JP2003073738A - 軸状部材の高周波焼入方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備コスト面、高周波加熱コイルの交換を含
む焼入工程に要する時間の面及び焼入品質面において
も、良好な棒状部材の高周波焼入を得る。 【解決手段】 棒状部材、特に、クランクシャフト１０
０のジャーナル部１１０，１３０，‥‥に高周波誘導加
熱コイル２を載置し、クランクシャフト１００をその中
心軸を中心に回転させて、高周波誘導加熱後、該ジャー
ナル部を冷却して、その表面を焼入れするに際し、前記
ジャーナル部と、高周波誘導加熱コイル２との間隔を所
定値に非接触で設定、配置し、前記ジャーナル部を高周
波加熱を開始するときは、その中心軸Ｘが、回転ととも
に前記軸状部材の両端面に設けられるセンタ穴間を結ぶ
中心線Ｈに対し、外側に広がる渦巻線を描く軌跡に追従
するように、高周波誘導加熱コイル２を中心線Ｈから離
れる方向に移動し、高周波加熱後、前記ジャーナル部を
冷却するときは、その逆方向に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸状部材の高周波
焼入方法とその装置に関し、特に、軸状部材として、多
品種少量生産するのに好適なクランクシャフトの高周波
焼入方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軸状部材として、例えば図１０に示すよ
うな直列４気筒（４Ｌ）エンジンのクランクシャフト１
００は、鍛造加工によりジャーナル部１１０（１Ｊ），
１３０（２Ｊ），１５０（３Ｊ），１７０（４Ｊ），１
９０（５Ｊ）とピン部１２０，１４０，１６０，１８０
とが一体成型されている。従来、前記クランクシャフト
１００のジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７
０，１９０の高周波焼入れは、該クランクシャフト１０
０を、その中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ジャ
ーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、
それぞれ図１２に示す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）４０を載置して誘導加熱
後、冷却を行い高周波焼入れを行っている。

【０００３】前記ジャーナル部１１０，１３０，１５
０，１７０，１９０の形状は、該ジャーナル部同士はほ
ぼ同じのため、前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）を例に
説明する。図１１に前記クランクシャフト１００の一部
断面を示すように、該ジャーナル部１５０（３Ｊ）の形
状は、円柱部１５１と、該円柱部１５１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１５２とから成る。

【０００４】図１１に示す硬化層１５３は、前記円柱部
１５１のみの焼入れによって得られるものである。この
ような焼入れの仕方を平焼入れと称している。前記クラ
ンクシャフト１００に高周波焼入れを行い、図１１に示
す硬化層１５３を得るためには、ジャーナル径及びジャ
ーナルスラスト幅に対応した高周波加熱コイル４０を使
用する必要があり、該ジャーナル径が異なるクランクシ
ャフト１００には、該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、焼入ごとに、それぞれ高周波加熱コイルを交換
して、対処していた。

【０００５】ところで、従来、前記クランクシャフト１
００のジャーナル部、例えば１５０を高周波焼入する
際、図１２に示すように、ジャーナル用高周波加熱コイ
ル４０は、前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）の外周面
（被加熱面）１５５に対向する半開放鞍型の加熱コイル
部４１，４１を備える。該加熱コイル部４１，４１
は、、前記ジャーナル部１５０の外周面１５５と、該外
周面１５５に対向する加熱コイル面４２との間隔（隙
間）を、前記加熱コイル面４２の全面にわたり均等な所
定の値に常に一定に保たれるとともに、図１３に示すよ
うに、前記ジャーナル部１５０の軸方向の焼入長さｂ部
分と、該焼入長さｂ部分に対向する該加熱コイル部４
１，４１の軸方向の長さｄ部分との位置を常に一定に保
つために、前記高周波加熱コイル４０と一体的に形成さ
れ、前記外周面（被加熱面）１５５に当接する複数個の
セラミック製又は超硬材のスペーサ４３，４３を備えて
いる。なお、４４，４４は冷却液噴射ジャケット、Ｔ
は、前記加熱コイル部４１，４１に高周波電流を供給す
る変成器である。

【０００６】前記半開放鞍型の加熱コイル部４１，４１
は、前記ジャーナル部１５０の外径寸法より所定の寸法
だけ内径が大きく形成され、かつ、該加熱コイル部４
１，４１のクランクシャフト１００の軸方向の長さｄ部
分は、前記ジャーナル部１５０の焼入長さｂ部分に相当
する長さを有するものである。

