(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入する方法において、
高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出されることを特徴とする高周波焼入方法。
【請求項２】
クランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する方法において、
高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出されることを特徴とする高周波焼入方法。
【請求項３】
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出された入力電流値と、電圧検出手段により検出された電圧値とを積算することによって求められる入力電力を検出し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
【請求項４】
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出された入力電流値と、電圧検出手段により検出された電圧値と、加熱時間とを積算することによって求められる入力電力量を検出し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
【請求項５】
前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる並列共振回路で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
【請求項６】
前記高周波発振機が、高周波一定電流に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる直列共振回路で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
【請求項７】
前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段は、前記整合部のディスク形変成器に装着されて、前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被焼入体としてのワーク、例えばクランクシャフト、またはカムシャフト等を高周波焼入する高周波焼入方法に関し、特に複数の箇所を同時に高周波加熱するとき、加熱中の高周波誘導加熱コイルの異常を判定する高周波焼入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、例えば、ガソリンエンジン（またはディーゼルエンジン）用の４気筒のクランクシャフト（ワーク）１００は、鍛造加工によりピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０とが一体成型されている。従来、前記クランクシャフト（ワーク）１００のピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の高周波焼入れは、該クランクシャフト（ワーク）１００を中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、それぞれ高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波誘導加熱コイルという)を載置し、前記回転に追従して加熱、冷却を行い高周波焼入れを施工している。
【０００３】
前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０と前記ジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の形状は、該ピン部同士およびジャーナル部同士は同じため、該ピン部１２０とジャーナル部１１０を例に説明する。前記ピン部１２０とジャーナル部１１０の形状は、図９に示すように該ジャーナル部１１０の円柱部１１１と、該円柱部１１１に続くＲ部１１２と、該Ｒ部１１２に続き前記クランクシャフト（ワーク）１００の軸方向に直角に形成されたスラスト部１１３から成り、前記ピン部１２０の円柱部１２１に続く。図９に示す硬化層１１７，１２７は、前記円柱部１１１，１２１に対する焼入れによって得られたものである。このような焼入れの仕方を平焼入れと称している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、前記クランクシャフト（ワーク）１００の平焼入れにおいて、通常、高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱された円柱部、例えば１１１，１２１の硬化層１１７，１２７の深さが浅く、表面硬度がＨｖ６００を満足できないものが生じることがある。該クランクシャフト（ワーク）１００の前記円柱部には、メタル部品が嵌め合わされて使用されることから、該円柱部の表面硬度が低いものは、メタル部品との接触面の嵌合に問題を引き起こすため使用することができないという問題点があった。
【０００５】
また、図１０に示すように、クランクシャフト平焼入する半開放殼形高周波誘導加熱コイル６０は、高周波誘導加熱コイル頭部４を有する。該高周波誘導加熱コイル頭部４は、２個の電極である加熱導体６１，６２からなり、互いに並行して配置される。該高周波誘導加熱コイル頭部４により前記クランクシャフト（ワーク）１００の円柱部、すなわちワークを高周波焼入れする場合、高周波誘導加熱コイル頭部４を円柱部の上に一定の隙間をもって配置される。前記加熱導体６１，６２は、互いに反対方向の高周波電流が流れる構造となることから、該加熱導体６１，６２間の加熱効率が低下するため、珪素鋼板やダストコア等の磁性材からなる鉄心６３，６４使用して、その磁束密度を大きくし前記ワークに対する加熱を増加させている。
【０００６】
通常、前記加熱導体６１，６２は、銅材を中空にした銅角パイプからなり、中空部に冷却水を流すことで該加熱導体６１，６２の発熱を減少させている。磁性材からなる前記鉄心６３，６４自体も誘導加熱されるため、該加熱導体６１，６２の冷却水により発熱を減少させている。しかし、誘導加熱されるワークと近い該鉄心６３，６４の部位は、ワークの輻射熱を大きく受けるため、冷却が足りず昇温する傾向にある。生産数の増加とともに、昇温した該鉄心６３，６４は、ワークに磁束を集中させる効果が弱くなる。結果として、焼入硬化層の深さが浅くなり、所定の表面硬度を満足させることができないうえ、磁性材からなる該鉄心６３，６４の効果をチェックする機構がなく、連続生産において、焼入品質が不良のまま加工されることがあるという問題点があった。
【０００７】
しかし、これは電気的に、前記鉄心６３，６４の珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合、高周波電圧の一定制御にて出力制御をしている場合には、監視対象として、高周波誘導加熱コイル電圧を測定する手段があるが、ほとんど変化の度合いは表れにくく監視対象としては難しいものがある。その他、高周波電源としての高周波発振機の発振周波数または高周波出力電圧の監視があるが、これらの値もほとんど変化しにくいという問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、加熱中の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の、磁性材からなる前記鉄心の状態を監視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め判定する高周波焼入方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入する方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１０】
