JPH05287385A - ４気筒エンジン用クランクシャフトの高周波焼入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４気筒エンジン用クランクシャフトのピンP1
〜P4とジャーナルJ1〜J5を焼入したときに、クランクシ
ャフトの歪みが少なく、しかも、ピンとジャーナルには
所望の硬化層を形成する。 【構成】 クランクシャフトの１回転中において、ピン
が上死点U2の前の所定の位置である点U1から上死点U2の
後の所定の位置である点U3までの区間を通過する間（ク
ランクシャフトがθ1 とθ2 の角度回転する間) にピン
P1、P4を加熱する加熱コイルに印加する電力W1を、クラ
ンクシャフトが前記区間以外の区間を通過するときにピ
ンP1、P4を加熱する加熱コイルに印加する電力W2よりも
小さくし、ピンP2、P3およびジャーナルJ1〜J5をそれぞ
れ加熱する加熱コイルには加熱中常に一定の大きさの電
力を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は４気筒エンジン用クラン
クシャフトの高周波焼入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、図面を参照して従来の技術を説明
する。図７に示すように、一般的に４気筒エンジン用ク
ランクシャフト100 は、５個のジャーナルJ1〜J5、隣り
合うジャーナルの間に１個ずつ配設された合計４個のピ
ンP1〜P4、隣り合うピンとジャーナルとの間に１個ずつ
配設された合計８個のクランクアームＫ、およびフラン
ジ部Ｍを備えている。なお、110 は各ジャーナルJ1〜J5
の中心を結ぶ直線であってクランクシャフト100 の回転
軸である。

【０００３】クランクシャフト100 のピンP1〜P4とジャ
ーナルJ1〜J5との焼入は、いろいろの焼入仕様に基づい
て行われるが、ここでは、ピンP1〜P4とジャーナルJ1を
Ｒ焼入し、ジャーナルJ2〜J5をフラット焼入する場合を
説明する。

【０００４】ピンP1〜P4のＲ焼入とは、ピンP1を例にと
って図８に示すように、ピンP1の円柱部10の表面と、円
柱部10に引き続くＲ部11の表面と、Ｒ部11に引き続き円
柱部10と直交しているフィレット部12の表面とにわたる
硬化層13を形成することである。ジャーナルJ1のＲ焼入
も同様であって、図９に示すように、ジャーナルJ1の円
柱部20の表面と、円柱部20に引き続くＲ部21の表面と、
Ｒ部21に引き続き円柱部20と直交しているフィレット部
22の表面とにわたる硬化層23を形成することである。ま
た、ジャーナルJ2〜J5のフラット焼入とは、ジャーナル
J2を例にとって図10に示すように、ジャーナルJ2の円柱
部20の表面のみに硬化層24を形成するものであって、Ｒ
部21とフィレット部22とには硬化層を形成しない。

【０００５】クランクシャフト100 の各ピンと各ジャー
ナルに上述の硬化層を形成するには、従来、以下のよう
に行ってきた。即ち、まず、ピンP1〜P4を同時に焼入
し、次いで、ジャーナルJ1〜J5を同時に焼入する。図３
に示すように、ピン加熱ステーションＡにおいて、クラ
ンクシャフト100 の回転軸110 が水平となるように、そ
して、クランクシャフト100 が回転軸110 を中心として
回転自在であるように、一端をチャック１で把持し、他
端をセンタ2 で支持する。

【０００６】ピンP1〜P4のそれぞれの上方には、半開放
鞍型の高周波加熱コイル（以下高周波加熱コイルを単に
加熱コイルともいう) C1〜C4が配設されている。加熱コ
イルC1〜C4は、それぞれ、リード導体D1〜D4を介してト
ランスT1〜T4に接続されている。トランスT1〜T4はそれ
ぞれ可撓性のケーブルK1〜K4を介して高周波電源H1に接
続されている。そして、加熱コイルC1、リード導体D1、
およびトランスT1は、機械的にも一体的に結合されてお
り、ピン加熱ステーションＡの図示しない昇降装置によ
って昇降される。他の、加熱コイルC2〜C4、リード導体
D2〜D4、およびトランスT2〜T4についても同様である。
なお、トランスT1〜T4はそれぞれ図示しない公知のパン
タグラフを介して加熱コイルC1〜C4用の図示しない電力
整合盤等から昇降自在、揺動自在に支持されている。

