JP2772448B2 - ４気筒エンジン用クランクシャフトの高周波焼入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は４気筒エンジン用クラン
クシャフトの４つのピンの表面焼入を同時に行うため
に、クランクシャフトを回転させ、これにより円運動す
る４つのピンに対して高周波加熱コイルを各々追随させ
る構成となっている４気筒エンジン用クランクシャフト
の高周波焼入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、図面を参照して従来の技術を説明
する。図７に示すように、一般的に４気筒エンジン用ク
ランクシャフト100 は、５個のジャーナルJ1〜J5、隣り
合うジャーナルの間に１個ずつ配設された合計４個のピ
ンP1〜P4、隣り合うピンとジャーナルとの間に１個ずつ
配設された合計８個のクランクアームＫ、およびフラン
ジ部Ｍを備えている。なお、110 は各ジャーナルJ1〜J5
の中心を結ぶ直線であってクランクシャフト100 の回転
軸である。

【０００３】クランクシャフト100 のピンP1〜P4とジャ
ーナルJ1〜J5との焼入は、いろいろの焼入仕様に基づい
て行われるが、ここでは、ピンP1〜P4とジャーナルJ1を
Ｒ焼入し、ジャーナルJ2〜J5をフラット焼入する場合を
説明する。

【０００４】ピンP1〜P4のＲ焼入とは、ピンP1を例にと
って図８に示すように、ピンP1の円柱部10の表面と、円
柱部10に引き続くＲ部11の表面と、Ｒ部11に引き続き円
柱部10と直交しているフィレット部12の表面とにわたる
硬化層13を形成することである。ジャーナルJ1のＲ焼入
も同様であって、図９に示すように、ジャーナルJ1の円
柱部20の表面と、円柱部20に引き続くＲ部21の表面と、
Ｒ部21に引き続き円柱部20と直交しているフィレット部
22の表面とにわたる硬化層23を形成することである。ま
た、ジャーナルJ2〜J5のフラット焼入とは、ジャーナル
J2を例にとって図10に示すように、ジャーナルJ2の円柱
部20の表面のみに硬化層24を形成するものであって、Ｒ
部21とフィレット部22とには硬化層を形成しない。

【０００５】クランクシャフト100 の各ピンと各ジャー
ナルに上述の硬化層を形成するには、従来、以下のよう
に行ってきた。即ち、まず、ピンP1〜P4を同時に焼入
し、次いで、ジャーナルJ1〜J5を同時に焼入する。図３
に示すように、ピン加熱ステーションＡにおいて、クラ
ンクシャフト100 の回転軸110 が水平となるように、そ
して、クランクシャフト100 が回転軸110 を中心として
回転自在であるように、一端をチャック１で把持し、他
端をセンタ2 で支持する。

【０００６】ピンP1〜P4のそれぞれの上方には、半開放
鞍型の高周波加熱コイル（以下高周波加熱コイルを単に
加熱コイルともいう) C1〜C4が配設されている。加熱コ
イルC1〜C4は、それぞれ、リード導体D1〜D4を介してト
ランスT1〜T4に接続されている。トランスT1〜T4はそれ
ぞれ可撓性のケーブルK1〜K4を介して高周波電源H1に接
続されている。そして、加熱コイルC1、リード導体D1、
およびトランスT1は、機械的にも一体的に結合されてお
り、ピン加熱ステーションＡの図示しない昇降装置によ
って昇降される。他の、加熱コイルC2〜C4、リード導体
D2〜D4、およびトランスT2〜T4についても同様である。
なお、トランスT1〜T4はそれぞれ図示しない公知のパン
タグラフを介して加熱コイルC1〜C4用の図示しない電力
整合盤等から昇降自在、揺動自在に支持されている。

