(57)【要約】      （修正有）【課題】焼入れサイクルタイムの短縮化を実現可能なクランクシャフトの高周波焼入れ方法及びその装置を提供する。【解決手段】高周波焼入れ装置１は、クランクシャフトＣの回転位相原点位置に対する回転角度を検出可能な回転角センサ４と、ジャーナル部等の表面の基準位置に対する変位量を検出可能なアブソコーダ８とを備えている。加熱コイル３に対してクランクシャフトＣを軸心回りに回転させる高周波焼入れ中に検出されたクランクシャフトＣの回転角度と変位量を用いるため、焼入れサイクルタイムの短縮化を図ることができる。更に、クランクシャフトＣの回転角度と変位量に応じてジャーナル部等の焼入れ深さを変更するように加熱コイル３に対する加熱電力量Ｘを制御可能な制御ユニット９を備えたため、初期曲がりの矯正と焼入れ曲がりの矯正を高周波焼入れ中に行うことができ、精度の良い高強度のクランクシャフトを得ることができる。【選択図】図２
2011017038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により加熱可能な加熱コイルを備え、この加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部又はピン部を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ装置において、
前記クランクシャフトの回転位相原点位置に対する回転位相を検出可能な回転位相検出手段と、
前記クランクシャフトのクランクジャーナル部又はピン部の表面の基準位置に対する変位量を検出可能な変位量検出手段と、
高周波焼入れ中に検出された前記クランクシャフトの回転位相と変位量に応じて前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れ深さを変更するよう前記加熱コイルに対する加熱電力量を制御可能な電力制御手段を備えたことを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入れ装置。
【請求項２】
前記加熱コイルは、前記クランクシャフトを上方側から加熱するよう構成され、
前記電力制御手段は、前記クランクシャフトの外周方向の変位量において、上方側への変位量が大きい部分に比べて上方側への変位量が小さい部分の焼入れ深さが深くなるよう前記加熱コイルに対する加熱電力量を制御する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焼入れ装置。
【請求項３】
前記変位量検出手段は、前記加熱コイルを上方から保持する張力部材を介して伝達される前記変位量を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のクランクシャフトの高周波焼入れ装置。
【請求項４】
通電により加熱可能な加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部又はピン部を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ方法において、
高周波焼入れ中の前記クランクシャフトの回転位相原点位置に対する回転位相を検出する第１ステップと、
高周波焼入れ中の前記クランクシャフトのクランクジャーナル部又はピン部の表面の基準位置に対する変位量を検出する第２ステップと、
前記検出されたクランクシャフトの回転位相と変位量に応じて前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れ深さを変更する前記加熱コイルに対する加熱電力量を設定する第３ステップと、
前記加熱電力量を前記加熱コイルに通電して前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れする第４ステップと、
を備えたことを特徴とするクランクシャフトの高周波焼入れ方法。
【請求項５】
前記クランクシャフトの回転位相と変位量は、前記第４ステップの実行中に検出することを特徴とする請求項５に記載のクランクシャフトの高周波焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部又はピン部を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ方法及びその装置に関し、特に、焼入れサイクルタイムの短縮化を実現可能なクランクシャフトの高周波焼入れ方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのクランクシャフトは、機械構造用合金鋼（スチール）が多用されていた。クランクシャフトは、気筒数に応じた複数のクランクピンと、２つのクランクピンの間に位置し且つエンジン本体の軸受部に回転支持された複数のクランクジャーナル等を備えている。
【０００３】
クランクシャフトのピン軸及びジャーナル軸は、運転中の回転運動で発生する曲げ応力やネジリ応力のほか、各軸の接触面が摩耗に耐えられる様に強度、耐摩耗性向上を目的として、例えば、高周波焼入れ等の局所的な加熱方法による熱処理が施されていた。パーライト組織を主体とした熱間鍛造用非調質鋼部材は、オーステナイト化温度以上まで高周波加熱後、焼入れ冷却することにより、硬質且つ耐摩耗性を備えたマルテンサイト組織へ変化させることができる。