【０００７】前記ジャーナル部１５０の焼入について
は、まず、前記高周波加熱コイル４０を前記ジャーナル
部１５０の円柱部１５１の外周上に載置し、前記クラン
クシャフト１００の中心軸Ｘを中心として該クランクシ
ャフト１００を回転させ、前記スペーサ４３を介して前
記高周波加熱コイル４０を前記ジャーナル部１５０に追
従させながら、該高周波加熱コイル４０に通電を開始す
る。次いで、前記外周面１５５を所定時間加熱後、前記
高周波加熱コイル４０への通電を停止させる。同時に、
前記加熱コイル部４１，４１のそれぞれの下部に互いに
向き合うよう配設された一対の前記冷却液噴射ジャケッ
ト４４，４４より前記ジャーナル部被加熱面である外周
面１５５に向けて冷却液を噴射させ、該被外周面１５５
の冷却、焼入を開始し、所定時間後冷却を停止させ、該
クランクシャフト１００の回転も停止させて焼入を終了
する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ク
ランクシャフト１００の前記ジャーナル部１５０を高周
波焼入するに際し、該クランクシャフト１００の各ジャ
ーナル部は、図１０に示すようにジャーナル部外径寸法
Ｄ、ジャーナル部１１０（１Ｊ）の軸方向のジャーナル
幅Ｌ1及び焼入長さＬ1′、他のジャーナル部１３０（２
Ｊ），１５０（３Ｊ），１７０（４Ｊ），１９０（５
Ｊ）のジャーナル幅Ｌは、クランクシャフトの種類ごと
にそれぞれ異なるため、数多くの各ジャーナル部専用の
高周波加熱コイルを準備する必要があった。このため、
前記専用の高周波加熱コイルのコストが嵩むという問題
点があった。また、それ以外にも、前記高周波加熱コイ
ルを交換するための手間も必要とするので、全体の焼入
工程に要する時間が極めて長くなるという問題点もあっ
た。

【０００９】さらに、前記高周波加熱コイル４０に一体
的に形成される前記スペーサ４３，４３により、前記高
周波加熟コイル４０を前記ジャーナル部の外周面に追従
させながら加熱を行うため、該外周面１５５上に前記ス
ペーサ４３，４３による傷が発生し、場合によっては研
磨代以上の深さの傷を生じると、焼入加工後の該ジャー
ナル部の研磨工程で前記スペーサ４３，４３による傷が
残り、不良品が発生するという問題点があった。

【００１０】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、特にクランクシャフト
を含む棒状部材を高周波焼入するに際し、軸状部材の予
め決められた部位、又はクランクシャフトのジャーナル
部の軸方向の焼入長さが同じであり、かつ前記ジャーナ
ル部外径寸法が所定範囲内であれば、該ジャーナル部の
軸方向の幅寸法に関係なく同一の高周波加熱コイルが使
用できるように、設備コスト面においても、高周波加熱
コイルの交換に要する時間を含む、焼入工程に要する時
間の長さにおいても、また、焼入品質面においても、良
好、かつ好適な軸状部材の高周波焼入方法とその装置を
提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、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、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軸状部材の
高周波焼入方法とその装置を提供することにある。

【００１２】

【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、次のとおりである。

【００１３】軸状部材の予め決められた部位の円柱部の
外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記軸状部材
をその中心軸を中心に回転せしめて、前記円柱部を高周
波誘導加熱し、しかる後に前記円柱部を冷却して、前記
円柱部の表面を焼入れするに方法において、前記予め決
められた部位の前記円柱部と、該円柱部外周面に対向す
る前記高周波誘導加熱コイルとの間隔を所定値に非接触
で設定し、前記円柱部を高周波誘導加熱するときは、前
記円柱部の中心軸が、回転とともに前記軸状部材の両端
面に設けられるセンタ穴間を結ぶ中心線に対し、外側に
広がる渦巻線を描く軌跡に追従するように、前記高周波
誘導加熱コイルを前記中心線から離れる（直角）方向に
移動しながら前記円柱部の表面を加熱し、高周波誘導加
熱後、前記円柱部を冷却するときは、前記円柱部の中心
軸が、回転とともに前記中心線に向かって、内側に集束
する渦巻線を描く軌跡に追従するように、前記高周波誘
導加熱コイルを前記中心線に向かう（直角）方向に移動
しながら前記円柱部の表面を冷却する軸状部材の高周波
焼入方法である。

【００１４】前記軸状部材がクランクシャフトであり、
前記予め決められた部位がジャーナル部である軸状部材
の高周波焼入方法である。

【００１５】前記高周波誘導加熱コイルを、前記軸状部
材又は前記クランクシャフトの回転に同期する所定速度
で移動させる軸状部材の高周波焼入方法である。

【００１６】前記円柱部の外径がそれぞれ異なる、前記
軸状部材の前記部位の円柱部又は前記クランクシャフト
の前記ジャーナル部の円柱部をそれぞれ平焼入れするに
際し、前記高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範囲
は、前記円柱部最大径から該最大径の約７０％までの円
柱部外径である軸状部材の高周波焼入方法である。

