JP4354974B2

JP4354974B2 - クランクシャフトを焼戻すための高周波誘導加熱装置

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Publication number: JP4354974B2
Application number: JP2006196867A
Authority: JP
Inventors: 寛佐々木; 誠一原田; 惇郎鈴木; 日出男伊能
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP2006342431A

Description

本発明は、クランクシャフトの主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットＲ焼入した後に、フィレットＲ焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置に関する。

図４は、クランクシャフトの一例である４気筒中型クランクシャフト１の構造を示している。この４気筒中型クランクシャフト１は、同一の軸線（クランクシャフト１の回転軸線）Ｘに沿って配置された５つのジャーナル部１Ｊ〜５Ｊと、これらのジャーナル部１Ｊ〜５Ｊにそれぞれ一体に設けられた８つのカウンターウェイト部ＣＷ１〜ＣＷ８と、互いに隣接して対向配置されたカウンターウェイト部ＣＷ１とＣＷ２、ＣＷ３とＣＷ４、ＣＷ５とＣＷ６、ＣＷ７とＣＷ８との間にそれぞれ架設され、かつ、前記ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの軸線から偏倚した位置にそれぞれ配設された４つのピン部１Ｐ〜４Ｐと、一端側のジャーナル部１Ｊに同軸状に一体成形された軸部Ｓ１，Ｓ２と、他端側のジャーナル部５Ｊに同軸状に一体成形されたフランジ部Ｆとから構成されている。

上述のピン部１Ｐ〜４Ｐのうち、回転軸線Ｘ方向において互いに隣り合うピン部１Ｐと２Ｐとは位相が互いに１８０゜ずれた位置に配置されると共に、回転軸線Ｘ方向において互いに隣り合うピン部３Ｐと４Ｐとは位相が互いに１８０゜ずれた位置に配置され、左右両端のピン部１Ｐと４Ｐとは位相が互いに同じ位置に配置されると共に、回転軸線Ｘ方向において互いに隣り合うピン部２Ｐと３Ｐとは位相が互いに同じ位置に配置されている。また、図４に示すように、クランクシャフト１の両端のフランジ部Ｆ及び軸部Ｓ１，Ｓ２の軸線はジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの回転軸線Ｘの延長線上に一致されており、従ってクランクシャフト１は直線状の回転軸線Ｘを中心に回転駆動されるように構成されている。なお、図４において、Ｙは互いに同相位置に配置されたピン部１Ｐ及び４Ｐの直線状の軸線、Ｚは互いに同相位置に配置されたピン部２Ｐ，３Ｐの直線状の軸線である。

このようなクランクシャフト１にあっては、通常、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの円筒状外周面に焼入処理を施すと共に、これとは別の工程でピン部１Ｐ〜４Ｐにも焼入処理を施こすようにしている。なお、ピン部１Ｐ〜４Ｐの焼入処理の仕方としては大別して２通り、すなわち、フラット焼入とフィレットＲ焼入との２通りの仕方がある。ここで、ピン部１Ｐ〜４Ｐについての２通りの焼入処理の仕方について簡単に述べると、次の如くである。

まず、ピン部１Ｐ〜４Ｐは、各々、円筒状外周面αを有する円柱部Ａと、この円柱部Ａに続くＲ部（角部若しくは隅部）Ｂと、このＲ部Ｂに続いて形成されかつクランクシャフト１の軸線Ｘに対して直角に延びるように形成されたフィレット部Ｃとから構成されている（図５参照）。かくして、ピン部１Ｐ〜４Ｐの円柱部Ａの円筒状外周面αのみを焼入処理する焼入の仕方をフラット焼入と称し、前記円筒状外周面α，Ｒ部Ｂの湾状面β及びフィレット部Ｃの側面γをそれぞれ含む連続した面部分（図５において多数の点で示した部分）の全てを焼入処理する焼入の仕方をフィレットＲ焼入と称している。

