JP2007186723A - クランクシャフトの高周波誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波誘導加熱コイル体の位置移動（追従移動）を円滑に行なうことができ、クランクシャフトの熱処理加工部（ピン部など）と高周波誘導加熱コイル体との位置ずれも少なく抑えることができて熱処理部の外周面全体の高周波誘導加熱を均一に行なうことができ、しかも各種の型式のクランクシャフトにも適用することができるようにする。
【解決手段】 高周波誘導加熱コイル体を、２つに分割される一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２にて構成すると共に、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２を１つの支持板１３に垂下状態で枢支し、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２を熱処理加工部に係合させる操作、並びに、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２を熱処理加工部から開放させる操作を行なう開閉機構部４を設け、追従機構部５を支持板３に連結して、支持板１３を位置移動させるように構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、クランクシャフトのピン部やジャーナル部などの熱処理加工部を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体と、前記高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部と係合状態のままで前記クランクシャフトの回転に応じて前記熱処理加工部に追従して昇降移動させるための追従機構部とを有するクランクシャフトの高周波誘導加熱装置に関する。

図４は、４気筒エンジンのクランクシャフト５０を示すものである。このクランクシャフト５０には、図４に示すように、４つのピン部５１と５つのジャーナル部５２が鍛造加工などにより一体成形されている。上述のピン部５１及びジャーナル部５２は、通常、焼入処理されて耐摩耗性及び疲労強度の向上が図られている。

例えばピン部５１を焼入処理するに際しては、クランクシャフト５０をその軸線（ジャーナル部５２の軸線）Ｘを中心として回転させると共に、高周波誘導加熱コイル体をピン部５１に係合させた状態のまま追従させながらピン部５１を高周波誘導加熱するようにしている。この場合、ピン部５１はクランクシャフト５０の回転に伴って前記軸線Ｘの回りを公転（位置移動）することになるため、高周波誘導加熱コイル体をピン部５１の動きに追従して移動させる必要があり、そのために高周波誘導加熱コイル体には追従機構部が連結されている。

この追従機構部としては、例えば、特開２００１−７３０３９（特許文献１）及び特開２０００−３８６１７（特許文献２）に開示された公知技術がある。特開２００１−７３０３９に開示されている追従機構部は、概略的には図５（ａ），（ｂ）に示す如き構造から成るものであって、昇降シリンダ５３とこの昇降シリンダ５３に連結された４辺式枠体５４とから構成されている。この場合、ピン部５１を高周波誘導加熱するための高周波加熱コイル体５５は、下側を開放した半開放鞍型高周波誘導加熱コイル５６を備えており、ピン部５１に対しては例えば３つのガイド用チップ（セラミック製又は超硬質合金製のチップ）５７が係合（当接）されて半開放鞍型高周波誘導加熱コイル５６とピン部５１との間に図５（ａ）に示すように所定の間隔Ｄ₁が確保された状態で設定されて高周波誘導加熱がなされるようになっている。なお、この高周波加熱コイル体５５は、４辺リンク式枠体５４によって保持されたトランス５８の下面側において４辺リンク式枠体５４に垂下状態で固持されると共に、追従機構部３４に対して揺動可能に支持されている。

一方、特開２０００−３８６１７に開示されている追従機構部は、クランクシャフトに対して相対向して配置される一対の高周波誘導加熱コイルを保持するものから成り、これら一対の高周波誘導加熱コイルを装置本体側に対して上下動及び左右動可能に支持するように構成されている。なお、この場合、一対の高周波誘導加熱コイルの上下動及び左右動は、制御部によって移動位置制御される機構部によって行われるようになっている。
特開２００１−７３０３９ 特開２０００−３８６１７

特開２００１−７３０３９に記載の追従機構部にあっては、クランクシャフト５０の回転時には４辺リンク式枠体５４のリンク機構部及び昇降シリンダ５３の動作により、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル５６はピン部５１に追従して移動するように構成されるが、クランクシャフト５０の回転数やクランク量が大きい場合、或いは長期間の使用による各部の劣化が著しい場合には、図５（ｂ）に示すようにピン部５１と半開放鞍型高周波誘導加熱コイル５６との間の間隔Ｄ₂が正規の間隔Ｄ₁（図５（ａ）参照）よりも大きく（Ｄ₂＞Ｄ₁）なってしまう事態を生じるおそれがある。このような事態を生じると、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル５６は、ピン部５１の外周面の１／３程度しか対向しなくなり、ピン部５１の外周面全体を均一に高周波誘導加熱するためにはクランクシャフト５０の回転速度を速くすることが必要になるが、クランクシャフト５０の回転速度を速くすると前記間隔Ｄ₂の値が正規の間隔Ｄ₁よりも更に大きくなっていまい、加熱不良度が増大するといった問題点がある。

