JP4504746B2 - Crankshaft heat treatment apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部に対して熱処理を行う熱処理装置等に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus for performing a heat treatment on the pin portion and the journal portion of the crankshaft.
従来、クランクシャフトは次のような焼入装置によりピン部及びジャーナル部の表面が焼入処理される。特に、ピン部のトップ部はR焼入がなされる( 図3を借りて参照する) 。この焼入装置は、ピン部に対向するピン用のコイルと、ジャーナル部に対向するジャーナル用のコイルと、クランクシャフトを把持し回転させる回転機構と、前記コイルに対して高周波電力を供給する発振器とを備えており、前記回転機構によりクランクシャフトを回転させつつ前記コイルに高周波電力を供給し、これによりピン部及びジャーナル部を焼入するようになっている( 特許文献1参照) 。 Conventionally, the crankshaft is subjected to a quenching process on the surfaces of the pin portion and the journal portion by the following quenching apparatus. In particular, the top portion of the pin portion is R-hardened (referred to FIG. 3). The quenching apparatus includes a pin coil facing the pin part, a journal coil facing the journal part, a rotating mechanism that grips and rotates the crankshaft, and an oscillator that supplies high-frequency power to the coil. The high-frequency power is supplied to the coil while rotating the crankshaft by the rotating mechanism, thereby quenching the pin portion and the journal portion (see Patent Document 1).
ところが、近年のクランクシャフトはエンジンの小型化に伴って小型化されている。クランクシャフトが小型化されると、クランクシャフトのピン部のクランクアームαの肉厚が薄くなる( 図3を借りて参照する) 。そのため、従来例の如く当該ピン部に対してR焼入を行った後、低温環境下におくと、当該トップ部の焼入箇所に不均一に存在する残留応力により当該焼入箇所の一部に割れが生じる恐れがある。 However, crankshafts in recent years have been downsized with the downsizing of engines. When the crankshaft is miniaturized, the thickness of the crank arm α at the pin portion of the crankshaft is reduced (referred to with reference to FIG. 3). Therefore, after performing R quenching on the pin part as in the conventional example, if it is placed in a low temperature environment, a part of the quenching part is caused by residual stress that is unevenly present in the quenching part of the top part. There is a risk of cracking.
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放すると共に、当該焼入箇所の靱性を改善することが可能なクランクシャフトの熱処理装置等を提供することにある。 The present invention was devised in view of the above circumstances, and the object thereof is to release residual stress at the quenching portion of the top portion of the pin portion of the crankshaft and toughness of the quenching portion. An object of the present invention is to provide a crankshaft heat treatment apparatus and the like capable of improving the above.
上記課題を解決するために、本発明のクランクシャフトの熱処理装置は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部に対して焼入が施された後、当該ピン部のトップ部に対して再加熱を行う熱処理装置であって、クランクシャフトを保持する保持機構と、クランクシャフトと同軸状に配置される略円筒状のコイルと、このコイルに商用周波数の電力を供給する電力部と、再加熱時のクランクシャフトの加熱位置の表面温度を計測する計測手段と、この計測手段の計測結果が設定温度に達すると前記電力部をオフにする制御部とを備えており、前記電力部が前記制御部によりオフにされ、これに伴って前記コイルによる加熱がストップした後、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるように、前記設定温度が設定されている。 In order to solve the above-described problems, the crankshaft heat treatment apparatus according to the present invention reheats the top portion of the pin portion after quenching the pin portion and the journal portion of the crankshaft. A heat treatment apparatus, a holding mechanism for holding a crankshaft, a substantially cylindrical coil arranged coaxially with the crankshaft, a power unit for supplying electric power of commercial frequency to the coil, and a crank at the time of reheating measuring means for measuring the surface temperature of the heating position of the shaft, and a control unit for turning off the power unit and the measurement result of the measuring means reaches a set temperature, the power unit is turned off by the control unit Accordingly, after the heating by the coil is stopped, the temperature of the quenching portion at the top of the pin portion of the crankshaft is indispensable for releasing the residual stress at the quenching portion. As the temperatures, the setting temperature is set.
