JP2004107685A - クランクシャフトの高周波焼入方法とその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼入順が先に高周波焼入されたクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の焼入硬化層に、熱影響を防ぐように、焼入順が後の高周波焼入をする。
【解決手段】クランクシャフト１００のピン部又はジャーナル部に高周波加熱コイル２を載置し、クランクシャフト１００を回転させながら、焼き入れする方法において、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専用冷却手段２０，２０により、冷却しながら高周波焼き入れする。
【選択図】 図１
【解決手段】クランクシャフト１００のピン部又はジャーナル部に高周波加熱コイル２を載置し、クランクシャフト１００を回転させながら、焼き入れする方法において、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専用冷却手段２０，２０により、冷却しながら高周波焼き入れする。
【選択図】 図１
Description
【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き入れする高周波焼入方法とその装置に関し、特に、前記クランクシャフトのピン部及びジャーナルの高周波焼入に伴う作業の改良であり、焼入部位の加熱に伴う熱が、焼き入れ前又はすでに焼き入れされた隣接部位へ与える影響を軽減しう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、この種の４気筒のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりジャーナル部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０とピン部２１０，２２０，２３０，２４０とが一体成型されている。
【０００３】
従来、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０と前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の高周波焼入は、該クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘを中心にそのまわりに回転させながら、該ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０と該ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０に、それぞれ高周波誘導加熱コイルを載置し、前記回転に追従させながら誘導加熱し、しかる後、前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却を行い高周波焼入を行っている。
【０００４】
前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０及びピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の形状は、該ジャーナル部同士及び該ピン部同士は同じのため、前記ジャーナル部１３０とピン部２３０を例に説明する。
【０００５】
前記ジャーナル部１３０は、図８に示すように円柱部１３１と、該円柱部１３１に続くフィレットＲ部１３２と、該フィレットＲ部１３２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１３３とから成り、前記ピン部２３０も同様に、円柱部２３１と、フィレットＲ部２３２と、スラスト部２３３とから成る。そして、硬化層１３４，２３４は、高周波焼入により、それぞれの円柱部、フィレットＲ部、フィレット部に連続して形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術により高周波焼入を行う部位で、前記クランクシャフト１００の中の隣接する部位の間、例えば前記ピン部２３０と前記ジャーナル部１３０との間が約１０ｍｍ以下の、該ピン部２３０及び該ジャーナル部１３０のそれぞれの隅のフィレットＲ部１３２，２３２に、強度を向上させる目的で両方を焼き入れることは、互いに隣接する部位のため、高周波加熱するときの熱の影響による焼き鈍り（なまり）や、同時加熱によるオーバーヒートなどが発生する。このため、それぞれの前記フィレットＲ焼入を、同時に行うことは困難であった。
【０００７】
すなわち、図９及び図１０により説明する。図９（ａ）は、図９（ｂ）に示す前記クランクシャフト１００の側面説明図、図９（ｂ）は、該クランクシャフト１００のピン部２３０及びジャーナル部１３０における焼入部分の形状と、その円柱部表面と前記フィレットＲ部（例えば１３２，２３２）の高周波焼入により形成される硬化層１３４，２３４を斜線で示す図である。また、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）に示す前記クランクシャフト１００の側面説明図、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の該クランクシャフト１００のピン部２３０及びジャーナル部１３０における前記フィレットＲ部２３２，１３２の前記硬化層２３４，１３４が、互いに接近、重なり合う部分で、前記ジャーナル部１３０の硬度低下部位を斜線で示す図である。
【０００８】
図９及び図１０によれば、前記クランクシャフト１００の各ウエイト１０１の軸方向の幅が小さいので、該ピン部及びジャーナル部における前記フィレットＲ部の前記硬化層間の距離ｄ、すなわち焼き逃げ距離が短くなっている。
【０００９】
このため、前記フィレットＲ焼入に際し、次のような問題点があった。
（１）隣接するピン部及びジャーナル部を同時に高周波加熱するとき、熱の影響が重なるウェブ部分、すなわち図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す前記ピン部２３０に形成される硬化層２３４と前記ジャーナル部１３０に形成される硬化層１３４が互いに交差する部分（斜線が重なり合う部分）の前記フィレットＲ部がオーバーヒートにより、溶損又は組織異常が発生する。
【００１０】
（２）従来の焼入方法により、前記ピン及びジャーナル部の高周波焼入を順次行う場合、焼入順が後から加熱する部位の熱影響により、先に焼き入れした部位に硬度低下が発生してしまう（すなわち、焼き鈍ってしまう）。
特に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、前記ジャーナル部１３０のフィレットＲ焼入（１３２）をした後、前記ピン部２３０のフィレットＲ焼入（２３２）をすると、前記ジャーナル部１３０のフィレットＲ部１３２に形成されている硬化層１３４の一部（硬度低下部１３５）に硬度低下が発生する。
【００１１】
（３）また、円筒などの単純形状で内面又は外面への焼き入れを行う場合、焼き入れによる熱の影響を緩和するために、加熱する反対側への冷却を行うが、該クランクシャフト１００などの複雑形状品への適応は困難であった。
【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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、焼入順が先に高周波焼き入された前記ピン部又はジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止す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。
【００１３】
本発明の他の目的は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部を均一に冷却す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。
【００１４】
【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又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れするに際し、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却しながら、高周波焼き入れする焼入方法である。
