JP3455129B2 - クランクシャフトの高周波加熱装置 - Google Patents

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
に設けられた複数のピン部表面を焼入するためにその複
数のピン部表面を同時に高周波誘導加熱するクランクシ
ャフトの高周波加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】クランクシャフトの高周波焼入では、複
数のピン部表面が同時に高周波誘導加熱され焼入され
る。ここにおける高周波加熱装置の従来構造を３図を参
照して説明する。

【０００３】クランクシャフトの高周波加熱装置は、焼
入すべきクランクシャフト１０の複数のピン部１１，１
２，１３に対応する個数のコイルユニット２０と、コイ
ルユニット２０を装置フレーム４０に独立に吊り下げて
支持するための、コイルユニット２０と同数の従動型の
吊り下げユニット３０とを備えている。

【０００４】コイルユニット２０は、クランクシャフト
１０のピン部に上方から被さってセットされる半開放鞍
形式の加熱コイル２１と、加熱コイル２１の上方に一体
的に連結されたディスクトランスと呼ばれる薄型のカレ
ントトランス２２とを備えている。カレントトランス２
２は、フレーム２３内に収容されると共に、下方の加熱
コイル２１に電気的に接続され、更にフレキシブルリー
ド２４によって装置フレーム４０内の高周波電源等に電
気的に接続されている。

【０００５】従動型の吊り下げユニット３０は、装置フ
レーム４０に一端部が軸体３５にて回動自在に連結され
た略水平な揺動式の吊り下げアーム３１と、吊り下げア
ーム３１の他端部（先端部）を上方へ弾性的に引っ張る
コイル状のスプリング３２とを備えた２軸揺動追従形式
である。

【０００６】即ち、装置フレーム４０に水平に連結され
たスプリング３２は、チェーン３３によって吊り下げア
ーム３１に連結されており、チェーン３３は、吊り下げ
アーム３１の上方に位置して装置フレーム４０に取り付
けられた滑車３４によって向きを水平方向から鉛直方向
に変える。そして、コイルユニット２０のフレーム２３
は、上記吊り下げアーム３１の先端部に、両側へ揺動し
得るよう軸体３６にて回動自在に連結されている。

【０００７】ここで、吊り下げアーム３１の揺動中心Ｏ
１からコイルユニット２０の揺動中心Ｏ２までの距離Ｌ
は、全てのコイルユニット２０で同寸とされており、こ
れにより、クランクシャフト１０の中心線に直角な水平
方向での両者の連結位置は、全てのコイルユニット２０
で同一とされている。

【０００８】クランクシャフト１０の複数のピン部１
１，１２，１３を焼入するときは、先ず複数のコイルユ
ニット２０をワーク受け入れのための初期位置（以下、
単にワーク受け入れ位置という）に位置させる。次い
で、クランクシャフト１０を焼入位置に搬入する。搬入
方式としては、例えば焼入位置の斜め下方から焼入位置
へ旋回移動するスイングアーム方式がある。焼入位置に
搬入されたクランクシャフト１０は、複数のピン部１
１，１２，１３が対応する加熱コイル２１に下方から挿
入される。これにより、各加熱コイル２１は対応するピ
ン部に上方から被さった状態となる。

【０００９】クランクシャフト１０の搬入中は、クラン
クシャフト１０の移動に伴って、所定の位置に移動す
る。これにより、コイルユニット２０の加熱コイル２１
は３つのスペーサ２６，２６，２６を介して対応するピ
ン部に載置される。そして、クランクシャフト１０を中
心線回りに回転させながら、加熱コイル２１に高周波電
流を通じる。

【００１０】クランクシャフト１０が中心線回りに回転
すると、その中心線回りを複数のピン部１１，１２，１
３が自転しつつ公転する。ピン部が公転すると、この公
転運動に追従して、吊り下げユニット３０の吊り下げア
ーム３１が上下に揺動すると共に、吊り下げアーム３１
に吊り下げられたコイルユニット２０が両側に揺動す
る。即ち、ピン部に載置されたコイルユニット２０は、
ピン部の公転運動に追随するため、鉛直方向とクランク
シャフト１０の中心線に直角な水平方向の２方向に往復
運動する。かくして、複数のピン部１１，１２，１３の
各外面が同時に高周波誘導加熱される。