図５は、フィレットＲ焼入を行った場合の焼入硬化層パターンの一例を示すものであって（図５ではピン部１Ｐ及びジャーナル部１Ｊ，５Ｊの焼入硬化層パターンのみ図示）、この場合には、ジャーナル部５Ｊ，５Ｊの円筒状外周部δ及びピン部１Ｐ〜４Ｐの円筒状外周部αだけでなく、この円筒状外周部αからコーナーのＲ部Ｂの湾曲面βを介してこれに連続する直角方向のフィレット部Ｃの側面γにまで連続する領域に焼入硬化層６が形成される。一方、左右両端のジャーナル部１Ｊ，５Ｊについては、図５に示す如く、円柱部Ｄの円筒状外周部δ、及び、ジャーナル部１Ｊ，５Ｊにそれぞれ隣接するフィレット部Ｃの側面εにフィレットＲ焼入を施して焼入硬化層パターン７を形成するのが一般的である（但し、その他のジャーナル部２Ｊ〜４Ｊについては焼入処理を施さない。他の実施形態では、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊの全てに焼入処理を施す場合がある）。なお、図５に示す如く互いに異なる焼入硬化層パターン６，７を高周波焼入により形成するに当たっては、それぞれ専用の別個の高周波誘導加熱コイルを用いて所要の焼入温度に加熱して急冷することにより所望の焼入硬化層パターン６，７を形成するようにしている。

このようにして焼入処理が施されたクランクシャフト１は、通常、靱性の向上や内部歪の除去などの目的で焼戻処理が施される。ところで、従来においては、クランクシャフト１の焼戻を行なうに当たっては、加熱手段として電気炉が一般的に用いられている。

しかしながら、焼入処理後のクランクシャフト１を電気炉により所要温度に加熱して冷却するような従来の焼戻装置では、均一で安定した焼戻品質が得られるものの、比較的長い加熱時間を要するため加熱の間に、高周波焼入によって得られた圧縮残留応力が低減されてしまい、ひいては疲労強度が大幅に低下してしまう不具合がある。しかも、電気炉による加熱は間接加熱であり、発熱体からの輻射熱ないしは雰囲気からの熱伝導により被焼戻体であるクランクシャフトを加熱するようにしているため、昇温させるのに時間がかかり、焼戻の処理効率が悪いという問題点がある。因みに、焼戻処理すべきクランクシャフトの大きさや質量にもよるが、一般的には、０．５〜１．５時間程度の加熱時間が必要であり、さらに、均熱、温度保持に１〜１．５時間を要し、総合した焼戻時間は１．５〜３時間にも及ぶため、このことが高周波焼戻装置をクランクシャフトの焼入加工ラインに組み込むに当たっての大きな障害となっているのが実状である。

そこで、上述のような電気炉を用いた焼戻装置に代わるものとして、高周波誘導加熱コイルにて加熱を行なうようにした高周波焼戻装置が提案されている。この高周波焼戻装置の場合には、半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを、焼戻対象であるクランクシャフト１のジャーナル部１Ｊ，５Ｊやピン部１Ｐ〜４Ｐの被加熱部上に載置状態でセットし、クランクシャフト１を軸線Ｘを中心に回転させながら個々に誘導加熱して焼戻処理を行なうようにしている。さらに具体的に述べると、まず図５に示す如くクランクシャフト１のジャーナル部１Ｊ，５Ｊ或いはピン部１Ｐ〜４Ｐの上方位置に半開放鞍型の追従式の高周波誘導加熱コイル（いわゆるフラット加熱コイル）を載置し、クランクシャフト１を軸線Ｘを中心に回転させながら、ジャーナル部１Ｊ，５Ｊを同時に高周波誘導加熱し、続いてピン１Ｐ〜４Ｐを同時に高周波誘導加熱し、その後に冷却処理を施すことにより焼戻を行なうようにしている。

ところが、上述の如き従来の高周波焼戻装置では、フィレットＲ焼入されたジャーナル部１Ｊ，５Ｊ及びピン部１Ｐ〜４Ｐの円柱部Ａの円筒状周面αのみをフラット加熱コイルにより加熱するようにしているので、円柱部Ａに続くＲ部Ｂとフィレット部Ｃは、円柱部Ａからの熱伝導のみにより加熱が行われることとなる。そのため、円柱部Ａの加熱温度とＲ部Ｂ及びフィレット部Ｃの加熱温度との間に比較的大きな温度差が生じ、これらの各部において比較的大きな温度のばらつきが生じるおそれがある。このような温度差並びに温度のばらつきが顕著に発生すると、焼戻品質が悪くなり、規格外れの製品（不良品）を生じ易くなるという不具合がある。