【００１５】
前記特定部位がフィレットＲ部である焼入方法である。
【００１６】
前記一方が前記ジャーナル部であり、前記他方が前記ピン部である焼入方法である。
【００１７】
前記専用の冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度、噴射タイミング及び噴射時間が制御された冷却液、水、空気のいずれかである焼入方法である。
【００１８】
クランクシャフトのピン部又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れする装置において、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却する専用冷却手段を備える装置である。
【００１９】
前記特定部位がフィレットＲ部である装置である。
【００２０】
前記専用冷却手段は、半開放殼形の冷却ジャケットで、前記高周波誘導加熱コイルと同様に、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、該高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時、その噴射孔から、直接前記フィレットＲ部に冷却媒体を噴射して冷却する装置である。
【００２１】
前記専用冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度噴射タイミング及び噴射時間が冷却制御器により制御された冷却液、水、空気のいずれかである装置である。
【００２２】
前記専用冷却手段は、さらに前記冷却媒体の噴射方向と噴射圧力を調整する噴射板を備えるとともに、前記一方のフィレットＲ部以外の部位に前記冷却媒体がかかるのを防ぐため、該冷却媒体を排出する排出穴又は排出スリットが形成された遮蔽板を備える装置である。
【００２３】
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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、最初に、高周波焼入順が、先に行われる前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方を、他方を冷却しないまま、従来の方法により高周波焼き入れし、次いで、前記他方を高周波焼き入れするとき、先に高周波焼き入れされた前記一方の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層に対し、前記他方からの加熱による熱の影響を防止するように、前記他方を高周波焼入中、専用の冷却手段により冷却する。すなわち前記専用冷却手段により、前記一方の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層が、焼き鈍りされない又は焼き戻しされないようにしている。
その結果、全体として、その作業性をよくするとともに、前記クランクシャフト焼入の品質の向上を図っている。
【００２４】
【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図で、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部に続いて、焼入順が後に高周波焼き入れされる、該ジャーナル部に隣接する前記ピン部の特定部位、例えばフィレットＲ部を高周波焼き入れする構成図、図２は、図１において前記ピン部のフィレットＲ焼き入れするために使用されるフィレット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）の側面構成図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による側面構成図で、図１において前記ピン部の両側のそれぞれの前記ジャーナル部に載置され、前記ピン部を高周波焼き入れ中、該ジャーナル部の特定部位、例えばフィレットＲ部に形成されたそれぞれの硬化層の焼き鈍りを防止するため、それぞれの該硬化層を冷却する専用冷却ジャケットの構成図である。
【００２５】
なお、前記高周波加熱コイル及び２個の前記専用冷却ジャケットは、それぞれ図示しない支持機構に直下状態に懸架されるとともに、前記クランクシャフト１００の回転に伴って前記ピン部及びジャーナル部に追従し、加熱焼入及び専ら冷却を行う。
【００２６】
また、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、前述と逆に、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部に続いて、焼入順が後の、該ピン部に隣接する前記ジャーナル部の特定部位、例えばフィレットＲ部を高周波焼き入れする場合は、前記専用冷却ジャケットを両側に隣接する前記ピン部に載置し、該ピン部の特定部位、例えばフィレットＲ部に形成された硬化層を冷却しながら、前記ジャーナル部を高周波焼き入れすればよい。
【００２７】
図１において、クランクシャフト１００の高周波焼入装置１は、前記クランクシャフト１００のピン部及びジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部、例えば１３０，１４０に続いて、焼入順が後の、該ジャーナル部１３０に隣接する前記ピン部２３０のフィレットＲ部２３２をフィレットＲ焼き入れするため、その円柱部２３１の外周上に前記高周波加熱コイル２が載置されている。と同時に、該ピン部２３０の両側に隣接する前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１には、それぞれのフィレットＲ部（１３２，１４２）を冷却する２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０が載置されている。
【００２８】
図２において、前記高周波加熱コイル２は、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の下方位置及び上方位置に、冷却液供給管１０，１０を介して、それぞれ配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７及び主冷却液噴射環８，８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１１，１１と、接続端子１１，１１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１２と、前記クランクシャフト１００の誘導加熱される円柱部（例えば、前記ピン部２３０の円柱部２３１）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９，９とをそれぞれ具備している。
【００２９】
前記高周波加熱コイル２に装着された、前記主冷却液噴射環７，７；８，８は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記高周波加熱コイル頭部４，４の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられ、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥及び前記ピン部２１０，２２０，‥‥の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部を、高周波加熱後、噴射する冷却媒体（例えば冷却液）により直接、冷却するようになっている。
【００３０】
図１における、前記専用冷却ジャケット２０，２０は同一構造のため、一方について説明する。
図３において、前記専用冷却ジャケット２０は、前記高周波加熱コイル２とほぼ同形状を有し、金属製の一対の側板（冷却液噴射環保持板）２３ａ，２３ｂと、この側板２３ａ，２３ｂ間に取付けられ、前記クランクシャフト１００のジャーナル部（又はピン部）の円柱部、特にフィレットＲ部を冷却するため、該ジャーナル部の下方位置及び上方位置に、それぞれの冷却液供給管２４，２４を介して、それぞれ配置された冷却専用のそれぞれ一対の冷却液噴射環２７，２７及び冷却液噴射環２８，２８と、前記クランクシャフト１００の冷却される前記フィレットＲ部の円柱部（例えば、前記ジャーナル部１３０，１４０の円柱部１３１，１４１）と前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８との間を、ある一定の隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、前記円柱部１３１，１４１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２９，２９とをそれぞれ具備している。
