JP3942527B2 - クランクシャフト平焼入用の高周波誘導加熱コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン用のクランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円筒状外周面を高周波焼入（平焼入）するために用いられる高周波誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、４気筒ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン用のクランクシャフト１を示している。このクランクシャフト１にあっては、図５に示すように、鍛造加工によりピン部１２，１４，１６，１８及びジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９が一体成形されている。
【０００３】
ここで、上述のピン部１２，１４，１６，１８及びジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９の形状につき、ピン部１２及びジャーナル部１３を例にとって説明すると、次の通りである。すなわち、ピン部１２は、図６に示すように、円柱部１２ａと、この円柱部１２ａに続くフィレットＲ部（隅部）１２ｂと、このフィレットＲ部１２ｂに続き、かつ、クランクシャフト１に中心軸Ｘに対して直角に形成されたフィレット部（スラスト部）１２ｃとから成っている。また、ジャーナル部１３は、図６に示すように、円柱部１３ａと、この円柱部１３ａに続くフィレットＲ部（隅部）１３ｂと、このフィレットＲ部１３ｂに続き、かつ、クランクシャフト１に中心軸Ｘに対して直角に形成されたフィレット部（スラスト部）１３ｃとから成っている。
【０００４】
図７及び図８は、このようなクランクシャフト１のピン部１２，１４，１６，１８又はジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９を高周波焼入（平焼入）するために従来より用いられている半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル２０を示している。この従来の高周波誘導加熱コイル２０は、図７及び図８に示すように、第１及び第２リード部２１，２２と、この第１及び第２リード部２１，２２に直角にそれぞれ接続されると共に、互いに平行に対向配置され、かつ、第１及び第２リード部２１，２２から互いに同一方向に沿ってそれぞれ延びる直線形状の第１及び第２加熱導体部２３，２４と、この第１及び第２加熱導体部２３，２４に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第３及び第４加熱導体部２５，２６と、この第３及び第４加熱導体部２５，２６に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって平行に対向配置された直線形状の第５及び第６加熱導体部２７，２８と、この第５及び第６加熱導体部２７，２８に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第７及び第８加熱導体部２９，３０と、この第７及び第８加熱導体部２９，３０に対してそれぞれ直角に接続されると共に、第７及び第８加熱導体部２９，３０から前記第１及び第２加熱導体部２３，２４の側に向けて延びかつ互いに平行に対向配置された直線形状の第９及び第１０加熱導体部３１，３２と、この第９及び第１０加熱導体部３１，３２に対してそれぞれ直負に接続されると共に、図外の連結部を介して互いに連結された接続導体部３３，３４とから成る直列接続構造体である。
【０００５】
従来の高周波誘導加熱コイル２０を用いて、クランクシャフト１のピン部１２，１４，１６，１８又はジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９の円筒状外周面を高周波焼入するに際しては、ピン部１２，１４，１６，１８又はジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９の上に図６に示すような半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル２０を所定の僅かな隙間を隔てて載置すると共に、この高周波誘導加熱コイル２０に図８において矢印Ａ，Ｂで示すように互いに同一の巡回方向に沿って高周波電流を流し、この状態の下で、クランクシャフト１をその中心軸Ｘのまわりに回転させながら、ピン部１２，１４，１６，１８又はジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９の回転に高周波誘導加熱コイル２０を追従させてこれらの円筒状外周面を高周波誘導加熱し、しかる後に冷却液を噴射して冷却することにより高周波焼入を施行するようにしている。