【０００７】クランクシャフト100 を例えば矢印Ｓの方
向に回転させ、前記昇降装置によって、加熱コイルC1〜
C4を矢印Ｒの方向に降下させて、それぞれ、ピンP1〜P4
に載置してから、高周波電源H1から各トランスT1〜T4を
介して各加熱コイルC1〜C4に高周波電流を所定時間通電
してピンP1〜P4を加熱する。この後、各加熱コイルC1〜
C4の下部に付属させてある冷却ジャケット（図示省略）
から冷却液をピンP1〜P4に噴射してピンP1〜P4の焼入を
終える。

【０００８】図２に示すように、クランクシャフト100
が回転軸110 を中心として矢印Ｓの方向に回転される
と、例えばピンP1の中心101 は、円102 上を公転し、且
つ、ピンP1は１公転につき、１回自転する。他のピンP2
〜P4も同様である。いま、クランクシャフト100 のピン
P1の中心101 が、点U0にあるときに、クランクシャフト
100 は通電を開始され、クランクシャフト100 が所定回
数回転する間にピンP1〜P4の焼入が行われた後、点U4に
おいて通電が停止される。この間、クランクシャフト10
0 の１回転において、ピンP1の中心101 が上死点U2の前
の所定の点U1から上死点U2の後の所定の点U3に至る区間
を第１区間とし、点U3から下死点U5を経て点U1に至る区
間を第２区間とする。但し、ピンP1の中心101 が点U1か
ら上死点U2に至る間にクランクシャフト100 が回転する
角度θ1 と、ピンP1の中心101 が上死点U2から点U3に至
る間にクランクシャフト100 が回転する角度θ2 とは通
常は等しい。

【０００９】そして、各加熱コイルC1〜C4へ通電するた
めに加熱コイルC1〜C4に印加される電力には、図11に示
すような電力低減が行われている。即ち、点U1から上死
点U2を経て点U3に至る第１区間において各加熱コイルC1
〜C4に印加する電力は、点U3から下死点U5を経て点U1に
至る第２区間において各加熱コイルC1〜C4に印加する電
力よりも小さくしてある。例えば、第２区間で各加熱コ
イルC1〜C4に印加する電力が55kWであるときに、第１区
間では45kWとする。なお、点U0と点U4とは第２区間にあ
るように選定されている。

【００１０】このように第１区間で各加熱コイルC1〜C4
に印加する電力を低減するのは、以下の理由による。即
ち、例えば、ピンP1では、図８に示すように、クランク
アームＫのピンP1の下側（図上で下側であって実際には
回転軸110 に最も近い側) に一体形成されている部分の
マスは、上側（図上で上側であって実際には回転軸110
に最も遠い側) に一体形成されている部分のマスに比べ
て大きいから、ピンP1の下側に発生した熱は、上側に発
生した熱よりも余計にクランクアームＫに伝導される結
果、下側に形成される硬化層の幅や深さが、上側に形成
される硬化層の幅や深よりも小さくなる傾向がある。従
って、ピンP1の上側を加熱するときに、加熱コイルC1へ
印加する電力を、下側を加熱するときより低くすること
によって、ピンP1に一様な深さと幅の硬化層を形成す
る。

【００１１】ピンP1〜P4の焼入終了後、図５に示すよう
に、ジャーナル加熱ステーションＢに移動されたクラン
クシャフト100 は、ピン加熱ステーションＡにおけると
同様に、チャック3 とセンタ4 とによって支持される。
各ジャーナルJ1〜J5上には、ピン加熱ステーションＡと
同様に、半開放鞍型の加熱コイルC11 〜C15 、リード導
体D11 〜D15 、およびトランスT11 〜T15 が配設されて
おり、トランスT11 〜T15 はそれぞれ可撓性のケーブル
K11 〜K15 を介して高周波電源H2に接続されている。加
熱コイルC11 〜C15 は、ジャーナル加熱ステーションＢ
の図示しない昇降装置によって昇降される。

【００１２】クランクシャフト100 を回転させ、加熱コ
イルC11 〜C15 を矢印Ｒの方向に降下させてそれぞれジ
ャーナルJ1〜J5上に載置し、高周波電源H2から常に一定
の電力を加熱コイルC11 〜C15 に所定時間印加してジャ
ーナルJ1〜J5を加熱後、各加熱コイルC11 〜C15 の下部
に付属させてある冷却ジャケット（図示省略）から冷却
液をジャーナルJ1〜J5に噴射してジャーナルJ1〜J5の焼
入を終える。