【０００４】
機械加工後のクランクシャフトは、切削時に発生する切削歪によって回転軸心に変形（初期曲がり）を生じ、回転軸心に曲がりが生じることが知られている。
一方、前述の熱処理によっても、回転軸心に変形（焼入れ曲がり）を生じることが知られている。焼き入れ処理によって発生するマルテンサイト組織は、焼入れ前のパーライト組織等の金属組織に比べて体積が膨張するため、この体積変化に起因してクランクシャフトの軸心に曲がりが生じている。
【０００５】
特許文献１に記載されたクランクシャフトの焼入れ装置は、予め焼入れ動作と曲がり量との相関関係を示すマップを備え、クランクシャフトの曲がり量を検出する測定器と、クランクシャフトの回転角度を検出する回転角センサと、クランクシャフトの回転角度と曲がり量を演算する演算手段と、高周波焼入れ手段と、高周波焼入れ手段のエネルギー量をクランクシャフトの回転角度に応じて制御可能な制御手段等から構成されている。
【０００６】
このクランクシャフトの焼入れ装置は、高周波による焼入れの前段階で、クランクシャフトの回転角度と曲がり量を検出し、焼入れ処理と曲がり量との相関関係を示すマップに基づいて機械加工直後の曲がり量（初期曲がり）を矯正する焼入れエネルギーを演算している。つまり、焼入れ動作に伴って不可避に発生する焼入れ曲がりを積極的に利用してクランクシャフトの初期曲がりを打ち消すような焼入れ処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９３１３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の焼入れ処理は、回転角度・曲がり量検出工程、マップ検索工程、電力量決定工程、コイル制御信号発生（電力供給）工程、冷却工程の順に行われる（図４参照）。つまり、機械加工を終えたクランクシャフトは、焼入れ装置に搬入された後、通電する前段階において回転角度・曲がり量検出工程、マップ検索工程、電力量決定工程を行うため、焼入れ作業時間の長期化を招くという虞がある。
【０００９】
また、前記焼入れ装置では、マップに基づく見込み制御による高周波焼入れを行うため、焼入れ工程の要因に起因した曲がり量（焼入れ曲がり）についての曲がり矯正については、特に考慮されていない。焼入れ曲がりは、金属組織、加熱温度、冷却速度等の主要な管理項目に加え、焼入れ装置の稼働状態、外気温度、冷却水温、材料製造ロットの変更等様々な要因によって曲がり量に差異が生じる。クランクシャフトの焼入れ曲がりを一定範囲に保証するためには、焼入れ工程後に、クランクシャフトの回転角度・曲がり量の検出工程及び矯正工程が別途必要になるという課題が残っている。
【００１０】
本発明の目的は、クランクシャフトの初期曲がりと高周波焼入れの加熱工程中に起因する焼入れ曲がりを矯正可能としつつ、焼入れサイクルタイムを短縮可能なクランクシャフトの高周波焼入れ方法及びその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のクランクシャフトの高周波焼入れ装置は、通電により加熱可能な加熱コイルを備え、この加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部又はピン部を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ装置において、前記クランクシャフトの回転位相原点位置に対する回転位相を検出可能な回転位相検出手段と、前記クランクシャフトのクランクジャーナル部又はピン部の表面の基準位置に対する変位量を検出可能な変位量検出手段と、高周波焼入れ中に検出された前記クランクシャフトの回転位相と変位量に応じて前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れ深さを変更するよう前記加熱コイルに対する加熱電力量を制御可能な電力制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項１の発明では、高周波焼入れに伴うクランクシャフトの軸心回りの回転動作を利用して高周波焼入れ中にクランクシャフトの回転位相と変位量を検出するため、クランクシャフトの初期曲がりと焼入れ加熱中に発生する曲がりを同時に検出することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記加熱コイルは、前記クランクシャフトを上方側から加熱するよう構成され、前記電力制御手段は、前記クランクシャフトの外周方向の変位量において、上方側への変位量が大きい部分に比べて上方側への変位量が小さい部分の焼入れ深さが深くなるよう前記加熱コイルに対する加熱電力量を制御することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記変位量検出手段は、前記加熱コイルを上方から保持する張力部材を介して伝達される前記変位量を検出するように構成されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項４のクランクシャフトの高周波焼入れ方法は、通電により加熱可能な加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部又はピン