JP6586924B2

JP6586924B2 - カムシャフトの高周波焼入れ方法

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Publication number: JP6586924B2
Application number: JP2016116157A
Authority: JP
Inventors: 清一浅原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2019-10-09
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Also published as: JP2017218654A

Description

本発明は、カムシャフトの高周波焼入れ方法に関する。

特許文献１には、棒状のシャフト部と当該シャフト部から径方向外側に突出するカム部とを備えたカムシャフトが記載されている。特許文献１に記載のカムシャフトは、２つで１組のカム部が４組（カム部としては合計で８つ）、シャフト部の軸方向に並設されている。

また、特許文献１には、上記のように構成されたカムシャフトに対し、高周波誘導加熱コイルを用いて高周波焼入れを行う方法が開示されている。特許文献１に記載の高周波焼入れ方法では、単一の高周波誘導加熱コイルの径方向内側に、４組のカム部のうちシャフト部の軸方向において最も端に位置している組のカム部を配置する。そして、それら最も端に位置している組の２つのカム部を同時に加熱して焼入れを行う。その後、シャフト部の軸方向においてカムシャフトと高周波誘導加熱コイルとの相対位置を変化させ、他の３つの組のカム部に対しても焼入れを行う。

特開２００５−３４４１９３号公報

特許文献１に記載されている高周波焼入れ方法では、４組のカム部のうち最初に高周波焼入れを行う組の２つのカム部において、焼入れの深さに差が生じることがある。このように同時に高周波焼入れが行われる複数のカム部における焼入れの深さに差が生じる場合、いずれのカム部においても十分な焼入れの深さを確保しようとすると、複数のカム部のうちのあるカム部において焼入れが過剰となることがある。そして、仮に、複数のカム部におけるいずれかのカム部において焼入れが過剰となれば、そのカム部において焼割れ等が発生するおそれがあり、カムシャフトの歩留まりの悪化の原因となる。

上記課題を解決するため、本発明は、棒状のシャフト部と当該シャフト部から径方向外側に突出するカム部とを備え、前記カム部が前記シャフト部の軸方向において複数並設されたカムシャフトに適用され、高周波誘導加熱コイルの径方向内側に前記カム部を配置して当該高周波誘導加熱コイルに交流電圧を印加することにより前記カム部を加熱して焼入れを行う加熱工程を有する高周波焼入れ方法であって、前記高周波誘導加熱コイルは、前記カムシャフトの軸方向において一方側に位置する前記カム部よりも他方側に位置する前記カム部に対して多くの熱量を加えることができるように構成されており、前記加熱工程は、前記高周波誘導加熱コイルの径方向内側に、前記複数のカム部のうちの少なくとも２つのカム部を配置してそれらの各カム部に同時に焼入れを行う第１工程と、前記カムシャフトを、前記高周波誘導加熱コイルに対して前記カムシャフトの軸方向の一方側に相対移動させることにより、前記高周波誘導加熱コイルの径方向内側に、前記複数のカム部のうちの前記第１工程で焼入れを行っていない少なくとも２つのカム部を配置してそれらの各カム部に同時に焼入れを行う第２工程とを有し、前記加熱工程の直前に、前記第１工程で焼入れが行われる各カム部のうち、前記カムシャフトの軸方向において最も前記一方側に位置するカム部を加熱する予熱工程を行う。

上記の構成において、第１工程での焼入れの際に、第２工程で焼入れが行われる各カム部にも熱が伝わる。このとき伝わる熱の量は、第２工程で焼入れが行われる各カム部のうち、シャフト部の軸方向一方側に位置するカム部ほど大きく、軸方向他方側に位置するカム部ほど小さい。この点を考慮して、高周波誘導加熱コイルは、シャフト部の軸方向一方側に位置するカム部よりも他方側に位置するカム部に対して多くの熱量を加えることができるように設計されている。しかしながら、第１工程で焼入れされる各カム部は、それ以前に加熱工程を経ていないので、いずれのカム部も未だ加熱されていない状態である。このようなカム部に対して、上記のように設計された高周波誘導加熱コイルで焼入れを行うと、第１工程で焼入れされる各カム部に焼入れ深さの差が生じることになる。

