JP2018003123A - クランクシャフトの焼き入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼き入れ深さを均一化することができるクランクシャフトの焼き入れ方法を提供する。【解決手段】焼き入れステーション２において、クランクシャフト４の回転位相と回転速度との関係を規定するジャーナル部焼き入れマップおよびピン部焼き入れマップに従ってクランクシャフト４のジャーナル部４１およびピン部４２の焼き入れを行う。焼き入れ後のクランクシャフト４を測定ステーション３に移してジャーナル部４１およびピン部４２それぞれの焼き入れ深さを検出する。この焼き入れ深さの検出データに基づき、焼き入れ深さが小さい位相箇所での回転速度を低下させ、焼き入れ深さが大きい位相箇所での回転速度を上昇させて焼き入れ深さを均一にするように、ジャーナル部焼き入れマップおよびピン部焼き入れマップを更新する。【選択図】図１

Description

本発明はクランクシャフトの焼き入れ方法に係る。特に、本発明は、焼き入れ深さを均一化するための改良に関する。

従来、自動車用エンジン等に用いられるクランクシャフトは、その摺動部位の表面を硬化させる処理として焼き入れ処理が行われる。一般的には、クランクシャフトのピン部やジャーナル部に対し高周波焼き入れが行われる。

特許文献１には、クランクシャフトのピン部に高周波焼き入れを行うことが開示されている。この特許文献１に開示されている高周波焼き入れでは、加熱コイルに投入する電力を一定に維持し、高周波焼き入れ時のクランクシャフトの回転速度を、ピン部が上死点位置を通過する際に最も高くし、ピン部が下死点位置を通過する際に最も低くするようにしている。つまり、熱容量が比較的小さい領域が加熱コイルに対向する際にはクランクシャフトの回転速度を高くし、熱容量が比較的大きい領域が加熱コイルに対向する際にはクランクシャフトの回転速度を低くしている。これにより、熱容量が異なるピン部の各所における加熱温度の均一化を図っている。

特開２００１−１８１７３９号公報

しかしながら、クランクシャフト（ワーク）の材料比率、高周波焼き入れ時の周囲温度、クランクシャフトの成形（鍛造成形等）に使用する型の摩耗の影響による粗形材の肉厚変化等の条件変化が生じた場合には、焼き入れ深さを均一化するための加工条件は異なるものとなる。特許文献１に開示されている技術では、この条件変化に応じて焼き入れ深さを均一化するための手段については考慮されていない。このため、条件変化によっては焼き入れ深さが不均一になってしまう虞があった。

その結果、焼き入れ歪み、および、焼き入れ後の研削工程における残留応力解放の影響によって、クランクシャフトに変形が生じてしまう可能性があった。このような状況では、その後の加工におけるクランクシャフトの取り代が増加することになり、加工工数が増大し、加工に要するエネルギが増大してしまうことになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼き入れ深さを均一化することができるクランクシャフトの焼き入れ方法を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、加熱源に対してクランクシャフトを相対的に回転させながら当該クランクシャフトの摺動部位をその周方向に亘って焼き入れするクランクシャフトの焼き入れ方法を前提とする。そして、このクランクシャフトの焼き入れ方法は、前記加熱源に対する前記クランクシャフトの回転位相と前記クランクシャフトの回転速度との関係を規定するマップに従って前記焼き入れを行う工程と、焼き入れ後の前記クランクシャフトの前記摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータを取得する工程と、前記焼き入れ深さのデータに基づき、前記クランクシャフトの前記摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さを均一にするように、前記加熱源に対する前記クランクシャフトの回転位相に応じた前記クランクシャフトの回転速度を調整する工程とを有することを特徴としている。

この特定事項により、焼き入れ後のクランクシャフトの摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータに基づき、各所の焼き入れ深さを均一にするように、加熱源に対するクランクシャフトの回転位相に応じたクランクシャフトの回転速度が調整されることになる。例えば、焼き入れ深さが小さくなっている位相箇所に対しては、次回の焼き入れ時において、その位相箇所が加熱源に対向する際のクランクシャフトの回転速度を低くするように変更する。これにより、この位相箇所での焼き入れ深さが大きくなる。一方、焼き入れ深さが大きくなっている位相箇所に対しては、次回の焼き入れ時において、その位相箇所が加熱源に対向する際のクランクシャフトの回転速度を高くするように変更する。これにより、この位相箇所での焼き入れ深さが小さくなる。このように焼き入れ時におけるクランクシャフトの回転速度を調整することによって、摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さの均一化を図ることが可能になる。

