JP2007523992A - 誘導加熱焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

特にクランクシャフトのような円形断面を有する部品（２）を誘導加熱焼入れする装置（１）は、硬化対象の部品（２）の周縁部に沿って配置されている２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）を有する。２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）の少なくとも一方は、電流が流れる１つだけ誘導加熱部（６）を有する。

Description

本発明は、特にクランクシャフトのような円形断面を有する部品を、硬化対象の当該部品の周縁部に沿って配置されている、各々が２枚貝の片殻形状である２つの誘導加熱子（two inductor half-shells）により誘導加熱焼入れをする装置に関する。

一般的な誘導加熱焼入れ装置は通常の従来技術から知られている。これらの装置では、例えばクランクシャフトがその外層について硬化される。詳細に説明すると、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子を硬化対象の部品に配置し、その部品を片殻形状の誘導加熱子どうしの間で回転させる。次いで、電流が片殻形状の誘導加熱子の誘導加熱部に流れ、それにより、硬化対象の部品が加熱される。部品の材料に応じてポリマー水溶液又はオイルを用いて急冷させると、硬化対象の部品に特定の硬さを得ることができる。

そのような公知の装置は、片殻形状の誘導加熱子それぞれにつき２つの誘導加熱部を有し、それぞれ、硬化対象の部品を２枚貝の片殻形状の誘導加熱子によって、実質的に合同に加熱することになる。このため硬化された部品の硬化領域は、非常に不均質となり、中間に窪みすなわち「へこみ」を有する独特の形状となることから、「ドックボーン」とも呼ばれる。硬化領域がそのように不均質な形態であるため、硬化の過程で十分な硬化深さが達成されているか否かに拘わらず、その部品を実用することは非常に困難である。硬化領域の深さをその幅からある程度推定することはできるが、硬化領域の中間に顕著な窪みがあるため、より厳密な推定が非常に重要であると考えられる。そのため比較的頻度の高い時間間隔で硬化領域を切り、硬化深さを測定できるようにすることが必要とされる。しかしこの手順では非常に労力が掛かる反面、硬化対象の部品の破壊を常に伴ってしまう。

こうした問題状況は、最新のクランクシャフトでよく見られるように、硬化対象の軸受箇所が非常に小さい軸寸法を有するクランクシャフトの場合に、特に悪影響を受けてしまう。

したがって本発明の目的は、より均質な形態の硬化領域を得ることができ、誘導加熱焼入れ処理の信頼性をより高めることのできる、特にクランクシャフトのような円形断面を有する部品の誘導加熱焼入れ装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、電流が流れる誘導加熱部を１つだけ有する２枚貝の片殻形状の２つの誘導加熱子のうちの少なくとも一方により達成される。

本発明によれば、各々が２枚貝の片殻形状である２つの誘導加熱子の少なくとも一方が誘導加熱部を１つだけ有することにより、硬化対象の部品について非常に均質な硬化領域を得ることが可能となり、これにより前述したような中間部分の窪みを回避することができる。そしてそのような均質な硬化領域によって、部品の縁から硬化領域の左右の間隔、すなわち硬化領域の幅から硬化領域の深さを結論付けることが可能となり、それによって労力のかかる測定手順を回避することができる。

他の利点は、通常顧客が定める硬化領域の側方への広がり(領域間隔)の設定に対する柔軟性であり、そのため硬化領域の側方への領域間隔が比較的大きかったり、また硬化領域の側方への領域間隔が比較的狭く設定される場合であっても、必要な硬化領域の深さを十分・確実に達成することができ、これにより誘導加熱焼入れ処理の信頼性を高くすることができる。結果として、本発明の誘導加熱焼入れ装置を長い時間用いることができるため、硬化対象の部品を誘導加熱する電流が流れる誘導加熱部を摩耗のため頻繁に交換する必要がもはやなくなる。それに従い誘導加熱部について必要な事前の設定と検査を減らすことができる。誘導加熱処理の過程でそれらの設定や検査が削減されることにより、硬化対象の部品を測定する時間を増やすこともできる利点がある。

さらに、本発明の誘導加熱焼入れ装置では、比較的厳密に規定された熱量が硬化対象の部品に導入され、それにより、その部品に依然として存在している残熱を利用して、硬化直後に通常必要とされる当該部品の焼戻しを行なうことが可能である。これにより、他の場合では必要な炉（誘導加熱焼入れ設備の下流に配置され、炉内で部品が焼戻される）を無くすことが可能となる。これにより調達コストだけでなく、メンテナンス及び製造コストも削減でき、さらに省スペース化も実現できる。

