JP2015175048A

JP2015175048A - クランクシャフトの高周波焼き入れ方法および焼き入れ装置

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Publication number: JP2015175048A
Application number: JP2014053807A
Authority: JP
Inventors: 清二茂木; Seiji Mogi
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-10-05
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: JP6334973B2

Abstract

【課題】高周波焼き入れを行うクランクシャフトの曲りを抑制し、クランクシャフトの製造歩留まりを向上する。
【解決手段】クランクシャフトのピン部とジャーナル部を高周波焼き入れした後に、ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して曲り傾向を判定し、曲り傾向に応じたジャーナル部とピン部との曲り修正寄与度を判定し、曲り修正寄与度に応じて、次に焼き入れ処理されるクランクシャフトのジャーナル部とピン部とを焼き入れする際の高周波誘導コイルへの出力をフィードバック制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、クランクシャフトのジャーナルとピンを高周波焼き入れするためのクランクシャフトの高周波焼き入れ技術に関する。

ピストンの往復運動を回転運動に変換して駆動輪に回転トルクを出力するためのクランクシャフトは、クランクケースに回転自在に支持されるジャーナル部と、コネクティングロッドが揺動自在に連結されるピン部とを有している。ジャーナル部とピン部には、耐摩耗性等を向上するために、高周波焼き入れ処理と焼き戻し処理が施されている。クランクシャフトに高周波焼き入れ処理等の熱処理を施した後には、熱処理によってクランクシャフトに曲りが発生したか否かを計測している。この計測により曲りが所定値以上となっている場合には、曲りの方向と量に応じてクランクシャフトの曲りが自動矯正される。自動矯正によって曲りが所定値以下に矯正されたクランクシャフトは、仕上げ加工を経て製品化される。

曲りの自動矯正方法としては、クランクシャフトに径方向の外力を加える方法が採用されている。例えば、特許文献１には、高周波焼き入れが行われた軸類の曲り方向を測定し、曲り方向とは反対方向に歪み矯正装置により外力を加えるようにしてクランクシャフトを急冷する高周波焼き入れ変形防止方法が記載されている。また、特許文献２には、焼き入れ処理されたクランクシャフトのフィレットに、ローラによりローリング力を加えてクランクシャフトを矯正するようにした矯正方法が記載されている。

高周波焼き入れ処理後のクランクシャフトの曲りに応じて高周波誘導加熱コイルの加熱条件を変化させるようにする技術が開発されている。例えば、特許文献３には、クランクシャフトのジャーナル部の熱処理後にジャーナル部の振れ量と振れ箇所の位相を検出し、検出値に基づいて半開放形誘導加熱コイルを変調することにより、位相方向に応じた曲りを矯正するようにした矯正方法が記載されている。特許文献４には、センタージャーナル部以外を熱処理し、その変形を測定してセンタージャーナル部の熱処理条件を反映させて曲りを矯正するようにした高周波焼き入れ方法が記載されている。また、特許文献５に記載されるクランクシャフトの焼き入れ方法においては、センタージャーナル部以外のピン部等を高周波焼き入れした後に、クランクシャフトに軸方向の押圧荷重を付与するとともに、センタージャーナル部の両側を直角方向に押圧荷重を加えながらセンタージャーナル部を高周波焼き入れしている。特許文献６には、高周波焼き入れ後の冷却中に、クランクシャフトの中央位置を径方向に押圧し、クランクシャフトに軸方向に押圧するようにした焼き入れ方法が記載されている。

特開平５−１７１２８３号公報特表２００８−５３５６６５号公報特開２００６−３０７３００号公報特開平１−１５２２２１号公報特開昭６２−１７４３３２号公報特開２００２−１９４４３７号公報

クランクシャフトのピン部、ジャーナル部、およびフィレット部つまりＲ部に高周波焼き入れを行った後に、曲りに応じて径方向の外力を加えて曲り量に応じた矯正を行うには、強度限界に応じて矯正量が限られる。このため、曲り量が過大なクランクシャフトは、ＮＧ製品として廃棄されており、製品化することができない。

クランクシャフトの熱処理によって発生するクランクシャフトの曲り量が許容値以下となれば、歪み矯正装置やローラを用いてクランクシャフトに外力を加える曲りの自動矯正工程は不要となる。またクランクシャフトの曲り量が少なくなれば、自動矯正の処理時間を短縮することができる。したがって、クランクシャフトの熱処理条件を制御することによって、熱処理後のクランクシャフトの曲り量を少なくすることができれば、量産品であるクランクシャフトの加工時間を短縮することができるとともに、製造歩留まりを向上させることができる。

