(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口部を有したトレー上に複数の鋼部品を並べ、トレーに向かって冷却用ガスを供給することにより鋼部品を冷却して焼入れするガス焼入れ方法において、
各鋼部品をトレーの平面に投影したときに上記トレーの平面の総面積に占める上記複数の鋼部品全ての面積の割合をトレーの閉塞率と定義したときに、
上記閉塞率と、互いに隣接する鋼部品の間に生じる冷却用ガスの流速と、の関係に基づいて、上記冷却用ガスの流速が最大付近となるトレーの閉塞率の範囲を予め求め、
トレーの閉塞率が上記の範囲内となるように上記トレー上に上記複数の鋼部品を配置し、
上記トレーに向かって冷却用ガスを供給し、
上記複数の鋼部品を並べた複数のトレーが、冷却用ガス流れ方向に複数段で配置され、互いに隣接するトレー上の鋼部品が、トレーの平面への投影方向から見て、互いにオフセットするように配置されていることを特徴とするガス焼入れ方法。
【請求項２】
各鋼部品は、２つの外側面を有し、上記トレー上に上記複数の鋼部品を配置した状態では、互いに隣接する鋼部品の一方の外側面同士が、互いに隣り合うことを特徴とする請求項１に記載のガス焼入れ方法。
【請求項３】
上記最大付近となるトレーの閉塞率が、５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のガス焼入れ方法。
【請求項４】
上記トレーの平面の総面積に占める複数の開口部全ての面積の割合をトレーの空隙率と定義した場合に、上記空隙率が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼部品のガス焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、冷却用ガスで金属製軸受リングを焼入れする装置が開示されている。この装置には、金属製軸受リングに向かって冷却用ガスを噴射するノズルが設けられている。そして、このノズルからの冷却用ガスの噴射により、金属製軸受リングが急冷される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１００３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の焼入れ装置では、ノズルの配置が金属製軸受リングの形状によって決定されるので、仮に多種の部品を連続して焼入れする場合には、部品毎にノズルを付け替える必要があり、ノズルの付け替えにかかる工数が増えてしまう。また、この焼入れの際には、部品の移動のために部品の周囲にある程度広い隙間を設ける必要があるので、ノズルの配置が制約される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数の開口部を有したトレー上に複数の鋼部品を並べ、トレーに向かって冷却用ガスを供給することにより鋼部品を冷却して焼入れするガス焼入れ方法において、各鋼部品をトレーの平面に投影したときに上記トレーの平面の総面積に占める上記複数の鋼部品全ての面積の割合をトレーの閉塞率と定義したときに、上記閉塞率と、互いに隣接する鋼部品の間に生じる冷却用ガスの流速と、の関係に基づいて、上記冷却用ガスの流速が最大付近となるトレーの閉塞率の範囲を予め求め、トレーの閉塞率が上記の範囲内となるように上記トレー上に上記複数の鋼部品を配置し、上記トレーに向かって冷却用ガスを供給する。上記複数の鋼部品を並べた複数のトレーが、冷却用ガス流れ方向に複数段で配置され、互いに隣接するトレー上の鋼部品が、トレーの平面への投影方向から見て、互いにオフセットするように配置されている。
【０００６】
つまり、複数の鋼部品を適度に密集して配置することにより、互いに隣接する鋼部品の間の隙間が狭くなることから、流速が高くなり、焼入れ速度が高くなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トレーの閉塞率が適宜な範囲となるように複数の鋼部品を配置することで、ガス焼入れによる焼入れ速度を高く得ることが可能となり、焼入れ性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例のガス焼入れ炉の断面図である。
【図２】一実施例のロアリンクの説明図である。
【図３】ロアリンクアッパの荷姿を示す説明図である。