部を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ方法において、高周波焼入れ中の前記クランクシャフトの回転位相原点位置に対する回転位相を検出する第１ステップと、高周波焼入れ中の前記クランクシャフトのクランクジャーナル部又はピン部の表面の基準位置に対する変位量を検出する第２ステップと、前記検出されたクランクシャフトの回転位相と変位量に応じて前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れ深さを変更する前記加熱コイルに対する加熱電力量を設定する第３ステップと、前記加熱電力量を前記加熱コイルに通電して前記クランクジャーナル部又はピン部の焼入れする第４ステップと、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明では、高周波焼入れに伴うクランクシャフトの軸心回りの回転動作を利用して高周波焼入れ中にクランクシャフトの回転位相と変位量を検出するため、クランクシャフトの初期曲がりと焼入れ加熱中に発生する曲がりを同時に検出することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記クランクシャフトの回転位相と変位量を前記第４ステップの実行中に検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、高周波焼入れの通電前段階においてクランクシャフトの初期曲がりを検出する検出工程を省略できるため、焼入れサイクルタイムの短縮化を図ることができる。また、高周波焼入れ中に回転位相と変位量を検出するため、焼入れ動作と曲がり量との相関関係を示すマップ等を用いることなく、焼入れ完了後の最終曲がりに影響する初期曲がりの矯正と焼入れ加熱に起因して発生する熱膨張や残留応力開放による曲がりの矯正を高周波焼入れ加熱中に行うことができ、作業時間を短縮しつつ精度の良い高強度のクランクシャフトを得ることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、加熱コイルの加熱方向と、高周波焼入れに伴うマルテンサイト変態の膨張特性を利用して、作業性に影響を与えることなく、クランクシャフトの高硬度化と曲がり矯正とを並行して行うことができる。
請求項３の発明によれば、クランクシャフトの曲がり量を加熱コイルを保持する張力部材を利用して簡単に検出することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、基本的に請求項１の発明と同様の効果を奏するクランクシャフトの高周波焼入れ方法を得ることができる。
請求項５の発明によれば、加熱コイルの通電中に、クランクシャフトの回転位相と変位量を検出でき、更にサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るクランクシャフトの高周波焼入れ時のジャーナル焼入れコイルの配置状態を示す概略図である。
【図２】高周波焼入れ装置の機能ブロック図である。
【図３】クランクシャフトの焼入れ硬化層を示す断面図である。
【図４】位置検出工程の説明図を示し、（ａ）はクランクシャフトが原点位置に配置された状態を示し、（ｂ）はクランクシャフトが原点位置から９０度回転した状態を示し、（ｃ）はクランクシャフトが原点位置から１８０度回転した状態を示し、（ｄ）はクランクシャフトが原点位置から２７０度回転した状態を示す図である。
【図５】クランクシャフトの変位量と補正値との関係を示すグラフである。
【図６】１８０度位相制御による通電加熱制御の説明図であって、上部は回転角度と変位量との関係を示すグラフ、下部は回転角度と供給電力量との関係を示すグラフである。
【図７】一般的な高周波焼入れを行ったクランクシャフトのクランクジャーナル部の変位量を示すグラフである。
【図８】実施例１に係る高周波焼入れを行ったクランクシャフトのクランクジャーナル部の変位量を示すグラフである。
【図９】実施例２に係る連続加熱制御による通電加熱制御の説明図であって、上部は回転角度と変位量との関係を示すグラフ、下部は回転角度と供給電力量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
以下、この発明の実施例１について、図１〜図８に基づいて説明する。
【００２４】
図１に示すように、クランクシャフトＣは、４気筒エンジンに搭載されるものであって、各気筒に対応したピストン（図示略）との間を連結するコンロッド（図示略）を回転自在に支持する４本のクランクピン部Ｐ１〜Ｐ４と、クランクシャフトＣと同一軸心で回転可能な５本のクランクジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５（以下、総称してジャーナル部Ｊという。）と、各ピン部Ｐ１〜Ｐ４と各ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５を結合するクランクアーム部Ｃａと、アーム部Ｃａから延びたカウンタウエイトＣｗ等を備えている。クランクシャフトＣは、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５を介してエンジン本体（図示略）に回転自在に支持されるよう構成されている。
