(57)【要約】 【課題】  焼入れ中の割れや遅れ破壊である置き割れの発生を防止する。【解決手段】  ピン１及び／又はジャーナル２の円筒部１ｃ、２ｃ、フィレットＲ部１ａ、２ａ及びスラスト部１ｂ、２ｂの冷却に加え、前記のピン１及び／又はジャーナル２の肩部１ｅ、２ｅ、及び、必要に応じて、ピン１及び／又はジャーナル２のトップ部１ｄ、２ｄも同時にまたは先行して冷却する。【効果】  冷却方法と冷却範囲の適正化により、焼割れ、置割れの原因となる引張残留応力を低減でき、高周波焼入れ後の焼戻し省略による生産性向上が図れ、かつ、割れ発生による不良コスト低減が図れる。【選択図】  図１
2005146383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の表面を焼入れする方法であって、
ピン及び／又はジャーナルの加熱後の冷却を行う際、
前記ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却に加え、前記ピン及び／又はジャーナルの肩部も同時に冷却することを特徴とするクランク軸の焼入れ方法。
【請求項２】
請求項１に記載のクランク軸の焼入れ方法において、
前記ピン及び／又はジャーナルのトップ部も同時に冷却することを特徴とするクランク軸の焼入れ方法。
【請求項３】
クランク軸の表面を焼入れする方法であって、
ピン及び／又はジャーナルの加熱後の冷却を行う際、
前記ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却に加えて行う、前記ピン及び／又はジャーナルの肩部の冷却を、前記円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部よりも先に行うことを特徴とするクランク軸の焼入れ方法。
【請求項４】
請求項３に記載のクランク軸の焼入れ方法において、
前記ピン及び／又はジャーナルの肩部と共に行うトップ部の冷却も、前記円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却よりも先に行うことを特徴とするクランク軸の焼入れ方法。
【請求項５】
クランク軸の表面を焼入れするための装置であって、
ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部に加え、前記ピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部を冷却するための第１の冷却手段を備えた高周波加熱コイルと、
クランク軸の回転により前記第１の冷却手段にて前記ピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部が冷却できないときのための、前記高周波加熱コイルとは独立した第２の冷却手段とを備えたことを特徴とするクランク軸の焼入れ装置。
【請求項６】
クランク軸の表面を焼入れするための装置であって、
ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部を冷却するための第３の冷却手段を備えた高周波加熱コイルと、
該高周波加熱コイルとは独立した冷却手段であって、前記ピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部を冷却するための第４の冷却手段とを備えたことを特徴とするクランク軸の焼入れ装置。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかに記載の焼入れ方法により、クランク軸の表面を焼入れ硬化することを特徴とするクランク軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸を焼入れした際の焼割れや置割れの防止、焼入れ後の焼戻しの省略を可能としつつ、所望の高強度を得ることができる、クランク軸の焼入れ方法及び焼入れ装置、並びに、この方法で焼入れするクランク軸の製造方法に関するものである。
