JP3676972B2 - クランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ガソリンエンジン又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焼入冷却方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、この種の６気筒のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりジャーナル部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０とピン部２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０とが一体成型されている。
従来、前記クランクシャフト１００のジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０とピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０の高周波焼入は、該クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０とピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０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誘導加熱後、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１１０，１２０，‥‥‥，１７０及びピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０の形状は、該ジャーナル部同士及び該ピン部同士は同じのため、前記ジャーナル部１２０とピン部２１０を例に説明する。該ジャーナル部１２０は、図４に示すように円柱部１２１と、該円柱部１２１に続くＲ部１２２と、該Ｒ部１２２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１２３から成り、前記ピン部２１０も同様に、円柱部２１１と、Ｒ部２１２と、スラスト部２１３から成る。
【０００４】
図４に示す硬化層１２４は、前記円柱部１２１と、フィレット形状部を含む前記Ｒ部１２２とスラスト部１２３の焼入れによって得られ、硬化層２１４は、前記円柱部２１１と、フィレット形状部を含む前記Ｒ部２１２とスラスト部２１３の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。
【０００５】
【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は、該シャフト１００のウイークポイントであるピン部２１０，‥‥及ぴジャーナル部１２０，‥‥のＲ部１２２，２１２に硬化層１２４，２１４と圧縮応力を与えて強化し、疲労限を向上させるべく高周波焼入を行っている。
しかしながら、フィレット部の形状は、エンジンの性能により異なる。さらに、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、円周方向においても、フィレット部の形状が異なっている（図５（ｂ）は、ジャーナル部１３０における円柱部１３１、Ｒ部１３２、スラスト部１３３を示す）。そのため、高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱されるフィレット部１２２，１３２の領域が円周方向に違いを生じる。
【０００６】
該クランクシャフト１００のフィレットＲ焼入れにおいて、フィレット部１２２，１３２の薄肉形状部は、熱容量の違いにより高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱され易く、また、自己冷却速度が遅いことや、高周波誘導加熱コイルからの直接、噴射冷却が行えないことにより、冷却速度が遅く、該フィレット部１２２，１３２のスラスト１２３，１３３面に円周方向の焼割れを生じるという問題点があった。
【０００７】
他方、図６に示すように、従来のクランクシャフト１００のフィレット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)２０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の下方位置及び上方位置に配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７と主冷却液噴射環８，８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９，９とをがそれぞれ設けられており、前記主冷却液噴射環７，７，８，８は、図示しない冷却液槽から供給管１０，１０ａにより噴射冷却液が供給されている。
【０００８】
図７に示すように、クランクシャフト１００のジャーナル部１２０の断面部の焼入硬化層パターンは、フィレット部の形状により図７（ａ）と図７（ｂ）の２種類に分類される。図７（ａ）は、円柱部１２１からフィレット部先端までの距離が片側で短い場合であり、焼入硬化層パターン１２４がＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｓ−Ａ線で囲まれる範囲である。図７（ｂ）は、円柱部１２１からフィレット部先端までの距離が長い場合であり、焼入硬化層パターン１２４がＥ−Ｆ−Ｇ−Ｓ−Ｅ線で囲まれる範囲である。
【０００９】
図８は、主冷却手段としての前記主冷却液噴射環７，７と、前記ジャーナル部１２０の冷却液噴射の位置関係を示す。前記高周波加熱コイル２０からの冷却は、図６に示す構造により前記主冷却液噴射環７，７からの直接噴射冷却は、スラスト面１２３，１２３の内側に限られている。このため、フィレット部先端Ｄ−Ｃは、円柱部１２１、Ｒ部１２２及びスラスト部１２３への噴射冷却を介して、熱伝導により冷却される。
【００１０】
すなわち、高周波誘導加熱された表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄ−Ｃにおいて、表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄは、前記高周波加熱コイル２０の前記主冷却液噴射環７，７により直接噴射冷却されるが、表面部Ｄ−Ｃは、直接噴射冷却されずに、熱伝導による冷却になるから、前記表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−ＤとＤ−Ｃとは、冷却速度に違いを生じ、冷却速度の遅いフィレット部１２５の焼入面に焼割れが発生するおそれがあった。
【００１１】
