JP2004277821A - クランクシャフトの高周波焼入焼戻装置及びその装置に用いられる高周波焼戻コイル体 - Google Patents
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Abstract
【課題】短時間で充分な焼戻効果を得ることが可能でかつコンパクトなクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置及びその装置に用いられる高周波焼戻コイル体を提供する。
【解決手段】焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａを有する高周波焼入コイル体Ｊと、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂを有する高周波焼戻コイル体Ｋとをそれぞれ備え、クランクシャフト１のジャーナル部２又はピン部３の中心軸Ｘ又はＹを挟む２方向から移動される焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａと焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂとによりジャーナル部２又はピン部３の外周面Ｈ又はＳのほぼ全周を取り囲んで高周波焼入した後に高周波焼戻を行う。
【選択図】 図２
【解決手段】焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａを有する高周波焼入コイル体Ｊと、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂを有する高周波焼戻コイル体Ｋとをそれぞれ備え、クランクシャフト１のジャーナル部２又はピン部３の中心軸Ｘ又はＹを挟む２方向から移動される焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａと焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂとによりジャーナル部２又はピン部３の外周面Ｈ又はＳのほぼ全周を取り囲んで高周波焼入した後に高周波焼戻を行う。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の外周面を焼入処理してから焼戻処理するための高周波焼入焼戻装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと、フランジ部５とを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄ（中心軸Ｙ１ を有する）が互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ間のピン部３ｂ，３ｃ（中心軸Ｙ２ を有する）が互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｅ及びピン部３ａ〜３ｄの外周面にそれぞれ高周波誘導加熱による焼入処理及び焼戻処理を施すことにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。ここで、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄ（以下においては、統括的にピン部３と記載する）を高周波誘導加熱する場合を例にとって説明すると、次の通りである。
【０００４】
図５は、ピン部３の外周面Ｓを焼入処理及び焼戻処理に際して高周波誘導加熱するために従来より用いられている高周波焼入焼戻装置８を示すものである。この高周波焼入装置８は、図５に明示するように、真鍮製又は樹脂製の一対の側板１０ａ，１０ｂ間に挟持状態で保持され、かつ、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対向配置される半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル（半開放鞍型コイル）１１と、この高周波誘導加熱コイル１１に高周波電流を供給する高周波電源１２と、前記一対の側板１０ａ，１０に固定された例えば３つのセラミック製又は超硬合金製のガイド部材（チップ部材）１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備えている。
【０００５】
上述の高周波誘導加熱コイル１１は、図５及び図６に示すように、コイル頭部を構成する左右一対の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂと、これらの一対の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂとを互いに接続する接続導体部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、一対の接続導体部１５ａ，１５ｂにそれぞれ接続された給電リード部１６ａ，１６ｂとから構成されている。ここで、高周波誘導加熱コイル１１の第１の加熱コイル部分１４ａについて詳述すると、この第１の加熱コイル部分１４ａは、図６に明示するように、互いに平行な一対の円弧状加熱導体部１７ａ，１８ａと、円弧状加熱導体部１７ａの一端と円弧状加熱導体部１８ａの一端とを互いに接続する直線状加熱導体部１９ａと、円弧状加熱導体部１７ａ，１８ａの他端と接続導体部１５ａ，１５ｃの一端とをそれぞれ接続する直線状加熱導体部２０ａ，２１ａとから構成され、全体として湾曲したほぼ矩形形状となされている。また、第２の加熱コイル部分１４ｂも上述の第１の加熱コイル部分１４ａと同様に構成され、一対の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂが左右対称の配置関係をもって対応配置されている。なお、図６においては、第２の加熱コイル部分１４ｂの一対の円弧状加熱導体部１７ｂ，１８ｂ、直線状加熱導体部１９ｂ、接続導体部１５ａ，１５ｃ、及び給電リード部１６ｂが図示されているが、既述の直線状加熱導体部２０ａ，２１ａに相当する部分の直線状加熱導体部２０ｂ，２１ｂは、隠れた位置にあるため、図示されていない。
【０００６】
また、上述の給電リード部１６ａ，１６ｂは、高周波電流供給用のトランス（図示せず）を介して高周波電源１２に接続され、この高周波電源１２から所定の高周波電流が高周波誘導加熱コイル１１に供給されるように構成されている。
【０００７】
上述の高周波焼入焼戻装置８によりクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを焼入処理或いは焼戻処理のために高周波誘導加熱するに際しては、図外の昇降機構により高周波焼入焼戻装置８を所定の待機位置から下降移動させてガイド部材１３ｂを介してピン部３の外周面Ｓ上に載置し、ガイド部材１３ａ〜１３ｃをピン部３の外周面Ｓに当接せしめることにより高周波誘導加熱コイル１１をピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対して僅かな間隔を隔てて対向配置する。この状態の下で、クランクシャフト１を図外の回転駆動機構によりクランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動すると、これに伴いピン部３が前記中心軸Ｘを中心として公転運動する。この際、高周波焼入焼戻装置８が図外の追従機構によりピン部３に追従すると共に、高周波誘導加熱コイル１１の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂが左右対称位置においてピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対して常に対向配置された状態を維持する。
【０００８】
このような状態の下で、高周波電源１２から図外のトランス並びに給電リード部１６ａ，１６ｂ、接続導体部１５ａ，１５ｂを順次に介して高周波誘導加熱コイル１１の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂに高周波電流を供給し、これによりピン部３の外周面Ｓを誘導加熱する。次いで、ピン部３の外周面Ｓが所要の焼入温度に誘導加熱された時点で、高周波電源１２から高周波誘導加熱コイル１１への高周波電流の供給を遮断すると共に、ピン部３の外周面Ｓに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却水を噴射する。これにより、ピン部３の外周面Ｓが急速冷却されて焼入処理或いは焼戻処理がなされる。
【０００９】
また、図７は、別の形状の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル（半開放鞍型コイル）３０を備える従来の高周波焼入焼戻装置３１を示すものである。この高周波焼入焼戻装置３１は、図７に示すように、真鍮製又は樹脂製の一対の側板１０ａ，１０ｂ間に挟持状態で保持され、かつ、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるピン部３（ピン部３ａ〜３ｄ）の外周面Ｓの上半分部分に対向配置される１つの加熱コイル部分２９を有する高周波誘導加熱コイル３０を備えている。なお、その他の構成は、図５の高周波焼入焼戻装置８と同様である。
【００１０】
上述の高周波誘導加熱コイル３０は、図７及び図８に示すように、コイル頭部）を構成する１つの加熱コイル部分２９と、この加熱コイル部分２９に接続された一対の給電リード部３２ａ，３２ｂとから成り、上述の給電リード部３２ａ，３２ｂが高周波電源１２に接続されている。ここで、高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９の構成について詳述すると、この加熱コイル部分２９は、図８に明示するように、互いに平行な一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂと、円弧状加熱導体部３３ａの一端と円弧状加熱導体部３３ｂの一端とを互いに接続する直線状加熱導体部３４と、円孤状導体部３３ａ，３３ｂの他端と給電リード部３２ａ，３２ｂの一端とをそれぞれ接続する直線状加熱導体部３５ａ，３５ｂとから構成されている。
【００１１】
そして、給電リード部３２ａ，３２ｂは、高周波電流供給用のトランス（図示せず）を介して高周波電源１２に接続されており、この高周波電源１２から所定の高周波電流が高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９に供給されるように構成されている。
【００１２】
なお、上述の高周波焼入焼戻装置３１は、特に、ピン部３或いはジャーナル部２の直径が小さい小型のクランクシャフトを高周波誘導加熱するのに有効である。その理由を述べると、次の通りである。すなわち、図５の高周波焼入焼戻装置８にあっては高周波誘導加熱コイル１１の頭部が２つの加熱コイル部分１４ａ，１４ｂに２分割されており、円弧状加熱導体部１７ａと１７ｂとが周方向で２つに分割されると共に円弧状加熱導体部１８ａと１８ｂとが周方向で２つに分割されているため、ピン部３ａ〜３ｄ或いはジャーナル部２ａ〜２ｅの直径が小さい場合には、円弧状加熱導体部１５ａ，１５ｂ及び１６ａ，１６ｂの弧長が相対的に短くなり加熱効率が悪くなるが、図７の高周波焼入焼戻装置３１にあっては高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂが２つに分割されていないので、ピン部３の外周面Ｓ（又はジャーナル部２の外周面Ｈ）に対向する円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの弧長が上記の場合よりも相対的に長くなり、これに起因して加熱効率が向上するためである。
【００１３】
上述した図７の高周波焼入焼戻装置３１により、前記クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱して焼入処理或いは焼戻処理する工程は、前述した高周波焼入装置８による工程と同様であるので、その説明を省略する。
【００１４】
また、上述した高周波焼入或いは高周波焼戻の工程はジャーナル部２の外周面Ｈについても同様であるのでその説明を省略する。
【００１５】
図９（ａ）〜（ｃ）は、高周波誘導加熱コイル１１又は３０の断面形状の代表的な例、並びに、上述の如き焼入工程によりピン部３の外周面Ｓに得られる望ましい（理想的な）硬化層パターンＰ１ ，Ｐ２ ，Ｐ３ をそれぞれ示している。なお、図９（ａ）のようにピン部３の外周面（円筒状外周面）Ｓのみに焼入硬化層パターンＰ１ を形成する焼入は平焼入と称され、図９（ｂ）のようにピン部３の外周面Ｓからその両側のＲ部（円弧状隅部）Ｍに連なる焼入硬化層パターンＰ２ を形成する焼入はフィレットＲ焼入と称され、図９（ｃ）のようにピン部３の外周面Ｓから片側のＲ部Ｍ及びスラスト部（平面部）Ｎに連なる焼入硬化層パターンＰ３ を形成する焼入は片Ｒ焼入と通常呼ばれている。図９（ｃ）の片Ｒ焼入は、クランクシャフト１の両端に位置するジャーナル部、例えば図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１においては第１ジャーナル部２ａ或いは第５ジャーナル部２ｅに施行されることが多い。
【００１６】
次に、上述した手順で焼入処理を施行したクランクシャフト１については、焼入処理後に焼戻処理にための焼戻加熱を行うが、その焼戻加熱方法としては、電気炉を用いる方法や高周浪誘導加熱による方法が一般的に施行されている。
【００１７】
電気炉による焼戻の場合には、まず、炉内温度を焼戻温度まで昇温しておき、昇温完了した電気炉に全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入が施行されたクランクシャフト１を電気炉の大きさに応じて複数本まとめて投入し、炉内温度まで前記クランクシャフトを昇温させた後に、所要時間（通常、１．０時間〜２．５時間程度）保持加熱してから電気炉から取り出して焼戻工程を完了するようにしている。