同時に、既存の誘導加熱焼入れ装置であっても本発明の片殻形状の誘導加熱子を後付けできるという利点がある。誘導加熱部が１つしかないにもかかわらず、片殻形状の誘導加熱子の影響で電力の増加が必要となることはなく、それどころか代わりに、本発明による配置により得られるより優れた効率のため、電力を低減することさえできる。加熱時間の短縮により、サイクル・タイムを全体的に短縮できる利点がある。

この発明における非常に優れた発展は、一方の片殻形状の誘導加熱子が誘導加熱部を２つ備えており、他方の片殻形状の誘導加熱子が誘導加熱部を１つだけ備えることでもたらされる。

このような構成の場合、２つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子を用いることで硬化領域の十分な幅を達成することができ、また１つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子を硬化領域の十分な深さを得るように用いるか又はそのように配置することができるため、特にさほど狭くない幅を有する硬化対象の部品を非常に十分に硬化させることができる。

これに関して、１つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子を、その１つの誘導加熱部が２つの誘導加熱部間の中心に位置するように、２つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子に対して硬化対象の部品の長手方向でずらして配置する場合が特に有利である。

２つの誘導加熱部に対し１つの誘導加熱部を中心に配置することにより、２つの誘導加熱部間に中間スペースがあるために実際には硬化深さの浅い領域が出来るとしても、１つの誘導加熱部によって十分な硬化深さを確保することができるため、十分に深い硬化深さを得ることができる。この構成の他の利点は、誘導加熱部又は片殻形状の誘導加熱子を設置することが大変容易なことにあり、その理由は、２つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子に対して１つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子を中心に設置すればよく、２つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子を容易に左右結合することができ、上述したように、左右の許容範囲を容易に維持することができるからである。

硬化対象の部品又はその部品の部分が特に狭い場合では、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子はそれぞれ誘導加熱部を１つ有することが有利である。

これに関して、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子を硬化対象の部品の長手方向に相互にずらして配置することで提供される。

このように誘導加熱部を相互にずらして配置することにより、硬化領域の幅を変えることができ、硬化対象の部品の所定の幅を超えない限り、硬化深さの十分な確実な信頼性が保証される。

本発明の他の有利な改善及び展開は、残りの従属請求項及び図面に基づき、以下に概ね示す例示的な実施形態から明らかとなる。

図１は、円形断面を有する部品２を硬化する装置１を示す。部品２は、例えば内燃機関用のクランクシャフトとすることができ、クランクシャフトの軸受箇所が装置１により硬化されることになる。部品２は必ずしも連続した円形断面を有する必要はないが、硬化すべき箇所の断面はいずれにしても円形である。

装置１はハウジング３を有し、ハウジング３には、部品２の周縁部に沿って延びる２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４および５が配置されている。本例でハウジング３の左側に配置されている第１の片殻形状の誘導加熱子４は、電流が流れる導体を有し、この導体は例えば銅から成り誘導加熱部６とも呼ぶ。これとは対照的に、本例でハウジング３の右側にあり、部品２の周縁に沿って第１の片殻形状の誘導加熱子４に対して特定の角度だけずれている片殻形状の誘導加熱子５は、２つの誘導加熱部７および８を有し、これら誘導加熱部は、本例では同様に銅から成り、同様に部品２の周縁に沿って延びる。片殻形状の誘導加熱子４および５又は誘導加熱部６、７および８には、電流供給源及び取り外し可能なリード線が設けられるが、これは既知のように構成することができるため、さらに詳細には説明しない。片殻形状の誘導加熱子４にはリターン部９を有しており、リターン部９は誘導加熱部６とともに片殻形状の誘導加熱子４の閉回路をなしている。片殻形状の誘導加熱子５の例では、閉回路は、２つの誘導加熱部７および８により確立され、誘導加熱部７および８は従来のように延びることができる。

