JPH03188221A - クランクシャフトの高周波焼入装置 - 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装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、多気筒エンジンのクランクシャフトのピンを高周
波焼入するには、高周波焼入コイル（以下単に加熱コイ
ルという）へ給電するカレントトランスへの印加電圧を
変化させて、各ピンごとに焼入するか、或いは同位相の
複数のピンに対して同時に焼入を行っている。

この理由は以下の通りである。即ち、第８図に示すよう
に、クランクシャツ目０のピン１１の表面を焼入するに
は、クランクシャフト１０のジャーナル１５の断面の中
心を通るクランクシャフトの回転軸１７が水平になるよ
うにクランクシャフト１０を配設し、図示しないスペー
サを介してピン１１の表面から所定の距離を保つように
ピン１１に載置したオープンループ型の高周波焼入コイ
ル２０に高周波電流を供給すると共に、クランクシャフ
ト１０を回転軸１７の周りに図示しない回転装置によっ
て回転させ、所定時間ピン１１を加熱後、ピン１１に焼
入用の冷却液を噴射する。この場合、高周波焼入コイル
２０は図示しない公知のパンタグラフによって支持され
てピン１１に載置されたままピン１１の動きに応じて揺
動する。

ピン１１のトップ側（ピン１１の上死点でのピン１１の
頂部）の両側にあるクランクシャフト１０の突起部１１
ａの磁気抵抗に比較して、ピン１１のボトム側（ピン１
１の上死点でのピン１１の底部）の両側にあるマス部１
１ｂの磁気抵抗が小さいので、高周波焼入コイル２０が
ピン１１のボトム側近辺にきたときには、高周波焼入コ
イル２０が発生する磁力線が多くなるが、高周波焼入コ
イル２０がピン１１のトップ側近辺にきたときには、磁
力線が少なくなる。従って、ピン１１のトップ側に形成
された硬化層１１ｃの幅は、ボトム側に形成された硬化
層１ｉｄＯ幅より小さい。即ち、ピン１１のボトム側に
形成された硬化層ｌｉｄに所定の幅を持たせるように高
周波焼入コイル２０に電力を加えると、ピン１１のトッ
プ側に形成された硬化層１１ｃの幅が所定の幅より小さ
くなる。

それ故、トップ側の硬化層１１ｃとボトム側の硬化層１
１ｄの幅をほぼ同一にするために、トップ側近辺で高周
波焼入コイル２０に加える電力をボトム側に加える電力
よりも大きくすることが必要となる。即ち、クランクシ
ャフト１０の１回転の間において高周波焼入コイル２０
に加える電力を変化させる必要があり、しかもこの変化
を与えるタイミングはピンの位相が異なると違ったもの
となる。このため、ピンごとに、或いは同位相の複数の
ピンごとに焼入を行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、ピンごとに、或いは同位相の複数のピン
ごとに焼入を行うと、全てのピンを焼入するのに時間が
かかり、また、高周波焼入コイルをピンからピンへ移動
させることでも時間がかかるので、クランクシャフトの
焼入に要する時間が長くなる。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、ク
ランクシャフトの全てのピンを共通な高周波電源によっ
て同時に焼入してそれぞれのピンに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装置を提供
することを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記の問題を解決するために、本発明の高周波焼入装置
は、多気筒エンジンのクランクシャフトのそれぞれのピ
ンに載置されてピンを加熱する高周波焼入コイルと、高
周波焼入コイルごとに設けたカレントトランスと、カレ
ントトランスに共通した高周波電源と、高周波焼入コイ
ルとカレントトランスとを接続する接続導体と、接続導
体の途中に形成した開ループ状のインダクタと、インダ
クタに挿入され絶縁性筒内の空胴部の一方の側に導電性
物体が他方の側に磁性物体が設けられた誘導体とを具備
し、クランクシャフトの回転に伴うインダクタと誘導体
との相対位置の変化に応じて高周波焼入コイルの消費電
力が加減され、且つ、前記高周波焼入コイルは、ピンに
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
形成されピン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、加熱コイルのピンに対向してい
ない面を覆うように形成された第１と第２のコアと、加
熱コイルとピン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、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としている。

