JP3988976B2 - 熱処理に用いられる冷却装置及びこれを備える熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理に用いられる冷却装置、及び、この冷却装置を備えた熱処理装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
鋳造品であるワークの耐摩耗性を向上させるために、その一部を急冷してチル層を形成させることがある。チル層を形成させるために、ワークの一部のみを急冷する方法の従来例としては、特開平１−１３０８３８号公報や、特開平９−１５５５１８号公報に記載された方法がある。
まず、特開平１−１３０８３８号公報には、エンジンのカムシャフトの鋳造時に、その一部のみを急冷する鋳造方法が開示されている。この鋳造方法は、金型本体に熱伝導率の高い銅系合金を用い、この金型に冷却水を通流し、銅系合金製金型の部分の溶湯を急冷することで、カムシャフトのカム部のチル化を促進させるものである。一方、チル化を要しないジャーナル部には金型本体の内部に熱伝導率の低い入子を配置して徐冷している。
また、特開平９−１５５５１８号公報には、カムシャフトの鋳造を複数の分割型からなる金型を用いて行うことで、その一部のみを急冷する鋳造方法が開示されている。分割型は独立に型開き可能に構成されており、ジャーナル部に対応する分割型を、カム部に鋳造する分割型よりも早く型開きする。これによりジャーナル部は大気による徐冷が行われるが、カム部は分割型により急冷される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−１３０８３８号公報に開示されている鋳造方法による冷却や、特開平９−１５５５１８号公報に開示されている鋳造方法による冷却は、複雑な金型を用いるため、コストが高くなり、作業効率も悪かった。さらに、冷却水や、金型の接触による冷却は、急冷される領域と徐冷される領域の境界が明確に分離できないため、ジャーナル部もチル化してしまうことが多く、所定部分のみを確実に冷却することができなかった。
そして、どちらの方法であっても、鋳造用の金型を冷却に用いるため、チル層の形成中は、新たな鋳造を行うことができず、鋳造工程のサイクルタイムが長くなり、作業効率が低下するという問題があった。
従って、本発明は、ワークの一部のみを急冷する際に、特殊な金型を用いずに、効率良く、確実に冷却することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、高温のワークの一部の組成がパーライトリッチになるように前記一部にエアーを噴き付けて、自然冷却によって組成がフェライトリッチになる他の部分よりも冷却させるエアー噴出手段を有する冷却装置であって、前記エアー噴出手段は、エアーが通流する主管を有し、前記主管は、その長手方向に沿って、エアーが流出するエアー供給孔が複数設けられ、前記各エアー供給孔は、エアー供給源側である一端側から他端側にかけて、開口面積が減少する配列を有し、前記エアー噴出手段は、さらに前記エアー供給孔に連通する枝管を備え、前記枝管は、前記ワークの前記一部に対して、異なる角度からエアーを噴き付けるエアー噴出孔を備えることを特徴とする熱処理に用いられる冷却装置とした。
この冷却装置は、ワークにエアーを噴き付けるエアー噴出手段が複数のエアー供給孔を備える場合に、一端側から他端側にかけて、各エアー供給孔の開口面積が減少する配列を有することで、各エアー供給孔からのエアーの流出量をほぼ一定にすることで、ワークの冷却効果を均一にするものである。
【０００５】
また、本発明に係るエアー噴出手段は、さらに前記エアー供給孔に連通する枝管を備え、前記枝管は、前記ワークの前記一部に対して、異なる角度からエアーを噴き付けるエアー噴出孔を備える構成にした。
この冷却装置は、複数の枝管に設けられた複数のエアー噴出孔からワークの前記一部に対して、エアーを噴き付けるものであり、エアーをワークの前記一部の一つに対して異なる角度から噴き付けることが可能になる。
