JP2013023725A - クランクシャフトの高周波焼入方法及び高周波誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの軸部とフィレット部とを均一な焼入深さで高周波焼入することができ、且つ、高周波誘導加熱コイルの製造コストを削減することが可能なクランクシャフトの高周波焼入方法及びその高周波誘導加熱コイルを提供する。
【解決手段】断面形状が長方形の加熱導体４を採用して、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０になるように第１コイルギャップＧ１及び第２コイルギャップＧ２を設定した。これにより、高周波誘導加熱コイル１の製作及び調整が容易であり、高周波誘導加熱コイル１の製造コストを大幅に削減することができる。さらに、ピン部２とフィレット部３とを均一に昇温させることが可能であり、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで効率的に高周波焼入することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクシャフトのフィレット部を高周波焼入する方法及び高周波誘導加熱コイルに関する。

クランクシャフトを高周波焼入する場合、ピン部両端のフィレット部をピン部に対して均一に昇温させる、すなわち、ピン部とフィレット部との焼入深さを均一化するのは困難である。そこで、特許文献１には、フィレット部に対向する部分の電流密度を高めるため、断面形状を菱形に形成した加熱導体を有する高周波誘導加熱コイル（以下、加熱コイルという）が開示されている。

実開平４−１２４７９６号公報

しかしながら、断面形状が菱形の加熱導体を採用した場合、加熱導体及びコア部（磁性体）の製作費並びに精度調整工数が大幅に増大して、加熱コイルの製造コストが上昇する。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、クランクシャフトの軸部とフィレット部とを均一な焼入深さで高周波焼入することができ、且つ、高周波誘導加熱コイルの製造コストを削減することが可能なクランクシャフトの高周波焼入方法及びその高周波誘導加熱コイルを提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明のクランクシャフトの高周波焼入方法は、加熱導体をクランクシャフトの被焼入部に対して予め決められたコイルギャップだけ離して高周波誘導加熱コイルを配置して、この状態で前記加熱コイルに通電することで前記被焼入部を高周波誘導加熱させて高周波焼入する方法であって、前記被焼入部は、軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有して、前記加熱導体は、断面形状が長方形に形成されるとともに、全面が露出されて前記被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて前記被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、前記第１加熱面と前記被焼入部のフィレット部とのコイルギャップを第１コイルギャップＧ１に設定するとともに、前記第２加熱面と前記被焼入部の軸部とのコイルギャップを前記第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定して、この状態で前記加熱コイルに通電することで前記被焼入部のフィレット部と軸部とを高周波誘導加熱させて高周波焼入することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の高周波誘導加熱コイルは、クランクシャフトの軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有する被焼入部を高周波焼入するための高周波誘導加熱コイルであって、断面形状が長方形に形成される加熱導体を有して、前記加熱導体は、全面が露出されて前記被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて前記被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、前記第１加熱面と前記被焼入部のフィレット部とのコイルギャップが第１コイルギャップＧ１に設定されるとともに、前記第２加熱面と前記被焼入部の軸部とのコイルギャップが前記第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定されることを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（４）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜４の各々に相当する。

