JP2008063627A - クランクシャフトの高周波焼戻方法及びこの高周波焼戻方法に用いる高周波誘導加熱コイル体 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランクシャフトのフィレットＲ部の焼戻を良好に行うことができる上に、大型のクランクシャフトにも対応することができ、取扱性が良く、しかも安価に実施することができるようなクランクシャフトの高周波焼戻方法及びこの高周波焼戻方法に使用する高周波誘導加熱コイル体を提供する。
【解決手段】 クランクシャフト１の主構成部であるジャーナル部２及びピン部４のフィレットＲ部８を高周波焼入して成るクランクシャフト１の高周波焼戻方法において、クランクシャフト１のジャーナル部２及びこのジャーナル部２に隣接して連なるピン部４を高周波誘導加熱コイル体１０により焼戻加熱し、クランクシャフト１をその軸線方向に移動して次のジャーナル部２及びこれに隣接して連なるピン部４を順次に焼戻加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン等のクランクシャフトのピン部及びジャーナル部のフィレットＲ部に高周波焼入が施されたクランクシャフトを高周波焼戻するためのクランクシャフトの高周波焼戻方法及びこの高周波焼戻方法に用いる高周波誘導加熱コイル体に関する。

図５は、直列型エンジンに使用されるクランクシャフト１を示している。このクランクシャフト１は、Ｎｏ．１からＮｏ．５までの５つのジャーナル部２と、これらのジャーナル部２，２間にカウンタウエイト３を介して配設されるＮｏ．１からＮｏ．４までの４つのピン部４とを備えている。そして、図５に示すように、クランクシャフト１の右端にはフランジ部５が形成されると共に、その左端には軸部６が形成されている。

以上の構造のクランクシャフト１のジャーナル部２やピン部４には、通常、高周波焼入が施されて焼入硬化層Ｓが形成されるが、ジャーナル部２やピン部４の円柱部７ａ，７ｂの円筒状外周部α，βのみを焼入処理する焼入の仕方をフラット焼入と称し、図６に示す如く、円筒状外周面α，β，この円筒状外周部α，βに連なるフィレットＲ部（湾曲形状のＲ部，角部，若しくは隅部）８，及びこのフィレットＲ部８に連なるフィレット部９をそれぞれ含む一連の連続した部分の全てを焼入処理する焼入の仕方をフィレットＲ焼入と称している。なお、焼戻処理は、高周波焼入された部分における靭性の向上や内部歪の除去などの目的のために行われるのであるが、従来では、この焼戻処理のための加熱（焼戻加熱）には電気炉が一般的に用いられていた。

電気炉による焼戻処理では、均一で安定した焼戻品質が得られるが、その一方、長い加熱時間を必要とし、それに伴なって、高周波焼入によって得られた圧縮残留応力が低減してしまう問題点があり、結果として疲労強度が大幅に低下してしまう不具合が生じる。しかも、電気炉による加熱は間接加熱であることから、昇温に時間がかかり、焼戻処理効率が悪いという問題点がある。

このような問題点を解決するために、電気炉を用いずに高周波誘導加熱コイル体を用いて焼戻処理のための加熱を行うようにした高周波焼戻方法及び装置が提案されている。この方法及び装置としても各種のものが提案されているが、本願出願人による特開２００１−３０３１３４（特許第３５２４０３７号）が効果的なものの一例として挙げられる。特開２００１−３０３１３４に記載されているクランクシャフトの高周波焼戻方法及び装置にあっては、クランクシャフトの全体を、略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル体にて完全に取り囲まれた位置に配置し、これによりクランクシャフトのピン部やジャーナル部を同時に高周波焼戻するようにしている。
特開２００１−３０３１３４

上述の特開２００１−３０３１３４に記載の高周波焼戻方法及び装置は効果的なものであるものの、クランクシャフトが比較的小型である場合はよいが、大型のクランクシャフトに対しては、その大型のクランクシャフトを完全に取り囲むことができるような極めて大きな寸法の高周波誘導加熱コイルが必要となり、その場合には取扱性が悪く、かつ極めて高価なものになってしまう不具合がある。さらに、ワークであるクランクシャフトの長さや形状や熱処理仕様に応じて、専用の高周波誘導加熱コイルを用意する必要があり、多機種のワークに対する汎用性に関して設備的な問題があるのが実状である。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、クランクシャフトのフィレットＲ部の焼戻を良好に行うことができる上に、大型のクランクシャフトにも対応することができ、取扱性が良く、しかも安価に実施することができるようなクランクシャフトの高周波焼戻方法及びこの高周波焼戻方法に使用する高周波誘導加熱コイル体を提供することにある。