特に、フィレット部１２５のＲから先端部までのスラスト部１２３は、フィレットＲ焼入れにより生じる圧縮応力により、フィレット部１２５が円柱部１２１のＳ側に傾くために、該円柱部１２１のおける圧縮応力との応力バランスが崩れ、焼割れを生じ易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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、Ｒ部及ぴスラスト部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れが防止されるクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の、熱容量の異なる円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部の各部位が、加熱後、均一に噴射冷却され、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層が形成されるクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置を提供することにある。
【００１４】
【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及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部と、フィレットＲ部及びフィレット部とを高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却するに際し、前記高周波誘導加熱コイルに、前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成すると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止する方法である。
【００１５】
焼入処理すべき前記ピン部及びジャーナル部の表面における熱容量に対する、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の熱容量に応じて、前記補助冷却手段から噴射される冷却液の流量は、冷却液の総流量に対して、２０ないし５０％である方法である。
【００１６】
クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却する装置において、半開放殼形の前記高周波誘導加熱コイルは、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、前記高周波誘導加熱コイルに前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成させると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止する装置である。
【００１７】
前記補助冷却手段は、前記クランクシャフトの軸方向で前記高周波誘導加熱コイルの両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられる装置である。
【００１８】
前記補助冷却手段の冷却液系統は、主冷却手段の冷却液系統から分岐されるとともに、その分岐流路に、その流量が、総流量の少なくとも２０ないし５０％調整できる弁が設けられる装置である。
【００１９】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置は、以上のように構成されているので、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及ぴ該フィレット部に、該円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成するとともに、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成できる。
【００２０】
また、焼入処理すべき前記ピン部及びジャーナル部の表面における熱容量に対する、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の熱容量に応じて、前記補助冷却手段から噴射される冷却液の流量を、冷却液の総流量に対して、２０ないし５０％の範囲で調整できるようにし、全体として均一で、安定した焼入硬化層が形成でき、焼入の品質の向上を図ることができる。
【００２１】
【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焼入冷却方法とその装置の一実施の形態を示す、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用されるフィレット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)の構成図、図２は、前記高周波加熱コイルの冷却液噴射環の、クランクシャフトへの冷却液の噴射状態を説明する図である。
【００２２】
図１において、前記クランクシャフト１００のジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０及びピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０のそれぞれの円柱部１１１，１２１，‥‥‥，１７１；２１１，２２１，‥‥‥，２６１をフィレットＲ焼入れするために使用される前記高周波加熱コイル１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４，４の下方位置及び上方位置にそれぞれ配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７と主冷却液噴射環８，８と、前記それぞれ一対の主冷却液噴射環７，７；８，８の一対の補助冷却液噴射環１５，１５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１１，１１と、接続端子１１，１１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１２と、前記クランクシャフトの誘導加熱される円柱部（例えば、前記ジャーナル部１２０）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９，９とをそれぞれ具備している。
【００２３】
前記高周波加熱コイル１に固定された、前記主冷却液噴射環７，７；８，８の補助冷却用としての前記補助冷却液噴射環１５，１５（補助冷却手段）は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記高周波加熱コイル頭部４，４の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられ、クランクシャフト１００の中心軸に直交する方向に沿って突出しているフィレット部１２５の先端（図２においてＣ−Ｄで示される、円柱部１２１に対して中心軸に直交する方向に突出している突出端）に前記補助冷却液噴射環１５，１５（補助冷却手段）が前記中心軸に直交する方向において対応された状態の下で、前記補助冷却液噴射環１５，１５が前記高周波誘導加熱コイルとともにクランクシャフト１００の回転に追従されるようになっている。かくして、前記補助冷却液噴射環１５，１５により、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥及び前記ピン部２１０，２２０，‥‥‥の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の先端を直接、冷却するようになっている。