【０００７】クランクシャフト100 を例えば矢印Ｓの方
向に回転させ、前記昇降装置によって、加熱コイルC1〜
C4を矢印Ｒの方向に降下させて、それぞれ、ピンP1〜P4
に載置してから、高周波電源H1から各トランスT1〜T4を
介して各加熱コイルC1〜C4に高周波電流を所定時間通電
してピンP1〜P4を加熱する。この後、各加熱コイルC1〜
C4の下部に付属させてある冷却ジャケット（図示省略）
から冷却液をピンP1〜P4に噴射してピンP1〜P4の焼入を
終える。

【０００８】図２に示すように、クランクシャフト100
が回転軸110 を中心として矢印Ｓの方向に回転される
と、例えばピンP1の中心101 は、円102 上を公転し、且
つ、ピンP1は１公転につき、１回自転する。他のピンP2
〜P4も同様である。いま、クランクシャフト100 のピン
P1の中心101 が、点U0にあるときに、クランクシャフト
100 は通電を開始され、クランクシャフト100 が所定回
数回転する間にピンP1〜P4の焼入が行われた後、点U4に
おいて通電が停止される。この間、クランクシャフト10
0 の１回転において、ピンP1の中心101 が上死点U2の前
の所定の点U1から上死点U2の後の所定の点U3に至る区間
を第１区間とし、点U3から下死点U5を経て点U1に至る区
間を第２区間とする。但し、ピンP1の中心101 が点U1か
ら上死点U2に至る間にクランクシャフト100 が回転する
角度θ1 と、ピンP1の中心101 が上死点U2から点U3に至
る間にクランクシャフト100 が回転する角度θ2 とは通
常は等しい。

【０００９】そして、各加熱コイルC1〜C4へ通電するた
めに加熱コイルC1〜C4に印加される電力には、図11に示
すような電力低減が行われている。即ち、点U1から上死
点U2を経て点U3に至る第１区間において各加熱コイルC1
〜C4に印加する電力は、点U3から下死点U5を経て点U1に
至る第２区間において各加熱コイルC1〜C4に印加する電
力よりも小さくしてある。例えば、第２区間で各加熱コ
イルC1〜C4に印加する電力が55kWであるときに、第１区
間では45kWとする。なお、点U0と点U4とは第２区間にあ
るように選定されている。

【００１０】このように第１区間で各加熱コイルC1〜C4
に印加する電力を低減するのは、以下の理由による。即
ち、例えば、ピンP1では、図８に示すように、クランク
アームＫのピンP1の下側（図上で下側であって実際には
回転軸110 に最も近い側) に一体形成されている部分の
マスは、上側（図上で上側であって実際には回転軸110
に最も遠い側) に一体形成されている部分のマスに比べ
て大きいから、ピンP1の下側に発生した熱は、上側に発
生した熱よりも余計にクランクアームＫに伝導される結
果、下側に形成される硬化層の幅や深さが、上側に形成
される硬化層の幅や深よりも小さくなる傾向がある。従
って、ピンP1の上側を加熱するときに、加熱コイルC1へ
印加する電力を、下側を加熱するときより低くすること
によって、ピンP1に一様な深さと幅の硬化層を形成す
る。

【００１１】ピンP1〜P4の焼入終了後、図５に示すよう
に、ジャーナル加熱ステーションＢに移動されたクラン
クシャフト100 は、ピン加熱ステーションＡにおけると
同様に、チャック3 とセンタ4 とによって支持される。
各ジャーナルJ1〜J5上には、ピン加熱ステーションＡと
同様に、半開放鞍型の加熱コイルC11 〜C15 、リード導
体D11 〜D15 、およびトランスT11 〜T15 が配設されて
おり、トランスT11 〜T15 はそれぞれ可撓性のケーブル
K11 〜K15 を介して高周波電源H2に接続されている。加
熱コイルC11 〜C15 は、ジャーナル加熱ステーションＢ
の図示しない昇降装置によって昇降される。

