JP4477989B2 - クランクシャフトの高周波焼入装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリンエンジン又はジーゼルエンジン用のクランクシャフトのピン部又はジャーナル部を高周波焼入れする高周波焼入装置に関する。

図５に示すように、この種の４気筒（４Ｌ）のクランクシャフト１００は、鍛造加工によりピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０とが一体成型されている。
従来、前記クランクシャフト１００のピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の高周波焼入れは、該クランクシャフト１００を、その中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、それぞれ高周波誘導加熱コイル（以下、単に高周波加熱コイルという）を載置し、前記回転に追従して誘導加熱後、冷却を行い高周波焼入れを施工している。

前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０の形状は、該ピン部同士は同じのため、前記ピン部１８０を例に説明する。図６に前記クランクシャフト１００の一部断面を示すように、該ピン部１８０の形状は、円柱部１８１と、該円柱部１８１に続くＲ部１８２と、該Ｒ部１８２に続き前記クランクシャフト１００の軸方向に直角に形成されたスラスト部１８３から成る。

図６（ａ）に示す硬化層１８７は、前記円柱部１８１のみの焼入れによって得られたものである。このような焼入れの仕方を平焼入れと称している。他方、図６（ｂ）に示す硬化層１８７は、前記円柱部１８１とＲ部１８２とスラスト部１８３が連続して焼入れによって得られたものである。このような焼入れの仕方をフィレットＲ焼入れと称している。
通常、前記クランクシャフト１００は、エンジンの排気量により多種のクランクシャフトがあり、そのピン部及びジャーナル部の形状も多種異なっている。

前記クランクシャフト１００に高周波焼入れを行い、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す硬化層１８７を得るためには、ピン径及びピンスラスト幅に対応した高周波加熱コイルを使用する必要があり、該ピン径及びジャーナル径が異なるクランクシャフトには、該ピン径及びジャーナル径に対応した数の高周波加熱コイルが必要であった。このため、焼入作業においては、予め異なる焼入部位ごとに高周波加熱コイルを製作し、それぞれ高周波加熱コイルを交換することで対処していた。

ところで、図７に、追従ユニット３０ヘの高周波加熱コイル２の取付を示す。図７に示すように、薄型変成器３１は、追従ユニット３０内のべース板３２に固定されている。前記薄型変成器３１は、前記べース板３２を介して、追従アーム３３ａ，３３ｂにより吊り下げられている。該べース板３２には、前記薄型変成器３１と高周波加熱コイル２との接続操作が容易に行えるように、該高周波加熱コイル２を固定するための固定アーム３４が取り付られている。前記高周波加熱コイル２の取り外しは、前記アーム固定ピン３５を緩めてＤ方向に倒し、前記固定アーム３４をＥ方向に下げ、該高周波加熱コイル２をＦ方向に前記固定アーム３４上で引き出して、該高周波加熱コイル２を前記追従ユニット３０から外すことができる構造になっている。前記追従ユニット３０は、１台の薄型変成器３１に前記高周波加熱コイル２を１台を取り付ける構造になっている。

しかしながら、前記クランクシャフト１００が多種となると、高周波焼入装置として、以下のような問題点があった。
１）高周波加熱コイル２の台数が増えることにより、コストが増大する。
２）クランクシャフト１００の機種切り替えに伴う高周波加熱コイル２の交換時間及び品質確認のための時間が増大する。
３）自動段取りの場合は、前記高周波加熱コイル２の台数に合わせた、追従機構及び電源系統の増加により、高周波焼入装置のスペースが拡大するとともに、コストが増大する。

次いで、前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０及び前記ジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の円柱部と前記高周波加熱コイル２との関係について述べる。
前記ピン部と前記ジャーナル部は、共に円柱形状であるから、以下については、前記ピン部を例にとり説明する。

図８（ａ）に、Ａワーク（クランクシャフト）用高周波加熱コイル頭部４とＡワークのピン径の位置関係を示し、図８（ｂ）に、Ａワーク用高周波加熱コイル頭部４とＢワーク（クランクシャフト）のピン径の位置関係を示す。（この場合、Ａワークピン径＞Ｂワークピン径）

