JPH10204525A

JPH10204525A - 高周波誘導加熱装置

Info

Publication number: JPH10204525A
Application number: JP9010103A
Authority: JP
Inventors: Koji Kamiya; 幸治神谷; Toshihiro Nishiwaki; 俊博西脇; Shigeyuki Kinoshita; 茂幸木下; Hirofumi Minami; 浩文南
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JP3934721B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金型鋳造により形成したワークのチル化した組
織の端部を効果的に高周波誘導により焼鈍する装置を提
供する。【解決手段】ワークＷの被加熱部位１１，１３の形状に
合わせて形成され、前記被加熱部位１１，１３に嵌脱が
自在な支持部材４と、この支持部材４の外周に巻設され
た加熱コイル６とを有し、加熱コイル６は、コイルの間
隔ｓを変えて前記支持部材４の外周に巻設されているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金型鋳造により形
成したワークのチル化した組織の端部を効果的に焼鈍す
る熱処理装置に係り、特にエンジンのカムシャフトのよ
うな耐摩耗性が必要なワークの焼鈍に好適な高周波誘導
加熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用エンジンのカムシャフト
は、高回転でバルブを開閉させるロッカーアームをカム
シャフトのカムにより駆動するので、高い耐摩耗性と高
い寸法精度が要求されている。この要求を満足させるた
めカムシャフトの製造は、高温の溶湯を重力により金型
のキャビティ内に注入するグラビティ鋳造法と呼ばれる
製造方法がとられている。この製造方法は特に熱伝導性
の高い金型が使用されるので、高温の溶湯を急冷させて
微細な組織を有する強度の高いカムシャフトを製造する
のに有効であるが、カムシャフトの端部には軸受、或い
はプーリを取り付ける必要があり、この軸受、或いはプ
ーリ内径に対する精度が必要とされるため、研磨加工を
行っていた。この研磨加工を可能にするため、カムシャ
フトの端部は高周波誘導加熱装置により焼鈍が行なわれ
ていた。

【０００３】この高周波誘導加熱装置による焼鈍の従来
例を図５ないし図１１に基づいて説明する。まず、図５
は、自動車のエンジン等に使用されるカムシャフトを示
すもので、同図において、カムシャフト３０には両側の
端部３１，３４が形成され、一方の端部３１には、プー
リを取り付けるためのプーリ取付けボス３２が形成され
ている。端部３１，３４の間には、複数のカム３５，３
５・・がカムシャフト３０と一体に形成されている。こ
のカムシャフト３０の金型を図６に示す。同図におい
て、カムシャフト３０の金型４０は、カムシャフト３０
の形状に合わせたキャビティ４１を有する２個の中子４
２，４２を装着しており、この中子４２，４２の間には
湯口４３ａに連通する垂直ランナ４３が設けられてい
る。また、この垂直ランナ４３には、水平ランナ４４が
連通されており、この水平ランナ４４は、ゲート４５を
介して前記キャビティ４１に連通されている。

【０００４】また、カムシャフト３０は、前記金型４０
で前記プーリ取付けボス３２に捨代３３を付けた大径の
状態で鋳造し、鋳造後に、この捨代３３を切削除去して
いた。そのため、このプーリ取付けボス３２を研磨加工
が可能なレベルまで硬度を下げるために焼鈍する必要が
あり、図７に示す高周波加熱装置５０により加熱を行っ
ていた。この高周波加熱装置５０は、小径部５１ａと大
径部５１ｂを持つ支持パイプ５１の内周５１ｃに断熱材
５２を周設し、この支持パイプ５１の外周に加熱コイル
５３を巻設したものである。カムシャフト３０の焼鈍
は、両側の端部３１，３４に、高周波加熱装置５０の大
径部５１ｂを嵌装して加熱コイル５３に通電して行う。

