JP3946147B2 - クランクシャフトの高周波焼入方法及び装置 - Google Patents
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Description
【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又はジャーナル部の外周面を焼入する高周波焼入方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、回転中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、回転中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈとを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図６に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、回転中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、回転中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、回転中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図６に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄが互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ間のピン部３ｂ，３ｃが互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｄ及びピン部３ａ〜３ｄの外周面にそれぞれ高周波焼入を施行することにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。
【０００４】
図７及び図８（ａ）は、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄの各々（以下においては、総括的にピン部３と記載する）を高周波焼入するために従来より用いられている高周波焼入装置を示すものであって、この高周波焼入装置は、一対の側板５ａ，５ｂ間に挟持状態で保持された半開放鞍型（半円弧形状）の高周波誘導加熱コイル６と、この高周波誘導加熱コイル６にトランス７を介して高周波電流を供給する高周波電源８と、クランクシャフト１を水平に支持して回転中心軸Ｘを中心に回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）と、前記側板５ａ，５ｂ間に取付けられた複数のガイド部材（セラミックや超硬合金製のチップ部材）９を介してクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓ上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を僅かな隙間を隔てて対向配置した状態の下で、前記回転駆動機構にてクランクシャフト１をその回転中心軸Ｘを中心に回転駆動させるのに伴って前記回転中心軸Ｘの回りに公転運動されるピン部３に高周波誘導加熱コイル６を追従させるための４辺リンク機構等から成る追従機構１０と、前記高周波誘導加熱コイル６にて高周波誘導加熱されたピン部３に焼入冷却液を噴射するための焼入冷却液噴射機構（図示せず）とをそれぞれ備えている。
【０００５】
図８（ｂ）〜（ｆ）は、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを焼入処理のために高周波誘導加熱する際に、クランクシャフト１をその回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させたときのピン部３の中心軸Ｘ回りの公転運動、並びに、公転運動をするピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従動作を示したものである。ピン部３の外周面Ｓの高周波誘導加熱時には、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させつつこの高周波誘導加熱コイル６に高周波電源８よりトランス７を介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の外周面Ｓを所要の焼入温度にまで高周波誘導加熱し、しかる後に加熱状態のピン部３の外周面Ｓに図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液を噴射して前記外周面Ｓを急冷することにより焼入処理を完了する。
【０００６】
図９は、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱するために従来より用いられている別型の高周波誘導加熱コイル１１を示すものであって、この高周波誘導加熱コイル１１は、円形コイルを２分割して成る一対の半円弧形状のコイル構成体（加熱コイル頭部）１１ａ，１１ｂから成り、かつ、これらのコイル構成体１１ａ，１１ｂの固定端部１２ａ，１２ｂを中心に回動可能に構成したいわゆる「割り型加熱コイル」と呼ばれるものである。なお、この高周波誘導加熱コイル１１は、トランス（図示省略）を介して高周波電源８に接続される。
【０００７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、クランクシャフト１のピン部３に高周波誘導加熱コイル１１を対応配置する際の動作手順の一例を示すものである。高周波誘導加熱コイル１１を前記ピン部３に対応配置するに際しては、まず、高周波誘導加熱コイル１１の可動端部（自由端部）１３ａ，１３ｂの間を図１０（ａ）に示すように予め開放しておき、次いで高周波誘導加熱コイル１１を所定方向（図１０（ａ）において矢印β方向）に移動させて一対のコイル構成体１１ａ，１１ｂの間に前記ピン部３を配置させた状態の下で、コイル構成体１１ａ，１１ｂの固定端部１２ａ，１２ｂを中心にコイル構成体１１ａ，１１ｂを互いに近づく方向すなわち図１０（ｂ）において矢印γ，δで示す方向に回動させてコイル構成体１１ａ，１１ｂの可動端部１３ａ，１３ｂを互いに当接させることにより、図１０（ｃ）に示す如く実質的に１つの円形コイルを形成すると共に、前記ピン部３を前記円形コイル内の中央部に同軸状に配置させる。かくして、閉じられた一対のコイル構成体１１ａ，１１ｂの可動端部１３ａ，１３ｂにおける電気的な接触面を図外の圧接機構により所要の圧力で接触（圧接）させ、高周波電源８から図外のトランスを介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の外周面Ｓを高周波波誘導加熱し、加熱完了後に図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液をピン部３の外周面Ｓに噴射してその外周面Ｓを急冷することにより焼入処理を完了する。
【０００８】
なお、ジャーナル部２の外周面の高周波焼入の場合もピン部３の場合と同様であるので、ジャーナル部２の外周面の高周波焼入についての説明は省略する。
【０００９】
一方、クランクシャフトのピン部を高周波焼入するに際して２つに分割された高周波誘導加熱コイルを互いに対向配置するようにした焼入技術が、特許第３３５０４５２号公報に記載されている。この場合には、位相が１８０度異なる２種類のピン部にクランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んだ互いに１８０度異なる２方向から高周波誘導加熱コイルを対向配置させてピン部を高周波誘導加熱するようにしている。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３３５０４５２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７及び図８（ａ）に示す高周波誘導加熱コイル６のピン部３の公転運動に対する追従動作にあっては、前記ピン部３が上死点を通過して下死点に向かつて回動する間に、高周波誘導加熱コイル６が、公転運動をしているピン部３に対して「遅れ」を生じ、追従不良が発生する場合がある。具体的には、図７，図８（ｅ）及び図１１に示すように、ピン部３の下方への公転運動に高周波誘導加熱コイル６の下方への追従移動が追いつかず、ピン部３の外周面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の間隔が、規定の間隔Ｌ1 （図８（ｂ）参照）よりも大きな間隔Ｌ2 になる（Ｌ1 ＜Ｌ2 ）。その結果、ピン部３の外表面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の距離が大きくなり、ひいては加熱不良を起こしてしまう場合がある。現在のところ、クランクシャフト１に付与する回転運動の回転数の上限は、６０ｒ.ｐ.ｍ.程度であり、現実的にはその回転数が６０ｒ.ｐ.ｍ.を超えてしまうと、前述したような追従不良が発生し易い。
【００１２】
また、高周波誘導加熱コイル６がピン部３の外周面Ｓに対向配置される範囲は前記外周面Ｓの略１／２弱程度であり、前記外周面Ｓの残りの略１／２強程度は高周波誘導加熱コイル６から外れた状態（放熱状態）の下に置かれることから、ピン部３が所要の焼入温度に達するまでの加熱時間を短縮するためには、必然的に、クランクシャフト１の焼入加熱中の回転数を増大させなければならない。しかしながら、前述したようなピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を発生させないようにすためはクランクシャフト１の回転数に上限（例えば、６０ｒ.ｐ.ｍ. 以下）が存在する関係上、加熱時間を充分に短縮することが難しいのが実状である。
【００１３】
そこで、このような不具合を解消して加熱時間を短縮するための手段としては、クランクシャフト１の回転数を増大してもピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を抑え得るように高周波誘導加熱コイル６ヘの鉛直下方の荷重を増加させることが考えられるが、その場合には、クランクシャフト１を曲げる方向（回転中心軸Ｘすなわちクランクシャフト１の長手方向に対して交差する方向）に大きな力が作用することとなるため、クランクシャフト１の焼入処理後の曲り量が大きくなるという悪影響が生じる。さらに、荷重の増加に伴い、高周波誘導加熱コイル６とピン部３の外周面Ｓとの間の距離を一定に保持するためにピン部３の外周面Ｓに当接されるガイド部材（チップ部材）９によるピン部３の外周面Ｓの引っ掻き傷が深くなる上に、ガイド部材９の摩耗が早くなってガイド部材９の寿命が短くなるという問題を生じる。
【００１４】
また、ピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良が発生しなくても、加熱時間を短縮する場合には高周波誘導加熱コイル６ヘの投入電力を増加させる必要があるが、高周波誘導加熱コイル６ヘの投入電力を増加させると、高周波誘導加熱コイル６自体の発熱量が増大して高周波誘導加熱コイル６の耐久性が低下するといった問題も生じる。
【００１５】
