JP4393204B2 - クランクシャフト - Google Patents

Description

本発明はクランクシャフトに関し、特に高周波などによって焼入れを施したクランクシャフトに関する。

従来から、クランクシャフトの最終製造工程において、ジャーナル部およびピン部、更にはクランクアームとの境界部であるフィレットＲ部に高周波焼入れを施して耐磨耗性の向上、耐疲労強度の向上を図り、内燃機関の高い筒内圧に伴う高負荷に対応している。

耐磨耗性、耐疲労強度の向上を図るためフィレットＲ部まで焼入れを行うと軸曲がりが生じる。即ち、図４（ａ）は焼入れ前のクランクシャフトを示し、この図のクランク状の折れ線で示すように、焼入れ前にあっては各ジャーナル部の中心線はクランクシャフトの軸線と一致し、ピン部の中心線はクランクシャフトの軸線と平行になっている。

上記ピン部の左右には大きなウェイト部を有するクランクアームとウェイト部がないか或いは小さなウェイト部を有するクランクアームという非対称形状のクランクアームが連続しており、上記のクランクシャフトのジャーナル部、ピン部およびクランクアームとの境界部であるフィレットＲ部に高周波焼入れを施すと、
剛性の差に起因して、ウェイト部がないか或いは小さなウェイト部側の変形が大きなウェイト部側の変形よりも大きくなり、図５（ａ）に示すように、左右のクランクアームが広がるように変形する。

このため、クランクシャフトの全体形状も図４（ｂ）のジャーナル部とピン部の中心線を結んだ折れ線に示すように、曲がりが大きくなる。尚、図４（ｂ）、（ｃ）及び図５（ａ）、（ｂ）は、いずれも曲がりの度合いを分かりやすくするため誇張しており、実際には目視による判断は困難である。

上記の曲がりを是正するため、特許文献１では、ジャーナル部およびピン部の円柱部（フラット部）とフィレットＲ部を高周波誘導加熱し、その後に冷却して焼入れする間に、クランクシャフトの両端をチャック機構に取り付け、冷却中に押えローラ機構によりクランクシャフトの中央位置を径方向に押圧して曲がりを矯正する方法を提案している。

また、押えローラ機構等の機械的手段を用いずに、焼入れ時の曲がりを少なくすることで上記の不利を解消する提案が特許文献２〜特許文献４になされている。これら先行文献はいずれも焼入れする領域（硬化層）に特徴を持たせている。

即ち、特許文献２にあっては、クランクシャフトを回転させながら、高周波焼入れするに際し、クランクシャフトの回転位置に応じて焼入れのエネルギー量を制御することで、均一な深さの焼入れを行うようにしている。特許文献３にあっては、ジャーナル部またはピン部の焼入れ領域として、クランクシャフトの中心線（軸線）から離れた側を短くし、近い側を長くしている。特許文献４にあっては、クランクシャフトの中心線から離れた側を深くし、近い側を浅くしている。
特開２００２−１９４４３７号公報の段落（０００３）及び（０００８） 特開平８−３３７８２２号公報の段落（０００５） 特公平５−１５７６６号公報の３頁右欄１６行〜２６行 登録実用新案第２５８８６９５号公報の図１及びその関連説明

特許文献１に開示される方法による場合には、矯正の際にフィレットＲ部付近にわれを生じるおそれがある。また特許文献２〜４に開示される方法では、左右非対称形状からくる剛性の差に起因する軸曲がりを十分に低減させることができない。

本発明は、高周波焼入れによる軸曲がりを出来るだけ少なくすることで、後工程の曲がり矯正工程を廃止或いは簡略化できるクランクシャフトを提供することを目的とする。

このため、本発明に係るクランクシャフトは、ピン部の軸方向の左右両端にそれぞれ異なる形状のクランクアームが接続され、前記ピン部表面及びピン部とクランクアームとの境界部であるフィレットＲ部には焼入れが施され、この焼入れされた部分のうちクランクシャフト軸線に近い側については、大きなウェイト部を有する側の焼入れ深さを、ウェイト部を有しないか小さいウェイト部を有する側の前記焼入れ深さよりも深くした。

本発明に係るクランクシャフトによれば、焼入れ後の軸曲がりが少ないため、その後に行っていた矯正工程を省略でき、若しくは矯正工程を簡略化できる。

以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るクランクシャフトの全体断面図、図２は高周波焼入れ治具を説明した図、図３は図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。

