JP6460529B2 - クランク軸のレーザ焼入れ方法 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸のレーザ焼入れ方法に関し、特にクランクピンにレーザ焼入れを施すレーザ焼入れ方法に関する。

多気筒エンジン等に用いられるクランク軸、例えば４気筒エンジン用クランク軸は、軸部となるジャーナルと４つのクランクピンがカウンタウェイトを介して交互に配置され、クランクピンは回転軸芯に対して偏心した位置にあり、両端の２つのクランクピンの位相は中央側の２つのクランクピンの位相に対して１８０°ずれている。

この種のクランク軸のクランクピンには、高周波焼入れやレーザ焼入れ等の表面焼入れが施される。

例えば、特許文献１に開示される高周波焼入れ装置は、クランク軸を水平に支持して回転させる手段をもつ焼入れステーションを備え、焼入れステーションでは水平に支持されたクランク軸の４つのクランクピンが、各クランクピンの外面に上方から対向し、かつクランク軸の回転に伴う各クランクピンの旋回運動にそれぞれ追従する加熱コイルによって加熱する。

また、特許文献２のように、レーザビームをクランク軸のクランクピンのフィレット部に照射して焼入する際に、クランク軸に軸方向の引張力を付与し、かつフィレット部のピン裏側面となる内半周部分にレーザビームを照射するときに引張力を増加させ、ピン表側面となる外半周部分に照射するときには引張力を減少するように制御するものが知られている。

特許第３３０９３１０号公報 特公平６−１９１１７号公報

特許文献１によると、各クランクピンを加熱コイルにより同時に焼入れすることができる。しかし、加熱コイルが常にクランクピン表面に上方から対向し、クランクピンがほぼ上方からのみ加熱されることから、クランプピンの表面に加熱の不均衡によりクランク軸が変形することが懸念される。

一方、特許文献２によると、クランク軸に軸方向の引張力を付与してクランクピンのフィレット部のみ局部的にレーザビームを照射することで、クランク軸の変形が抑制できる。しかし、クランク軸の変形に伴って順次行われるクランクピンに照射するレーザビームの照射精度が低下して、クランクピンの焼入れ品質の低下を招くことが懸念される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、レーザ照射による高精度のクランクピンの焼入れが可能なクランク軸のレーザ焼入れ方法を提供することにある。

前記目的を達成する請求項１に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法は、回転軸芯に対して偏芯した複数のクランクピンがカウンタウェイトを介して交互に配置されたクランク軸を前記回転軸芯廻りに回転させながら、レーザ照射手段により前記各クランクピン表面にレーザ照射して焼入れするクランク軸のレーザ焼入れ方法において、前記回転軸芯を中心に軸対称配置された各クランクピンを１ユニットとし、前記回転軸芯を中心に軸対称となる前記１ユニットの各クランクピンの表面位置を同時にレーザ照射して焼入れすることを特徴とする。

これによると、回転軸芯を中心に軸対称に配置された各クランクピンを１ユニットとし、回転軸芯を中心に軸対称となる各クランクピンの表面位置を同時にレーザ照射して加熱することで、各クランクピンの変形が互い干渉して拘束乃至相殺されて各クランクピンの変形が抑制される。この変形が抑制されることでレーザ照射手段による照射精度が確保され、レーザ照射による高精度のクランクピンの焼入れが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法において、前記１ユニットにおける各クランクピンは、互いに隣接配置されたことを特徴とする。

これによると、レーザ照射により変形するクランクピンが互いに隣接配置されることで、より確実に各クランクピンの変形が互い干渉して拘束乃至相殺されて各クランクピンの変形が抑制される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法において、前記レーザ照射手段によるレーザ照射は、クランクピンの表面に対する照射入射角度を維持するように制御されることを特徴とする。これによると、レーザ照射によるクランクピンの表面に対する入射角度を一定、すなわちレーザ照射初期の状態を維持することで、安定したレーザ照射により焼入れ品質が確保される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法において、前記レーザ照射の始点および終点となるクランクピンの表面位置は、前記各クランクピンのピン表側面にあることを特徴とする。

これによると、クランクピンのピン表側面にレーザ照射の始点および終点を設定することで、仮にレーザ照射の開始始位置と照射終了位置のオーバーラップ部が焼入れ品質として劣る場合でも、カウンタウェイトに連結して高い強度が要求されるピン裏側面が安定した連続する状態でレーザ照射されて、ピン裏側面の強度の低下が抑制される。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のクランク軸のレーザ焼入れ法において、前記始点および終点となる表面位置は、各クランクピンのピントップであることを特徴とする。