一方、図９に示す高周波誘導加熱コイル（割り型加熱コイル）１１は、ピン部３の外周面Ｓの全周にわたってコイル構成体１１ａ，１１ｂの半円弧形状のコイル構成体（加熱コイル頭部）１１ａ，１１ｂが対向配置されるため、既述の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いる場合と比較して加熱効率が高くなる。また、図１２（ａ）に示すようにピン部３の外周面Ｓのみに焼入硬化層Ｈ1 を形成するフラット焼入を行なう場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いて加熱を行なう場合よりも加熱時間を短縮することができる。しかしながら、図８（ｂ）に示すようにピン部３の外周面Ｓ，ピン部３とカウンターウエイト部４との間の断面円弧状隅部（いわゆるＲ部）Ｍ，及びカウンターウエイト部４のフィレット部（スラスト部）Ｎに沿って延びる一連の領域に焼入硬化層Ｈ2 を形成するフィレットＲ焼入を行なう場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を備えた高周波焼入装置と同様の追従機構を有していても、ピン部３のうちの熱容量の相対的に小さいトップ側の部分Ａと、熱容量の相対的に大きいボトム側の部分Ｂとにおける焼入硬化層は互いに同等にはならず、実際には図１２（ｃ）に示す如くトップ側の部分Ａにおける焼入硬化層の深さＤ1 がボトム側の部分Ｂにおける焼入硬化層の深さＤ2 よりも深くなること（Ｄ1 ＞Ｄ2 ）は回避不可能である。
【００１６】
このような現象が生じる原因は、高周波誘導加熱コイル（割り型加熱コイル）１１がピン部３の外周面Ｓの全周にわたって対向配置される円形型の高周波誘導加熱コイル（円形加熱コイル）であり、図１３に示す如く誘導電流Ｉがピン部３の外周面Ｓを一定の大きさで周回するように流れるためであり、熱容量の小さいトップ側の部分Ａと熱容量の大きいボトム側の部分Ｂとで投入電力の大きさを調整することは不可能であることから、熱容量の相対的に小さいトップ側の部分Ａが過熱され易いためである。
【００１７】
なお、高周波誘導加熱コイル６又は１１を用いてクランクシャフト１のジャーナル部２の外周面を高周波焼入する場合にも、上記と全く同様の問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部を処理焼入のために高周波誘導加熱するに際して、クランクシャフトの回転数を増大することなく、かつ、高周波誘導加熱コイルヘの投入電力を増大することなく高周波誘導加熱時間（焼入加熱時間）を短縮することができ、ひいてはクランクシャフトの高周波焼入に要する加工時間（焼入処理時間）を短縮することができると共に、焼入処理用の高周波誘導加熱コイルの耐久性を向上させることができるようなクランクシャフトの高周波焼入方法及びその装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述の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では、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置する際に、前記複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面の略全周にわたってそれぞれ対向配置して前記ピン部又はジャーナル部の周囲を前記複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲み、その状態の下で、前記クランクシャフトをその回転中心軸を中心に回転させると共に前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら、前記複数の高周波誘導加熱コイルにそれぞれ同時に或いは時間差をもって、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに流すことにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱し、その後に、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を急速冷却することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を焼入するようにしている。
【００２２】
また、本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入装置では、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して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回転中心軸を中心に回転させて前記高周波誘導加熱コイルをクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら前記ピン部又はジャーナル部の外周面を前記高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱し、その後に前記ピン部又はジャーナル部の外周面を急冷することにより焼入処理するようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置において、前記高周波誘導加熱コイルを複数の半開放鞍型のコイル構成体にて構成すると共に、前記複数の半開放鞍型のコイル構成体の各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数のコイル構成体を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面のそれぞれ異なる周面箇所にそれぞれ対向配置することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を前記複数のコイル構成体にて取り囲み、この状態の下で、前記複数のコイル構成体ごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数のコイル構成体ごとに流して前記ピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱するようにしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５において、図６〜図１３と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波焼入するために使用される高周波焼入装置の要部を示すものである。この高周波焼入装置は、クランクシャフト１を水平に支持するための支持機構（図示せず）と、この支持機構にて水平に支持されたクランクシャフト１を回転中心軸Ｘ回りに回転させるための回転駆動機構（図示せず）と、クランクシャフト１のピン部３を高周波誘導加熱するための互いに別個の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル（コイル構成体）２０ａ，２０ｂとを具備している。なお、これらの第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、各々、半開放鞍型のコイルである。そして、上述の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、図外の第１及び第２トランスを介して第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂにそれぞれ接続されている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、一方の第１高周波誘導加熱コイル２０ａは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して一方の側に配置されると共に、他方の第２高周波誘導加熱コイル２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して他方の側に配置される。かくして、これらの第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んで１８０度の位相角度をもって互いに対向配置されており、図外の移動機構にて互いに遠ざかる方向及び互いに近づく方向へ移動されるように構成されている。そして、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の大きさは各々任意に選択調整可能であり、高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の周波数も各々任意に選択可能に構成されている。
【００２６】
また、図２に明示するように、上述の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの形状は、焼入対象であるピン部３の略１／２周の範囲（中心角が略１８０度の半円弧領域）にそれぞれ対向し、前記ピン部３に向かつて開放された開口部を有する半開放鞍型コイルとして構成されている。そして、上述の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して直交し、かつ、追従機構１０（図７参照）により水平２方向及び鉛直２方向に自在に移動し得るように支持されており、前記回転中心軸Ｘを中心としたクランクシャフト１の回転に伴うピン部３の公転運動に対して第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂが追従し得る構成となされている。
【００２７】
なお、図示を省略したが、本実施形態の高周波誘導加熱装置は、所要の焼入温度に加熱されたピン部３の外周面Ｓに焼入冷却液を噴射する焼入冷却液噴射機構が設けられている。
【００２８】
次に、上述の如き構成の高周波焼入装置にてクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波焼入する場合の焼入処理手順について、図３を参照して説明すると、以下の通りである。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂをクランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んだ両側に退避させた状態の下で、図外の支持機構によりクランクシャフト１を水平に支持すると共に、回転中心軸Ｘを中心として放射状に延びかつ回転中心軸Ｘと直交する２つの水平軸方向の両側（或いは垂直軸方向の両側、若しくはそれ以外の１８０度異なる任意の方向の両側）から高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂをピン部３の外周面Ｓに向けて移動させて図３（ｂ）に示すように前記外周面Ｓの略全周にわたって対向配設させる。次いで、図外の回転駆動機構によりクランクシャフト１を回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させながら第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから図外の第１及び第２トランスを介して第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに高周波電力をそれぞれ供給して前記ピン部３の外周面Ｓの高周波誘導加熱を開始する。そして、それ以後は、ピン部３の周囲の熱容量の違いに対応して、高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに供給される電力（投入電力）の大きさを調整（制御）してピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱する（図３（ｂ）〜（ｆ）参照）。なお、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの電力投入は、同時であっても、或いは前記ピン部３の周囲の熱容量を考慮して時間差をもって行なうようにしてもよい。