【００１８】
電気炉による加熱は、炉内雰囲気からの熱伝導によるものであるのでクランクシャフト１の１個体内での温度バラツキは皆無に等しく、従って焼戻硬さのバラツキは焼戻工程においては発生することはない。
【００１９】
また、高周波誘導加熱による焼戻方法としては、既述の焼入用高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて焼戻を行う方法があり、その焼戻方法の場合には、高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて前述した手順により焼入処理を完了したクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈに、再び高周波焼入焼戻装置８の構成要素である高周波誘導加熱コイル１１又は高周波焼入焼戻装置３の構成要素である高周波誘導加熱コイル３０に高周波電源１２より高周波電流を所要時間にわたり供給することにより高周波誘導加熱を行ってピン部３又はジャーナル部２毎に焼戻処理を施すようにしている。ただし、この焼戻方法は、図１０（ａ）に示すような平焼戻に対してのみ有効な方法であり、図１０（ｂ）に示すようなフィレットＲ焼入や図１０（ｃ）に示すような片Ｒ焼入に対しては適用できない。その理由は、従来の焼入用高周波誘導加熱コイルによる焼戻処理では、Ｒ部Ｍの半径が小さい場合はＲ部Ｍを充分に高周波誘導加熱するのは困難であり、またＲ部Ｍの半径が大きい場合はＲ部Ｍが先に昇温してしまい、何れの場合もＲ部Ｍを含んだ連続領域を焼戻時に均一に加熱することができないからである。
【００２０】
また、図１１は高周波誘導加熱による別の焼戻装置３７であり、この焼戻装置３７は、特開２００１−３０３１３４号公報（特許文献１）により提示されているものである。上述の焼戻装置３７は、高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて前述した手順により全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入処理が施されたクランクシャフト１を、高周波焼入工程とは別の位置に配置された略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８により完全に取り囲まれた位置に配置して、焼入されていないカウンターウエイト部４及びフランジ部５等も含めてクランクシャフト１の全体を所要の焼戻温度まで一括して高周波誘導加熱を行って焼戻処理をするようにしたものである。
【００２１】
このような焼戻装置３７によれば、平焼入、フィレットＲ焼入によらず充分な焼戻効果を達成することが可能であり、また前述した電気炉による焼戻方法と比較して昇温時間及び保持（均熱）時間が短い（合計で６０秒〜２００秒程度）ため、疲労強度に関係する焼入された部位の圧縮残留応力が除去される度合いを少なく抑えることができて充分な圧縮残留応力を保持することが可能である。そして、加熱時間が短いことより、焼入から焼戻の工程を順次に行うような設備のインライン化が可能である。
【００２２】
【特許文献１】
特開２００１−３０３１３４号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気炉による加熱は、炉内雰囲気からの熱伝導による加熱であるため、加熱時間（昇温時間と保持時間の合計時間）が高周波誘導加熱の場合と比べて非常に長くなるためインライン化は困難である。また、１回の処理量を増加させようとすると、電気炉の容積を大きくせざるを得ず、設備の設置面積が増大するといった問題点がある。さらに、上述したように長時間加熱であることに起因して、高周波焼入により焼入部であるジャーナル部２及びピン部３の外周面Ｈ及びＳに発生した圧縮残留応力が開放されて低減してしまうため、クランクシャフト１の疲労強度が低下してしまうといった問題点もある。そして、クランクシャフト１を焼戻処理する前に炉内雰囲気を焼戻温度まで昇温させるための時間並びに電力が必要であり、生産効率及びエネルギー効率が低いのが実状である。
【００２４】
焼入用高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いてジャーナル部２又はピン部３の高周波焼入と高周波焼戻を連続して行う方法は、平焼入及び平焼戻に関しては従来より採用されている（図１０（ａ）参照）。平焼入の場合には、図１０（ａ）に示すように、焼入時と焼戻時における加熱条件並びに熱伝導の程度の違いにより焼入加熱時の加熱領域α１ ，α２ の幅に比べて焼戻加熱時の加熱領域α３ 、α４ の幅が狭いため、焼入用半開放鞍型加熱コイル１１或いは３０を用いて短時間で高周波焼戻加熱を行うと、前記焼入用半開放鞍型加熱コイル１１或いは３０に対向する部分の僅かな一部分の領域にしか焼戻効果が現れない。この現象は、焼戻加熱時に焼入用高周波誘導加熱コイル１１或いは３０に供給する高周波電流値を増大させても変化せず、高周波電流値を増大させた分だけ、焼戻加熱領域α３ 、α４ のみ過熱されて過剰に焼戻された状態になり、その領域は表面硬さが低下し過ぎてしまう一方、上述の過剰焼戻された領域の周辺には殆ど焼戻効果の現れない領域が存在することになる。その結果、焼戻処理完了後の硬化層各部での表面硬さが一定しないといった熱処理品質上の問題を生じる。
【００２５】
この理由について述べると、次の通りである。まず、高周波焼入されたクランクシャフト１を焼戻処理する際の焼戻温度の設定は、通常１５０℃〜２８０℃の範囲である。この温度領域における被加熱物表面の近傍に流れる誘導電流の浸透深さは、例えば周波数が２０ＫＨｚの場合は、約０．１ｍｍである。一方、クランクシャフトの材質である鋼の磁気変態点（約７６０℃）以上の焼入温度領域における浸透深さは、２０ＫＨｚの場合は、約３．５ｍｍであり、焼戻温度領域における浸透深さにくらべて非常に大きいため、焼入時と焼戻時とでは同一の高周波誘導加熱コイルを用いても加熱領域の大きさが異なるのである。因みに、クランクシャフト１のジャーナル部及びピン部に形成する焼入硬化層深さは、一般的に、３．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度である。
【００２６】
従って、前記焼入用高周波焼入装置８或いは３１を用いて高周波焼戻を行う場合、短時間加熱すると上述したような熱処理品質上の問題を解決することが困難である。熱処理品質上の問題を解決し、充分な焼戻効果を得るためには、誘導加熱の時間の他に熱伝導に要する時間（放冷時間）を充分に設け、電流浸透深さが非常に小さく、焼入硬化層に対して狭い領域を誘導加熱することで発生した熱を、熱伝導により浸透深さ以上の硬化層内部を昇温させることが必要になるが、焼戻処理に要する時間が長くなることに起因して、クランクシャフト１の総熱処理時間が長くなり、生産性が低下するという問題がある。
【００２７】
また、焼入硬化層領域が平焼入よりもさらに広いフィレットＲ焼入硬化層を形成したジャーナル部２又はピン部３の高周波焼入コイル体による高周波焼戻は上述した理由により焼戻に要する時間がさらに長くなる上に、平焼入の焼入硬化層を焼戻する場合よりも温度差が発生し易く、従って焼戻後の硬さめバラツキが大きくなるという問題がある。
【００２８】
また、高周波誘導加熱による別の焼戻方法として、全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入が施行されたクランクシャフト１を、カウンターウエイト部４を含む非焼入領域も含めて、既述の略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８（図１１参照）によって完全に取り囲みクランクシャフト１を一括して高周波誘導加熱を行って焼戻処理をする方法もあるが、被焼戻対象となるクランクシャフト１の寸法が大きくなり例えば建設機械や船舶用のクランクシャフト（２．０ｍ以上）のものになるとソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８も相応に大型になり、その結果、焼戻装置の全体が大型になり設備の設置面積が大きくなるといった問題がある。
【００２９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、その目的は、上述の如き種々の問題点を解消し、短時間で充分な焼戻効果を得ることが可能でかつコンパクトなクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置及びその装置に用いられる高周波焼戻コイル体を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の外周面に高周波焼入及び高周波焼焼戻を施行するための高周波焼入焼戻装置において、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼入コイル体と、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼戻コイル体とをそれぞれ備え、前記ジャーナル部又はピン部の中心軸を挟む２方向から移動される前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとにより前記ジャーナル部又はピン部の外周面のほぼ全周を取り囲んで、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面に対向配置し、この状態の下で、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転駆動するのに伴って自転運動する前記ジャーナル部の外周面、又は、前記クランクシャフトの中心軸を中心として公転運動を行う前記ピン部の外周面に前記高周波焼入コイル体を追従させながら高周波焼入を行い、次いで前記高周波焼戻コイル体を前記ジャーナル部又はピン部の外周面に追従させながら高周波焼戻するようにしている。
また、本発明では、前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、高周波電流経路を切り換える切換器を介して共通の高周波電源にそれぞれ接続し、高周波焼入工程においては、前記切換器により前記高周波焼入コイル体の高周波焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにし、高周波焼戻工程においては、前記切換器により前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにしている。
また、本発明では、前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、それぞれ別の高周波電源に接続し、前記高周波焼入コイル体の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給している期間中に前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにも高周波電流を供給可能としている。
また、本発明では、上述の如きクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって平焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向における幅が広く、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離よりも大きく設定されるように構成している。
また、本発明では、上述の如き構成のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によってフィレットＲ焼入を施した前記クランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離との間の距離よりも大きく設定されるように構成している。
また、本発明では、上述の如き構成のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって片Ｒ焼入を施した、前記クランクシャフトの端部に位置するジャーナル部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離より大きく、かつ、前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅より大きく設定されるように構成している。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。なお、図１〜図３において、図４〜図１１と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波焼入焼戻装置４０を示すものであって、この高周波焼入焼戻装置４０は、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａ（以下において、焼入用加熱コイル３０ａと記載する）を有する高周波焼入コイル体Ｊと、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂ（以下において、焼戻用加熱コイル３０ｂと記載する）を有する高周波焼戻コイル体Ｋとをそれぞれ備えている。すなわち、本装置４０は、真鍮製又は樹脂製の一対の側板４１ａ，４１ｂ間に挟持状態で保持された高周波焼入コイル体Ｊとしての焼入用加熱コイル３０ａと、真鍮製又は樹脂製の一対の側板４２ａ，４２ｂ間に挟持状態で保持された高周波焼戻コイル体Ｋとしての焼戻用加熱コイル３０ｂとをそれぞれ備えている。
【００３３】
上述の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、それぞれ、図８の高周波誘導加熱コイル３０と同様に構成されたコイル体、すなわち高周波誘導加熱コイル３０と同様に構成された加熱コイル部分２９を有するコイル体であり、互いに同一の形状に構成されている。
【００３４】