本発明では、焼き入れ後のクランクシャフトの摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータに基づき、加熱源に対するクランクシャフトの回転位相に応じたクランクシャフトの回転速度を調整するようにしている。このため、クランクシャフトの摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さの均一化を図ることが可能になり、クランクシャフトの変形を抑制することができる。

クランクシャフト焼き入れ装置の概略構成を示す模式図である。 高周波焼き入れ時におけるクランクシャフトの回転速度とクランクシャフトへの入熱エネルギとの関係を示す図である。 高周波焼き入れ時におけるクランクシャフトでの伝熱量を説明するための図である。 図３におけるIV−IV線に沿ったクランクシャフトの断面図である。 ジャーナル部焼き入れマップの一例を示す図である。 図３におけるVI−VI線に沿ったクランクシャフトの断面図である。 ピン部焼き入れマップの一例を示す図である。 高周波焼き入れ動作、焼き入れ深さ検出動作、焼き入れマップ更新動作の手順を示すフローチャート図である。 焼き入れ深さ検出動作を説明するための図６相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジン（例えば４気筒ガソリンエンジン）に用いられるクランクシャフトを高周波焼き入れする場合を例に挙げて説明する。

（クランクシャフト焼き入れ装置）
図１は、本発明に係る焼き入れ方法を実施するためのクランクシャフト焼き入れ装置１の概略構成を示す模式図である。

この図１に示すように、クランクシャフト焼き入れ装置１は、焼き入れステーション２と測定ステーション３とを備えている。焼き入れステーション２は、クランクシャフト４の焼き入れ処理を行うステーションである。測定ステーション３は、後述する焼き入れマップの更新を行うために、焼き入れ後のクランクシャフト４の焼き入れ深さを測定（検出）するステーションである。

尚、前記クランクシャフト４の構成としては、シリンダブロック（図示省略）に回転可能に支持されるジャーナル部４１と、コネクティングロッド（図示省略）が揺動自在に支持されるピン部４２と、これらジャーナル部４１とピン部４２とを連結するアーム部４３と、ピン部４２とは反対側に設けられたカウンタウェイト部４４とを備えている。このため、前記ジャーナル部４１およびピン部４２が本発明でいう「クランクシャフトの摺動部位」に相当する。本実施形態に係るクランクシャフト焼き入れ装置１が対象とするワークは、４気筒ガソリンエンジンに用いられるクランクシャフト４である。このため、このクランクシャフト４は、５つのジャーナル部４１と、４つのピン部４２と、８つのアーム部４３と、８つのカウンタウェイト部４４とを有している。

以下、前記各ステーション２，３について説明する。

−焼き入れステーション−
焼き入れステーション２は、クランプ装置２１、回転駆動モータ２２、回転制御装置２３、演算制御装置２４、および、高周波焼き入れ装置２５を備えている。

クランプ装置２１は、クランクシャフト４を回転自在に支持するものである。このクランプ装置２１によってクランクシャフト４が支持された状態では、クランクシャフト４は、その中心線Ｏを回転中心として回転自在となる。

回転駆動モータ２２は、電動モータで構成され、前記クランプ装置２１に支持されたクランクシャフト４に回転力を伝達して、このクランクシャフト４を、その中心線Ｏを回転中心として回転させるものである。

回転制御装置２３は、前記回転駆動モータ２２に回転速度指令信号を出力し、これによって回転駆動モータ２２の回転速度を制御する。つまり、クランクシャフト４の回転速度を制御する。