また、従来の高周波焼戻装置を用いるためには、ジャーナル部加熱用の高周波誘導加熱コイル、並びに、ピン部加熱用の高周波誘導加熱コイルの２種類の加熱コイルを用意する必要があり、設備価格が高価となるという問題点がある。また、ジャーナル部１Ｊ，５Ｊ及びピン部１Ｐ〜４Ｐの焼戻処理を別個の高周波誘導加熱コイルを用いてそれぞれ別々の焼戻処理工程（２工程）で行なう必要があるため、２工程の焼戻処理を行なうのに手間を要し、処理能率が悪いという問題点もある。

要するに、従来における電気炉による焼戻装置では、焼戻処理に要する時間が長く、設備を焼戻処理加工ラインに組み込むに当たっての大きな障害となり、また従来における高周波誘導加熱による焼戻装置では、焼戻品質と設備価格に難点があるのが実状である。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、高周波誘導加熱コイルにてクランクシャフトのジャーナル部やピン部の焼入部分の全てを一括して（１工程で）焼戻処理することにより、焼入部分のＲ部及びフィレット部をその他の部分と同様に昇温させて均一加熱することができ、従って、高周波焼入による利点の１つである圧縮残留応力の保持を確保しつつ、均一で安定した優れた焼戻品質を得ることができ、かつ、設備費が安価で済むようにしたクランクシャフトを焼戻すための高周波焼戻装置を提供することにある。

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主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットＲ焼入した後に、フィレットＲ焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置において、
（ａ）前記焼入部分のみならず非焼入部分も含めた前記クランクシャフトの全体を、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置するクランクシャフト配置手段と、
（ｂ）前記高周波誘導加熱コイルに通電するのに応じて、前記クランクシャフトの全体を一括して高周波誘導加熱して前記クランクシャフトの焼入部分を高周波誘導加熱すると共に、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きい前記クランクシャフトのカウンターウェイト部をも同時に高周波誘導加熱してその熱を前記焼入部分のＲ部に熱伝導させることにより、加熱されにくい前記Ｒ部をそれ以外の焼入部分と一緒に所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱するクランクシャフト加熱手段と、
を具備するようにしている。
また、本発明では、前記クランクシャフト配置手段は、前記クランクシャフトを載置状態で支持する支持機構を有し、前記支持機構は、
（ａ）前記クランクシャフトを前記クランクシャフト加熱手段の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んだ状態であってかつ前記高周波誘導加熱コイルと同軸状に配置された状態で支持する際に、前記クランクシャフトの軸線方向の両端部に当接されるセラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器と、
（ｂ）前記一対の支持器が先端部にそれぞれ取付けられ、かつ、前記高周波誘導加熱コイルの軸線の延長方向に沿って延びるように配設された一対の非磁性金属製のクランクシャフト支持用シャフトと、
を備えるようにしている。
また、本発明では、前記セラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器のうちの一方の支持器であって、かつ、前記クランクシャフトの一端側のフランジ部を支持する支持器に隣接して配置されると共に、磁束密度を局部的に高める磁性材料から成りかつ前記クランクシャフトのフランジ部側の部分の加熱温度を制御するように機能する誘導補助部材を、前記高周波誘導加熱コイルのフランジ部側の端部の近傍箇所に配設するようにしている。
また、本発明では、前記誘導補助部材は、内部に通水路を設けた磁性材料より成る円盤形状の調整部材であることを特徴とする請求項３項に記載のクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。
また、本発明では、前記略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルのうちの、前記クランクシャフトの一端側のフランジ部に対応するコイル部分の巻線間隔を、相対的に密となるように巻回するようにしている。
また、本発明では、加熱休止時には前記前記高周波誘導加熱コイルを予め後退した待機位置に配置させ、前記セラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器にて前記クランクシャフトを支持して高周波誘導加熱を開始するのに先立って、前記高周波誘導加熱コイルを前記待機位置から所定の加熱位置まで前進させ、高周波誘導加熱の終了後に前記待機位置まで後退させるための加熱コイル水平移動機構を備えるようにしている。

