(57)【要約】  工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を誘導加熱するシングルショットインダクタが提供される。シングルショットインダクタは、軸方向コイルセクションにより相互に離間された多数の平坦弓状シングルターンコイルセクションを有し、かくして、多数の平坦弓状シングルターンコイルセクションの各々はシングルショットインダクタ内に挿通された密接する多数の偏心円柱状部品を順次加熱処理する。
2017510939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を含む工作物を誘導加熱処理するシングルショットインダクタであって、
シングルターンコイルを形成する、一連の、順次交互する、平坦弓状シングルターンコイルセクション及び軸方向コイルセクションを含み、前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群が前記シングルショットインダクタ内に挿通され且つ３６０°に渡り軸中心に回転される際に、前記シングルターンコイル内で、少なくとも前記一連の、順次交互する、平坦弓状シングルターンコイルセクションが、前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の選択された組み合わせを順次誘導加熱するシングルショットインダクタ。
【請求項２】
前記一連の、順次交互する、平坦弓状シングルターンコイルセクション及び軸方向コイルセクションが、第１平坦弓状シングルターンコイルセクションと、第１軸方向コイルセクションと、第２平坦弓状シングルターンコイルセクションと、第２軸方向コイルセクションと、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションとを含む請求項１に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項３】
前記第１平坦弓状シングルターンコイルセクションと、第１軸方向コイルセクションと、第２平坦弓状シングルターンコイルセクションと、第２軸方向コイルセクションと、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションとは共通長手方向中心軸を有し、前記第１及び第２軸方向コイルセクションが前記共通長手方向中心軸と平行に配向され、前記第１、第２及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクションが、平坦な断面内で前記共通長手方向中心軸に直交して配向される請求項２に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項４】
共通長手方向中心軸に関する、第１及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側の第１曲率半径が、第２平坦弓状シングルターンコイルセクションの第２曲率半径より大きい請求項３に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項５】
第１平坦弓状シングルターンコイルの加熱用第１フェース面と、第２平坦弓状シングルターンコイルセクションの加熱用第２フェース面と、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの加熱用第３フェース面とが等しくない請求項４に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項６】
インダクタアセンブリを更に含み、前記インダクタアセンブリが、
第１交流電源出力に接続された第１電力端子と、
第２交流電源出力に接続された第２電力端子とを含み、
第１平坦弓状シングルターンコイルセクションが前記第１電力端子に接続され、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションが前記第２電力端子に接続される請求項２〜５の何れかに記載のシングルショットインダクタ。
【請求項７】
前記インダクタアセンブリ内の内側供給通路に冷却液状媒体を供給するために前記インダクタアセンブリ内に配置された冷却液状媒体供給ポートと、前記インダクタアセンブリ内の内側戻り通路から前記冷却液状媒体を戻すために前記インダクタアセンブリ内に配置された冷却液状媒体戻りポートと、
第１平坦弓状シングルターンコイルセクション、第１軸方向コイルセクション、第２平坦弓状シングルターンコイルセクション、第２軸方向コイルセクション、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの内部の、シングルショットインダクタ内側連続冷却通路と、を含み、
前記内側供給通路が第１平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側インダクタ入口と流体連通され、前記内側戻り通路が、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側インダクタ出口と流体連通され、かくして、前記冷却液状媒体が前記冷却液状媒体の冷却液状媒体供給ポートから冷却液状媒体戻りポートに流動する請求項６に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項８】
工作物がカムシャフトであり、密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群がカムローブのトライローブ群を含む請求項１〜５の何れかに記載のシングルショットインダクタ。
【請求項９】
前記カムローブのトライローブ群が、第１端部ローブ及び第２端部ローブに隣り合う中央ローブを含み、前記第１端部ローブ及び第２端部ローブが前記中央ローブの対向する側部に配置される請求項８に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１０】
中央ローブ、第１端部ローブ及び第２端部ローブの各々が、１：５以上あるいは１：１．５未満の範囲内であるローブノーズ径対ローブベースサークル径の比を有し、中央ローブと、各第１及び第２端部ローブとの間の軸方向距離が２ｍｍより大きくない請求項９に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１１】
工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を含む工作物を、シングルショット誘導加熱処理用のシングルターンインダクタを使用してシングルショット誘導加熱処理する方法であって、前記シングルターンインダクタが、シングルターンインダクタを構成する、一連の、順次交互する平坦弓状コイルセクション及び軸方向コイルセクションを含み、