【００３１】
前記専用冷却ジャケット２０に装着された、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記ジャーナル部の円柱部の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられている。そして、該専用冷却ジャケット２０は、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥又は前記ピン部２１０，２２０，‥‥で、予め決められた該ジャーナル部又はピン部の前記フィレットＲ部を、噴射する冷却媒体（例えば冷却液）により、直接、冷却するようになっている。
【００３２】
前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８に使用される冷却媒体の制御系統は、冷却媒体、すなわち冷却液、冷却水及び空気のうち、例えば冷却水が使用される場合を図４に示す。
【００３３】
図４において、貯水槽３０からモータＭで駆動されるポンプＰにより供給される前記冷却水は、前記ジャーナル部の冷却ごと（前記ピン部の焼入ごと）に、冷却水制御器３１により、その操作パネル上で設定される噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度、噴射タイミング及び噴射時間（例えばタイマなどで設定）を基に、制御された前記冷却水が、それぞれの冷却水供給管３２，３２を介して、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８それぞれの冷却液供給管２４，２４の接続口２４ａ，２４ａに供給される。
【００３４】
前記冷却水制御器３１において、前記冷却水の前記噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度は、例えば、前記設定値になるようにオンオフ制御でよく、噴射時間の設定は、例えばタイマなどでよい。また、前記冷却水制御器３１に噴射タイミングの制御をさせている。さらに、前記ポンプＰを駆動するモータＭは、前記冷却水制御器３１からの指令により制御されている。
【００３５】
前記冷却水制御器３１により制御された冷却水は、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のそれぞれの噴射ノズルから前記ジャーナル部の前記フィレットＲ部に形成されている硬化層に向けて直接噴射し、冷却するようになっている。前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８から噴射される冷却水流量の細かい調整は、それぞれの冷却水供給管３２，３２に配設されている調整弁３３，３３により行われる。
【００３６】
前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のノズルの近傍には、図示しない噴射板がそれぞれ配設されている。この噴射板は、それぞれの前記ノズルから噴射される前記冷却水に対して、噴射角度の調整が可能であるため、前記噴射板の前記角度を調整して前記ノズルから前記噴射冷却水を反射させ、前記ジャーナル部のフィレットＲ部の所定の範囲又は部分（硬化層部分）に正確に当てるようにしている。前記噴射板によれば、冷却位置調整及び圧力調整も可能である。
【００３７】
さらに、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８の近傍には、前記噴射冷却水を遮蔽するための図示しない遮蔽板が配設されている。該遮蔽板には、余分な噴射冷却水を排出するための排出口又は排出スリットが設けられており、前記余分な噴射冷却水が加熱中の前記ピン部の加熱部分にかからないようにし、加熱部位への冷却の影響を最小限にしている。
【００３８】
次いで、前記クランクシャフトの高周波焼入装置１により、前記クランクシャフト１００の高周波焼入方法を説明する。
前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０及びピン部２１０，２２０，‥‥，２４０のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部、例えば１３０に続いて、焼入順が後に高周波焼き入れされる、該ジャーナル部１３０に隣接する前記ピン部２３０のフィレットＲ焼入の処理を行う場合の操作手順について説明する。
【００３９】
（１）図５に示すように、前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０のフィレットＲ部のそれぞれを順次、従来の高周波焼入方法で、前記クランクシャフト１００をその中心軸Ｘを中心に回転させながら、前記高周波加熱コイル２により、高周波加熱後、内蔵する主冷却液噴射環７，７；８，８により冷却して高周波焼き入れする。なお、高周波焼入後は、前記クランクシャフト１００の回転は停止させる。図５に円柱部表面を含む焼き入れされる部分を斜線で示す。
【００４０】
（２）次いで、図６に示すように、前記（１）における前記クランクシャフト１００を水平に保持した状態で、前記ピン部例えば２３０の両側に隣接する前記ジャーナル部１３０，１４０に、図１における図示しない支持機構により直下状態に懸架された２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０を、それぞれ図示しない位置決め機構により、それぞれの円柱部１３１，１４１上に載置する。
【００４１】
（３）次に、前記ピン部２３０に、図示しない支持機構により直下状態に懸架された前記高周波加熱コイル２を、図６の矢印方向に示すように、図示しない位置決め機構により、その円柱部２３１に載置する。
（４）前記ピン部２３０に前記高周波加熱コイル２を載置後、図示しない回転駆動装置により、前記クランクシャフト１００をその中心軸Ｘを中心にある一定回転、例えば２０ｒｐｍで回転する。このとき、前記２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０及び前記高周波加熱コイル２を、前記ジャーナル部及び前記ピン部のそれぞれの円柱部１３１，１４１，２３１に追従させている。
【００４２】
（５）次いで、それぞれの前記専用冷却ジャケット２０，２０の冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のそれぞれのノズルから、前記冷却制御器３１により設定された噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度及び噴射タイミングで、冷却水が、前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１に向けて噴射、冷却を開始する。
この場合、前記噴射板の噴射冷却水に対する角度と前記遮蔽板の位置を適切に調整して、前記噴射冷却水が前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれのフィレットＲ部に噴射するようにする。
【００４３】
（６）前記専用冷却ジャケット２０，２０により、前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１のフィレットＲ部、特に硬化層が形成されている部分をある噴射時間、例えば２〜２０ｓｅｃ冷却後、前記高周波加熱コイル２により前記ピン部２３０のフィレットＲ部を、高周波焼き入れする（すなわち、フィレットＲ焼入を行う）。
（７）前記ピン部２３０のフィレットＲ部の高周波焼き入れして、ある時間経過後、前記クランクシャフト１００の回転を停止し、前記高周波加熱コイル２及び前記冷却ジャケット２０，２０を、前記クランクシャフト１００から元の位置に待避させる。
【００４４】
他の前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の高周波焼き入れについては、前記（２）〜（７）の操作手順を繰り返し行えばよい。
