JP2008174815A

JP2008174815A - 高周波焼き入れ装置

Info

Publication number: JP2008174815A
Application number: JP2007011036A
Authority: JP
Inventors: Matsukiku Kudou; 松菊工藤; Hideyuki Kadokawa; 秀之門川
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】クランクシャフトのジャーナル部やピン部を被焼き入れ部として、これらを高品質で焼き入れ処理を行い得るようにする。
【解決手段】高周波焼き入れ装置は第１のコイル３１と第２のコイル３２とを有しており、被焼き入れ部であるジャーナル部Ｊを囲むように配置される。コイル３１，３２はジャーナル部Ｊの軸方向一方側に配置される一方側のコイル片と、他方側に配置される他方側のコイル片とをそれぞれ有し、一方側のコイル片の外側に一方側の位置決めチップ２５ａ，２６ａが配置され、他方側のコイル片の外側に他方側の位置決めチップ２５ｂ，２６ｂが一方側の位置決めチップ２５ａ，２６ａに対して円周方向に位相をずらして配置されている。ジャーナル部Ｊに対する焼き入れ液は、それぞれのコイル３１，３２のコイル片の間の隙間から供給される。
【選択図】図２

Description

本発明はクランクシャフトのジャーナル部等の回転部材の軸部を被焼き入れ部としてその表面を高周波焼き入れする高周波焼き入れ装置に関する。

ピストンの往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフトは、シリンダブロックとクランクケースとを有するエンジン本体に回転自在に支持される複数のジャーナル部と、ピストンに連結されるコネクティングロッドの端部が連結される複数のピン部とを有し、それぞれのジャーナル部とピン部はウェブ部を介して一体となっている。これらのジャーナル部とピン部の表面は、ジャーナル部とウェブ部とのコーナー部と、ピン部とウェブ部との間のコーナー部を含めて、その強度と耐摩耗性を高めるために、高周波焼き入れにより焼き入れ処理されている。

特許文献１にはクランクシャフトのピン部に対する高周波焼き入れ装置が記載され、特許文献２にはジャーナル部に対する高周波焼き入れ装置が記載されている。ジャーナル部の焼き入れには、特許文献２に記載されるように、ジャーナル部外周面の半円以下の円弧面に対応する円弧状のコイルを有する高周波焼き入れ装置が使用されており、ピン部の焼き入れには、特許文献１に記載されるように、ピン部外周面の半円以下の円弧面に対応する円弧状のコイルを有する高周波焼き入れ装置が使用されている。ジャーナル部の表面を焼き入れするには、クランクシャフトを回転させることにより、ジャーナル部の外周面が順次コイルに対向するようにしており、高周波焼き入れ装置は焼き入れ時には静止している。これに対し、ピン部の表面を焼き入れするには、クランクシャフトの回転に伴ってピン部がシャフトの中心軸を中心に公転するので、その公転軌跡に対応させて高周波焼き入れ装置を公転移動させるようにしている。
特公平４−４３７５号公報実公平３−１１２２５号公報

ジャーナル部やピン部等の軸部を被焼き入れ部として焼き入れ処理を行う高周波焼き入れ装置には、コイルを軸部およびコーナー部にできるだけ近接させるとともにコイルが軸部とウェブ部とに接触しないようにするために、非導電性の部材からなる位置決めチップが複数箇所に取り付けられている。それぞれの位置決めチップは、焼き入れ処理時にはクランクシャフトの軸部と軸部両端のウェブ部に押し当てられ、コイルと軸部等の被焼き入れ部との間に一定の隙間が確保された状態のもとで、被焼き入れ部に対する焼き入れ処理が行われる。クランクシャフトの軸部を焼き入れる場合には、軸部の疲労強度向上のために、軸部両端とウェブ部との間のコーナー部も焼き入れ処理しており、コイルをできるだけコーナー部に近接させることが好ましい。

しかし、本来ならば軸部を囲むようにコイルを配置することが好ましいが、コイルと被焼き入れ部との直接接触を避けるために位置決めチップがコイルに組み込まれるので、コイルの有効長を短くしなければならず、急速加熱を阻害することになる。また、位置決めチップを設けるためにコイルは位置決めチップを避けるように巻回する必要があるので、位置決めチップに対して円周方向にコイルを分割して２つのコイルを一対として設けるようにダブルコイルタイプとすると、屈曲部つまり反転部が増えてコイルが複雑な形状になるだけでなく、屈曲部の存在によりコイルが無駄に長くなり、屈曲により電気抵抗および冷却水の通過抵抗が増大する。

上記特許文献１に記載されるように、コイルの内部に位置決めチップつまり絶縁性スペーサを組み込むようにすると、その位置決めチップでは軸部両端のウェブ部との間の隙間を確保することができないので、ウェブ部に押し当てられる位置決めチップをさらに設ける必要がある。