上述の如き本発明によれば、焼入部分のみならず非焼入部分も含めたクランクシャフトの全体を、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置するクランクシャフト配置手段と、高周波誘導加熱コイルに通電するのに応じて、クランクシャフトの全体を一括して高周波誘導加熱してクランクシャフトの焼入部分を高周波誘導加熱すると共に、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きいクランクシャフトのカウンターウェイト部をも同時に高周波誘導加熱してその熱を焼入部分のＲ部に熱伝導させることにより、加熱されにくいＲ部をそれ以外の焼入部分と一緒に所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱するクランクシャフト加熱手段とを具備するようにしているので、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きなクランクシャフトのカウンターウェイト部の外径側先端角部が過熱状態となり、その熱が、焼入部分のＲ部、並びに、フィレット部に伝導されることとなるため、特に高周波誘導加熱されにくいＲ部をその他の焼入部分と一緒に昇温させることができてフィレットＲ焼入部分の全体を均一加熱することができる。その結果、略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルを１つだけ用いた簡単な構成で安価な設備により、高周波焼入による利点の１つである圧縮残留応力の保持を確保しつつ、均一で安定した優れた焼戻品質を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図４において、図５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。

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焼戻装置を用いる高周波焼戻装置１０を示すものであって、本装置１０は、高周波焼入装置１１によって図５に示す如くフィレットＲ焼入されたクランクシャフト１のジャーナル１Ｊ，５Ｊ及びピン１Ｐ〜４Ｐを１つの高周波誘導加熱コイル１２を用いて焼戻処理を行うためのものである。

図１に示す熱処理機構１３は、クランクシャフト１のジャーナル部１Ｊ，５Ｊ及びピン１Ｐ〜４ＰをフィレットＲ焼入する高周波焼入装置１１と、この高周波焼入装置１１においてフィレットＲ焼入されたジャーナル部１Ｊ，５Ｊ及びピン部１Ｐ〜４Ｐを一括して焼戻処理を行なう焼戻装置１０とから構成されている。そして、クランクシャフト１が高周波焼入装置１１の左端の投入口から投入されると、それ以後は搬送装置１４によって焼入装置１１及び焼戻装置１０内の各ステーションを順次に経由して間欠的に水平移動されながら右端の出口ＯＵＴに自動的に排出されるようになっている。ただし、焼入装置１１内の搬送装置１４は図示を省略してある。

上述の焼戻装置１０は、被焼戻体（ワーク）であるクランクシャフト１の全体を高周波誘導加熱コイル１２により所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱（昇温加熱）する加熱ステーション２１と、高周波誘導加熱されたクランクシャフト１をクランクシャフト１自体の熱伝導によりその全体（焼入部及び被焼入部）を放冷して均熱化を図る均熱化ステーション２２，２３と、焼戻工程の後に続く研磨加工を常温で行なうためにクランクシャフト１に冷却液を噴射してクランクシャフト１を冷却する冷却ステーション２４と、冷却工程において付着した冷却液をクランクシャフト１から除去するエアブローステーション２５とをそれぞれ具備しており、クランクシャフト１は上述の搬送装置１４により水平方向に沿って各ステーション２１〜２５を順次に経由して間欠的に自動搬送されるように構成されている。

加熱ステーション２１には、クランクシャフト１の昇温加熱を行なうための高周波誘導加熱コイル１２を内部に収容した炉体３０等の設備が備えられている。この炉体３０は、図１及び図２に示すように、電源整合部３３の下部に取り付けられている。なお、本実施形態で用いられる図３の高周波誘導加熱コイル１２は、クランクシャフト１のフランジ部Ｆに対応するコイル部分の巻線間隔を相対的に密となるように導線を螺旋状に巻回した単層多巻線から成る略円形状ソレノイドタイプのコイルであって、高周波誘導加熱コイル１２の両端子３４ａ，３４ｂは、高周波電流（電源）を供給する電源整合部３３の下部に配設された端子（図示せず）に接続されている。また、加熱ステーション２１にクランクシャフト１が搬送されると、電源整合部３３がシリンダ３５によって付勢されてガイドレール３６上に沿って移動され、これに伴って炉体３０が図２において破線で示された待機位置Ｍから実線で示された加熱位置Ｎに水平移動されるように構成されている。なお、加熱終了後は、再び待機位置Ｍに戻されるようになっている。

また、均熱化ステーション２２，２３には、クランクシャフト支持器６３，６４のみがそれぞれ備えられており、冷却ステーション２４には、加熱したクランクシャフト１の全体を水等の冷却液にて冷却するための噴射冷却環４１等の設備が備えられている（図１参照）。

また、エアブローステーション２５には、冷却後においてクランクシャフト１に付着している冷却液の粒（水滴等）を除去するエアノズル４２等の設備が備えられている（図１参照）。