【０００６】
なお、図６に示す焼入硬化層Ｓは、ピン部１２又はジャーナル部１３の円柱部１２ａ又は１３ａの外周面のみの焼入処理によって形成されたものである。このような焼入の仕方を、一般に、「平焼入」と称している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成の従来の高周波誘導加熱コイル２０を用いて平焼入を行なった場合には、図９に明示するように、クランクシャラト１を平焼入した後の焼入硬化層パターンＳが曲線となり、特に、ピン部又はジャーナル部の円筒状外周面の中央箇所（軸方向における中央部分）αにおける焼入硬化層の深さがその中央箇所の両側箇所（軸方向の左右両側部分）β，γにおける焼入硬化層の深さよりも浅くなる。この原因は、被加熱部（ピン部又はジャーナル部）の円周方向及び軸方向に沿って対向配置される加熱導体部の長さの相違に関係がある。更に具体的に述べると、従来の高周波誘導加熱コイル２０では、直線形状の加熱導体部（第１，第２，第５，第６，第９，及び第１０加熱導体部）と円弧形状の加熱導体部（第３，第４，第７，及び第８加熱導体部）では、円弧形状の加熱導体部の方が直線形状の加熱導体部よりも相対的に長いため、このような加熱導体部の長さの相違により、平焼入により得られる焼入硬化層パターンの深さが被加熱部の各箇所において違いを生じる。その結果、焼入硬化層パターンＳの両側は相対的に深く、その中央部は相対的に浅くなる（図９参照）。
【０００８】
上述のような不具合を解消するための対策としては、高周波誘導加熱コイル２０の各加熱導体部に取付ける珪素鋼板の量に違いを生じさせる（具体的には、直線形状の加熱導体部により多くの珪素鋼板を装着する）ことや、加熱導体部と被加熱部との隙間に違いを生じさせる（具体的には、直線形状の加熱導体部と被加熱部との間の隙間を円弧形状の加熱導体部と被加熱部との間の隙間よりも狭くする）ことによって、加熱効率を変えるような方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、焼入硬化層パターンＳの中央部（中央箇所α）の凹み深さを少なくすることができるだけであり、焼入硬化層パターンＳをストレート形状（すなわち、均一な深さの形状）にするまでには至っていないのが実状である。
【０００９】
また、別法としては、図１０に示すように、従来の高周波誘導加熱コイル２０において第１及び第２リード部２１，２２の位置を変更して、互いに隣接して平行状に配置される直線形状の加熱導体部（例えば、第９加熱導体３１及び第１０加熱導体部３２）を若干長くすることも考えられるが、このような方法も根本的な対策となっていないのが実状である。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、焼入硬化層パターンの中央部が浅くならず、均一深さのストレートな焼入硬化層パターンを得ることができるクランクシャフト平焼入用の高周波誘導加熟コイルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円筒状外周面を平焼入するための高周波誘導加熱コイルにおいて、
（ａ） 高周波電源に接続された第１及び第２リード部と、
（ｂ） 前記第１及び第２リード部にそれぞれ接続されると共に、互いに平行に対向配置され、かつ、前記第１及び第２リード部から互いに反対方向に沿ってそれぞれ延びる直線形状の第１及び第２加熱導体部と、
（ｃ） 前記第１及び第２加熱導体部に対して平面視で直角にそれぞれ接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第３及び第４加熱導体部と、
（ｄ） 前記第３及び第４加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行に対向配置された直線形状の第５及び第６加熱導体部と、
（ｅ） 前記第５及び第６加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第７及び第８加熱導体部と、
（ｆ） 前記第７及び第８加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行にかつ前記第１及び第２加熱導体部に対しても平行に対向配置された直線形状の第９及び第１０加熱導体部と、
（ｇ） 前記第９及び第１０加熱導体部に対してそれぞれ直角に接続されると共に、連結導体を介して互いに連結された第１及び第２接続導体部と、
をそれぞれ有する直列接続構造体から成り、