【００２４】
前記補助冷却液噴射環１５，１５の冷却液系統は、前記主冷却液噴射環７，７；８，８の冷却液供給管１０から、冷却液供給管１６，１６により分岐されるとともに、その供給管１６，１６の管路上に、その流量が、総流量の０ないし５０％（少なくとも２０ないし５０％）調整できる調整弁１７，１７が設けられている。
【００２５】
ここで、前記高周波加熱コイル１は、図示しない支持機構によって直下状態で保持されている。また、前記クランクシャフト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、ジャーナル部１２０の円柱部１２１上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイル１が該円柱部１２１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１２０について説明する）
【００２６】
なお、前記誘導加熱される前記円柱部１２１の外周面には、前記３箇所に前記接触子９，９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１２１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１２１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。
【００２７】
また、前述のように、主ジャケットである前記それぞれ一対の冷却液噴射環７，７；８，８及び補助ジャケットである前記一対の冷却液噴射環１５，１５には、冷却液供給管１０，１０ａ，１６が接続されており、図示しない冷却液槽から、冷却液が供給されているので、前記円柱部１２１を誘導加熱後、これらの冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５から所定のタイミングで冷却液が前記クランクシャフト１００の前記円柱部、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の先端に向けて、直接噴射され、これらを冷却する。
【００２８】
次いで、図２により、前記高周波加熱コイル１の主及び補助の冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５の噴射状態を説明する。
前記主ジャケットである冷却液噴射管７，７；８，８は、誘導加熱される前記クランクシャフト１のジャーナル部１２０又はピン部のスラスト面１２３内に位置し、該ジャーナル部１２０又はピン部の円柱部１２１の加熱面である、Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄの表面に焼入冷却液を噴射して冷却する。 前記補助ジャケットである補助冷却液噴射環１５，１５は、フィレット部１２５の先端を噴射冷却可能にするため、前記クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘを中心にして、回転してもフィレット部１２５の先端と干渉しない位置に配置され、前記円柱部１２１の加熱面であるＤ−Ｃの表面に冷却液を噴射し冷却できる構造である。
【００２９】
すなわち、前記補助冷却液噴射環１５，１５は、前記それぞれ一対の主冷却液噴射環７，７；８，８は、前記クランクシャフト１の前記ジャーナル部１２０及び前記ピン部の円柱部１２１を直接、冷却し、前記一対の補助冷却液噴射環１５．１５は、前記クランクシャフト１の前記ジャーナル部１２０及び前記ピン部の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部を直接、冷却する。
【００３０】
このため、前記補助冷却液噴射環１５，１５を使用することで、誘導加熱された前記円柱部１２１の表面Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄ−Ｃは、主及び補助冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５から焼入冷却液が噴射されることにより、表面Ｄ−Ｃ（フィレット部の先端）の冷却の遅れがなくなり、焼き割れを防止することができる。さらに、前記円柱部１２１の表面における熱容量に応じて、焼入冷却液の総流量に対し、前記補助冷却液噴射環１５，１５の焼入冷却液の流量を、前記調整弁１７，１７を調整して、２０〜５０％にすることで、誘導加熱された前記表面部の冷却速度が均一となり、均一な焼入硬化層が形成でき、焼入歪みの発生を防止することができる。
【００３１】
［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）：６気筒クランクシャフト
（ａ）材質：Ｓ５０Ｃ＋Ｍｎ（１．２％）
（ｂ）ジャーナル部寸法：ジャーナル径φ１５０ｍｍ、ジャーナル幅５５ｍｍ
（ｃ）ピン部寸法：ピン径φ１００ｍｍ、ピン幅９０ｍｍ
（ｄ）全長：１５００ｍｍ
（２）高周波誘導加熱条件
i）ジャーナル部
（ａ）周波数：１０ｋＨｚ
（ｂ）出力：２４０ｋＷ
（ｃ）加熱時間：２４sec
（ｄ）回転数：３０rpm
ii）ピン部
（ａ）周波数：１０ｋＨｚ
（ｂ）出力：２３０ｋＷ
（ｃ）加熱時間：２４sec
（ｄ）回転数：２０rpm
（３）冷却条件
（ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：４００Ｌ／min
ジャーナル：補助冷却液噴射環流量４２％
ピン：補助冷却液噴射環流量３４％
（ｄ）冷却時間：４０sec
【００３２】
前記加工条件によりジャーナル部及びビン部をフィレットＲ焼入れを施したときの加熱部には、主冷却液噴射環及び補助冷却液噴射環からの焼入冷却液の噴射冷却により、円柱部とフィレット部がともに冷却され、該フィレット部の一部が遅れて冷却されることはない、さらに、焼入冷却液の総流量に対し、補助冷却液噴射環の焼入冷却液流量を２０〜５０％とすることで、円柱部とフィレット部の流量バランスがよく、焼入面に発生する圧縮応力が均一となり、焼割れの発生はみられない。
【００３３】
また、全長１５００ｍｍのクランクシャフトの全ピン部及び全ジャーナル部のフィレットＲ焼入後の曲がりは、全長５５０ｍｍのクランクシャフトの全ピン部及ぴジャーナル部のフィレットＲ焼入れの曲がり値と同程度の０．４５ｍｍ（ＴＩＲ）であった。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明の技術的思想に基き、前記構成の範囲内において各種の変更、付加が可能である。例えば、補助冷却液噴射環の形状を円弧状とすることや、補助冷却液噴射環の個数を増し、配置を４５度方向等に分割することにより、高周波加熱コイルに取付ることができ、本発明が適応可能である。
