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【発明の名称】 クランクシャフトの高周波誘導加熱装置
【発明者】 【氏名】北村 昌知
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電気興業株式会社内
【氏名】山口 亮一
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電気興業株式会社内
【氏名】小宮 誠
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電気興業株式会社内
【課題】クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱する際に追従不良が発生した場合に警報を発して高周波誘導加熱を停止させることができ、それによって加熱不良品の流出を防止することができるようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を提供する。

【解決手段】高周波誘導加熱コイル６がクランクシャフト１のピン部３若しくはジャーナル部２に追従する際に、ピン部３若しくはジャーナル部２に追従する追従部Ｒの荷重を連続的に検出する荷重検出手段（例えば、荷重測定用センサ２１）を設け、前記荷重検出手段にて検出される荷重が所定の大きさ（重さ）を越えた場合に警報を発するように構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際に、前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部の荷重を連続的に検出する荷重検出手段を設け、前記荷重検出手段にて検出される荷重が所定の大きさを越えた場合に警報を発するように構成したことを特徴とするクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
前記荷重検出手段から得られる検出信号に基づいて前記高周波誘導加熱コイルと前記ピン部若しくはジャーナル部との相互間の位置関係を監視する監視装置を更に設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の高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
前記高周波誘導加熱コイルを荷重調整用のシリンダ装置を介して支持すると共に、前記シリンダ装置を支える支点と前記シリンダ装置との間に荷重測定用センサを前記荷重検出手段として組み込み、前記荷重測定用センサにより追従不良の検出を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフトの高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフト（内燃機関用クランクシャフト）のピン部若しくはジャーナル部を焼入処理や焼戻処理等のために高周波誘導加熱する高周波誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、４気筒エンジン用クランクシャフト１を示すものであって、このクランクシャフト１は、回転中心軸Ｘ（ジャーナル部の軸線と同じ）を軸心とするジャーナル部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、回転中心軸Ｘに対して偏心した位置にあるピン部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、カウンターウエイト部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈとを鍛造加工により一体に成形して成るものである。複数気筒エンジン用クランクシャフトであればピン部３は複数設けられ、図６に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、４つのピン部３ａ〜３ｄが設けられる。そして、これらのピン部３ａ〜３ｄは、回転中心軸Ｘの軸線方向に沿って所定の間隔を隔てた箇所において、互いに隣接するカウンターウエイト部４の間にそれぞれ配置される。また、回転中心軸Ｘの軸線方向において互いに隣接する各ピン部３ａ〜３ｄは、エンジンの形式に応じて、回転中心軸Ｘの回りに所定の位相角度だけ異なる角度位置に配設される。なお、図３に示す４気筒エンジン用クランクシャフト１の場合には、左右両端側のピン部３ａ，３ｄが互いに同じ位相角度の箇所に配設されると共に、これらのピン部３ａ，３ｄ問のピン部３ｂ，３ｃが互いに同じ位相角度の箇所に配設され、左右両端側のピン部３ａ，３ｄと中間位置のピン部３ｂ，３ｃとが互いに１８０度の位相角度をもって配設される。