なお、置割れとは、放置しておくことにより残留応力等に起因して発生する割れを言う。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、クランク軸は、ピン及びジャーナルを有する容積型機関の動力伝達部材である。このクランク軸は、クランクケース内のメインベアリングに支持され、燃焼工程にあるピストンの昇降運動を、コネクティンロッドを介して回転運動に変換すると共に、他のピストンに吸入、圧縮又は排気工程のための上下運動を行わせる。このようにしてクランク軸は、エンジンの出力を連続した回転力として取り出す。
【０００３】
ところで、大荷重を受けながら高速回転をするクランク軸には、高い強度や耐摩耗性、剛性が要求されることから、高炭素鋼やＣｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼等を型打鍛造したものが多用されてきた。また、一方で素材コストを安価に抑えるために、ミーハナイト鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等も用いられている。
【０００４】
かかるクランク軸の耐摩耗性及び疲労強度を向上させるためには、クランク軸のピン及びジャーナルそれぞれの表面に高周波焼入れを行うことが有効である。高周波焼入れを行ったクランク軸中の焼入れ硬化部位は、マルテンサイト変態による硬化や、膨張によって生じる圧縮残留応力による疲労強度向上が見込まれる。
【０００５】
クランク軸のフィレットＲ部を含めて高周波焼入れする場合には、クランクアームのピン側とジャーナル側のそれぞれのフィレットＲ部においてもマルテンサイト変態による硬化や、膨張によって生じる圧縮残留応力による疲労強度向上を狙っている。
【０００６】
しかしながら、図５に示すような、クランク軸のアーム５におけるピン側頂上部付近（以下、「ピン頂上部Ｐ1」と称する。）や、クランク軸のアーム５部において、カウンタウェイト４がない場合のジャーナル側頂上部付近（以下、「ジャーナル頂上部Ｐ2」と称する。）の肉厚が小さい部分においては引張応力が発生する場合があり、これが焼入れ中の割れの原因となる。なお、図５中の３は高周波加熱コイル（以下、単に「コイル」という。）を示す。
【０００７】
即ち、ピン１及びジャーナル２それぞれのフィレットＲ部１ａ、２ａを焼入れすると、図６に示すように、フィレットＲ部１ａ、２ａからスラスト部１ｂ、２ｂにかけて焼割れ、置割れＡが発生する場合がある。なお、図６はピン１に発生した焼割れ、置割れＡについて示した図である。焼割れ、置割れが生じたクランク軸は使用不可能で、不良コストの増大となる。このため、焼割れ、置割れを防止するために、ピンやジャーナルの円筒部のみに対して高周波焼入れを行うと共に、フィレットＲ部に対してはロール加工を行うことにより加工残留応力を発生させ、これによりクランク軸の耐摩耗性及び耐疲労特性を向上させることが行われてきた。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、疲労き裂の発生が最も懸念されるフィレットＲ部に対しては、塑性加工によって残留応力を付与するだけであるため、導入する残留応力が母材降伏応力以下になってしまい、また、変態強化でないために表面硬さの増加を望むことができないという問題があった。
【０００９】
そこで、「補助冷却手段の使用により、各部の冷却速度を均一化することによって、クランク軸のピン及びジャーナルの円筒部（円柱部）、フィレットＲ部及びスラスト部に形成される焼入れ硬化層を均一にし、フィレットＲ部の焼割れを防止する」という技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１７３７１１号公報
【００１０】
この特許文献１で提案された技術では、補助冷却手段をコイルに固定し、クランク軸を回転させつつ補助冷却手段の噴射孔から直接フィレットＲ部及びフィレット部に冷却液を噴射して冷却することで、円筒部の熱容量と異なる熱容量を有する該フィレットＲ部及び該フィレット部に、該円筒部に形成される硬化層と均一な硬化層を形成するとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された方法では、ピンやジャーナルの肩部には冷却剤が十分にかからないという問題があった。また、補助冷却装置がコイルに固定されているため、一度に冷却可能な冷却範囲はコイルに対向するクランク軸の表面に限定され、冷却剤が直接噴射されるのは冷却時間全体の半分程度であった。このため、冷却は間欠的にしか行うことができず、ピンやジャーナルの肩部の冷却はさらに不十分になるという問題があった。