本発明の目的は、クランクシャフトのジャーナル部等の回転部材の軸部を被焼き入れ部として、被焼き入れ部を迅速に焼き入れ処理し得るようにすることにある。

本発明の高周波焼き入れ装置は、回転部材を回転させながら前記回転部材の軸部を被焼き入れ部として焼き入れ処理する高周波焼き入れ装置であって、前記被焼き入れ部の外周面に沿って円弧状に延びるとともにそれぞれの一端部で相互に連結され、前記被焼き入れ部の軸方向一方側に配置される一方側のコイル片と軸方向他方側に配置される他方側のコイル片とを有する第１のコイルと、前記被焼き入れ部の外周面に沿って円弧状に延びるとともにそれぞれの一端部で相互に連結され、前記被焼き入れ部の軸方向一方側に配置される一方側のコイル片と軸方向他方側に配置される他方側のコイル片とを有し、前記第１のコイルに前記被焼き入れ部を介して対向する第２のコイルと、前記第１のコイルの前記一方側のコイル片の外側に配置され、前記被焼き入れ部に接触する一方側の位置決めチップと、前記第１のコイルの前記他方側のコイル片の外側に、前記一方側の位置決めチップに対して円周方向に位相をずらして配置され、前記被焼き入れ部に接触する他方側の位置決めチップと、前記第２のコイルの前記一方側のコイル片の外側に配置され、前記被焼き入れ部に接触する一方側の位置決めチップと、前記第２のコイルの前記他方側のコイル片の外側に、前記第２のコイルの前記一方側の位置決めチップに対して円周方向に位相をずらして配置され、前記被焼き入れ部に接触する他方側の位置決めチップとを有することを特徴とする。

本発明の高周波焼き入れ装置は、前記第１のコイルの前記一方側の位置決めチップと前記他方側の位置決めチップとの円周方向の中間部であって、一方側のコイル片と他方側のコイル片との間から焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける第１の焼き入れ液供給ノズルと、前記第２のコイルの前記一方側の位置決めチップと前記他方側の位置決めチップとの円周方向の中間部であって、一方側のコイル片と他方側のコイル片との間から焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける第２の焼き入れ液供給ノズルとを有することを特徴とする。

本発明の高周波焼き入れ装置は、前記第１と第２のコイルへの通電による前記被焼き入れ部の加熱後、前記第１と第２の焼き入れ液供給ノズルから焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける際に、前記第１と第２のコイルを相互に離反させて前記被焼き入れ部と前記第１と第２のコイルとの間に焼き入れ液が流れる通路を形成することを特徴とする。

本発明の高周波焼き入れ装置は、前記第１のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の端部外方に、前記被焼き入れ部に接触する端部側の位置決めチップを配置し、前記第２のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の端部外方に、前記被焼き入れ部に接触する端部側の位置決めチップを配置することを特徴とする。

本発明の高周波焼き入れ装置は、前記第１と第２のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の長さを、前記被焼き入れ部のほぼ半円に対応する長さとすることを特徴とする。

本発明の高周波焼き入れ装置は、前記回転部材はクランクシャフトであって前記軸部はクランクシャフトのジャーナル部であり、前記各々のコイル片は、断面ほぼＶ字形状または断面ほぼＵ字形状となった外側部と、これに接合される内側部とを有し、各コイル片の内側部のクランクシャフトのウェブ部側を反対側よりも肉厚としたことを特徴とする

本発明によれば、クランクシャフトのジャーナル部やピン部等の回転部材の軸部を被焼き入れ部として被焼き入れ部を加熱するコイルを第１と第２のコイルにより形成し、それぞれのコイルを軸部の一方側に対応する一方側のコイル片と軸部の他方側に対応する他方側のコイル片とにより形成し、それぞれのコイル片の外側に位置決めチップを配置するようにしたので、それぞれのコイルを１巻きのシングルタイプのコイルとすることができる。これにより、従来のように、位置決めチップに対して円周方向にコイルを分割して２つのコイルを一対として設ける必要がなく、反転部が１つのみとなるので、コイルを無駄に長くすることなく、電気抵抗および冷却水の通過抵抗を増大させることなく、所望の温度にまで短時間で迅速に被焼き入れ部を加熱することができる。

コイルへの通電により被焼き入れ部を所望の温度まで加熱した後に焼き入れ液を被焼き入れ部に吹き付ける際に、焼き入れ液をそれぞれのコイルのコイル片相互の隙間から吹き付けることができるので、焼き入れ液を被焼き入れ部全体に確実に供給することができ、焼き入れ品質を向上させることができる。焼き入れ液を吹き付ける際に、２つのコイルを相互に離反させることにより被焼き入れ部とそれぞれのコイルとの間に焼き入れ液が流れる通路を形成すると、より確実に被焼き入れ部全体に焼き入れ液を供給することができる。

位置決めチップをそれぞれのコイルに対して２つのコイル片の外側に配置するとともに、コイルの端部外方に配置するようにしても良い。位置決めチップをコイルの端部外方に配置することなく、それぞれのコイル片の外側に１つずつ配置し、１つのコイルに対して２つの位置決めチップを配置すると、それぞれのコイルの長さを被焼き入れ部のほぼ半円に対応する長さまで長くすることができ、短時間で被焼き入れ部を所望の温度まで加熱することができる。

また、クランクシャフトのジャーナル部の焼き入れに適用する場合は、各々のコイル片を、断面ほぼＶ字形状または断面ほぼＵ字形状となった外側部と、これに接合される内側部とにより構成し、各コイル片の内側部のクランクシャフトのウェブ部側を反対側よりも肉厚とすることで、ジャーナル部の端部つまりコーナー部に磁界を集中させて、強度上問題となるクランクシャフトのジャーナル部とウェブ部との間のコーナー部の焼き入れ性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は高周波焼き入れ処理が行われる回転部材としてのクランクシャフトの一例を示す斜視図であり、このクランクシャフト１０は、クランクケースとシリンダブロックとを有するエンジン本体に回転自在に支持され、往復動するピストンによって回転駆動される。クランクシャフト１０は、軸部としてそれぞれ回転中心軸Ｏを中心として回転自在にエンジン本体に支持される複数のジャーナル部Ｊを有し、それぞれのジャーナル部Ｊにはウェブ部Ｗを介してピン部Ｐが一体となっている。このクランクシャフト１０は、それぞれ回転中心軸Ｏから一定の距離だけ径方向に離れた４つのピン部Ｐを有し、軸方向の隣り合うピン部Ｐは回転方向に１８０度の位相でずれており、このクランクシャフト１０は４気筒のエンジンに使用される。

