JP3668433B2

JP3668433B2 - 高周波焼入方法とその装置

Info

Publication number: JP3668433B2
Application number: JP2001041088A
Authority: JP
Inventors: 秀明片沼; 横尾　　敏浩
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002241840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を、同時に高周波焼入を終了する高周波焼入方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、例えば、ガソリンエンジン（又はジーゼルエンジン）用の４気筒（４Ｌ）のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりピン部４Ｐ（１２０），３Ｐ（１４０），２Ｐ（１６０），１Ｐ（１８０）とジャーナル部５Ｊ（１１０），４Ｊ（１３０），３Ｊ（１５０），２Ｊ（１７０），１Ｊ（１９０）とが一体成型されている。
従来、前記クランクシャフト１００のピン部４Ｐ，３Ｐ，２Ｐ，１Ｐとジャーナル部５Ｊ，４Ｊ，３Ｊ，２Ｊ，１Ｊの高周波焼入れは、該クランクシャフト１００を中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ピン部４Ｐ，３Ｐ，２Ｐ，１Ｐとジャーナル部５Ｊ，４Ｊ，３Ｊ，２Ｊ，１Ｊに、それぞれ高周波誘導加熱コイルを載置し、前記回転に追従して加熱、冷却を行い高周波焼入れを施工している。
【０００３】
前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ，３Ｊ，４Ｊ，５Ｊの形状は、該ジャーナル部同士は同じのため、該ジャーナル部５Ｊを例に説明する。
前記ジャーナル部５Ｊ（１１０）の形状は、図８に示すように円柱部１１１と、該円柱部１１１に続くＲ部１１２と、該Ｒ部１１２に続き前記クランクシャフト１００の軸方向に直角に形成されたスラスト部１１３から成る。
図８に示す硬化層１１７は、前記円柱部１１１と、Ｒ部１１２と、スラスト部１１３が、連続して焼入れによって得られたものである。このような焼入れの仕方をフィレットＲ焼入れと称している。
【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１００のフィレットＲ焼入れにおいて、通常の加工順序は、図７に示す前記クランクシャフト１００、すなわち被加工物であるワーク１００のジャーナル部２Ｊを焼入れ、次にジャーナル部４Ｊを焼入れし、その後、他のジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊの３箇所を同時に焼入れしている。従って、前記ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊ全体の焼入工程は、３回となっている。前記ジャーナル部４Ｊは、前記クランクシャフト１００の長手方向の基準になることから、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、他の前記ジャーナル部２Ｊ，３Ｊ，５Ｊと比べて、スラスト面（Ｈ）が高くなっている（Ｈ4＞Ｈ2）。
【０００５】
前記フィレットＲ焼入れにおける焼入れ範囲は、全スラスト面までが基準とされていることから、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、前記ジャーナル部４Ｊの焼入範囲は、他のジャーナル部２Ｊ,３Ｊ,５Ｊよりも長くなる（Ｌ4＞Ｌ2）。従って、前記ジャーナル部４Ｊは、他のジャーナル部２Ｊ,３Ｊ,５Ｊよりも加熱容量が大きくなる。
このため、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊの加熱容量の違いから、１台の高周波発振機を使用して加熱する場合、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊの２工程に分けて、焼入加工を行っていた。
【０００６】
しかしながら、前記ワーク１個を焼入加工する場合、現状の焼入工程では、前記ジャーナル部の３工程がサイクルタイムを長くし、生産効率を悪くするという問題点があった。
【０００７】
また、他の方法として、２台の高周波発振機を使用して、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊのそれぞれに対応した個別の発振出力と加熱時間とすることで、加熱容量の異なる部位を１工程で焼入加工していた。同様に、３台の高周波発振機を使用して、前記ジャーナル部２Ｊと、４Ｊと、１Ｊ，３Ｊ，５Ｊとの３箇所を、１工程で焼入加工することも可能であるが、前記高周波発振機の数が増えるため、設備コストの上昇をまねくという問題点があった。
【０００８】
更なる方法として、高周波加熱コイルの加熱導体の形状や磁性材料の挿入量により、そのインピーダンスを調整することで、前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊとを１台の高周波発振機を使用して焼入れする方法も考えられるが、前記高周波加熱コイル単体だけの調整では、許容範囲が狭く、該ジャーナル部２Ｊと４Ｊの両方の焼入品質を十分に満足する条件を出すまでには、計り知れない試験が必要となるという問題点があった。
