JP5244482B2

JP5244482B2 - クランクシャフトの高周波焼入装置

Info

Publication number: JP5244482B2
Application number: JP2008183501A
Authority: JP
Inventors: 誠小宮; 博治富居; 宏治松原
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; DKK Co Ltd
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: JP2010024466A

Description

本発明は、クランクシャフトの高周波誘導加熱装置に関し、さらに詳しくは、ディスクトランスの横部に組付けられた高周波誘導加熱コイルを、軸線を中心に回転されるクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に追従させながら前記ジャーナル部又はピン部を高周波誘導加熱して冷却することにより焼入を行うようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置に関するものである。

図４は、従来のクランクシャフトの高周波焼入装置４０を示すものであって、この高周波焼入装置４０には、図外の高周波電源から高周波電流が供給されるディスクトランス（カレントトランス）４１と、このディスクトランス４１の下部に吊り下げ状態で取付けられた、高周波誘導加熱コイル３２を保持する高周波誘導加熱コイル体４３とが設けられている。さらに、フレーム４４に設けられた旋回軸４５には追従アーム４６が旋回自在に片持ち支持されており、この追従アーム４６に旋回軸４７を介して上述のディスクトランス４１が旋回自在に吊り下げられている。そして、一端がフレーム４８に支持されたバランススプリング４９の他端にチェーン５０が連結されており、このチェーン３９がスプロケット５１を介して上述の追従アーム４６の自由端に結合されている。かくして、ディスクトランス４１，高周波誘導加熱コイル体４３，及び後述のホース５２，５３などからなる追従ユニット５４の重量がバランススプリング３８の引張り力にて軽減されるようになっている（例えば、特開２００５−８９８１１参照）。

なお、ディスクトランス４１には、冷却液を供給又は排出するための複数のホース５２が接続されており、高周波誘導加熱コイル体４３にも、冷却液を供給又は排出するための複数のホース５３が接続されている。

また、図示を省略したが、高周波誘導加熱コイル体４３には、高周波誘導加熱コイル４２の下方箇所に焼入冷却部（冷却ジャケット）が一体に取付けられており、クランクシャフトのジャーナル部又はピン部が高周波誘導加熱された後に、クランクシャフトジャーナル部又はピン部に焼入冷却部から冷却液が噴射されるように構成されている。なお、高周波誘導加熱コイル体４３の下方箇所に焼入冷却部が設けられる場合もある。
特開２００５−８９８１１公報

上述の如き従来のクランクシャフトの高周波焼入装置４０にあっては、次に述べるような種々の問題点がある。まず、焼入処理すべきクランクシャフトの種類に応じてバランススプリング４９の引張り力を調整するためにバランススプリング４９の長さを調節するようにしているが、バランススプリング４９の配設位置は高周波焼入装置４０の最上部にあるため、バランススプリング４９の長さ調節は高所における作業となり、その作業が面倒である。また、追従ユニット５４の重量の軽減のためにバランススプリング４９を使用しているため、使用の時間によって引張り力が変化してしまう上に、劣化によってバランススプリング４９が破断してしまうおそれがある。

また、チェーン５０とスプロケット５１とが接触しているため、磨耗によりチェーン５０が破損するおそれがある。

また、追従ユニット５４は旋回軸４７を介して追従アーム４６に常に自由状態で自重で吊り下がっているので、ホース５２，５３などの影響を受けて位置調整が困難であり、例えば、高周波焼入装置４０の運搬後、ホース５２，５３の交換後、高周波誘導加熱コイル４２の交換後、各種部品の交換後などにおいて加熱コイルタイ４３ひいては高周波誘導加熱コイル４２の位置にばらつきが生じる。

また、上述の如きいわゆる吊り下げ型の追従ユニット５４にあっては、ディスクトランス４１と高周波誘導加熱コイル４２とを互いに接続する電極部（図示せず）、並びに、ディスクトランス４１が、加熱位置の真上にあり、加熱・冷却時の蒸気が電極部及びディスクトランス４１に上がってくるため、電極部においてスパークを生じ、ひいてはディスクトランス４１及び高周波誘導加熱コイル４２の寿命が短縮されてしまう問題点がある。

また、高周波誘導加熱コイル４２が誤って加工部位以外のところに乗り上げた場合には、バランススプリング４９が緩んだ分の力が高周波誘導加熱コイル４２に掛かることとなるため、高周波誘導加熱コイル４２が破損するおそれがある。