【００３０】
一方、本実施形態にあっては、２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の大きさを各々任意に選択調整可能である。また、前記２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の周波数は同一であるが、必要に応じてその高周波電流の周波数を各々任意に選択可能に構成してもよい。
【００３１】
次いで、ピン部３の外周面Ｓが所要の焼入温度に到達した時点で、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの高周波電力の供給を遮断し、図外の焼入冷却液噴射機構によりピン部３の外周面Ｓに焼入冷却液を噴射して前記外周面Ｓを急速冷却することにより、前記外周面Ｓに所要深さの焼入硬化層を形成する。
【００３２】
このような高周波誘導加熱装置を用いた高周波焼入方法によれば、クランクシャフト１のピン部３への高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの追従不良の発生をなくすことができる。その理由について述べると、次の通りである。
【００３３】
従来の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いる場合には、高周波誘導加熱コイル６の開口部（開放部）の側にはガイド部材９が存在しないため（図７参照）、高周波誘導加熱コイル６を含めた追従部が追従機構の摺動抵抗等によりピン部３の公転運動に対して遅れた場合に、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６の開口部を通してピン部３が相対的に逃げてしまい、追従不良となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態によれば、互いに別個の２台の半開放型の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを図１〜図３に示す如くピン部３の略全周に対向配置してこのピン部３を取り囲むようにしているので、追従不良が発生し易い回転位置にピン部３があっても、ピン部３がコイル外部へ逃げることが可能である従来のような開放部が存在しないので、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂからピン部３が逃げることがなく、常に第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の間隔（距離）を一定に保持しつつピン部３に対する第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの追従運動を維持することができる。すなわち、例えばピン部３が一方側の高周波誘導加熱コイル２０ａ又は２０ｂの開口部から外側へ逃げようとしても、逃げようとする側に存在するガイド部材９が前記ピン部３の外周面Ｓに当接してストッパとしての役目を果たす（図１に示すように、２台の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの各々の開口部に対向する位置にガイド部材９，９がそれぞれ配置された状態となっている）ため、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとピン部３との正規の位置関係が常に保持され、従って第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂがピン部３に追従してゆくこととなる。そのため、本実施形態の場合には、クランクシャフト１の回転速度（単位時間当たりの回転数）ひいてはピン部３の公転速度（回転速度）を上げることが可能となり、これに伴って、ピン部３の外周面Ｓを均一加熱して均一な焼入硬化層を形成することが可能となる。
【００３５】
なお、この場合、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに投入する電力を互いに同じに設定しても、均一加熱による均一な焼入硬化層の形成が可能となる。すなわち、第１高周波電源８ａに接続された第１高周波誘導コイル２０ａ、並びに、第２高周波電源８ｂに接続された第１高周波誘導コイル２０ｂの互いに異なる２台のコイル体を用いるようにしたので、クランクシャフトの回転速度（単位時間当たりの回転数）並びに高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの１台当たりに供給する電力を従来の焼入方法の場合と同一に設定した場合には、加熱時間を１／２に短縮することができる。そして、加熱時間の短縮に伴い熱伝導によるクランクシャフト１の全体の蓄熱量が減少するため高周波誘導加熱後の焼入冷却時間も短縮することができる。さらに、上述の如く加熱時間が短縮できるため、焼入処理後のクランクシャフトの曲がり量を減少させることができる。
【００３６】
なお、クランクシャフトのピン部を高周波焼入するにあたり、位相が１８０度だけ異なる２種類のピン部に焼入コイルを対向させる焼入技術は特許第３３５０４５２号公報に記載されているが、その焼入技術では、クランクシャフトの回転中心軸を挟んだ２方向から焼入コイルを対向させるようにしているものの、各ピン部の外周面における高周波誘導加熱コイルの対向領域は前記外周面の円周方向の半分部分である。そして、各ピン部には１台ずつ焼入用の高周波誘導加熱コイルが配設される。そのため、上述の焼入技術では、本発明のようにクランクシャフトの回転速度（回転数）及び焼入コイルへの投入電力を増大させることなく１箇所のピン部の加熱時間を短縮することは不可能である。
【００３７】
また、クランクシャフトの回転速度並びに加熱時間を従来の焼入の場合と同一とした場合には、既述の如く高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの１台当たりに投入する電力は１／２にすることができるので、高周波誘導加熱コイルの発熱を低減させることができ、ひいては高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの耐久性の向上を図ることができる。
【００３８】
また、高周波誘導加熱コイル１台当たりの投入電力並びに加熱時間を従来の場合と同一にした場合には、クランクシャフト１の単位時間当たりの回転数を１／２に落とす（低速にする）ことができるため、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓと当接することにより高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとクランクシャフトのピン部の外周面との距離を一定に保持するためのガイド部材９の摩耗を減少させることができると共に、前記ピン部３の外周面Ｓのガイド部材９による引っ掻き傷を低減させることができる。
【００３９】
一方、従来の割り型高周波誘導加熱コイル１１は、図１３に示すように円形１ターンコイルと見なすことができるので、割り型高周波誘導加熱コイル１１を用いた場合には、ピン部３の外周面Ｓの近傍に流れる高周波誘導加熱電流は、ピン部３に隣接するカウンターウエイト部４の形状の如何に拘わらず一様に流れる。従って、既述の如く、熱容量が相対的に小さな側の部分（図１３において符号Ａで示す部分）は、過熱され易く、熱容量が相対的に大きな側の部分（図１３おいて符号Ｂで示す部分）は、周囲の部分に熱を奪われて過熱不足になり易い。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、図１及び図２に明示する如く、互いに別個の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂにてピン部３を取り囲んでピン部３の外周面Ｓの略全周に第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを対向配置するようにしているので、ピン部３の外周面Ｓ（表面）における誘導電流の流れは１周連続しては流れず、各コイル２０ａ，２０ｂともピン部３の外周面Ｓの約１／２ずつ高周波誘導加熱するような構成（図５に示すように、ピン部３の外周面Ｓの約１／２周毎に誘導電流Ｉ1 ，Ｉ2 は閉回路を形成するような構成）となる。そのため、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの投入電力をピン部３の回転位置に応じて調整することにより、前記外周面Ｓを均一加熱することができる。具体的には、第１高周波誘導加熱コイル２０ａが熱容量の相対的に小さい部分Ａに対応する位置にあるときには、第２高周波誘導加熱コイル２０ｂが熱容量の相対的に大きい部分Ｂに対応する位置にあるため、この際には第１高周波誘導加熱コイル２０ａへの投入電力Ｐ1 を第２高周波誘導加熱コイル２０ｂへの投入電力Ｐ2 よりも小さく（Ｐ1 ＜Ｐ2 ）設定するようにし、第２高周波誘導加熱コイル２０ｂが熱容量の相対的に小さい部分Ａに対応する位置にあるときには、第１高周波誘導加熱コイル２０ａが熱容量の相対的に大きい部分Ｂに対応する位置にあるため、この際には第２高周波誘導加熱コイル２０ｂへの投入電力Ｐ2 を第１高周波誘導加熱コイル２０ａへの投入電力Ｐ1 よりも小さく（Ｐ1 ＞Ｐ2 ）設定する。このような投入電力の調整により、各コイル２０ａ，２０ｂの出力を熱容量の大小に応じて調整することができ、ピン部３の外周面Ｓの周方向において均一な加熱を行なうことができる。
【００４１】
以下に、本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法の具体的な施工条件の一例を述べる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態につき述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに同一の周波数の電力を供給するように設定したが、互いに異なった周波数の電力を第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから前記２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂにそれぞれに供給してもよい。また、２台の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの形状は必ずしも同一形状である必要はなく、互いに異なる形状であってもよい。また、、既述の実施形態では、２台の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを用いるようにしたが、３台以上の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルをピン部３の略全周にわたって対応配置して高周波誘導加熱を行なうようにしてもよい。さらに、本発明は、クランクシャフト１のピン部３に限らず、クランクシャフト１のジャーナル部２の高周波焼入にも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置にガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、複数の高周波誘導加熱コ イルをクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周にわたってそれぞれ対向配置してピン部又はジャーナル部の周囲を複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んで、複数の高周波誘導加熱コイルごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、複数の高周波誘導加熱コイルごとに流すことにより、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱して焼入処理を行なうようにしたものであるから、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、本発明によれば、加熱中のクランクシャフトのピン部の外周面は複数（２台以上の複数台）の高周波誘導加熱コイルと略全周にわたり常に対向した状態を保持することが可能となるため、従来のように１台の半開放鞍型高周波誘導加熱コイルによる加熱方法に比べて次のような利点を有する。