しかしながら、特許文献３に記載されるように、ジャーナル部の熱処理後にジャーナル部の振れ量と振れ箇所の位相を検出し、検出値に基づいて半開放形誘導加熱コイルを変調するようにした方法や、センタージャーナル部以外を熱処理し、その変形を測定してセンタージャーナル部の熱処理条件を反映させて曲りを矯正するようにした方法では、熱処理後のクランクシャフトの曲りを少なくすることに限度があった。このため、熱処理後の曲り矯正に時間がかかるだけでなく、曲りが許容値を超えることがあり、従来の高周波焼き入れ方法では、クランクシャフトの製造歩留まり向上には限度があった。

その理由は、高周波焼き入れにより発生する曲りには、ジャーナル部のみならず、ピン部の焼き入れによって起因する曲りも含まれており、ジャーナル部の加熱条件を制御するだけでは、曲り量を小さくすることができないからであると考えられる。特に、クランクシャフトの小型軽量化および高精度化に伴い、ピン部とジャーナル部とが熱処理後のクランクシャフトの曲りに大きく影響することが判明した。

本発明の目的は、高周波焼き入れを行うクランクシャフトの曲りを抑制することにある。

本発明の他の目的は、クランクシャフトの製造歩留まりを向上することにある。

本発明のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法は、クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ方法であって、前記ピン部と前記ジャーナル部の一方を高周波焼き入れする１次焼き入れ工程と、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方を高周波焼き入れする２次焼き入れ工程と、前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して曲り傾向を判定し、前記曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との曲り修正寄与度を判定する曲り修正寄与度判定工程と、前記曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御するフィードバック制御工程と、を有する。

本発明のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法は、クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ方法であって、前記ピン部と前記ジャーナル部の一方を高周波焼き入れする１次焼き入れ工程と、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方を高周波焼き入れする２次焼き入れ工程と、前記１次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して１次の曲り傾向を判定し、前記１次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との１次曲り修正寄与度を判定する１次曲り修正寄与度判定工程と、前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する１次フィードバック制御工程と、前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御工程と、を有する。

本発明のクランクシャフトの高周波焼き入れ装置は、クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ装置であって、前記ピン部と前記ジャーナル部の一方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記一方を１次焼き入れした後に、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記他方を２次焼き入れするコイル駆動部材と、前記クランクシャフトを回転させたときの回転角度を検出する角度センサ、および前記クランクシャフトの回転角度に応じた前記ジャーナル部の曲り量を計測する変位計を備えた曲り計測手段と、前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して曲り傾向を判定し、前記曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との曲り修正寄与度を判定する曲り修正寄与度判定部と、前記曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れと前記２次焼き入れとにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を有する。

本発明のクランクシャフトの高周波焼き入れ装置は、クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ装置であって、前記ピン部と前記ジャーナル部の一方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記一方を１次焼き入れした後に、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記他方を２次焼き入れするコイル駆動部材と、前記クランクシャフトを回転させたときの回転角度を検出する角度センサ、および前記クランクシャフトの回転角度に応じた前記ジャーナル部の曲り量を計測する変位計を備えた曲り計測手段と、前記１次焼き入れが終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して１次の曲り傾向を判定し、前記１次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との１次曲り修正寄与度を判定する１次曲り修正寄与度判定部と、前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する１次フィードバック制御部と、前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記２次焼き入れにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部と、を有する。

本発明によれば、１つのクランクシャフトのジャーナル部とピン部とを焼き入れした後に、ジャーナル部の曲り傾向に基づいてジャーナル部とピン部との曲り修正寄与度を求めて、次のクランクシャフトのジャーナル部を焼き入れする高周波誘導コイルとピン部を焼き入れする高周波誘導コイルとに対する加熱出力をフィードバック制御するようにしたので、多数のクランクシャフトに対して高周波焼き入れを行う際に、焼き入れ処理後のクランクシャフトの曲りを小さくすることができる。

本発明によれば、ジャーナル部とピン部の一方を焼き入れした後に、ジャーナル部の曲り傾向に基づいてジャーナル部とピン部との曲り修正寄与度を求めて、ジャーナル部とピン部の一方の焼き入れ後に行われる他方の焼き入れを行う高周波誘導コイルに対する加熱出力をフィードフォワード制御するようにしたので、他方の焼き入れに起因するクランクシャフトの曲りを小さくすることができる。

本発明によれば、クランクシャフトの曲りを小さくすることができるので、焼き入れ処理後のクランクシャフトの曲りが許容値を超えていた場合における矯正装置による曲りの矯正を短時間に行うことができるとともに、矯正装置による曲り矯正を不要とする頻度が高くなり、クランクシャフトの製造歩留まりが高められる。