【０００６】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の熱処理に用いられる冷却装置において、前記ワークは、カムシャフトであり、前記ワークの前記一部は、カム部であり、前記エアー噴出孔は、前記カム部の回転中心位置に向けて、前記エアーを噴き付けるように構成にした。
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の熱処理に用いられる冷却装置において、前記エアー噴出孔は、前記カム部の面積に応じた孔径を有している構成にした。
この冷却装置は、ワークにエアーを噴き付けて冷却しようとするカム部が多数あり、かつ、その所定部分の面積が異なる場合であっても、均一に冷却するものである。具体的には、面積が大きい所定部分にエアーを噴き付けるエアー噴出孔は孔径（開口面積）を大きく、面積が小さい所定部分にエアーを噴き付けるエアー噴出孔は孔径（開口面積）を小さくする。
【０００７】
そして、本発明の請求項４に係る発明は、ワークを加熱する熱処理炉と、ワークを熱処理炉に搬入、搬出する搬送手段と、加熱後のワークに対して進退自在に構成された請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱処理に用いられる冷却装置とを有する熱処理装置とした。
この熱処理装置は、熱処理炉で加熱したワークの所定部分のみを確実に、かつ、均一に急冷させるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態は、図１に示す金型１で鋳造したワークであるカムシャフトＷを、図２に示す熱処理装置２において加熱、保温した後に、その一部のみを急冷してチル層を形成させるものである。
【０００９】
まず、カムシャフトＷを鋳造する金型１について説明する。
金型１は、二分割式の金型であり、図１には型開きした状態の片方の金型のみが図示してある。この金型１は、同時に二つのカムシャフトＷを鋳造するために二つのキャビティ３を有している。各々のキャビティ３に溶湯を注入する給湯口４は、金型１の中央に形成されており、給湯口４と各々のキャビティ３の一端（図１の下端）の間は湯道５が形成されている。また、キャビティ３の他端（図１の上端）には、フック部６と湯上り部７が設けられている。この金型１は、キャビティ３まわりにカムシャフトＷのカム部Ｃに対応して複数の冷却水路８が設けられているが、冷却水路８は必須の構成要素ではない。なお、図１に示す金型１の構造は例示であり、この他の任意の構造を有する金型を用いることが可能である。
【００１０】
ここで、ワークであるカムシャフトＷは、図１に示すようにシャフト軸Ａの長手方向に沿って複数のカム部Ｃや、ジャーナル部Ｊが配列されている。
本実施の形態では、カム部Ｃのみを急冷させ、その他の部分は急冷させない。この理由は、カム部Ｃが、高い耐磨耗性が要求されるためチル層を形成させて硬化させる必要があるからである。一方、ジャーナル部Ｊは、カムシャフトＷの回転精度を高めるために切削加工を施す必要があり、シャフト軸ＡはカムシャフトＷの長寿命化のために靭性が要求されるからである。なお、カム部Ｃが特許請求の範囲に記載の所定部分に相当する。
【００１１】
次に、前記した金型１により鋳造されたカムシャフトＷを熱処理する熱処理装置２の構成について説明する。
図２に示すように、熱処理装置２は、多数のカムシャフトＷを一度に処理できる熱処理炉１０と、熱処理炉１０にカムシャフトＷを搬送、搬出する搬送手段であるローラコンベア１１、ならびに、熱処理炉１０の出口側１０ａに配置され、熱処理後のカムシャフトＷのカム部Ｃを急冷するための冷却装置１２とを含んで構成されている。また、多数のカムシャフトＷは、熱処理パレット１３に載置され、処理される。
【００１２】
熱処理炉１０は、複数の熱処理パレット１３に搭載された複数のカムシャフトＷを１０００℃程度の高温に保持できる炉であり、ガス炉等の公知の炉である。なお、熱処理炉１０は、不活性ガス雰囲気又は還元ガス雰囲気において熱処理できる構成を有し、さらに、昇温時や降温時の温度勾配が制御できることが望ましい。
【００１３】
