(57)【要約】【課題】変形が少なく、焼入れ時間が短く、コストを安くできる内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法及びクランクシャフトを提供する。【解決手段】ジャーナル部２とクランクピン３とが、バランスウェイト５を有するクランクアーム４を介して交互に接続されるクランクシャフト１の製造方法において、ジャーナル部２の周面２０及びクランクピン３の周面３０に高周波焼入れを施すと共に、ジャーナル部２の周面２０のクランクアーム４との境界点に形成されるＲ部分６及びクランクピン３の周面３０のクランクアーム４との境界点に形成されるＲ部分７のそれぞれにレーザー焼入れを施す。【選択図】図２
2011190489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャーナル部とクランクピンとが、バランスウェイトを有するクランクアームを介して交互に接続されるクランクシャフトの製造方法において、
前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に高周波焼入れを施すと共に、前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれにレーザー焼入れを施すことを特徴とする内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれに施される前記レーザー焼入れの焼入れ深さを、前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に施される高周波焼入れの焼入れ深さより浅くする請求項１記載の内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
ジャーナル部とクランクピンとが、バランスウェイトを有するクランクアームを介して交互に接続されるクランクシャフトにおいて、
前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に高周波焼入れが施され、
前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれに高周波焼入れの焼入れ深さより浅くしたレーザー焼入れが施されてなることを特徴とする内燃機関におけるクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法及びクランクシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）においては、図４に示すような構造のクランクシャフト１が用いられる。なお図４に示すクランクシャフト１は４気筒エンジンのものである。また摺動部分の耐摩耗性を上げるため、図４に示すようにクランクシャフト１のジャーナル部２、クランクピン３に高周波焼入れが施される（例えば、特許文献１、２参照）。高周波焼入れが施される箇所（太線で示す箇所）は、それぞれ硬化層２１，３１を形成する。さらにクランクシャフト１に強度を持たせるために、図５に示すように応力の最も高いＲ部分６，７まで高周波焼入れ（Ｒ高周波焼入れと呼ばれる）を施したものが用いられる。６０ａ，７０ａは、高周波焼入れを施した硬化層を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０５７１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図４及び図５に示すクランクシャフト１では、Ｒ部分６，７まで高周波焼入れを施すために、高周波焼入れ時の変形（曲がり）が激しい。高周波焼入れ後にプレス等で強制的に曲がり直しを行うものの、変形が大きいものは曲がり直し仕切れず，廃却されてしまう。つまり歩留まりが悪い。
【０００５】
高周波焼入れの換わりにレーザー焼入れを施せば、変形（曲がり）はなくなるが、今度は焼入れ時間が非常に長くなってしまい、過度の設備投資・コスト高となってしまう。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、変形が少なく、焼入れ時間が短く、コストを安くできる内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法及びクランクシャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明の内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法は、ジャーナル部とクランクピンとが、バランスウェイトを有するクランクアームを介して交互に接続されるクランクシャフトの製造方法において、前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に高周波焼入れを施すと共に、前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれにレーザー焼入れを施すことを特徴とする。