本発明は、上述の如き種々の問題点に鑑みてなされたものであって、その主目的は、構成が簡素（コンパクト）で安価であり、長寿命であり、保全性の高いコイル追従機構を有するクランクシャフトの高周波焼入装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明では、ディスクトランスの横部に取付けられた高周波誘導加熱コイルを、軸線を中心に回転されるクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に追従させながら前記ジャーナル部又はピン部を高周波誘導加熱して冷却することにより焼入を行うようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置において、前記ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルをジャーナル部又はピン部に追従させるための機構を、左右追従ガイド機構と、前後追従ガイド機構と、上下旋回ガイド機構とで構成し、前記ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルを含む追従ユニットの重心を前記上下旋回ガイド機構の旋回支点よりも前記高周波誘導加熱コイルの側の位置に配置するようにしている。

本発明は、ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルをジャーナル部又はピン部に追従させるための機構を、左右追従ガイド機構と、前後追従ガイド機構と、上下旋回ガイド機構とで構成し、ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルを含む追従ユニットの重心を上下旋回ガイド機構の旋回支点よりも高周波誘導加熱コイルの側の位置に配置するようにしたものであるから、上下旋回ガイド機構の旋回支点と追従ユニットの重心の位置を調整することにより、従来のように高い位置にあるバランススプリングを用いなくても、クランシャフトのジャーナル部又はピン部（ワーク）と、高周波誘導加熱コイルをワークに対して僅かな隙間を介して支持するためのガイドチップとの接触部に掛かる力を軽減させることができるため、従来用いていたバランススプリングの省略により、高周波焼入装置の高さを抑えることができ、ひいては高周波焼入装置の簡素化（コンパクト化）を図り得て安価なものとすることができる。しかも、高周波誘導加熱コイル体（高周波誘導加熱コイル及びガイドチップなどを保持する構造体）からクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に掛かる重量の調整は、追従ユニットの重心と上下旋回ガイド機構の旋回支点との間の距離を普通の高さの場所で調節することにより行うことが可能であるため、その調整作業を容易に行うことができる。また、追従ユニットの重さを追従ユニットの重心と上下旋回ガイド機構の旋回支点との相互間の位置関係で軽減するようにしているので、その軽減の程度は高周波焼入装置の使用時間によっては変化しない上に、折損や磨耗する部品を使用せずに済むという利点がある。また、本発明の高周波焼入装置は、いわゆる横置き型のディスクトランスを用いているため、焼入時に影響を与える部品は、このディスクトランスの横部に配置された高周波誘導加熱コイル体のみであり、高周波誘導加熱コイル体の上方には電極やディスクトランスなどは存在せず、従って、ワークの加熱・冷却時に生じる蒸気により電極やディスクトランスに悪影響を与えることがなく、長寿命化を図ることが可能である。さらに、クランクシャフトのジャーナル部を高周波焼入する装置にあっては、クランクシャフトを軸線を中心に回転させたときのジャーナル部の変動が小さいため、本発明の高周波焼入装置をどのようなジャーナル部に対しても適用可能である。

また、本発明の高周波焼入装置によれば、追従ユニットの重心のバランスでワークに対する重さを調整するようにしているため、高周波誘導加熱コイル体が誤って加工部位以外のところに乗り上げた場合でも重さの変化が殆どなく、高周波誘導加熱コイル体の破損を防止できる。また、高周波誘導加熱コイル体が大きく持ち上がると、追従ユニットの重心が旋回支点（旋回軸の支点）に対して反対側に移るため、高周波誘導加熱コイル体が自動的にワークから逃げ、持ち上がった状態を保持することとなる。そのため、このような場合にも高周波誘導加熱コイル体の破損を防止できる。

以下、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入装置について図１〜図３を参照して説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入装置１を示すものであって、この高周波焼入装置１は、横置き型ディスクトランス（カレントトランス）２を備えている。そして、横置き型ディスクトランス２の横部２ａには取付機構３により高周波誘導加熱コイル体４が取付けられている。なお、高周波誘導加熱コイル体４は、図１（ｂ）に示す如く、ワークであるクランクシャフトのジャーナル部５（又は、図外のピン部）を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイル６と、ジャーナル部５の上部及び両側部に当接して高周波誘導加熱コイル６をジャーナル部５に対して僅かな隙間をもって対応配置するガイドチップ７ａ，７ｂ，７ｃとを保持している。