ローラコンベア１１は、熱処理炉１０に熱処理パレット１３を搬入する第一のローラコンベア１１ａと、熱処理後の熱処理パレット１３を搬出する第二のローラコンベア１１ｂを有する。また、熱処理炉１０内にも図示しないローラ等が設けられており、熱処理炉１０内の熱処理パレット１３の移動を可能にしている。なお、これらのローラコンベアを一つのローラコンベアとして敷設しても良い。
【００１４】
次に、熱処理パレット１３について説明する。なお、図３は熱処理パレットの平面図、図４は熱処理パレットの正面図、図５は熱処理パレットの側面図である。
熱処理パレット１３は、ベース２１から左右方向に並ぶ支柱２２ａ、２２ｂ、２２ｃが前後方向に三列立設しており、支柱２２ａ〜２２ｃを挿通させることで積み重なる載置プレート２３ａ、２３ｂを有している。
【００１５】
図４及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、載置プレート２３ａは、短い間隔で立設する支柱２２ａ及び支柱２２ｂがそれぞれ挿通する筒部２４及び筒部２５と、筒部２４、２５を連結するプレート２６からなる。
筒部２４はプレート２６の高さと同一の高さを有する中空の部材であり、筒部２５はプレート２６の半分の高さを有する。筒部２４はプレート２６の一端部に、筒部２５は、プレート２６の他端部の下側に固定されている。さらに、プレート２６は、上下に位置を合わせて略Ｖ字形状に切り欠かれた切欠部２７をそれぞれ二つずつ有し、図４及び図８に示すように載置プレート２３ａを積み重ねると、下側の載置プレート２３ａのプレート２６の上側に形成されている切欠部２７と、上側の載置プレート２３ａのプレート２６の下側に形成されている切欠部２７が略菱形形状の開口を形成する。この開口が、カムシャフトＷのシャフト軸Ａを位置決め把持する把持部４１になる。
【００１６】
また、図４及び図７（ａ）、（ｂ）に示すように、載置プレート２３ｂは、長い間隔で立設する支柱２２ｂ及び支柱２２ｃがそれぞれ挿通する筒部２８及び筒部２９と、筒部２８、２９を連結するプレート３０からなる。
筒部２８は、プレート３０の半分の高さを有する中空の部材である。一方、筒部２９はプレート３０の高さと同一の高さを有する中空の部材である。筒部２８はプレート３０の一端部の上側に、筒部２９は、プレート３０の他端部に固定されている。さらに、プレート３０は、上下に位置を合わせて略Ｖ字形状に切り欠けられた切欠部２７をそれぞれ三つずつ有し、図４及び図８に示すように載置プレート２３ｂを支柱２２に積み重ねると、前記と同様にして、切欠部２７が略菱形形状の開口を形成し、カムシャフトＷのシャフト軸Ａを位置決め把持する把持部４１となる。
【００１７】
なお、搭載プレート２３ａ及び搭載プレート２３ｂを積み重ねる場合には、搭載プレート２３ａと搭載プレート２３ｂが交互に支柱２２ｂに挿通されるようにする。これにより図４の支柱２２ｂにおいては、半分の高さを有する筒部２５と筒部２８とが交互に並ぶ。
また、このとき形成される把持部４１は、水平方向において等間隔に、図４においては５箇所並ぶ。これは、後に詳細を説明する冷却装置１２により各カムシャフトＷのカム部Ｃの全周を均一に急冷するためである。従って、搭載プレート２３ａ及び搭載プレート２３ｂのそれぞれの切欠部２７は等しいピッチで形成されており、搭載プレート２３ａの他端側の切欠部２７と、搭載プレート２３ｂの一端側の切欠部２７も支柱２２ｂを挟んで等しい等しいピッチになる位置に形成されている。
【００１８】
また、図３及び図５に示すように、この熱処理パレット１３には、前記の載置プレート２３ａ、２３ｂが前後方向に三列積み重ねられており、前後方向に並んで配置される三つの把持部４１により一つのカムシャフトＷが位置決めされて把持される。つまり、カムシャフトＷは、その長手方向が熱処理パレット１３の移動方向と一致するように位置決めされて把持され、各熱処理パレット１３には、水平方向に５本のカムシャフトＷが７段、つまり、一つの熱処理パレット１３に３５本のカムシャフトＷが載置される。
なお、本実施の形態において切欠部２７の形状は直角二等辺三角形であり、把持部４１の形状は正方形になっている。
【００１９】