この点、上記の構成に拠れば、加熱工程の直前に、第１工程で焼入れが行われる各カム部のうち、カムシャフトの軸方向において最も一方側に位置するカム部を加熱する。したがって、第２工程での焼入れを考慮して高周波誘導加熱コイルをシャフト部の軸方向他方側に位置するカム部ほど加熱できるように設計していても、第１工程で焼入れが行われる各カム部の焼入れ深さの差を抑制でき、これらカム部のいずれかに焼割れ等が発生するおそれを低減できる。

カムシャフトの斜視図。カムシャフト及び高周波焼入れ装置の各コイルの斜視図。（ａ）は、予熱工程におけるカムシャフトのカム部と高周波焼入れ装置の各コイルとの位置関係を示す説明図。（ｂ）及び（ｃ）は、加熱工程におけるカムシャフトのカム部と高周波焼入れ装置の各コイルとの位置関係を示す説明図。予熱工程におけるカムシャフトのカム部と高周波焼入れ装置の各コイルとの位置関係の変更例を示す説明図。

以下、本発明を、直列４気筒エンジンに用いられるカムシャフト１０に適用した実施例を説明する。先ず、カムシャフト１０の構成について説明する。なお、以下の説明では、図１及び図２における左下側をカムシャフト１０（シャフト部１１）の前端側、右上側をカムシャフト１０（シャフト部１１）の後端側として説明する。

図１に示すように、カムシャフト１０のシャフト部１１は、断面円形状の棒状になっている。シャフト部１１には、シャフト部１１の径方向外側に向かって放射状に突出する第１カム部２１が設けられている。第１カム部２１は、シャフト部１１からの突出長が最も長い先端２１ａを有しており、その先端２１ａがシャフト部１１の周方向において所定の方向を向いている。シャフト部１１における第１カム部２１よりも後端側には、第２カム部２２が設けられている。第２カム部２２は、第１カム部２１と同形同大になっている。第２カム部２２の先端２２ａは、シャフト部１１の周方向において第１カム部２１の先端２１ａと同じ方向を向いている。第２カム部２２は、シャフト部１１の軸方向における第１カム部２１の中心から第２カム部２２の中心までの長さが所定のピッチＰ１となるように配置されている。

シャフト部１１における第２カム部２２よりも後端側には、第３カム部２３が設けられている。第３カム部２３は、第１カム部２１と同形同大になっている。第３カム部２３の先端２３ａは、シャフト部１１の周方向において第１カム部２１の先端２１ａが向く方向から９０度ずれた方向（図１においては前端側から見て反時計回りに９０度ずれた方向）を向いている。第３カム部２３は、シャフト部１１の軸方向における第１カム部２１の中心から第３カム部２３の中心までの長さが所定のピッチＰ２となるように配置されている。なお、この実施形態では、ピッチＰ２は、シャフト部１１の軸方向における第２カム部２２の中心から第３カム部２３の中心までのピッチＰ３が上述したピッチＰ１よりも大きくなるように定められている。シャフト部１１における第３カム部２３よりも後端側には、第４カム部２４が設けられている。第４カム部２４は、第１カム部２１と同形同大になっている。第４カム部２４の先端２４ａは、シャフト部１１の周方向において第３カム部２３の先端２３ａと同じ方向を向いている。第４カム部２４は、シャフト部１１の軸方向における第３カム部２３の中心から第４カム部２４の中心までの長さが上述したピッチＰ１となるように配置されている。