【００１２】
また、この技術は、表面硬化層を均一にする方法であるが、表面硬化層を均一にしただけでは、割れの発生原因となる引張応力発生の低減には効果が少ない。従って、クランク軸の焼割れ或いは置割れを防止するには限界がある上に、焼入れ後の焼戻しを省略したりすることも困難であった。
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、クランク軸のピンやジャーナル表面の耐摩耗性、疲労強度を向上させるために、ピンやジャーナルのフィレットＲ部に高周波焼入れを行うと、ピンの頂上部のように肉厚の薄い部分における引張残留応力の影響により、焼入れ中の割れや遅れ破壊である置割れが発生するという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者らは、従来、断片的にしか判っていなかったクランク軸における引張応力の発生メカニズムを明らかにし、この結果をもとに、引張残留応力を低減するためには、冷却方法と冷却範囲を変更することがポイントであること、すなわち、従来、一般的に実施されてきた冷却範囲（ピン又はジャーナル、或いは、ピン及びジャーナルの円筒部、フィレットＲ部、スラスト部）に加え、クランク軸のピン又はジャーナルの肩部、或いは、前記肩部とトップ部を冷却することが有効であることを知見した。そして、さらに検討を重ねた結果、このような冷却を実施すれば、高周波焼入れを行っても、焼割れや置割れの発生が抑制できることが判明した。これは、カウンタウェイトのない場合のジャーナルに関しても同様である。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
本発明のクランク軸の焼入れ方法は、
（１）ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却に加え、前記のピン及び／又はジャーナルの肩部、及び、必要に応じて、ピン及び／又はジャーナルのトップ部も同時に冷却する、
或いは、
（２）ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却に加えて行う、前記のピン及び／又はジャーナルの肩部の冷却、及び、必要に応じて行う、ピン及び／又はジャーナルのトップ部の冷却を、前記の円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部の冷却よりも先に行う、
ことを最も主要な特徴とする。
【００１６】
また、本発明のクランク軸の焼入れ装置は、
（１）ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部に加え、前記のピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部を冷却するための第１の冷却手段を備えた高周波加熱コイルと、
クランク軸の回転により前記第１の冷却手段にて前記のピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部が冷却できないときのための、前記高周波加熱コイルとは独立した第２の冷却手段とを備えた、
或いは、
（２）ピン及び／又はジャーナルの円筒部、フィレットＲ部及びスラスト部を冷却するための第３の冷却手段を備えた高周波加熱コイルと、
該高周波加熱コイルとは独立した冷却手段であって、前記ピン及び／又はジャーナルの肩部及び／又はトップ部を冷却するための第４の冷却手段とを備えた、
ことを最も主要な特徴とする。
【００１７】
また、本発明のクランク軸の製造方法は、上記何れかの本発明の焼入れ方法により、クランク軸の表面を焼入れ硬化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、クランク軸の高周波焼入れにおいて、冷却方法と冷却範囲を適正化することによって焼割れ、置割れの原因となる引張残留応力の低減を図ることができる。これにより、高周波焼入れ後の焼戻し省略による生産性向上が図れ、かつ、割れ発生による不良コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の上述の冷却方法と冷却範囲の適正化によって、焼割れ、置割れの原因となる残留引張応力が低減できることを以下に説明する。
