JP4500441B2 - クランクシャフトの軸受表面及び遷移領域の電気誘導硬化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトの回転軸に垂直な面において異なる角姿勢のリフティングピンが直接隣接するいわゆる割ピン式クランクシャフトを硬化するのに好適な装置に関し、クランクシャフトの軸受表面及び遷移領域とさらにその縁端部をも同時に電気誘導硬化することができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業においては、互いにオフセットされたリフティングピンが直に隣接するいわゆる「割ピン式クランクシャフト」を電気誘導硬化する装置が実現されている。この装置は、直に隣接するリフティングピンの軸受表面を同時に硬化することを可能としたものであり、より低コストで、またより望ましい結晶粒(grain)を得るために多くの試みがが為されている。
【０００３】
例えば、ＤＥ ３６ １３ ３０９で、「割ピン式クランクシャフト」の軸受表面とその遷移領域を誘導硬化する方法および装置が開示されている。これは、クランクシャフトの回転軸を挟んで向かい合った二つのインダクターによって、互いに隣接するリフティングピンの軸受表面と遷移領域の外周を、同時に硬化していくものである。
【０００４】
この方法によると、利用できる空間が比較的広く個々のインダクターの形状が自由であるため、インダクター同士が干渉し合うのを防ぐことができる。また、この方法では、２枚貝の片殻形状のインダクターでリフティングピンを包むようにして接触させるので、クランクシャフトの回転中にインダクター同士が接触することなく、リフティングピンを最大限に包囲できる。しかしながら、このようにインダクター同士を向かい合わせて配置するにはかなり高い費用がかかってしまう。
【０００５】
また、ＤＥ ４０ ０１ ８８７では、ウェブ(web)により互いに分離しているピンを含むクランクシャフトに対して、同じ側から２本のインダクターを接触させて硬化する方法及び装置が開示されている。この方法では、ピン幅よりも硬化すべき硬化領域幅が広いので、インダクターの幅よりも広範囲を硬化温度まで加熱する方法を採っている。そして、隣接するインダクター同士の加熱領域が互いに重なり合うように、インダクター間の距離が選択されている。
【０００６】
この方法では、同じ方向から、好ましくは上方からインダクターを伸設しているので、硬化にかかる機械コストが著しく低くなる。しかしながら、半径方向のオーバーラップ領域においてインダクター同士が軸接触するのを避けるために、インダクター同士を向かい合わせた場合に比べて、インダクターがリフティングピンを包囲できる角度が小さくなってしまう。そのため、特に表面を均一に硬化したい場合、効率及び硬化できる深度の点で不利となる。
【０００７】
実際の使用されているインダクターにおいてもこのような制限が存在している。これに対して異なる幅の部分を有することで、つまり、軸受幅の半分以上を覆って硬化を主に行う第１のインダクター部と、それに対応して幅を狭くした第２のインダクター部とを形成することで、同じように設計された他のインダクターとの衝突を避けている。このように狭く設計されたインダクター部では、リフト軸受ピンの中央から見ると約５０゜の包囲角だけが有効であるだけで、所定の硬化許容誤差を維持するのは難しいことが多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の技術に着目したもので、簡単な構造で安価な装置を提供すること、また、効率良く軸受表面及び遷移領域を硬化できる装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明による請求項１に述べられる特徴によって達成することができる。
【００１０】
本発明によれば、硬化深度に関し、リフティングピン周囲をより広く包囲できる利点と、機械コスト削減に関し、複数のインダクターを一方向から伸設できるという利点の両方が達成される。
【００１１】
また、２つのインダクターの長尺インダクター部同士を周辺方向に互いに距離を隔てて配置することにより、リフティングピン表面のオーバーラップ領域におけるインダクターの包囲角を著しく伸ばすことができる。そのため、広くなった長尺インダクター部とそれに対応して長くなった熱経路により、同じ時間中であっても従来に比べより多くのエネルギーを遷移領域に導入することができ、より均一な硬化深度を得ることが可能となる。
【００１２】
本発明に従って配置されたインダクターは、従来型の一方向から二つのインダクターを伸設するものに比べ、二倍以上の長さの硬化部分を得ることができる。そのため、例えば、クランクシャフトがｎ回転する間に、リフティングピンの周上をインダクターが一定の時間間隔でｎ回通過するので、加熱長は二倍になる。
【００１３】
また本発明において、効率を向上するために、少なくとも長尺インダクター部は、リフティングピン表面の上部四半分の１つを６０゜以上で、それに隣接している下部四半分を３０゜以上で覆うように配置するのが好ましい。さらに、１２０゜の角領域でリフティングピン表面の周りを包囲するようにしてもよい。
【００１４】