これによると、回転軸芯から最遠部でカウンタウェイト等への熱伝導等による温度低下が小さいクランクピンのピントップに始点および終点を設定することで、レーザ照射による強度の低下に影響されることなく、安定した焼入れ品質が得られる。

本発明によると、回転軸芯を中心に軸対称配置された各クランクピンを１ユニットとし、回転軸芯を中心に軸対称位置の各クランクピンの表面位置を始点および終点として同時にレーザ照射して加熱することで、レーザ照射中の各クランクピンの変形が互いに抑制される。このクランクピンの変形抑制に伴って回転軸芯に対するクランクピンの位置ずれ乃至芯ずれが抑制されることでレーザ照射手段による照射精度が確保され、レーザ照射による高精度のクランクピンの焼入れが可能になる。

第１実施の形態に係るクランク軸の説明図である レーザビーム照射によるクランク軸の変形要因の説明図である。 レーザビーム照射によるクランク軸の変形要因の説明図である。 レーザビーム照射によるクランク軸の変形要因の説明図である。 クランク軸製造装置の概略説明図である。 クランク軸製造装置の要部説明図である。 レーザ焼入れ工程の概略を示すパターン図である。 レーザ焼入れによるクランク軸の変形を比較する図である。 第２実施の形態に係るクランク軸製造装置の概略説明図である。 レーザ焼入れ工程の概略を示すパターン図である。 Ｖ型６気筒エンジン用のクランク軸の斜視図である。 クランク軸製造装置の要部説明図である。 クランクピンの焼入れユニットの相関図である。 クランクピンの焼入れユニットの相関図である。 クランクピンの焼入れユニットの相関図である。

（第１実施の形態）
以下、本発明のクランク軸のレーザ焼入れ方法の第１実施の形態をクランク軸が水平対向４気筒エンジン用のクランク軸を例に、図１乃至図８を参照して説明する。

本実施の形態の説明に先立ち、クランク軸１の概要を図１により説明する。図１はクランク軸１の斜視図である。

クランク軸１は、軸部となる各ジャーナル２と第１〜第４クランクピン３〜６の４つクランクピンが各カウンタウェイト７を介して交互に配置される。回転軸芯Ｌに対し第１〜第４クランクピン３〜６の中心軸芯Ｌ１〜Ｌ４が偏心している。両端の２つの第１クランクピン３と第４クランクピン６の位相は中央側の２つの第２クランクピン４と第３クランクピン５の位相に対して周方向に１８０°ずれている。すなわち、両側の第１クランクピン３、第４クランクピン６と中央側の第２クランクピン４、第３クランクピン５は中心軸芯Ｌを中心とする軸対称に配置される。

各第１〜第４クランクピン３〜６の表面にはレーザ照射による焼入れが施される。

ここで、レーザ照射により懸念されるクランク軸１の変形要因の例を図２乃至図４を参照して説明する。

例えば、図２（ａ）に示すように、クランク軸１にレーザ焼入れを施すにあたり、回転するクランク軸１の第２クランクピン４にレーザ照射すると、照射中の温度上昇により第２クランクピン４が加熱される。このときピン表側面となるピントップ４ｔｏｐ側の加熱時には（ｂ）に示すように主にピン表側面が熱膨張し、ピン裏側面となるピンボトム４ｂｏｔ側の加熱時には主にピン裏側が熱膨張して（ｃ）に示すようにカウンタウェイト７が開く方向に変形する。レーザ照射後は（ｄ）に示すように第２クランクピン４にはカウンタウェイト７が閉じる方向の変形が残存する。

このように仮に、第２クランクピン４にのみレーザ照射して加熱すると、加熱中にクランク軸１は、図３に示すように第２クランクピン４が、第２クランクピン４の両側のカウンタウェイト７を開くように変形し、かつ第２クランクピン４が回転軸芯Ｌ側に位置ずれしてクランク軸１が全長に亘り大きく湾曲変形することが懸念される。

一方、仮に、図４に示すように、中心軸芯Ｌを中心に軸対称に配置される第１クランクピン３と第２クランクピン４に同時にレーザ照射して加熱すると、第１クランクピン３の両側のカウンタウェイト７が開くような第１クランクピン３の変形と、第２クランクピン４の両側のカウンタウェイト７が開くような第２クランクピン４の変形が互いに干渉して拘束乃至相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４が回転軸芯Ｌからの位置ずれ抑制される。