前記方法が、
密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を有する工作物を前記シングルターンインダクタ内に装填するステップ、
前記シングルターンインダクタに交流電流を供給して前記一連の、順次交互する平坦弓状コイルセクション及び軸方向コイルセクションの周囲に磁束を確立するステップ、
前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を前記シングルターンインダクタ内で回転させ、かくして、各交互する平坦弓状コイルセクションの少なくとも１つが、前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の前記シングルターンインダクタ内での各３６０°回転に対し、前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の選択された組み合わせを順次加熱処理するステップ、
前記シングルターンインダクタから工作物を取り出すステップ、
を含む方法。
【請求項１２】
シングルターンインダクタ内で密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を回転させる際に、前記密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の中心軸をインダクタ長手方向中心軸と一致させるステップを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
一連の、順次交互する、平坦弓状コイルセクション及び軸方向コイルセクションが、第１平坦弓状コイルセクションと、第１軸方向コイルセクションと、第２平坦弓状コイルセクションと、第２軸方向コイルセクションと、第３平坦弓状コイルセクションと、を含み、密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群が、第１外側偏心円柱状部品と、第２外側偏心円柱状部品と、中央偏心円柱状部品とを含み、前記第１外側及び第２外側偏心円柱状部品が中央偏心円柱状部品の軸の対向する各側上に配置される請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群をシングルターンインダクタ内で回転させる際に、第１及び第３平坦弓状コイルセクションを、夫々、第１外側偏心円柱状部品及び第２外側偏心円柱状部品から軸方向にオフセットさせるステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
シングルターンインダクタ内で工作物が回転される際、中央偏心円柱状部品は、第１外側及び第２外側偏心円柱状部品より幅広であり、第２平坦弓状コイルセクションの内側断面半径は第１及び第３平坦弓状コイルセクションの内側断面半径未満である請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
工作物がシングルターンインダクタ内で回転される際、交互する平坦弓状コイルセクションの少なくとも１つにおける周囲に磁束収束器を位置決めするステップを更に含む請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１７】
工作物がシングルターンインダクタ内で回転される際、シングルターンインダクタをインダクタ長手方向中心軸に沿って移動させるステップを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群が、密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも２つの群を含み、各前記２つの群がシングルターンインダクタ内で順次して位置決めされる請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１９】
密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群を、前記群を交互に回転させた後、工作物をシングルターンインダクタから取り出す前あるいは後に冷却するステップを更に含む請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項２０】
密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の選択された偏心円柱状部品を、前記群を回転させるに先立ちシングルターンインダクタを使用して静的に前加熱するステップを更に含む請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ここでの参照により本明細書の一部とする、２０１４年２月９日付で提出された米国仮出願第６１／９３７，５５５号の利益を主張するものである。
本発明は、工作物の長手方向軸に沿って配置した、内燃機関で使用するカムシャフト上の多数の密接するカムローブ等の密接する多数の偏心円柱状部品を熱処理する誘導加熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関ではカムシャフトを使用してエンジン作動中のサイクル行程を行う。熱対策上、カムシャフトは幾何学的には偏心円柱状部品形態を各々有する少なくとも１つあるいはそれ以上のカムローブをその長手方向中心軸に沿って有する長手方向工作物と言える。各カムローブは、常にそうではないが、一般に偏心円形プロファイルを有し、その円形カムローブの中心はカムシャフトの長手方向中心軸と一致する。３次元的にはカムローブはカムシャフトの長手方向中心軸に整列する偏心直円柱状部品であると言える。一般に、エンジンの吸／排気弁の開閉に連動する多数のカムローブがカムシャフトの長手方向に沿って配置される。カムローブに加え、その他部品もカムシャフトを構成できる。カムシャフト全体は鍛造、注型、加工あるいは組み立てにより製造され得、中実、中空、あるいは中実及び中空カムシャフトの組み合わせであり得る。
【０００３】
カムが作用する部品（例えば、吸／排気弁）間隔が広いため、一般に、伝統的なカムシャフトの長手方向中心軸に沿って隣り合うカムローブ間のスペースは長い。例えば、図１には伝統的なカムシャフト９０の代表例が示される。カムシャフトは、円柱状シャフト９８の軸長に沿って配分されたカムローブ（９４ａ〜９４ｂ、９４ｃ〜９４ｄ、９４ｅ〜９４ｆ、９４ｇ〜９４ｈ）の４つの群（９２ａ〜ｄ）を有する。カムシャフトのベアリングやエンドキャップ等のその他特徴部は図示されない。一般に、カムローブは鍛造、注型、あるいはシャフトに一体加工され、ベアリング等のその他部品が後付けされ、あるいはカムシャフト部品、例えばカムローブがカムシャフト上に締まり嵌めされ得る。カムローブの数、大きさ、プロファイル、位置決め及び配向はカムシャフトのタイプやエンジン設計に依存する。カムシャフトは、中空であれ中実であれ、その上の１つあるいは１つ以上のカムローブ等の特徴部がある用途での予測使用寿命中に付加される損耗や力に耐えるよう冶金学的に硬化される多数の用途において広く用いられる。伝統的な自動車のカムシャフト上のこれらカムローブの一般的な軸方向幅ｘ1は約９〜２１ｍｍであり、隣り合うカムローブ間の一般的な最小軸方向間隔ｘ2は約１２〜４０ｍｍである。