図２において、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４と５との構成上の違いをより明確に見て取ることができる。このように、片殻形状の誘導加熱子５の２つの誘導加熱部７および８は、相互にある距離のところに延び、間に中間スペース１０を形成する。片殻形状の誘導加熱子４の誘導加熱部６は、２つの誘導加熱部７と８と間の中心に配置されており、中間スペース１０を覆うことができる。本例では、１つの誘導加熱部６は、２つの誘導加熱部７および８よりも幅広く、例えば２倍幅の広さで作られており、これらの幾何学的関係は、硬化対象の部品２によって概ね決定される。言うまでもなく、誘導加熱部６を中間スペース１０よりも狭小に作ることもでき、したがって中間スペースを覆うことはない。概して、誘導加熱部６は、２つの誘導加熱部７および８に対して中心に配置され、したがって、中間スペース１０に対して中心に配置されるものとする。

部品２を硬化するために、電流が誘導加熱部６、７、および８に流され、部品２が回転する。硬化対象の部品２の表面が、中心軸に対して偏心的に配置されている軸受表面、例えば連結ロッドの軸受表面である場合、装置１は、部品２から均等な距離（すなわち結合距離）を常に維持するようにするために、この回転の間、対応する動きを行なわねばならない。このため、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４と５との間に、且つこれら誘導加熱子の外側に、本例では３つのスライディングシュー１１が配置されており、スライディングシュー１１は、部品２と接触して一定の結合距離が確保される。しかしながら、適宜、部品２が動いている間、装置１が非接触を伴って動くことも可能である。誘導加熱部６、７、および８を通る電流により、誘導加熱部６、７、および８が加熱され、磁気誘導により、部品２が例えば９５０℃の温度に加熱されることになる。部品２がそれに相当する温度に達すると、好ましくはポリマー水溶液がいわゆるスプレー１２により部品２に向けられ、このようにして部品２の冷却が行なわれる。部品２のこのような加熱及び急速冷却は、それ自体既知の方法で、部品２の内部の微細構造（図３から図８に示す硬化領域１３ａ〜１３ｆで構成される）を変化させる。部品２のこのような加熱の間、比較的厳密に規定された熱量が部品２に導入され、それにより、硬化プロセス後に部品２の内部に依然として存在する残熱により部品２の焼戻しを行なうことが可能である。これは材料に特有の焼戻し温度で行なわれる。

この例では、１つの誘導加熱部６及び２つの誘導加熱部７および８は、双方とも金属板１４に設けられ、金属板１４は、磁界を増大させ、したがって装置１の効率を高める働きをする。硬化深さを高めるために、金属板１４又は結合距離の少なくとも一方を変えることができる。

図３には硬化領域１３ａが示されており、硬化領域１３ａは、部品２が第２の片殻形状の誘導加熱子５（誘導加熱部７および８の双方を有する）により硬化される場合に得られる。

この例では、硬化領域１３ａは、全体的に均一には形成されず、中間に、すなわち、片殻形状の誘導加熱子５の場合に中間スペース１０が位置する領域に、窪みすなわち「へこみ」を有する。この窪みにより、硬化領域１３ａの硬化深さの低減がもたらされるが、これは、部品２の質に関して上述した問題を伴う。硬化領域１３ａのこの形態は、一般に「ドッグボーン」と呼ばれ、双方の片殻形状の誘導加熱子がそれぞれ２つの誘導加熱部を有する場合の従来技術による硬化方法の場合にも生じる。

図４は、硬化領域１３ｂを示し、硬化領域１３ｂはまさに、１つの誘導加熱部６を有する第１の片殻形状の誘導加熱子４により硬化が行われる場合に生じる。この例では、硬化領域１３ｂは十分な深さを有するにもかかわらず、硬化領域１３ｂの幅は、硬化対象の部品２の表面に呈されている幅に対して小さ過ぎている。

図５には、硬化領域１３ｃが示されており、硬化領域１３ｃは、図１及び図２を参照して説明した２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４および５により硬化が行なわれる場合に得られる。したがって、２つの硬化領域１３ａと１３ｂとの間には、はっきりと重なりを見ることができ、図５によれば、窪みがなく、中間領域がほぼ平坦に延びている均質な硬化領域１３ｃがもたらされる。

このような均質な硬化領域１３ｃにより、部品２の縁から硬化領域１３ｃの側方への広がり(左右間隔)を用いて、硬化領域１３ｃの深さを決定付けることが可能となる。硬化領域１３ｃのこのような側方への広がり(左右間隔)は、部品２を破壊する必要のないように例えばエッチングにより決定することができる。