演算制御装置２４は、内部にジャーナル部焼き入れマップおよびピン部焼き入れマップを格納しており、これら焼き入れマップに従った制御信号を回転制御装置２３に出力する。具体的には、ジャーナル部焼き入れマップとしては、各ジャーナル部４１それぞれに対応した複数が格納されている。同様に、ピン部焼き入れマップとしては、各ピン部４２それぞれに対応した複数が格納されている。そして、クランクシャフト４のジャーナル部４１を焼き入れする際には、その焼き入れ対象であるジャーナル部４１に対応したジャーナル部焼き入れマップに従った制御信号（クランクシャフト４の回転位相に応じた回転速度の制御信号）が演算制御装置２４から回転制御装置２３に出力される。これに伴い、回転制御装置２３から回転駆動モータ２２に回転速度指令信号（ジャーナル部焼き入れマップに従った回転速度を指令する信号）が出力されることで、回転駆動モータ２２の回転速度が制御される。一方、クランクシャフト４のピン部４２を焼き入れする際には、その焼き入れ対象であるピン部４２に対応したピン部焼き入れマップに従った制御信号（クランクシャフト４の回転位相に応じた回転速度の制御信号）が演算制御装置２４から回転制御装置２３に出力される。これに伴い、回転制御装置２３から回転駆動モータ２２に回転速度指令信号（ピン部焼き入れマップに従った回転速度を指令する信号）が出力されることで、回転駆動モータ２２の回転速度が制御されるようになっている。

高周波焼き入れ装置２５は、本発明でいう加熱源としての加熱コイル２５ａ、焼き入れ制御装置２５ｂ、設備制御装置２５ｃを備えている。加熱コイル２５ａは、図示しない高周波電源からの高周波電力を受けることで高周波電流が流れ、これによりジャーナル部４１やピン部４２の表面を高周波誘導加熱するものである。また、この加熱コイル２５ａは、図示しない移動機構を備えており、クランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向への移動が可能となっている。また、この移動機構は、ピン部４２を焼き入れする際、加熱コイル２５ａとピン部４２との間隔を一定に維持するように、加熱コイル２５ａを前記中心線Ｏに対して直交する方向へ移動させる機能も備えている。焼き入れ制御装置２５ｂは、加熱コイル２５ａへの高周波電力の供給および遮断を制御すると共に、前記移動機構による加熱コイル２５ａの移動を制御して、この加熱コイル２５ａをジャーナル部４１やピン部４２に対向させるようになっている。設備制御装置２５ｃは、焼き入れ制御装置２５ｂに焼き入れ制御信号を送信する。つまり、この焼き入れ制御信号に従って、焼き入れ制御装置２５ｂが加熱コイル２５ａへの高周波電力の供給および遮断、移動機構による加熱コイル２５ａの移動を行わせる構成となっている。

また、前記回転駆動モータ２２の出力軸には、この出力軸と一体的に回転可能なロータ２２ａが設けられている。このロータ２２ａの外周囲には、このロータ２２ａの回転角度位置に応じた信号を出力する角度エンコーダ２２ｂが配置されている。この角度エンコーダ２２ｂの出力信号は演算制御装置２４に入力される。これによって回転駆動モータ２２の出力軸の回転角度位置（クランクシャフト４の回転角度位置（回転位相）に相当）が求められるようになっている。

ここで、前記演算制御装置２４に格納されている前記ジャーナル部焼き入れマップおよび前記ピン部焼き入れマップについて説明する。これら焼き入れマップは、高周波焼き入れ時における、ワークであるクランクシャフト４の回転位相と、それに応じたクランクシャフト４の回転速度（回転駆動モータ２２の回転速度）との関係を規定するマップである。

加熱コイル２５ａへの高周波電力が一定である場合、図２に示すように、クランクシャフト４の回転速度が低いほど、クランクシャフト４への入熱エネルギは大きくなる。つまり、クランクシャフト４における加熱部分の熱容量や加熱部分からの伝熱量が一定であった場合、クランクシャフト４の回転速度が低いほど、焼き入れ深さは大きく（深く）なる。このように高周波焼き入れ時におけるクランクシャフト４の回転速度を調整することによって、焼き入れ深さを調整することが可能である。

各焼き入れマップは、この点に鑑み、クランクシャフト４のジャーナル部４１およびピン部４２それぞれに対し、熱容量が比較的小さい領域や伝熱量が少ない領域（熱の逃げ量が少ない領域）が加熱コイル２５ａに対向する際にはクランクシャフト４の回転速度を高くし、熱容量が比較的大きい領域や伝熱量が多い領域（熱の逃げ量が多い領域）が加熱コイル２５ａに対向する際にはクランクシャフト４の回転速度を低くするようになっている。