また、互いに同一の形状を有する焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、左右位置において互いに反対向きとなされて配置され、ピン部３の中心軸Ｙを挟む左右２方向から移動されて互いに対向配置されるように構成されている。かくして、一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂと、直線状加熱導体部３４と、一対の直線状加熱導体部３５ａ，３５ｂとから成る焼入用加熱コイル３０ａの加熱コイル部分２９が、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓの一方側の側面半分部分に対向配置されるように構成されると共に、焼戻用加熱コイル３０ｂの加熱コイル部分２９が、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓの他方側の側面半分部分に対向配置されるようになっている。
【００３５】
また、図１に示すように、第１の高周波誘導加熱コイル３０ａの給電リード部３２ａ，３２ｂは、第１及び第２の高周波電流供給用トランス（図示せず）にそれぞれ接続され、これらのトランスには、高周波電流経路を切り換える切換器５０を介して高周波電源１２が接続されている。従って、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂには、上述の単一の高周波電源１２から切換器５０及び図外のトランスをそれぞれ介して所定の高周波電流が択一的に供給されるように構成されている。すなわち、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの何れか一方にのみ高周波電流が選択的に供給されるようになっている。
【００３６】
さらに、焼入用加熱コイル３０ａが取付けられている一対の側板４１ａ，４１ｂ間には、焼入用加熱コイル３０ａに対応する箇所に一対のガイド部材４３ａ，４３ｂが取付けられており、焼戻用加熱コイル３０ｂが取付けられている一対の側板４２ａ，４２ｂ間には、焼戻用加熱コイル３０ｂに対応する箇所に一対のガイド部材４４ａ，４４ｂが取付けられている。かくして、前記２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、これらのガイド部材４３ａ，４３ｂ及び４４ａ，４４ｂを介して、加熱対象であるピン部３の中心軸Ｙを挟む左右２方向からこのピン部３の外周面Ｓに対して僅かな隙間を隔てて対向配置され、これに伴いピン部３の外周面Ｓのほぼ全周が焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの加熱コイル部分２９にて取り囲まれた状態となるように構成されている。
【００３７】
なお、図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、前述した高周波焼入焼戻装置４０の図１中のＡ−Ａ断面を示すものであって、図２（ａ）は、ピン部３の外周面Ｓを平焼入及び平焼戻するための高周波焼入焼戻装置としての平焼入用加熱コイル３０ａ及び平焼戻用加熱コイル３０ｂの断面図、図２（ｂ）は、ピン部３の外周面ＳをフィレットＲ焼入及びフィレットＲ焼戻するための高周波焼入焼戻装置としてのフィレットＲ焼入用加熱コイル３０ａ及びフィレットＲ焼戻用加熱コイル３０ｂを備えた高周波焼入焼戻装置４０の断面図、図２（ｃ）は、クランクシャフト１の端部に位置する第１ジャーナル部２ａ（或いは第５ジャーナル部２ｅ）の外周面Ｈを片Ｒ焼入及び片Ｒ焼戻するための高周波焼入焼戻装置としての片Ｒ焼入用加熱コイル３０ａ及び片Ｒ焼戻用加熱コイル３０ｂの断面図である。
【００３８】
図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）の場合には、焼入処理時及び焼戻処理時における焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈとの間の距離Ｌ１ と、焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈとの間の距離Ｌ２ との関係は、Ｌ１ ＜Ｌ２ となるように設定されている。さらに、図２（ａ）及び（ｃ）の場合には、平焼入，フィレットＲ焼入，或いは片Ｒ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０の焼入用加熱コイル３０ａの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎ（円筒状外周面から垂直に立ち上がる部位としての側面）との間の距離ｄ１ と、焼戻用加熱コイル３０ｂの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ２ は、それぞれ、ｄ１ ＜ｄ２ なる関係となるように設定されている。
【００３９】
また、図２（ａ）及び（ｃ）にそれぞれ示す平焼入及び平焼戻用の高周波焼入焼戻装置４０に設置される焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａの幅Ｗ２ は、焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａの幅Ｗ１ に比べて幅広に形成されると共に（Ｗ１ ＜Ｗ２ ）、これにより焼入用加熱コイル３０ａで焼戻加熱を行う場合（加熱領域α１ 及びα２ ）よりも加熱領域α３ 及びα４ が広くなるように構成されている。なお、図２（ｃ）において、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａは、ジャーナル部２ａの外周面Ｈのみに対向している加熱導体部（Ｒ部Ｍ及びスラスト部Ｎには対向していない加熱導体部）である。
【００４０】
焼入処理及びこれに引き続く焼戻処理を行う時には、以上に述べたような配置関係で２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂをピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈに対向配置した状態の下で、クランクシャフト１を図外の回転駆動機構によりその中心線Ｘの回りに回転駆動させ、この回転駆動に伴い中心軸Ｘの回りに公転運動をするピン部３又は中心軸Ｘを中心に自転運動するジャーナル部２ａに２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂを図外の追従機構によって追従させる。なお、この際、台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、ピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈの側方半分部分に各々常に所定間隔をもって対向配置された状態が維持される。
【００４１】
このような状態の下で、まず切換器５０をオフ状態から第１のオン状態に切り換えることにより、高周波電源１２から図外の第１のトランスを介して焼入用加熱コイル３０ａのみに高周波電流を供給し、これに応じてピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈを高周波誘導加熱する。次いで、前記外周面Ｓ又はＨが所要の焼入温度に誘導加熱された時点で、切換器５０を元のオフ状態に切り換えることにより、高周波電源１２から焼入用加熱コイル３０ａへの高周波電流の供給を遮断し、所要の焼入温度に加熱された前記外周面Ｓ又はＨに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却液を噴射する。これにより、前記外周面Ｓ又はＨが急速冷却されて焼入硬化層が形成される。
【００４２】
このような焼入処理に引き続いて、焼戻処理を行う。この際には、切換器５０をオフ状態から第２のオン状態に切り換えることにより、高周波電源１２から図外の第２のトランスを介して焼戻用加熱コイル３０ｂのみに高周波電流を供給し、これに応じてピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈを高周波誘導加熱する。次いで、前記外周面Ｓ又はＨが所要の焼戻温度に誘導加熱された時点で、切換器５０を元のオフ状態に切り換えることにより、高周波電源１２から焼戻用加熱コイル３０ｂへの高周波電流の供給を遮断し、所要の焼入温度に加熱された前記外周面Ｓ又はＨに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却液を噴射する。これにより、前記外周面Ｓ又はＨを常温まで冷却させて焼戻処理を完了する。
【００４３】
なお、切換器５０による焼入用加熱コイル３０ａから焼戻用加熱コイル３０ｂへの通電切換を焼入工程における加熱終了後の焼入冷却中に行うようにしても良く、このようにすることによって熱処理時間の短縮を図ることが可能である。
【００４４】
上述の如き高周波焼入焼戻装置４０によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、図２（ａ）に示す平焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの幅Ｗ２ を焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの幅に比べて幅広にしてあるため（焼戻用加熱コイル３０ｂの幅Ｗ２ を焼入用加熱コイル３０ａの幅Ｗ１ に対してＷ２ ＞Ｗ１ としているため）、焼入用加熱コイル３０ａで焼戻加熱を行う場合（加熱領域α１ ，α２ ）よりも焼戻加熱時における加熱領域α３及びα４が広くなる。さらに、焼戻用加熱コイル３０ｂの２つの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の距離Ｌ２ を、焼入用加熱コイル３０ａの２つの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の距離Ｌ１ よりも大きく設定しているので（Ｌ２ ＞Ｌ１ ）、焼入用加熱コイル３０ａによる加熱と比較して磁束密度の低い位置で緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらにピン部３の外周面Ｓを焼戻加熱することにより、前記外周面Ｓ又はＨ並びにその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層に内部への熱移動を均一に行なうことができ、従って焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４５】
また、図２（ｂ）に示すフィレットＲ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、上記と同様にＬ２ ＞Ｌ１ とし、かつ、焼戻用加熱コイル３０ｂの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ２ を、焼入用加熱コイル３０ａの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ１ よりも大きく設定しているので（ｄ２ ＞ｄ１ ）、焼戻用加熱コイル３０ｂの方がコイル３０ａに比ベてピン部３より遠い位置にあるため、上述した平焼入の場合と同じく焼入用加熱コイル３０ａによる加熱と比較して磁束密度の低い位置で加熱を行うこととなり、焼入時の加熱領城α１ ，α２ に比べて焼戻時の加熱領域α３ ，α４ は広くなる。従って、緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらにピン部３の外周面Ｓを焼戻加熱することとなるため、前記外周面Ｓ及びその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層の内部への熱移動を均一に行うことができ、従って焼戻後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４６】
また、図２（ｃ）に示すフィレットＲ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、上述した平焼入並びにフィレットＲ焼入の焼戻の場合と同様に、第１ジャーナル部２ａの外周面Ｈ及びＲ部Ｍの近傍の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの位置関係は、焼入用加熱コイル３０ａより焼戻用加熱コイル３０ｂの方が前記外周面Ｈに対してより遠くに離れており、磁束密度の低い位置で加熱を行うようにしているため、焼入時の加熱領域α１ ，α２ に比べて焼戻時の加熱領域α３ ，α４ は広くなる。その結果、緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらに第１ジャーナル部２ａ（或いは第５ジャーナル部２ｅ）の外周面Ｈを焼戻加熱することとなるため、ジャーナル部２ａの外周面Ｈ及びその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層の内部への熱移動を均一に行うことができ、従って焼戻後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４７】
図３は、本発明の別の実施形態に係る高周波焼入焼戻装置４０´を示すものであって、本装置４０´の構成は、図１に示すものと全く同一であるが、焼入用加熱コイル３０ａには第１の高周波電源１２ａが接続されると共に、焼戻用加熱コイル体３０ｂには第２の高周波電源１２ｂが接続されている。なお、第１及び第２の高周波電源１２ａ，１２ｂの発振周波数は同一であってよい。
【００４８】