【００１１】このようなクランクシャフトの高周波加熱
装置では、様々な種類のクランクシャフト１０が処理さ
れる。クランクシャフト１０が２気筒エンジン用クラン
クシャフトや４気筒エンジン用クランクシャフトの場合
は、複数のピン部は１８０°の位相のずれをもってクラ
ンクシャフト１０の中心線回りに配置されるが、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
クシャフトの場合は、複数のピン部は１２０°の位相の
ずれをもってクランクシャフト１０の中心線回りに配置
される。

【００１２】前者の場合、焼入位置に搬入されたクラン
クシャフト１０の２種類のピン部は、一方のピン部の真
下に他方のピン部を位置させることにより、クランクシ
ャフト１０の中心線に直角な水平方向での位置ずれを回
避できるが、後者の場合は、焼入位置に搬入されたクラ
ンクシャフト１０の３種類のピン部は、クランクシャフ
ト１０の中心線に直角な水平方向で位置ずれを回避でき
ない。例えば図３のようにクランクシャフト１０の中心
線に直角な水平方向の位置ずれを第２ピン部１２で０と
した場合、第１ピン部１１及び第３ピン部１３では±Δ
ｌの位置ずれが発生する。

【００１３】一方、従来のクランクシャフトの高周波加
熱装置では、前述した通り、吊り下げアーム３１の揺動
中心からコイルユニット２０の揺動中心（連結点）まで
の距離Ｌは、全てのコイルユニット２０で同寸とされて
いるので、このまでは、クランクシャフト１０を焼入位
置に搬入したときに一部のピン部（図３では第１ピン部
１１及び第３ピン部１３）が対応するコイルユニット２
０の加熱コイル２１にスムーズに挿入されず、衝突によ
り破損を生じるおそれがある。

【００１４】この対策として、従来のクランクシャフト
の高周波加熱装置では、図４（ａ）（ｂ）に示すよう
に、コイルユニット２０の側方でコイルユニット２０と
吊り下げアーム３１の間に引っ張りスプリング３７を介
在させて、コイルユニット２０をワーク受け入れ位置で
側方へ数°〜１０°程度傾けるようにしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このような引っ張りス
プリング３７を用いたコイルユニット２０の傾けによ
り、クランクシャフト１０が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の場合
も、３種類のピン部１１，１２，１３が、ワーク受け入
れ位置に固定されたコイルユニット２０の加熱コイル２
１にスムーズに挿入される。しかし、ワークセットに続
く加熱工程では、コイルユニット２０を傾けるための引
っ張りスプリング３７が逆に障害となって、クランクシ
ャフト１０の回転に伴うピン部の公転運動により、引っ
張りスプリング３７が伸縮することによる荷重変動のた
めに、コイルユニット２０ではスペーサ２６，２６，２
６の磨耗が増長されるなどの問題が生じる。

【００１６】例えば、図５（ａ）に示すように、第１ピ
ン部１１を加熱するコイルユニット２０を、その外側に
配置した引っ張りスプリング３７によりワーク受け入れ
位置で外側へ傾けた場合、クランクシャフト１０の回転
に伴って第１ピン部１１が上死点へ移動すると引っ張り
スプリング３７が初期状態から伸び、その結果、加熱コ
イル２１はその伸びに対応する力Ｆで第１ピン部１１を
内側から外側へ押圧する。図５（ｂ）に示すように、第
１ピン部１１が下死点へ移動したときは、逆に引っ張り
スプリング３７が初期状態より縮み、この力Ｆは小さく
なる。図４（ｂ）に示すように、第３ピン部１３を加熱
するコイルユニット２０を、その内側に配置した引っ張
りスプリング３７によりワーク受け入れ位置で内側へ傾
けた場合は、これとは逆に、第３ピン部１３が下死点へ
移動したときに、加熱コイル２１は大きな外力で第３ピ
ン部１３を外側から内側へ押圧する。

【００１７】この結果、加熱コイル２１は、コイルユニ
ット２０の荷重による外力の他、引っ張りスプリング３
７による側方からの荷重を受け、且つ、この荷重は変動
するため、スペーサ２６，２６，２６の磨耗が増長され
るなどの問題が発生する。