前記操作手順により、前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０のフィレットＲ部の高周波焼入（すなわち、フィレットＲ焼入）を行えば、前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０のフィレットＲ部に形成されている硬化層に対する、熱影響を防止することができる。
【００４５】
その結果、高周波焼入の作業性をよくすることができるとともに、全体として、前記クランクシャフト１００の焼入品質の向上を図ることができる。
【００４６】
［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のピン部１箇所高周波焼入
（ａ）材質：鋼材（例えばＳ５０Ｃ材）
（ｂ）ピン部寸法：ピン径φ５３ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ
【００４７】
（２）ピン部の高周波焼入条件
（ａ）トップ部：周波数２０ｋＨｚ、出力電圧３８４Ｖ、出力電力６８ｋＷ
ボトム部：周波数２０ｋＨｚ、出力電圧２４６Ｖ、出力電力２８ｋＷ
（ｂ）加熱時間：１４．０ｓｅｃ
（ｃ）空冷時間：０．５ｓｅｃ
（ｄ）冷却時間：２０ｓｅｃ
焼入水流量：６０Ｌ／ｍｉｎ
【００４８】
（３）ジャーナル部の冷却条件
（ａ）ピン部の加熱開始の２ｓｅｃ前から冷却水を噴射を開始し、前記ピン部の焼入冷却水の噴射停止と同時に停止する。なお、ワーク形状や焼入パターンにより、任意にタイミングを調整することができる。
（ｂ）前記ピン部の両側のジャーナル部に載置される２台の専用冷却ジャケットから噴射させる冷却水の流量は、５Ｌ／ｍｉｎ×２台＝１０Ｌ／ｍｉｎである。
【００４９】
本発明によれば、従来不可能だったピン部とジャーナル部とのピッチが狭い、すなわち軸方向のウエイト幅が狭いクランクシャフトにおいても、強度向上を目的とした前記ピン部及び前記ジャーナル部それぞれのフィレットＲ焼入を相互に影響することなく実施することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、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、ピン部又はジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却しながら、高周波焼き入れするので、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成される焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止することができる。
【００５２】
そして、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部を均一に噴射、冷却することができるという優れた効果を奏する。
【００５３】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入装置によれば、ピン部又はジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却する専用冷却手段を備えるので、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成される焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止することができる。
【００５４】
そして、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の特定部位、特にフィレットＲ部を均一に噴射、冷却することができるという優れた効果を奏する。
とともに、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焼入方法とその装置の一実施の形態を示す図で、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部に続いて、該ジャーナル部に隣接する前記ピン部のフィレットＲ焼入をする構成図である。
【図２】図１における前記ピン部のフィレットＲ焼入をするためのフィレットＲ焼入用高周波加熱コイルの側面構成図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による側面構成図で、図１における前記ピン部の両側のそれぞれの前記ジャーナル部に載置される専用冷却ジャケットの構成図である。
【図４】図３の専用専用冷却ジャケットに供給する冷却水の噴射圧力、噴射流量などを、制御する制御系統を示す図である。
【図５】はじめに、従来の高周波焼入方法で、クランクシャフトの各ジャーナル部を高周波加熱コイルにより、順次、高周波焼き入れする図である。
【図６】クランクシャフトの各ジャーナル部が高周波焼き入れされた後、高周波焼き入れしようとするピン部の両側に隣接するジャーナル部に、冷却ジャケットを載置してから、該ピン部を高周波加熱コイルにより、高周波焼き入れを示す図である。
【図７】クランクシャフトの正面図である。
【図８】クランクシャフトの焼入部の形状とフィレットＲ焼入の硬化層パターンを示す部分断面図である。
【図９】クランクシャフトの隣接するピン部とジャーナル部との硬化層を示す図で、図９（ａ）は、図９（ｂ）に示すクランクシャフトの側面説明図で、図９（ｂ）はピン部とジャーナル部とのフィレットＲ部に、高周波焼入により形成される硬化層を示す図である。
【図１０】クランクシャフトの隣接するピン部とジャーナル部との硬化層のうち、硬度が低下する部位を示す説明図で、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）に示すクランクシャフトの側面説明図で、図１０（ｂ）はピン部とジャーナル部とのフィレットＲ部に、高周波焼入により形成される硬化層のうち、硬度が低下する部位を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 高周波焼入装置
２ 高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ 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
７，８，２７，２８ 主冷却液噴射環
９，２９ 接触部
１０，２４ 冷却液供給管
２０ 専用冷却ジャケット
２３ａ，２３ｂ 側板（冷却液噴射環保持板）
２４ａ 接続口
３１ 冷却水制御器
３２ 冷却水供給管
３３ 調整弁
１００ クランクシャフト（被加工物）
１１０，１２０，‥‥‥，１５０ ジャーナル部
１３１，２３１ 円柱部
１３２，２３２ フィレットＲ部
１３３，２３３ スラスト部
１３４，２３４ 硬化層
１３５ 硬度低下部
２１０，２２０，‥‥，２４０ ピン部
【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き入れする高周波焼入方法とその装置に関し、特に、前記クランクシャフトのピン部及びジャーナルの高周波焼入に伴う作業の改良であり、焼入部位の加熱に伴う熱が、焼き入れ前又はすでに焼き入れされた隣接部位へ与える影響を軽減しう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、この種の４気筒のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりジャーナル部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０とピン部２１０，２２０，２３０，２４０とが一体成型されている。
【０００３】
従来、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０と前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の高周波焼入は、該クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘを中心にそのまわりに回転させながら、該ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０と該ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０に、それぞれ高周波誘導加熱コイルを載置し、前記回転に追従させながら誘導加熱し、しかる後、前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却を行い高周波焼入を行っている。
