(57)【要約】【課題】加工物を誘導加熱焼入れするための改良誘導加熱焼入れコイルを提供する。【解決手段】誘導加熱焼入れコイルアッセンブリ（１００）は、上面、下側面、上面と下側面との間に配置された内コイル湾曲部（１０４）を持つコイル（１００ａ）を含む。内コイル湾曲部（１０４）は、コイル軸線を中心として約１８０°に亘って延びている。コイル（１００ａ）は、内コイル湾曲部の第１端と隣接し、上面と下側面との間を延びる第１端区分を更に有する。第２端区分が内コイル湾曲部の第２端と隣接し、上面と下側面との間を延びる。支持アーム（１００ｂ）がコイル（１００ａ）に連結されており、コイルと電流源との間に電気的接続を提供するように形成されており且つ構成されている。支持アーム（１００ｂ）は、第１端区分と隣接して下側面に接続された電流流入部分（１０１ａ）及び第１及び第２の端区分間の位置で上面に接続された電流流出部分を含む。【選択図】図１
2004513231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物の一部の誘導加熱焼入れを行うための誘導コイルアッセンブリにおいて、
コイルと支持アームとを備えており、
前記コイルは、上面、下側面、前記上面と前記下側面との間に配置された内コイル湾曲部を持ち、前記内コイル湾曲部は、コイル軸線の周囲を約１８０°に亘って延びており、
前記コイルは、さらに、第１端区分と第２端区分とを有しており、
前記第１端区分は、前記内コイル湾曲部の第１端と隣接しており、前記上面と前記下側面との間を延びており、
前記第２端区分は、前記内コイル湾曲部の第２端と隣接し、前記上面と前記下側面との間を延びており、
前記支持アームは、前記コイルに連結されており、また、前記コイルと電流源との間を電気的に接続するように形成されており且つ構成されており、
前記支持アームは、前記第１端区分を介して前記上面に接続された電流流入部分と、前記第１及び第２端区分間で前記下側面に接続された電流流出部分とを有している、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記第２端は、前記コイルの電流クロスオーバー経路の部分として前記上面及び前記下側面を電気的に接続する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流出部分は、前記第２端から約１１０°の前記内コイル湾曲部と隣接した位置で前記下側面に連結する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流入部分は液体流れ通路を含み、前記電流流出部分は液体流れ通路を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記支持アームは、電流源に接続されるように形成されており且つ構成された接続ブロック部分を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流出部分は、前記第２端から約１１０°の前記内コイル湾曲部と隣接した位置で前記下側面に連結する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流入部分は液体流れ通路を含み、前記電流流出部分は液体流れ通路を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記支持アームは、電流源に接続するように形成されており且つ構成された接続ブロック部分を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１１】
加工物の一部の誘導加熱焼入れを行うための誘導コイルアッセンブリにおいて、
コイルと支持アームとを備え、
前記コイルは、上面、下側面、前記上面と前記下側面との間に配置された内コイル湾曲部を有しており、
前記内コイル湾曲部は、コイル軸線の周囲を約１８０°に亘って延びており、導電性第１部分及び導電性第２部分を含み、
前記コイルは、さらに、第１端区分と第２端区分とを有しており、
前記第１端区分は、前記内コイル湾曲部の第１端と隣接し、前記上面と前記下側面との間を延びており、
前記第２端区分は、前記内コイル湾曲部の第２端と隣接し、前記上面と前記下側面との間を延びており、
前記支持アームは、前記コイルに連結されており、前記コイルと電流源との間を電気的に接続するように形成されており且つ構成されており、
前記支持アームは、前記第１部分に電気的に接続された電流流入部分と、前記第１及び第２の端区分間の位置で前記第２部分に電気的に接続された電流流出部分とを有する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記第２端は、前記コイルの電流クロスオーバー経路の部分として
前記第１部分を前記第２部分に電気的に連結する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流出部分は、前記第２端から約１１０°の前記内コイル湾曲部と隣接した位置で前記第２部分に連結する、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１５】
請求項１１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電流流入部分は液体流れ通路を含み、前記電流流出部分は液体流れ通路を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１６】
請求項１１に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記支持アームは、電流源に連結されるように形成されており且つ構成された接続ブロック部分を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１７】
加工物の一部の誘導加熱焼入れを行うための誘導コイルアッセンブリにおいて、
コイルと支持アームとを備えており、
前記コイルは、第１面、反対側に配置された第２面、前記第１面と前記反対側に配置された第２面との間に配置された内コイル湾曲部を有しており、
前記内コイル湾曲部は、コイル軸線の周囲を約１８０°に亘って延びており、
前記コイルは、第１端区分と第２端区分を更に有しており、
前記第１端区分は、前記内コイル湾曲部の第１端と隣接し、前記１面と前記反対側に配置された第２面との間を延びており、
前記第２端区分は、前記内コイル湾曲部の第２端と隣接し、前記１面と前記反対側に配置された第２面との間を延びており、
前記支持アームは、前記コイルに連結されており、前記コイルと電流源との間を電気的に接続するように形成されており且つ構成されており、
前記支持アームは、前記端区分を介して前記第１面に接続された電流流入部分と、前記反対側に配置された第２面に前記第１端区分を介して接続された電流流出部分とを含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記第１面を前記反対側に配置された第２面に連結するブリッジ区分を更に含み、
前記ブリッジ区分は、一端と第２端とを有しており、
前記ブリッジ区分の一端は前記第２端区分に連結されており、前記第２端は、前記第１端区分と前記第２端区分との間の位置で、前記反対側に配置された第２面に連結されている、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記第１端区分と前記第２端区分との間の前記位置は、前記第２端区分から約７０°である、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２１】
請求項１７に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２２】
請求項１７に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記電気流入部分は、液体流れ通路を含み、前記電気流出部分は液体流れ通路を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２３】
請求項１７に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記支持アームは、電流源に接続されるように形成されており且つ構成された接続ブロック部分を含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２４】
加工物の一部の誘導加熱焼入れを行うための誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記誘導コイルアッセンブリは、コイルと支持アームとを備えており、
前記コイルは、第１面、反対側に配置された第２面、前記第１面と前記反対側に配置された第２面との間に配置された内コイル湾曲部を有しており、
前記内コイル湾曲部は、コイル軸線の周囲を約１８０°に亘って延びており、導電性第１部分及び導電性第２部分を含み、
前記コイルは、第１端区分と第２端区分とを有しており、
前記第１端区分は、前記内コイル湾曲部の第１端と隣接し、前記１面と前記反対側に配置された第２面との間を延びており、
前記第２端区分は、前記内コイル湾曲部の第２端と隣接し、前記１面と前記反対側に配置された第２面との間を延びており、
前記支持アームは、前記コイルに連結されており、前記コイルと電流源との間を電気的に接続するように形成されており且つ構成されており、
また、前記支持アームは、前記第１部分に電気的に接続された電流流入部分と、第２部分に前記第１端区分を介して電気的に接続された電流流出部分とを含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記導電性第１部分を前記導電性第２部分に連結するブリッジ区分を更に含み、
前記ブリッジ区分は、一端と第２端とを有しており、前記ブリッジ区分の一端は前記導電性第１部分に連結されており、前記第２端は、前記第１端区分と前記第２端区分との間で前記導電性第２部分に連結されている、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
前記連結位置は、前記第２端区分から約７０°である、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２７】
請求項２６に記載の誘導コイルアッセンブリにおいて、
電気絶縁材料を受け入れる複数の逃がし領域を更に含む、誘導コイルアッセンブリ。
【請求項２８】
クランクシャフトのスプリットピン対を誘導加熱焼入れするための誘導コイルアッセンブリの協働対において、
請求項１に記載の第１誘導コイルアッセンブリ、及び
請求項１７に記載の第２誘導コイルアッセンブリを含み、
前記第１及び第２の誘導コイルアッセンブリは、前記クランクシャフトに対し、互いに重なった状態で軸線方向に位置決めされている、誘導コイルアッセンブリの協働対。
【請求項２９】
クランクシャフトのスプリットピン対を誘導加熱焼入れするための誘導コイルアッセンブリの協働対において、
請求項１１に記載の第１誘導コイルアッセンブリ、及び
請求項２４に記載の第２誘導コイルアッセンブリを含み、
前記第１及び第２の誘導コイルアッセンブリは、前記クランクシャフトに対し、互いに重なった状態で軸線方向に位置決めされている、誘導コイルアッセンブリの協働対。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本特許出願は、１９９９年１１月１日に出願された現在継続中の米国特許出願第０９／４３１，７２３号の一部継続出願であり、これは、２０００年１月２５日に付けの米国特許第６，０１８，１５５号の一部継続出願である２０００年１月１１日付けの米国特許第６，０１３，９０４号の分割出願である。
【０００２】