【００２５】
クランクシャフトＣは、熱間鍛造用非調質鋼鋼材で形成されており、例えば、ＳＭｎ４３８で構成され、主な化学組成はＣ：０．３８％、Ｍｎ：１．５％とされる。高周波焼入れ前の生地組織は主としてパーライト生地で構成されている。
【００２６】
機械加工ステーション（図示略）から高周波焼入れ装置１（図２参照）へ搬入されたクランクシャフトＣは、回転軸心が水平状態になるように回転機構２のチャツク２ａ，２ｂによって左右両端部を把持されて固定されている。チャツク２ａ，２ｂは、回転軸部材２ｃ，２ｄの夫々の先端部に設けられており、回転駆動用サーボモータ２ｍによってクランクシャフトＣを把持状態で回転可能に構成されている。この構成により、クランクシャフトＣは、回転軸部材２ｃ，２ｄとクランクシャフトＣが同一軸心になるよう位置決めされている。
【００２７】
クランクシャフトＣの上方には、ジャーナル部Ｊやピン部Ｐ１〜Ｐ４の表面を加熱可能な複数の加熱コイル３（ピンの加熱コイル図示略）が配置されている。加熱コイル３は、チェーン７（張力部材）によって、焼入れ硬化層が形成される各ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５の位置に対応して昇降可能に上方から下方に向かって吊り下げられている。尚、ピン部Ｐ１〜Ｐ４を焼入れ処理するときは、ピン部Ｐ１〜Ｐ４の位置に対応してピン用加熱コイル（図示略）が配置されるよう構成されている。
【００２８】
図２に示すように、高周波焼入れ装置１は、回転機構２と、加熱コイル３と、回転角センサ４（回転位相検出手段）と、ディスクトランス５と、エアシリンダ６と、チェーン７と、アブソコーダ８（変位量検出手段）と、制御ユニット９（電力制御手段）と、冷却液ノズル１０等から構成されている。
【００２９】
回転機構２は、回転駆動用サーボモータ２ｍ等を備えている。加熱通電したとき、回転機構２は、チャツク２ａ，２ｂによって位置決めされたクランクシャフトＣを所定の回転速度で回転駆動可能に構成されている。回転角センサ４は、図１に示すように、例えば、歯付きのディスク部材４ａと電磁ピックアップ４ｂで構成され、回転位相原点位置に対するクランクシャフトＣの回転位相を検出可能に構成されている。ディスク部材４ａは、外周に回転位相原点位置となる歯部（図示略）を備え、例えば、ピン部Ｐ１，Ｐ４が上端部に位置する状態を原点位置として予め設定している。この原点位置からクランクシャフトＣが回転した角度を検出可能に構成されている。回転角センサ４で検出されたクランクシャフトＣの角度信号は、制御ユニット９に送信されている。
【００３０】
加熱コイル３は、半円環状のコイル本体３ａと、コイル本体３ａの湾曲部分下端面に装着された複数の略球状の絶縁チップ３ｂ等から構成され、図示外のリンク機構により昇降可能に案内支持されている。通電により高周波電流を印加するとき、前記複数の絶縁チップ３ｂが各ジャーナル部Ｊに夫々当接し、コイル本体３ａの湾曲部分下端面とジャーナル部Ｊの表面との間を一定間隔に維持するよう構成されている。コイル本体３ａの湾曲部分下端面は、ジャーナル部Ｊの上側外周面の一部領域に対応して形成され、高周波電流を供給したとき、ジャーナル部Ｊは局所的に加熱可能に構成されている。尚、図１に示すように、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５に対応した５つの加熱コイル３を同時に作動させる構成としているが、単独の加熱コイル３によって１箇所づつ順に熱処理することも可能である。
【００３１】
コイル本体３ａに高周波電流を供給したとき、電磁誘導によりコイル本体３ａによって生成される磁界によってジャーナル部Ｊに渦電流が発生し、そのジュール熱によりジャーナル部Ｊの表面が加熱される。コイル本体３ａは、複数の珪素鋼板を積層した磁路形成部材にコイルを巻装することで磁界強度を強め、誘導渦電流を高めて発熱温度を増すように構成されている。
【００３２】
ディスクトランス５は、高周波供給用の電源ユニット１１に電気的に接続され、加熱コイル３の上端部に一体的に装着されている。ディスクトランス５は、制御ユニット９からの指令信号に応じて、加熱コイル３へ高周波電流を供給可能に構成されている。ディスクトランス５が取り付けられた加熱コイル３は、チェーン７を介してエアシリンダ６に連結されている。
【００３３】
エアシリンダ６は、高周波焼入れ装置１の上方側に略水平状態に配置されている。エアシリンダ６のピストンロッド６ａの一端部に連結されたチェーン７は、回転機構２の上方位置まで水平状に延び、ディスクトランス５の上方に設置されたガイド部材１２によって、鉛直方向下方に向かって延び、加熱コイル３のケースの上端に連結されている。それ故、エアシリンダ６が収縮動作したとき、加熱コイル３とディスクトランス５は上昇移動し、エアシリンダ６が伸長動作したとき、加熱コイル３とディスクトランス５は下降移動する。
【００３４】
エアシリンダ６は、電磁方向切替弁６ｃを介して加圧エア供給源６ｂに接続されている。電磁方向切替弁６ｃは、制御ユニット９からの指令によって加圧エアの供給先を切替え可能に構成され、ピストンロッド６ａの伸縮動作を制御している。この構成によって、エアシリンダ６は、加熱コイル３が加熱通電しているとき、クランクシャフトＣと絶縁チップ３ｂとの当接状態を維持しつつクランクシャフトＣに加熱コイル３等の荷重が殆どかからないようにチェーン７の張力を調節可能に構成されている。