【００１３】ジャーナルJ1〜J5を焼入のために加熱のと
きには、各加熱コイルC11 〜C15 への印加電力は、加熱
の開始から終了まで一定としておき、ピンP1〜P4の加熱
のときのような電力低減は行わない。これは、ジャーナ
ルJ1〜J5に一体的に形成されたクランクアームＫのマス
が、ジャーナルJ1〜J5のそれぞれの周方向においてあま
り変化しないからである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように焼入を行
ったクランクシャフト100 のピンP1〜P4とジャーナルJ1
〜J5には、ほぼ均一な硬化層が形成されるけれども、焼
入後の歪みが大きくなる傾向が問題である。図12は、ク
ランクシャフト100 の焼入前、ピン焼入後、およびピン
焼入後に引き続いてジャーナルを焼入した場合のそれぞ
れの段階での歪みの計測結果を示す表であって、歪みの
方向は時計の方向で示し、歪みの大きさは中央のジャー
ナルJ3のT.I.R.（Total Indicator Reading)をmmで示し
てある。

【００１５】図12から判るように、クランクシャフト10
0 の焼入完了後のジャーナルJ3のT.I.R.は0.71mmであっ
て、この場合の規格値0.3mm を超過している。なお、ジ
ャーナルJ1〜J5の焼入によって発生する歪みは少なく、
歪の過半は、ピンP1〜P4の焼入によって発生しているこ
とが判る。

【００１６】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
であって、上記した欠点を解消できる４気筒エンジン用
クランクシャフトの高周波焼入装置を提供することを目
的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の４気筒エンジン
用クランクシャフトの高周波焼入装置は、４気筒エンジ
ン用クランクシャフトにおける５つのジャーナルの各間
に設けられた４つのピンの表面焼入を同時に行うため
に、前記クランクシャフトを回転させ、これにより円運
動する４つのピンに対して高周波加熱コイルを各々追随
させる基本構成となっており、４つのピンのうち外側の
２つのピンを加熱する高周波加熱コイルへの電力供給に
関しては、前記ピンが上死点付近の区間にあるときに供
給する電力を上死点付近以外の区間にあるときに供給す
る電力より小さくして前記クランクシャフトの回転角度
に応じて出力調整を行う一方、内側の２つのピンを加熱
する高周波加熱コイルへの電力供給に関しては、前記ク
ランクシャフトの回転角度に無関係に一定出力とするよ
うにする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の４気筒エンジン用クランクシ
ャフトの高周波焼入装置の一実施例を図面を参照して説
明する。クランクシャフトとしては、従来の技術の説明
で採り上げた図７に示すクランクシャフト１００とし、
従来の高周波焼入方法で実施したように、ピンＰ１〜Ｐ
４とジャーナルＪ１にＲ焼入を、また、ジャーナルＪ２
〜Ｊ５にフラット焼入を行うものとする。なお、従来の
技術で説明したものには同一の符号を付している。

【００１９】本実施例の装置は、従来の技術で説明した
高周波焼入方法と以下の点のみが異なっているので、異
なっている点のみを説明する。即ち、図１（ａ）に示す
ように、クランクシャフト１００のピンＰ１〜Ｐ４を同
時に焼入するときに、ピンＰ１とＰ４をそれぞれ加熱す
る加熱コイルＣ１とＣ４に印加する電力ＷＰ１に対して
は電力低減を行って、点Ｕ１から上死点Ｕ２を経て点Ｕ
３に至る第１区間ではＷ１の電力を、点Ｕ３から下死点
Ｕ５を経て点Ｕ１に至る第２区間ではＷ２（Ｗ１＜Ｗ
２）の電力とするが、図１（ｂ）に示すように、ピンＰ
２とＰ３をそれぞれ加熱する加熱コイルＣ２とＣ３に印
加する電力ＷＰ２には電力低減を行わないで加熱中常に
一定の電力Ｗ２とする。なお、ジャーナルＪ１〜Ｊ５の
焼入は従来の高周波焼入方法と同様に電力低減を行わな
い。

