JP4112457B2 - High frequency induction heating device for crankshaft - Google Patents

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Description

本発明は、クランクシャフト(内燃機関用クランクシャフト)のピン部若しくはジャーナル部を焼入処理や焼戻処理等のために高周波誘導加熱する高周波誘導加熱装置に関し、詳しくは、ランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、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ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置に関する。   The present invention relates to a high frequency induction heating device that performs high frequency induction heating of a pin portion or a journal portion of a crankshaft (crankshaft for an internal combustion engine) for quenching treatment or tempering treatment. A semi-open saddle type high frequency induction heating coil is placed on the cylindrical outer peripheral surface of the journal portion, and high frequency power is supplied to the high frequency induction heating coil, and the crankshaft is rotated around its central axis to The present invention relates to a high-frequency induction heating apparatus for a crankshaft in which a high-frequency induction heating coil is made to follow a high-frequency induction heating of the pin or journal while following the pin or journal.

図4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、端部箇所のフランジ部N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4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4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。   FIG. 4 shows a crankshaft 1 for a four-cylinder engine. The crankshaft 1 has journal portions 2a, 2b, 2c, and 2d centered on a rotation center axis X (same as the axis of the journal portion). , 2e, pin portions 3a, 3b, 3c, 3d that are eccentric with respect to the rotation center axis X, counterweight portions 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, and end portions The flange portion N is integrally formed by forging. In the case of a crankshaft for a multiple cylinder engine, a plurality of pin portions 3 are provided. In the case of the crankshaft 1 for a four cylinder engine shown in FIG. 4, four pin portions 3a to 3d are provided. And these pin parts 3a-3d are each arrange | positioned between the counterweight parts 4 mutually adjacent in the location spaced apart by predetermined spacing along the axial direction of the rotation center axis | shaft X. As shown in FIG. Further, the pin portions 3a to 3d that are adjacent to each other in the axial direction of the rotation center axis X are arranged at angular positions that differ by a predetermined phase angle around the rotation center axis X according to the type of the engine. In the case of the crankshaft 1 for a four-cylinder engine shown in FIG. 4, the left and right end pin portions 3a and 3d are arranged at the same phase angle, and between these pin portions 3a and 3d. The pin portions 3b and 3c are disposed at the same phase angle, and the pin portions 3a and 3d at the left and right ends and the pin portions 3b and 3c at the intermediate positions are disposed at a phase angle of 180 degrees.

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〜3を高周波誘導加熱して焼入処理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。なお、従来では、高周波誘導加熱コイル6をピン3a〜3d部若しくはジャーナル部2a〜2eに追従させながら高周波誘導加熱を行ういわゆる追従方式の加熱を施行するようにしている(例えば、特許文献1参照)。   In this type of crankshaft 1, the wear resistance and fatigue strength are conventionally achieved by subjecting the journal portions 2a to 2d and the pin portions 3a to 3 of the crankshaft 1 to high frequency induction heating and quenching treatment. It is trying to improve. Conventionally, a so-called follow-up type heating in which high-frequency induction heating is performed while causing the high-frequency induction heating coil 6 to follow the pins 3a to 3d or the journal portions 2a to 2e is performed (see, for example, Patent Document 1). ).

図5及び図7(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30を示すものであって、この高周波焼入装置30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(下側が開放された半円弧形状)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間に取付けられた例えば3つのガイド部材(セラミックや超硬合金製のチップ部材)9a,9b,9cを介してクランクシャフト1のピン部3の円筒状外周面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辺リンク機構から成る追従機構10とを備えている。そして、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して焼入処理を行う焼入冷却液噴射機構(図示せず)が、高周波誘導加熱装置30に隣接して配置されている。   FIGS. 5 and 7 (a) show the high frequency conventionally used for induction hardening of each of the pin portions 3a to 3d of the crankshaft 1 (hereinafter collectively referred to as the pin portion 3). This shows a quenching device 30, which is a half-open saddle type (semi-arc shape with the lower side opened) held in a sandwiched state between a pair of side plates 5 a and 5 b. A heating coil 6, a high-frequency power source 8 for supplying a high-frequency current to the high-frequency induction heating coil 6 via a transformer 7, and a rotational drive for supporting the crankshaft 1 horizontally and rotationally driving about the rotation center axis X The pin portion 3 of the crankshaft 1 is connected via a mechanism (not shown) and, for example, three guide members (chip members made of ceramic or cemented carbide) 9a, 9b, 9c attached between the side plates 5a, 5b. Cylindrical The crankshaft 1 is rotationally driven around the rotational axis X by the rotational drive mechanism in a state where the semi-opened saddle type high frequency induction heating coil 6 is disposed on the circumferential surface S with a slight gap therebetween. A follow-up mechanism 10 comprising a four-side link mechanism for causing the high-frequency induction heating coil 6 to follow the pin portion 3 revolving around the rotation center axis X as it is moved. Then, a quenching coolant injection mechanism (not shown) that performs quenching treatment by injecting quenching coolant onto the pin portion 3 that has been induction-heated by the high-frequency induction heating coil 6 is a high-frequency induction heating device 30. It is arranged adjacent to.