【０００４】
弁を作動させるに際し、カムローブプロファイルのカムローブ作用面が、弁に連結したカムフォロワのロッカーに接触する。カムシャフトの所期寿命サイクル期間ではカムシャフトは数百万回、３６０°回転サイクルで回転され得、且つ、カムローブの作用面上のカムフォロワの摺動摩擦により相当量の損耗及び接触応力を受ける。カムローブ用の作用面は図１のカムローブ９４ｂの断面ハッチング部分で示される。カムローブにとって摩耗抵抗と強度とをうまく組み合わせるのは不可欠であるが、そのためには作用面領域を硬化させる必要がある。カムシャフトの機能上、カムローブの作用面は、少なくとも追従プロファイル領域、ベースサークル（ヒールとしても知られる）、フランク、そしてノーズを含む。
【０００５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）には、カムシャフトローブプロファイルにおけるローブノーズ領域９５ａ及び９５ｂ、ベースサークル９７ａ及び９７ｂ、フランク９９ａ及び９９ｂが示されるが、これらのカムシャフトローブプロファイルは、“シャープ”ノーズ（図２（ａ））あるいは、一般的なレギュラーノーズのそれよりプロファイル円弧が小さいシャープノーズ領域とは区別される、（図２（ｂ））に示す“レギュラーノーズ”の何れかを有するものとしてカテゴライズされるものである。ヒール（ベースサークル）は、全体にカムシャフトのシャフト（例えば図１のシャフト９８）と同中心を有し、カムローブの作用面と接触する要素リフト部分（カムフォロワのロッカー等の）を有さないカムローブ部であり、フランクは、カムフォロワに連結した弁を可能な限り急速開閉させるべく大きな加速度及び速度で移動させるカムローブ部であり、ノーズは、弁を最大リフトさせるようにヒール対向部の曲率半径が最小のカムローブ部分である。カムローブの最大断面直径は、ノーズのピーク部からヒール底部までの、図２（ｂ）にｙ1で示す距離として定義され得る。
【０００６】
種々タイプの誘導加熱（誘導コイルとも称される）を用いて、全体に円柱形状の工作物上の、ここで説明される如き偏心直円柱状カムローブを含む部品を誘導硬化させ得る。インダクタは一般に、図３にシングルターン誘導コイル８０用として示すような円形断面形状を有するシングルターンあるいはマルチターンインダクタである。誘導加熱強度はコイルに挿通した工作物にカップリングして工作物あるいは部品に渦電流を誘起させる磁束次第であるため、カムローブの等の複雑なジオメトリエリア内を一様に誘導加熱処理するのは従来の誘導コイル構成では困難である。誘導加熱法は、工作物内部への全体的な熱貫通は、内方誘導渦電流加熱、及びその後の、渦電流領域（電流貫通深さにより制御される）から工作物中心領域に進む内方伝熱（“ヒートソーキング”と称されることがある）の両方の組み合わせであるという事実により一層複雑化される。加熱したい工作物領域に隣り合う工作物領域が存在することで、加熱したい領域を一様に要求温度化する性能が悪化され得る。
【０００７】
カムシャフトのジオメトリ及び熱処理時間当たりの要求製造条件に依存して、カムシャフトは、単一のインダクタによる各カムローブのスキャン誘導加熱により、あるいは、マルチターンインダクタによる単一あるいは多数のローブの静止（シングルショット）加熱により誘導硬化され得る。
【０００８】
低製造率時には一般にスキャン誘導硬化が使用される。シングルターンスキャンインダクタの場合、カムローブ幅未満の狭幅のフェース（図３の８０’）を有するスキャンインダクタを使用すると所定時間内に単一カムローブの作用面の一部のみが加熱されるため、種々幅のカムローブを最小電力量で加熱処理可能となることから最大の融通性が提供される。
【０００９】
スキャン誘導硬化は、“ローブノーズ径対ローブベースサークル径”の比がかなり相違するカムローブ、特には、相互に非常に接近して位置決めされたカムローブの加熱に際し、特定の“最小〜最大”硬度ケース（表面）深さ変化範囲に適合させたい場合は問題が生じ得る。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）には非伝統的タイプのカムシャフト、即ち、トライ（ｔｒｉ）ローブカムシャフト７０の１例が示され、密接した３つのカムローブ（ローブ；７４ａ、７４ｂ、７４ｃ；７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ；７４ｇ、７４ｈ、７４ｉ；７４ｊ、７４ｋ、７４ｌ）を各々が含む４つのトライローブ群（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ）を備え、各カムローブは、ローブノーズ径ｄn対ローブベースサークル（ヒール）径ｄhの比（ｄn：ｄh）が１．５：１の範囲内あるいは１：１．５未満であり、各トライローブ群における中央ローブ（７４ａ、７４ｄ、７４ｇ、あるいは７４ｊ）と、関連する各外側端ローブ（７４ｂ及び７４ｃ；７４ｅ及び７４ｆ；７４ｈ及び７４ｉ、及び７４ｋ及び７４ｌ）との間の軸方向距離ｘ3は２〜５ｍｍより大きくなく、より一般的には２ｍｍに近い距離である。
【００１０】
トライローブカムシャフトは、例えば、各々がカムフォロワを有するフリーフローティング型往復ピストンにして、各ピストンが、４つのピストンからなる１つあるいは１つ以上のバンク（ｂａｎｋ）状態で配置され、各バンクが、３０°の角度間隔で離間され得る９０°のバンク角度間隔に渡り伸延されるフリーフローティング型往復ピストンを有するエンジンで使用され得る。これらのエンジンにおけるカムローブプロファイルは、特定のエンジンの所望特性に従う異なるプロファイルを有する正弦波形状に近いものとなろう。トライローブカムシャフト上のプロファイル間における油圧作動式の２ピースタペットスイッチが、リフト及びジュレーションの両方を交互に切替える。
【００１１】
トライローブ群の密接するカムローブをスキャン誘導硬化させる場合、少なくとも２つの問題に関連する。特にはトライローブ群における加熱済みカムローブ及び冷却中のカムローブが軸方向に密接していることから、トライローブ群における硬化済み隣接ローブが非所望にも焼き戻される問題、及び、冷却中のカムローブ表面からトライローブ群の加熱済みカムローブの表面上へのクエンチスプラッシュに起因するスポット硬化が発生する問題が必ず発生する。