【００１７】軸状部材の予め決められた部位の円柱部の
外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記軸状部材
をその中心軸を中心に回転せしめて、前記円柱部を高周
波誘導加熱し、しかる後に前記円柱部を冷却して、前記
円柱部の表面を焼入れするに装置において、前記予め決
められた部位の前記円柱部と、該円柱部外周面に対向す
る前記高周波誘導加熱コイルとの間隔を所定値に非接触
で設定するために、前記高周波誘導加熱コイルを位置決
めするとともに、前記円柱部の中心軸が、回転とともに
前記軸状部材の両端面に設けられるセンタ穴間を結ぶ中
心線に対し、外側に広がる渦巻線を描く軌跡に追従する
ように、前記高周波誘導加熱コイルを前記中心線から離
れる（直角）方向に移動し、また、前記円柱部の中心軸
が、回転とともに前記中心線に向かって、内側に集束す
る渦巻線を描く軌跡に追従するように、前記高周波誘導
加熱コイルを前記中心線に向かう（直角）方向に移動す
る設定追従手段を備え、前記設定追従手段により、焼入
開始前に、前記高周波誘導加熱コイルを、所定の前記間
隔に設定するとともに、前記間隔を保持しながら、前記
円柱部を高周波誘導加熱するときは、前記高周波誘導加
熱コイルを前記中心線から離れる（直角）方向に移動さ
せ、前記円柱部を冷却するときは、前記高周波誘導加熱
コイルを前記中心線に向かう（直角）方向に移動させる
軸状部材の高周波焼入装置である。

【００１８】前記軸状部材がクランクシャフトであり、
前記予め決められた部位がジャーナル部である軸状部材
の高周波焼入装置である。

【００１９】前記設定追従手段は、前記高周波誘導加熱
コイルを、前記軸状部材又は前記クランクシャフトの回
転に同期する所定速度で移動させる軸状部材の高周波焼
入装置である。

【００２０】前記円柱部の外径がそれぞれ異なる、前記
軸状部材の前記部位の円柱部又は前記クランクシャフト
の前記ジャーナル部の円柱部をそれぞれ平焼入れする装
置であって、前記高周波誘導加熱コイルは、適用できる
許容範囲が前記円柱部最大径から該最大径の約７０％ま
での円柱部外径である軸状部材の高周波焼入装置であ
る。

【００２１】本発明の棒状部材の高周波焼入方法とその
装置に使用される、予め決められた部位、又はジャーナ
ル部用の高周波加熱コイルは、軸方向が水平に配置され
て回転される、棒状部材の予め決められた部位、又はク
ランクシャフトのジャーナル部の外径寸法より所定の範
囲内で内径寸法が大きく、かつ該予め決められた部位、
又はジャーナル部の軸方向の長さが焼入長さに相当す
る、半開放鞍型の高周波加熱コイルである。

【００２２】前記ジャーナル部の円柱部の外周面である
被加熱面と、該被加熱面に対向する前記半開放鞍型の高
周波加熱コイルの加熱コイル部の面との間隔（隙間）に
ついては、前記ジャーナル部の断面中心を通る垂直線
が、該ジャーナル部外周面と交差する２点のうちの上側
に位置する点と、前記ジャーナル部の外周面に対向する
前記高周波加熱コイルの加熱コイル面と前記垂直線が交
差する点との間隔であり、該間隔を所定の値になるよう
に、前記高周波加熱コイルを非接触で配置する。

【００２３】高周波焼入に際し、前記クランクシャフト
の中心軸を中心として該クランクシャフトを回転させ、
前記高周波加熱コイルと前記ジャーナル部外周面（被加
熱面）とを接触させることなく、前記所定の間隔で設定
し、保持して、前記高周波加熱コイルへの通電を開始
し、前記ジャーナル部の外周面を含む円柱部を加熱し始
める。前記間隔を保持しながら、前記ジャーナル部を加
熱すると、該ジャーナル部は軸方向に熱膨張するので、
該ジャーナル部の中心軸が、回転とともに前記クランク
シャフトの両端面に設けられるセンタ穴間を結ぶ中心線
に対し、外側に広がる渦巻形状の軌跡を描く。このた
め、前記軌跡に追従するように、前記高周波加熱コイル
を移動させる。

【００２４】前記外周面を所定時間加熱後、前記高周波
加熱コイルへの通電を停止する。次いで、前記被加熱面
の冷却を開始するとともに、前記間隔を保持しながら、
前記高周波加熱コイルを、加熱時とは逆方向、すなわち
前記ジャーナル部の中心軸が、回転とともに前記中心線
に向かって、内側に集束する渦巻形状を描く軌跡に追従
するように、移動させる。

【００２５】前記外周面を所定時間冷却後、前記冷却を
停止するとともに、前記クランクシャフトの回転も停止
して、前記高周波焼入を終了する。この場合、前記ジャ
ーナル部の焼入長さが同じであり、かつ該ジャーナル部
の外径寸法が所定の範囲内の内径寸法であれば、前記ジ
ャーナル部の軸方向の幅寸法に関係なく同一のジャーナ
ル部用高周波加熱コイルにより、前記棒状部材の予め決
められた部位、又は前記クランクシャフトのジャーナル
部の高周波焼入を行うことができる。

【００２６】本発明は、複数種類のクランクシャフトの
ジャーナル径を１台の高周波加熱コイルで、加熱後、冷
却することにより、前記ジャーナル部のそれぞれの高周
波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。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の棒
状部材の高周波焼入方法とその装置の好適な実施の形態
を例示的に詳しく説明する。 図１ないし図５は、本発
明の前記高周波焼入方法を実施する前記高周波焼入装置
の一実施例を示すもので、図１は棒状部材としてのクラ
ンクシャフトの高周波焼入装置の正面説明図、図２は、
図１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）を含む右側面説明図、図３は、高周波加熱
コイルとクランクシャフトのジャーナル部（例えば１５
０（３Ｊ））との加熱開始時の側面位置関係図、図４
は、図３の正面位置関係図、図５は、加熱中のジャーナ
ル部１５０（３Ｊ）の熱膨張による該ジャーナル部の中
心軸Ｘと中心線（クランクシャフトの両端面におけるセ
ンタ間の中心線）Ｈとの関係説明図である。なお、図１
０および図１１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。