図７は、従来のクランク軸の焼入れ状態を説明する図であり、通常のクランク軸の高周波焼入れの場合、加熱後の冷却時には、ピン１やジャーナル２の円筒部１ｃ、２ｃ、フィレットＲ部１ａ、２ａ、スラスト部１ｂ、２ｂの範囲に冷却剤を噴射される。
【００２０】
これにより、上記各部の表面よりマルテンサイト変態が開始されるが、一般的に焼入れ性の高い低合金鋼では材料の表面部と内部のマルテンサイト変態時間にずれが生じる。そして、内部組織のマルテンサイト変態時の体積膨張が表面部に引張応力を発生させ、焼割れ或いは残留引張応力として残存し、置割れに至る場合がある。従って、特許文献１に記載の技術のように表面の硬化層を均一にするだけでは、表面の引張応力を低減することはできない。
【００２１】
そこで、本発明者らは、金属組織並びに力学的な観点からこの部分に３次元モデルを適用して、焼割れ、置割れの発生機構を鋭意検討した。その結果、焼割れや置割れの発生は、内部がマルテンサイト変態した時、フィレットＲ部からスラスト部にかけて焼割れ、置割れの要因となる大きな引張り応力が発生することが原因であることが判明した。なお、図８は冷却開始からの時間と、フィレットＲ部からスラスト部にかけての最大主応力と、マルテンサイト分率との関係を示した図、図９（ａ）は冷却開始時、（ｂ）は図８の時間ａの際、（ｃ）は図８の時間ｂの際、（ｄ）は最終状態のフィレットＲ部からスラスト部にかけての最大主応力を示した図である。
【００２２】
上記のフィレットＲ部からスラスト部にかけての最大主応力と、マルテンサイト分率との関係から、ピンやジャーナルの頂上部におけるフィレットＲ部の終端部に、引張残留応力が発生する原因として、以下の２点が考えられる。
【００２３】
先ず、第１点目は、クランク軸の表面と内部の冷却速度の差である。
クランク軸の表面には、冷却剤が直接かかるため、冷却速度が内部よりも速くなる。従って、加熱時にオーステナイト化した部分は、その表面が内部と比べて早くからマルテンサイト変態を起こす。このとき相変態によって表面は膨張し、内部のオーステナイト領域もこれにつられて伸びるが、降伏応力が低いため、塑性伸び歪みが発生する。冷却が進み、内部もマルテンサイト化する温度となったときは、マルテンサイト変態による膨張を開始するが、内部は前記塑性歪みを発生した状態からさらに伸びるため、これにより表面がさらに引っ張られることになる。これが表面引張応力の発生機構である。
【００２４】
次に、第２点目は、ピン、ジャーナルの頂上部におけるフィレットＲ部側と、このフィレットＲ側と反対側との冷却速度差である。
従来のように、フィレットＲ部、スラスト部付近と円筒部のみを冷却剤により冷却する場合は、ピン、ジャーナルの頂上部のフィレットＲ部側は速く冷却されることになるが、フィレットＲ側と反対側（ピンをピン肩部、ジャーナルでカウンタウェイトの無い部分をジャーナル肩部と称する）は遅れて冷却されるため、遅れて収縮することになる。このため、フィレットＲ側のスラスト部との接続部付近（図９（ｄ）における矢印ｃ付近）にはこの遅れた収縮により生じるモーメント（図９（ｄ）における矢印ｍ）の影響でさらに引張応力が発生する。
【００２５】
これらの２点を解決するためには、ピン、ジャーナルの円筒部やフィレットＲ部のみならず、ピン、ジャーナルのトップ部やピン、ジャーナルの肩部をも積極的に冷却することが必要となる。さらに、前記の第２点目を解決するためには、フィレットＲ部に対する肩部の冷却遅れを防止し、肩部の冷却遅れに起因して発生するモーメントを低減すれば良い。また、本発明においては、冷却の速度が非常に速いため、ピン、ジャーナルのトップ部や肩部は間欠的にではなく、可能な限り常時、より具体的には冷却時間全体の７割以上の時間冷却剤をかけて冷却を続けておくことが望ましい。
【００２６】
以上の発生メカニズムを基に、本発明者らは、当該の引張応力を低減するためには、冷却方法や冷却範囲を変更することがポイントであることを知見し、さらに検討を重ねた結果、高周波焼入れを行っても、焼割れや置割れの発生が抑制でき、高周波焼入れ後の焼戻し省略による生産性向上や、割れ発生による不良コスト低減を図ることができる上述の本発明を見出した。
【００２７】