同装置に使用されるコイルについては、ソレノイド状に構成されており、前記クランクシャフトの全長に対応したコイル長を有した中間部と、前記中間部の長さ方向の両側に各々配置された両端部とを有し、前記両端部のピッチ間隔が前記中間部のピッチ間隔と比べて狭くなっている。 Across the coil used in the apparatus is configured to solenoidal, and an intermediate portion having a coil length corresponding to the entire length of the crankshaft, which are respectively disposed on opposite sides of the longitudinal direction of the intermediate portion and a section, the pitch interval of the both end portions is narrower than the pitch interval of the intermediate portion.
本発明のクランクシャフトの熱処理方法は、ピン部及びジャーナル部に対して焼入が施されたクランクシャフトを支持ブロックに載置し、この状態で当該クランクシャフトをソレノイド状のコイル内に挿入して加熱位置に配置し、その後、当該コイルに商用周波数の電力を供給することにより当該クランクシャフトのピン部のトップ部を再加熱し、当該クランクシャフトの加熱位置の表面温度の計測結果が設定温度に達すると前記コイルの電力の供給を停止し、これにより、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるようにしている。In the crankshaft heat treatment method according to the present invention, a crankshaft having been hardened on a pin portion and a journal portion is placed on a support block, and in this state, the crankshaft is inserted into a solenoid coil. The top part of the pin portion of the crankshaft is reheated by supplying commercial frequency power to the coil, and the measurement result of the surface temperature of the crankshaft heating position is set to the set temperature. When it reaches, the supply of electric power to the coil is stopped, so that the temperature of the quenching portion of the top portion of the pin portion of the crankshaft becomes a temperature necessary for releasing the residual stress of the quenching portion. .
本発明の請求項1に係るクランクシャフトの熱処理装置による場合、焼入後のクランクシャフトの全体をコイル内に挿入した状態でコイルに商用周波数を供給してクランクシャフトのうちピン部のトップ側を再加熱する構成となっているので、クランクシャフトのピン部のトップ部及びその周辺の残留応力を開放することができ、その箇所の靱性も改善することができる。よって、所望の焼入が施されたクランクシャフトを得ることができる。
In the case of the crankshaft heat treatment apparatus according to
本発明の請求項2に係るクランクシャフトの熱処理装置による場合、前記コイルがソレノイド状に構成されており、長さ方向の両端部のピッチ間隔が当該両端部の間の中間部のピッチ間隔と比べて狭くなっている。このため、当該コイルにより発生した磁界による発熱がクランクシャフトの各ピン部のトップ部に対して略同じとすることができるので、当該クランクシャフトの各ピン部のトップ部を均一に加熱することができる。
In the crankshaft heat treatment apparatus according to
本発明の請求項3に係るクランクシャフトの熱処理方法による場合、請求項1と同様の構成となっているので、請求項1と同様の効果を奏する。
The crankshaft heat treatment method according to claim 3 of the present invention has the same configuration as that of
以下、本発明の実施の形態に係るクランクシャフトの熱処理装置及びその方法について図面を参照しながら説明する。図1はクランクシャフトの熱処理装置の模式図、図2は同装置の模式的縦断面図、図3は焼入が施されたクランクシャフトのピン部の概略的側面図である。 Hereinafter, a crankshaft heat treatment apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a crankshaft heat treatment apparatus, FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the apparatus, and FIG. 3 is a schematic side view of a pinned crankshaft pinned.