図２は図１に示したクランクシャフト１０のジャーナル部の表面を焼き入れ処理するための高周波焼き入れ装置を示す正面図であり、図３は図２に示された第１の焼き入れユニットの先端部を一部拡大して示す斜視図であり、図４は図２に示された第２の焼き入れユニットの先端部を一部拡大して示す斜視図であり、図５は図２に示された第１の焼き入れユニットを拡大して示す正面図であり、図６は図５における６−６線に沿う方向の拡大断面図であり、図７（Ａ）はコイルを示す拡大正面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）における７Ａ−７Ａ線に沿う方向の展開側面図である。

図２に示すように、この高周波焼き入れ装置は第１の焼き入れユニット１１と第２の焼き入れユニット１２とを有し、これらは相互に接近離反移動自在となっている。２つの焼き入れユニット１１，１２を相互に接近離反移動させるために、それぞれの焼き入れユニット１１，１２の図２における上端部は、相互にピンを中心に揺動自在に連結される図示しないアームの先端に取り付けられるようになっており、アームを開閉させることによって２つの焼き入れユニット１１，１２は相互に接近離反移動することになる。ただし、それぞれの焼き入れユニット１１，１２を直線往復動部材にそれぞれ取り付けることにより、２つの焼き入れユニット１１，１２を相互に接近離反移動させるようにしても良い。

第１の焼き入れユニット１１は、図３に示すように、２枚のホルダープレート１３ａ，１３ｂを有しており、両方のホルダープレート１３ａ，１３ｂは図２に示すようにこれらの間に配置されるスペーサ１４により間隔が設定されるとともに、スペーサ１４を貫通するねじ部材１５により相互に締結されている。第２の焼き入れユニット１２も、図４に示すように、第１の焼き入れユニット１１と同様に２枚のホルダープレート１６ａ，１６ｂを有し、スペーサ１７により両方のホルダープレート１６ａ，１６ｂの間隔が設定されるとともにねじ部材１８により相互に締結されている。

焼き入れユニット１１のホルダープレート１３ａ，１３ｂの先端面は真っ直ぐな対向面２１となっており、対向面２１の中央部分には切り欠き部２２が形成されている。同様に、焼き入れユニット１２のホルダープレート１６ａ，１６ｂの先端面は真っ直ぐな対向面２３となっており、対向面２３の中央部分には切り欠き部２４が形成されている。図２に示すように、ジャーナル部Ｊの表面を焼き入れ処理する際には、２つの焼き入れユニット１１，１２は、対向面２１，２３が相互に対向し、両方の切り欠き部２２，２４により形成されるスペースにクランクシャフト１０のジャーナル部Ｊが入り込むことになる。

図２〜図４に示すように、焼き入れユニット１１には第１のコイル３１が取り付けられ、焼き入れユニット１２には第２のコイル３２が取り付けられている。第１のコイル３１は焼き入れユニット１１をクランクシャフト１０に装着したときにジャーナル部Ｊの外周面に沿ってそれぞれ隙間を介して円弧状に延びる一方側のコイル片３１ａと他方側のコイル片３１ｂとを有している。一方側のコイル片３１ａはホルダープレート１３ａ側に配置され、他方側のコイル片３１ｂはホルダープレート１３ｂ側に配置されており、両方のコイル片３１ａ，３１ｂはそれぞれの一端部つまり図３において下側端部で反転部３１ｃにより相互に連結されている。

第２のコイル３２は焼き入れユニット１２をクランクシャフト１０に装着したときにジャーナル部Ｊの外周面に沿ってそれぞれ隙間を介して円弧状に延びる一方側のコイル片３２ａと他方側のコイル片３２ｂとを有している。一方側のコイル片３２ａはホルダープレート１６ａ側に配置され、他方側のコイル片３２ｂはホルダープレート１６ｂ側に配置されており、両方のコイル片３２ａ，３２ｂはそれぞれの一端部つまり図４における下側端部で反転部３２ｃにより相互に連結されている。それぞれのコイル３１，３２は銅合金製の中空のパイプにより形成されており、内部には冷却液が流れる流路が形成されている。両方の焼き入れユニット１１，１２をクランクシャフト１０に装着すると、第１と第２の２つのコイル３１，３２は、ジャーナル部Ｊに対して隙間をもってジャーナル部Ｊを介して相互に対向することになる。

第１のコイル３１を構成する両方のコイル片３１ａ，３１ｂの他端部、つまり図３における上側端部にはそれぞれ銅合金製の給電用チューブ３３ａ，３３ｂが接続されており、図２に示すように、それぞれの給電用チューブ３３ａ，３３ｂは高周波供給用の電源ユニット３４に電気的に接続されている。同様に、第２のコイル３２を構成する両方のコイル片３２ａ，３２ｂの他端部、つまり図４における上側端部にはそれぞれ銅合金製の給電用チューブ３５ａ，３５ｂが接続されており、図２に示すように、それぞれの給電用チューブ３５ａ，３５ｂは高周波供給用の電源ユニット３６に電気的に接続されている。