図５にクランク軸１の第１〜第４クランクピン３〜６にレーザ焼入れを施すクランク軸製造装置１０の概要を模式的に示す。

クランク軸製造装置１０は回転モータＭ等でクランク軸１をその回転軸芯Ｌの廻りに回転駆動する回転駆動装置１１と、レーザ発振器１２と、クランク軸１の各クランクピン３〜６にレーザビームを照射するレーザ照射手段となる第１、第２レーザヘッド１３、１４と、各レーザヘッド１３、１４の移動装置１５と、これら回転駆動装置１１、レーザ発振器１２、移動装置１５の作動を制御する制御装置（ＥＣＵ）１６とを有する。

第１レーザヘッド１３と第２レーザヘッド１４は、図６に要部を示すように、回転軸芯Ｌを中心に軸対称に配置され、隣接するクランクピン、例えば各第１クランクピン３と第２クランクピン４からの離反距離Ｈを一定に保持し、かつクランクピン表面に対する照射入力角度が一定に維持されるように、第１クランクピン３および第２クランクピン４の旋回と同期してこれら第１クランクピン３、第２クランクピン４と同じ旋回半径Ｒでかつレーザビーム照射方向が第１クランクピン３の回転軸芯３Ｌおよび第２クランクピン４の回転軸芯４Ｌ方向となるように旋回移動する。

このように構成されるクランク軸製造装置１０によるクランク軸１の各クランクピン３〜６のレーザ焼入れは、回転軸芯Ｌを中心に軸対称位置でかつ隣接する第１クランクピン３と第２クランクピン４を１ユニットにとし、第３クランクピン５と第４クランクピン６を１ユニットとして、それぞれ第１レーザヘッド１３および第２レーザヘッド１４からレーザ照射することで行われる。このレーザ照射は、回転軸芯Ｌを中心に軸対称位置となる各同じユニットのクランク軸表面位置、例えば回転軸芯Ｌから最遠部でカウンタウェイト７等への熱伝導等による温度低下が小さいクランクピンのピントップ位置を始点及び終点とする。なお、レーザビーム１３ｂ、１４ｂは各クランクピン３〜６の全幅に相当する照射幅を有する。

このように構成されたクランク軸製造装置１０によるクランク軸１のレーザ焼入れ工程を図７に示すパターン図を参照して説明する。

回転駆動装置１１に装着されたクランク軸１をその回転軸芯Ｌを中心に回転駆動するとともに、第１レーザヘッド１３が第１クランクピン３と対向し、同様に第２レーザヘッド１４が第２クランクピン４に対向する作動位置に移動する。

そして、図７（ａ）に示すように、回転するクランク軸１の第１クランクピン３のレーザ焼入れ開始位置、すなわち始点となるピントップ３ｔｏｐが第１レーザヘッド１３と対向する回転位置で第１レーザヘッド１３からそのピントップ３ｔｏｐへ向けてレーザビーム１３ｂの照射を開始する。これと同時に第２クランクピン４の始点となるピントップ４ｔｏｐが第２レーザヘッド１４と対向する回転位置で第２レーザヘッド１４からピントップ４ｔｏｐへ向けてレーザ照射を開始する。すなわち、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となる第１クランクピン３及び第２クランプピン４の表面位置を始点としてレーザ照射される。

さらに、クランク軸１が図７（ｂ）および（ｃ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド１３が旋回移動して平行移動するレーザビーム１３ｂにより第１クランクピン３のピントップ３ｔｏｐからピン表側面３ａを連続してレーザ照射する。これと同時に第２レーザヘッド１４が旋回移動して平行移動するレーザビーム１４ｂにより第２クランクピン４のピントップ４ｔｏｐからピン表側面４ａを連続してレーザ照射する。

さらに、引き続きクランク軸１が図７（ｄ）および（ｅ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド１３が旋回移動してレーザビーム１３ｂにより第１クランクピン３のピン裏側面３ｂをピンボトム３ｂｏｔに向かって連続照射する。これと同時に第２レーザヘッド１４が旋回移動して平行移動するレーザビーム１４ｂに第２クランクピン４のピン裏側面４ｂをピンボトム４ｂｏｔに向かって連続照射する。