【図４】トレーの閉塞率と冷却用ガスの相対流速との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施例のガス焼入れ方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。
【００１０】
図１には、本発明のガス焼入れ方法に用いられるガス焼入れ炉１が示されている。このガス焼入れ炉１は、図示せぬ前壁と、後壁２と、一対の側壁３ａ，３ｂと、上部壁４と、下部壁５と、で六面が構成されたボックス型の装置である。ガス焼入れ炉１は、一方の側壁３ａに、ガス焼入れの対象となる後述する鋼部品１３Ａをトレー６と共にガス焼入れ炉１内部に搬入するための入口７を有しており、上記一方の側壁３ａと対向する他方の側壁３ｂに、ガス焼入れ後の鋼部品１３Ａおよびトレー６をガス焼入れ炉１外部に搬出するための出口８を有している。ガス焼入れ時には、図示したように、複数の鋼部品１３Ａが並べられたトレー６が、下部壁５の上方でかつ入口７と出口８との間に配置されている。
【００１１】
ガス焼入れ炉１には、冷却用ガス、例えば窒素ガスをガス焼入れ炉１内に導入する図示せぬガス導入部が設けられている。ガス焼入れ時には、ガス焼入れ炉１は、ガス導入部により供給された窒素ガスで満たされている。
【００１２】
ガス焼入れ炉１内部には、上部から下部へと図１に矢印で示すガス流れ方向Ｇに窒素ガスが流れるガス通路９が形成されている。
【００１３】
上記ガス通路９の上方には、モータ１１により駆動される冷却ファン１０が、設けられている。モータ１１の駆動時には、冷却ファン１０が、ガス通路９内でトレー６を垂直に横切るように窒素ガスをガス流れ方向Ｇに流し、トレー６上の鋼部品１３Ａの急冷つまり焼入れを行う。窒素ガスは、トレー６に形成された複数の開口部１２（図３）を通過する。
【００１４】
図２には、本発明が適用される鋼部品を有する構成要素として、例えば複リンク式ピストンクランク機構で用いられるロアリンク１３が示されている。上記ロアリンク１３は、例えば特開２０１５−４２８４９号公報に開示されているように、ピストンピンに一端が連結されたアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するものであって、図２に示すように、図示せぬクランクピンに嵌合する円筒形のクランクピン軸受穴１４を中央に有し、かつこのクランクピン軸受穴１４を挟んで互いにほぼ１８０°反対側となる位置に、アッパピン用ピンボス部１５およびコントロールピン用ピンボス部１６がそれぞれ設けられている。このロアリンク１３は、全体として、菱形に近い平行四辺形をなしており、クランクピン軸受穴１４の中心を通る分割面１７において、アッパピン用ピンボス部１５を含むロアリンクアッパ１３Ａと、コントロールピン用ピンボス部１６を含むロアリンクロア１３Ｂと、の２部品に分割して形成されている。ロアリンク１３は、図示したように、上面１８と、下面１９と、分割面１７と直交する一対の側面２０，２０と、を備えている。これらのロアリンクアッパ１３Ａおよびロアリンクロア１３Ｂは、クランクピン軸受穴１４をクランクピンに嵌め込んだ上で、図示せぬ複数本のボルトによって互いに締結されている。
【００１５】
本実施例では、本発明のガス焼入れ方法に適した鋼部品として、ロアリンクアッパ１３Ａの焼入れが行われる。ロアリンクアッパ１３Ａは、分割面１７およびクランクピン軸受穴１４の円弧に沿って両側面２０，２０の間に延びる厚肉部２１と、この厚肉部２１から垂直に立ち上がる一対の板状のピンボス壁部１５ａ，１５ａと、を備えている。上記一対のピンボス壁部１５ａ，１５ａの間には、溝２２が形成されている。ピンボス壁部１５ａ，１５ａは、図示せぬアッパピンと嵌合するアッパピン用穴２３，２３をそれぞれ備えている。
【００１６】
次に、図３を参照して、本実施例のロアリンクアッパ１３Ａのガス焼入れ方法について説明する。
【００１７】
本実施例において、ロアリンクアッパ１３Ａが並べられる矩形のトレー６は、矩形の複数の開口部１２を有しており、トレー６の平面６ａ側から見たときに格子状となっている。ここで、トレー６の平面６ａの総面積に占める複数の開口部１２全ての面積の割合をトレー６の空隙率と定義すると、本実施例では、トレー６の空隙率は、例えば５０％以上である。つまり、トレー６にロアリンクアッパ１３Ａを配置していない状態では、トレー６の面積の半分以上が、ガス流れ方向Ｇに窒素ガスを流す通路となる。
【００１８】