上述の追従機構10は、左右一対のリンク部材11a,11bと、上下一対の上辺部材12a及び下辺部材12bと、これらの部材を互いに回動可能につなぐリンクピン13a,13b,13c,13dとをそれぞれ有しており、リンクピン13a〜13dを支点として揺動可能なリンク式枠体14とこのリンク式枠体14の全体を上下動させる荷重調整用のシリンダ装置15とで要部が構成されている。なお、シリンダ装置15は、高周波誘導加熱装置30に設けられた支持部16に支持されており、このシリンダ装置15による追従荷重(ピン部3に追従する追従部のピン部3に対する荷重、ひいてはピン部3に対する高周波誘導加熱コイル6の追従荷重)の制御は、荷重調整用のレギュレータRからシリンダ装置15に供給される空気圧力を調整することにより行われるようになっている。 The follow-up mechanism 10 includes a pair of left and right link members 11a and 11b, a pair of upper and lower upper side members 12a and 12b, and link pins 13a, 13b, 13c, and 13d that connect these members to each other so as to be rotatable. The main part is composed of a link-type frame body 14 that can swing about link pins 13a to 13d and a cylinder device 15 for load adjustment that moves the entire link-type frame body 14 up and down. ing. The cylinder device 15 is supported by a support portion 16 provided in the high-frequency induction heating device 30, and the following load by the cylinder device 15 (the load on the pin portion 3 of the following portion that follows the pin portion 3, and thus the pin control of the follow-up load) of the high-frequency induction heating coil 6 relative to part 3 is adapted to be effected by adjusting the air pressure supplied from the regulator R 1 for load adjustment to the cylinder unit 15.

すなわち、図6に示すように、シリンダ装置15のポートPを介して作動圧室17内に調整された一定の空気圧力(手動で調整可能な圧力)を供給してピストン18を上方に押し上げる方向に付勢するように構成されており、シリンダ装置15の背圧室19は、他方のポートPを介して大気に開放されている。これにより、シリンダ装置15によって吊り下げ状態で支持されている追従部(高周波誘導加熱コイル6や追従機構10等を含む組合体)Mの荷重から上述の上方に押す力を引いた残りの重量が追従荷重として作用するようになっている。かくして、リンク式枠体14の揺動運動とシリンダ装置15とにより荷重が制御されたリンク式枠体14の上下運動とを合成することにより、ピン部3の公転運動に高周波誘導加熱コイル6を追従させる構成となっている。 That is, as shown in FIG. 6, a constant air pressure (manually adjustable pressure) adjusted in the working pressure chamber 17 is supplied through the port P 1 of the cylinder device 15 to push the piston 18 upward. is configured to urge in a direction, the back pressure chamber 19 of the cylinder device 15 is opened to the atmosphere via the other port P 2. As a result, the remaining weight obtained by subtracting the upward pressing force from the load of the follower (a combined body including the high frequency induction heating coil 6 and the follower mechanism 10) M supported by the cylinder device 15 in a suspended state is obtained. It acts as a follow-up load. Thus, by synthesizing the swinging motion of the link type frame 14 and the vertical motion of the link type frame 14 whose load is controlled by the cylinder device 15, the high frequency induction heating coil 6 is added to the revolving motion of the pin portion 3. It is configured to follow.

図7(b)〜(f)は、クランクシャフト1のピン部3の円筒状外周面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の円筒状外周面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の円筒状外周面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の円筒状外周面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円筒状外周面Sを急速冷却することにより焼入処理を完了するようにしている。   7B to 7F show that when the cylindrical outer peripheral surface S of the pin portion 3 of the crankshaft 1 is subjected to high-frequency induction heating for the quenching process, the crankshaft 1 is rotated around its rotation center axis X. The revolving motion around the central axis X of the pin portion 3 when rotated in the direction of the arrow α and the follow-up operation of the high frequency induction heating coil 6 with respect to the pin portion 3 that makes the revolving motion are shown. At the time of high frequency induction heating of the cylindrical outer peripheral surface S of the pin portion 3, the required power is supplied to the high frequency induction heating coil 6 from the high frequency power supply 8 via the transformer 7 while causing the high frequency induction heating coil 6 to follow the revolving motion of the pin portion 3. The cylindrical outer peripheral surface S of the pin portion 3 is charged for a required time to be induction induction heated to a required quenching temperature, and then the quenching coolant not shown in the figure is applied to the cylindrical outer peripheral surface S of the heated pin portion 3. The quenching process is completed by rapidly quenching the cylindrical outer peripheral surface S by spraying a quenching coolant from the spray mechanism.