次に、冷却装置１２について説明する。なお、図９は冷却装置の正面図、図１０は冷却装置の側面図、図１１（ａ）、（ｂ）は冷却装置と熱処理パレットの関係を説明する図である。
図２及び図１１（ａ）に示すように、冷却装置１２は、熱処理炉１０の出口側１０ａにおいて、第二のローラコンベア１１ｂの上方に位置しており、図示しない公知の昇降機構により昇降自在に配置されている。この冷却装置１２は、直方体形状をした本体部３１の下面に、加熱後のカムシャフトＷのカム部Ｃにエアーを噴出し急冷するエアー噴出手段３２を備えている。また、本体部３１の左右面には、エアー噴出手段３２にエアーを供給するためのエアー配管３３が接続されている。
【００２０】
図９及び図１０に示すようにエアー噴出手段３２は、本体部３１の下面から垂直下向きに設けられており、下面から鉛直下向きに延設される主管３４と、主管３４の所定位置から水平に突出する短い枝管３５とから構成されている。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように主管３４の形状は、エアーが通流する主流路５１を有する有底の四角柱である。主管３４の上部の開口端５２にはフランジ５３が形成されており、このフランジ５３が冷却装置１２の本体部３１にボルト止めされる。また、主管３４の対向する一対の側面３４ａには主管３４からエアーが噴出する噴出量を制御するためのエアー供給孔６０ａ〜６０ｈを有する供給管５７が挿入される挿入口５４が等間隔に形成されている。
【００２１】
図９に示すように、主管３４は本体部３１の下面の左右方向において６本等間隔に配列されている。さらに、図１０に示すように、主管３４は前後方向に二列の配置を有する。従って、主管３４は、冷却装置１２全体では１２本延設されている。主管３４が左右方向において等間隔に配置されているのは、冷却装置１２が図１１（ａ）に示す上方位置から、図１１（ｂ）に示すように熱処理後の熱処理パレット１３に対して下降した際に、図１３に示すように水平方向において隣り合う二つのカムシャフトＷの間に主管３４を挿入するためである。つまり、主管３４の延設ピッチは、熱処理パレット１３の載置プレート２３ａ、２３ｂの切欠部２７の形成ピッチと同一であり、主管３４の延設位置は、切欠部２７の形成位置に対して半ピッチだけずれている。なお、図１３において主管３４は、カムシャフトＷのシャフト軸Ａに直交するように挿入されている。
【００２２】
図１２（ｂ）に示すように、各供給管５７は、主流路５１と円筒部材５５を連通させるエアー供給孔６０ａ〜６０ｈが穿設されている。枝管３５Ｂのエアー供給孔６０ｈと枝管３５Ｔのエアー供給孔６０ａを除く残りのエアー供給孔６０ｂ〜６０ｇは、上側から下側に、つまり、エアーの供給源に近い一端である開口端５２から他端の有底部に向けて、その径（開口断面積）が小さくなっている。これは、各円筒部材５５（枝管３５）に供給される時間当たりのエアーの量を均等にすることで、各円筒部材５５のエアー噴出孔３６ａ、３６ｂから噴出されるエアーの量をほぼ均等にし、各カム部Ｃを場所によらず均等に急冷させるためである。エアー噴出孔３６ａ、３６ｂから噴出されたエアーは、所定角度の広がりを持つため、四つの枝管３５から一つのカム部Ｃに向けて噴き付けられたエアーはカム部Ｃの全周に対して噴き付けられる。
【００２３】
枝管３５は、一つの主管３４の側面３４ａに対して等間隔に八個配設されている。枝管３５の配置間隔は、冷却装置１２が下降して主管３４がカムシャフトＷの間に挿入されたとき、図１３に示すように各載置プレート２３ａ、２３ｂの上下方向の中心位置に、かつ、カムシャフトＷのシャフト軸Ａと平行になるように配設されている。これにより、図１４に示すように、主管３４が隣り合うカムシャフトＷの間に挿入されたときに、上下方向及び左右方向に隣り合う四つの枝管３５は、各々を頂点とする四角形の中心にカム部Ｃ（シャフト軸Ａの回転中心軸）が位置する。
【００２４】
図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、枝管３５は、有底の円筒部材５５と、円筒部材５５の開口端に固定され、主管３４への固定に用いられる固定プレート５６を有している。なお、固定プレート５６は、開口部を有し、開口部には供給管５７が挿通される。