本実施例では、図３に示したように、複数のロアリンクアッパ１３Ａが、ロアリンクアッパ１３Ａの側面２０がトレー６上で底面となり、かつ分割面１７がトレー６の平面６ａから垂直に立ち上がるような縦型の姿勢でトレー６上に並べられる。このとき、ロアリンクアッパ１３Ａの幅方向（以下、「Ｘ方向」と呼ぶ）に互いに隣接するロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａの一方のピンボス壁部１５ａ，１５ａ同士が、互いに隣り合っており、さらに、上記ピンボス壁部１５ａ，１５ａ同士の間の間隔が、それぞれ等しくなっている。これらの隣り合ったピンボス壁部１５ａ，１５ａの間には、比較的狭い幅を有したピンボス壁部間流路２４が、それぞれ形成されている。また、Ｙ方向（上述したＸ方向と直交する方向）については、図示したように、Ｙ方向に互いに隣接するロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａの対応したピンボス壁部１５ａ，１５ａ同士が、Ｙ方向に沿って整列しており、さらに、隣接するロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａ同士の間の間隔がそれぞれ等しくなっている。
【００１９】
実際の焼入れに先だって、ピンボス壁部間流路２４に生じる窒素ガスの流速が最大付近となるトレー６の最適な閉塞率を予め求める。ここで、各ロアリンクアッパ１３Ａをトレー６の平面６ａに投影したときに、平面６ａの総面積に占める複数のロアリンクアッパ１３Ａ全ての面積の割合をトレー６の閉塞率と定義する。このトレー６の閉塞率は、多数のロアリンクアッパ１３Ａの密集の程度を示している。最適な閉塞率を求める際には、ガス焼入れ炉１内でトレー６上のロアリンクアッパ１３Ａの数や配置を適宜変更しながら、例えば実験等により閉塞率を求める。
【００２０】
上記実験等により得られた、トレー６の閉塞率と、ピンボス壁部間流路２４内の窒素ガスの相対流速と、の対応関係を、図４のグラフに示す。ここで、窒素ガスの相対流速は、トレー６の閉塞率が「０」、即ちロアリンクアッパ１３Ａがトレー６上に全く配置されていない状態での窒素ガスの流速を「１」としたときの相対的な流速を示している。図４のグラフでは、トレー６の閉塞率が０．６（６０％）のときに、窒素ガスの相対流速が、最大値に近い値である約１．２となっている。窒素ガスの相対流速が最大付近となるトレー６の閉塞率には、ある程度の範囲（望ましい範囲）があり、この範囲は、図示したように、例えば０．５（５０％）〜０．７（７０％）の範囲である。トレー６の閉塞率が５０％未満であるときおよび７０％よりも大きいときの双方では、窒素ガスの相対流速は、約１．２よりも低下している。
【００２１】
なお、焼入れ前に、ガス焼入れ炉１を用いずに、例えばシミュレーション等によって、窒素ガスの流速が最大付近となるトレー６の閉塞率を予め求めるようにしても良い。
【００２２】
最適な閉塞率の範囲を求めた後に、実際の焼入れ工程では、実際のトレー６の閉塞率が上記の最適な閉塞率の範囲となるような密集度合でもって、複数のロアリンクアッパ１３Ａをトレー６上に並べる。ロアリンクアッパ１３Ａは、例えばＳＣｒ４２０のクロム鋼を母材とし、焼入れ前に図３のような形状に機械加工されている。本実施例では、Ｘ方向に３つのロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａ，１３Ａを等間隔に整列させ、これらのロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａ，１３Ａからなる列をＹ方向に等間隔に３列設けることで、合計９個のロアリンクアッパ１３Ａが、６０％の閉塞率で矩形のトレー６上に配置されている。各ロアリンクアッパ１３Ａは、図示せぬ固定用治具を用いてトレー６に固定される。
【００２３】
上記のようにトレー６上にロアリンクアッパ１３Ａを並べた状態では、ピンボス壁部間流路２４と溝２２とが、Ｘ方向に沿って交互に存在している。
【００２４】
そして、焼入れを行うのに適した所定の温度までロアリンクアッパ１３Ａを加熱した後、トレー６をロアリンクアッパ１３Ａとともに、ガス流れ方向Ｇに直交するようにガス焼入れ炉１内に配置する。なお、ガス焼入れ炉１に加熱機構を設けてガス焼入れ炉１内部でロアリンクアッパ１３Ａを加熱しても良い。
【００２５】