給電用チューブ３３ａ，３３ｂには第１のコイル３１の流路に連通する流路が形成されており、それぞれの給電用チューブ３３ａ，３３ｂには図示しない冷却液供給ポンプが接続され、そのポンプから供給された冷却液が給電用チューブ３３ａ，３３ｂを介してそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂに供給されるようになっている。第１のコイル３１の反転部３１ｃには図２に示すように排出用チューブ３７が接続されており、排出用チューブ３７にはそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂ内の流路に連通する流路が形成され、それぞれのコイル片３１ａ，３１ｂの内部を流れて第１のコイル３１を冷却した後の冷却液は排出用チューブ３７を介して外部に案内される。同様に、給電用チューブ３５ａ，３５ｂには第２のコイル３２の流路に連通する流路が形成されており、それぞれの給電用チューブ３５ａ，３５ｂには図示しない冷却液供給ポンプが接続され、そのポンプから供給された冷却液が給電用チューブ３５ａ，３５ｂを介してそれぞれのコイル片３２ａ，３２ｂに供給されるようになっている。第２のコイル３２の反転部３２ｃには排出用チューブ３８が接続されており、排出用チューブ３８にはそれぞれのコイル片３２ａ，３２ｂ内の流路に連通する排出流路が形成され、それぞれのコイル片３２ａ，３２ｂの内部を流れて第２のコイル３２を冷却した後の冷却液は排出用チューブ３８を介して外部に案内される。

図２に示すように、第１のコイル３１の給電用チューブ３３ａ，３３ｂと排出用チューブ３７にはそれぞれねじ部材４１が取り付けられており、このねじ部材４１をそれぞれスペーサ１４に締結することによって第１のコイル３１は２枚のホルダープレート１３ａ，１３ｂに固定されている。同様に、第２のコイル３２の給電用チューブ３５ａ，３５ｂと排出用チューブ３８にはそれぞれねじ部材４２が取り付けられており、このねじ部材４２をそれぞれスペーサ１７に締結することによって第２のコイル３２は２枚のホルダープレート１６ａ，１６ｂに固定されている。それぞれのねじ部材４１，４２は絶縁体４３によりスペーサ１４，１７に対して絶縁させており、コイル３１，３２とそれぞれのホルダープレートとの電気的接続が防止されている。

図３に示すように、第１の焼き入れユニット１１のホルダープレート１３ａの内側には、第１のコイル３１の一方側のコイル片３１ａの外側に配置させて一方側の位置決めチップ２５ａが取り付けられている。また、ホルダープレート１３ｂの内側には、他方側のコイル片３１ｂの外側に配置させるとともに、一方側の位置決めチップ２５ａに対して円周方向に位相をずらして他方側の位置決めチップ２５ｂが取り付けられている。同様に、図４に示すように、第２の焼き入れユニット１２のホルダープレート１６ａの内側には、第２のコイル３２の一方側のコイル片３２ａの外側に配置させて一方側の位置決めチップ２６ａが取り付けられ、ホルダープレート１６ｂの内側には、他方側のコイル片３２ｂの外側に配置させるとともに、一方側の位置決めチップ２６ａに対して円周方向に位相をずらして他方側の位置決めチップ２６ｂが取り付けられている。したがって、図２に示すように両方の焼き入れユニット１１，１２をジャーナル部Ｊに装着すると、位置決めチップ２５ａは位置決めチップ２６ａに対向し、位置決めチップ２５ｂは位置決めチップ２６ｂに対向することになる。ただし、一方の焼き入れユニットにおける２つの位置決めチップの円周方向の位置を反転させると、それぞれの位置決めチップ２５ａ〜２６ｂは相互に対向しない食い違い状態となる。

第１のコイル３１の一方側のコイル片３１ａには一方側の位置決めチップ２５ａを迂回するようにコイル３１の内側に湾曲する湾曲部３０ａが形成され、他方側のコイル片３１ｂにも他方側の位置決めチップ２５ｂを迂回するようにコイル３１の内側に湾曲する湾曲部３０ｂが形成されており、それぞれの位置決めチップ２５ａ，２５ｂの外側面は、コイル片３１ａ，３１ｂの湾曲部３０ａ，３０ｂ以外の外側面よりも僅かに外側に突出し、クランクシャフト１０のウェブ部Ｗと第１のコイル３１との接触が防止されている。同様に、第２のコイル３２の一方側のコイル片３２ａには一方側の位置決めチップ２６ａを迂回するようにコイル３２の内側に湾曲する湾曲部４０ａが形成され、他方側のコイル片３２ｂにも他方側の位置決めチップ２６ｂを迂回するように第２のコイル３２の内側に湾曲する湾曲部４０ｂが形成されており、それぞれの位置決めチップ２６ａ，２６ｂの外側面は、コイル片３２ａ，３２ｂの湾曲部４０ａ，４０ｂ以外の外側面よりも僅かに外側に突出している。

このように、それぞれのコイル片３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの外側に位置決めチップ２５ａ〜２６ｂを配置するようにすると、それぞれの焼き入れユニット１１，１２に設けられるコイル３１，３２を１巻きのコイル、つまりシングルタイプのコイルとすることができ、従来のように、位置決めチップに対してその円周方向の両側にコイルを配置し、２つのコイルにより一対のコイルを形成するようにしたダブルタイプの場合よりも、反転部が少なくなり、それぞれのコイル３１，３２を無駄に長くすることが防止され、電気抵抗および冷却水の通過抵抗を低減することができ、短時間で被焼き入れ部を加熱することができる。