本発明は、クランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、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円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１１】
本発明は、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力を検出し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定する方法である。
【００１２】
本発明は、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力量を検出し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定する方法である。
【００１３】
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１４】
本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる並列共振回路で形成される方法である。
【００１５】
本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電流に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる直列共振回路で形成される方法である。
【００１６】
本発明は、前記ロゴスキーコイル形の前記電流検出手段は、前記整合部のディスク形変成器に装着されて、前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出する方法である。
【００１７】
前記高周波誘導加熱コイルを監視するとき、高周波発振機からの電圧一定制御にて出力制御をしている場合、大きな変化を示すのが高周波電流、特に高周波誘導加熱コイル電流であり、その他、高周波電力、または加熱時の電力量が挙げられる。高周波電流一定制御の場合には、高周波電圧が変数となり、高周波電力一定制御の場合には、高周波電圧や高周波電流が変数となる。しかし、高周波電力一定制御の場合、高周波電圧や高周波電流の変動分は、前記電圧制御や電流制御の場合よりも少なく、高周波一定電圧または高周波一定電流の方が、変化の度合いは大きい。
【００１８】
また、加熱時の前記高周波電流、高周波電圧および高周波電力の状態変化は、常に変動しており、この変動幅を観測してパターン判定する方法では、監視制御として複雑となり回路設計上、難しい。
【００１９】
このことから、被焼入体として、例えばクランクシャフトの複数箇所の同時加熱において、高周波一定電圧制御または高周波一定電流制御をしているときに、前記加熱導体の鉄心の、珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合、平均の高周波電流、加熱コイル電流、高周波電力、または高周波電力量を比較することで、高周波誘導加熱コイルの効率を判定することが可能となる。
【００２０】
以上、前記鉄心の、珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合の判定を解決するために、本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御されるとき、以下の項目を監視測定することで高周波誘導加熱コイルの判定を行い、安定した焼入品質の物を生産することが可能となる。
１）高周波発振機の平均出力電流または整合部平均入力電流。
２）高周波発振機の平均出力電力または整合部平均入力電力。
３）高周波発振機の平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
４）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立している場合）。
５）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部平均高周波誘導加熱コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の高周波焼入方法の一実施の形態における第１実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電流を監視する図、図２は、図１中の該コイル電流判定回路部の構成回路図、図３は、前記それぞれの整合部と前記高周波誘導加熱コイルとを示す構成外観図、図４は、ワークであるクランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れする半開放殼形高周波誘導加熱コイル（以下、高周波誘導加熱コイルと略す）単体の構成図、図５（ａ）は、高周波誘導加熱コイルへの入力電流を検出するロゴスキープローブを有するロゴスキーコイル形電流検出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出器の使用状態を示す図である。
【００２２】
本高周波焼入方法の実施の形態である高周波焼入装置は、被加工物で、材質が鋼材または炭素鋼材からなる４気筒エンジンのクランクシャフトである、前記クランクシャフト（ワーク）１００の各ピン部１２０，１４０，１６０，１８０およびジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイル群２を載置し、該クランクシャフト（ワーク）１００をその中心軸Ｘを中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイル群２を前記円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部（または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部）を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する装置である。
【００２３】
図１の前記回路図は、１台の高周波発振機６から出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加熱コイル群２の４個の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続されるとともに、それぞれの高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流を監視するため、図２に示す高周波加熱コイル電流判定回路部３０が接続されている。
【００２４】
前記４個の切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ以後は、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ピン部および前記ジャーナル部を加熱するため、図１および図３に示すように、それぞれ、整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔからなる整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記４個の前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。ここでは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについては、４個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。
【００２５】
そして、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれへの入力電流を検出するため、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれの出力側に、図５（ａ）に示すロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、それぞれ配設、接続されており、該ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから得られる、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへのコイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを、前記高周波加熱コイル電流判定回路部３０に出力する。