本発明による装置のさらなる有利な設計や利点については、さらなる従属請求項と、図面を参照して以下に概ね説明されている実施形態より明らかとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜４において、クランクシャフト１のリフティングピン２，３は互いに直に隣接して配置され、クランクシャフト１の回転軸Ｄに対し垂直な平面において異なる角位置で前後に配置されているいわゆる「割りピンクランクシャフト」である。
【００１６】
それぞれ軸受表面２Ａ，３Ａを備えたリフティングピン（クランクピン）２，３は、互いにオフセットした状態で配置され、リフティングピン同士がオーバーラップ領域４で結合している。ここで、図中明確には示されていないが、オーバーラップ領域で連結したリフティングピン同士の段差に生じたくぼみ部分を遷移領域という。そして、クランクシャフト１のウェブ５及び６にリフティングピンの反対側がそれぞれ結合している。
【００１７】
軸受表面２Ａ，３Ａとそれらを結合する遷移領域を同時に電気誘導硬化するために、インダクター８，９が設けられ、それぞれインダクターハウジング７Ａ，７Ｂに配置されている。このインダクター８，９は、加熱ループとして形成されるインダクター部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂを備え、その曲率は軸受表面２Ａ，３Ａの曲率に対応している。そして、二つのインダクター８，９はどちらも同じ方向から（図２の矢印Ｃで示す方向から）伸設して、リフティングピン２，３にそれぞれ当接している。
【００１８】
特に図１及び図５に見られるように、インダクター８，９のインダクター部８Ａ，９Ａはいずれも互いに平行に配される２つのインダクター弓形部８Ｃ，８Ｄ及び９Ｃ，９Ｄを備えている。このインダクター弓形部８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄのうち、８Ｄ及び９Ｄはリフティングピン２，３の間のオーバーラップ領域４に配置されており、一方、８Ｃ及び９Ｃはウェブ５，６に面しているリフティングピンの縁端領域に配置される。
【００１９】
インダクター８，９の加熱ループは分割され、長尺インダクター部８Ａ，９Ａと短尺インダクター部８Ｂ，９Ｂに形成される。長尺インダクター部８Ａ，９Ａは、軸受表面２Ａ，３Ａの全体幅Ｂの半分よりも広い幅ｂ＿１を有するように設計される。
【００２０】
インダクター８，９はクランクシャフト１の軸方向において互いに重なり合っている。ここでクランクシャフトが回転する間、短尺インダクター部８Ｂ，９Ｂが幅ｂ＿１を有する長尺インダクター部９Ａ，８Ａと接触せずにすれちがうことができるように短尺インダクター部８Ｂ，９Ｂの幅ｂ＿２を狭くしてある。これによって、短絡の危険性を伴うインダクター同士の衝突を防ぐことができる。
【００２１】
リフティングピン表面の上部四半分Ｉ，ＩＩの１つを５０゜以上で、本発明の実施形態では６５゜で覆い、それと隣接している下部四半分ＩＩＩ又はＩＶは３０゜以上で、図１〜５による形状では４０゜で覆う長尺インダクター部８Ａ，９Ａは、常に、クランクシャフト１の周辺方向に、互いに対し間隔Ｅを備えるものであり、上記間隔は、他の形状（図示せず）では無限小にしてもよい。
【００２２】
この配置により、長尺インダクター部８Ａ，９Ａはリフティングピン２，３を１０５゜の包囲角でそれぞれ包むことができる長さに形成可能となる。
【００２３】
図１及び５に見られるように、インダクター弓形部８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄは、長尺インダクター部８Ａ，９Ａの領域硬化部として設計されていてそれぞれに、横方向に突出する外部領域Ｒを有している。また、表面硬化部として設計されたコネクター１０，１１により、電気伝導のためにそれぞれの自由端が互いに接続している。
【００２４】
その結果、長尺インダクター部８Ａ，９Ａは主に領域を硬化することを基本的な役割とする一方、短尺インダクター部８Ｂ，９Ｂは表面硬化部として設計されている。
【００２５】
インダクター弓形部８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄの特に長さに関する寸法決め及び形成は、それぞれの加熱条件と、クランクシャフトの設計構造から生じるものであるが、当然のことながら異なる他の形態にとしてもよい。
【００２６】
インダクター８，９に電気を伝導できるようにするとともに、冷水を通過させるために、インダクター弓形部８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄをパイプとして設計されるフィード１２に接続する。
【００２７】
図３を参照すると、インダクター８，９を支持し誘導するために、３つのスライディングシュー１３，１４，１５が、硬化されるリフティングピン２，３にそれぞれ設けられている。このスライディングシュー１３，１４，１５の１つはインダクター部８Ａ，８Ｂ及び９Ａ，９Ｂの間に、その他の２つはインダクター部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂの自由端にそれぞれ配置される。短尺インダクター部８Ｂ，９Ｂの自由端のスライディングシュー１５はリフティングピン上側四半部Ｉ又はＩＩの二等分線上に配置され、スライディングシュー１３は、長尺インダクター部８Ａ，９Ａの自由端に１８０゜オフセットして配置される。
【００２８】