本発明の効用の理由としては、ピンの円筒部、フィレットＲ部、スラスト部を冷却するだけでなく、ピンの肩部やトップ部をも冷却することによって、フィレットＲ部、スラスト部の表面だけでなく、肩部やトップ部側からもマルテンサイトに変態し、内部のみ変態が遅れるため、フィレットＲ部における終端部の引張応力が大幅に低下することによる。これは、カウンタウェイトのない場合のジャーナル部に関しても同様である。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施結果について説明する。
（１）実施方法
図１０は、直列４気筒用クランク軸のピン１及びジャーナル２の焼入れ後における硬化層範囲Ｂ（ハッチングを入れた箇所）の例を示している。通常、クランク軸は、図７（ｂ）に示すような半円筒型のコイル３を用いて焼入れされるが、クランク軸はジャーナル２の中心線上を軸に回転する際、コイル３は軸部外周上の半周を囲んだ状態で追随し、１８０°回転することで全周加熱される。加熱後の冷却は、コイル３のジャケットより冷却剤が噴霧され、加熱と同様に１８０°回転することで全周冷却される。加熱、冷却共に、実施条件で指定した時間だけクランク軸が回転する。
【００２９】
本発明との差異を明確にするため、図１に示した本発明の場合の冷却範囲（円筒部１ｃ、フィレットＲ部１ａ、スラスト部１ｂに加えて、肩部１ｅと必要に応じてトップ部１ｄ。図１（ａ）（ｂ）では、肩部１ｅとトップ部１ｄにハッチングを入れて示している。）と、図７に示した従来技術での冷却範囲（円筒部１ｃ、フィレットＲ部１ａ及びスラスト部１ｂ）で焼入れ試験を実施した。
以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、ピンを焼入れした場合について説明するが、ジャーナルの場合も、対象がジャーナルとなるだけで、概略同様である。
【００３０】
本発明による焼入れ方法を実施するための構成として、図２及び図３に請求項５に相当する構成を示す（以下、「冷却装置構成１」とする）。図３のように、コイル３にピン１の円筒部１ｃ、フィレットＲ部１ａ、スラスト部１ｂ付近を冷却する冷却装置１１ａに加え、ピン１のトップ部１ｄと肩部１ｅを冷却する冷却装置１１ｂを備えた第１の冷却手段１１を備える。
【００３１】
図３（ａ）のように、ピン１のトップ部１ｄがコイル３側にあり、ピン１のトップ部１ｄと肩部１ｅを冷却装置１１ｂで冷却できる範囲は、この冷却装置１１ｂにて冷却する。一方、図３（ｂ）のように、ピン１のトップ部１ｄがコイル３と逆側にある場合は、コイル３とは独立に設置している第２の冷却手段１２にてピン１のトップ部１ｄと肩部１ｅを冷却する。これら第１の冷却手段１１及び第２の冷却手段１２により冷却時にピン１の肩部１ｅ、トップ部１ｄに冷却剤を噴射することが可能となる。
【００３２】
図３（ｂ）からわかるように、冷却装置１１ｂはクランク軸が回転しても干渉しない形状としている。冷却装置１１ｂの形状はクランク軸との干渉が無く、第２の冷却手段１２との組み合わせで、ピン１の肩部１ｅやトップ部１ｄを冷却できれば形状は任意で良い。この第２の冷却手段１２は、隣のピン１側にもノズルが設けられており、隣のピン１の焼入れ時には隣のピン１もこの第２の冷却手段１２で冷却することが可能なようになっている。また、この第２の冷却手段１２の形状は、実施例では半円状としているが、周りとの干渉が無く、かつ、ピン１を冷却できるものであれば形状は任意で良い。
【００３３】
次に、請求項６に相当する構成を図４に示す（以下、「冷却装置構成２」とする）。図４のように、ピン１の円筒部１ｃ、フィレットＲ部１ａ、スラスト部１ｂ付近を冷却する第３の冷却手段１３と、この第３の冷却手段１３とは別に設置した、ピン１のトップ部１ｄと肩部１ｅを冷却する半円状となした第４の冷却手段１４を備える。この第４の冷却手段１４は、隣のピン１側にもノズルが設けられており、隣のピン１の焼入れ時には隣のピン１もこの第４の冷却手段１４で冷却することが可能となっている。また、この第４の冷却手段１４の形状は、図４に示した例では半円状の１組の冷却手段としているが、周りとの干渉が無く、かつ、ピン１を冷却できるものであれば形状は任意で良い。なお、図４中の１４ａは冷却剤の噴射口を示す。
【００３４】
また、ジャーナル２の焼入れ時のカウンタウェイトのない部分（図３、図４の円で囲んだａ部）の冷却時においても同様の装置構成にて実施した。装置構成は類似のため、ここでは説明を省略するが、実施結果のみ下記に示す。
【００３５】