【０００９】
【表１】

【００１０】
すなわち、表１に、従来の前記ジャーナル部２Ｊと４Ｊの焼入時の発振出力と加熱時間を示すように、該ジャーナル部２Ｊ，４Ｊはともに、発振出力は６４ｋＷであるが、加熱時間が異なっている。前記発振出力と加熱時間が同一であれば、１台の高周波発振機で焼入れが可能であるが、該ジャーナル部２Ｊと４Ｊでは、加熱時間が異なることから、１台の発振機では同時焼入れができない。冷却液（この場合、冷却水）の飛散を防ぐことから、ワーク加熱後の冷却を同時にするために、前記ジャーナル部４Ｊ側を先に発振させながら、前記ジャーナル部２Ｊ側を後から発振することが考えられる。
【００１１】
しかしながら、負荷部の同調および無効電力補償を行うため、共振回路を使用した高周波発振を行っていることから、前記ジャーナル部４Ｊ側を先に発振させながら、後から単純に前記ジャーナル部２Ｊ側を発振させるような切替器等を使用して接続することは、該ジャーナル部２Ｊ側の発振投入時のタイミングによって共振状態が崩れ、発振不良を起こすことが多いという問題点があった。
【００１２】
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、１台の高周波発振機を使用することで、設備コストを抑えるとともに、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼入れして、前記部位の焼入品質を十分に満足しながら焼入工程を少なくする高周波焼入方法とその装置を提供することにある。
【００１３】
【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、１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入する方法である。
【００１４】
１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、該ワークを回転しながら、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、前記ワークの回動角度位置または回転数を検知しながら、焼入に最適なワーク回動角度位置または回転数となったときに、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入する方法である。
【００１５】
前記瞬時停止する時間、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱し始めるまでの切替時間が、０．３秒以内である方法である。
【００１６】
本発明の構成は、１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼入れする装置において、次のとおりである。
【００１７】
前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位に、それぞれ、または選択的に高周波誘導加熱コイルを載置し、制御手段により、前記ワークの加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却手段で冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入する装置である。
【００１８】
前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位の外周上に、それぞれ、または選択的に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記ワークをその中心軸を中心に回転せしめて、前記高周波誘導加熱コイルを前記部位のそれぞれの外周に追従させ、回転検出手段により、前記ワークの回動角度位置または回転数を検知し、制御手段により、前記検出手段からの信号により、前記ワークの回動角度位置または回転数が、焼入に最適なワーク回動角度位置または回転数となったときに、前記ワークの加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入する装置である。
【００１９】
前記１台の発振機と、前記高周波誘導加熱コイルとの間に、変成器が配設される装置である。
【００２０】
前記制御手段は、前記加熱を瞬時停止するとき、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱し始める間に、前記発振機の出力をオフすると同時に、出力切替器を動作させるか、または該出力切替器の接続動作の完了直前に前記発振機の出力をオフし、該出力切替器の接続動作の完了後、直ちに前記発振機の出力をオンさせる装置である。
【００２１】
本発明は、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を、１台の高周波発振機で同時に焼入れする方法とその装置において、以上のように構成されているので、例えば、４気筒の前記クランクシャフトの場合、加熱容量の大きな部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、加熱を瞬間に切り、続けて加熱容量の小さな部位と同時に、前記加熱容量の大きな部位を同時に加熱し、所定時間経過後、同時に加熱を切り、しかる後に前記部位を同時に冷却することにより、ワークの熱容量の異なる複数箇所の部位を、１台の高周波発振機で、同時に焼入を完了するようにしたことにより、そのジャーナル部の焼入工程を３回から２回に減らすことが可能になる。