【００１２】クランクシャフト100 を回転させ、加熱コ
イルC11 〜C15 を矢印Ｒの方向に降下させてそれぞれジ
ャーナルJ1〜J5上に載置し、高周波電源H2から常に一定
の電力を加熱コイルC11 〜C15 に所定時間印加してジャ
ーナルJ1〜J5を加熱後、各加熱コイルC11 〜C15 の下部
に付属させてある冷却ジャケット（図示省略）から冷却
液をジャーナルJ1〜J5に噴射してジャーナルJ1〜J5の焼
入を終える。

【００１３】ジャーナルJ1〜J5を焼入のために加熱のと
きには、各加熱コイルC11 〜C15 への印加電力は、加熱
の開始から終了まで一定としておき、ピンP1〜P4の加熱
のときのような電力低減は行わない。これは、ジャーナ
ルJ1〜J5に一体的に形成されたクランクアームＫのマス
が、ジャーナルJ1〜J5のそれぞれの周方向においてあま
り変化しないからである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように焼入を行
ったクランクシャフト100 のピンP1〜P4とジャーナルJ1
〜J5には、ほぼ均一な硬化層が形成されるけれども、焼
入後の歪みが大きくなる傾向が問題である。図12は、ク
ランクシャフト100 の焼入前、ピン焼入後、およびピン
焼入後に引き続いてジャーナルを焼入した場合のそれぞ
れの段階での歪みの計測結果を示す表であって、歪みの
方向は時計の方向で示し、歪みの大きさは中央のジャー
ナルJ3のT.I.R.（Total Indicator Reading)をmmで示し
てある。

【００１５】図12から判るように、クランクシャフト10
0 の焼入完了後のジャーナルJ3のT.I.R.は0.71mmであっ
て、この場合の規格値0.3mm を超過している。なお、ジ
ャーナルJ1〜J5の焼入によって発生する歪みは少なく、
歪の過半は、ピンP1〜P4の焼入によって発生しているこ
とが判る。

【００１６】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
であって、４気筒エンジン用クランクシャフトの全ての
ピンとジャーナルを焼入するに際し、焼入後のクランク
シャフトの歪みが少なく、しかも、ピンとジャーナルに
は均一な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。

【００１７】

【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４気筒エンジン用クランクシャフトの高周
波焼入方法は、５個のジャーナルと、隣り合うジャーナ
ルの間に１個ずつ配設された４個のピンとを有するクラ
ンクシャフトを回転させながら、ピンおよびジャーナル
を高周波加熱コイルによって加熱後冷却して焼入する４
気筒エンジン用クランクシャフトの高周波焼入方法にお
いて、全てのピンを同時にＲ焼入する第１工程と、クラ
ンクシャフトの一端側の１個のジャーナルをＲ焼入する
と同時に残りのジャーナルをフラット焼入する第２工程
とを有し、第１工程において、両端の２個のピンの加熱
は電力低減を行い、中央の２個のピンの加熱は電力低減
を行わず、且つ、前記電力低減は、クランクシャフトの
１回転中において、ピンが上死点の前の所定の位置から
上死点の後の所定の位置までの区間を通過する間に高周
波加熱コイルに印加する電力を、クランクシャフトが前
記区間以外の区間を通過する間に高周波加熱コイルに印
加する電力よりも小さくする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の高周波焼入方法の一実施例を
図面を参照して説明する。クランクシャフトとしては、
従来の技術の説明で採り上げた図７に示すクランクシャ
フト100 とし、従来の高周波焼入方法で実施したよう
に、ピンP1〜P4とジャーナルJ1にＲ焼入を、また、ジャ
ーナルJ2〜J5にフラット焼入を行うものとする。なお、
従来の技術で説明したものと同等のものには同一の符号
を付している。

【００１９】本実施例の高周波焼入方法は、従来の技術
で説明した高周波焼入方法と以下の点のみが異なってい
るので、異なっている点のみを説明する。即ち、図１
（ａ)に示すように、クランクシャフト100 のピンP1〜P
4を同時に焼入するときに、ピンP1とP4をそれぞれ加熱
する加熱コイルC1とC4に印加する電力WP1 に対しては電
力低減を行って、点U1から上死点U2を経て点U3に至る第
１区間ではW1の電力を、点U3から下死点U5を経て点U1に
至る第２区間ではW2（W1＜W2) の電力とするが、図１
（ｂ) に示すように、ピンP2とP3をそれぞれ加熱する加
熱コイルC2とC3に印加する電力WP2 には電力低減を行わ
ないで加熱中常に一定の電力W2とする。なお、ジャーナ
ルJ1〜J5の焼入は従来の高周波焼入方法と同様に電力低
減を行わない。