【００１２】
スキャン誘導硬化法の代替策として、トライローブ群７２ａ（図５（ａ）に部分カムシャフトセクションとして示す）の如きトライローブ群における密接するカムローブを図５（ｂ）に示すようなシングルターンインダクタ８０内に挿通することで、トライローブ群における密接するカムローブ群を静的に誘導（ワンショット）硬化させ得る。シングルターンインダクタ８０は内側に水冷通路８１を備える中空の銅コイルインダクタであり、形状的には図５（ｂ）に示すように、コイル幅ｗcoil、一定円形断面内径ｄin、及び外径ｄoutを有する。カムローブの１つのトライローブ群は一般に、図４（ａ）に示すようにカムシャフトの軸方向長さに沿った少なくとも１つの他のトライローブ群にシャフト７８を介して連結される。図５（ａ）のトライローブ群を参照するに、図５（ｂ）に示すようなシングルターンインダクタを使用する加熱処理では、中央ローブ７４ａの誘導加熱強度は近接電磁効果により外側端ローブ７４ｂ及び７４ｃの誘導加熱強度（点描部分）よりずっと小さくなるが、これは、カムローブのトライローブ群内における、中央ローブに面する誘導コイル面（“フェース面”と称する）と、この誘導コイル面に面する中央ローブの作用面との間のギャップｇ1が、前記誘導コイルフェース面と、外側端ローブの作用面との間のギャップｇ2よりずっと大きいためである。加えて、図４（ａ）に示すように、トライローブカムシャフトでは、トライローブ群における外側端ローブの幅はトライローブ群における中央ローブのそれよりずっと薄い、即ち、トライローブ群における中央ローブの幅ｘ4対各外側端ローブの幅ｘ5の比は２：１以上であり得る。これらのファクタにより、外側端ローブ（７４ｂ及び７４ｃ）には、図５（ｂ）に外側端ローブ７４ｂ及び７４ｃの作用面に点描表示されるような、中央ローブ７４ａに比較してかなり深いケース（表面）硬化深さが生じ、中央ローブ７４ａには（点描表示される）作用面効果深さは事実上存在しない。トライローブ群における外側端ローブと中央ローブとの幾何学上の差に基づけば、ケース（表面）硬化深さの差は受け入れ難いものである。例えば、トライローブ群における中央ローブの特定最小値のケース（表面）硬化深さを得るには、トライローブ群における外側端ローブが、非所望なマイクロストラクチャが生じ、冶金学的に受け入れ難い結果（グレインバンダリーリクエーション（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｌｉｑｕａｔｉｏｎ）、金属表面荒れ、鋼バーニング、クラッキング等の）が生じ得る程に過熱され得るのである。
【００１３】
マルチターンの各ターンが一定円形断面内径及び外径を有するマルチターンインダクタを使用してトライローブ群におけるカムローブを加熱処理することも可能である。図６（ａ）にはトライローブ群７２ａにおけるカムローブ７４ａ、７４ｂ及び７４ｃの断面が示され、インダクタ８２の３つのコイルターンが、中央コイルターン８２ｂ及び外側端コイルターン８２ａ及び８２ｃを含み、外側端コイルターン（中心軸Ｘaxis1及びＸaxis2）は、３つのコイルターンインダクタが電源に好適に接続された場合に確立される磁界から磁気的に分断されるよう、外側端ローブ７４ｂ及び７４ｃ（中心軸Ｘaxis3及びＸaxis4）から軸方向にオフセットされ、中央コイルターン８２ｂの断面内径ｒ1は外側端コイルターン８２ａ及び８２ｃの内径ｒ2未満である。図６（ａ）の３ターンインダクタ構成によれば、中央ローブ７４ａ及び外側端ローブ７４ｂ及び７４ｃに対するケース（表面）硬化深さ分布（点描表示される）は、中央ローブ７４ａには認め得る作用面硬化が存在しない図５（ｂ）に示すシングルターンインダクタ構成におけるそれに勝るものである。中央コイルターン８２ｂの上方及び側部周囲に図６（ｂ）に示すように磁束収束器６２を追加して中央ローブ７４ａにおける局所磁束界及び誘導加熱強度を増大させることで、図６（ａ）の３コイルターンインダクタ構成を改善し、中央ローブにおけるサムネイル形状（点描表示される）のケース硬化深さ及び軸方向全長さを図６（ａ）の構成におけるそれ以上に増大させ得る。図７に示す４コイルターンインダクタ８４構成を使用して図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す３コイルターンインダクタ構成を更に改善することが可能である。４コイルターンインダクタ８４は、２つの外側端コイルターン８４ａ及び８４ｄと、２つの中央コイルターン８４ｂ及び８４ｃを含み、全てのコイルターンは電源に好適に接続される。図７に点描表示（ケース硬化深さ）されるように、４コイルターンインダクタ８４の中央ローブ７４ａを覆って位置決めされる２つの中央コイルターンによれば、幅広の中央ローブの誘導加熱が強化されて中央ローブの硬化パターンが改善され、且つ、中央ローブの非所望のサムネイル形状を、図６（ａ）及び図６（ｂ）の構成における以上に顕著に低減させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国仮出願第６１／９３７，５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
工作物の長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルショット加熱処理が改善されたシングルターンインダクタを提供することである。
工作物の長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルターンインダクタ加熱処理法を提供することである。
カムシャフトの長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルショット加熱処理が改善されたシングルターンインダクタを提供することである。
カムシャフトの長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルターンインダクタ加熱処理法を提供することである。
トライローブカムシャフトの長手方向軸に沿って配分されるトライローブ群における密接する多数の偏心円柱状部品のシングルショット加熱処理が改善されたシングルターンインダクタを提供することである。
トライローブカムシャフトの長手方向軸に沿って配分されるトライローブ群における密接する多数の偏心円柱状部品のシングルターンインダクタ加熱処理法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１様相によれば、工作物の長手方向に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を誘導加熱処理するシングルショットインダクタが提供される。シングルショットインダクタは、軸方向のコイルセクションにより相互に離間された多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションを有し、それにより、多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションの各々が、シングルショットインダクタ内に挿通された際に加熱処理中にシングルショットインダクタの中心軸を中心として回転する密接する多数の偏心円柱状部品を順次加熱処理する。