【００３５】
アブソコーダ８のロッドの先端に連結されたワイヤ８ｂが、エアシリンダ６のピストンロッド６ａの先端部に連結され、ピストンロッドの移動量を検出し、加熱コイル３の上下位置を精度良く検出可能に構成されている。この構成により、クランクシャフトＣを軸心回りに回転駆動したとき、加熱コイル３の上下位置信号をパラメータとして、絶縁チップ３ｂを介してジャーナル部Ｊの表面の基準位置に対する変位量、つまり、クランクシャフトＣの曲がり量を検出することができる。尚、基準位置は、クランクシャフトＣの設計条件から定まる回転軸心位置とジャーナル部Ｊの直径とから予め設定され、変位量が零の場合の位置とされている。アブソコーダ８で検出された加熱コイル３の上下位置信号は、制御ユニット９に送信されている。
【００３６】
冷却手段として、冷却液を供給可能な冷却液ノズル１０等を備え、全体的に略均一な温度に加熱されたジャーナル部Ｊの表面に冷却液を供給可能に構成されている。冷却液は、加熱通電終了後、クランクシャフトＣを回転させた状態で供給されるように構成されている。  
【００３７】
制御ユニット９は、焼入れ制御プログラムを記憶し且つ各種制御量を記憶したＲＯＭ，演算処理中に種々のワークメモリが設けられるＲＡＭ、演算処理を実行可能なＣＰＵ等から構成されている。制御ユニット９は、回転角センサ４によって検出された角度信号とアブソコーダ８によって検出された上下位置信号を受信し、回転機構２とディスクトランス５とエアシリンダ６と冷却手段（冷却液ノズル１０）に各作動指令信号を送信可能に構成されている。
【００３８】
制御ユニット９は、ジャーナル部Ｊの設計条件（強度や耐摩耗性）から要求される基準焼入れ深さ、例えば、２〜５ｍｍの焼入れ硬化層をジャーナル部Ｊの表面に形成する加熱電力信号をディスクトランス５に送信するよう構成されている。更に、制御ユニット９は、通電加熱中に検出されたクランクシャフトＣの回転角度と変位量に応じてジャーナル部Ｊの基準焼入れ深さを変更可能な電力量を算出し、この電力量によって加熱コイル３の加熱深さを制御可能に構成されている。
【００３９】
次に、焼入れ条件について説明する。焼入れ条件は、基本熱処理条件と、補正熱処理条件とを含んでいる。高周波焼入れは、クランクシャフトＣの熱処理対象部（Ｐ１〜Ｐ４，Ｊ１〜Ｊ５）について夫々行われるが、説明の便宜上、主にジャーナル部Ｊ３を例として説明する。
【００４０】
［基本熱処理条件］  図３に示すように、斜線部で示すピン部Ｐ３やジャーナル部Ｊ３等に、所定の設計条件（強度及び耐摩耗性）に応じた焼入れ深さ（焼入れ硬化層）を形成する基本焼入れ条件が予め設定されている。
ジャーナル部Ｊ等をオーステナイト化温度（Ａ１変態点）以上、例えば、９３０〜９５０℃まで加熱可能な基準電力量Ｗ０（例えば、９０ＫＷ）を設定する。通電加熱後、冷却液ノズル１０からの冷却水（例えば60L/分）を噴射させ冷却させる。この処理により、高周波焼入れ前の生地のパーライト組織をマルテンサイト組織に変態させる。このマルテンサイト組織は、強度及び耐摩耗性に優れ、焼入前のパーライト組織に比べて体積が膨張する性質を備えている。  
【００４１】
［補正熱処理条件］  機械加工によって発生した切削歪による初期曲がりや、高周波加熱中の熱膨張等により曲がりが生じた場合に、通電加熱中に矯正が必要な円周方向の角度位置と補正電力量の条件が設定される。矯正が必要な位置は、原点位置に対する回転角度と基準位置に対する変位量によって設定されている。
【００４２】
図４に基づき、矯正が必要な位置の位置検出工程について説明する。
原点位置はピン部Ｐ１，Ｐ４が上端部に位置する状態（図４（ａ））、基準位置は変位量が零の状態（図４（ｂ））としている。クランクシャフトＣは、左回りに回転駆動されている。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、クランクシャフトＣの回転位相が原点位置に位置するとき、アブソコーダ８は高さ位置Ｌ１を検出している。図４（ｂ）に示すように、クランクシャフトＣが原点位置から９０度左回りに回転したとき、アブソコーダ８は高さ位置Ｌ０を検出している。
つまり、クランクシャフトＣが原点位置に位置するとき、ジャーナル部Ｊ３は、基準位置から下方に（Ｌ０−Ｌ１）だけ突出した曲がり量（変位量）を生じている。
以下、基準位置から上方側への変位量をプラス変位量、基準位置から下方側への変位量をマイナス変位量という。
【００４４】
図４（ｃ）に示すように、クランクシャフトＣが原点位置から左回りに１８０度回転したとき、アブソコーダ８は高さ位置Ｌ２を検出している。つまり、クランクシャフトＣが原点位置から１８０度回転したとき、ジャーナル部Ｊ３は、プラス変位量（Ｌ２−Ｌ０）を生じている。ここで、マイナス変位量（Ｌ０−Ｌ１）とプラス変位量（Ｌ２−Ｌ０）は位相が反転したものであり、通電加熱を行わない場合、基本的にマイナス変位量（Ｌ０−Ｌ１）とプラス変位量（Ｌ２−Ｌ０）は同じ値を取り得る。
【００４５】
図４（ｄ）に示すように、クランクシャフトＣが原点位置から左回りに２７０度回転したとき、アブソコーダ８は、図４（ｂ）と同様に、高さ位置Ｌ０を検出している。