シャフト部１１における第４カム部２４よりも後端側には、第５カム部２５が設けられている。第５カム部２５は、第１カム部２１と同形同大になっている。第５カム部２５の先端２５ａは、シャフト部１１の周方向において第３カム部２３の先端２３ａが向く方向から１８０度ずれた方向を向いている。第５カム部２５は、シャフト部１１の軸方向における第３カム部２３の中心から第５カム部２５の中心までの長さが上述したピッチＰ２となるように配置されている。シャフト部１１における第５カム部２５よりも後端側には、第６カム部２６が設けられている。第６カム部２６は、第１カム部２１と同形同大になっている。第６カム部２６の先端２６ａは、シャフト部１１の周方向において第５カム部２５の先端２５ａと同じ方向を向いている。第６カム部２６は、シャフト部１１の軸方向における第５カム部２５の中心から第６カム部２６の中心までの長さが上述したピッチＰ１となるように配置されている。

シャフト部１１における第６カム部２６よりも後端側には、第７カム部２７が設けられている。第７カム部２７は、第１カム部２１と同形同大になっている。第７カム部２７の先端２７ａは、シャフト部１１の周方向において第１カム部２１の先端２１ａが向く方向から１８０度ずれた方向を向いている。第７カム部２７は、シャフト部１１の軸方向における第５カム部２５の中心から第７カム部２７の中心までの長さが上述したピッチＰ２となるように配置されている。シャフト部１１における第７カム部２７よりも後端側には、第８カム部２８が設けられている。第８カム部２８は、第１カム部２１と同形同大になっている。第８カム部２８の先端２８ａは、シャフト部１１の周方向において第７カム部２７の先端２７ａと同じ方向を向いている。第８カム部２８は、シャフト部１１の軸方向における第７カム部２７の中心から第８カム部２８の中心までの長さが上述したピッチＰ１となるように配置されている。

以上のように、カムシャフト１０のシャフト部１１には、エンジンの気筒１つにつき２つのカム部が設けられており、シャフト部１１の軸方向において合計で８つのカム部２１〜２８が並設されている。なお、カムシャフト１０のシャフト部１１及び各カム部２１〜２８は、鉄を主成分とする鋳造物（鋳鉄）で形成されている。

次に、上記のように構成されたカムシャフト１０の各カム部２１〜２８に高周波焼入れを行うための高周波焼入れ装置３０について説明する。
図２に示すように、高周波焼入れ装置３０は、数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の交流電圧を出力する交流電源ＡＣと、この交流電源ＡＣから電力の供給を受ける高周波誘導加熱コイルとしての第１コイル３１及び第２コイル３２とを備えている。交流電源ＡＣには、第１コイル３１の一端が接続されている。第１コイル３１は、円環状の円環部３１ａを有している。円環部３１ａの内径は、シャフト部１１の中心軸から第１カム部２１の先端２１ａまでの距離よりも長くなっている。

第１コイル３１の他端には、第２コイル３２の一端が接続されている。第２コイル３２は、第１コイル３１と同様に円環状の円環部３２ａを有している。第２コイル３２の円環部３２ａの内径は、シャフト部１１の中心軸から第１カム部２１の先端２１ａまでの距離よりも長く、且つ、第１コイル３１の円環部３１ａの内径よりもやや短くなっている。第２コイル３２の他端は、交流電源ＡＣに接続されている。第２コイル３２は、第１コイル３１における円環部３１ａの中心軸と第２コイル３２における円環部３２ａの中心軸とが同一直線上に位置するように配置されている。また、第２コイル３２は、円環部３２ａ（円環部３１ａ）の中心軸方向において、第１コイル３１の中心から第２コイル３２の中心までの距離が上述したピッチＰ１とほぼ同一になるように配置されている。なお、第１コイル３１及び第２コイル３２は、図示しないコイルブロックに支持されていて、互いの位置関係が固定されている。なお、高周波焼入れ装置３０は、第１コイル３１に隣接して配置された図示しない冷却装置を備えている。

こうした高周波焼入れ装置３０で焼入れを行う際には、第１コイル３１の円環部３１ａ及び第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側に、焼入れ対象物（この実施形態においてはカムシャフト１０の各カム部２１〜２８）を配置する。その状態で、第１コイル３１及び第２コイル３２に交流電圧を印加することにより、第１コイル３１の円環部３１ａの径方向内側及び第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側に、電磁誘導による磁力が発生する。それに伴って焼入れ対象物の表面に渦電流が発生して、焼入れ対象物の表面が加熱されて焼入れされる。また、上述したとおり、第１コイル３１の円環部３１ａの内径よりも第２コイル３２の円環部３２ａの内径の方が小さい。したがって、第２コイル３２の円環部３２ａの方が焼入れ対象部との距離が短くて、焼入れ対象部に加えることのできる熱量も多くなる。