【００２６】
前記高周波加熱コイル電流判定回路部３０は、図２に示すように、前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのほか、加熱時間信号も入力されており、前記入力電流の平均コイル電流検出回路３１とコイル電流判定回路３２とで構成されている。
それぞれの前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは前記平均コイル電流検出回路３１に入力されて、平均コイル電流検出回路３１からそれぞれの前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの平均コイル入力電流信号２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉを出力する。（該平均コイル入力電流信号は、前記コイル入力電流信号のある設定された時間内における平均値を示すコイル入力電流信号である。）
そして、出力された前記平均コイル入力電流信号２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは、前記コイル電流判定回路３２に入力される。このコイル電流判定回路３２には、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに上下限設定信号が入力、設定され、上限設定値を超えるとき、または下限設定値未満のときは、該コイル電流判定回路３２からそれぞれアラーム信号が出力される。なお、このコイル電流判定回路３２は、シーケンサ等での構成も可能である。
【００２７】
次いで、前記クランクシャフト（ワーク）１００のピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れするため、該円柱部を高周波誘導加熱に使用される前記高周波誘導加熱コイル群２のそれぞれ単体としての前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを、図４に示す。この代表例としての高周波誘導加熱コイル２ａは、黄銅製の一対の側板（保持板）１２ａ，１２ｂと、この側板（保持板）１２ａ，１２ｂ間に取付けられた半開放殻形の高周波誘導加熱コイル頭部４，４と、該高周波誘導加熱コイル頭部４，４に前記高周波発振機６からの１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ高周波電力を供給するため、給電線５を介して接続される図３に示す整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（図１に示す整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔとからなる）と、前記側板（保持板）１２ａ，１２ｂの下端に取付られて前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４の下方位置に配置された焼入冷却用の一対の冷却液噴射環７，７と、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと前記給電線５とを接続するための一対の接続端子８，８と、該接続端子８，８および給電線５，５を保持するために前記側板（保持板）１２ａ，１２ｂの上端側に取付けられた絶縁性材料からなるブロック９と、前記クランクシャフト（ワーク）１００の誘導加熱される円柱部（前記ピン部またはジャーナル部の円柱部）と前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４との間を、僅かな隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４のほぼ真上の中央部分と、それらの両端部分）に添うように装着される、セラミック製または超硬製の接触部（またはチップ部材という）１０，１０とをそれぞれ具備している。
【００２８】
ここで、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれの上方で、図示しない支持機構によって直下状態で保持されている。そして、前記クランクシャフト（ワーク）１００の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、図示しないワーク追従機構により、高周波誘導加熱コイル頭部４，４が、前記誘導加熱される円柱部の上に載置された状態のまま、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが前記ピン部またはジャーナル部の円柱部に追従して移動し得るように構成されている。
【００２９】
なお、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ジャーナル部の円柱部外周面には、例えば３箇所に前記接触部１０が当接され、これにより高周波誘導加熱コイル頭部４，４の半円状部と、該円柱部の外周面とが、僅かな所定間隔を隔てられており、この状態で、該円柱部が高周波誘導加熱コイル頭部４，４により高周波誘導加熱されるようになっている。
【００３０】
また、前記一対の冷却液噴射環７，７には、冷却液供給用パイプ１４がそれぞれ接続されており、図示しない冷却供給源から、これらの前記冷却液供給用パイプ１４を通してそれぞれの冷却液噴射環７，７に供給され、該冷却液噴射環７，７から所定のタイミングで冷却液が、加熱された前記ジャーナル部およびピン部に向けて噴射されるように構成されている。
【００３１】
次に、図５（ａ）に示す前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流を検出するロゴスキー式プローブ２２をそれぞれ有し、該ロゴスキー式プローブ２２は、図５（ｂ）に示すように、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの給電線５に１回巻き付けられている。それぞれの前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、１本の細い長い可撓性の中空チューブ２２ａ内に導電線２３を貫通し、該中空チューブ２２ａの貫通端２２ｂから、該導電線２３により該中空チューブ２２ａの外周面に一定な間隔でコイル状に巻回されたロゴスキー式プローブ２２を有するものである。使用される前記中空チューブ２２ａの材質は絶縁性の高いものを使用し、該中空チューブ２２ａの外周面に巻回される前記導電線２３も、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの電圧値のよりも高い電圧に対して十分な耐電圧値を有するものが使用される。
【００３２】
前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記ロゴスキー式プローブ２２の出力端に５０Ωの同軸ケーブル２４を接続するとともに、５０Ωの終端抵抗を接続して、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流値を電圧値に変換している。前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流と電圧の変換比率は、前記中空チューブ２２ａに巻回されるコイルの回数で決定される。また、前記ロゴスキー式プローブ２２を、図５（ｂ）に示すように、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへのそれぞれの給電線５に１回巻き付けるため、前記中空チューブ２２ａと前記同軸ケープル２４の一端との接続点に、該中空チューブ２２ａの巻き始めの先端部分を機械的に接続するための筒状の保持部材２６が設けられている。前記同軸ケープル２４の他端には、ＢＮＣコネクタ２５が接続されている。ここで、使用される前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図３に示す前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのディスク形変成器Ｔ内に設置することも可能であり、この場合、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの取り替え時の、前記ロゴスキー式プローブ２２の取り替えも必要がなくなる。
