JP3548518B2 - クランクシャフトの高周波加熱コイル体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ガソリンエンジンまたはジーゼルエンジン用のクランクシャフトのピン部とジャーナル部を高周波焼入する高周波加熱コイル体に関し、特に、高周波誘導加熱時に前記ピン部やジャーナル部の外周面に傷が付かない高周波加熱コイル体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、この種の４気筒のクランクシャフト１は、鍛造加工によりジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９とピン部１２，１４，１６，１８とが一体成型されている。
従来、前記クランクシャフト１のジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９とピン部１２，１４，１６，１８の高周波焼入は、該クランクシャフト１を中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９とピン部１２，１４，１６，１８に、それぞれ高周波加熱コイルを載置し、前記回転に追従して加熱後、冷却を行って高周波焼入を施工している。
【０００３】
前記ジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９および前記ピン部１２，１４，１６，１８の形状は、該ジャーナル部同士および該ピン部同士は同じのため、前記ジャーナル部１１とピン部１２を例に説明する。該ジャーナル部１１は、図６に示すように円柱部１１ａと、該円柱部１１ａに続くＲ部１１ｂと、それに続き、該クランクシャフト１の軸方向に直角に形成されたスラスト部１１ｃとから成り、該ピン部１２は円柱部１２ａから成る。
そして、図６に示す硬化層１１ｄは前記円柱部１１ａのみの焼入によって得られ、硬化層１２ｄは前記円柱部１２ａのみの焼入によって得られる。このような焼入の仕方を平焼入と称している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、前記クランクシャフト１の平焼入において、図７に示すように、接触部３０を伴う図示しない高周波加熱コイル１０２の誘導により加熱される、例えば、前記ジャーナル部１３の円柱部１３ａ外周面における、該接触子３ｏａ，３０ｂとの接触面に、前記高周波加熱コイル１０２と薄型変成器等の追従機構の荷重による引っ掻き傷が、しばしば発生するという問題点があった。
【０００５】
特に、前記ジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９は、ワークとしての該クランクシャフト１の中心軸Ｘであることから、前記ピン部１２，１４，１６，１８に比べて研磨代が少なく、研磨時間を極力削減している。このため、前記引っ掻き傷の大きいものは、焼入後の研磨工程でも前記円柱部外周表面に同傷が残り、品質上、製品として使用できないという問題点を生じていた。
【０００６】
すなわち、図７に示すように、前記クランクシャフト１の平焼入用半開放殻型高周波加熱コイル１０２の接触部３０は、接触子３０ａと接触子３０ｂとで接触子固定板３１を挟み、前記高周波加熱コイル１０２の側板３ａと側板３ｂにねじ部材３２により固定されている。
今、該クランクシャフト１のジャーナル部１３において、その円柱部１３ａと前記接触部３０との接触は、前記接触子３０ａの部位３３と部位３４および前記接触子３０ｂの部位３５と部位３６である。
【０００７】
また、図８に示すように該クランクシャフト１のジャーナル部１３の円柱部１３ａは、前記高周波加熱コイル１０２により誘導加熱されると、前記円柱部１３ａの外周表面部位４１，４２，４３が図で上方に膨張する。この膨張に伴い、前記接触部３０は、接触子３０ａ，３０ｂの部位３４，３６のみとなる。
焼入前は、前記接触子３０ａの部位３３，３４の間と、接触子３０ｂの部位３５，３６の間で囲まれる面で、前記円柱部１３ａの外周表面と接触していたが、加熱時は、接触子３０ａの部位３４と、接触子３０ｂの部位３６との線で前記円柱部１３ａの外周表面とを接触することとなり、このため、前記部位３４，３６に対応する該ジャーナル部１３の円柱部１３ａの外周表面への荷重が集中する。
【０００８】
また、被加熱部の表面である、前記ジャーナル部１３の円柱部１３ａの外周表面は、高周波誘導加熱により表面温度が９５０℃位になるため、フェライトおよびパーライト組織がオーステナイト組織に変わり柔らかくなる。このため、図９に示すように、焼入後の前記ジャーナル部１３の円柱部１３ａの外周表面に引っ掻き傷５１，５２が発生する。
このクランクシャフト１の円柱部１３ａの引っ掻き傷５１，５２の位置は、前記接触子３０ａ，３０ｂの部位３４，３６と一致している。