一方、固定フレーム８には複数の接続ホース９の一端部がそれぞれ取付けられており、これらの接続ホース９の他端部が複数の集合管１０にそれぞれ接続されると共に、集合管１０とディスクトランス２との間にこのディスクトランス２を冷却するための冷却液を供給或いは排出する複数の冷却液ホース１１が接続されている。さらに、上述の集合管１０と高周波誘導加熱コイル体４との間には高周波誘導加熱コイル６及びガイドチップ７ａ〜７ｃを冷却するための冷却液ホース１２が接続されており、図示を省略したが、この冷却液ホース１２から高周波誘導加熱コイル６及びガイドチップ７ａ〜７ｃを介して流れた冷却液を排出する排出ホースも加熱コイル４体に接続されている。かくして、ディスクトランス２、取付機構３、高周波誘導加熱コイル体４、各種のホース９，１１，１２、集合管１０、及びディスクトランス２に取付けられた各種部品などにより追従ユニット１３が構成されている。

軸線を中心に回転されるクランクシャフトのジャーナル部５に上述の追従ユニット１３を追従させるための機構は、次のように構成されている。すなわち、図１（ａ），（ｂ）に示すように、基台１５に固着された一対のガイドレール１６ａと、これら一対のガイドレール１６ａに摺動自在に取付けられた前後動ガイド１６ｂとで前後追従ガイド機構１７が構成されると共に、上述の前後動ガイド１６ｂに設けられた一対のガイドレール１８ａ（前記ガイドレール１６ａに対して直角に設けられる）と、これら一対のガイドレール１８ａに摺動自在に取付けられた左右動ガイド１８ｂとで左右追従ガイド機構１９が構成されている。さらに、上述の左右動ガイド１８ｂに設けられた軸支部材２０に、横置き型ディスクトランス２に支持部材２１を介して一体に取付けられた旋回軸２２が回転自在に軸支され、これによりディスクトランス２及び高周波誘導加熱コイル体４を円弧運動で自由に動かすための上下旋回ガイド機構２３が構成されている。かくして、前後追従ガイド機構１７、左右追従ガイド機構１９、及び上下旋回ガイド機構２３によって追従機構２４が構成されている。

また、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、ディスクトランス２、高周波誘導加熱コイル６を保持する高周波誘導加熱コイル体４、各種のホース９，１１，１２、集合管１０などから成る追従ユニット１３の重心Ｍが、上下旋回ガイド機構２３を構成する旋回軸２２の旋回支点Ｎよりも高周波誘導加熱コイル体４ひいては高周波誘導加熱コイル６の側の位置に配置されるようになっている。この場合、追従ユニット１３の重さをＧとし、追従ユニット１３の重心Ｍを通る鉛直線と旋回軸２２の旋回支点Ｎを通る鉛直線との間の距離をＡとし、旋回軸２２の旋回支点Ｎを通る鉛直線とジャーナル部５に加わる力点（上部側のガイドチップ７ａとジャーナル部５との接触点）を通る鉛直線との間の距離をＢとすれば、上部側のガイドチップ７ａとジャーナル部５との接触部に加わる力Ｆは、Ｆ＝Ｇ×Ａ÷Ｂとなる。よって、旋回軸２２の旋回支点Ｎと追従ユニット１３の重心Ｍの位置を調整することにより、従来のようにバランススプリングを用いなくても、上部側のガイドチップ７ａとジャーナル部５との接触部に加わる力を軽減することができる。

また、上述の基台１５には、ロックピン挿通孔２５が形成されたガイド部材２６が取付けられると共に、このピン挿通孔２５に摺動自在に貫通配置されたロックピン２６を上下動するためのシリンダ２７が取付けられている。なお、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ロックピン２６の下端部（先端部）は、小径部２６ａとなされ、この小径部２６ａよりも上方の上端部分は大径部２６ｂとなされている。一方、左右追従ガイド機構１９の左右動ガイド１８ｂには、図１（ｂ）に示すように、ロックピン２６が出し入れされるピン孔２８を有する円筒部材２９が取付けられている。かくして、図２（ａ）に示すように、ロックピン２６がシリンダ２７にて引き上げられてロックピン２６の小径部２６ａと円筒部材２９のピン孔２８との間に隙間を生じた状態になると、その隙間分だけ左右追従ガイド機構１９の左右動ガイド１８ｂ及び前後追従ガイド機構１７の前後動ガイド１６ｂが移動可能な状態となされ、図２（ｂ）に示すように、ロックピン２６がシリンダ２７にて押し下げられてロックピン２６の大径部２６ｂが円筒部材２９のピン孔２８内に隙間なく入り込んだ状態になると、左右追従ガイド機構１９の左右動ガイド１８ｂ移動が阻止されて左右追従ガイド機構１９の左右動ガイド１８ｂ及び前後追従ガイド機構１７の前後動ガイド１６ｂが所定位置にロックされるようになっている。従って、ロックした状態での位置固定が可能であり、コイル交換、ホース交換などによる位置のばらつきを抑えることができるようになっている。