上述の如き目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトの主構成部であるジャーナル部及びピン部のフィレットＲ部を高周波焼入して成るクランクシャフトの高周波焼戻方法であって、前記クランクシャフトのジャーナル部及びこのジャーナル部に隣接して連なるピン部を高周波誘導加熱コイル体により焼戻加熱し、前記クランクシャフトをその軸線方向に移動して次のジャーナル部及びこれに隣接して連なるピン部を順次に焼戻加熱するようにしている。

また、本発明では、クランクシャフトの主構成部であるピン部及びジャーナル部のフィレットＲ部を高周波焼入して成るクランクシャフトを高周波焼戻するための高周波誘導加熱コイル体であって、１つ以上のジャーナル部とこれに隣接して連なる１つ以上のピン部とを取り囲む加熱コイル部を有するようにしている。

また、本発明では、前記加熱コイル部は、導線を螺旋状に巻回した略円形状ソレノイドタイプのものから成るようにしている。

また、本発明では、前記加熱コイル部の内面のうち、前記クランクシャフトのピン部に近接する位置に磁性材を配置するようにしている。

また、本発明では、直列型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を互いに１８０°離れた位置に対向してそれぞれ配置し、Ｖ型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を１２０°間隔でそれぞれ配置するようにしている。

請求項１に記載の本発明は、クランクシャフトのジャーナル部及びこのジャーナル部に隣接して連なるピン部を高周波誘導加熱コイル体により焼戻加熱し、クランクシャフトをその軸線方向に移動して次のジャーナル部及びこれに隣接して連なるピン部を順次に焼戻加熱するようにしたものであるから、特に、大型のクランクシャフトの焼戻を容易に行うことができる。しかも、大型のクランクシャフトの焼戻を行うことができるにもかかわらず、高周波誘導加熱コイル体としては比較的小型のもので済み、取扱性も良いという利点がある。

また、請求項２の本発明は、１つ以上のジャーナル部とこれに隣接して連なる１つ以上のピン部とを取り囲む加熱コイル部を有するようにしたものであるから、特に、大型のクランクシャフトに対して便利に適用することができ、かつ安価に実施することができる。

また、請求項３に記載の本発明は、導線を螺旋状に巻回した略円形状ソレノイドタイプのものから成るようにしたものであるから、軽量で済み、しかも簡便にかつ安価に製作することができる。

また、請求項４に記載の本発明は、加熱コイル部の内面のうち、クランクシャフトのピン部に近接する位置に磁性材（ダストコアや珪素鋼板等）を配置するようにしたものであるから、磁性材の存在により特にピン部の必要以上の過熱を効果的に防止することができ、高品質の焼戻を行うことができる。

また、請求項５に記載の本発明は、直列型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を互いに１８０°離れた位置に対向してそれぞれ配置し、Ｖ型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を１２０°間隔でそれぞれ配置するようにしたものであるから、前記磁性材の配置がクランクシャフトの形状に対応してそれぞれ配置されることとなるため、ピン部の焼戻を確実に、かつ安定して行うことができる。

以下、本発明のクランクシャフトの高周波焼戻方法及びこの高周波焼戻方法に使用する高周波誘導加熱コイル体１０の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、図５及び図６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。

図１は、高周波誘導加熱コイル体１０を用いてクランクシャフト１を高周波焼戻処理のために高周波誘導加熱する際の状態を示している。この高周波誘導加熱コイル体１０は、導線１１を螺旋状に複数回巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの加熱コイル部１０ａを本体部として具備するものであって、その内径φ、図１及び図２に示すようにクランクシャフト１の横断面形状に対して少し隙間が介在された状態で取り囲み（覆い）得る寸法となされている。また、図１に示すように、高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａは巻回方向（円周方向）に直交する方向（導線１１のピッチの進み方向）の長さＬは、例えば、１つのジャーナル部２及びそれに隣接して連なる１つのピン部４を丁度取り囲み得る寸法に設定されている。なお、前記長さＬは、これに限定されるものではなく、必要に応じて、上記の寸法より長く設定しても或いはそれより短く設定しても良い。