次に、高周波焼入れ装置３０を使用したカムシャフト１０の焼入れ方法について具体的に説明する。
この高周波焼入れ装置３０でカムシャフト１０の各カム部２１〜２８に高周波焼入れを行う際には、先ず、カムシャフト１０の前端側が高周波焼入れ装置３０の方を向くようにカムシャフト１０を配置する。そして、高周波焼入れ装置３０における第１コイル３１の円環部３１ａ（第２コイル３２の円環部３２ａ）の中心軸と、カムシャフト１０におけるシャフト部１１の中心軸が一致するように、カムシャフト１０を位置決めする。そして、このように位置決めされた状態で、予熱工程が開始される。

図３（ａ）に示すように、予熱工程では、カムシャフト１０を、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に対して、カムシャフト１０の前端側へ相対移動させる。そして、シャフト部１１の軸方向において、カムシャフト１０の第１カム部２１が、高周波焼入れ装置３０における第１コイル３１と第２コイル３２との間に配置された位置で、カムシャフト１０の相対移動を停止させる。なお、この実施形態では、高周波焼入れ装置３０の第２コイル３２が第２カム部２２よりも第１カム部２１寄りになるような位置でカムシャフト１０の相対移動を停止させる。

カムシャフト１０の相対移動を停止させた後、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に交流電圧を印加する。このとき、上述したとおり、カムシャフト１０の第１カム部２１は、第１コイル３１と第２コイル３２との間に位置している。したがって、第１カム部２１は、第１コイル３１及び第２コイル３２の双方の影響を受けて効率よく加熱される。一方、カムシャフト１０の第２カム部２２は、高周波焼入れ装置３０の第２コイル３２の近くに位置しているため、第２コイル３２からの影響を受けて加熱され得る。ただし、第２コイル３２は、第２カム部２２よりも第１カム部２１寄りに位置しており、第２カム部２２に対する第２コイル３２の影響は、第１カム部２１よりも小さい。加えて、第１コイル３１と第２カム部２２との距離は比較的に遠く、第１コイルが第２カム部２２に与える影響は小さい。したがって、予熱工程では、第２カム部２２が加熱されたとしても、その加熱の程度は第１カム部２１が加熱される程度に比べて相応に小さい。第１コイル３１及び第２コイル３２に対する交流電圧の印加が開始されてから一定時間経過後、交流電圧の印加が一旦終了することにより、予熱工程が終了する。

なお、予熱工程のときの第１コイル３１及び第２コイル３２に対する交流電圧の印加時間は、後述する加熱工程における第１工程や第２工程よりも短く設定されている。また、予熱工程のときに第１コイル３１及び第２コイル３２に流れる電流の電流値は、後述する加熱工程における第１工程や第２工程よりも低くなっている。これにより、予熱工程でカムシャフト１０の第１カム部２１が過度に高い温度にまで加熱されることが抑制される。

予熱工程の直後には、加熱工程の第１工程が開始される。この第１工程では、図３（ｂ）に示すように、カムシャフト１０を予熱工程における位置から、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に対して、カムシャフト１０の前端側へ相対移動させる。そして、カムシャフト１０の第１カム部２１が、第１コイル３１における円環部３１ａの径方向内側に配置された位置でカムシャフト１０の相対移動を停止させる。なお、第１コイル３１及び第２コイル３２間のピッチＰ１は、第１カム部２１及び第２カム部２２間のピッチＰ１とほぼ同じである。したがって、したがって、第１コイル３１における円環部３１ａの径方向内側に第１カム部２１を配置すると、第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側に第２カム部２２が配置されることになる。