（１）加熱導体をクランクシャフトの被焼入部に対して予め決められたコイルギャップだけ離して高周波誘導加熱コイルを配置して、この状態で加熱コイルに通電することで被焼入部を高周波誘導加熱させて高周波焼入する方法であって、被焼入部は、軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有して、加熱導体は、断面形状が長方形に形成されるとともに、全面が露出されて被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、第１加熱面と被焼入部のフィレット部とのコイルギャップを第１コイルギャップＧ１に設定するとともに、第２加熱面と被焼入部の軸部とのコイルギャップを第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定して、この状態で加熱コイルに通電することで被焼入部のフィレット部と軸部とを高周波誘導加熱させて高周波焼入することを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入方法。
本項に記載のクランクシャフトの高周波焼入方法によれば、断面形状が長方形に形成された加熱導体を有する高周波誘導加熱コイルを採用したことにより、断面形状が菱形に形成された加熱導体を有する公知の高周波誘導加熱コイルを採用した場合と比較して、高周波誘導加熱コイル（コア部を含む）の製作及び調整が容易であり、高周波誘導加熱コイルの製造コストを大幅に削減することができる。また、加熱導体の全面が露出した第１加熱面を被焼入部のフィレット部に対向させて、且つ加熱導体の全面が露出した第２加熱面を被焼入部の軸部に対向させたことにより、被焼入部のフィレット部と軸部とを同時に高周波焼入することができる。さらに、加熱導体の第１加熱面と被焼入部のフィレット部との間の第１コイルギャップＧ１を加熱導体の第２加熱面と被焼入部の軸部との間の第２コイルギャップＧ２よりも小さく設定したことにより、軸部と相対的に昇温し難いフィレット部とを均一に昇温させることが可能であり、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで高周波焼入することができる。
本項の態様において、加熱導体の長方形の断面は、第１加熱面との交線に一致する辺（以下、第１加熱辺という）の長さが、第２加熱面との交線に一致する辺（以下、第２加熱辺という）の長さよりも長く設定されるが、第１加熱辺及び第２加熱辺の各々の長さは、必要に応じて適宜設定することができる。

（２）第１コイルギャップＧ１及び第２コイルギャップＧ２は、第１コイルギャップＧ１に対する第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０になるように設定される（１）のクランクシャフトの高周波焼入方法。
本項に記載のクランクシャフトの高周波焼入方法によれば、軸部とフィレット部とを均一に昇温させることができ、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで高周波焼入することができる。

（３）クランクシャフトの軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有する被焼入部を高周波焼入するための高周波誘導加熱コイルであって、断面形状が長方形に形成される加熱導体を有して、加熱導体は、全面が露出されて被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、第１加熱面と被焼入部のフィレット部とのコイルギャップが第１コイルギャップＧ１に設定されるとともに、第２加熱面と被焼入部の軸部とのコイルギャップが第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定されることを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
本項に記載の高周波誘導加熱コイルによれば、断面形状が長方形に形成された加熱導体を採用したことにより、断面形状が菱形に形成された加熱導体を採用した公知の高周波誘導加熱コイルと比較して、製作及び調整が容易であり、製造コストを大幅に削減することができる。また、加熱導体の全面が露出した第１加熱面を被焼入部のフィレット部に対向させて、且つ加熱導体の全面が露出した第２加熱面を被焼入部の軸部に対向させたことにより、被焼入部のフィレット部と軸部とを同時に高周波焼入することができる。さらに、加熱導体の第１加熱面と被焼入部のフィレット部との間の第１コイルギャップＧ１を加熱導体の第２加熱面と被焼入部の軸部との間の第２コイルギャップＧ２よりも小さく設定したことにより、軸部と相対的に昇温し難いフィレット部とを均一に昇温させることが可能であり、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで高周波焼入することができる。
本項の態様において、加熱導体の長方形の断面は、第１加熱面との交線に一致する第１加熱辺の長さが、第２加熱面との交線に一致する第２加熱辺の長さよりも長く設定されるが、第１加熱辺及び第２加熱辺の各々の長さは、必要に応じて適宜設定することができる。

（４）第１コイルギャップＧ１及び第２コイルギャップＧ２は、第１コイルギャップＧ１に対する第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０になるように設定されることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘導加熱コイル。
本項に記載の高周波誘導加熱コイルによれば、軸部とフィレット部とを均一に昇温させることができ、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで高周波焼入することができる。

本発明によれば、クランクシャフトの軸部とフィレット部とを均一な焼入深さで高周波焼入することができ、且つ、高周波誘導加熱コイルの製造コストを削減することが可能なクランクシャフトの高周波焼入方法及び高周波誘導加熱コイルを提供することができる。