また、特開２０００−３８６１７に記載の追従機構部にあっては、特開２００１−７３０３９に記載の追従機構部の場合とは異なり、一対の高周波誘導加熱コイルによりピン部のほぼ全面が同時に高周波誘導加熱されるが、これらの高周波誘導加熱コイルをクランクシャフトの回転に応じて正確な位置に移動させるためには、追従機構部及びこれを制御する制御部の構造が複雑なものとなり、装置コストが増大するといった問題点がある。その上、このような追従機構部を備える高周波誘導加熱装置にてピン部を加熱処理することができるクランクシャフトとしては、ピン部の位相が１８０度異なる型式のものに限られ、その他の型式のものは加熱処理することができないといった問題点もある。

本発明は、上述の如き問題点を解消すべく創案されたものであって、その目的は、装置構造が簡便であり、高周波誘導加熱コイル体の位置移動（追従移動）を円滑に行なうことができ、クランクシャフトの熱処理加工部（ピン部やジャーナル部など）と高周波誘導加熱コイル体との位置ずれも少なく抑えることができて熱処理部の外周面全体の高周波誘導加熱を均一に行なうことができ、しかも各種の型式のクランクシャフトにも適用することができるクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのピン部やジャーナル部などの熱処理加工部を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体と、前記高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部と係合状態のままで前記クランクシャフトの回転に応じて前記熱処理加工部に追従して位置移動させるための追従機構部とを有するクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイル体を、２つに分割される一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体にて構成すると共に、前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を１つの支持板に垂下状態で枢支し、前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部に係合させる操作、並びに、前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部から開放させる操作を行なう開閉機構部を設け、前記追従機構部を前記支持板に連結して、前記支持板を位置移動させるように構成している。

請求項１に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイル体を、２つに分割される一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体にて構成すると共に、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を１つの支持板に垂下状態で枢支し、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を熱処理加工部に係合させる操作、並びに、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を熱処理加工部から開放させる操作を行なう開閉機構部を設け、追従機構部を支持板に連結して、支持板を位置移動させるように構成したものであるから、装置の構造が簡便なものでありながら、熱処理加工部（ピン部やジャーナル部など）を分割式の一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体の間に挟持した状態の下で、かつ、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を熱処理加工部に係合させた状態のままで、追従機構部により一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体をクランクシャフトの回転に伴って熱処理加工部に円滑に追従させることができ、クランクシャフトの熱処理加工部と高周波誘導加熱コイル体との位置ずれを少なく抑えることができる。これにより、熱処理部の外周面全体の高周波誘導加熱を全体にわたり均一に行なうことができ、高品質の熱処理品としてのクランクシャフトを得ることができる。また、本発明の高周波誘導加熱装置によれば、各種の型式のクランクシャフトにも適用することが可能である。

以下、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置について図１〜図３を参照して説明する。

図１及び図２は、一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置１を示すものである。図１及び図２に示すように、この高周波誘導加熱装置１は、２つに分割される一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体（分割式高周波誘導加熱コイル体）２，２と、これらの半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２を揺動可能に枢支する支持機構部３，３と、この支持機構部３，３にて支持された一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２を開閉動作させる開閉機構部４と、上述の一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２及び支持機構部３，３を支持してこれらをクランクシャフト５０のピン部５１に追従させるための追従機構部５とを具備している。

本実施形態における一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２は、それぞれ、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６を一対の側板７，７間に挟み込んだ状態でこの側板７，７に固定保持して成るものであり、上述の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６の周囲の例えば３箇所にガイド用チップ（図示省略）がそれぞれ固定配置されている。

また、上述の分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２は、支持機構部３，３にそれぞれ垂下状態（吊り下げ状態）で固定支持されている。具体的には、支持機構３，３は、トランス９，９をそれぞれ保持する枠状部材１０，１０と、これらの枠状部材１０，１０の上辺部に固着されたアームブラケット１１，１１と、これらのアームブラケット１１，１１を垂下状態で支持して支軸１２，１２を中心に回動可能に枢支する１つの支持板１３とから構成されており、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２が枠状部材１０，１０の下辺部にそれぞれ垂下状態で支持されている。かくして、一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２が互いに対向して配置されると共に、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６が２つ合わせて１つの円形形状を構成するように左右に対向配置されるようになっている。なお、上述のトランス９，９にはケーブル１４，１４を介して高周波電源（図示せず）に接続されている。