【００３５】
【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焼入冷却方法によれば、高周波誘導加熱コイルに、主冷却手段の補助冷却手段を固定し、クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って突出しているフィレット部の先端に補助冷却手段を中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、補助冷却手段を高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、補助冷却手段の噴射孔から、フィレット部の先端に冷却液を中心軸に直交する方向に噴射してフィレット部の先端を冷却し、これによって、円柱部の熱容量と異なる熱容量を有するフィレットＲ部及びフィレット部に、円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成するので、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れを防止することができる。
【００３６】
そして、熱容量の異なる円柱部及びフィレットR部及びフィレット部の各部位が主冷却手段と補助冷却手段から同時に冷却液が噴射冷却され、フィレット部の薄肉部の冷却遅れを解決でき、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成することができる。
さらに、焼入冷却液の総流量に対する補助冷却液噴射環の焼入冷却液の流量を２０〜５０％とすることで、焼割れがなく安定した焼入硬化層を形成でき、焼入後の曲がりも少ないクランクシャフトを製作することができるという優れた効果を奏する。
【００３７】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入冷却装置によれば、半開放殼形の高周波誘導加熱コイルは、クランクシャフト円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、該高周波誘導加熱コイルに主冷却手段の補助冷却手段を固定して、該高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時、該補助冷却手段の噴射孔から、直接フィレットＲ部及びフィレット部に冷却液を噴射して冷却し、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する該フィレットＲ部及ぴ該フィレット部に、該円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成させるので、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、Ｒ部及ぴスラスト部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れを防止することができる。
【００３８】
そして、熱容量の異なる円柱部及びフィレットＲ部及びフィレット部の各部位が、加熱後、均一に噴射冷却され、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成することができるとともに、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焼入冷却方法とその装置の一実施の形態を示す、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される高周波加熱コイルの構成図である。
【図２】前記高周波加熱コイルの冷却液噴射環の、クランクシャフトへの冷却液の噴射状態を説明する図である。
【図３】クランクシャフトの正面図である。
【図４】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５】フィレットＲ焼入れの焼割れ部位を示す斜視図で、図５（ａ）は、ジャーナル部１２０付近における斜視図、図５（ｂ）は、ジャーナル部１３０付近における斜視図である。
【図６】従来のクランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される高周波加熱コイルの構成図である。
【図７】従来のフィレット部の形状とＲ焼入硬化層パターンを示す部分断面図で、図７（ａ）は、円柱部からフィレット部先端までの距離が片側で短い場合を示す図、図７（ｂ）は、円柱部からフィレット部先端までの距離が長い場合を示す図である。
【図８】従来の主冷却液噴射環から、クランクシャフトのジャーナル部への噴射冷却を示す関係図である。
【符号の説明】
１，２０ 高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ 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
７，８ 主冷却液噴射環
９ 接触部
１０，１０ａ，１６ 冷却液供給管
１５ 補助冷却液噴射環
１７ 調整弁
１００ クランクシャフト（被加工物）
１１０，１２０，‥‥‥，１７０ ジャーナル部
２１０，２２０，‥‥‥，２６０ ピン部
１２１，２１１ 円柱部
１２２，２１２ Ｒ部（フィレット部を含む）
１２３，２１３ スラスト部
１２４，２１４ 硬化層
１２５，２１５ フィレット部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ガソリンエンジン又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焼入冷却方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、この種の６気筒のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりジャーナル部１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０とピン部２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０とが一体成型されている。
従来、前記クランクシャフト１００のジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０とピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０の高周波焼入は、該クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０とピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０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誘導加熱後、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１１０，１２０，‥‥‥，１７０及びピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０の形状は、該ジャーナル部同士及び該ピン部同士は同じのため、前記ジャーナル部１２０とピン部２１０を例に説明する。該ジャーナル部１２０は、図４に示すように円柱部１２１と、該円柱部１２１に続くＲ部１２２と、該Ｒ部１２２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１２３から成り、前記ピン部２１０も同様に、円柱部２１１と、Ｒ部２１２と、スラスト部２１３から成る。