同一平面上において互いに平行に配置された前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部の４つの加熱導体部の全てにそれぞれ同一方向の高周波電流が流れるように構成し、
前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円筒状外周面の中央箇所に対向配置して平焼入のための高周波誘導加熱を施すようにしている。
また、本発明では、前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部に磁束集中のための磁性材を取付けるようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフト平焼入用の高周波誘導加熟コイル５０を備えた高周波焼入装置５１を示すものであって、この高周波焼入装置５１は、図５に示すようなクランクシャフト１のピン部１２，１４，１６，１８又はジャーナル部１１，１３，１５，１７，１９の円柱部を平焼入するための装置である。
【００１４】
上述の高周波焼入装置５１は、図１に示すように、黄銅製の一対の側板（保持板）５２と、これらの側板５２の間に挟持状態で取付けられた半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル５０と、この高周波誘導加熱コイル５０にリード５３を介して電力を供給する高周波電源５４と、側板５２の下端に取付られて高周波誘導加熱コイル５０の下方位置に配置された焼入冷却用の一対の冷却液噴射ジャケット５５と、高周波電源５４とリード５３を接続するための一対の接続端子５６と、接続端子５６及びリード５３を保持するために側板５２の上端に取付けられた絶縁性材料から成るブロック５７と、被加熱部（例えば、ピン部１２）と高周波誘導加熱コイル５０との間の間隔を僅かな隙間で保つための複数のセラミック製若しくは超硬製の接触子（チップ部材）５８とをそれぞれ具備している。
【００１５】
上述の高周波誘導加熱コイル５０は、図２及び図３に示すように、高周波電源（図示せず）に接続された第１及び第２リード部６０，６１と、これらの第１及び第２リード部６０，６１にそれぞれ接続されると共に、互いに平行に対向配置され、かつ、第１及び第２リード部６０，６１から互いに反対方向に沿ってそれぞれ延びる直線形状の第１及び第２加熱導体部６２，６３と、この第１及び第２加熱導体部６２，６３に対して平面視で直角にそれぞれ接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第３及び第４加熱導体部６４，６５と、この第３及び第４加熱導体部６４，６５に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行に対向配置された直線形状の第５及び第６加熱導体部６６，６７と、この第５及び第６加熱導体部６６，６７に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第７及び第８加熱導体部６８，６９と、この第７及び第８加熱導体部６８，６９に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行にかつ上述の第１及び第２加熱導体部６２，６３に対しても平行に対向配置された直線形状の第９及び第１０加熱導体部７０，７１と、この第９及び第１０加熱導体部７０，７１に対してそれぞれ直角に接続されると共に、図外の連結導体を介して互いに連結された第１及び第２接続導体部７２，７３とをそれぞれ有する直列接続構造体として構成されている。そして、上述の第１及び第２加熱導体６２，６３、並びに、第９及び第１０加熱導体部７０，７１は、互いに同一の平面上に配置されている。かくして、誘導加熱に際しては、同一平面上において互いに平行状に配置された直線形状の第１，第２，第９，及び第１０加熱導体部６２，６３，７０，７１、並びに、これらに平行な直線形状の第５及び第６加熱導体部６６，６７が円柱状の被加熱部（ピン部又はジャーナル部）の軸方向（クランクシャフト１の中心軸Ｘに平行な方向）に対して平行に配置されると共に被加熱部の外周面に対して僅かな間隔を隔てた位置で対向配置され、かつ、円弧形状の第３，第４，第７，及び第８加熱導体部６４，６５，６８，６９が被加熱部の上半分部分の円周面に対して僅かな間隔を隔てて対向配置されるようになっている。
【００１６】