図1に示すクランクシャフトの熱処理装置は、クランクシャフトW( ここでは4気筒エンジン用のクランクシャフトとする) のピン部P1〜P4及びジャーナル部J1〜J5の表面に対して焼入が施された後、当該ピン部P1〜P4のトップ部に対して再加熱を行う装置であって、クランクシャフトWと同軸に配置されるソレノイド状のコイル10と、クランクシャフトWの両端部を支持し、その状態でクランクシャフトWを搬送する搬送機構20( 保持機構を含む) と、コイル10に商用周波数の電力を供給する電力装置30と、再加熱時のクランクシャフトWの表面温度を計測する計測手段40と、この計測手段40の出力信号に基づき電源装置30のオン・オフを制御する制御部50とを備えている。以下、各部を詳しく説明する。なお、ピン部P1〜P4及びジャーナル部J1〜J5についてはR焼入がなされている( 図3参照) 。
In the crankshaft heat treatment apparatus shown in FIG. 1, the surfaces of the pin portions P1 to P4 and the journal portions J1 to J5 of the crankshaft W (here, a crankshaft for a four-cylinder engine) are quenched. After that, it is a device for reheating the top portions of the pin portions P1 to P4, and supports the
コイル10は、銅製のパイプをソレノイド状に湾曲させた構成となっている。このコイル10は、図2に示すように、長さ方向の両端部のピッチ間隔10aが当該両端部の間の中間部のピッチ間隔10bよりも狭くなっている。即ち、コイル10は両端部が密となっている一方、中間部が疎となっているのである。このようにコイル10を構成したことにより、当該コイル10により発生する磁界による発熱をクランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部に対して略同じにすることができる。即ち、クランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部に対する加熱温度を略同じにすることができるのである。
The
このコイル10は電源装置30に接続され、当該電源装置30から商用周波数の電力が供給される。コイル10は、商用周波数の電力が供給されると、ピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するために再加熱を行うようになっている。電源装置30の供給する電力を商用周波数の電力としたのはピン部P1〜P4の加熱領域を深くすると共に均一に加熱することができるようにするためである。このように商用周波数の電力を用いると、クランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部の焼入箇所だけでなく、その周辺も加熱されることから、当該焼入箇所及び周辺の残留応力を開放することができる。しかも、当該焼入箇所及び周辺の衝撃強度を計測してみたところ、当該焼入箇所及び周辺に靱性の改善が認められた。
The
コイル保護部材60は、コイル10とクランクシャフトWとの間に配置される絶縁性を有する円筒状の非磁性体である。
The
搬送機構20は、クランクシャフトWの両端部を各々支持する略V字状の凹部を有する支持ブロック21、21と、この支持ブロック21、21が配設されるテーブル22と、このテーブル22をX、Y、Z方向に移動させる図示しない駆動機構とを有した構成となっている。即ち、クランクシャフトWを支持ブロック21、21に載置した状態で駆動機構を駆動させることにより、クランクシャフトWを搬入位置、加熱位置、搬出位置にかけて搬送することができるようになっている。この搬送機構20は、クランクシャフトWを加熱位置に搬送すると、当該クランクシャフトWをコイル10と同軸状に配置するようになっている。
The
計測手段40は放射温度計であり、加熱位置に向けて配設されている。この計測手段40は、再加熱時のクランクシャフトWの表面温度を計測し、計測結果を制御部50に出力するようになっている。
The measuring means 40 is a radiation thermometer and is arranged toward the heating position. This measuring means 40 measures the surface temperature of the crankshaft W during reheating and outputs the measurement result to the
制御部50はコンピュータであって、入力ポートには計測手段40が、出力ポートには電源装置30が接続されている。また、制御部50のメモリ部には後述する設定温度が予め記録されている。制御部50は計測手段40の出力信号とメモリ部上の前記設定温度とを比較し、この比較結果に基づきクランクシャフトWの表面温度が前記設定温度に達したと判断すると、電源装置40をオフとするようになっている。前記設定温度は制御部50が電源装置40をオフしコイル10による加熱をストップした後、当該コイル10による加熱箇所の温度がクランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するのに必要な温度230〜280℃となる所定の温度に設定している。
The
以下、このような構成のクランクシャフトの熱処理装置の使用方法及び各部の動作について説明する。まず、ピン部P1〜P4及びジャーナル部J1〜J5の表面に対して焼入が施されたクランクシャフトWを支持ブロック21、21に載置する。この状態で前記駆動機構を駆動させ、クランクシャフトWを加熱位置に配置する( 図2参照) 。 Hereinafter, the usage method of the crankshaft heat treatment apparatus having such a configuration and the operation of each part will be described. First, the crankshaft W that has been hardened on the surfaces of the pin portions P1 to P4 and the journal portions J1 to J5 is placed on the support blocks 21 and 21. In this state, the drive mechanism is driven, and the crankshaft W is disposed at the heating position (see FIG. 2).