【０００４】
図４に示す硬化層１２４は、前記円柱部１２１と、フィレット形状部を含む前記Ｒ部１２２とスラスト部１２３の焼入れによって得られ、硬化層２１４は、前記円柱部２１１と、フィレット形状部を含む前記Ｒ部２１２とスラスト部２１３の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。
【０００５】
【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は、該シャフト１００のウイークポイントであるピン部２１０，‥‥及ぴジャーナル部１２０，‥‥のＲ部１２２，２１２に硬化層１２４，２１４と圧縮応力を与えて強化し、疲労限を向上させるべく高周波焼入を行っている。
しかしながら、フィレット部の形状は、エンジンの性能により異なる。さらに、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、円周方向においても、フィレット部の形状が異なっている（図５（ｂ）は、ジャーナル部１３０における円柱部１３１、Ｒ部１３２、スラスト部１３３を示す）。そのため、高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱されるフィレット部１２２，１３２の領域が円周方向に違いを生じる。
【０００６】
該クランクシャフト１００のフィレットＲ焼入れにおいて、フィレット部１２２，１３２の薄肉形状部は、熱容量の違いにより高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱され易く、また、自己冷却速度が遅いことや、高周波誘導加熱コイルからの直接、噴射冷却が行えないことにより、冷却速度が遅く、該フィレット部１２２，１３２のスラスト１２３，１３３面に円周方向の焼割れを生じるという問題点があった。
【０００７】
他方、図６に示すように、従来のクランクシャフト１００のフィレット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)２０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の下方位置及び上方位置に配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７と主冷却液噴射環８，８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９，９とをがそれぞれ設けられており、前記主冷却液噴射環７，７，８，８は、図示しない冷却液槽から供給管１０，１０ａにより噴射冷却液が供給されている。
【０００８】
図７に示すように、クランクシャフト１００のジャーナル部１２０の断面部の焼入硬化層パターンは、フィレット部の形状により図７（ａ）と図７（ｂ）の２種類に分類される。図７（ａ）は、円柱部１２１からフィレット部先端までの距離が片側で短い場合であり、焼入硬化層パターン１２４がＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｓ−Ａ線で囲まれる範囲である。図７（ｂ）は、円柱部１２１からフィレット部先端までの距離が長い場合であり、焼入硬化層パターン１２４がＥ−Ｆ−Ｇ−Ｓ−Ｅ線で囲まれる範囲である。
【０００９】
図８は、主冷却手段としての前記主冷却液噴射環７，７と、前記ジャーナル部１２０の冷却液噴射の位置関係を示す。前記高周波加熱コイル２０からの冷却は、図６に示す構造により前記主冷却液噴射環７，７からの直接噴射冷却は、スラスト面１２３，１２３の内側に限られている。このため、フィレット部先端Ｄ−Ｃは、円柱部１２１、Ｒ部１２２及びスラスト部１２３への噴射冷却を介して、熱伝導により冷却される。
【００１０】
すなわち、高周波誘導加熱された表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄ−Ｃにおいて、表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄは、前記高周波加熱コイル２０の前記主冷却液噴射環７，７により直接噴射冷却されるが、表面部Ｄ−Ｃは、直接噴射冷却されずに、熱伝導による冷却になるから、前記表面部Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−ＤとＤ−Ｃとは、冷却速度に違いを生じ、冷却速度の遅いフィレット部１２５の焼入面に焼割れが発生するおそれがあった。
【００１１】
特に、フィレット部１２５のＲから先端部までのスラスト部１２３は、フィレットＲ焼入れにより生じる圧縮応力により、フィレット部１２５が円柱部１２１のＳ側に傾くために、該円柱部１２１のおける圧縮応力との応力バランスが崩れ、焼割れを生じ易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、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、Ｒ部及ぴスラスト部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れが防止されるクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、前記クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の、熱容量の異なる円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部の各部位が、加熱後、均一に噴射冷却され、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層が形成されるクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置を提供することにある。
【００１４】
【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及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部と、フィレットＲ部及びフィレット部とを高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却するに際し、前記高周波誘導加熱コイルに、前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成すると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止する方法である。