また、上述の高周波誘導加熱コイル体１０の導線１１の両端部は、図１に示す如く高周波電源１２に接続されている。一方、導線１１は図４に示す如く冷却液流通用中空部を有するパイプ材から成り、その中空部内に図外の冷却液供給機構から冷却液が供給されるように構成されている。そして、本実施形態では、クランクシャフト１がその軸線方向（図１において矢印Ａで示す方向）に移動し得るようにクランクシャフト１には移動機構部１３が連結されるように構成されている。

かくして、高周波誘導加熱コイル体１０は、既述のように導線１１を螺旋状に巻回した加熱コイル部１０ａを有するものから成るが、高周波誘導加熱コイル体１０が直列型エンジン用のクランクシャフト１を高周波誘導加熱するものである場合には、図２及び図４に示すように、その内部の位置であってかつ位相が互いに１８０度ずれたピン部４にそれぞれ対応する位置（互いに１８０度ずれて対向する位置）に、ダストコアや珪素鋼板等の磁性材（磁束集中材）１４が装着されている。この場合、磁性材１４は必ずしもなくてもよいが、高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａの内面に近いピン部４の温度上昇（例えば、３５０℃以上）を防止して安定した焼戻層を形成するためには磁性材１４が装着されるのが望ましい。図２は、図５に示した直列型エンジン用のクランクシャフト１の場合の磁性材１４の配置を示すものである。直列型エンジン用のクランクシャフト１の場合には、図５に示すように、隣接するピン部４が互いに１８０度ずれた位置に配置されるため、磁性材１４も図２に示すように１８０度ずれた２箇所の対称位置に配置される。なお、図３は、Ｖ型エンジン用のクランクシャフト１の場合の磁性材１４の配置を示すものであり、この場合には磁性材１４は１２０度の間隔で３箇所に配置される。勿論、さらに多気筒エンジン用のクランクシャフトの場合は、気筒数に対応するピン部４にそれぞれ対応位置に磁性材１４が配置される。

次に、上述の如き構造の高周波誘導加熱コイル体１０を用いてクランクシャフト１を高周波焼戻する方法（手順）の一例について説明する。

まず、クランクシャフト１を横向きにしてその軸線（ジャーナル部２の軸線に一致）を水平方向に配置し、図１及び図４に示すように高周波誘導加熱コイル体１０のうちの一部分、すなわち、同図において最右端にあるジャーナル部２及びピン部４を高周波誘導加熱コイル体１０の略円形状ソレノイドタイプの加熱コイル部１０ａの中空部内に高周波誘導加熱コイル体１０の導線１１に対して僅かな間隔を隔て中央箇所に貫通配置した状態でセットする。これにより、上述の如く最右端にあるジャーナル部２及びピン部４を、高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａによって取り囲まれた位置（覆われた位置）に配置し、その状態の下で高周波電源１２から高周波誘導加熱コイル体１０に高周波電力を供給する。この際、電力量や加熱時間などを適宜に調整することにより、所望の焼戻加熱を施し、ジャーナル部２やピン部４、並びに、フィレットＲ部８やフィレット部９に焼戻層（図６の焼入硬化層Ｓに相当する領域の焼戻層）を形成する。

次いで、図１に示す移動機構部１３を作動してクランクシャフト１を図１の矢印Ａ方向にワンピッチ（高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａの中空部内に入っていた最右端のジャーナル部２及びピン部４に対して図１及び図４においてその左側に隣接する次のジャーナル部２及びピン部４が高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａの中空部内に入ることになる距離）だけ移動させ、前記と同様に高周波焼戻を行う。以下、同様な動作を順次に繰返し行って、高周波誘導加熱コイル体１０の加熱コイル部１０ａを最左端のジャーナル部２及びピン部４に対応する位置までクランクシャフト１を間欠的に移動（ピッチ移動）させることによりクランクシャフト１の全体の焼戻加熱を行う。