ジャーナル部とピン部とを有するクランクシャフトの一例を示す正面図である。高周波焼き入れが施される部分を示すクランクシャフトの縦断面図である。高周波焼き入れ装置によりピン部を焼き入れ処理する際のクランクシャフトと高周波誘導コイルとの位置関係を示す概略図である。高周波焼き入れ装置によりジャーナル部を焼き入れ処理する際のクランクシャフトと高周波誘導コイルとの位置関係を示す概略図である。クランクシャフトの曲りを矯正する自動矯正装置を示す概略図である。高周波焼き入れ装置の制御回路を示すブロック図である。一実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図７に示された曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。他の実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図９に示された１次曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図９に示された２次曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図９に示された最終曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。さらに他の実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１の左側面図であり、クランクシャフトの先端面を示す。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。

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に示すクランクシャフト１０は、４気筒エンジンに適用され、ピストンの往復運動を回転運動に変換して駆動輪に回転トルクを出力する。クランクシャフト１０の一端部つまり前端部１１は出力端部となっており、回転中心軸Ｏを中心にクランクケースに回転自在に支持されるジャーナル部１Ｊ〜５Ｊを有している。各ジャーナル部の相互間には、回転中心軸Ｏから偏心した位置にピン部１Ｐ〜４Ｐが設けられており、それぞれのピン部にはピストンロッドの端部が揺動自在に連結される。

クランクシャフト１０は、鋼材を鍛造加工や切削加工等の機械加工により、図１に示す形状に前加工された後に、焼き入れ処理される。焼き入れ処理される部位は、それぞれのジャーナル部、ピン部、およびピン部とジャーナル部の端部に連なって形成されたＲ部つまりフィレット部である。ジャーナル部を焼き入れ処理することにより、それに連なって形成されたＲ部も焼き入れ処理され、ピン部を焼き入れ処理することにより、それに連なって形成されたＲ部も焼き入れ処理される。

図３は高周波焼き入れ装置によりピン部を焼き入れ処理する際のクランクシャフトと高周波誘導コイルとの位置関係を示す概略図であり、図４は高周波焼き入れ装置によりジャーナル部を焼き入れ処理する際のクランクシャフトと高周波誘導コイルとの位置関係を示す概略図である。

高周波焼き入れ装置２０は、クランクシャフト１０の前端部１１に当接する支持センタ２１と、クランクシャフト１０の後端部１２を把持するチャック２２とを有している。チャック２２は回転部材つまり回転軸２３に設けられており、回転軸２３は図示しないモータにより回転駆動され、回転軸２３によりチャック２２を介してクランクシャフト１０は回転駆動される。支持センタ２１と回転軸２３は、図示しない架台に支持部材を介して支持されている。クランクシャフト１０を回転軸により回転駆動したときに、クランクシャフト１０の回転角度を検出するために、回転軸２３には回転ディスク２４ａが設けられ、回転ディスク２４ａの外周面に対向して非接触式の角度センサ２４ｂが架台に設けられている。角度センサ２４ｂとしては、例えば、レゾルバ等を用いることができる。

高周波焼き入れ装置２０は、図３に示されるように、ピン部１Ｐ〜４Ｐに向けてクランクシャフト１０の径方向に接近離反移動自在の高周波誘導コイル２５と、図４に示されるように、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊに向けて径方向に接近離反移動自在の高周波誘導コイル２６とを有している。高周波誘導コイル２５は、図３において矢印で示すように、クランクシャフトの回転運動に倣って往復動される。同様に、高周波誘導コイル２６は、図４において矢印で示すように、クランクシャフトの回転運動に倣って往復動される。それぞれのアクチュエータ２７，２８は、コイルの押し付け力を所定の力で調整するためにスプリングや空気圧シリンダにより構成される。

ピン部１Ｐ〜４Ｐを焼き入れするときには、高周波誘導コイル２５をピン部に接触させた状態として、クランクシャフト１０を回転させるとともに高周波誘導コイル２５を往復動させながら、高周波誘導コイル２５に電力を供給する。一方、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊを焼き入れするときには、高周波誘導コイル２６をジャーナル部に接触させた状態として、クランクシャフト１０を回転させながら、高周波誘導コイル２６に電力を供給する。

ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊを焼き入れする装置のアクチュエータ２８には変位計２９が設けられており、変位計２９はジャーナル部の曲り量、つまり回転中心軸Ｏに対する偏心量を検出する。変位計２９と角度センサ２４ｂは、ジャーナル部の曲り量をクランクシャフト１０の回転角度に応じて計測する曲り計測手段を構成している。

図５は、クランクシャフト１０の曲りを矯正する自動矯正装置３０を示す概略図である。この自動矯正装置３０は、クランクシャフト１０を高周波焼き入れした後に、クランクシャフト１０の曲りが許容値を超えていた場合に、それを矯正するために使用される。

