(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの被加熱部位の形状に合わせて形成され、前記被加熱部位に嵌脱が自在な支持部材と、この支持部材の外周に巻設された加熱コイルとを有し、
前記ワークは、端部に焼鈍を行なうシャフトであり、
前記被加熱部位は、前記シャフトの前記端部に形成された凸状の大径部と、この大径部から突出する小径部とからなり、
前記加熱コイルは、巻き方が加熱コイル相互間の間隔を疎密に変えて前記支持部材の外周に巻設され、前記シャフトの大径部および小径部では均等間隔で巻かれ、前記大径部と小径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間隔で巻かれていること、
を特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
前記支持部材には前記被加熱部位の前記大径部および前記小径部に嵌脱が自在な第１嵌合部と第２嵌合部が形成されるとともに前記第２嵌合部の一端には前記第２嵌合部よりも小径の突出部が形成され、
前記加熱コイルは、前記第１嵌合部、第２嵌合部および前記突出部で均一な間隔で巻設され、前記第２嵌合部と前記大径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間隔で巻設されていること、
を特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
前記支持部材の前記第１嵌合部の内周面と、前記ワークの大径部との間隙は、前記支持部材の第２嵌合部の内周面と前記ワークの小径部との間隙よりも大きく形成したこと、
を特徴とする請求項２に記載の高周波誘導加熱装置。
【請求項４】
前記支持部材の内周には断熱材を周設したこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型鋳造により形成したワークのチル化した組織の端部を効果的に焼鈍する熱処理装置に係り、特にエンジンのカムシャフトのような耐摩耗性が必要なワークの焼鈍に好適な高周波誘導加熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジンのカムシャフトは、高回転でバルブを開閉させるロッカーアームをカムシャフトのカムにより駆動するので、高い耐摩耗性と高い寸法精度が要求されている。
この要求を満足させるためカムシャフトの製造は、高温の溶湯を重力により金型のキャビティ内に注入するグラビティ鋳造法と呼ばれる製造方法がとられている。この製造方法は特に熱伝導性の高い金型が使用されるので、高温の溶湯を急冷させて微細な組織を有する強度の高いカムシャフトを製造するのに有効であるが、カムシャフトの端部には軸受、或いはプーリを取り付ける必要があり、この軸受、或いはプーリ内径に対する精度が必要とされるため、研磨加工を行っていた。この研磨加工を可能にするため、カムシャフトの端部は高周波誘導加熱装置により焼鈍が行なわれていた。
【０００３】
この高周波誘導加熱装置による焼鈍の従来例を図５ないし図１１に基づいて説明する。
まず、図５は、自動車のエンジン等に使用されるカムシャフトを示すもので、同図において、カムシャフト３０には両側の端部３１，３４が形成され、一方の端部３１には、プーリを取り付けるためのプーリ取付けボス３２が形成されている。端部３１，３４の間には、複数のカム３５，３５・・がカムシャフト３０と一体に形成されている。
このカムシャフト３０の金型を図６に示す。同図において、カムシャフト３０の金型４０は、カムシャフト３０の形状に合わせたキャビティ４１を有する２個の中子４２，４２を装着しており、この中子４２，４２の間には湯口４３ａに連通する垂直ランナ４３が設けられている。また、この垂直ランナ４３には、水平ランナ４４が連通されており、この水平ランナ４４は、ゲート４５を介して前記キャビティ４１に連通されている。
【０００４】
また、カムシャフト３０は、前記金型４０で前記プーリ取付けボス３２に捨代３３を付けた大径の状態で鋳造し、鋳造後に、この捨代３３を切削除去していた。そのため、このプーリ取付けボス３２を研磨加工が可能なレベルまで硬度を下げるために焼鈍する必要があり、図７に示す高周波加熱装置５０により加熱を行っていた。