第１の焼き入れユニット１１のホルダープレート１３ａ，１３ｂの内面には、図３に示すように、第１のコイル３１のジャーナル部Ｊの外周面に沿う方向の両端部の外方に位置させて、それぞれ端部側の位置決めチップ２７ａ，２７ｂが取り付けられている。２つの位置決めチップ２７ａはコイル３１の一方の端部外方に配置され、２つの位置決めチップ２７ｂはコイル３１の他方の端部外方に配置されている。同様に、第２の焼き入れユニット１２のホルダープレート１６ａ，１６ｂの内面には、図４に示すように、第２のコイル３２のジャーナル部Ｊの外周面に沿う方向の両端部の外方に位置させて、それぞれ端部側の位置決めチップ２８ａ，２８ｂが取り付けられている。２つの位置決めチップ２８ａはコイル３２の一方の端部外方に配置され、２つの位置決めチップ２８ｂはコイル３２の他方の端部外方に配置されている。

それぞれの位置決めチップ２５ａ〜２８ｂは、絶縁性の材料により形成され、ホルダープレート１３ａ〜１６ｂに対してねじ部材２９により取り付けられており、２つの焼き入れユニット１１，１２をクランクシャフト１０に装着したときにジャーナル部Ｊの回転中心軸Ｏに向かう方向に突出しており、ジャーナル部Ｊの外周面とその軸方向の端部に連なるウェブ部Ｗとに接触してそれぞれのコイル３１，３２がジャーナル部Ｊに直接接触することが防止される。これにより、コイル３１，３２の内周面とジャーナル部Ｊの外周面との間に僅かな隙間が形成される。

図２に破線で示すように、第１の焼き入れユニット１１には第１の焼き入れ液供給ノズル４４が取り付けられている。この焼き入れ液供給ノズル４４は、第１のコイル３１の一方側の位置決めチップ２５ａと他方側の位置決めチップ２５ｂとの円周方向の中間位置であって、両方のコイル片３１ａ，３１ｂの間から焼き入れ液を被焼き入れ部としてのジャーナル部Ｊに吹き付ける。同様に、第２の焼き入れユニット１２には第２の焼き入れ液供給ノズル４５が取り付けられている。この焼き入れ液供給ノズル４５は、第２のコイル３２の一方側の位置決めチップ２６ａと他方側の位置決めチップ２６ｂとの円周方向の中間位置であって、両方のコイル片３２ａ，３２ｂの間から焼き入れ液を被焼き入れ部としてのジャーナル部Ｊに吹き付ける。

第１の焼き入れ液供給ノズル４４は、２つの位置決めチップ２５ａ，２５ｂの円周方向の中間であって両方のコイル片３１ａ，３１ｂの間から焼き入れ液を吹き付けるので、両方のコイル片３１ａ，３１ｂの間の隙間に入り込んだ焼き入れ液は図２において上下に円周方向に分流し、流通抵抗を受けることなく確実にジャーナル部Ｊの表面に分散して流れる。これにより、所望量の焼き入れ液を被焼き入れ部に確実に供給することができ、効果的に焼き入れ処理を行うことができる。第２の焼き入れ液供給ノズル４５も同様の構造となっており、効果的に焼き入れ処理を行うことができる。

それぞれのコイル３１，３２に高周波電流を供給すると、電磁誘導によりコイル３１，３２により生成される磁界によってジャーナル部Ｊに渦電流が発生し、そのジュール熱によりジャーナル部Ｊの表面は加熱される。コイル３１，３２に複数枚の珪素鋼板を積層して形成される磁界集中部材を組み込むと、コイル３１，３２により生成されて被加熱部に向けられる磁界強度を高めることができ、その結果、被加熱部に発生される誘導渦電流を高めて発熱温度を高めることができる。

図２および図３に示すように、第１のコイル３１の一方側のコイル片３１ａには磁界集中部材４６が２つ設けられており、それぞれの磁界集中部材４６はコイル３１の両端部側に配置されている。他方側のコイル片３１ｂにも同様の磁界集中部材４６が一方側のコイル片３１ａに設けられた磁界集中部材４６に対応させて設けられている。図２および図４に示すように、第２のコイル３２の一方側のコイル片３２ａにも磁界集中部材４６が２つ設けられており、それぞれの磁界集中部材４６はコイル３２の両端部側に配置されている。他方側のコイル片３２ｂにも同様の磁界集中部材４６が一方側のコイル片３２ａに設けられた磁界集中部材４６に対応させて設けられている。

図８は磁界集中部材４６が設けられた部分におけるコイル３１の拡大断面図であり、磁界集中部材４６はそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂの内側面を覆うとともに、コイル片３１ａ，３１ｂの一部を覆っている。コイル３２に設けられる磁界集中部材４６についても同様に、コイル片３２ａ，３２ｂの一部を覆うようになっている。なお、図８において、磁界集中部材４６を構成する積層された珪素鋼板の１枚がハッチングを付して示されている。

次に、上述した高周波焼き入れ装置により図１に示すクランクシャフト１０のそれぞれのジャーナル部Ｊを焼き入れ処理する手順について説明すると、クランクシャフト１０を図示しない回転装置に取り付けた状態のもとで、図２に示す高周波焼き入れ装置を図２に示すようにジャーナル部Ｊを囲むようにクランクシャフト１０に装着する。