本発明は、全体として、クランクシャフトを誘導加熱し急冷焼入れするための方法及び装置に関する。本発明の広い範囲は、（一つ又はそれ以上の）誘導コイルアッセンブリが誘導加熱焼入れを受けるクランクシャフトの表面と接触しない、水平又は垂直のいずれに配向してもよいクランクシャフトの誘導加熱及び急冷焼入れに関する。クランクシャフトが所定のＲＰＭで回転した状態で誘導コイルアッセンブリをクランクシャフトのクランクピン部分に対して位置決めし移動するのにコンピュータ制御式サーボモータ及びＸ駆動システム及びＹ駆動システムを使用する。誘導コイルアッセンブリの移動は、数学的公式、及びクランクシャフトの寸法及びクランクシャフトの長さ方向軸線に対する誘導加熱焼入れされるべきクランクピン部分の特定の位置を含むクランクシャフト形状に基づいて行われる。更に詳細には、本発明は、スプリットピン（ｓｐｌｉｔ−ｐｉｎ）構造を持つクランクシャフト用の誘導コイルの設計に関する。
【０００３】
【従来の技術】
自動車のクランクシャフトは、直列エンジンの場合には各シリンダに一つづつ、又はＶ型エンジンの場合には各シリンダ対に一つづつの一連のクランクピンを含む。クランクシャフトの機能は、ピストン及びその連結ロッドの往復運動を回転運動に変換することである。クランクシャフトの動程はエンジンのストロークと同じである。遠心力をなくすためにクランクシャフトのバランスを適当にとる必要があり、従って、対応するクランクピン又はただの「ピン」の反対側に重りを置くことによってクランクシャフトの釣合いをとる。各ピンは、対応する連結ロッドの一端内に受け入れられ、連結ロッドの反対端はピストンにピン止めされる。更に、クランクシャフトは、メインベアリングによって受け入れられるように設計された軸線方向支承面を備えて形成されている。６気筒直列クランクシャフトは、代表的には、７個のメインベアリングを有する。
【０００４】
ピン及び支承面に作用する荷重及び磨耗のため、クランクシャフトのこれらの部分に焼入れを施すことが重要である。これを行うための一つの方法は、これらの重要な表面を誘導加熱した後に急冷焼入れすることである。従来、これに続いて行われる方法は、クランクシャフトを水平配向で置き、クランクシャフトが誘導加熱によってかなり高温に達したとき、クランクシャフトを支持してこれを吊り下げた状態に保持するため、支持部材を所定位置に移動する方法である。この従来の方法は、誘導加熱及び急冷焼入れが施されるべき表面と接触し、実際にこれらの表面に載る誘導コイル及び／又は誘導コイルアッセンブリの幾つかの部分を更に含む。この金属−金属接触は、コイルアッセンブリに作用する磨耗を加速し、コイルアッセンブリを定期的に交換することを必要とする。誘導コイルアッセンブリを交換する必要により、費用要因が追加されるばかりでなく、誘導加熱焼入れ装置の停止時間が追加される。
【０００５】
クランクシャフトを水平に配向することによって、誘導コイルアッセンブリとクランクシャフトの重要な表面と接触が実際に強くなる。これは、クランクシャフトがセンタ間で回転するときにピン及び支承面に誘導コイルアッセンブリを「載せる」のが便利であるためである。誘導コイルアッセンブリを従動体のように機能させるこの従来の方法は、誘導コイルアッセンブリ用の別の駆動システムを全く必要としない。これは、重要な表面がコイルアッセンブリと接触するためである。しかしながら、コイルアッセンブリと誘導加熱焼入れされるべきクランクシャフトの部分との間の直接的接触は、誘導コイルアッセンブリの磨耗及びクランクシャフトの水平取り付けばかりでなく、以下に説明する追加の理由のため、大きな問題であることがわかる。
【０００６】
誘導コイルアッセンブリがピン及び／又は支承面と接触する場合、コイルアッセンブリの磨耗状態を確認するのが困難である。クランクシャフト表面上に直接載せることによって、誘導コイルアッセンブリの接触面が効果的に視界から隠され、これによって、コイルアッセンブリに作用する磨耗のレベル即ち程度を評価するのが困難になる。このことは、誘導コイルアッセンブリを長く使用し過ぎ、電弧を発生する点に達する場合があるということを意味する。これは、代表的には部品を台無しにし、コイルアッセンブリを台無しにし又は損傷する。コイルアッセンブリとクランクシャフトとの間の接触は、多くの場合、クランクシャフト表面の損傷又は摩損をもたらす。これは、研削によって表面から欠陥を除去するため、機械加工によって除去できる余分の削り代を必要とする。この場合、長い時間がかかる焼入れ後工程を必要とする。誘導加熱アッセンブリをピンや支承面と接触させなくて済む装置を提供できれば、クランクシャフトの誘導加熱焼入れについて、現在の方法及び装置に対する大きな改善となる。このような装置は、コイルアッセンブリの寿命を大幅に改善する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、加工物を誘導加熱焼入れするための改良誘導加熱焼入れコイルを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、一つの誘導コイルアッセンブリがクランクシャフトピン用に設けられており、第１ワークステーションに配置でき、作動できる。別の誘導コイルアッセンブリ又は一連のコイルアッセンブリのいずれかが支承面用に設けられており、第２ワークステーションに配置でき、作動できる。これらのコイルアッセンブリは、コイルアッセンブリにより誘導加熱焼入れが施されるクランクシャフト表面と接触しないように設計される。これは、コイルアッセンブリの寿命を改善する。本発明によれば、各ピンの経路即ち軌道の決定にクランクシャフトの寸法及び形状を使用し、各誘導コイルアッセンブリ用のトラッキング経路を計算し、各コイルアッセンブリの移動を制御する適当な駆動システムにプログラムを入れる。支承面もまた軌道を有するけれども、これらの軌道はクランクシャフトの回転軸線方向と同心である。従って、これらの支承面について使用される（一つ又はそれ以上の）コイルアッセンブリを適合軌道で移動させる必要はなく、その代わりに定置である。
【０００９】
クランクシャフトの誘導加熱焼入れが周知であるが、本発明は新規であり、自明でない。開示の誘導コイル設計を含む本発明の構造上の特徴の組み合わせは、現在存在しているものに対して大きな利点を提供する。本発明の必要性は長いこと感じられてきたがこれまで満たされることがなかった。この必要性からも、本発明が、当該技術分野における新規であり且つ自明でない進展であることが確認される。
【００１０】
加工物を本発明の一実施例に従って誘導加熱焼入れするための誘導加熱焼入れコイルアッセンブリは、上面、下側面、上面と下側面との間に配置された内コイル湾曲部を持ち、内コイル湾曲部はコイル軸線の周囲を約１８０°に亘って延びており、内コイル湾曲部の第１端と隣接し、上面と下側面との間を延びる第１端区分、及び内コイル湾曲部の第２端と隣接し、上面と下側面との間を延びる第２端区分を更に含む、コイル、及び
コイルに連結されており、コイルと電流源との間を電気的に接続するように形成されており且つ構成されており、第１端区分を介して上面に接続された電流流入部分及び下側面に接続された電流流出部分を第１及び第２の側面間の位置に有する支持アームを有する。
【００１１】
本発明の関連した目的及び利点は、以下の説明から明らかになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の原理の理解を促す目的で、添付図面に示す実施例を参照し、特定の用語を使用してこれを説明する。それにも拘わらず、本発明の範囲をこれによって限定しようとするものではないということは理解されよう。本発明が関連した技術分野の当業者は、例示の装置の変更及び更なる変形や、本発明の原理の本明細書中に例示された以外の適用を思いつくであろう。
【００１３】
２０００年１月１１日にストルム等に付与された米国特許第６，０１３，９０４号には、「クランクシャフト用誘導加熱焼入れ装置」が開示されており且つ特許請求されている。この特許の開示の対象には、クランクシャフトの部分の誘導加熱焼入れに誘導コイルを使用することが含まれる。更に、二つの特定の誘導コイルスタイルが開示されている。米国特許第６，０１３，９０４号に触れたことにより、この特許に開示された対応する図面を含む内容は全て本明細書中に含まれたものとする。
【００１４】
図１、図２、図３、図４、図５、図６、及び図６Ａを参照すると、これらの図には、クランクシャフト２１を誘導加熱し且つ急冷焼入れするように形成されており且つ構成された誘導加熱焼入れ装置２０が示してある。クランクシャフト２１は、垂直配向で位置決めされており且つセンタ２２と２３との間に支持されている。上センタ２２の図は、クランクシャフトについての真の垂直配向を示すことを目的とした単なる概略図であると考えられるべきである。実際には、クランクシャフトのピンを誘導加熱焼入れする場合、積極的ロック（チャック）が必要とされ、使用される。これを図５に示す。クランクシャフトをこのように固定することによって、クランクシャフトを積極的ロック（チャック）と下センタ２３との間で軸線を中心として回転自在に旋回させるため、協働する回転駆動機構を使用できる。図１及び図５のクランクシャフト２１は、垂直方向センタ間に垂直取り付け配向で示してあるけれども、本発明の誘導コイルは、水平方向センタ間に実質的に水平配向で位置決めされたクランクシャフトについて使用するのに適している。
【００１５】
図５を参照し続けると、この図にはクランクシャフト２１の詳細が示してある。本発明の誘導コイルの説明の部分として使用されるクランクシャフトは、四つのシリンダ（クランク）ピン２７ａ−２７ｄ及び五つの円筒形支承面２８ａ−２８ｅを含む。クランクシャフトの技術分野の当業者に周知のように、ピンの回転の釣合いをとり、好ましくは正味遠心力を完全に無くすため、釣合い重りが各ピンに対して協働関係で配置される。ピン２７ａ−２７ｄ及び支承面２８ａ−２８ｅは、交互の順序で配置されており、硬化させる必要がある重要な磨耗面を構成する。好ましい方法は、クランクシャフトのこれらの重要な部分を誘導加熱し、急冷焼入れすることによって行われる。これが装置２０の役割である。装置２０は、誘導コイルアッセンブリを各ピン２７ａ−２７ｄと隣接して順次位置決めし、必要な熱処理工程を実施するように形成されており且つ構成されている。支承面２８ａ−２８ｅは、別のワークステーションで誘導加熱され且つ急冷硬化される。このワークステーションは、本発明の一実施例では、装置２０の別の部分を構成する。一実施例（図６のＡ参照）では、ピン及び支承面について使用される誘導コイルアッセンブリに水冷装置が組み込んである。別の実施例では、コイルアッセンブリに組み込んでない別の急冷ステーションによって急冷工程を行う。
【００１６】
本発明によれば、装置２０について実際に三つの主要な形体があり、装置はこれらの主要な形体の各々について二次的に変化させることができる。図１乃至図４では、装置２０は実際上同じ二つのワークステーションを含み、これらのワークステーションは、両方とも、ピンの誘導加熱焼入れを行うように設計されている。この形体により、二つのクランクシャフトを同時に、側方に並べた配置で、誘導加熱焼入れできる。
【００１７】
誘導加熱及び急冷焼入れを行うために本発明のコイルアッセンブリを特定のピンと隣接して位置決めしたとき、クランクシャフトのどの部分とも接触せずに同じ軌道を辿るようにコイルアッセンブリをＸ／Ｙ方向に移動する。本発明の別の実施例では、コイルアッセンブリの軌道又はトラッキング経路は、釣合い重りの存在による熱損に対して調節を行うため、及びこれによってケースの深さを均等にするため、コイルアッセンブリのコイル部分とクランクシャフトピンとの間の間隔を変化させるように設計されている。釣合い重りの熱損に対する調節は、電源のｋＷ出力を急速に変化させることによっても行うことができる。釣合い重りにより生じる熱損を参照したが、クランクシャフトの（一つ又はそれ以上の）ピンと隣接した質量のバランス（熱バランス）に悪影響を及ぼす構造又はそのような悪影響を生じる何らかの理由がある場合にはいつでも、変形例が提供する対応する調節を実施できる。