（2）実施条件
実施例に用いた焼入れ条件を以下に示す。
周波数：２０ｋＨｚ、出力：１００〜１５０ｋＷ、加熱時間：５ｓｅｃ、冷却時間：１５ｓｅｃ、ワーク回転数：５０ｒｐｍ、冷却剤：水溶性ポリマー１０％、冷却剤流量密度：１００００Ｌ／ｍ2 ・ｍｉｎ、フィレットＲ部の焼入れ深さ：１．０〜３．０ｍｍ、焼入れ後の硬さ：ＨＶ６５０〜７００。
また、実施例におけるピン及び／又はジャーナル部の肩部、トップ部の冷却は、実施例３−２、７−２以外は、冷却時間全体の９割以上の時間において冷却剤が直接かかるように装置を構成した。また、実施例３−２、７−２では、冷却時間全体の７割の時間において冷却剤が直接かかるように装置を構成した。すなわち、実施例３−２、７−２では図４（ｂ）における角度θ１とθ２の和が２５０°以上となるようにしている。また、実施例３−２、７−２以外ではクランク軸の冷却対象となるピンまたはジャーナルの全周を上下の冷却装置で覆うようにしており、冷却時間全体の９割以上の時間、ピンまたはジャーナルの肩部やトップ部に冷却剤が直接かかるように構成している。なお、図４（ｂ）中の１５は、クランク軸のジャーナル中心を示す。
【００３６】
（3）評価方法
焼入れ直後の焼割れ、および、ｐＨ１．０の塩酸浸漬１時間後、２００時間放置した後の置割れ発生有無で評価した。評価位置は、図６に示すような、フィレットＲ部からスラスト部にかけての位置とした。
【００３７】
（4）結果
評価を下記表１及び表２に示す。下記表１はピンを焼入れした場合、表２はジャーナルを焼入れした場合の結果を示したもので、表中の割れ無は、焼割れ及び置割れ共に発生しなかったものを、割れ有は、置割れが発生したものを意味する。
【００３８】
【表１】
2005146383.tif 000003
【００３９】
ピンの肩部やトップ部冷却の先行時間ｔにはマルテンサイト変態を起こす臨界冷却速度との関係で制約があり、以下のように決定する。
スラスト部、フィレットＲ部、円筒部をマルテンサイト変態可能な臨界冷却速度で冷却した場合に、これら部分の温度が、冷却時にＡc3温度（加熱時のフェライト／パーライト→オーステナイト変態終了温度）まで冷却された時からマルテンサイト変態開始温度へ到達するまでの時間をｔmaxとする。
【００４０】
また、現冷却条件で冷却した場合のＡc3温度からマルテンサイト変態開始温度へ到達する時間をｔ0とする。マルテンサイト化するためには、ｔmaxまでにマルテンサイト変態開始温度まで冷却している必要があるため、ｔmax−ｔ0がスラスト部、フィレットＲ部、円筒部に冷却剤をかけずに放置しておいても良い時間、つまり、肩部やトップ部の冷却先行時間としてとりうる最大値である。このように、先行時間はマルテンサイト変態開始温度への到達時間で規定されるため、加熱条件や冷却条件、クランク軸の形状等に依存し、これら条件ごとにこの先行時間は異なる。
【００４１】
本実施例の場合、上記思想により検討した結果、０≦ｔ≦４（ｓｅｃ）が適切であることが判明した。実施例ｃにてスラスト部やフィレットＲ部、円筒部の焼入れ後の組織を観察したところ、組繊はマルテンサイト組織となっており、焼入れ品質も問題がないことを確認している。
また、ピンの肩部、トップ部の冷却は、可能な限り常時行うのが残留応力発生の観点から望ましいが、前記実施例にあるように、冷却時間全体の７割以上の時間において冷却剤が直接かかるようにすればよいことを確認している。
【００４２】
【表２】
2005146383.tif 000004
【００４３】
上記表２における冷却装置構成１’、２’はそれぞれ冷却装置構成１、２から冷却対象がジャーナルとなったための変更を施したものである。また、ジャーナルの肩部やトップ部冷却の先行時間ｔは、本条件の場合、０≦ｔ≦４（ｓｅｃ）が適切であった。理由はピンの焼き入れ時と同様である。
また、ジャーナルの肩部、トップ部の冷却は、可能な限り常時行うのが残留応力発生の観点から望ましいが、前記実施例にあるように、冷却時間全体の７割以上の時間において冷却剤が直接かかるようにすればよいことを確認している。
【００４４】
上記の表１及び表２より明らかなように、本発明を実施することにより、クランク軸の高周波焼入れにおいて、冷却方法と冷却範囲を適正化でき、焼割れ、置割れの原因となる応力低減、及び、割れ防止を図れることが明らかとなった。すなわち、前記引張応力を低減するためには、冷却方法と冷却範囲を変更することがポイントであり、この冷却方法と冷却範囲を適正に行うことで、高周波焼入れを行っても、焼割れや置割れの発生が抑制でき、高周波焼入れ後の焼戻し省略による生産性向上、かつ、割れ発生による不良コスト低減を図ることができる。