【０００３】
この種のクランクシャフト１にあっては、従来より、クランクシャフト１のジャーナル部２ａ〜２ｄ及びピン部３ａ〜３を高周波誘導加熱して焼入処理を施行することにより、耐摩耗性並びに疲労強度の向上を図るようにしている。なお、従来では、高周波誘導加熱コイル６をピン３ａ〜３ｄ部若しくはジャーナル部２ａ〜２ｅに追従させながら高周波誘導加熱を行ういわゆる追従方式の加熱を施行するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４及び図５（ａ）は、クランクシャフト１のピン部３ａ〜３ｄの各々（以下においては、総括的にピン部３と記載する）を高周波焼入するために従来より用いられている高周波焼入装置３０を示すものであって、この高周波焼入装置３０は、一対の側板５ａ，５ｂ間に挟持状態で保持された半開放鞍型（下側が開放された半円弧形状）の高周波誘導加熱コイル６と、この高周波誘導加熱コイル６にトランス７を介して高周波電流を供給する高周波電源８と、クランクシャフト１を水平に支持して回転中心軸Ｘを中心に回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）と、前記側板５ａ，５ｂ間に取付けられた例えば３つのガイド部材（セラミックや超硬合金製のチップ部材）９ａ，９ｂ，９ｃを介してクランクシャフト１のピン部３の円筒状外周面Ｓ上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイル６を僅かな隙間を隔てて対向配置した状態の下で、前記回転駆動機構にてクランクシャフト１をその回転中心軸Ｘを中心に回転駆動させるのに伴って前記回転中心軸Ｘの回りに公転運動されるピン部３に高周波誘導加熱コイル６を追従させるための４辺リンク機構から成る追従機構１０とを備えている。そして、前記高周波誘導加熱コイル６にて高周波誘導加熱されたピン部３に焼入冷却液を噴射して焼入処理を行う焼入冷却液噴射機構（図示せず）が、高周波誘導加熱装置３０に隣接して配置されている。
【０００５】
上述の追従機構１０は、左右一対のリンク部材１１ａ，１１ｂと、上下一対の上辺部材１２ａ及び下辺部材１２ｂと、これらの部材を互いに回動可能につなぐリンクピン１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとをそれぞれ有しており、リンクピン１３ａ〜１３ｄを支点として揺動可能なリンク式枠体１４とこのリンク式枠体１４の全体を上下動させる荷重調整用のシリンダ装置１５とで要部を構成している。なお、シリンダ装置１５は、高周波誘導加熱装置３０に設けられた支持部１６に支持されている。そして、リンク式枠体１４の揺動運動とシリンダ装置１５とにより荷重をコントロールされたリンク式枠体１４の上下運動とを合成することにより、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させるようにしている。
【０００６】
図５（ｂ）〜（ｆ）は、クランクシャフト１のピン部３の円筒状外周面Ｓを焼入処理のために高周波誘導加熱する際に、クランクシャフト１をその回転中心軸Ｘの回りに矢印α方向に回転させたときのピン部３の中心軸Ｘ回りの公転運動、並びに、公転運動をするピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従動作を示したものである。ピン部３の円筒状外周面Ｓの高周波誘導加熱時には、ピン部３の公転運動に高周波誘導加熱コイル６を追従させつつこの高周波誘導加熱コイル６に高周波電源８よりトランス７を介して所要電力を所要時間にわたり投入してピン部３の円筒状外周面Ｓを所要の焼入温度にまで高周波誘導加熱し、しかる後に加熱状態のピン部３の円筒状外周面Ｓに図外の焼入冷却液噴射機構から焼入冷却液を噴射して前記円筒状外周面Ｓを急速冷却することにより焼入処理を完了する。
【０００７】