さらに、クランク軸１が図７（ｆ）および（ｇ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド１３が旋回移動して平行移動するレーザビーム１３ｂを第１クランクピン３のピンボトム３ｂｏｔからピン裏側面３ｃを連続照射する。これと同時に第２レーザヘッド１４が旋回移動して平行移動するレーザビーム１４ｂを第２クランクピン４のピンボトム４ｂｏｔからピン裏側面４ｃを連続照射する。

この第１クランクピン３のピン裏側面３ｂ、３ｃのレーザ照射と第２クランクピン４のピン裏側面４ｂ、４ｃのレーザ照射を、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時に行うことで、第１クランクピン３の両側のカウンタウェイト７が開くような第１クランクピン３の変形と、第２クランクピン４の両側のカウンタウェイト７が開くような第２クランクピン４の変形が互い干渉して拘束乃至相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４の変形が抑制されて、第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれが抑制される。この第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれが抑制されることで、第１レーザヘッド１３、第２レーザヘッド１４から第１クランクピン３、第２クランクピン４の照射位置までの照射距離およびレーザ照射入力角度が一定に維持され、初期の照射距離および照射入力角度が高精度で維持される。

さらに、引き続きクランク軸１が図７（ｈ）および（ａ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド１３が旋回移動して平行移動するレーザビーム１３ｂが第１クランクピン３のピン表側面３ｄからピントップ３ｔｏｐに向かって連続照射し、第１クランクピン３のピントップ３ｔｏｐをレーザ照射した後に第１レーザヘッド１３からレーザ照射を停止する。これと同時に、第２レーザヘッド１４が旋回移動して平行移動するレーザビーム１４ｂを第４クランクピン４のピン表側面４ｃをピントップ４ｔｏｐに向かって連続照射し、終点となる第２クランクピン４のピントップ４ｔｏｐを照射した後に第２レーザヘッド１４からレーザ照射を停止する。

このように回転軸芯Ｌを中心に軸対称に配置されて隣接する第１クランクピン３および第２クランクピン４を１ユニットとし、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となる第１クランクピン３の表面位置及び第２クランプピン４の各表面位置をそれぞれ始点および終点として同時にレーザ照射することで、レーザ照射による変形が互いに拘束乃至相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれ等が抑制され、第１レーザヘッド１３、第２レーザヘッド１４から第１クランクピン３、第２クランクピン４の照射位置までの照射距離およびレーザ照射入力角度が一定となり、高精度のレーザ焼入れが確保できる。

また、第１クランクピン３、第２クランクピン４の表側面のピントップ３ｔｏｐ、４ｔｏｐをレーザ照射の始点および終点とすることで、仮にレーザ照射の開始位置と照射終了位置のオーバーラップ部が焼入れ品質として劣る場合でもカウンタウェイト７と連続して強度が要求されるピン裏側面には連続する安定したレーザ照射が確保されて高強度が確保できる。

なお、レーザ照射の始点および終点はピントップの位置に限定されることなく、第１クランクピン３および第２クランクピン４における回転軸芯Ｌを中心とする軸対称位置に任意位置に設定することができる。この場合、比較的要求強度が低く強度に余裕がある回転軸芯Ｌとクランクピンの中心軸芯を結ぶ線を中心に外側９０°（両側にそれぞれ４５°）の範囲内に設定することが好ましい。

しかる後、他方のユニットの第３クランクピン５および第４クランクピン６をレーザ焼入れするために、第１レーザヘッド１３とレーザ焼入れを施す第４クランクピン６に対向する位置に移動するとともに第２レーザヘッド１４が第３クランクピン５に対向する位置に移動し、上記と同様に第３クランクピン５および第４クランクピン６にレーザ焼入れを施す。

なお、図８に、上記実施の形態と同様に、第１クランクピン３と第２クランクピン４にレーザ焼入れを施したクランク軸１Ａ、クランク軸１の第２クランクピン４にのみレーザ焼入れを施したクランク軸１Ｂ、同位相の第２クランクピン４と第３クランクピン５にレーザ焼入れを施したクランク軸１Ｃの各回転軸芯Ｌのずれ量を示す。図８において横軸はクランク軸の長手方向の位置を示し、１Ｐ、２Ｐ、３Ｐおよび４Ｐはそれぞれ第１クランクピン３、第２クランクピン４、第３クランクピン５および第４クランクピン６の軸方向の位置を示す。縦軸は回転軸芯Ｌの位置ずれ量を示す。