【００３３】
［第２実施例］
図６は、本発明の高周波焼入方法の第２実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電力、または入力電力量を監視する図、図７は、図６のなかの該高周波誘導加熱コイルへ入力された電力または電力量判定回路の構成回路図であり、その他の図については、前記第１実施例で説明した図とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００３４】
図６および図７は、図１の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流検出、および図２の高周波加熱コイル電流判定回路部３０に代えて、高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電力と入力電力量のそれぞれの検出、および前記入力電力と入力電力量のそれぞれの整合部入力判定回路部４０を示す図である。
【００３５】
図６の回路図は、前記高周波発振機６から出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加熱コイル群２の４個の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続され、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電力および入力電力量を監視するとともに、図７に示す整合部入力判定回路部４０が接続されている。
【００３６】
前記４個の切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ以後は、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ピン部および前記ジャーナル部を加熱するため、図６に示すような、それぞれ、整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔからなる整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記４個の前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。ここでは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについては、４個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。
【００３７】
図６において、それぞれの前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの入力側に、それぞれ前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを配設するとともに、前記高周波発振機６の出力側に高周波電圧変圧器形の高周波電圧検出器５０を設ける。そして、それらのロゴスキーコイル形の電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび高周波電圧検出器５０から得られる高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと高周波電圧信号５１を整合部入力信号判定回路部４０に入力する。
【００３８】
前記整合部入力判定回路部４０には、図７に示すように、前記高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと前記高周波電圧信号５１のほか、加熱時間信号も入力されている。そして、該整合部入力判定回路部４０は、高周波電力検出回路４１、平均電力検出回路４２、平均電力判定回路４３、電力量検出回路４４、電力量判定回路４５のほか、平均電流検出回路４６、平均電流判定回路４７の７回路で構成されている。
【００３９】
前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからの高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと、前記高周波電圧検出器５０からの高周波電圧信号５１は、前記整合部入力判定回路部４０の高周波電力検出回路４１と平均電流検出回路４６に入力される。該高周波電力検出回路４１は、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの高周波入力電力信号を出力し、平均電流検出回路４６はそれぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの平均入力電流信号を出力する。（該平均入力電流信号は、前記入力電流信号のある設定された時間内における平均値を示す電流信号である。）
【００４０】
出力された高周波入力電力信号のそれぞれは平均電力検出回路４２と電力量検出回路４４に入力され、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの平均入力電力信号と入力電力量信号を出力する。（該平均入力電力信号は、前記入力電力信号のある設定された時間内における平均値を示す電力信号である。）
【００４１】
前記平均電力信号および前記入力電力量信号は、それぞれ平均電力判定回路４３および電力量判定回路４５に入力され、前記平均電流信号は、平均電流判定回路４７に入力される。これらの平均電力判定回路４３，電力量判定回路４５，平均電流判定回路４７には、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに、上下限設定信号が入力、設定されており、前記平均電力信号、前記入力電力量信号および前記平均入力電流信号が、それぞれの上限設定値を超えるとき、または下限設定値未満のときは、それぞれの前記判定回路からアラーム信号(平均電力アラーム、入力電力量アラームおよび平均電流アラーム)が出力される。なお、これらの平均電力判定回路４３，電力量判定回路４５，平均電流判定回路４７は、シーケンサ等での構成も可能である。
【００４２】
本実施例における確認データを表１に示す。
【００４３】
【表１】
0004713757.tif 000002
【００４４】
表１によれば、前記高周波発振機６の出力は高周波一定電圧制御で行い、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの整合コンデンサＣの静電容量およびディスク形変成器Ｔの変成比も同じとし、加熱時間、空冷時間、冷却時間は同一条件として、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに使用する、鉄心の磁性材としての珪素鋼板の形状を変えて、見かけ上、鉄心の磁性材が脱落した状態での加熱条件を示す表である。この確認データより、前記高周波発振機６の駆動周波数（発振周波数）および高周波誘導加熱コイル電圧の変化の割合は小さく、高周波電流と高周波出力の変化の方が、判定が容易であるということが分かる。
【００４５】
本実施の形態では、前記高周波発振機６の出力電圧を一定制御した場合を示したが、該高周波発振機６の出力電流を一定制御(または該高周波発振機の直流入力電流一定制御)では、以下の項目が監視対象となる。
１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電圧。