図８（ａ）は、従来の位置関係である。前記Ａワークと前記Ｂワークの装置のピン径に共用して、１台の高周波加熱コイル２で焼入れするには、ピン径が大きいＡワーク用高周波誘導加熱コイル２で、ピン径の小さいＢワークを焼入れすることになる。ここで、接触子１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、前記ワークＡ又はＢの誘導加熱される円柱部と前記高周波加熱コイル頭部４との間を、僅かな隙間で保つための３箇所（３箇所とは、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の上部部分と、その上部部分の両側の両端部分）に対応配置される、セラミック製又は超硬製の部材である。

図８（ａ）に示すように、Ａワークが図で時計方向に回転することにより該Ａワーク（円柱部）は、接触子１０ｂと接触子１０ｃとで接触することになる。

その理由は、前記高周波加熱コイル２を前記ピン部円柱部に載置させて前記ワークＡを、その中心軸を中心に回転させた場合、前記追従ユニット３０全体の荷重が前記接触子１０ｂからピン部円柱部にかかるので、該接触子１０ｂと該ピン部円柱部に摩擦抵抗が生じる。前記ピン部の、時計方向の回転に伴い前記接触子１０ｂは、摩擦抵抗力によりＹ方向へ移動する。前記接触子１０ａ，１０ｂ，１０ｃは前記高周波加熱コイル２内で固定されていることから、３個の前記接触子１０ａ，１０ｂ，１０ｃがＹ方向に移動する。

したがって、前記ピン部円柱部と前記高周波誘熱コイル２との接触は、２個の接触子１０ｂ，１０ｃとなる。つまり、前記高周波加熱コイル２からみて、前記Ａワークの回転方向のＩＮ側（すなわち、Ａワークが回転する際に接触子１０ｂとＡワークとの摩擦抵抗力によりＡワークが近づく側）の前記接触子１０ｃと中央部分接触子１０ｂとで、該ピン部円柱部と接触する。このため、前記一方のＩＮ側のクリアランス（Ｇ１）が他方のＯＵＴ側（Ａワークが回転する際に接触子１０ｂとＡワークとの摩擦抵抗力によりＡワークから遠ざかる側）のクリアランス（Ｇ２）より小さくなる。

図８（ｂ）に示すように、前記Ｂワークの場合、従来のＡワーク用高周波加熱コイル２では、高周波加熱コイル頭部４の２個の加熱導体の中で、前記一方のＩＮ側の１個の加熱導体とピン径のクリアランス（Ｇ３）が、前記他方のＯＵＴ側のクリアランス（Ｇ４）より狭くなりすぎて、高周波焼入れに使用できる範囲ではない。該クリアランスが狭くなりすぎると、該Ｂワークと加熱導体の接触及び該ワークＢに溶解を引き起こすという問題点があった。

また、別の方法として、高周波加熱コイル頭部４について、２個の加熱導体のワーク対向面の曲率を大きくし、ピン径とのクリアランスを広くすることで、ピン径と加熱導体の接触及び焼入ワークの溶解を防ぐことが可能であるが、クリアランスが広くなることによる加熱効率の低下、及び加熱バランスの崩れによる焼入れパターン（焼入幅と硬化深さ）の変形等の問題点があった。

本発明はかかる点を鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、ピン径の異なるクランクシャフトを１台のピン用高周波誘導加熱コイルで加熱後冷却し、また、ジャーナル径の異なるクランクシャフトを１台のジャーナル用高周波誘導加熱コイルで加熱後冷却することにより、ピン部及びジャーナル部の高周波誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイクルタイムの短縮及び設備コストの削減を図るクランクシャフトの高周波焼入装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の構成は、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の上部部分に配設された接触子（１０ｂ）と、前記円柱部の両側に配置された接触子（１０ａ，１０ｃ）を介して、半円状の高周波誘導加熱コイルの頭部（４）を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の外周上に載置して前記円柱部と前記高周波加熱コイルの頭部（４）との間に隙間を保った状態に設定し、この状態の下で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円柱部外周に追従させつつ、前記ピン部又はジャーナル部の表面を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部又はジャーナル部の表面を冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼入れする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の頭部（４）を、２組の加熱導体から形成すると共に、前記円柱部が回転する際に前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部に近づく側であるクランクシャフトの回転方向のＩＮ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率を、前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部から遠ざかる側であるクランクシャフトの回転方向のＯＵＴ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率より大きく設定し、かつ前記円柱部が回転する際に、前記ＩＮ側に位置する１組の加熱導体と、ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのうち最大径のピン部又はジャーナル部を有するクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第１のクリアランス（Ｇ５）を、前記ＯＵＴ側に位置する１組の加熱導体と、前記ピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第２のクリアランス（Ｇ６）より大きくなるように加熱導体と接触子（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の位置を設定することにより、
ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトを１台のピン用又はジャーナル用高周波加熱コイルで高周波誘導加熱して焼入れすることにある。