【００２５】
円筒部材５５には、カム部Ｃに向けてエアーを噴出する小径のエアー噴出孔３６ａ、及び、大径のエアー噴出孔３６ｂが各カム部Ｃの軸方向において幅が１／２の位置、つまり、カム部Ｃの幅方向の中心に対応する位置に穿設されている。このエアー噴出孔３６ａ、３６ｂは、各カム部Ｃの周方向の面積の大きさに対応した孔径を有すると共に、上下二列に穿設されており、上側の列５８のエアー供給孔３６ａ、３６ｂの穿設角度は、円筒部材５５の回転中心軸に対して３０度の仰角であり、下側の列５９のエアー供給孔３６ａ、３６ｂの穿設角度は、円筒部材５５の回転中心軸に対して３０度の俯角になっている。各エアー供給孔３６ａ、３６ｂの穿設角度を前記のように設定することで、カムシャフトＷの冷却時に、一つのカム部Ｃを取り囲む四つの枝管３５の各々からカム部Ｃ（シャフト軸Ａの回転中心軸）に向けてエアーを噴き出し、カム部Ｃの全周に対してエアーを噴き付けることができる（図１４参照）。これによりカム部Ｃは異なる角度からエアーが噴き付けられるので、均一に急冷される。
【００２６】
また、各列５８、５９においてエアー噴出孔３６ｂの孔径（開口面積）が両端のエアー噴出孔３６ａよりも大きいのは、図１６に示すように中央に位置するカム部Ｃが、その両隣のカム部Ｃよりも幅が広いため、より多くのエアーを噴き付ける必要があるからである。このようにカム部Ｃの大きさ（周方向の面積）の大小に合わせて、異なる孔径のエアー噴出孔３６ａ、３６ｂを用意することで、カム部Ｃの大きさによらずに、均一に冷却し、チル化させることができる。
なお、穿設角度は、カムシャフトＷのカム部Ｃの位置と、枝管３５の配置により決まるので、任意の角度にすることができるが、本実施の形態においては、２５度から６５度の範囲であることが望ましい。また、各エアー噴出孔３６ａ、３６ｂの穿設角度は同一の値であることが望ましいが、急冷する部分の形状によっては、場所ごとに異なる穿設角度であっても良い。
【００２７】
また、図１２（ｂ）において、一番上（最上段）に位置する枝管３５Ｔは、下側の列５９のみが穿設されている。これは、枝管３５Ｔよりも上側にはカムシャフトＷが載置されていないので、エアーを噴出する必要がないからである。同様にして、一番下（最下段）に位置する枝管３５Ｂは、上側の列５８のみが穿設されている。枝管３５Ｂよりも下側にはカムシャフトＷが載置されていないからである。
【００２８】
なお、枝管３５Ｔのエアー供給孔６０ａは、下側の列５９のみを有するため、一つ下のエアー供給孔６０ｂよりも小径にすることが望ましい。本実施の形態においては、エアー供給孔６０ａの直径を１１．３ｍｍと、エアー供給孔６０ｂの直径をφ１６．０ｍｍとし、以下、エアー供給孔６０ｃからエアー供給孔６０ｇまでの直径は、直上のエアー供給孔６０ｂ〜６０ｆに対して０．４ｍｍずつ減少させている。また、最下段のエアー供給孔６０ｈの直径は、上側の列５８のみを有するため、他に比べて大幅に小さく、９．５ｍｍにしている。
【００２９】
次に、カムシャフトＷを鋳造し、熱処理する工程について説明する。
まず、カムシャフトＷを鋳造するためには、図１に示す金型１を型締めした状態で、給湯口４から溶湯を注入する。注入された溶湯は湯道５を通り各キャビティ３内に注がれ、金型１の自然冷却及び冷却水の循環によりキャビティ３内で溶湯が凝固し、鋳造品Ｆが出来上がる。このときの鋳造品Ｆは、ねずみ鋳鉄であるが、カム部Ｃ及びその近傍は冷却水の循環により他の部分よりも冷却されているので凝固速度が速く、硬いチル層が形成される。このチル層はパーライトリッチな組織であり、他の部分は、比較的軟らかいフェライトリッチな組織である。しかし、前記の通りに鋳造時のチル化は、その境界が安定しておらず、この段階ではジャーナル部Ｊも部分的にチル化している。
【００３０】
溶湯が凝固したら、把持装置がフック部６を把持して鋳造品Ｆを金型１から取り出す。そして、フック部６を含む非製品部分４０を切断装置により切断し、残りの製品部分であるカムシャフトＷを次工程で熱処理する。
【００３１】