（１） クランクシャフトの回転数と高周波誘導加熱コイル１台当たりに供給する電力を従来の高周波焼入方法の場合と同一とした場合には、加熱時間を１／２に短縮することができる。また、従来の方法ではクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の半分部分のみに１台の半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを対向配置して高周波誘導加熱するようにしていたので、クランクシャフトの単位時間当たりの回転数を上げない限り短時間での均一加熱は不可能であったが、本発明の方法によれば、ピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を取り囲んで対向配置するようにしているので、クランクシャフトの単位時間当たりの回転数を上げなくても短時間での均一加熱が可能である。さらに、加熱時間の短縮に伴って熱伝導によるクランクシャフト全体の蓄熱量が減少することとなるため、加熱後の焼入冷却時間も短縮することができる上に、加熱時間が短縮できるため焼入後のクランクシャフトの曲がり量を低減することができる。
（２） クランクシャフトの回転速度（単位時間当たりの回転数）並びに加熱時間を従来の焼入方法の場合と同一とした場合には、高周波誘導加熱コイル１台当たりに投入する電力を１／２にすることができるので高周波誘導加熱コイルの発熱を減少させることができ、ひいては高周波誘導加熱コイルの耐久性の向上を図ることが可能になる。
（３） 高周波誘導加熱コイル１台当たりの投入電力並びに加熱時間を従来方法の場合と同一にした場合には、クランクシャフトの回転速度を１／２に落とすことができるため、高周波誘導加熱コイルに装着され、かつ、クランクシャフトのピン部の外周面に当接することにより高周波誘導加熱コイルとクランクシャフトのピン部の外周面との間の距離を一定に保持するためのガイド部材の摩耗を減少させることができると共に、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面におけるガイド部材による引っ掻き傷を軽減することができる。
（４） また、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、ピン部又はジャーナル部を複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んでその外周面を高周波誘導加熱するようにしているので、ピン部又はジャーナル部が一方側の高周波誘導加熱コイルの開口部から外側へ逃げようとしても、逃げようとする側に存在するガイド部材がピン部又はジャーナル部の外周面に当接してストッパとしての役目を果たすため、ピン部又はジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従不良を生じるのを防止できることとなり、これによりクランクシャフト１の回転速度（単位時間当たりの回転数）の回転速度を上げることが可能となり、これに伴って、ピン部又はジャーナル部の外周面をより一層均一に加熱し得て均一な焼入硬化層を形成することが可能となる。
【００４４】
また、請求項１に記載の本発明によれば、複数の高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の大きさを各々任意に選択調整可能であるようにしたので、複数の高周波誘導加熱コイルに形状が互いに異なり、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の軸線方向において互いに異なる箇所に各高周波誘導加熱コイルを対応配置してそれらの各箇所を高周波誘導加熱するようにした場合には、上述の各箇所における焼入硬化層の深さを独立して調整することが可能となるので、多種・多様な焼入仕様に対応することができる。
【００４５】
また、請求項１に記載の本発明によれば、複数の高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の周波数を各々任意に選択可能であるようにしたので、複数の高周波誘導加熱コイルに同一周波数の高周波電源を接続すれば前述したように加熱時間の短縮等が可能になる。また、異なった周波数を選択するとクランクシャフトのピン部の外周面には異なった浸透深さの誘導電流が略１／２周ずつ流れるため、各高周波誘導加熱コイルに投入する電力の割合を調整することにより最も高い周波数の電流浸透深さから最も低い周波数の電流浸透深さの範囲で焼入硬化層深さの調整が可能となり、多種・多様な焼入仕様に対応することができる。
【００４６】
また、請求項２に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイルを複数のコイル構成体にて構成すると共に、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置にガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、複数のコイル構成体をクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面のそれぞれ異なる周面箇所にそれぞれ対向配置することにより、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を複数のコイル構成体にて取り囲み、この状態の下で、複数のコイル構成体ごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、複数のコイル構成体ごとに流してピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、上述の本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法を施行して、クランクシャフトの回転数を増大することなく、かつ、高周波誘導加熱コイルヘの投入電力を増大することなく高周波誘導加熱時間（焼入加熱時間）を短縮することができ、ひいてはクランクシャフトの高周波焼入に要する加工時間（焼入処理時間）を短縮することができると共に、焼入処理用の高周波誘導加熱コイルの耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法を施行するために用いられる高周波焼入装置の要部を示す図である。
【図２】図１の高周波焼入装置に用いられる第１及び第２高周波誘導加熱コイルを概略的に示す概念図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は第１及び第２高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部を高周波誘導加熱する際の動作手順を順次に示す図である。
【図４】ピン部の回転位置に応じて第１及び第２高周波誘導加熱コイルへの投入電力を調整することを説明するための図である。
【図５】第１及び第２高周波誘導加熱コイルによってピン部の外周面にそれぞれ誘導される誘導電流を示す図である。
【図６】４気筒エンジン用クランクシャフトの斜視図である。
【図７】従来のクランクシャフトの高周波焼入装置を示す側面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｆ）は図７の高周波焼入装置の動作を説明するための図である。
【図９】従来より用いられている割り型の高周波誘導加熱コイルの構成を概略的に示す概念図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は図９の割り型の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部の外周面を高周波誘導加熱する際の動作手順を順次に示す図である。
【図１１】半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルがクランクシャフトのピン部に対して追従不良を生じている状態を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）はフラット焼入によりクランクシャフトのピン部の外周面に形成される焼入硬化層を示す図、図１２（ｂ）はフィレットＲ焼入によりクランクシャフトのピン部の外周面に形成される焼入硬化層を示す図、図１２（ｃ）はクランクシャフトのピン部のトップ側の部分とボトム側の部分とにおける焼入硬化層の深さが異なることを示す図である。
【図１３】割り型の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部の外周面を高周波誘導加熱する際に前記ピン部の外周面に流れる誘導電流を示す図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト
２（２ａ〜２ｅ） ジャーナル部
３（３ａ〜３ｄ） ピン部
８ａ 第１高周波電源
８ｂ 第２高周波電源
９ ガイド部材
１０ 追従機構
２０ａ 第１高周波誘導加熱コイル
２０ｂ 第２高周波誘導加熱コイル
Ａ トップ側の部分
Ｂ ボトム側の部分
Ｓ 外周面
Ｉ1 ，Ｉ2 誘導電流
【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又はジャーナル部の外周面を焼入する高周波焼入方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、回転中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、回転中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈとを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図６に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、回転中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、回転中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、回転中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図６に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄが互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ間のピン部３ｂ，３ｃが互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｄ及びピン部３ａ〜３ｄの外周面にそれぞれ高周波焼入を施行することにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。