なお、ジャーナル部２を高周波誘導加熱して焼入処理する場合もピン部３の場合と同様であるので、ジャーナル部２の高周波誘導加熱についての説明は省略する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−０７３０３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような追従機構１０を用いた場合のピン部３の公転運動に対する高周波誘導加熱コイル６の追従運動は、図５（ｃ）に示すように、上下動の摺動抵抗若しくは図外の焼入冷却液供給用ホース等の付属物の摩擦等により、追従不良が発生する場合がある。具体的には、前記ピン部３が上死点を通過して下死点に向かつて公転する間に、高周波誘導加熱コイル６が、公転運動をしているピン部３に対して「遅れ」を生じ、追従不良が発生する場合がある。具体的には、図５（ｃ）に示すように、ピン部３の下方への公転運動に高周波誘導加熱コイル６の下方への追従移動が追いつかず、ピン部３の円筒状外周面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の間隔が、規定の間隔Ｌ１ （図５（ｂ）参照）よりも大きな間隔Ｌ２ （すなわち、Ｌ１ ＜Ｌ２ ）になることがある。そのような場合には、ピン部３の外表面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の距離が大きくなるのに起因して、加熱不良を起こしてしまうおそれがある。因みに、現在のところ、クランクシャフト１に付与する回転運動の回転数の上限は６０ｒ．ｐ．ｍ．程度であり、現実的にはその回転数が６０ｒ．ｐ．ｍ．を超えてしまうと、前述したような追従不良が発生し易いのが実状である。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、クランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱する際に追従不良が発生した場合に警報を発して高周波誘導加熱を停止させることができ、それによよって加熱不良品の流出を防止することができるようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置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若しくはジャーナル部の円筒状外周面上に半開放鞍型の高周波誘導加熱コイルを載置し、前記高周波誘導加熱コイルに高周波電力を供給すると共に、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記ピン部若しくはジャーナル部に追従させながら前記ピン部若しくはジャーナル部を高周波誘導加熱するようにしたクランクシャフトの高周波誘導加熱装置において、前記高周波誘導加熱コイルが前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する際に、前記ピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部の荷重を連続的に検出する荷重検出手段を設け、前記荷重検出手段にて検出される荷重が所定の大きさ（重さ）を越えた場合に警報を発するように構成している。
また、本発明は、前記荷重検出手段から得られる検出信号に基づいて前記高周波誘導加熱コイルと前記ピン部若しくはジャーナル部との相互間の位置関係を監視する監視装置を更に設けるようにしている。
また、本発明は、前記高周波誘導加熱コイルを荷重調整用のシリンダ装置を介して支持すると共に、前記シリンダ装置を支える支点と前記シリンダ装置との間に荷重測定用センサを前記荷重検出手段として組み込み、前記荷重測定用センサにより追従不良の検出を行うようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態につき図１及び図２を参照して説明する。なお、図１及び図２において、図３〜図５と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置２０を示すものである。本装置２０には、図１に示すように、従来の高周波誘導加熱装置の構成に荷重測定用センサ２１及び監視装置２２が組み込まれている。なお、その他の構成は、従来の高周波誘導加熱装置と同様である。
【００１４】
上述の荷重測定用センサ２１は、高周波誘導加熱コイル６がクランクシャフト１のピン部３に追従する際にピン部３に追従する追従部Ｒの荷重を連続的に検出する荷重検出手段として高周波誘導加熱装置２０に組み込まれている。なお、上述の追従部Ｒは、一対の側板５ａ，５ｂ間に高周波誘導加熱コイル６等を保持した加熱コイル体２３と、この加熱コイル体２３を支持する追従機構１０と、荷重調整用のシリンダ装置１５とから構成される組合体であり、支持部１６から吊り下げられた状態で支持されている部分である。そして、荷重検出手段としての荷重測定用センサ２１は、上述の追従部Ｒとこの追従部Ｒを支える支持部１６との間の箇所、すなわち、シリンダ装置１５とこのシリンダ装置１５を支持部１６に支える支点Ｐ（図１参照）との間の箇所に組み込まれている。