JPH0653897B2 - クランクシヤフトの焼入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクランクシャフト、特にジャーナル部の焼入れ
に適する改良された焼入方法に関するものである。

（従来の技術） クランクシャフトのジャーナル部を高周波焼入れするに
は、実公昭５６−４８７６４号、実開昭５９−３７３６
２号等の如く半円状の高周波加熱コイルを上下、或は左
右からジャーナル部に遊嵌し、高周波加熱コイルに高周
波電流を流してジャーナル部の表面を加熱し、加熱後高
周波コイルに内蔵した冷却水ジャケットから冷却水を加
熱部に噴射し、冷却等して焼入れを行っている。

（発明が解決しようとする問題点） 以上の従来技術においては、ジャーナル部の軸部周囲に
焼入れして所定深さの硬化層を形成し、強度、耐摩耗性
を向上せしめ、併せてジャーナル部の軸方向両端のＲ
部、即ちフィレット部表面にも焼入れ硬化層を形成し、
この部分の疲労強度を向上せしめる。

ところでフィレット部分の肉厚はピン部との連続部は厚
肉であるが、これの反対側の部分の肉厚は極端に薄く、
厚い側でもピン部に比したら肉厚が薄い。従つて焼入れ
のための加熱時にはフィレット部の薄肉部はヒートマス
が小さいことから過加熱されることとなり、この結果冷
却時には薄肉部の冷却速度が速く、且つ過加熱されてい
ることからフィレット部と軸部との間の冷却速度に極端
に差が生じ、焼き割れが発生する虞れがある。

そこで上記に対処すべく特公昭６１−８８７号、特開昭
６１−６４８１９号等の如く誘導電流、電圧、加熱コイ
ルの形状、ワークとコイルとのクリアランス、コイルの
移動速度、加熱温度、冷却速度等の高周波焼入条件を設
定して高周波焼入れを行っているのが現状であるが、前
記条件を生産工程の中で調整、制御することは実際上は
困難で、上記によれば充分でないにしても焼割れは防止
できるが品質的には不安定である。

本発明は以上の問題点を解決すべくなされたもので、そ
の目的とする処は、クランクシャフトのジャーナル部、
フィレット部夫々の焼入硬化特性を満足させつつフィレ
ット部薄肉部の焼割れを防止し、品質の優れたクランク
シャフトを安定した品質で得せしめるようにしたことに
ある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するための手段は、クランクシャフ
トのジャーナル部の外周に高周波加熱機構を臨ませ、ク
ランクシャフトを中心軸を中心に回転させながらジャー
ナル部を加熱し、焼入れするようにしたクランクシャフ
トの焼入方法において、前記高周波加熱機構はフィレッ
ト部の起壁からの軸方向の間隔が狭く且つジャーナル部
の軸部から半径方向に所定間隔で臨むことでフィレット
部とジャーナル部の軸部周りを加熱するフィレット部加
熱部と、フィレット部からの軸方向の間隔が広く且つジ
ャーナル部の軸部から半径方向に所定間隔で臨むことで
主としてジャーナル部の軸部周りを加熱するフラット部
加熱部とを備え、前記クランクシャフトの回転に伴って
ジャーナル部の角度位置を検出し、フィレット部加熱部
がフィレット部薄肉部に臨んだ角度で高周波加熱機構の
出力を低下させるように制御するようにしたことであ
る。

（上記手段による作用） 上記手段によれば、高周波加熱コイルは略1/4円部で対
照的にジャーナル部上でフィレット部薄肉部に近いフィ
レット加熱部分を備え、該薄肉部に該加熱部がクランク
シャフトの回転で臨んだ時のみ出力を低下させて薄肉部
の過加熱を防止し、他の部分では出力を上げ、クランク
シャフトジャーナル部周の夫々の部位に適した加熱焼入
れが行え、又クランクシャフトの回転角度を検出して高
周波加熱装置の出力を制御するので制御が正確に高精度
に、且つ容易に行える。