図３は、ジャーナル部４１の高周波焼き入れ時におけるクランクシャフト４での伝熱量を説明するための図である。この図３では、ジャーナル部４１から他の部位へ伝達される単位時間当たりの伝熱量の大きさを矢印の長さで表している。この図３に示すように、ジャーナル部４１に熱を与えた場合、比較的体積の小さいピン部４２側への伝熱量は少なく、比較的体積の大きいカウンタウェイト部４４側への伝熱量は多くなっている。このため、ジャーナル部４１におけるピン部４２側の領域とカウンタウェイト部４４側の領域とのそれぞれに対する焼き入れ深さを均一化するためには、ジャーナル部４１におけるピン部４２側の領域が加熱コイル２５ａに対向する時間を相対的に短くし、ジャーナル部４１におけるカウンタウェイト部４４側の領域が加熱コイル２５ａに対向する時間を相対的に長くする必要がある。つまり、前記ピン部４２側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度を高くし、前記カウンタウェイト部４４側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度を低くすることになる。

図４は、図３におけるIV−IV線に沿ったクランクシャフト４の断面図（ジャーナル部４１での断面図）であり、図５はジャーナル部焼き入れマップの一例を示す図である。これらの図におけるクランクシャフト４の各位相（０°、９０°、１８０°、２７０°）は、その位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転位相を表している。このため、ジャーナル部焼き入れマップは、ジャーナル部４１の高周波焼き入れ時において各位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度を規定するものとなっている。

これらの図に示すように、ジャーナル部４１においてピン部４２側の領域（伝熱量が少ない領域）が加熱コイル２５ａに対向する際（図中の位相９０°の領域が加熱コイル２５ａに対向する際）のクランクシャフト４の回転速度を高くし、ジャーナル部４１においてカウンタウェイト部４４側の領域（伝熱量が多い領域）が加熱コイル２５ａに対向する際（図中の位相２７０°の領域が加熱コイル２５ａに対向する際）のクランクシャフト４の回転速度を低くするようにジャーナル部焼き入れマップは作成されている。

また、図６は、図３におけるVI−VI線に沿ったクランクシャフト４の断面図（ピン部４２での断面図）であり、図７はピン部焼き入れマップの一例を示す図である。これらの図においても、クランクシャフト４（ピン部４２）の各位相（０°、９０°、１８０°、２７０°）は、その位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転位相を表している。このため、ピン部焼き入れマップは、ピン部４２の高周波焼き入れ時において各位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度を規定するものとなっている。

図６中におけるピン部４２の上側（クランクシャフト４の中心線Ｏとは反対側）の領域は熱容量が比較的小さいのに対し、図６中におけるピン部４２の下側（クランクシャフト４の中心線Ｏ側）は熱容量が比較的大きくなっている。このことに鑑み、ピン部４２の上側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際（図中の位相９０°の領域が加熱コイル２５ａに対向する際）のクランクシャフト４の回転速度を高くし、ピン部４２の下側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際（図中の位相２７０°の領域が加熱コイル２５ａに対向する際）のクランクシャフト４の回転速度を低くするようにピン部焼き入れマップは作成されている。

本実施形態は、これら焼き入れマップの更新動作を行うことに特徴がある。この焼き入れマップの更新動作の詳細については後述する。

−測定ステーション−
測定ステーション３は、クランプ装置３１、回転駆動モータ３２、回転制御装置３３、および、焼き入れ深さ検出器３４を備えている。

クランプ装置３１、回転駆動モータ３２および回転制御装置３３は、前述した焼き入れステーション２に備えられたものと同様の構成となっている。つまり、回転制御装置３３が、前記演算制御装置２４からの制御信号を受け、この回転制御装置３３からの回転指令信号が回転駆動モータ３２に出力されることで、クランプ装置３１に支持されたクランクシャフト４が回転する構成となっている。

焼き入れ深さ検出器３４は、前記演算制御装置２４からの指令信号を受けて、ジャーナル部４１やピン部４２における焼き入れ深さを検出するものであって、超音波を利用して、これらジャーナル部４１やピン部４２における焼き入れ深さを検出することが可能となっている。この超音波を利用した焼き入れ深さの検出原理については公知であるので、ここでの説明は省略する。尚、この焼き入れ深さを検出する手段としては超音波を利用したものには限定されない。

また、焼き入れ深さ検出器３４は、図示しない移動機構を備えており、クランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向への移動が可能となっている。また、この移動機構は、ピン部４２の焼き入れ深さを検出する際、焼き入れ深さ検出器３４とピン部４２との間隔を一定に維持するように、焼き入れ深さ検出器３４を前記中心線Ｏに対して直交する方向へ移動させる機能も備えている。