【０００５】図８は、カムシャフト３０の焼鈍後に、捨
代３３（図５参照）を切削除去をしてプーリ取付けボス
３２の概形を形成したもので、図９は、前記概形に沿っ
たｂ1 〜ｂ14の位置における硬度（ロックウェル硬度，
ＨＲＣ）を測定し、その結果を示したものである。図９
に示すように、カムシャフト３０の端部３１のｂ1 〜ｂ
4 の位置では、適切な焼鈍効果が現れて硬度が低下して
おり、カムシャフト３０の端部正面の穴明け加工等が容
易になる。ところで、上記の加工方法によれば、カムシ
ャフト３０の端部３１に無駄な捨代３３（図５参照）を
付けておき、カムシャフト３０の焼鈍後に前記捨代３３
を切削除去しなければならず、工数や材料費が嵩むとい
う不具合がある。そのため、始めから金型４０のキャビ
ティ４１に捨代を作らずに、図１０に示すように、カム
シャフト３０′のプーリ取付けボス３２′の寸法形状通
りにキャビティ４１を形成し、この金型４０により鋳造
されたカムシャフト３０′を前記高周波加熱装置５０に
より焼鈍する方法も提案されていた。

【０００６】しかしながら、上記キャビティ４１により
形成されたカムシャフト３０′のプーリ取付けボス３
２′は、高周波加熱装置５０により焼鈍を行っても、図
１１に示すように硬度が余り低下せず（図中の符号ｂ1
′〜ｂ14′は、図８および図９における位置ｂ1 〜ｂ4
に対応する）、穴明け加工等に非常に工数が掛かって
しまうという不具合が発生していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑みなされたもので、鋳造によりワークの所定部
位を予め所定の形状に形成しても、当該所定部位におけ
る焼鈍を高周波誘導により効果的に行うことのできる高
周波加熱装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ワークの被加熱部位の形状に合わせて形
成され、前記被加熱部位に嵌脱が自在な支持部材と、こ
の支持部材の外周に巻設された加熱コイルとを有し、前
記加熱コイルは、間隔を変えて前記支持部材の外周に巻
設する構成としたものである。また、前記ワークの前記
被加熱部位は、凸状の大径部と、この大径部から突出す
る小径部とからなり、前記支持部材には前記被加熱部位
の前記大径部および前記小径部に嵌脱が自在な第１嵌合
部と第２嵌合部が形成されるとともに前記第２嵌合部一
端には前記第２嵌合部よりも小径の突出部が形成され、
前記加熱コイルは、前記第１嵌合部、第２嵌合部および
前記突出部で均一な間隔で巻設され、前記第２嵌合部と
前記大径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間
隔で巻設する構成としたものである。

【０００９】また、前記支持部材の前記第１嵌合部の内
周面と、前記ワークの大径部との間隙は、前記支持部材
の第２嵌合部の内周面と前記ワークの小径部との間隙よ
りも大きく形成する構成としたものである。また、前記
ワークは、大径部であるシャフトの一端に小径部が突出
して形成され、この小径部にプーリ取付けボスが形成さ
れたカムシャフトであることを特徴とするものである。
また、前記支持部材の内周には、断熱材を周設したこと
を特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の高周波誘導加熱装
置をカムシャフトに装着した正面図、図２は、図１のカ
ムシャフトを鋳造するための金型の断面図、図３は、図
１のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を示す図、図
４は、図１のカムシャフトの端部の硬度の測定結果を示
すグラフである。

【００１１】まず、本発明の高周波誘導加熱装置Ａが装
着されるワークであるカムシャフトＷについて、図１に
基づいて簡単に説明する。カムシャフトＷは、鋳造成形
により複数のカム１５，１５，１５・・・が一体に形成
された軸部１０と、シリンダヘッドに軸支される両端の
大径部１１，１２とにより形成され、一方の大径部１１
には大径部１１よりも小径の小径部であるプーリ取付け
ボス１３が形成され、大径部１１とプーリ取付けボス１
３の間は外径変化部である段部１４が形成されている。
このプーリ取付けボス１３は後工程でドリル等の工具で
穴明けや切削等の所定の加工が施されてプーリが取り付
けられるものである。