【００２８】本実施例は、高周波焼入装置１により、前
記棒状部材として、図１０に示す４気筒エンジンの前記
クランクシャフト（被加工物としてのワーク）１００の
ジャーナル部１５０（３Ｊ）を焼入する場合を説明す
る。この場合、他のジャーナル部１１０（１Ｊ），１３
０（２Ｊ），１７０（４Ｊ），１９０（５Ｊ）を焼入す
る場合についても同様である。

【００２９】図１及び図２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
程のうちで、前記ワーク１００の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、平焼入れする装置である。

【００３０】前記高周波焼入装置１は、前記高周波加熱
コイル２と、高周波電源６として、１０ｋＨｚ〜４０ｋ
Ｈｚの高周波電力を前記高周波加熱コイル２に供給する
高周波発振機と、前記ワーク１００の支持回転装置１０
と、前記高周波加熱コイル２を、前記ワーク１００のジ
ャーナル部１５０（３Ｊ）に位置決め、設定し、焼入工
程中、前記高周波加熱コイル２を前記ジャーナル部１５
０（３Ｊ）の運動に追従させる設定追従装置２０と、前
記ワーク１００又は前記高周波加熱コイル２のいずれか
一方（本実施例では、前記ワーク１００側）を、該ワー
ク１００の軸方向Ｚに、移動させるため、前記支持回転
装置１０に連結される往復駆動装置３０とからなる。

【００３１】前記支持回転装置１０は、水平に配設され
る前記ワーク１００の一端を回転自在に把持するチャッ
ク１１と、その他端を回転自在に支持するセンタ部材１
２と、前記チャック１１と前記センタ部材１２とをそれ
ぞれ保持するヘッドストック１３とテールストック１４
と、前記ヘッドストック１３の前記チャック１１と反対
側に取り付けられ、前記ワーク１００の取り付け、取り
外しのため、前記チャック１１を操作するとともに、該
チャック１１を介して、前記ワーク１００を回転させる
チャック回転装置１５と、前記チャック１１の回転角度
を検出する回転角度検出器１６と、前記ヘッドストック
１３と前記テールストック１４とを相互に連結するべー
ス板１７とを備えている。

【００３２】なお、前記ヘッドストック１３、テールス
トック１４は、前記べース板１７上をそれぞれ図示しな
いシリンダ等によって、前記ワーク１００の軸方向のＺ
方向に移動可能であるとともに、前記支持回転装置１０
は、前記往復駆動装置３０の図示しないサーボモータや
ボールねじ等により前記Ｚ方向に往復動される。

【００３３】前記設定追従装置２０は、前記ワーク１０
０のジャーナル部１５０（３Ｊ）の被加熱面である円柱
部１５１の外周面１５５と、該外周面１５５に対向する
前記高周波加熱コイル２の加熱コイル部４，４の加熱コ
イル面４ａとの間隔ａを所定値に位置決め、設定すると
ともに、焼入工程中は、前記間隔ａを保持しながら前記
高周波加熱コイル２を前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）
の熱膨張又は収縮による公転運動に追従させるものであ
る。

【００３４】前記設定追従装置２０は、設定追従制御器
２１と設定追従機構２２とからなっている。前記設定追
従制御器２１は、前記加熱コイル面４ａと前記外周面１
５５との間隔ａを、予め決められた所定値にするため、
前記高周波加熱コイル２を位置決め、設定させる電気信
号を出力するとともに、焼入工程中は、前記間隔ａを保
持する電気信号を出力しながら、該高周波加熱コイル２
を前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）の前記公転運動に追
従させる電気信号を出力する。

【００３５】前記設定追従機構２２は、図１及び図２に
示すように前記支持回転装置１０の上方に、図示しない
支持機構により、配設されている。前記設定追従機構２
２は、その保持部材２３により、前記ジャーナル部１５
０（３Ｊ）を高周波加熱する半開放鞍型の前記高周波加
熱コイル２を保持するとともに、高周波電力供給用の変
成器Ｔを載置しながら、前記高周波加熱コイル２を、前
記ワーク１００に向けて垂下方向に移動可能になってい
る。

【００３６】また、前記設定追従機構２２は、前記間隔
ａの所定値が設定された前記設定追従制御器２１からの
電気信号により、該保持部材２３に取り付けられたエン
コーダ又は位置検出器付きのサーボモータ２４，２５を
駆動し、ボールねじ、ガイド等を介して、前記間隔ａが
所定値になるように前記高周波加熱コイル２を、Ｘ方向
に移動させるとともに、垂直方向のＹ方向に降下させ
て、非接触でその位置を決め、配置する。このとき、前
記高周波加熱コイル２が前記ジャーナル部１５０に跨る
ように、前記加熱コイル部４，４を配置する。そして、
焼入工程中は、前記サーボモータ２４，２５により、図
２でＸ方向及びＹ方向に前記高周波加熱コイル２を移動
させて、前記間隔ａを保持しながら前記高周波加熱コイ
ル２を前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）の前記公転運動
に追従させている。