クランクシャフト１を搬送・支持する機構（搬送装置１４）は、図１に示すように、高周波焼戻装置１０の左端のクランクシャフト投入側の位置から右端の排出側まで延びるように敷設された一連の移動ビーム５０と、この移動ビーム５０と高周波焼入装置１１との間に固定配置された固定ビーム６０とを有している。これらの両ビーム５０，６０は、共に、クランクシャフト搬送方向に沿って互いに平行に敷設された各一対のビーム部材からそれぞれ構成されており、移動ビーム５０が内側に、固定ビーム６０が外側に、それぞれ配置されている。また、両ビーム５０，６０には共に一対のビーム部材の互いに対向する位置に一対の支持器がクランクシャフト搬送方向に沿って各ステーション２１〜２５の隣接間隔に対応した間隔をおいて取り付けられている。すなわち、クランクシャフト１を搬送する移動ビーム５０上には、クランクシャフト投入側から排出側までの間にＶ字ブロックから成る６対の支持器５１〜５６が固定配置され、クランクシャフト１を載置・支持する固定ビーム６０上には、同じくクランクシャフト投入側から排出側までの間にＶ字ブロックから成る７対の支持器６１〜６７が固定配置されている。

移動ビーム５０上の支持器５１〜５６及び固定ビーム６０上の支持器６１〜６７（但し、６２を除く）は、金属製のものである。また、加熱ステーション２１に配置される支持器６２は、セラミックス系耐熱材料から成るものである。移動ビーム５０の支持器５１〜５６は、全て、クランクシャフト１のジャーナル部２Ｊ及び４Ｊを支持し、加熱ステーション２１内に配置された固定ビーム６０の支持器６２がクランクシャフト１のフランジ部Ｆ及び軸部Ｓ１を支持し、その他の固定ビーム６０の支持器６１，６３〜６７はクランクシャフト１のジャーナル部１Ｊ及び５Ｊを支持するようになっている。

さらに、図２に示すように、加熱ステーション２１内に固定配置される一対のセラミックス製の支持器６２は、互いに同一の軸線上に沿って対向配置されるように固定ビーム６０に水平状に取付けられた非磁性金属製の一対のクランクシャフト支持用シャフト６８，６９の先端に固定されており、一方のシャフト６８の先端には、内部に通水路を設けた磁性材料より成る円盤形状の誘導補助部材（誘導調整部材）３８がフランジ部Ｆの側のクランクシャフト部分の加熱を補助するために配設されている。なお、この誘導補助部材３８の通水路には、図外の冷却設備から冷却液が供給されるようになっている。そして、他方のシャフト６９には、待機位置Ｍにある高周波誘導加熱コイル１２が同軸状にその周囲を取り囲んだ状態で配置されるようになっている。かくして、これら一対のクランクシャフト支持用シャフト６８，６９は、高周波誘導加熱コイル１２の軸線の延長方向に沿って延びるように同軸状に配設されている。

また、上述の移動ビーム５０は、搬送装置１４により、作動前の低い位置から上昇・前進・下降・後退の４行程を１サイクルとする循環経路に沿って移動されるように構成されている。しかして、固定ビーム６０の支持器６１〜６７上に載置されているクランクシャフト１が移動ビーム５０の上昇移動に伴って支持器５１〜５６で受け取られて前進移動され、その後の移動ビーム５０の下降移動に伴って固定ビーム６０の支持器６１〜６７上に戻すことにより、クランクシャフト搬送方向の下流側に沿って１ステップずつ搬送されるようになっている。そして、１ステップの搬送後に移動ビーム５０が後退移動されて当初の待機位置に復帰されるようになっている。移動ビーム５０の上昇及び下降，前進及び後退の動作は、何れも、図外のシリンダにより駆動される搬送装置１４の昇降機構の作動アーム７１、前後移動装置の作動アーム７２の先端が描く円弧上の動きを、上下方向と前後方向の直線運動に変換することにより行なわれる（図１参照）。なお、図１に示す移動ビーム５０は、移動ビーム５０の支持器５１〜５６の先端が固定ビーム６０の支持器６１〜６７の先端とほぼ同じ高さにある状態を示している。

クランクシャフト１の位相は、クランクシャフト１の投入時から排出時まで、クランクシャフト１の軸線Ｘに対し、ピン部１Ｐ，４Ｐの軸線Ｙが最上位置（上死点位置）に配置されると共に、ピン部２Ｐ及び３Ｐの軸線Ｚが最下位置（下死点）に配置されるように設定されている。