２）高周波発振機平均直流入力電圧。
３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
５）各々の整合部平均入力電圧（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合)。
８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００４６】
また、本実施の形態において、前記整合部に並列共振回路を適用し、前記高周波発振機６の出力の制御に、高周波出力電圧一定制御を例にとって説明したが、前記高周波発振機６の出力の制御に高周波出力電流一定制御を適用している場合は以下の項目が監視対象に当てはまる。
１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電圧。
２）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
３）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
４）各々の整合部平均入力電流(整合部が各々独立している場合）。
５）各々の整合部平均入力電力(整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部入力電力量(整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部平均コイル入力電流(整合部が各々独立している場合）。
【００４７】
さらに、本実施の形態において、前記整合部に並列共振回路を例にとって説明しているが、これは直列共振回路でも同様である。その場合においても、高周波出力電圧一定制御（または高周波発振機直流入力電圧一定制御）の場合は、以下の項目が監視対象に当てはまる。
１）高周波発振機平均出力電流または整合部平均入力電流。
２）高周波発振機平均直流入力電流。
３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
５）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合）。
８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００４８】
以上、本発明の技術は、前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また、本発明の技術は、前記構成の範囲内において、種々の変更、付加が可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の高周波焼入方法によれば、高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入するに際して、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定するので、加熱中の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の、磁性材からなる鉄心の状態を監視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め判定することができる。
【００５０】
すなわち、前記高周波誘導加熱コイルにおける、鉄心である珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合に対し、容易に該高周波誘導加熱コイルの効率の判定を行うことが可能となり、安定した焼入品質のものを生産することができる。このため、生産効率を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波焼入方法の一実施の形態における第１実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電流を監視する図である。
【図２】図１のなかの高周波誘導加熱コイル電流判定回路の構成回路図である。
【図３】それぞれの整合部と高周波誘導加熱コイルとを示す構成外観図である。
【図４】ワークであるクランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れする半開放殼形高周波誘導加熱コイル単体の構成図である。
【図５】図５（ａ）は、高周波誘導加熱コイルへの入力電流を検出するロゴスキーコイル形プローブを有する電流検出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出器の使用状態を示す図である。
【図６】本発明の高周波焼入方法の第２実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電力、または入力電力量を監視する図である。
【図７】図６のなかのそれぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルの入力された電力または電力量判定回路の構成回路図である。
【図８】４気筒エンジンのクランクシャフトの正面図である。
【図９】図８のクランクシャフトの焼入部の形状と平焼入れの硬化層を示す一部断面図である。
【図１０】図８のクランクシャフトと高周波誘導加熱コイルの加熱導体との位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
２  高周波誘導加熱コイル群
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  高周波誘導加熱コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  整合部
４  高周波誘導加熱コイル頭部
５  給電線
６  高周波発振機
７  冷却液噴射環
８  接続端子
９  ブロック
１０  接触部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  切替器
１２ａ，１２ｂ  側板(保持板)
１４  冷却液供給用パイプ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  高周波電流検出器（ロゴスキーコイル形）
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  コイル入力電流信号
２２  ロゴスキー式プローブ
２２ａ  中空チューブ
２２ｂ  中空チューブの貫通端
２３  導電線
２４  同軸ケーブル
２５  ＢＮＣコネクタ
２６  保持部材
３０  高周波加熱コイル電流判定回路部
３１  平均コイル電流検出回路
３２  コイル電流判定回路
４０  整合部入力信号判定回路部
４１  高周波電力検出回路
４２  平均電力検出回路
４３  平均電力判定回路
４４  電力量検出回路
４５  電力量判定回路
４６  平均電流検出回路
４７  平均電流判定回路
５０  高周波電圧  検出器（高周波電圧変圧器形）
５１  高周波電圧信号
６０  半開放殼形高周波誘導加熱コイル
６１，６２  加熱導体
６３，６４  鉄心
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ  高周波電流信号
１００  クランクシャフト（ワーク）
Ｃ  整合コンデンサ
Ｔ  ディスク形変成器
【図１】
0004713757.tif 000003
【図２】
0004713757.tif 000004
【図３】
0004713757.tif 000005
【図４】
0004713757.tif 000006
【図５】
0004713757.tif 000007
【図６】
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【図７】
0004713757.tif 000009
【図８】
0004713757.tif 000010
【図９】
0004713757.tif 000011
【図１０】
0004713757.tif 000012