【００３７】さらに、前記高周波加熱コイル２は、前記
ワーク１００の前記ジャーナル部１１０，１３０，１５
０，１７０，１９０のそれぞれに対応するように、順
次、前記往復駆動装置３０により、選択的に配置される
とともに、前記設定追従装置２０の前記追従制御器２１
と前記設定追従機構２２とにより、位置決め、設定さ
れ、かつ追従される。そして、前記ジャーナル径の異な
るそれぞれの円柱部を平焼入れする。

【００３８】前記高周波加熱コイル２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鞍型の
高周波加熱コイル部４，４（手前側と奥側）と、該高周
波加熱コイル部４，４に接続する給電線５，５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
ル部４，４の下方位置に配置され、互いに対向する焼入
冷却用の一対の冷却液噴射ジャケット（噴射環）７，７
と、前記給電線５，５の上端に設けられた入力端子８，
８とがそれぞれ備えられ、さらに、前記高周波加熱コイ
ル部４，４に給電線５，５を介して、前記高周波電源
（高周波発振機）６から高周波電力を供給するための変
成器Ｔが設けられている。なお、前記入力端子８，８
は、前記変成器Ｔの下部に突設された出力端子９，９に
接離可能に接続されている。この場合、前記ジャーナル
部の高周波加熱される外周面（例えば、前記ジャーナル
部１５０の外周面１５５）と前記高周波加熱コイル部
４，４との間の間隔を保つ、従来の前記スペーサ４３，
４３は配設されていない。

【００３９】次いで、前記間隔ａは、詳しくは、図３に
示すように、前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）の断面中
心Ｘを通る垂直線Ｖ−Ｖが前記ジャーナル部１５０の円
柱部外周面１５５と交差する２点２６，２７のうち、上
側の点２６と、該円柱部外周面１５５と対向する前記加
熱コイル部４の加熱コイル面４ａと前記垂直線Ｖ−Ｖが
交差する点２８との間隔をいう。なお、前記ジャーナル
部１５０（３Ｊ）の断面中心Ｘと、前記加熱コイル部４
の中心Ｏの関係は、前記ジャーナル部の断面中心Ｘが、
前記加熱コイル部の中心Ｏより上側に位置するか、又は
同じ位置である。

【００４０】次に焼入時における動作を説明する。図１
に示すように、前記ワーク１００を、前記支持回転装置
１０の前記チャック１１とセンタ部材１２とでそれぞれ
保持し、前記往復駆動装置３０の図示しないサーボモー
タ及びボールねじ等により前記べース板１７を移動さ
せ、前記高周波加熱コイル２が焼入しようとするジャー
ナル部（例えば、１５０（３Ｊ））の加熱開始位置に対
向させる。

【００４１】次いで、前記高周波加熱コイル２は、前記
設定追従装置２０の前記設定追従制御器２１と前記設定
追従機構２２とにより、前記ジャーナル部１５０の円柱
部外周面１５５との前記間隔ａが、予め設定された所定
値になるように位置決めされる。以上の操作により、前
記高周波加熱コイル２の加熱コイル部４，４は、垂直方
向のＹ方向には図３に示す位置に、位置決めされるとと
もに、前記ワーク１００の軸方向のＺ方向には、図４に
示す位置に位置決めされる。

【００４２】次に、図５に示すように、前記ワーク１０
０を水平に支持するため、その両端面に設けられるセン
タ穴間を結ぶ中心線をＨとするとき、前記ワーク１００
の前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）を加熱すると、該ジ
ャーナル部１５０の熱膨張により、前記ジャーナル部１
５０の中心軸Ｘは、たわみ曲線になる中心軸Ｘ′の形状
になる。そのため、前記ジャーナル部１５０の中心軸Ｘ
は、前記中心線Ｈに対して偏心回転運動を行い、その偏
心量ｅは加熱時間とともに増大する。

【００４３】そして、前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）
の中心軸Ｘが偏心回転することにより、該ジャーナル部
１５０の断面は、偏心量ｅを半径として公転しながら前
記中心線Ｈのまわりを回転する。このため、図６（ａ）
に示すように、前記ジャーナル部１５０の断面が公転す
る軌跡のうちの上死点における、前記高周波加熱コイル
２に最も接近する前記円柱部外周面１５５上の位置２６
ａと、前記加熱コイル面４ａとの間隔をａ1とすれば、
図６（ｂ）に示すような前記ジャーナル部１５０の断面
の下死点における、前記高周波加熱コイル２から最も離
間する前記円柱部外周面１５５上の位置２６ｂと、前記
加熱コイル面４ａとの間隔ａ2は、次式のように、（ａ
2）＝（ａ1）＋２ｅとなる。

【００４４】故に、前記外周面１５５と前記加熱コイル
面４ａとの間隔ａは、該外周面１５５の外周上で、２ｅ
だけ異なり、前記ジャーナル部１５０の外周面１５５
は、均一な加熱温度にならないため、所定の焼入品質が
得られないことがある。