（第２実施の形態）
第２実施の形態を図９および図１０を参照して説明する。なお、第１実施の形態と対応する部位には同一符号を付することで該部の詳細な説明は省略する。

本実施の形態におけるクランク軸製造装置は、上記第１実施の形態と同様に回転駆動装置１１、第１、第２レーザヘッド２３、２４、移動装置１５および制御装置１６を有する。

第１レーザヘッド２３，第２レーザヘッド２４は、図９に示すように、回転軸芯Ｌを中心に軸対称に配置される。第１レーザヘッド２３は、回転されるクランク軸１の第１クランクピン３へのレーザ照射入力角度が一定になるように、例えばレーザ発射角度を第２クランクピン４の中心軸芯Ｌ２の方向となるように制御する。同様に第２レーザヘッド２４は回転駆動されるクランク軸１の第２クランクピン４へのレーザ照射入力角度が一定になるように、レーザ発射角度を第２クランクピン４の中心軸芯Ｌ２の方向となるように制御する。これら第１レーザヘッド２３および第２レーザヘッド２４からのレーザビーム２３ｂ、２４ｂは照射位置となる第１クランクピン３および第２クランクピン４までの距離に応じてレーザ強度（出力・ビームサイズ）を調整する。

このように構成されたクランク軸製造装置によるクランク軸１のレーザ焼入れ工程を図１０に示すパターン図を参照して説明する。

回転駆動装置１１に装着されたクランク軸１をその回転軸芯Ｌを中心に回転駆動するとともに、第１レーザヘッド２３を第１クランクピン３に対向し、同様に第２レーザヘッド２４を第２クランクピン４と対向する作動位置に移動する。

そして、図１０（ａ）に示すように、回転軸芯Ｌを中心として軸対称位置の第１クランクピン３および第２クランクピン４を１ユニットとし、回転するクランク軸１の第１クランクピン３のレーザ照射の始点となるピントップ３ｔｏｐが第１レーザヘッド２３と対向する回転位置で第１レーザヘッド２３のレーザ発射角度を第１クランクピン３の中心軸芯３Ｌ方向に制御し、第１クランクピン３のピントップ３ｔｏｐへのレーザ照射を開始する。これと同時に、第２レーザヘッド２４のレーザ発射角度を第２クランクピン４の中心軸芯４Ｌ方向に制御し、第２クランクピン４のピントップ４ｔｏｐへのレーザ照射を開始する。

さらに、クランク軸１が図１０（ｂ）および（ｃ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド２３の照射角度を移動する第１クランクピン３の中心軸芯３Ｌに追従するように制御しつつ第１クランクピン３のピントップ３ｔｏｐからピン表側面３ａを連続照射する。これと同時に第２レーザヘッド２４の照射角度を移動する第２クランクピン４の中心軸芯４Ｌに追従するように制御しつつ第２クランクピン４のピントップ４ｔｏｐからピン表側面４ａを連続照射する。このときの第１レーザヘッド２３および第２レーザヘッド２４からのレーザ強度を照射距離の増加に伴って照射熱量が一定になるようにする。

この回転軸芯Ｌを中心に軸対称に配置される第１クランクピン３のピン表側面３ａのレーザ照射と第２クランクピン４のピン表側面４ａのレーザ照射を、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時に行うことで、第１クランクピン３の変形と、第２クランクピン４の変形が互いに干渉して拘束乃至相殺されて、第１クランクピン３および第２クランクピン４の回転軸芯Ｌからの位置ずれ乃至芯ずれが抑制される。これにより第１レーザヘッド２３、第２レーザヘッド２４から第１クランクピン３、第２クランクピン４へのレーザ照射入力角度が一定に維持される。

さらに、引き続きクランク軸１が図１０（ｄ）および（ｅ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って、第１レーザヘッド２３の照射角度を移動する第１クランクピン３の中心軸芯３Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２３ｂにより第１クランクピン３のピン裏側面３ｂをピンボトム３ｂｏｔに向かって連続照射する。これと同時に、第２レーザヘッド２４のレーザ照射角度を移動する第２クランクピン４の中心軸芯４Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２４ｂにより第２クランクピン４のピン裏側面４ｂをピンボトム４ｂｏｔに向かって連続照射する。このときの第１レーザヘッド２３および第２レーザヘッド２４のレーザ強度を照射距離の増加に伴って照射熱量が一定になるようにする。