【００２２】
このため、設備コストを抑えるとともに、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼入れして、前記部位の焼入品質を十分に満足しながら焼入工程を少なくすることができる。
【００２３】
【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、本発明の高周波焼入方法とその装置の一実施の形態を示す、高周波焼入装置の構成外観図、図２は、ワークであるクランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするフィレットＲ焼入用半開放殼形高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波加熱コイルという)単体の構成図、図３は、前記装置に使用される、制御装置により、１台の発振機と３個の前記高周波加熱コイルとを制御する接続図、図４は、前記制御装置における、前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊ及び４Ｊへの焼入工程における高周波加熱制御プログラム図で、図４（ａ）は前記ジャーナル部４Ｊの時間に対するプログラム図、図４（ｂ）は前記ジャーナル部２Ｊの時間に対するプログラム図、図５は、従来の高周波焼入工程を示す図で、図５（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊへの焼入工程、図５（ｂ）はジャーナル部４Ｊへの焼入工程、図５（ｃ）はジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す図、図６は、本実施の形態における高周波焼入工程を示す図で、図６（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊおよび４Ｊへの焼入工程、図６（ｂ）は前記ワーク１００のジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す図である。
【００２４】
図１において、前記高周波焼入装置１は、被加工物で、材質が鋼材または炭素鋼材からなる４気筒エンジンのクランクシャフトである、前記ワーク１００の各ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊを、高周波誘導加熱、冷却の工程を通して、焼入処理を行う装置である。
【００２５】
該高周波焼入装置１は、該ワーク１００の全ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊのそれぞれを高周波焼入するため、図２に高周波加熱コイル群２のうちの単体としての高周波加熱コイル２ａを示す、３個の前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ含む、高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃからなる高周波加熱コイルユニット群３０と、高周波電源として、１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの高周波電力を前記高周波加熱コイルユニット群３０に供給する１台の高周波発振機６と、制御装置１１と、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれを位置決めする位置決め機構１２と、該ワーク１００を支持するチャック機構１３と、前記チャック機構１３のチャック１３ａ，１３ｂを保持するとともに、該ワーク１００の中心軸を中心にある一定回転で回転駆動させる回転駆動装置１４と、その回転検出器１５と、該ワーク１００を搬入し、所定位置に配置するとともに、焼入後、外部に搬出する搬送装置１６とから構成される。なお、１７は、該ワーク１００の取付時などに使用される往復動機構である。
【００２６】
前記構成のうち、前記高周波加熱コイルユニット群３０のうち、前記高周波加熱コイルユニット３０ａは、前記ワーク１００のジャーナル部１Ｊ，２Ｊのいずれかに、前記加熱コイルユニット３０ｂは、前記ジャーナル部３Ｊ，４Ｊのいずれかに、前記加熱コイルユニット３０ｃは、前記ジャーナル部５Ｊに、前記制御装置１１の指令に基づく前記位置決め機構１２により選択的に、または直接に載置されるとともに、前記加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃは、前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊのそれぞれ形状の異なる円柱部をフィレットＲ焼入れする。
【００２７】
それぞれ単体としての該高周波加熱コイル２ａ（２ｂ，２ｃも同様）は、図２に示すように、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形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に前記高周波発振機６からの高周波電力を供給するため、給電線５を介して接続される図示しないディスク型変成器Ｔ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４，４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、前記高周波発振機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なるブロック９と、前記ワーク１００の誘導加熱される円柱部（例えば、前記ジャーナル部５Ｊ（１１０）の１１１）と前記高周波加熱コイル頭部４，４との間を、僅かな隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、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）に添うように装着される、セラミック製又は超硬製の接触部１０，１０とをそれぞれ具備している。