【００４５】そこで、前記外周面１５５と前記加熱コイ
ル面４ａとの間隔ａの変動を、極力少なくする焼入方法
を、以下に説明する。まず、予め、前記ジャーナル部１
５０（３Ｊ）の加熱工程と冷却工程とにおける、回転時
の前記ジャーナル部１５０の中心軸Ｘ′の前記中心線Ｈ
に対する偏心量を求めるため、前記ワーク１００の前記
ジャーナル部１５０の高周波焼入を行う。すなわち、図
７に示すように前記ジャーナル部１５０の下部に接す
る、平板５１を有するダイヤルゲージ５０を配置する。

【００４６】次いで、ワーク１００の回転角度、すなわ
ち前記チャック１１の回転角度を前記回転角度検出器１
６により検出しながら、該回転角度に対応する、前記ジ
ャーナル部１５０の中心軸Ｘ′の前記中心線Ｈに対する
偏心量ｅを、前記ダイヤルゲージ５０の振れにより測定
する。同時に、図８に示すように、前記偏心量につい
て、前記高周波加熱コイル２への通電開始から通電停止
及び冷却開始から冷却停止までの、回転に同期する時間
に対する該偏心量ｅの変化を、前記ダイヤルゲージ５０
に連動する図示しない記録計によって記録紙上に記録さ
せる。

【００４７】前記記録計の前記記録紙からの前記ジャー
ナル部１５０の中心軸Ｘ′の１８０゜回転ごと、すなお
ち下死点と上死点における偏心量ｅを読み取り、Ｃ1，
Ｃ2，Ｃ3，‥‥，Ｃnの値を求める。前記Ｃ1，Ｃ2，Ｃ
3，‥‥，Ｃnは加熱時間が経過するとともに、値が増大
し、加熱終了時にて最大値となる。また、冷却が開始さ
れると偏心量Ｃnの値は徐々に減少し、冷却終了時には
Ｃnの値はある一定値になる。

【００４８】実際の加熱中及び冷却中における前記高周
波加熱コイル２の移動軌跡を前述の方法により得られた
Ｃnの測定値を基に、前記設定追従装置２０の前記設定
追従制御器２１内に、プログラミングの手法である渦巻
き補間を用いたプログラムを、前記ジャーナル部１５０
（３Ｊ）を含む、焼入される全てのジャーナル部につい
て、予め設定しておく。さらに、前記設定追従制御器２
１について、その設定制御盤（又は、制御パネル）に設
定される項目は、前記高周波加熱コイル２の加熱コイル
面４ａと前記ジャーナル部１５０（３Ｊ）の外周面との
間隔ａのほか、１）加熱時間、２）冷却時間、３）前記
高周波加熱コイル２のＹ軸方向における上死点（Ｃ2，
Ｃ4，Ｃ6，‥‥）及び下死点（Ｃ1，Ｃ3，Ｃ5，‥‥）
等であり、前記ワーク１００の回転数は、本実施の形態
では、３０ｒｐｍで行ったため、１秒ごとに、前記Ｙ軸
方向の上死点及び下死点が繰り返されることになる。

【００４９】そして、前記高周波加熱コイル２の前記ジ
ャーナル部１５０（３Ｊ）の回転時の動きを、図１に示
すように、前記設定追従制御器２１により制御される前
記設定追従機構２２のサーボモータ２４，２５及ぴボー
ルねじ等にて、図２のＸ方向及びＹ方向に移動させなが
ら、前記回転に対して渦巻き軌跡に沿って移動させてい
る。このとき、前記高周波加熱コイル２は、前記ワーク
（軸状部材を含む）１００の回転に同期する所定速度で
移動される。この場合、前記設定追従制御器２１内に設
定される前記渦巻き補間を用いたプログラムには、予
め、前記ジャーナル部１５０の外周面１５５と前記加熱
コイル面４ａとの隙間の相当する距離（間隔ａ）が付加
される。

【００５０】このように、前記高周波加熱コイル２の中
心Ｏは、前記ワーク１００の回転とともに、加熱時は図
９（ａ）に示すように外側に広がる渦巻き形状の軌跡に
なり、冷却時は図９（ｂ）に示すように中心点に向かっ
て内側に集束する渦巻き形状の軌跡になる。同時に、前
記高周波加熱コイル２に対向する前記ジャーナル部１５
０の外周面１５５と前記加熱コイル面４ａとの隙間ａ
は、前記設定追従装置２０により、常に一定に保持され
るようになっている。このため、前記ジャーナル部１５
０の外周面１５５は、均一な加熱温度になり、安定した
焼入品質を得ることができる。

【００５１】なお、前記ジャーナル径がそれぞれ異なる
前記ワーク１００の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、前記ジャーナル用の高周波加熱
コイル２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約７０％までのジャーナル径にす
るのがよい。

【００５２】また、本実施の形態は、棒状部材として、
クランクシャフト、特にそのジャーナル部の高周波焼入
方法及びその装置について説明したが、前記クランクシ
ャフトに限らずに、例えばカムシャフトのジャーナル部
についても、同様に本発明を実施できることは当然であ
る。