【００１８】
第１実施例を参照し続けると、寸法及び位置のデータをサーボ駆動システムに正確に入力することによって、本発明は、誘導コイルアッセンブリを、このコイルアッセンブリの内面と特定のピンの外面との間に実質的に均等な間隔が維持されるように移動する。支承面が垂直方向センタと同軸であるため、各支承面の「軌道」は軸線を中心とし、全ての支承面軌道が同じである。従って、本発明の誘導コイルアッセンブリ並びにコイル位置決めシステムは、誘導加熱焼入れされるべきクランクシャフトの表面と接触しないため、「無接触」であると説明される。
【００１９】
図１、図２、図３、及び図４に関し、図２は装置２０の完全な平面図である。残りの図面の各々は、図面の明瞭化を図るため、幾つかの部分が除いてある。図１では、図面の明瞭化を図るため、制御装置、フレーム、及び駆動スピンドルの部分が除いてある。図３では、図面の明瞭化を図るため、クランクシャフト、システム構成要素、及びロボットが除いてあり、これに対し図４では、人間／機械インターフェース（ＨＭＩ）が除いてある。従って、これらの四枚の図面は、合わせて完全なセットとなると考えられるべきである。
【００２０】
これらの図面の例示に基づき、誘導加熱焼入れ装置２０は、前側出入り扉３５を備えた包囲体３４内に配置された第１ワークステーション３３及び同様の構造の第２ワークステーション３６を含む。これらの二つのワークステーションは、扉３５を閉じた状態で示してあるが、アーム、センタ、駆動装置、及びベアリングが示してある。従って、図３は、閉じた扉３５の後側に示されたものに関して概略図であると考えられるべきである。第１ワークステーションでは、第１クランクシャフトのピン２７ａ−２７ｄの誘導加熱及び急冷焼入れを行う。一実施例では、単一のコイルを使用し、ピンを順次誘導加熱焼入れする。
【００２１】
第２ワークステーション３６では、第２クランクシャフトのピンの誘導加熱及び急冷焼入れを行う。本質的には、これらの二つのワークステーション３３及び３６は実際上同じ構造を持ち、二つの別々のクランクシャフトを誘導加熱焼入れするために同時に使用される。二つのワークステーションにあるクランクシャフトは、図面の明瞭化を図るため、図３には示してない。二つのワークステーション３３及び３６で誘導加熱焼入れされる二つのクランクシャフトの出し入れは、ロボット３７によって行われる。第２装置３０が二つのクランクシャフトの支承面の誘導加熱焼入れ用に存在する場合には、クランクシャフトは、更に、ロボット３７等のロボット機構によって支承面装置３０に移動される。この第２装置位置では、支承面２８ａ−２８ｅの誘導加熱及び急冷焼入れを行う。完了したとき、ロボット３７がクランクシャフトを取り出し、次のクランクシャフトを第１装置の位置に入れる。
【００２２】
図２及び図３を参照し続け、ワークステーション３３で行われるクランクシャフト２１の加工を詳細に説明する。ワークステーション３６の構造は、第２クランクシャフトのピンを誘導加熱焼入れする場合と実際上同じであるということは理解されるべきである。クランクシャフト２１を装置２０のワークステーション３３の位置に移動し、第１ワークステーション３３の支持アーム４０及び４１（及び第２ワークステーション３６の支持アーム４２及び４３）がクランクシャフト２１の垂直方向位置決め及び支持を行うまで、ロボットアームによって所望の垂直方向配向に保持する。各支持アーム４０−４３を、機械的駆動システム及び各支持アームと関連したサーボのプログラムに使用されるプログラム可能な論理制御回路に基づいて所定位置に自動的に移動する。各下支持アーム４１及び４３には、対応するワークステーションの所定位置に装填したクランクシャフトの端部にある対応するセンタソケットに挿入するため、センタリングスピンドルチップ４１ａ及び４３ａが夫々組み込まれる。上支持アーム４０及び４２の各々には、ベアリングハウジング４０ａ及び４２ａの夫々及び対応するチャック４０ｂ及び４２ｂの夫々が組み立てられている。これらのチャックは、クランクシャフトの上端に係止するのに使用される。クランクシャフトをこのように固定することによって真の垂直方向配向を維持し、クランクシャフトの真の垂直方向回転軸線を、各円筒形支承面２８ａ−２８ｅの幾何学的中心線軸線と同心のその長さ方向中心線上に提供する。
【００２３】
誘導加熱工程及び急冷焼入れ工程中の各上アーム４０及び４２の軸線方向位置は、各クランクシャフトについて大きさ又は長さに拘わらず同じであるが、下アーム４１及び４３は移動自在であり、様々なクランクシャフト長さに適合するため、様々な「作動」位置まで軸線方向にシフトできる。上アーム４０の端部には、クランクシャフトを所定速度で回転自在に旋回するための電流スピンドルモータ４４が取り付けられている。第２ワークステーションで旋回回転するため、同様の電流スピンドルモータ４５が上アーム４２の端部に取り付けられている。クランクシャフトを旋回させることは、一般的には、どの部分が高周波焼入れ（誘導加熱焼入れ又は誘導焼き入れ）されていても均等でバランスのとれた加熱パターンを加工物に提供する上で有利である。更に、クランクシャフトの旋回は、急冷を均等に行う上で有利である。各装置の各ワークステーションで本発明の部分として使用される誘導コイルアッセンブリは、開放した半円筒形形状を有するため、クランクシャフトの重要部分を完全に且つ均等に加熱するために各クランクシャフトを回転させることが不可欠である。両ワークステーション３３及び３６を含む第１装置２０では、これらの重要な部分はピン２７ａ−２７ｄである。
【００２４】
第１ワークステーション３３に関する以下の説明は、第２ワークステーション３６について、実際上同じである。上アーム４０は、対応するクランクシャフトをチャック４０ｂとセンタリングスピンドルチップ４１ａとの間にクランプするのに使用されるクランプシリンダ３３ａ（ワークステーション３６のシリンダ３６ａ）に連結されている。チャック止めされ且つ中心決めされたクランクシャフトの垂直方向移動は、Ｚ軸方向駆動装置を提供する垂直方向位置決め部分３３ｂ（ワークステーション３６の部分３６ｂ）によって行われる。このＺ軸方向駆動装置は、ボールねじサーボ駆動装置であり、異なるピンが対応する誘導コイルアッセンブリと隣接して位置決めされるようにクランクシャフトを移動させるのが所望である場合、クランクシャフトの垂直方向位置をシフトするのに使用される。
【００２５】
本発明の一実施例では、単一の誘導コイルアッセンブリ４８が第１ワークステーション３３に配置されており、Ｙ−駆動システム４９に固定的に取り付けられている。Ｙ−駆動システム４９は、適当なサーボ回路によって、クランクシャフトの図面から得られる又は他の部品仕様から得られる部品形状及び寸法に基づいて制御される。システム４９は、誘導コイルアッセンブリ４８を矢印５０の方向で内外に移動するように形成されており且つ構成されている。コイルアッセンブリ４８は、Ｘ−駆動システム５１にも固定的に取り付けられている。Ｘ−駆動システム５１は、サーボ回路によって制御され、Ｙ−駆動システム４９に使用されたのと同様にプログラムされている。システム５１は、誘導コイルアッセンブリ４８を矢印５２の方向で側方に移動するように形成されており且つ構成されている。
【００２６】
Ｘ−駆動システム５１及びＹ−駆動システム４９の各々は、誘導コイルアッセンブリ４８を実際に位置決めするサーボボールねじテーブルを含む。これらの二つのテーブルは、Ｘ−駆動装置及びＹ−駆動装置について理解されるように及び期待されるように、９０°即ち直角関係で互いに機械的に連結されている。上文中に説明したように、クランクシャフト２１は、実際には、センタ２２及び２３に取り付けられて回転される。実際には、上センタ２２はチャック４０ｂの形態をとる。サーボモータ（電流スピンドルモータ）４４がクランクシャフトの駆動に使用され、Ｘ−駆動システム５１及びＹ−駆動システム４９に作動的に連結されたコンピュータ制御装置に回転データ及びピン位置データを提供する。誘導加熱及び急冷焼入れがなされる対応するピン２７ａの位置に関する位置データをコンピュータ制御装置に供給する。この制御装置は、データベースプログラムを使用して誘導コイルアッセンブリ４８を特定のピンについての特定の軌道に従ったトラッキング軌道内で移動する。コンピュータ制御プログラムは、Ｘ駆動システム及びＹ駆動システム、特定的には、コイルアッセンブリを位置決めする対応するサーボボールねじテーブルを制御する。
【００２７】
各ピンは、クランクシャフト２１の長さ方向軸線方向に対して特定の周方向位置を有する。これらのピン位置は、エンジンのシリンダの点火順序と一致する。各ピンの軌道が円形であり、各軌道の大きさが同じである場合には、特定のピンのその円形軌道内の任意の時期の実際の位置は、どのピンが考えられているのか及び対応するシリンダで決まる。従って、サーボモータ４４がクランクシャフトの回転状態に関する位置データを提供するとき、クランクシャフト部品仕様及び／又はクランクシャフト青焼又はＣＡＤ図面からピンの寸法及び角度が与えられている場合には、クランクシャフトの各ピン２７ａ−２７ｄについての正確な対応するピン位置を計算できる。かくして、このデータにより、誘導コイルアッセンブリ４８について、各ピンに対するトラッキング軌道経路を形成できる。
【００２８】
本発明の第１実施例では、誘導コイルアッセンブリの駆動システムは、コイルアッセンブリを、誘導加熱焼入れを受けるピンの軌道経路を正確にトレースし即ちコピーした軌道即ちトラック内で移動するようにプログラムされている。コイルアッセンブリをこのように正確にトラッキングさせることにより、コイル部分の半円筒形の内側面をピンの外径面に対して所定の離間距離のところに位置決めする（図７参照）。
【００２９】
本発明によれば、コイルアッセンブリ４８の誘導コイル部分は、部分的に円形の半円筒形形状（図６参照）を有する。内面５７は、クランクシャフトの各ピンの形状、即ち円筒形と適合するように形成されている。コイルアッセンブリ４８の一方の側部を開放状態に形成することによって、コイルをクランクシャフトの各ピンの一部の周囲に装着できる。特定のピンがクランクシャフトとともに回転するとき、最終的にはその全周が内面５７と直接的に隣接した状態に置かれる。この位置関係を図７に概略に示す。９０°離間して配置された四つの部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤが円筒形ピン５８の表面上に定められている。これは、これらの箇所が、誘導コイルアッセンブリ４８について、矢印５２及び５０の夫々が表すＸ方向及びＹ方向に対してどのようにシフトするのかを示すことができるようにするためである。装置２０の第１ワークステーション３３で行われることについての説明は、第２ワークステーションがピンの誘導加熱焼入れ用に形成されている場合には、装置２０の第２ワークステーション３６で行われるのと重複する。
【００３０】
釣合い重りが使用され、これらの釣合い重りがピンと隣接して連結されている場合には、釣合い重りと最も近接したピンの部分にコイルアッセンブリが面したとき、ピンから熱を引き出すヒートシンクが形成される。本明細書中に説明した種類の誘導加熱焼入れ装置について理解されるように、ピン又は支承面の被加熱部分は局所的であり、コイル部分の半円筒形内面５７に最も近い部分である。従って、コイル部分が釣合い重りに対して反対側にある場合には、何らかの態様の調節によって対処する必要がある顕著なヒートシンク損がない。
【００３１】
本発明の関連した実施例では、熱損を補償するための調節の形態は、三つの異なる形態をとる。本発明の一実施例（図７のＡ参照）では、各回転において、クランクシャフトの回転を、コイル部分がピンのヒートシンク部分（即ち釣合い重り５８ａ）と隣接したときに回転速度を短時間に亘って休止するか或いは減速するように変化（加速及び／又は減速）させる。この休止により更に多くの熱が発生し、この熱が、対象領域から熱を伝導により運び去る釣合い重りの質量により失われる熱を補償する。