【０００４】
図７及び図８（ａ）は、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄの各々（以下においては、総括的にピン部３と記載する）を高周波焼入するために従来より用いられている高周波焼入装置を示すものであって、この高周波焼入装置は、一対の側板５ａ，５ｂ間に挟持状態で保持された半開放鞍型（半円弧形状）の高周波誘導加熱コイル６と、この高周波誘導加熱コイル６にトランス７を介して高周波電流を供給する高周波電源８と、クランクシャフト１を水平に支持して回転中心軸Ｘを中心に回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）と、前記側板５ａ，５ｂ間に取付けられた複数のガイド部材（セラミックや超硬合金製のチップ部材）９を介してクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓ上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を僅かな隙間を隔てて対向配置した状態の下で、前記回転駆動機構にてクランクシャフト１をその回転中心軸Ｘを中心に回転駆動させるのに伴って前記回転中心軸Ｘの回りに公転運動されるピン部３に高周波誘導加熱コイル６を追従させるための４辺リンク機構等から成る追従機構１０と、前記高周波誘導加熱コイル６にて高周波誘導加熱されたピン部３に焼入冷却液を噴射するための焼入冷却液噴射機構（図示せず）とをそれぞれ備えている。
【０００５】
図８（ｂ）〜（ｆ）は、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを焼入処理のために高周波誘導加熱する際に、クランクシャフト１をその回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させたときのピン部３の中心軸Ｘ回りの公転運動、並びに、公転運動をするピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従動作を示したものである。ピン部３の外周面Ｓの高周波誘導加熱時には、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させつつこの高周波誘導加熱コイル６に高周波電源８よりトランス７を介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の外周面Ｓを所要の焼入温度にまで高周波誘導加熱し、しかる後に加熱状態のピン部３の外周面Ｓに図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液を噴射して前記外周面Ｓを急冷することにより焼入処理を完了する。
【０００６】
図９は、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱するために従来より用いられている別型の高周波誘導加熱コイル１１を示すものであって、この高周波誘導加熱コイル１１は、円形コイルを２分割して成る一対の半円弧形状のコイル構成体（加熱コイル頭部）１１ａ，１１ｂから成り、かつ、これらのコイル構成体１１ａ，１１ｂの固定端部１２ａ，１２ｂを中心に回動可能に構成したいわゆる「割り型加熱コイル」と呼ばれるものである。なお、この高周波誘導加熱コイル１１は、トランス（図示省略）を介して高周波電源８に接続される。
【０００７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、クランクシャフト１のピン部３に高周波誘導加熱コイル１１を対応配置する際の動作手順の一例を示すものである。高周波誘導加熱コイル１１を前記ピン部３に対応配置するに際しては、まず、高周波誘導加熱コイル１１の可動端部（自由端部）１３ａ，１３ｂの間を図１０（ａ）に示すように予め開放しておき、次いで高周波誘導加熱コイル１１を所定方向（図１０（ａ）において矢印β方向）に移動させて一対のコイル構成体１１ａ，１１ｂの間に前記ピン部３を配置させた状態の下で、コイル構成体１１ａ，１１ｂの固定端部１２ａ，１２ｂを中心にコイル構成体１１ａ，１１ｂを互いに近づく方向すなわち図１０（ｂ）において矢印γ，δで示す方向に回動させてコイル構成体１１ａ，１１ｂの可動端部１３ａ，１３ｂを互いに当接させることにより、図１０（ｃ）に示す如く実質的に１つの円形コイルを形成すると共に、前記ピン部３を前記円形コイル内の中央部に同軸状に配置させる。かくして、閉じられた一対のコイル構成体１１ａ，１１ｂの可動端部１３ａ，１３ｂにおける電気的な接触面を図外の圧接機構により所要の圧力で接触（圧接）させ、高周波電源８から図外のトランスを介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の外周面Ｓを高周波波誘導加熱し、加熱完了後に図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液をピン部３の外周面Ｓに噴射してその外周面Ｓを急冷することにより焼入処理を完了する。
【０００８】
なお、ジャーナル部２の外周面の高周波焼入の場合もピン部３の場合と同様であるので、ジャーナル部２の外周面の高周波焼入についての説明は省略する。
【０００９】
一方、クランクシャフトのピン部を高周波焼入するに際して２つに分割された高周波誘導加熱コイルを互いに対向配置するようにした焼入技術が、特許第３３５０４５２号公報に記載されている。この場合には、位相が１８０度異なる２種類のピン部にクランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んだ互いに１８０度異なる２方向から高周波誘導加熱コイルを対向配置させてピン部を高周波誘導加熱するようにしている。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３３５０４５２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７及び図８（ａ）に示す高周波誘導加熱コイル６のピン部３の公転運動に対する追従動作にあっては、前記ピン部３が上死点を通過して下死点に向かつて回動する間に、高周波誘導加熱コイル６が、公転運動をしているピン部３に対して「遅れ」を生じ、追従不良が発生する場合がある。具体的には、図７，図８（ｅ）及び図１１に示すように、ピン部３の下方への公転運動に高周波誘導加熱コイル６の下方への追従移動が追いつかず、ピン部３の外周面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の間隔が、規定の間隔Ｌ1 （図８（ｂ）参照）よりも大きな間隔Ｌ2 になる（Ｌ1 ＜Ｌ2 ）。その結果、ピン部３の外表面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の距離が大きくなり、ひいては加熱不良を起こしてしまう場合がある。現在のところ、クランクシャフト１に付与する回転運動の回転数の上限は、６０ｒ.ｐ.ｍ.程度であり、現実的にはその回転数が６０ｒ.ｐ.ｍ.を超えてしまうと、前述したような追従不良が発生し易い。
【００１２】
また、高周波誘導加熱コイル６がピン部３の外周面Ｓに対向配置される範囲は前記外周面Ｓの略１／２弱程度であり、前記外周面Ｓの残りの略１／２強程度は高周波誘導加熱コイル６から外れた状態（放熱状態）の下に置かれることから、ピン部３が所要の焼入温度に達するまでの加熱時間を短縮するためには、必然的に、クランクシャフト１の焼入加熱中の回転数を増大させなければならない。しかしながら、前述したようなピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を発生させないようにすためはクランクシャフト１の回転数に上限（例えば、６０ｒ.ｐ.ｍ. 以下）が存在する関係上、加熱時間を充分に短縮することが難しいのが実状である。
【００１３】
そこで、このような不具合を解消して加熱時間を短縮するための手段としては、クランクシャフト１の回転数を増大してもピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を抑え得るように高周波誘導加熱コイル６ヘの鉛直下方の荷重を増加させることが考えられるが、その場合には、クランクシャフト１を曲げる方向（回転中心軸Ｘすなわちクランクシャフト１の長手方向に対して交差する方向）に大きな力が作用することとなるため、クランクシャフト１の焼入処理後の曲り量が大きくなるという悪影響が生じる。さらに、荷重の増加に伴い、高周波誘導加熱コイル６とピン部３の外周面Ｓとの間の距離を一定に保持するためにピン部３の外周面Ｓに当接されるガイド部材（チップ部材）９によるピン部３の外周面Ｓの引っ掻き傷が深くなる上に、ガイド部材９の摩耗が早くなってガイド部材９の寿命が短くなるという問題を生じる。
【００１４】
また、ピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良が発生しなくても、加熱時間を短縮する場合には高周波誘導加熱コイル６ヘの投入電力を増加させる必要があるが、高周波誘導加熱コイル６ヘの投入電力を増加させると、高周波誘導加熱コイル６自体の発熱量が増大して高周波誘導加熱コイル６の耐久性が低下するといった問題も生じる。
【００１５】
一方、図９に示す高周波誘導加熱コイル（割り型加熱コイル）１１は、ピン部３の外周面Ｓの全周にわたってコイル構成体１１ａ，１１ｂの半円弧形状のコイル構成体（加熱コイル頭部）１１ａ，１１ｂが対向配置されるため、既述の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いる場合と比較して加熱効率が高くなる。また、図１２（ａ）に示すようにピン部３の外周面Ｓのみに焼入硬化層Ｈ1 を形成するフラット焼入を行なう場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いて加熱を行なう場合よりも加熱時間を短縮することができる。しかしながら、図８（ｂ）に示すようにピン部３の外周面Ｓ，ピン部３とカウンターウエイト部４との間の断面円弧状隅部（いわゆるＲ部）Ｍ，及びカウンターウエイト部４のフィレット部（スラスト部）Ｎに沿って延びる一連の領域に焼入硬化層Ｈ2 を形成するフィレットＲ焼入を行なう場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を備えた高周波焼入装置と同様の追従機構を有していても、ピン部３のうちの熱容量の相対的に小さいトップ側の部分Ａと、熱容量の相対的に大きいボトム側の部分Ｂとにおける焼入硬化層は互いに同等にはならず、実際には図１２（ｃ）に示す如くトップ側の部分Ａにおける焼入硬化層の深さＤ1 がボトム側の部分Ｂにおける焼入硬化層の深さＤ2 よりも深くなること（Ｄ1 ＞Ｄ2 ）は回避不可能である。
【００１６】
このような現象が生じる原因は、高周波誘導加熱コイル（割り型加熱コイル）１１がピン部３の外周面Ｓの全周にわたって対向配置される円形型の高周波誘導加熱コイル（円形加熱コイル）であり、図１３に示す如く誘導電流Ｉがピン部３の外周面Ｓを一定の大きさで周回するように流れるためであり、熱容量の小さいトップ側の部分Ａと熱容量の大きいボトム側の部分Ｂとで投入電力の大きさを調整することは不可能であることから、熱容量の相対的に小さいトップ側の部分Ａが過熱され易いためである。