【００１８】本発明はかかる事情に鑑みて創案されたも
のであり、加熱対象ワークが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のよう
に、複数のピン部が１８０°以外の位相差をもって中心
線回りに配置された多気筒エンジン用クランクシャフト
の場合も、スペーサの磨耗の増長のような二次的な弊害
を生じることなく、ワーク受け入れ位置で複数のピン部
を各対応コイル内にスムーズに挿入することができるク
ランクシャフトの高周波加熱装置を提供することを目的
とする。

【００１９】

【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加熱装置
は、クランクシャフトに設けられた複数のピン部を焼入
するために、その複数のピン部を同時に高周波誘導加熱
するクランクシャフトの高周波加熱装置であって、焼入
位置にセットされたクランクシャフトの複数のピン部を
高周波誘導加熱するために、各ピン部に上方から被さっ
てセットされる複数のコイルユニットと、焼入位置にセ
ットされるクランクシャフトと実質同一仕様のクランク
機構を有し、当該クランク機構を焼入位置の上方に配設
して当該クランク機構の複数のピン部により複数のコイ
ルユニットを回動自在に吊り下げ支持すると共に、当該
クランク機構を焼入位置にセットされたクランクシャフ
トと同位相で同期駆動する能動型の吊り下げユニットと
を備えている。

【００２０】ここで、実質同一仕様とは、ピン部の軸方
向位置、周方向の位相及び公転半径がほぼ同一というこ
とを意味する。

【００２１】本発明に係るクランクシャフトの高周波加
熱装置では、能動型の吊り下げユニット内のクランク機
構が、焼入位置にセットされたクランクシャフトと実質
同一仕様で、且つ同位相で同期駆動されることにより、
クランク機構の複数のピン部に吊り下げられた複数のコ
イルユニットは、焼入位置にセットされたクランクシャ
フトの複数のピン部の公転運動に同期して、鉛直方向及
びクランクシャフトの中心軸に直角な水平方向の２方向
に積極的に移動する。

【００２２】このため、引っ張りスプリングによってコ
イルユニットを側方へ強制的に傾けずとも、ワーク受け
入れ位置にあるコイルユニットが直立のまま、焼入位置
に搬入されるクランクシャフトの対応するピン部に位置
合わせされることになり、その結果、複数のピン部は対
応する加熱コイル内に衝突することなく下方からスムー
ズに挿入される。

【００２３】また、ワークであるクランクシャフトの回
転加熱中は、従来の従動型ユニットと同様にそのワーク
の回転を阻害しない。

【００２４】複数のコイルユニットは、吊り下げユニッ
ト内のクランク機構に設けられた複数のピン部に引張用
の弾性部材を介してそれぞれ連結される構成が好まし
い。この構成によれば、クランクシャフトのピン部に対
するコイルユニットの荷重が減少するので、スペーサの
磨耗を防止することができる。

【００２５】

【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加熱装置の正面図、図２は同高周
波加熱装置の側面図である。

【００２６】本発明の実施形態に係るクランクシャフト
の高周波加熱装置は、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のように、３種
類のピン部１１，１２，１３が１２０°の位相差をもっ
て中心線回りに配置された多気筒エンジン用のクランク
シャフト１０のピン部表面の高周波焼入に使用される。

【００２７】この高周波焼入設備では、装置フレーム４
０の一方の側、図１では左側でクランクシャフト１０の
ジャーナル部の表面焼入が行われた後、装置フレーム４
０の他方の側、図１では右側でクランクシャフト１０の
ピン部１１，１２，１３の表面焼入が行われる。これに
伴って、ジャーナル部の焼入を終えたクランクシャフト
１０は、装置フレーム４０の下方を中心線に直角な水平
方向に搬送され、スイグアーム方式によりピン部１１，
１２，１３の焼入位置に搬入される。

【００２８】焼入位置に搬入されたクランクシャフト１
０は、センタピンとチャックを備えた回転駆動機構６０
により水平に支持され、焼入時に中心線回りに回転駆動
される。