一方、開閉機構部４は、トランス９，９間に配設されて支持板１３の下面部に揺動可能に連結された開閉駆動用シリンダ１５と、この開閉駆動用シリンダ１５の下方にピストンロッド１６を介して垂下状態で支持された開閉作動機構１７などから構成されている。上述の開閉作動機構１７は、図１，図２，及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、ピストンロッド１６の下方に連結されかつガイドピン１８，１８が下方の左右両部に固定されている筒体１９と、ガイドピン１８，１８を案内する長溝２０，２０が形成されたガイド板２１，２１とを備えている。そして、これらのガイド板２１，２１は、トランス９，９の内面側（互いに対向する対向面）９ａ，９ａに固定されており、分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２がクランクシャフト５０のピン部５１の焼入位置にセットされた場合に互いに当接する当接面２１ａ，２１ａを有している。また、ガイド板２１，２１の長溝２０，２０は、上方位置からトランス９，９の内面側に向かって広がる傾斜溝２０ａ，２０ａとこの傾斜溝２０ａ，２０ａの下端側に連設されてトランス９，９の内面に沿って下方に向かって延びる直線溝２０ｂ，２０ｂとで構成されている。

また、開閉機構部４には、ロック機構２２が設けられている。このロック機構２２は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ガイド板２１，２１の内側に固定されたピン挿入板２３，２３と、筒体１９の下方に固定されたロックピン２４とで構成されている。ピン挿入板２３，２３は互いに嵌合し合う形状のものから成り、互いに重なり合って１つのロック用孔部を形成するロック孔２５，２５を有している。

一方、追従機構部５は、図１及び図２に示すように、装置の本体側に配設されかつガイドレール２６によって上下動自在に支持されたフレーム２７と、このフレーム２７に取付けられた支軸２８を中心に回動可能に片持ち支持された昇降ブラケット２９と、フレーム２７に上端部が取付けられてそのピストンロッド３０ａの先端部が昇降ブラケット２９に係合される昇降駆動用シリンダ３０とで構成されている。そして、昇降ブラケット２９に固定配置された支軸３１により上述の支持板１３（ひいては、支持機構部３，３及び半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２）が昇降ブラケット２９に吊り下げ状態で揺動可能に支持されている。

以上の構造により、昇降駆動用シリンダ３０の作動により昇降ブラケット２９を支軸２８を中心として揺動させることができ、これにより、支持板３を昇降させることができるようになっている。また、フレーム２７の上下動により、支持板３及び昇降ブラケット２９を同時に昇降させることができるように構成されている。かくして、分割式の高周波誘導加熱コイル体２，２の全体を昇降させることができると共に、分割式の高周波誘導加熱コイル体２，２をクランクシャフト５０の回転により焼入状態のまま追従させることができるようになっている。

次に、上述のような構成の高周波誘導加熱装置１によりクランクシャフト５０のピン部５１を焼入処理のために高周波誘導加熱する際の動作について述べる。まず、開閉機構部４の開閉作動機構１７を作動させることにより半開放鞍型誘導加熱コイル体２，２を図１及び図３（ａ）に示すような開位置に設定しておく。この際には、開閉機構部４の開閉駆動用シリンダ１５を駆動させることにより筒体１９及びガイドピン１８，１８が上昇移動されるのに伴ってガイドピン１８，１８とガイド板２１，２１の長溝２０，２０の傾斜溝２０ａ，２０ａとの間のガイド作用によりトランス９，９及び半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２が支軸１２，１２を中心に互いに離隔する方向に回動され、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６が図１及び図３（ａ）に示すように互いに離隔した位置に配置されて２つに分割された状態に設定される。このような状態の下で、加熱対象物（ワーク）であるクランクシャフト５０を所定位置に配置した後に、図外の昇降シリンダを駆動させることによりフレーム２７を所定の待機位置から下降移動させ、クランクシャフト５０のピン部５１の中心軸に相対向する位置（ピン部５１を挟持する位置）に２分割の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６を配置する。

