JPH03188220A - 高周波焼入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は高周波焼入方法に関する。

〈従来の技術〉 以下、クランクシャフトのビン部の焼入を行う場合を例
にとり図面を参照して従来の技術を説明する。第６図お
よび第７図は従来の高周波焼入方法を説明するための図
面であって、第６図はクランクシャフトの一部の正面説
明図、第７図はクランクシャフトのピンの断面説明図で
ある。

クランクシャフト２０のピン２１の表面２１ｃを焼入す
るには、クランクシャフト２０のジャーナル２２の断面
の中心を通るクランクシャフトの回転軸２５が水平にな
るようにクランクシャフト２０を配設し、図示しないス
ペーサを介してピン２１の表面２１ｃに接近して配設し
た開ループ型の高周波焼入コイル１０に、高周波電源１
００から高周波電流を供給すると共に、クランクシャフ
ト２０を回転軸２５の周りに、図示しない回転装置によ
って回転させ、所定時間ビン２１を加熱後、ピン２１に
焼入用の冷却液を噴射する。上記の高周波焼入コイル１
０は、いわゆるΩ型のコイルであって、ピン２１の加熱
はピン２１の周方向の円筒面のみを加熱する。

この場合、ピン２１は、回転軸２５の周りを公転しなが
ら、１公転に対して１回の割合で自転する。

そして、ピン２１の断面の中心３１は回転軸２５を中心
とする円３２を描く。また、高周波焼入コイル１０は図
示しない公知のパンタグラフによって支持されているの
で、ピン２１の公転に応じて上下左右に揺動する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記の高周波焼入方法でピン２１に硬化層を形
成した場合、クランクシャフト２０を回転してピン２１
が最高となる位置（上死点であってピン２１の中心３１
がＭ点にきたとき）でのピン２１のトップ側２１ａに形
成された硬化層２８ａの幅は、硬化層２８ａと対向する
位置であるピン２１のボトム側２１ｂに形成された硬化
層２８ｂの幅より小さい。

即ち、Ω型コイルの性質上、ピン２１のトップ側２１ａ
の両側にあるクランクシャフト２０の突起部２３の磁気
抵抗に比べて、ピン２１のボトム側２１ｂの両側にある
マス部２４の磁気抵抗が小さいので、高周波焼入コイル
５０がピン２１のボトム側２１ｂ近辺にきたときには、
高周波焼入コイル５０が発生する磁力線の密度が大きく
なるが、高周波焼入コイル１０がピン２１のトップ側２
１ａ近辺にきたときには、磁力線の密度が小さくなる。

ピン２１を加熱する誘導電流の大きさは、磁束密度が大
きいほど大であるので、ピン２１のトップ側２１ａに形
成された硬化層２８ａの幅が、ピン２１のボトム側２１
ｂに形成された硬化層２８ｂの幅より小さくなる。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、ク
ランクシャフトのピンのように、ワークの円柱状の被焼
入部の表面近辺のマスが不均一であるワークの前記表面
にΩ型コイルを使用してほぼ均一な幅を有する硬化層を
形成することができる高周波焼入方法を提供することを
目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記問題を解決するために本発明の高周波焼入方法は、
ワークの円柱状の被焼入部を被焼入部の軸方向からみて
被焼入部の表面上の一点の周辺のワークのマスが最小と
なる一点を有するワークの前記表面を、ワークを前記軸
の周りに回転しながら前記表面に接近且つ対向するよう
に配置した高周波焼入コイルに通電して加熱する高周波
焼入方法において、被焼入部の１回転ごとに、前記一点
が高周波焼入コイルの中央に来る手前の所定の位置と高
周波焼入コイルの中央との間の区間、および、高周波焼
入コイルの中央と前記一点が高周波焼入コイルの中央を
通過してから後の所定の位置との間の区間とを前記一点
が通過する間だけ、高周波焼入コイルに加える電力を段
階的にまたは連続的に増加させ、且つ、前記高周波焼入
コイルは、前記表面に対向してほぼ半円の或いは半円よ
り小さい円の円弧状に形成され前記表面に接近且つ対向
して配置される加熱コイルと、一端が加熱コイルの一端
に接続された第１の給電コイルと、一端が加熱コイルの
他端に接続された第２の給電コイルと、一端が第２の給
電コイルの他端に接続された第３の給電コイルと、加熱
コイルの前記表面に対向していない面を覆うように形成
された第１と第２のコアと、加熱コイルと前記表面間の
距離を一定に保つ複数のスペーサとを有し、第１と第２
のコア間の加熱コイルに、前記スペーサの内の１個のス
ペーサのほぼ上部を設けるための四部が形成されている
とともに、第１、第２および第３の給電コイルによって
前記１個のスペーサのほぼ下部を収容するだめのスペー
スを形成し、且つ第１と第３の給電コイルの接近して配
置された他端間に高周波電圧が印加される高周波焼入コ
イルとしている。