く作用〉 クランクシャフトが回転されると、ピンが回転軸の周り
を公転し、インダクタは上下左右に揺動する。ピンが上
死点近辺にくると、インダクタは誘導体の導電性物体に
対向してインダクタの消費電力が小さく加熱コイルの消
費電力が大きい。ピンが上死点から下死点に向かって移
動するにつれてインダクタの消費電力が増加してゆき加
熱コイルの消費電力が減少してゆく。ピンが下死点近辺
にくると、インダクタは誘導体の磁性物体に対向してイ
ンダクタの消費電力が大きく加熱コイルの消費電力が小
さい。ピンが下死点から上死点に向かって移動するにつ
れてインダクタの消費電力が減少してゆき加熱コイルの
消費電力が増加してゆく。従って、ピンの全周にわたっ
てほぼ均一な幅の硬化層が形成される。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本実施例の概要を示す説明図、第２図は電気接続
図、第３図は誘導体の断面図、第４図はインダクタと誘
導体との相対位置と誘導体が消費する電力との関係を示
すグラフ、第５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６図は高周波焼入コイル
の一部透視正面図、第７図は第４図のＡ−Ａ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。

本実施例は、第１図に示すように、４気筒のエンジンの
クランクシャフト１０の４個のピン１１〜１４を同時に
焼入し、ピン１１〜１４の周面にほぼ均一な幅の硬化層
を形成することができる高周波焼入装置である。同図の
クランクシャフト１０は、ピン１１と１４とが上死点の
位置に、ピン１２と１３とが下死点の位置にある状態を
示している。クランクシャツ目０の一端はセンターピン
１８で、他端はセンターピン１９で支持されている。ピ
ン１１〜１４には、それぞれ、高周波焼入コイル５０が
、図示しないスペーサを介して載置されている。これら
の高周波焼入コイル５０は、高周波焼入コイル５０から
それぞれ上方に延設された接続導体９０．９０によって
カレントトランス２０の２次コイル２２にそれぞれ接続
されている。各カレントトランス２０の１次コイル２１
は並列に接続されて高周波電源１００から給電される。

９３は高周波焼入装置本体２００に取り付けられた公知
のパンタグラフであって、クランクシャフト１０を回転
したときに、ピン１１〜１４に載置された高周波焼入コ
イル５０をそれぞれピン１１〜１４の上下左右運動に対
応してピン１１〜１４に載置された状態で揺動させるも
のである。

高周波焼入コイル５０の前記接続導体９０の内の一つに
は、第２図に示すように、出力バランサ７０が設けられ
ている。そして、第１図に示すように、これらの出力バ
ランサ７０は、それぞれ、開ループ形状のインダクタ３
０と、円筒状の誘導体４０とを備えている。誘導体４０
はそれぞれ長手方向が上下方向に配置され且つインダク
タ３０の形成する開ループ内に、インダクタ３０が上下
動自在であるように挿入されてており、上端が誘導体取
付台２０１に固定されている。

次ぎに、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。以下、ピン１１の表面ｌｉｅを加熱する
高周波焼入コイル５０を例にとって説明する。

第５図に示すように、高周波焼入コイル５０は、ピンＩ
Ｊの表面ｌｉｅに対向し表面ｌｉｅ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５４の一
端５４１に接続された給電コイル５１と、一端５２１が
加熱コイル５４の他端５４２に接続された給電コイル５
２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６図および第７図に
示すように、加熱コイル５４のピン１１の表面ｌｉｅ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５５１　
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１１の表面１１ｅ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１
１の表面ｌｉｅ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は、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ｌｉｅに対向するようにほぼ１７
２〜１７４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
他端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１１の表面ｌｉｅ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１１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ｌｉｅ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
１０ｍｍ程度の幅の硬化層をピン１１の表面ｌｉｅ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５
３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６Ｉ、６２
．６３、冷却ジャケット７１．７２は、それぞれボルト
６１１　、６２１．６３１　、？２１．７２２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１１の表面ｌ
ｉｅを加熱する場合には、高周波電源１００がら第６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。