【００１７】
本発明の他の様相によれば、工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を加熱処理する方法であって、多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションの各々が、シングルショットインダクタ内に挿通された際に加熱処理中にシングルショットインダクタの中心軸を中心として回転する密接する多数の偏心円柱状部品を順次加熱処理する、軸方向のコイルセクションにより相互に離間された多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションを有するシングルショットインダクタを用いて前記多数の偏心円柱状部品を加熱処理する方法が提供される。
【００１８】
本発明の１様相によれば、カムシャフトの長手方向に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を誘導加熱処理するシングルショットインダクタが提供される。シングルショットインダクタは、軸方向のコイルセクションにより相互に離間された多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションを有し、それにより、多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションの各々が、シングルショットインダクタ内に挿通された際に加熱処理中にシングルショットインダクタの中心軸を中心として回転する密接する多数の偏心円柱状部品を順次加熱処理する。
【００１９】
本発明の他の様相によれば、カムシャフトの長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を加熱処理する方法であって、多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションの各々が、シングルショットインダクタ内に挿通された際に加熱処理中にシングルショットインダクタの中心軸を中心として回転する密接する多数の偏心円柱状部品を順次加熱処理する、軸方向のコイルセクションにより相互に離間された多数の平坦弓状のシングルターンコイルセクションを有するシングルショットインダクタを用いて前記多数の偏心円柱状部品を加熱処理する方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
工作物の長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルショット加熱処理が改善されたシングルターンインダクタが提供される。
工作物の長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルターンインダクタ加熱処理法が提供される。
カムシャフトの長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルショット加熱処理が改善されたシングルターンインダクタが提供される。
トライローブカムシャフトの長手方向軸に沿って配分される密接する多数の偏心円柱状部品のシングルターンインダクタ加熱処理法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は内燃機関で使用可能な伝統的なカムシャフトの１例を示す斜視図である。
【図２（ａ）−２（ｂ）】図２（ａ）、２（ｂ）は、カムローブプロファイルの２つのタイプ例の例示図である。
【図３】図３は、一般的なシングルターンインダクタの例示図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、トライローブカムシャフトの例示図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は、トライローブカムシャフトと共に使用するカムローブプロファイルの例示図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、図４（ａ）に示すカムシャフト上の１つのトライローブ群におけるカムローブの例示図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すトライローブ群におけるカムローブを誘導加熱処理する方法の、シングルターンインダクタと共に示す例示図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、図５（ａ）に示すトライローブ群におけるカムローブを誘導加熱処理する方法の、３ターンインダクタと共に示す例示図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、図５（ａ）に示すトライローブ群におけるカムローブを誘導加熱処理する他の方法の、３ターンインダクタと共に示す例示図である。
【図７】図７は、図５（ａ）に示すトライローブ群を誘導加熱する方法の、４ターンインダクタと共に示す例示図である。
【図８（ａ）−８（ｂ）】図８（ａ）、８（ｂ）は、工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を熱処理するための本発明のシングルショットインダクタの１例の平面図及び側面図である。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は、図８（ａ）に示すシングルショットインダクタの、５５°における断面線１−１、９０°における断面線２−２、１５３°における断面線３−３と共に示す平面図である。
【図９】図９は、インダクタアセンブリに組み込んだ、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す本発明のシングルショットインダクタの斜視図である。
【図１０】図１０は、インダクタアセンブリに組み込んだ、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す本発明のシングルショットインダクタの正面図である。
【図１１】図１１は、インダクタアセンブリに組み込んだ、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す本発明のシングルショットインダクタの斜視図である。