クランクシャフトはジャーナル部Ｊ1〜Ｊ５とピン部Ｐ１〜Ｐ４をクランクアームＫ１〜Ｋ８にて連結した構造で、全てのジャーナル部Ｊ1〜Ｊ５の回転軸Xが共通軸となるように設計され、また、クランクアームＫ１，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ８には大きな（回転軸Xと直交する方向の寸法が長い）カウンターウェイトＷ１，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ８を設け、クランクアームＫ１，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ８とピン部を挟んで対向位置にあるクランクアームＫ２，Ｋ３，Ｋ６，Ｋ７には小さな（回転軸Xと直交する方向の寸法が短い）カウンターウェイトＷ２，Ｗ３，Ｗ６，Ｗ７を設けている。

上記のクランクシャフトを製造するには、棒材（例えば、ＪＩＳ Ｓ４０Cあるいはこの付近の炭素量を有する機械構造用炭素鋼）を冷間または熱間で鍛造した後、高周波焼入れを施す。高周波焼入れ治具は図２及び図３で示すように、治具本体１０にジャーナル部Ｊ1〜Ｊ５またはピン部Ｐ１〜Ｐ４が挿入可能な凹部１１を設け、この凹部１１の端部を半円形とし、この部分に３本の位置決めピン１２を臨ませ、これら位置決めピン１２をジャーナル部またはピン部に突き当てることで、ジャーナル部またはピン部とコイル１３との間に所定の隙間が形成され、この状態でクランクシャフトを軸回りに回転せしめることでジャーナル部、ピン部およびこれらとクランク軸との境界部になるフィレットＲ部が同時に焼入れされる。

またコイル１３は、軸方向には１対設けられ、それぞれがジャーナル部またはピン部との間隔を独立して調整できるように構成されている。このようにジャーナル部またはピン部との間隔を変化させることで、部分的に焼入れ深さを調整することができる。因みに、ケイ素鋼板１４は、加熱効率向上のために装着されたものである。

本発明にあっては、クランクシャフト軸線Ｘに近い側については、大きなウェイト部Ｗ１，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ８を有する側の焼入れ深さを、ウェイト部を有しないか小さいウェイト部Ｗ２，Ｗ３，Ｗ６，Ｗ７を有する側の前記焼入れ深さよりも深くしている。尚、クランクシャフト軸線Ｘから離れた側については、実施例では焼入れ深さを等しくしているが、クランクシャフト軸線Ｘから離れた側についても大きなウェイト部を有する側の焼入れ深さを、ウェイト部を有しないか小さいウェイト部を有する側の前記焼入れ深さよりも深くしてもよい。

また、図１に示したクランクシャフト軸線Ｘに近い側のみ左右非対称に焼入れするには、コイルとの間隔を変えてもよいが、クランクシャフトとの回転位置に応じて焼入れのエネルギー量を左右のコイル毎に別々に制御するようにしてもよい。尚、図３に示すようにクランクアーム軸線Ｘに近い側も遠い側も左右非対称に焼入れするには、例えば、コイルとの間隔を変化させる。

上記のように焼入れ深さを部分的に異ならせることで、図５（ｂ）に示すように変形はするが、図５（ａ）に示した従来のクランクアームの変形量よりは少なくなり、その結果、図４（ｃ）に示すようにクランクシャフト全体の曲がり量も少なくなる。

【００２０】
【図１】本発明に係るクランクシャフトの全体断面図
【図２】高周波焼入れ治具を説明した図
【図３】本発明に係るクランクシャフトの拡大断面図
【図４】（ａ）は焼入れ前のクランクシャフトのジャーナル部とピン部の中心線をつ
ないだ折れ線で示した図、（ｂ）は従来のクランクシャフトの焼入れ後の曲がり具合
を示した図、（ｃ）は本願のクランクシャフトの焼入れ後の曲がり具合を示した図
【図５】（ａ）は従来のクランクシャフトのピン部の左右における変形量を説明した
図、（ｂ）は本願のクランクシャフトのピン部の左右における変形量を説明した図

符号の説明

Ｊ１〜Ｊ５…ジャーナル部、Ｐ１〜Ｐ４…ピン部、Ｋ１〜Ｋ８…クランクアーム、Ｗ１〜Ｗ８…カウンターウェイト、１０…高周波焼入れ治具の本体、１１…凹部、１２…位置決めピン、１３…コイル、１４…ケイ素鋼板、Ｘ…回転軸。

Claims (1)

1. ジャーナル部とピン部とをクランクアームで連結したクランクシャフトにおいて、前記ピン部の軸方向の左右両端にはそれぞれ異なる形状のクランクアームが設けられ、前記ピン部表面及びピン部とクランクアームとの境界部であるフィレットＲ部に焼入れが施され、この焼入れされた部分のうちクランクシャフト軸線に近い側については、軸方向の左右両端のうち大きなウェイト部を有する側の焼入れ深さを、ウェイト部を有しないか小さいウェイト部を有する側の前記焼入れ深さよりも深くしていることを特徴とするクランクシャフト。