【００１２】このカムシャフトＷは、図２に示す金型２
０により鋳造される。この金型２０は、カムシャフトＷ
の形状に合わせたキャビティ２１を有する２個の中子２
２，２２を装着しており、この２個の中子２２，２２の
中央には上下に垂直ランナ２３が形成され、この垂直ラ
ンナ２３の上端には湯口２３ａが形成されている。ま
た、この垂直ランナ２３の下端には左右に連通する水平
ランナ２４が形成され、この水平ランナ２４よりゲート
２５を介してキャビティ２１と連通しており、このキャ
ビティ２１の上部には湯上がり２１ａが形成されてい
る。また、キャビティ２１において前記カムシャフトＷ
のプーリ取付けボス１３に相当する部分であるゲート２
５の上部２５ａは、プーリ取付けボス１３と同一径に形
成されており、このゲート２５の上部２５ａの下部には
大径部２５ｂが形成されている。大径部２５ｂは、ゲー
ト２５の上部２５ａに充填された溶湯の急激な温度降下
を緩和して、プーリ取付けボス１３の硬度を低下させる
効果がある。

【００１３】上記のように構成された金型２０には、湯
口２３ａより溶湯が注湯され、溶湯は垂直ランナ２３か
ら水平ランナ２４およびゲート２５を通ってキャビティ
２１に供給される。ゲート２５を介してキャビティ２１
に供給された溶湯は、キャビティ２１の下端側からキャ
ビティ２１内に充填されていく。キャビティ２１の上端
には湯上がり２１ａが開設されているので、キャビティ
２１に溶湯が充填されることにより、キャビティ２１内
の空気がこの湯上がり２１ａから押し出されるようにな
っている。この金型２０により鋳造されたカムシャフト
Ｗは、プーリ取付けボス１３の研摩加工において、プー
リ取付けボス１３の径寸法が所定の寸法になっているの
で、捨代の切削除去作業が不要となり、後工程での工数
が掛からず簡単に加工できるようになる。

【００１４】次に、このカムシャフトＷの被加熱部位に
取付けられる本発明の高周波誘導加熱装置Ａについて、
図１ないし図４に基づいて説明する。この高周波誘導加
熱装置Ａは、図１に示すように、第１嵌合部１と、第２
嵌合部２と、第２嵌合部２の一端から突出して形成され
た第２嵌合部２より小径の突出部３とから形成された支
持部材である断熱支持パイプ４と、この内周に周設され
た断熱材５と、断熱支持パイプ４の外周に巻設された加
熱コイル６とから構成されている。第１嵌合部１は大径
部１１に嵌脱自在な内径を有するように形成され、第２
嵌合部２はプーリ取付けボス１３に嵌脱自在な内径を有
するように形成されていて、断熱支持パイプ４はカムシ
ャフトＷの被加熱部位である端部に着脱自在である。そ
して、加熱コイル６に通電しながら断熱支持パイプ４を
嵌装したカムシャフトＷを図示しない回転装置で回転し
ながら加熱して、焼鈍を行う。

【００１５】この実施形態において、第１嵌合部１，第
２嵌合部２および突出部３の外周に巻設される加熱コイ
ル６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ均等間隔でコイルが巻設
されているが、加熱コイル６ｂと加熱コイル６ｃの間の
間隔ｓは広くなっている。この広い間隔ｓの位置は、断
熱支持パイプ４内にカムシャフトＷの端部を挿入した時
に、カムシャフトＷの大径部１１とプーリ取付けボス１
３との間の段部１４に相当する位置であり、本実施例で
は、この広い間隔ｓの寸法を、段部１４を中心として両
側に均等に振り分けている。また、この実施形態では、
断熱支持パイプ４の第１嵌合部１の内周面とカムシャフ
トＷの大径部１１との間隙δを、第２嵌合部２とプーリ
取付けボス１３との間隙よりも大きくしてある。このよ
うに、断熱支持パイプ４とカムシャフトＷとの間隙を適
宜に調整することにより、焼鈍時における加熱温度を調
整することが可能になる。

【００１６】上記のように形成されたカムシャフトＷの
端部の被加熱部位を前記高周波誘導加熱装置Ａにより焼
鈍し、図３に示すような軸部１０，大径部１１及びプー
リ取付けボス１３の位置ａ1 〜ａ14の硬度を測定し、そ
の結果を示したものが図４にのグラフである。このグラ
フにおいて横軸はａ1 〜ａ14の位置を表し、縦軸は硬度
を表している。この高周波誘導加熱装置Ａによる焼鈍
は、カムシャフトＷの段部１４付近の加熱コイル６の間
隔を広くしているために、加熱コイル６によって段部１
４付近に発生する誘導電流は段部１４付近に集中せず、
急激な熱の発生も抑えられるので効果的な焼鈍となって
いる。従って、このグラフによれば、研摩加工が必要な
プーリ取付けボス１３のａ1〜ａ4 の位置の硬度が確実
に低下しており、穴明け加工等がやり易くなることを示
している。