【００２９】ピン部１１，１２，１３の焼入に使用され
る本発明の実施形態に係るクランクシャフトの高周波加
熱装置は、ピン部１１，１２，１３に各対応する３種類
のコイルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備えてお
り、３種類のコイルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
は、共通の装置フレーム４０に対し、同じく共通の能動
型の吊り下げユニット５０により吊り下げ支持されてい
る。

【００３０】３種類のコイルユニット２０ａ，２０ｂ，
２０ｃは、いずれも、焼入位置に搬入されたクランクシ
ャフト１０のピン部に上方から被さってセットされる半
開放鞍形式の加熱コイル２１と、加熱コイル２１の上方
に一体的に連結されたディスクトランスと呼ばれる薄型
のカレントトランス２２とを備えている。カレントトラ
ンス２２は、フレーム２３内に収容されると共に、下方
の加熱コイル２１に電気的に接続され、更にフレキシブ
ルリード２４によって装置フレーム４０内の高周波電源
等に電気的に接続されている。

【００３１】能動型の吊り下げユニット５０は、焼入位
置の上方に配置されたクランク機構５１を備えている。
クランク機構５１は、ワークであるクランクシャフト１
０と実質同一仕様のクランクシャフトからなる。即ち、
クランク機構５１としてのクランクシャフトは、クラン
クシャフト１０と同様に、１２０°の位相差をもって中
心線回りに配置された３種類のピン部５１ａ，５１ｂ，
５１ｃを有し、且つ、ピン部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
は、クランクシャフト１０のピン部１１，１２，１３と
中心軸方向における位置、及び公転運動半径、即ちクラ
ンクシャフトの中心線から各ピン部の中心線までの距離
がほぼ同じである。

【００３２】そして、コイルユニット２０ａ，２０ｂ，
２０ｃの各フレーム２３は、クランク機構５１のピン部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃに上部の軸受部２７を介して回
動自在に吊り下げられている。また、フレーム２３の上
部とその下の部分は、上下方向に相対移動可能に分割さ
れ、且つ、その分割部に引張用の弾性部材としてのスプ
リング２８を介して連結されている。

【００３３】吊り下げユニット５０内のクランク機構５
１は又、装置フレーム４０の側面に軸受付きのブラッケ
ト５２により回転可能に取り付けられ、駆動部５３によ
り回転駆動される。駆動部５３は、クランク機構５１
を、焼入位置にセットされたクランクシャフト１０と同
位相で同期駆動する。

【００３４】クランクシャフト１０のピン部１１，１
２，１３を焼入するときは、先ずコイルユニット２０
ａ，２０ｂ，２０ｃをワーク受け入れ位置に誘導するべ
く、クランク機構５１が駆動される。ワーク受け入れ位
置でのコイルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの誘導位
置は、クランクシャフト１０が焼入位置に搬入されたと
きのピン部１１，１２，１３の位相に基づいて決定され
る。

【００３５】コイルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃが
ワーク受け入れ位置に誘導されると、ジャーナル部の焼
入を終えたクランクシャフト１０が装置フレーム４０の
下方を通り、焼入位置の斜め下方からスイグアーム方式
により旋回して焼入位置へ搬入される。このとき、コイ
ルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各加熱コイル２１
は、クランクシャフト１０が焼入位置へ搬入されたとき
のピン部１１，１２，１３に対し、クランクシャフト１
０の中心線に直角な水平方向で位置合わせされている。
このため、ピン部１１，１２，１３は対応する加熱コイ
ル２１に衝突することなく下方からスムーズに挿入され
る。

【００３６】焼入位置に搬入されたクランクシャフト１
０のピン部１１，１２，１３は、クランク機構５１のピ
ン部５１ａ，５１ｂ，５１ｃと同位相となる。また、ピ
ン部１１，１２，１３には、対応する加熱コイル２１が
上方から被さり、且つ、その加熱コイル２１がスプリン
グ２８によりスペーサ２６，２６，２６を介して弾性的
に押し付けられる。この状態で、クランクシャフト１０
とクランク機構５１がそれぞれの中心線回りに同位相の
まま同期して回転しながら、加熱コイル２１に高周波電
流が供給される。