【００２８】
ここで、前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ前記ディスク型変成器Ｔに接続されて、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃとなる。この高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれの上方で、前記位置決め機構１２の支持機構によって直下状態で保持されている。そして、前記ワーク１００の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、図示しないワーク追従機構により、前記高周波加熱コイル頭部４，４が、前記誘導加熱される円柱部、例えば、前記ジャーナル部５Ｊ（１１０）の円柱部１１１上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイル（ここでは２ｃ）が該円柱部１１１に追従して移動し得るように構成されている。（以下、代表的に、前記ジャーナル部５Ｊについて説明する）
【００２９】
なお、前記誘導加熱される前記ジャーナル部５Ｊの円柱部１１１の外周面には、前記３箇所に前記接触子１０，１０が当接され、これにより高周波加熱コイル頭部４，４の半円状部と、前記円柱部１１１の外周面とが、僅かな所定間隔を隔てられており、この状態で、該円柱部１１１が前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４により高周波誘導加熱されるようになっている。
【００３０】
また、前記一対の冷却液噴射環７，７には、冷却液供給用バイブ２０がそれぞれ接続されており、図示しない冷却供給源から、これらの前記パイプ２０を通してそれぞれの冷却液噴射環７，７に供給されるので、前記円柱部１１１を誘導加熱後、前記冷却液噴射環７，７から所定のタイミングで冷却液が、加熱された前記ジャーナル部５Ｊに向けて噴射され、これを冷却するように構成されている。
【００３１】
前記制御装置１１は、前記ワーク１００の前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊのうち、形状の異なる、すなわち加熱容量の異なるジャーナル部を選択して、前記位置決め機構１２に指令する。
前記位置決め機構１２は、前記制御装置１１からの指令により、前記選択されたジャーナル部に対応する、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれを位置決めして、選択された該各ジャーナル部上に載置する。
前記制御装置１１は、さらに、内蔵される高周波加熱制御プログラムにしたがって、前記高周波発振機６から、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれに加熱電力を切替、制御する。なお、同時に、前記制御装置１１には、前記回転検出器１５から、前記ワーク１００がその中心軸Ｘを中心として回転するとき、その回動角度位置信号または回転数信号が入力されている。
【００３２】
前記チャック機構１３は、チャック１３ａ，１３ｂからなり、前記ワーク１００は、その長手方向の両端を、前記チャック１３ａ，１３ｂにより、固定、支持される。そして、前記一方のチャック１３ａは、回転駆動装置１４のヘッドセンタユニット１４ａに、前記他方のチャック１３ｂは、前記回転駆動装置１４のテールセンタユニット１４ｂにそれぞれ回転自在に保持される。
前記回転駆動装置１４により、該ワーク１００の中心軸Ｘを中心にある一定回転で回転駆動させるとき、前記回転検出器１５により、その回動角度位置または回転数を検知して、その検出信号を前記制御装置１１に出力する。
【００３３】
なお、前記回転駆動装置１４のヘッドセンタユニット１４ａとテールセンタユニット１４ｂは、前記ワーク１００の取付けのため、その長手方向に、往復動機構１７のそれぞれの流体圧シリンダ装置（流体圧によりピストンを駆動させる）１７ａ，１７ｂにより駆動可能になっている。
【００３４】
図３の接続図は、前記制御装置１１により、前記高周波発振機６から出力される加熱電力を、前記３個の前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれに、該制御装置１１内の３個の出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して、あらかじめ決められた高周波加熱制御プログラムにしたがって、供給するように接続されている。