以上のようにして、高周波加熱中において、クランクシャフトＣが原点位置に位置するとき、マイナス変位量（Ｌ０−Ｌ１）だけ突出し、クランクシャフトＣが原点位置から１８０度回転したとき、プラス変位量（Ｌ２−Ｌ０）だけ突出した変位量を検出することができる。
【００４６】
次に、供給電力量の設定工程について説明する。
補正熱処理では、マルテンサイト組織が体積膨張する性質を積極的に利用してクランクシャフトＣの初期曲がりと高周波加熱時に発生する曲がりを矯正している。補正が必要な部位に対して初期曲がりや焼入れ曲がりを打ち消すような補正焼入れ処理を基本熱処理と合わせた処理を行っている。
【００４７】
焼入れ後のクランクシャフトＣを軸心回りに回転駆動したとき、プラス変位量部分に比べてマイナス変位量部分のマルテンサイト組織の体積は小さく構成されている。従って、マイナス変位量部分のマルテンサイト組織の体積を増加するため、マイナス変位量部分のマルテンサイト組織を増加するようにマイナス変位量部分の加熱電力量をプラス変位量部分の加熱電力量に比べて増加している。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、クランクシャフトＣが原点位置に位置するとき、マイナス変位量（Ｌ０−Ｌ１）（例えば、２ｍｍ）を検出した場合、図５に示す補正電力テーブルに基づいて補正値α（例えば、２ＫＷ）を設定する。この補正値αと基準電力量Ｗ０（例えば、９０ＫＷ）から、原点位置の第１補正電力量Ｗ１（例えば、９２ＫＷ）が設定されるよう構成されている。ここで、第１補正電力量Ｗ１は、クランクシャフトＣが３６０度回転して再度原点位置に位置するときの最終補正前における電力量として用いられる値である。他の回転角度位置の第１補正電力量Ｗ１についても同様に算出され、曲がり検出位置から３６０度回転したときの電力量に用いられる。尚、補正電力テーブルは、基準位置から下方への曲がり量を正として補正値αを設定している。
【００４９】
第１補正電力量Ｗ１が設定されてから実際に通電加熱を行うまで、焼入れ処理が継続されるため、第１補正電力量Ｗ１を１８０度手前の補正値α（図５参照）によって補正し第２補正電力量Ｗ２を算出するよう構成されている。この第２補正電力量Ｗ２が、実際に加熱コイル３に供給される供給電力量である。
【００５０】
次に、図６に基づいて、通電加熱制御について具体的に説明する。
図６の上部は、横軸がクランクシャフトＣの回転角度、縦軸がジャーナル部Ｊ３の変位量であって、プラス側がプラス変位量、マイナス側がマイナス変位量を示す。図６の下部は、横軸がクランクシャフトＣの回転角度、縦軸が加熱コイルに供給される供給電力量Ｘを示す。尚、この通電加熱制御では、回転角１８０度毎の変位量を検出し、この変位量に応じた補正を対応する回転角を中心として前後９０度の範囲で実行する１８０度位相制御を行っている。
【００５１】
機械加工ステーションから搬入されたクランクシャフトＣが回転機構２に装着された後、原点位置と基準位置が設定され、通電加熱制御が開始される。回転機構２は、クランクシャフトＣを等角速度で回転駆動している。クランクシャフトＣが原点位置（０度）のとき、アブソコーダ８はプラス変位量Ａ１を検出している。ここで、基準電力量Ｗ０（例えば、９０ＫＷ）とプラス変位量Ａ１に応じた補正値α１に基づいて回転角３６０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。原点位置では、回転角３６０度手前にて算出された第１補正電力量Ｗ１及び回転角１８０度手前の補正値αが存在しないため、加熱コイル３に基準電力量９０ＫＷが供給されている。
【００５２】
クランクシャフトＣが回転角１８０度のとき、マイナス位量Ａ２を検出している。
回転角１８０度の位置では、３６０度手前にて算出された第１補正電力量Ｗ１が存在しないため、基準電力量Ｗ０を補正値α１に基づいて補正した供給電力量Ｘ０の通電加熱を実行している。そして、供給電力量Ｘ０とマイナス変位量Ａ２に応じた補正値α２に基づいて回転角５４０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。
【００５３】
クランクシャフトＣが回転角３６０度のとき、プラス変位量Ａ３を検出している。
回転角３６０度の位置では、原点位置にて算出された第１補正電力量Ｗ１と補正値α２に基づいて設定された第２補正電力量Ｗ２に相当した供給電力量Ｘ１の通電加熱が実行されている。そして、電力量Ｘ１とプラス変位量Ａ３に応じた補正値α３に基づいて回転角７２０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。
【００５４】
クランクシャフトＣが回転角５４０度のとき、マイナス変位量Ａ４を検出している。
回転角５４０度の位置では、回転角１８０の位置で算出された第１補正電力量Ｗ１と補正値α３に基づいて設定された第２補正電力量Ｗ２に相当した供給電力量Ｘ２の通電加熱が実行されている。そして、電力量Ｘ２とマイナス変位量Ａ４に応じた補正値α４に基づいて回転角９００度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。
【００５５】
回転角７２０度以降についても、前記と同様に、各変位量Ａ５〜Ａ８，…を夫々検出し、各変位量に応じた第２補正電力量Ｗ２に相当した供給電力量Ｘ３〜Ｘ８，…による通電加熱を実行している。尚、各回転角の制御は、対象となる回転角を開始点とする１８０度の範囲を制御範囲とした１８０度位相制御とすることも可能である。