自動矯正装置３０は、クランクシャフト１０の前端部１１に当接する支持センタ３１と、クランクシャフト１０の後端部１２に当接する支持センタ３２とを有しており、両方の支持センタ３１，３２によりクランクシャフト１０は支持される。一方の支持センタ３２は、図示しないモータにより回転駆動され、支持センタ３２によりクランクシャフト１０は回転駆動される。両方の支持センタ３１，３２は、図示しない架台に支持部材を介して支持されている。クランクシャフト１０を支持センタ３２により回転駆動したときに、クランクシャフト１０の回転角度を検出するために、支持センタ３２には、回転ディスク２４ａと同様に回転ディスク３３ａが設けられ、回転ディスク３３ａの外周面に対向して角度センサ２４ｂと同様に非接触式の角度センサ３３ｂが架台に設けられている。この角度センサ３３ｂは、クランクシャフト１０の曲り方向を検出するための曲り方向検出手段を構成している。

自動矯正装置３０は駆動ユニット３４を有し、駆動ユニット３４には油圧シリンダ３５がそれぞれのジャーナル部に対応させて設けられている。油圧シリンダ３５により軸方向に駆動されるロッド３６には、ジャーナル部を押圧する押圧部材３７が設けられている。

図６は、図３および図４に示した高周波焼き入れ装置２０と、図５に示した自動矯正装置３０の制御回路を示すブロック図である。回転軸２３の回転角度を検出する角度センサ２４ｂと、支持センタ３２の回転角度を検出する角度センサ３３ｂの検出信号は、制御ユニット４１に送られる。さらに、ジャーナル部の曲り量を検出するための５つの変位計２９の検出信号は、それぞれ制御ユニット４１に送られる。

それぞれの高周波誘導コイル２５，２６は、出力調整器４２に発振器４３ａ，４３ｂを介して接続されており、制御ユニット４１からの制御信号により出力調整器４２が制御され、それぞれの高周波誘導コイル２５，２６に対する電圧値と電流値つまり供給電力値が制御される。

制御ユニット４１は、制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式、マップデータ等が格納されるメモリ等を有している。

高周波誘導コイル２５，２６に供給される電力は、ピン部とジャーナル部の焼き入れ厚さが所定の許容値となる範囲に設定されている。ピン部を焼き入れした後におけるジャーナル部の曲りと、ジャーナル部を焼き入れした後におけるジャーナル部の曲りとには、相関関係があることが見出された。つまり、クランクシャフト１０を焼き入れして、ジャーナル部の曲り量と曲り方向とを検出して曲り傾向を判定すると、その曲り傾向に影響を与えたピン部に対する電力量と、ジャーナル部に対する電力量の比率を判定することができる。この電力量つまり加熱出力の比率は、制御ユニット４１内のメモリに演算式またはマップデータとして格納されている。この電力量の比率に基づいて、曲りを修正するための曲り修正寄与度を演算して判定することができる。この曲り修正寄与度は演算式等の形態でメモリに格納されている。

したがって、１つのクランクシャフト１０に対する焼き入れが行われた後に、そのクランクシャフト１０のジャーナル部の曲り傾向を判定し、曲り傾向の判定に基づいて曲り修正寄与度を演算することにより、次のクランクシャフト１０に対する焼き入れのために、高周波誘導コイルに対して供給される電力量を変更することにより、次に焼き入れ処理されるクランクシャフト１０の曲りを少なくすることができる。

ピン部とジャーナル部との焼き入れが終了した後に、ジャーナル部の曲り傾向を再度測定し、ジャーナル部の曲りが許容範囲内であれば、そのまま後の仕上げ工程を行うことができる。また、ジャーナル部の曲りが許容範囲を超えているときには、図５に示した自動矯正装置３０により曲りを矯正することになるが、曲りを少なくすることができるので、自動矯正装置３０による曲り矯正操作を短時間に行うことができる。

このように、ピン部を焼き入れした後におけるジャーナル部の曲りと、ジャーナル部を焼き入れした後におけるジャーナル部の曲りとの相関関係の知見に基づいて行うようにした焼き入れ方法としては、基本的に以下の方式がある。

１つの焼き入れ方式としては、１つのクランクシャフト１０のピン部とジャーナル部との双方を焼き入れした後に、ジャーナル部の曲り傾向から、次のクランクシャフト１０に焼き入れする際の高周波誘導コイルに対する電力量つまり加熱出力をフィードバック制御する方式がある。フィードバックされた電力量の値は、それぞれメモリに格納されて前の電力量の値は修正される。

他の焼き入れ方式としては、１次焼き入れとして、クランクシャフト１０のピン部を高周波誘導コイル２５により焼き入れした後に、ジャーナル部の曲り傾向から、そのクランクシャフト１０のジャーナル部を２次焼き入れとして、引き続いて焼き入れするための高周波誘導コイル２６に対する電力量をフィードフォワード制御する方式がある。フィードフォワードされた電力量の値は、メモリに格納される。このフィードフォワード制御とともに、ピン部を焼き入れした後のジャーナル部の曲り傾向から、次に焼き入れされるクランクシャフト１０のピン部を焼き入れするための高周波誘導コイル２５に対する電力量をフィードバック制御すると、次のクランクシャフトの曲りを小さくすることができる。この焼き入れ方式においては、ジャーナル部の焼き入れが終了した後に、ジャーナル部の曲り傾向から、次のクランクシャフト１０に焼き入れする際の高周波誘導コイル２５，２６に対する電力量をフィードバック制御すると、次のクランクシャフトの曲りをより小さくすることができる。この焼き入れ方式には、ピン部を先に焼き入れ処理した後にジャーナル部を焼き入れ処理する場合と、ジャーナル部を１次焼き入れとして先に焼き入れ処理した後に、ピン部を焼き入れする場合とがある。

