JP4198405B2 - 肉厚に変動がある円筒部材及びシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置 - Google Patents

肉厚に変動がある円筒部材及びシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚肉部と薄肉部を有する肉厚に変動がある円筒部材や、シリンダブロックのシリンダなどの焼入れした内面を誘導加熱により焼戻しする装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
先に発明者らは、特開平8−225846号において、シリンダブロックのシリンダ内面を誘導加熱により焼入れする精密焼入装置を開示した。シリンダ内面に斑模様の焼入れ層を形成するなどの焼入れの場合、シリンダ内面と加熱コイルとの隙間には高い精度が要求されるので、上記装置は非常に精密に設置精度が設定されるようにされている。
【0003】
上記の焼入装置により焼入れしたシリンダブロックの焼入れ面を焼戻しする際には、誘導加熱により焼戻しすることが望ましい。その方法として、従来は順次各シリンダに円筒形加熱コイルを挿入して1シリンダごとに加熱し、焼戻しされた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、1シリンダごとに焼戻しすると時間がかかるので、複数のシリンダを同時に焼戻ししたいという要望がある。この焼戻しの場合にはシリンダ内面と加熱コイルとの設置には焼入れの場合ほど精度を要しないので、精度を犠牲にしても作業能率を向上することが要求される。
【0005】
また、シリンダブロックでは各シリンダ壁は肉厚が均等でなく、図1に1例を示すように、シリンダブロックの両端側Aのシリンダの肉厚や各シリンダ間Bの肉厚がブロックの側面側Cの肉厚より薄くなっている。このような肉厚に変動があるシリンダの内面を従来の円筒形加熱コイルにより加熱すると、上記A,B部の温度が側面Cの厚肉部より高くなり、A,B部の焼戻し硬さがC部の硬さより低くなる。このためにシリンダ内周に均等な表面硬さを得ることが困難であるという問題点があった。
【0006】
上記シリンダブロック以外でも、肉厚に変動がある厚肉部と薄肉部を有する円筒部材の焼戻しの場合にも同様の問題点がある。
【0007】
そこで本発明は上記問題点を解決し、シリンダブロックのシリンダ内周など肉厚に変動がある円筒部材を均一な温度に加熱して焼戻しし、かつシリンダブロックの場合、複数のシリンダを一度に焼戻しする生産性が高い誘導加熱によるシリンダブロックなど円筒部材の焼戻装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の円筒部材の誘導加熱焼戻装置は、厚肉部と薄肉部を有する肉厚に変動がある円筒部材の焼入れした円筒内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該円筒内面との間に所定の隙間を形成し該円筒部材の厚肉部分の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する円弧状導体を備えた加熱コイルを、該円弧状導体が前記厚肉部分に対応するように配設し、該円筒部材の円筒内周を均一温度に加熱することを特徴とするものである。
【0009】
上記円筒部材の誘導加熱焼戻装置は、肉厚に変動があるシリンダブロックの焼戻しに効果が大きい。そこで本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、シリンダブロックの焼入れしたシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を備えた加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するように配設し、前記シリンダ内面円周を均一温度に加熱することを特徴とするものである。
【0010】
前述したように、シリンダブロックのシリンダなど円周で肉厚が異なる円筒部材を従来の円筒形の誘導コイルで加熱すると、厚肉部に比して薄肉部の温度が高くなって薄肉部の焼戻し硬さが低くなり、円周で均一な焼戻し硬さが得られないという問題点がある。本発明の円筒部材やシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、シリンダ壁などの厚肉部に対応し、薄肉部内周に達しない弧長の2本の円弧状導体をシリンダ壁の厚肉部に対応させて配設して誘導加熱するので、厚肉部の磁束が大きくなって強く加熱され、対応する円弧状導体のない薄肉部は磁束が小さくなって弱く加熱される。これによって上記問題点が解決され、薄肉部が過熱されることなく、厚肉部と薄肉部が均一温度に加熱され、円周で均一な焼戻し硬さが得られる。
【0011】