以上の処理を、ジャーナル部Ｊ３以外のクランクシャフトＣの熱処理対象部（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５）についても実施している。
【００５６】
サンプル番号１〜１０のクランクシャフトを２組用意し、本高周波焼入れ装置１による高周波焼入れと、本高周波焼入れ装置１による曲がり補正を行わない一般的な高周波焼入れを夫々施し、夫々のクランクジャーナル部Ｊ３の変位量をアブソコーダ８にて検出する実験を行った。図７、図８に基づき、本高周波焼入れ装置１によって高周波焼入れを行ったクランクシャフトと、一般的な高周波焼入れを行ったクランクシャフトの比較結果を説明する。
【００５７】
図７に示すように、曲がり補正を行わない高周波焼入れを行ったクランクシャフトでは、最小の変位量として−２１０μｍ、最大の変位量として−３５０μｍが検出され、クランクシャフトの変位量のばらつきが大きく、平均変位量も大きいことが判明した。図８に示すように、本焼入れ装置１によって高周波焼入れを行ったクランクシャフトでは、最小の変位量として−２０μｍ、最大の変位量として−１１０μｍが検出され、クランクシャフトの変位量のばらつきが小さく、平均変位量も小さいこが判明した。この実験結果から、本焼入れ装置１によって高周波焼入れを行ったクランクシャフトは、製品精度が優れていることが理解できる。
【００５８】
次に、高周波焼入れ装置１の作用、効果を説明する。
この焼入れ装置１は、クランクシャフトＣの回転位相原点位置に対する回転角度を検出可能な回転角センサ４と、クランクシャフトＣのジャーナル部Ｊの表面の基準位置に対する変位量を検出可能なアブソコーダ８とを備えたため、簡単な構成でクランクシャフトＣの初期曲がりや焼入れ加熱中の曲がりを検出することができる。
【００５９】
この焼入れ装置１は、加熱コイル３に対してクランクシャフトＣを軸心回りに回転させる高周波焼入れ中に検出されたクランクシャフトＣの回転角度と変位量を用いるため、通電前段階においてクランクシャフトＣの初期曲がりを検出する検出工程を省略することができ、装置の簡単化や作業容易性に影響を与えることなく、焼入れサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００６０】
焼入れ中に検出された実際のクランクシャフトＣの回転角度と変位量に応じてジャーナル部Ｊの焼入れ深さを変更するよう加熱コイル３に対する加熱電力量Ｘを制御可能な制御ユニット９を備えたため、焼入れ処理と変位量との相関関係を示すマップ等を用いることなく、初期曲がりの矯正と焼入れ加熱中の曲がりの矯正を高周波焼入れ中に行うことができ、精度の良い高硬度のクランクシャフトを得ることができる。
【００６１】
この焼入れ装置１は、実際に検出した３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を算出するため、高周波焼入れ中に精度良く初期曲がりの矯正を行うことができる。１８０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を補正するため、焼入れ加熱中の曲がりの矯正を確実に行うことができる。しかも、回転角度と変位量を１８０度毎に検出し、電力量を演算する１８０度位相制御であるため、処理を簡単化できる。
【００６２】
加熱コイル３がクランクシャフトＣを上方側から加熱するよう構成され、制御ユニット９がクランクシャフトＣの外周方向の変位量において、プラス変位量部分に比べてマイナス変位量部分の焼入れ深さが深くなるよう加熱コイル３に対する加熱電力量を制御するため、加熱コイル３の加熱方向と、高周波焼入れに伴うマルテンサイト変態の膨張特性を利用して、クランクシャフトＣの高硬度化と曲がり矯正とを並行して同時に行うことができる。
【００６３】
アブソコーダ８は、ディスクトランス５と一体化された加熱コイル３を上方から保持するチェーン７の移動量を検出するため、クランクシャフトＣの変位量を加熱コイル３を保持するチェーン７の移動量を利用して簡単に検出することができる。
クランクシャフトＣの回転角度と変位量は、加熱コイル３に通電してジャーナル部Ｊの焼入れ実行中に検出されるため、焼入れ動作の回転と回転角度及び変位量検出動作の回転を兼用することができ、更にサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【実施例２】
【００６４】
図９に基づいて、実施例２に係る通電加熱制御について説明する。
実施例２の高周波焼入れ装置１においては、実施例１の高周波焼入れ装置１における通電加熱制御を連続加熱制御にした点で実施例１と異なるのみであるので、その異なる構成についてのみ説明する。尚、実施例１と同一の部材は、同一符号を付している。
【００６５】
制御ユニット９は、クランクシャフトＣの回転角度と変位量を連続して検出し、この連続検出された回転角度と変位量に基づいて第１補正電力量Ｗ１と第２補正電力量Ｗ２を演算可能に構成されている。制御ユニット９は、実施例１と同様に、図５に示す変位量と補正値との関係を規定する補正電力テーブルを備えている。クランクシャフトＣが回転機構２に装着された後、原点位置と基準位置が設定され、通電加熱制御が開始される。
【００６６】