この高周波加熱装置５０は、小径部５１ａと大径部５１ｂを持つ支持パイプ５１の内周５１ｃに断熱材５２を周設し、この支持パイプ５１の外周に加熱コイル５３を巻設したものである。
カムシャフト３０の焼鈍は、両側の端部３１，３４に、高周波加熱装置５０の大径部５１ｂを嵌装して加熱コイル５３に通電して行う。
【０００５】
図８は、カムシャフト３０の焼鈍後に、捨代３３（図５参照）を切削除去をしてプーリ取付けボス３２の概形を形成したもので、図９は、前記概形に沿ったｂ1 〜ｂ14の位置における硬度（ロックウェル硬度，ＨＲＣ）を測定し、その結果を示したものである。
図９に示すように、カムシャフト３０の端部３１のｂ1 〜ｂ4 の位置では、適切な焼鈍効果が現れて硬度が低下しており、カムシャフト３０の端部正面の穴明け加工等が容易になる。
ところで、上記の加工方法によれば、カムシャフト３０の端部３１に無駄な捨代３３（図５参照）を付けておき、カムシャフト３０の焼鈍後に前記捨代３３を切削除去しなければならず、工数や材料費が嵩むという不具合がある。そのため、始めから金型４０のキャビティ４１に捨代を作らずに、図１０に示すように、カムシャフト３０′のプーリ取付けボス３２′の寸法形状通りにキャビティ４１を形成し、この金型４０により鋳造されたカムシャフト３０′を前記高周波加熱装置５０により焼鈍する方法も提案されていた。
【０００６】
しかしながら、上記キャビティ４１により形成されたカムシャフト３０′のプーリ取付けボス３２′は、高周波加熱装置５０により焼鈍を行っても、図１１に示すように硬度が余り低下せず（図中の符号ｂ1 ′〜ｂ14′は、図８および図９における位置ｂ1 〜ｂ4 に対応する）、穴明け加工等に非常に工数が掛かってしまうという不具合が発生していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので、鋳造によりワークの所定部位を予め所定の形状に形成しても、当該所定部位における焼鈍を高周波誘導により効果的に行うことのできる高周波加熱装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ワークの被加熱部位の形状に合わせて形成され、前記被加熱部位に嵌脱が自在な支持部材と、この支持部材の外周に巻設された加熱コイルとを有し、前記ワークは、端部に焼鈍を行なうシャフトであり、前記被加熱部位は、前記シャフトの前記端部に形成された凸状の大径部と、この大径部から突出する小径部とからなり、前記加熱コイルは、巻き方が加熱コイル相互間の間隔を疎密に変えて前記支持部材の外周に巻設され、前記シャフトの大径部および小径部では均等間隔で巻かれ、前記大径部と小径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間隔で巻かれている構成としたものである。
また、前記支持部材には前記被加熱部位の前記大径部および前記小径部に嵌脱が自在な第１嵌合部と第２嵌合部が形成されるとともに前記第２嵌合部一端には前記第２嵌合部よりも小径の突出部が形成され、前記加熱コイルは、前記第１嵌合部、第２嵌合部および前記突出部で均一な間隔で巻設され、前記第２嵌合部と前記大径部の間の外径変化部では他の部位よりも広い間隔で巻設する構成としたものである。
【０００９】
また、前記支持部材の前記第１嵌合部の内周面と、前記ワークの大径部との間隙は、前記支持部材の第２嵌合部の内周面と前記ワークの小径部との間隙よりも大きく形成する構成としたものである。
また、前記支持部材の内周には、断熱材を周設したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の高周波誘導加熱装置をカムシャフトに装着した正面図、図２は、図１のカムシャフトを鋳造するための金型の断面図、図３は、図１のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を示す図、図４は、図１のカムシャフトの端部の硬度の測定結果を示すグラフである。
【００１１】
まず、本発明の高周波誘導加熱装置Ａが装着されるワークであるカムシャフトＷについて、図１に基づいて簡単に説明する。