【０００９】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、高周波焼入をするとき、前記クランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入部に、接触子による引っ掻き傷が発生しないようなクランクシャフトの高周波加熱コイル体を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記クランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入後の表面の品質がよく、次の研磨工程に支障がなく作業性のよいクランクシャフトの高周波加熱コイル体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、クランクシャフトのピン部とジャーナル部との円柱部を焼入するためのクランクシャフト平焼入用半開放殻型の高周波加熱コイルにおいて、前記高周波加熱コイルのコイル頭部と前記クランクシャフトの被加熱面との間の隙間を一定に保持するために前記円柱部の軸方向の両端側に載置される接触子を有し、前記接触子は、前記接触子と前記円柱部との接触箇所および前記円柱部の軸線を含む平面上での断面形状が曲面となされた部位で該円柱部外周面に接触するように構成するとともに、前記接触子の互いに対向する側において前記曲面が前記円柱部外周面から離れる角度を、前記円柱部外周面の直角方向から傾斜させ、前記接触子の、被加熱部たる前記円柱部の軸方向の接触幅を、前記円柱部の材質および加熱温度に応じて、加熱による前記円柱部の膨張が大きい部分を回避する幅に設定し、これにより、前記円柱部の加熱膨張時に、前記接触子が、前記円柱部の、加熱による膨張が大きい部分の外周面に少なく接触されるようにする。
【００１２】
前記接触子の前記円柱部外周面から離れる角度が、前記円柱部外周面の直角方向から３０゜〜４５゜である。
【００１３】
前記接触子の接触幅が、前記円柱部との軸方向の全幅に対して、それぞれ１５〜２０％である。
【００１４】
本発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル体は、以上のように構成されているので、該クランクシャフトのジャーナル部とピン部にそれぞれ高周波加熱コイルを載置し、クランクシャフトをその中心軸のまわりに回転させながら、誘導加熱するとき、該クランクシャフトの前記ジャーナル部とピン部の円柱部の外周表面と接触する接触子の接触幅が、高周波誘導加熱による円柱部の膨張が大きい部分で、少なく接触するような幅を有する形状にして、加熱による影響を受けにくくしている。このため、該クランクシャフトの回転中の加熱により生ずる、焼入部と前記接触子の接触や摩捧による引っ掻き傷の発生を皆無、または極めて少なくして、その表面品質の向上を図っている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル体の一実施の形態を示すクランクシャフト平焼入用半開放殻型の高周波加熱コイルの構成図、図２は、接触子の形状を示す斜視図、図３は、前記接触子を接触部に組み込み、クランクシャフトのジャーナル部の円柱部を高周波誘導加熱した状態を示す断面図である。
【００１６】
図１において、クランクシャフト１のジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９およびピン部１２，１４，１６，１８のそれぞれの円柱部１１ａ，１３ａ，‥‥，１２ａ，１４ａ，‥‥を高周波誘導加熱後、平焼入するために使用される高周波加熱（誘導加熱）コイル２は、黄銅製の一対の側板（コイル保持板）３ａ，３ｂと、この側板３ａ，３ｂ間に取付けられた半開放殼型の高周波加熱コイル頭部４，４と、該高周波加熱コイル頭部４，４に給電線５，５を介して、高周波電力を供給する高周波電源６と、前記側板３ａ，３ｂの下端に取付られて前記高周波加熱コイル頭部４の下方位置に配置された焼入冷却用の一対の冷却液噴射環７，７と、前記高周波電源６と前記給電線５とを接続するための一対の接続端子８，８と、接続端子８，８および給電線５，５を保持するために前記側板３ａ，３ｂの上端側に取付けられた絶縁性材料から成るブロック９と、前記高周波加熱コイル頭部４，４の３箇所に添うように装着される接触部１０とをそれぞれ具備している。
【００１７】
前記接触部１０は、前記高周波加熱コイル頭部４，４のほぼ真上の中央部分と、それらの両端部分の３箇所に配設され、各箇所ごとにそれぞれ２個、全体で６個のセラミック製または超硬製の接触子１０ａを有する。該接触子１０ａのそれぞれは、前記高周波加熱コイル頭部４，４を、ワークの例えば、前記ジャーナル部１１，‥‥‥、ピン部１２，‥‥の被加熱部上に載置したとき、該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥の外周面に当接され、該高周波加熱コイル頭部４，４の半円状部と前記ワークの該円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥との間の僅かな空隙を、所定の距離に保つためのものである。
【００１８】
このような前記高周波加熱コイル２は、図示しない支持機構によって直下状態で保持される。そして、前記クランクシャフト１の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、図示しないのワーク追従機構により、前記高周波加熱コイル頭部４，４は前記ワークの前記ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイル２が該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥に追従、移動しながら該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥を高周波誘導加熱し得るように構成されている。
【００１９】