【図１２（ａ）−１２（ｃ）】図１２（ａ）−１２（ｃ）は、シングルショットインダクタ内で工作物が回転する間の、図８（ａ）に示すシングルショットインダクタの第１、第２及び第３平坦弓状のシングルターンコイルセクションによる順次しての誘導加熱の例示図である。
【図１３（ａ）−１３（ｃ）】図１３（ａ）−１３（ｃ）は、シングルショットインダクタ内で工作物が回転する間の、図８（ｃ）に示すシングルショットインダクタの第１、第２及び第３平坦弓状のシングルターンコイルセクションによる順次しての誘導加熱の断面図である。
【図１４（ａ）−１４（ｃ）】図１４（ａ）−１４（ｃ）は、磁束補償器付きのシングルショットインダクタ内で工作物が回転する間の、図８（ｃ）に示すシングルショットインダクタの第１、第２及び第３平坦弓状のシングルターンコイルセクションによる順次しての誘導加熱の例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）には、工作物の長手方向軸に沿って密接する多数の偏心円柱状部品を加熱処理するシングルショットインダクタ１０の１例が示される。ここで、“密接する”とは、密接する多数の偏心円柱状部品の１群における隣り合う偏心円柱状部品間の距離が、工作物がトライローブカムシャフトであるトライローブ群に対してここに開示されるように、２〜５ｍｍより大きくないことを意味するものとする。
【００２３】
本例におけるシングルショットインダクタ１０はシングルターン誘導コイルであり、第１平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ、（２）第１軸方向コイルセクション１０ｂ、第２平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃ、第２軸方向コイルセクション１０ｄ、及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｅの、順次する５つのシングルターンコイルセグメントを含む。
【００２４】
本例では、順次する５つの全てのシングルターンコイルセクションは共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃ（図９）を有し、第１及び第２軸方向コイルセクションが前記共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃと平行に配向され、第１及び第２及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクションが、平坦断面内を前記共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃに直交して配向され且つ、第１及び第２軸方向コイルセクションにより相互に平坦に離間される。例えば図９では、Ｘ、Ｙ及びＺ軸が３次元座標系を形成する状態下において、第１、第２及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの平坦断面部はＸ−Ｚ平面内に配置され、第１及び第２軸方向コイルセクションはそのＸ軸が共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃと平行であるように配向される。
【００２５】
本例では、共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃに関する、外側端（第１及び第３）平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｅの内側の曲率半径ｒc1は、中央（第２）平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの内側の曲率半径ｒc2より大きい。
【００２６】
シングルショットインダクタ１０は、例えば図９、１０、１１に示すような好適なインダクタアセンブリ１２内に組み込み得る。シングルショットインダクタ１０の外側セクション、即ち、第１及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｃはインダクタアセンブリ内で電力端子１４ａ及び１４ｂにおいて夫々終端され得、電気絶縁部１６が、図示されない好適な交流電源に接続され得る２つの電力端子を分離させる。例えば、第１電力端子１４ａは第１交流電源出力に接続され得、第２電力端子１４ｂは第２交流電源出力に接続され得、かくして第１及び第２交流電源出力は電源からの交流電流を供給し、シングルショットインダクタに挿通された密接する多数の偏心円柱状部品の群に磁気連結し且つ誘導加熱するための磁界がシングルショットインダクタ周囲に確立され得る。
【００２７】
平坦弓状シングルターンコイルセクションの加熱用フェース面（即ち、工作物に面するコイルセクションの側部）の幅は、加熱処理する偏心円柱状部品（例えばカムローブ）の幅変動を収受するように各平坦弓状シングルターンコイルセクションに対して変更可能である。例えば、図８（ｂ）に例示するように、平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｅの加熱用フェース面の幅ｗsec1は、平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの加熱用フェース面の幅ｗsec2未満であり得る。
【００２８】
シングルショットインダクタ１０を液状媒体で内部冷却する場合は、インダクタアセンブリ導管１８ａ及び１８ｂを設け且つこれを冷却液状媒体の供給部及び戻り部に連結して、シングルショットインダクタ内の内部通路を通して冷却媒体を流動させ得る。例えば、冷却液状媒体をインダクタアセンブリ内の内部供給通路に供給する冷却液状媒体供給ポートをインダクタアセンブリ内に設け得、インダクタアセンブリ内の内部戻り通路から冷却液状媒体を戻す冷却液状媒体戻りポートをインダクタアセンブリ内に設け得る。連続する内部シングルショットインダクタ冷却通路を、シングルショットインダクタの、第１平坦弓状シングルターンコイルセクション、第１軸方向コイルセクション、第２平坦弓状シングルターンコイルセクション、第２軸方向コイルセクション、そして第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側部分内に設け、インダクタアセンブリ内の内側供給通路を、第１平坦弓状シングルターンコイルセクションの連続する内側シングルショットインダクタ冷却通路の内側インダクタ入口ポートと、第３平坦弓状シングルターンコイルセクションの連続する内側シングルショットインダクタ冷却通路の内側インダクタ出口ポートとに連結し、かくして、冷却液状媒体を冷却液状媒体の供給部から冷却液状媒体の戻り部に流動させ得る。