【００１７】
なお、高周波誘導加熱コイル６又は１１を用いてクランクシャフト１のジャーナル部２の外周面を高周波焼入する場合にも、上記と全く同様の問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部を処理焼入のために高周波誘導加熱するに際して、クランクシャフトの回転数を増大することなく、かつ、高周波誘導加熱コイルヘの投入電力を増大することなく高周波誘導加熱時間（焼入加熱時間）を短縮することができ、ひいてはクランクシャフトの高周波焼入に要する加工時間（焼入処理時間）を短縮することができると共に、焼入処理用の高周波誘導加熱コイルの耐久性を向上させることができるようなクランクシャフトの高周波焼入方法及びその装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述の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では、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置する際に、前記複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面の略全周にわたってそれぞれ対向配置して前記ピン部又はジャーナル部の周囲を前記複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲み、その状態の下で、前記クランクシャフトをその回転中心軸を中心に回転させると共に前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら、前記複数の高周波誘導加熱コイルにそれぞれ同時に或いは時間差をもって、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに流すことにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱し、その後に、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を急速冷却することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を焼入するようにしている。
【００２２】
また、本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入装置では、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して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回転中心軸を中心に回転させて前記高周波誘導加熱コイルをクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら前記ピン部又はジャーナル部の外周面を前記高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱し、その後に前記ピン部又はジャーナル部の外周面を急冷することにより焼入処理するようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置において、前記高周波誘導加熱コイルを複数の半開放鞍型のコイル構成体にて構成すると共に、前記複数の半開放鞍型のコイル構成体の各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数のコイル構成体を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面のそれぞれ異なる周面箇所にそれぞれ対向配置することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を前記複数のコイル構成体にて取り囲み、この状態の下で、前記複数のコイル構成体ごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数のコイル構成体ごとに流して前記ピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱するようにしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５において、図６〜図１３と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波焼入するために使用される高周波焼入装置の要部を示すものである。この高周波焼入装置は、クランクシャフト１を水平に支持するための支持機構（図示せず）と、この支持機構にて水平に支持されたクランクシャフト１を回転中心軸Ｘ回りに回転させるための回転駆動機構（図示せず）と、クランクシャフト１のピン部３を高周波誘導加熱するための互いに別個の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル（コイル構成体）２０ａ，２０ｂとを具備している。なお、これらの第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、各々、半開放鞍型のコイルである。そして、上述の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、図外の第１及び第２トランスを介して第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂにそれぞれ接続されている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、一方の第１高周波誘導加熱コイル２０ａは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して一方の側に配置されると共に、他方の第２高周波誘導加熱コイル２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して他方の側に配置される。かくして、これらの第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んで１８０度の位相角度をもって互いに対向配置されており、図外の移動機構にて互いに遠ざかる方向及び互いに近づく方向へ移動されるように構成されている。そして、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の大きさは各々任意に選択調整可能であり、高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の周波数も各々任意に選択可能に構成されている。
【００２６】
また、図２に明示するように、上述の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの形状は、焼入対象であるピン部３の略１／２周の範囲（中心角が略１８０度の半円弧領域）にそれぞれ対向し、前記ピン部３に向かつて開放された開口部を有する半開放鞍型コイルとして構成されている。そして、上述の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂは、クランクシャフト１の回転中心軸Ｘに対して直交し、かつ、追従機構１０（図７参照）により水平２方向及び鉛直２方向に自在に移動し得るように支持されており、前記回転中心軸Ｘを中心としたクランクシャフト１の回転に伴うピン部３の公転運動に対して第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂが追従し得る構成となされている。
【００２７】
なお、図示を省略したが、本実施形態の高周波誘導加熱装置は、所要の焼入温度に加熱されたピン部３の外周面Ｓに焼入冷却液を噴射する焼入冷却液噴射機構が設けられている。
【００２８】
次に、上述の如き構成の高周波焼入装置にてクランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓを高周波焼入する場合の焼入処理手順について、図３を参照して説明すると、以下の通りである。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂをクランクシャフト１の回転中心軸Ｘを挟んだ両側に退避させた状態の下で、図外の支持機構によりクランクシャフト１を水平に支持すると共に、回転中心軸Ｘを中心として放射状に延びかつ回転中心軸Ｘと直交する２つの水平軸方向の両側（或いは垂直軸方向の両側、若しくはそれ以外の１８０度異なる任意の方向の両側）から高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂをピン部３の外周面Ｓに向けて移動させて図３（ｂ）に示すように前記外周面Ｓの略全周にわたって対向配設させる。次いで、図外の回転駆動機構によりクランクシャフト１を回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させながら第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから図外の第１及び第２トランスを介して第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに高周波電力をそれぞれ供給して前記ピン部３の外周面Ｓの高周波誘導加熱を開始する。そして、それ以後は、ピン部３の周囲の熱容量の違いに対応して、高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに供給される電力（投入電力）の大きさを調整（制御）してピン部３の外周面Ｓを高周波誘導加熱する（図３（ｂ）〜（ｆ）参照）。なお、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの電力投入は、同時であっても、或いは前記ピン部３の周囲の熱容量を考慮して時間差をもって行なうようにしてもよい。
【００３０】
一方、本実施形態にあっては、２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の大きさを各々任意に選択調整可能である。また、前記２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに流す高周波電流の周波数は同一であるが、必要に応じてその高周波電流の周波数を各々任意に選択可能に構成してもよい。
【００３１】
次いで、ピン部３の外周面Ｓが所要の焼入温度に到達した時点で、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの高周波電力の供給を遮断し、図外の焼入冷却液噴射機構によりピン部３の外周面Ｓに焼入冷却液を噴射して前記外周面Ｓを急速冷却することにより、前記外周面Ｓに所要深さの焼入硬化層を形成する。
【００３２】
このような高周波誘導加熱装置を用いた高周波焼入方法によれば、クランクシャフト１のピン部３への高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの追従不良の発生をなくすことができる。その理由について述べると、次の通りである。
【００３３】