図７は、一実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図８は図７に示された曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

焼き入れされるクランクシャフト１０は、鍛造加工や切削加工等の機械加工により図１に示される形状に前加工され、高周波焼き入れ装置２０にセットされる。高周波焼き入れ装置２０において、クランクシャフト１０は、前端部１１が支持センタ２１に当接し、後端部１２がチャック２２により回転軸２３に固定される。ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの焼き入れに先行して、ピン部１Ｐ〜４Ｐを焼き入れする場合には、図３に示されるように、ピン部に高周波誘導コイル２５を接触させる。ピン部を焼き入れするピン焼き入れを行うときには、制御ユニット４１のメモリに格納された焼き入れ条件の電力データを読み出し、読み出された電力データに基づいて設定された出力電力が高周波誘導コイル２５に対して供給され、ピン焼き入れが行われる（ステップＳ１，Ｓ２）。

ピン焼き入れ時には、図３に矢印で示すように、クランクシャフト１０を回転させると、回転に同期・追従させて高周波誘導コイル２５を往復動させることにより、４箇所のピン部の外周面に所定の深さの焼き入れ層が形成される。ピン焼き入れが終了すると、高周波誘導コイル２５はアクチュエータ２７によりピン部から離れる。

次いで、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの焼き入れ処理を行うために、図４に示されるように、ジャーナル部に高周波誘導コイル２８を接触させる。ジャーナル焼き入れを行うときには、メモリに格納された焼き入れ条件の電力データを読み出し、読み出された電力データに基づいて設定された出力電力が高周波誘導コイル２６に対して供給され、ジャーナル焼き入れが行われる（ステップＳ３，Ｓ４）。

ジャーナル焼き入れ時には、図４に矢印で示すように、クランクシャフト１０を回転させることにより、５箇所のジャーナル部の外周面に所定深さの焼き入れ層が形成される。ピン焼き入れとジャーナル焼き入れが終了すると、クランクシャフト１０は焼き戻し処理される（ステップＳ５）。

焼き戻し処理された後のクランクシャフト１０には、ステップＳ６の曲り計測が実行され、クランクシャフト１０に発生している曲りが許容値を超えている場合には、図５に示した自動矯正装置３０により曲りを矯正する（ステップＳ６〜Ｓ８）。矯正後のクランクシャフト１０の曲りを再度計測し、曲りが所定の許容値以内となっているか否かを判定して、許容値以内のクランクシャフト１０に仕上げ加工が施される（ステップＳ９〜Ｓ１０）。なお、ステップＳ６の曲り計測により、焼き戻し後のクランクシャフト１０の曲りが許容値以内となっている場合には、そのまま仕上げ加工される。

ステップＳ６の曲り計測は、クランクシャフト１０の全てのジャーナル部について曲り方向と曲り量とを計測する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。曲り量は、図４に示すように、変位計２９からの出力信号に基づいて計測され、曲り方向は角度センサ２４ｂからの出力信号に基づいて計測される。変位計２９は、高周波誘導コイル２６を往復動するためのアクチュエータ２８に設けられており、ジャーナル部に接触した高周波誘導コイル２６の径方向の移動に伴ってジャーナル部の曲りに応じた検出信号を出力する。変位計２９と角度センサ２４ｂからの出力信号に基づいて、制御ユニット４１のマイクロプロセッサは、曲り方向と曲り量とを演算し、曲り傾向を判定する（ステップＳ１３）。

曲り傾向は、曲り影響を与えたピン部に対する電力量と、ジャーナル部に対する電力量の比率により判定することができる。曲り傾向の判定に基づいて、ステップＳ１４の修正寄与度判定工程において、ジャーナルとピンの曲り修正寄与度が判定される。曲り修正寄与度は、メモリに格納された演算式やマップデータに基づいて、ピン焼き入れの電力量とジャーナル焼き入れの電力量とを変更することにより演算される。

曲り修正寄与度に基づいて、次に焼き入れ処理されるクランクシャフトに対するピン焼き入れ条件とジャーナル焼き入れ条件とが、フィードバック制御工程Ｓ１５，Ｓ１６においてフィードバック制御され、メモリの焼き入れ条件が書き換えられる。制御ユニット４１のマイクロプロセッサは、曲り傾向を判定して、ピン部とジャーナル部の曲り修正寄与度を判定する機能と、焼き入れ条件をフィードバック制御する機能とを有しており、曲り修正寄与度判定部とフィードバック制御部とを構成している。