【０００４】
前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０及びピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の形状は、該ジャーナル部同士及び該ピン部同士は同じのため、前記ジャーナル部１３０とピン部２３０を例に説明する。
【０００５】
前記ジャーナル部１３０は、図８に示すように円柱部１３１と、該円柱部１３１に続くフィレットＲ部１３２と、該フィレットＲ部１３２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１３３とから成り、前記ピン部２３０も同様に、円柱部２３１と、フィレットＲ部２３２と、スラスト部２３３とから成る。そして、硬化層１３４，２３４は、高周波焼入により、それぞれの円柱部、フィレットＲ部、フィレット部に連続して形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術により高周波焼入を行う部位で、前記クランクシャフト１００の中の隣接する部位の間、例えば前記ピン部２３０と前記ジャーナル部１３０との間が約１０ｍｍ以下の、該ピン部２３０及び該ジャーナル部１３０のそれぞれの隅のフィレットＲ部１３２，２３２に、強度を向上させる目的で両方を焼き入れることは、互いに隣接する部位のため、高周波加熱するときの熱の影響による焼き鈍り（なまり）や、同時加熱によるオーバーヒートなどが発生する。このため、それぞれの前記フィレットＲ焼入を、同時に行うことは困難であった。
【０００７】
すなわち、図９及び図１０により説明する。図９（ａ）は、図９（ｂ）に示す前記クランクシャフト１００の側面説明図、図９（ｂ）は、該クランクシャフト１００のピン部２３０及びジャーナル部１３０における焼入部分の形状と、その円柱部表面と前記フィレットＲ部（例えば１３２，２３２）の高周波焼入により形成される硬化層１３４，２３４を斜線で示す図である。また、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）に示す前記クランクシャフト１００の側面説明図、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の該クランクシャフト１００のピン部２３０及びジャーナル部１３０における前記フィレットＲ部２３２，１３２の前記硬化層２３４，１３４が、互いに接近、重なり合う部分で、前記ジャーナル部１３０の硬度低下部位を斜線で示す図である。
【０００８】
図９及び図１０によれば、前記クランクシャフト１００の各ウエイト１０１の軸方向の幅が小さいので、該ピン部及びジャーナル部における前記フィレットＲ部の前記硬化層間の距離ｄ、すなわち焼き逃げ距離が短くなっている。
【０００９】
このため、前記フィレットＲ焼入に際し、次のような問題点があった。
（１）隣接するピン部及びジャーナル部を同時に高周波加熱するとき、熱の影響が重なるウェブ部分、すなわち図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す前記ピン部２３０に形成される硬化層２３４と前記ジャーナル部１３０に形成される硬化層１３４が互いに交差する部分（斜線が重なり合う部分）の前記フィレットＲ部がオーバーヒートにより、溶損又は組織異常が発生する。
【００１０】
（２）従来の焼入方法により、前記ピン及びジャーナル部の高周波焼入を順次行う場合、焼入順が後から加熱する部位の熱影響により、先に焼き入れした部位に硬度低下が発生してしまう（すなわち、焼き鈍ってしまう）。
特に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、前記ジャーナル部１３０のフィレットＲ焼入（１３２）をした後、前記ピン部２３０のフィレットＲ焼入（２３２）をすると、前記ジャーナル部１３０のフィレットＲ部１３２に形成されている硬化層１３４の一部（硬度低下部１３５）に硬度低下が発生する。
【００１１】
（３）また、円筒などの単純形状で内面又は外面への焼き入れを行う場合、焼き入れによる熱の影響を緩和するために、加熱する反対側への冷却を行うが、該クランクシャフト１００などの複雑形状品への適応は困難であった。
【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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、焼入順が先に高周波焼き入された前記ピン部又はジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止す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。
【００１３】
本発明の他の目的は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部を均一に冷却す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。
【００１４】
【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又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れするに際し、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却しながら、高周波焼き入れする焼入方法である。
【００１５】
前記特定部位がフィレットＲ部である焼入方法である。
【００１６】
前記一方が前記ジャーナル部であり、前記他方が前記ピン部である焼入方法である。
【００１７】
前記専用の冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度、噴射タイミング及び噴射時間が制御された冷却液、水、空気のいずれかである焼入方法である。
【００１８】
クランクシャフトのピン部又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れする装置において、前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却する専用冷却手段を備える装置である。
【００１９】
前記特定部位がフィレットＲ部である装置である。
【００２０】
前記専用冷却手段は、半開放殼形の冷却ジャケットで、前記高周波誘導加熱コイルと同様に、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、該高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時、その噴射孔から、直接前記フィレットＲ部に冷却媒体を噴射して冷却する装置である。
【００２１】
前記専用冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度噴射タイミング及び噴射時間が冷却制御器により制御された冷却液、水、空気のいずれかである装置である。
【００２２】
前記専用冷却手段は、さらに前記冷却媒体の噴射方向と噴射圧力を調整する噴射板を備えるとともに、前記一方のフィレットＲ部以外の部位に前記冷却媒体がかかるのを防ぐため、該冷却媒体を排出する排出穴又は排出スリットが形成された遮蔽板を備える装置である。
【００２３】
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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の高周波焼入に際し、最初に、高周波焼入順が、先に行われる前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方を、他方を冷却しないまま、従来の方法により高周波焼き入れし、次いで、前記他方を高周波焼き入れするとき、先に高周波焼き入れされた前記一方の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層に対し、前記他方からの加熱による熱の影響を防止するように、前記他方を高周波焼入中、専用の冷却手段により冷却する。すなわち前記専用冷却手段により、前記一方の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成されている焼入硬化層が、焼き鈍りされない又は焼き戻しされないようにしている。