前記３個の出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ以後は、前記ワーク１００の選択された前記ジャーナル部（例えば、２Ｊ，４Ｊ）を加熱するため、それぞれ整合コンデンサＣ、前記ディスク型変成器Ｔが付加された前記３個の前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃが接続されている。そして、前記高周波加熱コイルユニット３０ａは、前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊに共用、該加熱コイルユニット３０ｂは、前記ジャーナル部３Ｊ，４Ｊに共用であり、該加熱コイルユニット３０ｃは前記ジャーナル部５単独に使用される。
【００３５】
前記制御装置１１の前記高周波加熱制御プログラムとは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、加熱容量の最も大きな前記ジャーナル部４Ｊを先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい前記ジャーナル部２Ｊと同時に、かつ前記ジャーナル部４Ｊを同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時加熱を停止する方法である。
すなわち、図４（ａ）は、ジャーナル部４Ｊを高周波加熱する場合であり、図４（ｂ）は、ジャーナル部２Ｊを高周波加熱する場合である。まず、図４（ａ）によりジャーナル部４Ｊを、前記高周波発振機６からの加熱電力（Ｗ）で加熱時間（Ｈ0）加熱する。その後、該ジャーナル部４Ｊの加熱をいったんオフにする。短い時間（瞬時の間、Ｈ1）、例えば０．３秒以内の後、前記ジャーナル部４Ｊ，２Ｊを同時に加熱電力（Ｗ）で、時間（Ｈ3）経過するまで同時加熱して停止する。
【００３６】
なお、前記制御装置１１は、前記回転検出器１５からの出力信号に基づいて、前記ワーク１００の焼入に最適な回動角度位置または回転数となったときに、前記加熱電力（Ｗ）を前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃのいずれか、若しくは同時に供給し、または停止させることができる。
【００３７】
前記ワーク１００の従来の高周波焼入方法では、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記高周波発振機６からの出力は、ジャーナル部２Ｊと、４Ｊと、１Ｊ，３Ｊ，５Ｊとのそれぞれを、出力切替器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が１つずつ、各加熱時にオン状態となり、該状態の移行時には、前記高周波発振機６にて出力がオフ状態後、出力切替器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３いずれかが切り替わるようにして、出力切替完了後、前記高周波発振機６が出力オン状態にする。この工程を３回繰り返して、はじめて該ワーク１００の焼入が完了となっていた。しかし、このような工程では、操作が煩雑で、しかも、作業時間が長くかかっていた。
【００３８】
本実施の形態における前記ワーク１００の高周波焼入方法は、図６（ａ）に示すように、前記制御装置１１により、前記位置決め機構１２を介して、前記高周波加熱コイルユニット３０ｂを、加熱容量の最も大きな部位（この場合はジャーナル部４Ｊ）に、また、前記高周波加熱コイルユニット３０ａを、次に加熱容量の大きい部位（この場合はジャーナル部２Ｊ）にそれぞれ載置する。
加熱に際し、前記制御装置１１は、最初に、該加熱容量の最も大きい部位（ジャーナル部４Ｊ）を先に高周波加熱するように、内蔵する出力切替器１１ｂをオンして、前記高周波発振機６から前記高周波加熱コイル２ｂに加熱電力を出力させる。次に所定時間経過後、該高周波発振機６の加熱出力を瞬時オフにすると同時に、続けて次に加熱容量の大きい部位（ジャーナル部２Ｊ）を高周波加熱するために、出力切替器１１ａをオン動作させ、該出力切替器１１ａがオン状態になったとき、再び前記高周波発振機６からの加熱電力を、前記ジャーナル部４Ｊ，２Ｊに同時に出力させるように、前記短時間で切替を行い、該加熱電力で、前記ジャーナル部４Ｊ，２Ｊを同時に高周波加熱する。
そして、所定時間経過後、該高周波発振機６からの加熱出力をオフにする。
【００３９】
次いで、図６（ｂ）に示すように、前記制御装置１１により、前記位置決め機構１２を介して、前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃを、該加熱容量の小さい部位（この場合はジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊ）にそれぞれ移動させる。すなわち、前記高周波加熱コイル２ａはジャーナル部２Ｊ用から１Ｊ用に、また、前記高周波加熱コイル２ｂはジャーナル部４Ｊ用から３Ｊ用に位置換えが行われる。
前記高周波加熱コイルユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃを載置後、前記制御装置１１により、前記前記出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃを同時にオン状態にさせた直後、前記高周波発振機６から、再び加熱電力を出力させて、前記ジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊを同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該高周波発振機６の加熱出力を停止するとともに、前記全ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊに対して同時に、前記一対の冷却液噴射環７，７から冷却液を噴射させて冷却して、焼入れする。