その後、制御部50を通じて電源装置30をオンにし、コイル10に商用周波数の電力を供給させる。これにより焼入後のクランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部が再加熱される。と同時に、計測手段40により再加熱中のクランクシャフトWの表面温度を計測する。
Thereafter, the
このとき、制御部50は計測手段40の出力信号とメモリ部上の前記設定温度とを比較し、この比較結果に基づきクランクシャフトWの表面温度が前記設定温度に達したと判断すると、電源装置40をオフにする。すると、クランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部の焼入箇所の温度がクランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するのに必要な温度230〜280℃の±5%となる。これにより当該焼入箇所及びその周辺の残留応力が開放されると共に、当該焼入箇所及びその周辺の靱性が改善される。
At this time, the
その後、前記駆動機構を再び駆動させ、クランクシャフトWを搬出位置へと搬送する。 Thereafter, the drive mechanism is driven again, and the crankshaft W is transported to the carry-out position.
このようなクランクシャフトの熱処理装置による場合、クランクシャフトWのピン部P1〜P4のトップ部の焼入箇所及びその周辺に対して再加熱を行い、クランクシャフトWの表面温度が前記設定温度に達すると、再加熱を終了するようになっている。このように再加熱することにより、クランクシャフトの焼入箇所及びその周辺の残留応力を開放することができると共に、当該焼入箇所及びその周辺の靱性を改善することができる。よって、クランクシャフトWを低温環境下においても、当該焼入箇所の薄肉部α( 図3参照) 等に割れが生じることがなく、所望の焼入が施されたクランクシャフトWを得ることができる。 In the case of such a crankshaft heat treatment apparatus, reheating is performed on the quenching portion of the top portion of the pin portion P1 to P4 of the crankshaft W and its periphery, and the surface temperature of the crankshaft W reaches the set temperature. Then, the reheating is finished. By reheating in this way, it is possible to release the residual stress at the quenching location of the crankshaft and its surroundings, and to improve the toughness at the quenching location and its surroundings. Therefore, even when the crankshaft W is in a low temperature environment, the thinned portion α (see FIG. 3) of the quenching portion is not cracked, and the crankshaft W subjected to desired quenching can be obtained. .
このクランクシャフトの熱処理装置については、クランクシャフトの少なくともピン部に対して焼入が施された後、当該ピン部のトップ部に対して再加熱を行う熱処理装置であって、クランクシャフトを保持する保持機構と、クランクシャフトと同軸状に配置される略円筒状のコイルと、このコイルに電力を供給する電力部とを備えており、前記コイルを用いて焼入後のクランクシャフトのピン部のトップ部に対し、当該ピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するために再加熱を行うようになっている限りどのような設計を行ってもかまわない。 The heat treatment device for the crankshaft is a heat treatment device that reheats the top portion of the pin portion after quenching at least the pin portion of the crankshaft, and holds the crankshaft. A holding mechanism, a substantially cylindrical coil disposed coaxially with the crankshaft, and a power portion for supplying power to the coil, and using the coil, the pin portion of the crankshaft after quenching is provided. Any design may be performed as long as reheating is performed on the top portion in order to release the residual stress at the quenching portion of the top portion of the pin portion.
即ち、コイル10については少なくとも略円筒状のコイル体であれば良い。また、コイル10には商用周波数の電力が供給されるとしたが、その他の電力を供給するようにしてもかまわない。但し、商用周波数の電力を供給する方が好ましい。
That is, the
搬送機構20については、保持機構を含むとしたが、別々の機構とすることは当然可能である。また、搬送機構20はクランクシャフトを搬入位置、加熱位置、排出位置にかけて搬送し得る限りどのような設計変形を行ってもかまわない。計測手段40についてもクランクシャフトの表面温度を計測し得る限りどのようなものを用いても良い。
The
コイル保護部材30については備えるか否かは任意である。
Whether or not the
なお、ここでは4気筒エンジン用のクランクシャフトとして説明したが、これに限定されることはなく、各種のクランクシャフトに使用可能であることは言うまでもない。 In addition, although it demonstrated as a crankshaft for 4 cylinder engines here, it cannot be overemphasized, and it cannot be overemphasized that it can be used for various crankshafts.
W クランクシャフト
P1〜P4 ピン部
10 コイル
20 搬送機構
30 電源装置
40 計測手段
50 制御部
W Crankshaft P1 to
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