また、図１（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、左右追従ガイド機構１９の左右動ガイド１８ｂの上にはＶ字形状凸部を有する位置決めストッパ３０が設けられ、この位置決めストッパ３０に対応するＶ字状凹部を有する位置決め部材３１がディスクトランス２の側に取付けられている。かくして、高周波誘導加熱コイル体４が旋回軸２２を中心に自重で下方へ回動して上部側のガイドチップ７ａがジャーナル部５に当接した状態の下では、位置決め部材３１のＶ字状凹部が位置決めストッパ３０のＶ字形状凸部に当接し（図３（ａ）参照）、これにより、ジャーナル部５を高周波誘導加熱していないときの高周波誘導加熱コイル体４の位置決めがなされ、各種ホースのねじれ力などによる高周波誘導加熱コイル体４ひいては高周波誘導加熱コイル６の位置のばらつきが抑えられて高周波誘導加熱コイル体４の位置が一定の位置になるように構成されている。従って、位置決めストッパ３０はいわゆるＶヤゲン形となっているので、位置決めストッパ３０のＶ字形状凸部が前記位置決め部材３１のＶ字形状凹部に入り込んで前記位置決め部材３１が位置決めストッパ３０上に乗っている場合には、繰り返しその乗り上げ動作を行っても高周波誘導加熱コイル体４の位置は常に一定（横にもずれない）となるようになっている。そして、前記位置決め部材３１のＶ字形状凹部が図３（ｂ）に示す如く位置決めストッパ３０から上方に離れると、高周波誘導加熱コイル体４は自由状態となるようになっている。

なお、図示を省略したが、高周波誘導加熱コイル体４には、高周波誘導加熱コイル６の下方箇所に冷却ジャケットが一体に配設されており、所要の焼入温度に高周波誘導加熱されたジャーナル部５に向けて冷却ジャケットから冷却液が噴射されるようになっている。また、冷却ジャケットを高周波誘導加熱コイル体４の下方位置に配置する場合もある。

次に上述の如き構成の高周波焼入装置１によりクランクシャフトのジャーナル部５を焼入処理する場合の操作手順に付き述べると、以下の通りである。まず、ロックピン２６をシリンダ２７にて下方に移動させてロックピン２６の大径部２６ｂを円筒部材２９の中に差し込んだ状態（図２（ｂ）参照）にして左右追従ガイド機構１９及び前後追従ガイド機構１７をロック状態すると共に、位置決めストッパ３０の上に位置決め部材３１を乗せた状態（図３（ａ）参照）にして、加熱コイル対４ひいては高周波誘導加熱コイル６を毎回同じ位置に戻す。

一方、ワークであるクランクシャフトを図外の昇降装置により支持してクランクシャフトのジャーナル部５を高周波誘導加熱コイル体４の開口部３４（図１（ｂ）参照）を通して上昇移動させ、ジャーナル部５を上部側のガイドチップ７ａに当接させる。そして、クランクシャフトをさらに上方に上昇させて位置決めストッパ３０から位置決め部材３１が図１（ａ）及び図３（ｂ）に示すように離れた位置にきた時点（上部側のガイドチップ７ａを介して高周波誘導加熱コイル体４ひいては追従ユニット１３を持ち上げた時点）でクランクシャフトの上昇を停止する。これに伴い、高周波誘導加熱コイル体４は上部側のガイドチップ７ａを介してジャーナル部５の上に一定の力で乗っかっている状態となる。なお、この場合、乗っかっている力Ｆは、既述の如くＦ＝Ｇ×Ａ÷Ｂであることから、上下旋回ガイド機構２３の旋回支点Ｎを通る鉛直線から追従ユニット２４の重心Ｍを通る鉛直線までの距離Ａと、上下旋回ガイド機構２３の旋回軸２２の旋回支点Ｎを通る鉛直線から上部側のガイドチップ７ａとジャーナル部５とが接触する点を通る鉛直線までの距離Ｂとの比で決まることとなる。そのため、この比を調整することによって、乗っかっている力Ｆを調整することができる。