〈作用〉 ワークを被焼入部の軸の周りに回転せしめつつ被焼入部
の１回転ごとに、前記一点が前記高周波焼入コイルの中
央に来る手前の所定の位置と前記高周波焼入コイルの中
央との間の区間、および、前記高周波焼入コイルの中央
と前記一点が前記高周波焼入コイルの中央を通過してか
ら後の所定の位置との間の区間とを前記一点が通過する
間だけ、高周波焼入コイルに加える電力を段階的にまた
は連続的に増加させる。

〈実施例〉 以下図面を参照し本発明の一実施例としてクランクシャ
フトのピンの高周波焼入方法を説明する。

第１図〜第５図はこの実施例を説明するための図面であ
って、第１図はクランクシャフトの正面説明図、第２図
はクランクシャフトのピンの断面説明図、第３図は高周
波焼入コイルの斜視図（但しコアを取り付けてない状態
）、第４図は高周波焼入コイルの一部透視正面図、第５
図は第４図のＡＡ線矢示断面説明図である。なお、従来
の技術で説明したものと同等或いは類似のものには同一
の符号を付して説明する。

初めに高周波焼入コイル５０の構造を詳細に説明する。

第１図と第２図に示す本実施例の高周波焼入コイル５０
は、その詳細を第３図〜第５図に示すように、加熱コイ
ル５４と、給電コイル５１（第１の給電コイル’）　、
５２　（第２の給電コイル）　、５３　（第３の給電コ
イル）と、コア５５１（第１のコア）、５５２（第２の
コア）とを備えている。

即ち、第３図に示すように、高周波焼入コイル５０は、
ピン２１の表面２１ｃに対向し表面２１ｃに接近して配
置される加熱コイル５４と、一端５１１が加熱コイル５
４の一端５４１に接続された給電コイル５１と、一端５
２１が加熱コイル５４の他端５４２に接続された給電コ
イル５２と、一端５３１が給電コイル５２の他端５２２
に接続された給電コイル５３と、更に、第４図および第
５図に示すように、加熱コイル５４のピン２Ｉの表面２
１ｃに対向した面５４３を除いた面、即ち面５４３に対
向した背面５４８および１対の側面５４７．５４７を覆
うように形成されて加熱コイル５４に装着されたコア５
５１　とコア５５２とを有している。なお、加熱コイル
５４の前記面５４３には断面が長方形状の溝５４４を設
けて、ピン２１の表面２１ｃに形成される硬化層の深さ
がほぼ均一になるようにしている。加熱コイル５４、給
電コイル５１．５２．５３は中空の良導電金属製である
。また、コア５５１．５５２は断面がほぼコ字状の積層
鋼板製であるが、フェライト系のコアとしても良い。

加熱コイル５４の１対の側面５４７．５４７上でコア５
５１　とコア５５２の間に、１対の凹部５４５．５４５
が形成されている。但し、１対にこだわるものではなく
、片側だけでもよい。これら凹部５４５．５４５には１
対のほぼ台形状のスペーサ６１．６１のほぼ上部が配設
される。これらスペーサ６１は、加熱コイル５４とピン
２１の表面２１ｃ間の距離を安定して一定に保つために
設けられるものであって、非誘導性、非金属性の炭化珪
素等で作られている。

給電コイル５１をほぼＥ字状に、給電コイル５２をほぼ
逆Ｓ字状に、また、給電コイル５３をほぼく字状に形成
することによって、給電コイル５１．５２．５３ハ、ス
ペーサ６１のほぼ下部を収容するためのスペース５７を
形成している。

加熱コイル５４は表面２１ｃに対向するようにほぼ１７
２〜１／４円弧状に形成されている（要求される硬化層
の深さ等によって適宜の値を選定することができる）。

また、給電コイル５１の他端５１２と給電コイル５３の
他＄５３２とが接近するように給電コイル５１と給電コ
イル５３が形成され配置されている。

そして、給電コイル５１の他端５１２および他端５１２
の近辺と、給電コイル５３の他端５３２および他端５３
２の近辺との間には、第４図に示すように、絶縁物５６
が設けられている。加熱コイル５４の中空部分５４６、
給電コイル５１の中空部分５１３、給電コイル５２の図
示しない中空部分および給電コイル５３の図示しない中
空部分は、これらコイルの冷却液の通路となっている。