上述のように構成することにより、焼入用加熱コイル３０ａと焼戻用加熱コイル３０ｂに同時に高周波電流を供給することができるため、高周波焼入焼戻装置４０´によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１） 高周波焼入時に、第１の高周波電源１２ａから焼入用加熱コイル３０ａに高周波電流を供給すると同時に、第２の高周波電源１２ｂから焼戻用加熱コイル３０ｂに高周波電流を供給して焼入加熱を行うようにすれば、焼戻用加熱コイル３０ｂにより被加熱領域の全体を予熱する効果を得ることができるため、特に大型のクランクシャフト１に焼入を行う場合には、加熱時間を短縮することが可能である。また、ジャーナル部２又はピン部３の外周面Ｈ又はＳのほぼ２分の１の周面だけを加熱する従来の高周波焼入装置と異なり、そのほぼ全周を２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂにて取り囲んで高周波誘導加熱するようにしているので、均熱するまでの時間を短縮できるため、クランクシャフト１の焼入後の曲がりを小さく抑えることができる。
（２） 高周波焼入完了後の高周波焼戻工程において、焼戻用加熱コイル３０ｂに高周波電流を供給すると同時に、焼入用加熱コイル３０ａに高周波電流を供給して焼戻加熱を行うようにすれば、焼入の場合と同様に焼戻加熱時間の短縮が可能である。
【００４９】
また、上述の高周波焼入焼戻装置４０，４０´によれば、２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂを備えるだけで良いので、図１１に示すような大型の焼戻用高周波誘導加熱コイル３８を備える必要がなく、装置全体をコンパクトにすることが可能である。
【００５０】
以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の２つの実施形態においては焼入用加熱コイル３０ａと焼戻用加熱コイル３０ｂとして、従来の高周波焼入焼戻装置３１を構成する高周波誘導加熱コイル３０と同等の構造のものを用いるようにしたが、従来の高周波焼入焼戻装置８を構成する高周波誘導加熱コイル１１に置き換え可能である。さらに、高周波焼入焼戻装置４０´にあっては、焼入用高周波加熱コイル３０ａに接続される高周波電源１２ａの発振周波数に比べて、焼戻用加熱コイル３０ｂに接続される高周波電源１２ｂの発振周波数を低くしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼入コイル体と、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼戻コイル体とをそれぞれ備え、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の中心軸を挟む２方向から移動される焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとにより前記ジャーナル部又はピン部の外周面のほぼ全周を取り囲んで高周波焼入した後に高周波焼戻を行うようにしたものであるから、高周波焼入及び高周波焼戻を１台の装置で行うことができるため高周波焼入装置とは別に高周波焼戻装置を設ける必要がなく、従って装置（設備）をコンパクトにかつ安価にできると共に、装置の設置面積を小さくすることが可能である。そして、焼戻専用の高周波誘導加熱コイルによって焼戻加熱を行うようにしているため、短時間で充分な焼戻品質を得ることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、請求項２に記載の本発明は、高周波焼入コイル体及び高周波焼戻コイル体を切換器を介して共通の高周波電源にそれぞれ接続して、高周波焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を選択的に供給するようにしたものであるから、高周波電源が１台でよく、装置を安価にすることが可能である。
【００５３】
また、請求項３に記載の本発明は、高周波焼入コイル体及び高周波焼戻コイル体を、それぞれ別の高周波電源に接続し、高周波焼入コイル体の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給している期間中に前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにも高周波電流を供給可能にしたものであるから、２台の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにより焼入加熱並びに焼戻加熱を行うことにより、クランクシャフトの熱処理時間を短縮することが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、請求項４に記載の本発明は、平焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、クランクシャフトの中心軸に沿う方向における幅が広く、かつ、ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離よりも大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００５５】
また、請求項５に記載の本発明は、フィレットＲ焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離よりも大きく、かつ、ジャーナル部又はピン部の外周面から連なるＲ部を含んでジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位（スラスト部）との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離との間の距離よりも大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となり、従来では困難とされていたフィレットＲ焼入部の高周波焼戻処理が可能となる。また、クランクシャフトの全体を加熱することなく、半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを用いて各ジャーナル部又はピン部毎に誘導加熱による焼戻処理ができるため、フィレットＲ焼入が施されたクランクシャフトを焼戻処理するための従来の装置に比べて、装置が安価になり、装置全体の小型化（コンパクト化）が可能となる。
【００５６】
また、請求項６に記載の本発明は、片Ｒ焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、ジャーナル部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離との間の距離よりも大きく、かつ、ジャーナル部の外周面から連なるＲ部を含んでジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと部位との間の距離より大きく、かつ、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部のクランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部のクランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅より大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となり、従来では困難とされていた片Ｒ焼入部の高周波焼戻処理が可能となる。また、クランクシャフトの全体を加熱することなく、半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを用いて各ジャーナル部又はピン部毎に誘導加熱による焼戻処理ができるため、フィレットＲ焼入が施されたクランクシャフトを焼戻処理するための従来の装置に比べて、装置が安価になり、装置全体の小型化（コンパクト化）が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置の側面図である。
【図２】図１の高周波焼入焼戻装置のＡ−Ａ線拡大断面図であって、図２（ａ）は平焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図、図２（ｂ）はフィレットＲ焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図、図２（ｃ）は片Ｒ焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置の側面図である。
【図４】４気筒エンジン用クランクシャフトの斜視図である。
【図５】従来のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の側面図である。
【図６】図５の高周波誘導加熱装置の構成要素である高周波誘導加熱コイルの概斜視図である。
【図７】従来の別のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の側面図である。
【図８】図７の高周波誘導加熱装置の構成要素である別の高周波誘導加熱コイルの斜視図である。
【図９】図９（ａ）は平焼入用加熱コイル及び平焼戻用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図、図９（ｂ）はフィレットＲ焼入用加熱コイル及びフィレットＲ焼入用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図、図９（ｃ）は片Ｒ焼入用加熱コイルイ及び片Ｒ焼戻用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図である。
【図１０】図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図（図７のＣ−Ｃ線拡大断面図に対応）であって、図１０（ａ）はピン部の平焼入及び平焼戻のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びに平焼入時及び平焼戻時の加熱領域を示す図、図１０（ｂ）はピン部のフィレットＲ焼入及びフィレットＲ焼戻のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びにフィレットＲ焼入時及びフィレットＲ焼戻時の加熱領域を示す図、図１０（ｃ）は第１ジャーナル部の片Ｒ焼入及び片Ｒ焼入のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びに片Ｒ焼入時及び片Ｒ焼戻時の加熱領域を示す図である。
【図１１】略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルを備えたクランクシャフトの高周波焼戻装置の概観図である。
【符号の説明】
１ ４気筒エンジン用クランクシャフト
２（２ａ〜２ｅ） ジャーナル部
３（３ａ〜３ｄ） ピン部
１２ 高周波電源
１２ａ 第１の高周波電源
１２ｂ 第２の高周波電源
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 円弧状加熱導体部
３０ａ 焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル（焼入用加熱コイル）
３０ｂ 焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル（焼戻用加熱コイル）
３３ａ，３３ｂ 円弧状加熱導体部
４０，４０´ 高周波焼入焼戻装置
４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ ガイド部材
５０ 切換器
５１ａ〜５１ｄ ガイド部材
Ｊ 高周波焼入コイル体
Ｋ 高周波焼戻コイル体
Ｈ ジャーナル部の外周面
Ｓ ピン部の外周面
Ｘ クランクシャフトの中心軸
Ｙ ピン部の中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の外周面を焼入処理してから焼戻処理するための高周波焼入焼戻装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと、フランジ部５とを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄ（中心軸Ｙ１ を有する）が互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ間のピン部３ｂ，３ｃ（中心軸Ｙ２ を有する）が互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｅ及びピン部３ａ〜３ｄの外周面にそれぞれ高周波誘導加熱による焼入処理及び焼戻処理を施すことにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。ここで、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄ（以下においては、統括的にピン部３と記載する）を高周波誘導加熱する場合を例にとって説明すると、次の通りである。
【０００４】
図５は、ピン部３の外周面Ｓを焼入処理及び焼戻処理に際して高周波誘導加熱するために従来より用いられている高周波焼入焼戻装置８を示すものである。この高周波焼入装置８は、図５に明示するように、真鍮製又は樹脂製の一対の側板１０ａ，１０ｂ間に挟持状態で保持され、かつ、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対向配置される半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル（半開放鞍型コイル）１１と、この高周波誘導加熱コイル１１に高周波電流を供給する高周波電源１２と、前記一対の側板１０ａ，１０に固定された例えば３つのセラミック製又は超硬合金製のガイド部材（チップ部材）１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備えている。
【０００５】