次いで、開閉機構部４の開閉作動機構１７を作動させることにより半開放鞍型誘導加熱コイル体２，２を図２及び図３（ｂ）に示すような閉位置に設定する。この際には、開閉駆動用シリンダ１５を駆動させることにより筒体１９が下降移動されるのに伴って、ガイドピン１８，１８とガイド板２１，２１の長溝２０，２０の直線溝２０ｂ，２０ｂとの間のガイド作用によりトランス９，９及び半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２が支軸１２，１２中心に互いに近づく方向に回動され、ガイド板２１，２１の当接面２１ａ，２１ａが当接した状態になると共に、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６が図１及び図３（ａ）に示すように互いに合致して１つの円環状コイルを形成した状態に設定される。

そして、ガイド板２１，２１の当接面２１ａ，２１ａが互いに当接した状態でピン挿入板２３，２３は重合し、これに伴って形成された１つのロック孔２５にはロックピン２３が挿入され、ガイド板２１，２１及びピン挿入板２３，２３がその位置に固定（ロック）される。これにより、分割式の高周波誘導加熱コイル体２，２が所定の高周波誘導加熱位置に固定されて不動状態となされる。この際、クランクシャフト５０のピン部５１が一対の分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６にて完全に包囲された状態となる。なお、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６とピン部５１とは、既述の如き計６個のガイド用チップ（図示せず）がピン部５１の外周面に当接されることにより、所定の間隔をもって配置されることとなる。

しかる後に、クランクシャフト５０をその軸線Ｘを中心に回転駆動させると共に、図外の高周波電源からケーブル１４，１４を介して半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６に高周波電力を供給する。これに伴い、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６が、追従機構部５の機能により、回動しているピン部５１に追従しながら移動され、ピン部５１が高周波誘導加熱される。

以上の如き高周波誘導加熱装置１によれば、分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２をクランクシャフト５０のピン部５１と係合し得る位置に自由に移動できると共に、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６をピン部５１の所定の加熱位置に位置決めること、並びに、半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体２，２をピン部５１から離隔する位置に自由に移動させることができる。また、ピン部５１に対して位置決め固定されている分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル６，６は、昇降ブラケット２９及び支持板３などの揺動によって、クランクシャフト３１の回転に伴うピン部５１の移動位置に円滑に追従移動させることができる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態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、既述の開閉機構部４の構成、特にロック機構１８の構成は、記述の実施形態の構成に限定されることなく、各種の構成を採用することも可能である。また、既述の実施形態では、クランクシャフト５０のピン部５１を焼入処理のために高周波誘導加熱する場合について述べたが、焼戻処理などのためにピン部５１を高周波誘導加熱する場合、並びに、焼入処理や焼戻処理などのためにクランクシャフト５０のジャーナル部５２やフランジ部などを高周波誘導加熱する場合にも本発明の装置を適用し得ることは言う迄もない。また、本発明の装置は、全ての型式のクランクシャフトに対しても適用可能である。

本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を示す正面図である。 図１の高周波誘導加熱装置に配設された分割式の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体がクランクシャフトのピン部に対応配置された状態を示す図１と同様の正面図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置に設けられた開閉機構部を示す正面図であって、図３（ａ）は開閉機構部が開状態にある場合の正面図、図３（ｂ）は開閉機構部が閉状態にある場合の正面図である。 クランクシャフトの一例を示す斜視図である。 従来の追従機構部の一例を示す正面図である。

符号の説明

１ 高周波誘導加熱装置
２ 半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体
３ 支持機構部
４ 開閉機構部
５ 追従機構部
６ 半開放鞍型高周波誘導加熱コイル
１２ 支軸
１３ 支持板
１５ 開閉駆動用シリンダ
１７ 開閉作動機構
１８ ガイドピン
１９ 筒体
２０ 長溝
２０ａ 傾斜溝
２０ｂ 直線溝
２１ ガイド板
２１ａ 当接面
２２ ロック機構
２９ 昇降ブラケット
３０ 昇降駆動用シリンダ
３１ 支軸
５０ クランクシャフト
５１ ピン部
５２ ジャーナル部

Claims (1)

1. クランクシャフトのピン部やジャーナル部などの熱処理加工部を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体と、前記高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部と係合状態のままで前記クランクシャフトの回転に応じて前記熱処理加工部に追従して位置移動させるための追従機構部とを有するクランクシャフトの高周波誘導加熱装置であって、
   前記高周波誘導加熱コイル体を、２つに分割される一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体にて構成すると共に、前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を１つの支持板に垂下状態で枢支し、
   前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部に係合させる操作、並びに、前記一対の半開放鞍型高周波誘導加熱コイル体を前記熱処理加工部から開放させる操作を行なう開閉機構部を設け、
   前記追従機構部を前記支持板に連結して、前記支持板を位置移動させるように構成したこと、
   を特徴とするクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。

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