイルとが
設けられるので、前記ピン部及び前記ジャーナル部の高
周波誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイクル
タイムの短縮及び設備コストの削減を図ることができ
る。

【００５３】そして、本発明によれば、前述のとおり、
前記クランクシャフトを品質の優れた高周波焼入を行う
ことができ、全体の作業性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】本発明のクランクシャフト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】前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル
部の円柱部を平焼入れするために使用される半開放殼形
の高周波誘導加熱コイルの構成図である。

【図３】前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル
部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される
半開放殼形の高周波誘導加熱コイルの構成図である。

【図４】本実施の形態を説明する高周波加熱コイル頭部
とピン径が異なるワークとの位置関係を示す図で、図４
（ａ）は、Ａ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部と
ピン径の大きいＡワークとの位置関係を示す図、図４
（ｂ）は、Ａ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部と
ピン径の小さいＢワークとの位置関係を示す図である。

【図５】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６】図５のクランクシャフトの従来の焼入部の形状
と硬化層パターンを示す部分断面図で、図６（ａ）は、
平焼入れを示す断面図、図６（ｂ）は、フィレット焼入
れを示す断面図ある。

【図７】高周波誘導加熱コイルの、追従ユニットへの取
付を示す部分側面図である。

【図８】従来の方法に基づく、高周波加熱コイル頭部と
ピン径が異なるワークとの位置関係を示す図で、図８
（ａ）は、高周波加熱コイル頭部とピン径の大きいＡワ
ークとの位置関係を示す図、図８（ｂ）は、高周波加熱
コイル頭部とピン径の小さいＢワークとの位置関係を示
す図である。

【符号の説明】

１ 高周波焼入装置 ２，２００ 高周波加熱コイル ４ 高周波加熱コイル頭部 ６ 高周波電源（高周波発振機） ７ 冷却液噴射ジャケット（冷却液噴射環） １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 接触子 １１ 制御装置 １２ 位置決め機構 １４ 回転駆動装置 ３０ 追従ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤巻 春雄 東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電 気興業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K059 AA09 AB24 AD03 AD40 CD48 4K042 AA16 BA13 DA01 DB01 DD04 DF02 EA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクシャフトのピン部及びジャーナ
   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、フィレットＲ部及びフィレッ
   ト部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジ
   ャーナル部を冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の
   表面を焼入れするに際し、 前記ピン部のピン径が異なる前記クランクシャフトの該
   ピン部を、１台のピン用高周波誘導加熱コイルにより加
   熱、冷却し、前記ジャーナル部のジャーナル径が異なる
   前記クランクシャフトの該ジャーナル部を、１台のジャ
   ーナル用高周波誘導加熱コイルにより加熱、冷却するこ
   とを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれ
   ぞれ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記
   ジャーナル部をそれぞれ平焼入れするに際し、前記ピン
   用高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範囲は、ピン
   最大径から該最大径の７０％までのピン径に、また、前
   記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適用できる許容
   範囲は、ジャーナル最大径から該最大径の７０％までの
   ジャーナル径に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焼入方法。
3. 【請求項３】 前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれ
   ぞれ異なる前記クランクシャフトを前記ピン部及び前記
   ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れするに際
   し、前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適用できる許容
   範囲は、ピン最大径から該最大径の８５％までのピン径
   に、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適
   用できる許容範囲は、ジャーナル最大径から該最大径の
   ８５％までのジャーナル径に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焼入方法。
4. 【請求項４】 前記ピン用高周波誘導加熱コイル及び前
   記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルのそれぞれの頭部
   は、２組の加熱導体から形成され、前記クランクシャフ
   トの回転方向のＩＮ側に配置される一方の１組の加熱導
   体の、前記ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面
   に対向する面の曲率が、該クランクシャフトの回転方向
   のＯＵＴ側に配置される他方の１組の加熱導体の、前記
   ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面に対向する
   面の曲率より大きくされ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焼入方法。
5. 【請求項５】 クランクシャフトのピン部及びジャーナ
   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、フィレットＲ部及びフィレッ
   ト部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジ
   ャーナル部を冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の
   表面を焼入する装置において、 前記ピン部のピン径が異なる前記クランクシャフトの該
   ピン部を加熱、冷却する１台のピン用高周波誘導加熱コ
   イルと、前記ジャーナル部のジャーナル径が異なる前記
   クランクシャフトの前記ジャーナル部を加熱、冷却する
   １台のジャーナル用高周波誘導加熱コイルとが設けられ
   ることを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入装
   置。
6. 【請求項６】 前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれ
   ぞれ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記
   ジャーナル部をそれぞれ平焼入れする装置であり、前記
   ピン用高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲が
   ピン最大径から該最大径の７０％までのピン径で、ま
   た、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルは、適用で
   きる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の７０％
   までのジャーナル径であることを特徴とする請求項５に
   記載のクランクシャフトの高周波焼入装置。
7. 【請求項７】 前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれ
   ぞれ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記
   ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れする装置で
   あり、前記ピン用高周波誘導加熱コイルは、適用できる
   許容範囲がピン最大径から該最大径の８５％までのピン
   径で、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイル
   は、適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大
   径の８５％までのジャーナル径であることを特徴とする
   請求項５に記載のクランクシャフトの高周波焼入装置。
8. 【請求項８】 前記ピン用高周波誘導加熱コイル及び前
   記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルのそれぞれの頭部
   は、２組の加熱導体から形成され、前記クランクシャフ
   トの回転方向のＩＮ側に配置される一方の１組の加熱導
   体の、前記ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面
   に対向する面の曲率が、該クランクシャフトの回転方向
   のＯＵＴ側に配置される他方の１組の加熱導体の、前記
   ピン及び前記ジャーナルのそれぞれの外周面に対向する
   面の曲率より大きく形成されることを特徴とする請求項
   ５に記載のクランクシャフトの高周波焼入装置。
9. 【請求項９】 前記高周波誘導加熱コイルは、前記ピン
   部及び前記ジャーナル部のそれぞれの円柱部を跨ぐよう
   に、半開放殼形状に形成されるとともに、前記ピン部又
   は前記ジャーナル部のそれぞれを跨いだ状態で、前記ク
   ランクシャフトの回転運動に対して、追従機構により遊
   動可能に配設されることを特徴とする請求項５ないし請
   求項８のいずれかに記載のクランクシャフトの高周波焼
   入装置。