上述の高周波誘導加熱コイル１１は、図５及び図６に示すように、コイル頭部を構成する左右一対の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂと、これらの一対の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂとを互いに接続する接続導体部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、一対の接続導体部１５ａ，１５ｂにそれぞれ接続された給電リード部１６ａ，１６ｂとから構成されている。ここで、高周波誘導加熱コイル１１の第１の加熱コイル部分１４ａについて詳述すると、この第１の加熱コイル部分１４ａは、図６に明示するように、互いに平行な一対の円弧状加熱導体部１７ａ，１８ａと、円弧状加熱導体部１７ａの一端と円弧状加熱導体部１８ａの一端とを互いに接続する直線状加熱導体部１９ａと、円弧状加熱導体部１７ａ，１８ａの他端と接続導体部１５ａ，１５ｃの一端とをそれぞれ接続する直線状加熱導体部２０ａ，２１ａとから構成され、全体として湾曲したほぼ矩形形状となされている。また、第２の加熱コイル部分１４ｂも上述の第１の加熱コイル部分１４ａと同様に構成され、一対の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂが左右対称の配置関係をもって対応配置されている。なお、図６においては、第２の加熱コイル部分１４ｂの一対の円弧状加熱導体部１７ｂ，１８ｂ、直線状加熱導体部１９ｂ、接続導体部１５ａ，１５ｃ、及び給電リード部１６ｂが図示されているが、既述の直線状加熱導体部２０ａ，２１ａに相当する部分の直線状加熱導体部２０ｂ，２１ｂは、隠れた位置にあるため、図示されていない。
【０００６】
また、上述の給電リード部１６ａ，１６ｂは、高周波電流供給用のトランス（図示せず）を介して高周波電源１２に接続され、この高周波電源１２から所定の高周波電流が高周波誘導加熱コイル１１に供給されるように構成されている。
【０００７】
上述の高周波焼入焼戻装置８によりクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを焼入処理或いは焼戻処理のために高周波誘導加熱するに際しては、図外の昇降機構により高周波焼入焼戻装置８を所定の待機位置から下降移動させてガイド部材１３ｂを介してピン部３の外周面Ｓ上に載置し、ガイド部材１３ａ〜１３ｃをピン部３の外周面Ｓに当接せしめることにより高周波誘導加熱コイル１１をピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対して僅かな間隔を隔てて対向配置する。この状態の下で、クランクシャフト１を図外の回転駆動機構によりクランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動すると、これに伴いピン部３が前記中心軸Ｘを中心として公転運動する。この際、高周波焼入焼戻装置８が図外の追従機構によりピン部３に追従すると共に、高周波誘導加熱コイル１１の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂが左右対称位置においてピン部３の外周面Ｓの上半分部分に対して常に対向配置された状態を維持する。
【０００８】
このような状態の下で、高周波電源１２から図外のトランス並びに給電リード部１６ａ，１６ｂ、接続導体部１５ａ，１５ｂを順次に介して高周波誘導加熱コイル１１の第１及び第２の加熱コイル部分１４ａ，１４ｂに高周波電流を供給し、これによりピン部３の外周面Ｓを誘導加熱する。次いで、ピン部３の外周面Ｓが所要の焼入温度に誘導加熱された時点で、高周波電源１２から高周波誘導加熱コイル１１への高周波電流の供給を遮断すると共に、ピン部３の外周面Ｓに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却水を噴射する。これにより、ピン部３の外周面Ｓが急速冷却されて焼入処理或いは焼戻処理がなされる。
【０００９】
また、図７は、別の形状の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル（半開放鞍型コイル）３０を備える従来の高周波焼入焼戻装置３１を示すものである。この高周波焼入焼戻装置３１は、図７に示すように、真鍮製又は樹脂製の一対の側板１０ａ，１０ｂ間に挟持状態で保持され、かつ、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるピン部３（ピン部３ａ〜３ｄ）の外周面Ｓの上半分部分に対向配置される１つの加熱コイル部分２９を有する高周波誘導加熱コイル３０を備えている。なお、その他の構成は、図５の高周波焼入焼戻装置８と同様である。
【００１０】
上述の高周波誘導加熱コイル３０は、図７及び図８に示すように、コイル頭部）を構成する１つの加熱コイル部分２９と、この加熱コイル部分２９に接続された一対の給電リード部３２ａ，３２ｂとから成り、上述の給電リード部３２ａ，３２ｂが高周波電源１２に接続されている。ここで、高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９の構成について詳述すると、この加熱コイル部分２９は、図８に明示するように、互いに平行な一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂと、円弧状加熱導体部３３ａの一端と円弧状加熱導体部３３ｂの一端とを互いに接続する直線状加熱導体部３４と、円孤状導体部３３ａ，３３ｂの他端と給電リード部３２ａ，３２ｂの一端とをそれぞれ接続する直線状加熱導体部３５ａ，３５ｂとから構成されている。
【００１１】
そして、給電リード部３２ａ，３２ｂは、高周波電流供給用のトランス（図示せず）を介して高周波電源１２に接続されており、この高周波電源１２から所定の高周波電流が高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９に供給されるように構成されている。
【００１２】
なお、上述の高周波焼入焼戻装置３１は、特に、ピン部３或いはジャーナル部２の直径が小さい小型のクランクシャフトを高周波誘導加熱するのに有効である。その理由を述べると、次の通りである。すなわち、図５の高周波焼入焼戻装置８にあっては高周波誘導加熱コイル１１の頭部が２つの加熱コイル部分１４ａ，１４ｂに２分割されており、円弧状加熱導体部１７ａと１７ｂとが周方向で２つに分割されると共に円弧状加熱導体部１８ａと１８ｂとが周方向で２つに分割されているため、ピン部３ａ〜３ｄ或いはジャーナル部２ａ〜２ｅの直径が小さい場合には、円弧状加熱導体部１５ａ，１５ｂ及び１６ａ，１６ｂの弧長が相対的に短くなり加熱効率が悪くなるが、図７の高周波焼入焼戻装置３１にあっては高周波誘導加熱コイル３０の加熱コイル部分２９の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂが２つに分割されていないので、ピン部３の外周面Ｓ（又はジャーナル部２の外周面Ｈ）に対向する円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの弧長が上記の場合よりも相対的に長くなり、これに起因して加熱効率が向上するためである。
【００１３】
上述した図７の高周波焼入焼戻装置３１により、前記クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱して焼入処理或いは焼戻処理する工程は、前述した高周波焼入装置８による工程と同様であるので、その説明を省略する。
【００１４】
また、上述した高周波焼入或いは高周波焼戻の工程はジャーナル部２の外周面Ｈについても同様であるのでその説明を省略する。
【００１５】
図９（ａ）〜（ｃ）は、高周波誘導加熱コイル１１又は３０の断面形状の代表的な例、並びに、上述の如き焼入工程によりピン部３の外周面Ｓに得られる望ましい（理想的な）硬化層パターンＰ１ ，Ｐ２ ，Ｐ３ をそれぞれ示している。なお、図９（ａ）のようにピン部３の外周面（円筒状外周面）Ｓのみに焼入硬化層パターンＰ１ を形成する焼入は平焼入と称され、図９（ｂ）のようにピン部３の外周面Ｓからその両側のＲ部（円弧状隅部）Ｍに連なる焼入硬化層パターンＰ２ を形成する焼入はフィレットＲ焼入と称され、図９（ｃ）のようにピン部３の外周面Ｓから片側のＲ部Ｍ及びスラスト部（平面部）Ｎに連なる焼入硬化層パターンＰ３ を形成する焼入は片Ｒ焼入と通常呼ばれている。図９（ｃ）の片Ｒ焼入は、クランクシャフト１の両端に位置するジャーナル部、例えば図４に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１においては第１ジャーナル部２ａ或いは第５ジャーナル部２ｅに施行されることが多い。
【００１６】
次に、上述した手順で焼入処理を施行したクランクシャフト１については、焼入処理後に焼戻処理にための焼戻加熱を行うが、その焼戻加熱方法としては、電気炉を用いる方法や高周浪誘導加熱による方法が一般的に施行されている。
【００１７】
電気炉による焼戻の場合には、まず、炉内温度を焼戻温度まで昇温しておき、昇温完了した電気炉に全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入が施行されたクランクシャフト１を電気炉の大きさに応じて複数本まとめて投入し、炉内温度まで前記クランクシャフトを昇温させた後に、所要時間（通常、１．０時間〜２．５時間程度）保持加熱してから電気炉から取り出して焼戻工程を完了するようにしている。
【００１８】
電気炉による加熱は、炉内雰囲気からの熱伝導によるものであるのでクランクシャフト１の１個体内での温度バラツキは皆無に等しく、従って焼戻硬さのバラツキは焼戻工程においては発生することはない。
【００１９】
また、高周波誘導加熱による焼戻方法としては、既述の焼入用高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて焼戻を行う方法があり、その焼戻方法の場合には、高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて前述した手順により焼入処理を完了したクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈに、再び高周波焼入焼戻装置８の構成要素である高周波誘導加熱コイル１１又は高周波焼入焼戻装置３の構成要素である高周波誘導加熱コイル３０に高周波電源１２より高周波電流を所要時間にわたり供給することにより高周波誘導加熱を行ってピン部３又はジャーナル部２毎に焼戻処理を施すようにしている。ただし、この焼戻方法は、図１０（ａ）に示すような平焼戻に対してのみ有効な方法であり、図１０（ｂ）に示すようなフィレットＲ焼入や図１０（ｃ）に示すような片Ｒ焼入に対しては適用できない。その理由は、従来の焼入用高周波誘導加熱コイルによる焼戻処理では、Ｒ部Ｍの半径が小さい場合はＲ部Ｍを充分に高周波誘導加熱するのは困難であり、またＲ部Ｍの半径が大きい場合はＲ部Ｍが先に昇温してしまい、何れの場合もＲ部Ｍを含んだ連続領域を焼戻時に均一に加熱することができないからである。
【００２０】
また、図１１は高周波誘導加熱による別の焼戻装置３７であり、この焼戻装置３７は、特開２００１−３０３１３４号公報（特許文献１）により提示されているものである。上述の焼戻装置３７は、高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いて前述した手順により全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入処理が施されたクランクシャフト１を、高周波焼入工程とは別の位置に配置された略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８により完全に取り囲まれた位置に配置して、焼入されていないカウンターウエイト部４及びフランジ部５等も含めてクランクシャフト１の全体を所要の焼戻温度まで一括して高周波誘導加熱を行って焼戻処理をするようにしたものである。
【００２１】
このような焼戻装置３７によれば、平焼入、フィレットＲ焼入によらず充分な焼戻効果を達成することが可能であり、また前述した電気炉による焼戻方法と比較して昇温時間及び保持（均熱）時間が短い（合計で６０秒〜２００秒程度）ため、疲労強度に関係する焼入された部位の圧縮残留応力が除去される度合いを少なく抑えることができて充分な圧縮残留応力を保持することが可能である。そして、加熱時間が短いことより、焼入から焼戻の工程を順次に行うような設備のインライン化が可能である。
【００２２】
【特許文献１】
特開２００１−３０３１３４号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気炉による加熱は、炉内雰囲気からの熱伝導による加熱であるため、加熱時間（昇温時間と保持時間の合計時間）が高周波誘導加熱の場合と比べて非常に長くなるためインライン化は困難である。また、１回の処理量を増加させようとすると、電気炉の容積を大きくせざるを得ず、設備の設置面積が増大するといった問題点がある。さらに、上述したように長時間加熱であることに起因して、高周波焼入により焼入部であるジャーナル部２及びピン部３の外周面Ｈ及びＳに発生した圧縮残留応力が開放されて低減してしまうため、クランクシャフト１の疲労強度が低下してしまうといった問題点もある。そして、クランクシャフト１を焼戻処理する前に炉内雰囲気を焼戻温度まで昇温させるための時間並びに電力が必要であり、生産効率及びエネルギー効率が低いのが実状である。
【００２４】
焼入用高周波焼入焼戻装置８又は３１を用いてジャーナル部２又はピン部３の高周波焼入と高周波焼戻を連続して行う方法は、平焼入及び平焼戻に関しては従来より採用されている（図１０（ａ）参照）。平焼入の場合には、図１０（ａ）に示すように、焼入時と焼戻時における加熱条件並びに熱伝導の程度の違いにより焼入加熱時の加熱領域α１ ，α２ の幅に比べて焼戻加熱時の加熱領域α３ 、α４ の幅が狭いため、焼入用半開放鞍型加熱コイル１１或いは３０を用いて短時間で高周波焼戻加熱を行うと、前記焼入用半開放鞍型加熱コイル１１或いは３０に対向する部分の僅かな一部分の領域にしか焼戻効果が現れない。この現象は、焼戻加熱時に焼入用高周波誘導加熱コイル１１或いは３０に供給する高周波電流値を増大させても変化せず、高周波電流値を増大させた分だけ、焼戻加熱領域α３ 、α４ のみ過熱されて過剰に焼戻された状態になり、その領域は表面硬さが低下し過ぎてしまう一方、上述の過剰焼戻された領域の周辺には殆ど焼戻効果の現れない領域が存在することになる。その結果、焼戻処理完了後の硬化層各部での表面硬さが一定しないといった熱処理品質上の問題を生じる。