カムシャフトＷは、鋳造成形により複数のカム１５，１５，１５・・・が一体に形成された軸部１０と、シリンダヘッドに軸支される両端の大径部１１，１２とにより形成され、一方の大径部１１には大径部１１よりも小径の小径部であるプーリ取付けボス１３が形成され、大径部１１とプーリ取付けボス１３の間は外径変化部である段部１４が形成されている。このプーリ取付けボス１３は後工程でドリル等の工具で穴明けや切削等の所定の加工が施されてプーリが取り付けられるものである。
【００１２】
このカムシャフトＷは、図２に示す金型２０により鋳造される。この金型２０は、カムシャフトＷの形状に合わせたキャビティ２１を有する２個の中子２２，２２を装着しており、この２個の中子２２，２２の中央には上下に垂直ランナ２３が形成され、この垂直ランナ２３の上端には湯口２３ａが形成されている。
また、この垂直ランナ２３の下端には左右に連通する水平ランナ２４が形成され、この水平ランナ２４よりゲート２５を介してキャビティ２１と連通しており、このキャビティ２１の上部には湯上がり２１ａが形成されている。
また、キャビティ２１において前記カムシャフトＷのプーリ取付けボス１３に相当する部分であるゲート２５の上部２５ａは、プーリ取付けボス１３と同一径に形成されており、このゲート２５の上部２５ａの下部には大径部２５ｂが形成されている。大径部２５ｂは、ゲート２５の上部２５ａに充填された溶湯の急激な温度降下を緩和して、プーリ取付けボス１３の硬度を低下させる効果がある。
【００１３】
上記のように構成された金型２０には、湯口２３ａより溶湯が注湯され、溶湯は垂直ランナ２３から水平ランナ２４およびゲート２５を通ってキャビティ２１に供給される。ゲート２５を介してキャビティ２１に供給された溶湯は、キャビティ２１の下端側からキャビティ２１内に充填されていく。キャビティ２１の上端には湯上がり２１ａが開設されているので、キャビティ２１に溶湯が充填されることにより、キャビティ２１内の空気がこの湯上がり２１ａから押し出されるようになっている。
この金型２０により鋳造されたカムシャフトＷは、プーリ取付けボス１３の研摩加工において、プーリ取付けボス１３の径寸法が所定の寸法になっているので、捨代の切削除去作業が不要となり、後工程での工数が掛からず簡単に加工できるようになる。
【００１４】
次に、このカムシャフトＷの被加熱部位に取付けられる本発明の高周波誘導加熱装置Ａについて、図１ないし図４に基づいて説明する。
この高周波誘導加熱装置Ａは、図１に示すように、第１嵌合部１と、第２嵌合部２と、第２嵌合部２の一端から突出して形成された第２嵌合部２より小径の突出部３とから形成された支持部材である断熱支持パイプ４と、この内周に周設された断熱材５と、断熱支持パイプ４の外周に巻設された加熱コイル６とから構成されている。第１嵌合部１は大径部１１に嵌脱自在な内径を有するように形成され、第２嵌合部２はプーリ取付けボス１３に嵌脱自在な内径を有するように形成されていて、断熱支持パイプ４はカムシャフトＷの被加熱部位である端部に着脱自在である。そして、加熱コイル６に通電しながら断熱支持パイプ４を嵌装したカムシャフトＷを図示しない回転装置で回転しながら加熱して、焼鈍を行う。
【００１５】
この実施形態において、第１嵌合部１，第２嵌合部２および突出部３の外周に巻設される加熱コイル６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ均等間隔でコイルが巻設されているが、加熱コイル６ｂと加熱コイル６ｃの間の間隔ｓは広くなっている。
この広い間隔ｓの位置は、断熱支持パイプ４内にカムシャフトＷの端部を挿入した時に、カムシャフトＷの大径部１１とプーリ取付けボス１３との間の段部１４に相当する位置であり、本実施例では、この広い間隔ｓの寸法を、段部１４を中心として両側に均等に振り分けている。
また、この実施形態では、断熱支持パイプ４の第１嵌合部１の内周面とカムシャフトＷの大径部１１との間隙δを、第２嵌合部２とプーリ取付けボス１３との間隙よりも大きくしてある。このように、断熱支持パイプ４とカムシャフトＷとの間隙を適宜に調整することにより、焼鈍時における加熱温度を調整することが可能になる。
【００１６】
上記のように形成されたカムシャフトＷの端部の被加熱部位を前記高周波誘導加熱装置Ａにより焼鈍し、図３に示すような軸部１０，大径部１１及びプーリ取付けボス１３の位置ａ1 〜ａ14の硬度を測定し、その結果を示したものが図４にのグラフである。このグラフにおいて横軸はａ1 〜ａ14の位置を表し、縦軸は硬度を表している。
