JP4504746B2 - クランクシャフトの熱処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部に対して熱処理を行う熱処理装置等に関する。

従来、クランクシャフトは次のような焼入装置によりピン部及びジャーナル部の表面が焼入処理される。特に、ピン部のトップ部はＲ焼入がなされる( 図３を借りて参照する) 。この焼入装置は、ピン部に対向するピン用のコイルと、ジャーナル部に対向するジャーナル用のコイルと、クランクシャフトを把持し回転させる回転機構と、前記コイルに対して高周波電力を供給する発振器とを備えており、前記回転機構によりクランクシャフトを回転させつつ前記コイルに高周波電力を供給し、これによりピン部及びジャーナル部を焼入するようになっている( 特許文献１参照) 。

特開２００４−００２９５９号公報

ところが、近年のクランクシャフトはエンジンの小型化に伴って小型化されている。クランクシャフトが小型化されると、クランクシャフトのピン部のクランクアームαの肉厚が薄くなる( 図３を借りて参照する) 。そのため、従来例の如く当該ピン部に対してＲ焼入を行った後、低温環境下におくと、当該トップ部の焼入箇所に不均一に存在する残留応力により当該焼入箇所の一部に割れが生じる恐れがある。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放すると共に、当該焼入箇所の靱性を改善することが可能なクランクシャフトの熱処理装置等を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のクランクシャフトの熱処理装置は、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部に対して焼入が施された後、当該ピン部のトップ部に対して再加熱を行う熱処理装置であって、クランクシャフトを保持する保持機構と、クランクシャフトと同軸状に配置される略円筒状のコイルと、このコイルに商用周波数の電力を供給する電力部と、再加熱時のクランクシャフトの加熱位置の表面温度を計測する計測手段と、この計測手段の計測結果が設定温度に達すると前記電力部をオフにする制御部とを備えており、前記電力部が前記制御部によりオフにされ、これに伴って前記コイルによる加熱がストップした後、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるように、前記設定温度が設定されている。

同装置に使用されるコイルについては、ソレノイド状に構成されており、前記クランクシャフトの全長に対応したコイル長を有した中間部と、前記中間部の長さ方向の両側に各々配置された両端部とを有し、前記両端部のピッチ間隔が前記中間部のピッチ間隔と比べて狭くなっている。

本発明のクランクシャフトの熱処理方法は、ピン部及びジャーナル部に対して焼入が施されたクランクシャフトを支持ブロックに載置し、この状態で当該クランクシャフトをソレノイド状のコイル内に挿入して加熱位置に配置し、その後、当該コイルに商用周波数の電力を供給することにより当該クランクシャフトのピン部のトップ部を再加熱し、当該クランクシャフトの加熱位置の表面温度の計測結果が設定温度に達すると前記コイルの電力の供給を停止し、これにより、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるようにしている。

本発明の請求項１に係るクランクシャフトの熱処理装置による場合、焼入後のクランクシャフトの全体をコイル内に挿入した状態でコイルに商用周波数を供給してクランクシャフトのうちピン部のトップ側を再加熱する構成となっているので、クランクシャフトのピン部のトップ部及びその周辺の残留応力を開放することができ、その箇所の靱性も改善することができる。よって、所望の焼入が施されたクランクシャフトを得ることができる。

本発明の請求項２に係るクランクシャフトの熱処理装置による場合、前記コイルがソレノイド状に構成されており、長さ方向の両端部のピッチ間隔が当該両端部の間の中間部のピッチ間隔と比べて狭くなっている。このため、当該コイルにより発生した磁界による発熱がクランクシャフトの各ピン部のトップ部に対して略同じとすることができるので、当該クランクシャフトの各ピン部のトップ部を均一に加熱することができる。

本発明の請求項３に係るクランクシャフトの熱処理方法による場合、請求項１と同様の構成となっているので、請求項１と同様の効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態に係るクランクシャフトの熱処理装置及びその方法について図面を参照しながら説明する。図１はクランクシャフトの熱処理装置の模式図、図２は同装置の模式的縦断面図、図３は焼入が施されたクランクシャフトのピン部の概略的側面図である。