【００２５】
この理由について述べると、次の通りである。まず、高周波焼入されたクランクシャフト１を焼戻処理する際の焼戻温度の設定は、通常１５０℃〜２８０℃の範囲である。この温度領域における被加熱物表面の近傍に流れる誘導電流の浸透深さは、例えば周波数が２０ＫＨｚの場合は、約０．１ｍｍである。一方、クランクシャフトの材質である鋼の磁気変態点（約７６０℃）以上の焼入温度領域における浸透深さは、２０ＫＨｚの場合は、約３．５ｍｍであり、焼戻温度領域における浸透深さにくらべて非常に大きいため、焼入時と焼戻時とでは同一の高周波誘導加熱コイルを用いても加熱領域の大きさが異なるのである。因みに、クランクシャフト１のジャーナル部及びピン部に形成する焼入硬化層深さは、一般的に、３．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度である。
【００２６】
従って、前記焼入用高周波焼入装置８或いは３１を用いて高周波焼戻を行う場合、短時間加熱すると上述したような熱処理品質上の問題を解決することが困難である。熱処理品質上の問題を解決し、充分な焼戻効果を得るためには、誘導加熱の時間の他に熱伝導に要する時間（放冷時間）を充分に設け、電流浸透深さが非常に小さく、焼入硬化層に対して狭い領域を誘導加熱することで発生した熱を、熱伝導により浸透深さ以上の硬化層内部を昇温させることが必要になるが、焼戻処理に要する時間が長くなることに起因して、クランクシャフト１の総熱処理時間が長くなり、生産性が低下するという問題がある。
【００２７】
また、焼入硬化層領域が平焼入よりもさらに広いフィレットＲ焼入硬化層を形成したジャーナル部２又はピン部３の高周波焼入コイル体による高周波焼戻は上述した理由により焼戻に要する時間がさらに長くなる上に、平焼入の焼入硬化層を焼戻する場合よりも温度差が発生し易く、従って焼戻後の硬さめバラツキが大きくなるという問題がある。
【００２８】
また、高周波誘導加熱による別の焼戻方法として、全てのジャーナル部２及び全てのピン部３に焼入が施行されたクランクシャフト１を、カウンターウエイト部４を含む非焼入領域も含めて、既述の略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８（図１１参照）によって完全に取り囲みクランクシャフト１を一括して高周波誘導加熱を行って焼戻処理をする方法もあるが、被焼戻対象となるクランクシャフト１の寸法が大きくなり例えば建設機械や船舶用のクランクシャフト（２．０ｍ以上）のものになるとソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル３８も相応に大型になり、その結果、焼戻装置の全体が大型になり設備の設置面積が大きくなるといった問題がある。
【００２９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、その目的は、上述の如き種々の問題点を解消し、短時間で充分な焼戻効果を得ることが可能でかつコンパクトなクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置及びその装置に用いられる高周波焼戻コイル体を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の外周面に高周波焼入及び高周波焼焼戻を施行するための高周波焼入焼戻装置において、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼入コイル体と、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼戻コイル体とをそれぞれ備え、前記ジャーナル部又はピン部の中心軸を挟む２方向から移動される前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとにより前記ジャーナル部又はピン部の外周面のほぼ全周を取り囲んで、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面に対向配置し、この状態の下で、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転駆動するのに伴って自転運動する前記ジャーナル部の外周面、又は、前記クランクシャフトの中心軸を中心として公転運動を行う前記ピン部の外周面に前記高周波焼入コイル体を追従させながら高周波焼入を行い、次いで前記高周波焼戻コイル体を前記ジャーナル部又はピン部の外周面に追従させながら高周波焼戻するようにしている。
また、本発明では、前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、高周波電流経路を切り換える切換器を介して共通の高周波電源にそれぞれ接続し、高周波焼入工程においては、前記切換器により前記高周波焼入コイル体の高周波焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにし、高周波焼戻工程においては、前記切換器により前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにしている。
また、本発明では、前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、それぞれ別の高周波電源に接続し、前記高周波焼入コイル体の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給している期間中に前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにも高周波電流を供給可能としている。
また、本発明では、上述の如きクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって平焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向における幅が広く、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離よりも大きく設定されるように構成している。
また、本発明では、上述の如き構成のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によってフィレットＲ焼入を施した前記クランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離との間の距離よりも大きく設定されるように構成している。
また、本発明では、上述の如き構成のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって片Ｒ焼入を施した、前記クランクシャフトの端部に位置するジャーナル部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離より大きく、かつ、前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅より大きく設定されるように構成している。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。なお、図１〜図３において、図４〜図１１と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波焼入焼戻装置４０を示すものであって、この高周波焼入焼戻装置４０は、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ａ（以下において、焼入用加熱コイル３０ａと記載する）を有する高周波焼入コイル体Ｊと、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル３０ｂ（以下において、焼戻用加熱コイル３０ｂと記載する）を有する高周波焼戻コイル体Ｋとをそれぞれ備えている。すなわち、本装置４０は、真鍮製又は樹脂製の一対の側板４１ａ，４１ｂ間に挟持状態で保持された高周波焼入コイル体Ｊとしての焼入用加熱コイル３０ａと、真鍮製又は樹脂製の一対の側板４２ａ，４２ｂ間に挟持状態で保持された高周波焼戻コイル体Ｋとしての焼戻用加熱コイル３０ｂとをそれぞれ備えている。
【００３３】
上述の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、それぞれ、図８の高周波誘導加熱コイル３０と同様に構成されたコイル体、すなわち高周波誘導加熱コイル３０と同様に構成された加熱コイル部分２９を有するコイル体であり、互いに同一の形状に構成されている。
【００３４】
また、互いに同一の形状を有する焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、左右位置において互いに反対向きとなされて配置され、ピン部３の中心軸Ｙを挟む左右２方向から移動されて互いに対向配置されるように構成されている。かくして、一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂと、直線状加熱導体部３４と、一対の直線状加熱導体部３５ａ，３５ｂとから成る焼入用加熱コイル３０ａの加熱コイル部分２９が、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓの一方側の側面半分部分に対向配置されるように構成されると共に、焼戻用加熱コイル３０ｂの加熱コイル部分２９が、クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転駆動されるクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓの他方側の側面半分部分に対向配置されるようになっている。
【００３５】
また、図１に示すように、第１の高周波誘導加熱コイル３０ａの給電リード部３２ａ，３２ｂは、第１及び第２の高周波電流供給用トランス（図示せず）にそれぞれ接続され、これらのトランスには、高周波電流経路を切り換える切換器５０を介して高周波電源１２が接続されている。従って、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂには、上述の単一の高周波電源１２から切換器５０及び図外のトランスをそれぞれ介して所定の高周波電流が択一的に供給されるように構成されている。すなわち、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの何れか一方にのみ高周波電流が選択的に供給されるようになっている。
【００３６】
さらに、焼入用加熱コイル３０ａが取付けられている一対の側板４１ａ，４１ｂ間には、焼入用加熱コイル３０ａに対応する箇所に一対のガイド部材４３ａ，４３ｂが取付けられており、焼戻用加熱コイル３０ｂが取付けられている一対の側板４２ａ，４２ｂ間には、焼戻用加熱コイル３０ｂに対応する箇所に一対のガイド部材４４ａ，４４ｂが取付けられている。かくして、前記２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、これらのガイド部材４３ａ，４３ｂ及び４４ａ，４４ｂを介して、加熱対象であるピン部３の中心軸Ｙを挟む左右２方向からこのピン部３の外周面Ｓに対して僅かな隙間を隔てて対向配置され、これに伴いピン部３の外周面Ｓのほぼ全周が焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの加熱コイル部分２９にて取り囲まれた状態となるように構成されている。
【００３７】
なお、図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、前述した高周波焼入焼戻装置４０の図１中のＡ−Ａ断面を示すものであって、図２（ａ）は、ピン部３の外周面Ｓを平焼入及び平焼戻するための高周波焼入焼戻装置としての平焼入用加熱コイル３０ａ及び平焼戻用加熱コイル３０ｂの断面図、図２（ｂ）は、ピン部３の外周面ＳをフィレットＲ焼入及びフィレットＲ焼戻するための高周波焼入焼戻装置としてのフィレットＲ焼入用加熱コイル３０ａ及びフィレットＲ焼戻用加熱コイル３０ｂを備えた高周波焼入焼戻装置４０の断面図、図２（ｃ）は、クランクシャフト１の端部に位置する第１ジャーナル部２ａ（或いは第５ジャーナル部２ｅ）の外周面Ｈを片Ｒ焼入及び片Ｒ焼戻するための高周波焼入焼戻装置としての片Ｒ焼入用加熱コイル３０ａ及び片Ｒ焼戻用加熱コイル３０ｂの断面図である。
【００３８】
図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）の場合には、焼入処理時及び焼戻処理時における焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈとの間の距離Ｌ１ と、焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２の外周面Ｈとの間の距離Ｌ２ との関係は、Ｌ１ ＜Ｌ２ となるように設定されている。さらに、図２（ａ）及び（ｃ）の場合には、平焼入，フィレットＲ焼入，或いは片Ｒ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０の焼入用加熱コイル３０ａの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎ（円筒状外周面から垂直に立ち上がる部位としての側面）との間の距離ｄ１ と、焼戻用加熱コイル３０ｂの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ２ は、それぞれ、ｄ１ ＜ｄ２ なる関係となるように設定されている。