焼き入れ深さ検出器３４は、前記演算制御装置２４からの制御信号を受けることで、クランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向に移動し、ジャーナル部４１やピン部４２に対向する位置まで移動して、各所の焼き入れ深さを検出可能となっている。このジャーナル部４１やピン部４２における焼き入れ深さの情報は、演算制御装置２４に入力される。

また、この測定ステーション３においても、前記回転駆動モータ３２の出力軸には、この出力軸と一体的に回転可能なロータ３２ａが設けられている。このロータ３２ａの外周囲には、このロータ３２ａの回転角度位置に応じた信号を出力する角度エンコーダ３２ｂが配置されている。この角度エンコーダ３２ｂの出力信号は演算制御装置２４に入力される。これによって回転駆動モータ３２の出力軸の回転角度位置（クランクシャフト４の回転角度位置（回転位相）に相当）が求められるようになっている。

（高周波焼き入れ動作および焼き入れマップ更新動作）
次に、前述したクランクシャフト焼き入れ装置１による高周波焼き入れ動作、焼き入れ深さ検出動作、および、焼き入れマップ更新動作の手順について、図８のフローチャートを用いて説明する。尚、以下に説明する手順では、１０個のワーク（クランクシャフト４）に対して高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作を順に行い、この焼き入れ深さ検出動作によって得られたデータ（１０個のクランクシャフト４における焼き入れ深さ検出データ）に基づいて焼き入れマップを更新する場合について説明する。

−高周波焼き入れ動作−
クランクシャフト焼き入れ装置１による高周波焼き入れ動作の開始時には、先ず、鍛造成形等によって成形された焼き入れ処理前のクランクシャフト４（１０個のクランクシャフト４のうち第１番目のクランクシャフト４）を、焼き入れステーション２のクランプ装置２１に、回転自在にセットする。このクランクシャフト４のセットに伴い、ステップＳＴ１において、前記演算制御装置２４に記憶されているワークカウンタの値Ｎが「０」にリセットされる。このワークカウンタは、１個のクランクシャフト４に対して高周波焼き入れ動作が完了する度にインクリメント（ステップＳＴ６）されるカウンタである。

この状態で、回転制御装置２３からの指令信号によって回転駆動モータ２２を作動させ、クランクシャフト４を回転させる。そして、角度エンコーダ２２ｂからの出力信号に基づいて検出されているクランクシャフト４の回転角度位置が所定の初期位置に達した時点で、回転駆動モータ２２を停止させ、クランクシャフト４の回転角度位置を、焼き入れ動作の初期回転角度位置に設定する（ステップＳＴ２）。

その後、演算制御装置２４に格納されている各ジャーナル部焼き入れマップからクランクシャフト４の各ジャーナル部４１それぞれを焼き入れする際の回転位相に応じた回転速度情報、および、演算制御装置２４に格納されている各ピン部焼き入れマップからクランクシャフト４のピン部４２それぞれを焼き入れする際の回転位相に応じた回転速度情報をそれぞれ読み出す（ステップＳＴ３）。

そして、クランクシャフト４に対する高周波焼き入れを開始する（ステップＳＴ４）。この際、設備制御装置２５ｃからの焼き入れ制御信号によって、焼き入れ制御装置２５ｂは、加熱コイル２５ａを、前記移動機構によってクランクシャフト４のジャーナル部４１（例えば図１における左端のジャーナル部４１）に対向させ、加熱コイル２５ａに高周波電力を供給する。この際の高周波電力は、焼き入れ動作中は一定に維持される。

そして、このジャーナル部４１を焼き入れする際には、この焼き入れ対象であるジャーナル部４１に対応したジャーナル部焼き入れマップから読み出した回転速度情報に従った回転速度指令信号が回転制御装置２３から回転駆動モータ２２に出力される。これにより、ジャーナル部４１の焼き入れ時における回転駆動モータ２２の回転速度（クランクシャフト４の回転速度）が制御されて高周波焼き入れが実行される。つまり、ジャーナル部４１におけるピン部４２側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は高く設定され、ジャーナル部４１におけるカウンタウェイト部４４側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は低く設定されてジャーナル部４１の全周囲に亘って高周波焼き入れが行われる。