【００４５】
本発明は、他のタイプのクランク軸（直列３気筒、直列６気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒等）にも適用できることは言うまでもない。
また、本発明は、ピンの円筒部、フィレットＲ部やスラスト部だけでなく、ピンの肩部やトップ部をも可能な限り常時冷却することによって、フィレットＲ部、スラスト部の表面だけでなく、ピンの肩部側からもマルテンサイトに変態し、内部のみ変態が遅れるため、フィレットＲ部の終端部の引張応力が大幅に低下する。これは、カウンタウェイトのない場合のジャーナル部に関しても同様である。
【００４６】
本発明は、前記の各例に示した実施形態に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲であれば、その実施形態の変更は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上の本発明は、クランク軸の焼入れに限らず、同様の複雑な形状をした素材の焼入れにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明において実施する冷却範囲を説明する図であり、（ａ）（ｂ）は見る方向を異ならせた斜視図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｃ）の要部拡大図である。
【図２】本発明の冷却態様の説明図である。
【図３】冷却装置構成１の説明図で、（ａ）はピンのトップ部がコイル側にある場合、（ｂ）はピンのトップ部がコイルと逆側にある場合である。
【図４】冷却装置構成２の説明図で、（ａ）は図３の（ａ）と同様の図、（ｂ）はクランク軸の軸方向から見た第４の冷却手段の図である。
【図５】ピン頂上部とジャーナル頂上部を説明する図である。
【図６】実態クランク軸でのピンに発生した焼割れ、置割れ現象を示す図である。
【図７】従来の焼入れ状態を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図８】金属組織並びに力学的な観点から見た焼割れ、置割れの発生メカニズムを示した図で、冷却開始からの時間と、フィレットＲ部からスラスト部にかけての最大主応力及びマルテンサイト分率との関係を示した図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は冷却開始から最終状態までのフィレットＲ部からスラスト部にかけての最大主応力の変化を順を追って示した図である。
【図１０】クランク軸のピン及びジャーナルの焼入れ後における硬化層範囲Ｂの例を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ピン
１ａ    フィレットＲ部
１ｂ    スラスト部
１ｃ    円筒部
１ｄ    トップ部
１ｅ    肩部
２    ジャーナル
２ａ    フィレットＲ部
２ｂ    スラスト部
２ｃ    円筒部
２ｄ    フィレットＲ部
３    コイル
４    カウンタウェイト
５    アーム部
１１    第１の冷却手段
１１ａ、１１ｂ    冷却装置
１２    第２の冷却手段
１３    第３の冷却手段
１４    第４の冷却手段
【図１】
2005146383.tif 000005
【図２】
2005146383.tif 000006
【図３】
2005146383.tif 000007
【図４】
2005146383.tif 000008
【図５】
2005146383.tif 000009
【図６】
2005146383.tif 000010
【図７】
2005146383.tif 000011
【図８】
2005146383.tif 000012
【図１０】
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【図９】
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