高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１の円環部３１ａ及び第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側に、カムシャフト１０の第１カム部２１及び第２カム部２２をそれぞれ配置させた後、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に交流電圧を印加する。これにより、第１カム部２１及び第２カム部２２に対する焼入れを同時に行う。このときの交流電圧の印加時間は、上述した予熱工程における交流電圧の印加時間よりも長くなっている。また、第１工程において第１コイル３１及び第２コイル３２に流れる電流の電流値は、上述した予熱工程における電流値よりも高くなっている。第１コイル３１及び第２コイル３２に対する交流電圧の印加が開始されてから一定時間経過後、交流電圧の印加が一旦終了することにより、加熱工程の第１工程が終了する。

ここで、高周波焼入れ装置３０において、第１コイル３１及び第２コイル３２は、交流電源ＡＣに対して直列に接続されており、第１コイル３１に流れる電流の電流値と第２コイル３２に流れる電流の電流値とは等しい。その一方で、第１コイル３１の円環部３１ａの内径よりも第２コイル３２の円環部３２ａの内径のほうが小さい。そのため、第１工程において、第１コイル３１の影響により第１カム部２１に加えられる熱量よりも、第２コイル３２の影響により第２カム部２２に加えられる熱量の方が大きい。ただし、上述したとおり、第１コイル３１は、加熱工程の第１工程の直前に行われた予熱工程によって予め加熱されている。すなわち、第１工程において第１カム部２１に加えられる熱量と第２カム部２２に加えられる熱量との差を、予熱工程での加熱によって補っている。したがって、予熱工程及び加熱工程の第１工程が終了した時点においては、第１カム部２１に加えられた熱量と第２カム部２２に加えられた熱量とが同程度であり、焼入れ深さも同程度になっている。

また、加熱工程の第１工程を行うと、第２カム部２２の温度が相応に高くなる（例えば数百度）。そして、第２カム部２２の熱がシャフト部１１を介して、第２カム部２２に対して後端側に隣り合う第３カム部２３に伝わって第３カム部２３が加熱される。すなわち、加熱工程の第１工程を行うことにより、第３カム部２３が予熱されたようになる。

加熱工程の第１工程が終了すると、引き続いて第２工程が開始される。この第２工程では、図３（ｃ）に示すように、カムシャフト１０を第１工程における位置から、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に対して、カムシャフト１０の前端側へ相対移動させる。このときのカムシャフト１０の相対移動距離は、シャフト部１１の軸方向において第１カム部２１及び第２カム部２２間のピッチＰ２に設定されている。したがって、カムシャフト１０を第１工程における位置からピッチＰ２の距離分移動させると、第１コイル３１における円環部３１ａの径方向内側及び第２コイル３２における円環部３２ａの径方向内側に、第３カム部２３及び第４カム部２４がそれぞれ配置される。

なお、上記のとおり、カムシャフト１０を移動させると、第１カム部２１及び第２カム部２２が、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１よりも、シャフト部１１の軸方向先端側に配置され、その位置で冷却装置により冷却される。したがって、加熱工程の第１工程が終了した後は、その後の第２工程等の熱により、カムシャフト１０の第１カム部２１及び第２カム部２２の焼入れが進行することはない。

高周波焼入れ装置３０における第１コイル３１の円環部３１ａ及び第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側に、カムシャフト１０の第３カム部２３及び第４カム部２４をそれぞれ配置させた後、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２に交流電圧を印加する。これにより、上記第１工程で焼入れが行われなかったカム部のうちの第３カム部２３及び第４カム部２４に対する焼入れを同時に行う。このときの交流電圧の印加時間、第１コイル３１及び第２コイル３２に流れる電流の電流値は、第１工程における条件とほぼ同一になっている。第１コイル３１及び第２コイル３２に対する交流電圧の印加が開始されてから一定時間経過後、交流電圧の印加が一旦終了することにより、加熱工程の第２工程が終了する。