引き続き、クランク軸１が図１０（ｆ）および（ｇ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド２３のレーザ照射角度を移動する第１クランクピン３の中心軸芯３Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２３ｂによりピン裏側面３ｃを連続照射する。これと同時に、第２レーザヘッド２４のレーザ照射角度を移動する第２クランクピン４の中心軸芯４Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２４ｂにより第２クランクピン４のピン裏側面４ｃを連続照射する。このときの第１レーザヘッド２３および第２レーザヘッド２４のレーザ強度を照射距離の減少に伴って照射熱量が一定になるようにする。

この第１クランクピン３のピン裏側面３ｂ、３ｃのレーザ照射と第２クランクピン４のピン裏側面４ｂ、４ｃのレーザ照射を、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時に行うことで、第１クランクピン３の変形と、第２クランクピン４の変形が互い干渉して相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４の芯ずれが抑制される。これにより、第１レーザヘッド２３、第２レーザヘッド２４から第１クランクピン３、第２クランクピン４へのレーザ照射入力角度が一定に維持される。

さらに、引き続きクランク軸１が図１０（ｈ）および（ａ）のように回転軸芯Ｌの廻りを回転するに従って第１レーザヘッド２３のレーザ照射角度を移動する第１クランクピン３の中心軸芯３Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２３ｂにより第１クランクピン３のピン表側面３ｄをピントップ３ｔｏｐに向かって連続照射し、第１クランクピン３のピントップ３ｔｏｐをレーザ照射した後に第１レーザヘッド２３からレーザ照射を停止する。これと同時に、第２レーザヘッド２４の照射角度を移動する第２クランクピン４の中心軸芯４Ｌに追従するように制御しつつレーザビーム２４ｂにより第２クランクピン４のピン裏側面４ｃに連続してピン表側面４ｄをピントップ４ｔｏｐに向かって連続照射し、レーザ照射終了位置となり第２クランクピン４のピントップ４ｔｏｐを照射した後に第２レーザヘッド２４からレーザ照射を停止する。

この回転する第１クランクピン３のピン表側面３ｄのレーザ照射と第２クランクピン４のピン表側面４ｄのレーザ照射を、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時に行うことで、第１クランクピン３の変形と、第２クランクピン４の変形が互い干渉して拘束乃至相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれが抑制される。この第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれが抑制されることで、レーザ照射入力角度が一定に維持される。

このように回転軸芯Ｌを中心に軸対称に配置されて隣接する第１クランクピン３および第２クランクピン４を１ユニットとし、回転軸芯Ｌを中心に軸対称となる第１クランクピン３の表面位置と第２クランプピン４の表面位置を始点および終点として回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時にレーザ照射することで、レーザ照射による変形が互いに拘束乃至相殺されて第１クランクピン３および第２クランクピン４の位置ずれ乃至芯ずれ等が抑制され、第１レーザヘッド２３、第２レーザヘッド２４から第１クランクピン３、第２クランクピン４の照射入力角度が一定になり、高精度のレーザ焼入れが確保できる。

また、第１クランクピン３、第２クランクピン４の表側面のピントップ３ｔｏｐ、４ｔｏｐをレーザ照射の始点および終点とすることで、仮にレーザ照射の開始位置と照射終了位置のオーバーラップ部が焼入れ品質として劣るに場合でもカウンタウェイトと連続して強度が要求されるピン裏側面に連続するレーザ照射が確保されて安定した均一なレーザ焼入れが施される。

なお、レーザ照射の始点および終点はピントップの位置に限定されることなく、第１クランクピン３および第２クランクピン４における回転軸芯Ｌを中心とする軸対称位置に任意位置に設定することができる。

しかる後、他方のユニットの第３クランクピン５と第４クランクピン６にレーザ焼入れを施すために、レーザヘッド２３とレーザ焼入れを施す第４クランクピン６に対向する位置に移動するとともに第２レーザヘッド２４を第３クランクピン５に対向する位置に移動し、上記と同様に第３クランクピン５および第４クランクピン６にレーザ焼入れを施す。

なお、上記実施の形態では、水平対向４気筒エンジン用のクランク軸１のクランクピンをレーザ焼入れする例を説明したが、他のクランク軸のクランクピンを同等にレーザ焼入れことができる。

その一例としてＶ型６気筒エンジン用クランク軸を例に図１１および図１２を参照して説明する。図１１はＶ型６気筒エンジン用のクランク軸の斜視図であり、図１２はクランク軸製造装置の概略説明図である。