なお、ジャーナル部2を高周波誘導加熱して焼入処理する場合もピン部3の場合と同様であるので、ジャーナル部2の高周波誘導加熱についての説明は省略する。
特開2001−073039号公報
In addition, since the case where the journal part 2 is hardened by high-frequency induction heating is the same as the case of the pin part 3, the description of the high-frequency induction heating of the journal part 2 is omitted.
JP 2001-073039 A

しかしながら、上述のような追従機構10を用いた場合、ピン部3の公転運動に対する高周波誘導加熱コイル6の追従運動は、公転運動により発生する追従機構の加速度荷重及び追従機構の摺動低抗等により、ピン部3に対する高周波誘導加熱コイル6の追従荷重が一定とならない。シリンダ装置15による追従荷重の制御は、通常、1個のレギュレータRのみにより行うようにしている関係上、追従不良の発生を防止するために、ピン部3の公転運動に対応する追従荷重の変動の最も軽い荷重が0kgfとならないように追従荷重を設定するようにしている。ところが、追従荷重を小さく設定すると、図7(c)に示すように、追従不良が発生する。具体的には、ピン部3が上死点を通過して下死点に向かう区間において高周波誘導加熱コイル6の追従運動がピン部3の公転運動に対して遅れてしまい、その結果、ピン部3の円筒状外周面Sと半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル6との間の距離が正規の距離L(図7(b)参照)よりも大きな距離L(図7(c)参照)となり(L<L)、加熱不良を起こしてしまう。また、これとは逆に、追従荷重を大きく設定するとピン部3にガイド部材9a〜9cによる傷がついてしまうおそれがある。また、クランクシャフト1の曲りを生じる原因になる。 However, when the follow-up mechanism 10 as described above is used, the follow-up movement of the high-frequency induction heating coil 6 with respect to the revolution movement of the pin portion 3 is the acceleration load of the follow-up mechanism generated by the revolution movement and the sliding resistance of the follow-up mechanism. Therefore, the follow load of the high frequency induction heating coil 6 with respect to the pin portion 3 is not constant. Since the follow-up load control by the cylinder device 15 is normally performed by only one regulator R 1 , the follow-up load corresponding to the revolving motion of the pin portion 3 is prevented in order to prevent the follow-up failure. The follow-up load is set so that the load with the smallest fluctuation does not become 0 kgf. However, if the follow-up load is set to be small, follow-up failure occurs as shown in FIG. Specifically, the follow-up motion of the high-frequency induction heating coil 6 is delayed with respect to the revolving motion of the pin portion 3 in the section where the pin portion 3 passes through the top dead center and goes to the bottom dead center. 3 is a distance L 2 (see FIG. 7C) where the distance between the cylindrical outer peripheral surface S 3 and the semi-open saddle type high frequency induction heating coil 6 is larger than the normal distance L 1 (see FIG. 7B). ) (L 1 <L 2 ), resulting in a heating failure. On the contrary, if the follow-up load is set large, the pin portion 3 may be damaged by the guide members 9a to 9c. In addition, the crankshaft 1 is bent.

本発明は、上述した問題を解決する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若しくはジャーナル部の焼入処理や焼戻処理等のためにピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するに際し、追従荷重を無段階に制御することによりピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重をピン部又はジャーナル部の回転位置に関係なく一定(均一)にし得て必要最小限の荷重に設定することができ、これにより傷の発生並びに曲りの発生を最小限に抑えることができるようなクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to induce high-frequency induction of the pin portion or journal portion for quenching or tempering processing of the pin portion or journal portion of the crankshaft. When heating, the follow-up load is controlled steplessly so that the follow-up load of the high frequency induction heating coil with respect to the pin or journal can be made constant (uniform) regardless of the rotational position of the pin or journal. It is an object of the present invention to provide a high-frequency induction heating device for a crankshaft which can be set to a load, thereby minimizing the occurrence of scratches and bends.