量産品であるクランクシャフトを連続的に焼き入れ処理する場合に、雰囲気温度の変化等により焼き入れ状態が変化しても、上述して焼き入れ方法を実行すると、曲りが少ないクランクシャフトを製造することができる。高周波誘導コイルが経年変化したり、交換されたりしても、曲りが少ないクランクシャフトを製造することができる。なお、ジャーナル焼き入れをピン焼き入れよりも先に行うようにしても良い。

図９は、他の実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１０は、図９に示された１次曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１１は、図９に示された２次曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１２は、図９に示された最終曲り計測制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

クランクシャフト１０には、１次焼き入れとしてピン部に対する焼き入れが、ステップＳ２１，Ｓ２２により実行される。１次焼き入れが終了すると、ステップＳ２３において第１次曲り計測が実行される。この第１次曲り計測工程においては、図１０に示されるように、ジャーナル部の１次曲り方向の計測と、ジャーナルの１次曲り量の計測とが、上述したステップＳ１１，Ｓ１２と同様にして行われる（ステップＳ３３，Ｓ３４）。さらに、ジャーナルの１次曲り傾向の判定と、ジャーナルとピンの１次曲り修正寄与度の判定とが、上述したステップＳ１３，Ｓ１４と同様にして行われる（ステップＳ３５，Ｓ３６）。

１次曲り修正寄与度の判定結果に基づいて、次に焼き入れ処理されるクランクシャフトのピン焼き入れ条件がステップＳ３７においてフィードバック制御され、この１次フィードバック制御工程によりメモリの焼き入れ条件が書き換えられる。さらに、１次曲り修正寄与度の判定結果に基づいて、ピン焼き入れが終了したクランクシャフトに対するジャーナル部の焼き入れ条件が、ステップＳ３８のフィードフォワード制御工程においてフィードフォワード制御される。つまり、ピン焼き入れが終了した後のクランクシャフトに２次焼き入れとして行われるジャーナル焼き入れの焼き入れ条件が変更される。このように、制御ユニット４１のマイクロプロセッサは、焼き入れ条件をフィードフォワード制御する機能を有しており、フィードフォワード制御部を構成している。

変更された焼き入れ条件に基づいて、引き続き、ステップＳ２４，Ｓ２５によりジャーナル焼き入れが行われ、ジャーナル焼き入れが終了すると、ステップＳ２６の２次曲り計測が行われる。この第２次曲り計測工程においては、図１１に示されるように、ジャーナル部の２次曲り方向の計測と、ジャーナルの２次曲り量の計測とが、上述したステップＳ３３，Ｓ３４と同様にして行われる（ステップＳ３９，Ｓ４０）。さらに、ジャーナルの２次曲り傾向の判定と、ジャーナルとピンの２次曲り修正寄与度の判定とが、上述したステップＳ３５，Ｓ３６と同様にして行われる（ステップＳ４１，Ｓ４２）。

２次曲り修正寄与度の判定結果に基づいて、次に焼き入れ処理されるクランクシャフトのピン焼き入れ条件と、ジャーナル焼き入れ条件とがフィードバック制御され、メモリの焼き入れ条件が書き換えられる（ステップＳ４３，Ｓ４４）。それぞれのステップＳ４３，Ｓ４４は、２次フィードバック制御工程を構成している。

このように、２次焼き入れ前に２次焼き入れとしてのジャーナル焼き入れ条件をフィードフォワード制御するとともに、ピン焼き入れとジャーナル焼き入れが終了した後に、次に焼き入れするためのクランクシャフトのジャーナル焼き入れ条件をフィードバック制御すると、クランクシャフトの曲りを小さくすることができる。これにより、焼き入れ処理後のクランクシャフトの曲りを許容値以内とすることが高められるので、自動矯正を不要としたり、自動矯正量を少なくしたりすることができ、自動矯正工程を含めた焼き入れ処理工程を効率的に行うことができる。

ステップＳ２６の２次曲り計測が終了したクランクシャフトは、焼き戻し処理が行われた後に、最終曲り計測が行われる（ステップＳ２７，Ｓ２８）。最終曲り計測工程においては、図１２に示されるように、ステップＳ２６の２次曲り計測と同様の処理が行われる（Ｓ４５〜Ｓ５０）。ステップＳ４９，Ｓ５０は、最終フィードバック制御工程となっている。この焼き入れ方法においては、焼き戻し工程により発生したクランクシャフトの曲りをも計測することができる。最終曲り計測が終了した後は、ステップＳ２９〜Ｓ３２が実行されて、クランクシャフトの製造が完了する。