【００３９】
また、図２（ａ）及び（ｃ）にそれぞれ示す平焼入及び平焼戻用の高周波焼入焼戻装置４０に設置される焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａの幅Ｗ２ は、焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａの幅Ｗ１ に比べて幅広に形成されると共に（Ｗ１ ＜Ｗ２ ）、これにより焼入用加熱コイル３０ａで焼戻加熱を行う場合（加熱領域α１ 及びα２ ）よりも加熱領域α３ 及びα４ が広くなるように構成されている。なお、図２（ｃ）において、焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａは、ジャーナル部２ａの外周面Ｈのみに対向している加熱導体部（Ｒ部Ｍ及びスラスト部Ｎには対向していない加熱導体部）である。
【００４０】
焼入処理及びこれに引き続く焼戻処理を行う時には、以上に述べたような配置関係で２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂをピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈに対向配置した状態の下で、クランクシャフト１を図外の回転駆動機構によりその中心線Ｘの回りに回転駆動させ、この回転駆動に伴い中心軸Ｘの回りに公転運動をするピン部３又は中心軸Ｘを中心に自転運動するジャーナル部２ａに２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂを図外の追従機構によって追従させる。なお、この際、台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂは、ピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈの側方半分部分に各々常に所定間隔をもって対向配置された状態が維持される。
【００４１】
このような状態の下で、まず切換器５０をオフ状態から第１のオン状態に切り換えることにより、高周波電源１２から図外の第１のトランスを介して焼入用加熱コイル３０ａのみに高周波電流を供給し、これに応じてピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈを高周波誘導加熱する。次いで、前記外周面Ｓ又はＨが所要の焼入温度に誘導加熱された時点で、切換器５０を元のオフ状態に切り換えることにより、高周波電源１２から焼入用加熱コイル３０ａへの高周波電流の供給を遮断し、所要の焼入温度に加熱された前記外周面Ｓ又はＨに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却液を噴射する。これにより、前記外周面Ｓ又はＨが急速冷却されて焼入硬化層が形成される。
【００４２】
このような焼入処理に引き続いて、焼戻処理を行う。この際には、切換器５０をオフ状態から第２のオン状態に切り換えることにより、高周波電源１２から図外の第２のトランスを介して焼戻用加熱コイル３０ｂのみに高周波電流を供給し、これに応じてピン部３の外周面Ｓ又はジャーナル部２ａの外周面Ｈを高周波誘導加熱する。次いで、前記外周面Ｓ又はＨが所要の焼戻温度に誘導加熱された時点で、切換器５０を元のオフ状態に切り換えることにより、高周波電源１２から焼戻用加熱コイル３０ｂへの高周波電流の供給を遮断し、所要の焼入温度に加熱された前記外周面Ｓ又はＨに焼入冷却水噴射手段（図示せず）により焼入冷却液を噴射する。これにより、前記外周面Ｓ又はＨを常温まで冷却させて焼戻処理を完了する。
【００４３】
なお、切換器５０による焼入用加熱コイル３０ａから焼戻用加熱コイル３０ｂへの通電切換を焼入工程における加熱終了後の焼入冷却中に行うようにしても良く、このようにすることによって熱処理時間の短縮を図ることが可能である。
【００４４】
上述の如き高周波焼入焼戻装置４０によれば、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、図２（ａ）に示す平焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、焼戻用加熱コイル３０ｂの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの幅Ｗ２ を焼入用加熱コイル３０ａの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂの幅に比べて幅広にしてあるため（焼戻用加熱コイル３０ｂの幅Ｗ２ を焼入用加熱コイル３０ａの幅Ｗ１ に対してＷ２ ＞Ｗ１ としているため）、焼入用加熱コイル３０ａで焼戻加熱を行う場合（加熱領域α１ ，α２ ）よりも焼戻加熱時における加熱領域α３及びα４が広くなる。さらに、焼戻用加熱コイル３０ｂの２つの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の距離Ｌ２ を、焼入用加熱コイル３０ａの２つの円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の距離Ｌ１ よりも大きく設定しているので（Ｌ２ ＞Ｌ１ ）、焼入用加熱コイル３０ａによる加熱と比較して磁束密度の低い位置で緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらにピン部３の外周面Ｓを焼戻加熱することにより、前記外周面Ｓ又はＨ並びにその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層に内部への熱移動を均一に行なうことができ、従って焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４５】
また、図２（ｂ）に示すフィレットＲ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、上記と同様にＬ２ ＞Ｌ１ とし、かつ、焼戻用加熱コイル３０ｂの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ２ を、焼入用加熱コイル３０ａの一対の円弧状加熱導体部３３ａ，３３ｂとピン部３のスラスト部Ｎとの間の距離ｄ１ よりも大きく設定しているので（ｄ２ ＞ｄ１ ）、焼戻用加熱コイル３０ｂの方がコイル３０ａに比ベてピン部３より遠い位置にあるため、上述した平焼入の場合と同じく焼入用加熱コイル３０ａによる加熱と比較して磁束密度の低い位置で加熱を行うこととなり、焼入時の加熱領城α１ ，α２ に比べて焼戻時の加熱領域α３ ，α４ は広くなる。従って、緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらにピン部３の外周面Ｓを焼戻加熱することとなるため、前記外周面Ｓ及びその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層の内部への熱移動を均一に行うことができ、従って焼戻後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４６】
また、図２（ｃ）に示すフィレットＲ焼入用の高周波焼入焼戻装置４０にあっては、上述した平焼入並びにフィレットＲ焼入の焼戻の場合と同様に、第１ジャーナル部２ａの外周面Ｈ及びＲ部Ｍの近傍の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂの位置関係は、焼入用加熱コイル３０ａより焼戻用加熱コイル３０ｂの方が前記外周面Ｈに対してより遠くに離れており、磁束密度の低い位置で加熱を行うようにしているため、焼入時の加熱領域α１ ，α２ に比べて焼戻時の加熱領域α３ ，α４ は広くなる。その結果、緩やかな昇温速度で、内部への熱伝導を伴いながらに第１ジャーナル部２ａ（或いは第５ジャーナル部２ｅ）の外周面Ｈを焼戻加熱することとなるため、ジャーナル部２ａの外周面Ｈ及びその周辺部分を均等に昇温させることができて、焼入硬化層の内部への熱移動を均一に行うことができ、従って焼戻後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００４７】
図３は、本発明の別の実施形態に係る高周波焼入焼戻装置４０´を示すものであって、本装置４０´の構成は、図１に示すものと全く同一であるが、焼入用加熱コイル３０ａには第１の高周波電源１２ａが接続されると共に、焼戻用加熱コイル体３０ｂには第２の高周波電源１２ｂが接続されている。なお、第１及び第２の高周波電源１２ａ，１２ｂの発振周波数は同一であってよい。
【００４８】
上述のように構成することにより、焼入用加熱コイル３０ａと焼戻用加熱コイル３０ｂに同時に高周波電流を供給することができるため、高周波焼入焼戻装置４０´によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１） 高周波焼入時に、第１の高周波電源１２ａから焼入用加熱コイル３０ａに高周波電流を供給すると同時に、第２の高周波電源１２ｂから焼戻用加熱コイル３０ｂに高周波電流を供給して焼入加熱を行うようにすれば、焼戻用加熱コイル３０ｂにより被加熱領域の全体を予熱する効果を得ることができるため、特に大型のクランクシャフト１に焼入を行う場合には、加熱時間を短縮することが可能である。また、ジャーナル部２又はピン部３の外周面Ｈ又はＳのほぼ２分の１の周面だけを加熱する従来の高周波焼入装置と異なり、そのほぼ全周を２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂにて取り囲んで高周波誘導加熱するようにしているので、均熱するまでの時間を短縮できるため、クランクシャフト１の焼入後の曲がりを小さく抑えることができる。
（２） 高周波焼入完了後の高周波焼戻工程において、焼戻用加熱コイル３０ｂに高周波電流を供給すると同時に、焼入用加熱コイル３０ａに高周波電流を供給して焼戻加熱を行うようにすれば、焼入の場合と同様に焼戻加熱時間の短縮が可能である。
【００４９】
また、上述の高周波焼入焼戻装置４０，４０´によれば、２台の焼入用加熱コイル３０ａ及び焼戻用加熱コイル３０ｂを備えるだけで良いので、図１１に示すような大型の焼戻用高周波誘導加熱コイル３８を備える必要がなく、装置全体をコンパクトにすることが可能である。
【００５０】
以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の２つの実施形態においては焼入用加熱コイル３０ａと焼戻用加熱コイル３０ｂとして、従来の高周波焼入焼戻装置３１を構成する高周波誘導加熱コイル３０と同等の構造のものを用いるようにしたが、従来の高周波焼入焼戻装置８を構成する高周波誘導加熱コイル１１に置き換え可能である。さらに、高周波焼入焼戻装置４０´にあっては、焼入用高周波加熱コイル３０ａに接続される高周波電源１２ａの発振周波数に比べて、焼戻用加熱コイル３０ｂに接続される高周波電源１２ｂの発振周波数を低くしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼入コイル体と、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼戻コイル体とをそれぞれ備え、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の中心軸を挟む２方向から移動される焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとにより前記ジャーナル部又はピン部の外周面のほぼ全周を取り囲んで高周波焼入した後に高周波焼戻を行うようにしたものであるから、高周波焼入及び高周波焼戻を１台の装置で行うことができるため高周波焼入装置とは別に高周波焼戻装置を設ける必要がなく、従って装置（設備）をコンパクトにかつ安価にできると共に、装置の設置面積を小さくすることが可能である。そして、焼戻専用の高周波誘導加熱コイルによって焼戻加熱を行うようにしているため、短時間で充分な焼戻品質を得ることができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、請求項２に記載の本発明は、高周波焼入コイル体及び高周波焼戻コイル体を切換器を介して共通の高周波電源にそれぞれ接続して、高周波焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を選択的に供給するようにしたものであるから、高周波電源が１台でよく、装置を安価にすることが可能である。
【００５３】
また、請求項３に記載の本発明は、高周波焼入コイル体及び高周波焼戻コイル体を、それぞれ別の高周波電源に接続し、高周波焼入コイル体の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給している期間中に前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにも高周波電流を供給可能にしたものであるから、２台の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにより焼入加熱並びに焼戻加熱を行うことにより、クランクシャフトの熱処理時間を短縮することが可能であり、生産性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、請求項４に記載の本発明は、平焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、クランクシャフトの中心軸に沿う方向における幅が広く、かつ、ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離よりも大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
【００５５】