なお、上述の如き間欠送り（ピッチ送り）ではなく、クランクシャフト１を連続した送り（連続送り）により移動させながら焼戻加熱を行うことも可能である。さらに、大型のクランクシャフト１では、２段加熱、３段加熱などの手法によりピントップ部Ｐ（図２，図３，及び図６参照）の有害な過熱を防止し得て、クランクシャフト１の全体を所定の焼戻温度に上昇させるのが効果的である。

以上の手順により、図６に示されるフィレットＲ焼入された焼入硬化層Ｓの領域に高品質の焼戻層を有するクランクシャフト１が得られる。本実施形態によれば、以上の説明で明らかなように、１つのピン部４とこれに連接する１つのジャーナル部２とを略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイル体１０にて取り囲んでクランクシャフト１を間欠的に或いは連続的に水平移動させて高周波焼戻処理を行うようにしているので、特に大型のクランクシャフト１の場合には、便利に、かつ取扱性が良く対応でき、かつ安価に焼戻加熱（焼戻処理）を実施することができる。

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、クランクシャフト１を移動機構部１３にて間欠的に移動させる場合には、既述の実施形態では互いに隣り合う１つのジャーナル部２と１つのピン部４とを１組にして加熱コイル部１０ａ内に配置して間欠移動させるようにしたが、その他の個数の組み合わせを１組にして間欠移動させて焼戻加熱を行うようにしても良い。

本発明の一実施形態に係る高周波焼戻方法に使用する高周波誘導加熱コイル体によりクランクシャフトを焼戻加熱している状態を示す正面図である。 直列型エンジン用のクランクシャフトを焼戻加熱するための高周波誘導加熱コイル体を示すものであって、図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。 Ｖ型エンジン用のクランクシャフトを焼戻加熱するための高周波誘導加熱コイル体を示す図２と同様の断面図である。 本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル体を用いてクランクシャフトの焼戻加熱を行う状態を示す模式図である。 直列型エンジン用のクランクシャフトを示す平面図である。 本発明の高周波焼戻方法によってジャーナル部やピン部に形成された焼入硬化層を示す部分断面図である。

符号の説明

１ クランクシャフト
２ ジャーナル部
３ カウンタウエイト部
４ ピン部
７ 円筒状外周部
８ フィレットＲ部
９ フィレット部
１０ 高周波誘導加熱コイル体
１０ａ 加熱コイル部
１１ 導線
１２ 高周波電源
１３ 移動機構部
１４ 磁性材

Claims (5)

1. クランクシャフトの主構成部であるジャーナル部及びピン部のフィレットＲ部を高周波焼入して成るクランクシャフトの高周波焼戻方法であって、前記クランクシャフトのジャーナル部及びこのジャーナル部に隣接して連なるピン部を高周波誘導加熱コイル体により焼戻加熱し、前記クランクシャフトをその軸線方向に移動して次のジャーナル部及びこれに隣接して連なるピン部を順次に焼戻加熱することを特徴とするクランクシャフトの高周波焼戻方法。
2. クランクシャフトの主構成部であるピン部及びジャーナル部のフィレットＲ部を高周波焼入して成るクランクシャフトを高周波焼戻するための高周波誘導加熱コイル体であって、１つ以上のジャーナル部とこれに隣接して連なる１つ以上のピン部とを取り囲む加熱コイル部を有することを特徴とするクランクシャフト高周波焼戻用の高周波誘導加熱コイル体。
3. 前記加熱コイル部は、導線を螺旋状に巻回した略円形状ソレノイドタイプのものから成ることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフト高周波焼戻用の高周波誘導加熱コイル体。
4. 前記加熱コイル部の内面のうち、前記クランクシャフトのピン部に近接する位置に磁性材を配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載のクランクシャフト高周波焼戻用の高周波誘導加熱コイル体。
5. 直列型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を互いに１８０°離れた位置に対向してそれぞれ配置し、Ｖ型エンジン用のクランクシャフトの場合には、前記磁性材を１２０°間隔でそれぞれ配置したことを特徴とする請求項４に記載のクランクシャフト高周波焼戻用の高周波誘導加熱コイル体。

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