図１３は、さらに他の実施の形態である高周波焼き入れ装置による焼き入れ制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

この焼き入れ方法においては、ピン焼き入れ後の１次曲り計測と、ジャーナル焼き入れ後の２次曲り計測とが、図９に示した焼き入れ方法と同様に行われる（ステップＳ２１〜Ｓ２６）。２次曲り計測が終了したクランクシャフトは、曲りが許容範囲内となっているか否かのＯＫ・ＮＧ判定（ステップＳ５１）を行った後に、曲りが許容範囲内となっているクランクシャフトのみに焼き戻し処理が実行され、仕上げ加工される（ステップＳ５２，Ｓ５３）。この焼き入れ方法においては、１次計測と２次計測により焼き入れ条件を調整することによって、最終曲り計測および自動矯正工程を省略することができる。

図１４は、図１の左側面図であり、クランクシャフト１０の先端面を示す。図１４においては、ピン部１Ｐを０°として、時計方向に９０°毎に円周方向の角度を示す。

図１５〜図２０は、本発明の焼き入れ方法の実験結果を示すデータである。それぞれの図においては、焼き入れ条件変更前の曲り量と曲り方向とが黒い四角で示され、焼き入れ条件変更後の曲り量と曲り方向とが白い四角で示されている。

図１５は、ピン焼き入れした後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてピン焼き入れ条件をフィードバック制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ピン焼き入れのための高周波誘導コイル２５に対する出力は、３９ｋＷ／８５ｋＷから２８ｋＷ／７２ｋＷに変更された。変更前は、ジャーナル部３Ｊが０°側に変位していたが、ピン焼き入れ条件をフィードバック制御して変更することにより、全てのジャーナル部の変位つまり曲りを修正することができ、特にジャーナル部３Ｊの曲りを大きく修正することができた。なお、ピン焼き入れは、ピンのトップ側つまりクランク外周側と、クランクの軸中心側とでは入熱特性が違うため、トップ側は３９ｋＷから２８ｋＷに変更され、クランクの軸中心側は８５ｋＷから７２ｋＷに変化された。変更前は、ジャーナル部３Ｊが０°側に変位していたが、ピン焼き入れ条件をフィードバック制御して変更することにより、全てのジャーナル部の変位つまり曲りを修正することができ、特にジャーナル部３Ｊの曲りを大きく修正することができた。

図１６は、ピン焼き入れした後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてジャーナル焼き入れ条件をフィードフォワード制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ジャーナル焼き入れのための高周波誘導コイル２６に対する出力は、ジャーナル部３Ｊについて６３ｋＷから６０ｋＷに変更され、ジャーナル部１Ｊについて６２ｋＷから７０ｋＷに変更された。変更前は、ジャーナル部１Ｊ〜３Ｊが１８０°側に変位していたが、ジャーナル焼き入れ条件をフィードフォワード制御して変更することにより、特にジャーナル部１Ｊ〜３Ｊの曲りを大きく修正することができた。

図１７は、焼き戻し後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてピン焼き入れ条件をフィードバック制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ピン焼き入れのための高周波誘導コイル２５に対する出力は、２８ｋＷ／７２ｋＷから３９ｋＷ／８５ｋＷに変更された。

図１８は、焼き戻し後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてジャーナル焼き入れ条件をフィードバック制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ジャーナル部３Ｊについて６８ｋＷから６３ｋＷに変更された。

図１９は、焼き戻し後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてピン焼き入れ条件およびジャーナル焼き入れ条件をフィードバック制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ピン焼き入れのための出力は３９ｋＷ／８５ｋＷから２８ｋＷ／７２ｋＷに減少され、ジャーナル部３Ｊの焼き入れのための加熱出力は、６３ｋＷから６０ｋＷに変更された。

図２０は、焼き戻し後のジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの曲り傾向と、これに基づいてピン焼き入れ条件およびジャーナル焼き入れ条件をフィードバック制御した後におけるジャーナル部の曲り傾向とを示す。ピン焼き入れのための出力は減少され、ジャーナル部３Ｊの焼き入れのための出力は６３ｋＷから６０ｋＷに変更され、ジャーナル部１Ｊの焼き入れのための加熱出力は６２ｋＷから７０ｋＷに変更された。

図１７〜図２０に示すように、焼き戻し後の曲り傾向に基づいて、焼き入れ条件をフィードバック制御することにより、焼き入れ処理によるクランクシャフトの曲りを少なくすることができた。

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。例えば、図９および図１３に示す焼き入れ方法においては、ピン焼き入れとジャーナル焼き入れの一方であるピン焼き入れを１次焼き入れとし、他方であるジャーナル焼き入れを２次焼き入れとしているが、ジャーナル焼き入れを先に行い、その後にピン焼き入れを行うようにしても良い。