また、本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、シリンダブロックの焼入れした複数のシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を備えた加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するようにして各シリンダに配設し、相隣るシリンダの同一側の円弧状導体を相互に接続し、シリンダブロックの一方の端側のシリンダの2本の円弧状導体の一端同士を接続し、他方の端側のシリンダの2本の円弧状導体の一端を入力端子に接続することにより、全シリンダを一周する回路を形成させて各シリンダの導体を直列に接続し、複数のシリンダ内面を同時に焼戻しすることを特徴とするものである。
【0012】
さらに本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、シリンダブロックの焼入れした複数のシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を直列に接続した加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するようにして各シリンダに配設し、該各シリンダの加熱コイルを並列に接続して複数のシリンダ内面を同時に焼戻しすることを特徴とするものである。
【0013】
このように、本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、複数のシリンダに加熱コイルを配設し、各コイルを直列または並列に接続して1電源で複数のシリンダを同時に加熱して焼戻しするので、焼戻し時間が大幅に短縮でき、焼戻し処理のコストを低減できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態のシリンダブロックの焼戻装置について具体的に説明する。図1は本発明の第1実施形態の4シリンダのシリンダブロックを焼戻しする誘導加熱焼戻装置の加熱コイルの結線を示す図、図2は同コイルの上面図、図3はその側面断面図である。
【0015】
図において、シリンダブロックWは1、2、3、4の4個のシリンダを備えている。各シリンダ壁の肉厚は、シリンダ間Bで薄く、ブロックの両端側Aではシリンダ間Bよりやや厚いが、側面側Cのシリンダ壁の肉厚より薄く円周で不均一な肉厚になっている。
【0016】
各シリンダに挿入される加熱コイルはほぼ同一形状で、シリンダ1と4の加熱コイル110と410、シリンダ2と3の加熱コイル210と310はそれぞれ同一コイルがブロックの長さ方向の中心に対称に配設されている。そこで同一コイルの同一部分は同記号を使用して説明する。
【0017】
シリンダ1の加熱コイル110は、2本の円弧状導体11,12を有し、各導体11,12の両端にはリード部11a,11b及び12a,12bが設けられている。そしてブロック端部A側のリード部11a,12aは導体13により接続され、反対側のリード部11b,12bにはそれぞれ立上げ導体14、15が接続されている。
【0018】
円弧状導体11,12の外周は、シリンダ内周との間に所定の隙間が形成されるようにシリンダ内径よりやや小さい外径の円弧をなし、その弧長はシリンダの側面側の厚肉部Cに対応する長さになっている。すなわち、その弧長は半円から肉薄のA,B部に対応する部分を切り取った円弧の長さを有する。この円弧の切り取り部の長さ、すなわちリード部11aと12aの間隔及びリード部11bと12bの間隔は、C部に対するA,B部の肉厚の差により実験的に決定される。本実施形態の場合、シリンダのA部の肉厚がB部より厚いので、A部に対応するリード部11a,12aの間隔は、B部に対応するリード部12b,12bの間隔より狭くされている。そして、円弧状導体11,12はシリンダ列軸を中心として対称に配設される。
また、リード部11a,12a及びリード部12b,12bと円弧状導体11,12との接続部は、円弧状導体11,12の弧長が厚肉部Cに対応するが、薄肉部A,Bに達しないようにして、図2に示すようにシリンダ内面から離して接続される。他のシリンダ2、3、4についても同様である。
【0019】
シリンダ2の加熱コイル210もシリンダ1の加熱コイル110と同様の円弧状導体21,22を有し、各導体21,22の両端にリード部21a,21b及び22a,22bが設けられている。そしてリード部21a,22aには前記加熱コイル110と同じ立上げ導体14、15が接続され、反対側のリード部21b,22bにはそれぞれ立上げ導体18、19が接続されている。円弧状導体21,22のリード部21aと22a、及び21bと22bの間隔はシリンダ1の加熱コイル110のリード部11b,12bの間隔と等しくされている。
【0020】
シリンダ1の加熱コイル110の立上げ導体14、15とシリンダ2の加熱コイル210の立上げ導体14、15とは、それぞれ導体16、17により接続されている。
【0021】