ここで、上述したとおり、第３カム部２３は、第２工程の直前に行われた第１工程においてある程度加熱されている。また、第１コイル３１の円環部３１ａの内径と第２コイル３２の円環部３２ａの内径の違いにより、第１コイル３１の影響により第１カム部２１に加えられる熱量よりも、第２コイル３２の影響により第２カム部２２に加えられる熱量の方が大きい。その結果、加熱工程の第１工程及び第２工程が終了した時点においては、第１カム部２１に加えられた熱量と第２カム部２２に加えられた熱量とが同程度であり、焼入れ深さも同程度になっている。

加熱工程の第２工程が終了すると、引き続いて第３工程、第４工程が順に行われる。第３工程では、第１工程及び第２工程で焼入れが行われなかったカム部のうちの第５カム部２５及び第６カム部２６に対する焼入れを同時に行う。第４工程では、第１工程〜第３工程で焼入れが行われなかった第７カム部２７及び第８カム部２８に対する焼入れを同時に行う。なお、第３工程及び第４工程における手順及び交流電圧の条件等やそれによる焼入れの進行態様は、第２工程と同様であるため、詳しい説明を省略する。

以上のとおり、加熱工程では、カムシャフト１０の先端側のカム部から順に、１回の工程で２つずつ、合計４回の工程を減ることにより、カムシャフト１０における８つのカム部２１〜２８に焼入れが行われる。また、第１〜第４工程の各工程で焼入れが終了したカム部から順に冷却装置で冷却が行われる。なお、カムシャフト１０の各カム部２１〜２８には、焼入れ及び冷却の後、必要に応じて、焼戻し、焼なまし等の後処理が行われる。

以下、上記のカムシャフト１０の高周波焼入れ方法による作用及び効果について説明する。
上記のような高周波焼入れ方法において、仮に、予熱工程を行うことなく加熱工程の第１工程を行ったとする。この場合、第１工程開始時点においては、カムシャフト１０の第１カム部２１の温度と第２カム部２２の温度は、ほぼ同じである。その一方で、高周波焼入れ装置３０における第１コイル３１の円環部３１ａの内径よりも第２コイル３２の円環部３２ａの内径の方が小さくなっている。したがって、第１コイル３１からの影響により第１カム部２１に加えられる熱量よりも第２コイル３２からの影響により第２カム部２２に加えられる熱量の方が大きい。その結果、第１工程を終了した時点では、第１カム部２１の焼入れの深さよりも第２カム部２２の焼入れの深さの方が深くなる。

このように、予熱工程を行うことなく加熱工程の第１工程及び第２工程を行うと、第１カム部２１の焼入れの深さよりも第２カム部２２の焼入れの深さの方が深くなる。このような条件下で、第１カム部２１及び第２カム部２２のいずれに対しても十分な焼入れ深さを確保しようとすると、第２カム部２２の焼入れ深さが過剰になって焼割れが発生しやすくなる。反対に、第２カム部２２における焼割れの発生を抑制しようと第１カム部２１及び第２カム部２２の焼入れの深さを浅くすると、第１カム部２１における焼入れ深さが不足して所望の物理的特性を得られなくなるおそれがある。

この点、上記実施形態の高周波焼入れ方法によれば、加熱工程の直前に予熱工程を行うことにより、第１カム部２１を予め加熱することができる。すなわち、第１工程において第１コイル３１から第１カム部２１へと加えられる熱量と、第２コイル３２から第２カム部２２へと加えられる熱量との差を予熱工程において補うことができる。したがって、予熱工程から加熱工程の第１工程を経た時点において、第１カム部２１及び第２カム部２２に与えられる熱量を均一化することができる。その結果、第１工程において同時に焼入れが行われる第１カム部２１及び第２カム部２２について、最終的な焼入れ深さの差を抑制でき、これらカム部の一方の焼入れが不足したり過剰になったりすることを抑制できる。

上記実施形態は、次のように変更することができる。
・上記の高周波焼入れ方法の対象となるカムシャフト１０の構成は適宜変更できる。例えば、直列４気筒エンジンに用いられるカムシャフト１０でなくても、Ｖ型のエンジンに用いられるカムシャフトであってもよい。また、カムシャフト１０全体におけるカム部の数も、エンジンの気筒の数や、１つの気筒に対していくつのカム部を設けるかなどに応じて適宜設定すればよい。さらに、カム部間のピッチＰ１、Ｐ２も上記実施形態の例に限らず、カムシャフト１０が適用されるエンジンの態様に応じて適宜変更すればよい。