上述の目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、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ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する前記高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重制御機構を備え、前記荷重調整機構を、前記高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、前記荷重調整用のシリンダ装置と前記シリンダ装置を支える支持部の支点との間に介在された荷重検出用センサであって、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際に前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する追従荷重を連続的に検出する荷重検出用センサと、前記荷重検出用センサからの検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、前記シリンダ装置の作動圧室に一定の空気圧力を荷重調整用圧力として常時供給する第1のレギュレータと、前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を無段階に制御して前記シリンダ装置の背圧室へ供給する第2のレギュレータとで構成し、前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を前記第2のレギュレータから前記シリンダ装置の背圧室に制御用圧力として供給することにより、前記追従荷重を、前記ピン部若しくはジャーナル部の回転位置に関係なく常に一定となるように制御している。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a semi-open saddle type high frequency induction heating coil is placed on the cylindrical outer peripheral surface of a pin portion or journal portion of a crankshaft, and a high frequency power is supplied to the high frequency induction heating coil. A crankshaft that rotates the crankshaft about its central axis to heat the high frequency induction heating coil while the high frequency induction heating coil follows the pin or journal. In the high-frequency induction heating apparatus, a follow-up load control mechanism that adjusts a step-by-step adjustment of the follow-up load of the high-frequency induction heating coil with respect to the pin portion or the journal portion when the high-frequency induction heating coil follows the pin portion or the journal portion. The load adjusting mechanism supports the high-frequency induction heating coil A cylinder device for heavy adjustment, a load detecting sensor that is interposed between the fulcrum of the support part for supporting the cylinder device with a cylinder device for the load adjusting, the high frequency induction heating coil the pin portion or A load detection sensor that continuously detects a follow load on the pin portion or the journal portion of the follower portion that follows the pin portion or the journal portion when following the journal portion, and a detection signal from the load detection sensor A control circuit that outputs a load control signal based on the first regulator, a first regulator that constantly supplies a constant air pressure to the working pressure chamber of the cylinder device as a load adjustment pressure, and a load control signal from the control circuit. A second regulator for controlling the pressure steplessly and supplying it to the back pressure chamber of the cylinder device, and controlling the load from the control circuit By supplying a pressure corresponding to the signal from the second regulator to the back pressure chamber of the cylinder device as a control pressure, the follow-up load is always constant regardless of the rotational position of the pin portion or journal portion. So that it is controlled.

本発明は、高周波誘導加熱コイルがクランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部に追従する際のピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重制御機構を備え、荷重調整機構を、高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、荷重調整用のシリンダ装置とシリンダ装置を支える支持部の支点との間に介在された荷重検出用センサであって、高周波誘導加熱コイルがピン部若しくはジャーナル部に追従する際にピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部のピン部若しくはジャーナル部に対する追従荷重を連続的に検出する荷重検出用センサと、荷重検出用センサからの検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、シリンダ装置の作動圧室に一定の空気圧力を荷重調整用圧力として常時供給する第1のレギュレータと、制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を無段階に制御してシリンダ装置の背圧室へ供給する第2のレギュレータとで構成し、制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を第2のレギュレータからシリンダ装置の背圧室に制御用圧力として供給することにより、追従荷重を、ピン部若しくはジャーナル部の回転位置に関係なく常に一定となるように制御するようにしたものであるから、追従荷重を適宜に調整することによって追従荷重を適正値に制御することが可能となり、ひいてはピン部へのガイド部材による傷を最小にでき、クランクシヤフトヘの追従荷重による曲がりの影響も最小にすることができる。また、追従運動中に追従不良を発生しやすい任意の箇所の追従荷重を制御する事により、追従不良による加熱不良を防止することが可能となる。 The present invention includes a follow-up load control mechanism that continuously adjusts the follow-up load of the high-frequency induction heating coil with respect to the pin portion or the journal portion when the high-frequency induction heating coil follows the pin portion or the journal portion of the crankshaft. The mechanism is a load detecting sensor interposed between a load adjusting cylinder device supporting a high frequency induction heating coil and a load adjusting cylinder device and a supporting point supporting the cylinder device, the high frequency induction sensor When the heating coil follows the pin portion or journal portion, a load detecting sensor that continuously detects the follow load on the pin portion or journal portion of the tracking portion that follows the pin portion or journal portion, and a load detection sensor A control circuit that outputs a load control signal based on the detection signal, and a constant air in the working pressure chamber of the cylinder device A first regulator that constantly supplies force as a load adjustment pressure and a second regulator that continuously controls the pressure according to the load control signal from the control circuit and supplies the pressure to the back pressure chamber of the cylinder device. By supplying a pressure according to the load control signal from the control circuit as a control pressure from the second regulator to the back pressure chamber of the cylinder device, the follow-up load can be set regardless of the rotational position of the pin portion or the journal portion. Since it is controlled so as to be always constant, it is possible to control the follow-up load to an appropriate value by adjusting the follow-up load appropriately, and to minimize damage to the pin by the guide member. And the influence of bending due to the load following the crankshaft can be minimized. Moreover, it becomes possible to prevent a heating failure due to a follow-up failure by controlling a follow-up load at an arbitrary location where a follow-up failure is likely to occur during the follow-up motion.

