JPH0534405B2 - - Google Patents

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ヤフトのピ
ンを高周波焼入するには、高周波焼入コイルへ給
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つている。

この理由は以下の通りである。即ち、第８図に
示すように、クランクシヤフト１０のピン１１の
表面を焼入れするには、クランクシヤフト１０の
ジヤーナル１５の断面の中心を通るクランクシヤ
フトの回転軸１７が水平になるようにクランクシ
ヤフト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（第８図では、高周波焼入コイル２０
の内、ピン１１の周方向に沿つて配設されたほぼ
半円状の加熱コイルの断面を示している。高周波
焼入コイル２０は、この加熱コイルと、この加熱
コイルの両端にピン１１の表面から遠ざかるよう
に延設され、端部同士が接近するように配設され
た図示しない１対の給電コイルと、加熱コイルに
装着された磁性体の図示しないコアとを備えたこ
とを概略構成としている。そして、１対の給電コ
イルの端部間に高周波電圧が印加される。なお、
ピン１１の幅が広いときには、ピン１１の幅方向
の両端近辺において、ピン１１の周方向にほぼ半
円状に形成された１対の平行な加熱コイルを有す
る半開放鞍型平面視Ｓ字状で四角な中空導体で構
成された高周波焼入コイル等がピンの焼入に多く
用いられる。しかし、ピン１１の幅が狭いと、前
記中空導体のサイズが小さくなつて中空部分に流
通される冷却液が流れにくくなる上に、前記１対
の加熱コイルの間隔が狭くなつてピン１１へ交鎖
する磁束が不足して十分に加熱できない。従つ
て、ピン１１の幅が狭いときには、前記のような
加熱コイルと給電コイルとを備えた高周波焼入コ
イル２０が使用される。）に高周波電流を供給す
ると共に、クランクシヤフト１０を回転軸１７の
周りに図示しない回転装置によつて回転させ、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２
０は図示しない公知のパンタグラフによつて支持
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。

高周波焼入コイル２０の構造が前記のような加
熱コイルと給電コイルとを備えているので、ピン
１１のトツプ側（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ヤフト１０の突
起部１１ａの磁気抵抗に比較して、ピン１１のボ
トム側（ピン１１の上死点でのピン１１の底部）
の両側にあるマス部１１ｂ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２
０がピン１１のトツプ側近辺にきたときには、磁
力線が少なくなる。従つて、ピン１１のトツプ側
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１１ｄの幅より小さい。即ち、ピ
ン１１のボトム側に形成された硬化層１１ｄ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のトツプ側に形成され
た硬化層１１ｃの幅が所定の幅より小さくなる。

それ故、トツプ側の硬化層１１ｃとボトム側の
硬化層１１ｄの幅をほぼ同一にするために、トツ
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、クランクシヤフト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つたもの
となる。この故に、高周波電源の出力をピンの公
転の周期に合わせて変化させながら、ピンごと
に、或いは同位相の複数のピンごとに焼入を行つ
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、クランクシヤ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
つて、クランクシヤフトの全てのピンを共通な高
周波電源によつ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、クランクシヤフトのピンの表面に対
向してほぼ半円形状に、或いは半円より小さい円
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、この加熱コイルの両端部分
に一端同士が接続され、他橋同士が互いに接近す
るように配設されてこれら他端間に高周波電圧が
印加される１対の給電コイルと、加熱コイルに設
けた磁性体のコアとを備え、多気筒エンジン用ク
ランクシヤフトのピンごとに設けた高周波焼入コ
イルを有するクランクシヤフトの高周波焼入装置
において、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伝性物
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、クランクシヤフト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る。

＜作用＞ クランクシヤ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つて移動するにつれ
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
かつ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。従つて、ピンの全周にわたつてほぼ均一な幅
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インダ
クタ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６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、従来の技術の説明において概略構
造を述べた高周波焼入コイル２０と類似で詳細を
後述する高周波焼入コイル５０を用いて、クラン
クシヤフトの全てのピン１１〜１４を同時に焼入
することができる高周波焼入装置であつて、第１
図に示すように、４気筒のエンジンのクランクシ
ヤフト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。同図のクランクシヤフト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
ヤフト１０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９
０，９０によつ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
ンダグラフであつて、クランクシヤフト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３０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に示す高周波焼入コイル
５０は、その詳細を第５図〜第７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１１ｅを加熱する高周波焼入
コイル５０を例にとつて説明する。

第５図に示すように、高周波焼入コイル５０
は、ピン１１の表面１１ｅに対向し表面１１ｅに
接近して配置される加熱コイル５４と、一端５１
１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
１１ｅに対向した面５４３を除いた面、即ち５４
３に対向した背面５４８および１対の側面５４
７，５４７を覆うように形成されて加熱コイル５
４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、フエライト系のコア
としても良い。

加熱コイル５４の１対の側面５４７，５４７上
でコア５５１とコア５５２の間に、１対の凹部５
４５，５４５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１１の表
面１１ｅ間の距離を安定して一定に保つために設
けられるものであつて、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５
２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つて、給電コイル５
１，５２，５３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１１ｅに対向するように
ほぼ1/2〜1/4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つ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５１
２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５
３の他端５３２および他端５３２の近辺との間に
は、第６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
となつている。