【００５３】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。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
軸状部材の高周波焼入方法とその装置によれば、軸状部
材、特にクランクシャフトを含み、設備コストが低減化
され、高周波加熱コイルの段取り交換をなくして、焼入
工程に要する時間が短縮化され、また、良好な焼入品質
が得られるという優れた効果を奏する。

【００５５】また、本発明に係る棒状部材の高周波焼入
方法とその装置によれば、特にクランクシャフトを含む
棒状部材を高周波焼入するに際し、軸状部材の予め決め
られた部位、又はクランクシャフトのジャーナル部の軸
方向の焼入長さが同じであり、かつ前記ジャーナル部の
外径寸法が所定範囲内であれば、該ジャーナル部の軸方
向の長さに関係なく同一の高周波加熱コイルが使用でき
るため、設備コスト面が低減され、高周波加熱コイルの
段取り交換に要する時間を含む、焼入工程に要する時間
が短縮化され、また、良好な焼入品質面が得られるとい
う優れた効果がある。同時に、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。

【００５６】従って、多品種少量のクランクシャフトの
焼入を行う場合、従来は、ジャーナル部外径、ジャーナ
ル部軸方向の長さ及び焼入長さのどれか１つ異なれば、
高周波加熱コイルは共用化できなかったため、数多くの
高周波加熱コイルを準備する必要があり、該高周波加熱
コイルのコストが嵩むことになったが、本発明によれ
ば、ジャーナル部軸方向の焼入長さが同じであれば、該
ジャーナル部軸方向の長さには無関係であり、また、ジ
ャーナル部外径もある一定範囲内であれば、同一の高周
波加熱コイルを使用できるため、高周波加熱コイルの種
類を削減できるとともに、コストの削減になり、該高周
波加熱コイルを交換する手間も不要となるので、全体の
焼入工程にかかる時間も極めて短くなる。

【００５７】また、従来は、高周波加熱コイル体と一体
的に形成されたセラミック製又は超硬製のスペーサによ
り、高周波加熱コイルを前記クランクシャフトの外周面
（被加熱面）に追従させながら高周波加熱を行うため、
外周面に前記スペーサによる傷が発生し、場合によって
は研磨代以上の深さの傷が生じると、焼入加工後のジャ
ーナル部の研磨工程でスペーサによる傷が残り、不良品
になるという問題が発生することもあったが、本発明で
は、前記スペーサーを使用することなく、外周面と高周
波加熱コイルとは非接触のため、外周面に傷が発生する
こともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の棒状部材の高周波焼入方法を実施する
高周波焼入装置の一実施例を示す、棒状部材としてのク
ランクシャフトの高周波焼入装置の正面説明図である。

【図２】図１の、高周波誘導加熱コイルを含む右側面説
明図である。

【図３】高周波加熱コイルとクランクシャフトのジャー
ナル部１５０（３Ｊ）との加熱開始時の側面位置関係図
である。

【図４】高周波加熱コイルとジャーナル部１５０（３
Ｊ）との加熱開始時の正面位置関係図である。

【図５】加熱中のジャーナル部１５０（３Ｊ）の熱膨張
による該ジャーナル部の中心軸Ｘと中心線（クランクシ
ャフトの両端面におけるセンタ間の中心線）Ｈとの関係
説明図である。

【図６】高周波加熱コイルとジャーナル部１５０（３
Ｊ）との側面位置関係図で、図６（ａ）は、該ジャーナ
ル部の加熱時における偏心回転の上死点時の側面位置関
係図、図６（ｂ）は、該ジャーナル部の加熱時における
偏心回転の下死点時の側面位置関係図ある。

【図７】ジャーナル部の加熱、冷却時の該ジャーナル部
の中心軸Ｘの偏心量測定方法の説明図である。

【図８】本実施例におけるジャーナル部の加熱、冷却時
における、回転と同期する時間に対する、該ジャーナル
部中心軸Ｘの偏心量の変化を示す図である。

【図９】本実施例におけるジャーナル部の加熱、冷却時
における、該ジャーナル部の中心軸Ｘの軌跡を示す図
で、図９（ａ）は加熱時、図９（ｂ）は冷却時のそれぞ
れの軌跡を示す。