【００２０】本実施例の装置によって焼入されたクラン
クシャフト１００の歪みを中央のジャーナルＪ３のＴ．
Ｉ．Ｒ．の測定結果で示したのが図６の表である。この
表から明らかなように、焼入後のＴ．Ｉ．Ｒ．は０．１
０ｍｍとなって従来の方法で焼入したクランクシャフト
１００の歪みと比べて大幅に少なくなっており、歪みは
十分に満足できる程度に軽減されていることが分かる。
なお、電力低減を行わなかったピンＰ２およびＰ３に形
成された硬化層の幅や深さのバラツキは大きくなってい
るが、それでも、許容値内に入っている。

【００２１】

【発明の効果】以上、本発明に係る４気筒エンジン用ク
ランクシャフトの高周波焼入装置による場合、４つのピ
ンのうち外側の２つのピンを加熱する高周波加熱コイル
への電力供給に関しては、前記ピンが上死点付近の区間
にあるときに供給する電力を上死点付近以外の区間にあ
るときに供給する電力より小さくして前記クランクシャ
フトの回転角度に応じて出力調整を行う一方、内側の２
つのピンを加熱する高周波加熱コイルへの電力供給に関
しては、前記クランクシャフトの回転角度に無関係に一
定出力とする構成となっている。

【００２２】よって、クランクシャフトにおける４つの
ピンの全てが均等に加熱されることから、全てのピンの
表面に均一な硬化層を形成することができるだけでな
く、焼入後のクランクシャフトの歪みをも防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の４気筒エンジン用クランクシャフトの
高周波焼入装置の実施例による加熱コイルへの電力印加
の仕方の説明図であって、（ａ）は両端の２個のピンを
加熱する加熱コイルに対するものであり、（ｂ）は中央
の２個のピンを加熱する加熱コイルに対するものであ
る。

【図２】図３のＸ−Ｘ線矢視断面説明図である。

【図３】ピンの焼入方法の説明図である。

【図４】図５のＹ−Ｙ線矢視断面説明図である。

【図５】ジャーナルの焼入方法の説明図である。

【図６】本実施例の装置によって焼入されたクランクシ
ャフトの歪みの方向と大きさを示す表である。

【図７】焼入されるクランクシャフトの正面図である。

【図８】ピンの縦断正面図である。

【図９】ジャーナルの縦断正面図である。

【図１０】ジャーナルの縦断正面図である。

【図１１】従来の方法による加熱コイルへの通電の仕方
の説明図である。

【図１２】従来の方法によって焼入されたクランクシャ
フトの歪みの方向と大きさを示す表である。

【符号の説明】

100 クランクシャフト C1〜C4、C11 〜C15 加熱コイル J1〜J5 ジャーナル P1〜P4 ピン U0、U1、U3、U4 点 U2 上死点 U5 下死点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４気筒エンジン用クランクシャフトにお
   ける５つのジャーナルの各間に設けられた４つのピンの
   表面焼入を同時に行うために、前記クランクシャフトを
   回転させ、これにより円運動する４つのピンに対して高
   周波加熱コイルを各々追随させる構成となっている高周
   波焼入装置において、４つのピンのうち外側の２つのピ
   ンを加熱する高周波加熱コイルへの電力供給に関して
   は、前記ピンが上死点付近の区間にあるときに供給する
   電力を上死点付近以外の区間にあるときに供給する電力
   より小さくして前記クランクシャフトの回転角度に応じ
   て出力調整を行う一方、内側の２つのピンを加熱する高
   周波加熱コイルへの電力供給に関しては、前記クランク
   シャフトの回転角度に無関係に一定出力とする構成とな
   っていることを特徴とする４気筒エンジン用クランクシ
   ャフトの高周波焼入装置。