クランク軸３１は、軸部となる各ジャーナル３２と第１〜第６クランクピン３３〜３８の６つクランクピンが各カウンタウェイト３９を介して交互に配置され、回転軸芯Ｌに対し各クランクピン３３〜３８の中心軸芯が偏心している。各隣接する第１クランクピン３３と第２クランクピン３４、第３クランクピン３５と第４クランクピン３６、第５クランクピン３７と第６クランクピン３８はそれぞれ６０°の位相を有している。また、第１クランクピン３３と第３クランクピン３５と第５クランクピン３７はそれぞれ１２０°の位相を有し、第２クランクピン３４と第４クランクピン３６と第６クランクピン３８はそれぞれ１２０°の位相を有する。すなわち、回転軸芯Ｌを中心に第１クランクピン３３と第３クランクピン３５と第５クランクピン３７、および第２クランクピン３４と第４クランクピン３６と第６クランクピン３８は軸対称に配置される。

この回転軸芯１を中心に軸対称位置の第１クランクピン３３、第３クランクピン３５、第５クランクピン３７の３つにクランクピンを１ユニットとし、第２クランクピン３４、第４クランクピン３６、第６クランクピン３８を１ユニットとして、各ユニットをそれぞれ同時に照射焼入れされる。

一方、クランク軸製造装置は、図１２に概要を示すように、回転駆動装置により回転駆動される回転駆動されるクランク軸３１の回転軸芯Ｌの中心に周方向に等間隔で第１〜第３レーザヘッド４１、４２、４３が配置される。すなわち、回転軸心Ｌを中心に第１クランクピン３３と第３クランクピン３５と第５クランクピン３７の位相と同位相の１２０°に配置される。これら第１レーザヘッド４１、第２レーザヘッド４２、第３レーザヘッド４３は、第１実施に形態或いは第２実施の形態と同様の構成を有し、それぞれクランク軸３１の回転に伴い移動しつクランクピンに追従してレーザビーム４１ｂ、４２ｂ、４３ｂが照射可能に構成される。

回転駆動装置によって回転するクランク軸３１の第１クランクピン３３のピントップ３３ｔｏｐ、第３クランク３５のピントップ３５ｔｏｐ、第５クランクピン３７のピントップ３７ｔｏｐがそれぞれ第１レーザヘッド４１、第２レーザヘッド４２、第３レーザヘッド４３と対向位置で、それぞれ第１レーザヘッド４１、第２レーザヘッド４２、第３レーザヘッド４３からそれぞれ各クランクピントップ３３ｔｏｐ、３５ｔｏｐ、３７ｔｏｐへレーザビーム４１ｂ、４２ｂ、４３ｂを始点とし照射を開始する。さらにクランク軸３１の回転に従って各クランクピンのピン表側面およびピン裏側面をレーザ照射し、ピントップ３３ｔｏｐ、３５ｔｏｐ、３７ｔｏｐで照射を終了することで第１クランクピン３３、第３クランクピン３５、第５クランクピン３７をレーザ焼入れする。

このレーザ焼入れにおいて、回転軸芯Ｌを中心に軸対称位置に配置され各第１クランクピン３３、第３クランクピン３５、第５クランクピン３７に対して回転軸芯Ｌを中心に軸対称となるように維持しつつ同時にレーザ照射することで、第１クランクピン３３，第３クランクピン３５および第５クランクピン３７の加熱による変形が互いに相殺されてクランク軸３１の変形が抑制され、各第１クランクピン３３、第３クランクピン３５、第５クランクピン３７の位置ずれの発生が抑制される。これら第１クランクピン３３、第３クランクピン３５、第５クランクピン３７のレーザ焼入れに続いて、同様に回転駆動されるクランク軸３１の第２クランクピン３４、第４クランクピン３６，第６クランクピン３８にそれぞれ第１レーザヘッド４１、第２レーザヘッド４２、第３レーザヘッド４３にレーザ照射により焼入れする。

各種のクランク軸にレーザ焼入れを施す際に、互いのクランクピンの変形が相殺されて変形が抑制されるクランクピンの焼入れ組み合わせ、すなわちユニットとの相関を図１３、図１４、図１５に示す。なお、各図において♯１、♯２、♯３・・、および１、２、３・・・はそれぞれ第１クランクピン、第２クランクピン、第３クランクピン・・・を示す。

