JP3408978B2 - クランクシャフトの高周波焼入方法 - Google Patents

クランクシャフトの高周波焼入方法

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JP3408978B2
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日吉 渡邊
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富士電子工業株式会社
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クランクシャフト
のピン部外面及びジャーナル部外面を高周波誘導加熱に
より焼入するクランクシャフトの高周波焼入方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】クランクシャフトは、複数のジャーナル
部の間にピン部を設け、そのピン部の位相を気筒数に固
有の角度でずらせた非対称な形状をしている。例えば、
4気筒エンジン用のクランクシャフトは、図3に示すよ
うに、5つのジャーナル部J1〜J5と、隣接するジャ
ーナル部間に設けられた4つのピン部P1〜P4とをも
ち、軸心方向の両端に位置する2つのピン部P1,P4
は中央部に位置する2つのピン部P2,P3に対して位
相が180°ずれている。
【0003】このような4気筒エンジン用クランクシャ
フトの高周波焼入は、これまでは次のようにして行われ
ていた。5つのジャーナル部J1〜J5の各外面を同時
に焼入すると共に、4つのピン部P1〜P4の各外面を
同時に焼入する。ジャーナル部の焼入とピン部の焼入は
同時に行われることもあれば、別々に行われることもあ
る。いずれにせよ、従来においては複数のジャーナル部
同士は同時に焼入されていた。
【0004】各焼入では、焼入対象部に上方からセット
される半開放鞍型の加熱コイルが使用される。即ち、ク
ランクシャフトを水平に支持した状態で複数の焼入対象
部に半開放鞍型の加熱コイルをセットし、クランクシャ
フトを軸心回りに回転させながら、各加熱コイルに高周
波電源からカレントトランスを介して高周波電力を供給
することにより、複数の焼入対象部の各外面を全周にわ
たって同時に高周波加熱し、引き続き各外面に焼入液を
吹き付けて焼入硬化層を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなクランクシ
ャフトの高周波焼入では、焼入後のワークに反り(軸心
の湾曲)が発生する。この反りは、クランクシャフトが
非対称な形状であることに起因しており、非常に複雑で
ある。即ち、クランクシャフトのジャーナル部とピン部
ではヒートマスが大きく異なる。またジャーナル部同士
でも、その位置によってピン部との位置関係が異なるた
め、ヒートマスが相違するものとなる。ピン部の場合
は、全体としてのヒートマスは同一であるが、回転加熱
時に加熱コイルから見たヒートマスは位相によって異な
るものになる。このような複雑なヒートマスの相違が複
合して、焼入後のクランクシャフトには反りが発生する
ことになる。
【0006】この反りを抑えるためには、加熱コイルへ
の供給電力をクランクシャフトの回転角度によって調整
する所謂パワーリダクションの操作が有効とされてい
る。即ち、反りが発生しないように焼入対象部毎で固有
のパワーリダクションの操作を行うのである。しかしな
がら、上述したように、焼入対象部の数は多く、歪みの
原因であるヒートマスの相違も非常に複雑である。この
ため、複数の焼入対象部に対するパワーリダクションの
操作も非常に複雑になり、極めて複雑で高価な電力調整
機構が必要になる。そして、高価な電力調整機構は焼入
コストを上昇させる原因になる。また、複雑で高価な電
力調整機構を用いても、反りを発生させないようにパワ
ーリダクションを行うことは不可能である。
【0007】本発明はかかる事情に鑑みて創案されたも
のであり、簡単な操作で反りを問題のない程度に抑制す
ることができるクランクシャフトの高周波焼入方法を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法
は、クランクシャフトのピン部外面及びジャーナル部外
面を高周波焼入する際に、当該クランクシャフトの軸心
方向中央部に位置する特定のジャーナル部を残して焼入
を行った後に、クランクシャフトの反りを測定し、測定
された反りが解消されるように、加熱コイルへの供給電
力を周方向で調整して特定のジャーナル部の外面を高周
波加熱することにより、当該特定のジャーナル部の焼入
を行うことを特徴とする。
【0009】本発明に係るクランクシャフトの高周波焼
入方法では、反りの発生を抑えるように個々の焼入対象
部で加熱操作を行うのではなく、特定のジャーナル部を
残して焼入を行い、その焼入で生じた反りを、特定のジ