【００３２】
図７のＡでは、クランクシャフトの一回転と対応する１サイクル中のコイルアッセンブリ４８に対する釣合い重り５８ａの位置が四つの異なる位置（Ｚ０−Ｚ３）で示してある。ここに説明したように、クランクシャフトの回転速度（ＳＲ）は、コイルアッセンブリのコイル部分に対する釣合い重りの位置（ＺＮ）に応じて変化する。コイルアッセンブリ４８は、半円筒形コイル部分によって概略に示してある。Ｚ１位置では、コイル部分が有効に釣合い重り５８ａの中心にあり、回転速度（ＳＲ１）が全サイクルで最小である。これにより、コイル部分を比較的長い期間に亘ってピンのこの部分と隣接した状態にし、その結果、更に多くの熱がピンに入力される。コイル部分及び釣合い５８ａがピン５８の反対側にある場合、即ちＺ３ 位置では、回転速度（ＳＲ３）がサイクル（クランクシャフトの一回転）について最大である。このことは、加熱期間が短いということを意味する。これは、釣合い重り５８ａによりピンから大量の熱が引き出されないため、適当である。回転速度はこれらの二つの速度限度間で加速し、減速する。Ｚ１からＺ３までの加速ラインは、Ｚ３からＺ１までの減速ラインと一致する。
【００３３】
本発明の別の実施例（図７のＢ参照）では、各サイクル（即ちクランクシャフトの各回転）中にコイルアッセンブリのピン表面に対する離間距離を僅かに変化させる。コイルアッセンブリは、ピンの釣合い重り側にある場合には、釣合い重りがコイルに関してピンの反対側にある場合よりも、ピンに近づけられる。コイル部分を近づけることによって、コイルアッセンブリが発生してピンに導入する熱が、より近い距離のところでより大きくなる。この方法は、コイルアッセンブリ用のＸ駆動システム及びＹ駆動システムを、円形でなく楕円形に近い経路を辿るように制御することを必要とする。
【００３４】
図７のＢには、コイルアッセンブリ４８に対する釣合い重り５８ａの位置を１サイクル中の四つの異なる位置（Ｚ０乃至Ｚ３）で示す。これらの図７のＢの位置は、全体として、図７のＡの位置と対応する。Ｚ１位置では、コイル部分はピンに最も近い位置にあり、ヒートシンクとして作用する釣合い重りにより失われる熱を補償する最大量の熱を発生する。Ｚ１位置から１８０°離れたＺ３位置では、コイル部分はピンから最も離間した位置をとる。この位置は、ヒートシンクとして作用する釣合い重りによる熱の減少に対する釣合い重りの作用が、たとえあるとしても最小の位置である。
【００３５】
クランクシャフトが回転し、ピン５８が位置Ｚ２を通ってＺ１からＺ３まで移動するとき、コイル部分の内面５７とピンの外径面との間の離間距離が増大する。Ｚ３からＺ１までＺ０を通って戻るとき、離間距離が減少する。
【００３６】
点（Ｘ）をコイル部分に印し、その経路を１サイクルに亘ってトレースすると、トラッキング軌道が円形でなく楕円形であることがわかる。
本発明の更に別の実施例では、コイルアッセンブリのコイル部分の経路は円形であり、回転速度が一定であり、離間距離が一定のままである。しかしながら、コイルアッセンブリの電源の電力出力（ｋＷ）を、クランクシャフトの位置に応じて、従ってピンの配向及び釣合い重りの位置に対してコイル部分が位置決めされた場所に応じて変化させる。図７のＡの図面は、電力出力を変化させたときのピン及び釣合い重りの回転を概略に示すのに適している。Ｚ１位置では、釣合い重りの位置のため、電力出力が最大である。Ｚ３位置では、釣合い重りの位置のため、電力出力が最小である。電力出力はＺ１からＺ３まで減少した後、Ｚ３からＺ１まで増大する。コイルがピンの釣合い重り側と隣接している場合にはいつでも、電力出力が増大し、更に多くの熱を発生し、これによって、釣合い重りを介して失われる熱を補償する。
【００３７】
これらの変形例によってなされる調節は、全て、装置２０と関連した同じ機械的及び電気的構造で行うことができるということを理解することが重要である。全ての調節は、スピンドルモータの速度プログラム及びＸ駆動システム及びＹ駆動システムのトラッキング速度を変更することによって、又はＸ移動及びＹ移動を変化させて間隔を変化させることによって、又は電源からの電力出力を変化させることによって行われる。
【００３８】
本発明の一つの重要な特徴は、誘導コイルアッセンブリが、誘導加熱及び急冷焼入れされるべきクランクシャフトピンと物理的に全く直接的に接触しないことである。誘導コイルアッセンブリは、更に、軌道移動する全ての他の特徴と物理的に全く直接的に接触しない。同様に、第２装置では、対応する誘導コイルアッセンブリは、誘導加熱及び急冷焼入れされるべきクランクシャフト支承面と物理的に全く直接的に接触しない。このように全く接触しないことには、何らかのセンサ又は位置表示器を対応するピン又は支承面の表面に載せることもないということを含む。この方法では、コイルアッセンブリには、コイルの寿命を大幅に減少し即ち短くする磨耗が作用しない。アッセンブリのコイル部分と誘導加熱焼入れを受ける表面又は部分との間が接触しないように装置を設計することによって、コイル部分の磨耗が実際上なくなり、コイル部分の寿命が大幅に延びる。同様に、誘導コイルアッセンブリの全ての他の部分が、誘導加熱焼入れされるべきクランクシャフト部分と全く接触しないため、これらの部分は磨耗せず、寿命が短くなることがない。本発明の成功をもたらすための重要な特徴の幾つかには、コイルのＸ及びＹ移動をピン軌道に基づいて正確にプログラムすること、及びコイルアッセンブリのコイル部分を開放した半円筒形に設計することが含まれる。垂直なクランクシャフト配向が好ましいけれども、本発明の適切性は垂直なクランクシャフトに限定されない。本発明は、センタ間で水平に支持されたクランクシャフトについても等しく良好に実行する。
【００３９】
図１、図２、図３、図４、図５、及び図６を参照し続けると、これらの図には、各装置と関連した標準的システム構成要素の幾つかが示してある。誘導加熱焼入れ装置２０は、第１ワークステーション３３について、３００ｋＷ／１０ｋＨｚの誘導電源６７、及びＸ駆動システム５１及びＹ駆動システム４９の夫々を提供する複合精密水平方向スライド６８を含む。第２ワークステーション３６にも、誘導電源６９及び水平方向スライド７０を含む同じ機器が設けられている。スライド７０は、Ｘ駆動システム６１及びＹ駆動システム６２を提供する。各ワークステーション３３及び３６はまた、加熱ステーション変圧器７２及び変圧器ハウジング７２ａを含む。クランクシャフト及びコイルを包囲するため、包囲体３４及び７３が各ワークステーションに設けられている。装置２０は、両ワークステーションに関してインターフェースを形成する特定の構成要素及びシステムを含む。これらには、人間／機械インターフェース７５、様々な空気圧装置及び制御装置７６、主制御装置包囲体７７、位置制御装置包囲体７７ａ、及び流体システム７８が含まれる。更に、急冷フィルタ７９、各コイルアッセンブリ用の迅速交換装置８０、及びバスバー８１を含む。主制御装置包囲体７７は、コンピュータ及びＰＬＣ制御装置、論理回路、作動制御装置、ブレーカー、及び装置用入力／出力回路を含む。包囲体７７ａは、位置制御装置用の回路を含む。
【００４０】
特に図２を参照すると、８００ガロンの急冷水タンク８２が二つの１５馬力の急冷ポンプ８３及び８４に流れ連結されている。ポンプ８３が流れラインによって第１ワークステーション３３に連結されているのに対し、ポンプ８４は第２ワークステーション３６に連結されている。戻しライン８５及び８６が各ワークステーションで使用された急冷水を集めて急冷水タンク８２に戻す。蒸留水タンク８７は、電気部品を冷却するための蒸留水供給源を含む。ポンプ８８は、蒸留水をタンク８７から送出するのに使用される。ポンプ８９は、冷却目的のみの再循環ポンプである。各誘導コイルアッセンブリ４８及び６３は、本発明の一実施例では、クランクシャフトの誘導加熱された部分に、これらの部分がピン又は支承面の何れを含む部分であろうとも、急冷水を迅速に送出するため、その内面に亘って位置決めされた一連の流れ開口部を備えて形成されている（図６のＡ参照）。急冷性能を備えたコイルアッセンブリを形成することによって、誘導コイルアッセンブリを移動する必要がなく、クランクシャフトを急冷ステーションに位置決めすること又は別の急冷システムを所定位置決めに移動することのいずれも必要でない。誘導加熱工程及び急冷焼入れ工程を単一のコイルアッセンブリで組み合わせることが、本発明の一つのオプションである。更に、別の急冷システムを使用することは、本発明の非常に実用的な部分であると考えられる。これは、優れた急冷システム技術を利用できるためである。別の急冷システムを使用することは、コイルアッセンブリの設計が簡略化されるべき場合やサイクル時間を短くするのが所望である場合に有利である。
【００４１】
上文中に説明したように、急冷性能又は機能は、本発明の一実施例では、誘導コイルアッセンブリに機械加工によって直接形成された流れ穴によって行われる。これらの流れ穴は流れラインに連結されており、これらの流れラインは対応する急冷ポンプに連結されている（図２参照）。変形例では、別の急冷機構を使用する場合、同じ流れラインを急冷機構に連結する。
【００４２】
実際の急冷工程は、好ましくは、幾つかの段階で行われる。第１段階は、ピン又は支承面を所望温度まで上昇させた直後、クランクシャフトが未だ回転している段階である。二次的な即ち補足的急冷を行う場合には、これは別のＺ軸位置で行われ、クランクシャフトを垂直方向にシフトさせることを必要とする。補足的急冷が行われるとき、加工を行うために次のピンを誘導コイルアッセンブリに対して位置決めできる。異なる機能を同時に行うことにより、クランクシャフトについての全体としてのサイクル時間を短くする。
【００４３】
クランクシャフトを第１ワークステーション３３のセンタ間に垂直に支持した後、誘導コイルアッセンブリ４８を所定位置まで移動し、クランクシャフトの回転時にコイルアッセンブリ４８が、選択されたピンの軌道を同じ速度で全体として辿り、ピンを誘導加熱する。この加熱工程には、約１０秒乃至２０秒かかる。クランクシャフトのピンを所望温度まで加熱した後、急冷工程を行う必要がある。これは、一実施例では、コイルアッセンブリを通して、加熱されたピン上に直接的に提供される急冷水のサージによって行われる。（図６のＡ参照）。本発明の別の実施例では、コイルアッセンブリを係合解除し、クランクシャフトは別の急冷ステーションの作動時に回転し続ける。クランクシャフトは、急冷工程が行われるとき、実施例に拘わらず回転し続ける。この第１ピンの誘導加熱焼入れの完了後、クランクシャフトを垂直方向に割り送りする。この際、コイルアッセンブリは、クランクシャフトの次のピンに合わせて位置決めするため、固定されたままである。クランクシャフトの全てのピンが誘導加熱され且つ急冷焼入れされるまで、この手順を繰り返す。コイルアッセンブリ用駆動システムは、いずれのピンが選択されたのかを認識するようにプログラムされており、Ｘ駆動システム及びＹ駆動システムは、その特定のピンの予め選択された軌道を辿るようにプログラムされている。様々な実施例を説明したため、釣合い重りの何らかの調節が望ましいかどうかを決めることが必要となり、何らかの調節が望ましい場合には、いずれの種類の調節が行われるのかを決定しなければならない。開始位置が決定された後、コイルアッセンブリは各ピンについて同様にＸ移動及びＹ移動を行う。各ピンは、クランクシャフトの回転位置に対して異なる周方向位置を有し、従って選択されたピンに応じてコイルアッセンブリの開始位置が変化する。
【００４４】
第１ワークステーション３３にある誘導コイルアッセンブリ４８は、最初、クランクシャフトの回転前に、選択されたピンに対して位置決めされる。従って、ピン軌道のコイルアッセンブリについてのＸ−Ｙトラッキング経路は、クランクシャフトの速度と同期されるトラッキング速度を持つ必要がある。コイルアッセンブリの速度及び経路は重要であり、クランクシャフトの速度及びピンの軌道と正確に適合させなければならない。コイルアッセンブリとピンとの間の間隔が変化する場合でも、各サイクルでトレースされる特定のトラッキング軌道がある。これは、支承面については、それらの軌道が同軸であるため、問題でない。