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５
１は、その一端５１１の近辺において加熱コイル
５４に向かつて折曲されており、また、給電コイ
ル５２も、その一端５２１において加熱コイル５
４に向かつて折曲されている。なお、給電コイル
５１の他端５１２および給電コイル５３の他端５
３２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５
３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１１ｅ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６２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によつて加熱された表面１１ｅに焼入用の冷
却液を噴射するための１対の冷却ジヤケツト７
１，７２が、それぞれスペーサ６２，６３に接近
して設けられている。冷却ジヤケツト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によつて、小さい幅、例
えば、約10mm程度の幅の硬化層をピン１１の表面
１１ｅ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。従つ
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つて、これ
ら支持板７３間に、冷却ジヤケツト７１，７２の
下部、高周波焼入コイル５０およびスペーサ６
１，６２，６３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
却ジヤケツト７１，７２は、それぞれボルト６１
１，６２１，６３１，７１１，７２１によつて支
持板７３に取り付けられている。

なお、高周波焼入コイル５０によつてピン１１
の表面１１ｅを加熱する場合には、高周波電源１
００から第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５０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
ネートチユーブ、エポキシチユーブ、シリカチユ
ーブ等の絶縁性のチユーブ４４を有し、このチユ
ーブ４４の内部の上部および下部には、それぞ
れ、銅筒よりなる導体筒部４１およびフエライト
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となつている。
導体筒部４１の中空部４１ａと磁性体筒部４３の
中空部４３ａとは、空胴部４２と共に誘導体４０
の冷却液ｗの通路となつている。この冷却液ｗ
は、第１図に示すように、冷却液供給管９１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はクランクシヤフト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のほぼ下端にくるような
位置に設けられている。インダクタ３０はクラン
クシヤフト１０の回転に伴つ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、予め実験等によつ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３
０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
対位置によつて異なる。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３
０の消費電力は、それぞれ、w₃、w₂或いはw₁と
なる。但し、w₃＞w₂＞w₁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の強磁力によつ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４１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ｗまたは
この直線Ｗ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によつて行われる。

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。

クランクシヤフト１０のピン１１〜１４の表面
に、それぞれ、高周波焼入コイル５０を載置し、
クランクシヤフト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９３の動作によつ
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から各カレントトラ
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
では、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３０の消費電力は少なく、従つて高周波焼入
コイル５０の消費電力は大きい。クランクシヤフ
ト１０の回転が進んでピン１１が下死点にくる
と、インダクタ３０は誘導体４０の下端付近で磁
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、従つて高周波焼入
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に従つ
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のトツプ
側では磁気抵抗が大で高周波焼入コイル５０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
クシヤフト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
よつて、従来の高周波焼入装置に追随する問題、
即ち、高周波焼入コイルの消費電力がトツプ側で
小さくボトム側で大きいことを補償することがで
きる。従つて、ピン１１の周面の全体にわたつて
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１１ｆ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。従つて、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ヤフ
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ヤフトに適用でき
る。

＜発明の効果＞ 本発明のクランクシヤフトの高周波焼入装置
は、一つの高周波電源から給電され、それぞれ
が、ピンの周方向に配設されたほぼ半円状の加熱
コイルと、この加熱コイルの両端にピンの表面か
ら遠ざかるように延設され、高周波電圧が印加さ
れる端部同士が接近するように配設された１対の
給電コイルと、加熱コイルに装着された磁性体の
コアとを備えた複数の高周波焼入コイルで多気筒
エンジンのクランクシヤ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、各ピンのトツプ側の加熱を大きく、
ボトム側の加熱を小さくしている。

従つて、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つてほ
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
インダクタ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６図のＡ−
Ａ線矢示断面説明図である。第８図はクランクシ
ヤフトの一部の正面説明図である。 １０……クランクシヤフト、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、６
１，６２，６３……スペーサ、７０……出力バラ
ンサ、１００……高周波電源、５１１，５２１，
５３１，５４１……一端、５２１，５２２，５３
２，５４２……他端、５５１，５５２……コア、
５４５……凹部。９０……接続導体、１００……
高周波電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クランクシヤフトのピンの表面に対向してほ
   ぼ半円形状に、或いは半円より小さい円弧状に形
   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、この加熱コイルの両端部分に一端同
   士が接続され、他端同士が互いに接近するように
   配設されてこれら他端間に高周波電圧が印加され
   る１対の給電コイルと、加熱コイルに設けた磁性
   体のコアとを備え、多気筒エンジン用クランクシ
   ヤフトのピンごとに設けた高周波焼入コイルを有
   するクランクシヤフトの高周波焼入装置におい
   て、 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伝性物体が他
   方の側に磁性物体が設けられた誘導体とを具備
   し、 クランクシヤフト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ることを特徴とするクラン
   クシヤフトの高周波焼入装置。