【００１５】
焼入処理すべき前記ピン部及びジャーナル部の表面における熱容量に対する、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の熱容量に応じて、前記補助冷却手段から噴射される冷却液の流量は、冷却液の総流量に対して、２０ないし５０％である方法である。
【００１６】
クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却する装置において、半開放殼形の前記高周波誘導加熱コイルは、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、前記高周波誘導加熱コイルに前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成させると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止する装置である。
【００１７】
前記補助冷却手段は、前記クランクシャフトの軸方向で前記高周波誘導加熱コイルの両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられる装置である。
【００１８】
前記補助冷却手段の冷却液系統は、主冷却手段の冷却液系統から分岐されるとともに、その分岐流路に、その流量が、総流量の少なくとも２０ないし５０％調整できる弁が設けられる装置である。
【００１９】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入冷却方法とその装置は、以上のように構成されているので、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及ぴ該フィレット部に、該円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成するとともに、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成できる。
【００２０】
また、焼入処理すべき前記ピン部及びジャーナル部の表面における熱容量に対する、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の熱容量に応じて、前記補助冷却手段から噴射される冷却液の流量を、冷却液の総流量に対して、２０ないし５０％の範囲で調整できるようにし、全体として均一で、安定した焼入硬化層が形成でき、焼入の品質の向上を図ることができる。
【００２１】
【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焼入冷却方法とその装置の一実施の形態を示す、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用されるフィレット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)の構成図、図２は、前記高周波加熱コイルの冷却液噴射環の、クランクシャフトへの冷却液の噴射状態を説明する図である。
【００２２】
図１において、前記クランクシャフト１００のジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥，１７０及びピン部２１０，２２０，‥‥‥，２６０のそれぞれの円柱部１１１，１２１，‥‥‥，１７１；２１１，２２１，‥‥‥，２６１をフィレットＲ焼入れするために使用される前記高周波加熱コイル１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４，４の下方位置及び上方位置にそれぞれ配置された焼入冷却用のそれぞれ一対の主冷却液噴射環７，７と主冷却液噴射環８，８と、前記それぞれ一対の主冷却液噴射環７，７；８，８の一対の補助冷却液噴射環１５，１５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１１，１１と、接続端子１１，１１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１２と、前記クランクシャフトの誘導加熱される円柱部（例えば、前記ジャーナル部１２０）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９，９とをそれぞれ具備している。
【００２３】
前記高周波加熱コイル１に固定された、前記主冷却液噴射環７，７；８，８の補助冷却用としての前記補助冷却液噴射環１５，１５（補助冷却手段）は、前記クランクシャフト１００の軸方向で前記高周波加熱コイル頭部４，４の両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられ、クランクシャフト１００の中心軸に直交する方向に沿って突出しているフィレット部１２５の先端（図２においてＣ−Ｄで示される、円柱部１２１に対して中心軸に直交する方向に突出している突出端）に前記補助冷却液噴射環１５，１５（補助冷却手段）が前記中心軸に直交する方向において対応された状態の下で、前記補助冷却液噴射環１５，１５が前記高周波誘導加熱コイルとともにクランクシャフト１００の回転に追従されるようになっている。かくして、前記補助冷却液噴射環１５，１５により、前記クランクシャフト１００の前記ジャーナル部１１０，１２０，‥‥‥及び前記ピン部２１０，２２０，‥‥‥の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の先端を直接、冷却するようになっている。
【００２４】
前記補助冷却液噴射環１５，１５の冷却液系統は、前記主冷却液噴射環７，７；８，８の冷却液供給管１０から、冷却液供給管１６，１６により分岐されるとともに、その供給管１６，１６の管路上に、その流量が、総流量の０ないし５０％（少なくとも２０ないし５０％）調整できる調整弁１７，１７が設けられている。
【００２５】
ここで、前記高周波加熱コイル１は、図示しない支持機構によって直下状態で保持されている。また、前記クランクシャフト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、ジャーナル部１２０の円柱部１２１上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイル１が該円柱部１２１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１２０について説明する）
【００２６】
なお、前記誘導加熱される前記円柱部１２１の外周面には、前記３箇所に前記接触子９，９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１２１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１２１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。