それぞれのジャーナル部Ｊの全てを同時に焼き入れ処理する場合には、それぞれのジャーナル部Ｊに対応させて５台の高周波焼き入れ装置がクランクシャフト１０に装着され、１台の高周波焼き入れ装置により全てのジャーナル部を焼き入れ処理する場合には１箇所のジャーナル部に対する焼き入れ処理が終了したら順次高周波焼き入れ装置をクランクシャフト１０の軸方向に移動させて順次各々のジャーナル部を処理することになる。

焼き入れ処理を行う際には、第１と第２のコイル３１，３２をジャーナル部Ｊに対して隙間を介して相互に対向させた状態のもとで、それぞれのコイル３１，３２内の流路に冷却液を供給し、クランクシャフト１０を回転させながら、それぞれのコイル３１，３２に電力を供給する。コイル３１，３２に電力を供給しながらクランクシャフト１０を複数回回転させると、ジャーナル部Ｊの外周面は全体的にほぼ均一な所望の温度にまで加熱される。加熱工程が終了した後には、焼き入れ液供給ノズル４４，４５から焼き入れ液をジャーナル部Ｊの表面にクランクシャフト１０を回転させた状態のもとで吹き付ける。このときには、それぞれの位置決めチップ２５ａ〜２８ｂをジャーナル部Ｊに突き当てた状態としてもよく、両方の焼き入れユニット１１，１２を僅かに離反させてコイル３１，３２とジャーナル部Ｊの表面との間に通電時よりも大きな焼き入れ液用の通路を形成するようにしても良い。このように通路を形成することによって焼き入れ液が円滑にジャーナル部Ｊの表面に沿って流れて、焼き入れ性を向上させることができる。

図９は本発明の他の実施の形態である高周波焼き入れ装置を示す正面図であり、図１０は図９に示された第１の焼き入れユニットを示す拡大正面図であり、図１１（Ａ）は図１０における１１Ａ−１１Ａ線に沿う展開図であり、図１１（Ｂ）は図１０における１１Ｂ−１１Ｂ線に沿う断面図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）における１１Ｃ−１１Ｃ線に沿う断面図であり、図１２（Ａ）はコイルを示す拡大正面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）における１２Ｂ−１２Ｂ線に沿う側面図である。これらの図においては、前述した焼き入れ装置における部材と共通する部材には、同一の符号が付されている。

図９および図１１（Ｂ）に示すように、第１の焼き入れユニット１１の先端面には、対向面２１の上下両端部に位置させて突起部５１が対向面２１よりも突出して設けられており、それぞれの突起部５１に対応させて第２の焼き入れユニット１２の先端部には突起部５１が入り込む凹部を有する噛み合い部５２が設けられている。したがって、両方の焼き入れユニット１１，１２をクランクシャフト１０のジャーナル部Ｊに装着すると、突起部５１が噛み合い部５２の凹部に入り込んでこれらの噛み合いによって両方のユニット１１，１２が連結される。図示する場合には、突起部５１がユニット１１のホルダープレート１３ａ，１３ｂの間に設けられ、噛み合い部５２がユニット１２のホルダープレート１６ａ，１６ｂの間に設けられているが、突起部５１をユニット１２に設け、噛み合い部５２をユニット１１に設けるようにしても良い。

図９に示す高周波焼き入れ装置においては、上述した高周波焼き入れ装置における図３および図４に示した位置決めチップ２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂは設けられておらず、第１の焼き入れユニット１１にはホルダープレート１３ａ側とホルダープレート１３ｂ側とに相互に円周方向に位相をずらして位置決めチップ２５ａ，２５ｂが１つずつ設けられており、第２の焼き入れユニット１２にもホルダープレート１６ａ側とホルダープレート１６ｂ側とに相互に円周方向に位相をずらして位置決めチップ２６ａ，２６ｂが１つずつ設けられている。したがって、高周波焼き入れ装置をジャーナル部Ｊに装着すると、合計４つの位置決めチップ２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂがジャーナル部Ｊの外周面に押し当てられることになる。

このように、それぞれのコイル３１，３２の両端部の外方には図３および図４に示した位置決めチップ２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂが設けられていないので、その部分にまでコイル３１，３２の円周面方向、つまりジャーナル部Ｊの外周面に沿う方向の長さを上述した高周波焼き入れ装置よりも長くすることができる。このように、２つのユニット１１，１２をジャーナル部Ｊに装着したときに、両方のコイル３１，３２が直接接触しない程度まで長くすることによって、それぞれのコイル３１，３２の長さをほぼ半円に近い長さにまで設定することができるので、上述した高周波焼き入れ装置よりもコイル３１，３２により生成される磁界の強度が高められ、短時間で所望の温度まで被焼き入れ部を加熱することができる。

コイル３１，３２の長さはほぼ半円に近い長さに設定されるので、焼き入れユニット１１における２つの位置決めチップ２５ａ，２５ｂの相互間の距離、および焼き入れユニット１２における２つの位置決めチップ２６ａ，２６ｂの相互間の距離は、上述した高周波焼き入れ装置よりも大きく設定されている。図９に示すように両方の焼き入れユニット１１，１２をジャーナル部Ｊに装着すると、位置決めチップ２５ａは位置決めチップ２６ａに対向し、位置決めチップ２５ｂは位置決めチップ２６ｂに対向することになるが、一方の焼き入れユニットにおける２つの位置決めチップの円周方向の位置を反転させて、それぞれの位置決めチップ２５ａ〜２６ｂを相互に対向しない食い違い状態となるようにしても良い。