図１に示すクランクシャフトの熱処理装置は、クランクシャフトＷ( ここでは４気筒エンジン用のクランクシャフトとする) のピン部Ｐ１〜Ｐ４及びジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５の表面に対して焼入が施された後、当該ピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部に対して再加熱を行う装置であって、クランクシャフトＷと同軸に配置されるソレノイド状のコイル１０と、クランクシャフトＷの両端部を支持し、その状態でクランクシャフトＷを搬送する搬送機構２０( 保持機構を含む) と、コイル１０に商用周波数の電力を供給する電力装置３０と、再加熱時のクランクシャフトＷの表面温度を計測する計測手段４０と、この計測手段４０の出力信号に基づき電源装置３０のオン・オフを制御する制御部５０とを備えている。以下、各部を詳しく説明する。なお、ピン部Ｐ１〜Ｐ４及びジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５についてはＲ焼入がなされている( 図３参照) 。

コイル１０は、銅製のパイプをソレノイド状に湾曲させた構成となっている。このコイル１０は、図２に示すように、長さ方向の両端部のピッチ間隔１０ａが当該両端部の間の中間部のピッチ間隔１０ｂよりも狭くなっている。即ち、コイル１０は両端部が密となっている一方、中間部が疎となっているのである。このようにコイル１０を構成したことにより、当該コイル１０により発生する磁界による発熱をクランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部に対して略同じにすることができる。即ち、クランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部に対する加熱温度を略同じにすることができるのである。

このコイル１０は電源装置３０に接続され、当該電源装置３０から商用周波数の電力が供給される。コイル１０は、商用周波数の電力が供給されると、ピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するために再加熱を行うようになっている。電源装置３０の供給する電力を商用周波数の電力としたのはピン部Ｐ１〜Ｐ４の加熱領域を深くすると共に均一に加熱することができるようにするためである。このように商用周波数の電力を用いると、クランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部の焼入箇所だけでなく、その周辺も加熱されることから、当該焼入箇所及び周辺の残留応力を開放することができる。しかも、当該焼入箇所及び周辺の衝撃強度を計測してみたところ、当該焼入箇所及び周辺に靱性の改善が認められた。

コイル保護部材６０は、コイル１０とクランクシャフトＷとの間に配置される絶縁性を有する円筒状の非磁性体である。

搬送機構２０は、クランクシャフトＷの両端部を各々支持する略Ｖ字状の凹部を有する支持ブロック２１、２１と、この支持ブロック２１、２１が配設されるテーブル２２と、このテーブル２２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる図示しない駆動機構とを有した構成となっている。即ち、クランクシャフトＷを支持ブロック２１、２１に載置した状態で駆動機構を駆動させることにより、クランクシャフトＷを搬入位置、加熱位置、搬出位置にかけて搬送することができるようになっている。この搬送機構２０は、クランクシャフトＷを加熱位置に搬送すると、当該クランクシャフトＷをコイル１０と同軸状に配置するようになっている。

計測手段４０は放射温度計であり、加熱位置に向けて配設されている。この計測手段４０は、再加熱時のクランクシャフトＷの表面温度を計測し、計測結果を制御部５０に出力するようになっている。

制御部５０はコンピュータであって、入力ポートには計測手段４０が、出力ポートには電源装置３０が接続されている。また、制御部５０のメモリ部には後述する設定温度が予め記録されている。制御部５０は計測手段４０の出力信号とメモリ部上の前記設定温度とを比較し、この比較結果に基づきクランクシャフトＷの表面温度が前記設定温度に達したと判断すると、電源装置４０をオフとするようになっている。前記設定温度は制御部５０が電源装置４０をオフしコイル１０による加熱をストップした後、当該コイル１０による加熱箇所の温度がクランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するのに必要な温度２３０〜２８０℃となる所定の温度に設定している。

以下、このような構成のクランクシャフトの熱処理装置の使用方法及び各部の動作について説明する。まず、ピン部Ｐ１〜Ｐ４及びジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５の表面に対して焼入が施されたクランクシャフトＷを支持ブロック２１、２１に載置する。この状態で前記駆動機構を駆動させ、クランクシャフトＷを加熱位置に配置する( 図２参照) 。

その後、制御部５０を通じて電源装置３０をオンにし、コイル１０に商用周波数の電力を供給させる。これにより焼入後のクランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部が再加熱される。と同時に、計測手段４０により再加熱中のクランクシャフトＷの表面温度を計測する。

このとき、制御部５０は計測手段４０の出力信号とメモリ部上の前記設定温度とを比較し、この比較結果に基づきクランクシャフトＷの表面温度が前記設定温度に達したと判断すると、電源装置４０をオフにする。すると、クランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部の焼入箇所の温度がクランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するのに必要な温度２３０〜２８０℃の±５％となる。これにより当該焼入箇所及びその周辺の残留応力が開放されると共に、当該焼入箇所及びその周辺の靱性が改善される。