・カムシャフト１０におけるシャフト部１１及び各カム部２１〜２８の材質は、上記実施形態で例示した鉄を主成分とする鋳造物に限らない。例えば、鉄を主成分とする鍛造物（鍛鉄）であってもよい。すなわち、高周波焼入れ装置３０によって加熱できる導電性の材質であれば、カムシャフト１０に求められる特性等を考慮して適宜選択できる。

・上記実施形態では、高周波焼入れ装置３０が単一の交流電源ＡＣを有しており、これに第１コイル３１及び第２コイル３２が直列に接続されていたが、第１コイル３１及び第２コイル３２のそれぞれに別の交流電源を接続してもよい。なお、このようにコイル毎に別の交流電源を接続した場合でも、上記実施形態の焼入れ方法を適用すれば、交流電源毎に個別の電圧制御を行って焼入れの深さを調整する必要がなく、各交流電源の制御が簡便化できる。

・高周波焼入れ装置３０における第１コイル３１及び第２コイル３２の構成は変更できる。例えば、第１コイル３１の円環部３１ａの内径と第２コイル３２の円環部３２ａの内径を同一にしつつ、第２コイル３２の巻数を多くすることにより、第２コイル３２から各カムへ加えることのできる熱量を多くしてもよい。また、カムシャフト１０における各カム部２１〜２８の形状がカム部毎に異なるのであれば、その形状の違いに合わせて、第１コイル３１の円環部３１ａの内径や第２コイル３２の円環部３２ａの内径を設計すればよい。

・上記実施形態では、高周波焼入れ装置３０に第１コイル３１及び第２コイル３２という２つの高周波誘導加熱コイルを設けたが、高周波誘導加熱コイルの数は２つに限らない。例えば、高周波焼入れ装置３０に４つのコイルを設けて、カムシャフト１０における４つのカム部に対して同時に焼入れを行えるようにしてもよい。なお、４つのコイルを有する高周波誘導加熱コイルを上記実施形態のカムシャフト１０に適用する場合、加熱工程の第１工程においてカムシャフト１０の第１カム部２１〜第４カム部２４を同時に加熱して焼入れを行ない、第２工程においてカムシャフト１０の第５カム部２５〜第８カム部２８を同時に加熱して焼入れを行なうことが考えられる。また、この例では、２回の工程で８つのカム部２１〜２８に対する焼入れが終了するので、第３工程及び第４工程は省略される。

・さらに、高周波焼入れ装置３０において、１つのコイルで複数のカム部に対する焼入れを行うようにすることもできる。例えば、高周波誘導加熱コイルを、第１カム部２１から第２カム部２２までのピッチＰ１よりも長い筒状に形成すれば、１つの高周波誘導加熱コイルで、第１カム部２１及び第２カム部２２に対して同時に焼入れを行える。

・予熱工程における、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２と、カムシャフト１０の第１カム部２１との位置関係は、上記実施形態の例に限らない。例えば、図４に示すように、高周波焼入れ装置３０における第２コイル３２の円環部３２ａの径方向内側にカムシャフト１０の第１カム部２１を配置し、その状態で第２コイル３２に交流電圧を印加して、第１カム部２１を加熱してもよい。この変更例の場合、第２コイル３２への交流電圧の印加によって第１カム部２１が効率よく加熱される。その一方で、シャフト部１１の軸方向において、第２コイル３２と第２カム部２２との間に相応の間隔が確保されていて、第２カム部２２は加熱されにくい。したがって、この変更例は、例えば、予熱工程において第１カム部２１のみを、比較的に短時間で高温にまで加熱したい場合に好適である。