図６、図７、及び図８は、硬化領域１３ｄ、１３ｅ、および１３ｆをさらに示し、硬化領域１３ｄおよび１３ｅは、装置１の第２の片殻形状の誘導加熱子５が誘導加熱部を１つ（例えば誘導加熱部７）だけしか備えない場合に得られる。図６による硬化領域１３ｄは、図４による硬化領域１３ｂと同様にして形成され、そのため、ここでもまた、誘導加熱部は１つだけ、すなわち第１の片殻形状の誘導加熱子４の誘導加熱部６だけが用いられる。しかしながらこの硬化領域１３ｄは、中間領域から外れて配置されている。

同じことが図７による硬化領域１３ｅにもあてはまり、硬化領域１３ｅは、部品２の長手方向に硬化領域１３ｄに対して単にずらしたものであり、これは、第２の片殻形状の誘導加熱子５の誘導加熱部７を、第１の片殻形状の誘導加熱子４の誘導加熱部６に対して部品２の長手方向にずらすことによる。

図８は、硬化領域１３ｆを示し、硬化領域１３ｆは、図６及び図７による２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４および５により部品２が硬化される場合に得られる。ここでもまた、硬化領域１３ｆは、硬化領域１３ａの場合よりもかなりより均質となることが分かる。この例では、片殻形状の誘導加熱子４および５の２つの誘導加熱部６および７の相互のずれにより、硬化領域１３ｆの幅を決定することができる。

片殻形状の誘導加熱子４および５がそれぞれ１つの誘導加熱部６しか持たない装置１では、硬化対象の部品２の表面の幅が非常に小さい場合に、例えばクランクシャフトの軸受箇所が非常に狭い場合には特に望ましい。これに関して、２枚貝の片殻形状の誘導加熱子４および５をずらすのではなく、それら誘導加熱子を部品２に対して合同に配置することも可能である。その結果として得られる硬化領域は、図６及び図７による硬化領域１３ｄおよび１３ｅと同様であり、非常に狭い表面を硬化するのに適したものとなる。

本発明による誘導加熱焼入れ装置の平面図である。 図１の矢示ＩＩから見た本発明による誘導加熱焼入れ装置の図である。 ２つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。 １つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。 図３及び図４の２枚貝の片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。 １つの誘導加熱部を有する片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。 誘導加熱部が図６の誘導加熱部に対してずらして配置されている片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。 図６及び図７の２枚貝の片殻形状の誘導加熱子により硬化する場合に結果として得られる、硬化対象の部品における硬化領域の概略図である。

Claims (8)

1. 特にクランクシャフトのような円形断面を有する部品（２）を、硬化対象の前記部品（２）の周縁部に沿って配置されている２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）により誘導加熱焼入れする装置（１）であって、
   前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）の少なくとも一方は、電流が流れる１つだけの誘導加熱部（６）を有することを特徴とする誘導加熱焼入れ装置。
2. 一方の前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（５）は、２つの誘導加熱部（７、８）を有し、他方の前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４）は１つの誘導加熱部（６）だけを有することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱焼入れ装置。
3. 前記１つの誘導加熱部（６）を有する前記片殻形状の誘導加熱子（４）は、前記１つの誘導加熱部（６）が前記２つの誘導加熱部（７、８）間の中心に位置するように、前記２つの誘導加熱部（７、８）を有する前記片殻形状の誘導加熱子（５）に対して前記部品（２）の長手方向にずらして配置されることを特徴とする請求項２記載の誘導加熱焼入れ装置。
4. 前記２つの誘導加熱部（７、８）間には中間スペース（１０）があり、前記１つの誘導加熱部（６）は、前記中間スペース（１０）に対して中心に配置されることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱焼入れ装置。
5. 前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）はそれぞれ、誘導加熱部（６、７）を１つずつしか持たないことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱焼入れ装置。
6. 前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）は、前記硬化対象の部品（２）の長手方向に相互にずらして配置されることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱焼入れ装置。
7. 前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）間に、且つ前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）の外側に、スライディングシュー（１１）がそれぞれ配置され、該スライディングシュー（１１）は、前記硬化対象の部品（２）と接触するように設けられることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項記載の誘導加熱焼入れ装置。
8. 前記２枚貝の片殻形状の誘導加熱子（４、５）は、非接触で動作する片殻形状の誘導加熱子（４、５）として形成されることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項記載の誘導加熱焼入れ装置。

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