また、前記一対の冷却液噴射環７，７には、冷却液供給管２０が接続されており、図示しない冷却液供給源から冷却液が供給され、この冷却液噴射環７，７から所定のタイミングで冷却液が前記誘導加熱された前記ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥に向けて噴射され、該ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥を焼入するようになっている。
【００２０】
図２に、断面が爪形状の外形を示す前記接触子１０ａ，１０ｂは、装着箇所ごとに２個ずつ使用され、前記接触部１０は、図３に示すように、前記接触子１０ａと接触子１０ｂとの間に前記接触子固定板３１を挟み、それぞれの穴１０ｃ，１０ｃを介して、前記高周波加熱コイル２の側板３ａと側板３ｂにねじ部材３２により螺着、固定されている。
【００２１】
前記高周波コイル２を前記クランクシャフト１のジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥に載置したとき、該円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥を誘導加熱する前では、それぞれの接触子１０ａ，１０ｂは、図２に示す部位１０ｄ，１０ｅにおいて、前記円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥の外周面とそれぞれ接触する。
【００２２】
該接触子１０ａの部位１０ｄ，１０ｅで形成される形状は、前記円柱部１１ａ，‥‥１２ａ，‥…の軸線方向に断面が円弧または曲線形状をなす円柱面または曲面での接触が好ましく、該部位１０ｄ，１０ｅ間の長さは、誘導加熱される前記ジャーナル部１１，‥‥、ピン部１２，‥‥の円柱部１１ａ，‥‥、１２ａ，‥‥の材質及び加熱温度により適宜、決定している。すなわち、前記接触子１０ａ，１０ｂの接触幅が、前記円柱部との軸方向の全幅に対して、好ましくは、それぞれ該円柱部端から、１５〜２０％の範囲である。
また、部位１０ｅと部位１０ｆとの間の垂直方向となす角度は、３０°〜４５°が好ましい。
かくして、接触子１０ａ，１０ｂは、前記円柱部の軸方向の両端側に載置されるとともに、前記接触子と前記円柱部との接触箇所および前記円柱部の軸線を含む平面上での断面形状が曲面となされた部位（部位１０ｄと部位１０ｅとの間の曲面部）で該円柱部外周面に接触するようになっている。そして、前記接触子の互いに対向する側において前記曲面が前記円柱部外周面から離れる角度が、前記円柱部外周面の直角方向から傾斜され、前記接触子の、被加熱部たる前記円柱部の軸方向の接触幅が、前記円柱部の材質および加熱温度に応じて、加熱による前記円柱部の膨張が大きい部分を回避する幅に設定し、これにより、前記円柱部の加熱膨張時に、前記接触子が、前記円柱部の、加熱による膨張が大きい部分の外周面に少なく接触されるように構成されている。
【００２３】
前記接触子１０ａ，１０ｂを使用することにより、図３に示すように、誘導加熱された前記円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥の部位４１，４２，４３に示す部分が膨張しても、加熱温度が高く膨張が大きい部位４２は、該接触子１０ａ，１０ｂとの接触がないので、該部位４２には引っ掻き傷が発生しない。また、膨張が少なく表面の加熱温度の低い部位に、前記接触子１０ａ，１０ｂが円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥と接触部するので、引っ掻き傷が発生しないか、または極めて小さく、次の研磨工程にはほとんど支障がなくなった。
【００２４】
［実施例］ 本実施の形態における具体的な実施例を以下に示す。
（１）ワーク（被加工物）：４気筒クランクシャフト
（ａ）材質：Ｓ４５Ｃ
（ｂ）ジャーナル部寸法：ジャーナル外径６０ｍｍ、ジャーナル幅：２８ｍｍ（２）高周波誘導加熱条件（ジャーナル部）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：５０ｋＷ
（ｃ）加熱時間：１０ｓｅｃ
（ｄ）回転数：６０ｒｐｍ
（３）冷却条件
（ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（５％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
（ｄ）冷却時間：６ｓｅｃ
【００２５】
前記加工条件により、前記クランクシャフト１のピン部を平焼入れを施したときの、円柱部の引っ掻き傷の深さと高さを、従来の高周波加熱コイルと、本発明の高周波加熱コイルを使用したときの結果を比較すると図４のとおりである。図４は、従来の高周波加熱コイルと、本発明の高周波加熱コイルによる引っ掻き傷の程度を示す。「従来のもの」では、傷の深さは、０．０５５ｍｍ、高さは、０．０８６ｍｍであり、「本発明によるもの」では、傷の深さは、０．０１４ｍｍ、高さは、０．０２２ｍｍである。本実施例によれば、本発明の高周波加熱コイルを使用したときの傷の深さは、およそ７５％減少し、傷の高さは、およそ７４％減少したことになる。このため、該クランクシャフト１の次の研磨工程で研磨精度を向上させることができた。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。例えば、前記接触子１０ａ，１０ｂの部位１０ｄ，１０ｅ，１０ｆで形成される形状において、部位１０ｄ，１０ｅ間の長さ、部位１０ｅ，１０ｆ間の垂直方向となす角度、部位１０ｅ，１０ｆ間の長さを変えることや、部位１０ｄ，１０ｅ，１０ｆをＲ形状とし、Ｒの寸法を変えることにより、前記円柱部１１ａ，‥‥，１２ａ，‥‥外周面の膨張が大きい部分を回避するような前記接触子により、その接触面を少なくすることができる。