（実施例） 次に本発明の好適する一実施例を添付図面を参照しつつ
詳述する。

第１図は本発明に係る焼入方法の概略説明のための側面
図で、(1) はクランクシャフトを示し、クランクシャフ
ト(1) は回転軸線をなすジャーナル(101),(102),(103),
(104),(105) と、この間のピン部(106),(107),(108),(1
09) とを備え、実施例は四気筒用のものを示している。
本発明が実施されるジャーナル部は(102) 及び(104)
で、ジャーナル部軸部(102a),(104a) の軸方向両端部に
フィレット部(102b),(102c),(104b),(104c) が形成さ
れ、フィレット部は軸方向一端のビン部への連続立ち上
がり部(102d),(104d) は厚肉に形成されるが、該立ち上
がり部(102d),(104d) と反対側の部分は薄肉部(102e),
(104e) 、となり、薄肉部(102e),(104e) は軸部(102a),
(104a) の軸方向両端で円周方向に角度、実施例では９
０゜位相がズレて形成される。

以上のクランクシャフト(1) のジャーナル部(102),(10
4) 周に高周波加熱機構(2) をこれの1/2周をコイル(21
0) が囲むように臨ませ、該加熱機構(2) は不図示の電
源に制御装置(3) を介して接続され、制御装置(3) はク
ランクシャフトのジャーナル軸心の回転角度変化を検出
する位相検出器(4) の検出信号で制御され、加熱機構
(2) の出力を制御する。加熱機構(2) は実施例では冷却
ジャケット(201) を備えるタイプを示し、門型で下端の
対向する面には冷却媒体噴出用のノズル(202) …を備
え、内部にコイル(210) を備える。一方、上からジャー
ナル部半周を囲むように加熱機構(2) を臨ませるととも
に、下方にはフィレット部冷却機構(5) を臨ませ、フィ
レット部加熱時の冷却を行う。

加熱コイル(210) の詳細は第３図、第４図に示される如
くで、正（背）面視（ジャーナル部の軸方向から見て）
半円形をなし、ジャーナル部軸方向一端側、例えばこれ
を前側とすればこれの中央部に接近して平行し、起立す
る二本の端子部(211),(212) を備え、これの下端から対
称的に略1/4円状の前部(213),(214) が延設され、これ
ら前部(213),(214) でジャーナル部の軸周に離間して融
合する前部半円部(215) を形成し、前部(213),(214) の
各下端から後方に左右のジャーナル部と平行する部分(2
16),(217) を一体に延出し、該平行部分(216),(217) の
後端から前部と軸方向（前後方向）に離間して対向する
半円状の後部(218) を連設し、後部(218) は前部と異り
連続して一体であり、以上の一方の端子部(211) から他
方の端子部(212) の間は連続して一体である。以上のコ
イル(210) は第４図の底面図に示す如く底面視横長の矩
形枠状をなし、横の平行部(216),(217) はジャーナル部
の軸方向両端のフィレット部間に収まる長さに設定され
ている。

以上のコイル(210) はジャーナル部の軸部の軸方向を第
４図の上下方向として左右に対称形状に仮想に分割し、
第４図明示の如く右側の前部(214) は前後方向の幅を大
きくして前方に突出してフィレット部加熱用部分（Ａ）
とし、右側の平部の前部を該部分（Ａ）とする。隣接す
る左側の部分(213) は右側の部分(214) よりも後方に一
段下がってフラット部加熱用部分（Ｂ）とする。このよ
うに各部分（Ａ），（Ｂ）は半円形、従って１８０゜の
弧をなす前部(215) を９０゜に円周方向に分けて設けら
れる。半円形、従って１８０゜の弧をなすように設けら
れた後部(218) は前部に対応し、１８０゜の弧を仮想に
左右に分けて右側、即ち前部(214) がフィレット部加熱
用部分（Ａ）と対応する後方の半部(218a)をフラット部
加熱用部分（Ｂ）とし、左側、即ち前部(213) がフラッ
ト部加熱用部分（Ｂ）と対応する後方の半部(218b)を後
方に突出したフィレット部加熱用部分（Ａ）とする。即
ちコイル(210) は左右の半部(a)，(b)で軸方向に位相が
ズレるように構成する。

従って第５図、第６図の如くジャーナル部(104) の軸部
(104a)に遊合した状態が、第５図の如くフィレット部加
熱用部分（Ａ）はフィレット部(104b)の起壁(104f)との
間隔（Ｄ）が小さく、フィレット部(104b)のＲ部(104g)
と対向する角部のｒは小さく、軸部(104a)周との間に間
隔（Ｃ）を保持し、一方、ジャーナル部(104) の円周方
向に位相がずれた同側の部分はフラット部加熱部用部分
（Ｂ）となり、この部分（Ｂ）は起壁(104f)との間隔
（Ｅ）が前記（Ｄ）よりも大きく、Ｒ部(104g)と対向す
る角部のＲはｒよりも大きく、軸部(104a)周との間に間
隔（Ｃ）は前記と同じとする。