また、本発明では、制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を第2のレギュレータから前記シリンダ装置の背圧室に制御用圧力として供給することにより、前記追従荷重を、前記ピン部若しくはジャーナル部の回転位置に関係なく常に一定となるように制御するようにしているので、追従荷重を均一に維持することによってこの追従荷重を常に適正最小値に設定することが可能となり、追従荷重によるクランクシャフトの曲がりをより一層小さく抑えることが可能となる。 In the present invention, the follow load is supplied to the pin portion or the journal by supplying a pressure corresponding to a load control signal from the control circuit as a control pressure from the second regulator to the back pressure chamber of the cylinder device. Because it is controlled so that it is always constant regardless of the rotation position of the part, it is possible to always set the following load to an appropriate minimum value by maintaining the following load uniformly, and the crank caused by the following load The bending of the shaft can be further reduced.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図3を参照して説明する。なお、図1〜図3において、図4〜図7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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1 to FIG. 3, the same parts as those in FIG. 4 to FIG.

図1は本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置20を示すものであって、本装置20は、高周波誘導加熱コイル6がピン部3に追従する際のピン部3に対する追従部Mの追従荷重(ひいては、高周波誘導加熱コイル6の追従荷重)をピン部3の回転位置に関係なく常に一定に制御(調整)する追従荷重制御機構21を備えている。なお、その他の構成は、従来の高周波誘導加熱装置と同様である。   FIG. 1 shows a high-frequency induction heating device 20 for a crankshaft according to an embodiment of the present invention. This device 20 follows the pin portion 3 when the high-frequency induction heating coil 6 follows the pin portion 3. A follow-up load control mechanism 21 that controls (adjusts) the follow-up load of the part M (and thus the follow-up load of the high-frequency induction heating coil 6) constantly regardless of the rotational position of the pin part 3 is provided. In addition, the other structure is the same as that of the conventional high frequency induction heating apparatus.

上述の追従荷重制御機構21は、ピン部3に追従する追従部Mのピン部3に対する追従荷重を連続的に検出する荷重検出用センサ22と、この荷重検出用センサ22からの検出信号に基づいて追従荷重を調整する追従荷重調整機構23とから構成されている。さらに具体的に述べると、荷重検出用センサ22は、シリンダ装置15と高周波誘導加熱装置20の支持部16との間の箇所(シリンダ装置15を支える支点)に配設されている。そして、追従荷重調整機構23は、高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置15と、このシリンダ装置15の作動圧室17にポートPを介して一定の空気圧力を常時供給する一定圧力供給用のレギュレータRと、前記シリンダ装置15の背圧室19にポートPを介して制御用空気圧力を無段階に調整して供給する追従荷重制御用のレギュレータRと、上述の荷重検出用センサ22からの荷重検出信号(例えば、電気信号)に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路24とから構成されている。かくして、後述の如く、制御回路24からの荷重制御信号に応じた空気圧力が、追従荷重制御用のレギュレータRからシリンダ装置15の背圧室19へ供給され、これによって追従部Mひいては高周波誘導加熱コイル6の追従荷重が、ピン部3の回転位置に関係なく常に一定に調整制御されるようになっている。 The follow-up load control mechanism 21 described above is based on a load detection sensor 22 that continuously detects a follow-up load on the pin portion 3 of the follow-up portion M that follows the pin portion 3, and a detection signal from the load detection sensor 22. And a follow load adjusting mechanism 23 for adjusting the follow load. More specifically, the load detection sensor 22 is disposed at a location (a fulcrum supporting the cylinder device 15) between the cylinder device 15 and the support portion 16 of the high frequency induction heating device 20. The follow-up load adjustment mechanism 23 includes a cylinder device 15 for load adjustment to support the high-frequency induction heating coil, a constant supply always constant air pressure through the port P 1 to the working pressure chamber 17 of the cylinder device 15 A regulator R 1 for pressure supply, a follow-up load control regulator R 2 for supplying the control air pressure to the back pressure chamber 19 of the cylinder device 15 in a stepless manner via the port P 2 , and the above-mentioned The control circuit 24 is configured to output a load control signal based on a load detection signal (for example, an electrical signal) from the load detection sensor 22. Thus, as described later, the air pressure corresponding to the load control signal from the control circuit 24 is supplied from the regulator R 2 for following the load control back pressure chamber 19 of the cylinder device 15, whereby follower unit M thus inductively The follow-up load of the heating coil 6 is constantly adjusted and controlled regardless of the rotational position of the pin portion 3.