ャーナル部の焼入で除去する。これにより、特定のジャ
ーナル部より前の焼入では、反りを抑える加熱操作が不
要になり、全体として加熱操作が簡単になる。特定のジ
ャーナル部はクランクシャフトの軸心方向中央部に位置
するので、その加熱操作により反りが効果的に除去され
る。
【0010】特定のジャーナル部の焼入より前の焼入で
は、加熱コイルへの供給電力の調整を行ってもよいが、
これを行わなくても反りが特定のジャーナル部の焼入で
効果的に除去されるので、これを行わない方が加熱操作
が簡略化され、電力調整機構が簡略化される。
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の実施形態に係るクラ
ンクシャフトの高周波焼入方法の概念図、図2は反りの
説明図である。
【0013】本発明の実施形態に係るクランクシャフト
の高周波焼入方法は、図1に示すように、4気筒エンジ
ン用のクランクシャフトWに適用される。このクランク
シャフトWは、前述した通り、5つのジャーナル部J1
〜J5と、隣接するジャーナル部間に設けられた4つの
ピン部P1〜P4とをもち、軸心方向の両端に位置する
2つのピン部P1,P4は中央部に位置する2つのピン
部P2,P3に対して位相が180°ずれている。
【0014】焼入装置は、クランクシャフトWを水平に
支持して回転させる前後一対の支持機構1,1と、支持
機構1,1にて支持されたクランクシャフトWを軸心回
りに回転させるべく一方の支持機構1を回転駆動する駆
動機構2と、支持されたクランクシャフトWの5つのジ
ャーナル部J1〜J5に上方からセットされる5つのジ
ャーナル部用の加熱コイル3J−1〜3J−5と、同ク
ランクシャフトWの4つのピン部P1〜P4に上方から
セットされる4つのピン部用の加熱コイル3P−1〜3
P−4とを備えている。
【0015】ジャーナル部用の加熱コイル3J−1〜3
J−5は、上方のジャーナル部用のカレントトランス4
J−1〜4J−5に電気的かつ機械的に接続されてい
る。ピン部用の加熱コイル3P−1〜3P−4は、同じ
く上方のピン部用のカレントトランス4P−1〜4P−
4に電気的かつ機械的に接続されている。
【0016】各加熱コイルは焼入対象部に上方から嵌合
する半開放鞍型コイルで、図示されない冷却ジャケット
と組み合わされている。また、下方のセット位置と上方
の退避位置の間を独立に昇降可能であり、少なくともピ
ン部用のカレントトランス4P−1〜4P−4について
は、下方のセット位置でクランクシャフトWの回転に伴
うピン部の旋回運動に追従できるよう、クランクシャフ
トWの軸心に直角な水平方向にも移動可能とされてい
る。
【0017】ジャーナル部用のカレントトランス4J−
1〜4J−5及びピン部用のカレントトランス4P−1
〜4P−4は、図示されない整合部並びにスイッチ5J
−1〜5J−5及び5P−1〜5P−4を介して共通の
高周波電源6に並列に接続されている。
【0018】クランクシャフトWの高周波焼入を行うに
は、まず各加熱コイルを上方に退避させた状態で、支持
機構1,1間にクランクシャフトWをセットする。次い
で図1(a)に示すように、クランクシャフトWの軸心
方向中央部に位置するジャーナル部J3を加熱する加熱
コイル3J−3を残して、加熱コイルをカレントトラン
スと共に下降させてクランクシャフトWのジャーナル部
J1,J2,J4,J5及びピン部P1〜P4にセット
する。そしてスイッチ5J−1,5J−2,5J−4,
5J−5及び5P−1〜5P−4をオンにし、スイッチ
5J−3をオフにし、高周波電源6から加熱コイル3J
−1,3J−2,3J−4,3J−5及び3P−1〜3
P−4に電力を供給しつつ、クランクシャフトWを回転
させる。このとき、高周波電源6の出力は一定に維持さ
れる。
【0019】これにより、クランクシャフトWのジャー
ナル部J1,J2,J4,J5の外面及びピン部P1〜
P4の外面が全周にわたって高周波加熱される。加熱が
終わると、加熱コイルに組み合わされた冷却ジャケット
から加熱面に焼入液を吹き付ける。これにより、クラン
クシャフトWのジャーナル部J1,J2,J4,J5の
外面及びピン部P1〜P4の外面が高周波焼入される。
【0020】このようにしてクランクシャフトWがジャ
ーナル部J3を残して焼入されると、焼入に使用した加
熱コイルをカレントトランスと共に上方の退避位置へ上
昇させる。
【0021】ジャーナル部J1,J2,J4,J5及び
ピン部P1〜P4の外面焼入では、加熱コイルへの供給
電力を周方向で調節するパワーリダクションの操作を行
わない所謂フラット焼を実施したため、焼入後のクラン
クシャフトWには比較的多きな反りが発生する。焼入に
使用した加熱コイルがカレントトランスと共に退避位置
へ上昇すると、焼入後のクランクシャフトWの反りの大
きさを測定する。この測定は、例えば両端のピン部P
1,P4を上にした状態でクランクシャフトWの軸心の
曲がり量δ(図2)を実測することにより行われる。