また、図１の高周波焼入装置５１は、図外の支持機構によって垂直に吊り下げられた状態で保持されており、高周波誘導加熱コイル５０は、クランクシャフト１の被加熱部（ピン部又はジャーナル部）の半円弧形状上面部に対応するように配置されている。かくして、高周波誘導加熱時には、クランクシャフト１の被加熱部の円柱部外周面（例えば、ピン部１２ａの外周面の上半分部分）に例えば３つの接触子５８が当接され、これにより高周波誘導加熱コィル５０と被加熱部の上半分部分の外周面とが僅かな所定間隔を隔てて被加熱部の円筒状外周面上に載置されると共に、クランクシャフト１がその中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、図外のワーク追従機構により、高周波誘導加熱コイル５０がクランクシャフト１の被加熱部の上に載置された状態のまま、被加熱部の回転動作に追従して移動し得るように構成されている。さらに、本実施形態の高周波誘導加熱コイル５０では、被加熱部へ磁束を集中させるために各加熱導体部６２〜７１に珪素鋼板等の磁性材７５が取付けられている（図１参照）。
【００１７】
また、図１に示すように、上述の一対の冷却液噴射ジャケット５５には、冷却液供給用パイプ８０がそれぞれ接続されており、図外の冷却液供給源からこれらのパイプ８０を通して冷却液が冷却液噴射ジャケット５５に供給され、冷却液噴射ジャケット５５から所定のタイミングで冷却液が所要の焼入温度に高周波誘導加熱された被加熱部に向けて噴射されるように構成されている。
【００１８】
上述の如き構成の本発明の高周波誘導加熱コイル５０にあっては、図２に示す如く、第９及び第１０加熱導体部７０，７１のそれぞれの内側に直線形状の加熱導体部である第１及び第２加熱導体部６２，６３を配置する構造にしているため、直線形状の加熱導体部分を増大させた構造（直線形状の加熱導体部のダブル構造すなわち２重巻き構造）となる。それに加えて、これら４つの直線形状の加熱導体部（第１，第２，第９，及び第１０加熱導体部６２，６３，７０，７１）に流れる高周波電流の方向は、互いに隣接する加熱導体部に流れる高周波電流の方向と同一の方向（図３において矢印ａ及びｂで示す方向）である。すなわち、図３において矢印ａ及びｂで示すように、同一平面上において互いに平行に配置された前記第１及び第２加熱導体部６２，６３、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部７０，７１の４つの加熱導体部の全てにそれぞれ同一方向の高周波電流が流れるようになっている。そのため、これら２つの構成による相乗作用にて、誘導加熱時の誘導磁束を増幅する効果を得ることができる。また、上述の直線形状の加熱導体部６２，６３，７０，７１は直線形状であるから、これらの加熱導体部に珪素鋼板等から成る磁束集中用の磁性材をより多く装着することが可能となり、ひいてはピン部又はジャーナル部の軸方向の誘導電流を増加することが可能となる。その結果、本発明の高周波誘導加熱コイル５０によれば、ピン部又はジャーナル部の円周方向の誘導電流と、軸方向の誘導電流とのバランスを保つことにより、加熱温度を所定の加熱範囲において均一にすることができ、図４に示すように均一深さのストレート形状の焼入硬化層パターンＰを得ることができる。
【００１９】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、第１加熱導体部６２と第９加熱導体部７０との相対的位置関係（内側及び外側の位置関係）を逆にしてもよく、第２加熱導体部６３と第１０加熱導体部７１との相対的位置関係を逆にしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、同一平面上において互いに平行に配置された直線形状の４つの加熱導体部（例えば、実施形態で示した第１及び第２加熱導体部６２，６３、並びに、第９及び第１０加熱導体部７０，７１）の全てにそれぞれ同一方向の高周波電流が流れるように構成し、これら４つの加熱導体部をクランクシャフトのピン部又はジャーナル部（被加熱部）の円筒状外周面の中央箇所に対向配置して平焼入のための高周波誘導加熱を施すようにしたものであるから、従来の高周波誘導加熱コイルの場合よりも直線形状の加熱導体部を増やした特殊な構成の高周波誘導加熱コイルとなるので、被加熱部の中央箇所における焼入硬化層の深さがその両側箇所に比べて浅くならないような均一深さのストレート状の焼入硬化層パターンを得ることができる。
【００２１】
さらに、本発明によれば、上述の直線形状の４つの加熱導体部の全てにそれぞれ同一方向の高周波電流が流れるように構成したので、互いに隣接する直線形状の加熱導体部に流れる高周波電流は同一方向となって互いに平行な４つの電流通路が形成されることとなるため、誘導加熱時の誘導磁束を増幅することができ、効率良く被加熱部を高周波誘導加熱することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、上述の直線形状の加熱導体部に磁束集中のための磁性材を取付けるようにしているので、磁性材により磁束集中効果により被加熱部をさらに効率良く高周波誘導加熱することが可能となる。また、磁性材が取付けられる加熱導体部は直線形状であることから、珪素鋼板等の磁性材をより多く装着することが可能となり、円柱状の被加熱部の軸方向の誘導磁束をより一層増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波誘導加熱コイルを備えた高周波焼入装置の側面図である。