クランクシャフト４のジャーナル部４１（例えば図１における左端のジャーナル部４１）の全周囲を高周波焼き入れした後、移動機構によって加熱コイル２５ａをクランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向に移動させ、この加熱コイル２５ａをクランクシャフト４のピン部４２（例えば図１における左端のピン部４２）に対向させ、加熱コイル２５ａに高周波電力を供給する。そして、このピン部４２を焼き入れする際には、この焼き入れ対象であるピン部４２に対応したピン部焼き入れマップから読み出した回転速度情報に従った回転速度指令信号が回転制御装置２３から回転駆動モータ２２に出力される。これにより、ピン部４２の焼き入れ時における回転駆動モータ２２の回転速度（クランクシャフト４の回転速度）が制御されて高周波焼き入れが実行される。つまり、ピン部４２におけるクランクシャフト４の中心線Ｏとは反対側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は高く設定され、ピン部４２におけるクランクシャフト４の中心線Ｏ側の領域が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は低く設定されることになる。これにより、このピン部４２に対しても、前述したジャーナル部４１と同様に、その全周囲に亘って高周波焼き入れが行われる。

このようにして、加熱コイル２５ａをクランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向に移動させていきながら、全てのジャーナル部４１（５箇所のジャーナル部４１）および全てのピン部４２（４箇所のピン部４２）の全周囲を高周波焼き入れしていく。

全てのジャーナル部４１および全てのピン部４２に対して高周波焼き入れが完了すると、ステップＳＴ５でＹＥＳ判定される。その後、高周波焼き入れが行われたクランクシャフト４を、焼き入れステーション２から測定ステーション３に移す。つまり、焼き入れステーション２のクランプ装置２１によるクランクシャフト４の支持状態を解除し、そのクランクシャフト４を測定ステーション３のクランプ装置３１にセットする。このクランクシャフト４のセットに伴い、ステップＳＴ６において、前記ワークカウンタの値Ｎはインクリメント（Ｎ←Ｎ＋１）される。

−焼き入れ深さ検出動作−
次に、測定ステーション３における焼き入れ深さ検出動作が行われる。この焼き入れ深さ検出動作では、回転制御装置３３からの指令信号によって回転駆動モータ３２を作動させ、クランクシャフト４を回転させる。そして、角度エンコーダ３２ｂからの出力信号に基づいて検出されているクランクシャフト４の回転角度位置が所定の初期位置に達した時点で、回転駆動モータ３２を停止させ、クランクシャフト４の回転角度位置を、焼き入れ深さ検出動作の初期回転角度位置に設定する。

その後、クランクシャフト４に対する焼き入れ深さ検出動作を開始する（ステップＳＴ７）。この際、演算制御装置２４からの制御信号に従い、焼き入れ深さ検出器３４を、前記移動機構によってクランクシャフト４のジャーナル部４１（例えば図１における左端のジャーナル部４１）に対向させ、このジャーナル部４１の全周囲に亘って焼き入れ深さのデータを取得して演算制御装置２４に送信していく。

クランクシャフト４のジャーナル部４１（例えば図１における左端のジャーナル部４１）の全周囲に亘って焼き入れ深さのデータを取得した後、移動機構によって焼き入れ深さ検出器３４をクランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向に移動させ、この焼き入れ深さ検出器３４をクランクシャフト４のピン部４２（例えば図１における左端のピン部４２）に対向させ、このピン部４２の全周囲に亘って焼き入れ深さのデータを取得して演算制御装置２４に送信していく。図９は、この焼き入れ深さ検出動作時におけるクランクシャフト４の断面図である。この図に示すように、ピン部４２に焼き入れ深さ検出器３４を対向させ、クランクシャフト４を回転させながら、このピン部４２の全周囲に亘って焼き入れ深さのデータを取得して演算制御装置２４に送信していく。

このようにして、焼き入れ深さ検出器３４をクランクシャフト４の中心線Ｏに沿う方向に移動させていきながら、全てのジャーナル部４１（５箇所のジャーナル部４１）および全てのピン部４２（４箇所のピン部４２）の全周囲の焼き入れ深さのデータを取得していく。

全てのジャーナル部４１および全てのピン部４２に対する焼き入れ深さのデータの取得が完了すると、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定される。その後、ステップＳＴ９において、前記ワークカウンタの値Ｎは「１０」となっているか、つまり、１０個のクランクシャフト４に対して、高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作が完了したか否かを判定する。