次に、熱処理工程に先駆けて、まずカムシャフトＷを熱処理パレット１３に載置する。
熱処理パレット１３は、ベース２１から立設する各支柱２２が載置プレート２３ａ、２３ｂを一段だけ挿通した状態で待機している。ここで、図示しない把持手段又は人手により鋳造後のカムシャフトＷを載置プレート２３ａ、２３ｂの各切欠部２７に一本ずつ載置する。
一段目の載置プレート２３ａ、２３ｂの各切欠部２７の全てにカムシャフトＷを載置したら、図８に示すように二段目の載置プレート２３ａ、２３ｂを支柱２２に挿通させる。このとき二段目の載置プレート２３ａ、２３ｂの下側の切欠部２７が、カムシャフトＷのシャフト軸Ａの上側に当接することでカムシャフトＷが位置決めされ、上下の切欠部２７により把持される。以降、同様の動作を行いカムシャフトＷを載置する。
【００３２】
カムシャフトＷの載置が完了した熱処理パレット１３は、図２の第一のローラコンベアにより熱処理炉１０内に搬入される。熱処理炉１０の入口において、熱処理パレット１３が熱処理炉１０内に搬入され、すでに熱処理炉１０内での加熱が終了した熱処理パレット１３が押し出される。
【００３３】
そして、新しい熱処理パレット１３が搬入された熱処理炉１０で、例えば図１７に示すタイムチャートに従って、カムシャフトＷの焼き戻しを行う。
この場合の焼き戻しは、約３０分かけてカムシャフトＷの温度を約９３０℃まで昇温（ＴＵ）した後、この温度で３０分保持する（ＴＳ）ことにより行われる。これによりカムシャフトＷの組成は、オーステナイト化する。
そして、保持時間が終了したら、カムシャフトＷを熱処理パレット１３ごと熱処理炉１０から搬出される。
【００３４】
熱処理炉１０から搬出された熱処理パレット１３は、不図示のストッパにより停止する。そして、熱処理パレット１３が停止したら、上方位置で待機していた冷却装置１２の本体部３１が下降して、図１３に示すように、水平方向に隣り合うカムシャフトＷの間に主管３４を挿入する。このとき主管３４に配設されている枝管３５は、上下方向においてカムシャフトＷの間に、かつ、枝管３５のエアー噴出孔３６ａ、３６ｂが直近位置にあるカム部Ｃに向くように位置する（図１４参照）。
【００３５】
冷却装置１２の本体部３１が下降し、主管３４及び枝管３５が所定位置に達したら、図示しないエアー供給源からエアー配管３３を通じてエアーが供給され、枝管３５のエアー噴出孔３６ａ、３６ｂからエアーが各カムシャフトＷのそれぞれのカム部Ｃに向けて噴出される（図１４及び図１６参照）。なお、熱処理炉１０における保持終了からエアー噴出までに要する時間は図に示すように約１分であり、この間のカムシャフトＷの温度降下は８０℃程度に留まる。
【００３６】
冷却装置１２によるエアーの噴出は、例えば０．６ＭＰａの吐出圧力で３分程度行われ、図１４に示すように一つのカム部Ｃに対して四つの枝管３５のエアー噴出孔３６ａ（３６ｂ）からエアーが、その全周に渡ってほぼ均等に噴き付けられる。これによりカム部Ｃは、図１７のＴＣに示すように５００℃程度まで急冷され、その組成はパーライトリッチになる。一方、載置プレート２３ａ、２３ｂにより隔離され、エアーが噴き付けられない端部のジャーナル部Ｊは、図１７の破線に示すように自然冷却され（ＴＮ）、その組織はフェライトリッチになる。一方、中央のジャーナル部Ｊやシャフト軸Ａは、載置プレート２３ａ、２３ｂで隔離されていないが、エアーが直接噴き付けられないので、ジャーナル部Ｊとほぼ同様の温度降下ＴＮを示し、その組織はフェライトリッチになる。これは、エアーは冷却水に比べて冷却可能な範囲が狭く、エアーが一定流速以上で直接噴き付けられた部分しか急冷されないからである。
【００３７】
エアーの噴き付けが終了したら、冷却装置１２の本体部が上方位置まで上昇し、ストッパが解除されるので、熱処理パレット１３は第二のローラコンベア１１ｂにより搬送され、次工程、例えば精度出しのための切削工程に送られる。
以降、未熱処理のカムシャフトＷを搭載した熱処理パレット１３が搬送されるたびに前記の熱処理を繰り返し、連続的に多数のカムシャフトＷのカム部Ｃのチル化、ジャーナル部Ｊ等の焼き戻しが行われる。
【００３８】