ピン径又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのピン部又はジャーナル部をそれぞれ平焼入れする装置であり、ピン用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がピン最大径から該最大径の７０％までのピン径で、ジャーナル用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の７０％までのジャーナル径であることである。

ピン径又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのピン部又は前記ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れする装置であり、ピン用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がピン最大径から該最大径の８５％までのピン径で、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の８５％までのジャーナル径であることである。

本発明のクランクシャフトの高周波焼入装置によれば、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の上部部分に配設された接触子（１０ｂ）と、前記円柱部の両側に配置された接触子（１０ａ，１０ｃ）を介して、半円状の高周波誘導加熱コイルの頭部（４）を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の外周上に載置して前記円柱部と前記高周波加熱コイルの頭部（４）との間に隙間を保った状態に設定し、この状態の下で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円柱部外周に追従させつつ、前記ピン部又はジャーナル部の表面を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部又はジャーナル部の表面を冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼入れする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の頭部（４）を、２組の加熱導体から形成すると共に、前記円柱部が回転する際に前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部に近づく側であるクランクシャフトの回転方向のＩＮ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率を、前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部から遠ざかる側であるクランクシャフトの回転方向のＯＵＴ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率より大きく設定し、かつ前記円柱部が回転する際に、前記ＩＮ側に位置する１組の加熱導体と、ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのうち最大径のピン部又はジャーナル部を有するクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第１のクリアランス（Ｇ５）を、前記ＯＵＴ側に位置する１組の加熱導体と、前記ピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第２のクリアランス（Ｇ６）より大きくなるように加熱導体と接触子（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の位置を設定することにより、ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトを１台のピン用又はジャーナル用高周波加熱コイルで高周波誘導加熱して焼入れするので、ピン径が異なるクランクシャフトのピン部を、１台のピン用高周波誘導加熱コイルにより加熱、冷却して焼入処理することができ、ジャーナル径が異なるクランクシャフトのジャーナル部を、１台のジャーナル用高周波誘導加熱コイルにより加熱、冷却して焼入処理することができ、従ってピン部又はジャーナル部の高周波誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイクルタイムの短縮及び設備コストの削減を図ることができる。

そして、本発明によれば、クランクシャフのピン部及びジャーナル部に対して品質の優れた高周波焼入を行うことができ、全体の作業性を向上させることができるという優れた効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明のクランクシャフトの高周波焼入方法とその装置の一実施の形態を示す、高周波焼入装置の構成外観図、図２は、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部を平焼入れするために使用される半開放鞍形の高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波加熱コイルという)の構成図、図３は、前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される半開放鞍形の高周波加熱コイルの構成図であり、図５ないし図７に記載された構成要素と同一要素には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態に示す高周波焼入装置１により、４気筒エンジンのクランクシャフト（被加工物としてのワーク）１００の全ピン部及びジャーナル部の高周波焼入処理を行う。

図１において、前記高周波焼入装置１は、被加工物である、材質が鋼材または炭素鋼材からなる前記ワーク１００を、高周波誘導加熱、冷却の工程の内で、前記ワーク１００の前記ピン部及び前記ジャーナル部のそれぞれの円柱部を、図２に示す１台の前記高周波加熱コイル２を使用して、順次、平焼入れするとともに、前記それぞれの円柱部を、図３に示す１台の前記高周波加熱コイル２００を使用して、順次、フィレットＲ焼入れする装置である。
ここでは、主として、前記ピン部の平焼入れする場合について説明する。前記ワーク１００の前記ジャーナル部の円柱部の平焼入れや、前記ピン部及び前記ジャーナル部のそれぞれの円柱部のフィレットＲ焼入れについては、前記ピン部の平焼入れする場合と同様であるので、その説明を省略する。