高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作が完了したクランクシャフト４の個数が未だ１０個に達しておらず、ステップＳＴ９でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２に戻り、次のクランクシャフト４に対する高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作が開始される。

−焼き入れマップ更新動作−
このようにしてクランクシャフト４に対する高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作が繰り返され、この高周波焼き入れ動作および焼き入れ深さ検出動作が完了したクランクシャフト４の個数が１０個に達すると、ステップＳＴ９でＹＥＳ判定されてステップＳＴ１０に移る。このステップＳＴ１０では、前記焼き入れ深さ検出動作で取得された各ジャーナル部４１および各ピン部４２それぞれの焼き入れ深さの平均値を算出する。具体的には、焼き入れ深さの平均値を、各ジャーナル部４１および各ピン部４２それぞれにおいて個別に算出する。

そして、ステップＳＴ１１では、これら各ジャーナル部４１および各ピン部４２それぞれの焼き入れ深さの平均値と、各ジャーナル部４１および各ピン部４２それぞれの各所における焼き入れ深さとの偏差を求め、これを、前記各所における焼き入れ深さ補正量として算出する。例えば、図１における左端のジャーナル部４１の周方向に亘る各所の焼き入れ深さの平均値に対し、これら各所の実際の焼き入れ深さの偏差を求めていき、これを、前記各所における焼き入れ深さ補正量として算出する。その他のジャーナル部４１およびピン部４２においても同様にして、各所における焼き入れ深さ補正量を算出する。

つまり、前記焼き入れ深さの平均値に対して実際の焼き入れ深さが小さい位相箇所にあっては、前記偏差分だけ焼き入れ深さを大きくするように、その位相箇所の焼き入れ深さ補正量が与えられる。逆に、前記焼き入れ深さの平均値に対して実際の焼き入れ深さが大きい位相箇所にあっては、前記偏差分だけ焼き入れ深さを小さくするように、その位相箇所の焼き入れ深さ補正量が与えられる。

そして、ステップＳＴ１２では、この焼き入れ深さ補正量に応じて、各ジャーナル部焼き入れマップの回転速度情報および各ピン部焼き入れマップの回転速度情報を補正し、これによって各焼き入れマップを更新する。つまり、焼き入れ深さを大きくする焼き入れ深さ補正量が与えられた位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度が低くなるように焼き入れマップを更新する。また、焼き入れ深さを小さくする焼き入れ深さ補正量が与えられた位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度が高くなるように焼き入れマップを更新する。

次回のクランクシャフト４の高周波焼き入れ動作では、この更新された各ジャーナル部焼き入れマップの回転速度情報および各ピン部焼き入れマップの回転速度情報を利用して、高周波焼き入れ時のクランクシャフト４の回転速度が制御されることになる。つまり、焼き入れ深さが小さくなっていた位相箇所に対しては、次回の高周波焼き入れ動作において、その位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は低くされ、これにより、この位相箇所での焼き入れ深さが大きくされることになる。一方、焼き入れ深さが大きくなっていた位相箇所に対しては、次回の高周波焼き入れ動作において、その位相箇所が加熱コイル２５ａに対向する際のクランクシャフト４の回転速度は高くされ、これにより、この位相箇所での焼き入れ深さが小さくされることになる。このように焼き入れ時におけるクランクシャフト４の回転速度を調整することによって、各ジャーナル部４１および各ピン部４２それぞれの焼き入れ深さの均一化を図ることができる。

以上の高周波焼き入れ動作、焼き入れ深さ検出動作、および、焼き入れマップ更新動作が行われるため、ステップＳＴ３およびステップＳＴ４の動作が、本発明でいう「加熱源に対するクランクシャフトの回転位相とクランクシャフトの回転速度との関係を規定するマップに従って焼き入れを行う工程」に相当する。また、ステップＳＴ７の動作が、本発明でいう「焼き入れ後のクランクシャフトの摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータを取得する工程」に相当する。また、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１２の動作およびステップＳＴ１２で更新された焼き入れマップを利用した次回の焼き入れ動作が、本発明でいう「焼き入れ深さのデータに基づき、クランクシャフトの摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さを均一にするように、加熱源に対するクランクシャフトの回転位相に応じたクランクシャフトの回転速度を調整する工程」に相当する。