ロアリンクアッパ１３Ａおよびトレー６をガス焼入れ炉１内に配置した後に、窒素ガスでロアリンクアッパ１３Ａのガス焼入れを行う。このガス焼入れは、冷却ファン１０（図１）を駆動することにより、ガス通路９を通してロアリンクアッパ１３Ａに向かって窒素ガスを循環供給することで行われる。ガス焼入れ時には、窒素ガスは、ガス通路９の広い上部（トレー６の閉塞率が０％の部分）から、ロアリンクアッパ１３Ａによって流路断面積が狭くなったガス通路９の下部（トレー６の閉塞率が６０％の部分）へ向かって流れる。つまり、ガス通路９の下部では、トレー６上の流路断面積の４０％が窒素ガスの流路となっている。通路断面積が広い上部から流れてきた窒素ガスは、比較的狭い幅を有したピンボス壁部間流路２４を通して流れる。これにより、窒素ガスの流速が、ピンボス壁部間流路２４内で増加する。また、ガス通路９の上方から供給される窒素ガスは、ロアリンクアッパ１３Ａの溝２２にも流れる。従って、ロアリンクアッパ１３Ａのピンボス壁部１５ａの外側面２５および内側面２６の双方が冷却される。
【００２６】
上記のように、本実施例では、ピンボス壁部間流路２４内を流れる窒素ガスの流速を増加させたことから、ガス流れ方向Ｇと平行なピンボス壁部１５ａ，１５ａの互いに対向する外側面２５，２５の冷却速度（焼入速度）が増加する。これにより、水、油等の液体に比べて冷却能力が低い窒素ガスを用いた焼入れであっても、ピンボス壁部間流路２４内を流れる窒素の高い流速により、比較的大型のロアリンクアッパ１３Ａに対して焼入れ性を向上させることができる。
【００２７】
図５には、本発明の第２の実施例のロアリンクアッパ１３Ａのガス焼入れ方法が示されている。この実施例では、図３のようにロアリンクアッパ１３Ａが並べられたトレー６を、ガス流れ方向Ｇに２段で配置してあるが、２段目のトレー６上のロアリンクアッパ１３Ａを、１段目のトレー６上のロアリンクアッパ１３Ａに対してＸ方向にオフセットさせてある。つまり、ロアリンクアッパ１３Ａのトレー６の平面６ａへの投影方向から見て、１段目のロアリンクアッパ１３Ａと２段目のロアリンクアッパ１３Ａとが互いにオフセットしている。上記配置では、１段目のピンボス壁部間流路２４が、２段目のロアリンクアッパ１３Ａの上方に位置している。なお、上流側の段と下流側の段とでトレー６上のロアリンクアッパ１３Ａの位置がＸ方向にオフセットしていれば、ガス焼入れ炉１内に３段以上のトレー６を配置しても良い。
【００２８】
ガス焼入れ時には、冷却ファン１０によって供給された窒素ガスが、１段目のピンボス壁部間流路２４へと流入し、Ｘ方向に互いに隣接するロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａのピンボス壁部１５ａ，１５ａの外側面２５，２５を冷却する。各外側面２５を冷却した後の窒素ガスの流れは、外側面２５の下部付近から剥離して渦を生じさせる。この渦は、２段目のロアリンクアッパ１３Ａ，１３Ａの間のピンボス壁部間流路２４へと流入する。
【００２９】
本実施例では、１段目のロアリンクアッパ１３Ａの焼入れ後に生じた渦が２段目のピンボス壁部間流路２４へと流入するので、２段目のピンボス壁部間流路２４の両側に位置する外側面２５，２５が、１段目の外側面２５，２５と同等に冷却される。
【００３０】
また、本実施例では、５０％以上の空隙率を有したトレー６に、１段目のロアリンクアッパ１３Ａの冷却後に発生した渦を通過させるようにしたことから、２段目のロアリンクアッパ１３Ａの冷却が阻害されない。
【００３１】
なお、上記各実施例では、ロアリンクアッパ１３Ａを焼入れする例を開示したが、本発明は、ロアリンクアッパ１３Ａと相似形をなすロアリンクロア１３Ｂの焼入れにも好適であり、その他種々の部品の焼入れに適用することが可能である。
【００３２】
また、上記第２の実施例では、ロアリンクアッパ１３ＡをＸ方向のみにオフセットして配置した例を開示したが、ロアリンクアッパ１３ＡをＸ方向およびＹ方向の双方にオフセットした配置を、本発明に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・ガス焼入れ炉
６・・・トレー
Ｇ・・・ガス流れ方向
１０・・・冷却ファン
１３Ａ・・・ロアリンクアッパ
１５・・・アッパピン用ピンボス部
１５ａ・・・ピンボス壁部
２２・・・溝
２４・・・ピンボス壁部間流路
２５・・・外側面
２６・・・内側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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