図９に示すように、クランクシャフトＣが原点位置（０度）のとき、アブソコーダ８はプラス変位量Ｂ１を検出している。ここで、基準電力量Ｗ０プラスと変位量Ｂ１に応じた補正値β１に基づいて回転角３６０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。原点位置では、回転角３６０度手前にて算出された第１補正電力量Ｗ１及び回転角１８０度手前の補正値βが存在しないため、加熱コイル３に基準電力量Ｗ０が供給されている。
【００６７】
クランクシャフトＣが回転角１８０度のとき、マイナス変位量Ｂ２を検出している。
回転角１８０度の位置では、３６０度手前にて算出された第１補正電力量Ｗ１が存在しないため、基準電力量Ｗ０を補正値β１に基づいて補正した供給電力量Ｙ０の通電加熱を実行している。そして、供給電力量Ｙ０マイナスと変位量Ｂ２に応じた補正値β２に基づいて回転角５４０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。尚、回転角３６０度未満の期間では、基準電力量Ｗ０を回転角１８０度手前の変位量Ｂに応じた補正値βによって補正した供給電力量Ｙを算出し、この供給電力量Ｙを加熱コイル３に供給している。
【００６８】
クランクシャフトＣが回転角３６０度のとき、プラス変位量Ｂ３を検出している。
回転角３６０度の位置では、原点位置にて算出された第１補正電力量Ｗ１と補正値β２に基づいて設定された第２補正電力量Ｗ２に相当した供給電力量Ｙ１の通電加熱が実行されている。そして、供給電力量Ｙ１とプラス変位量Ｂ３に応じた補正値β３に基づいて回転角７２０度の時点で用いる第１補正電力量Ｗ１を演算している。
【００６９】
クランクシャフトＣが回転角３６０度以降についても、前記と同様に、各変位量を連続して検出し、夫々の変位量に応じた第２補正電力量Ｗ２に相当する電力量Ｙによる通電加熱を実行している。
【００７０】
この焼入れ装置１は、連続的に検出した３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を算出するため、高周波焼入れ中に精度良く初期曲がりの矯正を行うことができる。しかも、１８０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を補正するため、焼入れ加熱中の曲がりの矯正を一層精度良く行うことができる。
【００７１】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、クランクシャフトＣの熱処理対象部（Ｐ１〜Ｐ４，Ｊ１〜Ｊ５）について、補正熱処理を行う例について説明したが、曲がり傾向の大きなジャーナル部、例えば、中央ジャーナルのみ補正熱処理を行い、その他の部位は基本熱処理によって処理することも可能である。    
【００７２】
２〕前記実施例においては、変位量を検出した場合、変位量の大きさに拘わらず、補正値を設定して補正熱処理を実施する例を説明したが、検出された変位量が所定値以下になったとき、補正熱処理を停止し、基本熱処理のみを実施することも可能である。
【００７３】
３〕前記実施例においては、３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を算出し、１８０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を補正する例を説明したが、３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を算出し、焼入れ処理を行うこともできる。また、焼入れ初期は、３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて焼入れ処理を行い、中期以降は、３６０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を算出し、１８０度手前のクランクシャフトＣの変位量に応じて電力量を補正することも可能である。
【００７４】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、加熱コイルに対してクランクシャフトを軸心回りに回転させてクランクジャーナル部等を高周波焼入れするクランクシャフトの高周波焼入れ方法及びその装置において、クランクシャフトの曲がり量の検出と曲がりを矯正する補正熱処理を高周波焼入れ中に行うことにより、焼入れサイクルタイムを短縮できる。
【符号の説明】
【００７６】
１              高周波焼入れ装置
２              回転機構
３              加熱コイル
４              回転角センサ
５              ディスクトランス
６              エアシリンダ
７              チェーン
８              アブソコーダ
９              制御ユニット
Ｃ              クランクシャフト
Ｊ１〜Ｊ５      ジャーナル部
Ｐ１〜Ｐ４      ピン部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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