コア５５１．５５２を加熱コイル５４に装着するための
スペースを設けるために、給電コイル５１は、その一端
５１１の近辺において加熱コイル５４に向かって折曲さ
れており、また、給電コイル５２も、その一端５２１に
おいて加熱コイル５４に向かって折曲されている。なお
、給電コイル５１の他端５１２および給電コイル５３の
他端５３２には、それぞれ、冷却液供給管８３および８
４が設けられている。また、この他端５１２および他端
５３２は、それぞれ電線８１および８２を介して高周波
電源１００に接続されている。

更に、給電コイル５２の他端５２２と給電コイル５３の
一端５３１とに共通する冷却液排出管８５が接続されて
いる。

ピン２１の表面２１ｃと加熱コイル５４間の距離を安定
して一定に保つために、スペーサ６１に加えて、１対の
対向したスペーサ６２が給電コイル５１の近辺に、また
、スペーサ６２に対向するように１対の対向したスペー
サ６３が給電コイル５２の近辺に設けられ、スペーサ６
２と６３とでピン２１を挟持している。

なお、スペーサ６２．６３は、それぞれを１対のスペー
サとすることにこだわるものではなく、それぞれを１個
のスペーサとすることもできる。また、高周波焼入コイ
ル５０によって加熱された表面２１ｃに焼入用の冷却液
を噴射するための１対の冷却ジャケット７１．７２が、
それぞれスペーサ６２．６３に接近して設けられている
。冷却ジャケット７１．７２には、それぞれ冷却液供給
管７３．７４が接続されている。

高周波焼入コイル５０によって、小さい幅、例えば約１
０ｍｍ程度の幅の硬化層を表面２１ｃに形成しようとす
る場合には、加熱コイル５４の幅を例えば１０〜８ｍｍ
とすれば良い。従って、加熱コイル５４の中空部分５４
６、給電コイル５１の中空部分５１３、給電コイル５２
の図示しない中空部分および給電コイル５３の図示しな
い中空部分は、冷却液を流通させるのに十分な大きさと
することができる。

７３は、ガラスラミネート製で対向するように配置され
た１対の平板状の支持板であって、これら支持板７３間
に、冷却ジャケット７１．７２の下部、高周波焼入コイ
ル５０およびスペーサ６１．６２．６３が配置されてい
る。そして、第４図に示すように、スペーサ６１．６２
．６３、冷却ジャケット７１．７２は、それぞれボルト
６１１．６２１．６３１　、７２１．７２２によって支
持板７３に取り付けられている。

なお、高周波焼入コイル５０によってピン２１の表面２
１ｃを加熱する場合には、高周波電源１００から第４図
の矢印Ｐで示すように高周波電流が高周波焼入コイル５
０に通電され、また、高周波焼入コイル５０を冷却する
ために第４図の矢印ＲとＱで示すように冷却液が流通さ
れる。

次ぎに、上記高周波焼入コイル５０を用いてクランクシ
ャフト２０のピン２１の表面２１ｃを高周波焼入する動
作について説明する。

まず、前記した従来の高周波焼入方法と同様にに、クラ
ンクシャフト２０のジャーナル２２の断面の中心を通る
クランクシャフトの回転軸２５が水平になるようにクラ
ンクシャフト２０を配設する。次いで、３個のスペーサ
（スペーサ）６１．６２．６３を介してピン２１の表面
２１ｃから所定の距離を保つようにピン２１の表面２１
ｃに上方から接近して配設された高周波焼入コイル５０
に、高周波電源１００から高周波電流を供給すると共に
、クランクシャフト２０を回転軸２５の周りに、図示し
ない回転装置によって回転させる。そして、高周波焼入
コイル５０に所定時間、或いは、クランクシャフトが所
定回数回転する間通型する。

この場合、第２図に示すように、ピン２１は従来の高周
波焼入方法と同様に、回転軸２５の周りを矢印Ｍの方向
に公転しながら、１公転に対して１回の割合で矢印Ｎの
方向に自転する。そして、ピン２１の断面の中心３１は
回転軸２５を中心とする円３２を描く。また、高周波焼
入コイル５０は図示しない公知のパンタグラフによって
支持されているので、ピン２１の公転に応じて上下左右
に揺動する。

本実施例の特徴は、高周波焼入コイル５０への電力の加
え方にある。即ち、クランクシャフト２０の１回転ごと
に、ピン２１の上死点（ピン２１の中心３１がＭ点にき
たときであって、ピン２１が高周波焼入コイル５０の中
央にくる）の手前の所定の位置（中ＩＤ３１がＡ点に来
たとき）とピンの上死点との区間（クランクシャフト２
０の回転角度にしてθ１の区間）、およびピンの上死点
と上死点後の所定の位置（中心３１がＢ点に来たとき）
との区間（クランクシャフト２０の回転角度にしてθ２
の区間）とをピン２１が通過する間だけ、高周波焼入コ
イル５０に加える電力を増加させる。