【００４０】
なお、前記出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃに、例えば近接スイッチ等を設けることで、該近接スイッチが出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの接続動作を完了する直前に、前記高周波発振機６の加熱出力をオフするような信号を出力し、該出力切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの接続が完了した時点で、再ぴ前記高周波発振機６から加熱電力を出力させる指令を出すようにして、極めて短時間に、次段目の加熱電力を供給することができる。
【００４１】
［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：Ｓ３７Ｃ
（ｂ）ジャーナル部寸法
２Ｊ：ジャーナル径φ５５ｍｍ、スラスト幅２７ｍｍ、スラスト高さ６ｍｍ
４Ｊ：ジャーナル径φ５５ｍｍ、スラスト幅２７ｍｍ、スラスト高さ１４ｍｍ
（２）高周波誘導加熱条件（ジャーナル部２Ｊ，４Ｊの同時焼入れ）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：６４ｋＷ（２Ｊ），６４ｋＷ（４Ｊ）
（ｃ）第１加熱時間：４sec（４Ｊ）
第１加熱オフ：０．２sec（４Ｊ）
第２加熱時間：１２sec（２Ｊ，４Ｊ）
（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（７％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：各１００Ｌ／min
（ｅ）冷却時間：２０sec
【００４２】
前記加工条件によりジャーナル部２Ｊ，４ＪをフィレットＲ焼入れを施したときの表面硬さと硬化層深さを表２に示す。
【００４３】
【表２】

ただし、有効深さ（Ｈv４００にて）
【００４４】
前記表２によれば、表面硬さ：Ｈv６００以上、有効深さ：２．０ｍｍ以上を確保し、焼入品質には、問題がない。さらに、前記ジャーナル部２Ｊ，４Ｊが同時に加工終了したことで、全ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊを３工程から２工程に少なくすることが可能となり、生産効率を向上することができた。
【００４５】
以上、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、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、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。
なお、前記ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊに対応する前記高周波加熱コイルユニットを５台使用し、前記位置決め機構によりそれぞれを該ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊ上に位置決めすれば、該ジャーナル部１Ｊ，２Ｊ〜５Ｊの５箇所を、同時に焼入れすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の高周波焼入方法とその装置によれば、１台の発振機で、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の大きな部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬間停止し、続けて加熱容量の小さな部位と同時に、前記加熱容量の大きな部位を同時に加熱し、所定時間経過後、該同時に加熱を停止し、しかる後に前記加熱した部位を同時に冷却することにより、熱容量の異なる前記部位を、同時に焼入することができるので、前記１台の高周波発振機を使用により、設備コストを抑えるとともに、ワークの形状の異なる複数箇所の部位を同時に高周波焼入れして、前記部位の焼入品質を十分に満足しながら焼入工程を少なくすることができる。同時に、生産効率を向上させ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】本発明の高周波焼入方法とその装置の一実施の形態を示す、高周波焼入装置の構成外観図である。
【図２】ワークであるクランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするフィレットＲ焼入用半開放殼形高周波誘導加熱コイル単体の構成図である。
【図３】前記装置に使用される、制御装置により、１台の発振機と３個の前記高周波加熱コイルとを制御する接続図である。
【図４】前記制御装置における、前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊ及び４Ｊへの焼入工程における高周波加熱制御プログラム図で、図４（ａ）は前記ジャーナル部４Ｊの時間に対するプログラム図、図４（ｂ）は前記ジャーナル部２Ｊの時間に対するプログラム図である。
【図５】従来の高周波焼入工程を示す図で、図５（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊへの焼入工程、図５（ｂ）はジャーナル部４Ｊへの焼入工程、図５（ｃ）はジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す図である。