該高周波焼入装置１は、前記ワーク１００の全ピン部１２０，１４０，１６０，１８０のそれぞれを平焼入するため、図２に示す１台の高周波加熱コイル２と、高周波電源６として、１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの高周波電力を前記高周波加熱コイル２に供給する１台の高周波発振機と、制御装置１１と、前記高周波加熱コイル２を位置決めする位置決め機構１２と、該ワーク１００を支持するチャック機構１３と、前記チャック機構１３のチャック１３ａ，１３ｂを保持するとともに、該ワーク１００の中心軸Ｘを中心にある一定回転で回転駆動させる回転駆動装置１４と、その回転検出器１５と、該ワーク１００を搬入し、所定位置に配置するとともに、焼入後、外部に搬出する搬送装置１６とから構成される。なお、１７は、該ワーク１００の取付時などに使用される往復動機構である。

前記構成のうち、前記高周波加熱コイル２は、前記ワーク１００の前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０のそれぞれに、順次、前記制御装置１１の指令に基づく前記位置決め機構１２により、前記追従ユニット３０を介して選択的に載置されるとともに、ピン径の異なるそれぞれの円柱部を平焼入れする。
また、前記高周波加熱コイル２００は、同様に前記ワーク１００の前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０のそれぞれに、順次、前記制御装置１１の指令に基づく前記位置決め機構１２により、前記追従ユニット３０を介して選択的に載置され、ピン径の異なるそれぞれの円柱部をフィレットＲ焼入れする。

図２に示す前記平焼入れ用高周波加熱コイル２及び図３に示す前記フィレットＲ焼入れ用高周波加熱コイル２００は、ともに、黄銅製の一対の側板(コイル保持板)３ａ，３ｂと、この側板３ａ，３ｂ間に取付けられた半開放殼形の高周波加熱コイル頭部４，４と、該高周波加熱コイル頭部４，４に給電線５，５を介して、高周波電力を供給する高周波電源（高周波発振機）６と、前記側板３ａ，３ｂの下端に取付られて前記高周波加熱コイル頭部４，４の下方位置に配置された焼入冷却用の一対の冷却液噴射ジャケット（噴射環）７，７と、前記高周波電源６と前記給電線５とを接続するための一対の接続端子８，８と、接続端子８，８および給電線５，５を保持するために前記側板３ａ，３ｂの上端側に取付けられた絶縁性材料からなるブロック９と、前記ワーク１００の誘導加熱される円柱部（
例えば、前記ピン部１８０）と前記高周波加熱コイル頭部４，４との間を、僅かな隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、クランクシャフトのピン部１８０の円柱部の上部部分と、その上部部分の両側の両端部分）に対応配置される、セラミック製又は超硬製の接触子１０ａ，１０ｂ，１０ｃとをそれぞれ具備している。

ここで、前記高周波加熱コイル２又は２００は、それぞれの上方で、前記追従ユニット３０によって直下状態で保持されている。そして、前記ワーク１００の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、前記追従ユニット３０により、前記高周波加熱コイル頭部４，４が、前記ワーク１００の誘導加熱される円柱部、例えば、前記ピン部１８０の円柱部上に載置された状態のまま、前記高周波加熱コイル２又は２００が該ピン部１８０の円柱部に追従して移動し得るように構成されている。（以下、代表的に、前記ピン部１８０について説明する）

なお、前記ワーク１００の回転時には、前記ピン部１８０の円柱部外周面に、例えば２個の接触子１０ｂ，１０ｃが当接され、これにより前記高周波加熱コイル頭部４の半円状部と前記ピン部１８０の外周面とが、僅かな所定間隔を隔てて前記ピン部１８０上に載置された状態で、該ピン部１８０が高周波加熱コイル頭部にて高周波誘導加熱されるようになっている。

また、前記一対の冷却液噴射ジャケット７，７には、冷却液供給用パイプ２０がそれぞれ接続されており、冷却液が、図示しない冷却液供給源から、これらのパイプ２０を通して前記冷却液噴射ジャケット７，７に供給されるので、この冷却液噴射ジャケット７，７から所定のタイミングで冷却液が前記ピン部１８０に向けて噴射されるように構成されている。