また、本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル体によれば、高周波加熱コイルのコイル頭部とクランクシャフトの被加熱面との間の隙間を一定に保持するために円柱部の軸方向の両端側に載置される接触子を有し、接触子は、接触子と円柱部との接触箇所および円柱部の軸線を含む平面上での断面形状が曲面となされた部位で該円柱部外周面に接触するように構成するとともに、接触子の互いに対向する側において前記曲面が円柱部外周面から離れる角度を、円柱部外周面の直角方向から傾斜させ、接触子の、被加熱部たる円柱部の軸方向の接触幅を、円柱部の材質および加熱温度に応じて、加熱による円柱部の膨張が大きい部分を回避する幅に設定し、これにより、円柱部の加熱膨張時に、接触子が、円柱部の、加熱による膨張が大きい部分の外周面に少なく接触されるようにしたものであるから、 高周波焼入をするとき、クランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入部に、接触子による引っ掻き傷が発生することなく、また、クランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入後の表面の品質がよく、次の研磨工程に支障がなく、その作業性をよくすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクランクシャフトの高周波加熱コイル体の一実施の形態を示す、クランクシャフト平焼入用半開放殻型高周波コイルの構成図である。
【図２】図１のクランクシャフトの高周波加熱コイルに使用される接触部のなかの接触子の形状を示す斜視図である。
【図３】図２の接触子を、クランクシャフトの高周波加熱コイルに使用される接触部に組み込み、誘導加熱されるクランクシャフトのジャーナル部の膨張された円柱部に対し、該接触子の接触部位を示す断面図である。
【図４】本実施の形態におけるクランクシャフトの高周波加熱コイル体により、ジャーナル部の円柱部に発生した傷と、従来のものにより発生した傷との比較を示す図である。
【図５】クランクシャフトの正面図である。
【図６】図５のクランクシャフトの焼入部の形状と平焼入の硬化層パターンを示す図である。
【図７】従来の高周波加熱コイルとクランクシャフトのジャーナル部の円柱部との配置と、接触子の接触部位を示す断面図である。
【図８】従来の高周波加熱コイルにより、誘導加熱されるクランクシャフトのジャーナル部の円柱部の膨張と、接触子の接触部位を示す断面図である。
【図９】従来の高周波加熱コイルにより、クランクシャフトのジャーナル部の円柱部の焼入表面に発生した傷の例を示す図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト（被加工物）
２，１０２ 高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ３ 側板（コイル保持板）
４ 高周波加熱コイル頭部
５ 給電線
６ 高周波電源
７ 冷却液噴射環
１０，３０ 接触部
１０ａ，１０ｂ，３０ａ，３０ｂ 接触子
１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ 部位
１１，１３，１５，１７，１９ ジャーナル部
１１ａ，１３ａ，‥‥，１２ａ，１４ａ，‥‥ 円柱部
１１ｄ，１２ｄ 硬化層
１２，１４，１６，１８ ピン部
３１ 接触子固定板
３３，３４，３５，３６ 接触部位
４１，４２，４３ 外周表面部位
５１，５２ 引っ掻き傷

Claims (3)

1. クランクシャフトのピン部とジャーナル部との円柱部を焼入するためのクランクシャフト平焼入用半開放殻型の高周波加熱コイルにおいて、
   前記高周波加熱コイルのコイル頭部と前記クランクシャフトの被加熱面との間の隙間を一定に保持するために前記円柱部の軸方向の両端側に載置される接触子を有し、
   前記接触子は、前記接触子と前記円柱部との接触箇所および前記円柱部の軸線を含む平面上での断面形状が曲面となされた部位で該円柱部外周面に接触するように構成するとともに、
   前記接触子の互いに対向する側において前記曲面が前記円柱部外周面から離れる角度を、前記円柱部外周面の直角方向から傾斜させ、
   前記接触子の、被加熱部たる前記円柱部の軸方向の接触幅を、前記円柱部の材質および加熱温度に応じて、加熱による前記円柱部の膨張が大きい部分を回避する幅に設定し、
   これにより、前記円柱部の加熱膨張時に、前記接触子が、前記円柱部の、加熱による膨張が大きい部分の外周面に少なく接触されるようにしたこと、
   を特徴とするクランクシャフトの高周波加熱コイル体。
2. 前記接触子の前記円柱部外周面から離れる角度が、前記円柱部外周面の直角方向から３０°〜４５°であ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コイル体。
3. 前記接触子の接触幅が、前記円柱部との軸方向の全幅に対して、それぞれ１５〜２０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフトの高周波加熱コイル体。

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