【0022】反りの測定が終わると、図1(b)に示す
ように、残ったジャーナル部J3を加熱する加熱コイル
3J−3をカレントトランス4J−3と共にジャーナル
部J3にセットする。スイッチ5J−1,5J−2,5
J−4,5J−5及び5P−1〜5P−4をオフにし、
スイッチ5J−3をオンにした後、測定された反りが除
去されるように高周波電源6の出力を調整しながらクラ
ンクシャフトWを回転させる。具体的には反りの凹側で
の出力が凸側での出力より大となるように、クランクシ
ャフトWの回転角度に基づいて加熱コイル3J−3への
供給電力を調節すると共に、その調節幅を反りの程度に
応じて設定する。これにより、ジャーナル部J3の外面
が加熱コイル3J−3により高周波加熱される。ジャー
ナル部J3の外面加熱が終わると、その加熱面に焼入液
を吹き付ける。このときも冷却位置を考慮して反りの凹
側から冷却液を吹き付ける。
【0023】以上によりクランクシャフトWの全焼入が
終了する。しかも、パワーリダクションの操作はジャー
ナル部J3を加熱するときにしか行われない。それにも
かかわらず、焼入後のクランクシャフトWの反りは問題
のない程度に抑制される。
【0024】上記実施形態では、ジャーナル部J1,J
2,J4,J5の外面焼入とピン部P1〜P4の外面焼
入を同時に行っているが、別々に行うこともできる。ま
たピン部P1〜P4の外面焼入では、位相が異なる両端
のピン部P1,P4の焼入と中間のピン部P2,P3の
焼入を別々に行い、各焼入でピン部の旋回に伴うヒート
マス変化を吸収するためのパワーリダクション操作を行
うこともできる。いずれにしても、ジャーナル部J1,
J2,J4,J5及びピン部P1〜P4の外面焼入で
は、反りを発生させないための複雑なパワーリダクショ
ン操作が不要となり、全体としての加熱操作は非常に簡
単になるので、複雑で高価な出力調整機構を用いずと
も、焼入後のクランクシャフトWの反りが問題のない程
度に抑制される。
【0025】上記実施形態では又、対象ワークは4気筒
エンジン用クランクシャフトとされているが、クランク
シャフトの種類は問わず、3気筒エンジン用クランクシ
ャフトや6気筒エンジン用クランクシャフトなどでもよ
い。6気筒エンジン用クランクシャフトの場合は、ジャ
ーナル部は7個あり、4番目のジャーナル部が軸方向の
中央部に位置して最後に反りを除去するための焼入を受
ける。3気筒エンジン用クランクシャフトの場合はジャ
ーナル部は4個となる。この場合は、2,3番目のジャ
ーナル部が軸方向の中央部に位置に、何れか一方又は両
方が最後に反りを除去するための焼入を受ける。
【0026】
【発明の効果】以上に説明の通り、本発明に係るクラン
クシャフトの高周波焼入方法は、クランクシャフトの軸
方向中央部に位置する特定のジャーナル部を残して焼入
を行い、その焼入後に行う特定のジャーナル部の焼入で
反りを取り除くことにより、クランクシャフトの複雑な
非対称形状に起因する反りを簡単な操作で問題のない程
度に抑制することができる。従って、高い焼入品質を簡
単な設備で経済的に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るクランクシャフトの高
周波焼入方法の手順を説明するための概念図である。
【図2】反りの説明図である。
【図3】4気筒エンジン用クランクシャフトの概念図で
ある。
【符号の説明】
W クランクシャフト J1〜J5 ジャーナル部 P1〜P4 ピン部 1 支持機構 2 駆動機構 3J−1〜3J−5 ジャーナル部用の加熱コイル。 3P−1〜3P−4 ピン部用の加熱コイル 4J−1〜4J−5 ジャーナル部用のカレントトラン
ス 4P−1〜4P−4 ピン部用のカレントトランス 5J−1〜5J−5 ジャーナル部用のスイッチ 5P−1〜5P−4 ピン部用のスイッチ 6 高周波電源

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランクシャフトのピン部外面及びジャ
    ーナル部外面を高周波焼入する際に、当該クランクシャ
    フトの軸心方向中央部に位置する特定のジャーナル部を
    残して焼入を行った後に、クランクシャフトの反りを測
    定し、測定された反りが解消されるように、加熱コイル
    への供給電力を周方向で調整して特定のジャーナル部の
    外面を高周波加熱することにより、当該特定のジャーナ
    ル部の焼入を行う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. 【請求項2】 特定のジャーナル部の焼入より前の焼入
    では、加熱コイルへの供給電力の調整を行わないことを
    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。
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