更に具体的に述べると、上述の追従部Ｒは、荷重調整用のシリンダ装置（追従荷重をコントロールするためのシリンダ装置）１５を介して吊り下げ状態で支持されており、このシリンダ装置１５を支える支点Ｐ（支持部１６の先端箇所）とシリンダ装置１５との間に荷重測定用センサ２１が荷重検出手段として組み込まれている。そして、この荷重測定用センサ２１によって測定された荷重値をリアルタイムで監視するためのモニタ等の監視装置２４が既述の荷重測定用センサ２１に接続されている。かくして、荷重測定用センサ２１によりピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を検出するように構成されると共に、この荷重測定用センサ２１から得られる検出信号に基づいて高周波誘導加熱コイル６とピン部３との相互間の位置関係が監視装置２４によりリアルタイムで監視することができるように構成されている。
【００１５】
上述のように組み込まれた荷重測定用センサ２１は、その下部箇所に位置する追従部Ｒの荷重を測定することとなり、このセンサ２１によって測定される追従分Ｒの荷重は、高周波誘導加熱コイル６がピン部３の上方位置に配置されてガイド部材９ａ〜９ｃがピン部３に接触している時に相対的に軽くなり、追従部Ｒがピン部３よりも上方に位置してガイド部材９ａ〜９ｃがピン部３から離れた時に相対的に重くなる。従って、荷重測定用センサ２１により計測される荷重値は、ガイド部材９ａ〜９ｃがピン部３に接触している時に相対的に小さくなり、ガイド部材９ａ〜９ｃがピン部３から離れた時（すなわち、追従不良時）には相対的に大きくなる。
【００１６】
次に、上述の高周波誘導加熱装置２０にてクランクシャフト１のピン部３を焼入処理等のために高周波誘導加熱する際の動作及び作用について図２（ａ）〜（ｆ）を参照して説明すると、以下の通りである。
【００１７】
〈１〉 まず、高周波誘導加熱コイル６が図２（ａ）に示すようにピン部３上に載置される前の状態の下では、荷重測定用センサ２１により測定される追従部Ｒの荷重は、追従部Ｒのそれ自体の重量となる。
【００１８】
〈２〉 高周波誘導加熱コイル６が図２（ｂ）に示すようにガイド部材９ａ〜９ｃを介してピン部３上に所定の僅少の距離Ｌ１ をもって載置された後に、クランクシャフト１が回転中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、ピン部３が回転中心軸Ｘを中心に公転する。ピン部３の公転中に、高周波誘導加熱コイル６は、ガイド部材９ａと９ｃとにより水平方向（横方向）に、かつ、ガイド部材９ｂと追従荷重により上下方向（縦方向）にピン部３に対して追従動作をする。この際、追従動作中の荷重測定用センサ２１により計測される荷重は、追従部Ｒの荷重Ｆから、ガイド部材９ｂを介してピン部３が受け支える荷重ｆ、すなわち、ピン部３が追従部Ｒから受ける追従荷重ｆを差し引いた値（Ｆ−ｆ）となる。なお、公転中における前記荷重ｆ、すなわち、コイル部３に対する高周波誘導加熱コイル３の追従荷重ｆは、ピン部３の公転による上下方向の加速度、ガイド部材９ａ〜９ｃとピン部３との接触による摩擦抵抗等により変動する。
【００１９】
〈３〉 図２（ｃ）は、ピン部３が上死点を通過して下死点に向かう区間を公転運動する際に、高周波誘導加熱コイル６の追従運動がピン部３の公転運動に対して遅れてしまい、その結果、ピン部３の円筒状外周面Ｓと高周波誘導加熱コイル６との間の距離Ｌ２ が前記Ｌ１ よりも大きくなる状態（Ｌ２ ＞Ｌ１ ）を示している。この場合、ガイド部材９ｂとピン部３の円筒状外周面Ｓとは互いに離れており、ピン部３への追従荷重ｆが全く無い状態（ｆ＝０）となっており、荷重測定用センサ２１により計測される荷重は、追従部Ｒの荷重Ｆから追従部Ｒの運動により発生する加速度荷重ｇを差し引いた値（Ｆ−ｇ）となる。
高周波誘導加熱コイル６の追従運動がピン部３の公転運動に対して遅れた場合に発生する加速度荷重ｇは、ピン部３の公転運動に追従している場合の加速度荷重ｇ’よりも小さいため（ｇ＜ｇ’）、荷重測定用センサ２１により計測される荷重は、追従動作中の荷重よりも大きくなる。従って、この荷重の差を利用することにより、追従不良を検出して警報を発する。具体的には、上述の荷重の差が所定の数値を越える場合には、その情報に基づいて追従不良の判定を行って警報器や警報ランプ等による警報を発すると同時に、高周波誘導加熱装置２０によるピン部３の高周波誘導加熱を停止する。
【００２０】
〈４〉 次いで、図２（ｄ）に示すようにピン部３が下死点を通過し、その後に図２（ｅ）に示すようにピン部３が下死点に配置されてその位置でクランクシャフト１の回転中心軸Ｘを中心とする回転が停止されてピン部３の公転運動が停止されるのに伴ってピン部３の高周波誘導加熱を終了する。