このような冷却装置１２は、一つのカム部Ｃに対して、枝管３５の位置によらず、ほぼ等しい噴出量でエアーをエアー噴出孔３６ａ、３６ｂから噴出することができる。従って、カム部Ｃの全周に対して、ほぼ均等にエアーが噴き付けられ、カム部Ｃは均等にチル化される。このことは、熱処理パレット１３に搭載する際のカムシャフトＷの長手方向に対する回転方向の位相（カムトップの位置）に関らず、カム部Ｃを確実にチル化できるという効果も有する。
また、このような冷却装置１２は、主管３４、枝管３５、及び、エアー噴出孔３６ａ、３６ｂの配列間隔を最適化することで、カム部Ｃ等の所定部分のみを選択的に急冷することができる。これは、ジャーナル部Ｊのような後に切削加工が必要な部分や、シャフト軸Ａのような高い靭性を維持する必要がある部分を有する場合に効果を発揮する。
さらに、このような冷却装置１２を備えた熱処理装置２は、鋳造とチル化の処理を独立に行えるので、鋳造のサイクルタイムを短縮化し、カムシャフトＷの製造工程をストリームライン化できる。特に熱処理は多数のカムシャフトＷを同時に処理するのでカムシャフトＷ一本当たりの処理時間も短縮化できる。
【００３９】
なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することが可能である。例えば、冷却装置１２の主管３４、枝管３５の数及び配列は、実施の形態に限定されずに、カムシャフトＷの数や配列に合わせて任意の数及び配列にすることができる。また、載置プレート２３ａ、２３ｂの切欠部２７の形状は半円、四角等の任意の形状にすることができる。
さらに、このような熱処理を施すワークは、カムシャフトＷに限定されずに、クランクシャフトや、農機具、工具、ライナ等、一部をチル化して対摩耗性を高め、他の部分は靭性を維持するものに適用できる。具体的には、クランクシャフトであれば、ピン部やジャーナル部、シリンダライナの摩耗しやすいピストンの上死点における一番下のリング溝であるオイルリング溝から上側の部分がチル化される部分である。また、ライナとは、中空の円筒部材で、その内面及び／又は外面に所定厚さだけチル層を形成して耐磨耗性を向上させる部品である。これらの場合における冷却装置１２は、ワークの形状に合わせた形状、配置のエアー噴出手段が設けられる。
【００４０】
また、エアー供給手段３２は、枝管３５を備えず、主管３４のみを有する構成にすることもできる。この場合は、主管３４の側面３４ａに開口部を設け、この開口部を、エアー供給源側の一端である開口端５２から他端にかけて、その開口面積が小さくなるように配列し、各開口部からのエアーの噴出量をほぼ一定にする。そして、主管３４は、複数の主管３４の開口部から噴出したエアーが、ワークの所定部分にほぼ均等に噴き付けられるように配置することが望ましい。また、開口部の向きは、主管３４の軸に対して垂直な向きでも良いし、実施の形態のエアー噴出孔３６ａ、３６ｂの仰角、俯角と同様な角度でエアーを噴出する向きに形成することもできる。
【００４１】
さらに、冷却装置１２の主管３４を鉛直下向きに配列する替わりに、水平方向、かつ、熱処理炉１０に向けて延設しても良い。つまり、冷却装置１２を熱処理炉１０の出口において後進可能に設け、冷却装置１２の主管３４を水平に延設するように配列する。この場合の熱処理パレット１３は、カムシャフトＷの長手方向を主管３４と直交する向きに載置する構成を採る。カムシャフトＷを載置した熱処理パレット１３が熱処理炉１０から待機している冷却装置１２に向けて押し出されるので、エアーの噴き付けを速やかに行うことができ、急冷開始までの時間を短縮できる。冷却後は、冷却装置１２が後退し、熱処理パレット１３は、熱処理炉１０の長手方向に対して直交して敷設される第二のローラコンベア１１ｂにより次工程に搬送される。
そして、主管３４をカムシャフトＷのシャフト軸Ａと平行に延設し、枝管３５をシャフト軸Ａに対して垂直に配列することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、一端側から他端側にかけて、開口面積が減少する配列を有するエアー供給孔を備えて、各エアー供給孔からのエアーの流出量をほぼ一定にする冷却装置としたので、エアー供給孔の位置によらずワークを均一に冷却することができる。