また、図3(a)〜(f)は、上述の高周波誘導加熱装置20にてクランクシャフト1のピン部3を焼入処理等のために高周波誘導加熱する際の追従機構10及び高周波誘導加熱コイル6の動作を90度毎に示したものである。まず、図3(a)は、ピン部3上に高周波誘導加熱コイル6が載置される前の状態を示しており、図3(b)は、ピン部3上に高周波誘導加熱コイル6が載置された状態であって、ピン部3が下死点にある状態を示している。   3A to 3F show the follow-up mechanism 10 and the high-frequency induction heating when the high-frequency induction heating device 20 performs high-frequency induction heating of the pin portion 3 of the crankshaft 1 for quenching treatment or the like. The operation of the coil 6 is shown every 90 degrees. First, FIG. 3A shows a state before the high frequency induction heating coil 6 is placed on the pin portion 3, and FIG. 3B shows that the high frequency induction heating coil 6 is on the pin portion 3. It shows a state where the pin 3 is placed at the bottom dead center.

図3(b)に示す如くピン部3上に高周波誘導加熱コイル6がガイド部材9a〜9cを介して載置された後に、クランクシャフト1が回転中心軸Xを中心に回転駆動されると、これに伴ってピン部3が前記回転中心軸Xの回りに公転し、図3(c),図3(d),及び図3(e)に示す状態に順次に動作する。ピン部3の公転中においては、高周波誘導加熱コイル6は、ガイド部材9aと9cとにより水平方向(横方向)に、かつ、ガイド部材9bと追従荷重とにより垂直方向(上下方向)に、ピン部3に対してそれぞれ追従動作をする。   When the crankshaft 1 is rotationally driven around the rotation center axis X after the high frequency induction heating coil 6 is placed on the pin portion 3 via the guide members 9a to 9c as shown in FIG. Along with this, the pin portion 3 revolves around the rotation center axis X, and sequentially operates in the states shown in FIGS. 3 (c), 3 (d), and 3 (e). During the revolution of the pin portion 3, the high frequency induction heating coil 6 is pinned in the horizontal direction (lateral direction) by the guide members 9a and 9c and in the vertical direction (vertical direction) by the guide member 9b and the follow load. The following operation is performed for each of the units 3.

次に、ピン部3の高周波誘導加熱時における追従荷重の制御について述べると、以下の通りである。   Next, the control of the follow-up load at the time of high-frequency induction heating of the pin portion 3 will be described as follows.

まず、上述の追従荷重制御機構21を使用しない場合、すなわち追従荷重制御用のレギュレータRからシリンダ装置15の背圧室19に追従荷重制御用の空気圧力を供給しない場合(但し、一定圧力供給用のレギュレータRには一定圧力を供給)には、追従動作中においてガイド部材9bからピン部3に伝達される追従荷重は、概ね下記の式で計算される。
(a) 高周波誘導加熱コイルの下降時
W=m[(mg−F−f)/m−aωCOSωt] …… (1)
(b) 高周波誘導加熱コイルの上昇時
W=m[(mg−F+f)/m−aωCOSωt] …… (2)
ここで、
W : 追従荷重
ω : 角速度
m : ピン部に追従する追従部の質量
F : シリンダ装置の推力
f : 追従部の上下動時の抵抗
a : 回転半径(1/2ストローク)
g : 重力加速度
t : 時間
First, if you do not use the following load control mechanism 21 described above, i.e. when not supplying air pressure for following load control from the regulator R 2 for following the load control to the back pressure chamber 19 of the cylinder device 15 (provided that a constant pressure supply to the regulator R 1 in use provides a constant pressure), follow-up load transmitted from the guide member 9b to pin 3 during the follow-up operation is generally calculated according to the following equation.
(A) When the high-frequency induction heating coil is lowered W = m [(mg−F−f) / m−aω 2 COSωt] (1)
(B) When the high-frequency induction heating coil rises W = m [(mg−F + f) / m−aω 2 COSωt] (2)
here,
W: Follow-up load ω: Angular velocity m: Mass of follow-up part following the pin part F: Thrust of the cylinder device f: Resistance when the follow-up part moves up and down a: Turning radius (1/2 stroke)
g: Gravity acceleration t: Time