【００３７】クランクシャフト１０が中心線回りに回転
すると、その中心線回りをピン部１１，１２，１３が自
転しつつ公転するが、この公転運動に同期してクランク
機構５１のピン部５１ａ，５１ｂ，５１ｃが公転運動を
行うことにより、ピン部１１，１２，１３に載置された
コイルユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、ピン部１
１，１２，１３の公転運動に追従して、鉛直方向とクラ
ンクシャフト１０の中心線に直角な水平方向の２方向に
往復移動する。このとき、スプリング２８はコイルユニ
ット２０ａ，２０ｂ，２０の確実な追従を保証する。ま
た、クランクシャフト１０に加わるコイルユニット２０
ａ，２０ｂ，２０ｃの荷重が減少するので、スペーサス
ペーサ２６，２６，２６の磨耗も減少する。

【００３８】かくして、クランクシャフト１０のピン部
１１，１２，１３の各外面が、同時に高周波誘導加熱さ
れる。

【００３９】なお、上記実施形態では、加熱対象ワーク
は、１２０°の位相差で配置された３種類のピン部１
１，１２，１３をもつ３気筒エンジン用クランクシャフ
ト又は６気筒エンジン用クランクシャフトとしたが、８
気筒エンジン用クランクシャフトも同様に適用可能であ
り、複数のピン部が１８０°以外の位相差をもって中心
線回りに配置される多気筒エンジン用クランクシャフト
であれば、その種類を問わない。

【００４０】吊り下げユニット５０内のクランク機構５
１は、加熱対象ワークに対応するクランクシャフトとし
たが、ワークと実質同一仕様であれば、具体的な形状及
び構造は問わない。

【００４１】クランクシャフト１０の搬入方式について
は、スイングアーム方式以外のものも使用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明に係るクラ
ンクシャフトの高周波加熱装置は、焼入に搬入されるク
ランクシャフトと実質同一仕様のクランク機構を用いた
能動型の吊り下げユニットにより、複数のコイルユニッ
トをクランクシャフトの複数のピン部に積極的に追従さ
せることにより、加熱対象ワークが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の
ように、複数のピン部が１８０°以外の位相差をもって
中心線回りに配置された多気筒エンジン用クランクシャ
フトの場合も、スペーサの磨耗の増長のような二次的な
弊害を生じることなく、複数のピン部を対応するコイル
ユニットにスムーズに挿入して、衝突による両者の損傷
等を防止することができる。

【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
周波加熱装置の正面図である。

【図２】同高周波加熱装置の側面図である。

【図３】従来のクランクシャフトの高周波加熱装置の正
面図である。

【図４】従来のクランクシャフトの高周波加熱装置での
衝突対策を示すコイルユニットの正面図である。

【図５】同衝突対策での問題点を示すコイルユニットの
正面図である。

【符号の説明】

１０ クランクシャフト １１，１２，１３ ピン部 ２０ コイルユニット ２１ 加熱コイル ２２ カレントトランス ２３ フレーム ２８ スプリング（押圧用の弾性部材） ３０ 従動型の吊り下げユニット ４０ 装置フレーム ５０ 能動型の吊り下げユニット ５１ クランク機構 ５１ａ，３１ｂ，３１ｃ ピン部 ５３ 駆動部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/00 - 9/44,9/50 C21D 1/02 - 1/84

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクシャフトに設けられた複数のピ
   ン部を焼入するために、その複数のピン部を同時に高周
   波誘導加熱するクランクシャフトの高周波加熱装置であ
   って、焼入位置にセットされたクランクシャフトの複数
   のピン部を高周波誘導加熱するために、各ピン部に上方
   から被さってセットされる複数のコイルユニットと、焼
   入位置にセットされるクランクシャフトと実質同一仕様
   のクランク機構を有し、当該クランク機構を焼入位置の
   上方に配設して当該クランク機構の複数のピン部により
   複数のコイルユニットを回動自在に吊り下げ支持すると
   共に、当該クランク機構を焼入位置にセットされたクラ
   ンクシャフトと同位相で同期駆動する能動型の吊り下げ
   ユニットとを備えたことを特徴とするクランクシャフト
   の高周波加熱装置。
2. 【請求項２】 複数のコイルユニットは、吊り下げユニ
   ット内のクランク機構に設けられた複数のピン部に、引
   張用の弾性部材を介してそれぞれ連結されていることを
   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
   加熱装置。