【００４５】
以上説明したように、クランクシャフトピンの誘導加熱焼入れは、支承面の誘導加熱焼入れ前に、又は全ての支承面の誘導加熱焼入れ後に完了できる。ピン及び支承面は、一つの装置の部分を形成する二つの異なるワークステーションで、又は一方がピン専用で他方が支承面専用の二つの別々の装置で加工できる。
【００４６】
図５及び図６に示すように、代表的なコイルアッセンブリは、銅製加熱エレメント（誘導子）９３、内部冷却ジャケット９４、鉄含有プラスチック材料製の磁界集中部分９５、絶縁スペーサ９６、及びロケーターブロック９７を含む。磁界集中部分は、磁界の操作に使用される。急冷性能がコイルアッセンブリに組み込まれている場合には、内面５７には複数の穴が図６のＡに示すようにコンパクトで均等なパターンで設けられている。別の急冷機構によって急冷機能を実施する場合、急冷機構は、クランクシャフトの端部間で位置決め機構（図示せず）に当該技術分野で周知のように配置される。
【００４７】
図８、図８のＡ、及び図９を参照すると、９０°コイルアッセンブリ１００が示してある。このコイルアッセンブリ１００は、コイル１００ａ及び支持アーム１００ｂを含む。支持アーム１００ｂは、電流流入部分１０１及び電流流出部分１０１ａを備えて形成されている。これらの二つの部分は互いから電気的に絶縁されており、実際には、コイル１００ａに接続された端部に関して上から下まで互いから食い違っている。電気絶縁体材料でできた部分１０２は、銅製導体材料の部分１０３の周囲に及びこれらの部分１０３の間で層をなしている。来入電流用電気導通経路は、接続された変圧器で開始し、部分１０１によってコイル１００ａまで延びている。電気導通経路を通って電流がどのように移動するのかに関連して電気導通経路を説明する。次いで、コイルでは、電流は、コイル１００ａの露呈された表面１０４の周囲を点Ａから部分１０３ａの上部分まで約９０°に亘って移動する。戻し経路は、部分１０３ａの下部分から点Ｂに戻る。戻し経路もまた、約９０°である。この９０°経路は、コイルアッセンブリ１００を９０°コイルとして説明するための基礎である。
【００４８】
本明細書中で使用されているように「９０°コイル」、「９０°誘導コイル」、及び「９０°コイル構造」といった表現は、各々、全体に半円筒形の開口部及び電流をコイルに伝え且つコイルから電流を伝える支持アームを有する誘導コイルに関する。支持アームは、半円筒形開口部に対し、効果的に中央に置かれるように位置決めされており、この状態でコイル開口部の約９０°の部分が支持アームの一方の側部から第１方向に遠ざかるように延びており、コイル開口部の別の約９０°の部分が支持アームの他方（反対側）の側部から第２方向に遠ざかるように延びている。この構造を図８に明瞭に示す。「９０°」というのは、支持アームから半円筒形開口部の一方の端部又は縁部までの電流の移動に関する。
【００４９】
部分１０３ｂ及び１０３ｃは、電気絶縁材料製の部分１０２ａによって絶縁されている。点Ｂを含む部分１０３ｄは、支持アーム１００ｂの中心線上に及び構造１００ａの中心線上に中心を有する。支持アーム１００ｂの中心線は、更に、部分１０１と部分１０１ａとの間に位置決めされた絶縁体ストリップ１０５の中心線と一致する。
【００５０】
電流は、下点Ｂから上点Ｃまで部分１０３ｄを通過する。点Ｃでは、次（第２）の９０°電流経路が開始する。この経路は、点Ｃから部分１０３ｅを通って点１０３ｆまでの露呈された表面１０４に沿った経路である。この点で、電流経路は、部分１０３ｆを通って部分１０３ｇまで下方に移動する。部分１０３ｇは、支持アーム１００ｂの電流流出部分１０１ａに戻る。
【００５１】
コイルアッセンブリ１００の構造は、図８、図８のＡ、及び図９に示すように、図６のＡに示す急冷孔をコイル１００ａの表面１０４に設けることによって、水急冷性能を含むことができる。これらの急冷孔は、コイル１００ａの内部に形成された協働通路と連通している。これらの急冷孔は図９には示してない。これは、導電性部分及び非導電性部分、及び対応する電流経路を明瞭に示すことができるようにするため、単に図面の明瞭化を図るためである。
【００５２】
図８、図８のＡ、及び図９に示すコイルアッセンブリ１００のスタイルは、図１、図２、図３、図４、図５、及び図６の例示の実施例で使用する上で適当であり、例示の実施例で加工される加工物の誘導加熱焼入れに適している。しかしながら、クランクシャフト等の特定の加工物の選択された部分の誘導加熱焼入れについて、別のスタイルのコイルアッセンブリ（１８０°）が好ましいということがわかっている。
【００５３】
コイルアッセンブリ１１０の別のスタイル（即ち「オフセット」）を図１０、図１１、及び図１２に示す。１８０°の説明及びコイルアッセンブリ１１０についての「オフセット」スタイルに言及することは、電流がコイル１１０ａの上面１１２に亘る約１８０°の導通経路を流れた後、前面１１３のところで下方に移動し、下側表面１１４に亘って１８０°戻って支持アーム１１１に戻るように、連結支持アーム１１１が実際のコイル１１０ａの一方の側部に沿って位置決めされているということによる。コイルアッセンブリ１１０用の電流（導通）経路を矢印１１５で示す。９０°コイルスタイルと１８０°コイルスタイルとの間について、９０°コイルアッセンブリスタイルの方が、現在の技術即ち産業的標準により近いということは理解されよう。従って、コイルアッセンブリ１１０の１８０°オフセットスタイルは、本明細書中に説明したように、独特であり且つ新規な設計であり、産業標準から逸脱している。コイルアッセンブリ１１０を説明する上で「オフセット」に言及することは、中央からオフセットした即ちずらしてある支持アーム位置からくる。コイル１１０ａ及び支持アーム１１１を含むコイルアッセンブリ１１０の構造上の詳細を図１０、図１１、及び図１２に示し、これを以下に説明する。コイルアッセンブリ１１０の基本的な構造上の詳細のうちの幾つかは、誘導加熱焼入れコイルの周知の設計原理に従う。コイルアッセンブリ１１０の独自性及び新規性は、コイル１１０ａの特定の形体にあり、重要なことには、上文中に説明したようにコイルに亘る１８０°の移動を含む対応する電流経路にある。
【００５４】
「オフセット１８０°コイル」、「オフセット１８０°誘導コイル」、及び「コイルの１８０°オフセットスタイル」という表現の各々は、全体に半円筒形の開口部及び電流をコイルに及びコイルから伝導する支持アームを持つ誘導コイルに関する。支持アームは、約１８０°の半円筒形のコイル開口部全体が支持アームから遠ざかる方向に延びるように、コイルの一方の側部に沿ってコイルに連結されている。このように、支持アームによってコイルへ及びコイルから送出される電流は、支持アームからコイルの反対側の端部まで約１８０°に亘って移動した後、支持アームに戻る。誘導コイルのこのスタイルは、支持アームがコイルに対して中央になく、実際にコイル全体が一方の側に実際にオフセットし即ちずれているため、「オフセット」と言うことができる。この構造を図１０に明瞭に示す。
【００５５】
図１０、図１１、及び図１２を参照し続けると、支持アーム１１１は、二つの伝導性部分１１８及び１１９（一方が＋極であり、一方が−極である）を備えて形成されており、これらの部分は、絶縁体パネル１２０によって分離されており且つ電気的に絶縁されている。接続ブロック１２１は、変圧器（図示せず）に作動可能に連結される電気バスバー（図示せず）に機械的に且つ電気的に連結されるように設計されている。ブロック１２１は、二つの伝導性部分１１８及び１１９の各々に機械的に且つ電気的に接続される。加熱電流は、変圧器から一方の伝導性部分１１８を横切って流れ、他方の伝導性部分１１９によって変圧器に戻される。二つの水通路１２４及び１２５がブロック１２１に配置されており、各伝導性部分は、対応する連結通路１２６及び１２７を含む。部分１１８の通路１２６は通路１２４と流れ連通している。部分１１９の通路１２７は、通路１２５と流れ連通している。
【００５６】
下文において更に詳細に説明する図１８では、コイルアッセンブリの二つのオフセットスタイルをスプリットピン対について使用し、これを本明細書中に説明する。二つのオフセットコイルアッセンブリをこのように使用する場合には、二つの主要な設計上のオプションがある。一つのオプションは、設計上の変更なしに二つのコイルアッセンブリ１１０を使用することである。適切な隙間空間をクランクシャフトの周囲に提供するため、及び対応する変圧器に接続できるようにするため、二つの対応する接続ブロック１２１が軸線方向の反対方向に延びており、クランクシャフトの両側に連結されている。
【００５７】
別のオプションは、一つのコイルアッセンブリ１１０及び僅かに変更したコイルアッセンブリ１１６を使用する（図１８、図１８Ａ、及び図１８Ｂ参照）。コイルアッセンブリ１１６を形成するためにコイルアッセンブリ１１０に施される「変更」は、伝導性部分１１８及び１１９の一方の側から他方の側への接続ブロック１２１の方向（軸線方向）を逆にすることである。この変更では、一つのコイルアッセンブリ１１０を一つのコイルアッセンブリ１１６と組み合わせて使用する。これらのコイルアッセンブリの対応する接続部分は、（軸線方向）反対方向に延びているが、この場合にはクランクシャフトの同じ側にあり、二つのスプリットピンと整合する上で必要なシフトを除いて互いに全体に（軸線方向で）整合している（図１８のＡ及び図１８のＢ参照）。
【００５８】
図１０、図１１、及び図１２を参照し続けると、ねじ山を備えたファスナ１２８を使用し、二つの伝導性部分１１８及び１１９を互いに連結し、絶縁体パネル１２０を二つの伝導性部分間に機械的に挟んで固定するのを助ける。支持アーム１１１（即ち、二つの伝導性部分１１８及び１１９を絶縁体パネル１２０と組み合わせたアッセンブリ）の端部１２９を１８０°コイル１１０ａの一方の側部１３０に連結する。絶縁体１３１により、コイル１１０ａに対する支持アーム１１１の電気的接続を端部１２９の局部的領域に限定する。ブロック１３２は、コイル１１０ａへの支持アーム１１１の連結部を固定し強化するための支持体として使用される。ねじ山を備えたファスナ１３３を使用してブロック１３２をコイル１１０ａの後面１３６に、及び部分１１９の長さ方向側部１３７に取り付ける。
【００５９】
来入した電流は、部分１１８を横切って移動し、端部１２９の隅部で方向を変え、コイル１１０ａの上面１１２を約１８０°に亘って流れる。次いで、電流経路は前面１１３を辿り、下側表面１１４まで流れる。ここで、電流が１８０°に亘ってコイル１１０ａを部分１１９まで戻り、ここから部分１１９の下側に沿ってブロック１２１に戻る。１８０°オフセットコイルアッセンブリ１１０についてのこの電流経路の動的な加熱により、電力が上縁部に、次いで下縁部に、最後に中央部分に送出される。上面１１２に亘る電流経路は、少なくとも一つの１８０°の半円形状をなしている。経路の湾曲は、コイル１１０ａの内面１１０ｂの湾曲した円筒形形状と一致する。内面１１０ｂは、少なくとも１８０°に亘って延びており、加工物の誘導加熱焼入れされるべき部分と隣接した表面を形成する。
【００６０】
１８０°コイルアッセンブリと９０°コイルアッセンブリとの間の加熱パターン及び加熱処理結果を比較することによりわかることは、９０°コイルアッセンブリが発生する動力的な加熱は、隣接した又は重なった隅部に達する前に、加工物の中央領域で、特に、クランクシャフトのピン等の加工物の選択された部分の中央領域で開始するということである。隅部分の熱処理が所望の特定の状況では、熱が隅部に徐々に到達する前に中央部分が高温になり過ぎてしまう。この状況の要因及び効果は、９０°電流経路、及び一度に（一つの位置で）ピンの四分の一しか加熱されないためであり、熱量が所定質量に対して少ない。これとは対照的に、１８０°コイル１１０ａの電流経路は、先ず最初に隅部部分の加熱を開始した後、中央部分に移る。クランクシャフトのピン及び内メインの設計において、本明細書中で論じる内側隅部が、実際のピン及びメインと比べて質量が大きい位置であるということを知ることが重要である。質量が大きい位置を最初に加熱することによって、質量が小さい部分を過熱することなく熱を蓄積できる。