【０００８】
上記方法によれば、全体をレーザー焼入れするのでなく、レーザー焼入れするのは変形が大きくなるＲ部分のみであるため、処理時間も短く、レーザー焼入れ装置を増やす必要がない。
【０００９】
また前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれに施される前記レーザー焼入れの焼入れ深さを、前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に施される高周波焼入れの焼入れ深さより浅くするのが好ましい。
【００１０】
上記方法によれば、変形が大きくなるＲ部分には、ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に施される焼入れ深さよりも浅くした焼入れが施されるので、過熱される部分が少なくＲ部分における変形が少ない。
【００１１】
また本発明の内燃機関におけるクランクシャフトは、ジャーナル部とクランクピンとが、バランスウェイトを有するクランクアームを介して交互に接続されるクランクシャフトにおいて、前記ジャーナル部の周面及びクランクピンの周面に高周波焼入れが施され、前記ジャーナル部の周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分及び前記クランクピンの周面の前記クランクアームとの境界点に形成されるＲ部分のそれぞれに高周波焼入れの焼入れ深さより浅くしたレーザー焼入れが施されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関におけるクランクシャフトの製造方法及びクランクシャフトによれば、変形が少なく、焼入れ時間が短く、コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るクランクシャフトを示す外観図である。
【図２】図２は、図１のクランクシャフトの一部であるＲ部にレーザー焼入れを施す状態を示す概略図である。
【図３】図３は、図１のクランクシャフトの一部における焼入れ深さを示す概略図である。
【図４】図４は、一般的なクランクシャフトに高周波焼入れを施す場合の焼入れ箇所を示す外観図である。
【図５】図５は、一般的なクランクシャフトに高周波焼入れを施した場合の焼入れ深さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお従来例と同様の部分については同一の符号を付して説明する。
【００１５】
図１に示すようにクランクシャフト１は、ジャーナル部２とクランクピン３とがバランスウェイト５を有するクランクアーム４を介して交互に接続されており、ジャーナル部２がメインベアリング（図示せず）で支持され、クランクピン３がコンロッドベアリング（図示せず）で支持されている。
【００１６】
本例のクランクシャフト１は、四気筒エンジンに適用されるもので、互いに交互に形成されるジャーナル部２とクランクピン３とを備えており、ジャーナル部２はシリンダブロック（図示せず）に回転自在に支持され、クランクピン３はコンロッド（図示せず）の一端に回転自在に連結している。ジャーナル部２とクランクピン３とはクランクアーム４を介して連結されており、クランクピン３の対向側には、クランクアーム４からバランスウエイト５が延出形成されている。
【００１７】
図２に示すように、ジャーナル部２の両端部には、ジャーナル部２の周面２０とクランクアーム４との一側との隅（根元）、すなわちジャーナル部２の周面２０のクランクアーム４との境界点にＲ部分６が形成される。またクランクピン３の周面３０とクランクアーム４の一側との隅（根元）、すなわちクランクピン３の周面３０とクランクアーム４との境界点にＲ部分７が形成される。
【００１８】
エンジン内のクランクシャフト１は、図示しないシリンダー内で燃料を爆発させて得た直線的な推力をコンロッド（図示せず）によってクランクピン３の回転運動に変換している。この直線運動を回転運動に変換するとき、クランクシャフト１、特にクランクピン３には強い曲げ負荷が加わる。この曲げ負荷による最大の応力はクランクピン３やジャーナル部２の根元のＲ部分６，７に作用する。そしてクランクシャフト１のジャーナル部２やクランクピン３は回転運動による摩耗にも耐えねばならない。
【００１９】
クランクシャフト１は高速で回転しているので、長時間運転の焼付けの防止のため、クランクシャフト１にはジャーナル部２とクランクピン３にオイルが循環するように、ジャーナル部２の径方向にオイル穴１１が形成され、このオイル穴１１からクランクピン３に向けて斜めにオイル穴１２が形成されてジャーナル部２とクランクピン３の表面をオイルで潤滑して摩擦係数を小さくするとともに、発生した熱をクランクシャフト１の外に放出するようになっている。
【００２０】