その結果、全体として、その作業性をよくするとともに、前記クランクシャフト焼入の品質の向上を図っている。
【００２４】
【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図で、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部に続いて、焼入順が後に高周波焼き入れされる、該ジャーナル部に隣接する前記ピン部の特定部位、例えばフィレットＲ部を高周波焼き入れする構成図、図２は、図１において前記ピン部のフィレットＲ焼き入れするために使用されるフィレット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）の側面構成図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による側面構成図で、図１において前記ピン部の両側のそれぞれの前記ジャーナル部に載置され、前記ピン部を高周波焼き入れ中、該ジャーナル部の特定部位、例えばフィレットＲ部に形成されたそれぞれの硬化層の焼き鈍りを防止するため、それぞれの該硬化層を冷却する専用冷却ジャケットの構成図である。
【００２５】
なお、前記高周波加熱コイル及び２個の前記専用冷却ジャケットは、それぞれ図示しない支持機構に直下状態に懸架されるとともに、前記クランクシャフト１００の回転に伴って前記ピン部及びジャーナル部に追従し、加熱焼入及び専ら冷却を行う。
【００２６】
また、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、前述と逆に、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部に続いて、焼入順が後の、該ピン部に隣接する前記ジャーナル部の特定部位、例えばフィレットＲ部を高周波焼き入れする場合は、前記専用冷却ジャケットを両側に隣接する前記ピン部に載置し、該ピン部の特定部位、例えばフィレットＲ部に形成された硬化層を冷却しながら、前記ジャーナル部を高周波焼き入れすればよい。
【００２７】
図１において、クランクシャフト１００の高周波焼入装置１は、前記クランクシャフト１００のピン部及びジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部、例えば１３０，１４０に続いて、焼入順が後の、該ジャーナル部１３０に隣接する前記ピン部２３０のフィレットＲ部２３２をフィレットＲ焼き入れするため、その円柱部２３１の外周上に前記高周波加熱コイル２が載置されている。と同時に、該ピン部２３０の両側に隣接する前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１には、それぞれのフィレットＲ部（１３２，１４２）を冷却する２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０が載置されている。
【００２８】
図２において、前記高周波加熱コイル２は、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の下方位置及び上方位置に、冷却液供給管１０，１０を介して、それぞれ配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７及び主冷却液噴射環８，８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１１，１１と、接続端子１１，１１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１２と、前記クランクシャフト１００の誘導加熱される円柱部（例えば、前記ピン部２３０の円柱部２３１）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９，９とをそれぞれ具備している。
【００２９】
前記高周波加熱コイル２に装着された、前記主冷却液噴射環７，７；８，８は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記高周波加熱コイル頭部４，４の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられ、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥及び前記ピン部２１０，２２０，‥‥の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部を、高周波加熱後、噴射する冷却媒体（例えば冷却液）により直接、冷却するようになっている。
【００３０】
図１における、前記専用冷却ジャケット２０，２０は同一構造のため、一方について説明する。
図３において、前記専用冷却ジャケット２０は、前記高周波加熱コイル２とほぼ同形状を有し、金属製の一対の側板（冷却液噴射環保持板）２３ａ，２３ｂと、この側板２３ａ，２３ｂ間に取付けられ、前記クランクシャフト１００のジャーナル部（又はピン部）の円柱部、特にフィレットＲ部を冷却するため、該ジャーナル部の下方位置及び上方位置に、それぞれの冷却液供給管２４，２４を介して、それぞれ配置された冷却専用のそれぞれ一対の冷却液噴射環２７，２７及び冷却液噴射環２８，２８と、前記クランクシャフト１００の冷却される前記フィレットＲ部の円柱部（例えば、前記ジャーナル部１３０，１４０の円柱部１３１，１４１）と前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８との間を、ある一定の隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、前記円柱部１３１，１４１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２９，２９とをそれぞれ具備している。
【００３１】
前記専用冷却ジャケット２０に装着された、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記ジャーナル部の円柱部の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられている。そして、該専用冷却ジャケット２０は、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥又は前記ピン部２１０，２２０，‥‥で、予め決められた該ジャーナル部又はピン部の前記フィレットＲ部を、噴射する冷却媒体（例えば冷却液）により、直接、冷却するようになっている。
【００３２】
前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８に使用される冷却媒体の制御系統は、冷却媒体、すなわち冷却液、冷却水及び空気のうち、例えば冷却水が使用される場合を図４に示す。
【００３３】
図４において、貯水槽３０からモータＭで駆動されるポンプＰにより供給される前記冷却水は、前記ジャーナル部の冷却ごと（前記ピン部の焼入ごと）に、冷却水制御器３１により、その操作パネル上で設定される噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度、噴射タイミング及び噴射時間（例えばタイマなどで設定）を基に、制御された前記冷却水が、それぞれの冷却水供給管３２，３２を介して、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８それぞれの冷却液供給管２４，２４の接続口２４ａ，２４ａに供給される。
【００３４】
前記冷却水制御器３１において、前記冷却水の前記噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度は、例えば、前記設定値になるようにオンオフ制御でよく、噴射時間の設定は、例えばタイマなどでよい。また、前記冷却水制御器３１に噴射タイミングの制御をさせている。さらに、前記ポンプＰを駆動するモータＭは、前記冷却水制御器３１からの指令により制御されている。
【００３５】
前記冷却水制御器３１により制御された冷却水は、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のそれぞれの噴射ノズルから前記ジャーナル部の前記フィレットＲ部に形成されている硬化層に向けて直接噴射し、冷却するようになっている。前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８から噴射される冷却水流量の細かい調整は、それぞれの冷却水供給管３２，３２に配設されている調整弁３３，３３により行われる。