本実施形態の説明図であり、要部をクランクシャフトのピン部の一軸平面で切断した断面図である。 適正なギャップ比Ｇ２／Ｇ１を図解するための、横軸に第１コイルギャップを設定するとともに縦軸に第２コイルギャップを設定したグラフである。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
本実施形態の高周波誘導加熱コイル１は、クランクシャフトのピン部２（軸部）と該ピン部２の両端に形成されるフィレット部３とを同時に且つ均一な焼入深さで高周波焼入することができるように構成されている。なお、高周波電源、チラーユニット等の、高周波誘導加熱コイル１を除く高周波焼入装置のその他の部分は、公知の高周波焼入装置がそのまま使用されている。そこで、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ここでは高周波焼入装置の詳細な説明を省略する。

高周波誘導加熱コイル１は、クランクシャフトのピン部２の周方向（以下、単に周方向という）に沿って延びる半開放鞍型高周波誘導加熱コイルであって、図１に示されるように、加熱導体４とコア部５（磁束集中体）とを有する。なお、図１には、被焼入部のうち、被焼入部の一端側、すなわち、ピン部２の一端側及び該ピン部２の一端に接続されるフィレット部３に対応する加熱導体４及びコア５のみが図解されているが、高周波誘導加熱コイル１が、被焼入部の他端側に対応する加熱導体４及びコア５も備えていることは、当業者に理解されるべきである。

図１に示されるように、加熱導体４は、全面が露出されてクランクシャフトのフィレット部３に対向する第１加熱面６と、全面が露出されてクランクシャフトのピン部２に対向する第２加熱面７と、コア部５によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面８及び第２被覆面９とを有しており、周方向の全域にわたって断面形状が長方形に形成されている。加熱導体４の断面は、第１加熱面６との交線に一致する辺（以下、第１加熱辺６という）の長さＬ１が、第２加熱面７との交線に一致する辺（以下、第２加熱辺７という）の長さＬ２よりも長く設定されている。なお、加熱導体４の第１加熱面６とコア部５の側面１０とは面一（同一平面）に形成されるとともに、加熱導体４の第２加熱面７とコア部５の底面１１とは面一に形成される。

そして、本実施形態のクランクシャフトの高周波焼入方法では、加熱導体４の第１加熱面６とクランクシャフトのフィレット部３とのコイルギャップ及び加熱導体４の第２加熱面７とクランクシャフトのピン部２とのコイルギャップを、各々、第１コイルギャップＧ１及び第２コイルギャップＧ２と定義した場合、第１コイルギャップＧ１に対する第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１（以下、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１という）が、１．５〜３．０になるように設定される。ここで、横軸に第１コイルギャップＧ１を設定するとともに縦軸に第２コイルギャップＧ２を設定した図２に示されるグラフを参照すると、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１が適正である領域Ｒ、すなわち、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０である領域Ｒは、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１（傾き）が３．０である直線Ｌ３．０と、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１（傾き）が１．５である直線Ｌ１．５との間の、図２において斜線で示される領域である。

次に、本実施形態の作用を説明する。
まず、高周波誘導加熱コイル１の加熱導体４をクランクシャフトの被焼入部に対して予め決められたコイルギャップだけ離すようにして、高周波誘導加熱コイル１とクランクシャフトとを相対位置決めさせる。本実施形態における予め決められたコイルギャップは、加熱導体４の第１加熱面６とクランクシャフトのフィレット部３とのコイルギャップが０．７ｍｍ（第１コイルギャップＧ１＝０．７ｍｍ）、及び、加熱導体４の第２加熱面７とクランクシャフトのピン部２（軸部）とのコイルギャップが１．５ｍｍ（第２コイルギャップＧ２＝１．５ｍｍ）である。この場合のギャップ比Ｇ２／Ｇ１は２．１４であり、１．５〜３．０の範囲内（図２における領域Ｒ内）であり適正である。