このようなクランクシャフト１は、機械構造用炭素鋼（例えば、Ｓ５３Ｃ、Ｓ４８Ｃ等）を鍛造加工によりクランクピン３とジャーナル部２とが一体成型されており、ジャーナル部２とクランクピン３には、その表面を硬化させるために図示してないが高周波焼入れ装置を用いて高周波焼入れを施す。
【００２１】
高周波焼入れ装置は、例えば交流電源に加熱コイルを繋いで、加熱コイルに周波数の高い交流電流を流して生じる磁界により金属内に渦電流を発生させてジュール熱により熱処理を施すものである。クランクシャフト１のジャーナル部２の周面２０及びクランクピン３の周面３０に施す高周波焼入れは、これらの周面２０，３０上に加熱コイルをセットし、クランクシャフト１をその中心軸Ｘのまわりに回転させながら、加熱コイルに交流電流を流して周面２０，３０に渦電流を発生させてジュール熱により行う。
【００２２】
図３に焼入れした領域を示す。ジャーナル部２の周面２０に硬化層２１が形成され、クランクピン３の周面３０に硬化層３１が形成される。例えばジャーナル部２の径Ｄ１が６０〜７５ｍｍとすると、硬化層２１の深さ（焼入れ深さ）Ｂ１は１〜１．５ｍｍ程度であり、またクランクピン３の径Ｄ２が６０〜７５ｍｍとすると、硬化層３１の深さ（焼入れ深さ）Ｂ２は１〜１．５ｍｍ程度である。
【００２３】
次にジャーナル部２のＲ部分６及びクランクピン３のＲ部分７には、レーザー焼入れを施す。
【００２４】
図２に示すように、ジャーナル部２のＲ部分６に、レーザー焼入れ装置８よりレーザー光８ａを照射する。またレーザー光８ａをＲ部分６に対応させるために、レーザー焼入れ装置８は、図示しない照射部の回動により照射角度を変化させることができる。これによりＲ部分６には、図３に示すように焼入れによる硬化層６０が得られる。硬化層６０の焼入れ深さＡ１は０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００２５】
高周波焼入れは、上記のように焼入れ深さが１〜１．５ｍｍとどうしても深くなるが、レーザー焼入れは高周波焼入れに比べて容易に焼入れ深さを浅くすることができる。表面の硬度は高周波焼入れの場合と変わらないが、与える熱量を少なくして焼入れ深さＡ１を浅くすることで、Ｒ部分６の変形を少なくしている。
【００２６】
次いでレーザー焼入れ装置８又はクランクシャフト１を移動させて、レーザー焼入れ装置８をクランクピン３のＲ部分７に向け、同様にしてレーザー焼入れ装置８よりＲ部分７にレーザー光８ａを照射する。これによりＲ部分７には、図３に示すように焼入れによる硬化層７０が得られる。硬化層７０の焼入れ深さＡ２は０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００２７】
Ｒ部分６，７に加える熱量を変えて硬化層６０，７０の焼入れ深さＡ１，Ａ２を変化させるには、付与するレーザー光８ａのエネルギー量を増減させれば良く、具体的にはレーザー光８ａの照射出力や照射時間、あるいは加工速度（回転速度）を適宜変化させる。またＲ部分６，７に対する焼入れ部分は面積が少ないので、レーザー焼入れとしても、処理時間の増加も許容できる少ないレベルとすることができる。
【００２８】
そもそも高周波焼入れとレーザー焼入れとで、変形に差があるのは、次の理由による。すなわち、高周波焼入れは加熱される範囲が広くて深い。そのため広い範囲で熱膨張する。それが形状変化の大きいＲ部分で起きると、一様に膨張できないので、大きな変形となる。これに対してレーザー焼入れは加熱される範囲が狭くて浅いので、膨張する部分が少ない。よって変形が少ない。
【００２９】
このように本発明によれば、ジャーナル部２の周面２０及びクランクピン３の周面３０に高周波焼入れを施して、焼入れ深さＢ１の硬化層２１及び焼入れ深さＢ２の硬化層３１を形成し、また形状変化の大きいＲ部分６，７にレーザー焼入れを施すことで、高周波焼入れより焼入れ深さを浅くし、Ｒ部分６，７の変形を少なくすることができる。またレーザー焼入れはＲ部分６，７のみのため、焼入れ時間が過度に延びることなく通常のサイクルタイムで処理することができる。
【００３０】
以上、本発明によれば、Ｒ高周波焼入れに対して変形が少なく、歩留まりがよくなり、その結果安価となる。また全体をレーザー焼入れするのに対して、Ｒ部のみであるため処理時間が短い。よって過度の投資もかからず、コストも安くすることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  クランクシャフト
２  ジャーナル部
３  クランクピン
４  クランクアーム
５  バランスウェイト
６，７  Ｒ部分
８  レーザー焼入れ装置
１１，１２  オイル穴
２０，３０  周面
２１，３１，６０，７０  硬化層
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２  焼入れ深さ
【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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