【００２０】本実施例の高周波焼入方法によって焼入さ
れたクランクシャフト100 の歪みを中央のジャーナルJ3
のT.I.R.の測定結果で示したのが図６の表である。この
表から明らかなように、焼入後のT.I.R.は0.10mmとなっ
て従来の方法で焼入したクランクシャフト100 の歪みと
比べて大幅に少なくなっており、歪みは十分に満足でき
る程度に軽減されていることが分かる。なお、電力低減
を行わなかったピンP2およびP3に形成された硬化層の幅
や深さのバラツキは大きくなっているが、それでも、許
容値内に入っている。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の４気筒エ
ンジン用クランクシャフトの高周波焼入方法は、５個の
ジャーナルと、隣り合うジャーナルの間に１個ずつ配設
された４個のピンとを有するクランクシャフトを回転さ
せながら、ピンおよびジャーナルを高周波加熱コイルに
よって加熱後冷却して焼入する４気筒エンジン用クラン
クシャフトの高周波焼入方法において、クランクシャフ
トの１回転中において、ピンが上死点の前の所定の位置
から上死点の後の所定の位置までの区間を通過する間に
高周波加熱コイルに印加する電力を、クランクシャフト
が前記区間以外の区間を通過するときに高周波加熱コイ
ルに印加する電力よりも小さくする電力低減を、ピンP1
とP4に実施し、ピンP2とP3およびジャーナルJ1〜J5に対
しては実施しない。

【００２２】この結果、クランクシャフトの歪みを少な
くすることができ、しかも、ピンに形成された硬化層の
幅や深さのバラツキを所望の範囲に収めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の方法による加熱コイルへの
電力印加の仕方の説明図であって、（ａ) は両端の２個
のピンを加熱する加熱コイルに対するものであり、
（ｂ) は中央の２個のピンを加熱する加熱コイルに対す
るものである。

【図２】図３のＸ−Ｘ線矢視断面説明図である。

【図３】ピンの焼入方法の説明図である。

【図４】図５のＹ−Ｙ線矢視断面説明図である。

【図５】ジャーナルの焼入方法の説明図である。

【図６】本発明の一実施例の方法によって焼入されたク
ランクシャフトの歪みの方向と大きさを示す表である。

【図７】焼入されるクランクシャフトの正面図である。

【図８】ピンの縦断正面図である。

【図９】ジャーナルの縦断正面図である。

【図１０】ジャーナルの縦断正面図である。

【図１１】従来の方法による加熱コイルへの通電の仕方
の説明図である。

【図１２】従来の方法によって焼入されたクランクシャ
フトの歪みの方向と大きさを示す表である。

【符号の説明】

100 クランクシャフト C1〜C4、C11 〜C15 加熱コイル J1〜J5 ジャーナル P1〜P4 ピン U0、U1、U3、U4 点 U2 上死点 U5 下死点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５個のジャーナルと、隣り合うジャーナ
   ルの間に１個ずつ配設された４個のピンとを有するクラ
   ンクシャフトを回転させながら、ピンおよびジャーナル
   を高周波加熱コイルによって加熱後冷却して焼入する４
   気筒エンジン用クランクシャフトの高周波焼入方法にお
   いて、全てのピンを同時にＲ焼入する第１工程と、クラ
   ンクシャフトの一端側の１個のジャーナルをＲ焼入する
   と同時に残りのジャーナルをフラット焼入する第２工程
   とを有し、第１工程において、両端の２個のピンの加熱
   は電力低減を行い、中央の２個のピンの加熱は電力低減
   を行わず、且つ、前記電力低減は、クランクシャフトの
   １回転中において、ピンが上死点の前の所定の位置から
   上死点の後の所定の位置までの区間を通過する間に高周
   波加熱コイルに印加する電力を、クランクシャフトが前
   記区間以外の区間を通過する間に高周波加熱コイルに印
   加する電力よりも小さくすることを特徴とする４気筒エ
   ンジン用クランクシャフトの高周波焼入方法。