１０クランクシャフト
１１前端部
１２後端部
２０高周波焼き入れ装置
２２チャック
２３回転軸
２４ａ回転ディスク
２４ｂ角度センサ
２５，２６高周波誘導コイル
２７，２８アクチュエータ
２９変位計
３０自動矯正装置
３３ａ回転ディスク
３３ｂ角度センサ
３４駆動ユニット
３５油圧シリンダ
４１制御ユニット
４２出力調整器
１Ｊ〜５Ｊジャーナル部
１Ｐ〜４Ｐピン部

Claims

クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ方法であって、
前記ピン部と前記ジャーナル部の一方を高周波焼き入れする１次焼き入れ工程と、
前記ピン部と前記ジャーナル部の他方を高周波焼き入れする２次焼き入れ工程と、
前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して曲り傾向を判定し、前記曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との曲り修正寄与度を判定する曲り修正寄与度判定工程と、
前記曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御するフィードバック制御工程と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
請求項１記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法において、前記曲り修正寄与度の判定を、焼き戻し処理後に行うようにした、クランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ方法であって、
前記ピン部と前記ジャーナル部の一方を高周波焼き入れする１次焼き入れ工程と、
前記ピン部と前記ジャーナル部の他方を高周波焼き入れする２次焼き入れ工程と、
前記１次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して１次の曲り傾向を判定し、前記１次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との１次曲り修正寄与度を判定する１次曲り修正寄与度判定工程と、
前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する１次フィードバック制御工程と、
前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御工程と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
請求項３記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法において、
前記２次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して２次の曲り傾向を判定し、前記２次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との２次曲り修正寄与度を判定する２次曲り修正寄与度判定工程と、
前記２次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する２次フィードバック制御工程と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
請求項３または４記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法において、
前記ピン部と前記ジャーナル部を焼き戻し処理した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して最終曲り傾向を判定し、前記最終曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との最終曲り修正寄与度を判定する最終曲り修正寄与度判定工程と、
前記最終曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程および前記２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する最終フィードバック制御工程と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ方法において、
前記１次焼き入れ工程は前記ピン部を高周波焼き入れし、前記２次焼き入れ工程は前記ジャーナル部を高周波焼き入れする、クランクシャフトの高周波焼き入れ方法。
クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ装置であって、
前記ピン部と前記ジャーナル部の一方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記一方を１次焼き入れした後に、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記他方を２次焼き入れするコイル駆動部材と、
前記クランクシャフトを回転させたときの回転角度を検出する角度センサ、および前記クランクシャフトの回転角度に応じた前記ジャーナル部の曲り量を計測する変位計を備えた曲り計測手段と、
前記１次焼き入れ工程と前記２次焼き入れ工程が終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して曲り傾向を判定し、前記曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との曲り修正寄与度を判定する曲り修正寄与度判定部と、
前記曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れと前記２次焼き入れとにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ装置。
請求項７記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ装置において、前記曲り修正寄与度の判定を、焼き戻し処理後に行うようにした、クランクシャフトの高周波焼き入れ装置。
クランクシャフトのピン部とジャーナル部とを高周波誘導コイルにより焼き入れするクランクシャフトの高周波焼き入れ装置であって、
前記ピン部と前記ジャーナル部の一方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記一方を１次焼き入れした後に、前記ピン部と前記ジャーナル部の他方に前記高周波誘導コイルを当接させて前記他方を２次焼き入れするコイル駆動部材と、
前記クランクシャフトを回転させたときの回転角度を検出する角度センサ、および前記クランクシャフトの回転角度に応じた前記ジャーナル部の曲り量を計測する変位計を備えた曲り計測手段と、
前記１次焼き入れが終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して１次の曲り傾向を判定し、前記１次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との１次曲り修正寄与度を判定する１次曲り修正寄与度判定部と、
前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する１次フィードバック制御部と、
前記１次曲り修正寄与度に応じて、前記２次焼き入れにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ装置。
請求項９記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ装置において、
前記２次焼き入れが終了した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して２次の曲り傾向を判定し、前記２次の曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との２次曲り修正寄与度を判定する２次曲り修正寄与度判定部と、
前記２次曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れおよび前記２次焼き入れにおける前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する２次フィードバック制御部と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ装置。
請求項９または１０記載のクランクシャフトの高周波焼き入れ装置において、
前記ピン部と前記ジャーナル部を焼き戻し処理した後に、前記ジャーナル部の曲り方向と曲り量とを計測して最終曲り傾向を判定し、前記最終曲り傾向に応じた前記ジャーナル部と前記ピン部との最終曲り修正寄与度を判定する最終曲り修正寄与度判定部と、
前記最終曲り修正寄与度に応じて、前記１次焼き入れ工程および前２次焼き入れ工程における前記高周波誘導コイルの加熱出力をフィードバック制御する最終フィードバック制御部と、
を有するクランクシャフトの高周波焼き入れ装置。