【００２７】
また、前述のように、主ジャケットである前記それぞれ一対の冷却液噴射環７，７；８，８及び補助ジャケットである前記一対の冷却液噴射環１５，１５には、冷却液供給管１０，１０ａ，１６が接続されており、図示しない冷却液槽から、冷却液が供給されているので、前記円柱部１２１を誘導加熱後、これらの冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５から所定のタイミングで冷却液が前記クランクシャフト１００の前記円柱部、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の先端に向けて、直接噴射され、これらを冷却する。
【００２８】
次いで、図２により、前記高周波加熱コイル１の主及び補助の冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５の噴射状態を説明する。
前記主ジャケットである冷却液噴射管７，７；８，８は、誘導加熱される前記クランクシャフト１のジャーナル部１２０又はピン部のスラスト面１２３内に位置し、該ジャーナル部１２０又はピン部の円柱部１２１の加熱面である、Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄの表面に焼入冷却液を噴射して冷却する。 前記補助ジャケットである補助冷却液噴射環１５，１５は、フィレット部１２５の先端を噴射冷却可能にするため、前記クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘを中心にして、回転してもフィレット部１２５の先端と干渉しない位置に配置され、前記円柱部１２１の加熱面であるＤ−Ｃの表面に冷却液を噴射し冷却できる構造である。
【００２９】
すなわち、前記補助冷却液噴射環１５，１５は、前記それぞれ一対の主冷却液噴射環７，７；８，８は、前記クランクシャフト１の前記ジャーナル部１２０及び前記ピン部の円柱部１２１を直接、冷却し、前記一対の補助冷却液噴射環１５．１５は、前記クランクシャフト１の前記ジャーナル部１２０及び前記ピン部の前記フィレットＲ部及び前記フィレット部を直接、冷却する。
【００３０】
このため、前記補助冷却液噴射環１５，１５を使用することで、誘導加熱された前記円柱部１２１の表面Ａ−Ｒ−Ｓ−Ｒ−Ｄ−Ｃは、主及び補助冷却液噴射環７，７；８，８；１５，１５から焼入冷却液が噴射されることにより、表面Ｄ−Ｃ（フィレット部の先端）の冷却の遅れがなくなり、焼き割れを防止することができる。さらに、前記円柱部１２１の表面における熱容量に応じて、焼入冷却液の総流量に対し、前記補助冷却液噴射環１５，１５の焼入冷却液の流量を、前記調整弁１７，１７を調整して、２０〜５０％にすることで、誘導加熱された前記表面部の冷却速度が均一となり、均一な焼入硬化層が形成でき、焼入歪みの発生を防止することができる。
【００３１】
［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）：６気筒クランクシャフト
（ａ）材質：Ｓ５０Ｃ＋Ｍｎ（１．２％）
（ｂ）ジャーナル部寸法：ジャーナル径φ１５０ｍｍ、ジャーナル幅５５ｍｍ
（ｃ）ピン部寸法：ピン径φ１００ｍｍ、ピン幅９０ｍｍ
（ｄ）全長：１５００ｍｍ
（２）高周波誘導加熱条件
i）ジャーナル部
（ａ）周波数：１０ｋＨｚ
（ｂ）出力：２４０ｋＷ
（ｃ）加熱時間：２４sec
（ｄ）回転数：３０rpm
ii）ピン部
（ａ）周波数：１０ｋＨｚ
（ｂ）出力：２３０ｋＷ
（ｃ）加熱時間：２４sec
（ｄ）回転数：２０rpm
（３）冷却条件
（ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：４００Ｌ／min
ジャーナル：補助冷却液噴射環流量４２％
ピン：補助冷却液噴射環流量３４％
（ｄ）冷却時間：４０sec
【００３２】
前記加工条件によりジャーナル部及びビン部をフィレットＲ焼入れを施したときの加熱部には、主冷却液噴射環及び補助冷却液噴射環からの焼入冷却液の噴射冷却により、円柱部とフィレット部がともに冷却され、該フィレット部の一部が遅れて冷却されることはない、さらに、焼入冷却液の総流量に対し、補助冷却液噴射環の焼入冷却液流量を２０〜５０％とすることで、円柱部とフィレット部の流量バランスがよく、焼入面に発生する圧縮応力が均一となり、焼割れの発生はみられない。
【００３３】
また、全長１５００ｍｍのクランクシャフトの全ピン部及び全ジャーナル部のフィレットＲ焼入後の曲がりは、全長５５０ｍｍのクランクシャフトの全ピン部及ぴジャーナル部のフィレットＲ焼入れの曲がり値と同程度の０．４５ｍｍ（ＴＩＲ）であった。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明の技術的思想に基き、前記構成の範囲内において各種の変更、付加が可能である。例えば、補助冷却液噴射環の形状を円弧状とすることや、補助冷却液噴射環の個数を増し、配置を４５度方向等に分割することにより、高周波加熱コイルに取付ることができ、本発明が適応可能である。
【００３５】
【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焼入冷却方法によれば、高周波誘導加熱コイルに、主冷却手段の補助冷却手段を固定し、クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って突出しているフィレット部の先端に補助冷却手段を中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、補助冷却手段を高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、補助冷却手段の噴射孔から、フィレット部の先端に冷却液を中心軸に直交する方向に噴射してフィレット部の先端を冷却し、これによって、円柱部の熱容量と異なる熱容量を有するフィレットＲ部及びフィレット部に、円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成するので、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れを防止することができる。
【００３６】
そして、熱容量の異なる円柱部及びフィレットR部及びフィレット部の各部位が主冷却手段と補助冷却手段から同時に冷却液が噴射冷却され、フィレット部の薄肉部の冷却遅れを解決でき、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成することができる。
さらに、焼入冷却液の総流量に対する補助冷却液噴射環の焼入冷却液の流量を２０〜５０％とすることで、焼割れがなく安定した焼入硬化層を形成でき、焼入後の曲がりも少ないクランクシャフトを製作することができるという優れた効果を奏する。
【００３７】