従ってＤ＜Ｅ，ｒ＜Ｒ，Ｃ＝一定の関係に設定する。

以上において、既述の如くクランクシャフト(1) の中心
軸を中心にして回転させ、コイル(210) はジャーナル部
(104) の軸部(104a)周に遊合し、固定である。ジャーナ
ル部(104) は回転し、一方、固定側のコイル(210) には
通電し、ジャーナル部(104) の軸部(104a)周及び軸方向
両端のフィレット部(104b),(104c) を高周波加熱する。

ところでフィレット部(104b),(104c) は軸方向端の一方
が略1/4周近く薄肉部(104e)であり、軸方向端の他方が
前記とは位相を円周方向にズラせて略1/4周近く薄肉部
(104e)である。そこでフィレット部に接近する加熱用部
分（Ａ），（Ａ）−コイルの軸方向両端に９０゜位相を
ズラせて設けられて前後一対ある−が該薄肉部(104e)に
接近したときにコイルへの出力を低下させ、軸部周より
も低温で加熱する。これを第７図、第８図で示すと、ク
ランクシャフトのジャーナル部(104) を前後から見た図
で、第７図を例えば前方から、第８図を後方から見た図
としよう。今ジャーナル部(104) を四等分し、（Ｉ）を
フィレット部薄肉部とし、薄肉部（Ｉ）は軸方向に離間
して実施例では１８０゜位相がズレている。コイル(21
0) の第７図では前部の左半（Ａ）が、又第８図では右
半部（Ａ）がフィレット部加熱用部分で、第７図の正面
側でジャーナル部(104) 、従ってクランクシャフト(1)
が図中右方向に回転するとすると第８図の背面側では反
対の左方向の回転となり、軸方向前後の位相の１８０゜
異なる薄肉部（Ｉ），（Ｉ）の中心部がフィレット部加
熱用部分（Ａ），（Ａ）に臨んださいコイル(210) の出
力を低下させる。このように薄肉部（Ｉ），（Ｉ）の加
熱にさいしては他の部分に比して低出力で加熱し、該加
熱図に既述の冷却機構(5) から例えば水の如き冷却媒体
を噴射させ、過加熱を抑制しても良い。これにより薄肉
部（Ｉ），（Ｉ）の過加熱は抑制され、焼割れの生じな
い焼入れが行え、一方、薄肉部（Ｉ），（Ｉ）がフィレ
ット部加熱用部分（Ａ），（Ａ）が通過した角度を既述
の位相検出器(4) で検出し、他のゾーン（II）、（II
I）、（IV）ではコイル(210) の出力を高める。これに
より軸部(104a)及びフィレット部(104b),(104c) はフィ
レット部薄肉部(104e)以外の部分が高出力で加熱され、
フィレット部(104b),(104c) は薄肉部以外の部分が起立
部(104d),(104e) により充分の肉厚を備え、ヒートマス
が大きいことから、又フィレット部加熱用部分がフィレ
ット部(104b),(104c) に接近していることから高出力で
充分に加熱され、加熱後冷却水の供給で焼入れされる。

第９図は以上の本発明方法によるジャーナル部(104) の
焼入れパターンを示し、フィレット部(104b),(104c) の
薄肉部(104e),(104e) は焼入れ硬化層（Ｈ）が浅く、軸
部(104a)周では薄肉部から反対方向へ順次深くなり、フ
ィレット部の薄肉部以外の部分は更に深くなる。従って
かかる焼入れ硬化パターンに従えば、薄肉部においては
焼割れが防止でき、その反対側のフィレット部のＲ部分
は焼入れ深さが深くなるので疲労強度が更に向上する。