次いで、このような状態の下で、ロックピン２６をシリンダ２７により引き上げて図２（ａ）に示す如く円筒部材２９から外し、左右追従ガイド機構１９及び前後追従ガイド機構１７をアンロック状態にして、高周波誘導加熱コイル体４及びディスクトランス２を含む追従ユニット１３の前後方向及び左右方向の移動を自由の状態にする。

しかる後に、クランクシャフトを軸線を中心に回転させ、ジャーナル部５の高周波誘導加熱を行う。この際、高周波誘導加熱コイル体４ひいては高周波誘導加熱コイル６は、前後方向、左右方向、及び上下方向（旋回方向）の移動が自由であるため、高周波誘導加熱中におけるクランクシャフトの曲がりなどにあわせて高周波誘導加熱コイル体４ひいては高周波誘導加熱コイル６が追従移動されることとなる。

次いで、所要の焼入温度に高周波誘導加熱されたクランクシャフトのジャーナル部５に、高周波誘導加熱コイル体４に一体に設けられた冷却ジャケット（図示せず）から冷却液を噴射することにより焼入を行う。或いは、クランクシャフトを下降移動させることにより、高周波誘導加熱したジャーナル部５を図外の冷却ジャケットから噴射する冷却液に当たる位置に配置し、その冷却液をジャーナル部５に噴射することにより焼入を行う。

なお、この際、クランクシャフトを下降させ、上部側のガイドチップ７ａとジャーナル部５との接触がなくなることで、高周波誘導加熱コイル体４が下方に下降（回動）し、これに伴って位置決め部材３１が位置決めストッパ３０の上に乗っかり、上述の如く高周波誘導加熱コイル体４が持ち上げる前の位置に戻ることとなる。しかる後に、ロックピン２６をシリンダ２７にて下降させてロック状態にすることにより、追従ユニット１３を前後方向及び左右方向の位置決めを行なって加工前の位置に戻す。

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、既述の実施形態ではクランクシャフトのジャーナル部５を焼入処理する場合につき述べたが、例えばロボットなどで高周波焼入装置をクランクシャフトのピン部に追従させるようにした場合には、本発明の高周波焼入装置をクランクシャフトのピン部の高周波焼入に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波焼入装置を示すものであって、図１（ａ）は高周波焼入装置の正面図、図１（ｂ）は高周波焼入装置の側面図である。前後追従ガイド機構及び左右追従ガイド機構をアンロック状態又はロック状態に切り換える機構を示すものであって、図２（ａ）はアンロック状態を示す断面図、図２（ｂ）はロック状態を示す断面図である。高周波誘導加熱コイル体のストッパ機構を示すものであって、図３（ａ）は位置決めストッパに位置決め部材が係合した状態を示す正面図、図３（ｂ）は位置決めストッパから位置決め部材が離れた状態を示す正面図である。従来のクランクシャフトの高周波焼入装置を示す側面図である。

符号の説明

１高周波焼入装置
２ディスクトランス（カレントトランス）
４高周波誘導加熱コイル体
５ジャーナル部
６高周波誘導加熱コイル
７ａ，７ｂ，７ｃガイドチップ
９接続ホース
１０集合管
１１，１２冷却ホース
１３追従ユニット
１７前後追従ガイド機構
１９左右追従ガイド機構
２２旋回軸
２３上下旋回ガイド機構
２４追従機構
２６ロックピン
２９円筒部材
３０位置決めストッパ
３１位置決め部材

Claims

ディスクトランスの横部に取付けられた高周波誘導加熱コイルを、軸線を中心に回転されるクランクシャフトのジャーナル部又はピン部に追従させながら前記ジャーナル部又はピン部を高周波誘導加熱して冷却することにより焼入を行うようにしたクランクシャフトの高周波焼入装置であって、
前記ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルをジャーナル部又はピン部に追従させるための機構を、左右追従ガイド機構と、前後追従ガイド機構と、上下旋回ガイド機構とで構成し、
前記ディスクトランス及び高周波誘導加熱コイルを含む追従ユニットの重心を前記上下旋回ガイド機構の旋回支点よりも前記高周波誘導加熱コイルの側の位置に配置するようにしたこと、
を特徴とするクランクシャフトの高周波焼入装置。