シリンダ3の加熱コイル310にはシリンダ2の加熱コイル210と同一形状のコイルが使用され、シリンダ4の加熱コイル410にはシリンダ1の加熱コイル110と同一形状のコイルが使用されている。そして、加熱コイル310、410と加熱コイル110、210とは、シリンダ2と3の間を中心としてシリンダ列方向の対称位置に配設されている。
【0022】
シリンダ2とシリンダ3の加熱コイル210と310の立上げ導体19同士は導体17により接続され、加熱コイル210と310の立上げ導体18にはそれぞれターミナル28、29が接続されている。そして、ターミナル28、29が高周波電源30に接続されている。
【0023】
これにより、シリンダ1、2、3、4の加熱コイル110、210,310、410は同一円周方向に電流が流れるように直列に接続される。これらの加熱コイルの導体は中空銅管からなり水冷されるようになっている。また、4個のコイルは図示しないフレームに固定されて一体になって移動できるようにされている。
【0024】
以下、上記構成の加熱コイルの動作について説明する。前記4個のコイルを誘導加熱により焼入れされた4個のシリンダの焼入れ箇所に挿入し、高周波電源30からターミナル28、29を介して加熱コイルに電力を付加する。すると、4個のシリンダの焼入れ箇所が同時に加熱されて一度に焼戻しが行われる。この際に、加熱コイル110、210,310、410の円弧状の導体はシリンダ壁の肉厚の薄い部分A及びBに対応する箇所が欠いているので、磁束の量が少なく薄肉部分の過熱が防止されて、厚肉部分Cと同じように温度上昇し、円周が均一温度に加熱される。このために、シリンダの円周の焼戻し硬さが均一になる。この円弧の切欠量は前述のようにシリンダの円周温度が均一になるようにシリンダ壁の肉厚により変えられている。
【0025】
次に本発明の第2実施形態について説明する。図4は第2実施形態の加熱コイルの結線図である。図1の前記第1実施形態と同一部分は同一記号を用いて説明する。
【0026】
加熱コイルの形状は図1の第1実施形態と同一である。シリンダ1の加熱コイル110´は図1の第1実施形態の加熱コイル110と全く同一であり、2本の円弧状導体11,12のブロック端部A側のリード部11a,12aが導体13により接続され、反対側のリード部11b,12bにはそれぞれ立上げ導体14、15が接続されて、円弧状導体11,12が直列に接続されている。他のシリンダのコイルについても同様である。A部に対応するリード部11a,12aの間隔がB部に対応するリード部11b,12bの間隔より狭くされて、相当する弧長になっていることも同様である。
また、導体13及びリード部11b,12bと円弧状導体11,12との接続部は、円弧状導体11,12の弧長が厚肉部Cに対応するが、薄肉部A,Bに達しないようにして、図4に示すようにシリンダ内面から離して接続される。他のシリンダ2、3、4についても同様である。
【0027】
シリンダ2の加熱コイル210´も図1の第1実施形態と近似するが、円弧状導体21、22のリード部21a,22aが導体23により接続され、反対側のリード部21b,22bに立上げ導体14、15が接続されている。リード部21aと22a、及び21bと22bの間隔はシリンダ1の加熱コイル110のリード部11b,12bの間隔と等しい点は同じである。
【0028】
シリンダ3の加熱コイル310´はシリンダ2の加熱コイル210´と全く同一である。シリンダ4の加熱コイル410はリード部41aと42aが導体43により接続され、反対のリード部41bと42bに立上げ導体44、45が接続されている。リード部41aと42aの間隔はリード部21aと22aの間隔と等しく、反対側のリード部41bと42bの間隔は加熱コイル1のリード部11aと12aの間隔と等しい。
【0029】
そして、加熱コイル110´、210´、310´、410´の導体14、14、14、44が導体36により並列に接続され、導体15、15、15、45が導体37により並列に接続されている。導体36、37はターミナル38、39を介して高周波電源30に接続される。
【0030】
これにより、シリンダ1、2、3、4の加熱コイル110、210,310、410は同一円周方向に電流が流れるように並列に接続される。4個のコイルは図示しないフレームに固定されて一体になって移動できるようにされていることは第1実施形態と同じである。
【0031】
第2実施形態の焼戻装置の動作も第1実施形態と同じであるので省略する。
【0032】
以上述べたように、本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置によれば、シリンダ壁の厚肉部に対応する弧長の円弧状導体が配設され、厚肉部が強く加熱され薄肉部が弱く加熱されるので、薄肉部が過熱されることなく円周が均一温度に加熱される。
【0033】
また、本発明のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、複数のシリンダに加熱コイルを配設し、複数の加熱コイルを直列または並列に接続して、1電源で複数のシリンダを同時に加熱して焼戻しするので、焼戻し時間が大幅に短縮でき、焼戻し処理のコストが低減できる。