本発明のクランクシャフトの高周波焼入冷却装置によれば、半開放殼形の高周波誘導加熱コイルは、クランクシャフト円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、該高周波誘導加熱コイルに主冷却手段の補助冷却手段を固定して、該高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時、該補助冷却手段の噴射孔から、直接フィレットＲ部及びフィレット部に冷却液を噴射して冷却し、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する該フィレットＲ部及ぴ該フィレット部に、該円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成させるので、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部、Ｒ部及ぴスラスト部に形成される焼入硬化層を満足させつつ、フィレット部の焼割れを防止することができる。
【００３８】
そして、熱容量の異なる円柱部及びフィレットＲ部及びフィレット部の各部位が、加熱後、均一に噴射冷却され、焼割れ等の欠陥がない安定した焼入硬化層を形成することができるとともに、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焼入冷却方法とその装置の一実施の形態を示す、クランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される高周波加熱コイルの構成図である。
【図２】前記高周波加熱コイルの冷却液噴射環の、クランクシャフトへの冷却液の噴射状態を説明する図である。
【図３】クランクシャフトの正面図である。
【図４】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５】フィレットＲ焼入れの焼割れ部位を示す斜視図で、図５（ａ）は、ジャーナル部１２０付近における斜視図、図５（ｂ）は、ジャーナル部１３０付近における斜視図である。
【図６】従来のクランクシャフトのピン部及ぴジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される高周波加熱コイルの構成図である。
【図７】従来のフィレット部の形状とＲ焼入硬化層パターンを示す部分断面図で、図７（ａ）は、円柱部からフィレット部先端までの距離が片側で短い場合を示す図、図７（ｂ）は、円柱部からフィレット部先端までの距離が長い場合を示す図である。
【図８】従来の主冷却液噴射環から、クランクシャフトのジャーナル部への噴射冷却を示す関係図である。
【符号の説明】
１，２０ 高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ 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
７，８ 主冷却液噴射環
９ 接触部
１０，１０ａ，１６ 冷却液供給管
１５ 補助冷却液噴射環
１７ 調整弁
１００ クランクシャフト（被加工物）
１１０，１２０，‥‥‥，１７０ ジャーナル部
２１０，２２０，‥‥‥，２６０ ピン部
１２１，２１１ 円柱部
１２２，２１２ Ｒ部（フィレット部を含む）
１２３，２１３ スラスト部
１２４，２１４ 硬化層
１２５，２１５ フィレット部
Claims (5)
- クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部と、フィレットＲ部及びフィレット部とを高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却するに際し、
前記高周波誘導加熱コイルに、前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、
前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、
これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成すると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止するようにしたこと、
を特徴とするクランクシャフトの高周波焼入冷却方法。 - 焼入処理すべき前記ピン部及びジャーナル部の表面における熱容量に対する、前記フィレットＲ部及び前記フィレット部の熱容量に応じて、前記補助冷却手段から噴射される冷却液の流量は、冷却液の総流量に対して、２０ないし５０％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焼入冷却方法。
- クランクシャフトのピン部及びジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフト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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、フィレットＲ部及びフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部及びジャーナル部を主冷却手段により冷却して、前記ピン部及びジャーナル部の表面を焼入冷却する装置において、
半開放殼形の前記高周波誘導加熱コイルは、前記円柱部のそれぞれを跨ぐように形成されるとともに、
前記高周波誘導加熱コイルに前記主冷却手段の補助冷却手段を固定し、
前記クランクシャフトの中心軸に直交する方向に沿って前記ピン部もしくはジャーナル部の円柱部の外周面から突出している前記フィレット部の先端に前記補助冷却手段を前記中心軸に直交する方向において対応させた状態の下で、前記補助冷却手段を前記高周波誘導加熱コイルとともに前記クランクシャフトの回転に追従させつつ、冷却時に、前記補助冷却手段の噴射孔から、前記フィレット部の先端の外周面に冷却液を前記中心軸に直交する方向に噴射して前記フィレット部の先端を補助冷却し、
これによって、前記円柱部の熱容量と異なる熱容量を有する前記フィレットＲ部及び前記フィレット部に、前記円柱部に形成される硬化層と均一になる硬化層を形成させると共に、前記フィレット部の焼入面に焼割れが生じるのを防止すること、
を特徴とするクランクシャフトの高周波焼入冷却装置。 - 前記補助冷却手段は、前記クランクシャフトの軸方向で前記高周波誘導加熱コイルの両側位置にそれぞれ一対、回転方向に沿って設けられることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフトの高周波焼入冷却装置。
- 前記補助冷却手段の冷却液系統は、主冷却手段の冷却液系統から分岐されるとともに、その分岐流路に、その流量が、総流量の少なくとも２０ないし５０％調整できる弁が設けられることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のクランクシャフトの高周波焼入冷却装置。
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