その後、前記駆動機構を再び駆動させ、クランクシャフトＷを搬出位置へと搬送する。

このようなクランクシャフトの熱処理装置による場合、クランクシャフトＷのピン部Ｐ１〜Ｐ４のトップ部の焼入箇所及びその周辺に対して再加熱を行い、クランクシャフトＷの表面温度が前記設定温度に達すると、再加熱を終了するようになっている。このように再加熱することにより、クランクシャフトの焼入箇所及びその周辺の残留応力を開放することができると共に、当該焼入箇所及びその周辺の靱性を改善することができる。よって、クランクシャフトＷを低温環境下においても、当該焼入箇所の薄肉部α( 図３参照) 等に割れが生じることがなく、所望の焼入が施されたクランクシャフトＷを得ることができる。

このクランクシャフトの熱処理装置については、クランクシャフトの少なくともピン部に対して焼入が施された後、当該ピン部のトップ部に対して再加熱を行う熱処理装置であって、クランクシャフトを保持する保持機構と、クランクシャフトと同軸状に配置される略円筒状のコイルと、このコイルに電力を供給する電力部とを備えており、前記コイルを用いて焼入後のクランクシャフトのピン部のトップ部に対し、当該ピン部のトップ部の焼入箇所の残留応力を開放するために再加熱を行うようになっている限りどのような設計を行ってもかまわない。

即ち、コイル１０については少なくとも略円筒状のコイル体であれば良い。また、コイル１０には商用周波数の電力が供給されるとしたが、その他の電力を供給するようにしてもかまわない。但し、商用周波数の電力を供給する方が好ましい。

搬送機構２０については、保持機構を含むとしたが、別々の機構とすることは当然可能である。また、搬送機構２０はクランクシャフトを搬入位置、加熱位置、排出位置にかけて搬送し得る限りどのような設計変形を行ってもかまわない。計測手段４０についてもクランクシャフトの表面温度を計測し得る限りどのようなものを用いても良い。

コイル保護部材３０については備えるか否かは任意である。

なお、ここでは４気筒エンジン用のクランクシャフトとして説明したが、これに限定されることはなく、各種のクランクシャフトに使用可能であることは言うまでもない。

クランクシャフトの熱処理装置の模式図である。 同装置の模式的縦断面図である。 焼入が施されたクランクシャフトのピン部の概略的側面図である。

符号の説明

Ｗ クランクシャフト
Ｐ１〜Ｐ４ ピン部
１０ コイル
２０ 搬送機構
３０ 電源装置
４０ 計測手段
５０ 制御部

Claims (3)

1. クランクシャフトのピン部及びジャーナル部に対して焼入が施された後、当該ピン部のトップ部に対して再加熱を行う熱処理装置であって、クランクシャフトを保持する保持機構と、クランクシャフトと同軸状に配置される略円筒状のコイルと、このコイルに商用周波数の電力を供給する電力部と、再加熱時のクランクシャフトの加熱位置の表面温度を計測する計測手段と、この計測手段の計測結果が設定温度に達すると前記電力部をオフにする制御部とを備えており、前記電力部が前記制御部によりオフにされ、これに伴って前記コイルによる加熱がストップした後、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるように、前記設定温度が設定されていることを特徴とするクランクシャフトの熱処理装置。
2. 請求項１記載のクランクシャフトの熱処理装置において、前記コイルはソレノイド状に構成されており、前記クランクシャフトの全長に対応したコイル長を有した中間部と、前記中間部の長さ方向の両側に各々配置された両端部とを有し、前記両端部のピッチ間隔が前記中間部のピッチ間隔と比べて狭くなっていることを特徴とするクランクシャフトの熱処理装置。
3. ピン部及びジャーナル部に対して焼入が施されたクランクシャフトを支持ブロックに載置し、この状態で当該クランクシャフトをソレノイド状のコイル内に挿入して加熱位置に配置し、その後、当該コイルに商用周波数の電力を供給することにより当該クランクシャフトのピン部のトップ部を再加熱し、当該クランクシャフトの加熱位置の表面温度の計測結果が設定温度に達すると前記コイルの電力の供給を停止し、これにより、前記クランクシャフトのピン部のトップ部の焼入箇所の温度が当該焼入箇所の残留応力の開放に必要な温度となるようにしたことを特徴とするクランクシャフトの熱処理方法。

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