【0034】
上記実施形態においてはシリンダブロックの誘導加熱焼戻しについて説明したが、本発明の円筒部材の焼戻装置はシリンダブロック以外の肉厚変動を有するあらゆる円筒部材に適用できる。この場合、円周の局部に薄肉部分を有する円筒部材でも円弧状導体の弧長を適切に選択することにより、円周に均一な焼戻し硬さを得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の円筒部材とシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置は、シリンダなど円筒の薄肉部も厚肉部も均一温度に加熱されるので、円筒やシリンダ内周に均一な焼戻し硬さが得られる。かつ複数のシリンダを有するシリンダブロックの場合、複数のシリンダを同時に焼戻しできるので、生産性が向上し焼戻し処理コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明第1実施形態のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置の加熱コイルの結線図である。
【図2】 本発明第1実施形態のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置の上面図である。
【図3】 本発明第1実施形態のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置の側面断面図である。
【図4】 本発明第2実施形態のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置の加熱コイルの結線図である。
【符号の説明】
1 第1シリンダ、2 第2シリンダ、3 第3シリンダ、4 第4シリンダ、11、12 円弧状導体、13 導体、14、15 立上げ導体、16、17導体 、18、19 立上げ導体、21、22 円弧状導体、28、29 ターミナル、30 高周波電源、36、37導体、38、39 ターミナル、41、42 円弧状導体、43 導体、44、45 立上げ導体、110、210、310、410 加熱コイル、110´、210´、310´、410´ 加熱コイル、W シリンダブロック

Claims (4)

  1. 厚肉部と薄肉部を有する肉厚に変動がある円筒部材の焼入れした円筒内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該円筒内面との間に所定の隙間を形成し該円筒部材の厚肉部分の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する円弧状導体を備えた加熱コイルを、該円弧状導体が前記厚肉部分に対応するように配設し、該円筒部材の円筒内周を均一温度に加熱することを特徴とする円筒部材の誘導加熱焼戻装置。
  2. シリンダブロックの焼入れしたシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を備えた加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するように配設し、前記シリンダ内面円周を均一温度に加熱することを特徴とするシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置。
  3. シリンダブロックの焼入れした複数のシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を備えた加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するようにして各シリンダに配設し、相隣るシリンダの同一側の円弧状導体の相隣る端部を相互に接続し、シリンダブロックの一方の端側のシリンダの2本の円弧状導体の一端同士を接続し、他方の端側のシリンダの2本の円弧状導体の一端を入力端子に接続することにより、全シリンダを一周する回路を形成させて各シリンダの導体を直列に接続し、複数のシリンダ内面を同時に焼戻しすることを特徴とする請求項2に記載のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置。
  4. シリンダブロックの焼入れした複数のシリンダ内面を誘導加熱により焼戻しする装置において、該シリンダ内面との間に所定の隙間を形成しシリンダ壁の厚肉部の内周に対応し、薄肉部内周に達しない弧長を有する2本の円弧状導体を直列に接続した加熱コイルを、該2本の円弧状導体がシリンダ壁の厚肉部に対応するようにして各シリンダに配設し、該各シリンダの加熱コイルを並列に接続して複数のシリンダ内面を同時に焼戻しすることを特徴とする請求項2に記載のシリンダブロックの誘導加熱焼戻装置。
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