【図２】本発明の高周波誘導加熱コイルの斜視図である。
【図３】本発明の高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図４】本発明の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部を焼入処理した場合に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【図５】クランクシャフトの正面図である。
【図６】クランクシャフトのピン部及びジャーナル部を拡大して示す正面図である。
【図７】従来の高周波誘導加熱コイルの斜視図である。
【図８】従来の高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図９】従来の高周波誘導加熱コイルを用いてクランクシャフトのピン部を焼入処理した場合に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【図１０】従来の別の高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト
１１，１３，１５，１７，１９ ジャーナル部
１２，１４，１６，１８ ピン部
５０ 高周波誘導加熱コイル
５１ 高周波焼入装置
５５ 冷却液噴射ジャケット
６０ 第１リード部
６１ 第２リード部
６２ 第１加熱導体部
６３ 第２加熱導体部
６４ 第３加熱導体部
６５ 第４加熱導体部
６６ 第５加熱導体部
６７ 第６加熱導体部
６８ 第７加熱導体部
６９ 第８加熱導体部
７０ 第９加熱導体部
７１ 第１０加熱導体部
７２ 第１接続導体部
７３ 第２接続導体部
Ｐ 焼入硬化層パターン

Claims (2)

1. クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円筒状外周面を平焼入するための高周波誘導加熱コイルにおいて、
   （ａ） 高周波電源に接続された第１及び第２リード部と、
   （ｂ） 前記第１及び第２リード部にそれぞれ接続されると共に、互いに平行に対向配置され、かつ、前記第１及び第２リード部から互いに反対方向に沿ってそれぞれ延びる直線形状の第１及び第２加熱導体部と、
   （ｃ） 前記第１及び第２加熱導体部に対して平面視で直角にそれぞれ接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第３及び第４加熱導体部と、
   （ｄ） 前記第３及び第４加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行に対向配置された直線形状の第５及び第６加熱導体部と、
   （ｅ） 前記第５及び第６加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに対称の関係をもって対向配置された円弧形状の第７及び第８加熱導体部と、
   （ｆ） 前記第７及び第８加熱導体部に対して平面視でそれぞれ直角に接続されると共に、互いに平行にかつ前記第１及び第２加熱導体部に対しても平行に対向配置された直線形状の第９及び第１０加熱導体部と、
   （ｇ） 前記第９及び第１０加熱導体部に対してそれぞれ直角に接続されると共に、連結導体を介して互いに連結された第１及び第２接続導体部と、
   をそれぞれ有する直列接続構造体から成り、
   同一平面上において互いに平行に配置された前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部の４つの加熱導体部の全てにそれぞれ同一方向の高周波電流が流れるように構成し、
   前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部を前記クランクシャフトのピン部又はジャーナル部の円筒状外周面の中央箇所に対向配置して平焼入のための高周波誘導加熱を施すようにしたことを特徴とするクランクシャフト平焼入用の高周波誘導加熱コイル。
2. 前記第１及び第２加熱導体部、並びに、前記第９及び第１０加熱導体部に磁束集中のための磁性材を取付けたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト平焼入用の高周波誘導加熱コイル。

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