【００３６】
前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のノズルの近傍には、図示しない噴射板がそれぞれ配設されている。この噴射板は、それぞれの前記ノズルから噴射される前記冷却水に対して、噴射角度の調整が可能であるため、前記噴射板の前記角度を調整して前記ノズルから前記噴射冷却水を反射させ、前記ジャーナル部のフィレットＲ部の所定の範囲又は部分（硬化層部分）に正確に当てるようにしている。前記噴射板によれば、冷却位置調整及び圧力調整も可能である。
【００３７】
さらに、前記冷却液噴射環２７，２７；２８，２８の近傍には、前記噴射冷却水を遮蔽するための図示しない遮蔽板が配設されている。該遮蔽板には、余分な噴射冷却水を排出するための排出口又は排出スリットが設けられており、前記余分な噴射冷却水が加熱中の前記ピン部の加熱部分にかからないようにし、加熱部位への冷却の影響を最小限にしている。
【００３８】
次いで、前記クランクシャフトの高周波焼入装置１により、前記クランクシャフト１００の高周波焼入方法を説明する。
前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０及びピン部２１０，２２０，‥‥，２４０のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部、例えば１３０に続いて、焼入順が後に高周波焼き入れされる、該ジャーナル部１３０に隣接する前記ピン部２３０のフィレットＲ焼入の処理を行う場合の操作手順について説明する。
【００３９】
（１）図５に示すように、前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０のフィレットＲ部のそれぞれを順次、従来の高周波焼入方法で、前記クランクシャフト１００をその中心軸Ｘを中心に回転させながら、前記高周波加熱コイル２により、高周波加熱後、内蔵する主冷却液噴射環７，７；８，８により冷却して高周波焼き入れする。なお、高周波焼入後は、前記クランクシャフト１００の回転は停止させる。図５に円柱部表面を含む焼き入れされる部分を斜線で示す。
【００４０】
（２）次いで、図６に示すように、前記（１）における前記クランクシャフト１００を水平に保持した状態で、前記ピン部例えば２３０の両側に隣接する前記ジャーナル部１３０，１４０に、図１における図示しない支持機構により直下状態に懸架された２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０を、それぞれ図示しない位置決め機構により、それぞれの円柱部１３１，１４１上に載置する。
【００４１】
（３）次に、前記ピン部２３０に、図示しない支持機構により直下状態に懸架された前記高周波加熱コイル２を、図６の矢印方向に示すように、図示しない位置決め機構により、その円柱部２３１に載置する。
（４）前記ピン部２３０に前記高周波加熱コイル２を載置後、図示しない回転駆動装置により、前記クランクシャフト１００をその中心軸Ｘを中心にある一定回転、例えば２０ｒｐｍで回転する。このとき、前記２個の前記専用冷却ジャケット２０，２０及び前記高周波加熱コイル２を、前記ジャーナル部及び前記ピン部のそれぞれの円柱部１３１，１４１，２３１に追従させている。
【００４２】
（５）次いで、それぞれの前記専用冷却ジャケット２０，２０の冷却液噴射環２７，２７；２８，２８のそれぞれのノズルから、前記冷却制御器３１により設定された噴射圧力、噴射流量、冷却水の温度及び噴射タイミングで、冷却水が、前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１に向けて噴射、冷却を開始する。
この場合、前記噴射板の噴射冷却水に対する角度と前記遮蔽板の位置を適切に調整して、前記噴射冷却水が前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれのフィレットＲ部に噴射するようにする。
【００４３】
（６）前記専用冷却ジャケット２０，２０により、前記ジャーナル部１３０，１４０のそれぞれの円柱部１３１，１４１のフィレットＲ部、特に硬化層が形成されている部分をある噴射時間、例えば２〜２０ｓｅｃ冷却後、前記高周波加熱コイル２により前記ピン部２３０のフィレットＲ部を、高周波焼き入れする（すなわち、フィレットＲ焼入を行う）。
（７）前記ピン部２３０のフィレットＲ部の高周波焼き入れして、ある時間経過後、前記クランクシャフト１００の回転を停止し、前記高周波加熱コイル２及び前記冷却ジャケット２０，２０を、前記クランクシャフト１００から元の位置に待避させる。
【００４４】
他の前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０の高周波焼き入れについては、前記（２）〜（７）の操作手順を繰り返し行えばよい。
前記操作手順により、前記ピン部２１０，２２０，‥‥，２４０のフィレットＲ部の高周波焼入（すなわち、フィレットＲ焼入）を行えば、前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１５０のフィレットＲ部に形成されている硬化層に対する、熱影響を防止することができる。
【００４５】
その結果、高周波焼入の作業性をよくすることができるとともに、全体として、前記クランクシャフト１００の焼入品質の向上を図ることができる。
【００４６】
［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のピン部１箇所高周波焼入
（ａ）材質：鋼材（例えばＳ５０Ｃ材）
（ｂ）ピン部寸法：ピン径φ５３ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ
【００４７】
（２）ピン部の高周波焼入条件
（ａ）トップ部：周波数２０ｋＨｚ、出力電圧３８４Ｖ、出力電力６８ｋＷ
ボトム部：周波数２０ｋＨｚ、出力電圧２４６Ｖ、出力電力２８ｋＷ
（ｂ）加熱時間：１４．０ｓｅｃ
（ｃ）空冷時間：０．５ｓｅｃ
（ｄ）冷却時間：２０ｓｅｃ
焼入水流量：６０Ｌ／ｍｉｎ
【００４８】
（３）ジャーナル部の冷却条件
（ａ）ピン部の加熱開始の２ｓｅｃ前から冷却水を噴射を開始し、前記ピン部の焼入冷却水の噴射停止と同時に停止する。なお、ワーク形状や焼入パターンにより、任意にタイミングを調整することができる。
（ｂ）前記ピン部の両側のジャーナル部に載置される２台の専用冷却ジャケットから噴射させる冷却水の流量は、５Ｌ／ｍｉｎ×２台＝１０Ｌ／ｍｉｎである。
【００４９】
本発明によれば、従来不可能だったピン部とジャーナル部とのピッチが狭い、すなわち軸方向のウエイト幅が狭いクランクシャフトにおいても、強度向上を目的とした前記ピン部及び前記ジャーナル部それぞれのフィレットＲ焼入を相互に影響することなく実施することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、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、ピン部又はジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却しながら、高周波焼き入れするので、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成される焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止することができる。
【００５２】
そして、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部を均一に噴射、冷却することができるという優れた効果を奏する。
【００５３】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入装置によれば、ピン部又はジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却する専用冷却手段を備えるので、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ピン部及びジャーナル部の特定部位、特にそのフィレットＲ部に形成される焼入硬化層に、及ぼす熱影響を防止することができる。