【００２９】
図示されたシングルショットインダクタ１０の実施例を使用して工作物の長手方向軸に沿って配置した密接する多数の偏心円柱状部品を加熱処理するために、前記密接する多数の偏心円柱状部品は、シャフト７８上のトライローブ群７２ａのカムローブ用の、図１１に示すようなシングルショットインダクタ内に挿通される。
【００３０】
シングルショットインダクタ内のカムシャフト及びトライローブ群（即ちカムシャフトの一部）は、静止したシングルショットインダクタ１０内で回転され、トライローブ群におけるカムローブを円周方向に所望通り加熱するに要する時間長においてトライローブ群のシングルショットインダクタを通して流れる交流に電磁的にカップリングされることで各ローブが誘導加熱される。本発明の当該例では、シングルショットインダクタに挿通された際、カムローブのトライローブ群（カムシャフト）の工作物中心軸Ｘは共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃと一致する。３つの平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ、１０ｃ、及び１０ｅの各々は、シングルショットインダクタ内でトライローブ群（カムシャフト）が３６０°回転するに従い、カムローブのトライローブ群の１セクションを順次誘導加熱する。例えば、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の角度表示を参照し、且つ、０°から出発するトライローブ群のカムローブの軸方向作用面部分、及び、反時計方向に回転するトライローブ群（カムシャフト）を参照するに、第１（上端）平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａがトライローブ群を７７°の回転範囲に渡り誘導加熱し、次の２０６°の回転範囲で第２（中央）平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃがトライローブ群を誘導加熱し、全３６０°回転の最後の７７°の回転範囲で第３（下端）平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｅがトライローブ群７２ａを誘導加熱する。第１及び第２軸方向コイルセクション１０ｂ及び１０ｄは誘導加熱に有意には貢献せず、平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ、１０ｃ、及び１０ｅの順次誘導加熱が実施される間、主に第１、第２及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクション間の軸方向オフセット距離を提供する。
【００３１】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）には、挿通された工作物が３６０°に渡り回転される際の、誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクションが断面（図８（ｃ）参照）で例示されている。図１３（ａ）には５５°の回転位置での誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｃの断面が示され、図１３（ｂ）には、９０°の回転位置での誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの断面が示され、図１３（ｃ）には、１５３°の回転位置における誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃ及び１０ｅが例示される。本実施例では第１及び第３平坦弓状シングルターンコイルセクションが各々、外側端カムローブ７４ｂ及び７４ｃから軸方向にオフセットされる。
【００３２】
トライローブ群における各ローブに対する平坦弓状シングルターンコイルセクションの軸方向での相対位置及び、各平坦弓状シングルターンコイルセクションの弓状長さが各カムローブにおける誘導加熱強度を制御する。例えば本実施例では、第２平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの内側断面半径ｒc2は、第１及び第３外側平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｃの内側断面半径ｒc1未満であり、かくして第２平坦弓状シングルターンコイルセクションと、もっと幅広の中央ローブ７４ａとの間の電磁カップリングがより強まる。
【００３３】
更に、平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側断面半径がカムローブと平面的に一致する場合は平坦弓状シングルターンコイルセクションの内側曲率半径がカムローブの最大断面半径より大きくなる。
【００３４】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）には、挿通された工作物が３６０°回転する際の、誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクションが例示され、第２平坦弓状シングルターンコイルセクションの誘導加熱強度を高め且つ外側端カムローブ７４ｂ及び７４ｃの過熱を防止するための“Ｕ”字状の磁束収束器６２を、図示されるように第２平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの３つの側部の周囲に備えている。図１４（ａ）には、５５°の回転位置での誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ａ及び１０ｃの断面が示され、図１４（ｂ）には、９０°の回転位置での誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃの断面が示され、図１４（ｃ）には、１５３°の回転位置における誘導加熱用のアクティブな平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃ及び１０ｅが例示される。加熱処理するべき密接する多数の偏心円柱状部品の特定構成に対し、必要であれば、“Ｕ”字状あるいは磁束配向上必要なその他形状の磁束収束器を１つあるいは１つ以上の平坦弓状シングルターンコイルセクションにおいて使用出来る。
【００３５】