【図１０】直列４気筒のクランクシャフトの正面図であ
る。

【図１１】図１０のクランクシャフトのジャーナル部の
平焼入による、焼入部の形状と硬化層パターンを示す部
分断面図である。

【図１２】図１０のクランクシャフトのジャーナル部の
円柱部を平焼入する、従来の半開放鞍形の高周波加熱コ
イルの側面の構成説明図である。

【図１３】図１０のクランクシャフトのジャーナル部
と、従来の高周波加熱コイルの加熱コイル部との位置関
係を示す正面説明図である。

【符号の説明】

１ 高周波焼入装置 ２ 高周波誘導加熱コイル（高周波加熱コイル） ４ 加熱コイル部 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） １０ 支持回転装置 １１ チャック １２ センタ部材 １５ チャック回転装置 １６ 回転角度検出器 ２０ 設定追従装置 ２１ 設定追従制御器 ２２ 設定追従機構 ２３ 保持部材 ２４，２５ サーボモータ（位置検出器付き） ３０ 往復駆動装置 ５０ ダイヤルゲージ ５１ 平板 １００ クランクシャフト（ワーク） １５０ ジャーナル部 １５１ 円柱部 １５５ 外周面（被加熱面） Ｈ 中心線 Ｔ 変成器 Ｘ、Ｘ′中心軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 賢一郎 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） 4K042 AA16 BA01 BA02 BA03 BA04 BA13 BA14 DA01 DB01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸状部材の予め決められた部位の円柱部
   の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記軸状部
   材をその中心軸を中心に回転せしめて、前記円柱部を高
   周波誘導加熱し、しかる後に前記円柱部を冷却して、前
   記円柱部の表面を焼入れするに方法において、 前記予め決められた部位の前記円柱部と、該円柱部外周
   面に対向する前記高周波誘導加熱コイルとの間隔を所定
   値に非接触で設定し、 前記円柱部を高周波誘導加熱するときは、前記円柱部の
   中心軸が、回転とともに前記軸状部材の両端面に設けら
   れるセンタ穴間を結ぶ中心線に対し、外側に広がる渦巻
   線を描く軌跡に追従するように、前記高周波誘導加熱コ
   イルを前記中心線から離れる方向に移動しながら前記円
   柱部の表面を加熱し、 高周波誘導加熱後、前記円柱部を冷却するときは、前記
   円柱部の中心軸が、回転とともに前記中心線に向かっ
   て、内側に集束する渦巻線を描く軌跡に追従するよう
   に、前記高周波誘導加熱コイルを前記中心線に向かう方
   向に移動しながら前記円柱部の表面を冷却することを特
   徴とする軸状部材の高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 前記軸状部材がクランクシャフトであ
   り、前記予め決められた部位がジャーナル部であること
   を特徴とする請求項１に記載の軸状部材の高周波焼入方
   法。
3. 【請求項３】 前記高周波誘導加熱コイルを、前記軸状
   部材又は前記クランクシャフトの回転に同期する所定速
   度で移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載の軸状部材の高周波焼入方法。
4. 【請求項４】 前記円柱部の外径がそれぞれ異なる、前
   記軸状部材の前記部位の円柱部又は前記クランクシャフ
   トの前記ジャーナル部の円柱部をそれぞれ平焼入れする
   に際し、前記高周波誘導加熱コイルの適用できる許容範
   囲は、前記円柱部最大径から該最大径の約７０％までの
   円柱部外径であることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の軸状部材の高周波焼入方法。
5. 【請求項５】 軸状部材の予め決められた部位の円柱部
   の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記軸状部
   材をその中心軸を中心に回転せしめて、前記円柱部を高
   周波誘導加熱し、しかる後に前記円柱部を冷却して、前
   記円柱部の表面を焼入れするに装置において、 前記予め決められた部位の前記円柱部と、該円柱部外周
   面に対向する前記高周波誘導加熱コイルとの間隔を所定
   値に非接触で設定するために、前記高周波誘導加熱コイ
   ルを位置決めするとともに、 前記円柱部の中心軸が、回転とともに前記軸状部材の両
   端面に設けられるセンタ穴間を結ぶ中心線に対し、外側
   に広がる渦巻線を描く軌跡に追従するように、前記高周
   波誘導加熱コイルを前記中心線から離れる方向に移動
   し、また、前記円柱部の中心軸が、回転とともに前記中
   心線に向かって、内側に集束する渦巻線を描く軌跡に追
   従するように、前記高周波誘導加熱コイルを前記中心線
   に向かう方向に移動する設定追従手段を備え、 前記設定追従手段により、焼入開始前に、前記高周波誘
   導加熱コイルを、所定の前記間隔に設定するとともに、
   前記間隔を保持しながら、 前記円柱部を高周波誘導加熱するときは、前記高周波誘
   導加熱コイルを前記中心線から離れる方向に移動させ、
   前記円柱部を冷却するときは、前記高周波誘導加熱コイ
   ルを前記中心線に向かう方向に移動させることを特徴と
   する軸状部材の高周波焼入装置。
6. 【請求項６】 前記軸状部材がクランクシャフトであ
   り、前記予め決められた部位がジャーナル部であること
   を特徴とする請求項５に記載の軸状部材の高周波焼入装
   置。
7. 【請求項７】 前記設定追従手段は、前記高周波誘導加
   熱コイルを、前記軸状部材又は前記クランクシャフトの
   回転に同期する所定速度で移動させることを特徴とする
   請求項５又は請求項６に記載の軸状部材の高周波焼入装
   置。
8. 【請求項８】 前記円柱部の外径がそれぞれ異なる、前
   記軸状部材の前記部位の円柱部又は前記クランクシャフ
   トの前記ジャーナル部の円柱部をそれぞれ平焼入れする
   装置であって、前記高周波誘導加熱コイルは、適用でき
   る許容範囲が前記円柱部最大径から該最大径の約７０％
   までの円柱部外径であることを特徴とする請求項５又は
   請求項６に記載の軸状部材の高周波焼入装置。