【００５４】
そして、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の特定部位、特にフィレットＲ部を均一に噴射、冷却することができるという優れた効果を奏する。
とともに、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焼入方法とその装置の一実施の形態を示す図で、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部のうち、焼入順が先に高周波焼き入れされた前記ジャーナル部に続いて、該ジャーナル部に隣接する前記ピン部のフィレットＲ焼入をする構成図である。
【図２】図１における前記ピン部のフィレットＲ焼入をするためのフィレットＲ焼入用高周波加熱コイルの側面構成図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による側面構成図で、図１における前記ピン部の両側のそれぞれの前記ジャーナル部に載置される専用冷却ジャケットの構成図である。
【図４】図３の専用専用冷却ジャケットに供給する冷却水の噴射圧力、噴射流量などを、制御する制御系統を示す図である。
【図５】はじめに、従来の高周波焼入方法で、クランクシャフトの各ジャーナル部を高周波加熱コイルにより、順次、高周波焼き入れする図である。
【図６】クランクシャフトの各ジャーナル部が高周波焼き入れされた後、高周波焼き入れしようとするピン部の両側に隣接するジャーナル部に、冷却ジャケットを載置してから、該ピン部を高周波加熱コイルにより、高周波焼き入れを示す図である。
【図７】クランクシャフトの正面図である。
【図８】クランクシャフトの焼入部の形状とフィレットＲ焼入の硬化層パターンを示す部分断面図である。
【図９】クランクシャフトの隣接するピン部とジャーナル部との硬化層を示す図で、図９（ａ）は、図９（ｂ）に示すクランクシャフトの側面説明図で、図９（ｂ）はピン部とジャーナル部とのフィレットＲ部に、高周波焼入により形成される硬化層を示す図である。
【図１０】クランクシャフトの隣接するピン部とジャーナル部との硬化層のうち、硬度が低下する部位を示す説明図で、図１０（ａ）は、図１０（ｂ）に示すクランクシャフトの側面説明図で、図１０（ｂ）はピン部とジャーナル部とのフィレットＲ部に、高周波焼入により形成される硬化層のうち、硬度が低下する部位を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 高周波焼入装置
２ 高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ 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
７，８，２７，２８ 主冷却液噴射環
９，２９ 接触部
１０，２４ 冷却液供給管
２０ 専用冷却ジャケット
２３ａ，２３ｂ 側板（冷却液噴射環保持板）
２４ａ 接続口
３１ 冷却水制御器
３２ 冷却水供給管
３３ 調整弁
１００ クランクシャフト（被加工物）
１１０，１２０，‥‥‥，１５０ ジャーナル部
１３１，２３１ 円柱部
１３２，２３２ フィレットＲ部
１３３，２３３ スラスト部
１３４，２３４ 硬化層
１３５ 硬度低下部
２１０，２２０，‥‥，２４０ ピン部
Claims (9)
- クランクシャフトのピン部又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れするに際し、
前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却しながら、高周波焼き入れ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。 - 前記特定部位がフィレットＲ部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焼入方法。
- 前記一方が前記ジャーナル部であり、前記他方が前記ピン部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフトの高周波焼入方法。
- 前記専用の冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度、噴射タイミング及び噴射時間が制御された冷却液、水、空気のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のクランクシャフトの高周波焼入方法。
- クランクシャフトのピン部又は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又はジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼き入れする装置において、
前記ピン部又は前記ジャーナル部の一方の特定部位を高周波焼き入れした後、他方の前記ジャーナル部又は前記ピン部の前記特定部位を高周波焼き入れするとき、前記一方の特定部位に形成された硬化層が焼き鈍らないように、前記他方のジャーナル部又はピン部に隣接する前記一方のピン部又はジャーナル部を専ら冷却する専用冷却手段を備え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。 - 前記特定部位がフィレットＲ部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。
- 前記専用冷却手段は、半開放殼形の冷却ジャケットで、前記高周波誘導加熱コイルと同様に、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、該高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時、その噴射孔から、直接前記フィレットＲ部に冷却媒体を噴射して冷却することを特徴とする請求項６に記載のクランクシャフトの高周波焼入装置。
- 前記専用冷却手段から噴射される冷却媒体が、圧力、流量、温度噴射タイミング及び噴射時間が冷却制御器により制御された冷却液、水、空気のいずれかであることを特徴とする請求項５ないし請求項７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。
- 前記専用冷却手段は、さらに前記冷却媒体の噴射方向と噴射圧力を調整する噴射板を備えるとともに、前記一方のフィレットＲ部以外の部位に前記冷却媒体がかかるのを防ぐため、該冷却媒体を排出する排出穴又は排出スリットが形成された遮蔽板を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のクランクシャフトの高周波焼入装置。
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| JP2002267944A JP2004107685A (ja) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | クランクシャフトの高周波焼入方法とその装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010189746A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Denki Kogyo Co Ltd | 高周波焼入冷却方法 |
| CN102676784A (zh) * | 2012-05-09 | 2012-09-19 | 陕西北方动力有限责任公司 | 基于kwh半自动淬火机床的错拐曲轴连杆颈淬火方法 |
| CN106048190A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-10-26 | 上海大众动力总成有限公司 | 一种曲轴强化工艺 |
| CN113913594A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 一汽解放汽车有限公司 | 淬火感应装置及淬火处理方法 |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002267944A patent/JP2004107685A/ja active Pending
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