上記の式(1),(2)から、ピン部3の回転位置に応じて追従荷重が変化することがわかる。すなわち、ピン部の下降時には追従荷重Wが徐々に減少する一方、ピン部3の上昇時には追従荷重Wが徐々に増大することがわかる。従って、本実施形態では、ピン部3に対する高周波誘導加熱コイル6の追従荷重を荷重検出用センサ22にて連続的に(リアルタイムで)測定して、その際の追従荷重の大きさに対応する電気信号を空気圧力制御信号すなわち荷重制御信号として制御回路24から追従荷重制御用のレギュレータRに入力(フィードバック)し、これによりシリンダ装置15の背圧室19に、ピン部3の回転位置に対応して徐々に増減(変化)する空気圧力を供給するようにしている。具体的には、荷重検出用センサ22から制御回路24に入力される荷重検出信号に応じて、ピン部3の下降時には上記式(1)の追従荷重Wがピン部3の回転位置に関係なく常に一定値となるように徐々に増大する空気圧力を前記背圧室19に供給すると共に、ピン部3の上昇時には上記式(2)の追従荷重Wがピン部3の回転位置に関係なく常に一定値となるように徐々に減少する空気圧力を前記背圧室19に供給するようにしている。なお、この場合、背圧室19に供給される空気圧力は、シリンダ装置15のピストン18を上方に押し下げる方向の力として作用し、シリンダ装置15のピストン18を上方に押し上げる方向に作用するレギュレータRからの一定の空気圧力に対抗する力として作用する。その結果、追従荷重Wは、ピン部3の回転位置が何れの位置であっても常に一定に維持されるように設定され、ピン部3の回転位置の如何に拘わらず各回転位置において追従荷重Wが均一(一定)であってかつ必要最小限の大きさに自動的に設定されるように構成されている。 From the above formulas (1) and (2), it can be seen that the follow-up load changes according to the rotational position of the pin portion 3. That is, it can be seen that the follow-up load W gradually decreases when the pin portion is lowered, while the follow-up load W gradually increases when the pin portion 3 is raised. Therefore, in the present embodiment, the follow-up load of the high-frequency induction heating coil 6 with respect to the pin portion 3 is continuously measured (in real time) by the load detection sensor 22, and the electric power corresponding to the magnitude of the follow-up load at that time is measured. A signal is input (feedback) from the control circuit 24 to the regulator R 2 for follow-up load control as an air pressure control signal, that is, a load control signal, thereby corresponding to the rotational position of the pin portion 3 in the back pressure chamber 19 of the cylinder device 15. Thus, an air pressure that gradually increases (decreases) is supplied. Specifically, according to the load detection signal input from the load detection sensor 22 to the control circuit 24, the follow-up load W of the above equation (1) is independent of the rotational position of the pin portion 3 when the pin portion 3 is lowered. Air pressure that gradually increases so as to always become a constant value is supplied to the back pressure chamber 19, and when the pin portion 3 is lifted, the follow-up load W of the above formula (2) is always irrespective of the rotational position of the pin portion 3. The back pressure chamber 19 is supplied with air pressure that gradually decreases to a constant value. In this case, the air pressure supplied to the back pressure chamber 19 acts as a force in a direction to push down the piston 18 of the cylinder device 15 and acts in a direction to push up the piston 18 of the cylinder device 15. Acts as a force against a constant air pressure from 1 . As a result, the follow load W is set so as to be always kept constant regardless of the rotation position of the pin portion 3, and the follow load at each rotation position regardless of the rotation position of the pin portion 3. W is configured to be uniform (constant) and automatically set to a necessary minimum size.

このように構成した高周波誘導加熱装置20によれば、追従荷重制御機構21を設けて追従荷重Wをピン部3の回転位置に関係なく常に一定に維持するようにしているので、追従荷重Wを常に適正最小値に制御することが可能となる。それに伴い、ガイド部材9a〜9cによるピン部3の傷を最小限に抑えることができる上に、クランクシャフト1に加わる追従荷重によるクランクシャフト1の曲りの発生も最小限に抑えることができる。また、追従運動中に追従不良を発生し易い任意の箇所の追従荷重を制御することにより、追従不良による加熱不良を防止することが可能となる。   According to the high-frequency induction heating device 20 configured as described above, the follow-up load control mechanism 21 is provided so that the follow-up load W is always kept constant regardless of the rotational position of the pin portion 3. It is possible to always control to an appropriate minimum value. Accordingly, damage to the pin portion 3 due to the guide members 9a to 9c can be minimized, and the bending of the crankshaft 1 due to the follow load applied to the crankshaft 1 can be minimized. Moreover, it becomes possible to prevent a heating failure due to a follow-up failure by controlling a follow-up load at an arbitrary location where a follow-up failure is likely to occur during the follow-up motion.

以上、本発明の一実施形態について述べたが、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、既述の実施形態ではピン部3を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱装置20について述べたが、ジャーナル部2を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱装置についても本発明を適用し得ることは言う迄もない。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the high frequency induction heating device 20 that performs high frequency induction heating of the pin portion 3 has been described. However, the present invention can also be applied to a high frequency induction heating device that performs high frequency induction heating of the journal portion 2. Needless to say.