次に、上述の高周波焼戻装置１０を使用してクランクシャフト１の焼戻処理を行なう手順について述べると、以下の通りである。まず、前工程において高周波焼入装置１１により所定の焼入処理を施されたクランクシャフト１が高周波焼戻装置１０の左側に矢印で示す投入口に投入され、クランクシャフト１のジャーナル部１Ｊ，５Ｊが固定ビーム６０の支持器６１上に載置されて支持されると、その直後に移動ビーム５０が上昇移動される。これに伴い、固定ビーム６０の支持器６１にて支持されたクランクシャフト１のジャーナル部２Ｊ，４Ｊが移動ビーム５０上の支持器５１にて受け取られてクランクシャフト１が前記支持器５１にて支持され、この状態の下で移動ビーム５０が固定ビーム６０の支持器６１，６２間の１スパン長さに相当する距離だけ前進されてから下降される。この際に、加熱ステーション２１内に固定配置されかつ固定ビーム６０に取付けられたシャフト６８，６９（図２参照）の先端のセラミックス製の支持器６２上にクランクシャフト１のフランジ部Ｆ及び軸部Ｓ１が載置されて前記支持器６２に受け渡される。

そして、移動ビーム５０はさらに下降移動された後に、後退移動されて１サイクルの移動動作を終了し、次のサイクルに備えて待機位置に配置される。一方、固定ビーム６０の支持器６１上には、前工程の高周波焼入装置１１から引き続いて投入される次のクランクシャフト１が載置される。

上述のようにしてクランクシャフト１が加熱ステーション２１に搬送されて前記支持器６２上に載置されると、高周波誘導加熱コイル１２を収容した炉体３０が図２に破線で示す待機位置Ｍから、実線で示す加熱位置Ｎまで水平移動される。この際、炉体３０に保持されている高周波誘導加熱コイル１２の軸線が水平状のシャフト６９の軸線にほぼ沿って移動され、前記支持器６２にて支持されているクランクシャフト１が高周波誘導加熱コイル１２の開口部３２を相対的に通過して高周波誘導加熱コイル１２にて完全に取り囲まれた位置すなわち加熱位置Ｎに配置される（図２参照）。そして、これに同期して、高周波誘導加熱コイル１２に図外の高周波電源から電源整合部３３を介して所要の高周波電流が供給され、これによりクランクシャフト１は焼入部のみならず非焼入部分も含めた全体が一括して高周波誘導加熱（昇温加熱）される。

この際、フィレットＲ焼入処理済みのクランクシャフトを略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置して焼戻加熱を行うようにしているので、フィレットＲ焼入された部分（すなわち、Ｒ部Ｂ）のみならず、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きいクランクシャフト１のカウンターウェイト部ＣＷ１〜ＣＷ８をも同時に高周波誘導加熱されることとなり、これによりＲ部Ｂがその周辺部分と一緒に均一に加熱されることとなる。このことをさらに詳細に説明すると、クランクシャフト１のカウンターウェイト部ＣＷ１〜ＣＷ８は、熱容量が最も大きい部分であり、かつ、その外径側先端角部Ｈ（図４及び図５参照）は、ジャーナル部１Ｊ〜５Ｊ及びピン部１Ｐ〜４Ｐよりも外径側に突出した位置にあって高周波誘導加熱の特性上、最も加熱され易いので、上述のカウンターウェイト部ＣＷ１〜ＣＷ８の外径側先端角部Ｈがいわゆる「過熱」状態すなわちその周辺部分よりも極度に高い温度の加熱状態になる。そのため、「過熱」状態の外径側先端角部Ｈの熱がクランクシャフトのピン部１Ｐ〜４Ｐ或いはジャーナル部１Ｊ〜５ＪのＲ部Ｂに即座に伝導されることとなり、その結果、従来では焼戻加熱し難いと認識されていたＲ部Ｂを高周波誘導加熱コイルの誘導加熱作用による加熱に加えて、「過熱」状態となるカウンターウェイト部の外径側先端角部Ｈからの熱伝導作用と相俟って、Ｒ部Ｂを効率よくその周辺部分と一緒に昇温させて均一加熱することができる。