なお、前記制御装置１１は、前記ワーク１００の前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０を、順次、選択して、前記位置決め機構１２に指令する。
前記位置決め機構１２は、前記制御装置１１からの指令により、前記選択された前記ピン部に対応する位置に、前記追従ユニット３０を介して前記高周波加熱コイル２又は２００を位置決めして、選択された該ピン部上に載置する。
前記制御装置１１は、さらに、内蔵される高周波加熱制御プログラムにしたがって、前記高周波電源６から、前記高周波加熱コイル２又は２００に加熱電力を切替、制御する。なお、同時に、前記制御装置１１には、前記回転検出器１５から、前記ワーク１００がその中心軸Ｘを中心として回転するとき、その回動角度位置信号または回転数信号が入力されている。

前記チャック機構１３は、チャック１３ａ，１３ｂからなり、前記ワーク１００は、その長手方向の両端を、前記チャック１３ａ，１３ｂにより、固定、支持される。そして、前記一方のチャック１３ａは、回転駆動装置１４のヘッドセンタユニット１４ａに、前記他方のチャック１３ｂは、前記回転駆動装置１４のテールセンタユニット１４ｂにそれぞれ回転自在に保持される。
前記回転駆動装置１４により、該ワーク１００の中心軸Ｘを中心にある一定回転で回転駆動させるとき、前記回転検出器１５により、その回動角度位置または回転数を検知して、その検出信号を前記制御装置１１に出力する。

また、前記回転駆動装置１４のヘッドセンタユニット１４ａとテールセンタユニット１４ｂは、前記ワーク１００の取付けのため、その長手方向に、往復動機構１７のそれぞれの流体圧シリンダ装置（流体圧によりピストンを駆動させる）１７ａ，１７ｂにより駆動可能になっている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に、本実施の形態に係るＡ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部４，４とＡワークのピン径、及びＡ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部４，４とＢワークのピン径の位置関係を示す。
図４（ａ）に示すように、Ａ，Ｂワーク共用高周波加熱コイル２又は２００は、両側の接触子間（１０ａと１０ｃとの間）の距離を、ピン径が大きい前記Ａワークのピン径より大きくし、該ピン部１８０の円柱部が中央部分接触子１０ｂと接触する配置とする。さらに、ワーク回転方向のＩＮ側に位置する１組の加熱導体と前記ピン部１８０の円柱部とのクリアランス（Ｇ５）を、ワーク回転方向のＯＵＴ側に位置する前記ピン部１８０の円柱部とのクリアランス（Ｇ６）より大きくする。

その理由は、図４（ｂ）に示すように、前記ピン径が小さいＢワークの場合、ワーク回転方向のＩＮ側に位置する１組の加熱導体と、前記ピン部の円柱部とのクリアランス（Ｇ7）を所定の範囲とするためである。前記一方のＩＮ側の１組の加熱導体のワーク対向面の曲率（曲率半径の逆数）を、前記他方のＯＵＴ側より大きくすることで、該加熱導体と前記ピン部の円柱部とのクリアランス（Ｇ７）を所定の範囲とすることができる。

前記他方のＯＵＴ側の１組の加熱導体のワーク対向面と、前記ピン部の円柱部とのクリアランス（Ｇ８）は、該ピン部の円柱部の外径が小さくなるほど大きくなる。前記クリアランス（Ｇ８）が大きくなりすぎると、高周波誘導加熱範囲を特定することが困難であり、所定の焼入硬化層パターンを満足できなくなるので、前記ピン部の円柱部の外径を限定することで、前記クリアランス（Ｇ８）を所定の範囲にすることができる。
これにより、前記Ｂワークとコイル加熱導体の接触及びワークに溶解がなく、前記高周波加熱コイル２又は２００で、ピン径の異なるワークを焼入れすることが可能となる。

なお、前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞれ異なる前記クランクシャフトの前記ピン部及び前記ジャーナル部をそれぞれ平焼入れする場合においては、前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適用又は使用できる許容範囲は、ピン最大径から該最大径の７０％までのピン径に、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適用又は使用できる許容範囲は、ジャーナル最大径から該最大径の７０％までのジャーナル径にするのがよい。