・予熱工程において、高周波焼入れ装置３０の第１コイル３１及び第２コイル３２への交流電圧の印加時間、各コイルに流れる電流の電流値は、適宜変更できる。例えば、加熱工程の第１工程と同じ印加時間としつつ電流値を小さくしてもよいし、加熱工程の第１工程と同じ電流値としつつ印加時間を短くしてもよい。これら印加時間や電流値は、例えば、加熱工程の第２工程において、第３カム部２３が高温になることに伴って第２カム部２２に加えられる熱量を勘案して、実験的に決定すればよい。

・予熱工程においては、必ずしも高周波焼入れ装置３０を用いて第１カム部２１を加熱しなくてもよい。予熱工程における第１カム部２１の加熱の程度は、その後の加熱工程における焼入れのための加熱に比べて低くて済む。したがって、高周波焼入れ装置３０を用いなくても、高温になっている他の部材を第１カム部２１に押し当てたり、高温の空気を吹き付けたりする態様でも、予熱工程は行い得る。

・加熱工程における第１工程〜第４工程の交流電圧の印加時間や各コイルに流れる電流の電流値も適宜変更できる。例えば、予熱工程の条件によっては、第１カム部２１だけでなく第２カム部２２も予熱されることがある。この点を考慮して、例えば第１工程における印加時間や電流値を、第２〜第４工程における印加時間や電流値よりも小さくすることにより、第１工程〜第４工程で焼入れされる各カム部２１〜２８の焼入れの深さの均一化を図ってもよい。このように第１工程〜第４工程における条件は同一でなくてもよく、工程ごとに適切な条件を定めればよい。

・予熱工程終了から加熱工程開始までの間に多少のタイムラグがあってもよい。予熱工程によって加熱された第１カム部２１の温度が予熱工程以前の温度に低下するまでに加熱工程を開始すれば、加熱工程の直前に予熱工程が行われているといえる。

・上記実施形態では、カムシャフト１０を移動させることにより、カムシャフト１０を高周波焼入れ装置３０に対して相対移動させたが、カムシャフト１０の位置を固定して、高周波焼入れ装置３０の各コイル３１、３２を移動させるようにしてもよい。また、カムシャフト１０及び高周波焼入れ装置３０の各コイル３１、３２の双方を移動させるようにしてもよい。これらの変更例のいずれの場合でも、カムシャフト１０は、高周波焼入れ装置３０の各コイル３１、３２に対して相対移動しているといえる。

１０…カムシャフト、１１…シャフト部、２１…第１カム部、２２…第２カム部、２３…第３カム部、２４…第４カム部、２５…第５カム部、２６…第６カム部、２７…第７カム部、２８…第８カム部、３０…高周波焼入れ装置、３１…第１コイル、３２…第２コイル、ＡＣ…交流電源。

Claims

棒状のシャフト部と当該シャフト部から径方向外側に突出するカム部とを備え、前記カム部が前記シャフト部の軸方向において複数並設されたカムシャフトに適用され、高周波誘導加熱コイルの径方向内側に前記カム部を配置して当該高周波誘導加熱コイルに交流電圧を印加することにより前記カム部を加熱して焼入れを行う加熱工程を有する高周波焼入れ方法であって、
前記高周波誘導加熱コイルは、前記カムシャフトの軸方向において一方側に位置する前記カム部よりも他方側に位置する前記カム部に対して多くの熱量を加えることができるように構成されており、
前記加熱工程は、
前記高周波誘導加熱コイルの径方向内側に、前記複数のカム部のうちの少なくとも２つのカム部を配置してそれらの各カム部に同時に焼入れを行う第１工程と、
前記カムシャフトを、前記高周波誘導加熱コイルに対して前記カムシャフトの軸方向の一方側に相対移動させることにより、前記高周波誘導加熱コイルの径方向内側に、前記複数のカム部のうちの前記第１工程で焼入れを行っていない少なくとも２つのカム部を配置してそれらの各カム部に同時に焼入れを行う第２工程とを有し、
前記加熱工程の直前に、前記第１工程で焼入れが行われる各カム部のうち、前記カムシャフトの軸方向において最も前記一方側に位置するカム部を加熱する予熱工程を行う
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。