この高周波誘導加熱装置Ａによる焼鈍は、カムシャフトＷの段部１４付近の加熱コイル６の間隔を広くしているために、加熱コイル６によって段部１４付近に発生する誘導電流は段部１４付近に集中せず、急激な熱の発生も抑えられるので効果的な焼鈍となっている。
従って、このグラフによれば、研摩加工が必要なプーリ取付けボス１３のａ1 〜ａ4 の位置の硬度が確実に低下しており、穴明け加工等がやり易くなることを示している。
【００１７】
上述した実施の形態においては、ワークとしてカムシャフトＷの例を説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。また、被加熱部位の形状が一定形状，不定形状に関わらず、本発明の適用が可能である。
また、加熱コイル６の間隔を適宜調整することでカムシャフトＷを加熱する誘導電流の集中度合いを調整することも可能である。
また、カムシャフトＷと断熱支持パイプ４の内周面との間隔を適宜調整することにより、カムシャフトＷの硬度を調整することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、ワークの所定部位が予め所定の形状に形成されていても、当該所定部位における焼鈍を高周波誘導により効果的に行うことができるようになり、捨代の切削除去作業等が不要となり、加工コストの低減を図ることができる。
また、支持部材の加熱コイルの間隔、または、支持部材の内周面とワークとの間隙を適宜に調整することにより、前記被加熱部位を適正な硬度にすることができるようになる。
特に、本発明は自動車用エンジンのカムシャフトのように高い耐摩耗性と高い寸法精度が要求されるワークに適しており、このようなワークに本発明を適用することにより、上記要求を満足しつつ加工工数を大幅に削減することができるという顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波誘導加熱装置をカムシャフトに装着した正面図である。
【図２】図１のカムシャフトを鋳造するための金型の断面図である。
【図３】図１のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を示す図である。
【図４】図１のカムシャフトの端部の硬度の測定結果を示すグラフである。
【図５】従来のカムシャフトを示す正面図である。
【図６】従来のカムシャフトを鋳造するための金型の断面図である。
【図７】従来の高周波誘導加熱装置を示す断面図である。
【図８】従来のカムシャフトの端部の硬度の測定位置を示す図である。
【図９】従来のカムシャフトの端部の硬度を測定したグラフである。
【図１０】従来の高周波誘導加熱装置を示す断面図である。
【図１１】従来のカムシャフトの端部の硬度を測定したグラフである。
【符号の説明】
Ａ          高周波誘導加熱装置
Ｗ          カムシャフト
１          第１嵌合部
２          第２嵌合部
３          突出部
４          断熱支持パイプ
５          断熱材
６          加熱コイル
１０          軸部
１１          大径部
１２          大径部
１３          プーリ取付けボス（小径部）
１４          段部（外径変化部）
１５          カム
２０          金型
２１          キャビティ
２２          中子
２３          垂直ランナ
２４          水平ランナ
２５          ゲート
【図１】
0003934721.tif 000002
【図２】
0003934721.tif 000003
【図３】
0003934721.tif 000004
【図４】
0003934721.tif 000005
【図５】
0003934721.tif 000006
【図６】
0003934721.tif 000007
【図７】
0003934721.tif 000008
【図８】
0003934721.tif 000009
【図９】
0003934721.tif 000010
【図１０】
0003934721.tif 000011
【図１１】
0003934721.tif 000012