即ち、ピン２１の断面の中心３１がＡ点に至ったときに
電力を大きくし、Ｂ点に至ったとき電力を元の大きさな
るように小さくする。このように電力を大きくしたり、
小さくしたりするに際し、電力の変化を断続的なステッ
プ状に変化させても、或いは、連続的に変化させても、
いずれの方法でもよい。通常、θ１、θ２とも１５″〜
９０″であり、また、−船釣にθ１＝θ２としている。

高周波焼入コイル５０に上記のような通電を行うと、第
１図に示すように、ピン２１のトップ側２１ａに形成さ
れた硬化層２９ａの幅と、ピン２１のボトム側２１ｂに
形成された硬化層２９ｂの幅とは、はぼ等しくなる。

上記実施例は、クランクシャフト２０のピン２１の表面
２１ｃを高周波焼入する場合について説明したが、クラ
ンクシャフト２０のジャーナル２２の周辺のマスが不均
一である場合にも、このジャーナル２２の表面の高周波
焼入に適用できる。

更に、本発明の高周波焼入方法は、クランクシャフトの
ピンやジャーナルの焼入に限定されることなく、ワーク
の円柱状の被焼入部をこの被焼入部の軸方向からみて被
焼入部の表面上の一点の周辺のワークのマスが最小とな
る一点を有するワークの前記表面に、はぼ均一な幅の硬
化層を形成する場合に適用することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明は、ワークの円柱状の被焼入
部の表面を高周波焼入するに当たり、被焼入部の表面の
周辺のワークのマスが最小である表面近辺の加熱電力を
他の部分に比べて増加させているので、被焼入部の表面
の全周にわたって幅の均一な硬化層を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を説明するための図
面であって、第１図はクランクシャフトの正面説明図、
第２図はクランクシャフトのピンの断面説明図、第３図
は高周波焼入コイルの斜視図（但しコアを取り付けてな
い状態）、第４図は高周波焼入コイルの一部透視正面図
、第５図は第４図のＡ−Ａ線矢示断面説明図である。第
６図および第７図は従来の高周波焼入方法を説明するた
めの図面であって、第６図はクランクシャフトの一部の
正面説明図、第７図はクランクシャフトのピンの断面説
明図である。 ２０・・・クランクシャフト、２１・・・ピン、２１Ｃ
・・・表面、２２・・・ジャーナル、２３・・・突起部
、２４・・・マス部、２５・・・回転軸、２９ａ、２９
ｂ　　・・・硬化層、３１・・・中心３１．５１．５２
．５３・給電コイル、５４・・・加熱コイル、５７・・
・スペース、６１．６２．６３・・・スペーサ、１００
・・高周波電源、５１１．５２１．５３１　、５４１　
　・・・一端、５２１．５２２．５３２．５４２　・・
・他端、５５１．５５２　　・・・コア、５４５　　・
・・凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークの円柱状の被焼入部を被焼入部の軸方向か
   らみて被焼入部の表面上の一点の周辺のワークのマスが
   最小となる一点を有するワークの前記表面を、ワークを
   前記軸の周りに回転しながら前記表面に接近且つ対向す
   るように配置した高周波焼入コイルに通電して加熱する
   高周波焼入方法において、被焼入部の１回転ごとに、前
   記一点が高周波焼入コイルの中央に来る手前の所定の位
   置と高周波焼入コイルの中央との間の区間、および、高
   周波焼入コイルの中央と前記一点が高周波焼入コイルの
   中央を通過してから後の所定の位置との間の区間とを前
   記一点が通過する間だけ、高周波焼入コイルに加える電
   力を段階的にまたは連続的に増加させ、且つ、前記高周
   波焼入コイルは、前記表面に対向してほぼ半円の或いは
   半円より小さい円の円弧状に形成され前記表面に接近且
   つ対向して配置される加熱コイルと、一端が加熱コイル
   の一端に接続された第１の給電コイルと、一端が加熱コ
   イルの他端に接続された第２の給電コイルと、一端が第
   ２の給電コイルの他端に接続された第３の給電コイルと
   、加熱コイルの前記表面に対向していない面を覆うよう
   に形成された第１と第２のコアと、加熱コイルと前記表
   面間の距離を一定に保つ複数のスペーサとを有し、第１
   と第２のコア間の加熱コイルに、前記スペーサの内の１
   個のスペーサのほぼ上部を設けるための凹部が形成され
   ているとともに、第１、第２および第３の給電コイルに
   よって前記１個のスペーサのほぼ下部を収容するための
   スペースを形成し、且つ第１と第３の給電コイルの接近
   して配置された他端間に高周波電圧が印加される高周波
   焼入コイルであることを特徴とする高周波焼入方法。