この状態で、高周波誘導加熱コイル１に通電してクランクシャフトの被焼入部（ピン部２及びフィレット部３）を高周波誘導加熱しつつ、ピン部２を高周波誘導加熱コイル１に対して軸線回りに一方向へ回転させることにより、被焼入部が全周にわたって高周波焼入れされる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、全面が露出されてクランクシャフトのフィレット部３に対向する第１加熱面６と、全面が露出されてクランクシャフトのピン部２（軸部）に対向する第２加熱面７と、コア部５によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面８及び第２被覆面９とを有する断面形状が長方形に形成された加熱導体４を有する高周波誘導加熱コイル１を採用して、第１コイルギャップＧ１（加熱導体４の第１加熱面６とクランクシャフトのフィレット部３とのコイルギャップ）及び第２コイルギャップＧ２（加熱導体４の第２加熱面７とクランクシャフトのピン部２とのコイルギャップ）を、各々、ギャップ比Ｇ２／Ｇ１（第１コイルギャップＧ１に対する第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１）が１．５〜３．０になるように設定したので、断面形状が菱形に形成された加熱導体を有する公知の高周波誘導加熱コイルを採用した場合と比較して、高周波誘導加熱コイル１（コア部５を含む）の製作及び調整が容易であり、高周波誘導加熱コイル１の製造コストを大幅に削減することができ、且つ、クランクシャフトのフィレット部３とピン部２とを同時に高周波焼入することができる。さらに、第１コイルギャップＧ１を第２コイルギャップＧ２よりも小さく設定したことにより、ピン部２と相対的に昇温し難いフィレット部３とを均一に昇温させることが可能であり、その結果、クランクシャフトの被焼入部を均一な焼入深さで効率的に高周波焼入することができる。

１ 高周波誘導加熱コイル、２ ピン部（軸部）、３ フィレット部、４ 加熱導体、５ コア部、６ 第１加熱面（第１加熱辺）、７ 第２加熱面（第２加熱辺）、８ 第１被覆面、９ 第２被覆面、１０ コア部側面、１１ コア部底面

Claims (4)

1. 加熱導体をクランクシャフトの被焼入部に対して予め決められたコイルギャップだけ離して高周波誘導加熱コイルを配置して、この状態で前記加熱コイルに通電することで前記被焼入部を高周波誘導加熱させて高周波焼入する方法であって、
   前記被焼入部は、
   軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有して、
   前記加熱導体は、
   断面形状が長方形に形成されるとともに、全面が露出されて前記被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて前記被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、
   前記第１加熱面と前記被焼入部のフィレット部とのコイルギャップを第１コイルギャップＧ１に設定するとともに、前記第２加熱面と前記被焼入部の軸部とのコイルギャップを前記第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定して、この状態で前記加熱コイルに通電することで前記被焼入部のフィレット部と軸部とを高周波誘導加熱させて高周波焼入することを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入方法。
2. 前記第１コイルギャップＧ１及び前記第２コイルギャップＧ２は、前記第１コイルギャップＧ１に対する前記第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０になるように設定される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方法。
3. クランクシャフトの軸部と該軸部の両端に形成されるフィレット部とを有する被焼入部を高周波焼入するための高周波誘導加熱コイルであって、
   断面形状が長方形に形成される加熱導体を有して、
   前記加熱導体は、全面が露出されて前記被焼入部のフィレット部に対向する第１加熱面と、全面が露出されて前記被焼入部の軸部に対向する第２加熱面と、コア部によって被覆されて相互に隣り合う第１被覆面及び第２被覆面とを有して、
   前記第１加熱面と前記被焼入部のフィレット部とのコイルギャップが第１コイルギャップＧ１に設定されるとともに、前記第２加熱面と前記被焼入部の軸部とのコイルギャップが前記第１コイルギャップＧ１よりも大きい第２コイルギャップＧ２に設定されることを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
4. 前記第１コイルギャップＧ１及び前記第２コイルギャップＧ２は、前記第１コイルギャップＧ１に対する前記第２コイルギャップＧ２の比率Ｇ２／Ｇ１が１．５〜３．０になるように設定されることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘導加熱コイル。