【００６１】
図１３、図１４、及び図１５には、様々な構成要素部分についての加熱パターン（熱処理）結果が、９０°コイルアッセンブリ１００及び１８０°コイルアッセンブリ１１０について概略に示してある。図１３の加熱パターン（即ちハッチングを施した領域）は、外メインベアリング１３８用であり、外縁部即ち隅部１３９、１４０は、硬度及び強度についての高度の必要条件が課される重要な領域ではない。従って、外メインベアリングに対し、コイルアッセンブリ１００又は１１０のいずれのスタイルも使用できる。
【００６２】
内メインベアリング又はピンを硬化させる場合には、熱処理パターンは、捩じり荷重のために隅部の強度が重要であるため、内側隅部を含む必要がある。９０°コイルアッセンブリ１００に関し、内メインベアリング又はピン１４１用の加熱パターン（即ちハッチングを施した領域）を図１５に示す。ここに示すように、内側隅部１４２、１４３は、所望の又は必要な硬度及び強度を得る上で、十分な熱処理を受けていない。これとは対照的に、図１４の加熱パターンは、１８０°コイルアッセンブリ１１０を使用することによって得られる。ここでは、円筒形内メインベアリング（又はピン）１４６の各側の内側隅部１４４、１４５は十分に熱処理され、所望の硬度及び強度を獲得する。理解されるように、９０°コイルアッセンブリ１００は、外メイン（第１メイン及び第５メイン）に使用するのに適しているのに対し、１８０°コイルアッセンブリ１１０は、例えば内メイン（第２メイン、第３メイン、及び第４メイン）に使用すべきである。１８０°コイルアッセンブリを使用することによって形成された焼入れパターンは極めて重要であるが、９０°コイルアッセンブリに対して１８０°コイルアッセンブリを使用することによって得られる他の利点がある。一例としてクランクシャフトピンを使用し、試験では、９０°コイルアッセンブリ１００を使用する代表的セットアップについて、ピンを所望の熱処理状態に適正に加熱するのに約１８秒かかるということが示された。１８０°コイルアッセンブリ１１０では、これ以外は実際上同じ条件で、ピンを所望の熱処理状態に適正に加熱するのに約１１秒かかる。時間の節約は、質量が最も大きい位置を最後でなく最初に加熱することによって、これらの位置が必要な温度まで上昇するのを待って時間が失われる又は無駄になることがないことと直接関連する。更に、１８０°コイル１１０ａの場合には、コイルを通して水冷を行うための比較的大きな質量領域があり、この領域により、更に大きな熱容量及び更に大きな出力性能が可能である。１８０°コイルの熱容量は、９０°コイルと比較して効果的に倍になる。あまり複雑でないのが望ましい場合や更に大きな又は更に強力な電界が所望である場合には、１８０°コイルが９０°コイルよりも好ましい。９０°コイルは、出力が低く、使用される銅が少なく、冷却用の流体流れを少なくできる。
【００６３】
図１３、図１４、及び図１５に示す熱処理パターンは、９０°コイルアッセンブリ及び１８０°コイルアッセンブリの両方を使用して誘導加熱焼入れした実際の部品を薄く切ることにより得られる。本明細書中に例示し且つ説明した、新規であり且つ自明でない１８０°オフセットコイルアッセンブリ１１０を使用することによって得ることができることがわかった図１４の熱処理パターンは、独特であり且つ重要である。
【００６４】
メインベアリング、ピン、及び釣合い重りの構成は、エンジンの種類に従って或る程度変化する。例えば、直列６気筒エンジンは、三対のピンを有し、これらのピンは、対をなして熱処理（即ち誘導加熱焼入れ）できる。これは、上死点位置に対する位置が同じであるためである。理解されるように、ピン３及び４を一緒に同時に加工でき、これは、ピン２及び５、及びピン１及び６についても同様である。Ｖ６エンジンでは、Ｖ６エンジンを適正にバランスさせるため、６本のピンが３つの対にグループ分けされる。各対の二つのピンは互いに隣接しており、「スプリットピン」と呼ばれる。これは、誘導加熱焼入れの見地から比較的独特な状況であると考えることができるが、Ｖ６エンジン用クランクシャフトは、それでも比較的一般的な形体である。
【００６５】
クランクシャフトピン１５０及び１５１からなる「スプリットピン」対を図１６に概略に示す。これらのピンは、Ｖ６エンジンの適切なバランスのため、約３０°だけ回転可能にずらしてある。二つのピン１５０と１５１との間に配置された領域１５２には固有の弱さがある。これは、ここがクランクシャフトの最も細い区分即ち部分であるためである。図１７は、ピン１５０及び１５１が円筒形であるため、及びこれらの二つの円筒形ピンがそれらの円筒形軸線方向が一致しないように互いに対してずらしてあるため、その領域１５２が横断面においてどのように見えるかを概略的に示す図である。断面１７−１７を通る領域１５２のセクタ形状１５２ａは、その形状のため、「フットボール」又はフットボール形状と呼ばれる。図１６に示す部分的クランクシャフトの部分として釣合い重り１５３及び１５４が含まれる。加熱（即ち誘導加熱焼入れ）順序は、丸味を付けた内側隅部１５５ａ及び１５５ｂで開始する。これに続いてジャーナル（即ちピン１５０及び１５１）の加熱（即ち誘導加熱焼入れ）を行う。図１４の内側隅部１４４及び１４５に関して説明したように、内側隅部１５５ａ及び１５５ｂは質量が比較的大きい領域である。１８０°コイル設計はこの領域に比較的多くの熱を発生する。これは、一つには最初に加熱されるためである。結果的に得られた加熱パターンを、図１６に更に示す。
【００６６】
クランクシャフト又は他の加工物に入力される熱量を制御するための別のオプションは、クランクシャフトの回転速度をコイルと隣接して存在する質量に応じて変化させることである。例えば、誘導加熱焼入れコイルが釣合い重りの比較的狭幅の部分と隣接した場合には、熱入力を小さくする必要があるため、回転速度が比較的速い。クランクシャフトが回転し、釣合い重りの比較的大きな部分がコイルと隣接して位置決めされたとき、更に多くの熱を入力できるように回転速度が低下する。
【００６７】
本発明によれば、ピン１５０及び１５１の誘導加熱焼入れを行うための好ましい方法は、二つの１８０°オフセットコイルアッセンブリ１１０及び１１６を（上文中に説明したように（図１８のＡ及びＢ参照））同時に使用することである。約３０°のオフセット即ちシフトがあるため、二つのコイルアッセンブリは、図１８のＡ及びＢに概略に示すように互いに対して同じシフト即ちオフセットを有する。二つのコイルアッセンブリをクランクシャフトの二つのピン１５０及び１５１上で整列させるため、移行領域１５２は直接加熱されない。その代わり、領域１５２の質量が小さいことを考えると、所望の誘導加熱焼入れを行うのに十分な熱がピンの加熱により領域１５２に伝わる。三対のオフセットピンがあるため、ピン１５０及び１５１について説明した加熱（誘導加熱焼入れ）は、基本的には、他の二つのピン対について同じである。図１８に示すように、一つの１８０°オフセットコイルアッセンブリ１１０は、変圧器１５７に電気的に且つ機械的に連結されており、他の１８０°オフセットコイルアッセンブリ１１６は、変圧器１５８に電気的に且つ機械的に連結されている。各変圧器は、それ自体の対応するＸ、Ｙ位置決めテーブル１５９及び１６０に取り付けられている。
【００６８】
近接したピン１５０及び１５１は、誘導加熱焼入れを困難にする。これは、隣接したピンを同時に加熱しないで一つのピンを加熱すると、隣接したピンの縁部が焼き戻されてしまうためである。焼き戻しが起こらないようにするため、一方のピンの誘導加熱焼入れを行うために発生された熱が隣接したピンから遮断されることがないように、二つのピンを十分に接近させる。ピン１５０及び１５１の誘導加熱焼入れが同時に行われるのでない場合には、これらの二つのピンの間の連結部分である中間領域１５２は焼入れが不十分な軟質のゾーンのままである。
【００６９】
図１８のＡ及びＢには、Ｖ６エンジンのクランクシャフトの部分であるスプリットピン１５０及び１５１を図１８に示すように誘導加熱焼入れするための二つのオフセットしたコイルアッセンブリ１１０及び１１６を含む構成が示してある。二つのピン１５０及び１５１のシフト及びオフセットは、二つのコイルアッセンブリ１１０及び１１６を一緒に使用する場合、これらのコイルアッセンブリの位置のシフト及びオフセットとなる。図１９は、直列６気筒エンジンのクランクシャフトの誘導加熱焼入れにオフセットした二つのコイルアッセンブリ１１０及び１１６を使用することを示す図である。図１８の構成と図１９の構成との間の唯一の「相違点」は、誘導加熱を受けるクランクシャフトのスタイル即ち種類である。
【００７０】
図１６のクランクシャフトのスプリットピン部分に対する設計上の改良点の一つは、対応するピンの研削作業用の逃がし領域として機能するアンダーカットを形成することである。クランクシャフトの形体についてのこの設計上の改良点を図２０に示す。アンダーカット１８０及び１８１がピン１８２及び１８３の夫々の外端部分と隣接して配置されている。アンダーカット１８０は、ピン１８２の外端部分１８５と釣合い重り１８６との間に環状逃がし領域１８４を形成する。アンダーカット１８１は、ピン１８３の外端部分１８８と釣合い重り１８９との間に環状逃がし領域１８７を形成する。アンダーカット１９０は、ピン１８２及び１８３の内連結端部分間に環状逃がし領域１９１を形成する。
【００７１】
図示のように環状逃がし領域１８４、１８７、及び１９１でピン１８２及び１８３にアンダーカットを形成することによって、ピン表面の研削加工が、研削ホイールに関して「損傷」の少ない作業となる。ピンの外面が、隣接した釣合い重りの内壁又はクランクシャフトの他の部分に直接連結している場合には、ピンの外面の機械加工に使用された研削ホイールに損傷が加わる危険が大きくなる。同じ懸念が、ピン１８２及び１８３の向き合った内面間の「フットボール」領域に存在する。対応する釣合い重り表面に対して環状逃がし領域を形成するためにピンの両端にアンダーカットを設けることによって、及び二つのピン間に逃がし領域を設けることによって、研削ホイールには、同様の又は潜在的な損傷の危険が加わらない。
【００７２】
クランクシャフトのこの再設計をスプリットピンに関して開示し且つ説明したが、任意の単一のピンについて、ピンの軸線に対して垂直であり且つ直径がピンの外径よりも大きい隣接した表面の平らな面にピンが押し当てられる場合、同じ懸念が存在する。
【００７３】
クランクシャフトのスプリットピン対の二つのピンのアンダーカットは、本願中に説明し且つ例示したように、クランクシャフトの設計に対する特許性のある改良であると考えられる。これは、研削ホイール又は同様の機械加工工具をスプリットピンの機械加工で使用する場合にはいつでも、研削ホイールに関して「節約」がなされるためである。
【００７４】
米国特許第６，０１３，９０４号に記載されているように、及び本明細書中で繰り返されているように、図１６のスプリットピン形体は、それら自身が３０°オフセット即ちシフト（図１８のＡ及びＢ参照）していることにより、二つの１８０°オフセットコイルアッセンブリを使用することによって、例示の加熱パターン（ハッチングを施した部分）を受ける（図１８参照）。
【００７５】