また、この冷却装置のエアー供給孔に枝管を連結し、この枝管からワークの所定部分の一つに対して、所定部分の中心位置に異なる角度から所定部分の面積に応じた孔径で噴き付けると、さらに、ワークを均一に冷却することができる。
そして、これらの冷却装置を備えた熱処理装置とすると、熱処理炉で加熱したワークの所定部分のみを確実に、かつ、均一に急冷させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のカムシャフトを鋳造するための金型を示した図である。
【図２】本実施の形態の熱処理装置の一部破断平面図である。
【図３】本実施の形態の熱処理パレットの平面図である。
【図４】熱処理パレットの正面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ断面図である。
【図６】載置プレートの（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図７】載置プレートの（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図８】熱処理プレートにカムシャフトを載置する手順を説明する説明図である。
【図９】冷却装置の正面図である。
【図１０】冷却装置の側面図である。
【図１１】冷却装置が（ａ）上方位置にある場合、（ｂ）下方位置にある場合をそれぞれ示す側面図である。
【図１２】エアー供給手段の（ａ）主管の平面図、（ｂ）側面断面図である。
【図１３】冷却装置が下方位置にある場合を示す正面図である。
【図１４】エアー噴出孔からエアーがカム部に噴き付けられた状態を説明する説明図である。
【図１５】（ａ）枝管の正面断面図、（ｂ）枝管の側面断面図である。
【図１６】主管及び枝管におけるエアーの流れを示す説明図である。
【図１７】熱処理におけるタイムチャートである。
【符号の説明】
２ 熱処理装置
１０ 熱処理炉
１１ ローラコンベア （搬送手段）
１２ 冷却装置
１３ 熱処理パレット （パレット）
２２ 支柱
２３ａ、２３ｂ 載置プレート
２４、２５、２８、２９ 筒部
２７ 切欠部
３１ 本体部
３２ エアー噴出手段
３４ 主管
３５ 枝管
３６ａ、３６ｂ エアー噴出孔
６０ａ〜６０ｈ エアー供給孔
Ｗ カムシャフト （ワーク）
Ｃ カム部 （所定部分）
Ｊ ジャーナル部
Ａ シャフト軸

Claims (4)

1. 高温のワークの一部の組成がパーライトリッチになるように前記一部にエアーを噴き付けて、自然冷却によって組成がフェライトリッチになる他の部分よりも冷却させるエアー噴出手段を有する冷却装置であって、
   前記エアー噴出手段は、エアーが通流する主管を有し、
   前記主管は、その長手方向に沿って、エアーが流出するエアー供給孔が複数設けられ、前記各エアー供給孔は、エアー供給源側である一端側から他端側にかけて、開口面積が減少する配列を有し、
   前記エアー噴出手段は、さらに前記エアー供給孔に連通する枝管を備え、前記枝管は、前記ワークの前記一部に対して、異なる角度からエアーを噴き付けるエアー噴出孔を備えることを特徴とする熱処理に用いられる冷却装置。
2. 前記ワークは、カムシャフトであり、
   前記ワークの前記一部は、カム部であり、
   前記エアー噴出孔は、前記カム部の回転中心位置に向けて、前記エアーを噴き付けるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理に用いられる冷却装置。
3. 前記エアー噴出孔は、前記カム部の面積に応じた孔径を有していることを特徴とする請求項２に記載の熱処理に用いられる冷却装置。
4. 前記ワークを加熱する熱処理炉と、前記ワークを前記熱処理炉に搬入、搬出する搬送手段と、加熱後の前記ワークに対して進退自在に構成された請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理に用いられる冷却装置とを有することを特徴とする熱処理装置。

Images