【図６】本実施の形態における高周波焼入工程を示す図で、図６（ａ）は前記ワーク１００のジャーナル部２Ｊおよび４Ｊへの焼入工程、図６（ｂ）は前記ワーク１００のジャーナル部１Ｊ，３Ｊ，５Ｊへの焼入工程をそれぞれ示す図である。
【図７】４気筒エンジン用のクランクシャフトの正面図である。
【図８】図７のクランクシャフトの焼入部の形状とフィレットＲ焼入れの硬化層パターンを示す部分断面図である。
【図９】図７のクランクシャフトのジャーナル部のスラスト高さを示す断面図で、図９（ａ）は、ジャーナル部４Ｊのスラスト高さＨ4を示し、図９（ｂ）は、ジャーナル部２Ｊ，３Ｊ，５Ｊのスラスト高さＨ2を示す。
【図１０】図７のクランクシャフトのジャーナル部の焼入範囲を示す断面図で、図１０（ａ）は、ジャーナル部４Ｊの焼入範囲Ｌ4を示し、図１０（ｂ）は、ジャーナル部２Ｊ，３Ｊ，５Ｊの焼入範囲Ｌ2を示す。
【符号の説明】
１高周波焼入装置
２高周波加熱コイル群
２ａ，２ｂ，２ｃ高周波加熱コイル
４高周波加熱コイル頭部
６高周波発振機
７冷却液噴射環
１０接触部
１１制御装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ出力切替器
１２位置決め機構
１３チャック機構
１４回転駆動装置
１５回転検出器
１６搬送装置
１７往復動機構
３０高周波加熱コイルユニット群
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ高周波加熱コイルユニット
Ｃ整合コンデンサ
Ｔディスク型変成器

Claims

１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする高周波焼入方法。
１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、該ワークを回転しながら、同時に高周波焼入れするに際し、加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、前記ワークの回動角度位置または回転数を検知しながら、焼入に最適なワーク回動角度位置または回転数となったときに、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする高周波焼入方法。
前記瞬時停止する時間、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱し始めるまでの切替時間が、０．３秒以内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼入れする装置において、
前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位に、それぞれ、高周波誘導加熱コイルを載置し、
制御手段により、前記ワークの加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却手段で冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする高周波焼入装置。
１台の発振機で、ワークの形状の異なるｎ（ｎは、２以上の整数）箇所の部位を、同時に高周波焼入れする装置において、
前記ワークの形状の異なる前記ｎ箇所の部位の外周上に、それぞれ、高周波誘導加熱コイルを載置し、前記ワークをその中心軸を中心に回転せしめて、前記高周波誘導加熱コイルを前記部位のそれぞれの外周に追従させ、
回転検出手段により、前記ワークの回動角度位置または回転数を検知し、
制御手段により、前記検出手段からの信号により、前記ワークの回動角度位置または回転数が、焼入に最適なワーク回動角度位置または回転数となったときに、前記ワークの加熱容量の最も大きな第１の部位を先に高周波加熱し、所定時間経過後、該加熱を瞬時停止し、続けて次に加熱容量の大きい第２の部位と同時に、前記第１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、続けてその次に加熱容量の大きい第３の部位と同時に、前記第１，第２の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を瞬時停止し、以下同様に、続けて加熱容量の最も小さな第ｎの部位と同時に、前記第１，第２,‥‥，第ｎ−１の部位を同時に高周波加熱し、所定時間経過後、該同時の加熱を停止し、しかる後に前記第１，第２,‥‥，第ｎの部位を同時に冷却することにより、前記ワークの熱容量の異なる前記ｎ箇所の部位を、同時に焼入することを特徴とする高周波焼入装置。
前記１台の発振機と、前記高周波誘導加熱コイルとの間に、変成器が配設されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の高周波焼入装置。
前記制御手段は、前記加熱を瞬時停止するとき、すなわち前記熱容量の大きな部位の加熱を停止し、続けて前記次に加熱容量の大きい部位と同時に加熱し始める間に、前記発振機の出力をオフすると同時に、出力切替器を動作させるか、または該出力切替器の接続動作の完了直前に前記発振機の出力をオフし、該出力切替器の接続動作の完了後、直ちに前記発振機の出力をオンさせることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の高周波焼入装置。