なお、本実施形態で用いられる高周波誘導加熱コイル１２は、既述の如くクランクシャフト１のフランジ部Ｆの側の巻線間隔を相対的に密にしているので、クランクシャフト１のうちで相対的に熱容量の大きな部分であるフランジ部Ｆの側の部分がその他の部分よりも大きな加熱エネルギにて誘導加熱される。また、水平状のシャフト６８の先端に取付けられた誘導補助部材３８の存在により、フランジ部Ｆの側のクランクシャフト部分の誘導加熱が補助（調整）される。その結果、クランクシャフト１はその全体が均一に昇温加熱されることとなる。そして、所定の時間加熱の後に、炉体３０が高周波誘導加熱コイル１２と一緒に待機位置Ｍに戻され、クランクシャフト１が搬送装置１４により次工程の均熱化ステーション２２，２３に搬送される。

均熱化ステーション２２及び２３においては、クランクシャフト１は固定ビーム６０の支持器６３及び６４上に載置されて支持されている間に所定の焼戻温度に放冷され、均熱化される。そして、所定の時間にわたり均熱化された後に、クランクシャフト１は搬送装置１４により冷却ステーション２４に搬送される。

冷却ステーション２４においては、固定ビーム６０の一対の支持器６５上にクランクシャフト１が載置されると、複数の噴射冷却環４１がシリンダ４３にて上方から下方に向けて下降移動されてクランクシャフト１の全長及び全幅に対応配置され、これらの噴射冷却環４１に設けられた多数の冷却液噴射孔（図示せず）からクランクシャフト１に向けて冷却液（例えば、冷却水）が噴射される。これにより、クランクシャフト１は冷却されて焼戻される。そして、冷却終了後に、噴射冷却環４１は当初の待機位置に戻されると共に、クランクシャフト１は搬送装置１４によりエアブローステーション２５に搬送される。

エアブローステーション２５においては、固定ビーム６０の支持器６６上にクランクシャフト１が載置されると、クランクシャフト１の寸法、形状に応じた複数本のエアノズル４２が、前記噴射冷却環４１と一体の駆動機構によりクランクシャフト１に対して所定の距離まで降下移動され、図外のエアコンプレッサからエア導入管を経由してエアノズル４２から圧縮エアがクランクシャフト１に向けて噴出される。なお、この際、図外の揺動機構によりエアノズル４２は前後左右に揺動される。これにより、前工程の冷却ステーション２４においてクランクシャフト１の表面に付着して残存している冷却液（例えば、水滴）がクランクシャフト１の表面から吹き払われて除去される。そして、エアブロー終了後に、エアノズル４２は当初の待機位置に戻されると共に、クランクシャフト１は搬送装置１４により排出側の固定ビーム６０の支持器６７上に搬送される。

以上の如き一連の操作により焼戻処理の全工程を終了し、以降は、次の後続工程に引き継がれる。連続稼動下においては、移動ビーム５０の動作が１サイクルする毎に新しいクランクシャフト１が連続的に投入され、加工されたクランクシャフト１が例えば４２秒のサイクルタイムで、連続的に排出される。

ここで、高周波焼戻装置１０の作動条件の一具体例について述べると、以下の通りである。
具体例
（１）クランクシャフトの材質
鋼種：Ｓ４８ＣＬ
（２）高周波誘導加熱コイル
周波数：約２ｋＨｚ
電力：４０ｋＷ
（３）高周波誘導加熱
時間：２８秒
（４）均熱化
時間：約９０秒
均熱化温度：約２００℃
（５）冷却
冷却液温度：３５℃以下
ワーク温度：４０℃以下

高周波焼戻装置１０を用いて上述の如き条件の下でクランクシャフト１の焼戻処理を行なったところ、焼入硬度がＨｖ８００である場合に、焼戻処理後の硬度は、硬度仕様がＨｖ５１３〜８３０であるのに対して焼戻硬度はＨｖ６５０〜７００であった。

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、本発明は、図５に示す如き形状のクランクシャフト１に限らず、各種形状のクランクシャフトの焼戻処理に適用可能である。

本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼戻装置の構成を示す側面図である。上述の高周波焼戻装置における加熱ステーションの側面図である。加熱ステーションに配置される高周波誘導加熱コイルを示すものであって、図３（Ａ）は高周波誘導加熱コイルの正面図、図３（Ｂ）は高周波誘導加熱コイルの側面図である。被焼戻体であるクランクシャフトの側面図である。クランクシャフトに形成された焼入硬化層パターンを示す説明図である。