スプリットピン対、即ちピン１８２及び１８３に対してアンダーカット１８０及び１８１を図２０に示すように形成し、二つの環状逃がし領域１８４及び１８７を形成する場合には、ピン１８２及び１８３の各々の外径表面が、従来は加熱パターンの部分であった領域で取り除いてあるということがわかる。スプリットピン対を誘導加熱焼入れすることによって、逃がし領域１８４及び１８７を横切って又はこれらの領域の周囲に熱処理領域を形成するのが望ましい場合には、誘導コイルのスタイルを変更する必要がある。アンダーカットの領域は質量が小さく、各逃がし領域１８４及び１８７の外径はアンダーカット形成前の元の直径よりも小さい。これらの相違点のため、ピン１８２及び１８３を含む「アンダーカット」されたスプリットピン対の全体に亘って及びその周囲に所望の加熱パターンを形成するための、異なるコイル設計が必要とされる。様々なコイル設計が或る程度役立つが、本発明、及び初期の及び関連した出願及び特許が目指すところは、特定の部品又は部分についての誘導加熱パターンを試み、最適化することであり、従って、所望の加熱パターンに対する我々の参照は、実際、特定の部品又は部分についての好ましい又は最適の加熱パターンであると考えられる。
【００７６】
９０°コイル及び１８０°オフセットコイルの各々を本発明に関して例示し且つ説明したが、特に図２０に示す「アンダーカット」スプリットピン対の誘導加熱（即ち誘導加熱焼入れ）用に設計された「ハイブリッド」コイルがある。
【００７７】
特に図２１、図２２、及び図２３を参照すると、コイルアッセンブリ２００が「ハイブリッド」コイルアッセンブリと呼ばれる。これは、本明細書中に説明し定義した９０°コイルの定義にも１８０°オフセットコイルの定義にも正確には当てはまらないためである。コイルアッセンブリ２００は、多くの点でコイルアッセンブリ１００及び１１０（又は１１６）と同様であり、電気を通すための及び絶縁するための一般的な構造を備えており、特に内部冷却通路及び急冷孔についてのオプション（図６のＡ参照）を備えている。冷却通路は、コイルアッセンブリ２００に示してないが、コイルアッセンブリ２００に設けられており、コイルアッセンブリ１００及び１１０について例示したのと同様の方法で形成されており且つ構成されている。
【００７８】
図２１、図２２、及び図２３を参照し続けると、コイルアッセンブリ２００は、コイル２０１及び支持アーム２０２を含む。支持アーム２０２は、電流流入部分２０３及び電流流出部分２０４を備えて形成されている。来入電気用電気導通経路は変圧器で開始し、そこから支持アーム２０２まで延びている。コイルアッセンブリ２００を通る電気導通経路を、電気がこの導通経路を通ってどのように移動するのかについて説明する。部分２０３及び２０４は絶縁体ストリップ２０５によって互いから電気的に絶縁されており、実際には、コイル２０１に接続された端部に関して互いから上から下まで食い違っている。図２１は、コイルアッセンブリ３００と協働した状態で配置された場合のコイルアッセンブリ２００を下から見た平面図である。図２８を参照されたい。図２１のＡは、コイルアッセンブリ３００と協働した状態で配置された場合のコイルアッセンブリ２００の上から見た平面図である。先ず最初に図２１、図２２、及び図２３を参照すると、コイル２０１は、コイル１００ａ及び１１０ａと同様に、第１面２０１ａ、第２の反対側の表面２０１ｂ、及びこれらの表面間を延びる内コイル湾曲部２０１ｃを含む。第１側面２０１ｄは内コイル湾曲部２０１ｃの一端にあり、第２側面２０１ｅは内コイル湾曲部の反対端にある。
【００７９】
接続ブロック２０７及び２０８は、変圧器（図示せず）に作動的に連結された電気バスバー（図示せず）に機械的に且つ電気的に連結されるように形成されており且つ構成されている。電気絶縁ストリップ２０９が接続ブロック２０７と２０８との間に位置決めされている。接続ブロック２０７は、電流流入部分２０３と一体化されており、この一体構造を形成するために溶接又は鑞付けされていてもよい。同様に、接続ブロック２０８は、電流流出部分２０４と一体化されており、この一体構造を形成するために溶接又は鑞付けされていてもよい。長円形の輪郭２０３ｃが部分２０３の長さに沿って延びており、これは、部分２０３に機械加工によって形成された冷却通路の部分を包囲するカバープレート２０３ｄを表す。このカバープレート２０３ｄは所定位置に溶接又は鑞付けされる。
【００８０】
ハイブリッドコイルアッセンブリ２００は、電流経路が、９０°コイルのパターンである両端及び中央でなく、コイル２０１の一端で交差する（下から上に）ため、９０°コイルスタイルよりも１８０°オフセットコイルスタイルに近いと考えられる。更に、コイルアッセンブリ２００は、初期電流経路がコイル２０１の一端から少なくとも１８０°に亘ってコイルの反対端まで延びており、ここで伝導性の下面から伝導性の上面までの第１クロスオーバーが行われるため、１８０°オフセットコイルスタイルの設計に近いとも考えられる。「下」及び「上」（又は「底」及び「頂」）は、本明細書中では、実際の使用において、コイルアッセンブリ２００がフロアに対してどのように配向され且つ位置決めされるのかについて使用される。コイル２０１は、１８０°メイン区分２０６ａ及び二つの端区分２０６ｂ及び２０６ｃを含む。これらの区分２０６ｂ及び２０６ｃは、第１面２０１ａと第２面２０１ｂとの間を延びている。コイル軸線２０１ｆは、この軸線２０１ｆの一方の側にあるメイン区分２０６ａと反対側の二つの端区分２０６ｂ及び２０６ｃとの間の分割線を表す。端区分２０６ｂ及び２０６ｃの内面は互いに実質的に平行であり、コイル中心線２０１ｇに対して実質的に垂直である。
【００８１】
接続された変圧器から来入する電流は、電流流入部分２０３及び接続ブロック２０７によってコイル２０１まで移動する。部分２０３には、直線状区分２０３ａから接続区分２０３ｂまでの約９０°転回部が形成されている。電流流入部分２０３は、区分２０３ｂを介して表面２０１ｂに接続されており、端区分２０６ｂを介して伝導性部分２１２に接続されている。コイル２０１は全体に半円筒形形態であり、第１面２０１ｂの部分である第１伝導性部分２１２を含む。この第１伝導性部分は、コイル端部２１３で開始し、コイル２０１の内面（即ち内コイル湾曲部２０１ｃ）を約１８０°に亘って延び、コイル２０１の自由端を表す端部２１５で終端する。伝導性部分２１２の軸線方向厚さのため、露呈面２１２ａが半円筒形形態であることは理解されるべきである。
【００８２】
コイル端部２１５では、第１伝導性部分２１２が第２伝導性部分２１８（第２面２０１ａの部分）に電気的に且つ機械的に接続されている。伝導性部分２１８は、電流流出部分２０４に電気的に且つ機械的に接続されており、この電流流出部分２０４は接続ブロック２０８に電気的に且つ機械的に接続されている。支持アーム２０２の電流流出部分２０４は、直線状区分２０４ａ、ブリッジ区分２０４ｂ、及び接続区分２０４ｃの一体の組み合わせを含む。直線状区分２０４ａは接続ブロック２０８と一体であり、直線状区分２０３ａの長さの一部に亘って直線状区分２０３ａと実質的に平行に延びている。区分２０４ａは、次いで、約９０°の角度で転回し、ブリッジ区分２０４ｂと合一する。ブリッジ区分２０４ｂは、約１３５°の内包角度をなす接続部２１９のところで接続区分２０４ｃに一体に接合する。接続区分２０４ｃは、部分的に半円筒形形状の第２伝導性部分２１８と一体であり、この形状の詳細を以下に説明する。
【００８３】
第２伝導性部分２１８は、自由端２１５から、第２伝導性部分２１８が接続区分２０４ｃに電気的に及び機械的に一体に連結された部分端部２１８ｂまで、その周方向長さに亘って全体に円筒形の露呈面２１８ａを含む。電流流出部分２０４は、区分２０４ｂ及び２０４ｃを介して表面２０１ａに接続されており、位置２１８ｂのところで伝導性部分２１８に接続されている。コイル２０１の露呈面によって表される約１８０°の周囲に関し、これは、実際には、１８０°を僅かに越える。第２伝導性部分２１８は、端部２１５から端部２１８ｂまで約１１０°に亘って延びる。自由端２１５は、第１及び第２の伝導性部分が互いに電気的に接続される場所である。
【００８４】
端部２１５を除き、第１及び第２の伝導性部分２１２及び２１８の夫々の間には電気絶縁体が設けられている。これらの電気絶縁体の存在により、電気的に絶縁された状態が確保され、コイルアッセンブリ２００を通る単一の電流経路（導通経路）が提供される。この電流経路は、接続ブロック２０７で開始し、電流流入部分２０３を通って移動した後、第１伝導性部分２１２を端部２１３から端部２１５の下から上へのクロスオーバーまで通過する。電流経路は、端部２１５から第２伝導性部分２１８を通って端部２１８ｂに戻る。この端部２１８ｂから、電流経路は電流流出部分２０４を通って接続ブロック２０８に戻る。
【００８５】
コイルアッセンブリ２００の別の特徴は、コイル２０１及び支持アーム２０２の様々な表面及び部分上に逃がし領域を機械加工し、これらの逃がし領域を絶縁層で埋めることである。このような構造の目的は、電流の流れによる加熱を集中することである。これらの逃がし領域２２１、２２２、２２３、２２４、及び２２５は、（１）支持アーム２０２の電流流入部分２０３及び電流流出部分２０４の夫々の間の間に電気的絶縁を提供する目的で設けられているのではないし、（２）第１及び第２の伝導性部分２１２及び２１８の夫々の間に電気的絶縁を提供する目的で設けられているのでもない。
【００８６】
図２１のＡの平面図を参照すると、この図は、コイルアッセンブリ２００の上面２３０を示し、これは、協働するコイルアッセンブリ３００の下面に面する（図２５、図２６、及び図２７参照）。平らな表面２３０は、電流流出部分２０４に沿って位置決めされた第１絶縁層２３１、第２絶縁層２３２、及び湾曲した第３絶縁層２３３を含む。第２伝導性部分２１８（部分的に円筒形）の部分２３４は、層２３３の内湾曲縁部２３５と一致する湾曲を備えて示してある。ブリッジ区分２０４ｂ及びブリッジ区分２０４ｃの上面を部分２３６で表す。接続部分２０７から接続部分２０８までのコイルアッセンブリ２００を通る電気導通を考慮すれば、絶縁層２３１、２３２、及び２３３は、電気経路の不連続を生じさせない。これらの絶縁層は、部分的には表面を絶縁するために使用され、部分的には加熱エネルギをコイルアッセンブリの最も重要な部分に集中するのに使用される、絶縁性の「層」である。
【００８７】
図２０のアンダーカットを備えたスプリットピン対に対し、図２４に概略に示す加熱パターンを形成するため、第２「ハイブリッド」コイルアッセンブリをコイルアッセンブリ２００と協働して使用する。図２５、図２６、及び図２７を参照すると、第２「ハイブリッド」コイルアッセンブリ３００は、構造及び電流経路がコイルアッセンブリ２００と非常に似通っている。特に図２５、図２６、及び図２７を参照すると、コイルアッセンブリ３００は、コイル３０１及び支持アーム３０２を含む。支持アーム３０２は、電流流入部分３０３及び電流流出部分３０４を備えて形成されている。来入電流用の電流導通経路は変圧器で開始し、そこから支持アーム３０２に延びている。コイルアッセンブリ３００を通る電流導通経路を、電流がこの導通経路をどのように通過するのかに関して説明する。部分３０３及び３０４は、絶縁体ストリップ３０５によって互いから電気的に絶縁されており、実際には、コイル３０１に接続された端部に関し、互いに、上から下まで食い違っている。コイル３０１は、コイル１００ａ、１１０ａ、及び２０１と同様に、上面即ち頂面３０１ａ、下面即ち下側面３０１ｂ、及びこれらの間を延びる内コイル湾曲部３０１ｃを含む。第１側面３０１ｄは、内コイル湾曲部３０１ｃの一端にあり、第２側面３０１ｅは内コイル湾曲部の反対端にある。
【００８８】
接続ブロック３０７及び３０８は、変圧器（図示せず）に作動的に連結された電気バスバー（図示せず）に機械的に且つ電気的に連結されるように形成されており且つ構成されている。電気絶縁ストリップ３０９が接続ブロック３０７と３０８との間に位置決めされている。接続ブロック３０７は、電流流入部分３０３と一体であり、この一体の構造を形成するため、溶接又は鑞付けされていてもよい。同様に、接続ブロック３０８は、電流流出部分３０４と一体であり、この一体の構造を形成するため、溶接又は鑞付けされていてもよい。部分３０３の長さに沿って延びる長円形の輪郭３０３ｃは、部分３０３に機械加工で形成された冷却通路の部分を包囲するカバープレート３０３ｄを表す。カバープレート３０３ｄは所定位置に溶接され、又は鑞付けされる。