図１３（ａ）〜図１４（ｃ）に示される断面は、トライローブ群における各カムローブは偏心直円柱状部品であるのに、３つの全てのそれらカムローブの断面が円柱状部品として表わされる点で図式的なものである。一般的なカムローブに、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような偏心（非円柱状の）形状を与えるカムローブノーズ部は、特定のカムローブのノーズが作用する部品（例えば弁）の偏倚角要求タイミングに依存する異なる軸方向角度（即ち、軸Ｘ−Ｘに直交する平面内での）に位置付け得る。このノーズの偏倚性は図１３（ａ）〜図１４（ｃ）の１つあるいは１つ以上の円柱状断面略図に表示され得る。
【００３６】
本発明の他の実施例では、各平坦弓状シングルターンコイルセクションの弓状長さは、シングルショットインダクタ内で誘導加熱される密接する多数の偏心円柱状部品の形状に依存して相互に相違させ得る。例えば、電磁的に切り離されたカムローブの過熱不足を更に補償し且つ形状の異なるカムローブにおける誘導加熱強度を制御するために、過熱強度が顕著に低いカムローブに相当する平坦弓状シングルターンコイルセクションを、良好にカップリングされた低質量、及び／又は、より狭幅のカムローブと比較して長くできる。
【００３７】
本発明の他の実施例では、３つあるいは３つ以上の軸方向コイルセクションにより軸方向に分離した３つ以上の平坦弓状シングルターンコイルセクションを使用して本発明のシングルターンシングルショットインダクタが構成される。
本発明の他の実施例では、被熱処理工作物（部品）の回転に加え、本発明のシングルショットインダクタが加熱処理中に共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃに沿って移動され得る。
カムシャフト上の多数のトライローブ群は、１つのシングルショットインダクタ１０を通して順次熱され得、あるいは、離間する多数のシングルショットインダクタ１０を同時に使用してカムシャフト上の多数のトライローブ群の全てあるいは幾つかを加熱できる。
シングルショットインダクタ１０には、加熱処理後にトライローブ群を冷却するクエンチ供給及び分与装置を随意的に設け得る。
【００３８】
上記シングルショットインダクタによる、密接する多数の偏心円柱状部品の加熱は、工作物の静的な前加熱処理ステップ無しで達成され得る。本発明の他の実施例では、カムシャフトを加熱処理のために回転させるに先立ち、１つあるいは１つ以上の工作物の静的な前加熱処理ステップを実施して、部品の中央セクション、例えば中央ローブ７４ａにおける低い加熱強度が調節（回転無しで）され得る。
【００３９】
例えば、密接する偏心円柱状部品の１つあるいは１つ以上の部分をその他部分、例えば、トライローブ群７２ａにおける幅広の中央ローブ７４ａのヒール（ベース円）部分より強く加熱する必要がある場合、中央ローブの前記ヒールを、例えば図１３（ｂ）に示す位置に回転させてこの位置に静的に保持し、その間、シングルショットインダクタに電流を印加して前記ヒールを、先に説明したように回転加熱するに先立ち前加熱させ得る。一般に、密接する多数の偏心円柱状部品の少なくとも１つの群の選択された１つあるいは複数のセクションは、前記少なくとも１つの群を、この群を挿通するシングルショットインダクタに関して軸中心に回転させることで回転させるに先立ち、静的に前加熱され得る。
【００４０】
シングルショットインダクタ１０内の、前述した如く整列されたトライローブ群７２ａを追加的に前加熱処理するステップとして、シングルショットインダクタ１０に、例えば、図１３（ｂ）の断面半径距離ｒc2を減少させて中央ローブ７４ａの作用面との電磁的カップリングを更に強めるための平坦位置決め装置を設け得る。平坦位置決め装置は、シングルショットインダクタ（あるいはシングルショットインダクタ内の密接する多数の偏心円柱状部品の群）を、例えば、共通コイルセクション長手方向中心軸Ｃに直交する平面内で移動させ、かくして、図１３（ｂ）における第２平坦弓状シングルターンコイルセクション１０ｃと中央ローブ７４ａとの間の空間距離を減少させる。必要なカムロー部分を十分静的に（回転させずに）前加熱した後、シングルショットインダクタは図１３（ｂ）に示す、断面半径距離ｒc2であるその回転加熱位置へと半径方向外側に移動され、次いで、先に説明したように回転加熱を実施できる。
【００４１】
上述した各実施例はカムシャフト上のトライローブ群におけるカムローブの熱処理に係わるものであるが、本発明の装置及び方法は工作物の長手方向軸に沿って密接する２つあるいは２つ以上の偏心円柱状部品に対して適宜に再構成され得るものである。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  シングルショットインダクタ
１０ａ  第１平坦弓状シングルターンコイルセクション
１０ｂ  第１軸方向コイルセクション
１０ｃ  第２平坦弓状シングルターンコイルセクション
１０ｄ  第２軸方向コイルセクション
１０ｅ  第３平坦弓状シングルターンコイルセクション
１４ａ  第１電力端子
１４ｂ  第２電力端子
１６  電気絶縁部
１８ａ  インダクタアセンブリ導管
６２  磁束収束器
７２ａ〜ｄ  トライローブ群
７４ａ  中央ローブ
７４ｂ  外側端カムローブ
【図１】
2017510939.tif 000003
【図２（ａ）】
2017510939.tif 000004
【図２（ｂ）】
2017510939.tif 000005
【図３】
2017510939.tif 000006
【図４（ａ）】
2017510939.tif 000007
【図４（ｂ）】
2017510939.tif 000008
【図５（ａ）】
2017510939.tif 000009
【図５（ｂ）】
2017510939.tif 000010
【図６（ａ）】
2017510939.tif 000011
【図６（ｂ）】
2017510939.tif 000012
【図７】
2017510939.tif 000013
【図８（ａ）】
2017510939.tif 000014
【図８（ｂ）】
2017510939.tif 000015
【図８（ｃ）】
2017510939.tif 000016
【図９】
2017510939.tif 000017
【図１０】
2017510939.tif 000018
【図１１】
2017510939.tif 000019
【図１２（ａ）】
2017510939.tif 000020
【図１２（ｂ）】
2017510939.tif 000021
【図１２（ｃ）】
2017510939.tif 000022
【図１３（ａ）】
2017510939.tif 000023
【図１３（ｂ）】
2017510939.tif 000024
【図１３（ｃ）】
2017510939.tif 000025
【図１４（ａ）】
2017510939.tif 000026
【図１４（ｂ）】
2017510939.tif 000027
【図１４（ｃ）】
2017510939.tif 000028
【国際調査報告】
2017510939.tif 000029
2017510939.tif 000030