【００２１】
〈５〉 高周波誘導加熱の終了後には、図２（ｆ）に示すように高周波誘導加熱コイル６を追従機構１０と一緒に上方の待機位置に移動する。
【００２２】
このような構成の高周波誘導加熱装置２０によれば、荷重測定用センサ２１を組み込んだことによりピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従不良を検出することができ、追従不良の検出時（発生時）に警報を発することができる。そして、追従不良が発生した場合には、その警報に応じて高周波誘導加熱装置の作動を停止させることにより、加熱不良品の流出を防止できる。また、荷重測定用センサ２１に接続された監視装置２４をモニタすることにより追従荷重を監視装置２４により連続に監視することも可能となり、ピン部３に対する高周波誘導加熱コイル６の追従状態をリアルタイムで把握することが可能となる。
【００２３】
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ピン部３を高周波誘導加熱する装置２０について述べたが、ジャーナル部２を高周波誘導加熱する装置についても本発明を適用し得ることは言う迄もない。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイルがクランクシャフトのピン部若しくはジャーナル部に追従する際に、ピン部若しくはジャーナル部に追従する追従部の荷重を連続的に検出する荷重検出手段を設け、荷重検出手段にて検出される荷重が所定の大きさ（重さ）を越えた場合に警報を発するように構成したものであるから、追従不良が発生した場合に警報を発して高周波誘導加熱を停止させることができ、これにより加熱不良品の流出を防止することができる。
【００２５】
また、請求項２に記載の本発明は、荷重検出手段から得られる検出信号に基づいて高周波誘導加熱コイルとピン部若しくはジャーナル部との相互間の位置関係を監視する監視装置を更に設けたものであるから、この監視装置をモニタするにより追従荷重を連続で監視することができ、高周波誘導加熱コイルの追従状態をリアルタイムで把握することができる。
【００２６】
また、請求項３に記載の本発明は、高周波誘導加熱コイルを荷重調整用のシリンダ装置を介して支持すると共に、シリンダ装置を支える支点とシリンダ装置との間に荷重測定用センサを荷重検出手段として組み込み、荷重測定用センサにより追従不良の検出を行うようにしたものであるから、簡素な構成で安価でありながら、追従不良の発生を検出することができると共に、ピン部若しくはジャーナル部に対する高周波誘導加熱コイルの追従状況をリアルタイムで監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの高周波誘導加熱装置を示す側面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１の高周波誘導加熱装置にてピン部を高周波誘導加熱する際の動作を順次に説明するための図である。
【図３】クランクシャフトの斜視図である。
【図４】従来におけるクランクシャフトの高周波誘導加熱装置の側面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、図４の高周波誘導加熱装置にてピン部を高周波誘導加熱する際の動作を順次に示す図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト
２ａ〜２ｅ ジャーナル部
３，３ａ〜３ｄ ピン部
８ 高周波電源
９ａ〜９ｃ ガイド部材
２０ 高周波誘導加熱装置
２１ 荷重計測用センサ
２４ 監視装置
Ｒ 追従部
Ｓ 円筒状外周面
【出願人】 【識別番号】０００２１７６５３
【氏名又は名称】電気興業株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内３丁目３番１号
【出願日】 平成１５年６月２３日（２００３．６．２３）
【代理人】 【識別番号】１０００９９６２３
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一

【識別番号】１０００９６７６９
【弁理士】
【氏名又は名称】有原 幸一

【識別番号】１００１０７３１９
【弁理士】
【氏名又は名称】松島 鉄男

【識別番号】１０００７２１４３
【弁理士】
【氏名又は名称】秋山 暢利
【公開番号】 特開２００５−８９７７（Ｐ２００５−８９７７Ａ）
【公開日】 平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願番号】 特願２００３−１７７４９７（Ｐ２００３−１７７４９７）