【００８９】
ハイブリッドコイルアッセンブリ３００は、電流経路が、９０°コイルについてのパターンである両端及び中央でなく、コイル３０１の一端と概ね隣接してクロスオーバーする（上から下まで）ため、９０°コイルスタイルよりも１８０°オフセットコイルスタイルに近いと考えられる。コイルアッセンブリ３００は、電流経路の一部がコイル３０１の一端から約１８０°に亘って、導電性の上面から導電性の下面までのクロスオーバーを含むコイルの反対端まで延びているため、１８０°オフセットコイルスタイルの設計に近いと考えることもできる。
【００９０】
接続された変圧器からの来入電流は、電流流入部分３０３及び接続ブロック３０７によってコイル３０１まで移動する。部分３０３には、直線状区分３０３ａから連結区分３０３ｂまでの約９０°の転回部が形成されている。コイル３０１は、全体に半円筒形形態であり、上面３０１ａの部分である伝導性上部分３１２を含む。この部分は、コイル端部３１３で始まり、コイル３０１の内面（即ち内コイル湾曲部３０１ｃ）を約１８０°に亘って延び、コイル３０１の半円筒形部分の端部である端部３１５で終端する。伝導性部分３１２の軸線方向厚さのため、露呈面３１２ａは半円筒形形態であると理解されるべきである。
【００９１】
コイル端部３１５では、伝導性上部分がブリッジ部分３１６に機械的に及び電気的に連結されている。ブリッジ部分３１６は、区分３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、及び３１６ｄを含む四つの一体の区分を有する。区分３１６ａは、全体に、コイル端部３１３及び３１５の端部表面を画成する、コイル湾曲軸線３０１ｆからの半径方向線（３０１ｇ）近くに配向されている。区分３１６ａと３１６ｂとの間の包含角度は約９０°である。区分３１６ｂと３１６ｃとの間の包含角度は約９０°である。区分３１６ｃと３１６ｄとの間の包含角度は約１１０°である。内コイル湾曲部３０１ｃは、端部３１３と３１５との間で全１８０°に亘って延びており、更に連結端区分３１７ａ及び３１７ｂ内に延びている。これらの区分３１７ａ及び３１７ｂは上面３０１ａ及び下側表面３０１ｂとの間を延びている。区分３１７ａ及び３１７ｂの内面は互いに実質的に平行でありコイル中心線３０１ｇに対して実質的に垂直である。図２５に示すように、連結区分３０３ｂ及び区分３１６ａは、コイル湾曲軸線３０１ｆの両側に及びコイル湾曲のメイン１８０°区分から中心線３０１ｇ上に設けられていることがわかるであろう。電流流入部分３０３は、区分３０３ｂを介して表面３０１ａに連結されており、伝導性部分３１２に端区分３１７ａを介して連結されている。同様に、電流流出部分３０４は、表面３０１ｂ及び伝導性部分３２０に端区分３１７ａを介して連結されている。
【００９２】
電流（導通）経路は、端部３１５から区分３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄの順に延びており、次いで伝導性下部分３２０に至る。区分３１６ｂと区分３１６ｃとの間にあり且つこれらの区分によって画成された隅部３１６ｅのところで電流経路がクロスオーバー点に達し、その隅部３１６ｅを通って区分３１６ｃ及び３１６ｄまで延びた後、伝導性下部分３２０まで延びる。伝導性下部分３２０は、位置３２０ａから第１コイル端３１３まで約１１０°に亘って延び、電流流出部分３０４に連結された区分３１７ａの内面を横切る。従って、位置３２０ａは、端部３１５からコイル湾曲部を約７０°に亘って延びている。電流流出部分３０４は、端部３１３及び区分３１７ａに機械的に及び電気的に連結された第１区分３０４ａを含む。この区分３０４ａは、接続ブロック３０８と一体の第２区分３０４ｂと一体化されている。区分３０４ａは、区分３０４ｂに対して直角に配向されている。
【００９３】
上下の伝導性部分３１２及び３２０の夫々の間には、隅部３１６ｅを除いて電気絶縁体が設けられている。このように電気絶縁体を設けることにより、確実に電気的に絶縁し、コイルアッセンブリ３００を通る導通経路を一つだけにする。この電流路即ち導通経路は、接続ブロック３０７で開始し、電流流入部分３０３を通って移動した後、端部３１３から端部３１５まで伝導性上部分３１２を通る。電流経路は、端部３１５からブリッジ部分３１６の区分３１７ｂ及び区分３１６ａを介して出る。隅部３１６ｅでは、導通経路がコイルアッセンブリの上部分から下部分にシフトする。この経路は、区分３１６ｂから区分３１６ｃ内に連続した後、伝導性下部分３２０に接続された区分３１６ｄに連続する。この経路は、次いで、区分３１７ａ及び端部３１３に戻る。端部３１３から電流経路は電流流出部分３０４を通って接続ブロック３０８に戻る。
【００９４】
コイルアッセンブリ３００の別の特徴は、コイル３０１及び支持アーム３０２の様々な表面及び部分に機械加工で逃がし領域を形成し、これらの逃がし領域を絶縁体層で埋めることである。このような構造の目的は、電流の流れによる加熱を集中することである。これらの逃がし領域３２１、３２２、及び３２３の目的は、（１）支持アーム３０２の電流流入部分３０３と電流流出部分３０４の夫々の間、又は（２）上下の伝導性部分３１２及び３２０の夫々の間のいずれかに電気絶縁体を提供することではない。
【００９５】
上文中に説明したように、図２０のアンダーカットスプリットピンについて図２４に示すような加熱パターンを形成するため、一つのコイルアッセンブリ２００を一つのコイルアッセンブリ３００と組み合わせて使用する。これらの二つのコイルアッセンブリを配向するとき及びアンダーカットスプリットピン対１８２及び１８３について使用するときにこれらの二つのコイルアッセンブリを側部と側部とを向き合わせて並べた状態を図２８に示す。
【００９６】
本発明を添付図面及び以上の説明に示し且つ説明したが、これらは例示であって特徴を限定するものではないと考えられるべきであり、好ましい実施例を示し且つ説明したものに過ぎず、本発明の精神の範疇の全ての変形及び変更が保護されることが望ましいということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の代表的実施例によるクランクシャフトピン用誘導加熱焼入れ装置の側面図である。
【図２】
図２は、図１の誘導加熱焼入れ装置の平面図である。
【図３】
図３は、図１の誘導加熱焼入れ装置の正面図である。
【図４】
図４は、図１の誘導加熱焼入れ装置の右側面図である。
【図５】
図５は、コイル駆動システムの部分を含む、図１の誘導加熱焼入れ装置によって誘導加熱焼入れされるべきクランクシャフトの拡大側面図である。
【図６】
図６は、図１の誘導加熱焼入れ装置の一部を構成する第１ワークステーションの誘導加熱コイルの拡大平面図である。
図６Ａは、図６の誘導加熱コイルアッセンブリの正面図である。
【図７】
図７は、クランクシャフトの一回転中のクランクシャフトピンの配向を示す概略図である。
図７Ａは、本発明の一実施例による、クランクシャフトの一回転中のクランクシャフト釣合い重りの配向を示す概略図である。
図７Ｂは、本発明の一実施例による、クランクシャフトの一回転中のクランクシャフト釣合い重り及び誘導加熱コイルアッセンブリの配向を示す概略図である。
【図８】
図８は、本発明で使用するのに適した９０°誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの平面図である。
図８Ａは、図８の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの側面図である。
【図９】
図９は、図８の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの正面図である。
【図１０】
図１０は、オフセットした、本発明による１８０°誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの概略平面図である。
【図１１】
図１１は、図１０のコイルアッセンブリの概略側面図である。
【図１２】
図１２は、図１０のコイルアッセンブリの概略正面図である。
【図１３】
図１３は、使用されたコイルアッセンブリのスタイルに基づく加工物の結果的加熱パターンの部分概略図である。
【図１４】
図１４は、使用されたコイルアッセンブリのスタイルに基づく加工物の結果的加熱パターンの部分概略図である。
【図１５】
図１５は、使用されたコイルアッセンブリのスタイルに基づく加工物の結果的加熱パターンの部分概略図である。
【図１６】
図１６は、「スプリットピン」設計を持つ車輛クランクシャフトの二つの隣接したピンの部分概略正面図である。
【図１７】
図１７は、図１６の二つの隣接したピン間のオフセット領域の概略断面図である。
【図１８】
図１８は、二つのコイルアッセンブリで使用するための変圧器を含む、二つの誘導加熱焼入れ装置の側面図である。
図１８Ａは、一つの図１０のコイルアッセンブリを、変更した図１０のコイルアッセンブリと図１８のアッセンブリにおけるように配置した概略平面図である。
図１８Ｂは、二つの図１８のＡのコイルアッセンブリの概略正面図である。
【図１９】
図１９は、二つの図１０のコイルアッセンブリで使用するための変圧器を含む二つの誘導加熱焼入れ装置の側面図である。
【図２０】
図２０は、アンダーカットを持つスプリットピン設計を備えた車輛クランクシャフトの二つの隣接したピンの部分概略正面図である。
【図２１】
図２１は、「ハイブリッド」誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの下側の、本発明に従って使用される場合の平面図である。
図２１Ａは、「ハイブリッド」誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの本発明に従って使用される場合の平面図である。
【図２２】
図２２は、図２１の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの正面図である。
【図２３】
図２３は、図２１の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの右側の側面図である。
【図２４】
図２４は、本発明によるアンダーカットを持つスプリットピン対の結果的加熱パターンの部分概略図である。
【図２５】
図２５は、本発明による「ハイブリッド」誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの平面図である。
【図２６】
図２６は、図２５の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの正面図である。
【図２７】
図２７は、図２５の誘導加熱焼入れコイルアッセンブリの右側の側面図である。
【図２８】
図２８は、図２０のスプリットピン対について使用する場合の、一つの図２１のコイルアッセンブリ及び一つの図２５のコイルアッセンブリを含む重ねられたコイルアッセンブリ装置の斜視図である。
【符号の説明】
２０　誘導加熱焼入れ装置
２１　クランクシャフト
２２　上センタ
２３　下センタ
２７　シリンダ（クランク）ピン
２８　円筒形支承面
【国際公開パンフレット】
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2004513231.tif 000004
2004513231.tif 000005
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2004513231.tif 000069
2004513231.tif 000070
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513231.tif 000071
【国際調査報告】
2004513231.tif 000072