図において、Ｎｏ．１は、水平対向４気筒エンジン用のクランク軸であって、１８０°の位相を有し隣接する第１クランクピン♯１と第２クランクピン♯２を１ユニットとして同時に焼入れし、第３クランクピン♯３と第４クランクピン♯４を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．２は、水平対向６気筒エンジン用のクランク軸であって、１８０°の位相を有し隣接する 第１クランクピン♯１と第２クランクピン♯２、第３クランクピン♯３と第４クランクピン♯４、第５クランクピン♯５と第６クランクピン♯６をそれぞれ１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．３は直列３気筒エンジン用のクランク軸であって、互いに１２０°の位相を有して隣接する第１クランクピン♯１、第２クランクピン♯２、第３クランクピン♯３を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．４は、直列４気筒エンジン用のクランク軸であって、１８０°の位相を有し隣接する第１クランクピン♯１と第２クランクピン♯２、第３クランクピン♯３と第４クランクピン♯４をそれぞれ１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．５は、直列６気筒エンジン用のクランク軸であって、１２０°の位相を有し隣接する第１クランクピン♯１、第２クランクピン♯２、第３クランクピン♯３を１ユニットとして同時に焼入れし、第４クランクピン♯４、第５クランクピン♯５、第６クランクピン♯６を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．６はＶ型６気筒エンジン用のクランク軸でバンク角が６０°の場合であって、１８０°の位相を有する第１クランクピン♯１と第６クランクピン♯６、第２クランクピン♯２と第３クランクピン♯３、第４クランクピン♯４と第５クランクピン♯５をそれぞれ１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．７はＶ型６気筒エンジン用のクランク軸でバンク角が６０°より小さい場合であって、バンク角が３０°より小さいときには１８０°の位相を有する第１クランクピン♯１と第６クランクピン♯６を１ユニットとし、第２クランクピン♯２と第３クランクピン♯３を１ユニットとし、第４クランクピン♯４と第５クランクピン♯５を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。また、バンク角が３０°以上のときは第１クランクピン♯１、第３クランクピン♯３、第５クランクピン♯５を１ユニットとして同時に焼入れし、第２クランクピン♯２、第４クランクピン♯４、第６クランクピン♯６を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．８はＶ型８気筒シングルプレーンエンジン用のクランク軸であって、第１クランクピン♯１、第２クランクピン♯２と第３クランクピン♯３、第４クランクピン♯４を１ユニットとして同時に焼入れし、第５クランクピン♯５、第６クランクピン♯６と第７クランクピン♯７、第８クランクピン♯８を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｎｏ．９はＶ型８気筒クロスプレーンエンジン用のクランク軸であって、第１クランクピン♯１、第２クランクピン♯２と第７クランクピン♯７、第８クランクピン♯８を１ユニットとして同時に焼入れし、第３クランクピン♯３、第４クランクピン♯４と第５クランクピン♯５、第６クランクピン♯６を１ユニットとして同時に焼入れすることが好ましい。

Ｌ 回転軸芯
Ｌ１〜Ｌ４ 中心軸芯
１、３１ クランク軸
２、３２ ジャーナル
３〜６、３３〜３８ クランクピン
７、３９ カウンタウェイト
３ｔｏｐ〜４ｔｏｐ ピントップ
１０ クランク軸製造装置
１３、１４、２３、２４、４１、４２、４３ レーザヘッド
１３ｂ、１４ｂ、２３ｂ、２４ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ レーザビーム

Claims (5)

1. 回転軸芯に対して偏芯した複数のクランクピンがカウンタウェイトを介して交互に配置されたクランク軸を前記回転軸芯廻りに回転させながら、レーザ照射手段により前記各クランクピン表面にレーザ照射して焼入れするクランク軸のレーザ焼入れ方法において、
   前記回転軸芯を中心に軸対称配置された各クランクピンを１ユニットとし、前記回転軸芯を中心に軸対称となる前記１ユニットの各クランクピンの表面位置を同時にレーザ照射して焼入れすることを特徴とするクランク軸のレーザ焼入れ方法。
2. 前記１ユニットにおける各クランクピンは、互いに隣接配置されたことを特徴とする請求項１に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法。
3. 前記レーザ照射手段によるレーザ照射は、クランクピンの表面に対するレーザ照射入射角度を一定に維持するように制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法。
4. 前記レーザ照射の始点および終点となるクランクピン表面位置は、前記クランクピンのピン表側面であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のクランク軸のレーザ焼入れ方法。
5. 前記始点および終点となる表面位置は、前記各クランクピンのピントップであることを特徴とする請求項４に記載のクランク軸のレーザ焼入れ法。

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