また、請求項５に記載の本発明は、フィレットＲ焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離よりも大きく、かつ、ジャーナル部又はピン部の外周面から連なるＲ部を含んでジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位（スラスト部）との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離との間の距離よりも大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となり、従来では困難とされていたフィレットＲ焼入部の高周波焼戻処理が可能となる。また、クランクシャフトの全体を加熱することなく、半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを用いて各ジャーナル部又はピン部毎に誘導加熱による焼戻処理ができるため、フィレットＲ焼入が施されたクランクシャフトを焼戻処理するための従来の装置に比べて、装置が安価になり、装置全体の小型化（コンパクト化）が可能となる。
【００５６】
また、請求項６に記載の本発明は、片Ｒ焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための高周波焼戻コイル体において、高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、ジャーナル部の外周面との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離との間の距離よりも大きく、かつ、ジャーナル部の外周面から連なるＲ部を含んでジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと部位との間の距離より大きく、かつ、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部のクランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅が、焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部のクランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅より大きく設定されるように構成したものであるから、緩やかな昇温速度で、被加熱部の内部への熱伝導を伴いながらジャーナル部又はピン部の外周面を高周波誘導加熱することができ、ジャーナル部又はピン部の外周面及びその周辺部分が均等に昇温されることとなって焼入硬化層の内部への熱移動が均一に行われるため、焼戻処理後の硬さのバラツキを抑えることが可能となり、従来では困難とされていた片Ｒ焼入部の高周波焼戻処理が可能となる。また、クランクシャフトの全体を加熱することなく、半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを用いて各ジャーナル部又はピン部毎に誘導加熱による焼戻処理ができるため、フィレットＲ焼入が施されたクランクシャフトを焼戻処理するための従来の装置に比べて、装置が安価になり、装置全体の小型化（コンパクト化）が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置の側面図である。
【図２】図１の高周波焼入焼戻装置のＡ−Ａ線拡大断面図であって、図２（ａ）は平焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図、図２（ｂ）はフィレットＲ焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図、図２（ｃ）は片Ｒ焼入における焼入用加熱コイル及び焼戻用加熱コイルの断面並びに加熱領域を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置の側面図である。
【図４】４気筒エンジン用クランクシャフトの斜視図である。
【図５】従来のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の側面図である。
【図６】図５の高周波誘導加熱装置の構成要素である高周波誘導加熱コイルの概斜視図である。
【図７】従来の別のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の側面図である。
【図８】図７の高周波誘導加熱装置の構成要素である別の高周波誘導加熱コイルの斜視図である。
【図９】図９（ａ）は平焼入用加熱コイル及び平焼戻用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図、図９（ｂ）はフィレットＲ焼入用加熱コイル及びフィレットＲ焼入用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図、図９（ｃ）は片Ｒ焼入用加熱コイルイ及び片Ｒ焼戻用加熱コイルの断面形状並びにピン部に形成される好ましい焼入硬化層を示す断面図である。
【図１０】図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図（図７のＣ−Ｃ線拡大断面図に対応）であって、図１０（ａ）はピン部の平焼入及び平焼戻のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びに平焼入時及び平焼戻時の加熱領域を示す図、図１０（ｂ）はピン部のフィレットＲ焼入及びフィレットＲ焼戻のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びにフィレットＲ焼入時及びフィレットＲ焼戻時の加熱領域を示す図、図１０（ｃ）は第１ジャーナル部の片Ｒ焼入及び片Ｒ焼入のための高周波誘導加熱コイルの断面形状並びに片Ｒ焼入時及び片Ｒ焼戻時の加熱領域を示す図である。
【図１１】略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルを備えたクランクシャフトの高周波焼戻装置の概観図である。
【符号の説明】
１ ４気筒エンジン用クランクシャフト
２（２ａ〜２ｅ） ジャーナル部
３（３ａ〜３ｄ） ピン部
１２ 高周波電源
１２ａ 第１の高周波電源
１２ｂ 第２の高周波電源
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 円弧状加熱導体部
３０ａ 焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル（焼入用加熱コイル）
３０ｂ 焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル（焼戻用加熱コイル）
３３ａ，３３ｂ 円弧状加熱導体部
４０，４０´ 高周波焼入焼戻装置
４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ ガイド部材
５０ 切換器
５１ａ〜５１ｄ ガイド部材
Ｊ 高周波焼入コイル体
Ｋ 高周波焼戻コイル体
Ｈ ジャーナル部の外周面
Ｓ ピン部の外周面
Ｘ クランクシャフトの中心軸
Ｙ ピン部の中心軸
Claims (6)
- クランクシャフトのジャーナル部又はピン部の外周面に高周波焼入及び高周波焼戻を施行するための高周波焼入焼戻装置において、
焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼入コイル体と、焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを有する高周波焼戻コイル体とをそれぞれ備え、
前記ジャーナル部又はピン部の中心軸を挟む２方向から移動される前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルとにより前記ジャーナル部又はピン部の外周面のほぼ全周を取り囲んで、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイル及び前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面に対向配置し、
この状態の下で、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転駆動するのに伴って自転運動する前記ジャーナル部の外周面、又は、前記クランクシャフトの中心軸を中心として公転運動を行う前記ピン部の外周面に前記高周波焼入コイル体を追従させながら高周波焼入を行い、次いで前記高周波焼戻コイル体を前記ジャーナル部又はピン部の外周面に追従させながら高周波焼戻するようにしたこと、
を特徴とするクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置。 - 前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、高周波電流経路を切り換える切換器を介して共通の高周波電源にそれぞれ接続し、高周波焼入工程においては、前記切換器により前記高周波焼入コイル体の高周波焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにし、高周波焼戻工程においては、前記切換器により前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給するようにした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焼戻装置。
- 前記高周波焼入コイル体及び前記高周波焼戻コイル体を、それぞれ別の高周波電源に接続し、前記高周波焼入コイル体の焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給している期間中に前記高周波焼戻コイル体の焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルにも高周波電流を供給可能とした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焼戻装置。
- 請求項１乃至３の何れか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって平焼入を施したクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、
前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向における幅が広く、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離よりも大きく設定されることを特徴とする高周波焼戻コイル体。 - 請求項１乃至３の何れか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によってフィレットＲ焼入を施した前記クランクシャフトのジャーナル部又はピン部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、
前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部又はピン部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部又はピン部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離との間の距離よりも大きく設定されることを特徴とする高周波焼戻コイル体。 - 請求項１乃至３の何れか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼入焼戻装置によって片Ｒ焼入を施した、前記クランクシャフトの端部に位置するジャーナル部に対して高周波焼戻処理を行うための、前記高周波焼入焼戻装置を構成する高周波焼戻コイル体において、
前記高周波焼戻コイル体を構成する焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルは、高周波焼入コイル体を構成する焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと比較して、前記ジャーナル部の外周面との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記外周面との間の距離との間の距離よりも大きく、かつ、前記ジャーナル部の外周面から連なるＲ部を含んで前記ジャーナル部又はピン部に対して垂直に立ち上がる部位との間の距離が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルと前記部位との間の距離より大きく、かつ、前記焼戻用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅が、前記焼入用半開放鞍型高周波誘導加熱コイルの前記外周面のみに対向している加熱導体部の前記クランクシャフトの中心軸に沿う方向の幅より大きく設定されることを特徴とする高周波焼戻コイル体。
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| JP2007186723A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Denki Kogyo Co Ltd | クランクシャフトの高周波誘導加熱装置 |
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2003
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| JP2007186723A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Denki Kogyo Co Ltd | クランクシャフトの高周波誘導加熱装置 |
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