誘導体４０は、第３図に示すようにガラスラミネートチ
ューブ、エポキシチューブ、シリカチューブ等の絶縁性
のチューブ４１を有し、このチューブ４１の内部の上部
および下部には、それぞれ、胴筒よりなる導体筒部４１
およびフェライト筒（積層珪素鋼板等の筒でもよい）よ
りなる磁性体筒部４３が設けられており、導体筒部４１
と磁性体筒部４３との間は空胴部４２となっている。導
体筒部４１の中空部４１ａと磁性体筒部４３の中空部４
３ａとは、空胴部４２と共に誘導体４０の冷却液Ｗの通
路となっている。

この冷却液Ｗは、第１図に示すように、冷却液供給管９
１から誘導体４０に供給され、誘導体４０を冷却後、冷
却液排出管９２から排出される。なお、各誘導体４０は
クランクシャフト１０の回転軸１７から同じ高さに設置
されている。

インダクタ３０はピン１１〜１４が上死点にきたときに
誘導体４０のほぼ上端に、また、下死点にきたときに誘
導体４０のほぼ下端に（るような位置に設けられている
。インダクタ３０はクランクシャフト１０の回転に伴っ
て上下左右方向に揺動するが、この際誘導体４０に接触
しないように、予め実験等によって定めた適宜の大きさ
のほぼ長円形に形成されている。

次ぎに、本実施例の動作について説明する。

まず、インダクタ３０と誘導体４０との相対位置と、イ
ンダクタ３０の消費電力との関係について説明する。第
４図に示すように、インダクタ３０に高周波電流を通電
したときのインダクタ３０の消費電力はインダクタ３０
と誘導体４０との相対位置によって異なる。即ち、誘導
体４０が磁性体筒部４３のみ、空胴部４２のみ、或いは
、導体筒部４１のみを備えている場合には、インダクタ
３０が磁性体筒部４３、空胴部４２或いは導体筒部４１
に対向した位置にあるときのインダクタ３０の消費電力
は、それぞれ、６．６或いはＷ、となる。但し、Ｗ　、
＞　Ｗ　ｚ　＞　Ｗ　＋である。この理由は、インダク
タ３０が磁性体筒部４３に対向した位置にあるときには
、インダクタ３０の電力が磁性体筒部４３の強磁力によ
って著しく消費されるし、空胴部４２に対向した位置に
あるときには、インダクタ３０のインダクタンスロスに
よる電力消費が有るが、磁性体筒部４３に対向した場合
より少なく、また、導体筒部４１に対向した位置にある
場合には、導体筒部４１に誘導加熱を生じるための電力
消費は有るが、空胴部４２に対向した場合よりも少ない
からである。

インダクタ３０が誘導体４０の上下端の間に位置すると
きには、磁性体筒部４３、空胴部４２および導体筒部４
１のそれぞれがインダクタ３０に及ぼす影響が合成され
て、第４図の直線−またはこの直線−にほぼ近似した曲
線で表されるような電力消費がインダクタ３０によって
行われる。

次ぎに、高周波焼入コイル５０によるピン１１〜１４の
焼入動作について説明する。

クランクシャフト１０のピン１１〜Ｉ４の表面に、それ
ぞれ、高周波焼入コイル５０を載置し、クランクシャフ
ト１０を図示しない回転装置で回転軸１７の周りに回転
させると、ピン１１〜１４は回転軸１７を中心として公
転する。高周波焼入コイル５０は、パンタグラフ８０の
動作によって、それぞれ、ピン１１〜１４に載置された
ままピン１１〜１４の動きに追随し、また、インダクタ
３０およびカレントトランス２０も揺動する。この状態
で高周波電源１００から各カレントドランス２０に通電
が行われる。

以下、ピン１１の焼入について説明する。ピン１１が、
第１図に示すように、上死点にあるときは、インダクタ
３０が誘導体４０の上端近辺で導体筒部４１に対向した
位置にくるので、インダクタ３ｏの消費電力は少なく、
従って高周波焼入コイル５ｏの消費電力は大きい。クラ
ンクシャツ１−１０の回転が進んでピン１１が下死点に
くると、インダクタ３ｏは誘導体４０の下端近辺で磁性
体筒部４３に対向した位置にくるので、インダクタ３０
の消費電力が大きく、従って高周波焼入コイル５０の消
費電力が小さい。ピン１１が上死点から下死点に至る間
は、第４図の直線Ｗに従ってインダクタ３０の消費電力
が増加してゆく、即ち、高周波焼入コイル５０の消費電
力が減少してゆく。ピン１１が下死点から上死点に至る
間は、高周波焼入コイル５０の消費電力は増加してゆく
。