また、図３に示しように、一方向から２つのインダクター部８，９を伸設して、リフティングピン２，３の硬化される軸受表面２Ａ，３Ａに容易に当接するために、インダクターハウジング７Ａにはその下部にスロープ１６が形成されている。
【００２９】
さらに、インダクターハウジングの下部には多孔板１８とスロットスプレー１９とを備えた噴霧室１７があり、インダクター８，９の脇から、軸受表面２Ａ，３Ａとその遷移領域に焼入れ媒体を吹き付けるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インダクターでクランクシャフトの軸受表面及び遷移領域を硬化する装置の詳細な形態を示す平面図。
【図２】 図１中Ａ−Ａ交差線に沿ったクランクシャフトの断面図。
【図３】 図１及び図２に基づく、軸受表面及び領域を硬化する装置の模式前面図。
【図４】 軸受表面及び領域を硬化する装置の模式平面図。
【図５】 図１〜４に基づく装置のインダクターの斜視図。

Claims (4)

1. 直接隣接し且つ回転軸（Ｄ）に垂直な面でそれぞれ異なる角度で配置されたリフティングピン（２，３）を備えるクランクシャフト（１）に、２つのインダクター（８，９）を略同方向（Ｃ）から伸設し、各インダクター（８，９）を直接隣接するリフティングピン（２，３）のそれぞれに当接して、その軸受表面（２Ａ，３Ａ）と遷移領域とを同時に電気誘導硬化する装置であって、 各インダクター（８，９）は、それぞれ長尺インダクター部（８Ａ，９Ａ）と短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）とを備え、該長尺インダクター部（８Ａ、８Ｂ）は互いに平行に配置される２つ以上のインダクター弓形部（８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄ）を有し、一方のインダクター弓形部（８Ｄ，９Ｄ）をリフティングピン（２，３）のオーバーラップ領域（４）に配置するとともに、他方のインダクター弓形部（８Ｃ，９Ｃ）をウェブ（５，６）に面するリフティングピン（２，３）の縁端領域に配置し、さらに、それぞれ軸受表面（２Ａ，３Ａ）の全体幅（Ｂ）の半分よりも部分的に広い幅（ｂ＿１）にした長尺インダクター部（８Ａ，９Ａ）同士を、常にクランクシャフト（１）の周辺方向に間隔（Ｅ）が空くように配置して、両インダクター（８，９）をクランクシャフト（１）の軸方向において互いに重なり合うように配置し、そして長尺インダクター部（８Ａ、９Ａ）がリフティングピン周囲の上四半部（Ｉ、ＩＩ）の１つを６０゜以上で覆う電気誘導硬化装置において、
   長尺インダクター部（８Ａ、９Ａ）は全体的に、軸受表面（２Ａ、３Ａ）の全体幅（Ｂ）の半分よりも広い幅を有しており、
   長尺インダクター部（８Ａ、９Ａ）同士を、常にクランクシャフト（１）の周辺方向に一定の距離（Ｅ）が空くように配置してあり、
   長尺インダクター部（８Ａ、９Ａ）は、前記上四半部（Ｉ、ＩＩ）に隣接する下四半部（ＩＩＩ、ＩＶ）を３０゜以上で覆っており、
   クランクシャフト（１）の回転中に、一方のインダクターの長尺インダクター部（８Ａ，９Ａ）が他方のインダクターの短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）と接触しないように、短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）の幅（ｂ＿２）を設定しており、
   インダクター弓形部（８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄ）の自由端をコネクション（１０、１１）で互いに接続するとともに、該インダクター弓形部（８Ｃ，８Ｄ，９Ｃ，９Ｄ）をオーバーラップ領域および縁端領域を硬化する領域硬化部とし、該コネクション（１０，１１）を軸受表面を硬化する軸受表面硬化部としてある、
   ことを特徴とする電気誘導硬化装置。
2. 短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）を軸受表面硬化部としてある請求項１に記載の電気誘導硬化装置。
3. 長尺インダクター部（８Ａ，８Ｂ）と短尺インダクター部（９Ａ，９Ｂ）との間、および、インダクター部（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ）の各自由端に、スライディングシュー（１３，１４，１５）をそれぞれ配置し、短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）の自由端に配されたスライディングシュー（１５）を、リフティングピンの上四半部（Ｉ又はＩＩ）の二等分線上に配置し、該短尺インダクター部（８Ｂ，９Ｂ）の自由端に配されたスライディングシュー（１５）に対して、長尺インダクター部（８Ａ，９Ａ）の自由端のスライディングシュー（１３）を、１８０゜だけオフセットして配置してある請求項１または請求項２に記載の電気誘導硬化装置。
4. インダクターハウジング（７Ａ，７Ｂ）はその下部に、硬化する軸受表面（２Ａ，３Ａ）に対してインダクター（２，３）を配置するためのスロープ（１６）を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気誘導硬化装置。

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