従来の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を用いる場合には、高周波誘導加熱コイル６の開口部（開放部）の側にはガイド部材９が存在しないため（図７参照）、高周波誘導加熱コイル６を含めた追従部が追従機構の摺動抵抗等によりピン部３の公転運動に対して遅れた場合に、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６の開口部を通してピン部３が相対的に逃げてしまい、追従不良となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態によれば、互いに別個の２台の半開放型の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを図１〜図３に示す如くピン部３の略全周に対向配置してこのピン部３を取り囲むようにしているので、追従不良が発生し易い回転位置にピン部３があっても、ピン部３がコイル外部へ逃げることが可能である従来のような開放部が存在しないので、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂからピン部３が逃げることがなく、常に第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとピン部３の外周面Ｓとの間の間隔（距離）を一定に保持しつつピン部３に対する第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの追従運動を維持することができる。すなわち、例えばピン部３が一方側の高周波誘導加熱コイル２０ａ又は２０ｂの開口部から外側へ逃げようとしても、逃げようとする側に存在するガイド部材９が前記ピン部３の外周面Ｓに当接してストッパとしての役目を果たす（図１に示すように、２台の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの各々の開口部に対向する位置にガイド部材９，９がそれぞれ配置された状態となっている）ため、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとピン部３との正規の位置関係が常に保持され、従って第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂがピン部３に追従してゆくこととなる。そのため、本実施形態の場合には、クランクシャフト１の回転速度（単位時間当たりの回転数）ひいてはピン部３の公転速度（回転速度）を上げることが可能となり、これに伴って、ピン部３の外周面Ｓを均一加熱して均一な焼入硬化層を形成することが可能となる。
【００３５】
なお、この場合、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに投入する電力を互いに同じに設定しても、均一加熱による均一な焼入硬化層の形成が可能となる。すなわち、第１高周波電源８ａに接続された第１高周波誘導コイル２０ａ、並びに、第２高周波電源８ｂに接続された第１高周波誘導コイル２０ｂの互いに異なる２台のコイル体を用いるようにしたので、クランクシャフトの回転速度（単位時間当たりの回転数）並びに高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの１台当たりに供給する電力を従来の焼入方法の場合と同一に設定した場合には、加熱時間を１／２に短縮することができる。そして、加熱時間の短縮に伴い熱伝導によるクランクシャフト１の全体の蓄熱量が減少するため高周波誘導加熱後の焼入冷却時間も短縮することができる。さらに、上述の如く加熱時間が短縮できるため、焼入処理後のクランクシャフトの曲がり量を減少させることができる。
【００３６】
なお、クランクシャフトのピン部を高周波焼入するにあたり、位相が１８０度だけ異なる２種類のピン部に焼入コイルを対向させる焼入技術は特許第３３５０４５２号公報に記載されているが、その焼入技術では、クランクシャフトの回転中心軸を挟んだ２方向から焼入コイルを対向させるようにしているものの、各ピン部の外周面における高周波誘導加熱コイルの対向領域は前記外周面の円周方向の半分部分である。そして、各ピン部には１台ずつ焼入用の高周波誘導加熱コイルが配設される。そのため、上述の焼入技術では、本発明のようにクランクシャフトの回転速度（回転数）及び焼入コイルへの投入電力を増大させることなく１箇所のピン部の加熱時間を短縮することは不可能である。
【００３７】
また、クランクシャフトの回転速度並びに加熱時間を従来の焼入の場合と同一とした場合には、既述の如く高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの１台当たりに投入する電力は１／２にすることができるので、高周波誘導加熱コイルの発熱を低減させることができ、ひいては高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの耐久性の向上を図ることができる。
【００３８】
また、高周波誘導加熱コイル１台当たりの投入電力並びに加熱時間を従来の場合と同一にした場合には、クランクシャフト１の単位時間当たりの回転数を１／２に落とす（低速にする）ことができるため、クランクシャフト１のピン部３の外周面Ｓと当接することにより高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂとクランクシャフトのピン部の外周面との距離を一定に保持するためのガイド部材９の摩耗を減少させることができると共に、前記ピン部３の外周面Ｓのガイド部材９による引っ掻き傷を低減させることができる。
【００３９】
一方、従来の割り型高周波誘導加熱コイル１１は、図１３に示すように円形１ターンコイルと見なすことができるので、割り型高周波誘導加熱コイル１１を用いた場合には、ピン部３の外周面Ｓの近傍に流れる高周波誘導加熱電流は、ピン部３に隣接するカウンターウエイト部４の形状の如何に拘わらず一様に流れる。従って、既述の如く、熱容量が相対的に小さな側の部分（図１３において符号Ａで示す部分）は、過熱され易く、熱容量が相対的に大きな側の部分（図１３おいて符号Ｂで示す部分）は、周囲の部分に熱を奪われて過熱不足になり易い。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、図１及び図２に明示する如く、互いに別個の２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂにてピン部３を取り囲んでピン部３の外周面Ｓの略全周に第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを対向配置するようにしているので、ピン部３の外周面Ｓ（表面）における誘導電流の流れは１周連続しては流れず、各コイル２０ａ，２０ｂともピン部３の外周面Ｓの約１／２ずつ高周波誘導加熱するような構成（図５に示すように、ピン部３の外周面Ｓの約１／２周毎に誘導電流Ｉ1 ，Ｉ2 は閉回路を形成するような構成）となる。そのため、第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂへの投入電力をピン部３の回転位置に応じて調整することにより、前記外周面Ｓを均一加熱することができる。具体的には、第１高周波誘導加熱コイル２０ａが熱容量の相対的に小さい部分Ａに対応する位置にあるときには、第２高周波誘導加熱コイル２０ｂが熱容量の相対的に大きい部分Ｂに対応する位置にあるため、この際には第１高周波誘導加熱コイル２０ａへの投入電力Ｐ1 を第２高周波誘導加熱コイル２０ｂへの投入電力Ｐ2 よりも小さく（Ｐ1 ＜Ｐ2 ）設定するようにし、第２高周波誘導加熱コイル２０ｂが熱容量の相対的に小さい部分Ａに対応する位置にあるときには、第１高周波誘導加熱コイル２０ａが熱容量の相対的に大きい部分Ｂに対応する位置にあるため、この際には第２高周波誘導加熱コイル２０ｂへの投入電力Ｐ2 を第１高周波誘導加熱コイル２０ａへの投入電力Ｐ1 よりも小さく（Ｐ1 ＞Ｐ2 ）設定する。このような投入電力の調整により、各コイル２０ａ，２０ｂの出力を熱容量の大小に応じて調整することができ、ピン部３の外周面Ｓの周方向において均一な加熱を行なうことができる。
【００４１】
以下に、本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法の具体的な施工条件の一例を述べる。
以上、本発明の一実施形態につき述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂに同一の周波数の電力を供給するように設定したが、互いに異なった周波数の電力を第１及び第２高周波電源８ａ，８ｂから前記２台の第１及び第２高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂにそれぞれに供給してもよい。また、２台の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂの形状は必ずしも同一形状である必要はなく、互いに異なる形状であってもよい。また、、既述の実施形態では、２台の高周波誘導加熱コイル２０ａ，２０ｂを用いるようにしたが、３台以上の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルをピン部３の略全周にわたって対応配置して高周波誘導加熱を行なうようにしてもよい。さらに、本発明は、クランクシャフト１のピン部３に限らず、クランクシャフト１のジャーナル部２の高周波焼入にも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置にガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、複数の高周波誘導加熱コ イルをクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周にわたってそれぞれ対向配置してピン部又はジャーナル部の周囲を複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んで、複数の高周波誘導加熱コイルごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、複数の高周波誘導加熱コイルごとに流すことにより、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱して焼入処理を行なうようにしたものであるから、次のような作用効果を奏することができる。すなわち、本発明によれば、加熱中のクランクシャフトのピン部の外周面は複数（２台以上の複数台）の高周波誘導加熱コイルと略全周にわたり常に対向した状態を保持することが可能となるため、従来のように１台の半開放鞍型高周波誘導加熱コイルによる加熱方法に比べて次のような利点を有する。
（１） クランクシャフトの回転数と高周波誘導加熱コイル１台当たりに供給する電力を従来の高周波焼入方法の場合と同一とした場合には、加熱時間を１／２に短縮することができる。また、従来の方法ではクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の半分部分のみに１台の半開放鞍型高周波誘導加熱コイルを対向配置して高周波誘導加熱するようにしていたので、クランクシャフトの単位時間当たりの回転数を上げない限り短時間での均一加熱は不可能であったが、本発明の方法によれば、ピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を取り囲んで対向配置するようにしているので、クランクシャフトの単位時間当たりの回転数を上げなくても短時間での均一加熱が可能である。さらに、加熱時間の短縮に伴って熱伝導によるクランクシャフト全体の蓄熱量が減少することとなるため、加熱後の焼入冷却時間も短縮することができる上に、加熱時間が短縮できるため焼入後のクランクシャフトの曲がり量を低減することができる。