以上説明したように、本実施形態では、焼き入れ後のクランクシャフト４の各ジャーナル部４１および各ピン部４２の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータに基づき、各所の焼き入れ深さを均一にするように、ジャーナル部焼き入れマップおよびピン部焼き入れマップを更新するようにしている。つまり、加熱コイル２５ａに対するクランクシャフト４の回転位相に応じたクランクシャフト４の回転速度が調整されるようになっている。これにより、各ジャーナル部４１および各ピン部４２の周方向に亘る各所の焼き入れ深さの均一化を図ることが可能になる。このため、高周波焼き入れ後の加工におけるクランクシャフト４の取り代を削減することが可能になり、加工工数が減少し、加工に要するエネルギの削減を図ることができる。

また、本実施形態では、加熱コイル２５ａに供給する高周波電力を、焼き入れ動作中は一定に維持している。焼き入れ深さを調整する手段として、この高周波電力を調整することも知られているが、この場合、高周波電力の調整タイミングとクランクシャフト４に所定の入熱量が得られるタイミングとにズレが生じてしまい、焼き入れ深さを適切に調整することが困難である。本実施形態によれば、この高周波電力を調整する必要がないため、焼き入れ深さを適切に調整することが可能である。

また、従来技術にあっては、焼き入れされたクランクシャフトの後加工を行うに当たり、焼き入れ歪み等によるクランクシャフトに変形量を測定しておく必要があった。本実施形態によれば、クランクシャフト４の焼き入れ深さのバラツキデータを反映させてクランクシャフト４の回転速度を制御して高周波焼き入れを行っているため、クランクシャフトに変形量のバラツキが小さくなり、クランクシャフト４毎に変形量を測定する必要をなくすことが可能になる。また、前記焼き入れ深さのバラツキデータの蓄積量が増大していくに従って（各焼き入れマップが更新されていくに従って）焼き入れ深さが均一になっていき、クランクシャフト４の変形量も小さくなっていく。その結果、クランクシャフト４の不良品数を大幅に削減することもできる。

（他の実施形態）
以上説明した実施形態は、４気筒ガソリンエンジンに用いられるクランクシャフトを高周波焼き入れする場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、気筒数が３気筒以下のエンジンや５気筒以上のエンジンに用いられるクランクシャフトに対しても適用が可能である。また、ディーゼルエンジンに用いられるクランクシャフトに対しても本発明は適用が可能である。

また、前記実施形態では、各ジャーナル部４１毎に対応してジャーナル部焼き入れマップが格納され、また、各ピン部４２毎に対応してピン部焼き入れマップが格納されていた。本発明はこれに限らず、各ジャーナル部４１それぞれにおける熱容量および伝熱量が略同一であると扱える場合には、各ジャーナル部４１それぞれの焼き入れに使用するジャーナル部焼き入れマップを共通化してもよい。同様に、各ピン部４２それぞれにおける熱容量および伝熱量が略同一であると扱える場合には、各ピン部４２それぞれの焼き入れに使用するピン部焼き入れマップを共通化してもよい。

本発明は、自動車用エンジンに用いられるクランクシャフトのジャーナル部およびピン部を高周波焼き入れする焼き入れ方法に適用可能である。

１ クランクシャフト焼き入れ装置
２ 焼き入れステーション
２２ 回転駆動モータ
２３ 回転制御装置
２４ 演算制御装置
２５ａ 加熱コイル（加熱源）
３ 測定ステーション
３４ 焼き入れ深さ検出器
４ クランクシャフト
４１ ジャーナル部（摺動部位）
４２ ピン部（摺動部位）

Claims (1)

1. 加熱源に対してクランクシャフトを相対的に回転させながら当該クランクシャフトの摺動部位をその周方向に亘って焼き入れするクランクシャフトの焼き入れ方法であって、
   前記加熱源に対する前記クランクシャフトの回転位相と前記クランクシャフトの回転速度との関係を規定するマップに従って前記焼き入れを行う工程と、
   焼き入れ後の前記クランクシャフトの前記摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さのデータを取得する工程と、
   前記焼き入れ深さのデータに基づき、前記クランクシャフトの前記摺動部位の周方向に亘る各所の焼き入れ深さを均一にするように、前記加熱源に対する前記クランクシャフトの回転位相に応じた前記クランクシャフトの回転速度を調整する工程と、を有することを特徴とするクランクシャフトの焼き入れ方法。

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