【００１７】上述した実施の形態においては、ワークと
してカムシャフトＷの例を説明したが、本発明は、上述
した実施の形態に限定されるものではない。また、被加
熱部位の形状が一定形状，不定形状に関わらず、本発明
の適用が可能である。また、加熱コイル６の間隔を適宜
調整することでカムシャフトＷを加熱する誘導電流の集
中度合いを調整することも可能である。また、カムシャ
フトＷと断熱支持パイプ４の内周面との間隔を適宜調整
することにより、カムシャフトＷの硬度を調整すること
も可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、ワークの所定部位が予め所定の形状に形成されてい
ても、当該所定部位における焼鈍を高周波誘導により効
果的に行うことができるようになり、捨代の切削除去作
業等が不要となり、加工コストの低減を図ることができ
る。また、支持部材の加熱コイルの間隔、または、支持
部材の内周面とワークとの間隙を適宜に調整することに
より、前記被加熱部位を適正な硬度にすることができる
ようになる。特に、本発明は自動車用エンジンのカムシ
ャフトのように高い耐摩耗性と高い寸法精度が要求され
るワークに適しており、このようなワークに本発明を適
用することにより、上記要求を満足しつつ加工工数を大
幅に削減することができるという顕著な効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波誘導加熱装置をカムシャフトに
装着した正面図である。

【図２】図１のカムシャフトを鋳造するための金型の断
面図である。

【図３】図１のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を
示す図である。

【図４】図１のカムシャフトの端部の硬度の測定結果を
示すグラフである。

【図５】従来のカムシャフトを示す正面図である。

【図６】従来のカムシャフトを鋳造するための金型の断
面図である。

【図７】従来の高周波誘導加熱装置を示す断面図であ
る。

【図８】従来のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を
示す図である。

【図９】従来のカムシャフトの端部の硬度を測定したグ
ラフである。

【図１０】従来の高周波誘導加熱装置を示す断面図であ
る。

【図１１】従来のカムシャフトの端部の硬度を測定した
グラフである。

【符号の説明】

Ａ高周波誘導加熱装置Ｗカムシャフト１第１嵌合部２第２嵌合部３突出部４断熱支持パイプ５断熱材６加熱コイル１０軸部１１大径部１２大径部１３プーリ取付けボス（小径部）１４段部（外径変化部）１５カム２０金型２１キャビティ２２中子２３垂直ランナ２４水平ランナ２５ゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南浩文三重県鈴鹿市平田町1907番地本田技研工業株式会社鈴鹿製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの被加熱部位の形状に合わせて形
成され、前記被加熱部位に嵌脱が自在な支持部材と、こ
の支持部材の外周に巻設された加熱コイルとを有し、前記加熱コイルは、間隔を変えて前記支持部材の外周に
巻設されていること、を特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項２】前記ワークの前記被加熱部位は、凸状の
大径部と、この大径部から突出する小径部とからなり、前記支持部材には前記被加熱部位の前記大径部および前
記小径部に嵌脱が自在な第１嵌合部と第２嵌合部が形成
されるとともに前記第２嵌合部の一端には前記第２嵌合
部よりも小径の突出部が形成され、前記加熱コイルは、前記第１嵌合部、第２嵌合部および
前記突出部で均一な間隔で巻設され、前記第２嵌合部と
前記大径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間
隔で巻設されていること、を特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
【請求項３】前記支持部材の前記第１嵌合部の内周面
と、前記ワークの大径部との間隙は、前記支持部材の第
２嵌合部の内周面と前記ワークの小径部との間隙よりも
大きく形成したこと、を特徴とする請求項２に記載の高周波誘導加熱装置。
【請求項４】前記ワークは、大径部であるシャフトの
一端に小径部が突出して形成され、この小径部にプーリ
取付けボスが形成されたカムシャフトであること、を特徴とする請求項２または請求項３に記載の高周波誘
導加熱装置。
【請求項５】前記支持部材の内周には断熱材を周設し
たこと、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
かに記載の高周波誘導加熱装置。