符号の説明

１クランクシャフト
１Ｐ〜４Ｐピン部
１Ｊ〜５Ｊジャーナル部
１０高周波焼戻装置
１１高周波焼入装置
１２高周波誘導加熱コイル
１３熱処理機構
１４搬送装置
２１加熱ステーション
２２，２３均熱化ステーション
２４冷却ステーション
２５エアブローステーション
３０炉体
３８誘導補助部材（誘導調整部材）
４１冷却水噴射冷却環
４２エアノズル
５０移動ビーム
５１〜５６支持器
６０固定ビーム
６１〜６７支持器
６８，６９クランクシャフト支持用シャフト
Ａ円柱部
ＢＲ部（角部若しくは隅部）
Ｃフィレット部
ＣＷ１〜ＣＷ８カウンターウェイト部
Ｆフランジ部
Ｈ外径側先端角部
Ｍ待機位置
Ｎ加熱位置
Ｓ１，Ｓ２軸部
Ｘクランクシャフトの回転軸線
Ｙピン部１Ｐ，４Ｐの軸線
Ｚピン部２Ｐ，３Ｐの軸線

Claims

クランクシャフトの主要部を構成するジャーナル部又はピン部をフィレットＲ焼入した後に、フィレットＲ焼入した焼入部分を焼戻すための高周波誘導加熱装置において、
（ａ）前記焼入部分のみならず非焼入部分も含めた前記クランクシャフトの全体を、導線を螺旋状に巻回して成る略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルにて完全に取り囲まれた位置に配置するクランクシャフト配置手段と、
（ｂ）前記高周波誘導加熱コイルに通電するのに応じて、前記クランクシャフトの全体を一括して高周波誘導加熱して前記クランクシャフトの焼入部分を高周波誘導加熱すると共に、高周波誘導加熱され易くかつ熱容量の大きい前記クランクシャフトのカウンターウェイト部をも同時に高周波誘導加熱してその熱を前記焼入部分のＲ部に熱伝導させることにより、加熱されにくい前記Ｒ部をそれ以外の焼入部分と一緒に所要の焼戻温度にまで高周波誘導加熱するクランクシャフト加熱手段と、
を具備することを特徴とするクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。
前記クランクシャフト配置手段は、前記クランクシャフトを載置状態で支持する支持機構を有し、前記支持機構は、
（ａ）前記クランクシャフトを前記クランクシャフト加熱手段の高周波誘導加熱コイルにて取り囲んだ状態であってかつ前記高周波誘導加熱コイルと同軸状に配置された状態で支持する際に、前記クランクシャフトの軸線方向の両端部に当接されるセラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器と、
（ｂ）前記一対の支持器が先端部にそれぞれ取付けられ、かつ、前記高周波誘導加熱コイルの軸線の延長方向に沿って延びるように配設された一対の非磁性金属製のクランクシャフト支持用シャフトと、
を備えること、
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戻のための高周波誘導加熱装置。
前記セラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器のうちの一方の支持器であって、かつ、前記クランクシャフトの一端側のフランジ部を支持する支持器に隣接して配置されると共に、磁束密度を局部的に高める磁性材料から成りかつ前記クランクシャフトのフランジ部側の部分の加熱温度を制御するように機能する誘導補助部材を、前記高周波誘導加熱コイルのフランジ部側の端部の近傍箇所に配設したことを特徴とする請求項２項に記載のクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。
前記誘導補助部材は、内部に通水路を設けた磁性材料より成る円盤形状の調整部材であることを特徴とする請求項３項に記載のクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。
前記略円形状ソレノイドタイプの高周波誘導加熱コイルのうちの、前記クランクシャフトの一端側のフランジ部に対応するコイル部分の巻線間隔を、相対的に密となるように巻回したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。
加熱休止時には前記前記高周波誘導加熱コイルを予め後退した待機位置に配置させ、前記セラミックス系耐熱材料から成る一対の支持器にて前記クランクシャフトを支持して高周波誘導加熱を開始するのに先立って、前記高周波誘導加熱コイルを前記待機位置から所定の加熱位置まで前進させ、高周波誘導加熱の終了後に前記待機位置まで後退させるための加熱コイル水平移動機構を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のクランクシャフトの高周波焼戻のための高周波誘導加熱装置。