図９に示すように、第１の焼き入れユニット１１には磁界集中部材４６がそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂの長手方向中央部に２つの位置決めチップ２５ａ，２５ｂの間に位置させて配置されており、第２の焼き入れユニット１２には磁界集中部材４６がそれぞれのコイル片３２ａ，３２ｂの長手方向中央部に２つの位置決めチップ２６ａ，２６ｂの間に位置させて配置されている。第１の焼き入れユニット１１における焼き入れ液供給ノズル４４の先端は、上述した高周波焼き入れ装置と相違して２つの噴出口４４ａ，４４ｂに分岐しており、それぞれの噴出口４４ａ，４４ｂは位置決めチップ２５ａ，２５ｂとオーバーラップしている。同様に、第２の焼き入れユニット１２における焼き入れノズル４５の先端は、２つの噴出口４５ａ，４５ｂに分岐しており、それぞれの噴出口４５ａ，４５ｂは位置決めチップ２６ａ，２６ｂとオーバーラップしている。

図１３（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ磁界集中部材４６が設けられた部分におけるコイル３１の拡大断面図である。図１３（Ａ）に示すように、それぞれのコイル片３１ａ，３１ｂは断面ほぼＶ字形状の外側部５３と、これに接合される内側部５４とを有しており、磁界集中部材４６はコイル片３１ａ，３１ｂの外側部５３の外周面全体を覆うようにそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂに設けられている。コイル片３１ａ，３１ｂの内側部５４のウェブ部Ｗ側は反対側よりも肉厚となっており、ジャーナル部Ｊの端部つまりコーナー部に磁界を集中させるようにしている。これにより、強度上問題となるクランクシャフト１０のジャーナル部Ｊとウェブ部Ｗとの間のコーナー部の焼き入れ性を向上することができる。すなわち、コイル片３１ａ，３１ｂの内側部５４を被焼き入れ部に対する加熱温度に応じて厚みを変化させることにより、必要部分に磁界強度を高めることができる。

図１３（Ｂ）に示すコイル片３１ａ，３１ｂは、断面ほぼＵ字形状となった外側部５３と、これに接合される内側部５４とを有しており、磁界集中部材４６はコイル片３１ａ，３１ｂの外側部５３の外周面全体を覆うようにそれぞれのコイル片３１ａ，３１ｂに設けられている。図１３（Ｂ）に示すコイル片３１ａ，３１ｂも図１３（Ａ）と同様に、内側部５４のウェブ部Ｗ側は反対側よりも肉厚となっており、ジャーナル部Ｊの端部つまりコーナー部に磁界を集中させるようにしている。なお、図１３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ第１のコイル３１の構造とコイル３１に装着される磁界集中部材４６を示すが、第２のコイル３２およびこれに装着される磁界集中部材４６についても同様とすることができる。

このように、コイル３１，３２を断面ほぼＶ字形状ないしＵ字形状の外側部５３と肉厚の内側部５４とにより形成し、内側部５４を被焼き入れ部であるジャーナル部Ｊに対向させることにより、コイル３１，３２により生成される磁界強度を高めるとともに、コーナー部に磁界を集中させ、強度上問題となるクランクシャフト１０のジャーナル部Ｊとウェブ部Ｗとの間のコーナー部の焼き入れ性を向上することができる。なお、図２に示す高周波焼き入れ装置におけるそれぞれのコイル３１，３２および磁界集中部材４６についても、図８に示す構造に代えて図１３に示す構造としても良い。

この高周波焼き入れ装置においても、上述した場合と同様の手順によりジャーナル部Ｊを焼き入れ処理することができ、焼き入れ処理を行う際には、第１と第２のコイル３１，３２をジャーナル部Ｊに対して隙間を介して相互に対向させた状態のもとで、それぞれのコイル３１，３２内の流路に冷却液を供給し、クランクシャフト１０を回転させながら、それぞれのコイル３１，３２に電力を供給する。加熱工程が終了した後には、焼き入れ液供給ノズル４４，４５の噴出口４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂから焼き入れ液をジャーナル部Ｊの表面にクランクシャフト１０を回転させた状態のもとで吹き付ける。図９は両方の焼き入れユニット１１，１２を僅かに離反させてコイル３１，３２とジャーナル部Ｊの表面との間に焼き入れ液用の通路を形成した状態を示しており、このように、通路を形成することによって焼き入れ液が円滑にジャーナル部Ｊの表面に沿って流されることになる。ただし、それぞれの位置決めチップをジャーナル部Ｊに突き当てた状態のもとで焼き入れ液を吹き付けるようにしても良い。

上述したそれぞれの高周波焼き入れ装置は、軸部として図１に示したジャーナル部Ｊを焼き入れ処理するために適用されているが、図１に示したクランクシャフトのピン部Ｐの表面を焼き入れ処理するためにも適用することができる。ただし、ピン部Ｐの外径はジャーナル部Ｊの外径よりも小径となっているので、それぞれのコイル３１，３２の円弧形状の曲率半径は、図示したコイル３１，３２の曲率半径よりも小さい値に設定される。しかも、ピン部Ｐを焼き入れ処理する際には、クランクシャフト１０を回転させるとともに、クランクシャフトの回転に伴うピン部Ｐのジャーナル部Ｊに対する公転移動に対応させて２つの焼き入れユニット１１，１２を公転移動させることになる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１は４気筒エンジン用のクランクシャフト１０を示すが、６気筒用等の他のエンジン用のクランクシャフトに対してもジャーナル部やピン部等のように、断面が円形である部材であれば、どのような部材の軸部にも焼き入れ処理することができる。また、回転部材はクランクシャフトに限定されない。