従来の技術で述べたように、ピン１１のトップ側では磁
気抵抗が大で高周波焼入コイル５ｏの消費電力が小さく
、ボトム側で磁気抵抗が小で高周波焼入コイル５０の消
費電力が大きいが、クランクシャフト１０の１回転の間
に高周波焼入コイル５０の消費電力を上記のように変化
させることによって、従来の高周波焼入装置に付随する
問題、即ち、高周波焼入コイルの消費電力がトップ側で
小さくボトム側で大きいことを補償することができる。

従って、ピン１１の周面の全体にわたってほぼ一定の電
力による加熱が行われる結果、加熱後ピン１１に焼入用
の冷却液を所定時間噴射することによりピン１１の周面
の全体にほぼ均一な幅の硬化層ｉｆｆを形成することが
できる。なお、ピン１２〜１４の焼入はピン１１の焼入
と同様に行われる。従って、本実施例によると、一つの
高周波電源を用いて、全てのピン１１〜１４にほぼ均一
な幅の硬化層を同時に形成することができる。

本実施例は４気筒のエンジンのクランクシャフトのピン
を焼入する場合について説明したが、４気筒にこだわる
ものではなく、任意の個数の気筒を有するエンジンのク
ランクシャフトに適用できる。

〈発明の効果〉 本発明のクランクシャフトの高周波焼入装置は、一つの
高周波電源で多気筒エンジンのクランクシャフトのピン
を焼入するに際し、各加熱コイルとカレントトランスと
を接続する接続導体に形成した開ループ状のインダクタ
内に導電性物体および磁性物体を備えた誘導体を挿入し
、ピンの運動に伴うインダクタと誘導体との相対位置の
変化に応じて加熱コイルの消費電力を変化させ、各ピン
のトップ側の加熱を大きく、ボトム側の加熱を小さくし
ている。

従って、複数の加熱コイルに共通な高周波電源を用いて
複数のピンにピンの全周面にわたってほぼ均一な幅を有
する硬化層を同時に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概要を示す説明図、第２図
は電気接続図、第３図は誘導体の断面図、第４図はイン
ダクタと誘導体との相対位置と誘導体が消費する電力と
の関係を示すグラフ、第５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６図は高周波
焼入コイルの一部透視正面図、第７図は第４図のＡ−Ａ
線矢示断面説明図である。第８図はクランクシャフトの
一部の正面説明図である。 １０・・・クランクシャフト、１１〜１４・・・ピン、
２０・・・カレントトランス、３０・・・インダクタ、
４０・・・誘導体、４１・・・導体筒部、４２・・・空
胴部、４３・・・磁性体筒部、５０・・・高周波焼入コ
イル、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、７０・・・出力バランサ、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。 ９０・・・接続導体、１００　　・・・高周波電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多気筒エンジンのクランクシャフトのそれぞれの
   ピンに載置されてピンを加熱する高周波焼入コイルと、
   高周波焼入コイルごとに設けたカレントトランスと、カ
   レントトランスに共通した高周波電源と、高周波焼入コ
   イルとカレントトランスとを接続する接続導体と、接続
   導体の途中に形成した開ループ状のインダクタと、イン
   ダクタに挿入され絶縁性筒内の空胴部の一方の側に導電
   性物体が他方の側に磁性物体が設けられた誘導体とを具
   備し、且つ、クシャフトの回転に伴うインダクタと誘導
   体との相対位置の変化に応じて高周波焼入コイルの消費
   電力が加減され、且つ、前記高周波焼入コイルは、ピン
   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
   に形成されピン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、加熱コイルのピンに対向して
   いない面を覆うように形成された第１と第２のコアと、
   加熱コイルとピン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、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クランク
   シャフトの高周波焼入装置。