他のジャーナル部(102) も同様に焼入れする。

次に具体的な実施例を述べると、 クランクシャフトの素材としてＳ４８高周波(JIS) 材を
用い、クランクシャフト形状に熱間鍛造後、ピン部、ジ
ャーナル部に機械加工を施して既述の高周波加熱機構に
セットして加熱した。クランクシャフトの加熱にさい
し、クランクシャフトを回転させ、ジャーナル部のフィ
レット部薄肉部を外周により冷却媒体により冷却を行い
ながら加熱を行った。そしてこのときクランクシャフト
の中心軸から回転時の移相変化を移送検出器により検出
し、ジャーナル部のフィレット部薄肉部が既述のコイル
のフィレット部加熱用部分（Ａ）直下を通り、この部分
を通り過ぎる迄の間を位相変化を検出し、この間だけ高
周波出力を低下させる。次いで薄肉部が上記加熱用部分
（Ａ）を通過したらもとの高周波出力にもどす。この一
連のことを一回転の中で行い、ジャーナル部を焼入れ温
度迄加熱し、焼入れ温度に達した時点で加熱を停止し、
コイル内に内蔵されたノズルから冷却媒体を噴出させて
冷却を行い、焼入れを行った。

以上の焼入れ処理の結果、クランクシャフトのジャーナ
ル部のフィレット部付近の薄肉部の割れは発生せず、良
好な焼入れ硬化層と焼入れ深さ、焼入れ硬度を有するク
ランクシャフトが得られた。

以上の焼入れ処理の条件及び結果は下記の如くである。

（発明の効果） 以上で明らかな如く本発明によれば、 クランクシャフトの中心軸の回転で各ジャーナル部の角
度位置を検出し、高周波加熱機構のコイルのフィレット
部加熱部が薄肉部に臨んださいに高周波出力を低下さ
せ、該加熱部が薄肉部から外れた状態で出力を元にもど
すように制御するようにしたので、焼割れ等の発生し易
いジャーナル部フィレット部の薄肉部に対して出力制御
が容易に、精度良く行える。従ってジャーナル部の軸
部、フィレット部、フィレット部薄肉部の各部に薄肉部
の焼き割れのない各部に必要な焼入れ硬化層を生成する
ことができ、トータルとして機能上要求される耐摩耗
性、疲労強度等に優れ、品質の優れたクランクシャフト
を得ることができるとともに、クランクシャフトの中心
軸の回転角度を検出して加熱用高周波出力を制御するの
で出力制御が容易であり、又精度も正確に得られて信頼
性に優れ、品質の安定した良好なクランクシャフトを効
率良く生産することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はクラン
クシャフト焼入れの説明的側面図、第２図は高周波加熱
機構の斜視図、第３図は加熱コイルの斜視図、第４図は
同底面図、第５図、第６図はコイルのフィレット部加熱
部及びフラット部加熱部とジャーナル部の関係を示す説
明的断面図、第７図及び第８図はフィレット部加熱部と
ジャーナル部のフィレット部薄肉部との関係を示す説明
図、第９図は本発明に係る方法による焼入パターンの説
明図である。 尚図面中(1) はクランクシャフト、(102),(104) はジャ
ーナル部、(102a),(104a) は軸部、(102b),(102c),(104
b),(104c) はフィレット部、(102e),(104e) は薄肉部、
(2) は高周波加熱機構、(210)は加熱用コイル、（Ａ）
はフィレット部加熱部、（Ｂ）はフラット部加熱部、
(4) は位相検出器である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランクシャフトのジャーナル部の外周に
   高周波加熱機構を臨ませ、クランクシャフトを中心軸を
   中心に回転させながらジャーナル部を加熱し、焼入れす
   るようにしたクランクシャフトの焼入方法において、前
   記高周波加熱機構はフィレット部の起壁からの軸方向の
   間隔が狭く且つジャーナル部の軸部から半径方向に所定
   間隔で臨むことでフィレット部とジャーナル部の軸部周
   りを加熱するフィレット部加熱部と、フィレット部から
   の軸方向の間隔が広く且つジャーナル部の軸部から半径
   方向に所定間隔で臨むことで主としてジャーナル部の軸
   部周りを加熱するフラット部加熱部とを備え、前記クラ
   ンクシャフトの回転に伴ってジャーナル部の角度位置を
   検出し、フィレット部加熱部がフィレット部薄肉部に臨
   んだ角度で高周波加熱機構の出力を低下させるように制
   御するようにしたことを特徴とするクランクシャフトの
   焼入方法。
2. 【請求項２】前記低出力で加熱中にジャーナル部のフィ
   レット部薄肉部を冷却するようにした前記特許請求の範
   囲第１項のクランクシャフトの焼入方法。