また、前記ピン径及び前記ジャーナル径がそれぞれ異なる前記クランクシャフトを前記ピン部及び前記ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れする場合においては、前記ピン用高周波誘導加熱コイルの適用又は使用できる許容範囲は、ピン最大径から該最大径の８５％までのピン径に、また、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルの適用又は使用できる許容範囲は、ジャーナル最大径から該最大径の８５％までのジャーナル径にするのがよい。

前記高周波加熱コイル２又は２００を用いて、前記ピン部の円柱部の平焼入れ及びフィレットＲ焼入れを、下記実施例により実施したところ、表面硬さ及び硬化深さの熱処理品質は、従来と同程度であった。

［実施例］ 以下に、本実施の形態に係わる具体的な実施例を示す。
I）平焼入れ
（１）ワーク：６気筒クランクシャフト
（ａ）材質Ｓ４０Ｃ
（ｂ）ピン部寸法：Ａワークのピン径φ５３ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ
Ｂワークのピン径φ５０ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ
（２）高周波誘導加熱条件
Ａワーク（ピン径φ５３ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：４５ｋＷ
（ｃ）加熱時間：８秒
（ｄ）回転数：３０ｒｐｍ
Ｂワーク（ピン径φ５０ｍｍ、ピン幅２１ｍｍ）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：４２ｋＷ
（ｃ）加熱時間：８秒
（ｄ）回転数：３０ｒｐｍ
（３）冷却条件
（ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：各ピン部５０Ｌ／min
（ｄ）冷却時間：１０秒

前記加工条件により前記ピン部の円柱部を平焼入れを行った。焼入部の硬化層パターンは、図６（ａ）に示す形状となり、円柱部中央の硬化層の深さは、ピントップ部及びボトム部で、２．０ｍｍを確保し、表面硬度は、Ｈｖ６５０以上となり、熱処理品質を満足した。

II）フィレットＲ焼入れ
（１）ワーク：４気筒クランクシャフト
（ａ）材質Ｓ３７Ｃ
（ｂ）ピン部寸法：Ａワークのピン径φ４８ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ
Ｂワークのピン径φ４５ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ
（２）高周波誘導加熱条件
Ａワーク（ピン径φ４８ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：８１〜５９ｋＷ
（ｃ）加熱時間：１４秒
（ｄ）回転数：３０ｒｐｍ
Ｂワーク（ピン径φ４５ｍｍ、ピン幅２０ｍｍ）
（ａ）周波数：２０ｋＨｚ
（ｂ）出力：７６〜５６ｋＷ
（ｃ）加熱時間：１４秒
（ｄ）回転数：３０ｒｐｍ
（３）冷却条件
（ａ）冷却液：ユーコンクェンチャントＡ（８％）
（ｂ）液温：３０℃
（ｃ）流量：各ピン部８０Ｌ／min
（ｄ）冷却時間：２０秒

前記加工条件により前記ピン部にフィレットＲ焼入れを行った。焼入部の硬化層パターンは、図６（ｂ）に示す形状となり、フィレットＲ部の硬化層の深さは、ピントップ部及びボトム部で、２．０ｍｍを確保し、表面硬度は、Ｈｖ６００以上となり、熱処理品質を満足した。
本実施例の方法により、ピン径の異なる部位を、それぞれ１台の高周波加熱コイルで、平焼入れ又はフィレットＲ焼入れにすることが可能となった。

本実施形態のクランクシャフトの高周波焼入装置は、以上のように構成されているので、前記高周波加熱コイル頭部のワーク回転方向のＩＮ側である１組の加熱導体を、他方の１組であるワーク回転方向のＯＵＴ側の加熱導体よりワーク対向面の曲率を大きくすることで、ピン径とＩＮ側の前記１組の加熱コイル導体のクリアランス（Ｇ３）を所定の隙間とし、１台の高周波加熱コイルでピン部の高周波誘導加熱を可能にする。また、前記ジャーナル部についても、同様にして、１台の高周波加熱コイルでジャーナル部の高周波誘導加熱を可能にしている。

本発明は、ピン径の異なるクランクシャフトを１台の高周波加熱コイルで、加熱後、冷却することにより、前記ピン部又は前記ジャーナル部のそれぞれの高周波誘導加熱コイルの段取り交換をなくして、サイクルタイムの短縮及び設備コストの削減を図ることができる。

なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は、前記構成の範囲内において、種々の変更、付加が可能である。

本発明のクランクシャフトの高周波焼入方法とその装置の一実施の形態を示す、高周波焼入装置の構成外観図である。 前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部を平焼入れするために使用される半開放殼形の高周波誘導加熱コイルの構成図である。 前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部をフィレットＲ焼入れするために使用される半開放殼形の高周波誘導加熱コイルの構成図である。 本実施の形態を説明する高周波加熱コイル頭部とピン径が異なるワークとの位置関係を示す図で、図４（ａ）は、Ａ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部とピン径の大きいＡワークとの位置関係を示す図、図４（ｂ）は、Ａ，Ｂワーク共用の高周波加熱コイル頭部とピン径の小さいＢワークとの位置関係を示す図である。 ４気筒エンジン用のクランクシャフトの正面図である。 図５のクランクシャフトの従来の焼入部の形状と硬化層パターンを示す部分断面図で、図６（ａ）は、平焼入れを示す断面図、図６（ｂ）は、フィレット焼入れを示す断面図ある。 高周波誘導加熱コイルの、追従ユニットへの取付を示す部分側面図である。 従来の方法に基づく、高周波加熱コイル頭部とピン径が異なるワークとの位置関係を示す図で、図８（ａ）は、高周波加熱コイル頭部とピン径の大きいＡワークとの位置関係を示す図、図８（ｂ）は、高周波加熱コイル頭部とピン径の小さいＢワークとの位置関係を示す図である。

符号の説明

１ 高周波焼入装置
２，２００ 高周波加熱コイル
４ 高周波加熱コイル頭部
６ 高周波電源（高周波発振機）
７ 冷却液噴射ジャケット（冷却液噴射環）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 接触子
１１ 制御装置
１２ 位置決め機構
１４ 回転駆動装置
３０ 追従ユニット

Claims (3)

1. クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の上部部分に配設された接触子（１０ｂ）と、前記円柱部の両側に配置された接触子（１０ａ，１０ｃ）を介して、半円状の高周波誘導加熱コイルの頭部（４）を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部の外周上に載置して前記円柱部と前記高周波加熱コイルの頭部（４）との間に隙間を保った状態に設定し、この状態の下で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円柱部外周に追従させつつ、前記ピン部又はジャーナル部の表面を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部又はジャーナル部の表面を冷却して、前記ピン部又はジャーナル部の表面を焼入れする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の頭部（４）を、２組の加熱導体から形成すると共に、前記円柱部が回転する際に前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部に近づく側であるクランクシャフトの回転方向のＩＮ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率を、前記円柱部の上部部分に接触する接触子（１０ｂ）と前記円柱部との摩擦抵抗力により前記円柱部から遠ざかる側であるクランクシャフトの回転方向のＯＵＴ側に配置される１組の加熱導体の、前記円柱部の外周面に対向する面の曲率より大きく設定し、
   かつ前記円柱部が回転する際に、前記ＩＮ側に位置する１組の加熱導体と、ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのうち最大径のピン部又はジャーナル部を有するクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第１のクリアランス（Ｇ５）を、前記ＯＵＴ側に位置する１組の加熱導体と、前記ピン部又はジャーナル部の円柱部との間の第２のクリアランス（Ｇ６）より大きくなるように加熱導体と接触子（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の位置を設定することにより、
   ピン部又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトを１台のピン用又はジャーナル用高周波加熱コイルで高周波誘導加熱して焼入れすること
   を特徴とするクランクシャフトの高周波焼入装置。
2. ピン径又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのピン部又はジャーナル部をそれぞれ平焼入れする装置であり、ピン用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がピン最大径から該最大径の７０％までのピン径で、ジャーナル用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の７０％までのジャーナル径であ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入装置。
3. ピン径又はジャーナル部の径が異なる機種のクランクシャフトのピン部又は前記ジャーナル部をそれぞれフィレットＲ焼入れする装置であり、ピン用の高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がピン最大径から該最大径の８５％までのピン径で、前記ジャーナル用高周波誘導加熱コイルは、適用できる許容範囲がジャーナル最大径から該最大径の８５％までのジャーナル径であ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入装置。

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