本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の構成図である。It is a block diagram of the high frequency induction heating apparatus of the crankshaft which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の高周波誘導加熱装置に用いられているシリンダ装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the cylinder apparatus used for the high frequency induction heating apparatus of FIG. 図3(a)〜(e)は、図1の高周波誘導加熱装置に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を順次に説明するための図である。FIGS. 3A to 3E are diagrams for sequentially explaining operations when the pin portion of the crankshaft is high-frequency induction heated by the high-frequency induction heating apparatus of FIG. クランクシャフトの斜視図である。It is a perspective view of a crankshaft. 従来におけるクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional high frequency induction heating apparatus of a crankshaft. 図5の高周波誘導加熱装置に用いられているシリンダ装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the structure of the cylinder apparatus used for the high frequency induction heating apparatus of FIG. 図7(a)〜(e)は、図4の高周波誘導加熱装置に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を順次に示す図である。FIGS. 7A to 7E are diagrams sequentially showing operations when the pin portion of the crankshaft is subjected to high frequency induction heating in the high frequency induction heating apparatus of FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 クランクシャフト
2,2a〜2e ジャーナル部
3,3a〜3d ピン部
6 高周波誘導加熱コイル
15 シリンダ装置
16 作動圧室
18 背圧室
20 高周波誘導加熱装置
21 追従荷重制御機構
22 荷重検出用センサ
23 追従荷重調整機構
24 制御回路
M 追従部
荷重調整用のレギュレータ
荷重制御用のレギュレータ
S 円筒状外周面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankshaft 2,2a-2e Journal part 3,3a-3d Pin part 6 High frequency induction heating coil 15 Cylinder apparatus 16 Operating pressure chamber 18 Back pressure chamber
20 High-frequency induction heating device 21 Follow-up load control mechanism 22 Load detection sensor 23 Follow-up load adjustment mechanism 24 Control circuit M Follow-up part R 1 Regulator for load adjustment R 2 Regulator for load control S Cylindrical outer peripheral surface

Claims (1)

クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、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ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、
前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する前記高周波誘導加熱コイルの追従荷重を無段階に調整する追従荷重制御機構を備え、
前記荷重調整機構を、前記高周波誘導加熱コイルを支持する荷重調整用のシリンダ装置と、前記荷重調整用のシリンダ装置と前記シリンダ装置を支える支持部の支点との間に介在された荷重検出用センサであって、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際に前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部の前記ピン部若しくはジャーナル部に対する追従荷重を連続的に検出する荷重検出用センサと、前記荷重検出用センサからの検出信号に基づいて荷重制御信号を出力する制御回路と、前記シリンダ装置の作動圧室に一定の空気圧力を荷重調整用圧力として常時供給する第1のレギュレータと、前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を無段階に制御して前記シリンダ装置の背圧室へ供給する第2のレギュレータとで構成し、
前記制御回路からの荷重制御信号に応じた圧力を前記第2のレギュレータから前記シリンダ装置の背圧室に制御用圧力として供給することにより、前記追従荷重を、前記ピン部若しくはジャーナル部の回転位置に関係なく常に一定となるように制御したこと、
を特徴とするクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
A semi-open saddle type high frequency induction heating coil is placed on the cylindrical outer peripheral surface of the pin portion or journal portion of the crankshaft, and the high frequency power is supplied to the high frequency induction heating coil. In the high-frequency induction heating device of the crankshaft that rotates the center so that the high-frequency induction heating coil follows the pin portion or the journal portion while the high-frequency induction heating the pin portion or the journal portion,
A follow-up load control mechanism for steplessly adjusting the follow-up load of the high-frequency induction heating coil with respect to the pin portion or the journal portion when the high-frequency induction heating coil follows the pin portion or the journal portion;
The load adjustment mechanism includes a load adjustment cylinder device that supports the high-frequency induction heating coil, and a load detection sensor that is interposed between the load adjustment cylinder device and a fulcrum of a support portion that supports the cylinder device. a is, the high frequency induction heating coil is continuously detected for the load detecting tracking loads on the pin portion or the journal portion of the follower to follow the said pin or journal when to follow the pin portion or the journal And a control circuit for outputting a load control signal based on a detection signal from the load detection sensor, and a first air pressure that is constantly supplied as a load adjustment pressure to the working pressure chamber of the cylinder device. A regulator and a steplessly controlled pressure corresponding to a load control signal from the control circuit is supplied to the back pressure chamber of the cylinder device; Constituted by the regulator,
By supplying a pressure according to a load control signal from the control circuit as a control pressure from the second regulator to the back pressure chamber of the cylinder device, the follow load is rotated at a rotational position of the pin portion or the journal portion. Controlled so that it is always constant regardless of
A high-frequency induction heating device for crankshafts.
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