高周波焼き入れ処理が行われる回転部材としてのクランクシャフトの一例を示す斜視図である。図１に示したクランクシャフトのジャーナル部の表面を焼き入れ処理するための高周波焼き入れ装置を示す正面図である。図２に示された第１の焼き入れユニットの先端部を一部拡大して示す斜視図である。図２に示された第２の焼き入れユニットの先端部を一部拡大して示す斜視図である。図２に示された第１の焼き入れユニットを拡大して示す正面図である。図５における６−６線に沿う方向の拡大断面図である。（Ａ）はコイルを示す拡大正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における７Ｂ−７Ｂ線に沿う方向の展開側面図である。磁界集中部材が設けられた部分におけるコイルの拡大断面図である。本発明の他の実施の形態である高周波焼き入れ装置を示す正面図である。図９に示された第１の焼き入れユニットを示す拡大正面図である。（Ａ）は図１０における１１Ａ−１１Ａ線に沿う展開図であり、（Ｂ）は図１０における１１Ｂ−１１Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は図１１（Ａ）における１１Ｃ−１１Ｃ線に沿う断面図である。（Ａ）はコイルを示す拡大正面図であり、（Ｂ）は図１２（Ａ）における１２Ｂ−１２Ｂ線に沿う側面図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ磁界集中部材が設けられた部分におけるコイルの拡大断面図である。

符号の説明

１０クランクシャフト（回転部材）
１１第１の焼き入れユニット
１２第２の焼き入れユニット
１３ａ，１３ｂホルダープレート
１６ａ，１６ｂホルダープレート
２５ａ〜２８ｂ位置決めチップ
３０ａ，３０ｂ湾曲部
３１第１のコイル
３１ａ一方側のコイル片
３１ｂ他方側のコイル片
３２第２のコイル
３２ａ一方側のコイル片
３２ｂ他方側のコイル片
４０ａ，４０ｂ湾曲部
４４第１の焼き入れ液供給ノズル
４５第２の焼き入れ液供給ノズル
４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ噴出口
４６磁界集中部材

Claims

回転部材を回転させながら前記回転部材の軸部を被焼き入れ部として焼き入れ処理する高周波焼き入れ装置であって、
前記被焼き入れ部の外周面に沿って円弧状に延びるとともにそれぞれの一端部で相互に連結され、前記被焼き入れ部の軸方向一方側に配置される一方側のコイル片と軸方向他方側に配置される他方側のコイル片とを有する第１のコイルと、
前記被焼き入れ部の外周面に沿って円弧状に延びるとともにそれぞれの一端部で相互に連結され、前記被焼き入れ部の軸方向一方側に配置される一方側のコイル片と軸方向他方側に配置される他方側のコイル片とを有し、前記第１のコイルに前記被焼き入れ部を介して対向する第２のコイルと、
前記第１のコイルの前記一方側のコイル片の外側に配置され、前記被焼き入れ部に接触する一方側の位置決めチップと、
前記第１のコイルの前記他方側のコイル片の外側に、前記一方側の位置決めチップに対して円周方向に位相をずらして配置され、前記被焼き入れ部に接触する他方側の位置決めチップと、
前記第２のコイルの前記一方側のコイル片の外側に配置され、前記被焼き入れ部に接触する一方側の位置決めチップと、
前記第２のコイルの前記他方側のコイル片の外側に、前記第２のコイルの前記一方側の位置決めチップに対して円周方向に位相をずらして配置され、前記被焼き入れ部に接触する他方側の位置決めチップとを有することを特徴とする高周波焼き入れ装置。
請求項１記載の高周波焼き入れ装置において、前記第１のコイルの前記一方側の位置決めチップと前記他方側の位置決めチップとの円周方向の中間部であって、一方側のコイル片と他方側のコイル片との間から焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける第１の焼き入れ液供給ノズルと、前記第２のコイルの前記一方側の位置決めチップと前記他方側の位置決めチップとの円周方向の中間部であって、一方側のコイル片と他方側のコイル片との間から焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける第２の焼き入れ液供給ノズルとを有することを特徴とする高周波焼き入れ装置。
請求項２記載の高周波焼き入れ装置において、前記第１と第２のコイルへの通電による前記被焼き入れ部の加熱後、前記第１と第２の焼き入れ液供給ノズルから焼き入れ液を前記被焼き入れ部に吹き付ける際に、前記第１と第２のコイルを相互に離反させて前記被焼き入れ部と前記第１と第２のコイルとの間に焼き入れ液が流れる通路を形成することを特徴とする高周波焼き入れ装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波焼き入れ装置において、前記第１のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の端部外方に、前記被焼き入れ部に接触する端部側の位置決めチップを配置し、前記第２のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の端部外方に、前記被焼き入れ部に接触する端部側の位置決めチップを配置することを特徴とする高周波焼き入れ装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波焼き入れ装置において、前記第１と第２のコイルの前記被焼き入れ部の外周面に沿う方向の長さを、前記被焼き入れ部のほぼ半円に対応する長さとすることを特徴とする高周波焼き入れ装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波焼き入れ装置において、前記回転部材はクランクシャフトであって前記軸部はクランクシャフトのジャーナル部であり、前記各々のコイル片は、断面ほぼＶ字形状または断面ほぼＵ字形状となった外側部と、これに接合される内側部とを有し、各コイル片の内側部のクランクシャフトのウェブ部側を反対側よりも肉厚としたことを特徴とする高周波焼き入れ装置。