（２） クランクシャフトの回転速度（単位時間当たりの回転数）並びに加熱時間を従来の焼入方法の場合と同一とした場合には、高周波誘導加熱コイル１台当たりに投入する電力を１／２にすることができるので高周波誘導加熱コイルの発熱を減少させることができ、ひいては高周波誘導加熱コイルの耐久性の向上を図ることが可能になる。
（３） 高周波誘導加熱コイル１台当たりの投入電力並びに加熱時間を従来方法の場合と同一にした場合には、クランクシャフトの回転速度を１／２に落とすことができるため、高周波誘導加熱コイルに装着され、かつ、クランクシャフトのピン部の外周面に当接することにより高周波誘導加熱コイルとクランクシャフトのピン部の外周面との間の距離を一定に保持するためのガイド部材の摩耗を減少させることができると共に、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面におけるガイド部材による引っ掻き傷を軽減することができる。
（４） また、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、ピン部又はジャーナル部を複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んでその外周面を高周波誘導加熱するようにしているので、ピン部又はジャーナル部が一方側の高周波誘導加熱コイルの開口部から外側へ逃げようとしても、逃げようとする側に存在するガイド部材がピン部又はジャーナル部の外周面に当接してストッパとしての役目を果たすため、ピン部又はジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従不良を生じるのを防止できることとなり、これによりクランクシャフト１の回転速度（単位時間当たりの回転数）の回転速度を上げることが可能となり、これに伴って、ピン部又はジャーナル部の外周面をより一層均一に加熱し得て均一な焼入硬化層を形成することが可能となる。
【００４４】
また、請求項１に記載の本発明によれば、複数の高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の大きさを各々任意に選択調整可能であるようにしたので、複数の高周波誘導加熱コイルに形状が互いに異なり、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の軸線方向において互いに異なる箇所に各高周波誘導加熱コイルを対応配置してそれらの各箇所を高周波誘導加熱するようにした場合には、上述の各箇所における焼入硬化層の深さを独立して調整することが可能となるので、多種・多様な焼入仕様に対応することができる。
【００４５】
また、請求項１に記載の本発明によれば、複数の高周波誘導加熱コイルに流す高周波電流の周波数を各々任意に選択可能であるようにしたので、複数の高周波誘導加熱コイルに同一周波数の高周波電源を接続すれば前述したように加熱時間の短縮等が可能になる。また、異なった周波数を選択するとクランクシャフトのピン部の外周面には異なった浸透深さの誘導電流が略１／２周ずつ流れるため、各高周波誘導加熱コイルに投入する電力の割合を調整することにより最も高い周波数の電流浸透深さから最も低い周波数の電流浸透深さの範囲で焼入硬化層深さの調整が可能となり、多種・多様な焼入仕様に対応することができる。
【００４６】
また、請求項２に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイルを複数のコイル構成体にて構成すると共に、複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置にガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、複数のコイル構成体をクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面のそれぞれ異なる周面箇所にそれぞれ対向配置することにより、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を複数のコイル構成体にて取り囲み、この状態の下で、複数のコイル構成体ごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、複数のコイル構成体ごとに流してピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、上述の本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法を施行して、クランクシャフトの回転数を増大することなく、かつ、高周波誘導加熱コイルヘの投入電力を増大することなく高周波誘導加熱時間（焼入加熱時間）を短縮することができ、ひいてはクランクシャフトの高周波焼入に要する加工時間（焼入処理時間）を短縮することができると共に、焼入処理用の高周波誘導加熱コイルの耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランクシャフトの高周波焼入方法を施行するために用いられる高周波焼入装置の要部を示す図である。
【図２】図１の高周波焼入装置に用いられる第１及び第２高周波誘導加熱コイルを概略的に示す概念図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は第１及び第２高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部を高周波誘導加熱する際の動作手順を順次に示す図である。
【図４】ピン部の回転位置に応じて第１及び第２高周波誘導加熱コイルへの投入電力を調整することを説明するための図である。
【図５】第１及び第２高周波誘導加熱コイルによってピン部の外周面にそれぞれ誘導される誘導電流を示す図である。
【図６】４気筒エンジン用クランクシャフトの斜視図である。
【図７】従来のクランクシャフトの高周波焼入装置を示す側面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｆ）は図７の高周波焼入装置の動作を説明するための図である。
【図９】従来より用いられている割り型の高周波誘導加熱コイルの構成を概略的に示す概念図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は図９の割り型の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部の外周面を高周波誘導加熱する際の動作手順を順次に示す図である。
【図１１】半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルがクランクシャフトのピン部に対して追従不良を生じている状態を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）はフラット焼入によりクランクシャフトのピン部の外周面に形成される焼入硬化層を示す図、図１２（ｂ）はフィレットＲ焼入によりクランクシャフトのピン部の外周面に形成される焼入硬化層を示す図、図１２（ｃ）はクランクシャフトのピン部のトップ側の部分とボトム側の部分とにおける焼入硬化層の深さが異なることを示す図である。
【図１３】割り型の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部の外周面を高周波誘導加熱する際に前記ピン部の外周面に流れる誘導電流を示す図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト
２（２ａ〜２ｅ） ジャーナル部
３（３ａ〜３ｄ） ピン部
８ａ 第１高周波電源
８ｂ 第２高周波電源
９ ガイド部材
１０ 追従機構
２０ａ 第１高周波誘導加熱コイル
２０ｂ 第２高周波誘導加熱コイル
Ａ トップ側の部分
Ｂ ボトム側の部分
Ｓ 外周面
Ｉ1 ，Ｉ2 誘導電流
Claims (2)
- クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置する際に、前記複数の半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルの各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記ピン部又はジャーナル部の外周面の略全周にわたってそれぞれ対向配置して前記ピン部又はジャーナル部の周囲を前記複数の高周波誘導加熱コイルにて取り囲み、
その状態の下で、前記クランクシャフトをその回転中心軸を中心に回転させると共に前記複数の高周波誘導加熱コイルを前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら、前記複数の高周波誘導加熱コイルにそれぞれ同時に或いは時間差をもって、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数の高周波誘導加熱コイルごとに流すことにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱し、
その後に、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を急速冷却することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面を焼入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方法。 - クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面上に複数のガイド部材を介して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回転中心軸を中心に回転させて前記高周波誘導加熱コイルをクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面に追従させながら前記ピン部又はジャーナル部の外周面を前記高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱し、その後に前記ピン部又はジャーナル部の外周面を急冷することにより焼入処理するようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置において、前記高周波誘導加熱コイルを複数の半開放鞍型のコイル構成体にて構成すると共に、前記複数の半開放鞍型のコイル構成体の各々の開口部に対向する位置に前記ガイド部材がそれぞれ配置された状態の下で、前記複数のコイル構成体を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面のそれぞれ異なる周面箇所にそれぞれ対向配置することにより、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の外周面の略全周を前記複数のコイル構成体にて取り囲み、この状態の下で、前記複数のコイル構成体ごとに大きさ並びに周波数が各々任意に選択調整可能である高周波電流を、前記複数のコイル構成体ごとに流して前記ピン部又はジャーナル部の外周面を高周波誘導加熱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装置。
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